KR19990022148A - Ｍ－ａｒｙ 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 신호들에 대한 주파수 트래킹 - Google Patents

Ｍ－ａｒｙ 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 신호들에 대한 주파수 트래킹 Download PDF

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Abstract

오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템을 위한 주파수 트래킹 루프가 제공되어져 있다. 상기 주파수 트래킹 루프는 패스트 하다머드 변형 장치와 같은 상관기 (120) 와 판별기 (130) 를 포함한다. 상기 상관기 (120) 는 입력 신호와 월쉬 함수들의 각각의 세트와를 상관한 결과를 나타내는 상관 벡터 (122) 를 대응하는 인덱스 값들과 더불어 생성한다. 판별기 (130) 는 가장 높은 에너지 레벨을 갖는 상관기 (120) 출력 및 인덱스들이 2 의 지수승으로 가장 높은 에너지를 갖는 상관기 출력의 인덱스에 관계되어 있는 다른 상관기 출력들에 기초하여 주파수 에러 신호 ( ) 를 생성한다. 상기 주파수 에러 신호 ( ) 는 가장 높은 에너지를 갖는 출력과 하나 또는 그 이상의 다른 관련된 상관기 출력들간의 외적을 생성함으로써 발생되어진다. 덧붙여서, 필터 (140) 는 결과적 에러 신호 ( ) 를 부가적으로 구체화하고 주파수 오프셋 추정 신호 ( ) 를 형성하는데 사용될 수 있다.

Description

Ｍ－ａｒｙ 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 신호들에 대한 주파수 트래킹
변조된 통신 신호들을 사용하는 모든 통신 시스템에서, 수신 신호들을 복조시키기 위한 몇가지 메카니즘들이 제공되어야만 한다. 또한, 정확한 복조를 위하여, 복조기는 수신 신호들의 캐리어 주파수내의 변화들 또는 시프트들을 보상할 수 있어야만 한다.
통신 시스템 복조기에서 이런 캐리어 시프트 트래킹을 구현하기 위해 사용되는 한가지 종래 기술은 위상 고정 루프 ("PLL") 를 사용하는 것이다. 이런 형태의 복조기는 송신 신호가 종래 변조 기술들을 사용하여 변조될 때는 잘 작동하며, 넓은 주파수 범위 반응 또는 높은 정확성을 위해 상당히 활용될 수 있다. 더욱 더 복잡한 변조 계획들이 사용되는 경우에는, 그런데, 이런 변조 계획들의 어떤 특성들은 종래 기술들을 덜 유용하며 또는 덜 반응적으로 만들수 있다.
특히 이것은 M-ary 오쏘고날 월쉬 코드 변조방식을 사용하는 디지털 스프레드 스펙트럼 형태 통신 시스템들에서 적용된다. 이런 기술들의 일부로서, 전송될 데이터 심볼들의 그룹들이 송신될 코드들 또는 월쉬 함수들로 맵 (map) 되어진다. 데이터 심볼들이 전달되어지는 것을 확립하기 위하여 어느 코드들이 전송되었는가에 관한 가능성을 확립하기 위하여 상기 월쉬 코드들 세트에 관하여 수신된 신호가 복조되어진다. 그런데, 이런 신호들을 트래킹하는데 있어서의 주파수 에러들은, 특히 노이즈의 존재하에서, 어떤 월쉬 코드가 수신되었는가를 판별하는 능력을 상당히 감소시키며, 이것은 당장 주파수 트래킹을 유지하기 위한 종래 트래킹 기술들에는 문제가 될 수 있다.
따라서, 개선된 트래킹 능력들을 제공하기 위하여 필요한 것은 M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식과 관련된 어떤 특징들을 이용하도록 구성된 주파수 트래킹 루프를 이다. 이런 장치 및 트래킹 방법은 더욱 더 효율적인 통신 신호 복조기들을 구현하는데 있어서 유용할 것이다.
발명의 개요
본 발명은 M-ary 오쏘고날 변조방식을 사용하는 통신 시스템에서 사용되는 캐리어 주파수를 트래킹하기 위한 장치 및 방법으로 구성된다. 본 발명은 단독으로 구현될 수 있고, 또는 더 큰 복조 시스템의 일부로 구현될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식이 사용되는, 무선 스프레드 스펙트럼 통신 시스템과 같은 시스템 또는 환경에서 작동한다. 이런 실시예에서, 본 발명은 회전기 또는 회전 수단, 상관기 또는 상관 수단, 판별기 또는 판별 수단 및, 필터 또는 필터링 수단 등을 포함하는 주파수 트래킹 루프를 포함한다.
상기 회전 수단은 입력 신호 및 주파수 오프셋 추정값을 수신하고 주파수 시프트된 입력 신호를 만들어 내는데, 이 주파수 시프트는 상기 주파수 오프셋 추정값에 비례한다. 상기 상관 수단은 일단의 월쉬 함수들 및 주파수 시프트된 입력 신호사이의 상관을 결정하고, 상관 벡터를 만들어 낸다. 상관기 출력은 또한 데이터 출력으로서 사용될 수도 있다. 상기 판별 수단은 상관 벡터를 받고 주파수 에러 신호 ("현재 에러") 를 만들어 낸다. 상기 필터링 수단은 상기 결과적인 주파수 에러 신호들을 누적하여 상기 회전기 수단에 의해 사용되는 주파수 오프셋 추정값을 만들어 낸다 ("잉여 에러").
상기 상관기 또는 상관 수단에 의해 만들어지는 상기 상관 벡터는 복수의 상관 결과들을 포함하는데, 각각의 상관 결과는 주파수 시프트된 입력 신호 및 단일 월쉬 함수간의 상관 결과이다. 2 진수로 표시될 수도 있는 각 상관 결과는 특정 월쉬 함수에 대응하는 인덱스 값을 갖는다.
한 실시예에서, 상기 판별 수단은 아래와 같은 주파수 트래킹 루프의 현재 에러를 결정한다. 우선, 상관 벡터에 포함된 최고 신호 에너지를 갖는 상관 결과의 월쉬 인덱스가 결정된다. 이 값은 가장 가능성 있는 송신된 월쉬 함수 또는 코드를 나타내는 것으로 선택되어지며, 송신된 신호 성분의 가장 커다란 양을 포함하는 것으로 선택되어진다. 이 상관 결과와 관련된 월쉬 인덱스의 2 진수 표현의 비트들중 하나는 그다음에 반전되어 다른 월쉬 함수의 월수 인덱스를 발생시킨다. 이 제 2 인덱스를 갖는 상관 수단으로부터의 상관 결과가 선택되고, 이 제 2 결과와 상기 제 1 선택된 결과 사이에 외적이 수행되어진다. 즉, 공최고 에너지 레벨을 갖는 상관 결과와 제 1 결과에 대한 한 비트 반전된 인덱스에 해당하는 제 2 상관 결과의 공액복소수간의 곱의 허수 부분이 결정되어진다. 이런 과정으로부터 결정되어지는 결과적인 외적 값은 주파수 트래킹 루프의 현재 에러에 비례한다.
일반적으로, 상관기로부터 출력된 최고 에너지와 관련된 월쉬 인덱스의 2진 표현중 가장 유효한 비트 (MSB) 는 반전되어지는 비트이다. 제 1 MSB 를 반전시킴으로써 선택되는 월쉬 인덱스에 대한 상관 수단 출력은 주파수 트래킹 에러가 있을 때 두 번째로 큰 신호 성분을 포함하는 것으로 예상되어 진다.
