KR101370371B1

KR101370371B1 - 디지털 통신 시스템을 위한 견고한 동기화 방식을 위한, 시스템, 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101370371B1
Application number: KR1020087013493A
Authority: KR
Inventors: 대그내츄 버루
Original assignee: 코닌클리케 필립스 엔.브이.
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2014-03-05
Also published as: KR20080081261A; JP5108782B2; EP1961127A2; JP2009518925A; WO2007066292A2; WO2007066292A9; US8233576B2; US20080304607A1; CN101326733A; WO2007066292A3; CN101326733B

Abstract

수신기에 알려진 동기 시퀀스(프리엠블)는 패킷-기반 디지털 통신 시스템의 적분부로서 형성된다. 이러한 디지털 통신 시스템에서의 제 1 동작은 유효 신호(패킷)의 시작 검출이다. 본 발명은 견고하게 프리엠블을 검출하기 위한 방식을 위한, 시스템, 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 방식은 다음 이점을 갖는다: 이는 잡음 및 간섭에 견고하고, 이는 OFDM-기반 변조를 위한 FFT 윈도우를 위치시킬 필요가 있는 정보를 제공하고, 이는 프레임 동기화를 위해 사용될 수 있는 피크의 실수부를 제공하고, 마지막으로 이는 버스트 검출 목적을 위한 피크를 제공한다.

OFDM, 수신기, 프리엠블, 프레임, 동기화

Description

디지털 통신 시스템을 위한 견고한 동기화 방식을 위한, 시스템, 장치 및 방법{SYSTEM, APPARATUS, AND METHOD FOR A ROBUST SYNCHRONIZATION SCHEME FOR DIGITAL COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 동시에 동작하는 피코네트(SOP: Simultaneously Operating Piconet)를 가지는 하나를 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 시스템, 장치 및 방법에 대한 것이다.

수신기에 알려진 동기화 시퀀스(프리엠블)는 패킷-기반 디지털 통신 시스템의 적분부(integral part)로서 형성된다. 이러한 동기화 시퀀스는 패킷의 나머지에 대한 프리엠블(먼저 송신됨)로서 전송된다. 이러한 동기화 시퀀스를 디자인하는 많은 방법이 있다. 최근에 나타나고 있는 한 가지 접근방식은 반복된 시퀀스, 또는 계층적 시퀀스의 사용이다. 이러한 접근 방식 타입은 차세대 고속(high-rate) UWB(Utra-WideBand) 시스템으로서 멀티-밴드 COFDM (MBOA) 제안 아래 2003년 7월 초 IEEE 802.15.3a에 제안되었다. 프리엠블은 시간-도메인 시퀀스 및 주파수-도메인 시퀀스를 포함하는 시퀀스로 구성된다. 이 시간-도메인 시퀀스는 주로 버스트 검출, 타이밍 에러 평가, 주파수 에러 평가 및 AGC 세팅을 위해 사용된다.

MBOA 시스템과 같은 시스템에 대한 지연된 상관 관계의 간단한 응용은 효율적이지 않다. 먼저, 이는 시퀀스 특성을 이용하지 않는다. 따라서, 이는 전송된 시퀀스 타입에 '블라인드'이다. 결과적으로, SOP(Simultaneously Operating Piconet) 하에 불량하게 수행되는 것으로 기대된다. 추가 프로세싱은 시퀀스를 식별하기 위해 요구된다. 두 번째로, 이는 저 SNR, 협대역 간섭, 및 DC 오프셋 조건을 수행하지 않는다.

교차-상관의 일부 형식은 따라서 이러한 조건하에 고속 획득을 위해 요구된다.

본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 제 2 스테이지 상관기에 대한 입력으로서 교차-상관기의 출력을 사용하여 제 2 스테이지 지연된 자동-상관기와 결합하는 새롭고 견고한 계층적 교차-상관기를 제공한다.

원칙의 훼손없이도, MBOA 제안의 파라메터는 본 발명의 후속 논의에서 사용된다.

이 MBOA 제안은 다중-대역 방식이며, 각 대역으로 전송된 시간 도메인 시퀀스는 다음식에 의해 설명된다.

여기서 B는 8-길이 스프레딩 시퀀스이고, A={a₀,...,a₁₅}는 16-길이 시퀀스이다. 둘 모두 시퀀스의 값은 각 피코네트에 대하여 고유일 것으로 제안된다. 이러한 시퀀스 구성은 보통 계층적 시퀀스로서 알려져 있다. 각 대역에 대하여, 전체적으로, 128-길이 시퀀스는 위 식에서 정의된 바와 같이, 128 길이 시퀀스로 이루어져 구성된다. 프리픽스(예를 들면 마지막 일정 비트를 붙이기 및 단지 영을 추가)는 또한 전송된 시퀀스의 길이를 증가시키기 위해 더해질 수 있다.

