KR100432073B1

KR100432073B1 - 다중사용자확산스펙트럼통신시스템

Info

Publication number: KR100432073B1
Application number: KR1019940001868A
Authority: KR
Inventors: 안토이네초우리; 아메리코브라잘; 사빈느쥬르당
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 2004-08-09
Also published as: JPH06318926A; DE69428385T2; SG43984A1; EP0610988B1; DE69428385D1; FR2701178A1; EP0610988A1; US5504775A

Abstract

본 발명은 확산 스펙트럼 부호화 기술(SSC)을 구현하는 수단(12, 22)(12B, 22B)을, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)의 변조 기술을 구현하는 수단(14n, 24n)(14Bn, 24Bm)과 조합하는 다중 사용자 통신 시스템을 개시한다. 이러한 것은 특정 데이터 처리 및 데이터 획득 메커니즘을 간략화하여 SSC 시스템의 성능을 개선시킬 수 있다.

바람직한 사용예는 이동국(U₁, U₂)과 기지국(B)사이의 전화 통신 시스템에서 사용하는 것이다.

Description

다중 사용자 확산 스펙트럼 통신 시스템{Multi-user spread spectrum communication system}

본 발명은 적어도 하나의 송수신 기지국(base transceiver station)과 이 기지국을 통해 통신 채널들 상에서 서로간에 통신하는 복수의 송수신 사용자국들(user transceiver stations)을 포함하는 다중 사용자 통신 시스템에 관한 것으로,

이러한 다중 사용자 통신 시스템은:

송신기단에서 전송 메시지들을 신호배열(constellation)의 심볼들로 변환하는 변환 수단 및 각 사용자국의 수신기단에서 역동작을 실행하는 수단과,

상기 송신기단에서 확산 스펙트럼 부호화에 의한 부호로 상기 심볼들을 부호화하는 부호화 수단 및 상기 수신기단에서 역동작을 실행하는 복호화 수단과,

부호화된 데이터를 채널을 통하여 송/수신하는 수단을 포함하고 있다.

본 발명은 또한 송수신 사용자국에 관한 것으로, 특히, 무선 링크에 의해 통신을 확보하는 이동국 또는 케이블이나 위성 등으로 통신하는 고정국에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이동국들이 상호 통신할 수 있게 할 목적으로 메시지들을 수신하고 중계하는 기지국에 관한 것이다.

사용자간의 통신 시스템은 여러 가지 기준(criteria)을 충족해야 하며, 이들 기준 중에서 신뢰성(confidentiality)의 기준은 쉽게 충족된다. 따라서 이와 같은 시스템들의 설계자는 전송 메시지들의 전송용 부호들의 이용에 중점을 두고 있다. 고성능 부호화 시스템으로는 부호 분할 다중 접근(CDMA) 시스템이 있다. 이러한 시스템은 교란(disturbance)에 강하고, 간섭이나 성능 저하에 강하며, 신뢰성의 이점을 가지고 있고, 더욱이 사용자의 수에 따라 그 크기가 쉽게 조절될 수 있다. CDMA 시스템의 원리는 주파수 스텍트럼의 확산에 있다. 따라서, 부호화된 기본 길이(Ts)의 비트들로 구성된 메시지는 전송 전에 기본 길이(Tc)의 의사 랜덤 비트 시퀀스로 승산되며, 여기서 Tc = Ts/L이고, 이 파라미터 L은 시퀀스의 주기, 즉 시퀀스의 비트수이다. 이와 같이 각각의 사용자는 그 자신에 할당된 시퀀스를 가지고 있다. 기지국은 모든 사용자들로부터 인입하는 부호화된 메시지를 수신하여 이들을 복호화한 후, 이들을 재부호화하여 모든 사용자들에게 중계한다. 기지국은 정보를 전달한다. 즉, 사용자가 자신을 대상으로 하는 메시지만을 복호화할 수 있게 한다. 이와 같은 시스템은 수신시에 등화기(equalizer)의 사용을 필요로 하며, 그러한 등화기는 사용자의 수가 증가함에 따라 복잡해 질 수 있다. 실제로, 다중 경로 환경으로부터 에코들이 발생할 때, 사용자의 채널과 관련한 에코들은 일반적으로 다른 사용자의 채널로부터의 에코들과 동일하지 않다. 따라서, 그러한 시스템의 실제 성능은 제한된다. 한편, 수신기는 수신된 메시지를 복호화할 수 있도록 각 시퀀스의 선두를 동기시킬 필요가 있고, 이러한 것은 종종 문제를 일으킨다.

이와 같은 시스템은 예컨대, 맥그로힐(McGraw-Hill) 출판사(뉴욕)에 의해 발행된 제이.지.프로아키스(J.G.PROAKIS)의 "디지털 통신(Digital Communications)"의 제8장, 페이지 800-817에 설명되어 있다.

