KR20130029687A - 근거리 무선 통신 시스템에서의 수신 동기 획득 방법 및 그 장치 - Google Patents

근거리 무선 통신 시스템에서의 수신 동기 획득 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

근거리 무선 통신 시스템에서 복수의 패턴이 반복적으로 송신되는 STF(short training filed)--여기서 STF는 제1 개수의 STF 패턴과 제2 개수의 STF 패턴을 포함하며, 제2 개수의 STF 패턴들은 제1 개수의 STF 패턴과는 반대의 부호를 가짐--를 포함하는 수신 신호를 수신한다. 그리고 복수개의 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제1 주파수 오차 추정 및 보상 과정 및 제2 주파수 오차 추정 및 보상 과정을 수행하고, 주파수 오차 추정 및 보상 과정 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴 중에서, 소정 개수의 STF 패턴에 대하여 교차 상관을 수행하여 프레임 타이밍을 검출한다.

Description

근거리 무선 통신 시스템에서의 수신 동기 획득 방법 및 그 장치{Apparatus and method for obtaining reception synchronization in wireless communication system}
본 발명은 동기 획득 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 근거리 무선 통신 시스템에서 신호를 수신하기 위한 동기를 획득하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식은 제한된 주파수 자원을 효율적으로 활용할 수 있고 고속의 데이터 전송률을 제공할 수 있기 때문에, 무선 통신 시스템에서 사용된다.
이러한 장점으로 인해 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 및 LTE(Long Term Evolution)와 같은 무선 접속 시스템의 핵심기술로 사용되고 있다. 하지만 다수의 부반송파(subcarrier)를 통해 신호를 동시에 전송하기 때문에, 시간 및 주파수 동기오차가 존재하는 경우 인접 신호간 간섭뿐만 아니라 부반송파 신호간 간섭이 발생하여 성능이 크게 저하되는 특성이 있다. 이러한 동기 오차로 인해 단말의 핸드오프 성능 또한 크게 저하되는 결과를 야기하며, 원활한 핸드오프 지원을 위해서는 기지국 간에도 엄격한 시간 및 주파수 동기가 요구된다.
시간 및 주파수 동기를 위하여 프리엠블에 짧은 훈련 심볼 또는 긴 훈련 심볼을 반복적으로 포함시켜 전송하는데, 이러한 경우, 짧은 훈련 심볼 또는 긴 훈련 심볼을 기준 신호로 사용하여 교차 상관과 피크 검출을 수행함으로 짧은 훈련 심볼과 긴 훈련 심볼 구간의 경계를 찾는 방법 등이 사용될 수 있다.
그러나 이러한 방법은 IEEE 802.11a 프리엠블 구조를 이용한 동기 알고리즘이기 때문에, 새로운 프레임 구조 예를 들어 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 OFDM SUN 시스템에 새롭게 적용된 프레임 구조에 적용하기 위한 새로운 동기 알고리즘이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 OFDM 기반의 근거리 무선 통신 시스템에서 소정 프레임 구조에 따라 효율적으로 동기를 획득하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
위의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 동기 획득 방법은, 수신 신호로부터 동기를 획득하는 방법이며, 수신 신호--상기 수신 신호는 STF(short training filed)와 데이터를 포함하며, 상기 STF는 제1 개수의 STF 패턴과 제2 개수의 STF 패턴을 포함하며, 제2 개수의 STF 패턴들은 제1 개수의 STF 패턴과는 반대의 부호를 가짐--를 수신하여 샘플링하여 출력하는 단계; 상기 수신 신호의 복수개의 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계; 상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴에 대하여, 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제2 주파수 오차 추정 및 보상 단계; 및 상기 제2 주파수 오차 추정 및 보상 단계 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴 중에서, 소정 개수의 STF 패턴에 대하여 교차 상관을 수행하여 프레임 타이밍을 검출하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 프레임 타이밍이 검출된 다음에, 출력되는 STF 패턴들에서 STF 패턴의 부호가 반전되는 위치를 찾아서 프레임 경계로서 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계는, 미리 설정된 제1 간격으로, 설정 개수의 STF 패턴 쌍에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출하는 단계; 상기 산출된 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제1 간격으로 나누어서 상기 STF 패턴을 구성하는 샘플당 위상 오차를 산출하는 단계; 및 상기 샘플당 위상 오차를 토대로 하는 제1 보상값을 산출하고, 산출된 제1 보상값을 주파수 오차 추정이 