KR102267324B1 - Device and Method to Frequency Offset Estimating in Low Power Wide Area Communication Network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저전력 광역 통신 네트워크에서의 주파수 오프셋 추정 통신단말기 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이니셜프레임을 통해 주파수 안정도에 관한 정보를 선 송신함으로써 파인 주파수 동기화 시 주파수 탐지 범위를 줄일 수 있어 제한된 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 저전력 광역 통신 네트워크에서의 주파수 오프셋 추정 통신단말기 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a communication terminal and method for estimating frequency offset in a low-power wide area communication network, and more particularly, by pre-transmitting information on frequency stability through an initial frame, the frequency detection range can be reduced during fine frequency synchronization, so that limited power to a communication terminal and method for estimating frequency offset in a low-power wide area communication network that can efficiently use
사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 모든 사물(디바이스)가 인터넷으로 연결되어 상호 직접 통신을 수행하는 것으로, 상호 사물간의 통신을 통해 사물이 수집하거나 도출한 데이터를 타 사물로 전송하는, 더 나아가 특정 서비스와 타 서비스 혹은 특정 산업과 타 산업이 융합될 수 있도록 하여, 다양한 부가가치를 창출할 수 있다는 점에서 사물인터넷은 차세대 기술 및 인프라로써 주목을 받고 있다.The Internet of Things (IoT) is a system in which all things (devices) are connected to the Internet and directly communicate with each other. The Internet of Things (IoT) is attracting attention as a next-generation technology and infrastructure in that it can create various added values by allowing a specific service and other services or a specific industry and other industries to converge.
사물인터넷을 구현하기 위해서는 넓은 통신범위를 가지면서 동시에 전력 소모가 적은 통신망을 필요로 하며, 이를 위해 저전력 광역 통신 네트워크(Low Power Wide Area Network) 통신 기술의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 현재 저전력 광역 통신 네트워크를 구현하기 위한 대표적인 통신방법에는 기존의 LTE 주파수 대역을 활용하는 LTE-M(Machine Type Communication)과 비면허 대역의 주파수를 사용하는 LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)가 있다.In order to implement the Internet of Things, a communication network with a wide communication range and low power consumption is required, and for this purpose, a low power wide area network communication technology is being actively developed. Currently, representative communication methods for realizing a low-power wide area communication network include LTE-M (Machine Type Communication) using an existing LTE frequency band and LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) using a frequency of an unlicensed band.
한편, 사물인터넷을 통해 연결되어 있는 디바이스는 다양한 장소 또는 환경에 위치해 있으며, 따라서 상시전원과 연결되어 전원을 지속적으로 공급받지 못하고 배터리에 의해 구동되는 디바이스의 경우 장기적으로 통신을 수행하기 위해서는 소모전력을 최소화하기 위한 방법들이 필요하다.On the other hand, devices connected through the Internet of Things are located in various places or environments. Therefore, in the case of a device that is connected to a constant power supply and is not continuously supplied with power, and is driven by a battery, it consumes power to perform long-term communication Methods are needed to minimize it.
또한 사물인터넷을 통해 다양한 부가가치를 창출하기 위해서는 많은 수의 디바이스가 네트워크 상에 연결되어야 하므로, 디바이스는 저비용으로 생산되는 특성을 가지고 있고, 따라서 디바이스를 구성하는 제한된 메모리 크기 및 컴퓨팅 파워를 고려하여 원활한 통신을 수행하기 위한 방법들이 요구된다.In addition, in order to create various added values through the Internet of Things, a large number of devices must be connected to the network, so devices are produced at low cost. Therefore, smooth communication considering the limited memory size and computing power constituting the device. Methods for doing this are required.
또한, 상술한 저전력 광역 통신 기술을 사용하는 것 외에도 디바이스의 소모전력을 최소화함으로써 해당 디바이스의 라이프 사이클을 연장시키기 위한 다양한 접근방법들이 개발되고 있다. In addition, in addition to using the low-power wide area communication technology described above, various approaches have been developed to extend the life cycle of the device by minimizing the power consumption of the device.
한편, 사물인터넷의 경우 높은 전송속도를 요하지 않으므로, 좁은 대역폭을 사용하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다. 이 때, 좁은 대역폭을 사용하기 위해서는 정밀한 주파수 오프셋 추정이 필요하고, FDE(Frequency Domain Equalizer)와 같은 기법을 사용하기 위해서는 더욱 정밀하게 주파수 오프셋을 추정할 필요가 있다.On the other hand, since a high transmission speed is not required in the case of the Internet of Things, it is preferable to perform communication using a narrow bandwidth. In this case, in order to use a narrow bandwidth, it is necessary to accurately estimate the frequency offset, and to use a technique such as a frequency domain equalizer (FDE), it is necessary to more precisely estimate the frequency offset.
다만 이와 같은 정밀한 주파수 오프셋 추정을 위해서는 연산의 높은 복잡도로 인해 전력 소모가 높아지기 때문에 저전력으로도 정밀한 주파수 오프셋 추정을 수행할 수 있는 방안이 필요하다.However, for such precise frequency offset estimation, power consumption is increased due to high computational complexity, so a method capable of performing accurate frequency offset estimation with low power is required.
본 발명은 저전력 광역 통신 네트워크에서의 주파수 오프셋 추정 통신단말기 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이니셜프레임을 통해 주파수 안정도에 관한 정보를 선 송신함으로써 파인 주파수 동기화 시 주파수 탐지 범위를 줄일 수 있어 제한된 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 저전력 광역 통신 네트워크에서의 주파수 오프셋 추정 통신단말기 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a communication terminal and method for estimating frequency offset in a low-power wide area communication network, and more particularly, by pre-transmitting information on frequency stability through an initial frame, the frequency detection range can be reduced during fine frequency synchronization, so that limited power An object of the present invention is to provide a communication terminal and method for estimating frequency offset in a low-power wide area communication network that can efficiently use the .
