KR100264175B1 - 아날로그 cdma 방식의 변복조 및 음질 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 직접확산부호분할방식(CDMA/DS ; Code Division Multiple Access/Direct Sequence)을 사용하여 음성을 전송할 때, 아날로그 음성을 디지털 신호로 바꿔야 하기 때문에, 전체 시스템의 음질이 디지털 vocoder에 의해 결정되어 디지털 vocoder의 전송속도가 제한되면 결국 음질이 매우 저하되어 클래식 음악 등 고품질의 아날로그 신호를 다중화 시켜 무선 전송할 때 음질이 저하되어 일반적으로 사용하기 어려운 문제점을 해결하기 위해 아날로그 신호를 디지털화하지 않고 그대로 사용하면서도 기존의 CDMA 방식의 다중 채널 전송 특징을 그대로 사용하는 새로운 방법이다.

CDMA 방식에서 입력 신호로 디지털 신호 대신 아날로그 신호를 그대로 사용할 경우 아날로그 신호 파형의 변환 속도가 직교 코드의 프레임 길이에 비해 충분히 느리다면, 다시 말해 직교코드의 클럭이 음성 신호에 비해 매우 빨라(수천 배 이상) 직교코드의 한 프레임 길이가 매우 짧다면, 직교코드 한 프레임 동안 아날로그 입력신호의 변화를 무시할 수 있게 되어 직교코드에 곱해지는 아날로그 신호를 일정한 dc 신호로 여길 수 있으므로, 아날로그 신호에 직접 직교코드를 곱한 모습은 마치 다양한 레벨의 디지털 입력 신호에 직교코드가 곱해진 것처럼 보이게 되어 결국 CDMA 방식에서 직교코드간의 특성이 그대로 나타나게 되므로 여러 개의 아날로그 신호들이 CDMA 방식으로 다중 전송되어도 수신단에서 각각 분리되어 아날로그 그대로 수신하게 된다.

본 특허는 클래식 음악 등 고품질의 아날로그 신호를 디지털로 전환시 발생하는 품질 저하를 방지하며 무선으로 여러 채널을 동시에 전송하는 아날로그 CDMA 방식에 관한 것과 아날로그를 CDMA 변조기의 입력신호로 사용시 현격하게 서로 다른 아날로그 입력 신호의 레벨차에 의한 간섭으로 채널간의 누화 현상 발생시, 이러한 문제를 해결하기 위해 입력된 아날로그 신호를 비선형 Log amp를 사용하여 아날로그 입력 신호의 변화폭(dynamic range) 를 가능한 한 줄여서 채널간의 신호 레벨 차를 CDMA의 수행이득(process gain) 이하로 조정하여 다른 채널과의 간섭이 줄어들게 하는 방법으로 풍부한 진폭변화폭(dynamic range)을 갖는 고품질의 아날로그 신호 전송이 가능한 방법에 관한 것이다.

이와 같은 발명의 원리를 이용하면 여러 채널의 고품질의 신호를 동시에 송수신 해야하는 무선 마이크, 다채널 무선 전화기, 다채널 무선 음악 방송 등 다양한 응용 분야에서 값싸게 시스템을 구축하여 사용할 수 있게 된다.

Description

아날로그 CDMA 방식의 변복조 및 음질 개선 방법

제1도는 기존의 직접확산부호분할방식( CDMA/DS ) 의 시스템 송신부 구조.

제2도는 아날로그 신호를 입력신호로 사용한 직접확산부호분할방식( CDMA/DS ) 구조.

제3도는 log amp와 역 log amp를 사용한 송신부, 수신부 구조.

본 발명은 기존의 직접확산부호분할방식(CDMA/DS ; Code Division Multiple Access / Direct Sequence)을 사용하여 음성을 전송할 때, 아날로그 음성을 디지털 신호로 바꿔야 하는 관계로 음질이 디지털 vocoder에 의해 결정되어 디지털 vocoder의 전송속도가 제한되면 결국 음질이 매우 저하되어 클래식 음악 등 고품질의 아날로그 신호를 다중화 시켜 무선 전송할 때 음질이 저하되어 사용하기 어려운 문제점을 해결하는 새로운 방법이다.

디지털 음성의 음질을 높이기 위해서는 vocoder의 전송속도를 높이면 되지만 사용 채널 대역폭이 넓어지고 시스템 구축 비용이 비싸지게 되는 반면, 아무리 전송속도를 높여도 결국 궁극적인 음성 파형의 미세한 손실은 피할 수 없으므로, 아날로그의 음질을 그대로 살리는 길은 아날로그 신호를 아날로그 상태 그대로 손상되지 않고 전달하는 것이 최선의 방법이 된다.

