KR20110043447A - Block data processing based time synchronization and signal detection and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동기 및 신호 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 수신 시스템에서 블록 데이터 처리를 이용하여 동기 및 신호를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for synchronizing and signal detection, and more particularly, to an apparatus and method for detecting synchronizing and signal using block data processing in a receiving system.
최근 정보통신 기술의 눈부신 발달로 통신시장이 꽃을 피우고 있다. 특히Mobile WiMax인 휴대 인터넷 WiBro 기술은 현재 IEEE 802.16에서 표준화가 활발하게 진행 중에 있다. WiBro는 이동성 측면에서 60Km/h정도의 중저속 이동성을 보장하며, 데이터 전송 속도 측면에서 3Mb/s급 정도의 속도를 지원해 주어, 제4세대 이동통신으로 진화해가는 과정 속에 나타나는 과도기적 시스템이라고도 할 수 있다. Recently, the communication market is blossoming due to the remarkable development of information and communication technology. In particular, the mobile Internet WiBro technology, Mobile WiMax, is currently being actively standardized in IEEE 802.16. WiBro guarantees medium and low speed mobility of about 60Km / h in terms of mobility, and supports 3Mb / s in terms of data transmission rate, so it can be called a transitional system appearing in the process of evolving into 4th generation mobile communication. have.
WiBro-Evolution은 현재 IEEE802.16.m에서 표준화가 진행되고 있으며 모바일 브로드밴드 시장을 목표로 삼고 있는 시스템이다. WiBro-Evolution을 이용하게 될 경우에는 기존의 WiBro에 비하여 전송 용량 또는 채널 용량이 개선됨과 동시에 시속 300km급의 고속 이동성도 지원할 수 있다.WiBro-Evolution is currently being standardized at IEEE802.16.m and is targeting the mobile broadband market. When WiBro-Evolution is used, the transmission capacity or channel capacity is improved compared to the existing WiBro, and high-speed mobility of 300 km / h can be supported.
최근 군통신망(TICN: Tactical Information and Communication Network)을 고려한 이동 환경에서의 통신 시스템 설계 및 기술 개발이 중요한 문제로 대두되고 있다. 즉, OTAR(Over The Air Receiver) 기술은 고정형 기지국을 사용하는 기존의 시스템과 달리, 기지국이 가변하는 TICN 상황하의 OTM(On The Move, 전술 이동)을 고려한 시스템 개발이 중요 문제로 부상하였다.Recently, communication system design and technology development in the mobile environment considering the Tactical Information and Communication Network (TICN) has emerged as an important problem. In other words, OTAR (Over The Air Receiver) technology has emerged as an important problem in developing a system considering On The Move (OTM) under a TICN situation in which a base station is variable, unlike a conventional system using a fixed base station.
이러한 환경 하에서의 중요한 문제는 미약 신호를 검출하고 타이밍 동기를 검출하여 이를 통신의 중요 수단으로 사용하는 것이다. 즉, 잡음과 간섭이 매우 큰 상황에서 시스템 초기 동기 및 신호대잡음비, 신호대간섭비, CELL ID 및 주파수 등을 검출하는 알고리즘의 중요성이 대두되고 있다. An important issue under these circumstances is the detection of weak signals, the detection of timing synchronization and the use of them as important means of communication. That is, the importance of the algorithm for detecting the system initial synchronization, signal-to-noise ratio, signal-to-interference ratio, CELL ID and frequency in the situation where noise and interference are very high.
기존의 방법들은 OTM 환경이 아닌 고정환경에서의 연구가 주로 이루어져 왔다. 또한 비교적 적은 잡음 환경에서 연구가 이루어져 왔으며 대표적인 방법들을 프리앰블(Preamble)을 수열의 자기 상관을 이용하여 신호를 검출하는 방법들을 사용하였다. 그러나 이러한 자기 상관 방법에 기인한 방법은 일정 한계를 지니고 있어 이를 해결할 수 있는 새로운 검출 알고리즘이 요구된다.Existing methods have been mainly studied in fixed environment, not OTM environment. In addition, researches have been conducted in a relatively low noise environment, and representative methods have used preambles to detect signals using sequence autocorrelation. However, the method based on the autocorrelation method has a certain limit and a new detection algorithm is required to solve this problem.
