KR100270144B1 - 스프레드 스펙트럼 신호에서의 간섭 억제 방법및 장치 - Google Patents

스프레드 스펙트럼 신호에서의 간섭 억제 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

스프레드 스펙트럼 신호 내의 간섭 제거는 스프레드 스펙트럼 송신기(10)에서 반복 잡음 시퀀스(18)를 위상 변조함으로써 선정된 스펙트럼을 통해 정보를 스프레드하는 단계, 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계 및 스프레드 스펙트럼 신호를 전송하는 단계를 포함한다. 본 방법은 수신기에서 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호(41)를 수신하는 단계 및 간섭을 갖는 스펙트럼 신호를 곱셈된 스펙트럼 신호를 제공하는 윈도우 함수(44)와 곱하는 단계(42)를 더 포함한다. 간섭을 갖는 데이터 신호를 얻고 그것을 정규화하여 깨끗한 데이터 스펙트럼을 획득하기 위해, 정보는 반복 잡음 시퀀스 스펙트럼의 역수를 이용하여 곱셈된(48) 스프레드 스펙트럼 신호를 디스프레드(despread)함으로써 복구된다. 대안적으로, 정보는 오염된 크기 스펙트럼을 수신기(60)로 도시된 것과 같이 미리 저장된 PN 시퀀스 크기 스펙트럼(70)으로 대체함으로써 복구될 수 있다.

Description

스프레드 스펙트럼 신호에서의 간섭 억제 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INTERFERENCE SUPPRESSION IN SPREAD SPECTRUM SIGNALS}
스프레드 스펙트럼의 개념은 세계 제2차 대전 때에 고의적인 전파 방해(jamming)를 제거하고 정보를 기밀적으로 교환하기 위해 최초로 사용되었다. 스프레드 스펙트럼 시스템은 적어도 두 개의 기준을 만족시켜야 한다. 첫째, 전송 대역폭이 정보 전송 대역폭 또는 전송률보다 훨씬 커야 하고, 둘째로 정보 전송 외의 몇몇 기능이 변조된 RF 대역폭을 판정하는 데에 사용된다. 따라서, 스프레드 스펙트럼 통신의 필수 조건은 잡음이 많은 신호 환경에서 에러가 없는 정보를 전송하기 위해 신호의 대역폭 확장, 확장된 신호의 전송, 및 수신된 스프레드 스펙트럼을 최초의 정보 대역폭으로 리맵핑함으로써 원하는 신호를 복구하는 것을 포함한다. 이러한 두 가지 조건을 만족시키기 위해 많은 방법들이 개발되었으나, 협대역 간섭자로부터의 간섭을 포함한 통상적으로 과도한 간섭이 상기한 시스템들을 무력하게 만든다.
스프레드 스펙트럼은 두 개의 서로 다른 변조 방식, 즉 다이렉트 시퀀스 변조 (Direct Sequence; DSSS)와 주파수 호핑 변조 (Frequency Hopping; FHSS)로 이루어진다. DSSS 변조는 고전송률 코드를 사용하여 넓은 대역폭에 걸쳐 데이터를 스프레드하며, FHSS 변조는 협대역 데이터 신호의 반송파 주파수를 신속하게 변화시킨다. 본 발명은 특히 DSSS 시스템에 적용되나, 다른 응용도 청구 범위의 영역 내에서 고려될 수 있다.
다이렉트 시퀀스 스프레드 스펙트럼 변조는 스프레드 비율과 동일한 처리 이득을 제공함으로써 협대역 간섭에 견딜 수 있는 능력이 주목된다. 처리 이득으로도 불리우는 스프레드 계수는 간섭 잡음에 대한 시스템의 면역치이다. 협대역 재머(jammer)로부터의 에너지는 스프레드 스펙트럼 신호의 광대역 폭에 걸쳐 스프레드된다. 데이터 대역폭 내 잡음 부분만이 DSSS 수신기 감도에 영향을 미친다. 높은 협대역 간섭을 처리하는 경우, 스프레드 이득은 고레벨의 잡음을 극복할만큼 충분하지 않다.
