KR100646117B1

KR100646117B1 - 미세발진 검출 방법 및 장치, 그 장치를 구비한 와이브로중계기

Info

Publication number: KR100646117B1
Application number: KR1020050082787A
Authority: KR
Inventors: 정성현; 임민중; 신현욱
Original assignee: 주식회사 에이로직스
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2006-11-14
Also published as: US7304468B2; US20070075709A1; EP1760906A2; JP2007074735A

Abstract

와이브로 중계기에서 미세 발진을 검출하는 방법 및 그 장치와, 그 장치를 구비한 와이브로 중계기가 개시된다. 본 발명에 따라, 와이브로 중계기에서의 미세발진을 검출하는 방법은, 상기 중계기에 입력되는 신호의 자기상관값(autocorrelation)을 계산하는 단계; 상기 입력 신호의 에너지를 계산하는 단계; 상기 계산된 자기상관값을 상기 계산된 에너지로 나누어 발진량을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 발진량과 소정의 임계값을 비교하여 상기 중계기의 미세발진 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 입력신호에 대한 정보를 알지 못하거나 루프 지연을 정확하게 알 수 없는 경우에도 미세발진 여부를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

Description

미세발진 검출 방법 및 장치, 그 장치를 구비한 와이브로 중계기 {Detecting method and apparatus of a minute oscillation, and a Wibro repeater therewith}

도 1은 미세발진이 있는 경우 페이딩 채널의 스펙트럼을 도시한 그래프,

도 2는 미세발진이 있는 경우 OFDMA 스펙트럼을 도시한 그래프,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세발진 검출부를 구비한 와이브로 중계기의 간략한 블록도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세발진 검출부의 제1실시예 블록도,

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 미세발진 검출부의 제2실시예 블록도,

도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 미세발진 검출부의 제3실시예 블록도,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세발진 검출방법의 흐름도이다.

본 발명은 와이브로 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와이브로 중계 기에서 미세 발진을 검출하는 방법 및 그 장치와, 그 장치를 구비한 와이브로 중계기에 관한 것이다.

와이브로(Wireless Broadband Internet, WiBro) 시스템은 정지 및 이동 중에서도 언제, 어디서나 고속으로 무선 인터넷 접속이 가능한 서비스를 제공한다. 현재의 이동전화는 광범위한 커버리지와 이동성을 지원하지만 IP 기반의 고속 데이터 서비스를 지원하는 데는 효과적이지 않고, 초고속 인터넷과 무선랜은 IP 기반의 고속 데이터 서비스를 지원하지만 서비스 커버리지가 좁거나 이동성이 떨어진다는 제약을 가진다. 반면, 와이브로 시스템은 이동전화에 비해, IP 기반의 범용 컨텐츠를 이용한다는 점과 경제적이라는 장점을 가지며 초고속 인터넷이나 무선랜에 비해서 서비스 제공 지역을 넓힐 수 있고, 이동통신 환경에 적합하다는 장점이 있다.

이러한 와이브로 시스템에서 중계기는 휴대 인터넷을 서비스하는 지역 중, 특히 건물 내의 서비스 불량 및 음영 지역을 해소하고 서비스 품질을 개선시키기 위해 사용된다. 다시 말하면, 중계기는 건물 내 또는 서비스 불량 지역에서, 이동 통신 단말기와 기지국 사이에 설치되어 전파를 효율적이고 원활하게 중계하여 서비스 품질을 개선시키고 음영지역을 해소한다.

한편, 중계기는 입력된 신호를 증폭한 후 출력하는 장치이기 때문에 입력 신호와 출력 신호가 충분히 격리되어 있지 않으면 출력 신호가 입력 신호로 피드백 됨으로써 발진이 발생할 수 있다. 발진이 발생하면 입력 신호가 계속해서 커지기 때문에 중계기를 손상시킬 수 있다. 따라서 발진이 발생하기 전 이를 감지하여 증폭기의 이득을 줄임으로써 발진이 발생하는 것을 미리 방지하여야 한다. 이렇게 실 제 발진이 발생하기 전 출력 신호의 일부가 입력 신호로 피드백되어 발진이 시작되는 현상을 미세 발진이라고 하며, 중계기에서의 이러한 미세발진을 미리 검출하여야 중계기의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 미세발진이 있는 경우 페이딩 채널의 스펙트럼을 도시한 그래프이다.

