KR100768103B1 - Apparatus and Method for Sample Timing Tracking in the Wireless Pico Cell Communication Systems - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치 및 그 방법에 관한 것임.The present invention relates to an apparatus and method for tracking sample timing in a wireless picocell communication system of direct sequence spread spectrum.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
본 발명은, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로, 초기(Early)신호 및 후기(Late)신호를 이용하여 상호상관 함수값을 추출한 후 타이밍 에러를 검출하고, 상기 검출한 타이밍 에러를 안정화 및 정규화한 후 N(자연수)개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절하기 위한, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.According to the present invention, a timing error is detected after extracting a cross-correlation function value by using an early signal and a late signal based on a signal sampled at a current gate. To provide a sample timing tracking device and method in a direct sequence spread spectrum wireless picocell communication system for adjusting a sample timing point once every N (natural number) cumulative times after stabilizing and normalizing an error. In this.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치에 있어서, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로, -1/Ns(Ns는 임의의 자연수) 칩옵셋(chip offset)을 갖는 초기(Early)신호 및 +1/Ns 칩옵셋을 갖는 후기(Late)신호를 이용하여 상호상관 함수값을 추출한 후, 초기 게이트(Early gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱과 후기 게이트(Late gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱값의 차를 타이밍 에러로 검출하기 위한 타이밍 에러 검출수단; 상기 타이밍 에러 검출수단에서 검출한 타이밍 에러를 안정화하기 위한 필터링수단; 상기 필터링수단에서 안정화한 타이밍 에러를 정규화하기 위한 정규화수단; 상기 정규화수단에서 정규화한 안정화된(평균) 타이밍 에러를 이용하여 N(자연수)개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절하도록 제어하기 위한 샘플 타이밍 조절 제어수단; 및 상기 샘플링 타이밍 조절 제어수단의 제어에 따라 샘플 타이밍 지점을 조절하기 위한 보간수단을 포함함.The present invention relates to a sample timing tracking apparatus in a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method, wherein -1 / Ns (Ns is any natural number) based on a signal sampled at a current gate (On-time). Cross-correlation function extracted by using early signal with chip offset and late signal with + 1 / Ns chip offset and then through early gate Timing error detection means for detecting a difference between the magnitude squared of the value and the squared magnitude of the cross-correlation function value extracted through the late gate as a timing error; Filtering means for stabilizing the timing error detected by the timing error detecting means; Normalization means for normalizing the timing error stabilized by the filtering means; Sample timing adjustment control means for controlling to adjust a sample timing point once every N (natural numbers) cumulative times using a stabilized (average) timing error normalized by the normalization means; And interpolation means for adjusting a sample timing point according to the control of the sampling timing adjustment control means.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 샘플 타이밍 추적 등에 이용됨.The invention is used for sample timing tracking and the like.
샘플 타이밍 추적, 초기 게이트, 현재 게이트, 후기 게이트, 안정화, 정규화, 타이밍 에러 Sample Timing Tracking, Early Gate, Current Gate, Late Gate, Stabilize, Normalize, Timing Error
Description
도 1 은 본 발명이 적용되는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템의 일실시예 구성도,1 is a configuration diagram of an embodiment of a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method to which the present invention is applied;
도 2 는 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치에 대한 일실시예 구성도,FIG. 2 is a block diagram of a sample timing tracking device in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 타이밍 에러 검출 과정에 대한 일실시예 설명도,3 is a diagram illustrating an embodiment of a timing error detection process according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 샘플 타이밍 조절 제어 과정에 대한 일실시예 설명도,4 is an exemplary explanatory diagram of a sample timing adjustment control process according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 이용되는 주기 1의 톱니형 함수(SAW(x))의 일예시도,5 is an example of the sawtooth function SAW (x) of
도 6 은 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치의 일실시예 성능 분석도이다.6 is a diagram illustrating an exemplary performance analysis of a sample timing tracking device in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 타이밍 에러 검출기 22 : 필터21: timing error detector 22: filter
23 : 정규화기 24 : 샘플 타이밍 조절 제어기23: Normalizer 24: Sample Timing Control Controller
25 : 보간기25: interpolator
본 발명은 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플링 주파수 불안정으로 인해 발생하는 샘플링 위상 에러를 보정하고, 수신 심벌의 복조 시 정확한 위치에서의 샘플링 샘플 타이밍을 유지하기 위한, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for tracking a sample timing in a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method. More particularly, the present invention relates to a sampling timing error caused by sampling frequency instability, and to demodulation of a received symbol. An apparatus and method for tracking sample timing in a wireless picocell communication system of direct sequence spread spectrum for maintaining sampling timing at an accurate position.
