KR960000144B1 - 직접 확산 대역 통신시스템의 정보 송수신 방법 및 회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직접 확산 대역 통신시스템의 정보 송수신 방법 및 회로

제1도는 종래의 직접 확산 대역 통신시스템의 송수신회로도.

제2도는 본 발명에 의한 직접 확산 대역 통신시스템의 송수신회로도.

본 발명은 대역 확산 통신시스템에 있어서 정보 송수신회로에 관한 것으로, 특히 통화채널외에 순수한 PN신호채널을 따로 설정하여 동기화를 용이하게 하고 이 신호에 의해 동기복조를 가능토록하는 직접 확산 대역 통신시스템의 정보 송수신 방법 및 회로에 관한 것이다.

대역 확산 시스템(spread spectrum system)은 설계자나 사용자가 통신의 간섭이나 탐지로부터 정보를 보호하고자 하는 목적에서 비롯된 통신방식으로 전송신호의 주파수 대역폭이 메시지 신호의 주파수 대역폭보다 훨씬 넓은 통신시스템이다.

대역 확산에 사용되는 신호의 대역폭은 적어도 정보율(information rate) 보다 10배에서 100배는 되어야 하는 사용 기법으로 직접확산(direct sequence : DS), 주파수도약(frequency hopping : FH), 첩(chirp), 시간도약(time hopping : TH), 하이 브리드(hybrids) 기법등이 있다.

직접 확산(DS) 기법은 코드 시컨스(code sequence)로 방송 주파수를 변조하는 방법으로 위성통신 분야에 널리 쓰이며, 주파수 도약(FH)은 수신 메시지를 제3자가 받는 것을 방지하고, 수신의 간섭으로부터 불필요한 신호를 배체하기 위한 개념의 확장으로 비우호적인 수신자가 동작주파수를 발견할 수 없도록 주파수 영역을 무작위로 빠르게 움직이도록 하는 기법이다.

상기 첩 변조에서의 신호는 단순하게 전송신호 대역폭을 확산시키는데 대역 확산 변조의 다른 방법들처럼 코딩을 사용하지 않는다.

상기 시간 도약(TH)은 주파수 도약기가 주파수를 조정하는 것과 같은 방법으로 전송시간과주기를 코드시컨스(code sequence)로 조정하며, 시간영역에서 무작위로 보내는 펄스 위치가 결정된다.

하이브리드 대역 확산 시스템은 위에서 설명한 4가지 기법중 2가지 또는 그 이상의 기법을 종합하여 얻을 수 있고, 지금 사용되고 있는 가장 새로운 시스템이다.

대역 확산의 단점으로는 대역을 확산시키므로 송수신의 장치화가 복잡해지고, 부호 분할 다중화에 따른 부호 분배 문제, 크기, 무게, 가격 문제등이 있고 장점으로는 코드 분할 다중 접근(code-divion multiple access), 저밀도 출력신호(low density output signal), 고유 메시지 비밀/안전(inherent message privacy/security) 보장, 간섭 방지(intetrference rejection)등이 있으며, 이러한 장점으로 인하여 대역 확산 시스템은 단순한 무선통신에만 사용되는 것이 아니라 고정밀 거리 축정장치 혹은 다중화장치등에 응용되고 있으며, 근래는 유선통신에까지 그 사용영역이 확대되고 있다.

DS방식은 대역확산통신에서 가장 널리 알려져 있고 사용되고 있는 방식이다. 이 방식은 비트율(Bit Rate)이 정보신호대역보다 훨씬 더 큰 디지털 부호계열, 즉 PN(무작위 의사잡음) 부호로 반송주파수를 변조하여 전송대역을 확산는 것으로 위성통신 분야에서 가장 널리 사용되고 있면 머지않은 장래에 많은 분야에서 일반적인 변조방식으로 이용될 것이다. 또한 DS방식은 다음과 같은 특성을 갖고 있다.

장점으로

1. 잡음과 재밍에 대한 저지능력이 좋다.

2. 도청이 힘들다.

3. 페이딩의 영향을 가장 적게 받는다.

