KR19990008552A - 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 WLL 시스템의 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법은, 단축 시퀀스를 발생시키는 단계; 상기 단축 시퀀스 가운데에서 부 첨두가 가장 작은 것들을 선택하는 단계; 상기 부 첨두 값이 특정 값 이내까지 낮아지는 값을 갖는 탭쌍을 선택하는 단계; 상기 선택된 탭쌍 가운데 비트 삽입 시에 분산 값이 가장 작은 단축 시퀀스를 자기 상관 특성이 가장 우수한 것으로 선택하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

무선 가입자 망 시스템에서 동기를 맞추기 위해 사용되는 단축 시퀀스의 주기를 128비트로 맞추기 위해 최장 주기 의사 잡음 시퀀스에 비트를 삽입함에 있어서, 종래에는 단지 의사 잡음 시퀀스의 맨 뒤에 비트 '0'를 삽입하였다. 그러나 본 발명은 삽입되는 비트의 위치와 값을 해당 단축 시퀀스의 자기 상관 특성에 따라 변경시킬 수 있도록 함으로써 시스템에서 사용되는 채널의 동기 작업을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있으며, 시스템의 성능 향상에도 도움을 주도록 한다.

Description

의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법

본 발명은 의사 잡음 코드(Pseudorandom Noise Code: PN 코드)의 자기 상관 특성(Autocorrelation Characteristic) 개선 방법에 관한 것으로서, 특히 무선 가입자 망(Wireless Local Loop: WLL) 시스템에서 사용되는 의사 잡음 코드의 하나인 단축 시퀀스(Sequence)의 성능을 개선시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

통신 시스템에서 사용되는 수신기는 신호를 수신하자마자 전송이 곧 시작될 것으로 결정하여, 동기를 위해 정확한 시간 기준을 설정한다.

동기(Synchronization), 특히 시스템의 초기 동기 시에는, 신호의 자기 상관 함수가, 0 천이에서는 가능한 한 크고 다른 모든 천이에서는 아주 작은 값을 갖는 신호(코드)를 사용하는 것이 바람직하다.

이 목적을 달성하기 위해 송신기와 수신기의 메모리에 특정 코드어를 저장할 수도 있지만, 상대적으로 간단한 선형 시스템, 즉 천이 레지스터(Shift Register) 수열 생성기를 사용함으로써, 매우 좋은 자기 상관 특성을 갖는 코드를 발생시킬 수 있다.

천이 레지스터는 이진 메모리를 직렬로 연결해 놓은 것을 말한다. 각각의 메모리에 있는 이진 값은, 클럭을 받아 다음 메모리로 전송된다. 따라서 3단 천이 레지스터의 출력은 세 번의 클럭간격만큼 지연된 입력이 된다.

그리고 어떠한 순간에도, 이 천이 레지스터는 입력 비트열 중에서 가장 최근의 연속한 세 비트를 포함하게 될 것이다.

천이 레지스터 수열 생성기는 n단의 천이 레지스터와 입력으로 궤환되는 논리 결합기에 연결된 출력으로 구성된다. 상기 천이 레지스터 n개중의 일부는 탭(tap)을 갖는다.

도 1 은 3단 천이 레지스터로 구성된 7비트 의사 잡음 시퀀스 발생기의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, S1, S2, S3 3개의 천이 레지스터로 구성되며, S2 는 탭을 가지고 있다.

클럭이 가해져 천이가 발생하면 S1 에는, 출력되는 S3 의 값을 궤환시켜 탭을 가지는 레지스터 S2 와 이진 가산된 값이 입력된다.

n단 코드의 천이에 따라 비게 되는 가장 나중의 비트(S1)는, 가장 최근의 비트를 저장한 천이 레지스터(S3), 즉 출력과 연결된 레지스터의 비트(S3)와 탭을 가지고 있는 천이 레지스터(S2)의 비트 값을 2진 가산한 값을 궤환하여 사용하게 된다.

상기와 같이 n단 천이 레지스터로 구성된 의사 잡음 코드 발생기는, 모든 비트가 0인 경우를 제외한 2ⁿ-1개의 n비트 출력을 순서 없이 연속적으로 발생시키게 된다.