이루어진 다음에 출력되는 STF 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 주파수 오차 추정 및 보상 단계는, 미리 설정된 제2 간격으로, 설정 개수의 STF 패턴에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출하는 단계; 상기 산출된 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제2 간격으로 나누어서 상기 STF 패턴을 구성하는 샘플당 위상 오차를 산출하는 단계; 및 상기 샘플당 위상 오차를 토대로 하는 제2 보상값을 산출하고, 산출된 제2 보상값을 주파수 오차 추정이 이루어진 다음에 출력되는 STF 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 동기 획득 장치는, 수신 신호로부터 동기를 획득하는 장치이며, 수신 신호--상기 수신 신호는 STF(short training filed)와 데이터를 포함하며, 상기 STF는 제1 개수의 STF 패턴과 제2 개수의 STF 패턴을 포함하며, 제2 개수의 STF 패턴들은 제1 개수의 STF 패턴과는 반대의 부호를 가짐--에서, 복수의 STF 패턴을 토대로 패킷을 검출하는 패킷 검출부; 상기 패킷 검출이 이루어진 다음에 출력되는 복수의 STF 패턴을 토대로 전력을 측정하고 측정되는 전력을 토대로 수신 신호의 증폭 이득을 제어하는 이득 제어부; 상기 이득 제어가 이루어진 수신 신호의 복수개의 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제1 주파수 오차 추정 및 보상을 수행하는 제1 처리부; 상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴에 대하여, 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제2 처리부; 및 상기 제2 주파수 오차 추정 및 보상 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴 중에서, 소정 개수의 STF 패턴에 대하여 교차 상관을 수행하여 프레임 타이밍을 검출하는 타이밍 동기부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 근거리 무선 통신 시스템에서 반복되는 패턴을 가지는 STF(short training field)를 포함하는 프레임 구조로 이루어지는 수신 신호로부터 용이하게 효율적으로 동기를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 사용되는 주파수 영역의 STF 값을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 사용되는 시간 영역에서의 STF의 패턴을 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 STF 패턴들을 구성하는 시퀀스에 포함되는 샘플들의 값을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 패킷 검출 결과를 나타낸 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어 과정을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어 결과를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정 및 보정 과정이 수행되는 과정을 나타낸 도이다.
도 9는 SNR 별로 채널에 따른 정수 레벨의 주파수 오차가 발생한 확률을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 STF 패턴에 대하여 타이밍 동기 및 프레임 경계 검출 과정을 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 동기 획득 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에는 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 기반의 무선 통신 시스템에서, 짧은 훈련 시퀀스로 이루어진 STF(short training field)를 이용하여 동기를 획득하는 방법 및 그 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 사용되는 주파수 영역의 STF 값을 나타낸 예시도이며, 도 2는 시간 영역에서의 STF의 패턴을 나타낸 예시도이다.
첨부한 도 1은 근거리 무선 전송 기술에 관련된 표준 규격(IEEE 802.15.4g SUN(smart utility network) OFDM Option1)에 따른 STF 값을 나타낸 것으로, STF는 동기 획득, 자동 이득 제어(automatic gain control: AGC), 패킷 검출 등을 위하여 프리엠블에 사용되며, 반복적인 패턴을 가진다.
도 1에 예시된 주파수 영역의 STF 값에 설정 수(예를 들어, 1.25)를 곱하여 IFFT(inverse fourier transform)를 수행하면, IFFT 탭(tap) 개수의 1/8을 주기로 하는 시간 영역의 STF 값이 출력된다. 이러한 STF 값들 중에서 36번째의 값의 부호를 반전한 값을 4개 취하여 36개의 값들에 대하여 연결하면, 도 2와 같이 총 40개의 시퀀스로 이루어지는 시간 영역의 STF 패턴이 형성된다. 도 2에서 각"s"는 32 샘플들로 이루어진 시퀀스를 나타내며, 이러한 32 샘플들의 값은 도 3에 도시된 바와 같다. 도 3은 도 2에 도시된 STF 패턴들을 구성하는 시퀀스에 포함되는 샘플들의 값을 나타낸 예시도이다.
