[논문]효율적인 디지털 위성 방송 프레임 동기 검출 회로 및 낮은 복잡도의 자동 이득 제어 회로

최진규; 선우명훈; 김판수; 장대익

문제 정의

그러나 기존의 D-GPDI 알고리즘은 필요한 성능을 만족시킬 수 있지만 구현 복잡도 측면에서 매우 높다. 따라서 본 논문에서는 D-GPDI 알고리즘을 시뮬레이션을 통해 최적화함으로써 구현 복잡도를 줄일 수 있는 새로운 구조의 프레임 동기부 회로를 제안한다. 제안된 프레임 동기부 회로는 연산기 수를 감소 시켜 복잡도를 현저하게 줄일 수 있었으며 시뮬레이션 결과 성능 열화 없이'SOF 을 검출할 수 있었다.
또한 수신된 신호의 레벨 수준이 일정하지 않고 잘 제어되지 못한다면 제안한 프레임 동기부 회로의 성능에 심각한 열화를 초래할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 안정된 프레임 동기부 회로의 성능을 보장하기 위해 낮은 복잡도의 AGC (Automatic Gain ControUer) 를 제안한다.
본 논문에서는 DVB-S2 시스템에서 효율적으로 프레임 시작 위치를 찾는 방법과 낮은 복잡도의 AGC를 제안한다. 모의실험 결과 제안한 프레임 동기 검출 회로는 낮은 수준의 SNR 에서도 안정적으로 SOF를 검출할 수 있었다.
본 장에서는 디지털로 변환된 DVB-S2 기저대역 신호인 물리 계층 프레임 (PLFRAME) 에 대해 변조 방식별로 특징을 분석해 보고 이를 이용해 변조방식을 추정하는 방법에 대해 알아본다. DVB-S2의 프레임 구조는 표 1에서와 같이 총 16개의 방식으로 구성되며 각각의 길이는 다르다.

제안 방법

35 dB 에서도 잘 동작할 수 있어야 한다. 하지만 시뮬레이션 결과 기존의 간단한 알고리즘으로는 필요한 성능을 만족시킬 수 없었다(4) 결국 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 좀 더 복잡한 D-GPDI (Differential-Generalized Post Detection Int第ration)"' 알고리즘을 사용하여 효율적으로 SOF (Start Of Frame) 를 검출하는 방법을 제안한다. 그러나 기존의 D-GPDI 알고리즘은 필요한 성능을 만족시킬 수 있지만 구현 복잡도 측면에서 매우 높다.
프레임의 동기 검출은 PLHEADER 정보를 이용하여 구한다. CDMA의 의사 에러 시퀀스 (PN-Sequence)와 같이 송수신 단에서 미리 알고 있는 코드의 자기 상관관계를 이용해서 구한다. SOF는 18D2E82hex의 값을 변조 방식으로 매핑하여 송신하고, 수신기에서는 프레임의 시작위치를 찾기 위해 프레임동기 상관기를 구성한다.
또한 많은 수의 덧셈기와 곱셈기 숫자를 줄임으로써 복잡도 수준이 상당 부분 감소하였고 이에 따라 전력 소모, 단가 면에서도 기여하였다. 게다가 프레임의 길이가 변조 방식 및 FEC 프레임길이, 파일럿 유무 정보 별로 길이가 다르다는 점을 착안하여 프레임 시작위치를 이용하여 프레임의 길이를 알아내어 Reed-Muller 복호를 수행하기 전에 변조방식 및 FEC 프레임길이, 파일럿 유무 정보들을 알아내었다. 이로써 Reed-Muller 복호의 일부만 수행을 해도 송신 신호의 모든 전송정보를 알아낼 수 있으므로 DVB-S2 수신기의 복잡도를 줄일 수 있다.
따라서 전체 D-GPDI 알고리즘을 구현하기 위해서는 1, 458개씩의 곱셈기와 덧셈기 숫자가 필요하므로 높은 하드웨어 복잡도를 요구한다. 따라서 본 논문에서 제안하는 프레임 동기 검출 구조는 (L-l)-span DPDI 부터 2~span DPDI 까지 하나씩 줄여가며 시뮬레이션을 수행하였고, 그 결과 DPDI와 2-span DPDI만을 이용하여 프레임 동기 검출 회로를 구현하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 프레임 동기 검출 회로는 DVB-S2 표준을 만족할 수 있도록 SNR -2.
그리고 초기 코히어런트 값을 구하는 수식을 자세히 살펴보면 SOF 의 특성상 부호만 다르며 크기는 같기 때문에 이러한 성질을 이용하여 곱셈기는 모두 멀티플렉서로 대체할 수 있었다. 따라서 제안된 구조는 2-span DPDI, 26 SOF 버퍼와 4개씩의 곱셈기로 인해 총 4x2x2 208 개씩의 곱셈기와 덧셈기로 구현하였다.
본 장에서는 D-GPDI 알고리즘을 사용하여 제안된 프레임 동기 검출 회로 구조와 기존 D-GPDI 알고리즘 간의 하드웨어 복잡도 측면에서 성능 비교를 제시한다.
있다. 본 장에서는 그림 1과 같이 DVB-S2 프레임 구조에서 PLHEADER의 26 심볼로 구성된 SOF 신호열을 이용하여 프레임 동기를 검출하는 기존 알고리즘과 D-GPDI 알고리즘을 비교한다. 그리고 제안한 AGC의 구조를 설명한다.
제안한 AGC는 GCA (Gain Controlled Amplifier), 진폭 검출기 및 루프 필터로 구성되어 있다. 그림 6은 제안한 역방향 AGC 구조를 보여준다.
프레임 동기 검출부의 설계는 Coware™ SPW를 이용하여 부동 소수점과 고정 소수점 모델링 시뮬레이션을 수행하였고 고정 소수점 모델링을 통해 최적화된 비트 폭을 찾아 Verilog HDL을 이용하여 하드웨어 설계를 하였으며 Xilinx™ Vertex n XC₂V8000FF1152 칩이 내장된 iPROVE™ FPGA 보드를 통해 합성된 로직을 검증하였다.

