KR101771639B1 - Time synchronizing method for various data rate supporting Zigbee and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가변 전송률을 지원하는 Zigbee에 관한 것으로, 특히 다중 전송률을 지원할 수 있도록 새로운 프리앰블 구조를 적용하고, 이러한 새로운 프리앰블 구조를 지원하도록 동기부를 구성하면서도 하드웨어 복잡도를 크게 경감시킬 수 있도록 한 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a Zigbee supporting a variable transmission rate, and more particularly, to a Zigbee that supports a variable transmission rate, a new preamble structure is applied to support a multiple transmission rate, a variable transmission rate Time synchronization method and apparatus for supporting Zigbee.
최근 낮은 비용으로 고품질 응용서비스를 제공할 수 있는 시스템으로서 언제 어디서나 인터넷을 통해 정보를 검색하고 이를 활용하여 새로운 정보를 제공하거나 응용하는 사물 인터넷(IoT; Internet of Things)에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 사물 인터넷 서비스는 실제 존재하는 사물 및 사이버 환경에 존재하는 가상의 사물들이 인터넷을 통하여 연결되는 방법으로써, 물리 공간과 가상 공간의 사물들의 연동을 통해서 다양한 서비스를 제공할 수 있는 인프라 기술에 해당한다. 이를 위해서 모든 사물을 네트워크에 연결해야만 하는데, 이를 위한 네트워크 연결 규격은 블루투스, UWB(Ultra Wide Band), Zigbee, 무선랜(WLAN) 등 여러 종류가 존재하고 있으나 복잡도와 에너지 소비 면에서 소형화와 저전력화가 가능한 무선 근거리 개인 통신망(WPAN) 전송 기술인 IEEE 802.15.4 Zigbee 규격에 대한 관심이 높다. IEEE 802.15.4 Zigbee 규격은 대체로 10m 이하의 무선거리 영역과 낮은 전력 소모를 기반으로 동작하는 간단한 저전력 기기들의 무선통신을 지원하도록 물리(PHY) 및 MAC 부계층에 대해 정의하는 저속 무선 개인영역 네트워크에 대한 표준이다. 따라서, IEEE 802.15.4 Zigbee는 제한된 전력을 소모하면서 비교적 낮은 데이터 처리를 요구하는 응용에 대해 무선 연결을 제공할 수 있도록 간단하고 낮은 비용이 소요되는 네트워크로 설계되는데, 설치가 용이함에도 불구하고 높은 신뢰성을 제공할 수 있다. 하지만, 이러한 IEEE 802.15.4 Zigbee 규격은 2.45GHz 대역에 대해 250Kbps의 단일 전송률만 규정하고 있고, 10m 정도의 무선거리 영역에 대응하는 것이므로 보다 넓은 통달 거리의 정보 수집을 필요로 하는 센서 네트워크 시스템의 응용에는 한계가 있다.Recently, as a system capable of providing high quality application services at low cost, there is a growing interest in the Internet of Things (IoT), which provides information and utilizes information and retrieves information through the Internet anytime and anywhere. This kind of internet service is an infrastructure technology that can provide various services by linking objects of physical space and virtual space as a method of connecting virtual objects existing in real objects and cyber environment through the Internet . In order to achieve this, all objects must be connected to the network. There are various kinds of network connection standards such as Bluetooth, UWB (Ultra Wide Band), Zigbee, and wireless LAN (WLAN), but miniaturization and low power consumption There is a high interest in the IEEE 802.15.4 Zigbee specification, which is a possible wireless local area network (WPAN) transmission technology. The IEEE 802.15.4 Zigbee specification is based on a low-speed wireless personal area network (PHY) and a MAC sublayer that defines wireless PHY and MAC sub-layers to support wireless communication of simple low-power devices operating on less than 10 meters of wireless range and low power consumption. It is a standard for. Thus, IEEE 802.15.4 Zigbee is designed as a simple, low-cost network that can provide wireless connectivity for applications that require relatively low data throughput while consuming limited power, Can be provided. However, since the IEEE 802.15.4 Zigbee standard only specifies a single transmission rate of 250 Kbps for the 2.45 GHz band and corresponds to a wireless distance range of about 10 m, application of a sensor network system requiring information acquisition of a wider communication distance There is a limit.
따라서, 더욱 넓은 통달 거리를 지원하기 위해서 전송률을 가변할 필요가 있는데, 규정된 250Kbps보다 낮은 전송률을 지원할 경우 통달거리 증대를 기대해 볼 수 있다. Therefore, it is necessary to change the transmission rate in order to support a wider communication distance. If the transmission rate is lower than the prescribed 250 Kbps, it is expected to increase the communication distance.
하지만, 저속 전송률을 지원할 경우 노이즈가 많은 환경, 즉 SNR(Signal to noise)이 낮은 환경에서 시간 동기를 획득할 수 있어야 하며, 이를 위해서 프리앰블 심볼의 길이를 증가시켜 상관특성을 향상시켜야 한다. However, if the low rate is supported, time synchronization must be obtained in a noisy environment, that is, in an environment with low signal to noise (SNR). To this end, the length of the preamble symbol must be increased to improve correlation characteristics.
프리앰블 심볼 길이를 증가시키기 위해서 동일한 프리앰블 심볼을 반복하거나 길이가 긴 새로운 PN(Pseudo random noise) 코드를 이용할 수 있으나, 프리앰블 심볼을 반복할 경우 정확한 심볼 구간을 구분하기 어렵고, 새로운 PN 코드를 사용하게 되면 이러한 코드를 생성하고 상관 연산을 수행하기 위한 새로운 추가 블록이 필요하게 되는 문제가 발생하게 된다. In order to increase the preamble symbol length, it is possible to repeat the same preamble symbol or use a new pseudo random noise (PN) code having a long length. However, if the preamble symbol is repeated, it is difficult to distinguish the correct symbol period. A problem arises in which a new additional block for generating such a code and performing correlation operation is required.
따라서, 저속 전송률을 지원하기 위해 시간 동기의 획득 성능은 향상시키면서 추가적인 블록이 필요하지 않은 새로운 프리앰블 전송 방법이 필요하며, 저속 전송률을 지원하면서도 복잡도를 가급적 낮추어 비용을 절감할 수 있는 새로운 시간 동기 방법과 장치가 요구되고 있다.
Therefore, a new preamble transmission method is needed to improve the acquisition performance of time synchronization and to avoid the need for additional blocks in order to support a low-speed data rate. A new time synchronization method that can reduce the complexity as much as possible while supporting a low- Devices are required.
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 가변 전송률을 지원하기 위해 전송 속도에 따라 증가되는 프리앰블을 구성하기 위해 이미 존재하고 있는 데이터 심볼 중 2개의 심볼만을 이용하도록 하여 새로운 종류의 상관연산 블록을 사용하지 않도록 함과 아울러, 이러한 2개의 심볼만을 이용할 경우 발생되는 동기 과정의 부정확한 상관 연산의 문제를 해결하기 위해 동기 과정에서는 사용되지 않는 복조부에 구성된 상관기를 공유하여 정확한 상관 연산을 위해 사용하도록 함으로써 하드웨어 구성을 최소화하면서도 낮은 SNR 환경에서도 높은 시간 동기 성능을 제공할 수 있도록 한 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치를 제공하는 것이다. It is an object of embodiments of the present invention to solve the above problems and to provide an apparatus and a method for transmitting a new type of correlation < RTI ID = 0.0 > In order to solve the problem of inaccurate correlation calculation of the synchronization process which occurs when only the two symbols are used, the correlation unit configured in the demodulation unit which is not used in the synchronization process is shared, And to provide a time synchronization method and apparatus for a Zigbee that supports a variable rate so as to provide a high time synchronization performance even in a low SNR environment while minimizing a hardware configuration.
본 발명 실시예들의 다른 목적은 16개의 데이터 심볼들 중에서 표준 규격에서 250Kbps 전송률을 위해 사용하는 심볼 '0'을 제외한 단 1개의 심볼 만을 더 사용하면서 정확한 동기화를 위해 복조에 사용되는 상관기 16개 중에서 최대 4개를 공유하여 사용하는 것으로 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps 지원을 위해 최대 8개의 심볼이 필요한 프리앰블의 상관 특성을 유지하도록 함으로써 동기부 하드웨어 구성을 최소화하면서도 높은 성능으로 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치를 제공하는 것이다. Another object of embodiments of the present invention is to provide a method and apparatus for correcting a maximum of 16 Correlators used for demodulation using only one symbol except for symbol & 4, it is possible to maintain the correlation property of preamble that requires up to 8 symbols for 125Kbps, 62.5Kbps, and 31.25Kbps to support Zigbee that supports variable transmission rate with high performance while minimizing synchronous hardware configuration Time synchronization method and apparatus.
본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 총 2종류의 심볼로 최대 8개의 심볼이 필요한 프리앰블을 구성할 수 있는 새로운 구조를 제안하면서 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템 규격에 정의된 ±80ppm의 큰 주파수 오프셋 환경에 대응가능하도록 이중 상관 방식의 시간 동기 구조를 이용하되, 이중 상관연산에서 발생되는 실수부와 허수부의 값 중 실수부만 이용하도록 하여 복잡도를 낮춤과 아울러, 이러한 상관기를 구성하는데 사용되는 곱셈기를 곱셈 결과 분석을 통해 덧셈기로 치환함으로써 복잡도를 더욱 낮출 수 있도록 한 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
It is another object of embodiments of the present invention to provide a new structure capable of configuring a preamble requiring a maximum of 8 symbols with two types of symbols, and to provide a new frequency offset environment of ± 80 ppm defined in the IEEE 802.15.4 Zigbee system standard The complexity is reduced by using only the real part of the values of the real part and the imaginary part generated in the double correlation operation and the multiplier used for constructing the correlator is used as a multiplication result And to provide a time synchronization method and apparatus for a Zigbee that supports a variable rate so that the complexity can be further reduced by replacing it with an adder through analysis.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법은 수신 신호에 대한 켤레복소수 신호를 생성하고, 상기 수신신호를 칩주기 샘플 수만큼 지연시키는 단계와; 상기 수신 신호의 켤레복소수와 상기 칩주기 샘플 수만큼 지연된 수신신호를 곱하는 단계와; 상기 곱해진 신호를 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고 전송률에 따라 선택된 상관블록의 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따른 커스 상관 결과를 제공하는 단계와; 전송률에 따라 선택적으로 수행되며, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD(start of frame delimiter)의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 제공하는 단계와; 상기 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해 동기화를 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a time synchronization method for a Zigbee supporting a variable rate according to an embodiment of the present invention includes generating a complex conjugate signal for a received signal, ; Multiplying the complex conjugate of the received signal by a received signal delayed by the number of chip period samples; And outputs the multiplied signal to the correlation blocks for the two different symbols. The output sum of the selected correlation block according to the transmission rate and the output sum of the correlation block are accumulated in accordance with the transmission rate and output. Providing a result; And the reference signal of the demodulator's correlators is set to a value of a start of frame delimiter (SFD) for frame start identification and is sequentially operated at an offset of two symbol lengths according to the correlation result. Providing a fine correlation result based on the correlation results; And completing the synchronization through the correlation result and the precision correlation result.
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과를 제공하는 단계는 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 하나를 선택하는 선택 신호에 따라 2개의 상관블록과 이러한 2개의 상관블록 출력합이 1번 혹은 3번 반복된 값을 선택 출력하는 누적블록 중 선택된 상관블록 및 누적블록의 출력합을 상관 결과로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. As an example of the present invention, the step of providing the correlation correlation result may be performed by selecting two correlation blocks according to a selection signal for selecting one of four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, And providing the sum of the outputs of the selected correlation block and the cumulative block among the cumulative blocks that selectively output the first or the third repeated value as a correlation result.
본 발명의 일례로서, 상기 2개의 상관블록은 심볼 '0'과 심볼 'p'에 대한 상관블록이며, 심볼 'p'는 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택될 수 있다.As an example of the present invention, the two correlation blocks are a correlation block for symbol '0' and symbol 'p', and symbol 'p' can be selected for
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 62.5Kbps, 31.25Kbps의 2가지 전송속도에 대해서만 선택 동작한다.As an example of the present invention, the step of providing the fine correlation result is selected only for the two transmission rates of 62.5 Kbps and 31.25 Kbps among the four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps.
본 발명의 일례로서, 전송 속도로 250kbps를 선택하는 경우 첫 번째 심볼'0'에 대한 상관블록의 결과를 커스 상관 결과로 제공하며, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계를 생략하고 해당 커스 상관 결과로 동기화를 완료한다.As an example of the present invention, when 250 kbps is selected as the transmission rate, the result of the correlation block for the first symbol '0' is provided as a coarse correlation result, the step of providing the fine correlation result is omitted, .
본 발명의 일례로서, 전송 속도로 125kbps를 선택하는 경우 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들의 결과 합을 커스 상관 결과로 제공하며, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계를 생략하고 해당 커스 상관 결과로 동기화를 완료한다.As an example of the present invention, when 125 kbps is selected as the transmission rate, the result sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' is provided as a coarse correlation result, And the synchronization is completed by the result of the correlation of the relevant curse.
본 발명의 일례로서, 전송속도로 62.5Kbps를 선택하는 경우 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들의 결과합과 이러한 상관블록들의 결과합이 1번 반복된 누적블록의 결과 값을 더한 결과 합, 즉 상관블록들의 결과 합의 2배를 커스 상관 결과로 제공하는 단계를 포함한다.As an example of the present invention, when 62.5 Kbps is selected as the transmission rate, the result sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' And adding the result value to the result sum, that is, twice the result sum of the correlation blocks, as a result of the correlation result.
본 발명의 일례로서, 전송속도로 31.25Kbps를 선택하는 경우 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들의 결과합과 이러한 상관블록들의 결과합을 3번 반복된 누적블록의 결과 값을 더한 결과 합, 즉 상관블록들의 결과 합의 4배를 커스 상관 결과로 제공하는 단계를 포함한다.As an example of the present invention, when 31.25 Kbps is selected as the transmission rate, the sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' And summing the resultant values, i.e., providing four times the result sum of the correlation blocks as a result of the correlation result.
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 62.5Kbps 전송 속도에서 복조부의 상관기들 중 2개를 이용하고, 31.25Kbps 전송 속도에서 복조부의 상관기들 중 4개를 이용한다.As an example of the present invention, providing the fine correlation result utilizes two of the demodulator's correlators at a 62.5 Kbps transmission rate and uses four of the demodulator's correlators at a 31.25 Kbps transmission rate.
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 2개의 심볼을 2번 반복하는 62.5Kbps 전송 속도에서 복조부 상관기들 중 2개를 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점으로 정밀 동기 시점을 결정한다.As an example of the present invention, providing a fine correlation result may be achieved by operating two of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 62.5 Kbps transmission rate that repeats two symbols twice, The precise synchronization point is determined by the correlation point of the correlation unit.
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 2개의 심볼을 4번 반복하는 31.25Kbps 전송 속도에서 복조부 상관기들 중 4개를 각각 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점으로 정밀 동기 시점을 결정한다.As an example of the present invention, providing a fine correlation result may be achieved by operating four of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 31.25 Kbps transmission rate, in which two symbols are repeated four times, The precise synchronization point is determined by the correlation point of the demodulator correlator.
