KR100363907B1 - 주파수 자동 추적 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신신호의 반송파 주파수 오차를 자동 추적하여 보상하기 위한 주파수 자동 추적 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 역확산된 수신신호를 DPCCH의 확산인자 만큼 누적시키기 위한 누적기와; 상기 누적기의 출력에서 잡음을 제거하고 주파수 오차 검출기의 출력 수를 증가시키기 위한 이동평균필터와; 상기 이동평균필터의 출력을 입력하여 실수성분과 허수성분으로 분리한후 이들을 연산처리하여 상기 수신신호의 주파수 오차에 비례하는 신호로서 출력하기 위한 주파수 오차 검출부와; 분리된 상기 실수성분과 허수성분을 연산처리하여 상기 수신신호의 진폭성분을 검출하기 위한 수신신호 진폭 검출부와; 상기 수신신호 진폭 검출부의 출력신호로서 상기 수신신호의 주파수 오차에 비례하는 신호를 정규화하고, 정규화된 값에 다단추적모드에 따른 게인을 부가하여 얻어진 값을 주파수로 사상하기 위한 도약 주소를 발생하여 출력하는 디지털 신호 처리부와; 상기 도약 주소가 지시하는 주파수 오차 보상신호를 메모리로부터 독출하여 상기 누적기의 출력신호에 승산하는 주파수 오차 보상신호 발생부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

주파수 자동 추적 제어장치 및 그 제어방법{AUTO FREQUENCY TRACKING CONTROL APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 주파수 자동 추적 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 수신신호의 반송파 주파수 오차를 자동 추적하여 보상하기 위한 주파수 자동 추적 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

유럽/일본 중심의 3GPP(Generation Partnership Project)는 비동기식 CDMA 방식으로 W-CDMA라 불리며, GPS 수신기와 같은 별도의 수신 장치 없이 각 기지국이 독립적으로 동작한다. 이러한 제3세대 이동통신인 W-CDMA 기지국 모뎀에는 주파수의 자동 추적 제어를 위한 AFC(Auto Frequency Control)회로가 탑재되어 사용된다.

AFC 회로는 수신단 국부 발진기가 정확하게 수신 신호의 반송파 주파수를 맞추지 못하거나, 이동국의 이동속도가 고속일때 발생하는 도플러 주파수가 증가하여 채널 추정기로 보상할 수 없는 경우에, 주파수 오차를 추적하여 보상함으로써 국부 발진기의 문제점을 보완하고 이동국의 이동 속도가 고속인 경우에도 원하는 수신 성능을 얻을 수 있도록 한다.

따라서 AFC를 이용하여 주파수 오차의 빠른 추적과 보상을 행하는 것이 바로 수신기의 효율적인 동작을 위해 필수적인 요건이라 할 수 있다. 일반적으로 AFC 루프는 크게 롱(long) 루프와 쇼트(short)루프로 구분할 수 있다. 여러 사용자를 수용하는 기지국에서는 독립된 국부 발진기를 두고 사용자마다 주파수 오차를 조절해 나가는 쇼트 루프가 적당하며, 롱 루프는 단말기에 적당한 방식이다.

이러한 쇼트 루프방식을 채용한 종래의 AFC 루프에서 주파수 오차(반송파 주파수와 이를 복조하기 위한 수신단 국부 발진 주파수와의 차이 및 도플러 쉬프트로 인한 주파수 오차)를 검출하는 검출기의 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 수신신호는 DPDCH(Dedicated Physical Data Channel)와 DPCCH(Dedicated Physical Control Channel)가 채널 멀티플렉싱되어 있는 신호로서, 역확산 후 256 칩(chip) 누적단을 통과하게 되면 DPCCH 채널만이 남게된다. 따라서 주파수 오차 검출기로 입력되는 수신신호는 복소(complex) 형태의 DPCCH 신호이다.

스플리터(10)는 복소형태인 DPCCH 신호를 실수부(Re)에 해당되는 신호와 허수부(Im)에 해당하는 신호로 분리 출력한다. 이와 같이 분리 출력된 신호의 실수성분(Re)은 타임 딜레이(Ts;12)에서 1심볼 딜레이된후 제1승산기(16)에서 새로이 입력되는 신호의 허수성분(Im)과 승산되어 출력된다. 허수성분(Im) 역시 타임 딜레이(Ts;14)에서 1심볼 딜레이 된후 제2승산기(18)에 입력되어 새로이 입력되는 신호의 실수성분(Re)과 승산되어 출력된다. 이와 같이 이전 심볼의 실수성분과 현재 심볼의 허수성분을 곱함으로써 주파수 오차에 비례하는 값이 출력되며, 각각의 승산기(16,18)에서 출력되는 값은 가산기(20)에서 가산되어 극성(+,-)을 가지며 주파수 오차에 비례하는 최종 신호로서 출력된다.

