KR100525541B1 - 통신시스템에서 위상 정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신시스템에서 고속 초기 동기용 정합 필터(Passive Matched Filter)의 출력을 이용한 위상 추정장치에 관한 것으로, 본 발명에서는 수신데이터를 이용하여 동기정보및 변화된 위상값을 출력하는 정합필터와; 상기 파일럿신호의 변화된 위상값(Cos A, Sin A)을 함께 알려주는 정합 필터(10)와; 상기 수신데이터와 코드발생기에서 생성한 코드를 곱하는 승산기(31~34)와 상기 승산기에서 출력된 데이터를 합하는 가산기(35,36), 상기 가산기 및 정합필터에서 출력된 데이터를 평균하는 평균기(37,38)를 포함하는 위상추정기(30);와 상기 정합필터에서 출력된 파일럿신호의 변화된 위상값(CosA, SinA)을 평균기에 입력 또는/및 상기 평균기를 초기화하도록 제어하는 CPU(20);로 구성된다.

이와 같은 본 발명의 특징에 따르면, 패킷 데이터 전송시 위상 정보를 용이하게 구할 수 있기 때문에 전체적인 데이터 전송률을 크게 향상시키는 장점을 제공한다.

Description

통신시스템에서 위상 정보 추정 장치 및 방법{Apparatus for estimating phase information using Matched Filter and Method thereof}

본 발명은 데이터를 송/수신하는 통신시스템에서 데이터를 수신시 수행하는 동기 및 복조를 효과적으로 하기 위한 장치 및 방법에 관한것이다.

즉, 고속 초기 동기용 정합 필터(Passive Matched Filter)의 출력과 수신데이터를 위상 추정기 (Phase Estimator)에서 이용하여 위상정보를 출력하기 위한 위상추정장치에 관한 것으로, 특히 종래의 위상 정보 추정 장치의 동작을 개선하여 고속으로 위상 정보를 구하기 위해 정합필터의 출력정보를 이용한 위상 정보 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통신시스템에서는 데이터를 송/수신하기에 앞서 서로의 시스템 정보를 교환한다.

