KR100312214B1 - 부호분할다중접속통신시스템의채널확산장치및방법 - Google Patents

Abstract

복수의 채널들을 가지고 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 직교부호를 가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 BPSK 확산기와, 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 QPSK 확산기를 구비하는 기지국으로부터의 송신신호를 수신하는 단말이 복수의 채널들을 가지며 각 채널들이 송신신호를 복조하는 방법이, 송신신호를 수신하고 PN확산된 신호를 PN부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 PN 역확산된 신호를 발생하는 과정과, PN 역확산된 신호를 할당된 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 직교부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 직교 역확산된 신호로 발생하는 과정을 포함한다.

Description

부호분할다중접속 통신시스템의 채널 확산장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SPREADING CHANNEL IN CDMA COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 부호분할다중접속 통신시스템의 채널 확산장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 월시직교부호를 이용하여 채널을 확산하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 부호분할다중접속(Code Division Multiple Access : 이하 CDMA라 칭한다) 통신시스템은 용량 증대를 위한 방법 중에 한 가지로써, 직교부호 (orthogonal code)를 사용하여 채널을 구분(channel separation)하는 방법을 사용하고 있다. 상기와 같이 직교부호에 의한 채널 구분을 실행하는 예는 IS-95/IS-95A의 순방향 링크(forward link)를 들 수 있으며, 역방향 링크(reverse link)에서도 시간 동기조정(time alignment)을 하여 적용할 수 있다.

상기 IS-95/IS-95A의 순방향 링크에서 직교부호에 의한 채널 구분은 도 1과 같이 이루어진다. 상기 도 1에서 직교부호는 W로 표시되어 있으며, 각 채널은 미리 배정된 직교부호에 의해 구분되고 있다. 상기 도 1에서는 직교부호 W는 월시부호 (Walsh code)를 사용할 수 있다. 상기 IS-95/IS-95A 순방향 링크는 R=1/2인 컨벌루션 코드(convolution code)를 쓰고, BPSK변조(Bi Phase Shift Keying Modulation)를 하며, 대역폭(Band width)이 1.2288MHz이므로, 채널 구분을 위한 월시 직교부호는 1.2288M/(9.6k*2)=64를 사용할 수 있다. 따라서 상기 도 1에 도시된 바와 같이 IS-95/IS-95A의 순방향 링크는 직교부호를 이용하여 64명의 채널 구분을 수행할 수 있다.

상기와 같이 임의의 변조 방법이 결정되고 최소 데이터 전송율(minimum data rate)이 결정되면, 가용한 직교부호의 숫자가 정해진다. 그러나 차세대 CDMA 시스템(future Code Division Multiple Access system)에서는 성능을 개선하기 위하여 실제 사용자에게 할당하는 채널을 증가시키려고 한다.

그러나 상기와 같은 방식도 채널 사용량이 증대되면 사용 가능한 직교부호의 수가 제한된다. 이런 경우 채널 용량을 증가시켜도 사용할 수 있는 월시 직교부호의 수의 제한에 따라 채널 용량의 증가에 제한을 갖게된다. 따라서 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방법으로써, 상기 직교부호에 최소 간섭(minimum interference)을 주며, 가변 데이터 전송율(variable data rate)에 대해서도 최소 간섭을 줄 수 있는 쿼시 직교부호(Quasi Orthogonal Code)를 생성하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 쿼시 직교부호의 구조 및 생성 방법에 대해서는 본원출원인에 선출원된 대한민국 특허 출원 제 97-47457호에 상세히 개시되어 있다. 그러나, 상기 선출원 특허는 비피에스케이 변조를 위한 것인데, 시퀀스들의 상관도 특성에 있어서 상기특허의 시퀀스들은 길이 2의 홀수승에 대해서 상관도는이다. 또한 큐피에스케이변조(QPSK Modulation)를 위한 복소준직교수열(Complex Quasi- Orthogonal Function)는 본원출원인에 의해 선출원된 대한민국 특허출원 제 98-37453호에 상세히 개시되어 있다. 상기 특허출원 제98-37453호의 복소준직교수열은 상기 비피에스케이 변조를 위한 준직교 수열의 문제점인 길이 2의 홀수승에 대해서 상관도가을 갖는다. 따라서, 상관도 관점에서는 아주 우수한 성질을 갖는다고 할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 복소준직교수열을 사용하는 IMT-2000시스템과 같은 CDMA시스템의 경우, 상기 복소 준직교수열을 사용하기 위해서는 QPSK변조를 하여야하는데, 이와 같이 변조방식이 바뀜에 따라 월시 직교부호도 QPSK변조를 하게 되면, 파일롯 채널(Pilot Channel)이나 동기채널(Sync Channel)과 같은 특정 공통채널의 경우에 확산구조에 있어서 BPSK변조 방식을 가지는 기존의 IS-95시스템과의 호환성(Backward Compatibility)이 이루어 질 수 없다.

상기와 같이 차세대 CDMA 통신시스템인 IMT 200시스템과 종래의 CDMA 통신시스템인 IS-95시스템의 호환성에 대한 문제점을 구체적으로 살펴본다. 하기에서 직교부호 확산기 및 역확산기에 인가되는 직교부호 인덱스k는 월시직교부호를 발생하기 위한 인덱스를 의미하며, 따라서 상기 직교부호 확산기 및 역확산기는 월시직교 변조기 및 복조기가 될 수 있다.

