KR102587189B1 - 펄스 정합 필터 기반 패킷 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

펄스 정합 필터 기반 패킷 검출 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 패킷 검출 장치는, 광 무선통신 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기와 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 출력하는 펄스 정합 필터와 상기 제1 상관도와 프리엠블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 출력하는 상관기와 상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 패킷 검출 신호 생성기와 상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 복조기를 포함할 수 있다.

Description

펄스 정합 필터 기반 패킷 검출 장치 및 방법{PULSE MATCHED FILTER-BASED PACKET DETECTION APPARATUS AND METHOD}
아래 개시는 펄스 정합 필터 기반 패킷 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
자유 공간에서의 신호 전송에 광을 이용하는 통신 방식을 광 무선통신(OWC: Optical Wireless Communication)이라고 한다. 광 무선통신은 적외선 광원 및 LED의 가시광 광원의 출력 광을 변조 및 복조하여 데이터를 송수신하는 통신 방식이다.
최근 에너지 절감과 지구 온실 가스를 감축해야만 하는 현실적 환경 변화에 따라 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 조명 기구 및 디스플레이 장치들이 자동차, 신호등, 광고판, TV, 모니터, 휴대 기기, 특수 조명, 및 일반 조명 등의 일상 생활에 급속히 확산되고 있다.
사무실이나 가정 등 근거리에서 무선 통신이 사용되고 있는데 무선 통신은 전송 속도의 제한이 있으므로 이를 광통신으로 대체하면 Gbps(giga bit per second)의 전송이 가능할 수 있다.
LED 조명 기구와 디스플레이 장치들에 통신 기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 광 무선통신 기술이 현재 활발히 연구되고 있다.
다양한 실시예에 따르면 펄스 정합 필터에 기초하여 신호 대 잡음비(SNR, Signal-to-Noise Ratio), 검출 시간 분해능, 및 검출 정밀도가 향상된 OOK 패킷 검출 기술을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 패킷 검출 신호 및 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 펄스 정합 필터의 동작을 제어함으로써 저전력의 OOK 패킷 검출 기술을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 실시예에 따른 패킷 검출 장치는, 광 무선통신 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기와 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 출력하는 펄스 정합 필터와 상기 제1 상관도와 프리엠블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 출력하는 상관기와 상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 패킷 검출 신호 생성기와 상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 복조기를 포함할 수 있다.
상기 광 무선통신 신호는 OOK(ON-OFF Keying) 방식으로 변조된 것이고, 상기 변조 펄스는 OOK 변조 펄스인 것일 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 오버샘플링 클럭으로 동작하는 것일 수 있다.
상기 프리앰블 코드는, 바커 코드와 반전된 바커 코드가 결합된 것일 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 상기 패킷 검출 신호 및 상기 복조기가 출력하는 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 제어될 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 상기 패킷 검출 신호에 의해 비활성화될 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 상기 패킷 복조 완료 신호에 의해 활성화될 수 있다.
일 실시예에 따른 패킷 검출 방법은, 광 무선통신 신호를 전기 신호로 변환하는 동작과 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 동작과 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 획득하는 동작과 상기 제1 상관도와 프리엠블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 획득하는 동작과 상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 동작과 상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 동작을 초함할 수 있다.
상기 광 무선통신 신호는 OOK(ON-OFF Keying) 방식으로 변조된 것이고, 상기 변조 펄스는 OOK 변조 펄스인 것일 수 있다.
상기 제1 상관도는, 오버샘플링 클럭으로 동작하는 펄스 정합 필터에 의해 획득된 것일 수 있다.
상기 프리앰블 코드는, 바커 코드와 반전된 바커 코드가 결합된 것일 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 상기 패킷 검출 신호 및 상기 디지털 신호가 복조된 후에 출력되는 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 제어될 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 상기 패킷 검출 신호에 의해 비활성화될 수 있다.
상기 펄스 정합 필터는, 상기 패킷 복조 완료 신호에 의해 활성화될 수 있다.
일 실시예에 따른 광 무선통신 장치는, 광 신호를 수신하는 수광 모듈과 수신한 광 신호 중에서 광 무선통신 신호를 검출하는 패킷 검출 장치를 포함하고, 상기 패킷 검출 장치는, 상기 광 무선 통신 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기와 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 출력하는 펄스 정합 필터와 상기 제1 상관도와 프리엠블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 출력하는 상관기와 상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 패킷 검출 신호 생성기와 상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 복조기를 포함할 수 있다.
