KR20100111628A

KR20100111628A - 그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치

Info

Publication number: KR20100111628A
Application number: KR1020100031660A
Authority: KR
Inventors: 오미경; 이형수; 김재환; 이철효; 오정열; 남홍순; 김재영
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2010-10-15
Also published as: KR101405457B1

Abstract

블록 코드 기반의 그룹 변조 방법을 이용하는 송신 장치는 그룹화부, 생성부 그리고 매핑부를 포함한다. 그룹화부는 데이터 비트열을 N 비트로 이루어지는 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하고, 생성부는 특정 개수로 그룹화한 결과를 통해 발생하는 펄스를 배치하는 조합에 각각 대응하는 코드워드들로 이루어진 코드워드 셋을 생성한다. 다음, 매핑부는 코드워드 셋 중에서 선택한 코드워드를 심볼을 구성하는 각각의 그룹에 블록 매핑한다.

Description

그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치{Method of block-coded group modulation, and transmitter using the same}

본 발명은 그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 블록 코드 기반의 그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-042-02, 과제명: WBAN In-body 시스템 및 On-body 시스템 개발].

최근 임펄스 무선 초광대역(Impulse Radio Ultrawideband: IR-UWB) 방식의 무선 기술은 저전력의 소모의 장점과 타 시스템에 간섭을 주지 않는다는 장점으로 인해, WBAN(Wireless Body Area Network)의 국제표준인 IEEE 802.15.6 On-body 통신의 물리계층의 유망한 후보기술로 크게 주목받고 있다.

WBAN On-Body 통신은 신체영역 3m 이내에서 약 10Kbps급에서 10Mbps급의 확장한 데이터 전송률을 가져야 한다. 임펄스를 이용하여 무선환경에서 신뢰성 있는 데이터 통신을 하기 위해서는 무선에서 발생할 수 있는 오류를 검출 및 정정하는 채널 코딩을 해야 한다. 그러나 채널 코딩은 데이터 처리율(throughput)을 감소시키는 문제점을 일으키므로, WBAN와 같은 무선 통신 네트워크에서 최대 10Mbps급 데이터 전송률을 가지는 송신단을 구축하기 힘들다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 데이터 통신 시, 데이터 처리율을 감소시키지 않고 에러를 정정할 수 있는 그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따른 그룹 변조 방법은 데이터를 변조하는 방법에 있어서, 입력되는 데이터 비트열을 N비트 단위의 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하는 단계; 상기 그룹화하여 생성한 심볼들을 특정 시퀀스로 각각 변환하는 단계; 및 상기 시퀀스들을 임의 개수의 신호 위치로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 그룹 변조 방법은, 데이터 비트열을 N 비트로 이루어지는 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하는 단계, 상기 특정 개수로 그룹화한 결과에 대응하며, 복수의 코드워드들로 이루어진 블록 코드워드 셋을 생성하는 단계; 상기 블록 코드워드 셋을 토대로 설정 개수의 후보 코드워드들을 선택하는 단계; 상기 선택된 후보 코드워드들을 재배열하여 최종 후보 코드워드 셋을 생성하는 단계; 상기 심볼을 구성하는 각각의 그룹을 상기 최종 후보 코드워드 셋의 재배열된 후보 코드워드들 중 하나로 블록 매핑하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 블록 코드 기반의 그룹 변조 방법을 이용하는 송신 장치는, 블록 코드 기반의 그룹 변조 방법을 이용하는 송신 장치에 있어서, 데이터 비트열을 N 비트로 이루어지는 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하는 그룹화부, 상기 특정 개수로 그룹화한 결과를 통해 발생하는 펄스를 배치하는 조합에 각각 대응하는 코드들로 이루어진 코드워드 셋을 생성하고, 상기 코드워드 셋 중에서 2^N개의 후보 코드워드들을 포함하는 최종 후보 코드워드 셋을 생성하는 생성부, 그리고, 상기 심볼을 구성하는 각각의 그룹을 상기 최종 후보 코드워드 셋의 코드워드 중 하나로 블록 매핑하는 매핑부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 블록 코드 기반의 그룹 변조 방법을 이용하는 송신 장치는 비트를 그룹화 하기전과 동일한 데이터 처리량을 가지면서 에러를 정정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 블록 코드 기반의 그룹 변조 방법은 수신 장치에서 송신 장치로부터 수신한 신호를 정확하게 복원할 가능성을 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 펄스 위치 변조 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 변조 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그룹 변조 방법에서 발생할 수 있는 코드워드 셋의 경우의 수를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 펄스 위치 변조 방법에서 비트를 매핑하기 위해 도 3에서 뽑아낸 코드워드 셋을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 변조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 변조 방법에서, 코드워드를 선택하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치를 나타내는 블록도 이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치에서 PPM 방법과 GPPM 방법 그리고 OOK 변조 방법의 성능비교를 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치 및 수신 장치에서 PPM 방법과 GPPM 방법의 성능 비교를 나타낸 도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