일반적으로 미세 발진을 검출하기 위해서는 출력 신호의 스펙트럼을 관찰하고 스펙트럼 크기의 최대값과 최소값의 차이인 편차를 측정함으로써 알 수 있지만, 스펙트럼 분석기를 항상 사용하여야 하기 때문에 이러한 방법은 실험실에서만 사용할 수 있다. 게다가 실제 페이딩 채널에서는 도 1에 도시한 바와 같이 그 편차가 일정하지 않기 때문에 스펙트럼 크기의 편차를 측정하는 것만으로는 미세발진을 검출할 수 없다.

도 2는 미세발진이 있는 경우 OFDMA 스펙트럼을 도시한 그래프이다.

와이브로에서는 다중접속(multiple access) 방식으로 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용한다. OFDMA 는 사용자를 서브캐리어(subcarrier) 별로 할당하는 것으로, 모든 서브 캐리어에 데이터가 있는 것이 아니라 일부 서브캐리어에만 데이터가 할당될 수 있다. 따라서 도 2에 도시한 바와 같이 일부 서브캐리어에만 데이터가 있는 경우에는 스펙트럼의 모양만을 보고서는 미세 발진 여부를 판단할 수 없다.

이에 따라 미세발진을 검출하기 위한 방법으로 다중 경로를 추출하고 루프 지연에 해당하는 다중 경로가 존재하는지 확인하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법을 사용하기 위해서는 다중 경로를 추출하기 위해 입력된 신호에 대한 정보 가 필요하므로, 프리앰블에 대해서만 적용할 수 있을 뿐 상향링크와 같이 정해진 데이터가 없는 경우에는 이러한 방법을 사용하기가 어렵다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 입력된 데이터에 대한 정보가 없는 경우에도 미세발진 여부를 검출할 수 있는, 와이브로 중계기에서의 미세발진 검출방법 및 그 장치, 그리고 이를 구비한 와이브로 중계기를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제는 본 발명에 따라, 와이브로 중계기에서의 미세발진을 검출하는 방법에 있어서, 상기 중계기에 입력되는 신호의 자기상관값(autocorrelation)을 계산하는 단계; 상기 입력 신호의 에너지를 계산하는 단계; 상기 계산된 자기상관값을 상기 계산된 에너지로 나누어 발진량을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 발진량과 소정의 임계값을 비교하여 상기 중계기의 미세발진 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법에 의해 달성된다.

상기 자기상관값을 계산하는 단계는, 상기 중계기에 입력되는 신호와, 상기 중계기에서의 신호 지연에 따라 지연된 신호를 가지고 자기상관값을 계산하는 것이 바람직하다.

상기 에너지를 계산하는 단계는, 상기 중계기에서의 신호 지연에 따라 지연되어 출력되는 신호의 절대값의 크기를 계산함으로써, 에너지를 계산하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지를 계산하는 단계는 복소수의 크기를 계산하는데 있어, 상기 복소수의 실수부와 허수부 각각의 절대값 중의 최대값과, 상기 복소수의 실수부와 허수부 각각의 절대값 중의 최소값을 소정의 값으로 나눈 값을 더함으로써 근사화하여 에너지를 계산하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자기상관값 및 에너지를 계산하는 단계는 상기 중계기에서의 복수의 루프 지연을 고려하여, 복수개의 지연된 출력을 입력받아 자기상관값 및 에너지를 계산하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지를 계산하는 단계는 상기 입력신호에 DC 값이 포함되어 있는 경우를 고려하여, 상기 에너지 계산 후에 상기 DC 값보다 큰 값으로 설정된 오프셋을 더하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 기술적 과제는 시프트 레지스터; 상기 시프트 레지스터에 입력되는 신호의 자기상관값(autocorrelation)을 계산하는 자기 상관값 계산부; 상기 입력 신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부; 및 상기 계산된 자기상관값을 상기 계산된 에너지로 나누어 발진량을 계산하고, 그 계산된 발진량과 소정의 임계값을 비교하여 상기 중계기의 미세발진 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 장치에 의해서도 달성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세발진 검출부를 구비한 와이브로 중계기의 간략화한 블록도이다.

