KR19980070291A - 시간 확산 루트 나이키스트 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송신 신호 및 제어 임펄스 잡음의 피크 인수를 감소시키는 것을 목적으로 한다. 진폭 특성은 정상 루트 나이키스트 필터와 동일하며, 위상 특성은 통과 대역을 복수개로 분할하며, 분할된 수의 길이를 갖는 각각의 PN 코드의 비트값에 해당하는 위상을 갖는 루트 나이키스트 필터는 송신 및 수신측에 설치된다. 따라서, 송신 신호가 높은 진폭 피크 및 짧은 접속 시간을 가질 경우에도, 신호는 피크를 감소시킴으로서 루트를 따라 송신되어 피크 계수를 제어할 수 있다. 또한, 임펄스 잡음이 수신시 억제될 수 있다.

Description

시간 확산 루트 나이키스트 필터
본 발명은 루트 나이키스트 필터, 특히 무선 통신 시스템에 적용가능한 루트 나이키스트 필터에 관한 것이다.
종래, 데이터 전송 시스템은 임펄스에 대한 응답이 피크 직전 및 후의 매 간격 T(T: 데이터 송신 간격)에 대해 0인 나이키스트 필터를 사용하였다. 인접 데이터의 응답이 다른 추출 데이터의 추출 지점에 대해 0이기 때문에, 코드 사이의 간섭이 방지될 수 있다.
상기한 바와 같이 작용하기 위해, 진폭이 나이키스트 주파수 fN(=1/2T)가 사용되는 지점에서 절반이 되며, 컷오프 영역에서 절반이 되는 진폭 주위의 코사인 2승으로 비대칭적으로 제어된다. 이 경우에, 위상 특성은 고려되지 않으며, 또는 선형 위상 특성이 통상적일 것이라고 고려된다.
단일 나이키스트 필터 대신에, 진폭이 동일한 저역 필터(루트 나이키스트 필터)가 송신 및 수신용으로 설정되며, 그 특성은 상기한 나이키스트 필터와 동일하게 된다. 이 경우에, 루트 나이키스트 필터는 상기 코사인 2승 특성을 만들 수 있는 코사인 특성을 가져야 한다.
상기한 바와 같이, 종래 루트 나이키스트 필터의 위상 특성은 규정되어 있지 않거나 또는 전체적으로 선형 위상을 갖도록 규정되어 있다. 그러므로, 송신측에서의 루트 나이키스트 필터에 입력된 송신 신호가 높은 피크를 가질 경우, 대략적으로 동일한 피크를 갖는 신호가 수신측의 루트 나이키스트 필터로부터 출력된다. 송신측에서 루트 나이키스트 필터로부터의 출력이 변조기 또는 고주파수 증폭기에 입력되므로, 변조기 또는 고주파수 증폭기의 특성이 높은 피크 신호를 수신하는 데이터 송신 시스템에서 엄격하게 요청된다. 결국, 송신 신호의 피크 계수(피크 송신 전력/평균 송신 전력)를 작게 할 것이 요구된다.
수신측에서의 루트 나이키스트 필터가 유사한 특성을 갖기 때문에, 송신 경로를 따라 발생된 임펄스 잡음이 수신측에서의 루트 나이키스트 필터를 통과하여 복조부로 입력되어, 수신 에러를 일으킨다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하며 송신기에서의 피크 계수를 감소시키며 임펄스 잡음을 억제할 수 있는 루트 나이키스트 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1의 (a)는 시간 확산 루트 나이키스트 필터 전달 함수의 진폭-주파수 특성, (b)는 시간 확산 루트 나이키스트 필터 전달 함수의 위상-주파수 특성.
도 2는 루트 나이키스트 필터를 사용하는 통신 시스템을 설명하는 도면.
도 3은 루트 나이키스트 필터에 입력될 신호.
도 4는 도 3의 입력 신호가 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 통해 한번 통과한 후 출력신호.
도 5는 도 3의 입력 신호가 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 통해 두번 통과한 후 출력신호.
도 6은 진폭이 가우스 분포의 임펄스를 입력할 경우 종래 루트 나이키스트 필터의 출력신호.
도 7은 도 6과 동일한 신호가 입력될 경우 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터의 출력신호.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 데이터원
2 : 송신측의 시간 확산 루트 나이키스트 필터
3 : 수신측의 시간 확산 루트 나이키스트 필터
4 : 복조부
상기 목적을 이루기 위해, 본 발명에 따른 루트 나이키스트 필터는 데이터 전송 시스템에서 송신측 및 수신측에 대해 설치되며, 위상-주파수 특성은 통과 대역을 복수개의 주파수 대역으로 분할되어, 분할된 주파수 대역의 수에 해당하는 길이를 갖는 의사 잡음 성분과 복수개의 주파수 대역을 대응시키며, 각 주파수 대역은 각 의사 잡음 성분의 값에 해당하는 위상을 갖는다.