그러나 상술한 바와 같은 구성의 주파수 오차 검출기는 경로 손실, 다중 경로, 레일레이 페이딩으로 인해 출력이 일정하지 않으며 그 변화가 매우 크다. 이러한 출력을 주파수로 변환하면 상당한 오류가 발생한다. 이를 보다 구체적으로 설명하면,

우선 DPCCH의 확산인자(SF(Spread Factor)=256) 만큼 누적한 파일롯 심볼을 나타내면 하기 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1에서 N은 1 심볼당 칩 수이며,는 주파수 오차,은 수신 신호의 진폭 왜곡 성분,는 샘플링 시간, n(m)은 AWGN을 나타낸다. 상기 수신신호의 진폭 왜곡은 여러 가지 원인에 의해 발생하는데, 그 첫 번째 원인으로는 경로 손실(path loss)에 의한 것으로 송신신호의 진폭을 절대적으로 유지하지 못한다는 것이며, 두 번째는 다중경로(multipath)에 의한 것으로 경로 손실을 겪는 신호가 다중 경로로 인해 더욱 낮은 에너지로 수신단에 수신된다는 것이다. 그리고 세 번째는 레일레이 페이딩에 의한 것으로 이 페이딩은 균일하게 수신되는 신호의 진폭을 비균일하게 만드는 악영향을 준다.

따라서 DPCCH의 수신신호가 상술한 구성의 주파수 오차 검출기를 통과하게 되면 하기 수학식 2와 같은 형태의 신호()로서 출력된다.

상기 수학식 2에서와의 곱, 그리고성분을 가지는 분수항(주파수 오차로 인한 진폭왜곡성분)에 의해 주파수 오차 검출기의 출력은 항상 일정하게 출력되지 못한다. 이러한 성분은 시시각각 변하는 성분으로서, 이러한 성분이 존재하게 되면 주파수 오차 검출기의 출력값을 해당 주파수 오차로 1:1 변환하는 경우 정확성이 떨어지게 된다. 이는 곧 수신기의 수신 성능을 저하시키는 원인으로 작용하게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 수신신호에서 잡음성분과 주파수 오차로 인한 진폭 왜곡 성분을 제거하여 주파수 오차 검출기의 출력과 주파수 오차가 일대일 변환토록함으로서 정확하게 주파수 오차를 추적 보상할 수 있는 주파수 자동 추적제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 성분들을 제거하기 위한 주파수 오차 검출기를 채용하는 경우에 발생할 수 있는 주파수 오차 추적시간의 지연을 보상하여 신속하게 주파수 오차를 추적할 수 있는 자동 주파수 추적 제어장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 주파수 자동 추적 제어장치에서 채용되고 있는 주파수 오차 검출기(Frequency Difference Detector)의 구성 예시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 자동 추적 제어장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동평균필터의 동작을 설명하기 위한 DPCCH(Dedicated Physical Control Channel)의 슬롯 구조 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 오차 검출기(40)의 정규화된 출력 특성 곡선 예시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 자동 추적 제어장치의 다단추적모드전환 예시도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서 주파수 오차 결합기(110) 및 수신신호 진폭 결합기(120)가 삽입된 복수의 주파수 자동 추적 제어장치의 구성도.

도 7과 도 8은 AGC와 정규화 블록의 사용 유무에 따른 주파수 오차 보상 특성을 나타낸 그래프

도 9는 AGC와 정규화 블록의 사용유무에 따른 지터 성능을 표시한 그래프.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다단추적모드를 주파수 자동 추적 제어장치에 적용하였을 경우의 주파수 오차 보상 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 양상에 따른 주파수 자동 추적 제어장치는;

역확산된 수신신호를 DPCCH의 확산인자 만큼 누적시키기 위한 누적기와;

상기 누적기의 출력에서 잡음을 제거하고 주파수 오차 검출기의 출력 수를 증가시키기 위한 이동평균필터와;

상기 이동평균필터의 출력을 입력하여 실수성분과 허수성분으로 분리한후 이들을 연산처리하여 상기 수신신호의 주파수 오차에 비례하는 신호로서 출력하기 위한 주파수 오차 검출부와;

분리된 상기 실수성분과 허수성분을 함수 연산처리하여 상기 수신신호의 진폭 왜곡 성분을 검출하기 위한 수신신호 진폭 검출부와;

