KR20040054827A - Ｃｄｍａ 시스템의 기지국에서의 ｐａｒ 감소를 위한 채널할당장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CDMA 시스템에서 순방향 링크에서 PAR을 영향을 최소화하여 통화 채널 상의 왈쉬 코드를 할당할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치는, 다중 채널 신호의 PAR이 최소가 되도록, 순방향 링크 상의 피크 파워, 짧은 PN 코드, 그리고 오픈 루프 파워 제어 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값으로 왈쉬 코드 테이블을 발생시키고 통화 채널에 할당하는 왈쉬코드 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본원발명은 PAR의 영향을 최소화하여 대 전력 증폭기의 백오프를 줄여줌으로써, 저 용량의 대 전력 증폭기로 동일 출력을 송신할 수 있도록 한 기지국을 제공함에 있다.

Description

ＣＤＭＡ 시스템의 기지국에서의 ＰＡＲ 감소를 위한 채널 할당장치{channel assignment for PAR decrease in base station of CDMA system}

본 발명은 코드분할다중접속(CDMA) 시스템의 기지국에 있어서, 특히 순방향 링크에서 디지털 채널 이득, 피크 파워(Peak Power) 및 통화 채널에 할당될 짧은의사잡음코드(Short PN Code)의 오프셋 등의 파라미터를 고려하여 트래픽 채널(traffic channel) 상의 왈쉬 코드(walsh code)를 할당하여 채널의 피크 파워를 낮출 수 있도록 한 코드분할다중접속 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치에 관한 것이다.

IS-95 규격에 근간한 코드분할다중접속(CDMA) 시스템은 순 방향 링크(forward link)와 역 방향 링크(backward link)에서 각기 다른 비대칭 링크 구조를 가지고 있다.

도 1은 CDMA 시스템의 순방향 및 역방향 채널 구조를 나타낸 도면이다.

순 방향(기지국에서 단말기로의 접속) 채널은 동일한 주파수에서 1개의 파일럿(Pilot) 채널, 1개의 동기(Sync) 채널, 1 ~ 7개의 호출(Paging) 채널과 다수의 통화(Traffic) 채널로서 최대 64개의 채널로 구성된다. 이러한 채널들은 같은 주파수 내에서 각기 다른 번호의 왈쉬 코드(Walsh Code)에 의해 구분되며, 이동국에서는 왈쉬 코드의 직교 특성을 이용하여 채널을 구분한다.

역방향 채널 구조는 다수개의 액세스 채널, 다수개의 통화채널, 호출 채널들에 대한 액세스 채널로 구성된다.

이러한 CDMA 시스템에서 순방향 채널은 왈쉬 코드에 의해서 확산이 되지만, 역방향 채널은 롱 코드(Long code)에 의해서 확산이 된다.

IS-95 CDMA 방식에서 왈쉬코드는 하다마드 매트릭스(Hadamard matrix, 64 x 64)에 의해 64개의 왈쉬 코드가 발생되며, 상기 왈쉬코드 간에는 서로 직교성을 유지하게 되어 왈쉬 코드에 할당되는 채널간에 간섭이 최소화되면서 이동국에서 구분이 이루어지게 된다. 코드간 직교성의 의미는 각 코드의 시작점을 정확히 같은 시점으로 유지시키면 코드간에는 서로 간섭으로 작용하지 않는다는 의미로 해석할 수 있다.

파일럿(Pilot) 채널은 항상 왈쉬 코드 '0'번에 할당되며, 어떠한 정보도 실리지 않은 상태에서 PN 코드와 확산 변조된다. 따라서 파일럿 채널은 짧은 PN 코드 그 자체가 되어 이동국에게 시간 및 위상 기준을 제공하며, 기지국을 구분하는 기준(PN offset) 정보를 제공하게 된다.

동기(Sync) 채널은 1.2Kbps의 속도로 왈쉬코드 '32'번에 할당되며, 특정한 정보를 실어 반복적으로 송신된다. 여기서 송신되는 메시지는 특정한 이동국에 해당하는 정보가 아닌 브로드캐스팅(Broadcasting)에 해당하는 공통된 정보이다. 즉, 기지국 초기 동기에 필요한 정보를 이동국에 내려주게 되며, 이동국은 일단 동기 채널을 통해 초기 동기 정보를 입수하게 되면 더 이상 동기 채널을 주시하지 않고 다음의 호출 채널 수신 상태로 넘어간다.