본 발명의 목적은 사용자들간에 통신에 있어서 전송의 신뢰도 및 통신용량을 높이는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 성능을 향상시키면서도 시스템의 복잡성이 감소되도록 하는데 있다.

이들 목적은 서두에 정의된 통신 시스템으로 달성되며, 이 통신 시스템의 송수신 수단은 직교 주파수 분할 다중화에 의한 다중 반송파 변조 및 복조 수단을 포함한다.

따라서, 다중경로 환경(multipath environment)에 의해 발생된 에코의 영향을 받는 신호들을 균등화(equalizing)하는 등화기가 수신기단에서 더 이상 사용될 필요가 없는 이점이 있다. 실제로, 체크 간격들을 포함하는 블록으로 구성되는 순차 프레임들의 형식으로 변조 신호를 구성하는 경우에는, 다중경로들에 의한 모든 지연을 제거할 수 있다. 모든 동기화 메커니즘들은 직교 주파수 분할 다중화에 의해 사용된 것으로부터 도출되기 때문에, 부호화 시퀀스 각각의 선두 동기화에 대한 어떠한 문제도 없다. 부호화 시퀀스의 선택폭과 수는 대단히 많다. 전송된 에너지는 채널 상에서 훨씬 양호하게 주파수 분할되며, 이러한 것은 상기 시스템을 선택적 페이딩(fading)에 대해 보다 강하게 한다. 또한, 보조 로브들(lobes)은 보다 적은 에너지를 가지며, 이러한 것은 상기 시스템을 인접 채널로부터의 간섭에 대해 덜 민감하게 한다. 따라서, 다중 반송파 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 기술과 상기 확산 스펙트럼 기술의 조합은 새로운 성능 및 이점들을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 시스템은 이동 가능한 송수신 사용자국들, 및 고정된 적어도 하나의 기지국으로 형성되어 있다. 상기 기지국은 셀(cell)이라고 하는 것을 적용 범위로 한다. 즉,상기 기지국의 동작 범위는 셀로 특정된다. 이러한 동작 범위를 넘어서면 다른 기지국이 있으며, 이 기지국은 이동국이 상기 셀의 경계를 벗어났을 때 중계를 인계한다. 바람직하게도, 본 발명으로 인하여 하나의 셀은 보다 큰 크기를 가질 수 있다. 종래에는 셀의 크기를 증가시키기 위해서는 매우 복잡한 등화기가 필요했다.

각각의 사용자국은 기지국으로 전송하기 위한 송신기 수단과, 상기 사용자국에 대한 메시지만을 복호화하기 위한 수단을 포함하고 있다.

상기 기지국은 모든 사용자국들에 전송하기 위한 송신기 수단과, 모든 사용자국들에 의해 전송된 메시지들을 수신하기 위한 수신기 수단과, 사용자국들간의 통신량을 관리하기 위한 관리 수단을 포함하고 있다.

사용자국 또는 기지국에 있어서, 변조 수단은: 부호화된 전송 심볼용 입력 직렬/병렬 변환 수단과; 복수의 반송파상으로 전송될 상기 심볼들에 역 푸리에 변환을 동시에 적용하는 수단과; 에코들에 대한 보호 심볼들을 부가하는 수단과; 병렬/직렬 변환 수단과; 심볼 블록들의 프레임들을 형성하고 특정 심볼 블록들을 부가하는 수단을 포함하고 있다.

상기 특정 심볼들은 동기 심볼들, 서비스 심볼들, 채널 추정 심볼들 또는 다른 심볼들일 수도 있다.

유사하게, 복조 수단은: 샘플러와; 수신된 변조 데이터(received modulated data)용의 입력 직렬/병렬 변환 수단과; 상기 수신된 부호화 심볼들(received coded symbols)을 생성하기 위해 푸리에 변환을 적용하는 수단과; 병렬/직렬 변환 수단을 포함하고 있다.

역 푸리에 변환을 적용하는 수단은 시분할/주파수 분할 심볼 인터리빙(interleaving) 수단의 뒤에 위치될 수 있다. 이 경우에, 푸리에 변환을 적용하는 수단은 시분할/주파수 분할 심볼 디인터리빙(de-interleaving) 수단의 앞에 위치하게 된다.

신호 감쇠를 감안하여, 하나 또는 여러 개의 자동 이득 제어 모듈(들)이 수신기단에 부가될 수도 있다. 이들 모듈들은, 송신기단에서 부호화에 이용된 의사 랜덤 시퀀스(들)를 적용하는 상관기의 출력측, 또는 푸리에 변환을 적용하는 수단의 출력측에서 반송파 각각에 할당된 부호화 메시지를 위해 위치될 수 있다.

