KR20070061027A - Control method for fft window positioning in multiband ofdm uwb system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 기존의 IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System)의 심볼 구조를 나타낸 일실시예 설명도,1 is a diagram illustrating an embodiment of a symbol structure of a conventional IEEE 802.11a WLAN system;
도 2 는 일반적인 IEEE 802.15.3a MB-OFDM UWB 시스템의 심볼 구조를 나타낸 일실시예 설명도,2 is a diagram illustrating an embodiment of a symbol structure of a general IEEE 802.15.3a MB-OFDM UWB system;
도 3 은 MB-OFDM UWB 시스템에서 제공하는 프리앰블 구조와 수신부에서의 프리앰블을 이용한 동기 과정을 나타낸 일실시예 설명도,3 is a diagram illustrating an embodiment of a synchronization process using a preamble structure provided by an MB-OFDM UWB system and a preamble at a receiver;
도 4a 는 일반적인 다중경로 임펄스 응답을 나타내 도면,4A illustrates a typical multipath impulse response,
도 4b 는 도 3의 동기 과정 중 첫 번째인 심볼 타이밍 추정(Symbol timing estimation) 과정에서 FFT 윈도우 위치를 추적하기 위한 수신 프리앰블 OFDM 심볼과 기준 프리앰블 OFDM 심볼과의 상관값을 나타낸 일실시예 설명도,4B is an explanatory diagram illustrating a correlation value between a received preamble OFDM symbol and a reference preamble OFDM symbol for tracking an FFT window position in a symbol timing estimation process, which is the first of the synchronization process of FIG. 3;
도 5 는 본 발명에 따른 FFT 윈도우 위치 조정 방법에 대한 일실시예 설명도,5 is a diagram for explaining an FFT window position adjusting method according to an embodiment of the present invention;
도 6 은 본 발명이 적용되는 MB-OFDM UWB 시스템의 프레임 구조를 나타낸 일 실시예 설명도,6 is a diagram illustrating an embodiment of a frame structure of an MB-OFDM UWB system to which the present invention is applied;
도 7 은 본 발명에 따른 FFT 윈도우 위치 조정 방법에서의 맥-물리 계층간 인터페이스를 나타낸 일실시예 설명도,7 is a diagram illustrating an embodiment of a Mac-physical layer interface in the FFT window position adjusting method according to the present invention;
도 8 은 본 발명에 따른 FFT 윈도우 위치 조정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating an embodiment of an FFT window position adjusting method according to the present invention.
본 발명은 IEEE802.15.3a 물리층프로토콜(Alt-PHY)로 표준화중인 시간 주파수 도약(Time Frequency Hopping) 방식을 사용하는 멀티밴드 직교주파수분할다중화 초광대역(이하, "MB-OFDM UWB"라 함) 시스템에서 송/수신기간의 국부발진기(LO : Local Oscillator)의 주파수 옵셋(Offset)에 의해 발생할 수 있는 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset) 영향과 초광대역 전송특성에 의한 다중경로(Multipath) 영향을 극복하여 패킷(Packet) 수신 확률을 높일 수 있는, MB-OFDM UWB 시스템에서의 고속푸리에변환 윈도우 위치 조정 방법에 관한 것이다.The present invention is a multi-band orthogonal frequency division multiplexing ultra-wideband (hereinafter referred to as "MB-OFDM UWB") system using a time frequency hopping scheme which is being standardized by the IEEE802.15.3a physical layer protocol (Alt-PHY). Overcomes the effects of sampling clock offset and multipath due to ultra-wideband transmission characteristics, which can be caused by the frequency offset of the local oscillator (LO) in the transmit / receive period. The present invention relates to a fast Fourier transform window position adjusting method in an MB-OFDM UWB system capable of increasing a packet reception probability.
UWB(Ultra Wide Band)는 3.1~10.6㎓ 주파수대를 사용하는 초고속 무선통신 규격으로 "Texas Instrument"사가 기본기술을 개발한 MB-OFDM 방식을 채택하고 있다. MB-OFDM UWB 방식은 저전력이라는 장점 이외에 기존 와이파이 무선랜보다 10배 빠른 전송속도와 대용량 전송이 가능하기 때문에 비디오 등과 같은 동영상을 수월 하게 송/수신할 수 있도록 한다.UWB (Ultra Wide Band) is a high-speed wireless communication standard that uses the frequency range of 3.1 ~ 10.6㎓ and adopts MB-OFDM method developed by "Texas Instrument". MB-OFDM UWB method can transmit / receive video such as video easily because it can transmit 10 times faster and large capacity than existing Wi-Fi.
