KR20110011291A - 블록 확장 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용한 개선된 복조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용해 개선된 성능을 갖는 복조 장치에 관한 것이다.

본 발명의 복조 장치는 수신신호와 이미 수신기에서 알고 있는 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와의 상관값을 계산하는 4개의 상관기 뱅크; 각각의 상기 상관기 뱅크의 출력인 상관값을 크기에 따라 정렬하는 4개의 상관값 크기 정렬 블록; 각각의 상기 상관값에 대응되는 직교 트랜스 부호의 인덱스와 극성에 따라 3개의 비트를 판정하는 4개의 비트 판정 블록; 각각의 상기 비트 판정 블록의 출력과 상기 상관값 크기 정렬 블록의 출력인 상관값을 조합하는 조합기; 상기 조합기에서 조합된 출력 비트들의 패리티를 검사하는 패리티 검사기와 상기 패리티 검사기의 결과에 따라 오류가 발생하지 않은 비트에 해당하는 상관값 조합만을 선택해 내는 선택기 및 상기 선택기에서 선택된 상관 조합값들 중 최대값 및 최대값의 극성을 이용하여 재차 비트 복조를 수행하는 최종 최대값 선택기와 비트 판정기를 포함하여 이루어진다.

블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호, 정진폭 다중부호 이진직교 변조, 패 리티 비트, 상관기 뱅크, 상관값 크기 정렬 블록, 비트 판정 블록, 조합기, 패리티 검사기, 선택기, 최종 최대값 선택기 및 비트 판정기

Description

블록 확장 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용한 개선된 복조 장치{The Improved Demodulator using a parity bit, In the Constant Amplitude Coded Multicode Biorthogonal Modulation with Trans-Biorthogonal Block Extended Code}

본 발명은 다중 부호 전송을 수행하는 통신 시스템의 복조 방식에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용해 개선된 성능을 갖는 복조 장치에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 종래의 기술을 설명하면 다음과 같다. 일반적으로, 디지털 통신을 위한 변조 방식의 선택에 있어서 고려할 사항으로는 비트오류 확률, 대역폭, 필요 에너지(E_b/N₀) 등을 들 수 있다. 그런데, 이들 성능지수가 모두 우수한 절대적인 변조 방식은 없으며, 주어진 응용 환경에 따라 상기 성능지수간 타협을 통하여 변조 방식을 결정하게 된다. 예컨대, M-진 변조의 경우에는 k개의 입력 데이터 비트에 대응하여 M=2^k개의 파형 중 하나의 파형을 발생시킨다. 만약 MFSK(M-ary Frequency Shift Keying) 또는 직교 부호를 사용한 직교 변조(Orthogonal Signaling)를 채택할 경우, 입력 데이터 비트(k)의 증가에 따라 BER 성능은 개선되지만(필요한 Eb/N0가 감소됨), 신호 대역폭은 k에 상응하여 증가한다. 한편, MPSK(M-ary Phase Shift Keying) 혹은 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 변조방식을 채택할 경우, 대역폭 효율은 향상되지만 BER 성능은 저하된다.

일반적으로 파형 부호화(더 자세하게는 대역확산)를 사용하여 디지털 변조를 수행하는 전송방식에서는 BER 성능이 우수한 반면 대역폭 효율이 매우 낮은 단점이 있다. 이에 따라, 대역확산을 사용한 디지털 변조에서 매우 낮은 대역폭 효율을 개선하기 위하여, 직교 Walsh 부호를 확산 부호로 사용하고 다중 대역확산기를 구성하여 전송하는 부호선택 CDMA(CS/CDMA: Code-Select CDMA) 방식이 제안되어 있으며, 한국특허출원 제2001- 61738호에 개시된 바와 같다.

또한 대역확산기를 사용한 디지털 변조에서 대역폭 효율을 더욱 개선하기 위한 다른 방법으로서 다중부호 트랜스 직교 부호 변조 방식(MTOK: Multi-Code Trans-Orthogonal Code Keying)이 본 출원인에 의해 특허 출원되어 있으며(한국특허출원 제2004-71620호), 이는 블록 직교 트랜스 부호를 사용하고, 다수의 블록직교 트랜스 직교 부호화기를 병렬로 사용하여 다중의 직교부호를 합산한다.

