KR20010114153A

KR20010114153A - 폐쇄루프 주파수 제어

Info

Publication number: KR20010114153A
Application number: KR1020010034537A
Authority: KR
Inventors: 로버트제이.맥카티주니어
Original assignee: 추후보정; 컴스페이스 코포레이션
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2001-12-29
Also published as: IL143791A0; EP1168617A3; CN1329425A; EP1168617A2; AU5194901A; JP2002077288A

Abstract

폐쇄루프 주파수 제어는 인접 전송 채널이나 서브채널들을 보다 가깝게 패킹하도록 해주며, 이 채널들내의 교차간섭은 수신된 신호 주파수와 공칭 신호 주파수 사이의 주파수 미스매치(mismatch)를 검출함으로써 최소화된다. 직교진폭변조(QAM)를 채택하는 시스템으로, 페이서 회전필터를 이용하여 수신된 배열의 회전을 검출함으로써 주파수 미스매치가 검출될 수 있다. 일단 페이서 회전이 검출되면, 주파수 오류값이 유추되고, 송신장치가 송신 주파수를 조절하도록 하는 명령에 따라 수정값이 수신장치에서 송신장치로 전송될 수 있다. 전송된 주파수 이동으로부터 전송된 신호로 발생하는 주파수 미스매치 뿐만 아니라 예상치 못한 발진기 미스매치도 보상될 수 있다.

Description

폐쇄루프 주파수 제어{CLOSED LOOP FREQUENCY CONTROL}

본 발명은 일반적으로 무선통신 시스템의 주파수 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 페이서율 보상에 근거한 폐쇄루프 주파수 제어 시스템에 관한 것이다.

전형적인 통신 시스템은 하나 이상의 원격장치들(보통, 가입자 장치, 이동장치 등으로 불리워짐)과 기지국 장치(종종, 기지국, 중계기, 셀 등으로 불리워짐)를 포함한다. 상기 원격장치들과 중계기는 특정의 이미 한정된 통신채널들 통해 서로 연결된다. 이러한 채널들은 중심 주파수라고 불리는 이미 한정된 주파수를 중심으로 형성된다.

상기 원격장치는 정확히 중앙 주파수를 중심으로 신호를 전송하는 것이 바람직하나, 이는 자주 일어나는 경우는 아니다. 상기 원격장치가 전송하는 주파수를 발생시키는 발진기는 종종 원하는 주파수(예를 들면, 상업적으로 이용가능한 많은 발진기들은 850MHz의 공통 중심 주파수에서 플러스 또는 마이너스 2000Hz 이내에서만 또는 일반적으로 2.5ppm이내에서만 정확하다)로부터 편차를 일으키는 고유 부정확성을 갖는다. 이러한 부정확성은 온도, 습도 등과 같은 주변환경이 변하면서 변할 수 있다. 상기 이동장치는 자동주파수 제어를 사용하고 수신된 중계기 신호에 주파수를 정렬하는 환경적인 조건으로 인해 오프셋을 추적한다.

상기 물리적 장치의 고유 부정확성에 추가로, 이동차량내의 무선전화 또는 휴대폰과 같은 원격장치가 작동중일 때 전송된 신호의 도플러 이동(Doppler shift)의 결과로서 주파수 오프셋이 일어날 수 있다. 상기 도플러 효과는 전송된 신호에 대하여 100Hz, 200Hz 이상의 주파수 오프셋을 줄 수 있다. 상기 도플러 이동은 전송된 신호에 부과된 실제 물리적인 주파수 오프셋을 나타내므로 상기 도플러 이동은 내부에 있는 이동 수신기로 수정될 수 없다.

상기 원격장치들은 원하는 중심 주파수로부터 벗어나 있기 때문에, 둘 이상의 원격장치들의 전송된 신호가 주파수 스펙트럼에서 겹치는 위험이 생기게 되며,따라서 중계기에서 수신된 신호로 인해 서로 간섭을 일으키게 된다. 이러한 간섭은 수신된 정보신호의 성능저하나 손실을 초래할 수 있다.

대부분의 종래 시스템에서, 개별 원격장치들은 주파수 스펙트럼에(또는, 같은 송신기와 대략 같은 양의 도플러 이동에 의해 사용되는 다수의 부반송파 주파수들에) 멀리 떨어져서 위치되는 주파수 채널에서 방송한다. 따라서, 원하는 중심 주파수로부터의 편차는 중대한 성능저하를 일으키지는 않는다. 주파수 스펙트럼이 증가적으로 모임에 따라, 그러나 할당된 주파수 채널이 좁아짐에 따라 (따라서, 중심 주파수가 서로 밀접해짐에 따라), 원격장치들에 의해 전송된 주파수에서 편차의 충돌이 점점 더 현저해지게 된다.

따라서, 선행기술에서는, 원격장치에 의해 전송된 신호로 도플러 이동을 보상하기 위해 원격장치가 전송하는 주파수를 적응 제어하기 위한 시스템 및 방법이 요구되고 있다.

이를 해결하기 위한 한 측면으로, 본 발명은 통신 시스템에서의 주파수 제어방법을 제공한다. 상기 방법은 가입자 장치로부터 중심 주파수를 중심으로 하는 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호의 중심 주파수를 공칭 중심 주파수와 비교하는 단계와, 상기 수신된 신호의 중심 주파수와 공칭 중심 주파수 사이의 편차를 검출하는 단계로 이루어진다. 또한, 상기 방법은 수신된 신호의 중심 주파수와 상기 공칭 중심 주파수 사이의 검출된 편차로부터 주파수 보정값을 얻어서 상기 주파수 보정값을 가입자 장치로 전송하는 단계를 더 포함한다.

