KR20040101478A - 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송 시스템에서의 향상된신호 검출 - Google Patents

직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송 시스템에서의 향상된신호 검출 Download PDF

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Abstract

수신기(10)는 N개의 검출기단(181-18N)을 통하여 신호들을 N개의 심볼 패턴들과 상관함으로써 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송에 의해서 전송된 신호들의 보다 신뢰할만한 검출을 달성한다. 최대 피크 전력 검출 메카니즘(241-24N, 261-26N및 28)은 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 어느 것이 최대 피크 전력을 가지는지 및 실제로 수신된 N개의 패턴들의 각각의 아이덴티티와 각각의 심볼에서의 피크 전력의 인덱스를 검출한다. 계산 메카니즘(30, 32 및 34)은 수신된 신호들의 가동 전력 평균을 계산하며, 계산단(36)은 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 최대 피크 전력 대 가동 전력 평균의 비를 계산한다. 비교기(38)는 이러한 비를 임계치(40)와 비교하여 수신된 패턴내의 제 1 심볼을 결정한다.

Description

직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송 시스템에서의 향상된 신호 검출{IMPROVED SIGNAL DETECTION IN A DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM TRANSMISSION SYSTEM}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 본 명세서에서 참조되고 2002년 4월 17일에 출원된 대리인 문서 번호 PU020107인 "직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송 시스템에서의 향상된 신호 검출(IMPROVED SIGNAL DETECTION IN A DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM TRANSMISSION SYSTEM)"이라는 발명의 명칭을 가지는 미국 특허 출원 번호 10/124,255의 35 U.S.C.§119의 이익을 주장하는 정규의 출원이다.
확산 스펙트럼 전송은 신호를 패킷화되지 않았을 때에 컨텐츠에 대하여 요구되는 것 보다 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 패킷화된 형태로 전송함으로써 무선 신호를 변조하고, 그 후에 수신기에서 원래 주파수상에서 신호를 수집하는 기술이다.통상적인 전송 기술들과 비교하였을 때에, 확산 스펙트럼 전송은 도청에 대하여 보다 많은 보안성을 제공하는데, 이는 신호들이 통상적으로 두드러지지 않기 때문에 해당 수신기 이외의 수단에 의한 검출을 피할 수 있기 때문이다. 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 전송(직접 시퀀스 코드 분할 다중 액세스 또는 DC-CDMA로도 알려짐)은 외부로 향하는 신호가 많은 작은 세그먼트(segment)로 분할되는 특정한 확산 스펙트럼 전송 기술을 일컫는다. 각각의 작은 세그먼트는 (예컨데, 칩핑 코드(chipping code)와 같은)보다 높은 레이트의 비트 시퀀스와 결합되어 원래의 신호를 확산비에 따라 분할한다. 칩핑 코드를 이용하여 원래 신호를 분할하면 전송중에 데이터가 손상을 받더라도 복구가 가능하게 된다.
DSSS 전송의 신뢰성있는 검출을 위해서, 특히 이러한 신호가 패킷화되거나 집중적인 경우에는 전송 경계 뿐만 아니라 언제 신호가 존재하는지를 결정하고, 정보 운반 상관 피크 위치를 찾을 것을 요구한다. 이러한 작업은 국부 샘플링 및/또는 캐리어 주파수에서 전송단과의 동기화(lock)에 실패하는 경우에, 특히 낮은 신호대잡음비(SNR)의 경우에는 매우 어렵게 된다.