호출(Paging) 채널은 동기 채널과 유사하게 특정한 정보를 송신한다. 그러나 동기 채널과는 달리 더 높은 데이터 속도 4.8Kbps 또는 9.6Kbps로 송신하며, 호출 채널이 사용되는 수에 따라 왈쉬 코드 '1' 부터 '7' 까지 순차적으로 할당되며 메시지 종류도 매우 다양하다. 호출 채널에 실리는 메시지는 전체 시스템 구성 관련 정보를 모든 이동국이 수신하도록 하는 오버헤드(Overhead) 메시지와 이동국 호출 및 이동국 요구에 대한 응답 등의 정보로서 특정한 이동국에 국한하여 수신하도록 하는 지정 메시지로 구성된다.

통화 채널은 통화자의 음성과 데이터를 송신할 뿐만 아니라 통화 중에도 빈 프레임을 이용하여 신호 메시지도 주고받는다. 순방향 통화 채널의 구조는 호출 채널과 매우 유사하지만 각 단계별 데이터 속도가 다르다는 점과 전력 제어 데이터를 합쳐 주는 부분이 추가된다. 즉, 음성 또는 데이터는 특정한 이동국에서만 수신이 가능하도록 특정 이동국과 시작 시점이 같은 롱 코드를 이용하여 혼합되며, 특정 이동국에 대하여 할당된 특정 왈쉬코드에 의해 커버링(Covering)된 후, 폐루프(Closed Loop) 전력 제어 비트와 다시 혼합되어 짧은 PN 코드에 의해 확산 변조되어 주파수 상향 변환과 파워 증폭기(PA: Power Amplifier), 안테나를 거쳐 송신이 이루어진다.

이러한 통화 채널에 대해서 왈쉬 코드의 할당은 파일럿, 동기, 호출 채널을 위한 왈쉬 코드를 제외한 왈쉬코드 '8' ~ '31' 또는 왈쉬 '33' ~ '63' 사이에서 임의로 할당되게 된다.

순방향 링크(기지국에서 이동 단말기로의 접속)에서 사용되는 채널로는 파일롯 채널(Pilot Channel), 동기 채널(Synchronous Channel), 호출 채널(Paging Channel), 통화 채널(Traffic Channel)의 4가지가 있다. 이 채널들의 구분은 순방향에서는 왈시코드(Walsh Code)로 하고 있다.

도 2는 종래 CDMA 시스템의 기지국에서의 순방향 링크 송신 경로를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 호출 채널 및 통화 채널(Traffic 1~N) 각각에 할당되는 롱 코드(Long Code)를 각각 곱해주는 제 1곱셈기(101)와, 각 채널에 서로 다른 왈쉬코드를 각각 곱해주는 제 2곱셈기(102)와, 통화 채널 각각에 파워 제어 신호(PC: Power control)를 각각 곱해주는 제 3곱셈기(103)와, 각 채널에 짧은 PN 코드를 곱해주어 각 채널을 확산 변조시키는 제 4곱셈기(104)와, 상기 확산 변조된 채널 신호의 합을 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환부(DAC)(105)와, 아날로그 변환된 채널 신호를 국부 발진 주파수에 의해 상향 변조시켜 출력하는 믹서부(106)와, 믹서부의 출력 파워를 증폭하는 파워 증폭부(107)와, 파워 증폭부의 출력에서 필요 대역을 필터링하여 안테나를 통해 방사하는 밴드패스필터(108)를 포함하는 구성이다.

여기서, 제 1 내지 제 4 곱셈기(101~104)는 모뎀(MODEM)으로서, 제 1곱셈기(101)는 호출 채널 및 통화 채널에 각각 할당되는 롱 코드를 각각 곱하여 출력하며, 제 2곱셈기(102)는 파일럿 채널 및 동기 채널, 그리고 제 1곱셈기(101)에서 롱코드가 곱해진 호출 및 통화채널 각각에 상기에서 설명한 바와 같은 왈쉬 코드를 곱해준다. 제 3곱셈기(103)는 왈쉬코드가 곱해진 통화 채널 각각에 파워 제어신호를 곱해주어 출력하게 된다. 제 4곱셈기(104)는 왈쉬코드가 곱해진 각 채널에 짧은 PN 코드를 곱하여 QPSK 확산시켜 주어 출력하게 된다. 이와 같이, 각 채널은 코드 도메인(Code Domain) 상에서 각각 채널에 부여된 왈쉬 코드에 의해 코드간 직교성을 유지하게 된다. 이렇게 직교 특성이 부여된 각 채널은 1.2288Mbps 짧은 의사잡음(short PN) 코드에 의해 QPSK 확산 변조 후, 이렇게 확산 변조된 채널 신호는 합해져 출력된다.