도 2는 직교부호와 QPSK변조를 사용하는 본 발명의 기지국의 확산장치의 구성을 도시하고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 신호변환기211 및 213에 인가되는 신호는 채널 부호과정(channel coding, rate matching, interleaving)이 수행된 후, 홀수 및 짝수 데이타(odd & even data) aI 및 aQ로 나뉘어 인가되는 신호이다. 신호변환기211은 입력신호 aI를 입력하여 0을 +1로 변환하고 1을 -1로 변환하여 dI로 출력한다. 신호변환기213은 입력신호 aQ를 입력하여 0을 +1로 변환하고 1을 -1로 변환하여 dQ로 출력한다. 직교부호 확산기215는 신호변환기211 및 213에서 출력되는 신호 dI 및 dQ와 직교부호 인덱스 k를 입력하며, 상기 직교부호 인덱스 k에 대응되는 월시직교부호와 상기 dI 및 dQ를 곱(complex spreading)하여 직교확산된 신호 XI 및 XQ를 발생한다. [xI+jxQ=(dI+dQ)*(Wk+jWk)].

피엔부호 발생기217은 상기 직교 확산신호 XI 및 xQ를 대역확산하기 위한 PN부호 PNI 및 PNQ를 발생한다. 여기서 상기 PN부호는 단부호(short PN sequence)가 될 수 있다. 피엔마스킹부219는 상기 직교 확산된 신호 XI 및 XQ들과 대응되는 상기 피엔부호 PNI 및 PNQ를 각각 곱하여(complex spreading)하여 대역 확산된 신호 YI 및 YQ를 발생한다. [YI+YQ=(PNI+PNQ)*(XI+XQ)]. 기저대역 여파기221은 상기 대역확산된 신호 YI를 기저대역으로 여파하며, 기저대역 여파기223은 상기 대역확산된 신호 YQ를 기저대역으로 여파하여 출력한다. 혼합기225는 상기 기저대역 여파기221의 출력과 반송파 cos2πfct를 곱하여 RF신호로 변환하며, 혼합기227은 상기 기저대역 여파기223의 출력과 반송파 sin2πfct를 곱하여 RF신호로 변환 출력한다. 가산기229는 상기 혼합기225 및 227의 출력을 가산하여 송신신호로 출력한다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 입력신호 0과 1의 값을 가지는 aI와 aQ가 각각의 신호변환기211 및 213에 입력되어 1과 -1의 값을 가지는 신호 dI와 dQ로 변환되며, 직교부호 확산기215는 상기 dI 및 dQ와 함께 이들 신호들을 직교 확산시키기 위한 직교부호 인덱스k를 입력한다. 이 때, 한 번 직교부호 확산기에 입력된 신호 dI와 dQ를 복소수 상의 값으로 표현하면 dI+jdQ가 되는데, 이 값은 복소 상의 월시 직교부호인 Wk+jWk과 곱해져서 XI+jXQ (=(dI+jdQ)*(Wk+jWk))가 월시 직교부호의 칩 수인 N번 출력된다.

도 3은 상기 도 2와 같은 기지국 송신기에서 출력되는 신호를 단말기가 수신하여 복조하는 본 발명의 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 혼합기311은 수신신호에 반송파 cos2πfct를 혼합하고, 혼합기313은 수신신호에 반송파 sin2πfct를 혼합하여 출력한다. 기저대역 여파기315는 상기 혼합기311에서 출력되는 신호를 기저대역으로 여파하고, 기저대역 여파기317은 상기 혼합기313에서 출력되는 신호를 기저대역으로 여파하여 출력한다.

피엔부호 발생기318은 수신된 신호를 역확산하기 위한 피엔부호 PNI 및 PNQ를 발생한다. 피엔마스킹부319는 상기 기저대역 여파기315 및 317에서 각각 출력되는 YI 및 YQ와 상기 피엔부호 PNI 및 PNQ를 곱하여 역확산된 신호 XI 및 XQ를 발생한다. [XI+XQ=(PNI-jPNQ)*(YI+jYQ)]. 직교부호 역확산기321은 상기 역확산된 신호 XI 및 XQ와 직교부호 인덱스k를 입력하며, 상기 신호 XI 및 XQ에 직교부호 인덱스k에 대응되는 직교부호를 곱하여 각각 채널 역확산된 신호 dI 및 dQ를 발생한다. [2*(dI+jdQ)=Σ(XI+jXQ)*(Wk-jWk)]. 신호변환기323은 상기 직교부호 역확산기321에서 출력되는 dI에서 +1은 0으로 변환하고 -1은 1로 변환하여 출력한다. 신호변환기 325는 상기 직교부호 역확산기321에서 출력되는 dQ에서 +1은 0으로 변환하고 -1은 1로 변환하여 출력한다. 상기 신호변환기323 및 325에서 출력되는 신호는 결합기에 인가되어 채널을 추정신호로 사용된다.

상기 도 3의 구성에서 피엔 마스킹부319 및 직교부호 역확산기321은 하나의 핑거(finger) 구성을 도시하고 있으며, 단말기에서 채널을 추정하기 위하여 상기와 같은 피엔마스킹부319 및 직교부호 역확산기321로 구성되는 핑거들이 다수개 구비된다.

상기 단말기의 역확산 과정을 살펴보면, 피엔마스킹부319에서 출력되는 신호 XI와 XQ가 먼저 직교부호 역확산기321에 입력이 되고 직교부호 인덱스k가 입력이 된다. 이 때, 직교부호인덱스k는 단말기가 기지국과 미리 약속되어 알고 있다. 상기 직교부호 역확산기321에 입력된 신호 XI와 XQ를 복소수 상의 값으로 표현하면 XI+jXQ가 되는데, 이 값은 복소 상의 직교부호인 Wk+jWk의 공액 복소값(Complex Conjugate) Wk-jWk와 곱해진다. 이와 같은 동작을 N회 동안 동작하면서 이 동안의 상기 계산 값을 누적하면, 상기 도 2의 변조과정의 입력 값의 두배가 나오게 된다. 따라서, 역확산기에서는 상기의 누적 값들을 출력하게 된다. 상기의 복조과정에서 상기 N 값이 1일때, 입력값과 출력값의 관계식을 하기의 <수학식 1>과 같다.

