KR100293614B1 - Time synchronous tracer for digital mobile communication system using asymmetric smoothing filter - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A time synchronous tracer for a digital mobile communication system using an asymmetric smoothing filter is provided to accurately determine a signal transmission timing in a BTS(Base Transceiver Station) by measuring the reliability of a receiving signal using a level of the receiving signal and estimating the reliability of the receiving signal. CONSTITUTION: A sampling clock signal generator(1) receives a system clock signal(CK) and generates a sampling clock signal. A matching filter(2) filters a signal received in a mobile body so that an SN ration of an output is maximized. A signal power calculating unit(3) calculates a signal power of a signal outputted from the matching filter(2) and outputs the calculated signal power. A peak value detector(4) detects a peak value of a signal outputted from the signal power calculating unit(3). A reliability measurer(5) judges the reliability of a signal received in the mobile body using an output signal of the signal power calculating unit(3). A smoother(6) smoothes an output signal of the peak value detector(4) and adjusts a phase of the clock signal outputted from the sampling clock signal generator(1). A BTS determines whether a transmission timing of a transmission signal is updated according to the reliability of the signal received in the mobile body.

Description

비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기Time Synchronous Tracker in Digital Mobile Communication System Using Asymmetric Smoothing Filter

본 발명은 시분할 다중접속(Time Division Multiple Access ; 이하 TDMA 라 함) 이동통신 시스템에 있어서의 시간동기 추적기에 관한 것으로서, 특히 기지국으로부터 이동체가 수신한 신호의 크기로 수신신호의 신뢰도를 측정하는 신호의 신뢰도측정기와 출력신호의 급격한 변화를 억압하는 평활화기를 구비하여 수신신호의 신뢰도를 평가함으로써 수신신호의 질이 열악한 경우 기지국에서 신호를 전송할 타이밍을 갱신하지 않으므로 기지국에서의 신호전송 타이밍을 정확하게 결정하는 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time synchronization tracker in a time division multiple access (TDMA) mobile communication system. A reliability measurer and a smoothing device that suppresses sudden changes in the output signal to evaluate the reliability of the received signal.As the quality of the received signal is poor, the base station does not update the timing of signal transmission. A time synchronization tracker of a digital mobile communication system using a type smoothing filter.

일반적으로 디지털 이동통신 시스템에서 수신기가 갖고 있는 성능을 만족할 수 있도록 발휘하기 위해서는 이동체와 기지국 사이의 시간동기화가 필수적으로 수반되어야 한다. 즉, TDMA 디지털 이동통신 시스템에서 이동체가 여러 가지 요구 조건을 만족시키기 위해서는 시간 동기화가 필요하다. 따라서 이동체는 이동체와 기지국 사이 버스트(bust)의 올바른 전송 타이밍을 결정해야 하며, 이동체의 전송 정확도 T/2 이내로 이동체가 정확한 전송 타이밍을 결정하기 못하면 효율적인 TDMA는 불가능하게 된다.In general, in order to satisfy the performance of the receiver in a digital mobile communication system, time synchronization between the mobile station and the base station must be accompanied. That is, in the TDMA digital mobile communication system, time synchronization is required for the mobile to satisfy various requirements. Therefore, the mobile must determine the correct transmission timing of the burst between the mobile and the base station, and if the mobile cannot determine the correct transmission timing within the transmission accuracy T / 2 of the mobile, efficient TDMA is impossible.

그런데 TDMA 디지털 이동통신 시스템에 주로 사용되고 있는 시간동기화는 알고있는 훈련된 신호(Training Signal)를 이용하여 기지국에서 전송하는 전송신호의 전송타이밍을 추적해 나가는 것으로서 전송타이밍을 추적하기 위하여 이동체가 수신한 수신신호를 업샘플링한 후에 정합필터를 이용하여 알고 있는 훈련된 신호와 이동체가 수신한 수신신호의 상관도를 구하여 상관값이 최고치를 갖는 순간을 전송타이밍으로 결정하는 것이다.However, time synchronization, which is mainly used in TDMA digital mobile communication systems, tracks the transmission timing of a transmission signal transmitted from a base station by using a known training signal, which is a reception received by a mobile object to track transmission timing. After up-sampling the signal, the matching timing is used to determine the correlation between the trained signal and the received signal received by the moving object.

