KR100193859B1 - Frequency offset measurement device between base station and mobile station in time division multiple access communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시분할다원접속 이동통신시스템에서 시스템의 동기화를 위해 기지국과 이동국간 캐리어주파수의 오프셋을 측정하는 장치의 구성을 보다 간단화시키기 위한 것이다. 이러한 주파수오프셋 측정장치는, 기저대역의 주파수교정버스트를 입력하여 이 신호에 소정의 정현파주파수를 승산하는 승산기와, 상기 승산기의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터의 출력을 이용하여 상기 주파수교정버스트에 대한 위상을 계산하는 위상계산기와, 상기 위상계산기에 의해 계산된 평균위상값으로부터 주파수오프셋을 계산하는 주파수오프셋 계산기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention is to simplify the configuration of an apparatus for measuring the offset of the carrier frequency between the base station and the mobile station for the synchronization of the system in a time division multiple access mobile communication system. The apparatus for measuring frequency offset includes a multiplier for inputting a baseband frequency correction burst to multiply this signal by a predetermined sinusoidal frequency, a low pass filter for low pass filtering the output of the multiplier, and an output of the low pass filter. And a frequency offset calculator for calculating a phase offset from the average phase value calculated by the phase calculator.
Description
본 발명은 시분할다원접속 디지털 이동통신시스템에 관한 것으로, 특히 이동국에서 시스템의 동기화를 위해 기지국으로부터 제공되는 주파수교정버스트를 기저대역으로 처리한 후 기지국과 이동국간 캐리어주파수의 오프셋을 측정하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time division multiple access digital mobile communication system, and more particularly, to an apparatus for measuring an offset of a carrier frequency between a base station and a mobile station after processing a frequency calibration burst provided from a base station for base station synchronization in a mobile station. will be.
일반적으로 시분할다원접속(Time Division Multiple Access: 이하 TDMA라 칭함)이란 이동통신에 있어서의 다원접속 방식의 하나로, 각 기지국이 할당된 타임슬롯에 디지털화된 신호를 동일 주파수의 전파에 실어서 버스트 형태로 송출하고, 이동국에서 각 기지국간의 다원접속을 행하는 것을 말한다.In general, time division multiple access (hereinafter referred to as TDMA) is a multiple access method in mobile communication, in which a base station carries a digitized signal in a time slot to which the base station is assigned to a radio wave of the same frequency in a burst form. It transmits and it is said that a mobile station performs multiple connection between each base station.
이러한 TDMA방식의 디지털 이동통신시스템(이하 TDMA통신시스템이라 칭함)은 기지국(base station)과 이동국(mobile station)으로 이루어진다. 이때 기지국과 이동국은 서로 주파수의 동기를 위해 주파수교정버스트(Frequency Correction Burst)를 전송한다. 이 주파수교정버스트는 148비트(bit)로 정의된 정현파특성을 가지는 버스트로, 기지국은 다중프레임(multiframe)을 이용하여 이 주파수교정버스트를 주기적으로 이동국으로 전송한다. 이동국은 이러한 주파수교정버스트 이외에도 다른 버스트들(normal burst, synchronization burst 등)을 수신하게 되는데, 주파수교정버스트만을 검출하여 캐리어주파수 오프셋을 측정함으로써 기지국과 이동국간의 통신을 위한 캐리어주파수의 동기화 동작을 행하게 된다.Such a TDMA digital mobile communication system (hereinafter referred to as a TDMA communication system) includes a base station and a mobile station. At this time, the base station and the mobile station transmits a frequency correction burst (Frequency Correction Burst) to synchronize the frequency with each other. This frequency correction burst is a sine wave characteristic defined by 148 bits, and the base station periodically transmits the frequency correction burst to the mobile station by using a multiframe. In addition to the frequency correction burst, the mobile station receives other bursts (normal burst, synchronization burst, etc.), and detects only the frequency correction burst and measures the carrier frequency offset to perform the synchronization operation of the carrier frequency for communication between the base station and the mobile station. .
