KR101197110B1 - 광대역 부호분할 다중접속 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기 - Google Patents

광대역 부호분할 다중접속 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티코드 전송을 갖는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 송신신호의 큰 진폭 변화를 피하고 고출력 증폭기의 비선형왜곡에 강하도록 송신진폭을 일정진폭으로 만들어주면서 에러정정 기능을 갖는 부호화율 4/4 복호화기와 16/16인 일정진폭 부호화기/복호화기에 관한 것이다. 본 발명은 기존 방법과 다르게 패리티 발생기와 한 개의 Walsh 코드를 사용하여 송신 신호를 일정하게 만드는 4/4 부호화기 사용시, 수신기에서 홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러정정을 하여 기존 수신기나 일정진폭을 갖는 다른 수신기보다 성능이 더 개선된 에러정정 기법을 갖는 4/4 복호화기 기법을 제안했다. 또한, 기존 부호화율 9/16 부호화기와 12/16 부호화기의 확장된 구조에서 9개와 12개의 비트 데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 추가 비트를 더 보냄으로써 2.5dB와 1.25dB의 에너지 손실을 갖는 기존 방법을 개선한 16/16 부호화기와 수신기에서 홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러를 정정하는 16/16 복호화기를 제안했다. 부호화율 16/16 부호화기/복호화기는 일정진폭으로 전송하기 위해 추가의 비트를 사용하지 않으므로 에너지 손실이 없으며, 에러정정으로 인해 기존 수신기보다 성능이 개선되고, 일정 송신 진폭으로 피크대 평균전력비가 크지 않으므로 이동 단말의 배터리 수명을 증가시키고, 고출력 증폭기의 비선형 왜곡을 갖는 W-CDMA 시스템에 유용하다.

Description

광대역 부호분할 다중접속 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기{Constant envelope encoder and decoder with error correction for wideband CDMA communication system}
본 발명은 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광대역 부호 분할 다중 접속(W-CDMA) 통신방식에서 송신신호의 큰 진폭 변화를 피하고 고출력 증폭기(HPA:High Power Amplifier)의 비선형왜곡에 강하도록 송신진폭을 일정진폭으로 만들면서 에러정정 기능을 갖는 부호화율 4/4 복호화기와 부호화율 16/16 일정진폭 부호화기/복호화기 기법을 제안하는, 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기에 관한 것이다.
광대역 멀티코드 부호분할 다중접속(W-CDMA) 시스템에서 송신 출력신호는 각 병렬 코드 채널 신호들의 합이기 때문에 큰 진폭 변화를 갖는다. 이 큰 진폭 변동은 큰 비선형 왜곡을 가져오므로, 시스템의 비트 에러율(BER:Bit Error Rate) 성능을 저하시킨다.
이런 문제를 해결하기 위해 피크대 평균전력비(PAPR:Peak-to-Average Power Ratio)를 감소시키는 연구 기법들은 고전력 증폭기(HPA:High Power Amplifier)의 비용을 감소시키며, HPA 효율과 이동국의 배터리 수명를 증가시키는 데에도 널리 활용되기 때문에 이에 대한 많은 연구들이 이루어지고 있다.
송신 신호의 큰 진폭 변화를 피하고 피크대 평균 전력비(PAPR)를 감소시켜 고출력 증폭기(HPA)의 왜곡을 줄이기 위해 제안된 한가지 방법은 여분의 한 코드 채널을 추가하여 사용함으로써 송신 신호 진폭이 일정하도록 만들어 주는 Wada의 일정진폭 부호화 기법이 도 1 및 도 2와 같이 제안되었다(T. Wada외, "A Constant Amplitude Coding for Orthogonal Multi-Code CDMA System," IEICE Trans. Fundamentals., vol.E80-A, no.12, Dec. 1997, pp.2477-2483).
도 1은 기존의 Wada의 3/4 부호화기의 전체적인 구성도이다.
도 1은 Wada가 제안한 3/4부호화기(100)는 직렬/병렬 변환부(S/P)(110)로부터 제공된 3개의 채널 데이터들(b0, b1, b2)의 패리티검사를 하는 패리티 발생기(Parity Generator)(180), 패리티 발생기(180)로부터 출력된 비트를 반전시키는 인버터(190), 월시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드를 곱하는 곱셈기(120), 4채널의 병렬 데이터를 합산하는 합산기(130) 구성된다. Wada의 3/4부호화기(100)에서 입력된 3채널의 입력 데이터(b0, b1, b2)들을 각각 월시-하다마드 코드(W0, W1, W2)를 곱한다. 4번째 채널은 입력 데이터(b0, b1, b2)들을 패리티 발생기(180)에 의해 패리티(parity)를 검사하고, 그 출력을 인버터(190)에 의해 반전하여 월드-하다마드 코드(W3)를 곱하고, 나머지 3개의 병렬 채널 데이터들과 합하여 직렬로 변환되어 출력된다. 결국, 3개의 입력데이터의 패리티를 체크하여 1의 갯수가 짝수일 때 큰 진폭 변동을 가져오므로 짝수일때는 4채널에 1를 더하여 항상 4채널 데이터의 1의 개수가 홀수가 되도록 하여 일정진폭 전송을 구현한다.
도 2는 기존의 Wada의 9/16 부호화기의 전체적인 구성도이다.
도 2의 Wada의 9/16 부호화기(600)는 도 1의 Wada의 3/4 부호화기(100) 3개를 사용하여 구성된다. 9개의 사용자 입력 데이터 스트림(bi 9)이 입력되면 직렬/병렬 변환부(S/P)(605)에 의해 데이터(bi0 4,bi1 4,bi2 4)가 병렬로 나누어져 각각 3개의 3/4부호화기(610)로 입력되고, 3개의 3/4부호화기(610)을 이용하여 3/4 부호화기의 출력
Figure 112011007806580-pat00001
이 각각 일정진폭을 만든다. 그러나, Wada의 9/16 부호화기(600)는 일정진폭으로 출력된 3개의 3/4 부호화기들(610)의 출력들
Figure 112011007806580-pat00002
을 모두 합할 경우 +6에서 -6까지 큰 진폭변화를 가져올 수 있기 때문에, 또 다시 4개 병렬채널의 데이터 비트
Figure 112011007806580-pat00003
들을 추가하여 일정진폭을 만들어주어야만 한다. 이를 위해 데이터변환부(660)는 각각의 3/4 부호화기의 출력 +2 또는 -2를 1 또는 0으로 각각 변환하여 패리티 발생기(670)에서 패리티를 검사한다. 인버터(680)는 패리티 발생기(670) 출력을 반전시켜 데이터변환부(690)에 의해 출력을 2배 체배하고 합산기(620)에 입력시켜 3개의 3/4 부호화기들의 출력과 합산하여 +4에서 -4의 일정 진폭을 갖는 신호를 만든다.
이 신호들은 PN(Pseudo Noise) 코드 확산부(630)에 의해 확산되고, 변조부(635)에 의해 캐리어(wc)를 갖는 주파수신호에 의해 일정주파수 대역으로 변조된다. 이 변조된 신호는 적당한 채널대역폭을 갖도록 루트코사인 Roll-off 필터(645)에 의해 일정 대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링된 후, 고출력증폭기(HPA:High Power Amplifier)(650)에 의해 일정진폭으로 증폭하여 안테나(655)를 통해 송신된다.
이 Wada 기법은 비선형 고전력 증폭기가 사용될 때 통상의 전송 기법보다 낮은 피크대 평균전력비(PAPR:Peak-to-Average Power Ratio)를 가져 오지만 도 1의 3/4 부호화기일때 사용자 정보 3개 비트의 데이터를 일정진폭으로 동시에 송신하기 위해 1개의 추가 비트를 동시에 수신하기 위한 1개의 병렬채널이 추가로 필요하며, 도 2의 9/16 부호화기일때는 9개 비트의 데이터를 일정진폭으로 보내기 위해 7개의 추가 비트를 사용하여 총 16개의 병렬채널을 사용하여 보내야 하므로 추가 코딩으로 인한 에너지 손실에 기인하여 3/4 부호기(100)와 9/16 부호기(600)일때 각각 1.25dB와 2.5dB의 비트에러율(BER:Bit Error Rate) 성능 감쇄를 가져온다.
