KR20060130468A - Pseudo noise acquisition apparatus and method for synchronization in a spread spectrum communication system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 PN 코드의 자기 상관 특성을 도시한 도면1 is a diagram illustrating autocorrelation characteristics of a PN code.
도 2a는 파일럿 Ec/Io가 높을 때 탐색창 기반의 가설검사 결과를 예시한 도면FIG. 2A illustrates a search window based hypothesis test result when the pilot Ec / Io is high. FIG.
도 2b은 파일럿 Ec/Io가 낮을 때 탐색창 기반의 가설검사 결과를 예시한 도면2B is a diagram illustrating a search window based hypothesis test result when the pilot Ec / Io is low.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PN 포착 장치의 구성을 도시한 블록도3 is a block diagram showing the configuration of a PN capturing apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PN 포착 과정을 도시한 순서도4 is a flowchart illustrating a PN capture process according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 7은 AWGN 채널에서 본 발명에서 제안하는 PN 포착 방법의 성능을 도시한 도면5 and 7 illustrate the performance of the PN acquisition method proposed by the present invention in the AWGN channel.
도 6 및 도 8은 페이딩 채널에서 본 발명에서 제안하는 PN 포착 방법의 성능을 도시한 도면6 and 8 illustrate the performance of the PN acquisition method proposed by the present invention in a fading channel.
본 발명은 확산 대역 통신(Spread-Spectrum Communication) 시스템에서 수신기의 동기화(synchronization) 장치 및 방법에 대한 것으로서, 특히 부호 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access : CDMA) 시스템에서 수신기의 동기화를 위한 PN(Pseudo Noise) 포착 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for synchronizing a receiver in a spread-spectrum communication system, and in particular, a PN (Pseudo) for synchronizing a receiver in a code division multiple access (CDMA) system. Noise) capture device and method.
일반적으로 확산 대역 통신은 정보를 전송하기 위하여 요구되는 최소의 대역폭보다 휠씬 큰 대역폭을 사용하는 전송 방법으로 송신기에서는 데이터와 무관한 특정한 확산 코드를 이용하여 대역 확산이 이루어지고, 동기화된 수신기에서는 상기 확산 코드를 이용하여 역확산(despreading)을 수행한 후 데이터 복원이 이루어짐을 특징으로 한다. 상기 확산 대역 통신은 1950년대 중반부터 개발되기 시작하였고, 초기에는 주로 군사통신에 응용되었으며, 1990년대에 들어 CDMA 방식으로 비로소 셀룰러 이동통신에 응용되기 시작하였다. 그리고 상기 CDMA 방식을 이용한 확산 대역 통신은 현재 3 세대 이동통신 표준에 채택되어 널리 사용 중이다.In general, spread spectrum communication is a transmission method that uses a bandwidth much larger than the minimum bandwidth required for transmitting information. In the transmitter, spread spectrum is performed by using a specific spreading code that is independent of data, and the spread spectrum is synchronized in a synchronized receiver. Data recovery is performed after despreading using code. The spread spectrum communication began to be developed in the mid-1950's, and was mainly applied to military communication. In the 1990's, the spread band communication began to be applied to cellular mobile communication. In addition, spread-band communication using the CDMA scheme is currently adopted and widely used in the third generation mobile communication standard.
상기 확산 대역 통신에서 대역 확산과 역확산에 사용되는 코드는 PN(Pseudo-Noise) 코드이며, 상기 PN 코드는 도 1과 같은 자기 상관(auto-correlation) 특성을 가진다. 도 1에서 참조부호 Tc는 칩(chip) 구간이고, 참조부호 P는 PN 코드의 주기를 의미한다. 상기 자기 상관 특성으로부터 수신기는 수신 신호의 PN 코드와 수신기에서 생성한 동일한 PN 코드를 한 칩 이내로 동기화한 후, 동기화된 PN 코드를 이용하여 수신 신호를 역확산하여 데이터 복원이 가능해진다. 따라서 수신기에서는 데이터 복원을 위하여 먼저 PN 동기(synchronization)를 획득하여야 하며, 상 기 PN 동기를 맞추는 과정은 크게 PN 포착(acquisition)과 PN 추적(tracking)으로 구분된다.In spread spectrum communication, a code used for spread spectrum and despreading is a pseudo-noise (PN) code, and the PN code has an auto-correlation characteristic as shown in FIG. 1. In FIG. 1, reference numeral Tc denotes a chip period, and reference numeral P denotes a period of a PN code. From the autocorrelation property, the receiver synchronizes the PN code of the received signal with the same PN code generated by the receiver within one chip, and then despreads the received signal using the synchronized PN code to recover data. Therefore, the receiver must first acquire PN synchronization for data recovery, and the process of synchronizing the PN synchronization is largely divided into PN acquisition and PN tracking.