이러한 기능을 수행하는 종래 시간 동기화기는 이동체가 수신한 수신신호의 상태에 관계없이 수신신호가 열악한 경우에도 훈련된 신호와 수신 신호의 상관도를 측정하여 시간 동기화기를 갱신함으로써 전송타이밍을 잘못 결정하는 문제점이 있었다.The conventional time synchronizer performing this function incorrectly determines the transmission timing by updating the time synchronizer by measuring the correlation between the trained signal and the received signal even when the received signal is poor regardless of the state of the received signal. There was this.

본 발명은 상기한 종래 시간 동기화기 가 갖는 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서 신호의 신뢰도 측정기와 평활화기를 구비하여 기지국으로부터 이동체가 수신한 신호의 크기로 수신신호의 신뢰도를 측정하여 수신신호의 신뢰도를 평가함으로써 수신신호의 질이 열악한 경우 기지국에서 신호를 전송할 신호전송 타이밍을 갱신하지 않으므로 기지국에서의 신호전송 타이밍을 정확하게 결정하는 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional time synchronizer, and includes a signal reliability measurer and a smoother to measure the reliability of the received signal by measuring the reliability of the received signal by the size of the signal received by the mobile from the base station. Therefore, since the base station does not update the signal transmission timing to transmit a signal when the quality of the received signal is poor, the object of the present invention is to provide a time synchronization tracker for a digital mobile communication system using an asymmetric smoothing filter that accurately determines the signal transmission timing at the base station. have.

도 1은 본 발명 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기의 블럭구성도이다.1 is a block diagram of a time synchronization tracker in a digital mobile communication system using the asymmetric smoothing filter of the present invention.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉<Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

1 : 샘플링 클럭신호 발생기 2 : 정합필터1 Sampling Clock Signal Generator 2 Matching Filter

3 : 신호전력 계산부 4 : 최고치 검출기3: signal power calculation unit 4: maximum value detector

5 : 신호의 신뢰도 측정기 6 : 평활화기5: signal reliability meter 6: smoother

CK : 시스템 클럭신호CK: system clock signal

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기는 기지국에서 이동체로의 신호 전송타이밍을 결정하는 시간동기 추적기에 있어서, 시스템 클럭신호(CK)를 입력하여 샘플링 클럭신호를 발생시키는 샘플링 클럭신호 발생기(1)와, 이동체에 수신된 신호를 필터링하여 출력의 SN비가 최대가 되도록 하는 정합필터(2)와, 상기 정합필터(2)에서 출력되는 신호의 신호전력을 계산하여 출력하는 신호전력 계산부(3)와, 상기 신호전력 계산부(3)에서 출력되는 신호의 최고치를 검출하는 최고치 검출기(4)와, 상기 신호전력 계산부(3)의 출력신호로 이동체가 수신한 수신신호의 신뢰도를 판정하는 신호의 신뢰도 측정기(5)와, 상기 최고치 검출기(4)의 출력신호를 평활화 하여 상기 샘플링 클럭신호 발생기(1)에서 출력되는 클럭신호의 위상을 조정하는 평활화기(6)를 구비하여 이동체가 수신한 수신신호의 신뢰도에 따라 기지국에서 전송할 신호의 전송타이밍 갱신여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.The time synchronous tracker of the digital mobile communication system using the asymmetrical smoothing filter of the present invention for achieving the above object, in the time synchronous tracker to determine the signal transmission timing from the base station to the mobile, by inputting the system clock signal (CK) A sampling clock signal generator 1 for generating a sampling clock signal, a matching filter 2 for filtering the signal received by the moving object to maximize the output SN ratio, and a signal of the signal output from the matching filter 2; A signal power calculator 3 for calculating and outputting power, a peak detector 4 for detecting a maximum value of the signal output from the signal power calculator 3, and an output signal of the signal power calculator 3; The sampling clock signal is generated by smoothing the output signal of the reliability detector 5 and the peak detector 4 for determining the reliability of the received signal received by the moving object. According to (1) the moving object, the reliability of the data received by having a smoothing group (6) for adjusting the phase of the clock signal output from characterizes in determining whether to update transmission timing of a signal transmitted from the base station.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operation and effect of the present invention.

