KR100675901B1 - 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치 - Google Patents

주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치에 관한 것으로서, 복수개의 안테나 소자(211∼21m)가 상호 반파장 이격되도록 배열되어 설치된 적응 배열 안테나부(21); 각 사용자에 대한 주파수 도약 시퀀스 신호를 생성하는 주파수 도약 국부 오실레이터(22); 상기 생성된 주파수 도약 시퀀스 신호에 의거하여 상기 각 안테나 소자(211∼21m)를 통해 수신된 신호를 역확산하는 주파수 역도약기(231∼23m); 상기 주파수 역도약기(231∼23m)를 통해 역확산된 수신 신호를 가변 설정되는 가중치에 따라 보정하여 출력하는 공간 여파기(24); 상기 공간 여파기의 출력신호를 지연하는 지연기(25); 상기 지연기(25)에 의해 지연된 신호와 원하는 사용자에 대한 주파수 도약 시퀀스 신호로서의 기준 신호 간의 상호 차이값을 구하는 가감 계산부(26); 상기 가감 계산부(26)로부터 구해진 차이값에 근거하여 상기 가중치를 설정하는 적응 프로세서(27); 상기 공간 여파기(24)의 출력 신호를 복조하는 복조기(28); 및 상기 복조기(28)의 출력 신호를 복호하는 복호기(29)로 구성되어, 주파수 도약 부호 분할 다중 접속망의 패킷 처리율을 향상한다.
주파수 도약, 부호 분할 다중 접속, 적응 안테나 배열, 패킷 처리율, 가중치

