KR20070087907A - 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법 - Google Patents

자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법 Download PDF

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KR20070087907A
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Abstract

본 발명은 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자동 주파수 제어기가 최적의 성능을 유지하면서 동작할 수 있는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 달성하기 위하여 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치가, 단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정하는 속도측정부와; 상기 속도측정부로부터 수신되는 속도변화에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 루프필터 이득제어부와; 상기 루프필터 이득제어부로부터 수신되는 루프필터 이득 값과 주파수 오차 값을 곱하여 출력하는 루프필터 이득 부를 포함하는 것을 특징으로 하며,
또한 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절방법이, 단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정하는 과정과; 상기 측정된 속도변화에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 과정과; 상기 조절된 루프필터 값과 주파수 오차 값을 곱하여 출력하는 과정으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
속도측정부, 루프필터 제어부, 루프필터 이득부, 주파수 오차

Description

자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법{DEVICE AND　METHOD FOR ADJUSTING LOOP FILTER GAIN IN AUTOMATIC FREQUENCY CONTROL}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 루프 필터 이득 값 조절부가 포함된 자동 주파수 제어기의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 루프 필터 이득 값 조절부를 통해 속도변화에 따라 변경되는 루프 대역폭을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자동 주파수 제어기가 최적의 성능을 유지하면서 동작할 수 있는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법에 관한 것이다.
반송파 주파수가 온도에 따라 점차적으로 변하기 때문에, 주파수 옵셋(offset)은 무선 통신 시스템에 있어서 피할 수 없는 성능 저하의 요인이다. 만약 반송파 주파수와 수신기의 국부 발진 주파수 사이에 주파수 옵셋(offset)이 존재한다면, 수신기에서 관측되는 채널의 전력 스펙트럼 밀도는 하기와 같이 식으로 표현 할 수 있다.
Figure 112006007680607-PAT00001
fd = Doppler frequency, foffset = frequency offset
이는 주파수 옵셋(offset)을 포함한 채널의 변화가 (foffset + fd)에 의해 결정된다는 것을 의미한다. 만약 다른 페이딩 보상 기법이 주파수 옵셋(offset)에 의한 위상변화도 보상할 수 있다면, 자동 주파수 제어기(AFC: automatic frequency control)를 생략하여 수신기의 간단 화를 이룰 수 있겠지만, 대개의 경우는 주파수 옵셋(offset)을 최소화하기 위한 자동 주파수 제어기가 필요하다.
WCDMA 시스템에서 주파수 제어 루프의 기준 신호가 되는 것은 제1안테나의 공동 파일롯 채널(CPICH: common pilot channel)과 제2안테나의 다이버시티 공동 파일롯 채널(diversity CPICH)이다. 수신 단에서의 주파수 오차 성분은 상기 두 공동 파일롯 채널의 신호에 각각 나타나게 된다. 상기 공동 파일롯 채널(CPICH)의 위상은 트래픽(traffic)채널의 전송 속도와 무관하게 임의의 시간 구간(Td)을 택하여 평균 위상을 계산할 수 있다. 즉, 수신 신호를 (t-Td/2 , t+Td/2) 구간에서 통합/ 덤프(integrate & dump)함으로써 수신 신호의 위상을 얻을 수 있다.
파일럿 채널은 변조되지 않은 신호를 전송하기 때문에, 자동 주파수 제어기는 연속적인 파일럿 신호의 벡터적(cross-product)을 취함으로써 위상 변화를 계산 할 수 있다. 작은 위상 변화에 대해서, 상기와 같은 결과는 위상 변화의 선형 추정 값이 되며, 상기 위상의 변화는 바로 주파수 오차에 비례하게 된다.
상기 위상의 변화는 단말기가 기지국에 대해 상대적으로 타이밍 부 정확도를 갖기 때문에 발생된다. 단말기의 타이밍 기준은 TCXO(temperature crystal oscillator)인데, TCXO의 작은 주파수 오차에 의해 타이밍 부정확도가 생기게 된다. 따라서 TCXO의 주파수를 조절하여 단말기와 기지국의 타이밍을 맞추게 된다.
