KR100441744B1 - 50 메가헤르쯔 대역을 이용하여 155 메가비피에스기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법 및 그시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 50MHz 대역을 이용하여 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법은 155Mbps의 기저 대역 신호를 변조 처리하는 방법에 있어서, 155Mbps의 입력 신호를 직렬-병렬 변환하여 복수개의 신호로 분할하여 처리속도를 감소시키는 단계와, 분할되어 병렬로 변환된 각각의 신호를 일정한 크기로 버퍼링하는 단계와, 일정한 크기로 버퍼링된 각각의 신호에 대하여 직교부호를 이용하여 신호 처리속도를 증가시키고 그 출력신호를 소정갯수씩 그루핑하여 각 그루핑된 신호에 대하여 SSB 필터링을 수행하여 50Mbps의 무선신호 대역으로 변조하는 단계를 수행한다.

본 발명에 의하면, 155Mbps의 고속 데이터 신호를 50MHz 대역의 무선으로 전송하여야 하는 경우 주파수 대역의 효율성을 고려하여 작은 대역으로 고속의 신호를 전송할 수 있게 한다. 이렇게 됨에 따라 시스템이 간소화되고 시스템의 가격을 저렴하게 할 수 있게 된다.

Description

50 메가헤르쯔 대역을 이용하여 155 메가비피에스 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법 및 그 시스템{A bandwidth efficient modulation method for transmitting 155Mbps baseband data signals in 50 MHz RF bandwidth}

본 발명은 155Mbps의 기저 대역 데이터 신호를 50MHz 대역에서 무선으로 전송하기 위한 대역 변조 방법 및 그 변조 시스템에 관한 것이다.

최근 컴퓨터 통신 및 이동 통신 등을 통하여 개인간 또는 단체 간에 데이터의 교환이 급증하면서 처리해야 할 데이터의 양이 기하 급수적으로 증가하고 있다. 향후 전자 상거래 및 무선 인터넷 등이 활성화되면 처리해야 할 데이터는 더욱 늘어날 것이다. 이러한 데이터의 양을 고속으로 처리하는 데이터 처리 속도 중의 하나가 155Mbps이다. 현재 이러한 데이터 속도는 유선망으로는 가능하지만 무선망으로는 처리가 매우 어렵다.

그 이유는 스펙트럼 중에서 155MHz 와 같은 넓은 대역의 사용 허가를 얻기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 하드웨어적으로도 155MHz 또는 155Mbps의 데이터를 처리할 수 있는 시스템의 구성이 쉽지 않기 때문이다.

그러나, 23GHz 대역에 50MHz의 사용 가능한 대역이 있어 155Mbps의 신호를 50MHz 대역에서 전송할 수 있다면, 우리나라와 같이 산악 지형이 많은 지역에서는 유선이 아닌 무선 전송이 반드시 필요한 경우 매우 유용하게 이러한 대역을 이용할 수 있을 것이다.

기존의 방법으로는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이라고 하는 변조 방법을 사용할 수 있다. 그러나 이 방식은 신호의 출력 레벨이 지속적으로 변하므로 성능이 우수한 고가의 전력 증폭기를 사용해야 하고, 수신측에서도 일반적인 이진의 신호 레벨을 판정하는 것이 아니라 다중 레벨의 신호를 판정해야 하므로 시스템 하드웨어의 가격이 상당히 비싸지는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 155Mbps의 고속 데이터 신호를 50MHz 대역의 무선으로 전송하여야 하는 경우 주파수 대역의 효율성을 고려하여 작은 대역으로 고속의 신호를 전송할 수 있는 50MHz 대역을 이용하여 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법 그 변조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대역폭 사용이 효율적인 변조를 위한 변조 시스템의 구성 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 변조부의 상세한 구성 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 변조과정 후 전송 단계에서의 스펙트럼 형태의 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 대역폭 변조를 수행하기 위한 동작 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 직렬-병렬 변환부 200 : 버퍼부

300 : 변조부 310 : 곱셈기

320 : D/A 변환기 330 : 가산기

340 : 반송파 변조기 350 : 가산기

360 : SSB 필터 370 : 가산기

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 작은 규모의 직교 부호, 반송파의 직교성, 스펙트럼의 대칭성 등을 이용하여 경제적인 비용으로 155MHz의 대역을 갖는 신호를 50MHz 대역 내에서 전송할 수 있게 하여 대역폭을 효율적으로 사용한다.

