KR100540602B1 - 신호 에너지 누적을 이용한 신호 검출 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신호 에너지를 누적하여 신호를 검출하는 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명의 신호 검출 장치는, 수신 신호 및 수신 신호에 상응하는 신호의 상관값을 소정의 기본구간동안 누적하는 기본구간 누적부; 기본구간동안 누적된 상관값을 일 기본구간동안 지연시켜 출력하는 지연부; 기본구간동안 누적된 상관값과 일 기본구간동안 지연된 상관값을 승산하는 승산부; 승산부로부터 입력된 승산된 상관값들을 이용하여 신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부; 및 신호의 에너지를 소정의 임계값과 비교하여 검출 대상 신호의 존재여부를 판정하는 판정부를 포함한다.
Description
도 1 은 종래 기술의 신호 검출 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 2 는 시간에 따른 수신 신호의 위상 변화를 나타내는 도면이다.
도 3 은 누적시간과 신호대 잡음비의 관계를 도시한 도면이다.
도 4a 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4b 는 도 4a 에 도시된 에너지 계산부(440)의 구성을 도시하는 상세 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 디지털 수신기에서 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 디지털 수신기에서 차등 채널 추정방법을 이용하여 파일럿 신호와 같이 데이터를 전송하지 않는 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 수신기에서 신호를 검출하는 일반적인 방법으로서 수신기에서 신호 대 잡음비를 최대로하기 위한 이론적인 방법이 공지되어 있다. 종래 기술의 신호 검출 장치의 일 예를 도시한 도 1을 참조하면, 이 방법은 송신단에서 전송하는 신호에 대응되는 신호를 수신기에서 수신된 신호에 곱하고, 이들 간의 상관관계를 이용해 일정한 시간동안 코히어런트(Coherent) 누적하여, 누적된 에너지가 임계치를 초과하는지 여부에 따라서 신호의 존재 여부를 판단한다.
그러나, 수신기의 입력 신호의 세기가 약한 경우에 신호를 검출하기 위해서는, 오랜 시간동안 신호의 상관값을 누적하여야만, 신호 검출에 필요한 정도의 에너지를 얻을 수 있다. 그러나, 송신기와 수신기 사이의 채널 상황에 따라서 수신 신호의 위상은 수신기를 기준으로 볼 때, 고정되어 있는 것이 아니라, 시간에 따라 변화하게 된다.
도 2 에서 도시된 바와 같이, 최초 수신한 신호가 A라고 할 때, 시간이 변함에 따라서, Δt 라는 시간동안 θ만큼의 위상이 변하였다고 하면, 이때 코히어런트 누적을 수행하면 A의 에너지에 추가적으로 누적하게 되는 에너지는 
만큼으로 줄어들게 된다. 시간이 더 지나게 되면 수신되는 신호는 C, 그리고 D로 신호의 위상이 변하게 되고, D의 경우는 A와 위상이 정반대가 되어 코히어런트 누적을 수행하면, A 신호의 에너지와 상쇄되어 에너지 누적값이 오히려 적어지게 된다. 따라서, 실제의 시스템의 경우 어느 정도까지만 수신신호와 대응신호의 상관값을 코히어런트 누적할 수 있고, 더 이상 누적할 경우에는 오히려 성능이 떨어질 수 있게 되어 신호 검출의 성능에 한계를 나타내게 된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 신호의 절대적인 위상을 알 수 없는 경우에도 신호를 오랜 시간동안 누적하여 신호의 존재여부를 판단할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 신호 검출 장치는, 수신 신호 및 수신 신호에 상응하는 신호의 상관값을 소정의 기본구간동안 누적하는 기본구간 누적부; 기본구간동안 누적된 상관값을 일 기본구간동안 지연시켜 출력하는 지연부; 기본구간동안 누적된 상관값과 일 기본구간동안 지연된 상관값을 승산하는 승산부; 승산부로부터 입력된 승산된 상관값들을 이용하여 신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부; 및 신호의 에너지를 소정의 임계값과 비교하여 검출 대상 신호의 존재여부를 판정하는 판정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 신호 검출 장치의 기본구간 누적부는, 동상(Inphase) 성분 신호 및 직교(Quadrature) 성분 신호 각각에 대해서 상관값을 계산하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 신호 검출 장치의 에너지 계산부는, 모든 기본누적 구간에 대해서 승산된 동상 성분 신호 상관값들을 합산하는 제 1 합산부; 모든 기본누적 구간에 대해서 승산된 직교 성분 신호 상관값들을 합산하는 제 2 합산부; 및 제 1 및 제 2 합산부로부터 입력된 동상 성분 신호 및 직교 성분 신호를 이용하여 에너 지를 계산하는 계산부를 포함한다.
