KR100197352B1 - 기준 정합여파기를 이용한 병렬포착시스템 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 기준정합여파기를 이용한 병렬포착시스템에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

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

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 병렬포착시스템에 기준정합여파기(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 수신기 및 이동 무선데이타 통신시스템 등에 이용됨.

Description

기준정합여파기를 이용한 병렬포착시스템

본 발명은 기준정합여파기를 이용하여 구성되어 다원접속환경에서 패킷 무선데이타 통신을 위한 확산대역시스템의 수신기에 적용되는 병렬포착시스템에 관한 것이다.

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

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

제1도는 종래의 기준정합여파기가 없는 병렬포착시스템의 구성예시도로서, 도면에서 11은 정합여파기, 12는 판정부를 각각 나타낸다.

N개(N은 자연수)의 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 확인검출모드를 수행한다.

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

제2도는 종래의 직렬포착시스템의 구성예시도로서, 도면에서 21은 곰셈기, 22는 정합여파기 상관기, 23은 제곱법칙 검파기, 24는 덧셈기, 25는 비교기, 26은 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 1을 출력하고 같지 않으면 0을 출력한다. 즉, 정합여파기 상관기(22)의 구조는 제3도와 같으며, 수신된 신호는 적분기(integrator)(31)를 거쳐서 탭지연선(tapped delay line)(32)을 통과한 후에 유사잡음시퀀스 발생기(33)의 입력값으로부터 부호가중치를 계산한 후에 더해져서 상관기 출력을 발생한다.

각 정합여파기 상관기(22)의 출력신호는 제곱법칙 검파기(square-law detector)(32)를 각각 통과한 후에 덧셈기(24)에서 더해진다. 이후, 덧셈기(24)의 출력신호는 비교기(25)에서 검출임계값과 비교되어 출력신호가 검출임계값보다 작으면 처음부터 다시 수신신호를 입력받고, 출력신호가 검출임계값보다 크면 판정부(26)에서 확인검출모드를 수행한다.

그러나, 종래의 직렬포착시스템은 평균포착시간이 길어서 초기의 통신불가능식ㄴ이 증대되어 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 기준정합여파기(reference filter)를 추가하여 기존의 직렬포착시스템과 기준정합여파기를 사용하지 않은 병렬포착시스템보다 빠른 포착성능을 보이며, 높은 시스템 처리율(throughput)을 얻을 수 있는 병렬포착시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 병렬포착시스템에 있어서, 외부로부터 입력되는 수신신호를 선택하기 위한, 다수개가 병렬로 연결되어 있는 검출정합여파수단; 상기 다수개의 기준정합여파수단에 병렬로 연결되어 상기 다수개의 검출정합여파수단으로 입력되는 수신신호에 대한 간섭성분의 분산을 추정하기 위한 기준정합여파수단; 및 상기 다수개의 기준정합여파수단과 상기 기준정합여파수단의 출력신호를 빅/판정하기 위한 비교/판정 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 장치는, 병렬포착시스템에 있어서, 전송된 유사잡음시퀀스와 동일한 시퀀스를 수신신호로 입력받아 수신신호중 최대값을 선택하여 출력하기 위한, 병렬로 연결된 다수개의 검출정합여파수단; 상기 전송된 유사잡음시퀀스와 직교(orthogonal)인 시퀀스를 수신신호로 입력받아 필터링하여 다원접속간섭을 제거하기 위한 기준정합여파수단; 이득요소를 계산하여 상기 기준정합여파수단의 출력과 곱한 판정임계값을 출력하기 위한 이득곱셈수단; 상기 다수개의 검출정합여파 수단의 출력을 상기 이득곱셈수단으로부터 출력되는 판정임계값과 비교하여 출력신호가 판정임계값보다 큰 경우에 신호를 출력하기 위한 비교수단; 및 상기 비교수단의 출력신호를 입력받아 불필요한 오경보를 없애기 위해 확인검출모드를 수행하는 판정수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 기준정합여파기가 없는 병렬포착시스템의 구성예시도.

제2도는 종래의 직렬포착시스템의 구성예시도.

제3도는 종래의 정합여파기 상관기의 구조도.

제4도는 본 발명에 따른 기준정합여파기를 이용한 병렬포착시스템의 일실시예 구성도.

제5도는 본 발명에 따른 패킷의 일실시예 구조도.

제6도는 본 발명에 따른 페이딩 과정에 대한 설명도.

제7도는 본 발명에 따른 다원접속환경에서 패킷 처리율의 비교도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41 : 검출정합여파기 42 : 기준정합여파기

43 : 이득곱셈기 44 : 비교기

45 : 판정부

이하, 첨부된 제4도 이하를 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 기준정합여파기를 이용한 병렬포착시스템의 일실시예 구성도로서, 도면에서 41은 검출정합여파기, 42는 기준정합여파기, 43은 이득곱셈기, 44는 비교기, 45는 판정부를 각각 나타낸다.

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

병렬로 연결된 N개의 기준정합여파기(41)는 전송된 유사잡음시퀀스와 동일한 시퀀스를 수신신호로 입력받아 수신신호중 최대값을 선택하여 비교기(44)로 출력한다.

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

이득곱셈기(43)는 이득요소(gain factor)를 계산하여 상기 기준정합여파기(42)의 출력과 곱한 판정임계값을 상기 비교기(44)로 출력한다.

