KR100752735B1 - 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그 검출 방법에 관한 것으로, 입력 신호에 대하여 미리 설정된 기준신호를 이용하여 상호 상관값(cross correlation)을 구하거나 정합 필터(matched filter)를 통과시킴으로써 구해진 최대값의 이전과 이후 값의 차이를 이용하여 타이밍 위상 오차를 구함으로써, 추가적인 타이밍 위상 검출 회로가 필요없이 간단한 구성만으로 타이밍 위상 오차를 알아낼 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 의한 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템은, 외부 신호를 입력받는 신호 수신부; 상기 신호 수신부로부터 제공되는 입력 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 샘플링 값을 출력하는 신호 샘플링부; 상기 신호 샘플링부를 통해 출력되는 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 유사한 정도가 높은 정도를 나타내는 기준신호 유사치를 출력하는 패킷 검색부; 상기 기준신호 유사치 중 기 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여 그 중에서 최대값을 출력하는 패킷 시작점 임시 추정부; 상기 패킷 시작점 임시 추정부에서 출력된 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치의 차를 구하여 출력하는 타이밍 위상 오차 검출부; 및 패킷 시작점을 찾기 위한 기준신호, 상기 유사치 임계값이 저장되어 있으며, 상기 샘플링 값, 상기 기준신호 유사치를 입력받아 저장하는 메모리;를 포함한다.

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

Description

패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그 검출 방법{System for detecting timing phase offset of packet-based wireless communication and a method for the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템을 설명하기 위해 나타낸 시스템 구성도,

도 2a는 패킷 검색부에서 출력된 기준신호 유사치를 이용하여 타이밍 위상 오차를 검출하는 과정에서 타이밍 위상 오차가 없는 경우의 기준신호 유사치를 나타낸 도면,

도 2b는 패킷 검색부에서 출력된 기준신호 유사치를 이용하여 타이밍 위상 오차를 검출하는 과정에서 타이밍 위상이 마이너스 방향으로 시프트되어 있는 경우의 기준신호 유사치를 나타낸 도면,

도 2c는 패킷 검색부에서 출력된 기준신호 유사치를 이용하여 타이밍 위상 오차를 검출하는 과정에서 타이밍 위상이 플러스 방향으로 시프트되어 있는 경우의 기준신호 유사치를 나타낸 도면,

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

*도면의 주요부호에 대한 설명*

10 : 신호 수신부 20 : 신호 샘플링부

30 : 패킷 검색부 40 : 패킷 시작점 임시 추정부

50 : 타이밍 위상 오차 검출부 60 : 메모리

본 발명은 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그 검출 방법에 관한 것으로, 입력 신호에 대하여 미리 설정된 기준신호를 이용하여 상호 상관값(cross correlation)을 구하거나 정합 필터(matched filter)를 통과시킴으로써 구해진 최대값의 이전과 이후 값의 차이를 이용하여 타이밍 위상 오차를 구함으로써, 추가적인 타이밍 위상 검출 회로가 필요없이 간단한 구성만으로 타이밍 위상 오차를 알아낼 수 있는 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그 검출 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 오차가 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 타이밍 위상 오차를 먼저 알아내는 것이 중요하다. 타이밍 위상 오차를 알아내기 위해서는 Early-Late 게이트 등과 같은 타이밍 위상 오차를 추정하는 회로가 필요하다.

또한, 이와 같이 추정된 오차의 보정은 ADC Clock의 위상 제어를 통해 이루어지므로, 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 신호에 대하여 미리 설정된 기준신호를 이용하여 상호 상관값(cross correlation)을 구하거나 정합 필터(matched filter)를 통과시킴으로써 구해진 최대값의 이전과 이후 값의 차이를 이용하여 타이밍 위상 오차를 구함으로써, 추가적인 타이밍 위상 검출 회로가 필요없이 간단한 구성만으로 타이밍 위상 오차를 알아낼 수 있는 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그 검출 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템은,

외부 신호를 입력받는 신호 수신부;

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

상기 신호 샘플링부를 통해 출력되는 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 유사한 정도가 높은 정도를 나타내는 기준신호 유사치를 출력하는 패킷 검색부;

상기 기준신호 유사치 중 기 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여 그 중에서 최대값을 출력하는 패킷 시작점 임시 추정부;

상기 패킷 시작점 임시 추정부에서 출력된 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치의 차를 구하여 출력하는 타이밍 위상 오차 검출부; 및

패킷 시작점을 찾기 위한 기준신호, 상기 유사치 임계값이 저장되어 있으며, 상기 샘플링 값, 상기 기준신호 유사치를 입력받아 저장하는 메모리;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 패킷 검색부에서 출력되는 기준신호 유사치는, 상기 샘플링 값과 상기 기준신호와의 상호 상관값(cross correlation)인 것을 특징으로 한다.

