[논문]WCDMA 시스템을 위한 유사 역상관기의 성능 분석

박중후; 이용업

문제 정의

본 연구에서는 레일레이 다중 경로 채널 환경에서의 WCDMA 상향링크 시스템을 위한 유사 역상관기를 제안하였다. 정합필터의 출력에서 얻어진 판단변수에 포함되어 있는 다중사용자 간섭 성분을 분석하이 전송되는 개개의 비트에 해당되는 상호상관 행렬을 얻는다.
⑹에서는 백색 가우시안 채널 환경에서의 광대역 코드분할 다중화 시스템 (WCDMA 시스템)을 위한 유사 역상관기를 제안하고, 그 성능을 분석호} 였다. 이 논문에서는 레일레이 다중 경로 채널 환경에서의 WCDMA 상향링크 시스템을 위한 유사 역상관기를 제안하고 그 성능을 분석하고자 한다.

가설 설정

개개의 사용자는 80 프레임 분량의 데이터인 값이 0 혹은 1인 12, 000 비트를 DPDCH를 통해서 전송한다. DPOCH로 전송되는 제어신호는 편의상 모두 1이라고 가정하였다. 여기서 채널코드와 확산 시퀀스의 길이가 같기 때문에 상호상관 행렬에 대한 역행렬을 매 비트마다 구할 필요가 없다.
전송 지연시간은 구간 [0, 7、°] 에서 균일하게 분포하는 난수들토 하였다. 각 사용자의 위상은 0에서 2勿 사이에 균일하게 분포한다고 가정하였다. 사용자의 신호대 잡음비 (SNR)를 0 dB에서 18 dB까지 변하게 하고서 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 비트 오차율 (BER)을 구하였다.
그림 3에서는 9명의 간섭자들의 전력은 모두 같다고 가정하고, 간섭자들의 전력을 0 dB에서 18 dB 까지 2 dB 간격으로 변화시키면서 수신기의 성능 변화를 관찰하였다. 그림 3을 보면 비트 오차율이 IO-’인 경우에 유사 역상관기에서는 기존 수신기보다 간섭자 신호전력과 원하는 사용자의 신호전력의 비가 5 曲정도 더 증가하더라도 비슷한 성능을 보여주고 있음을 알 수 있다.
[1] 다중사용자 검출에서는 개개의 사용자 검출을 효과적으로 하기 위하여 여러 사용자의 코드와타이밍 정보를 모두 이용한다. 여기에서 사용자들에게 할당된 코드는 수신기에서 알고 있다고 가정한다. 많은 문헌에서 다중사용자 검출의 개념을 적용한 다중사용자 수신기를 제안하고 분석하고 있다U, 2].
주어진 채널코드는 한 칩 (chip)의 길이가 兀인 단위 사각 펄스라고 가정한다. 식 ⑴에 의해 주어지는 신호는 식 ⑶에 나타낸 복소값을 가지는 (complex-valued) 확산코드에 의해 확산된다.

