KR20060066877A

KR20060066877A - 휴대인터넷 tdd방식중계기의 상,하향 링크 스위칭 제어 장치 및 그 제어 방식

Info

Publication number: KR20060066877A
Application number: KR1020040105380A
Authority: KR
Inventors: 윤무형; 김현훈
Original assignee: 주식회사에스에이티
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-19

Abstract

본 발명은 Wibro 시스템에 적용되는 TDD(Time Division Duplex) 중계기의 스위치를 제어하는 스위칭 제어장치 및 제어장치의 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스위칭 제어장치는 , 수신되는 다운링크 신호의 프리앰블을 검출하여, 프레임의 시작점을 추정하고, 추정한 시작점을 기준으로 클럭을 카운트하여 TTG와 RTG 시간을 계산하여 하향 링크 스위칭 제어신호와 상향 링크 스위칭 제어신호를 출력한다. 이를 위하여 본 발명은, 고주파 신호 처리부와 디지털부로 나누고, 고주파 신호 처리부는 안테나에서 분기되어 입력되는 고주파 신호를 베이스밴드 신호로 변환하고 I,Q신호로 분리하는 기능을 하며 디지털부는 AD(Analog to Digital) 컨버터로 입력되는 I,Q 신호를 샘플링하고 샘플링된 데이터를 제시된 알고리즘에 의해 연산을 수행하여 프리앰블 여부를 판단하여 스위치 제어 신호를 출력하게 된다. 프리앰블을 검출함으로써 하향 링크 신호와 상향 링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭 제어가 가능하며, 열악한 잡음 환경에서도 강인한 제어 성능을 보장하게 된다.

WIBRO, TDD, 중계기, OFDM, TTG, RTG, 프리앰블, 하향 링크, 상향 링크

Description

휴대인터넷 TDD방식중계기의 상,하향 링크 스위칭 제어 장치 및 그 제어 방식 { Up and down synchronization switching control module and its control method of potable internet Time Division Duplex repeater system }

도 1은 한frame동안 timing metric을 계산한 결과의 예.

도 2는 두 번째 preamble symbol을 detect하는 것을 방지하는 방안.

도 3은 Median filtering을 이용한 coarse acquisition-6개 frame을 이용하는 경우.

도 4는 Multipath channel model.

도 5은 Vehicular-A channel model parameter.

도 6은 Coarse acquisition의 performance Detection probability.

도 7은 Coarse acquisition의 performance False alarm probabilit

도 8는 Coarse acquisition에서 찾은 frame timing 위치의 분포.

도 9은 Extreme case 1: Coarse acquisition에서 찾은 frame timing이 Region 1의 첫 번째 sample인 경우.

도 10은 Extreme case 2: Coarse acquisition에서 찾은 frame timing이 Region 2의 마지막 sample인 경우.

도 11는 여러 개의 frame들에걸쳐서 average를 취함.

도 12는 Fine acquisition 알고리즘의 lock-in probability.

도 13는 Lock 및 loose-lock 상태에 따른 timing metric 값 크기.

도 14은 Lock threshold 및 loose-lock threshold.

도 15은 Lock detector 첫 번째 preamble symbol을 제대로 tracking하고 있는 경우.

도 16은 Lock detector 두 번째preamble symbol을 잘못 tracking하고 있는 경우.

도 17는 Lock/loose-lock detector에서의 metric averaging.

도 18는 Lock/loose-lock detector들의 detection probability.

도 19는 중계기 전체 구성도

본 발명은 Wibro 시스템의 TDD(Time Division Duplex) 중계기의 통신 방식에 관한 기술로서, 상향 링크(up link)와 하향 링크(down link) 모드의 정확한 전환 시점을 제어하기 위한 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.

