KR100862529B1 - Τｄｄ 기반 ｃｄｍａ 시스템에서 적응형 결합 채널 추정방법 및 그 시스템 - Google Patents

Τｄｄ 기반 ｃｄｍａ 시스템에서 적응형 결합 채널 추정방법 및 그 시스템 Download PDF

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유재황
임종태
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Abstract

TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템이 개시되어 있다. 본 발명은, a) 이동 단말기의 활성(Activity) 정보를 수신하는 단계;
b) 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 온(ON) 상태인 경우, 상기 이동 단말기로 미드앰블 시퀀스를 전송하는 단계와; c) 상기 이동 단말기에서 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널의 추정을 수행하는 단계와; d) 상기 적응형 결합 채널의 추정을 수행한 결과 획득한 상기 이동 단말기의 채널 응답을 이용하여, 적응형 결합 검출을 수행하는 단계를 포함하여, 송신 전력 소비를 줄이고, 불필요한 간섭을 제거함으로써 채널 추정의 복잡도를 줄이고 더불어 채널 추정의 정확도를 증대시킨다.
Figure R1020070059975
이동 통신, 시분할 듀플렉스, 채널, 결합, 추정

Description

ΤＤＤ 기반 ＣＤＭＡ 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING ADAPTIVE COMBINED CHANNEL IN CDMA SYSTEM BASE ON TIME DIVISION DUPLEX SYSTEM}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예가 적용된 단일 셀 및 기존의 단일 셀에서의 성능 비교 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예가 적용된 다중 셀 및 기존의 다중 셀에서의 성능 비교 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 송신기
110 : 데이터 생성기
120 : 변조/확산 장치
130 : 결합기
140 : 변조기
150 : 송신 안테나
300 : 수신기
310 : 수신 안테나
320 : 복조기
330 : 채널 추정 장치
340 : 데이터 검출 장치
본 발명은 TDD 기반 CDMA 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시분할 듀플렉스 기반의 이동통신망에서 음성과 같이 데이터 전송이 온-오프(ON-OFF)되는 DTX(Discontinuous Transmission) 전송에서 실제 액티브한 사용자에 대해서만 미드앰블을 전송하고, 액티브한 사용자에 대해서만 결한 채널 추정을 수행하기 위한 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
오늘날 무선 통신 산업의 발달로 인해 이동통신시스템에서 이동 단말기로 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만 아니라 패킷 데이터, 멀티미디어 데이터 등과 같이 비교적 큰 사이즈의 용량을 갖는 데이터를 송수신하는 멀티미디어 통신으로 발전해 나가고 있다.
더욱이 상기 멀티미디어 통신에서는 이동 단말기에서 기지국 방향으로 데이 터/신호를 전송하는 상향 링크보다는 기지국 측에서 이동 단말기로 데이터/신호를 전송하는 하향 링크의 트래픽이 증가하고 있는 추세이다.
상기 멀티미디어 통신을 위한 시스템을 지원하기 위해 상향 링크 및 하향 링크를 주파수들에 의해 구분하는 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex: 이하 FDD　라 한다.) 방식보다는 상향 및 하향링크를 타임 슬롯들에 의해 구분하는 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex: 이하　TDD　라 한다)방식이 좀 더 효율적이다.
상기 FDD 방식의 대표적인 예가 코드분할다중접속(Code Division Multiple Access: 이하 CDMA　라 한다.)을 이용한 IS-95A 시스템 또는IS-95B 시스템이며, 상기 TDD 방식의 대표적인 예가 시분할다중접속(Time Division Multiple Access: 이하 TDMA라 한다.)을 이용한 GSM(Global System for Mobile Communication) 통신시스템이다.
이러한 2 세대 이동 통신 시스템을 기반으로 3 세대 이동 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다. 그 결과 상기 FDD(주파수 분할 듀플렉스) 방식으로는, CDMA를 근간으로 한 광대역 코드분할다중접속(Wideband Code Division Multiple Access) 시스템과 cdma2000 시스템이 국제표준으로 채택되었다.
상기 TDD(시분할 듀플렉스) 방식으로는, 기존의 TDMA를 확장하여 타임 슬롯 내에 복수의 코드채널들을 할당하는 시분할-코드분할다중접속 (Time Division Code Division Multiple Access: 이하 TD-CDMA　라 한다.) 시스템이 국제표준으로 채택 되었다.
상기 TD-CDMA(시분할-코드분할다중접속) 시스템에는 3.84 Mcps(chip per second)의 칩 속도(chip rate)를 가지는 HCR-TDD (High Chip Rate-TDD)와 1.28 Mcps(chip per second)의 칩 속도를 가지는 LCR-TDD (Low Chip Rate-TDD)가 포함되어 있다.
상기 TD-CDMA 시스템은 각 타임 슬롯에 대해 채널코드들(channelisation codes)을 최대 16개까지 사용할 수 있다. 상기 TD-CDMA 시스템에서, 한 타임 슬롯 내에서 확산이득(spreading gain)이 16일 경우에 최대 16개의 코드 채널들이 사용되며, 상기 확산 이득이 16 미만인 경우, 16개 미만의 코드 채널들이 사용된다.
기존의 TDD 기반의 CDMA 시스템, 예컨대 TD-SCDMA 에서는 결합 채널 추정(Joint Channel Estimation) 및 결합 검출(Joint Detection) 이라는 일종의 다중 사용자 검출 방식을 이용하여 신호 검출 성능을 증대시켰다.