이하에 기술되는 동기 획득 방법 및 장치는 이러한 STF 를 토대로 하여 동작하지만, 본 발명은 반드시 도 1과 도 2에 예시된 STF에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예에서는 20 ppm의 허용편차(tolerance)를 가지는 근거리 무선 통신 시스템에서, 예를 들어, 928 MHz 대역에서 송신 장치와 수신 장치의 주파수 오차가 약 37,120Hz의 최대 주파수 오차가 발생하는 조건에서, 위에 기술된 STF를 가지는 신호가 주파수 오차를 가지면서 페이딩 채널 및 AWGN(additive white gaussian noise) 채널을 거쳐서 전송되는 환경하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 동기 획득 방법 및 장치가 동작하는 것을 예로 들어서 설명하지만, 본 발명은 이러한 환경에서 동작하는 것으로 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예에서, 송신 장치는 위에 기술된 바와 같은 구조로 이루어지는 STF를 포함하는 패킷을 복수의 부반송파에 실어서 송신하며, STF를 통하여 훈련시퀀스 S가 반복적으로 송신된다. 예를 들어 훈련 시퀀스로 이루어지는 총 40개의 패턴이 포함되며, 각 패턴의 길이는 0.8us가 될 수 있으며, 32개의 데이터를 포함한다.
수신 장치는 이러한 신호를 수신하여 처리하는데, 수신된 신호는 샘플링 클락에 따라 샘플링 처리되어 출력되며, 여기서 수신 신호는 2배 오버 샘플링(over-sampling) 되어 출력된다.
수신 장치의 동기 획득 장치는 샘플링된 수신 신호에 포함되어 있는 STF를 인식하여 패킷의 존재 유무를 판별하여 패킷 동기를 수행하며, 이후 상호 상관(cross correlation)을 통한 수신 신호와 기준 신호의 연속적인 비교를 통해 타이밍 동기를 수행한다.
구체적으로, 동기 획득 장치는 샘플링된 수신 신호로부터 프레임 즉, 패킷을 검출한다. 패킷을 검출하기 위하여 STF의 시퀀스가 사용되는데, 여기서는 매우 큰 주파수 오차를 고려하여, 1개의 시퀀스 "s" 패턴을 이용하지 않고, 아래의 수학식1과 같이 복수개의 "s"패턴을 이용한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, CC[m]은 m번째 프레임에서 패킷을 검출하기 위한 매트릭 값(제1 메트릭 값이라고도 명명됨)이며, n은 STF의 시퀀스 "s"의 인덱스 번호이며, k는 소정 시퀀스 "s" 내의 샘플의 인덱스 번호를 나타낸다. 따라서, STF*[k]는 n번째 소정 시퀀스 "s"의 k번째 샘플의 값을 나타낸다. Rx_in는 수신 신호를 나타낸다.
이러한 수학식 1에 따라 산출되는 메트릭 값 CC[m]이 설정된 검출값 이상이면 패킷이 검출된 것으로 판단하며, 메트릭 값 CC[m]이 설정된 검출값보다 작으면 패킷이 검출되지 않는 것으로 판단한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 패킷 검출 결과를 나타낸 예시도이다. 도 4에서, “_s”는 수신 신호의 부호를 이용하는 것을 나타내며, “_16"은 16 탭(tap) 단위의 상관(correlation)을 수행하는 것을 나타내고, "8s"는 8개의 시퀀스 s 이내에서 패킷이 검출되면 패킷 검출이 성공한 것을 나타낸다. "_128"은 상관 누적을 128(16*8) 탭을 이용한다는 것을 나타낸다.
위에 기술된 바와 같은 수학식 1에 따른 패킷 검출 과정에서, 수학식 1에서 n을 0~3까지 누적하지 않고, n의 값을 변경할 수 있다. 이 경우에는 도 4에서 상관을 수행하는 탭 단위, 패킷 검출을 성공한 것으로 판단하는 시퀀스의 수 등을 변경할 수 있으며, 그에 따라 패킷 검출 성능이 달라질 수 있다.
패킷 검출이 이루어지면, 자동 이득 제어(Auto Gain Control, AGC)가 이루어진다. 자동 이득 제어시 측정되는 수신 신호의 전력(power)과 미리 설정되어 있는 전력값을 비교하고 그 차이에 따라 수신되는 아날로그 프레임 신호의 증폭 이득을 제어한다. 이러한 자동 이득 제어 과정은 VGA(Variable Gain Control)를 위하여, 미리 설정되어 있는 전력값을 선택적으로 변경 가능하며, 이러한 설정된 전력값은 측정되는 전력을 토대로 가변될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어는 반복적으로 수행되며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어 과정을 나타낸 예시도이다.
