KR19980026495A

KR19980026495A - 다중 경로 페이딩 환경하에서의 의사잡음 부호 추적 방법

Info

Publication number: KR19980026495A
Application number: KR1019960044934A
Authority: KR
Inventors: 백승관
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-07-15
Also published as: KR100196427B1

Abstract

여기서는, 수신 신호의 의사잡음(PN) 부호와 동일한 PN 부호를 발생하는 PN 부호 발생기와, 이 PN 부호 발생기에 의해 발생된 상기 PN 부호와 수신 신호간의 상관들을 각각 구하여 누적하는 상관기들을 구비하는 PN 부호 추적 루프들에 의해, 서로 다른 특성들을 갖는 다중 경로들 각각에서 기저 대역으로 주파수 이동된 수신 신호를 표본화하여 PN 부호 신호를 추적하는 방법이 개시된다. 다중 경로 페이딩 채널 환경하에서도 성능 저하없이 PN 부호의 추적이 가능하도록 하기 위해, 정시 상관값에 따라서 상기 각 PN 부호 추적 루프들의 적분 길이를 조정한다. 이로써, 상관기의 적분기의 크기만 변화시키면 되므로 큰 하드웨어의 변화없이 PN 부호 추적기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

다중 경로 페이딩 환경하에서의 의사잡음 부호 추적 방법 (PN CODE TRACKING METHOD UNDER MULTIPATH FADING ENVIRONMENT)

본 발명은 디지틀 이동 통신에 관한 것으로, 특히 직접 시퀀스 확산 대역 변조(direct-sequence spread-spectrum modulation) 방식을 사용하는 통신 시스템의 수신기에서 의사잡음 부호(pseudo-noise;PN)를 추적(tracking)하는 방법에 관한 것이다.

도 1에는 종래의 PN 부호 추적 루프 회로(20) 및 그 주변 회로가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, PN 부호 추적 루프 회로(20)는 데시메이터(decimator)(21)와, 루프 여파기(loop filter)(22), 국부 PN 시퀀스 발생기(local PN sequence generator)(23) 및, 위상 검출기(phase detector)(24)로 구성된다. 종래의 수신기에서, 수신된 신호로부터 올바른 정보 데이터를 얻어내기 위해서는, 먼저, 수신 신호의 PN 부호와 동기된 국부 PN 부호를 발생시고 이것으로 상기 수신 신호를 역확산(despreading)시켜야 한다. 이때, 수신 신호와 국부 PN 부호간의 부호 동기가 정확히 이루어지지 않으면 시스템의 성능 저하가 초래된다. 그러므로, 두 신호간의 PN 부호 동기를 맞추는 것이 직접 시퀀스 확산 대역 변조 방식을 사용한 시스템의 핵심 기술이라고 할 수 있다. 예를 들어, 현재 우리 나라의 디지틀 이동 통신 방식인 CDMA(code division muliple access) 시스템에서는 파일롯(pilot) 신호의 확산 부호(spreading code)로 데이터 전송을 위하여 사용하는 순방향 채널의 동기(sync) 채널, 페이징(paging) 채널 그리고 순방향 트래픽(forward traffic) 채널의 대역 확산이 이루어지므로 각 채널에 대하여 PN 부호 동기를 수행할 필요없이 파일롯 채널 신호에 대한 PN 부호 동기만 달성하면 국부 PN 부호를 이용하여 다른 채널의 복조가 가능하게 된다.

위와 같은 PN 부호 동기는 크게 두 가지 과정으로 나뉘어 진다. 먼저, 초기에 수신 신호의 PN 부호 지연 시간을 대략적으로 획득한다. 이어, PN 부호 추적 루프를 이용하여 획득(acquisiton)에 의하여 얻어진 수신 신호의 PN 부호 타이밍을 지속적으로 추적해 나간다. 즉, 획득에 의해 수신 신호와의 PN 부호 타이밍 오차(PN code timing error)를 어느 범위내로 들어오게 한 후, PN 부호 추적 루프를 사용하여 이 PN 부호 타이밍 오차를 없애 나감은 물론, 이 오차의 시간 변화(timing variation)를 계속적으로 추적하여 오차를 없애 나가는 것이다.

다시 도 1을 참조하여, 안테나(10)를 통해 수신된 반송 주파수(carrier frequency)(ω₀)의 수신 신호는 발진기(oscillator)(11)와 곱셈기(multiplier)(12)에 의해 기저 대역(baseband) 신호로 변환된다. 기저 대역(base band)으로 주파수 이동된 수신 신호는 수신 여파기(receive filter)(13)를 거친 다음, 칩 주파수(chip frequency)의 정수 배의 주파수로 동작하는 자유 발진기(free-running oscillator)(14a) 및 이에 의해 구동되는 ADC(analog to digital converter)(14b) 즉, 자유 발진 ADC(14)에 의하여 표본(sample)이 취해진다. 이 신호는 PN 부호 추적 루프(20)의 데시메이터(21)에 의해 다시 칩 주파수로 표본화된다. 루프 여파기(22)로는 위상 검출기(24)의 출력이 제공된다. 예를 들어, 출력 특성 1-△ DLL(delay-lock loop)을 갖는 위상 검출기(24)는 수신 신호에 대한 국부 PN 부호의 이른 상관(early correlation;c _e )과 늦은 상관(late correlation;c _l )을 계산하고 두 상관 값들의 차를 계산하여 이 값을 위상 검출기(24)의 출력으로 사용한다.

