KR20150025972A

KR20150025972A - 무선 통신의 수신기를 위한 자기 타이밍 검출 방법

Info

Publication number: KR20150025972A
Application number: KR20130104208A
Authority: KR
Inventors: 양기성
Original assignee: 주식회사 휴메이트
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-11

Abstract

프레임 동기를 위한 자기 타이밍 검출 방법이 개시된다. 자기 타이밍 검출 방법은, 4개의 코드 시퀀스로 이루어진 프리앰블(preamble)을 이용하여 프레임 동기를 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 이때 상기 프리앰블은 상기 4개의 코드 시퀀스 중 하나의 코드 시퀀스가 나머지 3개의 코드 시퀀스와 위상이 반전된 형태의 구조를 가지며, 상기 프레임 동기를 수행하는 단계는, 상기 코드 시퀀스가 보간기(interpolator)를 거쳐 제로 패딩(zero padding)된 신호와 수신 펄스를 두 개의 입력 신호로 하여 상기 두 개의 입력 신호 간의 상관 계수인 제1 출력을 구하는 단계; 상기 제1 출력에 해당되는 4개의 피크값(peak) 중 가장 마지막 피크값을 찾아 제2 출력으로 출력하는 단계; 및 상기 제2 출력에 해당되는 비트 구간에서 자기 타이밍(self_timing)을 구하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신의 수신기를 위한 자기 타이밍 검출 방법{METHOD FOR SELF TIMING DETECTION OF FRAME SYNCHRONIZATION}

본 발명의 실시예들은 프레임 동기에 필요한 타이밍 정보의 검출을 위해 수신 펄스 계열에서 타이밍 파를 얻는 자기 타이밍 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템(wireless communication system)은 무선 통신 서비스를 지원하는 시스템으로서, 기지국(Node B)과 사용자 단말기(UE: User Equipment)로 구성된다. 그리고, 기지국과 사용자 단말기는 전송 프레임(frame)을 사용하여 무선 통신 서비스를 지원한다.

따라서, 기지국과 사용자 단말기는 전송 프레임의 송신 및 수신을 위해 상호 동기를 획득하여야 하며, 동기 획득을 위해서 기지국은 사용자 단말기가 기지국에서 전송하는 프레임의 시작을 알 수 있도록 동기 신호를 전송한다.

그러면, 사용자 단말기는 기지국이 전송하는 동기신호를 수신하여 기지국의 프레임 타이밍(frame timing)을 확인하고, 확인된 프레임 타이밍에 따라서 수신되는 프레임을 복조하게 된다. 그리고 동기 신호는 기지국과 사용자 단말기가 미리 약속하고 있는 특정 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)를 사용하는 것이 일반적이다.

직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템에서 사용되는 프리앰블 시퀀스는 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)가 작은 것을 사용하며, 기지국에서 사용자 단말기로 전송하는 프리앰블은 대략적 동기(coarse synchronization)를 수행하기 위해 필요한 긴 프리앰블과, 미세 주파수 동기를 수행하기 위해 필요한 짧은 프리앰블을 연결하여 사용한다.

국내공개특허 제10-2010-0044314호에서는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 시스템에서 OFDM 비트에 대한 미세 타이밍 동기를 추정해서 OFDM 비트에 실린 데이터를 인접 비트 간의 간섭 없이 복조하기 위한 OFDM 시스템에서 미세 타이밍 동기 추정 기술이 개시되어 있다.

그러나, 기존의 프레임 동기 방법은 프리앰블의 반복 구조를 이용하여 자기 지연 상관 계수를 계산함으로써 발생하는 피크값(peak)을 사용하는 방식을 사용하게 되는데, 피크값과 피크값 전/후 샘플 간의 크기가 서로 비슷하게 되는 경우, 즉 통신채널이 멀티패스 채널인 경우와 통신채널의 신호-대-잡음비가 작은 경우 이는 비트의 동기를 획득하는데 장애가 되는 요인이 된다.

프레임 동기에 필요한 타이밍 정보의 검출을 위해 수신 펄스 계열에서 더욱 정확한 타이밍 파를 얻을 수 있는 자기 타이밍 검출 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자기 타이밍 검출 방법은, 4개의 코드 시퀀스로 이루어진 프리앰블(preamble)을 이용하여 프레임 동기를 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 이때 상기 프리앰블은 상기 4개의 코드 시퀀스 중 하나의 코드 시퀀스가 나머지 3개의 코드 시퀀스와 위상이 반전된 형태의 구조를 가지며, 상기 프레임 동기를 수행하는 단계는, 상기 코드 시퀀스가 보간기(interpolator)를 거쳐 제로 패딩(zero padding)된 신호와 수신 펄스를 두 개의 입력 신호로 하여 상기 두 개의 입력 신호 간의 상관 계수인 제1 출력을 구하는 단계; 상기 제1 출력에 해당되는 4개의 피크값(peak) 중 가장 마지막 피크값을 찾아 제2 출력으로 출력하는 단계; 및 상기 제2 출력에 해당되는 비트 구간에서 자기 타이밍(self_timing)을 구하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 프리앰블을 이용하여 자기 타이밍에 대한 관련 정보를 구한 후 이를 통해 정확한 자기 타이밍을 찾음으로써 정확한 타이밍 동기를 통해 멀티패스 채널이나 신호대잡음비가 낮은 채널에서 우수한 성능의 프레임 동기를 실현할 수 있다.