협대역 간섭(NBI) 완화 작업의 대부분이 Proceedings of the IEEE, vol. 76. no. 6. pp. 657-671에 있는 엘. 비. 밀스타인의 논문 "스프레드 스펙트럼 통신에서의 간섭 제거 기술"에서 포괄적으로 검토되었다. 간략하게, 두 가지의 방법 : 시간 영역 추정/노치 필터링 및 주파수 영역 NBI 에너지 억제에 집중하여 노력하였다. 시간 영역 방법은 협대역 신호를 추정하고 이를 수신된 신호로부터 감산하여, 광대역 성분을 향상시키는 것이다. 협대역 간섭 억제의 다른 방법은 수신된 신호의 푸리에 변환을 취하고 주파수 영역 간섭 제거를 행함으로써 주파수 영역에서 동작하는 것이다. 간섭 제거를 위한 가장 일반적인 기술들 중의 한 가지 기술은 마스크를 적용하고 위치 NBI 신호를 감쇠하는 것이다. 다른 기술은 간섭자를 삭제하는 것을 제안하고 있다. 이는 Proceedings of the IEEE ISSSTA 94, vol. 1 pp. 61-68 Oulu, Filand 에 있는 T. Kohri에 의한 " An interference suppressor for CW and narrow-band signals using filter bank on CDMA communications" 라는 명칭의 논문에서 알려진 바와 같이 모든 신호 에너지가 제거되는 범위를 넘어서는 최적의 삭제 임계값을 추정하는 것이다. 다른 방법들은 간섭에 적용될 시도를 하는 필터들을 수반한다. 협대역 재머가 주파수 호핑을 하면, 수신기는 간섭 신호의 위치를 정하고 이를 제거할만큼 신속하게 적용될 수 없다. 이전에 설명한 작업의 대부분은 이론적인 단계에 있다. 많은 알고리즘이 상업용품으로는 실현되지 않고 있는데 왜냐하면 이들이 복잡하고 신뢰적인 환경에서의 효율의 결여때문이다.
1985년, 산업 과학 의료용 (ISM) 대역 (세 개의 무허가 대역: 902-928 ㎒, 2.4-2.4835 ㎓, 및 5.725-5.870 ㎓)이 스프레드 스펙트럼 통신이 파트 15 규정 하에서 사용되는 한 일반적인 목적의 통신을 위해 FCC에 의해 할당되었다. FCC 결정은 통신 세계에 엄청난 충격을 주었다. 수천 ISM 대역 장치들은 현재 시장에서 입수할 수 있다. 스펙트럼이 무허가이기 때문에, 수백 개의 다른 무선 애플리케이션이 아직 도입되지 않고 있다. 이는 간섭 잡음 레벨의 극적인 증가를 야기시킬 것이며 전체 대역의 와해를 야기시킬 수 있다. 본 발명은 잡음이 있는 환경에서 견뎌내고 간섭 제거의 효과적인 방법으로도 역할을 하는 방법을 제안한다.
다른 애플리케이션들 중에서, 본 발명은 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access; CDMA) 및 (선진 이동 전화 시스템) AMPS 양자가 공존하는 800 ㎒ 셀룰러 대역에서 사용될 수 있다. CDMA 셀룰라 폰은 AMPS 기지국의 부근에서 동작할 때 완전하게 신뢰성이 있지 않은 것으로 관찰되었다. AMPS 시스템은 종래의 스프레드 스펙트럼 시스템의 간섭 제거 능력을 넘어서는 전력 레벨을 갖는 협대역 신호를 전송한다. 따라서, 스프레드 스펙트럼 신호에서의 간섭을 제거하기 위한 효율적이고 비용이 저렴한 방법 및 장치가 요구된다.
＜발명의 요약＞
본 발명의 한 국면에서, 반복 잡음 시퀀스를 데이터와 함께 변조함으로써 엔코딩되고 전송된 스프레드 스펙트럼 신호 내의 데이터로부터 간섭을 제거하는 방법은 수신기에서 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하는 단계; 스프레드 스펙트럼 신호를 주파수 영역으로 변환하여, 위상 정보부 및 크기 정보부를 갖는 수신 신호를 제공하는 단계; 반복 잡음 시퀀스의 미리 저장된 함수를 크기 정보부에 적용하여 크기 정보부로부터 간섭을 제거하는 단계; 및 위상 정보부에서 실질적으로 간섭이 없는 데이터를 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 국면에서, 스프레드 스펙트럼 신호에서 엔코딩된 오염된 데이터 상의 간섭을 억제하기 위한 간섭 억제 회로는 스프레드 스펙트럼 신호를 수신하기 위한 수신기; 스프레드 스펙트럼 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여, 오염된 위상 정보부 및 오염된 크기 정보부를 제공하기 위한 주파수 영역 변환기; 상기 오염된 크기 정보부 상의 간섭을 억제하여 보정된 크기 정보부를 제공하고, 또한 상기 보정된 크기 정보부와 보정된 위상 정보부를 결합하여 간섭 억제된 정보 신호를 제공하기 위한 간섭 억제 회로; 및 간섭 억제된 정보 신호를 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하기 위한 시간 영역 변환기를 포함한다.
