KR20050020054A

KR20050020054A - 이동통신 시스템에서 역확산 장치

Info

Publication number: KR20050020054A
Application number: KR1020030057697A
Authority: KR
Inventors: 류동렬
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2005-03-04

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 역확산 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 A/D 변환의 오프셋 보상과 역확산 과정을 단순화하여 디지털 회로의 전력 소모와 복잡도를 줄이는 것에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 역확산 장치는 직접 시퀀스 확산 대역 통신 시스템에서 확산된 신호들을 수신하여 역확산하는 장치에 있어서, 상기 수신된 신호를 짝수 양자화하는 A/D 변환기와, 상기 짝수 양자화된 신호와 확산 코드를 배타적 논리합(Exclusive-OR)하여 역확산하는 배타적 논리합 연산부와, 상기 배타적 논리합 연산부에서 역확산된 신호와 직교 분할 코드의 곱을 수행하여 원신호를 출력하는 제 1 곱셈기와, 상기 원신호의 심볼 구간 또는 특정 구간 동안 누적하는 누적기와, 상기 누적기에서 출력된 누적값에 특정 값을 곱해주는 제 2 곱셈기와, 상기 제 2 곱셈기에서 출력된 곱셈값에 특정 값을 더해주는 가산기를 포함함을 특징으로 한다.

Description

이동통신 시스템에서 역확산 장치{Apparatus for Despreading in Mobile Communication System}

본 발명은 역확산 장치에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 역확산을 수행하기 위한 이동통신 시스템에서 역확산 장치에 관한 것이다.

일반적으로 직접 시퀀스 확산대역 통신시스템은 전송하고자 하는 신호의 대역보다 광대역 신호를 곱하여 확산대역으로 전송한다. 상기 직접 시퀀스 확산대역 통신시스템에서 이용되는 광대역의 신호를 확산 코드라 하는데 일반적으로 PN(Psedo Noise : PN) 시퀀스라고 하는 유사 잡음 특성을 가지는 시퀀스를 이용한다. 여기서, 확산 코드는 원 신호 보다 광대역이므로 원 신호의 1 심볼 구간 동안 여러 개의 확산 코드가 곱해진다. 통상, 상기 확산 코드의 단위를 칩(chip)이라 한다.

현재 상용 중인 직접 시퀀스 확산대역 통신시스템은 PN 시퀀스 이외에 채널화 코드라고 하는 직교 코드를 이용하여 채널을 분리한다. 상기 채널화 코드는 일반적으로 직교부호의 집합인 하다마드 시퀀스를 사용하고, 상기 직교 코드는 월시부호를 사용한다.

상기 부호분할다중접속 시스템의 역방향 링크에서 대역확산(spread spectrum)을 위한 방법으로는 통상, 도 1에 나타낸 바와 같이 이진 위상 편이 변조(Binary Phase Shift Keying : BPSK) 확산 방식과 도 2에 나타낸 바와 같은 PN(Psuedo Noise) 복소 확산방법(PN Complex Spreading Scheme)이 있다. 상기 PN 복소 확산 방법에는 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying : QPSK) 확산 방법이 대표적이다.

여기서, BPSK 확산 방식은 전송하고자 하는 두 값(0 또는 1)의 전송 신호를 반송파의 0 위상과 π위상의 2 위상에 대응시켜 전송하는 것이다. 상기 QPSK 확산 방식은 두 값의 디지털 신호의 0과 1의 2 비트를 모아서 반송파의 4위상에 대응시켜 전송하는 방식이다. 예를 들면, 0위상에 (0, 0), π/2위상에 (0, 1), π위상에 (1, 0), 3π/2위상에 (1, 1)를 대응시켜 전송한다. 반송파의 위상 변화를 90°간격으로 취하여 하나의 부호(1 심볼(symbol))로 1비트를 전송하는 2진 위상 편이 변조와는 달리 하나의 부호로 2 비트를 전송하는 방식이다.

