KR19980019469A - 극성교번 펄스폭 / 부호분할 다중접속 변조 및 복조 방식(PAPW/CDMA(Polarity Alternated Pulse Width / Code Division Multiple Access) Modulation & Demodulation) - Google Patents

Abstract

기존의 DS/CDMA 방식은 송신 시 여러 채널의 신호를 동시에 선형적으로 합하여 전송하므로, 채널 수가 증가할수록 출력신호의 레벨 수가 증가하여 아날로그 신호와 같이 진폭의 변화가 다양해지므로, 정상적인 신호 특성을 유지하기 위해서는 기지국 고주파 증폭기에 선형증폭기를 사용해야 하고 이로 인해 기지국 전송 시스템의 전력효율이 현저히 저하하게 된다.더구나 앞으로 제 3세대 이동 통신이나 무선 LAN에서는 기지국과 단말기 간에도 2Mbps 이상의 전송속도를 요구하게 되므로, 이를 해결하기 위해서는 기본 음성 위주로 되어 있는 채널 하나로는 고속 데이터 전송이 불가능하여 여러 개의 기본채널을 동시에 다중 사용해야하므로, 기지국만이 아니라 단말기에서도 송신 시 여러 채널을 사용하게 된다. 결국, 단말기의 고주파 증폭기도 기지국과 같은 이유로 선형성을 요구하게 되어 증폭기의 전력 효율이나빠지게 되고 신호처리가 어려워지므로 단말기 전지 사용시간에 심각하게 나쁜 영향을 주게 되어 단말기의 소형화에 큰 지장을 주게 된다.

본 특허는 이러한 문제점을 해결하면서도 주파수 분포 특성이 우수한 새로운 방식의 '극성교번 펄스폭 / 부호분할 다중접속 방식 (Polarity Alternated Pulse Width / CDMA ;PAPW/CDMA)' 에 관한 내용이다. 종래의 DS/CDMA 방식에 의해 발생되는 변조신호는 마치 비디오 신호와 같이 다양한 레벨값을 갖는 아날로그 신호 형태가 된다. 본 특허는 이러한 신호 크기 변화를 펄스폭으로 바꾸어 출력신호의 레벨을 이진화(binary) 시켜 신호 레벨을 항상 일정하게 하는 것과 동시에, 변조신호의 매 chip 마다 펄스폭의 극성을 교대로 바꾸어코드 chip 간의 클럭 성분을 제거하여 채널 수가 증가해도 변조 신호의 대역폭의 지속적인 증가가 되지 않게 하여, 선형성이 필요 없는 일반 디지털용 전력 증폭기를 사용 가능하게되어 시스템이 단순화 되고 증폭기의 전력 효율도 향상 시킬 수 있게 한다.

더 나아가 송신 시 출력 신호의 레벨을 일정한 값 이상은 잘라버리는 truncation 방식을사용하면 채널 수가 커질 경우 거의 채널 수의 1/8 정도의 레벨만 남겨도 성능에 거의 영향이 없으므로,128 개 채널을 동시에 사용할 때도 16 단계의 펄스폭만 사용하면 되므로 마치 16 채널만 사용한 구조를 갖고도 128 채널을 보낼 수 있으므로 시스템 차원에서 구조도 단순해지고 성능도 대폭 향상되게 된다.

예를 들면 한 채널에 32 Kbps 를 보내는 채널을 이용하여 2 Mbps 데이터를 전송하기 위해서는 64채널을 동시에 사용해야지만 가능하다. TDMA 방식에서는 64개의 time slot를 사용하여 해결 가능하지만 CDMA 방식에서는 64개 채널을 동시에 사용하므로 64개의 신호를전부 더하여 중첩하여 보낼 수 밖에 없으므로 고주파 선형 증폭기가 필요해진다. 이 경우본 특허 방식을 사용하면 TDMA 방식의 디지털 증폭기를 그대로 사용 가능하여 전체적인 시스템 비용이 낮아지고 안정도는 증가하게 된다.

Description

극성교번 펄스폭 / 부호분할 다중접속 변조 및 복조 방식

디지털 다중채널 기법은 크게 TDMA 방식과 CDMA 방식으로 구분된다. TDMA 방식은 역사가 오래되어 주번 부품과 회로가 안정적으로 공급되고 시스템 구조가 단순한 반면, CDMA 는 새로이 사용되는 기법으로 TDMA 비해 비교적 복잡한 구조를 갖고있다.

