KR950009406B1 - 코드분할 다중접근(cdma) 직접확산(ds) 방식 수신기의 클럭 복구안정화방법 및 회로 - Google Patents

코드분할 다중접근(cdma) 직접확산(ds) 방식 수신기의 클럭 복구안정화방법 및 회로 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

코드분할 다중접근(CDMA) 직접확산(DS) 방식 수신기의 클럭 복구안정화방법 및 회로
제1도는 종래의 회로도.
제2도는 발명에 따른 회로도.
본 발명은 코드분할 다중접근/직접확산(CDMA/DS ; Code Division Multiple Access/Direct Sequence) 방식에 의한 동기 수신기에 있어서 클럭 복구회로에 관한 것으로, 특히 상기 수신 신호로부터 클럭복구를 위해 입력 레벨을 일정하게 유지시켜 안정된 클럭신호를 추출할 수 있는 방법 및 회로에 관한 것이다.
일반적으로 다중접근(Multiple Access) 통신 시스템 중의 한예로 코드분할(Code Division Multiple Access)방식이 있다. 상기 CDMA의 대표적인 형태는 SSMA(Spread Spectrum Multiple Access)이다. 이 CDMA 시스템에서는 각 사용자에게 특정한 코드, 즉, PN(Pseudo Noise)부호나 주파수 도약 형태를 할당하고 각 사용자는 수신점에서 정보 분리를 가능케하는 하나의 코드를 갖고 있다.
상기한 다중접근 방법과 비교하면 CDMA는 정확한 시스템의 능력(capacity)을 갖고 있지 않다. 사용자의 수가 증가하면 signal-to-interference 비는 작아지고 SNR이 임계값 아래로 떨어때까지 점차로 성능이 저하된다. CDMA의 부가적인 이득은 한 사용자에게 보SO려는 신호를 다른 사용자가 쉽게 디코딩할 수 없다는 것이고 그래서 다른 다중접근 방식에서는 기대하기 힘든 비밀 유지가 가능하다. 또한, CDMA의 중요한 고려 대상은 여러명의 사용자가 동시에 사용할 수 있다는 것이다.
제1도와 같이 구성된 대역확산(Spread Spectrum)방식의 CDMA/DS방식의 수신기에서 수신된 신호는 제1믹서(103) 및 제2믹서(107)에서 제1국부발진기(104)의 발진신호(fI.1)와 제2국부발진기(108)(fI.02)에 의하여 다운변환(down converling)된 후 제1,2증폭기(106, 110)에서 증폭된다. 상기 제2증폭기(110)의 출력은 제3, 4믹서(111, 112)에서 주파수 쉬프터(113)에서 I.Q채널로 분리된다. 또한 상기 제2증폭기(110)의 출력신호는 수신된 확산 신호로부터 캐리어 성분(fIF의 캐리어 신호)을 추측해내는 클럭복구회로(400)로 입력된다.
상기 클럭복구회로(400)는 제2증폭기(110)에서 증폭된 수신신호를 제곱회로(119)에서 제곱(squring)한후 제3대역통과필터(120)에서 중간주파(fIF)의 2배 되는 주파수를 통과시키고, 이 신호는 제5증폭기(121)에서 증폭되고 제1분주기(123)에서 분주된다. 상기 제1분주기(123)의 출력은 위상 검파기(126)로 입력된다. 상기 PLL회로(400)의 위상 검파기(126)는 제5증폭기(121)에서 증폭되고 1/2분주된 상기 제1분주기에 입력된 신호와 제2분주기(125)의 출력을 비교하여 위상차를 검출한다. 상기 위상검파기(126)의 출력은 제3저역통과필터(127)에서 필터링되어 전압제어발진기(128)의 발진을 위한 전압제어 전압으로 인가되어 캐리어 신호가 발생된다. 상기 전압 제어발진기(128)의 발생 캐리어 신호는 제6진폭기(129)에서 증폭되고 제8증폭기(124)를 거쳐 상기 제2분주기(125)에 입력된다.