다른 측면으로, 본 발명은 중심 주파수를 중심으로 하는 미리 한정된 대역폭을 갖는 변조된 신호를 출력하는 송신기를 포함하는 가입자 장치를 구비하는 시스템을 제공한다. 또한, 상기 시스템은 상기 변조신호를 수신하는 수신기를 갖는 베이스장치와, 상기 수신기에 연결되며 상기 수신된 변조 신호를 수신하고 복조 신호를 출력하는 복조기와, 상기 복조기에 연결되며 복조신호를 수신하고 오류값을 출력하는 필터와, 오류신호를 수신하고 주파수 이동 명령을 출력하는 명령 발생기와, 상기 명령 발생기와 연결되고 상기 주파수 이동 명령을 수신하며 상기 가입자 장치에 주파수 이동 명령을 전송하는 송신기를 포함한다.

도 1a 및 1b는 각각 이상적인 조건과 주파수 이동을 보여주며, 서브채널들로 나누어지는 통신 채널에 대한 일 실시예로 주파수 스펙트럼을 도시한다.

도 2는 본 발명에 채택된 통신 시스템에 대한 일 실시예이다.

도 3은 송신 및 수신 장치사이의 주파수 미스매치(mismatch)에 의해 발생하는 페이서 회전을 보여주는 QAM 배열을 도시한다.

도 4는 폐쇄 루프 주파수 제어를 위한 방법에 대한 흐름도이다.

도 5는 서로 다른 신호 세기를 갖는 하부 채널들로 나누어지는 통신 채널의 다른 실시예로, 주파수 스펙트럼을 도시한다.

도 6은 서로 다른 신호 세기를 갖는 하부 채널들을 분리하는 폐쇄 루프 주파수 제어를 이용하는 방법에 대한 흐름도이다.

하기에는 본 발명에 대한 다양한 실시예가 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다양하게 구현될 수 있는 적용가능한 많은 발명개념들을 갖다. 본 발명의 사용을 위해 특정 방법으로 본 발명에 대한 특정 실시예들이 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

제 1 실시예에서, 본 발명은 멀티 캐리어 구조로 폐쇄루프 주파수 제어를 제공하는 시스템에 대한 실시예를 설명한다. 제 1 실시예에 대한 변형이 기술될 것이다.

본 실시예의 멀티캐리어 구조의 기지국 장치(중계기로 알려져 있음)에 의해 수신된 단일 채널용 주파수 스펙트럼이 도 1a에 도시되어 있다. 상기 멀티캐리어 구조에서, 다중 이동 또는 원격장치들(가입자장치로 알려져 있음)은 같은 주파수 채널의 중계기로 전송할 수 있으며, 각각은 채널의 전반적인 주파수 대역폭의 일부분을 한정하는 서브채널에서 전송한다. 도 1a는 중심 주파수(fc)를 중심으로 하는 25kHz의 단일 주파수 채널(10)용 기지국 장치에 의해 수신되는 복합 신호를 도시한다. 도시된 실시예에서, 4개의 가입자 장치는 채널을 통해 전송하며, 각각은 자신의 중심 주파수를 중심으로 4kHz의 분리된 서브채널에서 전송한다. 제 1 가입자 장치는 상기 채널(10)의 중심 주파수(fc) 이하의 7200Hz의 서브채널 중심 주파수를 갖는 서브채널(12)에서 상기 기지국 장치로 전송한다. 제 2 가입자 장치는 중심 주파수(fc) 이하의 2400Hz의 중심 주파수를 갖는 서브채널(14)에서 전송하며, 제 3 가입자 장치는 중심 주파수(fc) 보다 높은 2400Hz에서 서브채널(16)에서 전송하며, 제 4 가입자 장치는 중심 주파수(fc) 보다 높은 7200Hz에서 서브채널(18)에서 전송한다. 도면에는 각자 자신의 중심 주파수를 갖는 4개의 가입자 장치를 도시하고 있다. 그러나, 중앙 컴퓨터에 의해 제어되며 간섭할 수 있는 서로 이웃하는 많은 독립된 채널들을 갖는 시스템에도 동일하게 적용된다. 또한, 4개의 특정 멀티캐리어 구조에 관한 정보가 현재 출원중인 미국특허출원 제09/295,660호에 제공되어 있다.

도 1a는 각 가입자 장치가 기지국 장치 (즉, ±2400Hz 또는 ±7200Hz의 중심 주파수로부터의 오프셋)의 기준 주파수와 정확히 매치되는 기준 주파수에서 전송하는 이상적인 경우를 도시하고 있으며, 상기 전송된 신호는 도플러 이동(Doppler shift)에서 주파수 이동 발생이 발생하더라도 이에 영향을 받지 않는다. 이러한 이상적인 조건하에, 상기 서브채널들의 중심 주파수들은 4800Hz로 서로로부터 떨어져서 위치되어 있다. 도 1b는 서브채널(16)이 200Hz의 주파수 스펙트럼으로 상승이동하고 서브채널(18)이 100Hz의 주파수 스펙트럼으로 하향 이동한 경우의 보다 실제적인 상황을 도시하고 있다. 이러한 이동은 본질적으로는 도플러효과 또는 그와 유사한 효과를 일으킨다. 따라서, 단지 4500Hz만이 서브채널들 (16 및 18)을 분리시킨다.

