KR20100072677A

KR20100072677A - 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100072677A
Application number: KR1020080131154A
Authority: KR
Inventors: 명승일; 차종섭; 양회성; 이강복; 이형섭; 채종석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US8422593B2; US20100158165A1; KR101278031B1

Abstract

본 발명은 무선신호 수신장치에 관한 것으로, 특히 수신되는 신호의 주파수 오프셋을 병렬로 계산하여 주파수 오프셋을 초기에 추적하기 위한 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 병렬 자동 주파수 오프셋 추정 장치는, 데이터 프레임을 수신하기 위한 수신부와, 상기 수신된 데이터 프레임의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하고, 그 합산결과를 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 반복 계산되는 주파수 위상편차와 합산하여 출력하기 위한 주파수 오프셋 추정부;를 포함함으로써, 주파수 오프셋 획득이 다단계로 이루어지는 종전 시스템에 비해 송신 주파수 추적이 고속화될 수 있는 장점이 있으며, 프레임 초기에 송신 주파수의 정밀 추적이 가능한 장점이 있다.

주파수, 획득, 오프셋, 추정.

Description

병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치 및 방법{PARALLEL AUTOMATIC FREQUENCY OFFSET ESTIMATION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 무선신호 수신장치에 관한 것으로, 특히 수신되는 신호의 주파수 오프셋을 병렬로 계산하여 주파수 오프셋을 초기에 추적하기 위한 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호:2008-S-040-01, 과제명: 실시간 위치추적 기술개발].

ISO/IEC 24730-2 또는 18185-5 타입 B에서 제안하고 있는 무선 송신 프레임은 도 1에 도시한 바와 같이 프리앰블 구간(100) 및 페이로드 구간(102)으로 구성된다. 상기 프리앰블 구간(100)은 무선 신호 수신기의 초기 동기를 위하여 사용되며, 페이로드 구간(102)은 전송해야 할 정보를 포함한다.

상기 프레임이 적용되는 경우, 페이로드가 시작되기 전 프리앰블 구간에서 채널 추정을 수행함으로써, 상기 페이로드의 안정적인 데이터 판별을 수행하도록 도와 준다. 그러나 채널 추정에 사용되는 주파수 획득은 프리앰블 구간이 짧을 수 록 송신 주파수에 근접하는 주파수 획득이 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 기술로서 본원 출원인에 의해 선출원된 "다단계 채널 추정 방법 및 장치"가 있다.

상기 "다단계 채널 추정 방법 및 장치"에서는, 우선 채널 추정부가 프리앰블 구간내의 1비트 구간(104,106) 동안 채널 추정을 수행하여 무선 경로에 대한 제1채널 추정값을 구한다. 이후 채널 추정부는 채널 추정을 통하여 획득한 주파수 오프셋과 위상 차이값을 보정하기 위해, 자동 주파수 제어기 및 디지털-아날로그 변환기를 통해 주파수 및 위상차이를 보정한다. 보상부는 이와 같이 보정된 값을 이용하여 가변 수정 발진기 등과 같은 주파수 조절장치등을 제어함으로써, 데이터 프레임의 왜곡을 일차적으로 보상한다.

이후 채널 추정부는 상기 제1채널 추정값을 그대로 유지한 채, 도 1에 도시한 바와 같이 프리앰블 구간내의 다음 2비트 구간(108,110) 동안 다시 채널 추정을 수행하여 제2채널 추정값을 구한다. 채널 추정부는 채널 추정을 통하여 획득한 주파수 오프셋 및 위상 차이값을 또 다시 보정하기 위해, 자동 주파수 제어기 및 디지털-아날로그 변환기를 통해 주파수 및 위상차이를 보정한다. 이때 채널 추정부는 상기 제1채널 추정값 및 제2채널 추정값을 합산 및 보정한다. 보상부는 상기 보정된 값을 이용하여 가변 수정 발진기 등과 같은 주파수 조절 장치등을 제어함으로써, 상기 데이터 프레임의 왜곡을 이차적으로 보상한다. 이후 채널 추정부는 상기 제1채널 추정값 및 제2채널 추정값을 그대로 유지한 채, 프리앰블 구간내의 다음 1비트 구간(112,114) 동안 채널 추정을 수행하여 제3채널 추정값을 구한다. 이후 채 널 추정부는 채널 추정을 통하여 획득한 주파수 오프셋 및 위상 차이값을 보정하기 위해, 자동 주파수 제어기 및 디지털-아날로그 변환기를 통해 주파수 및 위상 차이를 보정한다.

