KR100612155B1

KR100612155B1 - 근거리 무선 패킷 통신 시스템을 위한 신호 포착 장치 및그 방법

Info

Publication number: KR100612155B1
Application number: KR1020030098210A
Authority: KR
Inventors: 이우용; 전태현; 이석규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-27
Filing date: 2003-12-27
Publication date: 2006-08-11
Also published as: KR20050067329A

Abstract

본 발명은 근거리 무선 패킷 통신 시스템을 위한 신호 포착 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이 신호 포착 장치의 자기 상관값 산출기는 수신 신호의 자기 상관값을 산출하여 출력한다. 에너지값 산출기는 수신 신호의 에너지값을 산출하여 출력한다. 비율 계산기는 자기 상관값과 에너지값의 비율을 계산하여 출력한다. 이 때, 비율은 특정 개수의 심볼 구간에 대해 각각 산출된 비율의 평균값으로 설정할 수 있다. 비교기는 비율 계산부에 의해 계산된 비율이 특정 임계값보다 큰 경우 수신 신호의 패킷 포착을 알리는 신호를 출력한다. 본 발명에 따르면, CCK 방식의 무선 LAN 시스템의 수신기에서 원하는 패킷 신호가 수신되는 때를 정확하게 포착할 수 있다. 또한, 패킷 신호 포착시 잡음 등의 영향에 의한 오경보 확률을 줄일 수 있으며, 계산량이 적어지고 구현의 복잡도가 간소화될 수 있다.

무선통신 시스템, 신호 포착, CCK, 자기 상관, 바커 코드, 근거리 무선 패킷 통신 시스템

Description

근거리 무선 패킷 통신 시스템을 위한 신호 포착 장치 및 그 방법 {APPARATUS FOR DETECTING SIGNAL IN WIRELESS PACKET COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템에서의 복조기 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템에서 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) PPDU(PLCP Protocol Data Unit)가 송신기 신호로 구성되는 과정을 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 기법의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착기의 구조를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 알고리즘의 성능 분석도를 도시한 도면이다.

본 발명은 근거리 무선 패킷 통신 시스템을 위한 신호 포착 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, CCK(Complementary Code Keying) 방식의 무선 LAN 시스템에서 자기 상관에 기초하여 수신기에서 원하는 무선 LAN 패킷 신호의 수신을 포착하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

무선 통신은 사용자의 이동성과 시스템 유연성, 주파수 무료 사용 그리고 고속 데이터 전송의 특징으로 인해 최근 급속히 발전하고 있다. 무선 시스템은 사용 범위에 따라 LAN과 WAN으로 구분할 수 있으며, 최근 노트북이나 PDA(Personal Digital Assistants)의 보급 확산은 무선 LAN의 필요성을 증가시키고 있다. 무선 LAN의 표준으로 1992년 유럽에서 제정 한 HiperLAN(High Performance Local Area Network) 계열과 1997년 IEEE 최종 초안(draft)이 승인된 이후 802.11b, 802.11a, 802.11g로 진화하고 있는 IEEE 802.11 계열이 있다.

이러한 IEEE 802.11 계열은 MAC(Medium Access Control) 레이어를 공유하고 멀티미디어 서비스를 위해 다양한 데이터 전송률을 지원함으로써, 현재 무선 LAN 제품의 표준으로 각광 받고 있다. 802.11b 규격은 2.4㎓ ISM 대역에서 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)와 CCK(Complementary Code Keying)를 사용하여 최대 11Mbps를 지원하는 단일 반송파(single carrier) 시스템으로 현재 무선 LAN 제품의 주류를 이루고 있으며, 802.11a는 5GHz U-NII 대역에서 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 적용하여 54Mbps까지 고속의 다양한 데이터 전송률을 지원하는 다중 반송파(multi-carrier) 시스템이다. 현재 논의가 진행 중인 802.11g 표준은 기저 대역측면에서 보면 802.11 DSSS, 802.11b, 그 리고 802.11a의 기능을 통합한 것으로 볼 수 있다. 즉, 802.11b와 호환성을 위해 2.4㎓ ISM 대역을 사용하고, 전송 모드로는 DSSS, CCK, PBCC, OFDM, DSSS-OFDM 등을 지원하며, 54Mbps 고속 데이터 전송이 가능하다.

