KR20010085143A - Apparatus and method for detecting a desired signal in CDMA receiver - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 부호 분할 다중 접속(CDMA) 수신기의 검파 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차세대 이동 통신 시스템의 다중 사용자 검파기로서 적용이 유망한 병렬 간섭제거기(Parallel Interference Canceller : PIC)의 성능 개선에 관한 것으로, 특히 길쌈부호(convolutional code)화된 CDMA 시스템에서 채널 복호를 이용하는 가중치 결정법을 갖는 가중 병렬 간섭 제거기(Weighted PIC : WPIC)에 의한 다중 사용자 CDMA 신호의 검파 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a code division multiple access (CDMA) receiver, and more particularly, to improving the performance of a parallel interference canceller (PIC), which is promising to be applied as a multi-user detector for a next generation mobile communication system. In particular, the present invention relates to an apparatus and method for detecting a multi-user CDMA signal by a weighted parallel interference canceller (WPIC) having a weight determination method using channel decoding in a convolutional coded CDMA system.
기존의 CDMA 검파기로는, 정합필터 검파기, 최적 다중 사용자 검파기, 상관제거 검파기, 병렬 간섭 제거기 등이 제안된 바 있으며, 이 중 본 발명과 관계 있는 상기 정합필터 검파기와 병렬 간섭 제거기에 대하여 설명하도록 한다.As conventional CDMA detectors, a matched filter detector, an optimal multi-user detector, a correlation cancellation detector, a parallel interference canceller, and the like have been proposed. Among these, the matched filter detector and the parallel interference canceller related to the present invention will be described. .
설명의 편의상 사용자간의 심볼 동기식(symbol synchronous)이고 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN) 채널 모델을 채택하여 설명한다. 따라서, 진폭행렬의 원소는 모두 실수이고 양수이다. 일반적인 CDMA 채널은 사용자간의 심볼지연이 임의적으로 발생하는 심볼 비동기식(symbol asynchronous)이고 진폭행렬이 복소수 원소를 갖게 되나, 여기서는 설명의 편의상 실수 모델을 채택하도록 한다.For convenience of explanation, the description is made by adopting a symbol synchronous and additive white Gaussian noise (AWGN) channel model between users. Thus, the elements of the amplitude matrix are all real and positive. A typical CDMA channel is symbol asynchronous, where symbol delay between users occurs arbitrarily, and the amplitude matrix has complex elements. However, for convenience of explanation, a real model is adopted.
먼저, 가장 간단한 수신기로서 상기 정합필터 검파기(matched filter detector)에 대하여 설명한다.First, the matched filter detector will be described as the simplest receiver.
K명의 다중 사용자 채널에서 사용자 k의 정합필터 검파기 출력은 하기 수학식(1)과 같이 나타낼 수 있다.The matched filter detector output of user k in K multi-user channels may be represented by Equation (1) below.
(여기서 h는 진폭, d는 데이터 심볼, γ는 상관값, n은 노이즈 임)(Where h is amplitude, d is data symbol, γ is correlation, and n is noise)
그러면, 심볼 결정값은 다음 수학식(2)처럼 주어진다.Then, the symbol decision value is given by the following equation (2).
도 1에 두명의 사용자가 있는 간단한 정합필터 수신기의 구조를 나타내었다. 이와 같은 정합필터 수신기는 상기 수학식(1)에서 알 수 있듯이 두 번째 항의 값이 첫 번째 항의 값에 간섭신호로 작용하는 결과를 낳는다. 따라서, 채널의 배경잡음 nk가 아무리 작더라도 수신기의 성능은 다중 사용자의 존재로 인해 발생하는 간섭신호에 영향을 받게 된다. 두 번째 항의 값은 사용자 코드간의 상관값 γ에 많이 의존한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 다른 사용자 코드간의 상관값이 작을수록 다중사용자 간섭신호인 상기 수학식(1)의 두 번째항이 작아져서 좋은 성능을 나타내게 된다. 그러나, 상관값이 작은 코드를 선택하더라도 사용자 수가 많아지면 간섭신호가 커지기 때문에 정합필터 수신기의 성능은 나빠지게 되며, 더구나 동시에 통화하는 사용자 신호 중 무선채널 페이딩에 의해 신호의 크기가 커지면 같은 셀내의 신호의 크기가 작은 사용자는 간섭신호를 더 크게 받게되는 문제점이 있었다. 정합필터 검파기는 그 구조의 단순함으로 인해 지금까지 운용되어온 대부분의 CDMA 시스템의 수신기로 채택되었으나, 가입자 수가 늘어나고 더욱 더 고품질의 서비스를 요구하는 차세대 이동통신 시스템에서는 고전적인 정합필터 수신기가 갖는 상기 문제점을 개선하지 않으면 안된다.1 shows a structure of a simple matched filter receiver having two users. Such a matched filter receiver has a result that the value of the second term acts as an interference signal to the value of the first term as shown in Equation (1). Therefore, no matter how small the background noise n k of the channel is, the performance of the receiver is affected by the interference signal caused by the presence of multiple users. It is easy to see that the value of the second term depends a lot on the correlation value γ between user codes. The smaller the correlation value between different user codes, the smaller the second term of Equation (1), which is a multi-user interference signal, and thus the better performance is obtained. However, even if a code having a small correlation value is selected, the interference signal increases as the number of users increases, so that the performance of the matched filter receiver becomes worse. The smaller the size of the user has a problem that the interference signal is larger. The matched filter detector has been adopted as the receiver of most CDMA systems that have been operated until now due to its simple structure, but the problem of the classic matched filter receiver has been solved in the next generation mobile communication system that requires more subscribers and requires higher quality services. You must improve.
따라서, 상기 정합필터 수신기의 문제점을 개선하기 위하여 다중 사용자 검파기로서 병렬 간섭제거기가 제안된 바 있다.Therefore, in order to improve the problem of the matched filter receiver, a parallel interference canceller has been proposed as a multi-user detector.
상기 병렬 간섭제거기에 대하여 설명하면 다음과 같다.The parallel interference canceller will be described below.
간섭제거기는 다른 사용자 신호의 심볼 결정값과 신호 진폭을 이용하여 간섭신호를 추정 재생하고 이 재생된 간섭신호를 수신신호로부터 제거한 다음에 다시 심볼 결정값을 구하는 방법이다. 이러한 간섭제거기에는 병렬 간섭제거기(parallel interference cancerller)와 직렬 간섭제거기(successive interference canceller)가 있다. 간섭제거는 구현의 방법상 간섭제거가 이루어지는 기준신호가 협대역 신호 즉 정합필터 출력인 경우가 있고 광대역 신호 즉 수신 신호인 경우가 있다. 앞의 방법은 협대역 간섭제거기 그리고 나중의 방법은 광대역 간섭제거기라 불리어진다. 각각의 방법은 서로 장단점이 있다. 간섭제거기는 또한 다단계로 구현이 가능하다. 간섭제거기에서 다중사용자 간섭신호를 재생하기 위해 사용되는 심볼 결정값은 경성 출력(hard decision)일 수도 있고 연성 출력(soft decision)일 수도 있다. 연성 출력을 사용하는 경우 정합필터의 출력을 그대로 이용하기 때문에 구현이 용이하나 사용자 신호의 진폭이 제대로 추정된다면 일반적으로 경성 출력을 이용하는 것이 더 좋은 성능을 발휘한다. 본 발명에서는 경성 출력을 이용하는 협대역 간섭제거기를 기준으로 설명하였다.The interference canceller estimates and reproduces an interference signal using the symbol determination value and the signal amplitude of another user signal, removes the reproduced interference signal from the received signal, and then obtains the symbol determination value again. Such interference cancellers include a parallel interference cancerller and a successive interference canceller. In the implementation of interference cancellation, a reference signal to which interference cancellation is implemented may be a narrowband signal, that is, a matched filter output, or a wideband signal, that is, a received signal. The former method is called narrowband interference canceller and the latter method is called broadband interference canceller. Each method has advantages and disadvantages. Interference cancellers can also be implemented in multiple stages. The symbol decision value used for reproducing the multi-user interference signal in the interference canceller may be a hard decision or a soft decision. If a flexible output is used, it is easy to implement because the output of the matched filter is used as it is. However, if the amplitude of the user signal is properly estimated, it is generally better to use a rigid output. In the present invention, the narrowband interference canceller using the hard output has been described as a reference.