도 1은 종래 기술에 따른 TDMA 통신시스템에서 기지국으로부터의 주파수교정버스트를 수신하여 캐리어주파수의 동기화를 위한 동작을 행하는 이동국의 처리프로세스에 따른 블록구성을 보여주는 도면이다. 상기 도 1에 도시된 동기화장치는 미합중국 특허번호 제5,241,688호(1993년 8월 31일자 등록), 제목 FREQUENCY AND TIME SLOT SYNCHRONIZATION USING ADAPTIVE FILTERING하에 제안된 구성이다.1 is a block diagram of a mobile station processing process for receiving a frequency calibration burst from a base station and performing an operation for synchronizing carrier frequencies in a TDMA communication system according to the prior art. The synchronization device shown in FIG. 1 is a configuration proposed under US Patent No. 5,241,688 (registered August 31, 1993) under the title FREQUENCY AND TIME SLOT SYNCHRONIZATION USING ADAPTIVE FILTERING.
도 1을 참조하면, 캐리어주파수의 동기화를 위한 이동국은 기지국에서 전송하는 주파수교정버스트를 검출하는 부분과, 주파수교정 버스트를 검출한 후 해당 주파수교정버스트의 주파수 오프셋을 측정하는 부분으로 구분할 수 있다. 주파수교정버스트를 검출하는 구성요소들이 101∼107에 해당하고, 주파수교정버스트의 주파수 오프셋을 측정하는 구성요소들이 108∼109에 해당한다.Referring to FIG. 1, a mobile station for synchronizing carrier frequencies may be divided into a portion for detecting a frequency correction burst transmitted from a base station and a portion for measuring a frequency offset of the frequency correction burst after detecting a frequency correction burst. Components for detecting the frequency correction burst correspond to 101 to 107, and components for measuring the frequency offset of the frequency correction burst correspond to 108 to 109.
먼저, 주파수교정버스트를 검출하는 프로세스를 설명한다.First, the process of detecting the frequency calibration burst will be described.
도 1에서 적응형 대역통과필터(ADAPTIVE BAND-PASS FILTER) 101은 위상연속천이(Continuous Phase Shift Keying)방식으로 변조된 기저대역신호 I신호와 Q신호중의 한 신호를 입력하여 대역통과필터링한 후 출력한다. 폴조정기(POLE ADATATION BLOCK) 102는 상기 대역통과필터링 출력을 입력하여 폴을 적응적으로 조정한 후 출력한다. 에너지계산기(ENERGY ESTIMATE BLOCK) 103은 적응형 대역통과필터 101의 출력에 대한 에너지를 계산하고, 에너지계산기 104는 적응형 대역통과필터 101의 입력에 대한 에너지를 계산한다. 상기 두 에너지계산기 103,104에 의해 계산된 결과는 이득조정기(GAIN ADAPTATION BLOCK) 105로 입력되어 이득조정되고, 톤검출기 106은 이 이득제어된 결과에 톤(TONE)이 존재하는지 유무를 검출한다. 이때 톤이 검출되는 경우 주파수교정버스트의 검출동작을 시작하게 된다. 타이머블럭(TIMER BLOCK) 107은 톤의 현재상태가 지속되는 시간길이를 측정하여 주파수교정버스트의 끝시간 인덱스를 검출한다. 상기 이득조정기 105와 폴조정기 102는 적응형 대역통과필터 101의 출력신호에 대한 이득계수 및 폴계수를 궤환시켜 적응형 대역통과필터 101의 이득과 폴을 조정한다. 아울러 폴조정기 102의 출력은 주파수교정버스트의 주파수오프셋을 측정하는 대역통과필터 110에도 궤환되어 필터의 폴을 조정한다.In FIG. 1, the adaptive band-pass filter 101 inputs one of a baseband signal I signal and a Q signal modulated by a continuous phase shift keying method, and then outputs a band pass filter. do. POLE ADATATION BLOCK 102 inputs the bandpass filtering output to adaptively adjust and output the pole. The energy calculator 103 calculates energy for the output of the adaptive bandpass filter 101, and the energy calculator 104 calculates energy for the input of the adaptive bandpass filter 101. The result calculated by the two energy calculators 103, 104 is input to a gain adjustment block (GAIN ADAPTATION BLOCK) 105, the gain is adjusted, the tone detector 106 detects the presence or absence of the tone (TONE) in the gain-controlled result. At this time, when the tone is detected, the detection operation of the frequency calibration burst is started. TIMER BLOCK 107 detects the end time index of the frequency calibration burst by measuring the length of time that the current state of the tone continues. The gain regulator 105 and the pole regulator 102 adjust the gain and the pole of the adaptive bandpass filter 101 by feedbacking the gain coefficient and the pole coefficient of the output signal of the adaptive bandpass filter 101. In addition, the output of the pole adjuster 102 is also fed back to the bandpass filter 110 for measuring the frequency offset of the frequency calibration burst to adjust the pole of the filter.
