KR20050046022A

KR20050046022A - 대역 확산 통신 시스템에 효과적인 확산기

Info

Publication number: KR20050046022A
Application number: KR1020057007704A
Authority: KR
Inventors: 라지 마니 미스라; 그레고리 에스 틸
Original assignee: 인터디지탈 테크날러지 코포레이션
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2005-05-17
Also published as: ES2280068T3; CN1248421C; KR100696232B1; MXPA02009295A; TWI275256B; KR100528605B1; ATE355656T1; EP1269645A1; ATE293309T1; ES2236013T3; TWI239157B; US7103088B2; TW200620854A; AU2001220988B2; KR100793675B1; US6885692B2; NO20024530D0; CA2401896A1; DE60019469D1; DE60033705T2

Abstract

본 발명은 보다 소수의 정수 곱셈을 필요로 하는 CDMA 응용을 위한 확산 시스템 및 방법에 관한 것이다. 사용자 데이터는 칩 길이가 SF 내지 SF _max 인 실수 또는 복소수 정수 기반의 확산 코드들에 의해 확산된다. 상기 확산 코드들 중 적어도 하나는 그 형태가 이며, 여기서

Description

대역 확산 통신 시스템에 효과적인 확산기{EFFICIENT SPREADER FOR SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 일반적으로 디지털 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대역 확산 통신 시스템에서 데이터 신호를 확산시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

통신 시스템은 통상적으로 연속적인 주파수 반송파(carrier)를 사용하여 그 진폭, 주파수 또는 위상을 변화시키는 변조 기술로서 정보 또는 데이터를 전송한다. 이와 같이 전송되는 정보는 심볼(symbol)들을 규정하는 소정의 배열(constellation) 상으로 매핑되어 통신 매체를 통하여 전송된다. 구리(copper), 광섬유 또는 공기(air)를 포함하는 통신 매체는 유도되거나(guided) 또는 유도되지 않을 수 있으며, 이는 일반적으로 통신 채널이라 불린다.

통신 시스템들은 단일 접속으로 사용되는 경우가 드물다. 도 1은 종래 기술의 다중 접속 통신 시스템을 도시하고 있다. 시분할 다중 접속(TDMA; Time Division Multiple Access), 반송파 감지 다중 접속(CSMA; Carrier Sense Multiple Access) 및 코드 분할 다중 접속(CDMA; Code Division Multiple Access)과 같은 프로토콜과, 주파수 분할 다중 접속(FDMA; Frequency Division Multiple Access) 및 직교 주파수 분할 다중화(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing)와 같은 주파수 관련 프로토콜을 사용하여 다수의 사용자들이 동일한 통신 매체에 접속하여 정보를 송수신하게 된다. 이러한 기술들을 서로 혼합하여 시분할 이중화(TDD; Time Division Duplex)와 같은 다중 접속 통신 방식의 혼성 변종을 만들 수 있다. 통신 시스템에 지정된 접속 프로토콜은 통상적으로 데이터 변조를 수행한 후에 실행된다.

사용 중인 종래의 변조 기술에는 주파수 변조 방식(FM), 주파수 편이 방식(FSK; frequency shift keying), 위상 편이 방식(PSK; phase shift keying), 2진 위상 편이 방식(BPSK; binary phase shift keying) 및 차동 위상 편이 방식(DPSK; differential phase shift keying)이 있다. 가장 일반적으로 사용하는 고속의 데이터 변조 방법은 직교 진폭 변조 방식(QAM; quadrature amplitude modulation)과 직교 위상 편이 방식(QPSK; quadrature phase shift keying)이다. 이러한 기술들은 입력 신호에 따라 사전에 정의된 반송파의 주파수 진폭 및 위상을 변화시켜 보드(baud; 컴퓨터 자료 처리의 속도 단위)당 다중 비트를 전송함으로써 이용 가능한 대역폭을 보다 효율적으로 사용한다.

데이터 신호값의 가능한 범위를 확장하기 위해 직교 변조는 심볼을 할당하여 2 개 이상의 2 진값을 나타낸다. 각 심볼의 비트 내용이 고유의 펄스 형태를 규정하므로, 심볼을 사용하면 보다 큰 정보의 전송이 가능해진다. 샘플당 x 비트로 구성되는 심볼은 아날로그 샘플의 양자화된 버전 또는 디지털 데이터를 나타낼 수 있다. 사용되는 심볼들의 수에 따라 동일한 수의 고유의 펄스 형태 또는 파 형태가 존재하게 된다. 데이터 비트의 수는 배열 패턴을 정의하는 진폭과 위상의 조합을 결정한다.

직교 변조는 서로 직교하는 2 개의 상이한 파형에 기초하고 있다. 2 개의 파형이 동시에 전송되고 또한 서로 간섭하지 않는 경우라면, 이들 2 개의 파형은 서로 직교한다. 직교 변조는 상이한 2 개의 신호를 동일한 대역폭으로 변조시켜 도 2에 도시된 바와 같은 2 차원 신호 공간을 생성한다. 직교 변조를 위해 일반적으로 사용되는 2 개의 파형은 동일한 주파수를 가진 사인 파형과 코사인 파형이다. 그 파형들은 이하의 수학식 1과 수학식 2로서 정의된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, f _c 는 변조된 신호의 반송파 주파수를 나타내고, A 는 양 신호에 적용된 진폭을 나타낸다. 통상 코사인 반송파는 신호의 실수 성분인 동위상(I; in-phase) 성분이라 칭하고, 사인 반송파는 신호의 허수 성분인 구적(Q; quadrature) 성분이라 칭한다. 2 개의 기본 파형으로부터 생성된 a₁cos(2πf _c t) + a₂sin(2πf _c t) 형태의 선형 결합(여기서, a₁ 및 a₂ 는 실수임)은 심볼들을 변조 알파벳으로 정의한다. 그 심볼들은 복소수 a₁ + ja₂ (여기서, )로서 나타낼 수 있다.