상기와 같이 발생된 비트 열은, 천이 레지스터의 수와 탭의 선택을 알고 있는 사람 외에는 임의의 잡음 코드처럼 보이기 때문에 의사 잡음 시퀀스(Pseudorandom Noise Sequence: PN 시퀀스)라고 불린다.

모든 의사 잡음 시퀀스는 최대 자기 상관 값이 0 천이에서 주어지고, 한 주기 내의 다른 모든 천이에서는 자기 상관 값이 감소한다. 결과적으로 상기 코드에 대한 전력 스펙트럼 밀도는 수열길이가 증가함에 따라 백색 스펙트럼 밀도에 접근한다.

상기와 같이 발생하는 의사 잡음 시퀀스는, 주어진 길이를 갖는 천이 레지스터에 의해 만들어 질 수 있는 가장 긴 길이의 코드, 즉 최장 주기 코드(maximal-length codes)에 속한다.

이상적인 최장 주기 코드의 자기 상관 함수는 주된 첨두에서 최대 값을 갖고 나머지 값들은 모두 일정하다.

n단 천이 레지스터의 모든 탭 조합이 최장 주기 코드를 생성하는 것은 아니다. 특정 단을 가지는 의사 잡음 코드 발생기에 대한 최장 주기 코드를 생성할 수 있는 탭의 조합을 표 2 에 나타내었다.

n	수열길이	궤환 탭	출력 수열
2	3	레지스터 1	110
3	7	레지스터 2	1110010
4	15	레지스터 3	111100010011010
5	31	레지스터 2	1111100100100100001010111011000

의사 잡음 시퀀스는 디지털 통신 시스템에서 동기화를 위해 널리 쓰인다. 흔히 초기 동기화가 목적이라면, 여러 주기의 동기화 코드어가 보내지며, 수신기는 두 개의 연속적인 동기화 코드어가 동일한지를 살핀다.

일반적인 동기탐색 과정에서는, 수신된 비트 열의 비트는 수신기 천이 레지스터에 인가되어, 동기화 코드어를 저장한 두 번째 천이 레지스터의 내용과 비교된다. 만약 같지 않으면 이 과정이 계속 반복되고, 같으면 다음 비트를 받아들어 비교한다.

2비트 오차 허용 한계 내에서 두 개의 연속적인 동기 코드어가 검색되고 나면, 수신기는 동기화가 이루어진 것으로 결정한다.

의사 잡음 시퀀스를 통해 상기와 같이 동기가 이루어졌음이 확인되면, 의사 잡음 시퀀스 뒤로 데이터 전송을 위한 특별한 메시지가 전송된다.

코드 분할 다중화(Code Division Multiple Access: CDMA) 시스템에서, 의사 잡음 시퀀스는 다음과 같은 작업을 수행하기 위하여 사용된다.

즉, 변조된 신호의 대역폭을 더 넓은 전송 대역폭으로 확장시키기 위해서, 그리고 같은 주파수 채널 내 다중 액세스 채널을 가지는 구조에서 같은 전송 대역폭을 사용하는 사용자들을 구분하기 위하여 사용된다.

도 2 는 일반적인 의사 잡음 코드 발생기의 구성도를 보인 것이다.

도시된 바와 같이, 무선 가입자 망 시스템에 사용되는 의사 잡음 코드 발생기는, 기본 코드와 단축 시퀀스와의 이진 가산(Modulo 2 sum)을 통해 최장 주기 코드를 발생시키는 구조로 되어 있다

실제 시스템에는 단축 시퀀스를 발생시키기 위하여, 7단 천이 레지스터를 가지는 최장 주기 시퀀스 발생기가 사용된다.

도 3 은 7단 최장 주기 시퀀스 발생기의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 그림은 탭[7,6,5,2]를 가지는 시퀀스 발생기이므로, 천이 레지스터 S7, S6, S5, S2에 이진 가산기가 부가되어 있다.

최장 주기 시퀀스 발생기로 입력되는 초기 값이 8진수인 0_o177로 주어진다면, 이진수로는 '1111111'이 입력되므로, 최장 주기 시퀀스 발생기의 모든 천이 레지스터들이 '1'로 초기화됨을 의미한다.

