KR100371162B1 - 신호 송수신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호 송수신 장치에 관한 것으로 특히, 다중 사용자간의 상호 간섭을 제거하고 채널의 영향을 보상하도록 함으로써 전송 효율을 향상시키도록 함에 목적이 있다. 이러한 목적의 본 발명은 직렬 데이터을 변환한 병렬 데이터를 소정 구획 단위로 부호화하여 인터리빙하고 그 신호를 오류 정정 구획이 포함된 전송 비트로 생성하는 송신기에 있어서, 상기 전송 비트에 대해 사용자에게 할당된 월시 벡터를 선택하는 월시 벡터 선택부(105)와, 상기에서 선택된 월시 벡터를 포함하는 데이터를 입력으로 베이스 세트를 선택하는 베이스 세트 선택부(106)를 구비하고; 채널의 영향이 보상된 신호로부터 사용자에게 할당된 베이스 세트를 복조하여 월시 벡터를 복조하고 그 복조된 월시 벡터를 입력으로 소정 단위의 구획 부호를 복호하여 원래의 데이터를 복원하는 수신기에 있어서, 통신 채널로부터 수신된 고주파 신호에 대해 임의의 출력 시점에서의 신호 대 잡음비(SNR)가 최대가 되도록 필터링하는 정합 필터(110)와, 이 정합 필터(110)의 출력 신호를 입력으로 동기 신호를 분리하는 동기 복구부(111)와, 이 동기 복구부(111)에서의 동기 신호를 기준으로 상기 매칭 필터(110)의 출력 데이터에 대해 월시 변환을 수행하는 월시 변환부(112)와, 상기에서 월시 변환된 데이터를 등화하여 채널의 영향을 보상함에 의해 원 신호와 근사한 신호를 추출하는 등화기(113)를 구비하여 구성한다.

Description

신호 송수신 장치{SIGNAL TRANSMISSION AND RECEPTION APPARATUS}

본 발명은 통신 방식에 관한 것으로 특히, 신호 송수신 장치에 관한 것이다.

실내와 같은 다중 경로(Multi-Path) 환경에서 많이 고려되고 있는 COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다중 사용자 환경에서 사용하기 위해서는 시분할 다중 접속(TDMA ; Time Division Multiple Access) 방식을 적용하여야 한다.

그리고, 코드 분할 다중 접속(CDMA ; Code Division Multiplexing) 방식은 낮은 신호대 잡음비(SNR)에서도 좋은 성능을 나타내므로 다중 사용자 환경에 적합하다.

그러나, 종래의 기술은 시분할 다중 접속(TDMA) 방식을 COFDM에 연결하는 경우 오버헤드(overhead)가 많기 때문에 짧은 데이터의 전송시등에는 비효율적이며 또한, 코드 분할 다중 접속 방식은 대역폭 효율이 떨어짐으로 다양한 서비스에 이용하기 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 다중 사용자간의 상호 간섭을 제거하고 채널의 영향을 보상하도록 함으로써 전송 효율을 향상시키도록 창안한 신호 송수신 장치를 제공함에 목적이 있다.

특히, 본 발명은 OFDM의 멀티-경로 채널 환경에 적합한 장점과 CDMA의 저잡음(SNR) 환경에서 적합한 장점을 함께 얻을 수 있는 MOCDM 방식을 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명의 실시예를 위한 장치의 블럭도.

도2는 벡터 영역의 프레임 구조를 보인 예시도.

도3은 베이스 코드 할당을 보인 예시도.

도4는 길이 16의 베이스 코드를 보인 예시도.

도5는 비트 할당을 위한 변조 방식의 예시도.

도6은 벡터 길이 16인 경우 등화기 매트릭스의 구조를 보인 예시도.

도7은 도6의 매트릭스에 대응하는 각 서브-매트릭스 할당 기능을 보인 표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

102 : 구획 부호화기 103 : 인터리버(Interleaver)

