KR100282802B1 - 적응 버스트 동기식 복조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 변조방식을 그대로 사용하면서 수신측 복조방식만을 변경하여 빠른 단일경로 레일레이 페이딩 채널에 적합한 복조방식을 제공함으로써 이동전화 환경에서 효율적으로 사용할 수 있도록 한 적응 버스트 동기식 복조장치에 관한 것이다.

본 발명은 이동전화 환경의 통계적인 모델로 부터 얻어지는 수신신호를 표본화된 수신신호로 변환하고 위상에러 검출부(8)와 무한 임펄스응답적응 추적기(9) 및 PLL(10)을 통하여 수신기(100)자체에서 만들어진 이동전화환경의 위상예측값을 생성하여 곱셈기(7)와 내삽 및 버퍼(13)로 보내면 콘트롤부(6)의 판단에 따라 내삽이 필요시 내삽 및 버퍼(13)에 의해 신호레벨이 급격히 감소하는 부분의 위상에러가 예측되어 π/4DQPSK복조기(14)를 통하여 복조되어 수신되는 것으로, 기존의 송신기를 이용하고 별도의 페이딩 통계 추정장치를 필요로 하지않으면서도 기존의 차동복조 방식을 사용할 때보다 비트에러율을 1/3으로 감소시킬 수 있게 된다.

Description

적응 버스트 동기식 복조장치

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 기존의 변조방식을 그대로 사용하면서 수신측 복조방식만을 변경하여 빠른 단일경로 레일레이 페이딩 채널에 적합한 복조방식을 제공함으로써 이동전화 환경에서 효율적으로 사용할 수 있도록 한 적응 버스트 동기식 복조장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신분야에서 가장 관심을 끄는 분야중에 하나가 페이딩 채널에 가장 적합한 변복조 방식을 찾는 것이다.

페이딩 채널에서는 송신기와 수신기사이에 수많은 장애물들에 의하여 전파가 반사되고 산란되어 결국 수신기에 인가되는 신호는 다양한 경로를 거치면서 진폭과 위상이 원래 송신한 신호와는 달라진 수많은 변형 신호들로 이루어진다.

이와같은 결과로 종래의 LOS(Line-Of-Sight)채널에서 사용하던 많은 변복조 방식을 그대로 페이딩 채널에서 사용하는 것이 불가능해졌다.

수신구조가 간단하기 때문에 많이 사용되는 차동 복조 방식은 페이딩 채널에서 에러-플로우(error-floor)를 발생시킨다.

즉, 송신기에서 아무리 출력을 높여서 신호를 송출하더라도 수신측에서 에러율이 어느 값이하로 감소하지 않는 현상이 발생한다.

특히 차량에서 이동단말기를 사용할 경우 도플러 분산이 커지게되므로 이러한 현상이 더욱 심각해진다.

종래의 차동복조 방식은 현재 구한 수신신호와 일정시간 전에 수신한 신호를 곱하여 두 수신신호의 위상차로부터 정보를 추출하는 방식으로 구조가 간단하기 때문에 널리 사용되어 왔으나 이동전화환경에서는 복조된 위상차에 잡음이 많이 포한되기 때문에 성능이 열화되는 문제가 있었다.

본 발명은 이와같은 종래의 결점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 TDMA방식과 같은 버스트 구조를 갖는 이동통신 시스템에 있어서, 기존의 변조방식을 그대로 사용하면서 수신측 복조방식만을 변경하여 빠른 단일경로 레일레이 페이딩 채널에 적합한 복조 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 적응 버스트 동기식 복조장치