도 1은 OOK 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 패킷 검출 장치의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 상관기의 블록도를 나타낸다.
도 4는 펄스 정합 필터를 포함하지 않는 패킷 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 패킷 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 펄스 정합 필터의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 OOK 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역(380nm~780nm)의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술일 수 있다. 가시광 무선통신 기술은 현재 널리 사용되고 있는 RF(Radio Frequency) 무선통신과 달리 주파수 대역과 관련된 허가 없이도 자유롭게 이용될 수 있다. 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용하므로, 사용자는 통신 링크를 눈으로 확인할 수 있다. 가시광 무선통신 기술은 광원의 고유 목적과 부가적인 통신 기능을 통시에 얻을 수 있는 융합 기술일 수 있다.
가시광 무선통신을 비롯한 광 무선통신에 주로 사용되는 신호 변조 방식은 송수신기 복잡도를 낮출 수 있는 OOK(On-Off Keying) 방식일 수 있다. OOK 변조 방식은 송신 디지털 비트 값 ‘1’과 ‘0’을 송신부 광원의 켬(On)과 끔(Off)에 대응시켜 데이터를 전송하는 방식으로, 전송 신호의 크기에 데이터를 실어 전송하는 ASK(Amplitude Shift Keying) 변조 방식의 일종일 수 있다.
도 1을 참조하면, NRZ-OOK 변조 방식 및 RZ-OOK 변조 방식에 따른 신호 파형을 확인할 수 있다. NRZ는 Non Return to Zero 문구의 약어로, NRZ-OOK 변조는 1 또는 0을 나타내는 펄스의 폭을 주기와 동일하게 하는 OOK 변조 방식일 수 있다.
RZ는 Return to Zero 문구의 약자로, 송신 데이터 비트 중 광 세기가 켬(On)에 대응되는 비트가 들어왔을 경우에 광 신호의 켬 상태를 어느 정도 유지하다가 다시 끔(Off) 상태로 돌아가는 방식의 OOK 변조 방식일 수 있다.
RZ-OOK 방식은 NRZ-OOK 방식에 비해 직류 성분이 작다는 장점이 있는 반면에 데이터 전송율 대비 더 많은 대역폭을 필요로 한다는 단점이 있을 수 있다. 다양한 실시예에 따른 잡음에 강건한 패킷 검출(Packet Detection) 방법은 NRZ-OOK 방식을 기본으로 하여 기술되지만, 거의 유사한 방식으로 RZ-OOK 방식에도 적용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 패킷 검출 장치의 블록도를 나타낸다.
패킷 검출 장치(200)는 펄스 정합 필터(230)를 통해 OOK 패킷 검출 시 신호 대 잡음 비를 향상시킬 수 있다. 패킷 검출 장치(200)의 펄스 정합 필터(230)는 오버샘플링 클럭(270)으로 동작함으로써 OOK 패킷의 검출 시간 분해능(resolution of detection time) 및 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 패킷 검출 장치(200)는 패킷 검출 신호 및 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 펄스 정합 필터(230)의 동작을 제어함으로써 전력 소비를 절감할 수 있다.
패킷 검출 장치(200)는 광전 변환기(210), 아날로그 디지털 컨버터(ADC, analog digital converter)(220), 펄스 정합 필터(230), 상관기(240), 패킷 검출 신호 생성기(250), 복조기(260), 및 오버샘플링 클럭(270)를 포함할 수 있다/.
광전 변환기(210)는 OOK 방식으로 변조된 광 무선통신 신호(예: 가시광 통신 신호)를 수신하여 전기 신호로 변환할 수 있다.
아날로그 디지털 컨버터(220)는 광전 변환기(210)로부터 전기 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환할 수 있다. 아날로그 디지털 컨버터(220)는 오버샘플링 클럭(270)에 의해 동작할 수 있다.
펄스 정합 필터(230)는 OOK 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 출력할 수 있다. 펄스 정합 필터(230)는 펄스 주기 동안 펄스의 존재 유무를 판단하는 순간에 입력 신호는 크게 만들고 잡음은 억제할 수 있다. 펄스 정합 필터(230)는 오버샘플링 클럭(270)에 의해 동작할 수 있다.
펄스 정합 필터(230)는 패킷 검출 신호 생성기(250)가 출력한 패킷 검출 신호 및 복조기(260)가 출력한 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 제어될 수 있다. 펄스 정합 필터를 제어하는 동작은 도 6을 통해 자세히 설명하도록 한다.