오늘날 차세대 고속 무선 LAN 표준으로 802.11a와 802.11g중 어느 것이 될 것 인가에 많은 논의가 진행 중이지만, 현재 무선 LAN의 주류를 이루는 802.11b와 호환성에서 장점을 지닌 802.11g를 예상하며 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

한편, CCK 방식의 무선 LAN 시스템에서는 다른 무선 통신 시스템의 경우와 마찬가지로 송신단과 수신단에서 신호 포착의 실패로 인한 성능 저하를 일으킬 수 있다. 따라서, 수신단에서 원하는 무선 LAN 패킷 신호의 수신을 포착하기 위하여 보다 오경보(False alarm) 확률을 줄일 수 있는 신호 포착 기법이 요구되고 있다.

한편, 종래 기술로서, 미국 특허 6,563,856 "Frame Synchronization and Detection Technique for a digital receiver"이 개시되어 있으며, 이 특허는 TDMA/CDMA 시스템에서 정합 필터를 사용하여 수신신호와 프레임 마커간의 교차 상관 관계를 이용하여 프레임 동기를 획득함으로써 시스템의 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 상기 종래 기술에서는 교차 상관 기법을 이용함으로써 매 클럭 주기마다 계산해야 할 양이 많고 반송파 주파수 오차가 있는 경우 성능 저하가 발생한다는 문제점이 있어 CCK 방식의 무선 LAN 시스템에 적용하기가 어렵다는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수신 신호의 자기 상관을 이용하여 원하는 패킷 신호의 수신을 포착함으로써 계산량이 적고 구현이 간단한 근거리 무선 패킷 통신 시스템을 위한 신호 포착 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 신호 포착 장치는,

CCK(Complementary Code Keying) 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 장치로서,

수신 신호의 자기 상관값을 산출하는 자기 상관값 산출기; 수신 신호의 에너지값을 산출하는 에너지값 산출기; 상기 자기 상관값과 에너지값의 비율을 계산하는 비율 계산기; 및 상기 비율 계산부에 의해 계산된 비율이 특정 임계값보다 큰 경우 수신 신호의 패킷 포착을 알리는 신호를 출력하는 비교기를 포함한다.

여기서, 특정 개수의 심볼 개수에 대해 상기 비율 계산부에서 각각 계산되어 출력되는 비율의 평균값을 산출하여 출력하는 평균기를 더 포함하고, 상기 비교기는 상기 평균기에서 출력되는 평균값과 상기 특정 임계값을 비교하여 신호를 포착하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기 상관값 산출기는, 수신 신호를 특정 시간 지연하여 출력하는 지연기; 상기 지연기에서 출력되는 신호의 공액 복소수를 출력하는 제1 공액 복소수기; 및 상기 수신 신호와 상기 공액 복소수기에서 출력되는 신호를 곱하여 자 기 상관값으로 출력하는 제1 곱셈기를 포함한다.

또한, 상기 에너지값 산출기는, 수신 신호의 공액 복소수를 출력하는 제2 공액 복소수기; 및 상기 수신 신호와 상기 제2 공액 복소수기에서 출력되는 신호를 곱하여 에너지값으로 출력하는 제2 곱셈기를 포함한다.

또한, 상기 제1 곱셈기에서 출력되는 자기 상관값 및 상기 제2 곱셈기에서 출력되는 에너지값은 1개의 수신 심볼에 포함된 샘플들 중 특정 개수의 샘플 구간별로 산출되며, 상기 제1 곱셈기에서 출력되는 자기 상관값을 더하여 1개의 수신 심볼에 대한 자기 상관값을 산출하는 제1 덧셈기; 및 상기 제2 곱셈기에서 출력되는 에너지값을 더하여 1개의 수신 심볼에 대한 에너지값을 산출하는 제2 덧셈기를 더 포함한다.

