KR100735497B1 - 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 입력 신호와 비교하기 위해 다양한 타이밍 위상 차를 갖는 복수 개의 레퍼런스 신호 세트를 룩업 테이블(look up table)의 형태로 미리 갖춤으로써, 샘플링 주파수를 높이거나 이에 따른 부가적인 구성 요소를 추가시킬 필요없이 효율적인 타이밍 동기가 이루어지는 이점이 있다.

본 발명에 의한 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템은, 외부 신호를 입력받는 신호 수신부; 상기 신호 수신부로부터 제공되는 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 신호 샘플링부; 상기 입력 신호의 패킷 시작점을 검출하기 위해 미리 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 1차 레퍼런스 신호 세트로부터 일정한 위상차를 갖는 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트가 룩업 테이블(look up table)의 형태로 저장되며, 상기 샘플링 값을 입력받아 저장하는 메모리; 상기 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출하는 패킷 검색부; 및 상기 패킷 검색부를 통해 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 상기 메모리 내에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트 및 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트를 비교하여 상기 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하고, 상기 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌 판정을 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정하여 상기 메모리에 저장하는 레퍼런스 신호 선택부;를 포함한다.

패킷 동기, 타이밍 동기, 위상 오차, 상호 상관(cross correlation), 정합 필터(matched filter), 레퍼런스 신호

Description

타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그 방법{Packet-based wireless communication system having enhanced timing synchronization and a method for the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템을 설명하기 위해 나타낸 시스템 구성도,

도 2는 본 발명에서 복수 개의 레퍼런스 신호 세트를 이용하여 타이밍 동기에 쓰일 레퍼런스 신호를 선택하는 과정을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 타이밍 위상 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 : 신호 수신부 20 : 신호 샘플링부

30 : 패킷 검색부 40 : 레퍼런스 신호 선택부

50 : 메모리

본 발명은 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 입력 신호와 비교하기 위해 다양한 타이밍 위상 차를 갖는 복수 개의 레퍼런스 신호 세트를 룩업 테이블(look up table)의 형태로 미리 갖춤으로써, 샘플링 주파수를 높이거나 이에 따른 부가적인 구성 요소를 추가시킬 필요없이 효율적인 타이밍 동기가 이루어지는 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적인 패킷기반 무선통신 시스템은 패킷의 앞부분에 위치한 프리앰블(pre amble)을 인식하여 패킷의 존재 유무를 판별하여 패킷 동기가 이루어지게 된다. 그 다음으로 상호 상관(cross correlation) 또는 정합 필터(matched filter) 등의 방법을 이용하여 기준신호와 수신신호의 연속적인 비교를 통해 초기 타이밍 동기가 이루어지게 된다. 즉, 특정 코드를 구성하고 있는 샘플링된 수신신호가 시간의 흐름에 따라 판독되는 과정에서, 기준신호와의 유사한 정도가 최대가 되는 샘플링 지점에 나타나면 이 지점을 패킷의 시작점으로 인식한다. 이러한 디지털 도메인에서의 타이밍 동기는 샘플링 주파수가 높을수록 정밀하게 이루어진다.

이상적인 초기 타이밍 동기는 수신신호와 기준신호와 위상 오차가 모두 0이 되어야 한다. 그러나 각 샘플링 사이에는 샘플링이 되지 않는 구간이 존재하므로 이 구간 동안의 수신신호는 감지할 수가 없다. 즉 초기 타이밍 동기가 이루어진 후에도 실제 패킷의 시작점은 1/2 샘플 구간에 랜덤하게 분포하므로, 타이밍 위상 오 차가 1/2 샘플 구간만큼 존재하게 된다. 이러한 위상 오차는 수신 성능에 영향을 미치게 되며, 샘플링 주파수를 충분히 높일 수 없는 시스템의 경우에는 심각한 문제를 초래할 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 이와 같은 원인으로 생겨날 수 있는 타이밍 위상 오차를 보정하여 타이밍 동기를 실현하기 위해서는 Early-Late 게이트 등과 같은 타이밍 위상 오차를 추정하는 회로와, ADC Clock의 위상 제어를 통해 오차를 보정하기 위한 VCO 또는 NCO 등의 발진회로가 필요하게 된다. 따라서 복잡도와 가격의 제한을 받는 무선통신 시스템의 경우에는 초기의 타이밍 동기가 이루어진 후에 이와 같은 회로 구성에 따른 지속적인 트래킹을 실현하기 힘들다는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같은 보정되지 않은 타이밍 위상 오차는 수신신호의 전체 패킷에 걸쳐 수신 감도를 감소시키는 주요 원인이 된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 입력 신호와 비교하기 위해 다양한 타이밍 위상 차를 갖는 복수 개의 레퍼런스 신호 세트를 룩업 테이블(look up table)의 형태로 미리 갖춤으로써, 샘플링 주파수를 높이거나 이에 따른 부가적인 구성 요소를 추가시킬 필요없이 효율적인 타이밍 동기가 이루어지는 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템은,

