KR100895498B1 - 패킷-기반 통신 시스템내의 수신기에서 신호 수신 에러를보상하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패킷-기반 통신 시스템내의 수신기에서 신호 수신 에러를 보상하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 현재의 패킷에서 얻어진 주파수 오프셋 추정치 및 DC 오프셋 추정치는 수신기가 현재의 패킷의 의도된 수신자이고 현재의 패킷이 정확하게 수신되면 다음 패킷에 재사용되고 PHY 계층에서의 CRC-32 검사 및 MC 계층에서의 DA 검사에 의해 각각 증명된다. 그것에 의해, 전체 수신기 성능 및 안정성이 패킷 대 패킷으로부터 향상될 수 있고 추정 알고리즘이 단순화된다.

패킷-기반 통신 시스템, 신호 수신 에러, 주파수 오프셋 추정치, DC 오프셋 추정치, PHY 계층, CRC-32 검사, DA 검사, 추정 알고리즘

Description

패킷-기반 통신 시스템내의 수신기에서 신호 수신 에러를 보상하는 방법 및 장치{Method and apparatus of compensating for signal receiving error at receiver in packet-based communication system}

발명의 분야

본 발명은 패킷-기반 통신 기술에 관한 것으로, 특히 패킷-기반 통신 시스템(packet-based communication system)내의 수신기에서의 수신 신호의 복구에 관한 것이다.

관련 기술의 설명

IEEE 802.11는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 기술을 이용하는 잘 알려진 패킷-기반 무선 통신 표준이고 지금 무선 LAN들 (Wireless Local Area Network)에 표준으로 도입되어 있다.

이 IEEE 802.11 스펙(specification)은 OSI(Open System Interconnection) 네트워크 모델을 따르는 데이터 링크 계층에서 2개의 서브층들 중 하나인, 물리 (PFIY) 계층 및 매체 액세스 제어(MAC) 계층에 대한 요건들을 정의한다. 일반적으로-알수 있는 IEEE 802.11a, 802.11b 및 802.11g는 상이한 PHY 계층 표준들이고 이들은 모두 동일한 MAC 계층 표준을 따른다.

도 1은 IEEE 802.11a 표준의 PHY 계층의 프레임 포맷(frame format)을 도시한다. 도시된 것과 같이, 패킷 프레임은 3개의 부분, 즉 프리앰블부(preamble portion; 10), 헤더부(12) 및 데이터부(14)로 나누어진다. 트레이닝 시퀀스(training sequence)라고도 불리는 프리앰블부(10)는 10개의 짧은 심볼들을 갖는 짧은 프리앰블 필드(short preamble field) 및 2개의 긴 심볼들을 갖는 긴 프리앰블 필드(long preamble field)로 구성된다. WLAN 수신기에 있어서, DC 오프셋 및 AGC와 같은 고유 문제들이 해결되어야 한다. 고속 통신에 있어서, 전송 및 대응하는 수신된 신호들은 종종 서로 다르며, 그러므로 타이밍 동기화(timing synchronization) 및 주파수 오프셋 평가가 수행되어야 한다. 또한, 전송 채널은 수신기에 알려져 있지 않고, 따라서 추정되어야 한다. 이들은 각 프레임 포맷의 시작부에 있는 프리앰블 필드의 트레이닝 시퀀스에 기초하여 달성된다.

헤더부(12)는 코딩 레이트(coding rate) 및 패킷의 길이에 대한 정보를 반송하는 데 사용된다.

데이터부(14)는 PSDU 필드(즉, 패킷 데이터), 테일 비트들(tail bits) (6개의 "O'들") 및 패드 비트들(pad bits)을 포함한다.

도 2는 IEEE 802.11 표준의 MAC 계층의 일반적인 프레임 포맷을 도시한다. 패킷 데이터가 PHY 계층에서 디코딩되어 MAC 계층에 전송될 경우, 그것은 또한 현재 패킷이 이 수신기에 전송되도록 의도되었는지가 식별될 것이다. 이것은 도 2의 피필드 "Add 1"에 있는 목적지 어드레스(destination address; DA)가 수신기의 식별 어드레스(identity address)(예를 들면, 네트워크 인터페이스 카드상의 MAC Address)와 매칭하는지의 여부를 검사하여 수행된다. 게다가, CRC 체크섬 계산(CRC checksum calculation)은, 필드 "FCS(Frame Check Sequence)"에 포함된 32-비트 CRC 코드를 이용하여, 수신된 패킷 데이터를 증명, 즉 전송 에러들을 검출하기 위해 수행된다.