CDMA 방식은 여러 개의 디지털 입력 신호를 각각 다른 직교코드와 곱한 결과를 합하여 동시에 여러 신호를 동일 밴드 내에서 전송하는 기법으로, 각 입력 신호에 곱해지는 직교코드들은 일정 프레임 길이 동안에 서로 상관 관계(cross correlation)가 0이 되는 직교 관계에 있다. 이러한 직교 특성으로 인하여 여러 채널이 동시에 동일 주파수 대역에서 전송되어도 수신단에서는 각각의 채널을 완벽하게 분리해 낼 수 있게 된다. 단, 송신단에서 사용되는 코드의 직교 조건은 각 채널에서 전송되는 데이터 한 비트 길이동안이 직교코드 한 프레임과 같아서 직교코드 한 프레임 동안은 전송하는 입력 신호의 변화가 없어야 하는 조건을 만족시켜야 한다.

이 때 입력 신호로 아날로그 신호를 그대로 사용할 경우 아날로그 신호 파형의 변환 속도가 직교 코드의 프레임 길이에 비해 충분히 느리다면, 다시 말해 직교코드의 클럭이 음성 신호에 비해 매우 빨라(수천 배 이상) 직교코드의 한 프레임 길이가 매우 짧다면, 직교코드 한 프레임 동안 아날로그 입력신호의 변화를 무시할 수 있게 되어 직교코드에 곱해지는 아날로그 신호를 일정한 dc 신호로 여길 수 있으므로, 아날로그 신호에 직접 직교코드를 곱한 모습은 마치 다양한 레벨의 디지털 입력 신호에 직교코드가 곱해진 것처럼 보이게 되어 결국 CDMA 방식에서 직교코드간의 특성이 그대로 나타나게 되므로 여러 개의 아날로그 신호들이 CDMA 방식으로 다중 전송되어도 수신단에서 각각 분리되어 아날로그 그대로 수신하게 된다.

이 때 아날로그 신호를 디지털화 하지 않고 그대로 전송하므로 각 채널에 입력되는 신호가 일정한 binary 레벨이 아니고 진폭변화폭(dynamic range)이 매우 넓은 신호가 되어 사용된 직교코드간에 직교성(orthogonality)이 유지된다 할지라도 채널간의 심한 진폭 차로 인해 시스템에 매우 미묘한 비직선성(non-linearity) 성분이 있어도 채널간의 간섭이 크게 나타나게 되어 신호가 작은 아날로그 채널은 큰 신호의 아날로그 채널의 간섭에 의해 음질이 저하될 우려가 있다.

본 특허는 클래식 음악 등 고품질의 아날로그 신호를 디지털로 전환시 발생하는 품질 저하를 방지하며 무선으로 여러 채널을 동시에 전송하는 아날로그 CDMA 방식에 관한 것과 아날로그를 CDMA 변조기의 입력신호로 사용시 현격하게 서로 다른 아날로그 입력 신호의 레벨차에 의한 간섭으로 채널간의 누화 현상 발생시, 이러한 문제를 해결하기 위해 입력된 아날로그 신호를 비선형 Log amp 를 사용하여 아날로그 입력 신호의 변화폭(dynamic range)를 가능한 한 줄여서 채널간의 신호 레벨 차를 CDMA의 수행이득(process gain) 이하로 조정하여 다른 채널과의 간섭이 줄어들게 하는 방법으로 풍부한 진폭변화폭(dynamic range)을 갖는 고품질의 아날로그 신호 전송이 가능한 방법에 관한 것이다.

이와 같은 발명의 원리를 이용하면 여러 채널의 고품질의 신호를 동시에 송수신 해야하는 무선 마이크, 다채널 무선 전화기, 다채널 무선 음악 방송 등 다양한 응용 분야에서 값싸게 시스템을 구축하여 사용할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 기존의 일반적인 방법의 직접확산부호분할방식(CDMA/DS)의 시스템 송신부 구조로서 입력신호 {d1,d2ㆍㆍㆍdn}은 각각 직교코드패턴 {c1,c2,ㆍㆍㆍcn}과 곱셈기 {la,lb,ㆍㆍㆍln}에서 각각 곱해져서 디지털 합산기 {2}에서 모두 합산되어 m 비트 2진수인 {e1,e2,ㆍㆍㆍem}로 출력된다. 출력된 m개의 2진수는 Digital/Analog 변환기 {3}에 의해 아날로그 신호 {s}로 변환되어 RF(Radio Frequency) 증폭기로 보내진다.