도 2는 본 발명에 따른 동기복조방식과 차동복조방식의 수신 비트 에러율의 성능을 비교한 그래프

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:π/4DQPSK변조기 2:RC 필터

3:페이딩 채널부 4:제1덧셈기

5:레벨검출부 6:콘트롤부

7:곱셈기 8:위상에러검출부

9:무한임펄스 응답적응추적기 10:PLL

11:제2덧셈기 12:제3덧셈기

13:내삽 및 버퍼 14:π/4DQPSK복조기

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신기는, 제1덧셈기를 통하여 표본화된 수신신호의 세기를 검출하는 레벨검출수단, 레벨검출수단에 의해 검출된 수신신호의 세기를 판단하여 내삽을 수행할 것인가를 결정하는 제어수단, 제1덧셈기를 통하여 표본화된 수신신호와 수신기 자체에서 만들어진 이동전화환경의 위상예측값을 곱하는 곱셈수단, 곱셈수단을 통하여 출력되는 위상의 에러를 검출하는 위상에러검출수단,이동전화 환경에서 발생하는 위상잡음을 효율적으로 추적해서 제거해 주는 무한 임펄스 응답 적응추적수단, 무한 임펄스 응답 적응추적수단이 발진하지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 해 주는 PLL, 무한 임펄스 응답적응 추적수단과 PLL의 출력을 더하는 제2덧셈수단, 위상에러검출수단과 제2덧셈수단의 출력을 더하는 제3덧셈수단, 곱셈기에 의해 곱해진 신호와 상기 제2덧셈수단 의해 더해진 신호를 입력받아 신호레벨이 급격히 감소하는 부분에서 신호레벨이 높은 주변의 추정값들을 가지고 내삽을 통하여 위상에러를 예측하는 내삽 및 버퍼, 내삽 및 버퍼의 출력신호를 π/4DQPSK로 복조시키는 수단을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성도로, 송신 데이터를 π/4DQPSK로 변조하는 π/4DQPSK 변조기(1)와, 상기 π/4DQPSK 변조기(1)의 출력을 필터링하는 RC(Raised Cosine)필터(2)와, 상기 RC 필터(2)에 접속되어 이동전화 환경의 통계적인 모델로 신호를 뚜렸하게 해주는 페이딩 채널부(3)와, 상기 페이딩 채널부(3)에 의해 페이딩된 신호와 AWGN을 더하는 제1덧셈기(4)로 구성된 것에 있어서, 상기 제1덧셈기(4)를 통하여 표본화된 수신신호의 레벨을 검출하는 레벨검출부(5)와, 상기 레벨검출부(5)에 의해 검출된 수신신호의 세기를 판단하여 내삽을 수행할 것인가를 결정하는 콘트롤부(6)와, 상기 제1덧셈기(4)를 통하여 표본화된 수신신호와 수신기 자체에서 만들어진 이동전화환경의 위상예측값을 곱하는 곱셈기(7)와, 상기 곱셈기(7)를 통하여 출력되는 위상의 에러를 검출하는 위상에러검출부(8)와, 이동전화 환경에서 발생하는 위상잡음을 효율적으로 추적해서 제거해 주는 무한 임펄스 응답 적응추적기(9)와, 상기 무한 임펄스 응답 적응추적기(9)가 발진하지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 해 주는 PLL(10)과, 상기 무한 임펄스 응답적응 추적기(9)와 PLL(10)의 출력을 더하는 제2덧셈기(11)와, 상기 위상에러검출부(8)와 상기 제2덧셈기(11)의 출력을 더하는 제3덧셈기(12)와, 상기 곱셈기(7)에 의해 곱해진 신호와 상기 제2덧셈기(11)에 의해 더해진 신호를 입력받아 신호레벨이 급격히 감소하는 부분에서 신호레벨이 높은 주변의 추정값들을 가지고 내삽을 통하여 위상에러를 예측하는 내삽 및 버퍼(13)와, 상기 내삽 및 버퍼(13)의 출력신호를 π/4DQPSK로 복조시키는 π/4DQPSK복조기(14)로 구성된 것이다.

단, 도면에서 Ts는 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하는 주기를 나타낸 것이며, 100은 본 발명의 수신기를 나타낸 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저, 송신 데이터는 π/4DQPSK 변조기(1)를 거쳐 π/4DQPSK로 변조되고, RC필터(2)를 통과한 후 페이딩 채널부(3)를 거쳐 제1덧셈기(4)에서 실제적인 환경에서 존재하는 여러 가지 잡음과 더해져 수신기(100)에 인가된다.

