KR100724986B1

KR100724986B1 - 부호분할 다중접속 시스템에서 터보 복호기의 입력데이터를 위한 스케일링 인자의 결정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100724986B1
Application number: KR1020050056600A
Authority: KR
Inventors: 김현철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-06-04
Also published as: KR20070000929A

Abstract

본 발명은 부호분할 다중접속(CDMA) 시스템에서 터보 복호기의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 다중경로 신호를 입력받아 입력 데이터를 생성하는 레이크 수신기와, 상기 입력 데이터의 전송에 사용된 이득인자들과, 상기 레이크 수신기의 시스템 상수 값들을 이용하여, 상기 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 계산하는 스케일링 인자 계산부와, 상기 입력 데이터에 상기 스케일링 인자를 곱하여 상기 입력 데이터에 대응하는, 터보 복호기의 입력 값을 구하는 입력 데이터 스케일링기를 포함한다. 상기 시스템 상수 값들은, 상기 데이터 채널 역확산기와 상기 제어 채널 역확산기와 상기 채널 추정기와 상기 최대비 결합기의 출력 범위를 각각 유지하기 위한 시스템 상수 값들과 상기 제어 채널의 확산 코드의 칩 길이의 곱(B)과, 상기 터보 복호기에서 소수점 이하의 값을 표현하기 위해 사용한 소수 비트들의 개수(f)에 따른

와, 상기 레이크 수신기로 입력되는 수신 신호의 크기(rms)이다.

TURBO DECODER, LLR, SCALING FACTOR, RAKE RECEIVER, DESPREADING, SYSTEM CONSTANT, GAIN FACTOR

Description

부호분할 다중접속 시스템에서 터보 복호기의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자의 결정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DECIDING A SCALING FACTOR FOR TURBO DECODER INPUT DATA IN CDMA SYSTEM}

도 1은 터보 부호를 사용하는 통신 시스템의 전송 장치를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 데이터 처리기의 구성을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 데이터 처리기의 구성을 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이크 수신기의 구성을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 스케일링 인자를 계산하는 장치의 구성을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스케일링 인자의 결정 동작을 나타낸 흐름도.

본 발명은 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: 이하 CDMA라 칭함) 시스템에 관한 것으로서, 특히 터보 복호기(Turbo Decoder)의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

고속의 데이터 통신을 지원하는 것을 주요한 목적으로 하는 차세대 이동통신 단말기에서는 음성 통화를 위주로 하는 기존의 단말기에 비하여 더 긴 사용 시간을 필요로 한다. 따라서 배터리를 한번 충전해서 연속 사용 가능한 시간을 증가시키기 위하여 단말기의 전력 소모를 최소화하고 전력을 보다 효율적으로 이용하기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.

동기식 CDMA-2000 및 비동기식 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service)와 같은 차세대 이동통신 시스템에서는 멀티미디어 데이터의 신뢰성 있는 전송을 위해 전송오류 정정(Forward error correction: 이하 FEC라 칭함)을 위한 채널 부호화(Channel Encoding)를 사용한다. 채널 부호화는 낮은 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio: 이하 SNR이라 칭함)에서도 비트 오류율(Bit Error Rate: 이하 BER라 칭함) 관점에서 매우 양호한 정보 복원 성능을 보이는 것으로 알려져 있으며, 페이딩 환경에서 일부 비트들의 오류가 발생된 경우에도 상기 오류의 정정이 가능하다. 차세대 이동통신 시스템에서는 오류정정 부호로서, 오류정정 능력의 한계로 알려진 셔먼(Shannon) 한계에 근접하는 성능을 지닌 터보 부호(Turbo Coding)가 주로 고려되고 있다. 터보 부호에 의해 부호화된 부호어(codeword)를 복 호하기 위해서는 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘이 이용된다.

터보 부호기는 내부 인터리버와 결합되어 병렬로 동작하는 두 개의 구성 부호기(constituent encoder)를 구비한다. 한 구성 부호기는 정보 비트들을 부호화하여 제1 패리티 비트들을 생성하며, 다른 구성 부호기는 상기 내부 인터리버에 의해 인터리빙된 정보 비트들을 부호화하여 제2 패리티 비트들을 생성한다. 상기 정보 비트들과 상기 패리티 비트들 전체 혹은 일부가 채널을 통하여 전송된다.

