KR19990053156A - 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대역 확산 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access ;CDMA) 시스템에서의 레이크(Rake) 수신기의 구조에 관한 것이다.

대역 확산 통신 방식은 송신단과 수신단에 서로 정해진 의사잡음 코드를 사용하여 시스템의 성능을 개선시킨 통신 방식으로, 이를 위해서는 송신단과 수신단 사이의 의사잡음 코드의 정확한 동기가 매우 중요한 요소가 된다. 대역 확산 통신에서의 동기 과정은 일반적으로 초기 동기와 동기 추적의 두 단계의 과정을 거치는데, 초기 동기는 두 의사잡음 코드를 1/2 칩 단위이내로 좁히는 것이고 동기 추적은 더욱 정밀한 동기를 추적하고 유지하는 기능을 한다. 레이크 수신기는 다수의 수신기로 구성되며 각 수신기는 각각 독립된 초기 동기 및 동기 추적 장치를 갖는다. 이에 따라 레이크 수신기의 하드웨어는 복잡한 구조를 가지며 그에 따른 제어도 복잡해지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 하나의 의사잡음 코드 발생기를 다수의 수신기가 공유하여 사용할 수 있도록 하므로써, 수신기의 구조를 간단하게 하여 회로 설계를 용이하게 하고 제어를 용이하게 할 수 있는 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조가 제시된다.

Description

대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조

본 발명은 대역 확산 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access ;이하 CDMA라 함)시스템에서의 레이크(Rake) 수신기의 구조에 관한 것으로, 특히 대역 확산 통신을 이용한 시스템의 개발에 따른 모뎀 성능의 향상을 위해 보다 간단한 구조의 수신기를 설계하여 물리적인 하드웨어 게이트 수를 줄이고 제어를 간단히 할 수 있는 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템을 위한 레이크 수신기의 구조에 관한 것이다.

대역 확산 통신은 주로, 군사 통신 등 군사 관련 여러 가지 장비에 이용되었다. 최근에는 반도체 기술의 발달과 대역 확산 통신이 갖는 장점 때문에 상업용으로 그 응용 분야가 급속히 확산되고 있다. 이미 CDMA 방식의 디지털 셀룰러 폰의 서비스가 제공되고 있으며, 개인 휴대 통신(Personal Communication Service ;PCS)도 시작하였다. 대역 확산 통신에서는 동기가 매우 중요하며 정확한 동기를 이루기 위해 디지털 지연-잠김 루프(Digital Delay-Locked Loop)를 사용하는 위상 동기 루프(Phase Locked Loop ;PLL) 기술이 요구된다. 종래에는 레이크(Rake) 수신기를 구성하는 각 수신기가 각각 독립된 동기 장치를 가지게 되어, 하드웨어적으로 매우 복잡한 구조를 갖는 디지털 지연-잠김 루프(Digital Delay-Locked Loop)로 구성되었다.

도 1은 일반적인 CDMA 시스템에서의 레이크 수신기의 구조도이다.

도시된 바와 같이, 레이크 수신기는 다수의 복조기(11)와 이들 출력을 결합(combine)하는 결합기(Combiner)(12)로 구성된다. 다이버스티 기법에는 여러 가지 형태가 있는데 특히, 대역 확산 통신 방식을 사용하는 CDMA 시스템에서는 대역 확산 통신의 특징인 다중 경로 다이버스티 기법을 사용할 수 있는 큰 장점이 있다. 대역 확산 통신의 통신 방식은 의사잡음(Pseudo Noise Code ;이하 PN이라 함)코드를 사용하여 서로 정해진 코드를 사용하는 송수신자들만이 서로 통화할 수 있는 시스템이다. 같은 PN 코드를 사용하는 사용자 사이에도 송수신기간에 정확한 동기를 이루지 못하면 통신을 할 수 없기 때문에 정확한 동기의 유지가 매우 중요하다.

도 2는 레이크 수신기에서의 복조기의 구조도이다.

대역 확산 통신에서의 코드 동기는 초기 동기부(21)를 통한 코드 획득과 코드 추적 루프(22)를 통한 동기 추적의 2가지 과정을 거쳐 이루어진다. 초기 동기는 송신측의 PN 코드와 수신측의 PN 코드가 1/2 칩 이내에 들어오도록 수신기의 PN 코드의 위상을 조절하는 것이고, 동기 추적은 초기 동기에서 이루지 못한 보다 정밀한 동기를 위해 동기 추적 기능과 동기를 계속 유지하는 기능을 한다. 완전한 동기가 이루어지면 역확산/데이터 복조부(23)를 통해 결합기로 입력된다. 각각의 동기 장치에 사용되는 PN 코드는 통신의 보안성과 다수의 사용자간 보다 우수한 상호 직교 성질을 갖도록 주기가 긴 PN 코드를 사용한다. 또한, PN 코드의 제어와 위상을 조절하기 위해 시드(seed) 값을 저장하는 레지스터와 마스크 레지스터를 갖게 된다. 따라서 PN 코드 발생기의 구현에 필요한 게이트 수가 실제로 복조기를 구성하는데 필요한 게이트의 수 못지 않게 많이 필요하게 되는 문제점이 있다.

도 3은 레이크 수신기 복조기의 동기 추적 장치의 구조도이다.

동기 추적장치는 복조기의 역확산에 사용되는 PN 코드보다 1/2 칩 앞서는 코드(301)가 사용되는 어얼리(Early) 상관기(31)와 1/2 칩 뒤지는 래이트(late)코드(302)가 사용되는 래이트(Late) 상관기(32)가 있으며, 이들 출력을 각각의 제곱기(33, 34)에서 제곱한 후 그 차가 루프 필터(Loop Filter)(35)에 입력된다. 루프 필터는 두 상관기의 출력에 대한 차를 평균하여 수치 제어 발진기(Numerical Control Oscilliator ;이하 NCO라 함)(36)로 입력시킨다. NCO(36)의 출력은 PN 코드 발생기(37)로 입력되어 어얼리(Early) 상관기(31)와 래이트(Late) 상관기(32)의 상관 결과가 같아지도록 유지하게 하는 방향으로 로컬(Local) PN 코드의 위상이 조절된다. 완전한 동기가 이루어지면 복조기용 상관기에 동기가 정확히 맞는 PN 코드를(303) 제공하여 역확산/데이터 복조부에서 데이터 복조기능을 수행한다. 대역확산 통신의 특성상 정확한 동기의 유지는 필연적이며, 이러한 정확한 동기 시스템의 요구는 송신단에서 전송한 신호가 채널에서 1 칩 이상 전송 지연차를 가지고 수신되면 수신기에서는 각각의 신호를 독립된 신호로 분리하여 수신할 수 있는 이점을 제공한다.

이러한 다중 경로 신호를 이용한 다이버스티 기법은 도 1에 나타나 있듯이 수신기에 다수의 독립된 복조기를 두어 구현 할 수 있다. 이에 따라 수신기는 매우 복잡해지고 다수의 수신기를 제어하는 방법도 간단치 않다. 또한 각각의 복조기는 독립적으로 동작하나 모두 동일한 구조를 가져 하드웨어 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 하나의 PN 코드 발생기를 다수의 수신기가 공유하여 사용할 수 있도록 하여 수신기의 구조를 간단하게 하여 회로 설계를 용이하게 하고 제어를 용이하게 할 수 있는 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조는 각각의 복조기 내에서 송신측 의사잡음 코드와 수신측 의사잡음 코드의 위상을 조절하는 초기 동기 장치와, 상기 초기 동기 장치에서 이루어지지 않은 동기를 추적하고 동기를 유지하는 동기 추적 장치와, 상기 각각의 복조기 내에서 상기 동기 추적 장치를 통해 동기가 이루어진 수신 신호를 역화산하고 복조하는 역확산/데이터 복조 장치와, 상기 각각의 복조기에서 복조된 다수의 신호를 결합하여 최종 복조된 신호를 출력하는 결합기로 구성되는 레이크 수신기에 있어서, 상기 동기 추적 장치는 송수신기간의 동기 획득을 위한 의사잡음 코드를 생성하는 의사잡음 코드 발생기와, 상기 의사잡음 코드 발생기로부터 생성된 의사잡음이 쉬프트 되면서 저장되는 다수의 레지스터로 구성된 버퍼와, 상기 버퍼에 저장되어 있는 의사잡음 코드 중 하나를 선택하기 위한 의사잡음 선택 제어기와, 오버 샘플링 되어 입력되는 데이터 샘플 중 하나를 선택하는 샘플 선택기와, 상기 샘플 선택기 및 의사잡음 선택 제어기로부터 어얼리 의사잡음 코드 및 래이트 의사잡음 코드를 각각 입력받아 각각의 상관값을 계산하는 어얼리 상관기 및 래이트 상관기와, 상기 어얼리 상관기 및 래이트 상관기의 출력을 각각 제곱한 후 감산한 결과를 루프 필터를 통해 입력받아 국부 의사잡음 코드의 위상을 조절하는 수치 제어 발진기와, 상기 수치 제어 발진기를 통하여 완전한 동기가 이루어진 의사잡음 코드를 역확산/복조 장치로 수신하여 데이터를 복조하는 의사잡음 선택 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 CDMA 시스템에서의 레이크 수신기의 구조도.

