KR100379047B1 - 다중캐리어주파수호핑확산스펙트럼통신시스템,사용자국,및기지국 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템은 직교 주파수 확산을 통하여 부호화를 수행함으로써 기저대역 데이터를 전송하는 수단을 포함하는 적어도 하나의 전송국과 역전송 수단을 포함하는 적어도 하나의 수신국을 구비한다.
채널 전송된 데이터는 디지탈 변조의 결과인 심볼을 포함할 수 있다. 이 심볼은 실례로 OFDM 신호로 불리는 신호 포맷을 갖는 프레임인 신호 프레임에 결합함으로써 전송단에서 공급될 수 있다.
통신 시스템은 하나의 송수신 기지국(B)과 다수의 송수신 사용자국(U1, U2)로 형성될 수 있다.
응용 : 전화 통신 또는 다른 통신용 시스템

Description

다중캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템, 사용자국, 및 기지국
본 발명은 적어도 하나의 전송 채널에 의해 서로 통신하는 적어도 하나의 전송국과 적어도 하나의 수신국을 포함하는 다중 캐리어 주파수 호핑(hopping) 확산 스펙트럼 통신 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은 송신단에서, 주파수 호핑 확산 스펙트럼 부호화에 의해 데이타를 전송하기 위한 베이스밴드 전송 수단과, 수신단에서, 추정 데이터(estimated data)를 복원하기 위한 역 전송 수단을 포함한다.
본 발명은 마찬가지로 송수신 기지국과 복수의 송수신 사용자국들을 포함하는 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 특히 무선 채널에 의해 통신을 확보하는 이동국이거나, 케이블, 위성 또는 다른 수단에 의해서 통신하는 고정국인 송수신 사용자국에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이동국들이 서로 통신하도록 하는 데 있어서 메시지들을 수신하고 중계하도록 의도된 기지국에 관한 것이다.
사용자들 사이의 통신을 위한 통신 시스템은 여러 기준들을 만족하여야 하는 데, 그 기준들 중에서 기밀성(confindentiality) 기준이 가장 중요한 것이다. 따라서, 이와 같은 시스템들의 설계자들은 메시지 전송을 위해 부호화(coding)를 사용하는 방향으로 향해지고 있다. 고성능 부호화 시스템으로는 코드 분할 다중 액세스(CDMA: Code Division Multiple Access) 시스템이 있다. 이 시스템은 신뢰성, 교란에 대한 내성(robustness to disturbance), 또는 간섭 또는 열화에 대한 내성의 장점들을 제공하고, 더욱이 임의의 사용자들의 수에 간단히 맞춰질 수 있다. CDMA 시스템의 원리는 주파수 스펙트럼을 확산하는 것으로 구성되어 있다. 그러므로, 제 1의 지속시간 Ts의 부호화 메시지는 제 1의 지속시간 Tc의 메시지로 변환되어서, Tc = Ts/ℓ로 된다. 파라미터 ℓ는 1보다 작거나, 같거나, 보다 클 수도 있다. 어떤 주어진 순간에서 M 명의 사용자가 있을 때, 지속시간 Tc의 메시지들이 M개 존재한다. 그때 이들 메시지들은 주파수 호핑 확산 스펙트럼 부호화(frequency hopping spread spectrum coding)라 불리는 공지 기술로 부호화되며, 이 기술은 M개의 메시지들을 가진 M 개의 상이한 캐리어들로 변조하고 채널의 전송 에러들을 분산시키기 위해 각 캐리어의 각 대응 스피커로의 할당을 때때로 전환하는 것으로 구성되어 있다. ℓ이 1 보다 큰 경우에는 고속 주파수 호핑 기술이 얻어지고, ℓ이 1 보다 작은 경우에는 저속 주파수 호핑 기술이 얻어진다. ℓ이 1과 같은 경우에는 부호화될 메시지의 지속시간은 변하지 않게 된다.
이와 같은 시스템은 예컨대 「J. G. PROAKIS씨가 저술한 명칭이 "Digital communication" (MCGRAW-HILL Book Company 1989, New York)의 제8장, 845-860쪽에 설명되어 있다.
기지국은 모든 사용자로부터 발생하는 부호화된 메시지들을 수신하고, 그것들을 복호화하고, 그것들을 재부호화하고, 그것들을 사용자들에게 중계한다. 기지국은 통신을 관리하고, 즉, 수신 사용자 및 그 사용자만이 해당 사용자에게 지정된 메시지를 복호화하도록 한다. 이와 같은 시스템에 대해서, 수신단에서 등화기(equalizer)를 사용하는 것이 필요하고, 이 등화기는 사용자의 수가 증가하면 복잡하게 될 수 있다. 실제로, 다중-경로 환경의 에코 신호(echo signal)들이 존재할 때, 한 사용자의 채널의 에코 신호들은 일반적으로 다른 사용자의 채널의 에코 신호들과 같지는 않다. 따라서, 이와 같은 시스템의 실제 성능은 제한된다. 한편, 각 호핑 시퀀스의 개시시에 수신된 메시지가 복호화될 수 있도록 수신기를 양호하게 동기시킬 필요가 있으나, 이것은 종종 어떤 문제로 된다.
