KR101503466B1 - 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 RASE, SASE, RSSE 기법들에 대한 칩 추정 성능을 비교하여 고속 부호 획득을 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법으로 RASE, SASE, RSSE 기법들의 코드 길이를 같게 설정하여 모니터링 함으로써 상기 RASE, SASE, RSSE 기법들의 신호 획득 성능을 상대적으로 비교 분석한다.

Description

직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법 {PERFORMANCE ANALYSIS METHOD OF SEQUENTIAL ESTIMATION SCHEMES FOR FAST ACQUISITION OF DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM SYSTEMS}

본 발명은 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 RASE(Rapid Acquisition Sequential Estimation), SASE(Seed Accumulating Sequential Estimation), RSSE(Recursive Soft Sequential Estimation) 기법들의 칩 추정 성능을 비교하는 방법에 관한 것이다.

직접 수열 대역 확산 (Direct Sequence Spread Spectrum: DSSS) 시스템은 송수신기가 칩 (Chip) 전송율이 높은 의사잡음 (Pseudo noise) 부호에 대한 정보를 공유하여 이용하는 광대역 무선 통신 시스템이다. DSSS 수신기에서는 신호 동기화를 위해 부호 획득 및 추적 과정을 수행한다. 그 중 부호 획득은 수신한 DSSS 신호와 국소 DSSS 신호의 부호 위상차가 일정 범위 (예컨대, 추적이 가능한 범위) 이내가 되도록 하는 대략적인 동기화 과정이며, 추적 과정은 신호 획득 이후 정교한 신호 동기화를 수행하고 이를 유지하는 과정이다.

최근에는 코드분할 다중 접속 (Code Division Multiple Access, CDMA), Global Positioning System (GPS) 등의 시스템에서 사용자 구분 및 신뢰성이 높은 위치 정보 제공을 위해 긴 주기의 의사잡음 부호를 사용하고 있으며, 이를 위한 고속 부호 획득에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

대표적인 의사잡음 부호인 M 시퀀스(Sequence)에 대하여 수신한 여러 칩들을 부호 발생기의 레지스터에 입력함으로써 순차적으로 수신 M 시퀀스(Sequence)를 추정하는 Rapid Acquisition Sequential Estimation (RASE) 기법이 제안된 후, 이를 발전시킨 순차 추정 기반 부호 획득 기법들이 제안되어 왔다.

RASE 기법은 신호 대 잡음비가 (Signal-to-Noise Ratio: SNR) 매우 낮지만 않으면 평균 획득 시간을 (Mean Acquisition Time: MAT) 크게 낮출 수 있다는 장점이 있으나, 코드 칩 자체에 대한 추정이 실패하는 경우 코드 획득 역시 올바르게 수행되지 못하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여 크게 두 접근 방식이 제안되어 왔다. 여러 주기의 M 시퀀스(Sequence)를 누적해서 수신해가면서 코드 칩 추정 정확도를 높이는 Seed Accumulating Sequential Estimation (SASE) 기법과 재귀적인 소프트입출력을 이용하여 성능을 향상시키는 Recursive Soft Sequential Estimation (RSSE) 기법이 제안되었다.

하지만, 앞서 전술한 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능은 평균 획득시간, 신호 대 잡음비 등 여러 가지 요인에 의해 영향을 받기 때문에 순차 추정 기법들의 성능을 상대적으로 비교하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 전술한 대표적인 순차 추정 기법들인 RASE, SASE, RSSE 기법들에 대하여 올바른 칩 추정 성능 및/또는 평균 획득 시간을(Mean Acquisition Time: MAT) 모니터링하고, 성능을 비교하여, 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법을 제공한다.

본 발명의 일면에 따른 성능 분석 시스템의 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법은 상기 순차 추정 기법들에 포함된 RASE(apid Acquisition Sequential Estimation), SASE(Seed Accumulating Sequential Estimation) 및 RSSE(Recursive Soft Sequential Estimation) 기법들의 코드 길이를 동일하게 설정하는 단계; 코드 길이가 동일하게 설정된 상기 RASE, SASE 및 RSSE 기법들의 신호 획득 성능을 모니터링하는 단계; 및 모니터링된 각 신호 획득 성능 결과를 비교하여 상기 RASE, SASE 및 RSSE 기법들 중에서 올바른 칩 추정 성능 및 평균 획득 시간(Mean Acquisition Time: MAT) 성능이 가장 우수한 순차 추정 기법을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 획득 성능을 모니터링하는 단계는, 상기 코드 길이가 7칩으로 동일하게 설정된 상기 RASE, SASE 및 RSSE 기법들에 대해 순차 추정을 수행하기 위해 10주기의 M 시퀀스(70칩)를 이용하는 단계; 이용된 상기 10주기의 M 시퀀스에서 경판정(hard decision)된 칩에 대해 딜레이된 버전을 모듈-2(module-2) 덧셈연산을 수행하는 단계; 및 데이터 비트의 영향을 제거하기 위해 상기 모듈-2 덧셈연산의 수행결과에 상기 M 시퀀스의 자리이동 덧셈(shift-and-add)연산을 적용하여 부호를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법을 제공하여, 이를 통해 대표적인 순차 추정 기법들인 RASE, SASE, RSSE의 올바른 칩 추정 확률 및 평균 획득 시간 성능을 비교분석하여 가장 우수한 칩 추정 성능을 보이는 확산 대역 시스템을 확인할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 RASE 기법의 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SNR에 따른 올바른 칩 추정 확률 성능 비교 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 SNR에 따른 MAT 성능 비교 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 시스템으로 RASE, SASE, RSSE 기법들을 모니터링 하여, RASE, SASE, RSSE 기법들의 코드 길이를 같게 설정하여 신호 획득 성능을 상대적으로 비교 분석하는 순차 추정 기법 성능 분석 방법을 제공한다. SASE와 RSSE는 M 시퀀스(Sequence)를 기초로 순차 추정을 수행하고, 데이터 비트의 영향을 제거하여 상기 기법들의 성능을 비교 분석한다.