상기와 같은 구조의 최장 주기 시퀀스 발생기는 클럭이 한번 들어올 때마다 한 비트씩의 코드를 연속해서 발생시키게 된다.

무선 가입자 망 시스템에 사용되는 단축 시퀀스는 동기 문제 등의 여러 가지 이유로 인해, 그 주기가 2의 배수(짝수)가 되어야 한다. 그러나 상기와 같이 발생된 7단 최장 주기 시퀀스의 주기는 127비트로 홀수이다.

그러므로, 7단 천이 레지스터로 최장 주기 시퀀스를 만들어 낸 뒤에, 마지막에 비트 '0'를 삽입함으로써, 단축 시퀀스 128 코드를 만들어 낸다.

도 4 는 종래 기술에 의한 단축 시퀀스 발생기의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 탭[7,6,5,2]를 가지는 최장 주기 시퀀스 발생기에 초기 값으로 0_o177을 입력함으로써 127비트의 최장 주기 코드가 발생되었다.

상기와 같이 발생된 코드의 맨 뒤에 비트 '0'를 추가함으로써, 128비트의 단축 시퀀스를 발생시킨다.

의사 잡음 코드의 타이밍 정렬을 고려하면 단축 시퀀스를 짝수로 맞춰야 하기 때문에, 상기와 같이 비트 하나를 삽입함으로써 문제를 해결한다.

그러나, 비트를 추가함으로써 획득된 단축 시퀀스는, 의사 잡음 시퀀스로서 가져야할 자기 상관 특성이 상당히 떨어지게 되므로 결과적으로 시스템의 성능이 저하될 수 있다.

이상적인 의사 잡음 코드의 경우, 코드에 대한 자기 상관 함수는 전체 주기에서 최대 값을 가지는 주 첨두(Major Peak)가 하나만 존재하여야 하므로, 일반적인 주 첨두 외의 다른 첨두, 즉 부 첨두(Minor Peak)들은 아주 작아져야만 성능이 좋은 시퀀스라 할 수 있다.

발생된 코드에 대한 자기 상관 함수는 수학식 1과 같이 표시된다.

: 두 의사 잡음 시퀀스의 옵셋

: 의사 잡음 시퀀스

도 5 는 의사 잡음 코드에 대한 전형적인 자기 상관 특성함수를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 여러 개의 첨두가 존재하며 양 또는 음 방향으로 절대값이 가장 큰 첨두를 주 첨두라고 한다.

기존 기술을 사용할 경우, 128의 값을 갖는 주 첨두와 더불어, 부 첨두 중 가장 큰 첨두, 즉 두 번째 첨두의 값은 ±16이 된다. 이것은 매우 큰 값으로서, 본래 127비트 최장 주기 시퀀스에 비해서 성능이 저하된 시퀀스를 얻게 되었다고 볼 수 있다.

즉, 종래 기술에서와 같이, 최장 주기 시퀀스의 맨 마지막에 비트 '0'를 추가하여 단축 시퀀스를 발생시키게 되면, 본래의 최장 주기 시퀀스에 비해 자기 상관 특성이 매우 저하된다는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여,

의사 잡음 코드 발생기의 탭 위치를 바꾸고, 단축 시퀀스의 주기를 맞추기 위해 삽입되는 비트의 값과 위치를 적절히 조절할 수 있는 방법을 제공함으로써, 단축 시퀀스의 자기 상관 특성을 보다 개선시키는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 3단 천이 레지스터에 의한 의사 잡음 코드 발생기의 구성도.

도 2 은 무선 가입자 망 시스템에서 최장 길이 코드 발생기의 구성도.

도 3 는 7단 최장 주기 의사 잡음 시퀀스 발생기의 구성도.

도 4 는 종래 기술에 의한 단축 시퀀스 발생기의 구성도.

도 5 는 의사 잡음 코드에 대한 자기 상관 특성함수.

