KR20050025655A

KR20050025655A - 펄스-정형 필터들을 사용하는 멀티캐리어-부호 분할 다중접속 무선 통신 시스템에서의 개선된 성능을 위한 장치 및방법

Info

Publication number: KR20050025655A
Application number: KR1020057001297A
Authority: KR
Inventors: 보란모하메드제이.; 바쉬니프라보드; 빌포넨한누; 파파디미트리오우파냐이오티스
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-03-14
Also published as: US20050018598A1; EP1525686A4; KR100755937B1; AU2003256745A1; EP1525686A1; WO2004012366A1; CN1672349A; US20070237067A9; US7400686B2

Abstract

멀티캐리어-부호 분할 다중 접속(MC-CDMA) 통신 네트워크에서 사용하기 위한 장치(도 1)는 무선 신호를 송신하는 송신기를 포함한다. 상기 송신기는 입력 벡터를 두 부분들로 분할하고, 상기 두 부분들 사이에 N개의 0들을 삽입하며, 시간-영역 신호를 획득하기 위하여 역 고속 푸리에 변환을 행하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 변조기(425)를 포함한다. 송신전에 상기 시간 영역 신호를 처리하기 위한 펄스 정형 필터(430)는 상기 변조기(425)에 연결된다. 수신기(451)는 상기 송신된 신호를 수신하기 위한 것이다. 상기 수신기(451)는 상기 신호의 고속 푸리에 변환(FFT)을 행하기 위한 OFDM 복조기(460)를 포함하며, 결과로서 생긴 주파수 영역 신호로부터 상기 송신기에서 삽입된 0들을 제거한다.

Description

펄스-정형 필터들을 사용하는 멀티캐리어-부호 분할 다중 접속 무선 통신 시스템에서의 개선된 성능을 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for improved performance in MC-CDMA radio telecommunication systems that use pulse-shaping filters}

본 발명은 일반적으로 무선 텔레포니에 관한 것으로, 특히 개선된 샘플링 및 채널 추정을 사용하여 펄스-정형 필터들을 사용하는 광대역 멀티캐리어-부호 분할 다중 접속 무선 통신 시스템들의 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선 텔레포니는 무선 통신 네트워크를 통해 사용자에 의한 전화 통신을 위한 휴대용 무선 장치의 사용을 포함한다. 상기 네트워크는 많은 수의 네트워크 가입자들을 서로 접속시키는데, 보통 다른 네트워크들의 가입자들에게도 접속시킨다. 호출하고 호출되는 당사자들간의 접속들은 적합한 목적지들로 호들(calls)을 라우팅시키기 위한 스위칭 장치들 및 정보 채널들을 포함하는 네트워크 기반 구조를 사용하여 행해진다. 접속된 가입자들은 음성 대화에 참여할 수 있거나 텍스트 메시지들, 이메일 또는 다른 형태의 데이터를 교환할 수 있다.

무선 통신 네트워크에서, 유일한 실제 무선-주파수 접속은 가입자의 무선 장치들 및 네트워크 기반 구조간의 접속일 수 있다(이것이 반드시 사실은 아닐지라도). 기반 구조 노드들은 종종 위치가 고정되고 유선들, 케이블들 또는 광 섬유들을 사용하여 상호 접속되어, 그들은 많은 양의 정보를 전송할 수 있다. 하지만, 상기 가입자들로의 무선 접속은 그것이 가입자들에게 이동성을 제공하기 때문에 중요하다. 이상적인 환경에서, 가입자는 호(call)를 행할 수 있고 수십 마일, 또는 심지어 수백마일에 걸쳐 이동하는 경우에도 접속을 유지할 수 있다.

이러한 통신이 발생하기 위하여, 전형적으로 무선 통신 네트워크는 때때로 네트워크 커버리지 구역으로 지칭되는, 넓은 지리적인 구역에 걸쳐 분포된 많은 수의 고정된 기지국들을 사용한다. 각 기지국은 근처의 이동국들과 통신하기 위하여 하나 이상의 안테나들을 사용하고, 물론 또한 상기 기반 구조의 나머지 부분들에 접속된다.

도 1은 전형적인 무선 통신 네트워크(100)의 선택된 구성 요소들을 도시한 단순화된 블록도이다. 기지국들(105-110)은 각각 안테나(111-116)와 접속되어 있는 것으로 도시된다. 각 안테나는 때때로 셀로 지칭되는, 선택된 구역내의 통신을 처리할 것이다. (이러한 이유로 이러한 네트워크에서 사용되는 상기 휴대용 가입자 무선 장치들은 종종 "셀룰러" 또는 단순히 "셀" 전화들로 불리운다.) 예를 들어, 도 1에서, 셀 전화들(11, 12 및 13)은 각각 무선 채널들(1, 2 및 3)을 통해 안테나들(111, 112 및 113)과 통신하는 것으로 도시된다.

