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KR100444845B1 - 코드 선택 코드 분할 다중 접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

코드 선택 코드 분할 다중 접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR100444845B1
KR100444845B1 KR10-2002-0020158A KR20020020158A KR100444845B1 KR 100444845 B1 KR100444845 B1 KR 100444845B1 KR 20020020158 A KR20020020158 A KR 20020020158A KR 100444845 B1 KR100444845 B1 KR 100444845B1
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Abstract

본 발명은 4개의 블록으로 구성되고 Walsh-Hadamard 코드를 직교코드로 사용하는 CS/CDMA 시스템에서, 3개의 블록은 송신할 정보데이터 채널로 사용하고 나머지 1개의 블록의 입력은 부호화 채널로 사용하여 대역통과 변조기에 입력되는 신호의 진폭을 일정하게 할 수 있도록 한 것으로, 기존의 CS/CDMA에서 포함하고 있는 레벨 클리핑 과정을 제거할 수 있어서 레벨 클리핑으로 인한 직교성의 손상 문제를 제거하고, 또한 대역통과 변조도 BPSK를 사용하면 되기 때문에 송수신기의 구조가 간단해지며, 또한, 전송 신호의 진폭이 일정하여 단말기 전력 증폭기의 선형성이 요구되지 않아 단말기의 전력 효율이 향상되어 단말기의 저가 구현이 가능하게 되는 것이다.

Description

코드 선택 코드 분할 다중 접속 통신 시스템에서 전송 신호의 부호화 방법 및 그 장치{CODING METHOD AND APPARATUS FOR CONSTANT AMPLITUDE TRANSMISSION IN CODE SELECT CDMA COMMUNICATION SYSTEM AND DEVICE THEREOF}
본 발명은 코드 선택/코드 분할 다중접속 (code select / code division multiple access: 이하 CS/CDMA라 칭함) 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 입력되는 정보 비트열을 부호화함에 의하여 직교코드가 더해지더라도 신호의 진폭을 일정하게 유지시켜 주기 위한 CS/CDMA 통신 시스템에서 전송 신호의 부호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 종래의 CS/CDMA의 송신기에서 여러 개의 직교코드가 더해져서 만들어진 멀티레벨의 신호를 일정한 진폭을 갖고 전송되도록 하기 위하여 레벨 제한(level clipping) 및 MPSK(M-ary Phase Shift Keying) 변조를 사용하는 방법 대신 입력되는 정보비트열을 부호화함에 의하여 직교코드가 더해지더라도 신호의 진폭은 일정하게 되어 레벨 제한기의 필요성을 없애고 간단하게 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조를 사용하여 신호를 전송하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 무선 전송 다중화 기술은 크게 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access), 시 분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access), 코드분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식으로 구분될 수 있다.
이중, CDMA 방식은 제반 특성이 우수하여 제3세대 이동 통신으로 불려지는 IMT-2000 시스템의 세계 표준화 방식으로 자리를 굳히게 되었다.
이동 통신에 사용되는 CDMA 방식에서는 데이터에 직접 직교 코드를 곱하여 대역을 확산하는 DS/CDMA(Direct Sequence/Code Division Multiple Access) 방식을 주로 사용한다. DS/CDMA 시스템의 기지국에서는 여러 채널의 신호를 동시에 선형적으로 합하여 전송한다. 채널마다 할당된 이진 시퀀스를 더하면 신호의 진폭은 일정하지 않고 변화하게 된다.
채널 수가 증가할수록 출력신호의 레벨 수가 증가하여 아날로그 신호와 같이 진폭의 변화 범위가 커지므로 전력 증폭기의 높은 선형성이 요구된다.
또한, 제2세대 이동 통신의 단말기에서는 기지국과 달리 직교코드를 하나씩만 사용하고 있어 멀티코드에 의한 복잡성이 단말기에서는 나타나지 않는다. 그러나, 음성 위주의 서비스를 넘어서 데이터와 동영상을 포함한 멀티미디어 서비스를 제공하는 차세대 이동 통신에서는 고속의 데이터 전송 속도를 지원하기 위해 단일 사용자가 사용하는 단말기에서도 직, 병렬 변환기를 거쳐 여러 채널을 사용하여 여러 개의 직교코드를 동시에 사용하는 멀티 코드 방식(multi-code CDMA)이 되어 전송신호의 레벨이 여러 개가 된다. 따라서 전력증폭기의 효율이 떨어지며, 저가의단말장치를 구현하는데 많은 어려움이 예상된다.
이렇게 전송 데이터 채널수의 증가에 따라 멀티 코드의 사용으로 인하여 변조 신호의 신호 레벨이 증가하여 발생하는 제반 문제점을 해소시키는 방식으로 PW/CDMA, MP/CDMA, CS/CDMA 방식이 제안되어 있다.
상기한 방식 중 CS/CDMA 방식은 전송되는 데이터를 이용하여 블록으로 할당된 직교코드 중 하나를 선택하여 데이터를 변조한다.