이때, 상기 페이딩 채널부(3)에서는 fdT ＜ 0.25일 때 (단,fd는 고려하는 최대 도플러 주파수,T는 정보심벌의 주기) AGWN과 간섭신호가 존재하지 않는다면 페이딩 채널정보를 완벽하게 추정할 수 있다.

즉, 잡음과 간섭신호가 전혀 없는 상태에서 일정 시간 간격으로 페이딩 원신호를 만들어낼 수 있다면 원신호와 원신호사이의 또다른 페이딩 채널 표본 신호는 표본화이론으로부터 유일하게 결정됨을 말한다.

이 원리를 이용하면 상대적으로 많은 연산을 필요로하는 몇 개의 페이딩 원신호를 이용해 내삽(interpolation)에 의해 적은 연산으로 많은 페이딩 표본 샘플을 만들 수 있다.

한편, 수신기(100)에 인가되는 이동통신 페이딩 환경하에서 수신된 PSK(Phase Shift Keying)신호 S(t)는 다음식 1과 같이 복소 기저대역 등가식으로 표현할 수 있다.

[식 1]

S(t)=r(t)·e^{j(θd(t)+θrp(t) )}

여기서, r(t) 는 페이딩과 AWGN(Additive White Gaussian Noise)에 의해서 발생한 포락선 왜곡, θ_d(t) 는 위상 데이터 정보, θ_rp(t) 는 페이딩과 AWGN에 의해서 발생한 랜덤 위상잡음이다.

상대적으로 높은 신호대 잡음비에서는 위상왜곡이 주로 페이딩 채널에 의해서 발생한다.

본 발명은 레일레이 채널에 의해서 발생한 위상잡음 θ_rp(t) 을 적응방식에 의해 추적해서 보상하기 위한 것이다.

한편, 상기 표본화된 수신신호{S(t)를 디지털로 변환한 신호}는 수신기(100) 자체에서 만들어진 이동전화 환경의 위상예측값과 곱셈기(7)를 통하여 곱해져서 이동전화에서 생긴 위상에러를 보정받은 다음 두신호로 나누어져서 한 신호는 내삽 및 버퍼(13)를 거쳐 π/4DQPSK 복조기(14)를 거쳐 π/4 DQPSK로 복조되어 원하는 정보를 추출해낸다.

여기서, 신호레벨이 급격히 감소하는 부분에서는 적응 위상추적기의 성능이 열화되기 때문에 이부분에서는 그보다 신호레벨이 높은 주변의 추정값들을 가지고 내삽을 통하여 위상에러를 예측하며, 내삽을 하기 위해서는 주변의 추정값들을 버퍼에 미리 저장하고 있어야 한다.

한편, 다른 한 신호는 위상에러 검출부(8)를 거친 다음 무한 임펄스 응답 적응추적기(9)와 PLL(10)에 인가되어 다음 표본화된 수신신호에서 발생한 위상에러를 추정한다.

이때, 무한 임펄스 응답 적응 추적기(9)는 이동전화환경에서 발생하는 위상잡음을 효율적으로 추적해서 제거하도록 해 준다.

이 무한 임펄스 응답 적응 추적기(9)내의 대역저지 필터의 전달함수는 다음 식 2와 같다.

[식 2]

여기서, θ_rp(n)₁ 은 다음번에 사용하기 위해 예측한 랜덤 위상 잡음

θ_rp(n)₂ 는 현재 시간에 측정된 랜덤 위상 잡음이다.

또한, PLL(10)은 이 무한 임펄스 응답 적응 추적기(9)가 발진하지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 해 준다.

본 발명에서는 상기 PLL(10)이 상당히 중요한 역할을 하는데, 페이딩이 깊어지는 곳에서는 랜덤 위상이 급격하게 변하기 때문에 무한 임펄스 응답적응 추적기(9)만을 사용할 경우 시스템이 불안정해 질 수 있으나, PLL(10)의 동작폭을 넓게 함으로써 페이딩이 깊은 곳에서 발생하는 랜덤위상의 급격한 변화를 상당부분 보상할 수 있다.