단점으로

1. 위상왜곡이 거의 없는 광대역채널이 필요하다.

2. 검출시간이 오래 걸린다.

3. 고속부호발생기가 필요하다.

4, 원근문제(Near-Far Problem)가 발생한다.

변조기는 평형변조기이며, 반송파와 PN부호가 입력되어 바이페이즈(Bi Phase) 변조기로 동작한다. 즉 PN부호가 0레벨이면 반송파는 위상이 변화하지 않고, PN부호가 1레벨이면 위상이 180^o로 바뀐다.

시스템원리를 설명하면 다음과 같다. DS에서는 PSK류의 변조방식을 주로 사용하고 있으며 PSK는 비동기방식으로는 복조가 거의 불가능하므로 동기복조를 한다. 정보신호는 평행변조기에서 PN부호에 의해 변조되어 대역확산된 후 반송파와 곱해져서 다시 변조되어 전송된다. 이렇게 대역확산되어 전송된 신호는 송신때와 같은 부호로 원래의 정보신호를 얻는데 이과정을 상관(Correlation)이라 한다.

상관이란 수신기에서 발생된 PN부호신호와 대역확산된 신호와 곱하여지는 것으로 PN부호신호는 그 자체의 신호에 대해서는 최대상관 값을 갖고 그외의 다른 신호 종류에 대해서는 최소 상관값을 갖기 때문에 재밍신호나 간섭신호는 수신기의 상관과정에서 PN부호의 대역폭으로 확산되어 원래의 정보신호만 검출토록 되어 있다.

종래의 직접 대역 확산 통신시스템은 제1도와 같이 송신부(1)와 수신부(2)로 나뉘어 구성되어지며, 먼저 송신부(1)의 동작을 설명하면, 디지털로 바뀌어진 송신 정보는 디지털 변조기(104)를 통해 PN코드 발생기(103)의 신호와 곱해져 확산 데이터로 바뀐후 D/A변환기(102)를 통해 아나로그 신호로 변환된 후 RF/아나로그(RF/A) 서브 시스템(101)에서 RF신호로 변환되어 송신된다. 상기의 신호는 타 장비의 안테나(100)를 통해서 입력되는데, RF/A 서브시스템(101)에서는 RF신호를 IF신호 대역으로 낮추고, 다시 기준 대역 신호로 변환하여 A/D변환기(105)에서 디지털 정보로 바꾼다. 이정보는 승산기(116)에서 PN코드발생기(107)의 출력과 믹싱하여 광대역 BPF(106)를 거쳐 디지털 복조기(132)에서 복조되고, 자승기(110), 누산기(112), 비교기(111)를 통한 처리에 의해 클럭 조절회로(108)에서 동기 추적과정을 거쳐 PN 코드발생기(107)의 클럭 발생신호의 PN동기를 맞추어 상기 과정을 반복한다. 이후 동기가 맞게 되면 수신된 정보는 디지털 복조(132)에서 수신 정보를 추출하게 된다. 이보다 더욱 상세하게는 ″E.A. Geraniotis″가 ″Coherent Hybrid DS-SFH Spread-Spectrum Mutiple-Access Communication″의 제목으로 ″1985년 9월 IEEE에 Tr″에서 게재한 바 있고 본건특허 동일 출원인에 의해 출원번호 제92-8863호로 출원한 바 있다. 그러나 종래는 수신부(2)에서 동기를 맞추기 위해 입력되는 신호가 타 장비의 송신부에서 변조된 직접 확산신호(Modulated DS-SS Signal)였으므로 무변조 직접 확산 신호를 사용되는 경우보다 동기 추적이나 상태유지가 어려우므로 수신 정보의 복조시 신호세기에 영향을 받으며 신호가 미약한 경우 동기를 잃어버리는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 직접 확산 대역 통신시스템에서 통화 채널외에 순수 PN신호채널을 따로 설정하여 동기화를 용이하게 하고, 이 신호를 이용하여 동기복조가 가능한 송수신기를 제공함에 있다.

