KR20020014147A - 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치 및방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치 및 방법에 관한 기술이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
이동통신 시스템에서 대역 확산이 많이 이루어지며, 속도가 빠른 경우에 이를 채널의 추정 및 보상을 원활히 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
다. 발명의 해결방법의 요지
본 발명에 따른 장치는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치로서, 이동통신 시스템에서 공중파로 송신한 신호를 무선 처리한 후 역확산하는 역확산부와, 상기 역확산 된 신호를 적분(integration/dump)하는 적분부와, 상기 적분된 신호를 송신 패턴에 따라 다중화하여 출력하는 다중화부와, 상기 다중화된 신호를 페프아이알 저역 필터를 통해 채널 상태를 추정하는 저역 필터와, 상기 저역 필터의 출력을 상기 수신된 신호로부터 복조된 신호와 결합하도록 출력하는 결합부와, 상기 복조된 신호를 상기 결합부의 출력을 이용하여 채널의 추정 및 진폭과 위상을 보상하는 다중화부로 구성됨을 특징으로 한다.
라. 발명의 중요한 용도
이동통신 시스템에서 사용된다.

Description

이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING AND PRESUMING OF CHANNEL IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 채널의 추정 및 보상을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 동기형 복조를 위한 채널 추정 및 보상을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 무선 채널 상에서 발생하는 페이딩(fading) 현상에 의해 왜곡된 위상은 데이터 복조 시에 보상을 수행하지 않으면 전송 정보의 오류 원인이 되어 서비스의 품질이 저하된다. 이러한 위상 왜곡은 추정 및 보상을 통해 정보의 오류를 최소화하고 있다. 이러한 왜곡된 데이터의 위상을 보상하는 셀룰라 시스템 또는 PCS(Personal Communication System) 시스템에서 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 이동통신 시스템에서 종래기술에 따른 채널 보상을 위한 장치의 블록 구성도이다. IS-95 시스템의 경우 이동국 수신기에서 채널 추정을 위해 기지국에서 기준 위상을 파일롯 채널을 통해 전송한다. 전송되는 파일롯 채널의 데이터는 무변조된 신호이며 해당 왈시(Walsh) 코드 또한 모두 0의 시퀀스(Sequence)로 확산 변조된다. 이러한 파일럿 채널의 데이터는 이동국에서 이미 알고 있기 때문에 무선 채널상에서 발생하는 진폭 및 위상을 추정할 수 있는 기준 위상 신호로 이용된다. 따라서 상기 도 1에서 수신된 I 채널의 신호와 Q 채널의 신호는 이동국의 안테나, RF 수신회로를 통해 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되어 있는 신호이다. 또한 상기한 신호들 중 I 채널의 신호는 QPSK(Quadrature Phase Shift Key) 변조 신호 중 Inphase 성분이며, Q 채널의 신호는 Qaudrature 신호이 성분이다. 상기한 두 신호는 PN 역확산기(10)에 의해 자산의 셀에 일치한 PN(Pseudo Nose) 코드로 역환산이 되며, 이 역환산된 출력 신호의 샘플속도는 기지국에서 확산된 신호의 샘플 속도와 동일한 속도이다. 상기 속도를 예로 설명하면 1.2288M sample/second가 된다.
또한 파일럿 채널의 경우 왈시코드의 이산 시퀀스가 모드 "0"이기 때문에 왈시 코드의 역확산이 필요 없다. PN 역확산기(10)의 출력 신호를 이용하여 채널 추정기(11)에서 위상의 왜곡을 추정한다. 그리고 왈시 디코더(12)에서 왈시 커버링되어 있는 데이터를 이동국의 단말에 할당된 왈시 코드를 이용하여 기지국에서 전송한 데이터 정보의 트래픽 채널의 디커버링을 수행한다. 상기 왈시 디코더(12)의 출력 신호는 무선 채널상의 페이딩 특성에 의해 신호의 진폭과 위상이 왜곡되어 있다. 따라서 채널 보상부(13)에서 채널 추정기(11)로부터 추정된 위상과 진폭일 이용하여 이동국의 트래픽 채널의 위상과 진폭을 보상한다. 상기 채널 보상부(13)로부터 출력된 신호는 위상이 보상된 신호로써 동기형 복조된 신호가 된다. 이와 같이 위상과 진폭이 보상된 데이터는 비터비 디코더(14)로 출력되며, 상기 비터비 디코더(14)는 디코딩을 수행한 후 출력한다.
