KR100276532B1 - 대역 확산 통신용 레이크 수신기 및 핑거 관리 방법 - Google Patents

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크리스토퍼 피. 라로사
마이클 제이. 카니
크리스토퍼 제이. 벡커
마이클 에이. 에버하르트
콜린 디. 프랭크
필립 디. 라스키
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비센트 비.인그라시아
모토로라 인코포레이티드
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Abstract

레이크 수신기(RAKE receiver)(112)는 복수의 핑거(fingers)(122, 124, 126, 128)를 포함한다. 각각의 핑거는 다경로 신호의 레이(ray)를 복조하기 위한 복조기(402) 및 그 레이의 시간 위치에 따른 핑거의 시간 위치를 제어하기 위한 시간 트래킹 회로(404)를 포함한다. 저 지연 확산 상태(low delay-spread condition)가 검출되며 인접하는 두 핑거들의 위치들이 제어되어, 공통 시간 위치에 대해 둘 이상의 핑거들이 수렴하는 것을 방지한다. 핑거 타이밍 분리값을 유지함으로써, 저 지연 확산 상태 동안에도 레이크 수신기에 의해 경로 다이버시티가 촉진되어 수신기 성능이 향상된다.

Description

대역 확산 통신용 레이크 수신기 및 핑거 관리 방법
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 대역 확산 통신 시스템에서의 레이크 수신기 및 레이크 수신기 핑거 관리 방법에 관한 것이다.
대역 확산 통신 시스템에서, 기지국으로부터 이동국으로의 다운링크 전송은 파일럿 채널과 복수의 트래픽 채널을 포함한다. 파일럿 채널은 모든 유저들에 의해 디코딩된다. 각각의 트래픽 채널은 단일 유저에 의한 디코딩용으로 사용된다. 따라서, 각각의 트래픽 채널은 기지국 및 이동국 양자에 의해 알려진 코드를 사용하여 인코딩된다. 파일럿 채널은 기지국 및 모든 이동국들에 의해 알려진 코드를 사용하여 인코딩된다. 파일럿 및 트래픽 채널을 인코딩하는 것은 시스템에서의 전송 대역을 확산시킨다.
대역 확산 통신 시스템의 일 예는 TIA/EIA(Telecommunications Industry Association/Electronic Industry Association) 가협정 표준 IS-95, "이중 모드 광대역 대역 확산 셀룰러 시스템용 이동국-기지국 호환성 표준" ("IS-95")에 따른 셀룰러 무선 전화 시스템이다. 이 시스템에서의 개개의 유저는 동일 주파수를 사용하지만, 개별적인 확산 코드를 사용함으로써 서로 구별할 수 있다. 다른 대역 확산 시스템은 1,900 ㎒에서 작동하는, 통상 DSC1900이라고 불리는 무선 전화 시스템을 포함한다. 다른 무선 시스템 및 무선 전화 시스템 역시 대역 확산 기술을 사용한다.
IS-95는 DS-CDMA(direct sequence code division multiple access) 통신 시스템의 일 예이다. DS-CDMA 시스템에서, 전송은 의사 잡음(PN: pseudorandom noise) 코드에 의해 확산된다. 데이터는 칩에 의해 확산되며, 여기서 칩은 대역 확산 최소-지속 기간 키잉(keying) 요소이다. 키 시스템 파라미터는 칩 지속 기간 또는 칩 시간이다. IS-95 시스템에서, 칩 클록 속도는 1.2288 Mega-chips/sec이며, 약 0.814 ㎲/chip의 칩 시간과 동일하다.
대역 확산 통신 시스템용 이동국은 통상 레이크 수신기를 사용한다. 레이크 수신기는 무선 주파수(RF: radio frequency) 신호를 독리적으로 수신하는 두 개 또는 그 이상의 수신기 핑거를 포함한다. 각각의 핑거는 채널 이득과 위상을 추정하여 RF 신호를 복조해서 트래픽 심볼을 생성한다. 수신기 핑거의 트래픽 심볼은 심볼 결합기에서 결합되어 수신 신호를 생성한다.
레이크 수신기는 대역 확산 통신 시스템에서 사용되어 다경로 레이들을 결합함으로써 채널 다이버시티를 촉진시킨다. 다경로 레이는 송신기로부터 직접 수신된 사이트 레이 라인(line of sight rays) 및 물체와 지형으로부터 반사된 레이를 포함한다. 수신기에서 수신된 다경로 레이는 시간에 따라 분리된다. 시간 분리값 또는 시간 차분은 통상 수 개의 칩 시간들 정도이다. 개별적인 레이크 핑거 출력들을 결합함으로써, 레이크 수신기는 경로 다이버시티를 얻는다.
일반적으로, 레이크 수신기 핑거들은 가장 강한 세트의 다경로 레이들에 할당된다. 즉, 수신기는 수신 신호 중 국부적인 최대값들에 위치한다. 제1 핑거는 가장 강한 신호를 수신하도록 할당되고, 제2 핑거는 그 다음으로 가장 강한 신호를 수신하도록 할당되는 등이다. 페이딩(fading) 및 그 외의 원인으로 인해, 수신 신호의 강도가 변화됨에 따라, 핑거 할당이 변화된다. 핑거 할당 후, 최대값들의 시간적 위치가 서서히 변화되고, 이들 위치는 각각 할당된 핑거의 시간 트래킹 회로에 의해 트래킹된다. 만일 다경로 레이가 적어도 1 칩 시간 지연에 의해 서로 분리되면, 각각의 경로는 레이크 수신기 시간 트래킹 회로에 의해 개별적으로 분해될 수 있어 다이버시티 이득이 실현된다.
