KR100705064B1 - 확산 스펙트럼 통신 장치 및 이를 이용한 수신 방법 - Google Patents

확산 스펙트럼 통신 장치 및 이를 이용한 수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 확산 스펙트럼 통신 장치(spread spectrum communication device)(1)는 복수의 레이크 핑거(rake fingers)(20, 21, 22)를 구비한 채널 추정기(11) 및 레이크 수신기(rake receiver)(10)를 포함한다. 이러한 확산 스펙트럼 통신 장치는 직접 순차 확산 스펙트럼, 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 사용된다. 이러한 확산 스펙트럼 시스템에서, 기호는 의사 잡음 기준 시퀀스(pseudo-noise reference sequency)에 의해 그 기호의 기호 레이트보다 실질적으로 더 높은 칩 레이트로 확산되고, 이 확산 기호는 캐리어 상에 변조되며, 그 캐리어 변조된 신호는 대기 인터페이스를 거쳐 전송된다. 대기 인터페이스는 전송 신호의 다중 경로 성분을 생성한다. 확산 스펙트럼 통신 장치는 다중 경로 성분을 수신하고, 국부적으로 생성된 의사 잡음 기준 시퀀스로 수신 신호를 역확산(de-spreading)하고, 다중 경로의 분해된 성분을 동기적으로 가산함으로써 함으로써 기호를 복조한다. 수신된 신호의 캐리어 복조 후에, 확산 스펙트럼 통신 장치는 칩 레이트를 초과하는 샘플링 레이트로 그 복조 신호를 샘플링하여 서브-칩 분해도의 샘플을 획득한다. 각각의 레이크 핑거(20, 21, 22)는 서브-칩 분해도에서 분해된 다중 경로 성분을 동기적으로 결합하는 반면, 레이크 핑거는 별도로 하나 이상의 칩만큼 이격된 다중 경로 성분을 처리한다. 레이크 수신기는 개별 레이크 핑거에 동기적으로 가산된 서브-칩으로 분해된 다중 경로 성분과 하나 이상의 칩만큼 이격된 다중 경로 성분을 결합한다.

Description

확산 스펙트럼 통신 장치 및 이를 이용한 수신 방법{COMBINING SUB-CHIP RESOLUTION SAMPLES IN FINGERS OF A SPREAD-SPECTRUM RAKE RECEIVER}
본 발명은 직접 순차 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum), 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 사용되는 확산 스펙트럼 통신 장치(a spread spectrum communication device)에 관한 것으로서, 여기에서는 소정 기호를 해당 기호의 기호 레이트(symbol rate)보다도 실질적으로 더 큰 칩 레이트를 갖는 의사 잡음 기준 시퀀스(pseudo-noise reference sequence)로 확산시켜서 확산 스펙트럼 신호를 형성하고, 상기 확산 스펙트럼 신호를 캐리어 상에서 변조하고, 상기 변조된 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분을 생성하기 쉬운 대기 인터페이스(air interface)를 거쳐 전송한다.
또한, 본 발명은 직접 순차 확산 스펙트럼, 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 사용되는 수신 방법에도 관련된다.
미국 특허 제 5,648,983 호에는 소위 레이크 수신기(rake receiver)가 개시되어 있는데, 이 수신기는 직접 순차 확산 스펙트럼(DSSS), 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 시스템에 사용된다. 원칙적으로 정합 필터형 디지털 기호 수신기인 상기 레이크 수신기는, 수신된 신호의 지연된 복사본을 국부적으로 생성된 의사 잡음(PN) 시퀀스 등과 같은 기준 시퀀스와 상관시키는 복수의 소위 레이크 핑거를 포함한다. 수신된 신호는 데이터 신호이고, 이는 송신기에서 생성된 것과 동일한 의사 잡음 시퀀스에 의해 스펙트럼으로 역확산(de-spread)된다. 레이크 핑거는 태핑된 지연 라인(tapped delay line)에 결합되는데, 이 지연 라인에서 연속적인 탭(taps) 사이의 지연은 의사 잡음 시퀀스 소자의 지속 기간보다 짧고, 이러한 소자는 소위 칩이다. 상기 레이크 핑거의 출력 신호들을 결합하여, 다중 경로 채널을 통해 전파되고, 서로 다른 전파 지연의 영향을 받는 신호들로부터 동기적으로 부가된 신호를 획득하는데, 상기 동기적 부가 신호는 기호의 검출 레이트로 기호 검출기에 덤핑(dumped)된다. 원칙적으로, 상기 태핑된 지연 라인의 전체 지연은 서로 다른 전파 지연의 지연 확산에 의존한다. 샘플러(sampler)는 수신된 신호의 샘플을 상기 태핑된 지연 라인에 제공하는데, 샘플링은 서브-칩 분해도, 즉 PN 시퀀스의 칩 레이트보다 큰 샘플링 레이트로 실행된다. 레이크 수신기에 접속된 채널 추정기(channel estimator)는 디컨벌루션(de-convolution) 기법을 이용하여 고 분해도를 갖는 채널 임펄스 응답(channel impulse response)을 평가하여 칩 간격보다 가까운 거리만큼 이격된 다중 경로 소자를 실질적으로 분해한다. 레이크 핑거의 출력 신호들은 결합 전에 위상 추정기에 의해 획득된 각 경로에서의 신호 위상의 각각의 추정치와 승산된다. 따라서, 이러한 레이크 수신기는 다수의 레이트 핑거를 구비하는 복잡한 수신기 구조물을 필요로 하기는 하지만, 기준 시퀀스의 하나의 칩보다 더 가까운 거리만큼 이격되어 있는 경로 성분을 갖는 다중 경로 신호를 분해할 수 있다.