채널 수가 많은 경우 저장해야할 코드의 개수가 매우 커지기 때문에 CS/CDMA 시스템은 여러 개의 블록으로 나누어서 구현하는데, 각 블록에서 출력되는 직교코드들이 더해지기 때문에 변조신호는 역시 멀티레벨 신호가 된다. 이러한 멀티레벨의 신호를 일정한 진폭을 갖고 전송되도록 하기 위하여 MPSK 변조를 사용하는데 채널잡음의 영향을 적게 받게 하기 위하여 변조에 앞서 신호의 레벨을 일정 개수로 제한한다. 그러나 이러한 레벨 제한을 하게 되는 경우에는 신호의 직교성이 손상되어 성능이 저하된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래 기술에 대하여 살펴보기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 멀티 코드를 기반으로 한 DS/CDMA 송신기의 모듈 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 입력신호 d1, d2,????, dn는 각각 직교코드패턴 c1, c2,????, cn과 곱셈기(1a, 1b,????, 1n)에서 각각 곱해져서 아날로그 합산기(100)에서 모두 합산되어 (n+1) 레벨의 아날로그 형태의 신호 S로 변환되어 RF(Radio Frequency) 증폭기(도시 생략)로 보내진다.
즉, 종래의 DS/CDMA 방식의 송신단에서는 여러 채널의 정보를 동일 주파수로 동시에 보내기 위해, 각 채널의 데이터 정보에 정보 전송 속도보다 수 십 배에서 수 천 배 정도의 빠른 서로 다른 직교코드(orthogonal code)를 곱하여 각각의 채널이 서로 간섭하지 않도록 직교성을 부여한 후, 이를 산술적으로 합하여 여러 채널을 동시에 동일 주파수로 전송한다.
그러면, 수신단에서는 이와 같이 전송된 신호를 수신한 후, 수신된 신호에 송신시 원하는 채널에서 사용한 직교코드와 동일한 코드를 곱하여, 이 신호로부터 원하지 않는 다른 채널의 정보는 사라지게 하고 원하는 채널의 정보만 남게 하는 것이다.
이러한 종래 기술의 DS/CDMA 방식에서는 사용하는 직교코드수에 따라 변조 신호 레벨이 증가하고, 이에 따라 시스템 구성이 복잡해지고 신호처리가 어려워지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안의 하나로 변조신호 레벨을 일정값 이상은 잘라내고(레벨 제한) 남은 레벨 값만을 펄스 폭으로 바꾸어 전송하여 신호 파형이 항상 이진(Binary) 형태를 갖게 하는 PW/CDMA(Pulse Width CDMA)(특허등록 제 0293128호; 2001.3.30)방법이 제안되었다.
도 2는 종래 기술에 따른 PW/CDMA(Pulse Width CDMA)송신기의 모듈 구성도를 나타낸 도면이고, 도 3은 종래 DS/CDMA 신호의 레벨을 PW/CDMA 신호의 펄스폭으로 변환하는 방법에 대한 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 직접 확산 코드 분할 다중 접속(DS/CDMA)방법의 아날로그 합산기(100) 대신 레벨 제한기(210)를 이용하여 디지털 합산기(200)의 출력 신호 중 일정 레벨 이상의 신호를 잘라낸 후, 펄스 발생기(220)를 이용하여 도 3에 도시된 방법을 이용하여 binary 형태의 변조신호 S를 만들게 되는 것이다.
PW/CDMA 방식은 변조신호가 binary 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 다위상 CDMA(MP/CDMA)방식(특허출원 제 10-2001-8044호: 2000.02.17)이 제안되었다.
도 4는 종래 기술의 MP/CDMA(Multiple Phase CDMA) 송신기의 모듈 구성을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 구성과 도 2에 도시된 구성의 차이점을 비교해 보면, 도 1에 도시된 종래의 DS/CDMA 방식에 의해 만들어진 다양한 레벨의 신호를 레벨 제한기(level limiter)(400)를 사용하여 일정 레벨 이상의 값을 잘라낸 결과를 펄스발생기(220) 대신 위상변환기(410)에서 위상값으로 변환하는 것이다. 이 변환된 위상값 변조 신호는 RF 증폭기(도시되지 않음)로 보내진다.
즉, PW/CDMA 방식이 파형이 단순해지는 장점이 있는 반면, 잘라내고 남은 레벨수가 2이상인 경우에는 그에 비례하여 변조된 신호의 대역폭이 증가하는 문제점이 있다. MP/CDMA 방식은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 잘라내고 남은 레벨 값을 펄스폭으로 바꾸는 대신 전송하는 RF 신호의 위상값으로 바꾸는 방식이다.
상기의 PW/CDMA와 MP/CDMA 방식은 DS/CDMA 방식의 신호레벨을 일정 크기 이상을 잘라내어 신호 레벨 크기의 증가를 방지하여 시스템이 단순해지는 장점이 있지만, PW/CDMA 와 MP/CDMA 방식도 DS/CDMA 방식과 마찬가지로 정보채널 하나에 직교코드를 하나씩 배정하여 사용한다.
결과적으로 상기의 DS/CDMA, PW/CDMA 및 MP/CDMA 방법은 전송하는 데이터 채널 하나에 직교코드가 하나씩 배정되어 전송하는 정보 채널수와 동일한 수의 직교코드를 사용하므로, 데이터 채널수가 증가하면 사용하는 직교코드의 수가 증가하고 변조된 전송신호의 레벨이 많아지는 문제점이 있다.
