KR20070078332A

KR20070078332A - 부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서다중 안테나를 이용하는 단말의 결합 방식에 따른 가중치의동적 영역 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070078332A
Application number: KR20060008551A
Authority: KR
Inventors: 이동재; 임종한
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-07-31
Also published as: WO2007086703A1; EP1977529A4; CN101375517A; JP4833298B2; CN101375517B; US7746942B2; US20070195900A1; EP1977529A1; JP2009524974A; KR100975701B1

Abstract

본 발명은 CDMA 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며 복수의 결합 방식을 이용하는 이동 단말의 채널 디코더의 입력 범위에 맞도록 결합 방식별로 가중치의 동적 영역을 제어하는 장치 및 방법에 대한 것으로서, 본 발명에서 채널 추정기는 기지국으로부터 전송되는 파일럿 심볼을 수신하여 안테나별로 해당 수신 경로의 채널 추정값을 계산하고, 자기 상관 행렬 계산기는 상기 수신된 파일럿 심볼로부터 정해진 칩 구간마다 자기 상관 행렬 값을 계산한다. 그리고 가중치 벡터 계산기는 상기 복수의 결합 방식 중 채널 환경에 따라 선택된 결합 방식에 따라 상기 채널 추정값 및/또는 자기 상관 행렬 값을 이용하여 해당되는 가중치 벡터를 계산하고, 제어기는 상기 선택된 결합 방식에 따라 상기 가중치 벡터의 수정 여부를 결정하고 상기 가중치 벡터의 수정이 필요한 경우 스케일 팩터를 이용하여 수정된 가중치 벡터를 출력한다. 그 결과 결합기는 디스크램블링된 신호에 상기 제어기로부터 출력된 가중치 벡터를 승산하여 결합 신호를 출력한다.

따라서 본 발명에 의하면, CDMA 방식의 고속 패킷 데이터 시스템의 단말에서 데이터 수신 시 다양한 결합 방식을 이용하더라도 채널 디코더의 성능 열화를 최소화할 수 있다.

고속 패킷 데이터 시스템, 다중 안테나, 결합 방식, 가중치, 채널 디코더

Description

부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 이용하는 단말의 결합 방식에 따른 가중치의 동적 영역 제어 장치 및 방법{DYNAMIC RANGE CONTROLLING APPARATUS AND METHOD OF WEIGHT VECTORS CORRESPONDING TO COMBING FORMULA IN A MOBILE STATION EQUIPED WITH MULTIPLE ANTENNAS IN A HIGH SPEED PACKET DATA SYSTEM}

도 1은 본 발명이 적용되는 CDMA 방식의 고속 패킷 데이터 시스템의 무선 환경을 간략히 도시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 고속 패킷 데이터 시스템에서 이동 단말의 결합기에 적용되는 가중치의 동적 영역 제어 장치의 구성을 도시한 블록도

도 3a는 일반적인 고속 패킷 데이터 시스템의 이동 단말에서 결합 방식별로 채널 디코더로 입력되는 결합 신호의 분포가 서로 다른 상태를 나타낸 도면

도 3b는 본 발명에 따라 가중치의 동적 영역을 제어한 경우 결합 방식별로 채널 디코더로 입력되는 결합 신호의 범위가 동일한 상태를 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 이동 단말의 결합기에 적용되는 가중치의 동적 영역 제어 방법을 설명하기 위한 순서도

본 발명은 부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 단말의 수신 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 다양한 결합 방식을 이용하는 단말에서 채널 디코더의 입력 범위에 맞도록 결합 방식별로 가중치의 동적 영역을 제어하는 장치 및 방법에 대한 것이다.

일반적으로 이동통신 시스템은 그 통신 방법에 따라 정해진 주파수 대역을 다수의 채널로 구분하여 가입자마다 할당된 주파수 채널을 사용하는 주파수 분할 다중접속 방식(Frequency Division Multiple Access : FDMA)과, 하나의 주파수 채널을 다수의 가입자가 시간을 나누어 사용하는 시분할 다중접속 방식(Time Division Multiple Access : TDMA)과, 다수의 가입자가 동일한 주파수 대역을 동일한 시간대에 사용하되 가입자마다 다른 코드를 할당하여 통신을 하는 부호분할 다중접속 방식(Code Division Multiple Access : CDMA) 등으로 구분된다. 이러한 이동통신 시스템은 현재 통신 기술의 급격한 발전에 따라 일반적인 음성통화 서비스는 물론 이동 단말로 이메일이나 정지 영상은 물론 동영상과 같은 대용량의 디지털 데이터 전송이 가능한 고속 데이터 서비스를 제공하는 단계에 이르고 있다.