일반적으로, 직접 시퀀스 대역 확산(DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum) 방식은 하나의 신호 심벌을 일정한 시퀀스로 확산시켜 통신하는 방식을 말한다.In general, the Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) method refers to a method of communicating by spreading one signal symbol in a predetermined sequence.
즉, 송신측에서 의사 잡음 시퀀스(pseudo-random noise sequence)에 송신하고자 하는 신호를 입력시켜 주파수당 전력 밀도가 낮아진 확산 대역 스펙트럼 신호를 획득한 후 이를 수신측으로 전송하면, 수신측에서는 동일한 의사 잡음 시퀀스를 이용하여 원 신호를 재생한다. That is, when a transmitter inputs a signal to be transmitted to a pseudo-random noise sequence, acquires a spread spectrum signal having a low power density per frequency, and transmits the same to the receiver, the receiver receives the same pseudo noise sequence. To reproduce the original signal.
이러한 직접 시퀀스 대역 확산 방식은 변조의 효율성이 좋고, 신호의 동기가 빠르며, 낮아진 전력 밀도로 인하여 대역 내 간섭이 적은 장점이 있어, 부호 분할 다중 접속(CDMA) 기법에 이용되고 왔으며, 최근 이슈화되고 있는 지그비(Zigbee) 통신에도 이용되고 있다.This direct sequence spreading scheme has advantages of good modulation efficiency, fast signal synchronization, and low in-band interference due to low power density, which has been used in the code division multiple access (CDMA) technique. It is also used in Zigbee communication.
직접 시퀀스 대역 확산 방식이 적용된 무선 피코셀 시스템의 송신기와 수신기는 동일한 주파수를 갖는 발진기(Oscillator)로 동작하지만, 실제 송수신 과정에서 발진기의 주파수 불안정에 의해 샘플링 시점의 불일치가 발생한다. Although the transmitter and the receiver of the wireless picocell system to which the direct sequence spreading scheme is applied operate as an oscillator having the same frequency, inconsistency in the sampling time occurs due to the frequency instability of the oscillator during the actual transmission and reception process.
이로 인해, 수신기는 샘플 타이밍에서 오류를 발생시키고, 이는 심볼 복조 과정의 열화로 이어진다. 즉, 샘플 타이밍의 오차가 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 감소를 유발하여 무선 피코셀 시스템의 성능을 저하시킨다.As a result, the receiver generates an error in sample timing, which leads to degradation of the symbol demodulation process. In other words, an error in sample timing causes a decrease in signal to noise ratio (SNR), thereby degrading the performance of the wireless picocell system.
따라서, 이러한 샘플링 주파수 불안정으로 인해 발생할 수 있는 샘플링 위상 에러를 보정하고, 수신 심벌의 복조 시 정확한 위치에서의 샘플링 작업을 유지(샘플 타이밍을 유지)할 수 있는 방안이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method for correcting a sampling phase error that may occur due to such sampling frequency instability and maintaining a sampling operation at an accurate position (maintaining sample timing) when demodulating a received symbol.