본 발명의 이러한 여러 특징과 기타 다른 특징은 이하에서 기술될 실시예들로 보다 명백하게 설명될 것이다.

제 10 도에는 다중 사용자 통신 시스템(U₁, U₂, …U_K, …U_M)이 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 M은 총 사용자수이다. 모든 사용자들은 기지국(B)과 양방향 링크를 통해 통신한다. 이 기지국(B)은 두 사용자국이 서로간에 통신할 수 있도록중계기의 역할을 한다. 기지국의 서비스 범위(coverage area)는 특정되어 있다. 사용자국이 통상의 이동국(mobile stations)인 경우에, 사용자국(U₂)(또는, 이들 중 일부)은 기지국(B₁)의 서비스 범위를 벗어날 수 있다. 이 경우, 다른 기지국(B₂)이 통신의 관리에 참여하게 된다. 이때, 두 기지국들(B₁,B₂)은 관리 정보 신호를 교환하여, (B₁의 서비스 범위내) 사용자국(U₁)을 (B₂의 서비스 범위내) 사용자국(U₂)과 접속시킨다.

임의의 사용자국에 사용된 종래의 처리 어레이가 제 1 도에 도시되어 있다.

송신기단(제 1A 도)에서, 상기 어레이는: 전송 메시지들(Me)을 부호화하여 신호배열(constellation)의 심볼(Se)로 변환하는 부호화 수단(10)과; 상기 전송 심볼(Se)을 부호화하는 확산 스펙트럼 부호화 수단(SSC)(12)과; 심볼들을 나타내는, 기저대역의 디지털 데이터로 반송파를 변조하는 변조 수단(14)을 직렬 결합으로 포함하고 있다. 이후, 채널(CHA)(16)을 통하여 전송이 실행된다.

메시지(Me)를 부호화하는 수단(10)은: 소스 부호화기(SOUR.COD.)(13)의 앞에 배치되는 아날로그/디지털 변환 수단(A/D)과; 채널 부호화기(CHAN.COD)(15)와; 신호배열의 디지털 데이터에 관한 할당 소자(MAPP)(17)를 직렬 결합으로 포함하고 있다.

이 신호배열은 QAM, QPSK, BPSK 또는 기타 다른 신호배열에 관한 것일 수 있다. 소스 부호화기(13) 및 채널 부호화기(15)는 통신 채널의 특성에 따라서 사용될 수 없다. 유사하게, A/D 변환기(11) 및 소스 부호화기(13)는 메시지(Me)가 디지털형태(링크 9)로 이용 가능한 경우에는 사용될 수 없다. 반면, 변환기는 예컨대 사용자 이동국으로부터의 전화 통신을 위한 음성 메시지인 경우에 사용된다.

또한, 사용자국은 기지국을 통해 다른 사용자국으로부터 인입하는 데이터를 수신하는 수단을 포함하고 있다. 따라서, 이 수신 수단은: 수신된 부호화 심볼들(Scr)을 나타내는 기저대역 디지털 데이터를 추출하는 복조 수단(24)과; 상기 부호화 수단(12)이 송신기단에서 실행한 동작에 대한 역동작을 실행하여 수신 심볼들(Sr)을 복호화하는 복호화 수단(SSC^-1)(22)과; 상기 송신기단의 부호화 수단(10)이 실행한 동작에 대한 역동작을 실행함으로써 수신 심볼들(Sr)에 상응한 수신 메시지들(Mr)을 복호화하는 복호화 수단(20)을 포함하고 있다.

상기 복호화 수단(20)은 채널 복호화 수단(CHAN.DECOD)(27)과, 소스 복호화 수단(SOUR.DECOD)(23)과, 디지털/아날로그 변환 수단(D/A)(21)을 직렬 결합으로 포함하고 있다. 이들 수단은 송신기단에서 역부호화 동작들이 이전에 실행된 경우에 존재한다.

본 발명은 기본적으로, 심볼들(Se)을 나타내는 디지털 데이터를 전송하기 위한 변조 수단(14)과, 수신된 심볼들(Sr)을 추출하기 위한 복조 수단(24)에 관한 것으로, 수신기단의 복조 수단(24)은 송신기단에서 실행되는 동작에 대한 역동작을 실행한다.

제 2 도에는 본 발명에 따른 통신 시스템의 회로도가 도시되어 , 이 통신 시스템은 기지국(B)과 사용자국, 예컨대, 2개의 사용자국들(U₁, U₂)을 포함하고 있다.사용자국들이 동일한 송수신 수단을 가지고 있으므로, 이후 상기 사용자국(U₁)에 대해서만 상세히 설명할 것이며, 이때, 송신국은 수신국으로서 동작하는 또다른 국과 통신하는 것으로 가정한다.