상기 CDMA 방식으로 고속 데이터 서비스를 제공하는 이동통신 시스템의 대표적인 예로는 고속의 데이터 전송이 가능한 EV-DO(Evolution Data Only)와, 음성과 패킷 서비스의 동시 지원이 불가능한 상기 EV-DO의 문제점을 보완하기 위해 제안된 EV-DV(Evolution of Data and Voice) 등이 있다. 상기 EV-DO는 대용량의 디지털 데 이터 전송을 위해 미국의 퀄검사(Qualcomm)에 의해 제안된 고속 데이터 서비스 표준의 하나로 종래 CDMA 2000 1x를 한 단계 진화시켜 약 2.4Mbps의 순방향 전송 속도를 제공하도록 마련된 것이다.

상기 CDMA 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서는 기지국(base station)이 전송한 무선 신호가 이동 단말(mobile station) 근처의 각종 구조물(scatter)에 반사되어 이동 단말에 도착할 때 발생하는 다중 경로(multi path)에 의한 주파수 선택적 감쇠(frequency selective fading)와, 이동 단말의 이동에 따라 발생되는 도플러 확산(Doppler spread)에 의한 시간 선택적 감쇠(time selective fading) 그리고 주파수 재사용률(frequency reusability)이 1에 가까울 때 인접 기지국으로부터 받는 동일 채널 간섭(co-channel interference)으로 인하여 양질의 고속 패킷 데이터 서비스가 어려워지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 통신 기술로 다중 안테나 기법의 하나인 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: 이하, "MIMO") 기술이 제안되었다. 기지국에서 고속 패킷 데이터를 이동 단말로 전송할 때 송신 다이버시티와 관련된 기지국의 안테나 개수가 증가될수록 그리고 수신 다이버시티와 관련된 이동 단말의 안테나 개수가 증가될수록 다이버시티 이득(diversity gain)이 증가하여 위에서 언급한 감쇠와 간섭을 효과적으로 줄일 수 있으며, 이동 단말의 안테나로 수신되는 경로의 각도 확산(angle spread)이 작고, 각 경로의 입사 각도가 다르면 다중 안테나를 사용하여 다중 경로에 의한 간섭을 줄일 수 있다는 것이 알려지면서 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템이 개발되고 있다.

그러나 이동 단말의 크기는 제한되어 있으므로 현실적으로 둘 이상의 안테나를 장착하는 것은 어려운 일이다. 이동 단말이 현재 링크(link)를 유지하고 있는 기지국에서 인접 기지국으로 이동할 때 현재의 링크를 유지한 채 다른 기지국과의 링크를 연결하는 것을 소프트 핸드오프(soft handoff)라고 하는데, 동기식 CDMA 시스템은 기지국이 고유의 short pseudo-noise(PN) 코드를 가지고 있어서 주파수 재사용률을 1로 하면서 두 개 또는 세 개의 기지국과 동시에 링크를 유지하는 것이 가능하다.

반면 TDMA 시스템은 동일한 시간 슬롯(time slot)에서 두 개의 기지국과 동시에 통신할 수 없고, FDMA 시스템은 동일한 주파수 슬롯(frequency slot)에서 두 개의 기지국과 동시에 통신 할 수 없으므로 시간 또는 주파수 재사용률을 1에 가깝게 유지하면서 소프트 핸드오프를 구현하는 것이 CDMA 방식에 비해 상대적으로 어렵다. CDMA 방식을 이용하여 소프트 핸드오프를 쉽게 구현할 수 있는 반면 소프트 핸드오프를 하지 않고, 하나의 기지국과 링크를 유지하는 경우 인접 기지국으로부터의 신호가 간섭으로 작용하는 단점이 있다.

CDMA 방식에서 이동 단말마다 구분되는 직교성(orthogonality)을 가지는 코드로 왈쉬 코드(Walsh code)가 있다. 왈쉬 코드는 시간 축에서 같은 시점에 정렬이 되어야 직교성이 만족되는 반면, 다른 시점에 정렬된 왈쉬 코드는 직교성이 없어 다중 경로 환경에서 커다란 간섭으로 작용한다. 이를 완화시키는 것이 short PN 코드인데, 한 칩(chip) 이상 떨어진 두 개의 short PN 코드는 자기 상관 계수가 코드 길이에 반비례하여 0에 가깝게 되므로 왈쉬 디커버(Walsh decover)를 통과한 신호 중 간섭으로 작용하게 될 신호의 에너지를 줄여 주게 된다. 그럼에도 불구하고 간섭으로 작용하는 인접 기지국으로부터의 신호가 커지게 되면, 현재 링크를 유지하는 기지국으로부터 수신하는 신호의 상대적인 세기가 줄어들게 되므로 기지국은 적절한 파워를 조절(power control)하여 전파를 송출하여야 한다.