도 1은 기존 프리앰블 구조를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 프리앰블을 이용한 자기 타이밍 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 새로운 구조의 프리앰블을 예시적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 프리앰블을 이용하여 수신 펄스에 대한 상관 계수를 계산하는 블록 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 일차적으로 계산된 타이밍 정보를 이용하여 프레임 동기를 위한 자기 타이밍을 계산하는 블록 구조를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시예들은 통신 채널 간에 전송 타이밍을 동기화 하기 위한 것으로, 기존 동기 방식에서 구한 정보를 이용하여 정확한 프레임 동기를 수행하는 자기 타이밍 검출 방법에 관한 것이다.

본 실시예들은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 통신 시스템 등에 적용될 수 있다.

OFDM 방식의 수신 시스템은 주파수 동기(Frequency Synchronization), OFDM 프레임 동기(OFDM Symbol Synchronization) 및 프레임 동기(Frame Synchronization)가 필수적이며, 이에 따라 통신 품질이 달라진다.

OFDM 데이터는 복수의 비트를 포함하는 프레임 단위로 전송 및 수신되며, 하나의 비트는 다수 개의 데이터로 구성된다. 각 프레임의 첫 번째 심벌을 프리앰블(Preamble)이라고 하는데, 프리앰블은 초기 동기화 즉, 무선에서는 송신기/수신기가 데이터 전송에 필요한 동작을 할 수 있는 시간을 확보, 및 기지국 식별을 통한 셀 탐색 등에 이용된다.

수신 시스템에서 유용한 데이터를 복원해 내기 위해서 프레임 단위의 주기적 구조의 OFDM 신호에서 데이터 비트의 시작 타이밍을 맞추는 것이 매우 중요한데, 이러한 프레임의 시작 타이밍을 맞추는 것을 프레임 동기라 하며, 프레임 동기로부터 데이터 비트기간의 고속 푸리에 변환을 행하기 위한 비트동기 타이밍이 발생하게 된다.

먼저, 프레임 동기를 위해 이용되는 프리앰블의 기존 구조는 다음과 같다.

도 1은 일반적인 코드 시퀀스를 이용하는 기존의 프리앰블 구조를 예시적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 프리앰블은 4개의 코드 시퀀스로 구성될 수 있다. 이때, 4개의 코드 시퀀스(100)가 모두 같은 위상을 갖도록 구성되어 있다.

상기한 구조의 프리앰블을 이용한 프레임 동기의 경우 원래의 비트 시작점 근처에서 잡음과 채널의 영향으로 오류가 자주 발생함에 따라 비트의 동기를 획득하는데 장애가 되는 요인이 될 수 있다.

이를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자기 타이밍 검출 방법은 다음과 같다.

도 2는 본 발명에서 제안한 구조의 프리앰블을 이용한 자기 타이밍 검출 방법을 도시한 흐름도이다. 일 실시예에 따른 자기 타이밍 검출 방법은 무선 통신 시스템에 의해 각각의 단계가 수행될 수 있다. 더욱이, 일 실시예에 따른 자기 타이밍 검출 방법에서는 이하에게 도 3을 통해 설명하게 될 새로운 구조의 프리앰블을 이용하여 타이밍 동기를 수행하는 것이다.

본 발명에 따른 자기 타이밍 검출 방법은 기존의 타이밍 동기 방식을 개선한 것으로, 먼저 수신 신호와 프리앰블 간의 상관 계수를 이용하여 동기 타이밍에 대한 관련 정보를 획득하고, 이후 타이밍 관련 정보를 통해 동기화를 위한 타이밍을 정확히 검출할 수 있다.

상세하게, 무선 통신 시스템에서는 수신 펄스를 입력 받아(S201), 프리앰블과 수신 펄스 간의 상관 계수인 제1 출력(cor_out)을 계산한다(S202).

이어, 무선 통신 시스템에서는 동기 탐색을 위한 검출 블록을 통해 단계(S202)의 출력 값인 cor_out를 이용하여 해당 채널에서 발생하는 피크값인 cor_index를 계산한다(S203).

