KR20010109753A - 씨디엠에이 시스템에서 동기검색을 병렬로 수행하는동기화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주파수 편차가 큰 CDMA 신호에 대해서도 동기획득이 가능한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치를 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은, 무선신호를 수신하여 주파수 변환하는 수신단과; 수신단의 출력신호를 서로 다른 주파수로 주파수 변환하는 복수개의 주파수 변환부와; 각 주파수 변환부의 출력신호와 동기신호간의 상관계수를 산정하는 복수개의 상관검색부와; 각 상관검색부에서 산정된 상관계수가 역치값보다 큰지를 확인하는 복수개의 역치비교부와; 각 역치비교부의 출력데이터를 논리합 연산하여 동기획득 여부를 확인하는 재검색 신호를 출력하는 논리합 연산부와; 논리합 연산부의 재검색 신호에 따라 위상전이된 동기신호를 생성하여 복수개의 상관검색부로 출력하는 동기신호 생성부로 구성되어, 도플러 효과에 의한 주파수 편이가 지상파 전송에 비해 매우 큰 저궤도 통신위성의 전송신호에 대하여도 동기획득이 가능한 효과가 있고 동기획득 소요시간을 줄일 수 있게 된다.

Description

씨디엠에이 시스템에서 동기검색을 병렬로 수행하는 동기화장치 {Parallel searcher using multiple digitally synthesized oscillators for CDMA system}

본 발명은 코드분할 다중접속 시스템(Code Division Multiple Access, 이하 CDMA)의 수신신호 동기화에 관한 것으로, 특히 저궤도 통신위성으로부터 수신되는신호에 대하여 복수의 주파수 변환부에서 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 주파수 변이를 생성한 후 병렬적으로 동기검색을 수행함으로써, 수신신호의 주파수 편차가 큰 경우에도 동기화가 가능하도록 한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치에 관한 것이다.

일반적으로 CDMA 시스템은 일정한 주파수 대역의 신호를 무선전송하는데, 수신기는 상기 무선전송되는 주파수대역의 신호를 유효하게 수신하기 위하여 수신신호와의 동기화를 필요로 한다. 수신기의 동기화장치는 송신기에서 전송되는 신호중에서 동기신호에 동기된 후 수신되는 신호를 유효하게 처리하여 시스템내의 다른 장치로 전송하게 되는 것이다.

한편, 무선신호의 장거리 전송 및 광역전송을 위해 저궤도 통신위성을 사용하는 경우에는 위성의 접근 속도와 후퇴속도의 차이에 의한 도플러 효과로 수신신호의 주파수 편차가 매우 커지게 되므로, 위성을 이용하여 CDMA 통신을 수행하고자 하는 경우에는 큰 주파수 편차를 고려한 동기화장치가 필요하게 된다.

이러한 동기화장치에는 지상파 통신에 사용되는 직렬 동기화장치(Serial Searcher) 등이 있다.

이하, 종래기술에 의한 CDMA 시스템의 동기화장치를 설명한다.

먼저, 도1은 종래기술에 의한 CDMA 시스템의 직렬 동기화장치의 블록구성도이다.

상기 도1에 도시된 바와 같이 종래기술에 의한 장치는, 안테나를 통해 수신되는 무선신호를 증폭하고 주파수 변환된 기저대역신호를 출력하는 수신부(11)와;상기 수신부(11)에서 출력되는 아날로그 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 컨버터부(Converter)(12)와; 상기 컨버터부(12)에서 출력되는 디지털 신호중에서 잡음을 제거하여 출력하는 정합필터부(13)와; 상기 정합필터부(13)에서 출력되는 신호와 동기신호 생성부(16)에서 출력되는 동기신호를 비교하여 상관계수(Correlation Coefficient)를 출력하는 상관검색부(14)와; 상기 상관검색부(14)에서 출력되는 상관계수를 미리 설정된 역치와 비교하여, 동기획득이 불가능할 경우에는 재검색 신호를 동기신호 생성부(16)로 출력하는 역치비교부(15)와; 상기 역치비교부(15)의 재검색 신호에 따라 위상변이된 동기신호(PN code)를 생성하여 상기 상관검색부(14)로 출력하는 동기신호 생성부(16)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 직렬 동기화장치는 동기검색을 직렬로 수행하는 것으로, 지상파 통신의 경우에는 매우 큰 도플러 편차를 발생시키는 고속이동체에 의한 무선신호 송신동작을 고려하지 않아도 되기 때문에 직렬검색 방식을 유용하게 사용할 수 있다.

