KR100456452B1 - 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치 및코드 획득 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 코드 획득 장치는 RF 신호를 수신하여 기저 대역의 I 신호 및 Q 신호를 생성하는 수신부; 상기 수신부로부터 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 유사 잡음(PN) 부호의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 넌코히어런트 누적 상관값 산출부; 상기 수신부로부터 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 누적 적응 임계치를 산출하는 누적 적응 임계치 산출부; 및 상기 누적 상관값 산출부로부터 출력되는 누적 상관값과 상기 누적 임계치 산출부로부터 출력되는 누적 임계치를 비교하여, 코드 획득 여부를 판정하는 비교기를 포함한다.

이와 같은 코드 획득 장치는 넌코히어런트 누적과 누적 적응 임계값을 동시에 사용하여 코드 획득을 수행하기 때문에, 오 경보 율을 일정하게 유지하면서 PN 부호의 동기 획득 확률을 높일 수 있다.

Description

코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치 및 코드 획득 방법 {An Apparatus and Method for Code Acquisition in Code Division Multiple Access Communications System}

본 발명은 코드 분할 다중 접속(code division multiple access; 이하 'CDMA'라 함) 통신 시스템의 코드 획득 장치 및 코드 획득 방법에 관한 것으로서, 특히 적응 임계값과 넌코히어런트(noncoherent) 누적을 동시에 사용하는 CDMA 통신 시스템의 코드 획득 장치 및 코드 획득 방법에 관한 것이다.

CDMA 통신 시스템에서 코드 획득(acquisition)은 수신되는 유사 잡음(pseudonoise; 이하 'PN' 이라 함) 신호의 열 (sequence)을 수신기 자체에서 생성하는 PN 신호 열과의 위상 차이를 1/2 칩(chip) 또는 그 보다 작은 범위 내에 들도록 하는 것을 말하는데, CDMA 통신 시스템에서 이러한 코드 획득 과정은 기지국과 단말기 사이에서 첫 번째로 이루어지는 동작이므로 CDMA 통신에서 매우 중요한 의미를 가진다. 이를 성공적으로 수행하지 않고서는 이 후의 트래픽(traffic) 정보 채널의 송수신이 불가능하다. 더욱이, 코드 획득 후에 코드 트래킹 (code tracking loop)에 의하여 두 PN 신호 열사이의 위상 차이를 1/8 칩 이내의 값으로 유지시키는 트래킹 동작이나 주파수 안정화, 그리고 전력 제어 등의 기능이 정상적으로 수행되므로 코드 획득을 오 경보 율을 설계된 값으로 유지하면서 코드 획득 확률을 높이는 장치가 절실한 실정이다. 이러한 코드 획득은 이동 통신 채널환경에서 이루어지므로 다중 경로 페이딩 채널의 특성을 고려하여 설계하여야 한다.

도1은 적응 임계값을 사용하는 종래의 코드 획득 장치의 구성도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 종래의 코드 획득 장치는 RF(radio frequency) 신호를 수신하여, 기저대역의 I(inphase) 신호와 Q(quadrature) 신호를 생성하는 수신부(10), 수신부(10)로부터 출력되는 I신호와 Q 신호를 수신하여 PN 부호의 상관 값(Y)을 산출하는 PN 부호 상관값 산출부(20), 수신부(10)로부터 출력되는 I 신호와 Q 신호를 수신하여 적응 임계값을 산출하는 임계값 산출부(30) 및 PN 부호 상관값 산출부(20)의 출력(Y)과 임계값 산출부(30)의 출력을 비교하여 획득 여부를 판정하는 비교기(40)를 포함한다.

수신부(10)는 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하는 I/Q 채널의 믹서(11a,11b), 믹서(11a, 11b)로부터 출력되는 신호를 송신기의 펄스 성형 필터에 대응하여 필터링하는 수신기의 I/Q 채널 정합 필터(12a, 12b), 정합 필터(12a, 12b)에 의해 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 I/Q 채널의 A/D 변환기(13a, 13b)를 포함한다.