특히, 음성과 같이 온(ON) 구간 및 오프(OFF) 구간이 반복하는 경우 DTX(Discontinuous Transmission)를 이용하는데, 이때 실제로 데이터를 전송하는 사용자의 데이터에 대해서만 결합 검출 방법을 이용하는 방법이 제안되어, 채널 추정을 위한 미드앰블 부분은 수신기의 온-오프에 무관하게 항상 전송하고, 데이터 전송 부분만 수신기의 온-오프 상태에 따라 전송 여부를 결정하였다.
따라서, 데이터 전송 부분의 간섭은 줄일 수 있었지만, 미드앰블 부분은 오프인 경우에도 전송됨에 따라 채널 추정에 미치는 간섭은 여전히 남아있게 된다는 문제점이 있어 왔다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시분할 듀플렉스 기반의 이동통신망에서 음성과 같이 데이터 전송이 온-오프(ON-OFF)되는 DTX(Discontinuous Transmission) 전송에서 실제 액티브한 사용자에 대해서만 미드앰블을 전송하고, 액티브한 사용자에 대해서만 결한 채널 추정을 수행하기 위한 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 다른 목적은 시분할 듀플렉스 기반의 이동통신망에서 수신기를 내장한 이동 단말기가 오프 상태인 경우 불필요한 데이터 부분뿐만 아니라 미드앰블 시퀀스도 전송하지 않음으로써 송신 전력 소비를 줄일 수 있는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 또 다른 목적은 시분할 듀플렉스 기반의 이동통신망에서 이동 단말기의 온 오프 상태에 따라 미드앰블 시퀀스의 전송 여부를 결정함으로써, 불필요한 간섭을 제고하고 채널 추정의 정확도를 향상시킬 수 있는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법은,
a) 이동 단말기의 활성(Activity) 정보를 수신하는 단계;
b) 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 온(ON) 상태인 경우, 상기 이동 단말기로 미드앰블 시퀀스를 전송하는 단계;
c) 상기 이동 단말기에서 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널의 추정을 수행하는 단계;
d) 상기 적응형 결합 채널의 추정을 수행한 결과 획득한 상기 이동 단말기의 채널 응답을 이용하여, 적응형 결합 검출을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은,
e) 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 오프(OFF) 상태인 경우, 상기 미드앰블 시퀀스를 전송하지 않으며, 업 데이트된 활성 정보를 분석하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 미드앰블 시퀀스는,
송신기에서 상기 이동 단말기로 전송할 데이터를 확산시키기 위해 할당된 타임 슬롯 및 코드로 생성되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 상기 방법의 상기 단계 d)에서,
상기 이동 단말기가 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 상기 채널 응답을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직한 실시 예에 따라 상기 단계 d)에서, 상기 채널 응답에 의해 채널 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템은,
수신기로부터 수신된 활성 정보를 분석하여 수신기의 온(ON) 상태 여부를 판단하여 온 상태인 경우 미드앰블 시퀀스를 전송하는 송신기; 및
상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널 수정을 수행하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 송신기는,
상기 활성 정보를 분석하여 상기 수신기가 오프(OFF) 상태인 경우, 상기 미드앰블 시퀀스를 전송하지 않는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수신기는,
상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 상기 채널 응답을 생성하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는 상기 미드앰블 시퀀스는,
송신기에서 상기 이동 단말기로 전송할 데이터를 확산시키기 위해 할당된 타임 슬롯 및 코드로 생성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, TDD(Time Division Duplex) 기반 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템은 송신기(100) 및 수신기(300)를 포함하여 구성된다.
일 응용 예에서, 상기 송신기(100)는 기지국 내에 구비되며 상기 수신기(300)는 사용자 단말기(User Equipment) 즉 이동 단말기 내에 구비되지만, 이에 한정되지는 않는다.
TDD 기반 CDMA 시스템에서는 코히어런트(Coherent) 수신을 위해 상기 CDMA 시스템에서 사용되는 파일롯 채널(Pilot Channel)과 유사한 기능을 수행하는 미드앰블 시퀀스(Midamble Sequence) 또는 트레이닝 시퀀스(training Sequence))를 사용한다.
상기 송신기(100)는 무선 라디오 주파수(200)를 통해 데이터를 상기 수신기(300)로 전송한다. 이때 수신기(300)로 전송되는 데이터는 K 개의 통신 버스트로 전송된다.
송신기(100)의 데이터 생성기(100)는 수신기(300)로 전송될 데이터를 생성하고, 변조/확산 및 트레이닝 시퀀스 삽입 장치(이하, 변조/확산 장치; 120)는 상기 데이터 생성기(100)에서 생성된 데이터를 확산하고, 상기 데이터를 확산시키기 위한 적절하게 할당된 타임 슬롯과 코드로 미드앰블 트레이닝 시퀀스와 시간-다중화된 확산 레퍼런스 데이터를 만듦으로써, K 개의 통신 버스트를 생성한다. 다운링크 버스트를 전송하는 기지국에 대한 통상의 K 값은 1 내지 16 이다.
통신 버스트는 결합기(130)에 의해 결합되고 변조기(140)에 의해 라디오 주 파수(RF)로 변조된다. 안테나(150)는 무선 라디오 채널을 통해 RF 신호를 수신기(300)의 안테나(310)로 방사시킨다.