도 1 은 기존의 IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System)의 심볼 구조를 나타낸 일실시예 설명도이다.1 is a diagram illustrating an embodiment of a symbol structure of a conventional IEEE 802.11a WLAN system.
기존 IEEE 802.11a와 같은 무선랜(WLAN) 시스템의 심볼 구조는 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, 이하, "FFT"라 함) 입력으로 사용될 64개의 샘플(Sample)(101)과 16개의 CP(Cyclic Prefix)(102)로 구성된다.The symbol structure of a WLAN system such as IEEE 802.11a is 64
상기 도 1과 같은 심볼을 구성함에 있어서, 실제 FFT 입력으로 사용될 64개의 샘플(Sample)(101) 앞에 16개의 순환 프리픽스(CP : Cyclic Prefix)(102)를 사용하여 다중경로(Multipath)에 의한 영향을 극복하며, 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)에 의한 FFT 윈도우(Window) 천이 현상은 트랙킹(Tracking) 과정에서 위상 천이량을 평가하여 필요한 시기마다, FFT 윈도우(Window) 위치를 처음 동기 과정에서 설정한 초기 FFT 윈도우(Window) 위치로 복원하는 방법을 주로 사용하였다.In the configuration of the symbol as shown in FIG. 1, the effect of multipath using 16 cyclic prefixes (CP) 102 before 64
한국공개특허공보 제2001-0083190호에서는 OFDM 시스템 수신기에서 고속푸리에변환되고, 균등화된 OFDM 신호로부터 파일럿들을 추출하고, 이 추출된 파일럿들을 처리하여 FFT 윈도우 조정인자 및 이와 관련된 이퀄라이저 탭 조정값을 유도하고, 이 값을 사용하여 FFT 윈도우 위치 보정 및 이퀄라이저 탭의 위상을 동시에 제어하는 방법을 제시하고 있다.In Korean Patent Laid-Open No. 2001-0083190, pilots are extracted from a fast Fourier transform, an equalized OFDM signal in an OFDM system receiver, and the extracted pilots are processed to derive an FFT window adjustment factor and an associated equalizer tap adjustment value. Using this value, we present a method for simultaneously controlling the FFT window position correction and the phase of the equalizer tap.
한국공개특허공보 제2001-0045947호에서는 초기 어큐지션 모드에서 고속푸리에변환 윈도우 타이밍을 설정한 후 트래킹 모드에서 보정이 필요할 경우 타임영역 에서는 이를 그대로 수행하고, 이로부터 발생되는 페이즈의 불연속을 고속푸리에변환부 후단에서의 페이즈 재로테이션을 통해 트래킹하도록 하기 위한 디지털 방송 수신기의 타이밍 보정장치 및 방법에 대해 제시하고 있다.In Korean Laid-Open Patent Publication No. 2001-0045947, if the fast Fourier transform window timing is set in the initial acquisition mode and the correction is required in the tracking mode, it is performed in the time domain as it is, and the discontinuity of the phases generated from the fast Fourier transform is performed. A timing correction apparatus and method for a digital broadcast receiver for tracking through a phase rerotation at a rear end of a converter are described.
"IEEE Transactions On Consumer Electronics, VOL. 48, NO. 4, November 2002"에 게재된 "Tracking of time misalignments for OFDM systems in multipath fading channels" 논문에서는 잘 알려진 OFDM 신호 모델에 기초하여 특정 타임 옵셋(time offset)()이 있을 경우 FFT 후의 각 파일롯 심볼(pilot symbol) 위치에서의 위상 오차가 파일롯 위치 i와 타임 옵셋 에 비례한다는 특성을 이용하여 OFDM 심볼 내의 위치에 따른 타임 옵셋(time offset) 양을 추정하고 평균을 취하는 최대 유사도(ML : Maximum Likelihood) 추정 방법을 이용하는 이론적인 수식과 실제 간략화된 구현 방안을 제시하였다.In the paper "Tracking of time misalignments for OFDM systems in multipath fading channels," published in IEEE Transactions On Consumer Electronics, VOL. 48, NO. 4, November 2002, a specific time offset is based on a well-known OFDM signal model. ) ( ), The phase error at each pilot symbol position after FFT is equal to the pilot position i and time offset. We propose a theoretical formula and a simplified implementation method using the method of estimating the maximum likelihood (ML) that estimates and averages the amount of time offset according to the position in an OFDM symbol using the property of proportional to. .