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 저전력 광역 통신 네트워크의 통신단말기에서의 주파수 오프셋 추정 방법으로서, 데이터가 포함된 메인프레임의 수신 전에 타 통신단말기로부터 타 통신단말기의 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하는 이니셜프레임을 수신하는 이니셜프레임수신단계; 상기 이니셜프레임에 기초하여 시간 동기화를 수행하는 시간동기화단계; 상기 이니셜프레임에 기초하여 코스(coarse) 주파수 동기화를 수행하는 코스주파수동기화단계; 및 상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 파인(fine) 주파수 동기화를 수행하는 파인주파수동기화단계; 를 포함하는, 주파수 오프셋 추정 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, in the present invention, as a method of estimating a frequency offset in a communication terminal of a low-power wide area communication network, information about the frequency stability of another communication terminal from another communication terminal before receiving a main frame containing data an initial frame receiving step of receiving an initial frame including; a time synchronization step of performing time synchronization based on the initial frame; a coarse frequency synchronization step of performing coarse frequency synchronization based on the initial frame; and a fine frequency synchronization step of performing fine frequency synchronization based on the information on the frequency stability. It provides a frequency offset estimation method comprising:
본 발명에서는, 상기 파인주파수동기화단계는, 상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 상기 타 통신단말기와의 주파수 오프셋을 추정하여 동기화를 수행하는 주파수오프셋추정단계; 및 추정된 상기 주파수 오프셋을 저장하는 주파수오프셋저장단계; 를 포함할 수 있다.In the present invention, the fine frequency synchronization step, a frequency offset estimation step of performing synchronization by estimating a frequency offset with the other communication terminal based on the information on the frequency stability; and a frequency offset storing step of storing the estimated frequency offset. may include.
본 발명에서는, 상기 주파수 오프셋 추정 방법은, 상기 타 통신단말기로 저장된 상기 주파수 오프셋을 보상하여 메인프레임을 전송하는 메인프레임송신단계; 를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the method for estimating the frequency offset comprises a mainframe transmitting step of transmitting a mainframe by compensating for the frequency offset stored in the other communication terminal; may further include.
본 발명에서는, 상기 시간동기화단계 및 상기 코스주파수동기화단계는 동시에 수행될 수 있다.In the present invention, the time synchronization step and the coarse frequency synchronization step may be performed simultaneously.
본 발명에서는, 상기 이니셜프레임은 Differential PSK 방식을 사용하여 송수신되고, 상기 메인프레임은 Binary PSK 방식을 사용하여 송수신될 수 있다.In the present invention, the initial frame may be transmitted/received using a differential PSK method, and the main frame may be transmitted/received using a binary PSK method.
본 발명에서는, 상기 주파수 안정도에 관한 정보는, 상기 타 통신단말기의 주파수 오프셋 범위 정보를 포함할 수 있다.In the present invention, the information on the frequency stability may include frequency offset range information of the other communication terminal.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 저전력 광역 통신 네트워크에 포함되어 주파수 오프셋 추정을 수행하는 통신단말기로서, 데이터가 포함된 메인프레임의 수신 전에 타 통신단말기로부터 타 통신단말기의 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하는 이니셜프레임을 수신하는 이니셜프레임수신단계; 상기 이니셜프레임에 기초하여 시간 동기화를 수행하는 시간동기화단계; 상기 이니셜프레임에 기초하여 코스(coarse) 주파수 동기화를 수행하는 코스주파수동기화단계; 및 상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 파인(fine) 주파수 동기화를 수행하는 파인주파수동기화단계; 를 수행하는, 주파수 오프셋 추정 통신단말기를 제공한다.In order to solve the above problems, in the present invention, as a communication terminal that is included in a low-power wide area communication network and performs frequency offset estimation, the frequency stability of another communication terminal from another communication terminal before reception of a mainframe containing data. an initial frame receiving step of receiving an initial frame including information; a time synchronization step of performing time synchronization based on the initial frame; a coarse frequency synchronization step of performing coarse frequency synchronization based on the initial frame; and a fine frequency synchronization step of performing fine frequency synchronization based on the information on the frequency stability. To provide a frequency offset estimation communication terminal that performs.
본 발명의 일 실시예에 따르면 주파수 오프셋 추정을 위한 이니셜프레임을 우선 전송함으로써 실시간 처리가 필요한 주파수 탐지의 범위를 줄일 수 있어 소모되는 전력을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by first transmitting an initial frame for frequency offset estimation, the range of frequency detection requiring real-time processing can be reduced, thereby reducing power consumption.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이니셜프레임을 통해 주파수 안정도에 관한 정보를 전송하여 주파수 오프셋 추정 과정에서 활용함으로써 소모되는 전력을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, information on frequency stability is transmitted through an initial frame and used in a frequency offset estimation process, thereby reducing power consumption.
본 발명의 일 실시예에 따르면 수신한 이니셜프레임을 통해 도출된 주파수 오프셋을 이용하여 메인프레임의 전송 시 보상함으로써 주파수 오프셋 추정에 소모되는 전력을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, power consumption for frequency offset estimation can be reduced by compensating for transmission of the main frame using the frequency offset derived through the received initial frame.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이니셜프레임과 메인프레임을 전송하는 방식을 달리함으로써 소모 전력을 낮추면서 동시에 전송 효율을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce power consumption and increase transmission efficiency at the same time by different transmission methods of the initial frame and the main frame.
도 1은 본 발명의 종래의 통신 네트워크에서의 동기화 과정을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 통해 통신단말기가 타 통신단말기와 통신을 수행하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신단말기가 타 통신단말기로부터 이니셜프레임을 수신하여 동기화를 수행하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파인주파수동기화단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 통해 통신단말기가 타 통신단말기와 통신을 수행하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코스주파수동기화단계 및 파인주파수동기화단계에서의 주파수 오프셋을 추정하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이니셜프레임 및 메인프레임을 송수신하는 방식에 따른 주파수 오프셋을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인프레임을 송수신하는 방식에 따른 주파수 오프셋을 도시한다.1 schematically shows a synchronization process in a conventional communication network of the present invention.
2 schematically illustrates a process in which a communication terminal communicates with another communication terminal through a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
3 schematically illustrates a process in which a communication terminal performs synchronization by receiving an initial frame from another communication terminal according to an embodiment of the present invention.
4 schematically shows detailed steps of the fine frequency synchronization step according to an embodiment of the present invention.