와이브로 중계기는 증폭기(310)와 미세발진 검출부(320)를 구비한다. 예를 들어, 기지국으로부터 전송되는 신호를 y(i)라고 하고 증폭기(310)에서의 루프 지연(loop delay)을 D 라고 하고 증폭기에서의 루프 이득(loop gain)을 α라고 하며, 증폭기(310)에 입력되는 i 번째 입력 데이터를 r(i)라고 하면, r(i)는 다음 수학식 1과 같이 표현된다.

본 발명에서의 미세 발진 알고리즘에서는 루프 지연을 알고 있다고 가정한다. 루프 지연은 중계기의 필터 등에 의한 지연으로 인하여 발생하며 중계기마다 루프 지연은 정해져 있다. 루프 지연을 알고 있다는 가정하에서 루프 지연만큼 떨어진 입력 데이터 r(i-D)를 가지고 자기상관(autocorrelation)을 취함으로서 미세발진여부를 판단할 수 있다. 수학식 1에서, y(i)는 미세발진과는 상관없는 입력 신호이며, 미세발진을 검출하기 위해서는 발진량 α를 계산하여야 한다. 따라서 다음 수학식 2에 따라, 입력된 신호를 자기상관(autocorrelation)을 취하고 이를 에너지로 나누어 발진량 α를 계산한다.

상기 수학식 2에서 y(i)와 r(i-D)는 상관도가 없으므로

는

에 비하여 상대적으로 작다고 가정하였다. 이렇게 구한 발진량을 임계값(threshold)과 비교하여 미세발진 여부를 판단한다. 미세발진이 발생한 것으로 판단되면 증폭기(310)의 이득을 줄여 발진이 더 이상 발생하지 않도록 한다. 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 미세발진부의 여러 가지 구현 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세발진 검출부의 제1실시예 블 록도이다.

전술한 수학식 2에 따라 미세발진 여부를 검출하는 미세발진 검출부는 시프트 레지스터(410), 제1곱셈기(420), 제1누산기(430), 비교기(440), 켤레복소수 계산부(450), 제2곱셈기(460), 제2누산기(470) 및 제3곱셈기(480)를 포함한다.

시프트 레지스터(410)에 입력된 신호 r(i)는 r(i)와 루프 지연된 신호 r(i-D)로 출력되고, 켤레복소수 계산부(450)에서는 루프 지연된 신호 r(i-D)에 대한 켤레 복소수 r^*(i-D)를 계산한다. 그리고 제1곱셈기(420)와 제1누산기(430)를 통해 자기상관값(autocorrelation)

을 계산한다. 제1곱셈기(420)와 제1누산기(430)를 합쳐 자기상관값 계산부라고 한다.

또한 제2곱셈기(460)와 제2누산기(470)를 통해 에너지

가 계산된다. 따라서, 켤레복소수 계산부(450), 제2곱셈기(460)와 제2누산기(470)를 합쳐 에너지 계산부라고 한다. 이렇게 계산된 자기상관값과 에너지를 임계값(threshold)과 비교하여 발진량을 계산한다. 즉, 계산된 에너지와 임계값을 제3곱셈기(480)에 의해 곱하고 이 값과 자기상관값을 비교기(440)가 비교하여 발진량 α를 계산한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 미세발진 검출부의 제2실시예 블록도이다.

