정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 73. CDMA 시스템의 구조와 특성

73. CDMA 시스템의 구조와 특성

가. 시스템 개요
기본적인 CDMA 시스템은 송신측은 디지털화된 음
성 데이터(9.6Kbps)를 부호화시켜서 반복하고 인터리빙(interleaving)한 것에
1.2288Mbps(9.6Kbps×128)의 PN 부호를 곱하여 대역 확산하고 반송파를 변조하
며, 변조된 신호는 대역폭 1.25MHz의 대역통과필터(BPF : Band Pass Filter)에서
걸러져서 안테나를 통해 송신 복사된다.
수신측에서는 이와 반대로 안테나로부터 수신된 수신파가 대역폭 1.25MHz의 대역
통과필터를 거쳐 반송파가 제거되어 복조되고, PN 부호기를 상관기에 가하여 대역을
역확산시킨 다음 다시 인터리버와 채널 복호화기를 이용해 음성 데이터를 재생한다.
CDMA 시스템은 미국의 퀄컴 사에 의해 IS-95 규격으로 제안되었지만, 우리나라에서 세계 최초로 디지털 이동전화 시스템으로 상용화되었으며, 이제는 CDMA 시스
템의 장점과 상용화의 성공에 힘입어 대부분의 이동통신 시스템에 응용되고 있다.
한편, IS-95 방식은 IS-95A, IS-95B 및 IS-95C로 구분되는데, 기본적인 IS-
95A 방식은 기지국과 단말기 간의 무선 데이터 속도가 8Kbps 또는 13Kbps로서 데
이터 서비스를 제공하기에 너무 느리다. IS-95B 방식은 기존의 IS-95A 방식과 호환
성을 유지하면서 고속의 데이터 서비스를 제공하며, IS-95C 방식은 여기에 영상 전화
와 무선 인터넷 서비스 등을 구현하기 위해 발전된 것이다.
미국의 경우는 IS-95A와 IS-95B를 거쳐서 동기방식인 CDMA2000로 정착되고
있으며, 일본의 경우는 독자적인 서비스 방식인 TDMA 기반의 PDC(Personal
Digital Cellular)에서 동기방식인 CDMA2000과 비동기방식인 W-CDMA 등 복수
의 규격을 확정하였고, 유럽의 경우는 GSM에서 비동기방식인 W-CDMA로 전환되고
있다.

나. IS-95 방식의 채널 구조
IS-95 방식에서는 순방향 및 역방향 링크의 각 채널에 [그림 6-18]과 같이 서로 다른 채널 구조를 가지고 있다. 기지국에서 이동국으로 데이터를 전송하는 순방향 링크
에는 파일롯(pilot) 채널, 동기(synchronization) 채널, 호출(paging) 채널 및 통화
(traffic) 채널로 구성되어 있고, 이와 반대로 이동국에서 기지국으로 데이터를 전송하
는 역방향 링크에는 접속(access) 채널과 통화 채널로 구성되어 있다.
순방향 링크는 파일롯 채널 1개, 동기 채널 1개, 호출 채널 7개 및 통화 채널 55개
로 구성된다. 파일롯 채널은 이동국이 초기화 상태에서 동기를 맞추기 위해 사용되
며, 동기 채널은 1200bps의 속도로 기지국 자체에 대한 정보, 기지국의 파일롯 송신
전력, 호출 채널의 데이터 전송율 등에 관한 여러 기지 파라미터 정보를 담아서 이동
국에 송신한다. 호출 채널은 서비스 영역 내의 이동국에게 부가 정보를 전송하거나,
특정 이동국에 대한 호출과 명령 및 채널 할당 등의 정보를 전달하며, 9600bps와
4800bps 등 두 가지의 전송속도를 가지며, 이 전송 속도의 정보는 동기 채널을 통해서 전달된다.

순방향 통화 채널은 기지국에서 정해진 이동국으로 음성 또는 데이터와 신호 정보
를 전달하는데 사용되며, 음성 활동률에 따라서 신호속도가 1800bps, 3600bps,
7200bps 및 14400bps로 변화하는 가변 속도를 갖지만, 최종 변조된 심볼 속도는
19.2Kbps로 일정하다. 또한 단말기의 전력제어를 위한 제어비트가 800Hz 주기로 삽입되며, 셀 경계에 존재하는 단말기의 통화품질을 확보하기 위해 순방향 채널에서 디
지털 이득을 이용하여 순방향 전력제어를 한다.
역방향 링크는 최대 62개의 채널을 구성할 수 있으며, 기지국의 호출 채널에 대응되
는 접속채널이 호출 채널 당 32개의 채널로 구성되어 있다. 역방향 채널에서 사용될
수 있는 전체의 채널 수는 이동국들 간의 간섭에 의해서 결정된다. 접속 채널은 이동
국에서 기지국으로 통신 시도에 사용되는 호시도 채널로서, 이동국이 기지국과 통화를
시도하거나 호출 채널에서 받은 메시지에 대해 응답하기 위해 사용되며, 4800bps 속
도를 갖는다. 역방향 통화 채널은 이동국에서 기지국으로 디지털 음성과 데이터 및 신
호 정보를 전송하며, 순방향 채널에서와 같이 역방향 통화 채널에서는 1200bps,
2400bps, 4800bps 및 9600bps의 정보 속도를 갖는다.