미국 특허 제 5,818,866 호에서, CDMA 레이크 수신기에서 확산 스펙트럼 무선 통신 시스템으로 송신된 메시지를 수신하기 위하여 다중 전파 지연을 선택하는 방법이 개시되어 있다. 레이크 수신기는 복수의 수신 암(reception arms) 또는 수신 핑거(reception fingers)를 포함한다. 각 핑거는 특정 지연에 의해 식별된 전파 경로를 따른 신호의 수신을 가능하게 하고, 상기 지연은 채널 추정기에 의해 추정된다. 각 핑거는 버퍼 메모리(buffer memory)에 의해 형성된 상관기(correlator), 복합 승산기(complex multiplier) 및 가산 누적기(summation-accumulator)를 포함하고, 버퍼 메모리는 수신된 신호의 복수의 샘플 및 시스템에서 예상되는 최대 지연 확산에 해당하는 복수의 샘플의 버퍼 길이(buffer length)를 저장할 수 있도록 크기가 조정된다. 기록 모드에서 버퍼는 시프트 레지스터(shift register)로서 기능하고, 판독 모드에서 버퍼는 채널 추정기에 의해 추정된 지연에 해당하는 어드레스에서 판독된다. 채널 추정기는 수신된 신호와 기준 PN 직접 순차 사이의 상관을 판정하는 슬라이딩 상관기(sliding correlator)를 포함한다. 상기 방법에서 있어서, 수신된 신호는 확산 시퀀스의 칩 레이트보다 큰 샘플링 레이트로 샘플링되어, 그 채널 추정기가 서브-칩 분해도로 관련 전파 지연을 위한 전파 채널의 응답에 대한 복소수 진폭(complex amplitude)을 추정할 수 있게 한다. 상기 방법에서, 상기 핑거에 대한 지연은 각각 제 1 및 제 2 목록으로부터 선택된다. 제 1 목록은 다중 경로 상관 피크의 중심 샘플에 해당하는 지연을 포함하고, 제 2 목록은 중심 샘플의 인접 샘플에 해당하는 지연을 포함하는데, 이러한 샘플은 소정의 선택 임계치를 초과한다. 또한, 상기 방법에 있어서, 상기 제 1 목록 내의 지연의 개수가 레이크 수신기의 암의 개수보다 많으면, 레이크 암의 지연은 제 1 목록에서 추정 에너지가 가장 큰 것으로 선택된다. 상기 제 1 목록 내에 모든 레이크 암 내의 지연을 설정하기에는 불충분한 개수의 지연이 존재한다면, 제 2 목록으로부터 추정 에너지가 선택 임계치를 초과하는 추가적 지연을 선택한다. 상기 미국 특허 제 5,648,983 호에서와 같이, 소위 다중 경로 다이버시티 이득은 상기 레이크 암으로부터 출력 신호를 동기적으로 부가함으로써 획득된다. 상기 미국 특허 제 5,818,866 호에 개시된 방법에서와 같이, 레이크 암 또는 핑거의 개수는 일정하고, 모든 암은 상기 소정의 선택 임계치 이상의 에너지를 갖는 수신된 신호의 샘플에 해당하는 지연에 할당된다.
상기 미국 특허 제 5,648,983 호 및 제 5,818,866 호에 개시된 레이크 수신기는 소위 기저 대역 직접 순차 확산 스펙트럼 수신기(baseband direct-sequence spread-spectrum receivers)이고, 일반적으로 집적 회로(IC)로서 구현된다. 비용의 측면에서 이러한 IC의 칩 면적을 가능한 작게 유지하는 것이 매우 바람직하다. 이러한 수신기가 배터리에 의해 전력을 공급받는 휴대형 통신 송수신기의 일부분이기 때문에, 배터리 전력이 너무 빨리 소모되지 않도록 이러한 수신기가 낮은 전력 소비를 갖는 것이 바람직하다.
1995년 5월에 제정된 TIA/EIA 잠정 표준인 TIA/EIA/IS-95-A의 6-7 내지 6-11, 6-17, 6-18, 6-22 내지 6-26, 7-1 내지 7-6, 7-16 내지 7-20 및 7-22 내지 7-24 페이지를 참조하면, 소위 IS-95 이동 무선국 및 기지국에서 무선 인터페이스에서 CDMA 직접 순차 확산 스펙트럼 신호를 송신 및 수신하기 위한 동작의 요구 사항이 제공되어 있다. 6-7 페이지에는, 무선 기지국에 의한 수신용의 역 CDMA 채널(reverse CDMA channel)이 개시되어 있다. 6-8 페이지의 도 6.1.3.1-2에는 역 CDMA 채널 구조가 제시되어 있다. 7-2 페이지의 도 7.1.3.1-1에는, 이동 기지국에 의한 수신용의 순방향 CDMA 채널의 전체 구조가 제시되어 있다. 역 CDMA 채널은 액세스 채널 및 역 트래픽 채널로 이루어지고, 이러한 모든 채널은 CDMA 직접 순차 CDMA 기법을 이용하여 동일한 주파수 무선 채널을 공유하고, 이러한 무선 채널은 1.23MHz의 대역폭을 갖는다. 각 트래픽 채널은 각 사용자에 의해 긴 PN-코드 시퀀스(long PN-code sequence)로서 식별된다. 역 CDMA 채널 상에서 송신되는 데이터는 20ms 프레임으로 그룹화된다. 컨볼루션 인코딩 및 인터리빙(interleaving) 후에, 역 CDMA 채널 상의 모든 데이터는 캐리어 상에서 전송되기 전에 64형 직교 변조 및 직접 순차 확산에 의해 변조된다. 도 6.1.3.1-2에 도시된 바와 같이, 직접 순차 확산은 왈쉬 칩(Walsh chips)과 사용자의 긴 코드 시퀀스의 모듈로-2 가산(modulo-2 addition)을 이용하여 이루어지는데, 제각기 동일 위상 및 직교 의사 잡음 시퀀스를 이용하여 상기 직접 순차 확산 이후에 직교 확산이 이루어지고, 직교 시퀀스는 주기 215의 칩의 주기를 갖는다. 확산 칩은 캐리어 상에서 변조되기 전에 필터링된 기저 대역이다. 인터리빙 후에, 상기 코드 기호 레이트는 일정하게 되는데, IS-95-A 시스템에서는 28,800sps이다. 6개의 코드 기호들은 전송을 위한 64 변조 기호 중의 하나로 변조된다. 6-17 페이지에 설명된 바와 같이, 변조 기호는 소위 왈쉬 기능을 이용하여 생성된 64개의 상호 직교 파형 중의 하나이다. PN 칩 레이트는 1.2288Mcps이며, 각 왈쉬 칩은 4개의 PN 칩에 의해 확산된다. 