IS-95, cdma2000, WCDMA 등 기존의 무선통신 시스템들은 대부분 하향링크와 상향링크가 서로 다른 주파수 대역을 이용하는 FDD (Frequency Division Duplex) 방식을 사용하였다. 이러한 FDD 방식은 frequency duplexer를 이용하여 송수신기에서 상향링크 및 하향링크 신호의 구분이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 FDD 방식에서는 상향링크와 하향링크 사이의 무선자원 사용 비율이 각각의 주파수 대역폭에 의하여 결정되므로 시스템 배치 후에는 무선자원 사용 비율을 바꾸기 힘들다는 단점이 있다. 반면 상향링크와 하향링크가 동일한 주파수 대역을 시간적으로 번갈아 사용하는 TDD 방식은 상향링크 및 하향링크의 길이를 조절하여서 무선자원 사용 비율을 필요에 따라서 용이하게 수정할 수 있다는 장점이 있다. TDD 방식의 경우 중계기가 하향링크 또는 상향링크 모드로 전환되도록 RF 스위칭 제어 모듈이 RF 스위치를 제어한다. 이때 RF 스위치의 모드 전환이 정확한 시점에서 이루어지지 않을 경우 상향링크 및 하향링크의 신호가 제대로 전달되지 못 하는 사태가 발생하게 되므로 매우 높은 정확성을 가지는 RF 스위칭 제어 모듈의 개발이 필수적이다. 이를 위하여 중계기의 RF 스위칭 제어 모듈은 하향링크에서 수신된 프레임을 분석하여 정확한 프레임 타이밍을 추출해내야 한다.

본 발명의 목적은 다중 경로 신호, 다수의 단말기로부터 입력되는 신호등의 열악한 현장 환경에서도 강인하게 동작하며, 정확한 프레임 동기를 추출하는 TDD 중계기의 상,하향 링크 스위칭 제어 장치 및 그 제어 방법을 제시하는 데 있다. 이를 위하여 본 발명은 제어 장치는 고주파 신호 처리부와 디지털 신호 처리부로 구성한다. 고주파 신호 처리부는 고주파 신호를 중간 주파수로 낮추고, 다시 베이스밴드의 I,Q신호로 변환하며, 디지털 신호 처리부는 베이스밴드 I,Q신호를 입력받아서 10MHz로 샘플링한 데이터를 메모리에 저장하고, 이 데이터는 이 발명에 의한 제어 방법에 따라 연산을 수행하는데 사용된다. 제어 방법으로 수신된 하향 링크 프레임의 자기 상관(Auto Correlation)에 의해 프리앰블을 검출하는 방법, 검출한 프리앰블 데이 터의 대략적 위치를 추정하는 방법(Coarse Acquisition), 추정한 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정하는 방법(Fine Acquisition), 추정한 프리앰블의 세밀한 위치에서 스위칭 타이밍을 연산하는 방법, 스위칭 타이밍을 보정하는 방법(Tracking), 동기 및 비동기 탐지기( lock-loose lock detector) 등을 제공한다.

상기한 수신된 하향 링크 프레임의 자기 상관에 의해 프리앰블을 검출하는 방법은 하향 링크의 첫 번째 프리앰블 심볼은 512개의 샘플들이 두 번 반복되는 구조를 갖고 있다. 이러한 구조로부터 착안하여 반복되는 샘플들 사이의 상관 관계를 이용하여 프리앰블의 위치를 추정할 수 있다. 수신된 신호를 베이스밴드로 변환하여 OFDM 샘플주기(10MHz)로 샘플링한 신호, 프리앰블 심볼에서 반복되는 샘플들의 길이등을 인자로 하는 자기 상관 수식을 구성할 수 있다. 이러한 수식의 연산은 이면 잡음이 없는 단일 경로 채널의 경우 프리앰블 심볼의 반복되는 구간에서 최대값을 가진다.