지금까지, DSSS 신호 검출은 심볼단위의 피크 크기 검출의 수행에 수반되어왔다. 매 K 칩(또는 심볼당 2샘플 샘플링이 이용되는 경우에는 2*K 샘플)마다 최대 크기 또는 전력을 가지는 샘플이 검출되며 심볼내에서의 그 위치가 기록된다. 신호의 존재 및 진정 상관 피크 위치(true correlation peak locations)가 배경 잡음 레벨에 대한 피크 전력 임계(peak power thresholding) 및/또는 상관 피크 인덱스 일치도에 근거하여 결정된다. 이러한 방식에 의한 신호 검출은 매우 효과적이다. 그러나, SNR이 낮으며 다른 손상이 존재한다면, 많은 잡음 발생 등에 기인하여 심볼내의 피크 위치가 부정확하게 검출될 확률이 높아진다. 종래 기술의 접근 방식은 고 신뢰도의 심볼에서 얻어진 정보와 저 신뢰도의 심볼에서 얻어진 정보 사이에 구분을 두지 않는다.
본 발명은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송(Direct Sequence Spread Spectrum Transmission)에 의해서 전송된 신호의 검출에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 수신기의 블럭도.
간략하게 말하면, 본 발명에 따르면 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송에 의해서 전송된 신호 패턴 검출을 위한 향상된 방법이 제공된다. 본 방법에 따르면, 수신된 신호 패턴들은 각각의 N개의 기지의 심볼 시퀀스와 연속적으로 상관된다. 피크 전력 대 가동 평균 전력의 비가 각각의 N개의 심볼 시퀀스에 대하여 결정된다. 이 비와 임계치가 비교되어 수신된 제 1 심볼을 결정하는데, 전형적으로 이러한 심볼은 관련 신호가 첫번째로 임계치를 초과하는 심볼이 된다. 제 1 심볼 패턴의 아이덴티티는 상응하는 비가 임계치를 가장 먼저 초과하는 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 특정한 하나에 해당한다. 수신기 시간 버스트(receiver time burst)에 관련된 진정한 버스트 위치(true burst location)는 심볼 패턴내의 피크 전력의 인덱스로부터 결정될 수 있다.
이러한 방식으로 DSSS 신호를 검출하게 되면 기지의 심볼/비트 패턴들이 전송되는 경우에 신호/피크 검출 신뢰도를 상당히 향상시킬 수 있다. 더욱이, 본 방법은 어떠한 패턴이 전송되었는지를 결정하는 것을 가능하며, 그러한 정보를 요구하는 다른 요소에 중계될 수 있다.
도 1은 향상된 신호 검출, 특히 기지의 패턴이 전송되었는가에 대한 보다 신뢰성있는 결정과 수신기 시간축에 대한 심볼 패턴의 진정한 버스트 위치의 보다 신뢰성있는 결정을 제공하는 본 발명에 따른 수신기(10)의 블럭도를 도시한다. '기지의 패턴'은 (전송 소스, 에러 보정 타입 등을 나타내는 패킷 헤더와 같이)전형적으로 반복적으로 전송되는 전송 버스트의 본체내에 소정의 블록들을 포함하며, 이러한 블록들은 순방향 에러 보정 코드(FEC)에 의해서 부호화되지 않는다. 이러한 환경에서, 이러한 비트 패턴들은 상응하는 심볼 패턴들을 명백하게 규정하며, 이것은 검출을 수행하는 때에 식별될 수 있다. 가능한 심볼 패턴들 및 버스트내의 그들의 위치를 알고 있으면, 검출의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1의 수신기(10)는 수신된 입력 신호를 샘플링하여 펄스 정형(pulse shaping)을 수행하고 이 신호를 거의 기저 대역 조건(a near base band condition)으로 가져가는 전위 처리단(a front-end processing stage)(12)을 포함한다. 필터링단(14)은 전위 처리단(12)의 출력 신호를 필터링하여 신호대잡음비(SNR)를 개선시킨다. 필터링단은 또한 필요한 경우에는 추가적인 정형(shaping)을 수행할 수 있다. 역확산기(a de-spreader)(16)는 필터링단(14)의 출력신호를 확산 시퀀스와상관시킨다.
역확산단(16)의 출력 신호는 각각의 N개의 검출기단(181-18N)으로 보내어진다. 여기서 N은 전송된 신호 스트림내의 기지의 심볼 패턴들의 수에 해당하는 정수이다. 도 1에 도시된 검출기단들 181및 18N에 의해서 예시된 각각의 N 검출기단은 패턴 상관기(20)를 포함하여 역확산단(16)으로부터의 출력 신호를 기준 패턴 발생기(22)로부터의 기준 패턴과 상관시킨다. 각각의 검출기단 181-18N내의 기준 패턴 발생기(22)는 N개의 기지의 심볼 패턴들 중 별개의 하나를 나타내는 기준 패턴을 발생시킨다.