디지털 아날로그 변환부(105)는 상기 채널 합 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하며, 믹서부(Mixer)(106)에서 국부 발진 주파수(LO: Local Oscillator frequency)와 혼합되어 송신하고자 하는 주파수로 상향 변환되며, 파워 증폭부(PA : Power Amplifier)(107)에서 대전력 증폭된 후, 밴드패스필터(108)을 거쳐서 안테나를 통해 이동국으로 송신된다

이와 같이 CDMA 시스템에서 송신 신호는 파일럿 채널, 동기 채널, 호출 채널 및 통화 채널로 구성되며, 각각의 채널은 그 사용 용도에 따라 왈쉬 코드에 의한 커버링(Covering)으로 구분되게 된다. 왈쉬 코드는 IS-95 시스템의 경우 64개가 존재하며 IS-2000 시스템의 경우 무선 구간의 가입자 수용 용량이 증대하여 쿼시 직교 기능(QOF : Quasi-Orthogonal Functions)을 적용하여 256개까지 확대가 가능하다.

그러나, 왈쉬 커버링에 의해 구분되는 다중 채널 신호로 구성되는 CDMA 시스템의 송신 신호는 높은 PAR(Peak-to-Average Rate) 특성을 보여 주며, 높은 PAR 특성을 갖는 다중 채널 신호의 증폭을 위해서는 종단 대 출력 증폭기가 PAR과 같은 크기의 백오프(Backoff: 파워 여유분)를 보유하고 있어야 신호를 왜곡 없이 증폭할 수 있게 된다.

또한, 통화 채널에 할당되는 왈쉬 코드 할당에 따라 다중 채널 신호의 PAR이 영향을 받게 되며, 이는 종단 증폭기 과도 설계 등을 유도하게 된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, CDMA 시스템에서다중 채널 신호의 PAR을 고려하여 순방향 링크 상의 통화 채널에 왈쉬코드를 할당하여 PAR을 감소시켜 줄 수 있도록 한 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 CDMA 시스템에서 디지털 채널 이득 및 짧은 PN 코드, 현재의 PAR을 고려하여 순방향 링크 상의 통화 채널에 왈쉬 코드를 할당하여 PAR을 감소시켜 줄 수 있도록 한 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 CDMA 시스템의 순방향 및 역방향 채널 구조.

도 2는 종래 CDMA 시스템의 기지국 순방향 링크의 송신 경로를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명 CDMA 시스템이 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당장치를 나타낸 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

201,202,203,204...곱셈기 205...디지털 아날로그 변환부

206...믹서부 207...파워 증폭부

208...밴드패스필터 209...피크 확률 계산부

210...디지털 이득 제어부 211...짧은 PN 코드 발생부

212...호 처리 프로세서 213...왈쉬코드 발생부

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치는,

CDMA 시스템의 기지국의 순방향 링크 경로에 있어서,

다중 채널 신호의 PAR이 최소가 되도록, 순방향 링크 상의 각 채널 신호 합에 의한 피크 파워, 통화 채널에 할당될 짧은 PN 코드, 그리고 오픈 루프 파워 제어 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값으로 왈쉬 코드 테이블을 발생시키고 통화 채널에 할당하는 왈쉬코드 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예로서, CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치는, 모뎀으로부터 출력되는 각 통화 채널의 합을 입력받는 디지털 아날로그 변환부의 출력 아날로그 신호를 감지하여 피크 파워를 검출하고 그 확률적 분포를 전달하는 피크 확률 계산부와, 통화 채널에 할당될 짧은 PN 코드를 알려주는 짧은 PN 코드 발생부와, 오프 루프 파워 제어 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값을 전달하는 디지털 이득 제어부와, 왈쉬 코드의 자원 할당과 자원회수를 제어하는 호 처리 프로세서와, 상기 호 처리 프로세서로부터 왈쉬 코드의 자원 할당과 자원회수 제어신호와 상기 각 부로부터 전달되는 각 파라미터를 이용하여 통화 채널 할당을 위한 왈쉬코드를 발생하여 통화채널에 할당하는 왈쉬코드 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치를 나타낸 구성도이다.

