KR100426543B1

KR100426543B1 - 이중직교부호및주파수분할다중접속통신시스템

Info

Publication number: KR100426543B1
Application number: KR1019970708260A
Authority: KR
Inventors: 프란치스 디. 나타리
Original assignee: 스탠포드 텔레코뮤니케이션즈 인코포레이티드
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2004-06-16
Also published as: DE69632954D1; ATE271739T1; AU710269B2; EP0829155B1; DE69632954T2; KR19990014914A; EP0829155A4; AU5920496A; US5623487A; BR9608879A; WO1996037066A1; CA2221101A1; JP2003505005A; MX9708913A; EP0829155A1

Abstract

적어도 일 기지국과 다수의 원격 가입자 단말기를 가진 OCDMA 무선 통신시스템에서, 본원은 단일 반송파상의 직교성 신호 세트의 크기를 감소시키는 단계(15)와, 추가적인 가입자 용량을 위해 직교 주파수 간격을 가지는 추가적인 반송파를 제공하는 단계(12, 19)를 구비하는, 시간축 오차 및 다중통로 지연 확산으로 인한 접속 노이즈에 대한 OCDMA의 감도를 저하시키는 방법을 포함한다.

Description

이중 직교 부호 및 주파수 분할 다중 접속 통신시스템

현재, 스펙트럼 확산 통신은 다수의 상업 분야에 사용되고 있고, 급속하게 확산되고 있다. 직교 부호분할 다중 접속(OCDMA)은 보다 관용되고 있는 준 직교 (Quasi Orthogonal) CDMA의 용량, 즉, 대역폭 효율을 개선시키기 위한 유효한 기술로서 제안되어 왔다(본원에서 참조에 의해 합체된 1994년 6월 7일자 제출된 미국 특허출원 08/257,324호와, 발명의 명칭이 "무선 디렉트 시퀀스 스펙트럼 확산 디지털 셀룰러 전화 시스템(WIRELESS DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM DIGITAL CELLULAR TELEPHONE SYSTEM)"인 미국 특허 제5,375,140호를 참고).

종래의 직접 시퀀스(direct sequence : DS) 스펙트럼 확산 CDMA 시스템에서는 개별 유저가 다른 의사 잡음(pseudo-noise : PN) 부호를 사용하여 동일 주파수로 발신한다. PN 부호는 준 직교 상태에 있다. 즉, 이들은 서로 상당히 낮지만 영이 아닌 상호상관값을 갖는다.

OCDMA 시스템에 있어서는, 각각의 유저는 모든 다른 유저 부호와 직교하는 부호로 할당된다(즉, 직교 부호들은 서로 영인 상호상관값을 가짐). 더우기, 직교 부호기간은 부호가 데이터 심볼 시간에 정수회(통상 1회) 반복되도록 선택된다. 부호 에포크(code epoch)는 부호 내에서 데이터 천이(transition)가 발생하지 않도록 심볼 천이와 동기화된다.

유저의 수는 이용가능한 직교함수의 수로 제한되는데, 이는 이진 부호에 대해 최대로 부호의 길이와 동일하다. 한 예는 RW 함수(Radamacher-Walsh function) 세트로, 이에 대해 길이 2^N(여기서, N은 양의 정수)의 2^N개의 직교함수가 존재한다. 칩핑 레이트(chipping rate)는 직교하는 유저의 최대수와 심볼 레이트와의 곱과 동일하다. 이것은 높은 데이터 속도는 훨씬 높은 칩핑 레이트를 필요로 함을 의미한다.

OCDMA 시스템은 모든 신호가 시간 및 주파수 동기의 상태로 수신되도록 설계된다. 따라서, 이상적인 장소에서 모든 유저는 서로 직교성을 유지하고, 어떤 유저라도 다른 유저로부터의 다중 접속 노이즈 없이 회복될 수 있다. 이것은 복수의 유저가 단일 허브국과 송수신하는 성형 네트워크에서 가장 실용적이다. 이러한 구조는 위성 네트워크에서 주로 사용된다.