상기 공동 파일롯 채널의 위상 변화는 자동 주파수 제어기에 누적되어 그 부호가 TCXO의 주파수보다 너무 빠른지, 아니면 너무 느린지를 결정하여 주파수 오차를 보상하게 된다.
상기 자동 주파수 제어기는 단말기에 구비된 모뎀 내에 구성된다. 상기 자동 주파수 제어기는 주파수 오차를 검출하는 주파수 오차 검출부, 검출된 오차를 무한 누적하는 루프 필터부, 및 PDM(pulse density modulation)으로 구성되며, 상기 PDM은 상기 루프 필터부의 출력을 VCTCXO(voltage controlled temperature crystal oscillator)의 출력 주파수를 제어할 아날로그 전압으로 변경하기 위한 DAC(Digital Analog Converter)의 역할을 수행한다.
상기 자동 주파수 제어기의 동작은 포착(acquisition) 단계와 추적(tracking) 단계로 나뉜다. 상기 포착 단계에서는 빠른 시간 내에 일정한 주파수 오차 범위 내로 들어가야 하므로 주파수 제어 루프의 대역폭을 크게 한다. 반면에, 상기 추적 단계에서는 잡음에 의한 영향을 줄이기 위해 주파수 제어 루프의 대역폭을 작게 하여 잔류 주파수 오차를 줄이게 된다.
상기 포착단계와 상기 추적단계는 각 단계마다 대역폭 조절을 위해 미리 설정된 루프 필터 이득 값(K)을 가지고 있다. 상기 포착단계에서 일정 시간 후에 상기 추적단계로 넘어가게 되는데, 상기 추적단계에서는 작은 대역폭을 사용하시 위해 미리 설정된 작은 루프 필터 이득 값(k)을 가지고 있다. 상기 추적단계의 작은 루프의 대역폭 때문에 고속철도와 같이 정차했다가 짧은 시간에 가속되는 UE(User equipment)는 안정화(Lock) 상태를 잃어버릴 가능성이 크게 된다. 또한, 장차 고속 패킷 데이터 서비스를 위한 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 시스템에서는 QAM (Quadrature Amplitude modulation)변조 방식을 사용하는데 QAM 변조방식은 주파수 오차에 보다 더 민감하다. 그러므로 종래에 고정적인 루프 이득 값을 통해 고정적인 루프 대역폭을 가지는 자동 주파수 제어기는 여러 환경에 유연하지 못하다는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 자동 주파수 제어기가 최적의 성능을 유지하면서 동작할 수 있는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 속도변화에 따라 가변적으로 루프 대역폭을 변경할 수 있는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장 치가, 단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정하는 속도측정부와; 상기 속도측정부로부터 수신되는 속도변화에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 루프필터 이득제어부와; 상기 루프필터 이득제어부로부터 수신되는 루프필터 이득 값과 주파수 오차 값을 곱하여 출력하는 루프필터 이득 부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절방법이, 단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정하는 과정과; 상기 측정된 속도변화에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 과정과; 상기 조절된 루프필터 값과 주파수 오차 값을 곱하여 출력하는 과정으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 루프 필터 이득 값 조절부가 포함된 자동 주파수 제어기의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 루프 필터 이득 값 조절부를 통해 속도변화에 따라 변경되는 루프 대역폭을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 1을 참조하여 자동 주파수 제어기의 구조를 살펴보면, 로우 패스 필터부(110)는 제1,제2안테나로부터 수신되는 두개의 신호 즉, I신호와 Q신호 중 I신호를 수신하여 필터링하며, 상기 필터링 된 I신호를 A/D컨버터부(111)로 출력한다.
상기 A/D변환부(111)는 상기 로우 패스 필터부(110)로부터 수신된 아날로그 신호인 I신호를 디지털 신호로 변경하며, 상기 디지털 신호로 변경된 I신호를 역확산부(112)로 출력한다.
상기 역확산부(112)는 상기 A/D변환부(111)로부터 수신되는 디지털 신호의 I신호를 역확산된 신호로 복원하며, 상기 역확산된 신호로 복원된 I신호를 통합/덤프(113)로 출력한다.