본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로, 초기(Early)신호 및 후기(Late)신호를 이용하여 상호상관 함수값을 추출한 후 타이밍 에러를 검출하고, 상기 검출한 타이밍 에러를 안정화 및 정규화한 후 N(자연수)개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절하기 위한, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to meet the above requirements, and based on the signal sampled at the current gate (On-time), the timing after extracting the cross-correlation function value using an early signal and a late signal Sample timing tracking in a direct sequence spread spectrum wireless picocell communication system for detecting an error, adjusting and normalizing the detected timing error, and then adjusting a sample timing point every N (natural numbers) cumulative number of times. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method thereof.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치에 있어서, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로, -1/Ns(Ns는 임의의 자연수) 칩옵셋(chip offset)을 갖는 초기(Early)신호 및 +1/Ns 칩옵셋을 갖는 후기(Late)신호를 이용하여 상호상관 함수값을 추출한 후, 초기 게이트(Early gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱과 후기 게이트(Late gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱값의 차를 타이밍 에러로 검출하기 위한 타이밍 에러 검출수단; 상기 타이밍 에러 검출수단에서 검출한 타이밍 에러를 안정화하기 위한 필터링수단; 상기 필터링수단에서 안정화한 타이밍 에러를 정규화하기 위한 정규화수단; 상기 정규화수단에서 정규화한 안정화된(평균) 타이밍 에러를 이용하여 N(자연수)개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절하도록 제어하기 위한 샘플 타이밍 조절 제어수단; 및 상기 샘플링 타이밍 조절 제어수단의 제어에 따라 샘플 타이밍 지점을 조절하기 위한 보간수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object is a sample timing tracking device in a wireless picocell communication system of the direct sequence spread spectrum method, based on a signal sampled at the current gate (On-time), -1 / Ns (Ns is an arbitrary natural number) After extracting the cross-correlation function value by using an early signal having a chip offset and a late signal having a + 1 / Ns chip offset, the initial gate (Early) is extracted. timing error detecting means for detecting a difference between the magnitude squared of the cross-correlation function value extracted through the gate and the magnitude squared value of the cross-correlation function value extracted through the late gate as a timing error; Filtering means for stabilizing the timing error detected by the timing error detecting means; Normalization means for normalizing the timing error stabilized by the filtering means; Sample timing adjustment control means for controlling to adjust a sample timing point once every N (natural numbers) cumulative times using a stabilized (average) timing error normalized by the normalization means; And interpolation means for adjusting a sample timing point according to the control of the sampling timing adjustment control means.
한편, 본 발명의 방법은, 샘플 타이밍 추적 장치에서의 샘플링 타이밍 추적 방법에 있어서, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로, -1/Ns(Ns는 자연수) 칩옵셋(chip offset)을 갖는 초기(Early)신호 및 +1/Ns 칩옵셋을 갖는 후기(Late)신호를 이용하여 상호상관 함수값을 추출한 후, 초기 게이트(Early gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱과 후기 게이트(Late gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱값의 차를 타이밍 에러로 검출하는 단계; 상기 검출한 타이밍 에러를 안정화하는 단계; 상기 안정화한 타이밍 에러를 정규화하는 단계; 및 상기 정규화한 안정화된(평균) 타이밍 에러를 이용하여 N(자연수)개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절하는 샘플 타이밍 조절단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the method of the present invention, in the sampling timing tracking method in the sample timing tracking device, -1 / Ns (Ns is a natural number) chip offset based on the signal sampled at the current gate (On-time) After extracting the cross-correlation function value by using the early signal with) and the late signal with + 1 / Ns chip offset, the square of the magnitude of the cross-correlation function value extracted through the early gate Detecting a difference in magnitude squared values of the cross-correlation function values extracted through a late gate as a timing error; Stabilizing the detected timing error; Normalizing the stabilized timing error; And a sample timing adjustment step of adjusting a sample timing point once every N (natural number) accumulation times using the normalized stabilized (average) timing error.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명이 적용되는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템의 일실시예 구성도이다.1 is a configuration diagram of an embodiment of a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method to which the present invention is applied.