상기 병렬 간섭제거기는 동시에 모든 간섭신호의 심볼 결정값들을 구하고 이 결정값들을 이용하여 재생한 간섭신호를 동시에 제거하는 방법이다. 다음에 병렬 간섭제거기의 동작을 수식으로 표현하면 하기 수학식(3)과 같으며, 도 2에 두단계 병렬 간섭제거기를 두 명의 사용자에 대해 일예로 나타내었다.The parallel interference canceller simultaneously obtains symbol determination values of all interference signals and simultaneously removes the reproduced interference signal using the determination values. Next, the operation of the parallel interference canceller is expressed by the following equation (3), and the two-level parallel interference canceller is illustrated as an example for two users in FIG. 2.
상술된 바와 같은 기존의 병렬 간섭제거기는 하드웨어 구현의 복잡도가 사용자수의 산술함수식에 비례하고 처리속도가 빠르므로 기지국에서 다중 사용자 간섭제거기로서 적합한 구조를 가지고 있다. 병렬 간섭제거기는 다른 사용자의 심볼 결정값을 이용하여 다중접속 간섭신호를 추정 및 재생하고 수신 신호로부터 이 재생된 간섭신호를 뺌으로써 병렬 간섭제거를 수행하게 된다. 이 병렬 간섭제거기는 다단계로 구현이 가능하다. 다단계로 구현되면 직전 단계에서의 심볼 결정값을 이용하여 간섭신호를 재생하므로 단계가 진행될수록 좀 더 정확한 간섭제거가 이루어진다고 볼 수 있지만 단계의 수와 성능의 개선정도를 고려하면 반드시 비례하는 것이 아니고 더 이상 성능개신이 진행되지 않는 경우가 발생한다. 즉 일정한 단계 이후에서는 오류층이 발생하게 된다. 이것은 실제의 상황에서 각 사용자의 신호진폭과 위상지연을 완전하게 추정하지 못함으로 인해 생기는 결과이다. 여기서는 가장 간단한 두단계(two-stage) 병렬제거기에 대해 그 성능을 개선하는 방법을 제시한다.병렬 간섭제거기는 도 2와 같이, 일반적으로 첫 번째 단의 검파기로서 정합필터 검파기(matched filter detector)를 사용한다. 이 정합필터 검파기의 출력인 경성심볼 결정값(hard symbol decision)과 추정된 신호진폭(amplitude estimation)을 이용하여 간섭신호를 재생하고 병렬 간섭제거를 수행하게 된다. 병렬 간섭제거기의 성능은 첫 번째 단계에서의 검파기 성능에 많이 좌우된다. 첫번째 단계 검파기에 오류가 많이 발생하면 두번째 단계 검파기인 병렬 간섭제거에 의해 오히려 오류를 증가시킬 수도 있게 된다. 병렬 간섭제거기의 성능을 개선하기 위해 첫번째 단의 오류를 최대한 줄이는 것이다. 이를 위해 정합필터 출력에 상관제거(correlation matrix)의 역행렬을 구하는 것이 복잡도를 증가시키므로 실제 적용하기에는 어려움이 있다. 첫 번째 단에 채널 복호를 수행하고 병렬 간섭을 제거하는 형태의 검파기를 복호 후 병렬 간섭제거기라 한다. 복호후 병렬 섭제거기는 병렬 간섭제거기의 성능개선을 위해 첫 번째 단에 채널복호를 하여 데이터의 정확도를 개선한 후 병렬간섭제거를 수행하는 방식을 의미한다. 병렬 간섭제거기의 성능개선을 위한 다른 하나의 방법은 가중 병렬 간섭제거기(WPIC:weighted parallel interference cancellation detector)를 도입하는 것이다. 즉 오류가 많이 발생하면 이 오류를 포함하는 심볼 결정값에 의해 재생된 간섭신호를 모두 제거하지 않고 적당한 가중치(weight)를 주어 일부분만 제거하는 것이다.The conventional parallel interference canceller as described above has a structure suitable as a multi-user interference canceller in a base station because the complexity of hardware implementation is proportional to the arithmetic function of the number of users and the processing speed is fast. The parallel interference canceller performs parallel interference cancellation by estimating and reproducing a multi-access interference signal using a symbol decision value of another user and subtracting the reproduced interference signal from the received signal. This parallel interference canceller can be implemented in multiple stages. When implemented in multiple stages, the interference signal is reproduced using the symbol decision value from the previous stage. Therefore, more accurate interference cancellation is achieved as the stage progresses, but it is not necessarily proportional considering the number of stages and the degree of performance improvement. There is a case where performance improvement is no longer performed. That is, after a certain step, an error layer occurs. This is the result of not fully estimating the signal amplitude and phase delay of each user in practical situations. Here, we present a method for improving the performance of the simplest two-stage parallel canceller. A parallel interference canceller is generally used as a first stage detector, as shown in Fig. 2, to match a matched filter detector. use. The interference signal is reproduced and parallel interference cancellation is performed by using hard symbol decision and estimated amplitude estimation, which are outputs of the matched filter detector. The performance of the parallel interference canceller depends heavily on the detector performance in the first stage. If the first stage detector generates a lot of errors, the second stage detector can increase the error by parallel interference cancellation. In order to improve the performance of the parallel interference canceller, the error in the first stage is minimized. To do this, it is difficult to apply the inverse of the correlation matrix to the matched filter output because it increases the complexity. A detector that performs channel decoding in the first stage and removes parallel interference is called a parallel interference canceller after decoding. After decoding, the parallel interference canceller means a method of performing parallel interference cancellation after improving the accuracy of data by performing channel decoding on the first stage to improve the performance of the parallel interference canceller. Another way to improve the performance of a parallel interference canceller is to introduce a weighted parallel interference cancellation detector (WPIC). That is, if a large number of errors occur, only a part of them is removed by giving an appropriate weight without removing all of the interference signals reproduced by the symbol decision value including the error.