또한, 상기 자기 상관값 산출기 및 에너지값 산출기는 프리엠블 구간의 수신 신호에 대한 자기 상관값 및 에너지값을 각각 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기 상관값 산출기는 수신 신호와, 상기 수신 신호와 특정 개수의 샘플 시간 간격을 갖는 이전 수신 신호의 상관 함수값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 신호 포착 방법은,

CCK(Complementary Code Keying) 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 방법으로서,

a) 수신 신호의 자기 상관값과 에너지값을 각각 산출하는 단계; b) 상기 산출된 자기 상관값과 에너지값의 비율을 계산하는 단계; 및 c) 상기 계산된 비율이 특정 임계값보다 큰 경우, 상기 수신 신호의 패킷 포착을 알리는 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 a) 단계에서, 과도-샘플링 인수(over-sampling factor)를 O_k라 할 때, 상기 자기 상관값 및 에너지값은 11×O_k개의 샘플로 이루어진 1개의 수신 심볼에 대해 O_k개 샘플 간격으로 각각 산출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 a) 단계와 b) 단계 사이에, 상기 4개 샘플 간격으로 각각 산출된 자기 상관값과 에너지값을 1개의 심볼 구간동안 더하여 1개의 심볼에 대한 자기 상관값과 에너지값으로 산출하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 b) 단계에서, 상기 비율이 특정 개수의 심볼에 대해 각각 산출된 후 상기 특정 개수의 심볼에 대해 평균화되어 출력되고, 상기 c) 단계에서 상기 평균화된 비율과 상기 특정 임계값이 비교되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 근거리 무선 패킷 통신 시스템을 위한 신호 포착 장치 및 그 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템에서 수신 패킷 신호는 증폭기(11)에 의해 증폭된 후, 아날로그/디지털 변환기(ADC: 12)를 통해 디지털 신호로 변환된다. 이때, 상기 디지털 신호는 자동이득 제어부(13)의 의해 제어되게 된다.

또한, 신호 포착부(14)는 수신 패킷 신호에 대한 자기 상관에 기초하여 원하는 패킷 신호가 포착되었음을 알리는 인에이블(Enable) 신호를 출력하고, 다중경로 획득부(15)는 이 인에이블(Enable) 신호에 의해 동작되어 ADC(12)에서 출력되는 디지털 신호로부터 다중 경로를 획득한다. 이후, 주파수 오프셋 추정부(16)는 다중 경로 획득부(15)에 의해 획득된 다중 경로에 대해 수신 패킷 신호의 주파수 오프셋을 추정하게 된다.

주파수 오프셋 추정부(16)에 의해 추정된 주파수 오프셋과 ADC(12)에서 출력되는 디지털 신호는 곱셈기(17)에서 곱하여진 후 복조 알고리즘을 수행하는 하향 샘플링(Down Sampling)부(20)로 입력된다.

한편, 채널 계수 추정부(18)는 곱셈기(17)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 채널 계수를 추정하여 출력한다.

다음, ADC(12)에서 출력되는 디지털 신호와 채널 계수 추정부(18)에서 추정된 채널 계수는 하향 샘플링부(20)로 입력되어 복조되는데, 여기서 하향 샘플링부(20)는 채널 정합 필터(Channel Matched Filter: CMF)(21), 스위치(22) 및 판정 궤환 등화기(Decision Feedback Equalizer: DFE)(23)로 이루어지며, 복조 알고리즘을 사용하여 곱셈기(17)에서 출력되는 디지털 신호에 대한 하향 샘플링을 통해 수신 패킷 신호에 대해 복조 과정을 수행한다.

여기서, PLCP는 IEEE 802.11 MAC에서 발생된 서비스를 물리계층으로 또는 물리계층에서의 신호를 IEEE 802.11 MAC의 서비스에 맞는 신호로 바꾸어 주는 역할을 수행하는데, IEEE 802.11 MAC이 물리계층의 종류와는 관계없이 독립적으로 동작할 수 있도록 하는 역할을 하는 블록이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템에서의 Short PLCP PPDU는 크게 세 부분으로 나뉘는 데, 동기화를 용이하게 해주는 프리앰블(preamble) 부분과, 해당 패킷의 정보, 즉 데이터 길이, 전송 속도 등을 포함하는 헤더(Header) 부분과, 그리고 패킷의 데이터에 해당하는 PSDU(PHY sublayer Service Data Units) 부분으로 구성된다.

이러한 패킷 구성 성분 중 프리앰블과 헤더 영역의 경우, 각각 1Mbps DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying), 2Mbps DQPSK(Differential Quaternary Phase Shift Keying)로 변조되며, 이렇게 변조된 신호는 PN code sequence의 일종인 11-칩(chip) 바커 코드(Barker code)로 확산된다.

