KR100364757B1 - 통신 시스템의 수신기 및 그를 이용한 신호 복조 방법 - Google Patents

통신 시스템의 수신기 및 그를 이용한 신호 복조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 코드 분할 다중 접속 방식(CDMA)을 사용하는 이동 통신 시스템에서 다수의 사용자로부터 전송된 신호를 효율적으로 복조하는데 적당하도록 한 통신 시스템의 복조기 및 그를 이용한 신호 복조 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기는 다수의 이동 단말기로부터 송신된 무선 주파수 신호를 수신하여 기저 대역의 디지털 신호로 각각 변환하는 아날로그 수신기와, 상기 아날로그 수신기로부터 변환된 각 디지털 신호에서 128피엔 칩에 해당하는 표본 데이터를 저장하는 버퍼와, 상기 버퍼에 저장된 각 디지털 신호의 표본 데이터를 입력받아 부분 고속 하다마드 변환을 수행하여 시분할로 복조하는 하나의 채널 복조기로 구성되므로써 시스템 크기를 줄일 수 있으며, 신호 처리 시간을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

통신 시스템의 수신기 및 그를 이용한 신호 복조 방법{Apparatus for receiver of communication system and Method for demodulating signal using the same}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 코드 분할 다중 접속 방식(CDMA)을 사용하는 이동 통신 시스템에서 다수의 사용자로부터 전송된 신호를 효율적으로 복조하는데 적당하도록 한 통신 시스템의 복조기 및 그를 이용한 신호 복조 방법에 관한 것이다.
현재 확산 스펙트럼(Spread spectrum) 기술을 이용한 TIA의 IS-95 CDMA 통신 시스템이 이동 통신 시스템으로 사용되고 있다.
이 IS-95 CDMA 통신 시스템은 1.2288 MHz의 피엔 칩(PN chip)을 사용하는 직접 시퀀스 CDMA의 코히어런트(Coherent) 순방향 링크(Forward link)와 넌코히어런트(Noncoherent) 역방향 링크(Reverse link)로 이루어진다.
이하, IS-95 통신 시스템의 신호 송/수신 과정에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 이동 단말기의 송신기를 통한 역방향 링크를 설명하면, 보코더(Vocoder)에서 출력된 신호는 컨벌루션 인코더(Convolutional encoder) 및 블록 인터리버(Block interleaver)를 통해 채널 코딩되고, 64 직교 변조기에서 변조되어 307.2K 왈쉬 칩 심볼로 변환된다.
이 307.2K 왈쉬 칩 심볼은 1.2288Mhz의 마스크된 긴 코드에 의해 확산 및 스크램블링된 후 다시 I 채널 및 Q 채널로 나뉘어져 짧은 피엔 시퀀스로 확산된다.
이 후, 짧은 피엔 시퀀스로 확산된 신호는 필터링되고, 옵셋 QPSK 변조기를 통해 반송파와 곱해져서 무선 주파수(RF) 신호로 변환되어 안테나를 통해 송신된다.
한편, 기지국 수신기의 동작은 다음과 같다.
도 1은 종래 기지국 수신기의 일부를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 보인 채널 복조기의 상세 블록 구성도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 안테나를 통해 수신된 다수의 무선 주파수(RF) 신호를 디지털 신호로 각각 변환하는 아날로그 수신기(100)와, 상기 변환된 각 디지털 신호를 역확산하여 복조하는 다수 개의 채널 복조기(101a ∼ 101n)로 구성된다.