터보 부호화된 데이터를 복호하기 위하여 수신 비트들의 연성 값(soft value)들은 스케일되고 양자화된 후 버퍼에 저장된다. 상기 버퍼로부터 읽어낸 정보 및 제1 패리티 비트들은 제1 구성 복호기(constituent decoder)에 의해 복호화되고, 상기 제1 구성 복호기로부터 생성된 정보를 포함하는 중간 결과는 터보 부호기에 의해 사용된 인터리빙에 대응하도록 디인터리빙된다. 제2 구성 복호기는 상기 중간 결과와 제2 패리티 비트들을 복호하고, 상기 제2 구성 복호기로부터 생성된 정보를 포함하는 중간 결과들은 마찬가지로 디인터리빙되어 저장된다. 상기 저장된 중간 결과는 제1 구성 복호기의 다음 반복(iteration)에 의해 사용된다. 제1 및 제2 구성 복호기들에 의한 반복은 최종 복호 결과를 얻을 때까지 수회만큼 반복된다.

터보 부호는 높은 부호화 이득을 얻을 수 있는 반면, 터보 부호의 복호는 매우 복잡하여 종종 많은 양의 복잡한 컴퓨터 계산을 필요로 한다. 부호어의 비트 오류를 최소화하기 위하여, 터보 복호는 전형적으로, 부호화된 데이터에 대한 MAP(maximum a posteriori: 이하 MAP라 칭함) 확률을 계산함으로써 동작하는 MAP 알고리즘에 기초한다. MAP 알고리즘은 터보 부호를 위한 최적의 복호 알고리즘으로 알려져 있으며, MAP 알고리즘의 계산 부담을 감소시키기 위한 다양한 변형들이 개발되고 있다. 이러한 변형 중의 하나는 Log-MAP 알고리즘이다. Log-MAP 알고리즘을 사용하는 터보 복호기는, 정보 비트들과 패리티 비트들을 포함하는 수신 비트들의 최대우도비(Log Likelihood Ratio: LLR)를 입력으로 하여 동작한다.

Log-MAP 알고리즘을 사용하는 터보 복호기는 입력 비트들의 스케일에 대한 정확한 정보를 필요로 한다. 이러한 스케일 정보는 터보 복호기로 제공되는 입력 비트들의 편차(variance)와 크기(amplitude), 즉 평균(mean)을 포함한다. 만일 입력 비트들의 스케일에 대한 잘못된 정보에 기초하여 터보 복호가 수행된다면, 복호 효율은 크게 열화된다. 더욱이 분산과 평균의 추정을 위해서는 터보 디코더로 입력될 N개의 심볼들을 이용하여야 하므로 구현 복잡도(Complexity)가 매우 높다. 따라서 터보 복호기에서 부호화된 데이터를 복호함에 있어서 보다 향상된 복호 효율을 얻기 위하여 보다 정확한 스케일 정보를 보다 간단한 수식에 의해 얻기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, Log-MAP 알고리즘을 사용하는 터보 복호기의 입력 비트들을 위한 스케일 정보를 결정하는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은, 터보 복호기의 입력 비트들을 위한 스케일링 인자를 보다 간단하게 결정하는 방법 및 장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는, 부호분할 다중접속 시스템에서 터보 복호기의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자의 결정 방법에 있어서,

레이크 수신기로부터 입력 데이터를 획득하는 과정과,

상기 입력 데이터의 전송에 사용된 이득인자들과, 상기 레이크 수신기의 시스템 상수 값들을 이용하여, 상기 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 계산하는 과정과,

상기 입력 데이터에 상기 스케일링 인자를 곱하여 상기 입력 데이터에 대응하는, 터보 복호기의 입력 값을 구하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는, 부호분할 다중접속 시스템에서 터보 복호기의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자의 결정 장치에 있어서,

다중경로 신호를 입력받아 입력 데이터를 생성하는 레이크 수신기와,

상기 입력 데이터의 전송에 사용된 이득인자들과, 상기 레이크 수신기의 시스템 상수 값들을 이용하여, 상기 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 계산하는 스케일링 인자 계산부와,

상기 입력 데이터에 상기 스케일링 인자를 곱하여 상기 입력 데이터에 대응하는, 터보 복호기의 입력 값을 구하는 입력 데이터 스케일링기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 터보 부호를 사용하는 통신 시스템(100)의 전송 장치를 나타낸 것이다. 상기 통신 시스템(100)은 동기의 CDMA2000, 비동기식의 WCDMA(Wideband CDMA)과 같은 CDMA 표준을 따르는 CDMA 시스템이다.

