KR100268135B1 - 분산 표본 전송을 통한 피엔(pn) 시퀀스의 고속 포착 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 긴 주기의 PN 시퀀스를 고속으로 포착하는 분산 표본 포착(DSA: Distributed Sample Acquisition) 장치 및 방법에 관한 것이다. 이상의 본 발명은 자체적으로 만들어진 제1 주 시퀀스를 이용하여 입력되는 데이터 스트림을 미리 설정된 스펙트럼까지 확산시킨 데이터 신호를 만들고 상기 주 시퀀스의 상태표본을 표본화하기 위한 확산부와, 상기 확산부에서 출력되는 상태표본을 미리 설정된 길이의 이진 직교 심볼중 하나에 대응시키고, 상기 심볼을 자체적으로 만든 제1 부 시퀀스를 이용하여 확산시킨 제1 상태신호를 출력하기 위한 표본 확산부와, 상기 표본 확산부에서 출력되는 상기 제1 상태신호를 자체적으로 만들어진 제2 부 시퀀스를 이용하여 역확산 시킴으로써 상기 전송된 이진 직교 심볼을 회복하고 이것으로부터, 상기 제1 주 시퀀스의 상태 표본을 검출하기 위한 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력되는 상태표본을 자체적으로 만든 상태표본과 소정 횟수 비교 및 정정하여 새로운 상태를 갖는 제2 주 시퀀스를 만들고, 상기 제2 주 시퀀스를 이용하여 상기 확산부에서 출력되는 데이터신호를 역확산시켜 원래의 상기 데이터 스트림으로 복원하는 역확산부로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

Description

분산 표본 전송을 통한 피엔(ＰＮ) 시퀀스의 고속 포착 장치 및 방법

본 발명은 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 포착 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코드분할 다중접속(CDMA) 방식의 이동통신 장치에 있어서, 분산 표본 전송을 통하여 PN 시퀀스를 고속으로 포착할 수 있는 PN 시퀀스의 포착 장치 및 방법에 관한 것이다.

CDMA방식을 이용하는 이동통신 시스템에서는 이동 단말기간의 통화시(점대점 통화시) 좋은 품질의 통신서비스를 제공받기 위해서 수신측 단말기는 발신측 단말기에서 전송된 PN 시퀀스를 빠르고 정확하게 동기시켜야만한다. 또한, 방송용 신호만을 수신하는 경우 기지국에서 전송된 파일롯신호를 빠르고 정확하게 동기시켜야만한다. 특히, 향후의 차세대 이동통신 서비스는 주어진 주파수 대역에서 다수의 이동 단말기 사용자들이 PDA와 같은 휴대용 데이터 단말기와 이동 단말기를 연결하여 군집성 데이터를 송수신하는 무선 멀티미디어 통신 서비스가 요구된다. 이러한 통신환경하에서는 무선으로 송수신되는 대단히 많은 동시 사용자들의 정보를 효율적으로 수용해야 하기 때문에 데이터를 확산할 때 긴 주기의 PN 시퀀스의 사용이 불가피한 실정이다.

예를 들어, CDMA 방식의 이동통신 시스템에서, 두 이동 단말기간에 통화를 실시할 경우, 발신측 이동 단말기에서는 송신하고자하는 데이터 스트림을 이동 단말기에 구비된 수열 발생기를 통하여 자체적으로 발생된 PN 시퀀스를 이용하여 설정된 스펙트럼까지 확산된 후 전송된다. 그러면, 수신측 이동 단말기는 전송된 확산 신호를 수신하고 수신측 이동단말기에 구비된 수열발생기에서 만들어내는 PN 시퀀스를 이용하여 수신된 확산신호를 역확산시켜 원래의 신호로 복원하는데 이를위해 사전작용으로 수신측 이동 단말기의 수열발생기를 송신측의 것에 동기화 시키는 것이 필요하다. 이러한 수열 발생기의 동기화 과정은 PN 시퀀스의 포착(code acquisition)과 PN 시퀀스의 추적(code tracking)의 두 단계로 나뉘어 순차적으로 수행된다.

이때, 멀티미디어 통신환경하에서 보다 빠르고 신뢰성 있는 통신서비스를 제공하기 위하여 PN 시퀀스의 포착 시간을 단축하려는 고속 포착 방법에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 그동안 많은 연구 성과가 있었다.

이러한 종래 기술중 가장 기본적이면서도 현재 가장 널리 사용되고있는 방법은 직렬 탐색 포착방법이다. 그러나, 직렬탐색 포착방법은 장치구현의 복잡도가 적다는 장점이 있으나, PN 시퀀스의 포착 시간이 일반적으로 사용되는 PN 시퀀스의 주기에 직접 비례하므로, 주기가 길 경우 포착 시간이 매우 길어진다는 단점이 있다.

때문에 직렬 탐색 장치구현의 복잡도를 다소 증가시키는 대신 포착 속도를 높이려는 다양한 고속 포착 방법들이 제안되었다.

먼저, 포착 속도를 향상시키기 위해 직렬 탐색의 기본 구조를 그대로 유지하고 2단계 포착 과정을 사용하여 처음에는 수동 정합 필터(passive matched filter)를 사용하여 잠정적 포착 지점을 결정하고 다음에 능동 상관기(active correlator)를 사용하여 잠정적 포착의 유효성을 확인하는 방식이 제시되었다. 또한, 포착 속도를 향상시키기 위해 직렬 탐색의 기본 구조를 그대로 유지하고 2개의 문턱 비교기를 사용하는 순차적 테스트(sequential test) 방법이 제안되었다.

그러나, 직렬 탐색 방법에 기초한 상기의 고속 포착 방법들은 시퀀스의 주기가 아주 길 경우에는 속도 개선을 이루더라도 절대적인 포착 시간이 너무 길기 때문에 만족스러운 시간 단축을 기대하기 어려운 단점이 있다.

이러한 직렬탐색 방법의 최근의 기술로서, 미국특허번호 제5,644,591호가 있다. 이 미국특허에서는 고속 포착을 위하여 제1 탐색 단계에서는 탐색창의 크기를 크게 설정하여, 각각의 탐색 창 내에 상관값이 문턱값을 넘는 지점이 존재하는가 여부를 판단하여, 넘는 지점이 없을 경우에는 다음 탐색 창으로 넘어가고, 있을 경우에는 그 지점을 중심으로 작은 탐색창을 새로 설정한 후 포착진위 여부를 확인하는 반복작업을 실시한다. 이와 같이 창의 크기를 두 가지로 둠으로써, 일단 포착 후보 지점을 찾은 후에 실시하는 포착확인 작업 시간을 단축할 수 있게된다. 그러나, 이 방법도 포착 확인 시간 단축이라는 이점은 있으나 근본적으로는 처음에 포착 후보 지점을 찾기 위해서 상관값 비교에 기반한 직렬 탐색을 사용하고 있으므로 PN 시퀀스의 주기가 매우 긴 멀티미디어 통신 상황하에서는 그 시간을 단축하는데 한계가 있다.

또한, 긴 주기를 가지는 PN 시퀀스의 포착을 위해서 병렬 탐색(parallel search) 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법은 포착 시간을 줄이는 비율만큼 비례하여 장치구현의 복잡도가 증가하게 되는 단점으로 널리 이용되지는 않고 있다.

이와 같은 단점을 감안하여 직렬 탐색과 병렬 탐색을 적당히 혼합하여 포착속도는 높이고, 장치의 복잡도도 어느 정도 높여지는 것을 허용하는 하이브리드 방법이 제안되었다. 이 하이브리드 방법에서는 주기N의 긴 주기 PN시퀀스가 길이 N/M인 부분 시퀀스들로 나뉘어져 M개의 병렬 정합 필터를 통해 도착하는 시퀀스의 위상을 포착하게 된다. 그러나, 이와 같은 하이브리드 방법도 장치의 하드웨어의 구성을 복잡하게 한 것만큼 포착시간을 빠르게 하겠다는 것으로 근본적으로는 PN 시퀀스의 주기가 매우 긴 멀티미디어 통신 상황하에서는 그 시간을 단축하는데 한계가 있다.