CDMA 기법은 원래 군 통신에서 오래 전부터 널리 사용되고 있는 대역확산(spread spectrum)기법에 그 뿌리를 두고 있다. 대역확산 기법은 군 통신에서 적의전파방해를 피하기 위한 수단으로 송신 시 특정 코드패턴을 미리 섞어서(곱해서)보내고 수신단에서는 송신 시 사용한 코드와 같은 코드를 다시 한번 더 섞어서(곱해서) 원래의 데이터를 복원해 내는 기술이다. 이 과정이 복잡하고 시스템 가격이비싸서 군 통신용으로만 사용 되었으나 요즈음은 전자 기술의 획기적인 발전으로그 기술이 보편화 되어 디지털 이동통신에서 CDMA 라는 이름으로 널리 사용되기 시작했다.

그러므로 종래의 CDMA 기술은 지금까지 개발되어 온 대역확산 기법인 DS(DirectSequence), FH(Frequency Hopping), TH(Time Hopping)을 그대로 사용하기 때문에CDMA 방식도 또한 DS/CDMA. FH/CDMA, TH/CDMA 등으로 분류될 수 있다. 그러나 종래의 대역확산 기법은 다중채널보다는 적의 전파 방해 회피에 중점을 두고 있었기 때문에 기본 구조가 단일 채널용에 적합한 구조로 되어 있었고 다중채널로 인한 시스템 구조의 복잡화는 큰 관심사가 아니었다. 그러므로 이러한 구조에 바탕을 둔CDMA 시스템은 다중채덜이 되었을 때 발생하는 신호의 복잡도 증가로 인한 시스템구현의 어려움을 그대로 감수하는 수밖에 없다.

반면 디지털 다중전송 방식 중 TDMA 방식은 CDMA 에 비해 단순하게 채널별로 시간을 나누어 사용하기 때문에 시스템 구조가 단일 디지털 채널과 클럭 속도가 다르다는 것을 제외하고는 크게 차이가 나지 않는 단순함을 갖고 있다. 그리고 사용 역사가 길므로 주변회로도 많이 발달되어 있고 보편화 되어 있다.

만일 CDMA 신호를 TDMA 신호와 같이 디지털 채널을 그대로 사용할 수 있게 한다면 지금까지 발전 되어온 많은 시스템 구조를 그대로 활용할 수 있게 되어 매우 편리할 것이다. 븐 발명에서는 다중채널을 사용시에도 단일 채널 때와 같이 출력신호가 binary 형태를 갖는 새로운 대역확산 기법을 원천적으로 새로이 제안하여 지금까지 TDMA 방식에서 사용하던 디지털 증폭기를 그대로 사용할 수 있게 하여 시스템구조를 획기적으로 단순화 시킬 수 있다.

본 발명이 이루고저 하는 기술적 해결 과제는 종래 고주파 무선통신에 사용하던 대역확산 기법과 CDMA 기법을 단순한 binary 구조로 가능하게 하여 시스템 가격을낮추며 동시에 고속 데이터 전송이 가능하게 기술을 개발함에 있다.

종래의 CDMA 구조는 단일 채널용의 대역 확산 구조에 기본을 두고 있기 때문에채널 수가 증가하게 되면 점점 더 신호 전송 방식이 복잡해져 동시에 사용하는 채널 수를 늘릴수록 시스템을 구성하는 것이 점점 더 어려워진다. 그러므로 본 과제에서는 기지국당 채널 수를 지금보다 멎 배 이상 큰 것도 가능하게 하여 기지국 셀배치 계획을 쉽게 하며 단말기에서도 64채널 흑은 128 채널을 동시에 사용하여 데이터 전송속도를 높이므로 동화상 전송도 이동 중에 가능한 다음 세대 이동전화를가능하게 한다.

특히 위성통신에 있어서 위성체의 고주파 증폭기의 효율은 지상의 기지국에 비해훨씬 심각하므로 이를 개선하는 것이 위성체당 채널 수를 늘리는 관건이 된다. 본발명을 이용해 차세대 이동 통신에서 요구 되어지는, 지상 기지국과 위성 기지국그리고 단말기에서 긍히 사용되는 전력 효율이 좋고 구조가 간단해지며 고속 데이터 전송이 가능하고 채널 수를 늘릴 수 있는 새로운 시스템 구조와 기술을 개발한다.

도1은 종래의 DS/CDMA 송신기 구조도

도2는 새로운 PAPW/CDMA 송신기 구조도

도3은 종래의 multi-leve1 신호와 truncation 된 신호 (4채널일 경우)

도4는 DS/CDMA 신호의 레벨을 PAPW/CDMA 신호의 펄스폭으로 바꾸는 방법

도5는 4채널 신호의 5 단계를 3 단계로 truncation 한 후의 PAPW/CDMA 신호

도6은 종래의 DS/CDMA수신기와 PAPW/CDMA 수신기의 구조 비교

도7은 새로운 PAPW/CDMA 방식의 수신 방식

기존의 DS/CDMA 방식은 송신 시 여러 채널의 신호를 동시에 합하여 전송하므로 채널 수가 증가할수록 출력신호의 레벨 수가 증가하여 고주파 출력 증폭기의 선형성(1inearity)이보장되지 않으면 신호 특성이 나빠지게 되어, 선형성이 좋은 증폭 특성을 유지하기 위해 기지국 고주파 증폭기에 선형 증폭기를 사용할 수 밖에 없다. 그러므로 기지국의 고주파 전력증폭기의 사용영역이 선형 부분에서만 사용 가능하므로 기지국 전송 시스템의 전력효율이 현저히 저하하게 된다.

