KR100969763B1 - 디지털 영역에서의 주파수 변환 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이동통신시스템에서 N개의 주파수 운용 시 디지털 영역의 주파수 변환 방법은, 상기 N개의 주파수 중 기준 주파수를 선정하는 과정과, 상기 기준 주파수에 대해 디지털 주파수 변환을 위한 수치 제어값을 계산하는 과정과, 상기 수치 제어값에 상기 기준 주파수에 대한 다른 주파수들의 주파수 비율들을 각각 곱하여 해당 주파수들의 수치 제어값들을 계산하는 과정을 포함하여 실제 NCO 세팅되는 값이 기준값을 기준으로 하여 정수 배로 움직임으로 소수점 이하 버려지는 값들의 영향을 받지 않아서 위상오차를 발생시키지 않으므로서, 위성오차로 인해 발생할 수 있는 모든 영향에서 벗어날 수 있고, CDMA 무선기지국 성능 (Code domain power의 안정성)개선에 효과가 있다.

DMA, NCO, Digital Up Conversion

Description

디지털 영역에서의 주파수 변환 방법{METHOD FOR CONVERTING FREQUENCY IN DIGITAL DOMAIL}

도 1은 종래 시스템의 아날로그 주파수 변환을 수행하는 기지국 송신기에 대한 개략적인 구성을 보인 블록도

도 2는 아날로그 주파수 상승 변환기에서 FA별 주파수 상승 변환을 보여주는 도면

도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 디지털 주파수 상승 변환을 수행하는 기지국 송신기 구성의 RF 처리부를 보여주는 도면

도 4는 본 발명이 적용되는 DUC에서 FA별 주파수 상승 변환을 보여주는 도면

도 5는 플로팅 포인트 계산 방식에 따른 NCO 수치 제어값을 세팅하는 과정을 보여주는 상세도면.

도 6은 플로팅 포인트 계산 방식에 따른 NCO세팅하는 과정을 보여주는 흐름도.

도 7은 본 발명에 따른 NCO수치 제어값을 세팅하는 과정을 보여주는 상세도면.

도 8은 본 발명에 따른 NCO세팅하는 과정을 보여주는 흐름도.

본 발명은 이동통신시스템에 대한 것으로서, 특히 복수의 주파수를 운용하는 이동통신 시스템에서 주파수 운용 시 디지털 영역에서 주파수 상승 변환을 수행하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, CDMA(Code Division Multiple Acess)의 하드웨어 시스템은 베이스밴드(Base band)의 디지털 처리부와 알에프(Radio Frequency : RF)부분으로 크게 나눌 수 있는데 통상 중간주파수 처리부분을 포함한 RF부분은 아날로그 소자로 구성되어 있다.

도 1은 종래 시스템의 아날로그 주파수 변환을 수행하는 기지국 송신기에 대한 개략적인 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시한 바와 같이, 모뎀(1)은 기저대역의 디지털 신호를 출력한다. 상기 출력된 기저대역의 신호는 아날로그 트랜시버(13)로 입력된다.

상기 아날로그 트랜시버(13)는 D/A컨버터(Digital to Analog converter)(3)와, 아날로그 주파수 상승 변환기(Analog up Converter)(7)와 국부발진기(LO: Local oscillator)(5)와, 증폭부(9)와, 로우패스필터(Low pass Filter)(11)로 구성된다.

상기 D/A컨버터(3)는 상기모뎀(1)으로부터 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 국부발진기(5)는 운용시스템에 따른 소정 주파수의 국부발진신호를 발생한다. 상기 아날로그 주파수 상승 변환기(7)는 상기 아날로그 신호와 상기 국부 발진 신호를 결합하여 RF대역의 신호로 변환하고, 상기 증폭부(9)는 상기 변환된 RF신호를 소정의 레벨로 증폭한다. 상기 로우 패스 필터(11)는 상기 증폭된 신호를 로우 패스 필터링한다.

상기 증폭부(15)는 상기 필터링 된 신호를 소정 레벨로 증폭하여 안테나로 전달한다.

한편, 보다 많은 트래픽을 감당하기 위해 복수의 FA(Frequency Assignment)를 운용하는 경우, 상기 도 1은 하나의 FA만을 보였지만, 여러 FA가 사용된다.

