KR101990903B1 - 저전력 옥외 광역 통신을 위한 코드분할다중화 정진폭 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따르면, 코드 분할 다중화 통신 시스템에 적용되는 정진폭 부호화 방법 및 장치가 제공된다. 정진폭 부호화 방법 및 장치는, 데이터 비트열을 미리 정해진 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열에 대한 순환 중복 검사 비트를 생성한 뒤 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하여 입력 프레임을 생성하는 단계, 미리 정해진 블록 코드율에 따라 상기 입력 프레임을 복수의 블록으로 블록화하는 단계, 상기 복수의 블록을 가로와 세로 중 어느 한 방향으로 써서 행렬로 변환하고, 상기 변환된 행렬을 가로와 세로 중 상기 쓴 방향과 다른 방향으로 읽어내어 일련의 비트열로 출력하는 단계, 상기 출력된 일련의 비트열에 부가적인 비트를 추가하여 부호화된 결과를 출력하는 단계, 그리고 상기 부호화된 결과를 정진폭 다중화 처리하는 단계를 포함하여 수행한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 데이터 비트를 블록 단위로 분할함으로써 수신측에서 오류 확인을 용이하게 할 수 있고, 작은 길이의 비트열을 입력 프레임의 기본 단위로 하여 옥외 광역 통신에서 전력 소모를 줄임으로써 효율성을 높임으로써, 유비쿼터스 센서 네트워크의 물리계층을 최적화할 수 있다.

Description

저전력 옥외 광역 통신을 위한 코드분할다중화 정진폭 부호화 장치 및 방법 {Apparatus and method of constant amplitude encoding of code division multiplexing for wide area network}

본 발명은 코드 분할 다중화 통신 시스템에서 전송 신호의 정진폭 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.

코드 분할 다중화(code division multiplexing, CDM) 통신 시스템에서는, 여러 개의 직교코드가 합해져서 만들어진 멀티레벨의 신호를 일정한 진폭을 갖는 정진폭으로 조정하는 정진폭 부호화 장치가 사용될 수 있다.

이러한, 정진폭 부호화 장치로는 소비 전력을 낮추고 직렬/병렬 변환기 및 패리티 비트를 통해 간섭에 대한 강인성을 확보할 수 있는 기술이 제안되었으나, 전송할 데이터를 정진폭의 이진 직교코드의 데이터로 변조하고, 복조하는 기술을 제안하는데 그쳤다.

또한, 정진폭 변환을 위한 잉여 정보를 추가함으로써 확산된 신호의 3/4 전송 효율을 낼 수 있는 기술(대한민국공개특허 제10-2010-0135660호)이 제안되었으나, 다중화로 인한 전송효율을 높이는 것에만 주안점을 맞춘 기술이라는 단점이 있다.

본 발명의 실시 예에서는, 9/16 코드율 정합을 용이하게 하고, 연속적 오류의 복원에 대한 신뢰도와 재전송 효율을 높임으로써, 유비쿼터스 센서 네트워크(ubiquitous sensor network, USN)의 물리계층을 최적화할 수 있는 정진폭 부호화 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따르면, 코드 분할 다중화 통신 시스템에 적용되는 정진폭 부호화 장치가 제공된다. 상기 정진폭 부호화 장치는, 데이터 비트열을 미리 정해진 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열에 대한 순환 중복 검사 비트를 생성한 뒤 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하여 입력 프레임을 생성하는 입력 프레임 생성모듈, 미리 정해진 블록 코드율에 따라 상기 입력 프레임을 복수의 블록으로 블록화하는 1/N 변환모듈, 상기 복수의 블록을 가로와 세로 중 어느 한 방향으로 써서 행렬로 변환하고, 상기 변환된 행렬을 가로와 세로 중 상기 쓴 방향과 다른 방향으로 읽어내어 일련의 비트열로 출력하는 인터리빙 모듈, 상기 인터리빙 모듈의 출력에 부가적인 비트를 추가하여 부호화된 결과를 출력하는 9/16 터보곱부호 모듈, 그리고 상기 9/16 터보곱부호 모듈의 출력을 정진폭 다중화 처리하는 정진폭 다중화 모듈을 포함한다.