104 : 콘볼루션 부호화기 105 : 월시 벡터 선택부

106 : 베이스 세트 선택부 107 : 펄스 정형부

110 : 정합 필터(Matched Filter) 111 : 동기 복구부

112 : 월시 변환부 113 : 등화기

114 : 베이스 세트 복조부 115 : 월시 벡터 복조부

116 : 콘볼루션 복호화기 117 : 디인터리버

118 : 구획 복호화기

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 직렬 데이터를 변환한 병렬 데이터를 소정 구획 단위로 부호화한 후 인터리빙 처리하여 전송 비트를 생성하는 송신기에 있어서, 상기 인터리빙된 신호에 대해 k개의 정보를 가지는 현재의 구획과 m개의 정보를 가진 과거의 구획을 연산하여 오류 정정 구획이 포함된 전송 비트를 생성하는 콘볼루션 부호화기(Convolution Encoder)와, 오류 정정 구획이 포함된 전송 비트에 대해 사용자에게 할당된 월시 벡터를 선택하는 월시 벡터(Walsh Vector) 선택부와, 상기에서 선택된 월시 벡터를 포함하는 데이터를 입력으로 베이스 세트를 선택하는 베이스 세트(Base Set) 선택부를 구비하고; 채널의 영향이 보상된 신호로부터 사용자에게 할당된 베이스 세트를 복조하여 월시 벡터를 복조하고 그 복조된 월시 벡터를 입력으로 소정 단위의 구획 부호를 복호하여 원래의 데이터를 복원하는 수신기에 있어서, 통신 채널로부터 수신된 고주파 신호에 대해 임의의 출력 시점에서의 신호 대 잡음비(SNR)가 최대가 되도록 필터링하는 정합 필터(Matched Filter)와, 이 정합 필터의 출력 신호를 입력으로 동기 신호를 분리하는 동기 복구부와, 이 동기 복구부에서의 동기 신호를 기준으로 상기 매칭 필터의 출력 데이터에 대해 월시 변환을 수행하는 월시 변환부와, 상기에서 월시 변환된 데이터를 등화하여 채널의 영향을 보상함에 의해 원 신호와 근사한 신호를 추출하는 등화기(Equalizer)를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 월시 벡터 선택부는 Walsh-Hardamar의 직교 벡터(orthogonal vector)를 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스 세트 선택부는 다중 사용자 환경에서 상호 간섭을 제한하고 전체 효율을 높이기 위해 2차의 Reed-Muller Code나 Kerdock Code를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 등화기는 각 직교 벡터의 멀티-경로 영향을 제거하기 위해서 chip(vector) 영역에서 등화(equalize)함에 있어서, 벡터 영역의 가드(guard)를 설정하여 시간적으로 램덤하게 변하는 채널의 영향을 보상하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예를 위한 통신 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬로 입력되는 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환부(101)와, 상기에서 변환된 병렬 데이터를 입력으로 소정 구획 단위로 부호화하는 구획 부호화기(Block Coder)(102)와, 상기에서의 구획 부호를 소정 용량만큼 저장하여 2차원 배열한 후 입력과 직각인 방향으로 출력하는 인터리버(Interleaver)(103)와, 이 인터리버(103)에서 출력 신호를 입력으로 k개의 정보를 가지는 현재의 구획과 m개의 정보를 가진 과거의 구획을 연산하여 오류 정정 구획이 포함된 전송 비트를 생성하는 콘볼루션 부호화기(Convolution Encoder)(104)와, 이 콘볼루션 부호화기(104)의 출력 데이터를 입력으로 사용자에게 할당된 월시 벡터를 선택하는 월시 벡터 선택부(Walsh Vector Selector)(105)와, 상기에서 선택된 월시 벡터를 포함하는 데이터를 입력으로 베이스 세트를 선택하는 베이스 세트 선택부(Base Set Selector)(106)와, 펄스 정형부(107)와, 이 펄스 정형된 고주파 신호를 통신 채널로 전송하는 고주파 전송부(RF Transmitter)(108)로 송신기를 구성하고; 통신 채널로부터 고주파 신호를 수신하는 고주파 수신부(RF Receiver)(109)와, 상기에서 수신된 고주파 신호에 대해 임의의 출력 시점에서의 신호 대 잡음비(SNR)가 최대가 되도록 필터링하는 정합 필터(Matched Filter)(110)와, 이 정합 필터(110)의 출력 신호를 입력으로 동기 신호를 분리하는 동기 복구부(Sync Recovery)(111)와, 이 동기 복구부(111)에서의 동기 신호를 기준으로 상기 매칭 필터(110)의 출력 데이터에 대해 월시 변환을 수행하는 월시 변환부(112)와, 상기에서 월시 변환된 데이터를 등화하여 원 신호와 근사한 신호를 추출하는 등화기(113)와, 이 등화기(113)의 출력 신호를 입력으로 베이스 세트를 복조하는 베이스 세트 복조부(114)와, 상기에서 복조된 베이스 세트를 입력으로 월시 벡터를 복조하는 월시 벡터 복조부(115)와, 이 월시 벡터 복조부(115)의 출력 데이터를 입력으로 콘볼루션 디코딩하는 콘볼루션 복호화기(116)와, 이 콘볼루션 복호화기(116)의 출력 신호를 입력으로 2차원 배열로 구성한 후 입력과 직각인 방향으로 출력하여 소정 용량의 구획 부호를 출력하는 디인터리버(117)와, 이 디인터리버(117)에서의 구획 부호를 입력으로 소정 구획 단위씩 병렬 데이터로 복호화하는 구획 복호화기(118)와, 상기의 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 병/직렬 변환부(119)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

직/병렬 변환부(101)에서 송신측의 소스 비트 스트림이 미리 설정된 구획 단위씩 병렬 데이터로 변환되면 구획 부호화기(102)는 미리 설정된 구획 단위씩 부호화하여 인터리버(103)에 출력한다.

