KR100727141B1

KR100727141B1 - 레이크 수신기에서 신호 수신 방법

Info

Publication number: KR100727141B1
Application number: KR1020050126800A
Authority: KR
Inventors: 김병주
Original assignee: 주식회사 팬택앤큐리텔
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 RF(Radio Frequency) 수신단의 LNA(Low Noise Amplifier)의 이득(Gain)에 따른 레이크 수신기(Rake receiver)의 MRC(Maximum Ratio Combiner) 계수를 보정하도록 한 레이크 수신기에서 신호 수신 방법에 관한 것으로, RF 수신단의 레이크 수신기에서 내부의 LNA가 다중 경로를 통해 수신되는 RF 신호를 각각 증폭시켜 주는 과정과; 상기 다중 경로 중에서 유효 경로를 확인한 후에, 상기 증폭된 신호를 해당 확인된 각 유효 경로에 대하여 복조하는 과정과; 상기 LNA의 동작 여부를 확인하여, 상기 LNA의 동작시에 상기 복조된 신호의 크기의 비율을 경로별로 차등적으로 계산하는 과정과; 상기 계산된 복조 신호의 크기 비율을 내부 MRC의 계수에 차등적으로 적용시켜, 상기 복조된 신호를 해당 MRC 계수의 비율만큼의 신호로 각각 합산하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함으로써, LNA로 인하여 발생하는 ISI(Inter Sybol Interference)를 감소시켜 레이크 수신기의 신호 수신율 및 복원율을 증대할 수 있으며, FER(Frame Error Rate)을 감소시켜 이동 통신 단말기의 성능을 향상시키고 시스템의 용량을 증대할 수 있다.

Description

레이크 수신기에서 신호 수신 방법 {Method of Receiving a Signal in the Rake Receiver}

도 1은 일반적인 이동 통신 단말기의 레이크 수신기(Rake receiver)를 설명하기 위한 도면.

도 2는 도 1에 있어 레이크 수신기의 MRC(Maximum Ratio Combiner)를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이크 수신기에서 신호 수신 방법을 나타낸 순서도.

도 4는 도 3에 있어 수신 신호와 증폭 신호를 각각 주파수 영역으로 본 예를 나타낸 그래프.

도 5는 도 3에 있어 합산 신호를 주파수 영역으로 본 예를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11: 레이크 수신기

21: MRC

본 발명은 레이크 수신기에서 신호 수신 방법에 관한 것으로, 특히 RF(Radio Frequency) 수신단의 LNA(Low Noise Amplifier)의 이득(Gain)에 따른 레이크 수신기의 MRC 계수를 보정하도록 한 레이크 수신기에서 신호 수신 방법에 관한 것이다.

일반적인 이동 통신 단말기의 RF 수신단에 있어서, RF 신호가 각각 다중 경로(Multi-path)를 통하여 입력되는데, 이때 도 1에 도시된 바와 같이, 레이크 수신기(11)에서는 해당 다중 경로(P1 ~ Pn)를 통해 입력되는 신호를 인가받으며, 해당 각각의 경로(P1 ~ Pn)에서의 신호를 복원하며, 해당 각각 복원된 신호의 크기에 따라 해당 복원된 각각의 신호의 계수를 설정하며, 해당 설정한 계수의 비율만큼의 신호로 각각 신호를 합산하게 된다.

그러면, 상기 각 경로(P1 ~ Pn)를 통해 각각 수신된 신호는 LOS(Line of Sight)를 기준 신호라고 보고, 각각의 수신 신호를 'ax(t)', 'bx(t+τ)', 'cx(t+τ')', 'dx(t+τ'')' 등이라고 하며, 송신 신호를 'Ax(t)'라고 한다면, 무선(Air)의 전파 환경에 따라 수신된 신호(S(t))는 다중 경로 페이딩(Multipath Fading)의 영향으로 도 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 'a', 'b', 'c', 'd' 등은 각 다중 경로의 신호의 진폭을 말하며, 'x(t)'는 송신 신호를 말하며, 'τ'는 각 다중 경로의 지연(Delay)을 말한다.

