KR20200000862A - 바이너리 cdma 기반 통신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 방법은 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 방법으로서, 최대 입력 데이터 비트수가 M 비트(M은 3이상의 자연수)의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드 수(N개)만큼의 직교코드를 포함하는 직교코드 집합을 유지하는 단계; M-3 비트 데이터를 이용하여 상기 직교코드 집합으로부터 직교성을 갖는 3개의 직교코드를 선택하는 단계; 상기 선택된 3개의 직교코드를 이용하여 추가 직교코드를 생성하는 단계; 상기 M-3 비트 데이터를 제외한 3 비트 데이터를 이용하여 추가 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 이용하여 진폭이 일정 범위 내에서 유지되는 최종 전송 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

바이너리 CDMA 기반 통신 방법 및 장치 { Binary CDMA based Communication method and Device }

본 발명은 코드 선택 바이너리 CDMA 기반 통신 방법 및 장치에 관한 것으로서, MC(Multi-Code) CDMA 기반 통신에서 코드 선택 방식을 이용하여 전송 신호의 진폭을 일정하게 유지할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동 통신에서 일반적으로 사용되는 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식에서는 일반적으로 데이터에 직교 코드를 곱하여 대역을 확산하는 DS/CDMA(Direct Sequence/CDMA)를 사용하였다.

종래에 이동 통신 단말기에서는 기지국과 달리 직교코드를 하나씩만 사용하고 있어 단말기에서 송신 신호의 진폭이 일정하게 유지되었지만 최근 음성 위주의 서비스를 넘어 데이터와 동영상을 포함한 멀티미디어 서비스가 일반화되면서 데이터 전송 속도를 높이기 위해 단일 단말기에서도 다수의 데이터 채널을 사용하면서 각각의 채널에 직교코드를 곱하여 확산하는 MC/CDMA(Multi-Code/CDMA)가 사용되고 있다.

DS/CDMA 방식을 사용하는 단말기 또는 기지국에서는 입력 또는 수신되는 여러 채널의 신호를 모두 합하여 동시에 전송하게 되는데 직교코드에 의해 확산된 M개의 복수 채널의 이진 부호열을 선형적으로 더하게 되면 신호의 진폭은 일정한 진폭을 유지지 못하게 되고 직교코드의 비트레이트로 최대 (-M ? +M) 레벨 내에서 합의 값이 변화하게 된다. 전송 채널의 수 M이 증가할수록 합산 된 출력신호가 갖는 신호 레벨의 수도 증가하여 아날로그 신호와 같이 진폭의 변화 범위가 커지므로 단말기 또는 기지국의 전력 증폭기는 높은 선형성이 요구되어 전력 효율이 나쁜 선형 증폭방식을 사용할 수 밖에 없다.

더구나 최근 서비스 수요가 급증하고 위성 통신의 경우 전력 효율의 향상은 더욱 필수적인 요소이다. 매우 한정된 자원을 가진 위성에서 전력 증폭기의 출력 증대에는 많은 제한이 있기 때문에 위성 DMB와 같은 상용방송 서비스의 경우 L밴드의 주 방송 채널에 코드 분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing)방식으로 신호를 송출하고 낮은 수신 신호 레벨에 의한 서비스 품질 저하를 방지하기 위해 상당수의 리피터(Repeater)를 지상에 설치운용하고 있다.

또한 단순 리피터의 운용과 함께 Ku밴드에 보조 채널을 두어 시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)된 동일 서비스를 전송하고 지상에서 갭필러 (Gap Filler)에 의한 재전송도 실시하여 낮은 전력 효율에 의한송출 전력 제한을 상쇄하고 하고 있다.

이상과 같은 DS(Direct Sequence)에 의한 MC-CDMA 전송의 제반 문제점의 해결 방법으로 PW/CDMA(특허출원 제10-1998-0009543호) MP/CDMA(특허출원 제10-2001-8044호), CS/CDMA(특허출원 제10-2002-0020158호) 방식이 제안되었다.

