KR20090028842A - 등화 및 연속 간섭 제거를 이용한 다수의 사용자 검출 - Google Patents

등화 및 연속 간섭 제거를 이용한 다수의 사용자 검출 Download PDF

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KR20090028842A
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Abstract

공유 스펙트럼으로 복수의 신호를 수신한다. 수신된 사용자 신호의 샘플을 수신 벡터로서 생성한다(22). 수신 벡터를 복수의 세그먼트로 세그먼트화한다(24). 각 세그먼트에 대해서, 한 사용자/그룹에 대한 심볼을 결정하고 수신 벡터로부터 그 한 사용자/그룹의 기여도를 제거하여 각 사용자 또는 그룹 신호(유사한 수신 전력을 갖는 신호 그룹)에 대한 심볼을 연속해서 결정한다(28). 각 세그먼트에 대응하는 결정된 심볼을 데이터 벡터로 어셈블링한다.

Description

등화 및 연속 간섭 제거를 이용한 다수의 사용자 검출{MULTI USER DETECTION USING EQUALIZATION AND SUCCESSIVE INTERFERENCE CANCELLATION}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서의 다수의 사용자 신호 검출에 관한 것이다.
통상의 무선 통신 시스템은 무선 송수신 유닛(WTRU)과 통신하는 기지국을 포함한다. 각 기지국은 관련 가동 영역을 가지며, 그 가동 영역에 있는 WTRU과 통신한다. 코드 분할 다중 접속(CDMA)과 같은 일부 통신 시스템에서는, 동일한 주파수 스펙트럼을 통해 다수의 통신들이 전송된다. 이 통신들은 통상적으로 그들의 코드에 의해 구별된다.
동일한 주파수 스펙트럼을 통해 동시에 다수의 통신 신호(communication)들이 전송될 수 있기 때문에, 그러한 시스템의 수신기는 다수의 통신 신호들을 구별해야 한다. 그러한 신호들을 검출하는 하나의 방법이 정합 필터링(matched filtering)이다. 정합 필터링에서, 단일의 코드와 함께 전송된 통신 신호가 검출된다. 다른 통신 신호들은 간섭으로 취급된다. 다수의 코드를 검출하기 위해서 각각의 정합 필터가 사용된다. 이들 신호 검출기는 낮은 복잡도(complexity)를 갖지만, 다중 접속 간섭(MAI) 및 심볼간 간섭(ISI)이 일어날 수 있다.
다른 신호 검출기는 병렬 간섭 제거기(PIC) 및 연속 간섭 제거기(SIC)와 같이 다른 사용자로부터의 간섭과 ISI를 제거하고자 하였다. 이들 수신기는 증가된 복잡도(complexity)를 갖는 대신 더 나은 성능을 갖는 경향이 있다. 다른 신호 검출기는 공동 검출(joint detection)이라 하여, 다수의 통신들을 공동으로 검출한다. 일부 공동 검출기는 촐레스키 분해(Cholesky decomposition)를 이용하여 최소 평균 제곱 오차(minimum mean square error; MMSE) 검출 및 제로 포싱 블록 등화(zero-forcing block equalizer; ZF-BLE)를 수행한다. 이들 검출기는 성능은 좋지만 높은 복잡도를 갖는 경향이 있다.
따라서, 다른 다수의 사용자 검출 방법이 요구된다.
공유 스펙트럼으로 복수의 신호를 수신한다. 수신된 사용자 신호의 샘플을 수신 벡터로서 생성한다. 수신 벡터를 복수의 세그먼트로 세그먼트화한다. 각 세그먼트에 대해서, 한 사용자/그룹에 대한 심볼을 결정하고 수신 벡터로부터 그 한 사용자/그룹의 기여도를 제거하여 각 사용자 또는 그룹 신호(동일한 채널 응답을 갖는 신호 그룹)에 대한 심볼을 연속해서 결정한다. 예컨대 채널 등화 및 그것에 이은 역확산을 통해 각 사용자/그룹에 대한 심볼을 결정한다. 각 세그먼트에 대응하여 결정된 심볼을 데이터 벡터로 어셈블링한다.
바람직한 실시예는 제3 세대 파트너쉽 프로젝트(3GPP) 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA) 통신 시스템의 주파수 분할 이중화(FDD) 모드에서 구현되는 것이 바람직하다. 그러나, 이 바람직한 실시예는 각종 무선 통신 시스템에도 적용 가능하다.