그리고, 상기 수신 신호(S(t))를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

S(t) = ax(t+τ)+bx(t+τ')+cx(t+τ'')+dx(t+τ''')+ex(t+τ'''') … +n(t)

상기 다중 경로(P1 ~ Pn)를 통과한 신호를 상기 레이크 수신기(11)로 각각의 신호 PN 코드(Code)의 칩(Chip) 간격(T)으로 분기하여, 상호관계(Correlation)의 특성으로 각각의 신호를 분기해 내는데, 이때 해당 분기된 레이크의 신호를 3개로 가정하면 아래의 수학식 2와 같다. 여기서, 'C(x)'는 상호관계 함수를 말한다.

C(S(t)*x(t+τ)) = a'x(t)

C(S(t)*x(t+τ')) = b'x(t)

C(S(t)*x(t+τ'')) = c'x(t)

상기 각 복조된 신호의 크기의 비율에 따라, 즉 'a'+ b'+c' = 1'의 비율에 따라 각 진폭을 맞추어 신호를 합산하게 되는데, 이것은 도 2에 도시된 바와 같은 레이크 수신기의 MRC(21)에서 수행하게 된다.

그리고, 종래의 기술에서는 수신 신호(S(t))를 수신하기 전에 수신단 증폭기를 사용하는데, 해당 수신단 증폭기는 통상 LNA를 사용하게 된다.

이때, 모든 증폭기의 특성은 신호의 특성을 왜곡시키게 되는데, 이와 마찬가지로 해당 LNA의 진폭을 'λ'라고 한다면 아래의 수학식 3과 같이 된다.

S'(t) = λS(t)

여기서, 상기 수학식 1에서 복원 신호로 쓸 것인지, 아니면 쓰지 않을 것인지는 상기 레이크 수신기(11)가 신호의 크기로 결정하게 되며, 이에 해당 복원 신호로 사용이 결정된 신호 중에 상기 LNA로 인하여 복원 신호로 사용될 수 없는 오류된 신호를 복원 가능 신호로 결정될 수도 있다.

이로 인하여 ISI(Inter Symbol Interference)가 증가하는데, 즉 펄스 파형이 일그러져 상기 레이크 수신기에서 각 비트에 할당된 타임 슬롯을 삐어져 나와 인접 슬롯으로 들어가 검파할 때에 간섭을 주게 되는 현상이 증가함으로써, 신호 수신율과 용량에 악영향을 미치는 단점이 있었다.

전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 RF 수신단의 LNA의 이득에 따른 레이크 수신기의 MRC 계수를 보정하도록 한 레이크 수신기에서 신호 수신 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 RF 수신단의 LNA의 이득에 따른 레이크 수신기의 MRC 계수를 보정함으로써, 레이크 수신기의 수신율을 향상시키도록 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 레이크 수신기에 MRC를 사용함에 있어서, LNA의 상태에 따라 MRC의 계수에 가중치를 줌으로써, LNA로 인하여 발생하는 ISI를 감소시켜 레이크 수신기에서의 신호 복원율을 증대할 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 레이크 수신기에서 각기 다른 경로로부터 추출된 신호를 MRC의 알고리즘을 사용하여 합산할 때에 사용하는 MRC 계수의 가중치를 RF 수신단의 LNA의 증폭률에 맞게 변화시켜 줌으로써, 레이크 수신기에서의 더 좋은 신호 복원율을 가지도록 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 LNA 및 증폭기를 사용해야 하는 약전계에서 수신율 증대와 FER(Frame Error Rate)을 감소시켜 이동 통신 단말기의 성능을 향상시키고 시스템의 용량을 증대할 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 레이크 수신기에서 신호 수신 방법은, RF 수신단의 레이크 수신기에서 내부의 LNA가 다중 경로를 통해 수신되는 RF 신호를 각각 증폭시켜 주는 과정과; 상기 다중 경로 중에서 유효 경로를 확인한 후에, 상기 증폭된 신호를 해당 확인된 각 유효 경로에 대하여 복조하는 과정과; 상기 LNA의 동작 여부를 확인하여, 상기 LNA의 동작시에 상기 복조된 신호의 크기의 비율을 경로별로 차등적으로 계산하는 과정과; 상기 계산된 복조 신호의 크기 비율을 내부 MRC의 계수에 차등적으로 적용시켜, 상기 복조된 신호를 해당 MRC 계수의 비율만큼의 신호로 각각 합산하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 복조된 신호의 크기 비율 계산 과정은, 상기 LNA가 동작중이 아닐 때에, 'a'|λ|+b'|λ|+c'|λ|+d'|λ| = 1'로 하여 상기 MRC 계수의 비율로 하되, 여기서 상기 'a'', 'b'', 'c'' 및 'd''는 상기 다중 경로를 통과한 각 신호의 진폭을 나타내며, 상기 '|λ|'는 증폭 성분의 크기를 나타내는 것을 특징으로 한다.

