KR100344693B1

KR100344693B1 - 다중반송파 코드분할다중접속시스템의 자동주파수제어장치및 주파수보정방법

Info

Publication number: KR100344693B1
Application number: KR1020000057289A
Authority: KR
Inventors: 최완
Original assignee: 주식회사 케이티프리텔
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-07-25
Also published as: KR20020025461A

Abstract

본 발명은 다수의 핑거(finger)들 중에서 록(lock) 상태의 핑거를 검출하여 평균 주파수 오차를 계산함으로써, 실제 발생되는 오차를 반영토록하여 정확한 주파수 오차 보정을 이루어지도록 하는 AFC(Automatic Frequency Controller) 및 주파수 보정방법을 제공한다.

이를 위하여 본 발명은 각각의 핑거들에 대하여 복조가능한 일정에너지레벨 이상인가를 검출하여, 일정에너지이상인 핑거수를 합산하는 록상태 핑거수 검출단계; 각각의 핑거들에 대한 주파수오차를 산출하여 상기 록상태 핑거수 검출단계에서 검출된 핑거수로 제산하는 제산단계; 상기 제산단계에서 제산된 각각의 핑거신호에 대하여 합산하여 평균 주파수 오차를 산출하는 평균 주파수오차 산출단계; 상기 평균 주파수오차 산출단계에서 산출된 평균값에 의하여 주파수를 보정하기 위한 제어전압을 생성시키는 제어전압생성단계를 포함한다.

Description

다중반송파 코드분할다중접속시스템의 자동주파수제어장치 및 주파수보정방법{AFC for the muti-carrier CDMA system and method for the compensating of frequency error }

본 발명은 다수의 핑거(finger)들 중에서 록(lock) 상태의 핑거를 검출하여 평균 주파수오차를 계산함으로써, 실제 발생되는 오차를 반영토록하여 정확한 주파수 오차 보정을 이루어지도록 하는 AFC(Automatic Frequency Controller) 및 주파수 보정방법에 관한 것이다.

스펙트럼확산통신방식은 내간섭성, 내방해성에 우수하기 때문에 이용이 증대되어져 왔고, 다중패스(multi-path)환경 하에서도 수신특성의 개선이 점진적으로 이루어져 정착단계에 있다. 또한, 스펙트럼확산통신방식에서는 확산주파수를 높게 선택하고, 멀티패스전파로(mutipath propagation paths)들의 차이를 구별하여 레이크(Lake)수신방식을 적용하는 것이 일반적이라 할 수 있다. 레이크수신방신은 멀티패스전파로를 패스마다 분리함과 동시에 각각의 패스에 전파로특성을 추정하고 각 패스의 수신신호에 대하여 각각의 전파로 특성을 보상한 후에 동상합성하여 패스다이버시티효과(path diversity effect)를 실현하는 기술이다. 레이크 수신방식에 있어서, 멀티패스의 전파로의 패스마다 특성을 추정하고 그 보상을 실시하는 부분을 핑거(finger)라 한다. 이러한 목적을 위하여 핑거에는 스펙트럼확산코드를 역확산하는(despreading) 상관부(correlator)를 포함한다.

종래에 AFC는 이와 같은 다수의 핑거신호로부터 평균오차를 추출하기 위하여 각각의 핑거신호의 오차를 합산하여 물리적인 핑거의 수로 나누어 계산하였다.

도 1은 종래의 AFC의 블록도를 나타낸 것이다.