외부 신호를 입력받는 신호 수신부;

상기 신호 수신부로부터 제공되는 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 신호 샘플링부;

상기 입력 신호의 패킷 시작점을 검출하기 위해 미리 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 1차 레퍼런스 신호 세트로부터 일정한 위상차를 갖는 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트가 룩업 테이블(look up table)의 형태로 저장되며, 상기 샘플링 값을 입력받아 저장하는 메모리;

상기 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출하는 패킷 검색부; 및

상기 패킷 검색부를 통해 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 상기 메모리 내에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트 및 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트를 비교하여 상기 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하고, 상기 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌 판정을 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정하여 상기 메모리에 저장하는 레퍼런스 신호 선택부;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 패킷 검색부는, 상기 신호 샘플링부를 통해 출력되는 샘플링 값과 상기 메모리에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트의 상호 상관값(cross correlation)을 구하여 해당 패킷을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패킷 검색부는, 입력 신호의 프리앰블과 매칭된 정합 필터(matched filter)로 구현될 수도 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레퍼런스 신호 선택부는, 상기 메모리에 저장된 상기 1차 레퍼런스 신호 세트 및 상기 2차 레퍼런스 신호 세트의 첫번째 신호만으로 상기 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 방법은,

외부 아날로그 신호를 입력받는 제1단계;

상기 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 제2단계;

기 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출하는 제3단계;

상기 검출된 패킷 내의 샘플링 값을 상기 1차 레퍼런스 신호 세트 및 상기 1차 레퍼런스 신호 세트로부터 일정한 위상차를 갖는 복수개의 기 설정된 2차 레퍼런스 신호 세트와 비교하여 상기 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하는 제4단계; 및

상기 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌 판정을 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정하는 제5단계;로 이루어진다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템을 설명하기 위해 나타낸 시스템 구성도이다.

신호 수신부(10)는 외부로부터 신호를 입력받는 역할을 한다.

신호 샘플링부(20)는 신호 수신부(10)로부터 제공되는 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 역할을 한다. 샘플링 주파수가 높을수록 좀 더 짧은 시간 사이의 입력 신호의 변화를 감지할 수 있다.

메모리(50)는 입력 신호의 패킷 시작점을 검출하기 위해 미리 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 1차 레퍼런스 신호 세트로부터 일정한 위상차를 갖는 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트가 룩업 테이블(look up table)의 형태로 저장되며, 샘플링부(20)로부터 샘플링 값을 입력받아 저장하는 역할을 한다. 이때, 1차 레퍼런스 신호 세트는 입력 신호의 패킷 앞부분에 위치한 프리앰블(pre amble) 코드와 일치하도록 미리 구성된 코드이며, 샘플링 단위에 맞게 일정 개수의 코드로 구성되어 있다. 또한 2차 레퍼런스 신호 세트는 1차 레퍼런스 신호 세트를 기준으로 조금씩 위상 오차의 크기를 달리하여 만들어 놓은 레퍼런스 신호 세트이다.

여기서, 다양한 위상 차이를 갖는 2차 레퍼런스 신호 세트의 개수가 많을 수록 타이밍 위상 보정의 정밀도가 더욱 높아지게 된다. 또한, 2차 레퍼런스 신호 세트의 개수가 많아져서 룩업 테이블로 저장되는 메모리 공간의 점유 영역이 커지더 라도, 실제로 룩업 테이블과 같은 형태의 데이터는 복잡도가 낮으므로 구현이 용이하며, 시스템의 동작 속도에도 큰 영향을 미치지는 않는다.