상기 수신신호 진폭 검출부의 출력신호로서 상기 수신신호의 주파수 오차에 비례하는 신호를 정규화하고, 정규화된 값에 다단추적모드에 따른 게인을 부가하여 얻어진 값을 주파수로 사상하기 위한 도약 주소를 발생하여 출력하는 디지털 신호 처리부와;

상기 도약 주소가 지시하는 주파수 오차 보상신호를 메모리로부터 독출하여 상기 누적기의 출력신호에 승산하는 주파수 오차 보상신호 발생부;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 주파수 자동 추적 제어장치의 디지털 신호처리부는;

상기 주파수 오차 검출기의 출력을 상기 수신신호의 진폭으로 정규화하기 위한 제산기와;

잡음의 영향을 최소화하기 위해 상기 정규화된 값을 누적하는 누적기와;

다단추적모드에 따른 게인을 상기 누적기의 출력에 부가하여 갑작스런 주파수의 변화를 방지하기 위한 루프 필터와;

상기 루프 필터의 출력을 주파수 오차로 일 대 일 사상(mapping)하기 위한 주파수 사상기와;

상기 누적기의 출력을 한 프레임 주기 또는 그 이상 누적하고, 누적값을 미리 설정된 기준값들과 비교하여 상기 루프 필터의 게인을 가변시켜 주기 위한 게인 조절부;를 포함함을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 또 다른 양상에 따른 주파수 자동 추적 제어방법은;

역확산된 수신신호를 DPCCH의 확산인자 만큼 누적하여 파일롯 심볼로 변환시키는 단계와;

변환된 파일롯 심볼에서 수신신호의 주파수 오차와 수신신호 진폭을 각각 검출하는 단계와;

검출된 상기 수신신호의 주파수 오차를 상기 수신신호 진폭으로 정규화하는 단계와;

정규화된 값에 다단추적모드에 따른 게인을 부가하고 이 값을 주파수로 사상하기 위한 도약 주소를 발생시키는 단계와;

발생된 도약 주소가 지시하는 주파수 오차 보상신호를 독출하여 상기 파일롯 심볼에 승산함으로서 주파수 오차를 보상하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 종래의 주파수 오차 검출기(FDD:40)와 같은 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 자동 추적 제어장치의 구성도를 도시한 것으로, 상기 주파수 자동 추적 제어장치는 크게 일반적인 FDD(40) 구성에 수신신호 진폭 검출부(60)와, 디지털 신호 처리부(80), 주파수 오차 보상 신호 발생부(100) 및 누적기(32)와 이동평균 필터(36)를 추가한 구성을 갖는다.

도 1을 참조하면, 우선 수신신호는 DPDCH(Dedicated Physical Data Channel)와 DPCCH(Dedicated Physical Control Channel)가 채널 멀티플렉싱되어 있는 신호로서 승산기(30)에 인가되는 스크램블링 코드에 의해 역확산된후 누적기(32)에 입력된다. 역확산된 수신신호는 상기 누적기(32)에서 256 칩(chip)동안 누적된다. 역확산된 수신신호를 256 칩동안 누적시키는 이유는 DPCCH의 확산 인자(spreading factor)가 256 칩이기 때문이다. 256 칩 누적 과정에서 DPDCH 채널의 신호는 소멸된다. 그 이유는 DPDCH의 OVSF 코드가 제거되지 않았기 때문인데, OVSF 코드의 주기는 256의 약수이며 OVSF 한 주기 동안의 합은 "0"이다. 그러므로, OVSF가 제거되지 않은 DPDCH의 합은 "0"이다. 논리적으로, DPCCH의 OVSF 또한 제거되지 않았다고생각할 수 있다. 그러나, DPCCH의 OVSF 코드는 주기가 256이며 모두 "1"이다. 그러므로, OVSF 코드를 제거하기 위한 별도의 작업이 필요하지 않다.