본 발명의 일례로서, 동기화를 완료하는 단계는 복조부 동작을 위해 복조부 상관기들의 참조신호를 사용 심볼들과의 상관 연산을 위한 심볼로 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.As an example of the present invention, completing the synchronization may further include the step of resetting the reference signal of the demodulator's correlators to symbols for correlation with the used symbols for the demodulator operation.
본 발명의 일례로서, 복조부의 상관기들 중 일부는 정밀 상관 결과를 제공을 위해 초기 참조신호가 SFD 값으로 설정되고, 동기화 완료 단계 이후 복조 과정을 위해 각각 대응 심볼 값으로 재설정될 수 있다.As an example of the present invention, some of the correlators of the demodulator may be set to SFD values to provide fine correlation results, and may be reset to corresponding symbol values for demodulation procedures after the synchronization completion phase, respectively.
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과를 제공하는 단계는 이중 상관연산을 실시한 후 실수부에 대한 결과만을 상관 결과로 제공할 수 있다.As an example of the present invention, the step of providing the correlation correlation result may provide only the result of the real part after the correlation calculation as a correlation result.
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과를 제공하는 단계는 상기 실수부에 대한 상관연산을 곱셈기를 통해 실시하는 대신, 4배 오버샘플 환경에서 5가지 종류의 결과를 제공하는 곱셈기의 종류별 연산 결과에 따라 부호 반전기, 쉬프터 및 덧셈기의 조합을 통해 실시하는 단계를 포함할 수 있다.As an example of the present invention, in the step of providing the correlation result, the correlation operation for the real part may be performed by a multiplier instead of the multiplier, A sign reversal, a shifter, and an adder.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법은 수신기의 처리 속도를 송신 신호 확산에 사용되는 칩주기 보다 수배 오버샘플링하여 칩주기 샘플 수를 결정하는 단계와; 수신 신호에 대한 켤레복소수 신호를 생성하고, 상기 수신신호를 칩주기 샘플 수만큼 지연시키는 단계와; 상기 수신 신호의 켤레복소수와 상기 칩주기 샘플 수만큼 지연된 수신신호를 곱하는 단계와; 상기 곱해진 신호를 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고, 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 선택된 전송률에 따라 선택된 상관블록의 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따른 커스 상관 결과를 제공하는 단계와; 전송률에 따라 선택적으로 수행되며, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 제공하는 단계와; 상기 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해 동기화를 완료하는 단계와; 동기화 완료에 따라 복조부 동작을 위해 복조부 상관기들의 참조신호를 사용 심볼들과의 상관 연산을 위한 심볼로 재설정하는 단계를 포함하되, 상기 2개의 상관블록은 심볼 '0'과 심볼 'p'에 대한 상관블록이며, 심볼 'p'는 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택될 수 있고, 상기 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 62.5Kbps, 31.25Kbps의 2가지 전송속도에 대해서만 선택 동작한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate, comprising the steps of: determining a number of chip period samples by oversampling a processing speed of a receiver by a multiple of a chip period used for transmission signal spreading; Generating a complex conjugate signal for the received signal and delaying the received signal by a number of chip period samples; Multiplying the complex conjugate of the received signal by a received signal delayed by the number of chip period samples; The multiplied signal is provided to the correlation blocks for two different symbols and the output sum of the correlation block selected according to the selected transmission rate among the four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, Providing a correlation result according to an output of an accumulation block which accumulates and outputs a sum in accordance with a data rate; And the reference signal of the demodulator's correlators is set to the value of the SFD for frame start identification and is sequentially operated at the offset of two symbol lengths according to the correlation result, Providing a correlation result; Completing the synchronization through the correlation result and the fine correlation result; And resetting the reference signals of the demodulator's correlators to a symbol for correlation with the used symbols for the demodulator operation according to the completion of the synchronization, the two correlation blocks including a symbol '0' and a symbol 'p' Wherein the symbol 'p' may be selected from
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과를 제공하는 단계는 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 하나를 선택하는 선택 신호에 따라 2개의 상관블록과 이러한 2개의 상관블록이 1번 혹은 3번 반복된 값을 선택 출력하는 누적블록 중 선택된 상관블록 및 누적블록의 출력합을 상관 결과로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of providing the correlation result includes two correlation blocks according to a selection signal for selecting one of the four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, Or providing an output sum of the selected correlation block and the cumulative block among the cumulative blocks that select and output the value repeated three times as a correlation result.
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 2개의 심볼을 2번 반복하는 62.5Kbps 전송 속도에서 복조부 상관기들 중 2개를 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점으로 정밀 동기 시점을 결정할 수 있다.As an example of the present invention, providing a fine correlation result may be achieved by operating two of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 62.5 Kbps transmission rate that repeats two symbols twice, The precise synchronization point can be determined by the correlation point of the super correlator.
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 2개의 심볼을 4번 반복하는 31.25Kbps 전송 속도에서 복조부 상관기들 중 4개를 각각 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점으로 정밀 동기 시점을 결정한다.As an example of the present invention, providing a fine correlation result may be achieved by operating four of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 31.25 Kbps transmission rate, in which two symbols are repeated four times, The precise synchronization point is determined by the correlation point of the demodulator correlator.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법은 수신 신호의 위상 추정값을 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고, 선택된 전송률에 따라 선택된 1개 혹은 2개의 상관블록 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따른 커스 상관 결과를 제공하는 단계와; 전송률에 따라 선택적으로 수행되며, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부의 상관기참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시켜 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate, comprising: providing a phase estimate value of a received signal to correlation blocks for two different symbols; Providing a correlation result according to an output of an accumulation block accumulating and outputting one or two correlation block output sums selected according to a selected transmission rate and an output sum of the correlation blocks in accordance with a transmission rate; The correlator reference signal of the demodulation unit is set to the value of the SFD for frame start identification according to the correlation result and sequentially operated at the offset of two symbol lengths. Based on the correlation results, And a step of providing the image data.
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과를 제공하는 상관블록 및 정밀 상관 결과를 제공하는 복조부의 상관기는 샘플단위 이중상관 알고리즘을 이용한다.As an example of the present invention, the correlator of the correlation block that provides the coarse correlation result and the demodulator that provides the fine correlation result use the sample unit double correlation algorithm.
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해 동기화를 완료하는 단계와; 동기화 완료에 따라 복조부 동작을 위해 복조부 상관기들의 참조신호를 사용 심볼들과의 상관 연산을 위한 심볼로 재설정하는 단계를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of generating synchronization information, the method comprising: And reconfiguring the reference signals of the demodulator's correlators to symbols for correlation with the used symbols for the demodulator operation according to the completion of the synchronization.
본 발명의 일례로서, 상기 2개의 상관블록은 심볼 '0'과 심볼 'p'에 대한 상관블록이며, 심볼 'p'는 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택될 수 있다.As an example of the present invention, the two correlation blocks are a correlation block for symbol '0' and symbol 'p', and symbol 'p' can be selected for
본 발명의 일례로서, 전송률은 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 중에서 선택되며, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 4가지 전송속도 중 62.5Kbps, 31.25Kbps의 2가지 전송속도에 대해서만 선택 동작한다.As an example of the present invention, the transmission rate is selected from among four types of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps and 31.25 Kbps, and the step of providing the fine correlation result is selected only for the two transmission rates of 62.5 Kbps and 31.25 Kbps among the four transmission rates .
본 발명의 일례로서, 커스 상관 결과를 제공하는 단계가 수행되는 상관 블록은 수신 신호의 프리앰블을 통한 동기화를 위해 다음 수식으로 상관도를 구하되, As an example of the present invention, a correlation block in which a step of providing a correlation correlation result is performed, a correlation is calculated using the following equation for synchronization through a preamble of a received signal,
Sl과 Sm은 전송률에 해당하는 프리앰블 심볼 중 하나이고 Ns와 Nc는 누적 샘플의 수, 지연 샘플의 수를 나타내고, Rs는 누적하는 2개 심볼의 개수, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, 인덱스 x는 미리 정의된 심볼 중 하나, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미한다.S l and S m is one of the preamble symbol that corresponds to the data rate and Ns and Nc is the number of the number of accumulated samples delayed sample, Rs is the n-th sample number, r x (n) of the two symbols to accumulate Sx (n) denotes a symbol of the modulated reception data, index x denotes one of predefined symbols, omega 0 denotes a frequency error between the transmitter and the receiver, and? Denotes an initial phase error.
본 발명의 일례로서, 정밀 상관 결과를 제공하는 단계가 수행되는 복조기의 상관기는 수신 신호의 SFD값으로 정의된 심볼 '7'을 참조신호로 이용하는 동기화를 위해 다음 수식으로 상관도를 구하되, As an example of the present invention, a correlator of a demodulator in which a step of providing a fine correlation result is performed, a correlation is calculated by using the following equation for synchronization using a symbol '7' defined as SFD value of a received signal as a reference signal,
x와 7은 수신신호와 참조신호의 인덱스, Ns, Nc, No는 각각 누적샘플의 수, 지연샘플의 수, 동기화 참조 신호로 사용되는 2개 심볼의 샘플 수이고, h는 복조부 상관기의 시간적 오프셋, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미하고, 이 때x and 7 are indexes of the received signal and the reference signal, Ns, Nc, and No are the number of cumulative samples, the number of delay samples, and the number of samples of two symbols used as a synchronization reference signal, offset, r x (n) is the n-th received signals, S x (n) of the samples of the modulated symbols received data, ω 0 is the frequency error between the transmitter and the receiver, θ means and, at this time, the initial phase error
인 것을 특징으로 한다..
본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 장치는 수신 신호에 대한 켤레복소수 신호를 생성하는 켤레복소신호 생성부와; 상기 수신신호를 칩주기 샘플 수만큼 지연시키는 지연부와; 상기 켤레복소 신호 생성부의 출력과 상기 지연부의 출력을 곱하는 복소 곱셈부와; 상기 곱해진 신호를 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고 전송률에 따라 선택된 상관블록의 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따라 커스 상관 결과를 확인하고, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 확인하여 동기화를 수행하는 동기부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a time synchronization apparatus for a Zigbee supporting variable rate, comprising: a complex conjugate signal generating unit for generating a complex conjugate signal for a received signal; A delay unit for delaying the received signal by the number of chip period samples; A complex multiplier for multiplying the output of the complex conjugate signal generator and the output of the delay unit; And provides the multiplied signal to the correlation blocks for two different symbols and outputs the sum of the output of the selected correlation block and the sum of the outputs of the correlation block according to the transmission rate, And the reference signal of the demodulator's correlators is set to the value of the SFD for the start of the frame according to the correlation result and sequentially operated at the offset of two symbol lengths. Based on the correlation results, And a synchronization unit for confirming and performing synchronization.
본 발명의 일례로서, 동기부는 심볼 '0'에 대한 상관블록과 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택된 심볼 'p'에 대한 상관블록, 전송 속도에 따라 상기 심볼 '0'과 'p'에 대한 상관블록 출력합을 누적하여 복수 누적 횟수 별로 출력하는 누적블록, 전송속도에 따라 상관블록들과 누적블록의 출력 또는 출력합을 선택하는 멀티플렉서, 전송속도에 따라 상기 멀티플렉서와 정밀 상관 결과 확인을 위한 복조부 상관기의 동작을 일시 제어하는 시간 동기 제어부를 포함한다.As an example of the present invention, the synchronizer includes a correlation block for the symbol '0' and a correlation block for the symbol 'p' selected in the
본 발명의 일례로서, 전송률은 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 선택된 하나이며, 동기부는 250Kbps, 125Kbps의 2가지 전송속도에 대해서는 정밀 상관 결과 없이 커스 상관 결과를 이용하여 동기화를 수행한다.As one example of the present invention, the transmission rate is selected from four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, and for the two transmission rates of 250 Kbps and 125 Kbps, .
본 발명의 일례로서, 시간 동기 제어부는 4가지 전송속도 중 하나를 선택하는 선택 신호에 따라 2개의 상관블록과 이러한 2개의 상관블록 출력합이 1번 혹은 3번 반복된 값을 선택 출력하는 누적블록 중 선택된 상관블록 및 누적블록의 출력합을 통해 커스 상관 결과를 판단한다.As an example of the present invention, the time synchronization control unit may include two correlation blocks according to a selection signal for selecting one of the four transmission rates, and an accumulation block for selectively outputting a value obtained by repeating the sum of the two correlation block outputs once or three times The correlation result is determined through the sum of the output of the selected correlation block and the cumulative block.
본 발명의 일례로서, 시간 동기 제어부는 전송속도가 62.5Kbps 또는 31.25Kbps인 경우 커스 상관 결과에 따른 커스 동기화 시점에 복소 곱셈부 출력을 입력으로 하는 복조부의 상관기들 중 2개 혹은 4개를 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점을 기준으로 정밀 상관 결과를 판단한다.As an example of the present invention, the time synchronization control unit may set two or four of the correlators of the demodulating unit to receive the output of the complex multiplier at the time of the coarse synchronization according to the result of the coarse correlation when the transmission rate is 62.5 Kbps or 31.25 Kbps, And the fine correlation result is determined based on the demodulation correlator correlation time point having the largest correlation value.
본 발명의 일례로서, 동기부의 상관 블록은 수신 신호의 프리앰블을 통한 동기화를 위해 다음 수식으로 상관도를 구하되, As an example of the present invention, a correlation block of a synchronization unit calculates a correlation degree using the following equation for synchronization through a preamble of a received signal,
Sl과 Sm은 전송률에 해당하는 프리앰블 심볼 중 하나이고 Ns와 Nc는 누적 샘플의 수, 지연 샘플의 수를 나타내고, Rs는 누적하는 2개 심볼의 개수, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, 인덱스 x는 미리 정의된 심볼 중 하나, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미한다.S l and S m is one of the preamble symbol that corresponds to the data rate and Ns and Nc is the number of the number of accumulated samples delayed sample, Rs is the n-th sample number, r x (n) of the two symbols to accumulate Sx (n) denotes a symbol of the modulated reception data, index x denotes one of predefined symbols, omega 0 denotes a frequency error between the transmitter and the receiver, and? Denotes an initial phase error.
본 발명의 일례로서, 동기부에 의해 공유되는 복조기의 상관기는 수신 신호의 SFD값으로 정의된 심볼 '7'을 참조신호로 이용하는 동기화를 위해 다음 수식으로 상관도를 구하되, As an example of the present invention, a correlator of a demodulator shared by a synchronization unit calculates correlation using the symbol '7' defined as the SFD value of the received signal as a reference signal,
x와 7은 수신신호와 참조신호의 인덱스, Ns, Nc, No는 각각 누적샘플의 수, 지연샘플의 수, 동기화 참조 신호로 사용되는 2개 심볼의 샘플 수이고, h는 복조부 상관기의 시간적 오프셋, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미하고, 이 때x and 7 are indexes of the received signal and the reference signal, Ns, Nc, and No are the number of cumulative samples, the number of delay samples, and the number of samples of two symbols used as a synchronization reference signal, offset, r x (n) is the n-th received signals, S x (n) of the samples of the modulated symbols received data, ω 0 is the frequency error between the transmitter and the receiver, θ means and, at this time, the initial phase error
인 것을 특징으로 한다.