한편, 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 신호 검출 방법은, (a) 수신 신호 및 수신 신호에 상응하는 신호의 상관값을 소정의 기본구간동안 누적하는 단계; (b) 기본구간동안 누적된 상관값을 일 기본구간동안 지연시키는 단계; (c) 기본구간동안 누적된 상관값과 일 기본구간동안 지연된 상관값을 승산하는 단계; (d) (c) 단계에서 승산된 상관값들을 이용하여 신호의 에너지를 계산하는 단계; 및 (e) 신호의 에너지를 소정의 임계값과 비교하여 검출 대상 신호의 존재여부를 판정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 신호 검출 방법의 (a) 단계는, 동상(Inphase) 성분 신호 및 직교(Quadrature) 성분 신호 각각에 대해서 상관값을 계산한다.
또한, 본 발명의 신호 검출 방법의 (d) 단계는, 모든 기본누적 구간에 대해서, 승산된 동상 성분 신호 상관값들을 합산하고, 승산된 직교 성분 신호 상관값들을 합산하는 단계; 및 합산된 동상 성분 신호 및 직교 성분 신호를 이용하여 에너지를 계산하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 검출 장치 및 방법을 설명한다.
신호의 수신성능은 송신 신호에 상응하는 신호와의 상관관계를 이용하여 수신할 때 최대가 된다. 데이터가 실리지 않은 신호의 검출은 이러한 상관관계를 이용하여 얻은 값을 얼마만큼 긴 시간동안 유효하게 누적할 수 있는가에 따라 좌우된다. 일반적으로 수신신호를 시간에 따라 코히어런트 누적하게 되면, 누적한 신 호의 크기는 누적시간에 비례하여 증가하고, 따라서 신호의 누적 에너지는 누적시간의 제곱에 비례하여 증가한다. 그런데, 잡음의 에너지는 시간에 따라 선형적으로 증가하게 되므로, 신호의 수신 성능을 좌우하는 신호대 잡음비는 누적시간에 따라 선형적으로 증가하게 된다. 이러한 누적시간과 신호대 잡음비의 관계를 도 3에 도시하였다. 실제의 경우, 신호대 잡음비는 코히어런트 누적구간의 길이에 따라 선형적으로 증가하다가 어느 임계점 이상이 되면 더 이상 증가하지 않게 된다. 이는 상관값을 유효하게 누적하기 위해서는 채널에 따른 위상변화를 반영하여 누적하여야 하는데, 만약 위상변화에 대한 고려가 없다면, 누적구간을 증가시켜도 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 음의 상관이 발생하여 성능의 향상을 가져올 수 없기 때문이다.
본 발명의 수신기에서는 수신 신호의 위상 변화가 거의 없다고 볼 수 있는 시간구간인 기본단위구간(단, 기본단위≤T, 도 3 참조) 동안에는 일반적인 수신기와 같이 송신 신호에 상응하는 신호와의 상관관계를 이용하여 상관값을 구한다. 이 때, 기본단위는 송신단과 수신단의 상대적인 위상 변화가 90°이하가 되는 시간차 이하일 것이 요구된다.
상관값의 초기 위상을 
라고 하고, 기본 단위간의 위상 변화의 크기를 Δtheta라고 하면, 검출하려는 신호 x 의 Inphase 성분 In와 Quadrature 성분 Qn
는 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
수학식 1에서 x는 신호의 진폭을 나타낸다.
