KR20040011791A

KR20040011791A - 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨시뮬레이팅 방법

Info

Publication number: KR20040011791A
Application number: KR1020020044917A
Authority: KR
Inventors: 김철성; 오동진
Original assignee: 대한민국(전남대학교총장)
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-11
Also published as: KR100515771B1

Abstract

본 발명은 CDMA 시스템의 고정된 채널에서 대역폭에 따라 한 칩 구간 내의 다중 경로 성분의 수를 달리하고, 자기상관함수의 기울기와 위상을 고려하여 페이딩의 영향을 해석할 수 있도록 하는 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명은 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템의 통신환경에 대응하여 다중경로 전력지연 프로파일을 선택하는 단계와, 다중경로의 신호를 발생시키는 단계, 상기 전력지연 프로파일에 따라 다중경로 신호의 지연시간을 결정하는 단계, 한 칩의 범위 내에 있는 신호성분에 대해 확산코드의 자기 상관함수를 연산처리하는 단계 및, 최대 결합비(MRC)의 다이버시티 수신기를 결합시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법{Simulating method for system level of wideband code division multiple access system}

본 발명은 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동통신 시스템의 시험을 위한 실 측정 이전에 이동통신 채널의 시뮬레이터를 이용하여 예비 성능을 평가하기 위한 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 다중 경로 채널의 수신신호를 분석하기 위한 방법에 있어서는 지극히 짧은 펄스를 이동통신 채널을 통해 전송하는 경우에 도 1에 도시된 바와 같은 펄스열로 나타나게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 펄스열은 다중 경로 채널의 첫 번째 특징으로서의 시간 확산(Time Spread)을 나타내고, 두 번째 특징으로서 반사 매체의 시간적인 변동에 의해 야기되는 채널의 시간변동에 해당된다. 따라서, 펄스의 송/수신 과정을 반복하게 되는 경우에는 수신단에서 펄스크기, 펄스간의 상대적인 시간지연과 관측되는 펄스의 개수가 시간에 따라 변동하게 되는 것이다.

그러나, 수신체가 천천히 이동한다고 가정하면 일정 시간동안에는 펄스열을 하나의 형태로 고정시켜 분석할 수 있다. 일반적으로 광대역 다중경로 채널은 하기한 수학식 1과 같이 선형 필터로 표현될 수 있다.

여기서, p_??은 전력 지연 프로파일(Power Delay Profile)의 l번째 요소의 전력이고, α_l과 θ_l은 서로 독립적인 제로-평균(Zero-Mean) 시변 복소 가우시안 프로세스의 크기로부터 얻어진 랜덤변수와 위상이다.

한편, N-CDMA와 W-CDMA에 대한 수신신호의 분석을 위한 종래의 방식은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 시스템의 대역폭에 관계없이 한 칩의 구간 내에 다중 경로 성분만이 존재하거나, 여러개의 다중 경로 성분이 존재하여도, 그 다중 경로 성분들을 더하여 일정한 평균 전력을 갖는 한 개의 다중 경로 성분으로 취급하였다.

하지만, 이러한 방식들은 자기 상관 함수의 기울기를 고려하지 않고 있기 때문에, 페이딩에 의한 영향을 정확하게 분석할 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 광대역 다중 경로 채널 모델은 채널 모델의 대역폭보다 작거나 같은 대역폭을 갖는 이동통신 시스템의 해석에 사용되는 바, 이러한 광대역 채널 모델에 기초하여 협대역 시스템을 분석하면, 한 칩 또는 한 비트 구간 동안에 높은 해상도를 갖는 즉, 분해 가능한 다중 경로 성분들이 랜덤하게 더해져서 수신기의 출력에서 하나의 값으로 나타나게 된다.

그러나, 이러한 광대역 다중 경로 채널 모델에서 모든 다중 경로를 분해할 수 있을 정도로 칩 구간이 상당히 짧은 경우에는 한 칩 구간 내에 단지 한 개의 다중 경로 성분 만이 존재하고 다른 다중 경로 성분들은 자기 상관 함수의 특성에 의해 그 영향이 무시되게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 CDMA 시스템의 고정된 채널에서 대역폭에 따라 한 칩 구간 내의 다중 경로 성분의 수를 달리하고, 자기상관함수의 기울기와 위상을 고려하여 페이딩의 영향을 해석할 수 있도록 하는 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 다중경로채널의 송신신호와 수신신호를 나타낸 도면,

도 2a 및 도 2b는 종래의 수신신호 분석기법에 의해 N-CDMA와 W-CDMA의 대역폭에 따른 다중 경로의 신호성분을 분석하는 경향을 예시적으로 나타낸 도면,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법에 의한 수신신호 분석기법을 통해 N-CDMA와 W-CDMA의 대역폭에 따른 다중 경로의 신호성분을 분석하는 상태를 예시적으로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법이 적용되는 CDMA신호 수신장치의 구성을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다수의 가지를 갖는 레이크 수신기를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:광대역 채널필터, 20:국부 발진기,

30:승산기, 40,C1∼Cn:상관기,

50:결정장치.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템의 통신환경에 대응하여 다중경로 전력지연 프로파일을 선택하는 단계와, 다중경로의 신호를 발생시키는 단계, 상기 전력지연 프로파일에 따라 다중경로 신호의 지연시간을 결정하는 단계, 한 칩의 범위 내에 있는 신호성분에 대해 확산코드의 자기 상관함수를 연산처리하는 단계 및, 최대 결합비(MRC)의 다이버시티 수신기를 결합시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법을 제공한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

즉, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법에 의한 수신신호 분석기법을 통해 N-CDMA와 W-CDMA의 대역폭에 따른 다중 경로의 신호성분을 분석하는 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바에 따르면, 다중 경로 채널 모델의 대역폭을 고정하고, 시스템의 대역폭과 채널의 해상도에 따라 한 칩구간 내의 다중 경로 성분의 수를 달리하는 방식을 사용하게 된다.