또한, 멀티 레벨이 신호를 잘라내는 과정에서 직교코드의 직교성이 손상되어 전송되는 신호간의 상호간섭에 취약해지는 단점이 있다.
전송 속도를 증가시키기 위해 멀티코드를 사용하면서도 사용하는 직교코드 수를 줄일 수 있는 새로운 변복조 방식으로 코드선택 코드분할 다중접속(CS/CDMA)방식(특허출원 제 10-2001-0061738호: 2001.10.8)이 제안되었다. 이 방식은 데이터 채널 하나에 직교코드 하나씩을 배정하는 대신에 직교코드를 블럭별로 배정하고 전송 데이터 값을 이용하여 직교코드를 선정하여 사용되는 직교코드의 수를 감소시키고 변조된 신호의 레벨수를 감소시켜 PW/CDMA 와 MP/CDMA 신호를 만들 때 절사(truncation)에 의한 직교코드 간의 직교성의 저하를 완화시키고 직교성이 저하된 변조신호간의 상호간섭 영향을 줄일 수 있도록 한 것이다. 이 기술에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 간단하게 살펴보기로 하자.
도 5는 CS/CDMA(Code Select CDMA) 송신기의 모듈 구성을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와같이, CS/CDMA 방식에서는 데이터를 여러 채널을 통하여 전송하는데, 정보채널 데이터 중 일부는 직교코드들을 선택하고, 선택된 직교코드들을 정보채널 나머지 데이터와 각각 곱하여 확산된 신호들을 더한 후 변조하여 전송한다.
CS/CDMA 시스템은 여러 개의 블록으로 구성되어 있는데, 각 블록에 입력되는 N+1 개(N은 자연수)의 정보채널 중에서 N개의 채널에 실린 데이터로부터 2의 N자승 개의 직교코드 중 한 개가 선택되고, 이 코드가 나머지 한 채널의 데이터에 곱해진다. 즉, N비트의 정보데이터가 직교코드를 결정하고, 1 비트의 정보 데이터가 부호를 결정한다. 여러 블록의 출력신호를 더한 후 대역통과 변조를 하여 전송하는데, 여러 블록의 출력신호가 더해지면 신호의 레벨이 여러 가지가 되어 송신기의 고주파 증폭기의 선형성이 요구된다.
상기 블록 단위의 변조방법에 의해 각 블록에서 생성된 신호를 디지털 합산기를 통하여 하나의 신호로 합산하여 만들어진 멀티레벨 신호를 PW/CDMA 방식을 이용하여 펄스폭으로 변환하거나, MP/CDMA 방식을 이용하여 위상값으로 변환하여 전송한다. PW 변조 사용시 대역폭이 넓어지는 문제와 MP 변조시 신호 성상도가 밀집 배치되는 문제를 피하기 위하여 보통 각 블록 출력을 합산하여 만들어진 멀티 레벨 신호를 레벨이 일정한 값 이상이 되면 잘라내는 절사(truncation) 단계를 포함한다.
도 5는 직교 코드를 블록 단위로 나누어 데이터를 변조하는 CS/CDMA 변조기구성의 한 예를 보이는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 블럭 A(500)에서 입력되는 정보 채널의 데이터 d0, d1,d2를 이용하여 c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7의 8개 직교코드 중 하나를 선택한다. 선택된c i직교코드를 d3로 곱하여(excusive OR) 하여 데이터를 싣는다. 같은 방법으로 블럭 B와 이후 블럭들을 수행하여 각 블록 별로 변조된 직교코드를 하나씩 만들게 되는 것이다.
이와 같이 블럭 별로 변조된 직교코드를 디지털 합산기(510)로 합하여 멀티레벨 신호를 만든 후 PW/CDMA, MP/CDMA에서 사용한 방식처럼 레벨 제한기(520)로 일정레벨 이상은 잘라낸 후 파형 변조기(530)를 이용하여 각 레벨을 펄스 폭 혹은 위상 값으로 치환하여 변조가 완성된다.
그러나 각 블록의 출력을 더하여 만들어진 멀티 레벨 신호를 레벨 제한기(520)로 잘라내는 경우, 채널간의 직교성이 손상되어 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, CS/CDMA에서 멀티레벨 신호에 대하여 레벨 클리핑 및 MPSK 변조를 사용하는 대신 입력되는 정보 비트열을 부호화함에 의하여 직교코드가 더해지더라도 신호의 진폭은 일정하게 되어 레벨 클리핑의 필요성을 없애고 간단하게 BPSK 변조를 사용하여 데이터를 전송할 수 있도록 한 코드선택 코드분할다중접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
즉, 본 발명은 기존의 CS/CDMA에서 멀티레벨 신호에 대하여 레벨제한기를 사용함으로써 발생되는 절사(truncation)에 의한 채널간 직교성의 손상 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로, Hadamard 코드를 직교코드로 사용하고 4개의 동일한 구조의 블록으로 구성된 CS/CDMA에 대하여 입력되는 정보 비트열을 부호화함에 의하여 각 블록에서 출력되는 신호를 합산하더라도 크기가 일정하게 유지되도록 하는 것이다.