가중 병렬 간섭제거기의 성능개선은 이전의 연구결과들에서 많이 보고되고 있다. 그런데 가중치를 최적으로 결정하는 문제는 상당한 복잡도를 요구하므로 지금까지는 주로 실험적으로 가중치를 결정하는 방법이 사용되어 왔다. 그런데, 실험적인 가중치 결정법은 주어진 채널환경에서 가중치를 가변하면서 평균적인 비트 오류율이 최적으로 되는 가중치를 선택하는 방식이므로, 이와 같은 방법에 의해 결정된 가중치는 모든 사용자와 각 심볼에 대해 동일한 하나의 값을 갖는 가중치가 된다. 즉, 기존의 가중 병렬 간섭제거기는 신뢰도가 높은 심볼 결정값과 신뢰도가 낮은 심볼 결정값 모두에 대하여 동일한 가중치를 부가하게 되기 때문에, 오류를 포함하는 심볼 결정값에 대해서도 불필요한 가중치가 부가되는 경우가 발생되어 성능이 저하되는 단점이 있었다.Performance improvements of weighted parallel interference cancellers have been reported in previous studies. However, since the problem of optimally determining the weight requires considerable complexity, the method of determining the weight optimally has been used until now. However, the experimental weight determination method is a method of selecting a weight value of the average bit error rate while varying the weight in a given channel environment, so that the weight determined by this method has the same value for every user and each symbol. It has a weight. That is, the conventional weighted parallel interference canceller adds the same weight to both the symbol reliability value with high reliability and the symbol reliability value with low reliability, so that unnecessary weight is added to the symbol decision value including an error. There was a disadvantage in that performance is reduced.
본 발명은 상기와 같은 기존의 가중 병렬 간섭제거기의 문제점을 해결하여 CDMA 수신기의 성능을 개선하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 길쌈 부호화된 CDMA 시스템에 있어서 심볼의 신뢰도를 이용하여 사용자 마다 그리고 각 심볼마다 가변하는 기중치를 갖는 심볼 가중 병렬 간섭제거 기술을 구현함으로써, 보다 신뢰성 있는 데이터 복조를 구현하도록 된 부호분할 다중접속 수신기의 복조 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been made to improve the performance of a CDMA receiver by solving the problems of the conventional weighted parallel interference canceller as described above. It is an object of the present invention to provide a demodulation apparatus and method for a code division multiple access receiver configured to implement more reliable data demodulation by implementing a symbol weighted parallel interference cancellation technique having a variable weight value for each.
도 1은 종래의 정합필터 검파기의 구성도이고,1 is a block diagram of a conventional matched filter detector,
도 2는 심볼 동기식인 두명의 사용자를 갖는 CDMA 시스템에 대한 종래의 두단계 병렬 간섭 제거기의 구성도이고,2 is a block diagram of a conventional two stage parallel interference canceller for a CDMA system having two users that are symbol synchronous,
도 3은 길쌈 부호화가 되고 심볼 동기식인 CDMA 시스템의 일반적인 송신기의 구성도이고,3 is a block diagram of a general transmitter of a CDMA system in which convolutional coding is performed and symbol synchronous.
도 4는 본 발명에 따라 심볼마다 가변하는 가중치를 갖는 가중 병렬 간섭제거 방식의 CDMA 수신기의 검파 장치의 구성도이고,4 is a block diagram of a detection apparatus of a CDMA receiver of a weighted parallel interference cancellation method having a variable weight for each symbol according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 CDMA 수신기의 검파 방법에서 오류 확률을 이용하는 가중치 결정 흐름도이고,5 is a flowchart of determining a weight using an error probability in a detection method of a CDMA receiver according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 CDMA 수신기의 검파 방법에서 확률로그비를 이용하는 가중치 결정 흐름도이고,6 is a flowchart for determining a weight using a probability log ratio in a detection method of a CDMA receiver according to the present invention;
도 7은 AWGN 채널이고 단일 사용자 시스템에 대한 정보 비트의 확률로그비를 나타낸 도면이고,7 is a diagram illustrating a probability log ratio of information bits for an AWGN channel and a single user system,
도 8은 AWGN 채널이고 Eb/No = 10dB 일 때 8명의 사용자를 갖는 시스템에서첫 번째 사용자에 대한 확률로그비와 확률로그비의 함수로서 나타낸 오류확률 그래프도이고,8 is a graph of error probability plotted as a function of probability log ratio and probability log ratio for the first user in a system having 8 users when AWGN channel and Eb / No = 10dB,
도 9는 AWGN 채널이고 10명의 사용자를 갖는 시스템에서 Eb/No의 관점에서 본 발명의 성능을 나타낸 그래프이고,9 is a graph showing the performance of the present invention in terms of Eb / No in a system with AWGN channel and 10 users,
도 10은 레이리 페이딩 채널이고 10명의사용자를 갖는 시스템에서 Eb/No의 관점에서 본 발명의 성능을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the performance of the present invention in terms of Eb / No in a system with a Rayleigh fading channel and 10 users.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1201∼120k: 정합 필터 130 : 지연기120 1 to 120 k : Matching filter 130: Delay
1402∼140k: 복호기 1502∼150k: 재부호화부140 2 to 140 k : Decoder 150 2 to 150 k : Recoding section
1602∼160k: 변환부 1702∼170k: 가중치 결정부160 2 to 160 k : converter 170 2 to 170 k : weight determiner
180 : 가중 병렬 간섭제거부 190 : 복조부180: weighted parallel interference canceller 190: demodulator
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 부호분할 다중접속 수신기의 검파 장치는, 부호분할 다중접속 시스템의 통신 신호 수신장치에 있어서, 수신되는 신호를 각 채널별 신호로 분리 추출하는 정합수단; 상기 추출된 채널별신호들 중 목표 신호를 기 설정된 시간동안 지연하는 지연수단; 상기 추출된 채널별 신호들 중 상기 목표 신호를 제외한 신호들을 채널별로 각각 입력하여, 그 입력된 신호를 복호함과 아울러 그 복호된 신호의 신뢰도 정보를 생성하는 복호수단; 상기 복호된 신호를 재부호화하는 재부호화 수단; 상기 복호된 신호의 신뢰도 정보를 상기 재부호화된 신호의 신뢰도 정보로 변환하는 변환수단; 상기 재부호화된 신호의 신뢰도 정보에 의거하여 상기 재부호화된 신호에 부여할 가중치를 결정하는 가중치 결정수단; 상기 재부호화된 신호, 상기 결정된 가중치, 상기 지연되는 목표 신호와 해당 채널신호와의 상관값, 및 해당 채널신호의 진폭에 의거하여 상기 지연되는 신호에 포함된 간섭신호를 추정 산출하고, 상기 지연 출력된 신호에서 상기 산출된 간섭신호를 가중 병렬 간섭제거방식에 의거하여 제거하는 가중 병렬 간섭제거수단; 및 상기 가중 병렬 간섭제거수단의 출력신호를 복조하여 목표 데이터를 결정 추출하는 복조수단을 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a detection apparatus of a code division multiple access receiver according to the present invention comprises: matching means for separating and extracting a received signal into a signal for each channel; Delay means for delaying a target signal among the extracted channel-specific signals for a preset time; Decoding means for inputting signals except for the target signal among the extracted signals for each channel for each channel to decode the input signal and to generate reliability information of the decoded signal; Recoding means for recoding the decoded signal; Conversion means for converting reliability information of the decoded signal into reliability information of the recoded signal; Weight determining means for determining a weight to be assigned to the recoded signal based on reliability information of the recoded signal; Estimate and calculate an interference signal included in the delayed signal based on the recoded signal, the determined weight, a correlation value between the delayed target signal and the corresponding channel signal, and an amplitude of the corresponding channel signal, and output the delayed output Weighted parallel interference cancellation means for removing the calculated interference signal based on a weighted parallel interference cancellation method; And demodulation means for demodulating the output signal of the weighted parallel interference cancellation means to determine and extract target data.