도 3을 참조하면, 각 통화채널의 합을 입력받는 디지털 아날로그 변환부(205)의 출력 아날로그 신호를 감지하여 피크 파워(Peak Power)를 검출하고 그 확률적 분포를 전달하는 피크 확률 계산부(209)와, 오프 루프 파워 제어 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값을 전달하는 디지털 이득 제어부(210)와, 통화 채널에 할당될 짧은 PN 코드를 알려주는 짧은 PN 코드 발생부(211)와, 왈쉬 코드의 자원 할당과 자원회수를 제어하는 호 처리 프로세서(212)와, 상기 호 처리 프로세서로부터 제어신호와 상기 각 부로부터 전달되는 각 파라미터를 이용하여 통화 채널 할당을 위한 왈쉬코드를 발생하여 할당하는 왈쉬코드 발생부(213)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

CDMA 시스템에서 각각의 채널에 할당되는 왈쉬코드는 기지국 및 이동국에서 각각 생성하게 되며, 기지국은 이동국으로의 호출 채널을 통하여 통화채널로 사용 가능한 왈쉬코드를 알려주게 된다.

그리고, 통화 채널에 할당되는 왈쉬코드를 제외한 나머지 채널에 대한 왈쉬코드는 IS-95에 의하여 규격화되어져 고정되어 있으나, 각각의 통화 채널에 할당되는 왈쉬코드는 접속 환경에 따라 55개의 코드 주의 임의로 할당되어지는 코드를 사용하게 된다.

이러한 각각의 통화 채널에 할당되는 왈쉬코드에 따라 다중 채널 신호의 PAR 이 영향을 받게 된다. 이러한 PAR은 다중 신호의 혼합에 따른 각각의 신호들의 구성에 따라 그 발생 정도가 다르게 되나, CDMA 시스템에서 다중 신호에 의한 PAR의 크기는 12dB 정도 내외에서 발생하게 되어 그 정도가 매우 크게 된다. 이는 다중 채널 신호의 PAR로 인하여 종단 증폭기는 왜곡 없는 대 전력 증폭을 위하여 PAR 크기만큼의 백 오프를 필요로 하게 되며, 이러한 백오프로 인하여 고가의 대용량 증폭기가 필요하게 된다.

예를 들면, PAR 3dB의 감소는 종단 증폭기의 백오프를 3dB 감소시키며, 이는 종단 증폭기의 필요 용량을 1/2로 감소할 수 있게 된다.

이를 위해서, 도 3을 참조하여 PAR 감소를 위한 통화채널 할당 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모뎀의 제 1 및 제 4 곱셈기(201~204)를 통해 통화채널 신호에 롱 코드, 왈쉬 코드, 파워 제어신호를 곱하여, 다시 짧은 PN 코드를 각각 곱하여 QPSK확산 변조된 모뎀의 통화 채널 신호는 합해진 후 디지털 아날로그 변환부(205)에 의해 아날로그 신호로 변환되고, 믹서부(206)에서 국부 발진 주파수와 곱해져 상향 주파수로 변환되며, 파워 증폭부(207)에 의해 전력 증폭된 후 밴드패스필터(208)를 통해서 안테나로 방사된다.

이때, 피크 확률 계산부(209)는 상기 디지털 아날로그 변환부(205)의 출력을 감지하여 피크 파워(Peak Power)를 검출하고 그 확률적 분포를 계산하여 왈쉬 코드 발생부(213)로 전달한다.

그리고, 짧은 PN 코드 발생부(211)는 통화 채널에 할당될 짧은 PN 코드를 왈쉬코드 발생부(213)에 알려주며, 디지털 이득 제어부(214)는 오픈 루프 파워 제어(Open Loop Power control) 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값을 예측하여 왈쉬 코드 발생부(213)로 전달하게 된다.

