KR19980043231A

KR19980043231A - Synchronous PN Code Tracking Device for QPSK Demodulation in DS-CDMA Communication System

Info

Publication number: KR19980043231A
Application number: KR1019960061024A
Authority: KR
Inventors: 오현서; 박채민; 김응배; 한영남
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-09-05

Abstract

본 발명은 DS-CDMA 통신 시스템의 QPSK 복조용 동기식 PN 코드 추적 장치에 관한 것이다. 그 목적은 트래픽 채널 외에 별도의 파일럿 채널을 사용하여 채널의 진폭과 위상을 추정함으로써 제곱연산을 하지 않는 동기식 PN 코드 추적방식을 구성함으로써 성능을 최적화하고 타이밍 지터를 줄이는 데에 있다. 그 구성은 정합 필터수단과, 위상 추정수단과, 신호 변환수단 및 PN 코드 생성수단으로 되어 있다. 정합 필터수단은 입력받은 신호를 정합시킨다. 위상 추정수단은 정합 필터수단의 출력신호들로부터 채널위상을 추정한다. 신호 변환수단은 정합 필터수단의 출력신호를 입력받아 위상에러를 계산하여 그에 비레하는 주파수의 신호를 출력한다. PN 코드 생성수단은 VCO의 출력 주파수에 따라서 PN 코드를 생성한다.The present invention relates to a synchronous PN code tracking apparatus for QPSK demodulation in a DS-CDMA communication system. The goal is to optimize performance and reduce timing jitter by constructing a synchronous PN code tracking method that does not square, by estimating the amplitude and phase of the channel using a separate pilot channel in addition to the traffic channel. The configuration includes matched filter means, phase estimation means, signal conversion means and PN code generating means. The matched filter means matches the received signal. The phase estimating means estimates the channel phase from the output signals of the matched filter means. The signal converting means receives an output signal of the matching filter means, calculates a phase error, and outputs a signal having a frequency corresponding thereto. The PN code generating means generates the PN code according to the output frequency of the VCO.

Description

Synchronous PN Code Tracking Device for QPSK Demodulation in DS-CDMA Communication System

본 발명은 DS-CDMA(Direct Sequence-Code Division Multiple Access) 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 DS-CDMA 통신 시스템의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조용 동기식 PN 코드 추적장치에 관한 것이다.The present invention relates to a direct sequence-code division multiple access (DS-CDMA) communication system, and more particularly, to a synchronous PN code tracking device for quadrature phase shift keying (QPSK) demodulation in a DS-CDMA communication system.

일반적으로, DS-CDMA 방식의 디지털 이동통신 시스템에서는 QPSK 변복조를 위해 비동기 PN 코드 동기방식이 사용되고 있다. DS-CDMA 방식에서 PN 코드 동기는 송수신 PN 코드의 타이밍을 일치시키는 과정으로 역확산이 정상적으로 이루어지도록 한다. 역확산 이후의 심볼의 레벨을 정확한 시점에 판정하여 심볼복구가 정상적으로 이루어지도록 한다.In general, in the DS-CDMA digital mobile communication system, an asynchronous PN code synchronization method is used for QPSK modulation and demodulation. In the DS-CDMA scheme, PN code synchronization is a process of matching the timing of transmit / receive PN codes so that despreading is normally performed. The symbol level after despreading is determined at the correct time point so that symbol recovery is normally performed.

도 1은 DS-CDMA 통신 시스템의 QPSK 변조기의 블록도이다. 도 1은 DS-CDMA 통신 시스템의 QPSK 변조기를 설명하면 다음과 같다.1 is a block diagram of a QPSK modulator in a DS-CDMA communication system. 1 illustrates a QPSK modulator of a DS-CDMA communication system as follows.

트래픽 채널의 방식이 QPSK이고 I/Q 채널에 파일럿 신호를 전송한다. 트래픽 신호와 파일럿 신호는 PN 코드로 모두 확산되며 트래픽 I/Q 채널과 파일럿 채널을 구분하기 위하여 왈쉬코드(Walsh code)를 사용한다. I/Q 채널에 대해 각각 확산된 신호는 반송파에 의해 RF 신호로 변환되어 전송된다. 도면에서 D_I(t)는 I-채널 송신신호이고, D_Q(t)는 Q-채널 송신신호이다. W_I(t)는 트래픽 I-채널용 왈쉬코드이고, W_Q(t)는 트래픽 Q-채널용 왈쉬코드이며, W_O(t)는 파일럿 채널용 왈쉬코드이다. C(t)는 PN 코드이다. H(f)는 송신신호 저대역 필터이다. S(t)는 송신신호이다.The traffic channel is QPSK and transmits pilot signals on the I / Q channel. Both the traffic signal and the pilot signal are spread with a PN code, and a Walsh code is used to distinguish the traffic I / Q channel and the pilot channel. Each spread signal for the I / Q channel is converted into an RF signal by a carrier and transmitted. In the drawing, D _I (t) is an I-channel transmission signal and D _Q (t) is a Q-channel transmission signal. W _I (t) is the Walsh code for the traffic I-channel, W _Q (t) is the Walsh code for the traffic Q-channel, and W _O (t) is the Walsh code for the pilot channel. C (t) is a PN code. H (f) is a transmission signal low band filter. S (t) is a transmission signal.