또한, PN 시퀀스의 포착 시간을 단축하기 위하여 수열발생기의 상태 추정에 기반한 포착방법이 제시되었다. 이 방법은 이론적으로는 직렬 탐색 방법에 비해 구현의 복잡도를 거의 증가시키지 않으면서도 상당한 시간 단축을 가져올 수 있다.

현재까지 제시된 상태 추정 기반 포착 방법은 수신되는 PN 시퀀스를 연속적으로 L번 경성 검출(hard detection)하여 수신단의 수열발생기의 잠정적 레지스터 상태값들로 실어준 뒤 확인과정을 통해 최종 결정을 하는 RASE(rapid acquisition by sequential estimation) 방식이다.

그러나, 이 방법은 몇 가지 중요한 문제점을 안고 있어서 최근에는 관련 연구가 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다. 이 방식은 SNR이 충분히 높아서 칩단위의 경성 검출이 어느 정도 유효한 값을 제공해줄 때에는 포착속도를 향상시킬 수 있지만, SNR이 낮은 경우에는 그 성능이 급격히 열화되는 단점이 있어 일반적인 CDMA 방식의 통신시스템에 적용하기에는 적절하지 않다.

더욱이 이 방법에서는 매 시퀀스 칩의 값이 양수인지 음수인지를 결정하는 코히런트 복조를 수행해야 하므로 PN 시퀀스의 포착이 이루어지지 않은 상태에서 이미 반송파의 위상이 찾아져 있어야 한다는 실현성 희박한 가정을 해야만 하므로 실용화하기에는 부적절한 방법이다.

본 발명 목적은 이상에서 설명한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 새로운 상태추정 기반의 PN 시퀀스의 포착방식을 이용한 분산 표본 포착(DSA: Distributed Sample Acquisition)기술을 이용하여 멀티미디어 통신 환경하에서 발생되는 긴 주기의 PN시퀀스를 고속으로 포착하여 전송단과 수신단의 전체 동기시간을 단축시키킬 수 있는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 송신단에서 분산 표본을 수신단으로 전송할 때 칩-SNR이 매우 낮은 CDMA 채널 환경에서 상태 표본을 수신단에 신뢰성 있게 전달하고, 전달된 상태 표본을 이용하여 송신단과 수신단에 각각 구비된 수열 발생기를 고속으로 동기시킬 수 있는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다

본 발명의 또다른 목적은 PN 시퀀스의 포착 속도는 종래의 기술보다 크게 개선되었지만 그 구성의 복잡도는 매우 낮은 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치를 제공하기 위한 것이다

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자체적으로 만들어진 제1 주 시퀀스를 이용하여 입력되는 데이터 스트림을 미리 설정된 스펙트럼까지 확산시킨 데이터 신호를 만들고 상기 주 시퀀스의 상태표본을 표본화하기 위한 확산부와, 상기 확산부에서 출력되는 상태표본을 미리 설정된 길이의 이진 직교 심볼중 하나에 대응시키고, 상기 심볼을 자체적으로 만든 제1 부 시퀀스(점화 시퀀스)를 이용하여 확산시킨 제1 상태신호를 출력하기 위한 표본 확산부와, 상기 표본 확산부에서 출력되는 상기 제1 상태신호를 자체적으로 만들어진 제2 부 시퀀스를 이용하여 역확산 시킴으로써 상기 전송된 이진 직교 심볼을 회복하고 이것으로부터, 상기 제1 주 시퀀스의 상태 표본을 검출하기 위한 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력되는 상태표본을 자체적으로 만든 상태표본과 소정 횟수 비교 및 정정하여 새로운 상태를 갖는 제2 주 시퀀스를 만들고, 상기 제2 주 시퀀스를 이용하여 상기 확산부에서 출력되는 데이터신호를 역확산시켜 원래의 상기 데이터 스트림으로 복원하는 역확산부로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

이상과 같은 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부에서 제공되는 시퀀스의 상태신호를 자체적으로 만들어진 부 시퀀스(점화 시퀀스)를 이용하여 검출하기 위한 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력되는 상태표본을 자체적으로 만든 상태표본과 소정횟수 비교하여 자체에 구비된 수열 발생기를 정정함으로써 새로운 상태를 갖는 주 시퀀스를 만들고, 상기 제2 주 시퀀스를 이용하여 수신된 데이터신호를 역확산시켜 원래의 상기 데이터 스트림으로 복원하는 역확산부로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

이상과 같은 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 부 시퀀스를 포착하는 단계와, 상기 부 시퀀스로부터 소정 주기를 갖는 시퀀스의 상태표본값을 검출하는 단계와, 그리고 상기 상태표본값을 이용하여 상기 시퀀스를 포착하는 단계로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치에서 PN 시퀀스를 전송 및 포착하기 위한 송수신단의 블록 구성도.

제2도는 제1도에 도시된 점화 수열(부 수열) 발생기에 의해서 제공되는 표본화 및 정정 펄스의 타이밍도.

제3a도 및 제3b도는 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치에서 PN 시퀀스를 포착하는 동작을 설명하기 위한 제어 흐름도.

제4a도 내지 제4c도는 제1도에 도시된 송/수신단을 간략화하여 도시한 블록 구성도.

제5도는 제1도에 도시된 확산 수열발생기에서 출력되는 상태 표본을 표본화시키고, 역확산 수열발생기의 상태를 (또는 상태값을) 정정하기 위한 타이밍도.

제6도는 제1도에 도시된 DSA 확산부와 역확산부의 내부 구성을 보인 논리회로도.

제7도는 본 발명에 따른 분산 표본 포착과정에 대한 상태 천이도.

제8a도 및 제8b도는 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치와 종래의 직렬 탐색 포착 장치간의 평균 포착 시간과 포착 시간의 비율을 각각 도시한 그래프.

제9a도 및 제9b도는 K를 변화시키는 경우(L=15로 고정)와 L을 변화시키는 경우(K=1000)에 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치와 종래의 직렬 탐색 포착 장치간의 포착 시간 비율을 각각 도시한 그래프이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 송신부 110, 110A, 110B: DSA 확산부

111 : 제1 주 수열 발생기 112 : 조기 표본화부

113 : 확산기 120 : 표본 확산부

121 : 심볼 발생부 122 : 확산기

123 : 제1 점화 수열 발생기 200 : 수신부

210, 210A, 210B : DSA 역확산부 211 : 비교기

212 : 정정부 213 : 제2 주 수열 발생기

214 : 표본화부 215 : 역확산기

220 : 표본 역확산부 221 : 역확산기

222 : 상태 표본 검출부 223 : 제2 점화 수열 발생기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성, 동작 방법 및 효과를 상세히 서술한다.

도1은 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치에서 PN 시퀀스를 전송 및 포착하기 위한 송수신단의 블록 구성도이다.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 PN 시퀀스를 전송 및 포착하기 위한 분산 표본 포착 장치는 각 이동 단말기 내지 각 기지국에 설치가능하며, 크게 송신단(100)과 수신단(200)으로 구성된다.

송신단(100)은 자체적으로 만들어진 주 시퀀스를 이용하여 입력되는 데이터 스트림을 미리 설정된 스펙트럼까지 확산시킨 데이터 신호를 만들고, 주 시퀀스의 상태표본을 표본화하기 위한 DSA 확산부(110)와, DSA 확산부(110)에서 출력되는 상태표본을 미리 설정된 길이의 이진 직교 심볼중 하나에 대응시키고, 상기 심볼을 자체적으로 만든 점화 시퀀스(보조 시퀀스 내지 부 시퀀스)를 이용하여 확산시킨 상태신호를 출력하기 위한 표본 확산부(120)로 구성되며, 수신단(200)은 표본 확산부(120)에서 출력되는 상태신호를 자체적으로 만들어진 점화 시퀀스를 이용하여 역확산시킴으로써 전송된 상기 이진 직교 심볼을 회복하고, 이것으로부터 주 시퀀스의 상태 표본을 검출하기 위한 표본 DSA 역확산부(220)와, 표본 DSA 역확산부(220)에서 출력되는 상태표본을 자체적으로 만든 상태표본과 소정 횟수 비교 및 정정하여 새로운 상태를 갖는 주 시퀀스를 만들고, 주 시퀀스를 이용하여 DSA 확산부(110)에서 출력되는 데이터 신호를 역확산 시켜 원래의 데이터 스트림으로 복원하는 표본 역확산부(210)로 구성된다.