긴 코드는 이동국마다의 고유한 코드이고, 왈쉬 직교 변조는 주어진 무선 주파수에서 전송된 CDMA 채널을 식별하기 위하여 적용된다. 순방향 CDMA 채널 구조에서, 파일럿 채널(pilot channel), 동기화 채널(synchronization channel), 페이징 채널(paging channel) 및 다수의 순방향 트래픽 채널(forward traffic channels) 등과 같은 CDMA 코드 채널이 규정되고, 상기 코드 채널은 적합한 왈쉬 함수에 의해 직교 방식으로 확산되고, 그 이후에 1.2288Mcps의 고정된 칩 레이트로 PN 시퀀스의 직교 쌍을 이용하여 직교 순차 확산을 수행한다. 순방향 채널의 확산은 역방향 채널에서와는 상이하게 이루어진다. 코드 채널 제로(code channel zero)는 일반적으로 파일럿 채널에 할당되어 이동 장치가 파일럿 채널을 쉽게 찾을 수 있게 하고, 2초마다 파일럿 채널을 75회 반복한다. 파일럿 채널은 비변조 채널이고, 서로 다른 파일럿 채널은 CDMA 시스템의 마스터 클록(master clock) 내에 서로 다른 타이밍 오프셋(timing offsets)에 의해 구별된다. 기저 대역 필터링 후에, 순방향 채널 및 역방향 채널 상에서 직교 신호는 캐리어의 4개 위상으로 맵핑(mapping)된다.
J. G. Proakis에 의한 "Digital Communications"라는 제목의 서적(McGraw-Hill Book Company, 1989, pp.862-872)에서는, 확산 스펙트럼 시스템의 시간 동기화가 설명되어 있는데, 이러한 시간 동기화는 2개의 위상으로 분할되고, 신호 타이밍 후에 초기 획득 위상(initial acquisition phase) 및 트래킹 위상(tracking phase)은 먼저 획득되어 있다. 시간 동기화는 칩 간격의 작은 부분 내에서도 시간 동기화되어 있을 정도로 매우 정확하다. 863 페이지에서, 슬라이딩 상관기는 초기 동기화를 제공하는 것으로 설명되었다. 867 페이지의 도 8.5.5에서 PN 시퀀스 트래킹을 위한 지연 방지 루프(delay-locked loop)가 도시되어 있고, 이러한 DLL 트래킹은 868 및 869 페이지에 설명되어 있다.
본 발명의 목적은 수신 변조 확산 스펙트럼 신호에서 서브-칩 분해도로 분해된 다중 경로 성분이 효율적으로 결합되고, 바람직하게는 수신된 신호에서 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 최적화되는 확산 스펙트럼 통신 장치(a spread spectrum communication device)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 칩 분해도로 분해된 복수의 다중 경로 성분이 확산 스펙트럼 통신 장치 내에 포함된 레이크 수신기 내의 다수의 레이크 핑거보다 적은 경우에 전력이 절약되는 확산 스펙트럼 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 레이크 수신기의 하나의 핑거에 대해 서브-칩으로 분해된 다중 경로 성분을 선택적으로 제공하는 확산 스펙트럼 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 레이크 핑거에 제공될 서브-칩으로 분해된 다중 경로 성분에 대한 평균 위상을 추정하는 것이다.
본 발명에 따르면, 직접 순차, 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 사용되는 확산 스펙트럼 통신 디바이스를 제공하는 것으로서, 여기에서는 소정 기호를 상기 기호의 기호 레이트보다도 실질적으로 더 큰 칩 레이트를 갖는 의사 잡음 기준 시퀀스로 확산시켜서 확산 스펙트럼 신호를 형성하고, 상기 확산 스펙트럼 신호를 캐리어 상에서 변조하고, 상기 변조된 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분을 생성하기 위해서 대기 인터페이스를 거쳐 전송하며, 상기 확산 스펙트럼 통신 디바이스는,
상기 변조된 확산 스펙트럼 신호를 수신하는 수신기 프론트-엔드 수단(receiver front-end means)과,
상기 수신되고 변조된 확산 스펙트럼 신호를 복조하는 캐리어 복조 수단(carrier demodulation means)과,
상기 복조 확산 스펙트럼 신호로부터 샘플을 획득하고, 상기 칩 레이트를 초과하는 샘플링 레이트를 갖는 샘플링 수단(sampling means)과,
서브-칩 분해도(sub-chip resolution)로 상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))로부터의 상기 다중 경로 성분의 채널 특성을 추정하고, 상기 채널 특성의 국부 최대치 및 칩 주기 내에서 상기 국부 최대치에 해당하는 샘플 위치를 결정하는 채널 추정기(a channel estimator)와,
상기 채널 추정기에 결합되고, 상기 샘플을 수신하며, 복수의 수신기 브랜치(receiver branches)를 포함하는 레이크 수신기(rake receiver)를 포함하고,
각각의 상기 수신기 브랜치는,
상기 결정된 샘플 위치를 기초로 하여 상기 샘플을 다운-샘플링하는 다운-샘플러(down-sampler)와,
상기 다운-샘플링된 샘플과 국부적으로 생성된 의사 잡음 기준 시퀀스를 상관시켜서 상관값을 생성하는 상관 수단을 포함하고,
상기 레이크 수신기는,
상기 상관 값을 가중치를 부여하여 결합하는 결합 수단을 포함하고,
확산 스펙트럼 통신 디바이스가 상기 가중치를 부여하여 결합된 상관값을 기초로 하여 수신된 기호값을 결정하는 결정 수단을 더 포함한다.