도 4는 부호분할다중접속 통신시스템에서 직교부호와 BPSK변조를 사용하는 기지국의 확산기의 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도 4와 같은 기지국의 확산장치의 구성은 직교부호 확산기400의 구성과 신호변환기211 및 피엔마스킹부219를 제외한 나머지 구성은 상기 도 2와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 상기 직교부호 확산기 400은 BPSK 구조로 채널 확산 기능을 수행한다.

상기 도 4를 참조하면, 먼저 입력신호 0과 1의 값을 가지는 a가 각각의 신호변환기211에 입력되어 1과 -1의 값을 가지는 신호 d가 출력되며, 상기 직교부호 확산기400은 상기 신호 d와 함께 직교 확산을 위한 직교부호 인덱스k를 입력한다. 이 때, 상기 직교부호 확산기400에 입력된 신호 d는 월시부호인 Wk과 곱해져서 N번 출력된다.

도 5는 상기 도 4와 같은 구조를 갖는 기지국의 송신장치에서 출력되는 확산신호를 수신하는 단말기가 입력신호를 복조하는 구성을 도시하는 도면이다. 여기서도 상기 도 5와 단말기의 수신기 구성은 직교부호 역확산기500을 제외하면 상기 도 3과 동일한 구성을 갖는다. 즉, 상기 직교부호 역확산기600은 BPSK 구조를 채널 역확산 기능을 수행한다.

상기 도 5를 참조하면, 상기 피엔마스킹부319에서 출력되는 신호 X는 직교부호 역확산기500에 입력되며, 동시에 직교부호 인덱스k가 입력된다. 이 때, 상기 직교부호 인덱스k는 단말기가 기지국과 미리 약속되어 알고 있는 정보이다. 상기의 신호 X는 기지국에서 사용한 월시부호와 같은 Wk와 곱해진다. 이와 같은 동작을 N회 동안 동작하면서 이 동안의 상기 계산값을 누적하면 상기 도 4의 변조과정의 입력 값의 두배가 나오게 된다. 따라서, 직교부호 역확산기500에서는 상기의 누적값들을 출력하게 된다. 상기의 복조과정에서 N이 1일때, 입력값과 출력값의 관계식은 하기의 <수학식 2>과 같이 나타낸다.

상기와 같이 월시 직교부호를 이용하여 채널 확산 및 역확산 기능을 수행하는 CDMA 통신시스템에서 IS-95시스템은 BPSK 구조의 직교 확산 방법을 사용하며, IMT-2000 시스템은 QPSK 구조의 직교 확산 방법을 사용할 수 있다. 이런 경우 상기 IMT-2000 시스템의 기지국과 IS-95 시스템의 단말기 또는 IS-95 시스템의 기지국과 IMT-2000 시스템의 단말기들은 통신 기능을 수행할 수 없게 된다.

여기서 상기의 문제점을 설명하기 위해, IMT-2000 시스템의 기지국은 신호를 QPSK변조하여 전송한다고 가정하고 IS-95단말기는 변조된 신호를 BPSK방식으로 복조한다고 가정한다. 즉, 기지국이 상기 도 2에 도시된 변조방식으로 QPSK변조 신호를 전송하고, 단말기가 상기 도 5에 도시된 BPSK 방식으로 채널 확산된 신호를 역확산할 때, 상기 복조기의 입력값과 출력값의 관계식은 하기의 <수학식 3>과 같다.

이 때, 상기 <수학식 3>에서 알 수 있듯이 기지국이 송신신호를 QPSK 방식으로 직교 확산하여 전송하고, 단말기가 상기 확산신호를 BPSK방식으로 복조하면, 원래의 신호SI+jSQ가 아닌를 츨력하게 된다. 따라서, 상기의 구조에 있어서 BPSK변조의 입력과 QPSK의 출력이 다름으로써, 기지국과 단말기간에 통신을 수행할 수 없는 문제점이 발생된다. 또한 상기와 반대의 경우, 즉 BPSK 방식으로 채널을 확산하는 기지국과 QPSK 방식으로 이를 복조하는 단말기 간에도 역시 통신 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 한가지 방법으로써, 본원출원인에 의해 선출원된 대한민국 특허출원번호 98-49863호가 있다.

상기 선출원된 98-49863호에서는 imt-2000 기지국 송신기가 BPSK/QPSK 직교확산이 모두 가능한 구조를 제안하여 is-95 기지국과 동일한 채널구조를 가지는 공통채널(파일럿채널, 동기채널, 페이징채널)들은 BPSK 변조 방식으로 채널신호를 확산하여 송신하고 나머지 채널들(전용채널들)은 단말기의 수신 종류에 따라서 BPSK 혹은 QPSK방식을 사용할 수 있도록 하였다. 그러나 본 발명에서는 하나의 QPSK 직교변조 방식을 모든 순방향채널에 사용하면서도 기존의 BPSK수신방식을 사용하는 IS-95 단말기와 호환성을 이룰 수 있도록 한다.

따라서 본 발명의 목적은 월시직교부호를 사용하는 부호분할다중접속 통신시스템에서 QPSK 방식의 채널확산기와 BPSK 방식의 수신기를 구비하여 채널신호를 송수신할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 월시직교부호를 사용하는 부호분할다중접속 통신시스템에서 BPSK 방식의 채널확산기와 QPSK 방식의 수신기를 구비하여 채널 신호를 송수신할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 월시직교부호를 사용하는 부호분할다중접속 통신시스템에서 기지국이 QPSK 방식의 채널 확산신호를 송신하고 단말기가 QPSK 방식의 채널 확산신호를 BPSK 채널역확산기를 이용하여 역확산할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 월시 직교부호를 사용하는 부호분할다중접속 통신시스템에서 기지국이 BPSK 방식의 채널 확산신호를 송신하고 단말기가 BPSK 방식의 채널 확산신호를 BPSK 방식의 채널 역확산기를 이용하여 역확산할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면,복수의 채널들을 가지고, 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 직교부호를 가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 BPSK 확산기와, 상기 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 PN 확산기를 구비하는 기지국으로부터의 송신신호를 수신하는 단말이 복수의 채널들을 가지며 각 채널들이 상기 송신신호를 복조하는 방법이, 상기 송신신호를 수신하고 상기 PN확산된 신호를 상기 PN부호를 가지고 PN 역확산기에 의해 PN 역확산된 신호를 발생하는 과정과, 상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 직교부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 직교 역확산된 신호로 발생하는 과정을 포함한다.