일반적으로 UWB(Ultrawideband) 시스템에서 가장 주요한 이슈는 기존의 무선 시스템에 비하여 얼마나 저전력/저복잡도로 시스템을 구성할 수 있냐는 것이다. UWB 신호를 코히런트(coherent) 방식으로 수신하게 되면 저전력/저복잡도를 실현할 수 없으므로, 비코히런트(Non-coherent) 변조 방식과 에너지 검출(energy detection) 기반의 비코히런트 수신 장치가 고려되고 있다.

UWB 신호를 사용하여 변조하는 방식 중에서 비코히런트 변조 방식중에서 가장 널리 쓰이는 것이 PPM(Pulse Position Modulation; 이하 "PPM"이라고 함) 변조 방식이다. 도 1은 일반적인 PPM 펄스 위치 변조 방법을 나타내는 도면이다.

도 1을 참고하면, PPM 방법은 하나의 심볼(T_s)을 두 개의 구간으로 나눈 다음, 앞의 구간에 펄스가 있으면 해당 심볼에 비트 0(Bit 0)을 매핑하고, 뒤의 구간에 펄스가 있으면 비트 1(Bit 1)을 매핑하는 방법이다.

일반적인 PPM 방법은 하나의 심볼 구간에 한 개의 비트가 매핑(Mapping)된다. 반면에, 하나의 심볼 구간을 복수 개의 구간으로 나누는 경우, 여러 개의 비트를 하나의 심볼 구간에서 전송할 수 있다. 예를 들어, 하나의 심볼 구간을 4개의 구간으로 나누는 경우, 2 비트(2Bit)를 전송 할 수 있다.

여기서는 심볼 구간을 2개의 구간으로 나누는 2-어레이 PPM을 사용하고 이것을 임펄스 UWB 신호에 적용하는 것을 예로 들어 설명을 하지만, 본 발명은 이러한 것에 한정되지는 않는다.

2-어레이 PPM에서, n번째 PPM 심볼 구간 동안에 전송되는 신호를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

[수학식1]

여기서

는 임의의 UWB 신호를 나타내며, T_s=2T_ppm은 한 심볼 구간을 의미한다. T_ppm은 PPM 구간의 점유 시간이며, 비트가 0 일 경우에는 펄스가 앞 프레임에 위치하며, 비트가 1일 경우에는 펄스가 뒷 프레임에 위치하게 된다.

그리고

는 n번째 정보 비트에 대한 펄스 위치를 위한 매핑 시퀀스(mapping sequence)이며, 이것은 시퀀스 셋(sequence set)인 C={c₀, c₀₁}에서 축출된다. 예를 들어 도 1과 같이 Bit '0'을 위한 매핑 시퀀스는 c₀=[1, 0] 이고, 비트 '1'은 c₁=[0, 1] 이다.

이와 같은 PPM 방식에서, 하나의 심볼 단위가 아니라 N개의 심볼을 하나의 단위로 그룹화하여 비트를 매핑하는 방법을 그룹 펄스 위치 변조(Group Pulse Position Modulation, 이하 "GPPM"이라고 함) 방법이라고 한다. GPPM 방법은 N 비트보다 더 많은 비트를 전송할 수 있는 전송률을 가지며, 동일한 시간 동안 전달할 수 있는 정보량을 PPM 방법에 비해 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 종래에는 3개의 심볼(3-symbol) 단위로 심볼들을 그룹화하는 경우에, 3개의 심볼 구간 동안 3 비트(3 Bit)를 전송하는 전송률을 가졌다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 펄스 위치 변조 방법을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그룹 펄스 위치 변조 방법에서 발생할 수 있는 코드워드 셋(Codeword Set)의 경우의 수를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 펄스 위치 변조 방법에서 비트를 매핑하기 위해 도 3에서 뽑아낸 코드워드 셋을 나타내는 도면이다.

GPPM 방법은 PPM 방법에서와 같이 하나의 심볼가 아니라, N 개의 심볼 단위로 복수의 심볼을 그룹화하는 방법이다.

도2는 N=3일때의 GPPM의 예를 나타낸 것으로, 3개의 심볼 단위로 복수의 심볼들을 그룹화하는 경우를 나타낸 것이다.

