KR100186290B1 - Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method - Google Patents

Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method Download PDF

Info

Publication number
KR100186290B1
KR100186290B1 KR1019950035857A KR19950035857A KR100186290B1 KR 100186290 B1 KR100186290 B1 KR 100186290B1 KR 1019950035857 A KR1019950035857 A KR 1019950035857A KR 19950035857 A KR19950035857 A KR 19950035857A KR 100186290 B1 KR100186290 B1 KR 100186290B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
phase
axis
error
psk
Prior art date
Application number
KR1019950035857A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR970025189A (en
Inventor
이진수
문상재
Original Assignee
이진수
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이진수 filed Critical 이진수
Priority to KR1019950035857A priority Critical patent/KR100186290B1/en
Publication of KR970025189A publication Critical patent/KR970025189A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100186290B1 publication Critical patent/KR100186290B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/22Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using redundant apparatus to increase reliability

Abstract

본 발명은 종래의 방식에 비하여 보다 우수한 위상오류 보상특성을 가진 새로운 방식의 위상편이 변복조방법에 관한 것이다. PC-PSK는 전송시의 페이딩, 상호간섭 및 수신증폭기의 비선형성 등으로 발생된 위상오류가 서로 상쇄되도록 수신신호의 후반부를 반전시켜 합성한다.The present invention relates to a novel method of phase shift modulation and demodulation having better phase error compensation characteristics than the conventional method. The PC-PSK inverts and synthesizes the second half of the received signal so that phase errors caused by fading during transmission, mutual interference, and non-linearity of the receiving amplifier cancel each other out.

수신 신호전력은 보상되는 오류위상이 클수록 작아지며 송신시 후반부 신호의 반전으로 인하여 대역폭이 커진다. 대역폭을 줄이기 위해서는 PC-PSK를 다상화해야 한다. PC-PSK가 다상화되면 결정영역이 좁아져서 비교적 낮은 Eb/No영역에서는 신호전력이 미소하여 위상보상의 효과가 약화되고 백색잡음에 의한 영향을 많이 받는다. 반면에 비교적 높은 Eb/No영역에서는 위상오류 혹은 페이딩 등으로 인한 비트오율의 정체현상이 감소되고 성능이 많이 향상되었다.The received signal power is smaller as the error phase to be compensated for is larger and the bandwidth is increased due to the inversion of the latter signal during transmission. To reduce bandwidth, PC-PSK must be polyphased. When the PC-PSK is polyphased, the crystal region is narrowed, so the signal power is small in the relatively low E b / N o region, thereby weakening the effect of phase compensation and being affected by white noise. On the other hand, in the relatively high E b / N o region, the congestion of bit error rate due to phase error or fading is reduced and the performance is greatly improved.

Description

위상보상형 위상편이 변복조방법Phase compensated phase shift demodulation method

제1도는 본 발명에 의한 PC-PSK 변조기의 블럭도1 is a block diagram of a PC-PSK modulator according to the present invention.

제2도는 Gray 부호화된 PC-QPSK의 신호벡터 공간도를 도시한 도면2 is a diagram showing a signal vector spatial diagram of a gray-coded PC-QPSK.

제3도는 본 발명에 의한 PC-QPSK 변조방법에 따른 입력신호, I(t) 및 Q(t)의 신호파형도3 is a signal waveform diagram of an input signal, I (t) and Q (t) according to the PC-QPSK modulation method according to the present invention.

제4도는 본 발명에 의한 PC-PSK 변조방법을 설명하기 위한 도면4 is a diagram for explaining a PC-PSK modulation method according to the present invention.

제5도는 본 발명에 의한 PC-PSK 복조기의 블럭도5 is a block diagram of a PC-PSK demodulator according to the present invention.

제6도는 본 발명에 의한 PC-PSK 복조방법을 설명하기 위한 도면6 is a diagram for explaining a PC-PSK demodulation method according to the present invention.

제7도는 AWGN채널에서 QPSK와 PC-16PSK의 비트오율을 비교하기 위한 그래프7 is a graph for comparing bit error rates of QPSK and PC-16PSK in AWGN channel.

제8도는 완동 페이딩 라이시안채널에서 QPSK와 PC-16PSK의 비트오율을비교하기 위한 그래프8 is a graph for comparing the bit error rates of QPSK and PC-16PSK in slow fading Rician channels.

제9도는 시변 라이시안채널에서 QPSK와 PC-16PSK의 비트오율을 비교하기 위한 그래프9 is a graph for comparing bit error rates of QPSK and PC-16PSK in a time-varying Rician channel.

본 발명은 디지탈 위상변복조방법에 관한 것으로, 특히 종래의 방식에 비하여 보다 우수한 위상오류 보상특성을 가진 새로운 방식의 위상편이 변복조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital phase modulation demodulation method, and more particularly, to a phase shift modulation and demodulation method of a new method having better phase error compensation characteristics than the conventional method.

위상편이 변조방식(Phase Shift Keying; PSK)은 디지탈정보에 의하여 반송파의 위상이 변조되는 것으로 위상동기 검파가 비교적 용이한 통신에 널리 사용된다. 그러나 이동통신 환경에서는 송수신 안테나의 움직임과 다중경로에 의한 페이딩과 수신기 국부발진기의 불안정성 및 증폭기의 비선형성 등으로 인한 오류가 심하게 발생되어 동기검파의 성능이 저하된다.Phase Shift Keying (PSK) is a carrier modulated phase modulated by digital information, and is widely used for relatively easy phase synchronization detection. However, in the mobile communication environment, errors occur due to the movement of the transmit / receive antenna, fading due to multipath, instability of the receiver local oscillator, and nonlinearity of the amplifier.

잡음이 심한 통신환경에서 PSK의 동기검파 성능을 개선시키기 위하여 채널 오류정정부호의 도입, 다이버스티 송수신방법의 적용 혹은 이중 위상편이 변조방식(Double Shift Keying; DSK) 등이 연구되었다. 채널 오류정정부호의 도입은 블럭 혹은 길쌈부호와 같은 오류정정부호를 사용하며 잉여비트를 첨가하여 오류비트를 정정한다. 다이버스티 송수신방법은 1927년부터 사용해 온 비교적 고전적인 방식으로서 독립된 여러 전송로를 경유한 수신신호들에 대하여 수신전계 강도의 저하확률을 감소시켜 페이딩 왜곡을 억압하는 기술이다. 이 방법에는 전송경로의 선택에 따라 공간 다이버스티,편파 다이버스티, 시간 다이버스티 및 주파수 다이버스티 등이 있다.In order to improve the synchronous detection performance of PSK in noisy communication environment, channel error correction code, diversity transmit / receive method, or double phase shift keying (DSK) have been studied. The introduction of the channel error correcting code uses an error correcting code such as a block or convolutional code and adds a redundant bit to correct the error bit. The diversity transmission / reception method has been used since 1927, and is a technique that suppresses fading distortion by reducing the probability of a drop in reception field strength for received signals via several independent transmission paths. This method includes spatial diversity, polarization diversity, temporal diversity, and frequency diversity depending on the transmission path selection.

최근에 개발된 다중경로의 특성을 극복하는 변복조방식으로는 DSK, MC-PSK(Manchester-coded PSK), 그리고 PSK-VP(Phase Shift Keying with Varied Phase) 등이 있다. 그 중 대표적으로 DSK는 일본 경도대학의 S.Ariyavisitakul, S.Yoshida, F.Ikegami, T.Takeuchi 등에 의해 제안된 방식으로, 다중파 극복을 위한 변조방식이다. 이 방식은 다중경로에 의한 부호간의 눈모양도(eye pattern)의 닫힘현상이 1비트 구간 전체에 미치지 않도록 하는 것으로서 데이타의 1과 0의 2원정보에 대해±90도의 위상편이를 2회 행하는 것이다. 2중±90도 위상편이를 함으로써 크기가 같고 위상이 180도 차이가 생기는 최악의 다중파 영향에도 차동검파기의 지연소자에 대한 영향을 감소시킨다. 이 방법은 주로 DBPSK의 차동검파 수신기에서 사용 가능하며,다중경로에 의한 부호간 간섭(ISI)의 영향을 1비트 구간 내에서 보완적으로 상쇄시키어 간섭을 최소화한다. MC-PSK와 PSK-VP는 DSK의 원리를 응용한 방식으로서 DSK보다 다중파 극복의 범위를 넓히는 특성을 갖는다.Modulation and demodulation methods that overcome the characteristics of recently developed multipath include DSK, MC-PSK (Manchester-coded PSK), and Phase Shift Keying with Varied Phase (PSK-VP). Among them, DSK is a method proposed by S.Ariyavisitakul, S.Yoshida, F.Ikegami, T.Takeuchi, etc. of Japan University of Japan, and is a modulation method for overcoming multiple waves. This method prevents the closing of the eye pattern between codes by multipath to the entire 1-bit interval, and performs a phase shift of ± 90 degrees twice for binary information of 1 and 0 of data. . The double ± 90 degree phase shift reduces the differential detector's effect on the delay element, even with the worst multi-wave effects of equal magnitude and 180 degrees out of phase. This method is mainly used in DBPSK's differential detection receiver, and minimizes the interference by complementarily canceling the influence of inter-signal interference (ISI) due to multipath within 1 bit interval. MC-PSK and PSK-VP apply the principle of DSK and have the characteristics of widening the multiple wave overcoming than DSK.

