디지털 다중채널 기법은 크게 TDMA 방식과 CDMA 방식으로 구분된다. TDMA 방식은 역사가 오래되어 주변 부품과 회로가 안정적으로 공급되고 시스템 구조가 단순한 반면, CDMA는 새로이 사용되는 기법으로 TDMA 비해 비교적 복잡한 구조를 갖고 있다.Digital multichannel schemes are largely divided into TDMA and CDMA. While the TDMA method has a long history of stable supply of peripheral components and circuits and a simple system structure, CDMA is a new technique and has a relatively complicated structure compared to TDMA.
CDMA 기법은 원래 군 통신에서 오래 전부터 널리 사용되고 있는 대역확산(spread spectrum)기법에 그 뿌리를 두고 있다. 대역확산 기법은 전파간섭 제거 능력이 탁월하고 도청방지 효과가 뛰어나 군 통신에서 적의 전파방해를 피하기 위한 수단으로 송신 시 특정 코드패턴을 미리 섞어서(곱해서) 보내고 수신단에서는 송신 시 사용한 코드와 같은 코드를 다시 한번 더 섞어서(곱해서) 원래의 데이터를 복원해 내는 기술이다. 이 과정이 복잡하고 시스템 가격이 비싸서 군 통신용으로만 사용 되었으나 요즈음은 전자 기술의 획기적인 발전으로 그 기술이 보편화 되어 디지털 이동통신에서 CDMA 라는 이름으로 널리 사용되기 시작했다.The CDMA technique has its roots in the spread spectrum technique, which has long been widely used in military communications. The spreading technique is excellent in interference interference elimination and eavesdropping, and it is a means to avoid the interference of the enemy in military communication. It's a technique that mixes one more time to restore the original data. Although this process was complicated and the system price was high, it was used only for military communication. However, with the breakthrough of electronic technology these days, the technology has become popular, and it is widely used under the name of CDMA in digital mobile communication.
그러므로 종래의 CDMA 기술은 지금까지 개발되어 온 대역확산 기법인 DS(Direct Sequence), FH(Frequency Hopping), TH(Time Hopping)을 그대로 사용하기 때문에 CDMA 방식도 또한 DS/CDMA. FH/CDMA, TH/CDMA 등으로 분류될 수 있다. 그러나 종래의 대역확산 기법은 다중채널보다는 적의 전파 방해 회피에 중점을 두고 있었기 때문에 기본 구조가 단일 채널용에 적합한 구조로 되어 있었고 다중채널로 인한 시스템 구조의 복잡화는 큰 관심사가 아니었다. 그러므로 이러한 구조에 바탕을 둔 CDMA 시스템은 다중채널이 되었을 때 발생하는 신호의 복잡도 증가로 인한 시스템 구현의 어려움을 그대로 감수하는 수밖에 없다.Therefore, since the conventional CDMA technology uses DS (Direct Sequence), Frequency Hopping (FH), and Time Hopping (TH), which have been developed until now, CDMA also uses DS / CDMA. FH / CDMA, TH / CDMA, and the like. However, since the conventional spreading technique focused on avoiding enemy jamming rather than multichannel, the basic structure was suitable for single channel, and the complexity of the system structure due to the multichannel was not a big concern. Therefore, the CDMA system based on such a structure has no choice but to bear the difficulty of implementing the system due to the increase in the complexity of the signal generated when the multi-channel is used.
반면 디지털 다중전송 방식 중 TDMA 방식은 DS/CDMA 에 비해 단순하게 채널별로 시간을 나누어 사용하기 때문에 시스템 구조가 단일 디지털 채널과 클럭 속도가 다르다는 것을 제외하고는 크게 차이가 나지 않는 단순함을 갖고 있다. 그리고 사용 역사가 길므로 주변회로도 많이 발달되어 있고 보편화 되어 있다. 또한 신호파형이 binary 형태이므로 기존의 DS/CDMA 방식과 같이 선형 고주파 출력앰프를 필요로 하지 않아 전력 효율도 높고 시스템가격도 낮은 편이다.On the other hand, the TDMA scheme of the digital multi-transmission scheme uses a simple time division for each channel, compared to DS / CDMA, so that the system structure does not differ greatly except that the clock speed is different from that of a single digital channel. And because of its long history of use, peripheral circuits are also developed and universalized. In addition, since the signal waveform is binary, it does not require a linear high-frequency output amplifier like the conventional DS / CDMA system, so the power efficiency is high and the system price is low.
만일 CDMA 신호를 TDMA 신호와 같이 디지털 채널을 그대로 사용할 수 있게 한다면 지금까지 발전 되어온 많은 시스템 구조를 그대로 활용할 수 있게 되어 매우 편리할 것이다. 본 발명에서는 다중채널을 사용시에도 단일 채널 때와 같이 출력신호가 binary 형태를 갖는 새로운 대역확산 기법을 원천적으로 새로이 제안하여 지금까지 TDMA 방식에서 사용하던 디지털 증폭기를 그대로 사용할 수 있게 하여 시스템 구조를 획기적으로 단순화 시킬 수 있다.If a CDMA signal can be used as a digital channel as a TDMA signal, it is very convenient to use many system structures that have been developed up to now. In the present invention, even when using multiple channels, as in the case of a single channel, a new band spreading technique in which the output signal has a binary form is newly proposed to enable the digital amplifier used in the TDMA method to be used as it is. Can be simplified.
이하 이 관계를 표로 나타내면 아래와 같다.Hereinafter, this relationship is shown in the table below.
※ 제안된 PAPW/CDMA 기술은 기존의 TDMA 장점과 DS/CDMA 장점을 합한 장점을 갖고 있음※ The proposed PAPW / CDMA technology combines the advantages of TDMA and DS / CDMA.