한편 이 신호는 제3분주기(130) 제4대역통과필터(131)와 제7증폭기(132)를 통해 정연(coherent)된 fIF에 해당하는 성분의 주파수를 발생시켜 상기 주파수 쉬프터(113)에 입력된다. 상기 주파수 쉬프터(113)은 I.Q채널 분리를 위해 동위상 성분은 I채널 제3믹서(111)의 국부발진신호로 사용되고, Q채널 제4믹서(112)에는 90°위상 반전된 국부발진신호로 입력되어 I.Q채널로 수신 신호를 분리해 낸다. 상기 분리된 I.Q신호는 제1, 2저역통과필터(114, 115)와 제3, 4증폭기(116, 117)를 통해 역확산 복조회로(118)에서 역확산되어 복조된다.
그러나 상기 제1도와 구성된 종래 기술에서는 수신 주통로에 자동이득 제어회로(109)를 두게되어 수신 신호를 멀티레벨로 처리하고자 할때 정상적인 처리가 곤란해진다. 또한 일반 증폭기를 사용하여 적당히 이득을 조정한 후 클럭 복구를 위한 PLL회로(400)에 인가되므로, 제1, 2분주기(123, 125)의 입력 동영역(dynamc range)이 좁아 수신강도에 영향을 줄 뿐만 아니라 입력신호의 동영역(dynamc range)이 극히 좁아지는 단점이 있었다.
그리고 "partyka"에 대한 미국특허공보 제5,121,407호에서 다른 구체적인 실시예를 살펴볼 수 있다. 이것은 CDMA/DS 동기 통신 방식의 시스템으로 이는 실내에서 사용중인 컴퓨터 터미날 등의 크리스탈이 적용된 장치에서 CW 잼잉(Jamming)신호를 제거하거나 감소시켜 빌딩내 통신의 쇼트 지연 멀티통로(Muti Pate) 문제 해결을 위해 이득제어 회로는 없는 강한 신호를 송신토록 되어 있다. 이 경우 유효 다이나믹영역(Dynamic Range)를 넓히고 (acquisition time)을 감소시킬 수 있으나 클럭 복구에 있어 일정 레벨이 불일치되어 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목정은 클럭 복구에 있어 일력 레벨을 일정하게 유지시켜 캐리어에 반송된 신호를 안정되게 복조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 리미팅 증폭과 자동 레벨조정에 의해 안전된 클럭을 복구할 수 있는 회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 수행하기 위한 본 발명은 대역확산 수신 신호를 제1, 2국부발진기에 다운 변환시켜 증폭한 후(fIF), I,Q채널로 분리하여 복조하는 방법에 있어서, 상기 증폭신호를 제곱하여 2배의 중간 주파수(2fIF)로 한후 필터링하여 일정 레벨로 유지시키기 위해 리미팅 증폭하는 제1과정과, 상기 제1과정의 리이팅 증폭된 신호의 입력 다이나믹 영역을 보충하기 위해 상기 입력 레벨의 1dB 이하 편차를 정밀하게 자동으로 조정하는 제2과정과, 상기 제2과정의 출력과 상기 I,Q채널 분리를 위해 국부잘진신호로 제공되는 복구클럭의 위상차를 비교하여 발생된 위상차에 따라 전압제어에 의해 클럭을 복구하여 출력레벨을 일정하게 유지시키는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 회로도로서, 수신 확산대역 신호를 제1대역통과필터(101), 저잡음 증폭기(102)를 통해 증폭시켜 제1믹서(103)에서 제1국부발진기(104)의 출력(flo1)에 따라 제1차로 다운 변환하고 이를 제1대역통과필터(105), 제1증폭기(106)를 통해 증폭시켜 제2국부발진기(107)에서 제2국부발진기(108)의 출력(flo2)에 따라 제2차로 다운 변환하여 제2증폭기(110)에서 증폭한다.
상기 제2증폭기(110)에서 증폭신호를 제3,4믹서(11,112)에 입력되어 위상 쉬프트(113)에서 0°와 90°로 위상 변화되어 발생되는 신호를 국부 발진 신호로 하여 I,Q채널로 분리된 믹싱 신호가 출력된다.