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본 발명 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치는 복조를 위해 이미 존재하고 있는 데이터 심볼을 가변 전송률을 지원하기 위해 증가되는 프리앰블 구성에 활용하는 새로운 프리앰블 구조를 제안함으로써 추가적인 PN 코드나 이를 위한 새로운 상관블록 적용하지 않도록 함과 아울러, 동기화를 위해 사용되는 상관블록의 수를 극단적으로 줄이면서 이러한 상관블록 최소화에 의해 프리앰블의 길이가 길어지는 저속 전송률에서 동기 오류가 발생하더라도 해당 동기 정보와 동기화 과정에서는 사용되지 않는 복조부의 상관기들을 활용하여 얻은 상관 정보를 통해 정확한 동기 시점을 검출할 수 있도록 함으로써 다양한 가변 전송률을 지원하면서도 하드웨어 복잡도를 최소화할 수 있는 효과가 있다. A time synchronization method and apparatus for a Zigbee supporting a variable bit rate according to an embodiment of the present invention proposes a new preamble structure that utilizes data symbols already existing for demodulation in an increased preamble structure to support a variable bit rate, The PN code or a new correlation block for the PN code is not applied and the number of correlation blocks used for synchronization is extremely reduced and even if a synchronization error occurs at a low transmission rate at which the length of the preamble becomes long due to minimization of the correlation block, In the synchronization process, synchronization information can be detected through correlation information obtained by using unused correlators of the demodulation unit, thereby providing various variable transmission rates while minimizing hardware complexity.
본 발명 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치는 프리앰블 길이가 증가됨에 따라 시간 동기 획득을 위해 사용되는 이중 상관 연산에서 상관 연산 결과의 실수부만을 이용하도록 하여 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있도록 하며, 이러한 이중 상관 연산을 위해 사용되는 곱셈기를 곱셈의 결과 분석을 통해 부호 반전기, 쉬프터 및 덧셈기의 조합으로 대체함으로써 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 효과가 있다.The time synchronization method and apparatus for a Zigbee supporting variable rate according to an embodiment of the present invention uses only the real part of a correlation result in a double correlation calculation used for time synchronization acquisition as the preamble length increases, And the complexity of the hardware can be reduced by replacing the multiplier used for the double correlation operation with the combination of the sign reversal, the shifter and the adder through the result analysis of the multiplication.
본 발명 실시예에 따른 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법 및 장치는 총 2종류 심볼 만을 이용하여 최대 8개의 심볼이 필요한 프리앰블을 구성할 수 있는 새로운 구조를 제안하면서 부족한 상관 블록에 의한 동기부 상관 성능 한계를 복조부의 상관기를 동기화 과정에서 활용하여 극복하도록 함으로써 하드웨어 구성을 최소화하면서도 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템 규격에 정의된 ±80ppm의 큰 주파수 오프셋 환경에 대응하는 높은 성능을 제공하는 효과가 있다.
A time synchronization method and apparatus for a Zigbee supporting variable rate according to an embodiment of the present invention proposes a new structure capable of configuring a preamble requiring a maximum of 8 symbols using only two types of symbols, It is possible to minimize the hardware configuration and to provide high performance corresponding to the large frequency offset environment of ± 80 ppm defined in the IEEE 802.15.4 Zigbee system standard by allowing the correlation performance limit of the base station to be overcome by utilizing the correlator in the synchronization process .
도 1은 IEEE 802.15.4 Zigbee의 패킷 구조를 보인 구성도.
도 2는 IEEE 802.15.4 Zigbee의 송신부 구성을 보인 구성도.
도 3은 IEEE 802.15.4 Zigbee의 심볼 확산을 위해 정의된 칩 시퀀스를 보인 표.
도 4는 IEEE 802.15.4 Zigbee의 프리앰블 구조를 보인 구성도.
도 5는 IEEE 802.15.4 Zigbee의 프리앰블 상관 특성을 보인 개념도.
도 6은 반복되는 프리앰블 심볼 전송 시의 상관 특성을 보인 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전송률 지원을 위한 프리앰블 구조를 보인 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블의 상관 특성을 보인 개념도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블 구조를 이용할 경우의 시간 동기 획득 성능을 보인 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전송률 지원 시간 동기 장치의 구성을 보인 구성도.
도 11은 사용 심볼 수를 줄이는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 전송률 지원을 위한 프리앰블 구조를 보인 개념도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리앰블의 상관 특성과 동기화를 위한 변조부 공유 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 전송률 지원 시간 동기 장치의 구성을 보인 구성도.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 상관기의 구성을 보인 구성도.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 상관 연산을 위한 참조신호의 종류를 보인 표.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 상관기의 곱셈기 대체 구성을 보인 구성도.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 프리앰블 구조를 이용할 경우의 시간 동기 획득 성능을 보인 그래프.1 is a block diagram showing a packet structure of an IEEE 802.15.4 Zigbee;
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a transmitter of an IEEE 802.15.4 Zigbee; FIG.
FIG. 3 is a table showing a chip sequence defined for symbol spreading of IEEE 802.15.4 Zigbee; FIG.
4 is a diagram showing a preamble structure of IEEE 802.15.4 Zigbee.
5 is a conceptual diagram showing a preamble correlation characteristic of IEEE 802.15.4 Zigbee;
FIG. 6 is a conceptual diagram showing correlation characteristics when repeated preamble symbols are transmitted. FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a preamble structure for supporting a variable transmission rate according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a correlation characteristic of a preamble according to an embodiment of the present invention; FIG.
9 is a graph showing time synchronization acquisition performance when a preamble structure according to an embodiment of the present invention is used.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a variable rate compatible time synchronization apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
11 is a conceptual diagram illustrating a preamble structure for supporting a variable transmission rate according to another embodiment of the present invention for reducing the number of used symbols.
12 and 13 are conceptual diagrams for explaining a correlation characteristic of a preamble according to another embodiment of the present invention and a modulation part sharing method for synchronization.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a variable rate compatible time synchronization apparatus according to another embodiment of the present invention; FIG.
15 is a configuration diagram showing a configuration of a correlator according to embodiments of the present invention.
16 is a table showing the types of reference signals for correlation calculation according to embodiments of the present invention.
17 is a block diagram illustrating a multiplier replacement structure of a correlator according to embodiments of the present invention.
18 is a graph showing time synchronization acquisition performance when a preamble structure according to embodiments of the present invention is used.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be construed in a sense generally understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. In addition, when a technical term used in the present invention is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the present invention, it should be understood that technical terms can be understood by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Furthermore, the singular expressions used in the present invention include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprising" or "comprising" and the like should not be construed as encompassing various elements or various steps of the invention, Or may further include additional components or steps.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in the present invention can be used to describe elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 IEEE 802.15.4 Zigbee 표준 규격에 정의된 2.45GHz 주파수 대역의 물리계층 PPDU(Physical layer Protocol Data Unit) 구성을 나타낸 것이다. 이러한 표준 패킷 구조에 따르면 도시된 바와 같이 프리앰블, 패킷의 정확한 시작을 나타내는 SFD(State of Frame Delimiter), 물리 페이로드의 길이 정보를 가지는 PHR(PHY header), 그리고 전송하려는 데이터인 PSDU(PLCP Service Date Unit)로 이루어진다.FIG. 1 shows a physical layer protocol data unit (PPDU) configuration of 2.45 GHz frequency band defined in the IEEE 802.15.4 Zigbee standard. According to this standard packet structure, as shown in the figure, a preamble, a State of Frame Delimiter (SFD) indicating a correct start of a packet, a PHR (PHY header) having length information of a physical payload, and a PSDU Unit).
한편, 이러한 도 1과 같이 정의된 패킷을 실제 송신하는 송신기의 구성을 간략히 도 2에 나타낸다.On the other hand, FIG. 2 briefly shows a configuration of a transmitter that actually transmits a packet defined as shown in FIG.
도 2에 도시된 바와 같이 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템의 송신기는 입력 데이터의 4비트를 모아 심볼을 구성(심볼 변환)하며, 하나의 심볼은 32칩(chip)으로 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 확산(확산부)한다. 이렇게 확산된 신호는 홀수 칩과 짝수 칩을 I-위상, Q-위상으로 나누어 변조하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 중 Q-위상을 한 칩 주기만큼 지연시켜 대역폭을 줄이는 OQPSK(Offset QPSK)변조를 실시(OQPSK 변조부)한 후 사인파의 반주기에 해당하는 파형으로 변형(HSF(Half-Sine Filter)부)하여 출력한다.As shown in FIG. 2, the transmitter of the IEEE 802.15.4 Zigbee system constructs symbols (symbol conversion) by collecting 4 bits of input data, and one symbol is DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) spread (Diffusion portion). The spread signal is OQPSK (Offset QPSK) modulation which reduces the bandwidth by delaying the Q-phase by one chip period among the QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) method of modulating the odd-numbered chip and the even-numbered chip into I- (OQPSK modulating unit), and then transformed into a waveform corresponding to the half period of the sine wave (Half-Sine Filter).
IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템에서는 하나의 심볼을 32칩 길이를 가지는 PN(Pseudo Noise) 부호를 이용하여 8배 확산(하나의 심볼은 4비트이므로 하나의 심볼을 32칩 길이로 확산)한다.In the IEEE 802.15.4 Zigbee system, one symbol is spread 8 times using a pseudo noise (PN) code having 32 chips (one symbol is spread by 32 chips because one symbol is 4 bits).
도 3은 데이터 심볼을 DSSS 방식으로 확산시키는 16개의 칩 시퀀스를 보인 것이다. 도시된 바와 같이 4비트로 이루어진 심볼들(16종류)은 도시된 칩 시퀀스 중 하나로 확산되며, 송신기 및 수신기에는 변조 및 복조를 위해 이러한 칩 시퀀스에 대한 블록이 이미 구성되어 있다.FIG. 3 shows 16 chip sequences for spreading data symbols in a DSSS manner. As shown, the symbols (16 types) consisting of 4 bits are spread to one of the chip sequences shown, and the transmitter and receiver already have blocks for this chip sequence for modulation and demodulation.
도 4는 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템의 프리앰블 구성을 보인 것으로, 도시된 바와 같이 250Kbps 전송률에 맞추어 총 4비트로 구성된 프리앰블은 8개의 심볼로 구성되며, 각각의 심볼은 도 3에 나타낸 데이터 심볼 {0}이 확산된 칩 시퀀스로 구성된다. 편의상 이러한 프리앰블#1 내지 프리앰블#8 각각을 단위 프리앰블로 칭한다.FIG. 4 shows a preamble structure of an IEEE 802.15.4 Zigbee system. As shown in FIG. 4, a preamble having a total of 4 bits is composed of 8 symbols in accordance with a data rate of 250 Kbps. Each symbol corresponds to a data symbol {0} Is composed of a spread chip sequence. For convenience, each of the
이를 도 5를 참조하여 그 구체적 구성 및 시간 동기 획득 방식을 살펴보도록 한다. The specific configuration and time synchronization acquisition method will be described with reference to FIG.
도 5는 250Kbps 전송률을 지원하는 프리앰블의 상관 특성을 보인것으로, 도시된 바와 같이 8개의 단위 프리앰블들은 각각 심볼 '0'이 확산된 칩 시퀀스들이 8번 나열된 것이다. FIG. 5 shows correlation characteristics of preambles supporting a 250 Kbps transmission rate. As shown in FIG. 5, eight unit preambles are arranged in eight chip sequences in which symbol '0' is spread.
수신부가 정확한 시간 동기를 획득하기 위해서는 플리앰블 심볼과 상관 윈도우 사이의 상관연산 결과를 이용하게 되는데, 상관 윈도우(심볼 상관기)는 심볼 '0'의 단위 프리앰블을 검출하기 위한 심볼 '0'이며, 이러한 상관 윈도우가 이동하면서 도시된 경우와 같이 단위 프리앰블과 일치하는 위치하게 되었을 때 상관 연산의 최대값(correlation peak)(a)이 검출된다. The correlation window (symbol correlator) is a symbol '0' for detecting a unit preamble of the symbol '0', and a correlation window is used for the correlation window. A correlation peak (a) of the correlation operation is detected when it is positioned coincident with the unit preamble as shown in the moving window of the correlation window.
결국, 왜곡 없는 수신 신호의 경우 총 8번의 상관 연산 최대값이 검출되게 된다.As a result, in the case of the distortion-free received signal, the maximum correlation value of 8 times is detected.
이러한 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템이 가변 전송률을 지원할 수 있도록, 즉 250Kbps보다 낮은 속도, 예컨데 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps 등을 지원하도록 하여 그 신호 도달 거리를 증가시키고자 할 경우 전송률을 낮추더라도 시스템 클럭과 칩의 속도는 유지되기 때문에 전송할 데이터량은 증가하게 된다. If the IEEE 802.15.4 Zigbee system is designed to support a variable transmission rate, that is, a rate lower than 250 Kbps, for example, 125 Kbps, 62.5 Kbps, 31.25 Kbps, and so on to increase the signal arrival distance, And the speed of the chip is maintained, the amount of data to be transmitted is increased.
즉, 250Kbps의 전송률에서 프리앰블을 구성하는 8개 단위 프리앰블은 각각 1개의 심볼에 대응하였으나, 125Kbps에서는 각각 2개의 심볼에 대응하게 되고, 62.5Kbps에서는 4개의 심볼에 대응하게 되며, 31.25Kbps에서는 8개의 심볼에 대응하게 된다.That is, although 8 preamble units constituting the preamble at a transmission rate of 250 Kbps correspond to 1 symbol each, they correspond to 2 symbols at 125 Kbps, 4 symbols at 62.5 Kbps, and 8 symbols at 31.25 Kbps Symbols.
이를 지원하기 위해서 개별 전송률에 맞추어 길이가 더 긴 PN코드를 새로 정의하게 되면 추가적인 블록이 필요하게 되므로 하드웨어 복잡도 증가 문제를 야기하게 되며, 기존에 사용하던 심볼을 반복적으로 사용하게 될 경우 다음의 도 6과 같은 시간동기 오류가 발생하게 된다. In order to support this, if a new PN code having a longer length is newly defined according to the individual transmission rate, an additional block is required, which causes a problem of increased hardware complexity. If the existing symbol is repeatedly used, Time synchronization error occurs.
도 6은 동일한 심볼을 반복할 경우의 프리앰블 상관 특성을 보인 것으로, 125Kbps에서 심볼을 2번 반복 사용한 경우의 예이다.FIG. 6 shows a preamble correlation characteristic when the same symbol is repeated, and is an example of a case where symbols are repeated twice at 125 Kbps.