많은 채널 상에서, 다경로 레이는 1 칩 시간보다 훨씬 작은 간격으로 분리된다. 그러나, 현재 시스템은 여러 이유들로 인해 이러한 작은 간격으로 분리된 다경로를 분해 또는 분리하는 능력이 부족하다. 첫째, 만일 인접하여 이격된 두 개의 레이가 존재하는 경우에 다경로 프로필이 단일 국부 최대값만을 산출하고 채널이 스태틱(static)이면, 국부 최대값의 1 칩 시간내에 할당된 핑거들의 시간 트래킹 회로는 이들 핑거들을 국부 최대값의 시간 위치까지 구동할 것이며, 채널 다이버시티의 이점을 잃게 될 것이다. 둘째, 핑거들은 1 칩 또는 그 이상으로 분리되었다고 해도 동일 시간 위치에 트래킹할 수 있다. 만일 하나의 경로는 강한 반면 다른 경로는 딥(deep) 페이딩 상태이면, 페이딩된 경로에 할당된 핑거의 지연 동기 루프는 언페이딩(unfading) 경로의 사이드로브(sidelobe) 에너지를 검출할 것이며 언페이딩 경로의 위치로 트래킹할 것이다. 역시, 핑거들은 시간에 따라 수렴하여 다이버시티 이점을 잃게 된다.
따라서, 다경로 레이가 1 칩 시간 미만으로 확산되는 경우에 경로 다이버시티의 이점을 실현할 수 있는 개선된 레이크 수신기 및 핑거 관리 방법이 필요하다.
도 1은 대역 확산(spread spectrum) 통신 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간 트래킹 회로의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 레이크 수신기에서의 핑거 할당 관리 방법을 예시한 흐름도.
도 4는 도 1의 무선 전화에 사용하는 레이크 수신기 핑거의 블록도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시간 트래킹 회로의 블록도.
도 6은 레이크 수신기용 충돌 예방 회로의 블록도.
도 7은 도 6의 충돌 예방 회로의 동작을 예시한 타이밍도.
도 8은 본 발명에 따른 레이크 수신기에서의 핑거 할당 관리 방법을 예시한 흐름도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
200 : 시간 트래킹 회로
202 : 제1 매그니튜드(magnitude) 회로
204 : 제2 매그니튜드 회로
206 : 누산기
208 : 오버플로 검출기
210 : 타이밍 조정 회로
216, 218 : 입력
신규하다고 여겨지는 본 발명의 특징은 첨부된 청구 범위에 구체적으로 기재되어 있다. 본 발명의 여러 목적 및 이점들과 함께, 본 발명은 첨부 도면을 참조로 한 다음의 설명에 의해 최상으로 이해될 수 있을 것이며, 도면에서 동일 요소들에는 동일한 참조 부호를 부여하고 있다.
다음으로, 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 무선 전화(104)와 같은 하나 또는 그 이상의 이동국과 무선 통신하도록 구성된 기지국(102)와 같은 복수의 기지국을 포함한다. 무선 전화(104)는 DS-CDMA 신호를 송수신하도록 구성되어 기지국(102)을 비롯하여 복수의 기지국과 통신한다. 예시한 실시예에서, 통신 시스템(100)은 TIA/EIA 가협정 표준 IS-95, "이중 모드 광대역 대역 확산 셀룰러 시스템용 이동국-기지국 호환성 표준"에 따라 동작하며, 800 ㎒에서 작동한다. 또 다른 방식으로서, 통신 시스템(100)은 1,800 ㎒에서 PCS(Personal Communication Systems)를 포함하는 DS-CDMA 시스템에 따라 작동할 수 있으며, 또는 기타 적당한 대역 확산 또는 DS-CDMA 시스템으로 작동할 수 있다.
기지국(102)은 대역 확산 신호를 무선 전화(104)에 전송한다. 트래픽 채널 상의 심볼들은 왈시 커버링(Walsh covering)으로서 알려진 처리에서 왈시 코드를 사용하여 확산된다. 무선 전화(104)와 같은 각각의 이동국은 기지국(102)에 의해 독특한 왈시 코드를 할당받아, 각각의 이동국에 대한 트래픽 채널 전송이 다른 모든 이동국에 대한 트래픽 채널 전송과 직교하게 한다.
기지국(102)은 트래픽 채널과 더불어 파일럿 채널, 동기화 채널 및 페이징 채널을 제공한다. 파일럿 채널은 모두 제로로 이루어지는 왈시 코드 0에 의해 커버되는 올 제로 시퀀스(all-zero sequence)를 사용하여 형성된다. 파일럿 채널은 통상 소정 범위 내의 모든 이동국에 의해 수신되며, CDMA 시스템의 존재 식별, 초기 시스템 획득, 유휴 모드 핸드오프, 기지국과 통신 및 간섭하는 초기 및 지연 레이의 식별, 및 동기화, 페이징 및 트래픽 채널의 코히어런트 복조용으로 무선 전화(104)에 의해 사용된다. 동기화 채널은 이동국 타이밍을 기지국 타이밍에 동기화시키기 위해 사용된다. 페이징 채널은 기지국(102)으로부터 무선 전화(104)를 비롯한 이동국에 페이징 정보를 보내기 위해 사용된다.
왈시 커버링과 더불어, 기지국에 의해 전송된 모든 채널은 파일럿 시퀀스라고도 일컬어지는 PN 시퀀스(pseudorandom noise sequence)를 사용하여 확산된다. 기지국(102) 및 통신 시스템(100)의 모든 기지국들은 파일럿 채널 시퀀스에 대해 개시 시간 또는 위상 시프트라고도 일컬어지는 독특한 개시 위상을 사용함으로써 독특하게 식별된다. 이 시퀀스는 215칩 길이이며, 1.2288 Mega-chips/sec의 칩 속도로 생성되어 매 26-2/3 ㎳를 반복한다. 이러한 쇼트(short) 확산 코드를 사용하여, 무선 전화(104)의 타이밍은 기지국(102) 및 나머지 통신 시스템(100)의 타이밍과 동기화된다.
무선 전화(104)는 안테나(106), 아날로그 프런트 엔드(108), 수신로 및 송신로를 포함한다. 수신로는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(110), 레이크 수신기(112), 탐색기 엔진(searcher engine)(114), 및 제어기(116)를 포함한다. 송신로는 송신로 회로(118) 및 디지털 아날로그 변환기(120)를 포함한다.
