KR20010108277A - 하다마르 코딩을 이용한 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

통신 시스템은 전체 하다마르 매트릭스를 저장하지 않고 하다마르 매트릭스의 각각의 로우 또는 컬럼 엘리먼트들을 결정한다. 송신부에 있어서, 계산된 로우 또는 컬럼의 값들은 디지털 신호의 일부를 인코딩하는데 사용된다. 수신부에 있어서, 상기 계산된 로우 또는 컬럼은 디지털 신호의 일부를 디코딩하여 디지털 신호를 재생하는데 사용된다.

Description

하다마르 코딩을 이용한 통신 시스템{COMMUNICATION SYSTEMS USING HADAMARD CODING}

다음과 같은 m×m 하다마르 매트릭스를 생성하는 것은 당해 분야에 공지되어있다.

는 H의 보수이다. 즉, 만약 H의 엘리먼트의 값이 0이면,의 대응하는 엘리먼트의 값은 1이며, H의 엘리먼트의 값이 1이면,의 대응하는 엘리먼트의 값은 0이다.

하다마르의 각각의 로우는 그 매트릭스 내의 다른 임의의 로우와 정확히 m/2의 차이를 갖는다. 제 1 로우를 제외하면, 각각의 로우는 동일한 수의 0 및 1을 갖는다. 만약 로우들이 m 차원 공간의 원점을 통한 직선들로 표현되면, 그 직선들은 모두 서로 직교할 것이므로, 로우들은 직교(상호 직교)한다고 한다. 하다마르 매트릭스의 로우들은 매트릭스의 컬럼들과 동일하며, 이것은 컬럼들에도 동등하게 적용된다.

하다마르 매트릭스들은 일반적으로 이진 디지털 데이터를 인코딩하는데 사용된다(비트라고 지칭되는 0 또는 1의 값들의 시퀀스). 예를 들면, IS-95 표준에서, 디지털 데이터는 6 비트 부분들로 나누어진다. 각각의 가능한 6비트 부분은 1 내지 64의 상이한 10진 값을 할당받고, 그 값은 64×64 하다마르 매트릭스의 대응 로우를 선택하는데 사용된다. 디지털 데이터의 각각의 6비트 부분에 있어서, 선택된 64 비트 로우가 6 비트 부분의 값에 따라 전송된다. IS-95 수신기는 전송된 로우의 각각의 64 비트를 비교하여 그것이 어느 10진 값을 나타내는지를 판정한다.

기존의 통신 시스템에서, 하다마르 매트릭스는 메모리에 저장되며, 디지털 신호를 하다마르 인코딩된 디지털 신호로 인코딩하기 위해 필요한 로우에 대한 값들이 메모리로부터 하다마르 인코더로 복사된다.

다음의 인용문헌을 참조하라. 미국특허 제 5,159,608호는 통신 시스템에서 데이터를 인코딩 및 디코딩하기 위한 직교 코드로서 하다마르 매트릭스의 로우 또는 컬럼을 사용한다. 미국 특허 제 5,297,161호에서, 기지국은 이동국에 의해 전송된 직교 코드들로부터 이동국의 신호의 파워를 추산하고, 수신기는 이동국으로부터의 전송들의 파워 레벨을 제어하기 위해 제어 코드를 이동국으로 전송한다. 유럽 특허 출원 제 96304973.9호의 공보 EP 0 752 736에는 직교 인코딩된 신호를 사용하는 위상형 어레이 시스템(phased array system)의 캘리브레이팅(calibrating)에 대해 기술되어 있다.

상기 문헌들은 본원에 참조로서 인용된다.

본 발명은 디지털 정보 신호들이 송신 전에 인코딩되고 수신 후에 디코딩되는 코드화 디지털 통신 분야에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 통신 시스템의 일부를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 하다마르 계산기의 일부를 도시한 도면.

본 발명자는 하다마르 매트릭스의 엘리먼트들이 전체 하다마르 매트릭스를 결정하지 않은 상태에서 결정될 수 있으며, 셀룰러 무선 시스템과 같은 소형의 통신 시스템에 대하여, 메모리 내의 전체 하다마르 매트릭스를 저장하기 보다, 필요한 경우 하다마르 매트릭스의 로우의 엘리먼트들을 계산하는 것이 유리하다는 사실을 발견하였다. 의사 잡음 인코딩에 바람직한 대규모 하다마르 매트릭스(수백개의 엘리먼트)에 있어서, 필요한 저장용량은 매트릭스의 크기의 제곱이다. 매트릭스의 개별 엘리먼트들을 결정하는데 필요한 알고리즘 및 임시 기억 장소는 매트릭스 그 자체보다 훨씬 더 작다.

