KR100343093B1 - 다중통로저항성직각코드-분할다중접속시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중통로 환경에서 대역폭 효율 OCDMA 의 사용에 관한 것이다. 고율PN 코드는, 이루어지는 직각도(the degree of orthogonality)가 현저한 충격을 가지도록 충분히 지연되는 다중통로 성분을 상당하게 감쇠한다. RW 칩핑율(chipping rate)에 의한 캐리어를 옵셋하고, 작은 부분의 고율 PN 칩 지속(a small fraction of a high rate PN chip duration)으로 모든 접속을 정렬하도록 정확한 네트워크 타이밍을 사용하여, 활용가능한 대역폭(bandwidth)을 완전하게 이용할수 있다. 이러한 시간 베이스 정렬(time base alignment)을 달성 하기위한 과정은 미국 특허 출원 일련번호 제 980,957호에 개재되어 있다.

Description

다중통로 저항성 직각 코드-분할 다중 접속 시스템{MULTI-PATH RESISTANT, ORTHOGONAL CODE-DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}

보다 편리한 유사-직각 CDMA(Quasi-orthogonal Code-Division Access : QOCDMA)의 커패시티 즉, 대역폭 효과를 개선하기 위한 효과적인 기법으로서 직각 코드-분할 다중 접속(Orthogonal Code-Division Access : OCDMA)이 제안되고 있다(본원에 참조인용된 미국 특허출원 980.957 호와, 본원에 참조인용되고 1994년 6월 7일자로 출원된 08/257,324 호). 상기 QOCDMA는 그 칩(직렬 시퀀스 PN용)이나 호프(hops)(유사-랜덤 호핑 : pseudo-random hopping용)가 정시(in time)에 정렬되지 않기 때문에 비동기성 CDMA로 언급된다. 이러한 비정렬이나 비동기성에 의해, 통상적으로 접속 노이즈로 공지된 다른 시스템의 사용자로부터의 간섭을 받게 되는 진정한 직각성 및 비동기성을 얻을 수 없다. 이러한 접속 노이즈에 의해, QOCDMA 시스템은 OCDMA와 같은 직각 시스템에서처럼 설정된 양의 대역폭에서 커패시티 즉, 채널의 수를 높게 달성할 수 없다.

상술한 바와 같이, OCDMA는 모든 접속의 시간 베이스 정렬을 요구하며, 이것은 가입자 터미널 즉, 원격 유니트가 너무 빨리 이동하지 않고 기지국 즉, 스타 네트워크의 허브(hub)로 부터 멀리 제거되지 않는다면 스타 네트 워크에서 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 가입자 터미널이 다량의 방향성을 갖고 있지 않은 안테나를 이용할 때 특별한 관심에 부응해야만 하는 다른 전달(propagation)도 있다. 이러한 상태에서는 상당한 다중통로(multipath)가 있게 되며, 지연된 통로 신호는 시간으로 정렬되지 않은 그 신호가 비직각성일 것이기 때문에 접속 노이즈에 기여하게 될 것이다. 그러나, 만일 다중통로 지연 스프레드가 직각 코드의 칩 지속에 비해 작다면, 다중통로 신호의 충격은 무시해도 좋다. 적절히 낮은 칩핑 비율을 선택하고 운영을 지연 스프레드가 상당히 작은 실내 환경으로 제한하므로써, 이러한 조건은 충족될 수 있다. 따라서, OCDMA는 이러한 조건을 요구하게 되는 무선 PBX에도 적용할 수 있다.

본 발명은 다중통로 저항성 직각 코드-분할 다중 접속 시스템에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명을 이용한 다중통로 저항성 직각 코드-분할 다중 접속 디지탈 셀룰러폰 시스템의 블럭 다이어그램.

도 2 는 코릴레이션 복조에 기초하여 제 1 또는 하이브리드 QO/OCDMA 접근방식에 대한 변조기의 블럭 다이어그램.

도 3 은 코릴레이션 복조에 기초하여 양호한 직각 주파수 옵셋 접근방식에 대한 변조기의 블럭 다이어그램.