따라서, 본 발명은 행렬 처리에 기반한 새로운 동기 및 신호 검출 알고리즘을 통해, 열악한 통신 환경에서도 효과적으로 동기 및 신호를 검출할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an apparatus and method for effectively detecting synchronization and signals even in a poor communication environment through a new synchronization and signal detection algorithm based on matrix processing.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 신호를 처리하는 장치는,Apparatus for processing a signal which is one feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,
입력되는 프레임 단위의 신호 벡터로부터 누적 행렬을 생성하여 출력하는 벡터/행렬 생성부; 상기 벡터/행렬 생성부에서 출력된 누적 행렬로부터 주 고유 벡터를 추출하는 주 고유 벡터 추출부; 시간 천이된 행렬과 상기 주 고유 벡터 추출부로부터 출력되는 주 고유 벡터 사이의 상관 값을 계산하고, 계산된 상관 값에 대한 벡터를 출력하는 상관 벡터 계산부; 상기 상관 벡터 계산부에서 출력되는 벡터의 최대 값을 제1 문턱치와 비교하여 동기 시간을 검출하고, 검출된 동기 시간에 대한 지연 시간을 출력하는 시간 지연 검출부; 상기 시간 지연 검출부에서 검출한 지연 시간 값 만큼 지연된 기준 천이 행렬과 상기 주 고유 벡터 추출부에서 추출된 주 고유 벡터와의 상관치를 계산하여 출력 벡터의 값으로 출력하는 시간 지연 벡터 계산부; 상기 시간 지연 벡터 계산부의 출력 벡터의 값을 제2 문턱치와 비교하여, 현재 동기 및 신호를 검출하는 신호 검출부를 포함한다. A vector / matrix generator which generates and outputs a cumulative matrix from an input signal unit in a frame unit; A main eigenvector extractor extracting a main eigenvector from the cumulative matrix output from the vector / matrix generator; A correlation vector calculator for calculating a correlation value between the time shifted matrix and the main eigenvector output from the main eigenvector extractor, and outputting a vector for the calculated correlation value; A time delay detector for detecting a synchronization time by comparing the maximum value of the vector output from the correlation vector calculator with a first threshold value, and outputting a delay time with respect to the detected synchronization time; A time delay vector calculator for calculating a correlation value between the reference transition matrix delayed by the delay time value detected by the time delay detector and the main eigenvector extracted by the main eigenvector extractor and outputting the correlation value as an output vector value; And a signal detector configured to detect a current synchronization and a signal by comparing a value of the output vector of the time delay vector calculator with a second threshold.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 신호를 처리하는 방법은,Method for processing a signal which is another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,
상기 신호로부터 생성되어 입력되는 프레임 단위의 벡터 신호로부터 누적 행렬을 구하는 단계; 상기 누적 행렬로부터 주 고유 벡터를 추출하는 단계; 상기 추출된 주 고유 벡터로부터 상관 벡터의 최대 값을 계산하는 단계; 상기 계산된 상관 벡터의 최대 값과 제1 문턱치를 비교하여, 시간 지연을 검출하는 단계; 상기 검출한 시간 지연으로부터 지연 상관 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 지연 상관 벡터와 제2 문턱치를 비교하여 동기 및 신호를 검출하는 단계를 포함한다.Obtaining a cumulative matrix from a vector signal of a frame unit generated and input from the signal; Extracting a principal eigenvector from the cumulative matrix; Calculating a maximum value of a correlation vector from the extracted main eigenvectors; Detecting a time delay by comparing a maximum value of the calculated correlation vector with a first threshold value; Calculating a delay correlation vector from the detected time delay; And comparing the calculated delay correlation vector with a second threshold to detect synchronization and a signal.
블록 데이터 처리를 이용하여 신호 처리를 수행하기 때문에, 신호대 잡음비가 낮은 열악한 채널 환경에서도 효과적으로 초기 동기 및 신호를 검출할 수 있다.Since signal processing is performed using block data processing, initial synchronization and signals can be effectively detected even in a poor channel environment having a low signal-to-noise ratio.
또한, 가변 블록 데이터 신호 처리를 수행하기 때문에 자유도가 높고 효율적인 시스템을 구현할 수 있으며, 주 고유 벡터 내부에 다양한 알고리즘을 적용할 수 있기 때문에 입력 신호의 특성에 적합한 알고리즘을 선택할 수 있어 고품질 시스템을 구현할 수 있다.In addition, since variable block data signal processing is performed, a high degree of freedom and efficient system can be implemented, and various algorithms can be applied inside the main eigenvector, so that an algorithm suitable for the characteristics of the input signal can be selected to implement a high quality system. have.
또한, 다양한 고속 블록 데이터 신호처리 알고리즘을 적용할 수 있어 시스템을 경제적으로 구현할 수 있으며, 배경 잡음에 따른 문턱치를 상황에 맞게 조절할 수 있어 임의의 신호 검출 및 신호 미검출 확률을 선택할 수 있는 시스템을 구현할 수 있다.In addition, various high-speed block data signal processing algorithms can be applied to implement the system economically, and the threshold according to the background noise can be adjusted according to the situation to implement a system that can select an arbitrary signal detection and no signal detection probability. Can be.
