KR980012994A

KR980012994A - 기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템

Info

Publication number: KR980012994A
Application number: KR1019960032084A
Authority: KR
Inventors: 이재홍; 김진영
Original assignee: 이준; 한국전기통신공사
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-04-30
Also published as: JP2919815B2; US6111868A; JPH1098446A; KR100197352B1

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

직렬포착시스템은 평균포착시간이 길어서 초기의 통신불가능시간이 증대되어 성능이 저하되는 문제점이 있었고, 기준 정함여파기가 없는 병렬포착시스템은 시스템 전체의 처리율이 떨어지는 문제점이 있었음.

3. 발명의 해결방법의 요지

병렬포착시스템에 기준 정합여파기(reference filter)를 추가하여 빠른 포착성능을 보이며, 높은 시스템 처리율(throughput)을 얻을 수 있는 병렬포착시스템을 제공하고자 함.

4. 발명의 중요한 용도

다원접속환경에서 패킷 무선데이타 통신을 위한 확산대역시스템의 수신기에 이용됨.

Description

기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템

본 발명은 기준 정합여파기를 이용하여 구성되어 다원접속환경에서 패킷 무선데이타 통신을 위한 확산대역시스템의 수신기에 적용되는 병렬포착시스뎀에 관한 것이다.

다원접속(multiple access)환경에서 직접시퀀스(direct sequence) 확산대역(spread spectrum)시스템이 효율적으로 잘 동작하기 위해서는 수신된 유사잡음(pseudonoise)시퀀스와 수신기에서 국부적으로 발생된 유사잡음시퀀스의 동기(Syncbronization)가 필수적인 요건이다.

확산대역시스템의 동기는 크게 포착(acquisition)과 추척(tracking)의 두 단계로 이루어진다.

도 1 은 종래의 기준 정합여파기가 없는 병렬포착시스템의 구성도로서, 도면에서 "11" 은 정합여파기, "12" 는 판정부를 각각 나타낸다.

N개의 정합여파기(11)로 구성된 병렬포착시스템은 N개의 정합여파기(11)를 이용하여 수신신호를 병렬로 처리함으로써 직렬포착시스템에 비해 평균포착시간을 감소시킬 수 있다.

판정부(decision device)(12)에서는 병렬 처리된 신호가 임계값을 넘는지를 판단하여 확인검출 모드를 수행한다.

이처럼 기준 정합여파기가 없는 병렬포착시스템은 평균포착시간이 직렬포착시스템에 비해 감소되나 시스템 전체의 처리율이 떨어지는 문제점이 여전이 남아 있다.

도 2 는 종래의 직렬포착시스템의 구성도로서, 도면에서 "21" 은 곱셈기, "22" 는 정합여파기 상관기, "23" 은 제곱법칙 검파기, "24" 는 덧셈기, "25" 는 비교기, "26" 은 판정부를 각각 나타낸다.

수신된 신호는 동상(in-phase)과 직각위상(quadrature) 성분으로 각각 나누어져 각각 곱셈기(21)를 통과한 후에 정합여파기 상관기(22)에서 유사잡음시퀀스와 각각 곱하여져 두 값의 상관도를 계산하여 같으면 "1" 을 출력하고 값지 않으면 '0" 을 출력한다. 즉, 정합여파기 상관기(22)의 구조는 도 3과 같으며, 수신된 신호는 적분기(integrator)(31)를 거쳐서 탭지연선(tapped delay line)(32)을 통과한 후에 유사잡음시퀀스 발생기(33)의 입력갑으로부터 부호가중치를 계산한 후에 더해져서 상관기 출력을 발생한다.

정합여파기 상관기(22)의 출력신호는 제곱법칙 검파기(square-law detecter)(23)를 퉁과한 후에 덧셈기(24)에서 더해진다. 이후, 덧셈기(24)의 출력신호는 비교기(25)에서 검출임계값과 비교되어 출력신호가 검출임계 값보다 작으면 처음부터 다시 수신신호를 입력받고, 출력신호가 검출임계값보다 크면 판정부(26)에서 확인검출 모드를 수행한다.