여기에는 물론 OCDMA 성능이 이상적인 상태로부터 저하되게 하는 다수의 실질적 고려사항과 실세계의 영향(real-world effects)이 있다. 예를들면, 칩의 유효 부분이 지연되는 다중통로 리턴은 더 이상 진정한 직교성이 없고 접속 노이즈를 일으킨다. 이것은 높은 데이터 속도 시스템에서 문제되는데, 왜냐하면 칩핑 레이트가 대응적으로 더욱 높아지고 다중통로 지연 확산이 현저하게 증가되기 때문이다. 이러한 영향을 해결하려는 기술로는 발명의 명칭이 "다중 반송파 변조를 갖는 직교 부호 분할 다중 접속 통신시스템(ORTHOGONAL CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM HAVING MULTICARRIER MODULATION)" 인 1994년 12월 8일자 제출된 매길(Magill)의 미국 특허출원 08/352,313호가 있으며, 역시 본원에 참조에 의해 합체된다. 이 출원에서는, 복수의 OCDMA 신호가 직교상태로 이격된(즉, 칩핑 레이트로 이격된) 반송파 상으로 전송되고, 단일 유저로부터의 데이터는 복수의 반송파로 역다중화(demultiplexing)되는 것이 개시되어 있다. 이러한 방식으로 칩핑 레이트가 반송파의 수만큼 낮아진다.

본원은 통신 데이터용의 적어도 일 기지국과 다수의 가입자/유저 단말기를 가진 OCDMA 라디오 통신시스템에 관한 것이다.

도1a는 본 발명을 합체하고 있는 위성 이용 OCDMA 통신 시스템의 블럭 다이어그램.

도 1b 는 본 발명을 합체하고 있는 지상 이용 OCDMA 통신 시스템의 블럭 다이어그램.

도 2 는 본 발명을 합체하고 있는 이중 직교 부호 다중 접속시스템(DOCDMA)용 송신기의 블럭 다이어그램.

도 3 은 DOCDMA 신호용 합성 스펙트럼을 설명하는 도면.

도 4 는 본 발명을 합체하고 있는 DOCDMA 수신기에 대한 기능 블럭 다이어그램.

이하에 기술되는 발명은 직교상태로 이격된 주파수상에서 전송되는 복수의 OCDMA 신호를 채용한 점에 있어서 미국 특허출원 08/352,313에 개시된 OCDMA 다중 반송파 발명의 확장이다. 그러나, 본 발명에서는 단일 유저가 단일 주파수상의 단일 직교 함수로만 전송한다. 즉, 시스템은 반송파의 수와 직교 함수의 수와의 곱과 등가의 유저를 수용할 수 있다. 다른 방식에서 보면, 시스템은 파형의 시간과 주파수 직교특성을 이용하는 것이다(그래서 "이중 직교 CDMA(DOCDMA)"라고 불린다). 주어진 수의 유저에 대해서, 칩핑 레이트는 엄밀한 OCDMA와 비교하여 반송파의 수만큼 감소된다. 이것은 다음과 같은 여러 이득을 가진다:

-보다 낮은 칩핑 레이트로 인해서 획득이 일충 용이함.

-다중통로 지연확산은 보다 긴 칩 기간에 기인하여 접속 노이즈를 감소시킴.

-전력 스펙트럼 밀도가 일충 균일해짐.

-대역폭 효율이 향상됨.

-클럭 속도가 낮아서 수신기의 전력 소비가 감소된다.

상기 특성에 의해, 다중 반송파 OCDMA는 다수의 이동 통신 유저를 가진 위성 네트워크에 대해 매우 매력적이며, 그 예로, 개인 통신을 지원하는 것을 들 수 있다.

본 발명에 따라서, OCDMA 지상 또는 위성 이용 통신시스템이 제공되며, 상기 시스템은 적어도 하나의 기지국과 다수의 원격 가입자 단말을 가지고, 시간축 오차와 다중통로 지연 확산으로 인한 접속 노이즈에 대한 OCDMA의 감도는, 단일 반송파상의 직교 신호 세트의 크기(그러므로, 그 주파수에 할당될 수 있는 가입자의 수)를 감소시키고(15), 추가적인 가입자 용량을 위해 직교하는 주파수간격을 가진 추가적인 반송파를 채용(12, 19)함으로써 감소된다. 이에 의해 이중 직교 부호 및 주파수 분할 다중 접속 통신시스템이 생성된다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 직교 상태로 이격된 주파수로 전송되는 복수의 OCDMA 신호를 이용한다는 점에 있어 미국 특허출원 08/352,313호에 기재된 OCDMA 다중 반송파의 연장이라 할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 단일 유저가 단일 주파수상의 단일 직교 함수로만 전송한다.