한편, 이와 같은 기술은 각각의 사용자에게 할당된 캐리어를 생성하기 위해서 주파수 생성기를 사용하는 것을 필요로 한다. 이 생성기는 각 주파수 점프와 함께 주파수를 신속하게 변화시킬 수 있어야 한다. 두개의 주파수 생성기의 주파수들의 중첩들을 피하기 위해서, 일반적으로 가드밴드(guard band)를 제공하는 것이 필요하며, 이 가드밴드는 장애(handicap)를 형성한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이들 결점들을 극복하고 사용자들간의 통신들에서 전송 신뢰성과 용량을 증가시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 복잡성을 감소되도록 유지하면서도 향상된 성능을 추가하는 것이다.
이들 목적들은 서두에서 설명한 통신 시스템으로 달성되는데, 이 시스템에서 전송 수단은 직교 주파수 분할 다중화에 따라 부호화를 수행하고, 역전송 수단은복호화를 수행하면서 부호화의 변환의 역변환을 행한다.
부호화/복호화를 수행하기 위해서, 전송 수단은 역푸리에 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하고, 역 전송 수단은 직접 푸리에 변환을 수행하기 위한 수단을 포함한다.
따라서, 각각의 국(station)을 위한 주파수 생성기를 갖는 것이 더 이상 필요없다는 이점이 있으며, 종래 기술에 따른 주파수 생성기는 각 주파수 점프와 함께 주파수를 신속하게 변화시킬 수 있어야 했다. 따라서, 각 주파수 생성기의 변환시간이나 각 생성기의 동기화를 고려할 필요가 없다. 또한 두 주파수 생성기들 사이의 스펙트럼 중첩 현상은 더 이상 생기지 않는다.
시간에 따라 변하는 믹싱(mixing)을 발생하기 위해서, 파일롯 믹스 시퀀스 생성기(pilot mix sequence geuerator)가 필요하며, 두 사용자가 동일 주파수에 동시에 할당되지는 않는다.
이를 달성하기 위해서, 즉, 주파수 점프를 부호화나 복호화하기 위해서, 전송 수단 또는 역전송 수단은 각각 데이터 믹싱 수단 또는 데이터 디믹싱(demixing) 수단을 구비하며, 이 수단들은 개별적으로:
- 가변 어드레스 시퀀스들을 생성하는 어드레스 생성기와,
- 믹싱될 또는 디믹싱될 데이터로 기록되고, 판독시에 믹싱된 데이터나 디믹싱된 데이터를 각각 전달하는 메모리로서, 믹싱 및/또는 디믹싱은 가변 시퀀스 어드레스 생성기의 도움으로 기록 모드와 판독 모드에서 상이하게 메모리를 어드레싱함으로써 실현된다.
디지탈 신호들은 디지탈 변조된 신호로부터 출력되는 것을 포함할 수도 있다. 이것은 동위상 성분/직교 성분의 2차원 표현으로의 상태 배치에 의해 표현될 수 있다. 이 시스템은 전송국에서 전송 메시지를 디지탈 변조된 심볼들로 변환하기 위한 수단과, 수신국에서 수신된 심볼들로부터 메시지들을 추출하기 위한 수단을 포함한다.
배치의 각 심볼 Se 에 대해서, 샘플링 수단은 임의의 수의 샘플링된 심볼들을 생성할 수 있다. 이 수는 실수이다. 심볼 당 취해진 샘플들의 수와 믹스의 할당이 변화하는 주파수에 의존하여, 고속 주파수 호핑 기술이 실현되거나 저속 주파수 호핑 기술이 실현된다. 고속 주파수 호핑 기술인 경우에, 믹싱 수단은 여러개의 샘플링된 심볼들을 패킷화하기 위한 수단을 포함하며, 한 패킷에는 심볼들이 발원되는 배치의 심볼들의 수와 같거나 큰 다수의 샘플링된 심볼들을 포함한다.
주파수 분할 다중 심볼들은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 이용되는 바와 같이 프레임 포맷에 이들을 수용함으로써 적절히 이용될 수 있다.
그러므로, 다수 경로 환경으로부터 에코 신호에 종속되는 신호를 등화시키는 수신단에 복잡한 등화기를 사용하는 것이 불필요하다. 효과적으로, 보호 간격을 포함하는 블럭에 의해 구성된 연속 프레임 형태로 다중화된 신호를 구성하는 동안 다수 경로에 의해 발생된 모든 경로를 없애는 것이 가능하다.
프레임에 배치된 OFDM 심볼에서, 동기화 문제가 각 믹싱 시퀀스 시작에서 발생치 않는 데, 왜냐하면 모든 동기화 메커니즘은 직교 주파수 분할 다중 모드에서 사용될 것으로부터 인출된다. 거기에는 매우 넓은 선택이 있으며 믹싱 시퀀스 수는역시 매우 크다.
다중화 수단은 OFDM 프레임을 형성하기 위해 다음의 것들을 포함한다.
- 보호 심볼을 가산시키는 수단과,
- 시리얼라이저(serializer) 수단과,
- 심볼 블럭 프레임들을 형성하고 특정한 심볼들의 블럭들을 추가시키는 수단을 더 구비하며 OFDM 프레임을 형성한다.