이 바람직한 실시예는 무선 송수신 유닛(WTRU) 또는 기지국에서 이용할 수 있다. 이하, 용어 "WTRU"는 사용자 장치, 이동국, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 페이저, 무선 환경에서 동작 가능한 모든 종류의 장치를 포함하며, 이것에 한정되지 않는다. 용어 "기지국"은 노드 B, 사이트 컨트롤러, 액세스 포인트, 무선 환경에서의 모든 종류의 인터페이싱 장치를 포함하며, 이것에 한정되지 않는다. 또한, 이 바람직한 실시예는 서로 통신하는 WTRU들에 적용 가능하다.
본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 다수의 사용자 신호 검출 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 바람직한 등화/연속 간섭 제거(EQ-SIC) 수신기의 개략도이다. 바람직하게는, 안테나(20)를 제외하고 도 1에 도시한 대부분의 구성 요소는 단일 집적 회로로서 구현된다. 이와 달리, 개개의 구성 요소를 각각 독립된 구성 요소로 하거나, 집적 회로와 독립된 구성 요소를 혼재시켜도 좋다.
다수의 통신들은 수신기의 안테나(20) 또는 안테나 어레이에 의해 수신된다. 단일 또는 다중 아날로그/디지털 컨버터(ADC)와 같은 샘플링 장치(22)는 수신 신호를 샘플링하여 수신 벡터 r을 생성한다.
세그먼트화 장치(24)는 수신 벡터를 처리하여 수신 벡터 r의 세그먼트 r 1...r S를 생성한다. 도 2는 바람직한 세그먼트화 방식을 도시하는데, 다른 것도 이용 가능하다. 도 2에 도시한 바와 같이, 수신 벡터 r은 복수의 세그먼트 r 1...r S로 분할된다. 바람직하게는, 이들 세그먼트는 도시한 바와 같이 오버랩된다. 이 오버랩량은 임펄스 응답에서 1 칩을 뺀 것의 2배, 즉 2*(W-1)인 것이 바람직하다. 여기서, W는 모든 사용자의 모든 채널에 대한 채널 임펄스 응답의 최대 길이이다. 이러한 오버랩은 세그먼트들의 길이가 유한한 경우에도 모든 칩의 등화를 용이하게 한다. 소정의 세그먼트에 있어서, 그 세그먼트의 관심 대상 부분에 기여하는 모든 칩이 등화된다. 예를 들면, r 2의 관심 대상 부분을 파선으로 정한다. 그 부분의 최후 칩은 W-1개의 칩으로 다음 세그먼트로 연장될 것이다. 반대로, 그 부분으로 연장되는 관심 대상 부분의 최초 칩 이전의 가장 먼 칩은 최초 칩 이전의 W-1개의 칩이다. 따라서, 관심 대상 부분과 그 외의 부분에 기여하는 모든 칩을 등화할 수 있 어, 관심 대상 부분으로부터 그 기여도(contribution)를 효과적으로 제거할 수 있다.
그 오버랩이 대략적으로 2배의 임펄스 응답인 것으로 도시하였지만, 그 오버랩을 더 크게 할 수도 있다. 정확한 수신기 구현에 기초하여 오버랩을 더 크게 하면 유용할 수도 있다. 일실시예에 있어서, EQ-SIC 장치는 프라임 팩터 알고리즘(PFA) 고속 퓨리에 변환(FFT)에 기초하여 구현될 수 있다. 이 경우, 희망하는 최적의 PFA 또는 FFT 길이에 도달하도록 오버랩을 확장할 수 있다. 다른 구현예로서, 처리되는 신호에 따라 최적의 비오버랩 부분을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 3GPP W-CDMA의 시분할 이중화(TDD) 모드에서는, 버스트 타입에 기초하여 데이터 필드의 길이가 변화할 수 있다. 그 결과, 어느 한 버스트에 대해서는 최적인 세그먼트 길이가 다른 버스트에 대해서는 최적이 아닐 수도 있다. 하나의 일정한 하드웨어 구성을 이용하기 위해서 세그먼트 사이즈를 설정할 수 있도록 구현할 수 있다. 또한, 오버랩을 상이하게 함으로써 용이하게 버스트 길이를 상이하게 할 수 있다.
채널 평가 장치(26)는 각각의 수신된 사용자 신호에 대한 채널 응답을 평가한다. 다른 기술을 이용할 수도 있지만, 통상적으로는 파일럿 코드 또는 미드앰블 시퀀스와 같은 기준 신호를 이용하여 채널 응답을 평가한다. 평가된 채널 응답을 채널 응답 행렬 H로서 도 1에 도시하였다.