도 1을 참조하면, 송신장치(110)에서는 데이터 소스(112)로부터 블록 단위의 데이터가 송신 데이터 처리기(Transmit data processor)(114)로 전송된다. 상기 송신 데이터 처리기(114)는 포맷화, 부호화 및 변조 등을 거쳐 상기 데이터를 아날로그 신호로서 생성한다. 상기 아날로그 신호는 송신기(116)로 제공되고, 상기 송신기(116)는 상기 아날로그 신호를 필터링, 증폭 및 주파수 상향변환(up-conversion)하여 하나 혹은 그 이상의 안테나(118)를 통해 하나 혹은 그 이상의 수신 장치로 전송한다.

수신 장치(150)에서, 상기 송신된 신호는 다중경로(multiple pass)를 통해 서로 다른 지연시간을 가지고 하나 혹은 그 이상의 안테나(152)로 수신되어 수신기(154)로 제공된다. 상기 수신기(154)는 상기 다중 경로 신호들을 레이크 결합(Rake Combining)하여 수신한 후, 증폭, 필터링 및 주파수 하향변환(down-conversion)하여 샘플 데이터를 생성한다. 수신 데이터 처리기(156)는 상기 샘플 데이터를 복조, 복호화하여 상기 송신된 데이터를 복구한다. 상기 복구된 데이터는 데이터 분석기(158)로 제공된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 데이터 처리기(114)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, CRC 추가기(attacher)(212)는 데이터 소스로부터 받은 전송채널(Transport Channel: TrCH) 데이터에 각 전송블록(Transport Block: TrBK)별로 CRC(Cyclic Redundancy Codes)를 붙이고, 전송블록 연접 및 코드불록 생성기(TrBk concatenator/Code block segmentater)(214)는 여러 개의 전송블록들을 하나의 데이터로 연접하고 채널 부호기(216)의 입력 데이터 크기에 따라 코드 블록들로 분리(segmentation)한 다음 상기 코드 블록들을 채널 부호기(216)로 전달한다.

채널 부호기(216)는 상기 코드 블록들을 터보 부호를 이용하여 부호화하며, 무선 프레임 등화기(Radio frame equalizer)(218)는 TTI(Transmission time interval) 배수의 크기를 만들어주기 위해 상기 부호화된 데이터에 더미 심볼들을 삽입한다. 상기 무선 프레임 등화기(218)의 출력 데이터는 1차 인터리버(220)에 의해 인터리빙된 후 무선 프레임 생성기(Radio segmentater)(222)에 의해 10ms 단위의 무선 프레임 데이터로 분리된다. 레이트 매칭기(Rate matcher)(224)는 상기 무선 프레임 데이터를 물리 채널(Physical channel: PhCH) 프레임의 크기로 만들어 주기위해 레이트 매칭을 수행한다. 각 전송채널 별로 생성된 래이트 매칭된 데이터 는 전송채널 다중화기(226)에 의해 하나의 전송채널 데이터를 형성하며, 물리채널 생성기(228)는 상기 다중화된 데이터를 각 물리채널 데이터의 크기로 분리한 후 2차 인터리버(230)로 전달한다. 상기 물리채널 생성기(228)의 출력 데이터는 상기 2차 인터리버(220)에 의해 인터리빙된 후 물리채널 매핑기(Physical channel mapper)(232)에 의해 물리채널에 매핑되어 전송된다.

상기 송신 데이터 처리기(114)의 상기 채널 부호기(216)는 터보 부호기로 구성된다. 상기 터보 부호를 복호하기 위해서 수신 데이터 처리기(156)는 터보 복호기를 사용한다. Log-MAP 알고리즘을 사용하는 터보 복호기의 입력은 하기 <수학식 1>과 같이 나타내어진다.

여기서 x(n)는 터보 디코더의 n번째 입력 비트를 나타내는 연성값이고

는 상기 n번째 입력 비트가 겪은 통신 채널의 이득 a(n)의 평균 크기(amplitude)이고, d(n)는 송신한 정보 비트의 부호(+1 또는 -1)이고,

은 잡음의 분산이다.