기저대역아날로그(Base Band Analog: BBA)칩10은 핑거신호를 수신하여 상호 직교하는 2개의 수신기준신호로 검파하여 상호직교하는 동상성분(Inpase:I상)과 직교성분(Quadrature:Q상)을 베이스밴드신호로서 출력하는 모뎀칩이다. BBA 10의 I상 성분과 Q상 성분은 유사잡음 역확산기(PN despreading)11에서 역확산되고, 파이로트 필터(pilot filter)12와 크로스승산오차 검출기(Cross Product Frequency Difference Detector:CPFDD)13을 통하여 오차를 검출한다. CPFDD13에서는 일정한 주기마다 핑거입력신호의 각상의 오차는 일정주기로 검출된 타상의 일정간격만큼 지연된 상성분과 승산되고, 승산된 신호들은 합산되어 주파수 오차(Freq_Err)를 출력한다. 입력되는 핑거신호가 4개인 경우에는 CPFDD13의 출력신호Freq_Err는 1/4로 나눠져 제 1 핑거신호 주파수오차Freq_Err1로 가산기14에 입력된다. 이와 같은 방식으로 각각의 핑거신호들Freq_Err2, Freq_Err3 및 Freq_Err4가 가산기14에서 합산되어 평균 주파수오차(SUM_FE)를 출력한다. SUM_FE는 증폭등의 조정을 거쳐 루프필터(Loop Filter)15에 입력된다. 루프필터15는 평균 주파수오차를 입력받아 오차의 영향을 억압하여 출력하는 회로이다. 루프필터15의 출력은 전압제어발진기(Votage Controlled Ocillator:VCO)16에 입력되고, 전압제어발진기16에서는 출력전압레벨을 제어전압(TRK_LO_ADJ)으로 하여 오차없는 방향으로 기준주파수를 변화시키도록 주파수오차를 감소시키는 방향으로 전압을 출력시켜 이상적으로 주파수오차를 0으로 한 보정된 주파수를 생성하여 복조에 사용한다.

이와 같은 종래의 AFC에서는 각 핑거를 통해 수신되는 신호들의 주파수 오차를 모두 합산하고, 물리적 핑거의 수(예를 들어 4)로 나눈 후 합산하여 평균 주파수 오차를 얻게 된다. 그러나, 실제 환경에서 평균 주파수 오차를 계산하기 위한 핑거신호는 물리적인 수인 4개로 유지되지 않는다. 핑거의 수신신호가 일정 에너지 레벨 이하일 경우(이하, 언-록(un-look)상태라 함)에는 핑거는 동작하지 않게되고, 이러한 경우에는 평균 주파수 오차를 생성하는 핑거신호는 에너지레벨이 일정값 이상(이하, 록(look)상태라 함)인 핑거신호들에 의한 오차값만이 합산되고, 이들에 대해 물리적인 핑거신호수로 나누게 되면 실질적으로 주파수 오차 평균값은 정상적인 값보다 작아지게 된다. 따라서, 모든 핑거들이 록상태인 경우 평균 주파수 오차는 정확한 산술평균으로 계산되어 제대로 된 평균 주파수 오차가 계산되지만 일부 핑거가 록상태에 있지 않는 경우 실제 평균 주파수 오차보다 작은 값이 계산된다. 이와 같이, 평균 주파수오차가 작게 반영될 경우 이를 근거로 생성되는 전압제어기

16에 입력되는 제어전압이 결과적으로 작아지게 되므로 AFC가 보정할 수 있는 주파수 보정범위가 작아지게 된다.

특히, 주파수 대역폭이 커서 레이크 수신기를 구성하는 핑거의 수가 증가하거나 다이버시티 효과를 증가시키기 위하여 레이크 수신기를 구성하는 핑거의 개수를 증가시킨 경우 이러한 현상은 더욱 크게 발생되어 적절한 주파수 보정을 이룰 수 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 언록상태인 핑거수를 검출하여 이를 제외한 상태에서 평균 주파수오차를 구함으로써 정확한 보정을 이루도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다중반송파 코드분할다중접속 시스템(Muti-carrier CDMA system)에 적용되는 AFC를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 AFC를 크게 변환하지 않고도 주파수보정의 효과를 최대한 거둘 수 있는 회로구성을 하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 AFC의 블록도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내기 위한 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : BBA 11 : PN역확산기

12 : 파이롯트필터 13 : 크로스승산오차검출기

14 : 가산기 15 : 루프필터

16 : 전압제어기

상기의 목적 달성을 위하여 본 발명은

다중반송파 코드분할다중시스템의 AFC(Automatic Frequency Controller)에 있어서,

각각의 핑거신호들을 수신하여 상호 직교하는 동상성분과 직교성분을 베이스밴드신호로 출력하는 기저대역아날로그(Base Band Analog)칩;

상기 기저대역아날로그칩으로부터 출력되는 동상 성분과 직교 성분을 역확산시키는 역확산기(PN despreading);