상기 통합/덤프(113)는 상기 역확산부(112)로부터 수신된 I신호를 비트로 생성하며, 상기 비트로 생성된 I신호를 안테나 패턴부(114)로 출력한다.
상기 안테나 패턴부(114)는 상기 통합/덤프(113)로부터 수신되는 비트로 생성된 I신호에 해당 안테나 패턴을 곱해서 해당 비트의 정보를 추출한다. 즉, 상기 제1,제2 안테나로부터 수신되는 안테나 신호(I신호, Q신호)는 혼합되어 수신됨으로, 상기 안테나 패턴부(114)는 I신호를 추출하기 위해 해당 안테나 패턴을 곱해서 해당 비트의 정보 즉, I 신호에 대한 비트 정보를 추출한다. 상기 안테나 패턴부(114)는 추출된 I 신호에 대한 비트 정보를 n 심볼 누적부(115)로 출력한다.
상기 n 심볼 누적부(115)는 상기 안테나 패턴부(114)로부터 출력되는 상기 I 신호에 대한 비트 정보를 증가시켜 더 많은 정보를 추출하도록 한다. 상기 n 심볼 누적부(115)는 상기 증가된 I 신호 값을 주파수 오차 검출부/결합부(130)로 출력한다.
그리고, 로우 패스 필터부(120), A/D변환부(121), 역확산부(122), 통합/덤프(123), 안테나 패턴부(124) 및 n 심볼 누적부(125)는 상기 제1,제2안테나로부터 수신되는 두개의 I신호와 Q신호 중 Q신호를 처리하는 구성부들로써, 상기 I신호를 처 리하는 상기 로우 패스 필터부(110), 상기 A/D변환부(111), 상기 역확산부(112), 상기 통합/덤프(113), 상기 안테나 패턴부(114) 및 상기 n 심볼 누적부(115)와 동일한 동작을 수행한다.
상기 주파수 오차 검출부/결합부(130)는 상기 n 심볼 누적부(115) 및 상기 n 심볼 누적부(125)로부터 수신되는 I신호와 Q 신호를 곱하고 더해서 주파수 오차 값을 추출하며, 상기 추출된 주파수 오차 값을 루프 필터 이득 값 조절부(150)로 출력한다.
본 발명에 따른 상기 루프 필터 이득 값 조절부(150)는 단말기의 이동속도에 따라 루프 이득 값을 조절하여 루프 대역폭을 가변적으로 변화시키는 동작을 수행한다. 상기 루프 필터 이득 값 조절부(150)는 속도 측정부(151), 루프 필터 이득 제어부(152) 및 루프 필터 이득부(153)를 포함한다.
상기 루프 필터 이득 값 조절부(150)의 구성을 살펴보면, 상기 속도 측정부(151)는 자동 주파수 제어기가 포함된 단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정한다. 상기 속도 측정부(151)는 상기 측정된 속도변화에 따라 발생되는 도플러 주파수를 추출하며, 상기 추출된 도플러 주파수를 상기 루프 필터 이득 제어부(152)로 출력한다.
상기 루프 필터 이득 제어부(152)는 상기 속도 측정부(151)로부터 수신되는 속도변화 값에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 기능을 수행한다. 상기 루프 필터 이득 제어부(152)는 상기 속도 측정부(151)로부터 속도변화에 따라 발생되는 도플러 주파수를 수신하며, 상기 수신된 도플러 주파수들 간의 차를 추출하며, 상기 추출된 도플러 주파수들 간의 차에 따라 루프필터 이득 값을 조절한다. 상기 루프 필터 이득 제어부(152)는 상기 단말기의 속도변화에 따라 조절되어 설정된 루프필터 이득 값을 상기 루프 필터 이득부(153)로 출력한다.
상기 루프 필터 이득부(153)는 상기 루프 필터 이득 제어부(152)로부터 수신되는 루프 필터 이득 값과 상기 주파수 오차 검출부/결합부(130)로부터 수신되는 주파수 오차 값을 곱한 후 루프필터 부(132)로 출력한다.