종래에는 3개의 심볼 구간 동안 3 비트를 전송하는데 반하여, 본 발명의 실시예에 따른 GPPM 방법에서 펄스를 배치하는 조합은 종래 방법에 따른 8가지 조합(000~111) 이외의 12가지 조합(Extra 12)이 더 존재한다.

즉, 20가지의 조합은 총 6개의 펄스 구간에 대해서 펄스 3개를 반드시 사용해야 할 때 발생할 수 있는 조합이다. 또한, 16가지 조합이 4비트를 나타내므로, 20가지 조합은 4비트 이상의 정보량을 3개의 심볼을 보내는 시간에 보낼 수 있다.

GPPM 방법에서 그룹화하는 개수를 N으로 일반화 하였을 때 발생할 수 있는 펄스를 배치하는 조합의 개수(P_N)는 수학식 2과 같이 구할 수 있다.

여기서, 2N의 펄스 구간에는 N개의 펄스가 반드시 있어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 GPPM 방법은 복수의 심볼을 하나의 단위로 하여복수개의 심볼들을 그룹화함으로써, 전송할 수 있는 정보량을 증가시킬 수 있다. 또한, GPPM 방법은 블록 코딩(Block coding)에 적용하여, 수신단의 성능을 높일 수 있다.

도2에 도시된 GPPM 방법은 6개의 펄스 구간에 대해서 3개의 펄스가 반드시 있어야 하는 조건으로, 20개의 조합이 나온 것이다. 이러한 조합을 길이가 6인 코드워드로 표현하면 도3과 같다. 즉, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 펄스 위치 변조 방법에서 발생할 수 있는 코드워드들로 이루어지는 코드워드 셋(Codeword Set)을 나타낸다.

코드워드 셋에 포함되는 20개의 조합 즉, 코드워드들 중에서, 3 비트를 매핑할 8개의 코드워드를 선택할 수 있다. 이 경우 에러 정정(error correction) 기능이 있는 코드워드를 선택할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 실시 예에서는 코드워드간 거리가 가능한 멀리 떨어져 있는 코드워드를 선택한다. 구체적으로 코드워드간 해밍 거리(Hamming Distance)의 최소값이 가장 큰 값이 되도록, 코드워드들 중에서 8개의 코드워드를 선택한다. 선택된 코드워드 8개는 도 4와 같다. 여기서, 해밍 거리는 두 개의 코드를 비트와 비트간에 XOR(exclusive or) 연산을 한 후의 1의 개수를 나타낸다.

이와 같이 GPPM 방법에서 코드워드 셋에 포함되는 코드워드들 중에서 일부를 선택하고, 선택된 코드워드들을 소정 비트에 매핑하는 방법을 블록 코딩 그룹 펄스 위치 변조(Block-coded Group PPM: 일명 BC-GPPM라고도 할 수 있음) 방법이라고 할 수 있다. 이를 일반화 시켜서 N 심볼을 그룹핑 하였을 때 k번째 그룹 심볼의 신호를 수식으로 표시하면 다음 수학식 3과 같다.

[수학식3]

여기서

는 길이가 2N이며 k번째 N-비트 그룹에 대한 매핑 시퀀스이며, 이것은 시퀀스 셋인

에서 축출된다. 여기서 시퀀스는 앞서 언급한 코드워드와 일맥 상통한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 BC-GPPM 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 BC-GPPM 방법에 따라, 첨부한 도 5에서와 같이, 먼저, 송신단에서 하나의 그룹심볼 구간을 여러 개로 나주고 N비트를 하나의 그룹심볼 구간에 전송하기 위하여, 이진 데이터를 N-비트 단위로 그룹핑하여 그룹심볼을 생성한다(S10).

그리고 N비트 단위로 그룹핑된 각 심볼을 특정 시퀀스로 변환한다. 예를 들어, 그룹핑된 각 심볼에 대하여 길이가 2N인 시퀀스 즉, 코드워드를 매핑한다(S20).

다음 시퀀스인 코드워드를 임의 개수의 신호로 위치로 변환한다. 즉, 매핑된 코드워드를 직렬화(Serialization)시키고(S30), 이를 토대로 UWB 신호를 T_PPM 간격 기준으로 온-오프(On-off) 시그널링시켜서 변조된 신호를 출력한다(S40). 만약 여기서 N=1이라면, 기존의 PPM과 동일하게 변조된 신호가 출력될 수 있다.

