KR100237185B1 - 빠른 코드 동기 획득을 위한 병렬 탐색 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빠른 코드 동기 획득을 위한 병렬 탐색 방법에 관한 것이다.

CDMA 방식에서 송신측과 수신측의 확산 부호 사이의 위상차를 없애는 동기 방법은 코드 동기 획득(initial code acquisition) 방법과 코드 추적(code tracking) 방법이 있다. 코드 동기 획득 방법은 구조가 간단하지만 동기 획득 시간이 긴 단점이 있는 직렬 탐색 방법과 동기 획득 시간은 빠르지만 구조가 복잡한 병렬 탐색 방법, 그리고 이들을 혼합한 하이브리드 방법이 있다. 이중 직렬 탐색 방법은 적분 기간이 길거나 탐색 구간이 넓으면 전체 동기 획득 시간이 길어지므로 전체 시스템의 성능에 나쁜 영향을 미치게 된다.

본 발명에서는 다수의 상관기로 구성되는 병렬 탐색 모듈이 동시에 액세스 채널의 프리앰블로부터 동기를 획득하는 초기 동기 획득 모드로 동작하고, 초기 동기 획득 모드에서 찾은 RTD로부터 다중 경로를 찾기 위해 다중 경로 탐색 모드로 동작하며, 다중 경로 탐색 모드에서 찾은 결과를 최종적으로 검증하기 위해 검증 모드로 동작한다. 이와 같이 다수의 상관기가 동시에 상관값을 계산하므로 동기 획득 시간이 빠르며, 또한 3단계로 동기 획득 과정이 진행되므로 동기 획득 과정에서의 에러 확률을 줄일 수 있다.

Description

빠른 코드 동기 획득을 위한 병렬 탐색 방법

본 발명은 코드 동기 획득 과정에서 직렬 탐색 방법이 갖는 단점인 느린 동기 획득 시간을 줄이기 위한 병렬 탐색 방법에 관한 것이다.

코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access; CDMA) 방식은 각 이용자가 서로 다른 확산 부호(Spreading Code)를 가지고 정보를 확산한 후 다수의 이용자가 동일한 주파수 대역을 가지고 통신한다. 그러므로, 수신측에서 정확히 정보를 복원하기 위해서 수신된 신호에 확산 부호를 곱할 때 수신된 신호내의 확산 부호와 수신측에서 발생하는 기준 확산 부호 사이에는 정확한 동기가 이루어져야 한다. 정확한 동기를 위해서는 송신할 때 사용한 확산 부호를 알아야 하며, 수신된 신호와 수신측에서 발생한 확산 부호 사이에 위상차가 0이어야 한다.

송신측과 수신측 확산 부호 사이의 위상차를 없애는 동기 방법은 코드 동기 획득(initial code acquisition) 방법과 코드 추적(code tracking) 방법이 있다. 코드 동기 획득 방법은 구조가 간단하지만 동기 획득 시간이 긴 단점이 있는 직렬 탐색 방법과 동기 획득 시간은 빠르지만 구조가 복잡한 병렬 탐색 방법, 그리고 이들을 혼합한 하이브리드 방법이 있다.

이중 직렬 탐색 방법은 적분 기간이 길거나 탐색 구간이 넓으면 전체 동기 획득 시간이 길어지므로 전체 시스템의 성능에 나쁜 영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명은 직렬 탐색 방법이 갖는 단점인 느린 동기 획득 시간을 빠르게 하기 위해 다수의 상관기(correlator)가 동시에 동작되며, 동기 획득의 정확성을 위해 3가지 모드로 동작되는 병렬 탐색 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마이크로프로세서에서 병렬 탐색 장치의 내부 레지스터를 리셋시키고 초기값을 할당하는 단계와, 상기 병렬 탐색 장치의 할당된 동작 모드의 명령이 초기 동기 획득 모드인지 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드인지를 검사하는 단계와, 상기 병렬 탐색 장치의 할당된 동작 모드의 명령이 초기 동기 획득 모드일 경우 상관 카운터의 값이 적분 구간 값과 일치될 때까지 상관값을 계속하여 계산하는 단계와, 상기 상관 카운터의 값이 적분 구간 값과 일치하면 계산된 상관값을 비교하여 최대 상관값을 갖을때의 인덱스를 찾는 단계와, 다중 경로의 영향을 고려하기위해 안테나 A와 안테나 B에서 계산된 상관 값을 더하여 최대값을 비교하는 단계와, 탐색 카운터와 탐색 구간값이 같은지를 검사하여 같지 않을 경우 코드 위상을 한 칩씩 이동하고 탐색 카운터를 증가시킨 후 상기 상관값을 계산하는 단계로 천이하고, 상기 탐색 카운터 값이 탐색 구간과 같을 경우 선택된 최대 상관값이 초기에 마이크로프로세서에서 할당한 초기 임계값보다 큰지를 검사하는 단계와, 상기 최대 상관값이 초기 임계값보다 적을 경우 초기 레지스터값을 할당하는 단계로 천이하고, 최대 상관값이 초기 임계값보다 클 경우 마이크로프로세서에 최대값과 그때의 인덱스를 전송한 후 종료하는 단계와, 상기 병렬 탐색 장치의 할당된 동작 모드의 명령이 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드일 경우 상관 카운터가 적분 구간 값과 같을 때까지 상관값을 계속하여 계산하는 단계와, 상기 상관 카운터의 값이 적분 구간값과 일치할 경우 계산된 상관값을 마이크로프로세서로 전송하고, 탐색 카운터가 탐색 구간값과 같은지를 검사하는 단계와, 상기 탐색 카운터가 탐색 구간값과 같지 않을 경우 코드 위상을 이동시키고 탐색 카운터를 증가시킨 후 상기 상관값을 계산하는 단계로 천이 하고, 상기 탐색 카운터가 탐색 구간값과 같을 경우 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드의 과정을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 초기 동기 획득 모드의 동작 타이밍도.