결합 신호의 동일한 신호 대 잡음비로, 상기 레이크 수신기의 하나의 암 내의 서브-칩 분해된 다중 경로 성분을 결합시키기 때문에, 레이크 수신기는 공지된 레이크 수신기보다 적은 개수의 암을 갖는다. 본 발명의 확산 스펙트럼 통신 장치를 집적 회로 내에서 구현하면, 집적 회로 면적의 감소가 가능해진다. 이러한 집적 회로는 더 적은 비용으로 제조될 수 있다.
바람직하게는, 사용하지 않고 있는 레이크 핑거에 전력을 스위치-오프한다.
도 1은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치를 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치 내의 레이크 수신기를 도시하는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 레이크 수신기의 레이크 핑거를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 레이크 수신기에서 사용되는 의사 잡음 생성기를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치에서 이용되는 채널 추정기를 도시하는 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치 내의 서브-칩 분해된 다중 경로 성분을 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 레이크 수신기의 레이크 핑거에서 사용되는 다운-샘플러에 대한 일실시예를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치에 사용되는 역확산기를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 레이크 수신기의 레이크 핑거에 사용되는 위상 추정기를 도시하는 블록도.
도 1은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치(1)에 대한 블록도이다. 확산 스펙트럼 통신 장치(1)는 직접 순차, 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 이용되는데, 여기에서 확산 스펙트럼 통신 장치(1)에 전송될 기호는, 기호의 기호 레이트보다 실질적으로 큰 칩 레이트로 의사 잡음 기준 시퀀스에 의해 확산되어 확산 스펙트럼 신호를 형성한다. 이러한 확산 스펙트럼 신호는 캐리어 상에서 변조되고 대기 인터페이스를 거쳐 전송되어 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분을 생성한다. 확산 스펙트럼 시스템은 종래 기술에서 공지되어 있다. 공지된 확산 스펙트럼 시스템은 상기 TIA/EIA 잠정 표준인 TIA/EIA/IS-95-A에 기술된 바와 같이 협대역 확산 스펙트럼 시스템(narrow band spread spectrum system)이다. 다른 확산 스펙트럼 시스템은 전 세계에 걸쳐 여러 나라에서 현재 표준화가 진행 중인 광대역 확산 스펙트럼 시스템이다. 확산 스펙트럼 통신 장치(1)는 변조된 확산 스펙트럼 신호(s(t))를 수신한다. 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치(1)에 있어서, 송신되고 변조된 확산 스펙트럼 신호(s(t))의 수신된 다중 경로 성분은 서브-칩 분해도로 분해된다. 확산 스펙트럼 통신 장치(1)는 변조된 확산 스펙트럼 신호(s(t))를 수신하는 안테나(3)에 결합된 수신기 프론트-엔드 수단(2)을 포함한다. 프론트-엔드 수단(2)은 수신된 신호(s(t))를 필터링하고 증폭하는 프론트-엔드(4) 및 수신된 신호(s(t))를 복조하는 국부 발진기(local oscilltor)(6)에 결합된 혼합기(mixer)(5) 형태의 캐리어 복조 수단을 포함한다. 원칙적으로 확산 스펙트럼 통신 장치(1)는 오로지 신호(s(t))만을 수신하는 비방향성 장치가 되어야 하지만, 통상은 이 장치(1)는 양방향 통신 장치이다. 확산 스펙트럼 통신 장치(1)는 전송기 브랜치(transmitter branch)(7)를 더 포함하는데, 그의 전력 증폭기(8)가 도시되어 있다. 전송기 브랜치(7)는 상기 TIA/EIA 잠정 표준인 TIA/EIA/IS-95-A에 설명된 바와 같이 확산 스펙트럼 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 혼합기(5)는 직교 기저대역 신호(sI(t), sQ(t))의 형태로 복조된 확산 스펙트럼 신호를 샘플링 수단(9)에 제공하여, 신호(sI(t) 및 sQ(t))로부터 직교 기저 대역 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))을 획득하는데, 여기에서 t는 시간이고, n은 정수이며, 1/Ts는 수신된 신호(s(t))의 칩 레이트를 초과하는 샘플링 레이트이고, 칩은 전송될 기호가 확산되는 의사 잡음 시퀀스의 기본 요소이다. 확산 스펙트럼 장치(1)는 해당 샘플과 국부적으로 생성된 의사 잡음 시퀀스(전송될 의사 잡음 기준 시퀀스와 동일함)를 상관시키는 것에 의해 의도하는 바대로 기호 또는 비트를 검색할 수 있다. 이러한 상관 작업을 실행하고, 수신된 변조 신호의 다중 경로 성분을 추가적으로 결합하기 위하여, 스펙트럼 통신 장치(1)는 레이크 수신기(10) 및 채널 추정기(11)를 포함한다. 채널 추정기(11)는 서브-칩 분해도로 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))로부터 다중 경로 성분의 채널 특성을 추정하고, 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))의 스트림으로부터 어떤 샘플을 처리할 것인지에 대한 정보를 레이크 수신기(10)의 브랜치에 제공하는데, 이러한 정보는 도 1에 굵은 화살표로 표시되어 있고 이하에서 설명될 것이다. 채널 특성은 상관 결과에 의해 표시되고, 칩 주기 내에서 채널 추정기(11)는 이러한 상관 결과의 국부 최대치 및 해당하는 샘플 위치를 결정한다. 확산 스펙트럼 통신 장치(1)는 기호 검출기(12)와, 레이크 수신기(10), 상기 채널 추정기(11) 및 기호 검출기(12)에 결합된 프로세서(13)를 더 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치(1)에서 레이크 수신기(10)에 대한 블록도이다. 레이크 수신기(10)는 복수의 수신기 브랜치, 즉 k개의 레이크 핑거를 포함하는데, k는 정수이다. 레이크 핑거(20, 21, 22)가 도시되어 있다. 각각의 레이크 핑거(1, 2, ..., k)의 출력 신호(R1, R2, ..., Rk)는 다이버시티 결합기(diversity combiner)(23)에서 다이버시티 결합되어 다중 경로로 수신된 다이버시티 결합 신호(S)를 형성한다. 프로세서(13)는 개별 레이크 핑거에 공급되는 전력을 스위치-오프되도록 제어할 수 있으므로, 사용중이지 않은 레이크 핑거에 대한 전력 공급을 스위치-오프할 수 있다. 이를 위하여, 전력 제어 라인(p1, p2, p3)이 제공된다. 굵은 화살표는 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 채널 추정기(11)로부터의 정보를 나타낸다. 이러한 정보는 레이크 핑거(20, 21, 22)에 제공되는 의사 랜덤 시퀀스와, 수신된 신호(s(t)) 내에서 함축적으로 제공되는 의사 랜덤 기준 시퀀스를 동기화하기 위한 동기화 정보를 포함한다. 상기 TIA/EIA 잠정 표준인 TIA/EIA/IS-95-A에 따른 확산 스펙트럼 시스템에 있어서, 215칩 후에 반복되는 기준 시퀀스는 동기화를 판정한다.
