KR100897527B1 - 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 소정의 샘플 시간(예를 들면, 제로 패드된 샘플 시간)만큼 지연된 직교주파수 분할 다중화 신호(수신 신호)의 상호상관값과 수신 신호의 전력값을 비교하여 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인함으로써, 패킷 검출 확률을 높이고, 또한 오류검출을 방지할 수 있게 하는, 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 패킷 검출 장치에 있어서, 외부로부터 수신된 수신 신호의 상호상관값을 계산하여 소정의 샘플 시간만큼 지연시키기 위한 상호상관 계산 수단; 상기 수신 신호에 대한 전력값을 계산하기 위한 전력 계산 수단; 및 상기 지연된 상호상관값과 상기 계산된 전력값과의 비교를 통해 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인하기 위한 패킷 검출 수단을 포함한다.
직교주파수 분할 다중화, 패킷 검출, 상호상관, 수신 신호 전력, UWB

Description

직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법{PACKET DETECTING APPARATUS AND METHOD OF ZERO PADDED OFDM SIGNAL}
본 발명은 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 샘플 시간(예를 들면, 제로 패드된 샘플 시간)만큼 지연된 직교주파수 분할 다중화 신호(수신 신호)의 상호상관값과 수신 신호의 전력값을 비교하여 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인함으로써, 패킷 검출 확률을 높이고, 또한 오류검출을 방지할 수 있게 하는, 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-071-02, 과제명: 초고속 멀티미디어 전송 UWB 솔루션 개발].
종래의 직교주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템용 패킷 검출기는 수신 신호의 상호상관(Cross Correlation) 값과 수신 신호의 전력값을 각각 계산한다. 그리고 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 프리앰블 샘플의 상호상관값과, 수신 신호의 전력값에 미리 정해진 임계치를 곱한 값을 비교하여 수신 신호의 패킷 검출 여부를 결정한다.
이하, 이러한 종래의 패킷 검출기의 동작을 상세하게 살펴보기로 한다.
종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 상호상관 함수에 관한 하기의 [수학식 1]에 따라 N개의 프리앰블 샘플의 상호상관값을 계산한다.
Figure 112007088693690-pat00001
여기서,
Figure 112007088693690-pat00002
은 n 번째 샘플 시간에 수신된 수신 신호의 상호상관값,
Figure 112007088693690-pat00003
은 n 번째 샘플 시간에 수신된 수신 신호,
Figure 112007088693690-pat00004
는 수신부의 패킷 검출기에 미리 저장된 j번째 프리앰블 샘플의 켤레 복소수값을 나타낸다. 여기서,
Figure 112007088693690-pat00005
로 정의되며,
Figure 112007088693690-pat00006
은 a의 실수부분 제곱값과 허수부분 제곱값을 합한 값을 나타낸다.
그리고 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 하기의 [수학식 2]에 따라 수신 신호의 전력값을 계산한다. 즉, 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 수신 신호의 실수부분 제곱값과 허수부분 제곱값을 각각 더한 후, N개의 버퍼에 저장한다. 그리 고 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 N개의 버퍼에 저장된 수신 신호의 제곱값을 더해서 수신 신호의 전력값을 계산한다.
Figure 112007088693690-pat00007
여기서,
Figure 112007088693690-pat00008
은 n 번째 샘플 시간에 수신된 수신 신호의 전력값,
Figure 112007088693690-pat00009
은 n 번째 샘플 시간에 수신된 수신 신호를 나타낸다. 이어서, 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 상기의 [수학식 2]를 이용하여 계산된 수신 신호의 전력값과 미리 정해진 임계치(Threshold_value)를 곱한다(하기의 수학식 3 참조).
이후, 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 하기의 [수학식 3]에 표시된 바와 같이, 상기의 [수학식 1]에서 계산된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00010
)이 상기의 [수학식 2]에서 계산된 전력값에 임계치(Threshold_value)를 곱한 값을 초과하는지 여부를 확인한다. 여기서, 전력 관련 임계치는 각종 채널 환경하에서 시뮬레이션 및 시험을 통해서 최적의 값이 선정된 후, 패킷 검출기에서의 패킷 검출 과정에 적용된다.