다음에, 주파수교정버스트의 주파수오프셋을 측정하는 프로세스를 설명한다.Next, the process of measuring the frequency offset of the frequency calibration burst will be described.
입력신호 Xn은 적응형 대역통과필터 101과 버퍼(SHIFT REGISTER BUFFER) 108에 입력된다. 주파수교정버스트 구간끝 인덱스를 검출하는 타이머블럭 107로부터 주파수교정버스트 검출신호가 전달되면, 주파수교정버스트 신호가 저장된 버퍼 108은 대역통과필터 110에 신호를 인가한다. 폴조정기 102에서 궤환된 폴계수로 조정된 대역통과필터 110의 대역은 주파수교정버스트의 주파수대역을 통과시키며, 이 대역통과필터 110의 영향으로 출력신호는 신호대잡음(Signal to Noise)지수가 좋아지게 된다. 이때 대역통과필터 110은 IIR(Infinite Impusle Response)필터로 이루어지며 하기의 수학식 1에 따른 필터링동작을 행한다.The input signal Xn is input to the adaptive bandpass filter 101 and the buffer 108 (SHIFT REGISTER BUFFER). When the frequency correction burst detection signal is transmitted from the timer block 107 for detecting the frequency correction burst section end index, the buffer 108 in which the frequency correction burst signal is stored applies the signal to the band pass filter 110. The band of the bandpass filter 110 adjusted by the pole coefficient fed back from the pole regulator 102 passes through the frequency calibration burst frequency band. The influence of the bandpass filter 110 results in a good signal to noise index. do. In this case, the band pass filter 110 is formed of an Infinite Impusle Response (IIR) filter and performs a filtering operation according to Equation 1 below.
상기 대역통과필터 110의 출력 Wn은 최소자승에러예측블럭(LEAST SQUARED ERROR ESTIMATE BLOCK) 109에 의해 최적의 위상이 측정된다. 이때 측정되는 수신 주파수교정버스트의 각주파수(radian frequency)는 하기의 수학식 2로 계산된다.The output Wn of the bandpass filter 110 has an optimal phase measured by a least square error prediction block 109. In this case, the measured angular frequency of the received frequency calibration burst is calculated by Equation 2 below.
상기 최소자승에러예측블럭 109에 의해 측정되어 출력되는 주파수오프셋(FREQUENCY OFFSET)값은 상기 수학식 2의 각주파수 q*와 이상적인 주파수교정버스트의 각주파수인 π/2(67.5kHz)의 차이값으로부터 구해진다. 이렇게 구해진 주파수교정버스트의 주파수오프셋값은 이동국과 기지국간의 캐리어주파수 동기화 위해 이동국의 국부발진기(LOCAL OSCILLATOR)(도시하지 않음)로 입력되어 발진주파수가 제어된다.The frequency offset (FREQUENCY OFFSET) value measured and output by the least square error prediction block 109 is obtained from a difference value of π / 2 (67.5 kHz) which is the angular frequency of the ideal frequency calibration burst of Equation 2 above. Is saved. The frequency offset value of the frequency calibration burst thus obtained is inputted to a local oscillator (not shown) of the mobile station to synchronize the carrier frequency between the mobile station and the base station, thereby controlling the oscillation frequency.