또한, 블록 데이터 처리 알고리즘을 사용하여 다양한 처리 알고리즘을 사용할 수 있으며, 신호 처리 알고리즘을 적용함으로써 빠른 초기 동기 검출 및 신호 검출이 가능하여 고속 고품질 통신 시스템을 구현할 수 있다.In addition, a variety of processing algorithms may be used using the block data processing algorithm, and by applying the signal processing algorithm, fast initial synchronization detection and signal detection may be implemented to implement a high speed and high quality communication system.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 환경을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동기 및 신호 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호 및 OFDM 전송 신호를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 적용하기 위한 열악한 채널 환경에서의 전송 신호 및 배경 잡음 신호의 크기를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지연 시간 검출의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 첫 번째 검출된 지연 시간을 이용하여 신호 검출을 수행한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 두 번째 검출된 지연 시간을 이용하여 신호 검출을 수행한 예시도이다.
도 9는 일반적인 신호 검출을 수행한 예시도이다.1 is a structural diagram of a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing a simulation environment according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a synchronization and signal detection method according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view illustrating a signal and an OFDM transmission signal according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram illustrating magnitudes of a transmission signal and a background noise signal in a poor channel environment for applying an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram of delay time detection according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating signal detection using the first detected delay time according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating signal detection using a second detected delay time according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating general signal detection.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이하 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시예에 따라 블록 데이터 처리에 기반하여 동기 및 신호를 검출하는 장치 및 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for detecting synchronization and a signal based on block data processing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리 장치의 구조도이다.1 is a structural diagram of a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 블록 데이터 처리에 기반한 신호 처리 장치는 신호 수집부(110), 벡터/행렬 생성부(120), 주 고유 벡터 추출부(130), 기준 천이 행렬부(140), 상관 벡터 계산부(150), 시간 지연 검출부(160), 문턱치 계산부(170), 시간 지연 벡터 계산부(180) 및 신호 검출부(190)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a signal processing apparatus based on block data processing according to an embodiment of the present invention includes a
신호 수집부(110)는 입력되는 신호를 미리 설정한 길이의 프레임 단위의 신호 벡터로 출력한다. 즉, 신호 처리 장치(100)로 입력되는 입력 신호(s(t))를 수신한 후, 미리 설정한 임의의 길이(L)인 프레임 단위의 신호 벡터(xi, i=1:M)를 출력한다. The
벡터/행렬 생성부(120)는 신호 수집부(110)에서 출력한 프레임 단위의 신호 벡터(xi)를 이용하여 새로운 누적 벡터(yi, i=1:M)와 누적 행렬(Y)를 구한다. 여기서 새로운 누적 행렬(Y)과 누적 벡터(yi)는 다음 수학식 1 및 2를 통해 구해진다.The vector /
여기서 M은 프레임 수를 의미한다.Where M is the number of frames.
주 고유 벡터 추출부(130)는 벡터/행렬 생성부(120)에서 구해진 누적 벡터(yi)를 행렬 처리를 수행하여, 가장 우세한 고유 벡터인 주 고유 벡터(p)를 추출한다. 여기서 가장 우세한 고유 벡터라 함은, 고유 값(eigen-value)가 가장 큰 벡터를 의미한다. 즉, 고유 벡터들은 각각 고유 값을 가지고 있는데, 복수의 고유 벡터 중 고유 값이 가장 큰 고유 벡터를 우세한 고유 벡터라 지칭한다.The
이와 같은 고유 값의 분포를 보면, 임의의 고유 값을 기준으로 큰 고유 값과 작은 고유 값으로 구분된다. 이렇게 구분될 때, 큰 고유 값들을 가지는 고유 벡터들은 신호 공간에 나타나게 되고, 작은 고유 값들을 가지는 고유 벡터들은 잡음 공간에 나타난다. 따라서 주 고유 벡터(p)는 누적 벡터에서 잡음 공간과 신호 공간으로 구분해주는 역할을 수행한다. In this distribution of eigenvalues, a distinction is made between a large eigenvalue and a small eigenvalue based on an arbitrary eigenvalue. In this way, eigenvectors with large eigenvalues appear in signal space and eigenvectors with small eigenvalues appear in noise space. Therefore, the main eigenvector (p) plays a role of dividing the noise space and the signal space in the cumulative vector.
이때 누적 벡터를 행렬 처리를 수행하기 위해 다양한 알고리즘(예를 들어, EVD(Eigenvalue Decomposition), SVD(Singular Value Decomposition), LUD(LU Decomposition), QRD(QR Decomposition), Cholesky Decomposition, Schur Decomposition, Biconjugate Decomposition 등)을 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 다음 수학식 3과 같은 SVD를 이용하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. In this case, various algorithms (eg, Eigenvalue Decomposition (EVD), Singular Value Decomposition (SVD), LU Decomposition (LUD), QR Decomposition (QRD), Cholesky Decomposition, Schur Decomposition, Biconjugate Decomposition) Etc.) can be applied. In the exemplary embodiment of the present invention, an SVD shown in Equation 3 below is used as an example, but is not necessarily limited thereto.
