KR20120011099A

KR20120011099A - 무선 통신 시스템에서의 반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120011099A
Application number: KR1020127001621A
Authority: KR
Inventors: 위엥 후앙; 오즈구르 듀랄; 사미르 에스. 솔리만; 아몰 라즈코티아
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2012-02-06
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101529844B; RU2426238C2; WO2008052200A2; CA2665159C; US7974329B2; TWI399046B; CN101573931B; TW200828854A; TW200828845A; CN101606340A; KR101098352B1; WO2008052200A3; TWI360334B; US20080101439A1; JP2010508726A; RU2425460C2; JP4944203B2; BRPI0717724A2; JP4991871B2; JP5237293B2

Abstract

반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 수행하는 방법이 개시된다. 일 방안에서, 상기 방법은 주파수 식별값을 생성하기 위해 적어도 하나의 추정된 탭 상에서 제 1 레벨 주파수 식별을 수행하는 단계; 상기 주파수 식별값으로부터 위상 에러를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 위상 에러로부터 미리 결정된 프레임 동기화 패턴을 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법을 수행하는 코드 및 무선 통신 장치를 가지는 컴퓨터 프로그램 물건이 개시된다.

Description

무선 통신 시스템에서의 반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR CARRIER FREQUENCY OFFSET ESTIMATION AND FRAME SYNCHRONIZATION IN A WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM}

본 특허 출원은 2006년 10월 26일자에 "Signal Acquisition"란 명칭으로 출원되었으며 본 발명의 양수인에게 양수되고 본 발명에 참조로 통합되는 가출원 No.60/854,877호에 대한 우선권을 청구한다.

본 발명에 개시된 시스템들은 전반적으로 무선 통신 시스템에서의 신호 획득을 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 특정하게는 무선 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 네트워킹 시스템들은 세계적으로 다수의 사람들과 통신하는 유력한 수단이 되었다. 무선 통신 디바이스들은 휴대성 및 편리성 개선을 포함하는 소비자 요구조건들을 충족시키기 위해 보다 작으면서도 보다 강력해졌다. 사용자들은 셀률러폰들, PDA들, 노트북들 및 이와 유사한 것들과 같은 무선 통신 디바이스들에 대한 다양한 용도들을 발견했고, 이러한 사용자들은 신뢰성있는 서비스 및 확대된 커버리지 영역들을 요구한다.

무선 통신 네트워크들은 사용자가 어디에 위치하고 있는지( 구조물 내부 또는 외부) 그리고 사용자가 정지하고 있는지 또는 움직이고 있는지(예컨대, 자전거를 타고 있는지, 걷고 있는지)와 상관없이 정보를 통신하는데 보편적으로 활용된다. 일반적으로, 무선 통신 네트워크들은 기지국 또는 액세스 포인트와 통신하는 모바일 디바이스를 통해 구축된다. 액세스 포인트는 지리적 구역 또는 셀을 커버하며, 모바일 디바이스가 동작함에 따라, 이러한 지리적 셀들 안팎으로 이동할 수 있다. 중단되지 않는(uninterrupted) 통신을 달성하기 위해, 모바일 디바이스에게는 모바일 디바이스가 진입한 셀의 자원들이 할당하고 모바일 디바이스가 떠난(exited) 셀의 자원들은 할당해제된다.

또한, 네트워크는 액세스 포인트들을 활용하지 않고도 단독으로 피어-투-피어(peer-to-peer) 통신을 활용하도록 구성될 수 있다. 추가 실시예들에서, 네트워크는 액세스 포인트들(인프라구조 모드) 및 피어-투-피어 통신 모두를 포함할 수 있다. 이러한 형태의 네트워크들은 애드혹 네트워크들(ad hoc networks)로 간주된다. 애드혹 네트워크들은 자체-구성될 수 있어, 모바일 디바이스(또는 액세스 포인트)가 다른 모바일 디바이스로부터의 통신을 수신할 때, 또 다른 모바일 디바이스가 네트워크에 부가된다. 모바일 디바이스들이 영역을 벗어남에 따라, 이들은 네트워크로부터 동적으로 제거된다. 따라서, 네트워크의 토포그래피(topography)가 일정하게 변화될 수 있다. 멀티홉 토폴로지(multihop topology)에서, 송신자로부터 수신자로 직접적으로 보다는, 다수의 홉들(hops) 또는 세그먼트들(segments)을 통해 전송이 전달된다.

와이미디어 초광대역(UWB) 공통 무선 플랫폼과 같은 초광대역 기술은 개인영역 무선 통신 네트워크(WPAN) 내에서 멀티미디어 디바이스들 간의 무선 연결성을 최적화시키기는 고유한 능력을 갖는다. 무선 표준화(wireless standard)의 목표들은 낮은 비용, 낮은 전력 소모, 소형 인수(small-form factor), 높은 대역폭 및 멀티미디어 서비스 품질((QoS) 지원과 같은 요구조건들을 충족시키는 것이다.

와이미디어 UWB 공통 무선 플랫폼은 동일한 네트워크에서 상이한 무선 애플리케이션들을 동작시키기 위한 솔루션을 제공하는 분산화 매체-액세스(distributed medium-access) 기술을 제시한다. 와이미디어 UWB 공통 무선 플랫폼은 멀티-밴드 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(MB-OFDM)에 기반을 둔 매체 액세스 제어(MAC) 층 및 물리적(PHY) 층 사양들(specifications)을 통합한다. 와이미디어 MAC 및 PHY 사양들은 의도적으로 세계적 규제 기관들(global regulatory bodies)에 의해 다양한 요구조건들 세트를 따르도록 설계된다. 따라서 다양한 나라들에서의 규제들을 충족시킬 필요가 있는 제조자들은 쉽고 비용면에서 효율적으로 이를 수행할 수 있다. 와이미디어 UWB가 구현되도록 시도되는 소정의 다른 우호적인 애플리케이션 특징들로는 노드 당 복잡도 감소, 긴 배터리 수명, 다중 전력 관리 모드들의 지원 및 높은 공간적 능력이 포함된다.

와이미디어 UWB-컴플리언트(UWB-compliant) 수신기들은 큰 대역폭을 제공하면서 제공되는 무선 서비스들로부터의 간섭을 견뎌내야 한다. 동시에, 이들은 매우 낮은 송신 전력으로 동작되어야 한다. 따라서, 동작 환경에서 수신기들에 의해 직면하게 되는 한가지 문제점은 신호 획득 및, 이에 대한 일부로서, 전송된 신호의 프레임들의 프레임 검출 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 것이다.

따라서, 앞서 언급된 문제점들을 충족시키는 기술이 요구된다.

본 발명에 개시된 방안들은 반송파 주파수(carrier frequency) 오프셋 추정 및 프레임 동기화에 관한 것이다. 일 방안에서, 조합된 반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 수행하는 방법이 개시되며, 상기 방법은 주파수 식별값을 생성하기 위해 적어도 하나의 추정된 채널 탭에서 제 1 레벨 주파수 식별(discrimination)을 수행하는 단계; 주파수 식별값으로부터 위상 에러를 추정하는 단계; 및 추정된 위상 에러로부터 미리 결정된 프레임 동기화 패턴을 결정하는 단계를 포함한다.

또 다른 방안에서, 조합된 반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 수행하는 장치가 개시되며, 상기 장치는 주파수 식별값을 생성하기 위해 적어도 하나의 추정된 채널 탭에서 제 1 레벨 주파수 식별을 수행하는 수단; 주파수 식별값으로부터 위상 에러를 추정하는 수단; 및 추정된 위상 에러로부터 미리 결정된 프레임 동기화 패턴을 결정하는 수단을 포함한다.