여기서 상기 PN 포착은 수신 신호의 PN 코드와 수신기에서 생성한 동일 PN 코드를 한 칩 이내로 대략 동기를 맞추는 과정이고, 상기 PN 추적은 상기 PN 포착 후 최대한 정확하게 수신 동기를 맞추는 과정이다. 본 발명은 상기 PN 포착에 관한 기술로 이하 확산 대역 통신을 사용하는 대표적인 통신 시스템으로 IS-95, CDMA 2000 등 CDMA 시스템의 예를 들어 종래 PN 포착 방식을 보다 상세하게 설명하기로 한다.In this case, the PN acquisition is a process of roughly synchronizing the PN code of the received signal with the same PN code generated by the receiver within one chip, and the PN tracking is a process of accurately matching the reception after the PN acquisition. The present invention will be described below in more detail the conventional PN acquisition method, for example, CDMA systems such as IS-95, CDMA 2000 as a representative communication system using spread-band communication as a technique for the PN acquisition.
일반적으로 CDMA 시스템에서 수신기는 파일럿 채널 신호를 수신하여 PN 포착을 수행하며, 상기 파일럿 채널 신호는 수신기의 동기 획득이나 전력 제어 등을 위해 데이터 변조 없이 복소 PN 코드로 대역 확산된 신호이다. 상기 PN 포착의 성공 여부는 파일럿 채널 신호의 에너지를 계산하고, 계산된 에너지의 세기를 소정 임계값과 비교하여 판정한다. 여기서 상기 파일럿 채널 신호의 에너지는 수신된 파일럿 채널 신호를 동위상(In-phase) 성분과 역위상(Quadrature) 성분으로 분리하여 각각 I 채널과 Q 채널의 PN 코드를 이용하여 역확산하고, 각 성분을 일정 시간 동안 누적한 후, 제곱하여 더하는 방식으로 구해진다.In general, in a CDMA system, a receiver receives a pilot channel signal to perform PN acquisition, and the pilot channel signal is a signal spread with a complex PN code without data modulation for synchronization acquisition or power control of the receiver. Success of the PN acquisition is determined by calculating the energy of the pilot channel signal and comparing the calculated energy intensity with a predetermined threshold. Herein, the energy of the pilot channel signal is divided into an in-phase component and a quadrature component and despread using the PN codes of the I and Q channels, respectively. After accumulating over a period of time, it is obtained by adding squared.
상기 임계값과의 비교를 위해 상기 파일럿 채널 신호의 에너지를 일정한 횟수만큼 다시 누적한 것을 가설(hypothesis) 에너지라 하며, 임의의 시간 가설(time hypothesis)에서 상기 가설 에너지를 구하여 상기 임계값과 비교하는 일련의 과정을 가설 검사(hypothesis test)라 칭하기로 한다. 그리고 수신 신호의 PN 코드와 수신기에서 생성한 PN 코드간의 시간차를 시간 가설이라 하며, 예를 들어 IS-95, CDMA 2000 시스템에서 한 칩 간격으로 시간차를 변경하면서 검사하는 경우 총 32768 개의 시간 가설이 존재한다.Accumulation of the pilot channel signal energy by a predetermined number of times for comparison with the threshold value is called hypothesis energy, and the hypothesis energy is obtained from an arbitrary time hypothesis and compared with the threshold value. A series of processes will be referred to as hypothesis test. In addition, the time difference between the PN code of the received signal and the PN code generated by the receiver is called a time hypothesis. For example, in the IS-95 and CDMA 2000 systems, a total of 32768 time hypotheses exist when the time difference is changed by one chip interval. do.
통상 전체 시간 가설 중에서 수신 신호의 PN 코드와 수신기에서 생성된 PN 코드간의 시간차가 한 칩 이내인 경우를 옳은 가설(correct hypothesis)이라 하고, 그렇지 않은 경우를 틀린 가설(incorrect hypothesis)이라 한다. 상기 가설 검사 결과 만일 가설 에너지가 상기 임계값 미만이면 다음 시간 가설로 이동하여 가설 검사를 반복하고, 그렇지 않으면 충분히 긴 시간 동안 가설 검사를 재수행하여 포착성공의 여부를 정확하게 판정한다. 이때 충분히 긴 시간을 페널티 시간(penalty time)이라 부른다. 상기 옳은 가설에 대한 가설 검사에서 가설 에너지가 임계값 이상인 경우를 검출(detection)이라고 부르며, 이때에는 페널티 시간 동안 가설 검사를 재수행하면 통상 가설에너지가 임계값 이상이 되며 포착 성공이라고 판정한다.In general, when the time difference between the PN code of the received signal and the PN code generated in the receiver is within one chip, the correct hypothesis is called the incorrect hypothesis. As a result of the hypothesis test, if the hypothesis energy is less than the threshold value, the hypothesis test is moved to the next time hypothesis and the hypothesis test is repeated; otherwise, the hypothesis test is performed again for a sufficiently long time to accurately determine whether the capture is successful. In this case, a long enough time is called a penalty time. In the hypothesis test for the correct hypothesis, the case where the hypothesis energy is greater than or equal to the threshold is called detection. In this case, if the hypothesis test is performed again for a penalty time, the hypothesis energy is generally greater than or equal to the threshold and it is determined that the capture is successful.
