KR100587978B1

KR100587978B1 - 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100587978B1
Application number: KR1020040098786A
Authority: KR
Inventors: 김일한; 김호겸; 오덕길; 이호진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-08
Also published as: KR20060059640A; US20060115013A1

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 직접적인 최대 우도(ML) 방식을 각 단계마다 독립적으로 계산하여 테스트 통계의 계산량을 줄이고 하드웨어의 수치적 오차 발생 확률을 줄임으로써, 주파수 및 위상 오차 등이 존재하는 비이상적인 통신 환경에서도 보다 강력한 성능을 가지도록 하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에 있어서, 다수의 변조 방식에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 다수의 우도 계산수단; 상기 계산된 각각의 우도 중에서 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 선택 및 세팅수단; 상기 다수의 변조 방식의 플래그들을 합산하기 위한 다수의 플래그 합산수단; 및 상기 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 변조 방식을 채택하기 위한 변조 방식 채택수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 위성통신시스템 등에 이용됨.

변조 방식, 분류, 우도, 주파수/위상 오차, 최대값, 플래그

Description

위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법{Apparatus and method for blind modulation classification in satellite communication system}

도 1 은 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치의 일실시예 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법에 대한 일실시예 흐름도,

도 3 은 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 및 위상 오차가 없는 이상적인 통신 환경에서 변조 분류 성능을 나타낸 그래프,

도 4 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에서 위상 오차가 있을 경우 변조 분류 성능을 나타낸 그래프,

도 5 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 오차가 있을 경우 변조 분류 성능을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 우도 계산부(1~M) 12 : 최대값 선택 및 세팅부

13 : 플래그 합산부(1~M) 14 : 변조방식 채택부

본 발명은 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변조 방식이 분류되지 않은 상황의 잡음이 부과된 수신 신호의 변조 방식을 분류하기 위한 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 무선 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 채널 환경(예: 날씨 조건)에 따라 송신기에서 다양한 변조 방식을 사용하는 것이 고려되고 있다. 지금까지 다양한 변조 분류 방법이 고려되었다. ML 방법(“A New Maximum-Likelihood Method for Modulation Classification”, 저자: Wen Wei and Jerry M. Mendel, 출처: Signals, Systems and Computers, 1995. 1995 Conference Record of the Twenty-Ninth Asilomar Conference on, Volume: 2, 30 Oct.-2 Nov. 1995. Pages:1132 - 1136 vol.2)은 분류 성능이 좋으나 계산 복잡도가 심해 qLLR(quasi Log-Likelihood Ratio) 방식이 제안되었다(“Likelihood Method for MPSK Modulation Classification”, 저자: C. Y. Huang and A. Polydoros, 출처: IEEE Transactions On Communications, vol. 43, pp. 1493-1504, Feb./Mar./Apr. 1995.).

여기서, qLLR 방식은 상대적으로 계산 복잡도가 많지는 않지만, 이 방식은 PSK(Phase Shift Keying)만 구분할 수 있으므로, QAM(Quadrature Amplitude Modulation)을 구분하기 위해서는 다른 방법이 필요하다.

실제로 최근의 통신시스템에서는 MPSK(M≥16)은 하드웨어의 위상잡음과 QAM보다 열악한 BER(Bit Error Ratio) 성능으로 인해서 실용적인 변조 방식으로 여겨지지 않는다. 이런 실제 통신 환경에서는 QAM을 사용할 수 있지만 qLLR은 이것을 감지해 낼 수 없는 문제점이 있다.

또한, 블라인드 변조 분류를 위해 제안된 기법 중 최대 우도(ML : Maximum Likelihood) 방법이 가장 성능이 우수하다. 하지만, 테스트 통계(test statistic)를 계산하는데 있어 ML 방법은 여러 개의 비선형 함수를 계산해야 하므로 하드웨어 복잡도가 높다. 또한, ML 방식은 각 샘플마다 순차적으로 계산해야 하므로 하드웨어로 숫자를 저장하는데의 한계 때문에 수치적 오차가 누적될 수 있을 뿐만 아니라, 주파수 오차나 위상 오차에 민감하게 반응하는 문제점이 있다.

따라서, QAM을 구별하기 위해서 계산량을 줄일 수 있는 성능이 우수한 시스템이 요구되며, 주파수 오차와 위상 오차에 덜 민감한 변조 방식이 요구된다.

