KR20010033871A - 직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 높은 비트밀도를 실현하기 위해 순환 확산 코드를 이용하는 방법 - Google Patents

직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 높은 비트밀도를 실현하기 위해 순환 확산 코드를 이용하는 방법 Download PDF

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Abstract

순환 확산 코드를 이용하여 직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 높은 비트 밀도를 실현하는 방법이 제공된다. 순환 확산 코드(213)는 n 만큼 시프트된 의사-잡음 확산 코드이다. 이 순환 의사-잡음 확산 코드는 그 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용하여 정보 신호를 변조시킴으로써 그 정보 신호(210)를 확산시키기 위해 이용된다. 신호를 복조하기 위해서도 이와 동일한 순환 의사-잡음 확산 코드가 이용된다. 사용된 n의 값은 확산될 신호의 값에 대응하는 값이다.

Description

직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 높은 비트 밀도를 실현하기 위해 순환 확산 코드를 이용하는 방법{A METHOD FOR USING CIRCULAR SPREADING CODES TO ACHIEVE HIGH BIT DENSITIES IN A DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM COMMUNICATIONS SYSTEM}
DSSS(direct sequence spread spectrum) 기술은 확산 코드, 확산 시퀀스, 코드 시퀀스 및 칩 시퀀스로도 불리는 의사-잡음 캐리어(pseudo-noise carriers)의 이용과 정보를 전송하는데 요구되는 최대치 보다 더 넓은 전송 대역폭에 의존한다. 송신기는 의사-잡음 확산 시퀀스를 이용하여 정보를 변조함으로써 정보를 확산시킨다. 수신기에서, 정보는 기본 정보를 복구하기 위해 확산 해제된다(despread). 이러한 확산해제는 수신된 확산-변조된 신호를 전송에 이용된 확산 시퀀스와 상관시킴으로써(correlating) 달성된다. DSSS는 때때로 속기명인 "직접 확산(direct spread)"으로서도 언급된다.
의사-랜덤 확산 코드 신호와 같은 변조 신호는 정보 신호의 데이터 속도 보다 훨씬 더 큰 칩 속도(캐리어 주파수와 유사함)를 갖는다. 이러한 특성은 효율적인 확산을 위해 요구된다. 의사-랜덤 확산 시퀀스의 각각의 상태는 칩(chip)으로서 불린다. 확산 시퀀스(칩 시퀀스)는 정보 신호의 각각의 비트를 직접 변조시키며, 따라서 직접 확산으로 불린다. 확산 신호의 의사-랜덤은 원래의 정보 신호를 복구하기 위해 요구된다. 확산 시퀀스는 결정성이기(deterministic) 때문에, 정보 신호를 추출하기 위해 수신기에서 정확하게 복제될 수 있다. 만일 이것이 진정으로 랜덤하면, 상관 수신기를 통한 정보 신호의 추출은 불가능하게 된다.
확산 동작은 신호 전력이 확산 대역폭에 걸쳐 균일하게 소모되도록 한다. 그러므로, 확산 스펙트럼 신호는 수신기에 확산해제 신호 없이 잡음에 매립되어 나타나게 된다. 결과적으로, 소정의 대역폭 내에 그것을 재밍(jam)하는 것이 어려울 뿐만 아니라 그 존재를 검출하는 것도 어렵다. 전송 중에 픽업된 원하지 않는 신호는 송신기가 최초에 원하는 신호를 확산시키는 방식과 동일한 방식으로 수신기에 의해 확산된다. 다시 말하면, 수신기는 원하는 정보 신호를 확산해제 또는 복조하면서 동시에, 전송 중에 픽업된 원하지 않는 신호를 확산시킨다. 처리 이득(processing gain)이란 용어는 전체적인 송수신 동작에서 이러한 간섭 억제(interference suppression)를 표현하기 위해 사용되는 용어이다. 송수신 동작에서 볼 때, 원하는 신호는 2번 확산-변조되어 원래의 신호를 제공하게 되지만, 인-밴드 간섭신호(in-band interference)는 한번 확산-변조되며, 따라서 전 확산 대역폭에 걸쳐 소모된다.