도 1은 종래 기술의 DS/CDMA(Direct Sequence CDMA) 송신기의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술의 PW/CDMA(Pulse Width CDMA) 송신기의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 종래 DS/CDMA 신호의 레벨을 PW/CDMA 신호의 펄스폭으로 변환하는 방법을 나타낸 도면.
도 4는 종래 기술의 MP/CDMA(Multiple Phase CDMA) 송신기의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 직교코드를 블록 단위로 나누어 데이터를 변조하는 CS/CDMA(Code Select CDMA) 변조기 구성을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 CS/CDMA 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 장치의 블록 구성을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
600,620,640 : 직교코드 블록 610 : 양극성 신호 극성 변환부
620 : 엔코딩부 630 : 여유 직교코드 블록
640 : 디지털 합산기 650 : 파형 변조기
660 : 여유 직교코드 블록 680 : 엔코딩부
700 : 파형 변조기
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코드선택 코드분할 다중접속(CS/CDMA) 장치의 부호화 장치 및 그 방법은, 입력되는 정보비트열을 직/병렬로 변환하여 3개의 블록에 각각 (N+1)개씩(N은 자연수)의 정보 채널이 입력되도록 블록 단위로 묶고, 상기 3개의 블록에 입력되는 정보비트열로부터 부호화를 거쳐 4번째 블록에 입력되는 (N+1)개의 부호화 출력 비트열을 생성하는 것이다.
즉, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 장치의 일 측면에 따르면, 설정된 적어도 하나 이상의 채널(N)을 통해 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 다수의 직교 코드 중 일 직교 코드를 선택 출력하는 복수의 직교 코드 선택부; 상기 복수의 직교 코드 선택부로 입력되는 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 엔코딩부; 상기 엔코딩부를 통해 출력되는 각 채널별 정보 비트열을 이용하여 설정된 다수의 여부 직교 코드 중 일 직교 코드를 선택 출력하는 여유 직교 코드 선택부; 상기 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로 입력되는 입력 채널과 또 다른 설정된 각각의 채널을 통해 입력되는 정보 비트의 극성을 각각 변환하는 복수의 신호 변환부; 상기 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로부터 출력되는 직교코드 및 여유 직교 코드와, 상기 복수의 신호 변환부에서 신호 변환된 각각의 비트를 각각 논리 연산하는 복수의 논리 연산부; 상기 복수의 논리연산부에서 각각 논리 연산된 데이터를 합산하여 전송 데이터의 진폭을 일정하게 유지하는 디지털 합산부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 논리 연산부는, 익스클러시브 오어(E-OR) 게이트로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 장치의 다른 측면에 따르면, 설정된 적어도 하나 이상의 서로 다른 채널(N)을 통해 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택 출력하는 3개의 직교 코드 선택부; 상기 3개의 직교 코드 선택부로 입력되는 각각의 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 엔코딩부; 상기 엔코딩부를 통해 출력되는 각 채널(N)의 정보 비트열을 이용하여 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택 출력하는 여유 직교 코드 선택부; 상기 3개의 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로 입력되는 입력 채널과 다른 채널을 통해 입력되는 정보 비트의 극성을 각각 변환하는 4개의 신호 변환부; 상기 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로부터 출력되는 직교코드, 여유 직교 코드와, 상기 4개의 신호 변환부에서 신호 변환된 각각의 비트를 각각 논리 연산하는 4개의 논리 연산부; 상기 4개의 논리 연산부에서 각각 논리 연산된 데이터를 합산하여 전송 데이터의 진폭을 일정하게 유지하는 디지털 합산부 및 상기 디지털 합산부를 통해 합산된 신호를 펄스폭 변조 또는 위상 변조하는 파형 변조기를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법의 일측면에 따르면, 설정된 적어도 하나 이상의 채널(N)을 통해 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 다수의 직교 코드 중 일 직교 코드를 선택 출력하는 단계; 상기 채널을 통해 입력되는 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 단계; 상기 엔코딩되어 출력되는 각 채널별 정보 비트열을 이용하여 설정된 다수의 여유 직교 코드 중 일 직교 코드를 선택 출력하는 단계; 상기 입력 채널과 다른 설정된 채널을 통해 입력되는 정보 비트의 극성을 변환하는 단계; 상기 출력되는 직교코드, 여유 직교 코드 및 상기 신호 변환된 각각의 비트를 각각 논리 연산하는 단계; 상기 각각 논리 연산된 데이터를 합산한 후, 합산된 데이터를 파형 변조하여 전송하는 단계를 포함한다.
블록별 직교 코드 및 여유 직교 코드 수는 2의 N 자승개이며, 블록마다 입력되는 1 과 0으로 구성된 비트열로부터 하나의 직교 코드가 선택되는 것이고, 상기 직교 코드는 길이가 2의 N+2자승 칩이며, 각 원소는 1 또는 -1인 것이다.
