KR20030090169A - 셀룰러 통신 시스템 - Google Patents

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KR20030090169A
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김석중
정성헌
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국과 다수의 이동국을 기본 구조로 하는 셀룰러 통신 시스템에 변/복조부를 디지털 신호처리기로 구현하고, 일정 레벨의 엔벨로프(constant envelope) 변조 방식을 채택하여 통화 품질을 향상시키기 위한 셀룰러 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 디지털 신호처리기를 이용하여 기저 대역 변복조 처리를 실행함으로써 전송 속도 및 변복조 알고리즘을 유연하게 설계할 수 있으며, 이로 인하여 설계 변경을 용이하게 실행할 수 있는 효과가 발생된다. 또한 본 발명에서는 변복조 방식을 FQPSK 변복조 방식을 채용하여 설계함으로써, GMSK 변복조 방식을 채용한 종래의 기술에 비하여 주파수를 효율적으로 사용하고 통화 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 발생되고, 전력 소모량을 감소시켜 이동국의 배터리 사용 시 장비 사용시간을 증가시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Description

셀룰러 통신 시스템{Cellular communication system}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국과 다수의 이동국을 기본 구조로 하는 셀룰러 통신 시스템에 변/복조부를 디지털 신호처리기로 구현하고, 일정 레벨의 엔벨로프(constant envelope) 변조 방식을 채택하여 통화 품질을 향상시키기 위한 셀룰러 통신 시스템에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 의한 셀룰러 통신 시스템은 패킷 생성부(101), 가우시안 필터(102), 디지털 변조부(103), 중간 주파수 합성기(104), RF 도약 주파수 합성기(105), 주파수 도약 부호 발생기(106), 전력 증폭기(107), 송/수신 스위칭부(108), 저잡음 증폭기(109), 1차 로컬 도약주파수 합성기(110), 믹서(111), 2차 로컬 주파수 생성기(112), 믹서(113), GMSK 복조 및 채널 등화기(114), 패킷 복원부(115) 및 안테나(116)로 구성된다.
우선, 송신 동작을 설명하면 다음과 같다.
전송 데이터를 패킷 생성부(101)에서 전송 데이터와 함께 프리앰블(Preamble), 프레임 동기 패턴(Frame Sync Pattern) 등과 같이 수신부에서의 시간 동기 및 채널 등화에 필요한 특정 패턴을 삽입하여 패킷화된 데이터를 생성시킨다.
패킷화된 데이터는 가우시안 필터(102)에서 구형파 신호열들의 파형을 정현화 한 후에, 디지털 변조부(103)에서 GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) 변조하고 중간 주파수 합성기(104)에서 중간 주파수의 캐리어에 합성된 후에 RF 도약 주파수 합성기(105)에 의하여 RF 반송파에 실린다. 이 때 RF 도약 주파수 합성기(105)는 주파수 도약 부호 발생기(106)에서 발생된 주파수 도약부호에 따라 반송파 주파수가 결정된다.
반송파에 실린 변조된 송신신호는 전력 증폭기(107)에 의해 신호가 증폭된 후에 송/수신 스위칭부(108)를 거쳐 안테나(116)를 통해 송출된다.
다음으로, 수신 동작을 설명하면 다음과 같다.
안테나(116)를 통하여 수신되는 수신신호는 저잡음 증폭기(109)에서 된다. 저잡음 증폭된 신호는 믹서(111)에서 1차 로컬 도약주파수 합성기(110)의 출력과 합성되어 반송파가 제거된다. 1차 로컬 도약주파수 합성기(110)는 주파수 도약 부호 발생기(106)에서 발생한 수신 주파수 도약 부호에 따라 생성된 반송파 주파수에 의하여 반송파를 제거한다.
1차 도약주파수와 합성된 신호는 다시 2차 로컬 주파수 생성기(112)의 출력과 믹서(113)에서 합성되어 IF 주파수로 낮아진다. IF 신호는 GMSK 복조 및 채널등화기(114)에서 복조된 후에 패킷 복원부(115)에서 패킷화 이전의 데이터로 복원하여 수신 데이터를 생성한다.