본원 명세서에서, 통신 시스템은 전체 하다마르 매트릭스를 저장하지 않고 하다마르 매트릭스의 각각의 로우 또는 컬럼의 엘리먼트들을 결정한다. 본 발명의 송신기에서, 계산된 로우 또는 컬럼의 값은 디지털 신호의 일부를 인코딩하는데 사용된다.

당업자라면, 첨부된 청구항들의 특징을 도시한 도면을 참조하여 하기에 기술된 바람직한 실시예들의 설명으로부터 본 발명 및 본 발명의 부가적인 목적과 이점을 이해할 수 있을 것이다.

하기의 도면과 관련된 설명에 있어서, 하다마르 매트릭스의 컬럼은 상기 매트릭스의 로우와 동일하므로, 로우의 사용에 대해서만 논의한다.

도 1은 본 발명의 통신 시스템(100)의 일부를 도시한 것이다. 본 발명의 송신부에 있어서, 송신 라인(101)의 아날로그 출력 신호는 아날로그-디지털(A/D) 변환기(102)에 의해 디지털 출력 신호로 변환된다. 디지털 출력 신호는 의사 잡음(PN) 인코더(103)에 의해 인코딩되어 신호 전송 스펙트럼을 확산시킨다. PN 생성기(104)는 PN 인코더에 PN 시퀀스를 제공하고, PN 인코더는 디지털 출력 신호를 PN 시퀀스와 결합하기 위한 모듈로 2 가산기(modulo-2 adder)를 포함한다. PN 생성기는 후술하는 바와 같이 선형 피드백 시프트 레지스터 또는 하다마르 계산기일 수도 있다. PN 인코더는 확산 스펙트럼 방송이 요망되지 않으면 필요치 않다. PN 인코딩된 출력 신호는 하다마르 인코딩된 출력 신호를 제공하기 위해 하다마르 인코더(105)에 의해 하다마르 인코딩된다. 하다마르 계산기(106)는 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트 또는 로우의 값을 결정한다. 상기 계산기는 도 2와 관련하여 하기에 보다 상세히 설명되는데, 하다마르 매트릭스의 각 엘리먼트들의 값을 계산하기 위한 후술하는 알고리즘을 구현할 수도 있다. 하다마르 인코더에서, PN 인코딩된 출력 신호의 일부는 하다마르 매트릭스의 로우 값과 모듈로 2 가산된다.

스위치(107)는 하다마르 인코딩된 신호를 저장하거나 또는 방송하는 것을 선택하도록 접속된다. 하다마르 인코딩된 신호가 방송되도록 스위치(107)가 설정되면, 변조기(108)가 그 신호를 변조하여 안테나를 이용하여 송신한다. 변조기는 무선 주파수 반송파 신호를 하다마르 인코딩된 신호로 변조한다. 안테나는 변조된 신호를 채널 방송으로 방송하는데 사용되는데, 선택적으로 케이블 텔레비전 네트워크와 같은 광대역 네트워크(도시되지 않음)에 접속하는 것으로 교체될 수도 있다. 스위치(107)가 하다마르 인코딩된 신호를 저장하도록 설정되면, 하다마르 인코딩된 신호는 채널 인코더(110)에 의해 채널 인코딩되며, 기록 헤드(112)에 의해 광 디스크(111)에 기록된다. 채널 인코더는 상기 신호를 디스크 상에 저장하는데 요구되는 형태, 예를 들면, 두 개의 연속하는 0을 갖는 코드로 변환시킨다.

본 발명의 수신부에서, 스위치(120)는 하다마르 인코딩된 입력 신호가 기억 장소 또는 방송으로부터 수신되는지의 여부를 판정한다. 스위치(120)가 방송으로부터 수신하도록 설정되면, 하다마르 인코딩된 입력 신호는 안테나(121) 및 복조기(122)를 통해 수신된다. 스위치(120)가 기억 장소로부터 판독하도록 설정되면, 하다마르 인코딩된 입력 신호는 디스크(123)로부터 채널 디코더(125)를 통해 판독 헤드(124)에 의해 수신된다.

하다마르 디코더(126)는 하다마르 인코딩된 입력 신호를 PN 인코딩된 입력 신호로 변환시킨다. 통신 시스템의 수신부가 송신부와 동일한 디바이스의 일부이면, 하다마르 계산기(106)는 하다마르 매트릭스의 각각의 로우 또는 각각의 엘리먼트의 값을 결정하여 상기 로우 또는 엘리먼트의 값을 하다마르 디코더(126)에 제공하는데 사용될 수 있다. 만약 상기 수신부가 분리되어 있거나 또는 송신부가 제공되지 않으면, 별개의 하다마르 계산기(도시되지 않음)가 제공된다. 상기 실시예의 특정 하다마르 인코더는 입력 신호로부터 하다마르 로우의 값을 스트립(strip)하는데 모듈로 2 가산기를 사용한다.