한편 이동평균 필터(36)는 1-탭 FIR 필터로서 DPCCH의 256 칩 누적 에너지와 과거 누적 에너지 값이 결합되어 출력되는 형태이다. 주파수 오차 검출기(FDD:40) 입력단에 이동평균 필터(36)를 위치시키는 것은 AWGN(잡음)을 줄이기 위한 것으로, 잡음은 누적을 많이 할수록 평균이 "0"에 가까워지는 특성이 있기 때문이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 이동평균필터의 동작을 설명하기 위한 DPCCH(Dedicated Physical Control Channel)의 슬롯 구조를 예시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이 한 슬롯 중 일정 부분만 파일롯 심볼에 해당한다. 파일롯 심볼의 수는 3∼8개로 다양하다. 도 3은 파일롯 심볼 수 5를 기준으로 하여 도시한 것이다. 도 3에서 위 슬롯이 DPCCH 채널의 실수 부분이며, 아래 슬롯이 허수 부분이다. 도 3에서 이웃한 두 개의 파일롯 심볼간에는 연결 고리 표시가 되어 있다. 그 표시가 이동평균필터(36)에서 서로 합해지는 심볼들을 개념적으로 연결한 것이다. 즉 5개의 파일롯 심볼이 있으면 4번의 이동 평균 동작이 일어난다는 것을 의미한다. 파일롯 심볼을 제외한 나머지 구간에서는 이동 평균 동작을 수행하지 않는다.

한편 이동평균필터(36)에서 출력되는 값은 한 슬롯당 4 개가 되며, 이 값이 주파수 오차 검출기(FDD:40)에 입력된다. 도 3에서 위에 도시된 슬롯의 이동평균필터 출력이 실수부로, 아래에 도시된 슬롯의 이동평균필터 출력이 허수부로 입력된다. 이 값들은 종래의 주파수 오차 검출기(FDD:40)에서 승산되는데 화살표가 바로서로 곱해지는 값들을 나타낸 것이다. 도 3의 예에서는 총 3번의 승산으로 인해 주파수 오차 검출기(FDD:40)에서 한 슬롯당 총 3번의 출력이 발생한다.

따라서 슬롯당 5개의 파일롯 심볼의 사용을 가정했을 때, 이동평균필터(36)를 사용한 경우가 사용하지 않았을 경우보다 FDD 출력의 수(1 슬롯당 3개)를 더욱 증가시킬 수 있는 장점이 있으며, FDD(40) 출력의 지터를 감소시켜 FDD 출력의 적은 누적을 통해서도 좋은 지터 성능을 얻을 수 있으므로 후술할 루프필터 출력의 수렴 시간을 줄일 수 있어 결과적으로 주파수 오차에 대한 추적시간을 감소시킬 수 있다.

한편 수신신호 진폭 검출부(60)는 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 입력단에 위치하는 스플리터(42)에 의해 분리된 이전 파일롯 심볼의 실수성분(Re)과 허수성분(Re) 각각을 함수연산처리하여 수신신호의 진폭 왜곡 성분을 출력한다. 이를 수식으로 구체화하면,

우선 이동평균필터(36)의 출력은 하기 수학식 3으로 간단히 표현할 수 있다.

상기 수학식 3에서는 수신신호의 진폭 왜곡 성분을 나타내며,는 k시점의 주파수 오차 성분을 의미한다. S(k)와 S(k)의 한 심볼 지연 출력 S(k-1)의 공액 복소수와의 곱은 하기 수학식 4로 표현할 수 있다.

상기 수학식 4에서 허수부분이 상기 주파수 에러 검출기(40)에서 출력되는 주파수 오차 성분이다. 한편 상기 수학식 4의 실수부분은 하기 수학식 5로 정의할 수 있다.

따라서 상기 수학식 4와 5를 자승하여 가산하면 수신신호의 진폭 왜곡 성분을 얻을 수 있다.

디지털 신호 처리부(DSP:80)는 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 출력을 정규화하고, 상기 정규화된 값에 다단추적모드에 따른 게인을 부가하여 얻어진 값을 주파수로 사상하기 위한 도약 주소를 발생하여 출력한다.

이러한 디지털 신호 처리부(80)는 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 출력을 정규화하기 위한 제산기(82)를 포함한다. 즉, 정규화 블록인 제산기(82)는 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 출력을 수신신호 진폭 검출부(60) 출력의 제곱근으로 나눔으로서 FDD(40) 출력을 정규화시킨다. 이와 같은 정규화 블록의 사용은 수신신호 진폭에 민감하게 게인이 변화되는 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 출력을 정규화시키기 위함이다.