전술한 수학식 2와 도 4를 참조한 미세발진 검출부는 두 개의 복소수 곱셈기 (420, 460)를 사용하기 때문에 곱셈기의 수를 줄이기 위해서 수학식 2를 다음 수학식 3과 같이 변형한다.

여기에서 절대값은 다음 수학식 4와 같이 근사화된다.

수학식 3과 수학식 4에 따라 발진량 α를 계산하기 위해 근사값 계산부(560)가 존재한다. 근사값 계산부(560)는 수학식 4에 따라 복소수의 절대값을 계산한다. 나머지 구성요소는 도 4에 도시한 미세발진 검출부의 구성과 동일하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 미세발진 검출부의 제3실시예 블록도이다.

루프 지연은 주로 필터의 지연 등 부품의 지연에 의해서 발생하며, 그 값을 정확하게 알기가 어려운 경우가 많다. 따라서 루프 지연 D 값에 오차가 있을 경우 전술한 도 4 또는 도 5의 구성은 여러개의 루프 지연을 고려하는 형태로 변형되어야 한다. 따라서 켤레 복소수 계산부(450)에 입력되는 신호 z(i)는 다음 수학식 5에 따라 여러 개의 데이터가 더해져서 구성되며, 이 신호 z(i)를 가지고 수학식 6에 따라 자기상관값(autocorrelation)을 계산한다.

즉, 합산부(690)는 수학식 5와 같이 복수개의 루프 지연 입력을 합하고, 이 값을 가지고 도 5의 구성에서와 동일한 과정에 따라 발진량 α를 계산한다.

이상에서는 미세발진의 검출을 위한 구성에 대하여 설명하였다. 한편, 미세발진이 없는 경우에는 자기상관값(autocorrelation)의 크기가 에너지보다 작아야 한다. 그러나 입력 신호에 DC 값이 포함되어 있는 경우에는 이의 영향으로 실제 자기상관값보다 큰 일정한 값의 자기상관값이 계산되며, 따라서 입력신호 없이 잡음만 있는 경우에도 미세발진이 있는 것으로 판단하게 될 가능성이 높아진다. 잡음을 n(i)라고 하고 DC 값을 DC 라고 하면, 증폭기에 입력되는 i 번째 입력 데이터 r(i)는 DC + n(i)가 되고 이때 자기 상관값과 에너지의 계산은 다음 수학식 7에 따라 이루어진다.

DC 값이 존재할 때 수학식 7의 값은 0에 가까운 값이 되지 않고 일정한 값을 갖는다. 따라서 에너지값에 일정한 값(DC 값에 비하여 큰 값)을 더해 DC 성분에 의한 영향을 배제한다. 그러면 수학식 7은 다음 수학식 8과 같이 된다.

이때 오프셋(offset)은 예상 가능한 가장 큰 DC 값이 입력되어도 미세발진이 검출되지 않도록 설정한다. 이 경우 도 4 내지 도 6의 구성에서, 제2누산기(470)의 출력에 오프셋을 더하여 구성한다.

우선 입력된 신호의 자기상관값을 계산한다(S710). 그리고 입력된 신호의 에너지를 계산한다(S720). 자기상관값의 계산과 에너지의 계산은 전술한 수학식 1 내지 6을 참조하여 이루어진다. 그리고 계산된 자기상관값을 에너지로 나누어 발진량을 계산하고(S730), 이를 임계값과 비교하여 미세발진 여부를 판단한다(S740). 이 과정에서 수학식 4에 따라 복소수 값의 절대값을 근사화하여 계산할 수 있으며, 다수의 루프 지연을 고려하여, 수학식 5와 같이 루프 지연이 여러개 있는 입력 신호에 대해 자기상관값 및 에너지를 계산할 수 있다. 또한, 수학식 7 및 8에 나타낸 바와 같이 DC 값이 입력 신호에 포함된 경우에 대해서도 계산할 수 있다.