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 부호분할 다중접속 수신기의 검파 방법은, 부호분할 다중접속 시스템에서 통신 신호를 수신하여 복조하는 방법에 있어서, 수신되는 신호를 각 채널별 신호로 분리 추출하는 제 1 단계; 상기 추출된 채널별 신호들 중 목표 신호를 기 설정된 시간동안 지연하는 제 2 단계; 상기 추출된 채널별 신호들 중 상기 목표 신호를 제외한 신호들을 채널별로 각각 입력하여, 그 입력된 신호를 복호함과 아울러 그 복호된 신호의 신뢰도 정보로서 결정 정보비트의 오류 확률 또는 그 결정 정보비트가 옳을 확율과 틀릴 확률 사이의 확률로그비(log-likelihood ratio)를 생성하는 제 3 단계; 상기 복호된 신호를 재부호화하는 제 4 단계; 상기 복호된 신호의 신뢰도 정보(즉, 상기 오류확률 또는 상기 확률로그비)를 상기 재부호화된 신호의 신뢰도 정보로 변환하는 제 5 단계; 상기 재부호화된 신호의 신뢰도 정보에 의거하여 상기 재부호화된 신호에 부여할 가중치를 결정하는 제 6 단계; 상기 재부호화된 신호, 상기 결정된 가중치, 상기 지연되는 목표 신호와 해당 채널신호와의 상관값, 및 해당 채널신호의 진폭에 의거하여 상기 지연되는 신호에 포함된 간섭신호를 추정 산출하고, 상기 지연 출력된 신호에서 상기 산출된 간섭신호를 가중 병렬 간섭제거방식에 의거하여 제거하는 제 7 단계; 및 상기 가중 병렬 간섭제거수단의 출력신호를 복조하여 목표 데이터를 결정 추출하는 제 8 단계를 포함하여 구성된다.In addition, the detection method of the code division multiple access receiver according to the present invention in order to achieve the above object, in the method for receiving and demodulating a communication signal in a code division multiple access system, the received signal as a signal for each channel A first step of separating and extracting; Delaying a target signal of the extracted channel-specific signals for a preset time; Among the extracted signals for each channel, signals other than the target signal are input for each channel, and the input signal is decoded, and the error probability of the decision information bit or the determination information bit is added as reliability information of the decoded signal. Generating a log-likelihood ratio between the probability of being correct and the probability of being wrong; A fourth step of re-coding the decoded signal; A fifth step of converting reliability information (ie, the error probability or the probability log ratio) of the decoded signal into reliability information of the recoded signal; Determining a weight to be assigned to the recoded signal based on reliability information of the recoded signal; Estimate and calculate an interference signal included in the delayed signal based on the recoded signal, the determined weight, a correlation value between the delayed target signal and the corresponding channel signal, and an amplitude of the corresponding channel signal, and output the delayed output A seventh step of removing the calculated interference signal based on a weighted parallel interference cancellation scheme; And an eighth step of demodulating and outputting target data by demodulating the output signal of the weighted parallel interference canceling means.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부호분할 다중접속 수신기의 검파 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a detection apparatus and a method of a code division multiple access receiver according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, K명의 사용자를 갖고 사용자간의 심볼 동기화되어 있는 채널부호화된 CDMA 시스템의 송신기 모델을 도 3에 나타내었다. 여기서, k번째 사용자의 정보 비트 bk∈ {-1,1}, k =1...., K는 생성함수 g0= (101), g1= (111) 와 부호율 1/2로 길쌈부호화되어 있다고 가정한다. 각각의 부호심볼 dk∈ {-1,1} 는 BPSK(binary phase shift keying)로 변조되고 정규화된(normalized) 확산부호 sk로 확산된다. 이렇게 확신된 신호는 주파수 비선택적 레일리 페이딩(frequency-nonselective Rayleigh fading) 채널을 통해 전송된다. 이때 레일리 페이딩 계수는로 나타낸다.First, a transmitter model of a channel coded CDMA system having K users and symbol synchronization between users is shown in FIG. 3. Here, the information bit b k ∈ {-1,1}, k = 1 .... of the k-th user, k is the generation function g 0 = (101), g 1 = (111) and the code rate 1/2. Assume that it is convolutional coded. Each code symbol d k ∈ {-1,1} is modulated with binary phase shift keying (BPSK) and spread with a normalized spreading code s k . This assured signal is transmitted over a frequency-nonselective Rayleigh fading channel. Where the Rayleigh fading coefficient Represented by
수신기 입력단에서의 수신신호는 기저대역 신호로 표시하면,When the received signal at the receiver input is represented as a baseband signal,
로 주어진다. 여기서 n 은 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN)이다. 채널 추정이 정확하다는 가정하에 코히어런트 복조를 수행하면 사용자 1에 대한 정합필터 수신기 출력은,Is given by Where n is additive white Gaussian noise (AWGN). Assuming coherent demodulation on the assumption that the channel estimation is accurate, the matched filter receiver output for user 1
로 주어진다. 여기서 γ1j는 확산부호 s1와 sj사이의 상호 상관값이다. 그리고 z1는 n과 s1사이의 상관값으로 주어지는 가산성 가우시안 잡음이다.Is given by Γ 1j is a cross-correlation value between the diffusion codes s 1 and s j . And z 1 is the additive Gaussian noise given by the correlation between n and s 1 .
이를. 병렬 간섭제거를 수행하면 다음처럼 주어진다.This. Performing parallel interference cancellation gives:
상기 수학식(6)에서 만약 심볼 결정값 d* j가 오류이면 간섭신호의 전력은 감소되기보다는 오히려 증가하게 된다. 이와 같이 오류 심볼로 인해 간섭신호의 전력이 증가하는 부정적인 영향을 줄이기 위해 기존에 다음과 같이 가중 병렬 간섭제거가 도입되었다.In Equation (6), if the symbol decision value d * j is an error, the power of the interference signal is increased rather than decreased. As described above, weighted parallel interference cancellation is introduced as follows to reduce the negative effect of increasing the power of an interference signal due to an error symbol.
이 가중 병렬 간섭제거에서 가중치 w를 적적히 선택하면 평균적으로 간섭신호의 전력은 감소할 것이고 전체적인 성능은 개선된다. 기존과 같이 실험적으로 가중치를 결정하게 되면 가중치는 주어진 채널환경에서 비트오류율을 최소로하는 하나의 값으로 선택되지만, 본 발명에서와 같이 간섭제거에 사용되는 심볼의 신뢰도 정보를 얻을 수 있으면, 가중 간섭제거를 위해 각 심볼단위로 접근하게 되어 더 좋은 결과를 기대할 수 있다. 상기 수학식(7)을 잘 관찰하면 모든 심볼 결정값에 대해 동일한 가중치 w를 사용하고 있는데, 이와 같은 방식 보다는 신뢰도가 높은 심볼 결정값에 대해서는 간섭제거를 많이 해주고 신뢰도가 상대적으로 낮은 심볼 결정값에 대해서는 가중치를 작게하는 것이 전체적인 간섭신호의 전력을 더 줄일 수 있게 된다. 즉 전체적으로 동일한 가중치를 사용하는 대신에 각 심볼 결정값의 신뢰도에 따라 다른 가중치를 적용하는 것이다.Appropriately choosing the weight w in this weighted parallel interference cancellation will reduce the power of the interference signal on average and improve the overall performance. When the weight is experimentally determined as in the past, the weight is selected as one value that minimizes the bit error rate in a given channel environment. You can expect better results by accessing each symbol unit for removal. Observing Equation (7), the same weight w is used for all symbol decision values. Instead, the symbol decision value with higher reliability is eliminated and the symbol decision value with relatively lower reliability is used. Reducing the weight may further reduce the power of the overall interfering signal. That is, instead of using the same weight as a whole, different weights are applied according to the reliability of each symbol decision value.