파워 제어가 필수적이며, 동시에 다수의 이동 단말에 전파를 송출하는 음성 서비스와는 달리 EV-DO, EV-DV 시스템에서 기지국은 동시에 하나의 이동 단말로 데이터를 송출한다. 따라서 EV-DO, EV-DV 시스템에서 순방향 패킷 데이터 채널(Forward Packet Data Channel)은 시분할 방식의 특징을 보이며, 파워 제어가 아닌 레이트 제어(rate control)를 통해 데이터 레이트(data rate)가 결정된다. 고속의 데이터 서비스를 위해서 순방향 패킷 데이터 채널은 다수의 왈시 코드를 사용하며, 왈시 코드를 모두 사용하여 소프트 핸드오프를 지원하게 되면, 두 개 또는 세 개의 기지국에서 한 개의 단말을 위해 시간 축에서 시간 슬롯을 할당하는 것이 복잡하게 된다.

따라서 표준화 단체인 3GPP2(Third Generation Partnership Project 2)에서 제안된 EV-DO, EV-DV 시스템은 순방향 패킷 데이터 채널에서 소프트 핸드오프를 사용하지 않도록 하고 있다. 그러므로 특정 이동 단말이 링크를 유지하고 있는 기지국에서 수신한 패킷 데이터에 대해 인접 기지국에서 전송되는 다른 이동 단말을 위한 패킷 데이터가 같은 채널 간섭 신호로 작용하게 되므로 간섭 신호를 줄이는 기술이 요구된다.

이를 위해 EV-DO, EV-DV 시스템에서 다중 안테나가 부착된 이동 단말의 수신 단은 레이크 수신기(rake receiver)를 구비하며, 다중 경로마다 핑거(finger)를 할당하고 short PN 코드 신호를 디스크램블링(descrambling)하고, 채널 추정을 수행하여 디스크램블링된 신호에 적절한 가중치(weight)를 승산하여 결합한다. 결합된 신호는 왈쉬 디커버(Walsh decover)를 통해 역확산(despread)되고, 연성 값 발생기(soft metric generator)와 에러 정정 디코더(error correcting decoder)를 통하여 전송 비트(bit)가 결정된다.

상기 디스크램블링된 신호에 가중치를 승산한 결합 신호는 채널 디코더로 입력되며, 상기 가중치를 계산하는 결합 방식은 다양한 방식이 존재한다. 각각의 결합 방식에 따라 상기 결합 신호의 범위는 변화되지만 상기 결합 신호가 입력되는 채널 디코더의 입력 범위는 일반적으로 제한되어 있다. 따라서 다양한 결합 방식을 사용하면서도 채널 디코더의 입력 범위에 적합하도록 상기 가중치의 동적 영역을 제어하는 기술이 요구된다.

본 발명은 부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며, 다양한 결합 방식을 이용하는 단말의 채널 디코더의 성능 열화를 방지하는 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며, 다양한 결합 방식을 이용하는 단말의 채널 디코더의 입력 범위에 맞도록 결합 방식별로 가중치의 동적 영역을 제어하는 장치 및 방법을 제공 한다.

본 발명의 장치는 부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며 복수의 결합 방식을 이용하는 이동 단말의 결합 신호를 생성하기 위한 가중치의 범위를 제어하는 장치에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 파일럿 심볼을 수신하여 안테나별로 해당 수신 경로의 채널 추정값을 계산하는 채널 추정기와, 상기 수신된 파일럿 심볼로부터 정해진 칩 구간마다 자기 상관 행렬 값을 계산하는 자기 상관 행렬 계산기와, 상기 복수의 결합 방식 중 채널 환경에 따라 선택된 결합 방식에 따라 상기 채널 추정값 및/또는 자기 상관 행렬 값을 이용하여 해당되는 가중치 벡터를 계산하는 가중치 벡터 계산기와, 상기 선택된 결합 방식에 따라 상기 가중치 벡터의 수정 여부를 결정하고 상기 가중치 벡터의 수정이 필요한 경우 스케일 팩터를 이용하여 수정된 가중치 벡터를 출력하는 제어기와, 디스크램블링된 신호에 상기 제어기로부터 출력된 가중치 벡터를 승산하여 결합 신호를 출력하는 결합기를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며 복수의 결합 방식을 이용하는 이동 단말의 결합 신호를 생성하는 가중치의 범위를 제어하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 파일럿 심볼을 수신하여 안테나별로 해당 수신 경로의 채널 추정값을 계산하고 상기 수신된 파일럿 심볼로부터 정해진 칩 구간마다 자기 상관 행렬 값을 계산하는 과정과, 상기 복수의 결합 방식 중 채널 환경에 따라 선택된 결합 방식에 따라 상기 채널 추정값 및/또는 자기 상관 행렬 값을 이용하여 해당되는 가중치 벡터를 계산하는 과정과, 상기 선택된 결합 방식에 따라 상기 가중치 벡터의 수정 여부를 결정하고 상기 가중치 벡터의 수정이 필요한 경우 스케일 팩터를 이용하여 수정된 가중치 벡터를 계산하는 과정과, 디스크램블링된 신호에 상기 제어기로부터 출력된 가중치 벡터를 승산하여 결합 신호를 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