그러나, 종래의 직렬포착시스템은 평균포착시간이 길어서 초기의 통신불가능시간이 중대되어 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 즉, 정합여파기를 이용한 직렬포착시스템이 현재 사용되고 있으나 평균포착시간이 길고 다원접속환경에서 시스템 전체의 처리율이 낮은 문제점이 여전히 존재하고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 병렬포착시스템에 기준 정합여파기(reference filter)률 추가하여 기존의 직렬포착시스템과 기준 정합여파기를 사용하지 않은 병렬포착시스템보다 빠른 포착성능을 보이며, 높은 시스템 처리율(throughput)을 얻을 수 있는 병렬포착시스뎀을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전송된 유사잡음 시퀀스와 동일한 시퀀스를 수신신호로 입력받아 수신신호중 최대값을 선택하여 출력하는 상기 병렬로 연결된 다수개의 검출정합여파수단 : 전송된 유사잡음 시퀀스와 직교(orthogonal)인 시퀀스를 수신신호로 입력받아 필터링하여 다원접속간섭을 제거하는 상기 기준 정합여파수단 : 이득요소를 계산하여 상기 기준정합여파수단의 출력과 곱한 판정임계값을 출력하는 이득곱셈수단 ; 상기 검출정합여파수단의 출력을 상기 이득곱셈수단으로부터 출력되는 판정임계값과 비교하여 출력신호가 판정임계값보다 큰 경우에만 신호를 출력하는 비교수단 ; 및 상기 비교수단의 출력신호를 입력받아 불필요한 오경보를 없애기 위해 확인검출 모드를 수행하는판정수단을 구비한다.

도 1 은 종래의 기준 정합여파기가 없는 병렬포착시스뎀의 구성도,

도 2 는 종래의 직켤포착시스뎀의 구성도,

도 3 은 종래의 정합여파기 상잔기의 구조도,

도 4 는 본 발명에 따른 기준 정합여파기를 이용한 병렬포 착시스템의 구성도,

도 5 는 패킷의 구조도,

도 6 은 페이딩 과정에 대한 설명도,

도 7 은 다원접속환경에서 패킷 터리율의 비교도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

41 : 검출 정합여파기 42 : 기준 정합여파기

43 : 이득 곱셈기 44 : 비교기

45 : 판정 부

이하, 침부된 도 4 이하를 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

도 4 는 본 발명에 따른 기준 정합여파기률 이용한 병렬포착시스템의 구성도로서, 도면에서 "41" 은 검출 정합여파기, "42" 는 기준 정합여파기, "43" 은 이득 곱셈기, "44" 는 비교기, "45" 는 판정부를 각각 나타낸다.

본 발명에 따른 병렬포착시스뎀은 탐색모드(search mode)와 확인검출(CD : coincidence detection)모드의 두단계로 동작하며, 병렬로 연결된 N개의 검출 정합여파기(matched filter)(41)와 1개의 기준 정합여파기 (42)를 구비한다.

병렬로 연결된 N개의 검출 정합여파기(41)는 전송된 유사잡음 시퀀스와 동일한 시퀀스를 수신신호로 입력 받아 수신신호중 최대값을 선택하여 비교기(44)로 출력한다.

기준 정합여파기(42)는 전송된 유사잡음시퀀스와 직교(orthogonal)인 시퀀스를 수신신호로 입력받아 필터링하여 다원접속간섭을 제거한다. 즉, 기준 정합여파기(42)는 검출 정합여과기(detecting matched filter)(41)로 입력되는 수신신호에 대한 간섭성분의 분산을 추정하는데 사용된다.

이득 곱셈기(43)는 이득요소(gain fector)를 계산하여 상기 기준 정합여파기(42)의 출력과 곱한 판정임계값을 상기 비교기(44)로 출력한다.

비교기(44)는 상기 검술 정합여파기(41)의 출력을 상기 이득 곱셈기(43)로부터 출력되는 판정임계값과 비교하여 출력신호가 판정임계값보다 작으면 처음부터 다시 수신신호를 입력받고, 출력신호가 판정임계값보다 크면 판정부(45)에서 확인검출 모드를 수행한다.