Figure 112007088693690-pat00011
여기서,
Figure 112007088693690-pat00012
는 n 번째 샘플 시간에 수신된 수신 신호의 상호상관값,
Figure 112007088693690-pat00013
은 n 번째 샘플 시간에 수신된 수신 신호의 전력값,
Figure 112007088693690-pat00014
는 미리 정해진 전력 관련 임계치를 나타낸다.
상기 확인 결과, 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00015
)이 '전력값(
Figure 112007088693690-pat00016
)에 임계치가 곱해진 값'을 초과하면, 수신 신호에서 패킷이 검출된 것으로 판단한다.
그리고 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는, 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00017
)이 '전력값(
Figure 112007088693690-pat00018
)에 전력 관련 임계치(
Figure 112007088693690-pat00019
)가 곱해진 값'을 초과하는 경우에는, 패킷 검출이 되었다고 판단하여 수신기의 제어부로 그 판단 값을 전달하고 패킷 검출 과정을 종료하게 된다.
전술한 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 다중 경로(Multi-Path)가 심각한 채널 환경에서는 패킷을 검출할 수 있는 확률이 떨어진다는 문제점이 있다. 이는 다중 경로(multi-path)가 심각한 채널 환경에서의 상호상관값은 다중 경로(multi-path)가 없는 채널 환경에서 계산된 상호상관값에 비하여 상대적으로 작아지기 때문이다. 패킷 검출 과정이 상호상관값과 '전력값(
Figure 112007088693690-pat00020
)에 전력 관련 임계치(
Figure 112007088693690-pat00021
)가 곱해진 값'과의 비교를 통해 이루어지므로, 상호상관값이 작아지게 되면 그만큼 검출할 수 있는 확률이 줄어들게 된다.
또한, 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기는 부가 백색 가우스 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)이 적용되는 채널에서 오류검출(False Alarm)이 증 가하게 된다는 문제점이 있다. 예를 들어, 초광대역(UWB: Ultra Wide-Band) 채널 환경에서 수신 신호의 신호 대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)가 0(dB)인 경우를 살펴보면, 전송 프레임 중 10% 이상의 프레임에서 오류검출이 발생하게 되고 패킷 검출이 실패하게 되는 경우가 발생할 수 있다.
게다가, 일정한 길이의 코드셋을 반복해서 생성한 프리앰블 패턴을 전송하는 OFDM 시스템의 경우에 있어서, 종래의 OFDM 시스템용 패킷 검출기를 통해서 상호상관값을 구하면, 기준 위치에서 최대값은 구해지지만 기준 위치 외에도 주기적으로 일정한 크기의 상호상관값이 계산되어 진다. 이때, 전력에 관한 임계값을 낮게 설정하여 종래 패킷 검출 방식을 적용할 경우, 기준 위치가 아니라 원치 않는 곳에서 패킷 검출이 되는 경우가 종종 발생하게 된다는 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 열악한 환경(예를 들면, 다중 경로가 심각한 채널이나, 백색잡음이 크게 작용하는 채널)에서는 패킷 검출 확률이 저하되고, OFDM 시스템에서 기준 위치가 아닌 다른 곳에서의 패킷 검출로 인해 동기가 어긋나게 된다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 소정의 샘플 시간(예를 들면, 제로 패드된 샘플 시간)만큼 지연된 직교주파수 분할 다중화 신호(수신 신호)의 상호상관값과 수신 신호의 전력 값을 비교하여 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인함으로써, 패킷 검출 확률을 높이고, 또한 오류검출을 방지할 수 있게 하는, 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 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.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 소정의 샘플 시간(예를 들면, 제로 패드된 샘플 시간)만큼 지연된 직교주파수 분할 다중화 신호(수신 신호)의 상호상관값과 수신 신호의 전력값을 비교하여 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인하여 해당 패킷을 검출하는 것을 특징으로 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 패킷 검출 장치에 있어서, 외부로부터 수신된 수신 신호의 상호상관값을 계산하여 소정의 샘플 시간만큼 지연시키기 위한 상호상관 계산 수단; 상기 수신 신호에 대한 전력값을 계산하기 위한 전력 계산 수단; 및 상기 지연된 상호상관값과 상기 계산된 전력값과의 비교를 통해 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인하여 해당 패킷을 검출하기 위한 패킷 