본 발명에 따른 일실시예에서는 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득에 알맞은 순차 추정 기법들의 신호 획득 성능을 분석한다.

구체적으로 대표적인 순차 추정 기법들인 RASE, SASE, RSSE 기법들에 대하여 올바른 칩 추정 성능 및/또는 평균 획득 시간을(Mean Acquisition Time: MAT) 모니터링하고, 성능을 비교하는 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에서는 순차 추정을 부호 획득에 최초로 적용한 Rapid Acquisition Sequential Estimation (RASE), 부호 칩 추정의 정확도를 높이는 Seed Accumulating Sequential Estimation (SASE) 및 재귀적인 소프트입출력을 이용하여 성능을 향상시키는 Recursive Soft Sequential Estimation (RSSE) 기법들의 성능을 비교하여 SASE 기법의 칩 추정 확률 및 평균 획득 시간 성능이 가장 우수함을 확인하였다. 아울러, 순차 추정 기법의 평균 획득 시간은 올바른 칩 추정 확률 성능에 크게 영향을 받음을 확인하였다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 RASE 기법의 블록도이다. 순차 추정을 부호 획득에 최초로 적용한 Rapid Acquisition Sequential Estimation (RASE)기법은 RASE 기법은 신호 대 잡음비가 (Signal-to-Noise Ratio: SNR) 매우 낮지만 않으면 평균 획득 시간을 (Mean Acquisition Time: MAT) 크게 낮출 수 있다는 장점이 있다.

코드 칩 자체에 대한 추정이 실패하는 경우 코드 획득 역시 올바르게 수행되지 못하는 문제가 있다.RASE 기법의 m-sequence 생성을 위한 근원 다항식은 아래와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1에서

는 지연 연산자를 나타내고,

이며, 그 외의

는 0 또는 1값을 가진다. 수학식 1의 근원 다항식을 가지는 m-sequence는 도 1과 같이

단계 선형 피드백 시프트 레지스터를 가지는 코드 발생기를 이용하여 발생시킬 수 있다.

도 1에서

,

,…,

은 지연을 위한 저장 소자들이며 시프트 레지스터의 각 단계를 나타낸다.

,

,…,

는 시프트 레지스터의 각 단계

의 출력을 이진 덧셈기로 (modulo-2 adder) 연결시켜 주는 스위치의 역할을 한다. 부호 발생기로부터 발생되는 이진 M 시퀀스(Sequence)

의 각 코드 칩

는 반복 관계 특성에 의해 다음과 같이 표현할 수 있다.

[수학식 2]

,

도 1과 수학식 2에 도시된 바와 같이, M 시퀀스(M-sequence)의

번째 칩의 값은 그 이전에 생성한

개 칩 값들을 조합해서 구할 수 있다. 수신된

개의 연속하는 칩을 추정한 후 (seed), 수신단의 시프트 레지스터 각 단계의 초기값으로 하여 수신하는 M 시퀀스와 동일한 위상을 가지는 국소 M 시퀀스를 생성할 수 있다. 첫

개의 칩 동안은 적재 제어 스위치가 'S'에 위치하며 입력 M 시퀀스가 하드 리미터와 레벨 시프터1을 거쳐서 코드 생성기의 시프트 레지스터에 적재된다. 적재 과정이 끝나면 M 시퀀스를 발생시키기 위해서 적재 제어 스위치가 'P' 위치로 전환된다.

그리고 이때부터 발생되는 M 시퀀스는 레벨 시프터2를 거쳐서 수신 신호와 상관된다. 마지막으로 상관값

에 절대값을 취해 문턱값

와 비교하여

이면 코드 획득이 잘 이루어졌다고 판단한다.

Seed Accumulating SE (SASE), recursive soft SE (RSSE) 기법은 RASE와 유사한 구조를 가지며, 이하에서 각 기법 별로 추가로 수행하는 과정을 설명한다.