송신단(100)의 DSA 확산부(110)는 자체적으로 PN 시퀀스를 만들어내는 주 수열발생기(111)와, 데이터 스트림을 주 수열발생기(111)에서 만들어진 PN 시퀀스를 이용하여 미리 설정된 스펙트럼까지 확산하는 확산기(113)와, 주 수열 발생기(111)에서 출력되는 PN 시퀀스의 상태표본을 미리 표본화하는 조기 표본화부(112)를 포함하며, 표본 확산부(120)는 DSA 확산부(110)의 조기표본화부(112)에서 출력되는 상태표본값을 미리 설정된 길이의 이진 직교 심볼중 하나에 대응시키는 심볼 발생부(121)와, 자체적으로 점화 시퀀스(부 시퀀스)를 발생하기 위한 점화 수열발생기(123)와, 심볼 발생부(121)에서 출력되는 심볼을 점화 시퀀스를 이용하여 확산시키기 위한 확산기(122)를 포함한다.

또한, 수신단(200)의 표본 역확산부(220)는 자체적으로 점화 시퀀스를 발생하는 점화 수열발생기(223)와, 표본 확산부(120)의 확산기(122)를 통해 출력되는 상태신호를 점화 수열발생기(223)에서 출력되는 점화 시퀀스를 이용하여 역확산시키는 역확산기(221)와, 역확산기(221)에서 출력되는 신호에서 상태표본을 검출하기 위한 상태표본 검출부(222)를 포함하며, DSA 역확산부(210)는 점화 수열 발생기(223)에서 제공되는 샘플링 타이밍 펄스에의해 상태표본을 표본화하는 표본화부(214)와, 표본 역확산부(220)의 상태표본 검출부(222)에서 검출된 상태표본과 표본화부(214)에서 출력되는 자체 상태표본을 서로 비교하기 위한 비교기(211)와, 표본 역확산부(220)에서 제공되는 정정 타이밍 펄스에 의해 비교기(211)에서 출력되는 신호에 따라 주 수열 발생기(213)의 상태를 소정 횟수 반복하여 정정하는 정정부(212)와, 정정부(212)의 정정작용에 의해 정정된 주 시퀀스를 발생시키는 주 수열발생기(213)와, 확산부(110)에서 출력되는 데이터 신호를 주 수열발생기(213)에서 출력되는 새로운 주 시퀀스를 이용하여 역확산시키는 역확산기(215)를 포함한다.

바람직하게는 이상의 구성을 갖는 송신단(100) 과 수신단(200)을 포함한 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치는 일반적으로 이동 단말기에 함께 내장될 수도 있지만 방송용 신호만을 기지국으로부터 제공받을 경우와 같이 수신단(200) 만을 내장시킬 수 도 있다. 단, 이 경우는 송신단(100)은 기지국에 내장되어 있게된다.

DSA 확산/역확산부(110,210)의 동기 기능과 표본 확산/역확산부(120, 220)의 표본 전달 기능들은 각각 DSA 확산/역확산부(110, 210)에 구비된 주 수열 발생기(111, 213)와 표본 확산/역확산부(120, 220)에 구비된 점화 수열 발생기(123, 223)에 의해 뒷받침된다. 주 수열 발생기(111, 213)는 데이터 확산을 위한 PN 시퀀스이면서 동기의 목표 시퀀스가 되는 주 시퀀스를 발생시키고, 점화 수열 발생기(123, 223)는 주 시퀀스의 포착을 위해 주 수열 발생기(111, 213)의 표본을 전송하는 점화 시퀀스를 발생시킨다. 점화 시퀀스는 동기의 목표 시퀀스인 주 시퀀스(main sequence)의 동기를 돕기위해 도입된 보조 시퀀스로서, 주 수열 발생기(main SRG)의 상태값들을 수신단으로 신뢰성 있게 전달하고 수신단 수열 발생기 상태의 표본화 및 정정을 위한 타이밍의 기준점을 제공해 주는 역할을 한다.

도1을 참조하면, 점화 시퀀스의 주기 N_I는 주 시퀀스의 주기 N_M(=2^L-1)보다 훨씬 짧게 설계된다. 조기 표본화부(112)(time-advanced sampling block)는 주 수열 발생기(111)의 상태표본 z_i를 미리 표본화한다. 즉, 시점 (r+i-1)N_I에서 송신단(100)의 조기 표본화부(112)가 주 수열 발생기(111)가 시점 (r+i)N_I에 생성할 시퀀스 값(상태 표본)을 표본화하여, 심볼 생성부(121)가 이를 길이 N_I인 이진 직교 심볼중의 하나에 대응시키고, 한 주기의 점화시퀀스로 이 심볼을 확산시킨 후 전송한다. 그러면, 수신단(200)에서는 표본 역확산부가 수신된 상태 신호를 역확산한 후 각각의 이진 직교 심볼과 비교하여 전달된 표본 z_i를 얻는다. DSA 역확산부(210)는 수신단(200)에 구비된 수열 발생기(213)의 상태 표본를 발생시켜 전달된 표본 z_i와 비교하면서 일반적인 정정작용을 개시한다. 상태 표본화 및 정정작용은 표본 역확산부(220)의 점화 수열 발생기(223)에서 제공되는 표본화 및 정정 펄스에 의해 개시된다.

이하에서, 무선 접속망을 이용한 점대점 통신시 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치의 PN 시퀀스의 고속 포착과정을 도3a를 참조하여 설명한다.

본 발명은 CDMA 통신 시스템의 각 이동 단말기에 각각 설치되는 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치의 송/수신단에 PN 시퀀스를 발생시키는 한 쌍의 수열발생기(Shift Resister Generator: 이하 SRG)가 동일한 구조를 가진다면, 동일한 시간에 동일한 상태값들(길이 L인 수열 발생기에 저장되어 있는 L개의 값들)을 실어줌으로써 동기를 이룰 수 있다는 사실을 착안하여 안출하였다. 따라서, 만일 한 쌍의 수열발생기간에 전달 수단만 갖추어 진다면, 송신단의 수열 발생기의 상태 표본들을 수신단에 전달해 주는 방식을 사용함으로써 시퀀스 상관값의 최대치를 통해 동기를 이루는 기존의 방식보다 훨씬 빠르게 PN 시퀀스를 포착을 할 수 있다. 그러나, 상태 표본 전달에 기반한 시퀀스의 포착을 위해서는 칩-SNR이 매우 낮은 CDMA 채널 환경에서 상태 표본을 수신단에 신뢰성 있게 전달하는 문제와 전달된 상태 표본을 이용하여 어떻게 수열 발생기의 동기를 이룰 것인가 하는 문제를 해결해야한다.