만약 입력 신호가 송신 전에 PN 인코딩되었다면, 하다마르 디코더로부터의 신호는 PN 인코딩되며, PN 인코딩된 입력 신호를 디지털 입력 신호로 변화하는데 PN 인코딩(127)이 요구된다. 또한, 입력 신호로부터 PN을 스트립하는데 모듈로 2 가산기가 사용될 수 있다. 필요하다면, 디지털 입력 신호를 아날로그 입력 신호로 변환하는데 디지털-아날로그(D/A) 변환기(128)가 사용된다.

예를 들면, 셀룰러 전화기에서, A/D 변환기(102)는 아날로그 음성 신호를 디지털 음성 신호로 변환시키는 델타 시그마 변조기를 포함하고, D/A 변환기(128)는 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환시키는 델타 신호 복조기를 포함한다.

송신부 및 수신부는 도시된 바와 같이 동일 디바이스의 일부일 수도 있으며 상이한 디바이스 내에 위치될 수도 있다. 당해 분야에 공지되어 있는 수신부가 본원 발명의 송신부와 함께 사용될 수도 있으며, 역으로 당해 분야에 공지되어 있는 송신부가 본원 발명의 송신부와 함께 사용될 수도 있다. 다수의 수신부 및 다수의 송신부가 셀룰러 전화 시스템의 기지국과 같은 동일 시스템에 사용될 수도 있으며, 이 경우 일부 송신기가 본원 발명의 송신기이고 나머지는 당해 분야에 공지되어 있는 송신기일 수 있으며, 일부 수신기가 본원 발명의 수신기이고 나머지 수신기가 당해 분야에 공지되어 있는 수신기일 수 있다.

도 2는 도 1의 하다마르 계산기(106)의 일부를 도시한 도면이다. 계산기는 프로세서(201)와 메모리(202)를 포함하며, 상기 메모리(202)는 하다마르 매트릭스의 로우 엘리먼트를 계산하는 프로그램 모듈(203)을 포함한다. 상기 프로그램 모듈은 하다마르 매트릭스의 임의의 엘리먼트 h_ij를 찾기 위하여, 하기의 알고리즘을 수행한다.

1. b=0이라 하자.

2. m=ceiling(log2(max(i,j)))라 하자. 그러면, m×m 하다마르 매트릭스 H는 h_ij를 포함하는 최소 크기의 하다마르 매트릭스이다.

3. h_ij를 포함하는 H의 사분면을 판정한다. 만약 이 사분면이 하부 우측 사분면이면, 보수 b를 변경하고(즉, 만약 b의 값이 0이면, 1로 만들고, b의 값이 1이면, 0으로 만든다), 상기 사분면이 하부 우측 사분면이 아니면, b를 변경하지 마라.

4. 단계 3에서 h_ij가 발견된 사분면에 의해 형성된 매트릭스가 되도록 H를 재지정하라.

5. H의 크기가 1×1보다 크다면, 단계 3으로 진행하고, 그렇지 않으면 단계 6으로 진행하라.

6. h_ij=b(b는 h_ij의 값).

이상, 본 발명을 당업자가 본 발명을 실시하고 이용할 수 있도록, 본 발명을 실시하기에 최적을 방법으로 판단되는 특정의 바람직한 실시예와 관련하여 개시하였다. 당업자들은 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고 상기 실시예들을 수정하거나 이들 실시예들을 결합하거나 또는 다른 실시예들을 제공할 수도 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (6)

1. 통신 시스템으로서,

   입력 신호들을 얻기 위한 입력부(101)와,

   상기 입력 신호들을 인코딩하여 하다마르 인코딩된 신호들을 생성하며, 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 요청하는 수단을 포함하는 하다마르 인코더(105)와,

   상기 전체 하다마르 매트릭스를 계산하지 않고 상기 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우의 요청에 의존하여 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 계산하여 상기 계산된 엘리먼트들 또는 로우를 상기 하다마르 인코더에 제공하는 계산 수단(106)과,

   상기 하다마르 인코딩된 신호들을 매체로 전송하는 송신기(108, 110)와,

   매체로부터 하다마르 인코딩된 신호를 수신하는 수신기(122, 123)와,

   상기 하다마르 인코딩된 신호들을 디코딩하여 출력 신호들을 생성하고, 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 요청하는 수단을 포함하는 하다마르 디코더(126)와,

