KR20040105248A - 무선 통신 시스템을 위한 단순하고 로버스트한 디지털코드 추적 루프 - Google Patents

무선 통신 시스템을 위한 단순하고 로버스트한 디지털코드 추적 루프 Download PDF

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KR20040105248A
KR20040105248A KR10-2004-7017505A KR20047017505A KR20040105248A KR 20040105248 A KR20040105248 A KR 20040105248A KR 20047017505 A KR20047017505 A KR 20047017505A KR 20040105248 A KR20040105248 A KR 20040105248A
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Abstract

무선 다중 경로 페이딩 채널 상에서 전송되는 확산 스펙트럼 신호의 다중 성분들의 시간 추적을 위해 단순하고 로버스트한 CTL이 이용된다. 디지털 코드 추적 루프는 의사 잡음 시퀀스, 역확산에 의해 발생되는 에러 신호 출력, 및 다수의 정시 샘플, 초기 샘플 및 지연 샘플에 대한 조정을 이용하여 초기 데이터 샘플 및 지연 데이터 샘플을 역확산하는 구현들을 포함하며, 제어 신호의 데이터 레이트는 에러 신호들의 데이터 레이트의 분수비로 제공된다.

Description

무선 통신 시스템을 위한 단순하고 로버스트한 디지털 코드 추적 루프{SIMPLE AND ROBUST DIGITAL CODE TRACKING LOOP FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}
코드 분할 다중 접속(CDMA) 기술은 모바일 셀룰러 폰 시스템에서 널리 이용되고 있다. CDMA 기술의 이점 중 하나는 다중 경로 페이딩이 경험될 수 있는 시나리오에서 매우 로버스트하다는 것이다. CDMA 수신을 위해 보통 이용되는 레이크 수신기는 상관기들의 뱅크 및 결합기로 구성된다. 각 상관기, 또는 레이크 핑거를 이용하여 광대역 페이딩 채널의 가장 강한 다중 경로 성분(핑거) 중 하나를 개별적으로 검출하고 복조하며, 결합기는 모든 상관기 출력을 결합하여 이러한 가장 강한 다중 경로 성분으로부터 결합된 에너지를 얻는다. 다중 경로 신호들 및 그들의 위치의 수는 시간이 지남에 따라 변하므로, 각 다중 경로 성분의 시간 추적이 요구된다. 이러한 시간 추적을 위해서 지연 고정 루프(DLL)로 불리는 코드 추적 루프(CTL)가 보통 이용된다. 이전의 CTL 설계에서는 전압 제어 오실레이터(VCO) 또는수치 제어 오실레이터(NCO)가 이용되었다. CTL은 동기(coherent) 또는 비동기(non-coherent) 중 어느 하나일 수 있다. 동기 및 비동기는 에러 신호를 생성하기 위해 역확산 데이터를 합하는 방법과 관련된다.
본 발명은 무선 통신 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 확산 스펙트럼 통신 시스템의 분야에 대한 개선된 코드 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 무선 통신 링크의 다이어그램.
도 2는 하이 샘플링 입력 데이터를 이용하는 CTL의 블록 다이어그램
도 3은 로우 샘플링 레이트 입력 데이터를 이용하는 CTL의 블록 다이어그램.
도 4는 UMTS FDD 시스템을 위한 한가지 CTL 설계의 블록 다이어그램.
도 5는 신호 대 잡음비 SNR = -24dB에서 시뮬레이트된 타이밍 추적을 도시하는 그래프.
도 6은 SNR = -24dB에서 시뮬레이트된 타이밍 추적을 도시하는 그래프.
도 7은 SNR = -24dB에서 시뮬레이트된 타이밍 추적을 도시하는 그래프.
도 8은 두개의 인접한 CTL이 하나 반 미만의 칩만큼 분리되어 있을 때, 이들간 간섭을 도시하는 그래프.
도 9는 결합 CTL 방식의 블록 다이어그램.
본 발명에 따라, 무선 다중 경로 페이딩 채널 상에서 전송되는 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분의 시간 추적을 위해 단순하고 로버스트한 코드 추적 루프(CTL)를 이용한다. CTL은 의사잡음 시퀀스를 이용하여 초기(early) 및 지연(late) 데이터를 역확산하고, 역확산에 의해 에러 신호를 출력하고, 다수의 정시 샘플, 초기 샘플 및 지연 샘플을 조정하고, 에러 신호들의 데이터 레이트의 분수비로서 제어 신호의 데이터 레이트를 결정하는 것을 포함한다. CTL은 구현하기에 단순한 구조를 가진다. 두개의 다중 경로가 서로 매우 근접할 때 두개의 다중 경로간의 간섭을 상쇄하기 위해 결합 CTL가 또한 개시된다.
