KR20010028190A - 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기, 그 방법 그리고 이를 구비한 직접 시퀀스 코드분할다중접속 수신기 - Google Patents

파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기, 그 방법 그리고 이를 구비한 직접 시퀀스 코드분할다중접속 수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기, 그 방법 그리고 이를 구비한 직접 시퀀스 코드분할다중접속 수신기에 관한 것으로, 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기는 수신된 파일럿 채널을 역확산하고, 역확산된 파일럿 신호로부터 채널을 추정하는 제1채널 추정부; 수신된 트래픽 채널을 역확산하고, 역확산된 트래픽 신호로부터 제1채널 추정기에서 추정된 채널에 의해 트래픽 채널에 포함된 사용자 데이터를 복조하고, 역확산된 신호에서 복조된 데이터를 제거하며, 복조된 데이터가 제거된 신호로부터 채널을 추정하는 제2채널 추정부; 및 제1채널 추정부의 출력과 제2채널 추정부의 출력을 결합하는 결합부를 포함함을 특징으로한다.
본 발명에 따르면, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 함께 사용하여 시간 지연이 없는 채널 추정을 수행함으로써 파일럿 채널만을 사용하여 채널을 추정한 경우보다 상대적으로 보다 작은 Eb/N0비를 얻을 수 있다.

Description

파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기, 그 방법 그리고 이를 구비한 직접 시퀀스 코드분할다중접속 수신기{Apparatus and method for estimating channel using pilot and traffic channel and DS/CDMA receiver comprising it}
본 발명은 파일럿 채널(pilot channel) 및 트래픽 채널(traffic channel)을 이용한 채널 추정기(channel estimator), 그 방법 및 이를 구비한 직접 시퀀스 코드분할다중접속(DS/CDMA) 수신기에 관한 것으로, 특히 채널 추정시 파일럿 채널 뿐 만 아니라 트래픽 채널로부터도 채널을 추정하는 채널 추정기, 그 방법 및 이를 구비한 DS/CDMA 수신기에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 DS/CDMA 시스템은 순방향 연결에서는 파일럿 채널을 두어서 셀(cell)내에 있는 각 이동국이 무선채널의 특성을 검출 및 대응하면서 기지국으로부터 수신된 신호를 코히런트 검출하도록 한다.
파일럿 채널은 이동국으로 하여금 CDMA 순방향 채널을 위한 타이밍을 획득하도록 한다. 즉, 파일럿 채널은 코히런트 복조를 하기 위한 위상기준을 제공하며, 또한 이동국에게 주변의 기지국으로부터 오는 신호의 세기를 비교할 수 있는 수단을 제공하여 핸드오프를 결정하도록 한다. 셀마다 한 개의 파일럿 채널을 두는데, 파일럿 채널의 전력은 사용자 신호가 다중화되어 전송되는 트래픽 채널의 전력보다 크게 전송된다. 따라서, 순방향 연결에서는 파일럿 채널만을 사용하여 채널 추정을 하고, 이를 이용하여 코히런트(coherent) 복조한다. 역방향 연결에서는 논코히런트(non-coherent) 복조를 하기 때문에 채널 추정이 필요없다.
그러나 논코히런트 복조는 코히런트 복조에 비해 성능이 떨어지므로, 차세대 시스템에서는 역방향 연결에서도 파일럿 신호를 사용하여 코히런트 복조하는 것이 제안되고 있다.
채널 추정은 코히런트 복조에 사용될 뿐 만 아니라 다중경로 페이딩(multipath fading)에 의한 신호의 왜곡을 극복하기 위해 다이버시티(space diversity)기법에도 사용한다. 다이버시티는 수신된 여러 신호를 수신기에서 사용하는 방법에 따라서 선택결합(selection combining), 등가이득결합(equal gain combining), 최대비결합(maximal ratio combining)으로 구별할 수 있다. 이중 최대비결합은 각각의 신호를 신호의 크기의 비로 합치는 방법으로 부가성 백색 가우시안 잡음(additive white gaussian noise)과 함께 수신되는 환경에서 신호대잡음비(SNR)를 최대로 하는 방법이다.
이와 같이 다중경로 페이딩을 극복하기위한 다이버시티 기법을 사용하기 위해서는 수신된 신호들이 통과한 채널의 크기와 위상정보가 필요하다. 그러므로, 페이딩 채널환경에서 채널의 크기와 위상을 정확하게 추정하는 것은 다이버시티 기법의 성능을 결정하는 중요한 요소가 된다.