한편, PSDU 영역의 경우, 전송 속도에 따라 확산 방식을 달리하게 되는데, 2Mbps DQPSK로 변조되는 경우는 헤더 영역에서와 같이 변조된 신호에 대해 11-chip Barker code로 확산되며, 5.5Mbps나 11Mbps CCK(Complementary Code Keying) 변조 방식은 DQPSK 변조와 complementary code를 조합하여 확산 신호를 생성한다. 이러한 점을 감안한 기저 대역 송신 신호 모델은 다음의 [수학식 1]과 같다.

여기서,

는 차분(Differential) PSK 변조 송신 심볼이고, C(k)는 K-chip 길이의 확산 부호이며, T_c는 1/11M sec로 주어지는 chip 주기이고, T는 K·T_c로 주어지는 심볼 주기이며, N은 송신 패킷을 구성하는 전체 심볼의 개수를 나타낸다. 여기서, 초기 동기를 위한 프리앰블 신호 부분에서는

로 주어지고, K는 11, C(k)는 11-chip 길이를 갖는 Barker code sequence이다.

이러한 송신 신호 S(t)는 송·수신기 간 주파수 차에 의한 주파수 오프셋(offset)과 다중 경로 페이딩 채널에 의한 다중 경로 전파 영향, 그리고 수신기 입력단에서의 열 잡음 등의 영향을 받으면서 수신기로 수신된다. 이를 감안한 기저 대역 수신 신호는 다음의 [수학식 2]와 같이 모델링할 수 있다.

여기서,

은 l번째 다중 경로의 복소수 이득이고,

은 l번째 다중 경로의 전송 지연이며, L은 다중 경로의 개수이고,

는 주파수 오프셋이며, w(t)는 채널 에서의 열잡음 및 간섭으로 AWGN(Additive White Gaussian Noise)을 의미한다.

한편, 수신기에서는 [수학식 1]과 [수학식 2]를 조합한 수신 신호의 표본화 및 정규화를 거쳐 동기 과정을 수행하게 되는데, 다중 경로 신호의 포착을 위해 표본화율은 chip 주기의 배수로 이루어지며, 과도-샘플링 인수 O_k를 4라 가정하면, 표본화된 수신 신호는 다음의 [수학식 3]과 같다.

한편, 신호 포착 알고리즘은 수신기에서 원하는 패킷 신호가 수신됨을 알 수 있도록 해 주는 알고리즘으로 CCK 방식의 무선 LAN 시스템이 동작하는 2.4GHz 대역에서 수신한 패킷 신호가 정확히 송신기에서 송신한 WLAN 패킷 인 지의 여부를 포착하는 동작을 수행한다.

이러한 WLAN 패킷 포착을 위한 방법으로는 송신기에서 신호 확산을 위해 사용한 PN code를 이용해, 수신기에서 교차 상관(cross-correlation)을 적용한 방식과 신호의 에너지(energy)와 자기 상관(auto-correlation)을 적용한 방식이 가능하다. 그러나, 교차 상관을 적용한 방식으로 신호를 포착했을 경우, 주파수 오프셋에 의한 부정확한 신호 포착이 발생할 수 있기 때문에 본 발명의 실시예에서는 자기 상관을 적용한 방식으로 신호 포착 알고리즘을 구성한다. 그리고 가능한 큰 잡음 성분을 줄여주기 위해 슬라이딩 윈도우(sliding window) 방식을 적용하여 여러 샘플 구간에 대한 자기 상관값과 에너지값을 이용하여 알고리즘을 구성한다.

이러한 알고리즘에 의거하여, 수신 신호에 아무런 패킷이 수신되지 않았을 때, 그 신호는 오직 잡음만으로 구성된다. 그러나 패킷이 시작되었을 때, 수신 신호의 에너지값과 자기 상관에 의한 값은 증가하게 된다. 수신된 신호가 다음의 [수학식 4]와 같을 때,

은 잡음이고, 수신 신호의 에너지값은 다음의 [수학식 5]와 같이 된다.

또한, 수신 신호의 자기 상관값은 다음의 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다.

