KR100868466B1 - 프레임 동기 및 구조 검출 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은, 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 낮은 신호대 잡음비와 높은 주파수 오차가 고려되는 채널 환경에서, 가변 프레임 길이를 고려하여 프레임의 시작을 표시하는 동기 워드인 SOF(Start of Frame)의 위치에 대한 차등 상관값의 합을 산출한 후 최대값을 선택함으로써, 프레임 동기 위치뿐만 아니라 전송 프레임 구조 검출 추정값을 획득하고, 주파수 오차에 의한 상관 분석값의 왜곡을 극복하기 위한, 프레임 동기 및 구조 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 있어서, 수신 심볼에 대한 SOF(Start of Frame) 차등 상관값 열을 산출하는 차등 상관값 산출단계; 상기 생성한 SOF 차등 상관값 열을 이용하여 프레임당 심볼 수에 따라 SOF 위치에 대한 정규화된 상관값의 합을 산출하는 정규화된 상관값의 합 산출단계; 및 상기 산출한 상관값의 합 중에서 최대값의 심볼 인덱스를 프레임의 동기 위치로 검출하고, 상기 선택한 최대값의 길이 인덱스를 전송된 프레임 구조 인덱스로 검출하는 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 프레임 동기 및 구조 검출 등에 이용됨.

DVB-S2 시스템, 프레임 동기 검출, 프레임 구조 검출, 최대값, 차등 정보 상관도 분석

Description

프레임 동기 및 구조 검출 방법{A Frame synchronization and structure detection method}

도 1 은 본 발명에 이용되는 DVB-S2 시스템의 전송 프레임에 대한 일실시예 구조도,

도 2 는 본 발명에 따른 위성 방송 시스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도,

도 3 은 본 발명에 따른 SOF 위치에 대한 정규화된 상관값의 합 산출 과정에 대한 일실시예 상세 설명도,

도 4 는 본 발명에 따른 위성 방송 시스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 대한 성능 분석도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : PL 헤더 102 : FEC 프레임

103 : SOF 104 : PLSC

본 발명은 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 신호대 잡음비와 높은 주파수 오차가 고려되는 채널 환경에서, 가변 프레임 길이를 고려하여 프레임의 시작을 표시하는 동기 워드인 SOF(Start of Frame)의 위치에 대한 차등 상관값의 합을 산출한 후 최대값을 선택함으로써, 프레임 동기 위치뿐만 아니라 전송 프레임 구조 검출 추정값을 획득하고, 주파수 오차에 의한 상관 분석값의 왜곡을 극복하기 위한, 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일실시예에서는 위성 방송 시스템(DVB-S2 시스템)을 예로 들어 설명하기로 한다.

최근 방송과 통신의 경계가 모호해지고 양방향 서비스가 가능해짐에 따라 광대역 서비스 및 신뢰성 있는 전송 서비스가 요구되고 있다. 따라서, 주어진 대역폭과 신호전력으로 높은 전송용량을 확보해야 하는 위성 방송 시스템에서는 적응형 변조 및 부호화 기법을 사용한다.

특히, 유럽 디지털 비디오 위성 방송의 표준인 DVB-S2(Digital Video Broadcasting -ver.2)는 전송 효율을 최대화시키기 위하여, 채널 상태에 적응적으로 최적의 변조방식 및 부호화율을 선택하여 전송하는 적응형 변조 및 부호화 방식을 사용한다. 이 방식의 사용으로 인해 위성 방송 시스템의 각 수신기는 전파조건에 따라 적응적으로 링크를 제어함으로써 100~200%까지 전송 용량 확보가 가능하 다.

그러나, 이러한 전송 방식을 사용하는 위성 방송 시스템의 각 수신단은, 가변된 전송 프레임을 구별하기 위한 프레임 구조 검출 과정과 프레임의 시작점을 판단하기 위한 프레임 동기 위치 검출 과정이 필수적으로 요구된다.

일반적으로, 초기 동기 모드에서 심볼 동기 직후 수행되는 프레임 동기 및 구조 검출 과정의 성능은, 시스템 전체에서 요구되는 성능 획득의 기본적인 가정이 되는 중요한 파라미터이다.

