KR101796440B1 - 신호 분석기에서 ｇｓｍ 신호의 슬롯 동기화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사전 정보가 전혀 없는 상태에서 적은 연산량으로도 보다 신속하고 정확하게 GSM 노멀 버스트의 슬롯 동기를 검출할 수 있도록 한 신호 분석기에서 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법은 한 프레임 분량의 GSM 신호를 캡쳐한 후에 최초 샘플부터 샘플 단위로 이동해가면서 그 샘플 에너지(Eidx)를 한계치(Tslot)와 비교한 결과에 의해 보호 구간의 위치를 추정하는 (a) 단계; 상기 (a) 단계에서 추정된 보호 구간의 위치로부터 TSC의 개략 위치를 추정하는 (b) 단계; 상기 (b) 단계에서의 추정 위치를 기준으로 샘플 단위로 이동해가면서 미리 알고 있는 TSC와의 사이에서 상관도를 계산하여 구해진 최대 상관 위치를 TSC의 정밀 위치로 추정하는 (c) 단계 및 상기 (c) 단계에서 추정된 정밀 위치를 기준으로 슬롯 동기화를 수행하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

신호 분석기에서 ＧＳＭ 신호의 슬롯 동기화 방법{method for synchronizing slot of GSM signal for signal analyzing equipment}
본 발명은 신호 분석기에서 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에 관한 것으로, 특히 사전 정보가 전혀 없는 상태에서 적은 연산량으로도 보다 신속하고 정확하게 GSM 노멀 버스트의 슬롯 동기를 검출할 수 있도록 한 신호 분석기에서 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, GSM(Global System for Mobile Communications)은 TDMA(Time Division Multiplexing Access) 기반의 개인 휴대 통신 시스템이다. 이러한 GSM 시스템에는 많은 다른 타입의 물리 및 논리 채널이 존재하고, 이들 각 타입의 채널들은 슬롯(버스트) 레벨에서 고유한 물리적 구조를 갖는다.
도 1은 GSM 무선 인터페이스에서 채택된 총 5가지의 버스트 타입을 보인 도이다. 도 1에 도시한 바와 같이. GSM에는 총 5가지 버스트 타입이 있는데, 여기에서 버스트(burst)라 함은 기지국 또는 사용자 단말에 의해 전송되는 비트열을 나타내고, 그 타임 슬롯(이하 간단히 '슬롯'이라 한다.)은 수신기에 의해 정확하게 디코딩될 수 있도록 반드시 그 이내에 도달해야 하는 실시간의 분산된 주기를 갖는다.
먼저, 노멀 버스트(Normal Burst)는 트래픽 채널(traffic channel)과 모든 타입의 제어 채널(control channel)을 실어 나른다. 주파수 보정 버스트(Frequency Correction Burst)는 국부 발진기의 주파수가 기지국의 주파수와 효율적으로 동기되도록 보정하기 위해 FCCH 다운링크를 실어 나른다. 동기화 버스트(Synchronization Burst)는 기지국과 사용자 단말의 타이밍 동기를 위해 SCH 다운링크를 실어 나른다. 더미 버스트(Dummy Burst)는 더미 정보(무 정보)를 실어나르는데 사용된다. 마지막으로 액세스 버스트(Access Burst)는 사용자 단말이 기지국에 접속하고자 할 때 사용되는 버스트이다.
한편, 한 GSM 무선 프레임은 4.615㎳의 시간 구간을 갖되, 총 8개의 슬롯으로 이루어진다. 여기에서, 노멀 버스트의 슬롯은 수신기의 등화기가 기지국과 사용자 단말 사이에서 물리적인 경로의 전달 특성을 추정할 수 있도록 하기 위해 사용되는 26비트 길이의 트레이닝 시퀀스(Training Sequence), 트레이닝 시퀀스에 인접하여 그 좌우로 각각 1비트씩 할당된 스틸링 플래그(Stealing Flag), 스틸링 플래그에 인접하여 그 좌우로 각각 57비트의 크기로 할당되며, 통화 음성, 데이터 또는 제어 정보가 담기는 구간인 정보(Info) 영역, 버스트의 시작과 끝을 나타내는데 사용되는 좌우로 각각 3비트 크기의 테일 비트(TB; Tail Bit) 및 시스템의 에러 마진으로 주어진 구간인 보호 구간(GP; Guard Period)을 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 노멀 버스트의 한 슬롯의 길이는 정확하게 0.577㎳이지만, 버스트의 길이는 0.546㎳이기 때문에 0.031㎳(8.25 비트)의 시간 차가 에러 마진으로 존재하는데, 이 구간이 바로 보호 구간이 된다.
