KR100406659B1 - 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법이 개시된다. 전처리부는 수신된 샘플들의 절대값을 취하여 소정의 지연간격에 따라 수신된 샘플들을 지연시키는 지연부로 출력한다. 연산부는 지연된 수신 샘플들 중 버스트 검출 시점의 샘플의 제곱값에서 버스트 검출 시점 이전 및 이후에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 모두 곱한 값을 감한다. 검출부는 연산부로부터 입력되는 연산값에 의한 신호에 의해 버스트 검출 시점의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크의 검출여부를 확인하여 버스트 검출을 수행한다. 이에 의해 시스템의 복잡도는 동일한 반면, 임펄스에러 또는 일정개수의 연집에러에 의한 오보 확률을 개선하고 안정된 버스트 검출이 가능하다.

Description

톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법 {Apparatus and method of detecting energy of tone signals}
본 발명은 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비선형 추적기를 이용하여 톤 신호의 에너지를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
버스트 검출기(burst detector)는 프리앰블을 이용하는 프레임 전송 시스템에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 기본적으로 버스트 검출기는 프레임이 수신부에 도착하는 정확한 시점을 찾아내는 기능을 수행하며, 버스트 검출기에 의한 검출결과는 수신부에서 크게 두가지 측면으로 이용될 수 있다.
첫째, 수신기 동기부의 적절한 동작 시점(power on)을 결정함으로써 불필요한 신호처리 부담과 전력소모를 줄일 수 있다. 대부분의 수신기는 프레임이 존재하지 않는 상황에서 불필요한 수신기 동작으로 인한 전력소모를 방지하기 위해 동작모드(operation mode)와 대기모드(stand-by mode)를 정의하고 있으며 이러한 모드를 결정하는데 버스트 검출 결과가 사용된다.
둘째, 프리앰블(preamble)을 사용하는 시스템의 수신기 동기부를 data-aided(DA) 방식으로 동작시킬 수 있도록 한다. 이것은 송신기와 수신기가 미리 약속한 특정 프리앰블 패턴을 사용하기 때문에 수신부에 도착한 프레임의 정확한 시점을 검출하여 수신 신호와 프리앰블의 상관성을 동기 알고리즘에 이용하는 기법이다.
일반적으로 버스트 검출은 신호의 에너지를 검출하는 과정과 동일하고 흔히 사용되는 에너지 검출 알고리즘으로는 절대값(Absolute value detector : AVD)방식, 제곱근(Root mean square detector : RMSD)방식, 제곱(Square law detector : SLD)방식 등이 있다. 에너지 검출은 수신신호의 절대값, 제곱근, 제곱 등을 취하여 일정구간 누적하는 방법으로 이루어진다.
그러나 이러한 방식들은 동기부의 동작모드 조절에는 사용될 수 있으나 정확한 버스트 시작 심볼을 검출할 확률이 낮기 때문에 data-aided 방식의 동기부에 사용하기에는 부적합하다. 즉, 심벌당 샘플수가 많을 경우 버스트가 시작되는 심벌의정확한 위치(톤 성분)를 파악하기 어렵고, 반대로 심벌당 샘플수가 적을 경우 관찰 샘플이 적으므로 에너지 검출이 불안정해져 버스트 검출 성공 확률이 낮아지는 문제가 있다. 따라서 수신기 동기부의 동작모드의 조절과 DA방식의 복조에 사용될 수 있는 버스트 검출기는 톤 에너지 검출기 형태가 적합하다.
따라서, 종래에는 정확한 버스트 수신시점의 심볼을 찾기 위해 티거 에너지 연산자(Teager energy operator : TEO)방식이 주로 이용되었다. TEO 알고리즘은 통신시스템의 톤 신호성분 검출이나 의료 분야의 뇌전도에 주로 사용된다. TEO 알고리즘에 의한 버스트 검출 결과는 수신기 동기부에 입력되어 동작 시점을 결정하고 data-aided 방식의 동기 환경을 제공한다.