도 1은 부호분할다중접속 통신시스템의 순방향 링크의 채널 구성을 도시하는 도면

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부호분할다중접속 통신시스템의 기지국 채널 확산장치의 구성을 도시하는 도면

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부호분할다중접속 통신시스템의 단말기 채널 역확산장치의 구성을 도시하는 도면

도 4는 IS-95 방식 통신시스템의 기지국의 채널 확산장치의 구성을 도시하는 도면

도 5는 IS-95 방식 통신시스템의 단말기의 채널 역확산장치의 구성을 도시하는 도면

도 6은 부호분할다중접속 통신시스템의 변조장치에서 bpsk 확산 구조를 도시하는 도면

도 7은 부호분할다중접속 통신시스템의 변조장치에서 qpsk 확산 구조를 도시하는 도면

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 직교부호 발생장치의 구성을 도시하는 도면

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 직교부호 인덱스의 예를 도시하는 도면

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 역확산 구조를 도시하는 도면

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

하기 설명에서 BPSK 변조 방식으로 직교확산하는 IS-95시스템과 단말기들 및 QPSK 변조 방식으로 직교확산하는 IMT-2000시스템과 단말기들의 채널 등과 같은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

또한 하기의 설명에서, "직교 확산"이라는 용어와 "채널 확산"이라는 용어는 동일한 의미로 사용될 것이며, "PN 확산"이라는 용어와 "대역 확산"이라는 용어도 동일한 의미로 사용될 것이다. 또한 본 발명의 실시예에서 QPSK 및 BPSK 변조 방식의 직교확산기 및 역확산기에서 사용되는 직교부호는 월시직교부호가 된다.

본 발명의 실시예에서는 IMT-2000시스템과 단말기는 QPSK채널확산 및 역확산 구조를 갖고 IS-95시스템과 단말기는 BPSK 채널확산 및 역확산 구조를 갖는다고 가정하고, QPSK채널 확산구조를 가지는 IMT-2000기지국과 BPSK 채널 확산구조를 가지는 IS-95단말기사이의 확산 및 역확산 과정과 QPSK채널 확산구조를 가지는 IMT-2000 단말기와 BPSK 채널 확산구조를 가지는 IS-95기지국 사이의 확산 및 역확산 과정을 나타낸다.

상기 도4는 상기의 BPSK모드일 때의 확산기(orthogonal spreading & PN spreading) 구성을 도시하고 있다. 도 6은 상기 도 4의 직교부호 확산기400의 구성을 도시하고 있다.

상기 도 6을 참조하면, 직교부호 발생기611은 직교부호 테이블을 구비하며, 상기 직교부호 인덱스k가 입력되면 상기 인덱스 k에 대응되는 직교부호를 선택하여 생성한다. 승산기613은 상기 입력신호 dI와 상기 직교부호를 곱하여 직교확산된 I채널신호 XI를 발생한다. 승산기615는 상기 입력신호 dQ와 상기 확산신호를 곱하여 직교확산된 Q채널신호 XQ를 발생한다.

상기 도 6을 참조하여 BPSK 변조 방식의 직교부호 확산기400의 동작을 살펴보면, 먼저 입력신호 dI와 dQ는 승산기613과 615에 입력된다. 동시에, 어떤 직교부호를 쓸 것인지에 대한 직교부호 인덱스k가 직교부호 발생기611에 입력되면, 상기 직교부호 발생기611은 상기 직교부호 인덱스k에 해당하는 직교부호를 생성하여 승산기 613 및 615에 인가한다. 이때 상기 승산기 613은 입력신호 dI와 직교부호를 승산시켜 출력신호XI를 출력하고, 또, 승산기 630은 입력신호 dQ와 직교부호를 승산시켜 출력신호XQ를 발생한다.

상기 도2는 상기의 QPSK모드의 송신장치 구조를 도시하고 있다. 도 7는 상기 도 2와 같은 QPSK 송신장치 구조에서 직교부호 확산기215의 구성을 도시하고 있다.

상기 도 7를 참조하면, 제1직교부호 발생기711 및 제2직교부호 발생기713은 직교부호 인덱스 k를 입력하며, 상기 직교부호 인덱스 k에 대응되는 제1직교부호 및 제2직교부호를 각각 생성한다. 여기서 상기 제1직교부호 발생기711 및 제2직교부호 발생기713에서 발생하는 제1직교부호 및 제2직교부호는 각각 I성분의 직교부호 및 Q성분의 직교부호가 된다. 승산기715는 상기 입력되는 신호 dI와 제1직교부호 발생기711에서 발생되는 직교부호를 승산하여 출력한다. 승산기717은 상기 입력신호 dQ와 상기 제1직교부호 발생기711에서 발생되는 직교부호를 승산하여 출력한다. 곱셈기719는 상기 제2직교부호 발생기713에서 출력되는 제2직교부호와 상기 입력신호 dI를 승산하여 출력한다. 곱셈기721은 상기 제2직교부호 발생기713에서 출력되는 제2직교부호와 입력신호 dQ를 승산하여 출력한다. 감산기723은 상기 승산기715의 출력에서 상기 승산기721의 출력을 감산하여 출력신호 XI를 발생한다. 가산기725는 상기 승산기719의 출력과 승산기717의 출력을 가산하여 출력신호 XQ를 발생한다.