한편, 통상의 GSM 신호 분석기에서는 신호를 복조한 후에 슬롯 단위로 각종 측정 정보를 보여주게 되는데, 이를 위해서는 신호를 슬롯 단위로 검출할 필요가 있다. 또한, GSM 신호의 EVM(Error Vector Magnitude), 주파수 에러(Frequency Error) 또는 위상 에러(Phase Error) 등을 정확하게 측정하기 위해서는 각 슬롯의 시작점을 미세한 해상도로 정확하게 검출해야 한다.
그리고 이와 같이 각 슬롯의 시작점을 미세하게 검출을 하기 위해서는 GSM 표준에 의해 미리 알고 있는 26비트 길이의 TSC(Training sequence code)를 이용하여 상관도(correlation)를 계산해야 한다.
도 2는 종래 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법을 설명하기 위한 도이다. 종래 신호 분석기에서 GSM 신호, 특히 노멀 버스트를 분석함에 있어서는 통상적으로 한 프레임 분량(길이)의 신호를 캡쳐하는데, 아무런 사전 정보 없이 캡쳐하기 때문에 캡쳐 시작점이 GSM 프레임의 어느 지점인지를 전혀 알 수 없다. 즉, 도 2의 예에서는 캡쳐 시작점이 슬롯의 정보(Info) 구간이지만 TSC 영역 내부가 될 수도 있고, 경우에 따라서는 보호 구간(Guard Period)이 캡쳐 시작점이 될 수도 있다.
따라서, 전술한 모든 경우를 감안하여 캡쳐된 신호의 GSM 슬롯 동기를 찾기 위해서는 캡쳐 시작점부터 TSC 길이 단위로 이동하면서 규격에 의해 미리 알고 있는 TSC와의 상관도를 계산하여 최대 상관치를 갖는 위치를 검출하고, 다시 이 지점부터 샘플 단위로 상관도를 계산하여 TSC의 정확한 시작점을 검출하며, 이렇게 검출된 시작점으로부터 61비트 길이만큼 앞선 위치를 슬롯 시작점으로 동기화한다.
그러나 전술한 바와 같은 종래 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에 따르면, 도 2와 같이 캡쳐 시작점이 온전히 슬롯 시작점인 경우가 드물기 때문에 통상적으로 캡쳐 시작점부터 두 슬롯 길이 동안 상관도를 계산해야 하고, 이에 따라 계산량이 증가하는 문제점이 있었다. 더욱이 사전에 어떤 타입의 TSC가 사용되었는지를 전혀 모르기 때문에 총 8개 타입의 TSC 모두에 대해 상관도를 계산해야 하고, 더욱이 정밀한 동기화를 위해 12배 이상의 오버 샘플링된 신호에 대해 상관도를 계산해야 하기 때문에 연산량이 비약적으로 늘어날 뿐만 아니라 동기화에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
선행기술 1: 10-2008-0096498호 공개특허공보(발명의 명칭: GSM 시스템과 TD-SCDMA 시스템의 초기 동기화 방법 및 장치) 선행기술 2: 10-2003-0038170호 공개특허공보(발명의 명칭: 이동통신단말기가 통화 중에 인접 셀과의 동기를 맞추는 방법)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사전 정보가 전혀 없는 상태에서 적은 연산량으로도 보다 신속하고 정확하게 GSM 노멀 버스트의 슬롯 동기를 검출할 수 있도록 한 신호 분석기에서 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법은 한 프레임 분량의 GSM 신호를 캡쳐한 후에 최초 샘플부터 샘플 단위로 이동해가면서 그 샘플 에너지(Eidx)를 한계치(Tslot)와 비교한 결과에 의해 보호 구간의 위치를 추정하는 (a) 단계; 상기 (a) 단계에서 추정된 보호 구간의 위치로부터 TSC의 개략 위치를 추정하는 (b) 단계; 상기 (b) 단계에서의 추정 위치를 기준으로 샘플 단위로 이동해가면서 미리 알고 있는 TSC와의 사이에서 상관도를 계산하여 구해진 최대 상관 위치를 TSC의 정밀 위치로 추정하는 (c) 단계 및 상기 (c) 단계에서 추정된 정밀 위치를 기준으로 슬롯 동기화를 수행하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 캡쳐된 GSM 신호는 원래의 샘플링 레이트보다 오버 샘플링된 것을 특징으로 한다.