전송되는 경우, 위 설명에 유사한 시퀀스는 또한 FFT 동작과 같은 종래 기술을 사용하여 스펙트럼을 평탄화하도록 추가로 처리될 수 있다. 이러한 포스트-처리 시퀀스는 원래의 계층적 시퀀스와 다른 현상을 줄 수 있다. 그러나, 포스트-처리 시퀀스에서의 근접한 룩(look)은 시퀀스가 원래 시퀀스와 유사한 계층적 시퀀스임을 드러낸다. 일반적으로, 동기화 알고리즘은 다음 부분에서 기술되는 바와 같이, 숨은 계층적 시퀀스를 검출함에 기초된다.

WLAN에서 사용된 가장 빈번한 상관 테크닉은 수신된 신호상의 지연 자동-상관이다. 이 지연 상관은 후속 시퀀스를 상관하는 형식으로 조직되며, 이 지연은 하나의 시퀀스(심볼) 길이와 같다. 종래 지연 자동-상관은 다음식으로 표현될 수 있다.

여기서, r(m)은 수신된 샘플이고, D는 지연이며, J는 상관 윈도우, '＊'는 켤레 복소수이다. 이 수신된 신호는 다음식으로서 모델링된다.

여기서, x(m)은 채널과 전송된 시퀀스의 콘벌루션 결과이며, ε은 송신기와 수신기 사이의 주파수 에러이며, T는 샘플링 속도, α는 송신기와 수신기 발진기 사이의 위상 에러를 표기하며, n(m)은 잡음(또는 원하지 않는 간섭)을 표기한다. 위 모델에서, 상관상의 샘플링 클록 에러의 성능 충격이 무시할 수 있으므로, 의도적으로 샘플링 클럭 에러를 무시한다. 수학식 2에 수학식 3의 대입으로, 다음식을 얻는다.

여기서, N(m)은 원하지 않는 신호항이다. 채널이 정적임을 가정하면, 이상 자동-상관 피크는 x(m)=x(m-D)인 경우, 발생한다. 이를 사용하면, 이 이상 피크는 다음식에서 발생한다.

자동-상관의 크기는 주파수 에러에 독립적임을 주목하자. 이는 이 테크닉이 주파수 에러에 대하여 대단히 견고하게 한다. 덧붙여, 만일 인터-심볼 위상 회전(εTD)가 작다면, f(m)의 실수부는 피크 검출에 적합한 유용한 정보를 포함한다. f(m)의 허수 성분은 바람직하지않는 신호에 의해 지배된다.

대안적인 솔루션은 프리엠블의 계층적 성질을 이용하는 것이고, 지연 계층 상관 테크닉이 제안된다. 이 후자의 테크닉은 제 1 자동-상관 및 이에 후속되는 15개 샘플을 이용하는 교차-상관으로 구성된 계층-지연 상관기이다. 이 계층 지연-자동상관은 주파수/위상 에러에 대한 그 견고성에 의하여 종래 상관 알고리즘의 성능 이익을 물려받으며, 이는 구현하기 위해 간단하다. 그러나, 이는 스프레딩 시퀀스 B를 이용하지 않는다. 결과적으로, 이는 이러한 시퀀스의 콘텐츠에 블라인드이다. 덧붙여, 내부 부분이 필수적으로 교차-상관 테크닉만큼 견고하지 않은 자동-상관기이므로 종래 기술의 자동-상관기 약점 중 일부를 공유한다.

바람직한 실시예는 먼저 시퀀스 B에 대한 상관(즉, 스프레드 해제(de- spread) 시퀀스 B)을 수행하고 이후 상관 오버 시퀀스 A를 수행한다. 이 계층적 교차-상관기는 종래 기술의 교차-상관기의 특성, 즉 주파수 에러에는 더 민감하지만 잡음에는 더 견고함을 물려받는다. 그럼에도 불구하고, 현재 UWB 응용의 경우, 교차-상관기는 주파수 에러로 인해 심볼내에 있는 위상 회전이 무시될 수 있으므로, 주파수 에러에 민감하지 않다.

본 발명의 방식은 다음 이점을 갖는다: 이는 잡음 및 간섭에 대해 견고하고, 이는 임의의 추가적인 계산없이도 직접적으로 주파수 에러를 제공하며, 이는 OFDM-기반 변조를 위한 FFT 윈도우를 위치시키기 위해 필요한 정보를 제공하고, 피크의 실수부는 프레임 동기화를 위해 사용될 수 있으며, 마지막으로 물론 이는 버스트 검출 목적을 위한 피크를 제공한다.

도 1은 계층적 교차-상관기의 단순화된 그림을 예시하는 도면.