위상-주파수 특성이 의사 잡음 형태이므로, 본 발명에 따른 시간 확산 루트 나이키스트 필터의 출력은 종래 선형 위상 특성을 갖는 것보다 낮은 피크 및 긴 반응시간을 갖는다. 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 두번 통과한 출력 신호는 종래 루트 나이키스트 필터와 동일하다.
도 1의 (a)는 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터의 바람직한 진폭-주파수 특성을 도시한다. 본 실시예는 송신 및 수신측에서의 두개의 나이키스트 필터의 전체적인 특성이 코사인 2승이 되는 경우를 도시한다. 도 1의 (a)에 도시된 단일 루트 나이키스트 필터의 진폭-주파수 특성은 수학식 1로 표시되는 코사인 롤오프 특성을 갖는다.
진폭-주파수 특성은 종래 루트 나이키스트 필터와 동일하다.
도 1의 (b)는 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터의 바람직한 위상-주파수 특성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터에 있어서, 진폭 특성이 0이 아닌 영역(이하 "통과 대역")이 소정 수(본 실시예에서는, 7)로 분할되며, 소정 수(7)에 따르는 길이를 갖는 의사 잡음 코드(본 실시예에서는, "1,1,1,0,0,1,0")에 반응하는 위치에서 비트에 해당하는 위상으로 주어진다. 즉, 길이가 7인 M코드가 의사 잡음 코드(PN코드)로서 선택되며, 7비트 PN코드가 시간 확산 루트 나이키스트 필터 통과 대역이 7로 동일하게 분할되는 각 주파수 대역에 대응된다. PN코드 비트 "1" 에 대응하는 주파수 대역 위상은 0이며, "0"에 대응하는 것은 π이다. 예를 들면, 디지털 필터가 그러한 위상을 제공할 수 있다.
상기 기재는 길이가 7인 M코드로만 제한되는 것은 아니며, 임의의 길이의 PN코드가 적용될 수 있다. PN코드가 길 경우, 회로는 디지털 필터 탭의 증가로 인해 커진다. PN코드 대신에, 양호한 자기 상관 특성을 갖는 코드가 유사하게 사용될 수 있다.
도 2는 그러한 특성을 갖는 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 이용하는 통신 시스템의 주요 구성을 도시한다.
도 2에서, 1은 출력된 송신 데이터 신호가 송신측에서 루트 나이키스트 필터(2)에 입력되는 송신 데이터원이다. 데이터는 2를 통해 변조되며 변조기(도시되지 않음)에서 송신 신호를 소정 주파수 대역으로 만들며, 수신부에의 송신을 위한 고주파수 증폭기(도시하지 않음)에 의해 증폭된다.
송신된 신호는 수신부로 보내지며, 주파수 변환부(도시하지 않음)를 통해 기저대역 신호로 변환되며, 수신측의 루트 나이키스트 필터(3)로 입력된다. 루트 나이키스트 필터(3)를 통해 수신된 신호는 정보 복조부(4)에서 복조되며, 원 송신 데이터가 재현된다.
송신부에서의 시간 확산 루트 나이키스트 필터(2)의 전달함수 H1(f)는 수학식 2로 표시된다.
시간 확산 루트 나이키스트 필터(3)의 전달함수 H2(f)는 수학식 3으로 표현되는 바와 같이 2와는 상이한 위상 특성의 극성을 갖는다.
도 1에 도시된 바와 같이, PN코드가 2진수이며, "0" 및 "1"이 위상 0 및 π로 각각 대체될 경우, 수학식 4가 성립된다.
ejθ(f)= e-jθ(f)
따라서, 수학식 5 및 6도 또한 성립된다.
H(f) = H*(f)
H2(f) = H1(f)
이것은 이 경우에 시간 확산 나이키스트 필터(2)가 시간 확산 나이키스트 필터(3)로서 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
데이터 신호원(1)으로부터 출력된 데이터 신호가 X(f)일 경우, 송신측의 나이키스트 필터(2)로부터 출력된 송신 신호 Y(f)는 수학식 7로 표현된다.
Y(f) = X(f) H1(f)
신호 Y(f)가 수신기에 의해 수신되어 나이키스트 필터(3)로 입력된다. 출력 Z(f)은 수학식 8로 표현된다.
즉, 반응은 일반적인 루트 나이키스트 필터를 사용하는 경우와 동일하다.