한편 수신신호의 진폭성분으로 정규화된 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 출력은 잡음의 영향을 최소화하기 위해 누적기(84)에서 누적된다. 그리고 누적된 값은루프 필터(86)에서 다시 소망하는 추적 성능을 얻기 위해 게인(g)이 곱해진 후 1차 IIR 필터에 입력된다. 상기 게인(g)은 1 미만의 작은 값으로 누적기(84)에서 누적된 신호 역시 잡음에 의한 변화가 큰 값이기 때문에 주파수 오차의 추적 속도를 낮추는 대신 안정도를 높이기 위해 사용된다. 또한 상기 IIR 필터를 사용한 이유는 갑작스런 주파수 변화를 방지하기 위한 것으로 점진적으로 주파수를 높여주거나 낮춰주기 위한 것이다. 이러한 IIR 필터의 출력은 주파수 오차에 비례하는 임의의 값에 해당한다. 따라서 루프필터(86)의 출력인 주파수 오차에 비례하는 값을 주파수로 1:1 사상(mapping)하기 위한 과정이 필요하며, 이를 위해 디지털 신호 처리부(80)의 출력단에는 주파수 사상기(90)가 위치한다.

주파수 사상기(90)는 상기 루프 필터(86)의 출력과 후술할 롬 테이블의 도약 주소를 사상시켜 출력한다. 상기 롬 테이블은 주파수 오차 보상 신호 발생부(100)에 포함되는 것으로, 상기 롬 테이블은 하나의 정현파 곡선 한 주기에 해당하는 정규화된 주파수 오차 검출기(40)의 출력을 보상하기 위한 주파수 오차 보상신호들을 저장하고 있다. 이러한 주파수 오차 검출기(40)의 정규화된 출력특성 곡선이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서 정규화된 주파수 오차 검출기(40)의 출력이 0.6이라면 주파수 오차는 약 1500Hz이다. 따라서 1500Hz의 주파수 오차를 보상하기 위한 주파수 오차 보상신호를 롬 테이블에 저장하여 놓는 다면 상기 주파수 사상기(90)에 의해 출력되는 도약 주소에 의해 해당 주파수 오차 보상신호가 1 심볼 마다 출력되게 되는 것이다. 이러한 주파수 오차 보상신호는 복소형태의 신호로서 승산기(34)에 인가되어 수신신호의 주파수 오차성분을 보상하는데 이용된다. 참고적으로 주파수오차가 큰 경우에는 롬 테이블에서의 도약 간격이 커야 하며, 주파수 오차가 작은 경우에는 도약 간격이 적어야 한다. 그리고 주파수 사상기(90)에서 검출한 주파수가일 경우 롬 테이블에서는와가 출력된다. 상술한 주파수 사상기(90)와 롬 테이블의 크기는 보상 가능한 주파수 오차의 해상도에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 정규화된 주파수 오차 검출기(40)의 출력 특성을 도 4에 도시하였다.

한편 게인 조절부(88)는 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 누적기(84)의 출력을 한 프레임 주기 또는 그 이상 누적하고, 누적값에 따라 루프 필터(86)의 게인을 가변시켜 준다. 즉, 누적된 값은 주파수와 대응되는 값이므로 게인 조절부(88)는 누적된 주파수가 미리 설정된 제1기준값(500Hz) 이상이면 포착모드로 전환하여 포착모드의 계수로 루프 필터(86)의 게인을 가변시키고, 누적된 주파수가 미리 설정된 제1기준값과 제2기준값(50Hz) 사이의 값이면 추적모드로 전환하여 추적모드의 계수로 루프 필터(86)의 게인을 가변시킨다. 그리고 누적된 주파수가 상기 제2기준값 이하의 값이면 정지모드로 전환하여 정지모드 계수로 상기 루프 필터(86)의 게인을 가변시킨다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 자동 추적 제어장치의 다단추적모드를 간략히 도시한 것이다. 게인 조절부(88)의 제어에 따라 본 발명의 실시예에 따른 주파수 자동 추적 제어장치는 도 5에 도시한 바와 같이 초기모드, 포착모드(acquisition mode), 추적모드(tracking mode) 및 정지모드(stop mode)로 구분되어 동작한다. 초기모드는 주파수 자동 추적 제어장치의 동작 초기에 설정되어 수신신호의 주파수 오차를 측정한다. 이러한 초기 모드에서 측정된 주파수 오차를 미리 설정된 기준값들과 비교하여 순차적으로 동작모드를 가변시키는데, 만약 주파수 오차가 50Hz 이하가 되면 정치모드로 전환하여 루프 필터(86) 이득을 "0"에 가까운 값으로 설정하여 주파수 오차 보상을 중지하며, 잔여 주파수 오차에 대한 것은 채널 보상기(도시하지 않았음)가 보상하도록 한다.

상술한 동작모드의 설정 및 전환을 통하여 정규화 블록의 사용으로 인한 추적 성능의 저하를 보상할 수 있다.