도 1은 본 발명 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기의 블록구성도이다. 도 1에 도시한 동기 추적기는 동기화 버스트(synchronization burst)와 노말 버스트(normal burst)의 훈련순서(training sequence)로부터 심볼 타이밍을 결정하는데 사용되는 것으로서 신호전력 계산부(3)는 수신된 심볼의 시퀀스가 정합필터(2)의 계수와 일치할 때 펄스와 같은 상관 최고치를 발생시킴으로써 원하는 훈련순서를 찾는다.1 is a block diagram of a time synchronization tracker in a digital mobile communication system using the asymmetric smoothing filter of the present invention. The synchronization tracker shown in FIG. 1 is used to determine symbol timing from a training sequence of synchronization bursts and normal bursts, and the signal power calculation section 3 performs a sequence of received symbols. Find the desired training sequence by generating a correlation peak, such as a pulse, when is equal to the coefficient of the matched filter (2).

샘플링 클럭신호 발생기(1)의 출력(i)은 4/T의 비율로 중가하고, 훈련시퀀스의 반복율에 모듈로를 취한 값으로 세팅되어 완전히 타이밍이 맞는 순간에 샘플링 클럭신호 발생기(1)의 출력(i) 펄스는 항상 같은 값을 갖는다. 그러나 타이밍은 완전하지 못하고 시간 오프셋을 가지게 되므로 본 발명 시간동기 추적기는 피크의 순간에 샘플링 클럭신호 발생기(1)의 출력(i) 값을 기록함으로써 시간오프셋을 측정하여 샘플링 클럭신호 발생기(1)의 시간 오프셋을 추정하는데 사용하며, 일단 오프셋을 알게되면 타이밍 위상을 조정할 수 있다.The output i of the sampling clock signal generator 1 is weighted at a ratio of 4 / T, and is set to a modulated value of the repetition rate of the training sequence, so that the output of the sampling clock signal generator 1 is completely timing. (i) Pulses always have the same value. However, since the timing is not perfect and has a time offset, the present time synchronous tracker measures the time offset by recording the value of the output (i) of the sampling clock signal generator 1 at the moment of the peak to measure the time offset of the sampling clock signal generator 1. It is used to estimate the time offset, and once the offset is known, the timing phase can be adjusted.

신호의 신뢰도 측정기(5)는 수신된 신호의 크기가 설정된 범위내에 있는 것인지를 판단함으로써 상관 최고치의 타이밍 신뢰성을 검사하여 신호대 잡음비가 낮은 경우 즉, 수신된 신호의 크기가 설정범위 밖의 신호인 경우 타이밍 갱신을 막으므로써 낮은 신호대 잡음비 영역에서도 정확한 시간 동기화를 실행할 수 있다.The reliability measurer 5 of the signal checks the timing reliability of the correlation maximum by determining whether the magnitude of the received signal is within the set range, and when the signal-to-noise ratio is low, that is, when the magnitude of the received signal is a signal outside the set range, the timing is determined. Preventing updates ensures accurate time synchronization even in low signal-to-noise ratio areas.

도 1에 도시한 시간동기 추적기는 연속적으로 동작하지는 않는다. 왜냐하면 이것은 너무나 많은 프로세서 사이클을 필요로 하기 때문이다. 그 대신에 주파수 보정 버스트 위치의 정확도와 정합필터(2)의 탭수에 의해 결정되는 시간 이내로 주파수 동기화기에 의하여 제공되는 초기의 시간을 추정하여 추적주기를 결정하는데 사용한다.The time synchronization tracker shown in FIG. 1 does not operate continuously. This is because it requires too many processor cycles. Instead, it is used to determine the tracking period by estimating the initial time provided by the frequency synchronizer within the time determined by the accuracy of the frequency corrected burst position and the number of taps of the matching filter 2.