또 다른 방안에서, 무선 통신 장치가 개시된다. 원격지국(remote station) 장치는 안테나; 안테나에 결합되는 수신기를 포함하며, 수신기는 조합된 반송파 주파수 오프셋 추정 및 프레임 동기화를 수행하는 방법을 수행하도록 구성된 회로를 포함하며, 상기 방법은 주파수 식별값을 생성하기 위해 적어도 하나의 추정된 채널 탭에서 제 1 레벨 주파수 식별을 수행하는 단계; 주파수 식별값으로부터 위상 에러를 추정하는 단계; 및 추정된 위상 에러로부터 미리 결정된 프레임 동기화 패턴을 결정하는 단계를 포함한다.

또 다른 방안에서, 컴퓨터 프로그램 물건이 개시된다. 컴퓨터 프로그램 물건은 컴퓨터가 주파수 식별값을 생성하도록 적어도 하나의 추정된 채널 탭에서 제 1 레벨 주파수 식별을 수행하게 하는 코드; 컴퓨터가 주파수 식별값으로부터 위상 에러를 추정하게 하는 코드; 및 추정된 위상 에러로부터 미리 결정된 프레임 동기화 패턴을 결정하게 하는 코드를 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다.

도 1은 예시적인 애드혹 무선 네트워크의 블록도이다.
도 2는 예시적인 무선 단말 디바이스의 블록도이다.
도 3은 와이미디어 UWB 표준을 따르는 패킷 구조이다.
도 4는 UWB 스펙트럼의 세계적 할당 차트이다.
도 5는 도 3의 패킷의 프리앰블(preamble) 구조이다.
도 6은 도 5의 프리앰블 구조에 대한 패킷/프레임 동기화 시퀀스 발생기의 블록도이다.
도 7은 프리앰블 패턴을 발생시키기 위해 이용되는 베이스 시퀀스의 비주기적 자기-상관 함수에 대한 도면이다.
도 8은 베이스 시퀀스를 발생시키기 위해 이용되는 계층적(hierarchical) 베이스 시퀀스 발생기의 블록도이다.
도 9는 도 7의 베이스 시퀀스와 도 8의 해당하는 계층적 베이스 시퀀스 간의 비주기적 교차-상관에 대한 도면이다.
도 10은 도 7의 베이스 시퀀스와 해당하는 베이스 시퀀스의 라운딩 버전(rounded version) 간의 비주기적인 교차-상관에 대한 도면이다.
도 11은 시간-주파수 코드 TFC-1 및 TFC-2에 대한 획득/동기화 프로세스를 나타내는 타임라인이다.
도 12는 TFC-3 및 TFC-4에 대한 획득/동기화 프로세스를 나타내는 타임라인이다.
도 13은 TFC-5, TFC-6 및 TFC-7에 대한 획득/동기화 프로세스를 나타내는 타임라인이다.
도 14는 TFC-8, TFC-9 및 TFC-10에 대한 획득/동기화 프로세스를 나타내는 타임라인이다.
도 15는 패킷 검출 모듈, 타이밍 추정 모듈, 및 반송파 주파수 오프셋(CFO) 추정 및 프레임 동기화 모듈을 포함하는 동기화기(synchronizer)의 블럭도이다.
도 16은 도 15의 동기화기의 CFO 추정 및 프레임 동기화 모듈을 구현하는 CFO 추정기 및 프레임 동기화기의 블록도이다.
도 17은 TFC-1 및 TFC-2에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서의 블록도이다.
도 18은 TFC-1 및 TFC-2에 대한 프레임 동기화 검출의 동작(operation)을 나타낸다.
도 19는 TFC-3 및 TFC-4에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서의 블록도이다.
도 20은 TFC-5, TFC-6 및 TFC-7에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서의 블록도이다.
도 21은 TFC-5, TFC-6 및 TFC-7에 대한 프레임 동기화 검출의 동작을 나타낸다.
도 22는 TFC-8, TFC-9 및 TFC-10에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서의 블록도이다.
도 23은 TFC-8, TFC-9 및 TFC-10에 대한 프레임 동기화 검출의 동작을 나타낸다.
도 24는 도 15의 동기화기의 매칭 필터의 제 1 예시적 구현예이다.
도 25는 도 15의 동기화기의 매칭 필터의 제 2 예시적 구현예이다.
도 26은 슬라이딩 윈도우를 구현하는데 이용되는 L-탭 다중경로 에너지 조합기의 예시적 구현예이다.

다양한 실시예들이 도면들을 참조로 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 위해, 하나 이상의 면들에 대한 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 특정한 사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 실시예(들)은 상기 특정한 사항들 없이도 실행될 수 있다는 것이 인식될 수 있을 것이다. 다른 면에서, 공지된 구조물들 및 디바이스들은 이러한 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해 블록도 형태로 도시된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등은 컴퓨터-관련-엔티티, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합, 또는 소프트웨어의 실행중 어느 하나를 지칭한다. 예컨대, 컴포넌트는 프로세서상에서 실행되는 프로세스, 프로세서, 객체, 실행가능한 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 컴퓨팅 디바이스에서 실행되는 애플리케이션 및 컴퓨팅 디바이스 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있고, 하나의 컴포넌트가 하나의 컴퓨터상에 로컬화 및/또는 2개 이상의 컴퓨터들 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이러한 컴포넌트들은 그 내부에 저장된 다양한 데이터 구조들을 갖는 다양한 컴퓨터 판독가능한 매체로부터 실행할 수 있다. 컴포넌트들은 예컨대 하나 이상의 데이터 패킷들을 갖는 신호(예컨대, 로컬 시스템, 분산 시스템에서 다른 컴포넌트와 상호작용하는 하나의 컴포넌트로부터 데이터 및/또는 신호를 통해 다른 시스템과 인터넷과 같은 네트워크를 통한 데이터)에 따라 로컬 및/또는 원격 프로세스들을 통해 통신할 수 있다. "예시적(exemplary)"이란 용어는 예로써, 실례로, 또는 예증으로써의 기능을 한다는 것을 의미하는 것으로 사용된다. "예시적"인 것으로서 본 발명에 개시되는 임의의 실시예는 다른 실시예들에 대해 선호되는 또는 바람직한 것으로 구성될 필요는 없다.

또한, 다양한 실시예들이 사용자 디바이스와 관련하여 설명된다. 사용자 디바이스는 시스템, 가입자 유닛, 가입자국, 이동국, 모바일 디바이스, 원격국, 액세스 포인트, 원격 단말, 액세스 단말, 단말 디바이스, 핸드셋, 호스트, 사용자 단말, 단말, 사용자 에이전트, 무선 단말, 무선 디바이스, 또는 사용자 장비로 지칭될 수 있다. 사용자 디바이스는 셀룰러 전화, 코드리스 전화, 세션 개시 프로토콜(SIP) 전화, 무선 로컬 루프(WLL) 스테이션, 개인 휴대 단말기(PDA), 무선 연결 능력을 구비한 휴대용 디바이스, 또는 무선 모뎀에 연결되는 다른 프로세싱 디바이스(들)일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 사용자 디바이스는 프린터, 카메라/캠코더, 뮤직 플레이어, 단독형 마그네틱 또는 플레시 저장 디바이스와 같은 것이 부착된 UWB 모뎀을 가지는 소비자 가전 디바이스 또는 예컨대 콘텐츠 저장기를 갖춘 다른 AV 장비일 수 있다.