다른 한가지 제안된 방법은 Wada 방법과는 다르게 패리티 발생기(Parity generator)와 한개의 월시(walsh) 코드를 사용하여 송신 신호를 일정하게 만들 수 있는 본 제안자가 발표했던 Suil 기법이 있다(Su Il kim외, "Enhancement of Constant Amplitude Coding for Multi-Code Wideband CDMA Systems," IEICE Trans. on Comm., vol.E83-B, no.11, Nov. 2000, pp.2550-25553).
도 3은 기존의 Suil의 4/4 부호화기 및 4/4 복호화기의 전체적인 구성도이다. 도 4는 기존의 Suil의 12/16 복호화기의 전체적인 구성도이다.
이 방법은 Suil의 4/4 부호화기일때 일정진폭을 만들기 위해 Wada의 방법과는 다르게 여분의 추가 채널을 사용하지 않기 때문에 비트 에러율(BER)에서 감쇄가 일어나지 않은 장점이 있다. 그러나, 확장된 구조의 Suil의 12/16 부호화기일때 Wada 9/16 부호화기와 유사하게 12개 비트 데이터를 보내기 위해 4개의 추가데이터를 사용하여 총 16개의 병렬채널을 사용하여 보내야 하므로 1.25dB 에너지 손실이 발생하여 성능 감쇄를 가져온다.
도 3의 4/4 복호화기(300)를 사용한 수신기의 동작원리는 다음과 같다. 도 3의 수신기(Receiver)에서 수신신호(r(t))는 루트코사인 roll-off 필터(root cosine roll-off filter)(305)에 의해 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링되고, 국부 발진기(310)에 의해 기저대역으로 다운변환된 후, 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)(315)에 의해 기저대역 신호대역으로 필터링된다. 이 신호는 송신기에서 확산되었던 PN(Pseudo Noise) 코드를 곱하는 곱셈기(320)에 의해 역확산된다. 그런 다음 4/4 복호화기(300)에서 송신기에서 곱했던 월시-하다마드 코드(Walsh Hadamard code)(W0, W1, W2,W3)가 각각 곱셈기(325)에 의해 각 채널에 곱해지고, 각각의 상관기(330)에 의해 데이터 한주기 동안에 각각 반주기씩 나누어 상관(correlation)시킨 후, 이 정보를 데이터 검출부(340) 및 부호 추출부(360)을 통해 홀수/짝수 패리티 추정부(370)로 전달된다. 홀수/짝수 패리티 추정부(370)는 패리티를 추정하여 데이터 검출부(340)로 전송한다.
데이터 검출부(340)는 패리티가 짝수(even number)일 경우, 1, 2 및 3번째 채널은 한주기의 후반부의 값을 반전하고, 4번째 채널은 한주기의 전반부를 반전하여 나머지 반주기동안의 값과 합산한후 데이터 비트를 검출한다. 패리티가 홀수(odd number)인 경우, 전후반부의 값을 합산하여 데이터를 검출한다. 검출된 데이터들은 최종적으로 병렬/직렬 변환부(P/S)(350)에 의해 병렬 데이터들이 직렬 데이터로 변환되고, 복조된 데이터(
Figure 112011007806580-pat00004
)를 출력하여 복조가 완료된다.
4비트의 입력이 들어올 때 기존 송신기(Transmitter)의 큰 송신 출력변화와 Wada의 3/4 부호화기 기법 및 Suil의 4/4 부호화기 기법의 일정 진폭의 송신출력이 도 5에 도시하였다. 도 5는 3/4 부호화기 및 4/4 부호화기일 때 송신신호의 진폭 변동을 나타낸 도면이다.
그러나, 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 일정진폭을 사용하지 않은 통상적인 송신기의 송신신호는 각 병렬 코드 채널들의 합이기 때문에 송신신호는 +4에서 -4까지의 큰 진폭변화를 갖는다는 것을 도 5에서 볼 수 있다. 이 큰 진폭변화는 커다란 비선형 왜곡을 가져오며 고려되지 않을 경우 시스템의 비트에러율(BER:Bit Error Rate) 성능을 저하시킨다.
따라서 이 문제를 극복하기 위해 크게 두가지 문제를 해결해야 한다.
첫째, 4채널을 갖는 시스템의 송신 진폭의 큰 진폭변화를 일정한 진폭으로 만들기 위해 4/4 부호화기/복호화기 구조에서 4/4 복호화기의 성능을 기존의 수신기보다 개선시키는 문제이다.
둘째, 3/4 부호화기 또는 4/4 부호화기에서 고속의 데이터를 보내기 위해 4개 채널보다 더 많은 데이터를 보내고자하는 확장된 구조에서 16개의 비트를 동시에 송신할 수 있는 16채널을 병렬로 갖는 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 시스템일 때 기존의 송신기의 송신진폭이 +16에서 -16까지 큰 출력변화를 초래하여 고출력증폭기의 왜곡을 가져와 시스템에 심각한 성능 저하가 발생하는 문제가 있으므로 본 발명에서 이를 해결하고자 제안하였다.
그 문제를 해결하는 기존 방식에는 부호화율 9/16 부호화기 또는 12/16 부호화기 등 여러 가지 부호화/복호화 기법이 제안되었다. 이 기법은 각각 9개와 12개 비트의 송신데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 여분의 비트를 추가하여 총 16개의 병렬채널을 구성하여 일정진폭으로 전송하므로 7개 또는 4개의 추가 비트삽입에 따라 에너지 손실을 가져와 기존 수신기(Receiver)보다 성능이 저하되었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 광대역 부호 분할 다중 접속(W-CDMA) 통신방식에서 송신신호는 각 병렬 코드 채널들의 합이기 때문에 송신신호는 큰 진폭변화를 갖으므로, 송신신호의 큰 진폭 변화를 피하고 고출력 증폭기(HPA:High Power Amplifier)의 비선형왜곡에 강하도록 여분의 잉여 비트를 추가하지 않고도 송신진폭을 일정진폭으로 만들어주면서 에러정정 기능을 갖는 부호화율 4/4 복호화기와 부호화율 16/16 일정진폭 부호화기/복호화기 기법을 제안하는, 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기(Receiver)는, 안테나로부터 수신신호(r(t))를 받아 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트코사인(root cosine) roll-off 필터; 상기 루트코사인 roll-off 필터에 의해 필터링된 신호를 국부 발진기에 의해 기저대역으로 다운변환하는 곱셈기; 기저대역 신호로 필터링하는 저역 통과 필터(LPF); 저역 필터딩된 신호에 송신기(Transmitter)에서 확산되었던 PN 코드를 곱하여 역확산하는 곱셈기; 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기; 및 최종적으로 병렬데이터를 직렬 데이터로 바꾸어 복조된 데이터(
Figure 112011007806580-pat00005
)를 출력하는 병렬/직렬 변환부(P/S)를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기는, 기존 부호화율 9/16 부호화기와 12/16 부호화기의 확장된 구조에서 9개와 12개의 비트 데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 추가 비트를 더 보냄으로써 2.5dB와 1.25dB의 에너지 손실을 갖는 기존 방법을 개선한 16/16 부호화기를 사용하는 상기 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러손실이 없는 16/16 부호화기를 사용하는 송신기(Transmitter); 및 수신기에서 홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러 정정 기능을 갖는 16/16 복호화기를 사용하여 에러정정으로 인해 기존 수신기보다 비트 에러율(BER:Bit Error Rate) 성능이 개선하는 상기 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 16/16 복호화기 기능을 제공하는 수신기(Receiver)를 포함한다. 16/16 부호화기에서는 16개 비트를 16개의 병렬 채널을 사용하여 일정 진폭으로 만들어 보내더라도 기존에 제안되었던 방식과는 달리 일정진폭을 만들기 위해 추가 비트를 사용하지 않으므로 에너지 손실이 없다.
본 발명에 따른 멀티코드전송을 갖는 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기는, 광대역 부호 분할 다중 접속(W-CDMA) 통신방식에서 송신신호의 큰 진폭 변화를 피하고 고출력 증폭기(HPA)의 비선형왜곡에 강하도록 송신진폭을 일정진폭으로 만들어주면서 에러정정 기능을 갖는 부호화율 4/4 복호화기와 부호화율 16/16 일정진폭 부호화기/복호화기 기법을 제안하였다.