직교 진폭 변조(QAM)의 심볼은 동위상(I) 성분 신호와 구적(Q) 성분 신호로부터 취한 적어도 하나의 샘플로 구성된다. 신호 진폭은 원점으로부터의 거리로 표시되고, 위상은 단위 원 둘레의 각거리로 표시된다. 데이터가 심볼들로서 결합된 이후에, 그 심볼들은 통신 시스템에 대해 선택된 접속 프로토콜에 따라 처리된다.

도 3에는 종래 기술의 코드 분할 다중 접속 방식(CDMA)의 통신 시스템이 도시되어 있다. CDMA는 전송할 데이터를 의사-잡음(pseudo-noise) 시퀀스로 변조함으로써 데이터를 광대역(대역 확산)으로 전송하는 통신 기술이다. 전송할 데이터 신호는 단지 수천 헤르쯔의 대역폭만이 수백만 헤르쯔에 이르는 주파수 대역에 걸쳐서 분포될 수 있다. 통신 채널은 k 개의 독립적인 서브채널에 의해 동시에 사용된다. 각각의 서브채널 k 에 대해서, 다른 모든 서브채널들은 간섭으로 나타난다.

도시된 바와 같이, 소정의 대역폭의 단일 서브채널은 광대역폭인 의사-잡음(pn) 시퀀스 생성기에 의해 생성되는 소정의 패턴을 반복하는 고유의 확산 코드와 혼합된다. 이러한 고유의 사용자 확산 코드들은 통상적으로 서로 의사-직교하고 있으므로 이 확산 코드들 간의 상호 상관은 제로에 가깝다. CDMA 시스템에서 확산 코드들은 희망하는 서브채널과 다른 모든 서브채널들 간의 간섭이 최소화되도록 선택된다. 데이터 신호를 의사-잡음 시퀀스와 곱하여 그 데이터 신호를 확산시켜 디지털 대역 확산 신호를 생성한다. 반송파 신호는 상기 디지털 대역 확산 신호와 함께 변조되어 통신 채널 상으로 전송된다. 수신기는 그 전송 신호를 복조하여 상기 디지털 대역 확산 신호를 추출한다. 전송된 데이터는 일치하는 의사 잡음 시퀀스와 상관된 이후에 재생된다. 확산 코드들이 서로 직교하는 경우에는, 특정 확산 코드와 관련된 소정의 사용자 신호만이 강화되고 다른 모든 사용자들의 다른 신호들은 강화되지 않도록, 수신 신호를 특정 확산 코드와 관련된 특정 사용자 신호와 상관시킬 수 있다.

확산 코드의 각 성분은 칩으로서 공지되어 있고, 세트 {1, -1}에 속해 있다. 칩 주파수 또는 칩 레이트는 데이터 레이트보다 빠르거나 같다. 칩 레이트와 서브채널 데이터 레이트 사이의 비율을 확산 인수라고 하며, 이것은 사용자 데이터의 하나의 심볼을 확산시키는데 사용되는 칩의 수와 동일하다. 칩의 수는 허용된 최대 확산 인수로 나누어질 수 있다. 확산 인수가 커질수록, 잡음 및 간섭에 대한 심볼의 저항력도 커진다. 동기식 CDMA의 경우, 최대 확산 인수를 가진 사용자로부터의 심볼이 전체 데이터 블록을 구성할 수도 있다.

CDMA는 제안된 제3 세대 무선 통신 표준에서 요구되는 접속 프로토콜 중 하나이다. 도 4에는 가변 확산 인수를 사용하는 CDMA 확산기의 시스템 구조가 도시되어 있다. 송신기는 가변 확산 인수에 의하여 전체 시스템 처리 이득을 미세하게 조정할 수 있다. 보다 높은 데이터 레이트의 사용자에게는 처리 이득의 감소를 댓가로 보다 작은 확산 인수를 갖는 확산 코드를 할당하고, 보다 낮은 데이터 레이트의 사용자에게는 보다 큰 확산 인수를 갖는 확산 코드를 할당함으로써, 모든 사용자의 확산 신호의 전체 대역폭이 동일하게 유지된다.

소정의 통신 시스템에서는 각 사용자에게 할당되는 확산 코드의 총수를 감소시키기 위해서, 셀 분리(cell separation)와 사용자 분리(user separation)를 위한 서로 다른 확산 코드를 사용하는데, 그 결과 이중(two-part) 확산 처리가 수행된다. 사용자 분리에는 채널화 코드(channelization code)가 사용되고, 셀 분리에는 스크램블링 코드(scrambling code)가 사용된다. 비록 이중 확산 처리가 셀룰러 CDMA 시스템의 특성이기는 하지만, 단일 확산 처리가 다른 응용에 사용될 수도 있다. 여기에서는, 채널화 코드와 스크램블링 코드를 단일 코드로 대체하여 각 사용자를 분리한다.

물리적 시스템으로 k 개의 서브채널 사용자를 확산 처리함에 있어서, 고정 게이트 어레이, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC; application specific integrated circuit) 등으로서 선형 확산 방법이 실행된다. 고정형 논리 시스템이 매우 빠른 시스템 속도를 허용하는 반면, 마이크로프로세서 구동형 시스템은 프로그래밍 유연성을 제공한다. 확산 기능을 수행해야 하는 수단이라면 어떠한 수단이든 일련의 수학적인 연산을 수행한다. 다음의 변수들은 통상적으로 확산기의 구조 및 동작을 정의한다.

c = 소정의 확산 인수 SF 에 대응하는 서브채널 k 에 대한 벡터로서 표시되는 실정수(real integer) 채널화 확산 코드. 이 채널화 확산 코드 c 의 길이는 상이한 확산 인수 SF 에 따라 변한다.

d = 서브채널 k 에서 전송되는 데이터.

d = 변조 후 서브채널 k 의 데이터. 이 데이터는 벡터 형태로 표시되며, 여기서 벡터는 단일 인덱스 변수에 의해 인덱스되는 데이터 어레이이다. 다음의 벡터 연산을 위해서, 모든 벡터들을 열 벡터로서 규정한다.

k = 하나의 서브채널(k = 1, 2, 3, ...K).