도 1에서 파선들은 셀 경계들을 나타낸다. 물론 상기 경계들은 그들의 연관된 안테나의 정확한 범위를 나타내지는 않으며, 모양이 항상 일정하지 않고 크기가 일관되지 않다. 그리고 단지 6개의 셀들이 도시될지라도, 전형적으로 상기 네트워크 커버리지 구역에 더 많은 셀들이 존재한다. 셀 전화들은 종종 셀에서 셀로 이동할 수 있고 이동하며, 그들의 네트워크 통신은 일반적으로 핸드오버라고 불리우는 프로세스를 통해 한 네트워크 안테나에서 다른 네트워크 안테나로 이동된다.

기지국 제어기들(BSC들)(120 및 125)은 각각 기지국들(105-107 및 108-110)과 통신하고 일반적으로 기지국들(105-107 및 108-110)의 동작들을 제어한다. 상기 기지국 제어기들은 차례로 이동 스위칭 센터(MSC)(130)와 접속되는데, 상기 이동 스위칭 센터(MSC)(130)는 호 라우팅을 처리하고 다른 네트워크로의 접속을 제공할 수 있는, G-MSC(135)와 같은 게이트웨이 MSC들 및 다른 네트워크 MSC들(미도시)로의 접속을 제공한다. 방문자 위치 레지스터, 여기에서 VLR(40)는 연관된 MSC에 의한 상기 구역 서비스에서 셀 전화들과 관련된 정보를 유지한다. (홈 위치 레지스터(HLR)(미도시)는 모든 네트워크 가입자들과 관련된 다른 정보 및 위치를 추적하기 위하여 제공될 수 있다.)

셀룰러 전화들이 전통적으로 음성 통신을 위해 사용되었을지라도, 기술의 진전이 텍스트 메시지들과 인스턴트 메시지들의 송신, 데이터 전송 및 웹 서핑을 포함하는 다른 적용을 위하여 이러한 수단의 사용에 대한 소개 및 성장을 허용했다는 것을 주목하라. 몇몇은 약속 캘린더화와 같은, 개인 휴대 정보 단말기(PDA)에 의해 이전에 수행된 기능들을 심지어 통합하였다. 이러한 이유로 무선 통신을 통해 통신할 수 있는 매우 다양한 이러한 장치들은 단순히 "이동국들"로 지칭될 것이다.

무선 통신 네트워크에서, 셀룰러 구조는 다수의 이점들을 제공한다. 하나의 이점에 대해, 많은 네트워크들에서 개별 가입자에 대한 채널화 또는 제어 통신은 상이한 주파수들을 각 채널에 할당함으로써 구현된다. 이들 통신의 범위를 제어함으로써, 할당된 주파수들은 사용자들간에 간섭을 야기하지 않고 비-인접 셀들에서 재사용될 수 있다. 더욱이, 통신하기 위한 기지국들의 근접은 이동국들이 멀리 있는 안테나들에 도달해야 하는 경우보다 더 낮은 송신 전력으로 통신할 수 있다는 것을 의미한다. 물론 전력의 보존은 배터리로 동작되는 장치들의 중요한 목적이다.

이동 콘텍스트에서의 주파수 채널화는 자주 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access)으로 지칭된다. 각 이동국에는 상기 기지국과 통신하는 전체 동작 대역폭내의 하나 이상의 주파수들이 할당된다. 몇몇 시스템들에 있어서, 각 통신 주파수는 또한 타임 슬롯들로 분할되는데, 이러한 방식은 시분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access)으로 지칭된다. TDMA에 있어서, 각 이동국에는 하나 이상의 이러한 슬롯들이 할당되고 각 이동국은 그것의 정보의 일부를 차례로 송신한다. 물론, 상기 슬롯들은 충분한 지속 시간 및 주파수를 가져서 각 사용자는 그들 자신의 대화를 연속적으로 인식한다.

다른 유형의 다중 접속 방식은 부호-분할 다중 접속(CDMA: Code-Division Multiple Access)이라고 불리운다. CDMA는 다소 다르게 동작한다; 이용가능한 송신 대역폭을 개별 채널들로 분할하기 보다는, 많은 개별 송신들이 확산 코드를 사용하여 주파수 대역에 걸쳐 확산된다. 특정 수신기(예를 들어 이동국)에 대해 의도된 송신들은 이동국에 할당된 확산 코드를 가지고 확산되는데, 상기 이동국은 상기 이동국에 대해 의도된 정보만을 복호화하고 다른 이동국들에 대해 의도된 상이하게 부호화된 송신들은 무시한다. 그러므로 주어진 구역에서 동작할 수 있는 이동국들의 수는 주파수 대역들의 수 보다는, 이용가능한 유일한 부호화 시퀀스들의 수에 의해 제한된다. CDMA 네트워크의 동작은 보통 IS-95(인터림 표준-95)에 따라 또는 점점 더 때때로 CDMA2000, 1xEV-DO 및 1xEV-DV로 지칭되는, 그것의 3세대(3G) 후계자들에 따라 수행되는데, 후자는 데이터 및 음성 정보 양자의 전송을 제공한다.