본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 동일한 참조번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 무선 통신 링크의 다이어그램이며, 여기에는 하나 이상의 기지국(11; 단순화를 위해 단지 하나만 도시됨) 및 하나 이상의 무선 전송 및 수신 장치(12; WTRU; 단순화를 위해 단지 하나만 도시됨)를 포함한다. 기지국은 전송기(도시되지 않음) 및 수신기(13)를 포함하고, WTRU(12)는 전송기(도시되지 않음) 및 수신기(14)를 포함한다. 적어도 하나의 기지국(11) 및 WTRU(12)이 전송 기능을 가지고 있어, 안테나(17, 18)에 의해 표현되는 바와 같이 통신 링크가 기지국(11) 및 WTRU(12) 사이에서 설정될 수 있도록 한다. 본 발명의 CTL(21)은 수신기(13 또는 14)와 같은 수신기 내에서 구현될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
CTL은 초기 및 지연 신호(즉, 샘플)을 이용하여 타이밍 추적을 위한 에러 신호를 생성한다. 초기 및 지연 샘플은 각각, 정시 샘플보다 반 칩(반 칩 간격) 더 앞서 있고 반 칩(반 칩 간격) 더 뒤에 있는 샘플로서 정의된다. "칩"은 확산 코드의 1 비트를 전송하는 시간 간격이고, 반 칩은 1 칩 간격의 시간 간격의 반이다. 칩 시간 간격의 빈도는 "칩 레이트"라고 불린다. UMTS CDMA 및 CDMA2000 표준에 있어서 칩 레이트는 3.84MHz/s로 정의된다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CTL(21)의 블록 다이어그램이 도시된다. 입력은 칩 레이트의 16배의 샘플링 레이트를 갖는 데이터 샘플이다. 비록 특정 데이터 레이트가 여기에서 설명되고 있지만, 이러한 데이터 레이트는 단지 예의 방법으로 제공되고 있음은 물론이다. 예를 들면, 데이터 샘플 레이트가 변할 수 있지만, 8 및 16의 샘플링 레이트가 전형적인 샘플 레이트이다. 샘플링의 레이트의 16배를 이용하는 또 다른 예에서는 매 16 샘플에 대해 샘플들 중 하나가 "정시(on-time)" 동기화된 샘플이고, 이는 역확산, 복조 및 레이크 결합을 위해 이용될 것이다. CTL(21)은 이러한 타이밍을 추적하고 정시 샘플을 선택할 것이다. 이러한 목적을 이루기 위해 CTL(21)은 초기 및 지연 샘플을 이용할 것이다.
CTL(21)은 입력 샘플 선택기(23), 초기 샘플 의사잡음(PN) 역확산기(25), 지연 샘플 PN 역확산기(26), 초기-지연 검출기(27), 적분 및 덤프 회로(28), 부호 계산기(29) 및 가산기(30)를 포함한다. 입력 샘플 선택기(23)는 초기-지연 검출기(27)에 신호를 차례로 제공하는 PN 역확산기(25, 26)에 초기 및 지연 샘플을 제공한다. 초기-지연 검출기(27)는 지연 자승 계산기(27a), 초기 자승 계산기(27b) 및 가산기(27c)를 포함한다. 초기-지연 검출기(27)의 출력은 적분기 및 덤프 회로(28)에 제공되는 에러 신호이다. 적분기 및 덤프 회로(28)의 출력은 부호 계산기(29)에 전송된다. 부호 계산기(29)는 가산기(30)에 입력되는 ±1 신호를 출력한다. 가산기(30)는 상대 타이밍 제어 신호(즉, -1/+1)를 절대 제어 신호로 변환하여 이전의 결과를 참작한다. 가산기(30)의 출력은 입력 샘플 선택기(23)에 전송되어 루프를 형성한다.
적분 및 덤프 회로(28) 내의 적분기에 의해 수행되는 적분 기능은 신호 자승을 축적하여 신호 대 잡음비를 개선시킨다. 정의된 또는 소정의 시간 주기 동안 신호가 적분된 후, 적분값이 출력된다. 다음 시간 주기 동안 신호를 적분하기 위해, 적분기 내의 신호가 우선 제거된다. 따라서, 적분기가 상이한 시간 주기들 사이에서 불연속적으로 신호를 적분하는 과정은 "적분 및 덤프"라고 불리어진다. 적분 간격은 1 파일럿 심볼 간격이 되도록 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 파일럿 심볼 간격은 소정의 칩의 수이며, 전형적인 실시예에서는 256칩이다.
CTL(21)은 우선 초기 샘플 및 지연 샘플을 역확산함으로써 동작한다. 초기 및 지연 샘플은 수신기에 알려진 PN 시퀀스에 의해 역확산된다. 역확산 데이터는 초기 및 지연 샘플에 대해 각각 Se(k) 및 Sl(k)로 표기되며, Se(k) 및 Sl(k)은 복소수이고, k는 시간 도메인에서의 k번째 데이터를 나타낸다. 초기-지연 검출기(27)는 역확산 데이터 또는 데이터 심볼을 이용하여, 에러 신호를 생성하며, 에러 신호는 수학식 (1)을 이용하여 비동기로 획득될 수 있다.
각 N개의 에러 신호 Er(k)(여기에서 N>1)에 대해, 제어 신호 C0는 이러한 N개의 에러 신호 Er(k)의 합의 부호에 따라 생성될 것이다.
이러한 제어 신호 C0를 이용하여 모든 정시, 초기 및 지연 샘플을 M 샘플만큼 전후로 조정할 수 있다. 통상적으로 M=1 또는 2, 또는 M/16(통상 1/16 칩 또는 1/8 칩)이다. 그러므로 이러한 제어 신호 C0의 데이터 레이트는 에러 신호 Er(k)의 데이터 레이트보다 N배 낮다.
계속 도 2를 참조하면, 일부의 경우 전송된 데이터가 추정될 수 있다. 이러한 경우(즉, 전송된 데이터가 추정될 수 있는 경우), 이는 우선 역확산 초기 신호 및 역확산 지연 신호로부터 변조된 데이터를 제거함으로써 행하여진다. 이는 각각 다음의 결과를 초래하며, a(k)는 전송된 심볼 또는 전송된 신호의 추정이고, ()*는 공액을 나타낸다.
그 후, 데이터가 제거된 N1개의 역확산 초기 및 지연 신호를 동기적으로 가산하여, 다음의 수학식으로 표현될 수 있는 에러 신호 Er(k)를 계산한다.
역확산 데이터 Se(k) 또는 Sl(k)는 BPSK 변조에 대한 {-1, +1} 또는 QPSK 변조에 대한 {-1, +1, -j, +j}인 변조 심볼 a(k)을 포함한다. 역확산 데이터 Se(k) 또는 Sl(k)가 수학식 (3) 및 (4)에서와 같이 a(k)의 공액과 곱하여질 때, 역확산 데이터 Se(k) 또는 Sl(k)의 a(k) 성분은 "제거"될 것이다.
