KR100945530B1 - Apparatus and method for selecting correlation mode based on error of carrier wave frequency - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 반송파에 대한 주파수 오차가 존재하는 통신 시스템에서, 초기 동기 획득을 위한 상관값 계산 시 각 상관(correlation) 방식 간의 주파수 오차 경계점을 산출한 후 해당 영역별로 상관 방식을 선택함으로써, 보다 효율적으로 초기 동기를 획득하도록 하기 위한, 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to an apparatus and method for selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier, and in a communication system in which a frequency error for a carrier exists, a frequency error between each correlation method when calculating a correlation value for initial synchronization acquisition. An apparatus and method for selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier for more efficiently obtaining initial synchronization by selecting a correlation method for each region after calculating a boundary point are provided.
이를 위하여, 본 발명은 상관 방식 선택 방법에 있어서, 각 상관 방식별로 정규화된 주파수 옵셋에 따른 미검출 확률 값들을 산출하는 미검출 확률 값 산출단계; 상기 산출한 각 상관 방식별 미검출 확률 값들의 그래프가 서로 만나는 점을 주파수 오차 경계점으로 결정하는 단계; 및 상기 결정한 주파수 오차 경계점을 기반으로 상관 방식을 선택하는 상관방식 선택단계를 포함한다.To this end, the present invention provides a correlation method selection method, comprising: an undetected probability value calculating step of calculating undetected probability values according to a frequency offset normalized for each correlation method; Determining a point where a graph of the undetected probability values for each correlation scheme meet each other as a frequency error boundary point; And a correlation method selection step of selecting a correlation method based on the determined frequency error boundary point.
주파수 오차 경계점, 직접 상관 방식, 차등 상관 방식, 가중치 적용 차등 상관 방식, 허위 정보율, 미검출 확률 Frequency Error Boundary, Direct Correlation, Differential Correlation, Weighted Differential Correlation, False Information Rate, Undetected Probability
Description
본 발명은 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반송파에 대한 주파수 오차가 존재하는 통신 시스템에서, 초기 동기 획득을 위한 상관값 계산 시 각 상관(correlation) 방식 간의 주파수 오차 경계점을 산출한 후 해당 영역별로 상관 방식을 선택함으로써, 보다 효율적으로 초기 동기를 획득하도록 하기 위한, 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier, and more particularly, in a communication system in which a frequency error with respect to a carrier exists, each correlation in calculating a correlation value for initial synchronization acquisition. The present invention relates to an apparatus for selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier to more efficiently obtain initial synchronization by selecting a correlation method for each region after calculating a frequency error boundary between the methods.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2007-S-008-01, 과제명 : 21GHz 대역 위성방송 전송기술개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT growth engine technology development project of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Telecommunication Research and Development. [Task control number: 2007-S-008-01, Task name: 21GHz band satellite broadcasting transmission technology development] ].
최근 방송과 통신의 경계가 모호해지고 양방향 서비스가 가능해짐에 따라 광 대역 서비스 및 신뢰성 있는 전송 서비스가 요구되고 있다. 따라서 주어진 대역폭과 신호전력으로 높은 전송용량을 확보해야 하는 위성통신 시스템에서는 적응형 변조 및 부호화 기법(ACM: Adaptive Coding and Modulation)을 사용한다.Recently, as the boundary between broadcasting and communication is blurred and two-way service becomes possible, broadband service and reliable transmission service are required. Therefore, in satellite communication system that needs to secure high transmission capacity with given bandwidth and signal power, adaptive modulation and coding (ACM) is used.
특히, 유럽 디지털 비디오 위성 방송의 표준인 DVB-S2(Digital Video Broadcasting -ver.2)는 전송 효율을 최대화시키기 위하여, 채널 상태에 적응적으로 최적의 변조 방식 및 부호화율을 선택하여 전송하는 적응형 변조 및 부호화 방식을 사용한다.In particular, DVB-S2 (Digital Video Broadcasting-ver.2), a standard for European digital video satellite broadcasting, is an adaptive that selects and transmits an optimal modulation scheme and coding rate adaptively to channel conditions in order to maximize transmission efficiency. Modulation and coding schemes are used.