N = k 번째 서브채널 그룹 내에 있는 데이터 심볼 수(N = SF _max / SF). 동기식 CDMA 의 경우에, 최대 확산 인수를 가진 사용자로부터의 심볼이 전체 데이터 블록을 구성할 수도 있다. 각각의 서브채널 k 는 그 자체의 그룹 크기 N 을 가지며, 여기서 N 은 1(SF = SF _max 인 경우) 내지 SF _max / SF _min 과 동일할 수 있다.

i = 데이터 d 의 i 번째 심볼(i = 1, 2, 3, ...N).

n = 벡터의 성분 참조 번호([n]).

SF = 서브채널 k 의 확산 인수.

SF _min = 통신 시스템의 최소 확산 인수.

SF _max = 통신 시스템의 최대 확산 인수.

= 스크램블링 코드의 실정수부.

= 길이가 SF _max 인 벡터로서 표시되는 복소수 스크램블링 코드. 이고, 여기서 n = 1, ...SF _max 이다. &은 벡터들 &의 n 번째 성분을 참조한다. 따라서, 은 v 의 n 번째 성분으로부터 의 n 번째 성분을 유도하기 위한 규칙을 정의한다.

z _i = 채널화 코드와 스크램블링 코드를 서브채널 k 의 i 번째 심볼에 적용하여 얻은 최종 확산 칩 시퀀스. 이고, 여기서 n = 1, ...SF 이다. z _i 는 칩 길이가 SF 이며, 그 확산 인수는 그 특정 서브채널 k 용으로 선택된 것이다. 길이가 SF 와 같은 N 인 z _i 는 길이가 SF _max 인 z _i 를 형성한다.

이하 설명의 편의상, k 번째 서브채널에 대한 종래 기술의 이중 확산기를 검토한다. 당업자는 복수인 k 개의 확산 서브채널이 도 4에 도시된 바와 같이 합산될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 데이터가 변조된 후, 여기서 서브채널 k 의 데이터 d 는 미리 결정된 배열을 정의하는 심볼로서 결합되며, 복소수 데이터 심볼 시퀀스 d 는 이하의 수학식 3에 의해 각각 정의되는 N 개의 심볼을 포함하는 그룹들로 나누어진다.

[수학식 3]

N 개의 심볼을 포함하는 그룹 내에 있는 각각의 복소수 데이터 심볼 d 는 칩 길이가 SF 인 실정수 채널화 코드 c 에 의해 확산된다. 이 채널화 코드 c 는 사용자 k 에 대해 유일하다. 채널화 코드 c 에 의해 확산된 그룹 N 의 모든 N 개의 심볼들 d 는 연결된다.

그 결과 칩 길이가 SF _max 인 확산 심볼 시퀀스에 길이가 SF _max 인 복소수 스크램블링 코드 를 곱하여 길이가 SF _max 인 최종 칩 시퀀스 z 를 생성한다. 이 스크램블링 코드 는 복소수 연산자 j ⁿ 과 곱해진 실정수 스크램블링 코드 v 로부터 유도된다. 그 관계식은 이하의 수학식 4로 나타낸다.

[수학식 4]

, 여기서 n = 1, ...SF _MAX 이다.

이중 확산 처리의 결과로서 칩 길이가 SF _max 인 벡터 z 가 생성된다. 이 벡터 z 는 N 개의 연결된 서브벡터들 z _i 로서 표현될 수 있는데, 여기서 i = 1, 2, 3, ...N 이고, z _i 는 그 그룹 내에서 서브채널 k 의 i 번째 확산 심볼 d _i 의 기여를 나타내는 z 내의 칩 길이가 SF 인 세그먼트로서 정의된다. z _i 의 n 번째 성분은 이하의 수학식 5에 의해 주어진다.

[수학식 5]

여기서, n = 1, ...SF 이고, i = 1, 2, 3, ...이다.

v[SF(i + 1) + n](여기서, n = 1, ...SF)는 i 에 따른 [SF(i - 1) + 1] 번째 성분에서 시작하는, v 의 상이한 SF 개의 성분들의 집합을 정의한다.

상기 수학식 5에 의해 정의된 2개의 코드 확산 동작의 구현은 하나의 서브채널 k 에 대한 길이가 N 인 심볼들의 심볼 시퀀스 d 를 확산시키기 위해서 8(N)(SF) 정수 곱셈을 필요로 한다. (하나의 심볼에 대한) d _i ㆍc[n] (여기서, n = 1, ...SF) 곱은 2(SF) 곱셈을 필요로 하고, (하나의 심볼에 대한) (여기서, n = 1, ...SF) 곱은 2(SF) 곱셈을 필요로 하는데, 그 이유는 d _i 와 j ⁿ 이 실수와 곱해진 복소수이기 때문이다. 중간곱 양쪽 모두가 복소수이므로, 부분 곱 곱셈은 총 8(N)(SF) 곱셈을 초래하는 심볼 당 4 번의 연산을 필요로 한다.

이동/휴대용 통신 시스템에서 데이터 처리량을 증가시키면서 연산의 거듭제곱을 보존하기 위해서는, 다중 코드 확산 연산을 실현하는 효율적인 프로세스가 요구된다.

본 발명은 보다 작은 수의 정수 곱셈을 필요로 하는 CDMA 응용을 위한 확산 시스템 및 방법에 관한 것이다. 사용자 데이터는 칩 길이가 SF 내지 SF _max 인 실수 또는 복소수 정수 기반의 확산 코드들을 사용하여 확산된다. 상기 확산 코드들 중 적어도 하나는 그 형태가 j ⁿㆍv[n] 이며, 여기서 v[n] 은 확산 코드이다. 본 발명은 복수의 확산 코드를 이용한 향상된 사용자 분리를 제공한다.

따라서, 본 발명의 목적은 2 이상의 확산 코드를 이용하여 데이터 신호를 확산시키는 보다 덜 복잡한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 시스템 및 방법의 다른 목적들 및 이점들은 당업자에게는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 읽고 나면 명백해질 것이다.

이하, 도면 전체를 통해 동일한 소자에는 동일한 참조 번호를 사용한 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 것이다.