다른 실시예들에서, 판별기는 다른 반전된 월쉬 인덱스 비트들에 해당하는 상관 결과들을 외적 계산으로 대체함으로써 주파수 트래킹 루프의 현재 에러를 결정한다. 제 2 MSB 를 반전시키는 것에 해당하는 상관 수단 출력은 세 번째로 큰 송신된 신호 성분을 제공하는 것으로 예상되며, 제 3 MSB 를 반전시키는 것에 대한 상관 수단 출력은 네 번째로 큰 신호 성분을 제공하는 것으로 예상되어지며, 기타 이와 같다. 따라서, 각 특정 인덱스 비트는 신호 에너지의 원하는 또는 예상되는 양에 기재한 반전을 위하여 선택되어지며, 그의 상대적인 출력 오프셋은 주파수 트래킹 루프의 현재 에러를 결정하기 위하여 선택되어진다. 일반적으로 상위 유효 비트들을 선택하는 것은 더 좋은 정상 상태 루프 성능을 제공하는 반면에 하위 비트들은 더 높은 풀인 (pull-in) 범위를 제공한다.
다른 실시예에서, 상기 판별기는 상관 결과들의 다양한 조합들을 평균함으로써 현재 에러를 결정하는데, 이때 상기 결과들 각각은 위에 언급된 것처럼 비트 조작이나 반전을 통하여 결정되어 진다. 더 높은 정확성이 요구되는 경우에, 위에서 언급된 것처럼, 처리 형태들 (외적들) 를 달리함으로써 얻어지는 두 개 이상의 결과들의 평균이 만들어 질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐 아니라 본 발명의 부가적인 특징 및 효과는 첨부 도면들을 참조하여 자세하게 아래에 기재되어 진다.
본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에서 사용되는 주파수 트래킹 루프들에 관한 것이고, 특히 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템에서 사용을 위한 주파수 트래킹 루프에 관한 것이다.
본 발명은 도면들을 참조하면 가장 잘 이해되어 지며, 이때 유사 참조 번호들은 동일한 또는 기능적으로 유사한 성분들을 나타낸다. 덧붙여, 참조 번호들의 가장 오른쪽 두 개의 숫자들의 왼쪽 숫자들은 참조 번호가 우선 첨부 도면들에 나타나는 그림 번호를 표시한다.
도 1 은 본 발명의 주파수 트래킹 루프의 블록도를 묘사한다.
도 2 는 도 1 의 트래킹 루프를 구현하는데 유용한 해당 인덱스들과 관련 출력 값들을 갖는 FHT 성분의 블록도를 묘사한다.
도 3 은 본 발명에 의하여 수행되는 처리과정을 보여주는 순서도이다.
1. 서론
본 발명은 통신 신호들의 M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템에서 주파수 트래킹을 구현하기 위한 시스템 및 방법으로 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 아래에, 다수의 선택적 실시예들과 더불어 설명되어진다. 특정 단계들, 구성들 및 배치들이 설명되어지는 경우에, 이것은 단지 예시적 목적들을 위하여 행해진다는 것이 이해되어야만 한다. 관련 기술에 숙련된 사람은 다른 단계들, 구성들 및 배치들이 본 발명의 범위 및 설명들에서부터 벗어남이 없이 사용될 수 있다는 것을 알게 될 것이다.
본 발명의 주파수 트래킹 루프는 종래의 주파수 트래킹 루프들과 상당히 같은 기능을 달성하도록 작동한다. 또한, 종래 주파수 트래킹 루프들에서 처럼, 본 발명의 주파수 트래킹 루프는 단독으로 구현되거나, 시스템 복조기의 구성요소로서 구현될 수도 있다. 어느 경우에나, 주파수 트래킹 루프는 변조된 통신 신호의 캐리어 주파수의 센터을 트래킹하여 정확한 복조를 가능하게 한다. 따라서, 캐리어 주파수의 센터이 드리프트함에 따라, 주파수 트래킹 루프는 자동적으로 수신된 신호를 시프트시켜 정확한 복조를 허용한다. 덧붙여, 캐리어 시프트로서 나타날 수 있는 것으로서, 만약 캐리어 주파수를 트래킹하는데 사용되는 로컬 발진기들의 주파수가 변화하면, 주파수 트래킹 루프는 또한 수신된 캐리어를 시프트시킨다. 따라서 주파수 트래킹 루프의 반응은 최종적으로 복조기의 전체적 효율성 및 정확성을 결정한다.
위에 언급된 것처럼, 본 발명의 주파수 트래킹 루프는 M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템에서 작동한다. 이런 시스템에서는, 송신될 데이터는 디지털 값들로 맵되고, 이때 각 디지털 값은 월쉬 함수의 인덱스에 해당된다. 이 인덱스 값에 의하여 표시되는 월쉬 함수는 그다음에는 송신될 수 있다(예를 들면, "칩들" 의 시리즈로서). 수신되자마자, 시간 정렬이 알려져 있다면, 칩들의 각 시리즈는 월쉬 함수들의 소정의 집단과 상관하여 어느 월쉬 함수가 수신되었나를 결정할 수 있다. 이 상관 과정의 결과들은 주어진 어떤 구간동안에 전송되어지고 있는 "가장 가능성 있는" 월쉬 함수를 결정하는데 사용되어진다. 일단 이 월쉬 함수가 결정되면, 그 월쉬 함수에 해당하는 인덱스의 디지털 값은 가장 가능성있게 전송되어졌을 데이터를 나타낸다.
이것에 대한 더욱 자세한 설명은 뒤따른다. 그런데 우선, 본 발명은 주로 월쉬 코드 변조방식이 사용되는 경우에 작동하기때문에, 월쉬 코드들에 대한 간단한 개관이 다음에 이어진다.
2. 월쉬 코드 발생
위에 언급된 것처럼, 신호 변조의 한 형태가 월쉬 코드 변조방식인데, 이것은 본 발명의 바람직한 실시예에서 이용되고 있다. 월쉬 코드들의 유도는 "CDMA 셀방식 전화 시스템에서 신호 파형들을 발생하기 위한 시스템 및 방법"으로 명명된 미국 특허번호 제 5,103,459 ('459 특허) 에 더욱 더 자세하게 개시되어 있다. '459 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었고, 그의 개시부분은 여기에 참조로 인용되어 있다. 그럼에도 월쉬 코드들의 간단한 설명이 아래에 제공되어 있다.
종래 기술에서, 2 의 임의의 지수승에 대하여, 각각의 길이가 n 인 일단의 n 오쏘고날 이진열들이 구성될 수 있다. 사실, 오쏘고날 이진열 세트들은 대부분의 길이들이 4 와 200 이하 수와의 곱인 것으로 알려져 있다.
오쏘고날 코드들에 유용하고, 또한 상대적으로 발생시키시 쉬운 상기 오쏘고날 이진열들중 한 분류가 월쉬 함수들이라 불려진다. 월쉬 함수들은 월쉬 함수 행렬들로 유도되고, 또한 하다머드 (Hadamard) 행렬들로 알려져 있다. 실수영역에 대한 n 차 하다머드 행렬은 반복적으로 다음과 같이 정의될수 있다:
이때, 는 H 의 어디티브 인버스이며, H1= 1 (즉, = -1)이다.
따라서, 첫 번째 두 개의 2 차 및 4 차 하다머드 행렬들은 아래와 같이 나타날 수 있다.
그다음에, 월쉬 함수는 단순히 월쉬 행렬 (하다머드 행렬) 의 행들중 하나이며, 'L' 차 월쉬 함수 행렬은 L 함수들 또는 수열들을 갖는 정방행렬로, 각각은 길이에 있어 L 칩들 (비트들) 이다.
n 차 월쉬 함수 (다른 오쏘고날 함수들과 더불어) 는 칩들의 열에서 L 칩들의 간격에 대해 (예를 들면, L-길이 코드 심볼), 임시적 정렬이 있다면 일단의 L-길이 함수들내에 모든 다른 함수들사이의 상관이 0 이다는 특징을 갖는다. 이것은 데이터 변조 (±1) 또는 함수들과는 독립적이다. 이것은 모든 함수내에 칩들 또는 비트들의 정확히 절반이 모든 다른 함수들에세 그것들과 다르다는 것을 관찰함으로써 쉽게 이해되어진다.