상기 예시된 IEEE 802.11a 스펙(specification)에 있어서, 프리앰블부(10)는 데이터를 정확하게 디코딩하기 위해 필요한 정보 모두를 검색하기 위해 수신기에 대해 단지 16㎲의 매우 제한된 트레이닝 기간으로 매우 짧다. 이것은 추정 회로(estimation circuit)를 구현하는 데 복잡한 알고리즘 및 고비용을 가져온다.

그러므로, 수신기 성능을 향상시키기 위해 수신기에서 DC 오프셋 추정, 주파수 오프셋 추정 및 채널 추정과 같은 추정 데이터가 전송된 데이터와 잘 매칭하도록 허용하면서 필요 정보를 검색하는 데 더욱 단순한 알고리즘을 갖는 수신기의 개발 요구가 있다.

발명의 요약

본 발명의 목적은, 현재의 패킷에서 얻어진 DC 오프셋 추정치 및 주파수 오프셋 추정치와 같은 추정된 데이터가 진행중인 신호 수신 에러들을 감소시키기 위해 재사용될 수 있는, 패킷-기반 통신 시스템내의 수신기에서 신호 수신 에러를 보상하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 수신기가 현재의 패킷의 의도된 수신자이고 현재의 패킷이 정확하게 수신되면 다음의 패킷에서 신호 수신 에러를 보상하기 위해 현재의 패킷에서 얻어진 주파수 오프셋 추정치 및 DC 오프셋 추정치와 같은 추정된 데이터를 재사용하는 것을 특징으로 하는 패킷-기반 통신 시스템내의 수신기에서 신호 수신 에러를 보상하는 방법 및 장치를 제공함으로써 달성된다.

이들 2가지 조건들은 MAC 계층에서의 목적지 어드레스(DA) 체킹 및 PHY 계층에서의 CRC-32 체킹에 의해 각각 증명될 수 있다.

추정된 데이터는 그것이 패킷의 끝에서 래칭될 때까지 패킷 수신 지속기간을 통해 계속 개선될 것이다.

만약 전송 채널이 시불변(time-invariant)이면, 재사용 방식이 또한 채널 추정에 적용될 수 있다.

신호 수신 에러의 보상을 위한 추정된 데이터의 재사용에 의해, 패킷 대 패킷에서 전체 수신기 성능 및 안정성을 더욱 향상시키는 것이 가능하고 추정 알고리즘이 단순화되게 한다.

본 발명의 목적들 및 이점들은 첨부 도면들에 설명된 실시예들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 완전히 이해될 것이다.

도 1은 IEEE 802.11a 표준의 PHY 계층의 프레임 포맷을 도시한 도면.

도 2는 IEEE 802.11 표준의 MAC 계층의 일반 프레임 포맷을 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 PHY 계층의 프레임 포맷을 나타낸 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 데이터 래치 동작에 적용하기 위한 조건들을 설명하기 위한 2개의 예들의 타이밍도들.

도 5는 본 발명에 따른 PHY 계층에서 수신된 신호를 처리하는 방법을 설명하는 플로차트.

도 6은 본 발명에 따른 수신기의 블록도를 개략적으로 나타낸 도면.

최선의 실시예의 상세한 설명

본 발명에 있어서, PHY 계층 추정 알고리즘은 패킷 수신 지속기간의 종료시까지 추정 데이터를 계속 개선하고(refine) 현재의 프레임에서 얻어진 정밀한 추정 데이터는 새로운 프레임이 수신될 때마다 단지 각 프레임의 시작부에서 제한된 트레이닝 시퀀스를 이용하는 것 대신에 다음 프레임에서 신호 수신 에러를 보상하는 데 재사용될 수 있을 것이다.

현재의 패킷에서 얻어진 추정 데이터가 다음의 패킷에서 재사용되도록 허용되는지의 여부를 결정함에 있어서, 2가지 조건이 고려된다. 먼저, 수신기가 현재의 패킷의 의도된 수신자인지의 여부가 결정되어야 한다. 둘째, 현재의 패킷이 정확하게 수신되고 있는지의 여부가 판정되어야 한다. 상기 조건들이 모두 긍정인 경우에만 추정 데이터가 재사용을 위해 래칭될 수 있다. 수신기가 패킷의 의도된 수신자인 경우, 제 2 조건의 불만족(dissatisfaction)은 "추정 실패(estimation failure)"라 불린다. 소정 횟수(N), 즉 10회의 연속 추정 실패들은 래칭된 추정 데이터의 재사용을 정지시키고, 관련 기술의 상세한 설명에서 설명된 것과 같이, 프레임의 시작부에서 트레이닝 시퀀스를 사용하여 새로운 추정을 시작한다.