도 2는 다중 경로 탐색 모드의 동작 타이밍도.

도 3은 검증 모드의 동작 타이밍도.

도 4는 본 발명에 따른 빠른 코드 동기 획득을 위한 병렬 탐색 방법을 설명하기 위한 흐름도.

본 발명에서 제안하고 있는 병렬 탐색 방법은 빠른 동기 획득을 위해 다수의 상관기(correlator)가 동시에 동작되며,동기 획득의 정확성을 위해 3가지 모드로 동작된다. 첫 번째 모드는 초기 동기 획득 모드로 액세스(access) 채널의 프리앰블로부터 동기를 획득하는 모드이고, 두 번째 다중 경로 탐색(multi-path search) 모드는 초기 동기 획득 모드에서 찾은 왕복 지연(Round Trip Delay: 이하 RTD라 함)로부터 다중 경로를 찾기 위한 모드이며, 세 번째 검증(verification) 모드는 다중 경로 탐색 모드에서 찾은 결과를 최종적으로 검증하기 위한 모드이다. 각 모드별 동작을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

1. 초기 동기 획득 모드(mode I)

도 1은 초기 동기 획득 모드(mode I)의 동작 타이밍도이다. 셀의 직경을 10km로 가정하였을 때 RTD를 계산하면 최대 546 pn 칩(chip)이 계산되므로 하나의 상관기(correlator)가 546 칩에 대해 직렬 탐색을 할 경우(적분 구간은 2,048칩으로 가정)(13) 136.5㎳의 시간(14)이 소요되므로 이를 개선하기 위해 4개의 상관기(correlator)가 동시에 546 칩 구간을 나누어 탐색하는 병렬 탐색 방법을 적용하였다. 이 경우 동기 획득 시간은 최대 34.1㎳가 된다.

액세스(Access) 채널은 짝수 시간(even sec)에 액세스 채널 슬로트(Access Channel Slot: 이하 ACS라 함) 0가 정렬되어 있고, ACS는 20㎳에 정렬되어 있으므로 초기 동기 획득 동작은 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor: 이하 DSP라 함)의 명령에 따라 짝수 시간(even sec)의 하강 에지(falling edge) 또는 20㎳ 클럭에서 스타트(start) 신호(11)를 발생함으로써 시작된다. 스타트(start) 신호가 발생하면 pn 코드를 발생시키고, 이를 이용하여 병렬탐색시 각 상관기(correlator)가 이용할 지연된 pn 코드를 발생시킨다(12). 여기서 다수의 상관기가 하나의 PN 발생기를 공유할 수 있도록 PN 발생기 내부에 pn 코드를 64칩까지 지연시키고, 외부의 선택에 의해 지연된 pn 코드를 출력할 수 있는 구조로 하여 하드웨어 구조를 간단히 할 수 있도록 하였다.

윈도우 사이즈(window size)내의 상관(correlation) 계산이 끝나고 최대값과 그때의 인덱스를 찾게 되면 마이크로 프로세서로 인터럽트 신호(15)를 발생하여 값을 읽어 가도록 한다.