먼저, 위상 추적 장치(11)는 잉여의 주파수 오차로 인해 발생할 수 있는 에러를 제거하고, 채널계수 추정 알고리즘 등을 통해 최소화된 주파수 오차가 더 이 상 증가하지 않도록 유지하는 기능을 수행한다.First, the
즉, 위상 추정 장치(11)는 역확산 코드값과 수신신호의 상호 상관 함수값을 이용하여 추출한 심벌에 위상 천이값을 적용하여 수신신호의 위상 에러를 검출하고, 상기 검출한 위상 에러와 이전 루프 출력을 루프 이득으로 조절하여 다음 심벌에 대한 루프 출력을 획득한 후 위상 레벨의 범위에 맞게 조절하며, 상기 조절한 루프 출력의 잉여 주파수 옵셋을 감소시켜 위상 에러를 보상한다. That is, the
또한, 등화기(DFE : Decision Feedback Equalizer)(12)는 수신신호를 역확산시켜 심벌을 추출한다.In addition, an equalizer (DFE: Decision Feedback Equalizer) 12 despreads the received signal and extracts a symbol.
또한, CMF(Channel Matched Filter)(13)는 채널에 의한 신호 간섭 영향을 최소화한다.In addition, the Channel Matched Filter (CMF) 13 minimizes the influence of signal interference by the channel.
또한, 샘플 타이밍 추적 장치(Sample Time Tracking)(14)는 샘플링 주파수 불안정으로 인해 발생하는 샘플링 위상 에러를 보정하고, 수신 심벌의 복조 시 정확한 위치에서의 샘플링 작업을 유지(샘플 타이밍을 유지)한다.In addition,
도 2 는 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치에 대한 일실시예 구성도이다.2 is a block diagram illustrating an example of a sample timing tracking apparatus in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention.
먼저, 타이밍 에러 검출기(21)는 3개의 게이트(초기(Early), 현재(On-time), 후기(Late))를 통해 상호상관 함수값을 추출한다. 즉, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로 -1/Ns(Ns는 임의의 자연수) 칩옵셋(chip offset)을 갖는 초기(Early)신호, +1/Ns 칩옵셋(chip offset)을 갖는 후기(Late)신호를 이용하여 하기의 [수학식 1]과 같은 상호상관 함수값을 추출한다.First, the
여기서, L은 코드워드(codeword)의 길이를 의미하고, 은 최적 샘플 지점을 기준으로 -1/Ns 칩옵셋에서의 수신신호(Early gate)를 의미하며, 은 +1/Ns 칩옵셋에서의 수신신호(Late gate)를 의미하고, C(i)는 11-칩 바커 코드(11-chip Barker code) 중 하나의 비트 또는 코드값을 의미한다.
또한, 은 코드워드 길이(L) 단위의 심벌 타이밍을 의미하고, 는 수신단 칩(chip) 단위의 샘플링 타임 k에 수신된 수신신호를 의미한다.Here, L means the length of the codeword (codeword), Means an early gate at -1 / Ns chip offset based on the optimal sample point, Denotes a receive gate at a + 1 / Ns chip offset, and C (i) denotes a bit or code value of one of the 11-chip Barker codes.
Also, Denotes symbol timing in units of codeword length (L), Denotes a received signal received at a sampling time k in a receiver chip unit.
이때, 수신신호의 프리앰블과 헤더 구간 및 데이터 전송속도가 2M인 경우, PSDU(Presentation Service Data Unit) 구간에 일반적으로 11-칩 바커 코드(chip Barker code)를 적용하므로 PSDU 구간은 11이 되며, 5.5M 및 11M의 경우 PSDU 구간은 8이 된다. In this case, when the preamble, header section, and data transmission rate of the received signal are 2M, the PSDU section is 11 since the 11-chip Barker code is generally applied to the PSDU (Presentation Service Data Unit) section. For M and 11M, the PSDU interval is eight.
이후, 타이밍 에러 검출기(21)는 상기 각 게이트에서 추출한 상호상관 함수값을 대상으로 하기의 [수학식 2]를 이용하여 타이밍 에러를 검출한다.Thereafter, the
즉, 초기 게이트(Early gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱과 후기 게이트(Late gate)를 통해 추출한 상호상관 함수값의 크기 제곱값의 차를 타이밍 에러로 검출한다. That is, the difference between the magnitude squared of the cross-correlation function value extracted through the early gate and the cross-correlation function value extracted through the late gate is detected as a timing error.