이와 같이 심볼의 신뢰도를 이용하여 가중 병렬 간섭제거를 수행하기 위해서는 심볼의 신뢰도를 얻을 수 있어야 한다. 길쌈부호로 채널부호화된 CDMA 시스템에서는 복호기로 연성출력 비터비 알고리즘(SOVA:soft-output Viterbi algorithm)을 사용하면 심볼의 신뢰도를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 병렬 간섭제거 이전 단계에서 채널복호를 수행해야 하므로 복호 후 병렬 간섭제거 구조를 채택하고복호기로 연성출력 비터비 알고리즘을 사용하게 된다.As described above, in order to perform weighted parallel interference cancellation using symbol reliability, symbol reliability must be obtained. In a CDMA system coded with convolutional code, the symbol reliability can be obtained by using a soft-output Viterbi algorithm (SOVA) as a decoder. Therefore, in the present invention, since channel decoding must be performed at the stage before parallel interference cancellation, a parallel interference cancellation scheme is adopted after decoding and a soft output Viterbi algorithm is used as the decoder.
사용자1의 신호에 대한 검파기로서 본 발명에 따라 제안된 심볼 가중 병렬 간섭제거기를 갖는 CDMA 수신기의 검파장치의 구조를 도 4에 나타내었다.4 shows a structure of a detector of a CDMA receiver having a symbol weighted parallel interference canceller proposed in accordance with the present invention as a detector for a user 1 signal.
도 4에서, 본 발명에 따른 CDMA 수신기의 복조장치는, 각 채널별 확산부호(s1-sk)에 의해 역확산된 수신신호(r)를 각 채널별 신호로 분리 추출하는 정합수단으로서의 복수개의 정합필터(Matched Filter : MF)(1201-120k); 상기 복수개의 정합필터(1201-120k)에 의해 추출된 채널별 신호들(y1-yk) 중 목표 신호(y1)를 기 설정된 시간동안 지연하는 지연기(Delay)(130); 상기 복수개의 정합필터(1201-120k)에 의해 추출된 채널별 신호들(y1-yk) 중 상기 목표 신호(y1)를 제외한 신호들(y2-yk)을 채널별로 각각 입력하여, 그 입력된 신호를 복호함과 아울러 그 복호된 신호의 신뢰도 정보를 생성하는 복수개의 복호기(SOVA)(1402-140k); 상기 복수개의 복호기(1402-140k)에 의해 복호된 신호(b* 2-b* k)를 각각 재부호화 하는 복수의 재부호화부(Re-encoder)(1502-150k) ; 상기 복호된 신호의 신뢰도 정보를 상기 재부호화된 신호의 신뢰도 정보로 변환하는 복수의 변환부(Translator)(1602-160k); 상기 재부호화된 신호의 신뢰도 정보에 의거하여 상기 재부호화된 신호에 부여할 가중치를 결정하는 가중치 결정부(Weight Estimator)(1702-170k); 상기재부호화부(1502-150k)에 의해 재부호화된 신호(d* 2-d* k), 상기 가중치 결정부(1702-170k)에 의해 결정된 가중치(wd2-wdk), 상기 지연되는 목표 신호와 해당 채널신호와의 상관값(γ12-γ1k), 및 해당 채널신호의 추정 진폭(h2-hk)에 의거하여 상기 지연되는 신호(y1)에 포함된 간섭신호를 추정 산출하고, 상기 지연 출력된 신호(y1)에서 상기 산출된 간섭신호를 가중 병렬 간섭제거방식에 의거하여 제거하는 가중 병렬 간섭제거부(180); 및 상기 가중 병렬 간섭제거부(180)의 출력신호를 복조하여 목표 데이터(b* 1)를 결정 추출하는 복조부(190)을 포함하여 구성되어 있다.In FIG. 4, a demodulation device for a CDMA receiver according to the present invention includes a plurality of matching means for separately extracting and extracting a reception signal r despread by a spreading code s 1 -s k for each channel into signals for each channel. Matched filters (MF) 120 1 -120 k ; In the channel signal extracted by the plurality of matched filters (120 1 -120 k) (y 1 -y k) delay (Delay) (130) that delays for the time of the target signal (y 1) pre-set; Each of the signals other than the target signal (y 1) (y 2 -y k) of the channel signals extracted by the plurality of matched filters (120 1 -120 k) (y 1 -y k) for each channel also input to decoding the input signal as well as a plurality of decoders to generate the reliability information of the decoded signal (SOVA) (140 2 -140 k ); Said plurality of decoders (140 2 -140 k) a signal (b * 2 -b * k) a plurality of re-re-encoding unit (Re-encoder) (150 2 -150 k) for encoding respectively decoding by; A plurality of conversion to convert the reliability information unit (Translator) of said reliability information of the decoded signal and the re-encoded signal (160 2 -160 k); Weight to determine the weights to be assigned to the signal of the re-encoded on the basis of the reliability information of the re-encoded signal determiner (Weight Estimator) (170 2 -170 k); A base encoder (150 2 -150 k) the re-encoded signal by (d * 2 -d * k) , weight (w d2 -w dk) determined by said weight determination section (170 2 -170 k), Interference included in the delayed signal y 1 based on the correlation value γ 12 -γ 1k between the delayed target signal and the corresponding channel signal, and the estimated amplitude h 2 -h k of the channel signal. calculating estimates the signal, and rejected by the delayed output signal (y 1), the weighting parallel interference to remove the basis of the weighted remove the interference signal calculated in parallel interference method (180); And a demodulator 190 which demodulates the output signal of the weighted parallel interference canceller 180 to determine and extract the target data b * 1 .
상기 복호기(SOVA)(1402-140k)는 연성출력 비터비 알고리즘(Soft-Output Viterbi Algorithm : SOVA)에 기반하는 채널 복호기이고, 상기 재부호화부(1502-150k)는 길쌈부호기로서 상기 결정된 정보비트를 길쌈부호기의 생성 다항식에 의거하여 부호심볼로 재부호화 하는 것이며, 상기 변환부(1602-160k)는 상기 결정 정보비트의 신뢰도 정보를 이용하여 상기 재부호화된 부호심볼의 신뢰도 정보를 생성하는 것을 나타낸다.The decoder (SOVA) (140 2 -140 k ) is a soft output Viterbi algorithm: channel decoder, and the re-encoding unit (150 2 -150 k), based on (Soft-Output Viterbi Algorithm SOVA) is a convolutional encoder the which will re-encoded to code symbols on the basis of the determined information bits to a generator polynomial of the convolutional encoder, the conversion unit (160 2 -160 k) is reliability information of the re-encoded code symbols by using the reliability information of the determined information bits To generate a.