본 발명 시간동기 추적기는 T/4 샘플링을 사용하므로 추적 윈도우는 초기 정확도와 탭수를 합친 것보다 4배는 되어야하고, 동기화 버스트와 노말 버스트는 알고 있는 데이터 시퀀스를 포함하고 있다. 그러므로 정합필터(2)의 계수는 T/4의 간격으로 샘플링된 이상적인 훈련시퀀스의 역시간 공액 복소수이다. 따라서 정합필터(2)의 출력은 다음과 같이 계산된다.Since the time-synchronous tracker of the present invention uses T / 4 sampling, the tracking window must be four times the initial accuracy plus the number of taps, and the synchronization burst and normal burst contain a known data sequence. Therefore, the coefficient of matched filter 2 is the inverse time conjugate complex number of the ideal training sequence sampled at intervals of T / 4. Therefore, the output of the matched filter 2 is calculated as follows.

····(1) ····(One)

여기서는 시간(i)에 수신된 복소 입력 샘플이고, ck는 k는 번째 정합필터(2)의 계수이다. 정함필터(2)의 입력은 T/4간격 이지만, 입력신호는 T간격이다. 이론상으로 정합필터(2)로 입력되기 전에 3개의 0샘플이 삽입되어야 한다. 그러나 이러한 경우에 불필요한 0에 의한 곱셈이 발생한다. 따라서 본 발명에서는 정합필터(2)를 각각 길이가 N/4인 4개의 다른 필터로 취급하고 T/4간격 샘플을 발생시키기 위하여 T간격 출력을 멀티플렉스 한다.here Is the complex input sample received at time i, c k is the coefficient of the second matched filter 2. The input of the definitive filter 2 is T / 4 interval, but the input signal is T interval. In theory, three zero samples should be inserted before being input into the matched filter (2). However, in this case unnecessary multiplication by zero occurs. Therefore, in the present invention, the matching filter 2 is treated as four different filters, each of length N / 4, and the T interval output is multiplexed to generate a T / 4 interval sample.

샘플링 클럭신호 발생기(1)는 시간동기화기에 동기 버스트나 노말 버스트의 훈련된 시퀀스의 도착순간에 샘플링되는 시간 인덱스를 제공하며, 최고치 검출기(4)의 기능은 신호전력 계산부(3)의 출력에서의 최고치에 대한 시간 인덱스를 결정한다. 이 최고치들은 훈련된 시퀀스가 정합필터(2)로 쉬프트 될 때 발생하고, 샘플링 클럭신호 발생기(1)는 최고 출력의 순간 값을 읽는다. 이 값은 n번째 버스트에 대하여 T/4의 단위로라고 부른다. 인덱스 n은 동기 버스트나 노말 버스트를 카운트하고 샘플링 클럭신호 발생기(1)의 출력(i)이 0에 도달할 때마다 증가한다.The sampling clock signal generator 1 provides a time synchronizer with a time index that is sampled at the moment of arrival of a trained sequence of synchronous bursts or normal bursts, the function of the peak detector 4 being at the output of the signal power calculator 3. Determine the time index for the peak of. These peaks occur when the trained sequence is shifted to the matched filter 2, and the sampling clock signal generator 1 reads the instantaneous value of the highest output. This value is in units of T / 4 for the nth burst. It is called. The index n is incremented each time the sync burst or normal burst is counted and the output i of the sampling clock signal generator 1 reaches zero.

평활화기(6)의 기능은 비대칭적인 스텝 크기를 갖는 1차 평활화 필터를 사용함으로써 실행된다.를 필터의 평활화된 출력 즉, 평활화기(6)의 출력이라 할 때 필터링의 동작은 다음과 같이 표현된다.The function of the smoother 6 is performed by using a first order smoothing filter with an asymmetric step size. When is denoted as the smoothed output of the filter, that is, the output of the smoother 6, the operation of filtering is expressed as follows.

