KR100581294B1 - 부호분할 다중접속시스템의 송신장치 및 송신데이터처리방법 - Google Patents

부호분할 다중접속시스템의 송신장치 및 송신데이터처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 주파수도약코드를 이용하여 MC-CDMA 시스템의 코드채널을 최대화 할 수 있는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 부호화되어 직렬로 입력되는 데이터를 특정 수의 병렬데이터로 변환한 후, 그 알파벳 크기가 부반송파의 총수를 2차원 확산코드의 주파수영역의 확산인자로 나눈 값으로 결정되는 주파수도약코드를 이용하여 상기 병렬데이터에 부반송파를 연결하여 주파수를 도약시킨다. 그리고 시간영역의 확산인자 및 주파수 영역의 확산인자에 의해 생성된 2차원 확산코드를 이용하여, 상기 병렬데이터가 연결된 부반송파들 각각에 대하여 확산된 신호를 생성한다. 이렇게 확산된 신호를 역고속푸리에변환한 후 송신한다.
본 발명에 따르면, 다중 반송파 부호분할 다중접속 시스템에서 2차원 확산된 신호를 주파수 도약 코드를 이용하여 주파수 도약을 하게 함으로서 코드채널용량를 최대화하고 주파수 선택적 무선 페이딩 채널 환경에서 시스템의 성능을 향상시켜 시스템 용량을 증대시킬 수 있다.
CDMA, 확산코드, 도약코드

Description

부호분할 다중접속시스템의 송신장치 및 송신데이터 처리방법{Apparatus of transmitting data in Code Division Multiple Access system and processing method of transmitting data}
도 1은 종래에 제한된 MC-CDMA방식을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래의 MC-CDMA 방식에서 사용되는 송신기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 시간/주파수 영역에서 2차원 확산 및 주파수 도약을 수행하는 MC-CDMA 개념도이다.
도 4는 시간/주파수 영역에서의 2차원 확산코드 및 주파수 도약코드를 사용하여 채널을 구분하는 본 제1실시예에 따른 채널 할당 방법을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 시간/주파수 영역에서 2차원 확산 및 주파수 도약을 수행하는 MC-CDMA 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 송신기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 발명은 부호분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, 이하 CDMA라고 한다)시스템에 관한 것으로, 특히, 부호분할 다중접속시스템의 송신장치 및 송신데이터 처리방법에 관한 것이다.
CDMA시스템에서, 주파수 영역의 확산인자(spreadign factor) 및 시간 영역의 확산인자에 의해 생성된 2차원 확산코드를 이용하여 신호를 확산시키는 다중 반송파 부호분할 다중 접속(Multiple carrier Code Division Multiple Access, 이하 MC-CDMA라고 한다) 방식이 일반적으로 사용되고 있다.
도 1은 종래에 제한된 MC-CDMA방식을 보여주는 도면이다.
도 1에서 K번째 채널의 데이터인 변조 데이터(1)는 A, B, C, D 내지 H로 표현되고, 주파수 영역 및 시간 영역의 2차원 확산코드(2)는 C1, C2, C3 , C4, C5, C6, C7, C8로 표현된다.
변조데이터(1)는 확산코드(2)를 이용하여 시간/주파수 영역 2차원 직접시퀀스 확산데이터(3)로 확산된다.
이때 시스템에서 사용되는 부반송파 주파수를 모두 사용한다. 도 1에서는 시스템에서 사용되는 부반송파 주파수 개수가 8인 경우를 예를 들었다.
도 1에서와 같이, 사용된 2차원 확산코드(2)는 SF(Spreading Factor)가 8인데, 여기서 시간영역 SF, 즉 SFT가 4이고, 주파수 영역 SF, 즉 SFF가 2이다.
종래에 제안된 MC-CDMA 방식에서 시간/주파수 영역의 2차원 확산코드(2)로 서로 다른 코드(일반적으로 직교하는 코드)를 서로 다른 사용자에게 할당함으로써 채널을 구분할 수 있다.
