KR19990017090A - 직접 확산 코드 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서의채널 코딩 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 확산 코드 분할 다중 접속(DS-CDMA) 이동통신 시스템의 채널 코딩 방법에 관한 것이다. 채널 전송율이 고정되어 있을 때 모든 음성 정보 비트에 대해 동일한 부호화율로 채널 코딩을 수행하고 전력 제어 비트를 전송하기 위해 부호 비트를 삭제해야 하는 경우 중요 음성 정보 비트에 대해서도 동일한 부호화율로 채널 코딩을 하여 음성 신호의 세그먼트 신호대 잡음비가 증가한다. 따라서 음성 정보 비트들의 비트 중요도에 따라 가변적으로 채널 코딩을 실시하여 음성 신호의 세그먼트 신호 대 잡음비를 최대화하고 정보 전송시 부호 비트를 삭제하지 않고 전력 제어 비트를 삽입하여 전송할 수 있는 비균등 채널 코딩 방법을 이용한 직접 확산 코드 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서 채널 코딩 방법이 제시된다.

Description

직접 확산 코드 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서의 채널 코딩 방법

본 발명은 직접 확산 코드 분할 다중 접속(Direct Sequence-Code Division Multiple Access ; 이하 DS-CDMA라 함) 이동통신 시스템에서의 채널 코딩 방법에 관한 것으로, 특히 비균등 채널 코딩 방법을 이용한 DS-CDMA 이동통신 시스템에서의 채널 코딩 방법에 관한 것이다.

무선 이동통신 채널에서는 페이딩(fading) 현상 등의 채널 조건에 의해 채널 에러가 많이 발생한다. 이러한 채널 에러에 강한 수신기를 구현하기 위해서는 채널 부호화기를 사용하는 방법과 복조기 자체의 성능을 개선할 수 있는 방법으로 레이크(rake) 결합과 등화기능을 추가하는 방법 등이 있다. DS-CDMA 역방향 링크에서 최대의 가입자 용량을 보장하기 위해서는 기지국 수신기에 도착하는 모든 이동국 신호들의 전력이 동일하여야만 한다. 그런데 기지국 내의 이동국들은 기지국 내에 랜덤하게 분포되어 있기 때문에 기지국 수신기에 도착하는 이동국 신호들의 전력을 동일하게 하기 위해서는 폐루프 전력 제어가 요구된다. 이에 따라 DS-CDMA 시스템에서 수행되는 폐루프 전력 제어에서는 기지국 수신기에서 각 이동국의 신호 에너지를 측정하여 각 이동국의 통화 품질을 유지하기 위하여 각 이동국의 송신 신호를 올릴 것인가 아니면 내릴 것인가의 명령을 2kbps의 속도로 각 이동국에게 송신해야 한다.

종래의 DS-CDMA 이동통신 시스템에서는 음성 정보 비트를 동일한 부호화율로써 길쌈 부호(convolution code)화한 다음 전력 제어 비트를 전송하기 위하여 전력 제어 비트를 전송할 위치에 해당하는 부호 비트를 삭제하고 전력 제어 비트를 삽입하는 방법을 사용하고 있다. 이 경우 채널 에러에 대한 음성 신호의 세그먼트 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio ;이하 SNR이라 함)의 열화를 고려하지 않고 전송하였기 때문에 채널 전송율이 고정되어 있을 경우 모든 음성 정보 비트에 동일한 부호화율로 채널 부호화하면 채널 에러가 발생한 경우에 음성신호의 세그먼트 SNR의 열화가 커지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 각 음성 정보 비트의 에러에 대한 세그먼트 SNR의 열화를 고려하여 가변적으로 채널 부호화하여 전송하므로써 음성 신호의 세그먼트 SNR의 열화를 최소화할 수 있는 DS-CDMA 이동통신 시스템에서 순방향 무선 링크의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DS-CDMA 이동통신 시스템에서의 채널 코딩 방법은 입력된 음성 신호를 음성 부호화기를 통해 부호화하는 단계와, 상기 음성 부호화기의 출력에 대하여 비트 중요도 및 세그먼트 신호 대 잡음비의 열화 정도를 측정하는 단계와, 상기 세그먼트 신호 대 잡음비의 열화 정도에 따라 상기 음성 신호를 유사한 열화를 갖는 비트군으로 분류하는 단계와, 상기 열화 정도에 따라 분류된 음성 신호를 펑쳐드 길쌈 부호화기를 통해 비균등하게 부호화하는 단계와, 상기 비균등하게 부호화한 신호 및 전력 제어 비트 정보를 멀티플렉서를 통해 결합하는 단계와, 상기 멀티플렉서의 출력을 의사 잡음 확산기를 통하여 확산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 DS-CDMA 순방향 링크의 구조도.