또한, 여기서 제시된 다양한 양상들 또는 특징들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 "제조 물품"이란 용어는 임의의 컴퓨터 판독가능한 디바이스로부터 액세스가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예컨대, 컴퓨터 판독가능한 매체는 자기 저장 장치(예컨대, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예컨대, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 디바이스(예컨대, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.

다수의 디바이스들, 콤포넌트들, 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템들과 관련하여 다양한 실시예들이 제시된다. 다양한 시스템들이 추가의 디바이스들, 콤포넌트들, 모듈들 등을 포함할 수 있고/있거나 도면들과 관련하여 개시되는 디바이스들, 콤포넌트들, 모듈들 등을 모두 포함하지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 방안들의 조합이 이용될 수도 있다.

도면들을 참조로, 도 1은 예시적인 애드혹 무선 네트워크(100)를 나타낸다. 무선 네트워크(100)는 임의의 수의 모바일 디바이스들 또는 노드들을 포함할 수 있으며, 이중 4개가 설명을 용이하게 하기 위해 무선 통신기에 있는 것으로 도시된다. 모바일 디바이스들은 무선 네트워크(100)를 통해 통신할 수 있는 예컨대 셀률러 전화기들, 스마트 전화기들, 랩탑들, 휴대용 통신 디바이스들, 휴대용 컴퓨팅 디바이스들, 위성 라디오들, 글로벌 위치추적 시스템들, PDA들, 및/또는 다른 적절한 디바이스들일 수 있다. 또한, 무선 네트워크(100)는 하나 이상의 기지국들 또는 액세스 포인트들(미도시)을 포함할 수 있다.

무선 네트워크(100)에서, 단말 디바이스(112)는 통신 링크(120)를 통해 단말 디바이스(114)와 통신하고 통신 링크(122)를 통해 단말 디바이스(116)와 통신하는 것으로 도시된다. 또한 단말 디바이스(116)는 통신 링크(124)를 통해 단말 디바이스(118)와 통신하는 것으로 도시된다. 단말 디바이스들(112, 114, 116, 118)은 도 2에 도시된 것처럼 단말 디바이스(200)에 대해 가능한 구성의 예시적인 간단한 블록도에 따라 구조 및 구성될 수 있다. 당업자들이 인식할 수 있듯이, 단말 디바이스(200)의 정확한 구성은 특정 애플리케이션 및 전체 설계 제약들에 따라 변할 수 있다. 프로세서(202)는 본 발명에 개시되는 시스템들 및 방법들을 구현할 수 있다.

단말 디바이스(200)는 안테나(206)와 결합된 프론트-엔드(front-end) 트랜스시버(204)로 구현될 수 있다. 기저대역 프로세서(208)는 트랜스시버(204)와 결합될 수 있다. 기저대역 프로세서(208)는 소프트웨어 기반 아키텍쳐, 또는 다른 형태의 아키텍쳐들, 이를 테면 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 마이크로프로세서는 다른 기능들중에서 특히, 제어 및 전체 시스템 관리 기능을 제공하는 소프트웨어 프로그램들을 실행하는 플랫폼으로서 이용될 수 있다. 디지털 신호 프로세서(DSP)는 마이크로프로세서에 대한 프로세싱 요구사항을 감소시키기 위해 애플리케이션 특정 알고리즘들(application specific algorithms)을 실행하는 내장형 통신 소프트웨어층으로 구현될 수 있다. DSP는 파일럿 신호 획득, 시간 동기화, 주파수 트랙킹, 확산-스펙트럼 프로세싱, 변조 및 복조 기능들, 및 순방향 에러 교정과 같은 다양한 신호 프로세싱 기능들을 제공하는데 이용될 수 있다.

또한, 단말 디바이스(200)는 기저대역 프로세서(208)와 결합된 다양한 사용자 인터페이스들(210)을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스들(210)은 키보드, 마우스, 터치 스크린, 디스플레이, 링거(ringer), 진동기, 오디오 스피커, 마이크로폰, 카메라, 저장기 및/또는 다른 입/출력 디바이스들을 포함할 수 있다.

기저대역 프로세서(208)는 프로세서(202)를 포함한다. 기저대역 프로세서(208)의 소프트웨어-기반 구현시, 프로세서(202)는 마이크로프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어 프로그램일 수 있다. 그러나 당업자들이 쉽게 인식할 수 있듯이, 프로세서(202)는 이러한 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명에 개시되는 다양한 기능들을 수행할 수 있는 임의의 하드웨어 구성, 소프트웨어 구성, 또는 이들의 조합을 포함하는, 업계에 공지된 임의의 수단에 의해 구현될 수 있다. 프로세서(202)는 데이터 저장을 위한 메모리(212)에 결합될 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼 애플리케이션 동작 시스템 및/또는 개별 애플리케이션들을 실행하는 애플리케이션 프로세서(214)가 제공될 수도 있다. 애플리케이션 프로세서(214)는 기저대역 프로세서(208), 메모리(212), 및 사용자 인터페이스(210)에 결합되는 것으로 도시된다.

도 3은 Standard ECMA-368의 ECM 인터내셔널 "High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard"(2005년 12월)에 의해 선포된 것처럼, 고속, 근거리 무선 통신을 위한 와이미디어 울트라-와이밴드(UWB) 물리층(PHY) 및 미디어 액세스층(MAC) 표준을 따라는 패킷의 패킷 구조(300)를 나타낸다.

ECMA 표준은 3,100-10,600 MHz의 비허가된 주파수 대역을 이용하고, 53.3 Mb/s, 80 Mb/s, 106.7 Mb/s, 160 Mb/s, 200 Mb/s, 320 Mb/s, 400 Mb/s, 및 480 Mb/s의 데이터 레이트들의 지원하는 무선 개인영역 네트워크(PAN)에 대한 UWB PHY를 지정한다. UWB 스펙트럼은 14 대역들로 나뉘며, 이들 각각은 528MHz의 대역폭을 갖는다. 제 1의 12개 대역들은 3개 대역으로 이루어진 4개의 대역 그룹으로 그룹화되며, 마지막 2개의 대역들은 5번째 대역 그룹으로 그룹화된다. 도 4는 UWB 스펙트럼의 세계적 할당을 나타낸다.

이러한 ECMA 표준은 정보를 전송하기 위해 다중대역 직교 주파수 분할 변조(MB-OFDM) 방식을 지정한다. 110개의 서브-캐리어들 전체(100개의 데이터 캐리어들 및 10개의 가드(guard) 캐리어들)는 정보를 전송하기 위해 대역마다 사용된다. 또한, 12개의 파일럿 서브캐리어들은 코히어런트(coherent) 검출을 허용한다. 주파수-영역 확산, 시간-영역 확산, 및 순방향 에러 교정(FEC) 코딩은 데이터 레이트들을 변화시키는데 이용된다. 사용되는 FEC는 1/3, 1/2, 5/8 및 3/4의 코딩 레이트들을 갖는 길쌈 코드(convolutional code)이다.

다음 코딩된 데이터는 시간-주파수 코드(TFC)를 이용하여 확산된다. 한가지 방안에서는, ECMA 표준에 의해 선포된 것처럼, 2가지 형태의 시간-주파수 코드들(TFC들)이 있으며, 하나는 코딩된 정보가 3개의 대역들을 통해 인터리빙되는 것으로 시간-주파수 인터리빙(TFI)으로 간주되며, 다른 하나는 코딩된 정보가 단일의 대역으로 전송되는 것으로, 고정형 주파수 인터리빙(FFI)으로 간주된다.