이하 상술한 구성을 가지는 주파수 자동 추적 제어장치의 동작을 설명하면, 우선 이동국에서 발신된 신호가 수신기에 수신되면, 이러한 수신신호는 스크램블링 코드에 의해 역확산되어 누적기(32)에 입력된다. 그러면 누적기(32)에서는 DPCCH의 확산인자(SF=256)에 해당하는 256칩을 누적하여 심볼로 변환 출력한다. 이와 같이 변환된 파일롯 심볼은 이동평균필터(36)를 통과함으로서 잡음이 제거된후 스플리터(42)에 의해 주파수 오차 검출기(FDD:40)와 수신신호 진폭 검출부(60)로 입력되어 수신신호 진폭성분과 주파수 오차 성분으로 출력된다. 이러한 수신신호 진폭성분과 주파수 오차 성분은 각각 DSP(80)의 제산기(82)로 입력됨으로서, 주파수 오차 성분은 상기 수신신호 진폭성분에 의해 정규화된다.

한편 정규화된 주파수 오차 검출기(FDD:40)의 출력은 누적기(84)를 통하여 잡음이 제거된후 루프 필터(86)로 입력된다. 루프 필터(86)에서는 게인조절부(88)의 제어에 따른 초기 모드의 게인(g)을 부가하여 무한 누적을 수행하게 되며, 루프 필터(86)의 출력을 받은 주파수 사상기(90)는 루프 필터(86) 출력과 롬 테이블의 도약 주소를 사상시켜 출력함으로서, 롬 테이블을 구비하는 주파수 오차 보상 신호발생부(100)에서는 해당 도약 주소에 저장된 주파수 오차 보상신호가 출력되어 승산기(34)에 인가된다.

따라서 수신신호의 주파수 오차는 게인 조절부(88)의 제어에 따라 수행되는 다단추적모드에 의해 점진적으로 주파수 오차의 보상이 이루어지게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서 주파수 오차 결합기(110) 및 수신신호 진폭 결합기(120)가 삽입된 복수의 주파수 자동 추적 제어장치의 구성도를 도시한 것으로, 다중경로에 따른 주파수 오차 신호와 수신신호의 진폭을 합성하기 위해서 주파수 오차 검출기(FDD:40)와 DSP(80) 사이에 주파수 오차 결합기(110)를 접속하고, 수신신호 진폭 검출부(60)와 DSP(80) 사이에 수신신호 진폭 결합기(120)를 연결한다. 단말기의 송신 신호는 다중 경로를 가지고 기지국 수신기에 도착한다. 기지국 수신기에서는 각각의 다중 경로 별로 주파수 오차를 검출하나 다중 경로 별로 분할된 신호에서 검출한 주파수 오차 성분은 매우 작은 값을 갖는다. 이것은 상대적으로 주파수 오차가 느리게 보상되는 현상을 초래한다. 도 6에서와 같이 각각의 다중 경로 별로 검출된 주파수 오차 신호를 결합하면 실제 주파수 오차와 가장 근접한 주파수 오차 검출부 출력을 얻을 수 있으므로 빠른 시간안에 주파수 오차 추적이 가능하다. 수신신호 진폭 검출부의 출력을 결합한 이유도 동일한 이유에서 비롯된다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 주파수 자동 추적 제어장치의 모의실험결과를 참고적으로 설명하기로 한다.

우선 컴퓨터 모의실험을 위해 DPCCH의 1슬롯당 파일롯 심볼 수는 5개로 설정하였고, DPDCH는 랜덤하게 발생시켰으며, OVSF 코드를 사용하여 DPDCH와 DPCCH간의 직교성을 유지하였다. 또한 상향 링크 스크램블링 코드는 복소 스크램블링 코드로서 각 25개의 쉬프트 레지스터열 2개를 가지고 모듈러 2 연산을 수행하여 얻은주기의 골드 코드로써, 상향 링크 DPDCH와 DPCCH에는 38400칩 길이의 단축 코드를 사용하였다. 누적기(32)의 누적구간은 256칩, 누적기(84)의 누적구간은 6(=2슬롯)으로 설정하였으며, 또한 보상된 주파수의 해상도를 10Hz로 설정하였다. 또한 AWGN 채널만을 가정하여 모의 실험을 수행하였다.

상술한 모의 실험에서, 우선 주파수 오차에 대한 주파수 오차 검출기(40)의 출력을 도시한 도면이 도 4에 도시되어 있다. 이러한 주파수 오차 검출기(40)의 출력은 주파수 사상기(90)의 값들을 결정하는 주요한 파라메터가 된다.

