KR19990065801A - Rapid acquisition means and method of PN signal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직접시퀀스 대역확산시스템(Direct Sequence Spread Spectrum System; 이하 DS/SS시스템이라함)에서 최대한 짧은 시간에 의사잡음신호를 포착하는 수단 및 그 방법에 관한 것으로, 포착수단은 일정시간 동안 수신되는 의사잡음신호(제 1PN신호)의 위상을 추정하여 위상추정치를 출력하는 위상추정기 및 일정시간 경과 후 수신되는 제 2PN신호와 위상추정기로부터 위상추정치를 입력받아 이 위상추정치를 바탕으로하여 제 3PN신호의 위상을 변화시키면서 제 2PN신호와의 위상일치를 검색하여, 위상이 일치하면 위상일치신호를 직접시퀀스 대역확산시스템 내의 추적수단으로 출력하는 위상일치검색기를 포함한다. 포착방법은 일정시간 동안 수신되는 제 1PN신호의 위상을 추정하여 추정된 위상추정치를 출력하는 단계 및 일정시간 경과 후 수신되는 제 2PN신호와 추정된 위상추정치를 바탕으로하여 제 3PN신호의 위상을 변화시키면서 제 2PN신호와의 위상일치를 검색하는 단계로 이루어진다. 이와 같은 포착수단과 포착방법은 최대한 빠른 시간에 수신되는 PN신호의 위상을 추정한 후 PN신호의 위상일치를 검색하므로 데이터 송수신에 필요한 대기시간을 크게 줄임으로써 DS/SS시스템전체의 성능을 향상시키는 잇점이 있다.The present invention relates to a means and a method for capturing a pseudo noise signal in a shortest possible time in a direct sequence spread spectrum system (hereinafter referred to as a DS / SS system) A phase estimator for estimating a phase of a pseudo noise signal (first PN signal) and outputting a phase estimate; a phase estimator for receiving a phase estimate from a second PN signal and a phase estimator received after a predetermined period of time; And a phase matching detector for searching for phase coincidence with the second PN signal while changing the phase and outputting the phase coincidence signal directly to the tracking means in the sequence spread spectrum system when the phases coincide with each other. The method includes: estimating a phase of a first PN signal received for a predetermined period of time; outputting an estimated phase estimate; estimating a phase of a third PN signal based on a second PN signal received after a predetermined period of time; And searching for phase coincidence with the second PN signal. Such an acquisition means and an acquisition method estimate the phase of the received PN signal as soon as possible and then search for the phase coincidence of the PN signal, thereby improving the performance of the entire DS / SS system by greatly reducing the waiting time required for data transmission and reception There is an advantage.
Description
본 발명은 직접시퀀스 대역확산시스템(Direct Sequence Spread Spectrum System; 이하 DS/SS시스템이라함)의 의사잡음신호(Pseudo Noise signal; 이하 PN신호라함)를 포착하는 포착수단 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최대한 짧은 시간에 수신되는 PN신호의 위상을 추정한 후 PN신호의 위상일치를 검색하는 포착수단 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an acquisition means for acquiring a pseudo noise signal (hereinafter referred to as PN signal) of a direct sequence spread spectrum system (hereinafter referred to as a DS / SS system) and a method thereof, To an acquisition means for estimating the phase of a received PN signal in a shortest possible time and then searching for the phase coincidence of the PN signal, and a method thereof.
DS/SS통신기법은 기저 대역신호를 심벌율보다 월등히 높은 주파수의 PN신호로 대역확산하여 전송하고, 수신측에서는 PN신호를 동기시킨 후 이를 이용하여 수신 PN신호를 협대역신호로 바꾼 후 복조하는 시스템이다. 이 시스템은 보안에 유리하고 재밍(jamming)에 강하며 다중 억세스에 적합하여 군사용과 코드분할다중화방식(CDMA)의 상용 시스템으로서 널리 이용되고 있다.The DS / SS communication scheme spreads the baseband signal to a PN signal of a frequency much higher than the symbol rate, and synchronizes the PN signal on the receiving side, then converts the received PN signal into a narrowband signal to be. This system is advantageous for security, strong in jamming, and suitable for multiple accesses, and is widely used as a commercial system of military and code division multiplexing (CDMA).
수신측의 수신기에서 대역확산신호를 수신하기 위해서는 먼저, 수신되는 PN신호의 위상을 수신기의 PN신호의 위상과 같게 하는 동기화과정이 필요하다. 이 동기화과정은 크게 포착(acquisition)과 추적(tracking)의 두 단계로 이루어진다. 포착은 대역확산된 PN신호의 한 개 칩(chip)의 기간내로 위상동기가 이루어지도록 하는 단계이고, 추적은 수신되는 PN신호와 수신기의 PN신호의 동기가 정확하게 맞는지 판단하고, 일단 동기가 맞으면 이를 유지하는 단계이다. 이러한 추적을 위한 시스템은 비교적 간단하게 구현할 수 있으나, 포착을 위한 시스템은 성능에 따라 구성 및 복잡도가 많이 다르고, 포착을 위한 요구조건에 맞게 구현하기가 어렵다.In order to receive the spread spectrum signal from the receiver at the receiver side, a synchronization process is required to make the phase of the received PN signal equal to the phase of the PN signal of the receiver. This synchronization process consists of two stages: acquisition and tracking. The acquisition is a step of performing phase synchronization within a period of one chip of the spread PN signal. In the tracking, it is determined whether the received PN signal and the PN signal of the receiver are correctly synchronized. Respectively. The system for tracking can be relatively simple to implement, but the system for capturing is very different in configuration and complexity from performance to performance, and is difficult to implement in accordance with the requirements for acquisition.