도 4 는 하이브리드 QO/OCDMA 접근방식에 대한 가입자 터미널 복조기의 블럭 다이어그램.

도 5 는 양호한 직각 주파수 오프셋 접근방식에 대한 가입자 터미널 복조기의 블럭 다이어그램.

도면에서,

QASK 직각위상 증폭 시프트 키 동작(quadrature amplitude shift keying)

QPSK 직각-상 시프트 키 동작(quadri-phase shift keying)

VCO 전압 조절된 오실레이터

I&D 집적-및-덤프 회로(integrated-and-dump circuit)

LPF 저 통과 필터(low-pass filter)

Im{·} 가상 파트(imaginary part of)

(·)^★컴플렉스 공역(復素共役 : complex conjugate)

SGN(·) 실재 및 가상 파트의 사인

(·) 스퀘어링 운영(squaring operation)

π 컴플렉스 곱셈(complex multiply)

△/2 1/2 고율 칩으로 지연

본 발명의 목적은 상술한 시스템을 직각 코드 칩 지속의 지속에 비해 상당한 지연 스프레드가 있는 환경에 연장시키는 것이다.

여기에는 2가지 문제점이 있다. 첫번째 문제는 가입자 터미널에서 발생되며, 두번째 문제는 기지국에서 발생된다. 가입자 터미널에서, 상기 문제점은 다중통로의 효과를 제거하고 직각성을 복구하는 이퀄라이저(equalizer)를 사용하므로써 해결될 수 있다. 그러나, 기지국에서 이러한 접근은 각각의 신호가 다른 통로를 통하여 기지국으로 횡단하여 다른 다중통로 프로필을 갖기 때문에 가능하지 않다. 따라서 복합신호에서 운영되는 이퀄라이저는 다중통로를 동시에 이퀄라이징하는 불가능한 태스크(impossible task)를 갖게 된다. 따라서, 기지국으로부터 내측영역 링크와 외측영역 링크에 적용될 수 있는 해결책을 찾는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 기지국으로부터 내측영역 링크와 외측영역 링크에 적용될 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, OCDMA 시스템은 각각의 레이드머셔 월시(Rademacher Walsh : RW)에 대해 다중인 즉, 예를 들어 8 내지 64 PN 인 높은 비율의 PN 스프레딩을 도입하므로써 다중통로 지연 스프레드에 보다 잘 견딜 수 있게 된다. 일반적인 개념은 PN 칩핑 비율을 복조기에서의 코릴레이터(correlator)가 RW 칩의 작은 부분보다 지연된 다중통로 성분에 대해 처리 이득 판단을 제공한다. 따라서, 대형의 지연 성분의 충격은 PN 처리 이득에 의해 재생될 것이다. 작은 지연 다중통로 성분은 작동시 무시해도 좋은 충격을 갖게 될 것이다(1994년 IEEE 처리, 디. 티 매길(D.T. Magill)과 에프.디 나타리(F.D. Natali)와 지.피 에드워드(G.P Edwards), 572-584 페이지의 "상용 스프레드-스펙트럼 기법" 참조). 예를 들어, 만일 RW 칩 지속이 5% 이하인 다중통로 성분이 시스템 직각성에 대해 무시해도 좋을 충격을 갖게 된다면, 실제적인 성능 개선을 실현하기 위해 RW 칩에 대해 20 PN 칩을 사용하는 것이 충분하다.

따라서, 높은 비율의 PN 코드를 사용하는 것은 하나 이상의 PN 칩에 의해 지연된 성분으로 인하여 다중통로 페딩(fading)에 대한 보호를 제공한다. 만일 모든 성분이 적어도 하나의 칩에 의해 지연되는 환경이라면, 안테나 분기에 대한 필요성은 피할 수 있게 된다.

서술된 바와 같이 높은 비율의 PN 코드는 OCDMA과 비교하였을 때 거의 높은 대역폭 요구 사항의 값에서 얻어지는 다중통로 억압에 대해서만 도입된다. 본 발명의 시스템 설계는 이러한 문제점을 해결하기 위해 2개의 접근 방법을 갖는다.