먼저, 도1에 도시된 송신단(100)이 변조된 점화 시퀀스 신호만을 수신단(200)으로 전송한다(ST1). 이때, 송신단(100)에 구비된 주 수열 발생기(111)는 내부적으로만 동작된다. 그러면, 수신단(200)은 먼저 종래의 직렬탐색 내지 병렬탐색 방법을 통해 점화 시퀀스를 포착한다(ST2). 여기서, 점화 시퀀스의 주기가 주 시퀀스의 주기에 비해 매우 짧으므로 이 포착시간은 매우 짧다. 이어, 수신단(200)은 점화시퀀스의 포착이 완료되었는지를 판단한다(ST3). 만일, 점화 시퀀스가 완전하게 포착된 것으로 판단되면, 수신단(200)의 표본 역확산부(220)가 매 점화 시퀀스 주기 N_i마다 상태신호를 역확산한 후 직교 심볼 사용 혹은 차분 부호화를 이용한 종래의 비코히런트 검출방식을 통해 전달된 상태 표본 z_i를 검출한다(ST4). 다음으로 DSA 역확산부(210)는 매 점화 시퀀스 주기마다 결정되는 상태 표본와 다음번 점화 시퀀스 주기의 시작점에서 수신단(200)의 주 수열 발생기(223)로부터 자체적으로 발생되는 상태 표본 를 비교하여 그 비교결과에 따라 주 수열 발생기(223)의 상태를 그대로 유지하거나 정정한다(ST5). DSA 확산부(110)가 송신단(100)의 주 수열 발생기(111)에서 발생되는 표본을 N_I만큼 일찍 취하는 반면에 전달된 표본을 검출하는데 N_I만큼 시간이 걸리므로, 결과적으로는의 표본화 시점과 z_i의 표본화 시점은 일치한다. 수신단(200)의 주 수열 발생기(221)를 언제 어떻게 정정하는지에 관하여는 이하에서 설명하겠다. 표본화 및 정정 타이밍 펄스들은 점화 수열 발생기(223)에 의해서 제공되며, 도2는 표본화 및 정정 타이밍 펄스의 타이밍을 보이고 있다. 실제로, 수신단(200)의 주 수열 발생기(213)의 상태는 두 장치간의 전달지연만큼 지난 후의 송신단(100)의 주 수열 발생기(110)상태 값들과 동기되어야한다. 그러나, 수신단(200)의 주 수열 발생기(213)는 수신단(200)에 도달하는 신호에 기반하여 동기되므로 전달지연이 동기화 과정에 미치는 영향은 없다. 따라서, 도2에서 전달지연분은 표현하지 않았다.

이어, 수신부(200)는 미리 설정된 L번의 비교-정정 작용이 이루어졌는지를 판단한다(ST6). 만일, 미리 설정된 회수까지 수행되지 않았으면, 단계(ST4)를 재실행하고, 수행되었으면, 길이 L인 수신단(200)의 주 수열 발생기(213)는 동기 상태에 이른 것으로 간주하여 전송 오류 발생 여부를 검사한다(ST7). L개의 전달 표본들중 어느 하나에서라도 전송오류가 발생했는지를 판단하여(ST8), 전송오류가 발생되지 않은 것으로 판단되면, 주 시퀀스의 동기완료를 선언하고, 포착 완료 메시지를 상대편으로 전송한다. 그러나, 판단단계(ST8)의 결과가 전송오류가 발생된 것으로 판단되면, 점화 시퀀스 포착단계(ST3)를 재실행한다. 전송오류가 발생하면 허위 동기(false synchronization) 상태에 이르게 되므로, 동기화 과정 이후에 이의 진실성을 확인하는 확인과정(verification process)이 필요하다(ST8). 동기의 확인을 위한 여러 가지 복잡한 방법들이 있지만, 본 발명에서는 L번의 비교-정정 작용 후에 V번 추가로 비교를 수행하는 간단한 확인과정을 사용하도록 한다. 만일 V개의 표본 쌍들이 모두 일치하면 수신단(200)은 주 시퀀스의 동기 완료를 선언하고 상대편에 포착완료(acquisition-completion) 메시지를 전송한다(ST9). 이때, 상대편으로 포착완료 메시지를 보내는 방법에는 여러 가지가 있다. 그 중에서 효과적인 방식으로는 동기된 주 시퀀스 (혹은 그로부터 파생된 시퀀스)를 보내는 것인데, 이를 통해 상대편의 주 수열 발생기(213)는 즉각적으로 동기 여부를 확인할 수 있다. 이 경우에 보내어진 시퀀스의 포착에 걸리는 시간은 미미한데, 이는 송수신단(100, 200)에 구비된 주 수열 발생기(111, 213)가 이미 동기되어져 있기 때문이다. 물론, 두 장치의 지역적 차이로 인한 전달지연 때문에 불확정 구간이 존재하지만 일반적으로 그 길이는 매우 짧다. 하나의 표본쌍이라도 일치하지 않으면 수신단(200)은 점화 시퀀스 탐색 상태로 되돌아가 포착과정을 처음부터 다시 수행한다. 포착완료 메시지를 받는 즉시 송신단(100)은 변조된 점화 시퀀스의 전송을 중단하고 데이터에 의해 변조된 주 시퀀스를 전송하기 시작한다(ST10). 수신단(200)은 점화 수열 발생기(223)의 동작을 중단한 후 주 시퀀스의 추적(tracking)과정을 거쳐 데이터를 검출한다.

확인 과정에도 불구하고, 허위 동기(혹은 허위 경보)의 여지가 남아 있다. 즉, 매우 작은 가능성일지라도, 실제로 동기가 이루어지지 않은 상태에서 V개의 표본쌍들이 일치하는 경우도 존재한다. 따라서 주 데이터 신호를 검출하는 중에도 얻어진 동기상태의 진위를 재확인(confirmation)하는 것이 필요하다. 허위 동기 상태에서는 비트 오류 확률 같은 데이터 검출 성능이 목표점 이하로 저하된다는 것에 기반하여, 수신단에서는 일정 시간 동안 검출 성능을 감시한다. 포착이 진실인 것으로 결정될 때는 중단없이 계속하여 데이터의 검출을 수행하지만 거짓으로 판단될 때에는 포착완료 선언을 철회하고 최초의 점화 시퀀스 탐색 단계로 되돌아간다.

반면, 셀룰러 기지국 시스템과 같은 방송용 장치인 경우에는, 각 이동단말기에서는 송신단은 일반적 CDMA 송신단과 같고, 수신단에서만 도1에 도시된 수신단(200)의 구조가 필요하다. 이 경우에는 도1에 도시된 송신단(100)은 각 기지국에 위치하며, 각각 서로 다른 구조의 수열발생기로 부터 발생될 수도 있다. 또한, 고속 포착 과정은 도3b에 보인 바와 같이 도3a의 동작과 유사하며, 다만 단계(ST11, ST20)의 동작이 상이하다. 즉. 파일럿 시퀀스용으로 사용되는 주 시퀀스와 함께 점화 시퀀스를 지속적으로 계속 전송함으로써 수신측 이동 단말들이 기지국 파일럿 시퀀스의 고속동기를 이루도록 돕는다(ST1). 또한, 포착완료 메시지를 받은 후에도 부 시퀀스와 주 시퀀스를 지속적으로 함께 수신단(200)에 전송한다(ST20). 여기서, 추가된 점화 시퀀스 전송에 의해 채널은 증가 하지만 주 채널에 발생하는 간섭신호의 증가분은 낮은 신호대 잡음비(SNR) 상황의 실제적 다중접속 채널에서는 미미할 것이다.

이하에서 DSA 확산부/역확산부(110, 210)에 있는 주 수열 발생기(111, 213)의 동기문제를 설명한다.

먼저, PN 시퀀스를 전송 및 포착하기 위한 송/수신단을 도 4a 및 4c로 간략화하여 표현할 수 있다. 도4a 및 4b에서는 도1에 나타난 표본 확산부/역확산부(120, 220)가 표본 전달부(140)로 통합되었다. 여기서, 점선 부분은 전체 처리지연 N_I를 나타내는 반면, 도1에 도시된 조기 표본화부(112)는 -N_I의 지연을 가지고 있으므로, 결국 이 두 가지 부분이 연결되었을 때 얻어지는 최종적인 동작은 가상 표본화 시간(virtual sampling time) (r+i)N_I에 표본 z_i를 표본화하는 것이다. 도4b는 도1에 도시된 DSA확산부(110)의 최종적 등가 블록도(110A)를 나타내고, 도4c는 도1에 도시된 DSA 역확산부(210)의 최종적 등가 블록도(210A)를 나타낸다.