본 발명에 따라, 확산 스펙트럼 부호화(SSC)는 다중 반송파 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 변조 회로와 결합된다. 수신기단에서는 역동작들이 역순으로 실행된다.

사용자국(U₁)은 심볼들(Se)을 생성하는 부호화 수단(10)을 포함하고 있다. 다음, 이 심볼들은 다중화기(OFDM)(14n)와 다중 반송파 변조기(14m)의 전단에 위치된 확산 스펙트럼 부호화 장치(SSC)(12)에 의해 부호화되며, 이전에 설명된 바와 같이 전송된다.

전송 채널(CHA1)에 의해 변경될 수 있는 이들 데이터는 데이터(Pmr)로 기지국(B)에 도달한다. 이들 데이터는 복조기(DEMOD)(24Bm)에서 복조된 후, 역다중화 수단(OFDM^-1)(24Bn)의해 역다중화되어 수신된 부호화 심볼들(Pcr)을 생성하고, 이어서 송신기단에서 실행된 동작과 반대의 동작을 수행하는 복호화 수단(SSC^-1)(22B)이 복화화된 심볼들(P)을 생성한다. 이들 심볼들(P)은 기지국에서 부호화 수단(SSC)(12B)에 의해 재부호화되고, 다중화기(OFDM)(14Bn)에 의해 다중화된 후에, 다중 반송파 변조기(14Bm)를 통해 중계된다. 전송 심볼들은 상기한 채널과는 다를 수 있는 채널(CHA2)을 통해, 수신국으로 동작하는 다른 사용자국(U₂)에 도달한다. 상기 사용자국(U₁)이 다른 송신국의 수신국으로서 동작하는 경우를 고려해보면, 이 수신국은 변조된 심볼들(Smr)을 수신하고 상기 심볼들은 복조기(DEMOD)(24m)에 의해 복조된 후, 수신된 부호화 심볼들(Scr)을 생성하는 디멀티플렉서(OFDM^-1)(24n)에 의해 역다중화되고, 다음에 이 심볼들은, 송신기단에서 실행된 SSC 부호화의 역 복호화를 실행하는 복호화 수단(SSC^-1)(22)에 의해 복호화된다.

상기 기지국(B)은 모든 사용자국으로부터 인입하는 모든 데이터를 수신한다.

이들 데이터는 동일 주파수 대역내에서 서로 중첩되어(superimposed) 상기 기지국의 입력에 도달한다. 이러한 기지국은 통신을 관리한다. 이를 위해, 사용자국(U₁)이 사용자국(U₂)과 접속되는 경우에, 상기 기지국(B)은 메시지가 전달될 사용자국의 시퀀스 또는 송신국의 시퀀스와 동일한 시퀀스로 전송 메시지를 재부호화하며, 상기 기지국은 송신국에 속한 시퀀스를 수신국에 전송하며, 이에 따라 수신국은 채널을 통해 도달하는 메시지들을 복호화할 수 있다.

제 3A 도, 제 3B 도, 제 4A 도 및 제 4B 도에는 본 발명에 의해 실시되는 공지된 확산 스펙트럼 부호화/복호화 기술을 설명한다.

제 3A 도는 단일 신호원으로부터 인입하는 메시지들에 사용된 확산 스펙트럼 부호화(spread spectrum coding: SSC) 원리를 설명하는 회로도이다. 부호화를 위하여, 시간 주기가 Ts이고, 기저 대역 신호배열의 디지털 심볼(Se)이 송신기단의 곱셈기(30)에서, 주기 시퀀스 발생기(32e)로부터 인입되는 의사 랜덤 시퀀스(PNi)로승산된다. 이 시퀀스는 사용자국 각각에 대해 불변일 수 있다. 이러한 경우에, 상기 시퀀스 발생기는 시퀀스(PNi)를 영구적으로 저장한 메모리일 수 있다. 이 시퀀스(PNi)는 2진 주기(binary period) Tc(여기서 Ts = L·Tc)의 비트 시퀀스에 의해 형성된다. 파라미터(L)는 시퀀스의 주기를 형성한다. 곱셈기(30)의 출력측에서 L개의 부호화된 심볼들(Sce)은 심볼(Se) 각각에 대응한다. 이 심볼은 주파수 영역에서 보다 넓은 대역으로 변환되고, 따라서 확산 스펙트럼으로 변환된다. 종래의 기술에서는 제 1 도에 도시된 바와 같이 부호화된 심볼(Sce)이 전송된다. 수신기단에서, 여전히 기저대역에 있는 수신된 부호화 심볼(Scr)이 상관기(34)에 공급되며(제 3B 도), 상기 상관기는 발생기(32r)로부터, 심볼을 전송하는 송신국에서 사용된 시퀀스와 동일한 의사 랜덤 시퀀스(PNi)를 수신하거나, 또는 상기 기지국이 이와 같이 심볼들을 재부호화한 경우에는 그 자신의 시퀀스(PNj)를 수신한다. 상기 상관기의 출력은 전송 심볼(Se)의 추정값인 부호화되지 않은 수신 심볼(Sr)을 생성하는 결정 회로(36)에 접속된다. 복호화가 결정 복호화가 아니면, 결정 소자(36)는 사용되지 않는다. 추정은 후속 처리단에서 수행된다.