본 발명은 데이터 통신 분야에 관한 것으로서, 특히 직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템(direct sequence spread spectrum communication system)에서 높은 비트 밀도를 실현하기 위해 순환 확산 코드(circular spreading codes)를 이용하는 방법에 관한 것이다.
이제, 본 발명은 첨부도면의 예를 이용하여 설명된다. 본 발명은 이러한 예에 제한되지 않으며, 도면에서 유사한 참조번호는 유사한 구성요소를 나타낸다.
도1a는 확산되고 있는 신호를 도시한 도면.
도1b는 원래의 신호 및 잡음으로 복조되고 있는 간섭이 있는 확산 신호를 도시한 도면.
도2a는 신호를 확산시키는 종래 기술의 예시적인 방법을 도시한 도면.
도2b는 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용하여 신호를 확산시키는 예시적인 방법을 도시한 도면.
도3은 도2b의 순환 확산 코드를 도시한 도면.
도4는 도2b 및 도3의 확산 변조된 신호를 수신하고 디코딩하는 블록도.
발명의 요약
순환 확산 코드를 이용하여 직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 높은 비트 밀도를 실현하는 방법이 제공된다. 순환 확산 코드는 n 만큼 시프트된 의사-잡음 확산 코드이다. 이 순환 의사-잡음 확산 코드는 정보 신호를 변조시킴으로써 그 정보 신호를 확산시키기 위해 이용된다. 신호를 복조하기 위해서도 이와 동일한 순환 의사-잡음 확산 코드가 이용된다. 사용된 n의 값은 확산될 신호의 값에 대응하는 값이다.
여기에 개시되는 기술은 심볼간 회전(inter-symbol rotation)을 통해 확산 코드에 멀티-비트 정보 내용을 삽입하는 종전에 이용되지 않았던 방법을 이용한다. 이러한 확산 코드의 순환식 회전은 사용자 데이터를 회전각(rotation angle)에 맵핑하는 것을 통해 정보 용량의 증가를 제공한다. 이러한 방식으로, 스펙트럼 확산 기술의 장점을 희생하지 않고, 스펙트럼 확산 변조에 내재된 초과 대역폭이 정보 용량 증가를 위해 이용된다. 이러한 정보 용량 증가는 송신 전력 또는 대역폭의 증가를 수반하지 않고 실현된다.
심볼 주기(symbol period)의 한계 내에서 순환식 회전을 통해 확산 코드를 인코딩함으로써, 멀티-비트 정보 용량이 생성된다. 이것은 사용자 데이터 정보를 인코딩하기 위해 회전각이 이용되는 확산 코드의 회전을 통해 수행된다. 소정의 회전에 의해 표현되는 비트의 수는 확산 코드 길이의 2를 기수로 한 로그(log2) 값과 동일하다. 이러한 구현은 비교적 간단하며, 스펙트럼 확산 기술의 장점이 존속된다.
예를 들어, 순환식 시프트 레지스터 또는 링 버퍼에 주어진 확산 코드를 저장하고, 사용자 데이터에 의해 결정되는 포인터 위치로부터 시작하여 각각의 심볼 주기에서 레지스터를 판독함으로써, 추가적인 정보가 회전된 확산 코드에 내장된다. 각각의 포인터 증분은 360도의 회전각을 확산 코드의 길이의 로그(log2) 값으로 나눈 값 대응한다. 다음에, 통상적인 직접-시퀀스 스펙트럼 확산 변조기에서와 같이 사용자 데이터를 변조하기 위해 링 버퍼 출력에서의 회전된 확산 코드가 이용된다.
도1a는 신호가 확산될 때 그 신호에 일어나는 현상의 일례를 도시하고 있다. 신호(100)는 확산 시퀀스(도시 안됨)를 이용하여 신호(101)로 확산된다. 알 수 있는 바와 같이, 이 신호의 진폭은 감소되지만, 그 대역폭은 확장된다. 진폭을 감소시킴으로써, 이 신호는 잡음과 구별할 수 없도록 나타나게 되며, 정확한 확산 시퀀스를 처리하는 수신기에 의해서만 복구될 수 있다. 도1b는 확산 신호(101)와 전송 중에 픽업된 간섭 신호(102)를 도시하고 있다. 확산 변조된 신호(101)가 원래의 확산 시퀀스(도시되지 않음)를 이용하여 복조되면, 원래의 신호(100)가 복구되고, 간섭 신호(102)는 신호(103) 내로 확산되게 되며, 그에 따라 잡음으로 축소되게 된다. 도2a는 신호를 확산시키는 종래 기술의 예시적인 방법을 도시하고 있다. 정보 신호(210)는 의사-잡음 코드(211)에 의해 공지된 방법을 이용하여 변조된다. 정보 신호 내의 각각의 '1'에 대해, 의사-잡음 코드(211)가 전송된다. 반면에, 정보 신호 내의 각각의 '0'에 대해서는, 의사-잡음 코드(211)의 반전된 코드가 전송된다. 그러므로, 이러한 변조를 통해, 전송을 위해 신호가 송신 신호(212)로 확산된다. 예를 들어, 만일 정보 신호(210)가 비트 '101'로 이루어지고, 의사-잡음 코드(211)가 '01011010'이면, 송신 신호(212)는 '01011010 10100101 01011010'이 된다. 이 송신 신호는 의사-잡음 코드(211)('01011010')에 대응하는 '1'과 의사-잡음 코드의 반전된 코드('10100101')에 대응하는 '0'에 의해 생성된다.