상기 정진폭 부호화 장치에 포함된 상기 입력 프레임 생성모듈은, 상기 데이터 비트열을 32비트~512비트 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열의 길이를 9의 정수 배로 만들 수 있도록 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 장치에 포함된 상기 1/N 변환모듈은, 복수의 블록의 수가 9인 블록 코드율에 따라 입력 프레임을 블록화할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 장치에 포함된 상기 인터리빙 모듈은, 9개의 블록을 가로로 써서 9 X N 행렬로 변환하고, 상기 9 X N을 세로로 읽어내어 9비트 길이의 비트열을 출력할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 장치에 포함된 상기 9/16 터보곱부호 모듈은, 인터리빙 모듈의 출력을 3X3 행렬로 변환하고, 상기 3X3 행렬의 행과 열에 부가적인 비트를 추가하여 4X4 행렬의 부호화된 결과를 출력할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 장치는, 정진폭 다중화 모듈에서 출력된 결과에 9비트의 파일럿을 삽입하는 파일럿 추가모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 코드 분할 다중화 통신 시스템에 적용되는 정진폭 부호화 방법이 제공된다. 상기 정진폭 부호화 방법은, 데이터 비트열을 미리 정해진 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열에 대한 순환 중복 검사 비트를 생성한 뒤 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하여 입력 프레임을 생성하는 단계, 미리 정해진 블록 코드율에 따라 상기 입력 프레임을 복수의 블록으로 블록화하는 단계, 상기 복수의 블록을 가로와 세로 중 어느 한 방향으로 써서 행렬로 변환하고, 상기 변환된 행렬을 가로와 세로 중 상기 쓴 방향과 다른 방향으로 읽어내어 일련의 비트열로 출력하는 단계, 상기 출력된 일련의 비트열에 부가적인 비트를 추가하여 부호화된 결과를 출력하는 단계, 그리고 상기 부호화된 결과를 정진폭 다중화 처리하는 단계를 포함한다.

상기 정진폭 부호화 방법에서 상기 입력 프레임을 생성하는 단계는, 데이터 비트열을 32비트~512비트 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열의 길이를 9의 정수 배로 만들 수 있도록 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하는 단계를 포함를 포함할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 방법에서 상기 블록화 하는 단계는, 상기 복수의 블록의 수가 9인 블록 코드율에 따라 입력 프레임을 블록화하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 방법에서 일련의 비트열을 출력하는 단계는, 상기 9개의 블록을 가로로 써서 9 X N 행렬로 변환하고, 상기 9 X N을 세로로 읽어내어 9비트 길이의 비트열을 출력할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 방법에서 상기 부호화된 결과를 출력하는 단계는, 출력된 일련의 비트열을 3X3 행렬로 변환하고, 상기 3X3 행렬의 행과 열에 부가적인 비트를 추가하여 4X4 행렬의 부호화된 결과를 출력할 수 있다.

상기 정진폭 부호화 방법은, 정진폭 다중화 처리된 결과에 9비트의 파일럿을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 데이터 비트를 블록 단위로 분할함으로써 수신측에서 오류 확인을 용이하게 할 수 있고, 작은 길이의 비트열을 입력 프레임의 기본 단위로 하여 옥외 광역 통신에서 전력 소모를 줄임으로써 효율성을 높임으로써, 유비쿼터스 센서 네트워크의 물리계층을 최적화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정진폭 부호화 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 정진폭 부호화 장치의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인터리빙 모듈의 동작을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정진폭 부호화 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 코드 분할 다중화 통신 시스템에서의 정진폭 부호화 장치(100)는, 입력 프레임 생성모듈(110), 1/N 변환모듈(120), 인터리빙 모듈(130), 9/16 터보곱부호(turbo product code, 이하 'TPC'라 함) 모듈(140), 그리고 정진폭 다중화 모듈(150)을 포함한다.

