KR100548371B1 - 주파수 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주파수 측정 방법에 관한 것으로 특히, TDD(Time Devision Duplex : 시분할 이중화) 방식의 이동통신 방법에 있어서, 소정샘플만큼 이격된 신호 간의 위상 차를 검출하여 현재 수신 주파수와 수신된 송신 주파수의 차이를 검출하도록 함으로써 수신측에서 정확한 복호가 이루어지도록 함에 목적이 있다. 이러한 목적의 본 발명은 안테나로 송신측의 송출 신호가 수신되면 베이스밴드 신호로 복조하는 단계와, 상기 복조된 베이스밴드 신호에서 소정샘플만큼 이격된 신호 간의 위상 차를 검출하는 단계와, 상기 검출된 각각의 위상 차에 대한 각각의 주파수 차를 계산하는 단계와, 상기 계산된 각각의 주파수 차를 합산한 후 평균하여 최종 주파수 차를 산출하는 단계를 수행하도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

주파수 측정 방법{METHOD FOR MEASURING FREQUENCY}

도1은 일반적인 주파수 측정 장치의 블록도.

도2는 도1의 복조신호의 위상성분에 대한 시간축 기울기를 보인 그래프.

도3은 종래 기술에서의 위상차 검출 동작을 보인 예시도.

도4는 본 발명의 실시예에서 위상차 검출 동작을 보인 예시도.

도5는 본 발명의 실시예에서 주파수 측정 과정을 보인 동작 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

110 : 복조기 120 : 주파수 발생기

130 : 주파수 차 측정기

본 발명은 이동 통신시스템에 관한 것으로 특히, 주파수 측정 방법에 관한 것이다.

무선 이동통신 시스템에서는 송신측과 수신측이 미리 정해진 주파수로 신호를 송수신하게 된다.

이때, 양측에서 신호 송수신을 위한 주파수는 주파수 발생기에서 발생되는데 상기 주파수 발생기는 환경적인 요인에 따라 특성이 변할 수 있다.

또한, 단말기가 움직이면 도플러(dopler) 효과에 따라 수신되는 주파수가 변할 수 있으므로 송수신되는 주파수는 서로 정확히 같을 수는 없다.

따라서, 주파수가 일치하지 않는 경우 전체 시스템의 성능을 저하시키므로 수신측에서는 수신된 주파수를 정확히 측정하고 이를 감안하여 신호를 수신함으로써 성능저하를 막아야 한다.

일반적으로 AFC(Automatic Frequency Control) 구조의 주파수 측정 장치는 도1의 블록도에 도시된 바와 같이, 발진 주파수를 기준으로 안테나로 수신된 신호를 복조하여 베이스밴드 신호를 출력하는 복조기(110)와, 발진 주파수를 생성하여 상기 복조기(110)로 입력시키는 주파수 발생기(120)와, 상기 복조기(110)의 베이스 밴드를 입력으로 송신신호와 수신신호의 주파수 차를 산출하는 주파수 차 측정기(130)로 구성된다.

상기 주파수 발생기(120)는 전압제어 발진기(VCO)로 구성할 수 있다.

도1의 장치를 구비하여 수신측에서 기준주파수와 수신주파수와의 차이를 측정하는 일반적인 방법을 설명하면 다음과 같다.

송신주파수를

, 수신주파수를

이라 하면 송수신 주파수의 차이(

)는 아래의 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.

만일, 송신측이

라는 신호를 송신주파수(

)에 실어 송신했을 때 수신측이 송신주파수(

)를 이용하여 복조한다면(단, 송수신 주파수가 같다면) 수신측에는

가 성공적으로 수신된다.

그런데, 수신측이 송신주파수(

)와 다른 주파수(

)를 이용한다면 수신측에서 복조한 신호는

가 아니라

가 된다.

이때,

는 파일롯(pilot)과 같이 알려진(known) 신호를 사용한다고 가정하면

만 남게 된다.

따라서, 복조된 신호 중

의 위상 변화를 관찰하여 주파수 차이(

)를 측정할 수 있다.

종래 기술에서의 위상 변화를 이용한 주파수 측정 과정을 설명하기로 한다.

복조 신호의

의 위상 성분(

)을 시간축에 따라 그려보면 도2의 파형도에 도시된 바와 같이 직선처럼 나타나게 된다.

따라서, 이 그래프의 기울기를 추정하기만 하면 주파수 차이(

)를 측정할 수 있다.