상관기(240)는 제1 상관도와 프리엠블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 출력할 수 있다. 상관기의 구조 및 동작은 도 3을 통해 자세히 설명하도록 한다. 상관기(240)는 오버샘플링 클럭(270)에 의해 동작할 수 있다.
패킷 검출 신호 생성기(250)는 상관기(240)로부터 획득한 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 상관도가 패킷 검출 임계값보다 크다면, 패킷이 검출되었다는 신호인 패킷 검출 신호를 생성할 수 있고, 제2 상관도가 패킷 검출 임계값보다 작다면 아무런 신호를 생성하지 않을 수 있다. 패킷 검출 신호 생성기(250)는 오버샘플링 클럭(270)에 의해 동작할 수 있다.
패킷 검출 신호 생성기(250)는 패킷 검출 신호를 펄스 정합 필터(230)에 피드백함으로써 펄스 정합 필터(230)의 동작을 제어하는 데에 기여할 수 있다.
복조기(260)는 패킷 검출 신호 생성기(250)로부터 패킷 검출 신호를 수신한 경우 아날로그 디지털 컨버터(220)로부터 수신한 디지털 신호를 복조할 수 있다.
복조기(260)는 디지털 신호를 모두 복조한 후 패킷 복조 완료 신호를 펄스 정합 필터(230)에 피드백함으로써 펄스 정합 필터(230)의 동작을 제어하는 데에 기여할 수 있다.
오버샘플링 클럭(270)은 펄스 심볼을 오버샘플링한 클럭을 발생시킬 수 있다. 이하에서는 도 3을 통해 상관기(240)의 구조 및 동작을 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 도 2에 도시된 상관기의 블록도를 나타낸다.
디지털 무선통신 시스템에서 송신 신호는 패킷 또는 프레임(Frame)의 형태로 전송될 수 있다. 송신되는 패킷의 앞부분에는 특정 코드로 구성된 프리앰블 필드(Preamble Field)가 삽입될 수 있고, 무선통신 시스템의 수신부는 프리앰블 코드를 검출함으로써 디지털 패킷을 검출할 수 있다. 구체적으로, 패킷 검출은 수신 신호와 프리앰블 필드를 구성하는 프리앰블 코드와의 상관도(correlation)의 계산을 통해 이뤄질 수 있다. 상관도는 수신 신호와 프리앰블 코드 사이의 상관된 정도를 나타내고, 수신 신호와 프리앰블 코드가 동일할 때 최대값이 될 수 있다.
도 3은 길이 N의 프리앰블 코드(, , , )와 수신 신호(예: 디지털 신호)와의 상관도를 구하기 위한 상관기(도 2의 상관기(240))의 블록도를 나타낸다. 상관기(240)는 저장기(241), 곱셈기(242), 및 덧셈기(243)를 포함할 수 있다.
저장기(241-1, 241-2, 241-n-1)는 수신 신호의 데이터를 하나씩(예: r(n), r(n-1), , r(n-N-1)) 순차적으로 저장할 수 있다. 저장기(241-1, 241-2, 241-n-1)는 레지스터(register)로 구현될 수 있다.
곱셈기(242-1, 242-2, 242-n)는 저장기(241-1, 241-2, 241-n-1)에 순차적으로 저장된 수신 신호(예: r(n), r(n-1), , r(n-N-1))와 프리앰블 코드(, , , )를 곱셈하여 각각의 상관도를 출력할 수 있다.
덧셈기(243)는 곱셈기(242-1, 242-2, 242-n)로부터 수신한 각각의 상관도를 덧셈하여 수신 신호와 프리앰블 코드의 상관도 값을 출력할 수 있다.
펄스 정합 필터(도 2의 펄스 정합 필터(230))는 상술한 상관기(240)의 형태를 차용하여 구현될 수 있다. 펄스 정합 필터(230)는 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 수신 신호(예: 디지털 신호)의 상관도를 출력할 수 있다. 즉, 펄스 정합 필터(230)는 상관기(240)에서 사용되는 프리앰블 코드(, , , ) 대신에 광 무선통신에 사용되는 펄스를 오버샘플링한 펄스를 이용하여 상관도를 출력할 수 있다.