특정한 심볼은 동기화 심볼, 서비스 심볼, 채널 계산(estimation) 심볼 또는 다른 심볼일 수 있다.
수신단에서, 역 다중화 수단은,
샘플러와,
수신된 변조 데이터용 입력 디시리얼라이저(deserializer) 수단과,
상기 수신된 추정 심볼들을 생성하도록 직접적인 푸리에 변환을 수행하는 수단을, 직렬로 결합해서 포함한다.
수신단에서, 하나 또는 다양한 자동 이득 제어 모듈은 신호 감쇠를 고려해서 가산된다. 상기 모듈은 직접적인 푸리에 변환을 수행하는 수단의 출력에 각 캐리어에 할당된 각 부호화된 메시지에 영향을 주도록 배열된다.
본 발명에 따라 전송된 에너지는 채널상에서 매우 잘 주파수 분할된다. 이것은 다중 캐리어 직교 주파수 분할 다중 기술과 주파수 호핑(hopping) 확산 스펙트럼의 결합은 새로운 성능 및 장점을 갖는다.
양호한 실시예에서 본 발명에 따른 시스템은 이동 가능한 송수신 사용자국,및 적어도 하나의 고정된 기지국을 구비한다. 기지국은 일반적으로 셀로 불리는 것을 커버하고, 다시 말하면, 그것은 어떠한 담당 영역을 갖는다. 이동국이 제 1 셀의 경계를 떠났을 때 지연을 갖는 다른 기지국이 상기 범위 영역 밖에 있다. 양호하게는 본 발명으로 인해, 셀은 큰 영역을 커버하는 반면에, 그전에 셀 영역 확대가 향상된 복잡성을 갖는 등화기를 필요로 한다.
각 사용자국은 기지국에 전송하고 그 목적지용 국을 갖는 메시지를 독특하게 복호화하는 수단을 구비한다.
상기 기지국은 모든 사용자국에 전송하고 모든 사용자국으로부터 들어오는 메시지를 수신하는 수단과, 사용자국간의 통신을 감독하는 수단을 구비한다.
본 발명의 다양한 면은 상기 설명되는 실시예에 대해 명백해지고 설명된다.
본 발명은 비-제한적인(non-limiting)예에 의해 주어진 다음 도면의 보조로 양호하게 이해될 것이다.
다음의 설명은 송신국과 수신국간의 전송이 기지국을 통해 유효하게 되는 일반적인 경우에 관련한다. 명백히, 본 발명은 기지국의 중계없이 직접 송신되는 경우에 또한 관련된다.
제 10 도는 다수-사용자 통신 시스템(U1, U2--- Uk, --- UM)을 상징적으로 나타내는데, 여기서 M은 총 사용자수이다. 모든 사용자는 양방향성 링크를 경유해 기지국 B과 통신한다. 상기 기지국은 2개의 사용자국간에 통신을 허락하기 위해 중계국으로써 역할한다. 기지국은 담당 영역을 갖는다. 사용자국이 원래 이동국이므로, 사용자국(U2)(또는 그들 중 몇 개)이 기지국(B1)의 담당 영역을 벗어날 수 있다. 상기 경우에 다른 기지국(B1, B2)은 관리 정보를 교환하여 사용자국(U1)(B1의 범위 영역의) 및 사용자국(U2) (B2의 범위 영역의)간에 통신을 제공한다.
임의의 사용자국에서 사용된 종래의 처리 회로는 제 1 도에서 나타낸다. 송신 단(제 1A 도)에서, 그것은,
- 송신 메시지(Me)를 부호화하고 그들을 배치(constellation)의 심볼(Se)로 변환하는 부호화 수단(10)과,
- 부호화된 송신 신호(Sce)를 전송하기 위해 주파수 호핑에 의한 부호화를 경유해 다수의 캐리어상에서 상기 심볼(Se)를 전송시키는 기본 스펙트럼 이동 수단(FH12)과,
- 무선 주파수 변조 수단(MOD 14)을 직렬 결합해서 구비한다. 그 후 전송은 채널(CHA16)에 의해 행하여 진다.
메시지(Me)를 부호화하는 부호화 수단(10)은,
- 소스 코더(SOUR. COD. 73)에 의해 따르는 아날로그 - 디지탈 변환 수단(A/D 71)과,
- 채널 코더(CHAN. COD. 75)와,
- 2진 데이터를 배치로 맵핑하는 맵핑 소자(MAPP 77)를 직렬 결합해서 구비한다.
그것은 QAM, QPSK, BPSK 배치들 또는 다른 배치들에 관련될 수 있다. 소스코더(73) 및 채널 코더(75)는 통신 채널 특성들에 따라 억압될 수 있다. 비슷하게, 메시지(Me)가 디지탈 형태(9 라인)로 이용가능하면, 아날로그 - 디지탈 변환기(A/D 71) 및 소스 코더(73)는 존재할 수 없다. 대조적으로, 변환기는, 예를 들어. 이동 사용자국들로부터의 전화 통신용 음성 메시지인 경우에 존재한다.