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

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 방법은,

외부 아날로그 신호를 입력받는 제1단계;

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

상기 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 유사한 정도가 높은 정도를 나타내는 기준신호 유사치를 출력하는 제3단계;

상기 기준신호 유사치 중 기 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여 그 중에서 최대값을 출력하는 제4단계; 및

상기 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치의 차를 구하여 출력하는 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 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 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.

패킷 검색부(30)는 신호 샘플링부(20)를 통해 출력되는 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 유사한 정도가 높은 정도를 나타내는 기준신호 유사치를 출력하는 역할을 한다. 이때, 기준신호는 입력 신호의 패킷 앞부분에 위치한 프리앰블(pre amble) 코드와 일치하도록 미리 구성된 코드이며, 샘플링 단위에 맞게 일정 개수의 코드로 구성되어 있다.

여기서, 기준신호 유사치는 샘플링 값과 기준신호와의 상호 상관값(cross correlation)을 계산함으로써 구하거나, 또는 입력 신호의 프리앰블과 매칭된 정합 필터(matched filter)를 통과시킴으로써 구해지게 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 출력값이 거의 바닥상태로 떨어지므로, 출력값은 위상이 가장 유사한 지점을 기준으로 좌우로 급격히 감소한 후 0을 나타내는 삼각뿔 형태를 이루게 된다.

패킷 시작점 임시 추정부(40)는 패킷 검색부(30)에서 출력된 일련의 기준신호 유사치 중에서 미리 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여, 그 중에서 최대값을 선택하여 출력하는 역할을 한다.

타이밍 위상 오차 검출부(50)는 패킷 검색부(30)에서 출력된 일련의 기준신호 유사치 중에서 패킷 시작점 임시 추정부(40)에서 선택된 최대값을 기준으로 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치를 찾아서 그 차를 계산하여 출력한다. 이때, 이 두 기준신호 유사치의 차가 바로 입력 신호와 기준신호와의 타이밍 위상 오차에 해당된다.

메모리(60)는 패킷 시작점을 찾기 위한 기준신호, 유사치 임계값이 미리 저장되어 있으며, 샘플링 값, 기준신호 유사치 등을 입력받아 저장하는 역할을 한다.

도 2a는 패킷 검색부(30)에서 출력된 기준신호 유사치를 이용하여 타이밍 위상 오차를 검출하는 과정에서 타이밍 위상 오차가 없는 경우의 기준신호 유사치를 나타낸 도면이다.

기준신호 유사치는 입력 신호에 대하여 수신측에서 이미 갖고 있는 기준신호와의 상호 상관값(cross correlation)을 나타낸 것이다. 또는, 정합 필터(matched filter)를 사용하여 기준신호 유사치를 구할 수도 있다. 상호 상관값을 이용하는 경우와 정합 필터를 사용하는 경우는 계산 방법에 차이가 있으나 특정 조건 하에서는 결과적으로 동일한 값을 출력한다. 따라서, 어느 것을 사용하더라도 큰 차이는 없다.

도시된 바와 같이, 그래프 상에 일정 간격으로 떨어져 있는 값들 중에서 최대값은 삼각형 형태의 가장 위 꼭지점에 해당하는 값이다. 따라서 도2a에 나타난 기준신호 유사치들은 최대값을 기준으로 좌우 대칭 형태를 이루고 있다. 이때, 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치는 같은 레벨의 값을 갖는다. 따라서, 두 값의 차는 0이므로 결국 위상 오차는 0이며, 이 경우에는 기준신호와 입력신호의 타이밍 위상이 정확히 일치하는 것으로 판단할 수 있다.

도 2b는 패킷 검색부에서 출력된 기준신호 유사치를 이용하여 타이밍 위상 오차를 검출하는 과정에서 타이밍 위상이 마이너스 방향으로 시프트되어 있는 경우의 기준신호 유사치를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 그래프 상에 일정 간격으로 떨어져 있는 값들 중에서 최대값은 삼각형 형태의 가장 위 꼭지점에서 약간 좌측 아래쪽에 위치한 값이다. 그리고 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치는 도3b에 도시된 바와 같이 서로 다른 레벨의 값을 갖으며, 좌측 값이 우측 값보다 낮은 레벨에 위치함을 알 수 있다. 두 값 사이에는 도시된 바와 같은 소정의 차이가 존재하며, 이 차이가 바로 기준신호와 입력신호 간의 타이밍 위상 오차에 해당된다.