한편 전술한 바와 같은 종래 기술에 따르면, 주파수교정버스트의 주파수대역을 통과시키기 위해 이용되는 대역통과필터 110에 대한 폴값은 폴조정기 102로부터 제공받고 있으며, 대역통과필터 110은 IIR형태로 구현되고 있음을 알 수 있다. 또한 주파수교정버스트의 주파수오프셋을 측정하기 위해서 최소자승에러예측방법을 이용하고 있음을 알 수 있다. 그러나 이러한 방식, 즉 IIR필터를 이용하고 최소자승에러예측방법은 신호처리에 있어서 매우 복잡할 뿐만 아니라 많은 계산량을 요구하는 단점이 있다.On the other hand, according to the prior art as described above, the pole value for the band pass filter 110 used to pass the frequency band of the frequency correction burst is provided from the pole adjuster 102, the band pass filter 110 is implemented in the form of IIR Able to know. In addition, it can be seen that the least square error prediction method is used to measure the frequency offset of the frequency calibration burst. However, this method, i.e., using the IIR filter and the least square error prediction method, is not only very complicated in signal processing but also requires a large amount of calculation.
따라서 본 발명의 목적은 TDMA 통신시스템에서 주파수교정버스트의 주파수에 대한 오프셋을 보다 간단하게 구하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to more simply find the offset of the frequency of the frequency correction burst in the TDMA communication system.
본 발명의 다른 목적은 TDMA 통신시스템에서 주파수교정버스트의 주파수에 대한 오프셋을 보다 빠르고 측정하는 데 있다.Another object of the present invention is to more quickly measure an offset with respect to a frequency of a frequency calibration burst in a TDMA communication system.
본 발명의 또다른 목적은 TDMA 통신시스템에서 주파수교정버스트의 주파수 측정의 에러를 최소화하는 데 있다.It is another object of the present invention to minimize errors in frequency measurement of frequency calibration bursts in a TDMA communication system.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 주파수교정버스트 신호에 주파수교정버스트가 갖고 있는 이론적인 주파수 fcb를 곱하고, 주파수오프셋 측정의 에러를 최소화하기 위해 이동통신 환경에서 발생하는 도플러주파수 천이 및 이동국에서 사용하는 국부발진기의 오차허용도를 고려한 저대역통과필터를 설계하였으며, 또한 표본기를 이용하여 디지털신호처리 계산량을 대폭 감소시킴으로써 종래 기술에 비교해 빠른 속도로 주파수오프셋을 측정할 수 있으며, 상대적으로 복잡하지 않은 필터의 구조 및 간단한 주파수오프셋 계산 등으로 고성능의 디지털신호처리기가 소요되지 않아 하드웨어의 비용도 절감할 수 있다.The present invention for achieving these objectives is to multiply the frequency correction burst signal by the theoretical frequency fcb of the frequency correction burst, and to use the Doppler frequency shift and the mobile station in the mobile communication environment to minimize errors in the frequency offset measurement. We designed a low pass filter considering the error tolerance of local oscillator. Also, we can reduce frequency of digital signal processing using sampler and measure frequency offset faster than conventional technology. The structure and simple frequency offset calculation eliminates the need for a high-performance digital signal processor, reducing the hardware cost.
본 발명의 제1견지(aspect)에 따르면 TDMA 통신시스템에서 기지국으로부터 제공되는 주파수교정버스트를 기저대역으로 처리한 후 상기 기지국과 이동국간 캐리어주파수의 오프셋을 측정하는 장치는, 상기 기저대역의 주파수교정버스트를 입력하여 이 신호에 소정의 정현파주파수를 승산하는 승산기와, 상기 승산기의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터의 출력을 이용하여 상기 주파수교정버스트에 대한 위상을 계산하는 위상계산기와, 상기 위상계산기에 의해 계산된 평균위상값으로부터 주파수오프셋을 계산하는 주파수오프셋 계산기로 이루어진다.According to a first aspect of the present invention, an apparatus for measuring an offset of a carrier frequency between a base station and a mobile station after processing a frequency calibration burst provided from a base station in a baseband in a TDMA communication system is provided. Calculating a phase with respect to the frequency correction burst using a multiplier that inputs a burst to multiply the signal by a predetermined sinusoidal frequency, a low pass filter to low pass filter the output of the multiplier, and an output of the low pass filter. And a phase offset calculator for calculating a frequency offset from the average phase value calculated by the phase calculator.