도 2 는 발신기의 실시예를 도시한 것이다. 소오스(10)로 부터의 입력 데이터는 버퍼되고 포맷되어(11) 다음에, MPSK 변조를 사용하여 반송파상에 변조되고, 여기서 M ≥2 이다. 일반적으로는 M = 4 , 즉 QPSK 변조를 사용한다. 또한, FEC(Forward Error Correction) 코딩 및 인터리빙(interleaving)이 적용에 따라 이용될 수도 있다.

다음, 신호는, 심볼 주기에 대하여 직교하는 이진 시켄스 세트의 일 요소와 PN 발생기(14)로부터의 PN 시켄스와의 모드(Mod)-2 합(16)인 이진 시켄스에 의해 BPSK 변조된다. n 이 양의 정수인 길이 2^N의 2^N직교성 함수가 있는 RW 함수(15)는 설명을 목적으로 여기에 기재된 것이다. 제어기(CT)로부터의 RW 함수 선택 신호는 선택된 PN 부호와 모드-2 가산하기 위한 RW 시켄스 세트의 필요한 요소를 선택한다.

동일한 PN 부호는 단일 "셀" 또는 직교성 세트로된 요소의 각각에 의해 이용된다. 클럭(18)에 의해 구동되는 타이밍 논리 회로(17)로부터의 PN 클럭 속도는 이것이 필요하지 않더라도 RW 칩 레이트와 동일하게 되도록 일반적으로 선택된다.

시스템 동기동작은 타이밍 논리 회로(17)로 신호를 보내고, 주파수 선택은 종래의 반송파 합성장치(19)로 신호를 보낸다. BPSK 변조기로부터의 신호 파형은 업-컨버트(20)되고, 전력 증폭기(21)로 진행하여 안테나(22)에 의해 방송된다.

시스템 동기동작은 타이밍 논리 회로(17)로 신호를 보내고, 주파수 선택은 종래의 반송파 합성장치(19)로 신호를 보낸다. BPSK 변조기로부터의 신호 파형은 업-컨버트(20)되고, 전력 증폭기(21)로 진행하여 안테나(22)에 의해 반송된다.

상술된 것처럼, 각각의 유저는 모든 다른 유저 부호와 직교하는 부호로 할당된다(즉, 직교 부호가 서로 제로인 상호상관값을 가짐). 더욱이, 직교 부호 주기는 부호가 데이터 심볼 시간에서 정수의 곱으로 반복(일반적으로 일 회)되도록 선택된다. 부호 에포크는 데이터 천이가 부호 내에서 발생하지 않도록 심볼 천이와 동기화된다. RAW 칩핑 레이트는 직교하는 유저의 최대수와 심볼 레이트와의 곱과 동일하다.

변조된 반송파 주파수는 RW 칩 간격에 대해 직교하는, 즉, 반송파 주파수가 RW 칩핑 레이트에 의해 이격된 N주파수의 하나로부터 선택된다. 합성 신호는 전송용의 적절한 주파수 대역으로 업-컨버트된다.

개별적인 전송은 시간과 주파수 동기 상태로 기지국에 이르도록 동기화된다. 최종 수신 스펙트럼을 도 3 에 도시하였으며, 여기서 칩핑 레이트는 166.4 kHz 이고, 5개의 직교성 반송파가 이용되었다.

도 4 는 DOCDMA 수신기의 블럭 다이어그램을 도시한 도면이다. 안테나(23)에 수신된 신호는 I, Q 기본대역으로 다운-컨버트되고(24) 처리를 위해서 아날로그로부터 디지털 샘플(25I, 25Q)로 변환된다. 수신된 반송파 주파수 및 부호 위상을 산정하기 위해서 추적 루프가 이용된다. 부호 위상 추적 루프는 부호 위상 판별장치(30), 필터(31)를 제어하는 수치 제어 오실레이터(32)를 포함하는데, 이 오실레이터는 각각 PN 및 RW 함수를 발생하는 PN 발생기(34) 및 RW 발생기(35)를 제어한다. 수신기 제어기(CR)는 RW 선택 신호를 RW 발생기(35)에 제공하여 특정한 RW 함수를 선택한다. PN 및 RW 함수는 합해져(36) 믹서(37)에 전해진다. 반송파 추적 루프는 반송파 주파수 판별장치(38), 필터(39)를 합체하고 있다. 수신기 제어기(CR)로부터 반송파 주파수가 선택되고(40), 그 반송파 주파수는 수치 제어기 오실레이터(41)를 경유한다. 수치 제어기 오실레이터(41)로부터의 직각 위상의(코사인, 사인)신호가 복소 곱셈기(28)에 인가되어 반송파 추적 루프가 폐쇄된다. QPSK 복조(42)가 코히어런트 검파 또는 차동 코히어런트 검파의 어느 하나를 이용하는 일반적인 방식으로 수행되어, 이용 장치(43)에 데이터를 제공한다.