전송된 통신에 사용되는 변조 방식은 2진 위상 시프트 키잉 (BPSK) 이나 4진 위상 시프트 키잉(QPSK)과 같은 당업계에 잘 알려진 임의의 기술들 중 임의의 하나일 수 있다.
이러한 상기 송신기(100)는 수신기(300)로부터 활성 정보를 수신하여 이를 분석하고, 상기 수신기(300)의 상태가 온(ON) 상태인지 여부를 판단한다.
상기 송신기(100)는 상기 수신기(300)의 상태가 온 상태인 경우 미드앰블 시퀀스를 상기 수신기(300)로 전송한다.
또한, 상기 송신기(100)는 상기 수신기(300)의 상기 활성 정보를 분석한 결과, 상기 수신기(300)가 오프(OFF) 상태인 경우, 상기 미드앰블 시퀀스를 상기 수신기(300)로 전송하지 않는다.
수신기(300)는 안테나(310), 복조기(320), 채널 추정 장치(330) 및 데이터 검출 장치(340)를 포함하여 구성된다.
TDD 기반 CDMA 시스템에서의 수신기(300)는 데이터 사이에 삽입된 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 채널 특성(임펄스 응답)을 추정하고, 상기 채널 특성을 바탕으로 다중경로로 인한 인접심볼간 간섭(Inter Symbol Interference: 이하 ISI　라 한다.) 및 여러 사용자가 동시에 통신을 함으로써 발생하는 다중사용자 간섭(Multiple Access Interference: 이하　MAI　라 한다.)을 결합 검출기(joint detector, 이하 JD　라 칭함)를 이용하여 동시에 제거한다.
이하에서 보다 상세히 설명하면, 상기 수신기(300)의 안테나(310)는 다양한 라디오 주파수 신호를 수신하는데, 상기 수신기(300)에서 수신된 신호는 복조기(320)에 의해 복조되어 기저대역 신호가 형성된다.
상기 기저대역 신호는 채널 추정 장치(330)와 데이터 검출 장치(340) 등에 의해, 전송된 통신 버스트에 할당된 적절한 코드와 타임 슬롯으로 처리된다.
상기 데이터 검출 장치(340)는 복수 사용자 검출기 또는 단독 사용자 검출기일 수 있다.
채널 추정 장치(330)는 기저대역 신호의 미드앰블 트레이닝 시퀀스 성분을 이용하여 채널 임펄스 응답과 같은 채널 정보를 제공한다.
상기 데이터 검출 장치(340)는 상기 채널 추정 장치(300)로부터 제공 받은 채널 정보를 이용하여 수신된 통신 버스트의 전송된 데이터를 하드 심볼로서 추정한다.
이러한 상기 수신기(300)는 상기 송신기(100)로부터 수신된 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널 수정을 수행하며, 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 상기 채널 응답을 생성한다.
상기 미드앰블 시퀀스는 송신기(100)에서 상기 수신기(300) 즉, 이동 단말기로 전송할 데이터를 확산시키기 위해 할당된 타임 슬롯 및 코드로 생성한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 작동 상태에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDD(Time Division Duplex) 기반 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
송신기(100)는 수신기(300)가 내장된 이동 단말기의 활성(Activity) 정보를 수신하고, 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 온(ON) 상태인 경우, 상기 이동 단말기로 미드앰블 시퀀스를 전송한다(S210, S200, S230, S250).
상기 미드앰블 시퀀스를 수신한 상기 이동 단말기는 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널의 추정을 수행한다(S260).
상기 적응형 결합 채널의 추정을 수행한 결과 획득한 상기 이동 단말기의 채널 응답(CIR: Channel Impulse Response)을 이용하여, 적응형 결합 검출을 수행한다(S270). 이때, 상기 이동 단말기가 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 상기 채널 응답을 생성한다. 또한, 상기 이동 단말기는 상기 채널 응답에 의해 채널 정보를 제공한다.
또한, 상기 송신기(100)는 상기 이동 단말기로부터 수신된 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 오프(OFF) 상태인 경우, 상기 미드앰블 시퀀스를 전송하지 않으며, 업 데이트된 활성 정보를 분석한다(S240).
상기 미드앰블 시퀀스는 송신기(100)에서 상기 이동 단말기로 전송할 데이터를 확산시키기 위해 할당된 타임 슬롯 및 코드로 생성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예가 적용된 단일 셀 및 기존의 단일 셀에서의 성능 비교 그래프이다.
도 3을 참조하면, 참조번호 35는 BER이고, 참조번호 30은 BLER을 나타낸다. 그래프에서 나타났듯이 단일 셀의 경우 결합 채널 추정이 셀 내 타 사용자의 간섭을 제거하는 능력을 가지기 때문에 이득이 적음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예가 적용된 다중 셀 및 기존의 다중 셀에서의 성능 비교 그래프이다.
도 4를 참조하면, 단일 셀과는 달리 타 셀로부터의 간섭은 결합채널추정 방식에서 제거되지 않기 때문에 제안된 방식의 성능 향상 효과가 수 dB 정도임을 알 수 있다. 실제 TDD 기반 CDMA 시스템은 셀룰라 환경에서 운영되기 때문에 제안된 방식을 적용하면 성능이 향상된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법 및 그 시스템에 의하면, 시분할 듀플렉스 기반의 이동통신망에서 음성과 같이 데이터 전송이 온-오프(ON-OFF)되는 DTX 전송에서 실제 액티브한 사용자에 대해서만 미드앰블 시퀀스를 전송하고, 액티브한 사용자에 대해서만 결한 채널 추정을 수행하여 송신 전력 소비를 줄이고, 불필요한 간섭을 제거함으로써 채널 추정의 복잡도를 줄이고 더불어 채널 추정의 정확도를 증대시켜서 시스템의 성능을 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식 을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