터보 복호기에서 최적의 성능을 얻기 위해서는 상기 <수학식 1>과 같이

(이하 스케일링 인자(scaling factor)라 칭함)으로 x(n)를 스케일링하여 x(n)의 LLR을 구하여야 한다. 상기 스케일링 인자를 구하기 위해 터보 복호기로 입력되기 이전의 x(n)를 이용하여

과

를 추정하는 것은, 매우 복잡한 계산을 필요로 한다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 데이터 처리기(156)는 CDMA 시스템에서 사용하는 레이크 수신기의 특성을 이용하여 스케일링 인자를 직접 계산한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 데이터 처리기(156)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 수신 데이터 처리기(156)는 수신기(154)의 레이크 수신기(도시하지 않음)로부터 최소 확산 인자(Minimum spreading factor)로 역확산된 데이터를 제공받는다. 상기 데이터는 입력 데이터 스케일링기(314)에 의해, 스케일링 인자 생성기(312)에서 계산된 스케일링 인자를 이용하여 스케일링된다. 상기 스케일링 인자 생성기(312)는 터보 복호기(332)로 입력되는 심볼들을 이용하여 분산과 크기를 계산하는 대신, 시스템 상수와 전송 채널들의 이득인자들을 이용하여 스케일링 인자를 계산한다. 상기 스케일링 인자 생성기(312)의 상세한 동작은 후술될 것이다.

2차 역학산기(316)는, 상기 스케일링된 데이터를 TFCI(Transport format combination indicator)가 가리키는 확산 인자로 역확산한다. 여기서 1차 역확산은 레이크 수신기에 의해 수행된다. 2차 디인터리버(318)는 각 물리채널로 역확산된 데이터를 2차 인터리버(230)의 인터리빙 동작에 대응하여 디인터리빙하며, 물리채 널 연접기(Physical channel concatenator)(320)는 각 물리채널의 상기 디인터리빙된 데이터를 하나의 물리채널 데이터로 연결시켜준다. 전송채널 역다중화기(322)는 상기 물리채널 데이터를 각 전송채널에 대해 다중화하며, 이후의 블록들은 상기 각 전송채널들에 대하여 중복되나, 여기에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 전송채널에 관련된 구성들만을 도시하였다.

레이트 디매칭기(324)는 상기 역다중화된 데이터를 레이트 디매칭(Rate dematching)을 하여 데이터 크기를 원하는 크기의 무선 프레임을 출력하고, 무선 프레임 연접기(Radio frame concatenation)(326)는 10ms 단위의 상기 무선 프레임을 TTI 단위의 전송채널 데이터로 변환한다. 1차 디인터리버(328)는 상기 전송채널 데이터를, 1차 인터리버(220)의 인터리빙 동작에 대응하여 디인터리빙한다.

무선 프레임 역등화기(330)는, 상기 1차 디인터리버(328)의 출력 데이터에서, 무선 프레임 등화기(218)에 의해 삽입된 심볼들을 제거하여 채널 복호를 위한 입력 데이터를 만들어 낸다. 여기서 무선 프레임 역등화기(330)의 출력은, 입력 데이터 스케일링기(314)에 의한 스케일링을 거쳤기 때문에, 추가의 스케일링 없이 터보 복호기(332)로 바로 입력될 수 있다.

터보 복호기(332)는 상기 무선 프레임 역등화기(330)로부터의 데이터를 터보 복호하여 정보 비트들을 복구하며, 코드 블록 연접 및 전송 블록 생성기(334)는 상기 터보 복호기(332)로부터 코드 블록 단위로 출력되는 정보 비트들을 하나의 데이터로 연결한 후 전송 블록 단위로 분리한다. CRC 검사기(336)는 상기 전송 블록들의 CRC을 검사하고, CRC 오류가 발생하지 않은 경우 상기 CRC를 제거한 데이터를 데이터 분석기(158)로 전달한다.

앞서 언급한 바와 같이 상기 스케일링 인자 생성기(312)는, 시스템 상수들과 전송 채널들의 이득인자(Gain Factor)들에 따라 스케일링 인자를 계산한다. 상기 이득인자는 사용자 데이터 트래픽을 운반하는 데이터 채널(Data Channel: 이하 DCH라 칭함)과 상기 데이터 채널의 전송 파라미터를 나타내는 제어 정보를 운반하는 제어 채널(Control Channel: 이하 CCH라 칭함)에 대해 각각 설정된다. 상기 데이터 채널의 이득인자는

