KR20020021429A

KR20020021429A - 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신방법 및 패킷 수신 장치

Info

Publication number: KR20020021429A
Application number: KR1020000054129A
Authority: KR
Inventors: 김진영; 이상연
Original assignee: 조정남; 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2002-03-21
Also published as: KR100714918B1

Abstract

본 발명은 직접 시퀀스 방식의 확산 대역 패킷 무선 시스템에 있어서, 수신된 패킷의 포착 성능을 향상시키도록 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 그 방법을 구현하는 패킷 수신 장치에 관한 것으로서, 기 설정된 전력 레벨의 보조 훈련 수열 데이터가 포함된 패킷을 무선 전송로(200)를 매개로 수신하는 수신부(310); 상기 수신된 패킷 신호를 포착 및 추적하여 동기시키는 동기부(320); 상기 동기화 된 패킷 신호를 복조하는 복조부(330); 상기 동기되는 패킷 신호 중 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 레벨을 검출하는 전력 검출부(350); 상기 검출된 전력 레벨값의 누적 통계치를 산출하는 산출부(360); 상기 산출된 누적 통계치에 의거하여 상기 무선 전송로(200)의 품질을 예측하고 그 예측된 품질에 의거하여 송신되는 패킷의 크기 및/또는 패킷 데이터의 부호화율을 조정하는 제어부(370)로 구성되어, 무선 전송로의 품질 상태에 따라 송수신되는 패킷의 크기 및/또는 부호화율을 조정하여 패킷오류확률을 저하시키고, 패킷 포착 성능과 수신 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Description

확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 패킷 수신 장치{Apparatus and method of adaptive packet acquisition for a spread spectrum packet radio system}

본 발명은 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 패킷 수신 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직접 시퀀스 방식의 확산 대역 패킷 무선 시스템에 있어서 수신된 패킷의 포착 성능을 향상시키도록 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 패킷 수신 장치에 관한 것이다.

확산 대역 패킷 무선 시스템(spread spectrum packet radio system)은 확산 대역 변조(modulation) 방식을 사용하여 무선 전송로(wireless channel) 상에서 패킷을 전송하는 시스템으로서, 크게 직접 시퀀스(direct sequence) 방식과 주파수 도약(frequency hopping) 방식으로 나뉜다.

확산 대역 패킷 무선 시스템의 수신 장치에서 가장 먼저 수행되는 동작은 수신된 패킷의 패킷 헤더의 부호와 수신단에서 국부적으로 발생된 해당 사용자의 부호간의 동기를 맞추는 것으로서, 상기 동기는 포착과 추적의 2단계로 이루어진다. 상기 포착 단계에서는 수신된 패킷 헤더 부호의 위상과 수신단에서 국부적으로 발생된 해당 사용자 부호의 위상 간의 간격을 한 칩 이내로 좁히게 되고, 상기 추적 단계에서는 한 칩 이내로 좁혀진 부호의 위상을 동기가 정확히 맞도록 정밀 조정한다.

따라서, 무선 전송로 상에서 패킷을 송수신하기 위해서는 효과적인 패킷 포착(acquisition)이 먼저 이루어져야 하며, 그 패킷 포착이 이루진 후에야 해당 정보 데이터에 대한 패킷 복조(demodulation)가 가능하게 되는 것이다.

확산 대역 패킷 무선 시스템에서는 일반적으로 무선 전송로 상의 다중 경로 페이딩(multipath fading)에 의한 지연 확산(delay spread)이 칩 지속 시간(chip duration)보다 크게 되므로, 주파수 선택성 페이딩(frequency selective fading)을 겪게 된다. 따라서, 각 다중 경로 성분(multipath components)의 에너지를 적당한 결합 규칙(combining rule)을 사용하여 결합함으로써 수신성능을 증대시키도록 하고 있으며, 이 때 주로 사용하는 결합규칙에는 최대비 결합(MRC: maximal ratio comnbining), 동이득 결합(EGC: equal gain combining), 및 선택적 결합(SC: selective combining) 등이 있다.

그러나, 상기와 같이 각 다중 경로 성분의 에너지를 결합하여 수신 성능을 증대시키기 위해서는 먼저 다중 경로 성분의 패킷을 포착하는 과정이 반드시 선행되어야 하며, 패킷 포착은 무선 전송로의 상태에 따라 그 성능이 크게 좌우되는 데, 고정 패킷 구조(fixed packet structure)를 사용하는 종래의 패킷 전송 시스템에서는 시간적으로 변하는 페이딩 전송로(fading channel) 환경을 반영하지 못하게 되어 그 페이딩 전송로 상태가 열화될 시에는 포착 성능이 저하되며, 이에 따라 다중 경로 성분의 에너지 결합 효율이 저하되어 결과적으로 수신 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 무선 전송로의 품질을 예측하여 송수신되는 패킷의 크기 및/또는 부호화율을 조정하도록 함으로써, 패킷 포착 성능을 향상시키도록 된 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 패킷 수신 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷 구조를 설명하는 도면으로서, (a)는 N개의 패킷을 전송하는 경우의 패킷열을 나타내고, (b)는 종래의 단위 패킷 구조를 나타내며, (c)는 본 발명에 따른 단위 패킷 구조를 나타낸 도면이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷 수신 장치가 포함된 확산 대역 패킷 무선 시스템의 블록도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법의 흐름도이고,