도 3은 바람직한 EQ-SIC 장치(28)를 도시한다. 일구현예에 있어서, 모든 사용자 신호는 예컨대 각각의 수신 전력에 따라 분류(ranked)된다. 사용자가 가장 높 은 수신 전력을 가진 경우, 수신 벡터 r i는 그 사용자(사용자 1)와 관련된 채널 응답을 이용하는 등화기(341)에 의해 등화되어, 확산 데이터 벡터 s i1이 생성된다. 역확산기(despreader)(361)는 그 사용자 신호가 이용한 코드를 이용하여 그 사용자 데이터의 소프트 심볼을 생성한다. 하드 판정 장치(381)는 그 사용자의 소프트 심볼을 하드 판정하여 하드 심볼 벡터 d i1을 생성한다. 검출된 하드 심볼을 이용하여 확산 데이터 벡터에 대한 사용자 1의 기여도 r i1을 결정한다. 감산기(421)는 세그먼트로부터 사용자 1의 기여도를 감산하여 사용자 1의 기여도가 제거된 새로운 세그먼트 x i1을 생성한다. 두번째로 높은 수신 전력 레벨을 가진 두번째 사용자(사용자 2)에 대해서도 유사한 처리가 행해진다. 등화기(342), 역확산기(362) 및 하드 판정 장치(382)를 이용하여 사용자 2의 하드 심볼 d i2를 검출한다. 간섭 구성 장치(402) 및 감산기(422)를 이용하여 x i1에 대한 사용자 2의 기여도를 제거한다. 최종 사용자 K까지 이러한 절차를 반복한다. K번째 사용자의 경우, 등화기(34K), 역확산기(36K) 및 하드 판정 장치(38K)를 이용하여 하드 심볼 d iK만을 결정한다.
기지국에서 EQ-SIC 수신기를 이용하는 경우에는, 통상적으로 모든 사용자 신호로부터 하드 심볼을 검출한다. 그러나, WTRU에서는, WTRU EQ-SIC 수신기가 단 하나의 사용자의 신호만을 관심 대상으로 할 수도 있다. 그 결과, 그 관심 대상인 사 용자 신호의 하드 심볼을 검출한 후에는 각 사용자에 대한 연속된 처리를 중단할 수 있다.
이전 설명에서는 각 사용자의 신호를 단독으로 검출하였지만, 다수의 사용자 신호를 공동으로 검출할 수도 있다. 그러한 구현예에서는, 수신 신호 전력에 따라 사용자를 그룹화하여, 차례로 각 그룹에 대한 연속된 처리를 행한다. 예를 들면, 제1 그룹의 데이터를 검출하여 그 수신 세그먼트로부터 제거(cancel)하고, 이어서 제2 그룹에 대해서도 동일한 처리를 행한다.
세그먼트에서 각 사용자의 데이터를 검출한 후에, d i와 같은 데이터 벡터를 세그먼트 저장 장치(30)에 저장한다. 저장 사이즈를 줄이기 위해서는, 세그먼트를 절단하여 관심 대상이 아닌 부분을 제거하고 관심 대상인 세그먼트 부분만을 남겨 놓는 것이 바람직하다. 세그먼트 리어셈블리 장치(32)는 통상적으로 각 세그먼트마다의 각 사용자의 데이터를 직렬 결합함으로써, 모든 세그먼트로부터의 데이터를 갖는 데이터 벡터 d 를 생성한다. 예를 들면, 세그먼트 1에 대한 사용자 1로부터의 데이터 d 11을 세그먼트 2에 대한 사용자 1로부터의 데이터 d 12와 직렬 결합한다.
도 4는 EQ-SIC 수신기의 흐름도이다. 먼저, 단계 50에서는, 수신 벡터 r을 생성한다. 단계 52에서는, 모든 사용자에 대한 채널 평가를 행한다. 단계 54에서는, 수신 벡터를 r 1...r n으로 세그먼트화한다. 단계 56에서는, 각 세그먼트를 처리한다. 단계 58에서는, i번째 세그먼트에 대해서, 가장 높은 수신 전력을 가진 사용자를 결정한다. 단계 60에서는, 그 사용자에 대한 수신 벡터를 등화한다. 단계 62 에서는, 그 사용자의 코드를 이용하여 등화된 확산 벡터를 역확산시킨다. 단계 64에서는, 그 역확산된 데이터에 대한 하드 판정을 행한다. 단계 66에서는, 수신 벡터에 대한 그 사용자의 기여도를 결정한다. 단계 68에서는, 수신 벡터로부터 그 사용자의 기여도를 감산한다. 단계 70에서는, 감산된 수신 벡터를 수신 벡터로서 이용하여, 두번째로 높은 수신 전력을 가진 사용자에 대해서, 단계 60 내지 단계 68을 반복하여 처리한다. 단계 72에서는, 그 세그먼트에 대한 결과를 저장하고, 남은 세그먼트마다 단계 58 내지 단계 70을 반복한다. 단계 74에서는, 저장된 세그먼트를 데이터 벡터 d로 어셈블링한다. 채널 평가가 행해지거나 업데이트 되는 속도는 무선 채널의 시변 특성에 의존하므로, 구현예에 따라 변화시킬 수 있다.
