KR100458123B1 - 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치 - Google Patents

무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치 Download PDF

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Abstract

무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치는, 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기와; 병렬 데이터를 직교성 코드로 곱한 후 합산하는 합산기와; 합산기에 의해 합산된 코드 신호 중 일정 레벨 이상의 신호를 클리핑(clipping)하는 레벨 클리퍼와; 레벨 클리퍼의 클리핑 동작에 의해 남겨진 n개의 레벨 신호를 QPSK 성상 과정을 거쳐 전송하는 QPSK 변조기를 포함한다.
따라서, 본 발명은, VSG(Variable Spreading Gain) 방식과 MC(Multi Code) 방식을 결합하여 MC 방식에서 발생하는 멀티 레벨 신호를 클리핑하고, VSG 방식에서 요구되는 MC 직교성을 유지함으로써, 간단한 구조로 고속의 전송 속도를 구현할 수 있다.

Description

무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치{APPARATUS FOR TRANSMITTING A DATA IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 기술에 관한 것으로, 특히, 무선 이동통신 시스템, 예를 들어, WPAN(Wireless Personal Area Network) 및 셀룰러 이동통신 시스템에서의 효율적인 고속 데이터 전송이 가능한 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치에 관한 것이다.
WPAN 및 셀룰러 시스템의 가입자 증가와 주변 기술의 발달로 인해 보다 다양한 데이터를 고속으로 전송할 필요성이 대두되었다.
현재까지 개발된 고속 전송 방식에는 크게 VSG(Variable Spreading Gain) 방식과 MC(Multi Code) 방식이 있다. VSG 방식의 경우에는 SG를 줄임으로써 전송 속도를 향상시키는 반면에, MC 방식은 여러 개의 병렬 브랜치를 사용함으로써 전송 속도를 높인다.
현재까지의 기술로는 이러한 VSG, MC 방식 양자 공히 CDMA 시스템에 주로 적용되고 있으며, CDMA 시스템이 아닌 경우에는 적용이 불가능하다.
그런데, 이러한 통상의 고속 전송 방식은 몇 가지 문제점들을 안고 있다.
먼저, VSG 방식은 데이터의 고속 전송을 위해 SG를 줄이는데 따른 시스템 검파 성능의 저하를 초래할 수 있으며, 그에 따라 데이터 전송 신뢰성이 줄어들 수 있다. 즉, SG의 최소 한계로 인하여 전송률을 높일 수 있는 한계가 존재할 수 있는 것이다.
반면, MC 방식의 경우에는, SG를 일정하게 유지할 수는 있지만 전송 전에 여러 브랜치로부터의 신호가 합산되기 때문에 최종단에서 멀티 레벨 특성을 가지게 되어 전송 전력이 커진다는 문제가 존재한다. 따라서, 시스템 전체적으로 구조가 복잡해질 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, VSG 방식과 MC 방식을 결합하여 MC 방식에서 발생하는 멀티 레벨 신호를 클리핑하고, VSG 방식에서 요구되는 MC 직교성을 유지함으로써, 간단한 구조로 고속의 전송 속도를 구현한 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치에 있어서, 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기와; 병렬 데이터를 직교성 코드로 곱한 후 합산하는 합산기와; 합산기에 의해 합산된 코드 신호 중 일정 레벨 이상의 신호를 클리핑하는 레벨 클리퍼와; 레벨 클리퍼의 클리핑 동작에 의해 남겨진 n개의 레벨 신호를 QPSK 성상 과정을 거쳐 전송하는 QPSK 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치의 송신단 구조도,
도 2는 4.08 Mbps 전송 속도를 지원하는 VSG(Variable Spreading Gain) 방식 설계를 나타내는 도면,
도 3은 λ1=2와 λ1=7인 경우의 레벨 클래핑 및 QPSK 성상 규칙을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치의 수신단 구조도,
도 5는 DS/CDMA(Direct-Sequence Code Division Multiple Access) 시스템과 본 발명에 따른 전송 장치의 BER 성능 비교 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 직병렬 변환기
102 : 합산기
104 : 레벨 클리퍼
106 : QPSK 변조기
400 : 프리엠블 탐색기
402 : QPSK 복조기
404 : 멀티 레벨 변환기
406 : 코드 확산기