여기서, 순방향 링크의 오픈 루프 파워 제어 방식은 기지국이 단말기의 접속시 단말기의 수신전력을 근거로 순방향 손실을 예측하며, 그 예측 값으로 각 통화채널의 초기 디지털 이득을 조절한다. 그리고 기지국은 초기에 채널마다 기준 이득을 배정하고 있다.

그리고, 호 처리 프로세서(212)는 통화 채널에 할당되는 왈쉬 코드의 자원 할당과 회수를 제어하게 된다.

그러면, 왈쉬 코드 발생부(213)는 호 처리 프로세(212)의 제어 신호와 상기 피크 확률 계산부(209)로부터 전달되는 현재의 PAR을 고려하여 PAR을 감소시킬 수 있도록 왈쉬코드를 통화채널에 할당하게 되는데, 상기 디지털 이득 제어부(210) 및짧은 PN 코드 발생부(211)로부터 전달되는 디지털 채널 이득, 짧은 PN 코드를 이용하여 통화 채널에 할당되는 왈쉬 코드 테이블을 발생시키고 각 통화 채널에 할당하게 된다.

즉, 왈쉬코드 발생부(213)는 각 코드를 할당받게 될 통화 채널의 오프루프 파워 제어에 의한 디지털 채널 이득과 짧은 PN 코드를 고려하여 다음의 디지털 아날로그 변화부(205)의 출력에서 계산되어질 피크 레이트 분포 확률이 최소의 PAR를 유지할 수 있도록 해 준다.

다시 말하면, 통화 채널은 이동국의 위치에 상관없이 동일한 품질의 서비스를 위하여 기지국으로부터 멀리 떨어져 있는 이동국의 경우 최초 호 설정을 시, 오픈 루프 파워 제어(Open Loop Power Control)를 통하여 디지털 채널 이득을 더 갖게 되며, 높은 디지털 채널 이득을 갖는 통화 채널은 왈쉬 코드 할당에 따라 다중 채널 신호의 PAR에 미치는 영향이 더 크게 된다.

이때 왈쉬 코드 발생부(213)는 디지털 채널 이득 파리미터와 짧은 PN 코드 및 각각의 경우에 따른 다 중 신호의 피크 파워 분배 확률(Probability)을 감시하여 최소의 PAR을 갖는 왈쉬 코드 테이블을 생성하여 관리하고 통화채널에 할당하게 된다.

이로써, 다중채널 신호의 PAR을 감소시킬 수 있으며, 감소된 PAR은 기지국의종단 대 전력 증폭기의 필요 백오프를 낮추게 되어 저가의 저용량 증폭기의 사용이 가능하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치에 의하면, 다중 채널 신호의 PAR을 감소시킬 수 있으며, 감소된 PAR은 기지국의 종단 대 전력 증폭기의 필요 백오프를 낮추게 되어 저가의 저 용량 증폭기의 사용이 가능하게 됨으로서, 기지국 가격 저하 및 크기 감소에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. CDMA 시스템의 기지국의 순방향 링크 경로에 있어서,

   다중 채널 신호의 PAR이 최소가 되도록, 순방향 링크 상의 각 채널 신호 합에 의한 피크 파워, 통화 채널에 할당될 짧은 PN 코드, 그리고 오픈 루프 파워 제어 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값으로 왈쉬 코드 테이블을 발생시키고 통화 채널에 할당하는 왈쉬코드 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치.
2. CDMA 시스템의 기지국의 순방향 링크 경로에 있어서,

   모뎀으로부터 출력되는 각 통화 채널의 합을 입력받는 디지털 아날로그 변환부의 출력 아날로그 신호를 감지하여 피크 파워를 검출하고 그 확률적 분포를 전달하는 피크 확률 계산부와, 통화 채널에 할당될 짧은 PN 코드를 알려주는 짧은 PN 코드 발생부와, 오프 루프 파워 제어 프로세싱에 따른 통화 채널의 디지털 이득 값을 전달하는 디지털 이득 제어부와, 왈쉬 코드의 자원 할당과 자원회수를 제어하는 호 처리 프로세서와, 상기 호 처리 프로세서로부터 왈쉬 코드의 자원 할당과 자원회수 제어신호와 상기 각 부로부터 전달되는 각 파라미터를 이용하여 통화 채널 할당을 위한 왈쉬코드를 발생하여 통화채널에 할당하는 왈쉬코드 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템의 기지국에서의 PAR 감소를 위한 채널 할당 장치.