따라서, 수신기에 잡음만 수신되었을 경우 자기 상관값이 거의 0에 가까운 값이 되며, 두 개의 값을 비율로 표현한 값을 다음의 [수학식 7]과 같이 임계값(r(threshold))으로 설정하게 되면, 원하는 패킷의 수신 여부를 판별할 수 있게 된다.

물론, 수신 패킷의 에너지값만으로도 신호 포착 기능을 구현할 수 있지만, 잡음에 강한 성능을 구현하기 위해, 자기 상관값과 에너지값의 비율로써 원하는 신호의 수신을 포착하도록 한다. 즉, 자기 상관값의 경우 IEEE 802.11b WLAN 패킷의 프리엠블 구간의 신호가 같은 패턴으로 확산되었기 때문에, 일정 시간 지연을 한 심볼 구간으로 설정하여 위와 같은 비율로 측정하게 되면, 그 값이 거의 1에 가까운 값으로 나타나게 된다.

한편, 수신된 패킷에 대하여 샘플 인덱스 기준으로 하나씩 이동(shift)하면서 한 심볼 구간(11×O_k 샘플) 동안 지연된 신호와의 자기 상관값의 합과 에너지값의 합을 이용하여 그 비율(Sum/Energy)이 임계값(threshold) 이상이면 원하는 WLAN 패킷임을 포착하는 동작을 수행한다. 한편, 과도-샘플링 인수 11×O_k를 4로 가정하고, 프리엠블 구간에 대해서는 DBPSK 변조 방식과 11-barker code로 확산되었기 때문에 1개의 심볼은 44개의 샘플들로 대응된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 기법은 입력 데이터에서 연속되는 2개의 심볼(각 44개의 샘플로 이루어짐)(31, 32)을 사용하여 자기 상관값과 에너지값을 구한다. 이 때, 자기 상관 값과 에너지값은 4-샘플 단위의 신호에 대해 각각 이루어지며, 따라서 심볼에 대해 총 11번의 자기 상관값과 에너지값이 구해지며 더해지게 된다. 보다 구체적으로, 자기 상관값은 첫 번째의 심볼(31)의 신호와 두 번째 심볼(32)의 신호가 공액 복소수화(33)된 신호를 곱하여(34) 산출하고, 에너지값은 첫 번째 심볼(31)의 신호와 이 신호가 공액 복소수화(35)된 신호를 곱하여(36) 산출한다. 이렇게 산출된 자기 상관값과 에너지값은 4-샘플 단위에 대한 것이므로, 1개의 심볼에 대한 자기 상관값과 에너지값은 각각 11번의 덧셈 과정(37, 38)을 거쳐 산출된다.

다음, 이렇게 산출된 값들의 비율(ratio=Sum/Energy)(39)과 고정된 임계값(threshold)을 비교하여(40), 산출된 비율이 임계 값 이상이면 원하는 패킷의 시작임을 포착하여 대응되는 인에이블(Enable) 신호를 출력하고, 만약 그렇지 않으면 다음 심볼들에 대해 다시 반복적으로 동일한 과정을 거치게 된다.

여기서, 자기 상관값과 에너지값은 다음의 [수학식 8]과 같이 구해지며, 그 비율은 [수학식 9]와 같이 나타난다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착기(14)는 버퍼(51), 지연기(52), 공액 복소수기(53, 54), 곱셈기(55, 56), 덧셈기(57, 58), 비율 계산기(59), 평균기(60) 및 비교기(61)를 포함한다.

버퍼(51)는 프리엠블 구간의 수신된 신호 샘플을 저장한다. 이 때 저장되는 신호 샘플은 1개의 심볼 구간에 해당되며, 총 44개의 샘플이다.

지연기(52)는 프리엠블 구간의 수신된 신호 샘플을 일정 시간 지연시켜 출력한다. 이 때 시간 지연은 표본화율인 샘플 시간 간격으로 특정될 수 있다.

공액 복소수기(53)는 버퍼(51)에 저장된 샘플 신호의 공액 복소수를 출력하고, 공액 복소수기(54)는 지연기(52)에서 출력되는 신호의 공액 복소수를 출력한다.