상기와 같은 대역확산 방식을 적용한 직접 시퀀스 확산대역통신시스템에서 송신단과 수신단 간의 원활한 통신을 위해서 상기 수신단에서는 송신단에서 이용된 확산 코드를 수신 신호에 다시 곱하여 원래의 신호로 복원해야 한다. 특히 직교 코드를 이용한 코드분할 다중접속시스템에서는 PN 시퀀스 이외에도 복조하고자 하는 채널에 곱해진 직교 코드를 다시 곱하여 신호를 복원해야 한다. 즉, 상기 CDMA 동기 모뎀 복조(demodulator)단에서 최초로 하는 일은 RF(radio frequency) 상태로 수신된 확산된(spreaded) 신호를 역확산(despreading)하는 것이다.

한편 최근 복조단은 디지털로 구현되는 추세이므로 수신 신호는 A/D 변환기(Analog/Digital converter : ADC)를 거쳐 입력된다. 일반적으로 A/D 변환기는 보통 짝수 양자화(even-quantization)를 수행한다. 2의 보수로 표현할 때 0을 기준으로 하면 음의 레벨이 하나 더 많게 된다. 따라서, q를 양자화 레벨이라고 할 때 -0.5q 만큼의 오프셋을 가지게 된다.

도 3에 짝수 양자화를 이용한 4 비트 A/D 변환기 출력을 도시하였다. 상기 도 3에서 음의 레벨이 하나 더 많은 것을 알 수 있다. 디지털로 구현된 수신단의 복조 성능을 향상시키기 위해서는 오프셋을 보상하여 신호를 복조하는 것이 바람직하다.

따라서, 직접 시퀀스 확산대역시스템에서 수신단의 짝수 양자화된 A/D 변환기에 대한 오프셋 보상은 0.5를 더해서 해결할 수 있다. 고정(fixed) 소수점이 표현되는 디지털회로에서는 이에 대하여 최하위비트에 1을 삽입함으로써 해결한다. 즉, 'ADC_출력신호x2+1'연산이 이에 해당한다. A/D 변환기에 대한 오프셋 보상을 수행한 후에 역확산을 수행한다.

도 4는 종래의 BPSK 확산 방식을 이용한 직접시퀀스 확산대역시스템에서 수신단의 역확산 과정을 나타낸 것이다. 종래의 BPSK 확산 방식은 수신된 신호를 A/D 변환한 후, 상기 A/D 변환에 대한 오프셋 보상을 수행한 신호에 확산시퀀스를 곱하여 역확산을 수행한다. 이후, 역확산된 신호에 대하여 원 신호의 심볼 구간 또는 특정 구간 동안 누적한다. 여기서 심볼 구간이 아닌 특정 구간 동안 누적하는 경우는 원 신호를 복조하기 위한 경우 보다는 확산 코드의 동기 및 에너지 측정 등의 목적으로 사용되는 경우가 많다.

도 5는 종래의 복소 확산 방식을 이용한 직접시퀀스 확산대역시스템에서 수신단의 역확산 과정을 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 것과 도 5에 나타낸 것의 차이점은 확산코드에 대한 역확산이 공액복소곱(complex conjugate multiplication)으로 수행된다는 점이며, 그 외 동작은 도 4와 거의 차이가 없다.

상기와 같은 BPSK 확산 방식이나 복소 확산 방식은 A/D 변환의 오프셋 보상을 위하여 매 샘플마다 "ADC_출력신호x2+1" 연산을 수행하야 하는 문제점이 있으며, 1 bit가 증가하므로 역확산기, 누적기 등에서도 비트수가 증가하게 되어 하드웨어의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.

아울러, 종래에는 A/D 변환에 대한 오프셋 보상으로 발생한 비트 수 증가로 인해 전력소모가 증가하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 역확산 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템에서 A/D 변환의 오프셋 보상으로 인한 전력 소모를 줄이는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템에서 역확산에서 요구되는 디지털 회로의 비트수를 감소시키는데 있다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 BPSK 역확산 장치는 도6에 나타낸 바와 같이, 직접 시퀀스 확산 대역 통신 시스템에서 확산된 신호들을 수신하여 짝수 양자화를 수행하는 A/D 변환기와, 상기 짝수 양자화된 신호와 확산 코드를 배타적 논리합(Exclusive-OR)하여 역확산하는 배타적 논리합 연산부와, 상기 배타적 논리합 연산부에서 역확산된 신호와 직교 분할 코드의 곱을 수행하여 원신호를 출력하는 제 1 곱셈기와, 상기 원신호의 심볼 구간 또는 특정 구간 동안 누적하는 누적기, 상기 누적기에서 출력된 누적값에 특정 값을 곱해주는 제 2 곱셈기와, 상기 제 2 곱셈기에서 출력된 곱셈값에 특정 값을 더해주는 가산기를 구비하여 이루어진다.