더 최근에 개발된 방식에 있어서, CDMA 기술의 사용은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 결합된다. OFDM은 다수의 사용자 심볼들이 많은 수의 상이한 서브-캐리어들을 사용하여 병렬로 송신되는 변조 방식이다. 때때로 주파수 빈들(bins)이라고 불리우는, 이들 서브-캐리어들은 (종래의 CDMA에 대해) 시간보다는 주파수에 대해 송신된 정보를 확산시키는데 사용된다. 상기 다중 접속 방식은 때때로 멀티캐리어 CDMA(또는 MC-CDMA)로 지칭된다.

도 2는 전형적인 MC-CDMA 통신 시스템(200)의 선택된 구성 요소들을 도시한 단순화된 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 송신측(205) 및 수신측(210)을 구비한다. 송신측에서, 송신을 위한 데이터 또는 음성일 수 있는 정보는 우선 부호기(215)에서 부호화된다. 상기 부호화된 정보는 QPSK 또는 16 QAM과 같은 몇몇 변조 방식들 중 하나에 따라 변조하기 위하여 변조기(220)로 전달된다. 그다음 상기 변조된 심볼들은 무선 인터페이스 무선 채널(230)을 통해 전송하기 위하여 MC-CDMA 송신기(225)에 제공된다.

상기 송신된 정보는 MC-CDMA 수신기(235)에 의해 상기 수신측상에서 수신되는데, 상기 MC-CDMA 수신기(235)는 상기 정보를 처리하고 그것을 심볼 검출을 위해 검출기(240)에 제공한다. 단순히 설명하면, 검출기(240)는 상기 수신된 신호로부터 송신시 부가된 어떤 왜곡 또는 노이즈의 영향을 제거함으로써 송신된 심볼 스트림을 정확하게 재구성하려고 한다. 부분적으로, 이들 바람직하지 않지만 회피할 수 없는 영향들은 파일럿 심볼들이라고 불리우는 어떤 수신된 심볼들의 품질을 분석함으로써 제거되거나 적어도 완화된다. 이들 파일럿 심볼들은 송신된 사용자 정보의 부분은 아니지만, 사용자 정보에 삽입된다. 파일럿 심볼들의 송신된 값은 상기 수신기에 알려져 있고, 상기 수신기는 상기 파일럿 심볼들이 수신되는 상태로부터 채널 영향들을 추정할 수 있다. 그다음 상기 검출된 심볼 스트림은 복호화를 위해 복호기(245)에 제공된다. 상기 복호화된 정보는 그것이 사용자에 의해 인지될 수 있도록 스피커(미도시)와 같은 사용자 인터페이스에 저장되거나 제공될 수 있다.

송신된 무선 통신을 왜곡시킬 수 있는 다른 형태의 간섭은 심볼간 간섭(ISI: Inter-Symbol Interference)으로 지칭된다. ISI은 주로 다중경로 영향, 전파하는 무선 신호가 산개하여 예를 들어 각각 약간 다른 시간에 상기 수신기에 도착할 수 있는 동일한 신호의 다수의 "복사본들"을 생성하는 상이한 반사면들과 전파 매체와 만나는 경우 발생하는 현상에 기인한다. 송신된 신호의 주파수 내용을 제한하는데 사용되는 펄스-정형 필터들과 같은 송신 필터들이 또한 ISI을 야기할 수 있다.

상기 수신기내의 채널 등화기들은 종종 상기 다중경로-영향에 의해 야기되는 ISI에 대응하는데 사용된다. 상기 송신 필터에 의해 야기되는 ISI에 대해, 정합 필터가 ISI-프리(free) 복합 필터를 생성하기 위하여 상기 수신기에서 구현될 수 있다. 하지만, 상기 접근은 항상 행해지지 않는다. 예를 들어, IS-95 및 1xEv-DV와 같은 CDMA 표준들에 규정된 펄스-정형 필터들은 ISI-프리(free)가 아니다. 그 결과, 상기 시스템들내의 펄스-정형 필터들은 상기 채널을 정확하게 추정하고 송신된 심볼들을 검출하기 위하여 수신측의 능력을 저하시키는 완화되지 않는 ISI를 야기한다.

그러므로, 필요한 것은 시스템 성능을 개선시키기 위하여 펄스-정형 필터들을 사용하는 MC-CDMA 시스템들에서 ISI 영향들을 감소시키거나 제거하는 방법이다. 본 발명은 바로 이러한 해법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 시스템 및 방법을 유리하게 사용할 수 있는, 전형적인 CDMA 통신 네트워크의 선택된 구성 요소들의 관계를 도시한 기능 블록도이다.