곱셈기(55)는 공액 복소수기(53)에서 출력되는 신호와 버퍼(51)에서 출력되는 신호를 곱하여 해당 샘플 신호에 대한 에너지값으로 출력한다. 이 때, 버퍼(51)에서 출력되는 신호와 공액 복소수기(53)에서 출력되는 신호는 서로 공액 복소수 관계이다. 즉, 버퍼(51)에 저장된 1개의 심볼에 대해 동일한 샘플 위치를 갖는다.

곱셈기(56)는 버퍼(51)에서 출력되는 신호와 공액 복소수기(54)에서 출력되는 신호를 곱하여 해당 샘플 신호에 대한 자기 상관값으로 출력한다. 이 때, 공액 복소수기(54)에서 출력되는 신호는 버퍼(51)에서 출력되는 신호와 표본화율인 샘플 시간 간격을 갖는 신호가 공액 복소수화된 신호이다.

덧셈기(57)는 곱셈기(55)에서 출력되는 각 샘플별 에너지값을 모두 더하여 1개의 심볼에 대한 총 에너지값으로 출력한다. 이 때, 1개의 샘플은 총 44개의 샘플로 이루어지며, 에너지값은 4개의 샘플별로 산출되므로, 덧셈기(57)는 1개의 심볼에 대해 모두 11번의 덧셈 과정을 수행한다.

덧셈기(58)는 곱셈기(56)에서 출력되는 각 샘플별 자기 상관값을 모두 더하여 1개의 심볼에 대한 총 자기 상관값으로 출력한다. 이 때, 1개의 샘플은 총 44개의 샘플로 이루어지며, 자기 상관값은 4개의 샘플별로 산출되므로, 덧셈기(58)도 1개의 심볼에 대해 모두 11번의 덧셈 과정을 수행한다.

비율 계산기(59)는 덧셈기(57)에서 출력되는 에너지값과 덧셈기(58)에서 출력되는 자기 상관값의 비율(ratio)을 산출하여 출력한다. 이 비율은 1개의 심볼에 대해 에너지값으로 정규화된 자기 상관값을 나타낸다.

평균기(60)는 일정 심볼 구간 동안의 비율을 평균한 값을 출력하다. 즉, 신호 포착을 수행하는데 있어서 잡음 등의 영향에 의한 오경보 확률을 줄이기 위해서 특정 개수의 심볼 구간 동안의 비율을 모두 더한 후 상기 특정 개수로 나누어 평균화하여 출력한다.

비교기(61)는 평균기(60)에서 출력되는 값과 고정된 임계값을 비교하여 평균기(60)에서 출력되는 값이 고정된 임계값보다 큰 경우에만 신호 포착을 나타내는 신호, 즉 인에이블(Enable) 신호를 출력한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 방법에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 신호 포착 알고리즘은 수신기에서 원하는 무선 LAN 패킷 신호의 수신을 포착하기 위하여 보다 오경보(False alarm) 확률을 줄이는 알고리즘이다. 이 알고리즘은 무선 LAN 수신기에서 원하는 패킷 신호가 언제 수신되는 지를 포착하여 이후로 수행하는 다중 경로 포착 알고리즘 동작의 시작 유무를 알려주는 역할을 수행한다. 또한, AGC 알고리즘과 연계하여 다중의 안테나로부터 수신된 신호의 선택 정보를 제공해 주는 역할도 수행한다.

우선, 프리앰블 구간의 수신되어 버퍼(51)에 저장된 신호 샘플들에 대하여 현재 수신 신호와 지연기(52)에 의해 M개 샘플의 시간 간격으로 지연된 이전 신호의 자기 상관 함수값(autocorrelation)

을 공액 복소수기(54), 곱셈기(56) 및 덧셈기(58)를 사용하여 구하면 다음의 [수학식 10]과 같다.

여기서, K는 11-chip 구간에 해당하는 Barker code 길이를 말하며, M은 표본화율을 감안한 11-chip에 해당하는 샘플 수를 말한다. 또한,

는 자기 상관 함수값을 찾기 위한 지연기(52)에 의한 시간 지연을 의미한다.

이와 같이 산출한 자기 상관 함수값과 함께 현재 수신 신호의 에너지값은 공액 복소수기(53), 곱셈기(55) 및 덧셈기(57)를 사용하여 다음의 [수학식 11]과 같이 구하게 된다.