MB-OFDM UWB 시스템은 OFDM 심볼을 여러 주파수를 이용하여 시간 주파수 도약 패턴(TF Hopping Pattern)에 따라 전송하고, OFDM 특성상 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)에 의한 복조단에서의 위상 회전(Phase Rotation)에 매우 민감하다. 또한, MB-OFDM UWB 시스템은 528MHz 대역폭으로 전송되므로 IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System) 등과 같은 타 협대역 시스템들이 겪는 다중경로(Multipath) 영향과 다른 광대역 채널 모델에 따른 독특한 성능 열화 특성을 보인다.MB-OFDM UWB system transmits OFDM symbols according to TF hopping pattern using various frequencies, and phase rotation in demodulation stage by sampling clock offset due to OFDM characteristics. Very sensitive to In addition, since the MB-OFDM UWB system transmits with 528MHz bandwidth, it exhibits unique performance degradation characteristics due to the multipath effect and other broadband channel models experienced by other narrowband systems such as the IEEE 802.11a WLAN system. .
이러한 초광대역 채널 모델 특성 때문에, MB-OFDM UWB 시스템의 전송신호를 복조함에 있어 초기 동기 과정에서 프리엠블(Preamble)의 상관(Correlation) 특성을 이용하여 구한 FFT 윈도우(Window)를 유지하는 것으로는 MB-OFDM UWB 신호를 올바로 복원하는데 한계가 있다.Due to the characteristics of the ultra-wideband channel model, in demodulating the transmission signal of the MB-OFDM UWB system, it is MB to maintain the FFT window obtained by using the correlation characteristics of the preamble during the initial synchronization process. There is a limit to properly recover the OFDM UWB signal.
이를 좀더 상세히 설명하면, IEEE802.15.3a 대체 물리층프로토콜(Alt-PHY)로 표준화중인 시간 주파수 도약(Time Frequency Hopping) 방식을 사용하는 MB-OFDM UWB 시스템을 전체 디지털(Full Digital) 방식으로 구현함에 있어 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)에 의한 FFT 윈도우(Window) 천이 문제를 해결하기 위해 FFT 윈도우(Window) 위치를 처음 동기 과정에서 설정한 초기 FFT 윈도우(Window) 위치로 복원하는 방법만으로는 초광대역 다중경로(Multipath) 페이딩에 의한 성능 열화 현상을 완전히 해결할 수 없는 문제점이 있었다.In more detail, the MB-OFDM UWB system using Time Frequency Hopping, which is being standardized by the IEEE802.15.3a Alternate Physical Layer Protocol (Alt-PHY), is implemented in a full digital manner. In order to solve the FFT window transition problem caused by Sampling Clock Offset, the method of restoring the FFT window position to the initial FFT window position set in the initial synchronization process is a very wideband multipath. (Multipath) There was a problem that can not completely solve the performance degradation due to fading.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, IEEE802.15.3a 대체 물리층프로토콜(Alt-PHY)로 표준화중인 시간 주파수 도약(Time Frequency Hopping) 방식을 사용하는 MB-OFDM UWB 시스템의 수신기에서 FFT 윈도우(Window) 위치를 조정해 줌으로써, 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)에 의한 FFT 윈도우 천이 현상과 초광대역 다중경로(Multipath) 채널 영향에 의한 성능 열화 현상을 동시에 극복할 수 있는, MB-OFDM UWB 시스템에서의 고속푸리에변환 윈도우 위치 조정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and in the receiver of the MB-OFDM UWB system using the Time Frequency Hopping method which is being standardized by the IEEE802.15.3a Alternate Physical Layer Protocol (Alt-PHY). By adjusting the FFT window position, MB-OFDM can simultaneously overcome the FFT window transition caused by Sampling Clock Offset and performance degradation caused by the effect of ultra-wideband multipath channel. An object of the present invention is to provide a fast Fourier transform window position adjustment method in a UWB system.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 멀티밴드 직교주파수분할다중화 초광대역 시스템(MB-OFDM UWB)에서의 고속푸리에변환 윈도우 위치 조정 방법에 있어서, 초기 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 획득하는 초기 위치 획득 단계; 상기 초기 위치 획득 단계에서 획득된 FFT 윈도우 위치와 주파수 도약 위치를 이용하여 수신신호를 복조하는 복조 단계; 수신된 데이터 정보를 수신 프레임(RX Frame) 구조를 이용하여 맥(MAC) 계층으로 전송하고, 상기 맥(MAC) 계층에서 프레임검사열(FCS)을 이용하여 패킷의 에러 유무를 판단하는 에러 판단 단계; 및 상기 에러 판단 단계의 판단 결과, 에러가 없으면 상기 복조 단계로 진행하고, 에러가 있으면 맥-물리 계층(MAC-PHY) 인터페이스 중에서 기 결정된 인터페이스 라인을 이용하여 레지스터 맵(Register Map)을 변경하여 FFT 윈도우 위치와 주파수 도약 위치를 조정한 후, 상기 복조 단계로 진행하는 위치 조정 단계를 포함한다.The method of the present invention for achieving the above object, in the fast Fourier transform window position adjustment method in a multi-band orthogonal frequency division multiplexing ultra-wideband system (MB-OFDM UWB), the initial FFT window position and frequency hopping ( Frequency hopping) initial position acquisition step; Demodulating the received signal using the FFT window position and the frequency hopping position obtained in the initial position obtaining step; An error determination step of transmitting the received data information to the MAC layer using a RX frame structure, and determining whether or not there is an error of a packet using a frame check sequence (FCS) in the MAC layer. ; And as a result of the determination of the error determination step, if there is no error, proceeds to the demodulation step. If there is an error, the FFT is changed by changing a register map using a predetermined interface line among MAC-PHY interfaces. And adjusting the window position and the frequency hopping position, and then proceeding to the demodulation step.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또 한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 는 일반적인 IEEE 802.15.3a MB-OFDM UWB 시스템의 심볼 구조를 나타낸 일실시예 설명도이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a symbol structure of a general IEEE 802.15.3a MB-OFDM UWB system.
