KR100691303B1 - 위성통신시스템에서 오차에 강인한 bpsk/qpsk블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 주파수 오차, 위상 오차, 타이밍 오차와 같은 신호의 변화에 강인하도록, 비정상적인 특성 관찰 구간을 짧게 함으로써 대략적으로 정상적으로 만들고, 그 대략적인 정상 구간을 여러 구간 동안 관찰함으로써 비이상적인 통신 환경에서도 보다 강력한 성능을 가지도록 하는, 위성통신 시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에 있어서, 각 변조 방식(BPSK/QPSK)에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 제1 및 제2 우도 계산수단; 상기 제1 및 제2 우도 계산수단을 통해 계산된 우도값에 따라 최대값을 구하고, 상기 구한 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 세팅수단; 상기 최대값 세팅수단에서 세팅된 각 변조 방식(BPSK/QPSK)의 플래그들을 합산하기 위한 제1 및 제2 플래그 합산수단; 상기 제1 및 제2 플래그 합산수단을 통해 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 상기 선택한 최대값에 해당하는 변조 방식 플래그를 세팅하기 위한 변조방식 플래그 세팅수단; 및 상기 제1 및 제2 우도 계산수단, 상기 최대값 세팅수단, 상기 제1 및 제2 플래그 합산수단, 및 상기 변조방식 플래그 세팅수단과 같은 변조 분류 과정을 반복하여 출력된 변조 플래그를 합하여 두 개( 과 )중 큰 변조 분류 방식을 실제 변조 분류 방식으로 결정하기 위한 변조 분류 방식 결정수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 위성통신시스템 등에 이용됨.
BPSK, QPSK, 분류, 우도, 오차, 최대값, 플래그, CCP, 변조
Description
도 1 은 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 3 은 본 발명에 따른 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 및 위상 오차가 있는 통신 환경에서 BPSK/QPSK 변조 분류 성능을 나타낸 그래프,
도 4 는 본 발명에 따른 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 오차, 위상 오차 및 타이밍 오차가 있는 통신 환경에서 BPSK/QPSK 변조 분류 성능을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 제1 우도 계산부 12 : 제2 우도 계산부
13 : 최대값 세팅부 14 : 제1 플래그 합산부
15 : 제2 플래그 합산부 16 : 변조방식 플래그 세팅부
17 : 변조 분류 방식 결정부
본 발명은 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 오차, 위상 오차 및 타이밍 오차에 강인하도록, 변조 방식이 분류되지 않은 상황의 잡음이 부과된 수신 신호의 변조 방식을 분류하기 위한, 오차에 강인한 BPSK/QPSK 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. 그리고 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.).
그러나 상기 방법 모두 심한 주파수 오차, 위상 오차, 타이밍 오차에는 열악한 성능을 가지고 있어 실제 별도의 복원 회로 없이는 구현되기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 오차들은 실제 통신시스템에서 빈번하게 일어날 수 있는 오차들이며, 통신시스템에 별도의 복조 블록이 없을 때에는 원하는 만큼의 변조 분류 성능을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 주파수 오차나 위상 오차에 대하여 덜 민감한 변조 분류 방안이 제안되었으나, 극심한 주파수 오차나 위상 오차가 있을 때 이 방안의 성능은 급격하게 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 별도의 도움없이 정합 필터링된 수신 기저대역 신호만으로 정확한 BPSK/QPSK 변조 분류를 수행할 수 있고, 원하는 CCP(Correct Classification Probability)를 맞추기 위해서 최소로 필요한 심볼 수를 결정할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 주파수 오차, 위상 오차, 타이밍 오차와 같은 신호의 변화에 강인하도록, 비정상적인 특성 관찰 구간을 짧게 함으로써 대략적으로 정상적으로 만들고, 그 대략적인 정상 구간을 여러 구간 동안 관찰함으로써 비이상적인 통신 환경에서도 보다 강력한 성능을 가지도록 하는, 위성통신 시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 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, 각 변조 방식(BPSK/QPSK)에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 제1 및 제2 우도 계산수단; 상기 제1 및 제2 우도 계산수단을 통해 계산된 우도값에 따라 최대값을 구하고, 상기 구한 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 세팅수단; 상기 최대값 세팅수단에서 세팅된 각 변조 방식(BPSK/QPSK)의 플래그들을 합산하기 위한 제1 및 제2 플래그 합산수단; 상기 제1 및 제2 플래그 합산수단을 통해 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 상기 선택한 최대값에 해당하는 변조 방식 플래그를 세팅하기 위한 변조방식 플래그 세팅수단; 및 상기 제1 및 제2 우도 계산수단, 상기 최대값 세팅수단, 상기 제1 및 제2 플래그 합산수단, 및 상기 변조방식 플래그 세팅수단과 같은 변조 분류 과정을 반복하여 출력된 변조 플래그를 합하여 두 개( 과 )중 큰 변조 분류 방식을 실제 변조 분류 방식으로 결정하기 위한 변조 분류 방식 결정수단을 포함한다.
