KR20090085331A - 이동통신 시스템의 주파수 제어 장치 및 방법 - Google Patents

이동통신 시스템의 주파수 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 휴대용 단말기의 상향 링크 신호 간의 간섭 현상을 줄이기 위한 주파수 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있음을 확인할 경우, 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산하여 송신 주파수를 변경하는 주파수 조정부를 포함하여 휴대용 단말기 간에 발생하는 부반송파간 간섭 (ICI ; Inter-Carrier Interference)을 감소시킬 수 있다. 상기와 같이 부반송파의 간섭을 줄임으로써, 상향링크 셀 용량을 증가시켜 데이터 전송율을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
주파수 제어, 상향링크, 이동속도, ICI, 간섭 제거

Description

이동통신 시스템의 주파수 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FREQUENCY CONTROL IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템의 상향링크 주파수 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 3GPP LTE(Long Term Evolution) 이동통신 시스템에서 휴대용 단말기의 상향 링크 신호 간의 간섭 현상을 줄이기 위한 주파수 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 멀티미디어 시스템은 이동 무선채널 환경에서 고용량 데이터의 고속 전송이 요구되며 급격히 증가하고 있는 무선 통신에 대한 수요를 수용해야 한다. 따라서, 최근에 고속의 데이터 전송이 가능하면서 주파수 이용효율이 높은 전송방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 짧은 심벌 주기를 갖는 고속의 데이터를 전송하기 위해서는 넓은 전송 대역이 요구되며, 심벌간 간섭 (ISI ; Inter-Symbol Interference) 또는 무선 채널의 다중경로 간섭에 의해 발생하는 주파수 선택적 페이딩을 극복해야 한다. 이를 위한 방식으로 심벌 주기를 확장하여 여러 개의 반송 파를 통해 전송하는 다중 반송파 기술이 있다. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식은 다중 반송파 기술의 하나로써, 상호 직교하는 부반송파의 주파수 대역을 겹쳐서 전송하여 주파수 이용 효율이 높고, 다중 반송파를 이용한 변, 복조를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform), FFT를 통해 고속 구현이 가능하다. 또한, 다중경로 채널에 의한 신호의 지연확산(delay spread)보다 긴 보호구간을 이용하여 부반송파간의 직교성을 유지함으로써 주파수 영역에서 부반송파별로 하나의 탭을 갖는 간단한 등화가 가능하다.
상기 OFDMA 전송 방식은 다중반송파를 사용하여 데이터를 전송하며, 이때 각각의 다중반송파는 최소한의 주파수 간격(부반송파 간격(subcarrier spacing))을 유지하면서 전송함으로써, 전체 주파수 대역을 효율적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 상기와 같은 OFDMA 전송 방식은 주파수 오프셋에 대단히 민감하여 약간의 주파수 오프셋에 의한 부반송파 간 간섭(ICI ; Inter-Carrier Interference)이 발생한다는 문제점이 있다.
일반적인 이동통신 시스템에서는 주파수 오프셋의 발생에 따른 간섭을 줄이기 위하여 발진기 제어를 이용한 주파수 제어 방법과 수치 제어기의 제어를 통한 주파수 제어 방식을 사용한다.
도 1은 일반적인 이동통신 시스템에서 정지 채널의 주파수 제어 방법을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 먼저, 기지국에서 하향링크 신호를 fRF _ BS _ DL의 RF 중심 주파수를 사용하여 전송할 경우, (a)와 같은 스펙트럼이 발생하게 된다.
이후, 상기 휴대용 단말기의 안테나에서는 (b)와 같은 수신 신호를 수신하는 상태에서 상기 휴대용 단말기와 기지국 사이의 발진기 편차를 고려한 주파수 오프셋(△fRx _ UE)이 발생한다고 가정할 경우, 상기 휴대용 단말기는 (c)와 같이 fRx _ UE _ DL의 RF 중심 주파수를 사용하여 수신 신호를 수신한다. 이후, 상기 휴대용 단말기에서 자동 주파수 제어(AFC ; Automatic Frequency Controller)를 통해 상기 주파수 오프셋을 보정할 경우, (d)와 같이 송수신 주파수를 일치시킨 형태로 수신하도록 처리한다.
