KR19990052560A

KR19990052560A - Rake receiver

Info

Publication number: KR19990052560A
Application number: KR1019970072053A
Authority: KR
Inventors: 김진수; 정재욱; 정영균
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 레이크(Rake) 수신기에 관한 것으로, 특히 다수의 상관기를 가진 복조기로 구성된 레이크 수신기에 관한 것이다.The present invention relates to a rake receiver, and more particularly to a rake receiver consisting of a demodulator having a plurality of correlators.

CDMA 시스템에서 주로 사용하는 레이크(Rake) 수신기의 구조를 변경하여 하나의 복조기에 다수의 데이타 복조기용 상관기를 가지는 레이크 수신기의 구조를 제안한다. CDMA시스템의 상용화와 더불어 사용자가 급격히 증가하고 있으며 보다 다양한 형태의 서비스가 요구되고 있다. 다양한 서비스를 제공하기 위해서는 자연히 송수신 데이타의 양이 증가 한다. 따라서 대역 확산 통신에서 요구하는 대역폭이 더욱 넓어 지고 이러한 환경에서는 다중경로의 갯수도 많아지게 된다. 이러한 다중 경로를 이용한 레이크수신기는 수용할 수 있는 다중경로의 수 만큼 복조기의 개수가 늘어나야 하는데 이것은 복잡한 하드웨어를 요구한다.By changing the structure of a rake receiver mainly used in a CDMA system, a structure of a rake receiver having a plurality of data demodulator correlators in one demodulator is proposed. With the commercialization of CDMA systems, users are increasing rapidly and more various types of services are required. In order to provide various services, the amount of data transmitted and received naturally increases. Therefore, the bandwidth required for spread spectrum communication becomes wider, and in this environment, the number of multipaths also increases. This multipath rake receiver needs to increase the number of demodulators by the number of multipaths it can accommodate, which requires complex hardware.

본 발명은 하나의 복조기에 동기장치는 하나이나 다수의 데이타 복조기용 상관기를 두어 하나의 복조기가 다수의 인접 경로의 신호를 수용할 수 있는 구조로서, 간단한 형태의 복조기로 더 많은 다중경로 신호를 수신할 수 있는 레이크 수신기를 제안한다.The present invention has a structure in which a single demodulator has a correlator for one or more data demodulators so that one demodulator can receive signals from a plurality of adjacent paths, and receives more multipath signals with a simple demodulator. Suggest a rake receiver that can.

Description

Rake receiver

대역 확산 통신은 주로 군사 통신 및 군사 관련 여러 가지 장비에 이용되어 왔었다. 최근에 반도체 기술의 발달과 대역 확산 통신이 가지고 있는 장점 때문에 상업용으로 그 응용 분야가 급속히 확산되고 있다. 이미 CDMA 방식의 디지털 셀룰러 폰의 서비스가 제공되고 있으며, PCS 서비스도 시작하였다.Spread-spread communication has been used primarily for military communications and a variety of military-related equipment. Recently, due to the development of semiconductor technology and the advantages of spread spectrum communication, its application field is rapidly spreading for commercial use. Already, CDMA digital cellular phones have been provided, and PCS services have also begun.

도 1은 종래 레이크 수신기의 구조도서, 레이크 수신기는 다수의 복조기(11)와 이들 출력을 결합(combine)하는 컴바이너(Combiner:12)로 구성된다. 다이버스티 기법에는 여러 가지 형태의 기법이 있고 특히, 대역 확산 통신 방식을 사용하는 CDMA 시스템에서는 대역 확산 통신의 특징인 다중 경로 다이버스티 기법을 사용할 수 있는 큰 장점이 있다.1 is a structural diagram of a conventional rake receiver, wherein the rake receiver is composed of a plurality of demodulators 11 and a combiner 12 combining these outputs. There are various types of diversity schemes, and in particular, in a CDMA system using spread spectrum communication schemes, the multipath diversity scheme, which is characteristic of spread spectrum communications, can be used.