즉, 안테나로 입력된 신호는 수신부(11)에서 증폭되고 주파수 변환이 수행됨으로써 기저대역 신호로 변환된다. 상기 수신부(11)로 수신되어 변환된 기저대역 신호는 아날로그 형태의 신호로써 컨버터부(12)에서 디지털 신호로 변환되어 정합필터부(13)로 출력된다.

그러면 정합필터부(13)는 입력받은 디지털 신호중에서 잡음을 제거하고 기저대역의 수신신호를 추출하게 된다. 이때 정합필터부(13)는 최대신호 대 잡음비를 일정값 이상 보장할 수 있는 것으로 구비되어야 한다.

상기 정합필터부(13)에서 잡음이 제거된 신호는 상관검색부(14)로 입력되어 동기검색이 수행된다. 상관검색부(14)에 의한 동기검색은 동기신호 발생부(16)에서 생성된 동기신호와 정합필터부(13)에서 출력되는 신호를 비교함으로써 수행되며, 이러한 상관검색을 위하여 상관검색부(14)는 곱셈기와 적분기로 이루어진다. 상관검색은 상관검색부(14)로 입력되는 두 개의 신호를 혼합하고 그 결과를 적분하여 수행되는데, 상기 상관검색의 결과는 상관계수로써 출력된다.

상관검색부(14)에서 상관계수가 출력되면, 역치비교부(15)는 상관계수를 미리 설정된 역치와 비교하여 동기획득 여부를 결정하게 된다. 상기 역치비교부(15)에서 상관계수를 역치와 비교한 결과 상관계수가 역치 이상인 경우에는 동기획득이 가능하게 되며, 상기와 같이 동기획득된 신호는 유효한 데이터로써 출력할 수 있게 된다.

한편, 상관계수가 역치보다 작으면 역치비교부(15)는 상기 상관계수를 폐기하고, 새로운 상관검색을 수행하기 위하여 재검색 신호를 동기신호 생성부(16)로 출력하여 위상전이된 동기신호를 출력하도록 제어하게 된다. 그러면 상기 역치비교부(15)의 재검색 신호를 수신하는 동기신호 생성부(16)는 동기신호의 위상을 변환하여 상관검색부(25)로 출력함으로써, 상관검색부(25)가 상기 위상전이된 동기신호에 따라 상관검색을 재수행하도록 한다.

그래서 새로운 동기신호가 출력되면, 상관검색부(14)는 정합필터부(13)의 출력신호와 상기 동기신호간의 상관관계 검색을 재수행하여 새로운 상관계수를 구하게 된다. 상기 상관계수는 역치비교부(15)에서 다시 역치와 비교되고 동기획득이불가능할 경우에는 상기 상관검색을 재수행하는 동작을 반복적으로 수행하여 동기획득이 가능하도록 하는 것이다.