도 4를 참조하여 사용자 1의 신호를 검파하려는 관점에서 본발명의 동작을 설명하면, 먼저 간섭 신호로 작용하는 사용자 2부터 K까지의 신호에 대한 상기 각 정합필터(1201-120k)의 출력이 상기 각 복호기(1401-140k)의 연성출력 비터비 알고리즘으로 복호된다. 상기 연성출력 비터비 알고리즘으로부터는 정보비트의 결정값 b* k와 함께 비트의 신뢰도 정보(relibility information)가 생성된다. 신뢰도 정보는 비트의 오류 확률(error probability)로 표시될 수도 있고 복호된 비트가 옳을 확률(correctness probability)과 틀릴 확률(error probability)사이의 확률로그비(log-likelihood ratio)로 나타낼 수도 있다. 간섭제거가 부호심볼의 영역에서 이루어지므로 부호심볼을 생성하기 위해 정보비트는 상기 김쌈부호기(1502-150k)의 생성다항식으로 재부호화되어야 한다. 이때 이와함께 상기 변환부(1602-160k)를 통하여 정보비트의 신뢰도 정보를 이용하여 부호심볼의 신뢰도 정보를 생성해야 한다. 이 부호심볼의 신뢰도 정보를 이용하여 상기 가중치 결정부(1702-170k)에서 가중치를 결정하고 상기 가중 병렬 간섭제거부(180)에서 다음과 같이 가중 병렬 간섭제거를 수행한다.Referring to Figure 4, illustrating the operation of the invention in a view to detecting the signal of the user 1, the first output of each of the matched filter (120 1 -120 k) for a signal from the user 2 to K which acts as an interference signal this is decoded by the soft output Viterbi algorithm for each decoder (140 1 -140 k). From the flexible output Viterbi algorithm, reliability information of bits is generated together with the determined value b * k of the information bits. The reliability information may be expressed as an error probability of a bit or as a log-likelihood ratio between a probability of a decoded bit being correct and an error probability. Interference cancellation is done at the area of the code symbols to generate a code symbol information bits are to be re-encoded as a generator polynomial of the encoder gimssam (150 2 -150 k). At this time, the same time through the conversion unit (160 2 -160 k) by using a reliability information bit of information should be generated reliability information of the code symbols. By using the reliability information of the code symbols to determine a weight in the weight determining unit (170 2 -170 k) and perform a parallel interference cancellation weight, as follows: in the weighting parallel interference remover 180.
여기서 wj는 부호심볼의 결정값 d* j의 신뢰도에 따라 가변하여 정해질 가중치이다.Here, w j is a weight to be determined to vary depending on the reliability of the decision value d * j of the code symbol.
이어, 상기 각 복호기(1401-140k)의 연성출력 비터비 알고리즘에 의해 생성되는 정보비트의 오류확률 또는 확률로그비를 이용하여 가중치를 결정하는 과정에 대하여 상세히 설명한다.Next, a process of determining weights using error probability or probability log ratio of the information bits generated by the soft output Viterbi algorithm of each decoder 140 1 to 140 k will be described in detail.
먼저, 오류확률을 이용한 가중치 결정 과정은 다음과 같다.First, the weight determination process using the error probability is as follows.
공지된 연성출력 비터비 알고리즘에 의해 정보비트의 오류확률는 추정될 수 있고 그 값은 0≤≤0.5의 범위를 갖는다. 이 오류확률을 이용하여 가중치를 결정하는 방법은 두 단계로 나누어 진다.Error Probability of Information Bits by Known Flexible Output Viterbi Algorithm Can be estimated and its value is 0≤ ≤ 0.5. The method of determining the weight using this error probability is divided into two steps.
첫 번째로 먼저 부호심볼의 오류확률를 구해야 한다. 연성출력 비터비 알고리즘으로부터 출력되는 오류확률은 정보비트의 오류확률이다. 이것을 이용해서 부호심볼의 오류확률을 구하기 위해 상기 길쌈부호기(150) 생성함수의 구조를 이용한다. 여기에서 예로서 선택한 것은 생성함수가 g0= (101) 와 g1= (111)이므로 부호심볼의 오류확률은, 하기 식(9)(10)로 추정된다.First, the error probability of the sign symbol Should be obtained. The error probability output from the flexible output Viterbi algorithm is the error probability of the information bits. Using the structure of the convolutional encoder 150 generation function is used to find the error probability of the code symbol. Since the generation functions are selected from g 0 = (101) and g 1 = (111), the error probability of the code symbol is estimated by the following equation (9) (10).
여기서,는 사용자 k의 j번째 정보비트의 오류확률이다.here, Is the error probability of the jth information bit of user k.
두 번째로는 부호심볼의 오류확률을 이용하여 가중치를 결정한다. 일반적으로 K 명의 사용자가 있는 시스템에서 모든 간섭사용자의 오류확률을 동시에 고려하여 최적의 가중치를 결정하는 문제는 대단히 복잡해지므로, 근사적으로 두명의 사용자에 대해 가중치를 구하여 K명의 경우에도 같은 방식을 적용한다. 두명의 사용자인 경우에 가우시안 잡음을 고려하지 않고 사용자 1의 정합필터 출력을 표시하면Second, weights are determined using the error probability of the code symbol. In general, in a system with K users, the problem of determining the optimal weight by considering the error probability of all interfering users at the same time becomes very complicated. Therefore, the same method is applied to K users by calculating the weights of two users. do. For two users, displaying the matched filter output of user 1 without considering Gaussian noise
로 주어진다. 이 경우에 가중 병렬 간섭제거를 수행하면,Is given by In this case, if you perform weighted parallel interference cancellation,
로 주어진다. 이 수신신호에 잘알려진 미니멈 민스퀘어 에러(minimum mean square error : MMSE) 기준을 적용하면 가중치는 다음 수학식(13)과 같이 주어진다.Is given by When a known minimum mean square error (MMSE) criterion is applied to the received signal, the weight is given by Equation (13) below.
3명 이상인 시스템에서도 동일한 방법을 채택하면 가중 병렬 간섭제거기는 다음 수학식(14)와 같이 표시된다.If the same method is adopted in a system of three or more people, the weighted parallel interference canceller is represented by the following equation (14).
상술된 바와 같이, 오류확률을 이용하는 가중치 결정법을 흐름도로 나타낸 것이 도 5이며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 먼저 연성출력 비터비알고리즘(SOVA)을 이용하여 정보비트의 결정값 b* k와 함께 그 비트의 신뢰도 정보로서 정보비트 에러확률이 추정 생성되고(S501), 상기 정보비트 에러확률을 부호심볼 에러확률로 변환한다(S502). 이어 상기 부호심볼 에러확률에 의거하여 각 심볼별 가중치를 결정한 후(S503), 그 결정된 가중치에 의거하여 가중 병렬 갑섭제거(Weighted PIC)를 수행하면 되는 것이다.As described above, a weight determination method using an error probability is shown in a flowchart in FIG. 5, and as shown in the drawing, first, using a soft output Viterbi algorithm (SOVA), together with a determined value b * k of an information bit. An information bit error probability is estimated and generated as reliability information of the bit (S501), and the information bit error probability is converted into a code symbol error probability (S502). Subsequently, after determining the weight for each symbol based on the code symbol error probability (S503), weighted parallel interference elimination (Weighted PIC) may be performed based on the determined weight.
다음, 확률로그비를 이용한 가중치 결정 과정을 설명하면 다음과 같다.Next, the weight determination process using the probability log ratio will be described.
앞에서 언급된 오류확률을 이용한 가중치 결정법에는 정보비트의 오류확률을 추정하기 위해서 수신 신호의 신호대간섭 전력비를 측정해야 한다. 많은 CDMA시스템에서 전력제어를 위해 신호대간섭 전력비를 측정하고 있지만 측정의 정확도가 떨어지게 되면 추정된 오류확률값의 정확도에도 영향을 미치게 된다. 이는 부호심볼의 신뢰도 정보로서 오류확률값의 정확도에도 영향을 미치게 된다. 보호심볼의 신뢰도 정보로서 오류확률을 사용하는 방법 대신에 부호심볼이 정확할 확률과 오류일 확률 사이의 로그비(log-likehood ratio)를 부호심볼의 신뢰도 정보로 사용하는 방법이 가능하다. 즉 부호심볼의 정확할 확율을로 표시하고 부호심볼이 오류일 확율을로 표시하면 확률로그비는, 다음 수학식(15)로 주어진다.In the weighting method using the error probability mentioned above, the signal-to-interference power ratio of the received signal must be measured to estimate the error probability of the information bit. Many CDMA systems measure the signal-to-interference power ratio for power control, but if the accuracy of the measurement decreases, it also affects the accuracy of the estimated error probability. This also affects the accuracy of the error probability value as reliability information of the code symbol. Instead of using the error probability as the reliability information of the protection symbol, it is possible to use the log-likehood ratio between the probability that the code symbol is correct and the error probability as the reliability information of the code symbol. In other words, the exact probability of the code symbol And the probability that the code symbol is an error In this case, the probability log ratio is given by the following equation (15).