프레임의 동기 검출은 상관도 분석 후 상관도 분석값의 신뢰도 판별을 통해 프레임 시작점을 추정하는 방식이 일반적이다. 이러한 방식은 상관도 분석값의 신뢰도 판별 시 적용 가능한 방식으로 상관값을 모두 저장하여 최대값을 활용하는 방식을 고려할 수 있다.

종래의 최대값을 활용한 프레임 검출 방법을 소개한 논문으로, 'F. W. Sun, Y. Jiang and L. N. Lee'에 의해 제안되어, 'Int. J. Satell. Commun. Network, Vol.22, pp. 319-339, May/June 2004.'에 게재된, "Frame Synchronization and Pilot Structure for Second Generation DVB via Satellite"가 있다.

상기 논문에서 제안한 최대값을 활용한 프레임 검출 방법은, DVB-S2 프레임 구조 중 일정 구간 안에서 상관도 분석값의 최대값을 이용하여 프레임 동기를 검출하고, PLSC 비트를 "Reed Muller(64.7)" 복호를 통해 프레임 구조 및 프레임 동기 위치를 검출한다.

이러한 종래의 프레임 검출 방법은, PLSC 복호 시 주파수 및 위상 오차를 해 결하기 위한 별도의 처리 과정이 필요하며, 더불어 PLSC 복호 이전에 프레임의 정확한 위치 정보를 파악하는 과정이 선행되어야 하기 때문에, 주파수 오차 환경에 적용하기에는 한계가 있다.

한편, 가변적인 프레임 길이를 가지는 전송 프레임에서의 프레임 검출 방법으로, "가변길이 프레임 전송방법과 전송장치 및 수신장치"(출원인: 엔.티.티.도.코.모, 출원번호: 10-1999-7000294)가 있다.

이러한 다른 종래의 프레임 검출 방법은, 각 가변 길이 프레임을 다수의 부호 스트림으로 전송하기 위하여 특정 분할 규칙에 의해 분할하고, 각각의 동기 플래그를 부가하여 수신 시 각각의 수신 플래그를 통해 프레임의 동기 위치 및 전송된 프레임 구조를 확인하기 때문에, DVB-S2와 같이 동기 워드가 고정되어 있는 프레임에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 낮은 신호대 잡음비와 높은 주파수 오차가 고려되는 채널 환경에서, 가변 프레임 길이를 고려하여 프레임의 시작을 표시하는 동기 워드인 SOF(Start of Frame)의 위치에 대한 차등 상관값의 합을 산출한 후 최대값을 선택함으로써, 프레임 동기 위치뿐만 아니라 전송 프레임 구조 검출 추정값을 획득하고, 주파수 오차에 의한 상관 분석값의 왜곡을 극복하기 위한, 프레임 동기 및 구조 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 있어서, 수신 심볼에 대한 SOF(Start of Frame) 차등 상관값 열을 산출하는 차등 상관값 산출단계; 상기 생성한 SOF 차등 상관값 열을 이용하여 프레임당 심볼 수에 따라 SOF 위치에 대한 정규화된 상관값의 합을 산출하는 정규화된 상관값의 합 산출단계; 및 상기 산출한 상관값의 합 중에서 최대값의 심볼 인덱스를 프레임의 동기 위치로 검출하고, 상기 선택한 최대값의 길이 인덱스를 전송된 프레임 구조 인덱스로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 낮은 신호대 잡음비와 큰 주파수 오차에 의한 신호 왜곡으로 인하여 주파수 동기가 이루어지지 않은 상황에서 프레임의 시작을 표시하는 동기 워드인 SOF (Start of Frame)를 이용하여 수신된 프레임 동기 및 구조를 검출함으로써, 위성 통신 시스템의 수신기 구현 시 신뢰도 높은 프레임 동기 및 전송된 프레임 구조를 검출한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 이용되는 DVB-S2 시스템의 전송 프레임에 대한 일실시예 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 DVB-S2 시스템의 전송 프레임은, 26개의 심볼을 가지는 SOF(Start of Frame)(103)와 62개의 심볼을 가지는 PLSC(Physical Layer Signaling Code)(104)로 구성된 PL 헤더(Header)(101), 및 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 가지는 FEC 프레임(Frame)(102)을 포함한다.