한편 주파수 오차에 대한 추적시간 성능을 살펴보면, 우선 주파수 오차에 대한 추적 시간 성능을 얻기 위해 Ec/No가 -27dB인 채널 환경에서 루프 필터(86) 이득을 변화시키며 모의 실험을 수행하였으며, AGC와 정규화 블록의 사용 유무를 비교하였다. 또한 주파수 오차를 1500Hz로 설정하여 보상된 주파수를 나타냄으로서 주파수 오차에 대한 추적시간 성능을 보였다.

도 7과 도 8은 AGC와 정규화 블록의 사용 유무에 따른 주파수 오차 보상 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7과 도 8을 참조해 볼 때, 루프 필터 이득(g1)을 작게 하면 주파수 오차에 대한 추적 시간은 많이 소요되지만, 추적의 정확도 측면에서는 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 AGC와 정규화 블록을 사용했을 경우 주파수 오차에 대한 추적 시간이 지연되는 것은 정규화 블록에서수신신호의 전력을 계산하는 단계에서 노이즈가 증폭되므로, 정규화시 원하는 FDD출력보다 적은 값을 출력하기 때문에 생기는 결과이다. 그러나 AGC와 정규화 블록의 사용으로 수신신호의 진폭에 영향이 없는 FDD(40) 출력을 얻을 수 있다.

한편 정상상태에서의 지터 성능을 도 9를 참조하여 설명하면, 우선 도 9는 AGC와 정규화 블록의 사용유무에 따른 지터 성능을 표시한 그래프이다. 도 8에서는 AGC와 정규화 블록을 사용했을 때의 지터 성능이 더 좋은 것으로 보여지나, 실제적인 정규화된 지터를 생각했을 때, AGC와 정규화 블록을 사용했을 때가 FDD 이득을 가지므로 지터 성능이 떨어지는 것을 알 수 있다. 하지만 이것은 FDD(40)의 입력 진폭에 민감한 단점을 보완한 결과이다.

마지막으로 다단추적모드를 적용했을 경우의 특성을 설명하면, 우선 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다단추적모드를 주파수 자동 추적 제어장치에 적용하였을 경우의 주파수 오차 보상 그래프를 도시한 것이다. 도 10에서 사용한 루프필터(86)의 게인은 초기모드에서 1/500, 포착모드에서 1/50, 추적모드에서 1/500을 사용하였다. 도 8과 비교해 보면 주파수 오차에 대한 추적시간 특성이 향상되었음을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 도 1에 도시한 일반적인 주파수 오차 검출기(40)의 단점을 보완하기 위해 정규화 블록을 사용하였으며, FDD(40)입력단에서 이동평균필터(36)를 사용하여 단위 시간동안 더 많은 FDD 출력을 얻을 수 있게 함으로서, 좋은 지터 성능에서 빠른 주파수 오차 추적이 가능한 것이다. 또한 주파수 사상기(90)와 롬 테이블을 사용한 주소 도약 방식의 NCO를 이용하여 주파수 오차를 보상하고 있다.비록 정규화 블록의 사용으로 추적시간과 지터 성능의 저하를 가져왔지만, FDD의 수신신호 진폭에 민감한 단점을 보완하였으며, 저하된 주파수 오차 추적 성능과 정상상태 지터 성능을 다단추적모드의 사용으로 보완함으로써 빠른 주파수 오차의 추적이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 수신신호에서 잡음성분과 수신신호의 진폭 왜곡 성분을 제거하여 주파수 오차 검출기의 출력과 주파수 오차를 일대일 변환함으로서, 정확하게 주파수 오차의 추적 보상이 이루어져 수신기의 수신성능이 향상되는 장점이 있다.

또한 본 발명은 정규화 블록의 사용으로 인해 주파수 오차의 추적시간이 지연되는 것을 다단추적모드를 채용하여 보상함으로서, 결과적으로 신속하고도 정확하게 주파수 오차의 추적 및 보상이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

1. 주파수 자동 추적 제어장치에 있어서,

   역확산된 수신신호를 DPCCH의 확산인자 만큼 누적시키기 위한 누적기와;

   상기 누적기의 출력에서 잡음을 제거하고 주파수 오차 검출기의 출력 수를 증가시키기 위한 이동평균필터와;

   상기 이동평균필터의 출력을 입력하여 실수성분과 허수성분으로 분리한후 이들을 함수 연산처리하여 상기 수신신호의 주파수 오차에 비례하는 신호로서 출력하기 위한 주파수 오차 검출부와;

   분리된 상기 실수성분과 허수성분을 함수 연산처리하여 상기 수신신호의 진폭 왜곡 성분을 검출하기 위한 수신신호 진폭 검출부와;