상기 도 7과 같은 QPSK 직교부호 확산기의 동작을 살펴보면, 먼저 입력신호 dI는 승산기715와 719로 입력되고, 입력신호 dQ는 승산기 717과 721에 입력된다. 동시에, 어떤 직교부호를 쓸것인지에 대한 직교부호 인덱스k가 I성분 직교부호 발생기 700과 Q성분 직교부호 발생기 705로 각각 입력되어 직교부호 인덱스에 해당하는 I성분과 Q성분 직교부호들이 각각 출력된다. 여기서 상기 생성되는 직교부호는 월시직교부호가 될 수 있으며, 이런 경우 I성분의 직교부호는 Wk가 될 수 있으며, Q성분의 직교부호는 jWk가 될 수 있다. 그러면 출력된 I성분 직교부호는 승산기 715와 717에 입력되며, 승산기 715는 입력된 I성분 입력신호 XI와 I성분 직교부호를 승산하여 감산기723에 인가한다. 또한 승산기 717은 입력된 Q성분 입력신호 XI와 I성분 직교부호를 승산하여 가산기 725에 인가한다. 이 때, 출력된 Q성분 직교부호는 승산기 719와 721에 입력되는데, 상기 승산기 719는 입력된 I성분 입력신호dI와 Q성분 직교부호를 승산하여 가산기 725에 인가한다. 그러면 가산기 725는 상기 승산기 717에서 출력되는 신호에서 상기의 승산기 719의 출력신호를 가산하여 XQ를 출력하게 된다. 동시에 상기 승산기 721은 입력된 Q성분 입력신호 dQ와 Q성분 직교부호를 승산하여 감산기 723에 인가한다. 그러면 상기 감산기 723은 상기 승산기 715에서 출력된 신호에서 상기의 승산기 721의 출력신호를 감산하여 XI를 발생한다.

도 10은 상기 도 3과 같은 QPSK 수신장치 구조에서 직교부호 역확산기321의 구성을 도시하고 있는데, 구조는 확산기의 구조와 거의 동일하며 감산기 1025와 가산기 1023에서만 차이가 있고, 동작은 동일하다. 상기 도 10를 참조하면, 제1직교부호 발생기1011 및 제2직교부호 발생기1013은 직교부호 인덱스 k를 입력하며, 상기 직교부호 인덱스 k에 대응되는 제1직교부호 및 제2직교부호를 각각 생성한다. 여기서 상기 제1직교부호 발생기1011 및 제2직교부호 발생기1013에서 발생하는 제1직교부호 및 제2직교부호는 각각 I성분의 직교부호 및 Q성분의 직교부호가 된다. 여기서 상기 직교부호는 월시 직교부호가 될 수 있으며, 이런 경우 상기 I성분의 직교부호는 Wk가 되고 Q 성분의 직교부호는 jWk가 된다. 승산기1015는 상기 입력되는 신호 XI와 제1직교부호 발생기1011에서 발생되는 직교부호를 승산하여 출력한다. 승산기1017은 상기 입력신호 XQ와 상기 제1직교부호 발생기1011에서 발생되는 직교부호를 승산하여 출력한다. 상기 제1직교부호 발생기1013과 승산기1015 및 1017로 이루어지는 구조는 BPSK 방식의 직교부호 역확산기 구조와 동일함을 알 수 있다. 곱셈기1019는 상기 제2직교부호 발생기1013에서 출력되는 제2직교부호와 상기 입력신호 XI를 승산하여 출력한다. 곱셈기1021은 상기 제2직교부호 발생기1013에서 출력되는 제2직교부호와 입력신호 XQ를 승산하여 출력한다. 가산기1023은 상기 승산기1015의 출력과 상기 승산기1021의 출력을 가산하여 출력신호 dI를 발생한다. 감산기1025는 상기 승산기1017의 출력에서 승산기1019의 출력을 감산하여 출력신호 dQ를 발생한다.

상기 직교부호 발생기711과 713 및 직교부호 발생기1011과 1013은 각각 하나의 직교부호 발생기로 구성할 수 있으며, 상기와 같이 하나의 직교부호 발생기를 사용하는 경우에는 생성되는 I성분의 직교부호 Wk를 위상 천이시켜 Q 성분의 직교부호 jWk를 생성할 수 있다.

도 8은 상기의 도6과 도7와 같은 직교부호 확산기의 구성에서 직교부호 발생기의 실시예 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도 8에 도시된 직교부호 발생기는 월시 직교부호와 준직교부호를 발생하는 구성을 도시하고 있으며, 본 발명의 실시예에서의 상기 직교부호 발생기는 상기 월시 직교부호와 준직교부호들 중 월시 직교부호를 생성한다.

상기 도 8을 참조하면,제어기811은 상기 직교부호 인덱스k를 입력시 상기 직교부호 인덱스에 해당하는 쿼시직교부호를 생성하기 위한 준직교부호 마스크 인덱스 및 월시 직교부호 인덱스를 계산하여 출력한다. 준직교부호 마스크 생성기813은 마스크 인덱스 테이블을 구비하며, 상기 테이블에서 준직교부호 마스크 인덱스에 대응되는 쿼시직교부호 마스크를 선택하여 출력한다. 월시 직교부호 발생기815는 월시 직교부호 테이블을 구비하며, 상기 테이블에서 월시 직교부호 인덱스에 대응되는 월시 직교부호를 생성한다. 승산기817은 상기 쿼시직교부호 마스크와 월시직교부호를 곱하여 직교부호를 발생한다. 여기서 상기 준직교부호 마스크 인덱스를 선택하지 않은 경우에는 상기 준직교부호 마스크 생성기813은 상기 쿼시직교부호 마스크를 생성하지 않으므로, 상기 곱셈기817는 상기 월시 직교부호 생성기815에서 출력되는 월시 직교부호를 직교부호로 출력하게되며, 상기 준직교부호 마스크 생성기813에서 쿼시직교부호 마스크를 출력하는 경우, 상기 곱셈기817에서 출력되는 직교부호는 쿼시직교부호가 된다.