한편, 상기 휴대용 단말기의 상향링크 과정은 (e)와 같이 fRx _ UE _ DL-fRx _ UE _ UL의 주파수 간격이 떨어진 송신 주파수 fRx _ UE _ UL을 이용하여 데이터를 전송하며, 상기 기지국은 (f) 및 (g) 와 같이 상기 휴대용 단말기의 자동 주파수 제어에 의해 보상된 신호를 수신할 수 있다.
도 2는 일반적인 이동통신 시스템에서 이동 채널의 주파수 제어 방법을 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 먼저, 기지국에서 하향링크 신호를 fRF _ BS _ DL의 RF 중심 주파수를 사용하여 전송할 경우, (a)와 같은 스펙트럼이 발생하고, 휴대용 단말기 가 이동함에 따라 발생하는 도플러 주파수 오프셋에 의해 (b)와 같은 수신 스펙트럼을 발생한다.
이에 따라 상기 휴대용 단말기의 RF 수신 주파수와 기지국 RF 송신 주파수와의 차이에 의해 상기 휴대용 단말기에서는 (c)에 도시한 바와 같이 도플러 주파수 오프셋과 송수신 주파수의 오프셋의 합한 크기(△fdoppler _ DL+△fosc)의 주파수 오프셋이 발생한다.
이후, 상기 휴대용 단말기의 자동 주파수 제어(AFC ; Automatic Frequency Controller)에 의해 상기 주파수 오프셋을 보정할 경우, 상기 휴대용 단말기는 (d)와 같은 형태의 수신 신호를 수신한다.
한편 상기 휴대용 단말기에서 상기 기지국으로의 송신 과정은 (e)와 같이 fRx_UE_DL-fRx_UE_UL의 주파수 간격이 떨어진 송신 주파수 fRx _ UE _ UL을 이용하여 데이터를 전송하며, 이에 따라 기지국이 수신하는 신호는 (f)에 도시한 바와 같이 도플러 주파수(△fdoppler _ UL)가 발생한다.
만약 상기 휴대용 단말기와 기지국이 같은 환경의 다중경로 채널을 사용할 경우, (f)에 도시한 바와 같이 상기 기지국에서 발생하는 도플러 주파수와 상기 휴대용 단말기에서 발생하는 도플러 주파수의 방향이 동일하게 된다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제는 상기 휴대용 단말기가 저속으로 이동할 경우보다 고속으로 이동할 경우에 발생하고, 이에 따라 상기 기지국의 수신 장치에서는 추가적인 주파수 오프셋이 발생한다는 문제점이 생긴다.
