KR20020068408A - 다중경로 도플러 조정 주파수 추적 루프 - Google Patents

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Abstract

RAKE 수신기의 각각의 핑거는 그 핑거에 대한 주파수 에러들을 계산한다. 이들의 모든 주파수 에러의 가중 평균값은, 각각의 핑거에 나타나는 공통 주파수 오프셋을 고려하여, IF 및 RF 주파수 합성기의 주파수를 변화시키기 위한 제어 신호를 제공하기 위해 계산 및 필터링된다. 또한, 각각의 핑거에는 그 핑거에 대한 고유 주파수 조정을 제공하는 로테이터가 장치된다. 각각의 핑거에 대한 주파수는 그 핑거에 대한 주파수 에러의 피드백을 통하여 조정된다.

Description

다중경로 도플러 조정 주파수 추적 루프{MULTIPATH DOPPLER ADJUSTED FREQUENCY TRACKING LOOP}
통상적으로, 주파수 추적 루프는 미국 통신 산업 협회 (Telecommunication Industry Association; TIA) 에 의해 공표되고 셀룰라 원격통신 시스템내에서 주로 이용되는, 에어 인터페이스 표준을 통한 IS-95, 및 IS-95-A 및 ANSIJ-STD-008과 같은 IS-95의 파생물 (이하, IS-95 표준이라 통칭함) 과 같은 직렬 시퀀스 스펙트럼 확산 통신 시스템에 이용된다. 이 IS-95 표준은 동일한 RF 대역폭을 통하여 동시에 다중통신을 수행하는 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 신호 변조 기술을 포함한다. 광범위한 전력 제어법과 결합하는 경우, 동일한 대역폭을 통한 다중통신의 수행은 다른 무선 통신 기술에 비해, 주파수 재사용을 그 무엇보다도 증가시킴으로써 무선 통신 시스템에서 수행될 수 있는 통화 또는 다른 통신들의 총수를 증가시킨다. 다중 액세스 통신 시스템에서의 CDMA기술의 이용은 본 발명의 양수인에게 양도된, 발명의 명칭이 "SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM USINGSATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS"인 미국특허 제 4,901,307호 및 발명의 명칭이 "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM"인 미국특허 제 5,103,459호에 개시되어 있다.
도 1은 IS-95 표준의 이용에 따라 구성되는 셀룰라 전화 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다. 동작 동안에, 한 세트의 가입자 유닛 (10a-d) 은 CDMA 변조 RF 신호를 이용하여 하나 이상의 기지국 (12a-d) 과 하나 이상의 RF 인터페이스를 확립함으로써 무선 통신을 수행한다. 기지국 (12) 과 가입자 유닛 (10) 사이의 각각의 RF 인터페이스는 기지국 (12) 으로부터 전송되는 순방향 링크 신호, 및 가입자 유닛으로부터 전송되는 역방향 링크 신호로 구성된다. 일반적으로, 이 RF 인터페이스를 이용하여, 다른 유저와의 통신이 모바일 전화 교환국 (14; MTSO) 및 공중 전화 교환망 (16; PSTN) 에 의해 수행된다. 통상적으로, 기지국 (12), MTSO (14) 및 PSTN (16) 사이의 링크는 유선 접속부를 통하여 형성되지만, 부가적인 RF 또는 마이크로웨이브 링크의 이용도 알려져 있다.
각각의 가입자 유닛 (10) 은 레이크 (rake) 수신기를 이용하여 하나 이상의 기지국 (12) 과 통신한다. RAKE 수신기는 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM"인 미국특허 제 5,109,390호에 개시되어 있다. 통상적으로, 레이크 수신기는 인접 기지국으로부터의 직접 및 다중 경로 파일럿을 파악하기 위한 하나 이상의 탐색기, 및 이들 기지국으로부터의 정보 신호를 수신하여 합성하기 위한 2 이상의 핑거들로 이루어진다. 이 탐색기는 본 발명의 양수인에게 양도되고 1994년 9월 30일자로 출원된, 발명의 명칭이 "MULTIPATH SEARCH PROCESSOR FOR SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEMS"인 미국특허 출원번호 08/316,177에 개시되어 있다.
도 1과 관련하여 상술한 바와 같은 임의의 통과대역 디지털 통신 시스템에서는, 캐리어 동기가 필요하다. 송신기는, 주파수 (fc) 에서 캐리어상으로 정보를 변조하고, 수신기는 이 주파수를 수신 신호 배열이 회전하지 않고 복조 심볼의 신호 대 잡음비 (SNR) 가 열화되지 않기 위해, 복구해야만 한다. 다음 설명에서는, 송신기는 CDMA 기지국이고 수신기는 CDMA 가입자 유닛이다.
