KR20030072905A

KR20030072905A - 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030072905A
Application number: KR1020020012195A
Authority: KR
Inventors: 김태관
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-09-19

Abstract

본 발명은 프레임에 복조가 불가능한 오류가 있을 경우 조기 검출을 가능하게 하여 수신기의 전력소모 감소와 복조시간을 단축시킬 수 있도록 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 프리엠블을 이용하여 시간 영역에서 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정기와; 상기 주파수 오차 추정기에서 추정된 주파수 오차가, 소정의 주파수 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 주파수 오차 범위 판정기와; 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리어 변환기와; 상기 퓨리어 변환기를 통해 주파수 영역으로 변환된 신호에 대해서 등화(Equalization)를 수행하는 등화기와; 주파수 영역 신호의 위상 오차의 평균값과 소정의 기준값을 비교하여, 그 차이값에 의해 위상 오차 정도를 추정하는 위상 오차 추정기와; 상기 위상 오차 추정기에서 발생한 위상 오차가 소정의 위상 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 위상 오차 범위 판정기와; 상기 주파수 오차 범위 판정기와 위상 오차 범위 판정기의 결과를 종합하여, 프레임에 오류가 있는지 없는지를 결정하는 프레임 오류 검출기로 구성함으로써 달성할 수 있다.

Description

무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법{FRAME ERROR DETECTING APPARATUS AND METHOD FOR WIRELESS LAN RECEIVER}

본 발명은 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 프레임에 복조가 불가능한 오류가 있을 경우 조기 검출을 가능하게 하여 수신기의 전력소모 감소와 복조시간을 단축시킬 수 있도록 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 멀티미디어 서비스에 대한 수요가 증가하면서 고속의 데이터 전송에 대한 연구가 활발히 전개되고 있다.

그 대표적인 전송 방식으로 직교 주파수 분할 다중화(OFDM : Orthogonal Frequency Divistion Multiplexing)를 꼽을 수가 있다. 직교 주파수 분할 다중화는 고속의 전송이 가능할 뿐만 아니라, 다수의 부반송파를 사용하므로 주파수 대역을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 심볼 앞부분에 보호 구간을 삽입하여 심볼 간섭(Inter-Symbol Interference)을 줄일 수 있는 효과가 있기 때문에, 유럽에서 DAB(Digital Audio Broadcasting), DVB(Digital Video Broadcasting)에 적용되어 쓰이고 있다.

또한, 근거리 무선 랜 규격(802.11a)으로도 채택되어 사용되고 있는 방식이다.

이때, 상기 무선 랜 규격은 물리 계층(PHY : Physical Layer)과 매체 접근 제어 계층(MAC : Medium Access Control)으로 구성되고, 여기서 PHY는 MAC에서 받은 원천 신호를 변조하거나 수신된 신호를 복조하여 MAC에 넘겨주는 역할을 수행하고, MAC은 PHY와 송수신 동작에 필요한 제어 신호 및 송수신 파라미터 등을 교환하게 된다.

또한, PHY에서 복조된 신호는 MAC에서 패리티 체크(Parity Check)를 수행하게 되는데, 수신 신호에 오류가 없는 경우에 MAC에서 사용할 수 있으며, 오류가 발생한 경우에는 재전송 등의 방법으로 다시 송수신 과정을 수행하게 된다.

이러한 경우 추가적인 송수신 시간이 필요하며 이에 비례하여 수신기의 전력 소모도 증가하게 된다.

종래의 방법에 의하면 PHY에서 복조된 신호를 그대로 MAC에 전달하게 되고, 최종적인 오류 판단은 MAC에서 패리티 체크 등을 통해 하게 되는 것으로 즉, 종래의 기술에서는 PHY에서 프레임에 생긴 오류에 대한 판단 과정이 없으며, PHY의 모든 복조가 종료된 후에 MAC에서 복조 신호를 가지고 오류를 판단하게 되는데, 이경우 PHY에서 프레임 오류를 검출하는 방법에 비해 오류 프레임에 대한 복조 시간과 그에 따른 전력 소모가 부가적으로 필요하게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에서는 PHY에서 수신 신호의 복조를 위해 주파수 오차 추정과 시간 오차 추정이 필요하게 되는데, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)의 특성상 주파수 오차의 추정은 정밀해야 하므로, 근거리 무선 랜 규격(802.11a)의 경우에는 프리엠블(Preamble)을 사용하여 두 단계에 걸친 추정을 하게 된다.

도1은 근거리 무선 랜 규격(802.11a)의 프리엠블 구조를 보인 예시도로서, 쇼트 프리엠블(Short Preamble)은 정수배의 주파수 오차 추정에 사용되며, 롱 프리엠블(Long Preamble)은 소수배의 주파수 오차 추정에 사용된다.