도 3은 일반적인 이동통신 시스템의 기지국에서 수신하는 신호를 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 기지국에 다수의 휴대용 단말기가 동시에 접속할 경우, 상기 휴대용 단말기마다 서로 다른 채널 환경에 따른 도플러 주파수가 발생하게 된다. 상기 도 3에 도시한 바와 같이 고속으로 이동중인 다수개의 휴대용 단말기들과, 저속으로 이동중인 다수개의 휴대용 단말기들 다시 말해서 OFDMA 등과 같은 다중 접속 방식을 사용하는 상향링크에서 고속으로 이동하는 휴대용 단말기들의 신호는 저속으로 이동중인 휴대용 단말기들의 신호에 대하여 부반송파간 간섭 (ICI ; Inter-Carrier Interference)을 일으킴으로써 수신 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 상향링크 신호의 간섭을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템에서 휴대용 단말기의 이동 속도에 따른 주파수를 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템의 주파수 제어 장치는 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있음을 확인할 경우, 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산하여 송신 주파수를 변경하는 주파수 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템의 주파수 제어 방법은 휴대용 단말기의 이동속도를 판단하는 과정과, 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있음을 확인할 경우, 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산하는 과정과, 상기 계산한 주파수 오프셋 보상 값을 이용하여 송신 주파수를 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 고속으로 휴대용 단말기의 상향링크 송신 신호의 주파수를 이동속도에 속도에 따라 제어함으로써, 휴대용 단말기 간에 발생하는 부반송파간 간섭 (ICI ; Inter-Carrier Interference)을 감소시킬 수 있다. 상기와 같이 부반송파의 간섭을 줄임으로써, 상향링크 셀 용량을 증가시켜 데이터 전송율을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 설명에서는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 이동통신 시스템에서 휴대용 단말기의 상향 링크 신호 간의 간섭 현상을 줄이기 위한 주파수 제어 장치 및 방법에 관하여 설명할 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주파수 보정부의 구성을 도시한 블록도이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 주파수 조정부(400)는 도플러 주파수 추정 부(401), 속도 판단부(403), 송신 주파수 오프셋 계산부(405)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 상기 주파수 조정부(400)는 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있을 경우, 기지국과의 송/수신 주파수간 차이뿐만 아니라 하향 링크에서 수신된 도플러 주파수를 추정하여 상향링크 신호 전송시 발생될 도플러 주파수를 예측하여 송신 신호의 주파수를 보정하도록 처리함으로써, 상향링크 신호 복조시 발생할 수 있는 간섭 신호를 감소시키도록 처리한다.
상기 주파수 조정부(400)의 도플러 주파수 추정부(401)는 입력된 데이터 신호로부터 도플러 주파수를 측정하고 상기 측정한 도플러 주파수의 값을 상기 속도 판단부(403)로 제공한다. 즉, 상기 도플러 주파수 추정부(401)는 상기 휴대용 단말기의 이동 속도를 판단하기 위한 도플러 주파수를 추정한다.
상기 속도 판단부(403)는 상기 도플러 주파수 추정부(401)로부터 제공받은 도플러 주파수를 이용하여 상기 휴대용 단말기의 속도를 확인하여 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동 중인지 또는 저속으로 이동 중인지를 판단한다. 여기에서, 상기 속도 판단부(403)는 상기 도플러 주파수 추정부(401)로부터 임계치 이하의 도플러 주파수 값을 수신(△fdoppler _DL<임계값1)할 경우, 상기 휴대용 단말기가 저속으로 이동하고 있다고 판단할 수 있으며, 임계치 이상의 도플러 주파수 값을 수신(△fdoppler _ DL>임계값2)할 경우, 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 수 있다. 또한, 상기 속도 판단부(403)는 저속 이동을 판단하는 임계값과 고속 이 동을 판단하는 임계값을 서로 다른 값(임계값1≠임계값2)으로 설정하거나 같은 값(임계값1=임계값2)으로 설정하여 사용할 수 있다.
상기 송신 주파수 오프셋 계산부(405)는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산한다. 여기에서, 상기 송신 주파수 오프셋 계산부(405)는 발진기를 이용한 주파수 제어 방식과 수치 제어기를 이용한 주파수 제어 방식에 따라 다르게 동작할 수 있으며, 각각의 방식에서 동작하는 방법은 하기 도 6 내지 도 7에서 상세히 설명할 것이다.
이상은 3GPP LTE(Long Term Evolution) 이동통신 시스템에서 휴대용 단말기의 상향 링크 신호 간의 간섭 현상을 줄이기 위한 주파수 제어 장치에 관하여 설명하였고, 이하 설명에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 상기 장치를 이용하여 3GPP LTE(Long Term Evolution) 이동통신 시스템에서 휴대용 단말기의 상향 링크 신호 간의 간섭 현상을 줄이기 위한 주파수 제어 방법에 관하여 설명할 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기에서 상향링크 주파수를 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 상향링크 주파수를 제어하는 과정은 발진기를 직접 제어하는 주파수 제어 방식과 수치 제어기를 사용하는 주파수 제어 방식에 동일하게 적용할 수 있다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 휴대용 단말기는 먼저 501단계에서 하향링크 수신 신호로부터 주파수 오프셋 값을 추정한 후, 503단계로 진행하여 상기 휴대용 단말기의 이동에 따른 도플러 주파수 값을 추정한다. 여기에서, 상기 휴대용 단말기는 송신부와 수신부 사이의 발진기 차이를 이용하여 상기 주파수 오프셋 값을 확인할 수 있다.