매 N1개의 역확산 초기 또는 지연 신호마다 하나의 에러 신호를 생성하기 때문에, 에러 신호 Er(k)의 데이터 레이트는 역확산 초기 또는 지연 신호의 데이터 레이트보다 N1배 낮다. 매 N개의 에러 신호 Er(k)(여기에서 N>1)에 대해, 제어 신호 C0는 이러한 N개의 에러 신호의 합의 부호에 따라 생성되고, 이러한 제어 신호 C0의 데이터 레이트는 에러 신호의 데이터 레이트보다 N1×N배 더 낮다.
어느 경우에도 에러 신호 Er(k)가 생성된다. 수학식 (1)은 하나의 역확산 데이터 심볼을 이용하여 하나의 에러 신호 Er(k)를 생성한다. 수학식 (5)는 N1개의 역확산 데이터 심볼을 이용하여 하나의 에러 신호 Er(k)를 생성한다. 에러 신호 Er(k)의 데이터 레이트는 N1배만큼 상이하다.
본 발명의 한가지 실시예에 따라, 동기 및 비동기 접근 방법 양자가 모두 이용된다. 동기 검출은 수학식 (5)(또는 이하에서 상술될 수학식 (7)에서의 내부 합)에서의 합과 같이 신호를 동기적으로 더한다(즉, 복소수들을 직접적으로 합한다). 비동기 검출은 수학식 (6)을 참조하여 설명될 합과 같이 비동기적으로 신호를 더한다(즉, 복소수의 자승을 합한다). 두가지 접근 방법간의 차이는 동기 검출이 비동기 검출보다 더 좋은 성능을 갖는다는 것이다. 그러나, 동기 검출을 이용하여 더 좋은 성능을 얻기 위해, 수학식 (5)에서 수행되는 바와 같이 전송된 신호 a(k)가 알려지거나 추정되어져야 한다.
낮은 샘플링 레이트 입력 데이터를 이용하는 본 발명에 따른 CTL(31)의 제2 실시예가 도 3에 도시된다. 이러한 CTL(31)은 인터폴레이터(33), 초기 샘플 PN 역확산기(35), 지연 샘플 PN 역확산기(36), 초기-지연 검출기(37), 적분 및 덤프 회로(38), 부호 계산기(39) 및 가산기(40)를 포함한다. 인터폴레이터(33)는 PN 역확산기(35, 36)에 초기 및 지연 샘플을 제공하며, PN 역확산기(35, 36)는 차례로 초기-지연 검출기(37)에 신호를 제공한다. 초기-지연 검출기(37)는 지연 신호 자승 계산기(37a), 초기 신호 자승 계산기(37b), 및 가산기(37c)를 포함한다. 초기-지연 검출기(37)의 출력은 적분 및 덤프 회로(38)에 제공되는 에러 신호 Er(k)이다. 적분 및 덤프 회로(38)의 출력은 부호 계산기(39)에 전송된다.
부호 계산기(39)는 가산기(40)에 공급되는 ±1 신호를 출력한다. 가산기(40)는 상대 타이밍 제어 신호(즉, -1/+1)를 절대 타이밍 제어 신호로 변환하여 이전의 결과를 참작한다. 가산기(40)의 출력은 인터폴레이터(33)에 전송되어 도 2에 도시된 것과 동일한 방식으로 루프를 형성한다.
낮은 샘플링 레이트 입력 데이터에 대해, 샘플링 레이트는 통상적으로 칩당 2 샘플이다. 정시 및 초기/지연 샘플에 대한 타이밍을 칩의 일부분(예를 들면, 1/16 칩 또는 1/8 칩)만큼 전후로 조정하기 위해, 인터폴레이터(33)를 이용하여 이전의 샘플로부터 이러한 양의 시간만큼 오프셋된 모든 정시 샘플, 및 초기/지연 샘플을 생성한다.
보여지는 바와 같이 입력 데이터 레이트는 도 2에 도시되는 입력 샘플 선택기(23) 및 도 3에 도시되는 인터폴레이터(33)에 대해 상이하다. 샘플 선택기(23)는 제어 신호 C0에 따라 어떠한 입력 샘플을 이용할 것인지를 선택한다. 인터폴레이터(33)가 칩당 단지 2개의 입력 샘플만을 가지므로, 제어 신호 입력에 따라 원하는 샘플을 재생성하거나 인터폴레이트해야 한다.
도 2의 CTL(21)는 고속의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 요구한다. 도 3의 CTL(31)은 저속의 ADC를 이용하며, 이는 비용에 있어서 저렴하지만, CTL(31)은 원하는 샘플을 재생성하기 위하여 또한 추가적인 인터폴레이터를 요구한다. CTL(21)와 함께 높은 데이터 레이트(즉, 16 샘플/칩)가 이용되며, 따라서 고속의 ADC가 요구된다. CTL(31)과 함께, 저속의 데이터 레이트(즉, 2 샘플/칩)가 이용되며, 따라서 저속의 ADC가 요구된다. 상이한 애플리케이션에 대해 상이한 데이터 레이트가요구된다. 예를 들면, 도 4에서는, 2 샘플/칩 및 인터폴레이터(53)을 이용하므로 저속의 ADC가 선호된다.
UMTS FDD 표준에 대응하는 전형적인 실시예에 있어서, 업링크 전송을 위해 전용 물리 제어 채널의 매 슬롯마다 (파일럿, 전송 전력 제어 및 TFCI 비트를 포함하여) 10개의 심볼이 포함된다. 이러한 10개의 심볼 중에서, 파일럿 심볼은 수신기에 알려지지만, 전력 제어 및 TFCI는 수신기에 알려지지 않는다. SEk,j및 SLk,j가 k번째 슬롯의 j번째 심볼에 대한 역확산 초기 및 지연 신호를 나타낸다고 가정한다. CTL(31)이 매 2 프레임마다 갱신되는 경우(프레임당 15 슬롯이고, 2 프레임당 30 슬롯임), 비동기 결합을 이용하는 적분 및 덤프 회로(38)의 출력에서의 제어 신호 C0는 다음과 같이 표현될 수 있다.