PW/CDMA(Pulse Width/CDMA)는 종래의 DS/CDMA 방식에 의해 만들어진 다양한 레벨의 신호를 레벨 제한기(LevelLimiter)를 사용하여 일정 레벨 이상의 값을 잘라내고 남은 레벨을 펄스발생기를 이용해 펄스폭 변조를 하는 방식으로 변조신호가 바이너리 형태가 되는 장점이 있으나 잘라낸 변조신호의 레벨수가 2보다 크게 되는 경우 변조신호의 대역폭이 레벨 수에 비례하여 증가하는 단점이 있다.

이러한 단점을 제거하면서도 멀티코드 방식의 CDMA 신호를 전송하기 위해 MP/CDMA (Multiple Phase/CDMA) 방식이 제안되었다. 이 방식은 PW/CDMA 방식에서 펄스발생기 대신 위상변환기를 사용하여 잘라내고 남은 레벨을 위상값으로 변환하여 위상변조를 하고 RF 증폭기로 보내게 된다.

PW/CDMA와 MP/CDMA 방식은 DS/CDMA 방식의 더해진 신호레벨을 일정 크기 이상은 잘라 내고 무시함으로써 시스템이 단순해지는 장점이 있지만, 신호를 임의로 클리핑하는 과정에서 직교코드의 직교성이 손상되어 전송 신호간의 상호간섭에 취약해지고 비트 에러율이 나빠지는 단점이 있다. 또한 DS/CDMA 방식과 마찬가지로 정보채널 하나에 직교 코드를 하나씩 배정하여 정보채널 수와 동일한 수의 직교코드를 사용하므로, 데이터 채널수가 증가하면 사용하는 직교코드의 수가 증가하고 변조된 전송신호의 레벨이 많아지는 문제점이 있다.

따라서, 전송속도를 높이기 위해 멀티코드를 사용하면서도 사용하는 직교코드 수를 줄일 수 있는 새로운 변복조 방법이 필요해졌다.

상기한 방법 중 가장 효과적인 방법으로 알려져 있는 것은 CS/CDMA(Code Select/CDMA)방식이다. CS/CDMA 방식은 8개의 직교코드 그룹을 한 블록으로 할당하여 입력되는 3비트의 데이터로 이 직교코드 그룹으로부터 직교코드를 선택하고 데이터를 변조한다. 채널수가 많은 경우 저장해야 할 코드의 개수가 매우 커지기 때문에 CS/CDMA 시스템은 여러 개의 블록으로 나누어서 구현하는데, 각 블록에서 출력되는 직교코드들이 더해지기 때문에 변조신호는 역시 멀티레벨 신호가 된다. 입력 정보 비트의 수보다 많은 수의 채널을 사용하여 정보 비트에 여유 비트를 적절히 더하는 방법으로 이러한 멀티레벨의 신호를 일정한 진폭을 가지는 신호로 변환할 수 있다. 4 개의 블록의 정보화 채널을 사용하는 경우에, 정보 비트열을 3개의 블록으로 나누어 3개의 블록의 정보화 채널로 전송하고 나머지 1개의 정보화 블록은 여유 블록으로서 여유 비트를 전송하는 부호화 채널로 사용하여 대역통과 변조부에 입력되는 신호의 진폭을 일정하게 할 수 있도록 한 것이다.