M-ary 변조방식을 위하여, 월쉬 함수 크기 또는 코드 열 길이 L 은 통신 시스템에 의해 수신되어질 오쏘고날 코드 열들의 원하는 수와 동일하게 설정되어진다. 진보한 통신 시스템들을 구현하는데 유용한 예시적 월쉬 함수 크기는 가입자/게이트웨이 또는 베이스-스테이션 링크들에 대하여 64 (L = 64) 이다. 이것은 주어진 가입자로부터 전달되어지는 데이터를 탐지가능한 64 개의 다른 값들 또는 상태들을 생성한다. 월쉬 함수들은 전형적으로는 64 개의 월쉬 함수들로 구성되어 있는 2 진열들의 미리 정의된 표 또는 세트로서 구성되어지며, 각각은 아래에 참조된 IS-95 시스템 명세에 기재된 것과 같은 64 칩 길이를 갖는다.
월쉬 코드들의 상기 설명된 특징들은 그들로 하여금 CDMA 통신 시스템들에서 데이터를 전송하는데 사용함에 있어서 이상적으로 만든다. 부가적으로, 아래에 기재될 것이지만, 발명자들은 월쉬 코드들의 독특한 특징들은 또한 그들이 주파수 트래킹 루프의 효율성을 증가시키는데 사용되도록 허용한다.
3. 본 발명의 바람직한 실시예들
도 1 을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예가 나타나 있다. 도 1 은 구성된 주파수 트래킹 루프 (101) 와 본 발명에 따른 작동을 보여준다. 주파수 트래킹 루프 (101) 는 회전 성분 또는 회전기 (110), 상관 성분 또는 상관기 (120), 판별기 (130) 및, 루프 필터 (140) 를 사용하고 있다. 예시적인 상관기는 패스트 하다머드 변형 (FHT) 장치이다. 그런데, 종래 기술에서 알려진 다른 상관기들은 본 발명의 설명들내에서 사용될 수 있는데, 이는 그들이 구성된 월쉬 함수 인덱스 출력들 또는 오더링 (ordering) 을 제공하는 한도내에서이다.
상기 언급된 것처럼, 주파수 트래킹 루프 (101) 는 M-ary 월쉬 코드 변조방식이 사용되어 지는 임의의 통신 시스템에서 데이터를 전송하기 위하여 사용되는 캐리어의 센터 주파수를 트래킹한다. 이런 통신 시스템의 한 예가 여기에 참조로 인용되고 있는 "이중모드 광대역 스프레드 스펙트럼 셀방식 시스템에 대한 모우빌 스테이션 - 베이스 스테이션 호환성 표준" 이라 명명된 IS-95 시스템 명세내에 기재된 것과 같은 셀방식 CDMA 시스템의 리버스 링크 전송 시스템이다.
작동중에, 판별기 (130) 는 수신된 신호의 캐리어 센터 주파수와 상관기/복조기 루프사이의 현재 주파수 에러를 결정하는데, 이것은 전형적으로 FHT 를 갖고 있다. 이 결정 (주파수 에러 신호 (132) ( ) ) 은 루프 필터 (140) 로 입력되고, 이것은 주파수 에러 신호들 (132) 을 누적하여 잉여 주파수 오프셋 추정 신호 (142)( ). 잉여 주파수 오프셋 추정 신호 (142) 는 회전기 (110) 로 입력되고, 이것은 결과적으로 시프트된 입력 신호 (112) (f- ) 를 패스트 하더머드 변형 (FHT) 형태 상관기 (120) 에 보내기 전에 주파수 오프셋 추정 신호 (142) 와 같은 값만큼 수신된 입력 신호들을 시프트시킨다. FHT 상관기 (120) 는 이 입력에 작용하여 상관 벡터 (120) 를 만들어내고, 이것은 루프를 완성시키기 위하여 판별기 (130) 에 의하여 사용되어진다. FHT 상관기 (120) 는 또한 실제적인 신호 처리에 있어 사용되는 수신된 데이터를 출력시키는 데이터 출력 (125) 를 포함한다.
다시 도 1 을 참조하면, (오프셋 주파수 f 의) 수신된 통신 신호 (102) 는 우선 회전기 (110) 로 입력된다. 회전기 (110) 는 입력 신호 (102) 의 주파수를 시프트시켜 캐리어 신호의 센터 주파수내의 변화들을 보상한다. 이 주파수가 시프트되는 양은 주파수 오프셋 추정 신호 (142) 의 값에 기초하고 있는데, 이것은 아래에 기재된 것처럼 판별기 (130) 및 루프 필터 (140) 에 의하여 결정된다. 이 추정의 초기값은 임의로, 특정 시스템에 대하여는 실험적으로, 또는 다른 알려진 기술들을 사용하여 선택될 수 있으며, 메모리 성분내에 저장될 수 있다. 주파수 시프트된 입력 신호 (112) (f- ) 는 그다음에 FHT 상관기 (120) 로 입력되어 진다.
FHT 상관기 (120) 는 주파수 시프트된 입력 신호 (112) 상에서 상관과정을 수행하여 상관 벡터 (122) 를 포함하는 일단의 출력 값들을 발생시킨다. 이러한 상관과정을 수행함에 있어서, FHT 상관기 (120) 는 여기에서 설명된 월쉬 코드 변조방식의 특징들을 사용한다.
M-ary 월쉬 코드 변조방식이 사용되는 통신 시스템에서, 신호 정보는 N 심볼들의 그룹들로 집합되는데(여기서는 2N = M), 이때 그들 각각은 월쉬 함수들의 한정된 숫자 (M) 중의 하나상에 맵되어 진다. 예를 들면, 64-ary 변조방식이 사용되는 경우에는 (M = 64), 신호 정보가 각각 6 개의 심볼들의 그룹들로 집합되어진다(N = 6). 또한, 각 월쉬 함수는 64 개의 월쉬 "칩들" 에 의하여 나타내지며, 이때 각 월쉬 칩은 ±1 이다. 여기에서 6 개의 심볼들의 각 그룹은 해당하는 하나의 월쉬 함수를 선택하는데 사용되며, 이것은 데이터 심볼들을 대신하여 전송되어진다.
상기예에서처럼, 다음 설명은 일단의 64 월쉬 함수들 (M = 64) 을 사용하는 통신 시스템의 가정을 계속할 것이다. 그런 시스템에서, 각 전송된 월쉬 코드 (또는 함수) 는 n 이 0 에서 63 인 Wn으로 인덱스될 수 있다. 따라서, 수신 변조된 신호는, N 심볼들을 나타내는 모든 Wn과 더불어 64 개의 월쉬 함수들의 소정의 집단내에 일련의 월쉬 함수들 Wn으로 구성되어 있다고 생각될 수 있다. 그런데, 본 발명은 월쉬 함수들의 임의의 크기를 갖는 세트에 대하여 또는 월쉬 함수들에 대한 데이터 심볼들 ( N≠6 ) 의 다른 매핑들 (mappings) 에 대하여 동등하게 작동가능하다는 것을 주목하는 것은 중요한 것이다.
따라서, 수신된 변조 신호 (102) 를 디코드하기 위하여, FHT 상관기 (120) 는 특정 월쉬 함수 (예를 들면, Wn) 로 변조된 수신된 신호 (102) 를 월쉬 함수들 Wk(이때 k 는 0 에서 63) 의 소정의 세트내의 각 월쉬 함수와 비교하여 어떤 함수가 수신되었나를 결정한다(k = n). 월쉬 함수들의 직교성은 임의의 두 개의 다른 월쉬 함수들이 0 과 같기 때문에 이런 비교가 직접적으로 가능하게 만든다. 따라서, 수신된 신호 (월쉬 함수) 를 전제 소정의 월쉬 함수들 Wk세트와 상관함으로써, 복조기는 어떤 월쉬 함수 Wn이 수신되었나를 예견할 수 있다(예를 들면, 수신된 함수와 n 번째 소정의 함수사이의 상관이 0 이 아닌 경우에, k = n).