아날로그 오류위상 보상방식으로는 PAL(Phase Alternation by Line) TV방식이 있다. PAL TV방식은 1962년 독일 텔레푼겐(telefunken)사의 W.Bruch가 개발한 것으로 NTSC(National Television System Committee) TV방식 및 SECAM(Sequencial Couleur A Memoire) TV방식 등의 다른 방식에 비하여 다중경로, 전파의 열악한 전파환경 및 송수신기 회로소자의 위상왜곡 등으로 인한 수상기 색상(tint)의 왜곡을 탁월하게 보상하는 견실성을 갖고 있다. PAL TV방식에서 컬러신호의 색상은 위상변조되며 색도는 진폭변조된다. 이 컬러신호는 디지탈통신의 진폭위상변조(QAM) 신호좌표와 아주 유사한 신호공간으로 표시된다. 또한 PAL TV방식은 인접한 주사선의 색상정보는 거의 같다고 가정하며 홀수 및 짝수 주사선의 색상정보를 동상신호는 그대로 두고 직교성분의 신호만 순차적으로 반전하여 전송한다. 수상기에서는 홀수 및 짝수 주사선의 색상정보를 순차적으로 재반전하여 평균화한 후 화면에 나타낸다.이렇게 함으로써 채널에서 발생된 색상왜곡은 제거되고 원래의 색상을 찾는다.Analog error phase compensation includes PAL (Phase Alternation by Line) TV. PAL TV system was developed by W.Bruch of Telefunken Co., Ltd. in 1962. Compared to other methods such as NTSC (National Television System Committee) and SECAM (Sequencial Couleur A Memoire) TV, It has excellent robustness in compensating for distortion of receiver tints due to poor propagation environment and phase distortion of transceiver circuitry. In the PAL TV system, the color of the color signal is phase-modulated and the chromaticity is amplitude-modulated. This color signal is represented in a signal space that is very similar to the amplitude phase modulation (QAM) signal coordinates of digital communications. In addition, the PAL TV method assumes that the color information of adjacent scan lines is almost the same. The color information of odd and even scan lines is inverted and transmitted only with signals of orthogonal components. In the receiver, color information of odd and even scan lines is sequentially inverted and averaged and displayed on the screen. By doing this, color distortion generated in the channel is removed and the original color is found.

본 발명의 목적은 PAL TV의 우수한 색상왜곡 보상원리를 근거로하여 디지탈통신에서 발생되는 오류현상을 보상하기 위한 새로운 위상보상형 PSK(Phase-Compensated PSK; 이하에서 PC-PSK라 함) 변복조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a new phase-compensated PSK modulation / demodulation method for compensating for errors occurring in digital communication based on the excellent color distortion compensation principle of PAL TV. To provide.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 위상편이변조방법은, m개의 2진데이타로 구성되어 소정의 정보심볼구간을 가진 입력2진신호를 미리 정해진 위상상태 중 하나의 위상을 가진 출력파형으로 변화시키기 위한 디지탈 위상편이변조방법에 있어서, 상기 입력2진신호의 정보심볼구간을 두 부분으로 분리하는 제1과정; 정보심볼구간에서 동상반송파신호에 의해 변조될 1축신호 및 직교반송파신호에 의해 변조될 Q축신호를 발생함에 있어서, 정보심볼구간의 전반부에서 상기 입력2진신호에 따른 위상벡터에 의하여 I축신호 및 Q축신호를 발생하고, 정보심볼구간의 후반부에서 상기 입력2진신호에 따른 위상벡터를 I축에 대하여 반전한 위상벡터에 의하여 I축신호 및 Q축신호를 발생하는 제2과정을 포함함을 특징으로 한다.The phase shift modulation method according to the present invention for achieving the above object is composed of m binary data to convert an input binary signal having a predetermined information symbol interval into an output waveform having one phase of a predetermined phase state. A digital phase shift modulation method for changing, comprising: a first step of dividing an information symbol section of an input binary signal into two parts; In generating the 1-axis signal to be modulated by the in-phase carrier signal and the Q-axis signal to be modulated by the orthogonal carrier signal in the information symbol section, the I-axis signal by the phase vector according to the input binary signal in the first half of the information symbol section. And a second step of generating a Q-axis signal and generating an I-axis signal and a Q-axis signal by a phase vector in which the phase vector of the input binary signal is inverted with respect to the I-axis in the second half of the information symbol section. It is characterized by.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 위상편이복조방법은, m개의 2진데이타로 구성되어 소정의 정보심볼구간을 가진 입력2진신호가 소정의 변조방식에 의하여 위상편이변조되어 전송된 변조신호를 원래의 신호로 복원하기 위한 디지탈 위상편이복조방법에 있어서, 상기 전송된 변조신호로부터 재생반송파신호를 복구하여 동상반송파신호 및 직교반송파신호를 발생하는 과정; 정보심볼구간의 전반부에서 상기 동상반송파신호에 의해 검파된 제1 I축신호 및 상기 직교반송파신호에 의해 검파된 제1 Q축신호를 발생하는 과정; 정보심볼구간의 후반부에서 상기 동상반송파신호에 의해 검파된 제2 I축신호 및 상기 직교반송파신호에 의해 검파된 제2 Q축신호를 발생하는 과정; 상기 제1 I축신호성분과 상기 제2 I축신호성분을 서로 합하여 I축검파신호를 생성하고, 상기 제1 Q축신호성분에서 상기 제2 Q신호성분을 감하여 Q축검파신호를 생성하여, 상기 I축검파신호 및 상기 Q축검파신호를 서로 합성하는 과정; 및 상기 합성된 신호벡터에 의하여 상기 전송된 변조신호에 대한 복조신호를 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.The phase shift demodulation method according to the present invention for achieving the above object is a modulation consisting of m binary data, the input binary signal having a predetermined information symbol interval is a phase shift modulated and transmitted by a predetermined modulation method A digital phase shift demodulation method for restoring a signal to an original signal, the method comprising: recovering a reproduction carrier signal from the transmitted modulation signal to generate an in-phase carrier signal and a quadrature carrier signal; Generating a first I-axis signal detected by the in-phase carrier signal and a first Q-axis signal detected by the quadrature carrier signal in the first half of an information symbol section; Generating a second I-axis signal detected by the in-phase carrier signal and a second Q-axis signal detected by the quadrature carrier signal in a second half of an information symbol section; Generating an I-axis detection signal by adding the first I-axis signal component and the second I-axis signal component, and subtracting the second Q signal component from the first Q-axis signal component to generate a Q-axis detection signal, Synthesizing the I-axis detection signal and the Q-axis detection signal with each other; And generating a demodulated signal for the transmitted modulated signal by the synthesized signal vector.

이하에서, 먼저 종래의 PSK변복조방법에 의하여 발생되는 오류위상에 대하여 살펴본 다음, 본 발명에 의한 PC-PSK변복조 방법에 대하여 설명하고, 마지막으로 본 발명에 의한 방법이 종래의 방법에 비하여 우수한 위상오류 보상특성이 있음을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the error phase generated by the conventional PSK modulation and demodulation method will be described first. Next, the PC-PSK modulation and modulation method according to the present invention will be described. Finally, the method according to the present invention is superior to the conventional method. The compensation characteristics will be described in detail.

일반적으로 이동통신에 사용되는 수신기 안테나의 높이는 주위의 구조물 높이보다 훨씬 낮기 때문에 수신 전파는 반사, 회절 및 산란 등에 의하여 여러 경로를 거쳐 도달되어 폐이딩현상이 발생한다. 또한 송수신기의 비교적 빠른 이동에 따라 시변 페이딩이 나타난다. 불규칙한 위상 변동에 의하여 동기검파 성능이 저하되고, 진폭변동에 의하여 수신신호의 신호대 잡음비가 격감하는 경우 연집오류가 발생한다. 또한 위상변동이 심하면 검파출력 신호벡터가 오류결정영역으로 넘어가 신호대 잡음 전력비가 증가되어도 오율특성이 개선되지 않는 오율정체현상이 발생한다. 그리고 디지탈신호의 전송속도가 높을수록 단위정보시간당 비트구간이 짧아져서 다중지연파 신호들이 중첩되어 신호의 퍼짐이 커진다. 이 퍼짐이 비트 전송시간에 비하여 무시할 수 없을 때는 심볼간의 간섭이 발생한다.In general, since the height of the receiver antenna used in mobile communication is much lower than the height of the surrounding structure, the received radio waves are reached through various paths due to reflection, diffraction, and scattering, and thus a closed edging phenomenon occurs. In addition, time-varying fading occurs as the transceiver moves relatively quickly. Synchronization detection performance is degraded by an irregular phase variation, and a sampling error occurs when the signal-to-noise ratio of a received signal is reduced by an amplitude variation. In addition, if the phase shift is severe, the detection output signal vector goes to the error-determining region, and even if the signal-to-noise power ratio is increased, error rate stagnation does not improve. The higher the transmission speed of the digital signal, the shorter the bit section per unit information time, so that the multiple delayed signals overlap and the signal spreads. Interference between symbols occurs when this spread cannot be ignored compared to the bit transmission time.