CS/CDMA 및 MTOK의 장점은 직교부호에 의한 대역확산을 사용하면서도 다중부호 전송 구조를 채택함으로써 대역폭 효율이 높아진다는 것이다. 그러나 다중부호를 합산하면, 그 합산 결과에 따라 출력 신호의 크기가 일정하지 않게 되어 전력 증폭기의 비선형성에 영향을 크게 받는다는 단점이 있다. 이러한 CS/CDMA 및 MTOK 의 단점을 보완한 방식으로 정진폭 CS/CDMA (CA-CS/CDMA: Constant Amplitude Coded CS/CDMA) 와 정진폭 MTOK (CA-MTOK: Constant Amplitude Coded MTOK) 방식이 제안되어 있는데, 한국특허출원 제2002-20158호 및 제2004-0110179호에 개시된 바와 같이 정보 데이터를 적절히 부호화하여 패리티 데이터를 발생시킨 후 대역확산기에 입력시킴으로써 디지털 합산기의 출력 신호가 일정한 크기를 갖게 할 수 있다. 이중에서 CA-MTOK 변조 방식에 관한 그림이 도 1에 도시되어 있다. 이 도는 9개의 비트를 병렬로 전송하는 경우를 가정한 것이다.

도 1에서는 칩의 길이가 12인 블록직교 확장 트랜스 직교 부호 (w¹⁶ ₀~w¹⁶ ₁₅)를 이용하는 4개의 직교 변조기를 구비하며, 이중 한 개의 직교 변조기는 정진폭 부호 출력의 직교 변조기로 동작한다. 상위 3개의 직교 변조기에는 3비트의 입력 정보비트열이 각각 입력되고, 정진폭 부호 출력의 직교 변조기에는 전술한 정보비트열을 정진폭 부호기에서 부호화하여 생성된 패리티 비트열(rⁱ ₀,rⁱ ₁,rⁱ ₂)이 입력됨으로써, 전술한 4개의 대역 확산기로부터 출력되는 출력부호들이 합산기에서 더해져서 출력 심볼의 크기가 일정하게 된다.

더불어 CA-MTOK 방식이 제안되어 있는 한국특허출원 제2004-0110179호에는 이를 수신하기 위한 최적 및 준 최적 복조 방식에 대한 특징이 개시되어 있다. 이에 대한 그림이 도 2와 도 3에 도시되어 있다.

도 2는 CA-MTOK의 최적 복조 장치를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 최적 복조 장치는 최대 근사 (ML : Maximum Likelihood) 알고리즘에 기초하여, 전술한 수신 신호와 512개의 유사 트랜스 직교 (Pseudo Transorthogonal) 부호 (s₀~s₅₁₁) (9 비트 정보 데이터의 각 비트 조합에 대응하여 송신기에서 출력되는 정진폭 이진직교 부호임)의 상관값을 개별적으로 출력하는 512(=2⁹)개의 상관기와, 상기 상관기로부터 출력되는 512개의 상관값 중에서 최대값에 대응하는 유사 트랜스 직교 부호를 판정하고 상기 판정된 유사 트랜스 직교 부호에 대응하는 정보 데이터를 비트별로 출력하는 최대값 선택 블록으로 구성되어 있다. 이 때, 전술한 512개의 유사 트랜스 직교 부호의 인덱스에 대한 이진 표현은 당해 유사 트랜스 직교 부호에 대응하는 정보 데이터 비트에 대응하도록 설정되며, 이에 따라 최적 복조 장치는 수신 신호와의 상관값이 최대가 되는 유사 트랜스 직교 부호의 인덱스를 찾아 9비트의 정보 데이터를 동시에 일괄적으로 복조할 수 있다.