도 2를 다시 참조하면, 제 1 조건은 배경 기술에 기재된 것과 같이, 현재의 패킷의 필드 "Add 1"에 포함된 목적지 어드레스(destination address; DA)가 수신기의 식별 어드레스와 매칭하는지를 검사함으로써 MAC 계층에서 증명될 수 있다. 검사 결과가 긍정이면, 수신기가 현재의 패킷의 의도된 수신자임을 나타내는 신호가 PHY 계층에 발행될 것이다.

제 2 조건도 MAC 계층에서 증명될 수 있지만, MAC 계층에 의해 수행된 순환 중복 검사(CRC)는 PHY 계층에 대한 시간이 너무 많이 지연되어 신속한 검사 결과를 얻을 수 없을 수 있다. 결과적으로, 최선의 실시예에 있어서, FCS는 전송 에러들을 즉시 검출하기 위해 PHY 계층에서 검사된다.

현재의 패킷에서의 추정 데이터/추정 데이터들이 다음의 패킷에서 재사용될 수 있게 허용되는 것에 관해서는, IEEE 802.11a 표준에서, DC 오프셋 추정치 및 주파수 오프셋 추정치의 정밀도가 디코딩 성능에 크게 영향을 주므로, DC 오프셋 추정치 및 주파수 오프셋 추정치가 최선의 실시예에서 선택된다.

채널 추정치와 같은 몇가지 다른 추정 정보도 수신기 성능에 기여한다. 그러나, 채널 추정치의 재사용은 채널 특성들에 의존한다. 시불변 채널 패러미터들(time-invariant channel parameters)에 있어서, 본 발명의 재사용 방식이 적용될 수 있다.

IEEE 802.11a 표준를 이용하는 최선의 실시예가 본 발명의 원리들 및 사상들을 설명하기 위해 상세히 기술될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 PHY 계층의 프레임 포맷을 도시한다. 도시된 것과 같이, 패킷 프레임은 도 1의 프레임 구조와 유사하게, 3개의 부분, 즉 프리앰블 부(30), 헤더부(32) 및 데이터부(34)로 나누어진다. 본 발명에서의 차이점은, (i) 트레이닝 단계에서의 DC 추정 시딩 및 FOE (주파수 오프셋 추정치) 시딩 동작들; (ii) 상기 수신기가 현재의 패킷의 의도된 수신자인지의 여부를 나타내는 MAC_HIT 신호를 수신하는 것; 및 (iii) PHY 계층에서의 CRC-32 체크 수행 및 현재의 패킷이 정확하게 수신되었는지의 여부를 나타내는 CRC-OK 신호를 발생하는 것을 포함한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 데이터 래치 동작을 적용하는 조건들을 설명하기 위한 2가지 예들의 타이밍도들이다. 도 4a에 도시된 것과 같이, 3개의 데이터 패킷들(40a, 42a, 44a)은 수신기에서 연속적으로 수신된다. 제 1 및 제 3 패킷들(40a, 44a)이 수신기의 ID 어드레스와 동일한 목적지 어드레스를 갖는 것으로 검출되고, 따라서 MAC 계층은 MAC_HIT 신호를 PHY 계층에 어서트한다. 모든 패킷들(40a 내지 44a)이 정확하게 수신되고, 따라서 CRC_OK 신호가 모든 패킷들에 대해 어서트된다. MAC_HIT 및 CRC_OK는 데이터 래치 동작을 적용하기 위해 모두 어서트되어야 하기 때문에, 패킷들(42a)에서의 주파수 오프셋 추정치 및 DC 오프셋 추정치는 상기 조건들 중 하나가 만족되지 않으므로 다음의 패킷(44a)의 트레이닝 단계에서 래치되고 시드되지 않을 것이고, 이전 패킷(40a)에서 얻어진 추정 정보는 또한 다음의 패킷(44a)에서 재사용될 것이다. 한편, 패킷들(40a, 44a) 모두에서의 주파수 오프셋 추정치 및 DC 오프셋 추정치는 재사용을 위해 래치될 것이다.

마찬가지로, 도 4b에 도시된 예에서, 패킷(42a)에서의 주파수 오프셋 추정치 및 DC 오프셋 추정치만이 정확하게 수신되기때문에 재사용을 위해 래칭되지 않을 것이다.