상기 제3, 4믹서(11, 112)의 출력신호는 제1, 2저역통과필터(114, 115)에서 고조파가 제거된다. 상기 제1, 2저역통과필터(114, 115)의 출력은 제3, 4증폭기(116, 117)에서 증폭되어 복조부(118)에서 복조되도록 구성되어 있다.
상기 구성은 종래 회로로서 나타낸 제1도와 동일한 구성임을 밝혀둔다. 본 발명은 상기 복조부(118)에서 동기 복조를 하는데 있어 위상 쉬프트(113)에 안정되게 캐리어 주파수를 제공하기 위한 것이다. 상기 동기 복조를 하기 위해서는 확산 수신신호로부터 캐리어를 추출해야 한다. 왜냐하면 상기 동기복조 방식의 수신기에서 캐리어를 얼마나 안정되게 추출하느냐에 따라 안정된 수신기의 제공여부가 달려있기 때문이다.
이를 위한 캐리어 추출회로의 구성은 상기 제2증폭기(110)의 출력(fIF)을 제곱회로(119)에서 제곱하여(2fIF), 제3대역통과필터(120)에서 상기 자승된 중간주파수(2fIF)의 이외의 신호를 1차로 제거하여 제1리미트 증폭기(201)에서 일정 레벨로 유지시키기 위한 제1수단과, 상기 제1수단의 제1리미팅 증폭기(201)의 출력의 입력 레벨의 편차를 1dB 이하로 자동 레벨 제어회로(202)에서 정밀하게 조정하는 제2수단과, 상기 제2수단의 출력을 제1분주기(123)에서 1/N로 분주하여 위상검파기(126)에 입력되고 상기 위상검파기(126)의 타단으로 제6증폭기(124)에서 증폭되고 제2분주기(125)에서 분주된 신호에 위상을 비교하고 상기 위상 비교된 차에 따라 제3저역통과필터(127)에서 필터링시켜 전압제어 발진기(128)에서 캐리어 발생용 제어전압으로 인가되어 캐리어 성분의 신호가 발생되어 제2리미트 증폭기(203)에서 안정된 캐리어 주파수를 발생하여 제3분주기(130), 제4대역통과필터(131), 제3증폭기(132)를 통해 상기 위상쉬프트(113)가 제공하는 제3수단으로 구성된다.
따라서 본 발명의 구체적인 실시예를 제2도를 참조하여 상세히 설명하면, 대역확산(Spread Spectrum), CDMA(Code Division Multiple Access), DS(Direct Sequence) 시스템에서 송신부에서는 송신 데이타를 PN(Pseudo-Noise)발생기에서 발생된 PN코드와 믹싱되어 bpsk(biphashe shift keying)변조 확산되어 송신된다.
제2도와 같은 본 발명의 수신부에서는 안테나(ANT)를 통해 수신되어진 상기 확산된 신호를 제1대역 통과필터(101)에서 필터링되고, 저잡음증폭기(102)에서 수신 증폭하고 제1, 2믹서(103, 107)에서 제1, 2국부발진기(104, 108)의 발진신호(flo1. flo2)에 의하여 다운 변환된 후 제2증폭기(110)에서 증폭 및 power dividing된 후 제3,4믹서(111, 112)에서 위상쉬프터(113)의 출력에 의해 I 및 Q채널로 분리된다.
상기 I,Q채널로 분리된 신호는 제2저역통과필터(114, 115)에서 필터링되고, 제3, 4증폭기(116, 117)에서 증폭된 후 복조부(118)에서 복조된다. 또한 신호는 수신된 확산신호로부터 캐리어성분(fIF의 캐리어신호)를 추출하는 클럭복구회로(500)로 입력된다.
상기 클럭복구회로(500)는 수신 확산 신호로부터 캐리어 성분을 추출하여 수신확산신호(fIF)와, I,Q채널 분리를 위한 90°위상 쉬프터(113)를 통하여 I,Q 각 상기 제3,4믹서(111, 112)에서 믹싱되어 상기 I 및 Q채널에서 수신된 확산 신호로부터 IF대역밴드의 확산 데이터를 추출하여 제1,2저역통과필터(114, 115)를 거쳐 고조파 잡음이 제거되어 제3,4증폭기(116, 117)를 경우 증폭된 후 수신 데이터를 추출해내는 복조기부(118)로 입력된다.