이상과 같이, 국부 PN 부호의 타이밍을 조정하기 위하여 데시메이터(21)를 사용할 경우 PN 부호 추적 회로의 구현이 상대적으로 용이하다는 장점이 있다. 그러나, 데시메이터만을 사용할 경우 데시메이터의 특성상 국부 PN 부호의 타이밍을 자유 발진 ADC(14)의 표본화 주기의 정수 배로만 조정할 수 있으므로 PN 부호 추적에 한계가 있다. 또한, 다중 경로 페이딩 채널 환경에서는 각 다중경로 성분들중 복조하기에 충분한 크기를 가진 N 개의 다중 경로 성분들을 선택한 후, N 개의 PN 부호 추적 루프들을 사용하여 다중 경로 성분들을 각각 추적하게 해서 각 성분들을 조합하여 성능 향상을 이루고자 한다. 그러나 각 다중 경로 성분들의 유효 신호 대 잡음비(effective SNR)가 서로 다르므로 PN 부호 추적 루프들의 성능이 같지 않고 즉, PN 부호 추적 루프들의 타이밍 지터(timing jitter)들이 서로 다르고 이런 이유로 전체적인 시스템의 성능 저하를 가져오게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 경로 페이딩 채널 환경하에서도 성능 저하없이 PN 부호의 추적이 가능한 PN 부호 추적 방법을 제공하는 것이 목적이다.

도 1은 종래의 직접 시퀀스 확산 대역 변조 방식 통신 시스템용 수신기의 의사 잡음 추적 루프 주변 회로의 구성을 보여주는 블럭도;

도 2는 본 발명에 따른 의사잡음 부호 추적 루프 회로의 구성을 보여주는 블럭도;

도 3은 다중 경로 채널의 예를 보여주는 도면;

도 4는 도 3에 도시된 다중 경로 채널에 대한 정시 상관기(punctual correlator)의 출력을 보여주는 도면.

상기 목적을 달성하기 위한 PN 부호 추적 방법에서는, 정시 상관기의 출력을 관찰하여 그 값에 따라서 각 PN 부호 추적 루프들의 적분 길이를 조정한다. 이로써, 각 루프의 성능이 조정된다.

도 2는 본 발명에 따른 동기 PN 부호 추적 루프의 구성을 보여주고 있다. 본 발명의 동기 PN 부호 추적 루프와 관련하여, 입력 정보 신호는 변조되어 있지 않으며 잔류 반송파 성분이 없는 것으로 가정한다. 따라서, 동기 PN 부호 위상 검출기는 동상(in-phase) 신호 성분만을 사용하여 이른 상관기의 출력(c _e )과 늦은 상관기의 출력(c _l )의 차이로부터 PN 부호 위상 오차를 추정한다. 이른 상관기의 출력(c _e )과 늦은 상관기의 출력(c _l )의 차이는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서,c _e ≡c 와c _l ≡c 는 각각 이른 상관기의 출력과 늦은 상관기의 출력이며, 2△τ는 이른 상관기의 출력과 늦은 상관기의 출력간의 시간 간격이다.

동기 PN 부호 위상 검출기(120)의 평균은 다음과 같이 근사될 수 있다.

여기서,E _C 는 칩 에너지,g _c (t)는 전체 칩 펄스 파형이다.

그리고, '가산성 백색 가우시안 잡음'에 대한 이른 상관기의 출력과 늦은 상관기의 출력으로 계산된 위상 검출기(120)의 출력의 분산은 다음과 같다.

여기서,N _C 는 상관기의 상관 길이이다.

위의 식들로부터 PN 부호 추적 루프의 상대적인 타이밍 오차가에 비례함을 알 수 있고, 이로부터 PN 부호 추적 루프 타이밍 지터가 신호의 신호 대 잡음비에 의존적임을 알 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 다중 경로 성분들을 가지는 경우, 전파 지연이인 다중 경로 성분을 추적하는 PN 부호 추적 루프의 타이밍 지터와 전파 지연이인 다중 경로 성분을 추적하는 PN 부호 추적 루프의 타이밍 지터의 비가

본 발명의 PN 부호 추적 방법은 앞에서 언급한 데시메이터를 이용한 PN 부호 추적 방법과 기본 개념은 비슷하다고 볼 수 있다. 즉, PN 부호 타이밍을 조정하는 방법으로 다음과 같은 방법을 사용한다. 먼저, 기저 대역으로 주파수 이동된 수신 신호를 수신 여파기를 거친 다음, 칩 주파수의 정수 배의 주파수로 동작하는 자유 발진 ADC에 의하여 수신 신호의 표본화가 이루어진다. 자유 발진 ADC의 출력은 PN 부호 추적 루프의 데시메이터(100)에 의해 다시 표본화된다. 상관기들(110)은 표본화된 수신 신호들의 상관들 즉, 이른 상관, 늦은 상과 및 정시 상관을 구한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상관기들(110) 각각은 수신 신호의 PN 부호와 동일한 PN 부호를 발생하는 PN 부호 발생기(도시되지 않음)와, 이 PN 부호 발생기에 의해 발생된 상기 PN 부호와 상기 수신 신호간의 상관들을 구하는 곱셈기(111) 및, 구해진 상관들을 각각 누적하는 적분기(112)를 구하고 있다. 칩 주파수로 표본화된 신호는 위상 검출기(120)를 통하여 루프 여파기(130)로 제공된다. 루프 여파기(130)의 출력은 양자화기(140)에 의해 양자화(quantization)되고, 이 양자화된 값이 PN 부호 추적에 이용된다. 위상 검출기(120)의 출력은 칩 주파수로 표본화된 수신 신호와 국부 PN 부호간의 고정된 길이에 대한 상관을 계산하는 것에 의해 얻어진다. 그러나, 이 방법으로는 도 3과 같이 서로 다른 특성을 가진 다중 경로 성분들을 추적하는데 있어 동일한 성능을 얻을 수 없다.

이런 문제의 해결을 위해, 먼저, 도 3과 같은 다중 경로 성분들을 추적하기 위한 2 개의 PN 부호 추적 루프들이 사용된다고 가정하자. 이 경우에 종래의 방법대로 2 개의 PN 부호 추적 루프들 모두의 적분 길이(integration length)를 사용한다면, 도 4에서와 같이 2 개의 PN 부호 추적 루프들의 상관기들은 각 다중경로 성분들이 가진 유효 신호 대 잡음비에 따라서 서로 다른 값들을 출력하게 된다.

이에 대한 해결 방안으로서, 미리 정해진 상관 길이를 사용하는 것이 아니라, 임의의 상관 값가 출력될 때까지 상관을 취하는 방식이 채용된다. 이와 같은 방식으로 PN 부호 추적을 수행하게 되면 2 개의 PN 부호 추적 루프들에서 얻어지게 되는 위상 검출기들의 출력들이 각각 다음과 같은 결과를 가지게 된다.

첫 번째 경로(path)를 추적하는 PN 부호 추적 루프 위상 검출기의 출력 특성:

두 번째 경로를 추적하는 PN 부호 추적 루프 위상 검출기의 출력 특성:

이상과 같이, 가변 적분 길이(variable integration length)를 가지는 2 개의 PN 부호 추적 루프들을 사용하게 되면, 상대적인 신호 대 잡음비가 동일하게 되고, 이에 따라서 각각 다른 다중 경로 성분들을 각각 추적하는 PN 부호 추적 루프들의 타이밍 지터들이 동일하게 된다. 따라서, 2개의 PN 부호 추적 루프들 사이의 성능이 균일하게 되고 전체적인 시스템의 성능 규격을 정하는데 PN 부호 추적 루프들간의 성능 차이를 고려할 필요가 없다. 이처럼 서로 다른 다중 경로 성분들을 각각 추적하는 PN 부호 추적 루프들의 타이밍 지터들을 동일하게 할 수 있는 이유는 직접 시퀀스 확산 대역 방식에서 PN 부호 동기를 이룩할 때 획득에 의하여 어느 정도 범위내로 PN 부호 타이밍을 맞추게 되고 이로부터 정시 상관기(punctual correlator)의 상관 값을 관찰할 수 있기 때문이다.

이상과 같은 방법으로 PN 부호 추적을 하는 경우, 다중 경로 페이딩 채널 환경하에서, 상관기의 적분기의 크기만 변화시키면 되므로 큰 하드웨어의 변화없이 PN 부호 추적기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Claims

수신 신호의 의사잡음(PN) 부호와 동일한 PN 부호를 발생하는 PN 부호 발생기와, 상기 PN 부호 발생기에 의해 발생된 상기 PN 부호와 상기 수신 신호간의 상관들을 각각 구하여 누적하는 상관기들을 구비하는 PN 부호 추적 루프들에 의해, 서로 다른 특성들을 갖는 다중 경로들 각각에서 기저 대역으로 주파수 이동된 수신 신호를 표본화하여 PN 부호 신호를 추적하는 방법에 있어서:

정시 상관값에 따라서 상기 각 PN 부호 추적 루프들의 적분 길이를 조정하여, 상기 각 루프의 성능이 조정되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 페이딩 환경하에서의 의사잡음 부호 추적 방법.