5 schematically illustrates a process in which a communication terminal communicates with another communication terminal through a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
6 schematically illustrates a process of estimating a frequency offset in a coarse frequency synchronization step and a fine frequency synchronization step according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates a frequency offset according to a method for transmitting and receiving an initial frame and a main frame according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates a frequency offset according to a method for transmitting and receiving a mainframe according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.Hereinafter, various embodiments and/or aspects are disclosed with reference to the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth to provide a thorough understanding of one or more aspects. However, it will also be recognized by one of ordinary skill in the art that such aspect(s) may be practiced without these specific details. The following description and accompanying drawings set forth in detail certain illustrative aspects of one or more aspects. These aspects are illustrative, however, and some of the various methods in principles of various aspects may be employed, and the descriptions set forth are intended to include all such aspects and their equivalents.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.Further, various aspects and features will be presented by a system that may include a number of devices, components and/or modules, and the like. It is also noted that various systems may include additional devices, components, and/or modules, etc. and/or may not include all of the devices, components, modules, etc. discussed with respect to the drawings. must be understood and recognized.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.As used herein, “embodiment”, “example”, “aspect”, “exemplary”, etc. may not be construed as an advantage or advantage in any aspect or design described above over other aspects or designs. . The terms '~part', 'component', 'module', 'system', 'interface', etc. used below generally mean a computer-related entity, for example, hardware, hardware A combination of and software may mean software.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Also, the terms "comprises" and/or "comprising" mean that the feature and/or element is present, but excludes the presence or addition of one or more other features, elements, and/or groups thereof. should be understood as not
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Also, terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, in the embodiments of the present invention, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, are generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. have the same meaning as Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in an embodiment of the present invention, an ideal or excessively formal meaning is not interpreted as
도 1은 본 발명의 종래의 통신 네트워크에서의 동기화 과정을 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a synchronization process in a conventional communication network of the present invention.
동기화는 자신과 상대간에 서로 정보를 일치시킨다는 의미로서, 통신 네트워크에서는 송/수신 측 간의 데이터를 주고 받는 시점 등의 정보를 일치 및 유지시키는 것을 의미한다. 이와 같은 동기화는 통신 네트워크에서 매우 중요하여 적절한 동기화 알고리즘 또는 메커니즘이 없으면 신뢰성 있는 디지털 통신은 어렵게 된다.Synchronization means matching information between itself and the other party, and in a communication network, it means matching and maintaining information such as when data is exchanged between transmitter/receiver sides. Such synchronization is so important in communication networks that reliable digital communication becomes difficult without an appropriate synchronization algorithm or mechanism.
이와 같은 동기화 중 주파수 동기(Frequency Synchronization)는 수신된 반송파의 정확한 재생을 위해 반송파를 제거하고, 원 신호를 재생하는 복조/검파를 위해 필수적이다. 주파수 동기를 위해 종래의 통신 네트워크에서는 전송되는 데이터 프레임에 동기신호를 포함하고, 수신 측에서는 동기신호를 분리하여 주파수 오프셋을 검출하여 이에 대한 보상을 수행하게 된다.Among such synchronizations, frequency synchronization is essential for demodulation/detection of removing a carrier for accurate reproduction of a received carrier and reproducing an original signal. In a conventional communication network for frequency synchronization, a synchronization signal is included in a transmitted data frame, and the receiving side separates the synchronization signal to detect a frequency offset and compensates for this.
주파수 오프셋이란 완벽히 제어된 환경 하에서 이상적인 기준 주파수와 측정된 관측 주파수의 차이를 말한다. 주파수 오프셋은 송수신기 내의 발진기의 오차와 송수신기의 이동속도에 의한 도플러 효과로 인해 발생하는데 이와 같은 오프셋은 수신신호의 위상을 변화시켜 수신기의 성능을 떨어뜨리게 된다. 주파수 동기에서는 수신된 신호에서 주파수 오프셋을 추정하고, 이에 대한 보상을 함으로써 수신한 신호가 기준 주파수를 갖도록 하게 된다.Frequency offset refers to the difference between the ideal reference frequency and the measured observed frequency under a fully controlled environment. The frequency offset is caused by the error of the oscillator in the transceiver and the Doppler effect caused by the moving speed of the transceiver. Such an offset changes the phase of the received signal and degrades the performance of the receiver. In frequency synchronization, the received signal has a reference frequency by estimating the frequency offset from the received signal and compensating for it.
다만 이와 같은 주파수 오프셋을 검출하기 위하여는 복잡한 연산을 거쳐야 하고 이로 인해 많은 전력이 소모된다. 이와 같은 전력 소모는 IoT와 같은 저전력 광역 통신 네트워크에서는 전력 관리에 불리한 면이 있기 때문에 전력 소모를 저감할 수 있는 주파수 오프셋 추정 방법이 필요하게 된다.However, in order to detect such a frequency offset, a complex operation is required, which consumes a lot of power. Such power consumption is disadvantageous in power management in low-power wide area communication networks such as IoT, so a frequency offset estimation method capable of reducing power consumption is required.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 통해 통신단말기가 타 통신단말기와 통신을 수행하는 과정을 개략적으로 도시한다.2 schematically illustrates a process in which a communication terminal communicates with another communication terminal through a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 통신에서는 데이터가 포함된 메인프레임의 송수신 전에 이니셜프레임을 송수신 함으로써 주파수 오프셋 추정을 수행하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 이니셜프레임에는 주파수 오프셋 추정을 위한 정보가 포함될 수 있고, 상기 이니셜프레임의 수신 측에서는 이니셜프레임에 기초하여 주파수 오프셋을 추정함으로써 메인프레임을 송/수신 할 수 있게 된다. 이 때, 상기 메인프레임의 송신 단계 및 수신 단계에서는 상기 이니셜프레임을 수신한 후 추정한 주파수 오프셋에 기초하여 주파수 동기화를 수행함으로써 주파수 오프셋 추정에 소모되는 전력을 줄일 수 있게 된다.Referring to FIG. 2 , in communication according to an embodiment of the present invention, frequency offset estimation is performed by transmitting and receiving an initial frame before transmission and reception of a main frame including data. In an embodiment of the present invention, the initial frame may include information for frequency offset estimation, and the receiving side of the initial frame can transmit/receive the main frame by estimating the frequency offset based on the initial frame. In this case, in the transmitting and receiving steps of the mainframe, frequency synchronization is performed based on the frequency offset estimated after receiving the initial frame, thereby reducing power consumed for frequency offset estimation.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 메인프레임의 수신 전에 이니셜프레임을 통해 주파수 오프셋을 추정하고, 이 후 메인프레임을 수신함으로써 메인프레임의 복조를 위해 주파수 오프셋을 실시간으로 추정 할 필요가 없어 주파수 오프셋 추정에 필요한 시간 여유를 확보할 수 있게 된다. 따라서 본원 발명에서와 같이 이니셜프레임을 먼저 전송함으로써 주파수 오프셋 추정을 위한 하드웨어의 복잡도를 줄이거나, 오프셋 추정의 처리 속도를 낮춤으로써 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.In addition, in an embodiment of the present invention, it is not necessary to estimate the frequency offset in real time for demodulation of the main frame by estimating the frequency offset through the initial frame before receiving the main frame and then receiving the main frame. You will be able to get the time you need. Therefore, as in the present invention, it is possible to reduce the complexity of hardware for frequency offset estimation by first transmitting the initial frame or reduce power consumption by lowering the processing speed of the offset estimation.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신단말기가 타 통신단말기로부터 이니셜프레임을 수신하여 동기화를 수행하는 과정을 개략적으로 도시한다.3 schematically illustrates a process in which a communication terminal performs synchronization by receiving an initial frame from another communication terminal according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 광역 통신 네트워크의 통신단말기에서의 주파수 오프셋 추정 방법은, 데이터가 포함된 메인프레임의 수신 전에 타 통신단말기로부터 타 통신단말기의 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하는 이니셜프레임을 수신하는 이니셜프레임수신단계(S10); 상기 이니셜프레임에 기초하여 시간 동기화를 수행하는 시간동기화단계(S20); 상기 이니셜프레임에 기초하여 코스(coarse) 주파수 동기화를 수행하는 코스주파수동기화단계(S30); 및 상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 파인(fine) 주파수 동기화를 수행하는 파인주파수동기화단계(S40); 를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , in the method for estimating frequency offset in a communication terminal of a low-power wide area communication network according to an embodiment of the present invention, information on the frequency stability of another communication terminal from another communication terminal before receiving a mainframe including data An initial frame receiving step of receiving an initial frame including a (S10); a time synchronization step of performing time synchronization based on the initial frame (S20); a coarse frequency synchronization step of performing coarse frequency synchronization based on the initial frame (S30); and a fine frequency synchronization step (S40) of performing fine frequency synchronization based on the information on the frequency stability; may include.