다음에는 N비트 단위로 그룹핑된 각 심볼을 특정 시퀀스로 변환하기 위하여, 그룹이 N개일 경우, N 비트를 매핑할 2^N개의 코드워드들로 이루어진 코드워드 셋을 선택하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BC-GPPM 방법에서, 코드워드 셋을 뽑아내는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BC-GPPM 방법을 이용하는 송신 장치는 외부로부터 전달받은 페이로드 데이터 비트열(Payload Data Bit Stream)을 N 비트씩 그룹화(grouping)하고(S601), 그룹화한 것을 통해 발생할 수 있는 펄스를 배치하는 조합에 따른 코드워드들로 이루어진 블록 코드워드 셋(Block Code Set)을 생성한다(S602). 여기서, 블록 코드워드 셋은 길이가 2N인 {0,1}로 이루어진 2N 벡터 공간(2N Bit Vector Space)의 형태를 가지며, 총 2^2N개의 코드워드들을 포함한다.

송신 장치는 블록 코드워드 셋에서, 1의 개수가 N개인 후보 코드워드만을 뽑아낸다(S603). 여기서, 뽑아낸 후보 코드워드의 개수는 위의 수학식2에 따른 조합의 개수 P_N이며, 설명의 편의를 위하여 P_N 개수의 후보 코드워드들을 포함하여, "후보 코드워드 셋"이라고 명명한다.

송신 장치는 P_N 개수의 후보 코드워드들로 이루어진 후보 코드워드 셋에서 임의의 코드워드를 선택한다(S604). 다음, 송신 장치는 후보 코드워드 셋 중에서 임의로 선택한 코드워드를 토대로 2^N 개의 코드워드를 추출한다. 구체적으로 후보 코드워드 셋에서, 선택된 코드워드로부터 dmin 이 최대가 되도록 하는 코드워드를 2^N개 추출한다(S605). 여기서 dmin은 서로 다른 코드들간 최소 해밍 거리를 일컫는다. 예를 들어, 조합의 개수 P_N 만큼의 후보 코드워드들 중에서, 2^N 개의 코드워드를 뽑아낼 때 무작위로 뽑는 것이 아니라, 오류 검출 또는 정정 능력을 줄 수 있도록 서로 다른 코드워드간 최소 해밍 거리가 최대가 되도록 2^N 개의 코드워드를 추출한다. 송신 장치는 추출한 2^N 개의 후보코드워드들을 인접한 코드워드 간의 해밍 거리가 최소가 되도록 재배열한다(S606). 이와 같이 재배열된 2^N 개의 후보코드워드들이 본 발명의 실시 예에 따른 BC-GPPM 방법에서, N비트를 매핑할 시퀀스 셋 즉, C={c₀, c₁,…, c_2N _-1}이다. 재배열된 2^N 개의 후보코드워드들을 포함하여 "최종 후보코드 셋" 또는 "시퀀스 셋" 이라고 명명할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 BC-GPPM 방법은 데이터 비트열을 N비트씩 그룹화한 것을 그레이 매핑(Gray Mapping)한 후, 상기 설명한 과정에 의해 재배열된 2^N 개의 후보코드워드들 중 하나의 코드워드에 각각 매핑한다. 이때, 그레이 매핑은 일반적인 무선 통신 시스템에서 행해지는 매핑 방법으로, 그룹간 또는 비트간의 변화를 최소화한다.

위의 실시 예에서는 N=3인 경우의 BC-GPPM 방법에 대해서 설명하였으며, 본발명의 실시 예 따른 BC-GPPM 방법에 따라 N=4, N=5, N=6의 각각의 경우에 생성되는 후보 코드워드 셋은 다음 표들과 같다.

N=4일 때의 후보 코드워드 셋

심볼 (십진수)	심볼 (이진수) b0,b1,b2,b3	코드워드 c0,c1,…,c7	심볼 (십진수)	심볼 (이진수) b0,b1,b2,b3	코드워드 c0,c1,…,c7
0	0000	00001111	8	1000	11110000
1	0001	00010111	9	1001	11001100
2	0010	00011011	10	1010	10101010
3	0011	00110011	11	1011	11000011
4	0100	01100110	12	1100	01101001
5	0101	01010101	13	1101	10011001
6	0110	01011010	14	1110	10100101
7	0111	00111100	15	1111	10010110

N=5일 때의 후보 코드워드 셋

심볼 (십진수)	심볼 (이진수) b0,b1..,b4	코드워드 c0,c1,…,c9	심볼 (십진수)	심볼 (이진수) b0,b1..,b4	코드워드 c0,c1,…,c9
0	00000	0000011111	16	10000	0000111110
1	00001	0000101111	17	10001	1100001101
2	00010	0000111101	18	10010	1100110010
3	00011	0010101101	19	10011	1110100001
4	00100	0011100011	20	10100	1000101011
5	00101	0100100111	21	10101	1011101000
6	00110	0001110101	22	10110	1011010010
7	00111	0000110111	23	10111	1001011100
8	01000	1101010001	24	11000	0011011001
9	01001	0101001011	25	11001	0110010011
10	01010	0011001110	26	11010	0110011100
11	01011	1110001010	27	11011	0101010110
12	01100	0001111010	28	11100	1001000111
13	01101	0000111011	29	11101	0111000101
14	01110	0101101100	30	11110	1010110100
15	01111	0100111001	31	11111	0111110000