PN 부호 상관값 산출부(20)는 A/D 변환기(13a, 13b)의 출력신호와 PN 부호열(a_n)을 곱하는 I/Q 채널의 PN 부호 적산기(21a, 21b), PN 부호 적산기(21a, 21b)의 출력신호를 N 개만큼 누적하여 가산하는 I/Q 채널의 가산기(22a, 22b), 넌코히어런트 처리를 위해 가산기(22a, 22b)의 출력 값을 제곱하는 I/Q 채널의 자승기(23a, 23b) 및 자승기(23a, 23b)의 출력신호를 가산하여 PN 부호의 상관값(Y)을 얻기 위한 가산기(24)를 포함한다.

임계값 산출부(30)는 A/D 변환기(13a, 13b)의 출력신호와 상기 PN 부호열()에 수직(orthogonal)인 PN 부호열()을 곱하는 I/Q 채널의 PN 부호 적산기(31a, 31b), PN 부호 적산기(31a, 31b)의 출력신호를 N 개만큼 누적하여 가산하는 I/Q 채널의 가산기(32a, 32b), 가산기(32a, 32b)의 출력 값을 제곱하는 I/Q 채널의 자승기(33a, 33b) 및 자승기(33a, 33b)의 출력신호를 가산하는 가산기(34), 가산기(34)의 출력 값을 평균하여 적응 임계값 산출을 위한 전력 레벨(X)을 구하는 평균 값 계산기(35), 평균값 계산기(35)의 출력신호(X)에 임계값 계수(T)를 곱하여 일정한 적응 임계값(TX)을 산출하는 적산기(36)를 포함한다.

도1에 도시된 종래의 코드 획득 장치는, 신호의 누적을 사용하지 않아, 이동통신의 페이딩 채널에서 동기의 획득 확률이 낮아진다는 단점이 있다.

도2는 미국특허 제5,644,591호에 기재된 넌코히어런트 누적을 사용하는 종래의 코드 획득 장치를 나타내는 도면이다.

도2에 도시한 코드 획득 장치는 RF(radio frequency) 신호를 수신하여, 기저대역의 I(inphase) 신호와 Q(quadrature) 신호를 생성하는 수신부(10), 수신부(10)로부터 출력되는 I신호와 Q 신호를 수신하여 PN 부호의 상관 값을 산출하는 PN 부호 상관값 산출부(50), 및 PN 부호 상관값 산출부(50)의 출력(Y)과 고정 임계값(TF)을 비교하여 획득 여부를 판정하는 비교기(40)를 포함한다.

도2에 도시한 구성 요소 중 수신부(10) 및 비교기(40)는 도1에 도시한 코드 획득 장치와 동일한 기능을 하므로, 중복되는 설명은 생략한다.

도2에서, PN 부호 상관값 산출부(50)는 A/D 변환기(13a, 13b)의 출력신호와 PN 부호열()을 곱하는 I/Q 채널의 PN 부호 적산기(51a, 51b), PN 부호 적산기(51a, 51b)의 출력신호를 N 개만큼 누적해서 가산하는 I/Q 채널의 가산기(52a, 52b), 넌코히어런트 처리를 위해 가산기(52a, 52b)의 출력 값을 제곱하는 I/Q 채널의 자승기(53a, 53b), 자승기(53a, 53b)의 출력신호를 가산하는 가산기(54), 가산기(54)의 출력을 L 개만큼 누적하여 PN 코드의 넌코히어런트 누적을 수행하는 가산기(55)를 포함한다.

도2에 도시된 종래의 코드 획득 장치는, 고정 임계값(TF)을 비교하여 코드획득을 수행하므로, 다양한 이동 통신 환경에서 오 경보 율이 높아지거나 PN 부호의 동기 획득을 제대로 하지 못할 수도 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오 경보 율을 일정하게 유지하면서 PN 부호의 동기 획득 확률을 높일 수 있는 코드 획득 장치 및 코드 획득 방법을 제공하기 위한 것이다.

도1은 넌코히어런트 누적을 사용하는 종래의 코드 획득 장치를 나타내는 도면이다.

도2는 고정 임계값을 사용하는 종래의 코드 획득 장치를 나타내는 도면이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 코드 획득 장치를 나타내는 도면이다.

도4는 본 발명의 실시예에서 넌코히어런트 누적의 수에 따른 PN 부호의 획득 성능 그래프를 나타내는 도면이다.