대역 확산 통신에서는 의사 잡음 코드(PN Code : Pseudo Noise Code )를 사용하여 서로 정해진 코드를 사용하는 송/수신자들 만이 서로 통화할 수 있는 시스템이다. 같은 의사 잡음 코드를 사용하는 사용자 사이에도 송 수신기간에 정확한 동기를 이루지 못하면 통신을 할 수 없기 때문에 정확한 동기의 유지가 매우 중요하다. 이러한 동기의 중요성은 동일한 송신기에서 송신한 동일한 신호도 다중경로의 지연차가 1 칩 이상 일 경우 각각 독립된 신호로 복조할 수 있음을 의미한다. 이러한 다중경로 신호를 복조하기 위해 수신기는 독립된 복조기를 가지고 있어야 하며 이것은 하드웨어적으로 매우 복잡하며 그 제어도 복잡해 진다.In Spread Spectrum Communication, a Pseudo Noise Code (PN Code) is used to allow only the senders / receivers to communicate with each other. It is very important to maintain accurate synchronization because even users who use the same pseudo noise code cannot communicate if the receivers are not synchronized correctly. The importance of this synchronization means that the same signal transmitted from the same transmitter can be demodulated into independent signals when the delay difference of the multipath is more than one chip. To demodulate this multipath signal, the receiver must have an independent demodulator, which is very complex in hardware and complicated to control.

도 2는 종래 대역 확산 통신 시스템의 복조기의 구조도로서, 대역 확산 통신에서의 복조기는 초기 동기 장치(21)와 동기 추적 장치(22)와 데이타 복조기용 상관기(23)로 구성된다.Fig. 2 is a structural diagram of a demodulator of a conventional spread spectrum communication system. The demodulator in the spread spectrum communication is composed of an initial synchronization device 21, a synchronization tracking device 22 and a data demodulator correlator 23.

초기 동기는 송신측의 의사 잡음 코드와 수신측의 의사 잡음 코드가 1/2 칩 이내에 들어오도록 수신기의 의사잡음코드의 위상을 조절하는 것이고, 동기 추적은 초기 동기에서 이루지 못한 보다 정밀한 동기를 위해 동기 추적 기능과 동기를 계속 유지하는 기능을 한다. 동기가 이루어 지면 역 확산 기능과 데이타 복조 기능이 이루어 진다.The initial synchronization is to adjust the phase of the pseudo noise code of the receiver so that the pseudo noise code on the transmitting side and the pseudo noise code on the receiving side are within 1/2 chip, and the synchronization tracking is synchronized for more precise synchronization that was not achieved in the initial synchronization. Keep track and keep in sync. When synchronized, despreading and data demodulation are achieved.

일반적으로, 이동통신 환경에서의 다중 경로는 그 채널의 지연 프로파일(Delay Profile)에 의해 모델링이 가능하고, 그 영역에서의 다중경로의 수는 무한히 많다고 할 수 있다. 이것은 하나의 복조기가 특정한 지연을 가지고 도착하는 신호에 동기 되어 있다고 할 때 그 지연 값에 대해 +/- 1 칩의 위치에서도 다중경로의 신호가 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 신호를 복조하기 위해서는 다른 독립된 복조기가 필요하다. 각 복조기는 하나의 동기장치와 데이타 복조기용 상관기를 가지고 있는 구조로 되어 있으며, 많은 다중경로의 신호를 수신하기 위해서는 동일한 구조를 갖는 독립적인 하드웨어가 필요하며 그 제어도 복잡하여 구현에도 상당한 어려움이 있다.In general, multipaths in a mobile communication environment can be modeled by the delay profile of the channel, and the number of multipaths in the region can be said to be infinitely large. This means that if a demodulator is synchronized to a signal that arrives with a certain delay, there may be a multipath signal at the location of the +/- 1 chip for that delay value. In order to demodulate such a signal, another independent demodulator is required. Each demodulator has one synchronizer and a data demodulator correlator. In order to receive many multipath signals, independent hardware with the same structure is required. .