제안 방법

유사 역상 관기에서는 판단변수 (decision statistics) 에 포함되어 있는 다중사용자 간섭 성분을 분석하여 전송되는 개개의 비트에 해당되는 상호상관 (cross-correlation) 행렬을 얻은 후에, Penrose가 제안한 일반 역행렬 개념[5]을 적용하여 주어진 행렬의 역행렬을 구하고, 정합필터 출력에 적용하여 얻어진 새로운 판단변수를 사용하여 수신기의 성능향상을 도모하고 있다. ⑹에서는 백색 가우시안 채널 환경에서의 광대역 코드분할 다중화 시스템 (WCDMA 시스템)을 위한 유사 역상관기를 제안하고, 그 성능을 분석호} 였다. 이 논문에서는 레일레이 다중 경로 채널 환경에서의 WCDMA 상향링크 시스템을 위한 유사 역상관기를 제안하고 그 성능을 분석하고자 한다.
레일레이 다중 경로 채널 환경에서 동작하고 데이터를 QPSK방식으로 변조한, 사용자 수가 K인 WCDMA 상향링크 시스템을 생각하자. 사용자 此 식 ⑴과 같이 주어 지는 이진 데이터를 전송한다.
각 사용자의 위상은 0에서 2勿 사이에 균일하게 분포한다고 가정하였다. 사용자의 신호대 잡음비 (SNR)를 0 dB에서 18 dB까지 변하게 하고서 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 비트 오차율 (BER)을 구하였다. 실험의 신뢰도를 높이기 위하여 시드 (seed)를 달리 하면서 같은 실험을 10번 반복하였다.
설계된 유사 역상관기의 원근 저항성을 조사하기 위하여 사용자수가 k= 10인 시스템에 대하여 시뮬레이션을 실시하였다. 그림 3에서는 9명의 간섭자들의 전력은 모두 같다고 가정하고, 간섭자들의 전력을 0 dB에서 18 dB 까지 2 dB 간격으로 변화시키면서 수신기의 성능 변화를 관찰하였다.
사용자의 신호대 잡음비 (SNR)를 0 dB에서 18 dB까지 변하게 하고서 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 비트 오차율 (BER)을 구하였다. 실험의 신뢰도를 높이기 위하여 시드 (seed)를 달리 하면서 같은 실험을 10번 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 BER을 평균하여 사용하였다.
원하는 사용자의 신호전력을 0 dB에서 18 dB까지 2 dB 간격으로 변화시키면서 수신기의 성능이 어떻게 변화하는가를 관찰하였다. 그림 2에서 알수 있는 것처럼 기존의 수신기에서는 신호전력을 증가시키더라도 성능이 개선되지 않는다.
도시하였다. 원하는 사용자의 신호전력을 10 曲 로 고정시키고, 사용자수를 5명에서 30명까지 변화시키면서 수신기들의 성능 변화를 관찰하였다. 그림 5에서 볼 수 있는 것처럼 비트 오차율 lb, 을 기준으로 하여 두 수신기의 성능을 비교해 보면, 기존의 수신기에서는 15명 정도의 사용자를 수용할 수 있논데 반해, 유사 역상관기에서는 20명 이상의 사용자를 수용할 수 있음을 알 수 있다.
이렇게 해서 얻어진 상호상관 행렬에 일반 역행렬 개념을 적용하여 주어진 행렬의 역행렬을 구하게 된다. 이를 정합필터 출력에 적용하면 새로운 향상된 판단변수를 얻을 수 있고, 이 판단변수를 사용하여 수신기의 성능을 향상시킬 수 있음을 레일레이 다중 경로 채널 환경에서의 여러 가지 시뮬레이션을 통하여 보여주었다. 이렇게 설계된 유사 역상관기는 레일레이 다중 경로 채널어서 원근 저항성을 갖게 된다는 것을 실험을 통해서 확인할 수 있었다.
저자는 [3, 4]에서 가우시안 채널과 레일레이 다중 경로 채널 환경에서 유사 역상관기 (pseudo-decorrelator) 라는 일종의 역상관 수신기를 제안하였다. 유사 역상 관기에서는 판단변수 (decision statistics) 에 포함되어 있는 다중사용자 간섭 성분을 분석하여 전송되는 개개의 비트에 해당되는 상호상관 (cross-correlation) 행렬을 얻은 후에, Penrose가 제안한 일반 역행렬 개념[5]을 적용하여 주어진 행렬의 역행렬을 구하고, 정합필터 출력에 적용하여 얻어진 새로운 판단변수를 사용하여 수신기의 성능향상을 도모하고 있다.
비트 小=1/15000초이고, 반송파 주파수 f«=2GHz로 설정하였다. 전송 지연시간은 구간 [0, 7、°] 에서 균일하게 분포하는 난수들토 하였다. 각 사용자의 위상은 0에서 2勿 사이에 균일하게 분포한다고 가정하였다.

대상 데이터

이렇게 해서 얻은 BER을 평균하여 사용하였다. 레일레이 다중 경로 채널로는 실측 데이터를 바탕으로 유도된, 각각의 경로에서 진폭이 표준편차가 0.93, 0.73, 0.28인 레일레이 분포를 갖는 채널을 선정하였다[8].
사용자수가 K= 5〜30이고, 칩 수가 N°=256인 [7] 에 기술된 확산코드를 사용하는 WCDMA 상향링크 시스템을 가지고 시뮬레이션을 실시하였다. 채널코드로는 DPDCH의 경우는256.

데이터처리

실험의 신뢰도를 높이기 위하여 시드 (seed)를 달리 하면서 같은 실험을 10번 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 BER을 평균하여 사용하였다. 레일레이 다중 경로 채널로는 실측 데이터를 바탕으로 유도된, 각각의 경로에서 진폭이 표준편차가 0.

이론/모형

시뮬레이션 결과를 검증하기 위하여 분석적 방법을 도입하는 것이 바람직하나, 유사 역상관기의 성능을 수식적으로 분석하는 것이 어렵기 때문에 [9]에서 제안하는 신뢰구간 추정기법을 사용하였다. 그림에 표시된 모든 그래프들은 3가지 심볼 세트로 구성되어 있다.

성능/효과

또 송신 전력이 일정한 경우 유사 역상관기의 용량이 기존의 수신기에 비해 크다는 것을 확인할 수 있었다. 동기회로 가 불완전한 경우에 동기오차에 의한 수신기의 성능 열화 현상이 생기게 되는데, 유사 역상관기의 경우는 이런 상황에서도 기존의 수신기보다 성능이 좋다는 것을 알 수 있었다.
이렇게 설계된 유사 역상관기는 레일레이 다중 경로 채널어서 원근 저항성을 갖게 된다는 것을 실험을 통해서 확인할 수 있었다. 또 송신 전력이 일정한 경우 유사 역상관기의 용량이 기존의 수신기에 비해 크다는 것을 확인할 수 있었다. 동기회로 가 불완전한 경우에 동기오차에 의한 수신기의 성능 열화 현상이 생기게 되는데, 유사 역상관기의 경우는 이런 상황에서도 기존의 수신기보다 성능이 좋다는 것을 알 수 있었다.
이를 정합필터 출력에 적용하면 새로운 향상된 판단변수를 얻을 수 있고, 이 판단변수를 사용하여 수신기의 성능을 향상시킬 수 있음을 레일레이 다중 경로 채널 환경에서의 여러 가지 시뮬레이션을 통하여 보여주었다. 이렇게 설계된 유사 역상관기는 레일레이 다중 경로 채널어서 원근 저항성을 갖게 된다는 것을 실험을 통해서 확인할 수 있었다. 또 송신 전력이 일정한 경우 유사 역상관기의 용량이 기존의 수신기에 비해 크다는 것을 확인할 수 있었다.

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