그리고 상기 틀린 가설에 대한 가설 검사에서 가설 에너지가 임계값 이상인 경우를 오보(false alarm)라고 부르며, 이때에는 페널티 시간 동안 가설 검사를 재수행하면 통상 가설 에너지가 임계값 미만이 되며, 수신기는 다음 시간 가설로 이동하여 가설 검사를 반복하게 된다. 통상 PN 포착 성능은 평균 포착 시간으로 평가하는데, 이것은 검출 확률과 오보 확률에 의하여 결정되며, 상기 검출 확률과 오보 확률은 임계값 및 기타 요인들에 의하여 결정된다.In the hypothesis test for the wrong hypothesis, the case where the hypothesis energy is greater than or equal to the threshold is called a false alarm. In this case, if the hypothesis test is performed again for a penalty time, the hypothesis energy is generally lower than the threshold, and the receiver hypotheses the next time. Go to and repeat the hypothesis test. PN capture performance is typically evaluated by average capture time, which is determined by detection probability and false probability, which is determined by thresholds and other factors.
그러나 종래 수신기는 충분히 높은 검출 확률을 달성하기 위하여 통상 임계값은 옳은 가설의 가설 에너지보다 충분히 낮은 값으로 설정하므로 임계값 이상의 가설 에너지를 가지는 틀린 가설이 다수 존재하게 된다. 따라서 임계값 이상의 가설 에너지를 가지는 모든 틀린 가설에 대하여 가설 검사를 재수행해야 하며, 페널티 시간이 충분히 큰 관계로 평균포착 시간이 대폭 증가할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 이른바 탐색창(search window) 기반의 PN 포착 기법이 제안되었다.However, in order to achieve a sufficiently high detection probability, the conventional receiver sets a threshold value sufficiently lower than the hypothesis energy of the correct hypothesis, so that there are many false hypotheses having hypothesis energy above the threshold value. Therefore, the hypothesis test should be re-run for all false hypotheses with threshold energy above the threshold, and the average capture time can be significantly increased because the penalty time is large enough. In order to solve this problem, a so-called search window based PN capture technique has been proposed.
상기 탐색창 기반의 PN 포착에서는 탐색창 내의 모든 시간 가설에 대하여 차례로 가설 에너지를 계산한 후, 그 중에서 최대 가설 에너지를 가지는 시간 가설을 선택하고, 상기 최대 가설 에너지를 임계값과 비교하여 PN 포착의 성공 여부를 판정한다. 만일 상기 최대 가설 에너지가 임계값 미만이면 다음 탐색창으로 이동하여 가설 검사를 반복하고, 상기 최대 가설 에너지가 임계값 이상이면 해당 시간 가설에 대하여 페널티 시간 동안 가설 검사를 재수행하여 PN 포착의 성공 여부를 다시 정확하게 판정한다.In the search window-based PN capture, the hypothesis energy is sequentially calculated for all the time hypotheses in the search window, and then the temporal hypothesis having the maximum hypothesis energy is selected, and the maximum hypothesis energy is compared with a threshold to determine the PN capture. Determine success. If the maximum hypothesis energy is less than the threshold value, move to the next search window and repeat the hypothesis test. If the maximum hypothesis energy is more than the threshold value, if the maximum hypothesis energy is greater than or equal to the threshold value, the hypothesis test is repeated for the time hypothesis to determine whether the PN capture is successful. Determine again correctly.