종래 포착기법은 수신기의 PN신호의 위상을 차례로 변화시켜가면서 수신되는 PN신호와의 동기여부를 검출하는 방식으로 수행되는 데, 한 번에 한 개의 위상을 검색하는 직렬검색(serial search)과 동시에 여러 개의 위상을 검색하는 병렬검색(parallel search)로 나뉘어진다.The conventional trapping technique is performed by sequentially detecting the phase of the PN signal of the receiver and detecting whether or not the PN signal is synchronized with the received PN signal. A serial search for searching one phase at a time, And a parallel search for searching for the phases of the two points.
이러한 직렬 및 병렬검색은 수신기의 PN신호위상을 일정 방향으로 맹목적으로 변화시키면서 검색하는 데 반해, 최근에는 특별한 특성을 갖는 보조신호(auxiliary signal)를 이용해서 수신기의 PN신호위상을 보다 효율적으로 변화시켜 위상을 검색하는 방법이 제안되었다(제안된 문헌;M. Salih and Sawasd Tantaratana, 'A Closed-Loop Coherent Acquisition Scheme for PN Sequences Using an Auxiliary Sequence',IEEE J. Selected Areas in Comm.,Vol. 14, pp. 1653-1659, Oct. 1996.). 또한, 이 보조신호를 위상추정에 이용하는 빠른 포착수단이 제안되었다(제안된 문헌;Suwon Kang, Y.-H. Lee and Sawasd Tantaratana, 'Rapid Acquisition of PN Signal for DS/SS using on auxiliary signal',submitted to IEE proceedings.).While the serial and parallel search is performed while blindly changing the PN signal phase of the receiver in a certain direction, recently, an auxiliary signal having a special characteristic is used to more effectively change the PN signal phase of the receiver A method of searching for a phase has been proposed (see, for example, M. Salih and Sawasd Tantaratana, 'A Closed-Loop Coherent Acquisition Scheme for PN Sequences Using an Auxiliary Sequence', IEEE J. Selected Areas in Comm. pp. 1653-1659, Oct. 1996.). In addition, a fast acquisition means using this auxiliary signal for phase estimation has been proposed (Suwon Kang, Y.-H. Lee and Sawasd Tantaratana, 'Rapid Acquisition of PN Signal for DS / SS using on auxiliary signal' submitted to IEE proceedings .
그러나, 상술한 직렬 및 병렬검색은 수신기의 PN신호위상을 일정 방향으로 맹목적으로 변화시키면서 검색하므로 포착시간이 길어지는 문제점을 초래하였고, 보조신호를 이용해서 위상을 검색하는 방법은 포착수단의 복잡도를 증가시키는 문제점을 지닌다.However, since the above-described serial and parallel search is performed while blinking the phase of the PN signal of the receiver in a certain direction, the acquisition time becomes long. The method of searching for the phase using the auxiliary signal has a complexity of the acquisition means .
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 수신되는 PN신호의 위상을 추정한 후 위상일치검색을 행함으로써 포착시간을 단축하고, 시스템의 복잡도를 크게 증가시키지 않는 포착수단 및 그 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, in order to solve such a problem, the present invention provides an acquisition means and a method for shortening the acquisition time and greatly increasing the complexity of the system by performing the phase matching search after estimating the phase of the received PN signal do.
도 1은 본 발명에 따라 적용된 동기시스템의 구성을 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing the configuration of a synchronization system applied in accordance with the present invention;
도 2는 도 1 포착수단에서 위상추정기의 구성을 나타낸 블록도,FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the phase estimator in FIG. 1 acquisition means;
도 3은 도 2에서 정현파위상추정기의 구성을 나타낸 블록도,FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the sinusoidal phase estimator in FIG. 2. FIG.
도 4는 도 1 포착수단에서 위상일치검색기의 구성을 나타낸 블록도,Fig. 4 is a block diagram showing the configuration of the phase coincidence detector in Fig. 1 acquisition means; Fig.
도 5는 도 4 PN신호발생기에서 발생되는 PN신호의 위상을 나타낸 도면.FIG. 5 is a view showing the phase of a PN signal generated in the PN signal generator of FIG. 4; FIG.