혹은

라 칭하며, 상기 제어 채널의 이득인자는

혹은

라 칭한다. 상기 이득인자들은 각 서비스(예를 들어 음성 서비스 혹은 패킷 데이터 서비스)에 대해 전송 가능한 데이터의 크기에 따라 정해진다. 수신 장치는 상기 제어 채널을 통해 수신한 전송 파라미터에 따라 상기 데이터를 담고 있는 전송 블록의 크기를 확인하고, 상기 전송 블록의 크기에 대응하는 상기 이득인자들 혹은 상기 이득인자들의 비

을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이크 수신기(410)의 구성을 나타낸 것으로서, 도시한 바와 같이 레이크 수신기(410)는 다중경로 각각에 대응하는 L개의 핑거들(412,414)과 최대비 결합기(Maximum ratio Combiner: MRC)(426)로 구성된다. 상기 핑거들(412, 414)은 모두 동일한 구성을 가지며 여기에서는 첫 번째 핑거(414)의 내부 구성을 도시하였다. 상기 핑거(414)는 데이터 채널(DCH) 역확산기(416)와 제어 채널(CCH) 역확산기(418)와 채널 추정기(420)와 채널 보상기(422) 와 신호성분 선택기(424)로 구성된다. 여기서 디스크램블러는 각각의 역확산기(416, 418)에 포함된다.

상기와 같이 구성되는 레이크 수신기(410)로 p번째 TTI에서 입력되는 p번째 신호

는 하기 <수학식 2>와 같다.

상기 <수학식 2>에서 k는 시간 인덱스이며,

는 잡음이 없는 수신 신호이고

는 잡음이다. 입력 신호

는 수신기의 RF 유닛에서 AGC(Automatic gain control)을 통과한 신호이므로 동위상(In phase: I) 및 직교위상(Quadrature phase: Q) 신호성분 별로 일정한 에너지 값 rms²를 갖는다. 상기 rms는 상기 입력 신호

의 제곱근 평균(Root mean square)이다. 상기 <수학식 2>에서

와

는 하기 <수학식 3> 및 <수학식 4>와 같이 나타내는 복소수 값이다.

상기 입력 신호

의 에너지의 대부분은 잡음 에너지이므로 상기 잡음

의 분산을 하기 <수학식 5>와 같이 근사화 할 수 있다.

상기 입력 신호

을 디스크램블링(Descrambling)하면 하기 <수학식 6>과 같다.

여기서 s(k)는 스크램블링 코드를 의미하며 상기 s(k)의 크기

는 2이다.

상기 <수학식 6>의 디스크램블링된 신호

을 데이터 채널과 제어 채널의 채널화 코드(Channelization code)(즉 왈시 코드)

와

로 역채널화(Dechannelization)하면, 하기 <수학식 7>와 <수학식 8>과 같이 데이터 채널과 제어 채널의 신호들

와

로 분리된다. 상기 데이터 채널은, WCDMA 시스템의 경우 전용 물리 데이터 채널(Dedicated physical data channel: 이하 DPDCH라 칭함)을 의미하고, CDMA2000 시스템의 경우 기본 채널(Fundamental channel)과 부가 채널(Supplemental channel)을 의미한다. 또한 상기 제어 채널은, WCDMA 시스템의 경우 파일럿을 포함하는 DPCCH(Dedicated physical control channel)을 의미하고, CDMA2000 시스템의 경우 파일럿 채널을 의미한다.

제어 채널의 확산 코드 길이를 나타내는 확산인자 SF_c 이내에서 채널의 변화는 거의 없는 것으로 간주될 수 있으므로, 데이터 채널과 제어 채널의 확산 코드들 SF_d와 SF_c를 이용하여 역확산된 역확산기들(416, 418)의 출력 신호들은 하기 <수학식 9> 및 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 9>에서 n은 제어 채널 심볼의 이산 시간 인덱스이며, r은 SF_c/SF_d로서 SF_c개의 칩당 트래픽 데이터 심볼들의 개수를 나타내고,

은 송신 장치에서 보낸 트래픽 데이터 심볼로서 1 또는 -1의 값을 갖는다. 또한 m은 의 0과 (r-1) 사이의 값을 갖는 심볼 인덱스이며,

와

는 데이터 채널과 제어 채널의 잡음을 의미한다. 여기서

는 DCH 역확산기(416)가 트래픽 데이터를 역확산한 후 출력하는 신호의 크기 범위를 일정 수준으로 유지하기 위해 역확산된 신호에 곱해주는 상수 값으로서, 일반적으로 Truncation bit로 구현된다.