상기 도 8을 참조하여 직교부호의 생성 동작을 살펴보면, 먼저 직교부호 인덱스가 제어기811에 입력되면, 상기 제어기811은 상기 직교부호 인덱스에 해당하는 마스크 인덱스와 월시부호 인덱스를 계산하여 출력한다. 이때 상기 직교부호 인덱스k가 월시직교부호를 생성하기 위한 인덱스이면, 상기 제어기811은 상기 준직교부호 마스크 인덱스를 특정값으로 출력하고 월시 직교부호 인덱스는 생성하고자 하는 월시직교부호의 인덱스 값으로 출력한다. 그리고 상기 준직교부호 마스크 인덱스는 마스크생성기813에 입력되고, 월시직교부호 인덱스는 월시직교부호 생성기 815에 입력된다. 이 때, 상기 준직교부호 마스크 생성기 813은 해당하는 1과 -1로 나타나는 준직교부호 마스크신호를 생성하여 승산기817에 출력하고, 상기 월시직교부호 생성기 817은 해당하는 1과 -1로 나타나는 월시직교부호를 생성하여 승산기817에 인가한다. 그러면 상기 승산기817은 상기 쿼시직교부호 마스크와 상기 월시 직교부호를 승산하여 직교부호를 출력한다.

도 9는 상기 도 8과 같은 구성을 갖는 직교부호 발생기에서 직교부호인덱스k에 따른 쿼시직교부호의 마스크 인덱스 테이블과 월시직교부호의 인덱스 테이블을 도시하고 있다.

상기 도 8과 같은 구조를 갖는 직교부호 발생기에서 월시직교부호를 생성하는 경우의 동작을 살펴보면, 준직교부호 마스크인덱스가 특정값인 0(상기의 특정값은 시스템 변수로 달라질 수 있음.)으로 설정되고, 이런 경우 상기 준직교부호 마스크 생성기813은 이 인덱스를 입력받아 항상 1의 신호를 보내게 된다. 따라서 월시직교부호 생성기815에서 발생되는 월시직교부호 인덱스에 대응되는 월시직교부호를 생성하여 직교부호로 출력하게 된다.

또한 상기 도 8과 같은 구조를 갖는 직교부호 발생기에서 쿼시직교부호를 생성하는 경우의 동작을 살펴보면, 직교부호 인덱스 k 입력시 제어기811은 원하는 쿼시직교부호를 생성하기 위한 마스크 인덱스 및 월시직교부호 인덱스를 발생한다. 그러면 상기 마스크 생성기813은 상기 도 9와 같은 마스크 인덱스 테이블에서 상기 마스크 인덱스에 대응되는 마스크를 선택하여 출력하고, 상기 월시직교부호 생성기815는 상기 월시직교부호 인덱스에 대응되는 월시직교부호를 선택 출력한다. 그러면 상기 쿼시직교부호의 마스크와 상기 월시직교부호가 곱셈기817에서 혼합되어 쿼시직교부호로 생성된다.

IMT-2000 단말기와 IS-95 기지국과의 송수신 예

본 발명의 제1실시 예에 따른 부호분할다중접속 통신시스템은 채널 구조에 있어서 IMT-2000단말기의 모든 채널이 역확산 구조로 QPSK 구조를 가지는 채널 구조를 제안한다. 단, IS-95 기지국은 원래의 구조대로 모든 채널이 BPSK 확산 구조를 가진다고 가정한다.

BPSK 확산구조를 가지는 IS-95기지국의 변조 과정의 출력 값은 하기<수학식4>와 같이 나타난다.

상기와 같이 BPSK 방식으로 채널신호를 직교확산하는 기지국이 단말기에 신호를 전송하는 경우, 상기 기지국은 파일럿 채널신호를 기준으로하 각 채널들의 신호들의 채널 이득을 조정한다. 그리고 상기 단말기의 수신기는 상기 파일럿 채널의 신호를 추정하여 수신되는 채널신호들을 복조한다. 여기서 상기 파일롯 신호들의 모든 정보 비트들은 0(0과1로 표현되어질 때, 반면에 -1과 1로 표현될 때는 모두 1이 된다)이 될 수 있으며, 상기 파일럿 채널의 월시 직교부호는 모두 0의 값을 갖는 0번째 월시직교부호를 사용한다. 그리고 상기 기지국은 각 채널들의 신호를 QPSK 방식으로 직교확산한 후 기지국의 셀 반경(Cell radius)이내의 단말기들에게 보낸다. 이때, IS-95기지국의 파일롯 신호를 QPSK 역확산하는 IMT-2000 단말기가 수신하게 되면, 상기 IMT-2000단말기는 상기 <수학식4>와 같은 파일롯 신호에 대해 이미 정보비트 dI와 월시부호Wk를 알고 있으므로, 먼저 탐색기(Searcher)를 통해 PNI+jPNQ의 시퀀스 위치를 찾는다. 상기 PNI+jPNQ를 탐색하면 먼저 이에 대한 공액 복소수 값 PNI- jPNQ를 상기의 받은 파일롯 신호에 곱한다. 이 때, 상기 IMT-2000 단말기는 QPSK복조를 하기 때문에 직교부호 인덱스k에 따른 복소 월시직교부호Wk+jWk의 공액 복소인 Wk-jWk를 곱한다. 그리고, 데이터는 항상 1(1과 -1표현으로)이라는 것을 알고 있기 때문에, 상기과정 후의 값이 채널 추정 신호라고 간주하는데, 이 채널 추정 값을 수학식으로 표현하면 <수학식5>와 같다.