비교기(44)는 상기 검출정합여파기(41)의 출력을 상기 이득곱셈기(43)로부터 출력되는 판정임계값과 비교하여 출력신호가 판정임계값보다 작으면 처음부터 다시 수신신호를 입력받고, 출력신호가 판정임계값보다 크면 판정부(45)에서 확인검출모드를 수행한다. 즉, 확인검출모드는 불필요한 오경보를 없애기 위해 고려되며, N개의 병렬 검출정합여파기(41)의 출력이 이득요소(gain factor)에 의해 곰해진 기준정합여파기(42)의 출력을 넘으면 시스템은 확인검출모드로 넘어가게 된다.

제5도는 본 발명에 따른 패킷의 일실시예 구조도이다.

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

제6도는 본 발명에 따른 페이딩 과정(fading process)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 다음의 (수학식 1)과 같이 주어진다.

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

MN/개의 독립적인 표본을 갖는 탐색모드에서 오경보확률은 다음의 (수학식 2)와 같이 근사화한다.

여기에서, P_fa= exp(-t'₁/2)는 일정한 오경보확률, t'₁는 잡음과 다원접속간섭성분 분산의 합으로 정규화된 탐색모드의 임계값, 그리고는 이득요소이다.

탐색모드의 검출확률은 다음의 (수학식 3)과 같이 주어진다.

여기서,r_i는 입력신호대잡음비(signal-to-noise ratio)이고,는 마컴(Marcum)의 Q함수이다.

성공적인 확인검출확률(successful CD probability)은 다음의 (수학식 4)와 같이 주어진다.

여기서,는 매 시험에서 성공적인 확인검출확률, r₀= Mr₁는 검출정합여파기의 출력신호대잡음비, 그리고 t'₂는 잡음과 다원접속간섭성분 분산의 합으로 정규화된 확인검출모드이 임계값이다.

오확인검출확률(false CD probability)은 다음의 (수학식 5)와 같이 주어진다.

여기서, 매 시험에서 오확인검출확률 P_FC=exo(-t'₂/2)이다.

오포착 판정(false acquisition decision)에 기인한 평균차단시간은 다음의 (수학식 6)과 같이 주어진다.

여기서, L_d는 패킷내에서 데이터 비트수, T는 데이터 비트 지속시간이다, 수신기 차단확률(receiver blocking probability)은 다음의 (수학식 7)과 같이 주어진다.

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

따라서, 레일레이 페이딩 전송로에서 패킷 처리율은 부가성 백색가우시안잡음(AWGN)인 경우와 마찬가지의 과정에 의해 상기 (수학식 8)로부터 구할 수 있다.제7도는 본 발명에 따른 다원접속환경에서 패킷 처리율의 비교도로서, M=127, N=15, 그리고 출력신호대잡음비=15dB인 경우의 패킷 처리율을 나타낸다.

성능 분석 결과를 보이기 위하여 데이터 패킷의 길이 L_d=1200bits, 위상 갱신 파라미터(phase adjustment parameter)=1/2, 그리고 수신기 차단확률(receiver blocking probability) P_B=10⁵로 가정한다. 확인검출모드에서 다수결정판정(majority decision)을 위한 성공적인 시험수 N' = [(N-2)/2]로 정한다. 이때 [x]는 x의 정수부분을 의미한다. 이득요소(gain factor)는 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 부호분활다원접속(CDMA : code division multiple access)시스템의 역방향 링크(reverse link)의 동기시스템에 적용할 수 있다.

즉, 본 발명은 다원접속환경에서 패킷 무선데이타 통신을 위한 확산대역시스템의 수신기 및 이동무선데이타 통신시스템 등에 이용된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

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

Claims (4)

1. 병렬포착시스템에 있어서, 외부로부터 입력되는 수신신호를 선택하기 위한, 다수개가 병렬로 연결되어 있는 검출정합여파수단; 상기 다수개의 검출정합여파수단에 병렬로 연결되어 상기 다수개의 검출정합여파수단으로 입력되는 수신신호에 대한 간섭성분의 분산을 위한 기준정합여파수단; 및 상기 다수개의 검출정합여파수단과 상기 기준정합여파수단의 출력신호를 비교/판정하기 위한 비교/판정 수단을 포함하여 이루어진 병렬포착시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교/판정 수단의 출력은, 확산대역시스템의 수신부 또는 이동무선데이타 통신시스템을 출력되는 것을 특징으로 하는 병렬포착시스템.
3. 병렬포착시스템에 있어서, 전송된 유사잡음시퀀스와 동일한 시퀀스를 수신신호로 입력받아 수신신호중 최대값을 선택하여 출력하기 위한, 병렬로 연결된 다수개의 검출정합여파수단; 상기 전송된 유사잡음시퀀스와 직교(orthogonal)인 시퀀스를 수신신호로 입력받아 필터링하여 다원접속간섭을 제거하기 위한 기준정합여파수단; 이득요소를 계산하여 상기 기준정합여파수단의 출력과 곱한 판정임계값을 출력하기 위한 이득곱셈수단; 상기 다수개의 검출정합여파수단의 출력을 상기 이득곱셈수단으로부터 출력되는 판정임계값과 비교하겨 출력신호가 판정임계값보다 큰 경우에 신호를 출력하기 위한 비교수단; 및 상기 비교수단의 출력신호를 입력받아 불필요한 오경보를 없애기 위해 확인검출 모드를 수행하는 판정수단을 포함하여 이루어진 병렬포착시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 판정수단의 출력은, 확산대역시스템의 수신부 또는 이동무선데이타 통신시스템으로 출력되는 것을 특징으로 하는 병렬포착시스템.