도 3은 CA-MTOK의 준 최적(Sub-Optimum) 복조장치의 구성을 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 준최적 복조장치는 수신 신호와 256개의 유사 트랜스 직교 부호의 상관값을 개별적으로 출력하는 256개의 상관기와, 상기 256개의 상관기로부터 출력되는 상관값 중에서 최대값에 대응하는 유사 트랜스 직교 부호를 판정하고 상기 판정된 유사 트랜스 직교 부호에 대응하는 정보 데이터 비트를 출력하는 최대값 선택 블록과, 상기 최대값 선택 블록으로부터 출력되는 최대값의 위상에 따라 데이터 비트 (변조신호에 이진직교 특성과 관련됨)의 반전 여부를 결정하는 경판정기와, 상기 경판정기로부터의 출력 신호에 따라 데이터 비트의 위상을 반전하기 위한 반전기로 구성되어 있다. 9 비트의 정보 데이터의 각 조합에 대응하는 512개의 유사 트랜스 직교 부호는 이진직교 특성을 구비하므로, 이러한 이진직교 특성을 부여하는 데이터 비트의 홀수 인덱스 부호와 짝수 인덱스 부호 사이에는 180도의 위상차가 존재한다. 따라서, 준최적 복조장치는 홀수 인덱스 또는 짝수 인덱스를 갖는 256개의 유사 트랜스 직교 부호 (s₀~s₂₅₅)를 선별하여 수신 신호와의 상관값을 비교하고, 상관값이 최대가 되는 유사 트랜스 직교 부호에 대응하는 9 비트의 정보 데이터를 일단 판정하며, 최대 상관값의 부호와 일치하도록 데이터 비트의 위상을 선택적으로 반전함으로써 송신된 정보 데이터를 최종적으로 판정한다. 그러나 이와 같은 최적 및 준 최적 복조 방식은 높은 복잡도가 요구되는 상관기가 과도하게 설치되어 있어 실제적으로 구현되기에는 무리가 있다.

도 4는 CA-MTOK에 대한 기존의 단순 복조기의 구성을 보여주고 있다. 복조기는 수신신호와 (이미 수신기에서 알고 있는) 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와의 상관값을 계산하는 3개의 상관기 뱅크, 상관기 뱅크의 출력인 상관값을 크기에 따라 정렬하는 3개의 최대값 선택 블록, 최대 상관값에 대응되는 직교 트랜스 부호의 인덱스와 극성에 따라 3개의 비트를 판정하는 3개의 비트 판정 블록으로 구성되어 있다. 도 4에 제시된 기존의 단순 복조기는 단지 12개의 상관기만을 이용하므로 복잡도는 낮지만 정진폭을 만들기 위해 사용된 패리티 비트를 복조에 전혀 사용하지 않으므로 그 성능이 매우 저하된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조의 복조에 관한 것으로 기존의 단순 복조기에 비해서는 복조 성능을 개선하고, 최적 및 준 최적 복조기에 비해서는 복잡도를 줄이고 성능은 유사한 수준을 유지시킬 수 있도록 한 블록 확장 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용한 개선된 복조 장치를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복조 장치는 수신신호와 이미 수신기에서 알고 있는 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와의 상관값을 계산하는 4개의 상관기 뱅크; 각각의 상기 상관기 뱅크의 출력인 상관값을 크기에 따라 정렬하는 4개의 상관값 크기 정렬 블록; 각각의 상기 상관값에 대응되는 직교 트랜스 부호의 인덱스와 극성에 따라 3개의 비트를 판정하는 4개의 비트 판정 블록; 각각의 상기 비트 판정 블록의 출력과 상기 상관값 크기 정렬 블록의 출력인 상관값을 조합하는 조합기; 상기 조합기에서 조합된 출력 비트들의 패리티를 검사하는 패리티 검사기와 상기 패리티 검사기의 결과에 따라 오류가 발생하지 않은 비트에 해당하는 상관값 조합만을 선택해 내는 선택기 및 상기 선택기에서 선택된 상관 조합값들 중 최대값 및 최대값의 극성을 이용하여 재차 비트 복조를 수행하는 최종 최대값 선택기와 비트 판정기를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 복조 장치에 따르면, 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조신호를 복조함에 있어서 복잡도 면에서 최적 및 준 최적 복조기에 비해서 간단해질 수 있고 성능은 유사한 수준을 유지시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다. 또한 기존의 단순 복조기에 비해 성능의 개선을 가져올 수 있다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 블록 확장 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용한 개선된 복조 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 5에는 CA-MTOK 변조에서 패리티 검사기를 이용하는 복조기의 구조를 보이고 있다. 복조기는 수신신호와 (이미 수신기에서 알고 있는) 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와의 상관값을 계산하는 4개의 상관기 뱅크, 상관기 뱅크의 출력인 상관값을 크기에 따라 정렬하는 4개의 상관값 크기 정렬 블록, 각 상관값에 대응되는 직교 트랜스 부호의 인덱스와 극성에 따라 3개의 비트를 판정하는 4개의 비트 판정 블록, 각 비트 판정 블록의 출력과 상관값 크기 정렬 블록의 출력인 상관값을 조합하는 조합기, 조합기에서 조합된 출력 비트들의 패리티를 검사하는 패리티 검사기 및 이 패리티 검사기의 결과에 따라 오류가 발생하지 않은 비트에 해당하는 상관값 조합만을 선택해내는 선택기, 그리고 선택된 상관 조합값들 중 최대값 및 최대값의 극성을 이용하여 재차 비트 복조를 수행하는 최종 최대값 선택기 및 비트 판정기로 구성되어 있다.