도 2는 AWGN 및 CM4 채널, Z=8에 대한 상관기의 시뮬레이션된 출력을 예시하는 도면.

도 3는 주파수 에러 계산을 갖는 동기화 방식의 핵심을 예시하는 도면.

도 4는 K₁의 감소는 이러한 TFC 모드를 위한 성능을 향상시키기고, K₁의 더 높은 값이 여전히 110Mbps 모드를 위한 10m에서 < 10^e-5 에러 속도를 제공하는 충분한 성능을 제공함을 보여주는 TFC1을 위한 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면.

도 5는 TFC 3을 위한 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면.

도 6은 TFC 5를 위한 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면.

도 7은 TFC 5를 위한 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면.

도 8은 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서 동기화를 위해 사용된 시스템을 예시하는 도면.

다음 설명은 예시를 목적으로 제공되었을 뿐, 제한을 목적으로 제공되지 않았음을 당업자에 의해 이해되어야 한다. 당업자는 본 발명의 기술 사상 및 첨부된 청구항의 범위 내에 놓이는 많은 변형예가 있음을 이해한다. 알려진 기능 및 구조에 대한 불필요한 상술은 본 발명을 불명확하게 하지 않도록 하기 위해 현재 설명으로부터 생략될 수 있다. 이 점에서, 다음 설명은 MBOA를 위해 특징화되었지만, 그러나 당업자라면 임의의 패킷-기반 디지털 통신 시스템에 이들 논의를 용이하게 적용할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 다음식의 계산에 기초되는 계층적 교차-상관 또는 H- Xcorr 방법을 제공한다.

수학식 3을 사용하면, 이 식은 다음식을 생성한다.

내적은 외합이 A-시퀀스를 스프레드 해제시키는 동안, B 시퀀스를 스프레드 해제시킨다. 이 방법은 그 결과가 주파수 오프셋 및 위상 에러에 의존하는 점에서 교차-상관 테크닉의 특성을 물려받는 점을 주의하자. 그럼에도 불구하고, ┃f(m)┃²의 평가에 기초된 피크 검출은 대부분은 주파수/위상 에러에 대한 의존성을 감소시킨다. 그러나, 주파수 에러는 항 e^j ^πεT( ^Ml ^+k)로 인해 성능에 충격을 가할 수 있다. UWB 응용의 경우, 40ppm 주파수 오프셋 에러, 500MHz의 샘플링 속도 및 5GHz의 중심 RF 주파수를 가정하면, ε=40e-6 x 5e9/500e6 = 200e3 / 500e6 = 400e-6이다. 따라서, 최대 위상 회전은 e^j2 ^{π400e-6(M*(L-1)+M-1)} = e^j2 ^{π400e-6(127)}

1+j0.3과 같다. 따라서, 주파수 에러의 충격은 무시할 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 잡음, 멀티-피코네트, 협대혁 간섭, 및 DC 오프셋을 포함하는, 손상이 존재하는 경우, 증가된 성능을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 구현의 복잡성은 제안되고 있는 일부 대안적인 테크닉에 비교하여 증가한다. 도 1은 계층적 상관기 H- Xcorr의 단순 화된 블럭도를 예시한다.

동기화기의 성능은 그에 대한 입력으로서 H- Xcorr(100)의 출력을 사용하는 제 2 스테이지 상관(301)을 사용함으로써 대단히 증가될 수 있으며, 도 3을 참조하자. 이러한 제 2 단계는 사실 다음 부분에서 기술되는 MMSE 검출기의 일부이다.

H-Xcorr의 경우, 피크는 다음식일 때 발생함을 주목하자.

여기서, D는 대역내의 후속 심볼 사이에 있는 샘플의 개수이다. 바람직하기 않은 신호(간섭)가 없을 경우, f(m)은 채널 임펄스 응답과 동일하게 될 것이다. 따라서, 원리상으로, 정적 채널을 가정하면, 다음식과 같이 채널의 임펄스 응답의 전역에서 상관을 이용할 수 있다.

여기서, Z는 채널의 지연 스프레드보다 크지 않은 샘플의 개수이다. 원하는 피크에서, 위 수학식에으로 수학식 8의 사용은 다음식을 생성한다.

위 프로세싱은 하나의 스텝으로 다수의 계산을 성취함을 주목하자. 첫 번째로, 이는 직접 주파수 에러를 제공한다.

두 번째로,

은 윈도우 Z에 대한 채널의 임펄스 응답 에너지 합의 피크와 부합한다. 이러한 정보는 OFDM-기반 시스템을 위한 FFT 윈도우의 시작을 설정하기 위해 매우 유용하다. 세 번째로, 피크의 실수부는 프레임 싱크(sync) 검출을 위해 사용된다. 그리고, 마지막으로, 이는 버스트 검출 목적을 위한 피크를 제공한다. 이들은 후속 부분에서 다시 기술된다.