본 발명에서는 이와 같이 이니셜프레임을 수신한 후 상기 이니셜프레임에 기초하여 동기화를 수행하는 일련의 단계가 수행될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에서 상기 시간동기화단계(S20) 및 상기 코스주파수동기화단계(S30)는 동시에 수행될 수 있다.In the present invention, after receiving the initial frame as described above, a series of steps of performing synchronization based on the initial frame may be performed. At this time, in an embodiment of the present invention, the time synchronization step (S20) and the coarse frequency synchronization step (S30) may be performed simultaneously.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법은 좌측에 위치한 통신단말기(1000)를 기준으로 하면 우선 타 통신단말기(2000)가 송신한 이니셜프레임을 수신하는 이니셜프레임수신단계(S10)를 수행한다. 상기 이니셜프레임은 상기 타 통신단말기(2000)의 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하고 있다.Referring to FIG. 3 , in the method for estimating frequency offset according to an embodiment of the present invention, an initial frame receiving step of receiving an initial frame transmitted by another
상기 이니셜프레임을 수신한 후, 상기 통신단말기(1000)는 상기 이니셜프레임에 기초하여 시간동기화단계(S20)를 수행한다.After receiving the initial frame, the
본 발명의 일 실시예에서는 상기 시간동기화단계(S20) 이후, 혹은 상기 시간동기화단계(S20)와 동시에 주파수 동기화를 수행할 수 있다.In an embodiment of the present invention, frequency synchronization may be performed after the time synchronization step (S20) or simultaneously with the time synchronization step (S20).
이 때, 본 발명의 일 실시예에서는 주파수 동기화를 위해서 코스주파수동기화단계(S30) 및 파인주파수동기화단계(S40)의 두 단계를 수행하게 된다. 상기 코스주파수동기화단계(S30)에서는 대략적인 주파수 오프셋을 추정하고, 이 후 수행되는 상기 파인주파수동기화단계(S40)에서는 주파수 오프셋을 더욱 정밀하게 추정하게 된다. 본 발명에서는 이와 같이 두 단계의 주파수 오프셋 추정에 의해 주파수 오프셋에 필요한 연산량을 줄일 수 있고, 이로 인해 주파수 오프셋 추정에서의 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.At this time, in one embodiment of the present invention, two steps of a coarse frequency synchronization step (S30) and a fine frequency synchronization step (S40) are performed for frequency synchronization. In the coarse frequency synchronization step (S30), the approximate frequency offset is estimated, and in the fine frequency synchronization step (S40) performed thereafter, the frequency offset is more precisely estimated. In the present invention, it is possible to reduce the amount of computation required for the frequency offset by the two-step frequency offset estimation as described above, thereby reducing power consumption in the frequency offset estimation.
본 발명의 일 실시예에서 상기 코스주파수동기화단계(S30)에서는 수신된 이니셜프레임에 기초하여 낮은 정밀도로 1차적으로 주파수 오프셋을 보상하고, 상기 파인주파수동기화단계(S40)에서는 남은 잔여 오프셋을 보상하게 된다. In an embodiment of the present invention, in the coarse frequency synchronization step (S30), the frequency offset is primarily compensated for with low precision based on the received initial frame, and the remaining residual offset is compensated for in the fine frequency synchronization step (S40). do.