····(2) ····(2)

여기서 β는 시간상수이고, β가 커질수록 평활화가 커지고, 메모리의 길이가 길어져서 입력의 변화를 천천히 추적한다. α=1-β라 하면 상기 (2)식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.Where β is a time constant, and as β increases, the smoothing increases, and the length of the memory increases, so that the change in input is slowly tracked. If α = 1-β, the above formula (2) can be rewritten as follows.

ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(3) (3)

는 작은 양인에 의하여 갱신된다. 비대칭 조정을 사용하여와 이전의 추정치에 따라서의 값을 갱신하며, 에러 항의 함수인 스텝 크기α를 이용한다. Is a small amount Is updated by Using asymmetric adjustment And previous estimates according to Update the value of, the error term function In step size α is used.

따라서 동기화 회로의 첫 번째 실행에 대해서는 최고치의 인덱스에 대한 추정치를 초기화 하게 되므로Therefore, for the first run of the synchronization circuit, we initialize the estimate for the highest index.

으로 되고, 그외 연속적인 버스트에 대해서는 (5)식으로 나타낸 다음의 타이밍 복원 갱신식을 사용하게 된다.For the other continuous bursts, the following timing recovery update equation shown in equation (5) is used.

여기서 n은 버스트 인덱스이고,L(Δi)는 다음과 같은 극한 함수이다.Where n is the burst index and L (Δi) is the limit function

이와 같이 평활화기(6)의 출력(iave(n))에 의해 샘플링 클럭신호 발생기(1)에서 출력되는 클럭신호의 타이밍 위상이 조정되어 기지국에서의 전송하는 전송신호의 전송타이밍을 갱신하게 되는데 이동체에 수신되는 수신신호의 크기가 설정된 범위내인 경우 즉, 신호의 신뢰도 측정기(5)로서 판단한 수신신호가 질이 좋은 경우에는 최고치검출기(4)의 출력(imax)에 의해 평활화기(6)는 새로운 출력으로 신호의 전송타이밍을 갱신하여 동기화하고, 이동체에 수신되는 수신신호의 크기가 설정된 범위밖인 낮은 신호대 잡음비를 갖는 경우 즉, 신호의 신뢰도 측정기(5)로서 판단한 수신신호가 질이 좋지 않은 상황에서는 iave(n) 시간이 많이 증가하므로 시간 추정의 에러로 인하여 수렴이 되지 않는 경우이므로 신호의 신뢰도 측정기(5)는 이러한 상황을 검출하여 신뢰성이 없는 경우에는 최고치 검출기(4)의 출력(imax)을 평활화기(6)로 입력시키지 않고 버리게 된다.As such, the timing phase of the clock signal output from the sampling clock signal generator 1 is adjusted by the output i ave (n) of the smoother 6 to update the transmission timing of the transmission signal transmitted from the base station. When the magnitude of the received signal received by the moving object is within the set range, that is, when the received signal determined by the signal reliability measuring device 5 is of good quality, the smoothing device 6 is output by the output i max of the peak detector 4. ) Is synchronized with a new output by updating the transmission timing of the signal, and having a low signal-to-noise ratio outside the set range of the size of the received signal received by the moving object, i.e., the received signal determined by the signal reliability measurer 5 is of high quality. In a bad situation, since i ave (n) time increases a lot, it is not converged due to an error in time estimation. Therefore, the signal reliability measurer 5 detects such a situation. If there is no reliability, the output i max of the peak detector 4 is discarded without input to the smoother 6.

따라서 평활화기(6)는 최고치 검출기(4)로부터 입력되는 신호가 없게되어 새로운 출력으로 신호의 전송타이밍을 갱신하지 않고 기존의 출력에 의해 신호의 전송타이밍이 결정되어 동기화된다.Therefore, the smoother 6 has no signal input from the peak detector 4 so that the transmission timing of the signal is determined and synchronized by the existing output without updating the transmission timing of the signal with the new output.