도2의 파형도와 같은 직선 기울기를 추정하기 위하여 다음과 같은 과정을 수행하게 된다.

1) 복조 신호에서 정보(information)가 제거된 아래의 [수학식 2]와 같이 표현되는 신호를 입력받는다.

, n=1,2,...,N

2) 인접한 신호에 대해 아래의 [수학식 3]의 연산을 수행하여 도3의 예시도에 도시된 바와 같이 인접한 신호 간의 위상 차이만을 추출한다.

3) 상기 [수학식 3]으로 구한 위상 차이에 대해 아래의 [수학식 4]와 같은 연산으로 주파수 차이를 계산한다.

4) 상기 [수학식 4]를 이용하면 N개의 각 주파수 차이가 얻어짐으로 이를 아래의 [수학식 5]와 같은 연산으로 평균하여 최종 주파수 차이를 구한다.

즉, 상기 과정은 처음과 마지막 신호의 값만을 이용하여 주파수 차이를 계산하는 것으로, 이를 간략히 설명하면 다음과 같다.

우선, 편의를 위하여 위상 성분만 예를 들면, N개의 위상은 아래와 같이 표현된다.

,

,

, ...,

이때, 인접한 신호 간의 위상 차이는 아래와 같다.

....

따라서, 상기 각각의 위상 차이를 아래의 [수학식 6]과 같이 모두 덧셈하면 최종 위상차가 얻어진다.

이에 따라, 상기 결과를 평균하면 아래의 [수학식 7]과 같이 주파수 차이를 얻을 수 있다.

그러나, 종래 기술은 평균을 취하는 과정에서 중간신호의 값이 모두 사라지고 처음과 마지막 신호의 값만을 이용하여 주파수 차이를 계산하게 됨으로 최종 얻어진 주파수 차이 값이 부정확할 수밖에 없어 시스템 성능을 저하시키는 요인으로 작용하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 TDD(Time Devision Duplex : 시분할 이중화) 방식의 이동통신 방법에 있어서, 소정샘플만큼 이격된 신호 간의 위상 차를 검출하여 현재 수신 주파수와 수신된 송신 주파수의 차이를 검출하도록 함으로써 수신측에서 정확한 복호가 이루어지도록 창안한 주파수 측정 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 주파수 측정 방법에 있어서, 송신측의 송출 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신 신호에서 소정샘플만큼 이격된 다수의 신호 간의 위상 차를 검출하는 단계와, 상기 다수의 위상 차로부터 각각의 주파수 차를 계산하는 단계와, 상기 다수의 주파수 차를 평균하여 최종 주파수 차를 산출하는 단계를 수행함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 인접한 신호와 위상 변화를 계산하는 것이 아니라 최소 2샘플(sample) 이상 떨어진 신호 간의 위상을 비교하여 상대적인 위상 변화를 계산하도록 구성하는 것이다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

FDD(Frequency Devision Duplexing : 주파수 분할 이중화) 방식의 이동 통신시스템에서는 업링크(uplink), 다운링크(downlink)가 서로 다른 주파수를 사용하여 통신하게 된다. 따라서, 다운링크의 특정 채널을 사용한다면 언제나 기지국에서 단말쪽으로 알려진(known) 신호를 전달해 줄 수가 있다.

이러한 환경에서는 단말측에서 언제나 충분한 양의 신호를 이용하여 주파수 차이를 측정할 수 있다.

예를 들어, FDD 방식을 사용하는 W-CDMA 시스템의 경우에서는 common 채널 중의 하나인 CPICH를 이용할 수 있다. 이 채널은 기지국이 살아 있는 한 항상 송신하는 채널이다.

따라서, 단말측에서 주파수 차이를 측정하기 위하여 CPICH를 이용한다면 확산 이득(spreading gain)에 따라서 높은 수준의 SNR(신호대 잡음비)을 가지는 신호를 이용할 수 있다. 이 경우, 10ms 동안 150symbol(=38400chip)을 이용할 수 있다.

그리고, TDD 방식의 이동 통신시스템에서는 업링크, 다운링크가 서로 시간을 나누어서 통신하게 된다.

따라서, 업링크를 사용하는 시간에는 다운링크를 사용하지 못하므로 기지국에서 단말쪽으로 known 신호를 전달해 줄 수 있는 시간이 제한되어 있다.