이 확률로그비의 근사치를 구하기 위해 다음 식(16)과 같이 가지메트릭(branch metrics)을 정의하였다.In order to approximate this probability log ratio, branch metrics are defined as in the following equation (16).
여기서는 비터비 알고리즘의 트렐리스 다이어그램을 가정할 때 시간 i에서 m번째 가지 위에 있는 Ψ개의 비트들 중 ψ번째 비트이다. 그리고는 같은 위치에 있는 수신 신호값이다. Es/(Io+No)는 수신신호대 잡음전력비이다. 잡음전력은 다중사용자 시스템이므로 배경 가우시안 잡음 No와 간섭신호 Io를 포함한 등가잡음이다. 이와 같이 정의된 가지 메트릭에 애해 확률로그비는, 다음 식(17)로 근사화된다.here Is the ψ of the Ψ bits above the mth branch at time i, assuming the trellis diagram of the Viterbi algorithm. And Is the received signal at the same position. E s / (I o + N o ) is the ratio of received signal to noise power. Since noise power is a multiuser system, it is equivalent to noise including background Gaussian noise No and interference signal Io. The probability log ratio for branch metrics defined as described above is approximated by the following equation (17).
그런데, 본 발명에서는 계산의 복잡도를 줄이기 위해 신호대 간섭 전력비를 계산하지 않도록 Es/(No+Io)항을 제거한 가지메트릭을 다음 식(18) 처럼 재 정의하였다.However, in the present invention, in order to reduce the complexity of the calculation, the branch metric from which the Es / (No + Io) term is removed is redefined as in Equation (18) so that the signal-to-interference power ratio is not calculated.
이렇게 재정의한 가지메트릭을 이용하여 구한 확률로그비는 신호대 잡음비가증가할수록 평균치를 일정하게 갖는 가우시안 분포로 근접하게 된다. 즉 신호대 잡음비가 증가하면 분산이 줄어드는 가우시안 분포가 된다. 그리고 특정한 확률로그비의 값과 그 값을 갖는 정보비트의 오류확률 관계를 조사하면 확률로그비의 값이 증가할수록 오류확률은 지수함수적으로 감소한다. 신호대잡음 전력비가 큰 환경에서는 대부분의 정보비트가 평균치 근처에 분포하게 되고 평균치 이상의 확률로그비를 갖는 정보비트는 거의 에러가 발생하지 않는다고 가정할 수 있다. 이러한 확률로그비의 통계적인 특징을 이용하여 가중치를 구하는 방법을 유도한다.The probability log ratio obtained using the redefined branch metric is closer to the Gaussian distribution with the average value as the signal-to-noise ratio increases. In other words, as the signal-to-noise ratio increases, the Gaussian distribution decreases. If the probability probability ratio is increased, the error probability decreases exponentially as the probability probability ratio is increased. In an environment where the signal-to-noise power ratio is large, it can be assumed that most information bits are distributed around an average value, and that an information bit having a probability log ratio above the average value rarely generates an error. The statistical method of the probability log ratio is used to derive the weighting method.
그런데 오류확률에서와 마찬가지로 연성출력 비터비 알고리즘은 정보비트에 대한 확률로그비를 발생시키므로, 이 때에도 부호심볼에 대한 확률로그비를 얻기 위한 기법이 필요하다. 복호된 정보비트를 재부호화하는 과정에 부호기의 메모리에 들어있는 정보비트들과 부호기의 입력비트중 가장 작은 확률비를 갖는 정보비트에 의해, 재부호화된 부호심볼의 확률비가 영향을 가장 많이 받게 되므로 재부호화된 부호심볼의 확률로그비를 다음 식(19)처럼 결정한다.However, as in the error probability, the flexible output Viterbi algorithm generates a probability log ratio for information bits, and thus, a technique for obtaining a probability log ratio for a code symbol is required. In the process of re-encoding the decoded information bits, the probability ratio of the re-coded code symbol is most affected by the information bits having the smallest probability ratio among the information bits in the memory of the encoder and the input bits of the encoder. The probability log ratio of the recoded code symbol is determined as in Equation (19).
여기서, bk i는 사용자 k의 i번째 정보비트이다. 이와 같은 방법에 의해 정보비트의 확률로그비를 부호심볼의 확률로그비로 변환하면 평균값이 약간 작아지게 되는 것 이외의 통계적 특성은 유지된다.Here, b k i is the i-th information bit of the user k. By converting the probability log ratio of the information bits to the probability log ratio of the code symbol by this method, statistical characteristics other than the average value become slightly smaller are maintained.
이 부호심볼의 확률로그비를 이용하여 가중치를 결정하게 되는데, 먼저 확률로그비의 분포와 특성 확률로그비를 갖는 부호심볼의 오류확률이 확률로그비의 지수합수적으로 감소한다는 사실을 이용한다. 즉 대부분의 부호심볼 오류는 확률로그비로서 0근처의 값을 갖는 부호심볼에 대해 발생한다. 그리고 평균치와 그 이상의 확률로그비 값에서는 거의 오류가 발생하지 않는다. 오류가 많이 발생하는 부분에서는 가중치를 작게하여 간섭제거를 하고 오류가 발생하지 않는 심볼들에 대해서는 가중치를 크게하여 간섭제거를 수행하기 위해, 다음과 수학식(20)같이 0과 확률로그비의 평균값 사이에서는 선형 가중치 결정법을 사용하고 확률로그비의 평균값 이상에서는1의 가중치로 결정한다.The weight is determined using the probability log ratio of the code symbols. First, the error probability of the code symbols having the distribution of the probability log ratio and the characteristic probability log ratio decreases exponentially with the probability log ratio. That is, most code symbol errors occur for code symbols having a value near zero as the probability log ratio. There is little error in the mean and probability log ratio values above. In the part where error occurs a lot, the weight is reduced to remove the interference, and for the symbols that do not occur in error, the weight is increased to perform the interference cancellation, as shown in Equation (20) below. The linear weighting method is used in the meantime, and the weight of 1 is determined above the mean value of the probability log ratios.
여기서는 사용자 k에 대한 부호심볼 확률로그비이고는 확률로그비의 평균값이다.here Is the sign symbol probability log ratio for user k Is the mean value of the probability log ratios.