도 2는 상관 테크닉의 3개 버전에 대한 시뮬레이션된 출력을 제공한다. 특히 심한 멀티경로 및 잡음의 경우에서 제 2 스테이지 지연 자동-상관기로부터 성능 이득을 주목하자. 이 피크는 다른 2개 테크닉의 피크보다 더 뚜렷하다. 입력 데이터의 제 1 부분은 상관기에 강조(stress)하도록 하는 랜덤 데이터이다.

무선 통신 시스템에서의 제 1 동작은 유효 신호(패킷)의 시작에 대한 검출이 며, 이 검출은 때때로 버스트 검출(burst detection) 또는 피크 검출로서 명칭된다. 버스트 검출은 상관기 출력을 평가함으로써 성취된다. 버스트 검출을 위해 사용되는 가장 빈번한 테크닉은 일정한 고정 임계치까지 f(m)의 크기를 비교하는 것에 기초된다. 이 임계치 값은 잡음 레벨, AGC 세팅 및 예측된 신호 세기의 함수이다. 보통, AGC는 약한 신호를 포획하기 위해 시작에서 최대로 설정된다. 이러한 방법은 임계치에 기초되므로, 이는 임계치 값에 자연적으로 민감하고 따라서 그 성능은 잡음에 의해 영향을 받는다.

본 발명의 바람직한 실시예는 H-Xcorr의 출력상의 MMSE-기반 피크 검출기이다. 위에 지시되고 이하에서 보여지는 바와 같이, 제 2 스테이지 상관기는 이러한 검출기을 위해 요구되는 계산의 일부를 계산한다.

수학식 8에 기술된 관계를 기초로하여, H-Xcorr의 출력상의 MMSE 검출기는 다음식에 의해 기술된다.

위 공식의 추가 간소화는 다음식을 생성한다.

수학식 8을 사용하여 다음식을 평가한다.

수학식 13에 수학식(14)의 사용 및 추가 간소화는 다음식을 산출한다(부록을 참조)

여기서,

이들로부터, 부가간섭(AWGN 등)이 없는 경우, 다음식임을 주목하자.

여기서, 상등(equality)은 피크에서 유지된다.

은 위에 기술된 제 2 스테이지 상관기에 의해 계산된다. 이상적으로, 입력 신호가 요구되는 프리엠블을 포함하는 지를 결정하기 위해 상등 조건을 체크하는 것으로 충분하다. 그럼에도 불구하고, 실제 시스템에서, 상등 조건은 일반적으로 사실이 아니다. 따라서, 다음 조건은 입력 신호가 유효한 프리엠블로 이루어지는 지를 결정하기 위해 체크된다.

여기서, k₁은 상수이고, k₁<1이다. 자연적으로, 상관 피크, 즉

의 피크는 수학식 17이 만족된다면, MMSE 솔루션을 위한 포인트를 형성한다. 일반적으로, k₁은 입력 SNR에 관련되며, SNR이 낮으면 낮을수록, k₁은 낮아진다. 그러나, SNR에 관한 정보는 이용가능하지 않으므로, k₁은 원거리 신호을 트리거하도록 이를 민감하게 만드는 최저값으로 설정된다. 이 경우, 원하지 않는 인접한 신호는 결국 거짓 알람(false alarm)이 될 수 있다. 이를 금지하기 위해, 추가 조건은 다음식을 만족해야만 한다.

여기서, N은 심볼 길이와 대략 같다. 바람직한 실시예에서, 위 수학식의 우측 부분은 단지 제 1 차 로우-패쓰 필터를 사용하여 구현된다(대략적으로). k₃는 불필요한 미스(miss) 검출은 특히 SOP와 고 AGC 이득 동안에 발생하지 않도록 신중하게 선택되어야만 한다. 예시적인 값은 k₁=0.5, N=128, Z=18, k₂=12, k₃=1/16, 및 k₄=ADC_max⁴/120가 된다. 도 3은 주파수 에러 계산(302)을 갖는 동기화 방식의 핵심에 대한 단순화된 예시적 도면이다.

MBOA 제안에서, 프레임 싱크(frame sync)는 동기화 프리엠블이 종료되고, OFDM 심볼이 시작되는 포인트이다. 바람직한 실시예에서, 수정된 최대-가능성(ML) 결정 규칙이 차등적으로 복조된 데이터상에 사용된다. 이상적인 ML 결정은 다음식에 기초될 것이다.

여기서, s^g는 비트의 모든 가능한 조합의 세트이고, s⁰은 차등적으로 인코딩된 프레임 싱크 커버 시퀀스의 세트이다. 이에 대한 추가 단순화(s^g _k = ±1)은 결국 다음식이 된다.