검출 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은, 패킷 검출 방법에 있어서, 외부로부터 수신된 수신 신호의 상호상관값을 계산하여 소정의 샘플 시간만큼 지연시키는 상호상관 계산 단계; 상기 수신 신호에 대한 전력값을 계산하는 전력 계산 단계; 및 상기 지연된 상호상관값과 상기 계산된 전력값과의 비교를 통해 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인하여 해당 패킷을 검출하는 패킷 검출 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값과 M샘플 이하의 구간 동안 누적하여 구한 신호 전력값을 이용하여 패킷을 검출함으로써, 기존의 패킷 검출 확률을 크게 개선할 수 있으며, 이로 인하여 제로 패드된 OFDM 전송 시스템의 패킷 검출 성능을 향상시킬 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 첫 번째 임계치를 이용하여 패킷 검출을 수행하고 첫 번째 임계치 이하의 값으로 설정된 두 번째 임계치를 이용하여 패킷 검출을 재수행하는 2차에 걸친 패킷검출 방식을 이용함으로써, 오류검출이 발생하는 횟수를 줄이고 동시에 패킷 검출 확률을 높일 수 있는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 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 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 제로 패드된 OFDM 신호의 프리앰블 전송 구간에 대한 OFDM 심볼의 일실시예 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한 개의 제로 패드된 OFDM(Zero-padded Othogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼은, N개의 시간영역 프리앰블(preamble) 샘플(110, 111, 112, 113 및, 114)과 M개의 제로 패드된 서픽스(Zero-padded suffix) 샘플(120, 121 및, 122)로 이루어져 있다. 이때, OFDM 송신 시스템으로부터 전송되는 순서는 P(0) 프리앰블 샘플(110), P(1) 프리앰블 샘플(111), …, P(N-1) 프리앰블 샘플(114), M개의 제로 패드된 서픽스 샘플(120, 121 및, 122)의 순서대로 전송된다.
도 2 는 본 발명에 따른 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상호상관 계산부(210), 전력 계산부(220), 및 패킷 검출부(230)를 포함하여 이루어진다.
이하, 패킷 검출 장치(200)의 구성요소 각각에 대하여 살펴보기로 한다.
상호상관 계산부(210)는 외부로부터 수신된 제로 패드된(Zero-padded) 직교 주파수 분할 다중화 신호(
Figure 112007088693690-pat00022
)에 대한 상호상관값을 계산하고 그 상호상관값을 제로 패드된 샘플 시간만큼 지연시킨다. 여기서, 제로 패드된(Zero-padded) 직교주파수 분할 다중화 신호는 기저대역(Baseband) 디지털 복소수 수신 신호로 표현될 수 있다. 상호상관 계산부(210)에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하기로 한다.
전력 계산부(220)는 외부로부터 수신된 제로 패드된(Zero-padded) 직교주파수 분할 다중화 신호의 전력값을 제로 샘플 이하의 구간 동안 누적하여 계산하는데, 이에 대해서는 도 4에서 상세히 설명하기로 한다.
패킷 검출부(230)는 상호상관 계산부(210)에서 지연된 상호상관값과, 전력 계산부(220)에서 계산된 전력값과의 비교를 통해 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인한다. 패킷 검출부(230)에서 수행되는 패킷 검출 과정에 대해서는 하기의 [수학식 7] 및 [수학식 8]을 참조하여 후술하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 도 2의 상호상관 계산부의 일실시예 상세구성도이다.
상호상관 계산부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상호상관 전처리부(310), 가산부(320), 제곱부(330), 및 상호상관 지연부(340)를 포함한다. 여기서, 상호상관 전처리부(310)는 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00023
)를 샘플 시간만큼 지연시킨 후 버퍼에 저장하기 위한 N-1개의 지연기(311 및 312)와, 승산기(315 내지 318)를 포함한다.
상호상관 계산부(210)는 외부로부터 수신된 기저대역(Baseband) 디지털 복소 수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00024
)의 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00025
)을 계산하고, 그 계산된 상호상관값을 M개 샘플 시간만큼 지연시킨다. 즉, 상호상관 계산부(210)는 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00026
)을 구한다.