본 발명에 따른 변조 시스템의 일측면에 따르면, 155Mbps의 기저 대역 신호를 변조 처리하는 변조 시스템에 있어서, 155Mbps의 입력 신호를 직렬-병렬 변환하여 분할하는 복수개의 직병렬 변환부와, 직병렬 변환부에 의해 분할되어 병렬로 변환된 각각의 신호를 일정한 프레임의 데이터 크기로 임시로 저장하는 버퍼부와, 버퍼부로부터 출력되는 각각의 신호에 대하여 직교부호를 곱해주고, 그 출력신호를 소정갯수씩 그루핑하여 각 그루핑된 신호에 대하여 SSB 필터링을 수행하여 50Mbps의 무선신호 대역으로 변조하는 변조부를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 50MHz 대역을 이용하여 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법의 일측면에 의하면, 155Mbps의 기저 대역 신호를 변조 처리하는 방법에 있어서, 155Mbps의 입력 신호를 직렬-병렬 변환하여 복수개의 신호로 분할하여 처리속도를 감소시키는 단계와, 분할되어 병렬로 변환된 각각의 신호를 일정한 크기로 버퍼링하는 단계와, 일정한 크기로 버퍼링된 각각의 신호에 대하여 직교부호를 이용하여 신호 처리속도를 증가시키고 그 출력신호를 소정갯수씩 그루핑하여 각 그루핑된 신호에 대하여 SSB 필터링을 수행하여 50Mbps의 무선신호 대역으로 변조하는 단계를 수행한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 변조 시스템의 구성 블록도이다.

도 1을 참조하면, 155Mbps의 입력 신호를 직렬-병렬 변환하는 직병렬 변환부(100)와, 직병렬 변환부(100)를 통해 병렬로 변환된 신호를 임시로 저장하는 버퍼부(200)와, 버퍼부에 저장된 신호를 50MHz 대역으로 전송하기 위한 변조를 수행하는 변조부(300)를 포함하여 구성된다.

155Mbps의 고속 데이터는 우선 직렬-병렬(serial-to-parallel) 변환부(100)에 의하여 변환된다. 직렬-병렬 변환부에 의한 병렬 경로의 개수는 임의의 개수가 될 수 있으며, 경로를 나누는 이유는 속도를 낮추기 위한 것으로 데이터의 속도가높을수록 넓은 대역폭이 필요하다. 즉, 시간 영역에서 155Mbps의 신호는 주파수 영역에서 155MHz의 신호 대역폭이 필요하다. 주어진 대역폭이 50MHz이므로 155MHz의 신호를 통과시킬 수 없는 것이다.

여기서는 16개를 예로 들어 설명한다. 즉, 아래에 설명한 바와 같이 16개 경로로 나누면 4차의 직교 부호를 사용하는 것이 바람직하고, 만일 32개의 경로로 나누면 8차의 직교 부호를 사용하는 것이 바람직하다.각 가지(branch) 또는 경로에는 신호를 일시 저장할 수 있는 버퍼(예를 들면 211a)가 하나씩 존재하고, 각 버퍼에는 일정한 길이의 데이터가 저장되는데, 예를 들어 한 프레임 길이의 데이터 신호가 저장될 수 있다. 현재 STM(Synchronous Transfer Mode)에서는 14990 비트가 한 프레임을 이루며 시간으로는 125 x 10^-6초(sec)이다.

버퍼의 개수만큼 데이터 속도는 느려지고 따라서 대역폭도 줄어든다. 155Mbps 신호는 정확히는 155.52Mbps이고, 이 신호가 16경로로 나뉘어 지면 각 경로에서의 데이터 속도는 155.52Mbps / 16 = 9.72 Mbps이다.