다르게는, 상기 복조된 신호의 크기 비율 계산 과정은, 상기 LNA가 동작 중일 때에, 상기 다중 경로 중에서 제1경로와 제2경로만을 강화하는 경우에, 'A*a'|λ|+A*b'|λ|+c'|λ|+d'|λ| = 1'로 하여 상기 MRC 계수의 차등 비율로 하되, 여기서 상기 'A'는 강화 계수를 나타내며, 상기 'a'', 'b'', 'c'' 및 'd''는 상기 다중 경로를 통과한 각 신호의 진폭을 나타내며, 상기 '|λ|'는 증폭 성분의 크기를 나타내는 것을 특징으로 한다.

다르게는, 본 발명의 실시 예에 따른 레이크 수신기에서 신호 수신 방법은, 상기 강화 계수의 크기 및 상기 다중 경로 중에서의 유효 경로 사용 여부를 미리 결정하여 설정해 두는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 신호 합산 과정은 상기 다중 경로 중에서 제1경로와 제2경로만을 강화하는 경우에, 합산 신호를 'Aaλx(t+τ)+Abλx(t+τ')+cλx(t+τ'')+dλx(t+τ''')+eλx(t+τ'''') … +n'(t)'에 의해 구하되, 여기서 상기 'A'는 강화 계수를 나타내며, 상기 'a', 'b', 'c' 및 'd'는 상기 다중 경로에서의 각 신호의 진폭을 나타내며, 상기 'λ'는 증폭 성분을 나타내며, 상기 'x(t)'는 송신 신호를 나타내며, 상기 'τ'는 상기 다중 경로의 각 지연을 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 RF 수신단의 레이크 수신기에서 각기 다른 경로(즉, 다중 경로 페이딩)로부터 추출된 신호를 MRC의 알고리즘을 사용하여 합산하여 간섭(즉, ISI), 페이딩, AWGN(Additive White Gaussian Noise) 등을 제거시켜 신호를 복원하는데, 이때 이를 합산하는 MRC의 계수의 가중치를 RF 수신단의 LNA의 증폭률에 맞게 변화시켜 더 좋은 신호 복원율을 가지도록 한다.

다시 말해서, 본 발명은 노이즈 ISI에 의거하여 레이크 수신기에서 MRC에 차등 강화 계수를 사용하도록 하는데, 즉 RF 수신단의 LNA의 이득에 따라 MRC 계수를 보정함으로써, LNA에서의 레이크 수신기의 수신율을 증대시켜 주도록 한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 레이크 수신기에서 신호 수신 방법은, 도 3의 순서도에 나타나 있는 바와 같이, LNA의 스테이지(Stage)에 따라 MRC 계수를 변화시켜 해당 LNA를 사용하는 레이크 수신기의 성능을 향상시키도록 이루어진다.

우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 다중 경로를 통하여 해당 RF 수신단으로 수신되는 RF 신호를 입력받게 되는데(단계 S31), 이때 해당 다중 경로를 통해 입력되는 신호를 LNA에서 증폭시켜 주게 된다(단계 S32).

이때, 상기 수학식 1에 상기 LNA의 증폭 성분(λ)이 있다고 한다면, 상기 LNA에 의해 증폭된 신호(S'(t))는 아래의 수학식 4와 같이 된다.

S'(t) = S(t)*λ = aλx(t+τ)+bλx(t+τ')+cλx(t+τ'')+dλx(t+τ''')

+eλx(t+τ'''') … +n'(t)

그리고, 상기 LNA에 의해 증폭된 신호(S'(t))는 상기 각각의 경로에서의 신호로 복원되는데, 이때 상기 각각의 경로 중에 유효 경로를 확인한 후에(단계 S33) 상기 LNA에 의해 증폭된 신호(S'(t))를 해당 확인된 각 유효 경로에 대하여 레이크 수신기로 복조해 내면 다음과 같다(단계 S34).