2. 다중 경로 탐색(Multi-path search) 모드

도 2는 다중 경로 탐색 모드(multi-path search mode)의 동작 타이밍도이다. 탐색 모드(search mode)는 모드 I에서의 초기 동기 획득 이후 멀티 패스를 찾기 위한 모드로써, 모드 I에서 획득한 RTD(21)를 기준으로 최대 64칩(22)을 탐색 윈도우 사이즈(searching window size)로 한다. 20㎳의 상승 에지(rising edge)에서 스타트 명령(start command)이 발생되면 모드 I에서 획득한 RTD-32칩이 경과된 후 스타트 명령(23)이 발생되어 RTD-32칩이 지연된 데이터에 대해 상관(correlation)값이 계산된다. RTD-32에서 RTD+32칩의 범위를 4개의 상관기(correlator)가 나누어 탐색하고, 최대 적분 구간(integration depth)이 3,072 pn 칩(6 심볼)(24)이므로 최대 탐색 시간(maximum search time)은 6㎳(25)가 된다. 각 구간마다 계산된 상관(correlation) 값은 동기 획득 블럭의 인터럽트 신호 발생(26) 후 DSP가 읽어가며, 탐색 윈도우 사이즈(searching window size)내의 탐색이 끝나면 멀티 패스(Multi-path)를 찾기 위해 마이크로 프로세서는 계산된 상관값 중에서 상관기(correlator)의 구분없이 8개의 큰 값을 순서대로 선택하여 이 정보를 최종적으로 검증 모드(verification mode)에서 검증한다. 트래픽(Traffic) 채널의 동기 획득 과정은 액세스(access) 채널과 동일하나 트래픽 채널의 동기 획득은 리버스 파일럿 채널 심볼(reverse pilot channel symbol: 이하 PI라 함) 정보만을 이용하여 이루어지므로 최대 6 심볼(4 PI+2 reserve)동안 상관값이 계산되고 다음 mux 그룹내의 PI 정보가 입력될 때까지 상관 계산을 멈추고 대기한다. 따라서 최대 탐색 시간은 1㎳마다 PI 정보를 이용해 4개의 상관기가 1칩에 대한 상관값만 계산하므로 64 칩(탐색 윈도우 사이즈)/4=16㎳(27)가 된다.

3. 검증 모드(verification mode)

도 3은 검증 모드의 동작 타이밍도이다. 검증 모드는 탐색 모드에서 찾은 8개의 값을 8개의 상관기(on time : 4, late time : 4)에 할당하여 RTD 정보를 최종적으로 검증하기 위한 모드이다. 적분 구간은 6심볼, 3,072 pn 칩(31)이 최대이고, 각 상관기는 할당받은 RTD 정보에 대해서만 상관값을 계산하므로 탐색 윈도우 사이즈는 1(32)이 된다. 따라서 최대 상관 시간(maximux correlation time)은 1/8.192MHz × 3,072(적분 구간) × 1(탐색 윈도우 사이즈) = 0.375㎳(33)가 된다.

마이크로 프로세서로부터 RTD값과 스타트 명령이 내려지면 동기 획득 블럭에서는 20㎳의 상승 에지(rising edge)에서 스타트 신호를 발생하고(34) 주어진 RTD 값만큼 지연된 pn 코드를 만들기 위해 스타트 신호 발생 후 동작되는 pn 코드 발생기로 부터의 pn 코드를 지연시킨다. pn 코드 지연이 완료되면 op 스타트 신호를 발생하여(35) 각각의 RTD에 대한 상관 계산이 시작되며, 계산이 끝나면 마이크로 프로세서로 인터럽트 신호를 발생하여(36) 계산 결과를 마이크로 프로세서가 읽어가도록 한다. 마이크로 프로세서는 각각의 계산 결과를 비교하여 4개의 값을 선택하고 그때의 인덱스를 코드 추적(code tracking) 모듈에 할당한다.

도 4는 본 발명에 따른 빠른 초기 동기 획득을 위한 병렬 탐색 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 마이크로프로세서는 병렬 탐색 장치의 내부 레지스터를 리셋(reset)시키고 초기값을 할당한다(401). 이는 PN 발생기를 리셋시키고, PN 시드값, 초기 임계값, 월쉬 코드, 탐색 구간, 적분 구간, 동작 모드등을 할당하는 것이다. 병렬 탐색 장치는 할당된 동작 모드의 명령에 따라(402) 초기 동기 획득 모드 또는 다중 경로 탐색(multi-path search) 모드(검증 모드)로 동작한다.