각각의 경로는 4개의 경로씩 묶어서 고려한다. 이 4개의 묶음을 작은 묶음(211, 212, 221, 222)으로 하고, 4개씩 2개의 묶음 즉, 8개의 묶음을 큰 묶음(210, 220)으로 칭한다. 16개의 경로를 4개씩 묶은 것은 각각의 경로에 4차원의 월시(Walsh) 부호나 하다마드(Hadamard) 부호와 같은 직교 부호를 적용하기 위한 것이다. 모두 16개의 경로가 있으므로 4차원의 직교 부호가 동시에 각각의 작은 묶음에 적용된다. 각 버퍼에 저장된 신호들은 16개의 버퍼에 데이터가 모두 들어오면 동시에 변조부(300)로 전달되어 변조 과정이 시작된다.

도 2는 도 1에 도시된 변조부(300)의 세부 구성도이다. 도 2를 참조하여 변조 블록의 세부 구성 및 동작은 살펴보자.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 변조블럭은 이 버퍼로부터 출력되는 신호에 직교 부호를 곱해주는 곱셈기(310)와, 곱셈기(310)의 출력신호를 D/A변환하는 D/A 변환기(320)와, 병렬 가지로부터의 신호를 하나로 모으는 가산기(330)와, 필요한 무선 대역으로 신호의 대역을 이동시킬 수 있는 반송파 변조기(340)와, 반송파 변조기(340)의 출력신호를 하나로 모으는 가산기(350)와, 대칭 형태의 신호 스펙트럼중 한쪽을 제거시키는 SSB 필터(360)와, SSB 필터(360)의 신호를 가산하는 가산기(370)를 포함하여 구성된다.

각 버퍼(200)로부터 출력되는 신호에 대하여 변조부(300)로 입력되면 각 데이터 심볼에 4개의 심볼로 구성된 4차원의 직교 부호를 곱해주는 곱셈기(311, 312, 313, 314)를 통해 직교부호가 곱해진다. 직교 부호의 한 예로 월시 부호가 사용될 수 있다. 이에 따라 데이터 처리속도는 9.72Mbps ×4 = 38.88Mbps가 된다.

이에 따라, 데이터 처리속도가 향상되고, 데이터는 D/A 변환기(320)를 거쳐 아날로그 신호 형태가 되고, 하나의 작은 묶음을 구성하고 있는 4개의 아날로그 형태의 신호는 하나의 가산기(330)에 의하여 더해진다. 즉, 16개 경로의 신호는 4개씩의 작은 묶음 단위로 각각 더해지는 것이다. 따라서 16개 경로에 대하여 모두 4개의 가산기가 존재한다.

4개의 가산기(330)로부터의 출력 신호는 변조기(340)에서 반송파에 의하여 변조되는데 이 4개의 신호에 곱해지는 반송파는 모두 다르다. 그 방법을 한 예로설명하면 다음과 같다. 작은 묶음 내의 신호들은 하나의 가산기에 의하여 더해지므로 가산기 출력 신호는 모두 4개이며, 첫번째 가산기 출력 신호에 대하여는 cos w₁t(341), 두번째 가산기 출력 신호에 대하여는 sin w₁t(342), 세번째 가산기 출력 신호에 대하여는 cos w₂t(343), 네번째 가산기 출력 신호에 대하여는 sin w₂t(344)가 곱해지는 형태이다.

코사인 함수와 사인 함수는 서로 직교하므로 가산기(350)에서 서로 더해져 전송될 수 있으며, 큰 묶음 내에 있는 두 개의 작은 묶음 단위의 신호는 수신기에서 구분하여 수신할 수 있고, 작은 묶음 내의 신호는 곱해져 있는 직교 부호에 의하여 수신기 내에서 구분된다.

두 개의 큰 묶음 신호는 SSB(single sideband) 필터에 의하여 RF대역상에서 서로 간섭하지 않고 존재할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 변조되는 신호의 대역폭은 38.88 MHz이다. 따라서 주어진 50MHz 대역 내에서는 스펙트럼이 서로 겹치게 된다. 그러나, 전송하기에 앞서 SSB필터로 스펙트럼의 반을 제거한다면 계산상 38.88 MHz /2 =19.44 MHz가 된다.