도 2a는 파일럿 Ec/Io가 높을 때 상기 탐색창 기반의 가설 검사 결과를 예시한 도면으로서, 상기 파일럿 Ec/Io는 수신 신호의 전체 전력(IO) 대 파일럿 채널의 신호 전력(EC)의 비율로 정의되며, 상기 파일럿 Ec/Io가 높다는 것은 파일럿 채널 신호의 가설 에너지가 높다는 의미이다. 도 2a에서 1번 탐색창은 옳은 가설을 포함하며, 옳은 가설의 가설 에너지가 가장 크고, 동시에 임계값 이상인 경우를 가정한 것이다. 따라서 도 2a의 경우 PN 포착은 쉽게 성공할 것이다. 한편 도 2a에서 2번 탐색창은 틀린 가설들만 포함하며, 임계값 이상인 틀린 가설이 4개 존재하는 경우 를 가정한 것이다.FIG. 2A is a diagram illustrating the search window based hypothesis test result when pilot Ec / Io is high, wherein pilot Ec / Io is the total power (I O ) of the received signal versus the signal power (E C ) of the pilot channel. Defined as a ratio, the higher the pilot Ec / Io, the higher the hypothesis energy of the pilot channel signal. In FIG. 2A, the first search window includes a correct hypothesis, and assumes a case where the hypothesis energy of the correct hypothesis is the largest and at the same time the threshold value is larger than the threshold value. Thus in the case of FIG. 2A the PN acquisition will easily succeed. Meanwhile, in FIG. 2A, the second search window includes only false hypotheses, and assumes four false hypotheses that are greater than or equal to a threshold.
따라서 일반적인 PN 포착 기법의 경우 상기 2번 탐색창의 4개 틀린 가설 모두에서 페널티 시간 동안 가설 검사를 재수행해야 하지만 탐색창 기반의 PN 포착 기법의 경우 최대 가설 에너지를 가지는 틀린 가설에서만 페널티 시간 동안 가설검사를 재수행하므로 평균 포착 시간은 감소될 수 있다. 즉 도 2a와 같이 파일럿 Ec/Io가 높을 때 탐색창 기반의 PN 포착기법은 평균 포착 시간을 감소시킴을 알 수 있다.Therefore, in the general PN capture technique, the hypothesis test must be re-executed during the penalty time in all four false hypotheses of the
한편 도 2b는 파일럿 Ec/Io가 낮을 때 상기 탐색창 기반의 가설 검사 결과를 예시한 도면으로서, 도 2b에서 1번 탐색창은 옳은 가설을 포함하며, 옳은 가설의 가설 에너지가 임계값 이상이지만 해당 탐색창 내에서 최대 가설 에너지가 아닌 경우를 가정한 것이다. 따라서 도 2b의 경우 PN 포착은 실패할 확률이 높다. 이 경우 수신기는 나머지 모든 탐색창에 대한 가설 검사를 차례로 수행한 후, 다시 옳은 가설을 포함하는 탐색창으로 돌아올 수 있으므로 이 과정에서 매우 큰 시간이 소요되며, 평균 포착 시간이 증가할 것이다.Meanwhile, FIG. 2B illustrates the search window-based hypothesis test result when the pilot Ec / Io is low. In FIG. 2B, the
따라서 탐색창 기반의 PN 포착 기법은 파일럿 Ec/Io가 높을 때에는 오보가 과도하게 발생하는 것을 차단함으로써 평균 포착 시간을 감소시키는 효과를 가질 수 있으나 파일럿 Ec/Io가 낮을 때에는 옳은 가설의 가설 에너지가 임계값 이상이지만 해당 탐색창 내에서 최대 가설 에너지가 아닌 경우가 발생되므로 옳은 가설의 검출 확률이 감소되는 문제점이 발생되며, 이는 결국 평균 포착 시간의 증가를 초래한다.Therefore, the search window-based PN capture technique can reduce the average acquisition time by preventing excessive misleading when the pilot Ec / Io is high, but the hypothesis energy of the right hypothesis is critical when the pilot Ec / Io is low. Since the value is greater than the value but not the maximum hypothesis energy in the search window, a problem occurs that the probability of detecting the correct hypothesis is reduced, which in turn increases the average capture time.