본 발명은 일반적으로 스프레드 스펙트럼 시스템(spread spectrum systems) 및 기술에 관한 것으로서, 특히 스프레드 스펙트럼 신호의 재구성 또는 대체에 의해 간섭을 최소화함으로써 정보 신호 복구(recovery)를 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 위상 시프트 키 변조를 이용한 스프레드 스펙트럼 송신기의 블럭도.
도 2는 본 발명의 다른 국면에 따른 펄스 위치 변조를 이용한 스프레드 스펙트럼 송신기의 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 재구성 방법을 이용한 스프레드 스펙트럼 수신기의 블럭도.
도 4는 본 발명에 따른 대체 방법을 이용한 스프레드 스펙트럼 수신기의 블럭도.
도 5는 본 발명에 따른 대체 방법을 이용한 스프레드 스펙트럼 수신기의 일부의 블럭도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 스프레드 스펙트럼 수신기의 블럭도.
본 발명은 주파수 영역에서 디지탈 신호 처리의 유일한 방법을 이용하여 협대역 또는 광대역 간섭을 제거함으로써 스프레드 스펙트럼 수신기 (특히 DSSS 수신기)의 분별성을 개선시킨다. 디지탈 신호 처리는 디지탈 신호 처리기 또는 여기서 설명한 기능들을 수행할 수 있는 이산 성분에 의해서 수행될 수 있다. 스프레드 스펙트럼 신호에서의 간섭을 억제하기 위한 방법 및 장치는 도 1 또는 도 2에 도시된 송신기들 중의 하나에 의해서 양호하게 발생된 다이렉트 시퀀스 스프레드 스펙트럼 신호들에 적용된다. 도 1의 스프레드 스펙트럼 송신기(10)는 위상 시프트 키잉 변조를 이용한다. 반복 잡음 시퀀스는 데이터 심볼(17) 내에 포함된 정보를 클럭 생성기(9)에서 유도된 칩 클럭 신호(14)의 속도로 선정된 스펙트럼을 통해 스프레드 하는데 사용된다. 칩 클럭 신호(14)의 속도는 디바이더(13)를 이용하여 스프레드 비율로 감소되기 때문에 데이터 심볼 속도는 칩 속도보다 느리다. 데이터 생성기(12)는 데이터를 데이터 심볼(17)로 포맷하여 데이터 심볼 속도로 심볼들을 출력한다. 메모리(18)에 저장된 잡음 시퀀스(16)(또는 잡음 샘플)는 2진 시퀀스인 것이 바람직하지만, 잔 파장으로 알려진 복소 아날로그 파형을 포함할 수도 있다. 메모리(18) 내의 잡음 샘플의 수는 스프레드 속도와 동일하다. 각각의 데이터 심볼 동안 메모리(18) 내에 저장된 모든 잡음 샘플들은 순환 버퍼로 설정된 어드레스 생성기(15)에 의해 칩 속도로 순차적으로 출력된다. 곱셈기(20)는 데이터 심볼(17)들에 잡음 샘플(16)을 곱하며, 데이터에 의해 잡음 샘플들을 위상 변조한다. 위상 변조된 잡음 신호(21)는 디지털-아날로그 변환기(23)에 의해 아날로그로 변환되어 기저대 스프레드 데이터 신호(24)를 제공한다. 그 다음, 기저대 스프레드 데이터 신호(24)는 혼합기(30) 내에서 국부 진동자(28)의 캐리어와 혼합하여 더 높은 주파수로 전환되며 혼합 신호(31)를 제공한다. 혼합 신호(31)는 기저대 신호의 통과만을 허용하는 대역 필터(32)에 의해 여과된다. 결과적으로 전환되고 여과된 스프레드 데이터 신호는 선형 전력 증폭기(33)를 이용하여 증폭되고, 안테나(34)를 통해 송신된다.