도1에 도시된 DSA 역확산부(210)로부터 출력되는 비트열이 원래의 비트열와 동일하도록 하려면, 도4에 도시된 역확산부(210A)의 주 시퀀스가 확산부(110A)의 주 시퀀스와 모든 시점에서 동일해야 하고, 이것은 도1의 역확산부(210)에 구비된 수열 발생기(213)가 확산부(110)에 구비된 수열 발생기(111)와 동기될 경우에만 가능하다. 이러한 동기를 위해서 본 발명의 실시예에서는 가상 표본화 시점(r+i)N_I에 취한의 표본 z_i와 같은 시점에 취한의 표본를 비교하여 그들의 불일치를 역확산부(210)에 구비된 수열 발생기(213)의 상태정정에 반영한다. 이러한 동기화 방식에서는 길이 L인 수열 발생기를 동기화 하는데는 L번의 비교-정정 과정이 필요하다.

여기서, 도4의 DSA 확산부/역확산부(110A, 210A)의 면밀한 수학적 모델링을 통해 표본화 시점, 예측표본화의 방법, 수열 발생기상태의 정정과정을 설명하면 다음과 같다.

DSA 확산부 및 역확산부의 수학적 모델링

와를 각각 시간에서 혼화기와 역혼화기 수열 발생기의 상태벡터, T를 상태 천이 행렬이라고 할 때

와 같은 관계를 가진다. 이때, 수학식는 정정과정이 행해지지 않을 때의 역확산부 수열 발생기 상태벡터 관계식이고, 정정이 행해질 경우에는 다음에 인용될 수학식 5a 및 5b의 형태로 바뀌게 된다. 시퀀스 을 생성시키는 수열 발생 회로의 발생벡터가 h일때

의 관계식으로 나타낼 수 있다. 또, c₀가 이전의 상태벡터를 정정하여 새로운 상태벡터로 바뀌게 한다면

의 관계가 성립한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 표본 z_i와, i=0.1,…,L - 1,는 각각 도 4b에 보인 (가상) 확산부(110A)와 도4c에 보인 역확산부(220A)로부터 시점(r+i)N₁에 표본화되고, 필요할 때마다 즉, 두 표본이 다를 때마다 시점(r+i)N₁+D_c에 수열 발생기(213)의 정정이 이루어진다. 이 때, 정정 지연 D_C는 0＜D_c≤N₁의 관계를 만족해야 한다. 도5는 이러한 타이밍 관계를 나타낸 도면이다. 따라서, 표본 z_i와는상태벡터들과

의 관계를 만족한다. 또한, 정정 시점에서의 상태벡터들은

와 같이 표현된다.

확산부(110)와 역확산부(210)에 각각 구비된 수열 발생기(111, 213)의 동기는 두 상태 벡터 d_k와가 같아지는 경우에 이루어지므로, 상태 차이 벡터를

로서 정의한다. 그러면, 수학식 1, 4 및 5를 결합하여 그 결과를 수학식 6에 대입함으로써,

와 같은 점화식을 얻을 수 있다. 따라서 초기 상태 차이 벡터번 정정 후 얻어지는 최종 상태 차이 벡터간에는

의 관계가 성립되며, 이때 Λ는

로 정의되는정정행렬이다.

번의 정정을 통해 동기를 이루기 위해서는에 관계없이 항상 0-벡터가 되도록 해야하는데 이는 Λ를 0-행렬로 만드는 것을 통해서만 가능하다. 따라서, 수열 발생기들이 T와 h에 의해 특징지어지는 DSA 확산부/역확산부의 동기화의 문제는 Λ를 0-행렬로 만들어 주는 N_I, D_C, 및 c_o를 설계하는 문제로 귀착된다. 여기서, 수열 발생기의 구조는 상태천이 행렬 T에 의해서 결정되고 수열 발생기의 표본화 구조는 발생벡터 h에 의해서 결정된다. 따라서 전체 구조는 T와 h에 의해 전적으로 정해지므로, 본 발명의 실시예에서는 이를 "T와 h로 특징지어지는 수열 발생기 "라고 정의한다.

동기를 위한 표본화 조건 및 정정 조건

T와 h에 의해 특징지어지는 길이의 수열 발생기에 대해, 다음과 같이 판별 행렬를

로 정의하자. 그러면, 표본화를 수행하는 간격 N_I와 관련하여 아래와 같은 정리가 성립한다.

[정리 1] 표본화 주기조건

가역인 상태 천이 행렬 T에 대해, 표본화 간격 N_I를 수학식 10의 판별행렬이 비가역 행렬이 되도록 취하면, 어떠한 정정 지연시간 D_C와 정정벡터 c₀를 사용하여도 식 9의 정정 행렬 Λ이 0-행렬이 되도록 할 수 없다.

정리1은 역확산부 수열 발생기가 확산부 수열 발생기에 동기될 수 있기 위한 N_I선택의 필요조건을 제시하는데, 이 정리에 의하면, 역혼화기의 수열 발생기를 혼화기의 수열 발생기에 동기화 시키기 위해서는 판별 행렬가 가역이 되도록 점화시퀀스의 주기 N_I를 선택해야 한다는 것을 알 수 있다.

이제, 표본화 간격 N_I를가 가역이 되도록 선택했다고 할 때, 정정 지연시간 D_C와 정정벡터 c₀를 설계하는 방법과 관련하여 아래의 정리가 성립한다.

[정리 2] 정정 주기조건

가역인 상태 천이 행렬 T에 대해, 표본화 간격 N_I를가 가역이 되도록 선택했다고 가정할 때, 식 9의 정정 행렬 Λ가 0-행렬이 되는 것은 임의의 정정 지연 시간 D_C에 대해 정정 벡터 c₀를

와 같이 선택해야한다. 여기서은 마지막 원소만 1이고 나머지는 모두 0인 L-벡터이다. 본 발명의 실시예에서는 L-벡터 또는 L×L행렬의 원소 위치를 표현하기 위해 1에서 L까지의 첨자 대신 0에서 L-1까지의 첨자를 사용하였다.

이 정정 주기조건을 증명해보면 다음과 같다.

먼저,를 전개하여

을 얻을 수 있다. 또한, T가 가역이므로 수학식 9는로 표현된다. 그리고 식 11로부터는 다시 에대해로 표현된다. 수학식 12의 관계를에 적용하면로 간략화 되는데 이것은 영화차수(nilponentcy)인 영화행렬(nilpotent matrix)이다. 따라서얻는다.

또한, 수학식 9와 12를 반복 적용하면서을 평가해 보면, 결국,의 관계식을 얻는다. 따라서,이면,이 됨을 알 수 있다.

정리 2는 정정 시점과 관련해서는 제약조건을 부과하지 않았다. 따라서, 정정 지연시간 D_C는에서 임의로 선택할 수 있다. 앞에서 설명한 2개의 정리들로부터 아래의 따름 정리를 얻을 수 있다.

[정리 3]

상태 천이 행렬 T와 발생벡터 h에 의해 특징지어지는 주기 2^L-1인 M-시퀀스(PRBS) {S_k}에 대해, 그 주기 N_I가 M-시퀀스의 주기와 서로 소인 임의의 시퀀스를 점화시퀀스로 선택하면, 수학식 11의 단일 정정 벡터 c_o가 구비된 본 발명의 장치를 이용해 역확산부 수열 발생기를 확산부 수열 발생기에 동기시킬 수 있다.

이 정리3을 증명해 보이면 다음과 같다.

{t_k}를 주기 N_I인 점화 시퀀스라고 하고, N_I가 2^L-1과 서로소라고 가정하자. 그러면, 주어진 M-시퀀스 {S_k}를 점화 시퀀스의 매 주기의 시작점에서 표본화하여 얻는 시퀀스는 {S_k}를 N_I-추림한 시퀀스가 되고, 따라서 앞에서 설명한 것에 의해 여전히 주기 2^L-1인 M-시퀀스가 된다. 이렇게 얻어진 시퀀스를라 하면,는 상태천이 행렬, 발생 벡터 h를 가진다.