더구나 앞으로 미래의 이동 통신에서는 이동 중에도 2Mbps 이상의 전송속도를 요구하게되므로, 이를 해결하기 위해 기본 음성 위주로 되어 있는 채널하나로는 불가능하여 여러개의 기본채널을 동시에 다중 사용해야 하므로, 기지국만이 아니라 단말기에서도 음성 채널속도의 기본 채덜을 여러 개 동시 다중 사용해야지만 고속 전송이 가능하게 된다. 결국,단말기의 고주파 증폭기도 기지국과 같은 이유로 선형셩을 요구하게 되어 증폭기의 전력 효율이 나빠지게 되므로 전지 사용시간에 심각하게 나쁜 영향을 주게 된다. 또한 제 3세대이동통신에서는 동일한 단말기로 저궤도 위성통신과 지상 기지국 접속을 모두 가능해야 하므로 위성 송신기도 지상 송신기와 동일한 구조를 가져야 하므로 지상 기지국에서는 허용가능한 고주파 전력 증폭기의 전력효율도, 사용 전원의 제한을 받는 위성의 경우는 사용하기 어려운 상황이 벌어진다.

그러므로 앞으로 단말기까지 다중 채널이 필요한 경우와 위성 지상 공용 통신 구조에서 고속 데이터 전송과 위셩통신의 전원 효율을 감안하면서도 기존의 CDMA 방식의 다양한 장점을유지할 수 있는 새로운 변조 방식이 필요하다.

본 발명은 다중 채널의 신호를 합했을 때 매 chip 마다 생기는 다양한 신호진폭 크기를

chip의 펄스 폭으로 바꾸고, 매 chip 마다 극성(부호)을 교대로 바꾸어주면 chip 간의 부호 변화가 생기지 않게 되어, 여러 채널 신호의 합으로 이루어진 멀티 레벨 신호를 binary형태로 바꾸면서도 chip 간의 파형의 부호 변환에 따른 클럭 성분을 제거하여 주파수 대역폭은 종래의 cm1A 방식과 비슷하게 할 수 있는 새로운 극성교번 펄스폭 변조 방식 CDMA(Polarity Alternated Pu1se Width / CDMA;PAPW/CDMA)기법에 판한 것이다.

종래의 DS/CDMA 방식은 채널이 증가할 때마다 각 채널 신호를 산술적으로 더하기 때문에코드패턴에 따라 출력신호 레벨이 다양한 값이 생성되어 마치 아날로그 비디오 신호와 같이다양한 레벨값을 갖는 신호 형태가 된다. 본 특허는 이러한 신호 크기 변화를 펄스폭으로바꾸어 출력신호의 레벨을 이진화(binary) 시켜 채널 수가 증가해도 신호 레벨을 항상 일정하게 하므로 출력 증폭기의 선형성도 요구되지 않고 증폭기의 전력 효율도 향상 시킬 수 있다.

더 나아가 출력 신호의 레벨을 일정한 값 이상은 잘라버리는 truncation 방식을 사용하면, 채널 수가 32 채널 이하인 경우는 채널 수의 1/4 정도의 레벨 수를 남기고 truncation을 하여도 거의 시스템의 성능에 영향이 없고 채널수가 64 채널 이상으로 커질 경우에는채널 수의 1/8 정도의 례벨만 남겨도 성능에 거의 영향이 없으므로,128 개 채널을 동시에사용할 때도 16 단계의 펄스폭만 사용하면 되므로 마치 16 채널만 사용한 구조를 갖고도128 채널을 보낼 수 있으므로 시스템 차원에서 구조도 단순해지고 성능도 대폭 향상되게 된다.