도 2는 전형적인 MC-CDMA 통신 시스템의 선택된 구성 요소들을 도시한 단순화된 블록도이다.

도 3은 MC-CDMA 무선 통신 시스템에서의 무선 송신 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 동작가능한 무선 통신 시스템의 선택된 구성 요소들을 도시한 기능 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 채널 추정 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 무선 신호를 처리하고 송신하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 무선 신호를 수신하고 처리하는 방법을 도시한 흐름도이다.

일 태양에 있어서, 본 발명은 송신기 및 수신기를 포함하는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 개선된 장치로서, 상기 송신기는 알려져 있는 주파수 응답을 지닌 펄스-정형 필터 및 송신될 심볼 스트림이 서브-스트림들로 분할되고 0들이 상기 서브-스트림들 사이에 삽입된 후 상기 송신될 심볼 스트림의 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)을 행하기 위한 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 포함한다. 바람직하기로는 상기 스트림은 동일한 길이를 갖는 2개의 서브-스트림들로 분할되고 0들이 고-주파수 성분들로서 삽입된다. 상기 장치는 송신된 무선 신호를 수신하고, 고속 푸리에 변환(FFT)을 행하며, 이전에 삽입된 0들을 제거하는 수신기를 더 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한 상기 송신 채널 주파수 응답의 최대 가능성 추정(maximum likelihood estimate)을 결정하기 위하여 상기 알려져 있는 펄스-정형 필터 주파수 응답을 최소 자승 분석에서 적용할 수 있다.

다른 태양에 있어서, 본 발명은 심볼 스트림을 업샘플링하고 상기 심볼 스트림을 시간 영역으로 변환하기 전에 그리고 송신을 위해 상기 심볼들을 주파수 빈들(bins)에 매핑하기 전에 주파수 영역에서 0들을 삽입하는 MC-CDMA 송신기에 의해 송신된 시간 영역 신호를 수신하는 수신기로서, 상기 심볼 스트림을 다시 주파수 영역으로 변환한 후 상기 심볼 스트림으로부터 0들을 제거하는 OFDM 복조기를 포함하는 수신기이다.

또 다른 태양에 있어서, 본 발명은 정보를 부호화하는 단계, 상기 부호화된 신호를 캐리어에 변조하는 단계, 상기 변조된 신호를 복수의 스트림들로 분할하고 각 스트림을 확산 코드로 확산시키는 단계, 상기 확산 스트림들을 길이 N_b를 갖는 심볼 시퀀스에 더하는 단계, 상기 심볼 시퀀스를 복수의 부분들로 분할하는 단계, 각 개별 부분 사이에 0들을 삽입하는 단계, 시간-영역 신호를 획득하기 위하여 상기 결과로서 생긴 스트림의 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 행하는 단계, 상기 시간-영역 신호를 펄스-정형 필터에 제공하는 단계 및 상기 신호를 송신하는 단계를 포함하는 MC-CDMA 신호를 처리하는 방법이다. 상기 방법은 상기 송신된 신호를 수신하는 단계 및 이전에-삽입된 0들을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 마지막으로, 상기 방법은 또한 상기 송신 채널 주파수 응답의 최대 가능성 추정을 결정하기 위하여 상기 알려져 있는 펄스-정형 필터 주파수 응답을 최소 자승 분석에서 적용하는 단계 및 상기 송신된 심볼 스트림을 검출하기 위하여 상기 결정된 채널 추정을 검출기에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 더 완전한 이해를 위하여 그리고 본 발명의 이점들에 대해, 하기의 상세한 설명에서 다음 도면들이 참조된다.

여기에서 논의되는 도 1 내지 도 7 및 본 발명을 설명하는데 사용되는 다양한 실시예들은 단지 설명을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 당업자는 본 발명의 원리들이 특히 여기에서 논의되는 것들에 부가하여, 어떤 유사한 무선-통신 장치에서도 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 무선 통신 네트워크에서 통신을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 송신측에 펄스-정형 필터를 포함하는 멀티캐리어 부호 분할 다중 접속(MC-CDMA: Multi Carrier-Code Division Multiple Access)에 적용될 때 특히 유리하다. 도 3은 이러한 시스템에서 신호 송신의 프로세스의 관련된 부분을 도시한 흐름도이다. 시작시, 송신될 정보는 부호화되고 변조된 것으로 가정된다. 그다음 상기 변조된 심볼들은 적합한 확산 코드를 사용하여 확산되고(단계 305) 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 변조기에 제공된다. (한 심볼 스트림이 여기에서 논의될지라도, 하나보다 많은 심볼 스트림들이 존재할 수 있고 종종 존재한다.) 상기 OFDM 변조기는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 행함으로써 상기 신호를 시간-영역 신호로 변환하고(단계 310) 상기 신호를 펄스-정형 필터에 제공한다. 펄스-정형후에(단계 315), 상기 신호는 무선 인터페이스를 통해 송신된다(단계 320).