만약에, 경로 4개가 유효 경로라고 가정한다면, 'a'|λ|', 'b'|λ|', 'c'|λ|' 및 'd'|λ|'가 해당 레이크 수신기로의 복조 신호이다. 여기서. 'a'', 'b'', 'c'' 및 'd''는 상기 각각의 경로를 통과한 각 신호의 진폭을 말하며, '|λ|'는 증폭 성분(λ)의 크기를 말한다.

이에, 상기 레이크 수신기의 MRC에서는 상기 'a'|λ|', 'b'|λ|', 'c'|λ|' 및 'd'|λ|'의 복조 신호의 크기의 비율로 상기 각 경로의 신호를 합치게 된다.

그런데, 종래 기술에 있어서, 상기 레이크 수신기는 상기 각각 복원된 신호의 크기에 따라 상기 각각 복원된 신호의 계수를 설정한 후에 해당 설정한 계수의 비율만큼의 신호로 각각 신호를 합산하게 된다. 즉, 신호 비율이 낮은 성분에서는 신호 대 잡음비(SNR)가 작으므로 상기 증폭 성분(λ)이 악 영향을 줄 것이다.

그래서, 본 발명에서는 상기 LNA의 상태를 확인한 후에(단계 S35), 해당 확인된 LNA의 상태에 따라 상기 'a'|λ|', 'b'|λ|', 'c'|λ|' 및 'd'|λ|'의 복조 신호의 크기의 비율을 차등적으로 계산하도록 해 줌으로써(단계 S36), 상기 LNA로 인하여 발생하는 ISI로의 손실을 막아 상기 레이크 수신기의 신호 복조율을 크게 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 LNA가 오프(Off)일 경우, 'a'|λ|+b'|λ|+c'|λ|+d'|λ| = 1'로 하여 상기 MRC의 비율로 한다. 또한, 상기 LNA가 온(On)일 경우, 'A*a'|λ|+A*b'|λ|+c'|λ|+d'|λ| = 1'로 하여 차등 MRC 비율로 해 주게 된다. 여기서, 해당 'A'는 강화 계수로 'A > 1'이며, 상기 각각의 경로 중에서 제1경로와 제2경로만을 강화하는 경우를 적용한 것이다.

이때, 상기 LNA의 상태에 따라 'A'의 수치와 경로의 가감은 아래와 같은 실험을 통하여 구하면 된다.

상기 수학식 1에서의 수신 신호(S(t))를 주파수 영역으로 보고 상기 수학식 4에서의 증폭 신호(S'(t))를 주파수 영역으로 본다면, 즉 주파수 영역에서의 그래프로 본다면, 도 4에 도시된 바와 같이, 해당 수신 신호(S(t))보다 해당 증폭 신호(S'(t))가 복조하는데 있어, 불필요하고 ISI만 증가하는 구간이 증대하여 복조 성능에 영향을 미칠 것이다.

그래서, 상기 LNA를 작동시킬 경우에, 상기 36단계(S36)에서 계산된 복조 신호의 크기의 비율을 상기 MRC의 계수에 차등적으로 적용한 후에(단계 S37), 해당 적용한 계수의 비율만큼의 신호로 각각 신호를 합산하게 된다(단계 S38).

예를 들어, 제1경로와 제2경로만을 강화하는 경우에, 상기 MRC의 계수에 차등적으로 적용하면 합산 신호(S''(t))는 아래의 수학식 5와 같다. 여기서, 해당 'a', 'b', 'c' 및 'd'는 상기 각각의 경로에서의 각 신호의 진폭을 말하며, 해당 'x(t)'는 송신 신호를 말하며, 해당 'τ'는 상기 각각의 경로의 지연을 말한다.

S''(t) = Aaλx(t+τ)+Abλx(t+τ')+cλx(t+τ'')+dλx(t+τ''')

+eλx(t+τ'''') … +n'(t)

그리고, 상기 수학식 5를 주파수 영역에서 본다면 도 5의 그래프와 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 빗금으로 표시된 영역만큼 ISI를 감소시켜 상기 LNA를 사용할 때에도 레이크 수신기의 복조 성능을 증가시켜 준다. 또한, 색칠되어 있는 부분은 유효한 성분이므로, 차등 MRC의 강화 계수(A)의 크기 및 상기 각각의 경로의 사용 여부를 실험치에 의해 미리 결정하여 설정해 둠으로써, 최대 ISI를 감소시켜 복조율을 높일 수 있다.