N=6일 때의 후보 코드워드 셋

심볼 (십진수)	심볼 (이진수) b0,b1..,b5	코드워드 c0,c1,…,c11	심볼 (십진수)	심볼 (이진수) b0,b1..,b5	코드워드 c0,c1,…,c11
0	000000	000000111111	32	100000	100110001011
1	000001	000011011011	33	100001	100101011010
2	000010	000011101101	34	100010	100100101110
3	000011	000111000111	35	100011	100011101010
4	000100	001001010111	36	100100	100001001111
5	000101	011001110100	37	100101	100001111100
6	000110	000111111000	38	100110	100100010111
7	000111	000011110110	39	100111	100010011101
8	001000	000110011110	40	101000	011011000101
9	001001	000110110011	41	101001	011011101000
10	001010	001100011011	42	101010	011101000110
11	001011	101010010011	43	101011	011101011000
12	001100	011001001011	44	101100	100001110011
13	001101	000101101011	45	101101	011110110000
14	001110	110100011001	46	101110	011101100001
15	001111	000101011101	47	101111	011110000011
16	010000	010001011110	48	110000	010001100111
17	010001	010101101100	49	110001	110010100110
18	010010	001111010001	50	110010	010010101011
19	010011	001111100100	51	110011	010010010111
20	010100	001011011100	52	110100	010100001111
21	010101	001111001010	53	110101	010100110101
22	010110	001110101001	54	110110	010010111100
23	010111	001011100011	55	110111	010011110001
24	011000	011110001100	56	111000	011000011101
25	011001	001010001111	57	111001	011000110011
26	011010	001001111001	58	111010	010111100010
27	011011	001001101110	59	111011	011011010010
28	011100	001010111010	60	111100	010100111010
29	011101	001100110110	61	111101	010101010011
30	011110	001010110101	62	111110	010111010100
31	011111	101100100101	63	111111	010111001001

다음, 블록 코드 기반의 그룹 변조 방법을 이용하는 송신 장치 및 수신 장치를 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치를 나타내는 블록도 이다.

도 7을 참고하면, 송신 장치(100)는 그룹화부(110), 매핑부(120), 처리부(130) 및 통신부(140)를 포함하며, 수신 장치(200)는 검출부(210), 결정부(220), 디코딩부(230) 및 디매핑부(240)를 포함한다. 또한, 송신 장치(100)와 수신 장치(200)는 코드워드 셋을 생성하는 생성부(150)를 각각 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예 따른 생성부(150)는 송신 장치(100)와 수신 장치(200) 외부에 존재하는 하나의 구성으로 도시하였지만, 송신 장치(100)와 수신 장치(200)에 각각 포함되는 형태로 구현될 수도 있다.

송신 장치(100)에는 실제 정보가 들어있는 부분인, 페이로드 데이터 비트열(Payload Data Bit Stream)이 입력된다.

그룹화부(110)는 입력되는 페이로드 데이터 비트열을 N 비트씩 그룹화(grouping)하고, N 비트씩 그룹화한 결과를 그레이 매핑(Gray mapping)하여 심볼들을 생성한다.

생성부(150)는 2^2N개의 코드워드들을 포함하는 블록 코드워드 셋으로부터 N 비트씩 그룹화한 것을 통해 발생할 수 있는 펄스를 배치하는 조합 개수 P_N 에 대응하는 후보 코드워드들을 포함하는 후보 코드워드 셋을 생성한다. 생성부(150)는 후보 코드워드 셋으로부터 2^N 개의 후보 코드워드들을 선택하고 이들을 재배열하여 최종 후보 코드워드 셋을 생성한다. 이 경우 2^N 개의 후보 코드워드들을, 인접한 코드워드 간의 해밍 거리가 최소가 되도록 재배열하여 최종 후보 코드워드 셋을 생성한다.

매핑부(120)는 심볼을 구성하는 각각의 그룹을 최종 후보 코드워드 셋에 포함되는 코드워드들 중에서 하나의 코드워드로 블록 매핑하여, 해당 심볼을 특정 시퀀스로 변환한다.