도 2는 종래의 MC-CDMA 방식에서 사용되는 송신기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
송신기(10)는, 직병렬변환기(11), 제1 내지 제M복사부(12), 시간/주파수2차원직접시퀀스 확산코드(14), 스크램블링코드(15), 역고속푸리에변환부(16) 및 가드인터벌삽입부(17)를 포함한다.
부호화되어 입력되는 데이터신호는 직병렬변환기(11)에서 M개의 신호로 병렬변환된 후, 각 신호들은 제1 내지 제M복사부(12) 각각에서 SFF 즉, 2만큼 복사된다. 복사된 병렬 데이터들에 대해 주파수 및 시간 영역에서의 짧은 직교코드(14)가 곱해진다. 그런 다음, 긴 랜덤 스크램블링코드(15)가 곱해진 후 역고속푸리에변환기(16)에 의해 역고속푸리에변환되어 가드인터벌삽입부(17)에서 가드인터벌(Guard Interval)이 삽입되어 RF(Radio Frequency) 또는 IF(Intermediate Frequency)로 전송되는 방식이다.
이 종래의 방식이 셀룰라 시스템에 적용됐을 때 길이가 SF인 시간/주파수 2차원 직교코드(14)는 채널들을 구별하기 위해 사용되며 길이가 SF*M인 긴 랜덤 스크램블링코드(15)는 셀 혹은 사용자를 구분하기 위해 사용된다. 여기서 M은 총 부 반송파 개수를 SF로 나눈 값이다.
도 2에서 직병렬 변환된 M 개의 신호는 각각 SFF개로 복사된 후 시간/주파수 2차원 직교코드(14)가 곱해진다. 따라서 M개의 브랜치 각각에 대해 길이가 SF로 동 일한 직교코드가 곱해진다.
이와 같은 방식에서, SFF를 크게 할 경우 주파수 도메인에서 멀리 떨어진 부반송파간 채널통과특성이 다르게 되어 서로 다른 코드채널간 직교성이 만족되지 않아 시스템 성능이 매우 떨어 질 수 있기 때문에 SFF를 크게 할 수 없다. 마찬가지로 SFT를 크게 할 경우 이동국 속도가 고속일 때 시간축 상에서 직교성이 만족되지 않기 때문에 SFT를 크게 할 수 없다. 이것은 코드채널 개수의 제한을 가져오는 결과를 초래한다.
4세대 이동통신 시스템이 고속 패킷 서비스 위주이지만 기본적으로 제어채널과 다수의 음성채널 등을 지원해야 한다.
하지만 상기와 같은 방식은 모든 부반송파 대역을 모두 사용하면서도 SF가 작기 때문에 채널당 데이터 전송속도가 매우 높아서 저속의 제어채널과 음성채널 등을 지원하기에는 매우 비효율적이다.
본 발명이 이루고자 하는 하나의 기술적 과제는, 주파수도약코드를 이용하여 MC-CDMA 시스템의 코드채널을 최대화 할 수 있는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 부호분할 다중접속시스템에서 주파수 선택적 페이딩 채널 환경에서 시스템의 성능을 높여 시스템 용량을 최대화할 수 있는 송신데이터 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 부호분할 다중접속시스템의 송신장치는, 시간영역의 확산인자 및 주파수 영역의 확산인자에 의해 생성된 2차원 확산코드를 이용하는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치로서,
직렬로 구성된 입력 데이터를 특정 수의 병렬데이터로 변환하는 직병렬변환부;
주파수도약코드를 이용하여 상기 직병렬변환부에 의해 변환된 병렬데이터가 실리는 부반송파에 대하여 주파수도약시키는 주파수도약부;
상기 주파수도약된 부반송파들 각각에 대하여 상기 2차원 확산코드를 이용하여 확산된 신호를 생성하는 확산부; 및
상기 확산된 신호를 송신할 수 있도록 변환한 후 변환된 신호를 송신하는 송신부를 포함한다.