이제 Δ_T,h가 비가역 행렬이라고 가정하자. 그러면, 상수 아닌 최저 차수의 다항식가 존재하여, 그 차수는 L보다 작고를 만족한다.가 주기 2^L-1인 이진 M-시퀀스이므로 L×L 행렬의 특성 다항식(characteristic polynomial)는 GF(2)에서 차수 L인 원시 다항식(primitive polynomial)이다.를로 나눔으로써를 얻을 수 있는데, 여기서는보다 낮은 차수를 갖는다. 여기에를 대입하고, 양변의 왼쪽에 h^t를 곱하면서를 적용하면, 결국의 관계식을 얻을 수 있다.의 차수가의 차수보다 낮으므로,의 정의에 따라는 0이어야 한다. 따라서는를 나눈다. 그러나, 차수가 L보다 작고 상수가 아닌 어떠한 다항식도 차수의 원시 다항식을 나눌 수 없기 때문에 이는 모순이다. 따라서 Δ_T,h는 가역이다.

따라서, 정리 1에 의해, 역확산부 수열 발생기는 주기인 점화 시퀀스를 통해 동기화가 가능하고, 정리 2에 의해, 그 동기는 수학식 11에 주어진 단일 정정 벡터를 사용함으로써 얻어질 수 있다.

정리3에 의하면, 확장 M-시퀀스(extended m-sequence)는 모두 점화 시퀀스로 사용 가능한데, 이는 확장 M-시퀀스의 주기가 항상 M-시퀀스의 주기와 서로 소이기 때문이다. 최종적인 DSA 역확산부는 단일 정정 벡터가 동작하므로 매우 간단한 회로를 가진다.

또한, 도4a에 도시한 조기 표본화부(112)를 구현하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 이것은 아래의 정리에 기술된 새로운 표본화 벡터를 사용함으로써 가능하다.

[정리 4] 예측 표본화 회로

(r+i)N_I를 상태천이행렬 T 및 발생벡터 h에 의해 특징지어지는 수열 발생기로부터 취해지는 표본 z_i의 표본화 시점이라 하자. 그러면, 표본 z_i는 시점 (r+i-1)N_I에 새로운 표본화 벡터

을 사용하여 얻어지는 표본과 동일하다. 이러한 사실을 증명하면 다음과 같다.

먼저, 수학식 1과 2에 의해, 시점 (r+i)N_I에 발생되는 시퀀스는 로 표현된다. 이것은에 대해로 표현될 수 있는데, 이 수학식은, 시퀀스를 시점(r+i-1)N_I에의 벡터를 가지고 표본화할 경우, 얻어지는 표본이 시점 (r+i)N_I에 발생하는 시퀀스 값과 일치함을 의미한다.

이상에서 설명된 정리들로부터 다음과 같이 DSA 동기화 파라미터의 설계를 요약해 볼 수 있다. 상태 천이 행렬 T와 발생 벡터 h에 의해 특징지어지는 수열 발생기에 대해, 먼저 점화 시퀀스의 주기 N_I를 주 수열 발생기 시퀀스 주기 2^L-1과 서로 소가 되도록 취한다. 다음에, 0＜D_C≤N_I의 범위에서 정정 지연 D_C를 임의로 정한다. 마지막으로, 정정 벡터와 예측 표본화 벡터 v₀를 각각 수학식11 및 13의 수학식에 따라 정한다.

이하에서, 임의의 특성 다항식를 가지면서 상태천이 행렬 T와 생성 벡터 h가 각각

로 주어지는 M-시퀀스를 주 수열 발생기 시퀀스로 가정할 때의 첫 번째 예시를 설명한다. 여기서, 주 수열 발생기의 길이는=15로 가정하자. 그러면, 주기 128인 확장 M-시퀀스를 점화 시퀀스로 취해, 점화 시퀀스의 매 주기의 시작점을 8비트열 "1"의 마지막 비트 "1"로 정하면, 표본화 간격 는 128이 되고 수학식 10에 보인 표본화 행렬 Δ_T,h는 가역행렬이 된다. 정정 지연 시간 D_C를 1로 정하면, 수학식 10, 11, 및 13에 의해 정정 벡터와 예측표본화 벡터는 각각

로 얻어진다. 이때, 도6a와 6b에는 각각 설계된 예측표본화 및 정정 벡터들을 구비한 DSA 확산부(110B) 및 역확산부(210B)가 보여지고 있다. 도6a 및 6b는 도1에서 보인 DSA 확산부(110) 및 역확산부(210)에 각각 해당된다.

이상에서 설명한 본 발명의 예시에 대하여 두 가지 가장 중요한 성능 척도인 평균 포착 시간과 구현의 복잡도를 평가하면 다음과 같다.

[평균 포착 시간 평가]

먼저 포착 시간을 동기화 과정에 소요되는 전체 시간, 즉, 주 수열 발생기 상태 심볼을 전송하는 점화시퀀스를 수신단이 탐색하기 시작하는 시점부터 진정한 동기가 이루어지는 시점까지로 정의한다. 이는 점화 시퀀스의 탐색, 주 수열 발생기 정정, 동기 확인을 포함한다.

평균 동기 시간을 평가하기 위해 본 발명에서는 포착과정에 관련된 모든 시간 소비 요인들을 추적한 후 모멘트 발생 함수 해석법(즉, z-영역 마코프 체인 해석)을 적용한다. 구체적으로, p(n)을 정확히 n 단위시간(즉, n×τ_D)만에 주 시퀀스 포착이 이루어질 확률로 정의하면, 그 모멘트 발생 함수 P_ACQ(z)는으로 주어지고 포착 시간 T_acq의 평균 및 분산은 각각 P_ACQ(z)를 1회 및 2회 미분한 결과에 z=1을 대입함으로써 얻을 수 있다.

성능 평가를 위해, 본 발명에서는 점화 시퀀스 탐색 단계의 1회 위상 비교 시간, 주 수열 발생기 정정 단계에서 1개의 상태 표본 검출 시간, 주 시퀀스 동기 확인 단계에서의 1회 확인 시간 각각에 걸리는 시간이 모두τ_D로 동일하다고 간주한다. 점화 시퀀스의 탐색 단계에서도 확인 과정을 두면 전체 포착 시간이 더욱 단축될 수도 있겠지만, 여기에서는 성능 분석의 편의를 위해 점화 시퀀스 탐색 단계에는 확인 과정이 없는 것으로 가정한다. 또한, 점화 시퀀스 탐색 단계에서 위상의 진행은 1칩 단위로 가정하고, 주 시퀀스의 동기 확인에는 앞에서 설명한 단순 확인 방법이 사용되는 경우를 고려한다.

점화 시퀀스의 동기와 관련하여, P_d,r는 한 주기의 탐색결과 올바른 위상 일치 지점을 포착할 확률, P_fa,c는 위상이 일치하지 않은 각각의 지점에서 위상이 일치했다고 선언할 확률을 나타내는 것으로 정의한다. 점화 시퀀스의 포착이 이루어진 후에는, 포착의 진위에 관계없이, 점화 시퀀스에 실려 전달된 상태 표본이 검출된다. P_e를 채널 잡음에 의해 발생하는 이진 결정 오류 확률이라 할 때, 올바른 상태 표본 결정 확률은 점화 시퀀스가 제대로 동기되어 있는 경우에 P_C≡1-P_e, 그렇지 않은 경우에 1/2로 주어진다. 실제로는, 이 오류 확률은 위상 일치 영역에 있는 모든 상태에서의 결정 오류 확률들을 평균함으로써 얻어져야 한다.

본 발명에 따른 장치의 포착 과정을 분석하기 위해서는, DSA 포착 과정의 상태 천이도를 도출해낼 필요가 있다. 이를 위해, 상태 j를 수신단 발생 점화 시퀀스의 위상이 수신되는 점화 시퀀스의 위상에 비해 jmod N_I칩만큼 앞서 있는 상태로 정의한다. 0에서 N_I-1까지의 N_I개 상태 중에 상태 0은 진정한 위상 일치 상태를 나타낸다. 또, 상태 FA_i, ACQ_i, FAm과 ACQ를 각각 점화 시퀀스 허위 동기 상태, 점화 시퀀스 동기 상태, 주 시퀀스 허위 동기 상태 및 주 시퀀스 동기 상태를 나타내는 것으로 정의한다.

따라서, 이상에서 설명한 사항과 도3에서 기술된 포착 과정에 기반하여 전체 포착 과정의 원형 상태 천이도를 도7과 같이 도출할 수 있다.