이와 같이, 매핑부(120)는 오류 검출 또는 정정 능력을 포함할 수 있도록, 그룹화한 결과의 개수의 임의 배수로 확장된 길이를 갖는 시퀀스 집합인 최종 후보 코드워드 셋으로부터 코드워드 즉, 특정 시퀀스를 선택하고, 선택한 특정 시퀀스를 임의 개수의 신호 위치로 변환한다. 여기서, 시퀀스 집합은 임의의 정해진 신호 존재 가능 구간의 개수에서 실제 신호가 전송되는 구간의 개수에 의거하여 결정되는 시퀀스들을 원소로 하는 집합이다.

처리부(130)는 변환된 특정 시퀀스에 대응하는 펄스를 쉐이핑(Shaping)하여 신호를 생성한다. 통신부(140)는 처리부(130)에서 생성된 신호를 무선채널을 통해 수신 장치(200)로 전달한다

한편, 수신 장치(200)는 송신 장치(100) 로부터 무선으로 수신된 수신 신호로부터 페이로드 데이터 비트열을 복원한다.

구체적으로, 검출부(210)는 송신 장치(100)로부터 수신한 수신 신호가 포함하는 펄스 구간에서 펄스 에너지를 검출한다.

결정부(220)는 각 펄스 구간에서 검출된 펄스 에너지에 대한 비트 결정을 수행한다. 여기서, 결정을 내리는 방법은 제1 결정 방법인 경판정(Hard Decision)과 제2 결정방법인 연판정(Soft Decision)이 있다.

제1 결정 방법(Hard Decision)은 각 펄스 구간에서 얻어진 펄스 에너지 값이 임의의 경계치(Threshold)보다 높으면 1로 결정하고, 같거나 낮으면 0으로 결정한다. 또는, 한 그룹에서 얻어지는 2N개의 에너지 값을 구분(Sorting)하여 최대 N+1개까지는 1로, 나머지는 0으로 결정하는 방법이다. 즉, 제1 결정 방법은 하나의 그룹 내에서 펄스가 N개 있어야 한다는 조건을 이용한다.

제2 결정 방법(Soft Decision)은 펄스 에너지 값을 {0, 1}의 값으로 결정을 하지 않고, 유한한 비트로 양자화(quantization)하는 것이다.

펄스 에너지 검출에 따른 출력으로부터 제1결정 방법 또는 제2결정 방법에 따라 결정된 2N개의 결과를 z={z(0), z(1), …, z(2N-1)}라고 할 경우, 디코딩부(230)를 통하여 수신된 신호에 해당하는 코드워드가 무엇인지를 찾아낼 수 있다.

이미 송신단 즉, 송신 장치에서 시퀀스 셋 C={c₀, c₁,…, c_2N _-1}을 알고 있으며,이러한 시퀀스 셋에서 임의의 한 코드워드가 전송되었다는 정보를 알고 있으므로, 디코딩부(230)는 결정부(220)의 결과인 z 와 2^N 개의 후보 코드워드들간의 상관(Correlation)을 수행하여 상관값들을 획득한다. 그리고 획득된 상관값들 중에서 최대가 되는 상관값을 가지는 후보 코드워드를 전송된 코드워드로 선택한다. 선택된 코드워드는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식4]

여기서

는 j번째 코드워드의 i번째 이진 값을 의미한다. 따라서 c_j(i)=1 이면, 가중치(Weighting factor) 2c_j(i)-1= 1이 되고, 만약 c_j(i)= 0이면, 가중치 팩터 2c_j(i)-1=-1 이 된다. 이에 따라 가중치는 z의 신호 요소와 정렬이 되어, 실제 전송된 코드워드의 상관값이 최대가 되는 것이다.

이와 같이, 디코딩부(220)는 2N 개의 펄스 에너지 값을 길이가 2N인 최종 후보 코드워드 셋에 포함하는 모든 코드워드와 곱하고, 이 중에서 최대값이 나온 코드를 선택한다. 여기서, 펄스가 존재하는 부분을 나타내는 1은 양의 가중치인 가산점을 곱하고, 펄스가 존재하지 않는 부분을 나타내는 0은 음의 가중치인 감산점을 곱한다.

디매핑부(240)는 이러한 과정을 통하여 찾아진 코드워드를 이용하여 블럭디매핑(block demapping)을 수행하여 수신 신호로부터 전송된 비트열을 복원한다. 즉, 찾아진 코드워드를 이용하여 결정부(220)의 결과를 블록 디매핑하고 블록 디매핑한 결과를 그레이 디매핑(Gray Demapping)하여 페이로드 데이터 비트열을 복원한다.