패킷 검색부(30)는 1차 레퍼런스 신호 세트와 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출하는 역할을 한다. 여기서, 해당 패킷의 검출은 샘플링 값과 기준신호와의 상호 상관값(cross correlation)을 계산함으로써 구하거나, 또는 입력 신호의 프리앰블과 매칭된 정합 필터(matched filter)를 통과시킴으로써 이루어지게 된다. 프리앰블 코드의 특징은 기준신호와 위와 같은 소정의 연산을 통해 두 신호를 비교하는 과정에서 두 신호의 위상이 조금이라도 어긋나면 출력값이 급격히 떨어지는데 있다. 따라서 두 신호의 위상이 몇 샘플링 구간 이상 어긋나면 위에 언급한 비교연산에 의한 출력값이 거의 바닥상태로 떨어진다.

레퍼런스 신호 선택부(40)는 패킷 검색부를 통해 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 메모리 내에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트 및 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트를 비교하여 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하고, 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌을 검출하기 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정하여 메모리에 저장하는 역할을 한다. 이때, 입력 신호에 타이밍 위상 오차가 존재하지 않는다면, 1차 레퍼런스 신호 세트가 선택된다. 하지만, 입력 신호에 타이밍 위상 오차가 존재하는 경우에는 복수 개의 2차 레퍼런스 신호 세트 중에서 입력 신호와 타이밍 위상 오차가 가장 가까운 2차 레퍼런스 신호 세트가 선택된다.

여기서, 선택된 레퍼런스 신호 세트는 심벌 레퍼런스 신호 세트로 재설정된 다. 이는 입력 신호의 타이밍 위상 오차를 보정하는 대신, 역으로 수신 데이터 심벌의 판정을 위한 기준이 되는 심벌 레퍼런스 신호 세트를 위상 오차가 있는 것으로 대체함으로써, 결과적으로는 입력 신호와 심벌 레퍼런스 신호 세트 사이에는 위상 오차가 거의 없게 되는 효과를 가져온다.

또한, 레퍼런스 신호 선택부(40)는 메모리에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트 및 2차 레퍼런스 신호 세트의 첫번째 신호만으로 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택할 수 있다. 실제로는 레퍼런스 신호 세트의 첫번째 신호값만으로도 패킷의 시작점을 검출하는 것이 가능하므로, 이를 이용한 것이다. 하지만, 이러한 과정을 거쳐서 선택된 레퍼런스 신호 세트가 심벌 레퍼런스 신호 세트로 대체되는 과정에서는 레퍼런스 신호 세트 내의 모든 신호가 대체되어야 한다.

도 2는 본 발명에서 복수 개의 레퍼런스 신호 세트를 이용하여 타이밍 동기에 쓰일 레퍼런스 신호를 선택하는 과정을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 검게 표시된 샘플링 값은 타이밍 위상 오차가 없을 경우의 입력 신호 샘플링 값을 나타낸 것이다. 그리고, 희게 표시된 샘플링 값은 위상 오차가 각각 플러스와 마이너스로 조금씩 생긴 입력 신호 샘플링 값의 경우를 나타낸 것이다.

이와 같은 가능한 입력 신호의 샘플링 값에 대한 레퍼런스 신호 세트가 도 3의 아래쪽에 도시되어 있다. 중앙에 위치한 레퍼런스 신호 세트는 타이밍 위상 오 차가 없는 경우의 1차 레퍼런스 신호 세트에 해당된다. 반면에, 가장 위에 도시된 레퍼런스 신호 세트와 가장 아래 도시된 레퍼런스 신호 세트는 1차 레퍼런스 신호 세트와 소정의 위상차가 존재하는 2차 레퍼런스 신호 세트에 해당된다. 이와 같은 2차 레퍼런스 신호 세트가 많이 존재할수록 실제로 입력되는 입력 신호에 가장 가까운 레퍼런스 신호 세트를 선택할 수 있게 된다.