도 2에 도시된 바와 같이, MB-OFDM UWB 시스템의 심볼은 가드(Guard) 구간 32 제로(Zero)와 채널 스위칭을 위한 5개의 제로(Zero)(201), 그리고 FFT의 입력으로 사용될 128 포인트(Point)(202)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the symbol of the MB-OFDM UWB system includes a guard section 32 zero, five
MB-OFDM UWB 시스템의 심볼은 상기 도 1의 IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System)의 심볼보다 더 짧은 시간 구간을 가지고 있지만, 샘플링 클럭(Clock)이 훨씬 높기 때문에 더 많은 샘플(Sample)들로 구성된다. 이러한 MB-OFDM UWB 시스템의 심볼 특성 때문에 수신 신호는 초광대역 다중경로(Multipath) 페이딩을 겪게 된다.The symbol of the MB-OFDM UWB system has a shorter time interval than the symbol of the IEEE 802.11a WLAN system of FIG. 1, but the sampling clock is much higher, so that the samples are more samples. It is composed. Due to the symbol characteristics of the MB-OFDM UWB system, the received signal undergoes ultra-wideband multipath fading.
한편, 본 발명에서는 다중경로(Multipath) 현상을 극복하기 위해 IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System)에서 제공하는 가드(Guard) 구간인 16 샘플(Sample)보다 상대적으로 긴 가드(Guard) 구간인 32 제로(Zero)와 채널 스위칭을 위한 5개의 제로(Zero)들을 고려하여 FFT 윈도우(Window) 위치와 채널 스위칭 위치를 변경하는 방안과 이를 실행할 수 있는 방법을 제시하고, 이에 대하여 상세히 후술하기로 한다.Meanwhile, in the present invention, in order to overcome the multipath phenomenon, a guard section 32, which is relatively longer than 16 samples, which is a guard section provided by the IEEE 802.11a WLAN system, is provided. Considering zero and five zeros for channel switching, a method of changing the FFT window position and a channel switching position and a method of executing the same are described in detail below.
도 3 은 MB-OFDM UWB 시스템에서 제공하는 프리앰블 구조와 수신부에서의 프 리앰블을 이용한 동기 과정을 나타낸 일실시예 설명도이다.3 is a diagram illustrating an embodiment of a synchronization process using a preamble structure provided by an MB-OFDM UWB system and a preamble at a receiver.
도 3에 도시된 바와 같이, 초기 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치는 프리엠블(Preamble)의 패킷 시퀀스(PS : Packet Sequence) 심볼들을 이용하여 동기 알고리즘 중 첫 번째인 심볼 타이밍 추정(Symbol timing estimation) 동기 과정을 통해 결정된다.As shown in FIG. 3, the initial FFT window position and frequency hopping position are symbol timing, which is the first of the synchronization algorithms using the packet sequence (PS) symbols of the preamble. Symbol timing estimation is determined through a synchronization process.
도 4a 는 일반적인 다중경로 임펄스 응답을 나타내 도면이고, 도 4b 는 도 3의 동기 과정 중 첫 번째인 심볼 타이밍 추정(Symbol timing estimation) 과정에서 FFT 윈도우 위치를 추적하기 위한 수신 프리앰블 OFDM 심볼과 기준 프리앰블 OFDM 심볼과의 상관값을 나타낸 일실시예 설명도이다.4A is a diagram illustrating a general multipath impulse response, and FIG. 4B is a reception preamble OFDM symbol and a reference preamble OFDM for tracking the FFT window position in symbol timing estimation, which is the first of the synchronization process of FIG. 3. An exemplary explanatory diagram showing a correlation value with a symbol.