안테나(106)는 기지국(102) 및 인접하는 다른 기지국들로부터 RF 신호를 수신한다. 수신된 RF 신호들 중 일부는 기지국에 의해 직접 송신된 사이트 레이 라인이다. 수신된 다른 RF 신호들은 반사된, 즉 다경로 신호이며, 직접 전송된 레이에 대해 시간적으로 지연된다. 다경로 신호는 제1 레이 타이밍을 갖는 제1 레이 및 제2 레이 타이밍을 갖는 제2 레이를 적어도 포함한다. 제1 레이 타이밍 및 제2 레이 타이밍은 시간의 함수로서 변동하며, 이러한 변동은 레이크 수신기(112)에 의해 트래킹된다.
수신된 RF 신호는 안테나(106)에 의해 전기적 신호로 변환되어 아날로그 프런트 엔드(108)에 제공된다. 아날로그 프런트 엔드(108)는 신호들을 필터링하여 기저 대역 신호로 변환시킨다. 아날로그 기저 대역 신호는 ADC(110)에 제공되며, ADC(110)는 그 신호들을 다른 처리를 위한 디지털 데이터열로 변환시킨다.
레이크 수신기(112)는 수신기 핑거(122), 수신기 핑거(124), 수신기 핑거(126) 및 수신기 핑거(128)를 비롯하여 복수의 수신기 핑거들을 포함한다. 예시한 실시예에서, 레이크 수신기(112)는 네 개의 수신기 핑거를 포함한다. 그러나, 수신기 핑거의 수는 적절히 조절할 수 있다. 각각의 수신기 핑거는 다경로 신호의 하나의 레이를 수신하도록 할당가능한 수신기 회로를 형성한다. 수신기 핑거들은 여기서는 핑거 타이밍이라고 일컬어지는 핑거들의 시간 위치를 제어하기 위한 시간 트래킹 회로를 포함한다. 이하, 수신기 핑거의 구조 및 작동을 보다 상세히 설명한다.
제어기(116)는 클록(134)을 포함한다. 클록(134)은 무선 전화(104)의 타이밍을 제어한다. 예를 들면, 클록은 칩 속도 1.2288 Mega-chips/sec의 8 배의 속도로 chipx8 클록 신호를 발생시킨다. 제어기(116)는 무선 전화(104)의 다른 요소들에 결합된다. 이러한 상호 연결은 도면을 지나치게 복잡하게 하지 않기 위해 도 1에는 도시하지 않는다.
탐색기 엔진(114)은 기지국(102)을 포함하는 복수의 기지국들로부터 무선 전화(104)에 의해 수신된 파일럿 신호를 검출한다. 탐색기 엔진(114)은 국부 기준 타이밍을 사용하여 무선 전화(104)에 발생된 PN 코드로 상관기를 사용하여 파일럿 신호를 디스프레드(despread)한다. 다음에 보다 상세히 설명하겠지만, 탐색기 엔진(114)은 무선 전화(104)에서 수신된 다경로 레이의 다경로 프로필을 알아낸다. 다경로 프로필을 사용하여, 탐색기 엔진(114)은 레이크 수신기의 하나 또는 그 이상의 핑거를 다경로 레이에 할당한다. 예를 들어, 탐색기 엔진(114)은 제1 핑거(122)를 가장 강한 수신 신호 강도를 갖는 레이에 할당하고, 제2 핑거(124)를 두 번째로 강한 수신 신호 강도를 갖는 레이에 할당하는 등을 모든 핑거들이 할당될 때 까지 행한다. 수신 신호 강도 이외의 다른 기준을 사용할 수도 있다. 이에 의해, 탐색기 엔진은, 다경로 신호의 제1 레이를 수신하도록 제1 핑거(122)와 같은 제1 수신기 회로를 할당하고, 다경로 신호의 제2 레이를 수신하도록 제2 핑거(124)와 같은 제2 수신기 회로를 할당하는 제어 회로로서 작동한다. 탐색기 엔진이 레이크 수신기 핑거를 할당한 후, 핑거는 할당된 레이의 타이밍 드리프트(timing drift)를 독립적으로 트래킹한다.
일 실시예에서, 본 발명은 레이크 수신기에서의 핑거 할당 관리 방법을 제공한다. 이 방법은, 레이크 수신기의 제1 핑거에서, 제1 신호를 수신하는 단계와 제1 신호의 타이밍 변동에 따라 제1 핑거 타이밍을 변동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은, 레이크 수신기의 제2 핑거에서, 제2 신호를 수신하는 단계와 제2 신호의 타이밍 변동에 따라 제2 핑거 타이밍을 변동시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 제1 핑거 타이밍과 제2 핑거 타이밍간의 최소 시간 분리값을 판정하는 단계와, 적어도 그 시간 분리값을 유지하는 단계를 더 포함한다. 탐색기 엔진은 다경로 신호의 저 지연 확산 상태를 검출하고 제어 신호를 하나 또는 그 이상의 시간 트래킹 회로에 제공하여 공통 시간 위치에 대해 둘 이상의 핑거들이 수렴하는 것을 방지한다.
제2 실시예에서, 레이크 수신기에서의 핑거 관리 방법은 복수의 신호를 레이크 수신기에서 수신하는 단계, 레이크 수신기의 각각의 핑거를 하나의 신호에 할당하는 단계, 복수의 신호의 저 지연 확산 상태를 검출하는 단계, 및 그에 응답하여, 하나 또는 그 이상의 핑거를 제어하여 공통 시간 위치에서 두 개의 핑거가 수렴하는 것을 방지하는 단계를 포함한다. 예시한 실시예에서, 레이크 수신기 내의 충돌 예방 회로는 다경로 신호의 저 지연 확산 상태를 검출하며 제어 신호를 하나 또는 그 이상의 시간 트래킹 회로에 제공하여 공통 시간 위치에 대해 둘 이상의 핑거들이 수렴하는 것을 방지한다. 저 지연 확산 상태는 소정의 임계값보다 작은 시간 간격으로 분리된 둘 이상의 레이크 수신기 핑거의 타이밍에 대응한다. 예시한 실시예에서, 소정의 임계값은 1 칩 시간이다. 그러나, 다른 임계값을 사용해도 좋다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간 트래킹 회로(200)의 블록도이다. 시간 트래킹 회로(200)는 제1 매그니튜드 회로(202), 제2 매그니튜드 회로(204), 누산기(206), 오버플로 검출기(208) 및 타이밍 조정 회로(210)를 포함한다. 시간 트래킹 회로를 사용하여, 제1 핑거 타이밍과 제2 핑거 타이밍의 트래킹을 연합하여 제어함으로써 제1 수신기 핑거와 제2 수신기 핑거간의 시간 분리값을 유지한다.