도 5의 플로차트는 본 발명에 따른 PHY 계층에서의 수신된 신호를 처리하는 방법에 대한 더 낳은 설명을 제공한다. 플로차트에서, 초기에 영(zero)으로 설정되는 변수 Estm_fail는 추정 실패들의 연속 횟수를 나타내기 위해 사용된다. 도 5에 도시된 것과 같이, 프레임의 수신이 단계 S500에서 시작된 후, Estm_fail의 수가, 양의 정수이고 회로 설계에 의존하여 결정될 수 있는 소정의 N보다 작으면(S 502), 이 때 이전에 래치된 주파수 오프셋 추정치 및 DC 오프셋 추정치가 시드되고, 즉 단계 S506에서 현재의 패킷의 트레이닝 단계에서 재사용되고, 그렇지 않으면, 트레이닝 시퀀스가 단계 S504에서 새로운 주파수 오프셋 및 DC 오프셋을 평가하기 위해 사용된다. 수 N의 극단적인 예는 단일 추정 실패를 의미하는 1이고, 트레이닝 시퀀스를 이용하여 새로운 추정을 시작할 것이다.

DC 오프셋 삭제, 심볼 타이밍 확립(symbol timing establishment) 및 주파수 보상 후, 수신된 신호들은 이후 채널 보상을 수행하기 위한 주파수 도메인으로 변환되고, 채널 보상 이후 디-매핑(de-mapping), 디-인터리빙(de-interleaving), 디-펀처링(de-puncturing), 디코딩 및 디스크램블링이 이어진다. 단계 S508에 디코딩 절차가 나타내어져 있다. 최종적으로 디스크램블링된 데이터는 MAC_HT 신호를 발행하는 MAC 계층에 출력되어, PHY 계층에 DA 증명 결과를 알린다(S510). 게다가, CRC 체크섬이 PHY 계층에 의해 수행되고 그에 따라 CRC_OK 신호가 발생된다(S512).

디코딩 절차 동안, 주파수 오프셋 및 DC 오프셋의 추정은 계속 개선되고, MAC_HIT 신호 및 CRC_OK 신호 모두가 어서트되면(S514 및 S515), 상기 개선된 추정 데이터는 현재의 패킷의 끝에서 래칭되고 Estm_fail의 수가 0으로 리셋된다(S516). 추정 실패가 단계 S515에서 검출되면, 이 때 단계 S518에서 1를 Estm_fail의 수에 가산한다.

도 6은 본 발명에 따른 수신기의 블록도를 개략적으로 나타낸다. 수신된 신호들이 A/D 컨버터(604)를 통과한 후, DC 오프셋이 먼저 DC 삭제 회로(606)에서 제거된다. 이후, 신호들이 동기화되고 주파수 오프셋 보정이 타이밍 복구 및 주파수 오프셋 보상 회로(608)에서 수행된다. DC 삭제 회로(606) 및 타이밍 복구 및 주파수 오프셋 보상 회로(608) 모두는 MAC_HIT 신호 및 CRC_OK 신호 모두가 미리 어서트된 경우 버퍼들(628, 626)에 각각 래치된 DC 오프셋 추정치 및 주파수 오프셋 추정치를 재사용하기 위해 또는 새롭게 발생된 DC 오프셋 추정치(632) 및 주파수 오프셋 추정치(630)를 재사용하기 위해, 재사용 제어 회로(636)에 의해 발행된 재사용 제어 신호에 기초하여 제어된다. Estm_fail의 수가 소정의 수 N보다 작으면, 2 대 1(2-to-1) 다중화기들이 버퍼들(628, 626)에 래치된 DC 오프셋 추정치 및 주파수 오프셋 추정치를 회로들(606, 608) 각각에 보내기 위해 제어될 것이다.

타이밍 동기화 및 주파수 보정 후, 이후 신호들은 회로 블록(610)에서 FFT를 이용하여 주파수 도메인으로 변환된다. 이어서, 채널 추정이 수행되고 상기 채널은 채널 보정 회로(612)에서 보정된다. 이 노드에서, 상기 신호는 위상-동기 루프(phase-locked loop; PLL)(634)를 채용하여 주파수 오프셋 추정치(630)를 정렬시키는 데 사용된다.

게다가, 채널 보정된 신호는 디-매핑 회로(614)에서 디-매핑되고 디-인터리빙 및 디-펀처링 회로(616)에서 디인터리빙 및 디펀처링된다. 회로(616)로부터 출 력된 디-인터리빙된 비트들은 디코더(618)에서 비터비 알고리즘(Viterbi algorithm)을 이용하여 디코딩되고 최종적으로 스크램블러(scrambler)(620)에서 디스크램블링된다.