본 발명은 기존 방법과는 다르게 패리티 발생기와 한 개의 월시(Walsh) 코드를 사용하여 송신 신호를 일정하게 만들 수 있는 4/4 부호화기를 사용시 수신기에서 홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러정정을 수행함으로서 기존의 수신기나 일정진폭을 갖는 다른 수신기보다 성능이 더 개선된 에러정정 기법을 갖는 4/4 복호화기 기법을 제안하였다.
또한, 기존에 제안된 부호화율 9/16 부호화기와 12/16 부호화기의 확장된 구조에서 9개와 12개의 비트 데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 추가 비트를 더 보냄으로서 2.5dB와 1.25dB의 에너지 손실을 갖는 기존의 방법을 더 개선한 16/16 부호화기와 이를 수신기에서 홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러정정 기능을 갖는 16/16 복호화기를 제안하였다.
본 발명의 16/16부호화기에서는 16비트의 입력데이터를 16개 병렬채널을 이용하여 일정진폭을 만들어 송신하더라도 기존방식과는 달리 여분의 잉여 비트를 추가하지 않더라도 송신진폭을 일정하게 만들어준다.
본 발명에서 제안된 에러정정을 갖는 16/16 부호화기는 여분의 비트추가가 없어 에러손실도 없고, 에러정정으로 인하여 기존의 수신기나 일정진폭을 갖는 수신기보다 상당한 BER(Bit Error Rate) 성능을 개선하며, 송신출력이 일정진폭으로 인해 피크대 평균전력비(PAPR:Peak-to-Average Power Ratio)가 크지 않으므로 이동단말의 배터리 수명을 증가시키는데 널리 활용 가능할 뿐 아니라 고출력 증폭기(HPA:High Power Amplifier)의 비선형 왜곡을 갖는 광대역 CDMA 시스템에 특별히 유용한 기술이다.
본 발명에서 제안된 부호화율 16/16 부호화기/복호화기는 일정진폭 전송을 하기 위해 추가의 비트를 사용하지 않기 때문에 에너지 손실이 없으며, 에러정정 기능으로 인하여 기존의 수신기보다 성능이 개선된다. 또한, 일정 송신 진폭으로 피크대 평균전력비(PAPR:Peak-to-Average Power Ratio)가 크지 않으므로 이동단말의 배터리 수명을 증가시키는데 널리 활용 가능할 뿐 아니라 고출력 증폭기(HPA)의 비선형 왜곡을 갖는 광대역 CDMA 시스템에 특별히 유용한 기술이다.
도 1은 기존의 Wada의 3/4 부호화기의 전체적인 구성도이다.
도 2는 기존의 Wada의 9/16 부호화기의 전체적인 구성도이다.
도 3은 기존의 Suil의 4/4 부호화기 및 4/4 복호화기의 전체적인 구성도이다.
도 4는 기존의 Suil의 12/16 복호화기의 전체적인 구성도이다.
도 5는 3/4 부호화기 및 4/4 부호화기일 때 송신신호의 진폭 변동을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개선된 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 16/16 부호화기 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 16/16 복호화기 구성도이다.
도 9는 본 발명의 16/16 부호화기일 때 송신신호의 진폭 변동을 나타낸 도면이다.
도 10은 홀짝수 패리티추정을 사용한 에러를 정정시키는 에러정정기능 순서도이다.
도 11은 본 발명의 에러정정 기능을 갖는 4/4복호화기의 평균 비트에러율 성능을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 16/16 부호화기/복호화기의 평균 비트에러율 성능을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 장치는 크게 2가지로 분류된다. 첫째, 도 3의 기존 4/4 복호화기(300)에서 홀짝수 판정(odd/even estimation)을 통한 패리티(parity)를 추정하여 에러정정 기능을 추가로 수행함으로써 성능개선을 가져오는 에러정정 기능을 갖는 도 6의 4/4 복호화기(400)를 제안하였다.
둘째, 4/4 부호화기/복호화기의 확장된 구조를 갖는 기존의 Wada의 9/12 부호화기(도 2)나 Suil의 12/16 부호화기/복호화기(도 4)보다 성능이 대폭 개선된 16/16 부호화기(도 7의 700) 및 16/16 복호화기(도 8의 800)를 제안하였다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개선된 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기 구성도이다.
본 발명에 따른 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기(Receiver)는, 안테나로부터 수신신호(r(t))를 받아 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트코사인(root cosine) roll-off 필터(405), 루트코사인 roll-off 필터(405)에 의해 필터링된 신호를 국부 발진기에 의해 기저대역으로 다운변환하는 곱셈기(410), 기저대역 신호대역으로 필터링하는 저역 통과 필터(LPF)(415), 저역 필터링된 신호에 송신기(Transmitter)에서 확산되었던 PN 코드를 곱하여 역확산하는 곱셈기(420), 곱셈기로부터 수신되는 신호의 에러를 정정하는 기능을 갖는 4/4 복호화기(400), 상기 4/4 복호화기로부터 출력되는 신호의 병렬 데이터를 직렬 데이터로 바꾸어 복조된 데이터(
Figure 112011007806580-pat00006
)를 출력하는 병렬/직렬 변환부(P/S)(460)로 구성된다.
에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(400)는 송신기(Transmitter)에서 곱했던 월시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드(W0,W1,W2,W3)를 곱하는 곱셈기(425), 데이터 한주기 동안에 각각 반주기로 나누어 코릴레이션(correlation)하는 상관기(430), 각 채널의 데이터를 검출하는 데이터검출부(440), 반주기 동안 각각의 상관기 출력을 부호를 추출하기 위한 부호추출부(470), 부호추출된 정보들을 사용하여 홀짝수의 패리티를 추정하는 홀수/짝수 패리티 추정부(480), 그리고 구해진 홀짝수의 패리티 정보와 각 채널(4 채널)의 검출된 데이터를 사용하여 홀짝수 판정을 통해 패리티 비트를 추정하여 각 통신 채널의 에러를 정정하는 에러정정부(450)로 구성된다. 최종적으로 4/4복호화기(400)의 병렬데이터를 직렬 데이터로 바꾸어 복조된 데이터(
Figure 112011007806580-pat00007
)를 출력하는 병렬/직렬 변환부(P/S)(460)로 구성된다.
에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(400)내의 에러정정부(450)는 4/4 복호화기의 에러정정기능을 수행할 때, 홀짝수 판정을 통해 추정된 패리티, 4개의 추정검출된 4개 채널의 비트 정보, 각 4채널의 수신된 에너지 정보를 수신받고, 추정 검출된 4개 채널의 비트 정보의 패리티를 계산하고, 홀짝수 판정을 통해 추정된 패리티와 4개의 채널에서 복조 추정된 비트데이터의 패리티를 구해 두 개가 맞는지를 비교하여, 만약 일치하지 않으면 4개 채널의 수신에너지를 비교하여 에너지가 제일 작은 채널의 추정된 비트를 반전하며, 만약 일치하면 부호를 반전하지 않도록 하여 에러를 정정하여 수신기의 성능을 개선하고 4개의 최종 결정된 비트를 병렬/직렬 변환부(P/S)(460)로 전송한다.
기존 4/4 복호화기(도 3의 300)와 본 발명에서 제안된 에러정정을 갖는 4/4 복호화기(도 6의 400)의 주된 차이점은 에러정정부(450)를 추가하고, 홀수/짝수 패리티 추정부(480)의 데이터가 에러정정부(450)로 전송되는 구조이다. 에러정정부(450)에 의해 에러정정 과정을 거치면 통신채널에서 노이즈(noise)에 의해 에러가 난 정보들에 대한 에러정정이 되어 기존 수신기(Receiver) 성능을 대폭 향상시킬 수 있다.
에러정정을 갖는 4/4 복호화기(400)를 사용한 수신기(Receiver)의 동작원리는 다음과 같다. 도 6의 수신기(Receiver)에서 수신신호 r(t)는 루트 코사인 roll-off 필터(root cosine roll-off filter)(405)에 의해 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링되고, 국부 발진기(410) 및 곱셈기(410)에 의해 기저대역으로 다운변환된 후, 저역 통과 필터(LPF)(415)에 의해 기저대역 신호대역으로 필터링된다. 이 신호는 송신기(Transmitter)에서 확산되었던 PN 코드를 곱하는 곱셈기(420)에 의해 역확산된다. 그런 다음 송신기(Transmitter)에서 곱했던 월시-하다마드 코드(W0,W1,W2,\3)가 각 채널에서 곱셈기(425)에 의해 곱해지고, 상관기(430)에 의해 데이터 한주기 동안 각각 반주기씩 나누어 상관(correlation)시킨 후, 이 정보가 데이터 검출부(440) 및 부호 추출부(470)를 통해 홀수/짝수 패리티 추정부(480)로 전송된다. 홀수/짝수 패리티 추정부(480)는 패리티를 추정하여 데이터 검출부(440) 및 에러정정부(450)로 전송한다.