현재 수신 신호의 에너지값은 수신 신호의 에너지와는 독립적으로 원활한 알고리즘 동작을 위해 현재 신호의 에너지값으로 정규화하는데 필요하다. 따라서, 비율 계산기(59)에 의해 정규화된 자기 상관 함수값

은 다음의 [수학식 12]와 같이 표현된다.

[수학식 12]에서 표현된 바와 같이, n번째 샘플 위치에서의 정규화된 자기 상관 함수값을 이용하여 신호 포착 과정을 수행하게 되는데, 특정 샘플 위치에서의 비율값과 임계값(threshold)의 비교를 통해 신호 포착 유무를 판단하게 되면, 잡음 등의 영향에 의해 오경보(false alarm) 확률이 높아지게 된다.

따라서, 이러한 오경보 확률을 줄이기 위해서는 일정 샘플 구간 동안 비율값의 평균 과정을 수행해야 한다. 평균기(60)에 의해 수행되어 출력되는 평균값(Ratio_Avg.)은 다음의 [수학식 13]과 같이 표현된다.

따라서, 비교기(61)는 [수학식 13]의 결과로 나타나는 N개 샘플 구간의 정규화된 평균 자기 상관 함수값을 임계값과 비교하여 임계값보다 큰 값이 측정되었을 때, 원하는 WLAN 신호의 수신 유무를 알 수 있게 된다.

수신 신호의 프리엠블 구간은 심볼 극성이 다른 11-chip Barker code로 이루어진 동일 시퀀스가 반복되며, 이러한 수신 신호의 자기 상관 함수값은 수신 전후로 값의 차이를 보이게 되는 원리에 의해 신호 포착을 수행하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CCK 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 알고리즘의 성능 분석도를 도시한 도면으로, 신호 포착 알고리즘의 성능 분석을 위해, 패킷 시작 전에 800개의 샘플 구간을 갖는 잡음 구간을 설정하고, SNR을 변화시켜 가면서 평균적으로 몇 심볼 이내에 신호를 포착하지는 지를 나타내는 도면이다. 이 때, 신호의 에너지로 정규화된 임계값은 0.8로 설정하였고, 평균값을 위한 누적 샘플 수는 20샘플로 고정하였다.

한편, 신호 포착 시점의 산출 기준은 패킷의 정확한 시작 위치 이후에 신호를 포착하는 경우에 대해서만 신호 포착 유무를 판단하였다. 이 때, 임계값의 값 이 1에 가까울수록 신호 포착을 위해 소모되는 패킷의 심볼 수가 많아지게 되는 경향이 나타났다.

도 5에 도시된 바와 같이 SNR이 향상될수록 신호를 포착하는 데 필요한 심볼의 수가 적어지는 경향을 알 수 있으며, 12dB의 SNR 환경하에서 약 2 심볼 정도 이내에 신호 포착이 완료됨을 알 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 신호 포착 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 형태로 기록 매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

본 발명에 따르면, CCK 방식의 무선 LAN 시스템의 수신기에서 원하는 패킷 신호가 수신되는 때를 정확하게 포착할 수 있다.

또한, 패킷 신호 포착시 잡음 등의 영향에 의한 오경보 확률을 줄일 수 있으며, 계산량이 적어지고 구현의 복잡도가 간소화될 수 있다.

Claims

CCK(Complementary Code Keying) 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 장치에 있어서,

수신 신호의 자기 상관값을 산출하는 자기 상관값 산출기;

수신 신호의 에너지값을 산출하는 에너지값 산출기;

상기 자기 상관값과 에너지값의 비율을 계산하는 비율 계산기; 및

상기 비율 계산부에 의해 계산된 비율이 특정 임계값보다 큰 경우 수신 신호의 패킷 포착을 알리는 신호를 출력하는 비교기

를 포함하는 신호 포착 장치.
제1항에 있어서,

특정 개수의 심볼 개수에 대해 상기 비율 계산부에서 각각 계산되어 출력되는 비율의 평균값을 산출하여 출력하는 평균기를 더 포함하고,

상기 비교기는 상기 평균기에서 출력되는 평균값과 상기 특정 임계값을 비교하여 신호를 포착하는

것을 특징으로 하는 신호 포착 장치.
제2항에 있어서,

상기 자기 상관값 산출기는,

수신 신호를 특정 시간 지연하여 출력하는 지연기;