본 발명의 양호한 실시예가 설명되었지만, 본원의 발명은 다른 실시예도 당 분야의 기술인에게는 첨부된 청구범위의 범위내에서의 용이한 실시가 가능한 것임이 이해될 수 있는 것이다.

Claims

데이터를 통신하기 위한 적어도 하나의 기지국과 다수의 가입자/유저 단말을 가진 직교 부호분할 다중접속(OCDMA) 무선 통신시스템에 있어서, 송신기 수단은:

상기 데이터를 수신하도록 접속된 MPSK 변조기 수단(12)과;

상기 MPSK 변조기(12)에 접속된 이상 변조기(BPSK) 수단(13)과;

소정의 RW 칩핑 레이트를 각각 갖는 주어진 RW 함수 세트를 선택하는 수단(CT)을 가진 RW 함수 세트 발생기(15)와;

상기 MPSK 변조기(12)에 접속되고 RW 칩핑 레이트만큼 이격된 선택가능한 반송파 주파수를 발생하는 반송파 주파수 합성기(19)와;

선택된 PN 부호 신호를 제공하는 PN 부호 발생기(14)와;

선택된 주어진 RW 함수 신호를 상기 PN 부호 신호와 합하고 확산 함수 신호를 상기 이상 변조기 수단(13)에 제공하는 수단(16)으로서, 상기 이상 변조기(BPSK) 수단(13)은 상기 MPSK 변조기 수단(12)으로부터의 출력과 상기 확산 함수신호와의 합성 신호를 출력하고, 상기 선택된 RW 함수 세트는 심볼 주기에 걸쳐서 직교하고 있는 이진 시켄스 세트의 일 요소인, 수단(16)과;

송신을 위해 상기 이상 변조기(BPSK) 수단(13)으로부터의 합성 신호를 방송 주파수 대역으로 업-컨버트하는 수단(20)을 포함하는 OCDMA 무선 통신시스템.
제1항에 있어서, 상기 합성 신호를 수신하고 복조하여 상기 데이터를 재생하는 수신기 수단(도4)을 구비하는, OCDMA 무선 통신시스템.
제2항에 있어서, 상기 수신기 수단(도4)은:

제 2 PN 부호 신호를 제공하는 제 2 PN 발생기 수단(34)과;

제 2 RW 함수 신호 세트를 제공하는 제 2 RW 함수 발생기 수단(35)과;

상기 제 2 PN 부호와 RW 함수 세트 신호를 합하여 확산해제(despreading) 및 디코딩 신호를 제공하는 수단(36)과;

상기 제 2 PN 발생 수단(34)과 상기 제 2 RW 함수 발생 수단(35)을 제어하는 수치 제어기 오실레이터(32)를 가진 부호 위상 추적 루프(30, 31)와;

상기 합성 신호와 상기 확산해제 및 디코딩 신호를 수신하여 확산해제 및 디코딩된 출력 신호를 생성하는 믹서 수단(37)과;

수치 제어기 오실레이터(41)와 특정 반송파 주파수를 선택하는 수단(40)을 가진 반송파 주파수 추적 루프(38,39,40)를 포함하는, OCDMA 무선 통신시스템.
적어도 하나의 기지국과 다수의 원격 가입자 단말을 가진 직교 부호분할 다중접속(OCDMA) 무선 통신시스템에서, 시간축 오차 및 다중통로 지연 확산으로 인한 접속 노이즈에 대한 OCDMA의 감도를 저하시키는 방법으로서,

(1) 단일 반송파상의 직교 신호 세트의 크기를 감소시키는 단계(15)와;

(2) 추가적인 가입자 용량을 위해 직교하는 주파수간격을 가지는 추가적인 반송파를 제공하는 단계(12, 19)를 구비하는 방법.