필터가 진폭-주파수 특성 및 위상-주파수 특성 H(f), θ(f)를 각각 가질 경우, 수신신호(s(t))의 출력은 s(t)의 f의 진폭과 H(f)를 곱하며 곱해진 값의 위상을 θ(f)만큼 이동시킨 후의 모든 주파수(f)의 합이라는 것이 일반적으로 알려져 있다. 상기한 바와 같이, 의사 잡음에 대응하는 위상-주파수 특성을 갖는 필터를 통과하여, 입력 신호의 각 주파수 성분이 대응하는 위상만큼 이동되며 가산된다. 그러므로, 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터는 선형 위상-주파수 특성을 갖는 종래 루트 나이키스트 필터보다 낮은 피크 및 긴 응답 시간을 갖는다.
도 3은 시간 확산 루트 나이키스트 필터에 대한 바람직한 입력 신호를 도시하며, 도 4는 본 발명에 따른 시간 확산 루트 나이키스트 필터로부터의 출력 신호의 파형을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이 짧은 주기 및 높은 피크를 갖는 신호가 입력될 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 낮은 피크 및 연속적인 긴 시간을 갖는 신호가 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터로부터 출력된다. 선형 위상-주파수 특성을 갖는 종래 필터가 도 3에서의 입력 신호를 수신할 경우, 소정의 시간 지연(위상-주파수 특성 기울기에 대응하는 시간)을 갖는 신호를 출력한다. 이런 방법으로, 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터가 사용될 경우, 송신 신호 피크 계수가 감소된다.
송신측에서의 시간 확산 루트 나이키스트 필터(2)를 통과하는 도 4의 펄스 신호가 송신 경로를 통해 수신기에 의해 수신되며 수신측에서의 시간 확산 루트 나이키스트 필터(3)로 입력된다. 도 5는 3의 출력을 도시한다. 도 5에 도시된 신호는 본 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 두번 통과한 도 3에서의 임펄스 신호의 출력이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 출력 신호는 도 3의 임펄스 신호와 유사하다. 즉, 상이한 지연 시간을 갖는 각 주파수 대역 신호 성분은 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 다시 통과하는 위상-주파수 특성에 의한 것이며, 각각은 다시 한번의 상이한 위상을 가지며, 결국 모든 통과 대역 신호 성분이 동일한 위상을 가지며, 도 3의 임펄스 신호로부터 소정 지연 시간을 갖는 출력신호가 얻어진다.
본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터를 사용하는 것은 수신측에서의 입력 신호를 재생할 뿐만 아니라 피크를 억제하면서 입력 신호를 송신하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 변조기 및 고주파수 증폭기로 입력된 신호의 피크 계수는 송신측에서 감소될 수 있으며, 결국, 이 변조기 및 고주파수 증폭기가 단순화될 수 있다. 또한, 변조기 및 고주파수 증폭기의 비선형 특성에 영향받지 않는 송신 시스템을 제공할 수 있다.
임펄스 잡음이 송신 루트상에서 발생할 경우에도, 피크는 3을 통과함으로서 억제될 수 있다. 도 6 및 도 7은 진폭이 가우스 분포를 따르는 펄스 열이 입력될 경우, 종래 루트 나이키스트 필터의 출력 신호와 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터의 출력신호를 각각 도시한다. 도 6 및 도 7을 비교함으로서 명백해지는 바와 같이, 본 시간 확산 루트 나이키스트 필터는 피크를 감소시키는 것을 통해 수신된 신호를 출력한다. 임펄스 잡음이 송신 루트상에서 발생할 경우에도, 피크는 감소되어 본 발명의 시간 확산 루트 나이키스트 필터가 수신측에 설정될 경우 임펄스 잡음을 억제할 수 있다. 본 통신 시스템은 잡음에 강하게 저항한다.
2진값에 따라 위상이 0 및 π인 2진 PN코드를 사용하는 예가 상기 실시예에서 기재되었지만, 다른 값이 0, -π, -π/2, π/2처럼 대응될 수 있다. PN코드는 배수일 수 있으며, 이 경우에 대응하는 위상이 해당된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 시간 확산 루트 나이키스트 필터는 신호 피크 계수를 감소시키며 송신 루트상에서의 임펄스 잡음을 억제할 수 있다.

Claims (1)

  1. 위상-주파수 특성이 통과대역을 복수개의 주파수 대역으로 분할하여, 상기 주파수 대역의 분할된 수에 대응하는 길이를 갖는 의사 잡음의 각 성분과 상기 복수개의 주파수 대역을 대응시키며, 상기 각 주파수 대역은 상기 의사 잡음의 각 성분치에 대응하는 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템에서 송신측 또는 수신측에 설치되는 루트 나이키스트 필터인 시간 확산 루트 나이키스트 필터.
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