대상 데이터

34개의 덧셈기를 줄일 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제안한 프레임 동기 검출 회로는 최종적으로 104개의 곱셈기와 174개의 덧셈기로 구성이 되어 있다. 그 결과 제안한 구조는 93%의 곱셈기 수와 89%의 덧셈기 수를 줄일 수 있었다.
PLHAEDER는 S0F와 PLSC정보가 边-BPSK 로 변조되어 들어가고, XFECFRAME 데이터가 16 슬롯에 변조 방식별로 변조되어 들어간다. 여기서 변조된 XFECFRAME 데이터 길이는 Normal 모드 일 때 64, 800 비트이고 Short 모드 일 때는 16, 200 비트이다. 이와 같이 64, 800 비트와 16, 200 비트 두 가지 길이의 XFECFRAME 데이터를 채널 상황에 따라 변조 방식을 바꾸기 때문에 DV旧-S2는 가변 프레임 구조를 가진다.

데이터처리

프레임의 동기 검출은 PLHEADER 정보를 이용하여 구한다. CDMA의 의사 에러 시퀀스 (PN-Sequence)와 같이 송수신 단에서 미리 알고 있는 코드의 자기 상관관계를 이용해서 구한다.

이론/모형

구하기는 어렵다. 그리고 주파수 오차 성분이 포함되어 있는 수신신호 검출 하는 방법으로는 넌 코히어런트 (Non-Coherent) 계열을 사용해야 한다. 본 논문에서는 넌 코히어런트 방법 중에 D-GPDI 방법을 사용하여 프레임 동기를 검출한다团