408 : 병직렬 변환기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치의 송신단 구조도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 전송 장치의 송신단은, 직병렬 변환기(100), 합산기(102), 레벨 클리퍼(104), QPSK 변조기(106)를 포함한다.
먼저, 직병렬 변환기(100)는 전송하고자 하는 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 역할을 수행하는데, 각 병렬 브렌치는 직교성을 가지는 코드(Wk, k=1,2,3,…15)가 곱해진 후에 합산기(102)에 의해 합산된다.
합산기(102)에 의해 합산된 코드 신호는 레벨 클리퍼(104)로 인가되고, 레벨 클리퍼(104)는 이러한 합산 코드 신호 중 일정 레벨 이상의 신호를 클리핑한다.
본 실시예에서는 4개의 레벨만을 남기고 나머지 신호는 클리핑되는 것을 특징으로 한다. 남겨진 4개의 레벨 신호는 QPSK 성상 과정을 거쳐서 전송된다.
본 실시예는 세 가지의 전송 클래스를 갖는데, 전송 클래스 1은 1.02Mbps(N=1), 전송 클래스 2는 2.04Mbps(N=2), 전송 클래스 3은 4.08Mbps(N=4)까지 데이터 율을 지원한다.
이러한 데이터율을 만족하기 위해서 각 멀티 코드 브랜치는 16, 32, 64칩의 VSG를 갖도록 설계된다.
도 2는 4.08 Mbps 전송 속도를 지원하는 VSG 방식 설계를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, k번째 멀티 코드는 각 클래스별로 다음 수학식 1과 같은 관계를 갖는다.
여기서, Wk 1,1은 64개의 칩으로 구성된 멀티 코드이고, Wk 2,1과 Wk 2,2는 각각 32개의 칩으로 구성된 멀티 코드이고, Wk 3,1,Wk 3,2,Wk 3,3,Wk 3,4은 각각 16개의 칩으로 구성된 멀티 코드를 의미한다.
한편, 15개의 멀티 코드 브랜치를 가진 시스템에 VSG 방식을 적용하기 위해서 적절한 확산 코드의 선택이 필요한데, 설계하고자 하는 15개의 멀티코드는 모든 전송 클래스 i (i=1,2,3)에 대해서 다음의 조건을 만족해야 한다.
(조건1) : 임의의 M-ary 왈쉬 코드의 경우, 서로 다른 코드 인덱스 p와 q에 대해서 다음 수학식 2를 만족하는 모든 코드 인덱스 중에서 하나의 코드만을 사용해야 한다.
여기서, M=64, p와 q에 64개의 왈쉬 코드 인덱스 중의하나이며(), mod는 모듈러 연산자이다.
(조건2) 2i-1배의 전송률을 얻기 위해서는 모든 2i-1개의 서브 코드들은 다음 수학식 3에 나타난 바와 같이 직교성을 유지해야 한다.
여기서, 서브 코드 인텍스는 1=j<=2i-1의 범위를 갖는다.
M-ary 왈쉬 코드에 대해서 조건 1과 조건 2를 만족하는 가능한 코드의 개수는 다음 수학식 4로부터 구할 수 있다.
이때, 코드 선택 알고리즘은 가능한 코드수 Np의 모든 조합을 추적하게 된다. 15개의 멀티 코드 브랜치로 구성된 시스템의 경우에 모드 브랜치로 입력되는 데이터 패턴은 총 215개 존재하며, 코드 선택 알고리듬은로 주어지는 데이터 및 코드 브랜치 조합에 의해서 발생하는 수신단의 결정변수에 대한 통계적인 특성을 평가하게 된다. 총 215개의 입력 패턴 중에서 k번째 해당하는 데이터 패턴을 수학식 5와 같이 정의할 때, 수신단에서 발생하는 결정 변수는 다음 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.
또한, 결정변수의 역수를 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.
앞서 정의된 결정 변수에 대해서 두 개의 코드 선택 알고리즘을 구성할 수 있다.
코드 선택 알고리듬은 다음 수학식 8에서 정의된 두 변수를 최소화하는 코드를 선택하게 된다.
여기서,는 입력 데이터 패턴 인덱스 k에 대한 평균 연산자이다.
다른 한편, 클래스 i에 해당하는 각 멀티 코드 브랜치의 합 x(i)(t)는 ±1, ±3, ..., ±15중에 하나의 값을 가지는 멀티 레벨 신호를 의미한다. 레벨클리퍼(104)는 매 칩마다 발생하는 멀티 레벨 신호를 다음과 같은 규칙에 의해 신호값을 클리핑(clipping) 하게 되며, 클리핑 된 후의 신호 y(i)(t)는 다음 수학식 9와 같이 표현된다.
여기서, λ1=2, λ2=7이다.
도 3은 λ1=2와 λ2=7인 경우의 레벨 클리퍼(104)의 동작 및 QPSK 변조기(106)를 통한 QPSK 성상 규칙을 보여준다.
표 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 전송 장치는 QPSK 신호 성상을 이용하여 데이터를 전송한다.
[표 1]
클리핑 레벨 λ1 -λ1 λ2 -λ2
위상 3π/4 -π/4 π/4 -3π/4
이때, QPSK 성상 규칙은 λ1과 -λ1, 그리고 λ2과 -λ2사이의 거리가 최대가 되도록 설계된다. 결과적으로 송신단에서 QPSK 변조기(106)를 통해 전송되는 QPSK 신호 s(i)(t)는 다음 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.