제 1의 4개 대역 그룹들 각각내에서, TFI를 사용하는 4개의 시간-주파수 코드들 및 FFI를 사용하는 3개의 시간-주파수 코드들이 한정된다; 이로써, 대역당 7개에 이르는 채널들에 대한 지원이 제공된다. 5번째 대역 그룹에 대해서, FFI를 사용하는 2개의 시간-주파수 코드들이 한정된다. 이러한 ECMA 규격은 전체 30개 채널들을 지정한다.

도 5는 도 3의 와이미디어 UWB 패킷의 표준 프리앰블 구조를 나타낸다. 프리앰블은 전체 30개의 OFDM 심볼들을 포함한다. 제 1의 24개 프리앰블 심볼들은 패킷 검출, 타이밍 추정, CFO 추정 및 프레임 동기화에 이용된다. 채널 추정은 마지막 6개의 프리앰블 심볼들을 이용한다.

도 6은 확산기(602)를 포함하는 프리앰블 심볼 발생기(600)의 블록도으로, 프리앰블 심볼들이 어떻게 생성될 수 있는지에 대한 한가지 방안을 나타내며, 여기서

1. 주어진 시간-주파수코드(TFC)(즉, TFC-1 내지 TFC-10으로 간주되는 1-10)에 대해, 시간-영역 베이스 시퀀스 S_base[m]( m = 0, 1,...,127) 및 2진 커버 시퀀스 s_cover[n] = ±l(n = 0, 1,...,23) 선택. 2진 커버 시퀀스는 패킷/프레임 동기화 시퀀스의 인코딩을 결정하기 위한 구분문자(delimiter)로서 이용된다.

2. 패드 37은 연장된 시퀀스 s_ext[k](k = 0, 1,...,164)를 형성하도록 베이스 시퀀스의 마지막에서 제로로 설정된다.

3. 확산기(602)를 이용하여 연장된 베이스 시퀀스로 커버 시퀀스가 확산된다. n번째 프리앰블 심볼의 k번째 샘플은 다음과 같이 주어진다.

도 7은 TFC-1에 해당하는 베이스 시퀀스 s_base[m]의 비주기적 자기-상관(auto-correlation)을 나타낸다. 다른 베이스 시퀀스들이 유사한 자기-상관 기능들을 가질 수 있다. 한 동기화 방식에서, 우수한 자기-상관 특성이 이용된다. 예컨대, 베이스 시퀀스는 도 8에 도시된 계층적 베이스 시퀀스 발생기(800)로부터 발생된다. 계층적 시퀀스를 이용에 따른 이면의 기본적인 전제는 수신기에서 디코딩 프로세스의 복잡도가 감소되도록 송신기(transmitter)에서의 인코딩 프로세스를 계층(hierarchy)으로 분배하는 것이다. 도면을 참조로, 제 1의 2진 시퀀스

는 길이(128)의 중간 시퀀스(2진 계층적 시퀀스로도 불림) C

를 발생시키기 위해 확산기(802)를 이용하여 제 2의 2진 시퀀스

에 의해 확산된다. 다음, FFT 모듈(804)을 이용하여 중간 시퀀스 C의 고속 퓨리에 변환(FFT)을 취하고 주파수 영역 셰이핑(shaping) 모듈(806)을 이용하여 주파수 영역에서 시퀀스를 셰이핑한 후, 시퀀스는 베이스 시퀀스 s_base[m]를 얻기 위해 역(inverse) FFT(IFFFT) 모듈(808)을 통해 시간 영역으로 다시 변환된다. 10개의 베이스 시퀀스들 각각에 해당하는 2진 시퀀스

및

의 고유(unique) 세트가 제공된다.

도 9는 TFC-1에 대한 베이스 시퀀스 s_base[m]와 계층적 베이스 시퀀스 발생기(800)를 이용하여 발생된 해당 중간 시퀀스

간의 비주기적 교차-상관을 나타낸다. 이러한 교차-상관성은 매칭 필터가 수신기에서 이용될 때, 베이스 시퀀스가 필터 계수들로서 2진 시퀀스 C에 의해 교체될 수 있다는 것을 나타낸다. 하기에 도시되는 것처럼, 한가지 방안에서, 2진 시퀀스 C의 계층적 구조는 동기화를 위해 이용되는 수신기의 하드웨어를 단순화시키는데 효율적으로 이용될 수 있다. 또한, 매칭 필터 계수들로서 프리앰블 베이스 시퀀스의 라운딩 버전(rounded version)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 10은 TFC-1에 대한 베이스 시퀀스 s_base[m]와 해당 베이스 시퀀스의 라운딩 버전 간의 비주기적 교차-상관을 나타낸다.

동기화 개요 처럼, 도 11-14는 TFC들 모두에 대한 동기화 및 획득 타임라인들을 나타낸다. 특히, 도 11은 TFC-1 및 TFC-2에 대한 획득 타임라인(1100)을 나타낸다; 도 12는 TFC-3 및 TFC-4에 대한 획득 타임라인(1200)을 나타낸다; 도 13은 TFC-5, TFC-6, 및 TFC-7에 대한 획득 타임라인(1300)을 나타낸다; 그리고 도 14는 TFC-8, TFC-9 및 TFC-10에 대한 획득 타임라인(1400)을 나타낸다.

먼저 도 11을 참조로, 주요 동기화 업무들(tasks)은 3가지 파트로 구별될 수 있다 :

1. 패킷 검출.

2. 타이밍 추정.

3. 반송파 주파수 오프셋(CFO) 추정 및 프레임 동기화.

앞서 논의한 바와 같이, ECMA 표준은 다중 대역들을 제공하며, 모든 TFC들에 대한 타임라인들을 통해 볼수 있듯이, 수신기는 패킷 검출이 확정되기(asserted) 이전에 디폴트에 의해 대역-1에서 일시정지(dwell)될 수 있다. 이는 패킷 검출 이전에, 수신기는 (TFI 모드에 있는 경우) 다른 대역들로 전환되는 정확한 타이밍에 대한 정보를 갖지 않기 때문이다. 따라서, 대역-1에서 제 1의 3개의 프리앰블 심볼들은 패킷 검출을 위해 소모된다. 일단 패킷 검출이 완료되면, 다음 위상, 타이밍 검출이 가능해지고 수신기는 OFDM 심볼에 대한 최적의 FFT 윈도우를 결정하기 위해 대역-1에서 다음 프리앰블 심볼에 대해 스캔될 수 있다. 대역-1에 대한 타이밍 추정이 완료된 후(예컨대, 타이밍이 회복된 후), 수신기는 TFC에 따라 다른 대역들로 전환되는 것을 인식하기에 충분한 정보를 가지며, 자동 이득 제어(AGC) 이득 추정이 수행된다. AGC가 설정된 이후, 프리앰블 심볼들의 나머지 부분(rest part)은 CFO 추정 및 프레임 동기화(sync) 검출을 위해 이용된다. 프레임 동기화가 검출될 때마다, CFO 추정의 최종 출력은 위상 회전기로 전송되고 수신기는 채널 추정을 처리한다.

도 15는 주요 동기화 업무들을 수행하기 위한 동기화기(synchronizer)(1500)를 나타낸다. 동기화기(1500)는 가변 이득 증폭기(VGA) 모듈(1502), 아날로그-대-대지털 변환기(ADC)(1504), 매칭 필터(MF)(1506), 제곱(squaring) 유니트(1508), 패킷 검출 모듈(1510), 타이밍 추정 모듈(1540) 및 CFO 추정 및 프레임 동기화 모듈(1570)을 포함한다.