본 발명의 일 실시예에서 상기 주파수 안정도에 관한 정보는, 상기 타 통신단말기(2000)의 주파수 오프셋 범위 정보를 포함할 수 있다. 이와 같이 타 통신단말기(2000)의 주파수 오프셋 범위 정보를 포함하는 주파수 안정도에 관한 정보를 수신함으로써, 상기 파인주파수동기화단계(S40)에서 주파수 오프셋을 보상하기 위한 연산을 간략화 할 수 있고, 이로 인해 낮은 전력으로 정밀하게 주파수 오프셋을 추정하여 보상할 수 있게 된다.In an embodiment of the present invention, the information on the frequency stability may include frequency offset range information of the
본 발명에서는 이와 같이 이니셜프레임을 우선 수신하고(S10) 상기 이니셜프레임에 기초하여 시간동기화단계(S20), 코스주파수동기화단계(S30) 및 파인주파수동기화단계(S40)를 수행함으로써 전송을 요하는 데이터가 포함된 메인프레임을 수신하여(S50) 데이터를 복조할 수 있게 된다.In the present invention, the initial frame is first received (S10) as described above, and based on the initial frame, the time synchronization step (S20), the coarse frequency synchronization step (S30), and the fine frequency synchronization step (S40) are performed to perform data requiring transmission. By receiving the main frame including the (S50), it is possible to demodulate the data.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파인주파수동기화단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시한다.4 schematically shows detailed steps of the fine frequency synchronization step according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파인주파수동기화단계(S40)는, 상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 상기 타 통신단말기와의 주파수 오프셋을 추정하여 동기화를 수행하는 주파수오프셋추정단계(S41); 및 추정된 상기 주파수 오프셋을 저장하는 주파수오프셋저장단계(S42); 를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the fine frequency synchronization step (S40) according to an embodiment of the present invention, frequency offset estimation for performing synchronization by estimating a frequency offset with the other communication terminal based on the information on the frequency stability step (S41); and a frequency offset storage step of storing the estimated frequency offset (S42). may include.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파인주파수동기화단계(S40)에서는 전술한 바와 같이 주파수 오프셋을 추정하여 동기화를 수행할 뿐만 아니라, 추정된 주파수 오프셋을 저장한다. 본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 저장된 주파수 오프셋에 기초하여 메인프레임을 송수신하게 된다. 이 때, 저장되는 주파수 오프셋은 상기 파인주파수동기화단계(S40)를 통해 추정된 세부 주파수 오프셋뿐만 아니라, 상기 코스주파수동기화단계(S30)를 통해 추정된 대략적인 주파수 오프셋을 같이 저장하여 전체 주파수 오프셋을 저장하여 활용할 수 있다.In the fine frequency synchronization step (S40) according to an embodiment of the present invention, synchronization is performed by estimating the frequency offset as described above, and the estimated frequency offset is stored. In an embodiment of the present invention, the mainframe is transmitted and received based on the stored frequency offset. At this time, the stored frequency offset is not only the detailed frequency offset estimated through the fine frequency synchronization step (S40), but also the approximate frequency offset estimated through the coarse frequency synchronization step (S30) by storing the total frequency offset. You can save it and use it.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 통해 통신단말기가 타 통신단말기와 통신을 수행하는 과정을 개략적으로 도시한다.5 schematically illustrates a process in which a communication terminal performs communication with another communication terminal through a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 주파수 오프셋 추정 방법은, 상기 타 통신단말기(2000)로 저장된 상기 주파수 오프셋을 보상하여 메인프레임을 전송하는 메인프레임송신단계(S70); 를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the method for estimating the frequency offset according to an embodiment of the present invention includes a mainframe transmission step (S70) of transmitting a mainframe by compensating for the frequency offset stored in the other communication terminal (2000); may further include.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 상기 주파수오프셋저장단계(S42)에서 이니셜프레임으로부터 추정된 주파수 오프셋을 저장하게 된다. 이와 같이 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 이를 역으로 보상한 메인프레임을 상기 타 통신단말기(2000)로 송신할 수 있다. 이와 같이 추정된 주파수 오프셋을 미리 보상하여 타 통신단말기(2000)로 송신함으로써 타 통신단말기(2000)에서 주파수 오프셋을 보상할 필요가 없어지게 된다. 따라서 주파수 오프셋에 필요한 전력을 보존할 수 있는 효과를 발휘할 수 있게 된다.As described above, in the embodiment of the present invention, the frequency offset estimated from the initial frame is stored in the frequency offset storage step (S42). The mainframe inversely compensated for using the estimated frequency offset may be transmitted to the
이와 같은 메인프레임송신단계(S70)는 도 5에 도시된 바와 같이, 이니셜프레임수신단계(S10), 시간동기화단계(S20), 코스주파수동기화단계(S30) 및 파인주파수동기화단계(S40)가 수행된 이후 바로 수행될 수 있다. 즉 상기 메인프레임송신단계(S70)는 상기 메인프레임수신단계(S50)와 무관하게 상기 이니셜프레임을 통한 동기화 수행 이후 바로 수행되어 데이터를 송신할 수 있다.As shown in FIG. 5, in the main frame transmission step (S70), the initial frame reception step (S10), the time synchronization step (S20), the coarse frequency synchronization step (S30), and the fine frequency synchronization step (S40) are performed. It can be performed immediately after That is, the mainframe transmitting step (S70) is performed immediately after synchronization through the initial frame, regardless of the mainframe receiving step (S50), so that data can be transmitted.
이와 같은 구성에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이니셜프레임수신단계(S10), 시간동기화단계(S20), 코스주파수동기화단계(S30) 및 파인주파수동기화단계(S40)가 수행된 이후 반드시 메인프레임수신단계(S50)가 수행 될 필요 없이, 상기 통신단말기(1000)는 주파수 오프셋을 보상하여 메인프레임을 상기 타 통신단말기(2000)로 전송할 수 있게 된다.After the initial frame receiving step (S10), the time synchronization step (S20), the coarse frequency synchronization step (S30) and the fine frequency synchronization step (S40) according to an embodiment of the present invention are performed by this configuration, the main Without the need to perform the frame receiving step ( S50 ), the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코스주파수동기화단계 및 파인주파수동기화단계에서의 주파수 오프셋을 추정하는 과정을 개략적으로 도시한다.6 schematically illustrates a process of estimating a frequency offset in a coarse frequency synchronization step and a fine frequency synchronization step according to an embodiment of the present invention.
일반적인 환경에서의 송신 신호(sk)는 송신 채널을 통해 수신기로 전송되는 과정에서 위상오차(θ), 반송파 주파수 오프셋(Δf) 및 AWGN(Additive White Gaussian Noise, nk)가 더해지게 된다. 따라서 수신기에서의 수신신호(rk)는 하기 식과 같이 표현할 수 있다.A transmission signal ( sk ) in a general environment is transmitted to a receiver through a transmission channel, and a phase error (θ), a carrier frequency offset (Δf), and an additive white Gaussian noise (AWGN, n k ) are added. Therefore, the received signal (r k ) at the receiver can be expressed as follows.
이 때 nk는 평균이 0, 분산이 σn 2인 AWGN이라 가정한다.In this case, it is assumed that n k is AWGN with mean 0 and variance σ n 2 .