상기 <수학식 10>에서 cch(n)은 송신 장치에서 보낸 제어 데이터 심볼로서 1 또는 -1의 값을 갖는다. 또한

는 CCH 역확산기(418)가 제어 데이터를 역확산한 후 출력하는 신호의 크기 범위를 일정 수준으로 유지하기 위하여 맞춰 주기 위해 역확산된 신호에 곱해주는 상수 값으로서, 일반적으로 Truncation bit로 구현된다.

상기 <수학식 9>과 <수학식 10>에서 반송파대 잡음비(Carrier to Noise ratio: 이하 C/N이라 칭함)가 충분히 작다면, 각 채널의 잡음의 분산은 <수학식 11> 및 <수학식 12>와 같다.

상기 <수학식 9>과 <수학식 10>에서 채널 이득들

과 은 하기 <수학식 13>와 같은 관계를 갖는다.

상기 <수학식 13>에서

는 데이터 채널을 위한 이득인자이고

는 제어 채널을 위한 이득인자이다.

채널 추정기(420)는 상기 <수학식 10>에 나타낸 제어 채널의 역확산된 신호

을 이용하여, 채널의 크기와 위상 변화를 나타내는 채널 추정값을 구한다. 상기 채널 추정값

을 하기 <수학식 14>와 같다.

상기 <수학식 14>에서

는 채널 추정기(420)를 통과한 잡음이다. 또한

는 채널 추정기(420)의 출력 범위를 일정 수준으로 유지하기 위한 상수 값이고

은 무선 채널을 통과하면서 틀어진 위상 왜곡 값이다. 만약 제어 채널이 Q 채널에 매핑된다면 상기

는 하기 <수학식 15>와 같고, 제어 채널이 I 채널에 매핑된다면 하기 <수학식 16>과 같다.

여기서

는 무선 채널을 통과하면서 야기된 위상 및 크기의 왜곡 값을 나타낸다.

제어 데이터의 잡음대 심볼 에너지(symbol energy to white Noise) E_s/N_o가 충분히 크다면, 잡음을 생략하여 상기 <수학식 14>의 채널 추정값은 하기<수학식 17>과 같이 나타낼 수 있다.

채널 보상기(422)는 상기 <수학식 9>의 역확산된 신호

에 상기 <수학식 17>의 채널 추정값을 곱하여 상기 역확산된 신호의 크기(Amplitude)와 위상을 보상한다. 신호성분 선택기(signal component selector)(424)는 데이터 채널이 I 채널에 매핑되는지 혹은 Q 채널에 매핑되는지에 따라, 상기 채널 보상된 신호의 I 성분 혹은 Q 성분을 검출하여 하기 <수학식 18> 혹은 <수학식 19>와 같은 신호를 출력한다. 하기 <수학식 18>은 데이터 채널이 I 채널에 매핑되는 경우를 나타낸 것이고, <수학식 19>는 데이터 채널이 Q 채널에 매핑되는 경우를 나타낸 것이다.

상기

는 각 핑거(412 또는 414)의 출력을 의미하며, A는

과 같이 정의되는 시스템 상수를 나타낸다.

상기 <수학식 18>과 <수학식 19>에서 잡음의 분산은 하기 <수학식 20>과 같다.

여기서

는 채널 보상된 잡음을 의미한다.

전체 L개의 핑거들(412, 414)은

,

, ...

을 출력하며, MRC(426)는 상기 핑거들(412, 414)의 출력들을 결합하여 하기 <수학식 21>와 같은 트래픽 데이터 심볼

을 출력한다.

상기 <수학식 21>에서 L은 다중경로의 개수이고

는 MRC(426)의 출력 범위를 유지하기 위한 상수 값이다.

상기 <수학식 21>를 이용해 입력 신호

의 평균을 구하면 하기 <수학식 22>과 같다.

또한 <수학식 20>을 이용해 잡음의 분산을 구하면 하기 <수학식 23>와 같다.

상기 <수학식 22>과 <수학식 23>를 이용해 스케일링 인자를 구하면 하기 <수학식 24>와 같다.