이외에도 본 발명자가 제안했던 클럭위상제어 CDMA (SC/CDMA) 방식은 채널 수가 증가하면 종래의 CDMA 멀티 레벨 신호를 일정치 이상의 값은 잘라버리는 truncation 을 할 경우도truncation 된 레벨 수에 비례하여 전송로의 전송속도가 증가하는 단점이 있었으나 본 발명에서는 전송로의 전송 특성은 채널 수와는 관계없이 사용하는 코드패턴의 chip rate 에만비례하게 되어 기존의 TDMA 시스템에서 사용하는 회로들을 그대로 사용할 수 있게 된다·

예를 들면 한 채널에 32 Kbps 를 보내는 채널을 이용하여 2 Mbps 데이터를 전송하기 위해서는 64채널을 동시에 사용해야지만 가능하다. TDMA 방식에서는 64개의 time slot를 사용하여 해결 가능하지만 CDMA 방식에서는 64개 채널을 동시에 사용하므로 64개의 신호를전부 더하여 중첩하여 보낼 수 밖에 없으므로 신호 레벨이 65단계가 되어 마치 아날로그신호와 같이 작용하여 선형성이 요구되는 고주파 증폭기가 필요해진다. 그러므로 미래의 이동통신에서 CDMA 방식을 사용할 경우 많은 장점에도 불구하고 고속 데이터 전송시는 고주파증폭기의 선형성 요구로 인한 전력효율 저하와 시스템 구조의 복잡화라는 큰 문제를 안게된다. 이 경우 본 특허를 사용하면 CDMA 의 모든 장점을 살리는 동시에 binary 디지털 전송방식을 이용해도 되는 장점을 갖게 되고 펄스폭의 제어범위를 사전에 제한하여 변조된 신호의 대역폭이 채널수와 무관하게 코드패턴의 chip rate 에만 비례하게 되어 선형성이 요구되는 고주파 증폭기 대신 기존의 CDMA 용의 디지털 증폭기를 사용 가능해져 이러한 문제가 해결된다. 그 외에도 일반적인 CDMA 특성에 의해 TDMA 방식과는 달리, 저속 데이터와 고속 데이터를 같은 하드웨어 구조로 동시에 보내는 것도 가능하여 다양한 속도의 데이터를 전송해야하는 LAN 이나 USB(Universal Serial Bus)와 같은 컴퓨터 접속 장치를 무선으로 수용하는것이 가능해진다

기본적으로 본 발명은 주로 군에서 널리 사용하던 대역확산(spread spectrum) 기법에 기초를 두고 있으므로 외부 잡음과 방해 신호에 상당히 강한 특성을 그대로 갖고 있다. 특히요즈음 디지털 이동통신에서 활발하게 쓰이고 있는 CDMA 신호를 단순한 binary 신호로 처리하였으나 원래 CDMA 기법이 갖고 있는 multi-path 에 강한 특성, 다른 채널과의 완벽한 분리 특성 등은 그대로 갖고 있다.

본 발명의 전체적인 원리를 설명하면 아래와 같다.

송신단에서는 각각의 데이터 채덜에 데이터를 실은 후에, 각 채널마다 서로 다른 직교코드(orthogonal code)를 곱하여 채널간의 신호의 직교성을 부여한 후 전체 채널을 합하여 종래의 CDMA 신호를 만든다. 이 때 채널 수가 많으면 합해진 CDMA 신호의 레벨 수가 다단계가되어 출력 신호가 마치 아날로그 신호처럼 되어 디지털 채덜을 그대로 사용하지 못하고 선형성이 좋은 아날로그 채널을 사용해야만 한다.

그러므로 디지털 채널을 그대로 사용하기 위해 다단계의 신호 레벨을 코드 chip 의 펄스폭으로 변환시키어 신호 레벨을 항상 binary가 되게 한다. 펄스폭 변환시 신호 레벨의 단계가 많을 경우 변환시켜야 하는 펄스폭도 그에 대응하여 여러 가지를 만들어야 하므로 생성해야 하는 펄스폭에 해당되는 클럭을 만들려면 매우 빠른 클럭이 필요해져 hardware 제작이 매우 어려워진다.

이를 피하기 위해 다단계의 신호레벨을 펄스폭으로 변환 하기 전에 먼저 일정 레벨 이상은 잘라내고(truncation) 신호 레벨 단계 수를 줄인 후에 펄스 폭으로 변환하면 낮은 클럭으로도 hardware를 설계 할 수 있다. 예를 들면 128 채널의 다중 신호를 동시에 보낼 경우이를 펄스폭으로 변환하려면 128 배 빠른 클럭이 필요하다. 그러나 먼저 17단계로 다중신호의 레벨을 잘라낸 후 펄스폭으로 변환하면 16배의 클럭만 필요하여 흴씬 쉽게 hardware구현이 가능하다. 이 경우 신호의 레벨을 잘라내는 것에 의한 시스탬 전체의 성능 저하는 거의 무시할 수 있는 수준이다. 또한 단순히 펄스폭으로만 변환하는 방법으로는 16배로 대역폭이 증가하게 되나, 본 발명에서와 같이 펄스폭을 변환할 수 있는 제어범위를 미리 제한하고 펄스의 극성을 매 chip 마다 교대로 바꾸어 주면, 변조신호의 최소 펄스폭이 일정값 이상이 보장되므로 펄스폭 제어 범위를 펄스폭의 50 % 로 할 경우에는 본 발명에 의해만들어진 변조신호의 대역폭은 종래의 DS/CDMA 와 큰 차이가 엾게 된다.