도 2는 종래기술에 따라 도 1의 채널 추정기 동작에 따른 기능적 블록 구성도이다. 이하 도 2를 참조하여 채널 추정기의 기능적인 동작을 살펴본다.
도 2는 IIR(Infinite Impulse Response) 유형의 저대역 통과 필터를 이용하여 채널의 위상과 진폭을 추정한다. 도 2에서 11a와 11c는 대역 통과 폭을 결정하는 변수가 된다. 현재의 시스템에서는 상기 11a와 11c를 프로그램 방식으로 조정할 수 있으므로 여러 가지 대역폭으로 채널의 위상과 진폭 왜곡을 추정할 수 있다. 이와 같은 방식에서 IIR 필터가 가지고 있는 고유한 성질인 위상의비선형(nonlinearity) 및 필터 응답 시간 지연요소에 의해 정확한 채널의 위상과 진폭 왜곡 수정이 어렵다. 이는 이동국의 BER(???? Error) 성능 저하를 일으켜 서비스의 품질에 악영향을 초래하기도 한다.
이러한 경우는 특히 IMT-2000과 같은 대역확산 폭이 IS-95 시스템에 비해 더 큰 경우 필터의 응답시간 지연은 필터의 비선형성 보다 더 서비스 품질에 악영향을 미치는 요인으로 작용한다.
따라서 본 발명은 확산 대역폭이 큰 이동통신 시스템과 이동국 간의 이동속도가 빠른 운용환경에서 채널 추정기용 필터의 위상과 비선형성과 응답 시간을 개선할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치로서, 이동통신 시스템에서 공중파로 송신한 신호를 무선 처리한 후 역확산하는 역확산부와, 상기 역확산 된 신호를 적분(integration/dump)하는 적분부와, 상기 적분된 신호를 송신 패턴에 따라 다중화하여 출력하는 다중화부와, 상기 다중화된 신호를 페프아이알 저역 필터를 통해 채널 상태를 추정하는 저역 필터와, 상기 저역 필터의 출력을 상기 수신된 신호로부터 복조된 신호와 결합하도록 출력하는 결합부와, 상기 복조된 신호를 상기 결합부의 출력을 이용하여 채널의 추정 및 진폭과 위상을 보상하는 다중화부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 이동통신 시스템에서 채널추정 및 보상을 위한 방법으로, 이동통신 시스템에서 공중파로 송신한 신호를 무선 처리한 후 역확산하는 역확산 과정과, 상기 역확산 된 신호를 적분(integration/dump)하는 적분 과정과, 상기 적분된 신호를 송신 패턴에 따라 다중화하여 출력하는 다중화 과정과, 상기 다중화된 신호를 페프아이알 저역 필터를 통해 채널 상태를 추정하는 저역 필터링 과정과, 상기 저역 필터의 출력을 상기 수신된 신호로부터 복조된 신호와 결합하도록 출력하는 결합 과정과, 상기 복조된 신호를 상기 결합부의 출력을 이용하여 채널의 추정 및 진폭과 위상을 보상하는 다중화 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
또한 상기 저역 필터링 과정은 ;
입력된 신호를 소정의 시간 간격으로 지연하여 출력하는 지연기들이 직렬 연결되어 출력하며, 상기 각 지연기들의 출력과 입력된 신호를 가산하는 가산기로 가산하도록 함을 특징으로 한다.
그리고 상기 가산기로 출력되는 값들은 모두 가중치가 1로 구성하며,
상기 입력된 신호를 지연하는 과정은 적어도 3회 이상으로 지연하며 각 단계별 지연 신호들과 입력 신호들을 가산하도록 구성한다.
도 1은 이동통신 시스템에서 종래기술에 따른 채널 보상을 위한 장치의 블록 구성도,
도 2는 종래기술에 따라 도 1의 채널 추정기 동작에 따른 기능적 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 채널 추정 및 보상을 위한 부분의 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 도 3의 저역 필터의 기능적 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 필터를 적용한 경우와 종래기술에 따른 경우 및 이상적인 경우의 채널 추정 방식간의 신호를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 채널 추정 및 보상을 위한 부분의 블록 구성도이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 채널의 추정 및 보상하기 위한 부분의 블록구성 및 동작을 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 구체적인 예를 들어 설명하며, 현재 IMT-2000 시스템으로 표준화가 진행중인 3GPP 이동통신 시스템을 적용 예로 한다.