이때, 현재 게이트에서의 샘플 타이밍이 최적의 샘플 지점(올바른 샘플 타이밍 지점)이라면, 와 값은 최적의 샘플 지점에 대칭되는 동일 값으로 나타나게 되므로, 잡음 등의 영향이 없다면 상기 [수학식 2]의 값은 0이 된다. At this time, if the sample timing at the current gate is an optimal sample point (correct sample timing point), Wow The value is represented by the same value symmetrical to the optimal sample point, so if there is no influence of noise or the like,
그러나, 타이밍 에러가 존재한다면, 값은 + 혹은 - 에 해당하는 어떤 값으로 나타나게 된다. However, if there is a timing error, The value is represented by any value corresponding to + or-.
이러한 타이밍 에러는 잡음의 영향에 의해 민감하게 변화할 수 있기 때문에 필터(22)를 통해 타이밍 에러를 안정화시킨다. 이는 하기의 [수학식 3] 내지 [수학식 5]와 같다.This timing error can be changed sensitively by the influence of noise, thereby stabilizing the timing error through the
여기서, N은 필터링을 위한 누적 회수를 의미하고, 는 초기 샘플 지점(게이트)에서 추출한 상호상관 함수값을 의미하고, 는 현재 샘플 지점(게이트)에서 추출한 상호상관 함수값, 즉 심볼의 에너지를 의미하며, 는 의 평균값, 즉 현재 샘플 지점에서 추출한 상호상관 함수값의 평균값을 의미한다. Here, N means cumulative number of times for filtering, Means the cross-correlation function value extracted from the initial sample point (gate), Denotes the cross-correlation function value extracted from the current sample point (gate), that is, the energy of the symbol. Is Means the mean value of the cross-correlation function values extracted from the current sample point.
이후, 정규화기(23)는, 상기 [수학식 3] 및 [수학식 5]를 이용하여 [수학식 6]과 같은 정규화된 평균 타이밍 에러를 구한다.Thereafter, the
최종적으로, 샘플 타이밍 조절 제어기(24)는 상기 [수학식 6]을 이용하여, N개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절한다.Finally, the sample
즉, +, - 의 임계치()와 비교하여, (< 샘플 타이밍 지점 < )를 만족시키도록 샘플 타이밍 지점을 ±1/Ns(Ns는 임의의 자연수) 샘플씩 전진-지연 조절(Advance-retard control)을 수행한다. That is, the thresholds of + and-( In comparison to <Sample timing point < Advance-retard control is performed for each sample timing point by ± 1 / Ns (where Ns is any natural number) samples.
따라서, 상기 [수학식 6]의 "Ratio"값이 값보다 크면, 현재 샘플 타이밍 지점이 최적 샘플 지점보다 빠르게 샘플링되고 있음을 의미하므로, 한 샘플을 지연시킨다(retard). 반면, 값보다 작은 "Ratio" 출력이 나타난다면, 현재 샘플 타이밍 지점이 최적 샘플 지점보다 느리게 샘플링되고 있음을 의미하므로, 한 샘플을 전진시킨다(advance).Therefore, the "Ratio" value of
이때, 샘플 타이밍 추적 과정은 임계치()와 누적 회수 N에 의해 추적 성능이 좌우되는데, 높은 임계치 영역을 설정하게 되면 타이밍 에러에 둔감한 반응을 나타나게 되어 복조 성능을 저하시킨다.At this time, the sample timing tracking process is a threshold ( ) And cumulative number N depend on tracking performance. Setting a high threshold region results in an insensitive response to timing error, which degrades demodulation performance.
반면, 누적 회수 N을 감소시킬수록 타이밍 에러에 빠른 반응을 보이는데, 이는 잡음 등의 간섭 영향이 큰 환경에서는 오히려 성능을 저하시킨다.On the other hand, as the cumulative number N is decreased, the timing response is faster, which degrades performance in an environment in which interference effects such as noise are high.