비록 최선의 실시예가 IEEE802.11a 표준을 채용하여 개시되지만, 그것은 예시로서 고려되어야 하고 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 예를 들면, IEEE802.11g 표준이 다른 실시예들에서 채용될 수 있다. 본 발명은 무선 통신 시스템내에서 사용되는 것에 한정되지 않고, 통신 시스템이 패킷-기반인 한 유선 통신 시스템에서 사용될 수 있다.

신호 수신 에러의 보상을 위한 추정된 데이터의 재사용에 의해, 패킷 대 패킷(packet to packet)으로부터 전체 수신기 성능 및 안정성을 더욱 향상시키는 것이 가능하고 추정 알고리즘이 단순화될 수 있게 한다.

이상, 본 발명은 그것의 최선의 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 그것에 의해 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 첨부 청구항들에 의해 나타낸, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형예들 및 변경예들을 생각해 낼 수 있을 것이다.

Claims (28)

1. 패킷-기반 통신 시스템내의 수신기의 PHY(물리) 계층에서 수신된 신호를 처리하는 방법에 있어서,

   이전에 래칭된 추정 데이터를 재사용하여 얻은 추정 데이터 및 현재의 패킷에서 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 이용하여 얻은 추정 데이터 중 어느 하나로, 재사용 제어 신호에 기초하여 현재의 패킷에 대한 신호 중 에러가 발생된 신호에 대한 보상을 수행하는 단계;

   상기 보상된 신호를 디코딩하고 상기 디코딩된 신호를 상기 수신기의 MAC(매체 액세스 제어) 계층에 전달하는 단계;

   상기 MAC 계층으로부터 상기 수신기가 상기 현재의 패킷의 의도된 수신자인지의 여부를 나타내는 신호를 수신하는 단계;

   상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되었는지의 여부를 결정하는 단계;

   상기 수신기가 상기 현재의 패킷의 의도된 수신자이고 상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되지 않으면 상기 현재의 패킷에서 추정 실패(estimation failure)를 나타내는 신호를 발생하는 단계; 및

   상기 수신기가 상기 현재의 패킷의 의도된 수신자이고 상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되면 상기 현재의 패킷에서 사용된 상기 추정된 데이터를 래칭하는 단계를 포함하고,

   상기 재사용 제어 신호는 이전 패킷들의 상기 추정 실패들의 연속하는 횟수가 소정의 수보다 작으면 어서트되는, 수신 신호 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 추정된 데이터는 DC 오프셋 추정치, 주파수 오프셋 추정치, 채널 추정치인, 수신 신호 처리 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되는지의 여부는 순환 중복 검사(cyclic redundancy check; CRC)에 의해 결정되는, 수신 신호 처리 방법.
7. 삭제
8. 패킷-기반 통신 시스템용 수신기에 있어서,

   미리 래칭된 추정 데이터를 재사용하여 얻은 추정 데이터 및 현재의 패킷에서 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 이용하여 얻은 추정 데이터 중 어느 하나로, 현재의 패킷에 대한 신호 중 에러가 발생된 신호를 보상하기 위해 재사용 제어 신호에 기초하여 제어되는 보상 회로;

   현재의 패킷에서 상기 추정된 데이터를 발생하는 추정 회로;

   상기 보상 회로로부터의 출력 신호를 디코딩하는 디코딩 회로;

   상기 수신기가 상기 현재의 패킷의 의도된 수신자인지의 여부를 증명하는 회로;

   상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되는지의 여부를 증명하는 회로;

   상기 수신기가 상기 현재의 패킷의 의도된 수신자이고 상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되지 않으면 상기 현재의 패킷에서 추정 실패를 나타내는 신호를 발생하는 회로;

   상기 수신기가 상기 현재의 패킷의 의도된 수신자이고 상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되면 상기 현재의 패킷에서 사용된 상기 추정된 데이터를 래칭하는 버퍼 회로; 및

   이전 패킷들에서 상기 추정 실패들의 연속하는 횟수가 소정의 수보다 작으면 상기 재사용 제어 신호를 발생하는 재사용 제어 회로를 포함하는, 패킷-기반 통신 시스템용 수신기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 추정된 데이터는 DC 오프셋 추정치, 주파수 오프셋 추정치, 채널 추정치인, 패킷-기반 통신 시스템용 수신기.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 8 항에 있어서,

    상기 현재의 패킷이 에러 없이 수신되는지의 여부를 증명하는 상기 회로는 순환 중복 검사(CRC) 회로인, 패킷-기반 통신 시스템용 수신기.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
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