상기 목적을 수행하기 위한 본 발명은 송신 정보를 디지털 변조기를 통하고 이를 PN 코드와 상대 순수확신호와 직교 특성을 갖도록 월쉬 코드를 곱하여 순수확산신호에 웨이트회로를 거친 신호를 기준 대역에서 합하여 무선으로 전송하고, 수신시는 A/D변환기 신호가 PN코드 발생기와 지연기와 직교특성을 갖는 월쉬코드 발생기와 디지털 복조기에서 복조된 출력을 얻도록 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명되어 질 것이다. 도면들중 동일한 구성요소들은 가능한한 어느곳에든지 동일한 부호 또는 참조번호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.

제2도는 본 발명에 의한 직접 확산 대역 통신시스템의 송수신 회로도로서, 종래는 제1도의 도시와 같이 RF/아나로그(RF/A) 서브 시스템(101)이 안테나(100)로부터 송수신 정보를 받도록 연결되고, 상기 RF/A서브시스템(101)에 송신부(1)와 수신부(2)가 연결된다. 상기 송신부(1)는 PN코드 발생기(204)를 구비하고, 송신 정보단(251)의 송신정보는 디지털 변조하는 디지털 변조기(104)에 입력하여 변조한후 D/A변환기(102)에서 아나로그 신호로 변환하여 상기 RF/A서브 시스템(101)에 직접 입력하였으나 본 발명은 상기 디지털 변조기(104)의 송신정보와 상기 PN코드발생기(204)의 출력을 승산하여 제3승산기(243)와, 상기 PN코드 발생기(204)의 PN코드와 ″0″단의 입력을 승산하는 제4승산기(244)와, 상기 제4승산기(244)의 출력으로부터 수신기의 동기추적이나 유지가 용이하도록 상기 송신정보보다 큰 값을 갖는 무변조 확산치를 만들기 위해 가중치를 부가하는 웨이트회로(203)와, 무변조 확산신호에 대해 직교 특성을 갖는 월쉬코드를 발생하는 제1월쉬코드발생기 (216)와, 상기 제3승산기(243)의 출력과 상기 제1월시코드 발생기(216)의 출력을 곱하여 기준 대역의 확산 신호를 발생하는 제1승산기(242)와, 상기 제 1승산기 (242)의 기준대역 신호와 상기 웨이트 회로(203)의 송신정보를 가산하여 상기 D/A변환기(102)에 제공하는 제3가산기(241)로 구성된 것으로 달라진 부분은 점선 200부분이다.

수신부(2)는 제1도와 같이 종래는 상기 RF/A 서브시스템(101)의 출력을 A/D변환기(105)에서 디지털 데이터로 변환하고, 상기 수신 디지털 정보를 자승기(110)에서 자승값을 구해 누산기(112)에서 누산하고 그 결과를 비교기(111)에서 기준신호단(252)의 기준신호와 비교에 의해 초기 동기 추적을 위한 클럭 제어신호를 발생하는 클럭 조절회로(108)를 통해 PN코드발생기(107)의 출력코드를 조절하며 디지털 복조기(109)에서 수신정보를 추출하도록 하는데 있어서, 상기 A/D 변환기(105)의 디지털 테이타 수신 데이터 및 PN코드, 반송파 주파수와, PN코드 발생기(107)의 PN코드를 승산하는 제2승산기(245)와, 상기 제2승산기(245)의 출력으로부터 상기 반송파 주파수를 추출하여 상기 자승기(110)에 제공하는 협대역 BPF(209)와, 상기 제2승산기(245)의 출력을 지연하는 지연기(210)와, 상기 협대역 BPF(209)의 출력과 상기 지연기(210)의 출력을 곱하여 반송파 주파수를 제거하는 제5승산기(246)와, 무변조 확산 신호에 대하여 직교특성을 갖는 월쉬코드를 발생하는 제2월쉬코드 발생기(215)와, 상기 제5승산기(246)와 제2월쉬코트 발생기(215)의 출력을 곱하여 수신데이타만을 추출하여 상기 디지털 복조기(109)에 제공하는 제6승산기(247)로 구성된 것으로 달라진 부분은 점선 300부분이다.