한편, 전술한 미세발진 검출 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 미세발진 검출 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

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 것으 로 해석되어야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 입력신호에 대한 정보를 알지 않아도 프리앰블뿐만 아니라 업 링크 데이터에 대한 미세발진 여부를 판단할 수 있다. 또한, 복소수의 계산을 근사화함으로써 곱셈기의 수를 줄일 수 있으며, 루프 지연을 정확하게 알 수 없는 경우에도 미세발진 여부를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

와이브로 중계기에서의 미세발진을 검출하는 방법에 있어서,

상기 중계기에 입력되는 신호의 자기상관값(autocorrelation)을 계산하는 단계;

상기 입력 신호의 에너지를 계산하는 단계;

상기 계산된 자기상관값을 상기 계산된 에너지로 나누어 발진량을 계산하는 단계; 및

상기 계산된 발진량과 소정의 임계값을 비교하여 상기 중계기의 미세발진 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
제1항에 있어서, 상기 자기상관값을 계산하는 단계는

상기 중계기에 입력되는 신호와, 상기 중계기에서의 신호 지연에 따라 지연된 신호를 가지고 자기상관값을 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
제1항에 있어서, 상기 에너지를 계산하는 단계는

상기 중계기에서의 신호 지연에 따라 지연되어 출력되는 신호의 절대값의 크기를 계산함으로써, 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
제1항에 있어서, 상기 에너지를 계산하는 단계는

복소수의 크기를 계산하는데 있어, 상기 복소수의 실수부와 허수부 각각의 절대값 중의 최대값과, 상기 복소수의 실수부와 허수부 각각의 절대값 중의 최소값을 소정의 값으로 나눈 값을 더함으로써 근사화하여 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
제4항에 있어서, 상기 에너지를 계산하는 단계는

다음 수학식에 따라 절대값의 크기를 근사화하여 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
제1항에 있어서, 상기 자기상관값 및 에너지를 계산하는 단계는

상기 중계기에서의 복수의 루프 지연을 고려하여, 복수개의 지연된 출력을 입력받아 자기상관값 및 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
제1항에 있어서, 상기 에너지를 계산하는 단계는

상기 입력신호에 DC 값이 포함되어 있는 경우를 고려하여, 상기 에너지 계산 후에 상기 DC 값보다 큰 값으로 설정된 오프셋을 더하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 방법.
시프트 레지스터;

상기 시프트 레지스터에 입력되는 신호의 자기상관값(autocorrelation)을 계산하는 자기 상관값 계산부;

상기 입력 신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부; 및

상기 계산된 자기상관값을 상기 계산된 에너지로 나누어 발진량을 계산하고, 그 계산된 발진량과 소정의 임계값을 비교하여 상기 중계기의 미세발진 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 장치.
제8항에 있어서, 상기 자기상관값 계산부는

상기 시프트 레지스터에 입력되는 신호와, 상기 입력신호가 상기 시프트 레지스터를 통과하였을 때의 신호를 가지고 자기상관값을 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 장치.
제8항에 있어서, 상기 에너지 계산부는

상기 시프트 레지스터를 통과하여 출력되는 신호의 절대값의 크기를 계산함으로써, 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 장치.
제8항에 있어서, 상기 에너지 계산부는

복소수의 크기를 계산하는데 있어, 상기 복소수의 실수부와 허수부 각각의 절대값 중의 최대값과, 상기 복소수의 실수부와 허수부 각각의 절대값 중의 최소값을 소정의 값으로 나눈 값을 더함으로써 근사화하여 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 장치.
제8항에 있어서, 상기 에너지 계산부는

상기 입력신호에 DC 값이 포함되어 있는 경우를 고려하여, 상기 에너지 계산 후에 상기 DC 값보다 큰 값으로 설정된 오프셋을 더하는 것을 특징으로 하는 미세발진 검출 장치.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 미세발진 검출 장치를 구비한 와이브로 중계기.