다. 전력 제어
CDMA 시스템의 가입자 용량은 기지국에서 수신된 간섭 신호의 양에 비례하기 때
문에, CDMA 시스템의 최대 가입자 용량은 전력제어(power control)가 완벽하게 이
루어질 때 비로소 가능하다. 즉, CDMA 시스템에서 가입자 수용 용량을 최대화하기
위해서는 각 단말기의 신호가 기지국에 최소한의 신호대 잡음비를 가지고 수신되어야
하는데, 단말기의 송신 전력이 낮으면 통화 품질이 낮아지고, 높으면 그 단말기의 통
화품질은 좋아지는 반면에, 같은 채널을 사용하는 다른 단말기에 간섭을 크게 주어 다
른 가입자의 통화 품질이 나빠지게 된다. 따라서 모든 가입자가 양호한 통화품질을 유
지하면서 수용 용량을 최대로 하기 위해서는 기지국에 수신되는 각 단말기의 수신 전
력이 같고, 그 크기가 최소한의 신호대 잡음비를 갖도록 각각의 송신 전력을 제어해야한다.
전력제어는 [그림 6-19]와 같은 환경에서도 이동국과 기지국의 상대적 위치가 다를
경우에도 이들의 위치에 관계없이 방사되는 전파의 낮은 전력 레벨로도 시스템의 성능
을 유지할 수 있도록, 이동국과 기지국의 송신 전력을 일정 레벨로 조절하여 간섭신호
의 양을 최소가 되게 하는 것이다. 이것은 기지국의 안테나에 도달되는 이동국의 신호
세기(전계강도)에 따라 각 가입자의 신호세기를 조절하여 기지국의 수신기에 동일한
신호세기가 도달되도록 하는 것이며, 마찬가지로 기지국의 송신 전력도 모든 이동국으
로 부터의 전력을 동일하게 한다. 이와 같은 전력제어는 각 사용자마다 각자의 코드에
의해 분리되어 서로 간섭을 주지 않고 통신할 수 있도록 하는 것으로서 이를 통해 가
입자의 수용 용량을 증대시키는 것이다.
전력제어는 순방향 채널의 전력제어와 역방향 채널의 전력제어로 구분된다. 순방향

채널의 전력제어는 기지국이 이동국으로부터 받은 수신 전력을 참고로 하여 이동국으
로 보내는 송신 전력을 조절하는 것이다. 순방향 전력제어에는 통화를 하지 않고 있거
나, 상대적으로 기지국에 근접해 있거나, 또는 다른 기지국의 영향을 적게 받는 이동
국에게는 송신전력을 감소시키며, 반대로 다경로 전파 현상과 잡음 및 간섭이 심한 셀
경계 지역에 위치한 이동국에게는 송신 전력을 증가시킨다.
순방향 CDMA 채널의 전력은 파일롯 채널, 동기 채널, 호출 채널 및 통화 채널의
전력의 합으로 이루어지는데, 기지국이 해당 이동국의 통화 채널 할당 전력을 변화시
켜 전력을 조절하며, 순방향 전력제어는 기지국의 셀 제어기(cell controller)가 관장한다.
역방향 채널의 전력제어는 셀 내의 모든 이동국이 동일 주파수 대역을 사용하기 때
문에 발생되는 근원 간섭문제(near-far interference problem)를 해결하기 위해, 이
동국이 송신 전력을 조절하는 것을 말한다. 즉, 기지국에 도달하는 모든 이동국 신호
가 만족할 때 CDMA 무선링크의 최대 용량을 얻을 수 있다. 따라서, 기지국에 가까이
위치한 이동국은 낮은 전력으로 송신하고, 멀리 떨어진 이동국은 높은 전력으로 송신
하여 기지국에서 수신 레벨을 동일하게 한다.
역방향 채널 전력제어는 역방향 개방루프(open loop) 전력제어와 역방향 폐쇄루프
(closed loop) 전력제어가 있는데, 역방향 개방루프 전력제어는 이동국에서 기지국 신
호의 수신 세기에 따라 이동국의 송신 세기를 결정하는 방법이다. 그리고 역방향 폐쇄
루프 전력제어는 기지국에서 이동국의 수신 신호 세기에 따라 이동국의 송신 신호 세
기의 증감을 명령하는 방법이며, 개방루프 전력제어에 의해 설정된 전력의 오차를 수
정하기 위해 사용된다.