이러한 적응형 변조 및 부호화 방식의 사용으로 인해 Ka 대역(18 ~ 31GHz) 서비스를 제공하는 위성통신 시스템의 각 수신기는, 전파조건에 따라 적응적으로 링크를 제어하여 100~200%까지 전송용량 확보가 가능하지만, 반송파 복구를 위해 프레임 동기뿐만 아니라 가변하는 전송 프레임의 구조를 검출하는 과정이 요구된다.Due to the use of this adaptive modulation and coding scheme, each receiver in a satellite communication system that provides Ka band (18 to 31 GHz) service can adaptively control the link according to radio wave conditions to secure transmission capacity up to 100-200%. Although possible, a process of detecting a structure of a variable transmission frame as well as frame synchronization is required for carrier recovery.
한편, DVB-S2 시스템은 반송파의 주파수 오차가 존재하는 환경에서 초기 동기를 획득하기 위하여 상관도 계산을 수행하는데, 이때 송수신기 사이에 존재하는 주파수 오차는 상관기의 성능을 감소시키는 요인으로 작용한다.On the other hand, the DVB-S2 system performs correlation calculation to obtain initial synchronization in an environment in which carrier frequency error exists. In this case, the frequency error between the transceivers serves to reduce the performance of the correlator.
따라서 이전의 프레임 동기 과정 수행 시 획득한 프리앰블인 SoF(Start of Frame)와 수신신호 사이의 차등 상관을 활용하여 주파수 오차에 의한 영향을 최소화하였다.Therefore, the influence of the frequency error is minimized by utilizing the differential correlation between the SoF (Start of Frame) and the received signal obtained during the previous frame synchronization process.
하지만, 주파수 오차가 존재하지 않거나 일정 수준 이하인 환경에서는, 차등 상관 방식을 사용하는 경우가 직접 상관 방식을 사용하는 경우에 비해 오히려 더 심한 성능 열화를 유발하므로, 주파수 오차의 크기 변화에 따라 적응적으로 직접 상관 방식과 차등 상관 방식을 선택하여 사용하는 것이 각각 하나의 방식을 사용하는 경우보다 유리하다.However, in an environment where the frequency error does not exist or is below a certain level, the differential correlation method causes more severe performance degradation than the direct correlation method. Selecting and using a direct correlation method and a differential correlation method is more advantageous than using one method each.
따라서 주파수 오차의 크기 변화에 따라 적응적으로 직접 상관 방식과 차등 상관 방식을 선택할 수 있는 방안이 요구되고 있으며, 이러한 요구를 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.Therefore, there is a demand for a method of adaptively selecting a direct correlation method and a differential correlation method according to a change in the magnitude of the frequency error, and an object of the present invention is to solve such a demand.
본 발명은 반송파에 대한 주파수 오차가 존재하는 통신 시스템에서, 초기 동기 획득을 위한 상관값 계산 시 각 상관(correlation) 방식 간의 주파수 오차 경계점을 산출한 후 해당 영역별로 상관 방식을 선택함으로써, 보다 효율적으로 초기 동기를 획득하도록 하기 위한, 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, in a communication system in which a frequency error exists for a carrier, a frequency error boundary point between correlation methods is calculated when calculating a correlation value for initial synchronization acquisition, and then a correlation method is selected for each region. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier to obtain initial synchronization.