본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 직접적인 최대 우도(ML) 방식을 각 단계마다 독립적으로 계산하여 테스트 통계의 계산량을 줄이고 하드웨어의 수치적 오차 발생 확률을 줄임으로써, 주파수 및 위상 오차 등이 존재 하는 비이상적인 통신 환경에서도 보다 강력한 성능을 가지도록 하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에 있어서, 다수의 변조 방식에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 다수의 우도 계산수단; 상기 계산된 각각의 우도 중에서 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 선택 및 세팅수단; 상기 다수의 변조 방식의 플래그들을 합산하기 위한 다수의 플래그 합산수단; 및 상기 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 변조 방식을 채택하기 위한 변조 방식 채택수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방법은, 위성통신시스템에 적용되는 블라인드 변조 분류 방법에 있어서, 다수의 변조 방식에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하는 우도 계산단계; 상기 계산된 우도값(M 개의 i 번째 시간의 우도)에 따라, 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지 플래그는 "0"으로 세팅하는 최대값 선택 및 세팅단계; 상기 다수의 변조 방식의 플래그들을 합산하는 플래그 합산단계; 및 상기 합산된 플래그(Y ₁ , …, Y _M ) 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 인덱스를 선택하는 인덱스 선택단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 상기의 변조 분류 블록은 수신단에서 수신 신호의 변조 방식을 모를 때, 변조 방식을 분류하는 구조로서, 기존의 직접적인 ML 방법에 비해 최대값을 취하게 함으로써 계산량을 줄일 수 있고, 하드웨어의 수치적 오차의 가능성을 배제할 수 있으며, 코딩의 각 단계마다 우도값 중에서 최대값을 택하므로써 주파수 오차나 위상 오차에 좀 더 강인하도록 할 수 있는 장점이 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변 조 분류 장치는, 다수의 변조 방식에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 우도 계산부(1~M)(11)와, 우도 계산부(11)를 통해 계산된 각각의 우도 중에서 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 선택 및 세팅부(12)와, 상기 다수의 변조 방식의 플래그들을 합산하기 위한 플래그 합산부(1~M)(13)와, 플래그 합산부(13)를 통해 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 변조 방식을 채택하기 위한 변조 방식 채택부(14)를 구비한다.

여기서, 수신기저대역 신호는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현이 가능하다.

여기서, i(1≤i≤N)는 심볼당 1 샘플로 동작하는 심볼 및 샘플 단위, S _i 는 송신단에서 송신된 임의의 변조된 신호, N 은 변조를 분류하기 위해서 관찰되어야 하는 샘플 수, n _i 는 파워 스펙트럼 밀도가 N ₀ /2 인 가우시안 잡음 신호, f _d , θ _i 는 각각 주파수 오차 및 위상 오차를 각각 나타낸다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치의 동작 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법에 대 한 일실시예 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 변조 분류되어야 하는 변조 방식 j 에 대한 i 번째 시간 신호의 우도는 하기의 [수학식 2]와 같이 계산된다(201 내지 203).

여기서,M _j 는 변조 방식 j 의 가능한 변조된 신호의 개수(변조 방식 j 의 성상도의 포인트 수)이고, χ _kj 는 변조 방식 j 의 변조된 신호이다.

이어서, 계산된 우도값(M 개의 i 번째 시간의 우도)에 따라, 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지 플래그는 "0"으로 세팅한다(204). 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 3]과 같다.

여기서, X_ji 는 변조 방식 j 의 i 번째 시간의 플래그이다. i 는 1 부터 N 까지 상기의 [수학식 2]와 [수학식 3] 작업을 수행하고, 각 X_ji 값들을 버퍼에 저장한다(205).

이어서, i 가 N 과 같은지 확인하여(206), i 가 N 과 같을 경우 변조 방식의 플래그들을 합산하는데 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 4]와 같고(207), i 가 N 과 다를 경우 (202) 과정부터 반복 수행한다.

이후, 합산된 플래그(Y ₁ , …, Y _M ) 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 인덱스를 선택한다(208). 즉, 결정된 변조 방식을 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 5]와 같다.

여기서, K 는 결정된 변조 방식이다.

정리해보면, ML 방식은 각

에 비선형 함수인 로그를 취한다. 이때, 계산량의 증가가 발생하는데, 본 발명에서는 이 값을 하드디시젼하므로 계산량이 감소된다. 또한, ML 방식의 경우 각 단계(i) 마다의 수치적 오차가 전체적으로 누적될 수 있는데 반해, 본 발명에서는 각 단계에서 수치적 오차를 완전하게 무시해 버리기 때문에 전체적으로 보면 수치적 오차가 없는 것으로 여겨진다.

또한, 본 발명은 각 단계마다 독립적으로 디시젼 해버려서 주파수 오차나 위상 오차를 각 단계로 국한시키는 반면, ML 방식은 각 단계의 주파수 오차나 위상 오차가 계속 누적되어 최종적으로 보면 주파수 오차나 위상 오차에 대한 효과가 매우 커지게 된다.