도 2는 복수의 FA를 사용하는 기지국 송신기의 RF부분(20)에서 FA별 주파수 상승 변환을 보여주는 도면이다.

도 2의 도시한 바와 같이, 상기 RF부분(20)은 입력된 기저대역 신호들(BB1, BB2, BB3, BB4)에 대해 각각 아날로그 주파수 상승 변환을 수행하고, 상기 변환된 신호들(RF1, RF2, RF3, RF4)을 증폭부로의 입력 이전에 모두 결합한다.

최근에는 통신시스템의 정확성을 향상시키기 위해 상기 중간주파수 처리부분을 디지털로 구현하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그런데, FA들 간 간격이 일정하지 않으면, FA간 위상오차가 발생하여 더해진 신호의 피크(Peak)값이 커지는 문제점이 발생한다. 따라서, 디지털 주파수 상승 변환기에서 FA들 간 간격을 일정하게 하기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 디지털 주파수 상승 변환기를 사용하여 다수의 FA를 운용 시, FA간 주파수 및 위상을 정확하게 조정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이동통신시스템에서 N개의 주파수 운용 시 디지털 영역의 주파수 변환 방법은, 상기 N개의 주파수 중 기준 주파수를 선정하는 과정과, 상기 기준 주파수에 대해 디지털 주파수 변환을 위한 수치 제어값을 계산하는 과정과, 상기 수치 제어값에 상기 기준 주파수에 대한 다른 주파수들의 주파수 비율들을 각각 곱하여 해당 주파수들의 수치 제어값들을 계산하는 과정을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호로 나타내었으며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

후술되는 본 발명의 바람직한 실시예는 디지털 주파수 상승 변환기에서 FA(Frequency Assinment)별로 입력된 신호들을 수치 제어값과 결합하여 IF(Intermediate Frequency)신호로 변환하는 과정에 있어서, 상기 수치 제어값을 조정하여 FA들의 주파수 및 위상을 정확하게 조정하는 것이다.

도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 디지털 주파수 상승 변환을 수행하는 기지국 송신기 구성의 RF 처리부를 보여주는 도면이다. 여기에서는 단지 하나의 FA를 위한 구성을 도시하였다.

도시한 바와 같이 디지털 트랜시버(20)는 디지털 주파수 상승 변환기(Digital Up Converter :이하 DUC라 칭한다.)(13)와, NCO(Numerically Controlled Oscillator)(15)와, D/A(DIgital/analog)컨버터(17)와, 증폭기(19)와, 로우패스필터(Low Pass Filter)(21)를 포함하여 구성된다.

모뎀(11)은 기저대역의 디지털 신호를 발생하고, 상기 NCO(13)는 운용시스템에 따른 소정의 수치 제어값을 발생한다. 상기 디지털 업 컨버터(13)는 상기 기저대역신호와 상기 수치 제어값을 결합하여 중간주파수의 신호로 변환한다. 상기 D/A 컨버터(17)는 상기 중간주파수를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 증폭부(19)는 상기 아날로그 신호를 소정의 레벨로 증폭하고, 상기 로우패스필터(21)는 상기 증폭 된 신호를 로우 패스 필터링한다.

상기 DUC(13)에서 아날로그 주파수 상승 변조기의 LO역할을 하는 장치가 상기 NCO(13)이다. 따라서 상기 NCO의 수치 제어값을 조정함으로써 FA별 정확한 주파수 및 위상의 조정이 가능하다.

도 4는 전형적인 디지털 트랜시버에서 FA별 주파수 상승 변환을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 디지털 트랜시버는 상기 모뎀으로부터 입력된 기저대역 신호들(BB1, BB2, BB3, BB4)을 FA별로 각각 디지털 상승 변환을 수행한 중간주파수 값(IF1, IF2, IF3, IF4)들을 모두 더한 후 더해진 하나의 신호에 대해 D/A변환 및 아날로그 모듈레이션을 수행한다. 상기 IF1~IF4의 FA위치들은 소정의 일정한 간격으로 시프트(shift)된다. 이 때 NCO값의 위상을 FA별로 특정 값만큼 로테이션(Roatation)을 시켜주면 상기 더해진 신호의 피크 값을 줄일 수 있다.