본 발명의 제2견지에 따른 주파수오프셋 측정장치는, 기저대역의 주파수교정버스트를 입력하여 이 신호에 소정의 정현파주파수를 승산하는 승산기와, 상기 승산기의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터의 출력을 이용하여 상기 주파수교정버스트에 대한 위상을 계산하는 위상계산기와, 상기 위상계산기에 의해 계산된 평균위상값을 미리 설정된 위상값과 비교하여 주파수오프셋의 특성을 결정한 후 그 결정된 특성에 따른 주파수오프셋을 계산하는 주파수오프셋 계산기로 이루어진다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a frequency offset measuring apparatus comprising: a multiplier for inputting a baseband frequency correction burst to multiply a predetermined sinusoidal frequency to a low pass filter; and a low pass filter for low pass filtering the output of the multiplier; A phase calculator for calculating a phase with respect to the frequency calibration burst using the output of the low pass filter, and comparing the average phase value calculated by the phase calculator with a preset phase value to determine the characteristics of the frequency offset, It consists of a frequency offset calculator for calculating the frequency offset according to the characteristics.
본 발명의 제3견지에 따른 주파수오프셋 측정장치는, 기저대역의 주파수교정버스트에 대한 I(nT)신호와 Q(nT)신호 각각에 소정의 정현파주파수를 승산하여 I1(nT)신호와 Q1(nT)신호를 출력하는 승산기와, 상기 I1(nT)신호와 Q1(nT)신호를 입력하여 미리 설정된 차단주파수를 기준으로 하여 각각 저역통과필터링하여 I2(nT)신호와 Q2(nT)신호를 출력하는 저역통과필터와, 상기 I2(nT)신호와 Q2(nT)신호를 미리 설정된 표본율(M)에 따라 표본화하여 I3(nMT)신호와 Q3(nMT)신호를 출력하는 표본기와, 상기 I3(nMT)신호와 Q3(nMT)신호에 대한 평균위상값(Θav)을 계산하는 위상계산기와, 상기 평균위상값(Θav)을 미리 설정된 위상값과 비교하여 주파수오프셋의 특성을 결정한 후 그 결정된 특성에 따른 주파수오프셋(fo)을 계산하는 주파수오프셋 계산기로 이루어진다.The frequency offset measuring apparatus according to the third aspect of the present invention multiplies a predetermined sinusoidal frequency by each of an I (nT) signal and a Q (nT) signal for a baseband frequency correction burst, and thus an I1 (nT) signal and a Q1 ( a multiplier for outputting an nT) signal and low pass filtering based on a preset cutoff frequency by inputting the I1 (nT) signal and the Q1 (nT) signal to output an I2 (nT) signal and a Q2 (nT) signal A low pass filter, a sampler for sampling the I2 (nT) signal and the Q2 (nT) signal according to a preset sampling rate M and outputting an I3 (nMT) signal and a Q3 (nMT) signal, and the I3 (n) a phase calculator for calculating an average phase value (Θav) for the nMT) signal and the Q3 (nMT) signal, and comparing the average phase value (Θav) with a preset phase value to determine the characteristics of the frequency offset, And a frequency offset calculator for calculating the frequency offset fo according.
도 1은 종래 기술에 따른 기지국과 이동국간 주파수오프셋 측정장치의 구성을 보여주는 도면.1 is a view showing the configuration of a frequency offset measurement apparatus between a base station and a mobile station according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 주파수오프셋 측정장치의 구성을 보여주는 도면.2 is a view showing the configuration of a frequency offset measuring apparatus according to the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or chip designer, and the definitions should be made based on the contents throughout the present specification.