   상기 수신신호 진폭 검출부의 출력신호로서 상기 수신신호의 주파수 오차에 비례하는 신호를 정규화하고, 정규화된 값에 다단추적모드에 따른 게인을 부가하여 얻어진 값을 주파수로 사상하기 위한 도약 주소를 발생하여 출력하는 디지털 신호 처리부와;

   상기 도약 주소가 지시하는 주파수 오차 보상신호를 메모리로부터 독출하여 상기 누적기의 출력신호에 승산하는 주파수 오차 보상신호 발생부;를 포함함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
2. 청구항 1에 있어서, 다중경로에 따른 수신신호의 주파수 오차 및 수신신호진폭 각각을 검출하기 위해 구비되는 복수의 상기 주파수 오차 검출부들과 수신신호 진폭 검출부들의 출력을 각각 결합하기 위한 결합기들을 더 포함함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 수신신호 진폭부는 입력되는 파일롯 심볼과 한 심볼 지연 출력의 공액 복소수를 곱하여 얻어진 실수성분의 제곱값과 상기 주파수 오차 검출부 출력의 제곱값을 가산하여 얻어진 수신신호 진폭 왜곡 성분의 제곱값으로부터 수신신호의 진폭을 검출함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는;

   상기 주파수 오차 검출기의 출력을 상기 수신신호의 진폭으로 정규화하기 위한 제산기와;

   잡음의 영향을 최소화하기 위해 상기 정규화된 값을 누적하는 누적기와;

   다단추적모드에 따른 게인을 상기 누적기의 출력에 부가하여 주파수의 변화량을 최소화하기 위한 루프 필터와;

   상기 루프 필터의 출력을 주파수 오차로 일 대 일 사상(mapping)하기 위한 주파수 사상기와;

   상기 누적기의 출력을 한 프레임 주기 또는 그 이상 누적하고, 누적값을 미리 설정된 기준값들과 비교하여 상기 루프 필터의 게인을 가변시켜 주기 위한 게인조절부;를 적어도 포함함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 게인 조절부는;

   상기 누적값이 미리 설정된 제1기준값 이상이면 포착모드로 전환하여 포착모드의 계수로 루프 필터의 게인을 가변시키고, 상기 누적값이 상기 제1기준값과 제2기준값 사이의 값이면 추적모드로 전환하여 추적모드의 계수로 상기 루프 필터의 게인을 가변시키고, 상기 누적값이 상기 제2기준값 이하의 값이면 정지모드로 전환하여 정지모드 계수로 상기 루프 필터의 게인을 가변시킴을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1기준값과 제2기준값은 각각 500Hz 및 50Hz임을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 주파수 오차 보상신호 발생부는;

   하나의 정현파 곡선 한 주기에 해당하는 정규화된 주파수 오차 검출기의 출력 각각을 보상하기 위한 주파수 오차 보상신호들이 저장된 롬 테이블을 구비함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
8. 청구항 4에 있어서, 상기 이동평균필터는 1-탭 FIR 필터로서 DPCCH의 확산인자 만큼 누적된 에너지와 바로 이전에 누적된 에너지 값이 결합되어 출력됨을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어장치.
9. 주파수 자동 추적 제어방법에 있어서,

   역확산된 수신신호를 DPCCH의 확산인자 만큼 누적하여 파일롯 심볼로 변환시키는 단계와;

   변환된 파일롯 심볼에서 수신신호의 주파수 오차와 수신신호 진폭을 각각 검출하는 단계와;

   검출된 상기 수신신호의 주파수 오차를 상기 수신신호 진폭으로 정규화하는 단계와;

   정규화된 값에 다단추적모드에 따른 게인을 부가하고 이 값을 주파수로 사상하기 위한 도약 주소를 발생시키는 단계와;

   발생된 도약 주소가 지시하는 주파수 오차 보상신호를 독출하여 상기 파일롯 심볼에 승산함으로서 주파수 오차를 보상하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어방법.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 정규화된 값을 누적하여 잡음을 제거하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어방법.
11. 청구항 10에 있어서, 누적된 상기 정규화값이 미리 설정된 제1기준값 이상이면 포착모드로 전환하여 포착모드의 계수로 상기 게인을 부가하고, 상기 누적된 정규화값이 상기 제1기준값과 제2기준값 사이의 값이면 추적모드로 전환하여 추적모드의 계수로 상기 게인을 부가하고, 상기 누적된 정규화값이 상기 제2기준값 이하이면 정지모드로 전환하여 정지모드 계수로 상기 게인을 부가함을 특징으로 하는 주파수 자동 추적 제어방법.