데이터 검출부(440)는 상관기(430)로부터 각 채널의 한주기 동안 각각 반주기씩 나누어 코릴레이션 (correlation) 값들을 수신하고, 홀수/짝수 패리티 추정부(480)로부터 추정된 패리티를 수신받고, 패리티가 짝수(even number)일 경우, 1, 2 그리고 3번째 채널은 한주기의 후반부의 값을 반전하고, 4번째 채널은 한 주기의 전반부를 반전하여 나머지 반주기동안의 값과 합산한 후 데이터 비트를 검출하며, 패리티가 홀수(odd number)인 경우, 전후반부의 값을 합산하여 데이터를 검출하여 에러정정부(450)로 전송한다. 검출된 데이터들은 에러정정부(450)로 전달되고, 에러정정부(450)는 상기 홀수/짝수 패리티 추정부(480)로부터 수신된 홀수/짝수 패리티와 상기 데이터 검출부(440)로부터 수신된 4개의 채널에서 검출된 데이터의 패리티를 비교한 후, 해당 채널의 에러를 정정한다. 정정된 데이터들은 최종적으로 병렬/직렬 변환부(P/S)(460)에 의해 병렬/직렬 변환되어 복조된 데이터(
Figure 112011007806580-pat00008
)를 출력한다.
두 번째 발명에서 상기 목적을 달성하기 위한 16/16 부호화기(도 7) 및 16/16 복호화기(도 8)의 구성은 다음과 같다.
본 발명에 따른 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기는, 기존 부호화율 9/16 부호화기와 12/16 부호화기의 확장된 구조에서 9개와 12개의 비트 데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 추가 비트를 더 보냄으로써 2.5dB와 1.25dB의 에너지 손실을 갖는 기존 방법을 개선한 16/16 부호화기를 사용하는 상기 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 16/16 부호화기 사용하는 송신기(Transmitter); 및
홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러 정정 기능을 갖는 16/16 복호화기를 사용하므로 에너지 손실이 없으며, 에러정정으로 인해 기존 수신기보다 비트 에러율(BER:Bit Error Rate) 성능이 개선되는 상기 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 16/16 복호화기 기능을 제공하는 수신기(Receiver)로 구성된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 16/16 부호화기 구성도이다.
광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 16/16 부호화기 기능을 제공하는 송신기(Transmitter)는 사용자의 입력 데이터 신호(
Figure 112011007806580-pat00009
)를 직렬에서 16개 비트의 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬변환부(S/P:Serial to Parrel)(705);
상기 직렬/병렬변환부로부터 들어오는 4채널의 비트 데이터를 각각 일정진폭으로 출력하는 Suil 방식의 4개의 4/4 부호화기(710), 각각의 4/4 부호화기의 출력을 "+"인지 "-" 출력인지 판별하여 +1과 -1로 변환하는 부호검출부(720), 부호검출부(720)의 4개의 데이터를 다시 일정진폭을 만들어주는 Suil 방식의 4/4 부호화기(730), 상기 4/4 부호화기의 출력을 2배로 체배시켜주는 x2 체배기(740)로 구성되고, 4개의 각각의 4/4 부호화기의 칩 코드워드들의 부호를 검출하고, 5번째의 4/4 부호화기를 통과하도록 하여 일정진폭을 만든 후, 2배로 체배하는 16/16 부호화기(700);
x2 체배기(740)로부터 수신된 일정출력된 칩 데이터(S256)를 PN 코드를 곱해 확산하는 확산부(750); 상기 확산부로부터의 신호를 국부발진기 및 곱셈기에 의해 기저대역신호를 변조하는 변조부(760); 상기 변조부로부터의 신호를 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트 코사인 roll-off 필터(root cosine roll-off filter)(770); 최종적으로 고출력으로 증폭하여 안테나로 송출하는 고출력 증폭기(HPA:High Power Amplifier)(780)로 구성된다.
16/16 부호화기(700)에 사용된 5개의 4/4 부호화기는 Suil의 4/4부호기를 사용하였지만, Suil의 12/16 부호화기(도4)와 다르게 16/16 부호화기를 구성하는 구조가 다르다.
기존의 Wada 9/16 부호화기법과 Suil의 12/16 부호화기법에서는 각각 9개와 12개의 송신데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 여분의 비트를 추가하여 총 16개의 병렬채널을 구성하여 일정진폭으로 전송하므로 기존의 수신기(Receiver)보다 각각 2.5dB와 1.25dB의 비트에러율(BER) 성능 감쇄를 가져오지만, 제안된 16/16 부호화기법은 여분의 추가비트 삽입없이 16비트를 한꺼번에 일정진폭으로 송신가능하므로 에러손실이 없다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 16/16 복호화기 구성도이다.
광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 16/16 복호화기 기능을 제공하는 수신기(Receiver)는 안테나로부터 수신신호(r(t))를 받아 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트코사인(root cosine) roll-off 필터(801); 상기 roll-off 필터로부터의 신호를 국부 발진기에 의해 기저대역으로 다운변환하는 곱셈기(805); 상기 다운변환 곱셈기로부터의 신호를 기저대역 신호로 저역 필터링하는 저역 통과 필터(LPF)(810); 상기 저역 통과 필터로부터의 신호에 PN 코드를 곱하여 역확산하는 곱셈기(815);
5개의 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(820, 840) 및 상기 4/4 복호화기의 신호를 역확산후 첫번째 단계에 에러정정을 갖는 4/4 복호화기 출력인 4개의 칩 코드 수열을 2배로 체배시켜주는 x2 체배기(830)로 구성되고, 5개의 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(820, 840)를 사용하며, 첫 번째 단계의 에러 정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(820)를 사용하여 4개의 칩 코드 수열로 출력하고, x2 체배기(830)에 의해 에러 정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(820)의 출력인 4개의 칩 코드 수열을 2배 체배하며, 다시 각각의 코드 수열을 각 채널당 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기(840)를 거치도록 하여 16개 채널의 데이터를 복조하는 16/16 복호화기(800),
16/16 복호화기(800)로부터 수신된 병렬데이터(
Figure 112011007806580-pat00010
,
Figure 112011007806580-pat00011
,
Figure 112011007806580-pat00012
,
Figure 112011007806580-pat00013
)를 직렬 데이터로 변환하여 복조된 데이터(
Figure 112011007806580-pat00014
)를 제공하는 병렬/직렬 변환부(P/S)(850)로 구성된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서 제안된 부호화율 16/16부호화기(700)의 동작원리는 다음과 같다. 도 7에서 멀티 코드 광대역 CDMA(W-CDMA) 시스템의 고속의 사용자 입력 정보 데이터 비트들(
Figure 112011007806580-pat00015
)은 직렬/병렬 변환부(P/S)(705)에 의해 병렬 비트 스트림(
Figure 112011007806580-pat00016
,
Figure 112011007806580-pat00017
,
Figure 112011007806580-pat00018
,
Figure 112011007806580-pat00019
)으로 직렬/병렬 변환된다. 직렬/병렬 변환후, 저속의 병렬 브랜치(또는 트래픽 채널)들의 심벌들은 4개의 4/4 부호화기(710)를 통해 직교코드 수열로 사용되어지는 각각의 월시 코드(Walsh codes)들에 의해 변조되고, 일정진폭을 갖는 칩 데이터들을 출력하게 된다. 4개의 4/4 부호화기(710) 출력들을 합산할 경우 +8에서 -8까지 송신출력이 변동되기 때문에 각각의 4/4 부호화기의 출력을 "+"인지 "-" 출력인지 판별하여 +1과 -1로 변환하는 부호검출부(720)를 통해 다시 4/4 부호화기(730)으로 통과하여 일정진폭을 만들어준다. 그런다음 x2 체배기(740)에 의해 4/4 부호화기 출력이 2배로 체배된다. 체배된 칩 시이퀀스(Sequence)는 +4 또는 -4의 일정진폭을 갖는다. 다음에 이 멀티코드(Multi-code) 신호는 확산부(750)에 의해 공통 PN(Pseudo Noise) 수열에 의해 확산되고, 국부발진기 및 곱셈기(변조부)(760)에 의해 기저대역신호를 변조한 후, 루트 코사인 roll-off 필터(770)를 통과하게 된다. 이 필터된 신호는 고출력증폭기(HPA)(780)에 의해 증폭되고 채널을 통해 일정진폭으로 송신된다.
