KR101254210B1 - 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법 - Google Patents

오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

저전력 WBAN 시스템을 위해, 전력 효율이 높은 변조 방식을 기반으로 비선형 왜곡이 존재하는 환경에서 비선형 왜곡을 심볼 구간의 전력 분산 및 성상도의 위상 오프셋을 동시에 적용함으로써 감소시키는 변조 장치 및 변조 방법이 개시되어 있다. 변조 장치는 입력되는 3 개의 비트 정보를 변조하는 장치에 있어서, 상기 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행할 때, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성부; 및 상기 생성된 심볼을 송신하는 송신부를 포함한다. 따라서, 유효 심볼 구간의 전력을 분산시킴으로써 높은 유효 심볼 구간 전력으로 인한 비선형 왜곡을 감소시키고, 성상도의 위상 옵셋을 부여함으로써 2π의 위상 전이로 인한 비선형 왜곡을 감소시킬 수 있고, 비선형 왜곡이 존재하는 환경에서 사이드 로브(side lobe)가 증가함으로 인한 인접 대역의 간섭을 줄일 수 있다.

Description

오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법{OFFSET PHASE ROTATION SHIFT KEYING MODULATION APPARATUS AND METHOD, PHASE SILENCE ROTATION SHIFT KEYING MODULATION APPARATUS AND METHOD, AND PHASE SILENCE ROTATION SHIFT KEYING DEMODULATION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 변조 장치 및 방법과 복조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 WBAN(Wireless Body Area Network) 시스템에서 사용되는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치 및 방법에 관한 것이다.
WBAN 시스템은 인체 내부 또는 인체 외부의 소형 장치가 이식 또는 부착되기 때문에 장비의 전지 관리를 위한 저전력 송수신이 필수적이다. 따라서 WBAN 시스템을 위한 변조 방식으로 FSK, PPM, OOK, GMSK 방식 등의 전력 효율적인 변조 방식이 제안되었다. 하지만 위의 변조 방식들은 전력 효율은 우수하나, 이에 따른 대역 효율의 열화가 크게 나타나는 변조 방식이기 때문에 최근에는 전력 효율이 우수한 PPM 방식과 대역 효율이 우수한 PSK 방식을 결합한 PSSK (Phase Silence Shift Keying), PSPK (Phase Shift Position Keying), PRSK (Phase Rotation Shift Keying) 등이 제안되었다.
WBAN 시스템의 요구 사항인 저전력 통신을 만족하기 위해 PSSK, PSPK, PRSK 등의 다양한 변조 방식들이 제안되었으나, PSSK와 PSPK는 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간의 존재로 인해 유효 심볼 구간의 심볼 전력이 매우 높은 전력을 갖게 되며, 유효 심볼 구간의 높은 전력으로 인한 비선형 왜곡이 크게 발생하는 단점이 존재한다. 또한 PRSK는 인접 심볼간의 2의 위상 전이가 발생하는 경우 비선형 증폭기로 인한 왜곡이 크게 발생하는 단점이 있다. 이와 같은 비선형 왜곡으로 인하여 신호 스펙트럼(spectrum)의 사이드 로브(side lobe)가 증가하게 되며, 인접 대역간 간섭의 증가로 효율적인 전송률 확장에 어려움을 줄 수 있다.
도 1은 전형적인 WBAN 통신 시스템의 송수신기 구조를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전형적인 WBAN 시스템은 정보 생성기(110), 데이터 심볼 맵퍼(120), 펄스 성형 필터(130), 디지털 대 아날로그 변환기(140), 채널(150), 아날로그 대 디지털 변환기(160), 필터(170), 데이터 심볼 디맵퍼(180) 및 정보 싱크(190)를 포함한다. 정보 생성기(110)는 전송하고자 하는 비트 정보를 생성한다. 데이터 심볼 맵퍼(120)는 비트 정보를 맵핑하고, 변조하는 기능을 수행한다. 펄스 성형 필터(130)는 심볼간 간섭(ISI(InterSymbol Interference))을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행한다. 펄스 성형이 수행된 심볼은 디지털 대 아날로그 변환기(140)를 거쳐서 최종적으로 전송되는 송신 신호를 생성한다. 송신신호는 채널(150)을 통해 수신측으로 전송되게 되고, 수신측은 송신기의 역과정을 거쳐 복조를 수행한다.
도 2는 종래 PSSK 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면이다. PSSK 변조 방식은 종래의 PPM 방식과 PSK 방식을 결합하여 대역 효율을 낮추고 전력 효율을 높이는 방식이다. 첫 번째 비트 정보에 따라 유효 심볼 구간이 전반부 또는 후반부로 결정이 된다. 첫 번째 비트가 0인 경우 유효 심볼 구간이 전체 심볼 구간의 전반부에 형성되고(210), 첫 번째 비트가 1인 경우 유효 심볼 구간이 전체 심볼 구간의 후반부에 형성된다(220). 따라서, PSK 신호가 맵핑되는 유효 심볼 구간이 형성되는 동안 반드시, 전력이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간이 존재하게 된다. PSSK 심볼의 맵핑은 수학식 1과 같다.
Figure 112011066298412-pat00001
여기서, RE{c}는 복소수 값 c의 실수부를, exp[·]는 exponential 함수를 나타낸다. fc는 반송파 주파수를 의미하며, θm = 2πmod(m, 0.5M)/O.5M으로 표현할 수 있다. Ts는 심볼 주기를, Tp = Ts/2로 유효 심볼 주기와 사일런스 주기를 나타낸다. Bm = mod(Am, 1)을 의미하고, α(t)와 β(t)는 롤-오프 팩터(roll-off-factor) γ의 SRRC(Square Root Raised Cosine) 필터를 이용한 펄스 성형 함수이다.
PSSK 변조 방식은 PSK 심볼을 맵핑한 유효 심볼 주기와 신호가 존재하지 않는 사일런스 주기로 나누어 보냄으로써 대역 효율은 감소하지만 전력 효율을 높일 수 있으며, PSSK 변조 방식의 대역 효율은 M-ary PSK의 대역 효율 (0.5log2M)의 절반인 0.25log2M이 되며, M-ary FSK의 대역 효율 (log2M/2M)에 비하여 M/2배 더 우수하다. 하지만 사일런스 구간에는 신호가 존재하지 않기 때문에 유효 심볼 구간의 전력은 평균 전력에 비하여 2배 높은 전력을 가지며, 이로 인한 비선형 왜곡이 PSK 에 비하여 크게 발생하는 단점이 존재한다.
도 3은 종래의 PSPK 변조 방식의 성상도를 나타낸다. PSPK 변조 방식은 기본적인 PSSK와 유사하지만 PSSK보다 대역 효율을 더 낮추고 전력 효율을 높이는 변조 방식이다. 도 3에 도시된 바와 같이, PSPK 변조 방식을 사용하면, 입력된 비트 정보는 첫 번째와 두 번째 비트 정보에 따라 네 개의 심볼 구간 중 하나의 유효 심볼 구간과 세 개의 사일런스 구간으로 나누어진다. 예컨대, 첫 번째와 두 번째 비트 정보가 모두 0인 경우 가장 전반부 4분의 1 영역에 유효 심볼 구간이 형성되고, 나머지 4분의 3 영역은 전력이 존재하지 않는 사일런스 구간이 된다(310). 첫 번째 비트 정보가 0이고 두 번째 비트 정보가 1인 경우, 두 번째 전반부 4분의 1 영역에 유효 심볼 구간이 형성되고, 나머지 4분의 3 영역은 전력이 존재하지 않는 사일런스 구간이 된다(320). PSPK 심볼의 맵핑은 수학식 2와 같다.