제 3 도는 사용자국에 사용된 메커니즘을 도시하고 있고, 제 4 도는 이들 사용자국과 통신하는 기지국에 사용된 메커니즘을 도시한다.

기지국은 송신부와 수신부를 포함하고 있다. 상기 송신부의 소자들은 제 4A 도에 개략적으로 도시되어 있다. 여러 가지 디지털 심볼들(Se¹…Se^J…Se^M)이 전송된다. 이들 각각의 심볼은 각각의 곱셈기(30₁…30_j…30_M)에서 각각의 사용자국에속한 의사 랜덤 시퀀스(PN₁…PN_j…PN_M)와 승산된다. 모든 출력은 합산기(35)에서 재결합되고 변조기를 거쳐 상기 채널을 통해 전송된다(제 1 도). 제 4B 도는 상기 수신부를 개략적으로 도시한다. 기지국에 도달한 모든 메시지는 심볼 시퀀스에 결합되어 복호화된 Scr이 된다. 이 심볼들은 송신단에서 사용되는 것과 동일한 의사 랜덤 시퀀스들(PN₁…PN_j…PN_M)을 각각 수신하는 일련의 상관기(40₁…40_j…40_M)에 입력된다. 위에서 설명한 바와 같이, 상관기들의 출력들은 결정 소자들(42₁…42_j…42_M)에 각각 입력되고, 결정 소자 각각은 전송된 심볼들의 추정값들(S_r ¹…S_r ^j…S_r ^M)을 발생한다. 상기 기지국은 두 방식으로 동작할 수 있다: 즉, 상기 기지국이 시퀀스(PN_j)를 사용하는 사용자국으로 지정된, 시퀀스(PN_i)로 부호화된 신호를 수신하면, 상기 기지국은 상기 수신된 메시지를 상기 메시지의 수신국에 의해 사용된 시퀀스(PN_j)로 재부호화하거나, 상기 수신된 메시지를 시퀀스(PN_i)로 재부호화하고 상기 수신국에 복호화에 사용될 시퀀스를 전송할 수 있다.

제 3 도, 제 4 도는 공지의 확산 스펙트럼 부호화를 예시한다. 본 발명에 따라, 송신기단에서 이 부호화 다음에 직교 주파수 분할 다중화에 의한 다중 반송파 변조단이 부가되고, 수신기단에서는 역동작을 실행하는 단이 포함된다.

제 5 도는 OFDM 다중화기(14n)의 기본 회로도의 일예이다. 부호화기(SSC)(12)로부터 인입하고, 부호화된 전송 심볼들(Sce)을 나타내는 디지털데이터는 블록(50)에서 직렬/병렬 변환된다. 상기 병렬 데이터는 N개의 병렬 출력 신호를 생성하는 N 차 역 푸리에 변환 계산 소자(FFT^-1)(52)에 입력된다.

소정 시점에서, N개의 병렬 출력 신호가 OFDM 데이터 블록의 일 부분을 형성한다. 장치(54)는 체크 간격에 해당하는 데이터를 상기 데이터 블록 부분에 부가한다. 이것은 특정의 데이터를 복사하는 것으로 이루어진다.

제 11 도는 OFDM 데이터 블록의 구성에 사용된 메커니즘을 상세히 도시한다. 심볼(Se)은 일반적으로 복소값이다. 제 1 곡선은 부호화될 심블(Se)의 상태 시퀀스를 나타낸다. 심볼(Se)의 시간 주기는 Ts 이다. 예를 들어, μ개의 심볼을 구비한 시퀀스는 μ·Ts의 기간에 대응하는 것으로 간주된다.

이 심볼들(Se)은 부호화기(SSC)(12; 제 2 도 참조)를 통과한 후, 부호화 심볼들(Sce)로 된다. 따라서, 심볼(Se)은 L개의 심볼들(Sce)로 된다. 따라서, 기간 μT 동안에 μL 개의 심볼들(Sce)이 얻어진다.