도 2의 스프레드 스펙트럼 송신기는 펄스 위치 변조를 사용한다. 데이터 심볼(142) 내에 포함된 반복 잡음 시퀀스는 클럭 생성기(139)에서 유도된 칩 클럭 신호(144)의 속도로 선정된 스펙트럼을 통해 정보를 스프레드 하는데 사용된다. 칩 클럭 신호(144)의 속도는 디바이더(145)를 이용하여 스프레드 속도에 의해 감소되기 때문에 데이터 심볼 속도는 칩 속도보다 느리다. 데이터 생성기(141)는 데이터를 데이터 심볼(142)로 포맷하여 데이터 심볼 속도로 심볼들을 출력한다. 메모리(146)에 저장된 잡음 시퀀스(147)는 2진 시퀀스인 것이 바람직하지만, 상기에 언급한 바와 같이 잔 파장으로 알려진 복소 아날로그 파형을 포함할 수도 있다. 메모리(146) 내의 잡음 샘플의 수는 스프레드 속도와 동일하다. 데이터 심볼(142)들은 데이터 심볼(142)에 의해 결정된 바와 같이 상이한 메모리 위치에서 개시되는 메모리 중에서 잡음 샘플(147)들을 순환적으로 시프트하여 펄스 위치 변조된다. 메모리(146)를 순환 버퍼로 설정하는 어드레스 생성기(143)는 데이터 심볼(142)에 의해 상이한 개시 메모리 위치로 미리 설정된다. 그 다음에 어드레스 생성기(143)는 미리 설정된 메모리 위치에서 개시하는 메모리(146) 내의 모든 잡음 샘플을 출력한다. 이는 펄스 위치 변조와 동등하다. 타임 시프트된 잡음 샘플(147)들은 디지탈-아날로그 변환기(150)에 의해 아날로그로 변환되어 기저대 스프레드 데이터 신호(151)를 제공한다. 그 다음에 기저대 스프레드 데이터 신호(151)는 혼합기(152)에서 국부 진동자(153)의 캐리어와 혼합하여 더 높은 주파수로 전환되며 혼합 신호(154)를 제공한다. 혼합 신호(154)는 기저대 신호의 통과만을 허용하는 대역 필터(155)에 의해 여과된다. 결과적으로 기저대 신호 또는 스프레드 데이터 신호는 선형 전력 증폭기(156)를 이용하여 증폭되고, 안테나(157)를 통해 송신된다.
스프레드 스펙트럼 신호 내의 간섭을 억제하는 시스템 및 방법은 아래에 더 상세하게 설명될 도 3의 "재구성" 방법을 이용하는 스프레드 스펙트럼 수신기(40)를 포함하거나 또는 도 4와 관련하여 설명될 "대체" 방법을 사용하는 스프레드 스펙트럼 수신기(60)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 3을 참조하여, 수신기(40)는 블럭(41)에서 스프레드 스펙트럼 신호(데이터와 함께)를 간섭과 함께 수신한다. 이러한 신호는 스프레드 스펙트럼 신호를 윈도우 함수(44)와 곱함(42)으로써 선택적으로 "윈도우"되어 수신 스프레드 스펙트럼 신호(43) 또는 수신 신호를 제공한다. 그 다음에 수신 스프레드 스펙트럼 신호(43)는 블럭(46)에서 주파수 영역으로 변환되어 (빠른(fast) 푸리에 변환을 사용하는 것이 바람직함), 주파수 영역 신호(47)를 제공한다. 그 다음에, 주파수 영역 신호(47)는 블럭(48)에서 블럭(50)의 반복 잡음 시퀀스 스펙트럼의 역수와 곱해지거나 또는 디스프레드(despread)되어 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼 또는 디스프레드 신호(49)를 얻는다. 수신된 스프레드 스펙트럼 신호 및 디스프레드 코드가 윈도우되면, 재머 신호의 대역폭은 감소되며 수신 스펙트럼의 오염도 감소한다. 블럭(52)에서, 디스프레드 신호(49)는 바람직한 하드 리미팅에 의해 크기가 제한되거나 또는 정규화되어 정규화 신호(51)를 생성한다 (또는 기본 데이터 정보의 거의 대부분이 주파수 영역의 위상에 있으므로 깨끗한 데이터 스펙트럼을 생성). 그 다음에 정규화 신호(51)는 블럭(54)에서 역 FFT를 사용하여 시간 영역으로 재변환되어 복구된 신호(53)를 제공한다. 그 다음에 복구된 신호는 복조기(56)에서 복조되어 복구된 데이터 신호(57)를 제공한다.
주파수 영역에서 수행되는 디스프레드 과정의 일부로서, 유입 데이터는 스펙트럼이 일정한 크기를 갖도록 변환된다. 다시 말해, 수신 신호에 스프레드 코드(송신기에서 PN 시퀀스)의 역수를 곱하면 일정한 크기를 갖는 스펙트럼이 제공될 것이다. 이러한 방식으로, 간섭자는 바람직하게 복소 정규화를 이용하여 제거될 수 있는 크기 편차로서 노출된다. 이러한 동작은 간섭이 데이터와 동일한 크기를 갖게 한다. 현재 모든 정보는 스펙트럼 위상에 있다. 따라서 간섭은 스펙트럼의 극히 일부만을 오염시킨다.