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.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 상관 방식 선택 방법에 있어서, 각 상관 방식별로 정규화된 주파수 옵셋에 따른 미검출 확률 값들을 산출하는 미검출 확률 값 산출단계; 상기 산출한 각 상관 방식별 미검출 확률 값들의 그래프가 서로 만나는 점을 주파수 오차 경계점으로 결정하는 단계; 및 상기 결정한 주파수 오차 경계점을 기반으로 상관 방식을 선택하는 상관방식 선택단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a correlation method selection method comprising: calculating an undetected probability value according to a frequency offset normalized for each correlation method; Determining a point where a graph of the undetected probability values for each correlation scheme meet each other as a frequency error boundary point; And a correlation method selection step of selecting a correlation method based on the determined frequency error boundary point.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 상관 방식 선택 장치에 있어서, 각 상관 방식별로 정규화된 주파수 옵셋에 따른 미검출 확률 값들을 산출하기 위한 미검출 확률 값 산출수단; 상기 미검출 확률 값 산출수단에서 산출한 각 상관 방식별 미검출 확률 값들의 그래프가 서로 만나는 점을 주파수 오차 경계점으로 결정하기 위한 주파수 오차 경계점 결정수단; 및 상기 주파수 오차 경계점 결정수단에서 결정한 주파수 오차 경계점을 기반으로 상관 방식을 선택하기 위한 상관방식 선택수단을 포함한다.In addition, the apparatus of the present invention for achieving the above object, In the correlation method selection apparatus, Undetected probability value calculation means for calculating the undetected probability value according to the frequency offset normalized for each correlation method; Frequency error boundary point determining means for determining a point where a graph of undetected probability values for each correlation scheme, which are calculated by the non-detection probability value calculating means, meets each other as a frequency error boundary point; And correlation method selection means for selecting a correlation method based on the frequency error boundary point determined by the frequency error boundary point determining means.
또한, 본 발명은 수십 GHz의 반송파에 대한 주파수 오차가 존재하는 환경에서, 직접 상관(coherent correlation) 방식과 차등 상관(differential correlation) 방식 및 변형된 차등 상관 방식을 주파수 오차의 정도에 따라 적응적으로 사용할 수 있는 최적의 주파수 오차 경계점을 제시한다.In addition, the present invention adaptively adapts the coherent correlation method, the differential correlation method and the modified differential correlation method according to the degree of the frequency error in an environment in which frequency error exists for a carrier of several tens of GHz. We present the optimal frequency error boundary that can be used.
또한, 본 발명은 상관값의 경판정을 이용하여 위치 판별 인덱스만을 저장하여 저장 공간을 줄일 수 있는 프레임 동기 및 구조 검출 알고리즘과, 연판정을 이용하여 상관값 합의 최대값을 구함으로 동기 성능을 향상시킬 수 있는 프레임 동기 및 구조 검출 알고리즘의 상관값 계산 과정에 적용되어, 높은 초기 동기 성능을 얻을 수 있다.In addition, the present invention improves the synchronization performance by obtaining a frame synchronization and structure detection algorithm that can reduce the storage space by storing only the position determination index by using the hard decision of the correlation value, and the maximum value of the correlation sum using the soft decision. It is applied to the correlation value calculation process of frame synchronization and structure detection algorithm that can be achieved, and high initial synchronization performance can be obtained.
상기와 같은 본 발명은, 반송파에 대한 주파수 오차가 존재하는 통신 시스템에서, 초기 동기 획득을 위한 상관값 계산 시 각 상관(correlation) 방식 간의 주파수 오차 경계점을 산출한 후 해당 영역별로 상관 방식을 선택함으로써, 보다 효율적으로 초기 동기를 획득할 수 있도록 하는 효과가 있다.In the present invention as described above, in a communication system in which a frequency error exists for a carrier, by calculating a frequency error boundary between correlation methods when calculating a correlation value for initial synchronization acquisition, selecting a correlation method for each region. In other words, it is effective to obtain initial motivation more efficiently.
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.The above objects, features, and advantages will become more apparent from the detailed description given hereinafter with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains may share the technical idea of the present invention. It will be easy to implement. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시예에서는 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 일예로 위성통신 시스템(DVB-S2)을 예로 들어 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.In an embodiment of the present invention, a satellite communication system DVB-S2 will be described as an example of a wireless communication system to which the present invention is applied. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 본 발명에서 언급한 직접 상관 방식, 차등 상관 방식, 및 가중치 적용 차등 상관 방식에 대한 기술 자체는 일반적으로 널리 알려진 기술이므로, 구체적으로 논하지 않기로 한다.In addition, since the technology itself for the direct correlation method, the differential correlation method, and the weighted differential correlation method mentioned in the present invention are generally well known techniques, they will not be discussed in detail.