도 5에는 CDMA를 이용하는 통신 시스템에서 사용하기 위한 본 발명의 확산기(17)에 관한 시스템 도면이 도시되어 있다. 이 확산기(17)는 각종 벡터 및 행렬 연산을 수행하는 부메모리를 갖는 복수개의 프로세서를 포함하고 있다. 본 발명의 다른 물리적 실시예들에서는 각종 프로세서와 동일한 기능을 수행하는 고정 게이트 어레이, ASIC 및 DSP 등을 포함하고 있다. 당업자가 인식하고 있는 바와 같이, 각각의 물리적 실시예에 맞춘 최적의 기술은 확산기(17)를 구현하는 경우에 변화할 수 있다. 또한, 확산기(17)는 서브채널 k 의 변조된 사용자 데이터 d 를 입력하기 위한 복수개의 데이터 입력단들( d ⁽¹⁾ … d ⁽ ^k ⁾)과, 결합된 대역 확산 신호를 출력 벡터의 형태로 출력하기 위한 출력단()을 포함하고 있다.

이어지는 본 발명에 관한 설명의 편의상, 단지 하나의 서브채널 k의 확산 동작을 설명함으로써, 도처에서 고유한 서브채널을 식별해야하는 필요성을 제거할 것이다. 각각의 데이터 입력( d ⁽¹⁾…d ⁽ ^k ⁾)은 사용자 분리와 셀 분리의 정도에 따라 할당된 한개 내지 복수개의 스크램블링 코드와 한개 내지 복수개의 채널화 코드를 가질 수 있다. 채널화 및 스크램블링이란 용어는 임의적인 것으로 서브채널 k 의 할당된 확산 인수 SF 와 통신 시스템의 요구 사항에 따라 길이가 변화하는 복수개의 확산 코드들을 나타낸다. 각각의 서브채널 k 에 대한 적어도 하나의 할당된 확산 코드는 각각의 사용자에 대한 서브채널의 분리를 유지하기 위해서 통신 시스템내의 다른 모든 코드에 대해 배타적이어야만 한다.

각각 할당된 코드는 주기적인 짧은 코드의 조립체이거나 최대 확산 인수 SF _max 길이를 갖는 코드로서 동일한 길이를 가져야 한다. 확산기(17)의 다른 실시예는 서브채널 k 에 할당된 코드의 수에 따른 것이다. 복수개의 확산기(17)가 통신 시스템용 송신기에 배치될 수 있다.

확산기(17)는 복수개의 채널화 및 스크램블링 코드를 이용하여 서브채널(k)의 데이터 심볼을 확산시킨다. 이 코드들은 모두 실수이거나, 모두 복소수이거나, 또는 일부는 실수인 반면 나머지는 복소수일 수 있다. 확산기(17)는 중간 코드 생성기(21), 그룹 N 프로세서(19), 위상 조정기(23), 회전기(25), 2 개의 곱셈기(27r, 27i) 및 합산기(29)를 포함하고 있다.

코드의 길이는 그것의 확산 인수 SF 와 동일하다는 점을 상기하라. 중간 코드 생성기(21)는 N 주기의 확산 인수 SF 의 각각의 실수 코드를 연결시킨다. 또한, 중간 코드 생성기는 N 주기의 확산 인수 SF 의 각각의 복소수 코드의 실수부를 연결시킨다. 이와 같이, 확산 인수 SF 의 각각의 코드는 길이가 SF _max 인 긴 코드를 생성한다. 그 다음에, 이러한 긴 코드들 모두는 확산 인수 SF _max 의 모든 실수 코드와 길이가 SF _max 인 모든 복소수 코드의 실수부를 갖는 결과 벡터의 성분간 곱셈을 통해 곱해진다. 그 결과는 중간 코드 생성기(21)의 최종 출력으로서, 길이가 SF _max 인 단일 실수 코드가 된다.

그룹 N 프로세서(19)는 그룹 크기 N 을 의 비율로서 결정한 후, N 개의 심볼들의 그룹을 조립한다. 확산기(17)는 동시에 그러한 하나의 그룹을 확산시킨다.

위상 조정기(23)는 그룹 N 프로세서(19)에 의해 조립된 그룹내의 N 개의 심볼들의 각각에 초기 위상을 부여한다. 심볼에 부여된 위상은 그룹내의 심볼의 위치와 관계된다. 그러므로, 위상 조정기(23)의 출력은 각각의 심볼이 특정 위상 회전된 N 개의 심볼들의 그룹이다.

회전기(25)는 위상 조정기(23)의 출력으로부터 얻은 N 개의 심볼들의 그룹내의 이러한 심볼들의 각각에 대응하는 길이가 SF 인 시퀀스를 형성함으로써 복소수 코드들을 처리한다. 회전기는 각각의 위상 조정된 심볼을 SF 번 회전시킴으로써 그렇게 하는데, 그 회전 정도는 시스템에서의 복소수 코드의 총수와 관계된다. 그 다음에, 그룹내의 N 개의 심볼들의 각각에 대응하는 그러한 N 개의 복소수 시퀀스가 연결되어 길이가 NㆍSF = SF _max 인 단일 복소수 시퀀스를 형성하는데, 이것이 회전기(25)의 최종 출력이다.

회전기(25)의 복소수 시퀀스 출력은 중간 코드 생성기(21)의 출력과 성분간에 곱해진다. 이러한 곱셈은 곱셈기(27r, 27i)를 통해 수행된다. 곱셈기(27r, 27i)는 실수 중간 코드에 회전기(25)의 복소수 시퀀스 출력의 실수부와 허수부를 각각 곱한다.

곱셈기(27r, 27i)의 출력은 하나의 서브채널의 N 개의 심볼들의 그룹의 최종 확산 시퀀스이다. 합산기(29)는 모든 서브채널의 최종 확산 시퀀스를 합산하여 확산기(17)의 단일 시퀀스 출력을 형성한다.