프리엠블에 사용하는 두 개의 주파수 오차 추정기 구조는 유사하며 그 추정 범위만 달라진다.

주파수 오차 추정 값은 전압 제어 발진기(VCXO)를 제어하거나, 복조기 내부의 곱셈기를 이용해 수신 신호에서 주파수 오차에 의한 영향을 제거한다.

상기 추정 값의 범위로 수신 신호에 포함되어 있는 주파수 오차의 범위를 가늠할 수 있으며, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)의 특성상 주파수 오차 추정 값이 정확하지 않다면 오류 없는 복조는 불가능하다고 할 수 있다.

즉, PHY에서는 주파수 오차 추정 값이 정확하다고 가정하고, 이 값을 기준으로 수신 신호 수정을 하게 되는데, 주파수 오차 추정 범위에는 실질적으로 한계가 있다.

무선 랜 규격(802.11a)의 롱 프리엠블을 이용한 주파수 오차 추정 범위는 다음 수학식 1과 같이 제한된다.

-156.25KHz < △f < 156.25KHz

또한 무선 랜 규격(802.11a)의 쇼트 프리엠블을 이용한 주파수 오차 추정 범위는 다음 수학식 2와 같이 제한된다.

-625KHz < △f < 625KHz

쇼트 프리엠블에 의한 추정값과 롱 프리엠블에 의한 값을 조합하여, 최종적으로 주파수 오차 추정값을 얻게 되는데, 이 경우 쇼트 프리엠블에 의한 추정 값은 범위가 넓은 반면 분산이 커지게 된다.

상기와 같이 종래의 기술에서는 PHY에서 프레임에 오류가 있는지 판단하지 않으며, 이의 중요한 기준의 하나인 주파수 오차의 추정 범위에도 제한이 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 프레임에 복조가 불가능한 오류가 있을 경우 조기 검출을 가능하게 하여 수신기의 전력소모 감소와 복조시간을 단축시킬 수 있도록 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프리엠블을 이용하여 시간 영역에서 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정기와; 상기 주파수 오차 추정기에서 추정된 주파수 오차가, 소정의 주파수 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 주파수 오차 범위 판정기와; 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리어 변환기와; 상기 퓨리어 변환기를 통해 주파수 영역으로 변환된 신호에 대해서 등화(Equalization)를 수행하는 등화기와; 주파수 영역 신호의 위상 오차의 평균값과 소정의 기준값을 비교하여, 그 차이값에 의해 위상 오차 정도를 추정하는 위상 오차 추정기와; 상기 위상 오차 추정기에서 발생한 위상 오차가, 소정의 위상 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 위상 오차 범위 판정기와; 상기 주파수 오차 범위 판정기와 위상 오차범위 판정기의 결과를 종합하여, 프레임에 오류가 있는지 없는지를 결정하는 프레임 오류 검출기로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 프리엠블을 이용하여 시간 영역에서 주파수 오차를 추정하는 단계와; 상기 추정된 주파수 오차가, 소정의 주파수 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 단계와; 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계와; 상기 주파수 영역으로 변환된 신호를 등화(Equalization) 시키는 단계와; 상기 주파수 영역 신호에서 위상 오차를 추정하는 단계와; 상기 추정된 위상 오차가, 소정의 위상 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 단계와; 상기 주파수 오차와 위상 오차에 의한 오류 판단 결과를 이용하여, 프레임에 오류 여부를 최종 결정하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 근거리 무선 랜 규격(802.11a)의 프리엠블 구조를 보인 예시도.

도 2는 본 발명에 따른 무선 랜 수신기의 구성을 보인 블록도.

도 3은 본 발명에 따라 잔류 주파수 오차 성분을 제거한 16QAM의 성상도.

도 4는 상기 도3과 대비하여 잔류 주파수 오차 성분을 제거하지 않은 16QAM의 성상도.

도 5는 본 발명에 따른 16QAM의 경우 허용 가능한 위상 오차 범위를 나타낸 예시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 주파수 오차 추정기 20 : 주파수 오차 범위 판정기

30 : 퓨리어 변환기 40 : 등화기

50 : 위상 오차 추정기 60 : 위상 오차 범위 판정기

70 : 프레임 오류 검출기

본 발명은 무선 랜 규격(802.11a) PHY의 시간 영역에서 주파수 오차 추정 과정을 통해 프레임 오류를 검출하고, PHY의 주파수 영역에서 위상 검출기를 이용하여 프레임 오류를 검출하여, MAC에 프레임 오류가 있음을 알리게 된다.