이후, 상기 휴대용 단말기는 505단계로 진행하여 상기 503단계에서 추정한 도플러 주파수 값을 이용하여 상기 휴대용 단말기의 이동 속도를 판단하는 과정을 수행한 후, 507단계로 진행하여 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있는지 확인한다. 상기 휴대용 단말기의 이동 속도를 판단하는 과정은 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있는 상황인지 저속으로 이동하고 있는 상황인지 판단하는 과정으로, 상기 휴대용 단말기는 미리 정한 임계치 이하의 도플러 주파수 값을 추정할 경우, 상기 휴대용 단말기가 저속으로 이동하고 있다고 판단할 수 있다. 반대로 임계치 이상의 도플러 주파수 값을 추정할 경우, 상기 휴대용 단말기는 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 수 있다.
만일, 상기 507단계에서 상기 휴대용 단말기가 저속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 휴대용 단말기는 515단계로 진행하여 상기 501단계에서 추정한 주파수 오프셋 값을 정지 주파수 오프셋 값(△fstatic)으로 갱신한다. 상기 501단계에서 추정한 주파수 오프셋 값을 정지 주파수 오프셋 값으로 갱신하는 과정은 상기 저속으로 이동하는 휴대용 단말기의 도플러 주파수 오프셋 값이 작기 때문에 상기 갱신한 정지 주파수 오프셋 값으로 송/수신기간 주파수 오프셋 값으로 반영하기 위함이다.
한편, 상기 507단계에서 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 휴대용 단말기는 509단계로 진행하여 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산한다. 여기에서 상기 휴대용 단말기는 발진기를 이용한 주파수 제어 방식과 수치 제어기를 이용한 주파수 제어 방식에 따라 다르게 동작할 수 있으며, 각각의 방식에서 동작하는 방법은 하기 도 6 내지 도 7을 참조한다.
이후, 상기 휴대용 단말기는 상기 계산한 주파수 오프셋 보상 값을 이용하여 송신 주파수 주파수를 변경하도록 처리한 후, 513단계로 진행하여 실질적인 데이터 전송을 수행한다.
이후, 상기 휴대용 단말기는 본 알고리즘을 종료한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주파수 조정부를 적용한 휴대용 단말기의 구성을 도시한 블록도이다. 상기 휴대용 단말기는 발진기를 이용한 주파수 제어 방식을 사용한다고 가정하여 설명한다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 휴대용 단말기는 수신부(601), A/D(Analog/Digital) 변환부(603), FFT(Fast Fourier Transform) 처리부(605), 자동 주파수 제어기(AFC ; Automatic Frequency Control)(607), 주파수 조정부(609)를 포함하는 수신 장치와, 송신부(609), D/A(Digital/Analog) 변환부(607), 수치 제어기(NCO ; Numerically Controlled Oscillator)(615), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 처리부(613)를 포함하는 송신 장치로 구분할 수 있으며, 상기 수신 장치와 송신 장치 사이에는 발진기가 위치할 수 있다.
기지국으로부터 송신되는 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 통해 잡음이 가산된 형태로 상기 휴대용 단말기의 안테나(antenna)를 통해서 수신된다. 상기 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 수신부(601)의 RF 처리기를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF ; Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한다. 이후 상기 아날로그 디지털 변화부(603)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 상기 FFT(Fast Fourier Transformer)(605)를 이용하여 수신 신호의 FFT(Fast Fourier Transform) 과정을 수행하도록 한다.
상기 자동 주파수 제어부(609)는 서로 다른 대역의 주파수 사이의 차이를 추정하고, 상기 휴대용 단말기의 수신 성능을 보장하기 위하여 발진기를 제어함으로써, 자동 주파수 제어 기능을 수행한다.