도 4a에 도시된 바와 같은 다중경로(Multipath) 환경이 존재할 때, 이러한 다중경로(Multipath)에 의한 페이딩을 겪은 수신 프리엠블(Preamble) 내의 패킷 시퀀스(PS) 심볼과 레퍼런스 패킷 시퀀스(Reference PS) 간의 상관(Correlation)값을 검출하면 도 4b와 같으며, 이중 피크(Peak)가 검출되는 지점을 대부분 초기 FFT 윈도우(Window) 위치로 결정한다.When there is a multipath environment as shown in FIG. 4A, between a packet sequence (PS) symbol and a reference packet sequence (Reference PS) in a received preamble that have undergone such multipath fading When the correlation value is detected, it is the same as that of FIG. 4B. Most of the points where the double peak is detected are determined as the initial FFT window position.
도 5 는 본 발명에 따른 FFT 윈도우 위치 조정 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)과 초광대역 다중경로(Multipath) 채널에 의한 페이딩 영향을 극복하고, 패킷(Packet) 수신확률을 높이기 위해 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 조정하는 방법과 FFT 입력값을 생성하는 방법에 대해 4 병렬(Parallel)로 수신단을 설계했을 경우의 예를 나타내고 있다.FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a method for adjusting an FFT window position according to the present invention, and overcomes the effects of fading caused by a sampling clock offset and an ultra-wideband multipath channel. The following shows an example in which the receiver is designed in four parallels to adjust the FFT window position and the frequency hopping position and generate the FFT input value to increase the reception probability.
도 5에서 수신단을 4 병렬(Parallel)로 설계했기 때문에 1 클럭(Clock)에 수정할 수 있는 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치는 4의 배수로 조정할 수밖에 없다. 다시 말하면, 도 5에 도시된 바와 같은 4 병렬(Parallel) 수신 구조에서는 FFT 윈도우(Window) 위치 조정을 가드(Guard) 구간(32 zeros) 범위 내에서 0, 4, 8, 12,...로 조정하여야 한다. 이 경우 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치는 FFT 윈도우(Window) 위치보다 항상 5 샘플(Sample) 이상 앞에 설정해 주어야 하며, IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System)에서 다중경로(Multipath) 페이딩을 극복하기 위해 사용한 순환 프리픽스(CP : Cyclic Prefix)와 동일한 효과를 부여하기 위해 실제 128-포인트(Point) FFT 윈도우(Window) 끝부분부터 최대 32 샘플들을 FFT 윈도우 앞부분 샘플들과 합하여 FFT 입력으로 사용하는 방식을 사용한다.Since the receiver is designed in 4 parallel in FIG. 5, the FFT window position and the frequency hopping position, which can be corrected in one clock, must be adjusted by a multiple of four. In other words, in a four parallel reception structure as shown in FIG. 5, the FFT window position adjustment is set to 0, 4, 8, 12, ... within the guard interval (32 zeros). It should be adjusted. In this case, the frequency hopping position should always be set 5 samples or more ahead of the FFT window position, and to overcome multipath fading in IEEE 802.11a WLAN system. To give the same effect as the Cyclic Prefix (CP) used, up to 32 samples from the end of the actual 128-point FFT window are combined with the samples in front of the FFT window and used as the FFT input. do.
즉, MB-OFDM UWB 시스템의 심볼 구조는 기존 IEEE 802.11a 무선랜 시스템(WLAN System)과 달리 다중경로(Multipath) 페이딩을 극복하기 위해, OFDM 심볼 마지막 1/4정도의 샘플들을 전송하고자 하는 OFDM 심볼 앞부분에 반복 전송하는 CP(Cyclic Prefix) 대신에 제로(Zero)들을 전송하고, 수신단에서 CP(Cyclic Prefix)와 동일한 효과를 부여하기 위해 실제 128 포인트(Point) FFT 윈도우(Window) 끝부분부터 최대 32 샘플들을 FFT 윈도우(Window) 앞부분 샘플들과 합하여 FFT 입력으로 사용하는 방식을 사용한다.That is, the symbol structure of the MB-OFDM UWB system is an OFDM symbol to transmit samples of about the last quarter of the OFDM symbol to overcome multipath fading, unlike the existing IEEE 802.11a WLAN system. Zeros are sent instead of the cyclic prefix that is repeatedly transmitted at the beginning, and up to 32 from the end of the actual 128 point FFT window to give the receiver the same effect as the cyclic prefix. The sample is combined with the samples in front of the FFT window and used as the FFT input.