다음, 송신 장치 및 수신 장치에서 PPM 방법과 GPPM 방법 그리고 OOK(On/Off Keying) 변조 방법의 성능비교를 도 8 및 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치에서 PPM 방법과 GPPM 방법 그리고 OOK 변조 방법의 성능비교를 나타내는 도면이다.

먼저, 종래의 PPM 방법과 블록 코드 기반의 GPPM 방법을 비교할 때 사용한 그룹화 개수는 6이다.

도 8을 참고하면, 블록 코드 기반의 GPPM 방법은 종래의 PPM 방법과 동일한 처리율(throughput)을 가지면서 BER 성능은 10^-4에서 2dB 향상된다.

종래의 채널 코딩 효과를 주기 위해서는 처리율이 저하되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 BC-GPPM 방법은 발생한 정보량 증가의 효과를 블록 코딩을 사용함으로써, 전체적으로 처리율 저하 없이 채널 코딩 이득을 줄 수 있다.

또한, PPM 방법과 GPPM 방법 그리고 OOK(On/Off Keying) 변조 방법을 비교하면, OOK 변조 방법의 성능이 종래의 PPM 방법과 블록 코드 기반의 GPPM 방법의 성능 보다 떨어지는 이유는 채널 코딩 효과가 없을 뿐만 아니라 결정 성능이 PPM 방법에 비해 저하되기 때문이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 BC-GPPM과 종래의 PPM의 PER (Packet Error Rate) 성능을 비교한 도이다. 여기서 사용한 N비트 단위의 그룹은 N=4,5,6이며, 시뮬레이션 환경은 패킷의 페이로드가 255 Byte일 때로 가정하였으며,AWGN 채널을 사용하였다.

첨부한 도 9를 토대로 하면, 위의 도 8과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 BC-GPPM 방법은 종래의 PPM과 동일한 처리율을 가지면서, 특히 6비트 단위의 그룹을 토대로 한 BC-GPPM의 PER 성능은 10^-1에서 2dB 이상 향상됨을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 BC-GPPM 방법은 N개의 심볼 단위로 복수의 심볼을 그룹화하는 경우, N개의 펄스가 반드시 있어야 하는 GPPM 방법이 아닌 경우에도 적용할 수 있다.

도 3에서는 3개의 심볼을 그룹화하는 경우, 3개의 펄스가 있어야 한다는 조건 하에서, 전체 코드워드 셋이 20개의 조합이 나왔다. 이때, 3개의 펄스가 있어야 한다는 조건을 없애게 되면, 전체 코드워드 셋은 2⁶(64)개의 조합으로 증가한다. 여기서, 3 비트를 매핑할 8개의 코드워드들인 후보 코드워드 셋을 선택하면 된다. 코드를 선택하는 방법은 도 6의 그룹 변조 방법에서 S503 단계 즉, 조합의 개수(P_N)의 후보 코드워드를 뽑아내는 과정을 생략한다. 펄스 개수 즉, 1의 개수를 제한하지 않으면 그룹화된 심볼 구간 동안에 펄스가 한 개도 없을 수 있으며, 또는 2N개의 펄스 구간 전체에 펄스가 위치할 수 있다