첫번째 방법은 점유된 대역폭의 커패시티를 증가시키기 위하여 단순히 QOCDMA를 이용하는 것이다. 다른 높은 비율의 QOCDMA 코드는 자체 직각 사용자의 세트에 할당된다. 이러한 시스템의 단점은 QC 접속 노이즈가 이러한 다른 세트의 사용자로부터 야기된다는 점이다. 일반적인 상황에 있어서, 대부분의 접속은 더이상 방향성이 아니며, 그 성능은 QOCDMA의 성능이다. 이것이 단일의 고율 PN 코드(및 단일의 캐리어 주파수)로 달성될 수 있는 범위을 지나 커패시티를 개선 시킬지라도 얻을 수 있는 최상의 성능으로 귀결되지는 않는다. 그럼에도 불구하고, 대부분의 경우에 다중통로 환경에서 운영되는 현존의 OCDMA 시스템의 성능을 강화시키는 실질적인 접근방식이 되고 있다. 최종 시스템은 종래의 QOCDMA에 대해 평균 대역폭 효율을 작게 제공한다는 것을 인식해야 한다.

두번째로, 본 발명에 의해 제공된 보다 양호한 실시예는 대역폭 효율을 증가시키기 위하여 직각 주파수-분할을 이용한다. 이러한 접근방식에서, RW 칩핑 비율의 다중에서 캐리어 옵셋에 현존 신호 구조(동일한 PN 코드를 포함)를 복제하므로써 새로운 접속이 도입된다. 신호 전체와 스펙트럼 오버랩이 RW 칩 지속의 일부에 시간 형성될 동안, 신호는 기본적으로 직각으로 될 것이다. 또한, 하나 이상의 고율 PN 처리 이득에 의해 지연된 이러한 다중통로 성분에 대해, 지연된 성분은 PN 처리 이득에 의해 감소될 것이다. 따라서, 그 성능이 진실한 직각 시스템 성능으로부터 다소 약화될 동안 QOCDMA로 얻을 수 있는 것보다 우수하다.

첫번째 접근방식에 대해, 전송된 신호 세트는 다음과 같이 주어진다.

S_ik(t) = PN_HR,k(t)·PN_LR,k(t)·RW_i(t)·[α(t)+jb(t)]·cos(ω _ot)

여기서 PN_HR,k(t)는 접속의 k 차 세트에 대한 고율의 PN 코드이며, PN_LR,k(t)는 접속(본래와는 다른 RW 펑션 성분을 랜덤화하고 등가화(equalize)시키는데 필요한)의 k 차(k-th) 세트에 대한 저율의 PN 코드이며, RW_i(t)는 i 차 RW 펑션이며, [α(t)+jb(t)]는 컴플렉스값 기본대역 데이타 변조된 신호(전형적으로 QPSK 신호이지만, 일부 환경에서는 높은 차수의 변조가 바람직하다)이다.

두번째 접근방식에 대해, 전송된 신호 세트는 다음과 같이 주어진다.

S_ik(t) = PN_HR(t)·PN_LR(t)·RW_i(t)·[α(t)+jb(t)]·cos(ω _ot+δω·k·t)

상기 표기는 일반적으로 상술한 바와 동일하다. 상기 k 는 2개의 PN 코드상에서 떨어지는데 그 이유는 동일한 코드가 모든 접속에 사용되기 때문이다. 접속의 부가적인 세트는 RW 칩핑 비율의 2π배 정수에 대응하는δω·k의 양만큼 각 주파수 옵셋(angular frequency offsetting)에 의해 지지된다.

기지국에 대한 복조기는 국부 코릴레이터 시간 베이스를 제어하기 위해 지연식별 출력이 사용되지 않는다는 점이 다르다. 반면에, 상기 지연 식별 출력은 미국 특허출원 제 980.957호에 기재된 오더 와이어에 의해 가입자 터미널로 전송된다.

본 발명의 상술의 목적과 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확히 이해될 것이다.