도 2c는 패킷 검색부에서 출력된 기준신호 유사치를 이용하여 타이밍 위상 오차를 검출하는 과정에서 타이밍 위상이 플러스 방향으로 시프트되어 있는 경우의 기준신호 유사치를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 그래프 상에 일정 간격으로 떨어져 있는 값들 중에서 최대값은 삼각형 형태의 가장 위 꼭지점에서 약간 우측 아래쪽에 위치한 값이다. 그리고 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치는 도2c에 도시된 바와 같이 서로 다른 레벨의 값을 갖으며, 좌측 값이 우측 값보다 높은 레벨에 위치함을 알 수 있다. 두 값 사이에는 도시된 바와 같은 소정의 차이가 존재하며, 이 차이가 바로 기준신호와 입력신호 간의 타이밍 위상 오차에 해당된다.

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

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

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

그 다음, S200 단계에서 출력된 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 기준신호 유사치를 출력한다(S300). 여기에서 기준신호 유사치는 샘플링 값과 기준신호와의 유사한 정도를 나타낸다.

그 다음, S300 단계에서 출력된 기준신호 유사치 중 기 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여 그 중에서 최대값을 출력한다(S400).

그 다음, S400 단계에서 출력된 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치의 차를 구하여 출력한다(S500). 그러면, 여기서 출력된 값이 바로 타이밍 위상 오차에 해당된다. 즉, 이 값은 종래의 Early-Late 게이트를 사용해서 위상 오차를 구하는 기술에 있어서, Early-Late 게이트의 양 끝단에 나타나는 위상 오차와 동일한 값을 나타낸다.

이와 같은 과정을 거쳐서 구해진 타이밍 위상 오차는 추가적인 보정 회로에서 타이밍 위상을 보정하는 데 쓰이게 된다.

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 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템 및 그 검출 방법에 의하면, 입력 신호에 대하여 미리 설정된 기준신호를 이용하여 상호 상관값(cross correlation)을 구하거나 정합 필터(matched filter)를 통과시킴으로써 구해진 최대값의 이전과 이후 값의 차이를 이용하여 타이밍 위상 오차를 구함으로써, 추가적인 타이밍 위상 검출 회로가 필요없이 간단한 구성만으로 타이밍 위상 오차를 알아낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 외부 신호를 입력받는 신호 수신부;

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

   상기 신호 샘플링부를 통해 출력되는 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 유사한 정도가 높은 정도를 나타내는 기준신호 유사치를 출력하는 패킷 검색부;

   상기 기준신호 유사치 중 기 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여 그 중에서 최대값을 출력하는 패킷 시작점 임시 추정부;

   상기 패킷 시작점 임시 추정부에서 출력된 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치의 차를 구하여 출력하는 타이밍 위상 오차 검출부; 및

   패킷 시작점을 찾기 위한 기준신호, 상기 유사치 임계값이 저장되어 있으며, 상기 샘플링 값, 상기 기준신호 유사치를 입력받아 저장하는 메모리;를 포함하여 구성되는 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 패킷 검색부에서 출력되는 기준신호 유사치는, 상기 샘플링 값과 상기 기준신호와의 상호 상관값(cross correlation)인 것을 특징으로 하는 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 패킷 검색부는, 입력 신호의 프리앰블과 매칭된 정합 필터(matched filter)로 구현된 것을 특징으로 하는 패킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 시스템.
4. 외부 아날로그 신호를 입력받는 제1단계;

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

   상기 샘플링 값을 패킷 시작점을 찾기 위해 미리 저장된 기준신호와 연속적으로 비교하여 유사한 정도가 높은 정도를 나타내는 기준신호 유사치를 출력하는 제3단계;

   상기 기준신호 유사치 중 기 설정된 유사치 임계값을 넘는 값들을 선택하여 그 중에서 최대값을 출력하는 제4단계; 및

   상기 최대값의 바로 이전 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치와 바로 다음 샘플링 값에 대한 기준신호 유사치의 차를 구하여 출력하는 제5단계;로 이루어진 패 킷기반 무선통신의 타이밍 위상 오차 검출 방법.

Images