그리고, 각 블록은 N+1개(N은 자연수)의 입력채널을 가지고 있으며, 이 중N개의 채널에 입력되는 데이터로부터 2의 N자승 개 Hadamard 코드 중 한 개를 선택하고, 나머지 1 개의 채널에 입력되는 1비트로써 상기 선택된 N비트 직교코드의 부호가 결정되는 것이다.
상기 선택된 직교코드는 1과 -1로 구성된 비트열로서, 부호결정 입력 데이터에 의하여 부호를 결정하는 단계에서 입력 정보비트가 "1"인 경우 선택된 직교코드가 그대로 출력되어 디지털 합산기로 가게 되며, 입력 직교비트가 "0"인 경우에는 선택된 직교코드 1과 -1을 서로 바꾸어서 디지털 합산기로 가게된다.
이 과정은 부호결정 입력 데이터를 정보비트가 "1"인 경우에는 "1" 로 유지하고, 입력 비트가 "0"인 경우에는 "-1"로 변환한 다음 선택된 직교코드와 곱하는 것으로 구현할 수 있다. 다른 방법으로는 부호 결정용 입력데이터의 극성을 변환하는 대신 직교코드를 "1" 과 "0"으로 구성되게 하고, 입력비트정보와 익스클러시브 오어 연산을 수행하여 구현할 수 있다.
또한, 3개의 직교 코드 블록과 1개의 여유 직교 코드 블록을 구비한 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법의 다른 측면에 따르면, 설정된 적어도 하나 이상의 서로 다른 채널(N)을 통해 상기 3개의 직교 코드 블록으로 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택 출력하는 단계; 상기 3개의 직교 코드 블록으로 입력되는 각각의 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 단계; 상기 엔코딩되어 출력되는 각 채널(N)의 정보 비트열이 상기 1개의 여유 직교 코드 블록으로 입력되면, 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 여유 직교 코드를 선택 출력하는 단계; 상기 3개의 직교 코드 블록 및 여유 직교 코드 블록으로 입력되는 입력 채널과 다른 4개의 채널을 통해 각각 입력되는 정보 비트의 극성을 각각 변환하는 단계; 상기 3개의 직교 코드 블록 및 여유 직교 코드 블록으로부터 출력되는 직교코드 ,여유 직교 코드와, 상기 신호 변환된 4개의 비트를 각각 논리 연산하는 단계; 상기 각각 논리 연산된 데이터를 합산한 후, 합산된 데이터를 파형 변조하여 전송하는 단계를 포함하는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 방법 및 그 장치에 대한 바람직한 일 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 하자.
도 6은 본 발명에 따른 CS/CDMA 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 장치의 블록 구성을 나타낸 도면으로서, 정보 비트열을 부호화하고 직교코드를 블록 단위로 나누어 데이터를 변조하는 CS/CDMA 변조기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, CS/CDMA 변조기는 동일한 구조를 가진 4개의 모듈로 구성되어 있으며, 각 모듈은 Walsh-Hadamard 코드를 직교코드로 사용한다.
블록 A, B, C(600, 620, 640)는 직, 병렬 변환기(미도시)를 거친 정보 비트가 실리게 되는 직교 코드 블록이며, 블록 D(660)는 상기 3개의 직교 코드 블록(600, 620, 640)에 입력되는 데이터가 엔코딩부(680)를 통해 부호화된 후의 여유 비트열(redundant bit sequence)이 실리는 여유 직교 코드 블록이다.
각 블록은 (N+1)개의 입력채널을 가지는데 여기에 입력되는 정보 비트열은 1과 0으로 된 데이터를 가진다. 각 블록에서 N개의 입력채널 정보(즉 N 비트 데이터)로부터 2의 N자승 개 직교코드 중의 하나를 선택한다. 이 직교코드는 길이가 2의 N+2자승 칩이며 각 원소는 1 또는 -1이다.
나머지 한 채널로 입력되는 정보 비트를 0은 -1로 변환하여 양극성 신호로 만든 후(610) 선택된 직교코드로 곱하여 디지털 합산기(640)에 입력시킨다.
3개의 직교코드 블록(600, 620, 640)과 1개의 여유 직교 코드 블록(660)에서 4개의 직교 코드를 선택하는 방법은 아래의 수학식1과 같은 MxM 크기의 Hadamard 행렬에서 4개의 행을 선택하는 것으로 설명할 수 있다.
각 블록마다 N비트로 코드를 선택하므로 블록당 2의 N자승 코드가 있으며, 4개의 블록이 있으므로 Hadamard 행렬의 크기인 M은 2의 N+2자승이 된다. 예를 들어, 블록마다 2비트로 코드를 선택하는 경우(즉, N=2인 경우), Hadamard 행렬의 크기는 16x16이 되며, 선택된 직교코드는 16칩의 길이를 가진다.
여기서 j번째 행 k번째 열의 원소는
로 표현된다.
상기 수학식 1에서 jn과 kn은 j와 k를 이진수로 표현할 때의 각 비트를 나타낸다. 십진수 j를 r 비트의 이진수로 표현할 때의 관계는 수학식 2와 같이 된다.
예를 들어 j가 십진수로 5이고, r이 3인 경우 이진수로 표현하면 101이 되고 r이 4인 경우는 0101이 된다.