여기서 svd는 SVD 처리 과정을 나타내며, p는 수학식 3을 통해 추출된 주 고유 벡터를 의미한다. SVD 처리 과정은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.Where svd represents an SVD process and p represents a main eigenvector extracted through Equation 3. SVD processing is already known, and detailed descriptions thereof will be omitted in embodiments of the present invention.
기준 천이 행렬부(140)는 전송된 신호 즉, 신호 수집부(110)로 입력되는 신호에 대하여 미리 생성된 기준 천이 행렬을 저장한다. 여기서 기준 천이 행렬은 주 고유 벡터 추출부(130)에서 추출된 주 고유 벡터와 하기에서 설명할 수학식 7을 통해 산출되는 상관 벡터 계산부(150)의 결과인 벡터 값 사이의 상관값을 계산하기 위해 사용된다. 기준 천이 행렬은 다음 수학식 4와 같이 표현되며, 기준 천이 행렬은 시간 지연 및 신호 검출을 위한 기준 행렬로 사용된다.The reference
여기서 K는 시간 지연을 처리하고 이를 토대로 검출할 신호의 수를 의미하고, ri i=1:K는 i번째 기준 신호 벡터를 의미한다.Here, K denotes the number of signals to be processed and detected based on the time delay, and ri i = 1: K denotes the i th reference signal vector.
또한, 기준 천이 행렬부(140)는 미리 저장된 기준 천이 행렬로부터 시간 천이된 행렬을 생성한다. 기준 천이 행렬부(140)에 저장되어 있는 기준 천이 행렬은 통신망을 구성할 당시 미리 알고 있는 신호들로부터 구성된 정보 행렬로, 예를 들어 프리앰블 또는 파일럿 신호의 벡터라 할 수 있다. 이러한 시간 천이된 행렬은 다음 수학식 5를 이용하여 생성된다.In addition, the reference
여기서 K는 천이된 시간을 의미하고, J는 최대 지연 시간을 의미한다. j시간 천이된 r1(-j) 벡터는 다음 수학식 6과 같다.Where K means transition time and J means maximum delay time. The j time-shifted r 1 (−j) vector is shown in Equation 6 below.
상관 벡터 계산부(150)는 주 고유 벡터 추출부(130)로부터 출력되는 주 고유 벡터 p와 기준 천이 행렬부(140)에서 출력되는 시간 천이된 행렬 사이의 상관 관계를 계산하고, 계산된 상관 값에 대한 벡터를 출력한다. 상관 관계를 계산하기 위해서 다음 수학식 7을 이용하며, 상관 벡터 계산부(150)의 결과는 벡터 c(j)가 된다.The
여기서 T는 전치행렬을 의미한다.Where T is the transpose matrix.
시간 지연 검출부(160)는 상관 벡터 계산부(150)에서 출력되는 벡터(c(j))의 최대값을 하기에서 설명할 문턱치 계산부(170)에서 수신한 제1 문턱치(Td)와 비교하여, 현재 동기 시간을 검출하고, 검출된 동기 시간으로부터 지연 시간을 출력한다. 시간 지연 검출부(160)에서 검출한 지연 시간은 다음 수학식 8을 통해 비교하여 검출한다.The
여기서 Td는 시간 지연 검출을 위한 제1 문턱치를 의미하며, d(n)은 검출된 시간 지연을 저장한다.Here, Td means a first threshold for time delay detection, and d (n) stores the detected time delay.
문턱치 계산부(170)는 입력 신호의 전력을 이용하여 입력 신호로부터 동기 시간 및 신호를 검출하기 위한 제1 문턱치(Td) 및 제2 문턱치(Th)를 산출한다. 여기서 제1 문턱치(Td)는 시간 지연 검출부(160)에서 지연 시간을 산출하기 위해 사용되고, 제2 문턱치(Th)는 신호 검출부(190)에서 지연 시간을 산출하기 위해 사용된다.The
제1 문턱치 및 제2 문턱치를 산출하는 방법은 다양한 계산 방법이 있으며, 본 발명의 실시예에서는 다음 수학식 9와 같은 표현을 통해 문턱치를 산출하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. There are various calculation methods for calculating the first threshold value and the second threshold value. In an embodiment of the present invention, the threshold value is calculated through an expression as shown in
여기서 α, β는 상황에 따라 선택 가능한 상수이고, |s(t)|2은 전력을 의미한다.Where α and β are constants selectable according to the situation, and | s (t) | 2 means power.