도 4는 본 발명의 모의 실험 결과로서 차량 속도에 따른 패킷 오류 확률을 나타낸 그래프이고,

도 5는 본 발명의 모의 실험 결과로서 오류 정정 부호의 부호화율에 따른 패킷 오류 확률을 나타낸 그래프이고,

도 6은 본 발명의 모의 실험 결과로서 보조 훈련 수열의 길이에 따른 패킷 오류 확률을 나타낸 그래프이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 송신 장치 200 : 무선 전송로

300 : 수신 장치 310 : 수신부

320 : 동기부 330 : 복조부

340 : 추정부 350 : 전력 검출부

360 : 산출부 370 : 제어부

400 : 수신 장치의 송신단

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법은, 기 설정된 전력 레벨의 보조 훈련 수열 데이터를 가진 패킷을 무선 전송로를 매개로 수신하는 제 1 단계; 상기 수신된 패킷의 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 레벨을 검출하는 제 2 단계; 상기 검출된 전력 레벨 값의 누적 통계치에 의거하여 상기 무선 전송로의 품질을 예측하는 제 3 단계; 및 상기 예측된 무선 전송로의 품질에 따라 송신되는 패킷의 크기 및/또는 부호화율을 조정하는 제 4 단계를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 확산 대역 패킷 무선 시스템의 수신 장치는, 기 설정된 전력 레벨의 보조 훈련 수열 데이터가 포함된 패킷을 무선 전송로를 매개로 수신하는 수신 수단; 상기 수신된 패킷 신호를 포착 및 추적하여 동기시키는 동기 수단; 상기 동기화 된 패킷 신호를 복조하는 복조 수단; 상기 동기되는 패킷 신호 중 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 레벨을 검출하는 전력 검출 수단; 상기 검출된 전력 레벨값의 누적 통계치를 산출하는 산출 수단;상기 산출된 누적 통계치에 의거하여 상기 무선 전송로의 품질을 판단하는 제어 수단을 포함하여 구성되고, 특히 상기 제어 수단은 상기 무선 전송로의 품질에 의거하여 송신되는 패킷의 크기 및/또는 패킷 데이터의 부호화율을 조정하도록 한다.

종래의 고정 패킷 포착 방식에서는 패킷 헤더와 유료 부하 정보 부분이 고정되어 있기 때문에 시간적으로 변하는 무선 전송로의 상태를 반영할 수 없었으나, 상기와 같이 제안된 본 발명에 의하면 상기 보조 훈련 수열(auxiliary training sequence) 데이터를 유료 부하 정보(payload information) 데이터 부분의 앞 부분에 삽입함으로써, 전송로의 특성에 맞는 패킷 포착을 이룰 수 있다.

또한, 이전의 패킷 포착 방식에 관한 연구에서는 패킷 동기(packet synchronization) 단계의 포착 시간(acquisition time)에 관한 분석에 주안점을 두었으나, 본 발명에서는 패킷 전체의 전송능력에 관한 척도인 패킷 오류 확률(packet error probability)에 관한 분석을 보이고자 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 패킷 수신 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 구조를 설명하는 도면으로서, 도 1의 (a)는 N개의 패킷을 전송하는 경우의 패킷열을 나타내고, 도 1의 (b)는 종래의 단위 패킷 구조를 나타내는 것으로서, 패킷 헤더 부분과 유료 부하 정보 부분으로 구성되어 있고, 도 1의 (c)는 본 발명에 따른 단위 패킷 구조를 나타낸 것으로서,패킷헤더 부분과 보조 훈련 수열 부분과 유료 부하 정보 부분으로 구성되어 있다.

도 1(c)의 패킷에 포함된 상기 보조 훈련 수열은 전송로의 품질을 추정하는 데 사용하는 바, 정확한 전송로 품질의 추정을 위해서 그 길이는 전송로 심볼 지속시간(channel symbol duration)보다 길게 하고, 그 전력 세기는 기 설정된 세기로 항상 일정하게 송신되도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치가 포함된 확산 대역 패킷 무선 시스템의 블록도로서, 송신장치(100), 무선 전송로(200), 및 수신 장치(300)를 나타내고 있다.