도 3은 본 발명에 따른 레이크 수신기(10) 내의 레이크 핑거(20)를 도시한다. 레이크 핑거(20)는 서브-칩 분해도로 다중 경로 성분을 선택하기 위해 입력 샘플 스트림(sI(nTs), sQ(nTs))으로부터 어느 샘플이 제거될 것인지를 다운-샘플러에 명령하는 채널 추정기(11)로부터 다운-샘플링 정보(DSI)를 수신하는 다운-샘플러(30)를 포함한다. 레이크 핑거(20)는 데이터 역확산기(31)와, 국부 의사 잡음 기준 생성기(32)와, 위상 추정기(33)와, 동기적 결합기(coherent combiner)(34)를 더 포함하는데, 데이터 역확산기(31) 및 위상 추정기(33)의 출력은 동기 결합기(34) 내에서 동기적으로 결합된다. 이러한 동기적 결합은 불리한 추가가 발생되지 않도록 하나의 레이크 핑거(20) 내에서 서브-칩으로 분해된 다중 경로 성분을 결합했다는 것을 의미한다. 서브-칩 분해된 다중 경로 성분을 동기적으로 결합하기 위해서, 위상 추정기(33)는 레이크 핑거(20)에 할당된 서브-칩 분해된 다중 경로의 결합 위상을 추정한다.
도 4는 본 발명에 따른 레이크 수신기(10)의 레이크 핑거에서 사용되는 의사 잡음 생성기(32)를 도시한다. 의사 잡음 생성기(32)는 동일 위상 및 직교 의사 잡음 코드(PNI, PNQ)를 제공하는 의사 잡음 코드 생성기(40)와, 소위 왈쉬 코드(WLS)를 제공하는 왈쉬 코드 생성기(41)를 포함한다. 의사 잡음 생성기(32)는 데이터 역확산기(31) 및 위상 추정기(33)의 판독을 제어하는 덤프 신호(DMP)를 더 포함한다. 의사 잡음 생성기(32)는 채널 추정기(11)에 의해 동기화되어 국부적으로 생성된 의사 잡음 기준 시퀀스를, 레이크 수신기(10)에서 사용되는 수신된 신호의 의사 잡음 기준 시퀀스에 대해 동기화한다. 제시된 일례에서, 레이크 수신기(10)는 상기 IS-95-A 시스템 등과 같이 협대역 DSSS CDMA 시스템에서 생성된 신호들을 처리할 수 있다. 상기 IS-95-A 시스템에서, 채널 구조 및 순방향 및 역방향 채널의 확산은 매우 상이하다. IS-95-A 시스템의 경우에 본 발명은 순방향 채널에만 적용된다. 레이크 수신기(10)에서는 채널 추정기(11)로부터 수신된 동기화 정보(SY)를 기초로 하여, 다중 경로를 하나 이상의 칩의 분해능으로 분해할 수 있다. 의사 잡음 생성기(32)는, 당업자라면 쉽게 인식할 수 있는 바와 같이, 레이크 수신기가 광대역 DSSS CDAM 신호를 처리할 수 있도록 용이하게 적응될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 상기 확산 스펙트럼 통신 장치에서 사용되는 채널 추정기(11)의 블록도이다. 채널 추정기(11)는 역확산기(50) 및 도 4에 도시된 PN 코드 생성기(40)와 유사한 PN 코드 생성기(51)를 포함하고, 레이크 수신기를 위해 수신된 신호만이 역확산기(50)의 출력단에서 상관 피크(correlation peaks)를 생성하도록 역확산기(50)를 제어한다. 역확산 후에, 수신된 신호의 직교 역확산 신호는 적분기(52, 53)에서 각각 적분되고, 그 적분된 샘플은 각 제곱 장치(54, 55)에서 제곱이 되고, 가산기(56)에서 가산된다. 역확산 후에 가산된 샘플은 PN 코드 시퀀스의 위상 함수로서 서브-칩 분해도에서 신호 진폭의 형태로 진폭 테이블(57)에 저장된다. IS-95-A 시스템의 경우에, PN 코드 위상은 1/(215×샘플링 수단(9)의 오버 샘플링 계수)의 분해도로 분해된다. 진폭 테이블(57)은 동기화 정보(SY) 및 다운-샘플링 정보(DSI)를 제공하는 추정 제어기(58)에 결합된다. 추정 제어기(58)는 또한 PN 코드 생성기(51)의 위상과, 적분기(52, 53)의 덤핑 및 재설정을 결정하는 제어 신호(DMP)에 의해 적분기(52, 53)의 적분 주기를 제어한다. 추정 제어기(58)는 PN 코드 생성기(51)를 제어하여 진폭 테이블이 지속적으로 업데이트되게 한다. 추정 제어기(58)는 서브-칩 분해도 및 하나 이상의 칩의 분해도에서 최대치를 검색하도록 진폭 테이블(57)을 분석하고, 그에 따라서 레이크 핑거를 제어한다.