이와 같은 종래의 기술에 따르면, 패킷 생성부(101), 패킷 복원부(115) 및 GMSK 변복조 집적소자 등을 사용하는 하드웨어로 구현하였기 때문에 향후 전송 속도 증가 및 채널 환경 변화에 따른 변복조 알고리즘 등을 반영할 수 없어 통신 시스템의 성능 향상을 도모할 수 없는 문제점이 있었으며, 또한 종래 기술에 적용된 변복조 방식이 일정 레벨의 엔벨로프(constant envelope) 방식이 아니어서 비선형 증폭기에서의 동작이 적합하지 않아 전력 소모가 많은 문제점이 있었으며, 이동국의 배터리 사용의 경우 장비 사용시간이 짧아지는 단점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 기저대역 변복조를 디지털 신호처리기를 이용하여 전송속도 및 변복조 알고리즘을 유현하게 설계 변경이 가능하도록 하며, 변복조 방식을 일정 레벨의 엔벨로프 방식인 FQPSK 방식을 적용하여 비선형 증폭기에서도 동작이 가능하도록 하기 위한 셀룰러 통신 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 셀룰러 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 셀룰러 통신 시스템의 구성도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 셀룰러 통신 시스템은 통신 시스템에 있어서, 입력되는 데이터를 패킷화시키고, 패킷화된 데이터를 FQPSK 변조시키기 위한 송신용 디지털 신호처리기, 상기 송신용 디지털 신호처리기에서 변조된 신호를 중간 주파수 대역으로 변조시키기 위한 IF 변조기, 상기 IF 변조기에서 출력되는 IF 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환기, 상기 아날로그 변환된 IF 송신신호를 1차 로컬 주파수 신호와 합성시켜 출력시키기 위한 송신용 1차 로컬 주파수 합성기, 상기 송신용 1차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 송신 주파수 도약 부호에 상응하여 발생된 2차 로컬 주파수 신호와 합성시켜 출력시키기 위한 송신용 2차 로컬 주파수 합성기, 상기 송신용 2차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 소정의 이득으로 증폭시켜 안테나로 출력시키기 위한 전력 증폭기, 상기 전력 증폭기의 출력신호를 입력하여 안테나로 출력시키고, 상기 안테나로부터 수신되는 신호를 입력하여 수신 단의 수신 증폭기로 출력시키기 위한 송/수신 스위칭부, 상기 송/수신 스위칭부에서 출력되는 수신신호를 입력하여 증폭시키기 위한 수신 증폭기, 상기 증폭기에서 증폭된 수신신호를 수신 주파수 도약부호에 상응하여 발생된 1차 로컬 주파수와 합성하여 반송파를 제거하기 위한 수신용 1차 로컬 주파수 합성기, 상기 수신용 1차 로컬 도약 주파수 합성기의 출력신호를 2차 로컬 주파수와 합성시켜 출력시키기 위한 수신용 2차 로컬 주파수 합성기, 상기 수신용 2차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기, 상기 아날로그/디지털 변환기에서 변환된 디지털 신호를 기저 대역의 신호로 변환시키기 위한 디지털 IF 복조기 및 상기 디지털 IF 복조기에서 출력되는 기저 대역의 수신신호를 FQPSK 복조시키고, 채널 등화시키고, 역패킷화시켜 수신 데이터를 생성시키기 위한 수신용 디지털 신호처리기를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 셀룰러 통신 시스템은 송신용 디지털 신호처리기(201), IF 변조기(202), 디지털/아날로그 변환기(203), 제1합성기(204), 송신용 1차 로컬 주파수 생성기(205), 제2합성기(206), 송신용 2차 로컬 도약 주파수 합성기(207), 주파수 도약 부호 발생기(208), 전력 증폭기(209), 송/수신 스위칭부(210), 저잡음 증폭기(211), 제3합성기(212), 수신용 1차 로컬 도약 주파수 합성기(213), 제4합성기(214), 수신용 2차 로컬 주파수 생성기(215), 아날로그/디지털 변환기(216), 디지털 IF 복조기(217), 수신용 디지털 신호처리기(218) 및 안테나(219)를 포함한다.