심볼 '0'을 단위 프리앰블에 반복 적용하고, 상관 윈도우(심볼 상관기) 역시 심볼 '0'을 반복 적용할 경우 상관 윈도우가 첫 번째 단위 프리앰블에 위치할 때 상관 연산의 최대값(a)이 정상적으로 발생한다. 하지만, 수신부에서 AGC (automatic gain control) 수행 후 임의의 시점에서 시간동기획득 절차가 수행되는 특성을 감안하면 상관 윈도우가 도시된 경우와 같이 첫 번째 단위 프리앰블과 두 번째 단위 프리앰블의 중간 지점에 위치하게 되는 경우도 있으며, 이 경우에도 상관 연산의 최대값(b)이 발생하게 된다. 즉, 심볼의 중간에 해당하는 부분에서 상관 연산의 최대값(b)이 검출되므로 패킷의 시작점으로 간주되어 정확한 시간 동기를 획득할 수 없게 된다. 0 'is repeatedly applied to the unit preamble and the correlation window (symbol correlator) is also repeatedly applying the symbol' 0 ', the maximum value (a) of the correlation operation is normally generated when the correlation window is located in the first unit preamble do. However, considering the characteristic in which the time synchronization acquisition procedure is performed at an arbitrary point after the automatic gain control (AGC) is performed in the receiver, as shown in the case of the correlation window, it is located at the midpoint between the first unit preamble and the second unit preamble In this case, the maximum value (b) of the correlation operation is also generated. That is, since the maximum value (b) of the correlation operation is detected in the middle portion of the symbol, it is regarded as the start point of the packet and accurate time synchronization can not be obtained.
즉, 프리앰블에 사용되는 심볼을 단순히 중복 사용하는 것으로는 가변 전송률에 대응할 수 없다.
That is, simply using a symbol used for a preamble can not cope with a variable transmission rate.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 도 7과 같은 새로운 프리앰블 전송 구조를 제공한다. 도시된 도 7은 단위 프리앰블에 사용되는 심볼의 길이를 증가시키되 단순 반복되지 않도록 하여 시간 동기 획득 성능을 향상시킬 수 있다. Therefore, in the embodiment of the present invention, a new preamble transmission structure as shown in FIG. 7 is provided. FIG. 7 shows an example in which the length of a symbol used for a unit preamble is increased, but is not simply repeated, thereby improving time synchronization acquisition performance.
기존 250Kbps에서의 단위 프리앰블에 적용되는 심볼 '0'은 그대로 사용하여 호환성을 유지하며, 125Kbps에서는 심볼 '0' 외에 새로운 심볼 'p'를 이용하고, 62.5Kbps에서는 심볼 'q', 'r'을 더 이용하며, 31.25Kbps 에서는 62.5Kbps 에서 사용했던 심볼을 대칭으로 이용한다. 이를 통해서 사용 심볼 수를 최소화할 수 있다. 여기서, 심볼 'p', 'q', 'r'은 도 3에 나타낸 16가지 데이터 심볼들 중 '0'을 제외한 서로 다른 임의의 심볼이 설정될 수 있다.The symbol '0' applied to the unit preamble at the existing 250 Kbps remains unchanged, and the symbol '0' is used in addition to the symbol 'p' at 125 Kbps, and the symbols 'q' and 'r' are used at 62.5 Kbps. And symmetrically uses the symbols used at 62.5 Kbps at 31.25 Kbps. This minimizes the number of symbols used. Here, symbols 'p', 'q', and 'r' may be set to arbitrary symbols other than '0' out of the 16 data symbols shown in FIG.
즉, 도 7에 나타낸 규칙을 보면, 지원하는 전송 속도에 따라 사용되는 심볼들의 수가 2의 제곱으로 증가하게 되므로 기본 속도 외에 3가지 종류의 전송 속도를 지원할 경우 사용되는 심볼은 총 8개가 된다. 만일 2가지 종류의 추가 전송 속도를 지원할 경우 사용되는 심볼은 총 4개가 될 수 있다. That is, since the number of symbols used increases according to the supported transmission rate, the number of symbols used for supporting three types of transmission speeds is eight in total except for the basic rate. If two types of additional transmission rates are supported, the total number of symbols used may be four.
이렇게 사용되는 총 심볼수 만큼 다른 종류의 심볼들을 사용하는 것은 비효율적이므로 본 발명의 실시예에서는 사용되는 총 심볼들의 처음 절반은 중복되지 않도록 사용하고, 나머지 심볼들은 대칭이 되도록 구성한다. 이 경우 대칭 위치에 존재하는 심볼(도시된 예에서 'r')은 2개가 연속되지만 총 심볼들의 수가 증가하기 때문에 상관값 또한 커지므로 문제가 발생하지는 않는다.Since it is inefficient to use different kinds of symbols as the total number of symbols used in this embodiment, the first half of the total symbols used in the embodiment of the present invention is used so as not to overlap, and the remaining symbols are configured to be symmetrical. In this case, since the number of symbols (r in the illustrated example) existing in the symmetric position is two consecutive but the total number of symbols increases, the correlation value also becomes large, so that no problem arises.
결국, 제안된 다중 전송률 지원 프리앰블 구성을 정리해 보면, n개의 서로 다른 심볼로 구성된 배열이 대칭으로 구성된 2n개의 심볼들로 단위 프리앰블을 구성하며, 기존 규격을 유지하기 위해서 최초 심볼을 '0'으로 시작하는 것이라 할 수 있다.As a result, the preamble structure of the proposed multi-rate supporting preamble is composed of 2n symbols having symmetrically arranged n different symbols. In order to maintain the preamble, the first symbol is set to '0' It is said to be doing.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블의 상관 특성을 보인 개념도로서, 도시된 바와 같이 기존 도 6을 통해 설명했던 문제점이 해결된 결과를 보인 것이다. 도시된 바와 같이 125Kbps 지원을 위한 프리앰블로 심볼 {0, p}를 이용하게 되면 상관 윈도우(심볼 상관기) 역시 심볼 {0, p}를 이용하므로 항상 상관 윈도우가 첫 번째 단위 프리앰블에 위치할 때 상관 연산의 최대값이 정상적으로 발생한다. FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a correlation characteristic of a preamble according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the problem described in FIG. 6 is solved. As shown, when the symbol {0, p} is used as a preamble for supporting 125 Kbps, the correlation window (symbol correlator) also uses the symbol {0, p} The maximum value of " 0 "
IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템은 최대 ±80 ppm의 주파수 오차에 대응하도록 규정되어 있는데, 이러한 오차는 수신신호의 위상변화를 유발하므로 시간동기부는 이러한 주파수 오프셋에 강인해야 한다. 하지만 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템은 저전력, 저복잡도 구현이 필수적이므로 신호의 위상을 찾아 이를 보상해주는 추가적인 복잡도가 요구되는 동기화 방식을 적용하기는 어렵기 때문에 신호의 위상 정보에 독립적으로 수신신호를 동기화하는 비동기 방식을 이용한다. 본 발명의 실시예에 따른 Zigbee 시스템의 동기화에 사용되는 방식은 심볼 단위 이중 상관방식(SBDC)으로서, 수신신호와 심볼 주기만큼 지연된 수신신호의 위상 차이를 이용하여 동기화하는데, 수신 신호의 켤레복소수 신호를 심볼 주기만큼 지연된 수신 신호와 곱하고 이를 미리 복조된 지연된 심볼(복조된 이전주기 심볼)의 켤레복소수 신호에 곱한 후 얻어진 신호와 앞서 정의된 프리엠블 구조에 따른 프리엠블 심볼과의 상관 특성을 확인하여 동기화하는 방식이다.IEEE 802.15.4 Zigbee systems are specified to accommodate frequency errors of up to ± 80 ppm, and this error causes the phase shift of the received signal, so the time synchronization part should be robust to this frequency offset. However, since IEEE 802.15.4 Zigbee system is required to realize low power and low complexity, it is difficult to apply the synchronization method which requires additional complexity to compensate for the phase of the signal. Therefore, the received signal is synchronized independently of the phase information of the signal Asynchronous mode is used. A scheme used for synchronization of a Zigbee system according to an embodiment of the present invention is a symbol-based double correlation scheme (SBDC), which uses a phase difference between a received signal and a received signal delayed by a symbol period to synchronize, Is multiplied by a received signal delayed by a symbol period, multiplied by a complex conjugate signal of a demodulated delayed symbol (demodulated previous period symbol), and a correlation property between the obtained signal and a preamble symbol according to the preamble structure defined above is checked It is a way to synchronize.
앞서 제안된 프리앰블 구조를 이용하여 가변 전송률을 지원할 경우의 시간 동기 획득 성능을 확인하기 위하여 입력되는 신호에 대한 상관 특성을 구하는 이중상관 방식을 수학적으로 모델링하고, 이를 통해 저속 전송률에서 시간 동기획득 성능이 증가함을 확인해 보도록 한다.In order to confirm the time synchronization acquisition performance when the variable rate is supported using the proposed preamble structure, it is mathematically modeled to obtain a correlation characteristic for the input signal and time synchronization acquisition performance at a low transmission rate Increase.
앞서 도 1를 통해 살펴본 IEEE 802.15.4 Zigbee의 규격에 따른 송신 신호를 수신할 경우 송신기와 수신기 사이의 주파수 오차가 반영된 수신부의 수신 신호는 다음의 수학식 1과 같이 모델링할 수 있다. 수신부에서는 AWGN(Addicitive White Gaussian Noise)이 신호에 더해지므로 이를 감안한 것이다.When receiving a transmission signal according to the IEEE 802.15.4 Zigbee standard, which has been described with reference to FIG. 1, the reception signal of the receiver reflecting the frequency error between the transmitter and the receiver can be modeled as Equation (1). Additive white Gaussian noise (AWGN) is added to the signal in the receiver, which is taken into consideration.
여기서, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼을 나타내고, 인덱스 x는 미리 정의된 심볼 중 하나(즉 도 3의 데이터 심볼 0~15)이다. ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차이고, θ는 초기 위상오차를 의미한다. W(n)은 n번째 샘플에 대한 AWGN이다. Here, r x (n) denotes a received signal of the n-th sample, S x (n) denotes a symbol of the modulated received data, and index x denotes one of predefined symbols (i.e.,
이러한 수신 신호에 대한 이중상관 방식의 상관도 연산 모델을 정리하면 다음의 수학식 2와 같다. 수식 전개의 편의를 위해서 AWGN 성분인 W(n)은 고려하지 않았다.The correlation computation model of the double correlation method for the received signal is summarized as Equation (2). The AWGN component, W (n), is not considered for convenience of formula expansion.
여기서, Sl과 Sm은 앞서 도 7에서 정의한 각각의 전송률에 해당하는 프리앰블 심볼 중 하나로써, 250Kbps는 0, 125Kbps 는 1, 62.5Kbps는 2, 31.25Kbps는 3을 나타낸다. 따라서, Sl과 Sm은 250Kbps일 때 {0}, 125Kbps일 때 {0, p}, 62.5Kbps 일 때 {0,p,q,r}, 31.25Kbps 일 때 {0,p,q,r,r,q,p,0}을 나타낸다. Ns와 Nc는 누적 샘플의 수와 지연 샘플의 수를 나타낸다.Here, S l and S m are one of the preamble symbols corresponding to the respective transmission rates defined in FIG. 7, 250 Kbps is 0, 125 Kbps is 1, 62.5 Kbps is 2, and 31.25 Kbps is 3. Therefore, S l and S m are {0}, p, q, r when {0, p, q, r} and 31.25Kbps when { , r, q, p, 0}. Ns and Nc represent the number of accumulated samples and the number of delayed samples.
한편, 수신부는 복조부의 성능을 고려하여 송신 신호 확산에 사용되는 칩주기보다 수배 빠른 클럭을 사용하는데, 이를 통해서 수신기가 송신 신호 확산 칩주기에 따른 신호를 오버샘플링하도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 칩주기보다 4배 정도 빠른 클럭을 사용하여 실제 송신 신호 확산에 사용되는 칩 주기를 4배 오버샘플링 하도록 한다.In consideration of the performance of the demodulation unit, the receiver uses a clock several times faster than the chip period used for spreading the transmission signal, thereby allowing the receiver to oversample the signal according to the transmission signal spreading chip period. In the embodiment of the present invention, the chip period used for actual transmission signal spreading is oversampled 4 times by using a clock four times faster than the chip period.
수학식 2의 Ns는 하나의 단위 프리앰블에 대한 누적 샘플 수로서, 칩주기를 4배 오버샘플링할 경우 하나의 단위 프리앰블에 대한 샘플 수는 250Kbps(1개 심볼, 32칩)에서 128개이며, 31.25Kbps(8개 심볼, 256칩)에서 1024개가 된다.Ns in
위 식에서, 주파수 오차의 영향을 최소화 하기 위해서 수신신호 rl(n)을 Nc개 샘플만큼 지연시킨 rl(n-Nc)와 켤레곱 연산을 한다. 여기에 지연 샘플 수(Nc)를 심볼과 무관한 칩 주기당 샘플 수(오버 샘플링 배수, 예를 들어 4배 오버샘플링한 경우 4)로 한다. 이렇게 수신신호의 켤레복소수와 심볼의 길이에 독립적인 칩 주기만큼 지연된 수신신호의 곱을 이용하여 주파수 오프셋의 영향을 상쇄시킴으로써 실질적으로 남게 되는 주파수 오프셋의 영향은 이 된다. 결국 심볼의 길이에 무관하게 언제나 칩 주기당 샘플 수(Nc)가 오버샘플링한 배수(4배 오버샘플링의 경우 4)로 고정되므로 다양한 전송률을 지원할 경우 문제가 되었던 잔류 주파수 오프셋의 영향이 전송률에 무관하게 고정된다.In the above equation, to minimize the influence of the frequency error, a conjugate product operation is performed with r l (n-Nc) in which the received signal r l (n) is delayed by Nc samples. Here, the number of delay samples Nc is set to the number of samples per chip period (oversampling multiple, for example, 4 when oversampling 4 times), which is independent of the symbol. The effect of the frequency offset, which is substantially remained by canceling the influence of the frequency offset by using the product of the complex conjugate of the received signal and the received signal delayed by the chip period independent of the symbol length, . As a result, since the number of samples Nc per chip period is always fixed to a multiple of oversampling (4 in case of 4-times oversampling) regardless of the symbol length, the influence of the residual frequency offset, which is a problem in supporting various transmission rates, .
이렇게 켤레곱 연산을 한 후 여기에 미리 알고 있는 프리앰블 심볼 Sm(n)과 이를 Nc개 샘플만큼 지연시킨 Sm(n-Nc)의 켤레곱한 신호를 곱하여 상관특성을 얻을 수 있다. 수신 신호의 심볼 인덱스 l과 참조신호 심볼 인덱스 m이 동일할 때, 상관연산 결과 최대값을 얻을 수 있으므로 정확한 패킷을 검출할 수 있다. The correlation property can be obtained by multiplying the preamble symbol S m (n), which is known in advance, by the conjugate multiplication of S m (n-Nc) delayed by Nc samples. When the symbol index l of the received signal is equal to the reference signal symbol index m, the maximum value of the correlation result can be obtained, so that an accurate packet can be detected.