도 6 는 단축 시퀀스에 대해 두 번째 첨두 값이 가장 작은 경우를 나타낸 도표

도 7 은 본 발명에 의한 단축 시퀀스 발생의 실시예.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은,

최장 주기 시퀀스를 발생시키는 단계와; 상기 최장 주기 시퀀스에서 임의의 위치에 임의의 비트를 넣음으로써 발생된 모든 종류의 단축 시퀀스에 대한 자기 상관 함수에 대하여, 편차 값이 가장 작아지는 경우에 대한 비트 삽입 위치 및 비트 값을 선택하여 상기 최장 주기 시퀀스에 삽입하는 단계로 구성되어 있다.

7단 천이 레지스터로 최장 주기 시퀀스를 발생시킬 수 있는 탭의 쌍은 모두 9가지이다. 즉, [7,1], [7,3], [7,3,2,1], [7,4,3,2], [7,6,4,2], [7,6,3,1], [7,6,5,2], [7,6,5,4,2,1], [7,5,4,3,2,1]의 9가지 경우이다.

상기와 같은 각 탭의 쌍으로부터 9가지의 127비트 주기의 의사 잡음 시퀀스를 얻을 수 있다.

상기의 의사 잡음 시퀀스로부터 128비트의 단축 시퀀스를 얻기 위하여는, 각 의사 잡음 시퀀스내 임의의 위치에 '0' 또는 '1'을 삽입하여야 한다.

이때, 시스템의 특성이 가장 좋은 시퀀스를 얻기 위하여 각각의 단축 시퀀스 코드에 대한 자기 상관 함수를 구하여, 두 번째 첨두가 가장 작은 경우를 찾는다.

127비트 의사 잡음 시퀀스 1개당 모두 254(2×127)가지의 가능한 128 단축 시퀀스가 만들어지므로, 이들 중에서 자기 상관 함수의 두 번째 첨두를 구한다.

이때, 자기 상관 함수는 양과 음의 값을 모두 가지므로, 실제로 시스템에 응용되기 위해서는 양의 값과 음의 값이 모두 작아야만 바람직하다.

도 6 은 특정 탭상의 최장 주기 시퀀스에 대해 두 번째 첨두 값이 가장 작은 경우를 나타낸 도표이다.

도시된 바와 같이, 7 단 천이 레지스터로 발생시킬 수 있는 모든 경우의 단축 코드 데이터 중에서, 부 첨두 중 가장 값이 큰 첨두인 두 번째 첨두(Second Peak)가 가장 작은 데이터들을 선별해서 나타내었다.

도 6 의 +Min.의 열은, 양의계산결과 최소의 양의 두 번째 첨두 값과 그에 따른 음의 두 번째 첨두 값을 나타낸 것이다. 마찬가지로 -Min.의 열은, 음의계산결과 최소의 음의 두 번째 첨두 값과 그에 따른 양의 두 번째 첨두 값을 나타낸 것이다.

도시된 값들은 9가지 탭의 쌍에 대한 254개의 의사 잡음 코드를 모두 계산하여 얻은 값들이다.

예를 들어 [7,1]탭을 사용하여 비트 '0'를 127비트의 코드 중 가능한 모든 위치에 넣은 경우, 양의에 대한 양의 방향의 두 번째 첨두 값은 12이고 음의 방향으로는 -16이다.

또한 음의에 대한 양의 방향의 두 번째 첨두 값은 16이고 음의 방향으로는 -12이다.

[7,1] 탭에 대해, 비트 1을 삽입한 경우, 양의에 대한 양의 방향의 두 번째 첨두 값은 8로 작으나, 음의 방향의 두 번째 첨두 값이 -16으로 매우 크므로, 이 경우는 부적합하다.

계산된 데이터로부터의 두 번째 첨두가 ±12일 때 가장 우수한 특성을 보임을 알 수 있다. 그러므로, 두 번째 첨두가 ±12인 경우에 대한 탭 쌍과, 해당 비트 삽입 위치 및 비트 값을 선택하여 사용한다.

종래 기술에서는 두 번째 첨두의 값이 ±16이었으므로, 종래 기술에 비해 보다 나은 자기 상관 특성을 가지는 단축 시퀀스를 사용할 수 있다.