상술된 바와 같이, 오류확률을 이용하는 가중치 결정법을 흐름도로 나타낸 것이 도 6이며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 먼저 연성출력 비터비 알고리즘(SOVA)를 이용하여 정보비트의 결정값 b* k와 함께 그 비트의 신뢰도 정보로서 정보비트 확률로그비가 추정 생성하되, 수신 신호의 신호대간섭 전력비의 측정은 배제한다(S601), 상기 정보비트 확률로그비를 부호심볼 확률로그비로변환한다(S602). 이어 상기 부호심볼 확률로그비가 갖는 의미를 분석 추정하고(S603), 상기 부호심볼 확률로그비의 추정에 의거하여 각 심볼별 가중치를 결정한 후(S604), 그 결정된 가중치에 의거하여 가중 병렬 갑섭제거(Weighted PIC)를 수행하면 되는 것이다.As described above, a weight determination method using an error probability is shown in a flowchart in FIG. 6, and as shown in the drawing, first, with a determined value b * k of an information bit using a soft output Viterbi algorithm (SOVA). The information bit probability log ratio is estimated and generated as reliability information of the bit, but the measurement of the signal-to-interference power ratio of the received signal is excluded (S601). The information bit probability log ratio is converted into a code symbol probability log ratio (S602). Next, after analyzing and estimating the meaning of the code symbol probability log ratio (S603), the weight for each symbol is determined based on the estimation of the code symbol probability log ratio (S604), and then weighted parallel interference is removed based on the determined weight. Weighted PIC).
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 부호분할 다중접속 수신기의 복조 장치 및 방법에 의한 효과를 설명하면 다음과 같다..As described in detail above, the effects of the demodulation device and method of the code division multiple access receiver according to the present invention will be described.
먼저, 성능 평가를 위해 시뮬레이션이 수행되었다. 시뮬레이션 파라메타로서 몇가지가 가정되었다. 확산시퀀스로 랜덤시퀀스가 각 사용자에게 할당되었다. 확산비(spreading factor)는 24로 하였다. 수신기에서의 복조는 채널을 완전히 안다고 가정하고 동기식 복조(coherent demodulation)를 수행하였다.First, a simulation was performed to evaluate the performance. Several assumptions have been made as simulation parameters. In the spreading sequence, a random sequence was assigned to each user. The spreading factor was 24. The demodulation at the receiver assumes that the channel is fully known and performs coherent demodulation.
도 7에 확률로그비의 분포를 표시하였다. 여기서, 신호대잡음 전력비가 증가할수록 분포가 가우시안 분포에 근접함을 알 수 있다. 도 8에서는 확률로그비와 확률로그비의 함수로서 비트오류율을 측정하여 표시하였다. 비트오류율은 확률로그비가 증가할 때 지수함수적으로 감소함을 알 수 있다. 그리고 확률로그비의 평균값 이상에서는 비트오류율이 매우 작아져서 가중치 결정값에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 도 8에서 LLR은 확률로그비(Log-likelihood ratio)를 나타낸다.7 shows the distribution of the probability log ratios. Here, it can be seen that as the signal-to-noise power ratio increases, the distribution approaches the Gaussian distribution. In FIG. 8, the bit error rate is measured and displayed as a function of the probability log ratio and the probability log ratio. It can be seen that the bit error rate decreases exponentially as the probability log ratio increases. It can be seen that the bit error rate becomes very small above the mean value of the probability log ratio, and thus has little effect on the weight determination value. In FIG. 8, LLR represents a log-likelihood ratio.
도 9와 도 10에 가산성 백색 가우시안 채널과 레일리 채널에서의 성능을 각각 나타내었다. 우선 가우시안 채널에서 병렬 간섭제거기의 성능이 정합필터 검파기의 성능보다 나쁘다는 것을 알 수 있다. 이것은 병렬 간섭제거기의 특징으로 첫단계의 심볼 결정값이 오류가 많을 경우에 성능이 나빠지는 현상을 의미한다. 사용된 가우시안 채널모델에서는 모든 사용자의 신호가 동일한 위상으로 수신기에 도달하므로 간섭신호의 관점에서 가장 나쁜 채널이 된다. 복호 후 병렬 간섭제거기(Elezabi:95)와 실험적인 가중치를 갖는 가중 병렬 간섭제거기(Shan:98)의 성능은 정합필터 검파기에 비해 굉장히 개선된다. 낮은 신호대 잡음비 환경에서는 복호 후 병렬 간섭게거기, 실험적인 가중치를 갖는 가중 병렬 간섭제거기의 성능이 비슷하나 Eb/No=7dB 또는 그 이상에서는 확률로그비를 이용하는 가중 병렬 간섭제거기의 성능이 우수함을 알 수 있다. 도 9 및 도 10에서, conventional은 종래 검파기(conventional detector), PIC는 병렬 간섭 제거 검파기(parallel interference cancellation detector), WPIC는 가중 병렬 갑섭 제거 검파기(weighted parallel interference cancellation detector), PDPIC는 포스트-디코딩 병렬 간섭 제거기(post-decoding parallel interference cancellation detector), SWPIC-EP는 오류 확률에 기반한 심볼대 심볼 가중 병렬 간섭 제거 검파기(symbol-by-symbol weighted parallel interference cancellation detector based on error probability), SWPIC-LLR은 확률로그비에 기반한 심볼 대 심볼 가중 병렬 간섭 제거 검파기(symbol-by-symbol weighted parallel interference cancellation detector based on log-likelihood ratio)를 나타내는 것이다.9 and 10 show the performance in the additive white Gaussian channel and Rayleigh channel, respectively. First, it can be seen that the performance of the parallel interference canceller in the Gaussian channel is worse than that of the matched filter detector. This is a characteristic of the parallel interference canceller, which means that the performance of the first stage symbol decision becomes poor when there are many errors. In the Gaussian channel model used, all the user's signals reach the receiver in the same phase, which is the worst channel in terms of interference signals. After decoding, the performance of the parallel interference canceller (Elezabi: 95) and the weighted parallel interference canceller (Shan: 98) with experimental weights is greatly improved compared to the matched filter detector. In the low signal-to-noise ratio environment, the parallel interferometer after decoding and the weighted parallel interference canceller with experimental weights are similar, but the weighted parallel interference canceller using probability log ratio is excellent at E b / N o = 7dB or higher. It can be seen. 9 and 10, conventional is a conventional detector, PIC is a parallel interference cancellation detector, WPIC is a weighted parallel interference cancellation detector, PDPIC is a post-decoding parallel Post-decoding parallel interference cancellation detector, SWPIC-EP is symbol-by-symbol weighted parallel interference cancellation detector based on error probability, SWPIC-LLR is probability It represents a symbol-by-symbol weighted parallel interference cancellation detector based on log-likelihood ratio.
레이리 채널에서는 오류확률을 이용하는 방식이 확률로그비를 이용하는 방식보다 높은 신호대잡음비 영역에서 약간 우수한 성능을 보임을 알 수 있다. 복잡도면에서는 오류확률을 이용하는 경우에는 신호대간섭 전력비를 측정해야 하는 문제가 있고 확률로그비를 이용하는 방법에서는 확률로그비의 평균값을 측정해야 하는 문제가 있다.In the Rayleigh channel, the method using the error probability is slightly better than the method using the probability log ratio. In terms of complexity, there is a problem that the signal-to-interference power ratio must be measured when the error probability is used, and a mean value of the probability log ratio has to be measured by using the probability log ratio.
전체적으로 성능을 평가하면, 간섭신호에 의해 성능이 열화되는 채널에서 심볼의 신뢰도에 따라 가중치를 결정하는 가중 병렬 간섭제거기 즉, 본 발명은 기존의 복호 후 병렬 간섭제거기의 성능보다 우수할뿐더러 실험적으로 구한 가중치를 갖는 가중 병렬 간섭제거기보다 우수하거나 비슷한 성능을 나타낸다.As a whole, when evaluating the performance, the weighted parallel interference canceller that determines the weight according to the symbol reliability in the channel deteriorated by the interference signal, that is, the present invention is superior to the performance of the conventional post-decoding parallel interference canceller and obtained experimentally. Better or similar to weighted parallel interference canceller with weight.
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