이러한 상관 모델을 이용하여 4가지 종류의 가변 전송률에 대한 시간 동기 획득 성능을 검출하면, 도 9와 같다. 시간 동기 성능은 복조부가 정확한 데이터를 복원할 수 있도록 패킷의 시작 지점을 얼마나 정확하게 획득할 수 있는 지에 달려 있으므로 프리앰블 구간 내에서 동일한 지점에 대해 연속된 두 번의 최대값(peak)을 확인할 경우를 시간 동기 성공으로 판단하였으며, 잘못된 패킷의 시작 지점을 찾는 경우와 패킷을 검출하지 못하는 경우를 시간 동기 획득 실패로 간주하였다. 시간 동기 알고리즘의 성능 평가는 AWGN 채널, 최대 주파수 오프셋 ±80 ppm을 갖는 환경에서 50,000패킷에 대하여 수행한 결과이다. The time synchronization acquisition performance for four kinds of variable transmission rates is detected using this correlation model, as shown in FIG. The time synchronization performance depends on how accurately the demodulator can acquire the start point of the packet so that the demodulator can recover the correct data. Therefore, when two consecutive maximum peaks are confirmed for the same point in the preamble interval, Success was judged to be a time synchronization acquisition failure when the start point of the erroneous packet was found and the packet was not detected. The performance evaluation of the time synchronization algorithm is performed on 50,000 packets in an environment with AWGN channel, maximum frequency offset ± 80 ppm.
도시된 바와 같이 가변 전송률 지원에 따라 제안된 프리앰블을 이용할 경우 시간 동기 획득 성능은 가변 전송률 지원에 따른 프리앰블 길이의 증가로 낮아지는 전송률 별로 각각 2dB의 성능 이득을 얻을 수 있었다. 결국 낮은 SNR 환경에서 우수한 시간 동기 획득 성능을 나타내므로 낮은 전송률을 이용할 경우 통달 거리 증가를 기대할 수 있게 된다. As shown in the figure, when the proposed preamble is used according to the variable rate support, the time synchronization acquisition performance can be improved by a preamble length according to the variable rate support, and a performance gain of 2 dB can be obtained for each lower transmission rate. As a result, it shows superior time-synchronized acquisition performance in low SNR environment.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전송률 지원 시간 동기 장치(100)의 구성을 보인 것이다. FIG. 10 shows a configuration of a variable rate compatible
도시된 바와 같이 수신 신호(수신 신호의 실수부 Re[rl]와 허수부 Im[rl])의 켤레복소수 신호와 수신 신호를 칩 단위 샘플 수로 지연한 지연 신호를 곱셈하여 이를 앞서 도 7을 통해 설명했던 프리앰블 구조에 따른 상관블록에 적용하고 있다.To Figure 7 above this by multiplying the incoming signal (the real part Re [r l] and an imaginary part Im [r l] of the received signal) the complex conjugate signal and the delay signal is received signal chip unit sample channel delay as illustrated And is applied to a correlation block according to the preamble structure described above.
여기서, 지연부(120)는 복조되었던 이전 주기의 신호를 이용하지 않도록 하여 이전 주기 복조 신호에 대한 독립성을 가질 수 있도록 칩주기 샘플 수 만큼 지연시키는 지연부(120)를 이용한다.Here, the
즉, 도시된 구성은 이중 상관연산을 위해서, 수신 신호에 대한 켤레복소수 신호를 생성하는 켤레복소신호 생성부(110)와, 수신신호를 칩주기 샘플 수만큼 지연시키는 지연부(120)와, 켤레복소신호 생성부(110)의 출력과 상기 지연부(120)의 출력을 곱하는 복소 곱셈부(130)와, 이러한 복소 곱셈부(130)의 실수부 곱셈 결과 와 허수부 곱셈 결과가 제공되어 가변 전송률에 따른 상관 결과가 출력되는 동기부(140)를 포함한다.That is, the illustrated configuration includes a complex conjugate
도시된 동기부(140)는 앞서 도 7을 통해 예시한 4종류의 가변 전송률, 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps를 지원하는 경우를 보인 것으로, 상관블록(141a~141h)은 8개가 구성되며, 가변 전송률 선택신호에 따라 이들 중 1개, 2개, 4개 또는 8개의 결과합을 선택하는 멀티플렉서(142)를 포함한다.The illustrated
즉, 동기부(140)는 n개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록이 대칭으로 구성된 2n개의 상관블록들과 이들의 출력합을 선택하는 멀티플렉서로 구성되며, 도시된 4종류의 가변 전송률을 지원하는 구성에서는 4개의 상관블록(141a, 141b, 141c, 141d)이 대칭으로 구성된 8개의 상관블록(141a~141h) 중 전송률에 따라 다른 조합으로 선택된 상관블록의 출력합을 멀티플렉서(142)가 출력한다.That is, the
도시된 상관블록(141a~141h)은 순차적으로 심볼 '0', 심볼 'p', 심볼 'q', 심볼 'r', 심볼 'r', 심볼 'q', 심볼 'p', 심볼 '0'에 대한 상관블록이며, 여기서 심볼 'p', 심볼 'q', 심볼 'r'은 데이터 심볼 1 내지 15에서 중복되지 않게 선택된다.The
한편, 전송속도가 기준 속도인 250Kbps에서 절반으로 줄어들 때마다 사용되는 심볼은 2배로 증가되므로, 전송속도로 250kbps를 선택하는 경우 첫 번째 심볼'0'에 대한 상관블록(141a)의 결과가 상관 결과로 제공되고, 전송속도로 125Kbps를 선택하는 경우 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들(141a, 141b)의 결과 합이 상관 결과로 제공되며, 전송속도로 62.5Kbps를 선택하는 경우 처음 4개의 상관블록들(141a~141d)의 결과 합이 상관 결과로 제공된다. 그리고, 전송속도로 31.25Kbps를 선택하는 경우 8개 상관블록들(141a~141h)의 결과합이 상관 결과로 제공된다.On the other hand, when the transmission rate is reduced to half from the reference rate of 250 Kbps, the used symbol is doubled. Therefore, when 250 kbps is selected as the transmission rate, the result of the
한편, 동기부(140)는 멀티플렉서(142)에 전송률에 대한 신호를 제공하고, 그 출력을 수신하여 동기 완료를 확인한 후 후속 복조부가 동작하도록 하는 시간 동기 제어부(143)를 포함한다.Meanwhile, the
이와 같은 본 발명의 일 실시예를 통해서 저속 전송률 지원을 위해 프리앰블을 증가시키면서도 새로운 PN 코드 정의나 이를 위한 추가적인 블록 없이 높은 시간 동기 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
According to an embodiment of the present invention, a new PN code can be defined and a high time synchronization performance without additional blocks can be provided while increasing the preamble in order to support a low transmission rate.
하지만, 이러한 구성에도 불구하고, 4종류의 전송 속도를 지원하기 위해서 동기부에 구성해야 되는 상관블록의 수가 많기 때문에 복잡도 감소에 한계가 존재하며 이러한 심볼 '0'을 제외한 추가 심볼 'p', 'q', 'r'을 검출하기 위한 회로에 의해 면적이 증가되는 문제도 발생한다.However, despite this configuration, since there are many correlation blocks to be configured in the synchronous part in order to support the four kinds of transmission speeds, there is a limitation in reducing the complexity, and additional symbols' p 'and' there arises a problem that the area is increased by a circuit for detecting q 'and' r '.
따라서, 저전력과 저복잡도 구현을 목표로 하는 IEEE 802.15.4 Zigbee 시스템에 최적화될 수 있도록 하드웨어 구성을 더욱 줄인 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.Accordingly, another embodiment of the present invention will be described in which the hardware configuration is further reduced so as to be optimized for an IEEE 802.15.4 Zigbee system aiming at realizing low power and low complexity.
도 11은 사용 심볼 수를 줄이는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 전송률 지원을 위한 프리앰블 구조를 보인 개념도로서, 도 7을 통해 설명했던 프리앰블의 구조와 달리 프리앰블을 심볼 '0'외에 'p' 하나 만을 더 이용하여 구성한다. 즉, 기존 4개의 심볼을 이용하던 방식에서 심볼 2개를 이용하던 방식으로 간소화함과 아울러, 프리앰블에 필요한 심볼 수가 증가할 경우 심볼 {0, p}를 반복하도록 한다.11 is a conceptual diagram illustrating a preamble structure for supporting a variable transmission rate according to another embodiment of the present invention for reducing the number of used symbols. Unlike the structure of the preamble explained with reference to FIG. 7, the preamble includes a symbol '0' . That is, in the method using the existing four symbols, the method using the two symbols is simplified, and when the number of symbols required for the preamble increases, the symbol {0, p} is repeated.
도시된 바와 같이 전송률이 250Kbps인 경우 심볼 '0', 125Kbps인 경우 심볼 '0', 'p', 62.5Kbps인 경우 심볼 '0', 'p', '0', 'p', 31.25Kbps인 경우 심볼 '0', 'p', '0', 'p', '0', 'p', '0', 'p'를 이용하도록 한다.0 ',' p ',' 0 ',' p ', and 31.25 Kbps for symbols of' 0 'and' p 'for a transmission rate of 250 Kbps, symbols' 0' Use the symbols '0', 'p', '0', 'p', '0', 'p', '0', and 'p'
이러한 경우 전송률이 250kbps나 125kbps인 경우 심볼 '0'과 심볼 'p'에 대한 동기부 상관블록을 통해 정확한 시간 동기를 획득할 수 있지만(도 8 참조), 62.5Kbps나 31.25Kbps인 경우 심볼 'O', 'p'가 반복되기 때문에 앞서 도 6을 통해 설명했던 시간 동기 획득의 모호성 문제가 발생하게 된다.In this case, if the transmission rate is 250 kbps or 125 kbps, accurate time synchronization can be obtained through the synchronous correlation block for the symbol '0' and the symbol 'p' (see FIG. 8). However, in the case of 62.5 Kbps or 31.25 Kbps, ', and' p 'are repeated, the ambiguity problem of time synchronization acquisition described above occurs in FIG.
즉, 사용되는 심볼의 수를 줄여 동기부 상관블록의 수는 줄일 수 있지만 저속에서의 시간 동기 신뢰성이 낮아지게 되므로 이를 해결해야 한다. That is, although the number of sync blocks can be reduced by reducing the number of symbols used, the time synchronization reliability at low speed is lowered.
본 발명의 다른 실시예에서는 이러한 문제를 동기부의 동작 과정 중에는 대기 상태에 있으면서 상관기를 구비하고 있는 복조부를 활용하여 해결한다.In another embodiment of the present invention, such a problem is solved by using a demodulation unit which is in a standby state and has a correlator during the operation of the synchronization unit.
이를 위해서, 본 발명의 다른 실시예는 기본적으로 동기부에 구성되는 2개 심볼의 상관 블록들을 통해 커스(coarse) 상관 결과를 얻고, 동기부가 동작하는 동안 사용되지 않는 복조부에 구성된 상관기들을 통해서 정밀(fine) 상관 결과를 얻은 후 이들을 통해서 시간 동기 획득의 모호성이 해결된 정확한 시간 동기 결과를 얻도록 한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예 역시 추가적인 PN 코드나 이를 처리하기 위한 블록을 추가하지 않고도 이미 사용되는 심볼과 유휴 상태인 복조부 상관기들을 이용하므로 하드웨어 구성을 최소화할 수 있어 회로 크기를 더욱 더 줄일 수 있다.To this end, another embodiment of the present invention basically obtains a coarse correlation result through two-symbol correlation blocks constituting a synchronization unit, and obtains a fine correlation result, and then obtains an accurate time synchronization result in which ambiguity of time synchronization acquisition is resolved through these results. That is, another embodiment of the present invention utilizes demodulator correlators that are in idle state with symbols that are already used, without adding additional PN codes or blocks for processing them, so that the hardware configuration can be minimized and the circuit size can be further reduced have.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리앰블의 상관 특성과 동기화를 위한 변조부 공유 방식을 설명하기 위한 개념도로서, 심볼 {0, p}가 2번 반복되는 62.5Kbps의 동기화 과정에서 발생되는 시간 동기 획득의 모호성 해결 방식을 설명하기 위한 것이다. 12 and 13 are conceptual diagrams for explaining the correlation characteristic of a preamble according to another embodiment of the present invention and a method of sharing a modulation part for synchronization. In a synchronization process of 62.5 Kbps in which symbol {0, p} And explains how to resolve the ambiguity of time synchronization acquisition that occurs.
도 12는 심볼 {0, p, 0, p}를 이용할 경우 프리앰블의 처음 심볼 세트 {0, p}에서 정확히 동기 된 경우의 예이며, 도 13은 심볼 {0, p, 0, p}를 이용할 경우 프리앰블 처음 심볼 세트 {0, p}에서 정확히 동기가 되지 않고 두 번째 심볼 세트 {0, p}를 시작 위치로 하여 잘못 동기된 경우의 예이다. 12 is an example of a case where the first symbol set {0, p} of the preamble is precisely synchronized when the symbol {0, p, 0, p} is used and FIG. 13 is an example of using symbols {0, p, 0, p} Is an example of a case where the preamble is not correctly synchronized in the first symbol set {0, p} and is erroneously synchronized with the second symbol set {0, p} as the start position.
도 12 및 13을 보면 상관 윈도우가 심볼 {0, p, 0, p}에 대한 상관 연산을 통해 일치 여부를 계산하는 것임에도 불구하고 처음 2개의 심볼 {0, p}에 대해서만 상관 연산을 수행하도록 되어 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기부는 심볼 '0'과 'p'에 대한 상관 블록 한 쌍 만을 이용하여 커스 상관 결과(2개 심볼에 대한 상관 값이 최대가 되는 시점)만 얻으면 되기 때문에 처음 2개의 심볼 {0, p}에 대해서는 상관 연산이 필요하지만 후속하는 2개 심볼에 대해서는 상관 연산을 수행하지 않아도 된다. 즉, 동기화부의 상관 윈도우를 통해서 프리앰블의 처음 2개 심볼 {0, p}이나 후속하는 2개 심볼 {0, p}에서 상관 값이 최대가 되는 커스 상관 결과를 이용하여 커스 동기화가 이루어진다. 결국, 커스 상관 결과를 통한 동기화는 프리앰블의 시작 위치가 아닌 프리앰블에 포함된 임의의 2개 심볼 시작 위치를 찾아내기 위한 동기화에 해당한다.12 and 13, although the correlation window calculates the coincidence through the correlation operation on the symbol {0, p, 0, p}, the correlation operation is performed only on the first two symbols {0, p} . The synchronization unit according to another embodiment of the present invention obtains the correlation result (time at which the correlation value for the two symbols becomes maximum) using only one pair of correlation blocks for symbols '0' and 'p' Correlation arithmetic operation is required for the symbols {0, p}, but no correlation operation is required for the following two symbols. That is, through the correlation window of the synchronization unit, the context synchronization is performed using the correlation result of which the correlation value becomes the maximum in the first two symbols {0, p} of the preamble or the following two symbols {0, p}. As a result, the synchronization through the correlation result corresponds to synchronization for finding any two symbol start positions included in the preamble other than the start position of the preamble.