상기한 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치는

RF 신호를 수신하여 기저 대역의 I 신호 및 Q 신호를 생성하는 수신부; 상기 수신부로부터 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 유사 잡음(PN) 부호의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 넌코히어런트 누적 상관값 산출부; 상기 수신부로부터 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 누적 적응 임계치를 산출하는 누적 적응 임계치 산출부; 및 상기 누적 상관값 산출부로부터 출력되는 누적 상관값과 상기 누적 임계치 산출부로부터 출력되는 누적 임계치를 비교하여, 코드 획득 여부를 판정하는 비교기를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 방법은

RF 신호를 수신하여 기저 대역의 I 신호 및 Q 신호를 생성하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 생성한 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 유사 잡음(PN) 부호의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 제2 단계; 상기 제1 단계에서 생성한 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 누적 적응 임계치를 산출하는 제3 단계;및 상기 누적 상관값과 상기 누적 임계치를 비교하여, 코드 획득 여부를 판정하는 제4 단계를 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 코드 획득 장치를 나타내는 도면이다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코드 획득 장치는 수신부(100), 넌코히어런트 누적 상관값 산출부(200), 누적 적응 임계값 산출부(300) 및 비교기(400)를 포함한다.

수신부(100)는 RF(radio frequency) 신호를 수신하여, 기저대역의 I/Q 신호를 생성하며, 넌코히어런트 누적 상관값 산출부(200)는 수신부(100)로부터 출력되는 I신호와 Q 신호를 수신하여 PN 부호의 넌코히어런트 누적 상관 값을 산출한다. 누적 적응 임계값 산출부(300)는 수신부(100)로부터 출력되는 I 신호와 Q 신호를 수신하여 누적 적응 임계값(TX)을 산출하고, 비교기(400)는 넌코히어런트 누적 PN 부호 상관값 산출부(200)의 출력(Y)과 누적 임계값 산출부(300)의 출력을 비교하여 획득 여부를 판정한다.

수신부(100)는 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하는 I/Q 채널의 믹서(110a, 110b), 믹서(110a, 110b)로부터 출력되는 신호를 송신기의 펄스 성형 필터에 대응하여 필터링하는 수신기의 I/Q 채널 정합 필터(120a, 120b), 정합 필터(120a, 120b)에 의해 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 I/Q 채널의 A/D 변환기(130a, 130b)를 포함한다.

넌코히어런트 누적 상관값 산출부(200)는 A/D 변환기(130a, 130b)의 출력신호와 PN 부호열()을 곱하는 I/Q 채널의 PN 부호 적산기(210a, 210b), PN 부호 적산기(210a, 210b)의 출력신호를 N 개만큼 누적하여 가산하는 I/Q 채널의 가산기(220a, 220b), 넌코히어런트 처리를 위해 가산기(220a, 220b)의 출력 값을 제곱하는 I/Q 채널의 자승기(230a, 230b), 자승기(230a, 230b)의 출력신호를 가산하여 PN 부호의 상관값을 얻기 위한 가산기(240), 가산기(240)의 출력을 L 개만큼 누적하여, PN 코드의 넌코히어런트 누적을 수행하는 가산기(250)를 포함한다.

누적 적응 임계값 산출부(300)는 A/D 변환기(130a, 130b)의 출력신호와 상기 PN 부호열(a_n)에 수직(orthogonal)인 PN 부호열()을 곱하는 I/Q 채널의 PN 부호 적산기(310a, 310b), PN 부호 적산기(310a, 310b)의 출력신호를 N 개만큼 누적하여 가산하는 I/Q 채널의 가산기(320a, 320b), 가산기(320a, 320b)의 출력 값을 제곱하는 I/Q 채널의 자승기(330a, 330b), 자승기(330a, 330b)의 출력신호를 가산하는 가산기(340), 누적 적응 임계값을 얻기 위해 가산기(310)의 출력 신호를 L 개만큼 누적하는 가산기(350), 가산기(350)의 출력 신호를 필요한 수(M) 만큼 저장하는 메모리(360), 메모리에 저장된 값을 더하여 적응 임계값 산출을 위한 전력 레벨(X)을 구하는 가산기(370), 및 가산기(370)의 출력 값에 임계값 계수(T)를 곱하여 일정한 누적 적응 임계값을 산출하는 적산기(380)를 포함한다.