지금부터는 전술한 각 블록에 대해 더 자세히 설명함으로서 본 발명의 구성과 작용을 설명하도록 한다.

4개의 상관기 뱅크 내부에는 각각 4개씩의 상관기가 설치되어 있다. 즉 상관기의 총 개수는 16개이다. 이 블록에서는 수신신호와 미리 알고 있는 길이가 12칩인 16개의 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호를 서로 상관시키게 된다. 따라서 각 상관기 뱅크마다 4개의 상관기 출력을 내게 되어 총 16개의 상관값을 출력하게 된다. 이 4개의 상관기 출력들인 상관값들은 송신신호에 무엇이냐에 따라 그 크기가 결정되는데 송신된 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와 일치할 경우 이론적으로 매우 큰 상관값을, 송신된 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와 일치하지 않을 경우 매우 작은 상관값을 출력할 것이다. 또한 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호에 전체적으로 곱해진 비트에 따라 상관값의 부호가 결정될 것이다. 따라서 단순히 상관값의 최대값을 만들었던 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호의 인덱스로부터 2비트를 복조해내고 상관값의 극성으로부터 1비트를 복조해내면 된다. 즉 아래의 수학식 1과 같은 방식에 따라 비트를 판정하면 된다.

여기서 bⁱ ₀₀, bⁱ ₁₀, bⁱ ₁₀, rⁱ ₀은 최대 상관값의 극성으로부터 판정된 비트이고 bⁱ ₀₁, bⁱ ₀₂, bⁱ ₁₁, bⁱ ₁₂, bⁱ ₂₁, bⁱ ₂₂, rⁱ ₁, rⁱ ₂은 최대 상관값의 인덱스로부터 판정된 비트이다. 하지만 이러한 복조 방식은 송신기에서 사용하였던 패리티 비트의 특성을 충분히 활용하지 못하고 있다. 따라서 본 특허에서는 패리티 비트를 충분히 활용하기 위해 상관값의 최대값만을 출력하는 것이 아니고 모든 상관값을 크기 순서대로 정렬하여 출력하게 된다. 이러한 역할을 하는 블록이 상관값 크기 정렬 블록이다. 각 상관값 크기 정렬 블록마다 크기 순서대로 정렬하여 출력하는 상관값의 개수는 최소 1개부터 최대 4개가 된다. (즉 총 상관값 출력의 개수는 16개이다.) 이 개수가 많아지면 복조 성능은 증가한다. 상관값 크기 정렬 블록에서 출력의 최대 개수는 4개이지만 본 특허에서는 설명의 편의를 위해 2개의 출력을 낸다고 가정한다. 그러나 특허의 범위는 단지 2개의 출력을 낼 때로 한정되지는 않는다. 여기서 상관값들을 아래의 수학식 2와 같이 정렬하였다고 가정한다.

상관값 크기 정렬 블록의 출력은 비트 판정 블록으로 입력된다. 4개의 비트 판정 블록은 앞서 설명한대로 상관값을 만들었던 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호의 인덱스로부터 2비트를 판정해내고 상관값의 극성으로부터 1비트를 판정하게 된다. 비트 판정 블록은 2개의 상관값을 입력 받으므로 아래의 수학식 3과 같이 3비트의 출력 묶음을 2개씩 출력하게 된다.