여기서, 구획 부호(block code)는 Reed Solomon Code 또는 BCH(Bose Chaudhuri Hocquenghem) Code를 사용할 수 있다.

이때, 인터리버(103)는 채널에 의하여 발생할 수 있는 버스트성의 에러로부터 데이터를 보호하기 위한 것으로, 구획 부호화기(102)에서의 구획 부호를 소정 용량만큼 저장하여 2차원 배열로 구성한 후 입력과 직각인 방향으로 출력한다.

여기서, 인터리버(103)는 콘볼루션(convolution) 인터리버 또는 블럭(block) 인터리버로 구성할 수 있으며, 2차원 배열의 길이는 사용 채널의 특성에 따라 결정할 수 있다.

이에 따라, 콘볼루션 부호화기(104)는 인터리버(103)의 출력 신호를 입력으로 오류 정정 구획을 가지는 전송 비트를 월시 벡터 선택부(105)로 출력하는데, k개의 정보를 가지는 현재 구획과 m개의 정보를 가진 과거의 구획을 연산하여 오류 정정 구획을 구비하는 전송 비트 스트림을 생성하게 된다.

이러한 콘볼루션 부호화기(104)는 채널의 상태나 사용자의 요구 서비스에 따라 선택적으로 적용한다.

이때, 월시 벡터 선택부(105)는 콘볼루션 부호화기(104)에서 입력되는 전송 비트 스트림을 사용자에게 할당된 월시 벡터(Walsh vector)로 매핑하여 프레임 데이터를 베이스 세트 선택부(106)로 출력하는데, 각각의 월시 벡터에 대한 비트 할당은 전송률에 따라 선택한다.

여기서, 월시 벡터 선택부(105)에서 출력되는 프레임 데이터의 구조는 도2의 예시도와 같은데,는 k번째의 MOCDM의 심벌()의 보호 구간(guard interval)의 길이를 나타내며, 그 길이는 예상되는 채널의 지연 넓이(delay spread)에 따라 정할 수 있다.

그리고, 심벌()의 보호 구간()은 심벌()의 마지막 부분의 반복으로 되어 있다.

이러한 보호 구간(guard interval)은 프레임의 동기 및 캐리어의 동기를 위해서 이용할 수 있다.

예를 들어, 수신측에서 현재 채널의 특성을 안정적으로 추정하도록 하기 위하여 매 N개의 MOCDM 심벌마다 알려진 파일럿(Pilot) 심벌을 전송하게 된다.

, when

이는 예상되는 채널의 지연폭의 길이에 따라 정할 수 있다.

이에 따라, 베이스 세트 선택부(106)는 다중 사용자 환경에서 각 코드간의 영향을 줄이기 위하여 월시 벡터를 포함하는 프레임 데이터를 입력으로 자신의 망 고유의 베이스 코드(base code)를 사용함에 의해 베이스 세트(base set)를 선택하여 펄스 정형부(107)로 출력하게 된다.

여기서, 각 사용자마다 설정된 서브-매트릭스(sub-matrix)에 해당하는 벡터를 구분하여 사용함으로써 베이스 세트 선택부(106)의 동작을 결정하며, 이를 위하여 서브-파트(sub-part)중 특정 벡터를 리포팅 채널(reporting channel)로서 사용하여 사용자 상호간의 통신 또는 현재 사용중인 사용자의 상태를 주기적으로 또는 요구에 의해 전송받아야 한다.

그리고, 다른 방법으로는 다른 망에서의 사용자와의 영향을 줄이기 위해서 2차의 Reed-Muller code 또는 Kerdock code의 베이스 코드(base code)를 달리 사용할 수 있다.

즉, 도3의 예시도와 같이 2개의 서로 다른 베이스 코드()()를 사용하는 망이 교차하는 영역에서는 사용하는 주파수를 달리하여 사용할 수 있다.