채널 추정은 보통 파일럿 채널만을 사용하여 수행된다. 그러나, 트래픽 채널도 파일럿 채널과 동일한 채널을 통과하기 때문에 파일럿 채널 뿐 만 아니라 트래픽 채널에도 채널 정보가 있으므로, 트래픽 채널도 이용하여 채널 추정을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 파일럿 채널 뿐 만 아니라 트래픽 채널도 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기, 그 방법 및 이를 구비한 DS/CDMA 수신기를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파일럿 채널과 트래픽 채널을 함께 사용한 채널 추정기에 대한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 채널 추정기를 구비한 DS/CDMA 수신기에 대한 블록도이다.
도 3은 DS/CDMA 시스템에서 파일럿 채널의 전력이 트래픽 채널의 전력과 비교해서 9dB가 적은 경우, 정규화된 도플러 주파수에 대해 정보 비트당 요구되는 에너지 대 잡음비(Eb/N0)를 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 수신된 파일럿 채널을 역확산하고, 역확산된 파일럿 신호로부터 채널을 추정하는 제1채널 추정부; 수신된 트래픽 채널을 역확산하고, 역확산된 트래픽 신호로부터 상기 제1채널 추정기에서 추정된 채널에 의해 상기 트래픽 채널에 포함된 사용자 데이터를 복조하고, 상기 역확산된 신호에서 복조된 데이터를 제거하며, 상기 복조된 데이터가 제거된 신호로부터 채널을 추정하는 제2채널 추정부; 및 상기 제1채널 추정부의 출력과 상기 제2채널 추정부의 출력을 결합하는 결합부를 포함함을 특징으로한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 (a) 수신된 파일럿 채널을 역확산하여 채널을 추정하는 단계; (b) 수신된 트래픽 채널을 역확산하는 단계; (c) 상기 (a)단계에서 추정된 채널에 의해 역확산된 트래픽 채널로부터 사용자 데이터를 복조하는 단계; (d) 상기 역확산된 트래픽 채널로부터 복조된 사용자 데이터를 제거하는 단계; (e) (d)단계의 결과로부터 채널을 추정하는 단계; 및 (f) 상기 (a)단계 및 상기 (e)단계에서 각각 출력된 채널을 선형결합하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 수신된 트래픽 채널을 역확산하는 채널 역확산부; 파일럿 채널을 역확산하여 채널을 1차 추정하고, 1차 추정된 채널에 의해 역확산된 트래픽 채널로부터 사용자 데이터를 복조하고, 상기 역확산된 트래픽 채널에서 복조된 사용자 데이터를 제거하며, 상기 사용자 데이터가 제거된 트래픽 채널로부터 채널을 2차 추정하며, 1차 추정된 채널과 2차 추정된 채널을 결합하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정부; 및 상기 채널 역확산부의 출력과 상기 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정부의 출력으로부터 사용자 데이터를 복조하는 레이크 수신부를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 파일럿 채널과 트래픽 채널을 함께 사용한 채널 추정기에 대한 블록도이다. 도 1에 따른 채널 추정기는 파일럿 채널 추정부(100), 트래픽 채널 추정부(110), 제1곱셈기(120), 제2곱셈기(130) 및 가산기(140)를 포함한다.
파일럿 채널 추정부(100)는 파일럿 채널을 이용하여 채널을 추정하고, 트래픽 채널 추정부(110)는 트래픽 채널을 이용하여 채널을 추정한다. 제1 및 제2곱셈기(120, 130)은 각각 파일럿 채널 추정부(100) 및 트래픽 채널 추정부(110)에서 출력되는 추정값들에 소정 값들을 곱하고, 가산기(140)는 곱한 결과를 가산한다.
파일럿 채널 추정부는 제3곱셈기(101), 제1평균기(102) 및 제1채널 추정필터(103)를 구비한다.
제3곱셈기(101)는 수신된 데이터에 파일럿 채널에 대한 왈시(Walsh) 코드 wp를 곱하고, 제1평균기(102)로 평균하여 역확산된 신호 rk,lp(i)를 출력한다. 여기서, β는 파일럿 채널의 전력을 정규화하는 값이고, N은 확산계수(spreading factor)이다.
제1채널 추정필터(103)는 rk,lp(i)로부터 채널을 추정한다. 추정 필터로는 시간지연이 없는 필터가 바람직하며, 그 예로서 극(pole)이 하나인 무한 임펄스 응답(IIR) 필터가 적절하다.
제1채널 추정필터(103)는 k번째 사용자에 대해 l번째 경로로 수신된 신호에 대한 역확산 신호를라 할 때, 파일럿 채널을 사용한 채널 추정을 다음 식과 같이 결정한다.
여기서, α는 페이딩 채널의 도플러 주파수(Doppler frequency)와 SNR을 고려하여 최적화되는 값이다. 그러나, 데이터 수신시 채널환경을 정확하게 알 수 없으므로, 모든 환경에서 사용될 수 있는 값을 정해서 사용한다.