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명 시간동기 추적기는 TDMA 방식의 디지털 이동통신 시스템에서 시간동기 추적기로 이용함으로써 이동체에서의 수신신호의 신뢰도에 따라 기지국 전송신호의 전송타이밍을 갱신하게 되므로 시간동기화를 정확하게 하여 전송신호의 전송타이밍을 정확하게 결정할 수 있는 장점이 있다.The time synchronous tracker of the present invention, which operates as described above, is used as a time synchronous tracker in a TDMA digital mobile communication system, so that the timing of transmission of the base station transmission signal is updated according to the reliability of the received signal of the mobile. There is an advantage that the transmission timing of the transmission signal can be accurately determined.

Claims (3)

기지국에서 이동체로의 신호 전송타이밍을 결정하는 시간동기 추적기에 있어서,In the time synchronization tracker for determining the signal transmission timing from the base station to the mobile, 시스템 클럭신호(CK)를 입력하여 샘플링 클럭신호를 발생시키는 샘플링 클럭신호 발생기(1)와, 이동체에 수신된 신호를 필터링하여 출력의 SN비가 최대가 되도록 하는 정합필터(2)와, 상기 정합필터(2)에서 출력되는 신호의 신호전력을 계산하여 출력하는 신호전력 계산부(3)와, 상기 신호전력 계산부(3)에서 출력되는 신호의 최고치를 검출하는 최고치 검출기(4)와, 상기 신호전력 계산부(3)의 출력신호로 이동체가 수신한 수신신호의 신뢰도를 판정하는 신호의 신뢰도 측정기(5)와, 상기 최고치 검출기(4)의 출력신호를 평활화 하여 상기 샘플링 클럭신호 발생기(1)에서 출력되는 클럭신호의 위상을 조정하는 평활화기(6)를 구비하여 이동체가 수신한 수신신호의 신뢰도에 따라 기지국에서 전송할 신호의 전송타이밍 갱신여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기.A sampling clock signal generator 1 for inputting a system clock signal CK to generate a sampling clock signal, a matching filter 2 for filtering a signal received by a moving object to maximize the output SN ratio, and the matching filter A signal power calculator 3 for calculating and outputting signal power of the signal output from (2), a peak detector 4 for detecting the highest value of the signal output from the signal power calculator 3, and the signal; The sampling clock signal generator 1 by smoothing the output signal of the signal detector 5 and the reliability detector 5 for determining the reliability of the received signal received by the moving object as the output signal of the power calculator 3. And a smoothing device 6 for adjusting the phase of the clock signal output from the mobile station, and determining whether to update the transmission timing of the signal to be transmitted from the base station according to the reliability of the received signal received by the moving object. Time synchronization of the tracer digital mobile communication system using a symmetrical smoothing filter. 제 1항에 있어서, 상기 신호의 신뢰도 측정기(5)가 이동체가 수신한 신호의 크기가 설정된 범위내에 있는 지를 판단하여 수신 신호의 신뢰도를 평가하고 평가된 신뢰도에 따라 상기 최고치 검출기(4)에서 출력되는 신호의 평활화기(6)로의 입력을 제어하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기.The signal detector (5) according to claim 1, wherein the reliability measurer (5) of the signal judges whether the magnitude of the signal received by the moving object is within a set range, evaluates the reliability of the received signal, and outputs it from the peak detector (4) according to the evaluated reliability. A time synchronization tracker in a digital mobile communication system using an asymmetric smoothing filter, characterized in that it controls the input of the signal to the smoother (6). 제 1항에 있어서, 상기 평활화기(6)가 비대칭적인 스텝크기를 갖는 1차 평활화 필터인 것을 특징으로 하는 비대칭형 평활화 필터를 사용한 디지털 이동통신 시스템의 시간동기 추적기.2. A time synchronous tracker in a digital mobile communication system using an asymmetric smoothing filter as claimed in claim 1, characterized in that the smoothing (6) is a first order smoothing filter having an asymmetric step size.
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