채널화 코드는 사용자 분리에 사용되고 스크램블링 코드는 셀 분리에 사용되기 때문에, 채널화 코드와 스크램블링 코드는 셀의 위치에 따라 사전에 알려지며 학습 전송(learning transmission)을 통해 셀 기지국으로부터 각각의 사용자에게 전송된다. 학습 전송은 본 발명의 범위를 넘어서는 것이다. M 개의 채널화 코드인 를 사용할 수 있는데, 이중에서 처음 M ₁ 개는 복소수이고, 나머지는 실수이다. i 번째 복소수 채널화 코드의 n 번째 성분은 이하의 수학식 6으로서 정의된다.

[수학식 6]

, 여기서 n = 1, ...SF 이고, c _i 는 실수이다.

또한, 서브채널 k 는 P 개의 스크램블링 코드인 를 이용할 수 있는데, 그 중에서 처음 P ₁ 개는 복소수이고 나머지는 실수이다. i 번째 복소수 스크램블링 코드의 n 번째 성분은 이하의 수학식 7로서 정의된다.

[수학식 7]

, 여기서 n = 1, ...SF 이고, v _i 는 실수이다.

도 6a 내지 도 6d 에 도시한 본 발명의 방법(97)의 흐름도를 참조하면, 변조를 거치고 일련의 데이터 심볼들을 포함하는 데이터(d)가 확산기(17)에 입력된다. 서브채널(k)의 심볼 그룹 크기(N)는 수학식 3을 이용하는 그룹 N 프로세서(19)에 의해 결정된다(단계 99). 상이한 채널화 코드( c )는 상이한 확산 인수(SF)로 인한 상이한 길이를 가지므로, N 주기의 각각의 채널화 코드( c )를 연결하여 통신 시스템의 최대 확산 인수(SF _max )와 길이가 동일한 주기적인 긴 코드( c _p )를 형성한다(단계 101). N 이 1 과 동일한 경우(SF = SF _max )에는 연결이 필요하지 않다.

본 발명의 방법(97)의 설명을 단순화하기 위해, c 는 연결된 모든 실수 채널화 코드( c _p )의 곱을 나타낸다. c 내에는 복소수 채널화 코드들이 유도되는 실수 코드들이 포함되어 있다. c 의 n 번째 성분은 이하의 수학식 8로서 정의된다.

[수학식 8]

, 여기서, n = 1, ...SF 이다.

이에 부가하여, v 는 모든 실수 스크램블링 코드의 곱을 나타낸다. v 내에는 복소수 스크램블링 코드들이 유도되는 실수 코드들이 포함되어 있다. v 의 n 번째 성분은 이하의 수학식 9로서 정의된다.

[수학식 9]

, 여기서, n = 1, ...SF 이다.

중간 실수 코드( s )는 중간 코드( s ) 생성기(21)에서 2 개의 벡터를 성분간에 곱함으로써 각각의 연결된 채널화 코드 시퀀스( c _p )와 실수 스크램블링 코드( v )로부터 계산된다(단계 103). 양쪽 벡터는 그 길이가 동일하므로 곱셈이 가능하다. 중간 코드( s )의 n 번째 성분은 이하의 수학식 10으로서 정의된다.

[수학식 10]

, 여기서 n = 1, ...SF 이다.

여기서, c _p 는 확산 인수 SF 에 대응하는 c 의 N 주기를 포함하는, 서브채널 k의 채널화 코드 c 의 주기적인 연장의 곱이다. 길이가 SF _max 인 중간 실수 코드( s )는 v 와 c 를 이용하여 계산되며(단계 103), M + P 개의 실수 코드들로 구성되어 있다.

이 중간 코드 s 는 소정의 (k 번째) 서브채널에 대해 한번 계산된다. 그 계산은 서브채널 k 의 전송을 위해 전체 데이터 시퀀스에 대해 한번 수행되기 때문에 효율성을 얻을 수 있다. 그룹 N 카운트가 초기화되고(단계 105) N 개의 심볼을 포함하는 벡터 d 는 그룹 N 프로세서(19)에서 조립된다(단계 107). 다음에, 심볼 d _i 카운트가 초기화된다(단계 109).

확산기(17)는 각 서브시퀀스( z _i )의 생성(수학식 5)이 복소수 시퀀스 j ^SF(i-1)+n (여기서 n = 1, ...SF)를 필요로 한다는 것을 인식함으로써 처리 속도를 향상시킨다. 이 시퀀스는 각 복소수 코드가 복소수 시퀀스(j ⁿ )와의 곱셈을 통하여 실수 스크램블링 코드( c , v )로부터 유도된 이후에 생성된다(수학식 4). 수학식 5를 참조하고 곱셈의 교환 특성을 이용하여, 실수 채널화 코드( c _p )와 실수 스크램블링 코드( v )의 곱은 중간 코드( s )로 이용 가능하다(단계 103). z _i 의 n 번째 성분을 나타내는 수학식 5(여기서, z _i 는 그룹 내에서 서브채널 k의 i 번째 확산 심볼 d _i 의 기여를 나타내는 z 내의 칩 길이가 SF 인 세그먼트이다)는 이하의 수학식 11과 같이 된다.

[수학식 11]

여기서, n = 1, ...SF 이고, i = 1, 2, ...N 이다.

한 그룹에 대한 확산 처리를 완료하기 위해서는, 중간 코드 s 와 그 그룹 내의 연결된 모든 심볼들과의 곱셈이 요구된다. 본 발명의 확산기(17)는 복소수 연산자(j)와의 각각의 곱셈이 각도가 변하는 피승수의 반시계 방향 회전과 대응한다는 것을 인식함으로써 복수의 곱셈을 제거한다. 이러한 회전은 부호의 변경과 함께 실수부와 허수부의 교환을 수반한다. 의 n 번째 성분은 그것의 (n-1)번째 성분과 복소수 연산자 의 곱으로부터 얻어지며, 이하의 수학식 12로서 정의된다.

[수학식 12]

, 여기서 n = 1, ...SF 이다.

여기서 의 0 번째 성분은 이하의 수학식 13과 같이 초기화된다.

[수학식 13]

수학식 13은 초기 위상(d _i )을 부여함으로써 을 초기화하는데, 이것은 확산 인수(SF), 확산될 심볼들의 그룹 내 위치(i) 및 복소수 스크램블링 코드의 수(P ₁ )의 함수이다. 단계 111은 이러한 초기화의 제1 단계를 수행한다.