파이롯트 필터에서 필터링된 동상성분과 직교성분으로부터 상기 각각의 핑거신호의 주파수 오차를 검출하는 크로스승산 오차 검출기(Cross Product Frequency Difference Detector:CPFDD);

각각의 핑거신호들에서 일정 에너지 레벨이상의 핑거신호를 추출하기 위한 록상태검출수단;

상기 크로스승산오차검출기에서 검출된 주파수 오차를 상기 록상태검출수단에서 검출된 록상태의 핑거들의 수로 나누는 제산기;

상기 제산기로부터 출력되는 각각의 주파수오차를 합산하여 평균 주파수 오차를 출력하는 가산기;

상기 가산기로부터 평균 주파수오차를 입력받아 오차의 영향을 억압하는 전압레벨을 출력하는 루프필터(loop filter);

상기 루프필터의 전압을 제어전압으로 하여 상기 전압레벨에 따른 주파수를 수신기준신호로 외부에 공급하는 전압제어발진기(Voltage Controlled

Ocillator:VCO)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 CDMA시스템에는 유효하게 적용될 수 있지만 보다 적절히 활용되기 위해서는 입력핑거신호가 많은 경우가 더욱 효과적이다. 즉, 음성중심의 IS-95A 또는 IS-95B나 반송주파수가 하나인 멀티캐리어방식(3G-1×MC)보다는 반송주파수가 3개인 제 3 세대 멀티캐리어방식(3G-3×MC)에서 본 발명의 효과가 더욱 두드러지게 된다.

3G-3×멀티캐리어방식에서 주파수 보정을 하는 방법으로는 단말기에서 수신되는 3개의 반송주파수 중 가운데에 위치한 반송주파수를 기준으로 주파수 오차를 계산하고, 이를 근거로 주파수 오차보정을 수행하는 방법이 있을 수 있으나, 각 반송파의 주파수간의 간격이 넓은 경우에 반송주파수마다 위상오차가 크게 날 수 있는 결점이 있다.

또한, 3개의 반송주파수에 대해 독립적으로 주파수 오차보정을 수행하는 방법이 있을 수 있다, 이러한 방법은 가장 정확한 방법이 될 수 있으나, 반송주파수별로 독립적인 전압제어기를 설치 및 관리하여야 되기 때문에 H/W 및 S/W의 복잡도가 크다.

또한, 각 반송파의 주파수오차를 모두 평균적으로 반영하는 방법이 있을 수 있다. 즉, 각 반송주파수에 해당하는 핑거들 전부를 주파수오차 평균값을 계산해서 동시에 이용한다. 3×MC방식인 경우 각 반송주파수별로 4개씩 총 12개의 핑거가 존재한다. 각 핑거로부터 계산된 주파수를 합산하여 평균 주파수 오차를 산출하고, 이를 근거로 전압제어기에 입력되는 제어전압을 생성한다. 평균 주파수오차를 산출함에 있어서, 물리적인 핑거의 수가 12개로 나누지 않고 록상태인 핑거수로 나누어 실질적인 평균 주파수 오차를 구하여 적절한 주파수 보정을 하도록 한다.

이하, 상기에서 제시된 3번째 방법을 본 발명의 일실시예로 하여 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내기 위한 블록도이다.

본 실시예에서의 통신방식은 제 3 세대 3×멀티캐리어방식(3G-3×)으로 3개의 반송주파수를 갖는 방식으로 각 반송주파수마다 4개의 핑거신호가 BBA10에 입력되고, BBA10에서는 각각의 핑거신호가 기준주파수에 대해서 동상성분(I성분)과 수직성분(Q성분)으로 나뉘어져 PN역확산기11에서 역확산된다. 역환산된 핑거신호는 파이롯트필터에 의해서 필터링된 후 일정주기마다 크로스승산오차 검출기13에서 주파수 오차가 검출된다.