제1 매그니튜드 회로(202)는 제1 핑거로부터 파일럿 신호 샘플을 수신하도록 구성된 입력(216)을 가진다. 제2 매그니튜드 회로(204)도 마찬가지로 제2 핑거로부터 파일럿 신호 샘플을 수신하도록 구성된 입력(218)을 가진다. 시간 트래킹 회로(200)는 모든 핑거들간에 시분할되는 것이 바람직하며, 적당한 파일럿 신호 샘플을 제1 매그니튜드 회로(202)와 제2 매그니튜드 회로(204)에 결합하기 위하여 제어 논리를 필요로 한다. 또 다른 방식으로서, 시간 트래킹 회로(200)의 필요 회로는 레이크 수신기의 핑거들에 대한 적당한 연결을 반복하여, 각각의 가능성있는 핑거 결합이 이루어지게 한다.
제1 매그니튜드 회로(202)는 제1 핑거로부터 수신된 파일럿 신호 샘플의 진폭을 판정하고, 제2 매그니튜드 회로(204)는 제2 핑거로부터 수신된 파일럿 신호 샘플의 진폭을 판정한다. 각각의 진폭은 누산기(206)에 제공되며, 제2 핑거 파일럿 신호 샘플의 진폭은 제1 핑거 파일럿 신호 샘플의 진폭으로부터 감산된다. 오버플로 검출기(208)는 누산기(206)에 의해 생성된 차분의 오버플로 상태를 검출한다. 오버플로 상태가 발생하면, 오버플로 검출기(208)는 리셋 신호를 누산기(206)에 보내고, 타이밍 조정 회로(210)에 오버플로 표시를 제공한다. 오퍼플로 표시에 응답하여, 타이밍 조정 회로(210)는 제1 핑거와 제2 핑거의 시간 위치를 조정하여 이들 핑거의 시간 분리값을 임계값과 적어도 동일하게 유지한다.
예를 들어, 예시한 실시예에서, 시간 분리값을 임계값과 적어도 동일하게 유지하는 단계는 제1 핑거 타이밍과 제2 핑거 타이밍의 트래킹을 연합하여 제어하는 단계를 포함한다. 이것은 여러 방법으로 달성할 수 있다. 일 예에서, 두 핑거는 조기 또는 늦은(early-late) 시간 트래킹 루프, 타이밍 조정 회로(210)를 공유한다. 조기 시간 신호는 하나의 핑거에 대한 디스프레드 파일럿이며, 늦은 시간 신호는 다른 핑거에 대한 디스프레드 파일럿이다. 이러한 방식의 조기 또는 늦은 시간 트래킹 루프를 사용함으로써, 두 핑거는 각각의 타이밍 변화와 함께 (시간적으로) 이동할 것이다. 제2 예에서, 탐색기 엔진은 제어 신호를 제1 핑거의 제1 트래킹 회로 및 제2 핑거의 제2 트래킹 회로에 제공하여, 제1 신호 트래킹 회로가 제1 레이의 시간 위치를 트래킹하는 동안, 제2 시간 트래킹 회로를 제1 시간 트래킹 회로로부터 소정의 고정된 시간 차분으로 유지한다.
이에 의해, 이 제1 실시예에서, 탐색기 엔진에 의해 판정된 다경로 프로필은, 다경로가 예를 들어 1/4 칩 내지 1 칩의 범위에 걸쳐 확산되는지의 여부를 검출하도록 사용된다. 다경로 프로필은 쇼트 코드 PN 시퀀스의 1/2 칩 증분에서 Ec/Io(공칭 간섭율에 대한 칩 에너지)를 포함한다. 만일 단일 다경로 레이가 수신되면, 그 레이의 위치에 대응하는 에너지 프로필의 국부 최대값이 있을 것이다. 다경로 프로필의 에너지 측정값은 최대값 에너지로부터 +1 칩 및 -1 칩만큼 멀어질 때 현저히 떨어질 것이다. 이것은 단일 경로를 의미하며, 하나의 핑거만이 그 경로에 할당될 것이다. 그러나, 만일 국부 최대값 에너지로부터 +1 칩 또는 -1 칩만큼 떨어질 때 큰 에너지가 측정되면, 두 핑거들은 핑거들간의 고정된 분리값 (예를 들어, 3/4 칩)을 갖는 범위에 할당된다.
일단 두 개의 핑거들이 다경로 범위에 할당되면, 두 핑거들의 시간 트래킹 회로가 함께 구속되어, 양 핑거들은 함께 트래킹하게 되어 고정된 분리값을 유지한다. 본 발명에 따르면, 시간 트래킹 작동에 제어 기능이 부가되어 두 개의 핑거들이 공통 시간 위치에 대해 함께 드리프팅하거나 수렴하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이크 수신기의 핑거 할당 관리 방법을 예시한 단면도이다. 이 방법은 단계 302에서 시작한다. 단계 304에서, 레이크 수신기는 트래픽 채널과 파일럿 채널을 수신하여 복조한다. 이들 신호는 통상적으로 하나 또는 그 이상의 다경로 성분 또는 레이를 포함한다. 단계 306에서, 수신 신호에 대한 다경로 프로필은, 예를 들어 레이크 수신기와 연관된 탐색기 엔진에 의해 판정된다. 다경로 프로필에 응답하여, 레이크 수신기의 핑거들은 하나 또는 그 이상의 다경로 레이에 할당된다. 단계 308, 단계 310 및 단계 312에서, 할당된 핑거들은 각각의 레이의 타이밍을 트래킹한다.