Figure 112011066298412-pat00002
여기서, θm = 2πmod(m, 0.25M)/0.25M으로 표현할 수 있고, 유효 심볼 구간 Tpp = Ts/2이다. γ(t)와 η(t)는 롤-오프 팩터 γ의 SRRC 필터를 이용한 펄스 성형 함수를 나타낸다.
PSPK는 심볼의 주기를 총 네 구간으로 나눔으로써 PSK를 맵핑한 하나의 유효 심볼 주기와 세 개의 사일런스 주기로 나누어 전송한다. 따라서, PSSK보다 높은 전력 효율을 얻을 수 있다. 또한, PSSK와 마찬가지로 유효 심볼 주기와 사일런스 주기를 직교하게 유지함으로써 대역 효율을 낮추고 전력 효율을 높이기에 용이하며, PSSK에 비해 2배의 전송률 이득을 얻을 수 있다. 따라서, PSPK의 대역 효율은 PSSK의 대역 효율의 절반인 0.125log2M이 되며, M-ary FSK의 대역 효율에 비해 M/4배 더 우수하다. 하지만 PSPK 방식도 PSSK 방식과 마찬가지로 사일런스 구간에는 신호가 존재하지 않기 때문에 유효 심볼 구간의 전력은 평균 전력에 비하여 4배 높은 전력을 가지며, 이로 인한 비선형 왜곡이 크게 발생하는 단점이 존재한다.
도 4는 종래의 PRSK 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면이다. PRSK 변조 방식은 사일런스 구간이 존재하는 PSSK 변조 방식과 달리 모든 심볼 구간을 사용한다. 따라서, 전력이 존재하지 않는 사일런스 구간이 없다. PRSK 변조 방식은 두 개의 유효 심볼 구간에 맵핑된 PSK 심볼간의 위상 전이를 통하여 정보를 전달한다. 첫 번째 비트 정보에 따라 위상 전이 방향을 결정하고, 두 번째 비트 정보에 따라 허수부의 값을 결정하며, 세 번째 비트 정보에 따라 실수부의 값을 결정하여 성상도 상에 맵핑된다. PRSK 심볼의 맵핑은 수학식 3과 같다.
Figure 112011066298412-pat00003
여기서 Im{c}는 복소수 값 c의 허수부를 나타내며, θm = 2πmod(m, 0.5M)/O.5M으로 표현할 수 있다. Bm = mod(Am, 1)을 의미하고, α(t)와 β(t)는 수학식 1의 펄스 성형 함수와 동일하다.
PRSK는 심볼 주기를 두 개의 유효 심볼 주기로 나누어 각 유효 심볼 주기에 서로 다른 위상을 갖는 PSK 심볼을 맵핑함으로써 대역 효율은 감소하지만 전력 효율을 높일 수 있으며, PRSK의 대역 효율은 PSSK와 같은 0.25log2M이 되며, M-ary FSK의 대역 효율 (log2M/2M)에 비하여 M/2배 더 우수하다. 사일런스 구간이 존재하지 않는 PRSK는 PSSK에 비해 유효 심볼 구간의 전력으로 인한 비선형 왜곡은 발생하지 않지만, 인접 심볼간의 심볼 전이 과정에서 2π의 위상 전이가 발생하는 단점이 존재한다.
한국공개특허 2011-0017659 ("WBAN 시스템을 위한 UWB 송수신 장치", 인하대학교 산학협력단, 2011.02.22 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 저전력 WBAN 시스템을 위해, 전력 효율이 높은 변조 방식을 기반으로 비선형 왜곡이 존재하는 환경에서 유효 심볼 구간의 높은 전력과 인접 심볼간 최대 2π의 위상 천이로 인해 나타나는 비선형 왜곡을 심볼 구간의 전력 분산 및 성상도의 위상 오프셋을 동시에 적용함으로써 감소시키는, 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치는 입력되는 3 개의 비트 정보를 변조하는 장치에 있어서, 상기 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행할 때, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성부; 및 상기 생성된 심볼을 송신하는 송신부를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성부는 상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환기; 상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑부; 및 상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성부를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성부에서 상기 비트 정보 중 첫 번째 비트는 상기 성상도 상에서 상기 제 1 유효 심볼 구간으로부터 상기 제 2 유효 심볼 구간으로 향하는 위상 전이 방향을 결정하고, 상기 비트 정보 중 두 번째 비트는 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트는 상기 성상도의 실수부에 맵핑될 수 있다.