이러한 FFT 입력값 범위를 설정하는 FFT 윈도우(Window) 설정에 있어서, MB-OFDM UWB 시스템의 경우는 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)량, 전송모드, 페이로드(Payload) 전송 길이 및 초광대역 채널 모델에 의한 페이딩에 따라 FFT 윈도우(Window) 위치와 FFT 윈도우(Window) 위치보다 최소 5 샘플(Sample) 앞에 위치해야 할 주파수 스위칭(Frequency Switching) 위치를 조정함으로써, 수신단에서의 수신 패킷(Packet) 에러(Error)율을 줄일 수 있는 특징이 있다.In the FFT window setting that sets the FFT input value range, in the case of MB-OFDM UWB system, the amount of sampling clock offset, transmission mode, payload transmission length, and ultra-wideband channel model By adjusting the FFT window position and the frequency switching position that should be located at least 5 samples before the FFT window position in accordance with fading, the received packet error at the receiving end ( It is characterized by reducing the error rate.
하기의 [표 1]은 MB-OFDM UWB 시스템에서 제공할 수 있는 데이터 전송율 중에서 480Mbps 모드를 UWB 채널(Channel) 모델에서 제공하고 있는 CM1의 100개 프로파일에 적용하여 SNR(Signal to Noise Ratio) 50dB에서, FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 조정하면서 구한 프로파일별 패킷(Packet) 에러 상황을 보이고 있다.[Table 1] below shows 480Mbps mode among the data rates that can be provided by MB-OFDM UWB system to 100 profiles of CM1 provided by UWB channel model at 50dB SNR (Signal to Noise Ratio). The packet error situation for each profile obtained by adjusting the FFT window position and the frequency hopping position is shown.
하기 [표 2]는 상기 [표 1]에서 구한 100개의 프로파일(Profile)들에 대한 평균적인 BER(Bit Error Rate)과 PER(Packet Error Rate) 및 가장 환경이 나쁜 10개 프로파일(Profile)을 제외한 90개 프로파일(Profile)들에 대한 평균적인 BER과 PER을 도시하고 있다.Table 2 below shows the average Bit Error Rate (BER) and PER (Packet Error Rate) and the worst 10 profiles for the 100 profiles obtained in Table 1 above. Average BER and PER for 90 profiles are shown.
상기 [표 1]과 [표 2]의 결과로부터 초광대역 다중경로(Multipath) 페이딩을 겪는 MB-OFDM UWB 시스템의 경우 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 조정함으로써, 동일한 다중경로(Multipath) 페이딩을 겪는 프로파일 환경에서 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있고, 이는 본 발명에서 제시한 방법이 복잡한 알고리즘 수정 없이도 수신단에서 패킷(Packet) 수신 확률을 크게 높일 수 있는 방안을 제시할 수 있음을 보이고 있다.In the case of MB-OFDM UWB system that undergoes ultra-wideband multipath fading from the results of Tables 1 and 2, the same multiplication is performed by adjusting the FFT window position and frequency hopping position. It can be seen that the performance can be greatly improved in a profile environment that suffers from multipath fading. This suggests that the method proposed in the present invention can greatly increase the probability of receiving packets at the receiving end without complicated algorithm modification. It is showing that it can be done.
도 6 은 본 발명이 적용되는 MB-OFDM UWB 시스템의 프레임 구조를 나타낸 일실시예 설명도이다.6 is a diagram illustrating an embodiment of a frame structure of an MB-OFDM UWB system to which the present invention is applied.
도 6에 도시된 바와 같이, MB-OFDM UWB 시스템의 프레임 구조는 송신 프레임(TX Frame)과 수신 프레임(RX Frame)으로 이루어진다.As shown in FIG. 6, the frame structure of the MB-OFDM UWB system includes a transmit frame (TX frame) and a receive frame (RX frame).
맥-물리 계층(MAC-PHY) 인터페이스(Interface) 규격에 의해 맥(MAC) 계층에서 생성하여 모뎀 송신단을 통해 전송된 프레임검사열(FCS)들을 모뎀 수신단에서 복조하여 맥(MAC) 계층으로 올려 보내주고, 맥(MAC) 계층에서는 프레임검사열(FCS)을 검사함으로써 전체적인 패킷(Packet)에 에러가 발생했는지를 확인(Check)할 수 있다.By using MAC-PHY interface specification, frame check strings (FCS) generated at MAC layer and transmitted through modem transmitter are demodulated at modem receiver and sent to MAC layer. In the MAC layer, the frame check sequence FCS may be checked to determine whether an error occurs in the entire packet.