할당된 동작 모드의 명령이 초기 동기 획득 모드의 경우 상관 카운터가 적분구간 값과 일치될 때까지(404) 상관값을 계속하여 계산한다(403). 상관 카운터의 값이 적분 구간 값과 일치하면 계산된 상관값을 비교하여 최대 상관값을 갖을때의 인덱스를 찾는 알고리즘이 수행된다(405). 이때 다중 경로(multi-path)의 영향을 고려하기 위해 안테나 A와 안테나 B에서 계산된 상관값을 더하여 최대값을 찾게 된다. 이와 같은 과정은 탐색 카운터가 탐색 구간 값과 같을 때까지(406) 반복되며, 탐색 카운터 값이 탐색 구간보다 작을때는 코드 위상을 한 칩씩 이동하고 탐색 카운터를 증가시켜 상관값을 계산하게 된다(407). 탐색 카운터 값이 탐색 구간값과 같을때 선택된 최대 상관값이 초기에 마이크로프로세서에서 할당한 초기 임계값보다 큰지를 검사하여(408) 최대 상관값이 초기 임계값보다 적을 때는 마이크로프로세서에서 변경된 탐색구간 또는 적분구간에 대한 상관값을 계산하도록 초기 레지스터값을 할당하는 단계 (401)로 천이한다. 단계 (408)의 검사 결과 최대 상관값이 초기 임계값보다 클 때에는 마이크로프로세서에 최대값과 그때의 인덱스를 전송하고(409) 초기동기 획득 과정을 종료한다.

단계 (402)의 검사 결과 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드일 경우 상관 카운터가 적분 구간 값과 같을 때까지(411) 상관값을 계속하여 계산한다(410). 상관 카운터의 값이 적분 구간값과 일치하면 계산된 상관값을 마이크로프로세서로 전송한다(412). 이와 같은 과정은 탐색 카운터가 탐색구간 값과 같을 때까지(413) 반복되며, 탐색 카운터 값이 탐색 구간보다 작을때는 코드 위상이 한칩 이동된 상관값을 계산하게 된다(414). 탐색 카운터 값이 탐색 구간값과 같을때 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드의 과정을 종료한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다수의 상관기가 동시에 상관값을 계산하므로 동기 획득 시간이 빠르며, 또한 3단계로 동기 획득 과정이 진행되므로 동기획득 과정에서의 에러 확률을 줄일 수 있다.

Claims (1)

1. 마이크로프로세서에서 병렬 탐색 장치의 내부 레지스터를 리셋시키고 초기값을 할당하는 단계와,

   상기 병렬 탐색 장치의 할당된 동작 모드의 명령이 초기 동기 획득 모드인지 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드인지를 검사하는 단계와,

   상기 병렬 탐색 장치의 할당된 동작 모드의 명령이 초기 동기 획득 모드일 경우 상관 카운터의 값이 적분 구간 값과 일치될 때까지 상관값을 계속하여 계산하는 단계와,

   상기 상관 카운터의 값이 적분 구간 값과 일치하면 계산된 상관값을 비교하여 최대 상관값을 갖을때의 인덱스를 찾는 단계와,

   다중 경로의 영향을 고려하기위해 안테나 A와 안테나 B에서 계산된 상관 값을 더하여 최대값을 비교하는 단계와,

   탐색 카운터와 탐색 구간값이 같은지를 검사하여 같지 않을 경우 코드 위상을 한 칩씩 이동하고 탐색 카운터를 증가시킨 후 상기 상관값을 계산하는 단계로 천이하고, 상기 탐색 카운터 값이 탐색 구간과 같을 경우 선택된 최대 상관값이 초기에 마이크로프로세서에서 할당한 초기 임계값보다 큰지를 검사하는 단계와,

   상기 최대 상관값이 초기 임계값보다 적을 경우 초기 레지스터값을 할당하는 단계로 천이하고, 최대 상관값이 초기 임계값보다 클 경우 마이크로프로세서에 최대값과 그때의 인덱스를 전송한 후 종료하는 단계와,

   상기 병렬 탐색 장치의 할당된 동작 모드의 명령이 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드일 경우 상관 카운터가 적분 구간 값과 같을 때까지 상관값을 계속하여 계산하는 단계와,

   상기 상관 카운터의 값이 적분 구간값과 일치할 경우 계산된 상관값을 마이크로프로세서로 전송하고, 탐색 카운터가 탐색 구간값과 같은지를 검사하는 단계와,

   상기 탐색 카운터가 탐색 구간값과 같지 않을 경우 코드 위상을 이동시키고 탐색 카운터를 증가시킨 후 상기 상관값을 계산하는 단계로 천이 하고, 상기 탐색 카운터가 탐색 구간값과 같을 경우 다중 경로 탐색 모드 또는 검증 모드의 과정을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 빠른 초기 동기 획득을 위한 병렬 탐색 방법.

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