본 발명에서는 2가지의 특징이 있음을 볼 수 있다.
그 첫째는 CDMA/DS수신기에서는 동기복조 방식과 비동기 복조방식이 있는데, 본 발명은 동기 복조방식을 채택하고 있다. 동기 복조방식의 수신기에서는 먼저 동기복조를 위하여 확산 수신된 신호로부터 캐리어를 얼마나 안정되게 추출해내는가는 매우 중요한 사항이다.
본 발명의 클럭 복구회로(500)에서는 상기 제2도에서와 같이 수신된 제2증폭기(110)의 확신신호(IF신호)를 제곱회로(119)에서 자승시킨 후 제3대역통과필터(120)를 거쳐 fo=2×fIF성분외의 신호를 1차 제어한다.
다음 이 신호는 PLL루우프에서 깨끗한 캐리어 성분의 재생을 위하여 필터링 된다. 본 발명의 PLL루우프는 입력 프리스켈러 제1분주기(1/N), (123)의 입력 다이나믹 레인지(dynamic range)가 협소하기 때문에 일정한 신호크기를 유지시켜 주는 것은 매우 중요한 사항이다.
따라서 이러한 조건을 만족시키기 위하여 수신 신호의 IF대역에서 증폭된 신호를 일정한 레벨로 유지시키기 위하여 첫단에서 상기 제3대역통과필터(120)의 출력을 제1리미팅 증폭기(201)에서 일정 크기의 레벨을 유지하도록 한다.
상기 리미팅 증폭이란 입력신호의 크기가 일정 신호크기 이상이면 출력 레벨은 거의 일정하게 유지시켜 주는 증폭임을 뜻한다. 상기 제1리미팅 증폭기(201)를 통과하여도 제1분주기(123)의 입력 다이나믹 레인지가 부족할 수 있기 때문에 자동 레벨제어회로(201)를 추가하여 입력 레벨 편차를 1dB 이하로 정밀하게 조정하여 상기 제1분주기(123)의 입력에 인가한다.
상기 제1분주기(123)에서는 2fIF를 1/2하여 순도가 높은 fo를 만들어 낸후 위상검파기(126)에 입력된다. 상기 위상검파기(126)에서 사이 제1리미팅 증폭기(201)와 같이 전압제어발진기(128)의 출력을 일정 레벨로 유지토록하는 제2리미팅 증폭기(203)의 출력을 제6증폭기(124)에서 증폭한 후 제2분주기(125)에서 1/2로 분주하여 상기 위상검파기(126)에 입력한다. 상기 위상검파기(126)는 제1, 2분주기(123, 125)의 출력을 위상 비교하여 차를 제3저역통과필터(127)에서 필터링한다.
이에의해 전압제어발진기(128)의 제어 전압으로 제공되어 동기된 캐리어 신호를 발생한다. 상기 전압제어 발진기(128)의 출력은 제2리미팅 증폭기(203)에서 레벨이 조정되고 제3분준기(130)에서 2분주된다. 이는 제4저역통과필터(131), 제7증폭기(132)를 통해 증폭되어 상기 위상쉬프터(113)에 입력된다. 상기 위상쉬프터(113)은 0°와 90°로 변환되어 제1믹서(111)에서는 1채널의 확산된 IF대역의 데이터가 출력되고, 상기 위상쉬프터(113)에서 위사 쉬프트된 캐리어는 Q채널 제2믹서(112)에 입력 믹싱되어 Q채널의 확산된 IF대역의 데이타가 출력된다. 상기 I,Q채널로 분리된 데이타를 제1,2저역통과필터(114, 115)에서 필터링되고 제3,4증폭기(116, 117)에서 증폭된 확산 데이타는 역확산복조부(118)에 입력되어 원래 송신된 데이타를 복조하여 낸다.
