KR20020057593A

KR20020057593A - 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용방법

Info

Publication number: KR20020057593A
Application number: KR1020010000042A
Authority: KR
Inventors: 신호균
Original assignee: 송문섭; 주식회사 큐리텔
Priority date: 2001-01-02
Filing date: 2001-01-02
Publication date: 2002-07-12

Abstract

본 발명은 무선 채널의 환경에 따라 디지털 변복조 방식을 가변적으로 적용함으로써 외부 간섭의 영향에 관계없이 안정적으로 고속의 데이터를 송수신할 수 있게 한 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 단말기의 데이터 송수신이 시작되면, 수신 신호의 신호대 잡음비를 기준값과 비교하여 무선 채널의 상태가 양호한 경우 기존의 QPSK 디지털 변복조 방식을 유지하고 무선 채널의 상태가 양호하지 않은 경우 디지털 변복조 방식을 16QAM으로 전환함으로써 채널 간섭의 영향을 받지 않고 고속의 데이터 전송이 가능하다.

Description

이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법{Method for alternative digital modulation/demodulation}

본 발명은 이동통신 시스템에서의 디지털 변복조 방식에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 채널의 환경에 따라 디지털 변복조 방식을 가변적으로 적용함으로써 외부 간섭의 영향에 관계없이 안정적으로 고속의 데이터를 송수신할 수 있게 한 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털 변조 방식에는 위상편이 방식(Phase Shift Keying), 주파수 편이 방식(Frequency Shift Keying)등이 있다.

위상편이(Phase Shift Keying) 변조방식은 반송파로 사용하는 정현파의 위상에 데이터를 싣는 방식으로, 일정주파수, 일정진폭의 반송파 위상을 2등분(180°위상차), 4등분(90°위상차), 또는 8등분(45°위상차)등으로 나누어 각각 다른 위상에 0 또는 1을 할당하거나 2비트 또는 3비트를 한꺼번에 할당하여 상대방에 보내고 수신측에서는 이를 약속된 원래의 데이터 신호의 상태로 만들어 주는 변조방식이다.

여기서 반송파의 위상 편이가 90°인 방식을 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)라고 하며, CDMA방식의 셀룰러 통신 서비스, WLL, 이리듐 통신등의 분야에서 일반적으로 사용되고 있다.

상기 QPSK방식의 디지털 변조는 기저대역에서 디지털 처리된 데이터가 I(In phase), Q(Quadrature phase)채널로 분리된 후, 각각의 채널은 다른 위상 에너지를 가지고 하나의 심볼로 합쳐지는 방식이다.

도 1(a)은 일반적인 QPSK변조신호 발생장치의 구성 블록도이다.

도시된 바와 같이, 직렬로 입력되는 이진 데이터를 이진 병렬데이터로 변환하는 직병렬 컨버터(10)와, 상기 직병렬 컨버터(10)에서 각각 I, Q채널 데이터로 분리된 신호의 레벨을 발생시키는 제 1 레벨 발생기(11) 및 제 2 레벨 발생기(12)와, 상기 레벨 발생기를 통과한 I, Q채널 신호를 동시에 변조시키기 위해 Q채널 신호를 지연시키는 지연소자(13)와, 상기 I채널 신호에 반송파를 혼합시키기 위한 반송파 발생부(14)와, 상기 반송파 발생부에서 생성된 반송파의 위상을 90°만큼 천이시키는 위상천이부(15)와, 상기 제 1 레벨 발생기에서 출력되는 신호와 상기 반송파 발생부로부터 생성된 반송파를 혼합시키는 제 1 믹서(16)와, 상기 지연소자 (13)로부터 출력된 Q채널 신호와 상기 위상천이부(15)에서 90°만큼 위상 천이된 반송파를 혼합시키는 제 2 믹서(17)와, 상기 제 1 믹서(16) 및 제 2 믹서(17)로부터 출력된 I채널 신호 및 Q채널 신호를 합산하는 합산기(18)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 QPSK변조신호 발생장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 직병렬 컨버터(10)로 입력되는 2진 데이터는 NRZ(Non Return to Zero)형식으로서 병렬데이터로 변환되어 I채널과 Q채널에 각각 1개씩 나누어지고, I와 Q채널의 동시에 변조된다. 여기서 위상 차이를 가지고 동시 변조를 수행하기 위하여 상기 지연소자(13)를 두어 Q채널 신호를 지연시키고, 반송파의 위상을 천이시켜 상기 지연된 Q채널 신호와 혼합한다.