이하, 도 3을 참조하여 타이밍 에러 검출기(21)의 타이밍 에러 검출 원리에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the timing error detection principle of the
일반적으로, 타이밍 복구(Timing recovery)는 심각하게 왜곡된 신호의 심볼률(Symbol Rate)로부터 이루어져야 한다. 즉, 필터(Matched filter)의 출력으로부터 타이밍 복구(timing recovery)를 위한 알고리즘을 도출한다. 이때, 필터의 출력()은 하기의 [수학식 7]과 같다.In general, timing recovery should be made from the symbol rate of the severely distorted signal. That is, an algorithm for timing recovery is derived from the output of the matched filter. At this time, the output of the filter ( ) Is as shown in Equation 7 below.
여기서, 위상이 복구된 수신신호()는 하기의 [수학식 8]과 같이 표현할 수 있다.Here, the received signal whose phase is recovered ( ) Can be expressed as
이때, 상기 [수학식 7] 및 [수학식 8]에서 ,은 참값(알려지지 않은 값)이고 ,은 시도(측정) 값을 나타낸다. 그리고, 정확한 위상 값()을 알 수 있다고 가정한다. 즉, 를 가정한다.At this time, in [Equation 7] and [Equation 8] , Is the true value (unknown value) , Represents the trial (measure) value. And the exact phase value ( Assume that In other words, Assume
그러면, 필터의 출력()은 하기의 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.Then, the output of the filter ( ) May be expressed as in Equation 9 below.
여기서, 과 잡음 프로세스()는 하기의 [수학식 10]과 같이 정의한다.here, And noise processes ( ) Is defined as in
이때, 관심 대상은 에러 피드백(error feedback) 과정(알고리즘)이므로, 참값()에 가까운 값들만을 고려한다. At this time, the object of interest is an error feedback process (algorithm), so the true value ( Close to) Only values are considered.
따라서, "Data-aided timing" 추정에 있어서 "L-sample segment"의 샘플들에 대한 "log-likehood" 함수를 하기의 [수학식 11]과 같이 정의할 수 있다.Therefore, in the "Data-aided timing" estimation, the "log-likehood" function for the samples of the "L-sample segment" may be defined as shown in
이후, 최적화를 위하여 상기 [수학식 11]에서 불필요한 모든 항목(관심 제외 대상)을 제거하면, 하기의 [수학식 12]와 같은 목적 함수를 구할 수 있다.Subsequently, when all unnecessary items (objects of interest exclusion) are removed from
이후, 상기 [수학식 12]를 에 대하여 미분하고, 를 대치시키면 에러(error) 신호를 얻을 수 있다. 이는 하기의 [수학식 13]과 같다.After that,
여기서, 는 필터(Matched filter)의 출력으로 에서의 값은 무시될 수 있으므로, 상기 [수학식 13]의 첫 번째, 두 번째 항목은 무시할 수 있다. here, Is the output of the matched filter In Since the value can be ignored, the first and second items of
그리고, 관심 대상은 에러 피드백(error feedback) 알고리즘이므로, 참값()에 가까운 값들만을 고려하게 되어 로 근사화한다.And, since the object of interest is an error feedback algorithm, the true value ( Close to) Only the values To approximate
한편,라고 할 때 L개의 샘플들에 대한 시간 에서의 에러 신호 는 하기의 [수학식 14]와 같이 정의할 수 있다.Meanwhile, Is the time for L samples Error signal at May be defined as in
여기서, 상기 [수학식 14]를 매트릭스(Matrix) 형태로 나타내면 하기의 [수학식 15]와 같다.Here,
이때, 매트릭스 는 "skew symmetry" 성질을 가진다. 그리고, L=2에 대한 에러 신호()는 하기의 [수학식 16]과 같다.At this time, the matrix Has a "skew symmetry" property. And, the error signal for L = 2 ( ) Is as shown in
한편, g(t)가 실 함수일 때, 매트릭스 가 실수이고 "skew symmetry" 성질()을 가지므로, 상기 [수학식 16]을 하기의 [수학식 17]과 같이 단순화시킬 수 있다.On the other hand, when g (t) is a real function, the matrix Is a real number and the "skew symmetry" property ( ), The
이러한 [수학식 17]의 도출 과정은 "Mueller"와 "Muller"에 의해서 처음으로 제안된 바 있다.The derivation process of Equation 17 was first proposed by "Mueller" and "Muller".