즉, 확인검출 모드는 불필요한 오경보를 없애기 위해 고려되며. N개의 병렬 검출 정합여파기(41)의 출력이 이득요소(gain factor)에 의해 곱해진 기준 정합여파기(42)의 출력을 넘으면 시스뎀은 확인검출 모드로 넘어가게 된다.

도 5 는 패킷의 구조도이다.

확산대역 패킷 무선통신 시스템에서는 빠른 포착을 위해 프리앰블(preamble)에서 유한개의 짧은 유사잡음 시퀀스를 이용한다. 프리앰블은 M칩(chips)으로 이루어진 N개의 유사잡음 시퀀스로 구성된다. 첫 번째 유사잡음 시퀀스는 탐색모드에 사용되, 두 번째 유사잡음 시퀀스는 국부 유사잡음 시퀀스의 위상을 조정하기 위한 여분의 시간을 확산대역시스템의 수신기에 제공하기 위해 처리되지 않는다 그리고, 나머지 N-2개의 유사잡음 시퀀스는 확인검출 모드에 사용된다. 만일 N-2개의 시험횟수중 N'개의 시험에서 임계값을 넘으면 확인검출이 성공적으로 이루어진 것으로 판정한다.

도 6 은 페이딩 과정(fading precess)에 대한 설명도이다.

레일레이 페이딩 전송로에서 페이딩 과정은 k개의 칩(chips)동안 일정하고, k개 그룹의 칩들 사이에는 상관이 존재하는 것을 가정한다.

본 발명에 따른 시스템에서 처리율을 구하기 위해 다음과 같은 가정을 한다.

1) 수신기에 도달하는 모든 패킷은 같은 전력을 가지고 수신된다.

2) 부호불확정구간(code uncertainty region)은 MN칩으로 구성된 전체 부호길이로 한다.

3) 수신기는 이전의 오확인검출(false coincidence detection)로 차단되지 않는다.

4) 처음의 프리앰블 비트는 반드시 검출된다.

5) 포착판정은 프리앰블의 끝에서 확인과정을 거친다.

부가성 백색가우시안잡음(AWGN : additive white gaussian noise)환경에서 수신신호는 다음과 같이 주어진다.

(수식 1)

@@@@@@@@@@@@

여기서, 첫 번째 항은 K명의 사용자로부터 수신된 확산대역 신호성분이고, 두 번째항은 잡음과 다원접속잡음(MAI : multiple access interference)성분을 나타낸다. 다원접속잡음을 가우시안 확률변수로 모멜링하먼, 그 분산의 영향은 간섭성분에 대한 분산의 합의 결과로 나타난다.

M/△개의 독립적인 표본을 갖는 탐색모드에서 오경보확를은 다음과 같이 근사된다.

(수식 2)

〈〈 I

여기서,는 일정한 오경보확률, ti는 잡음과 다친접속간섭성분 분산의 항으로 정규화된 탐색모드의 임계값, 그리고 β는 이득요소이다.

탐색모드의 검출확를은 다음과 같이 주어진다.

(수식 3)

@@@@@

여기서, ri는 입력신호대잡음비(signal-to-noise ration)이고,

@@@@@@@@

는 마컴(Marcum)의 Q함수이다.

성공적인 확인검출확률(successful CD probability)은 다음과 같이 주어진다.

(수식 4)

@!

여기서, Pc=Q(@@@@@)는 매 시험에서 성공적인 확인검출 확률. ro=M_r3는 검출 정합여파기의 출력 신호대잡음비, 그리고 t'₂는 잡음과 다원접속간섭성분 분산의 합으로 정규화된 확인검출모드의 임계값이다.

오확인검출 확률(false CD probability)은 다음과 같이 주어진다.

(수식 5)

@@@@@@@@@@@

여기서, 매 시험에서 오확인검출확률 P_FC=exp(-βt'₂/2)이다.

오포착 판정(false acquisition decision)에 기인한 평균차단시간은 다음과 같이 주어진다.