1.SASE 기법

SASE 기법은 낮은 SNR(signal-to-noise ratio: SNR)에서도 신뢰성 있는 개별 코드 칩 추정이 가능하도록 수신된 코드 칩들을 누적해나간다. SASE 기법은

개의 코드 칩을 수신하고 로딩하며, 여러 주기에 대해 로딩한 코드 칩들을 Seed로 판단하여 더해나간다. 이때 Seed Accumulator의 레지스터에 저장된 초기값은 0으로 설정한다. 이렇게 Seed를 누적한 후, 부호 생성기를 통해 M 시퀀스(Sequence)를 생성함으로써 신호 획득을 수행한다.

2.RSSE 기법

RASE 기법은 본래 터보 채널 디코딩에서 사용된 재귀적 soft-in/soft-out (SISO) 디코딩 원리를 순차 추정에 적용하여 코드 칩을 추정한다.

길이를 가지는 M 시퀀스(Sequence)는 길이가

이고 최저 거리가

인 cyclic Bose-Chaudhuri-Hocquengem (BCH) 코드로 해석될 수 있다. 이를 바탕으로 SISO 디코더를 적용하여 칩에 대한 log-likelihood ratio (LLR) 값과 수신 신호 정보를 이용하여 seed를 추정하고, 부호 생성기를 통해 코드를 생성함으로써 신호 획득을 수행한다.

본 발명에 따른 일실시예에서는 RASE, SASE, RSSE 기법들을 비교하여, 그 신호 획득 성능을 비교 분석한다. 상대적인 성능 비교를 위하여 본 발명에 따른 일실시예에서는 코드의 길이는 7 칩으로 설정하였고, 덧셈 형태의 백색 가우시안 잡음 채널을 고려하였다.

또한, SASE, RSSE 모두 10 주기의 m-sequence를 (70 칩) 이용하여 순차 추정을 수행한다. 또한, hard decision 된 칩에 대하여 그것의 delay 된 버전을 modulo-2 덧셈하고, M 시퀀스(Sequence)의 shift-and-add 특성을 적용하여 부호 획득을 수행함으로써 데이터 비트의 영향을 제거한다.

도 2는 SNR에 따른 올바른 칩 추정 확률 성능을 보인다. 여기서 SNR은 코드 칩 에너지 대 잡음의 전력밀도로 정의하였으며, dB scale로 도식하였다. 도 2로부터 SASE 기법의 성능이 가장 우수함을 확인할 수 있다.

이는 SASE 기법이 코드 칩을 누적해가면서 잡음의 영향을 제거하기 때문이며, 더 많은 코드 칩을 누적해갈수록 잡음 제거 효과는 크다.

도 3은 SNR에 따른 MAT (단위: 칩) 성능을 보인다. MAT는 도 2의 경향을 따라 SASE 기법이 가장 우수한 MAT 성능을 보이며, RASE 기법의 성능이 가장 나쁘게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법을 제공하여, 이를 통해 대표적인 순차 추정 기법들인 RASE, SASE, RSSE의 올바른 칩 추정 확률 및 평균 획득 시간 성능을 비교, 분석하여 가장 우수한 칩 추정 성능을 보이는 확산 대역 시스템을 확인할 수 있게 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다

Claims (2)

1. 성능 분석 시스템의 직접 수열 확산 대역 시스템의 고속 부호 획득을 위한 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법에 있어서,
   상기 순차 추정 기법들에 포함된 RASE(apid Acquisition Sequential Estimation), SASE(Seed Accumulating Sequential Estimation) 및 RSSE(Recursive Soft Sequential Estimation) 기법들의 코드 길이를 동일하게 설정하는 단계;
   코드 길이가 동일하게 설정된 상기 RASE, SASE 및 RSSE 기법들의 신호 획득 성능을 모니터링하는 단계; 및
   모니터링된 각 신호 획득 성능 결과를 비교하여 상기 RASE, SASE 및 RSSE 기법들 중에서 올바른 칩 추정 성능 및 평균 획득 시간(Mean Acquisition Time: MAT) 성능이 가장 우수한 순차 추정 기법을 분석하는 단계
   를 포함하는 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 신호 획득 성능을 모니터링하는 단계는,
   상기 코드 길이가 7칩으로 동일하게 설정된 상기 RASE, SASE 및 RSSE 기법들에 대해 순차 추정을 수행하기 위해 10주기의 M 시퀀스(70칩)를 이용하는 단계;
   이용된 상기 10주기의 M 시퀀스에서 경판정(hard decision)된 칩에 대해 딜레이된 버전을 모듈-2(module-2) 덧셈연산을 수행하는 단계; 및
   데이터 비트의 영향을 제거하기 위해 상기 모듈-2 덧셈연산의 수행결과에 상기 M 시퀀스의 자리이동 덧셈(shift-and-add)연산을 적용하여 부호를 획득하는 단계를 포함하는 것
   인 순차 추정 기법들의 성능 분석 방법.
   
   
   
   
   
   
   

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