상기 <수학식 24>에서 B와 rms²는 모뎀 설계시 정해지는 시스템 상수 값으로 하기 <수학식 25>와 같이 정해지므로, 모뎀의 동작 중에는 터보 복호기를 위한 스케일링 인자가 이득인자들

및

의 영향을 받는다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기

는 트래픽 데이터를 역확산하는 DCH 역확산기(416)의 상수 값이고

는 파일럿을 포함한 제어 데이터를 역확산하는 역확산기 (418)의 상수 값이며,

는 MRC(426)의 상수 값이다. 또한

는 채널 추정기(420)의 상수 값이고

는 제어 채널의 확산인자이다.

만약 터보 복호기에서 소수점 이하의 입력 값을 표현하기 위해

개의 소수 비트(Fractional bit)를 사용한다면, 상기 <수학식 25>는 하기 <수학식 26>과 같이 변형된다.

트래픽 데이터와 제어 데이터를 수신하면, 수신 장치는 상기 데이터에 해당하는 이득인자들

및

를 상기 <수학식 26>에 대입하여 스케일링 인자를 구하고, 상기 스케일링 인자를 이용하여 트래픽 데이터를 스케일링한다. 바람직한 실시예로서, 스케일링 인자 생성기(312)는, 상기 이득인자들

및

에 따른 모든 스케일링 인자 값들을 테이블로 생성하고, 수신된 데이터에 해당하는 스케일링 인자 값을 상기 테이블로부터 신속하게 획득할 수 있다.

다른 경우, 수신 장치는 도 5에 도시한 바와 같이, 스케일링 인자 계산부(512)를 구비한다.

도 5를 참조하면, 스케일링 인자 계산부(512)는 시스템 상수 값들(516)을 입력받으며, 제어 채널을 통해 트래픽 데이터와 제어 데이터의 이득인자들

및

를 획득하여, 상기 <수학식 26>에 의해 스케일링 인자를 계산한다. 상기 시스템 상수 값들은 레이크 수신기로 입력되는 신호의 크기를 나타내는 rms와 레이크 수신기의 설계 특성에 따른 상수 값들의 조합 B 및 터보 복호기의 소수 비트에 의해 결정되는

이다. 입력 데이터 스케일링기(514)는 i번째 데이터 채널의 입력 데이터 x(i)에 상기 스케일링 인자를 곱하여 스케일링된 데이터 y(i)를 생성한다.

상기 스케일링된 데이터 y(i)는 도 3에 도시한 장치들(316 내지 330)을 거쳐 터보 복호기(332)의 입력 데이터가 된다. 상기 장치들(316 내지 330)은 상기 스케일링된 데이터 y(i)의 각 심볼들을 단순히 재배열하거나 천공/반복하거나 분류하는 동작만을 수행하므로, 상기 스케일링된 심볼들의 연성 값들은 상기 장치들(316 내지 330)을 통과하면서 변형되지 않은 채 터보 복호기(332)에 입력된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스케일링 인자의 결정 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 602단계에서 스케일링 인자 계산부는 현재 수신된 트래픽 데이터와 제어 데이터의 이득인자들

및

를 읽어오면서, 변수 i를 0으로 초기화한다. 604단계에서 스케일링 인자 계산부는 미리 알고 있는 시스템 상수 값들을 이용하여 상기 <수학식 26>에 의해 스케일링 인자(Scale_Factor)를 계산한다. 606단계에서 입력 데이터 스케일링기는 입력 데이터 x(i)에 상기 스케일링 인자(Scale_Factor)를 곱하여 스케일링된 데이터 y(i)를 생성한다. 608단계에서 상기 변수 i는 1만큼 증가되며, 610단계에서 수신 장치는 상기 변수 i가 터보 복호기(332)의 입력 데이터 크기 N보다 작은지 확인한다. 상기 변수 i가 상기 N보다 작으면 다음 데이터 채널의 입력 데이터를 스케일링하기 위하여 606단계로 복귀하고, 그렇지 않으면 동작을 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, Log-MAP 알고리즘을 사용하는 터보 복호기에서 최적의 복호 성능을 얻기 위한 입력 값인 LLR 값을 계산함에 있어서 복잡한 잡음 분산과 입력 신호 크기를 계산하지 않고, 시스템 상수와 이득인자들의 간단한 계산에 의해 구해진 스케일링 인자를 이용함으로써, 수신 장치의 복잡도를 획기적으로 감소시킨다.