도3에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 코드 획득 장치는 넌코히어런트 누적 PN 부호 획득 값(Y)과 누적 적응 임계값의 값 TX를 비교하여 Y 값이 TX 보다 크면 PN 부호의 동기가 획득되었다고 판정하고, 그렇지 않으면 PN 부호의 초기 동기가맞지 않았다고 판정한다. 따라서, 넌코히어런트 누적과 누적 적응 임계값을 동시에 사용하기 때문에 오 경보 율을 일정하게 유지하면서 PN 부호의 동기 획득 확률을 높일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 코드 획득 장치의 PN 부호의 동기 획득에 대한 성능에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 코드 획득 장치는 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같은 오경보 확률과 동기 획득 확률을 얻는다.

여기서,(j = 0, 1)은 확률 함수 Pj(y)에 대한 모멘트 발생 함수(moment generating function; MGF)이고, j=1인 경우에는 수신된 PN 신호와 자체 생성한 PN 신호의 위상이 맞은 상태의 상관 출력 값의 확률 함수이고, j=0인 경우는 수신된 PN 신호와 자체 생성한 PN 신호의 위상이 다른 경우의 신호의 확률함수를 나타낸다. 또한,(k₀= 1, 2, ...)와(k₁= 1, 2,....)는 각각와의 왼쪽 평면(left half plane; LHP)에 존재하는 극(pole)을 나타낸다.는 적응 임계값을 얻기 위한 MGF에서 s값을 -Ts로 치환하여 얻는다. 그리고, res[·]는 나머지(residue)를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서 사용한 페이딩 채널에서의 PN 신호의 MGF는 다음의 수학식 3과 같다.

로 주어지고, 상관 매트릭스 (correlation matrix)의 고유 값(eigen-value)이 서로 다른 경우 다음의 수학식 4와 같이 표시할 수 있다.

여기서,는 다음의 수학식 5와 같으며,는 상관 매트릭스의 고유 값을 나타내고,는 신호 대 잡음비( Signal to Noise Ration; SNR)이다. 그리고, 적응 임계값의 MGF는로 주어진다. PN 부호기에 신호가 없을 때에 MGF는이다.

이상의 정보를 토대로 오 경보 율을 계산하면 다음의 수학식 6과 같다.

이 되고, PN 부호의 초기동기 획득 확률은 다음의 수학식 7과 같이 된다.

이 된다.

본 발명을 사용하기 위해서는 우선 적응 임계값을 계산해야 한다. 이를 얻기 위해서는 수학식 6을 사용한다. 예를 들어 원하는 오경보율을 설정한 후에 M의 값과 L의 값을 정하고 나서, 수학식 6을 이용하여 임계값 계수(T)를 계산한다. 아래의 표는 M=8, P_fa는 10^-4, 그리고 L = 1, 2, 3 각각에 대한 T의 값을 정리한 것이다.

[표]

L	설계예
	M=8,	M = 24,
1	2. 1623	0.7783
2	1.0424	0.4109
3	0.7480	0.2997

도4는 상관 매트릭스와 계수간 상관 값이 0.9일 때 본 발명의 실시예를 적용한 경우 넌코히어런트 누적에 따른 PN 부호 획득 확률을 나타낸다. 도4로부터 알 수 있듯이, 넌코히어런트 누적으로 PN 부호 획득 확률이 L의 값에 따라 높아짐을 알 수 있다. 여기에서 L=1인 경우는 누적을 사용하지 않은 종래의 방법에 의한 성능을 나타낸다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르며, 넌코히어런트 누적과 누적 적응 임계값을 동시에 사용하여 코드 획득을 수행하기 때문에, 오 경보 율을 일정하게 유지하면서 PN 부호의 동기 획득 확률을 높일 수 있다.

Claims (8)

1. RF 신호를 수신하여 기저 대역의 I 신호 및 Q 신호를 생성하는 수신부;

   상기 수신부로부터 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 유사 잡음(PN) 부호의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 넌코히어런트 누적 상관값 산출부;

   상기 수신부로부터 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 누적 적응 임계치를 산출하는 누적 적응 임계치 산출부; 및

   상기 누적 상관값 산출부로부터 출력되는 누적 상관값과 상기 누적 임계치 산출부로부터 출력되는 누적 임계치를 비교하여, 코드 획득 여부를 판정하는 비교기

   를 포함하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 넌코히어런트 누적 상관값 산출부는

   상기 수신부로부터 출력되는 상기 I 신호와 상기 Q 신호에 각각 제1 PN 부호열을 곱하는 제1 I 채널 PN 부호 적산기 및 제1 Q 채널 PN 부호 적산기;

