KR19990016053A - 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의코드 동기 장치 - Google Patents

다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의코드 동기 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치 및 동기 방법에 관한 것으로, 반송파의 위상을 모르는 상태에서 코드 동기를 이루기 위하여 단일 반송파 시스템에서 사용되는 코드 동기 장치를 이용할 경우 동기화에 필요한 시간이 반송파 수만큼 증가되고 시스템의 복잡도가 증가하는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 이를 위하여 채널 상황에 따라서 심볼 결합 이득과 심볼 적분 시간을 조절하여 상황에 적합한 코드 동기 방식을 사용하므로써 안정된 코드 동기를 이룰 수 있는 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치 및 동기 방법이 제시된다.

Description

다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치
본 발명은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기화에 관한 것으로, 특히 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템(Multicarrier Direct Sequence Spread Spectrum System)의 코드 동기 장치 및 코드 동기 방법에 관한 것이다.
일반적으로 셀룰러 및 개인 이동 통신 시스템에서는 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 방법을 이용한 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access ;이하 CDMA라 함) 통신 방식이 사용되고 있다. 이러한 통신 방식에서 데이터 전송률에 대한 신호 전송 대역폭의 비를 처리 이득(processing gain)이라 정의하며, 이 처리 이득은 다중 접속 용량을 결정하는 요소이다. 이러한 처리 이득을 일정하게 유지하면서 데이터 전송률을 높이기 위해서는 더욱 넒은 대역을 사용하여 신호를 전송할 수 있는 방법이 필요하며 그러한 방법 중의 하나가 광대역 CDMA 통신 방식이다. 광대역 CDMA 통신 방식을 이용하여 데이터 전송률을 높일 수 있는 방법으로는 단일 반송파 직접 시퀀스 대역 확산 통신 방법 및 다중 반송파 직접 시퀀스 대역 확산 통신 방법이 있다. 먼저, 단일 반송파를 이용하는 방법은 코드 칩 길이가 현재 보다 훨씬 짧은 시퀀스와 데이터를 결합하여 처리 이득을 유지하면서 데이터 전송률을 높히는 방법이다. 이와 달리, 다중 반송파를 이용하는 방법은 코드 칩 길이는 그대로 유지하되 대역 확산된 신호로 각각 다른 주파수를 갖는 여러 개의 반송파를 변조하여 각 반송파를 더한 후 송신하는 방법이다. 이러한 방법을 사용하는 경우 각 반송파에 대한 처리 이득은 데이터 전송률이 높아진 만큼 줄어들게 된다. 그러나 각 주파수로 수신한 신호를 코히런트(coherent)하게 결합하면 신호 성분은 코히런트하게 더해지는 반면 잡음 성분은 랜덤한 위상으로 더해지므로 원래의 처리 이득을 회복할 수 있다. 또한 주파수 선택적 페이딩 현상이 있는 통신 채널에서는 각 주파수에 대한 다양성의 이득(diversity gain)을 얻을 수 있는 장점이 있다. 따라서 단일 반송파를 사용한 광대역 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 방식에서 현재 보다 훨씬 빠른 기저 대역 신호 처리 소자가 필요한 것과는 대조적으로 기저 대역 신호의 처리에도 빠른 소자를 사용할 필요가 없어 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 단일 주파수를 사용할 때와는 달리 연속된 주파수 대역을 사용할 필요가 없어지므로 주파수 자원의 효율을 높일 수 있다. 그러나 이와 같은 다중 반송파 직접 시퀀스 대역 확산 시스템의 장점은 코드 동기가 완벽하게 이루어져서 각 반송파의 위상을 정확하게 알 수 있을 경우에 얻어질 수 있다. 코드 동기를 이루기 전 까지는 각 반송파의 위상을 알 수 없으므로, 반송파의 위상을 모르는 상태에서 위의 다중 반송파 시스템의 장점인 주파수 다양성 이득을 얻을 수 있는 코드 동기 방법이 필요하다.