본 발명에서는 변형된 자기 상관 수식을 고안하여 적용함으로써 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)가 큰 경우에도 한 프레임동안 변형 자기상관 수식을 계산하면 도 1과 같은 결과를 얻을 수 있다. 하향링크에는 두 개의 프리앰블 심볼들이 있으므로 도 1에서 불 수 있듯이 변형 자기상관 수식이 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)와 두 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)에서 최대값을 가지게 된다. 중계기는 첫 번째 프리앰블 심볼의 시작점을 찾아야 하므로 단순히 변형 자기상관 수식을 한 프레임 길이 동안 계산하여서 최대값의 위치를 찾는 것으로 는 올바른 프레임 타이밍 동기 획득을 보장할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 두 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix) 구간을 하향링크 구간의 시작점으로 오인하는 경우를 방지하기 위해서 도 2와 같은 방식을 사용한다. 중계기가 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)을 시작하면 수신되는 매 샘플 위치에서 변형 자기상관 수식을 계산하고 그 결과를 주어진 임계치와 대소비교를 한다. 도 2에서 볼 수 있듯이 만약 변형 자기상관 수식의 결과값이 임계치보다 크다면 해당 위치가 하향링크의 첫 번째 또는 두 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간 근방일 가능성이 매우 높다. 다만 첫 번째 프리앰블 심볼인지 또는 두 번째 프리앰블 심볼인지 구분을 할 수 없으므로 임계치 비교를 통과한 시점에서 OFDM 심볼 3개의 길이 동안 쉰 다음 다시 변형 자기상관 수식 계산 및 임계치 비교를 수행하기 시작한다. 그래서 다시 변형 자기상관 수식이 임계치보다 큰 값을 가지는 위치가 신호 대 잡음비가 충분히 큰 경우에는 도 2에서와 같이 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)의 근방이 될 것이므로 두 번째 프리앰블 심볼을 첫 번째 프리앰블 심볼로 오인하는 경우를 방지할 수 있다.

그러나 신호 대 잡음비가 낮은 경우에는 이면 잡음때문에 경우에 따라서 상기 방식대로 변형 자기상관 수식이 두 번째로 임계치 비교를 통과한 위치가 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간 근방이 아닐 수도 있을 것이다. 따라서 본 발명에서는 신호 대 잡음비가 낮은 환경에서 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)의 신뢰도를 높이기 위하여 도 3에서와 같이 중간값 선택법(median filtering)을 추가적으로 사용한다. 좀 더 구체적으로 설명하면 우선 변형 자기상관 수식을 계산하여서 임계치 비교를 통과하는 첫 번째 위치는 무시한다. 그 다음에는 임계치 비교를 통과한 위치로부터 3개의 OFDM 심볼 길이만큼 쉰 다음 변형 자기상관 수식 계산을 다시 수행하여서 임계치 비교를 통과하는 위치를 다시 찾는 작업을 N번 반복한다. 마지막으로 도 3에서와 같이 이렇게 찾은 N개의 임계치 비교 통과 지점들의 중간값을 찾아서 그 위치를 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)과정에서 찾은 프레임 타이밍 동기 위치로 사용하는 것이다. 이러한 경우 도 3에서 볼 수 있듯이 이면 잡음때문에 간혹 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간의 근방 외에서 변형 자기상관 수식이 임계치 비교를 통과하여서 대다수의 경우에는 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간 근방에서 임계치 비교를 통과할 것이므로 올바른 프레임 타이밍 동기 위치를 획득할 수 있다.

프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition) 알고리즘의 성능을 검증하기 위하여 모의전산실험을 수행하였으며 이때 사용한 채널 모델을 Vehicular-A 다중 경로 채널이다. 일반적으로 다중 경로 채널은 도 4와 같이 tap delay line으로 수식화할 수 있다. 이때

번째 path에 곱해지는

은 해당 경로의 평균 전력 이득값이고

은 다음과 같은 p.d.f. (probability distribution function)를 가지는 Rayleigh random variable이다.