상기한 방식은 한 칩 구간 내에 존재하는 다중 경로 성분들에 대해 자기 상관 함수의 기울기를 적용하여 다중 경로 성분들의 위상을 고려하고, 이들을 페이저의 합으로 구현하게 된다. 그에 따라, 한 칩 구간 내에 존재하는 다중 경로 성분들이 발생시키는 페이딩에 대한 영향을 정확하게 분석할 수 있도록 한다.

이러한 페이딩의 영향은 출력신호의 통계적 분포에 의해 나타나므로 출력 신호의 확률밀도 함수를 구하고, 출력신호의 조건부 에러 확률을 이용하여 사용자의 수에 대한 평균 에러 확률을 유도할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법이 적용되는 CDMA신호 수신장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 CDMA신호 수신장치에서는 W-CDMA 신호를 해석하기 위해서 수신된 전체 신호가 K개의 직접확산(Direct Sequence; DS) 신호의 합으로 구성되고, 각각 서로 비동기적인 것으로 하며, 코히어런트 BPSK 변조방식과 전력제어 및 코드동기화가 가능한 것으로 한다.

동 도면에 따른 CDMA신호 수신장치는 광대역 채널필터(Wideband Channel Filter)(10)와, 국부 발진기(Oscillator)(20), 승산기(30), 상관기(Correlator)(40), 결정장치(Decision Device)(50)로 구성된다.

상기 CDMA신호 수신장치에서 k번째로 전송된 신호는 하기한 수학식 2과 같이 정의된다.

여기서, m_k(t)와 c_k(t)는 각각 k번째 사용자의 데이터와 확산코드를 나타내고, 전체적인 수신신호에 대해서는 하기한 수학식 3에 의해 정의된다.

수신신호 r(t)가 국부 발진기(20) 신호와 곱해진 후에 상관기(40)를 통과한 후의 출력을 Z^′(t)라고 하면, t=T에서의 출력은 하기한 수학식 4과 같다.

여기서, S′는 원하는 신호의 크기를 나타내고, I는 간섭신호의 크기를 나타내며, N은 가우시안 잡음을 나타낸다.

먼저, 원하는 사용자에 대한 신호(S′)의 통계적 특성에 대해서는 하기한 수학식 5와 같이 유도할 수 있다.

이 때, 랜덤변수 S′를 실수부분(U)과 허수부분(V)으로 표현하게 되면 하기한 수학식 6와 같이 된다.

여기서,

다음에, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다수의 가지를 갖는 레이크 수신기를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바에 따르면, 본 발명에서는 CDMA 시스템의 성능개선을 위해 레이크 수신기를 사용하였는 바, 각 레이크 수신기는 다이버시티를 사용하고 시간이 지연된 다중 경로 성분들을 각각 개별적인 상관기(C1∼Cn)를 사용하여 결합하게 된다.

또한, 각 레이크 수신기의 결합방식은 최대 결합비(Maximal Ratio Combinung; MRC)를 채택하여 M개의 가지를 갖도록 한다.

동 도면에서, M개의 상관기로부터의 출력을 나타내는 랜덤변수가 Z₁,Z₂,Z₃,...,Z_M이면, 각각의 출력에 G₁,G₂,G₃,...,G_M의 가중치 계수를 곱하여 가지이득을 취하게 된다.

즉, 모든 다중 경로 성분을 이용하기 위해서 최대 결합비(MRC) 다이버시티 수신기를 사용하다고 하면 신호(S)의 통계적 특성에 대한 식은 하기한 수학식 7과 같이 나타나게 된다.

여기서, G_i는 i번째 가지의 이득으로서 신호전압대 잡음과 간섭 전력의 비에 대해서는 하기한 수학식 8에 의해 주어진다.

상기한 실시예를 갖는 본 발명은 그 실시양태에 구애받지 않고 그 기술적 요지를 벗어나지 않는 한도 내에서 얼마든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있도록 되어 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 광대역 다중경로 페이딩 채널에서 서로 다른 대역폭을 갖는 W-CDMA 시스템의 출력신호의 확률밀도함수와 성능을 고정된 채널에서 시스템의 대역폭에 따라 한 칩 구간의 다중 경로 성분에 자기상관 함수의 기울기와 위상을 고려하고, 한 침 구간내의 다중 경로의 수를 달리할 수 있도록 함에 따라, 신규한 CDMA 응용시스템을 개발하는 경우에 상위 시스템의 성능을 예비평가함에 있어서 소요되는 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다는 효과를 갖게 된다.

Claims

광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템의 통신환경에 대응하여 다중경로 전력지연 프로파일을 선택하는 단계와,

다중경로의 신호를 발생시키는 단계,

상기 전력지연 프로파일에 따라 다중경로 신호의 지연시간을 결정하는 단계,

한 칩의 범위 내에 있는 신호성분에 대해 확산코드의 자기 상관함수를 연산처리하는 단계,

최대 결합비(MRC)의 다이버시티 수신기를 결합시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법.
제 1 항에 있어서, 다중경로의 신호를 발생시키는 단계는,

다중경로의 크기를 나타내는 랜덤변수를 발생시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법.
제 1 항에 있어서, 다중경로의 신호를 발생시키는 단계는,

다중 경로 성분의 위상을 결정하는 균일분포의 랜덤변수를 발생시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중접속 시스템의 시스템 레벨 시뮬레이팅 방법.