그러나 상기 설명한 종래기술에 의한 장치에서 최종적인 동기획득에 관여하는 파라미터(Parameter)는 상관관계를 구하고자 하는 신호의 길이와 반송파신호 대 잡음비 및 주파수 편차에 의해 결정되는데, 이때 주파수 편차의 증가에 따라 반송파신호 대 잡음비에 대한 동기획득 확률은 사인함수의 역으로 감소하게 되어, 주파수 편차가 어느 정도 이상이 되면 수신신호중 반송파신호 대 잡음비가 높아도 특정의 역치를 넘을 수 없어 동기획득이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 주파수 편차가 일정치 이상을 넘게 되면, 기준주파수에서는 역치를 넘을 수 있을 만한 상관계수를 구할 수 없기 때문에 동기획득이 불가능하게 되는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 저궤도 통신위성으로부터 수신되는 CDMA 신호에 대하여 복수의 주파수 변환부에서 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 주파수 변이를 생성한 후 병렬적으로 동기검색을 수행함으로써, 수신신호의 주파수 편차가 큰 경우에도 동기획득이 가능한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치는, 안테나를 통해 수신되는 무선신호를 증폭하고 일차적으로 주파수 변환하여 정합여과시키는 수신단과; 서로 다른 주파수로 각각 발진하는 디지털 발진기와 상기 수신단에서 출력되는 신호를 각각의 디지털 발진기의 출력과 주파수 변환하는 복수개의 주파수 변환부와; 상기 각 주파수 변환부에서 출력되는 신호와 동기신호 생성부에서 출력되는 동기신호간의 위상을 비교하여 상관계수를 각각 출력하는 복수개의 상관검색부와; 상기 각 상관검색부에서 출력되는 상관계수를 미리 설정된 역치와 비교하여 동기획득 여부를 확인하는 복수개의 역치비교부와; 상기 각 역치비교부에서 확인된 동기획득 여부에 대한 데이터를 논리합 연산하여 역치비교부의 동기획득 여부를 판단하는 논리합 연산부와; 동기신호를 생성하여 상기 복수개의 상관검색부로 출력하고, 상기 동기신호에 의한 동기획득이 불가능할 경우에는 상기 논리합 연산부의 재검색 신호를 입력받아 위상전이된 동기신호를 생성하여 상기 복수개의 상관검색부로 출력하는 동기신호 생성부로 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 종래기술에 의한 CDMA 시스템의 직렬 동기화장치의 블록구성도이고,

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치의 블록구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 수신부 22 : 컨버터부 23 : 정합필터부

24 : 디지털 주파수 변환부 25 : 상관검색부 26 : 역치비교부

27 : 논리합 연산부 28 : 동기신호 생성부

이하, 상기와 같은 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치의 기술적 사상에 따른 일실시예에 의거 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 도2는 본 발명의 일실시예에 의한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치의 블록구성도이다.

상기 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 적절한 일실시예는,

안테나를 통해 수신되는 무선신호를 증폭하고 주파수 변환된 기저대역 신호를 출력하는 수신부(21)과; 상기 수신부(21)에서 출력되는 아날로그 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 컨버터부(22)와; 상기 컨버터부(22)에서 출력되는 디지털 신호중에서 유효신호를 잡음으로부터 분리하여 추출하는 정합필터부(23)와; 서로 다른 주파수를 각각 발진하고 상기 정합필터부(23)에서 출력되는 신호를 상기 발진된 주파수에 따라 각각 주파수 변환하여 출력하는 복수개의 디지털 주파수 변환부(24)와; 상기 각 주파수 변환부(24)에서 출력되는 신호와 동기신호 생성부(28)에서 출력되는 동기신호간의 위상을 비교하여 상관계수를 각각 출력하는 복수개의 상관검색부(25)와; 상기 각 상관검색부(25)에서 출력되는 상관계수를 미리 설정된 역치와 비교하여 동기획득 여부를 확인하는 복수개의 역치비교부(26)와; 상기 각 역치비교부(26)에서 확인된 동기획득 여부에 대한 데이터를 논리합 연산함으로써, 적어도 하나의 역치비교부(26)에서 동기획득이 가능하게 되면 동기획득으로 판정하고, 어떤 역치비교부(26)에서도 동기획득이 불가능할 경우에는 재검색 신호를 출력하는 논리합 연산부(27)와; 동기신호를 생성하여 상기 복수개의 상관검색부(25)로 출력하고, 상기 동기신호에 의한 동기획득이 불가능할 경우에는 상기 논리합 연산부(27)의 재검색 신호를 입력받아 위상전이된 동기신호를 생성하여 상기 복수개의 상관검색부(25)로 출력하는 동기신호 생성부(16)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 장치는 수신신호에 대한 동기검색을 위하여 주파수 변환부와 상관검색부 등을 병렬로 배치하여 다수의 주파수에 대한 동기검색을 동시에 수행할수 있도록 한다. 즉, 저궤도 통신위성과 같이 CDMA 무선신호를 전송하는 송신측과 지상의 수신측간의 상대속도 편차에 의한 도플러 효과가 유발되는 경우를 고려하여, 복수의 주파수에 대하여 동시에 동기검색을 수행함으로써 넓은 범위의 주파수 편차를 갖는 신호에 대해서도 동기검색이 가능하게 되는 것이다.