도2b는 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용하여 신호를 확산시키는 예시적인 방법을 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 정보 신호(210)는 역시 송신 신호(214)를 생성하기 위해 확산 신호에 의해 변조된다. 그러나, 이 경우에는 의사-잡음 코드를 이용하는 대신에, 순환 의사-잡음 확산 코드가 이용된다. 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용함으로써, 전술한 바와 같이 단일 비트 대신에 각각의 의사-잡음 코드에 대해 정보의 복수의 비트가 전송될 수 있다.
순환 의사-잡음 확산 코드는 시프트된 의사-잡음 코드이다. 예를 들어, 만일 순환 확산 코드가 '01011010'이면, 제로만큼 시프트된 코드는 여전히 '01011010'이다. 그러나, 하나씩 시프트된 코드는 '10110100'이 되며, 여기서 원래의 확산 코드의 제2 비트가 이제는 제1 비트가 되고, 제3 비트는 이제 제2 비트가 되며, 이러한 방식으로 마지막 비트가 제1 비트가 될 때까지 진행된다. 평범한 예로서, 만일 각각의 의사-잡음 코드에 대해 정보의 2개의 비트가 전송될 예정이면, 4비트 의사-잡음 코드가 요구되는데, 그 이유는 정보의 2개의 비트는 제로로부터 3까지의 범위의 값을 갖기 때문이다. 만일 정보 비트의 값이 3이면(즉, 비트가 '11'이면), 의사-잡음 코드는 3씩 시프트되고, 따라서 사용되는 순환 확산 비트는 제4 비트 또는 비트 번호 3(비트들이 제로부터 3까지 번호가 붙은 경우)에서 시작된다. 이러한 방식은 여전히 높은 상관관계를 포함하면서 송신 데이터의 높은 비트 밀도를 초래한다.
도2b에서는 도2a에서와 동일한 정보 신호(210)('101')와 의사-잡음 코드(211)('01011010')가 사용된다. 이 경우에, 2진수 '101'은 수치 5와 동일하기 때문에, 사용된 순환 의사-잡음 확산 코드는 '01001011'이 되며, 여기서 순환 의사-잡음 코드는 5만큼 시프트된 원래의 의사-잡음 코드이다. 그러므로, 순환 의사-잡음 코드는 '101'에 대응하며, 송신 신호는 '01001011'이 된다.
도3은 순환 확산 코드 '01011010'을 도시하고 있다. 코드의 회전은 다중 사용자 비트 값에 대응한다. 그러므로, 만일 사용된 코드가 '01101001'이면, 원래의 코드는 2만큼 시프트된 것이며, '010'의 사용자 값에 대응한다. 이와 유사하게, 순환 확산 코드의 상이하게 시프트된 버전을 이용하여 제로부터 8까지의 값이 전송될 수 있다.
도4는 송신 신호의 수신 및 디코딩을 예시하고 있다. 도2b로부터의 송신 신호(214)가 수신되면, 이것은 순환 의사-잡음 확산 코드(도3)(418)에 대한 상관자(correlators)와 비교가 이루어진다. 각각의 상관자는 제로부터 7 비트까지 시프트된 순환 의사-잡음 확산 코드(418)이며, 여기서 시프트된 비트 수의 값은 송신 신호의 값과 동일하다. 송신 신호는 상관자들과 동시에 비교가 이루어질 수 있다. 정합(match)이 발견되면, 그 상관자에 대응하는 값(시프트된 비트 수에 대응함)이 판독된다. 이 값은 원래의 신호의 값이다. 이러한 방식으로, 신호가 복조 또는 확산해제된다. 송신 신호 '01001011'의 예를 이용하면, 이것이 각각의 상관자와 비교가 이루어질 때, 그것이 상관자(415)에 대응한다는 것이 발견되며, 여기서 상관자(415)는 5비트 만큼 시프트된 순환 의사-잡음 확산 코드(418)이다. 그러므로, 디코드된 신호(420)는 수치 '5'와 동일하며, 2진 신호로 '101'이 된다.
전술한 예에서, 정보의 3 비트를 전송하기 위해 8비트 의사-잡음 코드가 사용되었다. 물론, 다른 값이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 한번에 정보의 2비트를 전송하기 위해서는 4비트 의사-잡음 코드가 요구된다. 마찬가지로, 4비트의 정보를 전송하기 위해서는 16비트 의사-잡음 코드가 요구되고, 5비트의 정보를 전송하기 위해서는 32비트 의사-잡음 코드가 요구되며, 6비트의 정보를 전송하기 위해서는 64비트 의사-잡음 코드가 요구된다.