(수식 6)

T_B= (N-1+L_dP_FCD)T

여기서, L_d는 패킷내에서 데이타 비트수, T는 데이타 비트 지속시간이다. 수신기 차단확률(receiver blocking probability)은 다음과 같이 주어진다.

(수식 7)

여기서. B=T_S/(T+P_F+T_B)는 두 연속적인 패킷 사이의 평균 포착 수이고, T_S는 두 연속적인 패킷 사이의 평균 시간이다.

그러면 패킷 처리율은 다음과 같이 주어진다.

(수식 8)

P= (1- P_B)P_DP_CD

따라서, 레일레이 페이딩 전송로에서 패킷 처리율은 백색가우시안잡음(AWGN)인 경우와 마찬가지의 과정에 의해 상기 수식 8로부터 구할 수 있다.

도 7 은 다원접속환경에서 패킷 처리율의 비교도로서, M=127, N=15, 그리고 출력 신호대잡음비=15dB인 경우의 패킷 처리율을 나타낸다.

성능 분석 결과를 보이기 위하여 데이타 래킷의 길이 L_d=1200bits, 위상 갱신 파라미터(phase adjustmentparameter) △=1/2, 그리고 수신기 차단락률(receiver blocking probability) P_B=10⁵로 가정한다. 확인검출 모드에서 다수결판정(majo.its decision)을 위한 성공적인 시험수 N'= [(N-2)/2]로 정한다. 이때 [x]는 x는 정수부분을 의미한다. 이득요소(gain fractor) β는 일정한 오경보확률(constant false alarm probability) P_fa 10^-6가 보정되도록 선택된다. 사용자의 수가 증가할수록 처리율의 감소가 부가성 백색가우시안잡음(AWGN) 전송로에서보다 레일레이 페이딩 전송로에서 보다 두드러지게 나타난다.

한편, 본 발명은 패킷형 서비스를 위한 부호분할다원접속(CDMA . code division multiple access)시스템의 역방향 링크(reverse link)의 동기시간뎀에 적용할 수 있다.

상기와 같은 판 발명은 직렬포착시스템과 기준여파기를 갖지 않는 병렬포착시스템보다 빠른 포착성능을 보이며, 높은 시스템 처리율(throughput)을 얻을 수 있으며, 확산대역을 이용한 이동무선데이타 통신시스템의 처리율 증대시킴으로써 이동통신환경에서 셀(cell)당 보다 많은 사용자가 효율적으로 통신할 수 있는 효과가 있다.

Claims

병렬포착시스템에 있어서. 다수개가 병렬로 연결되어 있는 검출정합여파수단(41)에 병렬로 연결되어 상기 검출정합여파수란(41)으로 입력되는 수신신호에 대한 간섭성분의 분산을 추정하는 기준정합여파수단(42)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템.
제 1 항에 있어서. 상기 병렬포착시스템은, 전송된 유사잡음 시퀀스와 동일한 시퀀스를 수신신호로 입력 받아 수신신호중 최대값을 선택하여 출력하는 상기 병렬로 연결된 다수개의 검출정합여파수단(41) ; 전송된 유사잡음시퀀스와 직교(orthogonal)인 시퀀스를 수신신호로 입력받아 필터링하여 다원접속간섭을 제거하는 상기 기준정합여파수단(42) ; 이득요소를 계산하여 상기 기준정합여파수단(42)의 출력과 곱한 판정임계값을 출력하는 이득곱셈수단(43) ;상기 검출정합여파수단(41)의 출력을 상기 이득곱셈수단(43)으로부터 출력되는 판정임계값과 비교하여 출력신호가 판정임계값보다 큰 경우에만 신호를 출력하는 비교수단(44) : 및 상기 비교 수단(44)의 출력신호를 입력받아 불필요한 오경보를 없애기 위해 확인검출 모드를 수행하는 판정수단(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 판정수단(45)의 출력은, 확산대역시스템의 수신부로 출력되는 것을 특징으로 하는 기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템.
제 2 항에 있어서. 상기 판정수단(45)의 출력은, 이동무선데이타 통신시스템으로 출력되는 것을 특징으로하는 기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템.

※ 참고사항 : 최초출현 내용에 의하여 공개하는 것임.