도 2는 레이크 수신기에서의 복조기의 구조도.

도 3은 레이크 수신기 복조기의 동기 추적 장치의 구조도.

도 4는 본 발명에 따른 CDMA 시스템에서의 레이크 수신기를 위한 동기 추적장치의 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

41 : PN 코드 발생기 42 : 버퍼

43-1, 43-n : 샘플 선택기 44-1, 44-n : PN 선택 제어기

45-1, 45-n : 어얼리 상관기 46-1, 46-n : 래이트 상관기

47-1, 47-n , 48-1, 48-n : 제곱기 49-1, 49-n : 루프 필터

50-1, 50-n : 수치 제어 발진기(NCO)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 CDMA 시스템에서의 레이크 수신기의 구조도로서, 하나의 PN 발생기(41)를 이용하여 구성된다.

PN 발생기(41)로부터 발생된 PN 코드는 레지스터로 구성된 버퍼(42)에 쉬프트 되면서 입력된다. 버퍼(42)로 입력되는 PN 코드는 시스템이 사용될 채널의 지연 프로파일(Delay Profile)만큼의 길이와 적정한 PN 코드 시퀀스를 가지고 있어야 하며, 각 버퍼의 출력은 모든 수신기의 PN 코드 선택 제어기(44-1, 44-n)로 입력된다. 이는 동기 추적에서 어얼리(Early) 상관기(45-1, 45-n)와 래이트(Late) 상관기(46-1, 46-n)의 출력 차에 의해 PN 위상이 변화되는데 이러한 기능을 수행될 수 있도록 하기 위해서이다. 일반적인 동기 추적 장치의 정밀도는 아날로그/디지털 변환기(A/D)의 샘플 비율에 의해 결정된다. 본 발명의 동기 추적 장치의 정밀도는 샘플링 비율만큼 A/D된 입력 데이터를 선택하는 데시메이터에 즉, 샘플 선택기(43-1, 43-n)에 의해 이루어진다. 샘플 선택기(43-1, 43-n)는 8배 또는 4배로 오버 샘플링(over sample)되어 입력되는 수신 신호 샘플을 모두 버퍼(도시되지 않음)에 저장한다. 버퍼(도시되지 않음)에 저장된 샘플 중 하나가 선택되어 각 어얼리 상관기(45-1, 45-n) 및 래이트 상관기(46-1, 46-n)에 입력된다. 즉, 1 칩 내의 PN 위상은 입력 데이터의 선택을 달리 하므로 해서 이루어지고, 1 칩 단위의 PN 위상은 PN 코드가 저장된 버퍼의 위치를 바꿈으로써 조절이 가능하다. 즉, 각 수신기는 할당된 왕복 지연(Round Trip Delay ;RTD) 시간에 해당하는 PN 코드를 버퍼(42)에서 선택하여 사용하며, 동시에 1칩 이내의 위상에 대해서는 수신된 데이터 샘플을 선택하여 사용한다. 동작중 채널에 의한 변화 또는 자체 클럭 발진기의 오차로 인하여 송수신기간의 PN 코드의 위상이 틀어질 수 있는데, 이 경우 1칩 이내에서는 수신 데이터 샘플을, 칩 경계를 넘어가면 PN 코드 버퍼의 출력 점을 변경시켜 동기 추적 기능을 수행한다.

어얼리 상관기(45-1, 45-n) 및 래이트 상관기(46-1, 46-n)의 출력은 각각의 제곱기(47-1, 47-n, 48-1, 48-n)에서 제곱된 후 그 차가 루프 필터(Loop Filter)(49-1, 49-n)에 입력된다. 루프 필터(49-1, 49-n)는 두 상관기의 출력에 대한 차를 평균하여 NCO(50-1, 50-n)로 입력시킨다. NCO(50-1, 50-n)의 출력은 PN 선택 제어기(44-1, 44-n)로 입력되어, 어얼리(Early) 상관기(45-1, 45-n)와 래이트(Late) 상관기(46-1, 46-n)의 상관 결과가 같아지도록 유지하게 하는 방향으로 로컬(Local) PN 코드의 위상이 조절된다. 완전한 동기가 이루어지면 복조기용 상관기에 동기가 정확히 맞는 PN 코드를 제공하여 역확산/데이터 복조부에서 데이터 복조기능을 수행한다.

이러한 원리로 동작되는 동기 추적 장치는 다수의 수신기를 갖는 레이크 수신기에서 특히 유리하다. 각각의 수신기는 독립된 PN 코드 발생기를 가질 필요가 없고 PN 코드 버퍼의 PN 코드의 출력만 현재의 수신기가 할당된 경로에 따라 선택하여 사용하면 된다. 이러한 기능이 정상적으로 동작되기 위해서는 초기 동기 장치에서 선택한 경로들이 PN 코드 버퍼에 적절히 위치하도록 선정되어야 한다. 따라서, PN 코드 버퍼의 길이가 그 채널의 지연 프로파일(delay profile)의 특성을 충분히 만족 할 수 있도록 버퍼의 길이가 설정되어 있어야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 하나의 PN 코드 발생기를 다수의 수신기가 공유하여 사용할 수 있도록 하여 회로 구현이 간단해지고 동기 장치의 개발시간 및 필요한 게이트의 수를 감소시킬 수 있어 고밀도 회로 설계에 유리하며, 또한 응용 프로그램에서 그 제어 방법이 매우 단순해지고 다수의 수신기를 구현할 경우 더욱 큰 이점을 얻을 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 각각의 복조기 내에서 송신측 의사잡음 코드와 수신측 의사잡음 코드의 위상을 조절하는 초기 동기 장치와,

   상기 초기 동기 장치에서 이루어지지 않은 동기를 추적하고 동기를 유지하는 동기 추적 장치와,

   상기 각각의 복조기 내에서 상기 동기 추적 장치를 통해 동기가 이루어진 수신 신호를 역화산하고 복조하는 역확산/데이터 복조 장치와,

   상기 각각의 복조기에서 복조된 다수의 신호를 결합하여 최종 복조된 신호를 출력하는 결합기로 구성되는 레이크 수신기에 있어서,

   상기 동기 추적 장치는 송수신기간의 동기 획득을 위한 의사잡음 코드를 생성하는 의사잡음 코드 발생기와,

   상기 의사잡음 코드 발생기로부터 생성된 의사잡음이 쉬프트 되면서 저장되는 다수의 레지스터로 구성된 버퍼와,

   상기 버퍼에 저장되어 있는 의사잡음 코드 중 하나를 선택하기 위한 의사잡음 선택 제어기와,

   오버 샘플링 되어 입력되는 데이터 샘플 중 하나를 선택하는 샘플 선택기와,

   상기 샘플 선택기 및 의사잡음 선택 제어기로부터 어얼리 의사잡음 코드 및 래이트 의사잡음 코드를 각각 입력받아 각각의 상관값을 계산하는 어얼리 상관기 및 래이트 상관기와,

   상기 어얼리 상관기 및 래이트 상관기의 출력을 각각 제곱한 후 감산한 결과를 루프 필터를 통해 입력받아 국부 의사잡음 코드의 위상을 조절하는 수치 제어 발진기와,

   상기 수치 제어 발진기를 통하여 완전한 동기가 이루어진 의사잡음 코드를 역확산/복조 장치로 수신하여 데이터를 복조하는 의사잡음 선택 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼로 입력되는 의사잡음 코드는 사용될 채널의 지연 프로파일 만큼의 길이를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 어얼리 상관기 및 래이트 상관기의 출력에 따라 1칩 내의 의사잡음 위상의 경우에는 샘플을 재선택하고 칩 경계를 초과하면 상기 의사잡음 코드 버퍼에 저장된 의사잡음 코드의 선택을 달리하여 동기를 추적하록 구성되는 것을 특징으로 하는 대역 확산 코드분할 다중접속 시스템에서의 레이크 수신기의 구조.