60GHz OFDM-기반 WPAN을 위한 패킷 검출 및 반송파 주파수 옵셋 추정 구조 설계 및 분석

Title
60GHz OFDM-기반 WPAN을 위한 패킷 검출 및 반송파 주파수 옵셋 추정 구조 설계 및 분석
Authors
백승호
Keywords
60ghzofdm기반wpan을위한패킷검출및반송파주파수옵셋추정구조설계및분석
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
본 논문은 60GHz 대역 멀티기가 비트 OFDM-기반 WPAN 시스템의 패킷 검출과 주파수 옵셋 추정/보정 구조에 대해 제안하고 성능을 분석한다. 제안된 패킷 검출 블록은 IEEE802.11ad 표준의 전치부호의 반복된 훈련 심볼의 상관관계를 이용한다. 128샘플 수만큼 축적된 신호의 상관 값의 평균값을 이용해 false/miss detection시뮬레이션을 통해 패킷을 검출 할 수 있는 임계 값을 설정한다. 이 문턱 값을 넘을 때 패킷을 검출 할 수 있도록 설계하였다. 적용한 자기상관 알고리즘 구조는 기존의 패킷 검출에 사용한 알고리즘에 비해 간단하게 하드웨어를 구현 할 수 있다. 또한 입력신호 지연부분과 입력된 신호와 지연된 신호의 상관 값을 계산 하는 블록을 주파수 옵셋 추정 블록과 공유 할 수 있어 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다. 기존의 반송파 주파수 옵셋 구조는 FFT후에 주파수 옵셋을 추정한다. 하지만 제안한 반송파 주파수 옵셋 구조는 FFT이전에 주파수 옵셋을 추정한다. 추정된 주파수 옵셋 값이 되돌아 오는 과정 없이 데이터를 보정하기 때문에 기존의 방식보다 높은 성능을 제공한다. 정확한 주파수 옵셋의 추정을 위해서는 주파수 옵셋 추정범위를 고려한 반송파 주파수 옵셋 시뮬레이션 결과를 통해 주파수 옵셋 추정을 위한 샘플간격과 샘플 수를 제공한다. 또한 주파수 옵셋 추정 구조는 기존구조와는 다른 위상 천이 처리 블록, 하드웨어 사이즈를 줄여주는 내부비트 줄임 블록 및 look-up table의 사이즈를 줄여주는 주파수 옵셋 조정 블록을 설계하였다. 제안된 패킷 검출 블록은 반복된 훈련 심볼의 자기상관 관계를 이용하고 상관된 값이 일정 문턱 값을 넘을 때 패킷 시작점을 검출한다. 추정된 주파수 옵셋 값은 설계한 보정 블록을 통해 수신 신호를 보정함으로써 주파수 옵셋에 대한 영향을 줄일 수 있었다. 설계 검증 툴을 이용한 성능 분석 결과 제안된 구조는 하드웨어 구현복잡도가 감소함을 보여 주었다. 따라서 제안된 구조는 OFDM-기반 WPAN 시스템의 초기 동기화 과정에 적용 될 수 있고 고속 저전력 WPAN칩에 사용 될 수 있다.
