3-3장 :  Spread Spectrum의 기초

1. Spread Spectrum

CDMA는 Spread Spectrum(확산대역)이라는 통신암호화 기술을 기반으로 하고 있다. 이러한 Spread Spectrum는 원래 군사용으로 개발된 비화통신의 일종으로서, 특정한 암호가 없으면 수신신호를 복조할 수 없게 되어 있는 보안통신 시스템이다. CDMA는 이러한 Spread Spectrum의 원리를 이용하여 각 개인마다 고유의 암호(code)를 가지고 서로 간섭 없이 통신을 하게 만든다.

Spread Spectrum는 말 그대로 특정 신호의 주파수 대역(spectrum)을 넓히는 기술이다. 이것은 특정주파수의 디지털 데이터를 여러 가지 방법을 사용하여 주파수 대역을 넓히거나 혹은 중심주파수를 이동하게 함으로써 가능해진다. 그로 인해 1차적으로는 주파수 효율이 나빠지지만, 한 주파수범위에서 서로 간섭이 없도록 여러 신호를 동시에 송수신하는 기술을 통해 오히려 효율을 크게 증가시킬 수 있다. 바로 이러한 점 때문에 갈수록 가입자가 늘어가는 이동통신환경에서 Spread Spectrum 방식의 CDMA가 채택되게 된 것이다.

 

2. Spread Spectrum의 종류

Spread Spectrum 변조방식에는 여러가지 종류의 형태가 있다 그중 가장 대표적인 것으로 Direct Sequence 방식과 Frequency Hopping 방식이 있다.

 

- Direct Sequence (DS : 직접확산방식)

가장 기본적인 확산대역 방식으로서, 디지털 전송 신호에 주기가 훨씬 짧은 펄스열을 곱하여 전송함으로써 주파수 대역폭을 많이 차지하도록 유도한다. 확산 신호를 수신한 후에는 전송에 사용된 펄스열과 완전히 일치하는 펄스열을 다시 곱해주면 원래의 신호가 복조된다. 여기서 변복조에 사용되는 펄스열 자체가 일종의 암호(code)가 되어서 이 암호가 없으면 이론적으로 원신호의 복조가 불가능하다.

현재 이동통신용으로 사용되는 CDMA 방식에서는 이러한 DS 방식의 Spread Spectrum을 사용하고 있는데, 변복조에 사용되는 펄스열은 Long Code라 불리우는 의사랜덤잡음 (Pseudo Random Noise) 신호이다. FDMA의 아날로그 이동통신은 간단한 수신장비로도 도청이 쉽게 가능했지만CDMA에서는 가입자 단말기, 즉 휴대폰마다 저마다의 고유 Long Code 혹은 PIN(Personal Identification Number)이 있어서 이 Code를 알아내지 않는 한 도청이 불가능하도록 되어있다.

 

- Frequency Hopping (FH : 주파수도약방식)

DS방식과 함께 대표적인 Spread Spectrum 방식으로서, 디지털 전송신호의 중심주파수가 특정 주파수 대역 내에서 계속 이동되도록 하는 확산대역방식이다. DS 방식에서는 암호 펄스열을 직접 곱함으로써 비화특성이 생기지만, FH 방식에서는 이러한 펄스열이 주파수열로 입력되게 된다. 즉 암호 펄스열이 지정하는 대로 전송주파수가 실시간으로 계속 변화하기 때문에, 이 암호 code가 없으면 어떤 주파수를 사용하여 전송중인지를 알 수 없기 때문에 도청이 불가능하다.

DS방식과는 달리 항상 광대역 주파수를 사용하는 것이 아니기 때문에 확산대역의 기본 정의와는 다소 거리가 있어보이지만, 실제로 전송시에 그만큼의 광대역 주파수대역을 확보해야 하기 때문에 Spread Spectrum의 일종으로 분류된다. 이 시스템을 이용하여 다중통신을 한다면 설계 방식에 따라 가입자간의 간섭과 도청이 없는 시스템을 구성할 수는 있으나, 수용용량의 증가시키기는 어렵다. FH방식은 FDMA와 비슷한 구조에서 주파수만 변화하도록 만든 구조라서, DS 방식에 비해 주파수 효율을 높이는데 한계가 있기 때문이다.

SW 실행화면 보기 (Direct Sequence)

SW 실행화면 보기 (Fequency Hopping)

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