또한, 본 발명은, 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법에 있어서, 각 변조 방식(BPSK/QPSK)에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하는 우도 계산단계; 상기 계산한 우도값에 따라 최대값을 구하고, 상기 구한 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하여 저장하는 최대값 세팅 및 저장단계; 상기 세팅한 각 변조 방식(BPSK/QSK)의 플래그들을 합산하는 플래그 합산단계; 상기 합산한 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 상기 선택한 최대값에 해당하는 변조 방식 플래그를 설정하는 플래그 설정단계; 및 상기 각 단계를 반복 수행하여 출력된 변조 플래그를 합하여 두 개( 과 )중 큰 변조 분류 방식을 실제 변조 분류 방식으로 결정하는 변조 분류 방식 결정단계를 포함한다.
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 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치는, 각 변조 방식(BPSK/QPSK)에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 제1 및 제2 우도 계산부(11,12)와, 제1 및 제2 우도 계산부(11,12)를 통해 계산된 우도값(각각의 i번째 우도 비(ratio))에 따라 최대값을 구하고, 상기 구한 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 세팅부(13)와, 상기 최대값 세팅부(13)에서 세팅된 각 변조 방식(BPSK/QPSK)의 플래그들을 합산하기 위한 제1 및 제2 플래그 합산부(14,15)와, 제1 및 제2 플래그 합산부(14,15)를 통해 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 선택된 최대값에 해당하는 변조 방식 플래그를 세팅하기 위한 변조방식 플래그 세팅부(16)와, 제1 및 제2 우도 계산부(11,12), 최대값 세팅부(13), 제1 및 제2 플래그 합산부(14,15), 변조방식 플래그 세팅부(16)와 같은 변조 분류 과정을 L번 반복하여 출력된 변조 플래그를 합하여 두 개( 과 )중 큰 변조 분류 방식을 실제 변조 분류 방식으로 결정하기 위한 변조 분류 방식 결정하기 위한 변조 분류 방식 결정부(17)를 포함한다.
여기서, 수신기저대역 신호는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현이 가능하다.
여기서, 는 심볼당 1샘플로 동작하는 심볼 및 샘플 단위, si 는 송신단에서 송신된 임의의 변조된 신호, N 은 변조를 분류하기 위해서 관찰되어야 하는 샘플 수, ni 는 파워 스펙트럴 밀도가 N0 / 2 인 가우시안 잡음 신호, △f0 ,θi 는 각각 주파수 오차, 위상 오차를 각각 나타낸다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치의 동작 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 위성통신시스템에서 오차에 강인한 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 변조 분류되어야 하는 변조 방식 j (BPSK/QPSK)에 대한 i 번째 시간 신호의 우도는 하기의 [수학식 2]와 같이 계산된다(201 내지 204).
여기서, M j 는 변조 방식 j의 가능한 변조된 신호의 개수(변조 방식 j의 성상도의 포인트 수)이고 x kj 는 변조 방식 j 의 변조된 신호이다.
이어서, 2개의 i 번째 시간의 우도 중에서 최대값을 선택하고, 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지 플래그는 "0"으로 세팅한다(205). 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 3]과 같다.
여기서, Xji 는 변조 방식 j 의 i 번째 시간의 플래그이다. i 는 1부터 N 까지 상기 [수학식 2]와 [수학식 3] 작업을 수행하고 각 Xji 값들을 버퍼에 저장한다(206,207).
이어서, i 를 N 으로 나눈 결과(208), 나머지가 0일 경우 변조 방식의 플래그들을 합산하는데 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 4]와 같고(209,210), 나머지가 0이 아닐 경우 "202" 과정부터 반복 수행한다.
이후, "209" 과정 및 "210" 과정을 통해 합산된 Y1,Y2 중 최대값에 해당하는 인덱스 선택 플래그를 설정하여 임시 변조 방식을 결정하며(211), 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 5]와 같다.
여기서, K k 는 k(1≤k≤L) 번째 단계에서 결정된 변조 방식이다. 만약, K k 가 BPSK와 같다면 BPSK 플래그 Zk1 을 1로 설정하고 QPSK 플래그 Zk2 를 0으로 설정하고, K k 가 QPSK와 같을 때는 BPSK 플래그 Zk1 을 0으로 설정하고 QPSK 플래그 Zk2 를 1로 설정한다(212,213).
상기한 바와 같이, 본 발명은 임을 알 수가 있다. 다시 말해, 넓은 범위의 주파수 오차, 위상 오차 및 타이밍 오차에서의 성능을 개선하기 위해 다음과 같은 변조 분류 방식을 제안할 수 있다.
우리가 전체 관찰할 수 있는 심볼의 개수를 Q라고 할 때, 변조 신호 분류를 할 신호의 개수 N을 고정하고 변조 분류의 결과를 보고 L=Q/N 개의 독립적인 변조 분류 결과값(변조 방식)이 나오면 L개의 변조 분류 결과값 중에 더 많이 나온 변조 방식을 실제 보내진 변조 방식으로 결정하는 방법이 있다. 이런 가정하에 제안된 구조의 CCP(Correct Classification Probability)는 하기의 [수학식 6]과 같다.