한편, 타이밍 조절용 보간기(25)는, 일예로 다항식(Polynomial) FIR(Finite Impulse Response) 형태를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 타이밍 지연을 라 하면 다항식 FIR 보간기는 하기의 [수학식 18]과 같이 n번째 탭 계수가 의 다항식 형태로 표시된다.On the other hand, the
이때, 보간은 간격(interval)의 중앙에서 수행되어야 정확도가 최대가 되기 때문에 보간기(25)의 계수(숫자)를 짝수로 하는 것이 바람직하다.At this time, since the interpolation should be performed at the center of the interval to maximize the accuracy, it is preferable to make the coefficient (number) of the
이후, 2N 차수의 FIR 필터에 대하여 2차 에러(Quadratic error)를 나타내는, 즉 하기의 [수학식 19]을 최소로 하는 보간기 계수()를 찾는다. Thereafter, an interpolator coefficient representing a second order error (Quadratic error) for a 2N order FIR filter, that is, minimizing [Equation 19] below ( Find).
여기서, |.|안의 는 이상적인 보간기의 주파수 특성을 나타낸다. Where |. | In Denotes the frequency characteristics of an ideal interpolator.
이때, 다양한 M, N에 대하여 을 최소화하는 은 하기의 [표 1] 내지 [표 8]과 같고, 몇 가지 M, N에 대하여 은 하기의 [표 9]와 같다. At this time, for various M, N To minimize Is the same as Table 1 to Table 8 below, and for some M, N Is shown in Table 9 below.
이를 통해 알 수 있듯이, 보간기(25)의 성능과 복잡도를 고려했을 때 N=3, M=2를 선택하는 것이 바람직하다. As can be seen through this, in consideration of the performance and complexity of the
한편, 도 4를 참조하여 샘플 타이밍 조절 제어기(Advance-Retard Controller)(24)의 타이밍 조절 제어 과정에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.Meanwhile, the timing adjustment control process of the sample
도 4에 도시된 바와 같이, 송신기에서 심볼률이 1/T인 신호를 로 송신한다고 가정하면, 송신기에서 샘플들간 간격()이 정수일 때, 를 만족해야 한다. As shown in Fig. 4, the transmitter generates a signal having a symbol rate of 1 / T. Suppose that the transmitter transmits the ) Is an integer, Must be satisfied.
이때, 수신기의 샘플링률()이 송신기의 심볼률(1/T)의 정수 배가 아니므로, 송신기 샘플들의 시간간격()은 수신기의 시간간격()에 사상 되어야 한다. 이를 수학적으로 표현하면 하기의 [수학식 20]과 같다.At this time, the sampling rate of the receiver ( ) Is not an integer multiple of the transmitter's symbol rate (1 / T), ) Is the time interval ( Should be mapped. This is expressed mathematically as shown in Equation 20 below.
여기서, 와 의 관계와 기저 점()과 부분적인 지연()은 도 4에 도시된 바와 같다. 그리고, 는 내림을 나타낸다. here, Wow Relationship and base point ) And partial delay ( ) Is as shown in FIG. 4. And, Indicates down.
다음 샘플링 점에 대한 기저 점()과 부분 지연()을 구하기 위해, 하기의 [수학식 21]를 이용한다. The base point for the next sampling point ( ) And partial delay ( ), The following [Equation 21] is used.
결국, 가 된다. 여기서, mod1은 1로 나눈 나머지를 가리킨다. finally, Becomes Where mod1 is the remainder divided by one.