간섭에는 동일 주파수대역을 사용함에 따라 발생하는 동일채널간섭(cochannel interference, CCI), 인접 주파수대역의 사용이 중첩되어 발생하는 인접채널간섭 (adjacent interference, AC1), 그리고 재밍(jamming) 등이 있다. 이 가운데 사용 주파수대역의 중첩에 의한 동일채널간섭의 영향이 가장 크다. 이러한 간섭 및 동일채널의 혼신은 결과적으로 수신신호의 위상오류를 초래한다.The interference includes cochannel interference (CCI) generated by using the same frequency band, adjacent channel interference (AC1) caused by overlapping use of adjacent frequency bands, and jamming. Among them, the effect of co-channel interference due to the overlap of frequency bands is the biggest. Such interference and interference of the same channel result in phase error of the received signal.

디지탈 통신계통은 전송로 뿐만 아니라 송수신기 내부에서도 위상오류가 발생될 수 있다. 예를 들면, 초고주파(UHF)에 사용되는 진행파관을 비롯한 대부분의 전력증폭기는 입력의 진폭에 따라서 출력의 위상이 변화하는 현상, 즉 진폭 위상변환(AM/PM)이 나타난다. 이 현상은 증폭기의 종류에 따라 다소 다르지만 전력효율을 올리기 위하여 C급 증폭기의 비직선부분을 사용하는 경우에는 크게 증가한다.In digital communication systems, phase errors can occur not only in transmission lines but also in transceivers. For example, most power amplifiers, including traveling waveguides used for ultra high frequency (UHF), exhibit a phenomenon in which the output phase changes according to the amplitude of the input, that is, an amplitude phase shift (AM / PM). This phenomenon is somewhat different depending on the type of amplifier, but increases greatly when the non-linear part of the class C amplifier is used to increase power efficiency.

지금까지 열거한 PSK의 오류위상 요인들은 합성되어 통합적으로 수신신호에 나타난다. 이러한 오류위상 ψc(t), 가산성 백색잡음 n(t)를 고려한 종래의 PSK 수신신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The error phase factors of PSK listed so far are synthesized and integrated into the received signal. The conventional PSK received signal considering the error phase ψ c (t) and the additive white noise n (t) can be expressed as follows.

여기서, Es는 심볼에너지, Ts는 심볼구간, ωc는 반송파의 각주파수, ψK(t)는 변조위상, n(t)는 평균이 0이고 양측대파 전력밀도가 N0/2[W/Hz]인 잡음이다.Here, E s is symbol energy, T s is symbol duration, ω c is the angular frequency, ψ K (t) is the modulation phase, n (t) is zero mean and both sides onions power density of carriers N 0/2 [ W / Hz] is noise.

동기검파기의 반송파 재생기에서 동상성분과 직교성분을 검파하기 위한 재생반송파신호를 Uc(t)와 Us(t)라고 하면 다음과 같이 표시할 수 있다.If the reproduction carrier signals for detecting in-phase and quadrature components in the carrier generator of the synchronous detector are U c (t) and U s (t), they can be expressed as follows.

여기저, ψp(t)는 재생반송파의 위상이고, 재생반송파의 에너지를 정규화한다. 즉,Here, ψ p (t) is the phase of the reproduction carrier and normalizes the energy of the reproduction carrier. In other words,

동기검파수신기는 수신신호 R(t)와 재생반송파신호 Uc(t)와 Us(t)를 각각 곱하여 Ts구간 동안 적분한 값인 동상신호 성분 ^I와 직교신호 성분 ^Q를 검파출력한다. 만일 재생반송파의 위상이 ψc(t)와 같다면, 즉 ψc(t)=ψp(t) 이면 검파된 신호는 다음의 식과 같다.The synchronous detector receiver multiplies the received signal R (t) by the reproduction carrier signal U c (t) and U s (t), respectively, and detects and outputs the in-phase signal component ^ I and the quadrature signal component ^ Q, which are integrals during the T s period. . If the phase of the reproduction carrier is equal to ψ c (t), that is, ψ c (t) = ψ p (t), the detected signal is given by the following equation.

여기서, MPSK에서의 변조위상을 다음과 같다고 할 수 있다.Here, it can be said that the modulation phase in MPSK is as follows.

잡음성분 nI와 nQ는 상호간 그리고 신호성분과도 독립이며 핑균이 0이고 분산이 N0/2인 가우스 랜덤변수이다. 위상오류 ψ가 0이 되면 백색가우스 잡음의 영향만 받는다. 그러나 실제 통신환경에서는 페이딩, 혼신, ISI 및 잡음 등으로 인하여 수신된 위상 ψc(t)는 0도와 360도 사이로 불규칙하게 변화한다. 따라서 위상동기가 불안정한 채널에서는 ψc(t)≠ψp(t)가 되어 오류위상은 다음 식과 같이 발생한다.And a noise component n I n and Q are mutually independent and the signal component is also a pinggyun zero and variance N 0/2 of a Gaussian random variable. If the phase error ψ is zero, only white Gaussian noise is affected. However, in a real communication environment, the received phase ψ c (t) varies randomly between 0 degrees and 360 degrees due to fading, interference, ISI and noise. Therefore, in a channel whose phase synchronization is unstable, ψ c (t) ≠ ψ p (t), and an error phase occurs as follows.

이때 검파된 신호는 다음과 같다.The detected signal is as follows.

즉, 종래의 PSK에서의 오류위상은 ψ=ψc(t)-ψp(t)로 표시되며, 검파된 신호는 식(8)과 (9)에서와 같이 직교성분신호 및 동상성분신호에 영향을 주어 성능을 저하시킨다.That is, the error phase of the conventional PSK is represented by ψ = ψ c (t) -ψ p (t), and the detected signal is applied to the quadrature signal and the in-phase signal as shown in equations (8) and (9). Affects performance.

다음으로, 이하에서는 본 발명에 의한 위상보상형 PSK변복조방법에 대하여 설명한다.Next, a description will be given of a phase compensation PSK modulation and demodulation method according to the present invention.

위상보상형 PSK(PC-PSK)는 채널상에서 위상오류가 발생한 경우 채널오류정정부호를 사용하지 아니하고 이를 정확하게 보상하는 변복조방식이다.Phase-compensated PSK (PC-PSK) is a modulation / demodulation method that accurately compensates for a phase error on a channel without using a channel error correction code.

PC-PSK는 한 정보 심볼주기의 중심점을 기준으로 서로 상반되는 부호를 가진 디지탈신호를 만들어 순차적으로 전송하며, 수신측은 이를 벡타합성하여 보상한다. 동일한 전송속도를 비교하였을 때 PC-QPSK의 대역폭은 종래의 QPSK의 2배이다. 이러한 주파수특성의 단점을 개선하기 위해서 M-ary PC-PSK의 변복조방식을 고려한다. 16-ary PC-PSK의 대역폭은 QPSK의 대역폭과 같다.The PC-PSK generates digital signals having codes opposite to each other based on the center point of one information symbol period and transmits them sequentially, and the receiving side compensates by performing vector synthesis. Comparing the same transmission rate, the bandwidth of PC-QPSK is twice that of conventional QPSK. In order to improve the shortcomings of the frequency characteristics, we consider the modulation and demodulation method of M-ary PC-PSK. The bandwidth of 16-ary PC-PSK is equal to the bandwidth of QPSK.

Gray화된 M-ary PC-PSK(PC-MPSK) 신호의 수식은 다음과 같다.The formula of the grayed M-ary PC-PSK (PC-MPSK) signal is as follows.

여기서, A와 ωc는 각각 반송파의 진폭과 주파수이고, ψk(t)는 m개의 2진비트로 구성된 M(=2m) 정보심볼들에 사상(mapping)되는 변조위상이다. Ts는 정보심볼주기이고, 2진비트의 주기가 Tb이면 Ts=mTb이다.Here, A and ω c are the amplitude and frequency of the carrier, respectively, and ψ k (t) is the modulation phase mapped to M (= 2 m ) information symbols composed of m binary bits. T s is the information symbol period, and if the second bit of the binary cycle is T b T s = mT b.

종래의 MPSK에서는 정보심볼의 변조위상이 심볼주기 Ts동안 동일하게 유지된다. 그러나 PC-MPSK에서는 I(t)값은 0≤tTs구간에 동일하게 유지되지만, Q신호는 0≤tTs/2 구간과 Ts/2≤tTs구간으로 나누어져 심볼구간 중간지점에서 반전되는 차이점을 갖는다. 이러한 신호구조는 이하의 설명에서 알 수 있듯이 검파 시에 발생된 오류위상을 상쇄시키는 기능을 갖게 된다.In the conventional MPSK, the modulation phase of the information symbol is kept the same for the symbol period T s . However, in PC-MPSK, the I (t) value remains the same in the 0≤tT s interval, but the Q signal is divided into 0≤tT s / 2 interval and T s / 2≤tT s interval to invert at the midpoint of the symbol interval. Has the difference. This signal structure has a function of canceling an error phase generated during detection as can be seen in the following description.