이후에 판정 비트들과 상관값들은 조합기로 입력된다. 도 4에 나타난 4개의 모든 경로를 고려할 때 판정 비트들의 조합은 16(=2×2×2×2)가지가 되므로 조합기는 아래의 수학식 4와 같은 16가지의 비트 조합을 출력한다.

또한 동시에 3비트의 출력 묶음 2가지를 생성한 원인이 되는 2가지의 상관값 또한 조합기에서 조합되어 총 16가지가 출력되게 된다. 여기서 조합기의 상관조합값 출력은 아래의 수학식 5와 같다.

이중에서 16가지의 비트 조합은 패리티 검사기로 입력되게 된다. 또한 16가지의 상관값 조합은 직접적으로 최종 최대값 선택기 및 비트 판정기에 입력되는데 모두 입력되는 것은 아니고 패리티 검사기에서 검사를 통과한 상관값 묶음 만 입력된다. 이 동작이 본 특허의 핵심 블럭인데 이 블록을 추가 함으로서 오류가 발생할 가능성이 있는 조합을 패리티 검사기를 통해 걸러냄으로서 성능의 향상을 가져 올 수 있게 된다. 패리티 검사기의 검사식 및 선택과정은 아래의 수학식 6 및 7과 같다.

그리고 최종 최대값 선택기 및 비트 판정기는 이 16개의 조합(패리티 검사기의 결과에 따라 개수는 이보다 작아진다.)에서 최대값을 선택한 후 한번에 9개의 모든 비트를 복조해 내면 된다. 만일 상관 조합값 중에서 선택된 최대값이 SB₀+FB₁+FB₂+SR(10번째 상관조합)라면 최종적으로 판정된 비트들은 (sbⁱ ₀₀, sbⁱ ₀₁, sbⁱ ₀₂), (fbⁱ ₁₀, fbⁱ ₁₁, fbⁱ ₁₂), (fbⁱ ₂₀, fbⁱ ₂₁, fbⁱ ₂₂), (srⁱ ₀, srⁱ ₁, srⁱ ₂) (10번째 비트조합)이 되며 이중에서 패리티를 제외한 정보 비트는 (sbⁱ ₀₀, sbⁱ ₀₁, sbⁱ ₀₂), (fbⁱ ₁₀, fbⁱ ₁₁, fbⁱ ₁₂), (fbⁱ ₂₀, fbⁱ ₂₁, fbⁱ ₂₂)이 된다.

본 발명의 블록 확장 트랜스 직교 부호를 이용한 정진폭 다중부호 이진직교 변조에서 패리티 비트를 이용한 개선된 복조 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

도 1은 일반적인 CA-MTOK 변조 방식을 설명하기 위한 블록 구성도,

도 2는 일반적인 CA-MTOK의 최적 복조 장치의 블록 구성도,

도 3은 일반적인 CA-MTOK의 준최적 복조 장치의 블록 구성도,

도 4는 종래 CA-MTOK에 대한 단순 복조기의 블록 구성도,

도 5는 본 발명의 CA-MTOK에 대한 패리티를 이용하는 복조 장치의 블록 구성도이다.

Claims (1)

1. 수신신호와 이미 수신기에서 알고 있는 블록 직교 확장 직교 트랜스 직교 부호와의 상관값을 계산하는 4개의 상관기 뱅크;

   각각의 상기 상관기 뱅크의 출력인 상관값을 크기에 따라 정렬하는 4개의 상관값 크기 정렬 블록;

   각각의 상기 상관값에 대응되는 직교 트랜스 부호의 인덱스와 극성에 따라 3개의 비트를 판정하는 4개의 비트 판정 블록;

   각각의 상기 비트 판정 블록의 출력과 상기 상관값 크기 정렬 블록의 출력인 상관값을 조합하는 조합기;

   상기 조합기에서 조합된 출력 비트들의 패리티를 검사하는 패리티 검사기와 상기 패리티 검사기의 결과에 따라 오류가 발생하지 않은 비트에 해당하는 상관값 조합만을 선택해 내는 선택기 및 상기 선택기에서 선택된 상관 조합값들 중 최대값 및 최대값의 극성을 이용하여 재차 비트 복조를 수행하는 최종 최대값 선택기와 비트 판정기를 포함하여 이루어진 복조 장치.

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