기존의 DS/CDMA 방식은 송신 시 여러 채널의 신호를 동시에 합하여 전송하므로 채널 수가 증가할수록 출력신호의 레벨 수가 증가하여 고주파 출력 증폭기의 선형성(linearity)이 보장되지 않으면 신호 특성이 나빠지게 되어, 선형성이 좋은 증폭 특성을 유지하기 위해 기지국 고주파 증폭기에 선형 증폭기를 사용할 수 밖에 없다. 그러므로 기지국의 고주파 전력 증폭기의 사용영역이 선형 부분에서만 사용 가능하므로 기지국 전송 시스템의 전력효율이 현저히 저하하게 된다.In the conventional DS / CDMA system, the signals of several channels are transmitted together at the same time. Therefore, as the number of channels increases, the number of levels of the output signal increases, so that the signal characteristics become worse when the linearity of the high frequency output amplifier is not guaranteed. In order to maintain good amplification characteristics, a linear amplifier must be used for the base station high frequency amplifier. Therefore, since the use area of the high frequency power amplifier of the base station can be used only in the linear part, the power efficiency of the base station transmission system is significantly reduced.
더구나 앞으로 미래의 이동 통신에서는 이동 중에도 2Mbps이상의 전송속도를 요구하게 되므로, 이를 해결하기 위해 기본 음성 위주로 되어 있는 채널 하나로는 불가능하여 여러개의 기본채널을 동시에 다중 사용해야 하므로, 기지국만이 아니라 단말기에서도 음성 채널속도의 기본 채널을 여러 개 동시 다중 사용해야지만 고속 전송이 가능하게 된다. 결국, 단말기의 고주파 증폭기도 기지국과 같은 이유로 선형성을 요구하게 되어 증폭기의 전력 효율이 나빠지게 되므로 전기 사용시간에 심각하게 나쁜 영향을 주게 된다. 또한 제 3세대 이동통신에서는 동일한 단말기로 저궤도 위성통신과 지상 기지국 접속을 모두 가능해야 하므로 위성 송신기도 지상 송신기와 동일한 구조를 가져야 하므로 지상 기지국에서는 허용가능한 고주파 전력 증폭기의 전력효율도, 사용 전원의 제한을 받는 위성의 경우는 사용하기 어려운 상황이 벌어진다. 그러므로 앞으로 단말기까지 다중 채널이 필요한 경우와 위성 지상 공용 통신 구조에서 고속 데이터 전송과 위성통신의 전원 효율을 감안하면서도 기존의 CDMA 방식의 다양한 장점을 유지할 수 있는 새로운 변조 방식이 필요하다.Moreover, in the future, mobile communication requires a transmission speed of 2Mbps or more while moving. To solve this problem, it is not possible to use one channel mainly for basic voice. Therefore, multiple basic channels must be used at the same time. Multiple simultaneous use of multiple speed base channels allows for high-speed transmission. As a result, the high-frequency amplifier of the terminal also requires linearity for the same reason as the base station, and thus worsens the power efficiency of the amplifier, which seriously affects the electricity use time. In addition, in the third generation mobile communication, both low-orbit satellite communication and terrestrial base station access must be possible through the same terminal, and therefore, the satellite transmitter must have the same structure as the terrestrial transmitter. In the case of satellites, the situation is difficult to use. Therefore, there is a need for a new modulation method that can maintain various advantages of the existing CDMA method while considering multi-channel to the terminal and high power data transmission efficiency in satellite terrestrial public communication structure.
본 발명은 다중 채널 CDMA 신호의 출력 파형이 멀티 레벨이 되어 고주파 증폭기의 선형성 요구로 인한 전력효율의 저하와 시스템 구조의 복잡화를 피하기 위해, 지금까지 사용해 온 다중신호의 단순 덧셈 구조로 인한 신호 크기 변화를 신호의 펄스폭 변화로 바꾸어 출력 신호를 단순한 binary 형태의 신호로 변형하여 시스템 전체 구조를 단순화 시킨 새로운 구조의 펄스폭 변조 CDMA 방식을 만드는 것이다. 이 때 코드의 chip 당 신호크기를 단순히 펄스폭으로만 바꾸어 좁은 펄스폭의 출현으로 대역폭이 급격히 넓어지는 단점이 생기게 된다. 그러므로 매 chip 마다 극성을 교대로 바꾸어 chip 간의 부호변화가 없게 하여 대역폭의 증가를 방지하는 클럭 제거 기능과 펄스폭의 변화 범위를 chip 의 일부분으로 제한하여 대역폭의 증가를 억제하는 기능을 추가한다.In the present invention, in order to avoid the power efficiency and the complexity of the system structure due to the multi-level output waveform of the multi-channel CDMA signal due to the demand for linearity of the high frequency amplifier, the signal size change due to the simple addition structure of the multi-signal used so far. By changing the pulse width change of the signal into a simple binary signal, the new structure of the pulse width modulation CDMA method is simplified to simplify the overall structure of the system. In this case, the signal size per chip of the code is simply changed to a pulse width, which causes a disadvantage in that the bandwidth is rapidly widened by the appearance of a narrow pulse width. Therefore, by changing the polarity every chip alternately, there is no clock change between chips to prevent the increase of bandwidth, and the function of suppressing the increase of bandwidth by limiting the change range of the pulse width to a part of the chip is added.
그리하여 단순하고 안정된 TDMA 방식의 특성과 상호간섭 제거 능력이 뛰어나고 코드 특성을 활용할 수 있는 CDMA 특성을 동시에 갖는 새로운 방식의 CDMA 기술을 개발하여 향후 다음 세대 이동통신을 비롯하여, 저궤도 위성통신등 무선을 이용한 디지털 통신에 값싸고 안정되며 성능이 뛰어난 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, we developed a new type of CDMA technology that has the characteristics of a simple and stable TDMA method, excellent interference cancellation, and CDMA characteristics that can utilize code characteristics. Its purpose is to provide cheap, stable and high-performance technology for communications.
제1도는 종래의 DS/CDMA 송신기 구조도.1 is a structural diagram of a conventional DS / CDMA transmitter.
제2도는 새로운 PAPW/CDMA 송신기 구조도.2 is a schematic diagram of a new PAPW / CDMA transmitter.
제3도는 종래의 multi-level 신호와 truncation된 신호(4채널일 경우).3 is a conventional multi-level signal and truncated signal (when four channels).