주파수 트래킹 루프 (101) 의 패스트 하다머드 변형 (FHT) 상관기 (120) 는 이 상관과정을 수행한다. 다시 도 1 을 참조하면, 회전된 입력 신호 (112) 는 FHT 상관기 (120) 로 입력되어진다. FHT 상관기 (120) 는 복소수 수신 신호 (112) 를 취하여 그에 대해 행렬 곱셈을 수행한다. 일단의 64 월쉬 함수들을 사용하는 예시적 시스템에서, FHT 상관기 (120) 는 월쉬 함수들의 소정의 집단을 나타내는 (그림에 나타나있지 않은) 64×64 행렬을 포함한다. FHT 상관기 (120) 는 회전된 입력 신호 (112) 를 취하여 그것을 행렬내의 각각의 64 비트 벡터와 상관한다(곱셈을 한다). 이런 과정은 종래 기술에 나타난 것처럼 월쉬 디코딩으로 생각될 수 있다.
이런 상관의 결과는 행렬내에 각 벡터를 갖는 회전된 입력 신호 (112) 의 상관을 나타내는 64×1 벡터이다. 이상적으로는, 입력 벡터 (112) 가 행렬 벡터에 오쏘고날한 상황을 각각이 나타내는 벡터내의 0 값들이 있다. 그다음에는, 벡터내의 영이 아닌 값 각각은, 관련된 입력 벡터 (112) 및 행렬 벡터가 비오쏘고날(non-orthogonal)한 가능성을 나타낸다(예를 들면, 관련 입력 벡터가 특정 Wk). 그런데, 신호 노이즈 또는 간섭의 존재하에, 주파수 트래킹에 에러가 있는 경우와 더불어, 심지어 입력 및 행력 벡터들이 오쏘고날한 때 조차도 상관 벡터내에 영이 아닌 값들이 있다. 덧붙여서, 이상적으로 영이 아닌 출력들은 소음때문에 발생된 어떤 다른 출력들보다 더 낮은 에너지를 가질 수도 있다. 이것은 수신되고 있는 올바른 월쉬 함수 Wn의 탐지과정을 현재 기술로서도 매우 어렵게 만든다.
FHT 상관기 (120) 는 여러 방식으로 상관 과정을 수행할 수도 있다. 상기 언급된 행렬 곱셈과 더불어, FHT 상관기 (120) 는 일련의 합계들(더하고/빼고)을 수행하는 일련의 크리스-크로스 (crisis-cross) 네트워크들을 사용하여 구성될 수도 있다. 또한, FHT 상관기 (120) 는 입력 벡터 (112) 상에서 직렬적 또는 병렬적으로 작동할 수도 있다. 이런 형태의 FHT 프로세서들의 구성 및 작동은 예를 들면 "패스트 하다머드 변형을 수행하기 위한 방법 및 장치" 로 명명된 미국 특허번호 제 08/173,460 호에 또는 "통합 신호 변조를 위한 방법 및 장치" 로 명명된 미국 특허번호 제 08/424,773 호에 기재되어 있는 것과 같은 종래 기술에 알려져 있다. 상기 각각의 특허는 본 출원의 양수인에게 양도되었으며 여기에는 참조로 인용되어 있다.
64×1 벡터에 덧붙여서, FHT 상관기 (120) 는 또한 수행되었던 각 상관의 값과 관련된 월쉬 인덱스를 결정하거나 지정한다. 일반적으로, 인덱스 값은 소정의 방식으로, 예를 들면 도 2 의 상승 순서 0 - 63 로 출력들의 오더링으로부터 알려져 있거나 추정된다. 그런데, 독립적인 인덱스들은 해당 출력 값들과 더불어 발생 및 전달될 수 있는데, 이경우에 이들은 상기 인덱스들을 사용하는 다른 프로세싱 회로에 직렬적 방식으로 전달되어 진다. 어느 경우에 있어서나, 이 인덱스는 입력 신호와 상관되어 있는 월쉬 함수 행렬 엔트리의 2진 표현이다. 예를 들면, 64 월쉬 함수들을 사용하는 예시적 시스템에서, 6 비트 인덱스 값은 각 상관 출력과 관련되어 있다(예를 들면, 월쉬 함수들 W0에서 W63을 각각 나타내는 000000 에서 111111). 이것은 도 2 에 서술되어 있는데, 이경우에 해당하는 상관 값들은 0 에서 63 까지의 직선적 상승 순서로 상관기 (120) 출력들에 지정된다. 상기 인덱스들 또는 해당 인덱스 값들이 도 2 에 각 출력 옆에 나타나 있다. 그런데, k 의 절대 인덱스 값이 알려져 있는한, 상관기 (120) 또는 FHT 장치 (201) 는 상관 출력들을 다른 순서들 또는 패턴들, 예를 들면 짝수 및 홀수로 나타내도록 구성될 수 있다.
임의의 수신된 신호에 대한 월쉬 복조가 완성되자마자, FHT 상관기 (120) 는 상관 벡터 (122) 를 출력한다. 이 상관 벡터는 월쉬 함수들 세트 각각과 더불어 수행되어 지는 상관을 나타내는 64×1 벡터를 포함하고, 각 상관 결과에 해당하는 월쉬 함수 인덱스들을 관련시킨다. FHT 상관기 (120) 는 또한 전송된 데이터 심볼들을 만들어내기 위하여 부가적 신호 프로세싱을 위한 상관된 수신 신호 데이터 또는 월쉬 함수 데이터를 출력시키는 데이터 출력 (125) 을 포함하고 있다.
그런데, 임의의 복조 과정과 함께, 월쉬 상관 과정은 수신된 신호 (또는 로컬 발진기) 의 캐리어 주파수에 있어 임의의 변화 또는 드리프트에 의하여 영향을 받는다. 이것은 임의의 상기 변화가 상관된 열들과의 수신된 칩 값들 (±1) 의 스펙트럴 배정을 시킴으로써 수신된 월쉬 함수들의 직교성에 영향을 미치기 때문이다. 상기 기재된 월쉬 디코딩 과정에서, 캐리어 센터 주파수 및 월쉬 디코딩 주파수사이의 주파수 에러의 존재는 2 가지 효과를 가지고 있다: (1) 실제적으로 전송되는 (k=n) 월쉬 함수에 존재하는 에너지의 양이 감소되는 것과; (2) 에너지는 또한 실제적으로 전송되지 않는 (k≠n) 월쉬 함수들내에서 나타나기 시작한다는 것이다. 후자의 효과는 어떤 출력들에 더하여 지는 노이즈 에너지의 존재에 의하여 악화되어진다. 주파수 트래킹 루프 (101) 는 이런 어려움들을 극복하기 위하여 판별기 (130) 를 사용한다.
판별기 (130) 는 FHT 상관기 (120) 로부터 상관 벡터 (122) 를 수신하고 루프 필터 (140) 로 입력되는 주파수 에러 신호 (132) 를 발생시킨다. 판별기 (130) 는 통신 시스템들에서 사용되는 월쉬 함수들과 관련된 어떤 독특한 특징들을 이용함으로써 이것을 달성하고 있다.
A. 월쉬 함수들의 특징들
상기 언급된 것처럼, 통신 시스템들에서 사용되는 월쉬 함수들은 어떤 독특한 특징들을 가지고 있다. 이런 특징중 하나는 실제적으로 전송되어지는 월쉬 함수 ("올바른" 함수) 에 대한 상관 출력내에 존재하는 에너지와 함수들의 소정의 집단내에 상관된 월쉬 함수들에 대한 모든 다른 출력들사이의 관계에 관한 것이다. 이 특징은 아래에 자세하게 설명되어져 있다.
상기 언급된 것처럼, 월쉬 함수들의 통신 시스템에서 사용될 때, 월쉬 함수들의 소정의 세트 또는 알려진 세트의 소정의 서브세트가 데이터 신호를 변조하기 위하여 사용되어진다. 64 월쉬 함수들을 사용하는 예시적 시스템에서, 월쉬 함수들의 이 집단은 k = 0 에서 63 까지의 Wk에 의하여 표현될 수 있다. 따라서, 2 진 표현에서, 월쉬 함수 인덱스 k 는 6 개의 디지트 값 (예를 들면, k = 000000 에서 111111) 에 의하여 표현될 수 있다.