단계 314에서, 하나의 레이가 다른 레이로부터 시간적으로 1 칩 시간과 같은 소정의 임계값 미만으로 분리되는지를 판정한다. 만일 그렇지 않은 경우, 저 지연 확산 상태가 존재하지 않으면 제어는 단계 308, 단계 310 및 단계 312로 복귀한다. 만일 저 지연 확산 상태가 존재하면, 제어는 단계 316으로 진행하고, 3/4 칩 시간과 같은 고정된 분리 시간이 선택되어 핑거들을 분리한다. 단계 316에서, 두 개의 핑거들은 연합하여 트래킹하기 시작한다. 연합 트래킹은, 제2 핑거의 시간 위치를 제1 핑거의 시간 위치에 맞추는 방법, 또는 그 외의 적합한 방법에 의해, 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 탐색기 엔진의 단일 시간 트래킹 루프를 사용하여 달성될 수 있다.
단계 318에서, 두 개의 핑거들이 여전히 1 칩 시간과 같은 소정의 임계값 내에 있는지를 판정한다. 만일 그렇지 않으면, 연합 트래킹은 더 이상 필요하지 않으면 단계 320에서 독립적인 트래킹을 재개한다. 만일 두 개의 핑거들이 여전히 소정의 임계값 내에 있으면, 단계 322에서, 두 개의 핑거들이 1/4 칩 시간과 같은 최소 임계값보다 작게 분리되는지를 판정한다. 만일 그렇다면, 다경로는 두 개의 핑거들의 할당을 정당화할만큼 충분히 확산되지 않을 수 있으며, 단계 324에서, 제2 핑거는 디어사인(de-assign)된다. 만일 두 개의 핑거들이 여전히 최소 임계값보다 크게 분리되면, 제어는 단계 316으로 복귀하고 핑거들은 연합 트래킹을 계속한다.
이에 의해, 제1 실시예에 따르면, 탐색기 엔진은 레이 위치를 검출하고 핑거 타이밍을 제어하여, 경로 다이버시티의 이점을 누릴 수 있도록, 핑거들의 시간 분리값을 유지한다. 시간 트래킹 루프는 레이크 수신기의 둘 또는 그 이상의 핑거들을 연합하여 제어해서 저 지연 확산 채널 상의 성능을 개선시킨다. 저 지연 확산 성태가 더 이상 존재하지 않으면, 핑거들은 독립적인 트래킹으로 복귀된다.
제2 실시예에 따르면, 충돌 예방 회로는 할당된 핑거들이 최소 시간 분리값을 유지하게 한다. 다음으로, 이러한 제2 실시예의 구조 및 작동을 설명한다.
도 4는 도 1의 레이크 수신기(112)에 사용하는 수신기 핑거(400)의 블록도이다. 수신기 핑거(400)는 레이크 수신기(112)의 복수의 핑거들 중 하나의 핑거이다. 수신기 핑거(400)를 포함하는 각각의 핑거는 다경로 신호의 하나의 레이를 수신한다. 수신기 핑거(400)는 탐색기 엔진(114)에 의해 그 레이에 할당된다 (도 1). 수신기 핑거(400)는, 일반적으로, 다경로 신호의 레이 (이 레이는 시간 위치를 가짐)를 복조하기 위한 복조기(402) 및 그 레이의 시간 위치에 따라 수신기 핑거(400)의 시간 위치를 제어하기 위한 시간 트래킹 회로(404)를 포함한다.
복조기(402)는 ADC(110)로부터 입력 신호를 수신한다 (도 1). 이 입력 신호는 IS-95의 1.2288 Mega-chips/sec와 같은 시스템 칩 속도의 칩 열(stream of chips)의 형태이다. 복조기(402)는 입력 신호를 디스프레드하여 파일럿 신호와 채널 심볼을 추출한다. 채널 심볼은 처리를 위하여 제어기(116)에 제공된다. 복조기(402)는 채널 이득 및 채널 위상과 같은 채널에 대한 정보를 탐색기 엔진(114)에 제공한다 (도 1).
시간 트래킹 회로(404)는 수신기 핑거(400)에 할당된 다경로 레이의 타이밍 변동을 트래킹하며, 그에 따라 수신기 핑거(400)의 시간 위치를 제어한다. 일 실시예에서, 시간 트래킹 회로(404)는 시간 트래킹 에러를 검출하여 정정 신호를 발생시키기 위한 지연 동기 루프(delay-locked loop)를 포함한다. 핑거 타이밍은 칩 시간들 및 그의 분수량(fractions)의 증분의 시스템 시간에 참조된다. 정정 신호는 복조기에 제공되어 복조기의 시간 위치를 변화시킨다. 할당된 다경로 레이의 시간 위치는 기지국(102)과 무선 전화(104)간의 경로의 길이 변화의 결과 (예를 들어 무선 전화(104)가 이동하는 경우) 또는 다른 이유로 인해 변화될 수 있다 (도 1). 무선 전화(104)의 타이밍이 시스템 타이밍과 동기화되므로, 다경로 레이의 시간 위치와 핑거 시간 위치간의 대단히 작은 변동량이 검출되어 시간 트래킹 회로(404)에 의해 보정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시간 트래킹 회로(500)의 블록도를 도시한다. 시간 트래킹 회로(500)는 각각의 레이크 수신기 핑거와 함께 포함될 수도 있고, 시간 트래킹 회로(500)와 같은 단일 시간 트래킹 회로가, 각각의 수신기 핑거에 대해 적절히 연결됨으로써, 레이크 수신기에 대해 제공될 수도 있다. 시간 트래킹 회로(500)는 클록 트래킹 에러 검출기(502), 충돌 예방 회로(504) 및 핑거 타이밍 조절 회로(506)를 포함한다.