도 2는 가입자 장치들 (22,24,26 및 28)은 850MHz의 중심 주파수(fc)를 중심으로 하는 25kHz의 제한된 FCC 채널과 같은 제한된 통신채널의 (각각 도 1b에 도시된 서브채널 (12,14,16 및 18)) 개별 서브채널들에서 전송한다. 각각의 가입자 장치는 자신의 서브채널에서 기지국 장치 또는 중계기(30)로 전송하며, 기지국 장치(30)는 개별적으로 각각의 가입자 장치와 통하는 네 개의 서브채널을 각각 이용하여 전체 채널 스펙트럼에서 전송한다. 각각의 가입자 장치가 채널 전체를 수신하더라도, 이는 주어진 시간에서 그에 할당된 서브채널만을 복조한다 (바람직하게는, 가입자 장치에 할당된 서브채널은 부하 밸런스나 공지된 다른 기술을 이용하여 "플라이중"인 상기 기지국 장치에 의해 할당된다). 분명하게는, 본 발명은 다소의 가입자 장치, 다소의 서브채널들, 또는 단 하나의 가입자 장치가 주어진 시간에 하나의 채널에서 전송하는 장치를 채택한 시스템들에 적용가능하다.

시스템에 대한 바람직한 실시예에서, 신호는, 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 16개의 배열점을 갖는 두 개의 링을 이용하여 차동의 직교 진폭변조(QAM)를 이용하여 변조된다. 도 3은 (가입자 장치와 기지국 장치 사이의) 주파수 미스매치(mismatch) 및 도플러 주파수 이동이 상기 QAM 배열에서 갖는 효과를 도시하고 있다. 상기 표준 배열 점들은 동위상 및 직교축에 의해 제한되는 배열상의 굵은 점(32)으로 도시되어 있다. 수신된 신호가 공칭의 중심 주파수를 중심으로 할 때, 상기 배열 점들(32)이 정렬되며 배열 회전은 보이지 않는다. 수신된 신호가 주파수 미스매치를 보일 때, 도 3에 표시된 원형점(34)에 의해 도시된 바와 같이 상기 배열은 회전된다.

페이서 회전으로 알려진 상기 배열 회전은 페이서율 보상(PRC) 알고리즘을 사용함으로써 검출된다. PRC 알고리즘에 대한 바람직한 실시예가 도 3을 참조하여 하기에 상세히 설명될 것이다.

평균 위상 회전은 위상추적의 부산물로서 측정된다. 위상 추적은 ±π에서 위상 충돌을 피하는 연속기능으로서 위상각을 재현한다. 수학적으로, 16QAM 배열에서의 각 페이서는로 쓰여지며, 여기서 n은 0-7로 변하며, A는 페이서 진폭에 대응한다.

페이딩(Fading) 및 평균 페이서 회전은 모두 QAM 페이서의 수신된 위상각에 영향을 미친다. 상기 수신된 페이서는

이며,

ΔE는 페이딩 및 기준 발진기 오프셋에 의한 위상 오류를 나타낸다. 직교형 변조효과를 배제하기 위해, 수신된 페이서는 제 8의 힘으로 상승될 수 있다.

여기서, 각도는 8ΔE 이고, 8로 나누면 그 나머지로서 ΔE가 산출된다 (8 캐리어 회복). 사실상, 8의 힘을 갖는 복합 페이서를 상승시킴으로써 계산적으로 증가하게 된다. 바람직하게는 하기의 근사값이 사용된다. 페이서의 각은 8로 곱해진다. 결과적으로 각도는 모듈로 2π로 줄어든다. π에서 -π 또는 -π에서 π로의 비연속 점프는 상기 각도에 ±2π의 배수를 더함으로써 열리게 된다. 상기 각이 열린 후, 상기 각도는 8로 나눠진다. 연속 점들 사이의 위상차는 평균된 나머지 캐리어를 어림하기 위해 30ms 타임 이상의 연속 위상 커브를 따라 연속 위상점에 대해 평균되어 진다. 상기 평균은 페이딩으로 인한 랜덤 위상 회전효과를 진정시키기 위해 필요하다. 위상에 대한 슬롯 어림은 위상 회전에 대하여 조절되도록 제어 루프내에서 사용된다. 페이서 회전 보상을 위해 기타 알고리즘들이 이용될 수 있다. 바람직하게는, N 캐리어 회복이 채택되며, 여기서 N은 QAM 배열내의 가능한 위상저들의 수에 기초하여 선택된다.

상기 PRC 필터는 신호 주파수 미스매치로 인해 발생하는 페이서 회전의 양에 대응하는 라디안에서 값을 산출한다. 이 값은 하기의 식을 이용하여 주파수 오프셋 값으로 바뀔 수 있다.

주파수 에러 = (ΔR / 2π) * 4000Hz (1)

여기서, ΔR은 라디안에서 PRC 필터에 의해 검출된 페이서 회전이고, 4000Hz는 본 실시예의 서브채널에 대한 정보율이다.

이러한 주파수 오류는 주파수 오류의 양으로 발진기 주파수를 조절하고 신호를 제어하기 위해 가입자 장치용 지시로 가입자 장치로 다시 전달될 수 있다.

상기 가입자 장치가 그 주파수를 조절한 후, 중계기로부터 가입자 장치에 의해 수신된 신호는 주파수에 있어서 미스매치된다. 가입자 장치의 미스매치된 주파수를 보상하기 위해 다른 방법들이 이용될 수도 있다. 상기 가입자 장치의 발진기는 송신과 수신사이에서 토글될 수 있다. 전송하는 동안, 상기 가입자 장치는 상기 중계기에 의해 기록된 주파수에서 전송한다. 수신하는 동안, 상기 발진기는 상기 폐쇄루프 주파수 보정이 적용되기 전에 사용되었던 주파수로 조정된다. 바람직한 실시예에서, 상기 발진기는 중계기에 의해 명령된 주파수로 조정되고, 가입자 장치 수신동안, 가입자 장치 수신 주파수에서 상기 이동을 오프셋하기 위해 수신기 복합 기호가 반대로 회전된다.