블록(50)(제 5 도)은 직렬/병렬 변환을 실행하여 병렬로 μL개의 심볼들을 발생하며, 이 심볼들은 N차 역 푸리에 변환을 실행하는 블록(52)에 입력되어, N = 2^k> μL이 된다(여기서 k는 정수). 따라서, μL개의 심볼들은, 블록(52)의 입력 중 어느 한 측에 L1(=(N-μL)/2)개의 "0" 데이터가 나타남으로써 완료된다(참조부호 X). N-μL이 홀수인 경우, 블록의 시작 또는 끝에 추가적 심볼을 부여한다. μTs동안 N개의 심볼이 발생하도록, 블록(52)은 보다 짧은 기간(μTs/N) 동작한다(참조 부호 Y). 블록(52)에서 순차 발생되는 N개의 심볼들은 K_G개의 심볼들에 의해 완료된다. 이것은 보호를 형성하는 체크 간격 △ = K_G·T'c 에 일치한다. K_G개의 심볼들은 선행하는 최근의 N개 심볼들의 복사에 해당한다. 이들 K_G개의 심볼들은 N개의 심볼들에 부가되어 전송될 (K_G+N)개 심볼들의 데이터 블록을 형성한다(참조부호 Z). 또한, 체크 블록(54)은 더 짧은 기간(T'c = μTs/(N + K_G))에 동작하며, 따라서 후단에서, (K_G+ N)개 심볼들의 직렬 출력 신호가 μTS 기간 동안에 얻어지게 된다. 병렬/직렬 변환기(56)는 (K_G+ N) 개의 심볼들을 직렬 모드로 변환한다. 다음, (K_G+ N)개의 OFDM 심볼들의 순차적 블록들이 프레임(FRAME)으로 표시된 장치(58)에서 OFDM 프레임으로 구성된다. 이 장치(58)는, 송신기를 수신기와 동기시키거나 또는 채널을 추정하는데 사용되는 특정 심볼(53)(동기, 워블링(wobbling) 또는 기타 심볼)을 부가한다. 상기 신호들은 다중 반송파 변조기(14m, 14Bm)(제 2 도)에 의해 전송되기 전에, 저역 필터 LPF(59)에 의해 필터링된다.

수신기단에서, 수신된 변조 심볼들(Smr)은 복조기(24m)(제 2 도)에 의해 복조된 후, OFDM^-1장치(24n)에 입력되며, 이 장치는 송신기단에서 실행된 처리와 반전된 처리를 실행한다. 상기 장치(24n)는: 저역 필터(69)와; 1/T'c 타이밍의 샘플러(63)와; N개의 유용한 신호들을 생성하고 체크 기간 동안 수신된 K_G개의 심볼들을 제거하는 직렬/병렬 변환기(66)와; N개의 심볼 블록들의 시퀀스를 발생하는 푸리에 변환용의 계산 소자(62)와; 이들 μL개의 심볼들을 처리하여 수신된 부호화심볼들(Scr)을 발생하는 병렬/직렬 변환기(60)를, 직렬 결합으로 포함하고 있다(제 6 도). 이들 심볼들(Scr)은 이전에 설명한 복호화기(SSC^-1)(22, 22B)에 입력된다(제 3 도 및 제 4B 도).

N개의 심볼 블록들의 끝은 제거되어, μL개의 심볼들을 포함하는 중앙 부분만 남는다.

제 12 도에는 주파수에 대하여 작성된 전송 신호의 스펙트럼의 파워 밀도가 도시되어 있다. 곡선(70)은 종래의 확산 스펙트럼 시스템에 대응하고, 곡선(72)은 확산 스펙트럼 기술과 다중 반송파에 의한 전송을 위한 직교 주파수 분할 다중화 기술을 조합한 본 발명에 따른 시스템에 대응한다. 수평 눈금은 상기 신호의 유용한 대역에 대하여 정규화된 기저 대역 주파수(Fn)에 대응하고, 수직 눈금은 dB로 표현된 스펙트럼 밀도에 대응한다. 단일 반송파 시스템의 경우에는 스펙트럼(70)은 중심에서 최대 에너지를 나타내지만, 에너지는 유용한 대역 내에서 매우 급속히 감소함에 주목해야 한다. 이에 반하여, 다중반송파 시스템의 경우에는, 스펙트럼(72)이 직사각형이며, 이는 모든 반송파에 대해 전송된 에너지가 상기 신호의 유용한 대역에서 일정하게 유지된다는 것을 보여주고 있다. 따라서, 전송의 신뢰성이 높이고, 수신 회로들의 복잡성을 감소시키면서 전송 채널을 더욱 양호하게 이용할 수 있다. 유용한 대역 외부에 있는 에너지는 단일 반송파 시스템의 경우보다 다중 반송파 시스템의 경우에 훨씬 작게 되는 것에 주목해야 한다.

상기 채널에 다중 경로 간섭이 존재하는 경우에는, 송신기단에서 심볼들을인터리빙하고 수신기단에서 심볼들을 디인터리빙하는 것이 바람직하다.

제 7A 도에 도시된 회로도는 제 5 도의 변형된 회로도이다. 공지된 기술에 따라 심볼들을 인터리빙하는 인터리버 ENT(51)가 직렬/병렬 변환 블록(50)과 FFT^-1장치(52) 사이에 삽입되어 있다.