상기 도 6 에 도시된 2286(9×254)개의 코드 중, 두 번째 첨두가 ±12인 의사 잡음 코드는 다수가 존재하므로, 이들간의 우열을 가릴 필요가 있다.

그러므로 상기 여러 코드에 대한 선택을 위해, 각 코드의값에 대한 편차가 가장 작은 값을 취하도록 한다.

즉, 이 탭의 쌍 중에서 비트 삽입시 편차가 가장 작은 경우를 선택하면 자기 상관 특성이 가장 우수한 코드를 얻을 수 있다.

상기와 같은 방법을 통해 선택된 탭쌍과 비트 삽입 위치 및 비트 값에 의해 생성된 코드를 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

의사 잡음 코드의 탭은 [7,6,3,1]로 선택하고, 79번 비트의 다음 위치에 비트 '0'을 삽입한다. 상기와 같은 탭 및 삽입 비트에 의하여 출력된 코드는 표 1과 같다.

코드	11111101001100001101000010100101101100101010110001000001001111100111001001000110001101111000000111010100010111000111101110110101

종래 기술에 의해 코드의 맨 마지막에 비트 '0'를 부가한 128비트 코드의 편차를 1로 할 때, 본 발명에 의해 발생된 128비트 코드의 자기 상관 함수에 대한 표준 편차는 0.6으로 종래 기술에 비해 매우 작아진다.

즉, 시스템의 성능이 종래 기술보다 매우 향상되었음을 알 수 있다.

도 7 은 본 발명에 의한 단축 시퀀스 발생기의 실시예를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 탭[7,6,3,1]을 가지며 127비트의 의사 잡음 코드를 발생시키기 위한 7단 최장 주기 시퀀스 발생기와; 사용자에 의해 선택된 비트를 임의 위치에 넣을 수 있는 비트 삽입기로 구성되어 있다.

단축 시퀀스의 자기 상관 특성은 곧 긴 코드의 자기 상관 특성에 직접적인 영향을 미치므로, 상기와 같은 과정을 거쳐 얻어진 향상된 성능의 단축 시퀀스를 사용함으로써, 여러 기지국들의 세력 분별에 사용되는 파일럿 채널의 동기 작업을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있게 한다.

상기와 같이 동작하는 본 발명은,

단축 시퀀스가 최장 주기 시퀀스에 근접한 자기 상관 특성을 갖게 되어, 긴 코드의 자기 상관 특성이 개선된다. 또한 긴 코드의 자기 상관 값들 중 부 첨두 값이 낮아짐에 의해 수신단의 동기 알고리즘의 설정시 구조가 간단해지고 잡음 면역성이 보다 강해질 수 있으므로, 결과적으로 시스템의 성능을 향상시키게 된다.

Claims (5)

1. 무선 가입자 망 시스템에 사용되는 의사 잡음 코드 발생기에 있어서, 비트 삽입을 통하여 단축 시퀀스를 발생시키는 단계 1과;

   상기 단축 시퀀스 가운데에서 부 첨두가 가장 작은 시퀀스들을 선택하는 단계 2;

   상기 부 첨두값이 특정값 이내까지 낮아지는 경우에 대한 탭쌍을 선택하는 단계 3;

   상기 선택된 탭쌍에 의해 발생된 단축 시퀀스 중에서, 분산값이 가장 작은 단축 시퀀스를 자기 상관 특성이 가장 우수한 것으로 선택하는 단계 4를 포함하여 이루어지는 것이 특징인, 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 3의 부 첨두의 특정값 범위가 ±12 인 것이 특징인, 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   단축 시퀀스의 자기 상관 특성을 최장 주기 시퀀스의 자기 상관 특성에 근접시키는 것이 특징인, 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   최장 길이 코드의 자기 상관 값들 가운데 부 첨두값을 낮춰서 수신단의 동기알고리즘 설정시 구조를 간단하게 하고 잡음 면역성을 강하게 해주는 것이 특징인, 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   최장 주기 시퀀스에 비트 삽입 위치와 값을 변경하여 특성을 개선시키는 것이 특징인, 의사 잡음 코드의 자기 상관 특성 개선 방법.