상기 송신 장치(100)에서, 각 사용자가 보내고자 하는 데이터 d_k(t),(1≤k≤K)는 먼저 확산 수열(spreading sequence) a_k(t),(1≤k≤K)와 반송파(carrier)에 의해 곱해지고 각각 다른 전송로 상의 지연 D_k(t),(1≤k≤K)을 거쳐 합해진다. 이것은 무선 전송로(200)를 거쳐 전송되고, 이때 부가성백색가우시안잡음 (AWGN: additive white Gaussian noise)이 추가된다.

상기 수신 장치(300)는, 상기 무선 전송로(200)를 거쳐 전송된 도 1(c)와 같은 패킷 신호를 수신하는 수신부(310); 상기 수신부(310)에 의해 수신된 패킷 신호 중 패킷 헤더 부분의 부호와 국부 발진된 해당 부호 간의 위상차를 좁혀 상기 수신된 부호를 포착하고 그 포착된 부호와 상기 국부 발진된 해당 부호 간의 위상을 정확히 동기시켜 출력하는 동기부(320); 상기 동기부(320)의 출력신호를 데이터 복조하는 복조부(330); 및 상기 복조부(330)를 통해 복조된 신호로 수신된 신호의 데이터를 추정하는 추정부(340); 상기 동기부(320)에 입력되어 동기되는 패킷 신호중 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 레벨을 검출하는 전력 검출부(350); 상기 전력 검출부(350)에 의해 검출된 전력 레벨값의 누적 통계치를 산출하는 산출부(360); 상기 산출부(360)에 의해 산출된 상기 전력레벨값의 누적 통계치에 의거하여 상기 무선 전송로(200)의 품질을 판단하고, 그 판단된 무선 전송로의 품질에 의거하여 송신단(400)측에 패킷제어신호(PCS)를 인가함으로써 송신되는 패킷의 크기 및/또는 패킷 데이터의 부호화율을 조정하는 제어부(370)로 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법의 흐름도로서, 도 2와 같은 본 발명의 시스템에 적용되므로 그 시스템의 동작과 병행하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 1(c)와 같이 기 설정된 전력 레벨의 보조 훈련 수열 데이터를 가진 패킷 신호는 상기 송신장치(100)로부터 송신되어 상기 무선 전송로(200)를 거쳐 상기 수신 장치(300)의 상기 수신부(310)를 통해 수신된다(S301).

상기 수신부(310)를 통해 수신된 패킷 신호는 상기 동기부(320)에 입력되고, 상기 동기부(320)는 상기 입력된 패킷 신호 중 패킷헤더 부분의 시퀀스 부호(sequence code)와 이에 대응하여 국부 발진된 해당 시퀀스 부호 간의 위상차를 한 개의 칩 이내로 좁혀 상기 수신된 부호를 포착한 후 동기가 정확히 맞도록 정밀조정하여 출력하며, 이와 같이 동기된 수신신호는 상기 복조부(330)를 통해 데이터 복조된 후 상기 추정부(340)를 통해 전송된 데이터가 최종 추정된다.

상기 동기부(320), 상기 복조부(330), 및 상기 추정부(34)에 의한 동작은 기존과 동일한 바, 이와 같은 동작이 수행되는 동안 상기 전력 검출부(350)는 상기 수신부(310)를 통해 수신되어 상기 동기부(320)에 입력되는 패킷 신호를 입력하고, 그 동기부(32)로부터 동기위치신호를 제공받아 상기 입력된 패킷 신호에 포함된 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 세기를 검출한다(S302).

이어, 상기 산출부(360)는 상기 전력 검출부(350)에 의해 검출된 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력값의 누적 통계치를 산출하고(S303), 상기 제어부(370)는 상기 산출부(360)에 의해 산출된 누적통계치에 의거하여 상기 무선 전송로(200)의 품질을 예측한 다음(S304), 그 예측된 무선 전송로의 품질에 따라 송신단(400)에 패킷제어신호(PCS)를 인가하여 송신되는 패킷의 크기 및/또는 부호화율을 조정하도록 한다(S305).

즉, 상기 제어부(370)는 상기 도 1(c)와 같은 본 발명 패킷의 보조 훈련 수열에 대한 기 설정된 고정 정보(보조훈련 수열의 길이, 전력 세기 등)를 모두 가지고서, 상기와 같이 무선 전송로(200)를 거쳐 수신 측정되고 누적 통계화된 보조 훈련 수열의 전력세기와 상기 기 설정된 고정 정보를 상호 비교함으로써, 상기 패킷신호가 상기 무선 전송로(200)를 거치면서 얼마나 변화됐는가를 파악하고, 그 파악 결과로 상기 무선 전송로(200)의 품질을 예측할 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 모의 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 무선 전송로상에서 패킷의 포착 성능을 보이기 위해, 다중셀 환경(multiple cellular environment)에서 패킷을 전송하는 경우를 고려하고, 이 때 반송파 주파수(carrier frequency)는 1900MHz, 패킷 길이는 511비트, 인접 셀의 수는 6개, 처리이득(processing gain)은 64, 경로 손실 지수(path loss exponent)는 4, 확산 수열(spreading sequence)은 골드(Gold) 수열, 칩파형(chip waveform)은 직교 펄스(rectangular pulse), 수신 신호의 최대비 결합, 및 오류 정정 부호는 비-씨-에이치(BCH : Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) 부호를 가정한다.