여기서, 상기 각 채널 복조기(101a ∼ 101n)는 상기 아날로그 수신기(100)에서 출력된 디지털 신호를 복조하는 다수개의 역확산기(200a ∼ 200n)와, 상기 각 역확산기(200a ∼ 200n)에서 출력된 신호들을 임시 저장하는 버퍼(201)와, 상기 버퍼(201)에 저장된 신호들을 64-ary 상관하여 64개의 상관값을 출력하는 고속 하다마드 변환기(202)와, 상기 고속 하다마드 변환기(202)에서 출력된 64개의 상관값들을 제곱하여 더하는 결합기(203)와, 상기 결합기(203)에서 출력된 에너지값에 대한 연성 결정(Soft decision)을 위한 매트릭(metric)을 생성하는 이중 최대 매트릭 발생기(204)로 구성된다.
이 채널 복조기(101a ∼ 101n)는 각 이동 단말기로부터 전송된 신호를 처리하기 위하여 다수개가 구비되며, 각 채널 복조기(101a ∼ 101n)는 각 이동 단말기에게 할당되어 해당 이동 단말기에서 전송된 신호의 복조를 담당한다.
이와 같이 구성된 기지국 수신기의 동작은 다음과 같다.
먼저, 아날로그 수신기(100)는 안테나를 통해 수신된 무선 주파수(RF) 신호에서 반송 주파수를 제거하고 아날로그/디지털 변환기(미도시)를 통해 기저 대역의 디지털 신호로 변환하여 채널 복조기(101a ∼ 101n) 중 어느 하나로 전송한다.
그러면, 해당 채널 복조기(101a ∼ 101n)의 각 역확산기(200a ∼ 200n)는 기저 대역의 수신 신호에 짧은 피엔 코드를 곱하여 역확산하고, 다시 긴 피엔 코드를 곱하여 역확산 및 역스크램블링의 과정을 실시한다. 이 각 역확산기(200a ∼ 200n)는 반사되어 수신된 각 무선 주파수(RF) 신호들을 처리하기 위한 것으로써 핑거(finger)로 불린다.
이 후, 각 역확산기(200a ∼ 200n)에서 출력된 신호들은 버퍼(201)에 저장되고, 버퍼(201)에 저장된 신호는 64-ary 상관기(미도시)를 통해 처리되는데 이 때 직렬 데이터 처리를 위하여 고속 하다마드 변환(Fast Hadamard Transform, FHT)을 이용한다.
따라서, 고속 하다마드 변환기(202)에서는 64개의 상관값들을 출력하고, 이 상관값들은 결합기(203)를 통해 제곱되고 더해지는 경성 결정(Hard decision) 과정을 통해 결합 이득을 얻게 된다.
이 후, 이중 최대 매트릭 발생기(204)는 상기 결합기(203)에서 출력되는 에너지값을 이용하여 다음단의 디인터리빙(Deinterleaving) 및 디코딩(Decoding)을 위한 소프트 결정 매트릭을 생성한다.
그러나, 이와 같은 종래 기지국 수신기는 다수의 이동 단말기로부터 수신된 신호를 처리하기 위하여 동일한 기능을 수행하는 복조 회로를 다수개 구비하므로써 시스템의 부하가 증가하고, 또한 수신 신호의 처리가 늦어지는 문제점이 있다.또한, 다수개의 복조 회로를 구비함으로 시스템의 크기가 커지고, 제조 단가가 높아지므로 경제적 손실의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 다수의 이동 단말기로부터 수신된 신호를 신속히 처리하며, 시스템 부하와 크기를 줄이고, 제조 단가를 낮출 수 있는 통신 시스템의 수신기 및 그를 이용한 신호 복조 방법을 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 통신 시스템의 수신기는 다수의 이동 단말기로부터 송신된 무선 주파수 신호를 수신하여 기저 대역의 디지털 신호로 각각 변환하는 아날로그 수신기와, 상기 아날로그 수신기로부터 변환된 각 디지털 신호에서 128 피엔 칩에 해당하는 표본 데이터를 저장하는 버퍼와, 상기 버퍼에 저장된 각 디지털 신호의 표본 데이터를 입력받아 부분 고속 하다마드 변환을 수행하여 시분할로 복조하는 하나의 채널 복조기로 구성된다.