도 1 은 한 시스템 하드웨어 세트용 하드웨어 구조, 예를들면 단일 기본 기지국 시스템 구조를 설명하는 도면이다. 각각의 하드웨어 세트에는 기지국(10) 및 이동 전화기 스테이션(11-1, 11-2 . . . 11-N)이 포함된다. 상기 시스템은 스타의 센터로서 기지국을 가진 스타 네트워크 구조를 한정한다. 기지국(10)은 운영 시스템에서 각각의 개별 사용자 이동 전화기용 모뎀(12)을 내재하고 있다. 각각의 모뎀(12)은 변조기(13)(도 2 또는 도 3)와 복조기(14)(도 4 또는 도5)를 내재하고 있다. 복조기(14)는 입력 신호(16)를 수신하고, 본원에 기술된 입력 신호를 처리하고 그리고, 처리된 데이타 신호를 업-컨버터(17), 파워 증폭기(18), 송수전환기(19), 및 안테나(25)로 출력하여 각각의 가입자 또는 이동 스테이션(11-1, 11-2 . . . 11-N)에 전송된다. 안테나(25)상에 수신된 신호는 송수전환기(19)를 통해 적합한 가입자 채널로 루틴되고, 저 노이즈 증폭기(low noise amplifier:LNA)(21)에 의해 증폭되고, 다운컨버터(22)에서 다운 변환되고, 복조기(15)에 의해 처리되어, 출력부(26)에 출력된다. 데이타 터미널(16,26)은 인터페이스(도시않음)에 의해 전화 시스템(TELCO)에 결합된다.

각각의 가입자 스테이션(11)은 송수전환기(31)에 의해 전송 채널 또는 수신채널에 결합되는 (상술된 이중 횡단 편극 형태(dual cross polarized-type)일 수 있는) 안테나 시스템(30)을 갖는다.

전송 모드에서, 데이타(32)가 가입자 모뎀(34)(도 2 또는 도 3 에 상세하게 도시함)에 있는 변조기(33)에 입력되고, 업-컨버터(35)에서 업(up) 변환되고, 파워 증폭기(36)로 증폭되어, 기지국(10)으로의 방영을 위해 송수전환기(31)에 의해 안테나(30)와 결합된다. 수신된 신호는 수신자 송수전환기 및 저 노이즈 증폭기(LNA)(37)에 의해 다운 컨버터(38)와 복조기(39)(도 4 또는 도 5)에 결합되어 이용기(utilization device)(도시 않음)에 40에서 출력된다. 다른 가입자 스테이션은 유사하게 구조된다.

도 2는 제 1 또는 하이브리드 QO/OCDMA 접근용 변조기의 블럭 다이어그램이다. 입력 시리얼 데이타는 그에 더해진 복합 유사-랜덤 코드 변조-2를 그 각각이 가진 두개의 평행한 데이타 스트림으로 변환된다. 다음에, 리졸팅 스트림이 변조기에 가해져 전송 신호를 발생한다. 정상적으로는, QPSK변조가 이용되지만, 만일 보다 큰 대역폭 효율이 필요한 경우에는 QASK변조에 의해 보다 높은 오더 변조가 지원 될 것이다.

복합 유사-랜덤 코드는 RW 코드의 모드-2 섬(sum) 및 고율 과 저율 PN 코드의 모드-2 섬이다. 상기 코드는 인덱스로 선택되고, 여기서 k는 세트 {1, 2, . . . K}에서 선택된 정수이다. 세트 {1, 2, . . . I}에서 선택된 정수인 인덱스 i는 RW코드와 직각(orthogonal) 채널을 결정한다. 따라서, 시스템에 I * K 채널이 있다. 실질적으로는 이유 I (reason)는 일반적으로 16, 32 또는, 64 의 어느 하나이다. K는 다른 채널로 부터 접속 노이즈에 의해 한정된다.

모든 채널이 동일한 캐리어 주파수를 사용함을 주목한다. 도시된 변조기는 기지국에 배치된 한개이다. 가입자 터미널에서, 국부 오실레이터#1는 코드 시간 베이스가 오더 와이어에 걸쳐서 기지국에 의해 명령 되어 보정될수 있도록 전압-조종 오실레이터로 대체된다.