다른 실시 예로서, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 레이크 수신기에서 신호 수신 방법을 적용하여, GPS 수신단에서의 LNA를 사용할 경우에, 해당 GPS의 특징인 라이시언(Raician) 분포의 다중 경로에도 사용이 가능하며, 이에 GPS 수신 장치에서의 레이크 수신기에서 사용하면 GPS를 획득할 가능성이 높아짐으로 GPS 위치 추적이 더 정밀해진다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 레이크 수신기에서 각기 다른 경로로부터 추출된 신호를 MRC의 알고리즘을 사용하여 합산할 때에 사용하는 MRC 계수의 가중치를 RF 수신단의 LNA의 이득에 따라 변화시켜 줌으로써, LNA로 인하여 발생하는 ISI를 감소시켜 레이크 수신기의 신호 수신율 및 복원율을 증대할 수 있으며, FER을 감소시켜 이동 통신 단말기의 성능을 향상시키고 시스템의 용량을 증대할 수 있다.

Claims

RF(Radio Frequency) 수신단의 레이크 수신기에서 내부의 LNA(Low Noise Amplifier)가 다중 경로를 통해 수신되는 RF 신호를 각각 증폭시켜 주는 과정과;

상기 다중 경로 중에서 유효 경로를 확인한 후에, 상기 증폭된 신호를 해당 확인된 각 유효 경로에 대하여 복조하는 과정과;

상기 LNA의 동작 여부를 확인하여, 상기 LNA의 동작시에 상기 복조된 신호의 크기의 비율을 경로별로 차등적으로 계산하는 과정과;

상기 계산된 복조 신호의 크기 비율을 내부 MRC(Maximum Ratio Combiner)의 계수에 차등적으로 적용시켜, 상기 복조된 신호를 해당 MRC 계수의 비율만큼의 신호로 각각 합산하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이크 수신기에서 신호 수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 복조된 신호의 크기 비율 계산 과정은, 상기 LNA가 동작중이 아닐 때에, 'a'|λ|+b'|λ|+c'|λ|+d'|λ| = 1'로 하여 상기 MRC 계수의 비율로 하되,

여기서 상기 'a'', 'b'', 'c'' 및 'd''는 상기 다중 경로를 통과한 각 신호의 진폭을 나타내며, 상기 '|λ|'는 증폭 성분의 크기를 나타내는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기에서 신호 수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 복조된 신호의 크기 비율 계산 과정은, 상기 LNA가 동작 중일 때에, 상기 다중 경로 중에서 제1경로와 제2경로만을 강화하는 경우에, 'A*a'|λ|+A*b'|λ|+c'|λ|+d'|λ| = 1'로 하여 상기 MRC 계수의 차등 비율로 하되,

여기서 상기 'A'는 강화 계수를 나타내며, 상기 'a'', 'b'', 'c'' 및 'd''는 상기 다중 경로를 통과한 각 신호의 진폭을 나타내며, 상기 '|λ|'는 증폭 성분의 크기를 나타내는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기에서 신호 수신 방법.
제3항에 있어서,

상기 강화 계수의 크기 및 상기 다중 경로 중에서의 유효 경로 사용 여부를 미리 결정하여 설정해 두는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이크 수신기에서 신호 수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 신호 합산 과정은 상기 다중 경로 중에서 제1경로와 제2경로만을 강화하는 경우에, 합산 신호를 'Aaλx(t+τ)+Abλx(t+τ')+cλx(t+τ'')+dλx(t+τ ''')+eλx(t+τ'''') … +n'(t)'에 의해 구하되,

여기서 상기 'A'는 강화 계수를 나타내며, 상기 'a', 'b', 'c' 및 'd'는 상기 다중 경로에서의 각 신호의 진폭을 나타내며, 상기 'λ'는 증폭 성분을 나타내며, 상기 'x(t)'는 송신 신호를 나타내며, 상기 'τ'는 상기 다중 경로의 각 지연을 나타내는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기에서 신호 수신 방법.