종래의 도 3에서의 A/D 변환기는 짝수 양자화를 통해 오프셋을 가지게 되며, 이를 보상하기 위하여 디지털 회로에서 "ADC_출력신호x2+1"의 연산을 수행하게 된다. 이때 출력되는 A/D 변환기의 출력신호는 2의 보수 형태로서 이와 곱해지는 확산 코드의 실수 값은 1 또는 -1 이다. A/D 변환기의 출력신호를 ADC_OUT, 확산 코드를 PN이라고 하면 역확산된 신호의 출력신호 DESP_OUT 은 하기 <수학식 1>에 나타나 있다.

따라서, 확산 코드의 실수 값이 +1일 경우와, 확산 코드의 실수 값이 -1일 경우는 하기의 <수학식 2>, <수학식 3>과 같다.

상기 <수학식 3>에서 -ADC_OUT는 1의 보수에 1을 더한 값이다. 따라서, k 를 k 에 대한 1의 보수라고 할 때 -ADC_OUT = ADC_OUT + 1 이 되므로 <수학식 3>는 다음과 같이 된다.

확산 코드의 실수 값 1/-1은 논리적으로는 이진 값인 0과 1을 의미한다. 논리 연산으로, A 배타적 논리합 0 = A 또는 A 배타적 논리합 1 = A이 되므로 <수학식 2>와 <수학식 3>으로부터 역확산 신호는 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 실제 디지털 회로에서 PN = 0은 해당 칩에 대한 확산 코드의 모든 비트가 0, PN = 1은 모든 비트가 1인 것을 의미한다. 직접 시퀀스 확산대역통신시스템에서 확산 코드에 의한 역확산이 수행되면 필요에 따라 직교 코드를 곱하는 과정이 요구될 수 있으며, 그 다음 특정 길이 만큼 누적을 하게 된다. 여기서 누적 길이는 보통 직교 코드 길이의 배수로 하는 것이 일반적이다. 직교 코드를 CH, 누적길이를 N 이라고 하면 누적기의 출력 ACC_OUT 은 <수학식 6>과 같이 표현된다.

한편 <수학식 6>에서 N이 하다마드 시퀀스를 이용한 직교 분할 코드 길이의 배수라고 우변의 두 번째 항은 다음과 같다.

, 직교부호가 항상 1인 경우

, 직교부호가 1과 -1의 개수가 주기내에서 동일한 경우

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BPSK 확산 방식을 상기 <수학식 6>, <수학식 7>, <수학식 8>을 이용하여 나타내었다.

도 6의 실시 예에 따르면 도 4에서 매 샘플마다 A/D 변환에 따른 오프셋 변환을 위하여 수행했던 "2xADC_OUT+1"을 연산을 해줄 필요가 없으며 단지 누적이 완료된 이후에 단순히 2배를 해주면 된다. 이때, 최상위비트(Most Significant Bit : MSB) 방향으로 1 비트 쉬프트(bit shift)를 이용하여 쉽게 구현 가능하다. 또한, 직교 분할 코드의 특성에 따라 필요한 경우 덧셈을 한번만 해주면 되므로 전력 소모 증가를 방지할 수 있다.

또한, 도 6의 실시예에 따라 "2xADC_OUT+1" 연산으로 인하여 최하위비트에 1을 삽입에 의한 비트 수 증가에 따른 역확산기와 누적기 회로의 디지털 비트 수 증가를 방지할 수 있다.

또한, 도 6의 실시예에 따라 확산 코드의 역확산도 2의 보수의 곱셈 대신 배타적 논리합(exclusive-or)으로 처리함으로써 구현이 간단해질 수 있다.