먼저 본 발명의 이해를 돕도록 도 1을 참조하여 본 발명이 적용되는 CDMA 방식의 고속 패킷 데이터 시스템의 무선 환경을 간략히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명이 적용되는 고속 패킷 데이터 시스템은 EV-DV, EV-DO 시스템을 예로 들어 설명될 것이나 본 발명이 EV-DV, EV-DO 시스템에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 할 것이다. 아울러 본 실시 예에서 이동 단말의 다중 안테나는 설명의 편의상 2 개로 가정하기로 한다.

도 1의 시스템은 기지국(102, 104)과, 상기 기지국(102, 104)과 무선 신호를 송수신하는 이동 단말(106)과, 상기 무선 신호가 전송되는 다중 경로 환경을 만드는 구조물(108)을 포함한다. 도 1의 예에서 첫 번째 기지국(102)과 두 번째 기지국(104)은 각각 하나의 송출 안테나(112)를 구비하며, 이동 단말(106)은 다중 안테나 (116, 118)를 구비한다. 이동 단말(106)이 첫 번째 기지국(102)과 링크를 유지하고 있고, 인접 기지국(104)으로부터 간섭 신호를 수신하는 상태라 가정하면, 이동 단말(106)이 기지국(102, 104)으로부터 전송된 신호를 복조하기 위해 필요한 신호는 4 개 경로의 신호(X_1,1, X_2,1, X_1,2, X_2,2) 이며, 간섭 신호는 2 개 경로의 신호(Y_1,1, Y_1,2)이다.

다중 경로에서 첫 번째 경로에 의한 신호는 (X_1,1, X_2,1)이며, 두 번째 경로에 의한 신호는 (X_1,2, X_2,2)이다. 위에서 기술한 각 경로 신호의 첫 번째 아래 첨자는 이동 단말(106)의 안테나(116, 118)를 구분하는 숫자이며, 두 번째 아래 첨자는 경로를 구분하는 숫자이다. 기지국(102)에서 전송하는 동일한 전송 정보를 기준으로 하였을 때 두 번째 경로의 신호는 구조물(108)을 통해 반사된 신호이므로 첫 번째 경로의 신호에 비해 긴 지연(delay)이 발생된다. 이러한 전송 지연은 CDMA 방식에서 한 칩보다 커야 구분이 가능하다.

그리고 다중 경로 채널은 둘 이상의 전송 경로를 가지며, 이동 단말(106)의 안테나(116, 118)간 거리는 대개 전송 전파 파장의 절반이 안되고, 전송 전파 파장의 길이보다 CDMA 방식의 칩 길이가 길다. 따라서 X_1,1 와 X_2,1 사이의 지연은 무시되며, X_1,2 와 X_2,2 사이의 지연은 무시될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 고속 패킷 데이터 시스템에서 이동 단말의 결합기에 적용되는 가중치의 동적 영역 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2에서 채널 추정기(channel estimator)(202)는 기지국과 단말이 서로 알고 있는 파일럿 심볼(pilot symbol)을 이용하여 핑거(finger)를 통해 안테나별로 해당 수신 경로에 할당된 채널을 추정하고, 그 채널 추정값(h₁(k),...,h_L(k))을 출력한다.

상기 <수학식 1>에서 변수 k는 칩 인덱스(chip index)이고,

는 첫 번째 안테나의 l 번째 경로에 할당된 핑거의 채널 추정값이며,

는 두 번째 안테나의 l 번째 경로에 할당된 핑거의 채널 추정값을 의미한다.

또한 상기 <수학식 1>에서 T는 전치 행렬(transpose)을 의미하며, 채널 추정값

과

는 파일럿 심볼로부터 구할 수 있다.

EV-DV 시스템에서는 두 개의 파일럿 심볼 사이 구간(64 칩 또는 128 칩) 마다 한 번씩 채널 추정기(202)의 채널 추정값이 갱신된다. 만일 파일럿 심볼의 길이가 128 칩이고, 그 구간에서 채널 추정값이

이면, 그 구간에서

은 칩 인덱스 k 에 상관없이 동일한 값을 갖는다.

EV-DO 시스템에서는 수신된 둘 이상의 파일럿 심볼로부터 smoothing 또는 interpolation을 하여 두 개의 파일럿 심볼 사이의 데이터 영역(data portion)(800 칩)의 채널값을 추정한다. 여기서 채널 추정값이

이라면,

은 k에 따라 다를 수 있다.