제4도는 DS/CDMA 신호의 레벨을 PAPW/CDMA 신호의 펄스폭으로 바꾸는 방법.4 is a method for changing the level of a DS / CDMA signal to a pulse width of a PAPW / CDMA signal.
제5도는 4채널 신호의 5단계를 3단계로 truncation 한 후의 PAPW/CDMA 신호.5 is a PAPW / CDMA signal after truncating five stages of a four channel signal in three stages.
제6도는 종래의 DS/CDMA 수신기와 PAPW/CDMA 수신기의 구조 비교.6 is a structure comparison of a conventional DS / CDMA receiver and a PAPW / CDMA receiver.
제7도는 새로운 PAPW/CDMA 방식의 수신 방식.7 is a reception method of a new PAPW / CDMA method.
본 발명은 다중 채널의 신호를 합했을 때 chip 마다 생기는 다양한 신호진폭 크기를 chip의 펄스 폭으로 바꾸고, 매 chip 마다 극성(부호)을 교대로 바꾸어주면 chip간의 부호 변화가 생기지 않게 되어, 여러 채널 신호의 합으로 이루어진 멀티 레벨 신호를 binary 형태로 바꾸면서도 chip간의 파형의 부호 변환에 따른 클럭 성분을 제거하여 주파수 대역폭은 종래의 CDMA 방식과 비슷하게 할 수 있는 새로운 극성교번 펄스폭 변조 방식 CDMA (Polarity Alternated Pulse Width / CDMA ; PAPW/CDMA )기법에 관한 것이다.According to the present invention, if the various signal amplitudes generated by the sum of the signals of multiple channels are changed to the pulse width of the chip, and the polarity (sign) is alternately changed for each chip, the code change between the chips does not occur. A new polarity alternated pulse CDMA (Polarity Alternated Pulse) that can be made similar to the conventional CDMA method by eliminating the clock component due to the code conversion of the waveform between chips while converting the multi-level signal consisting of the sum to binary form. Width / CDMA (PAPW / CDMA) technique.
본 발명의 전체적인 원리를 설명하면 아래와 같다.The overall principle of the present invention will be described below.
송신단에서는 각각의 데이터 채널에 데이터를 실은 후에, 각 채널마다 서로 다른 직교코드(orthogonal code)를 곱하여 채널간의 신호의 직교성을 부여한 후 전체 채널을 합하여 종래의 CDMA 신호를 만든다. 이 때 채널 수가 많으면 합해진 CDMA 신호의 레벨 수가 다단계가 되어 출력 신호가 마치 아날로그 신호처럼 되어 디지털 채널을 그대로 사용하지 못하고 선형성이 좋은 아날로그 채널을 사용해야만 한다.After transmitting data on each data channel, the transmitter multiplies each channel by a different orthogonal code to give orthogonality of signals between channels, and adds all the channels to form a conventional CDMA signal. At this time, if the number of channels is large, the number of levels of the combined CDMA signals is multi-stage, so that the output signal is like an analog signal, so that the digital channel cannot be used as it is, and an analog channel having good linearity must be used.
그러므로 디지털 채널을 그대로 사용하기 위해 다단계의 신호 레벨을 코드 chiip 의 펄스폭으로 변환시키어 신호 레벨을 항상 binary가 되게 한다. 펄스폭 변환시 신호 레벨의 단계가 많을 경우 변환시켜야 하는 펄스폭도 그에 대응하여 여러 가지를 만들어야 하므로 생성해야 하는 펄스폭에 해당되는 클럭을 만들려면 매우 빠른 클럭이 필요해져 hardware 제작이 매우 어려워진다.Therefore, in order to use the digital channel as it is, the multilevel signal level is converted to the pulse width of the code chiip so that the signal level is always binary. If there are many steps in the signal level when converting the pulse width, the pulse width to be converted must be made correspondingly. Therefore, to make the clock corresponding to the pulse width to be generated, a very fast clock is required, making the hardware very difficult.
이를 피하기 위해 다단계의 신호레벨을 펄스폭으로 변환 하기 전에 먼저 일정 레벨 이상은 잘라내고(truncation) 신호 레벨 단계 수를 줄인 후에 펄스 폭으로 변환하면 낮은 클럭으로도 hardware를 설계할 수 있다. 예를 들면 128 채널의 다중 신호를 동시에 보낼 경우 이를 펄스폭으로 변환하려면 128배 빠른 클럭이 필요하다. 그러나 먼저 17단계로 다중신호의 레벨을 잘라낸 후 펄스폭으로 변환하면 16배의 클럭만 필요하여 훨씬 쉽게 hardware 구현이 가능하다. 이 경우 신호의 레벨을 잘라내는 것에 의한 시스템 전체의 성능 저하는 거의 무시할 수 있는 수준이다. 또한 단순히 펄스폭으로만 변환하는 방법으로는 16배로 대역폭이 증가하게 되나, 본 발명에서와 같이 펄스폭을 변환할 수 있는 제어범위를 미리 제한하고 펄스의 극성을 매 chip 마다 교대로 바꾸어 주면, 변조신호의 최소 펄스폭이 일정 값 이상이 보장되므로 펄스폭 제어 범위를 펄스폭의 50% 로 할 경우에는 본 발명에 의해 만들어진 변조신호의 대역폭은 종래의 DS/CDMA 와 큰 차이가 없게 된다.To avoid this, the hardware can be designed with a lower clock by truncating more than a certain level before reducing the multilevel signal level to the pulse width, then reducing the number of signal level steps and then converting it to the pulse width. For example, if multiple signals of 128 channels are sent simultaneously, a 128x faster clock is required to convert them to pulse widths. However, if you first cut out the level of a multi-signal in 17 steps and convert it to a pulse width, it requires only 16 times the clock, making hardware implementation much easier. In this case, the performance degradation of the entire system by cutting the signal level is almost negligible. In addition, the bandwidth can be increased by 16 times by simply converting to a pulse width. However, as in the present invention, if the control range in which the pulse width can be converted is limited in advance and the polarity of the pulses is alternately changed every chip, modulation is performed. Since the minimum pulse width of the signal is guaranteed more than a predetermined value, when the pulse width control range is 50% of the pulse width, the bandwidth of the modulated signal produced by the present invention is not significantly different from the conventional DS / CDMA.
