KR100542039B1 - 이동통신장치의 프레임동기신호 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동무선단말기 및 프레임동기신호를 발생하는 방법에 관한 것으로, 기지국으로부터 수신한 데이터 프레임을 아이채널 및 큐채널을 통과한 프레임들로 분리하여 상기 프레임들을 입력받는 입력부; 프레임들의 프리엠블 패턴으로부터 기지국의 타이밍정보를 검출하는 프리엠블검출부; 아이채널을 통과한 프레임 및 상기 프리엠블검출부의 출력을 입력받아 상기 타이밍정보를 확인하는 프레임동기패턴검출부; 프레임동기패턴검출부의 출력에 따라서 프레임동기신호를 발생하는 프레임동기신호발생부를 포함함으로써, 프리엠블검출부에서 프리엠블 패턴 검출을 수행하고 프레임동기패턴검출부에서 프레임동기패턴을 동시에 확인할 경우에 검출오류 또는 false alarm은 거의 일어나지 않는다.

Description

이동통신장치의 프레임동기신호 발생장치 {Apparatus for generating frame sync signal in mobile communication device}
도 1은 종래의 이동무선단말기의 동기화를 위한 블록도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 동기프레임을 발생하는 이동무선단말기의 블록도를 나태내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이동무선단말기에서 수신한 프레임에 대한 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 이동무선단말기의 정합필터부에 대한 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이동무선단말기의 상관검출부에 대한 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 이동무선단말기의 상관검출부의 선택부에 대한 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 프레임동기신호를 발생하는 방법에 대한 흐름을 나타내는 도면이다.
도 8은 프리엠블패턴의 자동상관분석(autocorrelation) 특성을 나타내는 도 면이다.
도 9는 AWGN channel의 실험조건에 대한 시뮬레이션결과를 나타내는 도면이다.
본 발명은 이동통신분야에 관한 것으로, 특히 이동무선단말기 및 기지국간의 동기화방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래의 기지국과 이동무선단말기는 TDD(Time Division Duplexing, 시간축에서 1개의 프래임 내부를 송신용과 수신용을 분할하여 1개의 주파수로 양방향 통신을 하는 방식)방식을 이용하여 통신을 한다. 기지국은 기지국이 가지고 있는 시간정보를 이용하여 TDD 프래임의 송신과 수신을 정하여 통신하고, 이동무선단말기는 초기에 기지국이 가지고 있는 시간 정보가 없으므로, 동기구조를 이용하여 수신되는 신호로부터 프래임동기신호를 발생시킴으로써 기지국의 시간정보를 알아내어 이동무선단말기의 송신과 수신용 시간정보를 생성하여 통신한다.
도 1(a)은 종래의 이동무선단말기의 동기화를 위한 블록도를 나타내는 도면이다.
도 1(b)는 종래의 이동무선단말기의 프래임의 구조를 나타내는 도면이다.