사용자국은 기지국을 경유해 다른 사용자국으로부터 들어오는 데이터를 수신하는 수단도 구비한다. 그러므로, 또한, 사용자국은,
수신되어 부호화된 심볼들(Scr)을 나타내는 디지탈 데이터를 발생하는 무선 주파수 복조 수단(24)과,
수신된 심볼들(Sr)을 추출하며, 상기 수단(12)에 의해 수행된 것에 역동작을 수행하는 역전송 수단(FM-122)과,
상기 수단(10)에 의해 송신단에서 수행된 것에 역동작들을 수행함으로써 수신된 심볼들(Sr)을 토대로 한 수신된 메시지들(Mr)을 복호화 수단(20)을 구비한다.
상기 수단(20)은 채널 복호화 수단(CHAN. DECOD97), 소스 복호화 수단(SOUR. DECOD 93) 및 디지탈 - 아날로그 변환 수단(D/A 91)을 직렬 결합해서 구비한다. 상기 수단은 대응하는 부호화들이 이전에 송신단에서 수행되는 범위로 사용된다.
수신단에서, 상기 수단(24)은 송신단에서 수행된 것에 역 동작들을 수행한다.
본 발명은 송신단에서 송신 심볼(Se)에 영향을 미치는 주파수 호핑 확산 스펙트럼 수단(12) 및 수신된 심볼들(Sr)을 추출하는 수단(22)에 필수적으로 관련된다.
제 3 도는, 캐리어들이 상기 메시지들에 할당될 때 주파수 점프들을 행하는 동안, 송신 메시지들에 의해 동시에 변조하는 다른 캐리어들(Fa, Fb)로 구성하는 스펙트럼 확산을 위한 종래 기술의 다이어그램을 나타낸다. 제 3 도는 기지국에 관련한다. 사용자국에 대해, 다이어그램은 단순화되는데, 왜냐하면 그것은 단일 채널만을 갖기 때문이다. 따라서, 사용자의 메시지(Mel)는 샘플러(821)(제 3 도)에 의해 비율(1/Tc)로 샘플되는 심볼들(Sel)로 먼저 부호확된다(제 1A 도). 그 결과로 얻어진 샘플들은 국부 생성기(GEN1)로부터 출력되는 주파수(Fa)를 갖는 캐러어에 의해 승산기(801)에서 승산된다. 모든 사용자들로부터 출력되는 데이터는 기지국을 통해 통과한다. 제 3 도에 도시된 바와 같이, 가능한 사용자들만큼 기지국에서 많은 경로를 갖는다. Mth사용자에 할당된 경로는 다른 캐리어(Fb), 다른 승산기(80M), 및 다른 샘플러(82M)를 생성하는 생성기(GENM)를 포함한다. 승산기들의 모든 출력 신호들은 가산기(84)에 함께 가산되어, 다중 캐리어 심볼들(Sce)이 신호 출력상에 생성된다. 주어진 순간에서 특정 주파수는 각 경로에 할당된다. 전송의 품질을 확보하기 위해서, 경로에 주파수 값의 할당은 간헐적으로 변경되는 반면, 동일 주파수가 주어진 순간에서 2개의 개별 경로에 할당되지 않는다는 특징은 견지된다. 따라서, 그 생성기들은 주파수 점프(Jump)들이 일어날 때 신속하게 캐리어 주파수를 변경하기 위해 제어된다.
그 다음에, 그 심볼들(Sce)은 채널에 의해 전송될 무선 주파수 변조기(MOD 14)에 공급된다.
본 발명에 따르면, 경로에 특정 캐리어의 할당 및 주파수 점프들에 관한 동일한 원리가 견지된다. 그러나, 본 실시예는 전체적으로 변경된다. 이것은 제 2 도에 도시된 다이어그램에 나타나 있다.
제 2 도는 기지국(B)과 사용자국들, 예컨대, 2개의 국들(U1및 U2)을 포함하여, 본 발명에 따른 통신 시스템의 다이어그램을 도시하고 있다. 그 사용자국들이 동일한 송수신 수단을 갖기 때문에, 사용자국(U1)만이 다음과 간이 상세히 설명하기로 하며, 즉, 송신국이 수신국으로 작동하는 다른 국과 통신하는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 따라서, 주파수 호핑 확산 스펙트럼에 의한 부호화가 실현된다. 수신단에서, 역동작들은 역순서로 실행된다.
국(U1)은 심볼들(Se)을 생성하는 부호화 수단(10)을 구비한다. 이들 심볼들은 역 푸리에 변환(FFT-1)을 수행하는 장치(15)가 뒤이어 있는 믹서(MIX 13) 및 무선 주파수 변조기(MOD 14)에서 부호화되고, 이 디지털 신호들은 본 명세서 앞에서 설명되어진 바와 같이 전송된다. 믹서(13) 및 장치(15)는 제 3 도의 수단(12)에 의해 처리하는 것과 비슷한 방법으로 데이터를 처리한다. 그럼에도 불구하고, 이 처리된 데이터는 본 발명에 따라 병렬로 공급되는 반면, 이들은 공지된 기술에 따라 단일 출력 신호에 결합된다.