상기 설명과 같이 기존의 CS/CDMA의 경우에는 3 비트의 정보 비트열을 전송하기 위해서 4개의 정보화 채널이 필요하다. 일반적으로, 정보 비트열이 6 비트 늘어날 때 이를 전송하기 위한 정보화 채널의 수는 4배 증가하게 되어, 칩당 정보 전송율이 낮아 비효율적이다. 이러한 기존 CS/CMDA의 낮은 효율성을 향상하도록 고안된 것이 계층적 일정진폭 부호화 방법 CS/CMDA (특허출원 제 10-2003-0060652호)로 3의 N 자승 (N은 정수)개의 정보 비트열을 입력으로 받아 4의 N자승 개의 부호화 출력 비트열을 생성하는 멀티 코드 CDMA 시스템에서, 처음 단계에서 3 비트의 입력마다 하나의 여유 비트를 만들어 4 비트의 부호화 출력을 생성한 후, 이와 같은 과정을 재귀적으로 반복하여 3의 N 자승개의 정보 비트열의 입력에 대하여 대역통과 변조부에 입력되는 4의 N자승 개의 부호화출력 신호가 같은 크기의 진폭을 갖도록 한 것으로서, 칩당 높은 정보 전송율을 유지하도록 한 것이다. 이 방식은 전송 및 수신기가 계층적 구조를 갖게 되어 복잡해지고 일단 구성된 장치의 분할이나 재조합이 불가능하여실제 입력 채널수가 장치 구성상의 입력 채널수보다 작은 경우에도 모든 입력 채널에 데이터가 존재해야 정상동작이 가능한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 MC CDMA 방식에 의한 유사 아날로그 출력 신호 발생을 원천적으로 방지하여 PAPR을 낮춤으로써 전력 효율의 문제와 비용을 감소시키고 기존 해결 방법에 의한 클리핑이나 코드선택에 따른 직교성저하와 처리이득의 문제를 해결할 수 있는 코드 선택 CDMA 기반 통신 방법 및 장치를 제안하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따르면, 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 방법으로서, 최대 입력 데이터 비트수가 M 비트(M은 3이상의 자연수)의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드 수(N개)만큼의 직교코드를 포함하는 직교코드 집합을 유지하는 단계; M-3 비트 데이터를 이용하여 상기 직교코드 집합으로부터 직교성을 갖는 3개의 직교코드를 선택하는 단계; 상기 선택된 3개의 직교코드를 이용하여 추가 직교코드를 생성하는 단계; 상기 M-3 비트 데이터를 제외한 3 비트 데이터를 이용하여 추가 데이터를 생성하는 단계; 및

상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 이용하여 진폭이 일정범위 내에서 유지되는 최종 전송 신호를 출력하는 단계를 포함하는 통신 방법이 제공된다.

상기 직교코드 집합 유지 단계는, 하기의 수학식을 이용하여 상기 M 비트 데이터의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드의 수인 N을 계산하고, N×N의 확장 최장 부호열 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.상기 추가 직교코드 생성단계는, 상기 3개의 직교코드를 배타적 논리합(XOR) 연산하여 확장 최장 부호열 행렬에 속하지만 상기 3개의 직교코드와는 다른 또 다른 추가 직교코드를 생성할 수 있다.

상기 추가 데이터 생성단계는, 상기 3 비트 데이터를 배타적 논리합 연산한 후 인버팅하여 상기 추가 데이터를 생성할 수 있다.

상기 최종 전송 신호 출력 단계에 선행하여, 상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 부호화하는 단계; 및 상기 부호화된 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터 각각에 상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드를 각각 곱하여 확산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 최종 전송 신호 출력 단계는, 상기 확산에 의한 확산코드들을 선형 합하여 상기 최종 전송 신호를 출력할수 있다.

상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터는 +1 또는 -1로 부호화될 수 있다.상기 최종 전송 신호는 +2 및 -2 중 하나의 값을 가질 수 있다. 상기 직교코드 집합은 동일한 개수의 직교코드를 포함하는 k개의 서브 그룹을 포함하고, 상기 M-3 비트 데이터는 k-1개의 서브 그룹-상기 k-1개의 서브 그룹은 각각 동일한 비트 데이터를 포함함-으로 분할되며, 상기 M이 15이고, 상기 N이 64인 경우, 상기 직교코드 집합은 각각 16개의 직교코드를 포함하는 4개의 제1 서브 그룹으로 분할되고, 15 비트 데이터 중 상기 3 비트 데이터를 제외한 12 비트 데이터는 3개의 제2 서브 그룹으로 분할되며, 상기 직교코드 선택 단계는, 상기 제2 서브 그룹 각각을 이용하여 상기 3개의 직교코드를 선택할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 장치로서, 최대 입력 데이터 비트수가 M 비트(M은 3이상의 자연수)의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드 수(N개)만큼의 직교코드를 포함하는 직교코드 집합을 저장하는 직교코드 저장부; M-3 비트 데이터를 이용하여 상기 직교코드 집합으로부터 직교성을 갖는 3개의 직교코드를 선택하는 직교코드 선택부; 상기 선택된 3개의 직교코드를 이용하여 추가 직교코드를 생성하는 추가 직교코드 생성부; 상기 M-3 비트 데이터를 제외한 3 비트 데이터를 이용하여 추가 데이터를 생성하는 추가 데이터 생성부; 및 상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 이용하여 진폭이 일정 범위 내에서 유지되는 최종 전송 신호를 출력하는 최종 전송 신호 출력부를 포함하는 통신 장치가 제공된다.