시간 지연 벡터 계산부(180)는 시간 지연 검출부(160)에서 얻어진 지연 시간 값 만큼 지연된 기준 천이 행렬과, 주 고유 벡터 추출부(130)에서 추출된 주 고유 벡터를 전달받아, 지연된 기준 천이 행렬과 주 고유 벡터 사이의 상관치를 계산한다. 계산은 다음 수학식 10을 이용하는 것으로 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.The time
신호 검출부(190)는 시간 지연 벡터 계산부(180)의 출력 벡터 z(n)의 값을 문턱치 계산부(170)로부터 수신한 제2 문턱치(Th)와 비교하여, 현재 동기 및 신호를 검출한다. The
이러한 신호 처리 장치를 이용하여 동기 및 신호를 검출하기 앞서, 먼저 본 발명의 실시예에 따라 동기 및 신호를 검출하기 위한 시뮬레이션 환경에 대하여 도 2를 참조로 설명하기로 한다.Prior to detecting the synchronization and the signal using the signal processing apparatus, a simulation environment for detecting the synchronization and the signal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 환경을 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view showing a simulation environment according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 환경은 수신 셀이 두 개의 셀(제1 셀(cell 1) 및 제2 셀(cell 2))로부터 각각 신호를 수신하며, 각각의 셀은 딜레이를 2(cell 1=2) 및 4(cell 1=4)를 갖는다고 가정한다.In an environment according to an embodiment of the present invention, a receiving cell receives signals from two cells (a
도 2에 도시된 바와 같이, 수신 셀이 제1 셀로부터 전송되는 신호(h1)와 제2 셀로부터 전송되는 신호(h2)를 각각 수신할 경우, 각각의 셀의 딜레이 만큼 지연되어 수신한다. 따라서, 이러한 신호들로부터 동기 및 신호를 검출하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 블록 데이터 처리에 기반하여 동기 및 신호를 검출하며, 신호 처리 장치를 이용하여 동기 및 신호를 검출하는 방법에 대하여 도 3을 참조로 설명하기로 한다.As shown in FIG. 2, when the receiving cell receives the signal h1 transmitted from the first cell and the signal h2 transmitted from the second cell, the received cell is delayed by the delay of each cell. Accordingly, in order to detect synchronization and signals from such signals, the embodiment of the present invention detects synchronization and signals based on block data processing, and FIG. 3 illustrates a method of detecting synchronization and signals using a signal processing apparatus. This will be described by reference.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동기 및 신호 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a synchronization and signal detection method according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 신호 수집부(110)는 입력되는 신호(s(t))를 프레임 단위의 벡터 신호(x1(t)∼xM(t))로 변환한다(S100). 이때 입력되는 신호의 형태는 도 4에 도시한 바와 같으며, 입력되는 신호의 형태에 대하여 먼저 설명하기로 한다.As shown in FIG. 3, the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호 및 OFDM 전송 신호를 나타낸 예시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 신호 수집부(110)로 입력되는 신호는 정보 신호와 OFDM 변조된 송신 신호를 포함하며, OFDM 변조된 송신 신호는 실수부와 허수부로 구분된다. 이러한 신호는 채널 환경에 따라 다음 도 5와 같은 형태로 전송 신호 및 배경 잡음 신호가 섞여 입력된다.4 is an exemplary view illustrating a signal and an OFDM transmission signal according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, a signal input to the
도 5는 본 발명의 실시예를 적용하기 위한 열악한 채널 환경에서의 전송 신호 및 배경 잡음 신호의 크기를 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary diagram illustrating magnitudes of a transmission signal and a background noise signal in a poor channel environment for applying an embodiment of the present invention.
도 5에 나타낸 바와 같이, 열악한 채널 환경에서 신호가 전송될 때 전송 신호의 크기보다 배경 잡음의 신호의 크기가 매우 크기 때문에, 전송 신호가 수신 시스템으로 입력된다 하더라도 전송 신호 내의 정보를 추출하기에 어렵다는 문제점이 있다. As shown in FIG. 5, when the signal is transmitted in a poor channel environment, the signal of the background noise is much larger than that of the transmitted signal, so that even if the transmitted signal is input to the receiving system, it is difficult to extract information in the transmitted signal. There is a problem.