전송 채널(CHA 1)에 의해 변형될 수 있는 이들 데이터는 데이터(Pmr)로서 기지국(B)에 도달한다. 이들은 복조기(24B)에서 복조된 다음, 푸리에 변환(FFT)을 수행하는 장치(25B)에 의해 역다중화되어, 수신된 부호화 심볼들(Pcr)이 생성되며, 그 후, 전송단에서 수행되는 것과 역인 디믹싱(demixing)(MIX-123B)가 수행되며, 이 디믹싱은 부호화되지 않은 심볼들(P)을 생성한다. 이들 심볼들은 차례로 믹싱 수단(MIX 13B)에 의해 기지국에서 기록된 후, 역 푸리에 변환(FFT-1)을 수행하는 장치(15B)에 의해 다중화되고, 최종적으로 무선 주파수 변조기(14B)에 의해 지연된다. 이 전송된 심볼들은 이전의 채널과 상이해도 좋은 채널(CHA 2)을 걸쳐서 수신국으로 동작하는 다른 사용자국(U2)에 도달한다. 상기 국(U1)이 다른 전송국에 대해 수신국으로써 동작하는 경우를 살펴보자. 국(U1)은 복조기(24)에 의해 복조되는 복조된 심볼들(Smr)을 수신한 다음, 푸리에 변환(FFT)을 수행하고 부호화된 심볼들(Scr)을 생성하는 장치(25)에 의해 역다중화되며, 상기 심볼들은 전송단에서 수행된 믹스(MIX)의 역 디믹싱을 수행하는 디믹싱 수단(MIX-123)에 의해 디믹싱된다.
기지국(B)은 모든 사용자국들로부터 출력하는 모든 데이터를 수신한다. 이들 데이터는 지기국의 입력에, 동일 주파수 밴드에서 서로 중첩되어 도달한다. 이 기지국은 통신들을 관리한다. 그러므로, 국(U1)이 국(U2)과 통신할 때, 기지국(B)은 메시지가 의도되는 사용자국의 믹싱 부호 또는 전송국과 기지국이 전송국에 속하는믹싱 부호의 수신국에 통지하는 것과 동일한 믹싱 부호 중 하나의 전송 메시지를 기록함으로써, 수신국은 채널에 의해 수신국에 인입하는 메시지들을 복호화할 수 있다.
제 4 도는 기지국의 경우에 믹싱 블럭(MIX 13B)과 블럭(15B FFT-1)을 도시한다. M 사용자들로부터 출력되는 심볼들(Se1, SeM)은 레이트 1/Tc 에서 작동하고 샘플된 심볼들(Su1-SuM)을 생성하는 샘플링 수단(821-82M)에 도달하다. 이 샘플된 심볼들은 패킹화 수단(S/P, 831-83M)에서 패킹화된다. 패킹화 수단(S/P, 831-83M)은 샘플링이 심볼(Se)마다 한 개 보다 많은 샘플을 생성하는 한 존재한다. 결과적으로, 수단(11)은 패킷화된 심볼들(Sse)의 혼합을 생성한다. 수단(11)의 출력에서, 샘플된 심볼들은 이들이 인입할 때의 순서와 동일하게 더 이상 이용할 수 없다. 이 순서는 각 샘플된 심볼에 대하여 다중 캐리어 변조의 캐리어 주파수에 특정 할당을 부여하는 믹싱 명령(SA)의 함수이며, 이 할당은 주파수 점프들의 목표를 더 형성한다. 그와 같은 믹스된 심볼들은 직교 주파수 분할(orthogonal frequency division)에 따라서 주파수 분할 다중화된 심볼들로 변환된다. 이것은 역 푸리에 변환을 수행하는 다중화 수단(15B)에 영향을 끼친다. 역 푸리에 변환을 수행하기 위해서 G가 양의 정수인 데이터 수 N = 2G는 입력에 동시에 인가된다. 캐리어들(Nc)의 총 수가 Nc < N 같은 경우, "제로" 데이터는 정보 캐리어 입력들의 어느 한쪽에 위치된 입력들에 가산되어야 한다. 블럭(15B)의 출력에서, 병렬 데이터(Sce)는 다중 캐리어 직교 주파수 분할 모드로 이용할 수 있다.
제 5 도는 믹싱 수단(11)에 대한 실시예를 도시한다. 심볼들(Sse)은 예컨대, 어드레스 생성기(ADDR GEN 89)에 의해 결정된 어드레스에서 메모리(MEM 88)에 기록된다. 이 메모리(MEM)를 판독할 때, 어드레스 생성기(89)는 기록하기 위해 사용된 어드레스와 다른 판독 어드레스를 생성한다. 제 4 도에 도식적으로 표시된 심볼들의 믹싱은 상기 방법으로 실현된다. 출력 레지스터(87)는 이 심볼들을 공통 병렬 출력을 위한 그룹들에 결합하는 것을 가능케 한다.
이들 심볼들은 상기 형태로 사용될 수 있거나, 바람직하게는 본 발명에 따라서, 이들 심볼들이 ODFDM으로 일컬어지는 다중 캐리어 변조의 포맷에 포함된다. 이것은 전송의 신빙성을 향상시킬 수 있는 특정 수의 서비스 신호를 부가하는 것을 필요로 한다.
