KR20000075292A

KR20000075292A - 고속 코드 탐색기

Info

Publication number: KR20000075292A
Application number: KR1019990019807A
Authority: KR
Inventors: 현진일; 유하영; 김동근; 김덕환
Original assignee: 류하영; 아스텔 주식회사
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-15

Abstract

본 발명은 CDMA 코드 확산 통신 시스템의 수신기에 있어 고속 코드 탐색기(Fast Code Searcher)에 관한 것이다. 본 발명에 의한 고속 코드 탐색기는 데시메이터(11), 병렬 상관기(12), 코릴레이션 누적부(13), 에너지 계산부(14), 문턱 에너지 검사부(15), 넌-코히어런트 누적기(16), 탐색 윈도우 제어기(17), PN 생성기(18) 및 최고 에너지 검출부(19)로 구성된다. CDMA 코드 확산 통신 시스템의 수신기는 수신 신호와의 코드 동기화가 필수적이며, 또한 미래 육상 이동 통신에서는 빠른 PN 코드 획득을 요구하고 있다. 일반적으로 고속 탐색을 위하여 직렬 탐색기를 여러 개 병렬로 구성하여 사용하고 있으나, 회로의 복잡성 때문에 제한을 받고 있다. 따라서, 본 발명은 여러 개의 PN 가상 도메인(hypothesis)에 대한 에너지 탐색을 한 번의 에너지 계산으로 수행하고, 만약 탐색하고 있는 PN 가상 도메인(PN hypothesis)중에서 큰 에너지의 가능성이 있을 때 정밀한 직렬 탐색을 행하여 회로의 복잡성 없이 고속 탐색할 수 있다.

Description

고속 코드 탐색기{Apparatus for fast Code Searcher}

본 발명은 CDMA 통신에 있어 고속 코드 탐색기(Fast Code Searcher)에 관한 것으로, 특히 직접 확산(Direct Sequence spread) CDMA(Code Division Multiple Access) 통신 시스템은 PN(Pseudorandom 또는 Pseudonoise) 코드를 확산(spread spectrum) 또는 스크램블링(Scrambling)에 사용하며, CDMA 시스템 수신기에서 수신 입력 신호에 대한 코드 동기 획득을 위하여 탐색기(searcher)를 사용한 초기 동기 획득 및 다중 경로 탐색 기능을 수행할 때, PN 동기 획득 시간을 줄이기 위한 고속 코드 탐색기에 관한 것이다.

일반적으로, 코드 확산 CDMA 통신 시스템의 수신기는 수신 신호와의 코드 동기화가 필수적이며 또한 미래 육상이동 통신에서는 빠른 PN 코드 획득을 요구하고 있다.

도 1은 종래의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 수신부의 PN 코드 직렬 탐색기의 일반적인 구성도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 수신부의 입력 신호 인 동위상(In-Phase) 신호 I_in[3:0], 직교 위상(Quadrature-Phase) 신호 Q_in[3:0]는 보통 PN 주기보다 8배 빠른 주기로 입력되어 데시메이터(Decimator)(1)에서 PN 주기로 선택되어진다. 상기 데시메이터(1)의 출력은 PN 생성기(7)의 출력과 코릴레이션(Correlation)되어 코히어런트 누적부(3)로 입력된다. 상기 코히어런트 누적부(3)를 거친 후 에너지 계산부(4)에서 상기 동위상(In-phase) 신호(I), 상기 직교 위상(Quadrature-phase)(Q) 신호의 에너지(I²+Q²)을 계산한 후에 문턱 에너지 검사부(5)로 입력된다.

만약, 현재의 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 에너지가 문턱 에너지보다 작으면 상기 PN 생성기(7)를 조정하여 다음 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 같은 과정을 반복한다. 반대로, 현재의 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 에너지가 상기 문턱 에너지보다 크면 PN 가상 도메인(PN hypothesis) 이동 없이 같은 가상 도메인(hypothesis)에 대한 넌-코히어런트(non-coherent) 누적기(6)에 일정 횟수만큼 누적한다. 상기 넌-코히어런트(non-coherent) 누적기(6)의 출력은 최고 에너지 검출기(8)에서 전체 탐색 구간의 각 가상 도메인(hypothesis)에 대하여 에너지가 큰 순서대로 정렬한다. 상기 최고 에너지 검출기(8)의 결과는 데이터 수신부에서 이용된다. 일반적으로, 직렬 탐색기는 하나의 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 그 다음 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 순차적으로 에너지 탐색을 진행하여 탐색 윈도우 전 구간을 탐색한다. 상기 직렬 탐색기의 탐색 시간을 줄이기 위하여 상기 직렬 탐색기 여러 개를 병렬로 구성하여 사용한다.

도 2는 종래의 상관기 모형도를 나타낸다. CDMA 시스템의 PN 확산 및 역확산은 상관 특성에 근거를 두고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, PN 열에 의해서 확산되어 수신부에 입력된 신호(C_in)를 PN 열로 상관기(Correlator)에서 역확산하여 누적한 출력은 도 3과 같은 상관기 특성도를 나타낸다. 입력 신호는 표현의 편의상 구형파이며, PN 열의 주기를 T로 가정하면, 도 3의 자기 상관(Auto Correlation) 특성에서 Ec는 수신 신호의 PN 열과 상관기의 국부 PN 열이 일치할 경우 에너지이며, En은 잡음 특성이다.

따라서, CDMA 시스템의 수신기는 빠른 동기 획득의 필요성이 있으나, 하드웨어의 복잡성이 장애 요인으로 문제점이 제시되고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 직접 확산(Direct Sequence spread) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서 수신기의 탐색기(Searcher)에서 초기 동기 획득 및 다중 경로 탐색 기능을 수행할 때, PN 동기 획득 시간을 줄이고 탐색기의 소비 전력을 크게 줄이기 위한 고속 코드 탐색기를 제공한다.

도 1은 종래의 QPSK 수신부의 PN 코드 직렬 탐색기의 일반적인 구성도.

도 2는 종래의 상관기 모형도

도 3은 종래의 상관기 특성도

도 4는 본 발명에 의한 고속 코드 탐색기

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 하나의 누적기를 사용한 병렬 상관기

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 병렬 상관기의 특성

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 데시메이터(Decimator) 12 : 병렬 상관기

13 : 코릴레이션 누적부 14 : 에너지 계산부

15 : 문턱 에너지 검사부 16 : 넌-코히어런트 누적기

17 : 탐색 윈도우 제어기 18 : PN 생성기

19 : 최고 에너지 검출기

CDMA : 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access)