이와 같은 수신신호는 도 6에서와 같이 주파수 오프셋 보상기에 입력된다. 수신신호는 복수의 기설정된 주파수 간격으로 설정된 주파수 오프셋을 보상하고 상관기(correlator)를 통해 부분상관을 도출하게 된다. 이 때, 주파수 오프셋 보상기에 의해 보상된 신호의 오프셋이 0이라면 부분상관 출력을 모두 더하는 경우 송신신호와 같은 큰 값이 나오게 된다. 다만, 보상된 신호에도 주파수 오프셋이 존재하는 경우 시간에 따라 변하는 위상에 의해 이 값의 크기가 줄어든다.Such a received signal is input to the frequency offset compensator as shown in FIG. 6 . The received signal compensates for a frequency offset set at a plurality of preset frequency intervals and derives a partial correlation through a correlator. At this time, if the offset of the signal compensated by the frequency offset compensator is 0, when all of the partial correlation outputs are added, a large value similar to that of the transmission signal is obtained. However, when a frequency offset exists in the compensated signal, the magnitude of this value is reduced by a phase that changes with time.
따라서 본원 발명의 일 실시예에서는 도 6에 도시된 것과 같은 복수의 주파수 오프셋 보상기에서 보상된 신호의 부분상관의 합 중 가장 큰 값을 선택함으로써 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, the frequency offset may be estimated by selecting the largest value among the sums of partial correlations of signals compensated by a plurality of frequency offset compensators as shown in FIG. 6 .
본 발명의 일 실시예에서는 이와 같은 구성에 의해 상기 코스주파수동기화단계(S30) 및 파인주파수동기화단계(S40)를 모두 수행할 수 있다. 이 때, 상기 파인주파수동기화단계(S40)에서의 주파수 오프셋 보상기의 주파수 오프셋의 주파수 간격이 코스주파수동기화단계(S30)에서의 주파수 오프셋 보상기의 주파수 오프셋의 주파수 간격이 더 좁을 수 있다. 이는 상기 파인주파수동기화단계(S40)에서는 상기 코스주파수동기화단계(S30)를 통해 대략적인 주파수 오프셋 보상이 이루어 진 수신신호에 대해 주파수 오프셋을 추정하기 때문에, 처음의 수신신호에 비해 주파수 오프셋이 크지 않기 때문이다.In one embodiment of the present invention, both the coarse frequency synchronization step (S30) and the fine frequency synchronization step (S40) can be performed by such a configuration. In this case, the frequency interval of the frequency offset of the frequency offset compensator in the fine frequency synchronization step ( S40 ) may be narrower than the frequency interval of the frequency offset of the frequency offset compensator in the coarse frequency synchronization step ( S30 ). This is because, in the fine frequency synchronization step (S40), the frequency offset is estimated for the received signal for which the coarse frequency offset compensation is made through the coarse frequency synchronization step (S30), the frequency offset is not large compared to the first received signal Because.
예를 들어 11개의 주파수 오프셋 보상기가 존재하는 경우, 코스주파수동기화단계(S30)에서는 10kHz 간격으로 총 100kHz의 범위에서 주파수 오프셋을 보상하여 주파수 오프셋을 추정하고, 이후 파인주파수동기화단계(S40)에서 1kHz 간격으로 총 10kHz 의 범위(상기 코스주파수동기화단계에서의 간격과 동일)에서 주파수 오프셋을 보상하여 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.For example, if there are 11 frequency offset compensators, in the coarse frequency synchronization step (S30), the frequency offset is estimated by compensating the frequency offset in a total range of 100 kHz at an interval of 10 kHz, and thereafter, in the fine frequency synchronization step (S40), 1 kHz The frequency offset can be estimated by compensating for the frequency offset in a range of 10 kHz in total (the same as the interval in the coarse frequency synchronization step).
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 파인주파수동기화단계(S40)에서는 상기 이니셜프레임에 포함된 상기 타 통신단말기(2000)의 주파수 오프셋 범위 정보를 활용하여 주파수 오프셋의 탐지 범위를 줄일 수 있다. 이와 같이 탐지 범위를 줄임으로써 주파수 오프셋 추정에 필요한 연산의 횟수를 줄일 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.On the other hand, in an embodiment of the present invention, in the fine frequency synchronization step ( S40 ), the frequency offset detection range can be reduced by using the frequency offset range information of the
이와 같이 상기 코스주파수동기화단계(S30) 및 파인주파수동기화단계(S40)에서 각각 추정된 주파수 오프셋에 의해 상기 수신신호에 대한 보상을 수행함으로써 수신신호에 대한 주파수 동기화가 이루어지게 된다.In this way, frequency synchronization of the received signal is achieved by compensating the received signal by the frequency offset estimated in the coarse frequency synchronization step S30 and the fine frequency synchronization step S40, respectively.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이니셜프레임 및 메인프레임을 송수신하는 방식에 따른 주파수 오프셋을 도시한다.7 and 8 show frequency offsets according to a method of transmitting and receiving an initial frame and a main frame according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에서 상기 이니셜프레임은 Differential PSK(D-PSK) 방식을 사용하여 송수신되고, 상기 메인프레임은 Binary PSK(BPSK) 방식을 사용하여 송수신될 수 있다. 혹은 본 발명의 다른 실시예에서 상기 메인프레임은 QPSK, 16-ary PSK 등의 다른 MPSK(M-ary PSK) 방식을 사용하여 송수신될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the initial frame may be transmitted/received using a Differential PSK (D-PSK) method, and the mainframe may be transmitted/received using a Binary PSK (BPSK) method. Alternatively, in another embodiment of the present invention, the mainframe may be transmitted/received using another MPSK (M-ary PSK) scheme such as QPSK or 16-ary PSK.
도 7은 D-BPSK 및 BPSK 방식에 따른 정규화 된 주파수 오프셋과 정규화 된 상관계수의 관계를 도시하는 그래프이고, 도 8은 BPSK 방식에서의 정규화 된 주파수 오프셋과 정규화 된 상관계수의 관계를 확대한 그래프이다.7 is a graph showing the relationship between the normalized frequency offset and the normalized correlation coefficient according to the D-BPSK and BPSK methods, and FIG. 8 is an enlarged graph showing the relationship between the normalized frequency offset and the normalized correlation coefficient in the BPSK method. to be.
도 7 및 도 8을 참조하면 BPSK의 경우 주파수 오프셋의 절대값이 커지면 상관계수가 급격히 감소한다. 도 8을 참조하면 정규화 주파수 오프셋의 절대값이 0.001보다 커지면 상관계수가 0.1 이하로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 7을 참조하면 D-BPSK의 경우, 정규화 주파수 오프셋의 절대값이 0.1인 경우에도 상관계수가 1에 가까운 값을 유지하고 주파수 오프셋 0.2까지도 상관계수가 0.6 이상을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서 D-BPSK는 BPSK에 비해 주파수 오프셋에 덜 민감한 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.7 and 8 , in the case of BPSK, when the absolute value of the frequency offset increases, the correlation coefficient rapidly decreases. Referring to FIG. 8 , when the absolute value of the normalized frequency offset becomes greater than 0.001, it can be seen that the correlation coefficient decreases to 0.1 or less. On the other hand, referring to FIG. 7 , in the case of D-BPSK, even when the absolute value of the normalized frequency offset is 0.1, it can be confirmed that the correlation coefficient maintains a value close to 1 and the correlation coefficient is 0.6 or more even up to the frequency offset 0.2. Therefore, it can be confirmed that D-BPSK exhibits less sensitive characteristics to frequency offset than BPSK.