첨부한 도 5 및 도 6을 참조하면, 패킷 검출이 이루어진 다음에 수신 신호에 포함되어 있는 STF의 반복적인 시퀀스 S에 대하여, 전력을 검출하고 이를 설정된 전력값과 비교하고 그 결과에 따라 수신 신호의 증폭 이득을 제어하는 동작을 반복적으로 수행한다. 이러한 반복적인 자동 이득 제어 과정을 통하여, 도 7과 같은 전력 수렴 상태가 이루어진다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어 결과를 나타낸 예시도이다.
도 7에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어는 88 dB의 가변 범위에서 입력되는 수신 신호를 제어할 수 있다. 수신 신호가 수렴(saturation) 된 경우는 증폭기의 이득을 20dB을 줄이도록 한다. 그 이외의 경우에는 미리 설정된 이득 제어 테이블에 따라 이득 제어를 한다. 이 경우 이득 제어 테이블에는 수신 신호의 크기에 따라 dB를 조정하는 단위(전력 조절값)가 저장되어 있으므로, 입력되는 수신 신호의 크기를 토대로 이득 제어 테이블로부터 적절한 전력 조절값을 찾아서 이득 제어를 수행한다. 도 7에는 각각 입력되는 신호의 크기에 따른 이득 제어 과정이 예시되어 있다.
수신 신호에 대한 이득 제어가 이루어진 다음에, 주파수 오차 추정 과정이 수행된다. 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 오차 추정(Frequency offset estimation, FOE) 과정은 제1 주파수 오차 추정(FOE_1)과 제2 주파수 오차 추정(ROE_2)으로 이루어진다.
송신 장치로부터 전송된 신호와 수신 장치에서 수신된 신호간에 주파수 오차가 발생할 수 있는데, 예를 들어, 928MHz 대역을 사용할 경우 주파수 오차는 약 37,120Hz가 된다. 정수 레벨의 주파수 오차가 발생하지 않도록 발생된 주파수 오차를 추정하고 추정된 결과를 토대로 수신 신호의 주파수를 보정하는 동작을 수행한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정 및 보정 과정이 수행되는 과정을 나타낸 도이다.
패킷 검출이 이루어진 수신 신호는 32 샘플 단위의 주기를 가지는데, 이 32 샘플 단위의 수신 신호를
Figure pat00002
(n: STF의 패턴 S 시퀀스를 나타내는 STF 번호 인덱스이며, k는 STF의 소정 패턴 내의 샘플을 나타내는 샘플 번호 인덱스이다) 로 표시될 수 있다.
이러한 반복 특성을 가지는 수신 신호
Figure pat00003
를 이용하여 주파수 추정을 수행한다. 일반적으로 반송파 주파수 오차가 존재하는 조건에서의 켤레 복소 대칭형 OFDM 심벌은 켤레 복소 대칭의 기준점이 되는 심볼을 기준으로 소정번째의 심볼들이 동일한 시간 간격으로 위치하여 샘플 쌍을 이룬다. 켤레 복소 대칭의 기준점이 되는 심볼을 기준으로 먼 거리에 위치한 켤레 복소 대칭의 OFDM 심벌의 샘플쌍일수록 두 샘플의 곱에 나타나는 위상 회전 각도는 선형적으로 증가하게 된다.
본 발명의 실시 예에서는 STF의 1개의 s 시퀀스 즉, 1 STF 패턴 간격으로, 8개의 STF 패턴 쌍에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출한다. 이러한 주파수 오차 추정을 위한 메트릭값(제2 메트릭 값이라고도 명명됨)은 수학식 2와 같은 수식을 통하여 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00004
위의 수학식 2에 따라 산출되는 주파수 오차 추정을 위한 제2 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 간격으로 나누어, 샘플당 위상 오차(phase offset)를 산출한다. 제2 메트릭값을 위상으로 변환하면 다음과 같은 위상값(
Figure pat00005
)를 획득한다.
[수학식 3]
Figure pat00006
여기서, *는 복소수의 켤레 복소수(conjugate)를 나타낸다.
위의 수학식 3에 따라 산출되는 위상값(
Figure pat00007
)을 복소 곱셈을 수행한 간격 즉, 샘플 수 32로 나누어 샘플당 위상 오차(
Figure pat00008
)를 획득한다.