신호의 스펙트럼은 좌우 대칭으로서 양측에 동일한 정보를 가지고 있어 반을 제거하더라도 정보가 손실되지 않으므로 SSB필터를 사용할 수 있는 것이다. SSB필터를 통과한 신호는 약 20MHz의 신호가 되므로 50 MHz 내에 두 개의 스펙트럼이 존재할 수 있으며, 서로 간의 간섭을 최소화하기 위하여 주어진 대역 내에서 스펙트럼이 적절하게 위치를 잡을 수 있도록 한다.

도 3은 변조과정후 전송단계에서의 스펙트럼 형태의 한예이다. 변조 방식에 따라 스펙트럼의 주엽(main lobe)와 부엽(side lobe)의 형태가 달라지지만 도 3의 예를 들면, 선택되는 중심 주파수 fc1은 fc1=(x+x+25)/2=(x+12.5) MHz 이고, 두 번째 스펙트럼의 중심 주파수 fc2는 fc2=(x+25+x+50)/2=(x+37.5) MHz 이다.

이와 같은 결과를 고려하여 변조 주파수 w₁과 w₂를 결정하도록 한다. 두 개의 큰 묶음 신호에 대한 반송 주파수가 다르므로 여기에 상응하는 SSB필터도 중심 주파수가 다르다. 따라서 첫 번째 큰 묶음 신호에 대한 SSB필터를 SSB필터1(361), 두번째 큰 묶음 신호에 대한 SSB필터를 SSB필터2(362)라 칭한다. 각각의 필터를 통과한 신호는 가산기(370)에 의하여 더해져 증폭기, 안테나 등을 거쳐 전송된다. 단, SSB필터는 변조를 위한 신호 처리 과정 중 임의의 위치에 존재할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 변조시스템의 동작 흐름도이다. 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 50MHz 대역으로 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법을 살펴보자.

155Mbps의 신호가 변조시스템내로 입력되면, 우선 직병렬 변환부(100)에서는 그 분할된 경로수만큼 입력된 신호를 분할한다(S1). 16개의 경로를 사용하여 분할할 경우 155Mbps 신호(정확히는 155.52Mbps임에 따라)는 각 경로에서의 데이터 속도는 155.52Mbps / 16 = 9.72 Mbps로 분할된다. 이렇게 분할된 신호를 각각의 버퍼(200)로 전송하여 정해진 프레임의 크기로 버퍼(200)에 저장한다(S2). 각 버퍼(200)에 저장된 데이터에 대하여 곱셈기(310)에서는 미리 정해진 직교 부호의 차수로 발생된 직교 부호를 곱한다. D/A 변환기(320)에서는 곱셈기(310)의 출력신호에 대하여 D/A 변환을 수행한다(S3). 이때 직교부호는 주어진 대역폭과 신호 대역폭의 상관관계에 의하여 이루어진다. 경로가 16개이므로 4차원의 월시(Walsh) 부호나 하다마드(Hadamard) 부호와 같은 직교 부호를 적용하도록 한다.

이렇게 D/A 변환을 수행한 신호에 대하여 가산기(330)에서는 D/A 변환기(320)의 각 출력신호에 대하여 소그룹의 작은 묶음 단위로 신호를 더한다(S4). 이때, 모두 16개의 경로이고 4차원의 직교 부호를 적용함에 따라 각각의 작은 묶음에 적용하여 각각의 경로를 4개의 경로씩 묶어서 고려하도록 한다. 이렇게 16개의 경로를 4개씩 묶은 것은 각각의 경로에 4차원의 월시(Walsh) 부호나 하다마드(Hadamard) 부호와 같은 직교 부호를 적용하기 때문이다. 이에 따라 데이터 처리속도는 9.72Mbps ×4 = 38.88Mbps가 된다.

