KR20000073313A - 부호분할 다중접속 시스템에서 동기 트래킹을 위한 문턱값 설정방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CDMA시스템에서 동기를 연속적으로 유지하도록 하기 위해 사용하는 동기 추적(tracking)부분에서 문턱값을 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 장치는 얼리 패스의 에너지와 레이트 패스의 에너지를 합하는 합산부(130)와, 합산부에서 출력되는 신호에 소정의 감쇄계수를 곱하여 상측 문턱값(THu)을 생성하는 곱셈기(132), 곱셈기 출력의 부호를 변환시켜 하측 문턱값(THd)을 생성하는 부호변환수단(134), 및 얼리 패스 및 레이트 패스로부터 에러값을 입력받아, 이 에러값이 상측 문턱값보다 작고 상기 하측 문턱값보다 크면 발생된 PN코드의 위상을 홀딩하고, 문턱값을 벗어나면 발생된 PN코드의 위상을 변경하여 동기를 추적하게 하는 PN코드 발생부(110)를 포함하여 동기 추적을 안정적으로 수행한다.
Description
본 발명은 송신측의 의사잡음(PN:pseudo noise) 부호와 수신측의 의사잡음(PN) 부호 사이에 동기가 일치해야 하는 부호분할다중접속(CDMA) 방식을 사용하는 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 CDMA시스템에서 동기를 연속적으로 유지하도록 하기 위해 사용하는 동기 추적(tracking)부분에서 문턱값을 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 부호분할다중접속(CDMA) 방식을 사용하는 디지털 이동 통신 시스템에서는 송신 측에서 보내고자 하는 신호의 변조 및 확산을 위해 PN 부호를 사용하고, 수신 측에서는 수신된 신호를 제대로 복조하기 위해서 송신 측에서와 같은 종류의 PN 부호를 사용하여 원래의 신호를 복조하게 된다. 여기서 중요한 것은, 송신측에서 사용한 PN 부호와 동일한 PN 부호를 수신측에서 사용해야 한다는 것인데, PN 부호의 종류뿐만 아니라 매 순간마다 송신 측과 수신 측의 PN 부호의 위상도 일치해야 한다. 이렇게 송신과 수신 사이의 PN 부호 위상이 일치하도록 맞추는 과정을 "동기를 맞추는 과정"이라 하는데, 동기를 맞추는 과정은 크게 수신 측에서 초기동기를 맞추는 획득과정( PN code synchronization acquisition )과 이미 획득된 초기 동기로부터 동기를 잃지 않도록 연속적으로 동기를 일치시키는 추적과정(PN code synchronization tracking)으로 구분된다. 그리고 획득과정은 서치(search) 및 확인(verification) 단계로 이루어지고, 서치 방법 및 구간에 따라 동기 획득에 걸리는 시간이 달라진다.
또한, 이미 획득된 PN 부호의 위상을 유지하도록 하는 추적(tracking) 과정은 도 1에 도시된 바와 같이, 얼리-레이트(Early-Late) 부호 추적 패스를 이용하여 구현된다.
도 1을 참조하면, CDMA시스템에서 동기 추적부분은 역확산 상관기(102)와 데이터 복조기(112), PN코드 발생기(110), 얼리 상관기(104)와 저역통과 필터(LPF: 114), 자승검출기(118), 비교기(122), 루프필터(124)로 이루어지는 얼리 패스와 레이트 상관기(106), 저역통과 필터(116), 자승검출기(120), 비교기(122), 루프필터(124)로 이루어지는 레이트 패스로 구성된다.
도 1에서 수신된 신호는 송신 측에서 전송하고자 하는 데이터 신호를 PN 부호로 대역 확산한 신호이고, 이러한 신호를 수신 측에서 제대로 복조하려면 송신 측에서 사용한 PN 부호로 정확한 위상을 가지고 상관(correlation)하는 과정이 필요하다. 즉, PN 부호의 초기동기를 획득하는 과정에서 PN 부호의 위상을 제대로 찾아서 그 위상 값을 PN 부호의 위상으로 결정하여 PN코드 발생기(110)에 제공하면, 그 이후에는 정확한 동기를 유지하기 위한 추적(tracking)과정이 수행된다.
일단, 초기동기가 맞추어졌다 하더라도 수신신호를 복조하는 과정에서 무선채널 환경의 변화, 수신단 발진기(oscillator)의 오차 등의 원인에 의해서 PN 부호의 위상이 어긋날 수 있는 데, 도 1에서 설명하는 추적(tracking) 과정에서는 PN 코드 발생기(110)에서 정확한 동기의 PN 부호(On time PN) 이 외에도 1/2 chip 위상이 앞서는 시간을 가지는 PN 부호(Early time PN)와 1/2 chip 위상이 뒤지는 PN 부호(Late time PN)를 각각 생성하여 얼리 상관기(Early correlator)(104)와 레이트 상관기(Late correlator)(106)에서 수신신호와 각각 상관(correlation)하여 얼리 패스(Early path)와 레이트 패스(Late path)의 에너지를 계산한다.
얼리 패스(Early path)와 레이트 패스(Late path)의 에너지는 각 상관기의 출력을 저역통과필터(LPF)(114,116)에서 필터링한 후 자승검출기(118, 120)에서 제곱하는 과정을 거쳐 구할 수 있다. 이렇게 구한 얼리 패스(early path)와 레이트 패스(late path)의 에너지 차이를 비교기(122)에서 구하여 현재 정확한 동기가 이루어지고 있는지 아니면 동기가 맞지 않는지를 PN 코드 발생기(110)에서 판단하게 된다. 만약, 이상적으로 동기가 맞아서 유지되고 있다면, 이 두 에너지의 차이는 0이 되어서 PN 부호의 위상을 변경할 필요가 없을 것이다. 그리고 동기가 맞지 않은 경우에는 이 두 에너지의 차이가 생기게 되고, PN 코드 발생기(110)는 위상이 앞서고 있는지 아니면 뒤지고 있는지를 판단하여 동기가 맞는 PN 부호를 생성하게 된다. 그러나 실제의 경우는 동기가 맞아 있다고 하더라도 이 두 패스(path)간의 약간의 에너지 차이가 생기게 되고, 따라서 이러한 작은 에너지 차이는 오차로 작용하기 때문에 저역 통과 특성을 갖는 루프 필터(loop filter: 124)를 사용하여 잡음성분을 제거하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 추적(tracking) 과정에서는 단순히 루프 필터(loop filter) 출력의 부호에 따라서 매 순간마다 1/4 chip 만큼씩 PN 부호의 위상을 앞서게 했다가 뒤지게 했다가 하는 식으로 PN 부호의 동기를 맞추게 된다. 이렇게 1/4 PN chip 만큼만 움직이게 하는 것은 PN 부호의 위상이 매 순간마다 너무 빨리 변하는 것을 방지하기 위함이다.
만약, 추적(tracking) 과정에 의해 PN 부호의 위상이 너무 빨리 변하게 되면 동기가 맞은 경우와 맞지 않은 경우가 계속해서 반복해서 나타나기 때문에 오히려 성능의 악화를 가져온다. 이와 같이 PN 부호의 위상을 조절함에 있어서 위상의 변화율을 늦추는 장치로써 루프 필터(loop filter)등을 이용하지만 실제의 경우에 있어서 루프 필터(loop filter) 출력의 부호만을 이용하여 PN 부호의 위상을 조절하는 것으로는 안정적인 동기를 유지하기 어려운 문제점이 있다. 왜냐하면, 정확히 동기가 맞아 있다고 하더라도 항상 얼리 패스(early path)와 레이트 패스(late path) 사이에는 에너지의 차이가 존재하게 되고, 이러한 오차 때문에 계속해서 동기가 맞았다가 어긋났다가 하는 과정이 반복되어 동기가 불안정하게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 시간적으로 수신 신호의 세기가 변한다고 하더라도 이에 적응적으로 문턱값이 비례해서 변할 수 있도록 하여 동기를 보다 안정적으로 유지할 수 있도록 된, 부호분할 다중접속 시스템에서 동기 트래킹을 위한 문턱값 설정방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 수신신호를 얼리타임 PN코드와 상관 및 자승검출하여 얼리타임 에너지를 산출하는 얼리 패스와, 수신신호를 레이트타임 PN코드와 상관 및 자승검출하여 레이트타임 에너지를 산출하는 레이트 패스, 상기 얼리타임 에너지와 레이트타임 에너지의 차에 따라 위상을 결정하고 소정의 온타임 PN코드, 얼리타임 PN코드 및 레이트타임 PN코드를 발생하는 PN코드 발생부를 포함하는 부호분할다중접근시스템의 동기 추적장치에 있어서, 상기 얼리 패스의 에너지와 레이트 패스의 에너지를 합하는 합산부와; 상기 합산부에서 출력되는 신호에 소정의 감쇄상수를 곱하여 상측 문턱값을 생성하는 곱셈기; 상기 곱셈기 출력의 부호를 변환시켜 하측 문턱값을 생성하는 부호변환수단; 및 상기 얼리 패스 및 레이트 패스의 출력을 입력받아, 이 입력값이 상기 상측 문턱값보다 작고 상기 하측 문턱값보다 크면 발생된 PN코드의 위상을 홀딩하고, 상기 문턱값을 벗어나면 발생된 PN코드의 위상을 변경하여 동기를 추적하게 하는 상기 PN코드발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 수신신호로부터 얼리타임 에너지를 산출하는 단계; 수신신호로부터 레이트타임 에너지를 산출하는 단계; 상기 얼리타임 에너지와 레이트타임 에너지의 합을 구하는 단계; 상기 에너지의 합에 소정의 감쇄계수를 곱해 제1 문턱값을 설정하는 단계; 상기 제1 임계값의 부호를 변환하여 제2 문턱값을 설정하는 단계; 및 상기 얼리타임 에너지와 레이트타임 에너지의 차로부터 에러값을 구하고 이 에러값을 상기 설정된 제1 문턱값 및 제2 문턱값과 비교하여 문턱값을 벗어날 경우에만 위상 추적을 수행하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 동기 추적회로를 도시한 블록도,
도 2는 동기 추적회로에서 상,하측 문턱값을 이용한 경우의 예,
도 3은 본 발명이 적용된 동기 추적회로를 도시한 블록도,
도 4는 PN코드 발생회로에서 발생되는 PN코드의 예를 도시한 타이밍도,
도 5는 수신신호의 동기상태에 따른 에러값을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따라 동기추적을 위한 문턱값을 설정하는 방법을 도시한 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
102: 역확산 상관기 104: 얼리 상관기
106: 레이트 상관기 110: PN코드발생기
112: 데이터 복조기 114,116: 저역통과필터
118,120: 자승검출기 122: 비교기
124: 루프필터 130: 합산기
132,134: 곱셈기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
얼리-레이트(Early-Late) 추적 패스를 이용하여 동기를 추적하는 시스템에 있어서는 앞서 설명한 바와 같이, 추적(tracking)과정에 의해 PN 부호의 위상이 너무 빨리 변하게 되면 동기가 맞은 경우와 맞지 않은 경우가 계속 반복해서 나타나 성능의 악화를 가져오기 때문에 루프필터(path filter) 출력의 부호만을 가지고 판단하는 것이 아니라 문턱값(Threshold)을 설정한 후, 얼리 패스(early path)와 레이트 패스(late path) 사이의 에너지 차이가 문턱값보다 작을 경우에는 PN 부호의 위상을 움직이지 않게 홀딩할 필요가 있다.
도 2는 이와 같이 문턱값을 설정할 경우의 PN코드 발생기를 도시한 것이다. 도 2에서 루프필터(loop filter)(124)의 출력이 PN코드 발생기(110)에 입력된다는 것은 종래와 같지만 PN 코드 발생기(110)에 부가적인 입력값들, 즉 상위 문턱값(THu)과 하위 문턱값(THd)을 사용한다는 점이 다르다. 즉, 루프필터(124)의 출력이 양이 되었다 하더라도 루프필터의 출력이 상위 문턱값(THu)보다 작으면 PN 부호의 위상을 변화시키지 않고, 마찬가지로 루프필터(124)의 출력이 음이 되었다고 하더라도 하위 문턱값(THd)보다 작으면 PN 부호의 위상을 변화시키지 않는다. 이와 같이 문턱값을 사용함으로써 PN 부호의 동기를 안정적으로 유지시킬 수 있지만 실제, 시스템의 경우에 있어서는 어느 정도의 문턱값을 설정해야 할지를 결정하기가 매우 어렵다. 왜냐하면, CDMA 통신 시스템이 동작하는 무선채널 환경에서는 신호의 세기가 시간적으로 매우 급격히 변하는 페이딩 환경이기 때문이다. 따라서 문턱값을 일정한 값으로 고정시켜서 동작하게 한다면 원래 문턱값을 설정할 때의 수신신호의 세기의 가정과는 맞지 않게 되기 때문에 안정적인 동기 유지를 보장하기 어렵게 된다.
따라서 본 발명은 문턱값(THu, THd)을 설정함에 있어서 얼리 패스(Early path) 와 레이트 패스(Late path)의 에너지를 합한 값에다 일정한 감쇄계수를 곱하여 문턱값을 결정하는 것이다. 이와 같이 문턱값을 결정함에 있어서 현재 수신신호 환경의 특성을 고려하므로써 보다 적응적으로 동기 추적을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용된 동기 추적장치를 도시한 블록도로서, 역확산 상관기(102)와 데이터 복조기(112), PN코드 발생기(110), 얼리 패스(a)와 레이트 패스(b), 합산기(130), 제1 곱셈기(132), 제2 곱셈기(134)가 도시되어 있다. 그리고 얼리 패스(a)는 얼리 상관기(104)와 저역통과 필터(LPF:114), 자승검출기(118), 비교기(122), 루프필터(124)로 이루어지고, 레이트 패스(b)는 레이트 상관기(106), 저역통과 필터(116), 자승검출기(120), 비교기(122), 루프필터(124)로 이루어진다.