기지국 장치에서 주파수 미스매치를 검출하고 상기 가입자 장치로 주파수 보정 신호를 되돌려 보냄으로써, 상기 시스템은 개별 가입자 장치가 각각의 서브채널의 주파수 스펙트럼상에서 원하는 간격을 유지하여 중계기에서 서로에 대한 간섭을 최소화하도록 보장하는 주파수 제어 폐쇄루프를 형성한다. 본 발명에 대한 다른 실시예가 하기에 상세히 설명될 것이다.

도 4는 폐쇄루프 주파수 제어를 형성하는 실시예에 대한 흐름도이다. 이 실시예에서, 기지국 장치(30)와 가입자 장치들(22,24,26 및 28)을 갖는 상기 시스템은 타임 분할 멀티플렉스/주파수 분할 멀티플렉스 구조를 사용하며, QAM 변조를 사용하여 신호를 전송한다. 따라서, 각 가입자 장치는 타임의 일부분(타임분할)에 대하여 할당된 주파수 채널(주파수 분할)의 단일 서브채널에서 전송한다.

상기 방법은 (도 2의 기지국 장치(30)와 같은) 기지국 장치가 (도 2의 가입자 장치(26)와 같은) 가입자 장치로부터 신호의 제 1 타임슬롯을 수신하여 기저대역으로 그것을 변환하여 복조시키는 단계(40)를 갖는다. 바람직하게는, 배열 회전을 측정하기 위해 충분한 수의 기호들을 수신하도록 하기 위해 페이서 회전의 양을 결정하기 전에 적어도 5개의 타임슬롯이 수신된다. 단계(42)에서, 임의로 N으로 정의된 카운터가 초기에는 0으로 설정되고 각 타임슬롯이 수신되면 5까지 증가한다. 일단 5개의 타임슬롯이 수신되면, 단계(44)에 나타난 바와 같이, N은 5 이상으로 증가되고, 페이서 회전이 측정되는 단계(46)로 진행한다. 그렇지 않으면, 적어도 5개의 정보슬롯이 수신될 때까지 다른 타임슬롯이 수신되는 단계(40)로 되돌아온다. 다른 실시예에서, 수신된 기호들의 수를 계산함으로써 또는 신호 수신의 초기화 후 제한된 기간동안 다음 단계로의 진행을 지연시킴으로써, 또는 다른 방법을 통해 PRC 필터의 수렴을 위한 충분한 시간을 얻을 수 있다. 방법 선택이 중요한게 아니라, 다음 단계로의 진행전에 PRC 필터가 수렴되는 것을 보장하는 수단을 제공하는 것이 중요하다.

상기한 바와 같이, 수신 신호의 5개의 슬롯이 수신된 후, 페이서 회전이 단계(46)에서 측정된다. 그 후, 자동 주파수 제어의 가능여부를 판단하는 단계(48)로 진행한다. 이러한 경우는 꼭 있는 것은 아니며, 실시예에서, 본 시스템은 융통성을 갖고 필요한 경우에 자동 주파수 제어를 허용한다. 만약 자동 주파수 제어가 불가능하면, 단계(50)에 나타난 바와 같이, 이 단계에서 종료된다. 그렇지 않으면, 상기한 바와 같이, 단계들(40-46)에서 판단된 페이서 회전요소가 주파수 오류값으로 변환되는 단계(52)로 진행된다.

단계(54)에서, 단계(48)에서 판단된 주파수 오류값이 임계값과 비교된다.상하 임계값이 정보율(R1)에 대하여 퍼센트로 제한된다. 상기 임계값은 다음과 같이 정의된다.

TH1=1%*R1 and THu=1.75%*R1

여기서, TH1은 40Hz이고, THu는 70Hz이다. 만약 주파수 오류값이 TH1보다 크면, 수신된 신호의 중심 주파수와 TH1보다 많은 공칭 중심 주파수 사이의 미스매치를 표시하고, 가입자 장치의 신호 주파수를 조절하기 위해 다음 단계로 진행할 것이다. 만약 오류값이 TH1보다 적으면, 가입자 장치를 조정해야 할 정도로 미스매치가 그렇게 심각하지는 않다. 따라서, 단계(50)에서 종료된다. 다른 실시예에서, 본 시스템은 안정성을 위해 이력현상을 갖는다. 바람직하게는, 주파수 오류가 TH1보다 적으면 가입자 장치의 신호 주파수에 어떠한 조정도 이루어지지 않으며, 단지 오류가 THu보다 큰 경우에만 조정이 이루어진다. 정보율(R1)과 이력현상 체계에 대하여 다른 퍼센트로 한정되는 다른 임계값들은 루틴 디자인 실험의 문제이며 본 발명의 범위내에서 예상되어질 수 있다.

주파수 오류가 임계값이나 한계값보다 크면, 단계(56)로 진행되어, 가입자 장치가 이미 주파수 이동명령을 수신하였는지를 판단하고, 만약 그렇다면, 이러한 명령의 누적 효과가 도플러 효과에 근거하여 특정 임계값 양보다 많이 가입자 장치의 주파수를 조정할 수 잇는지를 판단한다. 상기 도플러 효과 임계값은 다음과 같이 정의된다.