단,는 채널 값(상기의 변조과정 후 채널을 통과하면서 변한 값)을 나타내고, c는 상수이다. IMT-2000단말기는 상기 파일롯 신호로부터 상기의 <수학식5>에서 나타난 채널추정 값을 계산한다. 그리고, <수학식4>와 같은 다른 채널(트래픽) 신호가 들어오면, 먼저 복조 이전에 파일롯으로부터 계산한 상기 <수학식5>에서 나타난 채널 추정 값의 공액 복소수 값을 다른 채널 수신신호에 곱하게 된다. 그때의 신호는 하기 <수학식 6>과 같다.

결과적으로 채널 값이 보상된다. 즉 기지국 파일럿 신호와 동일한 경로를 겪은 다른 채널(트래픽) 신호에 상기 <수학식 5>에서 구한 채널 추정 값을 보상하여 주는 결과가 된다. 다시 상기의 파일롯의 복조 과정과 유사하게 PNI+jPNQ의 공액 값인 PNI-jPNQ 을 곱한 후 복소 월시직교부호 Wk+jWk를 곱하면, 상기 <수학식 7>에서 나타난 바와 같이 원래 데이터 dI를 얻어낼 수 있다.

상기 과정에서 알 수 있듯이 IMT-2000 단말기가 모든 채널에서의 역확산 구조로 QPSK 구조를 갖는다면 BPSK구조를 가지는 IS-95기지국과 호환을 이룸을 알 수 있다.

따라서 상기 기지국이 복수의 채널들을 가지고, 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 월시 직교부호를 가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 BPSK 확산기와, 상기 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 QPSK 확산기를 구비한다. 그러면 복수의 채널을 가지며, 상기 기지국으로부터 송신되는 신호를 수신하는 단말기는 상기 송신신호를 수신한 후, 상기 PN확산된 신호를 상기 PN 부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 PN 역확산된 신호를 발생하고, 상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 직교부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 직교 역확산된 신호로 발생한다. 그리고 상기 월시 직교 역확산시 파일럿 채널의 추정값에 대한 복소 공액 값을 상기 월시 직교 역확산된 신호에 곱하여 보상한다.

IMT-2000기지국과 IS-95단말기와의 송수신 예

본 발명의 제1실시 예에 따른 부호분할다중접속 통신시스템은 채널구조에 있어서 IMT-2000기지국의 모든 채널이 확산구조로 QPSK구조를 가지는 채널구조를 제안한다. 단, IS-95단말기는 원래의 구조대로 모든 채널이 BPSK 역확산 구조를 가진다고 가정한다.

QPSK 확산구조를 가지는 IMT-2000 기지국의 변조 과정의 출력 값은 하기<수학식8>과 같이 나타난다.

상기와 같이 QPSK 방식으로 채널신호를 직교 확산하는 기지국이 단말기에 신호를 전송하는 경우에도, 기지국은 파일럿채널 신호를 기준으로 각 채널들의 신호들의 채널 이득을 조정한다. 그리고 상기 단말기의 수신기는 상기 파일럿 채널의 신호를 추정하여 수신되는 채널신호들을 복조한다. 여기서 상기 파일롯 신호들의 모든 정보 비트들은 0(0과1로 표현되어질 때, 반면에 -1과 1로 표현될 때는 모두 1이 된다)이 될 수 있으며, 상기 파일럿 채널의 월시 직교부호는 모두 0의 값을 갖는 0번째 월시직교부호를 사용한다. 그리고 상기 기지국은 각 채널들의 신호를 QPSK 방식으로 직교확산한 후 기지국의 셀 반경(Cell radius) 이내의 단말기들에게 보낸다. 이 때, IMT-2000 기지국이 보낸 파일롯 신호를 IS-95단말기가 받게되면, 이 때, IS-95단말기는 수신하는 상기 <수학식7>와 같은 파일롯 신호에 대해 이미 정보비트 dI와 월시직교부호를 알고 있으므로, 먼저 탐색기(Searcher)를 통해 PNI+jPNQ의 위치를 찾는다. 이 PNI+jPNQ의 위치를 탐색하면, 상기 단말기는 먼저 이에 대한 공액 복소수 값 PNI-jPNQ를 상기의 받은 파일롯 신호에 곱한다. 이 때, IS-95단말기는 BPSK복조를 하기 때문에 월시 인덱스k에 따른 월시부호 Wk를 곱한다. 그리고, 데이터는 항상 1(1과 -1표현으로)이라는 것을 알고 있기 때문에, 상기과정 후의 값이 채널추정신호라고 간주하는데, 이 채널 추정 값을 수학식으로 표현하면 <수학식 9>와 같다.

단, c는 상수

IS-95단말기는 파일롯 신호로부터 상기의 <수학식 9>에서 나타난 채널 추정 값을 계산한다. 그리고 상기 <수학식 8>과 같은 다른 채널 신호가 수신되면, 먼저 복조 이전에 파일롯 채널의 신호로부터 계산한 상기 <수학식 9>에서 나타난 채널 추정 값의 공액 복소수 값을 신호에 곱하게 된다. 그때의 신호는 하기 <수학식 10>과 같다.

그러면, 다시 상기의 파일롯의 복조과정과 유사하게 PNI+jPNQ의 공액 값인 PNI-jPNQ 을 곱한 후 월시부호 Wk를 곱하면, 상기 <수학식 11>에서 나타난 바와 같이 원래 데이터 dI를 얻어낼 수 있다.