이렇게 커스 동기화가 이루어지면, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD(start of frame delimiter)의 값(심볼 '7')으로 설정하여 2개 심볼{0, p} 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 얻을 수 있으며, 이러한 정밀 상관 결과가 가장 큰 복조부 상관기를 통해 동기화를 완료할 수 있다.When the curse synchronization is performed, the reference signals of the demodulator's correlators are set to the value of the start of frame delimiter (SFD) (symbol '7') for frame start identification according to the correlation result, } Length offset, and then the precise correlation result can be obtained based on the correlation results, and the synchronization can be completed through the demodulator correlator having the largest precision correlation result.
도 12에 도시된 예의 경우 동기화부의 상관 윈도우를 통해서 프리앰블의 처음 2개 심볼(즉, 프리앰블의 시작)에서 상관 값이 최대가 되는 커스 상관 결과를 이용하여 커스 동기화가 이루어진다. 즉, 프리앰블의 시작 시점을 정확하게 검출하여 동기화한 경우에 해당한다.In the example shown in FIG. 12, context synchronization is performed using the correlation result of the maximum correlation value at the first two symbols (i.e., the start of the preamble) of the preamble through the correlation window of the synchronization unit. That is, it corresponds to the case where the start point of the preamble is accurately detected and synchronized.
이렇게 커스 동기화가 이루어지면 해당 시점에서 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD(start of frame delimiter)의 값(심볼 '7')으로 설정하여 2개 심볼{0, p} 길이의 오프셋으로 순차 동작시키면서 상관값을 계산하면, 오프셋이 적용되지 않은 복조부 상관기1을 통해서 상관 결과가 최대가 되는 정밀 상관 결과를 얻을 수 있고, 이렇게 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해서 동기화를 수행할 수 있게된다.When the cursive synchronization is performed, the reference signal of the demodulator's correlators is set to the value of the start of frame delimiter (SFD) (symbol '7' The precision correlation result that maximizes the correlation result can be obtained through the
한편, 도 13의 경우 동기화부의 상관 윈도우를 통해서 프리앰블의 처음 2개의 심볼이 아닌 두 번째 위치한 2개 심볼(즉, 프리앰블의 중간)에서 동기화가 이루어진 경우로서, 프리앰블의 시작 시점을 정확하게 검출하지는 못하였지만 프리앰블을 구성하는 반복되는 2개 심볼 {0, p}의 시작 위치에 대응하여 동기화된 상태가 된다.On the other hand, in the case of FIG. 13, when synchronization is performed in two symbols (i.e., the middle of the preamble) located at the second position rather than the first two symbols of the preamble through the correlation window of the synchronization unit, And becomes in a synchronized state corresponding to the start positions of the two repeated symbols {0, p} constituting the preamble.
이렇게 잘못된 커스 동기화가 이루어지더라도 해당 시점에서 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD(start of frame delimiter)의 값(심볼 '7')으로 설정하여 2개 심볼{0, p} 길이의 오프셋으로 순차 동작시키면서 상관값을 계산하면, 오프셋이 1번 적용된 복조부 상관기 2를 통해서 상관 결과가 최대가 되는 정밀 상관 결과를 얻을 수 있고, 이렇게 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해서 동기화를 수행할 수 있게된다.Even if the erroneous frame synchronization is performed, the reference signal of the demodulator's correlators at that time is set to the value of the start of frame delimiter (SFD) (symbol '7') for frame start identification, And the correlation value is calculated using the offset of the correlation value, the precision correlation result in which the correlation result becomes the maximum can be obtained through the
결국, 심볼 '7'로 설정되어 있는 SFD의 값을 이용하여 프리앰블의 동기화 시점이 2개 심볼 간격으로 오류가 발생한다 하더라도 심볼 2개 간격으로 오프셋이 설정되는 복수의 복조부 상관기들을 이용하여 SFD와의 상관값을 검사하도록 함으로써 정확한 SFD 동기화를 통해 실제 데이터의 시작 위치를 알 수 있으므로 동기부에서는 단 2개의 상관 블록 만을 이용할 수 있다. As a result, even if the synchronization timing of the preamble occurs at an interval of two symbols using the value of the SFD set to the symbol '7', a plurality of demodulator correlators whose offset is set at intervals of two symbols are used for SFD By examining the correlation value, the start position of the actual data can be known through accurate SFD synchronization, so that only two correlation blocks can be used in the synchronization part.
이와 같은 방식으로 2개의 심볼 {0, p}가 4번 반복되는 전송속도 31.25Kbps의 경우에는 복조부 상관기 4개를 심볼 2개의 오프셋 0번 내지 3번을 적용하여 순차 동작시키면 된다. 즉, 커스 상관 결과에 따른 커스 동기는 {0, p}가 4번 반복되는 경우 한 번의 정확한 동기와 3번의 부정확한 동기가 발생하는 경우가 존재한다. 이러한 각 커스 동기 시점을 기준으로 심볼 2개의 오프셋이 없거나 1번, 2번 혹은 3번 있는 4개의 복조부 상관기에 의한 SFD 상관 결과를 통해서 정밀 동기 시점을 알 수 있게 된다.In this manner, in the case of a transmission rate of 31.25 Kbps in which two symbols {0, p} are repeated four times, four demodulator correlators can be sequentially operated by applying two symbols offset 0 to 3. That is, there is a case in which one correct sync and three inaccurate sync occur when {0, p} is repeated four times according to the result of the curse correlation. The precise synchronization point can be known through the SFD correlation results obtained by four demodulator correlators having no two symbol offsets, one, two, or three times based on the respective cus synchronization points.
만일 31.25Kbps가 아닌 15.625Kbps를 지원하기 위해서 {0, p}가 8번 반복되는 경우 복조부 상관기 8개를 이용하면 되는데, 복조부 상관기는 16개가 마련되어 있으므로 이론상으로는 7.8125Kbps까지도 가능할 수 있다.If {0, p} is repeated eight times to support 15.625 Kbps instead of 31.25 Kbps, 8 demodulator correlators can be used. Theoretically, up to 7.8125 Kbps can be achieved because 16 demodulator correlators are provided.
결국, 전송률 250Kbps, 125Kbps의 경우 동기부를 통해서 커스 상관 결과만을 이용해도 동기화가 가능하며, 그 이하의 전송속도인 경우 복조부 상관기들을 이용하는 정밀 상관 결과를 더 이용하여 동기화를 수행한다.As a result, synchronization can be performed using the correlation result only through the synchronization unit when the transmission rate is 250 Kbps or 125 Kbps, and synchronization is performed using the precision correlation result using the demodulator correlator when the transmission rate is lower than 250 Kbps or 125 Kbps.
이러한 알고리즘을 좀 더 수학적으로 정리하면 다음과 같다.These algorithms are summarized more mathematically as follows.
동기부에서의 시간 동기 획득은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The time synchronization acquisition in the synchronous part can be expressed as the following equation (3).
Sl과 Sm은 전송률에 해당하는 프리앰블 심볼 중 하나이고 Ns와 Nc는 누적 샘플의 수, 지연 샘플의 수를 나타내고, Rs는 누적하는 2개 심볼의 개수로서 전송률 63.5Kbps의 경우 2이고 31.25Kbps의 경우 4의 값을 가진다. 또한, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, 인덱스 x는 미리 정의된 심볼 중 하나, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미한다.S l and S m are one of preamble symbols corresponding to a transmission rate, Ns and Nc are the number of accumulated samples and the number of delay samples, and Rs is the number of accumulated two symbols, 2 for a transmission rate of 63.5 Kbps and 31.25 Kbps 4 " In addition, r x (n) is the n-th received signals, S x (n) of the sample is one of a symbol, the index x of the modulated received data is pre-defined symbol, ω 0 is the frequency error between the transmitter and the receiver, θ is Initial phase error.
여기서 수신 신호 심볼 인덱스 l과 참조 신호 심볼 인덱스 m이 같을 경우 상관 연산 결과 최대값을 얻을 수 있다. 하지만 {0, p} 심볼에 대한 상관값 누적으로 인해 시간 동기 모호성이 존재한다. 따라서, 수학식 3에 따른 결과는 커스 상관 결과로 활용한다.Here, when the received signal symbol index l and the reference signal symbol index m are equal to each other, the maximum value of correlation results can be obtained. However, time synchronization ambiguity exists due to accumulation of correlation values for {0, p} symbols. Therefore, the result according to Equation (3) is used as a correlation result.
이후, 전송률 63.5Kbps나 31.25Kbps의 경우에는 복조부의 16개 상관기 중 2개나 4개를 활용하여 정밀 시간 동기를 위한 정밀 상관 결과를 획득한다.Thereafter, when the transmission rate is 63.5 Kbps or 31.25 Kbps, two or four of the 16 correlators of the demodulation unit are used to obtain precision correlation results for precise time synchronization.
복조부를 이용한 정밀 상관 결과 획득을 설명하기 위해서 기본적인 복조부의 상관 연산 방식을 다음의 수학식 4 및 5를 통해 나타낸다. 본 발명의 실시예에 적용되는 복조부 상관기는 메모리 감소를 위해 샘플단위 이중상관 연산 알고리즘을 이용한다.In order to explain the acquisition of the fine correlation result using the demodulation unit, the basic demodulation unit's correlation calculation method is expressed by the following equations (4) and (5). The demodulator correlator applied to the embodiment of the present invention uses a sample-based double correlation algorithm for memory reduction.
여기서, Nc는 4이고, Mx,k(n)는 다음의 수학식 5와 같이 정의된다.Here, Nc is 4, and Mx , k (n) is defined by the following equation (5).
x와 m은 수신신호와 참조신호의 인덱스이며, Ns와 Nc는 누적 샘플의 수, 지연 샘플의 수를 나타낸다. Ym은 16개의 후보군(도 3) 중 m번째 참조신호와 수신 신호 rx,k(n)의 상관연산 결과값으로 수신신호의 x와 m이 같을 경우 가장 큰 값을 나타낸다. 따라서, 수신신호화 16개 후보군과의 상관연산 결과값 Y0 내지 Y15를 비교하여 가장 큰 상관값을 가지는 참조신호로 복조가 수행된다.x and m are indexes of the received signal and the reference signal, and Ns and Nc represent the number of accumulated samples and the number of delayed samples. Y m represents the correlation value between the m-th reference signal and the received signal r x, k (n) among the 16 candidate groups (FIG. 3), and represents the largest value when x and m of the received signal are equal. Therefore, the correlation calculation result values Y 0 to Y 15 are compared with the 16 candidate signals received, and the demodulation is performed with the reference signal having the largest correlation value.
본 발명의 다른 실시예에서는 이러한 복조부 상관기를 정밀 시간 동기를 위한 정밀 상관 결과 연산에 활용하며, 이에 대한 알고리즘은 다음의 수학식 6 및 7과 같이 정리될 수 있다. 단, SFD와의 상관 연산을 수행하도록 하는 것이므로 표준에 따른 SFD 값인 심볼 '7'(7번째 참조 신호)을 기준으로 하며, 이는 필요에 따라 다른 심볼 값으로 대체될 수도 있다.In another embodiment of the present invention, such a demodulator correlator is used for precision correlation result calculation for precise time synchronization, and the algorithm for this can be summarized as Equations (6) and (7) below. However, since the correlation operation with the SFD is performed, the symbol '7' (seventh reference signal) which is the SFD value according to the standard is used as a reference, and it may be replaced with another symbol value if necessary.
여기서, Nc는 4이고, 는 다음의 수학식 7과 같이 정의된다.Here, Nc is 4, Is defined by the following Equation (7).
x와 7은 수신신호와 참조신호의 인덱스, Ns, Nc, No는 각각 누적샘플의 수, 지연샘플의 수, 동기화 참조 신호로 사용되는 2개 심볼{0, p}의 샘플 수이고, h는 복조부 상관기의 시간적 오프셋, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미한다. 특히, h는 SFD 검출시점을 산출하기 위해 병렬적으로 사용되는 복조부 상관기의 시간적 오프셋을 나타낸다. x and 7 are indexes of the received signal and reference signal, Ns, Nc, and No are the number of cumulative samples, the number of delay samples, the number of samples of two symbols {0, p} time offset, r x (n) of the demodulation correlator is n received signals, S x (n) are symbols, ω 0 of the modulated received data frequency offset between the transmitter and the receiver, θ of the second sample indicates the initial phase error do. In particular, h represents the temporal offset of the demodulator correlator used in parallel to calculate the SFD detection time.
구체적으로, h는 {0, p} 심볼 길이에 해당하는 오프셋으로, 62.5Kbps의 경우는 0, 1값을 갖고, 31.25Kbps의 경우에는 0, 1, 2, 3 값을 갖는다. 이는 62.5Kbps의 경우는 시간 동기 획득의 모호성이 발생하는 2가지 경우 때문이고, 31.25Kbps의 경우는 시간 동기 획득의 모호성이 발생하는 4가지 경우 때문이다. Yh,7는 {0, p} 심볼을 구성하는 샘플 수의 h배만큼 시간적 오프셋을 두고 SFD 심볼에 해당하는 7번째 참조신호와 수신신호 의 상관연산 결과값을 나타낸다. 따라서, 동기부의 상관기를 이용하여 대략적인 시간동기를 획득한 후, 복조부 상관기를 {0, p} 심볼을 구성하는 샘플 수의 h배만큼 시간적 오프셋을 두어 병렬적으로 배치하여 수신 신호와 상관연산을 취한다. 이때, 상관연산 최대값은 시간적 오프셋을 두고 병렬적으로 배치된 복조부 상관기와 수신신호의 SFD {7} 심볼이 정확하게 일치할 때 발생한다. 따라서 값이 최대가 되는 상관기의 상관 연산 시점을 검출함으로써, 정확한 SFD 심볼의 위치를 검출하고, 이를 통해 정밀한 시간 동기를 획득할 수 있다.Specifically, h is an offset corresponding to a symbol length of {0, p}, has a value of 0 and 1 in case of 62.5 Kbps, and 0, 1, 2, and 3 in case of 31.25 Kbps. This is because of two cases where the time synchronization acquisition ambiguity occurs at 62.5 Kbps, and at the case of 31.25 Kbps, four cases where the time synchronization acquisition ambiguity occurs. Y h, 7 denotes a 7th reference signal corresponding to the SFD symbol with a time offset of h times the number of samples constituting the {0, p} symbol, Of the correlation calculation result. Therefore, after obtaining approximate time synchronization using a correlator of the synchronization unit, the demodulator correlator is arranged in parallel with a time offset of h times the number of samples constituting the {0, p} symbol, Lt; / RTI > In this case, the correlation maximum value occurs when the demodulator correlator arranged in parallel with the temporal offset and the SFD {7} symbols of the received signal are exactly matched. Therefore, by detecting the correlation calculation time of the correlator having the maximum value, the position of the accurate SFD symbol can be detected, and precise time synchronization can be obtained.