MF(1506)의 계수들

은 앞서 개시된 것처럼, 2진 시퀀스

또는 라운딩 프리앰블 베이스 시퀀스

로서 선택될 수 있다. 그러나 2진 시퀀스

의 계층적 구조로 인해, MF(1506)의 구현은 도 19의 2진 계층적 시퀀스 MF(1900)에 도시된 것처럼 단순화될 수 있다; 반면 라운딩 버전에 대해, 유한 임펄스 응답(FIR) 구현 MF(2000)가 도 20에 도시되며, 이는 일례로 127개의 탭핑 지연 라인들을 갖는 FIR 필터이다.

라운딩 방식에서, 매칭 필터 계수들

은 프리앰블 베이스 시퀀스 Round

의 라운딩 버전으로 설정된다. 프리앰블 베이스 시퀀스들 모두에 대해 관찰되는 것처럼, Round

는

로부터의 값들만을 취하며, 이는 2씩의 곱셈이 1비트 좌측 이동으로 편리하게 구현될 수 있기 때문에 하드웨어 복잡성 감소에 도움을 준다. 또한, 도 10에서 볼 수 있듯이, Round

는 베이스 시퀀스

로 양호한 교차-상관성을 유지한다. 매칭 필터 구현을 위한 2가지 상이한 방법들의 복잡성은 하기 표로 요약된다.

매칭 필터 타입	실제 곱셈 수	실제 덧셈 수	LUT 사이즈(bits)
2진 계층	0	22
라운딩 베이스 시퀀스	0	127

표 1 매칭 필터 구현( implementation ) 비교

연산의 수(number of operation)는 하나의 샘플 기간(T_sample = l/528MHz = 1.89ns) 내에서 I 또는 Q에 대한 것이다. 각각의 방식에 대해, 기준 시퀀스는 표 1에 나열된 것과 같은 사이즈의 LUT(lookup table)에 저장될 수 있다.

MF(1506)의 출력은 제곱 유니트(1508)에 의해 처리된다. 수신된 샘플들은

로 표시되며, 매칭 필터 출력의 크기 제곱은

로 표시된다.

등가 이득 조합(EGC) 연산은 다중경로 채널들로부터 에너지를 수집하기 위해 수행될 수 있다는 것이 주목된다:

여기서, N은 조합되는 연속 경로들의 수이고, D[n]은 슬라이딩 윈도우 출력이다. EGC는 도 21에 도시된 것처럼 L-탭 다중경로 에너지 조합기(2100)로서 구현될 수 있다. L-탭 다중경로 에너지 조합기(2100)는 각각의 탭에 상이한 가중치가 할당되게 허용한다. EGC 연산 결과들은 패킷 검출 모듈(1510) 및 타이밍 추정 모듈(1540)에 의해 이용될 수 있다.

논의된 바와 같이, 동기화 프로세스에서 제 1 단계는 패킷 검출 모듈(1510)에 대해 유효(valid) 패킷의 존재를 검출하는 것이다. 패킷 검출 모듈(1510)은 유효 패킷이 검출된 이후 타이밍 추정 모듈(1540)에 대해 패킷 검출 신호를 확정(assert)한다. 특히, 일단 패킷 검출이 확정되면(즉, 패킷이 논리적 참값(logical true)에 det _ flag를 설정함으로써 검출되었다는 것을 패킷 검출 모듈(1510)이 표시하면), 타이밍 추정 모듈(1540)은 인에이블된다(enabled). 다음 타이밍 추정 모듈(1540)은 타이밍을 획득하고, CFO 추정 및 프레임 동기화 모듈(1570)에 symbol _ sync 신호를 확정한다.

도 16은 CFO 추정 및 프레임 동기화 모듈(1570)에 대해 구현될 수 있는 예시적인 CFO 추정기 및 프레임 동기화기(1600)를 나타낸다. CFO 추정기 및 프레임 동기화기(1600)는 샘플러(1602), 디멀티플렉서(demultiplexer)(1604) 및 멀티플렉서(1606), 및 다수의 CFO 추정기 및 프레임 동기화기 서브-모듈들(1610, 1620, 1630, 1640)을 포함한다. 디멀티플렉서(1604) 및 멀티플렉서(1606)는 MF(1506)으로부터의 선택 신호들을 TFC에 기초한 다수의 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서들(1610, 1620, 1630, 1640) 중 각각의 하나로 라우팅한다. 일 방안에서, 직접 수신된 신호 대신에 MF(1506)의 출력이 CFO 추정을 수행하고

의 프로세싱 이득의 장점을 취하는데 이용된다.

도 17은 TFC-1 및 TFC-2에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서(1610)를 나타낸다. 프로세서의 연산(operation)은 TFC-1 및 TFC-2에 대해 동일하다. 초기에, 주파수가 결정되며, 초기 CFO는

로 표시되며, 여기서

및

는 대역-i(

)에 대한 송신기 및 수신기의 로컬(local) 주파수이다. 주파수 에러는 128 OFDM 샘플들의 코히어런트적인 누적( coherently accumulating)을 위해 무시가능한(negligible) 손실을 이용한다. 따라서, 대역-i에서 n번째 프리앰블 심볼에 대해, MF(1506)로부터의 m번째 출력은 대략 다음과 같다 :

여기서,

는

에 해당하는 샘플링 시간이며,

는 노이즈 항목이며,

은 대역-i에 대한 m번째 채널 탭 계수이다.

MF(1506)으로부터 각각의 165 출력들에 대해, 타이밍 추정 모듈(1540)로부터 얻어진 symbol _ sync 정보에 따라, 33개의 연속하는 샘플들이 주파수 식별기(FD)에 대한 입력으로서 선택된다. 일 방안에서, symbol _ sync 정보는 33개의 연속하는 샘플들에서 제 1 샘플을 식별한다. 또 다른 방안에서, 샘플들은 연속하지 않으며 또한 상이한 수의 샘플들을 포함할 수 있다.

FD는 샘플 대역에서 2개의 연속하는 프리앰블 심볼들의 MF(1506) 출력 간의 교차-상관을 계산한다.

여기서,

는 샘플링 기간이며,

는 FD로부터의 노이즈 항목이며,

는 지연이다. 33개의 연속하는 FD 출력들을 누적시킴으로써, 시스템은,

를 얻을 수 있다.

여기서,

는 누적치로부터의 노이즈 항목이며,

는 타이밍 추정에 의해 얻어진 개시 인덱스(starting index) 이다.

는 초기에 대역-1에 대해 전체 수집된 채널 에너지

를 최대화시키는 것으로 밝혀졌으나, 무시가능한 손실로 대역-2 및 대역-3에 적용될 수 있다는 것이 주목된다. 하기 표는 표준 프리앰블들에 대한 커버 시퀀스를 나타낸다:

표 2: 표준 프리앰블에 대한 커버 시퀀스

프레임 동기화 검출에 대해, 표 2에 도시된 것처럼, TFC-1 및 TFC-2에 대한 커버 시퀀스는 3개 대역들 각각에서 최종 심볼에 대해 +1을 제외하고는 유지된다. 3개 대역에서 커버 시퀀스의 신호 플립핑(flipping)은 제 1의 24개 프리앰블 심볼들의 마지막을 검출하고 frame _ sync 신호를 생성하는 것을 돕는다.

그러나,

의 상기 식에서 볼 수 있듯이, CFO로 인한 위상 회전은

이며, 위상 회전은 전체 40ppm 오프셋으로 대역-12(대역 그룹(BG)-4에서)에 대한 가능한 가장 큰 값을 취한다:

이러한

의 값은 다음과 같이 표시된다.