Claims

부호분할 다중접속 시스템에서 터보 복호기의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자의 결정 방법에 있어서,

레이크 수신기로부터 입력 데이터를 획득하는 과정과,

상기 입력 데이터의 전송에 사용된 이득인자들과, 상기 레이크 수신기에 대해 미리 정해지는 시스템 상수 값들을 이용하여, 상기 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 계산하는 과정과,

상기 입력 데이터에 상기 스케일링 인자를 곱하여 상기 입력 데이터에 대응하는, 터보 복호기의 입력 값을 구하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 입력 데이터는,

데이터 채널과 제어 채널을 통해 수신된 다중경로 신호들을, 상기 데이터 채널과 상기 제어 채널의 역확산 코드들로 각각 역확산하고, 상기 역확산된 신호들을 최대비 결합(MRC)하여 생성되는 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템 상수 값들은,

상기 레이크 수신기를 구성하는 데이터 채널 역확산기와 제어 채널 역확산기와 채널 추정기와 최대비 결합기의 출력 범위를 각각 유지하기 위한 시스템 상수 값들과 상기 제어 채널의 확산 코드의 칩 길이의 곱(B)과, 상기 터보 복호기에서 소수점 이하의 값을 표현하기 위해 사용한 소수 비트들의 개수(f)에 따른
와, 상기 레이크 수신기로 입력되는 수신 신호의 크기(rms)인 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 스케일링 인자는, 하기 수학식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 방법.

상기
는 트래픽 데이터를 역확산하는 데이터 채널 역확산기의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 시스템 상수 값이고,
는 파일럿을 포함한 제어 데이터를 역확산하는 제어 채널 역확산기의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 시스템 상수 값이고,
는 MRC의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 시스템 상수 값이고,
는 채널 추정기의 출력 범위를 유지하기 위한 상수 값이고,
는 미리 정해지는 제어 채널의 확산인자이고,
와
는 제어 채널과 데이터 채널에 설정되는 이득인자들이며, 여기서 데이터 채널의 이득인자는 상기 제어 채널을 통해 수신된 전송 파라미터에 의해 지시됨.
부호분할 다중접속 시스템에서 터보 복호기의 입력 데이터를 위한 스케일링 인자의 결정 장치에 있어서,

다중경로 신호를 입력받아 입력 데이터를 생성하는 레이크 수신기와,

상기 입력 데이터의 전송에 사용된 이득인자들과, 상기 레이크 수신기에 대해 미리 정해지는 시스템 상수 값들을 이용하여, 상기 입력 데이터를 위한 스케일링 인자를 계산하는 스케일링 인자 계산부와,

상기 입력 데이터에 상기 스케일링 인자를 곱하여 상기 입력 데이터에 대응하는, 터보 복호기의 입력 값을 구하는 입력 데이터 스케일링기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 레이크 수신기는,

데이터 채널과 제어 채널을 통해 수신된 다중경로 신호들을, 상기 데이터 채널과 상기 제어 채널의 역확산 코드들로 각각 역확산하는 데이터 채널 역확산기와 제어 채널 역확산기를 포함하는 역확산기들과,

상기 역확산된 신호들을 최대비 결합(MRC)하여 상기 입력 데이터를 생성하는 최대비 결합기를 포함하여 생성되는 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 시스템 상수 값들은,

상기 데이터 채널 역확산기와 상기 제어 채널 역확산기와 상기 채널 추정기와 상기 최대비 결합기의 출력 범위를 각각 유지하기 위한 시스템 상수 값들과 상기 제어 채널의 확산 코드의 칩 길이의 곱(B)과, 상기 터보 복호기에서 소수점 이하의 값을 표현하기 위해 사용한 소수 비트들의 개수(f)에 따른
와, 상기 레이크 수신기로 입력되는 수신 신호의 크기(rms)인 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 스케일링 인자는, 하기 수학식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 스케일링 인자의 결정 장치.

상기
는 트래픽 데이터를 역확산하는 데이터 채널 역확산기의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 시스템 상수 값이고,
는 파일럿을 포함한 제어 데이터를 역확산하는 제어 채널 역확산기의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 시스템 상수 값이고,
는 MRC의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 시스템 상수 값이고,
는 채널 추정기의 출력 범위를 유지하기 위한 미리 정해지는 상수 값이고,
는 미리 정해지는 제어 채널의 확산인자이고,
와
는 제어 채널과 데이터 채널의 이득인자들이며, 여기서 데이터 채널의 이득인자는 상기 제어 채널을 통해 수신된 전송 파라미터에 의해 지시됨.