수신기에서, 상기 송신된 신호가 수신되고(단계 325) 고속 푸리에 변환(FFT)을 적용하는 복조기에서 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환된다(단계 330). 채널 추정이 행해지고(단계 335), 상기 복조된 신호는 심볼 검출을 위해 검출기에 제공된다(단계 340). (채널 추정의 타이밍 및 규칙성은 시스템 설계에 따라 변할 수 있다는 것을 주목하라.)

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 MC-CDMA를 사용하여 무선 인터페이스를 통해 정보를 송신하기 위한 예시적인 시스템(400)을 도시한 단순화된 블록도이다. 파선 위의 도면의 부분은 통신 네트워크 기지국에서 발견될 수 있는 것과 같은, 송신기(401)를 나타내고, 아래에는 예를 들어 이동국에서 동작하는 수신기(451)가 도시된다. 상기 파선 자체는 무선 통신 네트워크의 무선 인터페이스를 통한 다중경로 채널을 나타낸다.

송신기(401)에서, 직렬-병렬(S/P) 변환기(405)는 (모든 K 사용자들의) 상기 변조된 심볼 스트림들을 J 스트림들(s_0,0내지 s_K-1,J-1)로 분할한다. 이들 스트림들 각각은(s) 월시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드(c₀에서 c_J-1까지)와 곱해짐으로써 확산된 후, 덧셈기(410₀...410_k...410_K-1)에 제공되는데, 덧셈기는 각 블록 0 내지 블록 K-1과 관련된 스트림들을 단일 확산 스트림(S₀ 내지 S_K-1)에 더한다. 그다음 상기 확산 스트림(S_k)은 블록 인터리빙을 위해 인터리버(420)에 제공되기 전에 S/P 변환기들(415₀...415_K-1)을 통과한다. 상기 인터리버(420)의 출력은 X로 표시되는데, 이것은 길이 N_b를 갖는 심볼 스트림을 나타낸다. OFDM 변조기(IFFT)(425)는 인터리버(420)에 연결되고 상기 인터리빙된 신호를 주파수 빈들(bins)(서브-캐리어들)에 매핑하며, 순환 프리픽스(cyclic prefix)를 부가할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 심볼 스트림 X(여기에서 X₀...X_k...X_K-1)의 IFFT를 행하기 이전에 OFDM 변조기(425)는 우선 상기 스트림을 (각각 길이 N_b/2를 갖는) 두개의 스트림들로 분할한다. 상기 두개의 절반들 사이에 고주파에서 일 그룹의 N_b(N_s-1) 0들이 삽입되어, 크기 N_bN_s를 갖는 새로운 벡터가 생성된다. 이것은 상기 IFFT가 더 클 것이지만(즉 크기 N_bN_s을 갖지만) 결과로서 생긴 시간-영역 신호는 상기 신호의 주파수 내용의 변경없이 원하는 샘플링비(N_s)를 가질 것이라는 것을 의미한다. 그다음 상기 결과로서 생긴 시간-영역 신호는 펄스-정형 필터(430)를 통과하고 안테나(435)를 사용하여 무선 채널을 통해 송신된다.

수신기(451)는 상기 송신된 무선 신호를 수신하기 위한 안테나(453)를 포함한다. 상기 수신된 신호는 우선 대역외 노이즈 및 간섭을 억제하기 위하여 정합 대역-통과 수신 필터(455)를 통과할 수 있다. 어떤 조건하에서, 상기 정합 필터는 하기에 논의되는 바와 같이 불필요할 수 있다는 것을 주목하라. 그다음 상기 필터링된 신호는 OFDM 복조기(FFT)(460)를 통과하여 주파수-영역 신호(Z_k)로 복조된다(다른 블록들의 신호들도 제공될 수 있지만, 단순화를 위해 단지 하나만이 도시된다). 본 발명에 의하면 상기 (크기 N_bN_s를 갖는) FFT를 취한 이후에, 이전에 더해진 고주파수 성분들(0들)이 제거되고 상기 심볼 스트림의 두개의 절반들은 길이 N_b를 갖는 단일 스트림을 형성하기 위하여 재결합된다. 디인터리버(465)는 신호(Z_k)를 디인터리빙하고 비트 스트림 Y_k를 생성하는 병렬-직렬(P/S) 변환기(470_k)에 연결된다(다시, 하나의 스트림만이 도 4에 도시될지라도 각 블록과 관련된 비트 스트림이 존재할 수 있다). 검출기(475_k)는 각각의 원래의 심볼 또는 비트 스트림에 대한 소프트 또는 하드 결정 출력들을 생성한다.