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수신 신호의 동위상(In-phase) 신호(I_In[3:0]) 및 직교 위상(Quadrature-phase) 신호(Q_in[3:0]) 및 PN 생성기(18)의 출력을 입력받아 보통 PN 주기 보다 몇 배 빠른 주기로 입력되어 PN 주기를 선택하기 위한 데시메이터(Decimator)(11); 여러 개의 코릴레이터(상관기:Correlator)로 구성하며, 상기 데시메이터(11)의 출력과 상기 PN 생성기의 신호를 입력받아 병렬 탐색하고 코릴레이션(Correlation)하여 여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 상관 값을 제공하기 위한 병렬 상관기(12); 여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 상관(Correlation) 값을 하나의 누적기로 일정 주기 동안 누적하여 누적된 상관 값을 제공하기 위한 코릴레이션 누적부(13); 상기 코릴레이션 누적부(13)에서 상기 누적된 상관(Correlation) 값을 입력받아 상기 동위상 신호(I) 및 상기 직교 위상 신호(Q)의 에너지(I²+ Q²)로 변환되어 누적된 상관 값의 에너지를 제공하기 위한 에너지 계산부(14); 상기 에너지 계산부(14)로부터 누적된 상관 값의 에너지를 입력받아 문턱 에너지와 검사하기 위한 문턱 에너지 검사부(15); 상기 누적된 상관 값의 에너지를 입력받아 위상(phase) 성분이 없는 에너지를 정해진 횟수로 누적하기 위한 넌-코히어런트 누적기(16); 상기 에너지 검사부(15)에서 계산된 에너지가 문턱 에너지 보다 작으면 N*(Δ)PN 이동 명령을 상기 PN 생성기(18)에 내리고, 다음 N*(Δ)PN에 해당되는 가상 도메인(hypothesis)에 대하여 반복 진행하고, 반대로, 상기 에너지 계산부(14)의 출력이 문턱 에너지 보다 크면, 병렬 가상 도메인(hypothesis) 탐색 모드에서 직렬 탐색 모드로 변환되어 개별적인 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 차례대로 상관(Correlation) 누적 과정에서부터 최고 에너지 선택기까지의 과정을 반복 수행하기 위한 탐색 윈도우 제어기(17); 상기 탐색 윈도우 제어기(17)로부터 상기 N*(Δ)PN 이동 명령을 입력받아 PN 생성기의 출력을 제공하기 위한 PN 생성기(18); 및 상기 넌-코히어런트 누적기(16)에서 누적된 값을 입력받아 전체 탐색 구간의 각 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 에너지가 큰 순서대로 정렬하여 최고 에너지를 검출하기 위한 최고 에너지 검출부(19)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 코드 탐색기를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 고속 코드 탐색기(Fast Code Searcher)는 데시메이터(Decimator)(11), 병렬 상관기(12), 코릴레이션 누적부(13), 에너지 계산부(14), 문턱 에너지 검사부(15), 넌-코히어런트 누적기(16), 탐색 윈도우 제어기(17), PN 생성기(18) 및 최고 에너지 검출부(19)로 구성된다.

본 발명에서 제안하는 상기 병렬 상관기(12) 및 상기 탐색 윈도우 제어기(17)를 이용하여 구성한 고속 코드 탐색기의 구조를 제시하고 있다.

도 4에서 K(K=2,4, ... 2N) 개의 상관기로 구성된 상기 병렬 상관기(12)의 출력은 동위상(In-phase) 신호(I), 직교 위상(Quadrature-phase) 신호(Q) 각각 하나의 상기 코릴레이션 누적부(13)로 입력되어 일정 주기 동안 누적된다. 여기에서 N은 병렬 탐색 가상 도메인(hypothesis)의 개수를 나타내고, K는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 I/O 두 개 경로를 가정하여 K=2*N으로 표시하였다. 이와 같이 하나의 누적기를 이용하여 여러 개의 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 상관기의 출력을 누적하여 상관 에너지를 계산하는 방법을 제안하고 있다. 상기 병렬 상관기(12)의 회로 구성 및 특성은 후술하는 도 5 및 도 6과 같이 표현된다.

상기 데시메이터(Decimator)(11)는 수신 신호의 동위상(In-phase) 신호(I_In[3:0]), 직교 위상(Quadrature-phase) 신호(Q_in[3:0]) 및 상기 PN 생성기(18)의 출력을 입력받아 보통 PN 주기 보다 8배 빠른 주기로 입력되어 PN 주기를 선택한다.

상기 병렬 상관기(12)는 여러 개의 코릴레이터(상관기:Correlator)로 구성하며, 상기 데시메이터(11)의 출력과 상기 PN 생성기(18)의 신호를 입력받아 병렬 탐색하고 코릴레이션(Correlation)하여 여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 상관 값을 상기 코릴레이션 누적부(13)로 제공한다.

상기 코릴레이션 누적부(13)는 여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 상관(Correlation) 값을 하나의 누적기로 일정 주기 동안 누적하여 누적된 상관 값을 상기 에너지 계산부(14)로 제공한다.

상기 에너지 계산부(14)는 상기 코릴레이션 누적부(13)에서 상기 누적된 상관(Correlation) 값을 입력받아 상기 동위상 신호(I) 및 상기 직교 위상 신호(Q)의 에너지(I²+ Q²)로 변환되어 누적된 상관 값의 에너지를 상기 문턱 에너지 검사부(15)로 제공한다.

상기 문턱 에너지 검사부(15)는 상기 에너지 계산부(14)로부터 누적된 상관 값의 에너지를 입력받아 문턱 에너지와 검사한다.

상기 넌-코히어런트(non-coherent) 누적기(16)는 상기 문턱 에너지 검사부(15)로부터 상기 누적된 상관 값의 에너지를 입력받아 위상(phase) 성분이 없는 에너지를 정해진 횟수로 누적한다.

만약, 상기 탐색 윈도우 제어기(17)에서 상기 문턱 에너지 검사부(15)의 계산된 에너지가 문턱 에너지 보다 작으면N*(Δ)PN 이동 명령을 상기 PN 생성기(18)에 내리고, 다음 N*(Δ)PN에 해당되는 가상 도메인(hypothesis)에 대하여 반복 진행한다. 반대로, 상기 에너지 계산부(14)의 출력이 문턱 에너지 보다 크면, 병렬 가상 도메인(hypothesis) 탐색 모드에서 직렬 탐색 모드로 변환되어 개별적인 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 차례대로 상관(Correlation) 누적 과정에서부터 최고 에너지 선택기까지의 과정을 반복한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 하나의 누적기를 사용한 병렬 상관기(12)를 나타낸다. 직렬 모드 탐색에서는 먼저 C₀, PN₀에 대한 경로의 에너지를 탐색하고, 다음에 차례대로 C₁, PN₁에서 C_n, PN_n까지의 경로의 에너지를 탐색한다. 만약, C_n, PN_n의 경로의 에너지가 상기 문턱 에너지보다 크면, 상기 탐색 윈도우 제어기(17)는 상기 PN 생성기(18)로 (Δ)PN 이동 명령을 내리고 다음 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 직렬 탐색을 계속한다. 순차적인 직렬 탐색 동안 상기 에너지 계산부(14)의 출력이 상기 문턱 에너지 검사부(15)에서 상기 문턱 에너지 보다 작으면, 직렬 탐색을 종료하고 병렬 탐색을 시작한다.

이때, 상기 탐색 윈도우 제어기(17)는 N*(Δ)PN에 해당되는 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 병렬 탐색 과정을 진행한다. 상기 병렬 탐색 및 직렬 탐색 과정은 탐색 윈도우 끝까지 반복 진행한다.

도 4에 도시한 바와 같이 여러 개의 상관기를 구성하고 상기 PN 생성기(18)의 출력은 1/2 PN 혹은 ΔPN 차이가 나는 각각의 탐색 가상 도메인(hypothesis) 열을 가정한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 여러 개의 PN 가상 도메인(PN hypothesis) 상관기의 출력을 하나의 누적기로 누적할 경우, 상기 병렬 상관기(12)의 특성은 도 6과 같이 표시된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 여러 개의 상관기(Correlator) 구성 방법은 일반적으로 사용하고 있는 타임 멀티플렉싱(Time multiplexing)하여 하나의 상관기로 구성할 수 있다.

도 6을 참조하면, Ec, En는 도 3에 나타낸 단일 상관기의 에너지로써, b*Ec 에서 b는 수신 신호의 형태에 따른 스케일 인자이며 1보다 크며, 다중 경로(multi-path) 무선 환경에서 탐색 가상 도메인(hypothesis) 열의 PN 차이를 1/2 PN로 가정했을 경우 대략 2-3이 되며, a*En은 잡음 에너지이며, a는 대략 1이다, 본 발명은 이러한 PN 상관(Correlation) 특성을 병렬 탐색에 적용한 것이다.