수신단의 복조 과정은 입력 신호가 binary 형태로 수신되므로 일반적인 binary 디지털 1ogic 회로로 손 쉽게 처리 가능하다는 점과 샘플링 속도를 빠르게 해야 한다는 것을 제외하고는 종래의 DS/CDMA 와 같은 방법과 동일하게 수행 가능하다. 처리 과정을 살펴보면, 수신된 신호를 먼저 레벨 제한을 하여 스파이크성 잡음을 제거한 후, 송신 시 사용한 확산코드와 같은 코드를 사용하여 동기를 맞추어 수신 신호와 곱한 후( binary 신호이므로 곱하는과정은 exc1usive OR logic 으로 가능) 출력 신호를 코드 패턴 한 주기 동안 적분하면 (디지털 적분은 up/down counter 로 가능) 수신시 사용한 직교 코드에 해당하는 채널의 데이터만이 재생된다.

이하 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래의 직접확산부후분할방식 (DS/CDMA) 의 시스템 송신부 구조로서 입력신호{d1,d2 ... dn} 은 각각 직교코드패턴 {c1,c2 ...cn} 과 곱셈기 {la lb...ln} 에서 각각 곱해져서 합산기 {각에서 모두 합산되어 m 비트 2 진수인 {el,e2,···em} 로출력된다. 출력된 m 개의 2 진수는 Digital/Analog 변환기{3}에 의해 아날로그 신호 {s}로변환되 어 RF(Radio Frequency) 증폭기로 보내진다.

도2 는 새로운 극성교번 펄스폭 CDMA (PAPW/CDMA ) 송신기의 구조도로, 도1의 기존의 직접확산부호분할방식 ( DS/CDMA )의 합산기 {각의 m 개의 2진수 출력중 일정 레벨이상의 값올 잘라내어 k 개의 신호만을{e1,e2,··ek} 남기고 ( 항상 k 는 m 보다 작은 양의 정수), 도1의 Digita1/Analog 변환기{3}를 펄스발생기{4}로 대체한 것이다. 종래의 DS/CDMA 방식은 각각의 신호의 합을 신호의 크기(레벨)로 표현한 반면 본 발명의PAPW/CDMA 방식은 잘라진(truncation) 신호의 합을 펄스발생기{4}에서 발생한 펄스폭으로대체하여 변조된 신호 레벨이 도4의 (c) 처럼 항상 일정하게 하며 확산된 신호의 주파수대역폭도 기존의 DS/CDMA 방식과 거의 동일하게 할 수 있는 방법이다.

도3은 종래의 DS/CDMA 방식의 멀티 레벨 신호를 일정 레벨 이상은 잘라내는(truncation) 과정을 도시한 도면으로(a),(b),(c),(d)는 도1에서 합산기{2} 에 들어가지 직전의각각의 4 개 채널의 코드 패턴 한 주기 동안의 파형을 나타내고,(e) 는 합산기에서 더해진후 D/A 변환기{3} 에서 아날로그 신호로 변환된 결과를 나타낸다. 이 때 채널 수가 4 개이므로 레벨 수는 5 단계가 된다. 이 경우 아래 위의 한 단계씩을 잘라내면,(f) 와 같이 3 단계의 신호로 변환된다. 본 예에서는 5 단계의 신호를 3 단계 신호로 바꾼 것을 보이고 있어차이를 느끼기 어려우나 실제 사용시는 129 단계를 17 단계로 변환하거나 33 단계를 9 단계로 변환하거나 하므로 선형 증폭기의 선형 부분이 획기적으로 줄어들어도 된다.