복소수 연산자(j)와의 곱셈과 90°의 피승수의 반시계 방향 회전이 등가라면, 의 n 번째 성분의 실수부와 허수부는 그것의 (n-1) 번째 성분의 허수부와 실수부로부터 각각 유도된다. N 개의 심볼들의 그룹은 N 주기의 서브채널 k 의 확산 인수 SF 의 채널화 코드들 c 로 확산되므로, i는 i = 1, ...N 으로부터 값을 취한다.

심볼 카운트 i 가 초기화된 후(단계 109), N 개의 심볼들의 그룹이 처리되고, 이 초기화된다(단계 111). 확산 인수 SF 가 다음의 수학식 14를 충족시키는 경우,

[수학식 14]

(임의의 정수 p 에 대하여)

임의의 정수 q 에 대하여 j ^4q= 1 이므로, 수학식 12는 로 축소된다. SF가 수학식 14의 조건을 충족시키지 못하는 경우(단계 113), 은 의 초기 위상을 심볼 d _i 에 부여함으로써 얻어진다(단계 115).

상기 방법(97)은 사용 중인 복소수 확산 코드의 수에 따라 요구되는 심볼의 회전량을 결정하기 위해서 4 개의 시험을 속행한다. M ₁ + P ₁ = 4p(여기서, p는 임의의 정수)인 경우(단계 117), 단계 119에서 수학식 15와 수학식 16으로 나타낸 바와 같이, 의 n 번째 성분의 실수부 및 허수부는 인 복소수 연산자와 (n-1) 번째 성분을 갖는 실수부 및 허수부로부터 유도된다. 회전기(25)는 의 (n-1) 번째 성분을 0°만큼 회전시켜 n 번째 성분을 얻는다.

[수학식 15]

[수학식 16]

M ₁ + P ₁ = 4p + 1(여기서, p 는 임의의 정수)인 경우(단계 121), 단계 123에서 수학식 17과 수학식 18로 나타낸 바와 같이, 의 n 번째 성분의 실수부 및 허수부는 인 복소수 연산자와 (n-1) 번째 성분을 갖는 실수부 및 허수부로부터 유도된다. 회전기(25)는 의 (n-1) 번째 성분을 반시계 방향으로 90°만큼 회전시켜 n 번째 성분을 얻는다.

[수학식 17]

[수학식 18]

M ₁ + P ₁ = 4p + 2(여기서, p는 임의의 정수)인 경우(단계 125), 단계 127에서 수학식 19와 수학식 20으로 나타낸 바와 같이, 의 n 번째 성분의 실수부 및 허수부는 인 복소수 연산자와 (n-1) 번째 성분을 갖는 실수부 및 허수부로부터 유도된다. 회전기(25)는 의 (n-1) 번째 성분을 반시계 방향으로 180°만큼 회전시켜 n 번째 성분을 얻는다.

[수학식 19]

[수학식 20]

M ₁ + P ₁ = 4p + 3(여기서, p는 임의의 정수)인 경우(단계 129), 단계 131에서 수학식 21와 수학식 22로 나타낸 바와 같이, 의 n 번째 성분의 실수부 및 허수부는 인 복소수 연산자와 (n-1) 번째 성분을 갖는 실수부 및 허수부로부터 유도된다. 회전기(25)는 의 (n-1) 번째 성분을 반시계 방향으로 270°만큼 회전시켜 n 번째 성분을 얻는다.

[수학식 21]

[수학식 22]

결과적인 칩 길이가 SF 인 중간 칩 시퀀스()는 수학식 15 내지 수학식 22로 기술한 바와 같이 SF 번 회전을 적용함으로써 N 개의 심볼들의 그룹 내의 i 번째 심볼에 대해서 계산된다. 칩 길이가 SF 인 벡터()를 계산하기 위한 실제적인 곱셈은 전술한 0°, 90°, 180° 및 270°회전에 각각 대응하는 도 7a 내지 도 7d에 도시한 시프트 동작을 수행하는 회전기(25)에 의해 대체된다.

도 7a 내지 도 7d에 도시한 바와 같이, i 번째 심볼 간격에서, 의 0 번째 성분은 수학식 13에 의하여 새로운 복소수 데이터 심볼( d _i )로부터 초기화된다. 결정된 기호 회전량이 90°, 180°또는 270°이면, 의 실수부 및 허수부는 의 실수부() 및 허수부()를 유지하는 레지스터 내로 로딩된다. 의 실수부 및 허수부는 칩 레이트로 레지스터 내에서 시프트된다. 레지스터는 2 개의 메모리 소자를 구비하는데, 이것들은 피드백 경로와 함께 (n-1)번째 성분의 허수부 및 실수부로부터 각각 의 n 번째 성분의 실수부 및 허수부를 유도하는 데 사용된다(수학식 17 내지 수학식 22). -1 과의 곱셈은 요구되는 부호 변경을 처리한다. 회전기(25)는 n번째 칩 간격에서 끌어낸 z _real , z _imag 을 및 으로서 출력한다. 이와 같이, 상기 회전기는 칩 길이가 SF인 벡터, 즉 데이터 심볼 d _i 와 (여기서, n = 1, ...SF)과의 곱을 나타내는 n = 1, ...SF 칩 간격들에 걸쳐 출력한다.

본 기술 분야의 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 도 7a에 도시한 회전기(25)에 의해 실행된 복소수 평면(도 2) 상에서의 0°의 위상 회전은 데이터 심볼 입력의 실수부() 및 허수부()와 동일한 값을 출력한다. 상기 심볼은 위상이 변화되지 않는다. 도 7b에 도시한 회전기(25)에 의해 실행된 90°의 위상 회전은 입력된 실수 데이터 심볼 성분을 허수 심볼 성분()으로서 출력하고, 부호의 변화와 함께 입력된 허수 심볼 성분을 실수 심볼 성분()으로서 출력한다. 도 7c에 도시한 회전기(25)에 의해 실행된 180°의 위상 회전은 부호의 변화와 함께 입력된 허수 데이터 심볼 성분을 허수 심볼 성분()으로서 출력하고, 부호의 변화와 함께 입력된 실수 심볼 성분을 실수 심볼 성분()으로서 출력한다. 도 7d에 도시한 회전기(25)에 의해 실행된 270°의 위상 회전은 입력된 허수 데이터 심볼 성분을 허수 심볼 성분()으로서 출력하고, 부호의 변화와 함께 입력된 실수 심볼 성분을 실수 심볼 성분()으로서 출력한다.