상기 주파수도약부는, 주파수를 도약시키는 주파수도약코드를 생성하는 주파수 도약 코드 발생기; 및
상기 주파수도약코드생성부에서 생성된 상기 주파수도약코드를 받아 매 주파수도약구간마다 부반송파들 중 특정 수만큼을 선택하고, 선택된 부반송파들 각각에 상기 병렬데이터와 연결하여 출력하는 주파수 선택기를 포함할 수 있다.
상기 주파수도약코드의 알파벳 크기는 상기 부반송파의 총수를 상기 2차원 확산코드의 주파수영역의 확산인자로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
상기 확산부는, 상기 주파수선택기의 출력을 주파수 영역의 확산인자만큼 복 사하여 출력하는 복사부;
2차원 확산코드를 생성하는 확산코드생성부; 및
상기 복사부의 출력에 상기 확산코드생성부에서 생성된 확산코드를 곱하는 곱셈부
를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 송신데이터 처리방법은,
a) 직렬로 구성된 입력 데이터를 특정 수의 병렬데이터로 변환하는 단계;
b) 주파수도약코드를 이용하여 상기 병렬데이터에 부반송파를 연결하여 주파수를 도약시키는 단계; 및
c) 시간영역의 확산인자 및 주파수 영역의 확산인자에 의해 생성된 2차원 확산코드를 이용하여 상기 주파수도약된 신호를 확산시키는 단계를 포함한다.
상기 b) 단계는,
상기 주파수도약코드 생성부에서 생성된 상기 주파수도약코드를 받아 매 주파수도약구간마다 부반송파들 중 특정 수만큼을 선택하는 단계; 및
선택된 부반송파들 각각에 상기 병렬데이터와 연결하는 주파수선택단계
를 포함할 수 있다.
상기 주파수도약코드의 알파벳 크기는 상기 부반송파의 총수를 상기 2차원 확산코드의 주파수영역의 확산인자를 나눈 값으로 결정될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 시간/주파수 영역에서 2차원 확산 및 주파수 도약(frequency hopping)을 수행하는 MC-CDMA 개념도이다.
도 3에서, K번째 채널의 데이터인 변조 데이터(100)는 A, B, C, D, E, F로 표현하고, 시간/주파수영역의 확산코드(101)는 코드길이가 8이고 C1, C2, C3 , C4, C5, C6, C7, C8 로 표현된다. 또한, K번째 채널에 대한 도약코드(102)는 H1, H3, H2, H4, …로 표현된다. 또한, 직병렬변환기의 출력수(N)는 1이다.
도 3에서와 같이, MC-CDMA 시스템에서 확산코드(101)를 이용하여 변조데이터(100)의 신호확산을 수행하고, 도약코드(102)를 이용하여 주파수도약을 수행한다.
도약코드(H1, H3, H2, H4, …)에서, 알파벳 크기(alphabet size)는 M진 (M-ray)코드의 M과 같은 의미로서 임의의 한 도약구간(도 3의 TH 구간)에서 코드 엘리먼트가 가질 수 있는 가지수와 동일하다. 도 3에서 임의의 한 도약 구간에서의 코드 엘리먼트가 가질 수 있는 가지수는 H1, H2, H3, H4의 4개뿐이다. 이 경우 알파벳 크기는 4가 된다.
코드 알파벳 크기는 또한 총 부반송파 개수를 SFF로 나눈 값으로 정해진다. 따라서 알파벳 크기는 M으로서 제1실시예에서는 4(즉, H1, H2, H3, H4)이다.
즉, 총 부반송파의 개수가 8이고 시간/주파수영역 2차원 확산코드(101)의 SF가 8(즉, SFT는 4이고 SFF는 2)인 경우 2개의 정보 비트 단위(또는 8개의 FFT 심볼 단위)로 주파수 도약코드(102)를 이용하여 주파수 도약을 수행한다.
여기서, TH는 한번 주파수 도약해서 다음 번 도약 패턴으로 가기 전까지의 시간이다.