EV-DV, EV-DO 시스템에서 채널 추정기(202)의 구조는 이 분야의 전문가들에게 널리 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2에서 자기 상관 행렬 계산기(autocorrelation matrix calculator)(204)는 기지국으로부터 수신된 파일럿 심볼로부터 잡음 변화(noise variance)와 noise covariance를 추정하여 자기 상관 행렬(R₁(k),...,R_L(k))을 출력한다.

예를 들어 EV-DV 시스템에서는 두 개의 파일럿 심볼 사이의 구간(64 칩 또는 128 칩) 마다 한 번씩 자기 상관 행렬 값이 갱신되며, EV-DO 시스템에서는 반 슬롯(1024 칩) 마다 한 번씩 자기 상관 행렬 값이 갱신된다.

하기 <수학식 2>는 상기 자기 상관 행렬을 나타낸 것이다.

상기 <수학식 2>에서

는 첫 번째 안테나의 l번째 경로에 할당된 핑거에서 추정된 PN 디스크램블링된 신호의 제1 잡음 변화(noise variance)이고,

는 두 번째 안테나의 l번째 경로에 할당된 핑거에서 추정된 PN 디스크램 블링된 신호의 제2 잡음 변화(noise variance)이며,

는 상기 제1 및 제2 잡음 변화에 대한 covariance이고, *는 conjugate를 의미한다. 상기 자기 상관 행렬 R_l(k)는 다중 경로의 개수만큼 존재한다.

상기 잡음 변화와 covariance를 추정하는 방법은 이 분야의 전문가들에게 널리 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2에서 가중치 벡터 계산기(weight vector calculator)(206)는 상기 <수학식 1>의 채널 추정값과, <수학식 2>의 자기 상관 행렬 값 그리고 하기 3 가지 결합 방식 중 선택된 결합 방식을 이용하여 각 결합 방식에 대응되는 가중치를 계산한다. 따라서 상기 가중치 벡터 계산기(206)는 설정된 결합 방식을 수행하기 위한 알고리즘을 구비한다.

이동 단말의 수신기에서는 디스크램블링된 수신 신호에 상기 가중치를 승산하여 결합 신호를 생성하며, 상기 결합 방식은 잘 알려진 것처럼 다양한 방식이 존재한다. 대표적인 결합 방식으로는 파일럿 가중 결합(Pilot Weighted Combining : PWC) 방식, 최대 비율 결합(Maximum ratio combining : MRC) 방식 그리고 최소 평균 제곱 에러 결합(Minimum mean-square error combing : MMSEC) 방식 등이 알려져 있다.

상기 PWC 방식은 채널 보상기(도시되지 않음)의 출력 신호를 가중치로 정하는 방식이고, 상기 MRC 방식은 디스크램블링된 각 핑거의 출력 신호가 갖는 잡음의 변화를 고려하여, 가중치를 정하는 방식이다. 상기 MMSEC 방식은 두 개의 안테나에 서 동일한 수신 경로를 잡은 두 핑거의 출력 신호는 서로 상관(correlation) 관계에 있으므로 그 상관값을 고려하여 가중치를 정하는 방식이다. 위의 세 가지 결합방식을 통해 출력되는 결합 신호 각각의 동적 영역은 그 결합 방식이 무엇이냐에 따라 달라지게 된다.

이하에서는 하기 <수학식 3> 내지 <수학식 5>를 참조하여 PWC, MRC 및 MMSEC 방식 각각에 대한 가중치 벡터 계산식과 해당 결합 방식의 장단점을 간략히 설명하기로 한다. 위 3 가지 결합 방식은 대표적인 결합 방식을 예시한 것으로 이외의 다른 결합 방식을 본 발명에 적용하는 것도 가능할 것이다.

먼저 PWC 방식에서 가중치 벡터는 하기 <수학식 3>과 같이 계산된다.

상기 PWC 방식은 성능은 다른 결합 방식에 비해 떨어지나 구현이 용이한 장점이 있다.

또한 MRC 방식에서 가중치 벡터는 하기 <수학식 4>와 같이 계산된다.

상기 MRC 방식은 보편적인 성능을 제공하며, 하기 MMSEC 방식보다는 구현이 용이하다.

또한 MMSEC 방식에서 가중치 벡터는 하기 <수학식 5>와 같이 계산된다.

상기 MMSEC 방식은 상기 PWC 방식, MRC 방식에 비해 높은 성능을 보장하나 구현이 어려운 단점이 있다.

도 3a는 일반적인 고속 패킷 데이터 시스템의 이동 단말에서 결합 방식별로 채널 디코더로 입력되는 결합 신호의 분포가 서로 다른 상태를 나타낸 도면이다.