수신기는 공칭 캐리어 주파수를 기지하고 있지만, 기지국으로부터의 수신 캐리어와 가입자 유닛에서 발생되는 캐리어 사이의 주파수 차이에 기여하는 2가지 주요 에러 소스가 있다. 먼저, 가입자 유닛이, 국부 클록을 타이밍 레퍼런스로서 이용하는 주파수 합성기를 이용하여 캐리어를 발생시킨다. 종래의 헤테로다인 CDMA 수신기의 RF/IF 섹션의 예가 도 2에 도시되어 있다. 안테나 (200) 에서 수신되는 신호는 저잡음 증폭기 (202; LNA) 를 통과하여, RF 믹서 (206) 에 의해 IF로 믹싱되기 이전에 필터 (204) 에서 필터링된다. 이 IF 신호는 필터 (208) 에서 필터링되어, 가변 이득 증폭기 (210; VGA) 를 통과한 다음, IF 믹서 (212) 에 의해 베이스밴드로 믹싱된다. 다음, 베이스밴드 신호는 필터 (214) 에서 필터링되고, 아날로그/디지털 변환기 (216) 를 통과하여 베이스밴드에서 IQ 심볼을 생성한다.
RF 및 IF 믹서 (206 및 208) 로 전송되는 캐리어 파형은 타이밍 레퍼런스로서의 가입자 유닛 국부 클록을 이용하는 주파수 합성기 (218 및 220) 각각을 이용하여 생성된다. 통상적으로, 이 클록은 백만분의 일 (ppm) 로 나타나는 미지의 타이밍 에러를 갖는다. 이 구현예에서, 이 클록은 전압 제어 온도 보상 수정 발진기 (222; VCTCXO) 이며, 그 주파수는 19.68 MHz이고, +/- 5 ppm으로 평가된다. 이는, 원하는 파형이 셀룰라 800 MHz 케리어인 경우, RF 믹서에 인가되는 합성 캐리어는 800 MHz +/-4000Hz가 될 수 있음을 의미한다. 이와 동일하게, 원하는 파형이 1900 MHz PCS 캐리어인 경우, 합성 캐리어는 1900 MHz +/-9500Hz가 될 수 있다. 이 에러를 정정하기 위하여, CDMA 수신기는 주파수 에러를 모니터링하여 VCTCXO (222) 로 튜닝 전압을 인가하는 주파수 추적 루프를 이용한다.
두번째 에러 소스는 가입자 유닛 스테이션의 이동에 의해 발생되는 주파수 도플러에 의한 것이다. 도플러 효과는 송신기와 수신기 사이의 상대 속도로 인하여 수신 신호 주파수에서 명백한 변화로서 나타난다. 도플러 기여분은 다음 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.
여기서, ν는 가입자 유닛의 속도이고, λ는 캐리어의 파장이며,f는 캐리어 주파수이며, c는 빛의 속도이다. 변수 (θ) 는 기지국으로부터의 수신 경로 방향에 대한 가입자 유닛의 진행 방향을 나타낸다. 가입자 유닛이 기지국을 향하여 직진하여 진행하는 경우, θ는 0도이다. 가입자 유닛이 기지국으로부터 멀어져 직진하여 진행하는 경우, θ는 180도이다. 물론, 가입자 유닛에서 수신되는 캐리어 주파수는 수신 신호 경로에 대한 가입자 유닛의 속도 및 방향에 의존하여 변화한다.
상술한 바와 같이, CDMA 시스템은 상이한 경로로부터의 심볼 에너지를 합성하는 RAKE 수신기를 이용한다. 디스프레딩, 월시 디커버링 및 누적, 파일럿 시간 및 주파수 추적, 및 심볼 복조를 수행하는 핑거가 각각의 유력한 경로를 추적한다. 한 핑거 구성의 예가 도 3에 도시되어 있으며, 각각의 N 핑거 (3A-3N) 는 추적하는 경로에 대해 획득한 파일럿 및 데이터 심볼을 디지털 신호 프로세서 (300; DSP) 로 출력한다. DSP (300) 는 심볼 복조를 수행하고 시간 및 주파수 추적 루프를 실시한다. PN 디스프레더 (310A-310N) 에서 IQ 베이스밴드 샘플이 디스프레딩되고, 월시 디커버 및 누적 블록 (320A-320N 및 330A-330N) 에서 I 및 Q 파일럿 및 데이터 샘플이 각각 생성된다.
통상적인 IS-95A CDMA 수신기는 4개의 경로를 추적하는 4개의 핑거를 갖는 반면, 통상적인 CDMA2000 CDMA 수신기는 3x 멀티캐리어 케이스를 처리하는 12개의 핑거를 갖는다. CDMA2000은 "PHYSICAL LAYER STANDARD FOR CDMA2000 SPREAD SPECTRUM SYSTEMS"인 표제를 갖는 TIA/EIA/IS-2000-2에 개시되어 있다. 가입자 유닛은 국부 오브젝트의 반사로 발생되는, 동일한 기지국으로부터의 시간 지연 경로 뿐만 아니라, (소프트핸드오프시에) 상이한 기지국으로부터의 경로를 추적할 수 있다. 기지국 (410A-410C) 과 3-웨이 소프트 핸드오프중인 가입자 유닛 (400) 을 나타내는 도 4에 도시된 바와 같이, 가입자 유닛이 추적하는 각각의 경로마다각도 (θ) 가 상이할 수 있기 때문에, 각각의 핑거마다 나타나는 주파수 도플러가 상이할 수 있다. 가입자 유닛 (400) 은 속도 (υ) 로 진행하여 경로 (1) 내지 경로 (4) 로 표기된 여러 경로들로부터의 신호를 수신한다. 경로 (1) 는 기지국 (410A) 으로부터 π와 동일한 각도 (θ1) 로 발생한다. 경로 (2) 는 기지국 (410B) 으로부터 각도 (θ2) 로 발생한다. 경로 (3) 도 기지국 (410B) 으로부터 발생하지만, 빌딩 (420) 에 반사되어, 각도 (θ3) 로 도달한다. 경로 (4) 는 기지국 (410C) 으로부터 발생하여, 0과 동일한 각도 (θ4) 로 도달한다.