도면의 주요부분에 대한 설명Description of the main parts of the drawings
10 : 포착수단 11 : 스위치10: capturing means 11: switch
12 : 위상추정기 13 : 위상일치검색기12: phase estimator 13: phase match detector
20 : 추적수단20: Tracking means
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 직접시퀀스 대역확산시스템의 포착수단에 있어서, 일정시간 동안 수신되는 의사잡음신호(제 1PN신호)의 위상을 추정하여 위상추정치를 출력하는 위상추정기 및 일정시간 경과 후 수신되는 제 2PN신호와 위상추정기로부터 위상추정치를 입력받아 이 위상추정치를 바탕으로하여 제 3PN신호의 위상을 변화시키면서 제 2PN신호와의 위상일치를 검색하여, 위상이 일치하면 위상일치신호를 직접시퀀스 대역확산시스템 내의 추적수단으로 출력하는 위상일치검색기를 포함하여 최대한 짧은 시간에 PN신호의 위상을 추정한 후 PN신호의 위상일치를 검색하는 포착수단에 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a direct sequence spread spectrum system comprising: a phase estimator for estimating a phase of a pseudo noise signal (first PN signal) received for a predetermined period of time and outputting a phase estimate; A second PN signal received after a lapse of time and a phase estimate from the phase estimator are received and the phase of the third PN signal is changed while the phase of the third PN signal is changed based on the phase estimate, To the tracking means in the sequence spread spectrum system, and estimates the phase of the PN signal in a shortest time, and then searches the phase coincidence of the PN signal.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은 직접시퀀스 대역확산시스템의 포착수단에서 수신되는 의사잡음신호(PN신호)를 포착하는 방법에 있어서, 일정시간 동안 수신되는 제 1PN신호의 위상을 추정하여 추정된 위상추정치를 출력하는 단계 및 일정시간 경과후 수신되는 제 2PN신호와 추정된 위상추정치를 바탕으로하여 제 3PN신호의 위상을 변화시키면서 제 2PN신호와의 위상일치를 검색하는 단계로 이루어져서 최대한 빠른 시간에 의사잡음신호를 포착하는 방법에 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of capturing a pseudo noise signal (PN signal) received by a receiver of a direct sequence spread spectrum system, the method comprising: detecting a phase of a first PN signal And outputting the estimated phase estimation value; and searching phase matching between the second PN signal and the second PN signal while changing the phase of the third PN signal based on the second PN signal received after a predetermined time and the estimated phase estimate, And to capture the pseudo noise signal as quickly as possible.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명을 구현한 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따라 적용된 동기시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1의 시스템은 크게 포착수단(10)과 추적수단(20)으로 구성된다. 포착수단(10)은 시간(t)경과에 따라 절환접촉자 a가 접점 b 또는 c로 접속하여 수신되는 PN신호(r(t))를 출력하는 스위치(11)를 포함한다. 스위치(11)의 출력단에는 스위치(11)의 접점 b에 연결되어 수신 PN신호 r(t)의 위상을 추정하여 위상추정치를 출력하는 위상추정기(12)와 스위치(11)의 접점 c 및 위상추정기(12)의 출력단에 연결되어 위상추정기(12)로부터 입력받는 위상추정치를 바탕으로하여 수신기 PN신호의 위상을 변화시키면서 수신 PN신호 r(t)와 위상일치를 검색하고, 위상이 일치하면 위상일치신호를 추적수단(20)으로 출력하고, 추적수단(20)으로부터 위상갱신신호를 입력받으면 상술한 과정을 반복 수행하는 위상일치검색기(13)가 연결된다. 이렇게 하여 포착수단(10)이 구성된다. 그리고, 추적수단(20)는 위상일치검색기(13)의 출력단에 연결되어 위상일치검색기(13)로부터 위상일치신호를 입력받으면 추적을 시작하여 올바른 위상일치가 아님이 확인되면 위상갱신신호를 위상일치검색기(13)로 출력한다.1 is a block diagram showing a configuration of a synchronization system applied in accordance with the present invention. The system of FIG. 1 largely consists of a capture means 10 and a tracking means 20. The capturing means 10 includes a switch 11 for outputting a PN signal r (t) to which the switching contact a is connected by contact b or c as time elapses. The output terminal of the switch 11 is connected to the contact b of the switch 11 and connected to the phase estimator 12 for estimating the phase of the received PN signal r (t) (T) and a phase of the received PN signal r (t) while changing the phase of the receiver PN signal based on the phase estimate received from the phase estimator 12, A phase matching detector 13 is connected which outputs a signal to the tracking means 20 and receives the phase update signal from the tracking means 20 and repeats the above-mentioned process. Thus, the capture means 10 is constructed. The tracking means 20 is connected to the output terminal of the phase coincidence detector 13 and receives the phase coincidence signal from the phase coincidence detector 13 to start tracking. If it is confirmed that the correct phase coincidence is not obtained, And outputs it to the search device 13.
이와 같은 구성을 이루는 동기시스템의 동작에 대해 도시한 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.The operation of the synchronous system having such a configuration will be described with reference to Figs. 2, 3, 4, and 5.