Claims (9)

  1. a) 이동 단말기의 활성(Activity) 정보를 수신하는 단계;
    b) 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 온(ON) 상태인 경우, 상기 이동 단말기로 미드앰블 시퀀스를 전송하는 단계;
    c) 상기 이동 단말기에서 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널의 추정을 수행하는 단계; 및
    d) 상기 적응형 결합 채널의 추정을 수행한 결과 획득한 상기 이동 단말기의 채널 응답을 이용하여, 적응형 결합 검출을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    e) 상기 활성 정보를 분석하여 상기 이동 단말기가 오프(OFF) 상태인 경우, 상기 미드앰블 시퀀스를 전송하지 않으며, 업 데이트된 활성 정보를 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 미드앰블 시퀀스는,
    송신기에서 상기 이동 단말기로 전송할 데이터를 확산시키기 위해 할당된 타임 슬롯 및 코드로 생성되는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 d)에서,
    상기 이동 단말기가 상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 상기 채널 응답을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 단계 d)에서,
    상기 채널 응답에 의해 채널 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 방법.
  6. 수신기로부터 수신된 활성 정보를 분석하여 수신기의 온(ON) 상태 여부를 판단하여 온 상태인 경우 미드앰블 시퀀스를 전송하는 송신기; 및
    상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 적응형 결합 채널 추정을 수행하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 송신기는,
    상기 활성 정보를 분석하여 상기 수신기가 오프(OFF) 상태인 경우, 상기 미드앰블 시퀀스를 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적 응형 결합 채널 추정 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 수신기는,
    상기 미드앰블 시퀀스를 이용하여 채널 응답을 생성하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 미드앰블 시퀀스는,
    송신기에서 상기 수신기로 전송할 데이터를 확산시키기 위해 할당된 타임 슬롯 및 코드로 생성하는 것을 특징으로 하는 TDD 기반 CDMA 시스템에서 적응형 결합 채널 추정 시스템.
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