도 1 은 본 발명에 이용되는 DVB-S2 물리 계층의 전송 프레임 구조에 대한 일예시도이다.1 is an example of a transport frame structure of a DVB-S2 physical layer used in the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 DVB-S2 물리 계층의 전송 프레임은, 90개의 심볼을 가지는 PL(Physical Layer) 헤더(101), 및 64800 비트 또는 16200 비트를 가지는 FEC(Forward Error Correction) 프레임(102)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the transmission frame of the DVB-S2 physical layer used in the present invention includes a Physical Layer (PL)
여기서, PL 헤더(101)는 26개의 심볼을 가지는 SoF(Start of Frame)(103), 및 64개의 심볼을 가지는 PLSC(Physical Layer Signaling Code)(104)를 포함한다. 이때, PLSC(104)는 변조 방식, 부호화율, FEC 프레임 내 파일럿 심볼(105)의 삽입 유무 정보를 부호화하고 있는 부호어이다.Here, the
하기의 [표 1]은 PLSC(104)가 포함하고 있는 변조 방식(QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK), 데이터 길이(64800 또는 16200 bits/frame), 파일럿 심볼 삽입 여부에 따른 16가지의 가변적인 프레임 구조를 나타낸다.Table 1 below shows 16 variable frames according to modulation scheme (QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK), data length (64800 or 16200 bits / frame), and whether a pilot symbol is inserted in the
여기서, n은 전송 프레임 구조의 인덱스를 나타내며, 각각의 구조 인덱스에 따라 프레임당 전체 심볼 수(Ln, n = 0 ~ 15)가 가변되어 전송된다.Here, n represents an index of the transmission frame structure, and the total number of symbols (Ln, n = 0 to 15) per frame is transmitted according to each structure index.
도 2 는 본 발명에 따른 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier according to the present invention.
먼저, 각 상관 방식별로 정규화된 주파수 옵셋에 따른 미검출 확률 값들을 산출한다(201).First, undetected probability values based on the normalized frequency offset for each correlation scheme are calculated (201).
즉, 각 상관 방식에 대한 허위 경보율 계산식 및 미검출 확률 계산식을 산출하고, 상기 산출한 각 상관 방식에 대한 허위 경보율 계산식을 소정 값으로 고정하여 문턱값을 산출한 후 상기 산출한 문턱값을 해당 상관 방식의 미검출 확률 계산식에 적용하여 미검출 확률 값을 산출한다.That is, a false alarm rate calculation formula and an undetected probability calculation formula for each correlation method are calculated, and the threshold value is calculated by fixing the false alarm rate calculation formula for each correlation method to a predetermined value and then calculating the threshold value. The undetected probability value is calculated by applying to the undetected probability calculation formula of the correlation method.
이후, 상기 산출한 각 상관 방식별 미검출 확률 값들의 그래프가 서로 만나는 점을 주파수 오차 경계점으로 결정한다(202).Then, the point where the graphs of the calculated undetected probability values for each correlation scheme meet each other is determined as a frequency error boundary point (202).
이후, 상기 결정한 주파수 오차 경계점을 기반으로 상관 방식을 선택한다(203).Thereafter, a correlation method is selected based on the determined frequency error boundary point (203).
이하, 주파수 오차 경계점 산출 과정에 대해 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a process of calculating the frequency error boundary point will be described in detail.
먼저, M개의 SoF 심볼을 sk(k = 1, ..., M)로 정의하고, 송신 데이터 심볼 중 연속된 M개의 심볼을 dk(k =1, ..., M)로 정의한다.First, M SoF symbols are defined as s k (k = 1, ..., M), and contiguous M symbols among transmission data symbols are defined as d k (k = 1, ..., M). .