제1도는 본 발명에 의한 PC-MPSK의 변조기의 블럭도를 도시한 것이다.1 shows a block diagram of a modulator of a PC-MPSK according to the present invention.

입력되는 2진 비트열이 직병렬변환기(Serial to Parallel Converter, S/P)(11)에서 Ts구간 동안 m비트의 심볼로 구성되고, I(Inphase) Q(Quadrature)발생기(12)에서 해당 심볼의 동상성분 I(t)와 직교성분 Q(t)값으로 변환된다.The input binary bit string is composed of m-bit symbols during the T s period in the serial to parallel converter (S / P) (11), and corresponding in the I (Inphase) Q (Quadrature) generator (12). The symbol is converted into an in-phase component I (t) and an orthogonal component Q (t) value.

I(t)신호는 심볼주기 동안 동일한 값을 가지며 0≤tTs/2 구간의 신호를 11(t)로, Ts/2≤tTs구간의 신호를 I2(t)로 각각 정의한다. Q(t)신호는 맨체스터부호기 (Manchester coder)(13)를 통과한다. 맨체스터부호기(13)는 심볼중심점인 Ts/2에저 극성을 반전시킨다. 따라서, Q(t)신호는 0≤tTs/2 구간의 신호를 Q1(t)신호로, Ts/2≤tTs구간의 신호를 Q2(t)로 각각 정의하고, Q1(t)와 Q2(t)는 반대의 값을 가진다. I(t)와 Q(t)는 반송파 coswct와 -sinwct에 각각 진폭변조(14,15)된 후에 합성(16)되어 출력된다.The I (t) signal has the same value during the symbol period, and defines a signal in a section 0≤tT s / 2 as 1 1 (t) and a signal in a section T s / 2≤tT s as I 2 (t), respectively. . The Q (t) signal passes through the Manchester coder 13. The Manchester encoder 13 inverts the polarity of T s / 2 at the symbol center point. Therefore, the Q (t) signal defines a signal in a section 0 ≤ tT s / 2 as a Q 1 (t) signal, a signal in a section T s / 2 ≤ tT s as Q 2 (t), and Q 1 ( t) and Q 2 (t) have opposite values. I (t) and Q (t) are amplitude modulated (14, 15) on the carriers cosw c t and -sinw c t, respectively, and then synthesized (16) and output.

제2도는 M=4인 PC-QPSK의 신호벡터를 도시한 것이다. 여기서, 신호벡터 (1,1)을 전송한다면 0≤tTs/2 동안에 (1,1)의 변조위상정보가, Ts/2≤tTs동안에는 신호벡터 (1,0)의 변조위상정보가 전송된다. 변조과정에서 Ts동안 I(t)값은 동일한 반면에, Q(t)값의 부호는 심볼주기 증간에서 반전됨을 알 수 있다.2 shows a signal vector of PC-QPSK with M = 4. Here, if the signal vector (1,1) is transmitted, the modulation phase information of (1,1) is 0 during t≤2 s / 2, and the modulation phase information of the signal vector (1,0) is stored during T s / 2≤tT s . Is sent. It can be seen that the I (t) value is the same for T s during the modulation process, while the sign of the Q (t) value is reversed in the symbol period.

제3도는 제2도에 도시된 신호벡터에 대한 입력2진신호, I(t)와 Q(t)의 신호파형 관계를 나타낸 것이다. 제2도의 신호성상도에서 Q≤tTs/2 동안의 신호벡터와 Ts/2≤tTs동안의 신호벡터는 동상축을 중심으로 대칭상으로 구성된다.FIG. 3 shows the signal waveform relationship between the input binary signal, I (t) and Q (t), for the signal vector shown in FIG. In the signal constellation diagram of FIG. 2, the signal vector during Q ≦ tT s / 2 and the signal vector during T s / 2 ≦ tT s are configured symmetrically about the in-phase axis.

다음으로, 본 발명에 의한 PC-MPSK변조방법에 의해 변조되어 전송된 신호를 수신하여 그 신호를 복조하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of receiving a signal modulated and transmitted by the PC-MPSK modulation method according to the present invention and demodulating the signal will be described.

PC-MPSK 수신기에서 페이딩영향, 채널혼신, ISI 및 수신측의 비선형 증폭특성 등에 의한 위상오류 ψc(t), 가산성 백색잡음 n(t)를 고려한 수신신호는 전술한 식 (1)과 같다. 즉,In the PC-MPSK receiver, a received signal considering phase error? C (t) and additive white noise n (t) due to fading influence, channel interference, ISI, and nonlinear amplification characteristics of the receiver is shown in Equation (1). In other words,

PC-PSK에서 수신신호는 Ts/2 구간 단위로 검파되므로 편의상 Tc를 다음과 같이 정의한다.In PC-PSK, the received signal is detected in units of T s / 2, so for convenience, T c is defined as follows.

그리고 비트에너지를 Eb로, m개의 비트로 구성된 정보심볼에너지를 Es로 두면,If the bit energy is E b and the information symbol energy consisting of m bits is E s ,

가 된다.Becomes

PC-PSK 동기검파기의 반송파 재생회로에서 동상성분과 직교성분을 Tc구간 동기검파하여야 하므로 이를 위한 재생반송파신호 rc(t)와 rs(t)는 다음의 식과 같이 표현할 수 있다.In the carrier regeneration circuit of the PC-PSK synchronous detector, the in-phase component and the quadrature component have to be synchronously detected in the T c section, so the reproduction carrier signals r c (t) and r s (t) can be expressed by the following equation.

여기서, ψp(t)는 재생반송파의 위상이고, 재생반송파의 에너지를 다음과 같이 정규화하였다.Here, ψ p (t) is the phase of the reproduction carrier, and the energy of the reproduction carrier is normalized as follows.

재생반송파 rc(t)와 rs(t)의 상관기(correlator)를 거쳐 검파되는 PC-PSK의 동상선분과 직교성분은 다음과 같다.The in-phase segment and orthogonal component of PC-PSK detected through the correlator of the reproducing carriers r c (t) and r s (t) are as follows.

여기서, 아랫 첨자 1과 2는 각각 심볼주기의 전반구간 0≤tTc와 후반구간 Tc≤tTs의 검파출력값을 의미한다. 또한 직교성분 검파에서는 심볼주기의 후반구간에서 직교성분을 반전해서 송신하였으므로 해당 직교성분을 다시 반전하여 합성해야 한다.Here, the subscripts 1 and 2 mean detection output values of the first half section 0 ≦ tT c and the second half section T c ≦ tT s of the symbol period, respectively. In the quadrature detection, the orthogonal component is inverted and transmitted in the second half of the symbol period. Therefore, the orthogonal component should be inverted and synthesized again.

전반의 반심볼구간 및 후반의 반심볼구간 동상성분의 검파신호는 각각 다음과 같다.The detection signals of the in-phase components of the first half-symbol section and the second half-symbol section are as follows.

검파성능에 영향을 미치는 오류위상 ψ는 수 정보 심볼구간 동안에 통신환경이 바뀔 수 있는 시간에 비하여 무시할 수 있는 매우 작은 값이므로 적어도 한 주기 Ts동안 일정한 상수로 가정한다.The error phase ψ affecting the detection performance is assumed to be a constant constant for at least one period T s because it is a very small value that can be ignored compared to the time when the communication environment can be changed during the number information symbol interval.

그리고 잡음성분 nIj은 다음의 식(24)와 같이 표현되며, 이는 상호간 그리고 신호성분과도 독립적이며 평균이 0이고 분산이 No/2인 가우스 랜덤변수이다.The noise component n Ij is expressed as Equation (24) below, which is a Gaussian random variable that is independent of each other and signal components and has a mean of 0 and a variance of No / 2.

전반의 반심볼구간 및 후반의 반심볼구간 직교성분의 검파신호는 각각 다음과 같다.The detection signals of the orthogonal components of the first half-symbol section and the second half-symbol section are as follows.

그리고 nQj(j=1,2)는 상호간 그리고 신호성분과도 독립적이며 평균이 0이고 분산이 N0/2인 가우스 랜덤변수이다.And n Qj (j = 1,2) are mutually and the signal component and is also independent and zero mean and variance N 0/2 of a Gaussian random variable.