종래의 이동무선단말기의 동기구조에서는 도 1(b)와 같은 프래임에서 전제부 패턴(Preamble Pattern)을 이용하여 홉핑(Hopping) 동기를 맞추고, 프래임 동기화 패턴(Frame Sync Pattern)을 이용하여 프래임 동기화를 맞추도록 하였지만 채널의 환경에 따라서 프래임 동기화 패턴을 검출하지 못하거나 다른 시간 위치에서 검출하여 False Alarm, Detection Miss, Sync Lost 등 원하지 않는 상황을 발생시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 문제점들을 해결하기 위해서 기지국과의 동기를 위한 이동무선단말기 및 프레임동기신호를 발생하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 있다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 이동무선단말기에 있어서, 기지국으로부터 수신한 데이터 프레임을 아이채널 및 큐채널을 통과한 프레임들로 분리하여 상기 프레임들을 입력받는 입력부;상기 프레임들의 프리엠블 패턴으로부터 상기 기지국의 타이밍정보를 검출하는 프리엠블검출부;상기 아이채널을 통과한 프레임 및 상기 프리엠블검출부의 출력을 입력받아 상기 타이밍정보를 확인하는 프레임동기패턴검출부; 상기 프레임동기패턴검출부의 출력에 따라서 프레임동기신호를 발생하는 프레임동기신호발생부를 포함한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 이동무선단말기에서 프레임동기신호를 발생하는 방법은, (a) 기지국으로부터 수신한 데이터 프레임을 아이채널 및 큐채널을 통과한 프레임들로 분리하여 상기 프레임들을 입력받는 단계;(b) 상기 아이채널을 통과한 프레임 및 상기 큐채널을 통과한 프레임에 대해서 각각 다운샘플링하여 상기 기지국의 타이밍정보를 검출하는 단계;(c) 상기 아이채널을 통과한 데이터프레임을 입력받아 상기 데이터프레임의 프레임동기패턴의 레벨을 계산하는 단계;(d) 상기 (c)단계에서 계산된 출력을 소정의 임계치와의 크기를 비교하는 단계; (e) 상기 (b)단계 및 (d)단계의 출력을 논리합하여 프레임동기신호를 발생하는 단계를 포함한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 동기프레임을 발생하는 이동무선단말기의 블록도를 나태내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이동무선단말기에서 수신한 프레임에 대한 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 이동무선단말기의 정합필터부에 대한 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이동무선단말기의 상관검출부에 대한 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 이동무선단말기의 상관검출부의 선택부에 대한 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 프레임동기신호를 발생하는 방법에 대한 흐름을 나타 내는 도면이다.
이하 도 1 내지 도 7을 함께 설명하기로 한다.
본 발명은 기지국에서 발생한 후 무선채널을 통해 수신된 프레임의 시작점을 알리는 프레임동기를 검출하기 위한 방법 및 구조에 관한 것이며, 프리엠블 패턴의 정합필터링(matched filtering)과 프레임 동기 패턴(frame sync pattern)의 상호연관 등 일련의 과정에 의해 수행되며 그 구조는 도 2와 같다.
레지스터부(240)는 정합필터부(215)의 정합필터계수, 상관검출부(224, 225, 226)의 상관계수, 프리엠블 임계치 및 프레임 동기 패턴의 임계치를 저장하고 있다.
프리엠블검출부(210)는 기지국으로부터 수신된 신호의 프리엠블의 레벨을 계산하는 정합필터부(215), 정합필터부(215)에서 출력되는 I-프레임 및 Q-프레임의 프리엠블 레벨을 합산하는 합산부(217), 합산부(217)의 출력과 레지스터부(240)에 저장된 프리엠블임계치와 비교하여 출력하는 프리엠블비교부(219)로 구성된다. 프레임동기패턴검출부(220)는 상관검출부(224 내지 226)를 선택하는 선택부(223), 프레임동기패턴비교부(227내지 229)로 구성된다.
시지연부(211)는 기지국으로부터 수신된 I-채널신호 및 Q-채널신호간의 타이밍을 맞추기 위해서 I-채널신호를 1/2 심볼타임(5샘플)만큼 지연시킨다(710단계). 일반적으로, FQPSK 변조의 경우에 I-프레임 신호가 Q-프레임신호보다 1/2 심볼 타임만큼 앞서 있다. 다운샘플링부(213)는 I-채널신호 및 Q-채널신호를 각각 1/2만큼 다운샘플링하게 된다(720단계). 정합필터부(215)는 도 4에서처럼, 200[ksps]의 I-채널신호 및 Q-채널신호를 입력받아 각각 시프트레지스터 블록을 통과시켜 40[ksps]로 샘플링하고 각 샘플링신호를 정합계수와 배타적 논리합을 수행하고 각 배타적 논리합의 결과를 합산하여 출력한다(730단계). I-채널신호 및 Q-채널신호는 각각 프리엠블신호로써 24비트로 구성된다. 합산부(217)는 I-채널신호 및 Q-채널신호에 대한 프리엠블레벨을 계산한 값들을 합산한다(740단계).