먼저, 포착수단(10) 내 스위치(11)의 절환접촉자 a는 시간 t=0에서 t=t1일 때 까지 접점 b에 접속된다. 그래서, 시간 t=0∼t1동안 DS/SS시스템으로 수신되는 PN신호 r(t)는 위상추정기(12)로 입력된다. 수신 PN신호 r(t)의 포착시간동안 데이터가 전송되지 않는다고 가정할 때, 수신 PN신호 r(t)는 다음 수학식 1과 같은 기저대역의 등가신호로 표현할 수 있다.First, the switch contact a of the switch 11 in the capturing means 10 is connected to the contact b until time t = 0 and t = t 1 . Thus, the time t = 1 0~t PN signal r (t) received on the DS / SS system for is input to the phase estimator 12. Assuming that no data is transmitted during the acquisition time of the received PN signal r (t), the received PN signal r (t) can be expressed as an equivalent signal of the baseband as shown in Equation 1 below.
여기서, P는 통과대역신호의 전력을 나타내고, τ0는 미지의 지연시간을 나타낸다. 그리고, n(t)는 잡음을 나타내고, c(t)는 PN신호이다. 이 c(t)는 다음 수학식 2와 같이 표현된다.Where P represents the power of the passband signal and? 0 represents the unknown delay time. Then, n (t) represents noise and c (t) is a PN signal. This c (t) is expressed by the following equation (2).
여기서, ck는 주기가 N인 PN신호열의 k번째 신호값으로써 -1과 1의 값중 하나의 값을 가지고, Tc는 칩지속시간이다.는 다음 수학식 3과 같다.Where c k is one of the values of -1 and 1 as the kth signal value of the PN signal train with period N, and T c is the chip duration. Is expressed by the following equation (3).
PN신호열 ck로는 m-시퀀스를 사용한다. 칩단위의 동기가 맞다고 가정할 때, 수학식 1의 미지의 지연시간 τ0는 ξTc(ξ는 정수)로 표현된다. 이 ξ이 위상추정기(12)가 추정해야하는 위상치이고, ξ의 추정치인 ξ1이 위상일치검색기(13)로 입력된다. 도시한 도 2를 참조하여 위상추정기(12)가 위상추정치 ξ1를 구하는 과정에 대해 설명하도록 한다.An m-sequence is used as the PN signal sequence c k . Assuming that the chip units are synchronized, the unknown delay time? 0 in Equation (1) is expressed by? T c (? Is an integer). This? Is a phase value to be estimated by the phase estimator 12, and? 1, which is an estimate of?, Is input to the phase coincidence detector 13. Referring to FIG. 2, a process of the phase estimator 12 for obtaining the phase estimate? 1 will be described.
도 2는 도 1 포착수단(10)에서 위상추정기(12)의 구성을 나타낸 블록도이다. 위상추정기(12)는 수신되는 PN신호 r(t)를 정합하여 표본화하는 정합필터(21)와 정합필터(21)의 출력을 입력받아 시간 kTc에서 닫힌상태가 되어 출력하는 스위치(22) 그리고 스위치(22)의 출력을 입력받아 정현파의 위상추정을 하는 정현파위상추정기(23)를 포함한다.2 is a block diagram showing the configuration of the phase estimator 12 in the acquisition means 10 of FIG. The phase estimator 12 includes a matched filter 21 for matching and sampling the received PN signal r (t), a switch 22 for receiving and outputting the output of the matched filter 21 in a closed state at time kT c , And a sinusoidal phase estimator 23 that receives the output of the switch 22 and estimates the phase of the sinusoidal wave.
이와 같은 구성을 이루는 위상추정기(12)로 수신되는 PN신호 r(t)는에 정합된 정합필터(21)로 입력되어 Tc시간단위로 표본화된다. 채널의 영향을 무시할 때, 정합필터(21)의 출력 rk는 다음 수학식 4와 같이 주어진다.The PN signal r (t) received by the phase estimator 12 having the above- Is matched to the matched filter 21 matched to the filter 21 and sampled in units of Tc time. When the influence of the channel is ignored, the output r k of the matched filter 21 is given by Equation (4).
여기서, ηk는 잡음 성분이고, ck는 주기 N인 PN신호열이다. ck는 다음 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Here, η k is a noise component, k c is the period N of PN sequence. c k can be expressed by the following equation (5).
여기서, Ai는 ck의 이산퓨리에변환(discrete Fourier transform)계수로서 다음 수학식 6과 같이 주어진다.Here, A i is a discrete Fourier transform coefficient of c k given by Equation (6).
PN신호의 자기상관함수의 특성을 이용하면, 수학식 6의 Ai는 다음 수학식 7과 같이 나타낼 수 있음이 공지되어 있다.Using the characteristic of the autocorrelation function of the PN signal, it is known that A i in Equation (6) can be expressed by the following Equation (7).
여기서, φi(이하 기준위상이라함)는 Ai의 위상을 나타내고, 이 값들은 PN신호의 종류에 따라 서로 다른 고유한 값들을 갖게 된다. ck가 실수신호이므로, AN-1= Ai *의 관계가 성립한다. 그래서, ck는 다음 수학식 8과 같이 간단히 표현될 수 있다.Here, φ i (hereinafter also referred to as the reference phase) indicate the phase of the A i, these values are given different unique value based on the type of the PN signal. Since c k is a real signal, the relationship A N-1 = A i * holds. Thus, c k can be expressed simply as the following equation (8).
