Abstract
It is well know that in the wireless communication systems the transmitted signals can suffer from multipath fading due to the wave propagation characteristics and the obstacles over the paths, resulting in serious reduction in the power of the received signals. However, it is possible to take advantage of the inherent diversity imposed in the multipath reception if the underlying channel can be properly estimated. One of the diversity reception methods in this case is Rake processing. In this paper we study the Rake receivers for the direct-sequence spread-spectrum communication systems utilizing PN (pseudo noise) sequences to achieve spread spectrum. A conventional Rake receiver can use the finite-duration impulse (FIR) filter followed by the PN sequence demodulator, where the FIR filter coefficients are the reverse-ordered complex conjugate values of the fading channel impulse response estimates. Here, we propose a new Rake processing method by replacing the aforementioned PN code sequence with a new set of optimum demodulator coefficients. More specifically, the concept of the new optimum Rake processing is first introduced and then the optimum demodulator coefficients are theoretically derived. The performance obtained using the new optimum Rake processing is also calculated. The analytical results are verified by computer simulation. As a result, it is shown that the new optimum Rake processing method improves the MSE performance more than 10 dB over the conventional one using the fixed PN sequence demodulator. It is also shown that the new optimum Rake processing method improves the MSE performance about 10 dB over the Adaptive Correlator that performs the combining of the multipath components and PN demodulation concurrently. And finally, the MSE performance of the optimum Rake demodulator is very close to the MSE performance of OPSK demodulator under the AWGN channel.
무선 통신 시스템은 전자파 신호의 전파 특성과 주위 환경/장애물에 의해 다중 경로 페이딩을 겪게 되어 수신 신호의 급격한 전력 감쇄가 생길 수 있음은 잘 알려져 있는 사실이다. 한편으로 송신기에서 생성된 하나의 동일한 송신 신호가 여러 경로를 통해서 해당 수신기에 도달하므로 이점을 적극적으로 활용하면 데이터 수신 성능을 향상 시킬 수 있는데 이것의 한가지 방법이 레이크 신호처리 기법이다. 본 연구는 PN (pseudo noise) 수열을 사용하여 주파수대역 확산을 구현하는 무선통신 수신기에서 레이크 신호처리 기법에 대해서 연구하였다. 기존의 고정 PN 레이크 복조기는 다중 경로 페이딩 채널의 임펄스 응답 계수의 공액 복소수 값을 계수로 하는 유한 길이 디지털 필터에 의해 수신 신호론 처리한 후, PN 복조 과정을 거쳐 데이터 신호를 재생하게 된다. 본 연구에서는 기존의 PN 복조 과정을 대체하는 최적 복조기의 개념 및 적응 설계 기법을 제안하였다. 제안된 최적 레이크 복조기에 대해 이론적인 성능 분석을 수행하였으며, 컴퓨터 모의 실험을 통해 유도된 결과들의 타당성을 검증하였다. 결과로 새로운 최적 레이크 신호처리기법을 통해 기존의 고정 PN 레이크 복조기에 비해 심볼평균제곱오차가 10dB 이상의 월등한 성능 향상이 가능함을 보였다. 또한 다중 경로 신호의 결합과 PN 복조를 동시에 한 복조 심볼 구간 안에서 수행하는 통합 복조기에 비해서도 약 10 dB 정도의 성능 향상이 있었다. 그리고 최적 레이크 복조기의 심볼평균제곱오차가 이론적인 한계치인 백색잡음 채널에서 QPSK 복조기의 심볼평균제곱오차에 매우 근접함을 보였다.