교코드 생성부; 상기 M-3 비트 데이터를 제외한 3 비트 데이터를 이용하여 추가 데이터를 생성하는 추가 데이터 생성부; 및 상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 이용하여 진폭이 일정 범위 내에서 유지되는 최종 전송 신호를 출력하는 최종 전송 신호 출력부를 포함하는 통신 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신 장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 앞에서 설명을 위해 사용한 M=16, N=64의 64C3을 가장 단순한 형태로 구현한 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 직교코드 선택 과정을 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 방법의 순서도로서, 도 1은 송신장치에서 데이터 전송을 위해 수행하는 과정을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 송신 장치는 단위 시간당 소정 비트수(채널수)의 전송을 위한 필요한 최소 직교코드 수를 계산한다(단계 100).

예를 들어, 단위 시간 당 최대 M비트의 데이터 전송이 요구되는 상태를 설정하면, 를 만족하는 N의 최소값을 계산한다.

여기서, N이 단위 시간 당 최대 M비트의 데이터를 전송하는데 필요한 최소 직교코드의 수가 된다.

본 실시예에 따르면, 송신 장치는 상기와 같이 계산된 N을 이용하여 N×N 확장 최장 부호열 행렬 C를 생성한다

여기서, 확장 최장 부호열 행렬 C이 직교코드 집합으로 정의되며, 행렬의 각 행이 직교코드 집합의 요소가 된다.

송신 장치는 전송을 위한 M비트의 데이터가 입력되면, M비트 중에서 (M-3) 비트의 값을 이용하여 직교코드 집합 C로부터 3개의 서로 중복되지 않은 직교코드 CEx, CEy, CEz 을 선택한다(단계 104).이후, 선택된 3개의 직교코드들을 배타적 논리합(XOR) 연산하여 확장 최장 부호열 행렬 C에 속하지만 이미 선택된 3개의 직교코드와는 다른 또 다른 추가 직교코드 Cr를 생성한다(단계 106).

송신 장치는 단계 104에서 선택된 3개의 직교코드 및 이들을 이용하여 생성된 추가 직교코드를 부호화한다(단계108).

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 도 2의 CEx, CEy, CEz, Cr은 각각 부호화된 CEx, CEy, CEz, Cr이다.

송신 장치는 M비트의 입력 데이터 중 직교코드 선택에 사용한 (M-3) 비트 데이터를 제외한 나머지 3비트의 데이터를 XOR한 후 인버터에 의해 인버팅하여 새로운 추가 데이터 br을 생성한다(단계 110).

이후, 3비트 데이터와 추가 데이터(br)를 각각 (1, -1)로 부호화한다(단계 112).

단계 112에서, 1은 +1로, 0은 -1로 부호화된다.

다음으로 송신 장치는 이들 부호화된 3비트 데이터와 생성된 br 각각에 CEx, CEy, CEz 와 Cr를 곱하여 확산한 후 선형 합으로 모두 더하여 최종 전송 신호 S를 출력한다(단계 114).

출력 신호는 다수의 비트열이 더해진 출력이지만 선형 합의 과정에서 br과 Cr에 의한 확산열 에 의한 합의 결과는 항상 (-2, +2)중 한 값을 갖게 되어 출력 신호는 일정한 진폭을 유지하게 된다.

하기에서는 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 CDMA 시스템에서 확장 최장 부호 행렬에 대해 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 송신 장치는 직교코드 저장부(200), 직교코드 선택부(202), 추가 직교코드 생성부(204), 추가 데이터 생성부(206), 부호화부(208), 확산부(210) 및 선형합부(212)를 포함할 수 있다.