Description

주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치{An apparatus for receiving a signal in frequency hopping CDMA system}
도 1 은 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 송신기 구조를 보인 블록도이고,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치의 블록도이고,
도 3 은 본 발명의 모의 실험 결과로서 정규화된 제공 부하(normalized offered load)에 따른 정규화된 패킷 처리율 (normalized packet throughput)을 나타낸 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
111∼11n : RS 부호화기 121∼12n : 변조기
131∼13n : 주파수 도약기
211∼21m : 안테나 소자 21 : 적응 배열 안테나부
22 : 주파수 도약 국부 오실레이터 231∼23m : 주파수 역도약기
24 : 공간 여파기 25 : 지연기
26 : 가감 계산부 27 : 적응 프로세서
28 : 복조기 29 : RS 복호화기
본 발명은 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적응 안테나 배열 방식을 적용하여 패킷 처리율을 향상시키기 위한 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치에 관한 것이다.
부호 분할 다중 접속(CDMA: code division multiple access) 시스템은 확산하는 방식에 따라 직접 시퀀스(DS: direct sequence), 주파수 도약(FH: frequency hopping), 시간 도약(TH: time hopping), 그리고 이들의 조합인 복합(hybrid) 방식 등으로 크게 나뉘어 진다. 그동안 주로 많이 사용되어져 온 방식은 직접 시퀀스 방식과 주파수 도약 방식이며, 직접 시퀀스 방식은 주로 상용(commercial) 시스템에, 그리고 주파수 도약 방식은 군용(military) 시스템에 주로 적용되어져 왔다.
CDMA 시스템의 성능을 증대시키는 방식 중의 하나로 적응 안테나 배열(adaptive antenna array)을 이용하는 방식이 유망한 것으로 알려져 있는 바, 적응 안테나 배열은 다수개의 안테나를 이용하여 수신단에서 수신하는 시스템으로, 이 때 안테나 사이는 반파장(half wavelength) 만큼 이격(separation)되어 있다.
그 동안의 연구에서는 주로 직접 시퀀스 방식에 대해 적응 안테나 배열을 적용해 왔으며, 주파수 도약 방식에 대해서는 적응 안테나 배열을 적용하는 연구가 이루어지지 않았다. 또한, 적응 안테나 배열을 적용하는 연구는 주로 비트 오류 확 률 측면에서 분석되어져 왔기 때문에, 패킷 망(packet network) 환경에서 패킷을 전송시에 적응 안테나 배열을 이용하여 패킷 전송 능력을 향상시키는 연구는 아직까지 전혀 진행된 바 없다.
CDMA와 같은 다중 접속 환경에서는 모든 사용자들이 동일한 주파수 대역에서 동작하므로, 시스템 동작시 사용자간 신호가 상호 간섭 성분으로 작용한다. CDMA 시스템은 다수 사용자 간섭(MAI: multiple access interference)에 그 성능이 제한되므로, MAI를 효과적으로 제거하는 것은 시스템 전체 성능 향상에 매우 중요하다.
수신단에서 시스템의 성능은 신호대 잡음비(signal-to-noise-ratio)에 의해 결정되므로, 수신하고자 하는 사용자 신호의 신호대 잡음비를 향상시키는 여러 방식들이 제안되어져 왔다.
적응 안테나 시스템을 적용한 경우 성능이 향상되는 기본 원리는 배열 이득(array gain)에 의한 신호대 잡음비의 증대에 있는 데, 배열 이득은 수신하고자 하는 사용자에 대해 최대의 신호대 잡음비를 달성하고, 간섭 신호에 대해서는 널링 (nulling)을 함으로써 간섭 신호 성분을 최소화시키며, 또한 적응 안테나 배열을 사용하면 복조하고자 하는 패킷의 처리율이 배열 이득에 의해 향상되므로, 패킷 처리율을 극대화하기 위해 적응 안테나 배열이 매우 유용한 기법으로 여겨지며, 이에 따라 주파수 도약 부호 분할 다원 접속 망의 패킷 처리율에 대한 극대화의 한 방안으로 적응 안테나 배열을 적용하기 위한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경에 의해 창작된 것으로서, 그 목적은 수신단에 적응 안테나 배열을 적용하여 주파수 도약 부호 분할 다중 접속망의 패킷 처리율을 극대화하도록 된 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치는, 복수개의 안테나 소자가 상호 반파장 이격되어 배열된 적응 배열 안테나 수단; 상기 각 안테나 소자를 통해 수신된 신호를 주파수 도약 시퀀스 신호에 근거하여 역확산하는 주파수 역도약 수단; 상기 역확산된 수신 신호를 가변 설정되는 가중치에 따라 보정하여 출력하는 공간 여파 수단; 상기 공간 여파 수단의 출력 신호와 수신 목표 신호의 주파수 도약 시퀀스 신호 간의 차이값에 근거하여 상기 가중치를 설정하는 설정 수단; 상기 공간 여파 수단의 출력 신호를 복조(demodulating)하는 복조 수단; 및 상기 복조 수단의 출력 신호를 복호(decoding)하는 복호 수단; 을 포함하여 구성되어, 패킷 처리율을 극대화한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 송신기 구조를 보인 블록도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 각 사용자의 데이터를 리드-솔로몬(Reed- Solomon : RS)부호화 방식으로 부호화하는 RS 부호화기(encoder)(111∼11n); 상기 부호화된 신호를 변조하는 변조기(modulator)(121∼12n); 각 사용자에 대한 주파수 도약 확산 시퀀스에 따라 상기 변조된 신호를 주파수 도약 확산하여 무선 전송하는 주파수 도약기(frequency hopper)(131∼13n)로 구성되어 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치의 블록도로서, 복수개의 안테나 소자(211∼21m)가 상호 반파장 이격되도록 배열되어 설치된 적응 배열 안테나부(21); 각 사용자에 대한 주파수 도약 시퀀스 신호를 생성하는 주파수 도약 국부 오실레이터(22); 상기 생성된 주파수 도약 시퀀스 신호에 의거하여 상기 각 안테나 소자(211∼21m)를 통해 수신된 신호를 역확산하는 복수개의 주파수 역도약기(231∼23m); 상기 주파수 역도약기(231∼23m)를 통해 역확산된 수신 신호를 가변 설정되는 가중치(또는 필터 계수라 함)에 따라 보정하여 출력하는 공간 여파기(spatial filter)(24); 상기 공간 여파기의 출력신호를 지연하는 지연기(25); 상기 지연기(25)에 의해 지연된 신호와 원하는 사용자에 대한 주파수 도약 시퀀스 신호로서의 기준 신호간의 상호 차이값을 구하는 가감 계산부(26); 상기 가감 계산부(26)로부터 구해진 차이값에 근거하여 상기 수신 신호의 도래각을 추정함과 아울러 상기 가중치를 설정하는 적응 프로세서(adaptive processor)(27); 상기 공간 여파기(24)의 출력 신호를 복조하는 복조기(demodulator)(28); 및 상기 복조기(28)의 출력 신호를 복호하는 RS 복호화기(RS decoder)(29)로 구성되어 있다.