본 발명의 목적은 확산 대역 통신 시스템에서 수신 신호의 전체 전력 대 파일럿 채널 신호 전력의 비율이 낮은 경우 평균 포착 시간을 감소시킬 수 있는 PN 포착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a PN acquisition device and method that can reduce the average acquisition time when the ratio of the total power of the received signal to the pilot channel signal power is low in a spread band communication system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 확산 대역 통신 시스템의 수신기의 동기화를 위한 PN 포착 장치에 있어서, 수신 신호의 동기 및 비동기 누적된 가설 에너지 값을 출력하는 다수의 누적기와, 탐색창 내 모든 시간 가설들 중 복수의 시간 가설들을 검출하고 대응되는 복수의 가설 에너지 값들을 출력하는 에너지 검출기와, 상기 복수의 가설 에너지 값들의 크기를 미리 정해진 적어도 하나의 임계값과 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 임계값 비교기와, 상기 다수의 누적기의 누적 동작을 제어함과 더불어 상기 검출된 복수의 가설 에너지 값들 중 상기 임계값 이상인 가설 에너지를 갖는 특정 시간 가설이 확인된 경우 PN 포착이 성공된 것으로 판정하는 제어기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object is a PN acquisition device for the synchronization of the receiver of the spread spectrum communication system, a plurality of accumulators for outputting the synchronous and asynchronous accumulated hypothesis energy value of the received signal, and all in the search window An energy detector for detecting a plurality of time hypotheses among the time hypotheses and outputting corresponding plurality of hypothesis energy values, and comparing the magnitudes of the plurality of hypothesis energy values with at least one predetermined threshold and outputting a comparison result A threshold comparator and controlling the cumulative operation of the plurality of accumulators, and determining that the PN capture is successful when a specific time hypothesis having a hypothesis energy that is greater than or equal to the threshold value of the plurality of detected hypothesis energy values is confirmed. It is characterized by including a controller.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 확산 대역 통신 시스템의 수신기의 동기화를 위한 PN 포착 방법에 있어서, 수신 신호의 에너지를 동기 및 비동기 누적하여 가설 에너지를 출력하는 과정과, 탐색창 내 모든 시간 가설들로부터 복수의 시간 가설들을 검출하는 과정과, 상기 복수의 시간 가설들에 대응되는 복수의 가설 에너지 값들 구하여 미리 정해진 적어도 하나의 임계값과 비교하는 과정과, 상기 복수의 가설 에너지 값들 중 상기 임계값 이상인 가설 에너지를 갖는 특정 시간 가설이 확인된 경우 PN 포착이 성공된 것으로 판정하는 과정을 포함하여 구성됨 을 특징으로 한다.The method of the present invention for achieving the above object in the PN acquisition method for the synchronization of the receiver of the spread spectrum communication system, the process of outputting the hypothesis energy by synchronizing and asynchronously accumulating the energy of the received signal, and all the time in the search window Detecting a plurality of time hypotheses from hypotheses, obtaining a plurality of hypothesis energy values corresponding to the plurality of time hypotheses, and comparing the hypothesis values with at least one predetermined threshold value, and among the plurality of hypothesis energy values. And determining that the PN capture is successful when a specific time hypothesis with a hypothesis energy above the value is identified.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PN 포착 장치의 구성을 도시한 블록도로서, 도 3의 PN 포착 장치는 기본적으로 확산 대역 통신 시스템의 수신기에 구비되며, 탐색창 기반의 PN 포착을 수행하도록 구성된다. 바람직하게 상기 수신기는 CDMA 시스템의 이동 단말이 될 수 있으며, 본 발명의 PN 포착 장치는 상기 이동 단말의 동기 획득을 위한 파일럿 채널 탐색기(searcher)에 구비될 수 있다. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a PN acquisition apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. The PN acquisition apparatus of FIG. 3 is basically provided in a receiver of a spread spectrum communication system to perform PN acquisition based on a search window. It is composed. Preferably, the receiver may be a mobile terminal of a CDMA system, and the PN acquisition device of the present invention may be provided in a pilot channel searcher for synchronization acquisition of the mobile terminal.