이러한 동기검색의 동작은 수신부(21)가 안테나로부터 무선신호를 수신하여 기저대역 신호로 변환하게 되며, 상기 기저대역 신호는 컨버터부(22)와 정합필터부(23)를 통과하여 잡음이 제거된 디지털 신호가 추출된다. 이때 수신부(21)와 컨버터부(22) 및 정합필터부(23)는 종래의 직렬 동기화장치의 해당 구성부와 동일하게 구성되고 동작하는 것이다.

상기 정합필터부(23)에서 디지털 신호가 추출되면, 상기 디지털 신호는 복수개 구비된 디지털 주파수변환부(24)로 각각 입력된다. 그리고 각 디지털 주파수 변환부(24)는 디지털 발진기(Numerically Controlled Oscillator, NCO)를 구비하여 각각 다른 주파수의 국부발진 신호를 생성하게 된다. 이때 어떤 디지털 발진기에서 생성되는 국부발진 신호의 주파수는 다른 주파수변환부(24)의 디지털 발진기에서 생성되는 국부발진 신호의 주파수와 다르게 된다. 즉, 복수개 구비된 주파수변환부(24)에서 발진되는 국부발진 신호의 주파수는 상기 주파수변환부(24)의 수만큼 되는 것이다.

상기와 같이 각 주파수변환부(24)의 디지털 발진기에서 발진된 국부발진 신호는 정합필터부(23)에서 출력되는 디지털 신호와 각각 혼합되어 출력된다. 상기 각 주파수변환부(24)에서 출력되는 신호는 상기 주파수변환부(25)의 수만큼 구비된상관검색부(25)로 입력되어, 동기신호 생성부(28)에서 출력되는 동기신호와 혼합된 후 상관검색이 수행된다. 이때 각 상관검색부(25)는 두 개의 경로를 통해 입력되는 신호의 혼합을 위한 혼합기와 적분기(Integrator)를 구비하여 상관계수를 산정할수 있게 된다.

이때 정합필터부(23)의 디지털 신호는 하나의 주파수를 갖고 있지만, 상기 디지털 반송파 신호가 각 주파수변환부(24)를 통과하게 되면 다양한 주파수의 신호로 주파수 변이된다. 이처럼 반송파 신호를 주파수 변이시키는 것은 수신주파수가 도플러 효과에 의한 주파수 편차를 갖게 되는 경우를 고려한 것으로, 송수신 환경에 따라 주파수 편차의 폭을 미리 예상하여 다양한 주파수 변이를 갖는 신호를 생성함으로써 넓은 범위의 주파수에 대하여 동기검색을 수행하게 되는 것이다.

예를 들어 하나의 상관검색부(25)는 10Khz 편차내의 주파수에 대한 상관검색을 수행하여 동기획득 여부를 확인할 수 있으므로, 수신주파수의 도플러 편차가 100Khz로 예상되는 경우에는 주파수변환부(24)를 10개 병렬로 배치하게 된다. 상기 10개의 각 주파수변환부(24)는 정합필터부(23)에서 출력되는 디지털 신호를 기준주파수의 상하로 10Khz 단위씩 달라지도록 주파수 변이시킴으로써, 10개의 상관검색부(25)에서 상관검색이 수행될 수 있도록 하는 것이다.

상기에서 각 상관검색부(25)가 수신신호와 동기신호간의 상관계수를 산정하여 출력하면, 상기 상관검색부(25)와 동수로 구비된 역치비교부(26)가 상기 상관계수를 미리 설정된 역치와 비교하게 된다. 상기 복수개의 역치비교부(26)의 역치는 동기검색의 조건에 따라 최적의 값으로 미리 설정되는 것으로, 각 역치비교부(26)는 상관계수가 상기 역치값을 넘는지 여부를 각각 확인하게 된다.

상기 역치비교부(26)에서 상관계수가 역치값을 넘게 되는 것은 해당 주파수에서 동기획득이 가능함을 나타내는 것이다. 즉, 복수개의 주파수변환부(24)에서 각각 발진한 복수개의 주파수중의 어느 하나의 주파수에서 동기획득이 가능한 경우에는 해당 상관검색부(25)에서 검색된 상관계수가 역치비교부(26)의 역치값을 넘을 수 있게 되는 것이다.