직교코드 저장부(200)는 M 비트(M은 3이상의 자연수) 데이터의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드 수(N개)만큼의 직교코드를 포함하는 직교코드 집합을 저장한다.

직교코드 선택부(202)는 M-3 비트 데이터를 이용하여 상기한 직교코드 집합으로부터 직교성을 갖는 3개의 직교코드를 선택한다.

추가 직교코드 생성부(204)는 선택된 3개의 직교코드를 이용하여 추가 직교코드를 생성한다. 추가 직교코드 생성부(204)는 직교코드 집합으로부터 선택된 3개의 직교코드를 XOR 연산을 수행하여 추가 직교코드를 생성한다.

그리고, 추가 데이터 생성부(206)는 M-3 비트 데이터를 제외한 3 비트 데이터를 이용하여 추가 데이터를 생성한다. 추가 데이터 생성부(206)는 XOR 연산부 및 인버터를 포함하면서 3비트 데이터를 통해 추가 데이터를 생성한다.

부호화부(208)는 3비트 데이터 및 추가 데이터를 부호화한다. 전술한 바와 같이, 1은 +1로 0은 -1로 부호화되며, 부호화된 3비트 데이터 및 추가 데이터는 확산 및 전송 신호의 일정 진폭 유지를 위해 사용된다.

확산부(210)는 부호화된 3비트 데이터와 생성된 br 각각에 CEx, CEy, CEz 와 Cr를 곱하여 확산한다.

확산부(210)에서 출력되는 확산 코드는 선형합부(212)에서 합산되어 최종 전송 신호가 출력된다.

하기에서는 본 실시예에 따른 최종 전송 신호가 일정 진폭을 유지할 수 있는 이유에 대해 상세하게 설명한다.

설명의 편의를 위해 비트의 수(채널의 수)가 16(M=16)인 경우를 가정한다. N=64 확장 최장 부호열은 수학식 1의 64×64 확장 최장 부호 행렬로부터 구해진다.

Claims (6)

1. 코드 선택 바이너리 CDMA 통신 방법으로서, 최대 입력 데이터 비트수가 M 비트(M은 3이상의 자연수)의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드 수(N개)만큼의 직교코드를 포함하는 직교코드 집합을 유지하는 단계;
   M-3 비트 데이터를 이용하여 상기 직교코드 집합으로부터 직교성을 갖는 3개의 직교코드를 선택하는 단계;
   상기 선택된 3개의 직교코드를 이용하여 추가 직교코드를 생성하는 단계;상기 M-3 비트 데이터를 제외한 3 비트 데이터를 이용하여 추가 데이터를 생성하는 단계; 및
   상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 이용하여 진폭이 일정범위 내에서 유지되는 최종 전송 신호를 출력하는 단계를 포함하는 통신 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 직교코드 집합 유지 단계는,
   하기의 수학식을 이용하여 상기 M 비트 데이터의 전송을 위해 필요한 최소 직교코드의 수인 N을 계산하고, N×N의 확장 최장 부호열 행렬을 생성하는 단계를 포함하는 통신 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 추가 직교코드 생성단계는,
   상기 3개의 직교코드를 배타적 논리합(XOR) 연산하여 확장 최장 부호열 행렬에 속하지만 상기 3개의 직교코드와는 다른 또 다른 추가 직교코드를 생성하는 통신 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 추가 데이터 생성단계는,
   상기 3 비트 데이터를 배타적 논리합 연산한 후 인버팅하여 상기 추가 데이터를 생성하는 통신 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 최종 전송 신호 출력 단계에 선행하여,
   상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드, 상기 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터를 부호화하는 단계; 및
   상기 부호화된 3 비트 데이터 및 상기 추가 데이터 각각에 상기 3개의 직교코드, 상기 추가 직교코드를 각각 곱하여 확산하는 단계를 포함하는 통신 방법
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 최종 전송 신호 출력 단계는,
   상기 확산에 의한 확산코드들을 선형 합하여 상기 최종 전송 신호를 출력하는 통신 방법.
   

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