Description
1. 서 론 1 2. 기가 비트 WPAN 시스템의 개요 3 2.1. 밀리미터파 대역 기가 비트 WPAN 시스템의 개요 4 2.2. 밀리미터파 대역 기가 비트WPAN 시스템 전치 부호 구조 7 2.2.1. Golay Sequences 구성 및 생성 8 2.3. OFDM의 개요 10 3. 상관관계 알고리즘과 기존의 패킷검출 및 반송파 주파수 옵셋 추정 13 3.1. 자기 상관 알고리즘 14 3.2. 상호상관 알고리즘 16 3.3. 기존의 패킷검출 알고리즘 17 3.3.1. 신호전력검출을 이용한 패킷검출 17 3.3.2. 상관과 신호전력을 이용한 패킷검출 18 3.4. 기존의 반송파 주파수 옵셋 추정 19 4. 제안된 패킷 검출 및 반송파 주파수 옵셋 추정 하드웨어 구조 22 4.1. IEEE802.11ad전치부호에 대한 상관관계를 이용한 패킷 검출 22 4.1.1. 패킷 검출 상태 천이도 23 4.1.2. 패킷 검출을 위한 메모리 지연블록과 상관 블록 24 4.1.3. 패킷 검출 블록 25 4.2. IEEE802.11ad 전치부호와 상관관계를 이용한 반송파 주파수 옵셋 추정 구조 27 4.2.1. 반송파 추파수 옵셋 추정 구조 28 4.2.2. 페이지 회전과 경계에 대한 계산 블록 29 4.2.3. 비트 수 감소를 위한 계산 블록 30 4.2.4. 주파수 옵셋 추정 조정 블록 31 4.2.5. 주파수 옵셋 보정 블록 33 5. 제안된 구조 설계 검증 34 5.1. 구조 설계를 위한 파라미터 검증 34 5.1.1. 패킷 검출 검증 34 5.1.2. 반송파 주파수 옵셋 추정 검증 37 5.2. 성능 검증 및 기능 검증 40 5.2.1. 시뮬레이션 모델 40 5.2.2. 시뮬레이션 모델 결과 41 5.2.3. 패킷 검출 블록 기능 검증 42 5.2.4. 반송파 주파수 옵셋 추정 블록 기능 검증 43 5.2.5. 패킷 검출 및 주파수 옵셋 성능분석 45 6. 결 론 47 그림 1. Ecma International TC-387 표준 기반 기가 비트 WPAN 시스템의 OFDM PHY 구조 4 그림 2. IEEE802.11ad표준 기반 기가 비트 WPAN 시스템의 OFDM PHY 구조 5 그림 3. 60GHz WPAN 시스템의 전치 부호 구조 7 그림 4. Multi-carrier transmission과 OFDM의 주파수 소요 대역폭 비교 11 그림 5. OFDM 방식의 스펙트럼 11 그림 6. 자기상관함수 16 그림 7. 상호상관을 이용한 신호검출 구조 17 그림 8. 신호전력검출 알고리즘의 구조 18 그림 9. 상관을 이용한 신호 검출 구조 19 그림 10. 주파수 옵셋과 ICI 20 그림 11. 상관을 이용한 신호 검출 구조 21 그림 12. 패킷 검출을 위한 모식도 23 그림 13. 패킷 검출 상태 천이도 23 그림 14. 패킷 검출을 위한 메모리 지연블록과 자기 상관 곱셈 블록 구조 24 그림 15. 상관 값 축적 및 임계 값 비교를 위한 패킷 검출 블록 26 그림 16. 반송파 주파수 옵셋 추정 블록 28 그림 17. 주파수 옵셋 추정 전체 블록 구조 28 그림 18. 주파수 옵셋 추정 블록 중 페이지 회전과 경계 블록 29 그림 19. 주파수 옵셋 추정 블록 중 비트 줄임 블록 31 그림 20. 주파수 옵셋 조정 블록 32 그림 21. 추정된 주파수 옵셋을 이용한 주파수 옵셋 보정 블록 33 그림 22. 패킷 검출 블록의 임계 값 설정을 위한 false 검출 곡선과 miss 검출 곡선 결과 35 그림 23. 주파수 옵셋 추정 범위를 고려한 샘플 간격에 따른 주파수 옵셋의 추정오차 성능분석 곡선 38 그림 24. 시뮬레이션 모델 흐름도 40 그림 25. OFDM 시스템에서 주파수 옵셋 추정 블록에 대한 BER 특성 곡선 41 그림 26. 패킷 검출 Modelsim 시뮬레이션 43 그림 27. 반송파 주파수 옵셋 추정 Modelsim 시뮬레이션 44 표 1. 기가 비트 WPAN 시스템 표준들의 시간 관련 매개변수 6 표
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22694
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College of Engineering(공과대학) > Information and Communication Engineering (정보통신공학) > Theses(정보통신공학 석박사 학위논문)
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