THd=2*F_s*Vs/c

여기서, Fs는 가입자 장치용 대표 캐리어 주파수이고, Vs는 가입자 장치의 속도이며, c는 빛의 속도이다. 850MHz의 Fs와 시간당 70마일의 Vs를 위해, 상기 도플러 효과 임계값은 중계기에서 약 180Hz이다 (가입자 장치가 도플러 주파수로 조절한 후, 중계기 수신기는 두 번의 도플러 이동을 하게된다). 이러한 임계값은, 안좋은 경우에는, 850MHz의 캐리어 주파수에서 작동하며 시간당 70마일로 주행하는 차안에서 가입자 장치에서 발생하는 도플러효과를 보상하기 위해 필요하다. 다른 가입자 차량 속도 (또는 발진기 드리프트)와 캐리어 주파수에 근거한 다른 안좋은 경우의 임계값들이 본 발명의 범위내에서 예견된다.

이전 명령들의 누적효과가 도플러 효과 임계량보다 크게 가입자 장치의 발진기를 조절하지 않는다면 가입자 장치는 주파수 이동명령에 대하여 다른 동작을 취하지 않는다.

바람직하게는, 상기 기지국 장치는 단계(56)에서 가입자 장치의 신호 주파수로 조정함으로써 장치가 할당된 채널의 경계밖으로 전송하게 되는지를 판단한다. 만약 그렇다면, 더 이상의 조정을 행하지 않거나, 가입자 장치가 채널의 대역 에지로부터 떨어져서 주파수를 조정하도록 명령을 받을 것이다.

신호 주파수를 더 조정하도록 요구되거나 조정을 통해 서브채널이 채널 경계이상으로 확장되면, 가입자 장치가 발진기 주파수를 조정하도록 하는 명령이 기지국 장치에서 적당한 가입자 장치로 전달될 것이다. 바람직하게는, 상기 주파수 이동명령은 공지된 바와 같이 가입자 장치로 전송된 중계 및 제어 신호로 인코딩된다. 상기 중계 및 제어 신호에 대해서는 미국 특허출원 제 09/295,660호에 상세히나타나있다. 바람직한 실시예에서, 상기 가입자 장치의 주파수는 R_shift의 증가량으로 조정되며, 여기서 R_shift는 다음과 같은 정보율(R1) 조건으로 정의된다.

R_shift=0.5% * R1

정보율(R1)의 다른 퍼센트로 정의되는 다른 이동값들은 루틴 실험의 문제이며, 본 발명의 범위내에서 예상될 수 있다 (이 경우, R_shift는 20Hz이다).

주파수 이동명령이 가입자 장치로 보내진 후, 기지국 장치는 (일단 가입자 장치가 주파수 이동 명령에 대해 작동하고 발진기 주파수를 조정하면) 수신된 신호가 이제 다른 배열 회전을 갖는다고 예견하여 자신의 페이서 보상필터를 업데이트한다. 공칭의 페이서율 값을 조절함으로써 수신된 신호 주파수가 변경된 후 상기 PRC 필터를 재수렴하기 위한 대기시간이 회피될 수 있다. 이는 하기의 식을 이용하여 달성된다.

ΔR_N= ΔR_P+ (±R_shift*2π)/R1 (2)

여기서, ΔRN 은 새로운 페이서율 보상값이고, ΔR_P은 (신호 주파수에서 변화되기 전) 이전 페이서율 보상값이며, ±20Hz는 주파수 이동 명령이 주파수를 상하 또는 좌우로 이동시키기 위한 것인지에 따라 +가 되거나 -가 된다. 이 단계는 60으로 표시된다.

단계(62)에 나타난 바와 같이, 새로운 값 ΔR_N으로 페이서율 보상필터를 업데이트하기 전에 두 번의 타임슬롯 대기시간이 필요하다. 이러한 지연은 적어도 2개의 타임슬롯이 주파수 이동명령을 포함하여 전체 명령코드를 가입자 장치로 전송하기 위해 필요하기 때문이다. 다른 실시예에서, 대기시간은 시스템 디자인에 따라 다소 차이가 있다. 대기시간이 끝나면, 중계기는 단계(64)에 나타난 바와 같이 페이서 보상인자를 업데이트한다.

다른 실시예에서, 중계기는 페이서율 보상을 이용하지 않고 직접 가입자 장치를 제어할 수도 있다. 그러나 이러한 시스템에서의 대기시간의 시스템의 안정성을 떨어뜨린다. 본 실시예의 이점은 폐쇄루프 주파수 제어를 이용하여 서브채널들 간의 통신사이의 간섭을 최소화한다는 것이다. 상기 가입자 장치는 그 속도 및 방향을 연속적으로 변화시킬 수 있으므로 (즉, 주행중인 차량에서), 페이서율 보상 및 폐쇄루프 주파수 제어에 의해 가입자 장치의 연속 추적을 할 수 있다. 따라서, 중계기에서 다른 도플러 효과를 만들 수 있다.

도 5를 참조하여, 폐쇄루프 주파수를 위한 방법 및 장치를 제공하는 다른 실시예를 설명하다. 주파수 스펙트럼은 4kHz의 4개의 독립 서브채널들로 나누어진 25kHz의 주파수 채널이 도시되어 있다. 2개의 가입자 장치는 타임분할 멀티플렉스를 이용하여 각 서브채널에서 전송할 수 있으며, 그 중 하나의 가입자 장치는 제 1 타임슬롯동안 서브채널에서 전송하고, 다른 가입자 장치는 제 2 타임슬롯동안 같은 서브채널에서 전송한다. 도 5에는 제 1 타임슬롯만이 도시된다.