이때, 고려할 사항으로는 PHY의 오류 검출기는 프레임에 오류가 많은 경우에 적당한 것으로, 프레임에 오류가 적은 경우에는 PHY의 오류 검출기로는 오류 검출에 충분하지 않으며, 이때는 MAC에서 패리티 체크를 통해 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 PHY에서 발견할 수 있을 정도로, 프레임에 오류가 많은 경우에 더 이상 복조하지 않고, MAC에 바로 알려줄 수 있도록 하는 검출 장치를제공하기 위한 것으로, 오류가 많은 프레임을 복조하는데 걸리는 시간과 그에 따른 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

그럼, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 따른 무선 랜 수신기의 구성을 보인 블록도로서, 시간 동기가 맞지 않을 경우 그 이후의 복조 과정이 의미가 없기 때문에, 설명의 편의를 위해서 수신된 신호는 이미 시간 동기가 맞추어져 있는 것으로 가정한다.

먼저, 주파수 오차 추정기(10)는 프리엠블을 이용하여 주파수 오차를 추정하게 되는데, 이 때 추정 가능한 범위는 상술한 수학식 2와 같으며, 무선 랜 규격(802.11a)에서 쇼트 프리엠블과 롱 프리엠블의 특성을 이용하는 경우, 가능한 최대 주파수 오차 추정 범위가 된다.

다음, 주파수 오차 범위 판정기(20)는 상기 주파수 오차 추정기(10)에서 추정된 주파수 오차의 범위를 가지고, 프레임에 오류가 있는지 없는지를 판단하게 된다.

이 경우 오류 판정 기준은 여러 가지가 있을 수 있지만, 본 발명에서는 기본적으로 무선 랜 규격(802.11a)에 제한된 오차 범위를 사용한다.

상기 무선 랜 규격(802.11a)에서는 송수신기 모두 정확도가 20ppm보다 작은 기준 발진기를 사용해야 한다고 명시되어 있다.

이 경우 송수신기의 발진기가 만들어낼 수 있는 최대 주파수 오차 허용 범위는 40ppm으로 수학식3과 같다.

-232.2KHz < △f <232.2KHz

상기 수학식 3의 범위는 수학식 2의 범위해 비해 작은 것을 알 수 있다.

즉, 실제 허용된 주파수 오차 범위는 추정 가능한 주파수 오차 범위보다 작게 되어 있기 때문에, 추정된 주파수 오차 범위가 허용 범위를 넘어설 경우, 프레임에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다.

이 경우 무선 랜 규격(802.11a)을 벗어난 것이므로 복조 후 오류가 있을 가능성이 크며, 주파수 오차 보상이 정확히 이루어지더라도 발진기가 규격과 다르므로 프레임에 이상이 있는 것으로 볼 수 있고, 이 정보를 프레임 오류 검출기(70)에 전달하게 되는 것이다.

다음, 퓨리어 변환기(30)는 시간 영역 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하고, 등화기(40)는 상기 주파수 영역의 신호에 대해서 등화(Equalization)를 수행하게 된다.

상기 등화기(40)를 거친 신호는 송신기의 맵핑 방식에 따라 BPSK, QPSK, 16QAM 중 한 모양으로 나타내게 되며, 등화가 제대로 이루어진 경우 정사각형 모양 내에서 성상도를 관찰할 수 있다.

무선 랜 규격(802.11a)의 경우 주파수 오차 추정이 이루어진 후, 수신 신호에 대한 보상을 행하지만, 이 보상이 주파수 오차를 모두 제거하지는 못한다.

이러한 잔류 주파수 오차는 프레임의 뒤로 갈수록 크게 나타나며, 시간에 따라 수신 신호의 위상을 크게 왜곡시키게 되므로, 이를 방지하기 위해서는 등화 후에 잔류 주파수 오차 성분에 대한 보상이 필요하다.

도3은 본 발명에 따라 잔류 주파수 오차 성분을 제거한, 주파수 오차 20ppm, SNR 20dB인 16QAM의 성상도이고, 도4는 잔류 주파수 오차 성분을 제거하지 않은 주파수 오차 20ppm, SNR 20dB인 16QAM의 성상도이다.

상기 도3과 도4를 비교하여 보면 성상도의 맵핑 점들이 위상 왜곡으로 모두 회전하는 것을 볼 수 있다.

잔류 주파수 오차 추정을 위해서는 본 발명에서 제안한 위상 오차 추정기(50)가 필요한데, 잔류 주파수 오차 보정 회로는 등화기 내에 포함되어 있으며, 위상 오차 추정기(50)는 기존의 성상도를 기준으로 어느 정도의 위상 오차가 발생했는지를 추정하게 된다. 이는 주파수 영역 신호의 위상오차를 평균하여 구하게 된다.

다음, 위상 오차 범위 판정기(60)는 발생한 위상 오차 범위를 가지고 프레임에 오류가 있는지 없는지를 판별하는 것으로, 추정된 위상 오차가 허용 범위 이상의 값을 나타낸다면, 이는 프레임에 많은 오류가 있음을 나타내는 것이다.