도 4는 DS/CDMA 신호의 파형 레벨을 PAPW/CDMA 신호의 펄스폭으로 바꾸는 방법을 소개한 것으로 도 2 의 펄스 발생기 내에서 이루어지는 과정이다. (a) 는 종래의 DS/CDMA신호의 레벨 변화를 크기 순으로 나열한 것이고,(b) 는 각각의 레벨에 해당되는 신호를 펄스폭으로 바꾼 것을 나타내고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 (a) 의 각각이레벨 크기는 O레벨로부터의 높이를 나타내고,(b) 에서는 각 chip 의 중심에서부터의 펄스 폭의 최대 가변 범위를 나타내는 제어범위를 정한 후 (최대 가변 범위는 항상 한 chip 의 펄스폭 보다는작은 값) 그 제어 범위를 변화해야 하는 레벨 수로 나누어 (a) 에서의 레벨 크기를 그 크기에 해당하는 펄스폭 크기로 나타내고, 매 chip 의 첫 부분에서 high 로 시작한 파형은 펄스폭에 해당된 지점에서 low 로 띨어지게 한다. 이와 같은 방법으로 그림 (a)의 매 chip 의신호 레벨을 펄스폭으로 바꾸면 그림 (b) 와 같이 변환된다. 이와 같은 경우가 클럭 제어CDMA 방식에 해당되며 멀티 레벨 신호가 마치 binary 신호같이 항상 일정한 레벨을 갖게된다. 단 이때 매 chip 마다 펄스 부호 변환이 일어나 변조된 신호의 펄스폭이 채널 수가 증가함에 따라 매우 작은 값이 나타나게 되어 결국 주파수 대역폭이 채널이 증가함에 따라 점점 넓어지게 된다. 그림 (c) 는 본 특허의 펄스 파형 변조 방식으로 그림 (b) 에서 매 chip 마다 흘수번째 chip은 정상적으로 그대로 복사하고 짝수번째chip은 chip의 중심에서 좌우대칭으로 변환한 후 복사하면 그림과 같이 된다. 이렇게 하면 그림 (b) 의 매 chip 마다의 펄스폭 특성은 그대로 유지하면서 그림 (b) 에서 매 chip 경계 부분에 있는 클럭 성분의 파형 변화 부분이 제거되고 펄스폭에 해당되는 지점에서의 파형 변화만이 남게 되어, 그림 (b)에 비해 전체적으로 펄스폭이 넓어진 효과가 있고, 본 특허에서 제안 한 바와 같이 펄스폭이 변하는 제어범위를 설정하였으므로 채널수의 증가에 무관하게 항상 일정한 대역폭을 갖게 되어 종래의 TDMA 방식과 유사한 스펙트럼을 갖게 된다. 단 최대 주파수 대역폭은 그림 (c)에서 보여지는 최소 펄스폭에 의해 결정되므로 대역폭을 줄이기 위해서는 펄스폭의 제어범위를 좁혀 최소 펄스폭을 넓히면 된다. 결국 CDMA 신호임에도 불구하고 TDMA 채널 특성을 갖게 되어 종래의 TDMA 용 고주파 증폭기와 같은 디지털 전용 회로를 그대로사용 가능하게 된다. 그림(b) 의 펄스 파형은 매 chip의 시작에서 high로 시작하지만 그림(c) 의 펄스폭은 매 chip 마다 한번은 high에서 시작하고 한 번은 1ow 에서 시작하게 된다. 본 특허의 명칭을 극성교번 CDMA 라는 명칭도 이에서 연유된다.

도 5는 4 채널의 DS/CDMA 신호를 RAPW/CDMA 신호로 변환한 파형을 나타내고 있다.그림(a) 는 도3 의 (e) 를 옮겨 놓은 것으로 truncation 되기 전의 DS/CDMA 파형을 나타내고 있고, 그림 (b) 는 그림 (a) 의 파형을 도 4 의 방법으로 도 2 의 펄스 발생기{3} 에서만들어진 파형을 나타내고 있다. 그림 (c) 는 도 3의 ⑴ 를 옮겨 놓은 것으로 truncation 된그림(a) 파형을 나타내고 있으며, 그림 (d) 는 그림 (a) 를 그림 (b) 로 바꾸는 것과 같은 방법으로 그림(c) 의 truncation 된 DS/CDMA 신호를 RAPW/CDMA 신호로 변환한 결과를 나타내고 있다. 그림(b)와 그림(d)를 비교해 보면 그림(d) 의 펄스폭이 그림(b) 의 펄스폭보다 넓은 것을 알 수 있다. 본 예에서는 5 단계의 신호를 3 단계 신호로 바꾼 것을 보이고 있어 차이를 느끼기 어려우나 실제 사용시는 129 단계를 17 단계로 변환하거나 33 단계를 9 단계로 변환하거나 하므로 펄스 발생기 제작이 획기적으로 간단해진다.

도 6은 두 방식의 수신부 비교 블럭도로서 (a ) 는 DS/CDMA 방식의 수신을 위해 일단수신된 아날로그 신호를 아날로그/디지탈 변환기 {6}을 통해 디지탈 신호로 변환해 여러개의 2 진수로 표현되는 k-ary 신호{f1,f2,···fk}를 만들어 k-ary 동기및 복조회로{7}를사용해서 코드발생기{8}에 동기신호를 보내어 코드패턴 {cj} 를 받아들여 처리하면 최종 데이터 {dj} 를 얻게 된다. 반면 (b) 는 PAPW/CDMA 방식의 수신부를 나타내며 DS/CDMA와는 달리 아날로그/디지탈 변환기 대신 진폭 제한기 {9} 를 사용하여 수신된 신호의 레벨을 진폭과 관계없이 일정한 값으로 잘라서 스파이크성 잡음을 제거한 후, 단순한 2 진 동기및 복조회로{10}를 이용하여 코드발생기{8}에 동기신호를 보내어 코드패턴 {cj} 를 받아들여 도 7의 방법으로 처리하면 최종 데이터 {dj}를 복구하게 된다·