예를 들어, 베이스 코드의 길이가 '16'인 경우 Kerdock code(Nordstrom-Robinson code)의 베이스 코드는 같은 길이의 8개의 다른 베이스 코드를 만들어 도4에 예시된 표와 같이 정할 수 있다.도4의 표에 도시된 Kerdock code는 코드 간의 상관(correlation)이 최소이면서 전체 코드워드의 개수가 최대인 코드 세트이다.그런데, 베이스 세트의 선택이 필요한 이유는 도3과 같이 인접 셀 간의 co-channel 간섭이 있는 경우 이 영향을 줄이기 위해 서로 간의 상관이 최소인 코드를 사용하기 위한 것이다.따라서, 인접 셀이 있는지 초기에 채널을 모니터링한 후 사용하려는 코드를 결정하며 하나의 베이스 세트는 16개의 월시 코드워드를 갖게 된다.만일, 셀가 '010001110010010'의 베이스 세트 값을 갖는다면 인접 셀는 상기 값 이외의 값 예를 들어 '0110101000000011'의 베이스 세트 값을 갖게 된다.이에 따라, 셀에서 월시 벡터 선택부(105)가 '00001111000011111'의 코드가 선택되었을 때 베이스 세트 선택부(106)로부터 펄스 정형부(107)에 입력되는 코드 값은 상기 셀와의 베이스 세트의 비트 단위(bit-wise)의 XOR 연산을 통해 '01000100000011101'의 값이 얻어진다. 이 베이스 세트 값은 통신이 진행되는 동안에는 고정되어 각 셀의 고유 값으로 된다.

따라서, 펄스 정형부(107)가 파형 정형하여 도5의 예시도와 같은 AM 방식 또는 QAM 방식의 신호에 실으면 고주파 전송부(108)가 상기 파형 정형된 데이터를 소정 레벨 증폭하여 채널을 통해 상대측으로 전송하게 된다.

한편, 고주파 수신부(109)가 채널로부터 고주파 신호를 수신하여 소정 레벨 증폭하면 정합 필터(110)는 상기에서 수신된 고주파 신호에 대해 임의 출력 시점에서의 신호 대 잡음비(SNR)가 최대가 되도록 필터링하게 된다.

이때, 동기 복구부(111)는 매칭 필터(110)의 출력 신호를 입력으로 동기 신호를 분리하여 월시 변환부(112)로 출력하게 된다.

이에 따라, 월시 변환부(112)는 동기 복구부(111)에서의 동기 신호를 기준으로 매칭 필터(110)의 출력 데이터에 대해 월시 변환을 수행하여 등화기(113)로 출력하게 된다.

이때, 등화기(113)는 상기에서 월시 변환된 데이터를 등화하여 원 신호와 근사한 신호를 추출하여 채널의 영향을 보상한다.

즉, k번째 심벌에서 추정된 채널 등화기의 매트릭스를 ''라고 하면 등화기(113)는 아래 식과 같은 연산을 수행하여 채널의 영향을 보상한다.

여기서,는 전송된 심벌의 데이터 영역에서의 심벌()의 수신단에서의 추정값이고,는 월시 변환(Walsh transform)된 벡터를 나타내며,는 수신된 벡터 영역의 신호를 나타낸다.

그리고, 매트릭스()는 각각의 서브-파트 매트릭스로 구성된다.

예로, 도6은 채널 등화기로 사용되는 매트릭스의 벡터 길이가 '16'인 경우를 도시한 것으로, 서브-파트 매트릭스의 크기는 {1,1,2,4,8,16,...}의 제곱 매트릭수로 나타난다.

그리고, 도7의 표는 월시 벡터 길이 16을 이용하는 경우 도6의 매트릭스의 각 기능을 보인 것이다.

여기서, SYNC는 동기, MESG1,MESG2는 메시지, LR은 로우 레이트, HR은 하이 레이트를 나타낸다.

따라서, 점대점(point to point), 점대 다중점(point to multi-point)간의 통신에서 사용되는 코드들을 서브-파트 단위로 할당을 하게 되면 각각의 서브-파트 매트릭스만으로 등화를 수행할 수 있게 된다.

그리고, 채널의 임펄스 응답()이 주어진 경우 등화기 매트릭스의 각 서브-파트의 관계는 일정한 형태로 나타나게 되므로 이를 이용하여 등화기의 구현시 실제로 사용되는 매트릭스를 얻을 수 있다.

예로, 벡터의 길이가 '16'일 때 도6에서 4*4 서브-매트릭스()는 다음과 같은 형태를 나타낸다.

여기서,

이때, 매트릭스()의 {a1,a2,b1,b2}는 파일럿(pilot) 코드를 이용하여 미리 추정한다.

따라서, 상기와 같이 주어지는 매트릭스()의 역을 직접 계산하거나 파일럿 코드를 이용하여 인버스 매트릭스를 추정하게 된다.