도 7 은 본 발명에 따른 FFT 윈도우 위치 조정 방법에서의 맥-물리 계층간 인터페이스를 나타낸 일실시예 설명도이다.7 is a diagram illustrating an embodiment of a Mac-physical layer interface in the FFT window position adjusting method according to the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 맥-물리 계층(MAC-PHY) 인터페이스(Interface)에서 사용되는 라인(Line)은 "PHY_RESET", "TX_EN", "RX_EN", "PHY_ACTIVE", "STOPC", "PCLK", "DATA_EN", "DATA[7:0]", "CCA_STATUS", "SERIAL_DATA", "SYS_CLK", 그리고 "RESERVED[1:0]"를 포함한다.As shown in FIG. 7, the lines used in the MAC-PHY interface are "PHY_RESET", "TX_EN", "RX_EN", "PHY_ACTIVE", "STOPC", " PCLK "," DATA_EN "," DATA [7: 0] "," CCA_STATUS "," SERIAL_DATA "," SYS_CLK ", and" RESERVED [1: 0] ".
MB-OFDM UWB 시스템은 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)이 매우 적어 패킷(Packet) 내의 FFT 윈도우(Window) 위치 천이가 발생되지 않아, FFT 윈도우(Window) 위치가 초기 동기 과정에서 구한 위치로 고정된 경우에도 다중경로(Multipath) 조건에 따라 매우 심각한 성능 열화를 겪게 되며, 이러한 경우에는 FFT 윈도우(Window) 위치를 인위적으로 조정하는 방법으로 패킷(Packet) 에러를 제거할 수 있다.MB-OFDM UWB system has a very small sampling clock offset so that the FFT window position transition does not occur in the packet, so the FFT window position is fixed to the position obtained in the initial synchronization process. Even in this case, a severe performance degradation occurs due to a multipath condition. In this case, packet error can be eliminated by artificially adjusting the FFT window position.
여기서, FFT 윈도우(Window) 위치를 적절하게 조절하기 위해서 수신단 맥(MAC : Media Access Control) 계층에서 모뎀으로 올려주는 프레임검사열(FCS)을 확인하고 에러가 계속 검출될 경우, 맥-물리 계층(MAC-PHY) 인터페이스(Interface) 규격에서 제시하고 있는 "Serial-DATA" 라인을 이용하여 "RXCTL" 레지스터 맵(Register MAP)을 변경함으로써 모뎀이 FFT 윈도우(Window) 위치를 순차적으로 변경하도록 하고, 이렇게 변경된 FFT 윈도우(Window) 위치에 의한 프레임검사열(FCS)을 맥(MAC) 계층이 다시 확인하는 과정을 반복함으로써 실제 환경에서 수신 환경을 가장 좋게 할 수 있는 FFT 윈도우(Window) 위치를 추정할 수 있다. 이러한 방법은 실제 수신기를 구현할 때 별도의 복잡한 알고리즘 없이 가장 간단한 방법으로 최적의 수신 환경을 추출할 수 있는 장점이 있다.In this case, in order to properly adjust the FFT window position, the frame check string (FCS) that is raised from the MAC layer to the modem is checked, and if an error is still detected, the MAC-physical layer ( By changing the "RXCTL" register map using the "Serial-DATA" line provided in the MAC-PHY interface specification, the modem changes the FFT window position sequentially. By repeating the process of checking the MAC layer again by the MAC layer based on the changed FFT window position, it is possible to estimate the FFT window position that can best receive the environment in the real environment. have. This method has the advantage that it is possible to extract the optimal reception environment in the simplest way without any complicated algorithm when implementing the actual receiver.
한편, 인터페이스 라인(Interface Line) 중에서 "SERIAL_DATA"를 이용하여 레지스터 맵(Register Map)으로부터 모뎀의 상태를 맥(MAC) 계층에서 읽어갈 수도 있고, 모뎀 상태를 변경할 수 있도록 레지스터 맵(Register Map)을 맥(MAC) 계층에서 수정할 수도 있다.On the other hand, using the "SERIAL_DATA" in the Interface Line (MAC), you can read the status of the modem from the register map in the MAC layer, and the register map to change the modem status. It can also be modified at the MAC layer.
