KR100253048B1

KR100253048B1 - 클럭위상제어 부호분할다중방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100253048B1
Application number: KR1019970042055A
Authority: KR
Inventors: 류승문; 박판종
Original assignee: 정규석; 주식회사데이콤
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR19990018815A

Abstract

본 발명은 CDMA 통신에 있어서, 송신성능을 개선하기 위한 변조 방법에 관한 것으로서, 입력신호와 직교신호를 각각 곱하여 이들 신호를 합하고, 상기 합해진 신호를 트렁케이션(truncation)하고 다수의 클럭에서 한 클럭을 선택하여 위상변조시키는 CDMA의 클럭위상제어 부호분할다중방법이다.

또한 이 방법의 구현을 위해서, 입력신호와 직교신호를 각각 곱하는 곱셈기와, 상기 각 신호를 더하는 덧셈기와, 다수의 클럭을 발생시키는 클럭 발생기와, 더해진 신호를 트렁케이션하여 그 신호를 상기 클럭 발생기에 생성된 클럭중에서 한 클럭을 선택하여 이로 위상 변조시키는 멀티플렉서를 갖추고 있다.

따라서 변조방법을 클럭의 위상을 변화시키므로 채널수가 증가하더라도 변조, 신호의 진폭이 2진신호와 같이 항상 일정하고, 신호 펄스 폭만 사용되는 코드 패턴에 의해 변하게 되는 효과가 있다.

Description

클럭위상제어 부호분할다중방법 및 그 장치

제1도는 기존의 직접확산 부호분할방법(CDMA/DS)의 시스템 송신부 구조를 나타내는 도면,

제2도는 기존의 직접확산 부호분할방법(CDMA/DS)의 합신호(合信號)를 트렁케이션(truncation)하는 송신부 구조를 나타내는 도면,

제3도는 본 발명에 의한 클럭위상제어 부호분할방법(CDMA/SC)의 시스템 송신부 구조를 나타내는 도면,

제4도는 입력채널의 수가 3개인 경우의 각 방법별 송신부 구조를 나타내는 도면으로서, (a)는 직접확산 부호분할방법(CDMA/DS)의 경우이고, (b)는 클록위상제어 부호분할방법(CDMA/SC)의 경우의 도면,

제5도는 제4도에서의 각 신호의 파형을 도시한 도면으로서, (a), (b), (c)는 각각 제4도의 곱셈기의 출력신호의 파형, (d)는 제4(a)도의 종래의 CDMA/DS의 출력파형 s의 파형, (e)는 상기 (d)의 신호를 트렁케이션하여 2레벨만 나타낸 경우의 파형, (f)는 상기 (e)의 신호를 상기 제4(b)도의 본 발명의 CDMA/SC의 출력신호 s의 파형을 나타내는 도면,

제6도는 상기 방법의 수신부 비교 블록도로서, (a)는 종래의 CDMA/DS의 수신부, (b)는 CDMA/SC의 수신부를 각각 나타낸다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1a, 1b, ... 1n : 곱셈기 2 : 덧셈기(합산자, 합산기)

3 : 디지탈-아나로그 변환기 4 : 클럭 발생기

5 : 멀티플렉서 6 : 아나로그-디지탈 변환기

7 : k어레이 동기 및 복조회로 8 : 코드 발생기

9 : 진폭제한기 10 : 바이너리(2진) 동기 및 복조회로

[산업상 이용분야]

본 발명은 기존의 직접확산부호 분할방법(CDMA/DS ; Code Division Multiple Access/Direct Sequence)의 최대 문제점인 RF 고주파 선형증폭기 제작의 어려움과, CDMA 이동 전화망에서 셀(cell)간의 간섭에 의한 성능저하를 감소시킬 수 있는 새로운 변복조 방법인 클럭위상제어 부호분할방법(CDMA/SC ; Code Division Multiple Access/Staggered Clock)에 관한 것이다.

[종래의 기술과 문제점]

종래의 기술을 간단히 설명하면 다음과 같다.

코드분할다중접속(CDMA) 방식의 시스템은 송신측에서 전송하려고하는 신호를 가상잡음(PN) 코드를 이용하여 더 넓은 대역으로 확산 즉 변조하여 전송한다.