또한

은

의 구간에서 균일한 분포를 가지는 uniform random variable이 고

은 첫 번째 경로를 기준으로

번째 경로의 지연을 나타낸다. Vehicular-A 채널은 총 6개의 경로로 이루어져 있으며 각 경로의

과

의 값은 도 5과 같다. 또한 매 프레임마다

과

들을 독립적으로 새로 생성하였다.

도 6과 도 7은 carrier-to-noise ratio (CNR)이 0 dB이고 임계치 = 0.125를 이용하는 경우 중간값 선택(median filtering)을 위하여 몇 개의 프레임에 걸쳐서 도 3의 알고리즘을 사용했는지에 따른 detection probability와 false alarm probability를 보여준다. Detection probability를 0.995 이상 얻기 위해서 최소한 6개 이상의 프레임들에 걸쳐서 임계치 비교를 수행한 후 중간값 선택(median filtering)을 해야 함을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 보다 정확한 프레임 타이밍 동기를 획득하기 위하여 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 찾은 프레임 타이밍 위치를 기준으로 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)을 수행한다. 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(Fine acquisition)은 보다 정확한 프레임 타이밍 위치를 찾기 위하여 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 사용한 임계치 비교 방식 대신 일정한 윈도우(window) 내에서 가장 큰 변형 자기상관 수식 값을 가지는 위치를 찾는다. 이때 Wibro 시스템은 하향링크에 두 개의 프리앰블 심볼들이 존재하므로 윈도우(window)내에 두 번째 프리앰블의 CP(cyclic prefix) 구간이 포함될 경우 두 번째 프리앰블의 CP(cyclic prefix) 구간을 하향링크 프레임의 시작점으로 오인할 수 있다. 따라서 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)의 올바른 동작을 위해서 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)의 결과를 바탕으로 적절한 윈도우(window)구간을 설정하는 것이 중요하다. 이를 위하여 우선 도 8에 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 찾은 프레임 타이밍 위치의 분포를 도시하였다. 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix) 이전 512 샘플 구간을 영역 1, CP(cyclic prefix) 구간을 영역 2, 그리고, CP(cyclic prefix) 이후 512 샘플 구간을 영역 3이라고 하였을 때 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)의 결과는 대부분 영역 1 또는 영역 2에 위치함을 볼 수 있다. 이는 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 임계치 비교를 수행하므로 변형 자기상관 수식값이 증가하는 영역 1에서 대부분의 경우 임계치 비교를 통과하며 이면 잡음 등의 이유로 영역 1에서 임계치 비교를 넘지 못 한 경우에도 대부분 영역 2에서는 임계치 비교를 통과하기 때문이다. 따라서 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)의 결과는 언제나 영역 1 또는 영역 2 내에 위치한다고 가정한다. 우선 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 찾은 프레임 타이밍 위치가 영역 1의 첫 번째 샘플인 경우를 생각해 보자. 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(Fine acquisition)에서 궁극적으로 영역 2 내의 임의의 샘플 위치를 찾아야 하므로 윈도우(window)구간은 영역 2를 포함하여야 한다. 따라서 도 9에서 표시된 바와 같이 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)에서 사용할 윈도우(window)구간은 최소한 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 찾은 프레임 타이밍 위치에서 뒤로 일정 샘플 구간을 포함시켜야 한다.

반대로 coarse acquisition에서 찾은 frame timing 위치가 영역 2의 마지막 sample인 경우에는 도 10에서 볼 수 있듯이 그 위치에서 앞으로 일정 샘플 구간을 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)의 윈도우(window)에 포함시켜주어야 한다. 따라서 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)은 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 찾은 프레임 타이밍 위치를 기준으로 관측 윈도우(observation window)구간으로 잡고 이 구간에 해당하는 샘플 위치들에서 각각 식 을 이용하여 변형 자기상관 수식을 계산하여서 가장 큰 값을 가지는 위치를 찾는다.