성능/효과

DPDI 알고리즘에서의 연산식은 식 (7)과 같이 2개씩의 공통 곱셈인자로 구성되어 있으므로 추가로 104개의 곱셈 기와 34개의 덧셈기를 줄일 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제안한 프레임 동기 검출 회로는 최종적으로 104개의 곱셈기와 174개의 덧셈기로 구성이 되어 있다.
이와는 대조적으로 제안한 구조는 단지 104개의 곱셈기와 174 개의 덧셈기만 필요하다. LUT 개수는 Simplify Pro 7.7을 이용하여 나타낸 값이며 제안한 구조의 LUT 개수는 총 80, 000 개 중의 22, 873 (28%) 개이다. 결론적으로 제안한 구조는 직접 구현에 비해 93%의 곱셈기 개수와 89%의 덧셈기 개수를 줄일 수 있었다.
7을 이용하여 나타낸 값이며 제안한 구조의 LUT 개수는 총 80, 000 개 중의 22, 873 (28%) 개이다. 결론적으로 제안한 구조는 직접 구현에 비해 93%의 곱셈기 개수와 89%의 덧셈기 개수를 줄일 수 있었다.
따라서 본 논문에서 제안한 프레임 동기 검출 회로는 최종적으로 104개의 곱셈기와 174개의 덧셈기로 구성이 되어 있다. 그 결과 제안한 구조는 93%의 곱셈기 수와 89%의 덧셈기 수를 줄일 수 있었다.
35dB 환경에서 성능이 현저하게 악화되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 제안한 AGC 회로와 같이 동작하는 프레임 동기 검출 회로는 SNR이 -2.35dB 환경에서도 안정된 성능을 보인다.
모의실험 결과 제안한 프레임 동기 검출 회로는 낮은 수준의 SNR 에서도 안정적으로 SOF를 검출할 수 있었다. 또한 많은 수의 덧셈기와 곱셈기 숫자를 줄임으로써 복잡도 수준이 상당 부분 감소하였고 이에 따라 전력 소모, 단가 면에서도 기여하였다.
따라서 본 논문에서 제안하는 프레임 동기 검출 구조는 (L-l)-span DPDI 부터 2~span DPDI 까지 하나씩 줄여가며 시뮬레이션을 수행하였고, 그 결과 DPDI와 2-span DPDI만을 이용하여 프레임 동기 검출 회로를 구현하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 프레임 동기 검출 회로는 DVB-S2 표준을 만족할 수 있도록 SNR -2.35dB 환경에서 잘 동작함을 검증하였다. 그리고 초기 코히어런트 값을 구하는 수식을 자세히 살펴보면 SOF 의 특성상 부호만 다르며 크기는 같기 때문에 이러한 성질을 이용하여 곱셈기는 모두 멀티플렉서로 대체할 수 있었다.
제안된 변조 방식 추정은 프레임 동기 검출기와 변조 방식별 심볼 개수를 이용하여 PLHEADER의 PLSC< Reed-Muller 복호해야 알 수 있는 변조 방식, 프레임 길이, 파일럿 유무의 정보를 미리 알 수 있다.
따라서 본 논문에서는 D-GPDI 알고리즘을 시뮬레이션을 통해 최적화함으로써 구현 복잡도를 줄일 수 있는 새로운 구조의 프레임 동기부 회로를 제안한다. 제안된 프레임 동기부 회로는 연산기 수를 감소 시켜 복잡도를 현저하게 줄일 수 있었으며 시뮬레이션 결과 성능 열화 없이'SOF 을 검출할 수 있었다. 또한 수신된 신호의 레벨 수준이 일정하지 않고 잘 제어되지 못한다면 제안한 프레임 동기부 회로의 성능에 심각한 열화를 초래할 수 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

효율적인 디지털 위성 방송 프레임 동기 검출 회로 및 낮은 복잡도의 자동 이득 제어 회로
Efficient Frame Synchronization Detector and Low Complexity Automatic Gain Controller for DVB-S2 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

효율적인 디지털 위성 방송 프레임 동기 검출 회로 및 낮은 복잡도의 자동 이득 제어 회로 Efficient Frame Synchronization Detector and Low Complexity Automatic Gain Controller for DVB-S2 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

선우명훈 (60) 김판수 (9) 장대익 (43)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

효율적인 디지털 위성 방송 프레임 동기 검출 회로 및 낮은 복잡도의 자동 이득 제어 회로
Efficient Frame Synchronization Detector and Low Complexity Automatic Gain Controller for DVB-S2 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper