KR20010010279A - 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조 - Google Patents

무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조에 관한 것으로, 기존의 CDMA 수신기에서 위상제거가 복잡하고 초기 동기 획득시간이 느리며 타이밍 지터가 증가하고 복조 성능이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 수신된 디지털 신호의 에너지를 계산하여 이를 내부에서 설정한 에너지값과 비교하는 정합 필터 기술과 수신된 디지털 신호의 타이밍 에러를 검출하고 제어하여 코드 동기를 맞추고 PN 칩 클럭을 생성하기 위한 동기식 코드 추적 기술을 이용하므로써, 초기 동기 시간을 획기적으로 줄이고 제곱 손실로 인한 타이밍 지터를 감소시켜 무선 패킷 통신용 CVMA 수신기의 복조 성능을 향상시킬 수 있는 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조가 개시된다.

Description

무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조{Synchronous wideband CDMA demodulator structure for wireless packet communication}
본 발명은 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access; 이하, CDMA라 함) 수신기의 구조에 관한 것이다.
CDMA 대역확산 통신방식은 디지털 셀룰러 시스템, 개인 휴대통신 시스템(Personal Communication System; PCS) 및 무선 국부 루프(Wireless Local Loop; WLL) 시스템에서 사용되고 있다. 이러한 시스템은 기본적으로 음성 서비스를 제공하도록 설계되어 있으므로 서킷(circuit) 통신을 수행하기에 적합한 CDMA 모뎀 구조로 설계되어 있다. IMT-2000 시스템에서는 패킷통신이 가능해야 하므로 패킷통신을 수용하기에 적합한 모뎀 구조를 가져야 한다. 따라서 IMT-2000 시스템에 적용하기 위해서는 서킷 통신과 패킷통신이 모두 가능한 수신기 구조가 필요하게 된다.
종래의 CDMA 수신기는 PN 코드 동기 획득 방식 및 코드 추적 방식으로 구분된다.
먼저, PN 코드 획득 방식에 대해 설명하면 다음과 같다. PN 코드 동기 획득을 하는 데에는 상관기(correlator)를 이용하는 직렬 탐색(serial search) 방식이 널리 사용되었다. 그러나 이 방식은 동기를 획득하는데 소요되는 시간이 길기 때문에 동기시간을 줄이기 위해 두 개의 탐색구간을 갖는 더블 드웰(double dwell) 바앗기과 병렬 상관기를 사용하는 방식이 제안되어 실제로 사용되고 있다. 이러한 방법은 회로는 비교적 간단하지만 위상 제어가 복잡하고 동기시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 이 밖에도 정합(matched) 필터 방식이 있는데, 이 방법은 일반적으로 하드웨어가 복잡하여 단일 정합 필터 방식이 이용되고 있는데, 이는 이동통신 채널 환경에서 폴스 알람(falsse alarm)으로 인해 실제 적용하는데 어려움이 있다.
다음으로, PN 코드 추적 방식을 설명한다. PN 코드 동기 추적은 종래에 비동기식 지연 잠금 루프(Delay Locked Loop; DLL) 방식을 널리 사용하고 있다. 이 방식은 타이밍 에러값을 계산할 때 곱셈기를 사용하기 때문에, 채널 위상에 무관하게 칩 동기를 맞출 수 있는 장점이 있다. 그러나 제곱손실로 인하여 타이밍 지터가 증가하고, 타이밍 지터의 증가로 인해 복조 성능이 저하되는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 초기 동기를 빠르게 하는 정합 필터 기술 및 타이밍 지터와 복조 성능을 개선시키기 위한 PN 코드 추적 기능을 이용하여 코드분할 다중접속 방식의 서킷 통신 뿐만 안라 패킷 통신에도 적용이 간??하면서 수신기의 복조 성능을 향상시킬 수 있는 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조는 수신된 2차 중간주파수 신호와 클럭신호가 믹싱된 신호로를 필터링한 신호를 I채널 신호와 Q채널 신호로 분리하기 위한 QPSK 복조기; 상기 I 채널 신호 및 Q 채널 신호를 비디오 샘플로 변환하기 위한 아날로그/디지탈 변환기; 클럭 소오스가 되는 마스터 클럭을 생성하는 위상 잠금 루프 블록; 상기 위상 잠금루프 블록에 기준클럭을 제공하고, 저역 통과 필터의 출력값에 따라 상기 기준클럭이 가변되도록 하는 온도 제어 크리스탈 발진기; 상기 비디오 샘플을 수신하여 에너지를 계산하고, 상기 계산된 에너지를 내부 설정 에너지와 비교하여 초기 동기를 검출하는 정합 필터 블록; 상기 정합 필터 블록으로부터 검출된 초기 동기 결과를 이용하여 수신 신호로부터 채널의 진폭과 성분을 계산하는 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블록; 상기 비디오 샘플을 수신하여 타이밍 에러를 검출하고 제어하여 코드 동기를 맞추고 PN 칩 클럭을 생성하기 위한 동기식 코드 추적 블록; 트래픽 채널별로 변조된 신호를 복조하여 심볼을 복원하기 위한 동기 복조 블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기 중 정합 필터 블럭의 상세 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기 중 동기식 코드 추적 블럭의 상세 블럭도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉
101 : 믹서 102 : 중간주파수 밴드패스필터(IF BPF)
103 : QPSK 복조기 104 : 아날로그/디지털 변환기(A/D)
105 : 위상잠금루프(PLL) 106 : TCXO
107 : 저역통과 필터(LPF) 108 : 정합 필터 블록
109 : 동기식 코드추적 블록 110 : 채널위상 및 주파수에러추정 블록
111 : 동기식 복조기
21, 22 : 제 1 및 제 2 코드 획득 모듈
202a, 202c : 제 1 디지털 정합 필터
202b, 202d : 제 2 디지털 정합 필터
203a, 203b : 비교기 31 : 타이밍 에러 계산 블록
32 : 저역 통과 필터 33 : 전압 제어 발진기
34 : PN 코드
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 블럭도이다.
CDMA 수신기로 수신된 2차 중간주파수(Intermediate Frequency; 이하, IF라 함) 신호(SIF2)는 믹서(101)로 입력되어 위상 잠금 루프(Phase Locked Loop; 이하, PLL이라 함; 105)에서 생성된 클럭 신호와 믹싱된다. IF 밴드-패스 필터(IF BPF; 102)는 믹서(101)의 출력 신호 중에서 정보가 포함된 대역폭만을 필터링하고, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조기(103)는 IF BPF(102)의 출력 신호를 수신하여 PLL 블럭(105)에서 생성된 1차 IF 클럭 신호를 기준으로 동일 위상과 직교 위상을 갖는 반송파 신호를 생성하고, 이 신호를 이용하여 I 채널(I-CH)과 Q 채널(Q-CH)을 분리한다. I/Q 채널로 분리된 신호는 기저대역 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 디지탈 변환기(A/D; 104)는 아날로그 기저대역 신호를 디지털 샘플로 변환한다. 이때, A/D(104)에 사용되는 클럭 신호는 PLL 블럭(105)에서 생성되며 칩 클럭 신호보다 8배 되는 높은 마스터 클럭을 이용한다.
PLL블럭(105)은 모뎀의 동작에 클럭 소오스가 되는 마스터 클럭을 생성하며, 기준 클럭(Clkref)은 온도 제어 크리스탈 발진기(Temperature Controlled Crystal Oscillator; 이하, TCXO라 함; 106)에서 생성된다. TCXO(106)는 PLL 블럭(105)에 기준 클럭(Clkref)을 제공하며 저역 통과 필터(Low Pass Filter; 이하, LPF라 함; 107)의 출력값(DC-offset)에 따라 기준 클럭(Clkref)이 가변되게 한다. 즉, 주파수 에러의 변화에 따라 TCXO(106)의 입력 레벨을 가변시키므로써 TCXO(106) 기준 클럭(Clkref)이 변화하여 결과적으로 고주파 에러가 보상이 되도록 하는 것이다. 한편, A/D(104)에서 출력되는 비디오 샘플은 정합 필터 블럭(108), 동기식 코드 추적 블럭(109), 채널 위상과 주파수 에러 추정 블럭(110) 및 동기식 복조기 블럭(111)으로 각각 입력된다. 정합 필터 기술이란 패킷 통신에서 일정 길이의 프리앰블 패턴을 전송하여 이 패턴을 수신함과 동시에 동기 획득이 이루어지도록 하는 것을 말하 며, 이 기술은 다경로 페이딩 환경에서도 높은 신뢰성을 갖는다. 정합 필터 블럭(108)은 칩 속도보다 8배 높은 디지털 샘플을 수신하여 칩 단위로 에너지를 계산하고, 계산된 에너지를 내부에서 설정한 에너지와 비교한다. 정합 필터 블럭(108)에서 수신된 디지털 샘플에 대한 에너지를 계산하는 과정은 도2를 참조하여 설명하기로 하겠다. 만약, 계산된 에너지값이 설정된 에너지값보다 큰 경우에는 동기가 검출되었다고 판단하고, 그렇지 않으면 계속해서 초기 동기 검출 동작을 수행한다. 초기 동기가 검출되면 그 결과를 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블럭(110)으로 통보하여 수신 신호로부터 채널 위상값을 계산한다. 동기식 코드 추적 블럭(109)은 칩 속도보다 8배 빠른 디지털 샘플을 수신하여 칩 단위로 타이밍 에러를 검출하고 서브칩 단위로 타이밍을 제어하므로써 코드 동기를 맞추고 PN 칩 클럭을 생성한다. 동기식 PN 코드 추적기술이란 비동기식 DLL 방식에서 제곱 손실을 막기 위해 채널의 진폭과 위상값을 추정하는 기술을 말한다. PN 칩 클럭은 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블럭(110)과 동기 복조 블럭(111)에 공통적으로 사용된다.
채널 위상 및 주파수 에러 추정 블럭(110)은 수신 신호로부터 파일럿 신호만을 분리해 내고 채널의 진폭과 성분을 계산한다. 채널의 진폭 크기와 위상값은 동기식 코드 추적 블럭(109)과 동기복조 블럭(111)에 공통적으로 사용된다. 동기 복조 블럭(111)은 트래픽 채널별로 QPSK 변조된 신호를 복조하여 심볼을 복원한다.
도 2는 본 발명에 따른 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기 중 정합 필
터 블럭의 상세 블럭도이다.
정합 필터 블럭은 A/D(104, 201)를 통해 출력된 칩 속도보다 8배 높은 비디오 샘플을 수신하여 칩 단위로 에너지를 계산하여 계산된 에너지를 내부에서 설정한 에너지 값(THSER)과 비교한다. 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 코드 회득(Code Acqusition) 모듈(21, 22)이 동시에 파일럿 에너지를 계산한다. 제 1 및 제 2 코드 획득 모듈(21, 22)은 각각 병렬 연결된 제 1 및 제 2 디지털 정합 필터(DMF; 202a 및 202b, 202c 및 202d)와 비교기(203a, 203b)로 구성된다. 만약, 제 1 및 제 2 코드 어퀴지션 모듈(21, 22) 중 어느 하나에서 계산된 에너지 값이 내부에 설정되어 있는 에너지값(THSER)보다 크면 상대방 어퀴지션 모듈에 마스킹 코드를 입력하여 파일럿 에너지 값이 내부 설정값보다 큰지를 비교한다. 제 1 및 제 2 코드 어퀴지션 모듈(21, 22)에서 모두 내부 설정값보다 큰 에너지 값이 계산될 때에만 동기가 검출되었다고 판단하고, 그렇지 않으면 파일럿 탐색을 계속한다. 즉, 제 1 및 제 2 코드 어퀴지션 모둘(21, 22)의 출력값을 엔드(AND) 논리연산하여(204) 그 결과가 하이(high) 인 경우에만 동기신호(SYNC)가 출력되는 것이다. 이렇게 하므로써 폴스 알람을 줄일 수 있으며 이동통신 채널에서도 동작할 수 있는 코드 획득 방식이 제공되게 되는 것이다.
코드 획득이 완료되면 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블럭(도 1의 110)은 파일럿 PN 코드로 역환산하여 채널의 진폭 크기와 위상을 심볼 단위로 추정한다. 이 결과 값은 동기식 코드 추적 블럭(도 1의 109)과 동기식 복조기 블럭(도 1의 111)에 모두 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기 중 동기식 코드 추적 블럭의 상세 블럭도이다.
동기식 코드 추적 블럭은 수신된 I 채널(I-CH) 및 Q 채널(Q-CH)의 디지털 샘플을 동기된 PN 코드로 역환산하고 심볼 단위로 적분한다. 타이밍 에러 계산 블록(31)에서, 1/2 칩 전진한 칩 시간과 1/2 칩 지연된 칩시간에서의 심볼 크기를 계산하고 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블럭(도 1의 110)에서 생성된 채널 위상값을 곱하므로써 위상을 보상해준다. 그리고 각각의 결과값의 차이를 구하여 타이밍 에러를 계산한다. 이 타이밍 에러 값을 LPF(32)를 거쳐서 전압 제어 발진기(Voltage Control Oscillator; 이하, VCO라 함)를 제어한다. VCO(33)는 PN 칩 클럭을 생성하고 이 클럭을 이용하여 수신기 내부의 PN 코드(34)를 생성한다.