제1실시예에 따르면, 시간/주파수 2차원 직접시퀀스 확산코드 뿐만 아니라 주파수 도약 코드를 이용하여 사용자를 구분 할 수 있기 때문에 사용 가능한 코드 채널 수가 도 1에서 설명한 종래의 방식에 비해 4배 증가한다. 반면 데이터 전송속도는 종래의 방식의 1/4이 된다. 즉, 종래의 방식에 비해 데이터 전송률이 1/4인 저속 데이터까지도 지원할 수 있다.
또한 주파수 도약을 하기 때문에 저속 데이터 사용자에 대해서도 주파수 선택적 페이딩 환경에서 주파수 다이버시티 이득이 생겨서 시스템 용량을 증대시킬 수 있어, 저속 데이터 사용자에게 적합하다.
도 4는 시간/주파수 영역에서의 2차원 확산코드 및 주파수 도약코드를 사용하여 채널을 구분하는 본 제1실시예에 따른 채널 할당 방법을 보여주는 도면이다.
시간/주파수 2차원 확산코드(101)가 8개이고, 도약코드(102)가 4이므로, 총 채널의 수는 32개가 된다.
이는 종래기술에 의한 경우보다 4배가 증가된 수이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 시간/주파수 영역에서 2차원 확산 및 주파수 도약을 수행하는 MC-CDMA 개념도이다.
제2실시예는, 직병렬변환기의 출력수(N)가 2라는 점이 제1실시예와 다르다.
구체적으로, 도 5에서, K번째 채널의 데이터인 변조 데이터(200)는 A, B, C, D, E, F로 표현하고, 시간/주파수영역의 확산코드(201)는 C1, C2, C3 , C4, C5, C6, C7, C8로 표현된다. 또한, K번째 채널에 대한 도약코드(202)는 (H1, H2), (H3, H4), (H1, H2)로 표현된다. 괄호의 의미는 임의의 한 도약 구간에서 N=2이기 때문에 2개의 코드 알파벳(또는 2개의 부반송파 그룹)을 사용한다는 의미이다.
도 5에서와 같이, MC-CDMA 시스템에서 확산코드(201)를 이용하여 변조데이터(200)의 신호확산을 수행하고, 도약코드(202)를 이용하여 주파수도약을 수행한다.
여기서, TH는 한번 주파수 도약해서 다음 번 도약 패턴으로 가기 전까지의 시간이다. 송신신호는 임의의 도약구간(TH)에서 2개의 부반송파 그룹을 사용할 수 있다.
제2실시예에 따르면, 제1실시예에 비하여 데이터 전송속도가 2배 증가하지만 코드채널수는 1/2로 된다. 반면 종래 방식에 비하여 코드채널수는 2배가 된다. 즉, 제2실시예는 제1실시예와 종래의 방식의 중간정도의 데이터 전송률을 같은 사용자에게 지원할 수 있다.
제2실시예에서 알 수 있듯이 데이터 전송률에 따라 N값을 조절하므로써 본 발명은 저속데이터에서 고속데이터까지 다양하게 지원할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 송신기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6에서와 같이, 본 실시에에 따른 MC-CDMA 송신기(120)는 직병렬변환기(121), 주파수선택기(122), 주파수도약코드발생기(123), 복사부(124), 확산코드발생기(125), 곱셈기(126), 긴 코드 곱셈기(126), IFFT부(128) 및 주기접두어(Cyclic Prefix)삽입부(129)를 포함한다.
먼저, 직병렬 변환기(121)는 입력신호를 N개의 병렬 신호로 변환하여 주파수선택기(122)로 전달한다. 주파수선택기(122)는 주파수 도약코드 발생기(123)로부터 주파수 도약 코드를 받아 매 주파수 도약구간마다 M개의 부반송파 그룹 중 N개의 그룹을 선택하여 N개의 입력과 연결한다.
복사부(124)는 주파수선택기(122)의 출력을 주파수 영역 확산인자(SFF)만큼 복사하고, 곱셈기(126) 및 긴 코드 곱셈기(127)는 복사부(124)의 출력에 2차원 확산코드 발생기(125)에서 생성된 확산코드를 곱한다.