도 2는 본 발명에 따라 주파수교정버스트의 주파수오프셋을 측정하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 이 장치의 동작은 TDMA 통신시스템의 기지국으로부터 송신한 주파수교정버스트가 이동국의 안테나, 듀플렉서(duplexer), RF수신기 및 A/D변환기를 통과한 후 기저대역(baseband)부에서 주파수교정버스트가 성공적으로 검출된 것을 전제로 한다.2 is a view showing the configuration of an apparatus for measuring the frequency offset of the frequency calibration burst in accordance with the present invention. The operation of this device is successful in the baseband section after the frequency calibration burst transmitted from the base station of the TDMA communication system passes through the antenna, duplexer, RF receiver and A / D converter of the mobile station. It is assumed that it is detected.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 장치는 위상연속천이(CPSK)방식으로 변조된 주파수교정버스트(FCB)의 디지털신호인 I(Inphase)신호, Q(Quadrature)신호를 입력으로 한다. 승산기 201 및 202는 각각 상기 I(nT)신호와 Q(nT)신호를 입력하여 주파수발진기(Oscillator) 203에서 발진된 주파수교정버스트의 정현파주파수 fcb와 승산하여 I1(nT)신호와 Q1(nT)신호를 출력한다. 이 승산결과는 이동국의 RF수신부에서 사용한 국부발진기의 발진주파수 허용도 및 도플러 주파수천이를 고려하여 설계된 저역통과필터(Low Pass Filter) 204로 인가되어 필터링된 후 I2(nT)신호와 Q2(nT)신호로서 출력된다. 표본기(Sampler) 205는 상기 I2(nT)신호와 Q2(nT)신호를 입력하여 적당한 간격으로 샘플링하여 샘플링된 I3(nMT)신호와 Q3(nMT)신호를 출력한다. 위상계산기 206는 상기 I3(nMT)신호와 Q3(nMT)신호에 대한 위상을 계산하여 계산결과값 Θav를 출력하고, 주파수오프셋 계산기 207은 상기 계산결과값 Θav를 입력하여 주파수오프셋을 계산한 후 계산결과값 fo를 출력한다. 이렇게 계산된 주파수오프셋 fo는 D/A변환기 208에 의해 아날로그값 Va로 변환되고, 저역통과필터 209에 의해 필터링되어 Vc로 출력된다. 이 저역통과필터 209로부터 출력되는 필터링결과값 Vc는 캐리어주파수의 오프셋을 보정할 수 있는 전압으로 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator) 210으로 인가된다. 그러면 결과적으로 전압제어발진기 210은 상기 필터링결과값 Vc에 제어되는 주파수를 발진하여 RF송수신부 211로 인가함으로써 캐리어주파수의 오프셋이 보정되도록 한다.Referring to FIG. 2, the apparatus according to the present invention inputs an I (Inphase) signal and a Q (Quadrature) signal, which are digital signals of a frequency correction burst (FCB) modulated by a phase continuous shift (CPSK) method. Multipliers 201 and 202 input the I (nT) signal and the Q (nT) signal, respectively, and multiply the sinusoidal frequency fcb of the frequency calibration burst oscillated by the oscillator 203 to multiply the I1 (nT) signal and Q1 (nT). Output the signal. This multiplication result is applied to the low pass filter 204 designed in consideration of the oscillation frequency tolerance and the Doppler frequency shift of the local oscillator used in the RF receiver of the mobile station, and then filtered the I2 (nT) and Q2 (nT) signals. It is output as a signal. A sampler 205 inputs the I2 (nT) signal and the Q2 (nT) signal, samples at appropriate intervals, and outputs the sampled I3 (nMT) signal and Q3 (nMT) signal. The phase calculator 206 calculates a phase of the I3 (nMT) signal and the Q3 (nMT) signal and outputs a calculation result value Θav, and the frequency offset calculator 207 calculates a frequency offset by inputting the calculation result value Θav. Output the result fo. The frequency offset fo thus calculated is converted into an analog value Va by the D / A converter 208, filtered by the low pass filter 209, and output to Vc. The filtering result Vc output from the low pass filter 209 is applied to the voltage controlled oscillator 210 as a voltage capable of correcting the offset of the carrier frequency. As a result, the voltage controlled oscillator 210 oscillates the frequency controlled by the filtering result value Vc and applies it to the RF transmitter / receiver 211 so that the offset of the carrier frequency is corrected.