도 2는 본 발명에 따른 DS-CDMA 순방향 링크의 구조도.

도 3은 3단계로 비균등 채널 코딩을 수행하기 위한 음성 프레임의 구조도.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

11 및 21 : 음성 부호화기 12 : 길쌈 부호화기

13 및 23 : 멀티플렉서 14 및 24 : 의사 잡음 확산기

22 : 펑쳐드 길쌈 부호화기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 DS-CDMA 순방향 링크의 구조도이다. 종래의 DS-CDMA 시스템에서는 한 음성 프레임에 대한 음성 정보 비트들을 동일한 부호화율로 채널 코딩하여 전송하였다. 이러한 경우에는 음성 정보 비트의 비트 중요도에 관계없이 채널 코딩 수행되므로 효율적으로 채널 부호화가 이루어질 수 없다.

DS-CDMA 이동통신 시스템의 순방향 링크의 채널 구조에 사용되는 음성 부호화기(11)는 CSA-CELP 부호화기로써 10ms가 한 프레임일때 매 프레임마다 80비트를 출력한다. 매 프레임 마다 80비트의 음성 정보가 부호화율 R이 1/2이고 구속장 K가 9인 길쌈부호화기(12)에 입력되어 10ms 프레임에 대하여 160개의 부호 비트들을 출력한다. 따라서 음성 정보가 채널 코딩된 후의 부호 비트 전송율은 16kbps가 된다. 여기에 전력 제어 서브 채널을 통해 2kbps의 전력 제어 비트가 전송되면 멀티플렉서(13)에서 최종적인 채널 전송율을 16kbps로 만들어 의사 잡음(Pseudo Noise ;이하 PN이라 함) 확산기(14)에 입력된 후 반송파와 함께 변조된다. 따라서 부호 비트 전송율 16kbps와 전력 제어 비트 전송율 2kbps가 합해지면 18kbps가 되므로 다시 채널 전송율을 16kps로 환원시키는 과정이 필요하다.

이를 위해 부호 비트 전송율 16kbps에서 2kbps에 해당하는 부호 비트들에 대해 일정한 주기, 즉 0.5ms마다 부호 비트를 삭제하는 것이다. 이 방법은 채널 에러에 대한 음성 정보 비트의 중요도를 무시하고 한 프레임에 해당하는 모든 음성 정보 비트들에 대하여 동일한 부호화율로 채널 코딩을 실현하는 방법으로 채널 에러가 발생한 경우 음성 신호의 세그먼트 SNR의 열화가 크게 되는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명에 따른 DS-CDMA 순방향 링크의 구조도로서, 음성 부호화기(21)로는 CSA-CELP 부호화기가 사용된다. 한 프레임에 대한 음성 부호화기(21)의 출력에 대하여 세그먼트 SNR 관점에서 비트 중요도를 측정한다. 이 방법은 한 음성 정보 비트마다 에러를 유발한 후 복원된 음성 신호에 대하여 세그먼트 SNR를 측정하는 방법이다. 즉, 각 음성 정보 비트에 에러가 발생되어 세그먼트 SNR이 열화되는 정도를 측정하는데, 이의 측정 결과에 의하여 유사한 세그먼트 SNR의 열화 정도에 따라 음성 정보 비트들을 분류한다. 음성 정보 비트군은 세그먼트 SNR의 열화의 정도에 따라 세 종류로 분류할 수 있다. 이렇게 분류된 음성 정보는 세 종류의 부호화율을 갖는 펑쳐드(punctured) 길쌈 부호화기(22)에 입력된다. 예를 들어, 음성 부호화기(21)의 출력이 10ms가 한 프레임일 때 80비트의 음성 정보(8kbps)를 출력한다면 이 80비트의 음성 정보는 세 종류의 부호화율을 갖는 펑쳐드 길쌈 부호화기(22)에 입력되며, 펑쳐드 길쌈 부호화기(22)에 의해 140개의 부호 비트(14kbps)가 출력된다. 따라서 채널 부호화에 사용된 펑쳐드 길쌈 부호화기(22)에 대한 전체 부호화율은 4/7이고 부호 비트 전송율은 14kbps이다. 그러므로 전력 제어 서브 채널을 통해 전력 제어 비트 정보 2kbps를 멀티 플렉서(23)에 삽입함에 있어 부호 비트들을 삭제함이 없이 전력 제어 비트를 전송할 위치에 삽입함으로써 해결할 수 있다.