입력 프레임 생성모듈(110)은 전송할 데이터 비트열을 미리 정해진 길이로 분할하고, 전송할 데이터 비트에 대하여 순환 중복 검사(cyclic redundancy check, 이하 'CRC'라 함) 비트를 생성한 뒤, 전송할 데이터 비트열에 CRC 비트를 추가함으로써 입력 프레임을 생성한다.

1/N 변환모듈(120)은 미리 정해진 블록 코드율에 따라 입력 프레임을 복수의 블록으로 블록화한다. 이때, 통신 서비스의 특성 또는 네트워크 상의 요구에 따라 데이터의 전송률, 전력 소비량, 또는 전송 성공률 등의 우선 순위가 결정되고, 결정된 우선 순위에 따라서 블록 코드율이 결정될 수 있다.

인터리빙 모듈(130)은 수신단에서 비트의 집중 에러(burst error)가 발생하지 않도록 오류가 발생한 비트를 랜덤하게 분산시켜 데이터를 송신하기 위한 역할을 한다. 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 입력 프레임을 블록화한 결과인 복수의 블록을 가로로 써서 행렬로 변환하고, 변환된 행렬을 세로로 읽어서 일련의 비트열로 출력하는 블록 인터리빙 기법이 제안될 수 있다.

9/16 TPC 모듈(140)에서는 인터리빙 모듈(130)의 출력에 부가적인 비트를 추가하여 부호화된 결과를 출력하고, 정진폭 다중화 모듈(150)에서는 9/16 TPC 모듈(140)의 출력을 정진폭 다중화 처리한다.

이후, 파일럿 추가모듈에서는 정진폭 부호화 장치(100)에서 출력된 결과에 9비트의 파일럿을 삽입하여 프레임을 송신한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참고하여 도 1에 도시된 정진폭 부호화 장치(100)의 동작을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 정진폭 부호화 장치의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참고하면, 먼저 입력 프레임 생성모듈(110)에서는 전송할 데이터 비트열을 128비트 단위로 분할한 후, 분할된 128비트의 데이터 비트열에 대해 7비트의 CRC를 생성하여 135비트(데이터 128비트+CRC 7비트)의 입력 프레임을 생성한다(S100).

이 경우 전송할 데이터 비트열을 128비트(16바이트) 단위로 분할하여 사용하는 것은, 저전력 옥외 광역 통신과 같은 열악한 통신 환경에서 성공적으로 통신을 수행하기 위해서이며, 통신 환경에 따라 분할되는 비트열의 길이는 조절될 수 있다.

또한, 7비트의 CRC비트는, 128비트를 '9의 정수 배'로 만들어주기 위해 128비트에 덧붙여지며, 이것은 이후 수행할 9/16 TPC 모듈(140)에서의 기본 처리 단위가 9비트이기 때문이다. 그러므로, CRC비트의 길이는 데이터 비트열을 분할하는 길이에 따라 조절될 수 있다.

이후, 1/N 변환모듈(120)은 135비트의 입력 프레임을 15비트씩 9개의 블록으로 블록화한다(15X9=135)(S110). 위와 같이 입력 프레임을 블록화함으로써 이후의 인코딩 등은 블록 단위로 이루어지고, 수신측에서의 오류 확인 또한 블록 단위로 이루어질 수 있어서 재전송을 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인터리빙 모듈의 동작을 나타낸 도면이다.

도 3을 참고하면, 이후 인터리빙 모듈(130)에서는, 먼저 15비트인 1개의 블록을 가로로 쓴 다음('fill in'단계) 다시 행을 변경하여 다음 블록을 쓰는 방식으로 총 9행을 쓴다(S120). 이렇게 블록 단위로 차례로 쌓인 입력 프레임은 9X15 행렬이 된다.