- 첫째,

이기 때문에, 이는 모든 BG들에 대해서, CFO 추정에 대해

의 애매성(ambiguity)이 없다, 즉, 추정된 CFO는 전체 CFO이며, 분수(fractional)가 아니다라는 것을 보증한다.

- 둘째,

는 π/2 이상의 값들을 취할 수 있기 때문에, 이는 노이즈가 없는(noise-free) 시나리오에서 조차, 변수 V_i[n}만을 검사함으로써 2개의 가설 즉

(

만)

및 커버 시퀀스 사인 플립핑(flipping)

을 테스트하기에는 충분하지 않다.

사인 플립핑을 성공적으로 검출하기 위해, 제 2-레벨 주파수 식별기가 이용된다 :

이는 도 18의 프레임 동기화 검출 프로세스(1800)에 도시된다. 제 1 로우(row)는 3개의 대역들중 임의의 하나에 대한 커버 시퀀스를 나타낸다( 3개의 대역들 모두에 대한 커버 시퀀스가 동일하다는 것이 주목된다). 제 2 로우는 제 1-레벨 FD 출력들과 연관된 위상을 나타내며(높은 BG들에 대해

과

간의 애매성이 주목된다), 제 3 로우는 제 2-레벨 FD 출력들과 연관된 위상을 나타낸다.

각각의 대역에서 커버 시퀀스의 마지막은 제 2-레벨 FD에의해 검출된다 :

frame _ sync 신호는 3개 대역들로부터의 다수결 투표(majority vote)를 기초로 생성된다, 즉 3개의 대역들로부터 적어도 2개가 커버 시퀀스의 마지막을 나타낼 때마다,

가 확정되며 수신기는 채널 추정 모드로 전환된다. 다수결 투표는 편의상

로 구현된다.

CFO 추정에 대해서, 3개 대역들 각각에 대해, 제 1-레벨 FD 출력

이 누적된다 :

여기서, n_i는 초기값

로 대역-i에서의 누적에 대한 개시 심볼 인덱스이다. 상기 대역에서 커버 시퀀스의 마지막이 검출될 때까지

누적은 계속된다. 다음, V_i는 각도를 계산하기 위해 아크탄(?) 연산에 의해 처리되고 :

주파수 오프셋의 추정은

로 계산되며,

여기서,

는 오실레이터 기본 주파수이며, 계수들

는 중심 주파수 Fi 대 기본 주파수 Fo 간의 비율로 정의되는 것으로,

이다.

3개의 대역들 각각에 대한 주파수 에러의 최종 추정치는,

로 주어지며,

샘플 당 위상 에러는,

이다.

마지막으로, 위상 에러는 임의의 주파수 에러들에 대한 교정을 위해 위상 회전기로 전송된다.

도 19는 TFC-3 및 TFC-4에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서(1620)를 구현하는 예시적인 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서(1900)를 나타낸다. 프로세스의 연산은 TFC-3 및 TFC-4에 대해 동일하기 때문에, 간단한 설명을 위해 TFC-3에 대해 중점을 두고 설명이 개시된다.

TFC-3 및 TFC-4의 주파수 식별을 위해, 일 방안에서 2개의 제 1-레벨 주파수 식별기(FD)가 목표 CFO 추정 성능을 충족시키기 위해 이용된다. 제 1 FD는 동일한 대역에서 2개의 연속적인 프리앰블 심볼들의 MF(1506) 출력들 간의 교차-상관을 계산한다:

여기서,

및

는 대역-i에서 (2n)번째 및 (2n+1)번째 프리앰블 심볼에 대해 MF로부터의 m번째 출력이며,

는 지연(delay)이다. 도 12의 타임 라인에 따라, 상기 식에서 수반되는 심볼 쌍들은 다음과 같이 나열된다.

대역 인덱스 i	심볼 쌍들
1	19 및 20
2	15 및 16, 21 및 22
3	17 및 18, 23 및 24

제 1 FD로부터 33개의 연속하는 출력들을 누적함으로써,

가 얻어진다.

제 2 FD는 심볼(15 및 21)(대역-2) 및 심볼(17 및 23)(대역-3)에 대한 MF(1506)의 출력들 간의 교차-상관을 계산한다. 이를 수행하기 위해, 심볼(15)(대역-2) 및 심볼(17)(대역-3)에 대한 MF(1506)의 출력들은 각각 33개 복소수의 크기를 가지는 2개의 버퍼에 저장된다. 제 2 FD로부터 33개의 연속하는 출력들을 누적함으로써,

가 얻어진다.

지연은

가 된다.

프레임 동기화 검출을 위해, 다시 표 2를 참조하면, TFC-3 및 TFC-4에 대한 커버 시퀀스는 3개의 대역들 각각에서 최종 심볼에 대해 +1을 제외하고 유지된다. CFO로 인해

에서의 위상 회전은

이며, 이는 전체 40ppm으로 대역-12(BG-4에서)에 대해 가능한 가장 큰 값을 취한다 :

의 값은 다음과 같이 표시된다.

- 첫째,

이기 때문에, 이는 모든 BG들에 대해서, CFO 추정에 대해

의 애매성(ambiguity)이 없다, 즉, 추정된 CFO는 전체 CFO이며, 분수(fractioanl)가 아니다라는 것을 보증한다.

- 둘째,

는

이하의 값들을 취할 수 있기 때문에, 이는 낮은 SNR 범위(regime)에서 조차, 변수

만을 검사함으로써 2개의 가설, 즉

(

만)

및 커버 시퀀스 사인 플립핑(flipping)

을 테스트하는 것을 가능케 한다.

각각의 대역에서 커버 시퀀스의 마지막은 제 1 FD에 의해 검출된다:

TFC-1 및 TFC-2와 유사하게, frame _ sync 신호는 3개 대역들로부터 다수결 투표를 기초로 생성된다 :

CFO 추정을 위해, 대역-2 및 대역-3에 대해, 제 1 FD 출력이 누적된다 :

여기서, n _i 는 대역-i에서 누적치에 대한 개시 심볼 인덱스이다. 상기 대역에서 커버 시퀀스의 마지막이 검출될 때까지

누적은 계속된다. 도 12에 도시된 타임라인에 따라, 대역-1에 대해 단지 하나의

만이 존재하며, 이는 잡음이 많다(noisy)는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명의 설계에서, 본 발명자들은 성능 감소 없이 CFO 추정시

를 사용하지 않는다.

은 프레임 싱크(frame sync)를 검출하는데만 이용된다.

최종 누적 결과들(

및

)은 각도를 계산하기 위해 아크탄(?) 함수로 처리된다 :

평균화된 결과는

이며,

계수들

은 중심 주파수 F_i 대 기본 주파수 F₀ 간의 비율로 정의된다 :

일 방안에서,

및

만이 CFO 추정을 수행하기 위해 이용될 경우, 나머지 에러들은 충족되지 않는다. 성능을 개선시키기 위해, CFO 추정은 제 2 FD로부터의 출력에 의존하며, 각도

및

는 참조로서만 이용된다. 상세내용은 다음과 같다.

제 2 FD로부터의 결과들(

및

)은,

계산을 위해 아크탄(?) 함수로 처리된다.

그러나, 제 2 FD의 지연은

이기 때문에,

에 대해 가능한 가장 큰 값은 전체 40ppm 오프셋을 갖는 대역-12(BG-4)에 대해,

이다. 다른 말로, 각도

는

의 애매성(ambiguity)을 가지며 경쟁적 대안들(competing candidates)로는

가 있다.