프리엠블 패턴의 존재여부를 확인하기 위해서 합산부(217)의 출력과 레지스터부(240)의 프리엠블 임계치와 비교하여 임계치보다 큰 경우에는 프리엠블 패턴이 수신된 것으로 확인한다(750단계).
프레임동기패턴검출부(220)는 프레임 동기패턴으로 프리엠블 수신여부에 대한 판단을 검증하여 프리엠블검출부(210)에서 얻은 타이밍이 정확하다는 것을 보증한다. 프레임동기패턴검출부(220)의 다운샘플링부(221)는 수신된 I-채널신호를 1/10 다운샘플링하여 출력한다(761단계). 프리엠블비교부(219)에서 프리엠블이 수신된 것으로 확인되는 신호가 출력되면 선택부(223)는 제1상관검출부(224), 제 2상관검출부(225) 또는 제3상관검출부(226) 중에서 하나를 선택하는데, 만약 제1상관검출부(224)를 선택하였다고 하면, 제1상관검출부(224)는 1/10 다운샘플링하는 프레임동기패턴다운샘플링부(221)의 출력을 입력받아 상관검출을 하여 출력한다(763단계). 도 5는 1/10로 다운샘플링된 40[Ksps]의 입력데이터를 받아 각 데이터를 상관계수들과 각각 배타적 논리합을 수행한 후 합산하여 출력하는 구조를 나타내고 있다. 만약 프리엠블검출부(210)에서 프리엠블 패턴의 앞부분에서 타이밍정보(false alarm)을 얻었다고 가정할 때, 상관검출부가 참조번호 224, 225 및 226 중에서 하나로 구성된다면, 32 symbol time 동안 입력되는 신호를 프레임동기패턴인 것으로 가정하고 잘못된 타이임정보에 대하여 정합필터부(215)에서 구한 타이밍정보를 맞는 지를 판단하려 할 것이다. 그러나, 상관검출부는 앞선 타이밍정보에 대한 일을 수행하고 있기에 잘못된 타이밍정보라고 알려준다. 그러므로, 검출을 하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.
이와 같은 상황을 방지하기 위해서 도 5와 같은 3개의 상관검출부(224, 225, 226)를 사용하여 프리엠블검출부(210)에서 발생된 false alarm을 포함한 3개의 프리엠블 검출신호에 대하여 검증할 수 있도록 하였다. 이와 같이 프리엠블 패턴 검출과 프레임동기패턴검출부(220)에서 프레임동기패턴을 동시에 확인하여 프레임 동기신호를 발생할 경우 false alarm이 거의 발생하지 않는다. 즉, 프리엠블검출부(210)에서 3개의 신호를 검출하여 출력하면, 선택부(223)가 첫 번째 검출신호에 대해서 제 1상관검출부(224)를 선택했다면, 제 2 내지 제 3의 검출신호에 대해서는 선택부(223)가 제2상관검출부(225) 및 제3상관검출부(226)를 각각 선택하고 제2상관검출부(225) 및 제3상관검출부(226)도 제1상관검출부(224)와 같은 기능을 수행한 후 출력한다.
프레임동기패턴비교부(227, 228 및 229)들은 상관검출부(224, 225 및 226)로부터 출력되는 레벨이 프레임동기패턴 임계치 이상이면 1의 값을 출력하여 동기신호발생부(230)의 OR게이트(233)로 보낸다. AND게이트(235)는 OR게이트의 출력 및 프리엠블비교부의 출력을 논리곱하여 프레임동기신호를 발생한다(770단계).
도 8은 프리엠블패턴의 자동상관분석(autocorrelation) 특성을 나타내는 도 면으로, 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 48비트의 신호를 상관분석한 결과를 나타내고 있다.