상기와 같은 BPSK 확산 방식을 이용한 단순화 과정은 복소 확산을 이용하는 직접 시퀀스 확산대역통신시스템에도 적용할 수 있다. 종래의 도 5에 나타낸 복소 역확산 과정을 단순화하면 I 채널과 Q 채널의 출력은 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, ACC_OUT_I와 ACC_OUT_Q는 항상 2가 곱해져 있다. 이것은 디지털 회로의 관점에서 보면 단순한 스케일(scale) 문제이므로 불필요하므로 비트 수를 줄이기 위하여 생략할 수 있다. 따라서 두 채널의 역확산을 거친 누적기의 출력은 <수학식 10>, <수학식 11>과 같이 표현할 수 있다.

<수학식 11>에서도 상기 <수학식 7~8>의 원리를 그대로 적용할 수 있으므로 더욱 간단화시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복소 역확산 장치는 도 7에 나타낸 바와 같이 직접 시퀀스 확산 대역 통신 시스템에서 확산된 신호들을 I 채널과 Q 채널을 통해 수신하여 복소 역확산 하는 장치에 있어서, 상기 I, Q 채널을 통해 수신된 신호들을 짝수 양자화하는 A/D 변환기와, 상기 짝수 양자화된 I 채널 신호와 Q 채널 신호에 확산 코드를 배타적 논리합(Exclusive-OR)하여 출력하는 배타적 논리합 연산부와, 상기 배타적 논리합 연산부에서 출력되는 I 채널 신호와 Q 채널 신호 각각에 직교 분할 코드를 곱하여 출력하는 곱셈기와, 상기 곱셈기에서 출력되는 I 채널 신호와 Q 채널 신호의 특정 구간 동안 누적하여 출력하는 누적기와, 상기 누적기에서 출력되는 I 채널 신호에 특정 값을 더해주는 가산기를 구비하여 이루어진다.

상기 복소 역확산 장치는 <수학식 7~8>, <수학식 10~11>을 이용하여 나타내었다. 상기 복소 역확산 장치 중에서 배타적 논리합 연산부는 I 채널에서 출력된 I 채널 신호와 I 채널의 확산 코드인 PN_I를 배타적 논리합한 값과 Q 채널에서 출력된 Q 채널 신호와 Q 채널의 확산 코드인 PN_Q를 배타적 논리합한 값을 더하여 출력하고, Q 채널에서 출력된 Q 채널 신호와 PN_I를 배타적 논리합한 값과 I 채널에서 출력된 I 채널 신호와 PN_Q를 배타적 논리합한 결과 발생한 반전된 부호값을 더하여 출력한다. 상기 누적기는 상기 곱셈기에서 출력되는 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 심볼 구간 동안을 누적하여 출력한다. 상기 가산기는 <수학식 10>에 나타낸 바와 같이 누적기에서 출력된 값에 더해지는 특정 값이 직교부호가 항상 1인 경우 이고, 직교부호가 항상 1이 아닌 경우는 이다.

도 7에 따르면 도 5에서 매 샘플마다 A/D 변환에 따른 오프셋 변환을 위하여 수행했던 "2xADC_OUT+1"을 연산을 해줄 필요가 없으며, 단지 직교 분할 코드의 특성에 따라 필요한 경우 덧셈을 한번만 해주면 되므로 전력 소모를 방지할 수 있다.

도 7의 실시예에 따라 종래의 '2xADC_OUT+1' 연산으로 인하여 최하위비트에 1을 삽입함으로써 발생하는 비트 수 증가에 따른 역확산기와 누적기 회로의 비트 수 증가를 방지할 수 있다. 또한, 역확산 후 누적값도 종래의 방식에 비하여 스케일만 작아지므로 동일 정확도를 가지면서도 1 bit를 줄일 수 있어서 이후 단의 전체 비트수를 감소시킬 수 있다.

또한, 도 7의 실시예에 따라 확산 코드의 역확산도 2의 보수의 곱셈 대신 배타적 논리합(exclusive-or)으로 처리함으로써 구현이 간단해질 수 있다.

본 발명은, 짝수 양자화를 수행하는 A/D 변환에서 발생하는 오프셋을 보상 동작을 매 샘플마다 수행하지 않고 누적단위마다 수행함으로써 전력 소모를 줄일 수 있다.