디스프레딩 신호는 스프레드 코드 스펙트럼의 복소 역수일 수 있다. 변환 및 복소 역수 동작은 매우 많은 회수의 계산을 필요로 하므로, 파형은 모든 데이터 심볼에 대하여 생성하는 대신에 복소 메모리에 저장되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서의 디스프레드는 수신 신호의 스펙트럼과 함께 저장된 파형의 블럭(48)에서 포인트 복소 곱(point-wise complex multiplication)을 포함할 수 있다. 윈도우 함수의 부가는 고전력의 협대역 재머를 더욱 감소시킬 것이다.
이러한 과정 중에 스프레딩 신호 스펙트럼이 평면 크기를 갖는 특별한 경우가 존재한다. 모든 점에서 크기가 일정한 경우에는, 역수도 일정하다. 크기가 1이라면, 크기의 역수도 1이다. 이것은 단순히 역수 동작이 단지 복소 공액 동작으로만 감소된다는 것을 의미한다. 일정한 크기의 스프레딩 신호는 디스프레딩 과정 동안 잡음 또는 간섭을 증폭하지 않기 때문에 바람직하다.
도 3에 도시된 구현은 반복 코드 시퀀스와 함께 모든 DSSS 파형의 일반적인 경우를 다룬다.
"재구성" 방법을 사용하는 수신기(40)에서 구현된 본 발명의 한 양상에서, 본 발명은 특히 세 개의 알고리즘의 직렬 결합으로 분해될 수 있다. 제1 알고리즘은 간섭의 대역폭을 감소시키기 위해 윈도우 함수를 제공하는 것이다. 다음은 대이터 스펙트럼이 주파수 영역에서 일정한 주파수를 갖도록 디스프레드하는 것이다. 최종 알고리즘은 간섭을 제거하는 (간섭과 함께 데이터를 포함하는 신호) 스펙트럼의 복소 정규화이다. 저장된 디스프레딩 파형은 필요한 계산량을 감소시킨다.
도 4를 참조하면, 수신기(60)는 간섭으로 오염된 스프레드 스펙트럼 신호(63)를 (데이터와 함께) 수신한다. 도3을 참조하여 설명된 바와 같이, 신호는 재머의 대역폭을 감소시키기 위해 선택적으로 "윈도우"될 수 있으며, 그로써 수신 스펙트럼의 오염도 감소된다. 그 다음에 스프레드 스펙트럼 신호(63) 또는 수신 신호가 다른 함수들 중 블럭(66)에 수신된 신호를 바람직하게는 빠른 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 주파수 영역으로 변환하는 간섭 억제 블럭(64)에 제공된다. FFT는 오염된 크기 스펙트럼 및 오염된 위상 스펙트럼을 포함하는 오염된 데이터 신호(67)(여기에서S(w)로 표시됨)를 제공한다. 블럭(68)에서 간섭 블럭(64)은 오염된 데이터 신호(67)로부터 위상 정보를 결정한다. 블럭(70)에서, 오염된 크기 스펙트럼은 반복 잡음 시퀀스(여기에서 PN(w)로 표시됨)의 미리 저장된 크기 스펙트럼으로 대체된다. 그 다음에 오염된 위상 스펙트럼은 블럭(64 및 72)에서 반복 잡음 시퀀스의 미리 저장된 크기 스펙트럼과 결합되어 실질적으로 간섭이 없는 스프레드 스펙트럼 신호(73)(여기에서 S(w)로 표시됨)를 제공한다. 블럭(74)에서, 역 FFT는 실질적으로 간섭이 없는 스프레드 스펙트럼 신호(73)을 시간 영역의 신호(75)(여기에서 s(t)로 표시됨)로 변환하기 위해 바람직하게 사용된다. 간섭 억제 블럭(64) 및 스프레드 코드 블럭(78)이 실질적으로 간섭이 없는 스프레드 스펙트럼 신호의 동기화된 디스프레딩을 허용하기 위해 블럭(76)에서 동기화 및 트랙킹(tracking)이 요구된다. 따라서, 블럭(80)에서 실질적으로 간섭이 없는 스프레드 스펙트럼 신호와 시간 영역의 스프레드 코드를 결합함으로써, 복구된 신호(81)(여기에서 d(t)로 표시됨)는 수신 신호(81)가 협대역 필터(82)에 의해 여과된 후 실질적으로 간섭이 없는 데이터가 복조기(84)에서 수신 신호의 위상 정보부로부터 추출되는 것을 허용한다. 협대역 필터(82)는 적절하지 않은 정보 내용의 대역폭을 제거하도록 구현된다.