이러한 PN 코드 동기방식은 동기식과 비동기식으로 분류된다. 기존에는 비동기식 PN 코드 추적장치가 널리 사용되었는데, 이 방식은 일정한 심볼 단위로 신호 에너지를 계산하여 PN 코드를 추적하기 때문에 채널의 위상정보나 데이터 값을 계산하는 제곱연산으로 인하여 제곱손실이 발생하여 동기식에 비해 외부잡음에 민감하고 타이밍 지터가 크다는 문제점이 있었다.These PN code synchronization methods are classified into synchronous and asynchronous. In the past, asynchronous PN code tracking system was widely used. Since this method tracks PN code by calculating signal energy in a certain symbol unit, the square loss occurs due to the square operation of calculating phase information or data value of the channel. Compared to the noise problem, it is sensitive to external noise and has large timing jitter.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 트래픽 채널 외에 별도의 파일럿 채널을 사용하여 채널의 진폭과 위상을 추정함으로써 제곱연산을 하지 않는 동기식 PN 코드 추적방식을 구성하여 성능을 최적화하고 타이밍지터를 줄이는 데에 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention uses a separate pilot channel in addition to the traffic channel to estimate the amplitude and phase of the channel to configure a synchronous PN code tracking method that does not perform square operation to optimize performance and reduce timing jitter. Its purpose is to.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 입력받은 신호를 정합시키는 정합 필터수단과, 상기 정합 필터수단의 출력신호들의 위상지연을 유지시키고 위상을 추정하는 위상 추정수단과, 상기 정합 필터수단의 출력신호를 입력받아 그에 비례하는 주파수의 신호를 출력하는 신호 변환수단 및 상기 신호 변환수단의 출력을 입력받아 해당 PN 코드를 찾아서 해당 PN 코드를 출력하는 PN 코드 생성수단으로 구성되는 데에 있다.Features of the present invention for achieving the above object is matched filter means for matching the input signal, phase estimation means for maintaining the phase delay of the output signals of the matched filter means and estimate the phase, and the output of the matched filter means And a signal conversion means for receiving a signal and outputting a signal having a frequency proportional thereto, and a PN code generating means for receiving the output of the signal conversion means to find a corresponding PN code and outputting the corresponding PN code.

동기식 PN 코드 추적방식은 트래픽 채널 외에 별도의 파일럿 채널을 사용하여 채널의 진폭과 위상을 추정함으로써 제곱연산을 하지 않고 비동기 PN 코드 추적방식에 비해 성능을 최적할 수 있으며 타이밍 지터가 작다.The synchronous PN code tracking method can optimize performance compared to the asynchronous PN code tracking method without square calculation by estimating the amplitude and phase of the channel using a separate pilot channel in addition to the traffic channel, and has a low timing jitter.

도 1은 DS-CDMA 통신 시스템의 QPSK 변조기의 블록도,1 is a block diagram of a QPSK modulator of a DS-CDMA communication system,

도 2는 본 발명에 따른 QPSK 복조용 PN 코드 추적 장치의 블록도.2 is a block diagram of a PN code tracking apparatus for QPSK demodulation according to the present invention;

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1: 정합필터2: 정합필터1: matched filter 2: matched filter

3: 위상 추정기4: 저역통과 필터3: Phase Estimator 4: Lowpass Filter

5: 전압 제어 오실레이터(VCO)6: PN 코드 블록5: voltage controlled oscillator (VCO) 6: PN code block

7: 위상에러 판별기7: Phase error discriminator

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들 중의 하나를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail one of the preferred embodiments according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 QPSK 복조용 PN 코드 추적 장치의 블록도이다. 도 2는 본 발명에 따른 QPSK 복조용 PN 코드 추적 장치를 설명하면 다음과 같다.2 is a block diagram of a PN code tracking apparatus for QPSK demodulation according to the present invention. 2 is a diagram illustrating an apparatus for tracking a PN code for QPSK demodulation according to the present invention.