도 14는 본 발명의 다른 실시에에 따른 가변 전송률 지원 시간 동기 장치의 구성을 보인 구성도로서, 도시된 바와 같이 수신 신호(수신 신호의 실수부 Re[rl]와 허수부 Im[rl])의 켤레복소수 신호와 수신 신호를 칩 단위 샘플 수로 지연한 지연 신호를 곱셈하여 이를 앞서 도 11을 통해 설명했던 프리앰블 구조에 따른 2개의 상관블록에 적용한다.Figure 14 is a real part Re [r l] and an imaginary part Im [r l] of the received signal (reception signal, as a schematic view showing a configuration of a variable bit rate supported time synchronizer according to the other embodiment of the present invention, illustrated ) Is multiplied by a delay signal delayed by the number of chip unit samples, and the result is applied to two correlation blocks according to the preamble structure described above with reference to FIG.
여기서, 켤레복소신호 생성부(210), 지연부(220) 및 복소 곱셈부(230)는 앞서 도 10을 통해 설명했던 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.Here, the complex conjugate
이러한 복소 곱셈부(230)의 실수부 곱셈 결과와 허수부 곱셈 결과가 제공되어 가변 전송률에 따른 상관 결과가 출력되는 동기부(240)는 앞서 도 11을 통해 예시한 4종류의 가변 전송률, 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps를 지원하기 위해서 심볼 '0' 및 심볼 'p'에 대한 상관블록(241, 242) 2개를 포함하며, 전송률에 따라 상관블록들의 출력합을 누적하여 출력하는 누적블록(243)을 포함한다.The result of the multiplication of the real part of the
누적블록(243)은 62.5Kbps와 31.25Kbps에서 2개의 상관블록들(241, 242)의 상관값을 누적하는 것으로, 누적부와 누적제어부를 통해서 2개의 상관블록 출력합이 1번 혹은 3번 반복된 값을 선택 출력한다. 즉, 동일하게 반복되는 2개 심볼에 대한 상관값은 2개 상관 블록의 결과합을 배수로 하거나 필요한 모든 상관 블록을 구성하거나 거의 동일하므로 구성 간소화를 위해서 상관블록을 구성하여 상관 연산을 수행하는 대신 간소한 누적블록(243)을 적용한다.The
도시된 실시에에서, 동기부(240)는 심볼 '0'에 대한 상관블록(241)과 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택된 심볼 'p'에 대한 상관블록(242), 전송 속도에 따라 상기 심볼 '0'과 'p'에 대한 상관블록 출력합을 누적하여 복수 누적 횟수 별로 출력하는 누적블록(243), 전송속도에 따라 상관블록들과 누적블록의 출력 또는 출력합을 선택하는 멀티플렉서(244), 전송속도에 따라 상기 멀티플렉서와 정밀 상관 결과 확인을 위한 복조부(400)의 상관기 동작을 일시 제어하는 시간 동기 제어부(245)를 포함한다.In the illustrated implementation,
상기 시간 동기 제어부(245)는 복조부(400)가 동작하지 않는 동기 과정에서 복조부(400)의 상관기들을 정밀 상관 결과를 얻기 위해 활용하는데, 이를 위해서 복조부(400)에 커스 동기화가 이루어졌다는 신호(C.S.)를 제공하여 복조부(400)가 복소수 곱셈부(230)가 제공하는 수신 신호에 포함된 SFD와 2개 심볼 오프셋이 순차 적용되는 복수의 상관기들 간의 상관 결과를 얻고, 이들 중에서 최대 상관값에 따른 정밀 동기 정보를 획득하도록 한다. 시간 동기 제어부(245)는 이러한 복조부(400)의 병렬 동작 상관기들로부터 얻어진 정밀 동기 정보(F.S.)를 수신하면 해당 정보를 이용하여 동기를 완료한 후 동기 완료 신호(S.D.)를 복조부(400)에 제공하여 임시로 활용했던 상관기들을 복조를 위해 사용하도록 한다.The
이를 위해서, 시간 동기 제어부(245)는 복조부(400)의 상관기들 중 정밀 상관 결과를 얻기 위해 사용할 상관기들의 초기 참조신호가 SFD의 값인 7번째 참조 신호로 설정되도록 할 수 있으며, 시간 동기 제어부(2450)의 제어 없이 애초에 해당 값이 초기 값이 되도록 할 수도 있다.For this purpose, the
한편, 시간 동기 제어부(245)는 동기화 과정이 완료되면 이를 복조부(400)에 알려 복조부 상관기들의 참조신호를 사용 심볼들과의 상관 연산을 위한 참조신호 심볼로 재설정하도록 할 수 있다. 물론 이러한 재설정 과정은 복조부(400)에서 동기화 완료 신호에 따라 자동으로 실시하도록 구성할 수도 있다.Meanwhile, when the synchronization process is completed, the
도시된 구성을 이용하여 가변 속도에 대응할 경우 동기부(240)는, 전송 속도 250kbps 일 때 첫 번째 심볼'0'에 대한 상관블록의 결과를 커스 상관 결과로 산출하며, 정밀 상관 결과를 산출하는 과정을 생략하고 해당 커스 상관 결과로 동기화를 완료할 수 있다. 전송 속도 125kbps 일 때 역시 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들의 결과 합을 커스 상관 결과로 산출하며, 정밀 상관 결과를 산출하는 과정을 생략하고 해당 커스 상관 결과로 동기화를 완료할 수 있다. When the variable rate is used in accordance with the illustrated configuration, the
한편, 전송속도로 62.5Kbps가 선택되는 경우 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들의 결과합과 이러한 상관블록들의 결과합이 1번 반복된 누적블록의 결과 값을 더한 결과 합, 즉 상관블록들의 결과 합의 2배를 커스 상관 결과로 산출한다. 이후 복조부(400) 상관기들 중 2개를 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점으로 정밀 동기 시점을 결정한다.On the other hand, when 62.5 Kbps is selected as the transmission rate, the sum of the sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' The result sum, that is, twice the result sum of the correlation blocks, is calculated as the correlation result. Then, two of the correlators of the
전송속도로 31.25Kbps가 선택되는 경우 첫 번째 심볼 '0'과 두 번째 심볼 'p'에 대한 상관블록들의 결과합과 이러한 상관블록들의 결과합이 3번 반복된 누적블록의 결과 값을 더한 결과 합, 즉 상관블록들의 결과 합의 4배를 커스 상관 결과로 산출한다. 이후 복조부(400) 상관기들 중 4개를 2개 심볼 간격으로 상이하게 동작시켜 상관값이 가장 큰 복조부 상관기 상관 시점으로 정밀 동기 시점을 결정한다.When 31.25 Kbps is selected as the transmission rate, the sum of the result of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' , I.e., four times the sum of the sum of the correlation blocks, is calculated as the correlation result. Then, four of the correlators of the
이와 같은 본 발명의 다른 실시예를 통해서 저속 전송률 지원을 위해 프리앰블을 증가시키면서도 새로운 PN 코드 정의나 이를 위한 추가적인 블록 없이 높은 시간 동기 성능을 제공함과 아울러 회로 면적을 최소화할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, a new PN code definition, a high time synchronization performance without additional blocks for the same, and a circuit area can be minimized while the preamble is increased to support a low data rate.
한편, 시간 동기 획득을 위해 사용되는 이중 상관연산 결과는 실수부와 허수부로 이루어진 복소수 값이며 크기 비교를 위해서 제곱 연산이 필요하다. 또한, 가변 전송률 지원에 따라 상관기 윈도우 크기가 증가하게 되므로 많은 수의 곱셈기와 덧셈기가 요구되어 하드웨어 복잡도 증가는 불가피하다.On the other hand, the result of the double correlation operation used for time synchronization acquisition is a complex value composed of a real part and an imaginary part, and a square operation is required for the size comparison. In addition, since the correlator window size is increased according to the variable rate support, a large number of multipliers and adders are required, thereby increasing hardware complexity.
하지만, 앞서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이중 상관 연산은 수신신호의 켤레복소수와 심볼의 길이에 독립적인 칩 주기만큼 지연된 수신신호의 곱을 이용하여 주파수 오프셋의 영향을 상쇄시킴으로써 비교적 노이즈에 강하기 때문에, 실수부와 허수부로 이루어지는 상관 연산 결과 중에서 허수부를 생략하고 실수부인 Re[CDC(n)] 만을 이용하더라도 비교적 만족할 만한 수준의 결과를 제공한다. However, as described above, the double correlation operation according to the embodiment of the present invention compensates for the influence of the frequency offset by using the product of the complex conjugate of the received signal and the received signal delayed by a chip period independent of the symbol length, Therefore, even if only the real part Re [C DC (n)] is used by omitting the imaginary part from the correlation calculation result made of the real part and the imaginary part, it provides a relatively satisfactory level of results.
따라서, 도시된 가변 전송률 지원 시간 동기 장치의 동기부(240)는 실수와 허수를 입력으로 하지만 그 상관 연산 결과 중 실수부 Re[CDC(n)] 만을 출력으로 제공할 수 있다.Therefore, the
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 상관블록의 구성을 보인 구성도로서, 이중 상관연산 방식 시간 동기부의 실수부 만을 이용할 때의 상관기(300)를 나타낸 것이다. 복소수 곱셈부가 제공하는 입력 신호의 지연 켤레곱(Z1(n)) 중 실수부와 허수부가 각각 순차적으로 입력되는 레지스터(310, 320)와 이러한 입력값과 그에 대응되는 참조값을 곱하여 합산하는 곱셈부와 누산부를 포함하되, 누산부의 출력은 실수부에 대한 값만을 출력한다.FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a correlation block according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 shows a correlator 300 when only the real part of the double correlation calculation type time synchronization unit is used. (310, 320) in which a real part and an imaginary part are sequentially inputted, of a delay conjugate product (Z 1 (n)) of an input signal provided by a complex multiplier, and a multiplier And an accumulator, and the output of the accumulator outputs only the value of the real part.
여기서, 이중 상관연산의 참조신호 Zref(n)는 미리 알고 있는 프리앰블 신호에 대한 연산 결과로, 2배 오버샘플링의 경우 {1, -1, i, -i}의 4가지 중 하나의 값을 가지게 되고, 이는 단순한 부호 반전 및 실수항과 허수항 간의 교환 연산에 해당하므로 곱셈기 없는 구현이 가능하다. 이 경우 곱셈기 대신 부호 반전기, 실수항과 허수항 간을 교환하는 교환기로 대체 구성할 수 있다. Here, the reference signal Z ref (n) of the double correlation operation is a result of operation on a preamble signal which is known in advance, and one of four values {1, -1, i, -i} , Which is equivalent to a simple sign inversion and an exchange operation between the real and imaginary terms, so that a multiplier-free implementation is possible. In this case, it is possible to replace the multiplier with a sign exchange, and an exchange that exchanges the real and imaginary terms.
한편, 본 발명의 실시예에서는 시간 동기 오차 발생에 따른 복조부 성능에 미치는 영향을 고려하여 4배 오버샘플링을 적용하며, 이 경우 참조신호 값은 도 16과 같은 5가지 종류를 가진다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, 4-times oversampling is applied in consideration of the influence on the demodulation performance due to the occurrence of the time synchronization error. In this case, the reference signal values have five kinds as shown in FIG.
케이스 1 과 2는 별도의 연산이 필요 없고, 케이스 3은 부호 반전으로 상관값을 얻을 수 있다. 케이스 4와 5는 상수값이므로 이러한 연산은 부호 반전기, 쉬프터 및 덧셈기로 대체 구성이 가능하다.
도 17는 본 발명의 실시예에 따른 상관기의 곱셈기 대체 구성을 보인 구성도로서, 앞서 설명했던 케이스 4에 대한 블록(351)과 케이스 5에 대한 블록(352) 구성을 보인 예이다.FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a
도시된 바와 같이 쉬프터와 덧셈기 만으로 상관 연산 결과를 얻을 수 있게 된다.As shown in the figure, the correlation result can be obtained only by the shifter and the adder.
결국, 앞서 설명했던 동기부(240)가 복소수인 상관 연산 결과 중 실수부만 이용하도록 하거나, 도 16 및 도 17의 상관연산 특성을 반영한 곱셈기 대체 구성을 이용하도록 하여 하드웨어 부담을 획기적으로 줄일 수 있게 된다. As a result, the
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 가변 전송률 지원 시간 동기 장치의 성능을 보인 그래프로서, 앞서 4개 심볼을 이용하며 8개의 상관 블록을 구성해야 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 장치와 2개의 심볼을 이용하며 2개의 상관 블록 만을 구성해도 되는 본 발명의 다른 실시예의 성능을 비교한 것이다. 도시된 바와 같이 거의 성능 차이가 없음을 알 수 있다.
FIG. 18 is a graph showing the performance of a variable rate support time synchronizer according to embodiments of the present invention. FIG. 18 is a graph illustrating the performance of a variable rate support time synchronizer according to an embodiment of the present invention, Performance of another embodiment of the present invention in which two symbols are used and only two correlation blocks may be configured. As can be seen, there is almost no performance difference.
이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다. The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. .
100: 가변 전송률 지원 시간 동기 장치
110: 켤레 복소신호 생성부 120: 지연부
130: 복소수 곱셈부 140: 동기부
141a~141h: 상관블록 142: 멀티플렉서
143: 시간 동기 제어부
200: 가변 전송률 지원 시간 동기 장치
210: 켤레 복소신호 생성부 220: 지연부
230: 복소수 곱셈부 240: 동기부
241, 242: 상관블록 243: 누적블록
244: 멀티플렉서 245: 시간 동기 제어부
400: 복조부 100: variable rate support time synchronizer
110: conjugate complex signal generator 120:
130: complex multiplier 140: synchronizer
141a-141h: Correlation block 142: Multiplexer
143: Time synchronization controller
200: variable rate support time synchronizer
210: conjugate complex signal generator 220:
230: Complex number multiplying unit 240: Synchronization unit
241, 242: correlation block 243: accumulation block
244: Multiplexer 245: Time synchronization control unit
400: demodulator
Claims (33)
상기 수신 신호의 켤레복소수와 상기 칩주기 샘플 수만큼 지연된 수신신호를 곱하는 단계와;
상기 곱해진 신호를 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고 전송률에 따라 선택된 상관블록의 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따른 커스 상관 결과를 제공하는 단계와;
전송률에 따라 선택적으로 수행되며, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD(start of frame delimiter)의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 제공하는 단계와;
상기 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해 동기화를 완료하는 단계를 포함하고,
상기 커스 상관 결과를 제공하는 단계는 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 하나를 선택하는 선택 신호에 따라 2개의 상관블록과 이러한 2개의 상관블록 출력합이 1번 혹은 3번 반복된 값을 선택 출력하는 누적블록 중 선택된 상관블록 및 누적블록의 출력합을 상관 결과로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법.
Generating a complex conjugate signal for the received signal and delaying the received signal by a number of chip period samples;
Multiplying the complex conjugate of the received signal by a received signal delayed by the number of chip period samples;
And outputs the multiplied signal to the correlation blocks for the two different symbols. The output sum of the selected correlation block according to the transmission rate and the output sum of the correlation block are accumulated in accordance with the transmission rate and output. Providing a result;
And the reference signal of the demodulator's correlators is set to a value of a start of frame delimiter (SFD) for frame start identification and is sequentially operated at an offset of two symbol lengths according to the correlation result. Providing a fine correlation result based on the correlation results;
And completing the synchronization through the correlation result and the precision correlation result,
Wherein the step of providing the correlated correlation result comprises the steps of: selecting one of four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps; And providing an output sum of a selected correlation block and an accumulation block as a correlation result among the accumulation blocks for selecting and outputting the repeated values.