아래의 실시예는 다이렉트 시퀀스 스프레드 스펙트럼(DSSS) 시스템 및 하이브리드 DS/ 주파수 호핑 시스템 내의 간섭 억제를 위해 실용적이고 효과적인 방법을 제시한다. 본 방법은 협대역 간섭의 경우에 가장 잘 실행되며, 공동 채널(co-channel) 간섭, 광대역 간섭 및 인접 채널 간섭 등의 다른 간섭 시나리오에 대해서도 탁월한 성능을 나타낸다. 본 방법은 일반적으로 DSSS 신호의 푸리에 변환의 크기에 대한 간섭 신호의 효과를 제거함으로써 동작한다. 이러한 처리는 주파수 영역에서 수행된다. 대체 방법이 어떻게 수행되는지를 이해하기 위해, 다음의 약속 또는 개념이 아래에서 사용된다.
d(t) : 송신된 스프레드 스펙트럼 신호
i(t) : 간섭 신호
s(t) : 간섭으로 오염된 송신된 스프레드 스펙트럼 데이터
s(t) : 간섭 억제 후의 s(t)
pn(t) : 시간 영역 내의 의사 잡음 스프레딩 코드
S(W) :s(t)의 빠른 푸리에 변환(FFT)
PN(w) : pn(t)의 FFT
S(w) : s(t)의 FFT
또한, 스프레드 스펙트럼 심볼은 PN 시퀀스에 M-ary PSK 심볼을 곱한 것으로 정의된다.
DSSS가 M-ary 위상 시프트 키잉 변조(PSK)와 함께 사용되는 경우에, 모든 M 스프레드 스펙트럼 심볼에 대한 스펙트럼의 크기는 동일하다. 위상 변동이 발생할 때에만 하나의 심볼이 다른 심볼로 전이한다. 본 발명은 임의의 수신된 심볼이 "기지의" 정확한 크기를 갖도록 함으로써 이러한 특성을 이용한다. 결과적으로, 간섭의 임의의 소스는 신호의 위상 성분에만 영향을 미치고, 크기 성분은 신뢰할 수 있는 상태로 남아있다. 이러한 기술은 특히 고전력의 협대역 간섭자를 다루는데 매우 효과적이다.
도 5는 M-ary 위상 시프트 키잉 (MPSK) 변조를 복조할 수 있는 수신기의 경우에 도 4의 간섭 억제 블럭(64)를 대신할 수 있는 간섭 억제 블럭(61)의 하드웨어적 구현을 도시한다. 오염 데이터 신호(63), s(t),는 블럭(65)에서 전방의 빠른 푸리에 변환을 통과하며, 그 결과S(W) 또는 주파수 영역 신호(67)가 된다.S(W)의 크기는 "[sin(x)/x]2" 형태의 함수이고, 스파이크의 최상위는 간섭 신호의 주파수 성분에 대응한다. 스펙트럼의 오염된 크기에서 간섭 성분을 완전히 제거해내기 위해, 메모리(70)에 저장된 완전한 스펙트럼이 오염된 데이터를 대체한다. 미리 저장된 스펙트럼은 PN(w)의 크기이다.
다시 도 4를 참조하면, 억제 알고리즘의 다음 단계는 "깨끗한" 스프레드 스펙트럼신호를 생성하는데 있다. 과정은 블럭(68)에서 위상S(W)("오염된" 스프레드 스펙트럼 신호의 FFT)를 취하고, 블럭(72)을 사용하여 위상 S(W)와 미리 저장된 크기 PN(w)를 복소 신호로 결합하는데 있다. 이러한 동작은 정확한 크기를 지니지만 위상은 약간 오염된 신호 S(w)(73)을 생성한다. 최종적으로, s(w)에 역의 FFT를 제공하여 s(t)가 회복된다. 모든 FFT 동작 앞에 윈도우를 부가하면, 간섭을 더 약하게 하여 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다는 점에 주의하자. 도 4의 블럭(64)의 하드웨어적 구현에 대해, 위상 정보는 아크탄젠트(ArcTangent) 장치(68)를 이용하여 추출되는 것이 바람직하다. 대안적으로는, 간섭 억제 블럭(64)은 도 5의 간섭 억제 블럭(61)으로 대치될 수 있으며, 여기에서 주파수 영역S(W) 내의 오염된 스프레드 스펙트럼 신호는 블럭(69)에서 정규화되어 메모리(70) 내에 저장된 크기 PN(w)와 곱해져서 실질적으로 간섭이 없는 스프레드 스펙트럼 신호(73) S(w)가 될 복소 신호를 생성한다.