그런 다음, 확산코드가 곱해진 신호는 IFFT부(128)에서 역고속푸리에 변환되고 주기접두어삽입부(129)에서 주기접두어가 삽입된 후, RF(Radio Frequency) 또는 IF(Intermediate Frequency)로 전송된다.
도 6에서와 같이, 주파수 도약 코드의 코드 알파벳 크기(M)는 총 부반송파 개수(Nc)를 2차원 확산코드의 주파수영역 확산인자(SFF)로 나눈 값과 같다.
또한 직병렬변환기(121)의 출력 수(N)는 도약코드 알파벳 크기(M)보다 작거나 같을 수 있다. 직병렬변한기 출력의 개수(N)가 클수록 한 도약패턴구간(TH)에서 한 채널이 점유하는 부반송파의 개수도 늘어난다. 또한 데이터 전송속도도 N에 비례해서 높아진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, 다중 반송파 부호분할 다중접속 시스템에서 주파수 및 시간 영역에서의 2차원 확산된 신호를 주파수 도약 코드를 이용하여 주파수 도약을 하게 함으로서 MC-CDMA 시스템의 코드 채널 용량를 최대화하고 주파수 선택적 무선 페이딩 채널 환경에서 시스템의 성능을 향상 시켜 시스템 용량을 증대시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 시간영역의 확산인자 및 주파수 영역의 확산인자에 의해 생성된 2차원 확산코드를 이용하는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치에 있어서,
    직렬로 구성된 입력 데이터를 특정 수의 병렬데이터로 변환하는 직병렬변환부;
    주파수도약코드를 이용하여 상기 직병렬변환부에 의해 변환된 병렬데이터가 실리는 부반송파에 대하여 주파수도약시키는 주파수도약부;
    상기 주파수도약된 부반송파들 각각에 대하여 상기 2차원 확산코드를 이용하여 확산된 신호를 생성하는 확산부; 및
    상기 확산된 신호를 송신할 수 있도록 변환한 후 변환된 신호를 송신하는 송신부
    를 포함하는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수도약부는,
    주파수를 도약시키는 주파수도약코드를 생성하는 주파수 도약 코드 발생기; 및
    상기 주파수 도약 코드 발생기에서 생성된 상기 주파수 도약 코드를 받아 매 주파수 도약 구간마다 부반송파들 중 특정 수만큼을 선택하고, 선택된 부반송파들 각각에 상기 병렬데이터와 연결하여 출력하는 주파수선택기
    를 포함하는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수도약코드의 알파벳 크기는 상기 부반송파의 총수를 상기 2차원 확산코드의 주파수영역의 확산인자로 나눈 값으로 결정되는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 확산부는,
    상기 주파수 선택기의 출력을 주파수 영역의 확산인자만큼 복사하여 출력하는 복사부;
    2차원 확산코드를 생성하는 확산코드생성부; 및
    상기 복사부의 출력에 상기 확산코드생성부에서 생성된 확산코드를 곱하는 곱셈부
    를 더 포함하는 부호분할 다중접속시스템의 송신장치.
  5. 부호분할 다중접속시스템의 송신데이터 처리방법에 있어서,
    a) 직렬로 구성된 입력 데이터를 특정 수의 병렬데이터로 변환하는 단계;
    b) 주파수도약코드를 이용하여 상기 병렬데이터에 부반송파를 연결하여 주파수를 도약시키는 단계; 및
    c) 시간영역의 확산인자 및 주파수 영역의 확산인자에 의해 생성된 2차원 확산코드를 이용하여 상기 주파수도약된 신호를 확산시키는 단계
    를 포함하는 송신데이터 처리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 주파수도약코드 생성부에서 생성된 상기 주파수도약코드를 받아 매 주파수도약구간마다 부반송파들 중 특정 수만큼을 선택하는 단계; 및
    선택된 부반송파들 각각에 상기 병렬데이터와 연결하는 주파수선택단계
    를 포함하는 송신데이터 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주파수도약코드의 알파벳 크기는 상기 부반송파의 총수를 상기 2차원 확산코드의 주파수영역의 확산인자를 나눈 값으로 결정되는 송신데이터 처리방법.
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