도 6d를 참조하면, 그룹 내의 모든 나머지 심볼이 유사하게 처리된 후(단계 133), 그것들의 (여기서, i = 1, ...N)가 연결되어 길이가 SF _max 인 를 형성한다음에, 중간 코드 s 를 곱하여 그룹의 최종 확산 시퀀스 z 를 형성한다(단계 135). 상기 과정은 나머지 그룹들에 대해서도 반복되고(단계 137), 필요에 따라 그룹 인덱스가 증분된다(단계 139).

특정수의 코드가 사용되고 변하지 않는 경우, 확산기(17)의 다른 실시예가 실현될 수 있다. 예컨대, 확산기(17)가 분리용으로 2개의 코드(하나는 실수이고 다른 하나는 복소수)만을 필요로 하는 통신 시스템용 송신기에 배치되었다면, 복소수 코드의 총수는 1이므로, 시험 M ₁ + P ₁ = 4p + 1(j ^{(복소수 코드의 수) 모듈로 4})(단계 121)을 충족시킴으로써 90°회전만을 요구한다. 나머지 0°, 180°, 270°회전에 대한 시험(단계 117, 125, 129)과 이와 관련된 회전(단계 119, 127, 131)은 제거된다. 결합되는 코드의 수를 임의로 하여, 그룹 N 프로세서(19)에서 조립된 데이터를 확산시킬 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예의 관점에서 기술되었지만, 청구 범위에 기술한 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 다른 변형예가 가능함은 당업자에게는 명백한 것이다.

본 발명은 보다 적은 수의 정수 곱셈을 필요로 하는 CDMA 응용을 위한 확산 시스템 및 방법을 제공한다. 사용자 데이터는 칩 길이가 SF 내지 SF _max 인 실수 또는 복소수 정수 기반의 확산 코드들을 사용하여 확산된다. 상기 확산 코드들 중 적어도 하나는 그 형태가 j ⁿㆍv[n] 이며, 여기서 v[n] 은 확산 코드이다. 본 발명은 복수의 확산 코드를 이용한 향상된 사용자 분리를 제공한다.

따라서, 본 발명은 2 이상의 확산 코드를 이용하여 데이터 신호를 확산시키는 보다 덜 복잡한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 다중 접속 통신 시스템의 간략화된 블록도이다.

도 2는 직교 신호 공간을 도시하는 도면이다.

도 3은 종래 기술의 CDMA 통신 시스템의 간략화된 블록도이다.

도 4는 종래 기술의 이중 확산기의 시스템 구조도이다.

도 5는 본 발명의 시스템 구조도이다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 방법의 제어 흐름도이다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 데이터 흐름도이다.

Claims

적어도 복수의 데이터 심볼들을 포함하는 데이터 신호를 확산시키는 확산기를 구비하고, 복수의 확산 코드들 중 적어도 하나를 할당하는 통신 시스템에 있어서,

상기 복수의 확산 코드들 중 적어도 하나는 복소수(complex)이고,

상기 확산기는,

상기 데이터 심볼을 수신하는 데이터 입력단과;

상기 데이터 신호에 대해 할당된 확산 인수를 수신하는 제어 입력단과;

상기 할당된 확산 인수에 기초하여 확산시키기 위한 심볼들의 그룹을 규정하는 그룹 N 프로세서와;

상기 할당된 복수의 확산 코드들로부터 도출된 복수의 실수(real) 코드들로부터의 적어도 하나의 코드와 상기 할당된 확산 인수에 기초하여 확산 코드를 계산하고, 중간 코드를 출력하는 중간 코드 생성기와;

상기 그룹 내의 각 심볼의 위상 회전을 수행하여, 상기 중간 코드와 함께 확산되어 확산 데이터 신호로서 출력되는 복소량(complex quantity)을 생성하는 회전기

를 포함하는 것인 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 그룹 N 프로세서는 수학식

을 이용하여 상기 그룹을 규정하고,

N 은 상기 그룹 내의 데이터 심볼들의 수를 나타내고, SF _max 는 상기 통신 시스템의 최대 확산 인수를 나타내며, SF 는 상기 데이터 신호의 할당된 확산 인수인 것인 통신 시스템.
제2항에 있어서, 상기 회전기가 수행하는 상기 위상 회전의 양은 할당된 확산 코드들의 총수에 의존하는 것인 통신 시스템.
제2항에 있어서, 상기 할당된 복수의 확산 코드들은 채널화(channelization) 코드들과 스크램블링(scrambling) 코드들 양자 모두를 더 포함하는 것인 통신 시스템.
제4항에 있어서, 상기 채널화 코드들은 복소수 코드와 실수 코드를 포함하고, 상기 스크램블링 코드는 복소수 코드와 실수 코드를 포함하는 것인 통신 시스템.
제5항에 있어서, 상기 회전기가 수행하는 상기 위상 회전의 양은 할당된 복소수 채널화 코드 및 복소수 스크램블링 코드의 총수에 의존하는 것인 통신 시스템.
제6항에 있어서, 상기 위상 회전은 j ^{(복소수 코드들의 총수) 모듈로 4}를 더 포함하며, 나머지가 0이면 0°회전되고, 나머지가 1이면 90°회전되며, 나머지가 2이면 180°회전되고, 나머지가 3이면 270°회전되는 것인 통신 시스템.
각 데이터 신호( d )마다 복수의 확산 코드들( 및 ) 중 적어도 하나를 할당하는 컴퓨터 시스템에서 전송하기 위한 복수의 데이터 신호들( d ^k )을 확산시키는 확산기(17) - 상기 복수의 확산 코드들로부터 각 데이터 신호( d )에 대해 할당된 확산 코드들 중 적어도 하나는 복소수(complex)임 - 에 있어서,