이하, 상호상관 계산부(210)의 구성요소 각각에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상호상관 전처리부(310)는 외부로부터 수신된 기저대역 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00027
)를 N개의 버퍼에 저장한다. 그리고 상호상관 전처리부(310)는 N개의 버퍼에 저장된 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00028
)와 수신부 메모리에 미리 저장되어 있는 N개의 프리앰블 패턴 켤레 복소수값(
Figure 112007088693690-pat00029
)을 각각 곱한다. 다시 말하면, N-1개의 지연기(311 및 312) 중 첫 번째 지연기(311)는 입력된 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00030
)를 한 샘플 시간만큼 지연시키고 다음 지연기는 순차적으로 버퍼에 저장된 수신 신호를 샘플 시간만큼 지연시킨다. 결론적으로, N-1 번째 지연기(312)로부터 출력된 디지털 복소수 수신 신호는 N-1개의 샘플 시간만큼 지연된다. 그리고 N개의 버퍼에 저장된 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00031
)는 N개의 프리앰블 패턴 켤레 복소수값(
Figure 112007088693690-pat00032
)과 각각 곱해진다.
그리고 가산부(320)는 상호상관 전처리부(310)에서 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00033
)에 N개의 프리앰블 패턴 켤레 복소수값이 각각 곱해진 N개의 결과값에 대한 실수부값과 허수부값을 각각 더한다.
이어서, 제곱부(330)는 절대값의 제곱 즉, 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00034
)의 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00035
)을 구하기 위해, 가산부(320)에서 각각 더해진 실수부값과 허수부값을 각각 제곱한 후 더한다.
이후, 상호상관 지연부(340)는 제곱부(330)에서 출력된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00036
)을 M개 샘플 시간(제로 패드된 샘플 시간)만큼 지연시켜 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00037
)을 출력한다.
상호상관 계산부(210)에서의 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00038
)을 구하는 과정이 하기의 [수학식 4]에 나타나 있다.
Figure 112007088693690-pat00039
여기서,
Figure 112007088693690-pat00040
는 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값,
Figure 112007088693690-pat00041
는 프리앰블 샘플의 켤레 복소수값,
Figure 112007088693690-pat00042
는 M샘플 시간만큼 지연된 수신 신호를 나타낸다.
이때, 프리앰블 샘플의 켤레 복소수값(
Figure 112007088693690-pat00043
)은 그대로 사용되지 않고 부호 성분만 수신부 메모리(도면에 미도시)에 저장되어 이용될 수 있다. 즉, M 샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00044
)은 하기의 [수학식 5]와 같이, 프리앰블 샘플의 켤레 복소수값(
Figure 112007088693690-pat00045
)의 부호 성분만이 이용되어 계산될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 직교주파수 분할 다중 시스템용 패킷 검출 장치를 구현하는 경우에 복잡도를 줄이기 위함이다.
Figure 112007088693690-pat00046
여기서,
Figure 112007088693690-pat00047
는 프리앰블 샘플의 켤레 복소수값의 부호 성분,
Figure 112007088693690-pat00048
는 M샘플 시간만큼 지연된 수신 신호,
Figure 112007088693690-pat00049
는 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값을 나타낸다.
도 4 는 본 발명에 따른 도 2의 전력 계산부의 일실시예 상세구성도이다.
전력 계산부(220)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제곱부(410),
Figure 112007088693690-pat00050
개의 지연부(420 내지 422), 및 가산부(430)를 포함하여 이루어진다.
제곱부(410)는 수신된 기저대역 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00051
)의 절대값의 제곱을 구한다. 즉, 제곱부(410)는 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00052
)의 실수부값과 허수부값을 각각 제곱해서 더하여 전력값을 구한다.
이어서,
Figure 112007088693690-pat00053
개의 지연부(420 내지 422)는 제곱부(410)에서 각각 제곱하여 더해진 실수부값과 허수부값을
Figure 112007088693690-pat00054
개의 버퍼에 저장한다. 다시 말하면,
Figure 112007088693690-pat00055
개의 지연부(420 내지 422) 중 첫 번째 지연부(420)는 입력된 디지털 복소수 수신 신호(
Figure 112007088693690-pat00056
)의 절대값의 제곱을 한 샘플 시간만큼 지연시키고 다음 지연부(421)는 순차적으로 지연시킨다. 결론적으로,
Figure 112007088693690-pat00057
번째 지연부(422)로부터 출력된 전력값은
Figure 112007088693690-pat00058
개의 샘플 시간만큼 지연된다.