신호 대 잡음비가 낮은 경우 프레임 타이밍 동기 획득의 성능을 개선하기 위하여 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)에서도 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서와 마찬가지로 각 프레임에서 계산된 결과를 여러 개의 프레임들에 걸쳐서 평균값을 취한다. 예를 들어서 도 11는 6개의 프레임들에서 각각 일정 샘플 길이의 관측 윈도우(observation window)내에서 최대 변형 자기상관 수식값을 가지는 위치들의 평균을 취하여서 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)의 결과로 사용하는 경우를 보여준다.

기지국과 중계기에서 사용하는 발진기(oscillator)들 사이에 오차가 있을 수 있으며 이로 인하여 중계기입장에서 프레임 타이밍이 지속적으로 변하는 타이밍 천이가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 타이밍 천이를 보상해 주기 위해서 중계기는 프레임 타이밍 추적을 수행하여야 한다. 본 발명에서는 별도의 추적 알고리즘을 사용하 지 않고 대신 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition) 알고리즘을 반복하여 사용하여서 하향링크 신호의 을 추적해 나간다.

도 12는 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정 및 추적(fine acquisition and tracking) 알고리즘의 동기화 가능성에 대한 모의 전산실험 결과를 보여준다. 사용된 채널 모델은 다중 경로 채널과 페이딩이 없는 단일 경로(AWGN) 두 가지이다. 여기서 다중 경로 채널은 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition)에서 사용한 Vehicular-A channel 모델과 동일하다. 여기서 동기화 가능성은 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정 및 추적(fine acquisition 및tracking)의 결과가 하향링크의 첫 번째 프리앰블의 CP(cyclic prefix)구간 내에 있을 확률을 지칭하고

은 평균한 프레임들의 개수를 나타낸다. 도 12에서 볼 수 있듯이 단일 경로 채널 (AWGN)과 다중 경로 채널 모두에서 0.99 이상의 동기화 가능성을 얻기 위해서는

개 이상의 프레임들에 대하여 평균을 취하여야 한다. 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition) 및 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)이 프레임 타이밍 위치를 제대로 찾았는지 확인하기 위해서 본 발명에서는 동기 탐지기(lock detector)를 사용한다. 또한 중계기가 동작 도중 하향링크 프레임 타이밍에 대한 동기를 놓친 경우에는 주변 기지국 및 단말기들에게 간섭을 주지 않기 위하여 중계 기능을 중단하고 다시 프레임 타이밍 동기를 획득하여야 한다. 이를 위하여 중계기 동작 중 프레임 타이밍 동기를 놓쳤는지 여부를 확인하는 비동기 탐지기(loose-lock detector) 역시 필요하다.

본 발명에서는 도 13에서 볼 수 있듯이 동기인 상태(추적 모드에서 추적하고 있는 프레임 타이밍 위치가 하향링크의 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix) 구간 내에 있는 경우) 에는 변형 자기상관 수식 이 큰 값을 가지는 반면 대부분의 다른 구간 (비동기 상태)에서는 변형 자기상관 수식의 값이 작다는 점을 이용하여서 동기 및 비동기 탐지(lock & loose-lock detection)을 수행한다. 즉, 도 14에서와 같이 초기에 비동기 상태에 있는 중계기가 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)이 끝난 후 프레임 타이밍 추적을 수행하면서 프레임 타이밍 위치에서의 변형 자기상관 수식값을 관찰하여서 동기 임계치보다 커지면 동기를 선언한다. 그 다음에는 중계기가 프레임 타이밍 동기를 놓치는지를 확인하기 위하여 프레임 타이밍 위치에서의 변형 자기상관 수식 값을 계속 관찰하여서 비동기 임계치보다 작아지면 비동기를 선언하고 중계기의 중계 기능을 정지시킨다.