다른 대안으로 CTL(31)은 하나의 슬롯으로부터 다수의 초기 및 지연 신호를 동기적으로 가산하고, 자승 및 에러 신호 Er(k)를 계산한다. 다시, CTL(31)이 매 2 프레임마다 갱신되는 경우, 적분기 출력에서의 제어 신호 C0는 다음과 같이 표현될 수 있으며, 여기에서 ak,j는 k번째 슬롯의 j번째 심볼의 알려진 파일럿 비트 또는 추정된 전력 제어/TFCI 비트이다.
다음과 같은 아이템들을 다양하게 조합 구현함으로써 몇몇 또 다른 대안들이 가능하다: 1) (도 2에 도시된 바와 같이 고속의 ADC를 위한) 입력 샘플 선택기(23) 또는 (도 3에 도시된 바와 같이 저속의 ADC를 위한) 인터폴에이터(33)를 이용하는 것; 2) 수학식 (1) 및 (6)에서와 같이 비동기 에러 신호 계산을 이용하거나 수학식 (5) 및 (7)에서와 같이 동기 에러 신호 계산을 이용하는 것; 및 3) 수학식 (1) 내지 (5), (6) 및 (7)에서와 같이 에러 신호 자승을 이용하거나 수학식 (9)에서와 같이 에러 신호 절대값을 이용하는 것. 상술한 바와 같이 도 2는 입력 샘플 선택기, 비동기 에러 신호 계산기, 및 에러 신호 자승(수학식 (1))을 이용하고 도 3은 인터폴레이터, 비동기 에러 신호 계산 및 에러 신호 자승(수학식 (1))을 이용한다. 후술할 도 4는 인터폴레이터, 비동기 에러 신호 계산 및 에러 신호 절대값을 이용한다.
상술한 바와 같이 수학식 (6) 및 (7)은 상술한 에러 신호 Er(k)를 생성하기 위한 두개의 상이한 방법을 나타낸다. 수학식 (6)은 비동기 검출을 이용하여 수학식 (1)의 에러 신호 생성을 이용하고, 수학식 (7)은 동기 검출을 이용하여 수학식 (5)의 에러 신호 생성을 이용한다. "SIGN"을 이용하여 타이밍을 전후로 조정할 수 있다. 수학식 (6) 또는 (7)이 양일 때, 타이밍을 뒤쪽으로 조정할 것이다; 반면에수학식 (6) 또는 (7)의 부호가 음일 때, 타이밍을 앞쪽으로 조정할 것이다.
본 발명에 따른 UMTS FDD에 대한 CTL의 실시예는 도 4에 도시된다. CTL 회로(51)는 인터폴레이터(53), 지연 회로(54), 초기 및 지연 PN 역확산기(55, 56), 개별 신호의 절대값을 계산하는 두개의 크기 계산 회로(57, 58), 및 가산기(59)를 포함한다. 또한 적분기 및 덤프 회로(63), 부호 계산기(64) 및 제2 가산기(65)가 포함된다. 인터폴레이터(53)는 단일의 초기/지연 출력을 지연 회로(54)에 제공하며, 지연 회로(54)는 초기 신호를 초기 PN 역확산기(55)에 제공한다. 인터폴레이터(53)의 출력은 지연 PN 역확산기(56)에 직접 제공되고 역확산기(55, 56)의 출력은 각각의 크기 계산 회로(57, 58)에 제공된다.
초기 샘플 및 지연 샘플은 정확히 1 칩 간격만큼 분리되기 때문에, 도 4의 회로는 수학식 (1) 및 (6)에 의해 설명되는 제1 에러 신호 생성 방법을 이용하고, 초기 샘플은 1 샘플을 지연시킴으로써 지연 샘플로부터 얻을 수 있다. 또한 도 4에서, 초기 및 지연 신호 자승 계산기(37a, 37b)에 의해 수행되는 제곱 계산은 절대값 계산으로 대체되어 하드웨어 복잡성을 단순화할 수 있다.
수학식 (9)를 수학식 (1)과 비교하면, 적분기 및 덤프 회로(63)는 수학식 (6)에서 설명되는 바와 같이 가산을 수행하고; 부호 계산기(64)는 수학식 (6)에서 설명된 바와 같이 부호(+ 또는 -)를 결정함에 주목한다. 이러한 부호는 상대 타이밍 조정을 생성하기 때문에, 새로운 절대 타이밍 신호는 이전의 절대 타이밍을 수신하는 상대 조정과 합함으로써 생성된다. 이는 가산기(65)에서 행하여진다.
(크기 계산 회로(57, 58)에서 계산된 초기 및 지연 역확산기(55, 56)의) 절대값은 가산기(59)에 제공되며, 가산기(59)는 그 출력으로서의 에러 신호 Er(k)를 적분기 및 덤프 회로(63)에 제공하고, 차례로 부호 계산기(64)에 출력한다. 부호 계산기(64)로부터의 출력은 ±1 신호에 하드 리미트되며(hard limited), 이는 위상 제어 신호로서 인터폴레이터(53)에 공급되어 루프를 형성한다.
에러 신호 Δk,j는 Ek,j및 Lk,j의 절대값의 차이이며, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.
적분기 및 덤프 회로(63)는 에러 신호의 크기를 제공하고 그 출력은 가산된 에러 신호의 부호에 따라 +1 또는 -1 중 어느 하나로 부호 계산기(64)에 의해 하드 리미트된다. 이러한 +1 또는 -1을 이용하여 모든 정확한, 초기 및 지연 샘플의 타이밍을 1/8 칩만큼 전후로 조정할 수 있고, 이는 인터폴레이터 위상을 제어함으로써 구현된다. 이러한 인터폴레이터 위상은 새로운 입력 데이터(+1 또는 -1)로 이전의 위상을 차감함으로써 갱신된다.
