KR100366291B1 - 의사잡음부호의 자기잡음 제거장치와, 직접확산코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의사잡음(PN) 부호의 자기잡음(Self-Noise) 제거장치와 확산부호로 PN 오프셋 부호를 사용하는 동기 직접확산 코드분할다중접속(DS/CDMA) 통신시스템의 간섭신호 제거장치에 관한 것이다.

직접확산 코드분할다중접속 통신시스템에서, PN 부호에 오프셋을 주어 이들 부호를 확산 부호로 사용하면 자기상관 특성이 상호상관 특성이 되는데, PN 부호의 상관 특성은 이상적이지 못하기 때문에 간섭 신호로 존재한다. 본 발명은 PN 부호의 상관 특성을 이상적으로 하여 DS/CDMA 시스템의 간섭신호를 완전히 제거한다.

이러한 본 발명에 따른 PN 부호의 자기잡음 제거장치는, 수신신호와 PN 부호를 상관 처리하는 상관기와, 상기 수신신호를 적분하는 적분기와, 상기 상관기의 출력신호와 상기 적분기의 출력신호를 가산하는 가산기와, 상기 가산기에서 가산된 신호를 정규화하는 스케일러를 포함한다.

Description

의사잡음부호의 자기잡음 제거장치와, 직접확산 코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치 { Self-Noise Cancellation Apparatus of PN Code and Interference Cancellation Apparatus for DS/CDMA System }

본 발명은 의사잡음(PN) 부호의 자기잡음(Self-Noise) 제거장치와 확산부호로 PN 오프셋 부호를 사용하는 동기 직접확산 코드분할다중접속(DS/CDMA) 통신시스템의 간섭신호 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 DS/CDMA 시스템에서는 확산 부호로 PN 부호를 사용한다. PN 오프셋 부호를 확산 부호로 사용하면 자기상관 특성이 상호상관 특성으로 되는 데, PN 부호의 정규화된 상관 특성은 아래의 수학식 1 과 같다.

위의 수학식 1에서 T는 확산 부호의 한 주기이며 N 비트로 구성된다. 수학식 1에서 알 수 있듯이 PN 부호의 상관 특성은 시간 지연이 0 또는 주기의 정수 배가 되지 못할 때 그 값이 0 이 되는 이상적인 특성을 갖지 못하고, -1/N의 값으로 존재한다. 이는 PN 부호에 오프셋을 주어 이를 확산 부호로 사용하는 DS/CDMA 시스템에서 간섭 신호로 존재한다. 본 발명은 PN 부호의 상관 특성을 이상적으로 하여 DS/CDMA 시스템의 간섭신호를 제거하는 기술이다.

도 1은 종래 기술에 의한 DS/CDMA 통신시스템의 수신기를 도시한 구성 블록도이다. 이는 수신된 신호 r(t)와 PN 부호 c(t)를 상관 처리하는 상관기(11)와, 상관된 신호를 정규화하는 스케일러(12)로 구성된다.

먼저 PN 부호의 상관 특성을 살펴본다. 도 1에서 PN 부호 c(t)만 송신된다고 가정하면 송신된 PN 부호 c(t)는 채널을 통과하면서 시간 지연되어 c(t-τ)가 수신된다. 이때 수신기의 동기가 완전히 이루어졌다고 가정한다면 수신된 PN 부호는 상관기에서 기준 PN 부호 c(t)와 상관 처리되고 정규화되어 수학식 2와 같은 신호가 된다.

위의 수학식 2에서 y(τ)는 PN 부호 c(t)의 정규화된 자기 상관함수 Rcc(τ)로 표현되며, 이 정규화된 자기 상관함수 Rcc(τ)는 아래의 수학식 3과 같다.

위의 수학식 3에서 c(t)는 PN 부호이므로, 다음 수학식 4와 같은 특성을 갖는다.

예를 들어, N=7인 7비트 PN 부호 111-11-1-1을 가정하면, 위의 수학식 4는 7 또는 -1의 값을 가지며, 이를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 5와 같다.

위의 수학식 4를 이용하여 수학식 3을 표현하면, PN 부호 c(t)의 정규화된 자기상관 함수 Rcc(τ)는 수학식 6과 같다.

위의 수학식 6에서와 같이 기존 수신기에서는 PN 부호의 상관 특성 중 시간 지연이 0 이 아닐 때 -1/N의 상관값을 가지며 이는 자기잡음(self-noise)로 존재하게 된다. 이상적인 상관특성을 가지려면 -1/N은 "0" 이 되어야 한다. 이 자기잡음은 PN 부호에 오프셋을 두어 이를 사용자의 확산 부호로 사용하는 동기 DS/CDMA에서 간섭신호의 원인이 된다.

다음은 다원접속 간섭신호를 고려한다. 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 수신기에서, d₀를 원하는 신호로 가정한다면 원하는 신호, d₀에 대하여 t_i의 위상 오프셋을 가지는 N-1 개의 간섭 신호가 함께 입력되면, 수신신호는 수학식 7과 같다.