상기 지연기에서 출력되는 신호의 공액 복소수를 출력하는 제1 공액 복소수기; 및

상기 수신 신호와 상기 공액 복소수기에서 출력되는 신호를 곱하여 자기 상관값으로 출력하는 제1 곱셈기

를 포함하는 신호 포착 장치.
제3항에 있어서,

상기 에너지값 산출기는,

수신 신호의 공액 복소수를 출력하는 제2 공액 복소수기; 및

상기 수신 신호와 상기 제2 공액 복소수기에서 출력되는 신호를 곱하여 에너지값으로 출력하는 제2 곱셈기

를 포함하는 신호 포착 장치.
제4항에 있어서,

상기 제1 곱셈기에서 출력되는 자기 상관값 및 상기 제2 곱셈기에서 출력되는 에너지값은 1개의 수신 심볼에 포함된 샘플들 중 특정 개수의 샘플 구간별로 산출되며,

상기 제1 곱셈기에서 출력되는 자기 상관값을 더하여 1개의 수신 심볼에 대한 자기 상관값을 산출하는 제1 덧셈기; 및

상기 제2 곱셈기에서 출력되는 에너지값을 더하여 1개의 수신 심볼에 대한 에너지값을 산출하는 제2 덧셈기

를 더 포함하는 신호 포착 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기 상관값 산출기 및 에너지값 산출기는 프리엠블 구간의 수신 신호에 대한 자기 상관값 및 에너지값을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 신호 포착 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기 상관값 산출기는 수신 신호와, 상기 수신 신호와 특정 개수의 샘플 시간 간격을 갖는 이전 수신 신호의 상관 함수값을 산출하는 것을 특징으로 하는 신호 포착 장치.
CCK(Complementary Code Keying) 방식의 무선 LAN 시스템을 위한 신호 포착 방법에 있어서,

a) 수신 신호의 자기 상관값과 에너지값을 각각 산출하는 단계;

b) 상기 산출된 자기 상관값과 에너지값의 비율을 계산하는 단계; 및

c) 상기 계산된 비율이 특정 임계값보다 큰 경우, 상기 수신 신호의 패킷 포착을 알리는 신호를 출력하는 단계

를 포함하는 신호 포착 방법.
제8항에 있어서,

상기 a) 단계에서, 과도-샘플링 인수(over-sampling factor)를 O_k라 할 때, 상기 자기 상관값 및 에너지값은 11×O_k개의 샘플로 이루어진 1개의 수신 심볼에 대해 O_k개 샘플 간격으로 각각 산출되는 것을 특징으로 하는 신호 포착 방법.
제9항에 있어서,

상기 a) 단계와 b) 단계 사이에,

상기 O_k개 샘플 간격으로 각각 산출된 자기 상관값과 에너지값을 1개의 심볼 구간동안 더하여 1개의 심볼에 대한 자기 상관값과 에너지값으로 산출하는 단계를 더 포함하는 신호 포착 방법.
제10항에 있어서,

상기 b) 단계에서,

상기 비율이 특정 개수의 심볼에 대해 각각 산출된 후 상기 특정 개수의 심볼에 대해 평균화되어 출력되고,

상기 c) 단계에서 상기 평균화된 비율과 상기 특정 임계값이 비교되는

것을 특징으로 하는 신호 포착 방법.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기 상관값(
)은 다음의 관계식

여기서, K는 11-칩 구간에 해당하는 바커 코드(Barker code) 길이이고,

M은 표본화율을 감안한 11-칩에 해당하는 샘플 수이며,

는 자기 상관값을 찾기 위한 시간 지연임.

을 따르는 것을 특징으로 하는 신호 포착 방법.
제12항에 있어서,

상기 에너지값(
)은 다음의 관계식

을 따르는 것을 특징으로 하는 신호 포착 방법.
제13항에 있어서,

상기 비율(
)은 상기 에너지값으로 정규화된 상기 자기 상관값이며, 다음 의 관계식

을 따르는 것을 특징으로 하는 신호 포착 방법.
제14항에 있어서,

상기 비율(
)이 N개의 심볼에 대해 평균화된 값(Ratio_Avg.)은 다음의 관계식

을 따르는 것을 특징으로 하는 신호 포착 방법.