바람직하게는, 상기 채널 복조기는 상기 버퍼에 저장된 표본 데이터를 역확산하는 역확산기와, 상기 역확산된 표본 데이터를 상관(Correlation)하여 출력하는 제 1 부분 고속 하다마드 변환기와, 상기 제 1 부분 고속 하다마드 변환기에서 출력된 상관값들 중 첫 번째 32왈쉬 칩에 해당하는 특정 상관값들을 저장하는 부분 버퍼와, 상기 제 1 부분 고속 하다마드 변환기에서 출력된 두 번째 32왈쉬 칩에 대한 상관값들을 저장하는 레지스터와, 상기 부분 버퍼에 저장된 상관값과 상기 레지스터에 저장된 상관값들을 먹싱하여 출력하는 먹스와, 상기 먹스에서 출력되는 각 상관값들을 이용하여 최종 64왈쉬 칩에 대한 상관값을 출력하는 제 2 부분 고속 하다마드 변환기와, 상기 제 2 부분 고속 하다마드 변환기에서 출력된 상관값들을 더하여 결합 이득을 얻는 결합기와, 상기 결합기에서 출력되는 에너지를 이용하여 디코딩을 위한 연성 결정 매트릭을 생성하는 이중 최대 매트릭 발생기로 구성된다.
이상과 같은 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 통신 시스템의 신호 복조 방법은 다수의 이동 단말기로부터 송신된 무선 주파수 신호를 수신하여 기저 대역의 디지털 신호로 각각 변환하는 단계와, 상기 변환된 각 디지털 신호에서 기 설정된 피엔 칩에 해당하는 표본 데이터를 저장하는 단계와, 상기 저장된 표본 데이터를 역확산 및 상관하여 해당 디지털 신호에 대한 제 1 상관값들을 생성하고, 생성된 제 1 상관값들을 저장하는 단계와, 상기 해당 디지털 신호의 나머지 표본 데이터를 역확산 및 상관하여 제 2 상관값들을 생성하고, 생성된 제 2 상관값들을 저장하는 단계와, 상기 저장된 각 상관값들을 시분할로 입력받아 제 2 상관하고, 설정된 소정 피엔 칩에 해당하는 최종 상관값들을 출력하는 단계와, 상기 출력된 최종 상관값들을 이용하여 연성 결정 매트릭을 생성하는 단계로 이루어진다.
도 1은 종래 기지국 수신기의 일부를 나타낸 블록 구성도.
도 2는 도 1에 보인 채널 복조기의 상세 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기를 나타낸 블록 구성도.
도 4는 도 3에 보인 채널 복조기의 상세 블록 구성도.
도 5는 도 4에 보인 제 2 부분 고속 하다마드 변환기의 상세 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 수신기의 신호 복조시 각 장치의 프로세싱 슬럿의 일예를 나타낸 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
400 : 역확산기 401 : 제 1 부분 고속 하다마드 변환기
402 : 버퍼 403 : 레지스터
404 : 먹스 405 : 제 2 부분 고속 하다마드 변환기
406 : 결합기 407 : 이중 최대 매트릭 발생기
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에서는 다수의 이동 단말기로부터 수신된 신호를 하나의 채널 복조기를 이용하여 복조할 수 있는 통신 시스템의 신호 복조기 및 그를 이용한 신호 복조 방법을 제안한다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기를 나타낸 블록 구성도이고, 도 4는 도 3에 보인 채널 복조기의 상세 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기는 도 3에 도신된 바와 같이 다수의 이동 단말기로부터 송신된 무선 주파수 신호를 수신하여 기저 대역의 디지털 신호로 각각 변환하는 아날로그 수신기(300)와, 상기 아날로그 수신기로부터 변환된 각 디지털 신호에서 128 피엔 칩에 해당하는 표본 데이터를 저장하는 입력 표본 버퍼(301)와, 상기 입력 표본 버퍼(301)에 저장된 각 디지털 신호의 표본 데이터를 입력받아 부분 고속 하다마드 변환을 수행허여 시분할로 복조하는 하나의 채널 복조기(302)로 구성된다.