그런데, 이를 위해서는 FA간의 간격이 동일해야 한다. 통상 다수의 FA의 변환을 위해 NCO를 사용하는 경우, 플로팅 포인트(Floating point)방식이 사용된다. 상기 플로팅 포인트 방식은 어떤 계산된 신호의 결과값에 대해서 소수점 이하의 값을 단순히 반올림하거나 버림을 하는 방식이다. 이로 인해 원래의 값과 오차가 발생한다.

여기서는 다수의 FA에 대한 NCO 세팅과정에서 수치 제어값을 상기 플로팅 포인트 계산을 이용하여 결정하는 방법을 도 5를 참조하여, 자세히 후술하겠다.

도 5는 플로팅 포인트 계산 방식에 따른 NCO세팅을 보여주는 상세 도면이다.

도시한 바와 같이 4개의 FA를 운용하는 시스템을 나타내었다. 시스템에서 4개의 주파수에 대해 각각 수치 제어값(NCO1~NCO4)을 구하고 그 값을 각 FA별 NCO에 세팅한다. 여기서 수치 제어값(NCOn)은 하기 수학식 1로 계산된다.

* Fn/Fck

여기서 F는 원하는 세팅 주파수 값(MHz)이고, Fck는 운용시스템의 클럭 주파수로 예를 들면 CDMA 시스템의 경우 29.4912MHz이다.

상기 수치 제어값을 결정하는 절차를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 할당 가능한 전체 주파수 대역 중 기준값(offset)이 정해진다. 일반적으로 1.25MHz대역폭의 FA를 운용하는 CDMA시스템에서 만약, 4개의 주파수를 운용하고자 한다면, 첫 번째 FA는 offset+1.25MHz이고, 두 번째 FA는 offset +2.5MHz이고, 세 번째 FA는 offset+3.75MHz이고, 네 번째 FA는 offset+5MHz로 운용된다. 그러면 4개의 FA의 NCO 수치 제어값은 상기 [수학식 1]로 다음과 같이 계산된다.

FA1 : offset + 1.25MHz : NCO1 =

＝182044444.4444

FA2 : offset + 2.5MHz :　NCO2 =

＝364088888.8889

FA3 : offset + 3.75MHz :　NCO3 =

＝ 546133333.3333

FA4 : offset + 5MHz : NCO4 =

＝728177777.7778

그런데 플로팅 포인트 계산방식은 상기 계산된 값들 중 소수점 이하를 무시 한다. 그러면, 해당 FA들의 NCO수치 제어값(F1~F4)들은 NCO1은 180244444이고, NCO2는 364088888이고, NCO3은 546133333이고, NCO4는 728177777이 되고, 상기 무시한 소수점 이하값들에 의해 4개의 FA들 간 간격이 일치하지 않게 되어 FA들 간 위상오차가 발생한다.

도 6은 플로팅 포인트 계산방식에 따른 NCO세팅 값을 계산하는 흐름도이다.

도시한 바와 같이, 과정 22에서는 FA의 할당 가능한 전체 주파수 대역에서 기준이 되는 옵셋(offset)을 결정한다.

과정 24는 각각의 FA별로 과정 22에서 결정된 상기 옵셋에 상기 옵셋으로부터 FA별 운용주파수 간격을 더하여 N개의 주파수들(FA1~FA2)을 계산한다. 과정 26은 상기 N개의 주파수들의 수치 제어값들(NCO1~NCO2)을 상기 [수학식1]으로 계산한다.

과정 28은 상기 계산된 FA별 수치 제어값의 소수점 이하 값을 버린다. 과정 30은 상기 NCO들의 수치 제어값을 해당 FA의 NCO들에 세팅한다.

이상과 같이 상기 플로팅 포인트 계산방식으로 인해 FA들 간의 간격이 일정하지 않아서 발생하는 위상오차를 해결하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에서는 NCO 세팅 값을 계산하는 방식을 제안한다.

도 7은 본 발명에 따른 NCO 세팅 방법을 보여주는 도면이다. 여기에서는 도 5와 마찬가지로 4개의 FA를 사용하는 경우를 예를 들어 설명한다. 우선, 1.25MHz대역폭의 FA를 운용하는 시스템이므로 첫 번째 FA는 offset+1.25MHz이고, 두 번째 FA는 offset +2.5MHz이고, 세 번째 FA는 offset+3.75MHz이고, 네 번째 FA는 offset+5MHz로 운용된다.