우선, 송신 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
송신용 디지털 신호처리기(201)에서는 입력되는 전송 데이터를 프리앰블(Preamble), 프레임 동기 패턴(Frame Sync Pattern) 등과 같이 수신부에서의 시간 동기 및 채널 등화에 필요한 특정 패턴을 삽입하여 패킷화된 데이터를 생성시키고, 패킷화된 전송 데이터를 FQPSK(Filtered Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식으로 변조시킨다.
본 발명에 적용되는 FQPSK 변조 방식의 일반적인 특성은 GMSK 변조 방식에 비하여 진폭 변동이 거의 발생되지 않으며, 동기 검파뿐만 아니라 비동기 검차로 사용할 수 있고 대역폭 효율도 상당히 우수하다.
IF 변조기(202)에서는 FQPSK 변조된 신호를 중간 주파수 대역으로 변조시키는데, 중간 주파수는 국부발진 방해, 신호 간섭 등을 고려하여 결정한다.
그리고 나서, 디지털/아날로그 변환기(203)에 의하여 IF 변조된 전송 신호는 아날로그 신호로 변환된다.
아날로그 1차 IF 송신 신호는 제1합성기(204)에서 송신용 1차 로컬 주파수 생성기(205)의 출력과 합성되어 2차 IF 신호로 변조되고 송신용 2차 로컬 도약 주파수 합성기(207) 출력과 제2합성기(206)에서 합성되어 반송파에 실리게 된다. 이 때 송신용 2차 로컬 도약 주파수 합성기(207)는 주파수 도약 부호 발생기(208)에서 발생한 송신 주파수 도약 부호에 따른 주파수를 생성한다. 반송파에 실린 송신신호는 전력 증폭기(209)에 의하여 증폭되어 송/수신 스위칭부(210)를 거친 후에 안테나(219)를 통해 송출된다.
송/수신 스위칭부(210)는 일 예로서 하이브리드 트랜스 회로로 구성할 수 있다.
다음으로, 수신 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
안테나(219)를 통해 수신된 수신신호는 송/수신 스위칭부(210)를 거친 후에 저잡음 증폭기(211)에서 잡음을 최소화시키면서 증폭된다. 저잡음 증폭기(211)를 거친 신호는 반송파를 제거하기 위하여 제3합성기(212)에서 수신용 1차 로컬 도약 주파수 합성기(213) 출력과 합성된다. 수신용 1차 로컬 도약 주파수 합성기(213)는 주파수 도약 부호 발생기(208)에서 발생한 수신 주파수 도약 부호에 따른 주파수를 생성한다. 1차 도약 주파수와 합성된 신호는 다시 수신용 2차 로컬 주파수 생성기(215)의 출력과 제4합성기(214)에서 합성되어 1차 IF 주파수로 낮아진다. 1차 IF 신호는 아날로그/디지털 변환기(216)에서 디지털 신호로 변환되고, 디지털IF 복조기(217)를 거쳐 기저대역 신호로 변환된다. 기저 대역 신호는 수신용 디지털 신호처리기(218)에서 FQPSK 복조와 채널 등화 및 역패킷화하여 수신 데이터를 생성한다.
이상과 같이 본 발명에서는 기저 대역 변복조를 디지털 신호처리기를 이용하여 구현해서 전송 속도 및 변복조 알고리즘을 유연하게 설계 및 변경이 가능하도록 하였다. 또한 변복조 방식을 일정 레벨 엔벨로프(constant envelope) 방식인 FQPSK 변복조 방식을 적용하여 주파수를 효율적으로 사용하고 통화 품질을 향상하였으며, C-class 전력 증폭기에 따른 전력 소모량 감소로 인하여 이동국의 배터리 운용 시 장비 사용 시간을 증가시킬 수 있게 되었다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 디지털 신호처리기를 이용하여 기저 대역 변복조 처리를 실행함으로써 전송 속도 및 변복조 알고리즘을 유연하게 설계할 수 있으며, 이로 인하여 설계 변경을 용이하게 실행할 수 있는 효과가 발생된다. 또한 본 발명에서는 변복조 방식을 FQPSK 변복조 방식을 채용하여 설계함으로써, GMSK 변복조 방식을 채용한 종래의 기술에 비하여 주파수를 효율적으로 사용하고통화 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 발생되고, 전력 소모량을 감소시켜 이동국의 배터리 사용 시 장비 사용시간을 증가시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (6)

  1. 통신 시스템에 있어서,
    입력되는 데이터를 패킷화시키고, 패킷화된 데이터를 FQPSK 변조시키기 위한 디지털 신호처리기;
    상기 디지털 신호처리기에서 변조된 신호를 중간 주파수 대역으로 변조시키기 위한 IF 변조기;
    상기 IF 변조기에서 출력되는 IF 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환기;
    상기 아날로그 변환된 IF 송신신호를 1차 로컬 주파수 신호와 합성시켜 출력시키기 위한 1차 로컬 주파수 합성기;
    상기 1차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 송신 주파수 도약 부호에 상응하여 발생된 2차 로컬 주파수 신호와 합성시켜 출력시키기 위한 2차 로컬 주파수 합성기; 및
    상기 2차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 소정의 이득으로 증폭시켜 안테나로 출력시키기 위한 전력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 셀룰러 통신 송신기.