역으로, 제 7B 도에 도시된 회로도는 제 6 도의 변형된 회로도이며, FFT 장치(62)와 병렬/직렬 변환 블록(60) 사이에는, 송신기단에서 실행되는 동작의 역동작을 실행하는 디인터리버 ENT^-1(de-interleaver)가 삽입되어 있다.

인터리빙/디인터리빙 동작은 예컨대 직접 위성 링크들의 경우에는 불필요하다. 제 5 도 및/또는 제 7A 도에 도시된 OFDM 다중화기의 회로도들은 사용자국의 OFDM 다중화기(14n)와 기지국의 OFDM 다중화기(14Bn)를 실현하기 위해 사용된다.

유사하게, 제 6 도 및/또는 제 7B 도에 도시된 역다중화기의 회로도들은 사용자국의 역다중화기(24n)와 기지국의 역다중화기(24Bn)를 실현하기 위해 사용된다.

전송 채널들은 수신된 신호들을 변경시키는 페이딩의 영향을 받을 수 있다. 이러한 페이딩은 주파수 및/또는 시분할 영역에서 일어날 수 있다. 따라서, 수신기단에서 자동 이득 제어를 실행하는 것이 바람직하다.

제 8 도는 자동 이득 제어(AGC)를 구비한 사용자국의 수신부의 부분 회로도를 도시한다. 이 회로도는 제 7 도의 회로도에 대응된다. 디인터리버(61)로부터 인입되며 반송파 각각에 할당되는 μL개의 신호 각각은 AGC 장치(63₁내지 63_μL)에의해 생성된다. 디인터리버(61)가 존재하지 않는 경우, AGC 장치는 FFT 블록(62)의 출력측에 배치된다.

또한, 사용자국에 있어서, 제 3B 도의 상관기(34)와 결정 소자(36) 사이에 AGC 장치를 삽입함으로써 전체적인 자동 이득 제어를 실행할 수 있다.

제 9 도는 자동 이득 제어(AGC)를 구비한 기지국의 수신부 일부를 타나내는 부분 회로도를 도시한다. 이 회로도는 제 4 도에 도시된 회로도에 대응된다. 이 경우에, 각각의 채널에 의해 생긴 결함을 개별적으로 정정하기 위해, 상관기(40₁내지 40_M) 각각의 출력측에 사용자 각각에 대한 AGC 장치(65₁내지 65_M)를 삽입함으로써 양호한 성능이 얻어진다.

직교 주파수 분할 다중화에 의한 다중 반송파 변조와 확산 스펙트럼 부호화의 조합은 여러 가지 이점을 제공한다.

확산 스펙트럼의 부호화(SSC)가 단독으로 이용되는 경우에 요구되는 수신기단에서의 시퀀스 각각의 선두를 동기시킬 필요가 없다.

다중 반송파 변조를 사용하기 때문에, 의사 랜덤 시퀀스들에 대한 선택의 폭이 훨씬 넓어진다. 실제로, 초기 시점 이외의 어떠한 시점에서도, 이용된 시퀀스(PN)의 상호상관에 대한 차이를 허용한다. 하지만, 이러한 차이는 확산 스펙트럼의 부호화(SSC)가 단독으로 이용되는 경우에는 허용되지 않는다.

상기 OFDM 신호들은 프레임들로 구성되어 있다. 각각의 사용자국은 그 자신의 프레임을 가지고 있기 때문에, 수신기단의 동기화 메커니즘이 간단해진다. 또한, 데이터 블록마다 체크 간격을 이용함으로써, 다중 경로들로 인한 지연들에 의해 야기되는 것과 마찬가지로, 송신기와 수신기 사이의 거리에 좌우되는 가변 전파지연들에 의해 야기되는 것으로 여겨지는 모든 불확실성을 제거할 수 있게 된다. 특히, 전파 지연들은 기지국의 서비스 범위와 연관되어 있다. 체크 간격이 존재하므로, 사용 소프트웨어의 복잡성을 증가시키지 않고서도 종래의 SSC 기술에 비교하여 기지국의 서비스 범위 영역을 확대시킬 수 있다. 종래의 SSC 기술은 이와 같은 곤란성을 극복하기 위해 복잡한 등화기를 필요로 하였다.

또한, 본 발명에 따라, 에너지가 채널 전체에 걸쳐 균일하게 분포되며, 이에 따라 시스템은 페이딩(fading)에 대한 저항성이 증대된다. 보조 로브들의 에너지는 단일 반송파 시스템의 경우보다 다중 반송파 시스템의 경우에 훨씬 미약하다.

제 1 도는 사용자국으로 기능하는 송수신 처리 시스템의 회로도.