OFDM 프레임을 구성하는 기구들이 제 6 도에 도시된 다이어그램에 나타나 있다.
주어진 순간에서 수단(15)으로부터 동시에 출력되는 N 심볼들은 OFDM 데이터 블록의 일부분을 형성한다. 보호 장치(PROT 54)는 가이드 간격에 해당하는 데이터를 데이터 블록의 상기 부분에 부가한다. 이것은 어떤 데이터를 다시 카피하는 것으로 이루어진다.
제 12 도는 OFDM 데이터 블럭의 형성에 이용된 메커니즘들을 상세히 도시한다. 심볼(Se)은 일반적으로 복소수 값이다. 제 1의 라인은 예컨대 사용자(U1)에 대하여 부호화될 심볼(Se1)에 대한 상태들의 시퀀스를 나타낸다. 심볼(Se1)은 지속시간(Ts)을 갖는다. 다양한 심볼들의 시퀀스, 예컨대, μ심볼들은 지속시간 μ.Ts에 대응하는 시퀀스가 고려된다. 이러한 시퀀스(Se1-SeM)는 각 사용자(U1... UM)에 해당한다.
샘플러들(821-82M)가 통과한 후, 이들 심볼들(Se)은 병렬 그룹들에 형성된후, 그룹된 심볼들(Sse)(제 4 도의 V 참조)이 되는 샘플된 심볼들(Su1-SuM)이 된다. 그와 같은 μ심볼들(Se)은 각 지속시간(μ.Ts)동안 및 각 사용자 U(L ≥μ로써)동안 각 결합 수단(S/P, 831-83M)의 L 출력 심볼들이 된다. 양호하게, 비율 L/μ는 정수이다.
M 명의 사용자들로부터 출력되는 데이터는 축적되어 M.L 데이터 Sse(신호 V)를 형성한다. 그런 다음, 이 M.L 데이터는 제 5 도에 대해 설명된 원리에 따라 믹싱되어 Nc 데이터(신호 W)를 형성하며, 여기서 Nc는 사용자들의 최대 수에 L 을 곱한 것과 같다. 그럼에도 불구하고, Nc는 M.L보다 더 클 수도 있다. Nc 데이터는 OFDM 신호의 Nc 심볼들을 형성한다. 따라서 N차 역 푸리에 변환을 수행하는 블럭(15)에 평행으로 인입하는 Nc 심볼들이 존재하며, G가 정수이면, N = 2G> Nc 이 된다. 따라서, Nc 심볼은 블록(15)(제 6도의 참조 X)의 입력의 어느 한쪽에 L1 = (N-Nc)/2 개의 "0" 데이터에 의해 완성된다. N-Nc가 홀수이면, 블럭의 개시 또는 종료는 다른 심볼을 얻는다. μ.L이 1과 같으면(즉, 초기 심볼 Se 당 1 샘플), 매k 블록들마다(여기서 k 는 1 이상의 정수) 믹싱을 변화시킴으로써 저속 주파수 호핑 시스템(slow frequency hopping system)이 얻어진다. 그 다음에 기간μTs 동안 N 개의 심볼들을 후속적으로 방치하는 것을 허용하기 위하여, 블럭(15)은 보다 짧은 지속시간, 즉, μ.Ts/N (Y 참조됨) 동안 동작한다. 블럭(15)을 방치하는 N 개의 심볼들은, 차례대로, 보호를 형성하는 가드 간격 △ = KG.T'c 에 해당하는 KG심볼들에 의해 완성된다. KG심볼들은 가장 최근의 선행 심볼들에 대한 카피에 해당한다. 이들 KG심볼들에는 N 개의 심볼이 첨가되어 전송될 (KG+ N) 심볼들의 블럭을 형성한다(Z 참조됨). 여기에서도 가드 블럭은 후에 (KG+ N)심볼들이 μTs에 동등하게 유지하는 지속시간 동안 일렬로 전달될 수 있도록 여전히 축소된 지속시간(T'c = μTs/(N + KG))으로 동작한다. 시리얼라이저(serializer ; 56)는 (KG+ N) 심볼들의 직렬화를 수행한다. 다음에, (KG+ N) OFDM 심볼들의 연속 블럭들은 FRAME으로 언급된 장치(58)의 OFDM 프레임으로 프레임화된다. 이 장치에는, 무엇보다도 송신 및 수신을 동기화하기 위해 또는 채널 추정(channel estimation)을 위해 사용되는 특정 심볼들(53 ; 동기화, 변조 등)이 추가된다. 저역통과 필터들(LPF ; 59)는 신호가 무선 주파수 변조기(14, 14B) (제 2 도)를 거쳐 송신되기 전에 신호들을 필터링 한다.
수신단에서, 수신된 변조 심볼들(Smr)은 복조기(24) (제 2 도)에서 복조되고 그 후 그들은 송신단에서 푸리에 변환을 수행함으로써 수행되는 것에 대해 역 처리를 수행하는 역다중화 장치(FFT 25)에 인입한다. 장치(25)는:
- 저역통과 필터(69)와,
-1/T'c 타이밍을 갖는 샘플러(63)와,
-N 개의 유용한 심볼들을 생성하며, 따라서, 가드 간격동안 수신된 KG심볼들을 고려하지 않는 디시리얼라이저(66)와,
-N 개의 심볼 블럭들의 시퀀스를 전달하는, 직접 푸리에 변환을 계산하기 위한 계산 장치(25)를, 직렬 조합으로 포함한다(제 7 도).