각각의 다수의 전력 모니터단(power monitor stages)(241-24N)은 검출기단(181-18N) 중 상응하는 하나의 출력 신호의 절대값(전력)을 측정한다. 피크 검출기들(261-26N) 중 별개의 하나는 전력 모니터링단(241-24N) 중 상응하는 하나의 출력 신호의 피크 크기(전력)를 각기 검출하며, 피크 크기 및 각각의 심볼내의 위치의 값을 기록한다. 피크 위치는 심볼내의 피크의 칩 또는 샘플 수로 규정되며, 위치는 심볼당 1회의 레이트로 출력된다. MAX 검출기단(28)은 피크 검출기(261-26N)에 의해서 검출된 개별적인 피크 크기 중 최대값을 결정한다. MAX 검출기(28)는 최대 피크 전력값을 출력할 뿐만 아니라, MAX 검출기는 패턴 번호 및 수신기 시간축에 대한 진정 버스트 위치를 나타내는 심볼내의 피크 값의 인덱스 또한 출력한다.
전력 모니터단(30)은 역확산단(16)의 출력 신호의 원래의 크기(전력)를 결정한다. 피크 검출기단(32)은 피크 검출기(32)는 원래의 역확산기 출력 신호에 대하여 각각의 심볼에 대한 피크 전력의 위치를 결정한다는 점을 제외하고는 각각의 피크 검출기(261-26N)과 유사한 방식으로 각각의 심볼에 대한 피크 전력의 위치를 결정한다. 계산단(34)은 전형적으로 수신의 개시시부터 피크 검출기(32)의 출력 피크들의 가동 전력 평균을 계산한다. 이와 달리, 계산단(34)은 소정의 길이의 슬라이딩 윈도우내의 피크 검출기(32)로부터의 피크값들을 평균함으로써 가동 전력 평균을 결정할 수 있다.
계산단(36)은 MAX 검출기(28)의 출력 신호와 함께 계산단(34)의 출력 신호를 수신하며, MAX 검출기(28)에 의해서 결정된 검출기(181-18N)의 피크 크기(전력) 중 최대값 대 계산단(34)에 의해서 계산된 가동 피크 전력 평균의 비를 계산한다. 비교기(38)는 비계산단(the ratio computing stage)(36)에 의해서 계산된 비를 임계치와 비교한다.
이러한 비교는 신호 검출을 돕는 다수의 중요한 정보를 생성할 것이다. 피크 전력이 임계치를 초과하는 피크 전력 대 가동 전력 평균의 비를 생성하는 N개의 검출기단(181-18N)의 첫번째 값은 수신된 신호 패턴에서의 제 1 심볼에 상응할 것이다. 이러한 제 1 신호와 관련된 검출기단의 아이덴티티는 수신된 N개의 심볼 패턴 중 하나의 아이덴티티에 상응할 것이다. 따라서, 예컨데 검출기 18i가 피크 전력 대 가동 전력 평균의 비가 임계치를 가장 먼저 초과하는 출력 신호를 생성한다면, i번째 심볼 패턴이 수신된 것이다. 심볼 패턴들과 관련된 심볼내의 피크의 인덱스는 수신기(10)의 시간축과 관련된 진정 버스트 위치를 나타낸다.
실제에 있어서, 임계 신호 발생기(40)에 의해서 생성된 임계 신호의 값은 패턴 시퀀스의 기지의 값으로부터 정해진다. 예컨대, 패턴 길이가 L이며, 패턴 시퀀스가 단위 전력으로 표준화되었다면, 잡음과 위상 오프셋이 없는 경우에 최대 패턴 상관 크기 피크 대 평균 역확산기 피크 크기 출력 신호는 대략 L과 같다.
상기 기술된 수신기(10)의 동작은 다음 가정 중 적어도 하나에 의존한다.
1. 전송 버스트의 개시는 대략 (수개의 심볼 지속시간에까지 이르는 가능한 부정확성을 가지는)처리의 애플리케이션에 앞서 알려지며, 가능하게는 코스 획득 알고리듬(a coarse acquisition algorithm)의 이용 또는 다른 어떤 수단을 통하여 알려진다. 이러한 방식으로, 수신기(10)는 적어도 1 심볼 마진(a 1-symbol margin)을 가지는 버스트들사이에 '무효 시간(dead time)'동안 온(on)상태가 되도록 보장될 수 있어서, 기지의 패턴(들)의 위치는 전송의 개시(또는 몇몇 다른 특이점)를 특유하게 규정한다. 혹은,
2. 탐색된 패턴(들)은 선험적으로 알려진 특유하게 규정된 위치들이 아닌 전송 버스트의 본체내에서는 나타나지 않도록 보장된다.
기지의 심볼/비트 패턴들에 대한 신호/피크 검출 신뢰도를 상당히 향상시켜서 어느 패턴이 수신되었는가에 대한 결정을 하여 이러한 정보를 요구하는 다른 요소들에 이러한 정보를 중계하는 것을 가능하게 하는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송에 의해서 전송된 신호들을 검출하는 방법이 제공된다.