인터폴레이터(53)는 (반 칩의 샘플링 간격을 갖는) 4개의 샘플을 이용하여 정확한 지연 샘플을 생성한다. 위상 제어 신호(즉, 인터폴레이터 출력), 타이밍 오프셋 및 인터폴레이터 계수간의 관계는 표 1에서 도시된다. 초기 샘플은 이전에 생성된 지연 샘플의 1 샘플을 지연함으로써 생성된다. 정확한 샘플이 위상 "0" 상에 있는 경우, 지연 샘플은 위상 "2" 상에 있게 될 것이다. 정확한 샘플이 위상 "x"상에 있는 경우, 지연 샘플은 위상 "x+2" 상에 있게 될 것이다.
인터폴레이터 위상, 타이밍 오프셋 및 계수
인터폴레이터 위상 타이밍 오프셋(칩) 계수 1 계수 2 계수 3 계수 4
-6 -0.7500 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000
-5 -0.6250 0.0547 -0.2578 0.6016 0.6016
-4 -0.5000 0.0625 -0.3125 0.9375 0.3125
-3 -0.3750 0.0391 -0.2109 1.0547 0.1172
-2 -0.2500 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000
-1 -0.1250 -0.0391 0.2734 0.8203 -0.0547
0 0.0000 -0.0625 0.5625 0.5625 -0.0625
1 0.1250 -0.0547 0.8203 0.2734 -0.0391
2 0.2500 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000
3 0.3750 0.1172 1.0547 -0.2109 0.0391
4 0.5000 0.3125 0.9375 -0.3125 0.0625
5 0.6250 0.6016 0.6016 -0.2578 0.0547
6 0.7500 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000
적분 및 덤프 회로(63)는 정상 추적 모드 동안 매 30 슬롯마다 리셋되고, 초기 풀-인(pull-in) 모드 동안 10 슬롯마다 리셋된다. 초기에, CTL(51)은 "대략적인(rough)" 타이밍 위치에 있게 된다. CTL(51)은 정확한 타이밍 위치를 발견하기 위해 빠르게 반응하는 것이 바람직하고(초기 풀-인 모드), CTL(51)은 이 위치에 고정되어 임의의 타이밍 변화를 추적할 것이다(추적 모드). 핑거가 CTL(51)에 할당된 후 처음 5 프레임 동안, CTL(51)은 풀-인 모드에 있는 것으로 가정되고, 6번째 프레임부터 CTL(51)은 추적 모드에 있는 것으로 가정된다.
풀-인 모드 동안, CTL(51)은 10 슬롯마다 갱신되고 모든 파일럿 및 데이터 심볼은 전용 물리 제어 채널(DPCCH) 슬롯마다 이용된다. 이러한 경우 누산기 출력(Q)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
정상 모드 동안, CTL(51)은 30 슬롯(또는 2 프레임)마다 갱신되고 DPCCH 슬롯마다 모두 10개의 파일럿 및 데이터 심볼이 이용된다. 적분기 및 덤프 회로 출력(63)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
정상 모드 동안 CTL(51) 추적 결과의 시뮬레이션이 수행되었으며, 시뮬레이션 결과는 다음과 같다:
1) 시간 및 주파수 드리프트는 0.613ppm이다;
2) 채널은 AWGN 채널이다;
3) SNR = -24dB을 목표로 한다;
4) CTL(51)은 2 프레임(30 슬롯)마다 갱신된다;
5) 각 CTL(51) 갱신에 대해, 1/8 칩 전후 조정이 적용된다;
6) 최대 타이밍 에러가 계산된다;
7) 평균 제곱 타이밍 에러의 제곱근(RMSE)이 계산된다;
8) 비동기 및 동기 결합 모두가 고려된다;
9) 비동기 결합에 대해, 슬롯당 10개의 심볼이 이용되고, 에러 신호 계산은 수학식(6)과 동일하다;
10) 동기 결합에 대해, 슬롯당 단지 3개의 파일럿 심볼이 이용되고, 에러 신호 계산은 N1=3인 수학식 (7)과 동일하다;
11) 단순화된 방식이 시뮬레이트되며, 초기 및 지연 신호의 자승 대신 절대값을 이용한다.
도 5는 동기 검출을 이용하여 SNR = -24dB에서의 시뮬레이트된 타이밍 추적을 도시하는 그래프이다. 수학식 (7)을 적용함으로써, 슬롯당 10개의 파일럿 심볼의 비동기 결합이 달성된다. 도 6은 비동기 검출을 이용하여 SNR = -24dB에서의 시뮬레이트된 타이밍 추적을 도시하는 그래프이다.
도 7은 수학식 (11)을 이용하여 본 발명에 따른 단순화된 신호 계산의 결과를 도시한다. 비동기 결합에 대한 수학식 (6) 및 동기 결합에 대한 수학식 (7)에서의 에러 신호 계산은 복소수의 자승을 계산할 필요가 있으므로, 이러한 자승 계산은 하드웨어 구현에 있어서 매우 복잡하다. 하드웨어 복잡성을 감소시키기 위해 자승 계산 대신에 크기 계산이 이용된다.