서브채널 "A"에서 수신된 신호(302)와 서브채널 "B"에서 수신된 신호 (304)는 서브채널 "C"에서 수신된 신호(306)에 비해 더 강하다. 서브채널 "D"에서 수신된 신호(308)는 또한 신호(306)에 비해 더 강하다. 도시된 신호들은 기지국장치(30)에서 수신된 신호들을 나타낸다. 상기 기지국 장치에서 수신된 신호세기의 차이는 4개의 다른 가입자 장치들이 4개의 신호를 전송했기 때문이다. 서브채널(C)에서 전송하는 가입자 장치는 기지국 장치로부터 다른 가입자 장치들보다 더 멀 수 있으며 (결과적으로 더 많은 신호감쇠를 갖게 된다), 또는 가입자 장치는 큰 건물 뒤에 잇거나 다른 신호 차단 장애물 뒤에 있을 수 있다. 또는, 상기 가입자 장치는 약한 배터리를 갖고 에너지를 유지하기 위해 낮은 에너지에서 전송할 수도 있다. 어떠한 이유로든, 상대적으로 약한 신호(306)는 서브채널(C)이 이웃하는 서브채널(B 및 D)로부터 보다 많은 간섭을 받게 만든다.

대조적으로, 서브채널들(A 및 B)은 각각 기지국 장치로 전송되는 강한 신호(302)(304)를 갖는다. 신호들간의 서브채널 교차간섭을 최소화하는 것이 바람직하나, 상기 서브채널들은 서로의 간섭에 의해 성능저하되는 것이 덜 하게 된다.

본 발명에서 참조하고 있는, 발명의 명칭이 "무선통신 시스템에 사용되는 동력 제어 시스템 및 장치"인 미국특허출원 제 09/296,055호 (199년 4월 21일 출원)에 나타난 바와 같이, 서브채널(C)에서 전송되는 신호세기를 상승시키거나, 적당한 환경에서 신호들 (304 및 306) 사이와 신호들(306 및 308) 사이의 서브채널 교차간섭의 영향을 제한하기 위해 서브채널(B 및 D)에서 전송되는 신호세기를 줄이기 위해 폐쇄루프 동력 제어가 채택될 수 있다. 또는, 본 발명의 실시예에서, 서브채널들 사이에 (주파수 스펙트럼에) 추가 간격을 제공하여 약한 신호들의 서브채널 간섭의 영향을 최소화하기 위해 폐쇄루프 주파수 제어가 채택될 수도 있다.

도 6은 수신된 약한 서브채널 신호들에 대한 서브채널 간섭을 최소화하기 위한 기술에 대한 흐름도를 도시하고 있다. 이 과정은 단계(80)에서 시작하며, 이 단계에서, 4개의 서브채널 신호들(302,304,306 및 308)이 제 1 타임슬롯을 위해 수신되고, 미국특허출원 제 09/295,660)호에 설명된 바의 정방형 루트의 나이퀴스트 필터(Nyquist filter)에 의해 주파수가 전달된 후 각 신호를 위한 신호세기가 스퀘어(square)의 총량을 이용하여 측정된다. 단계(82)에서, 하나 이상의 서브채널 신호가 이웃하는 서브채널 신호보다 상대적으로 약한지를 판단하기 위해 각 서브채널의 신호세기가 비교된다. 만약, 모든 서브채널 신호들의 세기가 상대적으로 서로 가까우면, 단계(84)에서와 같이, 주파수 조정이 필요하지 않으며, 다음 타임 슬롯이 수신될 때까지 단계(86)에서 진행이 종료된다. 그러나, 어떤 하나의 서브채널의 신호세기가 다른 신호로부터 임계값이상으로 벗어나 있으면, 단계(84)에서와 같이, 단계(88)로 진행한다. 이 단계에서, 인접 채널들에서 강한 신호와 약한 신호를 분리하기 위해 상기 서브채널 또는 하나 또는 둘의 이웃하는 채널들이 주파수 스펙트럼을 따라 이동하는지를 판단하기 위해 제 1 서브채널 신호가 인접 채널들과 비교된다. 당업자라면 알 수 있는 것처럼, 이는 서브채널이 이웃하는 약한 서브채널로부터 떨어져서 일방향으로 움직임으로써 다른 서브채널과의 간섭을 일으키기 때문에 최적화된 서브채널 간격(도 5에서, 채널의 경계(202,204)이내에서)인지를 확인하기 위한 반복적인 과정일 수 있다. 이러한 조건은 고려중인 서브채널과 이웃하는 서브채널들 사이가 최적화된 간격인지를 판단하는 단계(88 및 90)와, 단계(90)에서 유도된 최적화된 간격과 다른 서브채널에 대하여 이전에 판단된 최적화된 간격을 비교하는 단계(92)와 충돌이 해결되는 (즉, 강한 채널이 일측면에서약한 신호채널을 가질 수 있으며, 따라서 다른 방향으로는 이동되지 않는다) 단계(94)와, 통신채널내의 모든 서브채널들에 대한 최적 간격이 분석되었는지를 판단하는 최종단계(96)로 이루어진 과정루프에 의해 표시된다. 다른 서브채널들이 남아 있다면, 과정루프는 다음 서브채널이 고려되는 단계(88)로 되돌아가서 모든 서브채널이 고려될 때까지 과정루프가 계속된다.

채널간격을 위한 주파수 오프셋을 측정하기 위해 다른 방법들이 이용될 수 있다. 상기 나이퀴스트 필터의 말단부에서 이론상 저지대역 에너지는 보다 낮은 진폭신호(도 5)를 갖는 큰 진폭신호들의 간섭 정도와 낮은 에너지 신호의 통과대역내에서 간섭 에너지 최소화에 근거하여 행해진 조정정도를 판단하기 위해 사용될 수 있는 기준이 된다. 인접 채널의 통과대역내의 예상되는 에너지는 테이블 조사양식내에 포함될 수 있다. 크게 간섭하는 신호들을 떨어져서 이동시키고 그에 따라 감소되는 비트오류율을 측정함으로써 적용가능한 조정이 이루어질 수 있다.