상기 주파수 조정부(609)는 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 기지국과의 송/수신 주파수의 차이와 상기 기지국으로부터 수신하는 신호의 도플러 주파수를 추정한다. 이에 따라 상기 주파수 조정부(609)는 상기 기지국으로 송신하는 신호에 대해 발생할 수 있는 도플러 주파수를 예측하고, 상기 예측한 주파수를 이용하여 상향링크 신호의 주파수를 보정하도록 처리한다.
상기와 같이 발진기를 이용한 주파수 제어 방식을 사용하는 휴대용 단말기의 주파수 보정부(609)는 아래 설명과 같이 동작하여 상향링크 신호의 주파수를 제어할 수 있다.
먼저, 상기 주파수 조정부(609)는 도 5에서 설명한 바와 같이 도플러 주파 수를 추정하여 휴대용 단말기의 이동 속도를 판단한다.
만일, 상기 휴대용 단말기가 저속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 주파수 조정부(609)는 추정한 주파수 오프셋 값을 정지 주파수 오프셋 값(△fstatic)으로 갱신한다. 한편, 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 주파수 조정부(609)는 하기 <수학식 1>을 이용하여 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산한다. 즉, 상기 주파수 조정부(609)는 하향 링크 신호로부터 추정한 주파수 오프셋에 따라 상기 발진기를 제어할 경우, 고속으로 이동하는 휴대용 단말기의 하향링크 신호는 보정할 수 있지만 보정할 수 없는 상향링크 신호를 보정하기 위하여 수치 제어기를 통해 보정하도록 처리한다.
Figure 112008009055911-PAT00001
여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위 한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fdoppler _ UL는 상향링크 도플러 주파수, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, fRF _ UE _ UL는 상향링크 무선 주파수, fRF _ UE _ DL는 하향링크 무선 주파수를 나타낸다.
또한, 상기 주파수 조정부(609)는 하기 <수학식 2>와 같이 주파수 오프셋 보상값을 계산할 수 있다. 여기에서, 하기 <수학식 2>는 송/수신 주파수 간격이 RF 주파수 값에 비해서 충분히 작을 경우에 사용하는 수식으로 상기 <수학식 1>을 간략하게 표현한 수식이다.
Figure 112008009055911-PAT00002
여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값을 말한다.
상기 수치 제어기(615)는 상기 주파수 조정부(609)에 의해 계산된 주파수 오프셋 보상 값을 이용하여 상향링크 신호를 보상한 후, 상기 디지털 아날로그 변화 부(617)로 제공하며, 상기 디지털 아날로그 변환부(617)는 상기 수신한 디지털 신호를 아날로그 변환하여 상기 송신부(619)를 통해 기지국으로 전송한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 주파수 조정부를 적용한 휴대용 단말기의 구성을 도시한 블록도이다. 상기 휴대용 단말기는 수치 제어기를 이용한 주파수 제어 방식을 사용한다고 가정하여 설명한다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 휴대용 단말기는 수신부(701), A/D(Analog/Digital) 변환부(703), 수신측 수치제어기(NCO ; Numerically Controlled Oscillator)(705), FFT(Fast Fourier Transform) 처리부(707), 자동 주파수 제어기(AFC ; Automatic Frequency Control)(709), 주파수 조정부(713)를 포함하는 수신 장치와, 송신부(721), D/A(Digital/Analog) 변환부(719), 송신측 수치 제어기(717), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 처리부(715)를 포함하는 송신 장치로 구분할 수 있으며, 상기 수신 장치와 송신 장치 사이에는 발진기(711)가 위치할 수 있다.