여기서, Pc는 전송 칩 에너지이며, ha(t)는 신호 크기 쉐이핑 필터를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치의 수신단 구조도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 전송 장치의 수신단은, 프리엠블 탐색기(400), QPSK 복조기(402), 멀티 레벨 변환기(404), 코드 확산기(406), 병직렬 변환기(408)를 포함한다.
먼저, 프리엠블 탐색기(400)를 이용하여 패킷의 시작점을 찾아낸 후에, 전송된 4레벨의 신호를 QPSK 복조기(402)에서 복원하게 된다. 이때, 복원되는 신호는 수신단에서 멀티 레벨 신호를 4레벨로 클리핑한 후의 전송 신호이다.
복원된 4레벨 신호에 각 브랜치에 해당하는 멀티 코드를 곱하여 상관 과정을 거치면 각 브랜치로 전송된 신호를 복원할 수 있다. 각 브랜치별로 복원된 신호는 병직렬 변환기(408)에서의 병직렬 과정을 거쳐서 전송 신호를 복원하게 된다.
표 2는 본 발명에 따른 데이터 전송 장치에서 사용되는 패킷을 정리한 것이다.
[표 2]
Link type Packet name User payload Effective payload Max. rate(Mbps)
Data DLU1DMU1DHU1DLU2DMU2DHU2DLU4DMU4DHU4 0∼680∼2380∼4080∼1360∼4760∼8160∼2720∼9520∼1632 0∼10200∼35700∼61200∼20400∼71400∼122400∼40800∼142800∼24480 0.4080.7140.8160.8161.4281.6321.6322.8563.264
Voice UV1UV2UV3 n/an/an/a n/an/an/a 68.068.068.0
표 2에 나타난 바와 같이, 음성 및 데이터용으로 12개의 패킷이 정의되며, 크게 DLU(Data-Low Uncoded) 패킷, DMU(Data-Medium Uncoded) 패킷, DHU(Data-High Uncoded) 패킷으로 구분된다.
DLU 패킷은 한 개의 타임 슬롯, DMU 패킷은 세 개의 타임 슬롯, DHU 패킷은 다섯 개의 타임 슬롯을 점유하는 패킷이다. 또한, DXX1 패킷, DXX2 패킷, DXX4 패킷은 각각 SG가 64, 32, 16인 경우에 해당되는 패킷이다. 반면에 HV(High-quality Voice) 패킷은 68Kbps의 전송률을 지원한다.
도 5는 종래의 DS/CDMA(Direct-Sequence Code Division Multiple Access) 시스템과 본 발명에 따른 전송 장치의 BER 성능 비교 그래프로서, SG가 각각 16, 32, 64인 경우의 비트 에러율(bit error rate, BER)을 나타낸 것이다.
클리핑으로 인해 기존 DS/CDMA 시스템에 비해서 SG가 16, 32, 64인 경우에 각각 4dB, 4.5dB, 6dB로 성능이 저하됨을 알 수 있다. 그러나, DS/CDMA 시스템에서 얻을 수 있는 데이터율이 68Kbps, 136Kbps, 272Kbps인 반면에, 본 발명에 따른 데이터 전송 장치의 경우에는 각각 1.02Mbps, 2.04Mbps, 4.08Mbps를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
따라서, 본 발명은 MC 방식의 데이터 전송 장치에서 발생하는 멀티 레벨 신호를 클리핑 함으로써 시스템 구조를 단순화시키며 고속의 전송률을 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치에 있어서,
    직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기와;
    상기 병렬 데이터를 직교성 코드로 곱한 후 합산하는 합산기와;
    상기 합산기에 의해 합산된 코드 신호 중 일정 레벨 이상의 신호를 클리핑(clipping)하는 레벨 클리퍼와;
    상기 레벨 클리퍼의 클리핑 동작에 의해 남겨진 n개의 레벨 신호를 QPSK 성상 과정을 거쳐 전송하는 QPSK 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 장치는,
    VSG(Variable Spreading Gain) 방식과 MC(Multi Code) 방식을 결합하여 MC 방식에서 발생하는 멀티 레벨 신호를 클리핑하고, VSG 방식에서 요구되는 MC 직교성을 유지하는 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨 클리퍼는,
    의 신호 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 QPSK 변조기는,
    의 신호 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 장치는,
    의 특성을 갖는 코드 선택 방식을 채용한 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 이동통신 시스템은 WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템인 것을 특징으로 하는 무선 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 장치.
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