제4도는 백색잡음의 영향을 고려하지 않은 경우의 PC-QPSK에 대한 동상성분과 직교성분의 신호벡터의 예를 도시한 것이다. 여기서 신호벡터(1,1)을 보내고자 한다면 식(13)에 의하여 0≤tTc동안 신호벡터 (1,1)을 송신하고 Tc≤tTs동안 직교성분이 반전된 신호벡터 (1,0)을 송신한다. 그리고 0≤tTc구간에 전송된 신호벡터에대해서는 오류위상 ψ에 의하여(^Il, ^Q1)이 검파되고 Tc≤tTs구간에 전송된 신호벡터에 대해서는 오류위상 ψ에 의하여 (^I2, ^Q2)이 검파된다. 따라서 식(18) 및 식(19)에 의한 최종 합성 신호벡터는 다음의 식과 같이 되며, 여기서 오류위상이 보상되는 반면에 신호의 전력이 cosψ 만큼 작아짐을 볼 수 있다.4 shows an example of signal vectors of in-phase and quadrature components for PC-QPSK when the influence of white noise is not taken into account. If we want to send the signal vector (1,1), the signal vector (1,1) is transmitted by Eq. (13) for 0≤tT c and the orthogonal component is inverted for T c ≤tT s Send. And by the phase error ψ for a signal vector transmitted to 0≤tT c interval (I ^ l, ^ Q 1) and the detection by the phase error ψ for a signal vector transmitted to the T c ≤tT s interval (^ I 2 , ^ Q 2 ) is detected. Therefore, the final synthesized signal vectors according to equations (18) and (19) are given by the following equations, where the error phase is compensated, while the power of the signal can be seen to be as small as cosψ.

제5도는 지금까지 설명된 PC-MPSK신호의 복조과정을 설명하기 위한 블럭도이다. 여기서 하드웨어 실현시 고려되어야 할 스위치의 동기부분은 생략하였다.5 is a block diagram illustrating a demodulation process of the PC-MPSK signal described so far. Here, the synchronization part of the switch to be considered in hardware realization is omitted.

수신측에서는 반송파복구기(51)에 의해 반송파를 복구하고 그 반송파 rc(t)와 rs(t)를 수신신호 R(t)에 곱하고 Tc구간의 적분기를 거쳐 ^Ij, ^Qj(j=1,2)인 동상성분과 직교성분을 검파한다(52, 53).On the receiving side, the carrier recoverer 51 recovers the carrier, multiplies the carrier r c (t) and r s (t) by the received signal R (t) and passes through the integrator in the interval T c and then passes ^ I j , ^ Q j An in-phase component and an orthogonal component having (j = 1,2) are detected (52, 53).

^I1과 ^Q1을 Tc만큼 지연시킨 후, 동상성분은 ^I1과 ^I2를 합하고, 직교성분은 ^Q1과 반전된 ^Q2를 합성한다. 신호벡터검출부(54)는 이렇게 구한 두 성분에서 위상값을 계산하여 차이가 가장 작은 변조위상을 검출하여 이에 해당하는 신호벡터를 출력시킨다.After delaying ^ I 1 and ^ Q 1 by T c , the in-phase component combines ^ I 1 and ^ I 2 , and the orthogonal component synthesizes ^ Q 1 and inverted ^ Q 2 . The signal vector detector 54 calculates a phase value from the two components thus obtained, detects a modulation phase having the smallest difference, and outputs a corresponding signal vector.

제6도는 PC-MPSK에 대한 신호의 검출과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 여기서 (1,1) 신호벡터가 송신되고 채널에서 오류위상이 55도 발생되었다고 가정한다. 이 55도의 오류위상은 절대값이 90도 이내이므로 보상된다. 여기서 백색 가우스잡음의 영향은 고려하지 않았다.FIG. 6 is a diagram for describing in detail a signal detection process for PC-MPSK. In this case, it is assumed that a signal vector of (1,1) is transmitted and an error phase is generated 55 degrees in a channel. This 55-degree error phase is compensated for because the absolute value is within 90 degrees. The effect of white Gaussian noise is not considered here.

제6a,b,c도는 신호벡터의 변조과정을, 제6d,e도는 위상오류가 나타난 신호벡터를, 제6f,g,h도는 복조하는 과정을 나타내고 있다. 최종 검출된 변조위상은 송신 신호벡터의 변조위상과 동일함을 알 수 있다.6a, b, and c show a modulation process of a signal vector, 6d and e show a signal vector showing a phase error, and 6f, g, and h show demodulation. It can be seen that the last detected modulation phase is the same as the modulation phase of the transmission signal vector.

0≤tTc구간에서 수신된 신호는 ^ψk=+100로 검파된다. 이렇게 검파된 신호는 제6d도에서와 같이 오류영역으로 나타난다. 이 때 검파된 신호성분 ^I1과 ^Ql신호를 제6f도에서와 같이 Tc동안 지연시킨다.The signal received in the interval 0≤tT c is ^ ψk = + 100 Is detected. The detected signal appears as an error region as shown in FIG. At this time, the detected signal components ^ I 1 and ^ Q l are delayed for T c as shown in FIG. 6f.

Tc≤tTs구간에서 0≤tTc구간과 동일한 오류위상을 가정하면 검파된 신호는 제6e도에서와 같이 ^ψk=+10°로 오류영역에서 검파된다. 이 때 검파된 신호 ^Q2신호를 I축을 중심으로 제6g도에서와 같이 다시 -^Q2신호로 반전한다. Tc 동안 지연된 ^I1과 ^Q1신호를, ^I2와 -^Q2신호에 각각 더 한다. 결과적으로 제6h도에서와 같이 벡터합성으로 나타나며, 벡터합성된 동상성분신호 및 직교성분신호는 각각 다음과 같다.Assuming the same error phase as the interval 0≤tT c in the interval T c ≤ tT s , the detected signal is detected in the error region with ^ ψk = + 10 ° as shown in FIG. At this time, the detected signal ^ Q 2 is inverted back to-^ Q 2 as shown in FIG. 6g about the I axis. Add the delayed ^ I 1 and ^ Q 1 signals to the ^ I 2 and-^ Q 2 signals, respectively. As a result, as shown in Fig. 6h, it is represented by vector synthesis, and the vector synthesized in-phase signal and quadrature signal are as follows.

최종 검파된 신호의 위상은 최종 벡터합성된 신호의 위상 ^ψk=+45°가 된다. 따라서 PC-QPSK 검파신호는 위상변동이 ψ=-55°인 통신채널에서도 제6h도에서와 같이 진폭은 약간 감쇠하지만 정확한 위상정보를 가진 신호를 나타낸다.The phase of the final detected signal is the phase ^ ψk = + 45 ° of the final vector synthesized signal. Therefore, the PC-QPSK detection signal represents a signal having accurate phase information but slightly attenuated in amplitude as shown in FIG. 6h even in a communication channel having a phase shift of ψ = -55 °.

이하에서는 본 발명에 의한 PC-MPSK방식에 의한 위상보상의 원리를 수식을 통하여 더욱 자세하게 설명한다.Hereinafter, the principle of phase compensation by the PC-MPSK method according to the present invention will be described in more detail with reference to the following equation.

만일 이상적으로 재생반송파의 위상인 ψp(t)가 페이딩, 채널혼신, ISI 및 수신증폭기의 비선형특성에 의한 수신신호의 오류위상 ψc(t)와 같다면 식(7)의 오류위상 ψ가 0이 되어 정확한 송신위상을 검출할 수 있다. 그러나 실제 통신환경 하에서는 오류위상이 존재한다.Ideally, the error phase ψ in Eq. (7) is equal to 0 if the phase of the reproduction carrier ψ p (t) is equal to the error phase ψc (t) of the received signal due to fading, channel interference, ISI and nonlinear characteristics of the receiving amplifier. In this way, an accurate transmission phase can be detected. However, there is an error phase under the actual communication environment.

식(20)-(26)과 식(3)을 사용하면,Using equations (20)-(26) and (3),

를 얻을 수 있다. 여기서 I와 Q는 송신신호벡터로서 다음과 같다.Can be obtained. Where I and Q are transmission signal vectors as follows.

그리고 nI와 nQ는 상호간 그리고 신호성분과도 독립이며, 평균이 0이고 분산이 N0인 가우스 랜덤변수이다.And n I and n Q are independent of each other and signal components and are Gaussian random variables with mean 0 and variance N 0 .

식(27) 및 (28)에서 오류위상 범위가 │ψ│∏/2이고 백색 가우스잡음의 영향을 무시하면 검파된 동상성분 및 직교성분의 부호는 각각 반전되어 원래의 신호벡터 I 및 Q값의 부호와 정반대가 된다. 이는 오류영역으로 가게되어 심볼오류가 발생함을 의미한다. 따라서 이 경우에 PC-PSK는 오류위상을 보상할 수 없다.In the equations (27) and (28), if the error phase range is │ψ│∏ / 2 and the effect of white Gaussian noise is ignored, the signs of the detected in-phase and quadrature components are inverted, respectively, to show the original signal vector I and Q values. It is the opposite of the sign. This means that a symbol error occurs due to the error area. Thus, in this case, the PC-PSK cannot compensate for the error phase.

오류위상 범위가 │ψ│∏/2 이고 역시 백색 가우스잡음의 영향을 무시하면 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있어 오류위상을 완전히 보상함을 알 수 있다.If the error phase range is │ψ│∏ / 2 and also ignore the effect of the white Gaussian noise, the following relation can be obtained and the error phase is completely compensated.