본 발명의 이니셜프레임은 상기 메인프레임의 전송 전에 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하여 송신되어 주파수 오프셋을 추정할 수 있도록 한다. 따라서 이니셜프레임의 수신 후 파인주파수동기화를 위해 주파수 안정도에 관한 정보를 복조 할 때에는 코스주파수동기화만이 수행되어 주파수 오프셋이 정확히 추정되지 않은 상태이기 때문에, 주파수 오프셋에 덜 민감한 특성을 갖는 Differential PSK(D-PSK) 방식을 사용하여 전송하여 코스주파수동기화만이 수행된 경우에도 복조가 가능하도록 한다.The initial frame of the present invention is transmitted including information on frequency stability before transmission of the main frame, so that the frequency offset can be estimated. Therefore, when demodulating information on frequency stability for fine frequency synchronization after receiving the initial frame, since only coarse frequency synchronization is performed and the frequency offset is not accurately estimated, Differential PSK (D -PSK) method to enable demodulation even when only coarse frequency synchronization is performed.
PSK는 Phase Shift Keying의 약자로서, 디지털 변조의 한 방식이다. PSK에서는 디지털 클럭이 0일 때와 1일 때 반송파의 위상에 일정한 차이를 두어 변조시키는 방법이다.PSK is an abbreviation of Phase Shift Keying and is a digital modulation method. In PSK, when the digital clock is 0 and 1, the phase of the carrier wave is modulated with a certain difference.
D-PSK 방식은 연속적인 디지털 심볼 사이의 반송파 위상 차이 만으로 정보를 전송하는 방식으로서, PSK가 변형된 특별한 변조 형태이다. D-PSK 방식의 중 하나인 D-BPSK에서는 이전 비트와 현재 비트를 비교하여 위상이 같으면 0, 다르면 1을 적용하여 비트를 복조하게 된다. 따라서 수신단 측에서는 위상 정보가 필요치 않고 인접 비트 간의 위상차만 알면 복조가 가능하여 주파수 동기화가 완전히 이루어지지 않더라도 복조할 수 있게 된다.The D-PSK method transmits information only with the carrier phase difference between consecutive digital symbols, and is a special modulation form in which PSK is modified. In D-BPSK, which is one of the D-PSK schemes, a bit is demodulated by comparing the previous bit with the current bit and applying 0 if the phase is the same and 1 if different. Accordingly, the receiving end does not need phase information and can demodulate only if the phase difference between adjacent bits is known, so that demodulation is possible even if frequency synchronization is not completely achieved.
본 발명의 일 실시예에서는 이니셜프레임을 D-PSK 방식을 사용하여 송수신함으로써 이니셜프레임에 기초한 시간동기화단계(S20) 및 코스주파수동기화단계(S30)을 수행하고, 이니셜프레임에 포함된 주파수 안정도에 관한 정보를 용이하게 복조함으로써 이에 기초하여 파인주파수동기화단계(S40)를 수행할 수 있게 된다.In one embodiment of the present invention, the initial frame is transmitted and received using the D-PSK method, so that the time synchronization step (S20) and the coarse frequency synchronization step (S30) based on the initial frame are performed, and the frequency stability included in the initial frame is performed. By easily demodulating the information, it is possible to perform the fine frequency synchronization step (S40) based on this.
한편, PSK는 신호의 절대적인 위상에 기초하여 비트를 변조/복조하여 전송하는 방식이다. 따라서 신호의 위상에 정보가 포함되어 있으므로 동기식 검파가 필요하고 이를 위해서는 반송파를 정확히 재생할 필요가 있고 이를 위해 정확한 주파수동기화 및 위상동기화가 필요하다. 이와 같이 PSK는 정밀한 주파수 오프셋 추정이 필요하지만, 이로 인해 D-PSK에 비해 낮은 비트 에러율을 나타내게 된다.On the other hand, PSK is a method of transmitting by modulating/demodulating bits based on the absolute phase of the signal. Therefore, since information is included in the phase of the signal, synchronous detection is required. For this, it is necessary to accurately reproduce the carrier, and for this, accurate frequency synchronization and phase synchronization are required. As such, PSK requires precise frequency offset estimation, but this results in a lower bit error rate compared to D-PSK.
즉, 본원 발명에서는 동기화를 위한 이니셜프레임은 D-PSK 방식을 통해 송수신함으로써 주파수 오프셋 추정이 다 되지 않은 상황에서도 복조가 가능하도록 하여 동기화를 수행하고, 데이터가 전송되는 메인프레임은 PSK 방식을 통해 송수신함으로써 이니셜프레임을 통해 추정된 주파수 오프셋에 기초하여 복조를 수행하고, 낮은 비트 에러율을 통해 통신의 효율을 높일 수 있게 된다.That is, in the present invention, an initial frame for synchronization is transmitted/received through the D-PSK method so that demodulation is possible even in a situation where the frequency offset estimation is not completed, and synchronization is performed, and the mainframe through which data is transmitted is transmitted/received through the PSK method By doing so, demodulation is performed based on the frequency offset estimated through the initial frame, and communication efficiency can be improved through a low bit error rate.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에서 상기 통신단말기(1000)는 상기 타 통신단말기(2000)가 D-PSK 방식을 통해 송신한 이니셜프레임을 수신할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 방식을 통해 이니셜프레임을 수신할 수도 있다.As described above, in an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따른 통신 방법에서 상기 이니셜프레임은 기 설정된 신호로 구성되기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서 상기 통신단말기(1000)는 상기 타 통신단말기(2000)가 송신할 이니셜프레임의 신호를 수신 전에 미리 알고 있게 된다. 따라서 상기 통신단말기(1000)는 상기 이니셜프레임을 생성하여 상기 타 통신단말기(2000)로부터 수신한 이니셜프레임과 비교하는 correlation을 수행할 때, 상기 타 통신단말기(2000)가 D-PSK 방식을 통해 송신한 신호를 일반적인 PSK 처리하여 correlation을 수행할 수도 있다.In the communication method according to an embodiment of the present invention, since the initial frame is composed of a preset signal, in an embodiment of the present invention, the
역으로 상기 통신단말기(1000)는 상기 타 통신단말기(2000)가 BPSK 등의 PSK 방식을 통해 송신한 신호를 D-PSK처리하여 correlation을 수행할 수도 있다.Conversely, the
이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 상기 통신단말기(1000)는 상기 타 통신단말기(2000)에서 PSK 방식을 통해 송신한 신호를 필요에 따라 D-PSK 혹은 PSK 방식으로 구분하여 처리할 수 있다.As described above, in an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따르면 주파수 오프셋 추정을 위한 이니셜프레임을 우선 전송함으로써 실시간 처리가 필요한 주파수 탐지의 범위를 줄일 수 있어 소모되는 전력을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by first transmitting an initial frame for frequency offset estimation, the range of frequency detection requiring real-time processing can be reduced, thereby reducing power consumption.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이니셜프레임을 통해 주파수 안정도에 관한 정보를 전송하여 주파수 오프셋 추정 과정에서 활용함으로써 소모되는 전력을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, information on frequency stability is transmitted through an initial frame and used in a frequency offset estimation process, thereby reducing power consumption.