모두 10개의 파일럿 및 데이터 심볼이 각 슬롯에서의 비동기 결합에 사용되고, CTL이 2 프레임(30 슬롯)마다 갱신되는 경우, 누산기 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
단지 처음 3개의 파일럿 심볼이 각 슬롯에서 동기 결합을 위해 사용되고 CTL이 2 프레임(30 슬롯)마다 갱신되는 경우, 누산기 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
표 2는 차이 CTL 방식의 RMSE의 성능 비교의 셋이다. 이 표에서, 3개의 CTL 방식이 비교되었다. 첫번째는 슬롯당 10개의 심볼을 이용하는 비동기 결합이고; 두번째는 슬롯당 3개의 파일럿 심볼을 이용하는 동기 결합이고; 세번째는 슬롯당 10개의 심볼을 이용하는 단순화된 비동기 결합이다. SNR = 24dB을 위해 3개의 방식이 밀접하게 수행된다. SNR이 -34dB일 때, 심볼이 거의 이용되지 않기 때문에, 동기 결합은 가장 나쁘게 수행된다. 단순화된 방식은 비단순화된 버전보다 더 나쁘게 수행된다.
차이 CTL 방식의 RMSE
슬롯당 10개의 심볼을 이용하는 비동기 결합 슬롯당 3개의 심볼을 이용하는 동기 결합 슬롯당 10개의 심볼을 이용하는 단순화된 비동기 결합
SNR = -24dB 1.63 1.51 1.52
SNR = -30dB 2.18 2.27 2.17
SNR = -34dB 3.07 5.15 4.03
각 CTL은 독립적으로 하나의 핑거를 추적한다. 두개의 다중 경로(또는 핑거)가 1.5 칩 내에 있는 경우, 두개의 핑거를 위한 두개의 CTL은 서로 간섭할 것이고, 따라서 CTL 추적 성능을 감소시킨다. 본 발명의 특정 측면에 따라, 결합 CTL 방식을 이용하여 서로간의 갑섭을 감소시킬 수 있다. 일반성을 상실하지 않은채, 두개의 다중 경로가 있는 접근 방법을 취할 수 있다. 수신된 신호 r(t)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기에서 s(t)는 유용한 신호로서,이고, ak는 정보 심볼이며, g(t)는 신호 파형이다. h1(t)는 제1 경로의 채널 이득이고 h2(t)는 제2 경로의 채널 이득이다. τ는 두개의 핑거간의 상대 지연이다. 추가적인 화이트 가우시안 잡음(white Gaussian noise)은 수학식 (14)에서 고려되지 않음에 주목한다.
두개의 인접한 핑거들간의 상대 지연이 1.5 칩보다 작을 때, 두개의 독립적인 CTL은 도 8에 도시된 바와 같이 서로 간섭할 것이다. 삼각 파형은 단지 예시적으로 이용되는 것이고 실제로 반드시 이용되어야 하는 것은 아님은 물론이다. 간섭으로 인하여, 두개의 CTL의 성능은 감소할 것이다. 제1 핑거의 지연 신호의 샘플은 제2 핑거로부터의 간섭 h2g(τ-T/2)을 포함할 것이고, 제2 핑거의 초기 신호의 샘플은 제1 핑거로부터의 간섭 h1g(τ-T/2)을 포함할 것이다. 제1 핑거의 지연 신호의 샘플 Sl 1st(k)은 다음과 같고,
제2 핑거의 초기 신호의 샘플 Se 2 nd(k)는 다음과 같다.
도 9는 결합 CTL 방식(100)의 블록 다이어그램이다. 성분들은 도 4와 유사하지만, 두개의 CTL 회로(103, 104)의 부분으로서 동작하는 결합 에러 신호 계산기(102)를 가지고 있다.
CTL 회로(103)는 인터폴레이터(113), 지연 회로(114), 초기 및 지연 PN 역확산기(115, 116), 각 신호의 절대값을 계산하는 두개의 크기 계산기 회로(117, 118), 및 가산기(119)를 포함한다. 또한, 적분기 및 덤프 회로(123), 부호 계산기(124), 및 제2 가산기(125)도 포함된다. 인터폴레이터(113)는 지연 회로(114)에 단일 초기/지연 출력을 제공하며, 지연 회로(114)는 초기 PN 역확산기(115)에 초기 신호를 제공한다. 인터폴레이터(113)의 출력은 지연 PN 역확산기(116)에 직접 제공되고 역확산기(115, 116)의 출력은 각각의 크기 계산기 회로(117, 118)에 제공된다. CTL 회로(104)는 인터폴레이터(133), 지연 회로(134), 초기 및 지연 PN 역확산기(135, 136), 각 신호의 절대값을 계산하는 두개의 크기 계산 회로(137, 138), 및 가산기(139)를 포함한다. 또한 적분기 및 덤프 회로(143), 부호 계산기(144), 및 제2 가산기(145)도 포함된다. 인터폴레이터(133)는 지연 회로(134)에 단일 초기/지연 출력을 제공하며, 지연 회로(134)는 초기 PN 역확산기(135)에 초기 신호를 제공한다. 인터폴레이터(133)의 출력은 지연 PN 역확산기(136)에 직접적으로 제공되고 역확산기(135, 136)의 출력은 각각의 크기 계산 회로(137, 138)에 제공된다.
보여지는 바와 같이, 두개의 핑거간의 상대 지연(τ)을 두개의 CTL로부터 얻을 수 있다. 도 4의 회로의 경우, 초기 샘플 및 지연 샘플은 정확히 1 칩 간격만큼 분리되어 있고 초기 샘플은 1 샘플을 지연시킴으로써 지연 샘플로부터 얻을 수 있으므로, 도 9의 회로는 수학식 (1) 및 (6)에 의해 설명되는 제1 에러 신호 생성 방법을 이용한다. 절대 계산을 이용하여 하드웨어 복잡성을 단순화할 수 있다.
본 발명의 특정 측면에 따라, 다음의 두가지 방법은 간섭을 상쇄하는데 효과적이다.
방법 1: 채널 이득 h1(t) 및 h2(t)이 알려지면, 간섭은 유용한 신호로부터 간섭을 차감함으로써 상쇄된다. 에러 신호는 다음과 같이 생성된다.
제어 신호 C0는 수학식 (2)를 이용하여 계산된다.