다중 전파경로를 갖는 통신환경 하에서는 일정한 진폭의 신호가 송출되지만 수신신호의 진폭이 일정하지 않고 증대되거나 감쇄되는 페이딩현상을 갖는다. 이것은 여러 경로를 거쳐 수신된 신호들간의 위상 차이로 진폭의 증감이 있기 때문이다. 이외에도 동일 혹은 인접채널의 신호간섭 등이 페이딩의 요인이 된다. 이러한 통신환경은 셀룰라 이동통신 채널이 실제적인 예가 될 수 있다.In a communication environment having multiple propagation paths, a signal having a constant amplitude is transmitted, but the amplitude of the received signal is not constant, but the fading phenomenon is increased or decreased. This is because there is an increase or decrease in amplitude due to the phase difference between the signals received through the various paths. In addition, signal interference of the same or adjacent channels is a factor of fading. In such a communication environment, a cellular mobile communication channel may be a practical example.

진폭의 확률적 변화특성에 따라서 레일리 분포(Rayleigh distribution) 형태이면 레일리 페이딩채널, 라이시안 분포(Rician distribution) 형태이면 라이시안 페이딩채널이라 한다. 신호가 송출되어 직접적으로 수신되는 직접파의 전력이 다중경로신호 등의 간접적으로 수신되는 간접파의 전력보다 비교적 클 경우가 라이시안 페이딩채널이며, 직접파가 존재하지 않는 경우가 레일리 페이딩채널로 모델화된다. 레일리 페이딩채널은 라이시안 페이딩채널의 특수한 경우로 해석될 수 있다.The Rayleigh fading channel in the form of a Rayleigh distribution and the Rician fading channel in the form of a Rician distribution according to the probabilistic change characteristic of the amplitude. The direct fading channel is a case where the power of the direct wave received by the signal is directly transmitted is relatively greater than the power of the indirectly received wave such as a multipath signal, and the case where no direct wave exists is modeled as a Rayleigh fading channel. do. The Rayleigh fading channel can be interpreted as a special case of the Rician fading channel.

이하에서는 라이시안 페이딩 채널에서의 PC-PSK 성능을 해석하고 종래의 PSK 성능과 비교한다. 페이딩의 형태를 다시 완동 페이딩(slow fading)과 시변 페이딩(time varing fading)으로 각각 나누어 적용한다. 송신측 혹은 수신측의 빠른 움직임이나 여타 전파경로의 변화로 도플러 주파수 편이가 있으면 이는 빠른 시변 페이딩이 있음을 의미하는데 후자가 이 경우이다. 시변 페이딩의 변화정도는 라이시안 분포함수의 계수로 나타낸다.Hereinafter, the PC-PSK performance in the Rician fading channel is analyzed and compared with the conventional PSK performance. The type of fading is divided into slow fading and time varing fading, respectively. If there is a Doppler frequency shift due to rapid movement of the transmitting or receiving side or other changes in the propagation path, this means that there is fast time-varying fading, which is the case. The degree of change in time-varying fading is represented by the coefficient of the Lysian distribution function.

이러한 페이딩 채널을 통하여 전송되는 반송파는 심한 위상오류를 가지게 되며, 여기에 신호간섭 혹은 증폭기의 비선형성으로 위상이 더욱 불안정해지므로 동기검파 수신기에서 재생되는 반송파는 정확하게 동기되지 않는다. 즉 수신기의 위상동기회로(phase locked loop, PLL)의 동기가 불안정하게 된다. 이러한 불안정한 위상변수 ψ의 확률밀도함수는 채널모델에 따라 정해진다.The carrier transmitted through the fading channel has a severe phase error, and since the phase becomes more unstable due to signal interference or nonlinearity of the amplifier, the carrier reproduced by the synchronous detection receiver is not accurately synchronized. That is, the synchronization of the phase locked loop (PLL) of the receiver becomes unstable. The probability density function of this unstable phase variable ψ is determined according to the channel model.

PC-MPSK 변복조방법의 성능을 알아보기 위하여 동일한 대역폭을 고려하여 기존의 QPSK와 PC-16PSK의 비트오율을 비교한다. AWGN채널에서 위상오류를 고려한 QPSK의 오율식에 대한 연구 결과는 이미 얻어졌으며 위상오류를 고려한 QPSK와 PC-16PSK의 조건부 비트오율식을 유도한다.To evaluate the performance of the PC-MPSK modulation and demodulation method, we compare the bit error rate of the conventional QPSK and PC-16PSK with the same bandwidth. A study on the error rate equation of QPSK considering phase error in AWGN channel has already been obtained and leads to the conditional bit error rate of QPSK and PC-16PSK considering phase error.

먼저, AWGN채널에서의 위상오류를 고려한 QPSK의 비트오율식을 유도한다. 오류위상이 ψ만큼 발생했다고 가정하면 수신된 신호는 식(1)과 같다. 즉,First, a bit error rate of QPSK is derived in consideration of the phase error in the AWGN channel. Assuming that the error phase is generated by ψ, the received signal is given by Equation (1). In other words,

그리고 해당 변조위상은 다음의 식(40)과 같다.The modulation phase is given by the following equation (40).

AWGN채널에서 검파한 동상성분 신호는 다음과 같다.The in-phase signal detected by the AWGN channel is as follows.

여기서, nI는 AWGN채널의 잡음인 가우시안 랜덤변수를 나타낸다.Here, n I denotes a Gaussian random variable that is noise of an AWGN channel.

AWGN채널에서 검파된 직교성분 신호는 다음과 같다.The quadrature signals detected in the AWGN channel are as follows.

여기서, nQ는 AWGN채널의 가우시안 랜덤변수를 나타낸다.Here, n Q represents a Gaussian random variable of the AWGN channel.

위상오류를 고려한 QPSK의 조건부 비트오율식을 다음과 같이 구할수 있다.The conditional bit error rate of QPSK considering phase error can be obtained as follows.

최종적인 QSK의 비트오율은 오류위상에 대해 평균을 취하면 다음과 같다.The bit error rate of the final QSK is averaged for the error phase as follows.

다음으로, PC-16PSK의 비트오율식을 유도한다.Next, a bit error rate of PC-16PSK is derived.

PC-MPSK는 m=4이므로 식(15) 및 식(13)으로부터 다음과 같이 표시할 수 있다.Since PC-MPSK is m = 4, it can be expressed as follows from Formula (15) and Formula (13).

오류위상 ψ를 조건부 상수로 가정하고 동기검파 신호벡터에 대해서 정규화된 신호거리(벡터크기)는 다음과 같이 구해지며,Assuming the error phase ψ as a conditional constant, the normalized signal distance (vector size) for the synchronous detection signal vector is obtained as

PC-16PSK의 위상오류를 고려한 정확한 조건부 비트오율식은 다음과 같다.The exact conditional bit error formula considering the phase error of PC-16PSK is as follows.

여기서, Aj는 X=0일 때 수신 신호벡터가 Rj에 들어갈 확률을 나타내며, 다음과 같이 정의된다.Here, A j represents the probability that the received signal vector enters R j when X = 0, and is defined as follows.

여기서 비트오율은 다음과 같이 상한치와 하한치로 구분하여 계산될 수 있다.Here, the bit error rate may be calculated by dividing the upper limit value and the lower limit value as follows.

따라서 위상오류를 고려한 PC-16PSK의 조건부 비트오율식은 상기의 식을 이용하면 상한값과 하한값을 다음의 식과 같이 구할 수 있다.Therefore, the conditional bit error rate equation of PC-16PSK considering the phase error can be obtained by using the above equation as shown in the following equation.

이를 오류위상에 대해 평균을 취하면 다음과 같다.The average of the error phases is as follows.

PC -PSK는 송신신호의 후반부 위상을 반전하여 전송하고 수신기에서는 후반부의 신호를 재반전하여 벡터 합성한다. 이 벡터합성으로 전송과정에서 발생된 위상 오류가 서로 상쇄되고 원래의 정보신호를 찾아준다. 이러한 PC-PSK 성능을 AWGN채널, 완동라이시안채널 그리고 시변 라이시안채널에 적용하여 분석 고찰한다.The PC-PSK inverts and transmits the second half phase of the transmitted signal, and the receiver inverts the second half of the signal to perform vector synthesis. This vector synthesis cancels phase errors generated during transmission and finds the original information signal. This PC-PSK performance is applied to the AWGN channel, slow-dried Rician channel and time-varying Rician channel.