여기서, SOF(103)는 프레임의 시작을 표시하는 동기 워드이다.

이러한 전송 프레임은 DVB-S2 시스템의 적응형 변조 및 부호화 방식에 따라 프레임 길이와 구조가 가변적인데, 이렇게 가변되는 전송 프레임의 구조 형태는 하기의 [표 1]과 같다.

여기서, 상기 [표 1]은 변조방식(QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK), 데이터 길이(64800 or 16200 bits/frame), 및 파일럿 심볼의 삽입 유/무에 따른 16가지의 가변적인 프레임 구조를 나타낸다. 이때, 더미(dummy) 프레임 역시 가변 프레임 길이의 하나로 포함하여, 실제로 총 16가지의 프레임 길이와 17개 종류의 프레임 구조를 가진다.

여기서, t는 전송 프레임 구조의 인덱스를 나타내며, 각각의 구조 인덱스에 따라 프레임당 심볼 수(l _t, t = 0~16)가 가변적이다. 또한, 전송 프레임당 심볼 수에 따라 SOF(Start of Frame) 및 파일럿 등과 같이 알려진(known) 심볼 열의 위치 정보 역시 가변적이다.

도 2 는 본 발명에 따른 위성 방송 시스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 총 16가지 프레임 길이에 대한 검출과 프레임 동기를 획득하는 과정을 나타낸다.

먼저, 하기의 [수학식 1]을 이용하여 수신 심볼에 대한 SOF 차등 상관값 열을 산출한다(201). 이때, 상관값 열의 길이는 16가지 조합 중 가장 긴 프레임 심볼 수를 가진 구조(상기 [표 1]에서 프레임 구조 인덱스가 0인 경우)까지 고려해야 하므로, N_F개의 프레임에 대해 33282개의 심볼씩, 총 33282×N_F개의 차등 상관값을 산출한다.

여기서, c(n)은 n번째(n = 0~33282×N_F-1) SOF(103)의 차등 상관값을 나타내며, m번째 수신된 심볼을 r_m이라 할 때 q_m은 q_m=r_mr^* _m+1인 인접 수신 심볼 간의 차등정보를 의미하며, 송신된 m번째 SOF(103)의 참조신호를 s_m이라고 할 때 h_m은 h_m=s_ms^* _m+1인 인접 송신 참조 심볼 간의 차등정보를 의미한다.

상기 [수학식 1]을 정규화하면 하기의 [수학식 2]와 같다.

여기서, p(n)은 n번째 전력 정규화 계수를 나타낸다.

이후, 상기 생성한 SOF 상관값 열을 이용하여 16가지 프레임 구조(t)에 대한 프레임당 심볼 수(l_t)(각 구조별 SOF 간의 거리)에 따라 하기의 [수학식 3]을 이용하여 N_F개의 SOF 위치에 대한 정규화된 상관값의 합인 d_{i ,t}(i = 0~33281)를 각 구조별 (t = 0~15)로 계산 및 저장한다(202).

이를 도 3 을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 [수학식 3]의 계산 과정은 프레임 동기(i)와 구조(t)의 검출을 모두 고려하며, 각 구조별로 서로 다른 SOF 위치(화살표로 표시됨)에서 N_F개의 상관값들을 프레임 동기 검출을 위해 한 심볼 위치씩 이동, 즉 i를 증가시키며 참조한다.

여기서, N_F는 프레임 수를 나타내고, i(i=0,1, … 33281)는 프레임 동기 검출과 관련된 심볼 인덱스를 의미하며, t(t=0,1, … ,15)는 16가지 프레임 길이를 나타내는 인덱스를 의미하고, l_t는 인덱스 t의 프레임 구조로 전송되었을 경우의 프레임 길이를 나타낸다.

이후, 상기 산출한 d_{i ,t} 중 최대값을 d_{z ,x}라 할 때, z를 프레임의 동기 위치로 검출하고, x를 전송된 프레임 구조 인덱스로 검출한다(203).