따라서 본 발명의 구체적 일실시에는 제2도를 참조하여 상세히 설명한다.

송신부(1)에서는 송신 정보를 디지털 변조기(104)를 통해 변조되어 출력되면 PN코드발생기(204)의 PN코드를 제3승산기(243)에서 승산하고, 이를 제1승산기(242)에서 무변조 확산신호에 대하여 직교 특성을 갖는 제1월쉬 코드(Walsh Code) 발생기(216)의 출력과 곱해져 확산신호를 만들어 내고, 그리고 제4승산기(244)에서는 ″0″와 PN코드 발생기(204)를 출력을 승산한다. 수신부(2)의 동기추적치나 유지가 용이하도록 무변조 환산신호를 만들되 (순수 PM Code), 상기 제4승산기(244)에서 승산하여 웨이트회로(203)를 거쳐 확산된 상기의 송신정보보다 큰 값을 갖는 무변조 확산신호를 만들고, 이를 제3가산기(241)에서 기준대역에서 합하여 D/A변환기(102)를 통해 아나로그신호로 변환한다. 상기 변조된 신호는 RF/A 서브 시스템(101)에서 RF신호로 변환되어 안테나(100)를 통해 송신된다. 송신된 신호는 타 장비의 안테나(100)를 통해 입력되는데, RF/A서브 시스템(101)에서는 상기신호를 RF에서 IF신호 대역으로 변환하고 다시 IF신호를 기준 대역신호로 변환하여 출력하게 된다. 상기 출력된 아나로그 신호는 A/D 변환기(105)를 통해 디지털 정보를 변환되고 PN코드 발생기(107)에서 발생된 PN코드를 제2승산기(245)에서 곱해져서 디지털 협대역 BPF(209)로 인가되어 반송파 주파수를 추출하고, 저승기(110)에서 신호의 자승값을 구해 그값을 누산기(112)에서 누산하고, 그결과를 비교기(111)에서 기준신호단(252)의 기준신호와 비교하여 클럭 조절회로(108)의 제어로 초기 동기 추적을 위한 추적을 위한 클럭 제어신호를 발생한다.

이 신호는 클럭 조절회로(108)을 통해 PN코드 발생기(107)의 출력코드를 조절하는 역할을 수행하며, 코드 동기가 맞는 시점까지 이 루우프(Loop)의 조절 동작은 계속된다. 이후 코드동기를 찾는 시점부터는 A/D변환기(105)을 통해 변환된 PN코드와 반송파 주파수와 데이터가 곱해진 신호는 PN코드발생기(107)로부터 발생된 PN코드에 의해서 제2승산기(245)에서 PN코드 성분을 제거한 신호를 만들어내고, 다시 협대역BPF(209)에서 반송파 주파수만을 추출하여 협대역 BPF(209)를 통한 지연 신호 발생시간과 동일한 상기의 PN코드 성분을 제거한 신호를 지연기(210)를 통하여 지연시킨 후 두 신호를 제5승산기(246)에서 곱하여 반송파 주파수 성분을 제거하며, 제6승산기(247)에서 제2월쉬 코드 발생기(215)에서 발생된 무변조 확산 신호에 대해 직교 특성을 갖는 월쉬 코드와 곱해 데이터만을 추출하여 디지털 복조기(109)을 통해 수신정보를 복조하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 송신부(1)에서 송신 정보를 변조기를 통하여 변조한 후 PN코드 발생기를 이용하여 확산 정보를 만들고, 변조를 하지 않은 순수 확산코드를 상기 신호보다 큰 진폭을 갖도록 하여 두 신호를 기준대역에서 결합하여 무선 전송을 하도록 설계함으로써 장비간 통신시 상호 수신부에서 상대 PN코드 동기 추적이나 유지가 용이하며, 이 동기신호에 의해 데이터 복조를 위한 기준신호로 삼음으로써 비동기 방식에 보다 3dB가량의 성능향상을 보이는 동기 복조가 가능한 이점이 있다.