이어, 본 발명의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
N 명의 사용자가 존재할 때 각 사용자의 데이터는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 각 사용자 단말기에 구비된 상기 각 RS 부호화기(111∼11n)를 통해 부호화되고, 상기 각 변조기(121∼12n)에서 변조된 후, 상기 주파수 도약기(131∼13 n)를 통해 주파수 도약 확산되어 무선 전송로(wireless channel)를 통해 전송된다.
일반적으로, 무선 전송로를 통해 패킷을 전송하는 시스템에서는 무선 전송로 상의 다중 경로 페이딩(multipath fading)에 의해 전송된 패킷에 오류가 발생할 수 있으므로, 이 때 발생된 오류를 제어하기 위해 오류 제어 부호(error control coding)를 사용한다. 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 망에서는 오류 제어 부호로 주로 RS 부호를 많이 사용하므로, 본 발명에서 오류 제어 부호로서 RS 부호를 사용한 것 즉, 도 1 과 같은 송신기에서 상기 RS 부호화기(111∼11n)를 사용한 것을 전제로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치를 보여주는 바, 도 1 의 송신기로부터 무선 전송로를 통해 전송 수신된 신호는 여러 개의 안테나 소자 (211∼21m)로 구성된 적응 배열 안테나부(21)를 통과하고, 상기 각 안테나 소자(211∼21m)의 출력 신호는 상기 각 주파수 역도약기(221∼22m)에서 상기 주파수 도약 국부 오실레이터로부터 제공되는 각 사용자에 대한 주파수 도약 시퀀스 신호에 의거하여 역확산된다.
상기 각 주파수 역도약기 (221∼22m)의 출력 신호는 상기 공간 여파기(24)를 통해, 가변 설정되는 가중치에 따라 보정된 후 출력되고, 상기 공간 여파기(24)의 출력 신호는 상기 지연기(25)를 통해 지연된 후 상기 가감 계산부(26)에 입력된다.
상기 가감 계산부(26)는 상기 지연기(25)에 의해 지연된 신호와 원하는 사용자에 대한 주파수 도약 시퀀스 신호로서의 기준 신호간의 상호 차이값을 구하고, 상기 가감 계산부(26)로부터 구해진 차이값은 상기 적응 프로세서(27)에 입력된다.
상기 적응 프로세서(27)는 상기 입력된 차이값에 근거하여 상기 수신 신호의 도래각을 추정함과 아울러 상기 공간 여파기(24)의 가중치를 설정하여 그 설정된 가중치를 상기 공간 여파기에 제공하여 줌으로써, 상기 각 주파수 역도약기 (221∼22m)로부터 출력되어 상기 공간 여파기(24)에 입력된 신호가 보정되어 출력되도록 하고, 이와 같이 보정 출력된 신호는 상기 복조기(28)를 통해 복조된 후 상기 복호화기(29)를 통해 복호되어 원하는 사용자의 신호를 정확하게 찾는다.
즉, 상기 각 주파수 역도약기 (221∼22m)의 출력은 상기 공간 여파기(spatial filter)에서 여파되고 상기 지연기(25)를 통과한 후 상기 가감 계산부(26)에서 상기 기준 신호와 가감되어 그 차분(difference)의 신호만이 상기 적응 프로세서(27)를 통과한다. 상기 적응 프로세서(27)의 출력은 상기 공간 여파기(24)의 가중치 즉, 여파기 계수(filter coefficient)를 조절함으로써, 정해진 수렴 특성을 보인 후 상기 복조기(28)로 향하게 된다.
도 3 은 정규화된 제공 부하(normalized offered load)에 따른 정규화된 패 킷 처리율(normalized packet throughput)을 보여준다. 여기서, 상기 적응 프로세서(27)의 알고리즘으로 최소 평균 자승(LMS: least mean square) 알고리즘을 사용하였으며, 각 사용자는 하나의 패킷을 전송하는 것을 가정한다. 또한 부호 분할 다중 접속망은 슬롯화된 ALOHA(slotted ALOHA)로 동작하며, 이 때 시간축이 슬롯(slot)이라는 작은 시간 단위로 나뉘어 지고, 보내고자 하는 패킷은 이 슬롯의 시작점에서만 송신된다. 정규화된 제공 부하는 슬롯당 전송되는 패킷의 평균 개수를 나타낸다. 결과적으로 도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 4개와 8개의 안테나 소자의 배열로 이루어진 적응 배열 안테나를 사용할 때 각각의 경우 패킷 처리율이 크게 증대됨을 볼 수 있으며, 이를 통해 적응 안테나 배열이 주파수 도약 부호 분할 다중 접속망의 패킷 처리율 향상에 유용함을 확인할 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치에 의하면, 주파수 도약 부호 분할 다중 접속망의 패킷 처리율을 향상시키는 효과가 창출된다.

Claims (2)

  1. 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 신호를 수신 처리하는 장치에 있어서,
    복수개의 안테나 소자가 상호 반파장 이격되어 배열된 적응 배열 안테나 수단;
    상기 각 안테나 소자를 통해 수신된 신호를 주파수 도약 시퀀스 신호에 근거하여 역확산하는 주파수 역도약 수단;
    상기 역확산된 수신 신호를 가변 설정되는 가중치에 따라 보정하여 출력하는 공간 여파 수단;
    상기 공간 여파 수단의 출력 신호와 수신 목표 신호의 주파수 도약 시퀀스 신호 간의 차이값에 근거하여 상기 가중치를 설정하는 설정 수단;
    상기 공간 여파 수단의 출력 신호를 복조(demodulating)하는 복조 수단; 및
    상기 복조 수단의 출력 신호를 복호(decoding)하는 복호 수단;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주파수 도약 부호 분할 다중 접속 시스템의 수신 장치.
  2. 삭제
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