한편 상기 도 3의 절차를 계속 설명하면, 벡터/행렬 생성부(120)는 신호 수집부(110)에서 변환된 M개의 프레임 단위의 벡터 신호를 입력받아 누적 벡터로 변환하고(S110), 변환된 누적 벡터를 누적 행렬(Y)로 구성한다(S120). 그리고 나서 벡터/행렬 생성부(120)는 누적 행렬(Y)를 분해한다(S130). S130 단계에서 벡터/행렬 생성부(120)가 누적 행렬을 분해하면, 주 고유 벡터 추출부(130)는 처리된 누적 행렬로부터 주 고유 벡터(P)를 추출한다(S140).Meanwhile, referring to FIG. 3, the vector /
상관 벡터 계산부(150)는 S140 단계에서 추출된 주 고유 벡터에 기준 천이 행렬부(140)에서 생성된 기준 행렬 및 천이된 행렬(R(-j))을 곱하여 상관 벡터로 출력한다(S150). 이때, S150 단계에서 상관 벡터 계산부(150)가 상관 벡터를 계산할 때 사용하는 천이된 행렬(R(-j))는 기준 천이 행렬부(140)에서 기준 행렬을 천이하여 생성된 시간 천이된 행렬을 이용하며, 별도로 기준 행렬을 생성하는 단계와 기준 행렬을 천이하여 시간 천이된 행렬을 생성하는 단계는 도면에 나타내지 않는다.The
이때, 기준 행렬이라 함은 전송된 신호에 대한 사전 정보 행렬로, 사전 정보 행렬이란 통신망을 구성할 당시 미리 알고 있는 신호들로 구성된 정보 행렬 즉, 프리앰블 혹은 파일럿 신호의 벡터를 의미한다. 한편 문턱치 계산부(170)는 S110 단계에서 생성된 누적 벡터를 이용하여 잡음 전력을 계산하고 제1 문턱치(Td) 및 제2 문턱치(Th)를 출력한다(S160).In this case, the reference matrix is a prior information matrix for the transmitted signal, and the prior information matrix is an information matrix composed of signals known in advance at the time of composing a communication network, that is, a vector of a preamble or a pilot signal. Meanwhile, the
상관 벡터 계산부(150)는 최대 상관 계산 과정을 통하여 상관 벡터의 최대 값을 계산하고(S170), S160 단계에서 출력된 제1 문턱치와 상관 벡터의 최대 값을 비교한다(S180). 만약 상관 벡터의 최대 값이 문턱치보다 크면 시간 지연 검출부(160)는 지연 시간 값을 검출하고, 검출된 지연 값은 d(n)에 저장된다(S190).The correlation
시간 지연 벡터 계산부(180)는 S190 단계에서 추출된 지연 시간 값과 S140 단계에서 주 고유 벡터 추출부(130)가 추출한 주 고유 벡터를 곱하여 지연 상관 벡터를 계산한다(S200). 신호 검출부(190)는 시간 지연 벡터 계산부(180)가 계산한 지연 상관 벡터가 S160 단계에서 문턱치 계산부(170)가 계산한 제2 문턱치(Th)보다 큰지 확인하고(S210), 지연 상관 벡터가 문턱치보다 크면, 신호 검출부(190)는 동기 및 신호를 검출한다(S220).The time
이와 같은 절차를 통해 검출된 지연 시간 검출의 예에 대하여 도 6을 참조로 설명하기로 한다.An example of delay time detection detected through such a procedure will be described with reference to FIG. 6.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지연 시간 검출의 예시도이다.6 is an exemplary diagram of delay time detection according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제1 문턱치(Td)를 약 0.14 정도로 설정 하여 지연 시간을 검출한다. 그 결과, 2와 4만큼 시간이 지연된 신호가 검출되었음을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, the delay time is detected by setting the first threshold value Td to about 0.14 according to an embodiment of the present invention. As a result, it can be seen that signals delayed by 2 and 4 have been detected.
이러한 문턱치를 토대로 검출된 지연 시간을 이용하여 신호를 검출하는 실시예에 대하여 도 7 내지 도 9를 참조로 설명하기로 한다.An embodiment of detecting a signal using a delay time detected based on such a threshold will be described with reference to FIGS. 7 to 9.
도 7은 일반적인 신호 검출을 수행한 예시도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 첫 번째 검출된 지연 시간을 이용하여 신호 검출을 수행한 예시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 두 번째 검출된 지연 시간을 이용하여 신호 검출을 수행한 예시도이다.7 is a diagram illustrating general signal detection. 8 is a diagram illustrating signal detection using a first detected delay time according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 illustrates signal detection using a second detected delay time according to an embodiment of the present invention. It is an exemplary view performed.
먼저 도 7은, 일반적인 방식을 이용하여 신호를 검출하면, 즉, 단순히 신호의 상관만을 이용하고 제2 문턱치(Th)를 약 0.78 정도로 설정하여 사용하였을 경우 나타낸 예시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기존의 일반적인 방식은 문턱치를 설정하는 것도 어려울 뿐만 아니라, 문턱치를 설정하였다 하더라도 정확한 셀의 ID 검출이 어려움을 알 수 있다.First, FIG. 7 is an exemplary view illustrating a case in which a signal is detected using a general scheme, that is, when only the correlation of the signal is used and the second threshold Th is set to about 0.78. As shown in FIG. 7, not only it is difficult to set the threshold in the conventional general scheme, but even if the threshold is set, it is difficult to detect the exact ID of the cell.