레이크 수신기와 관련하여, 탐색기 엔진은 다경로 프로필을 측정하여 핑거들을 최대값들에 할당한다. 각각의 핑거는 비교 시간 표시기와 연관된 위치를 가진다. 각각의 위치 증분은 칩 클록의 주기의 분수량을 나타내며, 이것은 IS-95 시스템에서 1.2288 ㎒이다. 예시한 실시예에서, 1/8 칩의 분수량이 사용되며, 그 이외의 적합한 분수량도 사용할 수 있다. 두 핑거들의 시간 위치를 비교함으로써, 두 도달 레이들의 지연 또는 시간 분리값을 알게 된다.
클록 트래킹 에러 검출기(502)는 하나 또는 그 이상의 레이크 수신기 핑거들의 현재 시간 위치의 에러들을 검출하여 정정 신호를 발생시킨다. 클록 트래킹 에러 검출기(502)는, 예를 들어 핑거에서 수신된 다경로 레이의 타이밍과 현재 시간 위치를 비교하여 정정 신호로서 조기 조정 신호 또는 늦은 조정 신호를 생성하는 지연 동기 루프를 포함한다. 정정 신호는, 하나 또는 그 이상의 핑거들에 공급될 때, 핑거 타이밍을 변화시켜 핑거 타이밍을 다경로 레이의 실제 타이밍과 보다 가까이 정렬하기에 충분하다. 이에 의해, 클록 트래킹 에러 검출기(502)는 조정된 핑거 위치를 판정하여, 제안된 정정값을 충돌 예방 회로(504)에 제공한다.
충돌 예방 회로(504)는 정정 신호를 수신하여, 제안된 정정값과 시간 분리 임계값을 비교한다. 충돌 예방 회로(504)는 조정된 핑거 위치와 제2 핑거 시간 위치간의 시간 차분을 판정한다. 만일 제안된 정정값이 시간 분리 임계값을 침해하면, 충돌 예방 회로는 제안된 정정값을 허가하지 않는다. 이러한 경우는, 제안된 정정값이 레이크 수신기 핑거들로 하여금 공통 시간 위치에 대해 함께 몰입하게 하여 경로 다이버시티의 이점을 잃게 하는 경우에 발생한다. 이에 의해, 충돌 예방 회로(504)는 제1 핑거와 같은 제1 수신기 회로의 시간 위치와 제2 핑거와 같은 제2 수신기 회로의 시간 위치가 공통 시간 위치에 수렴하는 것을 방지한다. 만일 침해가 일어나지 않으면, 충돌 예방 회로(504)는 제안된 정정값을 허가한다.
허가된 정정값은 핑거 타이밍 조정 회로(506)에 전달된다. 허가된 정정값에 응답하여, 핑거 타이밍 조정 회로(506)는 정정 신호를 적절한 핑거(들)에 전달하여 핑거의 타이밍을 조정한다. 이러한 방식으로, 최소 지정 시간 분리값을 유지하면서, 핑거의 타이밍은 수신된 레이의 타이밍과 정렬된다.
도 7은 도 5의 충돌 예방 회로의 동작을 예시한 타이밍도(700)이다. 도 7은 탐색기 엔진에 의한 다경로 레이에 대한 네 개의 복조 레이크 수신기 핑거들의 가능성있는 할당을 도시한다. 도 7에서, 비교 시간은 1/8 칩 시간 단위로 표현되는 수평축 상에 도시된다. 이러한 시나리오에서, 모든 핑거들은 충돌 예방 회로에 의해 1 칩의 최소 시간 분리 임계값을 유지하도록 강요된다. 이것은 조기 또는 늦은 타이밍 조정을 행하기 위한 클록 트래킹 회로의 능력을 제한한다. 조기 타이밍 조정은 좌측으로 이동하는 것, 즉 핑거 위치를 1씩 감소시키는 것에 해당한다. 늦은 타이밍 조정은 우측으로 이동하는 것, 즉 핑거 위치를 1씩 증가시키는 것에 해당한다.
도 7에 예시한 바와 같이, 제1 핑거(702), 제2 핑거(704) 및 제3 핑거(706)만이 1 칩 시간에 의해 분리되는 반면, 제4 핑거(708)는 1.5 칩의 분리값에서 제3 핑거(706)의 가장 가까운 이웃을 갖는다. 이 경우, 모든 핑거들에 대한 1 칩의 시간 분리 임계값으로, 충돌 예방 회로는 클록 트래킹 루프를 허가하여 다음의 조정을 행할 것이다. 제1 핑거(702)는 조기 조정만을 행할 수 있다. 제2 핑거(704)는 조정을 행할 수 없다. 제3 핑거(706)는 늦은 조정만을 행할 수 있다. 제4 핑거(708)는 조기 또는 늦은 조정을 행할 수 있다.
만일 도 7의 가정들 중 일부가 변화되면 이러한 시나리오는 변화된다. 만일 모든 칩에 대한 시간 분리 임계값이 변화되면, 조정을 행하기 위한 핑거들의 능력은 변화될 수 있다. 마찬가지로, 만일 시간 분리 임계값이 개개의 핑거들에 대해 상이한 값으로 지정되면, 조정을 행하기 위한 핑거들의 능력이 변화될 수 있다. 이들 임계값들은 현재 채널 상태를 조정하여 레이크 수신기의 경로 다이버시티의 이점을 최대화하도록 개별적으로 변화될 수 있다.
도 6은 레이크 수신기용 충돌 예방 회로(600)의 블록도이다. 충돌 예방 회로(600)는 도 5의 시간 트래킹 회로에 사용될 수 있다. 충돌 예방 회로(600)는 멀티플렉서(602), 멀티플렉서(604), 서머(summer)(606), 매그니튜드 회로(608), 비교기(610), 비교기(612), AND 게이트(614), AND 게이트(616) 및 인버터(618)를 포함한다.