The method of claim 1, wherein the two correlation blocks are a correlation block for symbol '0' and symbol 'p', and symbol 'p' is selected for data symbols 1 to 15. A Zigbee Time synchronization method.
2. The method of claim 1, wherein the step of providing the fine correlation result is performed only for two transmission rates of 62.5 Kbps and 31.25 Kbps among the four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps. Time synchronization method for Zigbee.
4. The method of claim 4, wherein when 250 kbps is selected as the transmission rate, the result of the correlation block for the first symbol '0' is provided as a coarse correlation result, the step of providing the fine correlation result is omitted, Time synchronization method for Zigbee supporting variable rate.
The method of claim 4, wherein when 125 kbps is selected as the transmission rate, the result sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' is provided as a coarse correlation result, And the synchronization is completed based on the correlation result. The time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate.
[Claim 4] The method of claim 4, wherein when the transmission speed is 62.5 Kbps, the sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' Value of the correlation blocks, i.e., twice the result sum of the correlation blocks, as a result of the correlation result.
The method of claim 4, wherein if 31.25 Kbps is selected as the transmission rate, the result sum of the correlation blocks for the first symbol '0' and the second symbol 'p' Value, i.e., four times the sum of the sum of the correlation blocks, as a correlation result.
5. The method of claim 4, wherein providing the fine correlation result utilizes two of the demodulator's correlators at a 62.5 Kbps transmission rate and uses four of the demodulator's correlators at a 31.25 Kbps transmission rate. Time synchronization method for Zigbee.
The method of claim 9, wherein providing the fine correlation result comprises: operating two of the demodulator correlators at two symbol intervals at a 62.5 Kbps transmission rate that repeats two symbols twice, And a precise synchronization point is determined as a correlation point of the juxtaposition correlator. The time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate.
The method of claim 9, wherein providing the fine correlation result comprises: operating four of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 31.25 Kbps transmission rate of repeating two symbols four times, And a precise synchronization point is determined as a correlation point of a demodulator correlator. The time synchronization method for a Zigbee supporting a variable rate.
2. The method of claim 1, wherein completing the synchronization further comprises reconfiguring a reference signal of the demodulator's correlators to a symbol for correlation with use symbols for a demodulator operation. Time Synchronization Method for Zigbee.
2. The apparatus of claim 1, wherein some of the correlators of the demodulator are set to SFD values to provide fine correlation results, and are reset to corresponding symbol values for demodulation procedures after the synchronization completion phase, respectively Time Synchronization Method for Zigbee Supporting Rate.
4. The method of claim 1, wherein providing the correlation result comprises: performing a double correlation operation and providing only a result of the real part as a correlation result.
[14] The method of claim 14, wherein the providing the cost correlation result comprises: performing a correlation operation on the real part using a multiplier, Wherein the step of generating the time-synchronized Zigbee signal comprises the step of performing a code reversal, a shifter, and an adder.
수신 신호에 대한 켤레복소수 신호를 생성하고, 상기 수신신호를 칩주기 샘플 수만큼 지연시키는 단계와;
상기 수신 신호의 켤레복소수와 상기 칩주기 샘플 수만큼 지연된 수신신호를 곱하는 단계와;
상기 곱해진 신호를 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고, 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 선택된 전송률에 따라 선택된 상관블록의 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따른 커스 상관 결과를 제공하는 단계와;
전송률에 따라 선택적으로 수행되며, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 제공하는 단계와;
상기 커스 상관 결과와 정밀 상관 결과를 통해 동기화를 완료하는 단계와;
동기화 완료에 따라 복조부 동작을 위해 복조부 상관기들의 참조신호를 사용 심볼들과의 상관 연산을 위한 심볼로 재설정하는 단계를 포함하되,
상기 2개의 상관블록은 심볼 '0'과 심볼 'p'에 대한 상관블록이며, 심볼 'p'는 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택될 수 있고, 상기 정밀 상관 결과를 제공하는 단계는 250Kbps, 125Kbps, 62.5Kbps, 31.25Kbps의 4가지 전송속도 중 62.5Kbps, 31.25Kbps의 2가지 전송속도에 대해서만 선택 동작하는 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법.
Determining a number of chip period samples by oversampling the processing speed of the receiver by a number of times greater than a chip period used for transmission signal spreading;
Generating a complex conjugate signal for the received signal and delaying the received signal by a number of chip period samples;
Multiplying the complex conjugate of the received signal by a received signal delayed by the number of chip period samples;
The multiplied signal is provided to the correlation blocks for two different symbols and the output sum of the correlation block selected according to the selected transmission rate among the four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, Providing a correlation result according to an output of an accumulation block which accumulates and outputs a sum in accordance with a data rate;
And the reference signal of the demodulator's correlators is set to the value of the SFD for frame start identification and is sequentially operated at the offset of two symbol lengths according to the correlation result, Providing a correlation result;
Completing the synchronization through the correlation result and the fine correlation result;
And resetting the reference signals of the demodulator correlators to symbols for correlation with the used symbols for the demodulator operation according to the completion of the synchronization,
Wherein the two correlation blocks are correlation blocks for symbol '0' and symbol 'p', symbol 'p' may be selected for data symbols 1 through 15, 62.5 Kbps, 31.25 Kbps, and 62.5 Kbps and 31.25 Kbps, respectively. The time synchronization method for a Zigbee supporting a variable transmission rate is as follows.
16. The method of claim 16, wherein providing the correlation result comprises: selecting one of four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, And providing the sum of the outputs of the selected correlation block and the accumulation block as a correlation result. The method of claim 1, further comprising:
16. The method of claim 16, wherein providing the fine correlation result comprises: operating two of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 62.5 Kbps transmission rate that repeats two symbols twice, And a precise synchronization point is determined as a correlation point of the juxtaposition correlator. The time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate.
16. The method of claim 16, wherein providing the fine correlation result comprises: operating four of the demodulator correlators differently at two symbol intervals at a 31.25 Kbps transmission rate of repeating two symbols four times, And a precise synchronization point is determined as a correlation point of a demodulator correlator. The time synchronization method for a Zigbee supporting a variable rate.
전송률에 따라 선택적으로 수행되며, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부의 상관기참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시켜 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 2개의 상관블록은 심볼 '0'과 심볼 'p'에 대한 상관블록이며, 심볼 'p'는 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법.
The phase estimation value of the received signal is provided to the correlation blocks for two different symbols and the output sum of one or two correlation blocks selected according to the selected transmission rate and the sum of the outputs of the correlation block are cumulatively accumulated and output Providing a correlation result according to an output of the block;
The correlator reference signal of the demodulation unit is set to the value of the SFD for frame start identification according to the correlation result and sequentially operated at the offset of two symbol lengths. Based on the correlation results, , ≪ / RTI >
Characterized in that the two correlation blocks are correlation blocks for symbol '0' and symbol 'p' and symbol 'p' can be selected for data symbols 1 to 15. Time synchronization for a Zigbee supporting a variable rate Way.
21. The method of claim 20, wherein the correlator of the correlation block providing the correlation result and the correlator of the demodulation block providing the fine correlation result use a sample unit bi-correlation algorithm.
21. The method of claim 20, further comprising: completing synchronization through the correlation result and the fine correlation result; And reconfiguring the reference signals of the demodulator's correlators to symbols for correlation with the used symbols for the demodulator operation according to the completion of the synchronization.
The method of claim 20, wherein the transmission rate is selected from among four types of transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, and the step of providing precision correlation results is selected for only two transmission rates of 62.5 Kbps and 31.25 Kbps among the four transmission rates Time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate.
Sl과 Sm은 전송률에 해당하는 프리앰블 심볼 중 하나이고 Ns와 Nc는 누적 샘플의 수, 지연 샘플의 수를 나타내고, Rs는 누적하는 2개 심볼의 개수, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, 인덱스 x는 미리 정의된 심볼 중 하나, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미하는 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법.
21. The method of claim 20, wherein the correlation block in which the step of providing the correlation correlation result is performed is characterized in that correlation is obtained by the following equation for synchronization through a preamble of a received signal,
S l and S m is one of the preamble symbol that corresponds to the data rate and Ns and Nc is the number of the number of accumulated samples delayed sample, Rs is the n-th sample number, r x (n) of the two symbols to accumulate , Where S x (n) is a symbol of modulated received data, index x is one of the predefined symbols, ω 0 is the frequency error of the transmitter and receiver, and θ is the initial phase error. Time Synchronization Method for Zigbee Supporting Rate.
x와 7은 수신신호와 참조신호의 인덱스, Ns, Nc, No는 각각 누적샘플의 수, 지연샘플의 수, 동기화 참조 신호로 사용되는 2개 심볼의 샘플 수이고, h는 복조부 상관기의 시간적 오프셋, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미하고, 이 때
인 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 방법.
21. The method of claim 20, wherein the correlator of the demodulator in which the step of providing the fine correlation result is performed calculates correlation using the symbol '7' defined as the SFD value of the received signal as a reference signal,
x and 7 are indexes of the received signal and the reference signal, Ns, Nc, and No are the number of cumulative samples, the number of delay samples, and the number of samples of two symbols used as a synchronization reference signal, offset, r x (n) is the n-th received signals, S x (n) of the samples of the modulated symbols received data, ω 0 is the frequency error between the transmitter and the receiver, θ means and, at this time, the initial phase error
Time synchronization method for a Zigbee supporting variable rate.
상기 켤레복소 신호 생성부의 출력과 상기 지연부의 출력을 곱하는 복소 곱셈부와;
상기 곱해진 신호를 2개의 서로 다른 심볼에 대한 상관블록들에 제공하고 전송률에 따라 선택된 상관블록의 출력합과 해당 상관블록의 출력합을 전송률에 맞추어 누적하여 출력하는 누적블록의 출력에 따라 커스 상관 결과를 확인하고, 상기 커스 상관 결과에 따라 복조부 상관기들의 참조신호를 프레임 시작 식별을 위한 SFD의 값으로 설정하여 2개 심볼 길이의 오프셋으로 순차 동작시킨 후 그 상관 결과들을 기반으로 정밀 상관 결과를 확인하여 동기화를 수행하는 동기부를 포함하고,
상기 동기부는 심볼 '0'에 대한 상관블록과 데이터 심볼 1 내지 15에서 선택된 심볼 'p'에 대한 상관블록, 전송 속도에 따라 상기 심볼 '0'과 'p'에 대한 상관블록 출력합을 누적하여 복수 누적 횟수 별로 출력하는 누적블록, 전송속도에 따라 상관블록들과 누적블록의 출력 또는 출력합을 선택하는 멀티플렉서, 전송속도에 따라 상기 멀티플렉서와 정밀 상관 결과 확인을 위한 복조부 상관기의 동작을 일시 제어하는 시간 동기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 장치.
A complex conjugate signal generating unit for generating a conjugate complex signal with respect to the received signal; A delay unit for delaying the received signal by the number of chip period samples;
A complex multiplier for multiplying the output of the complex conjugate signal generator and the output of the delay unit;
And provides the multiplied signal to the correlation blocks for two different symbols and outputs the sum of the output of the selected correlation block and the sum of the outputs of the correlation block according to the transmission rate, And the reference signal of the demodulator's correlators is set to the value of the SFD for the start of the frame according to the correlation result and sequentially operated at the offset of two symbol lengths. Based on the correlation results, And a synchronization unit for confirming and performing synchronization,
The synchronization unit accumulates the correlation block output for the symbol '0' and the correlation block for the symbol 'p' selected in the data symbols 1 to 15, and the sum of the correlation block outputs for the symbols '0' and 'p' A multiplexer for selecting an output or an output sum of the correlation blocks and accumulation blocks according to the transmission rate, and a demultiplexer for checking the operation of the demodulator correlator for confirming the precision correlation result with the multiplexer according to the transmission rate And a time synchronization controller for controlling the variable transmission rate of the Zigbee.
27. The method of claim 27, wherein the transmission rates are selected from four transmission rates of 250 Kbps, 125 Kbps, 62.5 Kbps, and 31.25 Kbps, and the synchronization unit performs synchronization using the correlation correlation results for two transmission rates of 250 Kbps and 125 Kbps, The apparatus of claim 1, wherein the ZigBee supports a variable rate.
[Claim 29] The method of claim 29, wherein the time synchronization controller comprises: two correlation blocks according to a selection signal for selecting one of the four transmission rates; and an accumulation block Wherein the coarse correlation result is determined based on the sum of the output of the selected correlation block and the cumulative block.
The time synchronization controller according to claim 30, wherein the time synchronization controller is configured to transmit 2 or 4 of the correlators of the demodulator to receive the output of the complex multiplier at the time of the coarse synchronization according to the result of the coarse correlation when the transmission rate is 62.5 Kbps or 31.25 Kbps, And the fine correlation correlations are determined based on a demodulation correlator correlation point having a greatest correlation value. The time synchronization apparatus for a Zigbee supporting a variable transmission rate.
Sl과 Sm은 전송률에 해당하는 프리앰블 심볼 중 하나이고 Ns와 Nc는 누적 샘플의 수, 지연 샘플의 수를 나타내고, Rs는 누적하는 2개 심볼의 개수, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, 인덱스 x는 미리 정의된 심볼 중 하나, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미하는 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 장치.
27. The apparatus of claim 27, wherein the correlation block of the synchronization unit obtains a degree of correlation using the following equation for synchronization through a preamble of a received signal,
S l and S m is one of the preamble symbol that corresponds to the data rate and Ns and Nc is the number of the number of accumulated samples delayed sample, Rs is the n-th sample number, r x (n) of the two symbols to accumulate , Where S x (n) is a symbol of modulated received data, index x is one of the predefined symbols, ω 0 is the frequency error of the transmitter and receiver, and θ is the initial phase error. Time Synchronizer for Zigbee with Transfer Rate.
x와 7은 수신신호와 참조신호의 인덱스, Ns, Nc, No는 각각 누적샘플의 수, 지연샘플의 수, 동기화 참조 신호로 사용되는 2개 심볼의 샘플 수이고, h는 복조부 상관기의 시간적 오프셋, rx(n)은 n번째 샘플의 수신 신호, Sx(n)은 변조된 수신 데이터의 심볼, ω0는 송신기와 수신기의 주파수 오차, θ는 초기 위상오차를 의미하고, 이 때
인 것을 특징으로 하는 가변 전송률을 지원하는 Zigbee를 위한 시간 동기 장치.27. The apparatus of claim 27, wherein the correlator of the demodulator shared by the synchronization unit uses correlation symbol '7' defined as the SFD value of the received signal as a reference signal,
x and 7 are indexes of the received signal and the reference signal, Ns, Nc, and No are the number of cumulative samples, the number of delay samples, and the number of samples of two symbols used as a synchronization reference signal, offset, r x (n) is the n-th received signals, S x (n) of the samples of the modulated symbols received data, ω 0 is the frequency error between the transmitter and the receiver, θ means and, at this time, the initial phase error
And a time synchronization unit for the Zigbee supporting the variable rate.
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