가입자 유닛이 4개의 핑거 (핑거 (1) 내지 핑거 (4) 로 표시함) 를 갖고, 핑거 (i) 가 경로 (i) 를 추적한다고 가정하면, 핑거 (1) 에 의해 나타나는 도플러는이고, 핑거 (2) 에 의해 나타나는 도플러는이며, 핑거 (3) 에 의해 나타나는 도플러는이고, 핑거 (4) 에 의해 나타나는 도플러는이며, v는 가입자 유닛의 속도이고, f는 캐리어 주파수이며, c는 빛의 속도이며, θi는 가입자 유닛 (400) 의 방향에 대한 경로의 입사각이다.
이러한 주파수 에러를 감소시키기 위하여, 통상, CDMA 수신기는 도 5에 도시된 바와 같이 모델링될 수 있는 주파수 동기 루프를 이용한다. 주파수 에러 검출기 (500) 는 수신 캐리어 주파수 ω(n) 와 동기 캐리어 주파수(n) 사이의 차이 측정값을 계산한다. 이 에러 신호 e(n) 는 루프 필터 (510) 에서 필터링되어, 동기 캐리어 주파수(n) 를 변조하는 전압 제어 발진기 (520; VCO) 에 재공급된다. 이러한 패쇄 피드백 루프는 캐리어 에러를 정정한다.
이러한 원리는 도 6A 및 도 6B에 도시된, CDMA 수신기에 적용할 수 있다. IQ 베이스밴드 샘플은 도 6B의 600A-600N으로 표기된 N 핑거로 전달된다. 도 6A는 주파수 에러 측정값 (e(n)) 을 발생시키는 핑거 (600) 의 주파수 에러 판별 기능을 자세히 나타낸다. 이 기능성은 핑거 (600A-600N) 에서 반복되어, 주파수 에러 측정값 (e1(n)-eN(n)) 을 각각 발생시킨다. 블록 (610) 에서 파일럿 심볼을 복조하기 위한 PN 디스프레딩 및 월시 누적이 수행된다. 이렇게 구한 I(n) 과 Q(n) 은 블록 (620 및 630) 에서 각각 지연된다. 위상 회전 측정 블록 (640) 에서 연속 파일럿 심볼들 사이의 위상 회전을 계산하여 주파수 에러가 측정되어, 에러 측정값 (e(n)) 이 발생된다.
도 6B를 참조하면, 핑거 (600A-600N) 로부터의 주파수 에러 측정값들 (e1(n)-eN(n)) 은 합산기 (650) 에서 함께 합산되어, 그 합이 조정가능 이득 (α) 을 가진 루프 필터 (660) 를 통하여 통과된다. 그 결과는 펄스 밀도 변조기 (670; PDM) 를 이용하는 전압 제어 발진기 (680) 에 전송된다. 펄스 밀도 변조는 디지털 신호를 아날로그 제어 전압으로 변환하는, 당업계에 공지된 방법이다. 이 방법은 모든 핑거에 영향을 주는 (국부 클록 주파수를 변경함에 의한) 단일 주파수 정정을 적용한다. 이 경우, 기본적으로, 각각의 핑거에 영향을 주는 개별적인 도플러 주파수 에러 성분을 무시한다.
상술한 바와 같이, 주파수 에러는 모든 핑거에 걸쳐 동일한 국부 클록 에러 성분, 및 모든 핑거에 걸쳐 상이한 도플러 성분을 갖는다. 직전에 상술한 종래의 접근방법은 도플러 성분을 해결할 수 없다. 저속에서는, 주파수 도플러가 심각한 문제가 되지 않지만, 고속탄환열차상에서와 같이 고속으로 진행하는 경우, 문제로 될 수 있다. 500km/hr로 진행하는 고속탄환열차의 경우, 최대 도플러는 약 880Hz로, 복조 심볼의 품질을 크게 저하시키고, 통화두절을 일으킨다. 따라서, 고속탄환열차와 같은 고속 이동 차량으로 이동하기 위해서는 개별 경로상의 도플러 효과가 변하는 임의의 다른 애플리케이션에서, 각각의 핑거상의 도플러 효과를 고려하는 CDMA 수신기에서의 개선된 주파수 추적 루프가 요청된다.
본 발명은 통신에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 도플러 시프트를 받은 다중경로 신호를 주파수 추적하는, 개선된 신규의 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 셀룰라 전화 시스템의 블록도이다.