도 5의 시간 트래킹 회로(500)에 대해 다시 살펴보면, 만일 클록 트래킹 에러 검출기(502)가 타이밍 조정을 행할 것을 원하면, 제안된 정정값은 먼저 충돌 예방 회로(504)에 의해 처리되어야 한다. 충돌 예방 회로에 의해 처리되는 핑거는 현재 핑거라고 일컬어진다. 현재 핑거의 타이밍이 조정될 수 있기 전에, 조정값이 핑거 시간 분리 임계값을 침해하는지를 살펴보기 위해 조정값이 조사되어야 한다. 이것은, 현재 핑거의 위치와 비현재 핑거 위치의 차분의 크기를 비교하여, 그 차분이 임계값보다 작은지를 판단함으로써 조사된다. 만일 그 차분이 임계값보다 크면, 늦은 또는 조기 타이밍 조정이 허가된다. 만일 그 차분이 임계값 이하이면, 그 차분의 부호가 조사되어야 한다. 만일 차분이 음수이면, 조기 타이밍 조정이 허가되지 않는다. 만일 차분이 양수이면, 늦은 타이밍 조정이 허가되지 않는다.
멀티플렉서(602) 및 멀티플렉서(604) 각각은 핑거들의 수에 대응하는 다수의 입력을 가진다. 예시한 실시예에서, 각각의 멀티플렉서는 네 개의 입력을 구비하여 각각의 핑거에 대한 핑거 위치를 수신한다. 도 6에서, 입력들은 핑거 위치 0, 핑거 위치 1, 핑거 위치 2 및 핑거 위치 3으로 명명된다. 멀티플렉서(602)는 현재 핑거 제어 신호를 수신하는 제어 입력(620)을 가진다. 마찬가지로, 멀티플렉서(604)는 비현재 핑거 제어 신호를 수신하는 제어 입력(622)을 가진다. 이들 제어 신호에 응답하여, 충돌 예방 회로(600)는 레이크 수신기의 각각의 핑거들의 시간 위치를 비교한다. 멀티플렉서(602)는 현재 핑거 위치를 제공하며, 멀티플렉서(604)는 비현재 핑거 위치를 제공한다. 비현재 핑거 제어 신호를 변화시킴으로써, 충돌 예방 회로(600)는 나머지 핑거들로 전진할 수 있으며 현재 핑거 위치와 각각의 다른 핑거 위치를 순차적으로 비교한다.
서머(606)는 현재 핑거 위치와 비현재 핑거 위치를 수신하여 두 비교 위치들을 감산한다. 서머 출력 신호는 두 핑거들간의 거리를 나타낸다. 서머 출력 신호는 현재 핑거 위치와 다른 핑거 위치간의 차분의 크기를 판정하는 매그니튜드 회로(608)에 전달된다. 차분의 크기는 비교기(610)의 입력(630)에 전달된다. 비교기(610)는 현재 핑거에 대한 시간 분리 임계값을 수신하는 입력(632)을 가진다.
비교기(610)는 차분 크기와 시간 분리 임계값을 비교하여 비 조정 신호를 발생시킨다. 비교기(610)는 핑거 위치들간의 차분의 크기가 임계값 이상인지를 판정한다. 만일 차분이 임계값보다 크면, 늦은 또는 조기 타이밍 조정이 허가되며, 비 조정 신호는 논리값 0을 가질 것이다. 만일 차분이 임계값 이하이면, 비 조정 신호는 논리값 1을 가질 것이다. 비 조정 신호는 AND 게이트(614)와 AND 게이트(616)을 포함하는 제어 논리에 전달된다.
서머 출력 신호는 서머(606)로부터 비교기(612)에도 전달된다. 예를 들어 차분과 0을 비교함으로써, 비교기(612)는 현재 핑거와 비현재 핑거 위치들간의 차분의 부호를 판정한다. 만일 차분이 0 미만이면, 비교기(612)에 의해 생성된 부호 신호는 논리값 1을 가진다. 이에 응답하여, AND 게이트(614)는 현재 핑거 위치의 조기 타이밍 조정을 금지하는 비 조기 조정 신호를 생성한다. 만일 차분이 0보다 크면, 비교기(612)에 의해 생성된 부호 신호는 논리값 0을 가진다. 이 값은 인버터(618)에 의해 반전될 것이며, AND 게이트(616)는, 만일 비 조정 및 이네이블 (enable) 신호가 모두 논리적으로 참이면, 현재 핑거 위치의 늦은 타이밍 조정을 금지하는 비 늦은 조정 신호를 제공할 것이다.
또한, 예시한 실시예에서, AND 게이트(614) 및 AND 게이트(616) 각각은 이네이블 입력을 포함한다. 이네이블 입력은 충돌 예방 회로(600)로 하여금 선택적으로 디스에이블(disable)되게 한다. 통상, 이 회로는 특별한 경우를 제외하고 이네이블된다. 첫 번째 경우는, 탐색기 엔진의 제어하에 핑거가 임의의 시간 위치로부터 다른 시간 위치로 슬루(slew)되고 있을 때이다. 두 번째 경우는, 핑거의 위치가 디스에이블되는 다른 핑거와 비교되고 있을 때이다. 세 번째 경우는, 핑거의 위치가 클록 리커버리(clock recovery)가 유지되고 있는 핑거와 비교되고 있을 때이다.
도 6에 예시한 충돌 예방 회로(600)의 시분할 이행은 각각의 핑거에 대한 비 조기 조정 신호와 비 늦은 조정 신호를 저장하기 위한 메모리와 같은 기억 장치를 포함할 수도 있다. 기억 장치는 개개의 비 조기 조정값 및 비 늦은 조정값을 각각의 핑거들에 제공하도록 추후에 어드레스된다.
또 다른 이행 방법으로서, 충돌 예방 회로(600)는 각각의 가능한 핑거 조합에 대한 개별적인 멀티플렉서와 부호 및 크기 비교기 블록을 포함한다. 이러한 이행 방법에 의하면, 모든 핑거 조합들이 동시에 처리되게 함으로써, 보다 빠른 동작을 제공한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이크 수신기의 핑거 할당 관리 방법을 예시한 흐름도이다. 이 방법은 단계 802에서 시작한다.