3GPP 시스템의 경우 이동국에서 채널 추정을 통한 동기형 복조를 위해 기준 위상을 소위 CPICH(Common Pilot channel)을 통해서 연속적으로 항상 기지국 시스템에서 전송하고 있다. 또한 기준위상을 제공하는 CPICH의 심볼 A=1+j의 복소수 형태이며, 다른 채널간의 구분 목적의 직교 특성의 OIVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor) 코드 및 기지국 구분용 스크램블링 코드(Scrambling code)를 이용하여 대역 확산변조되어 RF 및 안테나를 통하여 다른 가입자의 데이터 채널과 함께 기지국에서 송신된다.
상기한 방법으로 송신되는 신호는 이동국의 안테나 및 RF 수신회로부 그리고 안날로그 신호가 디지널 신호로 변환되어 I 채널의 신호와 Q 채널의 신호로 복소 형태로 이동국에서 수신한다. CPICH 역환산부(100)는 수신되는 신호 중 CPICH 채널의 기준 위상을 이용하기 위해 CPICH 채널의 기준 위상을 이용하기 위해 CPICH 채널 구분용으로 OVSF와 해당 셀의 스크램블링 코드를 이용하여 복소 유형의 역확산을 수행한다. 3GPP 시스템의 경우 확산 대역폭이 3.84Mcps(chip per second)이기 때문에 역확산된 후의 신호 샘플 속도 또한 3.84M spc(sample per second)이다. 이렇게 역확산된 CPICH 채널의 데이터는 제1적분부(101)에서 적분(Integration/Dump)되어 기지국에서 대역확산 변조 전의 CPICH 데이터 심볼을 얻을 수 있다.
그러나 이 신호에는 기지국과 이동국간의 무선 채널 상의 페이딩 특성에 의해 이미 기지국에서 송신한 CPIH 기준 위상으로부터 왜곡이 이루어져 있으며, 아울러 잡음 또한 함께 섞여 있는 신호가 된다. 따라서 다중화부(102)는 복소 유형의 곱셈기로써 제1적분기(101)로부터 출력된 신호와 CPCH 패턴 결합부(103)로부터 출력된 심볼의 복소 활용인 (A)*= 1-j를 이용하여 곱셈을 수행한다. 이와 같은 다중화부(102)의 출력은 수신되는 CPICH 기준 위상과 진폭이 무선 채널상을 통하여 수신되면서 얼마만큼 왜곡이 발생하였는가를 추정할 수 있다. 그러나 이 추정된 신호에는 또한 인접한 셀(Cell)로부터 간섭성분이 포함되어 있다.
따라서 상기 다중화부(102)로부터 출력된 신호를 저역필터(104)를 통해 간섭 잡음 및 열적 잡음을 감소시킨다. 즉, 제1적분부(101)와, 다중화부(102)와, CPCH 패턴 결합부(103) 및 저역필터(104)로 구성되는 채널 추정기의 출력 신호를 복소 혼합한다. 그리고 DPCH(Dedicated Physical Data Channel) 역확산부(106)와, 제2적분부(107)를 통과한 신호와 다중화부(108)에서 복소 곰셈을 수행한 신호를 채널 디코더(109)로 입력하여 에러를 정정한다.