상술한 바와 같이 본 발명은 캐리어 재생회로의 안정화를 위하여 리미팅 증폭 또한 필요시 자동 레벨을 조정하여 캐리어 수신된 확산 신호로부터 캐리어를 안정되게 추출하는 이점이 있다. 즉, 대역확산 CDMA/DS시스템의 수신기에서(동기복조방식) 수신된 확산 신호로부터 캐리어를 추출, 재생하는 회로의 안정이 매우 중요하므로 캐리어 재생회로의 안정화를 위하여 1/N 또는 1/2분주기 또는 프리스켈러 입력 레벨을 일정하게 유지시켜 안정된 캐리어 재생회로를 구성하여 안정된 수신기를 설계할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 코드분할 다중접근/직접 확산 방식 수신기의 대역확산 수신 신호를 제1, 2국부발진기에 다운 변화시켜 증폭한 후 (fIF), I,Q채널로 분리하여 복조하는 방법에 있어서, 상기 증폭신호를 제곱하여 2배의 중간 주파수(2fIF)로 한후 필터링하여 일정 레벨로 유지시키기 위해 리미팅 증폭하는 제1과정과, 상기 제1과정의 리미팅 증폭된 신호의 입력 다이나믹 영역을 보충하기 위해 상기 입력 레벨의 1dB 이하 편차를 정밀하게 자동으로 조정하는 제2과정과, 상기 제2과정의 출력과 상기 I,Q채널 분리를 위해 국부발진신호로 제공되는 복구클럭의 위상차를 비교하여 발생된 위상차에 따라 전압제어에 의해 클럭을 복구하여 출력레벨을 일정하게 유지시켜 상기 I,Q분리를 위한 신호로 제공하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 코드분할 다중접근/직접확산 방법.
  2. 코드분할 다중접근/직접확산 방식의 대역확산 수신 신호를 제1, 2국부발진기에 다운 변환시켜 증폭한 후 (fIF), I,Q채널로 분리하여 복조하는 클럭추출 안정화 장치에 있어서, 상기 증폭신호를 제곱하여 2배의 중간 주파수(2fIF)로 한후 필터링하여 일정 레벨로 유지시키기 위해 리미팅 증폭하는 수단과, 상기 수단의 리미팅 증폭된 신호의 입력 다이나믹 영역을 보충하기 위해 상기 입력 레벨의 1dB 이하 편차를 정밀하게 자동으로 조정하는 수단과, 상기 수단의 출력과 상기 I,Q채널 분리를 위해 국부발진신호를 제공되는 복구 클럭의 위상차를 비교하여 발생된 위상차에 따라 전압제어에 의해 클럭을 복구하여 출력레벨을 일정하게 유지시켜 상기 I,Q분리를 위한 신호로 제공하는 수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 코드분할 다중접근/직접확산방식의 수신기의 클럭추출 안정화장치.
  3. 제2증폭기(114)와 제3, 4믹서(111, 112), 위상시프트(113)으로 구성되는 코드분할 다중접근/직접확산 방식의 클럭 복구회로에 있어서, 상기 제2증폭기(110)의 출력(fIF)을 제곱회로(119)에서 제곱하여 (2fIF) 제3대역통과필터(120)에서 상기 자승된 중간주파수(2fIF)의 이외의 신호를 1차로 제거하여 제1리미트 중폭기(201)에서 일정 레벨로 유지시키기 위한 제1수단과, 상기 제1수단의 제1리미팅 증폭기(201)의 출력의 입력 레벨의 편차를 1dB 이하로 자동 레벨 제어회로(202)에서 정밀하게 조정하는 제2수단과, 상기 제2수단의 출력을 제1분주기(123)에서 1/N로 분주하여 위상검파기(126)에 입력되고 상기 위상검파기(126)의 타단으로 제6증폭기(124)에서 증폭되고 제2분주기(125)에서 분주된 신호에 위상을 비교하고 상기 위상 비교된 차에 따라 제3저역통과필터(127)에서 필터링시켜 전압제어 발진기(128)에서 캐리어 발생용 제어전압으로 인가되어 캐리어 성분의 신호가 발생되어 제2리미트 증폭기(203)에서 안정된 캐리어 주파수를 발생하여 제3분주기(130), 제4대역통과필터(131), 제3증폭기(132)를 통해 상기 위상쉬프터(113)가 제공하는 제3수단으로 구성됨을 특징으로 하는 코드분할 다중 접근/직접확산 방식의 클럭 복구회로.
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