일단 "깨끗한" 스프레드 스펙트럼 신호(73)가 시간 영역에서 생성되면, 나머지 과정은 단순히 익숙한 DSSS 검출 방법을 이용하는데 있다. 다시 말해, 스프레드 스펙트럼 신호는 디스프레드(despread)되고 여과되며, 판정 장치가 전송된 데이터를 복구하는데 사용된다.
또한, 이러한 알고리즘의 구현은 몇몇의 존재하는 DSSS 기존 수신기에 약간의 변경을 요구한다. 도 6은 간섭 억제 모듈(106)이 RF 프론트 엔드(frnt-end; 104)와 DSSS 신호를 수신하기 위한 안테나(102)를 구비한 DSSS 수신기(100) 내의 디스프레드/복조 회로(110) 사이에 플러그될 수 있다. 그것은 블럭(112)에 의해 명시된 바와 같이 수신기의 획득 및 트랙킹 상태(status)에 대한 정확한 정보를 가져야만 한다. 이러한 정보는 S(W)의 크기 및 위상을 라인업(lineup)하기 위해 획득과 트랙킹 모드 동안 사용된다. 전술한 바와 같이, 스프레드 스펙트럼 신호는 디스프레드(블럭 110) 및 여과(도시되지 않음)되는 것이 바람직하며, 블럭(114)의 판정 장치 또는 복조기는 전송된 데이터를 복구하는데 사용되는 것이 바람직하다.
알고리즘 및 구현은 두 가지의 근본적인 통찰에 기초한다. 1) 고전력의 협대역 간섭은 수신된 스펙트럼의 위상보다 크기에 더 많은 영향을 미친다. 2) M-ary PSK 스프레드 스펙트럼 신호들의 스펙트럼 진폭은 변조된 데이터와 무관하다.
이러한 두 가지의 통찰이 주어지면, 수신된 스펙트럼의 진폭을 두 가지 방식으로 대체하는 것이 가능하다. 이러한 두 가지의 방법은 소프트웨어 또는 특별한 하드웨어로 구현될 수 있는 계산적인 교환을 제공한다. 본 방법들은 스펙트럼을 극성 데이터로 변환하고, 진폭을 대체하여, 도 4에 도시된 것과 같은 직사각형의 데이터로 다시 변환하거나 또는 단위 크기로 신호를 정규화하여 도 5에 도시된 것과 같이 템플레이트에 일치치시키기 위해 크기를 스케일한다.
상기의 방법들은 변경이 가능했고, 간섭에 대한 확인이 필요했다. 여기에 개시된 방법들이 제시하는 실행 상의 이점들은 주파수 호핑 간섭자 제거만으로 제한되는 것이 아니라, 급속하게 소멸하는 상황에서의 간섭자의 제거 및 대부분의 스펙트럼을 덮지 않는 간섭자의 대역이 제공되는 임의의 수의 고전력 간섭자의 제거를 포함한다. 또한, 개시된 방법들은 근본적으로 위상 변조 구현을 향한 것이지만, 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면 "시간" 변조도 동등하게 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 개시된 실시예와 함께 상세하게 설명되었다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 CDMA 및 AMPS가 공존하는 셀룰러 밴드에서 구현될 수 있다. 또한, 여기에 설명된 수신기 및 회로는 승인된 백(back) 수신기의 부분을 형성할 수 있었다. 그러나 이러한 실시예들은 단순히 예일 뿐이며 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 것과 같이 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않는 많은 변경과 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 반복 잡음 시퀀스를 데이터와 함께 변조함으로써엔코딩되고 전송된 스프레드 스펙트럼 신호(spread spectrum signal) 내의 데이터로부터 간섭을 제거하는 방법에 있어서,
    수신기에서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하는 단계;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우(window) 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계;
    상기 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 주파수 영역으로 변환하여 위상 정보부 및 크기 정보부를 갖는 수신 신호를 제공하는 단계;
    상기 반복 잡음 시퀀스의 미리 저장된 함수를 상기 크기 정보부에 적용하여 상기 크기 정보부에서 간섭을 제거하는 단계; 및
    상기 위상 정보부에서 실질적으로 간섭이 없는 데이터를 추출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.
  2. 반복 잡음 시퀀스를 데이터와 함께 위상 변조함으로써 엔코딩되고 전송된 스프레드 스펙트럼 신호 내의 데이터로부터 간섭을 제거하는 방법에 있어서,
    수신기에서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하는 단계;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계;
    상기 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 주파수 영역으로 변환하여 수신 신호를 제공하는 단계;
    상기 수신 신호에 상기 반복 잡음 시퀀스 스펙트럼의 역수를 곱하여 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼을 정규화하여 깨끗한 데이터 스펙트럼을 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.