N-심볼 블럭들의 종단들은 포기되고, 그래서 중심부만이 Nc 심볼들(Scr)을 포함하여 계속 유지된다. 그들은 디믹서(MIX-1; 23, 23B) (제 2 도)로 인입되어 디믹싱된다.
제 11 도는 주파수에 대해 도시된 전송된 신호의 스펙트럼 파워밀도를 나타낸다. 곡선(701-70N)은 가드 밴드들 △ f 에 의해 분리된 주파수들 f1, f2... fN에 각각 중심을 둔 좁은 밴드들에 의해 형성된 스펙트럼으로 특징된 종래의 확산 스펙트럼 시스템에 대응한다. 곡선(72)은 주파수 호핑 확산 스펙트럼 기술들과 다중 캐리어 전송된 직교 주파수 분할 다중화의 기술들을 조합하는 본 발명에 따른 시스템에 대응한다. 가로 눈금은 신호의 유효 밴드(useful band)에 대해 표준화된 베이스밴드(baseband) 주파수(Fn)에 해당한다. 세로 눈금은 데시벨들로 표현된 스펙트럼 파워 밀도에 해당한다. 종래 시스템에서는 스펙트럼(70)이 발진기들의 분리를 허용하기 위해 복수개의 분리된 좁은 밴드들을 가지며, 따라서 손실을 갖는다는 사실이주지된다. 반면에, 본 발명에 따른 다중 캐리어 시스템에서는 스펙트럼(72)은 직사각형이고, 이것은 모든 캐리어들에 대해 전송된 에너지가 신호의 유효 밴드에서 계속 일정하다는 것을 나타낸다. 따라서 전송들을 더 신뢰성 있게 하고 수신 회로의 복잡성을 줄이도록 송신 채널이 더 양호하게 사용된다.
제 2 도의 다중화기(FFT-115)의 더 정교한 변형인, 제 6 도에 나타낸 OFDM 다중화기의 도면은 사용자국 및 기지국 양쪽 모두에서 선호되어 사용된다.
전송 채널들은 수신된 신호들을 변화시킬 페이딩에 영향을 받을 수도 있다. 이 페이딩은 주파수 영역 및/또는 시간 영역에서 일어날 수 있다. 따라서 수신단에서 자동 이득 제어를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 후자는 절대필요로 하지 않을 수도 있다. 이것은 제 8 도에 점선으로 나타나있다.
제 8 도는 자동 이득 제어 AGC 를 갖는 사용자국의 수신부의 단면이다. 각 캐리어에 할당된 Nc 신호들은 장치 AGC(631-63NC)를 갖는 것이 바람직하다.
디믹싱 수단(21)에 의한 디믹싱 후에, M.L 데이터는 L 데이터의 M 패킷들의 그룹들에 방치한다. 각 패킷은 사용자(U1, .... UM)에 대해 의도된다. L 개의 병렬 데이터의 패킷은 시리얼라이저(P/S 931-93M)에 의해 L 개의 직렬 데이터로 변환되고, 이 직렬 데이터는 샘플링 수단(921-92M)에 의해 1/Tc의 타이밍으로 샘플된다. 패킷으로부터 샘플들을 분리하는 수단(931-93M)은 송신단에서 역동작이 수행될 때까지 존속한다. 마지막으로, 결정 수단(901-90M)은 각 사용자에 대해 μ 전송 심볼들(Se1, SeM)의 추정을 허용한다.
결정 수단(901-90M)은 예컨데 임계 결정 요소(97 ; 제 9 도)에 직렬로 결합된 평균 값 계산 수단(Σ94)에 의해 형성될 수도 있다.
직교 주파수 분할 다중화에 의한 다중 캐리어 변조와, 주파수 호핑 확산 스펙트럼을 통한 부호화의 결합은 다양한 이점들을 제공한다.
공지 기술이 단독으로 사용될 경우 필요한 각 믹싱 시퀀스의 개시점에 수신단에서 동기화하는 것이 더 이상 필요치 않다.
다중 캐리어 변조의 사용에 기인하여, 의사-랜덤 시퀀스들의 선택이 훨씬 더 자유로워진다.
프레임들로 생성된 OFDM 신호가 사용되는 것이 바람직하다. 각 사용자국에는 고유한 프레임이 있기 때문에, 수신단에서 동기화 기구들이 단순화된다. 게다가, 각 데이터 블럭에 대한 가드 간격의 사용은 송신기/수신기 거리에 따라 변하는 전파 지연 및 다중 경로들에 기인한 지연들 모두에 따라 발생될 수 있는 모든 불확실성을 제거한다. 특히, 전파 지연들은 기지국 커버리지 영역에 링크된다. 가드 간격의 존재는 사용되는 하드웨어의 복잡성을 가중시키지 않고도 종래의 스펙트럼 확산 기술들에 비해 커버리지 영역을 연장시키는 것을 가능하게 한다는 사실이 주목된다. 종래 기술의 경우, 이 문제점들을 극복하기 위해서는 복잡한 등화기를 구비하는 것이 필요로 되었다.