그리고 가산부(430)는 제곱부(410) 및
Figure 112007088693690-pat00059
개의 지연부(420 내지 422)로부터 출력된
Figure 112007088693690-pat00060
개의 전력값을 더하여 수신 신호 전력값(
Figure 112007088693690-pat00061
)을 출력한다. 가산부(430)로부터 출력된 수신 신호 전력값(
Figure 112007088693690-pat00062
)은 하기의 [수학식 6]과 같이 나타난다.
Figure 112007088693690-pat00063
여기서,
Figure 112007088693690-pat00064
는 수신 신호의 전력값,
Figure 112007088693690-pat00065
는 0 이상 M 미만인 정수,
Figure 112007088693690-pat00066
는 버퍼의 개수를 나타낸다.
이때, 전력 계산부(220)에서는 수신 신호의 전력값(
Figure 112007088693690-pat00067
)을 계산할 때, 버퍼의 개수는 제로 패드된 서픽스 샘플(zero-padded suffix)의 개수(M)에서
Figure 112007088693690-pat00068
만 큼의 개수가 작은
Figure 112007088693690-pat00069
개로 설정된다. 이는, 제로 패드된 서픽스 샘플이 다중 경로로 인해 수신단에서 제로 패드된 서픽스 샘플보다 큰 전력이 측정될 수 있기 때문에, 이러한 다중 경로의 영향을 줄여 수신 신호의 전력값이 최소화되도록 하기 위함이다. 즉, N개의 프리앰블 샘플을 전송한 후 신호를 보내지 않더라도, 다중 경로(multi-path)의 영향으로 몇 개 샘플구간 동안은 수신단에서 상당히 큰 전력이 측정될 수 있기 때문에, 그 영향을 최소화하기 위함이다. 따라서 전력 계산부(220)에서는 수신 신호 전력값 계산 구간을 제로 패드된 서픽스 샘플(Zero-Padded Suffix) 크기 이하로 설정한다. 또한, 버퍼의 개수를 짝수로 설정하기 위해, 버퍼의 개수는 제로 패드된 서픽스의 샘플 개수(M)에서
Figure 112007088693690-pat00070
만큼의 개수를 뺀
Figure 112007088693690-pat00071
개로 설정한다. 이는 버퍼의 개수가 짝수이면 전력 계산부(220)의 하드웨어의 구현이 용이하기 때문이다.
한편, 패킷 검출부(230)는 도 2의 상호상관 계산부(210)에서 지연된 상호상관값과, 도 2의 전력 계산부(220)에서 계산된 수신 신호의 전력값에 제1 임계치(Th1)가 곱해진 값을 하기의 [수학식 7]과 같이 비교한다.
상기 비교 결과, 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00072
)이 전력값과 제1 임계치(Th1)가 곱해진 값(
Figure 112007088693690-pat00073
)을 초과하면 패킷 검출부(230)는 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단한다.
여기서, 패킷 검출부(230)는 오류검출의 횟수를 줄이기 위해, 하기의 [수학식 7]과 같이 상호상관값이 일정한 제1 오류검출 임계값(Th2)을 초과하는 경우에 패킷 검출 과정을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 임계치 및 제1 오류검출 임계값은 각종 채널 환경하에서 시뮬레이션 및 시험을 통해서 최적의 값이 선정된 후, 패킷 검출 장치에 적용된다.
Figure 112007088693690-pat00074
여기서,
Figure 112007088693690-pat00075
는 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값, Th1은 제1 임계치, Th2는 제1 오류검출 임계값,
Figure 112007088693690-pat00076
는 수신 신호의 전력값을 나타낸다.
다시 말하면, 패킷 검출부(230)는 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00077
)이 일정한 제1 오류검출 임계값을 초과하고, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00078
)이 수신신호 전력값(
Figure 112007088693690-pat00079
)과 제1 임계치(Th1)가 곱해진 값을 초과하면 패킷이 검출되었다고 판단한다. 그리고 패킷 검출부(230)는 1차 패킷 검출 과정을 종료하게 된다.