이 점에서, 구현을 단순화시키기 위한 가정이 만들어진다. 첫 번째로, 주파수 에러로 인한 위상-회전은 90⁰을 초과하지 않는 것으로 가정된다. 두 번째로, 수학식 20의 좌측항에 대한 오로지 하나 세트(모든 1)만이 체크된다. 이들을 사용하면, 구현하기 용이한 결정이 다음식의 형식을 취한다.

주파수 에러로 인해 위상-회전이 매우 작음을 가정함으로써 위의 수학식을 더 간단히 할 수 있다. 이는 다음의 더 단순화된 결정 규칙을 생성한다. 이 규칙은 아래에서 제시된 시뮬레이션에서 사용된다.

k₅은 상수이고, 0< k₅ <1이다. MBOA에 대하여, I≥3이다. 이 방법은 하드-결정 값에 반대되는 소프트 결정 변수를 사용하여 프레임 싱크 시퀀스의 단지 차등 검출이다. 결국 90⁰이상의 위상 회전이 되는 고 주파수 에러는 프레임 싱크 검출을 매우 어렵게 만들 것임을 주목하자. 그럼에도 불구하고, 20ppm 크리스탈 에러의 경우, 더 낮은 3개 대역 상의 위상 회전은 90⁰를 초과하지 않을 것이다. 더 높은 대역의 경우, 신중한 고려가 이하에서 제공된 주파수 에러뿐만 아니라 프레임 싱크 검출에 있어야만 한다. 성능 향상은 먼저 주파수 에러를 위해 보상하고 비-차등 검출 을 사용함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 성능을 평가하기 위해, 수개의 시뮬레이션이 수행된다. 도 4 내지 도 7의 도면은 수개 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과를 보여준다. 각 포인트는 50000개 잡음 실현화에 대하여 평균된다(500개 패킷에 대하여 100개 채널 각각이 시뮬레이션됨). 패킷 구조는 제 1 수개 심볼이 OFDM 데이터로 채워지고, 이후 프리엠블 뒤에 더해지도록 한다. 이는 거짓 검출의 충격을 이용하기 위해 이루어진다. 이 결과는 완전한 획득, 즉 초기 버스트 검출 이후 프레임 싱크 검출을 위한 것이다. 듀얼-스테이지 구성은 이러한 시뮬레이션을 위해 사용된다. 다른 모드, 즉 계층적 자동-상관기 및 독립 H-Xcorr는 본 발명의 MMSE 검출기가 뒤에 붙은 H-Xcorr만큼 신뢰성이 있지는 못하다. 앞에서 기술된 바와 같이, H-Xcorr를 뒤이은 제 2 스테이지 상관기는 MMSE 상관기의 일부를 형성한다. 도 6에서, 인접한 신호를 위한 다소 높은 에러율 및 K₁ =0.5는 정상 OFDM 신호상의 거짓 검출에 의해 야기된다(즉, 이러한 시뮬레이션을 위해 사용된 패킷의 제 1 부분). 이는 주로 K₁의 낮은 값 사용으로 인한 것이며, 이는 이를 잡음에 민감하게 만든다. 원리상, 이는 미스-검출 확률 미만으로 떨어지지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이는 낮은 K₁ 값의 충격을 예시하도록 제공된다. 이러한 값이 약한 신호를 위한 성능을 향상시키는 반면에, 이들은 원하지 않는 강한 에너지 신호의 불필요한 검출을 야기시킬 수 있다. 도 7에 예시된 거리에서의 거짓 검출의 결여를 참조하자.

타이밍( FFT 윈도우의 최적 시작)

최적 FFT 윈도우가 윈도우의 최대 채널 에너지를 포함할 때, 기초가 되는 것임이 잘 알려져 있다. 앞에서 언급된 바와 같이,

의 피크는 Z의 윈도우 내에 있는 채널의 임펄스 응답합의 피크에 대응한다. 따라서, 이러한 상관 윈도우의 피크는 FFT 윈도우의 시작을 위한 기준을 형성한다. MBOA 제안의 경우, FFT 윈도우의 시작은 바람직하게는 m_peak-Z - 128로 설정된다.

반송 주파수 에러 평가 및 정정

전송기와 수신기 사이의 주파수 에러는 결국 인터-캐리어(inter-carrier) 간섭 및 위상 회전이 될 것이다. UWB 시스템의 경우, 반송 주파수 에러는 인터-캐리어 스페이싱에 비교하여 작다. 예를 들면, 40ppm 에러 및 5GHz 중심 주파수의 경우, 주파수 에러는 200KHz이다. 이는 인터-캐리어 스페이싱의 약 4.8%이다. 이러한 주파수 에러는 결국 인터-캐리어 간섭으로 인해 중요한 저하가 되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이는 여전히 결국 위상 회전으로 인해 중요한 저하가 된다. 결과적으로, 주파수 에러는 보상되어야만 한다. 주파수 에러의 보상은 대략(coarse) 및 미세 보상으로 나누어질 수 있다. 이 대략 주파수 에러는 디지털 혼합기 사용을 위해 보상된다. 미세 주파수 에러는 FFT이후 위상 회전자 사용을 위해 보상된다.