입력 프레임의 마지막 비트(9X15 행렬의 (9, 15) 원소)부터 세로 윗방향으로 각 행에 있는 원소(1비트)들을 읽어낸다('read out' 단계)(S130). 즉, 행렬을 세로로 읽어낸 결과는 각 열마다 9비트씩, 총 15개의 비트열을 읽어내어 출력한다.

이때, 본 발명의 실시 예와는 반대로 각 블록을 세로로 써서 15X9 행렬을 만들고, 가로방향으로 읽어내어서 각 행마다 9비트씩, 총 15개의 비트열을 읽어낼 수도 있다.

이와 같이, 인터리빙 모듈(130)에서 15비트의 블록을 9비트의 비트열로 변환함으로써 9/16 TPC 모듈(140)의 9/16 코드율 정합을 용이하게 할 수 있고, 동시에 연속적인 비트 오류(burst error)에 대한 강건함을 제공할 수 있다.

다시 도 2를 참고하면, 이후, 9/16 TPC 모듈(140)에서는 인터리빙 모듈(130)에서 출력된 9비트의 비트열을 3X3 행렬로 만든다. 이때, 9비트의 비트열을 3X3 행렬로 만드는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 예를 들어, 9비트의 비트열은 9/16 TPC 모듈(140)로 입력되는 순서대로 3비트씩 행렬을 구현할 수 있으며, 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 입력되는 순서대로 3비트씩 행렬의 행에 채워서, 처음 입력된 3비트는 가장 위쪽 행으로, 그 다음 입력된 3비트는 가장 아래 행으로, 마지막으로 입력된 3비트가 중간 행에 위치하게 되는 방법으로 9비트의 비트열이 3X3 행렬로 변환될 수 있다.

이때, 입력되는 비트열을 행렬의 열에 채울 수도 있고, 채우는 순서도 변경할 수 있으며, 이와 같은 사항은 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

이후, 9/16 TPC 모듈(140)에서는 3X3 행렬의 행과 열에 비트를 추가하여 4X4 행렬을 출력하고(S140), 정진폭 다중화 모듈(150)에서는 9/16 TPC 모듈(140)이 출력한 4X4 행렬에 대해서 정진폭 다중화 프로세스를 수행한다(S150).

이후, 정진폭 다중화 프로세스가 끝난 프레임에 파일럿을 추가(S160)하여 전송하게 된다. 이때, 파일럿은 수신신호의 동기 복원을 용이하게 하고 오류 확산을 방지하기 위해 추가될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 정진폭 부호화 장치는 데이터 비트를 블록 단위로 분할함으로써 수신측에서 오류 확인을 용이하게 할 수 있고, 작은 길이의 비트열을 입력 프레임의 기본 단위로 하여 옥외 광역 통신에서 전력 소모를 줄임으로써 효율성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 정진폭 부호화 장치는 연속적 오류 복원에 대한 신뢰를 제공할 수 있는 인터리빙 모듈을 포함할 수 있고, 정진폭 부호화 장치를 거친 프레임에 수신신호의 동기 복원을 용이하게 할 수 있는 파일럿을 삽입하는 모듈을 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