서비스의 다양화로 인해 CDMA 시스템에서 대역폭은 갈수록 확장되고, 이것은 RF에서 높은 케리어(Carrier)를 필요로 한다. 이동 통신 환경하에서 넓은 대역폭과 높은 케리어는 많은 다중경로 신호의 발생을 유발 시키며 수신기에서는 가능한 한 많은 다중경로의 신호를 수신하여 시스템의 성능을 높혀야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 여건의 변화를 가장 효율적으로 수용하기 위해 복잡도를 최소로 하고 그 성능을 최대한으로 높이는 레이크(Rake) 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.Due to the diversification of services, bandwidth in CDMA systems grows more and more, which requires a high carrier in RF. In a mobile communication environment, wide bandwidth and high carriers cause many multipath signals to be generated, and the receiver needs to receive as many multipath signals as possible to increase system performance. Accordingly, an object of the present invention is to provide a Rake receiver that minimizes complexity and maximizes performance in order to most efficiently accommodate the above-mentioned change.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복조기 및 컴바이너로 구성된 레이크 수신기에 있어서, 상기 복조기가 하나의 동기장치와 다수의 복조기용 상관기로 구성되되, 상기 동기장치와 관련된 상관기는 하나이고, 나머지 상관기는 상기 동기장치와 관련된 상관기에 일정한 관계를 유지하면서 동작되도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a rake receiver consisting of a demodulator and combiner, wherein the demodulator is composed of one synchronizer and a plurality of demodulator correlators, the correlator associated with the synchronizer is one, the rest The correlator is configured to operate while maintaining a constant relationship with the correlator associated with the synchronizer.

위 발명이 구현되기 위하여 대역 확산 통신에 있어서, 하나의 의사 잡음 코드 발생기에서 출력되는 의사 잡음 코드가 현재 수신하고 있는 다중 경로 신호에 대해 +/- 1 칩(chip)에 대한 버퍼링에 요구 된다. 본 발명의 구조상 다중경로 신호 중 동기가 정확히 이루어진 신호는 양질의 신호로 생각 할 수 있으나 다른 2개의 상관기의 출력은 양질의 신호인지 반듯이 확인 해볼 필요성이 있다. 따라서 각 데이타 복조기용 상관기의 출력이 신호의 복조에 사용될 수 있을 만큼의 양질의 신호인지를 결정하는 알고리즘이 필요하다.In order to implement the above invention, in spread spectrum communication, a pseudo noise code output from one pseudo noise code generator is required for buffering a +/- 1 chip for a multipath signal currently received. According to the structure of the present invention, the synchronized signal among the multipath signals may be regarded as a good signal, but it is necessary to check whether the outputs of the other two correlators are good signals. Therefore, there is a need for an algorithm that determines whether the output of each data demodulator correlator is a good signal that can be used for demodulation of the signal.

또한, CDMA 시스템이 대역 확산 통신 방식을 사용하며 대역 확산 통신에서는 다중경로 상의 신호를 독립적으로 복조하여 사용할 수 있는 레이크 수신기를 구성 할 수 있는 장점이 있다. 통신 시스템에서 발생할 수 있는 다중경로의 수를 m개라고 하면 레이크 수신기는 발생할 수 있는 다중경로의 개수만큼 m개의 복조기를 두어 신호를 복조하면 성능이 향상되나 하드웨어 적으로 복잡도가 증가한다. 각 복조기는 독립된 동기장치와 복조기용 상관기를 가져야 하므로 응용프로그램에서의 제어도 복조기의 수가 증가하는 것 만큼 복잡해 진다.In addition, the CDMA system uses a spread spectrum communication method, and in spread spectrum communication, there is an advantage in that a rake receiver that can independently demodulate and use a signal on a multipath can be configured. If the number of multipaths that can occur in a communication system is m, the rake receiver demodulates signals with m demodulators equal to the number of multipaths that can occur, thereby improving performance but increasing hardware complexity. Since each demodulator must have independent synchronizer and demodulator correlator, the control in the application is also complicated as the number of demodulators increases.

도 1은 CDMA 시스템에서의 레이크(Rake) 수신기의 구조도.1 is a structural diagram of a Rake receiver in a CDMA system.

도 2는 종래 레이크 수신기에서의 복조기 구조도.2 is a structural diagram of a demodulator in a conventional rake receiver.