상기에 언급된 바와 같이, 본 발명은 새로운 업샘플링 및 다운샘플링 기법을 포함하고, 그것의 이점들이 이제 상세히 설명될 것이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 OFDM 변조기(425) 입력 벡터(X)(도 4 참조)는 길이 N_bN_s를 갖는 벡터를 형성하기 위하여 그들 사이에 고주파수에서 N_b(N_s-1) 0들을 삽입함으로써 동일한 길이 N_b/2를 갖는 두 부분들로 분할된다. 그다음 OFDM 변조기(425)는 송신하기 전에 처리하기 위한 펄스-정형 필터(430)에 전달되는 시간-영역 신호를 획득하기 위하여 길이 N_bN_s의 IFFT를 적용한다. 상기 방법을 사용하여 상기 시간-영역 신호가 상기 신호의 주파수 내용의 변경없이 칩당 N_s 샘플들의 원하는 샘플링비를 달성한다는 것을 주목하라.

수신기(451)에서, 상기 OFDM 복조기(460)는 상기 시간 영역 신호를 수신하고 이전에 삽입된 N_b(N_s-1) 고주파수 성분들을 제거하기 전에 크기 N_bN _s를 갖는 FFT를 적용한다. 그다음 상기 심볼 스트림의 두개의 저주파수 부분들을 포함하는 길이 N_b를 갖는 주파수 영역 신호가 디인터리빙될 수 있고 추가로 처리될 수 있다.

이전에 삽입된 고주파수 성분들을 제거하는 것은 사실상 저역 필터링이고 이러한 이유로 상기 수신된 시간-영역 신호의 대역폭이 N_s/T_c Hz보다 더 크지 않는 한, (도 4에 도시된 필터(455)와 같은) 개별 수신 필터에 대한 필요를 제거할 수 있다는 것을 주목하라.

본 발명에 의하면, 상기 수신기의 성능은 또한 개선된 채널 추정 기법에 의해 증강된다. 상기에 언급된 바와 같이, 채널 추정은 수신된 파일럿 심볼들의 상태를 평가함으로써 수행될 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 채널 추정 방법(500)을 도시한 흐름도이다. 시작시, 도 4에 도시된 것과 같은 MC-CDMA 통신 시스템이 제공되었다고 가정된다. 또한 송신 채널은 길이가 L_c 샘플들인 다중-경로 채널이고, 적어도 L_c 파일럿 심볼들은 상기 송신된 심볼 스트림을 통해 균등하게 이격되어있다고 가정된다. 본 예에서, 상기 파일럿 심볼들은 주파수 영역에서 삽입된다.

우선, 상기 파일럿 심볼들은 벡터(Y_p)를 형성하기 위하여 디인터리빙된 심볼 스트림(Y)으로부터 수집된다(단계 505). 유사한 방식으로, 벡터들(H_cp 및 ) 및 매트릭스(H_tp)가 (상기 채널, 부가 노이즈 및 송신 펄스-정형 필터에 대응하는) 각각 H_c, 및 H_t의 대응하는 요소들로부터 형성된다(단계 510). 이들은 다음과 같이 관련된다:

W가 상기 OFDM 복조기 FFT 매트릭스의 제1 L_c 컬럼들로 이루어진 매트릭스인 경우, H_c는 대각 매트릭스이다:

그리고 W_p가 송신된 파일럿 신호들을 포함하는 로우들(rows)만을 고려하는 매트릭스인 경우:

그래서:

그다음 상기 채널 임펄스 응답(h_c)에 대한 최대-가능성(ML) 값이 추정된다(단계 515). h_c에 대한 ML 추정치를 획득하기 위하여, 다음 로그-가능성 함수가 최대화된다:

A와 B는 일정한 스칼라 양들(B>0)이기 때문에, 상기 함수는 다음 최적화와 동일하다:

상기 최적화 문제는 단일 값 분해(SVD: singular value decomposition) 방법을 사용하여 최소 자승(LS: Least Squares) 문제로서 평가될 수 있다. H_tpW_p의 SVD가 로 주어지는 경우, 다음과 같이 된다:

그다음 본 발명에 의한 채널 추정치는 다음과 같이 의 FFT를 수행함으로써 획득될 수 있다(단계 520):

마지막으로, W, H_t, V, S 및 U는 알려져 있기 때문에, 매트릭스 L=WVS^-1U^H가 계산될 수 있고(단계 525) 각 OFDM 심볼에 대한 채널 추정치는 로서 표현될 수 있다. 그것에 의해 본 발명의 방법은 유리하게는 알려져 있는 송신 펄스-정형 필터 주파수 응답을 적용한다.