단계 804에서, 레이크 수신기는 트래픽 채널과 파일럿 채널을 수신하고 복조한다. 이들 신호는, 통상, 하나 또는 그 이상의 다경로 성분 또는 레이를 포함한다. 단계 806에서, 예를 들어 레이크 수신기와 연관된 탐색기 엔진에 의해, 수신 신호에 대한 다경로 프로필이 판정된다. 단계 808에서, 다경로 프로필에 응답하여, 레이크 수신기의 핑거들은 하나 또는 그 이상의 다경로 레이들에 할당된다. 단계 810, 단계 812 및 단계 814에서, 할당된 핑거들은 각각의 레이들의 타이밍을 트래킹한다.
단계 816에서, 레이크 수신기의 임의의 핑거들에 타이밍 조정이 필요한지를 판정한다. 만일 그렇지 않으면, 핑거들이 레이들을 계속 트래킹하도록, 제어가 단계 810, 단계 812 및 단계 814로 복귀한다. 만일 타이밍 조정이 필요하면, 제어는 단계 818로 진행한다. 단계 818에서, 조정된 핑거 위치가 판정된다. 조정된 핑거 위치는, 현재 핑거의 타이밍이 수신된 다경로 레이의 타이밍의 변동을 트래킹하도록 조정되어야 하는 시간 위치이다. 조정된 핑거 위치는, 도 8에서 핑거 x로 지정된 다른 핑거 위치와 비교된다. 만일 두 핑거 위치들간의 차분이 임계값 미만이면, 단계 820에서 그 차분이 음수인지를 판정한다. 만일 그렇다면, 단계 822에서, 조기 조정이 허가되지 않는다. 만일 그렇지 않다면, 늦은 조정이 허가되지 않는다. 만일, 단계 818에서, 두 핑거 위치들간의 차분이 임계값 이상이면, 단계 830에서 조기 또는 늦은 조정이 허가된다.
단계 834에서, 현재 브랜치를 나머지 브랜치들과 비교하는 동안 임의의 불허가되는 조정들을 메모리 장치에 저장한다. 단계 826에서, 다른 모든 핑거들이 처리되었는지를 판정한다. 만일 그렇지 않으면, 단계 828에서, x를 증가시켜 새로운 핑거를 현재 핑거와의 비교를 위한 비현재 핑거로서 선택하며, 단계 818로 제어가 복귀된다. 만일 다른 모든 핑거들이 처리되었으면, 단계 824에서, 현재 핑거 타이밍에 대한 적당한 조정이 행해진다. 단계 824 이후, 핑거들이 레이들을 계속 트래킹하도록 단계 810, 단계 812 및 단계 814로 제어가 복귀된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 레이크 수신기에서의 핑거 할당 관리 방법 및 장치를 제공한다. 이 방법 및 장치는, 레이들이 1 칩보다 훨씬 작게 분리되는 경우에도, 레이크 수신기로 하여금 다경로 레이들을 결합하여 채널 다이버시티를 촉진시키게 해준다. 일 실시예에서, 핑거들은 저 지연 확산 상태 동안 시간적으로 따로따로 유지되며 연합하여 트래킹한다. 다른 실시예에서, 충돌 예방 회로는 제안된 핑거 위치 정정값을 관리하여, 핑거들을 서로 지나치게 가까이 배치시키는 정정값을 허가하지 않는다. 이러한 실시예를 사용하면, 채널의 경로 다이버시티를 촉진함으로써 레이크 수신기의 성능이 향상된다.
이상, 본 발명의 특정 실시예를 도시 설명하였으나, 이에 대한 수정이 행해질 수도 있다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변형 및 수정 사항을 포함한다.

Claims (6)

  1. 레이크 수신기(RAKE receiver)에서의 핑거 관리 방법에 있어서,
    상기 레이크 수신기의 제1 핑거에서, 제1 신호를 수신하여 상기 제1 신호의 타이밍 변동에 따라 제1 핑거 타이밍을 변화시키는 단계,
    상기 레이크 수신기의 제2 핑거에서, 제2 신호를 수신하여 상기 제2 신호의 타이밍 변동에 따라 제2 핑거 타이밍을 변화시키는 단계,
    상기 제1 핑거 타이밍과 상기 제2 핑거 타이밍간의 시간 분리값을 판정하는 단계, 및
    상기 시간 분리값을 임계값보다 크게 유지하는 단계
    를 포함하는 핑거 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간 분리값을 유지하는 단계는
    조정된 제1 핑거 위치를 판정하는 단계,
    상기 조정된 제1 핑거 위치와 제2 핑거 위치간의 시간 차분을 판정하는 단계, 및
    상기 시간 차분이 상기 임계값을 초과하는 경우에만 상기 제1 핑거 타이밍을 상기 조정된 제1 핑거 위치로 조정하는 단계
    를 포함하는 핑거 관리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시간 분리값을 유지하는 단계는 상기 시간 차분의 크기를 판정하여 상기 조정된 제1 핑거 위치에 대한 상기 제2 핑거 위치를 판정하는 단계를 포함하며,
    상기 핑거 관리 방법은
    만일 상기 시간 차분의 크기가 임계값 미만이고 상기 제2 핑거 위치가 상기 조정된 핑거 위치보다 빠르면, 조기(early) 타이밍 조정을 허가하지 않는 단계, 및
    만일 상기 시간 차분의 크기가 임계값 미만이고 상기 제2 핑거 위치가 상기 조정된 핑거 위치보다 늦으면, 늦은(late) 타이밍 조정을 허가하지 않는 단계
    를 더 포함하는 핑거 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시간 분리값을 유지하는 단계는 상기 제1 핑거 타이밍과 제2 핑거 타이밍의 트래킹을 연합하여 제어하여 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 수렴하지 않게 하는 단계를 포함하는 핑거 관리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 트래킹을 연합하여 제어하는 단계는 상기 제1 핑거 타이밍을 변화시켜 상기 제1 신호의 타이밍 변동을 트래킹하는 단계 및 상기 제2 핑거 타이밍을 상기 제1 핑거 타이밍으로부터 소정의 시간 차분으로 로킹(locking)하는 단계를 포함하는 핑거 관리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은 실질적으로 1 칩 간격을 포함하는 핑거 관리 방법.
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