도 6은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치(1)의 서브-칩 분해 다중 경로 성분을 나타내는 그래프이다. 이러한 그래프는 진폭 테이블(57)에 저장된 정보를 나타내는 것으로서, 역확산, 적분 및 덤핑된 샘플의 진폭(AM)을 하나의 칩(CP)의 단위로 PN 코드 생성기(51)의 위상에 대하여 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 주어진 시간 상에서 주어진 시점에서, 수신 신호는 임계치(TH)를 초과하는 3개의 최대값, 즉 최대치(M1)와, 서브-칩 분해도에서의 2개의 국부 최대값(M2, M3)으로 분해되는데, 최대치(M1)는 하나의 칩 이상의 크기만큼 국부 최대치(M2, M3)로부터 이격되어 있다. 추정 제어기(58)는 최대치(M1)가 하나의 레이크 핑거에 의해 처리되고, 최대치(M2, M3)가 다른 레이크 핑거에 의해 처리되도록 레이크 핑거들을 제어한다. 하나의 칩 이상의 주기로 이격된 최대값들은 레이크 핑거 내의 PN 생성기에 제공될 동기화 정보로 식별되고, 서브-칩 분해도에서의 국부 최대값은 레이크 핑거 내의 다운-샘플러에 제공될 다운-샘플링 정보로 식별된다.
도 7은 본 발명에 따른 레이크 수신기(10)의 레이크 핑거(20) 및 다른 레이크 핑거(21, 22)에서 사용되는 다운-샘플러(30)에 대한 일실시예를 도시한다. 다운-샘플러(30)는 샘플링 수단(9)으로부터 입력 샘플 스트림(sI(nTs), sQ(nTs))과, 채널 추정기(11)로부터 다운-샘플링 정보(DSI)를 수신하여 어떤 샘플을 처리할 것인지 다운-샘플러(30)에 명령한다. 다운-샘플러(30)는 처리되어야 하는 샘플의 번호를 저장하는 국부 테이블(local table)(70)을 포함하는데, 이러한 국부 테이블(70)은 지속적으로 채널 추정기(11)에 의해 업데이트된다. 다운-샘플러(30)는 모듈로 카운터(modulo-counter)(71) 및 비교기(72)를 포함하는데, 비교기(72)는 모듈로 카운터(71)의 출력과 국부 테이블(70)의 샘플 번호 엔트리를 비교한다. 비교기(72)는 스위치(73)를 제어한다. 스위치(73)는 모듈로 카운터 값이 국부 테이블(70)의 엔트리와 일치할 때 닫히고, 그에 따라 입력 데이터 스트림(sI(nTs), sQ(nTs))의 샘플을 상기 데이터 역확산기(31) 및 위상 추정기(33)로 전달한다. 모듈로 카운터(71)는 칩 당 샘플의 개수로, 즉, 서브-칩 분해도로 주기적으로 카운트한다.
도 8은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 통신 장치(1)에 이용되는 데이터 역확산기(31)를 도시한다. 데이터 역확산기(31)는 제 1 승산기(80), 제 1 결합기(81) 및 제 1 적분 및 덤프 장치(82)로 이루어지는 동일 위상 브랜치와, 제 2 승산기(83), 제 2 결합기(84) 및 제 2 적분 및 덤프 장치(85)로 이루어지는 직교 브랜치를 포함하는 직교 신호 역확산기이다. 이 데이터 역확산기(31)는 데이터 역확산기(31)의 동일 위상 입력단(88)과 제 2 결합기(84)의 입력단(89) 사이에 교차 결합된 제 3 승산기(86)와, 데이터 역확산기(31)의 직교 입력단(90)과 제 1 결합기(81)의 입력단(91) 사이에 교차 결합된 제 4 승산기(87)를 더 포함한다. 왈쉬 시퀀스(Walsh sequence)(WLS)와 동일 위상 의사 잡음 시퀀스(PNI)의 모듈로-2 가산 결합(
Figure 112006084589611-pct00011
)은 제 1 승산기(80)의 입력단(92)에 공급되고, 왈쉬 시퀀스(WLS)와 동일 위상 의사 잡음 시퀀스(PNI)의 반전된 버전의 모듈로-2 가산 결합(
Figure 112006084589611-pct00012
)은 제 2 승산기(83)의 입력단(93)에 공급되고, 왈쉬 시퀀스(WLS)와 직교 의사 잡음 시퀀스(PNQ)의 모듈로-2 가산 결합(
Figure 112006084589611-pct00013
)은 제 3 및 제 4 승산기(86, 87)에 각각 접속된 입력단(94, 95)에 공급되는데, 여기에서
Figure 112006084589611-pct00014
는 모듈로-2 가산, 즉, 배타적 OR 연산을 나타낸다. 도 5에 도시된 채널 추정기(11)의 역확산기(50)는 유사한 구조를 갖지만, 오로지 데이터 역확산기(31)에서만 PN 코드 시퀀스(PNI 및 PNQ)에 추가하여 왈쉬 코드를 사용하여 상기 TIA/EIA IS-95-A 표준에서 정의된 바와 같이 코드 채널을 선택한다. 역확산기(31)에서, 곱해진 데이터는 기호 검출기(12)에 의해 검출되는 기호의 기호 주기에 걸쳐 가산된다. 제어 신호(DMA)를 이용하여, 의사 잡음 생성기(31)는 기호 주기의 개시 및 종료 신호를 전송한다.