EQ-SIC 장치(28)의 각 단의 등화는 FFT를 이용하여 구현되는 것이 바람직하지만, 달리 구현될 수도 있다. 가능한 일구현예는 다음과 같다. 각 수신 세그먼트는 다음의 수학식 1에 따른 신호 모델로 볼 수 있다.
Figure 112009011973082-PAT00001
여기서, H는 채널 응답 행렬이고, n은 노이즈 벡터이다. s는 확산 데이터 벡터로서, 다음의 수학식 2와 같이 사용자 또는 그룹에 대한 확산 코드 C와 사용자 또는 그룹에 대한 데이터 벡터 d의 컨볼루션이다.
Figure 112009011973082-PAT00002
수학식 3을 풀기 위한 두가지 방법은 등화 단과 그것에 이은 역확산 단을 이용하는 것이다. 단계 54에서, 각 수신 벡터 세그먼트 r i를 등화한다. 한가지 등화 방법은 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 해법을 이용하는 것이다. 각각의 확장된 세그먼트에 대한 MMSE 해법은 다음의 수학식 4A와 같다.
Figure 112009011973082-PAT00003
여기서, σ2은 노이즈 분산이고, Is는 확장 행렬에 대한 항등 행렬이며, (·)H는 켤레 복소수 전치 행렬 연산 또는 에르미트 행렬 연산이다. 제로 포싱(ZF) 해법은 다음의 수학식 4b와 같다.
Figure 112009011973082-PAT00004
이와 달리, 수학식 4a 또는 4b는 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009011973082-PAT00005
여기서, Rs 는 MMSE에 따라 다음의 수학식 6a와 같이 정의된다.
Figure 112009011973082-PAT00006
이와 달리, ZF에 따른 Rs는 다음의 수학식 6b와 같이 정의된다.
Figure 112009011973082-PAT00007
수학식 5를 풀기 위한 한가지 바람직한 방법은 다음의 수학식 7 및 8에서와 같이 고속 퓨리에 변환(FFT)을 이용하는 것이고, 수학식 5를 풀기 위한 다른 방법으로는 촐레스키 분해를 이용하는 것이다.
Figure 112009011973082-PAT00008
Figure 112009011973082-PAT00009
여기서, DZ는 Z 포인트 FFT 행렬이고, Λ는 RS 행렬의 순환 근사의 제1 열에 대한 FFT인 대각선을 갖는 대각 행렬이다. 순환 근사는 RS 행렬의 임의 열을 이용하여 행할 수 있다. 바람직하게는, 가장 많은 요소를 갖는 완전 열을 이용한다.
주파수 영역에서, FFT 해법은 다음의 수학식 9와 같다.
Figure 112009011973082-PAT00010
Figure 112009011973082-PAT00011
여기서, ⓧ는 크로넷 곱(Kronecker product)이고, M은 샘플링 레이트이다. M=1은 칩 레이트 샘플링이고, M=2는 2배의 칩 레이트 샘플링이다.
확산 데이터 벡터의 퓨리에 변환
Figure 112009011973082-PAT00012
를 결정한 후에, 역 퓨리에 변환을 하여 확산 데이터 벡터
Figure 112009011973082-PAT00013
를 결정한다.
도 1은 등화/연속 간섭 제거(EQ-SIC) 수신기의 개략도이다.
도 2는 수신 벡터 r의 바람직한 세그먼트화를 도시한 도면이다.
도 3은 EQ-SIC 장치의 개략도이다.
도 4는 EQ-SIC 수신기의 흐름도이다.