도 3a는 디스크램블링된 핑거의 출력 신호 y₁(k),...,y_L(k)에 상기 <수학식 3> 내지 <수학식 5>를 통해 계산된 가중치 w₁(k),...,w_L(k)를 그대로 승산할 경우 결합기(210)로부터 출력되는 결합 신호의 확률 밀도 함수(Probability Density Function : PDF)의 분포를 그 결합 방식별로 도시한 것이다.

따라서 도 2의 가중치 벡터 계산기(206)로부터 출력되는 가중치(w₁(k), ... , w_L(k))를 그대로 이용하면, 결합기(210)로부터 출력되는 결합 신호가 채널 디코더로 입력되는 범위는 각 결합 방식별로 다른 분포를 가짐을 알 수 있다.

일반적으로 채널 디코더에 구비되는 연성 값 발생기(soft metric generator) 의 입력 범위는 채널 디코더의 복잡도를 고려하여 제한된 범위를 가지며, 그 입력 범위를 결정할 때 기본적으로 쓰이는 결합 방식은 예컨대, PWC 방식이다. 그러나 MRC 방식이나 MMSEC 방식은 등 다른 결합 방식으로부터 계산된 가중치를 그대로 이용할 경우 결합 신호의 입력 비트 범위가 달라지므로 제한된 입력 범위를 갖는 채널 디코더의 성능은 열화 된다.

따라서 다양한 결합 방식을 이용하더라도 채널 디코더의 성능 열화를 최소화하기 위해서는 채널 디코더로 입력되는 - 결합기(210)로부터 출력되는 - 결합 신호의 범위를 조절할 수 있어야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 가중치 벡터 계산기(206)로부터 출력되는 가중치의 동적 영역을 제어한다.

즉 도 2에서 상기 가중치 벡터 계산기(206)는 채널 환경에 따라 상기 PWC 방식, MRC 방식 또는 MMSEC 방식 중 선택된 방식으로 가중치(w₁(k), ... , w_L(k))를 계산하여 출력하며, 계산된 가중치는 제어기(208)로 입력된다. 그리고 상기 제어기(208)는 임의의 결합 방식이 선택되더라도 채널 디코더의 입력 범위에 맞도록 하기 <수학식 6> 내지 <수학식 8>을 이용 가중치의 동적 영역을 제어하여 수정된 가중치(v₁(k), ... , v_L(k))를 출력한다. 도 3b는 본 발명에 따라 가중치의 동적 영역을 제어한 경우 결합 방식별로 채널 디코더로 입력되는 결합 신호의 범위가 동일한 상태를 나타낸 도면이다.

즉 도 2의 제어기(208)는 왈쉬 역확산기와 연성값 발생기(도시되지 않음)의 입력값인 즉, 채널 디코더로 입력되는 결합 신호를 생성하는 가중치의 동적 영역을 제어한다.

먼저 본 발명에서는 가중치의 동적 영역 제어를 위한 스케일 팩터(Scale factor) Z(k)를 하기 <수학식 6>과 같이 정의한다.

상기 <수학식 6>에서 L은 다중 경로의 개수, h_l(k), w_l(k)에서 윗첨자 H는 에르미트 전치(Hermitian transpose) 행렬을 의미한다. 예를 들어 벡터 x가 x = [ 1+ j , 2 - 3 * j ]^T 라고 했을 때, x^H = [ 1 - j, 2 + 3*j ]이다. 여기서 T는 전치 행렬, x는 컬럼 벡터(column vector)이고, x^H는 로우 벡터(row vector)를 의미한다. 상기 H에 의해서 Z(k)는 허수 값이 0인 실수 값을 가지게 됩니다.

그리고 제어기(208)로부터 출력되는 수정된 가중치 V_l(k)는 상기 <수학식 6>의 스케일 팩터를 하기 <수학식 7>과 같이 지연시켜 이용한다.

상기 <수학식 7>에서 변수 P는 양수 값을 가지며, 상기 스케일 팩터의 지연 함수 f는 예를 들어 하기 <수학식 8>과 같이 정의될 수 있다.

상기 스케일 팩터는 가중치 벡터(weight vector)에 의해서 결합된 결합신호가 디코더의 입력 데이터 범위(data range)에 적절히 맞도록 조절하기 위한 것이고, , 변수 P는 몇 개의 칩 간격으로 지연된 스케일 팩터를 이용해서 수정된 가중치 v_l(k)를 구할지 결정하기 위한 것이다.

상기 <수학식 8>의 Z(k-64)에서 "64"는 EV-DV 시스템에서 두 개의 파일럿 심볼 사이의 구간이 64 칩인 경우의 예를 든 것으로 다른 시스템에 적용하거나 파일럿 심볼 사이의 구간이 다른 경우 해당 칩 구간의 값으로 설정된다.