샘플 타이밍 조절 제어기(24)는 심볼률(1/T)에 대하여 하기의 [수학식 22]를 통해 상대적인 시간 지연()을 추정한다.The sample
여기서, 상대적 시간 지연 값()을 T시간 전에 추정한 값()으로 대치하면 하기의 [수학식 23]과 같다.Where the relative time delay value ( ) Is estimated T hours ago ( ) Is replaced by
다음 샘플링 점에 대한 기저 점()과 부분 지연()을 하기의 [수학식 24]를 통해 구한다.The base point for the next sampling point ( ) And partial delay ( ) Is obtained from
여기서, 상대적인 시간 지연()은 제한된 값()을 가져야 하므로, 0과 1의 경계에서 신중하게 다루어야 한다. 즉, 이 1에 가까지면 샘플 타이밍 조절 제어기(24)의 다음 값()은 매우 작은 값을 가질 것이다. 이때, 시간 지연 추정 값의 차이()는 1에 가깝다. Where relative time delay ( ) Is a restricted value ( ), So be careful to handle it at the boundary between 0 and 1. In other words, If this value is 1, the next value of the sample timing controller 24 ( ) Will have a very small value. At this time, the difference between the estimated values of the time delay ( ) Is close to one.
그러나, 은 매우 천천히 변하므로 가 될 것이다. 이때, 가 1의 경계를 가로지를 때 생기는 계산 착오를 보완하기 위하여, 도 5와 같은 주기 1의 톱니형 함수 SAW(x)를 사용한다. But, Changes very slowly, so Will be. At this time, In order to compensate for the miscalculation caused by crossing the boundary of 1, the sawtooth function SAW (x) of
도 6 은 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 샘플 타이밍 추적 장치의 일실시예 성능 분석도로서, +0.5 칩의 타이밍 에러를 부여한 후 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널 하에서 신호 대 잡음비(SNR)의 변화에 따른 샘플 타이밍 조절 제어기(24)의 출력에 대해 정상 상태에서의 "RMS jitter"를 측정한 일예시도이다. FIG. 6 is an exemplary performance analysis diagram of a sample timing tracking device in a direct sequence spread spectrum wireless picocell communication system according to an embodiment of the present invention. After adding a timing error of +0.5 chip, an AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel is shown. An example of measuring " RMS jitter " in a steady state with respect to the output of the sample
여기서, 임계치()는 ±0.9로 설정하였고, 누적 회수 N은 5로 설정하였다.Where threshold ( ) Was set to ± 0.9 and the cumulative number N was set to 5.
또한, 4배의 표본화률을 적용했기 때문에, +0.5 칩의 타이밍 에러는 2개 샘플구간만큼 빠르게 샘플링하고 있음을 의미하며, 임계치()는 잡음의 영향에 덜 민감하도록 가능한 높은 값을 부여하였다. In addition, since the sampling rate of 4 times is applied, the timing error of +0.5 chip means that the sampling time is as fast as 2 sample intervals. ) Gave the highest possible value to make it less sensitive to the effects of noise.
도 6에 도시된 바와 같이, SNR 변화에 따른 알고리즘 출력값의 "RMS jitter" 가 감소하는 경향을 알 수 있으며, SNR 8dB에서 0.25 칩 이내, 즉 1 샘플 이내의 "RMS jitter"가 나타남을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, it can be seen that the "RMS jitter" of the algorithm output value decreases according to the SNR change, and the "RMS jitter" within 0.25 chips, that is, within 1 sample, appears at SNR 8dB. .
또한, 누적 회수 N의 값을 증가시키면, 더욱 작은 "RMS jitter"를 얻게 됨을 예상할 수 있다.In addition, it can be expected that if the value of the cumulative number N is increased, a smaller "RMS jitter" is obtained.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은, 현재 게이트(On-time)에서 샘플링된 신호를 기준으로, 초기(Early)신호 및 후기(Late)신호를 이용하여 상호상관 함수값을 추출한 후 타이밍 에러를 검출하고, 상기 검출한 타이밍 에러를 안정화 및 정규화한 후 N(자연수)개의 누적 회수마다 한 번씩 샘플 타이밍 지점을 조절함으로써, 무선 피코셀 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention extracts a cross-correlation function value using an early signal and a late signal based on a signal sampled at a current gate and detects a timing error. After stabilizing and normalizing the detected timing error, by adjusting the sample timing point once every N (natural number) accumulations, the performance of the wireless picocell system can be improved.
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