기지국으로부터 송신되는 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 통해 잡음이 가산된 형태로 상기 휴대용 단말기의 안테나(antenna)를 통해서 수신된다. 상기 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 수신부(701)의 RF 처리기를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF ; Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한다. 이후 상기 아날로그 디지털 변화부(703)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 수신측 수치 제어기(705)로 출력한다. 상기 수신측 수치 제어기(705)는 자동 주파수 제어 수행에 따라 발생하는 주파수 옵셋(off set)을 보정한 후, 상기 FFT(Fast Fourier Transformer)(707)를 이용하여 수신 신호의 FFT(Fast Fourier Transform) 과정을 수행하도록 한다.
상기 자동 주파수 제어부(709)는 서로 다른 대역의 주파수 사이의 차이를 추정하고, 상기 휴대용 단말기의 수신 성능을 보장하기 위한 자동 주파수 제어 기능을 수행한다.
상기 주파수 조정부(713)는 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 기지국과의 송/수신 주파수의 차이와 상기 기지국으로부터 수신하는 신호의 도플러 주파수를 추정한다. 이에 따라 상기 주파수 조정부(713)는 상기 기지국으로 송신하는 신호에 대해 발생할 수 있는 도플러 주파수를 예측하고, 상기 예측한 주파수를 이용하여 상향링크 신호의 주파수를 보정하도록 처리한다.
상기와 같이 수치 제어기를 이용한 주파수 제어 방식을 사용하는 휴대용 단말기의 주파수 보정부(713)는 아래 설명과 같이 동작하여 상향링크 신호의 주파수를 제어할 수 있다.
먼저, 상기 주파수 조정부(713)는 도 5에서 설명한 바와 같이 도플러 주파수를 추정하여 휴대용 단말기의 이동 속도를 판단한다.
만일, 상기 휴대용 단말기가 저속으로 이동하고 있다고 판단할 경우, 상기 주파수 조정부(713)는 추정한 주파수 오프셋 값을 정지 주파수 오프셋 값(△fstatic)으로 갱신한다. 한편, 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있다고 판단할 경 우, 상기 주파수 조정부(713)는 하기 <수학식 3>을 이용하여 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산한다. 즉, 상기 주파수 조정부(713)는 하향 링크 신호로부터 추정한 주파수 오프셋과 추가적으로 송신측 수치 제어기에서 주파수 대역에 필요한 주파수 보정을 수행하도록 한다.
Figure 112008009055911-PAT00003
여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fdoppler _ UL는 상향링크 도플러 주파수, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, fRF _ UE _ UL는 상향링크 무선 주파수, fRF _ UE _ DL는 하향링크 무선 주파수를 나타낸다.
또한, 상기 주파수 조정부는 하기 <수학식 4>와 같이 주파수 오프셋 보상값을 계산할 수 있다. 여기에서, 하기 <수학식 4>는 송/수신 주파수 간격이 RF 주파 수 값에 비해서 충분히 작을 경우에 사용하는 수식으로 상기 <수학식 3>을 간략하게 표현한 수식이다.
Figure 112008009055911-PAT00004
여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값을 말한다.
상기 수치 제어기(717)는 상기 주파수 조정부에 의해 계산된 주파수 오프셋 보상 값을 이용하여 상향링크 신호를 보상한 후, 상기 디지털 아날로그 변화부(719)를 제공하며, 상기 디지털 아날로그 변환부(719)는 상기 수신한 디지털 신호를 아날로그 변환하여 상기 송신부(721)를 통해 기지국으로 전송한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 주파수 제어 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 먼저, 기지국에서 하향링크 신호를 fRF _ BS _ DL의 RF 중심 주파수를 사용하여 전송할 경우, (a)와 같은 스펙트럼이 발생하게 된다. 이에 따 라, 휴대용 단말기에서는 △fdoppler _ DL와 같은 도플러 주파수 오프셋이 발생하기 때문에 (b)와 같은 수신 스펙트럼을 얻게 되며 상기 휴대용 단말기의 수신 주파수와 기지국 기지국의 송신 주파수와의 차이(△fosc)로 인하여 상기 휴대용 단말기에서 실제로 발생하는 주파수 오프셋은 양은 (c)에 도시한 바와 같이 도플러 주파수 오프셋과 송수신 주파수의 오프셋의 합한 크기(△fdoppler _ DL+△fosc)의 주파수 오프셋이 발생한다.