그러나 현재에는 다중 반송파 직접 시퀀스 대역 확산 시스템 특성에 맞는 코드 동기 시스템이 아직 개발되지 않은 상태이다. 단지 단일 반송파 직접 시퀀스 대역 확산 시스템에서 사용하는 코드 동기 방식을 다중 반송파 각각의 수신기에 적용하는 방법을 이용할 수 있다. 그러나 이 경우 각 반송파로 변조된 신호에 대해 각각 따로 코드 동기를 수행하므로 동기에 필요한 시간이 사용 반송파 수 만큼 늘어나게 되며 시스템의 복잡도가 사용한 반송파 수 만큼 증가하는 단점이 있다. 또한 페이딩 채널에서의 수신 신호의 다양성을 이용할 수 없어 각 주파수에 대한 다양성의 이득을 얻을 수 없는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 채널 상황에 따라서 심볼 결합 이득과 심볼 적분 시간을 조절하여 상황에 적합한 코드 동기 방식을 사용하므로써 안정된 코드 동기를 이룰 수 있는 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치 및 동기 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치는 수신 신호의 코드 동기를 수행하기 위하여 각 반송파의 주파수를 중심 주파수로 하여 수신 신호를 여파하는 다수의 대역 통과 여파기, 상기 대역 통과 여파기의 출력을 증폭시키는 다수의 증폭기, 상기 증폭기의 출력을 입력으로 하여 그 출력의 크기가 일정 값을 갖도록 상기 증폭기의 이득을 조절하는 다수의 자동 이득 조절기, 의사 잡음 코드를 발생시키는 의사 잡음 코드 발생 장치, 상기 이득 조절된 신호 및 상기 의사 잡음 코드 발생 장치의 출력을 입력으로하여 비코히런트 검파를 수행하는 다수의 비코히런트 상관기, 상기 의사 잡음 코드 발생 장치로 특정한 위상의 의사 잡음 코드를 발새할 것을 명령하며, 상기 비코히런트 상관기의 출력을 결합 및 시험하여 코드의 동기 여부를 판별하는 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코드 동기 장치를 여러 채널 상황에 맞게 제어할 수 있는 제어 장치는 수신 신호의 코드 동기를 병렬로 수행하기 위하여 사용자에게 주변 지형 지물과 속도에 대한 보기를 주고, 상기 사용자가 선택한 보기로부터 채널 정보를 발생시키는 사용자 인터페이스 장치, 상기 채널 정보를 받아서 그 채널 정보에 적절한 비코히런트 상관기의 적분 시간 및 결합할 심볼 수를 계산하여 이를 각 비코히런트 상관기 및 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서에 명령하는 시스템 제어기로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템 송신기의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템 코드 동기 장치의 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템 코드 동기 장치내 비코히런트 상관기의 구조도.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 스펙트럼 확산 결합기 12 : PN 코드 발생 장치
13 : 파형 성형 장치 14 : 디지털/아날로그 변환기
15-1 내지 15-m : 믹서 16 : 결합기
21-1 내지 21-m : 대역 통과 여파기
22-1 내지 22-m : 증폭기
23-1 내지 23-m : 자동 이득 조절기
24-1 내지 24-m : 비코히런트 상관기
25 : PN 코드 발생 장치
26 : 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서
27 : 시스템 제어기
28 : 사용자 인터페이스 장치
31-i1 및 31-i2 : 믹서
32-i1 및 32-i2 : 저역 통과 여파기
33-i1 및 33-i2 : 아날로그/디지털 변환기
34-i1 및 34-i2 : 극성 변환기
35-i1 및 35-i2 : 적분/덤프 장치
36-i1 및 36-i2 : 제곱기
37-i : 결합기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템 송신기의 구조도로서, 각각 다른 주파수를 갖는 m개의 반송파를 변조하는 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템 송신기의 구조를 도시하였다.
먼저, 사용자 디지털 데이터는 스펙트럼 확산 결합기(11)에서 익스클루시브 오알(EXclusive-OR ;EXOR) 연산을 통해 의사 잡음(Pseudo Noise ;이하 PN이라 함) 코드 발생 장치(12)의 출력과 결합되어 스펙트럼 확산된다. 이 스펙트럼 확산된 신호의 파형은 인접 채널간의 간섭을 없애기 위해 파형 성형 장치(13)에서 파형 성형된다. 이때 파형 성형 장치로는 유한 임펄스 응답 여파기(Finite Impulse Response ;FIR)가 사용될 수 있다. 이후 파형 성형된 신호는 디지털/아날로그 변환기(Digital/Analog Converter ; D/A 변환기)(14)에서 아날로그 값으로 변환되고, m 개의 믹서(15-1 내지 15-m)에서 주파수 fi(이때, i=1, 2, …, m)를 갖는 각각의 반송파(cos2∏f1t, cos2∏f2t, …, cos2∏fmt)를 변조한다. 각 변조된 신호는 결합기(16)에서 모두 더해진 후 주파수 업-컨덕터(up-converter)로 전송된다. 이후 각 신호는 고주파(radio frequency)로 주파수 변환된 후 증폭기와 안테나를 거쳐 상대방 수신기로 송신된다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치의 구조도이다.