제1도는 기존의 직접확산부호 분할방법(CDMA/DS)의 시스템 송신부 구조로서 입력신호(d1, d2, ..., dn)은 각각 직교코드패턴(c1, c2, ..., cn)과 곱셈기(1a, 1b, ..., 1n)에서 각각 곱해져서 합산기(2)에서 모두 합산되어 m 비트 2진수인 {e1, e2, ..., em}으로 출력된다. 출력된 m개의 2진수는 디지탈-아나로그 변환기(3)에 의해 아날로그 신호(s)로 변환되어 RF(Radio Frequency) 증폭기로 보내진다.

또한 도2는 기존의 직접확산부호 분할방법(CDMA/DS)의 합신호를 트렁케이션한 구조로서, 도1의 경우에서 합산자(2)의 m개의 2진수 출력 중에서 k개의 신호만을 이용하여(항상 k는 m보다 작은 양의 정수) 디지탈-아나로그 변환기(3)에 의해 아날로그 신호(s)로 변환되는 부분만 다르다. 즉 도1에서는 최종 신호가(s)가 m단계의 레벨로 나타나는 반면, 도2에서는 레벨로 k개의 나타나는 점이 다르다.

즉, 도2에서는 합산자(2)의 전체 출력 e₁, e₂, e₃, ... e_k, ... e_m의 m개 중에서 단지 k개의 출력, 다시 말하면 e₁, e₂, e₃, ... e_k의 k개의 출력만을 사용하고 나머지 e_k+1, ... e_m의 출력은 잘라 버린다(truncate)는 것이다. 잘라 버린다는 의미는 그에 대한 신호선을 접속하지 않거나 사용하지 않는다는 의미이다. 좀더 구체적으로 설명하면 예를 들어 합산자(2)의 출력이 8개라면 이는 256 레벨의 신호를 취급할 수 있다. 그러나 실제로는 일정한 레벨 이상의 신호, 예를 들어 64 레벨 이상의 신호가 존재할 확률은 거의 미미하여 그 레벨 이상의 신호를 무시하여도 시스템의 성능에는 큰 영향을 끼치지 않는다. 이 때에 64의 레벨에 대하여 포화(saturation)되었다고 하며 64보다 큰 신호는 64로 취급하게 되는 것이다. 6개(2⁶=64)의 신호만을 사용하고 나머지 2개의 신호는 트렁케이션하여도 시스템에는 거의 영향을 주지 않는다.

이와 같이 출력신호를 트렁케이션하면 복잡한 여러 레벨의 신호를 단순한 작은 레벨의 신호로 바꿀수 있으므로 시스템 성능 저하는 매우 작게 되며, 시스템의 구조를 단순화시키고 특히 RF의 선형성(linearity) 요구를 감소시킬 수 있다.

그러나, 기존의 CDMA/DS 방법에서는 전송하는 채널 수가 증가할수록 변조 신호의 진폭의 변화가 커져서 사용되는 증폭기의 선형성(Linearity)이 좋지 않으면 신호의 특성이 매우 좋지 않게 되고, 수신단의 성능이 나빠지므로 이를 방지하기 위하여 증폭기의 아날로그 증폭기가 필요하며 이를 선형성이 보장되는 좁은 영역에서만 사용하여 시스템의 효율이 나빠지게 되는 단점이 있다.

[본 발명의 목적]

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일반 디지탈 증폭기를 사용하여 증폭기의 전체 영역을 사용할 수 있게 하여 시스템의 효율과 성능이 대폭 향상되고 구조가 간단하게 되어 값싼 송수신기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 CDMA/SC방법은 변조방법을 클럭의 위상을 변화시키므로 채널수가 증가하더라도 변조, 신호의 진폭이 2진신호와 같이 항상 일정하고, 신호 펄스 폭만 사용되는 코드 패턴에 의해 변하게 하는 것이다.

또한 부수적인 것으로서 진폭 변화가 없으므로 수신단에서 진폭제한기를 사용하여 진폭 변조된 입력 잡음을 제거할 수 있으므로, 마치 FM 방송이 AM 방송에 비해 음질이 우수한 것과 같은 원리로 우수한 수신기 특성을 제공하기 위한 것이다.

[발명의 상세한 설명]

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하다.

도3은 본 발명에 의한 클럭위상제어 부호분할방법(CDMA/SC)의 시스템 송신부 구조로서 도2의 디지탈-아나로그 변환기(3)를 클럭발생기(4)와 멀티플렉서(5)로 대체한 것이다.