1차 레퍼런스 신호 세트 또는 복수 개의 2차 레퍼런스 신호 세트 중에서 입력 신호의 타이밍 위상 오차와 가장 가까운 위상 오차를 갖는 레퍼런스 신호 세트가 선택되면, 해당 레퍼런스 신호 세트를 메모리(50) 상에 데이터 심벌 수신을 위한 심벌 레퍼런스 신호 세트로 재설정함으로써, 결국 입력 신호를 타이밍 위상 오차가 거의 없이 판독할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 타이밍 위상 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.

도시된 바와 같이, 먼저 외부로부터 아날로그 신호를 입력받는다(S100).

다음으로, S100 단계에서 외부로부터 입력받은 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력한다(S200).

그 다음, 기 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출한다(S300).

그 다음, S300 단계에서 검출된 패킷 내의 샘플링 값을 기 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트 및 복수개의 기 설정된 2차 레퍼런스 신호 세트와 비교하여 상기 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택한다(S400).

그 다음, S400 단계에서 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌 판정을 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정한다(S500). 이와 같이, 입력 신호를 판정하는 심벌 레퍼런스 신호가 입력 신호와 위상 오차가 유사한 신호로 대체됨으로써, 결과적으로 입력 신호와 심벌 레퍼런스 신호 간에는 위상 오차가 거의 없게 되는 효과를 가져온다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형, 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템 및 그 방법에 의하면, 입력 신호와 비교하기 위해 다양한 타이밍 위상 차를 갖는 복수 개의 레퍼런스 신호 세트를 룩업 테이블(look up table)의 형태로 미리 갖춤으로써, 샘플링 주파수를 높이거나 이에 따른 부가적인 구성 요소를 추가시킬 필요없이 효율적인 타이밍 동기가 이루어지는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 외부 신호를 입력받는 신호 수신부;

   상기 신호 수신부로부터 제공되는 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 신호 샘플링부;

   상기 입력 신호의 패킷 시작점을 검출하기 위해 미리 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 1차 레퍼런스 신호 세트로부터 일정한 위상차를 갖는 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트가 룩업 테이블(look up table)의 형태로 저장되며, 상기 샘플링 값을 입력받아 저장하는 메모리;

   상기 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출하는 패킷 검색부; 및

   상기 패킷 검색부를 통해 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 상기 메모리 내에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트 및 복수개의 2차 레퍼런스 신호 세트를 비교하여 상기 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하고, 상기 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌 판정을 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정하여 상기 메모리에 저장하는 레퍼런스 신호 선택부;를 포함하여 구성되는 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 패킷 검색부는, 상기 신호 샘플링부를 통해 출력되는 샘플링 값과 상기 메모리에 저장된 1차 레퍼런스 신호 세트의 상호 상관값(cross correlation)을 구하여 해당 패킷을 검출하는 것을 특징으로 하는 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 패킷 검색부는, 입력 신호의 프리앰블과 매칭된 정합 필터(matched filter)로 구현된 것을 특징으로 하는 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 레퍼런스 신호 선택부는, 상기 메모리에 저장된 상기 1차 레퍼런스 신호 세트 및 상기 2차 레퍼런스 신호 세트의 첫번째 신호만으로 상기 검출된 패킷 내의 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하는 것을 특징으로 하는 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 시스템.
5. 외부 아날로그 신호를 입력받는 제1단계;

   상기 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 제2단계;

   기 설정된 1차 레퍼런스 신호 세트와 상기 입력 신호를 비교하여 해당 패킷을 검출하는 제3단계;

   상기 검출된 패킷 내의 샘플링 값을 상기 1차 레퍼런스 신호 세트 및 상기 1차 레퍼런스 신호 세트로부터 일정한 위상차를 갖는 복수개의 기 설정된 2차 레퍼런스 신호 세트와 비교하여 상기 샘플링 값과 가장 유사한 레퍼런스 신호 세트를 선택하는 제4단계; 및

   상기 선택된 레퍼런스 신호 세트를 입력 패킷의 데이터 심벌 판정을 위한 심벌 레퍼런스 신호로 재설정하는 제5단계;로 이루어진 타이밍 동기가 향상된 패킷기반 무선통신 방법.

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