Wibro 시스템에서 동기 탐지(lock detection)을 수행할 시 한 가지 더 고려해야 할 사항은 하향링크에 두 개의 프리앰블 심볼들이 있다는 것이다. 즉, 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정 및 추적(fine acquisition and tracking) 모드에서 첫 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간 대신 두 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간을 추적하여도 변형 자기상관 수식은 큰 값을 가지는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명에서는 도 15과 도 16에서와 같이 현재 추적하고 있는 프레임 타이밍 위치 (on-time sampling)에서뿐만 아니라 그보다 한 개의 OFDM 심볼 구간 전의 위치 (early sampling)에서의 변형 자기상관 수식값도 같이 고려한다. 중계기가 첫 번째 프리앰블 심볼을 제대로 추적하고 있는 경우에는 도 15에서와 같이 on-time sampling 위치에서는 큰 값의 변형 자기상관 수식값이 측정되는 반면 early sampling 위치에서는 변형 자기상관 수식값이 작다. 반면 중계기가 두 번째 프리앰블 위치를 잘 못 추적하고 있는 경우에는 현재 추적하고 있는 프레임 타이밍 위치(on-time sampling)뿐만이 아니라 그보다 한 개의 OFDM 심볼 구간 전의 위치(early sampling) 위치에서도 변형 자기상관 수식의 값이 크게 측정이 된다. 따라서 on-time sampling과 early sampling 위치에서 모두 큰 값의 변형 자기상관 수식값이 측정이 되면 중계기는 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition) 부터 다시 수행하도록 한다. 또한 프리앰블 데이터의 대략적인 위치 추정(coarse acquisition) 및 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정 및 추적(fine acquisition and tracking)에서와 마찬가지로 동기 및 비동기 탐지기 역시 낮은 신호 대 잡음 비 환경에서의 성능을 개선하기 위하여 여러 프레임 구간 동안 필터링(filtering)을 사용한다. 즉, 도 17에서와 같이 여러 개의 프레임들에서 각각 on-time sampling 위치에서의 변형 자기상관 수식과 early sampling 위치에서의 변형 자기상관 수식들을 측정한 다음 변형 자기상관 수식의 값을 평균한 후 임계치 비교를 수행하도록 한다. 도 18는 변형 자기상관 수식값들을 평균하는데 사용한 프레임 개수에 따른 동기 탐지기(lock detector) 및 비동기 탐지기(loose-lock detector)의 탐지 가능성에 대한 모의전산실험 결과를 보여준다. 실험에 사용된 채널 환경은 coarse acquisition의 경우와 마찬가지로 Vehicular-A channel model을 따르는 다중 경로 채널이며 CNR = 0 dB, 동기 임계치 = 0.1, 비동기 임계치 = 0.02를 사용한 경우이다. 이러한 경우 그림 26은 8개 이상의 프레임들을 이용하여 변형 자기상관 수식들을 평균할 경우 동기 탐지기(lock detector)와 비동기 탐지기(loose-lock detector) 모두 0.9999 이상의 매우 높은 탐지 가능성(detection probability)을 얻을 수 있음을 보여주고 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 Wibro 시스템의 TDD방식 중계기에 있어서, 다중 경로 신호, 다수의 단말기로부터 입력되는 신호등이 혼재해 있는 열악한 현장 환경에서도 상향 링크와 하향 링크 신호에 정확하게 동기되도록 스위치를 제어하는 것이 가능하다.

Claims

TDD 중계기의 상향 링크와 하향 링크의 정확한 동기 확보를 위한 스위치 제어 장치를 개발함에 있어서, 고주파 신호의 입력 레벨에 대하여 AGC 동작을 수행하고, 고주파 신호를 중간 주파수로 변환하고, 다시 베이스밴드의 I,Q 신호로 변환하는 고주파 신호 처리부와 베이스 밴드의 I,Q신호를 AD 컨버터로 입력받아 10MHz로 샘플링한 데이터를 메모리에 저장하고, 저장된 데이터를 기반으로 본 발명에서 제안한 제어 방법에 따라 연산을 수행하고, 스위치 제어 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 디지털 신호 처리부의 제어 방법은,