여기서 멀티플렉서(5)는 덧셈기(2)의 출력신호를 그 진폭에 의거하여 클럭 발생기(4)의 클럭을 선택하여 출력신호를 내보낸다. 상세한 기능은 후술한다.

종래의 CDMA/DS 방법은 각각의 신호의 합을 신호의 크기(레벨)로 표현한 반면, 본 발명의 CDMA/SC 방법은 신호(s)를 클럭의 위상을 이용하여 변조를 하는 방법이다. 즉, 합산기(2)에 의해 출력된 m개의 2진수 중에서 높은 차수쪽의 k개의 2진수만을 선택한 후 이를 이용하여 클럭 발생기(4)에 의해 발생된 2의 k승(2^k)개의 서로 다른 위상차를 갖는 클럭(01, 02, ..., 2^k) 중에서 하나를 멀티플렉서(5)로 선택하면 원하는 클럭 위상변조된 신호(s)를 얻을 수 있다.

구체적인 예를 들어 설명한다. 도4는 채널 수가 3개인 경우의 각 방법 송신부 구조로서 (a)는 종래의 CDMA/DS를, (b)는 새로운 CDMA/SC 방법을 표현하고 있다.

여기에서 입력신호는 d1, d2, d3로 3개이다. 이들 입력신호는 덧셈기(2)에서 합해지게 되는 데 이 합해진 신호를 나타내기 위하여는 2비트 즉 2개의 신호가 필요하게 된다. 즉 입력신호가 0 혹은 1의 레벨을 나타나게 되므로 이들 합해진 신호는 0~3 레벨의 신호를 나타나게 된다. 이를 나타내는 신호가 e1, e2이다.

상기 e1, e2의 신호에서 e1만을 취하고 e2는 버리는 즉 e2에 대한 신호선을 연결하지 않거나 연결하더라도 사용하지 않는 트렁케이션을 한다.

따라서, 종래의 방법에서는 4개의 신호 출력레벨이 나타나지만 새로운 방법에서는 항상 2개의 신호 레벨만이 나타난다.

도5는 도4의 각 신호의 파형을 도시한 도면으로 (a), (b), (c)는 각각 도4의 곱셈기(1a,1b,1c)의 파형을 나타내고, (d)는 도4(a)의 종래의 CDMA/DS 출력신호(s)의 파형을, (e)는 상기 (d)의 출력을 트렁케이션하여 2레벨만 나타낸 경우를, (f)는 트렁케이션된 신호가 도4(b)의 새로운 CDMA/SC 출력(s)의 클럭 위상 변조된 신호를 나타내고 있다. 도4에서는 예를 들기 위해 입력신호를 3개인 경우로 제한하여 도시하여 종래의 4개 레벨이 2개 레벨로 줄어든 경우만을 보였으나 입력신호 숫자가 수십개로 증가할 경우에도 종래의 CDMA/DS 방법은 수십개의 출력 레벨이 나타나지만 새로운 CDMA/SC 방법에서는 단 두개의 출력레벨만이 항상 나타나게 되어 단순한 2진 회로만으로도 시스템을 구현할 수 있다.

이하, 도5의 신호에 대하여 상세하게 설명한다.

우선 (a), (b), (c)의 신호는 각각 덧셈기(2)의 입력신호이다. 이들 신호가 덧셈기(2)에서 합해지면 (d)와 같은 신호가 된다. 이 합해진 신호에서 레벨 1 이상의 신호를 트렁케이션하면 (e)와 같아 진다. 즉 +1, -1 레벨의 신호만이 나타나는 트렁케이션된 신호가 된다.

이 신호를 가지고 멀티플렉서(5)에서 클럭을 선택하여 출력신호를 내보낸다.

즉 입력신호가 -1이면 출력신호로서

1을 선택하고, 입력신호가 +1이면 출력신호로서

2를 선택한다.

이렇게 위상변조된 신호가 (f)에 나타난 신호로서 멀티플렉서(5)의 출력신호 s가 된다.

종래의 CDMA 방법에서는 여러개의 2진신호의 합을 멀티레벨(Multi-level) 상태로 그냥 RF변조하여 보내지만, 본 발명의 방법에서는 이러한 멀티레벨을 트렁케이션하여 레벨수를 줄일 수 있다. 결국, 합한 신호의 레벨수를 줄인 후에 각 레벨마다 위상이 다른 클럭을 배정하여 파형을 재합성하면 각 레벨에 따라 다른 듀티사이클(duty cycle)을 갖는 2진신호로 바뀌게 된다. 물론 이로 인하여 파워스펙트럼(power spectrum)이 더 넓어지는 문제가 있으나 이로 인해 회로가 단순해지고 RF 설계시 선형성이 크게 문제되지 않으므로 충분한 장점을 갖추고 있다.