본 발명은 여러 개의 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 에너지 탐색을 한 번의 에너지 계산으로 수행하고, 만약 탐색하고 있는 PN 가상 도메인(PN hypothesis)중에서 큰 에너지의 가능성이 있을 때 정밀한 직렬 탐색을 통하여, 회로의 복잡성 없이 고속 탐색을 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 고속 코드 탐색기(Fast Code Searcher)는 일반적인 직렬 탐색기의 하드웨어 구성을 바탕으로 병렬 탐색기를 쉽게 구현할 수 있으며, 일반적인 직렬 코드 탐색보다 추가적으로 복잡해지는 부분은 상기 병렬 상관기(12)와 상기 탐색 윈도우 제어기(17)로써 상관기 부분은 상기 병렬 상관기(12)로 인하여 병렬 탐색 갯수 만큼 복잡해지나 배타적 논리합(XOR) 게이트로 구성되기 때문에 부담이 없으며, 상기 탐색 윈도우 제어기(17)는 직렬 탐색과 병렬 탐색을 제어해야 함으로 단순한 직렬 검색기 보다 복잡해지나 하드웨어적으로 부담이 적으며 회로가 복잡한 상기 코릴레이션 누적기(13), 상기 에너지 계산부(14), 상기 문턱 에너지 검사부(15) 등은 직렬 탐색기와 같은 크기이므로 회로가 간단하고 고속 탐색 기능을 수행할 수 있으며, 또한 여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 에너지 계산을 한 번에 수행함으로써 탐색기의 소비 전력을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

수신 신호의 동위상(In-phase) 신호(I_In[3:0]) 및 직교 위상(Quadrature-phase) 신호(Q_in[3:0]) 및 PN 생성기(18)의 출력을 입력받아 보통 PN 주기 보다 몇 배 빠른 주기로 입력되어 PN 주기를 선택하기 위한 데시메이터(Decimator)(11);

여러 개의 코릴레이터(상관기:Correlator)로 구성하며, 상기 데시메이터(11)의 출력과 상기 PN 생성기의 신호를 입력받아 병렬 탐색하고 코릴레이션(Correlation)하여 여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 상관 값을 제공하기 위한 병렬 상관기(12);

여러 개의 PN 가상 도메인에 대한 상관(Correlation) 값을 하나의 누적기로 일정 주기 동안 누적하여 누적된 상관 값을 제공하기 위한 코릴레이션 누적부(13);

상기 코릴레이션 누적부(13)에서 상기 누적된 상관(Correlation) 값을 입력받아 상기 동위상 신호(I) 및 상기 직교 위상 신호(Q)의 에너지(I²+ Q²)로 변환되어 누적된 상관 값의 에너지를 제공하기 위한 에너지 계산부(14);

상기 에너지 계산부(14)로부터 누적된 상관 값의 에너지를 입력받아 문턱 에너지와 검사하기 위한 문턱 에너지 검사부(15);

상기 누적된 상관 값의 에너지를 입력받아 위상(phase) 성분이 없는 에너지를 정해진 횟수로 누적하기 위한 넌-코히어런트 누적기(16);

상기 에너지 검사부(15)에서 계산된 에너지가 문턱 에너지 보다 작으면 N*(Δ)PN 이동 명령을 상기 PN 생성기(18)에 내리고, 다음 N*(Δ)PN에 해당되는 가상 도메인(hypothesis)에 대하여 반복 진행하고, 반대로, 상기 에너지 계산부(14)의 출력이 문턱 에너지 보다 크면, 병렬 가상 도메인(hypothesis) 탐색 모드에서 직렬 탐색 모드로 변환되어 개별적인 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 차례대로 상관(Correlation) 누적 과정에서부터 최고 에너지 선택기까지의 과정을 반복 수행하기 위한 탐색 윈도우 제어기(17);

상기 탐색 윈도우 제어기(17)로부터 상기 N*(Δ)PN 이동 명령을 입력받아 PN 생성기의 출력을 제공하기 위한 PN 생성기(18); 및

상기 넌-코히어런트 누적기(16)에서 누적된 값을 입력받아 전체 탐색 구간의 각 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대하여 에너지가 큰 순서대로 정렬하여 최고 에너지를 검출하기 위한 최고 에너지 검출부(19)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 코드 탐색기.
하나의 상기 코릴레이션 누적부(13)를 이용하여 여러 개의 PN 가상 도메인(PN hypothesis)에 대한 상기 병렬 상관기(12)의 출력을 누적하여 상관 에너지를 계산하고, 상기 병렬 상관기(12)에서 병렬 탐색을 수행한 후 그 결과에 따라서 조건부 직렬 탐색을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 고속 코드 탐색기.