이러한 과정을 통하여 제1 주파수 오차 추정 과정(FOE_1)이 수행된 다음에, 추정된 오차를 토대로 첫번째 주파수 오차 보상(Frequency offset correction, FOC) 과정이 수행된다.
제1 주파수 오차 보상 과정(FOC_1)시, 위의 제1 주파수 오차 추정 과정(FOE_1)에 따라 획득한 샘플당 위상 오차(
Figure pat00009
)를 토대로 하는 제1 보상값(
Figure pat00010
(k는 0부터 증가하는 정수))를 STF의 각 시퀀스에 곱하여 주파수 오차를 보상한다. 여기서는 패킷 검출이 이루어진 STF 패턴부터 8개의 STF 패턴쌍을 토대로 주파수 오차 추정이 수행되었으므로, a+9번째 STF 패턴부터 위의 보상값을 곱하여 주파수 오차 보정을 수행한다. 여기서 a는 제1 주파수 오차 보정 과정이 수행되기 시작한 첫번째 STF 패턴의 STF 번호 인덱스를 나타낸다.
제1 주파수 오차 보정 과정(FOC_1)에 따른 출력 신호를
Figure pat00011
이라 하면, 이러한 제1 주파수 오차 보정이 이루어진 신호
Figure pat00012
에 대하여 제2 주파수 오차 보정 과정(FOE_2)를 수행한다. 제2 주파수 오차 보정 과정(FOE_2)도 위의 제1 주파수 오차 보정 과정(FOE)1)과 동일하게 수행되는데, 제1 주파수 오차 보정 과정(FOE_1)과는 달리, 32×4 샘플 간격으로 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 합하여 주파수 오차 추정을 위한 제3 메트릭 값을 다음 수학식 4와 같이 산출한다.
[수학식 4]
Figure pat00013
위 수학식 4에 따라 획득한 제3 메트릭값을 다음과 같이 위상값으로 변환한다.
[수학식 5]
Figure pat00014
이와 같이 제2 주파수 오차 추정 과정(FOE_2)에 따라 획득한 위상값(
Figure pat00015
)을 복소 곱셈을 수행한 간격 즉, 샘플 수 4×32로 나누어 샘플당 위상 오차
Figure pat00016
를 산출한다.
이러한 과정을 통하여 제2 주파수 오차 추정 과정(FOE_2)이 수행된 다음에, 추정된 오차를 토대로 두번째 주파수 오차 보상(FOC_2) 과정이 수행된다.
제2 주파수 오차 보상 과정(FOC_2)시, 위의 제2 주파수 오차 추정 과정(FOE_2)에 따라 획득한 샘플당 위상 오차(
Figure pat00017
)를 토대로 하는 제2 보상값(
Figure pat00018
(k는 0부터 증가하는 정수))을 STF의 각 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상한다. 여기서는 a+14번째 STF 패턴부터 제2 보상값을 곱하여 주파수 오차 보정을 수행한다.
위에 기술된 바와 같은 제1 및 제2 주파수 오차 추정 과정(FOE_1, FOE_2)에서,채널별로 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR)에 따라서 정수 레벨의 주파수 오차가 발생하지 않는 범위가 주파수 오차 추정 과정이 정상적으로 동작하는 범위이다.
도 9는 SNR 별로 채널에 따른 정수 레벨의 주파수 오차가 발생한 확률을 나타낸 예시도이다. 주파수 오차 추정 과정의 동작 SNR을 더 낮게 하기 위해서는 정수 레벨의 주파수 오차 추정이 요구됨을 알 수 있다.
위와 같은 주파수 오차 추정 및 보정 과정이 수행된 다음에 타이밍 동기 및 프레임 경계 검출 과정이 수행된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 STF 패턴에 대하여 타이밍 동기 및 프레임 경계 검출 과정을 나타낸 도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 타이밍 동기(Timing synchronization, TS) 및 프레임 경계 검출(Frame boundary detection, FBD) 과정시, 먼저, 타이밍 동기를 위하여, 도 10에서와 같이, 주파수 추정 및 오차가 이루어진 다음에 출력되는 신호에서 소정 개수의 즉, 2개의 STF 패턴 "s"를 이용하여 교차 상관(cross-correlation)을 수행한다. 2개의 STF 패턴에 대한 교차 상관을 취한 값이 최대값이 되는 시점을 프레임 타이밍으로 검출한다. 여기서 타이밍 동기(TS)를 위한 STF 패턴 "s"의 개수를 조정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 주파수 오차 추정 및 보정 과정이 이루어진 다음에 타이밍 동기 검출이 이루어짐으로써, 초기 주파수 오차가 큰 상태에서 타이밍 동기를 수행하는 것에 비하여 보다 정확하게 프레임 동기를 검출할 수 있다.