안테나를 통해 수신된 신호는 각 반송파 주파수를 중심 주파수로 하는 m개의 대역 통과 여파기(band pass filter)(21-1 내지 21-m)로 입력된다. 대역 통과 여파기(21-1 내지 21-m)의 대역폭은 각 주파수에서 수신한 신호의 세기를 감지하기 위해 각 반송파의 대역폭만을 통과시킬 정도이 범위로 설정한다. 대역 통과 여파기(21-1 내지 21-m)에서 여과된 m개의 신호는 각각 m개의 증폭기(22-1 내지 22-m)를 통하여 증폭된다. 증폭기(22-1 내지 22-m)에서 증폭된 신호의 이득은 각각 m개의 자동 이득 조절기(23-1 내지 23-m)로 입력되며, 자동 이득 조절기(23-1 내지 23-m)는 증폭기(22-1 내지 22-m)에서 출력된 이득값을 설정 값과 비교한다. 이후 각 증폭기의 출력 크기가 설정 값을 유지하도록 새로운 이득 값을 계산하여 증폭기에 새로운 이득 값을 전달한다.
증폭기(22-1 내지 22-m)와 자동 이득 조절기(23-1 내지 23-m)를 통하여 이득이 조절된 신호는 m개의 비코히런트 상관기(non-coherent correlator)(24-1 내지 24-m)에 입력된다. 비코히런트 상관기에서는 입력된 신호의 동상(inphase) 성분과 직교(quadrature) 성분을 수신단의 PN 코드 발생 장치(25)의 출력과 결합하여 비코히런트 검파(non-coherent detection) 과정을 수행한다.
비코히런트 검파를 수행한 후 m개의 비코히런트 상관기(24-1 내지 24-m)의 출력은 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서(26)로 입력된다. 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서(26)는 시스템 제어기(27)로 부터 결합할 심볼의 수를 수신하여, 이 정보로 부터 각 비코히런트 상관기(24-1 내지 24-m)에 입력할 PN 코드의 위상을 결정한 후 PN 코드 발생 장치(25)에 전달한다.
예를 들어 m이 4 이고, 시스템 제어기(27)로 부터 받은 결합할 심볼 수가 네 개인 경우를 설명하면 다음과 같다. 먼저 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서(26)는 네 개의 비코히런트 상관기(24-1 내지 24-4)에 같은 PN 코드를 입력하도록 PN 코드 발생 장치(25)에 명령한다. 또한 시스템 제어기(27)로 부터 받은 결합할 심볼 수가 두 개라면 두 개의 다른 위상을 갖는 PN 코드를 비코히런트 상관기(24-1 및 24-2)에 첫 번째 위상의 PN 코드를, 비코히런트 상관기(24-3 및 24-4)에 두 번째 위상의 PN 코드를 입력하도록 PN 코드 발생 장치(25)에 명령한다.
시스템 제어기(27)는 또한 결합할 심볼 수에 반비례하여 비코히런트 상관기(24-1 내지 24-m) 내의 적분/덤프(Integrate Dump) 장치(도 3의 35-i1 및 35-i2) 의 적분 구간을 결정한다. 적분 구간을 결정하는 이유는 다음과 같다. 각 서브 채널의 특성이 같은 부가적 백색 가우시안(additive white Gaussian) 채널의 경우에는 심볼 결합에 의한 이득이 적기 때문에 심볼 결합을 하지 않고 대신 각 비코히런트 상관기(24-1 내지 24-m)가 각각 다른 PN 위상을 이용하여 코드 동기를 시행하는 병렬 탐색을 사용하므로 적분 기간을 길게 해야만 코드 동기를 빨리 수행할 수 있다. 또한 각 채널이 완전히 독립적으로 변화하는 협대역 페이딩 채널인 경우에는 심볼 결합 수를 늘려서 심볼 결합에 의한 신호 대 잡음비 이득을 얻고 대신 동기 속도를 빨리하기 위하여 적분 구간을 작게 조절하는 것이 바람직하기 때문이다.
시스템 제어기(27)가 이와 같은 적분 구간을 결정을 할 수 있도록 사용자는 시스템에서 제공하는 사용자 인터페이스 장치(28)를 통하여 시스템 제어기(27)로 채널에 대한 정보를 제공한다. 사용자 인터페이스 장치(28)는 사용자에게 도심인지 개활지인지 또는 산악지형인지 등의 지형 지물과 속도 등의 정보를 메뉴 방식을 이용하여 선택 항목을 제시하고 사용자는 이를 선택함으로써 채널 상황 정보를 시스템 제어기(27)에 전달한다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템 코드 동기 장치내 비코히런트 상관기의 구조도이다.