도 8을 참조하면, 에러정정 기능을 갖는 16/16 복호화기(800)가 적용된 수신기(Receiver)의 동작원리는 다음과 같다. 도 8의 수신기에서 수신신호 r(t)는 루트 코사인 roll-off 필터(801)를 통과하고, 국부 발진기 및 곱셈기(805)에 의해 기저대역으로 다운변환된 후, 저역 통과 필터(LPF)(810)에 의해 저역 필터링된다. 이 신호는 송신기(Transmitter)에서 확산되었던 PN 코드를 곱하는 곱셈기(815)에 의해 역확산된다.
이 신호는 에러정정을 갖는 4/4 복호화기(820)에 의해 4개의 병렬 브랜치를 갖는 칩 시이퀀스들이 복조된다. 그런 다음 x2 체배기(830)에 의해 4/4 부호화기 출력(820)이 2배로 체배된다. 체배된 칩 시이퀸스들(Sequences)은 4개의 병렬 브랜치마다 각각 에러정정을 갖는 4/4 복호화기(840) 통해 총 16개의 비트데이터가 복조된다. 이 16개의 병렬 비트데이터들은 병렬/직렬 변환부(P/S)(850)에 의해 직렬로 변환됨으로써 송신된 비트들이 최종적으로 복조된다.
본 발명의 장치에서 실시예는 크게 2가지로 분류되었다. 먼저, 에러정정을 갖는 4/4 복호화기의 홀짝수 판정(odd/even estimation)을 통한 패리티(parity)를 추정하여 에러정정 기능을 수행하는 실시예이다.
먼저 도 3의 4/4 부호화기에서 입력 데이터 비트 스트림이 111-1일 때, 즉
Figure 112011007806580-pat00020
(즉, 1의 갯수가 홀수일 때)일때 일정진폭으로 구성된 송신신호는 다음과 같다.
Figure 112011007806580-pat00021
여기서 사용된 Hardmard 메트릭스를 사용한 8x8 월시-하다마드(Walsh-Hardmard) 코드들은 다음과 같다.
Figure 112011007806580-pat00022
또한, 도 3의 4/4 부호화기에서 입력 데이터 비트 스트림이 1111일 때, 즉
Figure 112011007806580-pat00023
(즉, 1의 갯수가 짝수일 때)일때 일정진폭으로 구성된 송신신호는 다음과 같다. 패리티 발생기(280)의 출력이 "-1"이 되고 따라서 스위치가 "on"이 되어 송신 신호 레벨들은 다음과 같은 일정진폭으로 변환되어 송신된다.
Figure 112011007806580-pat00024
도 6의 수신기(Receiver)에서 수신신호 r(t)는 root cosine roll-off filter(405)를 통과하고 국부 발진기 및 곱셈기(410)에 의해 기저대역으로 다운변환된 후, 저역 통과 필터(LPF)(415)에서 저역 필터링된다. 이 신호는 송신기에서 확산되었던 PN 코드를 곱하는 곱셈기(420)에 의해 역확산된다. 곱셈기(420)로부터 출력된 역확산된 신호는 다음과 같다.
그런 다음 송신기(Transmitter)에서 곱했던 월시-하다마드 코드(W0,W1,W2,W3)가 곱셈기(425)에 의해 각 채널에 곱해진다.
Figure 112011007806580-pat00025
송신기(Transmitter)의 입력 데이터 비트 스트림이 1111일 때, 월시-하다마드 코드를 곱한 출력은 다음 수학식5와 같이 표현된다.
Figure 112011007806580-pat00026
또한, 송신기(Transmitter)의 입력 데이터 비트 스트림이 111-1일 때, 월시-하다마드 코드를 곱한 출력은 다음 수학식6과 같이 표현된다.
Figure 112011007806580-pat00027
위 출력들을 이용하여 상관기(430)에서는 구간 [0, T/2]와[T/2, T] 동안에 상관기(430)에 의해 코릴레이션(correlation)이 수행된다. T는 월시-하다마드(Walsh Hadamard) 수열의 심벌 주기이다. 그리고, 그 정보를 이용하여 데이터 검출이 이루어지기 전에 홀짝수 패리티 추정(470)이 이루어진다.
송신기(Transmitter)의 입력 데이터 비트 스트림이 1111일 때, 상관기 출력은 다음 수학식7과 같이 표현된다.
Figure 112011007806580-pat00028
또한, 송신기(Transmitter)의 입력 데이터 비트 스트림이 111-1일 때, 상관기 출력은 다음 수학식8과 같이 표현된다.
Figure 112011007806580-pat00029
수신기(Receiver)에서 데이터 검출을 위해 기본적인 홀짝수 결정 조건은 월시 코드 w4 ={1,1,1,1,-1,-1,-1,-1}의 특성을 이용하는 것이다. 즉 W4의 처음 반구간의 부호들은 모두 "plus"이고 나머지 반의 부호들은 모두 "minus"이다. 따라서, 입력 데이터 비트 스트림내의 1의 갯수가 짝수일때 구간[0, T/2]와 [T/2, T]동안의 각 상관기 출력 "a1 ,1"와 "a1 ,2"들의 값은 서로 달라지게 된다. 왜냐하면, 4/4 부호화기의 송신기에서 입력 비트스트림의 1의 개수가 짝수(예: 1111)일때에는 W4를 곱해주었기 때문이다.
예를들면, 송신기(Transmitter)의 입력 데이터 비트 스트림이 1111일 때, 수학식 7에서 보듯이 구간[0, T/2]와 [T/2, T]동안 각 상관기 출력 "a1 ,1"와 "a1 ,2"의 값은 "4"와 "-4" 이며, 부호추출된 값은 "+"와 "-"이므로 서로 다르다.
또한, "a2 ,1"대 "a2 ,2"은 "4"와 "-4"이며, "a3 ,1"대 "a3 ,2"은 "4"와 "-4" 그리고 "a4,1"대 "a4 ,2"은 "-4"와 "4"이므로 반구간에서 구한 각각의 상관기 출력들을 부호추출(470)된 값들도 모두 달라지게 된다. 따라서, 상관기 값들은 부호추출부(470)에 의해 변환되고, 홀수/짝수 패리티 추정부(480)를 위해 데이터가 변환된다. 이 경우 홀수/짝수 패리티 추정부(480)는 송신기(Transmitter)에서 입력비트 스트림의 1의 갯수가 짝수였음을 최종 판정한다.
또한, 이때의 데이터 검출부(440)는 홀수/짝수 패리티 추정부(480)에서 전달된 짝수정보를 사용하여 첫번째 채널의 비트 검출은
Figure 112011007806580-pat00030
에 의해 이루어진다. 그러나, 4번째 채널의 비트검출은
Figure 112011007806580-pat00031
이다.
그러나, 송신기(Transmitter)의 입력 데이터 비트 스트림이 111-1일 때, 수학식 8에서 보듯이 구간[0, T/2]와 [T/2, T]동안 각 상관기 출력 "a1 ,1"와 "a1 ,2"의 값은 "4"와 "4" 이며, 부호추출된(470) 값은 "+"와 "+"이므로 서로 같다.
또한, "a2 ,1"대 "a2 ,2"은 "4"와 "4"이며, "a3 ,1"대 "a3 ,2"은 "4"와 "4" 그리고 "a4,1"대 "a4 ,2"은 "-4"와 "-4"이므로 반구간에서 구한 각각의 상관기 출력들을 부호추출(470)된 값들도 모두 같다. 위 상관기 값들은 부호추출부(470)에 의해 변환되어지고 홀수/짝수 패리티 추정부(480)를 위해 데이터 변환된다. 이 경우 홀수 및 짝수 판정은 송신기(Transmitter)에서 입력비트 스트림의 1의 갯수가 홀수였음을 판정한다.