상기 DPCH 역확산부(106)는 이동국의 DPDCH 채널 구분용의 할당된 OVSF 코드와 자기 셀의 스크램블링 코드를 이용하여 역확산을 수행하며, 제2적분부(107)는 복소 적분(Integration/Dump)를 하여 기지국에서 송신한 가입자의 서비스와 관련된 데이터 신호를 얻는다. 그러나 상기 신호에는 이미 기지국에서 송신한 신호에 비해 진폭과 위상 및 잡음이 혼재되어 있으므로 다중화부(108)를 이용하여 위상에 대한 보상이 이루어진다. 이는 상기 결합부(105)에서 출력된 채널 추정신호와 곱해져서진폭 및 위상의 왜곡이 보상되어 채널 디코더(109)에서 보상이 이루어진다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 상기 도 3의 저역 필터의 기능적 블록 구성도이다. 이하 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 채널 추정기의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
상기 도 4는 상기 도 3의 저역 필터(104)의 구성이며, FIR 필터로 구성된다. 상기 지연기들(104a, 104b, …, 104m)은 신호를 지연하는 소자로 구성할 수 있으며, 이들로부터 수신된 신호를 모두 가산하는 가산기(104n)으로 구성된다. 즉, 상기 순차적으로 지연된 신호들과 현재 입력되는 신호들을 순차적으로 입력되는 신호를 가산하여 출력함으로써 전형적인 FIR 필터의 TDL(Taped Delay Line) 구조가 된다. 이러한 탭의 숫자는 3개 이상인 경우 원하는 정도의 신호를 얻을 수 있으며 탭의 계수는 모두 1로 가중치 없이 입력되는 신호들을 시간에 따라 지연된 값들을 가산함으로써 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 필터를 적용한 경우와 종래기술에 따른 경우 및 이상적인 경우의 채널 추정 방식간의 신호를 도시하고 있다.
상기 실선으로 도시된 부분이 이상적인 곡선을 보이고 있으며, ▲표로 연결된 라인은 종래의 IIR 필터를 적용한 경우의 추정 곡선이다. 그리고 ●로 표시되어 있는 곡선은 본 발명에 따른 추정 곡선을 도시하고 있다. 즉, a 지점과 b 지점 및 c 지점 등에서 볼 때 즉, 각 곡선이 0 포인트를 지나는 점을 비교할 때 매우 큰 효과가 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 이동통신 시스템에서 채널 추정을 위한 방식에서 FIR 필터를 사용함으로써 보다 빠르고 효율적인 추정을 수행할 수 있는 이점이 있다. 또한 상기한 필터는 IMT-2000과 같은 대역확산이 많이 이루어지는 시스템인 경우 더욱 큰 효과를 낼 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치에 있어서,
    이동통신 시스템에서 공중파로 송신한 신호를 무선 처리한 후 역확산하는 역확산부와,
    상기 역확산 된 신호를 적분(integration/dump)하는 적분부와,
    상기 적분된 신호를 송신 패턴에 따라 다중화하여 출력하는 다중화부와,
    상기 다중화된 신호를 페프아이알 저역 필터를 통해 채널 상태를 추정하는 저역 필터와,
    상기 저역 필터의 출력을 상기 수신된 신호로부터 복조된 신호와 결합하도록 출력하는 결합부와,
    상기 복조된 신호를 상기 결합부의 출력을 이용하여 채널의 추정 및 진폭과 위상을 보상하는 다중화부로 구성됨을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저역 필터는
    입력된 신호를 소정의 시간 간격으로 지연하여 출력하는 지연기들이 직렬 연결되어 구성되며,
    상기 각 지연기들의 출력과 입력된 신호를 가산하는 가산기로 구성됨을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가산기로 출력되는 값들은 모두 가중치가 1로 구성됨을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 지연기는 적어도 3개 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 장치.
  5. 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 방법에 있어서,
    이동통신 시스템에서 공중파로 송신한 신호를 무선 처리한 후 역확산하는 역확산 과정과,
    상기 역확산 된 신호를 적분(integration/dump)하는 적분 과정과,
    상기 적분된 신호를 송신 패턴에 따라 다중화하여 출력하는 다중화 과정과,
    상기 다중화된 신호를 페프아이알 저역 필터를 통해 채널 상태를 추정하는 저역 필터링 과정과,
    상기 저역 필터의 출력을 상기 수신된 신호로부터 복조된 신호와 결합하도록 출력하는 결합 과정과,
    상기 복조된 신호를 상기 결합부의 출력을 이용하여 채널의 추정 및 진폭과 위상을 보상하는 다중화 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저역 필터링 과정은,
    입력된 신호를 소정의 시간 간격으로 지연하여 출력하는 지연기들이 직렬 연결되어 출력하며, 상기 각 지연기들의 출력과 입력된 신호를 가산하는 가산기로 가산하도록 함을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가산기로 출력되는 값들은 모두 가중치가 1로 구성됨을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 입력된 신호를 지연하는 과정은 적어도 3회 이상으로 지연하며 각 단계별 지연 신호들과 입력 신호들을 가산함을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 채널 추정 및 보상을 위한 방법.
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