펄스 정합 필터(230)는 적용된 펄스의 모양에 상관없이 신호 대 잡음비를 향상시키는 데에 기여할 수 있다. 패킷 검출 장치(200)는 기존의 패킷 검출 장치에 펄스 정합 필터(230)를 추가하여 패킷 검출을 수행함으로써 기존의 패킷 검출 장치보다 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
도 4는 펄스 정합 필터를 포함하지 않는 패킷 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 펄스 정합 필터를 포함하지 않은 패킷 검출 장치의 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다. 펄스 정합 필터를 포함하지 않은 패킷 검출 장치는 광전 변환기, 아날로그 디지털 컨버터(ADC, analog digital converter), 상관기, 패킷 검출 신호 생성기, 복조기, 및 클럭을 포함할 수 있다.
시뮬레이션은 자기 상관 특성(Auto-correlation)이 좋은 코드(예: 바커(Barker) 코드, PN 코드, Gold 코드)에 기초하여 구성된 프리앰블 코드를 이용하여 수행된 것일 수 있다. 이하에서는 바커 코드에 기초하여 구성된 프리앰블 코드를 이용한 시뮬레이션을 설명하지만, 프리앰블 코드는 이에 한정되지 않고, 자기 상관성이 좋은 코드에 기초하여 구성될 수 있다.
프리앰블 코드는 11비트 바커 코드인 “11100010010”과 반전 바커 코드인 “00011101101”로 구성될 수 있다. 또한 시뮬레이션은 펄스 심볼을 8배 오버샘플링한 클럭을 이용하여 수행된 것일 수 있다. 오버샘플링은 수신 신호에 관한 정보를 더 확보하는 데에 기여할 수 있다.
신호 clk는 클럭 신호이고, 펄스 심볼을 8배 오버샘플링한 신호일 수 있다. 신호 in_data는 수신한 디지털 NRZ-OOK 신호일 수 있다.
신호 in_corr는 수신 신호와 11비트 바커 코드에 관한 상관도일 수 있다. 상관기는 11비트 바커 코드를 수신할 때 최대 11의 상관도 값을, 반전된 11비트 바커 코드를 수신할 때 최소 -11의 상관도 값을 획득할 수 있다.
신호 corr_sum은 수신 신호와 22비트 프리앰블에 관한 상관도일 수 있다. 상관기는 반전된 11비트 바커 코드에 관한 상관도에 -1을 곱셈한 상관도와 11비트 바커 코드에 관한 상관도를 증가하는 방향으로 덧셈하여 22 비트 프리앰블에 관한 상관도를 출력할 수 있다. 상관기는 최대 22의 상관도 값을 출력할 수 있다.
신호 det_th는 패킷 검출 임계값(예: 20)일 수 있고, 신호 det_flag는 패킷 검출 신호 생성기가 생성하는 패킷 검출 신호일 수 있다. 프리앰블에 관한 상관도 값이 패킷 검출 임계값인 20보다 큰 22가 되는 순간, 패킷 검출 신호 생성기는 패킷 검출 신호 det_flag를 생성할 수 있다.
시간 영역에서의 분해능이 가장 짧은 동작 주기의 역수일 때, 수신한 펄스 심볼의 분해능은 펄스 심볼 주기의 역수일 수 있다. 펄스 정합 필터를 포함하지 않은 패킷 검출 장치가 8배의 오버샘플링 클럭으로 동작하더라도 패킷 검출 장치의 검출 시간 분해능(resolution of detection time)은 펄스 심볼 주파수의 2배만큼만 커질 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 패킷 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 펄스 정합 필터를 포함하는 패킷 검출 장치(도 2의 패킷 검출 장치(200))의 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다. 시뮬레이션은 전술한 시뮬레이션과 동일한 환경에서 수행된 것일 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션은 자기 상관 특성(Auto-correlation)이 좋은 바커(Barker) 코드에 기초하여 구성된 프리앰블 코드를 이용하여 수행된 것일 수 있다. 또한, 프리앰블 코드는 11비트 바커 코드인 “11100010010”과 반전 바커 코드인 “00011101101”로 구성된 것일 수 있고, 시뮬레이션은 펄스 심볼을 8배 오버샘플링한 클럭을 이용하여 수행된 것일 수 있다.
펄스 정합 필터(230) 기반 패킷 검출 장치(200)는 패킷 검출에 있어 검출 시간 분해능 및 검출 정밀도를 오버샘플링 배수만큼 증가시킬 수 있다.