도 3을 참조하면, 동기 획득이 이루어진 후 PN코드 발생기(110)에서 제공되는 온타임 PN코드(On time PN)에 의해 수신신호가 역확산 상관기(102)에서 역환산되고, 데이터 복조기(112)에서 복조되어 복조된 데이터가 출력된다.
또한 PN코드 발생기(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 온타임 PN코드(도4의 "가")와 온타임 PN코드보다 위상이 1/2칩 앞선 PN코드(도 4의 "나"), 그리고 1/2칩 뒤진 PN코드(도 4의 "다")를 발생한다. 얼리 패스(a)는 얼리타임 PN코드에 따라 온타임시보다 앞선 위상의 에너지를 산출하며, 레이트 패스(b)는 레이트 타임 PN코드에 따라 온타임시보다 뒤진 위상의 에너지를 산출한다. 즉, 수신신호는 얼리 상관기(104)에서 얼리타임 PN코드(Early time PN)에 의해 상관값이 구해지고, 얼리 상관기(104)의 출력은 저역필터링된 후 자승검출기(118)에서 에너지가 구해진다. 또한, 수신신호는 레이트 상관기(106)에서 레이트타임 PN코드(Late time PN)에 의해 상관값이 구해지고, 레이트 상관기(106)의 출력은 저역필터링된 후 자승검출기(120)에서 에너지가 구해진다.
이와 같이 구해진 얼리 패스 에너지와 레이트 패스의 에너지는 비교기(122)에서 비교된 후, 루프 필터(124)에서 필터링되어 에러신호(e)로서 PN코드 발생기(110)로 입력된다. 이와 같은 루프필터(124)의 출력 즉, 에러신호(e)는 그 특성이 도 5에 도시된 바와 같이 S함수 특성을 나타내고, 통상 S곡선의 중앙 직선부분에서 PLL이 동작하여 동기추적이 수행된다. 도 5를 참조하면, 에러신호(e)는 PN코드 발생기(110)의 전압제어발진기(VCXO)로 입력되어 PN코드의 위상을 가변시키는데, 에러신호(e)가 0일 때 정확한 칩동기가 이루어진 것이다.
한편, 본 발명에 따라 문턱값을 설정하기 위하여 얼리 패스(Early path)의 에너지와 레이트 패스(Late path)의 에너지는 합산기(130)에서 합해진 후에 제1 곱셈기(132)에서 일정한 감쇄계수가 곱해져 상측 문턱값(THu)가 된다. 그리고 제1 곱셈기(132)의 출력은 제2 곱셈기(134)에서 "-1"과 곱해져 부호가 변환되어 하측 문턱값(THd)이 된다. 이와 같이 상측 및 하측 문턱값이 수신 신호의 강도에 따라 비례적으로 결정되므로 페이딩 환경에서 적응적으로 동기를 추적할 수 있게 된다. 즉, 좋은 무선채널 환경에서 CDMA 통신 시스템이 동작한다면 수신 신호의 세기가 크게 되고, 따라서 문턱값의 크기도 크게 되며, 전송하고자 하는 신호가 페이딩을 겪어서 수신 신호의 크기가 크게 감쇄 된다면 이에 따라서 문턱값의 크기도 작아지게 되어서 이에 맞추어서 추적(tracking)이 일어나게 된다. 여기서 상위 문턱값(THu)과 하위 문턱값(THd)은 크기가 같고, 부호는 반대인 값을 사용한다.
그리고 본 발명에 따른 PN코드 발생기(110)는 PN코드의 위상을 결정할 경우에 루프필터(124)의 출력(e)을 앞서 설명한 바와 같이 구해진 상측 및 하측 임계치(THu,THd)와 비교하여 상측 임계치(THu)보다 같거나 작고 하측 임계치(THd)보다 같거나 크면(즉, THdeTHu), 현재 PN코드의 위상을 홀딩하고, 루프필터의 출력(e)이 상측 임계치(THu)보다 크면 현재 PN코드의 위상을 1/4칩 빠르게 하고, 루프필터의 출력(e)이 하측 임계치(THd)보다 작으면 현재 PN코드의 위상을 1/4칩 느리게 조절한다.
도 6은 본 발명에 따라 동기 추적을 하기 위해 문턱값을 설정하는 절차를 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 단계 S1 및 S2에서는 파일롯 채널을 통해 파일롯신호를 수신하여 서치 및 확인과정을 거쳐 동기를 획득하고, 동기획득이 이루어지면 동기 추적과정을 수행한다.
단계 S3에서는 수신신호를 입력받고, 단계 S4에서는 상기 수신신호를 얼리타임 PN코드와 상관한 후 자승하여 에너지를 구하며, 단계 S5에서는 상기 수신신호를 레이트타임 PN코드와 상관한 후 자승하여 에너지를 구한다. 그리고 단계 S6에서는 S4 및 S5단계에서 구한 에너지를 합산하고, 단계 S7에서는 합산된 에너지에 소정의 감쇄계수를 곱해 제1 문턱값(THu)을 구하고, 단계S8에서는 제1 문턱값의 부호를 변환하여 제2 문턱값(THd)을 구한다. 그리고 상기와 같은 과정을 반복하므로써 수신신호의 크기에 따라 문턱값을 적응적으로 설정하여 동기추적을 보다 안정적으로 수행할 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따르면 동기 추적(tracking) 과정에서 PN 부호의 위상이 너무 빨리 변하는 것을 방지하고, 무선채널 환경의 변화에 따라 신호의 크기가 변화하는 경우에 적절한 문턱값을 무선 채널의 변화에 따라 자체적으로 설정할 수 있도록 함으로써, 부호분할 다중접속 방식을 사용하는 통신시스템의 수신단에서 PN 부호의 동기를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
Claims (3)
- 수신신호를 얼리타임 PN코드와 상관 및 자승검출하여 얼리타임 에너지를 산출하는 얼리 패스와, 수신신호를 레이트타임 PN코드와 상관 및 자승검출하여 레이트타임 에너지를 산출하는 레이트 패스, 상기 얼리타임 에너지와 레이트타임 에너지의 차에 따라 위상을 결정하고 소정의 온타임 PN코드, 얼리타임 PN코드 및 레이트타임 PN코드를 발생하는 PN코드 발생부를 포함하는 부호분할다중접근시스템의 동기 추적장치에 있어서,상기 얼리 패스의 에너지와 레이트 패스의 에너지를 합하는 합산부와;상기 합산부에서 출력되는 신호에 소정의 감쇄계수를 곱하여 상측 문턱값을 생성하는 곱셈기;상기 곱셈기 출력의 부호를 변환시켜 하측 문턱값을 생성하는 부호변환수단; 및상기 얼리 패스 및 레이트 패스로부터 에러값을 입력받아, 이 에러값이 상기 상측 문턱값보다 작고 상기 하측 문턱값보다 크면 발생된 PN코드의 위상을 홀딩하고, 상기 문턱값을 벗어나면 발생된 PN코드의 위상을 변경하여 동기를 추적하게 하는 상기 PN코드 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호분할 다중접속 시스템에서 동기 트래킹을 위한 문턱값 설정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 부호변환수단은 -1을 곱하는 곱셈기인 것을 특징으로 하는 부호분할 다중접속 시스템에서 동기 트래킹을 위한 문턱값 설정장치.
- 부호분할 다중접근시스템의 동기 추적장치에 있어서,수신신호로부터 얼리타임 에너지를 산출하는 단계;수신신호로부터 레이트타임 에너지를 산출하는 단계;상기 얼리타임 에너지와 레이트타임 에너지의 합을 구하는 단계;상기 에너지의 합에 소정의 감쇄계수를 곱해 제1 문턱값을 설정하는 단계;상기 제1 임계값의 부호를 변환하여 제2 문턱값을 설정하는 단계; 및상기 얼리타임 에너지와 레이트타임 에너지의 차로부터 에러값을 구하고 이 에러값을 상기 설정된 제1 문턱값 및 제2 문턱값과 비교하여 에러값이 문턱값을 벗어날 경우에만 위상 추적을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호분할 다중접속 시스템에서 동기 트래킹을 위한 문턱값 설정방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100393625B1 (ko) * | 2001-02-22 | 2003-08-02 | 삼성전자주식회사 | 적응 가변상관길이를 가지는 확산코드 추적기 |
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1999
- 1999-05-10 KR KR1019990016535A patent/KR20000073313A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100393625B1 (ko) * | 2001-02-22 | 2003-08-02 | 삼성전자주식회사 | 적응 가변상관길이를 가지는 확산코드 추적기 |
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