이때, sk 또는 dk에 분산()을 가지는 가산성 백색 가우스 잡음(AWGN : Additive White Gaussian Noise)의 샘플인 nk가 더해진 수신 심볼을 rk로 표시할 때, 현재 수신된 M개의 심볼이 SoF에 해당하는 경우를 H1(rk = sk + nk, k = 1, .., M)로 정의할 수 있다.Where s k Or spread over d k ( When a received symbol with n k added as a sample of Additive White Gaussian Noise (AWGN) with r ) is represented by r k , H 1 (r k = s k + n k , k = 1, .., M) can be defined.
또한, 수신된 M개의 심볼이 일반 데이터 심볼에 해당하는 경우(SoF 심볼이 부분적으로 존재하는 경우도 포함)를 H0(rk = dk + nk, k = 1, .., M)로 정의할 수 있다.In addition, if the received M symbols correspond to general data symbols (including the case where the SoF symbol is partially present), H 0 (r k = d k + n k , k = 1, .., M) Can be defined
일반적으로, 수신기는 H0 또는 H1을 판별하기 위해 상관(correlation) 구조를 이용한다.In general, the receiver uses a correlation structure to determine H 0 or H 1 .
즉, 상관도 계산을 위한 연산 방식은 다양한 형태가 존재하나, 가장 기본적인 형식은 수신 심볼열과 기 저장한 SoF 심볼열 간의 직접 상관 방식으로, 하기의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.That is, the calculation method for calculating the correlation exists in various forms, but the most basic form is a direct correlation method between the received symbol string and the pre-stored SoF symbol string, which can be expressed as
여기서, i는 수신 심볼의 인덱스를 나타낸다.Here, i represents the index of the received symbol.
이러한 직접 상관 방식은, 주파수 오차가 존재할 경우 성능 열화를 일으키기 때문에, 인접 심볼 간의 위상 차등 정보를 이용하는 차등 상관 방식이 더욱더 효율적이다. 하기의 [수학식 2]는 차등 상관 방식의 한 형태를 나타낸다.Since the direct correlation method causes performance deterioration when there is a frequency error, the differential correlation method using phase difference information between adjacent symbols is more efficient.
또한, 상기 [수학식 2]를 변형한 방식으로, 인접 심볼 간의 거리에 따라 가중치가 적용된 차등 정보를 활용한 가중치 적용 차등 상관 방식은, 하기의 [수학식 3]과 같다.In addition, the weighted differential correlation method using the differential information to which the weight is applied according to the distance between adjacent symbols in a modified manner of
다음으로, 문턱값()에 대해 H0인 조건하에서 일 확률을 허위 경보율(False Alarm Rate, 이하 "FAR"라 함)로 정의하고, H1인 조건하에서 일 확률을 미검출 확률(Mis-Detection Probability, 이하 "MDP"라 함)로 정의한다.Next, the threshold ( Under conditions of H 0 Work probability is defined as False Alarm Rate (hereinafter referred to as "FAR"), and under the condition of H 1 One probability is defined as a misdetection probability (hereinafter referred to as "MDP").
여기서, 문턱값()은 수신 심볼이 프레임의 시작 심볼인 경우 상관값이 미검출 확률에 포함되기 위한 값, 또는 수신 심볼이 일반 데이터 심볼인 경우 상관값이 허위 경보율에 포함되기 위한 값을 의미한다.Where threshold ( ) Denotes a value for including a correlation value in an undetected probability when the received symbol is a start symbol of a frame, or a value for including a correlation value in a false alarm rate when the received symbol is a general data symbol.
이때, 상기 [수학식 1]의 상관값인 의 확률 분포는 카이제곱(chi-square) 분포를 가진다.At this time, the correlation value of
따라서 H0의 경우(비동기 시)와 H1의 경우(동기 시)에 대한 각각의 확률밀도함수(PDF : Probability Density Function, 이하 "PDF"라 함)를 구할 수 있다.Therefore, each probability density function (PDF: Probability Density Function, hereinafter referred to as "PDF") for H 0 (at asynchronous) and H 1 (at synchronous) can be obtained.