여기서, p 0 는 짧은 N 심볼 블록을 관찰함으로써 얻어진 특정한 주파수 오프셋에서의 CCP이다. L이 충분히 크면 P c 는 하기의 [수학식 7]과 같다.
이때, 원하는 CCP를 PC0 이상으로 맞추려고 한다면, 하기의 [수학식 8]과 같이 되어야 한다. 따라서 아래의 [수학식 9]의 관계가 성립한다.
도 3 은 본 발명에 따른 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 및 위상 오차가 있는 통신 환경에서 BPSK/QPSK 변조 분류 성능을 나타낸 그래프로서, 위상 오차 SNR = 6dB인 경우를 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명에 따른 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치에서 주파수 오차, 위상 오차 및 타이밍 오차가 있는 통신 환경에서 BPSK/QPSK 변조 분류 성능을 나타낸 그래프로서, 정규화된 주파수 오차가 0.05, 위상 오차 SNR = 6dB인 경우를 나타낸 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 주파수 오차나 위상 오차, 타이밍 오차가 있는 일반적으로 고려되는 위성통신 환경에서 매우 강력한 성능을 가지고 있다. 이는 상기 도 3 및 도 4를 통해 확인할 수 있다.
따라서 본 발명은 SNR = 6 dB에서 실제 시스템에 하드웨어적으로 적용되면 완벽하게 변조 분류를 수행할 수 있다. 또한, 원하는 CCP를 맞추기 위해서 최소로 필요한 심볼 수를 결정할 수 있는 알고리즘을 제공할 수 있는 장점이 있다.
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, 실제 통신시스템에서 발생할 수 있는 주파수 오차, 위상 오차, 타이밍 오차와 같은 이상적이지 않은 통신환경에서도 매우 강인한 성능을 나타낼 수 있도록, 주파수 복원기, 위상 복원기, 타이밍 복원기 같은 별도의 복원기의 도움없이도 정합 필터링된 수신 신호만으로도 완벽한 BPSK/QPSK 변조 분류를 해낼 수 있는 효과가 있으며, 원하는 CCP(Correct Classification Probability)를 맞추기 위해서 최소로 필요한 심볼 수를 결정하기 위한 알고리즘을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 장치에 있어서,각 변조 방식(BPSK/QPSK)에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하기 위한 제1 및 제2 우도 계산수단;상기 제1 및 제2 우도 계산수단을 통해 계산된 우도값에 따라 최대값을 구하고, 상기 구한 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하기 위한 최대값 세팅수단;상기 최대값 세팅수단에서 세팅된 각 변조 방식(BPSK/QPSK)의 플래그들을 합산하기 위한 제1 및 제2 플래그 합산수단;상기 제1 및 제2 플래그 합산수단을 통해 합산된 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 상기 선택한 최대값에 해당하는 변조 방식 플래그를 세팅하기 위한 변조방식 플래그 세팅수단; 및상기 제1 및 제2 우도 계산수단, 상기 최대값 세팅수단, 상기 제1 및 제2 플래그 합산수단, 및 상기 변조방식 플래그 세팅수단과 같은 변조 분류 과정을 반복하여 출력된 변조 플래그를 합하여 두 개( 과 )중 큰 변조 분류 방식을 실제 변조 분류 방식으로 결정하기 위한 변조 분류 방식 결정수단을 포함하는 위성통신시스템에서 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 변조 분류 방식 결정수단은,상기 변조 분류 과정을 L번(L은 자연수) 반복하여 출력된 결과값을 바탕으로, 원하는 CCP(Correct Classification Probability)를 맞추기 위해서 최소로 필요한 심볼수를 결정하는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템에서 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 장치.
- 위성통신시스템에서 블라인드 변조 분류 방법에 있어서,각 변조 방식(BPSK/QPSK)에 대한 수신기저대역 신호 각각의 우도를 계산하는 우도 계산단계;상기 계산한 우도값에 따라 최대값을 구하고, 상기 구한 최대값에 해당하는 플래그는 "1"로, 나머지는 "0"으로 세팅하여 저장하는 최대값 세팅 및 저장단계;상기 세팅한 각 변조 방식(BPSK/QSK)의 플래그들을 합산하는 플래그 합산단계;상기 합산한 플래그 중에서 최대값을 선택하고, 상기 선택한 최대값에 해당하는 변조 방식 플래그를 설정하는 플래그 설정단계; 및를 포함하는 위성통신시스템에서 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 방법.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 변조 분류 방식 결정단계는,상기 각 단계를 L번(L은 자연수) 반복하여 출력된 결과값을 바탕으로, 원하는 CCP(Correct Classification Probability)를 맞추기 위해서 최소로 필요한 심볼수를 결정하는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템에서 BPSK/QPSK 블라인드 변조 분류 방법.
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