상기에 언급된 바와 같이, 본 발명에 의하면 상기 채널 추정치는 검출기(475_k)에 인가된다. 상기 채널 추정치를 개별적으로 계산한 후, 이제 복합 채널 매트릭스 를 형성하기 위하여 상기 채널 추정치는 상기 송신 펄스-정형 필터의 (알려져 있는) 주파수 응답(H_t)과 결합된다. k번째 송신 블록과 관련된 복합 채널 영향이 로서 표현되고, 대응하는 부가 노이즈가 인 경우, 상기 검출기(475_k)에 대한 입력은 다음과 같이 표현될 수 있다:

상기 새로운 매개 변수들로부터 상기 송신된 심볼 스트림은 예를 들어 종래의 정합-필터 검출기를 적용함으로써 또는 최대 가능성 검출기를 사용함으로써 다양한 방법들의 적용을 통해 재구성될 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 무선 신호를 송신하는 방법(600)을 도시한 흐름도이다. 시작시, 도 4에 도시된 송신기(401)와 같은 송신기가 제공되었다고 가정된다. 상기 방법은 송신될 정보가 부호화되는 경우(605) 시작된다. 그다음 상기 부호화된 정보는 몇몇 존재하는 방식들 중 어떤 하나의 방식에 따라 변조된다(단계 610). 그다음 상기 변조된 심볼들은 각각 J 스트림들을 갖는 K 블록들로 분할된다. 블록내의 각 스트림은 유일한 확산 코드, 일반적으로 월시-하다마드 코드를 가지고 확산되고(단계 620), 단일 스트림에 더해진다(단계 625). 그다음 상기 심볼 스트림은 다른 블록들의 스트림들과 인터리빙시키기 위하여(단계 635) 직렬-병렬 변환기에서 병렬 경로들로 재분할된다(단계 630).

본 발명에 의하면, 상기 인터리빙된 출력(X)(본 예에서 X₀ 내지 X_K-1)은 길이 N_b/2를 갖는 각각 두개의 스트림들로 분할된다(단계 640). 그다음, N_b(N_s-1) 0들이 두 부분들 사이에 삽입되어(단계 645), 길이 N_bN_s를 갖는 새로운 벡터가 형성된다. 그다음 상기 신호들은 동일한 길이를 갖는 시간-영역 신호를 획득하기 위하여 크기 N_bN_s의 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 행함으로써 OFDM 변조기를 사용하여 주파수 빈들(bins)에 매핑된다(단계 650).

그 결과는 신호의 주파수 내용의 변경없이 획득된 샘플링비(N_s)의 시간-영역 신호이다. 그다음 상기 시간-영역 신호는 펄스-정형 필터에 제공되고(단계 655) 그다음 무선 채널을 통해 송신된다(단계 660).

도 7은 본 발명에 의한 무선 신호 수신 방법(700)을 도시한 흐름도이다. 시작시, 도 4에 도시된 수신기(451)와 같은 수신기가 제공되고, 본 발명에 의한 신호가 송신된 것으로 가정된다. 우선 상기 송신된 시간-영역 무선 신호가 수신된다(단계 705). 상기 OFDM 복조기의 출력에서 N_b 심볼들을 복구하기 위하여, 크기 N_bN _s를 갖는 고속 푸리에 변환(FFT)이 상기 수신된 신호에 적용되고(단계 710), 상기 신호는 다시 주파수 영역으로 변환되며, 그다음 중간 N_b(N_s-1) 고주파수 심볼들이 폐기된다(단계 715).

그다음 (도 4에서 벡터 Z로 표시된) 상기 OFDM 복조기로부터 출력된 N_b 심볼들은 디인터리빙을 위해 디인터리버로 제공되고(단계 720), 원래 송신된 블록들이 재구성된다(단계 725). 상기 송신된 심볼 스트림들을 재생하기 위하여, 채널 추정이 수행되고(단계 730), 추정된 채널을 사용하여, 각 블록이 심볼 검출을 위해 검출기로 제공된다(단계 735).

그러므로 상기한 설명은 MC-CDMA 송신기들에서 전형적으로 사용되는 (비-이상적인) 펄스-정형 필터들로 인한 ISI를 감소시키거나 제거하는 MC-CDMA 통신 시스템에서 정보를 송신하는 방법 및 개선된 시스템을 제공한다. 개선된 채널 추정 기법이 또한 제공되고, 유리하게는 상기 개선된 추정은 심볼 검출시 적용된다.

선호되는 설명들은 본 발명을 구현하기 위한 바람직한 예들이고, 본 발명의 범위는 상기 설명에 제한되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음 청구항들에 의해 정의된다.

이익의 청구(35 U.S.C.§119(e))

본 출원은 여기에 참조로써 포함된, 2002년 7월 25일자 출원된, 미국 가출원 번호 60/398,418의 이익을 청구한다.