한편, 더미(dummy) 프레임은 32APSK, 16200frame, 파일럿이 없는 조건(프레임 구조 인덱스 15에 해당)과 프레임당 심볼 길이가 동일하므로, 3330 심볼 길이로 인덱스 카운팅이 되는 경우, 프레임 동기 획득 및 임시 프레임 구조 검출 판정 후에 복조기 후단에서 SOF를 통한 AGC(Automatic Gain Control), 주파수, 위상 동기 완료 후 성좌점의 형상(즉, 신호 레벨 검출)을 통해 구분한다.

도 4 는 본 발명에 따른 위성 방송 시스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 대한 성능 분석도로서, 전송된 프레임 구조가 아닌 다른 15가지 프레임 구조로 판단하거나 전송된 프레임 동기 위치 검출에 실패할 경우를 프레임 동기 및 전송 프레임 구조 검출 오류로 정의하고, 활용 프레임 개수 N_F의 변화에 따른 프레임 동기 및 전송 프레임 구조의 검출 오율을 모의실험을 통해 검증한 결과를 나타낸다.

먼저, 모의 실험에서는 낮은 신호대 잡음비 ES/N0=-2.35dB의 부가적인 백색 가우시안 잡음(AWGN : Additive White Gaussian Noise) 채널을 적용하였으며, 전송 대역폭을 25MHz로 가정하고 주파수 오차를 [-5MHz, 5MHz]의 구간에서 균일(uniform)하게 분포하여 대역폭 대비 20%의 최대 주파수 오차를 고려하였다.

또한, SOF 위치를 난수로 발생시키고 QPSK, long 프레임, 파일럿이 있는 경우의 프레임 전송을 가정하여 진행하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 17개의 프레임(NF=17)을 전송 프레임 동기 및 프레임 구조 검출에 활용할 경우, 프레임 동기 및 전송 프레임 구조 검출 오율을 기준으로 약 10^-7 이하의 성능을 획득할 수 있으며, 프레임 개수를 증가시킬 경우 추가적인 성능 이득을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 낮은 신호대 잡음비와 높은 주파수 오차가 고려되는 채널 환경에서, 가변 프레임 길이를 고려하여 프레임의 시작을 표시하는 동기 워드인 SOF(Start of Frame)의 위치에 대한 차등 상관값의 합을 산출한 후 최대값을 선택함으로써, 프레임 동기 위치뿐만 아니라 전송 프레임 구조 검출 추정값을 획득하고, 주파수 오차에 의한 상관 분석값의 왜곡을 극복할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 있어서,

   수신 심볼에 대한 SOF(Start of Frame) 차등 상관값 열을 산출하는 차등 상관값 산출단계;

   상기 생성한 SOF 차등 상관값 열을 이용하여 프레임당 심볼 수에 따라 SOF 위치에 대한 정규화된 상관값의 합을 산출하는 정규화된 상관값의 합 산출단계; 및

   상기 산출한 상관값의 합 중에서 최대값의 심볼 인덱스를 프레임의 동기 위치로 검출하고, 상기 선택한 최대값의 길이 인덱스를 전송된 프레임 구조 인덱스로 검출하는 프레임 동기 및 구조 검출단계

   를 포함하는 프레임 동기 및 구조 검출 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 차등 상관값 산출 단계는,

   상관값 열의 길이를, 변조방식과 데이터 길이 및 파일럿 심볼의 삽입 유/무에 따른 프레임 구조들 중에서 가장 긴 프레임 심볼 수를 가진 구조까지 고려하여 차등 상관값 열을 산출하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 및 구조 검출 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 정규화된 상관값의 합 산출단계는,

   프레임 동기와 구조를 고려하여, 각 구조별로 서로 다른 SOF 위치에서 상관값들을 한 심볼 위치씩 이동시켜 산출하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 및 구조 검출 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레임은,

   변조방식, 데이터 길이, 및 파일럿 심볼의 삽입 유/무에 따른 가변적인 프레임 구조인 것을 특징으로 하는 프레임 동기 및 구조 검출 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 차등 상관값 산출단계, 상기 정규화된 상관값의 합 산출단계, 및 상기 프레임 동기 및 구조 검출단계는,

   위성 방송 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 및 구조 검출 방법.
6. 삭제

Images