도 2는 종래의 헤테로다인 CDMA 수신기의 RF/IF 섹션을 나타낸다.
도 3은 RAKE 수신기의 종래 핑거 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 RAKE 수신기의 다중 경로를 이용하는 가입자 유닛을 나타낸다.
도 5는 종래의 주파수 동기 루프를 나타낸다.
도 6A 및 도 6B는 RAKE 수신기를 이용하는 CDMA 시스템에 적용될 때의 도 5의 주파수 동기 루프를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따라 구성되는 주파수 추적 루프를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따라 구성되는 주파수 추적 루프의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 9는 도 8과 관련하여 설명한, 다른 실시형태의 개선된 형태를 나타낸다.
주파수 추적을 위한 개선된 신규의 방법 및 장치를 개시한다. 일반적으로, 수신기에서 국부적으로 일반화된 캐리어와 기지국에서 이용되는 캐리어 사이의 동기화를 제공하여, 수신되는 신호를 변조하기 위하여, 주파수 추적을 이용한다. 주파수 차이에 기여하는 2가지 주요 에러 소스는 모바일 수신기의 이동에 기인한도플러 효과와 2개의 타이밍 소스 사이의 주파수 오프셋을 포함한다. 다중경로 신호를 복조하는데 RAKE 수신기를 이용하는 CDMA 시스템에서는, 각각의 수신 다중 경로 신호가 공통 주파수 오프셋 성분에 더하여 고유 도플러 효과를 포함할 수 있다. 본 발명은 복수의 다중경로 신호에서의 도플러로 인한 주파수 에러에 대한 보상에 더하여, 주파수 오프셋으로 인한 에러 효과를 제거하기 위한 추적 메커니즘을 제공한다.
본 발명을 이용하는 RAKE 수신기의 각각의 핑거는, 그 핑거에 대해 주파수 에러를 계산한다. IF 및 RF 주파수 합성기의 주파수를 변경하기 위한 제어 신호를 제공하기 위해, 이들 주파수 에러의 모든 가중 평균값이 계산되어 필터링된다. 본 발명의 이러한 특징은 각각의 핑거에 나타나는 공통 주파수 오프셋을 감안한 것이다.
또한, 각각의 핑거에는 그 핑거에 고유한 주파수 조정을 제공하기 위한 로테이터가 장치되어 있다. 각각의 핑거 주파수는 그 핑거의 주파수 에러의 피드백을 통하여 조정된다. 본 발명의 일 실시형태는, 이를 전체 가중 평균값으로부터 핑거의 주파수 에러 성분을 감산하고, 그 나머지를 필터링하여, 그 필터링된 나머지를 이용하여 그 핑거에 대한 로테이터를 제어하여 달성할 수 있다. 이러한 방법으로, 모든 에러들의 가중 평균값을 이용하여 공통 주파수 합성기를 구동하고, 평균값과 각각의 핑거에 대한 고유 에러 사이의 차를 이용하여 각각의 핑거의 개별 로테이터를 구동함으로써, 도플러 주파수를 보상한다.
다른 실시형태는 각각의 핑거에 대한 개별 주파수 에러를 직접 필터링한 후, 이를 이용하여 그 핑거에 대한 로테이터를 구동한다. 따라서, 개별 주파수 에러가 각각의 핑거에 대한 도플러를 직접 보상하는데 이용된다. 다음, 도플러 조정되는 이들 주파수 에러는 가중 평균되고, 그 결과값이 필터링되어 주파수 합성기를 구동하는데 이용된다. 이 가중평균값은 여러 핑거들의 도플러 성분의 평균값 뿐만 아니라 주파수 에러의 주파수 오프셋 성분도 고려한다. 주파수 합성기를 구동하는 루프 필터의 이득에 따라 개별 루프 필터의 이득을 조정하여, 전체주파수 오프셋 추적 루프의 속도에 따라서 개별 도플러 보상 루프의 추적 속도를 책정할 수 있다.
또한, 이 다른 실시형태는 주파수 합성기가 모든 핑거의 평균 주파수 에러를 추적하는 것을 보장하는 시스템을 제공하도록 더 개선할 수 있다. 이전 실시형태에서는, 주파수 에러 기여분이 합성기 루프내에 포함되기 전에 로테이터 루프가 주파수 에러의 일부를 보상하는 경우, 합성기 루프가 진정한 가중 평균값을 추적할 수 없다. 본 개선된 구성은 개별 주파수 에러의 필터링된 값의 제 2 가중 평균값을 계산하는 것이다. 다음, 이 제 2 가중 평균값은 인수가 곱해져, 상술한 바와 같이 계산되는 가중 평균값과 합산된다. 이 합산값을 주파수 합성 루프를 구동시키는데 이용한다. 따라서, 핑거에 대한 주파수 에러가 제로까지 이르게 되는 경우에도 주파수 에러의 가중 평균값에 대한 핑거의 기여분이 효과적으로 제거되어, 그 필터링된 주파수 에러가 제 2 가중 평균값에 기여하고, 제 2 가중 평균값에 의해 합성기 루프가 구동된다. 따라서, 합성기 루프가 핑거 주파수 에러의 진정한 가중 평균값에 따라 구동된다. 평균 주파수 에러에 기초하는 타이밍은 시스템의 다른 부분에 이용되는 경우 유용한 특징을 갖는다. 예를 들면, 수신기의 타이밍은 그에 접속된 송신기의 타이밍을 정하는데 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 특징, 목적 및 이점들을 자세히 설명하며, 도면중 동일한 부재는 동일한 부재번호로 나타낸다.