이후 채널 추정부는 상기 제1 및 제2채널 추정값에 상기 제3채널 추정값을 합산하고, 합산 결과 값을 보정한다. 이에 보상부는 상기 보정된 값을 이용하여 가변 수정 발진기 등과 같은 주파수 조절 장치 등을 제어함으로써, 상기 데이터 프레임의 왜곡을 최종적으로 보상한다.

이상에서 설명한 "다단계 채널 추정 방법 및 장치"에서는 주파수 오프셋을 획득하기 위해 특정 구간을 여러 단계로 나누어 오차를 계산하는 구조를 가지기 때문에 구조적으로 복잡한 단점이 있으며, 주파수 오프셋 획득이 다단계로 이루어지기 때문에 시간지연을 초래한다. 아울러 초기의 주파수 획득을 위해서 프리앰블 구간을 두 개의 구간(1비트 구간, 2비트 구간)으로 나누어 사용하기 때문에 이들 구간 이외의 비트를 활용할 수 없는 단점을 가진다.

이에 본 발명의 목적은 무선 경로로 전송되는 신호를 수신하는 과정에서, 전파 경로에 따라 주파수 및 위상이 왜곡된 신호를 프리앰블내의 특정 구간에서 주파수 및 위상편차를 병렬로 계산함으로써, 주파수 오프셋을 초기에 정밀하게 추정하여 보상할 수 있는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정 장치는,

데이터 프레임을 수신하기 위한 수신부와;

상기 수신된 데이터 프레임의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하고, 그 합산결과를 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 반복 계산되는 주파수 위상편차와 합산하여 출력하기 위한 주파수 오프셋 추정부;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 상기 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치의 주파수 오프셋 추정부는 상기 데이터 프레임의 특정 구간의 비트를 분리하기 위한 경로 절환부와; 상기 경로 절환부를 통해 전달되는 특정 구간 동안의 비트들에 대하여 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하기 위한 제1주파수 오프셋 추정부와; 상기 경로 절환부를 통해 전달되는 특정 구간 이후의 매 비트 마다 주파수 위상편차를 계산하기 위한 제2주파수 오프셋 추정부와; 상기 제1주파수 오프셋 추정부와 제2주파수 오프셋 추정부 각각에서 계산된 주파수 위상편차들을 합산하기 위한 합산기;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 상기 제1주파수 오프셋 추정부는 프리앰블 구간중 3비트 구간내에서 1/4비트, 1/2비트, 1비트 간격으로 각각 주파수 위상편차를 계산하여 합산함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주파수 추적을 위한 병렬 자동 주파수 오 프셋 추정 방법은,

데이터 프레임을 수신하는 단계와;

상기 수신된 데이터 프레임의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하는 단계와;

상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 주파수 위상편차를 반복 계산하여 이를 상기 합산 결과와 최종 합산하여 주파수 오프셋을 추정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하며,

경우에 따라서는 반복 계산되는 상기 최종 합산 결과에 따라 전압제어 수정 발진기를 제어하기 위한 디지털 조정신호를 출력하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 상기 방법은 프리앰블 구간중 3비트 구간내에서 1/4비트, 1/2비트, 1비트 간격으로 각각 주파수 위상편차를 계산하여 합산함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 과제 해결수단에 따르면, 본 발명은 짧은 프리앰블내의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간격으로 주파수 위상편차를 병렬 계산하여 합산하고, 그 결과를 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 반복 계산되는 주파수 위상편차와 합산하여 주파수 오프셋을 추정함으로써, 주파수 오프셋 획득이 다단계로 이루어지는 종전 시스템에 비해 송신 주파수 추적이 고속화될 수 있는 장점이 있으며, 프레임 초기에 송신 주파수의 정밀 추적이 가능한 장점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치의 개략적인 블럭 구성도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2중 주파수 오프셋 추정부(300)의 상세 구성도를 예시한 것이다.

도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치는 크게 데이터 프레임을 수신하기 위한 수신부(200)와, 상기 수신부(200)를 통해 수신된 데이터 프레임의 특정 구간(예를 들면 프리앰블 구간의 3비트)에서 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하고, 그 합산결과를 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 반복 계산되는 주파수 위상편차와 합산하여 출력하기 위한 주파수 오프셋 추정부(300)를 포함한다.

경우에 따라서는 상기 주파수 오프셋 추정부(300)로부터 출력되는 주파수 위상편차 합산치를 전압제어 수정 발진기(Voltage Controlled Crystal Oscillator:VCXO)를 제어하기 위한 디지털 조정신호로 변환하기 위한 D/A 컨버터(DAC)(400)를 더 포함하여 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치를 구성할 수도 있다.