상기 한계치(Tslot)는 모든 샘플의 에너지 평균값(Eavg) 및 신호 분석기의 요구되는 SNR 수준에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서는 상기 샘플 에너지(Eidx)가 상기 한계치(Tslot)보다 크거나 작은 최초 샘플을 보호 구간의 시작점이나 종료점으로 추정하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c) 단계에서의 상관도 계산은 상기 추정 위치부터 소정 샘플 이전의 샘플부터 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에 따르면, 샘플의 에너지를 기반으로 검출된 보호 구간으로부터 TSC의 시작점의 위치를 개략적으로 검출하고, 다시 이렇게 검출된 시작점의 위치로부터 샘플 단위의 상관도를 계산하여 TSC의 시작점의 위치를 정밀 검출하며, 이에 의해 슬롯의 동기를 검출함으로써 계산량을 대폭적으로 감소시키면서도 신속하고 정확하게 GSM 신호의 슬롯 동기화를 수행할 수가 있다.
도 1은 GSM 무선 인터페이스에서 채택된 총 5가지의 버스트 타입을 보인 도.
도 2는 종래 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법을 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에서 캡쳐된, 25㎒의 샘플링 레이트(12배 오버 샘플링)를 갖는 GSM 노멀 버스트의 예시도.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에 따르면, 먼저 단계 S10에서는 아무런 사전 정보가 없는 상태에서 한 프레임 분량의 GSM 신호를 캡쳐하는데, 정밀한 검출을 위해서는 이를 25㎒의 샘플링 레이트, 즉 원래의 샘플링 레이트보다 12배만큼 오버 샘플링하는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계 S20에서는 이렇게 샘플링된 모든 샘플의 에너지 평균값(Eavg)을 계산하고, 이어지는 단계 S30에서는 이러한 에너지 평균값(Eavg)에 의거하여 슬롯 검출을 위한 에너지 평균값 한계치(이하 간단히 '한계치'라 한다)(Tslot)를 산출하는데, 아래의 수학식 1 및 2는 각각 에너지 평균값(Eavg)과 그 한계치(Tslot)를 산출하는데 사용되는 수학식이다.
Figure 112016012582885-pat00001
Figure 112016012582885-pat00002
위의 수학식 1에서 N은 캡쳐된 신호의 전체 샘플 수를 나타내고, Re(n)과 Im(n)은 각각 n번째 샘플에 대한 실수 및 허수 성분을 나타낸다. 한편, 수학식 2에서 한계치(Tslot)는 에너지 평균값(Eavg) 대비 10㏈ 작은 값으로서, 통상의 신호 분석기의 SNR이 10㏈ 이상이라는 조건을 감안하여 결정된 것이다.
도 4는 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법에서 캡쳐된, 25㎒의 샘플링 레이트(12배 오버 샘플링)를 갖는 GSM 노멀 버스트의 예시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 캡쳐된 각 샘플의 에너지 평균값, 즉 각 샘플 크기의 포락선의 평균값(magnitude envelope average)(Eavg)(도 4의 일점쇄선 참조)로부터 유도된 한계치(Tslot)(도 4의 점선 참조)를 기준으로 하여 보호 구간의 위치(도 4의 사각 점 참조)가 검출된다.
다시 도 3으로 돌아가서, 단계 S40에서는 캡쳐 구간의 최초의 샘플의 인덱스(idx)를 0으로 설정하고, 다시 단계 S50에서는 현재 인덱스(idx)의 샘플 에너지(Eidx)가 한계치(Tslot)보다 큰 지를 판단한다. 단계 S50에서의 판단 결과, 현재 인덱스(idx)의 샘플 에너지(Eidx)가 한계치(Tslot)보다 큰 경우에는 해당 샘플이 버스트 구간의 샘플인 것으로 판단, 즉 도 2에 예시한 바와 같이 캡쳐 시작점이 버스트 구간에 위치한 것으로 판단하여 단계 S60으로 진행하는 반면에 한계치(Tslot) 이하인 경우에는 해당 샘플이 보호 구간의 샘플, 즉 캡쳐 시작점이 보호 구간에 위치한 것으로 판단하여 단계 S90으로 진행한다.