또한, 각각 12개의 핑거신호에 대하여 복조 가능한 록상태의 핑거수 검출수단21에 의해서 록상태의 핑거수가 검출된다. 록상태의 핑거수 검출수단21은 핑거신호의 에너지레벨이 일정레벨이상인지를 에너지레벨검출기에서 검출하고, 일정레벨이상인 경우에는 레지스터에 이를 표시하고, 각 핑거에 대응되는 레지스터의 값을 합산하여 전체의 록상태인 핑거수를 산출한다. 록상태의 핑거수m은 제산기20에 전송되고, 각각의 주파수 오차신호에 대하여 m으로 나누어 가산기14에 전송한다. 가산기14에서는 제산기20에서 출력되는 각각의 핑거신호의 주파수 오차값을 가산하여 평균 주파수오차를 구한다. 가산기14로부터 출력된 평균 주파수오차는 루프필터

(loop filter)15에 입력되어 오차의 영향을 억압하는 전압레벨을 출력한다. 루프필터15로부터 출력된 전압을 제어전압으로 하여 전압제어발진기(Voltage Controlled Ocillator:VCO)16는 전압레벨에 따른 주파수를 기준신호를 발생시킨다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 록 상태의 핑거수만을 고려하여 주파수 오차 평균값을 구하게 되므로 정확한 주파수 오차 평균값을 구할 수 있게되어 정확한 주파수 보정을 이룰 수 있게 된다. 특히, 제 3 세대 3 반송주파수 멀티캐리어방식(3G-3×MC)은 1반송파방식(3G-1×MC) 보다에서 핑거수가 3배로 많기 때문에 그만큼 언-록상태의 핑거수가 많이 존재할 수 있는 가능성이 높다. 따라서 본 발명은 이와 같이 다수의 반송주파수를 사용하는 통신방식에 높은 주파수 보상효과를 가져온다.

Claims

다수의 반송주파수를 사용하는 멀티캐리어방식의 수신 주파수 보상방법에 있어서:

각각의 핑거들에 대하여 복조가능한 일정에너지레벨 이상인가를 검출하여, 일정에너지이상인 핑거수를 합산하는 록상태 핑거수 검출단계;

각각의 핑거들에 대한 주파수오차를 산출하여 상기 록상태 핑거수 검출단계에서 검출된 핑거수로 제산하는 제산단계;

상기 제산단계에서 제산된 각각의 핑거신호에 대하여 합산하여 주파수 오차의 평균값을 산출하는 평균 주파수오차 산출단계;

상기 평균 주파수오차 산출단계에서 산출된 평균값에 의하여 주파수를 보정하기 위한 제어전압을 생성시키는 제어전압생성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 보상방법.
다중반송파 코드분할다중시스템의 AFC(Automatic Frequency Controller)에 있어서,

각각의 핑거신호들을 수신하여 상호 직교하는 동상성분과 직교성분을 베이스밴드신호로 출력하는 기저대역아날로그(Base Band Analog)칩;

상기 기저대역아날로그칩으로부터 출력되는 동상 성분과 직교 성분을 역확산시키는 역확산기(PN despreading);

파이롯트 필터에서 필터링된 동상성분과 직교성분으로부터 상기 각각의 핑거신호의 주파수 오차를 검출하는 크로스승산 오차 검출기(Cross Product Frequency Difference Detector:CPFDD);

각각의 핑거신호들에서 일정 에너지 레벨이상의 핑거신호를 추출하기 위한 록상태검출수단;

상기 크로스승산오차검출기에서 검출된 주파수 오차를 상기 록상태검출수단에서 검출된 록상태의 핑거들의 수로 나누는 제산기;

상기 제산기로부터 출력되는 각각의 주파수오차를 합산하여 평균 주파수 오차를 출력하는 가산기;

상기 가산기로부터 평균 주파수오차를 입력받아 오차의 영향을 억압하는 전압레벨을 출력하는 루프필터(loop filter);

상기 루프필터의 전압을 제어전압으로 하여 전압레벨에 따른 주파수를 수신기준신호로 외부에 공급하는 전압제어발진기(Voltage Controlled Ocillator:VCO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중시스템의 AFC(Automatic Frequency Controller).
제 2 항에 있어서, 상기 록상태검출수단은

상기 각각의 핑거신호들이 복조가능한 에너지레벨 이상인지를 검출하는 에너지레벨검출기;

상기 에너지레벨 검출기에서 상기 레벨이상인 경우에 이를 표시하기 위하여 각각의 핑거에 대응하여 설치되는 레지스터들;

상기 레지스터들에 표시된 일정레벨 이상의 에너지를 갖는 핑거수를 합산하기 위한 가산기를 표함하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중시스템의 AFC(Automatic Frequency Controller).