이후, 상기 휴대용 단말기는 자동 주파수 제어(AFC ; Automatic Frequency Controller)에 의해 주파수 오프셋을 보정하여 (d)와 같이 carrier를 일치시켜 수신하도록 처리한다. 만약 상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동할 경우, (e)에 도시한 바와 같이 fRF _ UE _ UL+△fTX _ UE에 해당하는 RF 중심 주파수를 사용하여 상향링크 신호를 전송한다.
이에 따라 기지국은 수신되는 신호는 (f)에 도시한 바와 같이 도플러 주파수(△fdoppler _ UL)가 발생함에 따라 결과적으로 기지국에서의 상향링크 수신 신호가 가지는 RF 주파수와 기지국에서 사용하는 RF 주파수가 일치(g)하게 된다. 즉, 상기 휴대용 단말기의 이동 상태에 따른 도플러 주파수의 보정이 이루어진 형태로 상향링크 수신이 가능하게 된다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 주파수 제 어 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 먼저, 기지국에서 하향링크 신호를 fRF _ BS _ DL의 RF 중심 주파수를 사용하여 전송할 경우, (a)와 같은 스펙트럼이 발생하게 된다. 이에 따라, 휴대용 단말기에서는 △fdoppler _ DL와 같은 도플러 주파수 오프셋이 발생하기 때문에 (b)와 같은 수신 스펙트럼을 얻게 되며 상기 휴대용 단말기의 수신 주파수와 기지국 기지국의 송신 주파수와의 차이(△fosc)로 인하여 상기 휴대용 단말기에서 실제로 발생하는 주파수 오프셋은 양은 (c)에 도시한 바와 같이 도플러 주파수 오프셋과 송수신 주파수의 오프셋의 합한 크기(△fdoppler _ DL+△fosc)의 주파수 오프셋이 발생한다.
상기 휴대용 단말기가 이동중에 있을 경우, (d)에 도시한 바와 같이 하향링크 신호를 이용하여 수신측 수치 제어기를 통해 fRF _ UE _ DL+△fRX _ UE의 주파수 오프셋을 보정한 후, 송신측 수치 제어기를 이용하여 보정된 송신 신호를 전송하도록 처리한다. 즉, 상기 휴대용 단말기는 (e)에 도시한 바와 같이 송신측 수치 제어기를 이용하여 RF 중심 주파수를 사용하여 상향링크 신호를 전송함에 따라 fRF _ UE _ DL+△fTX _ UE에 해당하는 신호를 발생하도록 처리한다.
이에 따라 기지국은 수신되는 신호는 (f)에 도시한 바와 같이 도플러 주파수(△fdoppler _ UL)가 발생함에 따라 결과적으로 기지국에서의 상향링크 수신 신호가 가지는 RF 주파수와 기지국에서 사용하는 RF 주파수가 일치(g)하게 된다. 즉, 상기 휴대용 단말기의 이동 상태에 따른 도플러 주파수의 보정이 이루어진 형태로 상향링크 수신이 가능하게 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 이동통신 시스템에서 정지 채널의 주파수 제어 방법을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 이동통신 시스템에서 이동 채널의 주파수 제어 방법을 도시한 도면,
도 3은 일반적인 이동통신 시스템의 기지국에서 수신하는 신호를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주파수 보정부의 구성을 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기에서 상향링크 주파수를 제어하는 과정을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주파수 조정부를 적용한 휴대용 단말기의 구성을 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 주파수 조정부를 적용한 휴대용 단말기의 구성을 도시한 블록도,
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 주파수 제어 과정을 도시한 도면 및,
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 주파수 제어 과정을 도시한 도면.