도 7에 본 발명에 따라 구성되는 블록도가 도시되어 있다. I 및 Q 베이스밴드 샘플은 로테이터 (706A-706N) 에 전달된다. 회전된 I 및 Q 베이스밴드 샘플은 핑거 (700A-700N) 에 각각 전달된다. 각각의 핑거 (700A-700N) 에서 상술한 도 6A의 핑거 (600) 와 마찬가지로, 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 각각이 계산된다.
주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 의 가중 평균값은 블록 (710) 에서 계산된다. 이 실시형태에서는, 각각에 대해 균일하게 가중화하는 것과 같은 가중도 가능하지만, 각각의 핑거 주파수 에러의 가중값은 핑거 파일럿의 강도에 비례한다. 이가중 평균값은 조정가능 이득 (α) 을 가진 루프 필터 (720) 를 통과하고 PDM (730) 을 통하여 전압 제어 발진기 (740) 에 전송되어, 국부 클록 에러에 대해 정정되었던 주파수 뿐만 아니라 블록 (710) 에서 계산한 평균 도플러를 발생시킨다 (이것이 반드시 진정한 평균 주파수 에러일 필요는 없으며, 이러한 특징을 가진 변조는 후술한다). 전압 제어 발진기 (740) 의 출력은 RF 및 IF 주파수 합성기 (도시 생략) 에 이용된다.
각각의 핑거상의 에러의 차이를 정정하기 위해, 핑거 주파수 에러와 가중 평균값 사이의 차이가 합산기 (702A-702N) 에서 각각 계산된다. 이들 차이는 조정가능 이득 (β) 을 가진 루프 필터 (704A-704N) 에서 필터링되어, 그 출력이 각각의 핑거 (700A-700N) 앞에 있는 로테이터 (706A-706N) 를 각각 제어한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 루프 필터 (704A-704N) 는 단순히 어큐뮬레이터일 수 있다. 각각의 로테이터 (706A-706N) 는 입력 IQ 샘플을 회전시켜, 도플러로 인한 주파수 에러의 나머지 부분을 정정한다. 각각의 개별 핑거상의 도플러를 감안하기 때문에, 고속으로 진행하는 경우에도 심볼 복조의 품질이 개선된다.
도 8에 다른 실시형태가 도시되어 있다. 도 7에 나타낸 방식과 유사하게, IQ 베이스밴드 샘플이 로테이터 (806A-806N) 에 전달된다. 회전된 I 및 Q 샘플은 핑거 (800A-800N) 에 각각 전달된다. 각각의 핑거 (800A-800N) 에서 상술한 도 6A의 핑거 (600) 와 마찬가지로 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 각각이 계산된다.
주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 의 가중 평균값은 블록 (710) 에 대하여 상술한 것과 동일한 방법으로 블록 (810) 에서 계산된다. 이 가중 평균값은 조정가능 이득 (α) 을 가진 루프 필터 (820) 를 통과하고 PDM (830) 을 통하여 전압 제어 발진기 (840) 에 전송되어, 국부 클록 에러에 대해 정정되었던 주파수 뿐만 아니라 블록 (810) 에서 계산한 평균 도플러를 발생시킨다 (이 또한, 반드시 진정한 평균 주파수 에러일 필요는 없으며, 이러한 특징을 가진 변조는 후술한다). 전압 제어 발진기 (840) 의 출력은 RF 및 IF 주파수 합성기 (도시 생략) 에 이용된다.
각각의 핑거상의 에러의 차이를 정정하기 위해, 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 가 직접 이용된다. 상술한 합산기 (702A-702N) 에서 수행되었던 것과는 달리, 핑거 주파수 에러와 가중 평균값 사이의 차이가 계산되지 않는다. 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 는 조정가능 이득 (β) 을 가진 루프 필터 (804A-804N) 에서 필터링되어, 그 출력이 각각의 핑거 (800A-800N) 앞에 있는 로테이터 (806A-806N) 를 각각 제어한다. 각각의 로테이터 (806A-806N) 는 입력 IQ 샘플을 회전시켜, 도플러로 인한 주파수 에러의 나머지 부분을 정정한다.