타이밍 동기 과정에 따라 프레임 동기가 검출되면, 도 10에서와 같이, 검출된 프레임 동기를 토대로 프레임이 시작되는 경계를 검출하는 프레임 경계 검출 과정(RFD)를 수행한다.
이를 이하여 소정 개수의 STF 패턴이 반전되는 위치를 찾는다. 본 발명의 실시 예에 따른 STF는 도 2에서와 같이, 총 40개의 STF 패턴들로 이루어지는데 소정 번째의 STF 패턴은 부호가 반전된 값을 가진다. 따라서, 프레임 경계 검출 과정에서 이와 같이 STF 패턴의 부호가 반전되는 위치를 찾아서 프레임 경계로서 사용한다. 여기서 STF 패턴의 부호가 반전되는 이후에 출력되는 마지막 3개의 STF 패턴 들은 무시된다.
다음에는 위에 기술된 바와 같은 수신 동기 획득 방법에 따라 동작하는 수신 장치에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 11에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치(1)는 RF(radio frequency) 수신부(11), 샘플링부(12), 패킷 검출부(13), 이득 제어부(14), 제1 주파수 오차 추정부(15), 제1 오차 보정부(16), 제2 주파수 오차 추정부(17), 제2 오차 보정부(18), 타이밍 동기부(19) 그리고 프레임 경계 검출부(20)를 포함한다.
여기서, 패킷 검출부(13), 이득 제어부(14), 제1 주파수 오차 추정부(15), 제1 오차 보정부(16), 제2 주파수 오차 추정부(17), 제2 오차 보정부(18), 타이밍 동기부(19) 그리고 프레임 경계 검출부(20)를 포함하여 "동기 획득 장치"라고 명명할 수 있다. 그리고 제1 주파수 오차 추정부(15)와 제1 오차 보정부(16)를 포함하여 "제1 처리부"라고 명명할 수 있으며, 제2 주파수 오차 추정부(17)와 제2 오차 보정부(18)를 포함하여 "제2 처리부"라고 명명할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
첨부한 도 12에서와 같이, 송신 장치(도시하지 않음)는 STF와 데이터를 포함하는 신호를 송신하며, STF 는 복수의 반복되는 STF 패턴(s)들을 포함하며, 특히 제1 개수의 STF 패턴과 제2 개수의 STF 패턴을 포함하며, 제2 개수의 STF 패턴들은 제1 개수의 STF 패턴과는 반대의 부호를 가진다.
이러한 STF를 포함하는 신호가 안테나를 통하여 RF 수신부(11)에 의하여 수신되어 처리되고, 샘플링부(12)는 수신된 신호들을 샘플링하여 출력한다(S100). 여기서 샘플링부(12)는 수신 신호를 2배 오버 샘플링하여 출력한다.
패킷 검출부(13)는 샘플링된 수신 신호에 포함되어 있는 STF를 인식하여 패킷의 존재 유무를 판별한다(S110, S120). 구체적으로 복수개의 STF 패턴들을 이용하여 패킷 검출을 위한 제1 메트릭 값을 수학식 1에 따라 산출한다. 그리고 산출된 제1 메트릭값이 설정된 검출값 이상이면 패킷이 검출된 것으로 판단하고, 산출된 제1 메트릭 값이 설정된 검출값보다 작으면 패킷이 검출되지 않는 것으로 판단한다.
이득 제어부(14)는 패킷 검출이 이루어진 다음에 출력되는 복수의 STF 패턴에 대하여, 각 신호의 전력을 측정하고 미리 설정되어 있는 전력값과 비교한 다음에 그 차이에 따라 RF 수신부(11)의 도시하지 않은 증폭기의 이득을 제어하여, 수신되는 아날로그 프레임 신호의 증폭 이득을 제어하는 과정을 반복적으로 수행한다(S130).
수신 신호에 대한 이득 제어가 이루어진 다음에, 제1 주파수 오차 추정부(15)는 이득 제어가 이루어진 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴에 대하여 제1 간격(예: 1 STF 패턴 간격으로 32를 나타냄)으로 설정 개수(예: 8개)의 STF 패턴 쌍에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 제2 메트릭 값을 산출한다. 그리고 제2 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제1 간격으로 나누어, 샘플당 위상 오차를 산출한다(S140).