참고적으로 상기 수신부(200)는 일반 RF리더기에서와 같이 RF수신부를 통해 수신된 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 ADC와, 상기 ADC에서 출력되는 데이 터를 데시메이션하기 위한 데시메이터(decimator), 그리고 데시메이터의 출력에 미리 준비된 확산 코드를 승산하여 프레임구간을 검출하기 위해 이용되는 상관기 및 디프레이머(de-framer)를 포함한다.

한편 상기 주파수 오프셋 추정부(300)는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 데이터 프레임의 특정 구간(예를 들면 프리앰블 구간의 3비트)를 분리하기 위한 경로 절환부(310)와, 상기 경로 절환부(310)를 통해 전달되는 특정 구간 동안의 비트들에 대하여 서로 다른 비트 간격(1/4비트와 1/2비트 및 1비트)으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하기 위한 제1주파수 오프셋 추정부(330)와, 상기 경로 절환부(310)를 통해 전달되는 특정 구간 이후의 매 비트 마다 주파수 위상편차를 계산하기 위한 제2주파수 오프셋 추정부(340)와, 상기 제1주파수 오프셋 추정부(330)와 제2주파수 오프셋 추정부(340) 각각에서 계산된 주파수 위상편차들을 합산하기 위한 합산기(350)를 포함한다. 상기 경로 절환부(310)는 프리앰블 구간내에서 정해진 비트 카운트 값에 따라 경로 절환되는 스위치로 구현 가능하다.

참고적으로 상기 제1주파수 오프셋 추정부(330)는 정수배 주파수 트랙킹(Coarse Frequency Tracking)을 위한 기능 블럭으로써, 프리앰블 구간중 3비트 구간내에서 1/4비트(T_b/4) 1/2비트(T_b/2), 1비트(T_b) 간격으로 각각 주파수 위상편차를 계산하기 위한 위상편차계산부들(331,333,335)과 이들로부터 계산된 위상편차를 합산하기 위한 합산기(337)를 포함함을 특징으로 한다. 그리고 제2주파수 오프 셋 추정부(340)는 소수배 주파수 트랙킹(Fine Frequency Tracking)을 위한 기능 블럭이다.

도 4와 도 5는 무선 송신 프레임중 특정 구간에 해당하는 비트를 대상으로 하여 본 발명의 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정과정을 부연 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치는 프리앰블 구간(402)중 초기 주파수 오프셋을 추정하기 위해 3비트 구간(406)에서 초기 주파수 획득을 위한 제1주파수 오프셋을 추정한다. 제1주파수 오프셋을 추정하기 위해 본 발명의 실시예에서는 도 5에 도시한 바와 같이 프리앰블 구간(402)의 특정 구간(406)에서 1/4비트(T_b/4) 1/2비트(T_b/2), 1비트(T_b) 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산한다. 도 5에서는 2비트(2T_b) 구간내에서 서로 다른 비트 간격으로 주파수 위상편차를 병렬 계산하는 것을 예시하였지만, 3비트(3T_b), 4비트(4T_b) 등으로 오차계산길이를 확장하여 각 주파수 위상편차를 계산할 수도 있다.

이하 상술한 구성을 가지는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치의 동작을 도 6과 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정장치 및 방법에 의해 얻어진 실험 결과를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 우선 RFID 리더기에서는 송신측에서 전송한 데이터 프레임을 수신(S1단계)한다. 수신된 데이터 프레임은 수신부(200)에서 전처리되어 경로 절환부(310)를 통해 자동 주파수 제어기(Auto Frequency Controller)(320)로 인가된다. 경로 절환부(310)는 프리앰블내 특정 구간의 비트로 판단(S2단계)되면 해당 특정 구간의 데이터 비트가 자동 주파수 제어기(320)내의 제1주파수 오프셋 추정부(330)로 전달되도록 경로 절환한다.

이에 제1주파수 오프셋 추정부(330)내의 위상편차계산부들(331,333,335) 각각은 정해진 비트간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산(S3,S4,S5단계)한다. 병렬 계산된 각각의 위상편차값은 합산기(337)에서 합산되어 출력된다.

한편 경로 절환부(310)는 프리앰블내 특정 구간 외의 비트들에 대해서는 제2주파수 오프셋 추정부(340)로 전달되도록 경로 절환한다. 이에 제2주파수 오프셋 추정부(340)에서는 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 주파수 위상편차를 반복 계산(S6단계)하여 출력(B)한다. 이에 합산기 350에서는 특정 구간에서 병렬 계산되어 합산된 위상편차값(A)와 특정 구간 이후의 매 비트 간격마다 계산된 위상편차값(B)을 합산(A+B)하여 출력(S8단계)한다.