여기서, t_i는이고 T_c는 칩 지속시간이다. 수학식 7의 첫 번째 항은 원하는 신호에 해당되고, 두 번째 항은 N-1 개의 간섭신호의 합에 해당된다. 확산부호에 확산된 원하는 신호 d₀와 확산된 간섭신호 d_i, 1≤i≤N-1 는 PN 부호의 한 주기, 즉 T 시간동안 일정한 값을 갖는다. 그러면 수학식 7의 수신신호가 수신기 내의 확산부호 c(t) 와 상관된 신호 y(t) 를 확산부호의 정수 배되는 시간에서 샘플을 취하면 수학식 8이 얻어진다.

위의 수학식 8에서 첫 번째 항은 원하는 신호에 해당되는 것이고, 두 번째 항은 N-1 개의 간섭신호의 합에 해당된다. 이와 같이 기존의 수신기에서는 이상적인 상관특성을 가지지 못하기 때문에 수학식 8의 두 번째 항인 간섭신호가 존재하게 된다.

이와 같이 종래의 수신기에서는 수학식 6과 같이 PN 부호의 상관 특성 중 -1/N의 값이 자기잡음으로 존재하기 때문에 이들 부호를 DS/CDMA에서 확산 부호로 사용하면 수학식 8 의 두 번째 항의 간섭신호가 제거되지 않는다. 이 간섭신호는 직접적으로 CDMA 시스템 성능 저하에 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, PN 부호의 자기잡음을 제거하여 상관 특성을 이상적으로 개선함으로써, PN 오프셋 부호를 확산 부호로 사용할 때 생기는 간섭신호를 제거하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 PN 부호에 오프셋을 주어 이들 부호를 확산부호로 사용하는 동기 직접확산 코드분할다중접속(DS/CDMA) 통신시스템의 수신기를 도시한 구성 블록도,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 PN 부호에 오프셋을 주어 이들 부호를 확산부호로 사용하는 동기 DS/CDMA 통신시스템의 수신기를 도시한 구성 블록도,

도 3은 도 1에 도시된 종래의 수신기에 의한 출력신호 파형도,

도 4는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 수신기에 의한 출력신호 파형도,

도 5는 도 3에 도시된 잡음을 고려한 종래의 수신기의 출력신호 파형도,

도 6은 도 4에 도시된 잡음을 고려한 본 발명에 따른 수신기의 출력신호 파형도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

21, 22 : 곱셈기 23, 24 : 적분기

25 : 가산기 26 : 스케일러

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PN 부호의 자기잡음 제거장치는, 수신신호와 PN 부호를 상관 처리하는 상관기와,

상기 수신신호를 적분하는 적분기와,

상기 상관기의 출력신호와 상기 적분기의 출력신호를 가산하는 가산기와,

상기 가산기에서 가산된 신호를 정규화하는 스케일러를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 PN 부호에 오프셋을 주어 이들 부호를 확산부호로 사용하는 동기 직접확산 코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치는,

확산된 원하는 신호 d₀와 t_i의 위상 오프셋을 갖는 N-1 개의 간섭신호가 함께 입력된 수신신호를 확산부호와 상관하는 상관기와,

상기 수신신호를 적분하는 적분기와,

상기 상관기의 출력신호와 상기 적분기의 출력신호를 가산하는 가산기와,

상기 가신기에서 가산된 신호를 정규화하는 스케일러를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 의사잡음부호의 자기잡음 제거방법과, 이를 이용한 직접확산 코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 DS/CDMA 통신시스템의 수신기 구조도로서, 이는 곱셈기(22)와 적분기(23)로 이루어진 상관기와, 수신신호를 적분하는 적분기(24), 상관기의 출력신호 y₁(t) 와 적분기의 출력신호 y₂(t)를 가산하는 가산기(25), 가산된 신호를 정규화하는 스케일러(26)를 포함한다. 이는 PN 부호의 상관 특성 중 -1/N을 "0"으로 만들어 이상적인 상관 특성을 갖도록 하며, PN 오프셋 부호를 확산부호로 사용하였을 때 DS/CDMA 시스템에서 간섭 신호를 완전히 제거할 수 있다. 이를 수식적으로 자세히 설명하면 다음과 같다.

수학식 8에서 두 번째 항의 간섭성분은 수학식 6에서을 가지기 때문에 발생한다. 이러한 간섭신호의 제거를 위하여 도 2와 같은 수신기 구조를 제안한다. 여기서 수신기는 완전 동기가 이루어졌다고 가정한다.

먼저 PN 부호의 상관 특성을 살펴보면 다음과 같다. 만약 수신신호 r(t)로 PN 부호 c(t)만 들어온다고 가정하면 도 2에서 y₁(t) 는 기존 수신기 출력인 수학식 4와 같으며 y₂(t) 는 수학식 9와 같이 PN 부호가 한 주기 적분되어 "1"이 된다.

따라서 수신기 최종 출력단에서 y(t)는로 수학식 10과 같다.

위의 수학식 10으로부터 제안된 수신기는 수학식 6의 PN 부호의 상관 특성 중 자기잡음인 -1/N을 "0" 으로 만들어서 이상적인 상관 특성을 가짐을 알 수 있다.