또한, 이때의 데이터 검출부(440)는 홀수/짝수 패리티 추정부(480)에서 전달된 홀수정보를 사용하여 첫번째 채널의 비트 검출은
Figure 112011007806580-pat00032
이다.
만약, 홀짝수 판정시 반구간의 상관기 출력값이 트래픽 채널마다 다를 경우(예를 들면, "4"와"4", "4"와"4", "-4"와"-4" 그리고 "4"와"-4" 일때)는 홀짝수 결정은 다수결의 원칙에 의해 이루어진다. 또한, 그 경우에는 반구간 동안 8개 상관기값 중에서 최소 에너지를 갖는 상관기 출력이 에러일 가능성이 높으므로 그값을 반전후에 다수결의 원칙을 사용한 홀짝수 결정이 적용된다.
그 다음 과정은 본 발명에서 제안한 홀짝수 판정을 통한 패리티추정 비트를 이용한 에러정정 과정이다.
도 10은 홀짝수 판정을 통해 패리티 비트를 추정하여 에러를 정정시키는 에러정정 기능의 흐름도이다.
홀짝수 결정이 이미 이루어져 패리티 정보를 알고 있고 또한, 4개의 데이터의 에너지와 그 sign 정보를 모두 알고 있다. 따라서, 에러를 정정하기 위해 홀짝수 결정된 패리티정보, 4개의 추정검출된 4개의 비트정보, 각 4채널의 수신된 에너지 정보이다.
홀짝수 패리티 추정결과 패리티가 홀수이면 각 채널의 에너지는 에러정정부(450)에서 각각 a1 ,1+a1 ,2, a2 ,1+a2 ,2, a3 ,1+a3 ,2 그리고 a4 ,1+a4 , 2 의 절대값으로 구해질 수 있다. 만약 패리티가 짝수이면 각 채널의 에너지는 에러정정부(450)에서 각각 a1,1 -a1,2, a2 ,1 -a2 ,2, a3 ,1 -a3 ,2 그리고 a4 ,2 -a4 ,1의 절대값으로 구해질 수 있다.
또한, 데이터검출부(440)에서 검출된 4개 채널의 비트정보 즉 4비트가 모두 에러정정부(450)로 전달된다. 에러정정부(450)는 전달된 4개비트에 대한 패리티를 다시 구한다(910). 이 패리티 정보와 이미 홀짝수 판정을 통해 이루어진 패리티정보를 비교한다(920). 그런다음 에러정정부(450)는 4개 채널의 에너지 값을 비교하여 제일 적은 채널을 결정한다(930). 만약 패리티 정보가 다르면 4개 채널중에 에너지가 제일 적은 채널의 비트를 반전한다(940). 만약 다르지 않다면 4개 데이터가 모두 올바르다고 판정하여 비트들은 반전하지 않는다. 정정된 비트데이터들은 최종적으로 병렬/직렬변환부에 전달된다(950). 이런 과정을 거치면 통신채널에서 노이즈에 의해 에러가 난 정보들에 대한 에러정정이 되어 수신기 성능을 대폭 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 송신기의 입력 데이터 비트 스트림이 1111인데, 홀수/짝수 패리티 추정결과 짝수 즉, 0으로 판정되었고 데이터 검출부(440)에서 검출된 4비트가 11-11로 3번째 채널비트에 에러가 발생했다고 가정하자. 또한, 에러정정부에서 계산된 4개 채널의 에너지값이 각각
Figure 112011007806580-pat00033
그리고
Figure 112011007806580-pat00034
일 때 에러정정부(450)에서 에러정정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 데이터 검출부(440)에서 전달된 4비트 "11-11"에 대한 패리티를 검사한다(910). 패리티 검사 결과는 "1"이다.
이것은 홀수/짝수 패리티 추정에서의 결과 "0"과 다르므로 에러정정부(440)에서는 에러가 생긴 것으로 판단한다. 왜냐면 홀수/짝수 패리티정보가 4개의 병렬채널로 모두 정보가 전송되었고, 홀수/짝수 판정을 통한 패리티 추정도 1개의 병렬채널이 아닌 4개의 모든 병렬 채널들을 통해 추정된 값이므로 1개의 병렬 채널에서 검출된 데이터(11-11)보다 신뢰도가 더 크기 때문이다. 다음에는 가장 에너지가 적은 3번째 채널의 비트값 "-1"을 "1"로 반전시킨다(940).
따라서, 최종적으로 에러정정되어 복조된 비트는 다음과 같다.
Figure 112011007806580-pat00035
정정된 비트데이터들은 최종적으로 병렬/직렬변환부에 전달된다(950). 이런 에러정정과정을 거치면 수신기의 성능은 대폭 개선되어질 수 있다.
이 발명에서 제안된 확산 이득이 32, 64, 또는 128일 경우에 일정 진폭 부호화는 월시코드 H16, H32, H64 또는 H128 들이 사용될 수 있으며, 이들 월시 코드들은 모든 사용자에 공통적으로 사용될 수 있다. 또한, 홀수/짝수 패리티 추정부(480)에서 추정된 패리티는 "1" 또는 "0" 인지 해당 패리티 정보를 정확히 추정가능하다.
도 11에 가우시안 채널에서 4/4부호화기/복호기 평균 비트에러율 성능이 보여졌다. 제안된 발명의 사용에 의해 1x10-3 BER에서 기존의 수신기(고출력증폭기가 linear할 때)나 Suil의 기법보다는 약 1.3dB, Wada기법보다는 약 3.3dB이상 우수하다. 물론 이 경우는 기존의 수신기는 실제로 송신 출력이 변동되지만 신호가 왜곡이 안된다는 이상적인 가정에 의한 것이다. 만약, 고출력증폭기가 비선형(non-linear)일 경우에 클리핑 레벨에 기인된 클리핑되는 신호의 최대전력이 피크 진폭전력의 20%라 가정시 기존의 송신기는 송신신호의 왜곡을 가져오므로 제안된 발명은 1x10-3 BER에서 기존의 수신기보다 약 8dB이상의 상당한 성능 개선을 가져온다.
따라서, 본 발명에서 제안된 에러정정을 갖는 4/4 복호화기는 기존의 수신기나 일정진폭을 갖는 4/4 부호화기/복호화기 수신기보다 상당한 BER 성능 개선을 가져오며, 송신출력이 일정진폭으로 인해 피크대 평균전력비가 크지 않으므로 이동단말의 배터리 수명을 증가시키는데 널리 활용 가능할 뿐 아니라 고출력 증폭기의 비선형 왜곡을 갖는 광대역 CDMA 시스템에 특별히 유용한 기술이다.
두 번째는 본 발명에서 제안된 16/16부호화기와 16/16복호화기에 대한 실시예이다.
16/16 부호화기와 복호화기는 기본적으로 4/4 부호화기와 도 6에서 제안된 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 쉽게 확장하므로써 구성되어질 수 있다.
도 7의 16/16 부호화기(700)를 갖는 멀티 코드 광대역 CDMA 시스템의 고속의 사용자 입력 정보 데이터 비트들은 저속의 병렬 비트 스트림으로 직렬/병렬 변환(705)된다. 16개 다중 채널 전송을 실현하기 위해서 16/16 일정 진폭 부호화 기법은 32x32 하다마드 메트릭스 H32 또는 그이상의 월시-하드마드 코드(Walsh-Hardmard codes)를 사용하는 4개의 4/4 부호기(710)와 8x8 하다마드 메트릭스H8를 사용하는 5번째의 4/4 부호기(730)에 의해 이루어질 수 있다. 먼저, 16 bit 정보 비트스트림
Figure 112011007806580-pat00036
이 직렬/병렬 변환부(700)에 의해 저속의 병렬 브랜치(또는 트래픽 채널) 4개의 4 bit 정보비트스트림
Figure 112011007806580-pat00037
로 각각 나누어진다. 각 비트 스트림은 4/4 부호기(710)로 입력되어진 후 4개의 32 칩 코드워드
Figure 112011007806580-pat00038
가 발생된다. 4개의 4/4 부호화기(710) 출력들을 합산할 경우 +8에서 -8까지 송신출력이 변동되기 때문에 +4에서 -4까지 변화되는 일정진폭의 송신신호를 만들기 위해 부호검출부(720)은 4개의 코드워드들에 대한 sign값을 검출한다. 예를 들어, 만약
Figure 112011007806580-pat00039
이 "+2 -2 +2 +2..."이면 sign들은 "1 -1 1 1...."로 변환된다. 이 부호검출부(720)의 출력은 5번째의 4/4 부호기(730)입력으로 전달한다. 일정진폭은 H8를 사용하는 5번째의 4/4 부호기(73)에 의해 만들어진다. 그런 다음 x2 체배기(740)에 의해 4/4 부호화기 출력이 2배로 체배된다. 체배된 칩 시이퀀스
Figure 112011007806580-pat00040
은 도 9에 도시된 바와 같이 +4 또는 -4의 일정진폭을 이룬다. 다음에 이 멀티코드 신호는 공통 PN 수열에 의해 확산(750)되고 국부발진기에 의해 기저대역신호를 변조(760)후, nyquist equalizer(770)와 루트 코사인 roll-off 필터(780)를 통과하게 된다. 이 필터된 신호는 고출력증폭기(HPA)(790)에 의해 증폭되고 채널을 통해 일정진폭으로 송신된다.