중심 주파수는 단일 수정(crystal)으로부터 유도되므로, 모든 대역에 대하여 하나의 주파수 에러만이 요구되는 것으로 생각되기 쉽다. 비록 하나의 중심 수정이 사용될지라도, 모든 대역을 위한 주파수 에러는 동일하지 않다. 일반적으로, 주어 진 대역에서의 주파수 에러는 ppm*Fc와 같으며, 여기서 ppm은 수정의 parts-per-million 에러이며, Fc는 수정 주파수이다. 결과적으로, 주파수 에러는 동일하지 않다. 그러나, 중심 주파수가 하나의 수정으로부터 유도되므로, 모든 대역 중에서 에러는 명확한 관계를 갖는다. 이 대역에서의 평가된 주파수가 중 간섭에 의해 훼손된다면, 대역중 하나에서 성능을 향상시키기 위해 이 정보를 사용할 수 있다(즉, 더 바깥쪽을 제거한다). 그럼에도 불구하고, 각 대역의 주파수 에러 평가 정확성은 그 대역 신호의 SNR에 의존한다. SNR이 페이딩과 간섭으로 인해 변동될 수 있으므로, 다른 것을 위한 한 대역의 평가를 사용하는 것은 평가 정확성을 저하시키는 것을 피하기 위해 동작 조건의 주의 깊은 고려를 요구한다.

시뮬레이션은 버스트 검출이후 이용가능한 프리엠블 데이터의 개수에 대한 평가를 평균화함으로써 향상될 수 있다. 따라서, 각 대역을 위한 주파수 에러는 다음식을 이용하여 계산된다.

이는 매우 정밀하지만 견고한 테크닉으로서, 필수적으로 피크에서 상관값을 평균하고 이후 각도를 계산하는 것이다. MBOA 시스템의 경우, TFC 타입 1 및 2에 대하여 D=165*3이다. 덧붙여, MBOA 프리엠블은 커버 시퀀스를 포함한다. 따라서, D 샘플에 의해 분리된 2개 심볼의 커버 시퀀스 곱은 1이 아니고, 위 평균 내기는 동작하지 않을 것이다. 프레임 싱크 시퀀스는 일예이다. 따라서, MBOA의 경우, 위 수학식은 다음식으로 수정된다.

핵심 기저대역 프론트-엔드의 성능(싱크, 주파수 에러 평가, 타이밍 에러 평가)은 다음의 손상에 의해 영향을 받지 않는다는 것은 중요하다.

1. DC 오프셋

일반적으로, 일부 잉여 DC 신호는 RF/ADC 프론트 엔드로부터 기원한다. DC 입력을 위한 교차-상관기의 출력이 영임은 용이하게 보여질 수 있다. 이는 기준 시퀀스가 영-평균이라는 사실때문이다. 모든 다른 프로세싱이 H-Xcorr의 출력을 사용하여 이루어지므로, 이는 토털 시스템이 DC 오프셋에 반응하지 않는다는 점을 따른다.

2. 협대역 간섭( NBI : Narroband Interference )

완만하게 변동하는 협대역 간섭의 경우, H-Xcorr의 동작은 DC 입력와 함께 그것에 유사한데, 즉 비교적 완만하게 변동하는 NBI에 반응하지 않는다. 그러나, 급속하게 변동하는 NBI의 경우, N-Xcorr 성능은 로컬 기준 시퀀스 및 간섭자의 교 차-상관 특성에 의존한다. 그러나, 간섭의 명확한 성질과 시퀀스의 의사-랜덤 성질을 고려하면, H-Xcorr의 출력은 상당히 간섭자의 파워보다 적으며, 따라서 매우 적은 성능 충격이 예측된다.

3. 동시에 동작하는 피코네트( SOP : Simultaneously Operating Piconets )

MMSE 검출기와 결합된 H-Xcorr의 사용은 SOP와 같은, 원하지 않는 신호의 강력한 거부를 제공한다. 이는 위에 제공된 시뮬레이션 결과에서 예시된다.