따라서, 표본화되어 정합필터(21)로부터 출력되는 rk는 다음 수학식 9와 같이 표현된다.Therefore, r k sampled and output from the matched filter 21 is expressed by the following equation (9).
그래서, 수학식 9의 정합필터(21) 출력 rk는 시간 kTc에서 스위치(22)를 통과하여 정현파위상추정기(23)로 입력된다. 정현파위상추정기(23)는 입력받은 rk에서 ξ를 추정하는 데, 수학식 9를 보면 주기 N/i를 갖는 코사인신호열은 기준위상 φi에 비해 2πξi/N만큼 지연되어있다. 그러므로, 기준위상에 대한 이 코사인신호열의 위상지연을 알아내면 ξ를 추정할 수 있음을 알 수 있다. 그래서, 정현파위상추정기(23)에서 ξ의 추정을 위한 과정을 도시한 도 3를 참조하여 설명하도록 한다.Thus, the output r k of the matched filter 21 in Equation 9 passes through the switch 22 at time kT c and is input to the sinusoidal phase estimator 23. The sinusoidal phase estimator 23 estimates ξ from the input r k . In Equation 9, the cosine signal sequence having the period N / i is delayed by 2πξi / N compared to the reference phase φ i . Therefore, we can estimate ξ by knowing the phase delay of this cosine signal sequence with respect to the reference phase. Therefore, the sinusoidal phase estimator 23 will be described with reference to FIG. 3 showing a process for estimating?.
도 3은 도 2의 정현파위상추정기(23)의 구성을 나타낸 블록도이다. 이 정현파위상추정기(23)는 ck를 구성하는 여러 정현파 신호열 중, 주기가 N인 코사인 신호열의 기준위상에 대한 지연을 이용하여 위상추정치 ξ1을 구한다.3 is a block diagram showing the configuration of the sinusoidal phase estimator 23 of FIG. The sinusoidal phase estimator (23) of a number of sine-wave signal sequence constituting a c k, by using a delay for the reference phase period of the cosine signal N columns calculate the phase estimate ξ 1.
도 3의 정현파위상추정기(23)는 입력되는 rk에 일정 함수를 곱하여 출력하는 두 개의 곱셈기(31, 32)와 곱셈기(31, 32)에 일대일 대응하여 각 곱셈기(31, 32)의 출력을 일정 신호열까지 합하여 출력하는 합산기(33, 34)를 포함한다. 여기서, 곱셈기(31, 32)와 합산기(33, 34)를 제 1연산기(30)라 칭한다. 합산기(33, 34)의 출력단에는 합산기(33, 34)의 출력을 이용하여 위상지연추정치(γ)를 추정하여 출력하는 위상지연추정기(35)가 연결되어 있고, 위상지연추정기(35)의 출력단에는 위상지연추정기(35)의 출력 위상지연추정치에 일정상수를 곱하여 출력하는 제 3곱셈기(36)가 연결된다. 제 3곱셈기(36)의 출력단에는 제 3곱셈기(36)의 출력을 양자화하여 출력하는 양자화기(37)가 연결된다. 제 3곱셈기(36)와 양자화기(37)를 제 2연산기(28)라 칭한다.The sinusoidal phase estimator 23 of FIG. 3 corresponds to the two multipliers 31 and 32 and the multipliers 31 and 32 for multiplying the input r k by a constant function to output the outputs of the multipliers 31 and 32 And a summer 33, 34 for summing up to a certain signal sequence. Here, the multipliers 31 and 32 and the adders 33 and 34 are referred to as a first calculator 30. A phase delay estimator 35 for estimating and outputting a phase delay estimate γ by using the outputs of the summer 33 and 34 is connected to the output terminals of the adders 33 and 34. The phase delay estimator 35 is connected to the adder 33, A third multiplier 36 for multiplying the output phase delay estimate of the phase delay estimator 35 by a constant is connected. A quantizer 37 for quantizing the output of the third multiplier 36 and outputting the result is connected to the output terminal of the third multiplier 36. The third multiplier 36 and the quantizer 37 are referred to as a second calculator 28.