예를 들어, N=7인 7비트 PN 부호 111-11-1-1을 가정하고, 이 부호가 그림 2의 제안된 수신기에 수신된다고 가정하면 y₁(t) 는 기존 수신기 출력과 마찬가지로 아래의 수학식 11과 같다.

또한, y₂(t) 는 언제나 "1" 이 되어 최종 수신신호 y(t)는이며, 이는 수학식 12와 같이 이상적인 상관 특성을 갖는다.

다음은 이를 이용하여 PN 부호에 오프셋을 주어 이들 부호를 확산부호로 사용하는 동기 DS/CDMA 시스템에서 간섭신호가 제거되는 과정을 수식을 들어서 설명한다.

만약 원하는 신호, d₀에 대하여 t_i의 위상 오프셋을 갖는 N-1 개의 간섭신호가 함께 입력되면, 수신신호는 수학식 13과 같이 표현된다.

여기서 첫 번째 항은 원하는 신호에 해당되고, 두 번째 항은 N-1 개의 간섭신호에 대한 합에 해당된다. 확산 부호에 확산된 원하는 신호 d₀와 확산된 간섭신호 d_i는 PN 부호의 한 주기, T 시간 동안 일정한 값을 갖는다. 도 2에서 y₁(t) 를 확산부호의 정수 배가 되는 시간에서 샘플을 취하면 수학식 14와 같다.

이때, PN 부호는 한 주기동안 적분하면 '1' 이 되므로 y₂(t)는 수학식 15와 같이 표현된다.

따라서, 최종적으로 검출되는 y(t)는 수학식 16과 같다.

최종 결과식인 수학식 16으로부터 기존 수신기 구조의 결과인 수학식 8과는 달리, 수학식 16의 결과에서는 본 발명에서 제안된 수신기가 기존 수신기의 결과인 수학식 8 중 두 번째 항에 해당하는 다른 PN 오프셋 부호를 사용하는 사용자에 대한 N-1 개의 간섭신호를 완전히 제거할 수 있음을 보여준다.

도 3 내지 도 6은 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 먼저, 도 3과 도 4는 잡음없이 간섭신호 측면만 고려한 그래프이다. 도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 수신기 구조를 이용하여 N=7 경우를 보여준다. 수학식 8의 두 번째 항이 간섭신호로 존재하기 때문에 신호가 ±1 을 중심으로 넓게 분포함을 알 수 있다. 도 4에는 같은 조건 하에서 제안된 모델의 수신신호 분포를 도시한다. 수학식 16과 같이 간섭신호 항이 제거되어 ±1 에만 신호가 분포됨을 알 수 있다.

도 5와 도 6은 잡음을 고려하여 SNR을 5dB, N=7로 하여 시뮬레이션한 결과를 도시한다. 도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 수신기를 사용하였을 때이며, 도 6은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 수신기를 사용하였을 때의 결과이다. 도 6의 그래프를 살펴보면, 도 5의 그래프보다 신호점들이 ±1을 중심으로 더 모여 있어 잡음 환경에서도 성능이 개선됨을 알 수 있다.

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, PN 부호 오프셋을 확산 부호로 사용하는 동기 DS/CDMA 통신시스템의 수신기에 PN 부호를 1 주기 적분하는 적분기를 첨가하고, 두 출력신호를 가산 처리하고 정규화함으로써, PN 부호의 자기잡음이 제거되어 이상적인 상관 특성을 가지며, 이로부터 간섭신호를 완전히 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 수신신호와 PN 부호를 상관 처리하는 상관기와;

   상기 수신신호를 적분하는 적분기와,

   상기 상관기의 출력신호와 상기 적분기의 출력신호를 가산하는 가산기와,

   상기 가산기에서 가산된 신호를 정규화하는 스케일러를 포함한 것을 특징으로 하는 PN 부호의 자기잡음 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상관기의 출력신호는,

   이고,

   상기 적분기의 출력신호는,

   인 것을 특징으로 하는 PN 부호의 자기잡음 제거장치.

   여기서, c(t)는 PN 부호, c(t-τ)는 τ만큼 지연된 PN 부호이고, T는 주기이다.
3. PN 부호에 오프셋을 주어 이들 부호를 확산부호로 사용하는 동기 직접확산코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치에 있어서,

   확산된 원하는 신호 d₀와 t_i의 위상 오프셋을 갖는 N-1 개의 간섭신호가 함께 입력된 수신신호를 확산부호와 상관하는 상관기와,

   상기 수신신호를 적분하는 적분기와,

   상기 상관기의 출력신호와 상기 적분기의 출력신호를 가산하는 가산기와,

   상기 가신기에서 가산된 신호를 정규화하는 스케일러를 포함한 것을 특징으로 하는 직접확산 코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 상관기의 출력신호를 확산부호의 정수 배가 되는 시간에서 샘플링하면,

   이고,

   상기 적분기의 출력신호를 확산부호의 정수 배가 되는 시간에서 샘플링하면,

   인 것을 특징으로 하는 직접확산 코드분할다중접속 통신시스템의 간섭신호 제거장치.