또한, 상기 무한임펄스 응답적응 추적기(9)와 PLL(10)의 출력신호는 제2덧셈기(11)에 의해 더해져 제3덧셈기(12)로 보내짐과 동시에 상기 곱셈기(7)와 내삽 및 버퍼(13)로 보내진다.

도 2는 기존 차동복조 방식과 본 발명의 동기복조 방식의 성능을 시물레이션하여 비교한 것으로, 수평축은 각각의 수신방식에서 사용되는 수신신호의 신호대 잡음비이고, 수직축은 복조된 데이터의 비트 에러율을 로그 스케일(Log Scale)로 나타낸 것이다.

같은 신호대 잡음비에 대하여 그래프가 위쪽에 위치할수록 성능이 열화되는 것을 의미한다.

차동복조방식은 시물레이션한 값과 이론적인 값을 함께 제시하여 두 값이 거의 일치함을 보임으로써 본 시물레이션의 정확성을 기하였다.

도 2에서 차동복조 방식에 비해 본 발명은 동기복조 방식의 비트에러율이 약 2/3만큼 작음을 알 수 있다.

즉, 차동복조를 사용해서 에러가 3개가 발생할 때 본 발명을 이용할 경우 에러를 1개로 줄일 수 있다.

차동복조방식은 이동전화환경에서 위상잡음이 많이 발생하여 성능이 열화되나 본 발명의 수신기(100)는 위상잡음을 감소시킴으로써 이동전화환경에서 효율적으로 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 빠른 레일레이 페이딩 채널에서 발생하는 시변 위상 지터를 적응 방식으로 추적하기 때문에 기존 송신기의 변경없이도 사용가능하다.

또한, 본 발명의 수신단에서는 가장 높은 도플러 주파수를 추적하기 위해 맞추어 놓은 파라미터를 이보다 더 낮은 도플러 주파수에서도 그대로 사용할 수 있기 때문에 기존의 적응방식에서와 같이 도플러 주파수를 측정하기 위한 별도의 페이딩 통계 추정 장치가 필요하지 않으며, 기존의 비동기식 차동복조방식에 비하여 페이딩 채널에 의한 비트에러를 1/3로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 송신 데이터가 π/4DQPSK로 변조되어 필터링된 후 이동전화 환경의 통계적인 모델로 페이딩되어 수신기에 수신되는 것에 있어서,

   제1덧셈기를 통하여 표본화된 수신신호의 세기를 검출하는 레벨검출부와,

   상기 레벨검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기를 판단하여 내삽을 수행할 것인가를 결정하는 콘트롤부와,

   상기 제1덧셈기를 통하여 표본화된 수신신호와 수신기 자체에서 만들어진 이동전화환경의 위상예측값을 곱하는 곱셈기와,

   상기 곱셈기를 통하여 출력되는 위상의 에러를 검출하는 위상에러검출부와,

   이동전화 환경에서 발생하는 위상잡음을 효율적으로 추적해서 제거해 주는 무한 임펄스 응답 적응추적기와,

   상기 무한 임펄스 응답 적응추적기가 발진하지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 해 주는 PLL과,

   상기 무한 임펄스 응답적응 추적기와 PLL의 출력을 더하는 제2덧셈기와,

   상기 위상에러검출부와 상기 제2덧셈기의 출력을 더하는 제3덧셈기와,

   상기 곱셈기에 의해 곱해진 신호와 상기 제2덧셈기에 의해 더해진 신호를 입력받아 신호레벨이 급격히 감소하는 부분에서 신호레벨이 높은 주변의 추정값들을 가지고 내삽을 통하여 위상에러를 예측하는 내삽 및 버퍼와,

   상기 내삽 및 버퍼의 출력신호를 π/4DQPSK로 복조시키는 π/4DQPSK복조기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적응 버스트 동기식 복조장치.