본 발명의 수신기에서는 이러한 기본 상관값을 매 기본단위마다 구하게 되고, 이를 단순히 합산하게 되면 일반적인 코히어런트 복조방식이 되며, 수신 신호의 위상이 변하지 않는다면 최적의 성능을 보이게 된다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 실제 통신 채널에서 수신신호의 위상은 시간에 따라 변하게 되며, 변화되는 수신 신호의 위상을 알아내어 상술한 연속적인 누적방법을 적용할 수 있는 경우를 제외한 일반적인 경우에는, 누적구간을 늘여서 신호를 누적하기 위해서 단순 합산을 이용하는 코히어런트 복조방식을 적용하여 신호대 잡음비를 증가시키기는 어렵다.
누적구간 전체를 고려하면, 수신 신호의 위상은 계속 변하게 되지만, 인접한 기본 단위들만을 고려하면, 수신 신호의 위상의 변화가 매우 적다고 볼 수 있다. 따라서, 비록 절대적인 수신 신호의 위상은 알 수 없더라도, 인접한 기본 단위의 신호를 위상 보상값으로 활용하게 되면 누적구간을 계속 늘여나가는 것이 가능하게 된다.
본 발명에서 제안한 인접 기본 단위의 신호를 위상 보상값으로 활용하는 방법은, 절대적인 위상값을 알아내어 채널보상을 하는 방법과 유사하게, 신호의 Inphase 성분은 Inphase 성분끼리 곱하고 Quadrature 성분은 Quadrature 성분끼리 곱하므로써, 위상 보상을 수행한다. 이렇게 각 성분끼리의 합을 기본단위마다 누 적해가고, 최종 에너지 값으로 Inphase성분과 Quadrature성분의 합을 구하면 삼각함수의 법칙에 따라서 다음의 수학식 2 와 같은 신호 성분만이 남게 된다.
수학식 2 에서 알 수 있듯이, 기본단위간의 신호의 위상변화가 크게 되면, 이 위상변화의 코사인값 만큼 누적 값은 작아진다. 그러나, 기본단위의 설정을 위상변화(Δθ)를 무시할 만큼 작게 설정한다면, 이러한 부분에서의 성능저하는 무시할 수 있을 만큼 적어지게 된다.
이하, 도 4a 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 수신기의 에너지 누적장치를 설명한다.
도 4a 는 본 발명의 디지털 수신기에 구비되는 신호 검출 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 본 발명의 신호 검출 장치는 기본구간 누적부(410), 지연부(420), 승산부(430), 에너지 계산부(440), 및 판정부(450)를 포함한다.
본 발명의 신호 검출 방법을 설명하는 흐름도인 도 5를 더 참조하면, 본 발명의 기본구간 누적부(410)는 상관기(정합필터) 및 스위칭부로 구성되며, 수신된 신호로부터 분리된 I 및 Q 성분 신호 및 수신신호에 상응하는 I 및 Q 성분 신호를 입력받아 기본구간 누적을 수행한다(S510).
기본구간 누적부(410)는 상술한 바와 같은 송신기와 수신기의 구성에 따라서 결정된 기본구간동안 입력된 I 수신신호와 I 상응신호의 상관값(In)을 계산하고, Q 수신신호 및 Q 상응신호의 상관값(Qn)을 각각 계산한다. 이렇게 계산된 기본구간의 상관값들은 기본구간 누적부(410)에 포함된 스위칭부를 통해서 기본구간마다 지연부(420) 및 승산부(430)로 출력된다.
기본구간 누적부(410)에서 출력된 I 상관값(In) 및 Q 상관값(Qn)은 지연부(420) 및 승산부(430)로 각각 입력되는데, 지연부(420)는 입력된 상관값들을 다음 기본구간의 상관값이 입력될 때까지 지연시킨다(S520).
승산부(430)는 기본구간 누적부(410)로부터 입력된 현재의 I 및 Q 상관값(In 및 Qn)과 지연부(420)로부터 일 기본구간만큼 지연되어 입력된 I 및 Q 상관값(In-1 및 Qn-1)을 각각 승산하여, 승산된 I 신호(In·In-1) 및 승산된 Q 신호(Qn·Qn-1)를 각각 에너지 계산부(440)로 출력한다(S530).