Claims (9)

  1. 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송에 의해서 전송되어 수신된 신호들의 향상된 검출을 위한 방법에 있어서,
    상기 수신된 신호들을 N개의 기지의 심볼 패턴들과 각각 연속적으로 상관(correlate)시키는 단계와,
    상기 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 어느 것이 최대 피크 전력을 가지는 지를 결정하는 단계와,
    상기 수신된 신호의 가동 전력 평균(a running power average)을 결정하는 단계와,
    상기 N개의 상관된 심볼 패턴들 중의 최대 피크 전력 대 상기 가동 전력 평균의 비(a ratio)를 계산하는 단계와,
    상기 비를 임계치와 비교하여 상기 수신된 패턴내의 제 1 심볼, 상기 제 1 심볼의 아이덴티티 및 수신기 시간축에 관련된 진정 버스트 위치(a true burst location)를 결정하는 단계
    를 포함하는 수신 신호 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 단계들은 동시에 수행되는 수신 신호 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 어느 것이 최대 피크 전력을 가지는 지를 결정하는 단계는
    상기 각각의 N개의 상관된 심볼 패턴들에 대한 전력치를 결정하는 단계와,
    상기 각각의 N개의 상관된 심볼 패턴들에 대한 상기 전력치 내의 피크를 검출하는 단계와,
    상기 N개의 상관된 심볼 패턴들에 대한 피크 전력치들로부터 어느 심볼 패턴이 최대값을 가지는지 및 실제로 수신된 상기 각각의 N 패턴들의 아이덴티티와, 각각의 심볼 패턴의 각각의 심볼내의 피크 전력의 인덱스를 결정하는 단계
    를 포함하는 수신 신호 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 심볼의 아이덴티티는 최대 피크 전력을 가지는 N개의 상관된 심볼 시퀀스 중 하나에 상응하는 수신 신호 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 수신된 신호들의 시퀀스에 대한 지식으로부터 결정되는 수신 신호 검출 방법.
  6. 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 전송에 의해서 전송된 신호들의 향상된 검출을 위한 장치에 있어서,
    각기 수신된 신호들을 N개의 별개의 기지의 심볼 시퀀스 중 별개의 하나와 상관(correlate)시키는 N개의 검출기단과,
    (a) 상기 N개의 검출기단들에 의해서 출력된 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 어느 것이 최대 피크 전력을 가지는지를 검출하고, (b) 실제로 수신된 각각의 N개의 심볼 패턴들의 아이덴티티를 결정하고, (c) 각각의 수신된 심볼 패턴들의 심볼들 내의 피크 전력의 인덱스를 확립하는 최대 피크 전력 검출 메카니즘과,
    상기 수신된 신호들의 가동 전력 평균을 계산하는 제 1 계산 메카니즘과,
    상기 최대 피크 전력 검출 메카니즘에 의해서 확립된 상기 피크 최대 전력 대 제 1 계산 메카니즘에 의해서 확립된 가동 전력 평균의 비를 계산하는 제 2 계산 메카니즘과,
    상기 비를 임계치와 비교하여, 상기 수신된 패턴내의 제 1 심볼- 상기 제 1 심볼은 최대 피크 전력을 가지는 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 하나에 상응하는 아이덴티티를 가지며, 상기 제 1 심볼은 상기 심볼내의 피크 전력의 인덱스에 상응하는 수신기 시간축에 관계된 진정 버스트 위치를 가짐 -을 결정하는 비교단
    을 포함하는 신호 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각각의 N개의 검출단들은,
    N개의 가능한 기지의 심볼 패턴들 중 별개의 하나를 발생시키는 패턴 발생기와,
    상기 수신된 신호들을 상기 패턴 발생기에 의해서 생성된 N개의 기지의 심볼 시퀀스들 중 별개의 하나와 상관시키는 패턴 상관기
    를 포함하는 신호 검출 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 최대 피크 전력 검출 메카니즘은
    각기 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 하나에 상응하는 전력을 측정하는 N개의 전력 모니터와,
    각기 상기 전력 모니터들 중 상응하는 하나에 의해서 측정된 전력내의 피크를 검출하는 N개의 피크 검출기들과,
    상기 N개의 상관된 심볼 패턴들 중 어느 것이 상기 피크 검출기들 중 별개의 하나에 의해서 검출된 피크 전력을 가지는지 및 실제로 수신된 N개의 패턴들 각각의 아이덴티티와 각각의 심볼 패턴에서의 각각의 심볼내의 피크 전력의 인덱스를 결정하는 최대 피크 전력 검출단
    을 포함하는 신호 검출 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 계산 메카니즘은
    수신된 신호들의 전력을 측정하는 전력 모니터와,
    상기 전력 모니터에 의해서 측정된 전력에서의 피크를 검출하는 피크 검출기와,
    상기 피크 검출기에 의해서 측정된 피크들의 가동 전력을 계산하기 위하여 상기 피크 검출기에 의해서 측정된 전력에서의 피크에에 응답하는 계산단
    을 포함하는 신호 검출 장치.
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