이제 도 8을 참조하면, 시스템(800)은 적어도 하나의 동시에 동작하는 피코네트를 포함하는 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위해 예시된다. 시스템(800)은 고정 길이를 가지는 계층적 동기화 시퀀스를 포함하는 입력 신호를 스프레드 해제하고 이 스프레드 해제된 입력 신호로부터 계산된 제 1 상관 시퀀스를 출력하기 위해 스프레드 해제 계산 모듈(801)을 포함하는 계층적 교차-상관기(H-Xcorr) 계산 모듈(100)을 포함한다. 이 시스템(800)은 제 1 상관 시퀀스를 수신하고 고정 길이에 의해 지연된 제 2 상관 시퀀스를 계산하는 최소 평균 제곱 에러(MMSE) 검출기(803), 및 제 2 시퀀스를 수신하고 이로부터 주파수 에러 및 실수부를 갖는 피크를 계산하기 위한 피크 계산 모듈(804)을 포함한다. 덧붙여, 검출기(803)는 OFDM-기반 변조를 위한 FFT의 시작을 설정하기 위한 피크, 프레임 싱크의 검출을 위한 피크의 실수부, 및 버스트 검출 목적을 위한 피크를 사용한다.

본 발명의 바람직한 실시예가 예시되고 기술된 반면에, 이는 여기에 기술된 시스템, 장치 및 방법은 예시적이고, 다양한 변화 및 수정이 만들어질 수 있고, 등가물이 본 발명의 진정한 범위를 벗어나지 않으면서도 이의 구성요소로 대체될 수 있음을 당업자라면 이해해야 할 것이다. 덧붙여, 많은 수정은 그 중심 범위으로부터 벗어나지 않으면서도 특정 동기화 상황에 본 발명의 교지를 적용하도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 보상된 최선 모드로서 공개된 특정 실시예에 제한되지 않지만, 그러나 본 발명은 이후 첨부된 청구항의 범위내에 있는 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.

본 발명은 동시에 동작하는 피코네트(SOP: Simultaneously Operating Piconet)를 가지는 하나를 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 시스템, 장치 및 방법에 이용가능하다.

< 부록 >

수학식 15의 유도식

수학식 13은 다음식과 같이 다시 쓰여질 수 있다 .

위 수학식의 좌측항과 추가 확장을 고려하면, 다음식이 발견된다.

위 수학식에 수학식 9와 수학식 14의 사용은 다음식을 산출한다.

이 수학식은 다음식과 같다.

다시, 수학식 9를 사용하면, 다음식이 발견된다.

위 수학식은 다음식을 산출한다.

수학식 25에 위 수학식의 사용은 수학식 15를 산출한다.

Claims

피코네트(piconet)로서 동작하는 적어도 2개의 통신 디바이스를 포함하는 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치(300)로서,

고정 길이를 가지는 계층적 동기화 시퀀스를 포함하는 입력 신호를 승낙하고 이로부터 제 1 상관 시퀀스를 출력하기 위한 계층적 교차-상관기(H-Xcorr) 수단(100); 및

상기 제 1 상관된 시퀀스를 수신하고, 고정 길이 만큼 지연된 제 2 상관된 시퀀스로서
를 출력하고, 상기 제 2 시퀀스로부터 상기 입력 신호가 유효한 프리엠블을 포함하는 지를 결정하기 위한 제 2 스테이지 자동-상관기 수단(301)을 포함하는 검출기(803)

를 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 신호는 시간 도메인 시퀀스 및 주파수 도메인 시퀀스를 포함하며, 상기 시간 도메인 시퀀스는 계층적 동기화 시퀀스인, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 계층적 시퀀스는 다음식,

에 의해 기술되되, B는 8-길이 스프레딩 시퀀스이고, A = {a₀,...,a₁₅}는 16-길이 시퀀스이며, 양쪽 모두 시퀀스의 값은 피코네트에 대해 고유한, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 검출기는 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Means Squared Error) 검출기인, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 H-Xcorr 수단은,

시퀀스 B를 스프레드 해제하는(de-spread) 내적; 및

시퀀스 A를 스프레드 해제하는 외합을 계산하기 위해 스프레드 해제 계산 모듈(801)을 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 제 2 스테이지 자동-상관기 수단(301)은 상기 제 2 상관된 시퀀스로서
의 피크를 계산하기 위한 피크 계산 모듈(804)을 포함하되, 상기 피크는 실수부를 가지며, 상기 피크는 상기 입력 신호가 유효 프리엠블을 포함하는 지를 결정하기 위해 MMSE 검출기(803)에 의해 사용되는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 피크 계산 모듈(804)은 원하지 않는 인접한 신호로부터의 거짓 알람(false alarm)을 식별하기 위해 사전결정된 조건의 세트를 평가하기 위해 상기 제 2 상관된 시퀀스를 사용하도록 추가로 구성되는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 조건의 세트를 사전결정하기 위해 제 1 차 로우 패쓰 필터를 추가로 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 계산 모듈은,

다음식

(여기서, T는 샘플링 속도이고, D는 일 대역내에 있는 후속 심볼사이의 샘플 개수)으로서, 주파수 에러를 직접 계산하고;