이와 같은 구성을 이루는 정현파위상추정기(23)는 먼저, 입력되는 rk의 동위상(inphase)성분 I1과 직교위상(quadrature)성분 Q1을 제 1연산기(30)를 통하여 구하는 데, 잡음의 영향을 감쇄시키기위해 L주기의 PN신호열에 걸쳐 곱한 값을 누적한다. 그래서, 입력되는 rk는 곱셈기(31, 32)로 각각 입력된다. 제 1곱셈기(31)는 입력되는 rk에 cos(2πk/N + φ1)함수를 곱하여 제 1합산기(33)로 출력하고, 제 2곱셈기(32)는 rk에 sin(2πk/N + φ1)함수를 곱하여 제 2합산기(34)로 출력한다. 각 합산기(33, 34)는 각 곱셈기(31, 32)로부터 입력받은 출력값을 k = 0∼LN-1까지 합하여 위상지연추정기(35)로 출력한다. 이 때, 제 1합산기(33)에서 출력되는 값이 입력되는 rk의 동위상성분 I1이고, 제 2합산기(34)에서 출력되는 값이 입력되는 rk의 직교위상성분 Q1이다. 이렇게 해서 구해진 I1과 Q1은 다음 수학식 10과 11로서 주어진다.The sinusoidal phase estimator 23 constructed as described above first obtains the inphase component I 1 and the quadrature component Q 1 of the input r k through the first calculator 30, Accumulates values multiplied over the PN signal train of L periods to attenuate the influence. Thus, the input r k is input to the multipliers 31 and 32, respectively. The first multiplier 31 multiplies the input r k by a function of cos (2πk / N + φ 1 ) and outputs it to the first adder 33. The second multiplier 32 multiplies r k by sin (2πk / N +? 1 ) function and outputs it to the second summer 34. [ Each of the adders 33 and 34 adds the output values received from the multipliers 31 and 32 to k = 0 to LN-1 and outputs the result to the phase delay estimator 35. At this time, the first and summing the in-phase component I 1 of r k is the value that is output from the 33 inputs, the second summer 34 is r k quadrature component Q 1 in which the values are input to be output from the . I 1 and Q 1 thus obtained are given by the following equations (10) and (11).
여기서, υI와 υQ는 잡음의 성분을 나타낸다.Where v I and v Q denote the components of the noise.
구해진 I1과 Q1은 위상지연추정기(35)로 입력되고, 위상지연추정기(35)는 다음 수학식 12에 의해 정현파의 위상지연추정치 γ를 추정하게 된다.Obtained I 1 and Q 1 are inputted to a phase delay estimator 35, a phase delay estimator 35 is to estimate the phase delay estimate γ of the sine wave by the following equation (12).
이 때, 구해지는 정현파의 위상지연추정치 γ는 잡음 성분 υI과 υQ로인해 참값 2πξ/N과 오차가 있고, 구해진 정현파의 위상지연추정치 γ는 PN신호의 위상으로 변환되기위해서 제 3곱셈기(36)로 입력된다. 제 3곱셈기(36)는 입력받은 γ에 일정 상수 N/(2π)를 곱한다. 그래서, γ는 [0, 2π]영역에서 [0, N]영역의 값으로 변환되고, 양자화기(37)로 입력된다. 양자화기(37)는 제 3곱셈기(36)로부터 입력받은 값을 가장 가까운 정수로 양자화한다. 이렇게 양자화되어 출력된 값은 ξ1로써 다음 수학식 13으로 구해진다.In this case, the phase delay estimate γ of the sinusoidal wave obtained has an error with the true value 2πξ / N due to the noise components υ I and ν Q , and the phase delay estimate γ of the obtained sinusoidal wave is multiplied by a third multiplier 36). The third multiplier 36 multiplies the received [gamma] by a constant N / (2 [pi]). Thus,? Is converted into the value of the [0, N] region in the [0, 2?] Region and input to the quantizer 37. The quantizer 37 quantizes the value input from the third multiplier 36 to the closest integer. The quantized output value is obtained by the following equation 13 as? 1 .
여기서, Q함수는 가장 가까운 정수로 양자화함을 나타낸다. PN신호열의 주기성으로부터 ξ1와 ξ1+ mN(m은 임의의 정수)은 동일 위상이다.Here, the Q function indicates quantization with the closest integer. From the periodicity of the PN signal sequence, ξ 1 and ξ 1 + mN (m is an arbitrary integer) are in phase.
상술한 위상추정에 걸린 총시간은 LNTc이고, 양자화기(37)에서 구해진 위상추정치 ξ1는 t = LNTc(t1)에서 도 1 포착수단(10)의 위상일치검색기(13)로 입력된다. 이 때, 도 1 스위치(11)의 절환접촉자 a는 접점 c로 접속된다. 그래서, 위상일치검색기(13)는 위상추정치 ξ1를 바탕으로하여 수신되는 PN신호 r(t)와 수신기 PN신호의 위상일치를 검색한다. 이에 대한 위상일치검색기(13)의 위상일치를 검색하는 과정을 도시한 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.The total amount of time in the above-mentioned phase estimation is input to a phase matching the browser 13 of the LNT c, and the quantizer 37, phase estimate ξ 1 is t = determined in LNT c (t 1) 1 capture means (10) do. At this time, the switch contact a of the switch 11 of Fig. 1 is connected to the contact c. Thus, the phase coincidence detector 13 retrieves the phase coincidence between the received PN signal r (t) and the receiver PN signal based on the phase estimate? 1 . Referring to FIG. 4, a description will now be given of a process of searching for the phase coincidence of the phase coincidence detector 13 with respect to the above.