수신된 하향 링크 프레임의 자기 상관(Auto Correlation)에 의해 프리앰블의 CP를 검출하는 방법, 검출한 프리앰블 데이터의 대략적 위치를 추정하는 방법(Coarse Acquisition), 추정한 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정하는 방법(Fine Acquisition), 추정한 프리앰블의 세밀한 위치에서 스위칭 타이밍을 연산하는 방법, 스위칭 타이밍을 보정하는 방법(Tracking),동기 및 비동기 탐지기를 특징으로 하는 알고리즘.
제2항에 있어서, 프리앰블의 검출은 수신된 하향 링크 프레임을 샘플링하여, 자기 상관(Auto Correlation)을 취하는 방법으로 자기 상관 수식을 변형하여 적용하여 SNR에 무관하고, 안정된 프리앰블 검출 방법을 특징으로 하는 알고리즘.
제2항에 있어서, 검출한 프리앰블 데이터의 대략적인 위치를 추정하는 방법(coarse acquisition)은 변형된 자기상관 수식에 의해 연산한 결과가 임계치보다 큰 값이면 프리앰블의 CP로 간주하고, 그 프리앰블이 첫 번째 프리앰블 인지 두 번째 프리앰블인지 판단하기 위하여 3개의 OFDM 심볼 길이만큼 쉰 다음 다시 변형된 자기상관 수식을 연산하여 임계치보다 큰 값이 나오면 첫 번째 프리앰블로 판정하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제5항에 있어서, 검출한 프리앰블 데이터의 대략적인 위치를 추정하는 방법(coarse acquisition)에서 프리앰블 검출 확률을 높이기 위해서 최소한 6개 이상의 프레임들에 걸쳐서 임계치 비교를 수행한 후 중간값 선택(median filtering)을 하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제2항에 있어서, 추정한 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정하는 방법(Fine Acquisition)은 검출한 프리앰블 데이터의 대략적 위치를 추정하는 방법(Coarse Acquisition)에서 찾은 위치에서 일정한 윈도우(window) 크기를 정하고 그 윈도우 내에서 가장 큰 변형 자기상관 수식 값을 가지는 위치를 찾는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제7항에 있어서, 신호 대 잡음비가 낮은 경우 프레임 타이밍 동기 획득의 성능을 개선하기 위하여 프리앰블 데이터의 세밀한 위치를 추정(fine acquisition)에서 각 프레임에서 계산된 결과를 여러 개의 프레임들에 걸쳐서 평균값을 취하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제2항에 있어서, 동기 탐지기는 프레임 타이밍 위치를 제대로 찾았는지 확인하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제2항에 있어서, 비동기 탐지기는 중계기 동작 중 프레임 타이밍 동기를 놓쳤는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제9항에 있어서, 두 번째 프리앰블 심볼의 CP(cyclic prefix)구간을 추적하여도 변형 자기상관 수식은 큰 값을 가지는 문제가 발생하므로 이를 피하기 위하여 현재 추적하고 있는 프레임 타이밍 위치 (on-time sampling)에서뿐만 아니라 그보다 한 개의 OFDM 심볼 구간 전의 위치 (early sampling)에서의 변형 자기상관 수식값도 같이 고려하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
제11항에 있어서, 현재 추적하고 있는 프레임 타이밍 위치 (on-time sampling)에서뿐만 아니라 그보다 한 개의 OFDM 심볼 구간 전의 위치 (early sampling)에서 모두 큰 값의 변형 자기상관 수식값이 측정이 되면 중계기는 프리앰블 데이터의 대략적 인 위치 추정(coarse acquisition) 부터 다시 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.
동기 및 비동기 탐지기 역시 낮은 신호 대 잡음 비 환경에서의 성능을 개선하기 위하여 여러 개의 프레임들에서 각각 on-time sampling 위치에서의 변형 자기상관 수식과 early sampling 위치에서의 변형 자기상관 수식들을 측정한 다음 변형 자기상관 수식의 값을 평균한 후 임계치 비교를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 알고리즘.