1. 코드 분할 다중화 통신 시스템에 적용되는 정진폭 부호화 장치에 있어서,
   데이터 비트열을 미리 정해진 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열에 대한 순환 중복 검사 비트를 생성한 뒤 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하여 입력 프레임을 생성하는 입력 프레임 생성모듈,
   미리 정해진 블록 코드율에 따라 상기 입력 프레임을 복수의 블록으로 블록화하는 1/N 변환모듈,
   상기 복수의 블록을 가로와 세로 중 어느 한 방향으로 써서 행렬로 변환하고, 상기 변환된 행렬을 가로와 세로 중 상기 쓴 방향과 다른 방향으로 읽어내어 일련의 비트열로 출력하는 인터리빙 모듈,
   상기 인터리빙 모듈의 출력에 부가적인 비트를 추가하여 부호화된 결과를 출력하는 9/16 터보곱부호 모듈,
   상기 9/16 터보곱부호 모듈의 출력을 정진폭 다중화 처리하는 정진폭 다중화 모듈, 그리고
   상기 정진폭 다중화 모듈에서 출력된 결과에 9비트의 파일럿을 삽입하는 파일럿 추가모듈
   을 포함하는 정진폭 부호화 장치.
2. 제1항에서,
   상기 입력 프레임 생성모듈은,
   상기 데이터 비트열을 32비트~512비트 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열의 길이를 9의 정수 배로 만들 수 있도록 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하는 정진폭 부호화 장치.
3. 제1항에서,
   상기 1/N 변환모듈은,
   상기 복수의 블록의 수가 9인 블록 코드율에 따라 입력 프레임을 블록화하는 정진폭 부호화 장치.
4. 제3항에서,
   상기 인터리빙 모듈은,
   상기 9개의 블록을 가로로 써서 9 X N 행렬로 변환하고, 상기 9 X N을 세로로 읽어내어 9비트 길이의 비트열을 출력하는 정진폭 부호화 장치.
5. 제1항에서,
   상기 9/16 터보곱부호 모듈은,
   상기 인터리빙 모듈의 출력을 3X3 행렬로 변환하고, 상기 3X3 행렬의 행과 열에 부가적인 비트를 추가하여 4X4 행렬의 부호화된 결과를 출력하는 정진폭 부호화 장치.
6. 삭제
7. 코드 분할 다중화 통신 시스템에 적용되는 정진폭 부호화 방법에 있어서,
   데이터 비트열을 미리 정해진 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열에 대한 순환 중복 검사 비트를 생성한 뒤 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하여 입력 프레임을 생성하는 단계,
   미리 정해진 블록 코드율에 따라 상기 입력 프레임을 복수의 블록으로 블록화하는 단계,
   상기 복수의 블록을 가로와 세로 중 어느 한 방향으로 써서 행렬로 변환하고, 상기 변환된 행렬을 가로와 세로 중 상기 쓴 방향과 다른 방향으로 읽어내어 일련의 비트열로 출력하는 단계,
   상기 출력된 일련의 비트열에 부가적인 비트를 추가하여 부호화된 결과를 출력하는 단계,
   상기 부호화된 결과를 정진폭 다중화 처리하는 단계, 그리고
   상기 정진폭 다중화 처리된 결과에 9비트의 파일럿을 삽입하는 단계
   를 포함하는 정진폭 부호화 방법.
8. 제7항에서,
   상기 입력 프레임을 생성하는 단계는,
   상기 데이터 비트열을 32비트~512비트 길이로 분할하고, 상기 분할된 데이터 비트열의 길이를 9의 정수 배로 만들 수 있도록 상기 순환 중복 검사 비트를 상기 분할된 데이터 비트열에 추가하는 단계
   를 포함하는 정진폭 부호화 방법.
9. 제7항에서,
   상기 블록화 하는 단계는,
   상기 복수의 블록의 수가 9인 블록 코드율에 따라 입력 프레임을 블록화하는 단계
   를 포함하는 정진폭 부호화 방법.
10. 제9항에서,
    일련의 비트열을 출력하는 단계는,
    상기 9개의 블록을 가로로 써서 9 X N 행렬로 변환하고, 상기 9 X N을 세로로 읽어내어 9비트 길이의 비트열을 출력하는 정진폭 부호화 방법.
11. 제7항에서,
    상기 부호화된 결과를 출력하는 단계는,
    상기 출력된 일련의 비트열을 3X3 행렬로 변환하고, 상기 3X3 행렬의 행과 열에 부가적인 비트를 추가하여 4X4 행렬의 부호화된 결과를 출력하는 정진폭 부호화 방법.
12. 삭제

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