먼저, M=4, r=2인 경우를 살펴보면, 상기 수학식 1에 표현된 Hadamard 행렬은 수학식 3과 같이 표현될 수 있는 것이다.
상기 수학식 3에서 4개의 행은 칩 길이 4의 직교코드를 나타낸다.
이하, 상기 4개의 직교 코드들에 대한 선형 조합의 특성을 아래의 수학식 4를 참고로 하여 알아보기로 한다. 즉, 수학식 4와 같이 표현되는 상기 4개의 직교코드의 선형조합에서 계수를 적절히 잘 선택하면 만들어지는 수열의 크기는 항상 일정하게 되는 것을 보일 것이다.
여기서, 선형 조합을 형성하는 계수 di는 1 또는 -1의 값을 가진다고 가정한다. 선형조합 계수 di는 1 또는 0의 값을 가지는 데이터 bi로부터 bi=1이면 di=1로 하고, bi=0이면 di=-1로 하는 변환에 의해 만들 수 있다. 이 관계는 도 6의 신호 변환부(610, 630, 650, 670)를 통해 각각 단극성으로 부터 양극성 변환으로 구현되며, di는 -1의 (bi+1)자승과 동등하다.
그러면 코드의 선형 조합으로 만들어진 벡터의 m번째(m=0, 1, 2, 3) 원소 sm은 상기한 수학식 1을 이용하여 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
한편, 수학식 1의 정의에 따라 m=0,1,2,3인 경우 {p(0,m), p(1,m), p(3,m), p(4,m)}중 1의 개수는 짝수가 되며, 결과로 수학식 6이 성립되는 것을 알 수 있다.
상기 수학식 6이 성립한다는 것은 {p(0,m), p(1,m), p(3,m), p(4,m)}중 동일한 원소는 쌍(pair)으로 존재한다는 것이다(4개가 모두 동일한 것도 포함).
동일한 원소끼리 p(i,m)=p(j,m), p(k,m)=p(l,m)으로 그룹화하고 수학식 7과 같이 새로운 변수를 정의하자.
그러면 수학식 5로 표현되는 직교코드들의 선형조합 벡터의 각 원소는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
한편, 부울 연산의 특징으로부터 아래의 수학식 9 내지 수학식 11의 관계가 성립하는 것을 쉽게 알 수 있다.
상기한 수학식 9 내지 수학식 11의 관계를 수학식 8에 적용하여이 되도록 하면, 4개의 직교코드를 선형조합으로 만들어지는 벡터의 원소는 모두 2 또는 -2가 되어 크기가 항상 일정하게 된다.
지금까지 살펴본 사항을 정리하면 다음과 같다.
4 x 4 Hadamard 행렬의 4개 행인 직교 코드들을 선형조합 하는데 있어서, 3개의 선형 조합 계수 비트 b0, b1, b2는 임의이고 나머지 한 계수 비트 b3를 아래의 수학식 12와 같이 결정하면 직교코드의 선형조합으로 만들어진 벡터의 모든 원소는 크기가 일정해지게 되는 것이다.
다음에는 4개의 블록으로 구성되어 있고, 각 블록은 3개의 입력채널이 있어서 입력 2 비트로(즉, N=2) 직교코드를 선택하고 1비트로 부호를 결정하는 CS/CDMA 변조기에서 4블록 출력신호의 합이 일정한 진폭을 갖도록 하는 부호화 방법을 살펴보기로 한다. 즉, 도 6에 도시된 엔코딩부(680)에 대해서 살펴보기로 하자.
엔코딩부(680)는 12 채널을 가지며, 상위 3개 블록의 9채널에 정보비트가 실리며, 부호화를 위한 4번째 여유블록의 3채널 데이터는 정보채널의 9비트를 사용하여 결정한다.
각 블록에서 2비트로 4개의 코드집합에서 코드를 선택하므로 전체 코드집합은 16개의 코드를 원소로 가진다. 전체 코드집합을 나타내는 16x16 크기의 Hadamard 행렬 H16을 수학식 13과 같이 4개의 4x16 크기의 부행렬로 분할할 수 있다. 각 블록에서는 해당되는 4x16 크기의 부 행렬의 4개 행중의 하나를 입력채널 2비트의 상태에 따라 직교코드로 발생시켜 변조에 사용하는데, 이것은 각 블록에서 Hadamard 행렬 H16중의 해당 부 행렬에서 행을 선택하여 직교코드로 사용하는 것과 동등하다.
직교 코드 블록 A(600)가 가지고 있는 4개의 코드 집합에서 코드를 선택하는 2 채널의 정보 비트, 즉 2 비트의 이진수를 i1, i0라 하자. 그리고 직교 코드 블록 A(600)에서 코드가 선택되는 것과 동등하게 Hadamard 행렬 H16에서 i번째 행을 선택하는 것으로 보면, i는 16개 행 중 하나를 표현하는 정수이므로 4비트로 표현된다.
직교 코드 블록 A(600)에서는 Hadamard 행렬 H16의 상위 4개행 중의 하나가 선택되므로 i를 4비트 이진수로 표현하면 아래의 수학식 14와 같이 된다.