도 7은 새로운 PAPW/CDMA 방식 수신기에서 도 6 의 동기 및 복조회로{10}의 복조 부분에 대한 설명을 종래의 DS/CDMA 방식과 비교하여 설명한다. 그림 (a) 는 도5의 (a) 와 같은 것으로 DS/CDMA 방식의 4 채널의 합을 나타내며 수신기의 입력신호를 나타낸다. 이 경우 파형의 면적을 코드 패턴 한 주기 동안 다 더하면 그 합은 (1 +0 +1 +0 +0 -1 +1-2 -1 +0+1+0+2-1-1+0=0) '0' 이 되어 아무 결과도 나타나지 않으나 도6의 k-ary 동기및 복조회로{7}에서 코드발생기{8}에 동기신호를 보내어 만들어진 그림3의 (a)와 동일한 코드패턴{c1}인 그림(b) 의 파형을 그림(a)에 곱하면 그림(c)가 되어 앞서와 같이 코드 패턴 한 주기동안 면적을 더하면(1+0+1+0+0+1-1+2-1+0+1+0+2+1+1+0=8)'8' 이 되어 양수 값을 나타내므로 전송된 데이터가 '1' 임을 알 수 있다.

그림(d) 는 도 5의 (b) 와 동일한 파형으로 본 발명에서 제시한 방법으로 만들어진 변조파형이다. 이 경우도 수신단에서 파형의 면적을 그대로 한 코드 패턴 주기 동안 더하면(4 -5 +7 -5 +6 -7 +6 -7 +3 -7 +7 -5 +8 -5 +4 -7 +3 = 0 ) '0' 이 되 어 아무 결과도 나타내지 않으나 그림 ⒧)의 코드패턴 {c1}를 동기를 맞추어 그림(d) 에 곱하면 그림 (e) 와 같이 되어 코드 패턴 한 주기 동안 면적을 더하면(4-5+7-2+3-3+3-3+4-6+7-1+2-7+7--2+3-3+5-1 +4 -4 +7 -3 = 16 ) '16' 이 되어 양수 값을 나타내므로 전송된 데이터가 '1' 임을 알 수있다.

그림(d),(e) 의 면적 표시를 chip별로 나타내 보면 그림 밑의 수치가 되어 그림(a),(c) 에 2 배값으로 비례하여 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다. 결국 본 특허 방식인 PAPW/CDMA방식을 사용하면 종래의 DS/CDMA 와 같은 패턴으로 신호 변조가 이루어지지만 수신단에서 종래의 DS/CDMA 방식은 멀티 레벨의 k-ary 신호처리가 필요하지만 PAPW/CDMA 방식에서는 binary 방식만으로 신호처리를 해도 동기 및 복조가 이루어지게 된다·

본 발명은 다중채널 CDMA 신호의 진폭 변화를 펄스 폭 변화로 바꾸어 전송함으로써 전송신호를 binary 화 하는 변복조 방식에 관한 내용이다· 변조기는 코드 한 chip을 신호 레벨 수로 나누어 진폭레벨에 해당되는 위치에서 펄스의 부호 변환이(transition) 일어나게 하는 방법으로 변조한다. 클럭 펄스의 부호변환이 일어나기직전 까지는 종래의 DS/CDMA 와 완전히 동일하고, 종래의 DS/CDMA 의 다중 출력 신호의 다단계 진폭을 앞서 설명한 대로 다단계 펄스 부호변환으로 바꾼 것이다. 결국 변조신호는 binary 클럭의 펄스 부호변환 위치만 바꾸어 주는 것이므로 진폭의 변화는항상 binary 가 된다.

복조단에서는 종래의 DS/CDMA 에 비해 신호 성분에는 진폭의 변화가 없으므로 전처리 단계에서 과감하게 진폭제한기(limiter)로 스파이크성 잡음 성분을 잘라낸 후동기를 맞춘 코드패턴을 곱한 후 한 주기 동안 적분하여( up/down binary counter 로더하는 간단한 방법) 원래의 데이터 값을 복조하게 된다.

다중채널을 송수신 하면서도 신호 진폭은 계속 binary 특성을 유지하므로 전체적인 고주파(RF) 모듈을 종래의 DS/CDMA 에 비해 오히려 TDMA 용으로 개발 된 것을 많이 사용할 수 있고, 사용 채널 수를 자유롭게 선택 할 수 있는 것은 CDMA 특성을 갖게 되어 사용자 수가 변화하는 곳의 셀 배치 계획을 융통성 있게 설계할 수 있다.