종래 방식에 비하여 역확산기, 누적기 등의 구현에 필요한 비트 수를 줄일 수 있다.

역확산을 2의 보수에 대한 곱셈 대신 배타적 논리합(exclusive-or : XOR)로 수행함으로써 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 BPSK 역확산 방식을 이용한 직접시퀀스 확산대역 통신시스템을 나타낸 도,

도 2는 종래의 복소 역확산 방식을 이용한 직접시퀀스 확산대역 통신시스템을 나타낸 도,

도 3은 짝수 양자화를 이용한 A/D 변환기의 출력을 나타낸 그래프,

도 4는 도 1에 있어서, 종래의 BPSK 역확산 방식에서 A/D 변환에 따른 보상을 하기 위한 장치를 추가하여 상세하게 나타낸 도,

도 5는 도 2에 있어서, 종래의 복소 역확산 방식에서 A/D 변환에 따른 보상을 하기 위한 장치를 추가하여 상세하게 나타낸 도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BPSK 역확산 방식을 이용한 직접시퀀스 확산대역 통신시스템을 나타낸 도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복소 역확산 방식을 이용한 직접시퀀스 확산대역 통신시스템을 나타낸 도.

Claims

직접 시퀀스 확산 대역 통신 시스템에서 확산된 신호들을 수신하여 역확산하는 장치에 있어서,

상기 수신된 신호를 짝수 양자화하는 A/D 변환기와,

상기 짝수 양자화된 신호와 확산 코드를 배타적 논리합(Exclusive-OR)하여 역확산하는 배타적 논리합 연산부와,

상기 배타적 논리합 연산부에서 역확산된 신호와 직교 분할 코드의 곱을 수행하여 원신호를 출력하는 제 1 곱셈기와,

상기 원신호의 심볼 구간 또는 특정 구간 동안 누적하는 누적기와,

상기 누적기에서 출력된 누적값에 특정 값을 곱해주는 제 2 곱셈기와,

상기 제 2 곱셈기에서 출력된 곱셈값에 특정 값을 더해주는 가산기를 포함함을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 역확산 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 곱셈기는 누적기에서 출력된 누적값에 2를 곱해주는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 역확산 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가산기는 제 2 곱셈기에서 출력된 곱셈값에 더해지는 특정 값이 직교부호가 항상 1인 경우 이고, 직교부호가 항상 1이 아닌 경우는 인 것을 특징으로 하는 이동통신 역확산 장치.
직접 시퀀스 확산 대역 통신 시스템에서 확산된 신호들을 I 채널과 Q 채널을 통해 수신하여 복소 역확산 하는 장치에 있어서,

상기 I, Q 채널을 통해 수신된 신호들을 짝수 양자화하는 A/D 변환기와,

상기 짝수 양자화된 I 채널 신호와 Q 채널 신호에 확산 코드를 배타적 논리합(Exclusive-OR)하여 출력하는 배타적 논리합 연산부와,

상기 배타적 논리합 연산부에서 출력되는 I 채널 신호와 Q 채널 신호 각각에 직교 분할 코드를 곱하여 출력하는 곱셈기와,

상기 곱셈기에서 출력되는 I 채널 신호와 Q 채널 신호의 특정 구간 동안 누적하여 출력하는 누적기와,

상기 누적기에서 출력되는 I 채널 신호에 특정 값을 더해주는 가산기를 포함함을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 역확산 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 누적기는 상기 곱셈기에서 출력되는 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 심볼 구간 동안을 누적하여 출력함을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 역확산 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 배타적 논리합 연산부는 I 채널에서 출력된 I 채널 신호와 PN_I를 배타적 논리합한 값과 Q 채널에서 출력된 Q 채널 신호와 PN_Q를 배타적 논리합한 값을 더하여 출력하고, Q 채널에서 출력된 Q 채널 신호와 PN_I를 배타적 논리합한 값과 I 채널에서 출력된 I 채널 신호와 PN_Q를 배타적 논리합한 값에 부호를 반전한 값을 더하여 출력하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 역확산 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 가산기는 누적기에서 출력된 값에 더해지는 특정 값이 직교부호가 항상 1인 경우 이고, 직교부호가 항상 1이 아닌 경우는 인 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 역확산 장치.