여기서, 상기 채널 복조기(302)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 입력 표본 버퍼(301)에 저장된 표본 데이터를 역확산하는 역확산기(400)와, 상기 역확산된 표본 데이터를 상관(Correlation)하여 출력하는 제 1 부분 고속 하다마드 변환기(401)와, 상기 제 1 부분 고속 하다마드 변환기(401)에서 출력된 상관값들 중에서 첫 번째 32왈쉬 칩에 대한 상관값들을 저장하는 부분 버퍼(402)와, 상기 제 1 부분 고속 하다마드 변환기(401)에서 출력된 두 번째 32왈쉬 칩에 대한 상관값들을 저장하는 레지스터(403)와, 상기 부분 버퍼(402)에 저장된 상관값과 상기 레지스터(403)에 저장된 상관값들 먹싱하여 출력하는 먹스(404)와, 상기 먹스(404)에서 출력된 각 상관값들을 이용하여 최종 64왈쉬 칩에 대한 상관값을 출력하는 제 2 부분 고속 하다마드 변환기(405)와, 상기 제 2 부분 고속 하다마드 변환기(405)에서 출력된 최종 상관값들을 더하여 결합 이득을 얻는 결합기(406)와, 상기 결합기(406)에서 출력되는 에너지를 이용하여 디코딩을 위한 연성 결정 매트릭을 생성하는 이중 최대 매트릭 발생기(407)로 구성된다.
이와 같이 구성된 통신 시스템의 수신기의 동작은 다음과 같다.
아날로그 수신기(300)는 안테나를 통해 수신된 무선 주파수(RF) 신호에서 반송 주파수를 제거하고 아날로그/디지털 변환기(미도시)를 통해 기저 대역의 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
그러면, 입력 표본 버퍼(301)는 다수 이동 단말기로부터 수신된 신호를 시간 멀티플렉싱(Time multiplexing)으로 처리하기 위하여 상기 아날로그 수신기(300)에서 출력된 디지털 신호에서 소정의 (피엔 칩 ×n)에 대한 데이터를 추출하여 저장한다.
이 때, 일반적으로 64-ary 상관을 취하기 위해서는 256 피엔 칩의 데이터가 필요하고, 이 256 피엔 칩 기간을 하나의 프로세싱 슬럿(Processing slot)으로 하였을 때 이 프로세싱 슬럿을 (사용자수 ×핑거수)로 나누면 그 수만큼의 보조 프로세싱 슬럿을 생성할 수 있다.
일반적으로 CDMA 통신 시스템에서는 다수의 섹터(Sector)를 지원한다. 즉, 무선 주파수(RF) 신호가 다수의 안테나를 통해 수신되며 이 수신된 무선 주파수(RF)는 각각 다른 경로를 통해 입력 표본 버퍼(301)에 저장된다. 따라서, 12개의 안테나가 있다면 입력 표본 버퍼(301)의 크기는 하나의 보조 프로세싱 슬럿에서 처리할 수 있는 데이터양의 12배가 되어야 한다.
그러므로 본 발명에서는 프로세싱 슬럿의 크기를 128 피엔 칩 기간으로 줄여 입력 표본 버퍼(301)에 128 피엔 칩에 해당하는 표본 데이터들이 저장되도록 한다.
그러면, 상기 입력 표본 버퍼(301)에 저장된 표본 데이터들은 채널 복조기(302)로 입력되고, 채널 복조기(302)는 입력 표본 버퍼(301)에서 입력되는 표본 데이터들을 시분할로 처리하여 각 이동 단말기의 피엔 코드로 역확산하고 4 피엔 칩을 누산하여 64개의 왈쉬 칩을 생성한다.