본 발명의 일 실시예에 따르면 수신한 이니셜프레임을 통해 도출된 주파수 오프셋을 이용하여 메인프레임의 전송 시 보상함으로써 주파수 오프셋 추정에 소모되는 전력을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, power consumption for frequency offset estimation can be reduced by compensating for transmission of the main frame using the frequency offset derived through the received initial frame.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이니셜프레임과 메인프레임을 전송하는 방식을 달리함으로써 소모 전력을 낮추면서 동시에 전송 효율을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce power consumption and increase transmission efficiency at the same time by different transmission methods of the initial frame and the main frame.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible for those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (7)
데이터가 포함된 메인프레임의 수신 전에 타 통신단말기로부터 타 통신단말기의 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하는 이니셜프레임을 수신하는 이니셜프레임수신단계;
상기 이니셜프레임에 기초하여 시간 동기화를 수행하는 시간동기화단계;
상기 이니셜프레임에 기초하여 코스(coarse) 주파수 동기화를 수행하는 코스주파수동기화단계; 및
상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 파인(fine) 주파수 동기화를 수행하는 파인주파수동기화단계; 를 포함하는, 주파수 오프셋 추정 방법.
A method for estimating a frequency offset in a communication terminal of a low-power wide area communication network, comprising:
an initial frame receiving step of receiving an initial frame including information on frequency stability of another communication terminal from another communication terminal before receiving the main frame including data;
a time synchronization step of performing time synchronization based on the initial frame;
a coarse frequency synchronization step of performing coarse frequency synchronization based on the initial frame; and
a fine frequency synchronization step of performing fine frequency synchronization based on the information on the frequency stability; A method for estimating a frequency offset, comprising:
상기 파인주파수동기화단계는,
상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 상기 타 통신단말기와의 주파수 오프셋을 추정하여 동기화를 수행하는 주파수오프셋추정단계; 및
추정된 상기 주파수 오프셋을 저장하는 주파수오프셋저장단계; 를 포함하는, 주파수 오프셋 추정 방법.
The method according to claim 1,
The fine frequency synchronization step,
a frequency offset estimating step of performing synchronization by estimating a frequency offset with the other communication terminal based on the information on the frequency stability; and
a frequency offset storage step of storing the estimated frequency offset; A method for estimating a frequency offset, comprising:
상기 주파수 오프셋 추정 방법은,
상기 타 통신단말기로 저장된 상기 주파수 오프셋을 보상하여 메인프레임을 전송하는 메인프레임송신단계; 를 더 포함하는, 주파수 오프셋 추정 방법.
3. The method according to claim 2,
The frequency offset estimation method is,
a mainframe transmission step of transmitting a mainframe by compensating for the frequency offset stored in the other communication terminal; Further comprising, a frequency offset estimation method.
상기 시간동기화단계 및 상기 코스주파수동기화단계는 동시에 수행되는, 주파수 오프셋 추정 방법.
The method according to claim 1,
The time synchronization step and the coarse frequency synchronization step are performed simultaneously, frequency offset estimation method.
상기 이니셜프레임은 Differential PSK 방식을 사용하여 송수신되고,
상기 메인프레임은 Binary PSK 방식을 사용하여 송수신되는, 주파수 오프셋 추정 방법.
The method according to claim 1,
The initial frame is transmitted and received using a differential PSK scheme,
The mainframe is transmitted and received using a binary PSK scheme, frequency offset estimation method.
상기 주파수 안정도에 관한 정보는,
상기 타 통신단말기의 주파수 오프셋 범위 정보를 포함하는, 주파수 오프셋 추정 방법.
The method according to claim 1,
Information about the frequency stability,
Including frequency offset range information of the other communication terminal, frequency offset estimation method.
데이터가 포함된 메인프레임의 수신 전, 타 통신단말기로부터 타 통신단말기의 주파수 안정도에 관한 정보를 포함하는 이니셜프레임을 수신하는 이니셜프레임수신단계;
상기 이니셜프레임에 기초하여 시간 동기화를 수행하는 시간동기화단계;
상기 이니셜프레임에 기초하여 코스(coarse) 주파수 동기화를 수행하는 코스주파수동기화단계; 및
상기 주파수 안정도에 관한 정보에 기초하여 파인(fine) 주파수 동기화를 수행하는 파인주파수동기화단계; 를 수행하는, 주파수 오프셋 추정 통신단말기.
As a communication terminal included in a low-power wide area communication network to perform frequency offset estimation,
an initial frame receiving step of receiving an initial frame including information on frequency stability of another communication terminal from another communication terminal before receiving the main frame including data;
a time synchronization step of performing time synchronization based on the initial frame;
a coarse frequency synchronization step of performing coarse frequency synchronization based on the initial frame; and
a fine frequency synchronization step of performing fine frequency synchronization based on the information on the frequency stability; To perform, frequency offset estimation communication terminal.
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|---|---|---|---|
| KR1020200094727A KR102267324B1 (en) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Device and Method to Frequency Offset Estimating in Low Power Wide Area Communication Network |
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- 2020-07-29 KR KR1020200094727A patent/KR102267324B1/en active IP Right Grant
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