복수개의 역치비교부(26)에서 동기획득 여부를 나타내는 신호가 출력되면 논리합 연산부(27)는 상기 동기획득 여부에 대한 신호를 논리합 연산하게 되는데, 이때 어느 하나의 주파수에서라도 역치값 이상의 상관관계가 확인되면 동기획득이 이루어지게 된다. 그리고 논리합 연산부(27)는 논리합 연산결과 어떤 역치비교부(26)에서도 동기획득이 불가능한 경우에는 동기신호 생성부(28)로 재검색 신호를 출력하게 된다.

상기 논리합 연산부(27)에서 출력되는 재검색 신호는 동기획득에 실패한 것을 나타내는 것으로, 상기 재검색 신호를 수신하는 동기신호 생성부(28)는 위상변이된 새로운 동기신호를 생성하여 복수개의 상관검색부(25)로 각각 출력하게 된다. 새로운 동기신호의 입력에 의하여 새로운 상관계수가 산정되어 역치비교 및 동기획득 여부에 대한 확인동작이 반복적으로 수행된다. 상기의 재검색 동작은 어떤 주파수에 대하여 동기획득이 가능하게 될 때까지 반복적으로 수행된다.

이처럼 본 발명은 다양한 주파수의 국부발진 신호를 생성하는 복수개의 주파수변환부를 이용하여 수신신호를 각각 주파수 변이시키고, 상기 주파수 변이된 각신호에 대하여 동기신호를 이용하여 상관검색하고 역치비교함으로써 복수의 주파수에 대한 동기획득 여부를 확인하며, 동기획득이 불가능할 경우에는 위상변이된 동기신호를 이용하여 상기 동기검색 동작을 반복적으로 수행함으로써, 수신주파수에 발생한 주파수 편차에 가장 근접하게 주파수 변이된 신호에 의한 동기획득이 가능하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치는, 종래기술과는 달리 수신신호를 다양한 주파수로 변이시킬 수 있으므로, 도플러 효과에 의한 주파수 편이가 지상파 전송에 비해 매우 큰 저궤도 통신위성의 전송신호에 대하여도 동기획득이 가능한 효과가 있다.

또한, 반송파 신호에 대한 주파수 변이 및 상기 변이된 주파수에 대한 동기검색을 다수의 구성부에서 동시에 수행하게 되므로, 종래기술에서 직렬 동기화장치를 사용하고 수신부에서 전압제어 발진기를 이용하여 수신신호의 주파수를 변이시키는 방식에 비해 동기획득 시간을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 안테나를 통해 수신되는 무선신호를 증폭하고 일차적으로 주파수 변환하여 정합여과시키는 수신단과;

   서로 다른 주파수로 각각 발진하는 디지털 발진기와 상기 수신단에서 출력되는 신호를 각각의 디지털 발진기의 출력과 주파수 변환하는 복수개의 주파수 변환부와;

   상기 각 주파수 변환부에서 출력되는 신호와 동기신호 생성부에서 출력되는 동기신호간의 위상을 비교하여 상관계수를 각각 출력하는 복수개의 상관검색부와;

   상기 각 상관검색부에서 출력되는 상관계수를 미리 설정된 역치와 비교하여 동기획득 여부를 확인하는 복수개의 역치비교부와;

   상기 각 역치비교부에서 확인된 동기획득 여부에 대한 데이터를 논리합 연산하여 역치비교부의 동기획득 여부를 판단하는 논리합 연산부와;

   동기신호를 생성하여 상기 복수개의 상관검색부로 출력하고, 상기 동기신호에 의한 동기획득이 불가능할 경우에는 상기 논리합 연산부의 재검색 신호를 입력받아 위상전이된 동기신호를 생성하여 상기 복수개의 상관검색부로 출력하는 동기신호 생성부로 구성된 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각 주파수변환부는,

   발진기를 이용하여 국부발진 신호를 생성하고, 상기 발진된 디지털 신호를 혼합기를 이용하여 상기 정합필터부에서 출력되는 신호와 혼합하는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 논리합 연산부는,

   적어도 하나의 역치비교부에서 동기획득이 가능하게 되면 동기획득으로 판정하고, 어떤 역치비교부에서도 동기획득이 불가능할 경우에는 재검색 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템에서 다중발진기를 사용한 병렬동기 검색장치.