이 때, 하나의 보조 프로세싱 슬럿에서 처리 가능한 피엔 칩이 128 피엔 칩이므로 하나의 고속 하다마드 변환기로는 하나의 보조 프로세싱 슬럿에서 64개의 상관값을 생성할 수 없다.
따라서 고속 하다마드 변환기를 분할하여, 제 1 하다마드 변환기(401)에서는 하나의 보조 프로세싱 슬럿에서 처리된 32 왈쉬 칩(128 피엔 칩/4)의 처음 16 왈쉬 칩과 다음의 16 왈쉬 칩의 합과 차를 만들어 이를 버퍼(402)에 저장한다. 이 버퍼(402)는 할당된 모든 슬럿의 첫 번째 부분 고속 하다마드 변환의 결과값을 저장하는 기능을 수행한다. 따라서. 이 버퍼(402)의 크기는 (사용자수×핑거수×32×리솔루션)이 된다.
여기서 고속 하다마드 변환은 하다마드 펑션(Hadamard function)을 이용한 것으로 특성상 부분 하다마드 변환 결과를 다음에 이용할 수 있음으로 상기 버퍼(402)에 저장된 첫 번째 부분 고속 하다마드 변환의 결과는 다음 32 왈쉬 칩이 처리된 후 같이 사용되어 완전한 고속 하다마드 변환을 실시하는데 이용된다.
한편, 레지스터(403)는 제 1 부분 고속 하다마드 변환기(401)에서 현재 처리중인 부분 고속 하다마드 변환의 결과값들을 저장하며, 먹스(404)는 레지스터(403) 및 버퍼(402)에 저장된 부분 고속 하다마드 변환 결과값들을 먹싱하여 각각 출력한다.
그러면, 제 2 부분 고속 하다마드 변환기(405)는 먹스(404)를 통해 출력된 레지스터(403) 및 버퍼(402)의 출력을 이용하여 64-ary의 상관값을 출력하고, 결합기(406)는 할당된 여러 핑거의 64-ary 상관 결과를 더하여 결합이득을 얻고, 이중 최대 매트릭 발생기(407)는 디코딩을 위한 연성 결정 매트릭을 생성한다.
여기서, 제 2 부분 고속 하다마드 변환기의 상세 구조를 도 5에 나타내었다.
도 6은 본 발명에 따른 수신기의 신호 복조시 각 장치의 프로세싱 슬럿의 일예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 프로세싱 슬럿은 128 피엔 칩을 기간으로 하고, 그 128 피엔 칩 기간 안에 128개의 보조 프로세싱 슬럿이 있다.
이 때, 총 n 개의 핑거가 할당되어 있다면, 이를 Un으로 표시하고, m-1, m, m+1을 128 피엔 칩 데이터의 시퀀스 번호하고 하고, 256 피엔 칩 데이터는 (m-2, m-1), (m, m+1)의 순서를 갖는다고 가정한다.
그러면, 역확산기에는 할당된 슬럿을 이용하여 128 피엔 칩 데이터를 역확산 및 누산하게 되며, 이 역확산된 및 누산된 데이터들은 제 1 부분 고속 하다마드 변환기로 전송되어 처리된다.
한편, 제 2 부분 고속 하다마드 변환기의 시간 슬럿은 해당하는 신호의 슬럿에 비하여 1 슬럿 지연을 갖게 되는데, U1,m의 경우를 IDLE로 나타내었다. 이는 U1,m의 경우에 256 피엔 칩 데이터의 처음 128 피엔 칩 데이터이므로 제 2 부분 고속 하다마드 변환이 필요없기 때문이다.
제 1 부분 고속 하다마드 변환기의 출력인 U1,m슬럿의 신호는 도 4에 나타낸 버퍼에 저장된다.