상기와 같이 교환되는 신호를 파일럿 신호라 하며, 도 1에 나타난바와 같이 동기획득용 프리앰블 및 위상추출(추정)용 프리앰블이 이에 해당한다.본 발명에서 말하는 프리앰블이란, 무선 패킷전송시 데이터를 복조하기전에 동기를 맞추고 위상정보를 추출하기 위한 파일럿 신호를 말한다.도 2는 종래의 정합 필터를 이용한 위상 추정기의 블록 구성도 이다.도면에서 보는바와 같이, 수신데이터(I/Q)를 이용하여 동기신호 또는/및 상기 수신데이터의 변화된 정보를 출력하는 정합필터(10)와, 상기 수신데이터와 코드 발생기에서 생성한 코드 정보를 이용하여 위상정보를 출력하는 평균기(37,38)를 포함하는 위상추정기(30)와, 상기 평균기를 초기화하도록 제어하는 CPU (20)를 포함하여 구성되어 있다.도 2에 보인 정합 필터(10)는 동기를 추정하는 역할만 한다.상기에서 동기를 추정한다함은 정합필터내 구성되어 있는 승산기와 가산기에 의해 도출된 값으로 수신데이터의 정확한 시점(Locked Position)과 상관값이 제일 큰값을 찾을수 있는 정보(Locked Energy)를 생성하는 것이다.코드 발생기(미도시)는 정합 필터(10)에서 추정한 동기 시간에 맞추어 코드(Code)(PN_I(Inphase PN Code), PN_Q(Qudrature PN Code))를 발생시킨다.도 2의 각 곱셈기(31∼34)는 수신된 I, Q 데이터에 동기를 맞춘 코드(PN_I, PN_Q)를 곱하여 출력하고, 가산기(35,36)는 서로 각각의 코드와 수신된 데이터를 더하여 출력한다.평균기(MA)(Moving Average)(37,38)는 가산기(35,36)의 출력신호를 다시 일정 시간동안 평균간을 취하여 출력하며, 상기 출력된 정보가 각각 위상정보(Cosθ,Sinθ)로 이용된다.이와 같은 위상 추정기(20)(Phase Estimator)에서는 좀더 정확한 위상 정보를 구하기 위해 평균기(37,38)가 사용되는데, 중앙처리장치(CPU)(20)는 상기에서 처럼 정합필터가 동기를 추정한 후에는 평균기(37,38)의 초기값을 클리어(Clear)시켜 동기가 추정되기 전의 부정확한 데이터의 영향을 받지 않도록 제어한다.즉, CPU(20)의 제어에 의해 평균기의 초기값을 "0"으로 클리어 한후, 상기 가산기(35,36)의 출력값을, 평균기(37,38)에서 일정시간동안 평균을 도출하여 위성정보로 사용하는 것이다.그러나, 이상에서 설명한 종래의 기술에서는 위상 정보를 구하기 위해서 사용되는 평균기는 평균을 구하는 길이에 따라서 동기가 추정된 후 정확한 위상값을 구하기까지는 상당한 시간이 소요된다.특히, 패킷 데이터를 전송하는 경우에는 가능한 짧은 시간 내에 동기도 추정하고, 정확한 위상값을 구하여 데이터를 복조 해야 하는데, 종래의 기술에서는 상기의 평균기(37,38)에서 일정한 비트의 데이터를 수신해야 완전한 위상정보를 출력할수 있기때문에 상기의 프리앰블(Preamble)을 계속 전송해 주어야 하므로 전체 데이터의 전송 퍼포먼스(performance)가 낮아지는 문제점이 있었다.도 1에서 보는바와 같이, 패킷데이터 전송시에는 동기획득용 프리앰블, 위상추출용 프리앰블 및 데이터등이 전송되는데, 위상추출용 프리앰블을 동기획득용 프리앰블에 상관없이 일정한 비트를 전송해야 된다.즉, 종래의 방식에서는 상기 동기획득용 프리앰블을 전송후에도 일정한 크기의 위상추출용 프리앰블을 전송함에 따라 전체 데이터의 전송률이 떨어지게 된다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 종래의 위상정보추정기술을 개선하여 보다 빠르게 위상 정보를 구할 수 있는 정합 필터를 이용한 위상 정보 추정장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명에서 위상정보를 구하는 경우에, 정합필터를 통해 출력된 파일럿신호의 변화된 위상값(Cos A, Sin A)을 위상정보추정을 위해 사용하므로써, 종래 보다 짧은 위상추출용프리앰블을 전송하게되어 전체 전송률을 크게 개선시킬 수 있는 정합 필터를 이용한 위상 정보 추정방법 및 장치를 제공 하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 위상 정보 획득방법은 정합 필터, 코드 발생기, 복수의 곱셈기 및 덧셈기, 평균기를 구비한 위상 예측기에 있어서, 상기 정합 필터에서 동기를 획득을 하고, 상기 획득시 사용되었던 상관값을 알려주는 단계와; 상기 코드 발생기에서 상기 정합 필터에서 획득한 동기 시간에 맞추어 미리 설정된 하나 이상의 코드(Code)를 발생하는 단계와; 입력 데이터와 상기 코드를 상기 곱셈기를 통하여 종류대로 곱하고, 서로 다른 코드가 한 쌍이 되도록 상기 각 곱셈기의 출력을 상기 덧셈기를 통하여 더하는 단계와; 상기 더해진 신호와, 상기 정합 필터에서 얻은 상관값을 상기 평균기의 초기값으로 입력하는 단계로 이루어진다.