   각각 상기 제1 I 채널 적산기 및 상기 제1 Q 채널 PN 부호 적산기의 출력신호를 N 개만큼 누적하여 가산하는 제1 I 채널 가산기 및 제1 Q 채널 가산기;

   각각 상기 제1 I 채널 가산기 및 상기 제1 Q 채널 가산기의 출력 값을 제곱하여 넌코히어런트 처리를 수행하는 제1 I 채널 자승기 및 제1 Q 채널 자승기;

   상기 제1 I 채널 자승기 및 제1 상기 Q 채널 자승기의 출력신호를 가산하는 제2 가산기; 및

   상기 제2 가산기의 출력을 L 개만큼 누적하여, PN 코드의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 제3 가산기를 포함하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 누적 적응 임계값 산출부는

   상기 수신부로부터 출력되는 상기 I 신호와 상기 Q 신호에 각각 제2 PN 부호열을 곱하는 제2 I 채널 PN 부호 적산기 및 제2 Q 채널 PN 부호 적산기;

   각각 상기 제2 I 채널 적산기 및 상기 제2 Q 채널 PN 부호 적산기의 출력신호를 N 개만큼 누적하여 가산하는 제2 I 채널 가산기 및 제2 Q 채널 가산기;

   각각 상기 제2 I 채널 가산기 및 상기 제2 Q 채널 가산기의 출력 값을 제곱하여 넌코히어런트 처리를 수행하는 제2 I 채널 자승기 및 제2 Q 채널 자승기;

   상기 제2 I 채널 자승기 및 상기 제2 Q 채널 자승기의 출력신호를 가산하는 제4 가산기;

   상기 제4 가산기의 출력 신호를 L 개만큼 누적하는 제5 가산기;

   상기 제4 가산기의 출력 신호를 M 개의 수만큼 저장하는 메모리;

   상기 메모리에 저장된 값을 더하여 적응 임계값 산출을 위한 전력 레벨을 구하는 제6 가산기; 및

   상기 제6 가산기의 출력 값에 임계값 계수(T)를 곱하여 누적 적응 임계값을 산출하는 적산기를 포함하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 PN 부호열과 상기 제2 PN 부호열은 수직(orthogonal)인 것을 특징으으로 하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 임계값 계수 T는 오경보 확률(P_fa)를 고려하여 다음의 식

   에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 장치.
6. RF 신호를 수신하여 기저 대역의 I 신호 및 Q 신호를 생성하는 제1 단계;

   상기 제1 단계에서 생성한 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 유사 잡음(PN) 부호의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 제2 단계;

   상기 제1 단계에서 생성한 상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하여, 누적 적응 임계치를 산출하는 제3 단계;

   상기 누적 상관값과 상기 누적 임계치를 비교하여, 코드 획득 여부를 판정하는 제4 단계를 포함하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제2 단계는

   상기 제1 단계에서 생성된 상기 I 신호와 상기 Q 신호에 각각 제1 PN 부호열을 곱한 후, N 개만큼 누적하여 가산하는 제5 단계;

   상기 제5 단계에서 I 채널 및 Q 채널 별로 누적 가산한 값을 각각 제곱하여 넌코히어런트 처리를 수행한 후, 제곱한 값을 가산하는 제6 단계; 및

   상기 제6 단계에서 가산한 값을 L 개만큼 누적하여, PN 코드의 넌코히어런트 누적 상관값을 출력하는 제7 단계를 포함하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제3 단계는

   상기 제1 단계에서 생성된 상기 I 신호와 상기 Q 신호에 각각 상기 제1 PN 부호열에 수직인 제2 부호열을 곱한 후, N 개만큼 누적하여 가산하는 제8 단계;

   상기 제8 단계에서 I 채널 및 Q 채널 별로 누적 가산한 값을 각각 제곱한 후, 제곱한 값을 가산하는 제9 단계;

   상기 제9 단계에서 가산한 값을 L 개만큼 누적하고, 누적된 값을 M 개의 수만큼 메모리에 저장하는 제10 단계;

   상기 메모리에 저장된 값을 더하여 적응 임계값 산출을 위한 전력 레벨을 구하고, 상기 전력 레벨에 임계값 계수(T)를 곱하여 누적 적응 임계값을 산출하는 제11 단계를 포함하는 코드 분할 다중 접속 통신 시스템의 코드 획득 방법.