상기 변조신호 발생장치의 0에서 1 또는 1에서 0으로 바뀔 경우 I채널 평형변조기 출력의 위상은또는로 반전되고, Q채널의 출력은또는가 되며 상기 합산기(18)에 의해 두 삼각합수 신호를 합하면,,,, 또는로 되어 주파수는 같지만 위상만 각각 90°의 차를 갖는 4가지 값 중 1개를 갖게된다. 즉 I채널과 Q채널 각각은 서로 직교상태이므로 상기 합산기(18)를 통해 합성하여도 서로 간섭이 없다.

도 1(a)는 도 1(a)의 신호 흐름의 일 실시예를 보인 도면이다.

도시된 바와 같이 도시부호 20은 QPSK 신호변조기에 입력되는 2진 데이터 신호이고, 도시부호 21과 22는 도 1의 직병렬 컨버터를 통해 I채널 및 Q채널로 분리된 데이터 중에서 I채널 및 Q채널의 신호이고, 23은 도 1의 합산기를 통과한 변조신호이다.

22의 입력 신호 순서는 일예를 보인 것으로 1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,0이다. 이 신호가 직병렬 컨버터를 통과하면 I채널과 Q채널에 상기 이진 데이터가 번갈아서 분리된다. 따라서 I채널의 신호는 상기 입력 데이터의 홀수번인 1,0,0,0,1,1이 된다. 상기 이진 데이터 1은 위상이 0°이고, 이진데이터 0은 위상이 180°이다.

이와 마찬가지로 Q채널로 분리되는 이진데이터는 상기 입력데이터의 짝수번인 1,1,0,0,1,0이다.

상기 I채널 및 Q채널의 신호를 위상차를 가지고 합산한 결과는 도시부호 23에 나타난 바와 같이 11, 01, 10, 00, 11, 10이고 위상은 상기 I채널 및 Q채널 신호의 삼각함수 합의 결과로서 45°, 135°, 315°, 225°, 45°, 315°이다.

도 1(a)는 QPSK 변복조 방식의 신호성상도로서, 도시된 바와 같이 00, 01, 10, 11의 4가지 2비트 디지털 신호를 전송할 수 있으며, 각각의 2비트 디지털 신호는 90°의 위상차를 가지고 있다.

그러나, 상기와 같이 QPSK 디지털 변조 방식은 외부 간섭의 영향이 적은 대신 데이터 전송 속도가 낮기 때문에 이동통신 시스템에 있어서 음성 통화 이외의 동영상의 송수신과 같은 대용량 데이터의 고속 송수신이 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은 단말기의 무선 데이터 송수신 중에 수신 신호의 신호대 잡음비를 수시로 측정하여 기준값에 도달하지 않을 때마다 16QAM 방식으로 디지털 변복조 방식을 전환함으로써 외부 간섭의 영향에 관계없이 안정적으로 고속의 데이터를 송수신할 수 있게 한 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

호가 연결되어 단말기의 데이터 송수신이 시작되면, 단말기에 수신되는 수신 신호의 신호대 잡음비를 측정하고, 상기 측정값을 단말기을 기 저장된 기준값에 비교하여 무선 채널의 상태가 양호한지를 판단하는 단계와;

상기 판단결과, 무선 채널의 상태가 양호한 경우 기존의 QPSK 디지털 변복조 방식을 유지하고 무선 채널의 상태가 양호하지 않은 경우 디지털 변복조 방식을 16QAM으로 전환하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1(a)는 일반적인 QPSK변조신호 발생장치의 구성 블록도이고,

도 1(a)는 도 1(a)의 신호 흐름의 일 실시예를 보인 도면이고,

도 1(a)는 QPSK 변복조 방식의 신호성상도이고,

도 2(a)는 본 발명에 적용되는 16QAM 변조신호 발생장치의 구성 블록도이고,

도 2(b)는 도 2(a)의 신호 흐름의 일 실시예를 보인 도면이고,

도 2(c)는 본 발명에 적용되는 16QAM 변복조 방식의 신호성상도이고

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법을 보인 플로우챠트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 직병렬 컨버터

14: 반송파 발생부

15: 위상 천이부

이하, 상기한 본 발명 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 16QAM 변복조 방식에 대하여 설명하면 다음과 같다.