이후, 패킷 검출부(230)는 카운터 값이 두 번째 패킷 검출 검색구간인지를 확인하여 두 번째 패킷 검출 검색구간에 속하면, 상기 [수학식 7]과 유사한 하기 [수학식 8]과 같이, 2차 패킷 검출 과정을 수행한다. 패킷 검출부(230)는 카운터를 구비하고 있어, 패킷 검출 과정마다 카운터 값을 하나씩 증가시킨다. 그리고 패킷 검출부(230)는 그 카운터 값을 확인하여 두 번째 패킷 검출 검색구간이면 두 번째 패킷 검출 검색구간으로 판단한다. 반면에, 패킷 검출부(230)는 두 번째 패킷 검출 검색구간에 대응되는 카운터 값이 아니면 두 번째 패킷 검색구간이 아닌 것으로 판단한다.
패킷 검출부(230)는 두 번째 패킷 검출 검색구간으로 확인되면, 해당 검색구간에서 2차 패킷 검출 과정을 수행한다. 패킷 검출부(230)는 하기의 [수학식 8]에 표시된 바대로, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00080
)과 제2 오류검출 임계값(Th3)을 비교하여 제2 오류검출 임계값(Th3)을 초과하는지 여부를 확인한다. 여기서, 제2 오류검출 임계값(Th3)은 1차 패킷 검출 과정에서 이용된 제1 오류검출 임계값(Th2) 이하의 값을 가진다. 패킷 검출부(230)는 제1 오류검출 임계값(Th2)보다 낮거나 같은 제2 오류검출 임계값(Th3)을 이용함으로써, 신호 품질이 좋지 않은 채널 환경에서 패킷 검출 확률을 높일 수 있는 이점이 있다.
Figure 112007088693690-pat00081
그리고 패킷 검출부(230)는 2차 패킷 검출 과정에서 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00082
)이 일정한 크기인 제2 오류검출 임계값(Th3)을 초과하고, 수신 신호 전력값(
Figure 112007088693690-pat00083
)과 제1 임계치를 곱한 값을 초과하는 경우에 패킷을 검출한 것으로 판단한다. 그리고 패킷 검출부(230)는 수신기의 제어부로 그 값을 전 달하고 패킷 검출 과정을 종료하게 된다.
도 5 는 OFDM 프리앰블 시퀀스 전송에 따른 수신 신호의 상호상관값 및 수신 신호 전력값에 대한 예시도이다.
도 5에는 UWB 채널 환경에서 수신 신호의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 10 (dB)인 경우 임의의 채널에서 구한 시뮬레이션 결과가 데이터를 전송하지 않는 구간(510)과 프리앰블 전송 구간(520)으로 구분되어 나타나 있다. 프리앰블 전송 구간에서 본 발명에 따라 패킷을 검출하는 경우를 살펴보면, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00084
)(540)이 최대인 일정 범위 내에서 수신 신호의 전력값(
Figure 112007088693690-pat00085
)(530)은 최소값을 가진다. 즉, 종래의 패킷 검출기와 비교할 때, M샘플 시간만큼 지연된 구간은 상호상관값과 전력값의 차이가 최대로 커진다.
데이터를 전송하지 않는 구간에서 본 발명에 따라 패킷을 검출하는 경우에, 패킷 검출부(230)는 오류검출(560)을 방지하기 위해 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00086
)(540)이 일정한 크기인 제1 오류검출 임계값(Th2)(550)을 초과하는지 여부를 확인한다. 이때, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00087
)(540)이 제1 오류검출 임계값(Th2)(550)을 초과하는지 여부를 확인하는 과정이 없다면, 도 5에서와 같이, 패킷을 검출하는 신호 위치에서 패킷을 검출하지 못하고 잡음 구간에서 패킷을 검출하는 오류검출(560)이 발생하게 된다.
도 6 은 본 발명에 따른 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 본 발명에 따른 패킷 검출 방법은 OFDM 프리앰블 전송구간마다 수행된다.
패킷 검출부(230)는 제1 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S1), 2차 패킷 검출 성공여부 판별 값(PD_S2) 및 카운터(Counter) 값을 모두 "0"으로 초기화시킨다(602).
상호상관 계산부(210)는 상호상관값을 계산한 후 그 결과값을 버퍼에 저장한다(604). 그리고 패킷 검출부(230)는 버퍼로부터 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값을 가져온다(606). 이와 병행하여, 전력 계산부(220)는 동일한 시간에 수신된 수신 신호의 전력값을 구한다(608).
그리고 패킷 검출부(230)는 패킷 검색 구간마다 제1 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S1)이 "0"인지 여부를 확인한다(610).
