1. 개 요
CDMA의 키워드, 주파수와 코드
일반적으로 전파는 간섭의 특성을 가지고 있어 두 개의 신호가 동일한 주파수를 이용할 경우서로 간섭을 일으켜 두 신호 모두 통신을 할 수 없으나 셀룰러 이동통신 방식은 전파의 감쇄 특성을 이용하여 일정한 거리 떨어진 지점에서 주파수를 다시 사용하게 된다. FDMA, TDMA 기술에서는 인접한 셀에서 동일한 주파수를 사용하지 못하였으나 CDMA 기술에서는 인접한 기지국에서 동일한 주파수를 사용하게 함으로써 비약적으로 동일한 주파수를 가지고 제공할 수 있는 가입자 수용 용량을 비약적으로 높였다. 그런데 이것을 가능하게 한 것은 여러 사람이 같은 셀에서 같은 주파수를 사용하여도 두 사람만 알고 있는 특정한 코드를 이용하여 통신함으로써 간섭이 일어나지 않도록 한다.
<그림 4-1> CDMA 시스템의 주파수 이용
CDMA 디지털 이동통신은 이러한 코드를 한번만 사용하는 것이 아니라 3가지를 쓰는데 용도가 각각 다르다. 동일한 주파수를 사용하더라도 숏 코드라는 것으로 기지국 마다 다른 코드를 갖도록 하고, 같은 기지국에서 여러 사람이 같은 주파수를 사용하여도 왈시코드로 다른 코드를 갖도록 하여 서로 간섭을 주지 않게 한다. 또한 다른 사람이 나의 통화 내용을 도청하지 못하도록 롱코드라는 코드로 다시 한번 확산하게 된다.
<표 4-1> CDMA 시스템의 확산코드
2. CDMA 시스템의 채널 구성
<그림 4-2> CDMA 시스템의 순방향 및 역방향 링크
CDMA 시스템은 순방향 링크(Forward link)와 역방향 링크(Reverse link)로 구성되어 있다. 기지국과 단말기는 각 링크에서 정해진 코드를 활용하여 기지국에서 단말기로 그리고 단말기에서 기지국으로 신호를 반복하여 주고받으면서 서로 간에 통화할 수 있는 채널을 설정하게 된다. 처음 CDMA로 개발된 IS-95A와 IMT-2000 시스템으로 개발된 cdma 2000과 W-CDMA는 각각의 링크 채널 구조가 다르다. IS-95A보다 훨씬 다양한 서비스를 제공하기 위해 채널의 종류가 더욱 많아졌다. 하지만 채널의 기본적인 의미는 IS-95A에서 처음 정의한 채널 역할을 크게 벗어나지는 않는다. CDMA 방식의 과정을 쉽게 이해할 수 있도록 ?-95 A/B의 음성데이터 전송과정을 가지고 설명하면 다음과 같다.
o 순방향 링크
- 파일롯 채널
파일롯 채널은 단말기에게 시간 및 위상 기준을 제공하며, 기지국을 구분하는 기준(PN offset) 정보를 제공한다.
- 동기 채널
기지국 초기 동기에 필요한 타이밍 정보를 단말기에 내려주며, 단말기는 일단 동기 채널을 통해 초기 동기 정보를 입수하게 되면 더 이상 동기 채널을 주시하지 않고 다음의 호출 채널 수신 상태로 넘어간다.
- 호출 채널
동기 채널과 유사하게 호출 채널에서도 특정한 정보를 송신한다. 호출 채널에 실리는 메시지는 전체 시스템 구성 관련 정보와 단말기 호출 및 단말기 요구에 대한 응답 등의 정보로 구성된다.
- 통화 채널
순방향 통화 채널은 통화자의 음성과 데이터를 송신할 뿐만 아니라 통화 중에도 빈 프레임을 이용하여 신호 메시지(Signaling message)도 주고받는다.
o 역방향 링크
- 액세스 채널
단말기가 기지국과 통화 중일 때를 제외한 모든 기지국과의 정보 교환은 액세스 채널을 통해 이루어진다.