트래픽 채널 추정부(110)는 트래픽 채널을 이용하여 채널을 추정한다. 트래픽 채널 추정부(110)는 제4곱셈기(111), 제2평균기(112), 임시 데이터 결정부(113), 제5곱셈기(114) 및 제2추정 필터(115)를 구비한다.
제4곱셈기(111)는 수신된 데이터에 트래픽 채널에 대해 k번째 사용자에 해당하는 왈시(Walsh) 코드 wt를 곱하고, 제2평균기(112)로 평균하여 역확산된 신호를 출력한다.
임시 데이터 결정부(113)는 역확산된 신호 및 제1채널 추정필터(103)에서 추정된 채널값으로부터 코히런트 복조하여 임시 사용자 데이터를 결정하며, 각 경로별로 역확산되어 입력되는 신호들(미도시)로부터 해당 채널 추정필터들(미도시)에서 추정된 채널값들로부터 각각 코히런트 복조하여 해당 임시 사용 데이터를 결정한다. 임시 데이터 결정부(113)로서는 통상의 레이크(RAKE) 수신기가 적절하다.
제4곱셈기(114)는 제2평균기(112)의 출력신호와 임시 데이터 결정부(113)에서 출력되는를 곱해서 트래픽 채널에 포함된 데이터 부분을 제거한다. 제2추정필터(115)는 제5곱셈기(114)에 의해 데이터가 제거된 트래픽 신호에 대해 채널을 추정한다. 제2추정필터(115)는 상기 제1채널 추정필터(103)와 마찬가지로 시간지연이 없는 필터가 바람직하며, 그 예로서 극(pole)이 하나인 무한 임펄스 응답 필터가 적절하다.
제2추정필터(115)는 k번째 사용자에 대해 l번째 경로로 수신된 신호에 대해 데이터가 제거된 트래픽 신호로부터 트래픽 채널을 사용한 채널 추정을 다음 식과 같이 결정한다.
여기서, γ는 제2추정필터(115)의 파라미터로서 상술한 α값과 동일한 값을 사용할 수 있다.
가산기(140)는 제1채널 추정필터(103)의 출력과 제2추정필터(115)의 출력을 다음 식과 같이 선형결합하여 최종 채널 추정값을 출력한다.
여기서, ap, at는 선형 결합상수로서, 채널 추정 제곱 오차를 최소화하도록 하거나, SNR을 최대화하도록 정해진다. 또는 파일럿 채널과 트래픽 채널의 전력비로부터 결정할 수 있다. 그러나, 최적 선형 결합상수 주변에서의 성능 변화가 채널 환경의 변화에 민감하지않기 때문에 최적 선형 결합상수의 주변값도 모든 채널 환경에서 사용가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 채널 추정기를 구비한 DS/CDMA 수신기에 대한 블록도이다. 도 2에 따른 DS/CDMA 수신기는 트래픽 채널 역확산기(200), 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기(202) 및 레이크 수신기(204)를 포함한다.
수신된 신호는 각 전송 경로별로 트래픽 채널 역확산기(200)에서 역확산되고, 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기(202)는 수신된 신호의 파일럿 채널 및 트래픽 채널로부터 시간지연이 없는 채널추정을 수행한다. 레이크 수신기(204)는 k번째 사용자에 대하여 각 전송경로별로 역확산되고 채널추정된 결과들을 구분하고 결합한다. 즉, 무선 채널에 있는 다중경로 시간지연을 이용하여, 동일하게 전송된 신호가 시간차를 두고 들어오는 파형을 결합한다.