도 3의 구성을 살펴보면, 상기 PN 포착 장치의 수신 안테나(301)는 무선 채널을 통해 고주파(radio frequency) 신호를 수신한다. CDMA 시스템에서 상기 무선 채널은 파일럿 채널이 된다. 수신 모듈(303)은 안테나(301)의 수신 신호를 기저대역(baseband) 신호로 주파수 하향 변환하고, 필터링시킨 후 디지털 신호로 A/D(Analog-to-Digital) 변환하여 출력한다. 여기서 상기 수신 신호는 파일럿 채널 신호이고, 상기 수신 모듈(303)은 파일럿 채널 신호를 동위상(In-phase) 성분과 역위상(Quadrature) 성분으로 분리하여 출력한다.Referring to the configuration of FIG. 3, the
또한 도 3에서 PN 코드 생성기(305)는 제어기(325)의 제어 하에 수신 신호와 동일한 코드를 가지며, 소정 PN 오프셋에 따른 I 채널의 PN 코드(PNI)와 Q 채널의 PN 코드(PNQ)를 생성하여 역확산기(307)로 출력한다. 상기 제어기(325)는 생성되는 PN 코드의 상기 PN 오프셋(offset)을 변화시켜가면서 소정 임계값 보다 큰 가설 에너지를 갖는 파일럿 채널 신호를 탐색한다. 그리고 상기 역확산기(307)는 수신된 파일럿 채널 신호의 동위상(In-phase) 및 역위상(Quadrature) 성분을 각각 상기 생성된 I 및 Q 채널의 PN 코드로 복소 역확산시킨다.In addition, the
도 3의 누적기(309)는 역확산된 파일럿 채널 신호의 동위상 성분을 일정한 시간 동안 동기 누적(coherent accumulation)하고, 다른 누적기(311)는 역확산된 파일럿 채널 신호의 역위상 성분을 일정한 시간 동안 동기 누적한다. 그리고 두 개의 제곱기(313, 315)는 각각 동위상 및 역위상 성분의 동기 누적값을 제곱하고, 덧셈기(317)는 상기 두 개의 제곱기(313, 315)로부터 출력되는 동기 누적값들을 더하여 파일럿 채널 신호의 에너지 값(세기)를 계산한다.The
도 3의 또 다른 누적기(319)는 덧셈기(317)의 출력을 일정 횟수 만큼 누적하여 파일럿 채널 신호의 누적된 에너지 세기인 가설 에너지 값을 구하고, 구해된 가설 에너지 값을 에너지 검출기(321)로 출력한다. 상기 누적기(317)의 누적 동작은 비동기 누적(Noncoherent accumulation)이라 한다. 그리고 상기 에너지 검출기(321)는 정해진 크기의 탐색창내 모든 시간 가설들 중 에너지 값이 큰 순서로 K 개의 시간 가설들을 선택하여 해당 시간 가설들의 가설 에너지 값을 검출하여 임계값 비교기(323)로 출력한다.Another
그리고 상기 임계값 비교기(323)는 상기 선택된 K 개의 시간 가설들에 대응되는 K 개의 가설 에너지들을 순차로 미리 정해진 임계값과 비교한 결과를 제어기(325)로 전달한다. 본 발명에서 상기 임계값의 비교 과정은 보다 정확한 PN 포착을 위해 2 단계에 걸쳐 수행될 수 있다. 이 경우 상기 임계값은 두 개로 설정되며, 임계값을 두 개로 설정하는 경우 처음 가설 검사에서 비교되는 임계값1은 상기 임계값1 이상인 것으로 판정된 시간 가설들에 대해 가설 검사의 재수행 시 비교되는 임계값2 보다 작은 값으로 설정된다.The
본 발명에서 상기 임계값1은 0 또는 양의 값을 가지며, 옳은 가설에 대한 검출 확률을 보다 높이고자 하는 경우 0으로 설정된다. 상기 임계값1을 0으로 설정하는 경우 검출된 K 개의 시간 가설에 대하여 크기 순서대로 가설 검사를 재수행한 후, 임계값2와 비교한다. 상기 임계값2는 수신 신호의 PN 코드와 수신기에서 생성된 PN 코드간의 시간차가 예컨대, 한 칩을 벗어나는 틀린 가설에 대해 오보가 발생되지 않도록 실험적으로 적절한 값으로 설정한다.In the present invention, the
도 3에서 상기 제어기(325)는 각 누적기(309, 311, 319)의 누적 동작을 제어함과 아울러 K 개의 가설 에너지 값 중 상기 임계값1, 2 이상인 가설 에너지 값이 검출되는 경우 해당 시간 가설에 대해 PN 포착이 성공된 것으로 판정한다.In FIG. 3, the
이하 도 3의 구성에 적용되는 본 발명의 PN 포착 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, the PN capturing method of the present invention applied to the configuration of FIG. 3 will be described.
즉 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PN 포착 과정을 도시한 순서도로서, 이는 탐색창 기반의 PN 포착 기법을 기반으로 한 것이다.4 is a flowchart illustrating a PN capture process according to an embodiment of the present invention, which is based on a search window-based PN capture technique.
먼저 수신기가 무선망을 통해 전송되는 파일럿 채널 신호를 안테나(301)를 통해 수신하면, 도 3의 PN 포착 장치는 PN 포착을 개시한다. 401 단계에서 도 3의 제어기(325)는 첫 번째 탐색창에 대한 가설 검사를 수행하는 경우 바로 403 단계의 동작을 진행하고, 두 번째 이후 탐색창에 대한 가설 검사를 수행하는 경우 다음 탐색창으로 이동한 후, 403 단계의 동작을 진행한다.First, when the receiver receives a pilot channel signal transmitted through a wireless network through the