Claims

멀티캐리어-부호 분할 다중 접속(MC-CDMA) 통신 네트워크에서 사용하기 위한 장치에 있어서,

무선 신호를 송신하는 송신기; 및

수신기를 포함하고,

상기 송신기는,

길이가 N_b인 입력 벡터(X)를 두 부분들로 분할하고, 상기 두 부분들 사이에 N_x개의 0들을 삽입하며, 시간-영역 신호를 획득하기 위하여 크기 N_bN_x의 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 행하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 변조기; 및

상기 OFDM 변조기에 연결되고 송신전에 상기 시간-영역 신호를 처리하기 위한 펄스-정형 필터를 포함하며,

상기 수신기는 상기 송신된 시간-영역 신호를 수신하기 위한 것이고, 상기 수신기는 상기 수신된 신호의 크기 N_bN_x의 고속 푸리에 변환(FFT)을 행하기 위한 OFDM 복조기를 포함하며 결과로서 생긴 주파수-영역 신호로부터 상기 송신기에서 삽입된 0들을 제거하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 시간-영역 신호는 칩(chip)당 Ns 샘플들의 샘플링비를 지니며, N_x=N_b(N_s-1)인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 펄스-정형 필터는 제곱 코사인 필터(raised-cosine filter)인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 삽입된 0들은 상기 입력 벡터(X)보다 더 높은 주파수 성분들인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 수신기는 상기 수신된 신호를 필터링하고 상기 OFDM 복조기에 상기 필터링된 신호를 제공하기 위하여 상기 송신기의 상기 펄스-정형 필터에 정합되는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 송신기는,

송신될 정보를 부호화하기 위한 부호기; 및

상기 부호화된 정보를 변조하기 위한 변조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 OFDM 복조기는 상기 0들을 제거한 후 상기 주파수-영역 신호의 나머지 부분들을 연결시킴으로써 상기 송신된 신호를 출력 벡터(Z)로서 재구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 수신기는 상기 송신된 신호가 상기 주파수 영역으로 변환된 후 수신된 심볼들을 검출하기 위한 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 수신기는 상기 송신기에 의해 상기 주파수 영역에 삽입된 수신된 파일럿 심볼들을 분석함으로써 채널 추정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 펄스-정형 필터의 주파수 응답은 알려져 있고, 상기 채널 추정을 수행하는 것은 상기 알려진 펄스-정형 필터 주파수 응답을 적용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제10항에 있어서, 상기 수신기는 최소 자승(LS: least squares) 분석을 사용하여 상기 채널 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 검출기는 상기 채널 추정을 상기 수신된 심볼들의 검출에 적용하는 것을 특징으로 하는 장치.
멀티캐리어-부호 분할 다중 접속 프로토콜에 따라 동작가능한 통신 시스템에서 사용하기 위한, 개선된 수신기로서, 0들이 주파수 영역에 삽입된 분할된 입력 신호의 역 고속 푸리에 변환을 행함으로써 업샘플링된 수신된 시간-영역 신호를 처리하기 위한 수신기에 있어서,

상기 수신된 시간-영역 신호의 고속 푸리에 변환을 행하고 상기 삽입된 0들을 제거하기 위한 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
제13항에 있어서, 상기 OFDM 복조기는 상기 0들을 제거하기 위한 저역 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
멀티캐리어-부호 분할 다중 접속 통신 네트워크에서 무선 인터페이스를 통해 송신될 부호화되고 변조된 정보-운반 신호를 처리하기 위한 방법에 있어서,

상기 변조된 정보-운반 신호를 복수의 스트림들로 분할하는 단계;

상기 복수의 스트림들 각각을 확산 코드로 확산시키는 단계;

상기 확산 스트림들을 길이 N_b를 갖는 심볼 시퀀스에 더하는 단계;

상기 심볼 시퀀스를 두 부분들로 분할하는 단계;

상기 두 부분들 사이에 0들을 삽입하는 단계;

시간-영역 신호를 획득하기 위하여 상기 결과로서 생긴 스트림의 역 고속 푸리에 변환을 행하는 단계;

상기 시간-영역 신호를 펄스-정형 필터에 제공하는 단계; 및

상기 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 0들은 고주파수 성분들로서 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 송신된 시간-영역 신호를 수신하는 단계;

주파수-영역 신호를 획득하기 위하여 상기 수신된 신호의 고속 푸리에 변환을 행하는 단계; 및

상기 주파수-영역 신호로부터 이전에 삽입된 0들을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 송신 채널의 주파수 응답을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 송신된 신호는 알려져 있는 주파수 응답을 지닌 펄스-정형 필터를 구비한 송신기에 의해 송신되고, 상기 추정 단계는 상기 알려져 있는 펄스-정형 필터 주파수 응답을 적용하는 최소 자승(LS) 문제를 해결함으로써 최대 가능성 추정을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 채널 추정을 사용하여 상기 수신된 심볼들을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.