이하에서, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 패킷 데이터 전송시 위상 정보를 용이하게 구할 수 있는 장치와 방법을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래의 방법은 동기를 맞추고 난후 위상정보를 추출하기 시작하는데 비해, 본 발명에서는 수신된 데이터(I/Q)를 이용하여 정합필터에서 동기를 맞추고, 상기 정합필터에서 출력되는 상기 파일럿 신호의 변화된 위상값을 나타내는 Cos A 및 Sin A 값이 위상정보를 추출하는데 사용되어지기 때문에 일정한 크기의 평균값을 출력하기 위해 전송해야하는 파일럿 신호의 길이를 줄일 수 있는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 설명한다.

도 3은 상기에서 설명한바와 같이, 정합필터에서 출력되는 파일럿 신호의 변화된 위상값을 나타내는 Cos A 및 Sin A 값을, 위상정보를 추정하기 위해 사용하는 경우에 있어 송신기에서 수신기로 전송하는 위상추출용 프리앰블의 크기를 나타낸 것으로, 종래의 도 1에 비해 본 발명에서는 상기 정합필터에서 출력되는 정보를 위상정보를 추정하기 위해 사용하므로 종래처럼 위상정보를 추출하기위한 모든 정보를 전송할 필요가 없으므로 전송되는 프리앰블이 작아짐을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 위상 추정기의 블록 구성도 이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 정합 필터를 이용한 위상 추정기는 입력 데이터(I, Q)의 동기를 위한 시간정보(Locked Position)및 상관값(Locked Position)과, 상기 파일럿신호의 변화된 위상값(Cos A, Sin A)을 함께 알려주는 정합 필터(10)와; 상기 수신데이터와 코드발생기에서 생성한 코드를 곱하는 승산기(31~34)와, 상기 승산기에서 출력된 데이터를 합하는 가산기(35,36)와, 상기 가산기 및 정합필터에서 출력된 데이터를 평균하는 평균기(37,38)를 포함하는 위상추정기(30)와; 상기 정합필터에서 출력된 파일럿신호의 변화된 위상값(CosA, SinA)을 평균기에 입력 또는/및 상기 평균기를 초기화하도록 제어하는 CPU(20);로 구성되는것을 특징으로 하는 위상정보 추정 장치이다.

본 발명의 상기 평균기(37,38)에는 클리어 로직(Clear Logic)이 아닌 초기값을 세팅(setting) 될 수 있게 하였다.

즉, 종래에는 평균기의 초기값을 "0"으로 클리어 하였으나, 본 발명에서는 정합필터에서 출력된 파일럿신호의 변화된위상값을 평균기의 초기값으로 입력하는 것이다.

이하에서, 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 위상 추정기를 이용한 위상 정보 추정 동작을 설명한다.