제1 오차 보정부(16)는 제1 주파수 오차 추정부(15)에서 추정된 샘플당 위상 오차를 토대로 하는 제1 보상값을 산출하고, 산출된 제1 보상값을 주파수 오차 추정이 이루어진 다음에 출력되는 STF 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상한다(S150).
다음, 제2 주파수 오차 추정부(17)는 제1 오차 보정부(16)에 의하여 소정 주파수 오차가 보정된 다음에 출력되는 신호들에 대하여 주파수 오차 추정을 수행한다. 구체적으로 제2 간격(예: 32×4 샘플 간격)으로 STF 패턴들에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 합하여 주파수 오차 추정을 위한 제3 메트릭 값을 산출한다. 그리고 제3 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제2 간격으로 나누어, 샘플당 위상 오차를 산출한다(S160).
제2 오차 보정부(18)는 제2 주파수 오차 추정부(17)에서 추정된 샘플당 위상 오차를 토대로 하는 제2 보상값을 산출하고, 산출된 제2 보상값을 제2 주파수 오차 추정부(17)에 의한 주파수 오차 추정이 이루어진 다음에 출력되는 STF 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상한다(S170).
이와 같이 제1 및 제2 주파수 오차 추정부(15,17) 그리고 제1 및 제2 오차 보정부(16,18)에 의하여 주파수 추정 및 오차가 이루어진 다음에, 타이밍 동기부(19)는 출력되는 신호에서 소정 개수의 STF 패턴에 대하여 교차 상관을 수행한다. 그리고 교차 상관에 따라 획득한 값이 최대값이 되는 시점을 프레임 타이밍으로 검출한다(S180).
프레임 경계 검출부(20)는 프레임 타이밍이 검출되면, 검출된 프레임 타이밍을 토대로 프레임이 시작되는 경계를 검출한다(S190). 즉, 프레임 타이밍이 검출된 다음에 출력되는 STF 패턴들에서 STF 패턴의 부호가 반전되는 위치를 찾는다. 즉, 제1 개수의 STF 패턴들 다음에 부호가 다른 제2 개수의 STF 패턴이 시작되는 위치를 찾는다. 이와 같이 찾아진 위치를 프레임 경계로서 사용한다.
수신 장치(1)는 이러한 과정을 통하여 검출된 프레임 경계를 토대로 이후에 수신되는 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 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.

Claims (13)

  1. 수신 신호로부터 동기를 획득하는 방법에서,
    수신 신호--상기 수신 신호는 STF(short training filed)와 데이터를 포함하며, 상기 STF는 제1 개수의 STF 패턴과 제2 개수의 STF 패턴을 포함하며, 제2 개수의 STF 패턴들은 제1 개수의 STF 패턴과는 반대의 부호를 가짐--를 수신하여 샘플링하여 출력하는 단계;
    상기 수신 신호의 복수개의 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계;
    상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴에 대하여, 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제2 주파수 오차 추정 및 보상 단계;
    상기 제2 주파수 오차 추정 및 보상 단계 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴 중에서, 소정 개수의 STF 패턴에 대하여 교차 상관을 수행하여 프레임 타이밍을 검출하는 단계
    를 포함하는 동기 획득 방법.
  2. 제1항에 있어서
    상기 프레임 타이밍이 검출된 다음에, 출력되는 STF 패턴들에서 STF 패턴의 부호가 반전되는 위치를 찾아서 프레임 경계로서 검출하는 단계
    를 더 포함하는, 동기 획득 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계는
    미리 설정된 제1 간격으로, 설정 개수의 STF 패턴 쌍에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제1 간격으로 나누어서 상기 STF 패턴을 구성하는 샘플당 위상 오차를 산출하는 단계; 및
    상기 샘플당 위상 오차를 토대로 하는 제1 보상값을 산출하고, 산출된 제1 보상값을 주파수 오차 추정이 이루어진 다음에 출력되는 STF 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상하는 단계
    를 포함하는, 동기 획득 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메트릭 값을 산출하는 단계는, 하나의 STF 패턴 간격으로 복수개의 STF 패턴 쌍에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 상기 메트릭 값을 산출하는, 동기 획득 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수 오차 추정 및 보상 단계는
    미리 설정된 제2 간격으로, 설정 개수의 STF 패턴에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제2 간격으로 나누어서 상기 STF 패턴을 구성하는 샘플당 위상 오차를 산출하는 단계; 및
    상기 샘플당 위상 오차를 토대로 하는 제2 보상값을 산출하고, 산출된 제2 보상값을 주파수 오차 추정이 이루어진 다음에 출력되는 STF 패턴에 곱하여 주파수 오차를 보상하는 단계
    를 포함하는, 동기 획득 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 샘플리되어 출력되는 수신 신호에 포함되어 있는 복수개의 STF 패턴들을 이용하여 패킷 검출을 위한 메트릭 값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 메트릭값이 설정된 검출값 이상이면 패킷이 검출된 것으로 판단하고, 산출된 제1 메트릭 값이 설정된 검출값보다 작으면 패킷이 검출되지 않는 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 동기 획득 방법.