일단 모든 서브채널들이 분석되고 서브채널들 사이의 간격이 최적화되면, 발진기 주파수를 조정하기 위해 명령이 하나 이상의 가입자 장치에 전송되고 따라서 상기 가입자 장치용의 전송 신호 중심 주파수가 최적의 간격을 위해 수신된 신호를 이동시키는 단계(98)로 진행된다. 그러나, 어떤 경우에는, 서브채널들이 이미 최적 간격상태에 있다고 판단되거나 그러한 특징이 바람직하다거나 어떤 다른 이유로 인해 서브채널들의 이동이 바람직하지 않다고 판단되면 단계(98)에서 주파수 이동명령이 전송되지 않는다. 제 1 및 제 2 실시예를 참조하여 주파수 이동 명령에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단계(100)에서, 상기 기지국 장치는 상기한바와 같이 주파수 이동 명령을 받은 서브채널들용의 새로운 값 ΔR_N을 갖는 페이서율 보상 필터들을 조절한다. 최종적으로, 일단 명령이 보내지고 보상인자가 업데이트되면, 기지국 장치가 다음 타임슬롯 신호를 기다리는 단계(86)로 진행된다.

이 실시예에서, 본래는 상기 주파수 제어가 주파수 미스매치이나 도플러 이동의 영향을 방해하기 위해 의도된 것은 아니다. 그러나 본 발명은 주파수 이동을 수정하거나 서브채널 간섭을 최소화하거나, 또는 이 둘을 모두 달성하기 위해 주파수 제어의 사용을 고려하였다.

중계기가 전송을 위해 주파수 이동을 명령하면 언제든지, 주파수가 전압으로 변환된 후 상기 가입자 장치의 주파수 발진기로 명령된 변화가 이루어질 수 있다. 가입자 장치가 수신하는 동안 주파수 미스매치를 보상하기 위한 다른 방법들이 존재한다. 본 발명의 실시예에서는, 동일한 페이서 오프셋이 수신 주파수에 미스매치되는 주파수 발진기를 보상하기 위해 기호로 사용된다. 페이서 변화에 대한 보상 ΔQ은 다음과 같다

ΔQ = (전체 명령)(2π)/R1

여기서, R1은 정보율이다. 이러한 ΔQ을 이용하여, 하기의 기호로 각도 조정이 측정된다

Cos_cor = Cos(ΔQ )

Sin_cor = SIn(-ΔQ )

Cos_ang_i= Cos_cor*Cos_ang_i-1- Sin_cor*Sin_ang_i-1

Sin_ang_i= Sin_cor*Cos_ang_i-1- Cos_cor*Sin_ang_i-1

새로운 기호값은 다음과 같다.

In_phase_Ci= In_phase_i*Cos_ang_i- Quad_phase_i*Sin_ang_i

Quad_phase_Ci= Quad_phase_i*Cos_ang_i- In_phase_i*Sin_ang_i

여기서, In_phase_i은 샘플타임에서 In_phase에 대하여 다운샘플(downsample)되고 삽입된 값이며, Quad_phase는 샘플타임에서 직교형 부품에 대하여 다운샘플되고 삽입된 값이다. In_phase_Ci및 Quad_phase_Ci는 수정된 값을 나타내며, Cos_ang_i및 Sin_ang_i는 현재시간에 기호값들을 바꾸기 위해 사용된 코싸인 및 싸인의 업데이트된 값이다. 제 1 In_phase 및 Quad_phase 기호는 조절되지 않으며, Cos_ang_i및 Sin_ang_i의 최초값은 각각 0.1이다. 페이서 회전에 대한 이러한 변화들이 측정되고, 기호회전 보상이 존재하지 않은 것처럼 자동 주파수 제어가 실행된다.

가입자 수신을 보상하는 주파수에 대한 다른 방법들이 있다는 것은 당업자에게는 자명한 것이다. 가입자 수신을 보상하는 주파수에 대한 다른 방법들은 본 발명의 범위내에서 고려되어진다.

상기에 기술된 모든 실시예들에 적용가능한 하나의 경고는 가입자 장치가 할당받은 주파수 채널(즉, 도 1b의 채널(10))의 경계 밖으로 전달되는 신호를 가입자 장치가 전송하도록 하기 위해 중심 주파수를 이동시키도록 가입자 장치가 명령받지 않았다는 것을 보장해야한다는 것이다.

본 발명은 도시된 실시예를 참조하여 기술되었지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 실시예들 및 다른 실시예들에 대한 다양한 수정 및 조합이 있을 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 일이다. 그러한 수정 또는 구현이 첨부된 청구범위에 의해서 이루어진다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 폐쇄루프 주파수 제어는 인접 전송 채널이나 서브채널들을 보다 가깝게 패킹하도록 해주며, 이 채널들내의 교차간섭은 수신된 신호 주파수와 공칭 신호 주파수 사이의 주파수 미스매치(mismatch)를 검출함으로써 최소화된다. 직교진폭변조(QAM)를 채택하는 시스템으로, 페이서 회전필터를 이용하여 수신된 배열의 회전을 검출함으로써 주파수 미스매치가 검출될 수 있다. 일단 페이서 회전이 검출되면, 주파수 오류값이 유추되고, 송신장치가 송신 주파수를 조절하도록 하는 명령에 따라 수정값이 수신장치에서 송신장치로 전송될 수 있다. 전송된 주파수 이동으로부터 전송된 신호로 발생하는 주파수 미스매치 뿐만 아니라 예상치 못한 발진기 미스매치도 보상될 수 있다.