수신단의 복조 과정은 입력 신호가 binary 형태로 수신되므로 일반적인 binary 디지털 logic 회로로 손 쉽게 처리 가능하다는 점과 샘플링 속도를 빠르게 해야 한다는 것을 제외하고는 종래의 DS/CDMA 와 같은 방법과 동일하게 수행 가능하다. 처리 과정을 살펴보면, 수신된 신호를 먼저 레벨 제한을 하여 스파이크성 잡음을 제거한 후, 송신 시 사용한 확산코드와 같은 코드를 사용하여 동기를 맞추어 수신 신호와 곱한 후(binary 신호이므로 곱하는 과정은 exclusive OR logic 으로 가능) 출력 신호를 코드 패턴 한 주기 동안 적분하면 (디지털 적분은 up/down counter 로 가능) 수신시 사용한 직교 코드에 해당하는 채널의 데이터만이 재생된다.The demodulation process of the receiver is performed in the same way as the conventional DS / CDMA method except that the input signal is received in binary form, so it can be easily processed by a general binary digital logic circuit and the sampling rate must be increased. . In the processing process, the received signal is first level-limited to remove spike noise, and then synchronized with the received signal using the same code as the spreading code used for transmission (the binary signal, so the multiplication process is exclusive OR logic). When the output signal is integrated for one period of the code pattern (digital integration can be done up / down counter), only the data of the channel corresponding to the orthogonal code used at the time of reception is reproduced.
이하 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail below with reference to the drawings.
도1은 종래의 직접확산부호분할방식(DS/CDMA)의 시스템 송신부 구조로서 입력신호 {d1,d2,···dn}은 각각 직교코드패턴 {c1,c2,···cn}과 곱셈기 {1a,1b,···in}에서 각각 곱해져서 합산기 {2}에서 모두 합산되어 m 비트 2진수인 {e1,e2,···em}로 출력된다. 출력된 m 개의 2 진수는 Digital/Analog 변환기{3}에 의해 아날로그 신호 {s}로 변환되어 RF(Radio Frequency)증폭기로 보내진다.1 is a structure of a system transmitting unit of a conventional direct spreading code division scheme (DS / CDMA), in which input signals {d1, d2, ... dn} are orthogonal code patterns {c1, c2, ... cn} and multipliers { They are each multiplied by 1a, 1b, ... in}, summed in summer {2}, and output as m-bit binary {e1, e2, ... em}. The m binary numbers outputted are converted into analog signals {s} by a digital / analog converter {3} and sent to an RF (Radio Frequency) amplifier.
도2는 새로운 극성교번 펄스폭 CDMA (PAPW/CDMA) 송신기의 구조도로, 도1의 기존의 직접확산부호분할방식(DS/CDMA)의 합산기 {2}의 m 개의 2진수 출력용 일정레벨 이상의 값을 잘라내어 k개의 신호만을 {e1, e2,···ek} 남기고 (항상 k는 m 보다 작은 양의 정수), 도1의 Digital/Analog 변환기 {3}를 펄스발생기 {4}로 대체한 것이다. 종래의 DS/CDMA 방식은 각각의 신호의 합을 신호의 크기(레벨)로 표현한 반면 본 발명의 PAPW/CDMA 방식은 잘라진 (truncation) 신호의 합을 펄스발생기{4}에서 발생한 펄스폭으로 대체하여 변조된 신호 레벨이 도4의 (c)처럼 항상 일정하게 되며 확산된 신호의 주파수 대역폭도 기존의 DS/CDMA 방식과 거의 동일하게 있는 방법이다.FIG. 2 is a structural diagram of a new polarity alternate pulse width CDMA (PAPW / CDMA) transmitter, wherein a value above a certain level for m binary outputs of the summer {2} of the conventional direct spread code division scheme (DS / CDMA) of FIG. Is cut out, leaving only k signals {e1, e2, ... ek} (always k is a positive integer less than m), replacing the Digital / Analog converter {3} in Figure 1 with a pulse generator {4}. In the conventional DS / CDMA scheme, the sum of each signal is represented by the magnitude (level) of the signal, whereas the PAPW / CDMA scheme of the present invention replaces the sum of truncation signals with the pulse width generated by the pulse generator {4}. The modulated signal level is always constant as shown in Fig. 4 (c), and the frequency bandwidth of the spread signal is almost the same as that of the conventional DS / CDMA scheme.
도3은 종래의 DS/CDMA 방식의 멀티 레벨 신호를 일정 레벨 이상은 잘라내는 (truncation)과정을 도시한 도면으로 (a),(b),(c),(d)는 도1에서 합산기{2}에 들어가지 직전의 각각의 4개 채널의 코드 패턴 한 주기 동안의 파형을 나타내고, (e)는 합산기에서 더해진 후 D/A 변환기{3}에서 아날로그 신호로 변환된 결과를 나타낸다. 이 때 채널 수가 4개이므로 레벨 수는 5단계가 된다. 이 경우 아래 위의 한 단계씩을 잘라내면, (f)와 같이 3단계의 신호로 변환된다. 본 예에서는 5단계의 신호를 3단계 신호로 바꾼 것을 보이고 있어 차이를 느끼기 어려우나 실제 사용시는 129단계를 17단계로 변환하거나 33단계를 9단계로 변환하거나 하므로 선형 증폭기의 선형 부분이 획기적으로 줄어들어도 된다.3 is a diagram illustrating a process of truncating a multi-level signal of a conventional DS / CDMA system by a predetermined level or more, wherein (a), (b), (c), and (d) are summers in FIG. The code pattern of each of the four channels immediately before entering {2} shows a waveform for one period, and (e) shows the result of being converted into an analog signal in a D / A converter {3} after being added in a summer. Since there are four channels, the number of levels is five. In this case, if one step above is cut out, it is converted into a signal of three steps as shown in (f). In this example, it is hard to feel the difference because the signal of step 5 is changed to the step 3 signal, but in actual use, 129 steps are converted to 17 steps or 33 steps to 9 steps, so even if the linear portion of the linear amplifier is drastically reduced. do.