또한, 직교 코드 블록 B(620)의 코드 선택용 두 비트를 j1, j0라 하고, 동등하게 H16에서 j번째 행을 선택하는 것으로 보면, j는 두 번째 부행렬에서 행을 선택하므로 j를 4비트 이진수로 표현하면 아래의 수학식 14와 같이 된다.
동일한 방법으로 직교 코드 블록 C(640)와 직교 코드 블록 D(660)의 코드선택용 2 비트를 각각 k1, k0및 l1, l0라 하면 H16에서 행을 선택하는 인덱스 k와 l을 수학식 14와 같이 4비트 이진수로 표현할 수 있다.
직교 코드 블록 A, B, C, D(600, 620, 640, 660)에 대하여 Hadamard 행렬의 행번호 i, j, k, l로 선택된 직교 코드들을 각각 ci, cj, ck, cl이라 하면, 각 블록의 부호를 결정하는 데이터 비트 d0, d1, d2, d3와 선택된 코드들과의 선형조합으로 만들어진 출력신호는 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다. 여기서 di와 bi의 관계는 di는 -1의 (bi+1)자승으로 나타낼 수 있다.
또한, 출력신호의 m번째 칩은 수학식 16과 같이 표현된다.
한편 수학식 14를 이용하여 수학식 17을 유도할 수 있다.
따라서 아래의 수학식 18의 조건이 만족되면 {p(i,m), p(j,m), p(k,m), p(l,m)}중 1의 개수가 짝수가 된다.
그러므로 CS/CDMA의 여유블록에서 코드를 선택하는 비트인 l1과 l0를 수학식 18이 만족되도록 결정하고, 부호를 결정하는 데이터 비트를 수학식 19가 만족되도록 결정하면 전송신호는 항상 +2 또는 -2가 되어 진폭이 일정하게 된다.
지금까지의 결과를 정리하면, 4개의 변조블록으로 구성되고 각 블록에서는 2비트의 데이터로 직교코드를 선택하여 1비트의 데이터에 곱하는 CS/CDMA에서 4번째 여유블록의 코드선택 2비트와 데이터 1비트를 수학식 18과 수학식 19와 동등한 수학식 20과 같이 결정하면 전송신호는 항상 +2 또는 -2가 되어 진폭이 일정하게 된다.
지금까지 살펴본 CD/CDMA의 부호화 방식을 좀 더 일반화하여, 이번에는 동일하게 4개의 변조블록으로 구성된 CS/CDMA의 각 블록이 N비트의 데이터로 2의 N자승개 직교 코드 중 하나를 선택하여 1비트의 데이터에 곱하는 경우의 여유블록 N+1 비트 부호화 방식을 살펴보기로 한다.
4개 블록에서 직교코드를 선택하는 것을 크기 2의 (N+2)자승 Hadamard 행렬에서 i, j, k, l번째 행을 선택하는 것으로 생각할 수 있다. 따라서 N+2비트로 표현되는 행 번호는 수학식 14를 확장하여 수학식 21과 같이 쓸 수 있다.
출력신호의 m번째 칩은 수학식 16과 동일하게 표현되며 수학식 17을 N+2비트로 확장하여 수학식 22가 얻어진다.
따라서 {p(i,m), p(j,m), p(k,m), p(l,m)}중 1의 개수가 짝수가 되도록 하는 조건을 제시하면 된다. 4번째 여유블록에서 코드선택 비트를 수학식 18을 N비트로 확장하여 적용하고 수학식 19가 성립하도록 데이터 비트를 결정하면 전송신호는 진폭이 일정해진다.
결과를 정리하면 4개의 변조블록으로 구성되고 각 블록에서는 N비트의 데이터로 직교코드를 선택하여 1비트의 데이터에 곱하는 CS/CDMA에서 4번째 여유블록의 코드선택 N비트와 데이터 1비트를 수학식 23과 같이 부호화하면 전송신호는 항상+2 또는 -2가 되어 진폭이 일정하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 사용된 용어들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미의 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 코드 선택 코드 분할 다중 접속 통신 시스템에서 전송신호의 부호화 방법 및 그 장치는 CS/CDMA에 입력되는 데이터 비트들을 부호화하면 직교 코드들의 선형 조합의 진폭이 일정하게 되어 기존의 CS/CDMA에서 포함하고 있는 레벨 클리핑 과정을 제거할 수 있어서 레벨 클리핑으로 인한 직교성의 손상 문제가 없어진다. 또한 대역통과 변조도 BPSK를 사용하면 되므로 송수신기의 구조가 간단해진다.