따라서 본 발명의 실시예에 따라 검출된 지연 시간을 이용하여 신호를 검출하면 다음 도 8 및 도 9와 같다.Accordingly, when the signal is detected using the detected delay time according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 8 and 9.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 첫 번째 검출된 지연 시간, 즉 지연 시간 2를 이용하여 신호를 검출한 경우를 나타낸 예시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 지연 시간 2를 이용하고 제2 문턱치(Th)를 0.14로 설정하여 신호를 검출하면, 셀 ID가 1의 신호가 검출됨을 알 수 있다.8 is a diagram illustrating a case where a signal is detected using the first detected delay time, that is,
한편 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 두 번째 검출된 지연 시간, 즉 지연 시간 4를 이용하고 제2 문턱치(Th)를 0.14로 설정하여 신호를 검출하면, 셀 ID가 10인 신호가 검출됨을 알 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 9, if the signal is detected by using the second detected delay time, that is,
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (12)
입력되는 프레임 단위의 신호 벡터로부터 누적 행렬을 생성하여 출력하는 벡터/행렬 생성부;
상기 벡터/행렬 생성부에서 출력된 누적 행렬로부터 주 고유 벡터를 추출하는 주 고유 벡터 추출부;
시간 천이된 행렬과 상기 주 고유 벡터 추출부로부터 출력되는 주 고유 벡터 사이의 상관 값을 계산하고, 계산된 상관 값에 대한 벡터를 출력하는 상관 벡터 계산부;
상기 상관 벡터 계산부에서 출력되는 벡터의 최대 값을 제1 문턱치와 비교하여 동기 시간을 검출하고, 검출된 동기 시간에 대한 지연 시간을 출력하는 시간 지연 검출부;
상기 시간 지연 검출부에서 검출한 지연 시간 값 만큼 지연된 기준 천이 행렬과 상기 주 고유 벡터 추출부에서 추출된 주 고유 벡터와의 상관치를 계산하여 출력 벡터의 값으로 출력하는 시간 지연 벡터 계산부;
상기 시간 지연 벡터 계산부의 출력 벡터의 값을 제2 문턱치와 비교하여, 현재 동기 및 신호를 검출하는 신호 검출부
를 포함하는 신호 처리 장치.In a device for processing a signal,
A vector / matrix generator which generates and outputs a cumulative matrix from an input signal unit in a frame unit;
A main eigenvector extractor extracting a main eigenvector from the cumulative matrix output from the vector / matrix generator;
A correlation vector calculator for calculating a correlation value between the time shifted matrix and the main eigenvector output from the main eigenvector extractor, and outputting a vector for the calculated correlation value;
A time delay detector for detecting a synchronization time by comparing the maximum value of the vector output from the correlation vector calculator with a first threshold value, and outputting a delay time with respect to the detected synchronization time;
A time delay vector calculator for calculating a correlation value between the reference transition matrix delayed by the delay time value detected by the time delay detector and the main eigenvector extracted by the main eigenvector extractor and outputting the correlation value as an output vector value;
A signal detector for detecting a current sync and a signal by comparing the value of the output vector of the time delay vector calculator with a second threshold
Signal processing apparatus comprising a.
상기 신호를 미리 설정한 길이의 프레임 단위의 신호 벡터로 생성하여 상기 벡터/행렬 생성부로 출력하는 신호 수집부;
상기 신호의 전력을 이용하여 상기 제1 문턱치 및 제2 문턱치를 산출하여, 상기 제1 문턱치는 상기 시간 지연 검출부로 전달하고 상기 제2 문턱치는 상기 상관 시간 지연 검출부로 전달하는 문턱치 계산부;
상기 신호에 대하여 미리 생성된 기준 천이 행렬을 저장하고, 상기 기준 천이 행렬로부터 시간 천이된 행렬을 생성하여 상기 상관 벡터 계산부로 전달하는 기준 천이 행렬부
를 더 포함하는 신호 처리 장치.The method of claim 1,
A signal collector which generates the signal as a signal vector having a preset length in units of frames and outputs the signal to the vector / matrix generator;
A threshold calculator configured to calculate the first and second threshold values using the power of the signal, to transmit the first threshold value to the time delay detector, and to transmit the second threshold value to the correlation time delay detector;
A reference shift matrix unit which stores a reference shift matrix previously generated for the signal, generates a time shifted matrix from the reference shift matrix, and transfers the matrix to the correlation vector calculator
Signal processing device further comprising.