Claims (14)

  1. 사용자 신호들이 공유 스펙트럼에서 수신되고, 상기 수신된 사용자 신호들의 샘플들이 수신 벡터로서 생성되는 무선 통신 시스템에서 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    상기 수신 벡터를 복수의 세그먼트로 세그먼트화하는 단계와;
    각 세그먼트에 대해서, 적어도 한 사용자에 대한 심볼을 연속해서 결정하는 단계와;
    각 세그먼트에 대응하는 상기 결정된 심볼을 적어도 상기 한 사용자에 대하여 데이터 벡터로 어셈블링하는 단계
    를 포함하는 무선 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각 세그먼트는 다른 세그먼트와 오버랩되는 부분을 갖도록 구성되는 것인 무선 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오버랩되는 부분은 적어도 임펄스 응답 길이에서 1 칩을 뺀 것의 2배인 것인 무선 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 결정된 심볼을 절단(truncate)한 후에, 결정된 심볼의 각 세그먼트를 저장하는 단계를 더 포함하는 것인 무선 통신 시스템에서의 신호 수 신 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 심볼을 연속해서 결정하는 단계는 입력 벡터를 등화(equalize)하는 단계, 상기 등화된 벡터를 역확산(despread)시키는 단계, 및 상기 역확산된 등화 벡터에 대한 하드 판정(hard decesion)을 행하는 단계를 포함하는 것인 무선 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 입력 벡터를 등화하는 단계는 고속 퓨리에 변환을 이용하는 것인 무선 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.
  7. 무선 송수신 유닛에 있어서,
    공유 스펙트럼으로 사용자 신호들을 수신하는 수단과;
    상기 수신된 사용자 신호들의 샘플들을 수신 벡터로서 생성하는 수단과;
    상기 수신 벡터를 복수의 세그먼트로 세그먼트화하는 수단과;
    적어도 하나의 사용자에 대한 심볼을 연속해서 결정하는 수단과;
    각 세그먼트에 대응하는 상기 결정된 심볼을 적어도 하나의 상기 사용자에 대하여 데이터 벡터로 어셈블링하는 수단을 포함하는 무선 송수신 유닛(WTRU).
  8. 제7항에 있어서, 상기 세그먼트화하는 수단은 각 세그먼트가 다른 세그먼트와 오버랩되는 부분을 갖게 동작하도록 구성되는 것인 무선 송수신 유닛(WTRU).
  9. 제8항에 있어서, 상기 세그먼트화하는 수단은 상기 오버랩되는 부분이 적어도 임펄스 응답 길이에서 1 칩을 뺀 것의 2배가 되게 동작하도록 구성되는 것인 무선 송수신 유닛(WTRU).
  10. 제8항에 있어서, 결정된 심볼을 절단한 후에, 결정된 심볼의 각 세그먼트를 저장하는 수단을 더 포함하는 무선 송수신 유닛(WTRU).
  11. 제10항에 있어서, 상기 심볼을 연속해서 결정하는 수단은 입력 벡터를 등화하는 등화기와, 상기 등화된 벡터를 역확산시키는 역확산기와, 상기 역확산된 등화 벡터에 대한 하드 판정을 행하는 하드 판정 장치를 포함하는 것인 무선 송수신 유닛(WTRU).
  12. 제11항에 있어서, 상기 등화기는 상기 입력 벡터를 고속 퓨리에 변환을 이용하여 등화하도록 구성되는 것인 무선 송수신 유닛(WTRU).
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공유 스펙트럼으로 사용자 신호들을 수신하는 수단은 안테나이고,
    상기 수신된 사용자 신호들의 샘플들을 수신 벡터로서 생성하는 수단은 샘플링 장치이고,
    상기 수신 벡터를 복수의 세그먼트로 세그먼트화하는 수단은 세그먼트화 장치이고,
    상기 적어도 한 사용자에 대하여 심볼들을 연속해서 결정하는 수단은 등화 및 연속 간섭 제거기이고,
    상기 결정된 심볼들을 어셈블링하는 수단은 세그먼트 리어셈블리(reassembly) 장치인 것인 무선 송수신 유닛(WTRU).
  14. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 송수신 유닛은 집적 회로(IC)를 포함하고,
    상기 집적 회로는,
    상기 수신 벡터를 복수의 세그먼트로 세그먼트화하는 수단과;
    상기 심볼들을 연속하여 결정하는 수단과;
    상기 각 세그먼트에 대응하는 상기 결정된 심볼들을 데이타 벡터로 어셈블링하는 수단을 포함하는 것인 무선 송수신 유닛(WTRU).
KR1020097004023A 2003-03-03 2004-02-27 등화 및 연속 간섭 제거를 이용한 다수의 사용자 검출 KR20090028842A (ko)

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