Claims (5)

1. RF/아나로그(RF/A) 서브 시스템(101)이 안테나(100)와 연결되고, 상기 RF/A 서브시스템(101)에 송신부(1)와 수신부(2)가 연결되며 상기 송신부(1)는 PN코드발생기(204)를 구비하고, 송신 정보단(251)의 송신정보는 디지털 변조하는 디지털 변조기(104)에 입력하여 변조한후 D/A변환기(102)에서 아나로그 신호로 변환하여 상기 RF/A 서브 시스템(101)에 입력하는 직접 확산 대역 통신시스템의 송신회로에 있어서, 상기 디지털 변조기(104)의 송신정보와 상기 PN코드발생기(204)의 출력을 승산하여 제3승산기(243)와, 상기 PN코드 발생기(204)의 PN코드와 ″0″단의 입력을 승산하는 제4승산기(244)와, 상기 제4승산기(244)의 출력으로부터 수신시의 동기추적이나 유지가 용이하도록 상기 송신정보보다큰 값을 갖는 무변조 확산치를 만들기 위해 가중치를 부가하는 웨이트회로(203)와, 무변조 확산신호에 대해 직교 특성을 갖는 월쉬코드를 발생하는 제1월쉬코드 발생기(216)와, 상기 제3승산기(243)의 출력과 상기 제1월시코드발생기(216)의 출력을 곱하여 기준대역의 확산 신호를 발생하는 제1승산기(242)와, 상기 제1승산기(242)의 기준 대역 신호와 상기 웨이트 회로(203)의 송신정보보다 큰 확산 출력을 가산하여 상기D/A변환기(102)에 제공하는 제3가산기(241)로 구성됨을 특징으로 하는 직접 확산 대역 통신시스템의 송신회로.
2. RF/A 서브시스템(101)이 안테나(100)와 연결되고 상기 RF/A(100) 송수신부(1,2)가 수신부(2)는 RF/A 서브시스템(101)의 출력을 A/D변환기(105)에서 디지털 데이터로 변환하고 상기 수신디지탈 정보를 자승기(110)에서 자승값을 구해 누산기(112)에서 누산하고 그 결과를 비교기(111)에서 기준신호단(252)의 기준신호와 비교에 의해 초기 동기 추적을 위한 클럭 제어신호를 발생하여 클럭 조절회로(108)를 통해 PN코드 발생기(107)의 출력코드를 조절토록하며 디지털 복조기(109)에서 수신정보를 추출하도록 하는 연결된 직접 확산 대역 통신시스템의 수신회로에 있어서, 상기 A/D변환기(105)의 디지털 데이터 수신데이타 및 PN코드, 반송파 주파수와 상기 PN코드 발생기(103)의 PN코드를 승산하는 제2승산기(245)와, 상기 제2승산기(245)의 출력으로부터 상기 반송파 주파수를 추출하여 상기 자승기(110)에 제공하는 협대역 BPF(209)와, 상기 제2승산기(245)의 출력을 지연하는 지연기(210)와, 상기 협대역 BPF(209)의 출력과 상기 지연기(210)의 출력을 곱하여 반송파주파수를 제거하는제5승산기(246)와, 무변조 확산 신호에 대하여 직교특성을 갖는 월쉬코드를 발생하는 제2월쉬코드 발생기(215)와, 상기 제5승산기(246)와 제2월쉬코드 발생기(215)의 출력을 곱하여 수신데이타만을 추출하여 상기 디지털 복조기(109)에 제공하는 제6승산기(247)로 구성됨을 특징으로 하는 직접 확산 대역 통신시스템의 수신 회로.