도 3은 DS/CDMA 시스템에서 파일럿 채널의 전력이 트래픽 채널의 전력과 비교해서 9dB가 적은 경우, 정규화된 도플러 주파수에 대해 정보 비트당 요구되는 에너지 대 잡음비(Eb/N0)를 도시한 것이다. 채널 추정 파라미터 α 및 β는 각기 다른 환경에서 동일한 값을 사용하였고, 결합상수 ap및 at는 두 값의 비가 파일럿 채널과 트래픽 채널의 전력비가 되도록 하였다. 도 3(a)는 파일럿 채널만을 이용하여 채널 추정한 경우이고, 도 3(b)는 파일럿 채널과 트래픽 채널 둘 다를 이용하여 채널 추정한 경우이다. 도시된 바에 따르면, 파일럿 채널과 트래픽 채널 둘 다를 이용하여 채널 추정한 경우가 파일럿 채널만 이용한 경우보다 (Eb/N0)이 작음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 함께 사용하여 시간 지연이 없는 채널 추정을 수행함으로써 파일럿 채널만을 사용하여 채널을 추정한 경우보다 상대적으로 보다 작은 (Eb/N0)에서 보다 좋은 성능을 얻을 수 있다. 이를 레이크 수신기에 적용하면 비트오류율을 낮출 수 있다. 또한, 전력제어를 위해서는 지연시간이 없는 채널 추정이 필요한데, 이에 사용하면 더 정확한 전력제어가 가능해지므로 비트오류율을 낮출 수 있으며 따라서 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 수신된 파일럿 채널을 역확산하고, 역확산된 파일럿 신호로부터 채널을 추정하는 제1채널 추정부;
    수신된 트래픽 채널을 역확산하고, 역확산된 트래픽 신호로부터 상기 제1채널 추정기에서 추정된 채널에 의해 상기 트래픽 채널에 포함된 사용자 데이터를 복조하고, 상기 역확산된 신호에서 복조된 데이터를 제거하며, 상기 복조된 데이터가 제거된 신호로부터 채널을 추정하는 제2채널 추정부; 및
    상기 제1채널 추정부의 출력과 상기 제2채널 추정부의 출력을 결합하는 결합부를 포함함을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1채널 추정부는
    상기 파일럿 채널에 소정 코드를 곱하고 평균하는 파일럿 채널 역확산부;
    상기 역확산된 데이터로부터 채널을 추정하는 제1무한 임펄스 응답 필터를 구비함을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1무한 임펄스 응답 필터는
    k번째 사용자에 대해 l번째 경로로 수신된 신호에 대한 상기 역확산 신호를이고, α가 소정 파라미터일 때, 상기 파일럿 채널에 의한 채널 추정은 다음 식
    [수학식]
    와 같이 결정됨을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2채널 추정부는
    상기 트래픽 채널에 소정 코드를 곱하고, 곱한 값을 평균하여 역확산하는 트래픽 역확산부;
    역확산된 신호로부터 상기 제1채널 추정부에서 추정된 채널에 의해 데이터를 복조하는 임시 데이터 결정부;
    상기 역확산된 신호에 상기 복조된 데이터를 곱하는 곱셈기; 및
    상기 곱셈기의 출력으로부터 채널을 추정하는 제2무한 임펄스 응답 필터임을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  5. 제4항에 있어서, 제2무한 임펄스 응답 필터는
    k번째 사용자에 대해 l번째 경로로 수신된 신호에 대한 상기 곱셈기의 출력 신호를라 하고, γ가 소정 파라미터일 때, 상기 트래픽 채널에 의한 채널 추정은 다음 식
    [수학식]
    와 같이 결정됨을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결합기는
    k번째 사용자에 대해 l번째 경로로 수신된 신호에 대한 상기 제1채널 추정부의 출력을, 상기 제2채널추정부의 출력을그리고 ap, at는 결합상수라 할 때, 최종 채널 추정값을 다음 식
    [수학식]
    과 같이 선형결합하는 가산기임 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 ap, at는
    채널 추정 제곱 오차의 최소화, 신호대잡음비의 최대화 그리고 파일럿 채널과 트래픽 채널의 전력비중 어느 하나를 만족하는 값으로 결정됨을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정기.
  8. (a) 수신된 파일럿 채널을 역확산하여 채널을 추정하는 단계;
    (b) 수신된 트래픽 채널을 역확산하는 단계;
    (c) 상기 (a)단계에서 추정된 채널에 의해 역확산된 트래픽 채널로부터 사용자 데이터를 복조하는 단계;
    (d) 상기 역확산된 트래픽 채널로부터 복조된 사용자 데이터를 제거하는 단계;
    (e) (d)단계의 결과로부터 채널을 추정하는 단계; 및
    (f) 상기 (a)단계 및 상기 (e)단계에서 각각 출력된 채널을 선형결합하는 단계를 포함함을 특징으로하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정 방법.
  9. 수신된 트래픽 채널을 역확산하는 채널 역확산부;
    파일럿 채널을 역확산하여 채널을 1차 추정하고, 1차 추정된 채널에 의해 역확산된 트래픽 채널로부터 사용자 데이터를 복조하고, 상기 역확산된 트래픽 채널에서 복조된 사용자 데이터를 제거하며, 상기 사용자 데이터가 제거된 트래픽 채널로부터 채널을 2차 추정하며, 1차 추정된 채널과 2차 추정된 채널을 결합하는 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정부; 및
    상기 채널 역확산부의 출력과 상기 파일럿 및 트래픽 채널을 이용한 채널 추정부의 출력으로부터 사용자 데이터를 복조하는 레이크 수신부를 포함함을 특징으로하는 직접 시퀀스 코드분할다중접속 수신기.
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