마지막으로, 무선 통신 시스템에서는 동기 타이밍 계산을 위한 타이밍 계산 블록을 통해 단계(S203)의 출력 값인 cor_index를 이용하여 최종적으로 프레임 동기를 위한 자기 타이밍(self_timing)을 계산한다(S204).

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 타이밍 검출 방법에서는 단계 S201, S202, S203을 거쳐 일차적으로 자기 타이밍에 대한 관련 정보를 구한 후, 단계 S204를 통해 최종적으로 정확한 자기 타이밍을 구하는 것이다.

보다 상세하게, 본 발명에 따른 자기 타이밍 검출 방법을 수행하기 위한 각 블록에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3은 본 발명에서 제안하는 프리앰블의 구조를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 프리앰블은 4개의 코드 시퀀스로 구성될 수 있으며, 기존 프리앰블 구조와 다른 점은 4개의 코드 시퀀스 중 하나의 코드 시퀀스(301)가 다른 나머지 코드 시퀀스(300)와 위상이 반전된 형태를 갖는 것이다.

본 실시예에서는 수신 펄스와의 상관 계수를 계산하기 위하여 도 3을 통해 설명한 구조의 프리앰블을 사용한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 프리앰블을 이용하여 수신 펄스에 대한 상관 계수를 계산하는 블록 구조를 도시한 것이다. 여기서, 도시부호 401은 도 3을 통해 설명한 코드 시퀀스를, 도시부호 402는 수신 펄스인 입력 신호를 의미한다.

수신 펄스에 대한 상관 계수를 계산하는 블록 구조는 보간기(interpolator)(410)와, 상관기(correlator)(420)로 이루어질 수 있다.

보간기(410)는 코드 시퀀스(401)에 대해 제로 패딩(zero padding)을 수행하는 블록을 의미할 수 있다. 이때, 보간기(410)는 일정 배수 M배의 보간 비율로 제로 패딩을 수행한다.

상관기(420)는 상관계수를 계산하는 블록으로서, 두 개의 입력, 즉 보간기(410)를 통해 제로 패딩된 코드 시퀀스(401)와 입력신호(402)에 대한 상관계수를 계산할 수 있다. 이때, 코드 시퀀스(401)와 입력신호(402)에 대한 상관계수 출력은 수학식 1과 같다.

여기서, 입력 1은 입력 신호(402), 입력 2는 코드 시퀀스(401)를 의미한다.

상관기(420)의 출력인 상관계수 출력(403)은 cor_out이라 정의하기로 한다.

다음으로, cor_index를 계산하기 위한 검출 블록에서는 입력 신호로서 cor_out을 입력 받아 cor_out 입력이 갖는 4개의 피크값 중 가장 마지막 피크값을 찾아 이를 cor_index로 출력을 내보내는 것이다.

마지막으로, 최종 자기 타이밍을 계산하기 위한 타이밍 계산 블록 구조는 도 5와 같다.

타이밍 계산 블록은 검출 블록의 출력(cor_index)(501)을 이용하여 자기 타이밍을 구하는 탐색기(510)로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 검출 블록에서 계산된 cor_index를 이용하여 cor_index에 해당되는 구간에서 최종 출력(502), 즉 자기 타이밍(self_timing)을 계산한다.

따라서, 본 발명에 따른 자기 타이밍 검출 방법은 프리앰블을 이용하여 자기 타이밍에 대한 관련 정보를 구한 후 이를 통해 정확한 자기 타이밍을 찾음으로써 정확한 타이밍 동기를 통해 멀티패스 채널이나 신호대잡음비가 낮은 채널에서 우수한 성능의 프레임 동기를 실현할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

410: 보간기
420: 상관기
510: 탐색기

Claims

4개의 코드 시퀀스로 이루어진 프리앰블(preamble)을 이용하여 프레임 동기를 수행하는 단계
를 포함하며,
상기 프리앰블은 상기 4개의 코드 시퀀스 중 하나의 코드 시퀀스가 나머지 3개의 코드 시퀀스와 위상이 반전된 형태의 구조를 가지며,
상기 프레임 동기를 수행하는 단계는,
상기 코드 시퀀스가 보간기(interpolator)를 거쳐 제로 패딩(zero padding)된 신호와 수신 펄스를 두 개의 입력 신호로 하여 상기 두 개의 입력 신호 간의 상관 계수인 제1 출력을 구하는 단계;
상기 제1 출력에 해당되는 4개의 피크값(peak) 중 가장 마지막 피크값을 찾아 제2 출력으로 출력하는 단계; 및
상기 제2 출력에 해당되는 비트 구간에서 자기 타이밍(self_timing)을 구하는 단계
를 포함하는 자기 타이밍 검출 방법.