단계 S60 및 단계 S70에서는 현재의 샘플 인덱스(idx)를 1만큼 증가시킨 상태에서 다시 현재 인덱스(idx)의 샘플 에너지(Eidx)가 한계치(Tslot)보다 큰 지를 판단하는데, 한계치(Tslot)보다 큰 경우에는 해당 샘플이 아직 버스트 구간의 샘플이기 때문에 단계 S60 및 S70을 반복 수행하는 반면에 한계치(Tslot) 이하인 경우에는 단계 S80으로 진행하여 현재의 샘플 위치를 보호 구간의 시작점으로 간주한 후에 단계 S120으로 진행한다.
다음으로, 단계 S90 및 단계 S100에서도 현재의 샘플 인덱스(idx)를 1만큼 증가시킨 상태에서 다시 현재 인덱스(idx)의 샘플 에너지(Eidx)가 한계치(Tslot)보다 큰 지를 판단하는데, 한계치(Tslot) 이하인 경우에는 해당 샘플이 아직 보호 구간의 샘플이기 때문에 단계 S90 및 S100을 반복 수행하는 반면에 한계치(Tslot)보다 큰 경우에는 단계 S110으로 진행하여 직전 인덱스의 샘플 위치를 보호 구간의 시작점으로 간주한 후에 단계 S120으로 진행한다.
다음으로, 단계 S120에서는 보호 구간의 시작점 또는 종료점을 기준으로 TSC의 시작점을 추정, 예를 들어 단계 S80에서 보호 구간의 시작점을 찾은 경우(단계 S80)에는 이로부터 69.25(=8.25비트(보호구간)+3비트(테일 비트)+57비트(정보 영역)+1비트(스틸링 플래그))비트 이후의 샘플을 TSC의 시작점으로 추정하는 반면에 보호 구간의 종료점을 찾은 경우(단계 S110)에는 이로부터 61(=3비트(테일 비트)+57비트(정보 영역)+1비트(스틸링 플래그))비트 이후의 샘플을 TSC의 시작점으로 추정한다.
다음으로, 단계 S130에서는 TSC의 정밀 위치를 추정하기 위해 규격에 의해 미리 알고 있는 총 8종류의 TSC와 상기한 TSC의 추정 위치의 GSM 신호 사이의 상관도를 샘플 단위로 이동해 가면서 계산하여 최대 상관 위치를 갖는 샘플을 TSC의 시작점으로 확정한다. 단계 S130에서의 상관도 계산은 상기한 TSC의 추정 위치의 대략 수 비트 이전의 샘플부터 수행하는 것이 바람직하다. 마지막으로 단계 S140에서는 이렇게 구해진 TSC의 시작점으로부터 각 슬롯의 시작점을 동기화, 즉 TSC의 시작점으로부터 69.25(=8.25비트(보호구간)+3비트(테일 비트)+57비트(정보 영역)+1비트(스틸링 플래그))를 각 슬롯의 시작점으로 동기화한다.
이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 한 프레임 분량의 GSM 신호를 캡쳐한 후에 최초 샘플부터 샘플 단위로 이동해가면서 그 샘플 에너지(Eidx)를, 모든 샘플의 에너지 평균값(Eavg)으로 정해지는 한계치(Tslot)와 비교한 결과에 의해 보호 구간의 위치를 추정하는 (a) 단계;
    상기 (a) 단계에서 추정된 보호 구간의 위치로부터 TSC의 개략 위치를 추정하는 (b) 단계;
    상기 (b) 단계에서의 추정 위치를 기준으로 샘플 단위로 이동해가면서 미리 알고 있는 TSC와의 사이에서 상관도를 계산하여 구해진 최대 상관 위치를 TSC의 정밀 위치로 추정하는 (c) 단계 및
    상기 (c) 단계에서 추정된 정밀 위치를 기준으로 슬롯 동기화를 수행하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡쳐된 GSM 신호는 원래의 샘플링 레이트보다 오버 샘플링된 것을 특징으로 하는 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 한계치(Tslot)는 신호 분석기의 요구되는 SNR 수준을 더 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서는 상기 샘플 에너지(Eidx)가 상기 한계치(Tslot)보다 크거나 작은 최초 샘플을 보호 구간의 시작점이나 종료점으로 추정하는 것을 특징으로 하는 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서의 상관도 계산은 상기 추정 위치부터 소정 샘플 이전의 샘플부터 수행되는 것을 특징으로 하는 신호 분석기의 GSM 신호의 슬롯 동기화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20120243626A1 (en) * 2001-10-17 2012-09-27 Jianglei Ma System access and synchronization methods for mimo ofdm communications systems and physical layer packet and preamble design

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