도7을 참조하면, 초기 위상 차이의 사전적 확률은 도7에는 표현되어 있지 않은데, 이에 대해 본 발명에서는 최초의 시작점이 특정 상태일 확률이 각각의 상태에 대해로 동일하게 주어지는 균일 상태 분포와 상태 1에서 시작할 확률이 1이고 나머지 상태들에서 시작할 확률은 0인 최악 상태 분포로 나누어 평가한다. 도7의 그래프를 평면형으로 나타내기 위해 도면에서 상태들 ACQ_i및 FA_i는 2번 표기되었다.

도7의 상태 천이도를 통해 평균 동기 시간을 평가하는 것은 단순한 작업이지만, 최종 결과가 너무 복잡해지므로, 좀 더 간단하고 실용적인 표현을 위해임을 이용하여 모멘트 발생 함수를 약간 수정한다. 이러한 수정을 거치면 도7의 상태천이도는 구조면에서 도3과 같은 구조로 바뀌어지므로 수학식 8 및 9를 통해 평균 동기 시간을 쉽게 얻어낼 수 있다. 최종적으로 얻어지는 본 발명에 따른 장치의 평균 동기 시간은 최악 상태 분포(W) 및 균일 상태 분포(U)의 경우에 각각

으로 얻어진다.

한편, 종래의 직렬 탐색 포착(SSA:Serial Search Acquisition) 장치에 따른 평균 포착 시간은 수학식 8, 수학식 9와 도3에 의해

와 같이 얻어진다. 여기서 직렬 탐색 포착 장치의 확인 과정은, 위상 일치 상태에 도달한 후, V번 연속으로 문턱값을 넘는 상관치가 얻어질 경우에는 포착 완료를 선언하는 것으로, 그렇지 않은 경우에는 탐색 단계로 되돌아가는 수학식으로 취해진다고 가정한다. 또한, 분석의 간략화를 위해, 확인 단계와 탐색 단계에서 위상 일치 여부 결정 시간(dwell time)은 동일한 것으로 간주한다. 이는 V=0인 경우 수학식 20으로 간략화 된다. 수학식 17에서 수열 발생기의 길이가 L일 때 탐색 단계에서의 상대적 위상 상태의 가짓수 N_M은 2^L-1임에 유의한다.

또한, 본 발명의 또다른 예시를 수학식 16 및 17에 근거하여 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치와 종래의 SSA 장치간의 포착 성능을 비교해 보면 다음과 같다.

앞에서 설명한 첫번째의 상황을 가정하고, P_d,r=0.99, P_fa,c=0.01인 상황에서, 허위 동기 벌점 시간은 Kτ_D=1000τ_D, 상태 심볼 오류 확률은 P_e(=1-P_c)=0.01으로 둔 경우를 고려한다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 전형적인 몇 가지 확률 값을 가정하였으나, 엄밀하게는 확률 P_d,r, P_fa,c및 P_c는 상호 연관되어 있으며 칩 SNR, N_I, 설계된 문턱값 등에 의해 결정되는 값들이다. DSA 장치의 성능 향상을 위한 파라미터 설계 및 조정 문제는 앞으로의 연구대상이다.

도8은 확인 과정의 단계의 수 V를 0에서 L-1로 변화시키면서 평균 포착 시간 및 포착 시간의 비율을 도시한 도면이다.

도8을 참조하면, 각각의 그래프 위에 표시된 점은 평균 포착 시간을 최소화하는 최적 V의 값을 나타낸다. 도8로부터 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치가 포착 시간 면에서 획기적인 성능 향상 효과를 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치는 종래의 직렬 탐색 포착 장치에 비해 100배 이상으로 빠르게 포착을 수행함을 알 수 있다.

도9a와 9b는 각각 K를 변화시키는 경우(L=15로 고정)와 L을 변화시키는 경우(K=1000)에 두 장치간의 포착 시간 비율을 도시한 그래프이다.

도9a는 벌점 시간이 증가함에 따라 비율이 증가하기는 하지만 그 변화 수준은 미미함을 보여 주며, 도9b는 수열 발생기의 길이 증가에 대해 포착시간 비율이 지수적으로 감소함을 보여준다. 이로부터 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치의 장점은 긴 주기의 PN 시퀀스를 사용하면 할수록 부각될 수 있음을 알 수 있다.

[분산 표본 포착 장치 구현의 복잡도]

또한, 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치 구현의 복잡도에 관하여 설명한다. 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치를 구현하기 위해서는, 기존의 직렬 탐색 포착 장치에 추가하여, 송신단 측에 짧은 길이의 수열 발생기를 가지는 점화 시퀀스 생성 블록 및 예측 표본화 회로를 구비해야 하고, 수신단 측에 정정회로 및 확인 회로를 구비해야 한다.(도1 참조.) 그러나, 이러한 기능 블럭의 증가에도 불구하고, 요구되는 하드웨어 증가부분은 극히 미미한데, 이는 도6을 통해 살펴 볼 수 있다. 보다 구체적으로, 표본화 및 정정 회로는 수 개의 논리 게이트 및 배선 연결을 통해 구현할 수 있고 확인 회로를 위해서는 단순한 계수기만 있으면 된다. 또한, 상태 심볼 생성 및 검출을 위한 변복조부도 데이터 생성 및 검출을 위해 이미 갖추고 있는 변복조단을 재 사용함으로써 하드웨어의 추가가 불필요하다. 반면에, 포착 속도면에서 분산 표본 포착 장치에 견줄만한 병렬 탐색 포착 장치의 경우에는, 포착 시간의 단축 비율이 포착단의 병렬 반복된 가지 개수에 비례하므로, 직렬 탐색 포착 장치에 비해 포착 시간이 단축된 만큼의 하드웨어 증가를 필요로 한다. 결국, 요구되는 하드웨어의 복잡도는 병렬 탐색 포착의 경우가 분산 표본 포착 장치에 비해 훨씬 높게 된다. 앞에서 설명한 첫 번째 예시의 경우를 비교하여, 직렬 탐색에 대한 포착 시간의 비율을 0.01로 하기 위해서는 100개 이상의 수열 발생기로 구성되는 병렬 포착 회로가 필요하게 된다.

이상과 같이 설명한 본 발명에 따르면, 수열 발생기 상태값에 기반한 포착에 필연적으로 수반되는 두 가지 문제 - 낮은 SNR의 CDMA 채널하에서 신뢰성 있게 상태 표본을 전달하는 문제와 동기획득을 위해 전달된 표본들을 효과적으로 이용하는 문제를 해결하였다. 본 발명에서는 주 수열 발생기의 표본을 전달하기 위한 짧은 주기의 점화 시퀀스는 기존의 직렬 탐색 방법을 통해 동기되는 반면에, 긴 주기의 주 시퀀스 자신은 전달된 상태 표본을 통해 포착된다.

또한, 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치를 설계하는 방법을 수 개의 정리들을 통해 기술하였는데, 이는 표본화 시점의 결정, 예측 표본화 회로 설계, 정정 시간 결정 및 정정 회로의 설계 등을 포함한다. 또한, 분산 표본 포착 장치의 성능 평가를 수행하여 적은 양의 하드웨어 증가를 통해 막대한 포착 시간 단축하였다. 예를 들어, PN 시퀀스의 주기가 2¹⁵-1인 경우에 평균 포착 시간은 기존의 직렬 탐색 방법에 비해 1/100 이하로 줄어드는 큰 효과를 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 분산 표본 포착 장치는 종래에 제시된 시퀀스 추정 기술과는 달리 코히런트 포착을 필요로 하지 않는다.