이와 같이 출력되는 주파수 위상편차 합산치는 이후 D/A 컨버터(400)에서 디지털조정신호로 변환되고, 그 디지털조정신호는 전압제어 수정발진기(VCXO)로 인가되어 송신 주파수를 추적하기 위한 주파수를 발진(S9단계)하게 되는 것이다.

즉, 본 발명의 방법은 짧은 프리앰블내의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간 격으로 주파수 위상편차를 병렬 계산하여 합산하고, 그 결과를 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 반복 계산되는 주파수 위상편차와 합산하여 주파수 오프셋을 추정함으로써, 주파수 오프셋 획득이 다단계로 이루어지는 종전 시스템에 비해 송신 주파수 추적이 고속화될 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.

이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명은 무선 경로가 하나인 경우를 가정하였으나, 다중 경로에 대한 채널을 추정하는 경우에도 별 다른 변형 없이 적용 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 무선 송신 프레임을 대상으로 하여 채널 추정하는 종래 기술을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치의 개략적인 블럭 구성도.

도 3은 도 2중 주파수 오프셋 추정부(300)의 상세 구성 예시도.

도 4와 도 5는 무선 송신 프레임중 특정 구간에 해당하는 비트를 대상으로 하여 본 발명의 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정과정을 부연 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 자동 주파수 오프셋 추정방법을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정장치 및 방법에 의해 얻어지는 실험 결과 예시도.

Claims

병렬 자동 주파수 오프셋 추정 장치에 있어서,

데이터 프레임을 수신하기 위한 수신부와;

상기 수신된 데이터 프레임의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하고, 그 합산결과를 상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 반복 계산되는 주파수 위상편차와 합산하여 출력하기 위한 주파수 오프셋 추정부;를 포함함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치.
청구항 1에 있어서, 상기 주파수 오프셋 추정부로부터 출력되는 주파수 위상편차 합산치를 전압제어 수정 발진기를 제어하기 위한 디지털 조정신호로 변환하기 위한 D/A 컨버터;를 더 포함함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 주파수 오프셋 추정부는,

상기 데이터 프레임의 특정 구간의 비트를 분리하기 위한 경로 절환부와;

상기 경로 절환부를 통해 전달되는 특정 구간 동안의 비트들에 대하여 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하기 위한 제1주파수 오프셋 추정부와;

상기 경로 절환부를 통해 전달되는 특정 구간 이후의 매 비트 마다 주파수 위상편차를 계산하기 위한 제2주파수 오프셋 추정부와;

상기 제1주파수 오프셋 추정부와 제2주파수 오프셋 추정부 각각에서 계산된 주파수 위상편차들을 합산하기 위한 합산기;를 포함함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치.
청구항 3에 있어서, 상기 제1주파수 오프셋 추정부는,

프리앰블 구간중 3비트 구간내에서 1/4비트, 1/2비트, 1비트 간격으로 각각 주파수 위상편차를 계산하여 합산함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 주파수 오프셋 추정부는,

프리앰블 구간중 3비트 구간내에서 1/4비트, 1/2비트, 1비트 간격으로 각각 주파수 위상편차를 계산하여 합산함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정장치.
주파수 추적을 위한 병렬 자동 주파수 오프셋 추정 방법에 있어서,

데이터 프레임을 수신하는 단계와;

상기 수신된 데이터 프레임의 특정 구간에서 서로 다른 비트 간격으로 각 간격에 해당하는 주파수 위상편차들을 병렬 계산하여 합산하는 단계와;

상기 특정 구간 이후의 매 비트 마다 주파수 위상편차를 반복 계산하여 이를 상기 합산 결과와 최종 합산하여 주파수 오프셋을 추정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정방법.
청구항 6에 있어서, 반복 계산되는 상기 최종 합산 결과에 따라 전압제어 수정 발진기를 제어하기 위한 디지털 조정신호를 출력하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 데이터 프레임의 프리앰블 구간중 n비트 구간동안 주파수 위상편차를 병렬 계산함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정방법.
청구항 8에 있어서, 프리앰블 구간중 3비트 구간동안 주파수 위상편차를 병렬 계산함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정방법.
청구항 9에 있어서, 상기 프리앰블 구간중 3비트 구간내에서 1/4비트, 1/2비트, 1비트 간격으로 각각 주파수 위상편차를 계산하여 합산함을 특징으로 하는 병렬 자동 주파수 오프셋 추정방법.