도 9는 본 발명에 따른 레이크 수신기(10)의 레이크 핑거에서 이용되는 위상 추정기(33)의 블록도이다. 위상 추정기(33)는 역확산기(50)와 비슷한 구조의 역확산기(100)를 포함하는데, 이 역확산기(100)의 각 출력단(101, 102)은 각각 저역 통과 필터(low pass filters)(103, 104)에 결합된다. 저역 필터(103, 104)의 각 출력단(105, 106)에서 동일 위상 및 직교 브랜치 내의 데이터 샘플의 제각기의 위상 추정치를 획득할 수 있다. 저역 필터(103, 104)는 각 출력단(101, 102)에서 역 확산 신호를 보간(interpolating)하여 추정된 신호 내의 잡음을 감소시키기 위해 이용된다. 여기에서, 출력단(105, 106)에서 역확산 및 필터링된 신호는 서브-칩 분해된 다중 경로 성분의 위상 신호에 가산된다. 결과적으로, 2개 이상의 서브-칩 분해된 다중 경로 성분을 효율적으로 복조하는 레이크 핑거는 이러한 다중 경로 성분의 추정치를 동기적으로 가산한다.
당업자라면, 상술된 내용을 판독함으로써 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 정신 및 범주 내에서 여러 변형예가 형성될 수 있고, 본 발명은 본 명세서에 제공된 실시예로 한정되지 않는다는 것이 명백해질 것이다. "포함한다"라는 단어는 청구항 내에 열거된 구성 요소 또는 단계 이외의 다른 구성 요소 및 단계의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (10)

  1. 직접 순차 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum)의, 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 사용되는 확산 스펙트럼 통신 장치(a spread spectrum communication device)(1)로서,
    소정 기호는 상기 기호의 기호 레이트(symbol rate)보다도 실질적으로 더 큰 칩 레이트(chip rate)를 갖는 의사 잡음 기준 시퀀스(pseudo-noise reference sequence)로 확산되어 확산 스펙트럼 신호를 형성하고,
    상기 확산 스펙트럼 신호는 캐리어 상에서 변조되고, 상기 변조된 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분을 생성하는 대기 인터페이스(air interface)를 거쳐 전송되며,
    상기 변조된 확산 스펙트럼 신호(s(t))를 수신하는 수신기 프론트-엔드 수단(a receiver front-end means)(4)과,
    상기 수신되고 변조된 확산 스펙트럼 신호(s(t))를 복조하는 캐리어 복조 수단(a carrier demodulation means)(5)과,
    상기 칩 레이트를 초과하는 샘플링 레이트(1/Ts)로 상기 복조된 확산 스펙트럼 신호(sI(t), sQ(t))를 샘플링하여 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))을 획득하는 샘플링 수단(9)과,
    서브-칩 분해도(sub-chip resolution)를 가지고 상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))로부터 상기 다중 경로 성분의 채널 특성을 추정하고, 상기 채널 특성의 국부 최대치(M1, M2, M3) 및 칩 주기(cp) 내에서 상기 국부 최대치에 해당하는 샘플 위치를 결정하는 채널 추정기(a channel estimator)(11)와,
    상기 채널 추정기(11)에 결합되고, 상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))을 수신하며, 복수의 수신기 브랜치(receiver branches)를 갖는 레이크 수신기(a rake receiver)(10)를 포함하되,
    상기 각각의 수신기 브랜치(20, 21, 22)는,
    상기 결정된 샘플 위치를 기초로 하여 상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))을 다운-샘플링(sampling down)하는 다운-샘플러(a down-sampler)와,
    상기 다운-샘플링된 샘플과 국부적으로 생성된 의사 잡음 기준 시퀀스(PNI, PNQ, WLS)를 상관시켜서 상관값(R1, R2, ..., Rk)을 생성하는 상관 수단(a correlation means)(31, 33, 34)을 포함하고,
    상기 레이크 수신기(10)는 상기 상관값들(R1, R2, ..., Rk)을 가중치를 부여하여 결합하는 결합 수단(23)을 포함하며,
    상기 확산 스펙트럼 통신 장치는 상기 가중치를 부여하여 결합된 상관값을 기초로 하여 수신된 기호 값을 결정하는 결정 수단(12)을 더 포함하는
    확산 스펙트럼 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 추정기(11)에 결합되어 상기 수신기 브랜치(20, 21, 22)의 전력 공급을 독립적으로 제어하며, 상기 채널 추정기(11)에 의해 국부 최대치가 결정되지 않은 수신기 브랜치(20, 21, 22)로의 전력을 오프(OFF)로 스위칭하는 전력 제어 수단(13)을 포함하는 확산 스펙트럼 통신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다운-샘플러(30)는,
    상기 수신기 브랜치의 입력단과 상기 상관 수단(31) 사이에 접속된 제어 가능한 스위칭 수단(73)과,
    상기 채널 추정기(11)로부터 수신된 샘플 번호의 순차적 목록을 저장하는 저장 수단(70)과,
    칩 당 복수의 샘플을 모듈로 카운팅(modulo counting)하는 모듈로 카운터 수단(modulo counter means)(71)과,
    상기 모듈로 카운터 수단(71)과 상기 저장 수단(70) 사이에 접속된 비교 수단(72)을 포함하며,
    상기 비교 수단(72)은 상기 스위칭 수단(73)에게 명령하여 상기 카운터 수단(71)의 카운트 값이 저장된 샘플 번호와 일치할 때 주기적으로 폐쇄되게 하는
    확산 스펙트럼 통신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기 브랜치(20)는 제 1 역확산기(a first de-spreader)(31) 및 승산기(a multiplier)(34)를 포함하고,