Claims (9)

  1. 순환 확산 코드를 이용하여 직접-시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 높은 비트 밀도를 실현하는 방법에 있어서,
    제1 순환 의사-잡음 확산 코드를 생성하는 단계; 및
    n만큼 시프트된 상기 제1 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용하여 제1 신호를 변조함으로써 상기 제1 신호를 확산시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 n의 값은 상기 제1 신호의 값에 대응하는
    방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 n만큼 시프트된 제1 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용하여 상기 제1 신호를 복조함으로써 상기 제1 신호를 좁히는(narrowing) 단계
    를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 n의 값은 상기 제1 신호의 값에 대응하는
    방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 순환 의사-잡음 확산 코드는 제1 사용자에게 전송될 신호를 확산시키기 위해 사용되는
    방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 사용자는 상기 제1 순환 의사-잡음 코드를 이용하여 전송된 신호를 디코딩할 수 있는
    방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 순환 의사-잡음 확산 코드와 직교하는(orthogonal) 제2 순환 의사-잡음 확산 코드를 생성하는 단계; 및
    n만큼 시프트된 상기 제2 순환 의사-잡음 확산 코드를 이용하여 제2 신호를 변조함으로써 상기 제2 신호를 확산시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 의사-잡음 확산 코드는 제2 사용자에게 전송될 신호를 확산시키기 위해 사용되는
    방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 사용자는 상기 제2 순환 의사-잡음 코드를 이용하여 전송된 신호를 디코딩할 수 있는
    방법.
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