403 단계에서 도 3의 에너지 검출기(321)는 현재 가설 검사가 수행되는 탐색창 내 모든 시간 가설들에 대해 가설 검사를 수행하여 에너지 값이 큰 순서로 K 개의 시간 가설들을 검출한다. 그리고 검출된 시간 가설들의 K 개의 가설 에너지 값을 임계값 비교기(323)로 출력한다. 405 단계에서 도 3의 임계값 비교기(323)는 상기 K 개의 가설 에너지 값들을 미리 정해진 임계값과 순차로 비교한 결과를 제어기(325)로 전달한다.In
이때 제어기(325)는 k(k=1,2,...,K) 번째 가설 에너지가 임계값1 이상인 경우 407 단계로 진행하여 보다 정확한 PN 포착을 수행하고자 k 번째 시간 가설에 대한 가설 검사를 소정 페널티 시간 동안 재수행한다. 여기서 상기 k의 초기 값은 1로 설정된다. 그리고 상기 405 단계에서 k 번째 가설 에너지 값이 임계값1 보다 작은 경우 제어기(325)는 해당 탐색창의 시간 가설들에 대한 PN 포착이 실패한 것으로 간주하고, 다음 탐색창의 시간 가설들에 대해 PN 포착을 수행하고자 상기 401 단계로 진행하여 이후 동작을 반복한다.If the k (k = 1,2, ..., K) th hypothesis energy is greater than or equal to the
한편 상기 405 단계에서 상기 임계값1이 0으로 설정된 경우 상기 405 단계의 과정은 생략할 수 있다. 이후 409 단계에서 제어기(325)는 k 번째 가설 에너지와 임계값2의 비교 결과를 임계값 비교기(323)로부터 전달받아 k 번째 가설 에너지가 임계값2 보다 작은 것으로 판정된 경우 k+1 번째 가설 에너지에 대해 상기 405, 407 단계의 동작을 수행하고자 411 단계에서 k 값을 1 증가시킨다. 이후 제어기(325)는 413 단계에서 k 값이 미리 정해진 K 값을 초과하는 지 확인하여 초과되는 경우 해당 탐색창의 시간 가설들에 대해 PN 포착이 실패한 것으로 간주하고, 다음 탐색창의 시간 가설들에 대해 PN 포착을 수행하고자 상기 401 단계로 진행한다.On the other hand, when the
그리고 상기 413 단계에서 k 값이 미리 정해진 K 값 이내인 경우 k+1 번째 가설 에너지에 대해 상기 405, 407 단계의 동작을 반복하여 수행한다. 상기와 같은 과정을 통해 상기 k 번째 가설 에너지가 임계값2 이상인 것으로 판정된 경우 제어기(325)는 PN 포착이 성공한 것으로 간주하고, 이후 PN 추적 과정을 수행한다. 상기 PN 추적 과정에 대한 상세한 설명은 본 발명의 요지와 무관하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.When the k value is within the predetermined K value in
상기한 본 발명은 탐색창 내의 모든 시간가설에 대하여 차례로 가설 에너지를 계산한 후 그 중에서 가설 에너지가 큰 순서로 K 개의 시간 가설들을 선택하고, 선택된 K개의 시간 가설들에 대해 가설 에너지가 큰 순서로 차례로 임계값1, 2와 비교하여 PN 포착의 성공 여부를 판정하므로 도 2b에서와 같이 파일럿 Ec/Io가 낮은 경우에도 옳은 가설의 검출 확률을 높일 수 있다.According to the present invention, the hypothesis energy is sequentially calculated for all the time hypotheses in the search window, and then K temporal hypotheses are selected in the order of the largest hypothesis energy, and the hypothesis energy is selected in order of the selected K temporal hypotheses. Since success or failure of PN acquisition is determined in comparison with
이하 도 5 내지 도 8의 실험 결과는 본 발명의 PN 포착 방법을 수행하는 경우 옳은 가설의 검출 확률이 향상되어 PN 포착을 위한 평균 포착 시간이 감소됨을 나타낸 것이다.5 to 8 show that the detection probability of the correct hypothesis is improved when the PN capture method of the present invention is performed, thereby reducing the average capture time for PN capture.
먼저 도 5 내지 도 8의 실험 조건을 설명하면, 도5 및 도6은 임계값1이 양의 값을 가지는 경우이고, 도 7 및 도 8은 임계값1이 영의 값을 가지는 경우이다. 본 발명의 수학적 분석에서 고려한 시스템은 다음과 같다. PN 코드의 주기는 32768, 칩 율은 1.2288Mcps, 파일럿 Ec/Io는 -13dB, 주파수 오차는 2200Hz, 시간 가설 검사기의 개수는 32 개로 설정하였다. 그리고 반 칩 간격으로 가설 검사를 수행하고, 탐색창의 크기는 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 칩으로 설정하였으며, 탐색창 마다 가설 에너지가 큰 순서로 K=1, 2, 4, 8개의 시간 가설을 검출하였다. 또한 동기 누적 구간은 128칩이고, 비동기 누적 횟수 및 임계값은 가변이고, 옳은 가설에서 페널티 시간은 3.2ms, 틀린 가설에서 페널티 시간은 128ms로 설정하였다. 상기한 실험 조건은 본 발명의 효과를 증명하기 위한 일 조건을 가정한 것으로, 본 발명이 반드시 상기한 실험 조건에 한정되어 동작되는 것은 아님에 유의하여야 할 것이다.First, the experimental conditions of FIGS. 5 to 8 will be described with reference to FIGS. 5 and 6 when
먼저 도 5 는 AWGN 채널에서 종래의 PN 포착 방법과 본 발명에서 제안하는 PN 포착 방법의 성능 비교 결과를 도시한 도면이다.First, FIG. 5 is a diagram illustrating a performance comparison result between a conventional PN acquisition method and an PN acquisition method proposed by the present invention in an AWGN channel.