이동채널 환경에서 잡음에 강인하고 타이밍 지터가 적으며 QPSK 복조기능을 최적화할 수 있는 동기식 PN 코드장치를 구성한다. 이를 위해서는 이동무선 채널의 임펄스 응답을 추정하여 수신신호의 신호 크기와 위상을 알 수 있어야 한다. 여기서는 무변조 파일럿 신호를 연속적으로 전송하여 수신기에서는 왈쉬코드로 파일럿 신호를 분류하고 심볼단위로 채널에서의 신호의 세기와 위상을 추정함으로써 동기식 PN 코드 추적장치를 구성한다. 도 2에서는 QPSK 변조된 신호에 대해서 동기식 PN 코드 추적장치의 구성도를 나타낸 것이다. 수신된 신호에 cos 2πf_ct와 sin 2πf_ct를 각각 곱하고 정합필터(1,2)를 통과시킴으로써 I/Q 채널 신호를 분리한다. I/Q 채널신호는 한 칩 시간보다 빠른 속도로 샘플링하여 디지털 샘플링 값으로 변환한다. 디지털 샘플화된 △/2만큼 지연 또는 전진한 시간에서의 자체 PN 코드와 파일럿 채널용 왈쉬코드를 곱하고 심볼 구간 동안 적분함으로써 지연시간과 전진시간에 대한 PN 코드간 상호 상관값을 계산한다. I/Q 채널신호에는 채널간의 크로스-토크(cross-talk) 성분이 존재하므로 이성분을 제거하기 위해 상대방 채널신호를 이용한다. 이동채널의 위상이 시간에 따라 계속 변화하므로 PN 코드 타이밍에서의 신호진폭과 신호위상을 추정하여 곱하고 삼각함수의 성질인 cos²ψ+sin²ψ=1을 이용하여 채널의 위상옵셋을 제거하기 위해 I/Q 채널성분을 더한다. 수신기의 자체에서 발생한 PN 코드의 추정시간보다 △/2 시간만큼 지연한 시점에서의 수신신호와 자체 PN 코드 사이의 상호 상관값과 △/2 시간만큼 전진한 시점에서의 수신신호와 자체 PN 코드 사이의 상호 상관값의 차이는 위상 에러신호가 된다. 이 위상 에러신호는 루프필터인 저역통과 필터(4)를 통과시킴으로써 VCO(5)의 입력전압을 조절한다. VCO(5)는 PN 코드의 생성시점을 제어하는 칩 클럭을 생성한다. VCO(5)는 동작전압을 기준하여 입력전압이 증가하면 출력 주파수를 증가시키고 입력전압이 감소하면 출력전압을 감소시킴으로써 루프필터의 출력에 따라 PN 코드 클럭의 주파수를 변화시킨다. PN 코드는 송신기에서 사용한 동일한 패턴을 생성하여 PN 코드 출력시점은 VCO에 의해 제어된다. 위상추정은 자체 PN 코드의 추정시점에 대해서 채널의 위상변화를 실볼 단위로 예측하여 신볼단위로 변화시킨다. 여기서 채널의 위상은 도플러 주파수에 따라 변화하므로 심볼구간 내에서의 위상은 일정하다. 새로운 동기식 PN 코드 추적방식은 외부잡음에 강인하고 타이밍 지터가 적으므로 QPSK 복조기의 성능을 최적화할 수 있다. 본 발명은 일반적인 DLL(Delay Locked Loop)과 같이 위상 추정기와 루프필터, VCO 및 PN 코드 블록으로 구성된다. 기존의 방식과 다른 점은 위상 추정기(3)이다. 이 위상 추정기(3)는 동기식 위상 검출을 위해서 채널의 위상을 추정하는 부분과 이를 이용한 지연시점과 전진한 시점에서의 상호 상관값을 계산하는 점이다. 따라서, 채설의 위상 추정에러에 따라 위상 추정기의 위상 에러값이 결정되므로 위상에러가 성능에 큰 영향을 미친다. r(t)는 수신신호이며, f_c는 반송파 주파수이다. H^*(f)는 정합필터의 전달함수이다. Tc는 칩 펄스 주기이며, t-1 는 수신신호의 칩 클럭추정시간이고, Δ는 전진시간과 지연시간 사이의 시간간격이다. t-2 는 채널의 위상 추정치이며, W_O(t)는 파일럿 채널용 왈쉬코드이다.In a mobile channel environment, a synchronous PN code device that is robust to noise, low timing jitter, and optimized for QPSK demodulation is constructed. To this end, the impulse response of the mobile radio channel must be estimated to know the signal magnitude and phase of the received signal. In this case, a synchronous PN code tracking device is constructed by continuously transmitting an unmodulated pilot signal, and the receiver classifies the pilot signal by Walsh code and estimates the strength and phase of the signal on the channel in symbol units. Figure 2 shows the configuration of a synchronous PN code tracking device for a QPSK modulated signal. I / Q channel signals are separated by multiplying the received signal by cos 2πf _c t and sin 2πf _c t, respectively, and passing through matching filters (1, 2). I / Q channel signals are sampled at a rate faster than one chip time and converted to digital sampling values. The cross-correlation between the delay time and the advance time is calculated by multiplying the PN code for the pilot channel with the Walsh code for the pilot channel at the time delayed or advanced by the digital sampled Δ / 2 and integrating during the symbol period. Since I / Q channel signals have cross-talk components between channels, the counterpart channel signals are used to remove these components. Since the phase of the mobile channel is constantly changing with time, the signal amplitude and the signal phase at the PN code timing are estimated and multiplied, and cos ² ψ + sin ² ψ = 1 is used to remove the phase offset of the channel. Add I / Q channel components. The cross-correlation value between the received signal and the PN code at the time delayed Δ / 2 hours from the estimated time of the PN code generated by the receiver itself and the received signal and the PN code at the time advanced △ / 2 time. The difference in the cross-correlation value of becomes a phase error signal. The phase error signal is passed through the low pass filter 4, which is a loop filter, to adjust the input voltage of the VCO 5. The VCO 5 generates a chip clock that controls the timing of generating the PN code. The VCO 5 changes the frequency of the PN code clock according to the output of the loop filter by increasing the output frequency when the input voltage increases and decreasing the output voltage when the input voltage decreases based on the operating voltage. The PN code generates the same pattern used by the transmitter so that the PN code output point is controlled by the VCO. The phase estimation predicts the phase change of the channel in the unit of real ball with respect to the estimation point of its own PN code and changes it in the unit of new ball. Since the phase of the channel changes with Doppler frequency, the phase within the symbol interval is constant. The new synchronous PN code tracking is robust against external noise and has low timing jitter, optimizing the performance of the QPSK demodulator. The present invention is composed of a phase estimator, a loop filter, a VCO, and a PN code block like a DLL (Delay Locked Loop). The difference from the conventional method is the phase estimator 3. The phase estimator 3 calculates the phase of the channel for synchronous phase detection and calculates the cross-correlation value at the delay time and the advance time using the same. Therefore, since the phase error value of the phase estimator is determined according to the phase estimation error of the snowing, the phase error has a great influence on the performance. r (t) is the received signal and f _c is the carrier frequency. H ^* (f) is the transfer function of the matched filter. Tc is the chip pulse period, t-1 is the chip clock estimation time of the received signal, and Δ is the time interval between the forward time and the delay time. t-2 is the phase estimate of the channel and W _O (t) is the Walsh code for the pilot channel.

상술한 바와 같은 본 발명은 비동기식 PN 코드 추정방식에 비해 외부잡음에 강할 뿐만 아니라 동일한 SNR 조건하에서 타이밍 지터가 현저히 작으므로 복조시 BER이 감소된다. 따라서, QPSK 복조성능을 개선하고 아울러 위상을 추정하는 기능은 동기복조에 중복하여 사용할 수 있으므로 전체적으로 하드웨어 회로를 줄일 수 있다는 데에 그 효과가 있다. 또한, 본 발명은 복조시 BER도 감소하게 되어 DS-CDMA 시스템의 성능을 최적화하는 데에 또 다른 효과도 있다.As described above, the present invention is not only robust to external noise, but also significantly lower in timing jitter under the same SNR condition than the asynchronous PN code estimating method, thereby reducing BER during demodulation. Therefore, the function of improving the QPSK demodulation performance and estimating the phase can be used in synchronization demodulation, so that the overall hardware circuit can be reduced. In addition, the present invention also reduces the BER during demodulation, which has another effect of optimizing the performance of the DS-CDMA system.

Claims

Matching filter means for matching an input signal;

Phase estimation means for estimating the channel phase of the output signals of the matched filter means and estimating the phase;

Signal converting means for receiving an output signal of the phase discriminating means and outputting a signal having a frequency proportional thereto; And

And a PN code generating means for receiving the output of the signal converting means and outputting the corresponding PN code. 4. The synchronous PN code tracking apparatus for QPSK demodulation of a DS-CDMA communication system.

The method of claim 1,

The phase estimating means estimates the phase by estimating the phase of the channel for synchronous phase detection and calculating the cross-correlation value at the delayed time and the advanced time, so as to estimate the phase of the QPSK demodulation in the DS-CDMA communication system. Tracking device.