도 9는 본 발명의 16/16 부호화기일 때 송신신호의 진폭 변동을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 16/16 부호화기에서 16비트의 입력이 들어올 때 기존 송신기는 +16과 -16값사이에서 큰 출력변화를 보이는데 비해 본 발명에서 제안된 16/16 부호화기 기법에서는 +4와 -4값만 가지는 일정 진폭의 송신출력이 이루어짐을 알 수 있다.
에러정정을 갖는 16/16 복호화기(800)의 동작예는 다음과 같다. 도 8의 수신기에서 수신신호는 루트 코사인 roll-off 필터(801)를 통과하고 국부 발진기에 의해 기저대역으로 다운변환(805)된 후 저역 통과 필터(LPF)(810)에서 필터링된다. 이 신호는 송신기(Transmitter)에서 확산되었던 PN 코드를 곱하는 것에 의해 역확산(815)되어진다.
이 신호는 에러정정을 갖는 4/4 복호화기(820)에 의해 4개의 병렬 브랜치를 갖는 칩 시이퀀스들이 복조되어진다. 그런 다음 x2 체배기(830)에 의해 4/4 부호화기 출력(820)이 2배로 체배된다.
Figure 112011007806580-pat00041
의 칩 출력들은 "2 -2 +2 +2..."와 같은 형태가 된다. 체배된 칩 시이퀸스들은 4개의 병렬 브랜치마다 각각 에러정정을 갖는 4/4 복호화기(840) 통해 각 4비트의
Figure 112011007806580-pat00042
의 비트를 복조한다. 이 복조된 총 16개의 병렬 비트데이터들은 병렬-직렬 변환부(850)을 통해 직렬로 변환됨으로서 송신기에 보내진 정보 비트들이 최종적으로 복조된다.
도 12에 가우시안 채널에서 16/16부호화기/복호기 평균 비트에러율(BER) 성능이 보여졌다. 제안된 발명의 사용에 의해 1x10-3 BER에서 기존의 수신기(고출력증폭기가 linear할 때)나 Suil의 기법 그리고 Wada기법보다는 각각 약 1.2dB, 2.2dB, 3.3dB이상 우수하다. 물론 이 경우는 기존의 수신기는 실제로 송신 출력이 변동되지만 신호가 왜곡이 안된다는 가정에 의한 것이다. 만약, 고출력증폭기가 비선형(non-linear)일 경우에 클리핑 레벨에 기인된 클리핑되는 신호의 최대전력이 피크 진폭전력의 20%라 가정시 기존의 송신기(Transmitter)는 송신신호의 왜곡을 가져오므로 제안된 발명은 1x10-3 BER에서 기존의 수신기(Receiver)보다 약 8dB보다도 더 큰 성능 개선을 가져온다.
Wada 9/16 부호화기법과 Suil의 12/16 부호화기법에서는 각각 9개와 12개의 송신데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 여분의 비트를 추가하여 총 16개의 병렬채널을 구성하여 일정진폭으로 전송하므로 기존의 수신기보다 각각 2.5dB와 1.25dB의 비트에러율(BER) 성능 감쇄를 가져오지만, 제안된 16/16 부호화기법은 여분의 추가비트 삽입없이 16비트를 한꺼번에 일정진폭으로 송신가능하므로 에러손실이 없다.
따라서, 본 발명에서 제안된 에러정정을 갖는 16/16 부호화기는 여분의 비트추가가 없어 에러손실도 없고 에러정정으로 인하여 기존의 수신기나 일정진폭을 갖는 기존의 9/12나 12/16 부호화기/복호화기보다 상당한 BER 성능 개선을 가져오며, 송신출력이 일정진폭으로 인해 피크대 평균전력비가 크지 않으므로 이동단말의 배터리 수명을 증가시키는데 널리 활용 가능할 뿐 아니라 고출력 증폭기의 비선형 왜곡을 갖는 광대역 CDMA 시스템에 특별히 유용한 기술이다.
이상에서 설명된 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통산의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 16/16 부호화기 및 복호화기에 적용된 다섯 번째 4/4 부호화기 및 복호화기 기술은 기존에 발명된 Wada의 9/16 부호화기/복호화기나 Suil의 12/16 부호화기/복호화기 방식에도 적용가능한 기술이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 송신신호는 각 병렬 코드 채널들의 합이기 때문에 송신신호는 큰 진폭변화를 갖는다. 이 큰 진폭변화는 커다란 비선형 왜곡을 가져오며 고려되지 않을 경우 시스템의 비트에러율 성능을 저하시킨다.
따라서 이 문제를 극복하기 위해 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 크게 두가지이다.
먼저 4채널을 갖는 시스템의 송신 진폭의 큰 진폭변화를 일정한 진폭으로 만들기 위해서 4/4 부호화기/복호화기구조에서 4/4 복호화기의 성능을 기존의 수신기보다 개선시키는 문제이다.
둘째로 3/4 또는 4/4 부호화기에서 고속의 데이터를 보내기 위해 4개 채널보다 더 많은 데이터를 보내고자하는 확장된 구조에서 16개의 비트를 동시에 송신할 수 있는 16채널을 병렬로 갖는 광대역 부호분할 시스템일 때 기존의 송신기의 송신진폭이 +16에서 -16까지 큰 출력변화를 초래하여 고출력증폭기의 왜곡을 가져와 시스템에 심각한 성능 저하가 발생하는 문제가 있어 본 발명에서 이를 해결하고자 하였다.
그 문제를 해결하는 기존방식에는 부호화율 9/16 부호화기 또는 12/16 부호화기 등 여러 가지 부호화/복호화 기법이 제안되었다. 이 기법에서는 각각 9개와 12개의 송신데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 여분의 비트를 추가하여 총 16개의 병렬채널을 구성하여 일정진폭으로 전송하므로 7개 또는 4개의 추가 비트삽입에 따라 에너지 손실을 가져와 기존 수신기보다 성능이 저하되었다.
그러나 본 발명에서는 16비트의 입력데이터를 여분의 잉여 비트를 추가하지 않고도 송신진폭을 일정하게 만들어 주는 16/16인 일정진폭 부호화기/복호화기 기법이 제안하였다.