도 5는 임계값1이 양의 값을 가질 때 AWGN 채널에서 종래 탐색창 기반의 PN 포착 기법과 본 발명에서 제안하는 PN 포착 기법의 평균 포착 시간을 탐색창의 크기별로 도시한 것이다. 여기서 K=1인 경우는 종래의 PN 포착 기법에 해당하며, 나머지 K=2, 4, 8인 경우는 본 발명의 PN 포착 기법에 해당된다. 종래의 PN 포착 기법은 탐색창의 크기가 증가함에 따라 평균 포착 시간이 감소하다가 다시 증가하는 것으로 나타났다. K가 클수록 본 발명에서 제안하는 PN 포착 기법이 종래 기법보다 평균 포착 시간 관점에서 우수한 것으로 나타났으며, 최적의 탐색창의 크기에서 평 균 포착 시간이 최대 15.9% 감소하는 것으로 나타났다.FIG. 5 shows the average acquisition time of the conventional PN acquisition scheme based on the conventional search window and the PN acquisition scheme proposed by the present invention by the size of the search window when the
도 6은 페이딩 채널에서 종래의 PN 포착 방법과 본 발명에서 제안하는 PN 포착 방법의 성능 비교 결과를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating performance comparison results between a conventional PN acquisition method and a PN acquisition method proposed by the present invention in a fading channel.
도 6은 임계값1이 양의 값을 가질 때 레이리 페이딩(Rayleigh fading) 채널에서 종래 탐색창 기반의 PN 포착 기법과 본 발명에서 제안하는 PN 포착 기법의 평균 포착 시간을 탐색창의 크기별로 도시한 것이다. 여기서 K=1인 경우는 종래의 PN 포착기법에 해당하며, 나머지 K=2, 4, 8인 경우는 본 발명의 PN 포착 기법에 해당된다. 종래의 PN 포착 기법은 탐색창의 크기가 증가함에 따라 평균 포착 시간이 감소하다가 다시 증가하는 것으로 나타났다. K가 클수록 본 발명에서 제안하는 PN 포착 기법이 종래 기법보다 평균 포착 시간 관점에서 다소 우수한 것으로 나타났으며, 최적의 탐색창 크기에서 평균 포착 시간이 최대 5.2% 감소하는 것으로 나타났다.FIG. 6 shows the average acquisition time of the conventional search window based PN acquisition technique and the proposed PN acquisition technique in the Rayleigh fading channel when the
그리고 도 7은 임계값1이 0인 경우 AWGN 채널에서 본 발명에서 제안하는 PN 포착 방법의 성능을 도시한 도면이다. 도 7을 살펴보면, K가 클수록 본 발명에서 제안하는 PN 포착 기법의 성능이 우수한 것으로 나타났으며, K=8일 때 본 발명의 PN 포착 기법의 평균 포착 시간의 최소값은 임계값1이 양 값을 가질 때 보다 15.9% 감소하는 것으로 나타났다.7 is a diagram illustrating the performance of the PN acquisition method proposed by the present invention in the AWGN channel when the
도 8은 임계값1이 0인 경우 페이딩 채널에서 본 발명에서 제안하는 PN 포착 방법의 성능을 도시한 도면이다. 도 8을 살펴보면, 레이리 페이딩 채널에서 본 발명에서 제안하는 PN 포착 기법의 성능이 우수한 것으로 나타났으며, K=8일 때 본 발명의 PN 포착 기법의 평균 포착 시간의 최소값은 임계값1이 양 값을 가질 때와 거의 동일한 것으로 나타났다.8 is a diagram illustrating the performance of the PN acquisition method proposed by the present invention in a fading channel when
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 확산 대역 통신 시스템에서 수신기의 동기화 시 탐색창 기반의 PN 포착 기법을 이용하는 경우 옳은 가설의 검출 확률을 보다 향상시켜 PN 포착 시간을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, when a search window-based PN acquisition technique is used to synchronize a receiver in a spread spectrum communication system, PN acquisition time can be reduced by further improving the detection probability of a correct hypothesis.
Claims (16)
Priority Applications (1)
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KR1020050051165A KR20060130468A (en) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Pseudo noise acquisition apparatus and method for synchronization in a spread spectrum communication system |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020050051165A KR20060130468A (en) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Pseudo noise acquisition apparatus and method for synchronization in a spread spectrum communication system |
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Family Applications (1)
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KR1020050051165A KR20060130468A (en) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Pseudo noise acquisition apparatus and method for synchronization in a spread spectrum communication system |
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2005
- 2005-06-14 KR KR1020050051165A patent/KR20060130468A/en not_active Application Discontinuation
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