또한, 전송 신호의 진폭이 일정하여 단말기 전력 증폭기의 선형성이 요구되지 않아 단말기의 전력 효율이 향상되어 단말기의 저가 구현이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 장치에 있어서,
    설정된 적어도 하나 이상의 채널(N)을 통해 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 직교 코드 수가 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택하는 복수의 직교 코드 선택부;
    상기 복수의 직교 코드 선택부로 입력되는 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 엔코딩부;
    상기 엔코딩부를 통해 출력되는 각 채널별 정보 비트열을 이용하여 설정된 직교 코드 수가 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택하는 여유 직교 코드 선택부;
    상기 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로 입력되는 입력 채널과 또 다른 설정된 각각의 채널을 통해 입력되는 정보 비트의 극성에 따라 각각 변환하는 복수의 신호 변환부;
    상기 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로부터 출력되는 직교 코드 및 여유 직교 코드와, 상기 복수의 신호 변환부에서 신호 변환된 각각의 비트를 익스클러시브 오어(E-OR) 게이트로써 각각 논리 연산하는 복수의 논리 연산부; 및,
    상기 복수의 논리연산부에서 각각 논리 연산된 데이터를 합산하여 전송 데이터의 진폭을 일정하게 유지하는 디지털 합산부를 포함하는 것을 특징으로 하는코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 직교 코드 선택부 각각은,
    N+1개(N은 자연수)의 입력채널 중 N개의 채널에 입력되는 데이터로부터 2의 N자승 개 Hadamard 코드 중 한 개를 선택하고,
    상기 여유 직교 코드 선택부의 N비트 코드선택 데이터와 1비트의 부호결정 데이터를 선택하는 것을 특징으로 하는 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 장치.
  3. 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 장치에 있어서,
    설정된 적어도 하나 이상의 서로 다른 채널(N)을 통해 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택 출력하는 3개의 직교 코드 선택부;
    상기 3개의 직교 코드 선택부로 입력되는 각각의 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 엔코딩부;
    상기 엔코딩부를 통해 출력되는 각 채널(N)의 정보 비트열을 이용하여 2의 N자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택 출력하는 여유 직교 코드 선택부;
    상기 3개의 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로 입력되는 입력 채널과 다른 채널을 통해 입력되는 정보 비트의 극성에 따라 각각 변환하는 4개의 신호 변환부;
    상기 직교 코드 선택부 및 여유 직교 코드 선택부로부터 출력되는 직교코드 ,여유 직교 코드, 및 상기 4개의 신호 변환부에서 신호 변환된 각각의 비트를 각각 논리 연산하는 4개의 논리 연산부;
    상기 4개의 논리 연산부에서 각각 논리 연산된 데이터를 합산하여 전송 데이터의 진폭을 일정하게 유지하는 디지털 합산부; 및,
    상기 디지털 합산부를 통해 합산된 신호를 펄스폭 변조 또는 위상 변조하는 파형 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 장치.
  4. 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법에 있어서,
    설정된 적어도 하나 이상의 채널(N)을 통해 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 직교 코드가 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택하고 출력하는 선택출력 단계;
    상기 채널을 통해 입력되는 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별정보 비트열을 각각 출력하는 단계;
    상기 엔코딩되어 출력되는 각 채널별 정보 비트열을 이용하여 설정된 여유 직교 코드 수가 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택하는 단계;
    상기 입력 채널과 다른 설정된 채널을 통해 입력되는 정보 비트의 극성을 변환하는 단계;
    상기 출력되는 직교코드, 여유 직교 코드, 및 상기 신호 변환된 각각의 비트를 익스클러시브 오어(E-OR) 게이트로써 각각 논리 연산하는 단계;
    상기 각각 논리 연산된 데이터를 합산한 후, 합산된 데이터를 파형 변조하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 직교 코드 선택은 아래의 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법.
    여기에서, j번째 행 k번째 열의 원소는
    jn과 kn은 j와 k를 이진수로 표현할 때의 각 비트를 나타낸다.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 선택되는 직교 코드는,
    N+1개(N은 자연수)의 입력채널 중 N개의 채널에 입력되는 데이터로부터 2의 N자승 개 Hadamard 코드 중 한 개를 선택하고,
    상기 선택되는 여유 직교 코드의 N비트 코드 선택 데이터와 1비트의 부호결정 데이터는 아래의 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법.
  7. 3개의 직교 코드 블록과 1개의 여유 직교 코드 블록을 구비한 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법에 있어서,
    설정된 적어도 하나 이상의 서로 다른 채널(N)을 통해 상기 3개의 직교 코드 블록으로 입력되는 정보 비트열을 이용하여 설정된 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택 출력하는 단계;
    상기 3개의 직교 코드 블록으로 입력되는 각각의 정보 비트열을 엔코딩하여 엔코딩된 각 채널별 정보 비트열을 각각 출력하는 단계;
    상기 엔코딩되어 출력되는 각 채널(N)의 정보 비트열이 상기 1개의 여유 직교 코드 블록으로 입력되면, 2의 N 자승개의 직교 코드 중 하나의 여유 직교 코드를 선택 출력하는 단계;
    상기 3개의 직교 코드 블록 및 여유 직교 코드 블록으로 입력되는 입력 채널과 다른 4개의 채널을 통해 각각 입력되는 정보 비트의 극성에 따라 각각 변환하는 단계;
    상기 3개의 직교 코드 블록 및 여유 직교 코드 블록으로부터 출력되는 직교코드, 여유 직교 코드와, 상기 신호 변환된 4개의 비트를 각각 논리 연산하는 단계; 및,
    상기 각각 논리 연산된 데이터를 합산한 후, 합산된 데이터를 파형 변조하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드선택 코드분할 다중접속 통신 시스템에서 전송 신호 부호화 방법.
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