이렇게 가산된 신호에 대하여 반송파 변조기(340)에서는 필요한 무선 대역으로 신호의 대역을 이동시킬 수 있게 하기 위하여 RF주파수를 사용하여 코사인 함수와 사인함수에 의하여 변조를 수행한다(S5). 반송파 변조기(340)의 출력신호는 가산기(350)에 의해 큰 묶음 단위, 즉 동일한 주파수 단위로 신호가 더해지고(S6), 이렇게 동일한 주파수에 위치한 스펙트럼은 동일한 대역폭을 가지므로 전송하기에 앞서 SSB필터(360)를 통과시켜 필터링을 수행한다(S7). SSB필터(360)로 스펙트럼의 반을 제거한다면 계산상 38.88 MHz /2 =19.44 MHz가 된다. 실시예의 경우에는 두 개의 서로 다른 주파수를 고려하였으므로 두개의 SSB 필터(361, 362)의 필터 출력 신호를 더하는 과정이 필요하며, 이러한 과정은 가산기(370)에 의해 이루어진다(S8). 만일 그 이상의 필터 출력이 존재한다면 이들 신호를 모두 더해야할 것이다. 마지막으로 더해진 신호를 전송함으로써(S9) 모든 변조과정을 종료한다.

본 발명에 의하면, 155Mbps의 고속 데이터 신호를 50MHz 대역의 무선으로 전송하여야 하는 경우, 주파수 대역의 효율성을 고려하여 작은 대역으로 고속의 신호를 전송할 수 있게 한다. 이렇게 됨에 따라 시스템이 간소화되고 시스템의 가격을 저렴하게 할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 155Mbps의 기저 대역 신호를 변조 처리하는 변조 시스템에 있어서,

   병렬로 변환된 기저 대역 신호 155Mbps를 각각의 일정한 프레임의 데이터 크기로 임시로 저장하는 버퍼부와,

   상기 버퍼부로부터 출력되는 각각의 신호에 대하여 직교부호를 곱해주고, 그 출력신호를 소정갯수씩 그루핑하여 각 그루핑된 신호에 대하여 SSB 필터링을 수행하여 50Mbps 이하의 무선신호 대역으로 변조하는 변조부를 포함하여 구성되며,

   상기 변조부는

   상기 버퍼로부터 출력되는 신호에 직교 부호를 곱해주는 곱셈부와,

   직교부호가 곱해진 각각의 신호에 대하여 소정갯수씩 그루핑하는 복수개의 가산부와,

   상기 그루핑된 신호에 대하여 필요한 50Mbps 이하의 무선 대역으로 변조하는 반송파 변조부와,

   상기 무선신호로 변조된 대칭 형태의 신호 스펙트럼중 한쪽을 제거시키는 SSB 필터부를 포함하는 50MHz 대역을 이용하여 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 반송파 변조부는,

   주어진 주파수 대역내에 전송 신호의 스펙트럼을 위치시킬 수 있는 주파수 선택하여 변조하는 50MHz 대역을 이용하여 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 시스템.
4. 삭제
5. 155Mbps의 기저 대역 신호를 변조 처리하는 방법에 있어서,

   변환 입력된 155Mbps 기저 대역 병렬신호를 복수개의 신호로 분할하여 처리속도를 감소시키는 단계와,

   상기 신호를 각각 일정한 크기로 버퍼링하는 단계와,

   상기 일정한 크기로 버퍼링된 각각의 신호에 대하여 직교부호를 이용하여 신호 처리속도를 증가시키고 그 출력신호를 소정갯수씩 그루핑하여 각 그루핑된 신호에 대하여 SSB 필터링을 수행하여 50Mbps 이하의 무선신호 대역으로 변조하는 단계로 이루어지며,

   상기 변조하는 단계는,

   상기 일정한 크기로 버퍼링된 각각의 신호에 직교부호를 곱하는 단계와,

   직교부호가 곱해진 각각의 신호에 대하여 소정갯수씩 그루핑하는 단계와,

   상기 그루핑된 신호에 대하여 필요한 50Mbps 이하의 무선 대역으로 변조하는 단계와,

   상기 무선신호로 변조된 신호에 대하여 SSB 필터링을 수행하여 대칭 형태의 신호 스펙트럼중 한쪽을 제거시키는 단계를 포함하는 50MHz 대역을 이용하여 155Mbps 기저대역 신호를 전송하기 위한 대역 변조 방법.