다시 도 2를 참조하면, 입력신호 I(nT)와 Q(nT)는 이동국에서 안테나, 듀플렉서, RF수신기 및 A/D변환기를 통과한 위상연속천이 방식으로 변조된 기저대역의 디지털신호로 1비트당 1샘플값을 갖는다. 이 신호 I(nT)와 Q(nT)는 이동국이 기지국과 통신을 위해서 기지국에서 주기적으로 송신한 순수 정현파주파수(67.5KHz)특성을 갖는 주파수교정버스트에 해당하는 신호로, 이동통신채널의 다중경로 페이딩(multipath fading)과 가산성 백색 가우시안잡음(additive white gaussian noise)이 섞여 있는 신호이다. 이때 I(nT)신호와 Q(nT)신호는 서로 90도(°)의 위상차이를 갖는 동일한 신호이다.Referring again to FIG. 2, the input signals I (nT) and Q (nT) are baseband digital signals modulated by a phase-consecutive transition scheme passed through an antenna, a duplexer, an RF receiver, and an A / D converter in a mobile station. It has 1 sample value. The signals I (nT) and Q (nT) are signals corresponding to frequency correction bursts having a pure sine wave frequency (67.5 KHz) characteristic periodically transmitted from the base station for communication with the base station. It is a mixture of multipath fading and additive white gaussian noise. At this time, the I (nT) signal and the Q (nT) signal are the same signal having a phase difference of 90 degrees with each other.
승산기 201 및 202의 출력신호 I1(nT)과 Q1(nT)은 I(nT)신호와 Q(nT)신호가 주파수교정버스트의 정현파주파수인 fcb와 각각 승산된 후 출력되는 신호로 거의 DC에 가까운 특성을 갖는다.The output signals I1 (nT) and Q1 (nT) of the multipliers 201 and 202 are output after the I (nT) signal and the Q (nT) signal are multiplied by fcb, which is the sinusoidal frequency of the frequency calibration burst, respectively. Has characteristics.
저역통과필터 204의 출력신호 I2(nT)와 Q2(nT)는 I1(nT) 및 Q1(nT)신호의 대역외 잡음이 제거된 신호로, 신호 대 잡음지수(Signal to Noise Ratio)가 우수한 신호특성을 갖는다. 이때 저역통과필터 204의 3dB차단주파수는 이동국의 RF수신기에 사용된 국부발진기의 오차허용도를 r[ppm], 도플러주파수천이를 fp, 국부발진주파수를라 할 때 (r×)+ fp으로 결정된다.The output signals I2 (nT) and Q2 (nT) of the low pass filter 204 are signals from which out-of-band noise of the I1 (nT) and Q1 (nT) signals is removed, and has a good signal to noise ratio. Has characteristics. In this case, the 3dB cut-off frequency of the low pass filter 204 is r [ppm], the Doppler frequency transition is fp, and the local oscillation frequency is the error tolerance of the local oscillator used in the RF receiver of the mobile station. When we say (r × ) is determined by + fp.
표본기 205는 입력되는 비트당 하나의 샘플신호 I2(nT)와 Q2(nT)를 표본율 M값으로 샘플링하여 샘플링된 I3(nMT)와 Q3(nMT)를 출력한다. 이때 표본율 M값은 10에서 20의 범위내에서 설정가능하다. 이러한 표본기 205는 주파수교정버스트의 위상계산 및 주파수오프셋 계산량을 줄이기 위해 구비된 구성요소이다.The sampler 205 samples one sample signal I2 (nT) and Q2 (nT) per input bit at a sample rate M value and outputs sampled I3 (nMT) and Q3 (nMT). The sample rate M value can be set within the range of 10 to 20. The sampler 205 is a component provided to reduce the phase calculation and the frequency offset calculation amount of the frequency correction burst.
위상계산기 206은 상기 I3(nMT)와 Q3(nMT)을 입력한 후 하기의 수학식 3에 따라 각 샘플의 위상을 구하고, 수학식 4를 이용하여 주파수교정버스트에 대한 평균위상을 측정한다. 하기에서 Θi 및 Θav의 단위는 라디안(radian)이며, 그 값은 -π ≤ Θi,Θav <π의 범위를 갖는다.The phase calculator 206 inputs I3 (nMT) and Q3 (nMT), obtains a phase of each sample according to Equation 3 below, and uses Equation 4 to measure an average phase with respect to the frequency correction burst. In the following, the units of Θ i and Θ av are radians, and values thereof range from −π ≦ Θi, Θav <π.