    상기 제 1 역확산기(31)는 상기 다운-샘플러와 상기 승산기(34)의 제 1 입력단 사이에 접속되며,
    상기 수신기 브랜치(20)는 상기 제 1 역확산기(31)의 입력단과 상기 승산기(34)의 제 2 입력단 사이에 접속된 위상 추정기(33)를 더 포함하고,
    상기 위상 추정기(33)는 상기 레이크 수신기(10)에 포함된 PN 생성기(32)에 접속되고,
    상기 PN 생성기(32)는 상기 국부 의사 잡음 시퀀스(PNI, PNQ, WLS)를 제공하는 확산 스펙트럼 통신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 칩 주기(cp) 내에서, 상기 위상 추정기(33)는 상기 다중 경로 성분의 결합 위상을 결정하고,
    상기 결합 위상은 상기 수신기 브랜치(20, 21, 22)의 출력 신호를 동기 결합(coherent combining)하기 위해 사용되는 확산 스펙트럼 통신 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 채널 추정기(33)는 상기 PN 생성기(32)에 정보를 제공하여 하나 이상의 칩 주기의 분해도를 가지고 다중 경로 성분을 선택하는 확산 스펙트럼 통신 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 추정기(33)는,
    상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))의 직교 성분(quadrature components)을 제공받는 제 2 역확산기(100)와,
    상기 제 2 역확산기의 제 1 출력단(101)에 접속되어 동일 위상 추정치(in-phase phase estimate)를 제공하는 제 1 필터(103)와,
    상기 제 2 역확산기(100)의 제 2 출력단(102)에 접속되어 직교 위상 추정치(quadrature phase estimate)를 제공하는 제 2 필터(104)를 포함하고,
    상기 제 2 역확산기(100)는 상기 PN 생성기(32)의 동일 위상 및 직교 출력단(PNI, PNQ) 및 기호 동기화 입력단(DMP)에 각각 접속되는 입력단을 갖는
    확산 스펙트럼 통신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 추정기(11)는 상기 수신된 확산 스펙트럼 신호(s(t))로부터 동기화 정보(sy)를 도출하고, 상기 국부 의사 잡음 기준 시퀀스((PNI, PNQ)를 동기화하며,
    상기 동기 정보(sy)는 하나 이상의 칩 주기만큼 분리된 다중 경로에 관련되는 확산 스펙트럼 통신 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 역확산기(31)는,
    제 1 승산기(80), 제 1 결합기(81) 및 제 1 적분 및 덤프 장치(a first integration and dump device)(82)로 이루어지는 동일 위상 브랜치와,
    제 2 승산기(83), 제 2 결합기(84) 및 제 2 적분 및 덤프 장치(85)로 이루어지는 직교 브랜치와,
    동일 위상 입력단(88)과 상기 제 2 결합기(84)의 입력단(89) 사이에 교차 결합된 제 3 승산기(86)와,
    직교 입력단(90)과 상기 제 1 결합기(81)의 입력단(91) 사이에 교차 결합된 제 4 승산기(87)와,
    상기 제 1 승산기(80)의 입력단(92)에 공급되는 왈쉬 시퀀스(Walsh sequence)와 동일 위상 의사 잡음 시퀀스의 모듈로-2 가산 결합(
    Figure 112006084589611-pct00015
    )과,
    상기 제 2 승산기(83)의 입력단(93)에 공급되는 상기 왈쉬 시퀀스와 반전된 버전의 동일 위상 의사 잡음 시퀀스의 모듈로-2 가산 결합(
    Figure 112006084589611-pct00016
    )과,
    상기 제 3 및 제 4 승산기(86, 87)의 접속된 입력단(94, 95)에 공급되는 상기 왈쉬 시퀀스와 직교 의사 잡음 시퀀스의 모듈로-2 가산 결합(
    Figure 112006084589611-pct00017
    )
    을 포함하는 직교 역확산기인 확산 스펙트럼 통신 장치.
  10. 직접 순차 확산 스펙트럼, 코드 분할 다중 액세스 시스템에서 사용되는 수신 방법으로서,
    이러한 시스템에서 소정 기호는 상기 기호의 기호 레이트보다도 실질적으로 더 큰 칩 레이트를 갖는 의사 잡음 기준 시퀀스로 확산되어 확산 스펙트럼 신호를 형성하고, 상기 확산 스펙트럼 신호는 캐리어 상에서 변조되고, 상기 변조된 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분을 생성하는 대기 인터페이스를 거쳐 전송되며,
    상기 수신 방법은,
    상기 변조된 확산 스펙트럼 신호(s(t))를 수신하는 단계와,
    상기 수신되고 변조된 확산 스펙트럼 신호를 복조하는 단계와,
    상기 칩 레이트를 초과하는 샘플링 레이트(1/Ts)로 상기 복조된 확산 스펙트럼 신호(sI(t), sQ(t))를 샘플링하여 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))을 획득하는 단계와,
    서브-칩 분해도를 가지고 상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))로부터 상기 다중 경로 성분의 채널 특성을 추정하고, 상기 채널 특성의 국부 최대치(M1, M2, M3) 및 칩 주기(cp) 내에서 상기 국부 최대치(M1, M2, M3)에 해당하는 샘플 위치를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 샘플 위치를 기초로 하여 상기 샘플(sI(nTs), sQ(nTs))을 다운-샘플링하는 단계와,
    상기 다운-샘플링된 샘플과 의사 잡음 기준 시퀀스(PNI, PNQ, WLS)를 상관하여 상관값(R1, R2, ..., Rk)을 생성하는 단계-상기 다운-샘플링 단계와 병렬적인 단계임-와,
    상기 상관값(R1, R2, ..., Rk)을 가중치를 부여하여 결합하는 단계와,
    상기 가중치를 부여하여 결합된 상관값을 기초로 하여 수신된 기호값을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 수신 방법.
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