Claims (24)

1. 자체적으로 만들어진 제1 주 시퀀스를 이용하여 입력되는 데이터 스트림을 미리 설정된 스펙트럼까지 확산시킨 데이터 신호를 만들고 상기 주 시퀀스의 상태표본을 표본화하기 위한 확산부와, 상기 확산부에서 출력되는 상태표본을 미리 설정된 길이의 이진 직교 심볼중 하나에 대응시키고, 상기 심볼을 자체적으로 만든 제1 부 시퀀스를 이용하여 확산시킨 제1 상태신호를 출력하기 위한 표본 확산부와, 상기 표본 확산부에서 출력되는 상기 제1 상태신호를 자체적으로 만들어진 제2 부 시퀀스를 이용하여 역확산시킴으로써 상기 전송된 이진 직교 심볼을 회복하고 이것으로 부터, 상기 제1 주 시퀀스의 상태 표본을 검출하기 위한 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력되는 상태표본을 자체적으로 만든 상태표본과 소정 횟수 비교 및 정정하여 새로운 상태를 갖는 제2 주 시퀀스를 만들고, 상기 제2 주 시퀀스를 이용하여 상기 확산부에서 출력되는 데이터신호를 역확산시켜 원래의 상기 데이터 스트림으로 복원하는 역확산부로 구성된 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주 시퀀스의 주기는 상기 부 시퀀스의 주기보다 상대적으로 긴 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 확산부는 자체적으로 PN 시퀀스를 만들어내는 제1 주 수열발생기와, 상기 데이터 스트림을 상기 제1 주 수열발생기에서 만들어진 상기 PN 시퀀스를 이용하여 미리 설정된 스펙트럼까지 확산하는 제1 확산기와, 상기 제1 주 수열 발생기에서 출력되는 상기 PN 시퀀스의 상태표본을 미리 표본화하는 조기 표본화부로 구성된 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 표본 확산부는 상기 확산부에서 출력되는 상태표본값을 미리 설정된 길이의 이진 직교 심볼중 하나에 대응시키는 심볼 발생부와, 자체적으로 상기 제1 부 시퀀스를 발생하기 위한 제1 부 수열발생기와, 상기 심볼 발생부에서 출력되는 상기 심볼을 상기 제1 부 시퀀스를 이용하여 확산시키기 위한 제2 확산기로 구성된 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 표본 역확산부는 자체적으로 제2 부 시퀀스를 발생하는 제2 부 수열발생기와, 상기 표본 확산부에서 출력되는 상태신호를 상기 제2 부 수열발생기에서 출력되는 상기 제2 부 시퀀스를 이용하여 역확산시키는 제1 역확산기와, 상기 제1 역확산기에서 출력되는 신호에서 상태표본을 검출하기 위한 상태표본 검출부로 구성된 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 역확산부는 상기 표본 역확산부에서 제공되는 샘플링 타이밍 펄스에 의해 상태표본을 발생시키는 표본화부와, 상기 표본 역확산부에서 검출된 상태표본과 상기 표본화부에서 출력되는 자체 상태표본을 서로 비교하기 위한 비교기와, 상기 표본 역확산부에서 제공되는 정정 타이밍 펄스에 의해 상기 비교기에서 출력되는 신호에 따라 상기 역확산부에 구비된 제2 수열 발생기의 상태를 소정 횟수 반복하여 정정하는 정정부와, 상기 정정부의 정정작용에 의해 정정된 주 시퀀스를 발생시키는 제2 주 수열발생기와, 상기 확산부에서 출력되는 상기 데이터 신호를 상기 제2 주 수열발생기에서 출력되는 상기 제2 주 시퀀스를 이용하여 역확산시키는 역확산기로 구성된 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 주 시퀀스의 상태표본값은 상기 장치에 구비된 수열 발생기의 레지스터들의 상태를 대표하는 값인 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
8. 외부에서 제공되는 시퀀스의 상태신호를 자체적으로 만들어진 부 시퀀스를 이용하여 검출하기 위한 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력되는 상태표본을 자체적으로 만든 상태표본과 소정횟수 비교하여 자체에 구비된 하나 이상의 수열 발생기를 정정함으로써 새로운 상태를 갖는 주 시퀀스를 만들고, 상기 주 시퀀스를 이용하여 수신된 데이터신호를 역확산시켜 원래의 상기 데이터 스트림으로 복원하는 역확산부로 구성된 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 장치.
9. 부 시퀀스를 포착하는 단계와, 상기 부 시퀀스로부터 소정 주기를 갖는 주 시퀀스의 상태표본값을 검출하는 단계와, 그리고 상기 상태표본값을 이용하여 상기 주 시퀀스를 포착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 부 시퀀스는 주기가 데이터 심볼 한 비트의 지속시간인 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 부 시퀀스의 포착단계는 부 시퀀스를 전송하는 단계와, 전송된 상기 부 시퀀스를 포착하는 단계와, 상기 부 시퀀스의 포착이 완료되었는지를 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 부 시퀀스를 포착하는 단계는 직렬 내지 병렬 탐색방법을 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 부 시퀀스의 포착완료 이후에는 이어지는 포착과정에 앞서서, 또는 이어지는 포착과정 중에 주 시퀀스의 미세동기가 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 부 시퀀스를 전송할 때 주 시퀀스를 함께 전송하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 부 시퀀스는 임의의 기지국에서 제공되며, 각각 서로 다른 구조의 수열발생기로 부터 발생될 수도 있는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
16. 제9항에 있어서, 상기 시퀀스의 상태표본값의 검출은 매 부 시퀀스 주기마다 상태신호를 역확산한후 전달된 상태표본을 검출하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 검출된 상태표본은 직교심볼 사용 또는 차분 부호화를 이용한 비코히런트 방식을 통해 수신단에 전달하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
18. 제9항에 있어서, 상기 상태표본값을 이용하여 상기 시퀀스를 포착하는 단계는 매 부 시퀀스 주기마다 결정되는 상태표본과 다음번 부 시퀀스 주기의 시작점에 발생되는 상태표본을 비교하여 구비된 수열발생기의 상태를 정정하는 단계와, 상기 검출된 상태 표본들 중에서 하나 이상의 전송오류가 발생하였는지 판단하는 단계와, 상기 소정횟수의 비교 및 정정과정 이후에 얻어지는 상기 각각의 상태 표본 쌍이 소정횟수동안 관찰하여 미리 설정된 회수 이상으로 일치하면 상기 주 시퀀스의 동기완료를 선언하고, 포착완료 메시지를 전송하고, 만일 정해진 회수 이상으로 일치하지 않으면 상기 부 시퀀스 포착단계를 재실행하는 단계와, 상기 포착완료 메시지를 받으면, 상기 부 시퀀스의 전송을 중단하고 상기 주 시퀀스를 전송하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
19. 제18항에 있어서. 상기 전송오류가 발생하였는지 확인하는 것은 미리 설정된 횟수의 추가 비교를 통해 확인하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 확인 과정은 상기 주 시퀀스와 상기 장치에 수신된 데이터 신호와의 상관값이 미리 설정된 문턱치를 초과하는지에 대한 여부에 따라 동기를 확인하는 것으로 대신할 수 있는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
21. 제18항에 있어서, 상기 포착완료 메시지를 전송하는 단계는 동기된 시퀀스 내지 상기 시퀀스로부터 파생된 시퀀스를 보내는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
22. 제18항에 있어서, 상기 주 시퀀스를 추적하여 데이터를 검출하는 단계와, 상기 데이터 신호를 검출하는 동안에 얻어진 동기상태의 진위를 재확인하는 단계와, 일정시간동안 검출성능을 감시하는 것을 통하여 포착이 정확하게 일어진 것이면 데이터 검출을 계속적으로 진행하고, 상기 포착이 정확하게 이루어진 것이 아니면 포착완료 선언을 철회하고, 최초의 부 시퀀스 포착단계를 재실행하는 단계가 추가적으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
23. 제18항에 있어서, 상기 각각의 상태 표본 쌍이 정해진 회수 이상이 안되어 상기 부 시퀀스의 포착단계를 재실행할 때 상기 부 시퀀스가 포착상태에 있는지 없는지를 먼저 확인하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.
24. 제18항에 있어서, 상기 포착완료 메시지를 받은 후에도 상기 부 시퀀스와 상기 주 시퀀스를 지속적으로 함께 전송하는 것을 특징으로 하는 분산 표본 전송을 통한 PN 시퀀스의 고속 포착 방법.