신호 clk는 클럭 신호이고, 펄스 심볼을 8배 오버샘플링한 신호일 수 있다. 신호 in_data는 수신한 디지털 NRZ-OOK 신호일 수 있다.
신호 matched는 수신 신호 in_data와 변조 펄스를 오버샘플링한 펄스의 상관도일 수 있다. 예를 들어, 변조 펄스를 8배 오버샘플링한 펄스는 "11111111"일 수 있다.
신호 in_corr는 신호 matched와 11비트 Barker 코드에 관한 상관도일 수 있다. 상관기(240)는 11비트 바커 코드를 수신할 때 최대 88의 상관도 값을, 반전된 11비트 바커 코드를 수신할 때 최소 -88의 상관도 값을 획득할 수 있다.
신호 corr_sum은 수신 신호와 22비트 프리앰블에 관한 상관도일 수 있다. 상관기(240)는 반전된 11비트 바커 코드에 관한 상관도에 -1을 곱셈한 상관도와 11비트 바커 코드에 관한 상관도를 증가하는 방향으로 덧셈하여 22 비트 프리앰블에 관한 상관도를 출력할 수 있다. 상관기(240)는 최대 176의 상관도 값을 출력할 수 있다.
신호 det_th는 패킷 검출 임계값(예: 144)일 수 있고, 신호 det_flag는 패킷 검출 신호 생성기(250)가 생성하는 패킷 검출 신호일 수 있다. 프리앰블에 관한 상관도 값이 패킷 검출 임계값인 144보다 큰 176가 되는 순간, 패킷 검출 신호 생성기(250)는 패킷 검출 신호 det_flag를 생성할 수 있다.
펄스 정합 필터(230)는 8배의 오버샘플링 클럭으로 동작하고, 펄스 정합 필터(230)의 출력 신호 matched의 분해능은 오버샘플링 배수(예: 8배)만큼 증가될 수 있다. 또한 신호 in_corr의 최대값도 11에서 88로, 신호 corr_sum의 최대값도 22에서 176으로 각각 오버샘플링 배수만큼 증가될 수 있다. 신호in_corr 및 신호 corr_sum의 분해능 또한 오버샘플링 배수만큼 증가될 수 있다.
도 4에서의 일반적 패킷 검출 장치는 수신 펄스 신호 in_data가 바로 상관기로 입력되고, 실시예에 따른 펄스 정합 필터(230) 기반 패킷 검출 장치(200)는 수신 펄스 신호 in_data가 오버샘플링된 펄스들의 역순을 계수로 하는 펄스 정합 필터(230)를 거쳐서 상관기(240)로 입력될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일반적 패킷 검출 장치가 펄스 심볼 클럭을 8배 오버샘플링한 클럭을 사용하더라도 일반적 패킷 검출 장치가 각각 출력한 신호 in_corr 및 신호 corr_sum의 분해능은 펄스 심볼 주파수의 2배만큼만 증가할 수 있다. 펄스 정합 필터(230) 기반 패킷 검출 장치(200)가 수행한 도 5의 시뮬레이션 결과를 참조하면, 패킷 검출 장치(200)가 각각 출력한 신호 in_corr 및 신호 corr_sum의 분해능은 오버샘플링 배수(8배)만큼 증가할 수 있다.
펄스 정합 필터(230) 기반 패킷 검출 장치(200)는 상술한 것과 같이 패킷 검출에 있어 검출 시간 분해능을 오버샘플링 배수만큼 증가시킬 수 있다.