그리고 첫 번째 안테나의 l번째 경로에 할당된 핑거의 PN 디스크램블링된 신호를

라하고, 두 번째 안테나의 l번째 경로에 할당된 핑거의 PN 디스크램블링된 신호를

라 할 때 결합기(210)로 입력되는 디스크램블링된 수신 신호

는 하기 <수학식 9>와 같이 정의된다.

그리고 결합기(210)의 출력 신호를 a(k), 본 발명에 따라 수정된 가중치를 V_l(k)라 했을 때 상기 a(k)는 하기 <수학식 10>과 같이 정의된다.

상기 <수학식 10>에서 위 첨자 H는 에르미트 전치(Hermitian transpose) 행렬을 의미하며, 상기 에르미트 전치 행렬은 순방향 채널에서 생기는 위상 회전을 상쇄시키기 위한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 이동 단말의 결합기에 적용되는 가중치의 동적 영역 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4의 401 단계에서 기지국으로부터 전송된 무선 신호를 수신한 이동 단말의 채널 추정기(202)는 기지국과 단말이 서로 알고 있는 파일럿 심볼을 이용하여 안테나별로 수신 경로에 할당된 채널을 상기 <수학식 1>과 같이 추정한다. 또한 자기 상관 행렬 계산기(204)는 상기 파일럿 심볼로부터 잡음 변화와 잡음 covariance를 추정하여 상기 <수학식 2>와 같이 계산한다.

403 단계에서 가중치 벡터 계산기(206)는 채널 환경에 따라 선택된 결합 방식에 따라 상기 채널 추정값 및/또는 자기 상관 행렬 값을 상기 <수학식 3> 내지 <수학식 5>에 적용하여 해당되는 가중치 벡터를 계산한다. 405 단계에서 제어기(405)는 결합 방식으로 PWC 방식이 선택되었는지 확인하여 PWC 방식이 선택되어 있는 경우 407 단계로 진행하여 별도의 가중치 수정 동작을 수행하지 않고, 상기 <수학식 3>으로부터 계산된 가중치를 그대로 출력한다.

그리고 상기 407 단계에서 결합기(210)는 PN 디스크램블링된 신호에 상기 < 수학식 3>에 의한 가중치를 승산함과 아울러 415 단계에서 각 핑거로부터 출력되는 신호에 적절한 지연을 가산하여 결합 신호를 출력한다.

한편 상기 405 단계에서 제어기(208)는 결합 방식으로 PWC 방식이 선택되었는지 확인하여 PWC 방식이 아닌 다른 결합 방식이 선택된 경우 409 단계로 진행하여 상기 <수학식 6>에 따라 채널 추정값 및 해당 결합 방식의 가중치를 이용하여 스케일 팩터를 계산한다.

이후 411 단계에서 제어기(208)는 상기 <수학식 7>에 따라 상기 <수학식 3>의 가중치에 지연된 스케일 팩터를 승산하여 채널 디코더의 입력 범위에 맞추어 수정된 가중치를 출력한다. 413 단계에서 상기 수정된 가중치를 입력받은 결합기(210)는 디스크램블링된 신호에 상기 수정된 가중치를 승산함과 아울러 415 단계에서 각 핑거로부터 출력되는 신호에 적절한 지연을 가산하여 결합 신호를 출력한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, CDMA 방식의 고속 패킷 데이터 시스템의 단말에서 데이터 수신 시 다양한 결합 방식을 이용하더라도 채널 디코더의 성능 열화를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 다양한 결합 방식을 이용하는 고속 패킷 데이터 시스템의 이동 단말에서 PN 디스크램블링된 신호에 승산되는 가중치의 동적 영역을 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 다양한 결합 방식을 이용하는 고속 패킷 데이터 시 스템의 이동 단말에서 결합기 뒷단의 데이터 경로의 정확도(precision)을 변화시키지 않고도 채널 환경에 따라 다양한 결합 방식을 이용할 수 있다.

Claims

부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며 복수의 결합 방식을 이용하는 이동 단말의 결합 신호를 생성하기 위한 가중치의 범위를 제어하는 장치에 있어서,

기지국으로부터 전송되는 파일럿 심볼을 수신하여 안테나별로 해당 수신 경로의 채널 추정값을 계산하는 채널 추정기와,

상기 수신된 파일럿 심볼로부터 정해진 칩 구간마다 자기 상관 행렬 값을 계산하는 자기 상관 행렬 계산기와,

상기 복수의 결합 방식 중 채널 환경에 따라 선택된 결합 방식에 따라 상기 채널 추정값 및/또는 자기 상관 행렬 값을 이용하여 해당되는 가중치 벡터를 계산하는 가중치 벡터 계산기와,

상기 선택된 결합 방식에 따라 상기 가중치 벡터의 수정 여부를 결정하고 상기 가중치 벡터의 수정이 필요한 경우 스케일 팩터를 이용하여 수정된 가중치 벡터를 출력하는 제어기와,