본 발명에서 사용한 정합 필터(10)는 동기를 추정하여 그 시간정보와 동기 추정시 그 근거로 사용되었던 파일럿 신호에 대한 변화된 위상값(Cos A, Sin A)을 CPU(20)에 동시에 알려준다.상기의 파일럿호의 변화된 위상값은 멀티비트로 표현되는 정수값으로, 두값의 위상이 수신된 신호의 위상변이를 나타낸다.코드 발생기(미도시)는 정합 필터(10)에서 추정한 동기 시간에 맞추어 코드(Code)를 발생시킨다. 제1 곱셈기(31)는 입력 데이터(I)에 동기를 맞춘 제1 코드(PN_I)를 곱하여 출력하고, 제2 곱셈기(32)는 입력 데이터(Q)에 동기를 맞춘 제2코드(PN_Q)를 곱하여 출력하고, 제3 곱셈기(33)는 입력 데이터(I)에 동기를 맞춘 제1 코드(PN_Q)를 곱하여 출력하고, 제4 곱셈기(34)는 입력 데이터(Q)에 동기를 맞춘 제1 코드(PN_I)를 곱하여 출력한다.이어, 제1 가산기(35)는 제1 및 제2 곱셈기(31,32)의 출력신호를 더하여 출력하고, 제2 가산기(36)는 제3 및 제4 곱셈기(33,34)의 출력신호를 더하여 출력한다.상기에서의 코드는, 멀티비트의 정수값으로 신호의 크기와 위상에 따라서 크기가 달라지게 된다.이때, 평균기(37,38)의 입력 단에는 먼저 CPU(20)에 의해 평균기를 Setting하기 위한 신호(Sig 1)가 인가된다.이후에, 각 가산기(35,36)의 출력신호와, 중앙처리장치(CPU)의 제어에 의해 정합 필터(10)에서 출력된 파일럿신호의 변화된 위상값을 평균기(37,38)에 초기값으로 입력하여, 일정 시간동안 평균값을 취하여 얻어진 정보를 각각 위상정보로 출력/이용한다.또한 상기 출력된 평균기의 출력(위상정보)은 또 다음 가산기의 출력값과 평균을 취하기 위해 사용되어지도록, 상기 도 4의 평균기에 피드백 되어 질 것이다.이와 같이 활용 할 수 있는 것은 정합 필터(10)의 기본구조가 위상 추정기(30)에서 사용되는 상관기의 구조와 동일하기 때문에, 처음 위상정보를 추출시 정합필터에서 출력된 Cos A와 Sin A를 사용한것처럼, 바로전 위상정보를 새로운 위상정보 추출시 사용할 수 있는것이다.도 5는 본 발명의 위상정보를 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.이하 도 3,4 및 5를 이용하여 본 발명을 설명한다.정합필터(10)에서는 수신 데이터(I,Q)를 이용하여 동기 획득(신호를 실제받는시점을 나타내는 Locked Position과 상관값의 크기를 나타내는 Locked Energy) 및 파일럿신호의 변화된 위상값 (Cos A, Sin A)을 출력한다. (단계 31).상기 동기정보를 CPU(20)의 제어에 의해 평균기(37,38)에 입력하여 초기화를 진행한다. 즉 종래 도 2에서 평균기(37,38)를 클리어 하는 과정과 같다. (단계 32).또한 상기 평균기에 CPU(20)의 제어에 의해 파일럿신호의 변화된 위상값(Cos A, Sin A)을 입력한다. (단계 33).한편, 코드발생기(미도시)에서는 상기 획득한 동기시간에 맞추어 코드(PN-I/Q)를 발생한다 (단계 34).수신데이터(I,Q)와 상기 발생한 코드(PN-I/Q)를 곱셈기(31~34) 및 가산기(35,36)를 통해 데이터를 평균기에 출력한다. (단계 35).상기 가산기에 출력된 데이터와 정합필터(10)에서 출력된 데이터(Cos A, Sin A)를 평균기(37,38)(Moving Average)로 입력하여 일정시간 동안 평균값을 도출한다. (단계 36).상기 도출된 평균값을 위상정보(Phase Information)로 사용하며, 또한 상기 평균기의 출력은 다음 위상정보를 도출하는데 있어 다음 가산기의 출력값과 평균을 취하기 위해 사용된다. 따라서 본 발명의 목적인 고속으로 위상정보가 추출되도록 할 수 있다.즉, 현재 가산기를 통해 평균기로 입력된 값과, 피드백을 통해 평균기에 피드백된 최근값(바로전)의 위상정보값을 평균한 평균값이 새로운 위상정보(Cos θ, Sin θ)로 출력 되며, 상기 새로이 출력된 위상정보값은 또 다음 가산기의 출력값과 평균을 취하기 위해 사용되도록 하는 것이, 본 발명의 취지에 상응된다. (단계 37,38,39).따라서 상기와 같이 처음 위상정보를 추출시는 정합필터에서 출력된 파일럿 신호의 변화된 위상값을 평균기에 입력하여 위상정보를 추출하고, 두번째 이후부터는 바로전(예를 들어 상기 첫번째) 생성된 위상정보를 피드백 받아 평균기에 입력하여 가산기를 통해 입력된 정보와 평균을 하여 위상정보를 출력하므로써, 종래처럼 모든 데이터를 가산기를 통해 평균기에 입력하므로써 위상정보 출력시 발생하는 지연을, 본 발명처럼 정합필터의 출력된 정보 또는 평균기에서 출력한 위상정보를 다른 위상정보를 추정시 사용하게 되면 도 3에 나타난 바와 같이 위상추출용 프리앰블 정보를 적게 보낼수 있어 테이터 전송효율을 높일 수 있다.이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시 예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다.즉, 코히런트 복조기를 사용하는 코드분할 다중방식(CDMA)의 통신 시스템이나, WCDMA(Wide CDMA)-WLL(Wireless Local Loop) 시스템, IMT-2000 시스템, 그리고 무선 패킷 데이터를 지원하는 코드분할 다중방식의 통신 시스템에 동일하게 적용될 수 있다.따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 위상 정보 획득방법에 따르면, 정합 필터에서의 변화된 위상값을 위상 예측기의 초기값으로 사용하여 신속하고 정확한 위상값을 구할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 위상 정보 획득 방법은 종래 보다 빠르게 위상 정보를 구할 수 있기 때문에 실제 데이터를 전송하기 전에 동기 및 위상 정보 추출을 위해 사용되었던 프리앰블의 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 고속으로 패킷 데이터를 처리하는 통신 시스템의 성능과 전체 전송률을 크게 향상시킬 수 있다.