따라서, 본 발명자들은 평균화된 결과들의 2가지 경쟁적 버전들을 포함한다 :

및,

.

참조 각도

(또는

)는 하기 테스트에 따른 선택을 구성하기 위해 이용될 수 있다 :

이면,

그렇지 않으면,

주파수 오프셋의 최종 추정은

또는 등가적으로

로 제공되며, 3개 대역들 각각에 대한 CFO 추정치들은

로 제공된다.

샘플 당 위상 에러는

이다.

도 20은 TFC-5, TFC-6, 및 TFC-7에 대한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서(1630)를 구현하는 예시적인 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서(2000)를 나타낸다. 프로세서의 연산은 TFC-5, TFC-6, 및 TFC-7에 대해 동일하기 때문에, 간단한 설명을 위해 TFC-5에 대해 중점을 두고 설명이 개시된다.

먼저, 2개의 연속하는 프리앰블 심볼들의 MF(1506)의 출력들 간의 교차-상관에 의해 주파수 식별이 결정된다:

여기서,

는 지연이다. TFC-5, TFC-6, 또는 TFC-7에 대한 주파수 홉핑이 없기 때문에, 대역 인덱스는 강하된다(dropped).

제 1 FD로부터 33개의 연속하는 출력들이 누적됨으로써,

가 얻어진다.

프레임 동기화 검출에 대해, CFO로 인해

에서 위상 회전은

이며, 전체 40ppm 오프셋을 갖는 대역-14(BG-15에서)에 대해 가능한 가장 큰 값을 갖는다:

이러한

의 값은 다음과 같이 표시된다.

- 첫째,

이기 때문에, 이는 모든 BG들에 대해서, CFO 추정에 대해

- 둘째,

는

만을 검사함으로써 2개의 가설, 즉

(

만)

및 커버 시퀀스 사인 플립핑(flipping)

을 테스트하는 것을 가능케 한다.

도 21은 TFC-5, TFC-6, 및 TFC-7에 대한 프레임 동기화 검출 프로세스(2100)를 나타낸다. 도면에서 제 1 로우(row)는 커버 시퀀스이며, 제 2 로우는

를 나타낸다.

는 마지막에서

유니크 패턴(unique pattern)이 검출되는 시기를 확정한다.

또한 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서(2000)는 CFO 추정을 수행한다. CFO 추정 동안, FD 출력

이 누적된다 :

여기서, n_o는 축적치에 대한 개시 심볼 인덱스이다. 커버 시퀀스의 마지막이 검출될 때 까지

누적은 계속된다. V는 각도

를 결정하기 위해 아크탄(?) 컴퓨터로 전송되며, 주파수 오프셋의 추정은

로서 계산될 수 있고, 여기서, F는 중심 주파수이다. 샘플 당 위상 에러는

이다.

마지막으로, 위상 에러는 임의의 주파수 에러들을 교정하기 위해 위상 회전기로 전송된다.

도 22는 TFC-8, TFC-9 및 TFC-10에 대한 예시적인 CFO 추정 및 프레임 동기화 프로세서를 나타낸다. 알고리즘은은 3개의 TFC들에 대해 동일하기 때문에, 간단한 설명을 위해 TFC-8에 대해 중점을 두고 설명이 개시된다.

먼저, 동일한 대역에서 2개의 연속하는 프리앰블 심볼들의 MF(1506)의 출력들 간의 교차-상관에 의해 주파수 식별이 결정된다 :

여기서,

및

은 대역-i에서 n번째 및 (n+1)번째 프리앰블 심볼에 대해, MF로부터의 m번째 출력이며,

는 지연이다.

33개의 연속하는 FD 출력들을 누적함으로써,

가 얻어진다. 여기서,

는 누적치로부터의 노이즈 항목이며,

는 타이밍 추정에 의해 얻어진 개시 인덱스이다.

는 대역-1에 대해 전체 수집된 채널 에너지

를 최대화시키는 것으로 초기 발견되었으나, 무시가능한 손실로 대역-2에도 적용된다는 것이 주목된다.

프레임 동기화 검출을 위해, CFO로 인한 위상 회전은

이며, 이는 전체 40ppm 오프셋을 갖는 대역-14(BG-5에서)에 대한 가능한 최대 값을 취한다:

이러한

의 값은 다음과 같이 표시된다.

- 첫째,

이기 때문에, 이는 모든 BG들에 대해서, CFO 추정에 대해

- 둘째,

는 π/2 이상의 값들을 취할 수 있기 때문에, 이는 노이즈가 없는(noise-free) 시나리오에서조차, 변수

만을 검사함으로써 2개의 가설, 즉

(

만)

및 커버 시퀀스 사인 플립핑(flipping)

을 테스트하기에는 충분하지 않다.

사인 플립핑을 성공적으로 검출하기 위해, 제 2-레벨 주파수 식별기가 구현되고,

프로세스는 도 23의 프레임 동기화 검출 프로세스(2300)에서 도시된다. 제 1 로우(row)는 2개의 대역들중 임의의 하나에 대한 커버 시퀀스를 나타낸다(대역-1 및 대역-2에 대한 커버 시퀀스들은 동일하다는 것이 주목된다). 제 2 로우는 제 1-레벨 FD 출력들과 관련된 위상을 나타낸다(높은 BG들에 대해

과

간의 애매성이 주목된다). 제 3 로우는 제 2-레벨 FD 출력들과 관련된 위상을 나타낸다. 점선은 도 14에서의 타임라인을 따른 CFO 추정치들의 개시 포인트를 나타낸다.

프레임 동기화 검출 프로세스(2300)는 다음과 같이 동작한다. 커버 시퀀스는 대역-1 및 대역-2에 대해 동일하기 때문에, 이중 하나만이 상기 목적으로 위해 선택될 수 있으며 다른 채널 인덱스 i는 프레임 동기화 검출을 위해 강하될 수 있다. CFO 추정이 대역-1에서의 심볼-15(또는 대역-2에서 심볼-16) 보다 늦지않게 시작되어, 제 2-레벨 FD가 제 1

를 누락시키지 않는다고 가정된다. 다음 시스템은,

에 의해 2개의 위상 회전 "0" 및

을 검출할 수 있다.

일단 유니트 패턴

이 검출되면,

이 확정되고 수신기는 채널 추정 모드로 전환된다.

CFO 추정을 위해, 도 23에 도시된 것처럼, 제 1-레벨 FD와 관련된 위상은 2개의 상태

또는

중 어느 하나일 수 있다.

이

으로 정의되면,

2개의 대역들 각각에 대해, 제 1-레벨 FD 출력

이 누적된다:

여기서, n_i는 대역-i에서 누적치에 대한 개시 심볼 인덱스이다. 제 2-레벨 FD의 위상이

일 때 상태 변이가 발생하기 때문에,

의 상태는,

로서 업데이트될 수 있다.

일단

이 확정되면, 수신기는 누적이 중단되도록

를 설정하고 V_i는 각도

를 계산하기 위해 아크탄(?) 함수에 의해 처리된다.

주파수 오프셋의 추정은

로 계산될 수 있으며,

여기서,

는 오실레이터 기본 주파수이며, 계수들

은 중심 주파수 F_i 대 기본 주파수 F_o 간의 비율로 정의된다 :

2개의 대역들 각각에 대한 주파수 에러의 최종 추정은

에 의해 제공되며, 샘플 당 위상 에러는

이다.