도 4는 위상일치검색기(13)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 4의 위상일치검색기(13)는 위상추정기(12)로부터 ξ1를 입력받아 초기화하고, 판정기(47, 48)에서 출력되는 위상갱신신호에 따라 위상을 변화시키면서 PN신호를 발생하여 출력하는 PN신호발생기(41, 42)를 포함한다. PN신호발생기(41, 42)의 각 출력단에는 수신 PN신호 r(t)와 PN신호발생기(41, 42) 각각으로부터 입력받는 PN신호를 입력받아 곱하여 출력하는 곱셈기(43, 44)가 연결되어 있다. 각 곱셈기(43, 44)의 출력단에는 각 곱셈기(43, 44)의 출력을 입력받아 적분하여 출력하는 적분기(45, 46)가 연결되어 있다. 곱셈기(43, 44)와 적분기(45, 46)를 수신 PN신호 r(t)와 PN신호발생기(41, 42)의 출력 PN신호를 상관하는 상관기(40)라 칭한다. 각 적분기(45, 46)의 출력단에는 각 적분기(45, 46)의 출력을 기설정된 문턱값과의 일치를 비교하여 일치하면, 도 1의 추적수단(20)으로 위상일치신호를 출력하고, 불일치하면 PN신호발생기(41, 42)로 위상갱신신호를 발생하는 판정기(47, 48)가 연결되어 있다.4 is a block diagram showing the configuration of the phase coincidence detector 13; The phase coincidence detector 13 of FIG. 4 receives and initializes? 1 from the phase estimator 12 and generates and outputs a PN signal while varying the phase according to the phase update signal output from the determinators 47 and 48 And a PN signal generator (41, 42). Multipliers 43 and 44 are connected to the output terminals of the PN signal generators 41 and 42 for receiving and multiplying the received PN signal r (t) and the PN signals received from the PN signal generators 41 and 42, respectively . Integrators 45 and 46 for receiving and integrating the outputs of the multipliers 43 and 44 are connected to the output terminals of the multipliers 43 and 44, respectively. The multipliers 43 and 44 and the integrators 45 and 46 are called a correlator 40 that correlates the received PN signal r (t) with the output PN signals of the PN signal generators 41 and 42. When the output of each of the integrators 45 and 46 coincides with the output of each of the integrators 45 and 46 and agrees with the predetermined threshold value, the phase matching signal is output to the tracking means 20 of FIG. 1, And the determinators 47 and 48 for generating phase update signals are connected to the PN signal generators 41 and 42, respectively.
이와 같은 구성을 이루는 위상일치검색기(13)의 PN신호발생기(41, 42)에는 위상추정기(12)로부터 위상추정치 ξ1이 입력된다. 그러면 PN신호발생기(41, 42)는 ξ1Tc로 위상을 초기화한 후 PN신호를 발생하여 각 곱셈기(43, 44)로 출력한다. 이 때 PN신호발생기(41, 42)로부터 출력되는 각 PN신호의 위상은 도 5에 도시된 바와 같이 반대 극성을 갖는다. 도 5에서 A는 제 1PN신호발생기(41)에서 발생되는 PN신호의 위상을 나타내고, B는 제 2PN신호발생기(42)에서 발생되는 PN신호의 위상을 나타낸다. 각 곱셈기(43, 44)는 수신 PN신호 r(t)와 입력받는 PN신호를 곱하여 적분기(45, 46)로 출력하고, 적분기(45, 46)는 입력받는 값을 적분하여 각 판정기(47, 48)로 출력한다. 각 판정기(47, 48)는 각 적분기(45, 46)로부터 입력받는 값을 미리 설정된 문턱값과 비교하여 수신 PN신호 r(t)와 PN신호발생기(41, 42)의 출력 PN신호의 위상일치여부를 판단한다. 이 때, 상관기(40)에서 입력받는 수신 PN신호 r(t)와 PN신호발생기(41, 42)의 출력 PN신호를 상관하는 상관시간과 문턱값은 판정기(47, 48)의 오검출확률(false detection probability)과 참검출확률(true detection probability)에 의해 결정된다. 각 적분기(45, 46)의 출력값이 문턱값보다 작을 때, 판정기(47, 48)는 위상이 일치하지않는 것으로 판단하여 위상갱신신호를 PN신호발생기(41, 42)로 출력한다. 그러면, PN신호발생기(41, 42)는 θTc및 -θTc위상의 단위로 PN신호를 갱신하여 곱셈기(43, 44)로 출력하고, 곱셈기(43, 44), 적분기(45, 46) 그리고 판정기(47, 48)는 상술한 동작과 동일하게 동작한다. 이 때, θ는 위상갱신양을 나타내며, 일반적으로 0.5와 1의 값 중에서 하나의 값을 가지며, PN신호의 위상갱신주기는 특정 PN신호에 대해 r(t)와 PN신호발생기(41, 42)의 출력인 PN신호를 상관하는 시간, 판정기(47, 48)에서 위상일치여부를 판정하는 데 걸리는 시간 그리고 PN신호발생기(41, 42)에서 PN신호의 위상을 변화시키는 데 걸리는 시간의 합과 같다. 상술한 동작은 판정기(47, 48)가 위상갱신신호를 PN신호발생기(41, 42)로 출력하는 동안 계속 반복 수행되고, 각 PN신호발생기(41, 42)에서 위상갱신되는 PN신호위상이 각각 (ξ1+λ)Tc와 (ξ1-λ)Tc에 도달하면, 두 PN신호발생기(41, 42)의 PN신호위상은 다시 ξ1Tc로 초기화된 후 계속 반복 수행된다. 여기서 λ는 (N-1)/2의 값이다. 이와 같이 상술한 동작이 계속 반복 수행되다가 각 적분기(45, 46)의 출력값이 문턱값보다 클 때, 판정기(47, 48)는 위상일치신호를 도 1의 추적수단(20)으로 출력한다. 추적수단(20)은 판정기(47, 48)로부터 위상일치신호가 입력되면 추적을 시작한다. 그래서, 추적수단(20)에서 올바른 위상일치임이 확인되면 PN신호발생기(41, 42)의 PN신호 동기화는 종료된다. 그러나 만일, 올바른 위상일치가 아니었던 것으로 확인되면, 추적수단(20)은 위상일치검색기(13)로 위상갱신신호를 출력한다. 그러면 위상일치검색기(13)는 도 4에서 상술한 위상일치검색과정을 반복 수행하는 데, 추적수단(20)이 올바른 위상일치임을 확인할 때 까지 반복 수행한다. 