- 통화 채널
역방향 통화 채널도 순방향 통화 채널과 마찬가지로 음성 및 데이터뿐만 아니라 통화 중에 기지국과의 제어 신호도 동시에 주고받는다.
기지국에서 단말기를 호출하여 통화가 이루어지는 과정을 나타내면 다음 <그림 4-3>과 같다.
<그림 4-3> 기지국과 단말기간 호처리 과정
3. CDMA 시스템의 송수신 과정
CDMA 시스템의 기지국과 단말기는 정해진 코드를 활용하여 다중화와 다중접속 방법을 수행하게 되는데 순방향 링크 및 역방향 링크에서 수행되는 신호의 전달과정을 설명한다.
1) CDMA 순방향 무선채널 송수신 과정
순방향 링크의 송수신 과정은 <그림 4-4>와 같다. 기지국은 기지국제어기의 보코더로부터 나온 음성데이터를 수신하여 채널코딩, 인터리빙, 암호화, 전력제어 비트, 대역 확산 등을 수행한 후 송신하고 단말기는 기지국으로부터 오는 신호 가운데 자신의 신호를 찾아 기지국에서 수행한 신호처리 과정의 역 과정을 수행하여 음성 신호를 복원한다.
<그림 4-4> CDMA 시스템의 순방향 무선채널 송수신 과정
o 보코더
- 음성의 속도에 따라 음성 데이터의 속도를 가변한다.
o CRC
- 에러를 찾기 위한 bit를 삽입한다.
o 콘볼루션 인코더
- 에러 검출 및 정정을 위한 bit를 삽입한다.
o 심볼 반복기
- 여러 속도를 갖는 음성 데이터의 출력 속도를 통일한다.
o 천공
- 13 kbps 보코더의 경우 8kbps의 보코더와 동일한 속도를 갖기 위해 6bit중 2를 삭제한다.
o 블록인터리빙
- 연집에러(Burst Error)를 랜덤화 하여 에러를 쉽게 정정할 수 있도록 한다.
o 롱코드 발생기 및 데시메이트
- EX-OR 방식으로 음성데이터를 채널별 고유 롱코드로 암호화한다.
o 대역 확산
- 음성 데이터의 각 bit마다 64bit를 곱하여 1.2288Mbps 신호를 만든다.
o QPSK 변조
- 15bit로 만들어지는 기지국 고유 코드를 대역 확산된 신호와 곱하여 QPSK로 변조한다. 각 기지국의 고유코드의 값은 64 만큼 차이가 나도록 하여 기지국 및 섹터를 구분한다.
2) CDMA 역방향 무선채널 송수신과정
역방향 링크의 송수신 과정은 <그림 4-5>와 같다. 단말기는 보코더로 음성데이터를 생성하고 채널코딩, 인터리빙, 직교변조, 대역 확산 등을 수행한 후 송신하고 기지국은 단말기로부터 오는 신호를 수신하여 단말기의 신호처리 역 과정을 수행하여 음성 데이터를 기지국 제어기로 송신한다.
<그림 4-5> CDMA 시스템의 역방향 무선채널 송수신 과정
o 보코더
- 음성의 속도에 따라 음성 데이터의 속도를 가변한다.
o CRC
- 에러를 찾기 위한 bit를 삽입한다.
o 콘볼루션 인코더
- 에러 검출 및 정정을 위한 bit를 삽입한다.
o 심볼 반복기
- 여러 속도를 갖는 음성 데이터의 출력 속도를 통일한다.
o 블록인터리빙
- 집중에러(Burst Error)를 랜덤화하여 에러를 쉽게 정정할 수 있도록 한다.
o 64 직교변조
- 6bit를 64bit 왈시코드로 직교 변조하여 출력한다.
o 가변데이터 속도 전송
- 반복된 심볼들이 한번만 전송되도록 하여 단말기의 전력소비를 최소화한다.
o 대역 확산
- 단말기의 ESN 번호로 대역 확산하여 1.2288Mbps 신호를 만들며 기지국이 단말기를 구분하는데 이용된다.
o OQPSK 변조
- 15 bit로 만들어지는 고유 코드로 스크램블링에 의한 이득 향상을 위해 사용한다.
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