방법 2: 채널 이득 h1및 h2가 알려져 있지 않지만, 두개의 핑거의 자승이 알려진다면, 채널 이득의 평균은 |h1|2및 |h2|2, 즉, E|h1|2및 E|h2|2이다.
제어 신호 C0는 다음과 같이 간섭이 제거된 상태로 계산된다.
본 발명은 셀룰러 모바일 시스템에 유용하다. 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 무선 네트워크 제어기 또는 노드 B 전송 제어기에 의해 제어되는 기지국 전송에서 구현된다. 그러나 본 발명은 다양한 확산 스펙트럼 통신 전송에서 이용될 수 있음은 물론이다.

Claims (34)

  1. 의사잡음 시퀀스를 이용함으로써 초기(early) 데이터 샘플 및 지연(late) 데이터 샘플을 역확산하는 역확산기와;
    상기 역확산기에 의해 생성되는 에러 신호 출력과;
    다수의 정시(on-time) 샘플, 초기 샘플 및 지연 샘플에 대한 조정 장치를 포함하고,
    에러 신호의 데이터 레이트의 분수비로서 제어 신호의 데이터 레이트가 제공되는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역확산 데이터 샘플들은 상기 초기 샘플 및 지연 샘플에 대해 각각 Se(k) 및 Sl(k) - 상기 Se(k) 및 Sl(k)은 복소수로 제공되고, k는 시간 도메인에서 k번째 데이터를 나타냄 - 를 포함하고,
    상기 초기 데이터 및 지연 데이터는 Er(k) = |Se(k)|2- |Sl(k)|2이 되게 하는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에러 신호 출력은 타이밍 추적을 제공하고, 상기 초기 샘플 및 지연 샘플은 정시 값보다 각각 반 칩 간격 앞 및 반 칩 간격 뒤에 있는 샘플로 정의되는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  4. 제3항에 있어서,
    매 N개의 샘플에 대해, 하나의 샘플은 역확산, 복조 및 레이크 결합에 이용되는 정시 동기화된 샘플을 제공하고, 상기 코드 추적 루프는 상기 타이밍을 추적하고 상기 정시 샘플을 선택하는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  5. 제3항에 있어서,
    전용 물리 제어 채널의 다수의 슬롯은 각각 10개의 심볼을 포함하고, 상기 10개의 심볼은 파일럿, 전송 전력 제어 및 TFCI 비트를 제공하며,
    상기 코드 추적 루프는 매 2 프레임마다 갱신되는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조정 장치는 무선 다중 경로 페이딩 채널 상에서 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분의 시간 추적을 제공하는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  7. 디지털 코드 추적 루프를 구현하는 무선 전송 제어기에 있어서,
    의사잡음 시퀀스를 이용함으로써 초기 데이터 샘플 및 지연 데이터 샘플을 역확산할 수 있는 역확산 회로와;
    상기 역확산에 의해 생성되는 에러 신호 출력을 제공하는 회로와;
    제어 신호를 제공하는 회로와;
    다수의 정시 샘플, 초기 샘플 및 지연 샘플에 대한 조정 장치를 제공하는 회로를 포함하고,
    에러 신호들의 데이터 레이트의 분수비로서 제어 신호의 데이터 레이트가 제공되는 것인 무선 전송 제어기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무선 전송 제어기는 상기 초기 샘플 및 지연 샘플에 대해 각각 Se(k) 및 Sl(k) - 상기 Se(k) 및 Sl(k)은 복소수로서 제공되고, k는 시간 도메인에서 k번째 데이터를 나타냄 - 를 포함하는 데이터 샘플들을 역확산하고;
    상기 역확산 회로는 Er(k) = |Se(k)|2- |Sl(k)|2에 따라 상기 초기 샘플 및 지연 데이터 샘플을 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
  9. 제7항에 있어서,
    타이밍 추적을 제공하는 에러 신호 출력을 제공하여, 정시 값보다 각각 반 칩 간격 앞 및 반 칩 간격 뒤에 있는 초기 및 지연 샘플들을 제공할 수 있는 회로를 포함하는 무선 전송 제어기.
  10. 제9항에 있어서,
    매 N개의 샘플에 대해, 하나의 샘플은 역확산, 복조 및 레이크 결합에 이용되는 정시 동기화된 샘플을 제공하고, 상기 코드 추적 루프는 상기 타이밍을 추적하고 상기 정시 샘플을 선택하는 것인 무선 전송 제어기.