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도 1은 종래의 프리앰블 및 데이터의 구조

도 2는 종래의 정합 필터를 이용한 위상 추정기의 블록 구성도.

도 3은 본 발명의 프리앰블 및 데이터의 구조

도 4는 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 위상 추정기의 블록 구성도.

도 5는 본 발명의 위상정보를 추정하는 방법을 나타내는 흐름도

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Claims (5)

1. 수신데이터를 이용하여 시간정보, 상관값 및 상기 수신데이터의 변화된 위상값을 출력하는 정합필터와; 상기 수신데이터와 코드발생기에서 생성한 코드를 곱하는 승산기와, 상기 승산기에서 출력된 데이터를 합하는 가산기와, 상기 가산기, 정합필터에서 출력된 위상값 및 제어부 신호에 의거 평균값을 도출하는 평균기를 포함하는 위상추정기; 및 상기 정합필터에서 출력된 파일럿신호의 변화된 위상값을 평균기에 입력 및 상기 평균기를 초기화하도록 제어하는 CPU;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상정보 추정 장치.
2. 제 1항에 있어서, 정합필터는 입력 데이터(I, Q)의 동기를 위한

   시간정보(Locked Position) 및 상관값(Locked Position)과, 상기 파일럿신호의 변화된 위상값(Cos A, Sin A)을 함께 출력하는 것을 특징으로 하는 위상정보 추정 장치.
3. 정합 필터을 이용한 위상 위상정보 추정장치에 있어서,

   수신데이터를 이용하여 정합 필터에서 동기정보 및 변화된 위상값을 출력하는 단계와; 정합필터에서 출력한 정보를 이용하여 평균기를 CPU제어에 의해 초기화 하는 단계와; 상기 수신데이터와 코드발생기에서 생성한 코드를 조합하여 출력하는 단계와; 상기 정합필터에서 출력한 데이터와 상기 조합되어 출력한 데이터를 평균하여 평균값을 출력하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상정보 추정 방법.
4. 제 3항에 있어서, 정합필터에서 출력된 파일럿신호의 변화된 위상값을 위상정보 출력을 위해 평균기에서 이용하므로 위상추출용 프리앰블의 길이가 줄어드는 것을 특징으로 하는 위상정보 추정방법.
5. 제 3항에 있어서, 정합 필터는 동기를 추정하여 그 시간정보와, 파일럿신호의 변화된 위상값을 제어부(CPU)에 동시에 알려주는 것을 특징으로 하는 위상정보 추정 방법.