본 발명은 다중채널의 CDMA 신호의 진폭을 항상 binary 신호로 처리 가능하여 시스템이 단순해지는 독자적인 원천 기술이므로 기술 개발시 외국 기술에 얽매일 필요가 없으므로 국제 경쟁력 있는 제품 개발이 가능해진다.

또한 전송속도를 높이기 위해 여러 채널을 한꺼번에 사용하는 경우도 종래의 CDMA 에서와는 달리 마치 TDMA 처럼 binary 화 된 파형을 사용하여 디지털 증폭기를 그대로사용할 수 있는 잇점이 있어 단말기의 전원 효율을 크게 높일 수 있고, 위성 중계기의경우에도 진폭 제한기의 사용이 가능해지므로 일반 디지털 중계기의 사용이 가능해져시스템의 효율성을 높일 수 있다.

이동 시에도 비교적 간단한 구조로 고속 데이터 통신이 가능하므로 무선 LAN, 무선PABX, WLL 등 앞으로의 다양한 통신 시스템에 적용 가능하다.

븐 발명은 다중 채널 CDMA 신호의 출력 파형이 멀티 레벨이 되어 고주파 증폭기의 선형성 요구로 인한 전력효율의 저하와 시스템 구조의 복잡화를 피하기 위해, 지금까지사용해온 다중신호의 단순 덧셈 구조로 인한 신호 크기 변화를 신호의 펄스폭 번화로바꾸어 출력 신호를 단순한 binary 형태의 신호로 변형하여 시스템 전체 구조를 단순화시킨 새로운 구조의 펄스폭 변조 CDMA 방식을 만드는 것이다· 이 때 코드의 chip 당 신호크기를 단순히 펄스폭으로만 바꾸면 좁은 펄스폭의 출현으로 대역폭이 급격히 넓어지는 단점이 생기게 된다. 그러므로 매 chip 마다 극셩을 교대로 바꾸어 chip 간의 부호변화가 없게 하여 대역폭의 증가를 방지하는 클럭 제거 기능과 펄스폭의 변화 범위를 chip 의 일부분으로 제한하여 대역폭의 증가를 억제하는 기능을 추가한다.

앞으로 CDMA 신호는 제 3세대 이동통신을 비롯하여, 저궤도 위성통신등에 점진적으로 널리 사용되어질 것이다. 특히 차세대 이동통신이나 무선 LAN에서는 이동 중에도2 Mbps 의 전송속도가 요구되어 단말기 차원에서도 다중채널의 사용이 불가피하게 된다. 그러므로 본 발명을 이용하여 CDMA 의 기본 구조를 바꾸므로 다중채널 사용시 다단계화 되는 CDMA 신호를 binary 형태로 바꾸어 시스템 구조를 단순화 시키고 고주파 증폭기의 효율을 획기적으로 향상시켜 CDMA 분야 미래기술에 대한 원천 기술을 확보하여국제 경쟁력이 있고 다양한 시장 개척이 가능한 제품을 만드는 것을 목적으로 한다.

Claims (2)

1. 도3에서 보여주는 것과 같이, 여러 채널의 CDMA 신호의 레벨을 truncation 하여 레벨수를 줄이고 이를 도 4의(b) 와 같이 매 chip 마다의 레벨을 펄스폭으로 전환하여 변조신호의 레벨이 항상 일정하게 하며, 이를 다시 도4의 (c) 와 같이 매 chip 마다 펄스의 시작을 high 와 1ow 를 교대로 시작하므로, 한 chip 내에서 펄스가 high 인 부분과 1ow 인 부분의 면적의 변화는 없으면서도 chip 의 경계에서 파형의 부호 변환이 없게 하여 신호의 대역폭을 줄이고, 도7의 (e) 에서와 같이 동기를 맞춘후 해당 코드패턴을 곱한 후 코드 패턴 한 주기 동안 파형의 면적을 더하기만 해도 복조가 가능한 극성교번 CDMA (Po1arity Alternated Pulse Width / CDMA;PAPW/CDMA) 변조 방식
2. 청구항 1에서 채널 수가 증가할 때마다 펄스폭이 지속적으로 좁아져 대역폭이 넓어지는것을 방지하기 위해 도 4의 (c) 와 같이 펄스폭이 변화 할 수 있는 제어범위를 설정하여어느 이상으로는 펄스폭이 줄어들지 못하게 하여, 변조가 이루어진 후의 최소 펄스폭이전체 펄스폭의 범위 내에서 자유롭게 정해져서 궁극적으로 최종 변조 신호 대역폭의 증가를 방지하는 방법.