Claims

가입자 장치로부터 중심 주파수를 중심으로 하는 신호를 수신하는 단계와;

수신된 신호의 중심 주파수와 공칭 중심 주파수를 비교하는 단계와;

수신된 신호의 중심 주파수와 공칭 중심 주파수 사이의 편차를 검출하는 단계와;

수신된 신호의 중심 주파수와 공칭 중심 주파수 사이의 검출된 편차로부터 주파수 수정값을 유추하는 단계와;

주파수 수정값을 가입자 장치로 전송하는 단계로 이루어진 통신시스템내의 주파수제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수신된 신호는 변조된 직교 진폭이며, 상기 검출 단계는 수신된 신호가 변조될 때 수신된 배열에서 페이서 회전을 검출함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 주파수제어 방법.
제 2 항에 있어서, 검출된 페이서 회전을 주파수 수정값으로 변환하는 단계를 더 포함하는 주파수제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 검출 단계로부터 페이서 회전 보상값을 유추하는 단계와 상기 주파수 수정값이 가입자 장치로 보내진 후 페이서 보상값을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 주파수제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수신기 신호는 비교단계전에 중심 주파수가 0Hz인 기저대역으로 변환되는 것을 특징으로 하는 주파수제어 방법.
제 2 항에 있어서, 페이서 회전은 타임 N 캐리어 회복 알고리즘을 이용하여 검출되는 것을 특징으로 하는 주파수제어 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 주파수 수정값은 하기 식을 이용하여 유추되며:

주파수오류 = (ΔR/2π) * S

여기서, ΔR는 검출된 페이서 회전이고, S는 수신된 신호의 기호율인 것을 특징으로 하는 주파수제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 가입자 장치는 공칭 주파수를 갖는 발진기를 가지며 상기 가입자 장치는 수정값을 수신하고, 또한

가입자 장치에 의한 수정값 수신에 응답하여 조정된 발진기 주파수로 상기 가입자 장치의 공칭 발진기 주파수를 조정하는 단계와;

상기 가입자 장치가 수신모드에 있을 때 공칭 발진기 주파수와 조정된 발진기 주파수 사이의 주파수 미스매치(mismatch)를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수제어 방법.
중심 주파수를 중심으로 하는 미리 한정된 대역폭을 갖는 변조신호를 출력하는 송신기를 갖는 가입자 장치; 및 기지국 장치를 포함하고,

기지국 장치는 변조신호를 수신하는 수신기와, 상기 수신기에 연결되며 수신된 변조신호를 수신하고 복조신호를 출력하는 복조기와, 상기 복조기에 연결되며 복조신호를 수신하고 오류값을 출력하는 필터와, 상기 오류값을 수신하고 주파수 이동 명령을 출력하는 명령 발생기 및 상기 명령 발생기에 연결되고 주파수 이동 명령을 수신하며 상기 주파수 이동 명령을 가입자 장치로 전송하는 전송기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 변조신호는 직교진폭의 변호신호인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 변조신호는 2개의 링배열의 16 점들을 이용하여 변조되는 것을 특징으로 하는 시스템
제 9 항에 있어서, 상기 필터는 페이서 회전 보상필터이고, 상기 오류값은 복조신호에서 페이서 회전을 검출함으로써 유추되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 페이서 회전 보상 필터는 타임 N 캐리어 회복 알고리즘에 기초하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 가입자 장치는 양방향 무선인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 가입자 장치는 휴대폰인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 가입자 장치는 주파수 이동 명령에 응답하여 가변되는 가변형 주파수를 갖는 출력신호를 출력하는 가변형 발진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 가변형 발진기는 상기 가입자 장치가 전송모드에 있고 가입자 장치내에서 발생하는 페이서 오프셋 명령에 응답하여 변화할 때 상기 주파수 이동 명령에 응답하여 가변되는 것을 특징으로 하는 시스템.
원격 장치로부터 직교 진폭 변조 배열에 나타낸 직교 진폭 변조 기호를 갖는 신호를 수신하는 단계와;

상기 수신된 신호에서 신호가 수신된 주파수와 신호가 복조된 주파수 사이의 주파수 편차에 의해 발생하는 배열 회전을 검출하는 단계와;

상기 검출된 배열 회전으로부터 페이서 회전 보상값을 유추하는 단계와;

상기 페이서 회전값을 주파수 오류값으로 변환하는 단계와;

상기 주파수 오류값을 보상하기 위해 주파수 이동값을 결정하는 단계와;

상기 주파수 이동값을 원격장치로 전송하는 단계로 이루어진 폐쇄루프 주파수 제어방법.
제 18 항에 있어서, 원격장치로 전송된 주파수 이동값에 근거하여 페이서 회전값을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 폐쇄루프 주파수 제어방법.
제 18 항에 있어서, 수신된 신호내의 배열 회전은 타임 N 캐리어 회복 알고리즘을 통해 수신된 신호를 필터링함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 폐쇄루프 주파수 제어방법.
제 18 항에 있어서, 상기 원격장치로부터 수신된 신호는 무선신호인 것을 특징으로 하는 폐쇄루프 주파수 제어방법.
제 18 항에 있어서, 상기 원격장치로부터 수신된 신호는 직교 진폭 변조를 이용하여 변조되고 수신된 신호를 복조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄루프 주파수 제어방법.