또한, 펄스 정합 필터(230) 기반 패킷 검출 장치(200)는 패킷 검출에 있어 검출 정밀도를 오버샘플링 배수만큼 증가시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 신호 corr_sum의 값이 최대 22에서 최대 176으로 오버샘플링 배수만큼 증가되므로 패킷 검출 임계값(det_th)의 범위 또한 오버샘플링 배수만큼 증가될 수 있다. 증가된 패킷 검출 임계값의 범위에 기초하여, 패킷 검출 임계값은 유연하게 설정될 수 있고, 또한 프리앰블이 아닌 다른 신호를 패킷으로 검출하는 오경보(False Alarm)나 프리앰블 신호를 검출하지 못하여 패킷 검출 기회를 놓치는 미검출(Miss Detection)이 줄어들 수 있다. 따라서 패킷 검출 정밀도가 증가될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 펄스 정합 필터의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
무선통신 시스템은 많은 경우에 휴대 편리성을 위해 배터리에 기반하여 동작하는데, 이 경우 수신부에서의 저전력이 크게 요구된다. 디지털 시스템에서 전력 소비는 동적 전력 소비(dynamic power consumption) 및 정적 전력 소비(static power consumption)로 나뉠 수 있다. 동적 전력은 신호가 0과 1 사이에서 변경될 때 커패시턴스를 충전하는데 사용되는 전력이고, 정적 전력은 신호가 변경되지 않고 시스템이 유휴(idle) 상태인 경우에도 사용되는 전력일 수 있다. 동적 전력은 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
수학식1에서 C는 충전용량과 관련된 커패시턴스, VDD는 공급 전원의 전압, f는 스위칭 주파수일 수 있다. 수학식 1을 참조하면, 디지털 시스템에서 동적 전력 소비를 줄이기 위해서는 커패시턴스, 공급 전압, 스위칭 주파수 등의 요소들을 작게 만들어야 한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 디지털 시스템에서 신호가 변경되지 않는 유휴(idle) 상태인 경우, 스위칭 주파수는 0이 되어 동적 전력 소비가 일어나지 않게 된다.
패킷 검출 모듈(예: 도 2의 펄스 정합 필터(230), 상관기(240), 패킷 검출 신호 생성기(250))은 복조기(예: 도 2의 복조기(260))가 복조를 통해 수신 데이터를 검출하였을 때, 그 다음 패킷을 검출하기 위한 역할을 수행할 필요가 있다. 즉, 패킷이 검출되지 않은 상태에서는 패킷 검출 신호 모듈이 패킷을 검출하기 위해 동작하여야 하지만, 패킷이 검출된 상태에서 복조기가 수신 데이터를 검출하는 동안에는 패킷 검출 모듈이 동작할 필요가 없다.
도 2를 참조하면, 패킷 검출 신호 생성기(250)의 출력인 패킷 검출 신호가 펄스 정합 필터(230)에 피드백되어 입력됨을 확인할 수 있다. 또한, 복조기(260)의 출력인 패킷 복조 완료 신호가 펄스 정합 필터(230)에 피드백되어 입력됨을 확인할 수 있다.
간단한 모니터링/제어 회로를 포함하는 펄스 정합 필터(230)는 패킷이 검출되었음을 알리는 패킷 검출 신호를 모니터링하다가 패킷 검출 신호가 확인되면 비활성화될 수 있고, 패킷의 복조 완료 신호를 모니터링하다가 패킷 복조 완료 신호가 확인되면 다시 활성화될 수 있다.
도 3의 상관기(240) 구조를 참조하면, 펄스 정합 필터(230)가 패킷 검출 신호를 확인하고 비활성화되어 '0'을 출력하면, 상관기(240) 또한 '0'을 출력할 수 있다. 구체적으로, 펄스 정합 필터(230)의 출력 ‘0’을 입력 받는 저장기(241)의 값이 모두 ‘0’이 되면, 저장기(241) 값을 프리앰블 코드에 곱셈하여 덧셈하는 상관기(240)의 구조 상 비활성화되어 상관기(240) 또한 '0'을 출력할 수 있다. 이에 상관기(240)의 출력 ‘0’을 입력 받는 패킷 검출 신호 생성기(250)도 자연스럽게 비활성화될 수 있다.
펄스 정합 필터(230)가 복조기(260)으로부터 패킷 복조 완료 신호를 수신하면, 펄스 정합 필터(230)는 활성화되어 '0'이 아닌 값을 출력할 수 있다. 이에 상관기(240) 및 패킷 검출 신호 생성기(250)도 활성화될 수 있다.
도 6을 참조하면, 펄스 정합 필터(230)의 제어 동작에 대응하는 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다. 도 6에서 신호 demod_done는 복조기(260)가 출력하는 패킷 복조 완료 신호일 수 있다. 나머지 도 6의 신호들은 도 5에서 전술한 신호들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
지점 601에서, 패킷 검출 신호 생성기(250)가 패킷 검출 신호(det_flag)를 생성하여 펄스 정합 필터(230)에 피드백하면, 펄스 정합 필터(230)는 비활성화 상태로 돌입하고 펄스 정합 필터(230)가 출력하는 신호 matched가 지속적으로 '0'의 값을 가질 수 있다.
