KR20010083789A - 코드분할 다중접속(CDMA) 시스템에서 용량 증가와 신호품질 개선을 위한 싱크(Sinc) 함수형 칩 파형의 설계 방법 - Google Patents

코드분할 다중접속(CDMA) 시스템에서 용량 증가와 신호품질 개선을 위한 싱크(Sinc) 함수형 칩 파형의 설계 방법 Download PDF

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KR20010083789A
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Abstract

본 발명은 코드분할 다중접속(CDMA) 시스템에서 가입자용량과 신호 품질 개선을 위해 최적의 칩 파형 설계에 관한 것으로, 의사 잡음(PN) 코드의 신호를 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)를 갖는 싱크(Sinc) 함수의 형태로 간단히 설계함으로써 칩간 간섭을 최소화하여 시스템의 용량 또는 동시 사용자 수를 최대화시키고, 비트 오율 (BER)이나 통신처리율(throughput)등의 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
기존의 구형파(Rectangular) 칩 파형, 카이져(Kaiser) 칩 파형이나 블랙만(Blackman) 칩 파형 또는 더 일반적인 상승형 코사인(Raised Cosine) 칩파형을 사용하는 기존의 코드분할 다중접속(CDMA) 시스템은 칩간 상관(Partial Chip correlation) 값이 커서 상대적으로 큰 다른 사용자 간섭(MAI)을 받는다. 더욱이, 무선 이동 통신 채널에서는 다중 경로 성분에 의한 자신의 신호로부터의 간섭 즉, 자기 간섭(Self-Interference)도 받게 되므로, 칩 파형에 따라서 간섭이 현저히 달라지게 된다. 이에 따라, 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)를 갖는 싱크(Sinc) 함수 형태의 칩 파형을 설계함으로써, 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation) 값이 최소화되도록 칩 파형을 설계한다. 결과적으로, 간섭의 크기뿐만 아니라 비트 오율(BER)도 최소화할 수 있고, 동시에 수용할 수 있는 사용자수를 최대화시킬 수 있다.
본 발명에 의해, 처리이득 및 신호 대 잡음의 전력 비등의 동일한 조건하에서, 기존의 칩 파형을 사용하는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템보다, 훨씬 더 많은 사용자를 수용할 수 있을 뿐만 아니라, 간섭을 최소화함으로써 비트 오율(BER) 즉, 신호의 품질을 더욱 향상시킬 수 있고, 처리율(Throughput)을 높임으로써 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.

