CSK 방식

2.2.1 CSK 방식의 원리

CSK는 대역확산 방식의 전송효율을 증대하기 위하여 개발되었다[5]. CSK 방 식과 DS-BPSK의 변조 방식에 대한 원리는 그림 2.2에 나타내었다.

그림 2.2(a)에서 DS-BPSK 변/복조 방식의 경우 M-sequence는 입력 e_i 에 의하여 M 및 M 로 변조되어 지고 복조단에서는 수신된 신호와 송신단에서

그림 2.2 CSK 방식 및 DS-BPSK의 변조 방식의 원리

사용한 M-sequence와의 상호 상관값을 이용하여 복조한다. 여기서 T_c, T_f, P 는 각각 칩 주기, 프레임 주기, 수신신호의 전력이다. 또한 M 은 확산 신호 의 칩 수이다.

CSK 변/복조 방식의 경우 입력열은 M-sequence의 임의의 위치 i 로 전환되 고 그 값만큼 M-sequence를 이동시킨다. 여기서 i 는 0≤ i<M 이다. 그러므로 그림 2.2(b)에서 i 의 위치는 기본적인 M-sequence의 시작위치를 가리키며, M_H 및 M_T는 기본적 M-sequence의 시작위치에 대한 앞부분 및 뒷부분을 나 타낸다. M( i)가 입력열에 의하여 i 만큼 시작점이 이동된 sequence를 의미한 다고 할 때, 만약 수신단에서 송신코드 M( i)와 같은 코드를 사용하여 복조한다 면 적분된 신호의 파형은 그림 2.2(b)의 e_di와 같이 최대 피크값 PM을 갖는 파형으로 나타날 것이다. 반면 M( j)_j≠i 에 의하여 복조될 경우는 e_dj와 같이

낮은 값을 갖는 파형의 모양으로 나타난다. 여기서 e_dj의 값은 M( i)와 M( j)와 의 상호 상관값에 의하여 결정된다.

그림 2.3은 CSK 방식의 복조원리를 나타낸 것으로 M-sequence로 PN 코드 를 사용한 예이다. DS-BPSK의 경우 M-sequence 한 프레임당 1 비트를 전송 하는 반면 CSK 방식의 경우 log₂M 비트를 전송할 수 있다. 또한 CSK에서 M-sequence에 대한 반전된 코드 열( M( i)) 까지 사용할 경우 전송할 수 있는 비트 수는 log₂(2M) 으로 증가한다. 여기서 a 는 a보다 크지 않는 최대의 정수를 의미한다.

그림 2.3 CSK 방식의 복조원리

결과적으로 CSK 방식을 사용할 경우 DS-BPSK 방식과 비교 M>1023, BER<10^-3, Nj <16 일 때 Hertz당 전송 용량은 2∼4.5배 높아지고, M=4095, BER=10^-7로 할 경우 4배 이상 향상된다. 여기서 Nj 는 간섭을 일으키는 잡음으

로 수신단으로부터 송신단과 동일한 거리에 존재하며 송신단과 동일한 파워로 신호를 보내는 것으로 간주한다[5].

위와 같은 방법으로 M-sequence를 사용하는 방법을 Cyclic CSK 방식이라고 하며, i 값에 따라서 서로 다른 심볼을 선택하여 전송하는 방식을 M-ary CSK 방식이라 한다. 또한 이전 i 값과 현재의 i 값의 차이만큼 M-sequence를 이동 하여 전송하는 differential CSK 방식도 존재한다[4, 5, 8].

2.2.2 Code sequence의 자격 조건

CSK 방식에서 사용하는 코드의 특성에 따라 그 성능은 차이가 난다. 그러므 로 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 코드를 선택하여야 한다. 가장 중요한 점은 CSK 방식에 사용하는 코드들간의 상호 상관 특성으로 임의의 코드들과의 상관 성이 낮아야 하며 다른 사용자들이 사용하고 있는 코드들과의 상관성 또한 낮 아야 한다. 이는 전송된 코드에 대하여 잘못된 해석을 하지 않기 위한 것으로 에러율에 많은 영향을 미친다. 각 코드들의 자기상관성 또한 중요하다.

다른 중요한 점으로서 코드열의 길이가 있다. 한 코드로 인하여 전송되는 비 트수를 f 라 하면 f = log₂M 이므로 코드의 길이는 2^f로 구성되어 있을 때 전송효율이 가장 좋다.

주요 특징에 상응하는 코드에 대한 예는 아래와 같다.

(1) Orthogonal Set: 모든 코드들은 상호 상관값이 ‘0’(zero)이다. 그 좋은 예로 왈쉬 코드가 있다. 그러나 왈쉬 코드의 경우 자기상관 특성이 좋지 않다. 그러 나 자기상관 특성을 개선한 코드들에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다. 직교 코드들은 간단한 디코더 구조로써 최대의 성능이 가능하도록 한다. 수신되어진 신호를 직교성분으로 해석하고, 최대 성능 검출기(maximum likelyhood detecter)를 이용하여 최적의 결과를 추출한다.

(2) Bounded correlation set: 예로서 Gold 및 Kasami 코드가 있다. 이들 코드들 은 상호 상관 및 자기 상관 특성에 대하여 제한적인 값을 갖는다. 그러나 이들 코드의 길이는 Gold 코드의 경우 n+2, Kasami 코드의 경우 약 n^3/2(Kasami 코 드가 긴 경우)으로 제한된다[9].

(3) Random code: CDMA 시스템에서 많이 쓰이는 형태로 PN 코드를 그 예로 들 수 있다. 그러나 PN 코드 역시 코드길이가 2ⁿ-1로 제한된다. 랜덤 직교집합 체를 만들기 위하여 위 세 가지 형태의 코드를 혼합한 것들도 사용 가능하나 이때 생성된 각 코드들은 상호 상관 및 자기 상관 값은 매우 작아야 한다.