이 경우, 수개의 주파수 추적 루프가 동시에 동작한다. 각각의 핑거는 자체의 로테이터를 이용하여 동작하는 자체의 주파수 추적 루프를 가지며, 전체 주파수 추적 루프는 모든 핑거 주파수 에러의 가중 평균값에 기초하여 국부 클록을 조정한다. 이들 루프가 동시에 동작하기 위해서는, 루프 이득 (α및 β) 을 조정하여, 각 핑거의 개별 주파수 추적 루프가, 가중 평균값 (β> α) 을 이용하는전체 추적 루프보다 더욱 신속하게 동작해야 한다. 이 방법에서는, 전체 추적 루프가 정정값을 점차적으로 조정하여 국부 클록을 정정하는 반면, 개별 추적 루프는 신속하게 조정하여 전체 추적 루프에 의해 도입되는 변화를 고려한다. 이 실시형태는 도 7에 도시된 실시형태와 동일한 솔루션에 집중하기 때문에, 동일한 효과를 제공한다.
도 9는 도 8을 참조하여 설명된 실시형태의 구체적인 실시형태를 나타낸다. 이 개선된 실시형태는 전압 제어 발진기 (940) 에 의해 발생되는 타이밍이 모든 핑거에 걸쳐 주파수 에러의 평균값에 대해 정정되는 것을 보장하기 위해 도입된다. 이는, 상술했던 수신기에서의 복조보다 타이밍이 더욱 필요한 경우에 유용한 특징이다. 예를 들면, 송신기 및 수신기가 가입자 유닛내에 포함되는 경우가 일반적이며, 송신기가 수신기에 의해 도출되는 시스템 시간에 의존하는 경우에, 종종 유용하다.
상술한 블록 (810; 또한 블록 (710)) 에서 계산되는 가중 평균값이 반드시 진정한 주파수 에러 평균값일 필요가 없는지의 이유를 살펴보기 위하여, 간단한 예를 고려해본다. 통상적으로, RAKE 수신기에는, 핑거가 경로를 할당받고, 그 경로의 결과가 전체적인 추적 및 복조에 포함되기 전에 그 경로를 추적할 기회를 부여받는다. 이 경우에, 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 는 블록 (810) 에서의 가중 평균값의 계산값에 선택적으로 포함된다. 이 예를 위해, 처음에 핑거가 복조중인 핑거가 없다고 가정하면, 그 가중평균값내에 주파수 에러가 포함되지 않는다.예를 들면, 핑거 (800A) 가 추적을 시작하도록 경로를 할당받는다. 로테이터 (806A) 와 결합한 루프 필터 (804A) 는, 핑거에 블록 (810) 에서의 가중평균값이 포함되는지를 판정하기 전에, 에러 (e1(n)) 를 제로로 되게 할 수 있다. e1(n)이 (본 실시예에서는 오직 한 신호의) 평균값내에 포함되면, 가중 평균값은 제로로 유지되고, RF 및 IF 주파수 합성기 (도시생략) 는 전압 제어 발진기 (840) 에 의해 조정되지 않는다. 따라서, 전압 제어 발진기 (840) 에 의해 발생되는 전체적인 타이밍이 모든 핑거의 평균 주파수 에러를 나타내지 않는다 (이 실시예에서의 평균값은 오직 핑거 (800A) 에 대한 것이며, 평균 에러는 루프 필터 (804A) 의 출력에 의해 나타난다).
평균 주파수 에러에 기초하는 타이밍 레퍼런스를 제공할 수 있는 변형예를 살펴보기 위해 도 9를 다시 참조한다. 상술한 바와 같이, I 및 Q 베이스밴드 샘플은 로테이터 (906A-906N) 에 전달된다. 회전된 I 및 Q 베이스밴드 샘플은 핑거 (900A-900N) 에 각각 전달된다. 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 각각은 상술한 도 6A의 핑거 (600) 와 마찬가지로, 각각의 핑거 (900A-900N) 에서 계산된다. 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 는 조정가능 이득 (β) 을 가진 루프 필터 (904A-904N) 에서 필터링되어, 그 출력이 각각의 핑거 (900A-900N) 앞에 있는 로테이터 (906A-906N) 를 각각 제어한다. 각각의 로테이터 (906A-906N) 는 입력 IQ 샘플을 회전시켜, 도플러로 인한 핑거 고유 주파수 에러를 정정한다. 따라서, 지금까지 설명된 도 9의 구성요소들은 도 8의 대응부로부터 변화되지 않았다.
상술한 바와 같이, 주파수 에러 (e1(n)-eN(n)) 의 제 1 가중 평균값이 블록 (910) 에서 계산된다. 그러나, 이 실시형태는 루프 필터 (904A-904N) 각각에서 발생되는 e1(n)-eN(n) 의 필터링된 값을 평균화하는 블록 (914) 에서 계산되는 제 2 가중 평균값도 포함한다. 각각의 가중 평균값을 계산하기 위한 방법은 상술한 것과 동일한 방법이 될 수 있다. 블록 (914) 에서 계산되는 제 2 가중 평균값은 블록 (916) 에서 조정가능 이득 (γ)에 의해 변형된다. 이 결과는 합산기 (918) 에서, 블록 (910) 에서 계산되는 제 1 가중 평균값에 부가된다.