도 3은 본 발명에 따른 다수의 상관기를 갖는 복조기의 구조도.3 is a structural diagram of a demodulator having a plurality of correlators according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 다수의 상관기에 입력되는 PN 코드의 위상관계를 도시한 도면.4 is a diagram illustrating a phase relationship of PN codes input to a plurality of correlators according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11 : 복조기 12 : 컴바이너11: demodulator 12: combiner

21 : 초기 동기장치 22 : 동기 추적장치21: initial synchronization device 22: synchronization tracking device

23, 31,32 및 33 : 데이터 복조기용 상관기23, 31, 32, and 33: Correlators for Data Demodulators

34 : 동기장치 38 : 비교기34 synchronizer 38 comparator

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3는 본 발명에 따른 복조기의 구조도로서, 복조기는 하나의 동기장치(34)와 3개의 복조기용 상관기(31,32,33)로 구성되며, 각 상관기(31,32,33)의 출력은 어느 임계치와 비교하여 각 상관기의 출력이 이 임계치보다 높을 때는 컴바이너(combiner)에 입력되고 그렇지 못할 경우에는 무시한다(38). 이러한 방법은 다중경로의 수가 많으면 많을 수록 유리한 장점이 있으나, 현재 수신하고 있는 신호의 주위에 다중경로의 신호가 없을 경우도 있다. 이 경우는 하나의 복조기만 있는 경우와 동일하다. 따라서 제안된 구조의 복조기를 가지는 레이크 수신기는 일반적으로 사용되는 복조기로 구성된 레이크 수신기보다는 향상된 성능을 가진다.3 is a structural diagram of a demodulator according to the present invention, wherein the demodulator is composed of one synchronizer 34 and three demodulator correlators 31, 32, and 33, and the output of each correlator 31, 32, 33 is Compared to any threshold, when the output of each correlator is higher than this threshold, it is entered into a combiner, otherwise it is ignored (38). This method has an advantage that the more the number of multipaths, the more advantageous it is, but there are cases where there are no multipath signals around the current signal. This case is the same as having only one demodulator. Therefore, a rake receiver having a demodulator of the proposed structure has an improved performance than a rake receiver composed of a demodulator which is generally used.

3개의 복조기용 상관기가 이루는 동기의 위치는 다음과 같이 간단하게 이루어 진다. 먼저 동기 추적 장치(34)는 초기 동기에서 이룬 PN 지연 값으로 보다 정밀한 동기를 이룬다. 이 과정이 끝나면 3개의 복조기용 상관기중 가운데에 있는 상관기(32)에 동기가 맞은 로칼(local)PN 코드(code)(36)를 할당하여 상관기능을 수행하게 한다. 동시에 나머지 2개의 상관기(31,33)에는 가운데 상관기(32)에 입력되는 로칼 PN 코드(local PN code:36) 보다 각각 1 칩 빠른 PN(35)과 1칩 느린 PN(37) 으로 상관기능을 수행한다.The position of the synchronization made by the three demodulator correlators is simply as follows. First, the synchronization tracking device 34 achieves more precise synchronization with the PN delay value achieved in the initial synchronization. After this process, a synchronized local PN code 36 is assigned to the correlator 32 in the middle of the three demodulator correlators to perform the correlation function. At the same time, the remaining two correlators (31, 33) have a correlation function of one chip faster PN (35) and one chip slower PN (37) than the local PN code (36) input to the center correlator 32, respectively. Perform.

실제적인 동기 추적장치는 가운데에 위치한 상관기를 기준으로 동작하게 된다. 이들 상관기에서 출력되는 상관기의 출력은 각각 비교기에(38) 입력된다. 이 비교기는 특정한 임계치를 가지고 있어 이 임계치와 비교하여 임계치 보다 상관기의 출력이 크면 컨바이너(combiner)에 입력되고 그렇지 못할 경우에는 무시한다. 이것은 양질의 신호만 데이타 복조에 사용하기 위함이다.The actual sync tracker operates based on the correlator in the center. The outputs of the correlators output from these correlators are respectively input to the comparator 38. This comparator has a specific threshold, so if the correlator's output is greater than the threshold, it is entered into the combiner; otherwise it is ignored. This is to use only good quality signals for data demodulation.