  11. 제9항에 있어서,
    전용 물리 제어 채널의 다수의 슬롯은 각각 10개의 심볼을 포함하고, 상기 10개의 심볼은 파일럿, 전송 전력 제어 및 TFCI 비트를 제공하며,
    상기 코드 추적 루프는 매 2 프레임마다 갱신되는 것인 무선 전송 제어기.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 조정 장치는 무선 다중 경로 페이딩 채널 상에서 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분의 시간 추적을 제공하는 것인 디지털 코드 추적 루프.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 역확산 회로 및 제2 디지털 코드 추적 루프에 상기 에러 신호를 제공하는 회로로서 제공되는 결합 에러 신호 계산기 회로를 포함하는 무선 전송 제어기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 결합 에러 신호 계산기는 복합 신호의 두개의 핑거간의 상대 지연 τ의 표시를 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 두개의 핑거간의 상대 지연 τ는 신호 간섭 계산을 위한 지연의 표시를 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
  16. 디지털 코드 추적 루프를 제공함으로써 확산 스펙트럼 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    의사잡음 시퀀스를 이용함으로써 초기 데이터 샘플 및 지연 데이터 샘플을 역확산하는 단계와;
    상기 역확산 단계에 의해 발생되는 에러 신호 출력을 발생시키는 단계와;
    다수의 정시 샘플, 초기 샘플 및 지연 샘플에 대한 조정 장치를 제공하는 단계를 포함하고,
    에러 신호의 데이터 레이트의 분수비로서 제어 신호의 데이터 레이트가 제공되는 것인 신호 전송 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 역확산된 데이터 샘플들은 상기 초기 샘플 및 지연 샘플에 대해 각각 Se(k) 및 Sl(k) - 상기 Se(k) 및 Sl(k)은 복소수로 제공되고, k는 시간 도메인에서 k번째 데이터를 나타냄 - 를 포함하고;
    Er(k) = |Se(k)|2- |Sl(k)|2에 따라 상기 초기 데이터 및 지연 데이터를 제공하는 신호 전송 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 에러 신호 출력은 타이밍 추적을 제공하고, 상기 초기 샘플 및 지연 샘플은 정시 값보다 각각 반 칩 간격 앞 및 반 칩 간격 뒤에 있는 샘플들로 정의되는 것인 신호 전송 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    매 N개의 샘플에 대해, 하나의 샘플은 역확산, 복조 및 레이크 결합에 이용되는 정시 동기화된 샘플을 제공하고, 상기 코드 추적 루프는 상기 타이밍을 추적하고 상기 정시 샘플을 선택하는 것인 신호 전송 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    전용 물리 제어 채널의 다수의 슬롯은 각각 10개의 심볼을 포함하고, 상기 10개의 심볼은 파일럿, 전송 전력 제어 및 TFCI 비트를 제공하며,
    상기 코드 추적 루프는 매 2 프레임마다 갱신되는 것인 신호 전송 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    낮은 샘플링 레이트 입력 데이터의 경우에, 정시 샘플 및 초기/지연 샘플에 대한 타이밍을 칩의 일부분만큼 전후로 조정하는 단계와;
    인터폴레이터를 이용하여 정시 샘플, 및 이전의 샘플로부터 유도된 시간의 양만큼 오프셋된 초기/지연 샘플을 발생시키는 단계를 포함하는 신호 전송 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 에러 신호 출력은 타이밍 추적을 제공하고, 상기 초기 샘플 및 지연 샘플은 정시 값보다 각각 반 칩 간격 앞 및 반 칩 간격 뒤에 있는 샘플들로 정의되는 초기 샘플 및 지연 샘플을 제공하는 단계를 포함하고,
    칩 간격은 시간 간격으로서 설정되어 확산 코드의 1 비트를 전송하고,
    칩 간격의 주파수는 대략 3.84MHz/s로서 선택되는 것인 신호 전송 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 조정 장치는 무선 다중 경로 페이딩 채널 상에서 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호의 다중 경로 성분의 시간 추적을 제공하는 것인 신호 전송 방법.
  24. 제16항에 있어서,
    다수의 코드 추적 루프에 대한 에러 신호들을 결합 계산함으로써 수행되는, 에러 신호를 발생시키는 기능을 포함하는 신호 전송 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 결합 에러 신호 계산은 복합 신호의 두개의 핑거간의 상대 지연 τ의 표시를 제공하는 것인 신호 전송 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 두개의 핑거간의 상대 지연 τ는 신호 간섭 계산에 대한 지연의 표시를 제공하는 것인 신호 전송 방법.
  27. 디지털 코드 추적 루프를 구현하는 무선 전송 제어기에 있어서,
    의사잡음 시퀀스를 이용함으로써 각각 초기 데이터 샘플 및 지연 데이터 샘플을 역확산할 수 있는 다수의 역확산 회로와;
    상기 다수의 역확산 회로에 의해 수행되는 역확산에 의해 발생되는 에러 신호 출력을 제공하는 회로와;
    상기 다수의 역확산 회로에 대응하여 제어 신호들을 제공하는 다수의 회로와;
    다수의 정시 샘플, 초기 샘플 및 지연 샘플에 대한 조정 장치를 제공하는 회로를 포함하고,
    에러 신호들의 데이터 레이트의 분수비로서 제어 신호의 데이터 레이트가 제공되는 것인 무선 전송 제어기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 다수의 역확산 회로는 광대역 채널의 다수의 다중 경로 성분간의 상대 지연 τ의 표시를 제공하고;
    두개의 핑거간의 상대 지연 τ는 신호 간섭 계산에 대한 지연의 표시를 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 무선 전송 제어기는 상기 초기 샘플 및 지연 샘플에 대해 각각 Se(k) 및 Sl(k) - 상기 Se(k) 및 Sl(k)은 복소수로 제공되고, k는 시간 도메인에서 k번째 데이터를 나타냄 - 을 포함하는 데이터 샘플들을 역확산하고;
    상기 역확산 회로는 Er(k) = |Se(k)|2- |Sl(k)|2에 따라 상기 초기 데이터 샘플 및 지연 데이터 샘플을 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
  30. 제27항에 있어서,
    타이밍 추적 제공을 포함하여 에러 신호 출력을 제공함으로써 정시 값보다 각각 반 칩 간격 앞 및 반 칩 간격 뒤에 있는 상기 초기 샘플 및 지연 샘플을 제공하는 회로를 포함하는 무선 전송 제어기.
  31. 제30항에 있어서,
    전용 물리 제어 채널의 다수의 슬롯은 각각 10개의 심볼을 포함하고, 상기 10개의 심볼은 파일럿, 전송 전력 제어 및 TFCI 비트를 제공하며,
    상기 코드 추적 루프는 매 2 프레임마다 갱신되는 것인 무선 전송 제어기.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 역확산 회로 및 제2 디지털 코드 추적 루프에 상기 에러 신호를 제공하는 회로로서 제공되는 결합 에러 신호 계산기 회로를 포함하는 무선 전송 제어기.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 결합 에러 신호 계산기는 복합 신호의 두개의 핑거간의 상대 지연 τ의 표시를 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 두개의 핑거간의 상대 지연 τ는 신호 간섭 계산을 위한 지연의 표시를 제공하는 것인 무선 전송 제어기.
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