도 2의 자동 이득 조절기(23-1 내지 23-m)의 출력 중 i번째 자동 이득 조절기(23-i)의 출력은 두 개의 믹서(31-i1 및 31-i2)에서 중심 주파수가 fm이고 위상차가 90。인 두 국부 발진기(local oscillator)의 출력과 각각 곱해진다. 수신 신호의 반송파 위상을 모르기 때문에 위상차가 90。인 신호를 사용하여 비코히런트 검파를 수행한다. 이후 두 믹서(31-i1 및 31-i2)의 출력은 각 두 개의 저역 통과 여파기(low pass filter)(32-i1 및 32-i2)를 통과하여 두 기저 대역 신호로 변환 된다. 이후 두 기저 대역 신호는 각각 아날로그/디지털 변환기(Analog/Digital converter ;이하 A/D 변환기라 함)(33-i1 및 33-i2)에서 PN 코드 칩 시간에 한번씩 표본(sampling) 디지털 이진 신호로 변환된다. 이후 수신 신호는 극성 변환기(34-i1 및 34-i2)에 입력되어 PN 코드 발생 장치(도 2의 25)의 출력에 따라 다른 값을 출력한다. 즉, PN 코드 발생 장치(도 2의 25)의 출력이 1인 경우에는 입력된 각 디지털 이진 신호의 극성을 바꾸어 출력하고, 0인 경우는 입력한 각 디지틀 신호를 그대로 출력한다. 이와 같이 하여 입력 신호와 NRZ(non-return-to-zero) 변환된 PN 코드 발생장치(도 2의 25)의 출력의 곱과 같은 값을 출력할 수 있다.
적분/덤프 장치(35-i1 및 35-i2)는 시스템 제어기(도 2의 27)에서 지정한 적분 시간 동안 입력 값을 계속 누적시켰다가 지정한 적분 시간에 이르면 누적 값을 출력하고 새로운 적분을 위하여 누적 값을 0 으로 초기화한다. 적분/덤프 장치(35-i1 및 35-i2)의 출력 값은 새로운 적분 결과를 출력하기 전 까지 이전 출력 값을 유지하므로 시스템 제어기(도 2의 27)에서 지정한 적분 시간 동안은 같은 값을 출력한다. 이와 같이 코드 동기 시스템 제어기(도 2의 27)에 의해 적분 시간의 조절이 가능하므로 채널 상태에 맞는 코드 동기가 가능해 진다. 이후 두 제곱기(36-i1 및 36-i2)는 각 두 적분/덤프 장치(35-i1 및 35-i2)의 출력을 시스템 제어기(도 2의 27)에서 지정한 적분 시간에 한 번 읽어가서 그 값의 제곱을 계산하여 출력한다. 두 제곱기(36-i1 및 36-i2)의 출력은 결합기(37-i)에서 더해지며, 이렇게 하므로써 최종 입력 신호와 기준 PN 코드 발생장치(도 2의 25)의 출력 간의 상관 관계의 크기를 얻는다. 이후 결합기(37-i)의 출력은 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서(도 2의 26)로 입력된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 채널 상황에 따라서 자유로이 심볼 결합 이득과 심볼 적분 시간을 조절하여 그 상황에 맞는 코드 동기 방식을 사용하므로 단일 반송파 직접 시퀀스 대역 확산 시스템보다 안정된 코드 동기를 이룰 수 있고 페이딩 채널에서의 수신 신호의 다양성을 이용할 수 있게 되어 각 주파수에 대한 다양성의 이득을 얻을 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 직접 시퀀스 스펙트럼 확산된 신호로 다수의 다른 주파수의 반송파를 변조하여 전송하는 다중 반송파 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템의 수신기에서, 수신 신호의 코드 동기를 수행하기 위하여 각 반송파의 주파수를 중심 주파수로 하여 수신 신호를 여파하는 다수의 대역 통과 여파기,
    상기 대역 통과 여파기의 출력을 증폭시키는 다수의 증폭기,
    상기 증폭기의 출력을 입력으로 하여 그 출력의 크기가 일정 값을 갖도록 상기 증폭기의 이득을 조절하는 다수의 자동 이득 조절기,
    의사 잡음 코드를 발생시키는 의사 잡음 코드 발생 장치,
    상기 이득 조절된 신호 및 상기 의사 잡음 코드 발생 장치의 출력을 입력으로하여 비코히런트 검파를 수행하는 다수의 비코히런트 상관기,
    상기 의사 잡음 코드 발생 장치로 특정한 위상의 의사 잡음 코드를 발새할 것을 명령하며, 상기 비코히런트 상관기의 출력을 결합 및 시험하여 코드의 동기 여부를 판별하는 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치.
  2. 직접 시퀀스 스펙트럼 확산된 신호로 다수의 다른 주파수의 반송파를 변조하여 전송하는 다중 반송파 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 시스템의 수신기에서, 수신 신호의 코드 동기를 병렬로 수행하기 위하여 사용자에게 주변 지형 지물과 속도에 대한 보기를 주고, 상기 사용자가 선택한 보기로부터 채널 정보를 발생시키는 사용자 인터페이스 장치,
    상기 채널 정보를 받아서 그 채널 정보에 적절한 비코히런트 상관기의 적분 시간 및 결합할 심볼 수를 계산하여 이를 각 비코히런트 상관기 및 심볼 결합 및 코드 동기 시험 프로세서에 명령하는 시스템 제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 다중 반송파 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템의 코드 동기 장치.
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