즉, 비동기 시 심볼에 대한 상관도 크기의 제곱을 로 정의할 때, Xi는 평균이 0이고, 분산이 인 자유도 2의 중앙 카이제곱(central chi- square) 분포를 따르며, 이때 PDF는 하기의 [수학식 4]와 같다.In other words, the square of the magnitude of the correlation for a symbol Is defined as 0, the mean is 0 and the variance is Follows the central chi-square distribution of 2 degrees of freedom, where PDF is given by
또한, 동기 시 심볼에 대한 상관도 크기의 제곱을 로 정의할 때, Yi는 자유도 2를 갖는 비 중앙 카이제곱(non-central chi-square) 분포를 따르며, 이때 PDF의 형태는 하기의 [수학식 5]와 같다.Also, the square of the correlation magnitude for the symbol When defined as Yi, Yi follows a non-central chi-square distribution with 2 degrees of freedom, where the form of the PDF is shown in Equation 5 below.
여기서, 분산()은 를 만족하고, 비 구심성(non-centrality) 파라미터()는 를 만족한다.Where variance ( )silver , The non-centrality parameter ( ) Satisfies.
또한, 는 주파수 오차를 나타내고, BW는 대역폭을 나타내며, Iz(ㆍ)는 "z-th order modified Bessel function of the first kind"를 나타낸다.Also, Denotes a frequency error, BW denotes a bandwidth, and Iz (·) denotes a "z-th order modified Bessel function of the first kind".
다음으로, 상기 [수학식 4]와 [수학식 5]를 이용하여 FAR를 나타내면 하기의 [수학식 6]과 같고, MDP를 나타내면 하기의 [수학식 7]과 같다.Next, FAR is expressed using
한편, 상기 [수학식 2]와 [수학식 3]의 각 차등 상관값인 와 의 확률 분포는 모의 실험을 통하여 결정하였으며, 이에 대한 FAR과 MDP를 SNR 3dB의 환경에서 문턱값()의 변화에 따라 도 3 및 도 4에 각각 도시하였다.On the other hand, each of the differential correlation values of [Equation 2] and [Equation 3] Wow The probability distribution of was determined by simulation, and the FAR and MDP were calculated using the threshold value in the environment of SNR 3dB. As shown in FIG. 3 and FIG.
도 3에 도시된 바와 같이, 차등 상관 방식은 'Differential correlation method 1'로 표시하고, 도 4에 도시된 바와 같이 가중치 적용 차등 상관 방식은 'Differential correlation method 2'로 표시하였다.As shown in FIG. 3, the differential correlation method is represented by 'Differential correlation method 1', and as shown in FIG. 4, the weighted differential correlation method is represented by 'Differential correlation method 2'.
결국, 본 발명에서는 주파수 오차가 존재하는 환경에서 주파수 오차의 정도에 따라 직접 상관 방식과 차등 상관 방식 및 가중치 적용 차등 상관 방식을 적응 적으로 활용하기 위해, 주파수 오차 경계점을 제시한다.As a result, the present invention proposes a frequency error boundary point to adaptively use the direct correlation method, the differential correlation method, and the weighted differential correlation method according to the degree of the frequency error in the environment where the frequency error exists.
이를 위해서, 우선 상기 [수학식 6]과 같은 직접 상관 방식의 FAR과, 실험적으로 구한 차등 상관 방식 및 가중치 적용 차등 상관 방식의 FAR을 10-2으로 고정한 후 이를 만족하는 문턱값()을 산출한다.To this end, first, the FAR of the direct correlation method as shown in [Equation 6] and the FAR of the experimentally obtained differential correlation method and the weighted differential correlation method are fixed to 10 −2, and then the threshold value satisfying this ( ) Is calculated.
이후, 상기 산출한 문턱값()을 이용하여 MDP의 값을 구한다. 따라서 차등 상관 방식과 직접 상관 방식의 MDP를 성능 지표로 정의하여, 각 방식의 성능을 비교할 수 있다.Then, the calculated threshold value ( ) To find the value of MDP. Therefore, the MDP of the differential correlation method and the direct correlation method can be defined as a performance index, and the performance of each method can be compared.