상기 과정에서 알 수 있듯이 IMT-2000기지국이 모든 채널에서의 확산 구조로 QPSK구조를 갖는다면 BPSK구조를 가지는 IS-95단말기와 호환을 이룸을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 기지국이 복수의 채널들을 가지고 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 실수부와 허수부를 가지는 복소 월시 직교부호를 가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 QPSK 확산기와, 상기 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 QPSK 확산기를 구비한다. 그리고 복수의 채널들을 가지며, 상기 기지국으로부터의 송신신호를 수신하는 단말이 상기 송신신호를 수신하고 상기 PN확산된 신호를 상기 PN부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 PN 역확산된 신호를 발생하고, 상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 직교부호를 가지고 BPSK 역확산기에 의해 직교 역확산된 신호로 발생한다. 그리고 상기 월시 직교 역확산시 파일럿 채널의 추정값에 대한 복소 공액 값을 상기 월시 직교 역확산된 신호에 곱하여 보상한다.

따라서, 본 발명은 기존의 IS-95 A, B 기지국/단말기의 BPSK 직교확산/역확산 구조를 그대로 유지하면서 새로운 방식을 도입하는 IMT-2000(IS-95C포함) 시스템/단말기 QPSK 직교확산/역확산 구조를 가지고도 상호 호환성을 제공하였다. 또한 IMT-2000기지국 송신기의 직교 확산 구조를 하나의 QPSK 직교확산 구조를 가지므로 채널간의 호환성을 유지할 수 있다.

Claims (8)

1. 복수의 채널들을 가지고, 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 직교부호를 가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 BPSK 확산기와, 상기 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 PN 확산기를 구비하는 기지국으로부터의 송신신호를 수신하는 단말이 복수의 채널들을 가지며 각 채널들이 상기 송신신호를 복조하는 방법에 있어서,

   상기 송신신호를 수신하고 상기 PN확산된 신호를 상기 PN부호를 가지고 PN 역확산기에 의해 PN 역확산된 신호를 발생하는 과정과,

   상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 직교부호를 가지고 QPSK 역확산기에 의해 직교 역확산된 신호로 발생하는 과정을 포함하는 상기 단말기의 복조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 월시 직교 역확산 과정이 상기 기지국으로부터 송신되는 채널들 중 파일럿 채널의 신호를 추정하고, 상기 파일럿 채널의 추정값에 대한 복소 공액 값을 구하여 상기 월시 직교 역확산된 신호에 곱하여 보상하는 과정을 더 포함하는 상기 단말기의 복조 방법.
3. 부호분할다중접속 통신시스템의 기지국의 채널 확산 및 단말기의 역확산 방법에 있어서,

   복수의 채널들을 가지고, 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 월시 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 직교부호를 가지고 QPSK 확산기에 의해 직교 확산된 신호를 발생하는 과정과,

   상기 직교 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN확산기에 의해 PN 확산된 신호를 발생하고, 상기 PN 확산된 신호를 채널을 통해 전송하는 과정과,

   상기 채널을 통해 전송되는 신호를 수신하고 상기 PN확산된 신호를 상기 PN부호를 가지고 PN 역확산기에 의해 PN 역확산된 신호를 발생하는 과정과,

   상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 직교부호를 가지고 BPSK 역확산기에 의해 직교 역확산된 신호로 발생하는 과정을 포함하는 상기 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 월시 직교 역확산 과정이 상기 기지국으로부터 송신되는 채널들 중 파일럿 채널의 신호를 추정하고, 상기 파일럿 채널의 추정값에 대한 복소 공액 값을 구하여 상기 월시 직교 역확산된 신호에 곱하여 보상하는 과정을 더 포함하는 상기 단말기의 복조 방법.
5. 복수의 채널들을 가지고, 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 월시 직교부호를가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 BPSK 확산기와, 상기 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 PN 확산기를 구비하는 기지국으로부터의 송신신호를 수신하는 단말이 복수의 채널들을 가지며 각 채널들이 상기 송신신호를 복조하는 장치에 있어서,

   상기 송신신호를 수신하고 상기 PN확산된 신호를 상기 PN부호를 가지고 QPSK 방식으로 PN 역확산하는 PN 역확산기와,

   상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 월시 직교부호를 가지고 QPSK 방식으로 직교 역확산하는 QPSK 직교역확산기를 포함하는 상기 단말기의 복조장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 기지국으로부터 송신되는 채널들 중 파일럿 채널의 신호를 추정하고, 상기 파일럿 채널의 추정값에 대한 복소 공액 값을 구하여 상기 월시 직교 역확산된 신호에 곱하여 보상하는 채널보상기를 더 포함하는 상기 단말기의 복조장치.
7. 부호분할다중접속 통신시스템의 기지국의 채널 확산장치 및 기지국의 채널 역확산장치에 있어서,

   상기 기지국의 채널 확산장치가,

   복수의 채널들을 가지고, 각 채널의 심볼 데이터를 할당된 직교부호의 실수부와 허수부를 가지는 복소 직교부호를 가지고 직교 확산된 신호를 발생하는 QPSK 직교확산기와,

   상기 월시 확산된 신호를 입력하고 PN부호를 가지고 PN 확산된 신호를 발생하는 PN 확산기를 구비하며,

   상기 단말기의 채널 역확산장치가,

   상기 송신신호를 수신하고 상기 PN 확산된 신호를 상기 PN부호를 가지고 QPSK 방식으로 PN 역확산하는 PN 역확산기와,

   상기 PN 역확산된 신호를 상기 할당된 월시 직교부호를 가지고 BPSK 방식으로 직교 역확산하는 BPSK 직교역확산기를 포함하는 상기 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 기지국으로부터 송신되는 채널들 중 파일럿 채널의 신호를 추정하고, 상기 파일럿 채널의 추정값에 대한 복소 공액 값을 구하여 상기 월시 직교 역확산된 신호에 곱하여 보상하는 채널보상기를 더 포함하는 상기 단말기의 복조 장치.