상기 도 2는 상기 루프 필터 이득 값 조절부(150)에서 속도변화에 따라 가변적으로 변경되는 루프 대역폭을 설명하기 위한 도면으로써, 도플러 주파수들 간의 차(200)는 상기 루프 필터 이득 제어부(152)에서 상기 속도 측정부(151)로부터 수신된 도플러 주파수들 간에 구한 차 값을 나타낸다.
루프 필터 이득 값(210)은 상기 루프 필터 이득 제어부(152)에서 상기 도플러 주파수들 간의 차(200)에 따라 조절되어 설정되는 루프 필터 이득 값을 나타낸다.
루프 대역폭(220)은 상기 루프 필터 이득부(153)에서 상기 루프 필터 이득 제어부(152)로부터 속도변화에 따라 가변적으로 조절되어 수신된 루프필터 이득 값과 상기 주파수 오차 검출부/결합부(130)에서 수신된 주파수 오차 값을 곱한 후 출력할 때 발생되는 루프 대역폭을 나타내고 있다.
상기와 같이 구성된 루프 필터 이득 값 조절부(150)를 통해 속도변화에 따라 가변적으로 루프 대역폭을 변화시킴으로써, 상기 자동 주파수 제어기는 온도뿐만 아니라 속도변화에 따른 여러 환경에 보다 유연해 질 수 있다.
상기 루프필터 부(132)는 무한 누적기로 구성된다. 상기 루프필터 부(132)는 상기 루프 필터 이득 값 조절부(150)의 루프 필터 이득부(153)로부터 수신된 주파수 오차 값을 누적하며, 상기 누적된 주파수 오차 값들 중 상위 값을 추출하여 D/A변환부(133)로 출력한다.
상기 D/A변환부(133)는 상기 루프필터 부(132)로부터 수신된 디지털 신호의 주파수 오차 값을 아날로그 신호로 변환하며, 상기 아날로그 신호로 변환된 주파수 오차 값을 주파수 변경부(134)로 출력한다.
상기 주파수 변경부(134)는 수신된 신호의 주파수 오차를 보상한다. 상기 주파수 변경부(134)는 상기 D/A변환부(133)로부터 수신되는 아날로그 신호의 주파수 오차 값을 전압으로 변경하며, 기지국의 주파수와 단말기의 주파수간의 오차를 보상하여 동일주파수로 만든다.
상술한 본 발명의 설명에서는 휴대 단말기와 같은 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
즉, 상술한 바와 같이 본 발명은 속도변화량에 따라 자동 주파수 제어기의 전체루프 대역폭을 가변적으로 변경함으로써, 자동 주파수 제어기는 안정화(LOCK)상태를 유지하면서 최적의 성능으로 동작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치에 있어서,
    단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정하는 속도측정부와,
    상기 속도측정부로부터 수신되는 속도변화에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 루프필터 이득제어부와,
    상기 루프필터 이득제어부로부터 수신되는 루프필터 이득 값과 주파수 오차 값을 곱하여 출력하는 루프필터 이득 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 속도측정부는 상기 측정된 속도변화에 따라 발생되는 도플러 주파수를 추출하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 루프필터 이득제어부는 상기 속도측정부로부터 속도변화에 따라 발생되는 도플러 주파수를 수신하며, 상기 수신된 도플러 주파수들 간의 차를 추출하며, 상기 추출된 도플러 주파수들 간의 차에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 루프필터 이득 부는 상기 자동 주파수 제어기의 주파수 오차 검출부/결합부로부터 주파수 오차 값을 수신하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절장치.
  5. 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절방법에 있어서,
    단말기의 이동에 따른 속도변화를 측정하는 과정과,
    상기 측정된 속도변화에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 과정과,
    상기 조절된 루프필터 값과 주파수 오차 값을 곱하여 출력하는 과정으로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절방법. 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 루프필터 이득 값을 조절하는 과정이,
    상기 측정된 속도변화에 따라 발생되는 도플러 주파수들 간의 차를 추출하는 과정과,
    상기 추출된 도플러 주파수들 간의 차에 따라 루프필터 이득 값을 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 제어기의 루프필터 이득 값 조절방법.
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