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

데이터를 변조하는 방법에 있어서,
입력되는 데이터 비트열을 N비트 단위의 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하는 단계;
상기 그룹화하여 생성한 심볼들을 특정 시퀀스로 각각 변환하는 단계; 및
상기 시퀀스들을 임의 개수의 신호 위치로 변환하는 단계
를 포함하는, 그룹 변조 방법.
제1항에 있어서
상기 시퀀스로 변환하는 각각 변환하는 단계는,
상기 그룹을 구성하는 데이터 비트들의 개수의 임의 배수로 확장된 길이를 가지는 시퀀스 집합으로부터 하나의 시퀀스를 상기 그룹화하여 생성한 심볼에 매핑하는, 그룹 변조 방법.
제2항에 있어서
상기 시퀀스 집합은, 임의의 정해진 신호 존재 가능 구간의 개수에서 실제 신호가 전송되는 구간의 개수를 토대로 생성되는, 그룹 변조 방법.
제1항에 있어서
상기 신호 위치로 변환하는 단계는 상기 시퀀스를 임의 개수의 신호 위치로 변환함에 있어서, 송신 전력이 인가된 신호 구간의 개수가 일정한 시간 구간 안에서 임의 개수로 제한되며, 일정 시간 구간 안에서 송신 전력이 인가된 시간 위치의 조합에는 제약이 없는, 그룹 변조 방법.
데이터 비트열을 N비트로 이루어지는 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하는 단계,
상기 특정 개수로 그룹화한 결과에 대응하며, 복수의 코드워드들로 이루어진 블록 코드워드 셋을 생성하는 단계;
상기 블록 코드워드 셋을 토대로 설정 개수의 후보 코드워드들을 선택하는 단계;
상기 선택된 후보 코드워드들을 재배열하여 최종 후보 코드워드 셋을 생성하는 단계;
상기 심볼을 구성하는 각각의 그룹을 상기 최종 후보 코드워드 셋의 재배열된 후보 코드워드들 중 하나로 블록 매핑하는 단계
를 포함하는 그룹 변조 방법.
제5항에 있어서,
상기 설정 개수는 2^N개인, 그룹 변조 방법
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 최종 후보 코드워드 셋을 생성하는 단계는,
상기 선택된 후보 코드워드들을, 인접한 후보 코드워드간의 해밍 거리가 최소가 되도록 재배열하는, 그룹 변조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 설정 개수의 후보 코드워드들을 선택하는 단계는,
상기 블록 코드워드 셋으로부터 상기 특정 개수로 그룹화한 결과를 통해 발생하는 펄스를 배치하는 조합에 각각 대응하는 후보 코드워드들로 이루어진 후보 코드워드 셋을 생성하는 단계; 및
상기 후보 코드워드 셋으로부터 설정 개수의 후보 코드워드들을 선택하는 단계
를 포함하는, 그룹 변조 방법.
제8항에 있어서,
상기 후보 코드워드들을 선택하는 단계는,
상기 후보 코드워드 셋으로부터 임의의 코드워드를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 코드워드로부터 선택한 임의의 코드로부터 해밍 거리가 최소인 값이, 최대가 되도록 하는 상기 적어도 두 개 이상의 후보 코드워드들을 추출하는 단계
를 포함하는, 그룹 변조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 심볼을 생성하는 단계는
상기 각 그룹들의 비트를 그레이 매핑하여 상기 심볼을 생성하는 그룹 변조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 블록 매핑하는 단계는
상기 심볼을 상기 최종 코드워드 셋의 후보 코드워드로 블록 매핑하여 특정 시퀀스로 변환하며, 상기 특정 시퀀스는 특정 개수로 그룹화된 데이터 비트열의 개수로 임의 배수로 확장된 길이를 갖는 시퀀스 집합으로부터 구성된 시퀀스인 것을 특징으로 하는 그룹 변조 방법.
블록 코드 기반의 그룹 변조 방법을 이용하는 송신 장치에 있어서,
데이터 비트열을 N비트로 이루어지는 그룹들로 그룹화하여 심볼을 생성하는 그룹화부,
상기 특정 개수로 그룹화한 결과를 통해 발생하는 펄스를 배치하는 조합에 각각 대응하는 코드들로 이루어진 코드워드 셋을 생성하고, 상기 코드워드 셋 중에서 2^N개의 후보 코드워드들을 포함하는 최종 후보 코드워드 셋을 생성하는 생성부, 그리고
상기 심볼을 구성하는 각각의 그룹을 상기 최종 후보 코드워드 셋의 코드워드 중 하나로 블록 매핑하는 매핑부
를 포함하는 송신 장치.
제12항에 있어서,
상기 그룹화부는
상기 각 그룹들의 비트를 그레이 매핑하여 상기 심볼을 생성하는 송신 장치.
제12항에 있어서,
상기 생성부는 상기 코드워드 셋 중에서 2^N개의 후보 코드워드들을 선택하고, 선택된 후보 코드워드들을, 인접한 후보 코드워드간의 해밍 거리가 최소가 되도록 재배열하여 상기 최종 후보 코드워드 셋을 생성하는, 송신 장치.
제14항에 있어서,
상기 생성부는
상기 코드워드 셋 중에서 임의의 코드워드를 선택하고, 선택한 코드워드로부터 해밍 거리가 최소인 값이 최대가 되도록 하는 코드워드들을 찾아서, 상기 2^N개의 후보 코드워드들을 선택하는,
송신 장치.
제12항에 있어서,
상기 매핑부는
상기 심볼을 상기 최종 코드워드 셋의 후보 코드워드로 블록 매핑하여 특정 시퀀스로 변환하며,
상기 특정 시퀀스는 그룹화한 데이터 비트들의 특정 개수의 배수로 확장된 길이를 갖는 시퀀스 집합으로부터 선택되는, 송신 장치.
제16항에 있어서,
상기 특정 시퀀스에 대응하는 펄스를 쉐이핑하여 신호를 생성하고, 생성된 신호를 무선 채널을 통해 외부로 전달하는 처리부
를 더 포함하는 송신 장치.