도 9은 AWGN channel의 실험조건에 대한 시뮬레이션결과를 나타내는 도면으로, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4 등은 정확한 타이임에서 샘플에러에 대한 수치를 나타낸다.
시뮬레이션결과에서, 임계치 레벨을 조정하여 100,000회의 시뮬레이션결과 중에 false alarm 또는 검출오류가 한 번도 나타나지 않았다. 본 발명에 따른 이동무선단말기에서는 기지국으로부터 수신한 신호를 복원하는데 필요한 타이밍정보의 기준이 되는 프레임동기신호를 만든다. 검출오류 또는 false alarm은 거의 일어나지 않는 이러한 동기구조를 가진 이동무선단말기와 기지국간의 통신에 신뢰성을 보장하게 된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 프리엠블검출부에서 프리엠블 패턴 검출을 수행하고 프레임동기패턴검출부에서 프레임동기패턴을 동시에 확인할 경우에 검출오류 또는 false alarm은 거의 일어나지 않는다. 프리엠블검출부의 임계치 레벨을 적절히 낮추어 프리엠블 검출의 false alarm의 가능성은 높지만 검출오류의 가능성을 낮춘 경우에 프레임동기패턴검출부에서 false alarm에 대하여 모두 검증하게 되므로 전체적으로 검출오류 또는 false alarm은 거의 발생하지 않게 된다.

Claims (13)

  1. 기지국으로부터의 데이터프레임들을 아이채널과 큐채널을 통과한 프레임들로 분리하여 수신하는 입력부;
    프리엠블 임계치 및 프레임동기패턴 임계치를 저장하는 레지스터부;
    상기 데이터프레임들의 프리엠블의 레벨을 상기 프리엠블 임계치와 비교하여 프리앰블 패턴이 수신된 것을 확인하는 프리엠블검출부;
    상기 아이채널을 통과한 데이터프레임을 수신하여, 소정 심볼타임 동안의 데이터프레임에 대해 차례대로 상관계수에 따라 연산하여 상기 데이터프레임의 레벨을 계산하는 복수의 상관검출부들, 상기 프리앰블검출부로부터 프리엠블 패턴이 수신된 것으로 확인되는 신호(PA PEAK)를 수신하여, 상기 확인신호가 수신될 때마다 복수의 상관검출부들 중 하나를 차례대로 선택하는 선택부, 및 상기 선택부에 의하여 선택된 상기 상관검출부에서 출력되는 레벨을 상기 프레임동기패턴 임계치와 비교하여 프레임동기패턴을 검출하는 비교부를 구비하는 프레임동기패턴검출부; 및
    상기 프레임동기패턴검출부에서 프레임동기패턴이 검출되면 프레임동기신호를 발생하는 프레임동기신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임동기신호 발생장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프리엠블검출부는
    상기 아이채널을 통과한 데이터프레임을 소정의 시간간격 동안 지연하는 시지연부;
    상기 시지연부에서 출력된 상기 아이채널의 데이터프레임 및 상기 큐채널을 통과한 데이터프레임을 각각 소정의 주기로 다운샘플링하는 프리엠블다운샘플링부;
    상기 다운샘플링된 아이채널 및 큐채널의 데이터프레임들에 대한 프리엠블의 레벨을 계산하는 정합필터부;
    상기 정합필터부에서 출력되는 상기 아이채널 및 큐채널의 프리엠블 레벨을 합산하여 출력하는 합산부; 및
    상기 합산부에서 출력되는 프리엠블의 레벨을 상기 프리엠블임계치와 비교하여 상기 기지국의 타이밍정보를 출력하는 프리엠블비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임동기신호 발생장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 프레임동기신호발생부는
    상기 프리엠블검출부의 출력 및 상기 프레임동기패턴검출부의 출력을 논리곱하여 프레임 동기신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 프레임동기신호 발생장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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