도 9의 나머지 부분은 도 8과 동일하다. 합산기 (918) 로부터의 합은 조정가능 이득 (α) 을 가진 루프 필터 (920) 를 통과하고 PDM (930) 을 통하여 전압 제어 발진기 (940) 에 전송되어, 모든 핑거에 걸쳐 진정한 평균 주파수 에러에 대해 정정되었던 주파수를 발생시킨다. 전압 제어 발진기 (740) 의 출력은 RF 및 IF 주파수 합성기 (도시 생략) 에 이용된다.
이전 실시예에서 설명된 바와 같이, 이전 2가지 실시형태의 경우에 항상 그런것은 아니지만, 도 9의 설계에 의한 전압 제어 발진기는 상술한 추가 접속부로 인하여 모든 핑거로부터의 도플러 에러의 평균값으로 항상 정해진다. 이전 실시예에서는, 핑거가 포함되기 전에, 주파수 에러는 로테이터 및 루프 필터에 의해 제로로 이미 구동되었다. 이전 실시형태에서는, 도 8에 설명된 시스템에 최종 추가되는 경우, 전압 제어 발진기가 모든 핑거에 기초하는 평균 주파수 에러와 동일한 값으로 이동되는 것을 보장하지 못했다. 그러나, 도 9에서 설명되는 실시형태에서는, 루프 필터 (904A-904N) 의 출력으로부터의 새로운 접속이 비제로 (nonzero) 로 되어, 평균화 프로세스에 기여한다. 그 결과, 결국, 전압 제어 발진기 (940) 는 모든 N 핑거의 의도된 평균 주파수 값으로 이동한다.
이상, 주파수 추적을 위한 방법 및 장치를 설명하였다. 상술한 설명에 의하여, 당업자는 본 발명을 실시 및 이용할 수 있다. 이들 실시형태에 대한 여러 변경이 가능하며, 다른 발명의 기능을 이용하지 않고, 명세서내에 정의되는 일반 원리를 다른 실시형태에 적용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시형태로만 제한되지 않으며, 본 명세서내에 개시된 신규의 특징 및 원리에 부합하는 가장 넓은 범위를 포괄한다.

Claims (22)

  1. 신호를 수신하는 복수의 핑거;
    복수의 주파수 에러의 가중 평균값을 계산하는 가중 평균값 계산기; 및
    상기 복수의 핑거에서의 이용을 위하여, 상기 가중 평균값에 응답하여 상기 수신 신호의 타이밍을 조정하는 타이밍 조정기를 구비하며,
    각각의 상기 핑거는,
    상기 주파수 에러를 계산하는 주파수 에러 계산기; 및
    상기 핑거에서의 이용을 위하여, 상기 주파수 에러에 응답하여 상기 수신 신호의 타이밍을 조정하는 타이밍 조정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  2. 타이밍 소스;
    복수의 조정 신호에 응답해 신호들을 수신 및 상기 신호들의 타이밍을 조정하여 조정 핑거 신호를 발생시키는 복수의 핑거 타이밍 조정기;
    상기 조정 핑거 신호를 수신하고, 상기 타이밍 소스에 대하여 복수의 주파수 에러를 계산하는 복수의 핑거;
    상기 복수의 주파수 에러의 가중 평균값을 계산하는 수단;
    상기 가중 평균값에 응답하여 상기 타이밍 소스의 타이밍을 조정하는 타이밍 조정기; 및
    상기 가중 평균값으로부터 상기 복수의 주파수 에러 각각을 감산하여, 상기 핑거 타이밍 조정기의 상기 복수의 조정 신호에 연결하기 위한 복수의 차를 발생시키는 복수의 합산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 핑거 타이밍 조정기는,
    상기 조정 신호들중 하나를 수신하여, 필터링된 조정 신호를 발생시키는 루프 필터; 및
    상기 필터링된 조정 신호에 응답해 상기 신호들을 수신 및 회전시켜, 상기 조정 핑거 신호를 발생시키는 로테이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 상기 핑거는 파일럿 복조기 및 위상 회전 측정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타이밍 조정기는 루프 필터, 위상 밀도 변조기 및 전압 제어 발진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  6. 타이밍 소스;
    복수의 조정 신호에 응답해 신호들을 수신하고 상기 신호들의 타이밍을 조정하여, 조정 핑거 신호를 발생시키는 복수의 핑거 타이밍 조정기;
    상기 조정 핑거 신호를 수신하고, 상기 타이밍 소스에 관하여 복수의 주파수 에러를 계산하는 복수의 핑거;
    상기 복수의 주파수 에러의 가중 평균값을 계산하는 수단; 및
    상기 가중 평균값에 응답하여 상기 타이밍 소스의 타이밍을 조정하는 타이밍 조정기를 구비하며,
    상기 주파수 에러는 상기 핑거 타이밍 조정기의 상기 복수의 조정 신호에 연결되는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 상기 핑거 타이밍 조정기는,
    상기 조정 신호들중 하나를 수신하여, 필터링된 조정 신호를 발생시키는 루프 필터; 및
    상기 필터링된 조정 신호에 응답해 상기 신호들을 수신 및 회전시켜, 상기 조정 핑거 신호를 발생시키는 로테이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각각의 상기 핑거는 파일럿 복조기 및 위상 회전 측정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타이밍 조정기는 루프 필터, 위상 밀도 변조기 및 전압 제어 발진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  10. 타이밍 소스;