도 4는 신호 대 잡음비(Eb/No)에 대한 패킷 오류 확률(Packet error probability)을 각 차량 속도(V : vehicle speed)에 따라서 나타낸 그래프로서, 차량 속도가 증가할수록 페이딩 속도(fading speed)가 증가하므로 패킷 오류 확률이 증가함을 볼 수 있는 데, 넓은 차량 속도 범위에 대해 본 발명에 따른 적응적(adaptive) 패킷 통신 방식이 종래의 고정(fixed) 패킷 통신 방식보다 훨씬 향상된 성능을 얻을 수 있음을 볼 수 있다.

도 5는 신호 대 잡음비(Eb/No)에 대한 패킷 오류 확률(Packet error probability)을 오류 정정 부호의 부호화율에 따라서 나타낸 그래프로서, 동 도면에서 r은 오류 정정 부호의 부호화율(code rate)을 나타내며, r=1이면 부호화하지 않은 경우를 나타내는 바, 부호화율이 감소할수록 정보 보호를 위한 비트를 더 많이 사용하므로 패킷 오류 확률이 감소하는 것을 볼 수 있으며, 본 발명에 의하면 무선 전송로의 환경에 따라 부호화율을 조정할 수 있으므로 패킷 통신 성능을 향상할 수 있게 된다.

도 6은 신호 대 잡음비(Eb/No)에 대한 패킷 오류 확률(Packet error probability)을 보조 훈련 수열의 길이(length)에 따라서 나타낸 그래프로서, 보조 훈련 수열의 길이가 증가함에 따라 패킷 오류 확률이 감소함을 볼 수 있다. 이것은보조 훈련 수열의 길이가 길어질수록 전송로 추정(channel estimation)이 보다 정확히 이루어지므로, 전송로에 의한 패킷의 손상이 감소하기 때문이다. 그러므로, 보조 훈련 수열을 주기적으로 유료부하 데이터에 삽입함으로써, 향상된 패킷 포착 성능을 얻을 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법 및 패킷 수신 장치에 의하면, 무선 전송로의 품질 상태에 따라 송수신되는 패킷의 크기 및/또는 부호화율을 조정하여 패킷 패킷 오류 확률을 저하시키고, 패킷 포착 성능과 수신 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

확산 대역 패킷 무선 시스템에서의 패킷 신호 송수신 방법에 있어서,

기 설정된 전력 레벨의 보조 훈련 수열 데이터를 가진 패킷을 무선 전송로를 매개로 수신하는 제 1 단계;

상기 수신된 패킷의 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 레벨을 검출하는 제 2 단계; 및

상기 검출된 전력 레벨 값의 누적 통계치에 의거하여 상기 무선 전송로의 품질을 예측하는 제 3 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 예측된 무선 전송로의 품질에 따라 송신되는 패킷의 크기 및/또는 부호화율을 조정하는 제 4 단계를 더 포함하여 구성되 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 보조 훈련 수열의 길이는 전송로 심볼 지속시간보다 긴 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템을 위한 적응적 패킷 통신 방법.
기 설정된 전력 레벨의 보조 훈련 수열 데이터를 가진 패킷을 무선 전송로를 매개로 수신하는 수신 수단;

상기 수신된 패킷 신호를 포착 및 추적하여 동기시키는 동기 수단;

상기 동기화 된 패킷 신호를 복조하는 복조 수단;

상기 동기되는 패킷 신호 중 상기 보조 훈련 수열 데이터의 전력 레벨을 검출하는 전력 검출 수단;

상기 검출된 전력 레벨값의 누적 통계치를 산출하는 산출 수단; 및

상기 산출된 누적 통계치에 의거하여 상기 무선 전송로의 품질을 예측하는 제어 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템의 수신 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 판단된 무선 전송로의 품질에 의거하여 송신되는 패킷의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템의 수신 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 판단된 무선 전송로의 품질에 의거하여 송신되는 패킷 데이터의 부호화율을 조정하는 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템의 수신 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 한 항에 있어서,

상기 패킷에 포함된 보조 훈련 수열의 길이는 전송로 심볼 지속시간보다 긴 것을 특징으로 하는 확산 대역 패킷 무선 시스템의 수신 장치.