이와 같이하여 포착수단(10)은 최대한 짧은 시간에 수신 PN신호 r(t)의 위상과 PN신호발생기(41, 42)의 출력 PN신호의 위상을 일치시킨다.The phase estimator 12 receives the phase estimate ξ 1 from the PN signal generators 41 and 42 of the phase coincidence detector 13. Then, the PN signal generators 41 and 42 initialize the phases with ξ 1 T c , and then generate PN signals and output the PN signals to the multipliers 43 and 44, respectively. At this time, the phases of the PN signals output from the PN signal generators 41 and 42 have opposite polarities as shown in Fig. In FIG. 5, A represents the phase of the PN signal generated by the first PN signal generator 41, and B represents the phase of the PN signal generated by the second PN signal generator 42. The multipliers 43 and 44 multiply the received PN signal r (t) by the input PN signal and outputs the multiplied signals to the integrators 45 and 46. The integrators 45 and 46 integrate the received values, , 48). Each of the determinators 47 and 48 compares the value received from each integrator 45 and 46 with a predetermined threshold value to determine the phase of the output PN signal of the PN signal generator 41 or 42 And judges whether or not they match. At this time, the correlation time and the threshold value for correlating the received PN signal r (t) received from the correlator 40 with the output PN signal of the PN signal generators 41 and 42 are determined by the erroneous detection probability (false detection probability) and true detection probability (true detection probability). When the output values of the respective integrators 45 and 46 are smaller than the threshold value, the determining devices 47 and 48 determine that the phases do not coincide with each other and output a phase update signal to the PN signal generators 41 and 42. Then, the PN signal generators 41 and 42 update the PN signals in units of? T c and -T c phases and output the multiplied signals to the multipliers 43 and 44, and the multipliers 43 and 44, the integrators 45 and 46, The determinators 47 and 48 operate in the same manner as described above. The phase update period of the PN signal is set to r (t) and the PN signal generators 41 and 42 for a specific PN signal, and " 0 " The time required to determine whether or not the phase is matched by the determining devices 47 and 48 and the time required to change the phase of the PN signal in the PN signal generators 41 and 42, same. The above operation is continuously repeated while the judging devices 47 and 48 output the phase update signals to the PN signal generators 41 and 42 and the PN signal phase that is phase-renewed by the PN signal generators 41 and 42 each (ξ 1 + λ) and T c (ξ 1 -λ) reaches T c, signal PN phase of the PN signal generator, two (41, 42) after being reinitialized to 1 ξ T c is continued repeatedly performed. Where? Is a value of (N-1) / 2. When the above operation is continuously repeated and the output values of the respective integrators 45 and 46 are larger than the threshold value, the determining devices 47 and 48 output the phase matching signal to the tracking means 20 of FIG. The tracking means 20 starts tracking when a phase matching signal is input from the determinators 47 and 48. Thus, when the tracking means 20 confirms that the correct phase matches, the PN signal synchronization of the PN signal generators 41 and 42 is terminated. If, however, it is determined that it was not a correct phase match, the tracking means 20 outputs a phase update signal to the phase match detector 13. Then, the phase coincidence detector 13 repeats the phase coincidence search process described above with reference to FIG. 4 until the tracking means 20 confirms that it is a correct phase coincidence. In this manner, the acquisition means 10 matches the phase of the received PN signal r (t) with the phase of the output PN signal of the PN signal generators 41, 42 within a shortest possible time.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 포착수단 및 포착방법은 최대한 짧은 시간에 수신 PN신호의 위상과 수신기 PN신호의 위상을 일치시키므로 데이터 송수신에 필요한 대기시간을 크게 줄임으로써 DS/SS시스템전체의 성능을 향상시키는 잇점이 있다.As described above, since the acquisition means and the acquisition method according to the present invention match the phase of the received PN signal with the phase of the receiver PN signal in a shortest possible time, the waiting time required for data transmission and reception is greatly reduced, . ≪ / RTI >
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