  2. 통신 시스템에 있어서,
    안테나를 통하여 수신된 수신신호를 증폭시키기 위한 증폭기;
    상기 증폭기에서 증폭된 수신신호를 수신 주파수 도약부호에 상응하여 발생된 1차 로컬 주파수와 합성하여 반송파를 제거하기 위한 1차 로컬 주파수 합성기;
    상기 1차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 2차 로컬 주파수와 합성시켜 출력시키기 위한 2차 로컬 주파수 합성기;
    상기 2차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기;
    상기 아날로그/디지털 변환기에서 변환된 디지털 신호를 기저 대역의 신호로 변환시키기 위한 디지털 IF 복조기; 및
    상기 디지털 IF 복조기에서 출력되는 기저 대역의 수신신호를 FQPSK 복조시키고, 채널 등화시키고, 역패킷화시켜 수신 데이터를 생성시키기 위한 디지털 신호처리기를 포함함을 특징으로 하는 셀룰러 통신 송신기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증폭기는 저잡음 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 셀룰러 통신 송신기.
  4. 통신 시스템에 있어서,
    입력되는 데이터를 패킷화시키고, 패킷화된 데이터를 FQPSK 변조시키기 위한 송신용 디지털 신호처리기;
    상기 송신용 디지털 신호처리기에서 변조된 신호를 중간 주파수 대역으로 변조시키기 위한 IF 변조기;
    상기 IF 변조기에서 출력되는 IF 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환기;
    상기 아날로그 변환된 IF 송신신호를 1차 로컬 주파수 신호와 합성시켜 출력시키기 위한 송신용 1차 로컬 주파수 합성기;
    상기 송신용 1차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 송신 주파수 도약 부호에 상응하여 발생된 2차 로컬 주파수 신호와 합성시켜 출력시키기 위한 송신용 2차 로컬 주파수 합성기;
    상기 송신용 2차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 소정의 이득으로 증폭시켜 안테나로 출력시키기 위한 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기의 출력신호를 입력하여 안테나로 출력시키고, 상기 안테나로부터 수신되는 신호를 입력하여 수신 단의 수신 증폭기로 출력시키기 위한 송/수신 스위칭부;
    상기 송/수신 스위칭부에서 출력되는 수신신호를 입력하여 증폭시키기 위한 수신 증폭기;
    상기 증폭기에서 증폭된 수신신호를 수신 주파수 도약부호에 상응하여 발생된 1차 로컬 주파수와 합성하여 반송파를 제거하기 위한 수신용 1차 로컬 주파수 합성기;
    상기 수신용 1차 로컬 도약 주파수 합성기의 출력신호를 2차 로컬 주파수와 합성시켜 출력시키기 위한 수신용 2차 로컬 주파수 합성기;
    상기 수신용 2차 로컬 주파수 합성기의 출력신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기;
    상기 아날로그/디지털 변환기에서 변환된 디지털 신호를 기저 대역의 신호로 변환시키기 위한 디지털 IF 복조기; 및
    상기 디지털 IF 복조기에서 출력되는 기저 대역의 수신신호를 FQPSK 복조시키고, 채널 등화시키고, 역패킷화시켜 수신 데이터를 생성시키기 위한 수신용 디지털 신호처리기를 포함함을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수신 증폭기는 저잡음 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 송/수신 스위칭부는 하이브리드 트랜스 회로를 포함함을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
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