예를 들어, TDD 방식을 사용하는 TD-SCDMA 방식의 이동 통신시스템에서는 다운링크를 이용할 수 있는 시간이 제한되어 있으므로 이용할 수 있는 known 신호로는 통화채널(traffic channel)이 전송될 때 함께 전송되는 midamble 신호 밖에 없다.

그런데, 12.2kbps 채널의 경우 midamble 신호가 차지하는 비율은 2.11%(5ms 동안 총 6800chip 중에서 144chip) 밖에 되지 않고 이도 chip level의 신호이므로 SNR이 낮은 저품질의 신호만을 이용하여야 한다.

따라서, TD-SCDMA 방식의 이동 통신시스템에서는 기존 방법 보다 저품질의 적은 양의 신호를 이용하여 좀더 정확히 주파수 차이를 측정할 수 있는 방법이 필요한다.

본 발명은 입력신호에 잡음이 많을 경우에도 정확히 주파수 차이를 측정할 수 있도록 구성한다.

본 발명의 실시예를 위한 장치는 도1의 블록도와 동일하게 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 도5의 동작 순서도에 도시한 바와 같이, 안테나로 송신측의 송출 신호가 수신되면 베이스밴드 신호로 복조하는 단계와, 상기 복조된 베이스밴드 신호에서 소정샘플만큼 이격된 다수의 신호 간의 위상 차를 검출하는 단계와, 상기 검출된 각각의 위상 차에 대한 각각의 주파수 차를 계산하는 단계와, 상기 계산된 각각의 주파수 차를 합산한 후 평균하여 최종 주파수 차를 산출하는 단계를 수행하도록 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 본원 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 도4의 예시도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서 주파수 차 측정 과정은 다음과 같다.

1) 복조 신호에서 정보(information)가 제거된 아래의 [수학식 11]와 같이 표현되는 신호를 입력받는다.

, n=1,2,...,N

2) 도4의 예시도에 도시한 바와 같이 2샘플 이상 떨어진 신호에 대해 아래의 [수학식 12]의 연산을 수행하여 위상 차이를 추출한다.

3) 상기 [수학식 12]와 같이 구한 위상 차이로부터 아래의 [수학식 13]와 같은 연산으로 각각의 주파수 차이를 계산한다.

4) 상기 [수학식 13]를 이용하여 얻어진 N개의 각 주파수 차이값에 대해 아래의 [수학식 14]와 같은 연산으로 평균하여 최종 주파수 차이를 구한다.

즉, 상기 본 발명의 실시예에서의 과정은 k개 샘플만큼 떨어진 신호 간의 위상차를 구하여 주파수 차이를 계산하는 것으로, 이를 간략히 설명하면 다음과 같다.

우선, 편의를 위하여 위상 성분만 예를 들면, N개의 위상은 아래와 같이 표현된다.

,

,

, ...,

이때, k개 샘플만큼 떨어진 신호 간의 위상 차이는 아래와 같다.

....

따라서, 상기 각각의 위상 차이를 아래의 [수학식 15]와 같이 모두 덧셈하면 최종 위상차가 얻어진다.

이에 따라, 상기 [수학식 15]와 같이 얻어진 위상차를 평균하여 주파수로 변환하면 최종적으로 원하는 주파수를 얻을 수 있다.

여기서, k값에 따라 다르지만, (+)항목에서 k개, (-)항목에서 k개의 신호 성분을 이용할 수 있으므로 좀더 정확한 측정이 가능하다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 인접한 신호들끼리의 위상차를 계산하는 종래 방법이 아닌 k개 샘플만큼 이격된 신호들 간의 위상차이를 계산하기 때문에 종래 기술에서 중간에 위치한 신호들이 사라지는 문제를 해결하여 입력신호에 잡음이 많을 경우에도 좀 더 정확히 주파수 차이를 측정할 수 있어 시스템 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 주파수 측정 방법에 있어서,

   송신측의 송출 신호를 수신하는 단계와,

   상기 수신신호에 대해 소정 샘플구간만큼 이격된 다수의 신호 간의 위상 차를 검출하는 단계와,

   상기 검출된 각각의 위상 차에 대해 각각의 주파수를 계산하는 단계와,

   상기 각각의 주파수를 합산, 평균하여 최종 주파수 차를 산출하는 단계를 수행함을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 최종 주파수 차는 아래의 식과 같이 산출하는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.

   

   여기서,

   

   ,

   

   이다. 단, n= 1,2,...,k,...,N이다.

Images