주파수오프셋 계산기 207은 입력되는 주파수교정버스트에 대한 평균위상 Θav가 π보다 크면 부(negative)의 주파수오프셋 특성을 나타내며, π보다 작으면 정(positive)의 주파수오프셋 특성을 나타낸다. 전자의 경우 주파수오프셋 계산기 207에 의해 계산되는 주파수오프셋의 값은 하기의 수학식 5에 따라 결정되며, 후자의 경우 주파수오프셋 계산기 207에 의해 계산되는 주파수오프셋의 값은 하기의 수학식 6에 따라 결정된다. 하기에서 T는 한 비트의 시간주기를 나타낸다.The frequency offset calculator 207 represents a negative frequency offset characteristic when the average phase Θav for the input frequency calibration burst is larger than π, and a positive frequency offset characteristic when smaller than π. In the former case, the value of the frequency offset calculated by the frequency offset calculator 207 is determined according to Equation 5 below, and in the latter case, the value of the frequency offset calculated by the frequency offset calculator 207 is determined according to Equation 6 below. do. In the following, T represents a time period of one bit.
주파수오프셋 계산기 207에 의해 측정된 디지털의 주파수오프셋값 fo는 D/A변환기 208에 의해 아날로그신호값 Va로 변환된 후 저역통과필터 209로 인가된다. 저역통과필터 209는 상기 아날로그신호값 Va를 입력하여 필터링된 전압값 Vc를 출력한다. 이 전압값 Vc는 전술한 바와 같이 이동국의 전압제어발진기 210으로 인가되어 측정한 주파수오프셋의 보정하도록 제어된 후 RF송수신부 211로 인가된다. 그러므로 RF송수신부 211는 상기 전압제어발진기 210으로부터의 출력에 따라 기지국의 캐리어주파수와 동기된 신호를 안테나 Ant를 통해 송수신한다.The digital frequency offset value fo measured by the frequency offset calculator 207 is converted into an analog signal value Va by the D / A converter 208 and then applied to the low pass filter 209. The low pass filter 209 inputs the analog signal value Va and outputs the filtered voltage value Vc. This voltage value Vc is applied to the voltage controlled oscillator 210 of the mobile station as described above, controlled to correct the measured frequency offset, and then applied to the RF transmitter / receiver 211. Therefore, the RF transmitter / receiver 211 transmits and receives a signal synchronized with the carrier frequency of the base station through the antenna Ant according to the output from the voltage controlled oscillator 210.
상술한 바와 같이 본 발명은 본 발명은 주파수교정버스트 신호에 주파수교정버스트가 갖고 있는 이론적인 주파수 fcb를 곱하고, 주파수오프셋 측정의 에러를 최소화하기 위해 이동통신 환경에서 발생하는 도플러주파수 천이 및 이동국에서 사용하는 국부발진기의 오차허용도를 고려한 저대역통과필터를 설계하였으며, 또한 표본기를 이용한다. 이에 따라 디지털신호처리의 계산량을 대폭 감소시킴으로써 종래 기술에 비교해 빠른 속도로 주파수오프셋을 측정할 수 있으며, 상대적으로 복잡하지 않은 필터의 구조 및 간단한 주파수오프셋 계산 등으로 고성능의 디지털신호처리기가 소요되지 않아 하드웨어의 비용도 절감하는 이점이 있다.As described above, the present invention uses the Doppler frequency shift and the mobile station in the mobile communication environment to multiply the frequency correction burst signal by the theoretical frequency fcb of the frequency correction burst, and to minimize errors in the frequency offset measurement. We designed a low pass filter considering the error tolerance of the local oscillator and also used a sampler. Accordingly, by significantly reducing the amount of computation of digital signal processing, frequency offsets can be measured at a higher speed than in the prior art, and a high performance digital signal processor is not required due to the relatively uncomplicated filter structure and simple frequency offset calculation. The cost of hardware is also reduced.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
Claims (14)
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