또한, 상기와 같은 동작으로 등화기(113)가 채널의 영향을 보상하면 베이스 세트 복조부(114)는 상기 채널 영향이 보상된 신호를 입력으로 사용자마다 사용하는 해당 벡터를 검출하여 해당 베이스 세트를 복조하게 된다.

이때, 월시 벡터 복조부(115)는 상기에서 복조된 베이스 세트를 입력으로 월시 벡터를 복조하여 현재의 채널 특성을 추정하게 된다.

이에 따라, 콘볼루션 복호화기(116)가 월시 벡터 복조부(115)의 출력 데이터를 입력으로 콘볼루션 디코딩하면 디인터리버(117)가 상기 콘볼루션 디코딩된 신호를 2차원 배열로 구성한 후 입력과 직각인 방향으로 출력하여 소정 용량의 구획 부호를 출력하게 된다.

따라서, 구회 복호화기(118)가 상기에서의 구획 부호를 입력으로 소정 구획 단위씩 병렬 데이터로 복호화하면 병/직렬 변환부(119)가 그 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 피씨(PC)등과 같은 단말 장치로 전송하게 된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 실내의 무선 통신 환경과 같이 전송 출력이 제한되고 다중의 사용자가 있는 환경에서 전송 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 주파수 선택적인 페이딩(fading)이 발생할 경우 OFDM에 비하여 더욱 효과적으로 페이딩을 보상할 수 있어 정확한 전송을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 직렬 데이터를 변환한 병렬 데이터를 소정 구획 단위로 부호화한 후 인터리빙 처리하여 전송 비트를 생성하는 송신기를 구비함에 있어서, 상기 전송 비트에 대해 사용자에게 할당된 월시 벡터를 선택하는 월시 벡터(Walsh Vector) 선택부와, 상기에서 선택된 월시 벡터를 포함하는 데이터를 입력으로 베이스 세트를 선택하는 베이스 세트(Base Set) 선택부를 더 포함하여 구성하고; 채널의 영향이 보상된 신호로부터 사용자에게 할당된 베이스 세트를 복조하여 월시 벡터를 복조하고 그 복조된 월시 벡터를 입력으로 소정 단위의 구획 부호를 복호하여 원래의 데이터를 복원하는 수신기를 구비함에 있어서, 통신 채널로부터 수신된 고주파 신호에 대해 임의의 출력 시점에서의 신호 대 잡음비(SNR)가 최대가 되도록 필터링하는 정합 필터(Matched Filter)와, 이 정합 필터의 출력 신호를 입력으로 동기 신호를 분리하는 동기 복구부와, 이 동기 복구부에서의 동기 신호를 기준으로 상기 매칭 필터의 출력 데이터에 대해 월시 변환을 수행하는 월시 변환부와, 상기에서 월시 변환된 데이터를 등화하여 채널의 영향을 보상함에 의해 원 신호와 근사한 신호를 추출하는 등화기(Equalizer)를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 신호 송수신 장치.
2. 제1항에 있어서, 인터리빙된 신호에 대해 k개의 정보를 가지는 현재의 구획과 m개의 정보를 가진 과거의 구획을 연산하여 오류 정정 구획이 포함된 전송 비트를 생성하는 콘볼루션 부호화기(Convolution Encoder)를 채널 상태 또는 사용자의 요구에 의해 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 신호 송수신 장치.
3. 제1항에 있어서, 월시 벡터 선택부는 Walsh-Hardamar의 직교 벡터(orthogonal vector)를 이용하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 장치.
4. 제1항에 있어서, 베이스 세트 선택부는 다중 사용자 환경에서 상호 간섭을 제한하고 전체 효율을 높이기 위해 2차의 Reed-Muller Code나 Kerdock Code를 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 장치.
5. 제1항에 있어서, 등화기는 벡터 영역의 가드(guard)를 설정하여 칩(chip = vector) 영역에서 등화함에 의해 각 직교 벡터의 다중 경로 영향을 제거하여 시간적으로 램덤하게 변하는 채널의 영향을 보상하도록 구성한 것을 특징으로 신호 송수신 장치.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 등화기는 k번째 심벌에서 추정된 채널 등화기의 매트릭스를 ''라고 할 때 아래 식과 같은 연산을 수행하여 채널의 영향을 보상하도록 구성한 것을 특징으로 하는 신호 송수신 장치.

   여기서,는 전송된 심벌의 데이터 영역에서의 심벌()의 수신단에서의 추정값이고,는 월시 변환(Walsh transform)된 벡터를 나타내며,는 수신된 벡터 영역의 신호를 나타낸다.