본 발명에서 제안된 에러정정을 갖는 16/16 부호화기는 여분의 비트추가가 없어 에러손실도 없고 에러정정으로 인하여 기존의 수신기나 일정진폭을 갖는 수신기보다 상당한 BER 성능 개선을 가져오며, 송신출력이 일정진폭으로 인해 피크대 평균전력비가 크지 않으므로 이동단말의 배터리 수명을 증가시키는데 널리 활용 가능할 뿐 아니라 고출력 증폭기의 비선형 왜곡을 갖는 광대역 CDMA 시스템에 특별히 유용한 기술이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용이 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
405: 루트 코사인 Roll-off 필터 410: 곱셈기
415: 저역 통과 필터(LPF) 420: 곱셈기
400: 에러정정기능을 갖는 4/4 복호화기
425: 곱셈기 430: 상관기
440: 데이터검출부 470: 부호 추출부
480: 홀수/짝수 패리티 추정부 450: 에러 정정부
460: 병렬/직렬 변환부(P/S)

Claims (10)

  1. 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기(Receiver)에 있어서,
    안테나로부터 수신신호(r(t))를 받아 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트코사인(root cosine) roll-off 필터;
    상기 루트코사인 roll-off 필터에 의해 필터링된 신호를 국부 발진기에 의해 기저대역으로 다운변환하는 다운변환 곱셈기;
    상기 다운변환 곱셈기로부터의 다운변환된 신호를 기저대역 신호로 필터링하는 저역 통과 필터(LPF);
    상기 저역 필터링된 신호에 송신기(Transmitter)에서 확산되었던 PN 코드를 곱하여 역확산하는 역확산 곱셈기;
    상기 역확산 곱셈기로부터 수신되는 신호의 에러를 정정하는 기능을 갖는 4/4 복호화기; 및
    상기 4/4 복호화기로부터 출력되는 신호의 병렬 데이터를 직렬 데이터로 바꾸어 복조된 데이터(
    Figure 112012042268537-pat00062
    )를 출력하는 병렬/직렬 변환부(P/S);
    를 포함하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기는,
    송신기(Transmitter)에서 곱했던 월시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드(W0,W1,W2,W3)를 곱하는 코드 곱셈기;
    상기 코드 곱셈기로부터의 신호를 데이터 한주기 동안에 각각 반주기로 나누어 코릴레이션(correlation)하는 상관기;
    상기 상관기로부터 들어오는 각 채널의 데이터를 검출하는 데이터검출부;
    반주기 동안 상기 상관기 출력의 각각의 부호를 추출하기 위한 부호추출부;
    상기 부호추출부에서 부호추출된 정보들을 사용하여 홀짝수의 패리티를 추정하는 홀수/짝수 패리티 추정부; 및
    상기 홀수/짝수 패리티 추정부로부터 구해진 홀짝수의 패리티 정보와 각 채널의 검출된 데이터를 사용하여 통신 채널의 에러를 정정하는 에러정정부;
    를 포함하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 검출부는,
    상기 상관기로부터 각 채널의 한주기 동안 각각 반주기씩 나누어 코릴레이션 (correlation) 값들을 수신하고, 홀수/짝수 패리티 추정부로부터 추정된 패리티를 수신받고, 패리티가 짝수일 경우, 1, 2 그리고 3번째 채널은 한주기의 후반부의 값을 반전하고, 4번째 채널은 한 주기의 전반부를 반전하여 나머지 반주기동안의 값과 합산한 후 데이터 비트를 검출하며, 패리티가 홀수인 경우, 전후반부의 값을 합산하여 데이터를 검출하여 상기 에러정정부로 전송하는 것을 특징으로 하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에러정정부는,
    상기 홀수/짝수 패리티 추정부로부터 수신된 홀수/짝수 패리티와 상기 데이터 검출부로부터 수신된 4개의 채널에서 검출된 데이터의 패리티를 비교한 후, 홀짝수 판정을 통해 패리티 비트를 추정하여 해당 채널의 에러를 정정하여 정정된 데이터들을 상기 병렬/직렬 변환부(P/S)로 전송하는 것을 특징으로 하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에러정정부는
    4/4 복호화기의 에러정정기능을 수행할 때, 홀짝수 판정을 통해 추정된 패리티, 4개의 추정검출된 4개 채널의 비트 정보, 각 4채널의 수신된 에너지 정보를 수신받고, 추정 검출된 4개 채널의 비트 정보의 패리티를 계산하고, 홀짝수 판정을 통해 추정된 패리티와 4개의 채널에서 복조 추정된 비트데이터의 패리티를 구해 두 개가 맞는지를 비교하여, 만약 일치하지 않으면 4개 채널의 수신에너지를 비교하여 에너지가 제일 작은 채널의 추정된 비트를 반전하며, 만약 일치하면 부호를 반전하지 않도록 하여 에러를 정정하여 수신기의 성능을 개선하고 4개의 최종 결정된 비트를 상기 병렬/직렬 변환부로 전송하는 것을 특징으로 하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용한 수신기.
  6. 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기에 있어서,
    기존 부호화율 9/16 부호화기와 12/16 부호화기의 확장된 구조에서 9개와 12개의 비트 데이터를 동시에 일정진폭으로 전송하기 위해 각각 7개와 4개의 추가 비트를 더 보내되, 에러정정 기능을 갖는 16/16 부호화기 사용하는 송신기(Transmitter); 및
    홀짝수 패리티 정보를 추정하여 에러 정정 기능을 갖는 16/16 복호화기를 사용하는 수신기(Receiver);
    를 포함하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 16/16 부호화기 기능을 제공하는 송신기(Transmitter)는
    사용자의 입력 데이터 신호(
    Figure 112011007806580-pat00044
    )를 직렬에서 16개의 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬변환부(S/P:Serial to Parrel);
    상기 직렬/병렬변환부로부터의 4개의 각각의 4/4 부호화기의 칩 코드워드들의 부호를 검출하고, 5번째의 4/4 부호화기를 통과하도록 하여 일정진폭을 만든 후, 2배로 체배하는 16/16 부호화기;
    상기 x2 체배기로부터 수신된 일정출력된 칩 데이터(S256)를 PN 코드를 곱해 확산하는 확산부;
    상기 확산부로부터의 신호를 국부발진기 및 곱셈기에 의해 기저대역신호를 변조하는 변조부;
    상기 변조부로부터의 신호를 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트 코사인 roll-off 필터(root cosine roll-off filter); 및
    상기 루트 코사인 roll-off 필터로부터의 신호를 최종적으로 고출력으로 증폭하여 안테나로 송출하는 고출력 증폭기(HPA:High Power Amplifier);
    를 포함하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 16/16 부호화기는,
    4개의 4/4 부호화기;
    각각의 4/4 부호화기의 출력을 "+"인지 "-" 출력인지 판별하여 +1과 -1로 변환하는 부호검출부;
    상기 부호검출부의 4개의 데이터를 다시 일정진폭을 만들어주는 Suil 방식의 4/4 부호화기; 및
    상기 4/4 부호화기의 출력을 2배로 체배시켜주는 x2 체배기;
    로 구성되는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 16/16 복호화기 기능을 제공하는 수신기(Receiver)는
    안테나로부터 수신신호(r(t))를 받아 일정대역폭을 갖는 대역 신호로 필터링하는 루트코사인(root cosine) roll-off 필터;
    상기 roll-off 필터로부터의 신호를 국부 발진기에 의해 기저대역으로 다운변환하는 다운변환 곱셈기;
    상기 다운변환 곱셈기로부터의 신호를 기저대역 신호로 저역 필터링하는 저역 통과 필터(LPF);
    상기 저역 통과 필터로부터의 신호에 PN 코드를 곱하여 역확산하는 역확산 곱셈기;
    상기 역확산 곱셈기로부터의 신호를 5개의 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용해서, 첫 번째 단계의 에러 정정 기능을 갖는 4/4 복호화기를 사용하여 4개의 칩 코드 수열로 출력하고, x2 체배기에 의해 상기 첫번째 단계의 에러 정정 기능을 갖는 4/4 복호화기의 출력인 4개의 칩 코드 수열을 2배 체배하며, 각 채널당 다시 각각의 2배 체배된 코드 수열을 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기에 의해 16개 채널의 데이터를 복조하는 16/16 복호화기; 및
    상기 16/16 복호화기로부터 수신된 병렬데이터(
    Figure 112012042268537-pat00063
    ,
    Figure 112012042268537-pat00064
    ,
    Figure 112012042268537-pat00065
    ,
    Figure 112012042268537-pat00066
    )를 직렬 데이터로 변환하여 복조된 데이터(
    Figure 112012042268537-pat00067
    )를 제공하는 병렬/직렬 변환부(P/S);
    를 포함하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 16/16 복호화기는,
    첫 번째 단계의 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기, 및
    상기 4/4복호화기의 신호를 역확산후, 상기 첫번째 단계의 에러정정을 갖는 4/4 복호화기 출력을 4개의 칩 코드 수열을 2배로 체배시켜주는 x2 체배기; 및
    상기 체배기의 각 채널당 다시 각각의 2배 체배된 코드 수열을 16개 채널의 데이터를 복조하는 4개의 에러정정 기능을 갖는 4/4 복호화기;
    를 포함하는 광대역 부호 분할 다중접속(W-CDMA) 통신방식에서 에러정정 기능을 갖는 일정진폭 부호화기/복호화기.
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