IMPROVED RECEIVER ALGORITHMS FOR INITIAL SIGNAL ACQUISITION AND PEAK MEASUREMENT = 초기 신호 획득 및 피크 측정을 위한 향상된 수신기 알고리즘

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this dissertation, I propose several techniques to improve receiver algorithms
used for signal acquisition and peak measurement. First, I propose a method to perform
signal acquisition, for direct-sequence spread spectrum signals. The proposed method
considers the cases where sampling frequency offsets are important, and achieves
(asymptotically) almost as fast speed as conventional algorithms. I verify the method
with simulations.
Second, I propose a method to estimate the location of a correlation peak. This
problem occurs frequently in DSSS systems designed for wireless positioning, such as
the GPS. By looking at the signal amplitudes around a peak, the proposed algorithm
calculates the sub-sample accurate location of the peak. I propose a polynomial-based
calibration method, so that the accurate peak position can be found easily after the
calibration phase. Assuming small and Gaussian noise, I present an optimal estimator.
I conducted an experiment, with software-defined radio devices, showing the method
works in realistic environment.
Third, I propose a method to simultaneously receive Wi-Fi beacon signals from
multiple channels. Beacon signals are transmitted every 0.1 s, and the receiver should
dwell on each channel for longer than 0.1 s, to receive the beacon signals. I present a
way to monitor multiple channels simultaneously, thus speeding up the scan process.
I hope the proposed methods and implementations are used for improved communication, ranging, and positioning

국문 초록 (Abstract)

본 학위 논문은 신호 획득 및 피크 측정을 위한 향상된 수신기 알고리즘을 제
안한다. 먼저, 직접 확산 스펙트럼 신호를 수신하기 위한 방법을 제안한다. 제안된
방법은 샘플링 주파수 오차가 유의미한 영향을 미치는 경우에도 동작하며, 전통적
알고리즘과 비슷한 속도를 낸다. 시뮬레이션으로 제안 방법을 검증하였다.
둘째로, 수신된 신호와 수신기에서 생성한 (알려진) 코드 사이의 상관관계를 구
할 때, 그 상관관계의 피크를 정확히 추정하는 방법을 제안하였다. 피크 근처 신호의
세기를 이용하여, 제안 기법은 샘플 단위보다 높은 해상도를 갖게 된다. 보다 일반
적인 경우에 대해서는 캘리브레이션 기법을 제안한다. 피크의 정확한 위치를 알고
있는 경우에 대해 캘리브레이션을 수행하고, 온라인 단계에서는 캘리브레이션된
다항식을 이용해 피크의 위치를 추정한다. 이 방법을 통해 장비별, 필터별로 다시
이론을 전개할 필요 없이 간단한 실험 몇 번으로 피크의 위치를 정확히 추정하는
것이 가능하다. 잡음의 크기가 작고 정규 분포를 따른다는 가정 하에 최적의 추정
방식을 제안하였다. 소프트웨어 정의 라디오 장비를 이용하여 현실적인 환경에서
제안 기법이 잘 작동함을 확인하였다.
마지막으로, 여러 채널의 와이파이 비콘 신호를 동시에 수신하는 기법을 제안하
였다. 비콘 신호는 일반적으로 0.1 초에 한 번씩 전송되며, 주위 AP 리스트를 얻고자
하는 수신기는 각 채널에 0.1 초 이상씩 머물며 비콘 신호를 수신한다. 이러한 스캔
과정을 가속하기 위하여 여러 채널의 신호를 동시에 모니터링하는 기법을 제안하
였다.
본 학위 논문에서 제안된 알고리즘들이 향상된 통신, 거리 추정, 측위에 활용될
수 있기를 바란다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Contents ii
• List of Tables iv
• List of Figures v
• 1 Introduction 1
• 2 Fast Acquisition Method for DSSS in the Presence of Sampling Frequency
• Offset 5
• 2.1 Introduction 5
• 2.2 Conventional Methods 7
• 2.2.1 Parallel code phase search 7
• 2.2.2 Noncoherent integration 12
• 2.3 Proposed Method 13
• 2.3.1 Signal model 13
• 2.3.2 Proposed method 16
• 2.4 Simulation Results 19
• 2.5 Extension to UWB 24
• 2.6 Extension to OFDM 25
• 2.7 Conclusion 25
• ii3 Measurement of Location of Correlation Peak with Sub-Sample Accuracy 26
• 3.1 Introduction 26
• 3.2 Problem Statement 27
• 3.2.1 Problem Statement 27
• 3.2.2 Definition of the Correlation Function 30
• 3.3 Conventional Methods 33
• 3.3.1 Maximum Likelihood Method 33
• 3.3.2 Conventional Algorithms with Unknown Correlation Function 35
• 3.3.3 Bias Calibration 38
• 3.4 Proposed Method 39
• 3.4.1 Derivation of Proposed Method 39
• 3.4.2 Complex-Valued Noise Case 44
• 3.4.3 Unknown True α Case 48
• 3.5 Experimental Results 49
• 3.6 Conclusion 55
• 4 Fast Wi-Fi Beacon Signal Scan via Simultaneous Monitoring of Multiple
• Channels 58
• 4.1 Introduction 58
• 4.2 Receiver Implementation 62
• 4.2.1 Fast calculation of cross-correlation 62
• 4.2.2 Acquisition step 66
• 4.2.3 Data demodulation step 68
• 4.3 Proposed Method 70
• 4.4 Verifications 72
• 4.5 Conclusion 74
• 5 Conclusion 75
• Abstract (In Korean) 84