도4는 DS/CDMA 신호의 파형 레벨을 PAPW/CDMA 신호의 펄스폭으로 바꾸는 방법을 소개한 것으로 도2의 펄스 발생기 내에서 이루어지는 과정이다. (a)는 종래의 DS/CDMA 신호의 레벨 변화를 크리 순으로 나열한 것이고, (b)는 각각의 레벨에 해당되는 신호를 펄스폭으로 바꾼 것을 나타내고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 (a)의 각각이 레벨 크기는 0레벨로부터의 높이를 나타내고, (b)에서는 각 chip의 중심에서부터의 펄스 폭의 최대 가변 범위를 나타내는 제어범위를 정한 후 (최대 가변 범위는 항상 한 chip의 펄스폭 보다는 작은 값) 그 제어 범위를 변화해야 하는 레벨 수로 나누어 (a)에서의 레벨 크기를 그 크기에 해당하는 펄스폭 크기로 나타내고, 매 chip의 첫 부분에서 high로 시작한 파형은 펄스폭에 해당된 지점에서 low로 떨어지게 한다. 이와 같은 방법으로 그림 (a)의 매 chip의 신호 레벨을 펄스폭으로 바꾸면 그림 (b)와 같이 변환된다. 이와 같은 경우가 클럭 제어 CDMA 방식에 해당되며 멀티 레벨 신호가 마치 binary 신호같이 항상 일정한 레벨을 갖게 된다. 단 이때 매 chip 마다 펄스 부호 변환이 일어나 변조된 신호의 펄스폭이 채널 수가 증가함에 따라 매우 작은 값이 나타나게 되어 결국 주파수 대역폭이 채널이 증가함에 따라 점점 넓어지게 된다. 그림 (c)는 본 특허의 펄스 파형 변조 방식으로 그림 (b)에서 매 chip마다 홀수번째 chip은 정상적으로 그대로 복사하고 짝수번째 chip은 chip의 중심에서 좌우대칭으로 변환한 후 복사하면 그림과 같이 된다. 이렇게 하면 그림 (b)의 매 chip마다의 펄스폭 특성은 그대로 유지하면서 그림 (b)에서 매 chip 경계 부분에 있는 클럭 성분의 파형 변화 부분이 제거되고 펄스폭에 해당되는 지점에서의 파형 변화만이 남게 되어, 그림 (b)에 비해 전체적으로 펄스폭이 넓어진 효과가 있고, 본 특허에서 제안 한 바와 같이 펄스폭이 변하는 제어범위를 설정하였으므로 채널수의 증가에 무관하게 항상 일정한 대역폭을 갖게 되어 종래의 TDMA 방식과 유사한 스펙트럼을 갖게 된다. 단 최대 주파수 대역폭은 그림 (c)에서 보여지는 최소 펄스폭에 의해 결정되므로 대역폭을 줄이기 위해서는 펄스폭의 제어범위를 좁혀 최소 펄스폭을 넓히면 된다. 결국 CDMA 신호임에도 불구하고 TDMA 채널 특성을 갖게 되어 종래의 TDMA용 고주파 증폭기와 같은 디지털 전용 회로를 그대로 사용 가능하게 된다. 그림 (b)의 펄스 파형은 매 chip의 시작에서 high로 시작하지만 그림 (c)의 펄스폭은 매 chip마다 한번은 high에서 시작하고 한 번은 low에서 시작하게 된다. 본 특허의 명칭을 극성교번 CDMA라는 명칭도 이에서 연유된다.FIG. 4 introduces a method of changing the waveform level of the DS / CDMA signal to the pulse width of the PAPW / CDMA signal, which is a process performed in the pulse generator of FIG. (a) shows the change of the level of the conventional DS / CDMA signal in the order of order, and (b) shows that the signal corresponding to each level is changed to the pulse width. As shown in the figure, each level of (a) represents the height from the 0 level, and in (b) the control range representing the maximum variable range of the pulse width from the center of each chip is determined. Always smaller than the pulse width of a chip) Divide the control range by the number of levels that need to be changed to represent the level magnitude in (a) as the pulse width magnitude corresponding to that magnitude, and the waveform starting high at the beginning of every chip Make it fall low at the point corresponding to the pulse width. In this way, if the signal level of each chip in Fig. (A) is changed to pulse width, it is converted as Fig. (B). This case corresponds to the clock control CDMA method, and the multi-level signal always has a constant level like a binary signal. However, at this time, the pulse code conversion occurs in each chip, so that the pulse width of the modulated signal is very small as the number of channels increases, and as a result, the frequency bandwidth gradually increases as the channel increases. Figure (c) is the pulse waveform modulation method of the present patent. In Figure (b), the odd-numbered chip is normally copied for every chip as it is, and the even-numbered chip is converted to left-right symmetry at the center of the chip and then copied. This removes the waveform change portion of the clock component at each chip boundary in Fig. (B) while maintaining the pulse width characteristic of each chip in Fig. (B), and only changes the waveform at the point corresponding to the pulse width. As a result, the overall pulse width is wider than that shown in Fig. (B). Since the control range in which the pulse width is changed is set as proposed in the present patent, a constant bandwidth is always maintained regardless of an increase in the number of channels. It will have a spectrum similar to the method. However, since the maximum frequency bandwidth is determined by the minimum pulse width shown in Fig. (C), to reduce the bandwidth, narrow the control range of the pulse width to increase the minimum pulse width. Eventually, despite the CDMA signal, the TDMA channel characteristics can be used, and thus a digital dedicated circuit such as a conventional high frequency amplifier for TDMA can be used as it is. The pulse waveform in Figure (b) starts high at the beginning of every chip, but the pulse width in Figure (c) starts at high once for each chip and starts at low once. The name of this patent is also referred to as polar alternating CDMA.
도5는 4 채널의 DS/CDMA 신호를 PAPW/CDMA 신호로 변환한 파형을 나타내고 있다. 그림 (a)는 도3의 (e)를 옮겨 놓은 것으로 truncation 되기 전의 DS/CDMA 파형을 나타내고 있고, 그림 (b)는 그림 (a)의 파형을 도4의 방법으로 도2의 펄스 발생기{3}에서 만들어진 파형을 나타내고 있다. 그림 (c)는 도3의 (f)를 옮겨 놓은 것으로 truncation된 그림 (a)파형을 나타내고 있으며, 그림 (d)는 그림 (a)를 그림 (b)로 바꾸는 것과 같은 방법으로 그림 (c)의 truncation 된 DS/CDMA 신호를 PAPW/CDMA 신호로 변환한 결과를 나타내고 있다. 그림 (b)와 그림 (d)를 비교해 보면 그림 (d)의 펄스폭이 그림 (b)의 펄스폭보다 넓은 것을 알 수 있다. 본 예에서는 5단계의 신호를 3단계 신호로 바꾼 것을 보이고 있어 차이를 느끼기 어려우나 실제 사용시는 129단계를 17단계로 변환하거나 33단계를 9단계로 변환하거나 하므로 펄스 발생기 제작이 획기적으로 간단해진다.Fig. 5 shows a waveform obtained by converting a four-channel DS / CDMA signal into a PAPW / CDMA signal. Figure (a) shows the DS / CDMA waveform before truncation by replacing (e) of Figure 3, and Figure (b) shows the waveform of Figure (a) by the method of Figure 4 with the pulse generator {3 } Shows the waveform created in. Figure (c) replaces Figure 3 (f) and shows the truncated figure (a) waveform. Figure (d) shows the same method as changing figure (a) to figure (b). Shows the result of converting a truncated DS / CDMA signal to a PAPW / CDMA signal. Comparing Figure (b) and Figure (d), we can see that the pulse width of Figure (d) is wider than that of Figure (b). In this example, it is hard to feel the difference because the signal of step 5 is changed to the step 3 signal, but in actual use, 129 steps are converted to 17 steps or 33 steps to 9 steps, so the pulse generator manufacturing is greatly simplified.
도6은 두 방식의 수신부 비교 블럭도로서 (a)는 DS/CDMA 방식의 수신을 위해 일단 수신된 아날로그 신호를 아날로그/디지탈 변환기 {6}을 통해 디지털 신호로 변환해 여러 개의 2진수로 표현되는 k-ary신호 {f1,f2,···fk}를 만들어 k-ary 동기 및 복조회로{7}를 사용해서 코드발생기{8}에 동기신호를 보내어 코드패턴 {cj}를 받아들여 처리하면 최종 데이터 {dj}를 얻게 된다. 반면 (b)는 PAPW/CDMA 방식의 수신부를 나타내며 DS/CDMA와는 달리 아날로그/디지탈 변환기 대신 진폭제한기(hard limiter) {9}를 사용하여 수신된 신호의 레벨을 진폭과 관계없이 일정한 값으로 잘라서 스파이크성 잡음을 제거한 후, 단순한 2진 동기 및 복조회로{10}를 이용하여 코드발생기{8}에 동기신호를 보내어 코드패턴 {cj}를 받아들여 도7의 방법으로 처리하면 최종 데이터 {dj}를 복구하게 된다.FIG. 6 is a block diagram illustrating a comparison between two receivers. FIG. 6A illustrates a conversion of an analog signal, which has been received once, into a digital signal through an analog / digital converter {6} for DS / CDMA reception. If a k-ary signal {f1, f2, ... fk} is generated and a k-ary synchronization and demodulation circuit {7} is used to send a synchronization signal to the code generator {8}, the code pattern {cj} is received and processed. You get the final data {dj}. On the other hand, (b) shows the receiver of PAPW / CDMA method, and unlike DS / CDMA, it uses a hard limiter {9} instead of analog / digital converter to cut the level of the received signal into a constant value regardless of amplitude. After the spike noise is removed, a simple binary synchronization and demodulation circuit {10} is used to send a synchronization signal to the code generator {8} to accept the code pattern {cj} and process it in the method of FIG. } Will be restored.
도7은 새로운 PAPW/CDMA 방식 수신기에서 도6의 동기 및 복조회로 {10}의 복조 부분에 대한 설명을 종래의 DS/CDMA 방식과 비교하여 설명한다. 그림 (a)는 도5의 (a)와 같은 것으로 DS/CDMA 방식의 4 채널의 합을 나타내며 수신기의 입력신호를 나타낸다. 이 경우 파형의 면적을 코드 패턴 한 주기 동안 다 더하면 그 합은 (1+0+1+0+0-1+1-2-1+0+1+0+2-1-1+0=0) '0'이 되어 아무 결과도 나타나지 않으나 도 6의 k-ary 동기 및 복조회로{7}에서 코드발생기{8}에 동기신호를 보내어 만들어진 그림 3의 (a)와 동일한 코드패턴 {cl}인 그림 (b)의 파형을 그림 (a)에 곱하면 그림 (c)가 되어 앞서와 같이 코드 패턴 한 주기동안 면적을 더하면 (1+0+1+0+0+1-1+2-1+0+1+0+2+1+1+0=8) '8'이 되어 양수 값을 나타내므로 전송된 데이터가 '1' 임을 알 수 있다.7 illustrates a description of the demodulation portion of the synchronization and demodulation circuit {10} of FIG. 6 in a new PAPW / CDMA receiver in comparison with the conventional DS / CDMA scheme. Figure (a) is the same as Figure 5a shows the sum of the four channels of the DS / CDMA scheme and represents the input signal of the receiver. In this case, if you add the area of the waveform for one period of the code pattern, the sum is (1 + 0 + 1 + 0 + 0-1 + 1-2-1 + 0 + 1 + 0 + 2-1-1 + 0 = 0 ) '0' results in no result, but the same code pattern {cl} as shown in (a) of FIG. 3 produced by sending a synchronization signal to the code generator {8} from the k-ary synchronization and demodulation circuit {7} of FIG. If you multiply the waveform of figure (b) by figure (a), it becomes figure (c), and if you add the area for one period of code pattern as before, (1 + 0 + 1 + 0 + 0 + 1-1 + 2-1 + 0 + 1 + 0 + 2 + 1 + 1 + 0 = 8) Since '8' is a positive value, it can be seen that the transmitted data is '1'.
그림 (d)는 도5의 (b)와 동일한 파형으로 본 발명에서 제시한 방법으로 만들어진 변조파형이다. 이 경우도 수신단에서 파형의 면적을 그대로 한 코드 패턴 주기 동안 더하면 (4-5+7-5+6-7+6-7+3-7+7-5+8-5+4-7+3=0) '0'이 되어 아무 결과도 나타내지 않으나 그림 (b)의 코드패턴 {cl}를 동기를 맞추어 그림 (d)에 곱하면 그림 (e)와 같이 되어 코드 패턴 한 주기 동안 면적을 더하면(4-5+7-2+3-3+3-3+4-6+7-1+2-7+7-2+3-3+5-1+4-4+7-3=16) '16'이 되어 양수 값을 나타내므로 전송된 데이터가 '1'임을 알 수 있다.Figure (d) is the same waveform as that of Figure 5 (b) is a modulation waveform made by the method proposed in the present invention. In this case, if the area of the waveform is added to the receiving end for one code pattern period, it is (4-5 + 7-5 + 6-7 + 6-7 + 3-7 + 7-5 + 8-5 + 4-7 + 3 = 0) It is '0' and no result is shown, but when the code pattern {cl} in Figure (b) is synchronized and multiplied by Figure (d), it becomes as in Figure (e) and adds the area for one period of the code pattern ( 4-5 + 7-2 + 3-3 + 3-3 + 4-6 + 7-1 + 2-7 + 7-2 + 3-3 + 5-1 + 4-4 + 7-3 = 16) Since it becomes '16' and shows a positive value, it can be seen that the transmitted data is '1'.
그림 (d),(e)의 면적 표시를 chip별로 나타내 보면 그림 밑의 수치가 되어 그림 (a),(c)에 2배값으로 비례하여 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다. 결국 본 특허 방식인 PAPW/CDMA 방식을 사용하면 종래의 DS/CDMA 와 같은 패턴으로 신호 변조가 이루어지지만 수신단에서 종래의 DS/CDMA 방식은 멀티 레벨의 k-ary 신호처리가 필요하지만 PAPW/CDMA 방식에서는 binary 방식만으로 신호처리를 해도 동기 및 복조가 이루어지게 된다.When the area display of Figures (d) and (e) is displayed by chip, it becomes the numerical value below the figure, and it can be seen that the same value is proportionally doubled in Figures (a) and (c). In the end, when the patented PAPW / CDMA scheme is used, signal modulation is performed in the same pattern as the conventional DS / CDMA scheme, but the conventional DS / CDMA scheme at the receiving end requires multi-level k-ary signal processing, but the PAPW / CDMA scheme is used. In case of signal processing by binary method, synchronization and demodulation are performed.
본 발명은 다중채널 CDMA 신호의 진폭 변화를 펄스 폭 변화로 바꾸어 전송함으로써 전송신호를 binary 화 하는 변복조 방식에 관한 내용이다. 변조기는 코드 한 chip을 신호 레벨수로 나누어 진폭레벨에 해당되는 위치에서 펄스의 부호 변환이(transition) 일어나게 하는 방법으로 변조한다. 클럭 펄스의 부호변환이 일어나기 직전 까지는 종래의 DS/CDMA 와 완전히 동일하고, 종래의 DS/CDMA 의 다중 출력 신호의 다단계 진폭을 앞서 설명한 대로 다단계 펄스 부호변환으로 바꾼 것이다. 결국 변조신호는 binary 클럭의 펄스 부호변환 위치만 바꾸어 주는 것이므로 진폭의 변화는 항상 binary 가 된다.The present invention relates to a modulation and demodulation method that binarizes a transmission signal by transmitting the change in amplitude of a multi-channel CDMA signal to a change in pulse width. The modulator modulates the coded chip by dividing it by the number of signal levels so that the sign transition of the pulse occurs at the amplitude level. Until just before the conversion of the clock pulse occurs, it is completely identical to the conventional DS / CDMA, and the multi-stage amplitude of the multiple output signal of the conventional DS / CDMA is changed to the multi-stage pulse transcoding as described above. After all, since the modulating signal changes only the pulse transcoding position of the binary clock, the amplitude change is always binary.
복조단에서는 종래의 DS/CDMA 에 비해 신호 성분에는 진폭의 변화가 없으므로 전처리 단계에서 과감하게 진폭제한기(limiter)로 스파이크성 잡음 성분을 잘라낸 후 동기는 맞춘 코드패턴을 곱한 후 한 주기 동안 적분하여(up/down binary counter로 더하는 간단한 방법) 원래의 데이터 값을 복조하게 된다.In the demodulation stage, since there is no change in amplitude of signal components compared to conventional DS / CDMA, the spike noise component is drastically cut out by the amplitude limiter in the preprocessing stage, and then the synchronization is multiplied by a matched code pattern and then integrated for one period. A simple way to add an up / down binary counter is to demodulate the original data value.
종래의 DS/CDMA 방식은 채널이 증가할 때마다 각 채널 신호를 산술적으로 더하기 때문에 코드패턴에 따라 출력신호 레벨이 다양한 값이 생성되어 마치 아날로그 비디오 신호와 같이 다양한 레벨값을 갖는 신호 형태가 된다. 본 특허는 이러한 신호 크기 변화를 펄스폭으로 바꾸어 출력신호의 레벨을 이진화(binary)시켜 채널수가 증가해도 신호 레벨을 항상 일정하게 하므로 출력 증폭기의 선형성도 요구되지 않고 증폭기의 전력 효율도 향상 시킨다In the conventional DS / CDMA method, since each channel signal is arithmeticly added each time the channel is increased, various values of the output signal level are generated according to a code pattern, and thus, a signal type having various level values is obtained, just like an analog video signal. This patent changes the signal amplitude to pulse width to binarize the level of the output signal so that the signal level is always constant even if the number of channels increases, thereby improving the power efficiency of the amplifier without requiring linearity of the output amplifier.
더 나아가 출력 신호의 레벨을 일정한 값 이상은 잘라버리는 truncation 방식을 사용하면, 채널 수가 32채널 이하인 경우는 채널 수의 1/4정도의 레벨 수를 남기고 truncation을 하여도 거의 시스템의 성능에 영향이 없고 채널 수가 64채널 이상으로 커질 경우에는 채널 수의 1/8 정도의 레벨만 남겨도 성능에 거의 영향이 없으므로, 128개 채널을 동시에 사용할때도 16단계의 펄스폭만 사용하면 되므로 마치 16채널만 사용한 구조를 갖고도 128채널을 보낼 수 있으므로 시스템 차원에서 구조도 단순해지고 성능도 대폭 향상되게 된다.Furthermore, if the truncation method cuts the level of the output signal above a certain value, if the number of channels is less than 32 channels, truncation with almost 1/4 of the number of channels leaves little effect on the performance of the system. If the number of channels grows to more than 64 channels, there is almost no effect on performance even if only one eighth of the number of channels is left. Therefore, only 16 channels of pulse width are required when using 128 channels simultaneously. Since 128 channels can be sent even with the system structure, the structure is simplified and the performance is greatly improved.
예를 들면 한 채널에 32Kbps를 보내는 채널을 이용하여 2Mbps 데이터를 전송하기 위해서는 64채널을 동시에 사용해야지만 가능하다. TDMA 방식에서는 64개의 time slot를 사용하여 해결 가능하지만 CDMA 방식에서는 64개 채널을 동시에 사용하므로 64개의 신호를 전부 더하여 중첩하여 보낼 수 밖에 없으므로 신호 레벨이 65단계가 되어 마치 아날로그 신호와 같이 작용하여 선형성이 요구되는 고주파 증폭기가 필요해진다. 그러므로 미래의 이동통신에서 CDMA 방식을 사용할 경우 많은 장점에도 불구하고 고속 데이터 전송시는 고주파 증폭기의 선형성 요구로 인한 전력효율 저하와 시스템 구조의 복잡화라는 큰 문제를 안게된다. 이 경우 본 특허를 사용하면 CDMA 의 모든 장점을 살리는 동시에 binary 디지털 전송방식을 이용해도 되는 장점을 갖게 되고 펄스폭의 제어범위를 사전에 제한하여 변조된 신호의 대역폭이 채널수와 무관하게 코드패턴의 chip rate 에만 비례하게 되어 선형성이 요구되는 고주파 증폭기 대신 기존의 TDMA 용의 디지털 증폭기를 사용 가능해져 이러한 문제가 해결된다.For example, in order to transmit 2Mbps data using a channel sending 32Kbps on one channel, 64 channels should be used simultaneously. In the TDMA method, it is possible to solve using 64 time slots, but in the CDMA method, since 64 channels are used simultaneously, 64 signals can only be added and superimposed so that the signal level becomes 65 steps, which acts like an analog signal. This required high frequency amplifier is needed. Therefore, in spite of many advantages of using CDMA in future mobile communication, high-speed data transmission suffers from big problems such as power efficiency deterioration and system structure complexity due to high frequency amplifier linearity requirements. In this case, using this patent can take advantage of all the advantages of CDMA and use the binary digital transmission method. In addition, the control range of the pulse width is limited in advance so that the bandwidth of the modulated signal is independent of the number of channels. This problem is solved by using a conventional digital amplifier for TDMA instead of a high frequency amplifier requiring linearity which is proportional to the chip rate.
다중 채널을 송수신 하면서도 신호 진폭은 계속 binary 특성을 유지하므로 전체적인 고주파(RF) 모듈을 종래의 DS/CDMA 에 비해 오히려 TDMA 용으로 개발 된 것을 많이 사용할 수 있고, 사용 채널 수를 자유롭게 선택 할 수 있는 것은 CDMA 특성을 갖게 되어 사용자 수가 변화하는 곳의 셀 배치 계획을 융통성 있게 설계할 수 있다.Since the amplitude of the signal continues to be binary while transmitting and receiving multiple channels, the entire high frequency (RF) module can be used for the TDMA rather than the conventional DS / CDMA, and the number of channels to be used can be freely selected. The CDMA feature allows for flexible design of cell placement plans where the number of users changes.
그 외에도 일반적인 CDMA 특성에 의해 TDMA 방식과는 달리, 저속 데이터와 고속 데이터를 같은 하드웨어 구조로 동시에 보내는 것도 가능하여 다양한 속도의 데이터를 전송해야 하는 LAN이나 USB(Universal Serial Bus)와 같은 컴퓨터 접속 장치를 무선으로 수용하는 것이 가능해진다.In addition, unlike the TDMA method, it is possible to send both low-speed and high-speed data to the same hardware structure due to the general CDMA characteristics. Therefore, a computer connection device such as a LAN or a universal serial bus (USB) that needs to transmit data at various speeds is required. It is possible to accommodate wirelessly.
기본적으로 본 발명은 주로 군에서 널리 사용하던 대역확산(spread spectrum) 기법에 기초를 두고 있으므로 외부 잡음과 방해 신호에 상당히 강한 특성을 그대로 갖고 있다. 특히 요즈음 디지털 이동통신에서 활발하게 쓰이고 있는 CDMA 신호를 단순한 binary 신호로 처리하였으나 원래 CDMA 기법이 갖고 있는 multi-path에 강한 특성, 다른 채널과의 완벽한 분리 특성 등은 그대로 갖고 있다.Basically, the present invention is based on a spread spectrum technique, which is widely used in the military, and thus has a very strong characteristic against external noise and interference signals. In particular, the CDMA signals actively used in digital mobile communication these days are processed as simple binary signals, but they retain the multi-path characteristics of the original CDMA technique and the perfect separation from other channels.
향후 적용 가능한 발전 분야를 살펴보면 이동시에도 비교적 간단한 구조로 고속 데이터 통신이 가능하므로 무선 LAN, 무선 PABX, WLL등 앞으로의 다양한 통신 시스템에 적용 가능하다.Looking at the field of power generation that can be applied in the future, it is possible to apply to various communication systems such as wireless LAN, wireless PABX, WLL, etc., since high-speed data communication is possible with a relatively simple structure even when moving.
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