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)변복조 방식은 디지털 신호를 일정량만큼 분류하여 반송파 신호와 위상을 변화시키면서 변조시키는 방법이다. QAM은 BPSK와 달리 위상 뿐만 아니라 크기도 변수로 사용하기 때문에 더욱 많은 양의 디지털 데이터를 동시에 전송할 수 있다.

16-QAM는 16개의 level로 양자화된 디지털 신호가 I채널과 Q채널으 성상표에서 의 16개의 좌표로 분산되어 변조된다. 즉 위상과 크기가 각각 다른 16개의 신호공간을 통해 한 좌표당 4bit의 2진 디지털 신호를 보낼 수 있게 된다. 수신단 측에서는 16개의 신호좌표들을 구분하는 경계선을 기준으로 수신된 신호가 어느 영역에 위치하느냐를 관측하여 원래 신호로 복조하게 된다.

도 2(a)는 본 발명에 적용되는 16QAM 변조신호 발생장치의 구성 블록도이다.

도시된 바와 같이 2진 입력 데이터를 2비트씩 순서대로 입력받아 I채널 및 Q채널로 변조하는 제 1 변조부(30) 및 제 2 변조부(40)와, 상기 제 1 변조부 및 제 2 변조부의 출력을 합산하는 합산기(50)로 구성되어 있다.

상기 제 1 변조부(30)와 상기 제 2 변조부(40)의 구성 및 동작은 상기 QPSK변조신호 발생장치와 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다.

상기 제 1 변조부(30)에는의 반송주파수가 입력되어 제 1 변조부(30)의 Q채널에서 다시 90°의 위상차를 두고, 상기 제 2 변조부(40)에는의 반송주파수가 입력되어 상기 제 2 변조부(40)의 Q채널에서 다시 90°의 위상차를 두게 된다.

따라서 상기 16QAM 변조신호 발생장치에서 출력되는 변조신호는 심볼당 4비트가 동시에 전송되고, 이것은 곧 데이터 전송률이 QPSK의 2배인 것을 의미하기도 한다.

상기 16QAM 변조신호 발생장치는 4개의 I값과 4개의 Q값이 사용된다. 본 발명에 의하여 QPSK 및 16QAM으로 본 장치가 전환하여 사용되므로 상기 QPSK 모드로 동작할때는 상위 제 1 변조부만을 사용하고 시스템이 16QAM으로 동작할 때는 제 1 변조부 및 제 2 변조부가 모두 사용된다. 즉, 4개의 I, Q채널이 사용되는 것이다.

도 2(b)는 도 2(a)의 신호 흐름의 일 실시예를 보인 도면이다.

도시된 바와 같이, 도시부호 70은 제 1 및 제 2 변조부에 직렬 형태로 입력되는 이진 데이터를 나타낸 것으로서 1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1의 데이터가 순서대로 입력된다. 도시부호 71과 도시부호 72는 상기 도 2(a)에서 제 1변조부에 입력되는 2비트의 이진데이터에서 I,Q채널의 데이터 흐름이고, 73과 74는 상기 도 2(a)의 제 2 변조부에 입력되는 2비트의 이진데이터에서 I,Q채널의 데이터 흐름이다. 즉, 상기 도시부호 70의 데이터입력에서 번갈아서 2비트는 제 1 변조부에 다음 2비트는 제 2 변조부에 입력되고 각각의 변조부에 입력된 데이터는 다시 I, Q채널에 따라 1비트씩 분리되는 것이다.

도시부호 75는 상기와 같이 4 개의 I, Q채널에서 변조된 신호의 합산된 출력을 보이고 있으며, 데이터는 1101, 1000, 1110, 0101, 1001로서 4비트씩 전송됨을 알수 있다.