상기 4개의 주파수 중 기준이 되는 주파수를 선정한다. 여기에서는 편의상 offset + 1.25MHz를 기준주파수로 선정한다. 그리고, 상기 [수학식 1]에 의거하여 상기 기준 주파수의 NCO 수치 제어값을 구하면 182044444.4444이다. 여기서 소수점 이하를 무시한 182044444를 NCO 세팅을 위한 기준값(Reference)으로 선정한다. 그리고 상기 기준값에 상기 기준 FA에 대한 다른 FA들의 비율을 곱하여 하기 [수학식 2]와 같은 FA별 NCO 수치 제어값을 얻는다.

FA1 : Offset + 1.25MHz : NCO1 =[] =Reference =182044444

FA2 : Offset + 2.5MHz : NCO2 = Reference * 2 = 364088888

FA3 : Offset + 3.75MHz : NCO3= Reference * 3 = 546133333

FA4 : Offset + 5MHz : NCO4= Reference * 4 = 728177776

상기 플로팅 포인트 계산방식의 NCO 수치 제어값에 따른 오차를 개선하기 위한 본 발명에 따른 NCO 수치 제어값을 계산하는 과정을 도 8에 도시하였다.

도시한 바와 같이, 과정 32에서는 도 7과 마찬가지로 운용하고자 하는 FA의 할당 가능한 전체 주파수 대역에서 기준이 되는 옵셋(offset)을 결정한다.

과정 34에서는 각각의 FA별로 과정 32에서 결정된 상기 옵셋에 상기 옵셋으로부터의 FA별 운용주파수 간격을 더하여 N개의 주파수들을 계산한다.

과정 36은 상기 N개의 주파수들 중 기준주파수(Reference)를 선정한다.

과정 38에서는 기준 주파수의 수치 제어값을 상기 [수학식 1]에 따라 계산한다.

과정 40에서는 상기 수치 제어값의 소수점 이하 값을 버린다.

과정 42에서는 상기 과정 40에서 구한 수치 제어값에 상기 기준 FA에 대한 다른 FA들의 주파수 비율을 각각 곱하여 다른 FA들의 NCO 수치 제어값들을 각각 계산한다.

과정 44에서는 모든 FA들의 상기 NCO 수치 제어값을 해당 FA들의 NCO들에 각각 세팅한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 실제 NCO 세팅되는 값은 미리 정해진 기준주파수를 기준으로 하여 정수 배로 설정하기 때문에 소수점 이하 버려지는 값들의 영향을 받지 않아서 위상오차를 발생시키지 않으므로, 위상오차로 인해 발생할 수 있는 모든 영향에서 벗어날 수 있는 효과가 있다. 또한, 부호 도메인에서 전력을 안정화하여 CDMA 무선 기지국 성능개선에 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이동통신시스템에서 N개의 주파수 운용 시 디지털 영역의 주파수 변환 방법에 있어서,

   상기 N개의 주파수 중 기준 주파수를 선정하는 과정과,

   상기 기준 주파수에 대해 디지털 주파수 변환을 위한 수치 제어값을 계산하는 과정과,

   상기 수치 제어값에 상기 기준 주파수에 대한 다른 주파수들의 주파수 비율들을 각각 곱하여 해당 주파수들의 수치 제어값들을 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 주파수 변환 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 N개의 주파수간 간격은, 1.25MHz임을 특징으로 하는 주파수 변환 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수치 제어값은, 원하는 주파수 값인 Fn을 운용 시스템의 클럭 주파수인 Fck로 나누고, 소수점 이하 값을 버려 계산함을 특징으로 하는 주파수 변환 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 할당 가능한 전체 주파수 대역에서 기준이 되는 옵셋을 결정하는 과정과,

   상기 결정된 옵셋에 주파수간 간격을 더하여 상기 N개의 주파수를 계산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주파수 변환 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수치 제어값들을 사용하여 기저대역신호들을 주파수 상승 변환하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주파수 변환 방법.

Images