지점 602에서, 상관기(240)는 펄스 정합 필터(230)가 지속적으로 출력하는 '0'의 값을 수신하여, 상관기(240)가 획득하는 신호 in_corr가 지속적으로 '0'의 값을 가질 수 있다.
지점 603에서, 상관기(240)가 출력하는 신호 corr_sum가 지속적으로 '0'의 값을 가질 수 있다. 이에, 상관기(240)의 출력 ‘0’을 입력 받는 패킷 검출 신호 생성기(250)도 비활성화될 수 있다. 이 때, 펄스 정합 필터(230), 상관기(240), 패킷 검출 신호 생성기(250)가 비활성화되어 전력 소비가 절감될 수 있다.
지점 604에서, 복조기(260)는 패킷 복조 완료 신호 demod_done를 출력하여, 다시 펄스 정합 필터(230), 상관기(240), 패킷 검출 신호 생성기(250)가 활성화될 수 있다.
패킷 검출 장치(200)는 패킷 검출 신호 및 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 펄스 정합 필터(230)의 동작을 제어함으로써 전력 소비를 절감할 수 있다.

Claims (15)

  1. 광 무선통신 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기;
    상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터;
    변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 출력하는 펄스 정합 필터;
    상기 제1 상관도와 프리앰블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 출력하는 상관기;
    상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 패킷 검출 신호 생성기; 및
    상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 복조기
    를 포함하고,
    상기 광 무선통신 신호는 OOK(ON-OFF Keying) 방식으로 변조된 것이고,
    상기 변조 펄스는 OOK 변조 펄스인 것인,
    패킷 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 정합 필터는,
    오버샘플링 클럭으로 동작하는 것인,
    패킷 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리앰블 코드는,
    바커 코드와 반전된 바커 코드가 결합된 것인,
    패킷 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 정합 필터는,
    상기 패킷 검출 신호 및 상기 복조기가 출력하는 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 제어되는,
    패킷 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 펄스 정합 필터는,
    상기 패킷 검출 신호에 의해 비활성화되는,
    패킷 검출 장치.
  7. 제5항에 있어서
    상기 펄스 정합 필터는,
    상기 패킷 복조 완료 신호에 의해 활성화되는,
    패킷 검출 장치.
  8. 광 무선통신 신호를 전기 신호로 변환하는 동작;
    상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 동작;
    변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 획득하는 동작;
    상기 제1 상관도와 프리앰블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 획득하는 동작;
    상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 동작; 및
    상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 동작
    을 포함하고,
    상기 광 무선통신 신호는 OOK(ON-OFF Keying) 방식으로 변조된 것이고,
    상기 변조 펄스는 OOK 변조 펄스인 것인,
    패킷 검출 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 상관도는,
    오버샘플링 클럭으로 동작하는 펄스 정합 필터에 의해 획득되는 것인,
    패킷 검출 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 프리앰블 코드는,
    바커 코드와 반전된 바커 코드가 결합된 것인,
    패킷 검출 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 펄스 정합 필터는,
    상기 패킷 검출 신호 및 상기 디지털 신호가 복조된 후에 출력되는 패킷 복조 완료 신호에 기초하여 제어되는,
    패킷 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 펄스 정합 필터는,
    상기 패킷 검출 신호에 의해 비활성화되는,
    패킷 검출 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 펄스 정합 필터는,
    상기 패킷 복조 완료 신호에 의해 활성화되는,
    패킷 검출 방법.
  15. 광 신호를 수신하는 수광 모듈; 및
    수신한 광 신호 중에서 광 무선통신 신호를 검출하는 패킷 검출 장치
    를 포함하고,
    상기 패킷 검출 장치는,
    상기 광 무선통신 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기;
    상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터;
    변조 펄스를 오버샘플링한 펄스와 상기 디지털 신호의 상관된 정도를 나타내는 제1 상관도를 출력하는 펄스 정합 필터;
    상기 제1 상관도와 프리앰블 코드의 상관된 정도를 나타내는 제2 상관도를 출력하는 상관기;
    상기 제2 상관도와 패킷 검출 임계값을 비교하여 패킷 검출 신호를 생성하는 패킷 검출 신호 생성기; 및
    상기 패킷 검출 신호에 기초하여 상기 디지털 신호를 복조하는 복조기
    를 포함하고,
    상기 광 무선통신 신호는 OOK(ON-OFF Keying) 방식으로 변조된 것이고,
    상기 변조 펄스는 OOK 변조 펄스인 것인,
    광 무선통신 장치.
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