또한 음성 정보를 세 종류로 나누기 위해 사용되는 세 종류의 펑쳐드 길쌈 부호화기(22)는 부호화율 R이 1/2, 구속장 K가 9인 원래의 길쌈 부호화기에서 일정한 주기를 갖는 소거 행렬(puncturing matrix)들에 의해 원래 길쌈 부호화기의 부호 비트 출력을 소거하면 되므로 추가적인 하드웨어가 사용되지 않는다. 이렇게 하여 부호 비트의 삭제 없이 16kbps의 채널 전송율을 갖는 음성 정보는 PN 확산기(24)에서 확산된 후 변조된다.

도 3은 비균등 채널 코딩을 수행하기 위한 음성 프레임의 구조도이다. 기지국은 수신한 음성 정보 비트에 대하여 채널 에러에 대한 영향 즉, 비트 에러 감도를 측정하여 비트 에러 감도에 따라 비균등 채널 코딩을 수행한다. 이를 위해 음성 정보 비트들(N)을 세그먼트 SNR이 열화되는 정도에 따라서 세 종류로 분류한다. 즉, 세그먼트 SNR의 열화가 가장 크게 보이는 정보 비트군을 N₃로 그 다음의 세그먼트 SNR의 열화를 보이는 음성 정보 비트군을 N₂로, 그리고 가장 적게 세그먼트 SNR의 열화를 보이는 음성 정보 비트군을 N₁으로 분류한다. 이때 M은 구속장이 K인 펑쳐드 길쌈 부호화기 레지스터의 첫 번째 값이며, 신호 복호를 위한 역추적(trace back)을 위해 8개의 0으로 세팅해 둔다. 이러한 경우, 한 프레임에 대하여 전송할 전력 제어 비트를 고려하여 비균등 채널 코딩을 수행하므로써 부호 비트를 삭제할 필요 없이 전력 제어 비트를 전송할 위치에 전력 제어 비트를 삽입하기만 하면 된다.

이렇게 하므로써 한 프레임의 음성 정보 비트들에서 채널 에러에 대해 세그먼트 SNR의 열화가 매우 심한 비트들에 대해서는 낮은 비트 에러율(P₃)을 갖는 부호화율로 길쌈 부호화를 수행하고 채널 에러에 대하여 세그먼트 SNR의 열화가 작은 비트들에 대해서는 높은 비트 에러율(P₁)을 갖는 부호화율로 길쌈 부호화를 수행하므로써 동일한 부호화율로 길쌈 부호화를 수행한 경우보다 수신된 음성 신호에서 세그먼트 SNR을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에서 사용된 펑쳐드 길쌈 부호화기들의 부호화율 R은 각각 4/8, 4/7, 4/6 등의 세 종류이고 사용된 소거 행렬(A(1), A(2) 및 A(3))의 주기는 4이다. 이러한 펑쳐드 길쌈 부호화기에 사용되는 소거 행렬은 다음의 [표 1]과와 같다.

부호화율(R)	소거행렬
4/6	1111
	1010
4/7	1111
	1110
4/8	1111
	1111

이와 같이, 각 음성 정보 비트의 에러에 대한 세그먼트 SNR의 열화를 고려하여 비균등 채널 코딩을 수행하여 전송함으로써 음성 신호의 세그먼트 SNR의 열화를 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 음성 및 영상 신호를 서비스하는 DS-CDMA 이동통신 시스템에서 각 음성 정보 비트에 대하여 비트 에러 감도를 측정하고 이 비트 에러 감도에 따라 비균등 채널 코딩을 수행하므로써 채널 전송율이 고정되어 있을 때에도 전력 제어 비트를 전송할 위치에 해당하는 부호 비트를 삭제할 필요 없이 단지 삽입하여 전송하므로써 세그먼트 SNR을 최대화할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 입력된 음성 신호를 음성 부호화기를 통해 부호화하는 단계와,

   상기 음성 부호화기의 출력에 대하여 비트 중요도 및 세그먼트 신호 대 잡음비의 열화 정도를 측정하는 단계와,

   상기 세그먼트 신호 대 잡음비의 열화 정도에 따라 상기 음성 신호를 유사한 열화를 갖는 비트군으로 분류하는 단계와,

   상기 열화 정도에 따라 분류된 음성 신호를 펑쳐드 길쌈 부호화기를 통해 비균등하게 부호화하는 단계와,

   멀티플렉서를 이용하여 상기 비균등하게 부호화한 신호에 전력 제어 비트 정보를 삽입하는 단계와,

   상기 멀티플렉서의 출력을 의사 잡음 확산기를 통하여 확산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직접 확산 코드 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서의 채널 코딩 방법.