도 2(c)는 본 발명에 적용되는 16QAM 변복조 방식의 신호성상도로서, 4개씩총 16개의 신호좌표에 나타난 데이터의 위치에 근거하여 원래 신호로 복조하게 된다.

QPSK방식의 변복조 기술은 위상의 정보만 가지고 신호의 값을 결정하고, 16QAM 방식은 위상과 크기의 두 값을 동시에 사용하여 신호의 값을 결정하기 때문에 무선채널에서는 간섭신호에 의한 오류 발생가능성이 16QAM방식이 훨씬 더 높지만, 데이터 전송율이 QPSK보다 우수하다.

본 발명은 단말기 수신 신호대 잡음비를 측정하여 그 값에 따라 16QAM방식의 전환 여부를 결정하한다. 상기 신호대 잡음비는 신호와 잡음의 비유을 의미하며 그 값이 클수록 무선 채널의 상태가 양호하다. 이러한 상태는 무선 채널상에 다른 간섭파가 없어서 매우 안전한 상태로 전송할 수 있다. 따라서 이러한 경우에 16QAM 변조방식으로 전환하여 외부간섭의 영향 없이 데이터 전송율을 향상시키는 것이다.즉 무선채널의 상태가 양호할 때 빨리 많은 양의 데이터를 전송하려는 의도이다.

먼저, 이동통신의 호가 연결되면(S11), 단말기의 데이터 송수신이 시작되면, 단말기에 수신되는 수신 신호의 신호대 잡음비를 측정하여(S13), 상기 측정값과 단말기에 기 저장된 기준값과 비교 무선 채널의 상태가 양호한지를 판단한다(S15).

상기 판단결과, 무선 채널의 상태가 양호한 경우 기존의 QPSK 디지털 변복조 방식을 유지하고(S19), 무선 채널의 상태가 양호하지 않은 경우 디지털 변복조 방식을 16QAM으로 전환한다(S21).

상기한 도 3의 과정은 통화 내내 수시로 수행하여 무선채널환경 변화에 능동적으로 대응하여 무선 채널 환경이 양호할때마다 수시로 변복조 방식을 16QAM으로 전환하여 많은 양의 데이터를 전송할 수 있도록 한다.

이상에서 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법은 무선채널 환경에 따라 디지털 변복조 방식을 수시로 전환함으로써 채널 간섭의 영향을 받지 않고 고속의 데이터 전송이 가능한 효과가 있다.

또한, 신호대 잡음비를 기준으로 하여 변복조 전환 여부를 결정하기 때문에 오류없는 데이터 송수신이 가능하다.

Claims

이동통신 시스템의 디지털 변복조 방법에 있어서,

호가 연결되어 단말기의 데이터 송수신이 시작되면, 단말기에 수신되는 수신 신호의 신호대 잡음비를 측정하고, 상기 측정값과 단말기에 기 저장된 기준값을 비교하여 무선 채널의 상태가 양호한지를 판단하는 단계와;

상기 판단결과, 무선 채널의 상태가 양호한 경우 기존의 QPSK 디지털 변복조 방식을 유지하고 무선 채널의 상태가 양호하지 않은 경우 디지털 변복조 방식을 16QAM으로 전환하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법.
제 1항에 있어서,

상기 무선 채널의 상태가 양호한 경우 기존의 QPSK 디지털 변복조 방식을 유지하고 무선 채널의 상태가 양호하지 않은 경우 디지털 변복조 방식을 16QAM으로 전환하는 단계는 상기 단말기의 데이터 송수신 중에 수시로 무선 채널의 상태의 양호 여부를 판단하여 채널 환경에 따라 수시로 디지털 변복조 방식을 전환하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단말기에 수신되는 수신 신호의 신호대 잡음비를 측정하여 단말기에 기 저장된 기준값과 비교하는 단계는, 기저대역에서 검출되는 심볼의 에너지와 수신 신호의 세기를 이용하여 상기 수신 신호대 잡음비를 비교하여, 그 결과를 단말기의 메모리에 테이블화하여 저장한 후 단말기 통화시 수신되는 신호와 비교하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 디지털 변복조 방식의 가변적 적용 방법.