디스크램블링된 신호에 상기 제어기로부터 출력된 가중치 벡터를 승산하여 결합 신호를 출력하는 결합기를 포함함을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 결합 방식은 파일럿 가중 결합(Pilot Weighted Combining : PWC) 방식, 최대 비율 결합(Maximum ratio combining : MRC) 방식 그리고 최소 평균 제곱 에러 결합(Minimum mean-square error combing : MMSEC) 방식 중 적어도 둘 이상을 포함함을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어기에서 연산되는 스케일 팩터를 Z(k)는 하기 <수학식 11>과 같이 정의되며,

상기 w(k)는 상기 선택된 결합 방식에 의한 가중치 벡터, 상기 h(k)는 채널 추정값을 의미하며, 상기 L은 다중 경로의 개수, h_l(k), w_l(k)에서 윗첨자 H는 에르미트 전치(Hermitian transpose) 행렬을 의미함을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어기로부터 출력되는 수정된 가중치 V_l(k)는 상기 스케일 팩터를 하기 <수학식 12>과 같이 지연시켜 이용하며,

상기 P는 양수 값을 가지며 지연된 스케일 팩터를 이용해서 수정된 가중치위한 칩 간격을 의미하고, 상기 f는 상기 스케일 팩터의 지연 함수임을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 이동 단말이 두 개의 안테나를 구비한 경우

첫 번째 안테나의 l번째 경로의 디스크램블링된 신호를
, 두 번째 안테나의 l번째 경로의 디스크램블링된 신호를
라 할 때 상기 결합기로 입력되는 디스크램블링된 신호
는 하기 <수학식 13>과 같이 정의되며,

상기 결합 신호를 a(k), 상기 수정된 가중치를 V_l(k)라 했을 때 상기 결합 신호는 상기 <수학식 14>과 같이 정의됨을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 장치.
부호분할 다중접속 방식의 고속 패킷 데이터 시스템에서 다중 안테나를 구비하며 복수의 결합 방식을 이용하는 이동 단말의 결합 신호를 생성하는 가중치의 범위를 제어하는 방법에 있어서,

기지국으로부터 전송되는 파일럿 심볼을 수신하여 안테나별로 해당 수신 경로의 채널 추정값을 계산하고 상기 수신된 파일럿 심볼로부터 정해진 칩 구간마다 자기 상관 행렬 값을 계산하는 과정과,

상기 복수의 결합 방식 중 채널 환경에 따라 선택된 결합 방식에 따라 상기 채널 추정값 및/또는 자기 상관 행렬 값을 이용하여 해당되는 가중치 벡터를 계산하는 과정과,

상기 선택된 결합 방식에 따라 상기 가중치 벡터의 수정 여부를 결정하고 상기 가중치 벡터의 수정이 필요한 경우 스케일 팩터를 이용하여 수정된 가중치 벡터를 계산하는 과정과,

디스크램블링된 신호에 상기 제어기로부터 출력된 가중치 벡터를 승산하여 결합 신호를 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 복수의 결합 방식은 파일럿 가중 결합(Pilot Weighted Combining : PWC) 방식, 최대 비율 결합(Maximum ratio combining : MRC) 방식 그리고 최소 평균 제곱 에러 결합(Minimum mean-square error combing : MMSEC) 방식 중 적어도 둘 이상을 포함함을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 제어기에서 연산되는 스케일 팩터를 Z(k)는 하기 <수학식 15>와 같이 정의되며,

상기 w(k)는 상기 선택된 결합 방식에 의한 가중치 벡터, 상기 h(k)는 채널 추정값을 의미하며, 상기 L은 다중 경로의 개수, h_l(k), w_l(k)에서 윗첨자 H는 에르미트 전치(Hermitian transpose) 행렬을 의미함을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 제어기로부터 출력되는 수정된 가중치 V_l(k)는 상기 스케일 팩터를 하기 <수학식 16>과 같이 지연시켜 이용하며,

상기 P는 양수 값을 가지며 지연된 스케일 팩터를 이용해서 수정된 가중치위한 칩 간격을 의미하고, 상기 f는 상기 스케일 팩터의 지연 함수임을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 이동 단말이 두 개의 안테나를 구비한 경우

첫 번째 안테나의 l번째 경로의 디스크램블링된 신호를
, 두 번째 안테나의 l번째 경로의 디스크램블링된 신호를
라 할 때 상기 결합기로 입력되는 디스크램블링된 신호
는 하기 <수학식 17>과 같이 정의되며,

상기 결합 신호를 a(k), 상기 수정된 가중치를 V_l(k)라 했을 때 상기 결합 신호는 상기 <수학식 18>과 같이 정의됨을 특징으로 하는 가중치의 동적 영역 제어 방법.