첫째로, AWGN채널에서 α0=8, 10, 15[dB]인 경우 QPSK와 PC-16PSK의성능은 제7도에 도시된 바와 같다. 한 구체적인 예로서 α0=10dB인 경우 QPSK는 Eb/N0=14[dB]에서 비트오율이 약 10-2을 가지면서 이후 오류정체현상을 보인다. 반면에 PC-16PSK는 Eb/N0가 커짐에 따라 비트오율이 낮아져 성능 개선이 일어난다. 그러나 Eb/N012[dB]의 낮은 영역에서 PC-16PSK의 성능은 QPSK보다 나빠지는 현상을 볼 수 있다. 이 원인은 결정영역이 16개로 다상화되어 좁아지고 수신신호전력이 미소하여 위상보상의 효과가 감소되며 백색잡음에 의한 영향을 더 많이 받기 때문이다.First, in the case of α 0 = 8, 10, 15 [dB] in the AWGN channel, the performance of QPSK and PC-16PSK is shown in FIG. As a specific example, when α 0 = 10dB, QPSK shows error congestion after having a bit error rate of about 10 −2 at E b / N 0 = 14 [dB]. On the other hand, PC-16PSK improves performance due to lower bit error rate as E b / N 0 increases. However, the performance of PC-16PSK is worse than QPSK in the low range of E b / N 0 12 [dB]. This is because the crystal region is multiplied to 16, narrowed, and the reception signal power is minute to reduce the effect of phase compensation and to be more affected by white noise.

또한 QPSK의 성능은 Eb/N0가 높아지더라도 비트오율이 개선되지 않는 정체현상을 보인다. 이는 위상오류로 인해 신호벡터가 오류영역으로 이미 넘어가기 때문이다.그러나 PC-16PSK방식은 오류위상을 보상하므로 Eb/N0가 높아지면서 오류 정체현상이 감소되어 성능이 향상된다. 그리고 제7도에 도시되어 있는 바와 같이 기본적인 성능은 α0의 값에 따라 크게 영향을 받는다.In addition, QPSK performance is congested, even if E b / N 0 increases, bit error rate does not improve. This is because the signal vector has already passed to the error domain due to the phase error.However, the PC-16PSK method compensates for the error phase, so that the error congestion decreases as the E b / N 0 increases, resulting in improved performance. And as shown in FIG. 7, the basic performance is greatly affected by the value of α 0 .

둘째로, 완동 페이딩 라이시안채널에서 α0=15[dB]인 경우 라이시안 페이딩 정도가 다른 ζ=0, 5, 10, 20, 30에 대해서 QPSK와 PC-16PSK방식의 비트오율을 나타내면 제8도에 도시된 바와 같다. ζ=0인 경우 레이리 페이딩의 채널이며,ζ=30인 경우 강한 직진파가 존재하는 라이시안 채널로서 거의 AWGN채널의 특성과 같다.Second, in the case of α 0 = 15 [dB] in the slow fading Rician channel, if the bit error rate of QPSK and PC-16PSK is shown for ζ = 0, 5, 10, 20, and 30 with different degree of Rician fading, As shown in the figure. When ζ = 0, it is a Rayleigh fading channel, and when ζ = 30, it is a Rician channel having strong straight waves. It is almost the same as that of the AWGN channel.

Eb/N0가 낮은 영역에서는 PC-16PSK는 QPSK보다 성능이 나빠진다. 이는 AWGN채널에서 처럼 위상오류가 보상되더라도 결정영역이 다상화되어 16개의 영역으로 좁아지므로 백색잡음에 의한 영향을 많이 받기 때문이다. QPSK는 높은 Eb/N0영역에서 오류 정체현상이 생겨 성능이 저하된다. 이것은 신호벡터가 오류영역으로 넘어가는 것으로 Eb/N0를 증가시켜도 성능이 개선되지 않는다. 그러나 PC-16PSK방식은 Eb/N0가 높아지면 위상을 보상하는 효과가 있어 오류 정체현상이 감소되며 성능이 향상된다. 완동 라이시안 페이딩채널에 대한 PC-PSK의 성능은 α0와 ζ의 값에 의해 기본적인 특성이 정해지며 변화되는 추세는 AWGN채널에서와 같음을 알 수 있다.In areas where E b / N 0 is low, PC-16PSK performs worse than QPSK. This is because even if the phase error is compensated as in the AWGN channel, the crystal region is polyphased and narrowed to 16 regions, and thus is affected by white noise. QPSK degrades due to error congestion in the high E b / N 0 region. This is because the signal vector is moved to the error region. Even if E b / N 0 is increased, the performance is not improved. However, the PC-16PSK method compensates for the phase when E b / N 0 is increased, which reduces error congestion and improves performance. The performance of PC-PSK for the slow-moving Rician fading channel is determined by the values of α 0 and ζ, and the changing trend is the same as that of the AWGN channel.

셋째로, 시변 라이시안 채널에서 B0/BL0=0.5, 0.8, 1.0으로 두고 α0=10dB인 경우 ζ=10에 대한 QPSK, PC-16PSK의 비트오율은 제9도에 도시된 바와 같다.Third, in the time-varying Rician channel, if B 0 / B L 0 = 0.5, 0.8, 1.0, and α 0 = 10dB, the bit error rates of QPSK and PC-16PSK for ζ = 10 are as shown in FIG.

PC-16PSK는 B0/BL01의 범위까지 오류위상을 보상하기 때문에 페이딩의 영향을 거의 받지 않는다. QPSK는 B0/BL0=0.1인 경우 성능은 완동 라이시안 페이딩채널과 거의 같다. 이는 PLL이 충분히 반송파의 위상을 추적할 수 있는 조건을 의미하는 것으로 성능에 영향을 주지 않는다. 그러나 B0/BL00.5인 경우부터 QPSK의 성능은 저하된다. 이는 페이딩의 영향으로 신호벡터가 오류영역으로 넘어가기 때문이며 B0/N0를 증가시켜도 오류 정체현상으로 인해 성능이 저하된다. 반면에 PC-16PSK의 성능은 시변 라이시안 페이딩의 영향을 거의 받지 않는다. 이는 PC-16PSK방식이 높은 B0/N0영역에서 페이딩으로 인한 오류위상을 보상함을 나타낸다. 또한 여기서도 완동 라이시안 페이딩채널에서와 같이 α0와 ζ의 값에 의해 기본적인 변화특성이 결정됨을 알 수 있다.그리고 B0/BL0값이 커질수록 성능이 나빠진다.The PC-16PSK is almost unaffected by fading because it compensates for error phases in the range of B 0 / B L0 1. For QPSK, when B 0 / B L0 = 0.1, the performance is almost the same as that of a slow lysian fading channel. This means that the PLL can sufficiently track the phase of the carrier and does not affect performance. However, since B 0 / B L 0 0.5, the performance of QPSK is degraded. This is because the signal vector gets into the error region due to the fading effect, and even if B 0 / N 0 is increased, the performance decreases due to the error congestion phenomenon. On the other hand, PC-16PSK performance is hardly affected by time-varying lysian fading. This indicates that the PC-16PSK scheme compensates for the error phase due to fading in the high B 0 / N 0 region. Here, as in the slow-moving lysian fading channel, it can be seen that the basic change characteristics are determined by the values of α 0 and ζ. As the value of B 0 / B L0 increases, the performance deteriorates.

위에서 비교분석해 본바와 같이 PC-PSK는 AWGN, 완동 라이시안 폐이딩 및 시변 라이시안 페이딩 영향으로 발생된 비트오율의 성능 열화현상을 감소시킬 수 있다. 이는 비교적 높은 B0/L0영역에서 좋은 성능을 얻을 수 있음을 나타낸다. 반면에 낮은 B0/N0영역에서는 성능 열화를 초래한다. 이 원인은 결정영역이 다상화되어 좁아지므로 백색잡음에 의한 영향을 많이 받기 때문이다.As compared with the above analysis, PC-PSK can reduce the performance degradation of bit error rate caused by AWGN, slow-dried lysian closed fading and time-varying lysian fading effects. This indicates that good performance can be obtained in a relatively high B 0 / L 0 region. On the other hand, in the low B 0 / N 0 region, performance degradation occurs. This is because the crystal region is polymorphized and narrowed so that it is affected by white noise.

PC-16PSK의 주 측대폭은 비트주기를 Tb라 두면 1/2Tb[HZ]로서 QPSK의 주측대폭과 같다. 특히 실용적인 면에서 살펴보면 PC-8PSK의 주측대폭은 1/1.5Tb[HZ]이며, QPSK의 주 측대폭에 비하여 약 4/3배로 넓어지는 대신에 위상오류 정체현상이 감소되면서 성능이 우수함을 알 수 있다.The main band width of PC-16PSK is 1 / 2T b [HZ] if the bit period is T b , which is the same as the main band width of QPSK. In particular, the practical width of PC-8PSK is 1 / 1.5T b [HZ], which is about 4/3 times larger than that of QPSK. Can be.