  3. 스프레드 스펙트럼 신호 내의 간섭을 제거하는 방법에 있어서,
    송신기에서,
    위상 시프트 키잉(phase shift keying)을 이용하여 정보를 변조하는 단계;
    반복 잡음 시퀀스를 위상 변조함으로써 선정된 스펙트럼을 통하여 상기 정보를 스프레드하여, 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    수신기에서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하는 단계;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계;
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 주파수 영역으로 변환하여 수신 신호를 제공하는 단계;
    상기 수신 신호에 상기 반복 잡음 시퀀스 스펙트럼의 역수를 곱하여 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼의 크기를 제한하여 깨끗한 데이터 스펙트럼을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 곱하는 단계는 상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 대역폭 스펙트럼 제한 윈도우를 포인트 스칼라 곱하는(pointwise scalar multiplying) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 수신 신호에 곱하는 단계는 상기 수신 신호에 상기 반복 잡음 시퀀스 스펙트럼의 크기의 역수를 포인트 복소 곱하는(pointwise complex multiplying) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 스프레드 스펙트럼 신호 내의 간섭을 제거하는 방법에 있어서,
    송신기에서,
    반복 잡음 시퀀스를 위상 변조함으로써 선정된 스펙트럼을 통해 정보를 스프레드하여, 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    수신기에서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하는 단계;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계;
    상기 반복 잡음 시퀀스 스펙트럼의 역수를 이용하여 상기 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 디스프레드(despread)하여 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 간섭을 갖는 데이터 스펙트럼을 복소 정규화하여 깨끗한 데이터 스펙트럼을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.
  7. 스프레드 스펙트럼 신호 내의 간섭을 제거하는 방법에 있어서,
    송신기에서,
    반복 잡음 시퀀스를 정보와 함께 위상 변조함으로써 선정된 스펙트럼을 통해 정보를 스프레드하여, 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    수신기에서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과함께수신하는 단계;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계;
    상기 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 주파수 영역으로 변환하여, 오염된 크기 스펙트럼 및 오염된 위상 스펙트럼을 포함하는 오염 데이터 신호 스펙트럼을 제공하는 단계;
    상기 오염된 크기 스펙트럼을 상기 주파수 영역의 상기 반복 잡음 시퀀스의 미리 저장된 크기 스펙트럼으로 대체하는 단계; 및
    상기 오염된 위상 스펙트럼을 상기 반복 잡음 시퀀스의 상기 미리 저장된 크기 스펙트럼과 결합시켜 상기 주파수 영역의 실질적으로 간섭이 없는 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.
  8. 다이렉트(direct) 시퀀스 스프레드 스펙트럼 신호 내의 엔코딩된 오염 데이터를 수신하고 디코딩하는 수신기에 있어서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하기 위한 수신기 모듈;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하기 위한 곱셈기;
    상기 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환하여 오염된 위상 정보부 및 오염된 크기 정보부를 제공하기 위한 주파수 영역 변환기;
    상기 오염된 크기 정보부 상의 간섭을 억제하여 억제된 크기 정보부를 제공하고, 또한 상기 억제된 크기 정보부와 상기 오염된 위상 정보부를 결합하여 간섭 억제된 정보 신호를 제공하기 위한 간섭 억제 회로; 및
    상기 간섭 억제된 정보 신호를 상기 주파수 영역으로부터 상기 시간 영역으로 변환하기 위한 시간 영역 변환기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  9. 다이렉트 시퀀스 스프레드 스펙트럼 신호 내의 엔코딩된 오염 데이터를 송신, 수신 및 디코딩하기 위한 스프레드 스펙트럼 시스템에 있어서,
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 전송하기 위한 송신기;
    상기 스프레드 스펙트럼 신호를 간섭과 함께 수신하기 위한 수신기;
    상기 간섭을 갖는 스프레드 스펙트럼 신호에 윈도우 함수를 곱하여 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 제공하기 위한 곱셈기;
    상기 곱셈된 스프레드 스펙트럼 신호를 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환하고 오염된 위상 정보부 및 오염된 크기 정보부를 제공하기 위한 주파수 영역 변환기; 및
    상기 오염된 크기 정보부 상의 간섭을 억제하여 억제된 크기 정보부를 제공하고, 또한 상기 억제된 크기 정보부와 상기 오염된 위상 정보부를 결합하여 간섭 억제된 정보 신호를 제공하기 위한 간섭 억제 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 시스템.
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