도 6에 나타낸 프로세싱 슬럿 1에 U1, m+1의 슬럿에서는 U1,m슬럿에 할당된 핑거와 같은 핑거의 신호를 처리하는데 이 때, U1, m+1에서 처리된 제 1 부분 고속 하다마드 변환기의 출력은 도 4에 나타낸 레지스터(403)로 저장된다.
그러면, 제 2 부분 고속 하다마드 변환기에서는 U1,m및 U1,m+1슬럿에서 처음엔 버퍼에 저장된 신호를 입력으로 수신하고, 다음엔 먹싱 동작에 따라 레지스터에 저장된 신호를 수신하여 64 왈쉬 칩에 대한 고속 하다마드 변환의 출력을 생성한다.
이와 같이 생성된 고속 하다마드 변환의 출력은 결합기와 이중 최대 매트릭 생성기를 거쳐 디인터리빙 및 디코딩 과정으로 처리된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기 및 그를 이용한 신호 복조 방법에 의하면, 다수의 이동 단말기로부터 송신되는 신호를 하나의 채널 복조기를 이용하여 시분할 및 두 단계의 고속 하다마드 변환을 통해 복조하므로써 시스템 크기를 줄일 수 있으며, 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 다수의 이동 단말기로부터 송신된 무선 주파수 신호를 수신하여 기저 대역의 디지털 신호로 각각 변환하는 아날로그 수신기와,
    상기 아날로그 수신기로부터 변환된 각 디지털 신호에서 128 피엔 칩에 해당하는 표본 데이터를 저장하는 버퍼와,
    상기 버퍼에 저장된 각 디지털 신호의 표본 데이터를 입력받아 부분 고속 하다마드 변환을 수행하여 시분할로 복조하는 하나의 채널 복조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 수신기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 채널 복조기는,
    상기 버퍼에 저장된 표본 데이터를 역확산하는 역확산기와,
    상기 역확산된 표본 데이터를 상관(Correlation)하여 출력하는 제 1 부분 고속 하다마드 변환기와,
    상기 제 1 부분 고속 하다마드 변환기에서 출력된 상관값들 중 첫 번째 32 왈쉬 칩에 대한 상관값들을 저장하는 부분 버퍼와,
    상기 제 1 부분 고속 하다마드 변환기에서 출력된 두 번째 32 왈쉬 칩에 대한 상관값들을 저장하는 레지스터와,
    상기 부분 버퍼에 저장된 상관값과 사기 레지스터에 저장된 상관값들을 먹싱하여 출력하는 먹스와,
    상기 먹스에서 출력되는 각 상관값들을 이용하여 최종 64 왈쉬 칩에 상관값을 출력하는 제 2 부분 고속 하다마드 변환기와,
    상기 제 2 부분 고속 하다마드 변환기에서 출력된 상관값들을 더하여 결합 이득을 얻는 결합기와,
    상기 결합기에서 출력되는 에너지를 이용하여 디코딩을 위한 연성 결정 매트릭을 생성하는 이중 최대 매트릭 발생기로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 수신기.
  4. 다수의 이동 단말기로부터 송신된 무선 주파수 신호를 수신하여 기저 대역의 디지털 신호로 각각 변환하는 단계와,
    상기 변환된 각 디지털 신호에서 기 설정된 피엔 칩에 해당하는 표본 데이터를 저장하는 단계와,
    상기 저장된 표본 데이터를 역확산 및 상관하여 해당 디지털 신호에 대한 제 1 상관값들을 생성하고, 생성된 제 1 상관값들을 저장하는 단계와,
    상기 해당 디지털 신호의 나머지 표본 데이터를 역확산 및 상관하여 제 2 상관값들을 생성하고, 생성된 제 2 상관값들을 저장하는 단계와,
    상기 저장된 각 상관값들을 시분할로 입력받아 제 2 상관하고, 설정된 소정 피엔 칩에 해당하는 최종 상관값들을 출력하는 단계와,
    상기 출력된 최종 상관값들을 이용하여 연성 결정 매트릭을 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 신호 복조 방법.
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