상술한 바와 같이 본 발명은 +90도에서 -90도 사이의 오류 위상을 수정하는 위상반전기법을 이용한 새로운 위상보상형 PSK(PC-PSK)에 관한 것이다. PC-PSK는 전송시의 페이딩, 상호간섭 및 수신증폭기의 비선형성 등으로 발생된 위상오류가 서로 상쇄되도록 수신신호의 후반부를 반전시켜 합성한다. 이때 해당 신호성분은 반전되어 전송되므로 상쇄되지 않는다. 수신 신호전력은 보상되는 오류위상이 클수록 작아지며 송신시 후반부 신호의 반전으로 인하여 대역폭이 커진다. 대역폭을 줄이기 위해서는 PC-PSK를 다상화해야 한다.As described above, the present invention relates to a new phase compensation PSK (PC-PSK) using a phase inversion method that corrects an error phase between +90 degrees and -90 degrees. The PC-PSK inverts and synthesizes the second half of the received signal so that phase errors caused by fading during transmission, mutual interference, and non-linearity of the receiving amplifier cancel each other out. At this time, the signal component is inverted and transmitted so that it is not canceled. The received signal power is smaller as the error phase to be compensated for is larger and the bandwidth is increased due to the inversion of the latter signal during transmission. To reduce bandwidth, PC-PSK must be polyphased.

PC-PSK 성능의 수치적인 고찰을 위하여 AWGN채널, 완동 라이시안 페이딩채널 및 시변 라이시안 페이딩채널에 대해서 종래의 QPSK와 본 발명에 의한 PC-16PSK를 비교분석하였다.For numerical consideration of PC-PSK performance, the conventional QPSK and the PC-16PSK according to the present invention were compared for the AWGN channel, the slow-moving lysian fading channel and the time-varying lysian fading channel.

PC-PSK가 다상화되면 결정영역이 좁아져서 비교적 낮은 Eb/N0영역에서는 신호전력이 미소하여 위상보상의 효과가 약화되고 백색잡음에 의한 영향을 많이 받는다. 반면에 비교적 높은 Eb/N0영역에서는 위상오류 혹은 페이딩 등으로 인한 비트오율의 정체현상이 감소되고 성능이 많이 향상되었다.When the PC-PSK is polyphased, the crystal region is narrowed, so the signal power is small in the relatively low E b / N 0 region, thereby weakening the effect of phase compensation and being affected by white noise. On the other hand, in the relatively high E b / N 0 region, the congestion of bit error rate due to phase error or fading is reduced and the performance is greatly improved.

따라서 본 발명에 의한 PC-PSK는 이동통신과 같은 위상오류가 심한 통신환경에서도 데이타를 고품질로 전송할 수 있는 새로운 디지탈 변복조방식이 될 수 있을 것이다.Therefore, the PC-PSK according to the present invention may be a new digital modulation and demodulation method that can transmit data with high quality even in a communication environment with a high phase error such as mobile communication.

Claims (3)

m개의 2진테이타로 구성되어 소정의 정보심볼구간을 가진 입력2진신호를 미리 정해진 위상상태 중 하나의 위상을 가진 출력파형으로 변화시키기 위한 디지탈 위상편이변조방법에 있어서, 상기 입력2진신호의 정보심볼구간을 두 부분으로 분리하는 제1과정; 정보심볼구간에서 동상반송파신호에 의해 변조될 I축신호 및 직교반송파신호에 의해 변조될 Q축신호를 발생함에 있어서, 정보심볼구간의 전반부에서 상기 입력2진신호에 따른 위상벡터에 의하여 I축신호 및 Q축신호를 발생하고, 정보심볼구간의 후반부에서 상기입력2진신호에 따른 위상벡터를 I축에 대하여 반전한 위상벡터에 의하여 I축신호 및 Q축신호를 발생하는 제2과정을 포함함을 특징으로 하는 위상편이변조방법.A digital phase shift modulation method for converting an input binary signal composed of m binary data with an information symbol section into an output waveform having one of a predetermined phase state, the method comprising: A first step of dividing the information symbol section into two parts; In generating the I-axis signal to be modulated by the in-phase carrier signal and the Q-axis signal to be modulated by the quadrature carrier signal in the information symbol section, in the first half of the information symbol section, the I-axis signal by the phase vector according to the input binary signal. And a second process of generating a Q-axis signal and generating an I-axis signal and a Q-axis signal by a phase vector in which the phase vector of the input binary signal is inverted with respect to the I-axis in the second half of the information symbol section. Phase shift modulation method characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 제1과정에서 상기 입력2진신호의 정보심볼주기의 중간점에서 두 부분으로 분리함을 특징으로 하는 위상편이변조방법.2. The method of claim 1, wherein in the first process, the input signal is divided into two parts at an intermediate point of an information symbol period of the input binary signal. m개의 2진데이타로 구성되어 소정의 정보심볼구간을 가진 입력2진신호가 소정의 변조방식에 의하여 위상편이변조되어 전송된 변조신호를 원래의 신호로 복원하기 위한 디지탈 위상편이복조방법에 있어서, 상기 전송된 변조신호로부터 재생반송파신호를 복구하여 동상반송파신호 및 직교반송파신호를 발생하는 과정; 정보심볼구간의 전반부에서 상기 동상반송파신호에 의해 검파된 제1 I축신호 및 상기 직교반송파신호에 의해 검파된 제1 Q축신호를 발생하는 과정; 정보심볼구간의 후반부에서 상기 동상반송파신호에 의해 검파된 제2 I축신호 및 상기 직교반송파신호에 의해 검파된 제2 Q축신호를 발생하는 과정; 상기 제1 I축신호성분과 상기 제2 I축신호성분을 서로 합하여 I축검파신호를 생성하고, 상기 제1 Q축신호성분에서 상기 제2 Q신호성분을 감하여 Q축검파신호를 생성하여, 상기 I축검파신호 및 상기 Q축검파신호를 서로 합성하는 과정; 및 상기 합성된 신호벡터에 의하여 상기 전송된 변조신호에 대한 복조신호를 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 위상편이복조방법.In the digital phase shift demodulation method for restoring an input binary signal composed of m binary data and having a predetermined information symbol section is phase shifted by a predetermined modulation method and then transmitted to the original signal. Restoring a reproduction carrier signal from the transmitted modulation signal to generate an in-phase carrier signal and a quadrature carrier signal; Generating a first I-axis signal detected by the in-phase carrier signal and a first Q-axis signal detected by the quadrature carrier signal in the first half of an information symbol section; Generating a second I-axis signal detected by the in-phase carrier signal and a second Q-axis signal detected by the quadrature carrier signal in a second half of an information symbol section; Generating an I-axis detection signal by adding the first I-axis signal component and the second I-axis signal component, and subtracting the second Q signal component from the first Q-axis signal component to generate a Q-axis detection signal, Synthesizing the I-axis detection signal and the Q-axis detection signal with each other; And generating a demodulated signal for the transmitted modulated signal based on the synthesized signal vector.
KR1019950035857A 1995-10-17 1995-10-17 Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method KR100186290B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950035857A KR100186290B1 (en) 1995-10-17 1995-10-17 Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950035857A KR100186290B1 (en) 1995-10-17 1995-10-17 Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970025189A KR970025189A (en) 1997-05-30
KR100186290B1 true KR100186290B1 (en) 1999-04-15

Family

ID=19430461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950035857A KR100186290B1 (en) 1995-10-17 1995-10-17 Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100186290B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535562B1 (en) * 1999-11-30 2003-03-18 Qualcomm Inc. Method and apparatus for rotating the phase of a complex signal

Also Published As

Publication number Publication date
KR970025189A (en) 1997-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0232626B1 (en) Method of digital signal transmission having a low error rate in the presence of multipath transmission
US4817116A (en) Digital radio communication system utilizing quadrature modulated carrier waves
US6535549B1 (en) Method and apparatus for carrier phase tracking
Chennakeshu et al. Differential detection of pi/4-shifted-DQPSK for digital cellular radio
JP4782638B2 (en) CDMA communication using pre-phase rotation before communication
US20170373893A1 (en) Frequency shift keying (fsk) demodulator and method therefor
JPH06503460A (en) System and method for determining the absolute phase of a differentially encoded phase modulated signal
US5550506A (en) DQPSK demodulator capable of improving a symbol error rate without decreasing a transmission rate
Lau et al. A pilot symbol-aided technique used for digital signals in multipath environments
US6704353B1 (en) Method and apparatus for tracking the magnitude of channel induced distortion to a transmitted signal
US5150383A (en) Asynchronous quadrature demodulator
JP3348660B2 (en) Symbol synchronizer and frequency hopping receiver
KR100186290B1 (en) Phase compensation type phase shift modulation/demodulation method
JP3348661B2 (en) Carrier phase tracking device and frequency hopping receiver
AU644649B2 (en) Method and apparatus for transmitting a signal with an offset which follows a received signal
Yoshida et al. A comparison of multipath distortion characteristics among digital modulation techniques
US4726038A (en) Digital communication system
US5802113A (en) Clock signal recovery system for communication systems using quadrature amplitude modulation
US5946360A (en) Frequency offset compensation using dotting sequences
JPH06232939A (en) Frame synchronization circuit
US8477890B2 (en) Geometric detector for communicating through constant modulus (CM) interferers
JPH0750627A (en) After detection combined diversity reception system
Zhang et al. Two-step particle-filter-based AFC for LEO satellite receiver with impulsive noise
JPH09214461A (en) Cross polarization transmitter-receiver for digital multiplex radio
KR0145543B1 (en) Phase modulation detector

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20020618

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee