확산대역변조를사용하는이유 확산대역 (spread spetrum) : 변조된신호의대역폭이변조하는신호의대역폭이상으로확산되는변조기술. 확산대역변조를사용하는이유 - 고의적재밍 (jamming) 방지 - 배경잡음속에전송된신호를은닉하는수단을제공하고도청을방지 - 다중경로전송에의한감

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시환 장
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1 디지털통신시스템 (W1L1) 10.4 확산대역통신시스템 Spread Spetrum Communiations Effets of (a) narrowand jamming, () FHSS under roadand jamming, and () partial and jamming. 전북대학교전자공학부송상섭

2 확산대역변조를사용하는이유 확산대역 (spread spetrum) : 변조된신호의대역폭이변조하는신호의대역폭이상으로확산되는변조기술. 확산대역변조를사용하는이유 - 고의적재밍 (jamming) 방지 - 배경잡음속에전송된신호를은닉하는수단을제공하고도청을방지 - 다중경로전송에의한감쇠효과를방지 - 하나의전송채널을여러사람이사용할수있도록한다 (CDM) - 거리측정능력을제공 확산대역변조의종류 - 직접시퀀스 (diret sequene, DS) 방식 - 주파수도약 (frequeny hopping, FH) 방식

3 직접시퀀스 (DS) 확산대역통신 PN-ode 확산신호 {- 1, + 1} 확산된 BPSK 신호 데이터를변조하기전에, 데이터에주기가매우짧은확산부호를곱한다. 변조는 BPSK 변조방식을사용 데이터신호 {- 1, + 1} G p << = = proessing gain(pg) = 비트 ( 데이터 ) 주기 = 칩 (PN 확산부호 ) 주기 3

4 PN ode and DSSS 데이터신호 (nti-podal) d(t) t 확산신호 PN-ode (t) t DSSS 신호 d( t) ( t) t d(t) : data signal (t) : spreading signal à PN ode, hip d(t)(t): DSSS signal 그림 비트 PN 시퀀스생성회로참고 4

5 DSSS 신호 데이터신호 {- 1, + 1} PN-ode 확산신호 {- 1, + 1} 확산된 BPSK 신호 x ( t) = d( t) ( t)os( wt + q ) 여기서 q = U[0,p ], 랜덤위상 d( t), ( t) 는서로독립적 DSSS 신호의 CF ( 자기상관함수 ) Rx R R d ( t ) = ( t ) = L ( t ) = L R d ( t ) R ( t ) ( t ) ( t )os( w t ) S S d ( f ) = sin ( f ) = sin ( f ) ( f ) Null-to-null andwidth ( 영대영대역폭 ) B = 1 B d ( t) ( t) = 1 PSD = CF 의후리에변환 S ( f ) ( f ) = Sd ( f )* S( f )* Á[os( wt 4 = 4 [ sin [ ( f - f )] + sin [ ( f + f ) ] [ S ( f - f ) + S ( f + f )] è DSSS 대역폭 x ( t) Hz 5

6 DSSS 오류확률성능 수신신호 r( t) = x ( t) + n( t) 역환산된신호 z1( t) = d( t) ( t) ( t - D)os( wt + q ) + n( t) ( t - D) 위상동기복조기출력 ( 완전한부호동기, 즉, D = 0으로가정 ) z ( t) = d( t) + n' ( t) + ID(detetor 내부 ) 를거치면 V o = ± + N g, N g = G(0, N 0 ) doule freq. terms 따라서, 오류확률은 P ( N ) Q( E N ) E = Q 0 = 0 è 가우스잡음만고려한다면 DSSS 의성능은 DS 없는 BPSK 와동일한성능을갖는다 6

7 7 ø ö ç è + + = ± 0,, I I I g o G N N N V 간섭신호 = 주신호와 Dw 만큼떨어진주파수의신호 [ ] f w w + + D = t t x I I ) ( os ) ( ID 입력 ( ) f q w - + D + + = t t n t d t z I os ) ( ' ) ( ) ( ' ID 출력따라서, 오류확률은, 0 I E N Q P + = ø ö ç ç è æ = s s 여기서 간섭신호에대한 DSSS 성능 = 간섭신호의크기 = 상대적인위상 w = 반송파주파수오프셋 rads, f D I 라고가정 p Dw < p I n s I G P P P N ) )( ( 0 + = + = s = 신호전력 = 가우스잡음전력 = 간섭성분의전력 = DSSS 시스템의처리이득 p I I n s G P N P P 0 = = = = è 간섭성분의영향은처리이득 G p 에의해감소한다.

8 8 간섭이있을때 DSSS 시스템의오류확률성능은 ø ö ç ç è æ = E Q P s Jammer( 간섭성분 ) 의영향 p p I n s I G G P P P N (SNR)(JSR) 1 SNR ) )( ( 0 + = + = + = s = 신호대잡음전력비 ç 그림 10.5: 몇개의 JSR 값에대해 SNR 에대한오류확률 P E 를나타낸그림. (G p = 30 db) = 재밍대신호전력비 s I n s P P N E N P P JSR ) ( SNR 0 0 = = = = è 여기서 SNR 이충분히클때곡선은수평점근선에접근하며, JSRG p 가감소하면점근선은감소한다.

9 다수사용자환경에서확산대역의성능 다중접속 (multiple aess) DM( 시 ( 간 ) 분할다중접속 ) FDM( 주파수분할다중접속 ) CDM( 부호분할다중접속 ) : 유연성있는용량 (soft apaity) 9

10 CDM 수신기의성능 - 다중사용자로부터의간섭을가우스잡음이라고표현 - 다중사용자로부터의수신전력이모두동일하도록전력제어 P E = Q( SNR ) SNR K N æ K -1 N 0 = ç + è 3N E ö ø -1 = 활성화된사용자의수 = 55, 비트당칩의수 ( 처리이득 ) - 다른사용자들로인한간섭때문에 E N 0 à 에오류마루 (error floor) 존재 ( 만약사용자의수가 60 명이라면 P E = 10-4 성취불가 ) - 여러사용자로부터수신된전력이다르다면상황이더나빠진다 è 원근문제 (near-far prolem) 10

11 주파수도약확산대역 (FHSS) 시스템 도약부호 PN ode 송신측과같은도약부호 확산된 BFSK 신호 비동기식 BFSK 변조방식을사용 빠른도약 (fast hopping) 느린도약 (slow hopping) s = symol period (BFSK symol) = hip period (PN sequene) < ³ IEEE80.11, wireless LN (Wi-Fi) Bluetooth s s FHSS modulation in and Bluetooth. 11

12 BFSK FFH Single user f 1 f 0 B1 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B B1 B1 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B B1 0 B B B B B B s 0 s 1

13 Partial Band Jamming f 1 f 0 B1 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B B1 B1 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B B1 0 1 s 0 s 13

14 Partial Band Jamming f 1 f 0 B1 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B B1 B1 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B B1 0 1 s 0 s 14

15 Effets of Jamming æ E ö E E ç = = æ E B E E E s ç ö = = B = L æ ç ö è I ø P B P è I øfh P B P è I ønb NB J s J J J P ³ 1 L (slow hopping) narrowand jamming roadand jamming partial and jamming P L -1 1 æ E ö = expç - + ³ L è N ø L L 15

16 예제 10.5 Proessing gain(pg) G = = R R p DSSS 시스템. 데이터율 R = 10 kps. 심볼당칩수 = 17 (G p, 처리이득 ) (1) DSSSBPSK 시스템의대역폭은? 확산전 BPSK 신호의대역폭 = R = 0 khz 확산후신호 DSSSBPSK 의대역폭 = 0 x G p =,540 khz =.54 MHz () FHSSBFSK( 비동기식 ) 시스템의대역폭을위와동일한값으로설계하려면 è 주파수도약슬롯수는? 확산전 BFSK 신호의대역폭 = 4R = 40 khz 슬롯수 =,54040 = 63.5 è 64 개 è FHSSBFSK 시스템의대역폭 = 40 x 64 =.56 MHz 참고. 표 10.6(p.600) 예제 10.3 의대역폭효율, RB pshz M PSK 동기식 FSK 비동기식 FSK

17 Spread Spetrum Spread spetrum ommuniation US Patent #,9, Inventor: H. Larmarr, G. ntheil H. Larmarr ( ) From Hollywood to CDM 17

18 Hedy Lamarr 헤디라마르 헤디라마르 ( 영어 : Hedy Lamarr, 1914 년 11 월 9 일 ~ 000 년 1 월 19 일 ) 는오스트리아출신의미국배우이자발명가이며, 본명은헤드비히에바마리아키슬러 ( 독일어 : Hedwig Eva Maria Kiesler) 이다. 흔히 CDM 기술의개발자로널리알려져있다. 제 차세계대전이시작될무렵, 라마르와작곡가조지안실 (G. ntheil) 은연합군어뢰의무선유도체계를개발했다. 이체계는대역확산과주파수도약기술을사용하여적국의전파방해위협을극복했다. 미해군은 1960 년대까지이기술을채택하지않았지만, 그들의작업원리는현대의와이파이 (WiFi), CDM 및블루투스 (Bluetooth) 기술에통합되어왔으며, 이작업으로인해 014 년국립발명가명예의전당 (US) 에올랐다. 18

19 대역확산시스템비교 FHSS - Plus : low omplexity transeiver, resistane to jamming - Minus : diffiulty in arrier syn. è nonoherent detetion only è poorer BER performane and poorer andwidth effiieny, suseptiility to ollision makes a less effetive tehnology for CDM DSSS - Muh more effiient in andwidth and power utilization. - It is not an exaggeration to state that DSSS and CDM are almost synonymous 19

20 ry Prolem Prolem Prolem

21 10.6 셀룰러라디오통신시스템 1970년대 Bell La. Motorola 등에의해개발 1세대 : MPS( 미국, 1983) 세대 : GSM( 유럽, DM), USDC( 미국, DM), dmaone( 미국, CDM) 3G : W-CDM( 유럽, 일본 ), dma000( 미국 ), 000년대초 4G : LE(011), LE-, VOIP, 100Mps~1Gps, MIMO-OFDM 기술 5G : 개발중, CR, Smart ntenna 기술 휴대폰 = Cellular phone 1

22 1 세대, 세대기술

23 자료 : 다중화및다중접속 다중화 (multiplexing) = 채널의공유 DM( 시분할다중화 ) FDM( 주파수분할다중화 ) CDM( 부호분할다중화 ) 다중접속 (multiple aess) = 자원의접속 DM( 시분할다중접속 ) FDM( 주파수분할다중접속 ) CDM( 부호분할다중접속 ) 3

24 시분할다중화 (DM) 1 예제. 1 Signaling Ch. 1 Ch. Ch. 4 F Framing it Information its Frames 1, 7, 13, 19, Information its Signaling its Information its Frame no mse s Ch. 1 4x8+1=193 itsframe(=15 mse) Ch. Ch. 4 F Framing it Information its Information its Information its 4

25 DM - 디지털전화 1 밀집된짧은거리 장거리 5

26 주파수분할다중화 (FDM) 1 주파수분할다중화 ( 주파수영역 ) Multiplexer Demultiplexer 6

27 주파수분할다중화 (FDM) 주파수분할다중화 ( 시간영역 ) Multiplexer Demultiplexer 7

28 코드분할다중화 (CDM) 1 Multiplexer 8

29 코드분할다중화 (CDM) Demultiplexer 9

30 Multiple ess ( 다중접속 ) 하나의중계기또는기지국등을여러명의사용자가사용할수있도록통신로를설정해주는방법 통신자원을어떻게사용하느냐에따른분류 - 시분할다중접속 (DM : ime Division Multiple ess) - 주파수분할다중접속 (FDM : Frequeny Division Multiple ess) - 부호분할다중접속 (CDM : Code Division Multiple ess) 어떻게회선을할당하느냐에따른분류 - 고정할당 (Fixed ssigned) 다중접속 - 요구할당 (Demand ssigned) 다중접속 - 임의할당 (Random assigned) 다중접속 30

31 DM ime slot Frame 버스트정보 o all earth stations f f f 주파수 시간간격 (time slot) 보호시간 (guard time) Earth station 1 Earth station... Earth station N 중계기 (ransponder) 주파수대역 Frame 1 Frame Frame N 시간 31

32 FDM 전력 o all earth stations f 1 f fn Earth station 1 Earth station... Earth station N f 1 f f N 중계기 (ransponder) 주파수대역 주파수 3

33 CDM ode 1 전력 o all earth stations ode ode N ode N... ode ode 1 Earth station 1 Earth station... Earth station N 중계기 (ransponder) 주파수대역 주파수 33

11 주차 M 진디지털변조 (1) 통과대역신호의표현 (2) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) (3) Minimum Shift Keying (MSK) (4) M-ary Amplitude Shift Keying (M-ASK) (5) M-ar

11 주차 M 진디지털변조 (1) 통과대역신호의표현 (2) Quadraure Phase Shif Keying (QPSK) (3) Minimum Shif Keying (MSK) (4) M-ary Ampliude Shif Keying (M-ASK) (5) M-ary Frequeny Shif Keying (M-FSK) (6) M-ary Phase Shif Keying