이상과 같은 구조의 본 발명에 따른 수신기는 CDMA 대역확산 통신에서 기존의 서킷 통신 뿐만 아니라 패킷 통신에 모두 적용이 가능하므로, CDMA 방식의 이동통신 시스템에 활용이 가능하다. 그리고 기존의 비동기식 CDMA PN 코드 동기 알고리즘 대신 동기식 CDMA PN 코드 동기 알고리즘을 사용하므로써 PN 코드의 타이밍 지터를 줄이고 복조시 비트 에러율(Bit Error Rate; BER)성능을 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 정합 필터 기술과 동기식 코드 주척 기술을 사용하여 CDMA 수신기를 구성한다. 본 발명에서 정합 필터를 사용함에 의해 초기 동기 시간을 획기적으로 줄일 수 있고 서킷 통신 뿐만 아니라 패킷 통신 또한 가능하게 되고 동기식 코드 축적 기술을 사용함에 의해 제곱 손실이 제거되어 복조 성능이 개선된다. 또한, 이러한 기능을 갖는 CDMA 수신기는 디지털 셀룰러 시스템, 개인 휴대 통신 시스템, IMT-2000 시스템의 동기 및 비동기 방식에 모두 활용할 수 있으며, 패킷 무선 데이터 통신에서 매우 효과적으로 이용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 수신된 2차 중간주파수 신호와 클럭신호가 믹싱된 신호로를 필터링한 신호를 I채널 신호와 Q채널 신호로 분리하기 위한 QPSK 복조기;
    상기 I 채널 신호 및 Q 채널 신호를 비디오 샘플로 변환하기 위한 아날로그/디지탈 변환기;
    클럭 소오스가 되는 마스터 클럭을 생성하는 위상 잠금 루프 블럭;
    상기 위상 잠금루프 블록에 기준클럭을 제공하고, 저역 통과 필터의 출력값에 따라 상기 기준클럭이 가변되도록 하는 온도 제어 크리스탈 발진기;
    상기 비디오 샘플을 수신하여 에너지를 계산하고, 상기 계산된 에너지를 내부 설정 에너지와 비교하여 초기 동기를 검출하는 정합 필터 블록;
    상기 정합 필터 블록으로부터 검출된 초기 동기 결과를 이용하여 수신 신호로부터 채널의 진폭과 성분을 계산하는 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블록;
    상기 비디오 샘플을 수신하여 타이밍 에러를 검출하고 제어하여 코드 동기를 맞추고 PN 칩 클럭을 생성하기 위한 동기식 코드 추적 블록;
    트래픽 채널별로 변조된 신호를 복조하여 심볼을 복원하기 위한 동기 복조 블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 필터 블록은 수신된 비디오 샘플로부터 각각 파일럿 에너지를 계산하여 수신기 내부에 설정된 에너지 값과 비교하기 위한 제 1 및 제 2 코드 획득 모듈;
    상기 제 1 및 제 2 코드 획득 모듈의 결과값이 모두 하이 값인 경우에만 동기신호를 출력하는 논리 게이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코드 획득 모듈은 병렬 연결된 제 1 및 제 2 디지털 정합 필터;
    상기 제 1 및 제 2 디지털 정합 필터의 출력값을 믹싱한 결과를 내부 설정 에너지와 비교하기 위한 비교기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기식 코드 추적 블록은 수신된 비디오 샘플을 동기된 PN 코드로 역환산하고 심볼 단위로 적분하며, 각 칩 시간에서의 심볼 크기를 계산하고 채널 위상 및 주파수 에러 추정 블럭에서 생성된 채널 위상값을 곱하므로써 위상을 보상하기 위한 타이밍 에러 계산 블록;
    상기 타이밍 에러 값의 필터링된 신호를 증폭하여 pn 칩 클럭을 생성하기 위한 전압 제어 발진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 패킷통신용 동기식 광대역 코드분할 다중접속 수신기의 구조.
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KR100783268B1 (ko) * 2001-12-31 2007-12-06 주식회사 케이티 차등검파를 이용한 비동기식 적응형 동기 획득 방법

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