여기 제시된 양상들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있음을 이해하여야 한다. 본 시스템들 및/또는 방법들이 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드, 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트들로 구현되는 경우, 이들은 저장 컴포넌트와 같은 기계 판독가능한 매체에 저장될 수 있다. 코드 세그먼트는 프로시져, 함수, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령들, 데이터 구조들, 또는 프로그램 스테이트먼트의 임의의 조합을 나타낼 수 있다. 코드 세그먼트는 정보, 데이터, 인수, 파라미터, 또는 메모리 컨텐츠들을 전달 및/또는 수신함으로써 다른 코드 세그먼트 또는 하드웨어 회로에 연결될 수 있다. 정보, 인수, 파라미터, 데이터 등은 메모리 공유, 메시지 전달, 토큰 전달, 네트워크 전송 등을 포함하는 임의의 적절한 수단을 사용하여 전달, 포워딩, 또는 전송될 수 있다.

소프트웨어 구현의 경우, 여기 제시된 기술들은 여기 제시된 기능들을 수행하는 모듈들(예컨대, 프로시져, 함수, 등)을 통해 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유닛들에 저장되어 프로세서들에 의해 실행될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내부에 또는 프로세서 외부에서 구현될 수 있으며, 외부에 구현되는 경우 메모리는 공지된 다양한 수단을 통해 프로세서에 통신적으로 연결될 수 있다.

앞서 설명된 것들은 하나 이상의 예시적인 실시예들을 포함한다. 물론, 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함하는"이라는 용어는 "구성되는" 및 "구비하는"을 포함하는 의미로 해석된다.

Claims

초광대역(UWB) 신호를 획득하는 방법으로서,
상기 UWB 신호에서의 심볼들의 타이밍 추정에 기초하여 출력되는 매칭 필터의 일정 개수(n)의 샘플들을 포함하는 샘플 세트를 주기적으로 선택하는 단계 ? 상기 매칭 필터는 수신된 UWB 신호 상에서 동작함 ?;
시간 주파수 코드(TFC; time frequency code)에 따라 상기 샘플 세트로부터 다수의 서브 모듈들 각각으로 상기 샘플들을 라우팅하는 단계;
상기 서브 모듈들 각각에서, 상기 라우팅된 샘플들에서 UWB 대역에 대한 연속적인 프리앰블 심볼들을 교차-상관시킴으로써 상기 라우팅된 샘플들에 기초하여 주파수를 결정하는 단계;
상기 개수(n)의 프리앰블 심볼 교차-상관들을 축적시키는 단계; 및
상기 심볼 교차-상관들에 기초하여 상기 라우팅된 신호에서 프레임 동기화를 결정하는 단계
를 포함하는,
초광대역(UWB) 신호를 획득하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 축적된 프리앰블 심볼 교차-상관들에 기초하여 위상 에러를 추정하는 단계를 더 포함하는,
초광대역(UWB) 신호를 획득하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 위상 에러를 위상 회전기로 제공함으로써 주파수 에러들을 교정하는 단계를 더 포함하는,
초광대역(UWB) 신호를 획득하는 방법.
초광대역(UWB) 신호를 획득하기 위한 장치로서,
상기 UWB 신호에서의 심볼들의 타이밍 추정에 기초하여 출력되는 매칭 필터의 일정 개수(n)의 샘플들을 포함하는 샘플 세트를 주기적으로 선택하기 위한 수단 ? 상기 매칭 필터는 수신된 UWB 신호 상에서 동작함 ?;
시간 주파수 코드(TFC)에 따라 상기 샘플 세트로부터 다수의 서브 모듈들 각각으로 상기 샘플들을 라우팅하기 위한 수단;
상기 서브 모듈들 각각에서, 상기 라우팅된 샘플들에서 UWB 대역에 대한 연속적인 프리앰블 심볼들을 교차-상관시킴으로써 상기 라우팅된 샘플들에 기초하여 주파수를 결정하기 위한 수단;
상기 개수(n)의 프리앰블 심볼 교차-상관들을 축적시키기 위한 수단; 및
상기 심볼 교차-상관들에 기초하여 상기 라우팅된 신호에서 프레임 동기화를 결정하기 위한 수단
을 포함하는,
초광대역(UWB) 신호를 획득하는 장치.
제4항에 있어서,
상기 축적된 프리앰블 심볼 교차-상관들에 기초하여 위상 에러를 추정하기 위한 수단을 더 포함하는,
초광대역(UWB) 신호를 획득하는 장치.
제5항에 있어서,
상기 위상 에러를 위상 회전기로 제공함으로써 주파수 에러들을 교정하기 위한 수단을 더 포함하는,
초광대역(UWB) 신호를 획득하는 장치.
무선 통신 장치로서,
메모리; 및
초광대역(UWB) 신호를 획득하기 위해서 상기 메모리에 결합되는 적어도 하나의 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는:
상기 UWB 신호에서의 심볼들의 타이밍 추정에 기초하여 출력되는 매칭 필터의 일정 개수(n)의 샘플들을 포함하는 샘플 세트를 주기적으로 선택하고 ? 상기 매칭 필터는 수신된 UWB 신호 상에서 동작함 ?;
시간 주파수 코드(TFC)에 따라 상기 샘플 세트로부터 다수의 서브 모듈들 각각으로 상기 샘플들을 라우팅하며;
상기 서브 모듈들 각각에서, 상기 라우팅된 샘플들에서 UWB 대역에 대한 연속적인 프리앰블 심볼들을 교차-상관시킴으로써 상기 라우팅된 샘플들에 기초하여 주파수를 결정하고;
상기 개수(n)의 프리앰블 심볼 교차-상관들을 축적시키며; 그리고
상기 심볼 교차-상관들에 기초하여 상기 라우팅된 신호에서 프레임 동기화를 결정
하도록 구성되는,
무선 통신 장치.
제7항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 축적된 프리앰블 심볼 교차-상관들에 기초하여 위상 에러를 추정하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 장치.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 위상 에러를 위상 회전기로 제공함으로써 주파수 에러들을 교정하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 장치.
컴퓨터-판독 가능 매체로서,
UWB 신호에서의 심볼들의 타이밍 추정에 기초하여 출력되는 매칭 필터의 일정 개수(n)의 샘플들을 포함하는 샘플 세트를 주기적으로 선택하기 위한 코드 ? 상기 매칭 필터는 수신된 UWB 신호 상에서 동작함 ?;
시간 주파수 코드(TFC)에 따라 상기 샘플 세트로부터 다수의 서브 모듈들 각각으로 상기 샘플들을 라우팅하기 위한 코드;
상기 서브 모듈들 각각에서, 상기 라우팅된 샘플들에서 UWB 대역에 대한 연속적인 프리앰블 심볼들을 교차-상관시킴으로써 상기 라우팅된 샘플들에 기초하여 주파수를 결정하기 위한 코드;
상기 개수(n)의 프리앰블 심볼 교차-상관들을 축적시키기 위한 코드; 및
상기 심볼 교차-상관들에 기초하여 상기 라우팅된 신호에서 프레임 동기화를 결정하기 위한 코드
를 포함하는,
컴퓨터-판독 가능 매체.
제10항에 있어서,
상기 축적된 프리앰블 심볼 교차-상관들에 기초하여 위상 에러를 추정하기 위한 코드를 더 포함하는,
컴퓨터-판독 가능 매체.
제11항에 있어서,
상기 위상 에러를 위상 회전기로 제공함으로써 주파수 에러들을 교정하기 위한 코드를 더 포함하는,
컴퓨터-판독 가능 매체.