제 2 도는 본 발명에 따른 통신 시스템의 일부를 나타내는 회로도.

제 3A 도는 확산 스펙트럼 부호화에 대한 공지된 원리를 도시하는 회로도, 제 3B 도는 사용자국에서 동작하는 관련 복호화 회로도.

제 4A 도 및 제 4B 도는 기지국에 적용된 동일한 공지된 원리의 부호화 회로도 및 복호화 회로도.

제 5 도는 다중 반송파 전송에 사용되도록 의도된 OFDM 멀티플렉서의 회로도.

제 6 도는 OFDM 디멀티플렉서의 회로도.

제 7A 도 및 제 7B 도는 송신기단에서 심볼들을 인터리빙하는 회로도 및 수신기단에서 심볼들을 디인터리빙하는 회로도.

제 8 도는 자동 이득 제어를 포함하는 사용자국의 디멀티플렉서의 회로도.

제 9 도는 자동 이득 제어를 포함하는 기지국의 복호화기의 회로도.

제 10 도는 다중 사용자 통신 시스템의 개략적인 회로도.

제 11 도는 기간(μTs)에 걸친 심볼 분포도.

제 12 도는 종래의 확산 스펙트럼 시스템 및 본 발명에 따른 시스템의 주파수 응답 곡선을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : A/D 변환기 14 : 변조기

21 : D/A 변환기 24 : 복조기

Claims

적어도 하나의 송수신 기지국(B)과, 상기 기지국을 경유하여 전송 채널(CHA1, CHA2) 상에서 상호 통신하는 복수의 송수신 사용자국(U₁, U₂)을 포함하고,

송신기단에서 전송 메시지들을 신호배열의 심볼들(symbols of a constellation)로 변환하는 변환 수단(10) 및 상기 사용자국 각각의 수신기단에서 역동작을 실행하는 수단(20)과,

상기 송신기단에서 확산 스펙트럼 부호화에 의한 부호로 상기 심볼들을 부호화하는 부호화 수단(12, 12B) 및 상기 수신기단에서 역동작들을 실행하는 복호화 수단(22, 22B)과,

부호화된 데이터를 채널 상에서 전송하는 수단(14) 및 수신하는 수단(24)을 포함하는 상기 다중 사용자 통신 시스템에 있어서,

상기 송신 수단(14)은 직교 주파수 분할 다중화에 의한 다중 반송파 변조 수단(14n, 14m)(14Bn, 14Bm)을 포함하고, 상기 수신 수단(24)은 직교 주파수 분할 다중화에 의한 다중 반송파 복조 수단(24n, 24m)(24Bn, 24Bm)을 포함하는 다중 사용자 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 변조 수단(14n, 14m)(14Bn, 14Bm)은:

부호화된 전송 심볼용의 입력 직렬/병렬 변환 수단(50)과,

복수의 반송파에 의해 전송될 심볼들에 대해 역 푸리에 변환(Fourier transform)을 동시에 적용하는 수단(52)과,

에코에 대한 보호 심볼들을 부가하는 수단(54)과,

병렬/직렬 변환 수단(56)과,

심볼 블록들의 프레임들을 형성하고 특수 심볼 블록들(53)을 부가하는 수단(58)을 포함하는 다중 사용자 통신 시스템.
제 2 항에 있어서, 시분할/주파수 분할 심볼 인터리빙 수단(symbol interleaving means)(51)이 상기 역 푸리에 변환을 적용하는 수단(52)의 전단에 위치하는 다중 사용자 통신 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복조 수단(24n, 24m)(24Bn, 24Bm)은:

샘플러(63)와,

수신된 변조 데이터용의 입력 직렬/병렬 변환 수단(66)과,

상기 수신된 부호화 심볼들을 생성하기 위하여 푸리에 변환을 적용하는 수단(62)과,

병렬/직렬 변환 수단(60)을 직렬 결합으로 포함하는 다중 사용자 통신 시스템.
제 4 항에 있어서, 시분할/주파수분할 심볼 디인터리빙 수단(61)이 상기 푸리에 변환을 적용하는 수단(62)의 후단에 위치하는 다중 사용자 통신 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 복조 수단(24n, 24Bn)은 자동 이득 제어 수단을 포함하는 다중 사용자 통신 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 자동 이득 제어 수단은 각 반송파 상의 상기 수신된 심볼들에 대해 개별적으로 작용하는 다중 사용자 통신 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기지국의 복호화 수단은 각 사용자에 대한 스펙트럼을 확산시키지 않는 수단을 포함하고,

별개의 자동 이득 제어 수단이 상기 스펙트럼을 확산시키지 않는 수단의 후단에 위치하는 다중 사용자 통신 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 청구된 시스템에 사용된 사용자국.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 청구된 시스템에 사용된 기지국.