도 3 은 양호한 직각 주파수 옵셋 접근용 변조기의 블럭 다이어그램이다. 상기 다이어그램은 인덱스 k를, 코드 선택을 통하기 보다는 주파수 신세사이저를 통해 직각 채널을 선택한 것을 제외하고는 도 2 와 동일하다.

양쪽 접근용 복조기는 식별 복조에 기초한다. 코드 동기화는 비-고정화 지연-록크 루프(non-coherent delay-lock loop)의 사용을 통해 달성된다. 다음에 블럭 다이어그램에 도시된 바와같이, 고정화 복조는 디시젼 방향 상-록크 루프(decision directed phase-lock loop)의 사용을 통해 달성된다. 그런데, 보다 복잡한 블럭 상 평가자(estimator)의 사용으로, 페딩 채널(fading channels)에서 우수한 성능을 제공할 것이다.

도 4 는 하이브리드 QO/OCDMA접근용 가입자 터미널 복조기의 블럭 다이어그램이다. 컴플렉스 노테이션(complex notation)이 이들 다이어그램을 간략하게 하는데 사용된다. 예를들면, I & D 로 지시된 블럭은 두개의 실질-값 집적-및-덤프 회로(real-valued integrate-and-dump circuits)에 대응한다.

도 5 는 양호한 직각 주파수 옵셋 접근용 가입자 터미널 복조기의 블럭 다이어그램이다. 상기 다이어그램은 도 3 과 약간의 차이가 있는 것이다.

기지국용 복조기는 지연 식별 출력(delay discriminator output)이 국부 코릴레이터 시간 베이스를 조절하는데 사용되지 않는것 만이 다르다. 양호한 지연 식별 출력은 미국 특허 출원 일련 번호 제 980,057호에 기재된 바와같이 오더 와이어를 경유하여 가입자 터미널에 전송된다.

도시된 바로서, 상기 시스템은 주파수-분할 송수 전환 동작(frequency-division duplexing)을 사용하여 전송 및 수신 신호를 분할한다. 상기 참고로 기술된 특허출원에서 기재된 바와같이, 시-분할 송수전환 동작(time-division duplexing : TDD)은 주파수적으로 우수한 것이다. TDD를 지원 하도록 변조기가 압축 버퍼와 복조기를 구비하는데 일반적으로 TDD시스템인 확장 버퍼를 필요로 한다.

본발명을 양호한 실시예 통해 기술 하였지만, 본발명의 다른 실시예 및 변경이 본 기술 분야에서의 통상의 기술인에게는 용이하게 실행 할수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 기지국 및 다수개의 이동 전화기, 상기 기지국 및 각각의 상기 이동 전화기 내에 변조기 및 복조기 수단을 가진 직각 코드 분할 다중 접속(orthogonal code division multiple access : OCDMA) 무선 전화 시스템에 있어서,

   다중 통로 지연 스프레드에 강한 OCDMA 시스템 제조를 위해, 상기 변조기는 각각의 RW 칩(Rademacher-Walsh chip) 당 다중 PN칩을 구비하고, 각각의 상기 복조기는 코릴레이터(correlator)를 구비하고 ; 각각의 상기 변조기는 상기 코릴레이터가 RW칩의 작은 부분 보다 더 지연되는 다중 통로 성분에 대한 이득 식별을 제공하기에 충분한 고율의 PN 칩핑율을 세팅하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 직각 코드 분할 다중 접속 무선 전화 시스템.
2. 기지국 및 다수개의 이동 전화기, 상기 기지국 및 각각의 상기 이동 전화기 내에 변조기 및 복조기 수단을 가진 직각 코드 분할 다중 접속(OCDMA) 무선 전화 시스템 제조 방법에 있어서,

   다중 통로 지연 스프레드에 강하도록, 상기 변조기는 각각의 RW칩 당 다중 PN 칩을 구비하고, 각각의 복조기는 코릴레이터를 구비하고 ; 상기 코릴레이터가 RW칩의 작은 부분 보다 더 지연되는 다중 통로 성분에 대한 이득 식별을 제공 하도록 각각의 변조기 레벨에서 PN 칩핑율을 세팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직각 코드 분할 다중 접속 무선 전화 시스템 제조 방법.

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