   상기 출력 신호들을 제공하는 출력부(130)

   를 포함하는 통신 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 시스템은 하다마르 인코딩 전에 입력 신호를 인코딩하는 의사 잡음 인코더(103)를 더 포함하고,

   상기 시스템은 상기 하다마르 디코딩에 후속하여 인코딩된 신호들을 디코딩하는 의사 잡음 디코더(127)를 더 포함하고,

   상기 매체는 기록 매체(record carrier)(111)를 포함하고, 상기 송신기는 채널 인코더(110) 및 상기 기록 매체를 판독하는 드라이브의 기록 헤드(112)를 포함하며,

   상기 매체는 기록 매체(123)를 포함하고, 상기 수신기는 채널 디코더(125) 및 상기 기록 매체용 드라이브의 기록 헤드(124)를 포함하며,

   상기 매체는 채널 방송(airway)을 포함하며, 상기 송신기는 상기 하다마르 인코딩된 신호들을 채널 방송으로 전송하는 변조기 및 안테나를 포함하며,

   상기 매체는 채널 방송을 포함하고, 상기 수신기는 채널 방송으로부터 상기 하다마르 인코딩된 신호를 수신하는 안테나(121) 및 복조기(122)를 포함하며,

   상기 입력 신호는 아날로그 신호이고, 상기 시스템은 상기 아날로그 입력 신호를 디지털 입력 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기(102)를 더 포함하고,

   상기 출력 신호는 아날로그 신호이고, 상기 시스템은 디지털 출력 신호를 아날로그 출력 신호로 변환시키는 디지털-아날로그 변환기(128)를 더 포함하고,

   상기 하다마르 인코더는 상기 하다마르 코드의 각각의 로우들 또는 컬럼들을요청하는 통신 시스템.
3. 통신 시스템 송신기로서,

   입력 신호들을 위한 입력부와,

   상기 입력 신호들을 인코딩하여 인코딩된 신호들을 생성하며, 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 요청하는 수단을 포함하는 하다마르 인코더와,

   상기 전체 하다마르 매트릭스를 계산하지 않고 상기 하다마르 인코더로부터의 상기 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼에 대한 요청에 의존하여 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 계산하여 상기 계산된 엘리먼트들 또는 로우 또는 컬럼을 상기 하다마르 인코더에 제공하는 계산 수단과,

   상기 인코딩된 신호들을 매체로 전송하는 송신기

   를 포함하는 통신 시스템 송신기.
4. 통신 시스템 수신기로서,

   매체로부터 인코딩된 신호를 수신하는 수신기와,

   상기 인코딩된 신호들을 디코딩하여 출력 신호들을 생성하고, 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 요청하는 수단을 포함하는 하다마르 디코더와,

   하다마르 인코더로부터의 요청에 의존하여 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 계산하여 상기 계산된 엘리먼트들 또는 로우 또는 컬럼을 상기 하다마르 디코더에 제공하는 계산 수단과,

   상기 디코딩된 신호를 제공하는 출력부

   를 포함하는 통신 시스템 수신기.
5. 통신 시스템용 하다마르 인코딩 장치로서,

   입력 신호를 제공하는 입력부와,

   상기 입력 신호들을 인코딩하여 인코딩된 신호들을 생성하며, 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 요청하는 수단을 포함하는 하다마르 인코더와,

   상기 전체 하다마르 매트릭스를 계산하지 않고 상기 하다마르 인코더로부터의 상기 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼에 대한 요청에 의존하여 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 계산하여 상기 계산된 엘리먼트들 또는 로우 또는 컬럼을 상기 하다마르 인코더에 제공하는 계산 수단과,

   상기 인코딩된 신호를 제공하는 출력부

   를 포함하는 통신 시스템용 하다마르 인코딩 장치.
6. 통신 시스템용 하다마르 디코딩 장치로서,

   인코딩된 신호를 제공하는 입력부와,

   상기 인코딩된 신호들을 디코딩하여 출력 신호들을 생성하고, 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 요청하는 수단을 포함하는 하다마르 디코더와,

   상기 전체 하다마르 매트릭스를 계산하지 않고 하다마르 인코더로부터의 요청에 의존하여 하다마르 매트릭스의 각각의 엘리먼트들 또는 각각의 로우 또는 컬럼을 계산하여, 상기 계산된 엘리먼트들 또는 로우 또는 컬럼을 상기 하다마르 디코더에 제공하는 계산 수단과,

   상기 디코딩된 신호들을 제공하는 출력부

   를 포함하는 통신 시스템용 하다마르 디코딩 장치.