The synchronization of time and frequency is necessary for digital wireless communication. In code division multiple access (CDMA) system, the time synchronization between reference pilot code and local generated PN code is required to setup a link between transmitter and receiver, and in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system the time synchronization of preamble symbol and local generated preamble(pilot) symbol is also required.
In this thesis, we propose the optimization of the parameters of the code acquisition detector to minimize of the mean acquisition time and the energy consumption, and the reconfiguration code acquisition detector for IS95, WCDMA (Wideband CDMA) and WLAN (Wireless Local Area Network). The optimized parameters can be applied to the reconfiguration detector of mobile terminal to satisfy required mean acquisition time and consume small energy.
First, the optimal procedure minimizing the mean acquisition time is proposed to determine the parameter values of the code acquisition detector of single dwell with serial or parallel correlator in CDMA wireless communication.
Second, the another optimal procedure minimizing the mean acquisition time is proposed to determine the parameter values of the double dwell detector with serial or parallel correlator in CDMA wireless communication. The each mean acquisition time of double dwell for both correlator type are superior to it of the single dwell due to decreasing the false alarm probability of second dwell time.
Third, the optimal procedure minimizing the mean energy consumption is proposed to determine the parameter values of the code acquisition detector of single or double dwell time in CDMA wireless communication. Note that the energy consumption of serial and parallel correlator are the same. Therefore, the each optimal parameters of minimum mean energy consumption for both the detector with serial correlator or parallel correlator are same.
Fourth, a reconfiguration hardware architecture of the code acquisition detector is proposed for IS95, WCDMA and WLAN. The blocks of correlator, squared&sum, decision for the reconfiguration detector are reconfigured and the optimized parameters of N, L and $V_{th}$ are applied to the detector in order to achieve the minimum mean acquisition time and minimum mean energy consumption. The reconfiguration hardware reduces the area of implementation and the optimal parameters improve the mean acquisition time and mean energy consumption.
무선통신기술은 다양한 서비스를 지원하기 위하여 여러 가지 표준기술을 발전시켜왔다. 그러나 단말기는 크기 및 전력소모 등의 한계로 인하여 여러가지 표준을 하나의 단말기에 수용하기가 어렵다. 따라서 다양한 표준기술을 지원하기 위한 작은 규모의 하드웨어를 이용한 방안들이 제시되고 있으나 전력사용이 커지는 등 아직까지 상용화가 되지 못하고 있다. 이 학위논문은 시간동기의 하나인 부호획득기능을 하나의 하드웨어를 이용하여 구현하였으며 구현한 하드웨어의 최소부호획득시간 및 최소에너지소모를 만족하는 운용변수를 선택하여 성능을 개선시켰다.
첫째 평균동기획득 시간을 최소화하기 위한 최적화 과정을 제안하여 부호분할 다중접속 무선통신에 사용하는 직렬상관기 또는 병렬상관기용 단일적분시간 부호획득기에 적용 한다. 순차결정방식의 평균동기획득시간의 일차 편미분을 통하여 결정문턱값 $(v_{th})$ 을 분석적으로 구하였다. 아울러 상관표본갯수(N)과 에너지적분횟수(L)을 수치적으로 구하였다. 따라서 칩에너지 $(E_c)$ 와 잡음신호전력 $(I_0)$ 그리고 검색기가 찾아야 되는 검색구간이 주어졌을 때, 결정문턱값, 상관표본갯수, 에너지 적분횟수의 최적값을 구한다. 실수영역에서 구한 최적화값을 부호획득기에 적용하기 위하여 정수값으로 변환을 하기 때문에 준최적값을 사용한다. 준최적값은 부호동기획득기의 연산량을 줄인다. 단일누적시간 방식에서 최소부호획득시간을 최소화하는 운용변수인 N, L, $v_{th}$ 를 결정하는 방법을 제시하였다.
둘째는 이중적분시간을 적용한 직렬상관기와 병렬상관기의 첫번째 적분구간의 상관 표본갯수 $(N_1)$, 에너지적분횟수 $(L_1)$, 결정문턱값 $(v_{th1})$ 과 두번째 적분구간의 상관표본갯수 $(N_2)$, 에너지적분횟수 $(N_2)$, 결정문턱값 $(v_{th2})$ 의 평균동기획득시간을 최소화하는 값을 찾는 것을 제안하였다. 직렬상관기를 사용한 부호동기획득기에서 위의 6개 최적변수값을 결정하는 6개의 정규식을 이용하여 두개의 결정문턱값을 구하는 식과 수치적으로 4개의 식을 이용하여 최적화 값을 찾는 과정을 보였다. 병렬상관기는 이중적분시간의 첫번째 적분 시간의 상관표본갯수 $(N_1)$ 와 두번째 적분시간의 상관표본갯수 $(N_2)$ 는 평균동기획득시간을 최소화하는 값이 존재하지 않는다. 따라서 두개의 상관표본갯수를 주어지고 나머지 4개의 변수에 대한 평균동기획득시간을 최소화하는 최적값을 찾았다. 이중적분시간은 오검출확률을 줄이기 때문에 최소평균동기획득시간이 단일적분시간 방식에 비하여 직렬상관기와 병렬상관기 모두 더 작다.
셋째는 단일 및 이중누적시간 방식에서 구현된 하드웨어에 적용할 때 소모에너지를 최소화하는 운용변수를 결정하는 방식을 제시하였다. 최소 에너지소모를 만족하는 단일 누적시간 방식에 적용이 되는 상관표본갯수(N), 에너지적분횟수(L), 결정문턱값$(V_{th})$을 최적화하는 과정을 구하였다. 그리고 첫번째 적분구간의 상관표본갯수 $(N_1)$, 에너지적분횟수 $(L_1)$, 결정문턱값($v_{th1}$)과 두번째 적분구간의 상관표본갯수$(N_2)$, 에너지적분횟수 $(L_2)$, 결정 문턱값 ($v_{th2}$) 의 에너지 소모를 최소화하는 변수를 결정하는 방식을 제시하였다. 이 방식들은 실수에 최적화되었기 때문에 실제 적용을 위하여 정수형 변수값인 N, L 또는 $N_1$, $L_1$, $N_2$, $L_2$ 에 사용하기 위하여 정수화 변형과정을 거치기 때문에 준최적화값이다. 수치 해석 결과 에너지를 최소화하는 것은 거의 동기획득시간을 최소화하기 때문에 두 가지의 최적화를 거의 동시에 이룰 수 있다. 이 방식을 부호획득기에 적용할 경우 에너지소모를 최소화 하면서 동기획득시간을 줄일 수 있다.
넷째는 CDMA (Code Division Multiple Access)방식 2G와 3G 인 WCDAM (Wideband Code Division Multiple Access)와 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)방식 WLAN (Wireless Local Area Network)를 지원하는 재구성 부호획득기를 제안하였다. 단위블럭들을 선택한 표준에 맞게 재구성하여 부호동기획득기로 구성하고, 이 때 평균동기획득시간 또는 평균에너지소모를 최소화하는 변수를 재구성 부호획득기에 적용한다. 이러한 재구 성설계 기술은 단말기에서 요구하는 저전력 및 작은복잡도를 이룰 수 있게 하기 때문에 이러한 재구성 동기획득기를 무선모뎀 사용하면 보다 짧은 동기획득시간 및 적은 에너지 소모의 성능을 가진 단말기를 제공할 수 있다.