도 1은 종래의 TEO 방식을 이용하는 톤 에너지 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 종래의 TEO 알고리즘의 동작원리를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 TEO 방식을 이용하는 톤 에너지 검출 장치는, 지연부(100), 제곱기(110), 곱셈기(120), 감산기(130)를 갖는다.
지연부(100)는 수신되는 샘플 스트림을 1샘플 단위로 지연하여 출력한다. 제곱기(110)는 연속적으로 수신된 3개의 샘플 중 톤성분의 유무를 검출하는 시점인 중앙 샘플을 제곱하여 출력한다. 곱셈기(120)는 중앙 샘플의 전후 샘플을 곱한 값을 출력한다. 감산기(130)는 제곱기(110)로부터 입력되는 값에서 곱셈기(120)로부터 입력되는 값을 감하여 출력한다.
한편, 도 1에 도시된 각 구성요소의 입력 및 출력은 도 2에 나타나 있다. 지연부(100)로 입력되는 샘플 스트림은 심볼당 1개의 샘플을 취한 것이다.제곱기(110)로 입력되는 신호 s(k)는 k번째 수신 샘플이며, 곱셈기(120)로 입력되는 신호는 s(k)신호의 전후 수신 샘플인 s(k-1) 및 s(k+1)이다. 또한 감산기(130)의 출력 T[s(k)], 즉 TEO 알고리즘에 의해 계산되는 최종값을 식으로 표현하면 다음과 같다.
여기서 s(k)는 k 번째 수신 샘플이고 T[s(k)]는 k 번째 샘플에서의 TEO 알고리즘 출력이다. TEO 알고리즘은 수신 샘플을 이용하여 [수학식 1]과 같은 방법으로 구할 수 있다. 총 샘플 수는 톤 성분의 유무을 검출하는 시점을 중심으로 전후 한 샘플씩 모두 3 샘플이 필요하다.
그러나 TEO 알고리즘은 채널상에서 발생하는 임펄스 에러(impulse error)와 연집 에러(burst error)에 의한 오보 확률(false alarm probability)이 높고 버스트의 유무를 검출하는 k 번째 샘플 시점에서 발생하는 신호 감쇠에 의한 버스트 검출 성공 확률이 낮기 때문에 프레임 에러확률(FER : Frame Error Rate)이 높아진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 채널상에서 발생하는 임펄스에러와 연집에러에 의한 오보 확률이 낮고 버스트의 유무를 검출하는 샘플 시점에서 신호의 감쇠가 존재하는 경우에도 버스트 검출이 가능한 톤 신호의 에너지 검출 장치및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 소정 개수 이상의 연집에러에 의한 오보 확률 및 버스트가 존재하는 샘플에 유입되는 큰 잡음에 의한 검출 실패 확률을 개선한 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 TEO 방식을 이용하는 톤 에너지 검출 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 종래의 TEO 알고리즘의 동작원리를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 대한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 이용되는 확장된 티거 에너지 연산자(ETEO) 알고리즘을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 방법에 대한 일 실시예의 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 대한 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 대한 다른 실시예에 이용되는 수정된 티거 에너지 연산자(MTEO) 알고리즘을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 방법에 대한 다른 실시예의 흐름도,
도 9는 에러가 발생하지 않은 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면,
도 10은 임펄스 에러가 발생한 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면,
도 11은 연집 에러가 발생한 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면,
도 12는 버스트가 존재하는 샘플에 신호 감쇠로 인한 에러가 발생할 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면,
도 13은 10M8 HomePNA(Home Phoneline Networking Alliance) 시스템의 프레임 규격을 도시한 도면, 그리고,
도 14 및 도 15는 각각 10M8 HomePNA 시스템에 적용하기 위해 도 4 및 도 7에 도시된 ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 변형예를 도시한 도면이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치는, 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 지연부; 상기 지연부로부터 기준위치의 샘플의 절대값을 입력받아 제곱하여 제1연산값을 출력하는 제1연산부; 상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 복수의 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 크기를 곱하여 제2연산값을 출력하는 제2연산부; 상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이후에 수신된 복수의 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 크기를 곱하여 제3연산값을 출력하는 제3연산부; 상기 제2연산값 및 상기 제3연산값을 곱하여 제4연산값을 출력하는 제4연산부; 상기 제1연산값에서 상기 제4연산값을 감하여 제5연산값을 출력하는 제5연산부; 및 상기 제5연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 검출부;를 포함한다.
상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수이며, 상기 지연간격은 1샘플단위 또는 2샘플단위인 것이 바람직하다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지검출 방법은, (a) 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 단계; (b) 상기 수신된 샘플들 중에서 기준위치 샘플의 절대값을 제곱하여 제1연산값을 산출하는 단계; (c) 상기 기준위치 샘플 이전 및 이후에 수신된 복수의 샘플들의 절대값을 곱하여 제2연산값을 산출하는 단계; (d) 상기 제1연산값에서 상기 제2연산값을 감하여 제3연산값을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 제3연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 단계;를 포함한다.
상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수이며, 상기 기준위치의 샘플은 상기 수신된 샘플들 중 중앙에 위치한 샘플인 것이 바람직하다. 또한 상기 지연간격은 1샘플단위 또는 2샘플단위인 것이 바람직하다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치는, 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 지연부; 상기 지연부로부터 기준위치의 샘플의 절대값을 입력받아 제곱하여 제1연산값을 출력하는 제1연산부; 상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 절대값을 곱하여 제2연산값을 출력하는 제2연산부; 상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이후에 수신된 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 절대값을 곱하여 제3연산값을 출력하는 제3연산부; 상기 제2연산값 및 상기 제3연산값을 곱하여 제4연산값을 출력하는 제4연산부; 상기 제1연산값 및 상기 제3연산값을 곱하여 제5연산값을 출력하는 제5연산부; 상기 제5연산값에서 상기 제4연산값을 감하여 제6연산값을 출력하는 제6연산부; 및 상기 제6연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 검출부;를 갖는다.
상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수이며, 상기 지연간격은 1샘플단위 또는 2샘플단위인 것이 바람직하다.
한편, 상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 방법은, (a) 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 단계; (b) 상기 수신된 샘플들 중에서 기준위치 샘플의 절대값을 제곱하여 제1연산값을 산출하는 단계; (c) 상기 기준위치 샘플 이전에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 곱하여 제2연산값을 산출하는 단계; (d) 상기 기준위치 샘플 이후에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 곱하여 제3연산값을 산출하는 단계; (e) 상기 제1연산값과 상기 제3연산값을 곱하여 제4연산값을 산출하는 단계; (f) 상기 제2연산값과 상기 제3연산값을 곱하여 제5연산값을 산출하는 단계; (g) 상기 제4연산값에서 상기 제5연산값을 감하여 제6연산값을 산출하는 단계; 및 (h) 상기 제6연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 단계;를 포함한다.
상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수이며, 상기 지연간격은 1샘플단위 또는 2샘플단위인 것이 바람직하다.
이에 따라, 5개 이상의 홀수개(2M+1개)의 샘플을 사용함으로써 임펄스에러 또는 일정 개수의 연집에러의 발생시에도 오보 확률을 크게 개선시킬 수 있다. 또한 사용되는 샘플수를 증가시킴으로써 모든 임펄스 에러와 M-1 개까지의 연집 에러를 극복할 수 있으므로 오보 확률이 개선된다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 대한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도, 도 4는 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 이용되는 확장된 티거 에너지 연산자(ETEO) 알고리즘을 나타내는 도면, 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 방법에 대한 일 실시예의 흐름도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치는, 전처리부(300), 지연부(310), 제곱기(320), 곱셈기(330, 340, 350), 감산기(360) 및 검출부(370)를 갖는다.
전처리부(300)는 수신된 샘플들의 절대값을 산출하여 지연부(310)로 출력한다(S500). 지연부(310)는 수신된 샘플들을 1샘플단위로 지연하여 출력한다(S510). 제곱기(320)는 지연부(310)로부터 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플의 크기를 입력받아 제곱하여 제1연산값을 출력한다(S520). 참조번호 330인 곱셈기는 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플 이전에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 입력받아 각각의 크기를 곱하여 출력한다. 또한 참조번호 340인 곱셈기는 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플 이후에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 입력받아 각각의 크기를 곱하여 출력한다. 참조번호 350인 곱셈기는 참조번호 330 및 참조번호 340인 곱셈기의 출력값을 입력받아 각각을 곱하여 제2연산값을 출력한다(S530).
감산기(360)는 제곱기(320)로부터 입력받은 제1연산값에서 참조번호 350인곱셈기로부터 입력받은 제2연산값을 감한 제3연산값을 출력한다(S540). 검출부(370)는 감산기(360)로부터 입력받은 제3연산값에 의해 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플 이전 또는 이후에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크가 검출되었는가를 확인하고(S550), 해당 개수의 피크가 검출되면 버스트 검출신호를 출력한다(S560).
상술한 실시예에서, 심볼당 1개를 추출하여 버스트 검출에 사용하는 샘플수는 2M+1개이다. 여기서 M은 이용하는 전체 샘플 중에서 가장 처음 또는 가장 마지막 샘플부터 버스트 검출시점의 샘플 바로 이전 또는 이후 샘플까지의 개수를 의미한다. 버스트 검출에 사용되는 전체 샘플수는 5개 이상의 홀수이며, 버스트 검출시점의 샘플은 전체 샘플 중 중앙에 위치하는 샘플이다. 종래의 TEO 알고리즘은 수신 샘플을 직접 이용한 반면, 본 발명에 따른 ETEO 알고리즘은 수신 샘플에 절대값을 취한 크기를 이용한다. 한편, 도 4에 나타낸 ETEO 알고리즘에 의한 결과값을 식으로 표현하면 다음과 같다.
상기 [수학식 2]와 같이 정의한 ETEO 알고리즘은 그 동작 원리에 의해 버스트 검출 시점부터 항상 M개의 연속된 피크 출력이 발생하는 특징이 있다. 이러한 고유의 특징은 TEO 알고리즘의 오보 확률을 보다 줄일 수 있는 ETEO 알고리즘의 또 다른 장점이라 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 대한 다른 실시예의구성을 도시한 블록도, 도 7은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치에 대한 다른 실시예에 이용되는 수정된 티거 에너지 연산자(MTEO) 알고리즘을 나타내는 도면, 그리고, 도 8은 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 방법에 대한 다른 실시예의 흐름도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치의 다른 실시예는, 전처리부(600), 지연부(610), 제곱기(620), 곱셈기(630, 640, 650, 660), 감산기(670) 및 검출부(680)를 갖는다.
전처리부(600)는 수신된 샘플들의 절대값을 산출하여 지연부(610)로 출력한다(S800). 지연부(610)는 수신된 샘플들을 1샘플단위로 지연하여 출력한다(S810). 제곱기(620)는 지연부(610)로부터 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플의 크기를 입력받아 제곱하여 제1연산값을 출력한다(S820). 참조번호 630인 곱셈기는 지연부(610)로부터 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플 이전에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 입력받아 각각의 크기를 곱하여 제2연산값을 계산하여 출력한다(S830). 참조번호 640인 곱셈기는 지연부(610)로부터 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플 이후에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 입력받아 각각의 크기를 곱하여 제3연산값을 계산하여 출력한다(S840).
참조번호 660인 곱셈기는 제1연산값과 제3연산값을 입력받아 서로 곱하여 제4연산값을 출력하며(S850), 참조번호 650인 곱셈기는 제2연산값 및 제3연산값을 입력받아 서로 곱하여 제5연산값을 출력한다(S860). 감산기(670)는 제곱기(620)로부터 입력받은 제4연산값에서 참조번호 660인 곱셈기로터 입력받은 제5연산값을 감하여 제6연산값을 계산하여 출력한다(S870). 검출부(680)는 감산기(670)로부터 입력받은 제6연산값에 의한 신호에 의해 버스트 검출 시점에 해당하는 샘플 이전 또는 이후에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크가 검출되었는가를 확인하고(S880), 해당 개수의 피크가 검출되면 버스트 검출신호를 출력한다(S890).
상술한 다른 실시예에서, 심볼당 1개를 추출하여 버스트 검출에 사용하는 샘플수는 2M+1개이다. 여기서 M은 이용하는 전체 샘플 중에서 가장 처음 또는 가장 마지막 샘플부터 버스트 검출시점의 샘플 바로 이전 또는 이후 샘플까지의 개수를 의미한다. 버스트 검출에 사용되는 전체 샘플수는 5개 이상의 홀수이며, 버스트 검출시점의 샘플은 전체 샘플 중 중앙에 위치하는 샘플이다. MTEO 알고리즘에서도 ETEO 알고리즘과 마찬가지로 수신 샘플에 절대값을 취한 크기를 이용한다. 한편, 도 7에 나타낸 MTEO 알고리즘에 의한 결과값을 식으로 표현하면 다음과 같다.
한편, ETEO 알고리즘은 버스트가 존재하는 지점에서의 샘플 크기에 대한 2M 제곱항 때문에 M개 이상의 연집 에러에 대한 오보 가능성 및 버스트가 존재하는 지점에서의 샘플에 유입되는 큰 잡음에 의한 검출 실패의 가증성이 존재한다. 상기 [수학식 3]으로 정의되는 MTEO 알고리즘은 ETEO 알고리즘의 k 번째 샘플 크기의 2M 제곱 항([수학식 2]의 첫째항)을 k 번째 샘플 크기의 M 제곱 값에 k 번째 샘플 이후의 M 샘플 크기를 곱한 항([수학식 3]의 첫째항)으로 대체한다.
이와 같이 수정된 MTEO 알고리즘은 버스트가 존재하는 시점에서 발생한 큰간섭들에 의해 검출 실패할 확률을 크게 줄일 수 있다. 이것은 MTEO 버스트 검출 알고리즘이 k 번째 샘플 크기의 2M 제곱 항에 크게 의존하지 않고 k 번째 샘플 크기의 M 제곱 값 이외에도 k 번째 샘플 이후의 M 샘플 크기에 의존하기 때문이다. MTEO 알고리즘도 ETEO 알고리즘과 마찬가지로 버스트 검출 시점부터 항상 M개의 연속된 피크 출력이 발생하는 특징이 있다.
도 9는 에러가 발생하지 않은 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 수신시 에러가 발생하지 않으면 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘 모두 정상적으로 버스트를 검출할 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 임펄스 에러가 발생한 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, TEO 알고리즘은 오보(false alarm)가 발생한 반면 ETEO 알고리즘은 연속된 피크 출력 특징을 사용하여 성공적인 버스트 검출이 가능함을 알 수 있다. 한편, MTEO 알고리즘은 ETEO 알고리즘과 달리 M개의 연속된 피크 출력이 발생하는 특징을 이용하지 않아도 임펄스 에러를 극복할 수 있음을 알 수 있다.
도 11은 연집 에러가 발생한 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, TEO 알고리즘은 연집에러에 대해 오보가 발생한 반면, ETEO 알고리즘은 M-1 개까지의 연집 에러를 극복할 수 있다. 한편, MTEO 알고리즘은 연속된 피크 출력 특징을 사용하여 성공적인 버스트 검출이 가능함을 알 수 있다. MTEO 알고리즘은 그 동작 원리에 의해 최대 2M-1개까지의 연집 에러를 극복할 수 있다. 이것은 ETEO 알고리즘보다 M개 더 많은 값이다.
도 12는 버스트가 존재하는 샘플에 신호 감쇠로 인한 에러가 발생할 경우 TEO 알고리즘, ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 출력을 도시한 도면이다. 도 12를 참조하면, TEO 알고리즘 및 ETEO 알고리즘은 버스트 검출에 실패한 반면 MTEO 알고리즘은 버스트 검출에 성공함을 알 수 있다.
도 13은 10M8 HomePNA(Home Phoneline Networking Alliance) 시스템의 프레임 규격을 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 이더넷 패킷은 64개의 동기용 프리앰블(PREAMBLE64) 심볼을 가진다. 10M8 HomePNA(Home Phoneline Networking Alliance) 시스템은 이러한 프레임 규격을 사용하는 대표적인 TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템이다. 따라서 10M8 HomePNA 수신기는 프리앰블로 시작되는 버스트를 효과적으로 검출할수 있는 검출기의 위치 및 알고리즘과 그 검출 결과를 동기부에서 활용하는 방법이 중요한 문제이다. 일반적으로 검출기의 검출결과는 수신기의 동작시점(power on)의 결정과 data-aided 동기(synchronization)에 사용된다.
한편, 10M8 HomePNA 시스템에서 버스트의 첫 부분을 구성하는 프리앰블은 항상 FDQAM(Frequency Diverse Quadrature Amplitude Modulation)으로 변조되므로 심벌 사이에 0이 삽입된 구조를 갖는다. 따라서 도 3 내지 도 5 및 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 ETEO 또는 MTEO 알고리즘을 이용하는 톤 신호의 에너지 검출 장치를 수정없이 10M8 HomePNA 시스템에 적용할 경우 성능 열화를 초래할 수 있다. 이것은 0 값을 버스트 검출에 사용하기 때문에 0의 위치에 삽입된 간섭의 영향이 검출 장치의 출력을 불안정하게 하기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법을 10M8 HomePNA 시스템에 적용하기 위해서는 프리앰블 영역의 유효한 심벌에 대해서만 버스트 검출 알고리즘이 동작하도록 수정할 필요가 있다.
도 14 및 도 15는 각각 10M8 HomePNA 시스템에 적용하기 위해 도 4 및 도 7에 도시된 ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘의 변형예를 도시한 도면이다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 수신된 샘플들의 절대값을 취한 후 2샘플단위로 지연시켜 톤 신호의 에너지 검출이 이루어짐을 알 수 있다.
한편, 10M8 HomePNA 시스템에 적용되는 톤 신호의 에너지 검출 장치는 도 3 및 도 6에 도시된 톤 신호의 에너지 검출 장치에서 지연부(510)를 2샘플단위로 지연시키는 소자로 대체하면 되고, 10M8 HomePNA 시스템의 톤 신호의 에너지 검출 방법은 도 5 및 도 8에 도시된 톤 신호의 에너지 검출 방법에서 수신된 샘플을 1샘플단위로 지연시키는 대신 2샘플단위로 지연시키면 되므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 10M8 HomePNA 시스템에 적용되는 ETEO 알고리즘 및 MTEO 알고리즘을 식으로 표현하면 각각 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같다.
상기 [수학식 4] 및 [수학식 5]에서 M은 이용하는 전체 샘플 중에서 가장 처음 또는 가장 마지막 샘플부터 버스트 검출시점의 샘플 바로 이전 또는 이후 샘플까지의 개수를 의미한다. 여기서 M 버스트 검출에 사용되는 전체 샘플수는 5개 이상의 홀수이며, 버스트 검출시점의 샘플은 전체 샘플 중 중앙에 위치하는 샘플이다. 한편, 버스트 검출에 사용하는 샘플수는 2M+1개이며, 심볼당 1개를 추출한다.
ETEO 알고리즘을 사용하는 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법에 따르면, 5개 이상의 홀수개(2M+1개)의 샘플을 사용함으로써 임펄스에러 또는 일정 개수의 연집에러의 발생시에도 오보 확률을 크게 개선시킬 수 있다. 또한 사용되는 샘플수를 증가시킴으로써 모든 임펄스 에러와 M-1 개까지의 연집 에러를 극복할 수 있으므로 오보 확률이 상당히 개선된다. 따라서, 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법은 종래의 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법에 비해 동일한 복잡도를 가지면서 우수한 오보 확률 및 버스트 검출 성능을 만족한다. 나아가 톤 신호의 에너지 검출에 수신신호의 크기를 이용함으로써 보다 안정된 버스트 검출 성능을 얻을 수 있다.