상기 확인 결과(610), 제1 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S1)이 "0"이면 패킷 검출부(230)는 1차 패킷 검출 과정을 패킷 검색 구간마다 수행한다. 즉, 패킷 검출부(230)는 상기 [수학식 7]과 같이, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00088
)이 일정한 제1 오류검출 임계값을 초과하면서, M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00089
)이 수신신호 전력값(
Figure 112007088693690-pat00090
)에 제1 임계치(Th1)가 곱해진 값을 초과하는지 여부를 확인한다(612).
상기 확인 결과(612), 1차 패킷 검출 조건에 맞으면 패킷 검출부(230)는 1차 패킷 검출이 성공한 것으로 판단하여 제1 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S1)과 카 운터(Counter)값을 "1"로 설정하고(614), "604" 및 "608" 과정부터 반복 수행한다. 반면에, 상기 확인 결과(612), 1차 패킷 검출 조건에 맞지 않으면, 패킷 검출부(230)는 패킷이 검출되지 않은 것으로 판단하고 "604" 및 "608" 과정부터 반복 수행한다.
한편, 상기 확인 결과(610), 제1 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S1)이 "1"이면, 패킷 검출부(230)는 카운터(Counter)값이 두 번째 패킷 검출 검색구간 내에 속하는지를 확인한다(616).
상기 확인 결과(616), 두 번째 패킷 검출 검색구간 내에 속하면, 패킷 검출부(230)는 2차 패킷 검출 과정을 수행한다. 즉, 패킷 검출부(230)는 상기 [수학식 8]과 같이, 2차 패킷 검출 과정에서 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값(
Figure 112007088693690-pat00091
)이 일정한 크기인 제2 오류검출 임계값(Th3)을 초과하고, 수신 신호 전력값(
Figure 112007088693690-pat00092
)과 제1 임계치가 곱해진 값을 초과하는지 여부를 확인한다(618).
한편, 상기 확인 결과(618), 2차 패킷 검출 조건에 맞으면, 패킷 검출부(230)는 2차 패킷 검출이 성공한 것으로 판단하여 2차 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_2)을 "1"로 설정한다(620). 즉, 패킷 검출부(230)는 패킷 검출 검색구간마다 특정 구간에 패킷이 검출된 후, 이후의 구간에서는 M샘플 시간만큼 지연된 상호상관값이 제1 오류검출 임계값보다 낮은 제2 오류검출 임계값을 초과하면 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단한다. 참고로, 2번째 패킷 검출 검색구간은 수 내 지 수십 샘플 구간으로 설정 가능하다. 그리고 패킷 검출부(230)는 카운터(Counter)값을 하나 증가시킨다(622). 반면에, 상기 확인 결과(618), 2차 패킷 검출 조건에 맞지 않으면, 패킷 검출부(230)는 "622" 과정부터 수행한다.
이후, 패킷 검출부(230)는 2차 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S2)이 "1"인지를 확인하여(624), 2차 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S2)이 "1"이면 패킷 검출 과정을 종료하고, 2차 패킷 검출 성공여부 판별값(PD_S2)이 "1"이 아니면 "604" 및 "608" 과정부터 다시 수행한다.
한편, 상기 확인 결과(616), 카운터 값이 2번째 패킷 검출 검색구간이 아니면, 패킷 검출부(230)는 카운터(Counter)값이 패킷검출 실패 확인구간인지 여부를 확인한다(626).