이에 따라, 위상 오차 범위 판정기(60)에서는 각각의 맵핑 방식에 따라, 허용 가능한 오차 범위를 저장하고 있다가 평균 위상 오차값이 이 범위를 넘을 경우, 프레임에 오류가 있는 것으로 판정하는 것이다.

즉, 위상 오차가 허용 범위를 넘게 되면 수신 신호가 다른 위치로 맵핑되기 때문이다.

도5는 16QAM의 경우 허용 가능한 위상 오차 범위를 나타내고 있다.

이 경우 위상 오차의 오류는 파이(phi)가 최대이며, 등화기 출력이 정확하지 않을 경우, 위상 오차 범위가 파이(phi)보다 작을 경우에도 다른 점으로 디맵핑(De-mapping)될 확률이 크다.

따라서, 본 발명에서 위상 오차 범위 판정기(60)에서는 추정된 위상 오차가 파이(phi)를 넘을 경우 프레임 내에 오류가 존재한다고 판정하게 되고, 프레임 오류 검출기(70)에서는 주파수 오차 범위 판정기와 위상 오차 범위 판정기의 결과를 종합하여, 프레임에 오류가 있는지 없는지를 결정하게 된다.

결국, 두 판정기(주파수 오차 범위 판정기와 위상 오차 범위 판정기) 중 하나라도 오류가 있는 것으로 출력되면 프레임에 오류가 있음을 알 수 있게 된다.

다시 말해, 본 발명은 프리엠블을 이용하여 시간 영역에서 주파수 오차를 추정하고, 상기 추정된 주파수 오차가, 소정의 주파수 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단한 후, 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다.

다음, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호를 등화(Equalization) 시켜 위상 오차를 추정하고, 그 추정된 위상 오차가 소정의 위상 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해 프레임의 오류를 판단한다.

다음, 상기 주파수 오차와 위상 오차에 의한 오류 판단 결과를 이용하여, 어느 하나라도 오류가 판단될 경우 프레임 오류 검출기에 의해 프레임에 오류가 있는 것으로 최종 결정하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치 및 방법은, 시간 영역에서 추정된 주파수 오차의 추정 범위와 주파수 영역에서 추정된 위상 오차의 추정 범위를 고려하여 수신 프레임에 오류가 있는지를 판단하고, 프레임에 복조가 불가능한 오류가 있을 경우 PHY에서 자체적으로 나머지 복조 과정을 수행하지 않도록 함으로써, 수신기의 전력소모와 복조시간을 단축시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

프리엠블을 이용하여 시간 영역에서 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정기와;

상기 주파수 오차 추정기에서 추정된 주파수 오차가, 소정의 주파수 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 주파수 오차 범위 판정기와;

상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리어 변환기와;

상기 퓨리어 변환기를 통해 주파수 영역으로 변환된 신호에 대해서 등화(Equalization)를 수행하는 등화기와;

주파수 영역 신호의 위상 오차의 평균값과 소정의 기준값을 비교하여, 그 차이값에 의해 위상 오차 정도를 추정하는 위상 오차 추정기와;

상기 위상 오차 추정기에서 발생한 위상 오차가, 소정의 위상 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 위상 오차 범위 판정기와;

상기 주파수 오차 범위 판정기와 위상 오차 범위 판정기의 결과를 종합하여, 프레임에 오류가 있는지 없는지를 결정하는 프레임 오류 검출기로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 오차 범위 판정기는 추정된 주파수 오차가 허용 범위를 초과할 경우, 프레임에 오류가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 위상 오차 범위 판정기는 추정된 위상 오차가 허용 범위를 초과할 경우, 프레임에 오류가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 위상 오차 범위 판정기는 추정된 위상 오차가 소정값(phi)을 초과할 경우, 프레임에 오류가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 프레임 오류 검출기는 주파수 오차 범위 판정기와 위상 오차 범위 판정기의 결과를 종합하여, 어느 하나라도 오류가 있는 것으로 판정되면 프레임에 오류가 있는 것으로 최종 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 장치.
프리엠블을 이용하여 시간 영역에서 주파수 오차를 추정하는 단계와;

상기 추정된 주파수 오차가, 소정의 주파수 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 단계와;

상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계와;

상기 주파수 영역으로 변환된 신호를 등화(Equalization) 시키는 단계와;

상기 주파수 영역 신호에서 위상 오차를 추정하는 단계와;

상기 추정된 위상 오차가, 소정의 위상 오차 범위를 벗어나는지 여부에 의해, 프레임의 오류를 판단하는 단계와;

상기 주파수 오차와 위상 오차에 의한 오류 판단 결과를 이용하여, 프레임에 오류 여부를 최종 결정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 랜 수신기의 프레임 오류 검출 방법.