한편, MTEO 알고리즘을 사용하는 본 발명에 따른 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법은 5개 이상의 홀수개(2M+1개)의 샘플을 버스트 검출에 사용하는 동시에 버스트 검출시점에서 수신되는 샘플의 크기와 버스트 검출에 사용되는 샘플 이후에 수신되는 복수의 샘플들의 크기를 곱하여 버스트 검출여부를 판별함으로써, 임펄스 에러 및 2M-1개까지의 연집에러를 극복할 수 있다. 또한 버스트 검출 시점에서 신호 감쇠(signal attenuation)로 인한 에러가 발생하는 경우에도 버스트 검출이 가능하다. 나아가 ETEO 알고리즘을 사용하는 톤 신호의 에너지 검출 장치 및 방법과 복잡도는 동일한 반면 우수한 성능을 가진다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

  1. 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 지연부;
    상기 지연부로부터 기준위치의 샘플의 절대값을 입력받아 제곱하여 제1연산값을 출력하는 제1연산부;
    상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 복수의 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 크기를 곱하여 제2연산값을 출력하는 제2연산부;
    상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이후에 수신된 복수의 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 크기를 곱하여 제3연산값을 출력하는 제3연산부;
    상기 제2연산값 및 상기 제3연산값을 곱하여 제4연산값을 출력하는 제4연산부;
    상기 제1연산값에서 상기 제4연산값을 감하여 제5연산값을 출력하는 제5연산부; 및
    상기 제5연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지연간격은 1샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 지연간격은 2샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  5. (a) 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는단계;
    (b) 상기 수신된 샘플들 중에서 기준위치 샘플의 절대값을 제곱하여 제1연산값을 산출하는 단계;
    (c) 상기 기준위치 샘플 이전 및 이후에 수신된 복수의 샘플들의 절대값을 곱하여 제2연산값을 산출하는 단계;
    (d) 상기 제1연산값에서 상기 제2연산값을 감하여 제3연산값을 산출하는 단계; 및
    (e) 상기 제3연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지연간격은 1샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 지연간격은 2샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기준위치의 샘플은 상기 수신된 샘플들 중 중앙에 위치한 샘플인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  10. 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 지연부;
    상기 지연부로부터 기준위치의 샘플의 절대값을 입력받아 제곱하여 제1연산값을 출력하는 제1연산부;
    상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 절대값을 곱하여 제2연산값을 출력하는 제2연산부;
    상기 지연부로부터 상기 기준위치의 샘플 이후에 수신된 샘플들의 절대값을 입력받아 각각의 절대값을 곱하여 제3연산값을 출력하는 제3연산부;
    상기 제2연산값 및 상기 제3연산값을 곱하여 제4연산값을 출력하는 제4연산부;
    상기 제1연산값 및 상기 제3연산값을 곱하여 제5연산값을 출력하는 제5연산부;
    상기 제5연산값에서 상기 제4연산값을 감하여 제6연산값을 출력하는 제6연산부; 및
    상기 제6연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 지연간격은 1샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 지연간격은 2샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 장치.
  14. (a) 수신된 샘플들의 절대값을 소정의 지연간격에 따라 지연하여 출력하는 단계;
    (b) 상기 수신된 샘플들 중에서 기준위치 샘플의 절대값을 제곱하여 제1연산값을 산출하는 단계;
    (c) 상기 기준위치 샘플 이전에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 곱하여 제2연산값을 산출하는 단계;
    (d) 상기 기준위치 샘플 이후에 수신된 복수의 샘플들의 크기를 곱하여 제3연산값을 산출하는 단계;
    (e) 상기 제1연산값과 상기 제3연산값을 곱하여 제4연산값을 산출하는 단계;
    (f) 상기 제2연산값과 상기 제3연산값을 곱하여 제5연산값을 산출하는 단계;
    (g) 상기 제4연산값에서 상기 제5연산값을 감하여 제6연산값을 산출하는 단계; 및
    (h) 상기 제6연산값을 입력받아 상기 기준위치의 샘플 이전에 수신된 샘플들의 개수에 해당하는 피크출력의 검출여부에 따라 버스트 검출을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 지연간격은 1샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 지연간격은 2샘플단위인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
  17. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신된 샘플들의 개수는 5이상의 홀수인 것을 특징으로 하는 톤 신호의 에너지 검출 방법.
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