도 5 는 본 발명에 따른 주파수 오차 경계점에 대한 일예시도로서, SNR 3dB에서 FAR을 10-2으로 고정한 후 직접 상관 방식과 차등 상관 방식 및 가중치 적용 차등 상관 방식의 MDP를, 대역폭 25MHz로 정규화된(Normalized) 주파수 옵셋에 따라 비교한 결과를 나타낸다.5 is an exemplary diagram of a frequency error boundary point according to the present invention, after fixing FAR to 10 −2 at SNR 3dB, MDPs of the direct correlation method, the differential correlation method, and the weighted differential correlation method are normalized to a bandwidth of 25 MHz. (Normalized) Shows the result of comparison according to frequency offset.
도 5에 도시된 바와 같이, 직접 상관 방식은 'Coherent correlation method', 차등 상관 방식은 'Differential correlation method 1', 가중치 적용 차등 상관 방식은 'Differential correlation method 2'로 표기하였다.As shown in FIG. 5, the direct correlation method is referred to as 'Coherent correlation method', the differential correlation method as 'Differential correlation method 1', and the weighted differential correlation method as 'Differential correlation method 2'.
이때, SNR 3dB에서 직접 상관 방식의 는 0.26, 차등 상관 방식의 는 0.45, 가중치 적용 차등 상관 방식의 는 0.52이다.At this time, SNR of 3dB of direct correlation method 0.26, differential correlation 0.45, the weighted differential correlation method Is 0.52.
각 경우에 대한 를 이용하여 각각의 MDP를 각각 구할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 SNR 3dB에서 주파수 오차 약 1.80%가 직접 상관 방식과 차등 상관 방식의 경계점(501)이고, 주파수 오차 약 1.45%가 직접 상관 방식과 가중치 적용 차등 상관 방식의 경계점(502)이다.For each case As shown in FIG. 4, each MDP can be obtained, and as shown in FIG. 4, the frequency error of about 1.80% is the
따라서 약간의 오차를 감안하여, SNR 3dB에서 주파수 오차가 1.78% 미만일 경우에 차등 상관 방식보다 직접 상관 방식을 사용한다면 차등 상관 방식에 의한 성능 열화를 극복할 수 있고, 주파수 오차가 1.78% 이상일 경우에 차등 상관 방식을 사용하면 직접 상관 방식에 의한 성능 열화를 극복할 수 있다.Therefore, considering the slight error, if the frequency correlation is less than 1.78% in the SNR 3dB, if the direct correlation method is used rather than the differential correlation method, the performance degradation due to the differential correlation method can be overcome, and the frequency error is more than 1.78%. By using the differential correlation method, performance degradation caused by the direct correlation method can be overcome.
마찬가지로, 직접 상관 방식과 가중치 적용 차등 상관 방식을 주파수 오차 약 1.47%를 기준으로 적응적으로 선택할 수 있다.Similarly, the direct correlation method and the weighted differential correlation method may be adaptively selected based on a frequency error of about 1.47%.
한편, 본 발명에 따른 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 방법은, 프레임 동기 및 구조 검출 알고리즘의 상관값 계산 과정에 적용되어 프레임 검출 성능을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the correlation method selection method based on the frequency error of the carrier according to the present invention may be applied to the correlation value calculation process of the frame synchronization and structure detection algorithm to improve frame detection performance.
즉, 위성 방송 시스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에 적용되어 초기 동기 획득 성능을 향상시킬 수 있다.That is, it is applied to the frame synchronization and structure detection method in the satellite broadcasting system can improve the initial synchronization acquisition performance.
일예로, 낮은 신호대 잡음비와 높은 주파수 오차가 고려되는 위성 방송 시스템의 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 위성 방송 시 스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에서, 상관값 생성 시 본 발명을 적용할 수 있다.For example, in a channel environment of a satellite broadcasting system in which a low signal-to-noise ratio and a high frequency error are considered, a differential correlation value for the position of a start of frame (SOF), which is a synchronization word that marks the start of a frame in consideration of a variable frame length, is considered. By calculating the sum and selecting the maximum value, the method of detecting frame synchronization and structure in a satellite broadcasting system to obtain not only the frame synchronization position but also the transmission frame structure detection estimation value and overcome the distortion of the correlation analysis value due to the frequency error In, the present invention can be applied when generating a correlation value.