게다가, 본 발명에 따르면, 에너지는 채널상에서 동등하게 되어, 본 시스템을 보다 더 강하게 페이딩하는 것으로 한다.
제 1A 및 1B 도는 사용자국에서 동작하는 송수신 처리 회로의 회로도.
제 2 도는 본 발명에 따른 통신 시스템의 일부분에 대한 일반적인 회로도.
제 3 도는 종래 기술의 주파수 호핑(hopping) 확산 스펙트럼 기술의 기본 회로도.
제 4 도는 본 발명에 따른 주파수 호핑 확산 스펙트럼에 대한 실시예의 회로도.
제 5 도는 심볼 믹싱 수단에 대한 회로의 예시도.
제 6 도는 다중 캐리어 전송으로 사용되도록 의도된 OFDM 멀티플렉서의 회로도.
제 7 도는 OFDM 디멀티플렉서의 회로도.
제 8 도는 자동 이득 제어를 갖는 사용자국에서 수신된 심볼들을 추정하기 위해 사용된 디멀티플렉서의 회로도.
제 9 도는 수신단에서 사용된 결정 수단의 예시도.
제 10 도는 다중 사용자 통신 시스템의 일반적인 회로도.
제 11 도는 스펙트럼 확산을 갖는 종래의 시스템과 본 발명에 따른 시스템과의 주파수 응답의 2개의 곡선도.
제 12 도는 시간μTs의 기간에 걸쳐 분산된 심볼들의 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
71 : 아날로그/디지탈 변환 수단 73 : 소스 디코더
75 : 채널 코더 77 : 맵핑 요소

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 전송 채널에 의해 서로 통신하는 적어도 하나의 송신국과 적어도 하나의 수신국을 포함하는 다중캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템으로서, 상기 시스템은 송신단에서, 주파수 호핑 확산 스펙트럼 부호화에 의해 데이터를 전송하기 위한 베이스밴드 전송 수단과, 수신단에서, 추정 데이터를 복원하기 위한 역전송 수단을 포함하는, 상기 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템에 있어서,
    상기 전송 수단은 직교 주파수 분할에 따라 부호화를 수행하고, 상기 역전송 수단은 복호화를 수행하여 상기 부호화의 변환의 역변환을 행하며,
    상기 전송 수단은 역 푸리에 변환을 행하기 위한 수단을 포함하고, 역전송 수단은 직접 푸리에 변환((direct Fourier transform)을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    주파수 홉(hop)들을 부호화하거나 복호화하기 위하여, 상기 전송 수단 또는 역전송 수단 각각은 데이터 믹싱 수단 또는 데이터 디믹싱((demixing) 수단을 각각 포함하며, 상기 믹싱 수단 또는 상기 디믹싱 수단 각각은,
    - 가변 어드레스 시퀀스들을 생성하는 어드레스 생성기와
    - 믹싱될 또는 디믹싱될 데이터가 각각 기록되고, 판독시, 믹싱되거나 디믹싱된 데이터를 각각 전달하는 메모리로서, 믹싱 및/또는 디믹싱은 가변 시퀀스 어드레스 생성기의 도움으로 판독 및 기록 모드들에서 상이하게 메모리를 어드레싱함으로써 실현되는 상기 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 데이터는 디지탈 변조에 의해 변조된 신호로부터 발생하고, 상기 시스템은 전송국에서, 전송 메시지들을 디지탈 변조된 심볼들로 변환하기 위한 수단(10)과, 수신국에서, 상기 수신된 심볼들로부터 메시지들을 추출하기 위한 수단(20)을 포함하며,
    주파수 점프들을 부호화하기 위하여, 전송 수단은 심볼들을 샘플링하기 위한 수단(821-82M)과 다양한 샘플링된 신호들(Su1-SuM)을 패킷화하기 위한 수단(831-83M)을 포함하며, 하나의 패킷은 심볼들이 출력되는 디지탈 변조의 심볼들(se1-SeM)의 수와 같거나 큰 다수의 샘플링된 심볼들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    역 푸리에 변환을 수행하기 위한 수단 다음에 신호 프레임들을 형성하기 위한 수단이 있고, 직접 푸리에 변환을 수행하기 위한 수단 앞에 상기 신호 프레임들로부터 신호들을 추출하기 위한 수단이 있는 것을 특징으로 하는, 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    프레임들을 형성하기 위한 수단(15)은,
    - 보호 심볼들을 가산하기 위한 수단과,
    - 시리얼라이저 수단과,
    - 심볼 블럭들의 프레임들을 형성하고 특정 심볼들의 블럭들을 가산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 송수신 기지국(B)과, 상기 기지국을 통하여 전송 채널들(CHA1, CHA2)에 의해 서로 통신하는 다수의 송수신 사용자국들(U1, U2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 캐리어 주파수 호핑 확산 스펙트럼 통신 시스템.
  7. 제 5 항에 청구된 바와 같은 시스템에 사용된 사용자국.
  8. 제 5 항에 청구된 바와 같은 시스템에 사용된 기지국.
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