Z가 채널의 d 지연 스프레드보다 크지 않은 샘플의 개수인, 윈도우 Z에 걸쳐 상기 채널의 임펄스 응답 에너지에 대한 합의 피크로서
의 피크를 계산하고;

OFDM-기반 변조를 위한 FFT 윈도우의 시작을 설정하고;

프레임 싱크(sync)의 검출을 위한 피크의 실수부를 사용하고;

버스트 검출 목적을 위한 피크를 사용하도록 추가로 구성되는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 프레임 싱크의 검출을 위해, 차등적으로 복조된 데이터상에 수정된 최대-가능성(ML: Maximum-Likelihood) 결정 규칙이 사용되는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
삭제
제 9 항에 있어서,

전송기와 수신기 사이의 주파수 에러는 대략(coarse) 보상 및 미세(fine) 보상에 의해 각기 보상된 미세 주파수 에러 및 대략 주파수 에러를 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 대략 주파수 에러를 보상하기 위한 디지털 혼합기, 및 FFT 이후 상기 미세 주파수 에러를 보상하기 위한 위상 회전기를 포함하도록 추가로 구성되는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 장치.
피코네트로서 동작하는 적어도 2개의 통신 디바이스를 포함하는 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 방법으로서,

계층적 교차-상관기(H-Xcorr) 계산 모듈(100)을 제공하는 단계;

제공된 상기 H-Xcorr(100)에 의해 입력 신호를 수락하는 단계로서, 상기 입력 신호는 고정 길이를 가지는 계층적 동기화 시퀀스를 포함하는, 입력 신호를 수락하는 단계;

수락된 상기 입력 신호로부터 계산된 제 1 상관 시퀀스를 상기 H-Xcorr에 의해 출력하는 단계;

제 2 스테이지 자동-상관기 계산 모듈(301)을 포함하는 MMSE(Minimum Mean Squared Error)에 의해 출력된 상기 제 1 상관 시퀀스를 수신하는 단계;

상기 고정 길이 만큼 지연된 제 2 상관 시퀀스를 제 2 스테이지 자동-상관기 계산 모듈(301)에 의해 계산하는 단계; 및

상기 제 2 시퀀스로부터 상기 입력 신호가 유효한 프리엠블을 포함하는 지를 상기 검출기에 의해 결정하는 단계

를 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 계층적 시퀀스는 다음식

에 의해 기술되며, B는 8-길이 스프레딩 시퀀스이고, A = {a₀,...,a₁₅}는 16-길이 시퀀스이고, 양쪽 모두 시퀀스의 값은 피코네트에 대해 고유하며,

상기 H-Xcorr를 제공하는 단계는 시퀀스 A를 스프레드 해제하는 외합 및 시퀀스 B를 스프레드 해제하는 내적을 계산하기 위해 스프레드 해제 계산 모듈을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 제 2 스테이지 자동-상관기 계산 모듈은 제 2 상관 시퀀스의 피크를 계산하는 단계를 수행하는 피크 계산 모듈을 포함하도록 추가로 구성되되, 상기 피크는 실수부를 가지며 상기 피크는 상기 입력 신호가 유효한 프리엠블을 포함하는 지를 결정하도록 MMSE에 의해 사용되는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 방법.
피코네트로서 동작하는 적어도 2개의 통신 디바이스를 포함하는 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 시스템(800)으로서,

고정 길이를 가지는 계층적 동기화 시퀀스를 포함하는 입력 신호(806)를 스프레드 해제하고, 스프레드 해제 입력 신호로부터 계산된 제 1 상관 시퀀스(802)를 출력하기 위한 스프레드 해제 계산 모듈(801)을 포함하는 계층적 교차-상관기(H-Xcorr) 계산 모듈(100); 및

최소 평균 제곱 에러(MMSE) 검출기(803)로서,

i. 제 1 상관 시퀀스(802)를 수신하고 고정 길이(807) 만큼 지연된 제 2 상관 시퀀스를 계산하는 제 2 스테이지 자동-상관기 계산 모듈(301)과;

ii. 상기 제 2 시퀀스(807)를 수신하고 이로부터 주파수 에러(808) 및 실수부를 갖는 피크(809)를 계산하기 위한 피크 계산 모듈(804)을 포함하는, 최소 평균 제곱 에러(MMSE) 검출기

를 포함하되,

상기 검출기(803)는 OFDM-기반 변조를 위한 FFT 윈도우(810)의 시작을 설정하기 위한 피크(809)와, 프레임 싱크(811)의 검출을 위한 피크의 실수부와, 버스트 검출(812)을 위한 피크를 사용하는, 패킷-기반 디지털 통신 시스템에서의 동기화를 위한 시스템.