상기 확인 결과(626), 카운터(Counter)값이 패킷검출 실패 확인구간이면, 패킷 검출부(230)는 1차 패킷 검출 성공 여부 판별값(PD_S1)과 카운터(Counter)값을 "0"으로 설정하고(628), "604" 및 "608" 과정부터 다시 수행한다. 반면에, 상기 확인 결과(626), 카운터(Counter)값이 패킷검출 실패 확인구간이 아니면, 패킷 검출부(230)는 카운터값을 하나 증가시킨 후(630), "604" 및 "608" 과정부터 다시 수행한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
도 1 은 제로 패드된 OFDM 신호의 프리앰블 전송 구간에 대한 OFDM 심볼의 일실시예 구조도,
도 2 는 본 발명에 따른 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 장치의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 도 2의 상호상관 계산부의 일실시예 상세구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 도 2의 전력 계산부의 일실시예 상세구성도,
도 5 는 OFDM 프리앰블 시퀀스 전송에 따른 수신 신호의 상호상관값 및 수신 신호 전력값에 대한 예시도,
도 6 은 본 발명에 따른 직교주파수 분할 다중화 신호의 패킷 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200: 패킷 검출 장치 210: 상호상관 계산부
220: 전력 계산부 230: 패킷 검출부
310: 상호상관 전처리부 320: 가산부
330: 제곱부 340: 상호상관 지연부
410: 제곱부 430: 가산부

Claims (16)

  1. 패킷 검출 장치에 있어서,
    외부로부터 수신된 수신 신호의 상호상관값을 계산하여 소정의 샘플 시간만큼 지연시키기 위한 상호상관 계산 수단;
    상기 수신 신호에 대한 전력값을 계산하기 위한 전력 계산 수단; 및
    상기 지연된 상호상관값과 상기 계산된 전력값과의 비교를 통해 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인하여 해당 패킷을 검출하기 위한 패킷 검출 수단
    을 포함하는 패킷 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호상관 계산 수단은,
    상기 수신된 수신 신호를 제로 패드된 샘플 시간만큼 지연시키는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상호상관 계산 수단은,
    상기 수신된 수신 신호의 프리앰블 샘플에 대한 켤레 복소수의 부호 성분을 이용하여 상호상관값을 계산하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 수단은,
    패킷 검출 검색구간마다 패킷 존재 여부를 확인하되, 상기 지연된 상호상관값이 소정의 전력값 이상이면 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 수단은,
    상기 패킷 검출 검색구간마다 상기 지연된 상호상관값이 상기 소정의 전력값 이상이면서 제1 오류검출 임계값을 초과하면 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 수단은,
    특정 패킷 검출 검색에서 패킷이 검출되면, 패킷이 검출된 구간 이후의 패킷 검출 검색구간에서는 제2 오류검출 임계값을 이용하여 패킷 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 수단은,
    상기 지연된 상호상관값이 상기 소정의 전력값 이상이면서 상기 제2 오류검출 임계값을 초과하면 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 수단은,
    현재 패킷 검출 검색구간에서 해당 구간이 샘플 시간에 대응되는 소정의 카운터값 이상이면 패킷검출 실패구간으로 판단하고, 다음 패킷 검출 검색구간에서 패킷 검출을 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 장치.
  9. 패킷 검출 방법에 있어서,
    외부로부터 수신된 수신 신호의 상호상관값을 계산하여 소정의 샘플 시간만큼 지연시키는 상호상관 계산 단계;
    상기 수신 신호에 대한 전력값을 계산하는 전력 계산 단계; 및
    상기 지연된 상호상관값과 상기 계산된 전력값과의 비교를 통해 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는지 여부를 확인하여 해당 패킷을 검출하는 패킷 검출 단계
    을 포함하는 패킷 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상호상관 계산 단계는,
    상기 수신된 수신 신호를 제로 패드된 샘플 시간만큼 지연시키는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상호상관 계산 단계는,
    상기 수신된 수신 신호의 프리앰블 샘플에 대한 켤레 복소수의 부호 성분을 이용하여 상호상관값을 계산하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 단계는,
    패킷 검출 검색구간마다 패킷 존재 여부를 확인하되, 상기 지연된 상호상관값이 소정의 전력값 이상이면 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 단계는,
    상기 패킷 검출 검색구간마다 상기 지연된 상호상관값이 상기 소정의 전력값 이상이면서 제1 오류검출 임계값을 초과하면 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 단계는,
    특정 패킷 검출 검색에서 패킷이 검출되면, 패킷이 검출된 구간 이후의 패킷 검출 검색구간에서는 제2 오류검출 임계값을 이용하여 패킷 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 단계는,
    상기 지연된 상호상관값이 상기 소정의 전력값 이상이면서 상기 제2 오류검출 임계값을 초과하면 상기 수신 신호에 패킷이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 패킷 검출 단계는,
    현재 패킷 검출 검색구간에서 해당 구간이 샘플 시간에 대응되는 소정의 카운터값 이상이면 패킷검출 실패구간으로 판단하고, 다음 패킷 검출 검색구간에서 패킷 검출을 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 패킷 검출 방법.
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