도면에서의 예는 3 채널의 합이므로 출력레벨은 4가 되고 이를 트렁케이션 하면 2가 되므로 최종 레벨은 2 가지가 존재하게 된다. 이 두가지 레벨에 서로 위상이 다른 2개의 클럭을 만들어 각 레벨에 해당하는 클럭을 스위치해 주면 도면과 같은 결과가 나온다.

도6는 두 방법의 수신부 비교 블럭도로서 (a)는 CDMA/DS 방법의 수신부로서, 수신을 위해 일단 수신된 아날로그 신호를 아날로그-디지탈 변환기(6)를 통해 디지탈 신호로 변환해 여러 개의 2진수로 표현되는 k-어레이 신호처리를 들여 처리하면 최종 데이타 (dj)를 얻게 된다.

한편, (b)는 CDMA/SC 방법의 수신부를 나타내는 것으로서, CDMA/DS와는 달리 아날로그-디지탈 변환기 대신에 진폭제한기(9)를 사용하여 수신된 신호의 레벨을 진폭과 관계없이 일정한 값으로 잘라서(트렁케이션) 단순한 2진 동기 동기 및 복조회로를 사용해서 코드발생기(8)에 동기신호를 보내어 코드패턴(cj)를 받아 복조회로를 이용하여 데이타를 복구하게 된다.

[발명의 효과]

본 발명은, 일반 디지탈 증폭기를 사용하여 증폭기의 전체 영역을 사용할 수 있게 하여 시스템의 효율과 성능이 대폭 향상되고 구조가 간단하게 되어 값싼 송수신기를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 CDMA/SC방법은 변조방법을 클럭의 위상을 변화시키므로 채널수가 증가하더라도 변조, 신호의 진폭이 2진신호와 같이 항상 일정하고, 신호 펄스 폭만 사용되는 코드 패턴에 의해 변하게 된다.

또한 부수적인 이득으로 진폭 변화가 없으므로 수신단에서 진폭제한기를 사용하여 진폭 변조된 입력 잡음을 제거할 수 있으므로, 마치 FM 방송이 AM 방송에 비해 음질이 우수한 것과 같은 원리로 우수한 수신기 특성을 제공할 수 있다.

또한 진폭 성분을 고려할 필요가 없으므로 시스템 내에서 아나로그-디지탈, 디지탈-아나로그 변환기를 없앨 수 있으므로, 사용할 수 있는 신호의 속도를 대폭 향상 시킬 수 있다.

Claims

코드분할다중접속(CDMA) 통신의 확산에 있어서, 입력신호와 직교신호를 각각 곱하여 이들 신호를 합하고, 상기 합해진 신호를 트렁케이션(truncation)하고 다수의 클럭에서 한 클럭을 선택하여 위상변조시키는 CDMA의 클럭위상제어 부호분할다중방법.
제1항에 있어서, 클록의 수는, 2의 트렁케이션된 신호의 갯수의 승(乘)인 것을 특징으로 하는 2의 CDMA의 클럭위상제어 부호분할다중방법.
코드분할다중접속(CDMA) 송신장치에 있어서, 입력신호와 직교신호를 각각 곱하는 곱셈기와, 상기 각 신호를 더하는 덧셈기와, 다수의 클럭을 발생시키는 클럭 발생기와, 더해진 신호를 트렁케이션하여 그 신호를 상기 클럭 발생기에 생성된 클럭중에서 한 클럭을 선택하여 이로 위상변조시키는 멀티 플렉서로 구성되는 것을 특징으로 하는 CDMA 송신장치.
코드분할다중접속(CDMA) 수신장치에 있어서, 입력되는 신호의 진폭을 제한시키는 진폭제한기와, 상기 진폭제한된 신호에서 동기신호를 추출하여 이를 코드발생기로 송신하고, 코드발생기에서 전송되는 코드에 의거하여 원래의 신호를 복조하는 2진동기 및 복조회로와, 상기 2진동기 및 복조회로에서 동기신호를 받아 그에 해당하는 코드를 발생시켜 상기 2진동기 및 복조회로로 전송하는 코드발생기로 구성되는 것을 특징으로 하는 CDMA 수신기.