에너지 계산부(440)는 상술한 수학식 2 에 따라서 입력된 신호의 에너지를 계산하여 판정부(450)로 출력한다. 에너지 계산부(440)의 구성을 도시하는 도 4b를 더 참조하면, 에너지 계산부(440)는 I 신호 합산부(441), Q 신호 합산부(443), 신호 합산부(445) 및 계산부(447)를 포함한다.
승산부(430)에서 출력된 I 신호(In·In-1) 및 Q 신호(Qn·Qn-1
)는 I 신호 합산부(441) 및 Q 신호 합산부(443)로 각각 입력되고, I 신호 합산부(441)는 I 신호(In
·In-1)를 모든 기본단위에 대해 합산하여, 합산된 I 신호(
)를 출력한다. 또한, Q 신호 합산부(443)는 Q 신호(Qn·Qn-1)를 모든 기본단위에 대해 합산하여, 합산된 Q 신호(
)를 출력한다. 합산된 I 신호(
) 및 Q 신호(
)는 신호 합산부(445)에서 합산되어(
+
), 계산부(447)로 출력되고, 계산부(447)는 상술한 수학식 2 에 따라서 신호의 에너지를 계산한 후, 신호의 에너지 값(
)을 판정부(450)로 출력한다(S540).
판정부(450)는 입력된 신호의 에너지 값(
)을 소정의 임계값과 비교하여, 에너지 값이 임계값보다 크면 검출하고자 하는 신호가 존재하는 것으로 판정한다(S550).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 디지털 수신신호의 검출시에 신호의 세기가 미약하여 누적구간을 증가시켜 신호검출을 수행할 때, 기본구간마다 신호의 상관값을 구하여 누적하며, 또한, 일 기본구간만큼 인접한 기본구간의 위상을 고려하여 에너지 누적을 수행함으로써, 신호의 절대적인 위상을 알 수 없는 경우에도 신호를 오랜 시간동안 누적하여 신호의 존재여부를 판단할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명의 신호 검출 방법은 각종의 디지털 신호 수신 검출기에 적용되어 성능을 증가시키거나 감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 수신 신호 및 상기 수신 신호에 상응하는 신호의 상관값을 소정의 기본구간동안 누적하는 기본구간 누적부;기본구간동안 누적된 상관값을 일 기본구간동안 지연시켜 출력하는 지연부;상기 기본구간동안 누적된 상관값과 상기 일 기본구간동안 지연된 상관값을 승산하는 승산부;상기 승산부로부터 입력된 승산된 상관값들을 이용하여 신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부; 및상기 신호의 에너지를 소정의 임계값과 비교하여 검출 대상 신호의 존재여부를 판정하는 판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기본구간 누적부는동상(Inphase) 성분 신호 및 직교(Quadrature) 성분 신호 각각에 대해서 상관값을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에너지 계산부는모든 기본누적 구간에 대해서 상기 승산된 동상 성분 신호 상관값들을 합산하는 제 1 합산부;모든 기본누적 구간에 대해서 상기 승산된 직교 성분 신호 상관값들을 합산하는 제 2 합산부; 및상기 제 1 및 제 2 합산부로부터 입력된 동상 성분 신호 및 직교 성분 신호를 이용하여 에너지를 계산하는 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출장치.
- (a) 수신 신호 및 상기 수신 신호에 상응하는 신호의 상관값을 소정의 기본구간동안 누적하는 단계;(b) 기본구간동안 누적된 상관값을 일 기본구간동안 지연시키는 단계;(c) 상기 기본구간동안 누적된 상관값과 상기 일 기본구간동안 지연된 상관값을 승산하는 단계;(d) 상기 (c) 단계에서 승산된 상관값들을 이용하여 신호의 에너지를 계산하는 단계; 및(e) 상기 신호의 에너지를 소정의 임계값과 비교하여 검출 대상 신호의 존재 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 (a) 단계는동상(Inphase) 성분 신호 및 직교(Quadrature) 성분 신호 각각에 대해서 상관값을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
- 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 (d) 단계는모든 기본누적 구간에 대해서, 상기 승산된 동상 성분 신호 상관값들을 합산하고, 상기 승산된 직교 성분 신호 상관값들을 합산하는 단계; 및상기 합산된 동상 성분 신호 및 직교 성분 신호를 이용하여 에너지를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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