제2도는 본 특허에서 주장하는 기존의 직접확산부호분할방식(CDMA/DS)의 디지털 입력을 아날로그 신호로 대체한 구조로 제1도의 경우에서 디지털 입력신호 {d1,d2ㆍㆍㆍdn}을 아날로그 입력신호 {a1,a2,ㆍㆍㆍan}로 대체하고 이를 각각 직교코드패턴 {c1,c2,ㆍㆍㆍcn}과 곱셈기 {la,lb,ㆍㆍㆍln}에서 각각 곱해져서 아날로그 합산기 {4}에서 모두 합산되어 아날로그 신호 {s}로 변환된다. 즉 제1도에서는 최종 신호 {s}가 m+1 단계의 레벨로 나타나는 반면, 제2도에서는 아날로그 레벨로 나타나는 점이 다르다. 이와 같이 아날로그 신호를 직접 처리함으로써 시스템의 구조를 단순화 시킬 수 있으면서도 아날로그 고유의 음질을 그대로 살릴 수 있다. 단, 이 때 채널간의 직교성을 보장하기 위해 사용되는 각각 직교코드패턴 {c1,c2,ㆍㆍㆍcn}들의 프레임 길이는 아날로그 신호가 그 기간 동안에 일정한 레벨의 직류 신호로 보일 정도로 매우 짧은 길이를 갖고 있어야 한다. 다시 말하면 사용하는 코드의 클럭 속도는 음성신호의 최고 주파수에 비해 수 백배 이상 빨라야 한다.

제3도는 아날로그 CDMA 신호 전송시 입력 신호의 레벨 변화폭이 매우 클 경우 채널간의 회로 특성의 미세한 불균일로 인한 채널간의 누화에 대비한 방법으로, (a) 송신부의 구조는 입력 신호 {a1,a2,ㆍㆍㆍ,an}를 log amp{5a,5b,ㆍㆍㆍ,5n}를 사용하여 신호가 클 때는 amp의 이득을 적게 하고 신호가 적을 때는 amp의 이득을 크게 하여 각 채널 간의 입력신호 레벨의 변화폭을 제한하여 각 채널의 진폭 제한폭이 직교코드에서 얻을 수 있는 수행이득보다 적게 하여 채널간의 누화 현상이 제거되도록 한 구조로서 진폭 변화폭이 큰 입력신호를 진폭변화폭이 적은 신호로 바꾸어 CDMA 방식으로 처리할 수 있는 범위내에 들어오도록 조정하게 된다. 이를 각각 직교코드패턴 {c1,c2,ㆍㆍㆍcn}과 곱셈기 {la,lb,ㆍㆍㆍln}에서 각각 곱해져서 아날로그 합산기 {4}에서 모두 합산되어 아날로그 신호 {s}로 변환된다. 한편 수신부(b)에서는 수신된 신호의 복조를 위해 수신하기 원하는 채널의 직교코드를 코드발생기 {8}로 발생시켜 동기 및 복조회로 {7}에 보내 입력신호에 대한 동기정보와 복조된 신호를 얻는다. 얻어진 동기신호는 다시 코드발생기로 보내져 정확한 동기를 잡는데 사용하고 복조된 신호는 송신부에서 log amp에 의해 감쇄 시킨 큰 레벨의 신호를 역 log amp{6}를 통해 원래의 신호로 복원시키게 된다. 이렇게 하여 원하는 아날로그 신호를 동시에 여러 채널을 송신할 시에도 원음의 손실을 최소화 하여 각각의 아날로그 채널을 분리해 낼 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸지 않고, 직접 아날로그 입력신호에 제3도 {5a,5b,5c}와 같이 log amp를 사용하여 입력신호의 변화폭(dynamic range)을, 사용한 직교코드 {c1,c2, ,cn}에 의한 수행이득보다 작게 하여 직교코드의 직교성을 제공하는 수단과, 각각의 아날로그 채널을 서로 다른 직교코드 {c1,c2, ,cn}와 곱한 후에 아날로그 합산기 {4}에서 아날로그적으로 합하는 송신수단과, 수신단에서는 디지털 신호를 보내는 디지털 씨.디.엠.에이(CDMA) 복조 방식과 동일하게 복조한 후, 복조된 아날로그 신호를 역 log amp{6}를 사용하여 원래의 신호로 재생시키는 수단을 이용하여 광대역 아날로그 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 아날로그 씨.디.엠.에이(CDMA) 무선접속장치.

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