Description

코드분할 다중접속(CDMA) 시스템에서 용량 증가와 신호 품질 개선을 위한 싱크(Sinc) 함수형 칩 파형의 설계 방법 {Design Method of Sinc-Function Chip Waveform for Capacity Increase and Signal Quality Improvement in CDMA System}
코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템은 다중 경로(Multi-Path) 및 의도적인 간섭에 강하지만, 다중 사용자 간섭(MAI)등에 의해서 시스템의 용량 즉, 동시 사용자 수와 신호품질이 결정된다. 또한, 다중 경로 페이딩(Multi-Path Fading) 환경에서는 자기 자신의 신호에 의한 자기 간섭(SI)이 존재하게 된다. 이러한 간섭 성분들은 다이버시티(Diversity)와 같은 페이딩(Fading)을 극복하기 위한 기술을 사용한다 하더라도 시스템의 성능에 심각한 영향을 미친다. 수신기에서 간섭을 제거하기 위한 기술들이 있으나, 이들은 수신기의 구조를 복잡하게 한다는 단점을 갖고 있다.
코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서, 의사 잡음 코드(Pseudo Noise Code)의 칩 파형에 따라서 시스템의 간섭 및 성능이 달라진다. 현재 디지탈 셀룰러와 개인 휴대 통신(PCS)과 같은 직접 시퀀스-코드 분할 다중 접속 (DS-CDMA) 시스템에서는 기본적으로 구형(Rectangular)의 칩 파형을 기본으로하여 대역 제한된 채널의 특성 때문에 상승 코사인 필터(Raised Cosine Filter)를 사용하여 정형화(shaping)한 칩 파형을 사용한다. 그러나, 칩간의 간섭이 커서 동시 사용자 수가 많거나 처리 이득이 작을 경우에는 요구 비트 오율(BER)이나 처리율을 만족시킬 수 없게 되어 신호의 품질을 떨어뜨리게 된다. 그 외에도, 기존에는 여러 칩 파형 들이 있으나 이로써는 원하는 신호의 품질이나 시스템의 용량을 만족시키는데 한계가 있다.
본 발명은 코드분할 다중접속(CDMA) 시스템에서 가입자용량과 신호 품질개선을 위해 최적의 칩 파형 설계에 관한 것으로, 의사 잡음(PN) 코드의 신호를 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)를 갖는 싱크(Sinc) 함수의 형태로 간단히 설계함으로써 칩간 간섭을 최소화하여 시스템의 용량 또는 동시 사용자 수를 최대화시키고, 비트 오율 (BER)이나 통신처리율(throughput)등의 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서, 칩간 다중 사용자 간섭(MAI) 및 자기 간섭(SI)을 최소화시켜 시스템의 용량과 신호의 품질을 최대화할 수 있는 칩 파형으로서 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)를 갖는 싱크(Sinc) 함수 형태의 칩 파형을 설계하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 싱크(Sinc) 함수의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)를 조절함으로써 수신기에서 별도의 기술의 추가 없이 시스템의 간섭을 간단히 최소화할 수 있고, 기존에 사용되고 있는 칩 파형을 사용하는 경우에 비해 우수한 통신 성능을 나타낸다.
제 1 도는 본 발명에 관련된 시간영역의 싱크(Sinc) 함수형 칩(chip) 파형과 기존 칩 파형(chip waveform)들
* 제 1 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
(1) 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)가 4인 싱크(Sinc) 함수형 칩 파형
(2) 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)가 6인 싱크(Sinc) 함수형 칩 파형
(3) 기존의 카이져(Kaiser) 칩 파형
(4) 기존의 블랙만(Blackman) 칩 파형
(5) 기존의 상승형 코사인(Raised Cosine) 칩파형
코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서, 다중 사용자 간섭(MAI)은 일반적으로 처리 이득에 반비례하고 동시 사용자 수 및 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation) 값에 비례한다. 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation) 값은 식 1과 같이 주어진다.
여기서, Tc는 의사 잡음 코드(PN Code)의 주기를 나타내며 R(τ)와(τ)는각각 다음과 같이 주어진다.
여기서, 의사 잡음 코드(PN Code)의 칩 파형(t)는 다음과 같이 정규화된 에너지 조건을 만족해야 한다.
시스템의 처리 이득(Processing Gain)과 동시 사용자수가 고정된 경우, 전체 간섭의 크기는 식 1에 주어진 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation) 값 Mc에 의존하게 된다. Mc를 최소화하기 위한 것으로써 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)인 α를 갖는 시간 제한된 싱크(Sinc) 함수 형태의 칩 파형은 다음과 같이 주어진다.
여기서, u(t)는 [0, Tc] 구간에서만 1이 되는 단위 계단 함수이며, c1은 식 3의 조건을 만족시키기 위한 계수이다. 식 4의 칩 파형에서 시간 영역의 롤-오프계수(Roll-Off Factor)인 α를 조절하여 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation)값을 최소화할 수 있게 된다. 제 1도에 α=4(1)와 α=6(2)인 경우의 칩 파형이 있다. 구형파 칩(chip) 파형이 식 5a, 5b, 5c와 같은 윈도우를 지나면 각각 카이저(Kaiser) 칩 파형, 블랙만(Blackman) 칩 파형 및 상승형 코사인(Raised Cosine) 칩파형이 된다. 이들은 비교적 다른 기존의 칩파형보다 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation)이 작아서 칩간 다중 사용자 간섭(MAI) 이 작다고 알려져 있거나 일반적으로 사용될 수 있는 칩파형이다.
여기서, c2와 c3도 식 3의 조건을 만족하는 계수이며, I0( ·)는 영차(zero-order) 제 1종 수정형 베셀(Bessel) 함수이다.
위 식5에서, β=20인 카이저(Kaiser) 칩 파형(3)과 블랙만(Blackman) 칩 파형(4) 및 상승형 코사인(Raised Cosine) 칩파형을 제 1 도에 나타내었다.
위 식들로부터, 각 칩 파형에 대한 계수와 그에 따른 부분 칩 상관(PartialChip Correlation) 값이 표 1에 나타나있다. 예로써, 기존의 칩 파형 중에서 가장 좋은 성능을 갖는 카이저(Kaiser) 칩 파형(3)보다 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)가 6인 싱크(Sinc) 함수형 칩 파형(2)의 칩 파형을 사용한 경우, 간섭이 1.84배 또는 2.64dB 정도 줄어들게 된다. 따라서, 표 1로부터 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)인 α를 갖는 싱크(Sinc) 함수 형태의 칩 파형을 사용함으로써 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.
첫째, 시간 영역의 롤-오프 계수(Roll-Off Factor)인 α를 조절함으로써, 간섭에 해당하는 부분 칩 상관(Partial Chip Correlation) 값을 쉽게 충분히 제거할수 있다.
둘째, 수신기에서 별도의 구조의 추가 없이 다중 사용자 간섭을 충분히 줄일 수 있다.
셋째, 간섭을 최소화시킴으로써 시스템의 용량과 신호의 품질을 최대화시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서 다중 사용자 간섭(MAI)을 제거하기 위해 칩 파형(chip waveform)을 설계하는 기술에서,
    가) [식 4] 와 같은 싱크(Sinc) 함수 형태의 칩 파형을 사용하는 것과,
    나) 싱크(Sinc) 함수 형태의 칩 파형에서 롤-오프 계수(Roll-Off Factor) α를 조절하여 칩 파형을 설계하는 방법.
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