상기 개별적인 데이터 신호들( d ^k )의 심볼들( d _i )을 수신하는 복수의 데이터 입력단들과;

각각이 개별적인 데이터 입력단에 연결되며, 할당된 확산 인수를 복구하고 그 확산 인수 SF 에 기초하여 확산시키기 위한 심볼들( d _i )의 그룹 N 을 규정하는 복수의 프로세서들(19)과;

각각이 개별적인 데이터 신호마다, 상기 복수의 확산 코드( 및 )에 대응하는 복수의 실수 코드들( 및 ) 중 적어도 하나의 할당된 코드와 상기 할당된 확산 인수 SF 에 기초하여, 하나의 확산 코드 s 를 계산하고, 상기 중간 코드 s 를 출력하는 복수의 중간 코드 s 생성기들(21)과;

각각이 프로세서(19)의 개별적인 출력단에 연결되며, 상기 개별적인 그룹 N 에 있는 상기 데이터 입력 심볼( d _i ) 각각의 위상 회전을 수행하여, 복소량() - 상기 각각의 데이터 신호( d ) 그룹 N 의 복소량()은 상기 개별적인 데이터 신호( d )의 중간 코드 s 와 함께 확산되어 상기 개별적인 데이터 신호( d )에 대한 확산 데이터 신호()로서 출력됨 - 을 생성하는 복수의 회전기들(25)과;

상기 모든 확산 데이터 신호들()을 결합 확산 신호()로 결합하여 출력하는 합산기(29)

를 포함하는 확산기.
제8항에 있어서, 상기 프로세서(19)의 각각은 수학식

을 이용하여 그룹 N 을 규정하며,

N 은 상기 그룹 N 내의 데이터 심볼들의 수를 나타내고, SF _max 는 상기 통신 시스템의 최대 확산 인수를 나타내며, SF 는 상기 개별적인 데이터 신호의 할당된 확산 인수인 것인 확산기.
제9항에 있어서, 상기 회전기가 수행하는 상기 데이터 신호( d ) 각각에 대한 상기 위상 회전의 양은 상기 개별적인 데이터 신호( d )에 대해 할당된 복소수 확산 코드들의 총수에 의존하는 것인 확산기.
제10항에 있어서, 상기 복수의 할당된 확산 코드들은 채널화 코드들()과 스크램블링 코드()들을 더 포함하는 것인 확산기.
제11항에 있어서, 상기 채널화 코드들()은 복소수부와 실수부를 포함하고, 상기 스크램블링 코드들()은 복소수부와 실수부를 포함하는 것인 확산기.
제12항에 있어서, 상기 회전기가 수행하는 상기 데이터 신호( d ) 각각에 대한 상기 위상 회전의 양은 복소수 채널화 코드 및 복소수 스크램블링 코드의 상기 총수에 의존하는 것인 확산기.
복수의 확산 코드들 중 적어도 하나를 할당하는 컴퓨터 시스템에서 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들을 포함하는 데이터 신호를 확산시키는 방법 - 상기 복수의 확산 코드로부터 할당된 확산 코드들 중 적어도 하나는 복소수임 - 에 있어서,

(a) 확산 인수를 계산하는 단계와;

(b) 상기 확산 인수에 기초하여 확산시키기 위한 상기 심볼들의 그룹을 규정하는 단계와;

(c) 상기 복수의 확산 코드들에 대응하는 복수의 실수 코드들을 생성하는 단계와;

(d) 상기 실수 코드들 중 적어도 하나의 실수 코드와 상기 확산 인수에 기초하여 중간 코드를 생성하는 단계와;

(e) 복소수 확산 코드를 생성하기 위하여 상기 그룹 내의 상기 심볼들 각각에 대한 위상 회전을 수행하는 단계와;

(f) 출력 확산 코드를 생성하기 위하여 상기 복소수 확산 코드를 상기 중간 코드와 혼합하는 단계

를 포함하는 데이터 신호 확산 방법.
제14항에 있어서, 상기 규정 단계(단계 b)는 수학식

을 이용하여 상기 그룹의 크기를 구하는 단계를 더 포함하며,

N 은 그룹에 있는 데이터 심볼들의 수를 나타내고, SF _max 는 상기 통신 시스템의 최대 확산 인수를 나타내며, SF 는 상기 계산된 확산 인수인 것인 데이터 신호 확산 방법.
제15항에 있어서, 상기 위상 회전 단계(단계 e)는 상기 할당된 확산 코드들로부터의 복소수 확산 코드들의 수에 따라 위상 회전의 각도들을 달리하는 단계를 더 포함하는 것인 데이터 신호 확산 방법.
제16항에 있어서, 상기 위상 회전 단계(단계 e)는,

(d1) j ^{(복소수 코드들의 총수) 모듈로 4}의 나머지가 1 일 경우 0°회전시키는 단계와,

(d2) j ^{(복소수 코드들의 총수) 모듈로 4}의 나머지가 j 일 경우 90°회전시키는 단계와,

(d3) j ^{(복소수 코드들의 총수) 모듈로 4}의 나머지가 1 일 경우 180°회전시키는 단계와,

(d4) j ^{(복소수 코드들의 총수) 모듈로 4}의 나머지가 j 일 경우 270°회전시키는 단계를 더 포함하는 것인 데이터 신호 확산 방법.
제17항에 있어서, 상기 복수의 신호 확산 코드들은 채널화 코드들과 스크램블링 코드들을 더 포함하는 것인 데이터 신호 확산 방법.
제18항에 있어서, 상기 채널화 코드들은 복소수 채널화 코드들을 더 포함하고, 상기 스크램블링 코드들은 복소수 스크램블링 코드들을 더 포함하는 것인 데이터 신호 확산 방법.
제19항에 있어서, 상기 할당된 코드들로부터 상기 다수의 복소수 채널화 코드들 및 복소수 스크램블링 코드들을 합산하는 단계를 더 포함하는 데이터 신호 확산 방법.