  7. 제6항에 있어서
    상기 패킷 검출을 위한 메트릭 값을 산출하는 단계는, 복수개의 STF 패턴들 각각에 대하여 패턴 길이의 1/2 길이의 상관기를 사용하여 상기 메트릭값을 산출하는 동기 획득 방법.
  8. 제6항에 있어서
    상기 패킷 검출이 이루어진 다음에 출력되는 복수의 STF 패턴에 대하여, 각 신호의 전력을 측정하고 미리 설정되어 있는 전력값과 비교한 다음에 그 차이에 따라 상기 수신 신호의 증폭 이득을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이득을 제어하는 단계가 수행된 다음에 상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 단계가 수행되는, 동기 획득 방법.
  9. 수신 신호로부터 동기를 획득하는 장치에서,
    수신 신호--상기 수신 신호는 STF(short training filed)와 데이터를 포함하며, 상기 STF는 제1 개수의 STF 패턴과 제2 개수의 STF 패턴을 포함하며, 제2 개수의 STF 패턴들은 제1 개수의 STF 패턴과는 반대의 부호를 가짐--에서, 복수의 STF 패턴을 토대로 패킷을 검출하는 패킷 검출부;
    상기 패킷 검출이 이루어진 다음에 출력되는 복수의 STF 패턴을 토대로 전력을 측정하고 측정되는 전력을 토대로 수신 신호의 증폭 이득을 제어하는 이득 제어부;
    상기 이득 제어가 이루어진 수신 신호의 복수개의 STF 패턴에 대하여 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제1 주파수 오차 추정 및 보상을 수행하는 제1 처리부;
    상기 제1 주파수 오차 추정 및 보상 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴에 대하여, 주파수 오차 추정을 수행하여 STF 패턴을 구성하는 각 샘플 단위의 위상 오차를 획득하고, 획득된 위상 오차를 토대로 STF 패턴의 주파수를 보정하는 제2 처리부; 및
    상기 제2 주파수 오차 추정 및 보상 다음에 출력되는 복수개의 STF 패턴 중에서, 소정 개수의 STF 패턴에 대하여 교차 상관을 수행하여 프레임 타이밍을 검출하는 타이밍 동기부
    를 포함하는, 동기 획득 장치.
  10. 제9항에 있어서
    상기 타이밍 동기부는 프레임 타이밍이 검출된 다음에, 출력되는 STF 패턴들에서 STF 패턴의 부호가 반전되는 위치를 찾아서 프레임 경계로서 검출하는, 동기 획득 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 처리부는 미리 설정된 제1 간격으로, 설정 개수의 STF 패턴 쌍에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출하고, 상기 산출된 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제1 간격으로 나누어서 상기 STF 패턴을 구성하는 샘플당 위상 오차를 산출하는, 동기 획득 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 미리 설정된 제2 간격으로, 설정 개수의 STF 패턴에 대하여 복소 곱셈을 수행하고 그 결과들을 모두 합하여 주파수 오차 추정을 위한 메트릭 값을 산출하고, 상기 산출된 메트릭 값을 위상으로 변환한 후에 복소 곱셈을 수행한 제2 간격으로 나누어서 상기 STF 패턴을 구성하는 샘플당 위상 오차를 산출하는, 동기 획득 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 패킷 검출부는 복수개의 STF 패턴들 각각에 대하여 패턴 길이의 1/2 길이의 상관기를 사용하여 상기 메트릭값을 산출하는, 동기 획득 장치.
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