3. RF/아나로그(RF/A) 서브시스템(101)에 안테나(100)가 연결되고 PN코드 발생기(204)를 구비하고 송신 정보단(251)의 송신정보를 디지탈 변조하는 디지털 변조기(104)에 입력하여 D/A변환기(102)에서 아나로그 신호로 변환한후 상기 RF/A서부 시스템(101)에 입력하고, 상기 RF/A 서브시스템(101)의 출력을 A/D변환기(105)에서 디지털 데이터로 변환하고 수신정보를 자승기(110)에서 자승값을 구해 누산기(112)에서 누산하고 그 결과를 비교기(111)에서 기준 신호단(252)의 기준신호와 비교에 의해 초기 동기 추적을 위한 클럭 제어신호를 발생하여 클럭 조절회로(108)를 통해 PN코드 발생기(107)의 출력코드를 조절토록하며 디지털 복조기(109)에서 수신정보를 추출하도록 구성된 직접 확산 대역 통신시스템의 송수신회로에 있어서, 상기 디지털 변조기(104)의 송신정보와 상기 PN코드발생기(204)의 출력을 승산하여 제3승산기(243)와, 상기 PN코드 발생기(204)의 PN코드와 ″0″단의 입력을 승산하는 제4승산기(244)와, 상기 제4승산기(244)의 출력으로부터 수신시의 동기추적이나 유지가 용이하도록 상기 송신정보보다 큰 값을 갖는 무변조 확산치를 만들기 위해 가중치를 부가하는 웨이트회로(203)와, 무변조 확산신호에 대해 직교 특성을 갖는 월쉬코드를 발생하는 제1월쉬코드 발생기(216)와, 상기 제3승산기(243)의 출력과 상기 제1월시코드 발생기(216)의 출력을 곱하여 기준대역의 확산 신호를 발생하는 제1승산기(242)와, 상기 제1승산기(242)의 기준 대역 신호와 상기 웨이트 회로(203)의 송신정보보다 큰 확산 출력을 가산하여 상기 D/A변환기(102)에 제공하는 제3가산기(241)와, 상기 A/D변환기(105)의 디지탈 데이타 수신 데이타 및 PN코드, 반송파 주파수와, 상기 PN코드 발생기(107)의 PN코드를 승산하는 제2승산기(245)와, 상기 제2승산기(245)의 출력으로부터 상기 반송파 주파수를 추출하여 상기 자승기(110)에 제공하는 BPF(209)와, 상기 제2승산기(245)의 출력을 지연하는 지연기(210)와, 상기 BPF(209)의 출력과 상기 지연기(109)의 출력을 곱하여 반송파 주파수를 제거하는 제5승산기(246)와, 무변조 확산 신호에 대하여 직교특성을 갖는 월쉬코드를 발생하는 제2월쉬코드 발생기(215)와, 상기 제5승산기(246)와 제2윌쉬코드 발생기(215)의 출력을 곱하여 수신데이타를 추출하여 상기 디지털 복조기(109)에 제공하는 제6승산기(247)로 구성됨을 특징으로 하는 직접 확산 대역 통신시스템의 송수신회로.
4. 제3항에 있어서, BPF(209)가 반송파를 추출하는 디지털 협대역 필터임을 특징으로 하는 직접 확산 대역통신시스템의 송수신회로.
5. 직접 확대 대역 통신시스템의 정보 송수신 방법에 있어서, 상기 송신정보를 변조하여 PN코드와 무변조 확산신호에 대하여 직교특성을 갖는 월쉬코드와 곱하여 확산신호를 발생하는 제1과정과, 상기 확산신호를 큰값을 만들어 송신 정보수신시 동기 추적과 유지가 용이하도록 무변조 확산신호로 하는 제2과정과, 상기 제1,제2과정에서 처리된 확산신호를 기준 대역에 합하여 아나로그 신호로 변환하여 송신하는 제3과정과, 상기 송신정보를 기준 대역신호로 변환하여 디지털화한후 반송파를 추출하여 기준 신호와의 비교에 의해 동기를 추적하는 신호를 발생하는 제4과정과, 상기 제4과정의 동기를 찾는 시점부터 상기 변환된 PN코드와 반송파 및 데이터를 곱하여 PN코드를 제거하고 지연을 의해 반송파를 제거하는 제5과정과, 상기 제5과정의 출력을 윌쉬코드와 곱하여 데이터를 추출하는 제6과정으로 이루어짐을 하는 직접확산대역통신시스템의 정보 송수신 방법.