다른 예로, 수신 심볼의 차등 상관값을 산출하여 문턱값을 초과하는 심볼의 인덱스 열을 생성하고, 각 프레임 구조별 프레임당 심볼 수를 이용하여 총 프레임 수에 상응하는 프레임 시작점 추정 위치에서 상기 생성한 인덱스 열이 정합되는 지점의 개수에 따라 프레임 동기 및 구조를 검출함으로써, 낮은 복잡도를 가지고 적은 메모리 용량으로 프레임 동기 및 구조를 검출하기 위한 위성 방송 시스템에서의 프레임 동기 및 구조 검출 방법에서, 상관값 생성 시 본 발명을 적용할 수 있다.As another example, a differential correlation value of a received symbol is calculated to generate an index column of a symbol that exceeds a threshold value, and the generated at the frame start point estimation position corresponding to the total number of frames using the number of symbols per frame for each frame structure. In the method of detecting frame synchronization and structure in a satellite broadcasting system for detecting frame synchronization and structure with low complexity and low memory capacity by detecting frame synchronization and structure according to the number of points where an index column is matched, a correlation value is generated. The present invention can be applied.
도 6 은 본 발명에 따른 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치에 대한 일실시예 구성도이다. 여기서, 각 구성요소에 대한 구체적인 실시예는 전술한 바와 같으므로, 여기서는 각 구성요소의 연결 관계 및 그 동작만을 간략하게 설명하기로 한다.6 is a diagram illustrating an embodiment of a correlation method selection apparatus based on a frequency error of a carrier according to the present invention. Here, since specific embodiments of each component are as described above, only the connection relationship and operation of each component will be described briefly here.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치는, 각 상관 방식별로 정규화된 주파수 옵셋에 따른 미검출 확률 값들을 산출하기 위한 미검출 확률 값 산출부(61), 상기 미검출 확률 값 산출부(61)에서 산출한 각 상관 방식별 미검출 확률 값들의 그래프가 서로 만나는 점을 주파수 오차 경계점으로 결정하기 위한 주파수 오차 경계점 결정부(62), 및 상기 주파수 오차 경계점 결정부(62)에서 결정한 주파수 오차 경계점을 기반으로 상관 방식을 선택하기 위한 상관방식 선택부(63)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the apparatus for selecting a correlation method based on the frequency error of a carrier according to the present invention includes an undetected
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.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.
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.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
본 발명은 프레임 동기 및 구조 검출 알고리즘 등에 이용될 수 있다.The present invention can be used for frame synchronization and structure detection algorithms.
도 1 은 본 발명에 이용되는 DVB-S2 물리 계층의 전송 프레임 구조에 대한 일예시도,1 is an example of a transmission frame structure of a DVB-S2 physical layer used in the present invention;
도 2 는 본 발명에 따른 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도,2 is a flowchart illustrating a method of selecting a correlation method based on a frequency error of a carrier according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 차등 상관 방식에서 문턱값 별 허위 경보율 및 미검출 확률을 나타내는 그래프,3 is a graph showing a false alarm rate and non-detection probability per threshold in the differential correlation method according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 가중치 적용 차등 상관 방식에서 문턱값 별 허위 경보율 및 미검출 확률을 나타내는 그래프,4 is a graph illustrating a false alarm rate and a non-detection probability per threshold in a weighted differential correlation scheme according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 따른 주파수 오차 경계점에 대한 일예시도,5 is an exemplary view of a frequency error boundary point according to the present invention;
도 6 은 본 발명에 따른 반송파의 주파수 오차에 기반한 상관 방식 선택 장치에 대한 일실시예 구성도이다.6 is a diagram illustrating an embodiment of a correlation method selection apparatus based on a frequency error of a carrier according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
61 : 미검출 확률 값 산출부 62 : 주파수 오차 경계점 결정부61: non-detection probability value calculating unit 62: frequency error boundary point determining unit
63 : 상관방식 선택부63: correlation method selection unit
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