도 8 은 본 발명에 따른 FFT 윈도우 위치 조정 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 상기 도 6에 도시된 바와 같은 송신 프레임(TX Frame)과 수신 프레임(RX Frame)의 프레임검사열(FCS)을 이용하여 맥(MAC) 계층에서 패킷(Packet) 내에 에러가 있는지를 판별하고, 이 판별 결과를 이용하여 상기 도 7에 도시된 바와 같은 맥-물리 계층(MAC-PHY) 인터페이스(Interface) 중에서 "SERIAL_DATA" 라인(Line)을 이용하여 레지스터 맵(Register Map) 중에서 "RXCTL"값을 변경해 줌으로써, FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 수정할 수 있는 절차를 나타내고 있다.FIG. 8 is a flowchart illustrating an FFT window position adjusting method according to an embodiment of the present invention, using a frame check sequence (FCS) of a TX frame and a RX frame as shown in FIG. 6. In the MAC layer, it is determined whether there is an error in the packet, and using the determination result, "SERIAL_DATA" is used in the MAC-PHY interface as shown in FIG. The procedure for modifying the FFT window position and frequency hopping position by changing the "RXCTL" value in the register map using a line is shown.
먼저, 아날로그-디지털 변환(ADC) 후에 타이밍 동기 과정을 통해 초기 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 획득하고(801), 획득된 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 이용하여 수신신호를 복조한다(802).First, after an analog-to-digital conversion (ADC), an initial FFT window position and frequency hopping position are obtained through a timing synchronization process (801), and the obtained FFT window position and frequency hopping (Frequency) are obtained. The received signal is demodulated using the hopping position (802).
다음으로, 수신된 데이터 정보를 수신 프레임(RX Frame) 구조를 이용하여 맥(MAC) 계층으로 전송하고(803), 상기 맥(MAC) 계층에서 프레임검사열(FCS)을 이용하여 패킷의 에러 유무를 판단한다(804, 805).Next, the received data information is transmitted to the MAC layer using an RX frame structure (803), and the presence or absence of an error in a packet using a frame check sequence (FCS) in the MAC layer. Determination is made (804, 805).
상기 판단 결과, 패킷 에러가 없으면 상기 수신신호를 복조하는 과정(802)으로 진행하고, 패킷 에러가 있으면 맥-물리 계층(MAC-PHY) 인터페이스 중에서 "SERIAL_DATA" 라인을 이용하여 레지스터 맵(Register Map)을 변경하여 FFT 윈도우(Window) 위치와 주파수 도약(Frequency Hopping) 위치를 조정한 후(806), 상기 수신신호를 복조하는 과정(802)으로 진행한다.As a result of the determination, if there is no packet error, the process proceeds to demodulating the received signal (802). If there is a packet error, a register map is used by using a "SERIAL_DATA" line in a MAC-PHY interface. Next, after adjusting the FFT window position and the frequency hopping position by changing 806, the process proceeds to demodulating the received
이때, "RXCTL" 레지스터 맵(Register Map) 정보를 이용하여 조정할 수 있는 FFT 윈도우(Window) 위치 범위는 가드(Guard) 구간(32 zeros) 내로 한정되어야 하며, "RXCTL" 레지스터 맵(Register Map)에서 정의할 수 있는 FFT 윈도우(Window) 위치 조정 범위 내에서 패킷(Packet) 에러가 수정되지 않을 경우, 모뎀이 극복할 수 없는 페이딩을 겪고 있음을 의미한다.At this time, the FFT Window position range which can be adjusted by using the "RXCTL" register map information should be limited within the guard section (32 zeros), and in the "RXCTL" register map. If a packet error is not corrected within a definable range of FFT window positioning, it means that the modem is experiencing insurmountable fading.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은, IEEE802.15.3a 물리층프로토콜(Alt-PHY)로 표준화중인 시간 주파수 도약(Time Frequency Hopping) 방식을 사용하는 MB-OFDM UWB 시스템에서 샘플링 클럭 옵셋(Sampling clock Offset)과 다중경로(Multipath)에 의한 성능 열화를 극복하기 위해 FFT 윈도우(Window)를 조정하여 실제 수신기를 구현할 때 샘플링 클럭 옵셋(Sampling Clock Offset)과 초광대역 다중경로(Multipath) 페이딩 환경을 극복하기 위하여 별도의 복잡한 알고리즘 수정 없이 MAC-PHY 인터페이스(IF) 규격을 이용하여 가장 간단한 방법으로 최적의 수신 환경을 추출할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention provides a sampling clock offset and a multipath in an MB-OFDM UWB system using a time frequency hopping scheme that is being standardized by the IEEE802.15.3a physical layer protocol (Alt-PHY). In order to overcome the performance degradation caused by (Multipath), an additional complex algorithm is used to overcome the sampling clock offset and ultra-wideband multipath fading environment when the actual receiver is implemented by adjusting the FFT window. Using the MAC-PHY interface (IF) standard without modification, it is possible to extract the optimal reception environment in the simplest way.
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