Claims (14)

  1. 이동통신 시스템의 주파수 제어 장치에 있어서,
    휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있음을 확인할 경우, 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산하여 송신 주파수를 변경하는 주파수 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 조정부는,
    도플러 주파수를 측정하고, 상기 측정한 도플러 주파수를 이용하여 상기 휴대용 단말기의 이동 속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이동통신 시스템의 주파수 제어 장치는,
    발진기를 직접 제어하는 주파수 제어 장치, 수치 제어기를 사용하는 주파수 제어 장치 가운데 적어도 어느 한가지 장치에 적용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 주파수 조정부는,
    하기 <수학식 5>를 이용하여 상기 발진기를 직접 제어하는 주파수 제어 장치의 주파수 오프셋 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008009055911-PAT00005
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fdoppler _ UL는 상향링크 도플러 주파수, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, fRF _ UE _ UL는 상향링크 무선 주파수, fRF_UE_DL는 하향링크 무선 주파수를 나타낸다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 주파수 조정부는,
    하기 <수학식 6>을 이용하여 상기 수치 제어기를 사용하는 주파수 제어 방식에서의 주파수 오프셋 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008009055911-PAT00006
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fdoppler _ UL는 상향링크 도플러 주파수, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, fRF _ UE _ UL는 상향링크 무선 주파수, fRF_UE_DL는 하향링크 무선 주파수를 나타낸다.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 주파수 조정부는,
    상기 휴대용 단말기의 송/수신 주파수 간격이 상기 RF 주파수 값보다 큼을 확인할 경우, 하기 <수학식 7>를 이용하여 상기 주파수 오프셋 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008009055911-PAT00007
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값을 말한다.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 주파수 조정부는,
    상기 휴대용 단말기의 송/수신 주파수 간격이 상기 RF 주파수 값보다 작음을 확인할 경우, 하기 <수학식 8>을 이용하여 상기 주파수 오프셋 보상값을 계산하 는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008009055911-PAT00008
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값을 말한다.
  8. 이동통신 시스템의 주파수 제어 방법에 있어서,
    휴대용 단말기의 이동속도를 판단하는 과정과,
    상기 휴대용 단말기가 고속으로 이동하고 있음을 확인할 경우, 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값을 계산하는 과정과,
    상기 계산한 주파수 오프셋 보상 값을 이용하여 송신 주파수를 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 휴대용 단말기의 이동 속도는,
    도플러 주파수를 측정하고, 상기 측정한 도플러 주파수를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상 값을 계산하는 과정은,
    발진기를 직접 제어하는 주파수 제어 방식, 수치 제어기를 사용하는 주파수 제어 방식 가운데 적어도 어느 한가지 방식에 적용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 발진기를 직접 제어하는 주파수 제어 방식에서의 주파수 오프셋 보상 값은, 하기 <수학식 9>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008009055911-PAT00009
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fdoppler _ UL는 상향링크 도플러 주파수, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, fRF _ UE _ UL는 상향링크 무선 주파수, fRF_UE_DL는 하향링크 무선 주파수를 나타낸다.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 수치 제어기를 사용하는 주파수 제어 방식에서의 주파수 오프셋 보상 값은 하기 <수학식 10>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008009055911-PAT00010
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fdoppler _ UL는 상향링크 도플러 주파수, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, fRF _ UE _ UL는 상향링크 무선 주파수, fRF_UE_DL는 하향링크 무선 주파수를 나타낸다.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상 값은,
    상기 휴대용 단말기의 송/수신 주파수 간격이 상기 RF 주파수 값보다 클 경우, 하기 <수학식 11>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008009055911-PAT00011
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값을 말한다.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상 값은,
    상기 휴대용 단말기의 송/수신 주파수 간격이 상기 RF 주파수 값보다 작을 경우, 하기 <수학식 12>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008009055911-PAT00012
    여기에서, 상기 △ftx _ UE는 송신 주파수 대역에 필요한 주파수를 보정하기 위 한 값인 주파수 오프셋 보상 값, △fdoppler _ DL는 하향링크 도플러 주파수, △fstatic는 정지 주파수 오프셋 값, △fRx _ UE는 단말기의 하향링크로부터 추정된 주파수 오프셋 값을 말한다.
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