하나의 복조기에 동기장치(34)는 하나만 구성하고 복조기용 상관기(31,32,33)는 n개(본 명세서에서는 3개를 보기로 설정 하였음)로 구성하여 레이크 수신기를 이루는 복조기로 사용한다. 따라서 레이크 수신기의 총 복조기는 m x n개로 되어 보다 많은 다중경로의 신호를 수신할 수 있다. 이러한 구조는 복조기에서 동기장치의 개수가 감소되어 하드웨어의 구성이 간단해지며 그 제어도 단순해 진다.Only one synchronizing device 34 is configured in one demodulator, and the demodulator correlators 31, 32, and 33 are configured as n pieces (in this specification, three are set to view) and used as a demodulator for forming a rake receiver. Therefore, the total demodulator of the rake receiver is m x n, which can receive more multipath signals. This structure reduces the number of synchronizers in the demodulator, simplifying the configuration of the hardware and simplifying the control.

n개의 복조기용 상관기중 하나는 동기장치가 이룬 정밀한 동기( On Time PN code)에 할당되어 동작하고 나머지 복조기용 상관기는 정밀한 동기에 대해 +/- 1칩씩 벗어나는 PN코드로 할당하여 사용된다.One of the n demodulator correlators is operated by being assigned to the precise synchronization (On Time PN code) achieved by the synchronizer, and the other demodulator correlator is assigned to the PN code which is offset by +/- 1 chip for precise synchronization.

도 4는 본 발명에 따른 각 복조기에 사용되는 PN 코드의 관계를 도시한다. 도 4에 도시된 바와같이 동기장치에서 이룬 정밀한 동기에 해당하는 로칼 PN 코드(local PN code)가 온 타임(On Time) PN(41)라고 하면 나머지 복조기용 상관기(31, 33)에 사용되는 PN 코드는 1 칩A_PN(40) 과 1칩 D_PN(42)이 된다. 동기장치는 온 타임(ON Time) PN 코드에 맞게 동기를 추적 유지하며 다른 PN 코드는 항상 온 타임(ON Time) PN 코드와는 1 칩씩 차이를 두고 있다. 그러나 1칩씩 차이를 둔 상관기(31, 33) 에 실제로 수신되는 다중 경로 신호가 없다면 해당 상관기의 출력은 컴바이너에서 무시 되도록 그 출력을 제한하여야 한다. 위의 구조는 다중경로의 유무에 따라 그 성능에 조금씩 차이가 날 수 있으나 일반적인 레이크 수신기의 성능보다는 향상됨을 보장할 수 있다.4 shows the relationship between PN codes used in each demodulator according to the present invention. As shown in FIG. 4, if the local PN code corresponding to the precise synchronization achieved by the synchronization device is an on time PN 41, the PNs used in the remaining demodulator correlators 31 and 33 are used. The code is one chip A_PN 40 and one chip D_PN 42. The synchronizer keeps track of synchronization for the ON Time PN code, while the other PN codes are always one chip away from the ON Time PN code. However, if there are no multipath signals actually received in the correlators 31 and 33 that are separated by one chip, the output of the correlator should be limited so that the combiner ignores the output. The above structure may vary slightly depending on the presence or absence of multipath, but it can be guaranteed to be improved over the performance of a general rake receiver.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 레이크 수신기의 구조는 실제 복조기를 구현할 때 간단해지는 효과를 가지며 이러한 이점은 레이크 수신기를 위한 모뎀장치의 개발 시 시간의 절약과 함께 필요한 게이트 수의 감소로 인해 고밀도 회로 설계 시 유리한 장점이 있다. 또한, 소프트웨어에서도 수신기의 제어를 위한 오버해드(overhead)가 증가하지 않기 때문에 제약조건이 되지 않는다.As described above, the structure of the rake receiver according to the present invention has the effect of simplifying the implementation of the actual demodulator, and this advantage is a high density circuit design due to the reduction of the number of gates required with the saving of time in developing a modem device for the rake receiver. There is an advantage to the city. In addition, software does not become a constraint because the overhead for controlling the receiver does not increase.

Claims

In a rake receiver consisting of a demodulator and a combiner,

The demodulator comprises one synchronizer and a plurality of demodulator correlators, wherein the correlator associated with the synchronizer is one, and the other correlators are operated to maintain a constant relationship to the correlator associated with the synchronizer. receiving set.