    복수의 조정 신호에 응답해 신호들을 수신하고 상기 신호들의 타이밍을 조정하여, 조정 핑거 신호를 발생시키는 복수의 핑거 타이밍 조정기;
    상기 조정 핑거 신호를 수신하고, 상기 타이밍 소스에 관하여 복수의 주파수 에러를 계산하는 복수의 핑거;
    상기 주파수 에러를 필터링하고, 상기 복수의 필터링된 주파수 에러를 상기 복수의 핑거 타이밍 조정기에 상기 복수의 조정 신호로서 연결하는 복수의 루프 필터;
    상기 복수의 주파수 에러의 제 1 가중 평균값을 계산하는 수단;
    상기 복수의 필터링된 주파수 에러의 제 2 가중 평균값을 계산하는 수단;
    상기 제 1 및 제 2 가중 평균값을 합성하여, 타이밍 조정기 신호를 발생시키는 수단; 및
    상기 타이밍 조정기 신호에 응답하여 상기 타이밍 소스의 타이밍을 조정하는타이밍 조정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각각의 상기 핑거 타이밍 조정기는 상기 필터링된 주파수 에러에 응답해 상기 신호를 수신 및 회전시켜, 상기 조정 핑거 신호를 발생시키는 로테이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각각의 상기 핑거는 파일럿 복조기 및 위상 회전 측정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 타이밍 조정기는 루프 필터, 위상 밀도 변조기 및 전압 제어 발진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가중 평균값을 합성하기 위한 수단은,
    상기 제 2 가중 평균값에 조정가능 이득을 곱하여, 이득 조정된 가중 평균값을 발생시키는 조정가능 이득 블록; 및
    상기 제 1 가중 평균값과 상기 이득 조정된 가중 평균값을 합하여, 상기 타이밍 조정기 신호를 발생시키는 가산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 RAKE 수신기.
  15. RAKE 수신기에서 주파수 추적하는 방법에 있어서,
    a) 복수의 주파수 에러를 계산하는 단계;
    b) 상기 복수의 주파수 에러들중 여러개에 응답하여 복수의 핑거 각각에 대한 타이밍을 조정하는 단계;
    c) 상기 복수의 주파수 에러의 가중 평균값을 계산하는 단계; 및
    d) 상기 가중 평균값에 응답하여 상기 복수의 핑거에 대한 타이밍을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. RAKE 수신기에서 주파수 추적하는 방법에 있어서,
    a) 복수의 주파수 에러를 계산하는 단계;
    b) 상기 복수의 주파수 에러를 필터링하여, 복수의 필터링된 주파수 에러를 발생시키는 단계;
    e) 상기 복수의 필터링된 주파수 에러들중 여러개에 응답하여 복수의 핑거 각각에 대한 타이밍을 조정하는 단계;
    f) 상기 복수의 주파수 에러의 가중 평균값을 계산하는 단계; 및
    g) 상기 가중 평균값에 응답하여 상기 복수의 핑거에 대한 타이밍을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 핑거에 대한 상기 타이밍을 조정하기 이전에 상기 가중 평균값을 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. RAKE 수신기에서 주파수 추적하는 방법에 있어서,
    a) 복수의 주파수 에러를 계산하는 단계;
    b) 상기 복수의 주파수 에러를 필터링하여, 복수의 필터링된 주파수 에러를 발생시키는 단계;
    c) 상기 복수의 필터링된 주파수 에러들중 여러개에 응답하여 복수의 핑거 각각에 대한 타이밍을 조정하는 단계;
    d) 상기 복수의 주파수 에러의 제 1 가중 평균값을 계산하는 단계;
    e) 상기 복수의 필터링된 주파수 에러의 제 2 가중 평균값을 계산하는 단계;
    f) 상기 제 1 및 제 2 가중 평균값을 합산하는 단계; 및
    g) 상기 가중 평균값에 응답하여 상기 복수의 핑거에 대한 타이밍을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가중 평균값을 합산하기 이전에, 상기 제 2 가중 평균값에 이득 인수를 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 핑거에 대한 상기 타이밍을 조정하기 이전에, 상기 가중 평균값의 합을 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. RAKE 수신기에서 주파수 추적하는 방법에 있어서,
    a) 복수의 주파수 에러를 계산하는 단계;
    b) 상기 복수의 주파수 에러의 가중 평균값을 계산하는 단계;
    c) 상기 가중 평균값에 응답하여 복수의 핑거에 대한 타이밍을 조정하는 단계;
    d) 상기 가중 평균값으로부터 상기 복수의 주파수 에러 각각을 감산하여 복수의 차를 발생시키는 단계;
    e) 상기 복수의 차를 필터링하여, 복수의 필터링된 차를 발생시키는 단계; 및
    f) 상기 복수의 필터링된 차들중 여러개에 응답하여 상기 복수의 핑거 각각에 대한 타이밍을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 핑거에 대한 상기 타이밍을 조정하기 이전에 상기 가중 평균값을 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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