도 3 은 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 및 위상 오차가 없는 이상적인 통신 환경에서 변조 분류 성능을 나타낸 그래프로서, 샘플 수 100개, BPSK/QPSK/8PSK/16QAM 분류(classification)(8PSK는 도면에 도시되지 않음)를 나타낸 것이다.

도 4 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에서 위상 오차가 있을 경우 변조 분류 성능을 나타낸 그래프로서, 샘플 수 100개, BPSK/QPSK: SNR=10 dB, 8PSK/16QAM: SNR=15dB(8PSK는 도면에 도시되지 않음)를 나타낸 것이다.

도 5 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 오차가 있을 경우 변조 분류 성능을 나타낸 그래프로서, 샘플 수 100개, BPSK/QPSK: SNR=10 dB, 8PSK/16QAM: SNR=15dB(8PSK는 도면에 도시되지 않음)를 나타낸 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 변조 방식을 분류하는데 있어 하드웨어 복잡도를 줄이고 하드웨어의 수치적 오차의 가능성을 제거할 수 있다. 또한, 주파수 오차나 위상 오차가 있는 일반적으로 고려되는 위성통신 환경에서도 강력한 성능을 가지고 있다. 이는 상기 도 4 및 도 5에서 확인할 수 있다. 또한, 도 3과 같은 이상적인 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 같은 환경에서도 ML 보다는 성능이 떨어지지만 본 발명의 성능은 문서 “Digital Video Broadcasting(DVB); Framing structure, channel coding and modulation for Digital Satellite News Gathering(DSNG) and other contribution applications by satellite”(출처: ETSI, EN 301 v.1.1, Mar. 1999.)의 요구 조건에 알맞은 성능을 가진다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 기저대역에서 수신 신호의 변조 분류를 위해 각 테스트 통계간의 최대값을 찾는 구조로 인해 계산량을 줄일 수 있고, 주파수 오차나 위상 오차와 같은 신호의 변화에 덜 민감하도록 만들어져 신호의 변화에 있어서도 강인한 성능을 낼 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 테스트 통계간의 최대값을 독립적으로 선택하는 구조로 인해 하드웨어의 한계로 인한 수치적 오차 누적에 강인한 장점이 있다.

Claims

위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에 있어서,

다수의 변조 방식에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 다수의 우도 계산수단;

상기 계산된 각각의 우도 중에서 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 선택 및 세팅수단;

상기 다수의 변조 방식의 플래그들을 합산하기 위한 다수의 플래그 합산수단; 및

상기 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 변조 방식을 채택하기 위한 변조 방식 채택수단

을 포함하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 우도는,

변조 분류되어야 하는 변조 방식 j 에 대한 i 번째 시간 신호로, 하기의 [수학식 1]와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치.

[수학식 1]

(여기서, M _j 는 변조 방식 j 의 가능한 변조된 신호의 개수(변조 방식 j 의 성상도의 포인트 수)이고, χ _kj 는 변조 방식 j 의 변조된 신호임)
위성통신시스템에 적용되는 블라인드 변조 분류 방법에 있어서,

다수의 변조 방식에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하는 우도 계산단계;

상기 계산된 우도값(M 개의 i 번째 시간의 우도)에 따라, 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지 플래그는 "0"으로 세팅하는 최대값 선택 및 세팅단계;

상기 다수의 변조 방식의 플래그들을 합산하는 플래그 합산단계; 및

상기 합산된 플래그(Y ₁ , …, Y _M ) 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 값에 해당하는 인덱스를 선택하는 인덱스 선택단계

를 포함하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 우도는,

변조 분류되어야 하는 변조 방식 j 에 대한 i 번째 시간 신호로, 하기의 [수학식 2]와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법.

[수학식 2]

(여기서, M _j 는 변조 방식 j 의 가능한 변조된 신호의 개수(변조 방식 j 의 성상도의 포인트 수)이고, χ _kj 는 변조 방식 j 의 변조된 신호임)
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 최대값 선택 및 세팅단계는,

i 는 1 부터 N 까지 상기의 [수학식 2]와 하기의 [수학식 3]과 같이 계산되며, 각 X_ji 값들을 버퍼에 저장하는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법.

[수학식 3]

(여기서, X_ji 는 변조 방식 j 의 i 번째 시간의 플래그를 나타냄)
제 5 항에 있어서,

상기 합산된 플래그는,

i 가 N 과 같을 경우, 변조 방식의 플래그들을 합산하는데 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 4]와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법.

[수학식 4]