데이터 신호가 특정 월쉬 함수 또는 그런 함수들 Wn의 시리즈들을 사용하여 변조되어 질 때, 사용된 각 월쉬 함수와 관련된 월쉬 함수 인덱스 'n' 은 알려져 있다. 부가적으로, 이 월쉬 함수 인덱스의 2 진 표현은 또한 쉽게 결정되어진다(예를 들면, n = 19 인 경우에, 2 진 표현은 010011). 본 발명에서, 인덱스 값들은 여기에 기재된 것처럼 해당하는 상관기 (120) 출력 값들에 대하여 추정되거나 또는 이와 더불어 발생되어진다.
중요하게는, 월쉬 함수 변조방식이 사용되는 경우에, 독특한 관계가 데이터 신호를 변조하기 위하여 실제적으로 사용되는 월쉬 함수의 인덱스와 함수들의 소정의 집단내에 모든 다른 월쉬 함수들과의 사이에 존재한다. 이런 관계는 각 월쉬 함수 상관내에 존재하는 에너지와 캐리어 센터 주파수와 주파수 트래킹 루프/상관기와의 사이의 주파수 에러사이의 관계로부터 유도된다.
고려되어야 하는 제 1 경우는 잉여 주파수 에러가 없을 때이다. 잉여 주파수 에러가 없고 신호가 월쉬 복조되었을때(상관되었을때), 신호 에너지는 오직 실제적으로 전송되는 월쉬 함수내에서만 (예를 들면, 노이즈없는 신호내에서) 존재할 것이다. 본 발명에서 이것은 오직 FHT 상관기 (120) 상관 출력들중 하나 (예를 들면, 전송된 월쉬 심볼에 해당하는 것) 내에서만 신호 에너지의 존재에 의하여 표현되어진다. 모든 다른 FHT 상관기 출력들은 단지 노이즈만을 갖게 될 것이다. 그럼에도 불구하고, 실제적인 통신 시스템에서, 노이즈 에너지는 신호 에너지보다 상관기 출력들에서 더 크게 나타날 수도 있다.
반대로, 잉여 주파수 에러가 있을 때, 전송된 신호는 다른 디코드된 월쉬 함수들과 관련된 출력들 속으로 "새어나가는" 것처럼 나타날 것이다. 본 발명에서, 이것은 실제적으로 전송되어지는 월쉬 함수를 나타내는 FHT 상관기 (120) 출력내에서 에너지의 감소로서 그리고 다른 월쉬 함수들에 해당하는 상관 출력들내에서 신호 에너지의 증가로서 나타날 것이다. 이러한 새어나가는 양은 주파수 에러에 비례한다.
따라서, n 번째 월쉬 함수가 주파수 에러 ferror 및 위상 에러 φ0 와 더불어 수신될 때, Rk라고 명명된 복소 FHT 출력의 k 번째 출력 신호 성분은 아래의 식 (1) 의 관계식에 의하여 주어진다. 식 (1) 에서, Euser는 입력 신호 (102) 의 전력을 나타내고, Tw는 월쉬 칩 지속기간, Wk[i] 는 k 번째 월쉬 함수의 i 번째 칩, 에서 는 비트와이즈 익스클루시브-OR 연산자를 나타내고, ℑ(Wm) 은 m 번째 월쉬 함수의 푸리에 변형을 나타낸다.
식 (1) 에 나타난 관계식은 차례로 식 (2) 에 나타난 월쉬 함수들의 특징에 의존한다.
따라서, 만약 Wn이 전송된 월쉬 함수이면, 상관기 (120) 의 k 번째 (예를 들면, 노이즈없는) 복소 출력의 신호 성분은 인 m 번째 월쉬 함수의 푸리에 변형이다. 이것은 n 번째 FHT 출력이 0 번째 월쉬 함수 (즉, 모두 1 인 경우) 의 푸리에 변형이다.
신호 트래킹에 있어 저주파수 에러로부터 에너지를 갖는 상관기 (120) 출력들은 2 지수승으로 인덱스 값에 관계된 것들이다. 따라서 그들은, 저주파수 에러들에 대하여, 가장 높은 에너지 값을 갖는 월쉬 함수의 푸리에 변형과 더 낮은 에너지 값을 갖는 월쉬 함수의 공액복소수의 푸리에 변형과의 곱의 허수 부분이 트래킹 루프의 주파수 에러에 비례한다는 특징을 갖는다. 이것은 일반적으로 식 (3) 에 의하여 나타나 있는데, 이경우에 Im 은 오직 복소수의 허수 부분만이 취하여 지는 것을 나타내고, ℑ(W0)w 은 월쉬 함수 0 의 푸리에 변형을 나타내고, 은 월쉬 함수 2k의 푸리에 변형의 공액 복소수를 나타낸다.
따라서 가장 큰 신호 에너지를 갖는 복소 상관기 (120) 출력은, 데이터 신호를 변조하는데 사용되어질 때 실제로 전송되어지는 월쉬 함수에 해당할 가장 큰 가능성을 갖는 상관기 출력을 나타낸다. 상기 언급된 것처럼, 상관기 (120) 상관 벡터는 어떤 월쉬 함수 인덱스들과 관련된 값 성분들을 가지고 있다. 이들 짝을 이룬 세트들의 값들은 현재 주파수 에러, 최종적으로는 아래에 자세하게 설명되어질 잉여 주파수 에러를 결정하기 위하여 판별기 (130) 에 의하여 사용되어 진다.
B. 판별기 작동
판별기 (130) 는 복조되는 각각의 회전된 입력 신호 (112) 에 대하여 상관기 (120) 로부터 상관 벡터 (122) 를 수신한다. 위에서 자세하게 언급된 것처럼, 이 벡터 (122) 는 해당하는 월쉬 인덱스들과 관련되거나 짝을 이룬 복소수들의 집합을 포함한다. 일반적으로, 이런 복소수들은 소정의 월쉬 인덱스들에 따라 순서가 매겨진다. 이 경우에 있어서, 해당 월쉬 인덱스의 동일성은 내재적으로 제공되어 진다. 판별기 (130) 는 입력으로 벡터 (122) 값들과 해당 인덱스들을 사용하여 캐리어 센터 주파수와 회전기간의 현재 주파수 에러 (132) 를 결정하게 된다. 이 결정은 몇단계의 과정을 포함한다.
우선, 판별기 (130) 는 어느 상관기 (120) (FHT) 출력이 가장 큰 신호 에너지 성분을 갖는가를 결정한다. 위에 설명된 것처럼, 이 출력은 특정 월쉬 함수가 전송되었을 가장 큰 가능성을 나타낸다. 판별기 (130) 는 그 월쉬 함수에 해당하는 월쉬 인덱스의 2 진 표현을 관련시킨다. 위에 설명된 것처럼, 이 값은 (발생된 또는 추정된) 상관기 (120) 의 작동 및 구조에 의하여 결정되어지며, (FHT 출력 값들의 소정의 오더링에 의하여) 상관 벡터 (122) 의 정렬에 반영되어진다. 예를 들면, 가장 큰 신호 에너지를 갖는 상관기 (120) 출력은 64 개의 월쉬 함수들의 소정의 세트내에서 36 번째 월쉬 함수에 해당한다는 것을 가정하라. 그러면 월쉬 인덱스 n 은 35 가 될것이며 (W35; W0에서 시작하여), 이 인덱스의 2 진 표현은 '100011' 이 될 것이다.
마지막으로, 판별기 (130) 는 월쉬 변조방식의 독특한 특징에 의존함으로써 복조기 루프의 현재 에러 (132) 를 계산한다. 이전에 설명된 것처럼, 상관기 (120) 로부터 출력된 상관 벡터 (122) 는 각각의 디코드된 월쉬 심볼에 대하여 해당하는 월쉬 인덱스들을 갖는 복소수들을 갖는다. 부가적으로, 최대 신호 에너지를 갖는 디코드된 상관기 출력은 일반적으로 실제적으로 전송되어지는 월쉬 함수의 가장 큰 신호 성분을 갖는 출력에 해당한다. 중요한 것은, 이 출력에 대한 월쉬 인덱스의 2 진 표현중 가장 유효한 비트 (MSB) 가 반전될 때, 결과적인 월쉬 인덱스는 디코드된 신호의 두 번째로 큰 성분을 갖는 상관 출력을 나타낸다는 것이다.
이전 실시예를 계속할 때, 인덱스 k = 35 를 갖는 월쉬 함수에 대한 상관기 출력은 월쉬 디코딩시에 가장 큰 에너지를 갖는다는 것을 가정하라. 이런 경우에, 2 진 인덱스 값은 '100011' 이다. 따라서, 두 번째로 큰 전송된 신호 성분을 나타내는 상관기 출력은 MSB 가 반전되어있는, 3 의 월쉬 함수 인덱스에 대하여 또는 k = "11" 에 대하여 발생한다.
더 낮은 차수 비트들이 반전됨에 따라서 이 관계는 계속된다. 따라서, 세 번째로 큰 전송된 신호 성분을 갖는 상관기 출력은 2 진수 월쉬 인덱스 값 110011 또는 십진수 51 (k = 51) 와 관련된 월쉬 함수와 일치한다. 유사하게, 네 번째로 큰 전송된 신호 성분을 갖는 상관기 출력은 2 진수 월쉬 함수 인덱스 값 101011 또는 십진수 43 (k =43) 와 일치한다. 식 (3) 에 나타난 월쉬 함수들의 일반적인 특징들과 함께, 이 독특한 관계는 판별기 (130) 로 하여금 주파수 에러 (132) 의 현재 값을 결정하게 한다.
실시예에서, 판별기 (130) 는 가장 전송되었을 가능성 있는 월쉬 함수로 추정되는, 가장 높은 신호 에너지를 갖는 상관기 출력을 사용함으로써, 그리고 이 출력과 가장 높은 에너지의 월쉬 인덱스의 MSB 를 반전시킴으로써 결정되어지는 월쉬 인덱스에 해당하는 상관기 출력의 공액 복소수와의 곱의 허수 부분을 취함으로써 현재 에러를 결정한다. 이 과정은 식 (4) 에 나타난 관계식으로부터 알 수 있다.
따라서, 실시예에서, 식 (1) 및 (3) 에 나타난 특징들은 식 (4) 에 나타난 주파수 에러의 추정값을 형성하는 판별기를 유도하는데 사용되어진다. 식 (4) 에서, X(n) 은 월쉬 인덱스 n 에 대응하는 복수 FHT 출력이고, i 는 가장 큰 출력 에너지를 갖는 상관기 출력에 대한 월쉬 인덱스이고, 는 x 의 공액 복소수를 나타내며, 는 비트와이즈 익스클루시브 OR 연산자이고 (예를 들면, 는 i 의 2 진 표현에서 k 번째 최소로 유효한 비트를 반전시킴으로써 얻어지는 인덱스이다), L 은 판별기에서 항들의 개수이다(예를 들면, 64개 함수 월쉬 변조방식에 대하여는 1 에서 6 의 숫자).
식 4 가 복조기 루프의 현재 에러를 추정하는 방법을 나타낼 때, 많은 다른 추정 기술들이 가능하다는 것을 이해하는 것이 중요하며, 이때 그 각각은 상기 개시된 월쉬 변조방식의 독특한 특징들에 기저한다. 이들의 실시예들은 아래에서 고려되어질 것이다. 그런데, 우선, 루프 필터 (140) 및 회전기 (110) 의 작동이 설명되어진다.
주파수 트래킹 루프 (101) 의 반응을 안정화하는 것을 포함하고 있는 루프 필터 (140) 는 실질적으로는 누산기/적분기이다. 작동중에, 판별기 (130) 의 현재 에러 출력 (132) 는 매우 노이지하게 나타날 수도 있다. 따라서, 루프 필터 (140) 는 주파수 트래킹 루프 (101)의 반응을 누그러뜨리기 위하여 종래의 여러 기술들을 사용할 수도 있다. 사용될 수 있는 다양한 기술들은 종래 기술에 숙련된 사람들에게는 명백할 것이고, 따라서 부가적으로 고려되지 않을 것이다.
유사하게, 회전기 (110) 는 실질적으로는 주파수 시프터이다. 회전기 (110) 는 임의의 입력 신호 (102) 의 주파수를 회전기 (110) 에 입력된 주파수 추정값 (142) 과 같은 값만큼 시프트시킨다. 루프 필터 (140) 의 경우에서와 마찬가지로, 회전기 (110) 는 종래 기술에 숙련된 사람에게 알려진 상용적으로 유용가능한 여러 디자인들일 수도 있다.
현재 에러를 결정하기 위하여 주파수 트래킹 루프 (101) 에 의하여 사용되는 방법은 또한 일반적으로 도 3 에 의하여 예시되어 있다. 도 3 을 참조하면, 주파수 시프트된 신호 (112) 는 회전기 (110) 에 의해 단계 (302) 에서 발생되고, FHT 상관기 (120) 로 입력된다. FHT 상관기 (120) 의 상관 벡터 발생기 부분은 단계 (304) 에서 판별기 (130) 로 입력되는 상관 벡터 (122) 를 발생시킨다. 위에서 자세하게 설명된 것처럼, 그다음에 판별기 (130) 는 단계 (306) 에서 가장 높은 에너지 상관기 출력에 대응하는 신호 에너지를 결정한다. 이 출력의 인덱스는 단계 (308) 에서 2 지수승으로 가장 높은 에너지 상관기 출력 인덱스에 관련되어 있는 하나 이상의 부가적인 월쉬 함수 인덱스들을 발생시키거나 형성하는데 사용되어 진다. 인덱스들은 가장 높은 에너지 인덱스의 2 진 표현의 하나 이상의 비트들을 반전시킴으로써 단계 (308) 에서 형성되어진다. 이들 인덱스들은 단계 (310) 에서 주파수 에러 신호 (132) ( ) 를 생성하기 위하여 주파수 에러를 추정하는데 사용되어진다. 상기 인덱스들은 출력 값들 (벡터 성분들) 이 상관기 출력 (벡터) 으로부터 에러 추정값을 발생시키는데 사용되는 것을 나타낸다. 즉, 상기 출력들이 외적을 계산하는데 사용되어진다. 판별기 (130) 에 의하여 사용되는 월쉬 인덱스 값들은 여기에 개시된 것처럼 다양한 프로세싱 기술들을 사용하여 얻어질 수도 있다.
앞에서 언급된 것처럼, 단계 (310) 으로부터의 주파수 에러 추정값은 트래킹 루프에 대한 "현재 에러" 로 간주되어 진다. 상기 주파수 에러 추정값은 계속하여 단계 (312) 에서 필터 (140) 에 의해 "잉여 에러"로 알려져 있는 주파수 오프셋 추정 신호 (142) ( ) 를 형성하는데 사용되어 진다. 주파수 오프셋 추정 신호 (142) 는 그다음에 회전기 (110) 에 의한 입력 신호들에 대한 회전 또는 시프팅을 조정하는데 사용되어진다.
필터링 수단은 회전기 수단에 의하여 사용되는 주파수 오프셋 추정값 ("잉여 에러") 을 생성하기 위하여 결과적인 주파수 에러 신호들을 누적한다.
중요한 것은, 도 3 은 현재 에러를 결정하기 위하여 사용되는 방법의 기능적 부분들의 오직 하나의 가능한 정렬을 나타낸다. 선택적 정렬들은 종래 기술에 숙련된 사람에게는 명백할 것이다.
C. 부가적 추정 기술들
상기 언급된 것처럼, 판별기 (130) 는 주파수 트래킹 루프 (101) 의 현재 에러를 결정하기 위하여 다양한 기술들을 사용할 수도 있다. 상기 설명된 실시예에서 사용된 기술들에 덧붙여서, 많은 다른 기술들이 가능하다. 어느 기술을 사용할 것인가의 선택은 일반적으로 주파수 트래킹 루프의 원하는 성능 특성들에 의하여 일반적으로 가이드된다. 이런 관점에서, 주파수 트래킹 루프의 성능은 일반적으로 두 가지 특성들중 하나 또는 모두에 의하여 표현되어진다: (1) 루프의 정상 상태 성능; (2) 루프의 풀인 범위.
주파수 트래킹 루프의 정상 상태 성능은 루프의 정상 상태 에러의 표준 편차로서 정의되어진다. 따라서, 캐리어 주파수가 드리프트함에 따라서, 정상 상태 성능 인자는 (루프가 전에 캐리어 주파수에서 고정되었다는 것을 가정하며) 루프가 얼마나 잘 이런 드리프트들을 트래킹하는 가를 나타낸다.
주파수 트래킹 루프의 풀인 범위는 주파수들의 범위로 정의되어지며, 루프는 이 주파수들에 대하여 초기에는 캐리어 주파수와 다를 수 있고 그 나중에는 캐리어 주파수 상에 자리를 잡는다. 따라서, 비교적 넓은 풀인 범위를 갖는 루프는 루프와 캐리어 주파수간의 더 큰 차이들을 수신할 수 있다.
현재 에러 (132) 를 추정하기 위하여 판별기 (130) 에 의하여 사용되는 기술을 변경시킴으로써, 주파수 트래킹 루프 (101) 의 풀인 범위 및/또는 정상 상태 성능은 원하는 바대로 변화될 수 있다. 예를 들면, 판별기 (130) 가 추정된 올바른 월쉬 인덱스의 가장 유효한 비트 (MSB) 를 반전시킴으로써 얻어지는 월쉬 인덱스만을 사용하여 현재 에러 (132) 를 결정할 때, 주파수 트래킹 루프 (101) 는 일반적으로 가장 좋은 정상 상태 성능을 갖게된다. 그런데, 이런 경우에 주파수 트래킹 루프 (101) 는 또한 가장 작은 풀인 범위를 갖는다.
반대로, 판별기 (130) 가 올바른 월쉬 인덱스의 가장 유효하지 않은 비트 (LSB) 를 반전시킴으로써 얻어지는 월쉬 인덱스만을 사용하여 현재 에러를 결정할 때, 주파수 트래킹 루프 (101) 의 풀인 범위는 증가되어진다. 그런데, 이런 경우에 정상 상태 성능은 그렇게 좋지 않다.
선택적으로, 판별기 (130) 는 다양한 중간 위치 비트들 (예를 들면, MSB-1, MSB-2, 등등) 을 반전시켜 중간정도의 성능 특성들을 달성할 수 있다. 또한, 판별기 (130) 는 다양한 평균용 계획들 (averaging schemes) 을 사용하여 현재 에러를 추정할 수 있다. 예를 들면, 판별기 (130) 는 올바른 월쉬 인덱스의 한 비트 이상을 반전시킴으로써 얻어지는 추정값들의 평균을 사용하여 현재 에러를 결정할 수 있다. 상기 기재된 것들에 부가하여 여기에 개시된 것들에 기초한 조합들이 종래 기술에 숙련된 사람에게는 쉽게 이해될 것이다.
D. 결론
상기 설명을 읽고 나면, 관련 기술에 숙련된 사람에게는 다른 선택적 실싱예들을 사용하여 본 발명을 구현하는 법이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예들이 위에서 설명되어졌지만, 그들은 단지 예로서 제시된 것이며, 어떠한 한정을 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 범위 및 폭은 상기 기재된 예시적 실시예들에 의하여 국한되지 않으며, 오직 다음에 나오는 특허청구범위 및 이들의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (36)

  1. 통신 신호들을 발생시키기 위하여 오쏘고날 M-ary 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템을 위한 주파수 트래킹 루프에 있어서,
    입력 신호와 주파수 오프셋 추정값을 수신하고 이 추정값에 의하여 양이 제어되는 주파수 시프트된 입력 신호를 생성하기 위한 회전 수단과,
    월쉬 함수들의 소정의 세트와 상기 주파수 시프트된 입력 신호간의 상관을 결정하고 상관 벡터를 생성하기 위한 상관 수단과,
    상기 상관 벡터를 수신하고 상기 트래킹 루프와 통신 신호 주파수들간의 차이에 비례하는 주파수 에러 신호를 생성하기 위한 판별 수단 및,
    상기 주파수 에러 신호를 누적하고 상기 주파수 오프셋 추정값을 생성하기 위한 필터링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 수단은 복수의 상관 결과들을 갖는 상관 벡터를 생성하기 위한 수단을 포함하고, 상기 각 상관 결과는 상기 주파수 시프트된 입력 신호와 월쉬 함수들의 상기 소정의 세트중 한 월쉬 함수와의 상관 결과이고 2 진법으로 표현될 수도 있는 상기 세트내의 상기 월쉬 함수들중 특정 함수에 대응하는 인덱스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 판별 수단은,
    가장 큰 에너지 값을 갖는 제 1 상관 결과를 찾기 위한 수단과,
    상기 제 1 상관 결과에 대한 대응하는 제 1 인덱스 값의 2 진수 표현을 결정하기 위한 수단 및,
    제 2 상관 결과에 대응하는 제 2 인덱스 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 인덱스 값의 상기 2 진수 표현중 하나 이상의 비트를 반전시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 판별 수단은,
    상기 제 2 인덱스 값에 의하여 지정되는 상기 제 2 상관 결과의 공액 복소수를 생성하기 위한 수단과,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 제 2 상관 결과의 상기 공액 복소수와의 곱을 발생시키기 위한 수단 및,
    주파수 에러 신호로서 상기 곱의 허수 부분을 선택하기 위한 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  5. 제 3 항에 있어서,
    반전되어 있는 상기 한 비트는 상기 2 진수 표현의 가장 유효한 비트 (MSB) 인 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  6. 제 3 항에 있어서, 반전되어 있는 상기 한 비트는 상기 제 1 의 2진수 표현의 덜 유효한 비트인 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  7. 제 3 항에 있어서,
    반전되어 있는 상기 한 비트는 상기 2 진수 표현의 최소로 유효한 비트 (LSB) 인 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 판별 수단은 제 3 상관 결과에 대응하는 제 3 인덱스 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 인덱스 값의 상기 2 진수 표현의 하나 이상의 제 2 비트를 반전시키기 위한 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 판별 수단은,
    상기 제 2 인덱스 값에 의해 지정된 상기 제 2 상관 결과의 제 1 공액 복소수를 생성하기 위한 수단과,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 제 2 상관 결과의 상기 제 1 공액 복소수의 제 1 곱을 발생시키기 위한 수단과,
    상기 제 3 인덱스 값에 의해 지정된 상기 제 3 상관 결과의 제 2 공액 복소수를 생성하기 위한 수단과,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 제 3 상관 결과의 상기 제 2 공액 복소수의 제 2 곱을 발생시키기 위한 수단 및,
    주파수 에러 신호로서 상기 제 1 및 제 2 곱들의 평균의 허수 부분을 선택하기 위한 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 판별 수단은,
    가장 높은 에너지 값을 갖는 제 1 상관 결과를 찾기 위한 수단과,
    상기 제 1 상관 결과에 대한 대응하는 제 1 인덱스 값의 2 진수 표현을 결정하기 위한 수단과,
    추가적 상관 결과들에 대응하는 하나 이상의 추가적 인덱스 값들을 발생시키기 위하여 상기 제 1 인덱스 값의 상기 2 진수 표현중 하나 이상의 개별적 비트들을 반전시키기 위한 수단과,
    상기 추가적 인덱스 값들에 의해 지정된 상기 상관 결과들 각각의 공액 복소수를 생성하기 위한 수단과,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 추가적 상관 결과들의 결과적 공액 복소수 각각의 곱들을 발생시키기 위한 수단 및,
    주파수 에러 신호로서 결과적 곱들의 평균의 허수 부분을 선택하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 의 2 진수 표현의 MSB 와 덜 유효한 비트가 각각 상기 추가적 인덱스 값들을 제공하기 위하여 반전되어 있는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 의 2 진수 표현의 상기 덜 유효한 비트는 LSB 인 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 2 진수 표현의 두 개 이상의 덜 유효한 비트들은 각각 상기 추가적 인덱스 값들을 제공하기 위하여 반전되어 있는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  14. 제 1 항에 있어서,
    월쉬 함수들의 상기 소정의 세트는 64 칩들의 길이를 갖는 64 개의 월쉬 함수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링 수단은 2 차 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  16. 통신 신호들을 발생시키기 위하여 오쏘고날 M-ary 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템을 위한 주파수 트래킹 루프에 있어서,
    입력 신호와 주파수 오프셋 추정값을 수신하고, 이 추정값에 의하여 양이 제어되는 주파수 시프트된 입력 신호를 생성하기 위하여 연결된 하나 이상의 회전기와,
    상기 주파수 시프트된 입력 신호를 수신하고 상기 시프트된 입력 신호와 월쉬 함수들의 소정의 세트를 상관시킴으로써 상관 벡터를 발생시키기 위하여 연결된 하나 이상의 상관기와,
    상기 상관 벡터를 수신하고 상기 트래킹 루프와 통신 신호 주파수들간의 차이에 비례하는 주파수 에러 신호를 생성하기 위하여 연결된 하나 이상의 판별기 및,
    상기 주파수 오프셋 추정값을 생성하기 위하여 상기 주파수 에러 신호를 수신하여 누적하기 위하여 연결되어 있는 하나 이상의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 트래킹 루프.
  17. 월쉬 함수들의 소정의 세트를 갖는 M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템에의 사용을 위한 주파수 트래킹 루프용 판별기에 있어서,
    복수의 복소수들과 대응하는 월쉬 인덱스들을 갖는 상관 벡터를 수신하기 위한 입력 수단과,
    상기 복수의 복소수들내에서 가장 큰 절대값을 갖는 제 1 복소수를 결정하기 위한 진폭 검출 수단과,
    상기 복수의 복소수들내에서 제 2 복소수에 대응하는 하나 이상의 제 2 의 2진수 표현을 발생시키기 위하여 상기 제 1 복소수에 대응하는 월쉬 인덱스의 제 1 의 2 진수 표현의 하나 이상의 비트를 반전시키기 위한 반전 수단 및,
    상기 제 1 복소수와 상기 하나 이상의 제 2 복소수와의 관계에 기초하여 주파수 에러를 계산하기 위한 추정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 판별기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    반전되어지는 상기 하나 이상의 비트는 상기 2 진수 표현의 가장 유효한 비트 (MSB) 인 것을 특징으로 하는 판별기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    반전되어지는 하나 이상의 비트는 상기 제 1 의 2 진수 표현의 덜 유효한 비트이며, 비트 인덱스는 n 이 1 에서 상기 제 1 의 2 진수 표현내의 비트들의 개수사이의 값을 갖는 관계식 MSB - n 에 의하여 지정되는 것을 특징으로 하는 판별기.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 추정 수단은 두 개 이상의 주파수 에러들을 평균하기 위한 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 판별기.
  21. M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템에 사용되는 주파수 트래킹 루프내의 잉여 에러를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    복수의 상관 결과들과 2 진법으로 표현된 대응하는 인덱스 값들을 갖는 상관 벡터를 발생시키는 단계와,
    상기 복수의 상관 결과들중 어느 것이 가장 큰 신호 에너지를 갖는 가를 결정하는 단계와,
    제 2 인덱스 값을 발생시키기 위하여 상기 상관 결과에 대응하는 제 1 인덱스 값의 한 비트를 반전시키는 단계 및,
    상기 제 1 인덱스 값에 대응하는 상기 상관 결과와 상기 제 2 인덱스 값에 대응하는 상관 결과간의 관계에 기초하여 주파수 에러를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 통신 신호들을 발생시키기 위하여 M-ary 오쏘고날 월쉬 변조방식을 사용하는 통신 시스템에서 통신 신호들의 주파수를 주파수 트래킹 루프를 사용하여 트래킹하는 방법에 있어서,
    입력 신호와 주파수 오프셋 추정값을 수신하고, 이 추정값에 의해 양이 제어되는 주파수 시프트된 입력 신호를 생성하기 위한 단계와,
    월쉬 함수들의 소정의 세트와 상기 주파수 시프트된 입력 신호간의 상관을 결정하고 상관 벡터를 생성하는 단계와,
    상기 상관 벡터를 수신하고 상기 트래킹 루프와 통신 신호 주파수들간의 차이에 비례하는 주파수 에러 신호를 생성하기 위한 단계 및,
    상기 주파수 에러 신호를 누적하고 상기 주파수 오프셋 추정값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상관 벡터를 생성하기 위한 상기 단계는 복수의 상관 결과들의 배열을 생성하는 것을 포함하고, 각각의 상관 결과는 주파수 시프트된 입력 신호와 월쉬 함수들의 상기 소정의 세트중 한 월쉬 함수와의 상관의 결과이고 2 진법으로 표현될 수도 있는 세트내의 상기 월쉬 함수들중 특정 함수에 대응하는 인덱스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 주파수 에러를 생성하는 상기 단계는,
    가장 큰 에너지 값을 갖는 제 1 상관 결과를 찾는 단계와,
    상기 제 1 상관 결과에 대한 대응하는 제 1 인덱스 값의 2 진수 표현을 결정하는 단계 및,
    추가적 상관 결과들에 대응하는 하나 이상의 추가적 인덱스 값들을 발생시키기 위하여 상기 제 1 인덱스 값의 상기 2 진수 표현중 하나 이상의 비트를 반전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 주파수 에러를 생성하기 위한 상기 단계는,
    상기 추가적 인덱스 값들에 의해 지정되는 상기 추가적 상관 결과들 각각의 공액 복소수를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 추가적 상관 결과들의 상기 공액 복소수의 곱을 발생시키는 단계 및,
    주파수 에러 신호로서 하나 이상의 상기 곱들의 허수 부분을 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 선택 단계는 주파수 에러 신호를 제공하기 위하여 하나 이상의 상기 곱들의 허수 부분들을 선택하고 평균하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 선택 단계는 주파수 에러 신호를 제공하기 위하여 하나 이상의 상기 곱들의 허수 부분들을 선택하고 누적하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    2 진수 표현의 상기 가장 유효한 비트 (MSB) 가 반전되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 의 2 진수 표현의 하나 이상의 덜 유효한 비트가 반전되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 덜 유효한 비트는 2 진수 표현의 최소로 유효한 비트 (LSB) 인 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 24 항에 있어서,
    주파수 에러 생성 단계는 제 3 상관 결과에 대응하는 제 3 인덱스 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 인덱스 값의 상기 2 진수 표현의 하나 이상의 제 2 비트를 반전시키는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 2 인덱스 값에 의해 지정된 상기 제 2 상관 결과의 제 1 공액 복소수를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 제 2 상관 결과의 상기 제 1 공액 복소수의 제 1 곱을 발생시키는 단계와,
    상기 제 3 인덱스 값에 의해 지정된 상기 제 3 상관 결과의 제 2 공액 복소수을 생성하는 단계와,
    상기 제 1 상관 결과와 상기 제 3 상관 결과의 상기 제 2 공액 복소수의 제 2 곱을 발생시키는 단계 및,
    주파수 에러 신호로서 상기 제 1 및 제 2 곱들의 평균의 허수 부분을 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    반전되어지는 상기 한 비트는 2 진수 표현의 MSB 이고, 반전되어지는 상기 제 2 비트는 상기 제 1 의 2 진수 표현의 덜 유효한 비트인 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    반전되어지는 상기 한 비트와 반전되어지는 상기 제 2 비트는 둘다 2 진수 표현의 덜 유효한 비트들인 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 22 항에 있어서,
    월쉬 함수들의 상기 소정의 세트는 각각이 64 칩들의 길이를 갖는 64 개의 월쉬 함수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 22 항에 있어서,
    상기 필터링 단계는 2 차 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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