상기 벡터/행렬 생성부는 상기 입력되는 프레임 단위의 신호 벡터를 이용하여 누적 벡터를 생성하고, 생성된 누적 벡터로부터 누적 행렬을 생성하는 신호 처리 장치The method of claim 1,
The vector / matrix generator generates a cumulative vector using the input signal vector of the frame unit, and generates a cumulative matrix from the generated cumulative vector.
상기 주 고유 벡터 추출부는 EVD(Eigenvalue Decomposition), SVD(Singular Value Decomposition), LUD(LU Decomposition), QRD(QR Decomposition), Cholesky Decomposition, Schur Decomposition, Biconjugate Decomposition 중 어느 하나의 알고리즘을 이용하여 누적 벡터로부터 행렬을 생성하는 신호 처리 장치.The method of claim 1,
The main eigenvector extractor extracts from a cumulative vector using any one of an algorithm such as EVD (Eigenvalue Decomposition), SVD (Singular Value Decomposition), LUD (LU Decomposition), QRD (QR Decomposition), Cholesky Decomposition, Schur Decomposition, and Biconjugate Decomposition. Signal processing device for generating a matrix.
상기 신호로부터 생성되어 입력되는 프레임 단위의 벡터 신호로부터 누적 행렬을 구하는 단계;
상기 누적 행렬로부터 주 고유 벡터를 추출하는 단계;
상기 추출된 주 고유 벡터로부터 상관 벡터의 최대 값을 계산하는 단계;
상기 계산된 상관 벡터의 최대 값과 제1 문턱치를 비교하여, 시간 지연을 검출하는 단계;
상기 검출한 시간 지연으로부터 지연 상관 벡터를 계산하는 단계; 및
상기 계산한 지연 상관 벡터와 제2 문턱치를 비교하여 동기 및 신호를 검출하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.In the method of processing a signal,
Obtaining a cumulative matrix from a vector signal of a frame unit generated and input from the signal;
Extracting a principal eigenvector from the cumulative matrix;
Calculating a maximum value of a correlation vector from the extracted main eigenvectors;
Detecting a time delay by comparing a maximum value of the calculated correlation vector with a first threshold value;
Calculating a delay correlation vector from the detected time delay; And
Detecting synchronization and a signal by comparing the calculated delay correlation vector with a second threshold;
Signal processing method comprising a.
상기 누적 행렬을 구하는 단계 이전에,
입력되는 신호를 프레임 단위의 벡터 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.The method of claim 5,
Before obtaining the cumulative matrix,
Converting an input signal into a vector signal in a frame unit
Signal processing method comprising a.
상기 누적 행렬을 구하는 단계는,
상기 벡터 신호로부터 누적 벡터를 생성하는 단계;
상기 생성된 누적 벡터를 누적 행렬로 구성하는 단계; 및
상기 구성한 누적 행렬을 분해하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.The method of claim 6,
Obtaining the cumulative matrix,
Generating a cumulative vector from the vector signal;
Constructing the generated cumulative vector into a cumulative matrix; And
Decomposing the configured cumulative matrix
Signal processing method comprising a.
상기 주 고유 벡터는 상기 분해된 누적 행렬로부터 구하는 신호 처리 방법.The method of claim 7, wherein
The main eigenvector is obtained from the decomposed cumulative matrix.
상기 상관 벡터의 최대 값을 계산하는 단계는,
상기 주 고유 벡터에 기준 행렬과 시간 천이된 행렬을 곱하여 상관 벡터로 출력하는 단계; 및
최대 상관 계산 과정을 이용하여, 상기 상관 벡터의 최대 상관 값을 계산하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.The method of claim 5,
Calculating the maximum value of the correlation vector,
Multiplying the main eigenvector by a reference matrix and a time shifted matrix to output as a correlation vector; And
Calculating a maximum correlation value of the correlation vector using a maximum correlation calculation process
Signal processing method comprising a.
상기 시간 천이된 행렬은 상기 신호로부터 생성된 행렬인 신호 처리 방법.10. The method of claim 9,
And the time shifted matrix is a matrix generated from the signal.
상기 누적 벡터를 이용하여 잡음 전력을 계산하여, 상기 제1 문턱치 및 상기 제2 문턱치를 계산하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.The method of claim 5,
Calculating noise power using the cumulative vector to calculate the first threshold and the second threshold;
Signal processing method comprising a.
상기 시간 지연을 검출하는 단계는,
상기 제1 문턱치와 상기 상관 벡터의 최대 값을 비교하는 단계; 및
상기 상관 벡터의 최대 값이 상기 제1 문턱치보다 크면, 지연 시간 값을 검출하는 단계;
를 포함하는 신호 처리 방법.The method of claim 5,
Detecting the time delay,
Comparing the first threshold with a maximum value of the correlation vector; And
If a maximum value of the correlation vector is greater than the first threshold, detecting a delay time value;
Signal processing method comprising a.
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