상기 송신부는 상기 심볼 생성부에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방법은, 입력되는 3 개의 비트 정보를 변조하는 방법에 있어서 심볼 생성부가 상기 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행할 때, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성 단계; 및 송신부가 상기 생성된 심볼을 송신하는 송신 단계를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성 단계는 상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환 단계; 상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑 단계; 및 상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성 단계를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성 단계에서, 상기 비트 정보 중 첫 번째 비트가 상기 성상도 상에서 상기 제 1 유효 심볼 구간으로부터 상기 제 2 유효 심볼 구간으로 향하는 위상 전이 방향을 결정하고, 상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑될 수 있다.
상기 송신 단계에서, 상기 송신부는 상기 심볼 생성 단계에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치는 입력되는 4 개의 비트 정보를 변조하는 장치에 있어서, 상기 비트 정보를 구성하는 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하고, 상기 비트 정보 중 첫 번째 비트를 제외한 나머지 비트의 값을 토대로, 성상도 상에서의 변조를 수행하되, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성부; 및 상기 생성된 심볼을 송신하는 송신부를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성부는 상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환기; 상기 병렬 전환된 비트 정보 중 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하는 유효 심볼 구간 결정부; 상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑부; 및 상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성부를 포함할 수 있다.
상기 심볼 맵핑부에서 상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 제 1 및 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 상에서 위상 전이 방향을 결정하고, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 네 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑될 수 있다.
상기 송신부는 상기 심볼 생성부에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방법은 입력되는 4 개의 비트 정보를 변조하는 방법에 있어서, 상기 비트 정보를 구성하는 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하고, 상기 비트 정보 중 첫 번째 비트를 제외한 나머지 비트의 값을 토대로, 성상도 상에서의 변조를 수행하되, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성 단계; 및 상기 생성된 심볼을 송신하는 송신 단계를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성 단계는 상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환 단계; 상기 병렬 전환된 비트 정보 중 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하는 유효 심볼 결정 단계; 상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑 단계; 및 상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성 단계를 포함할 수 있다.
상기 심볼 생성 단계에서, 상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 제 1 및 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 상에서 위상 전이 방향을 결정하고, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 네 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑될 수 있다.
상기 송신 단계에서, 상기 송신부는 상기 심볼 생성 단계에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치는 송신 장치의 4 개의 비트 정보를 포함하는 수신 신호를 복조하는 장치에 있어서, 상기 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 상기 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거하는 통과대역 복조 및 필터링부; 상기 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행하는 동기화부; 상기 동기화된 신호 샘플을 시간 구간에 따라 나누고 각 샘플 구간의 전력을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하며, 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호를 복조하여 첫 번째 비트 정보로 출력하는 유효 심볼 구간 결정부; 및 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 비트 정보를 출력하는 PRSK 복조부를 포함할 수 있다.
상기 유효 심볼 구간 결정부는 상기 동기화된 신호 샘플을 시간에 따라 동일하게 네 개의 구간으로 나누고, 제 1 샘플 구간에서의 전력 및 제 2 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 1 전력과 제 3 샘플 구간에서의 전력 및 제 4 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 2 전력을 비교하여 더 큰 전력을 갖는 구간을 상기 유효 심볼 구간으로 결정할 수 있다.
상기 PRSK 복조부는 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 조합하여 복수의 심볼 조합을 생성하는 복수의 상관기; 상기 복수의 상관기를 통해 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합을 판단하는 최대값 판단부; 및 상기 가장 유사한 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행하는 비트 정보 복조부를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법은 송신 장치의 4 개의 비트 정보를 포함하는 수신 신호를 복조하는 방법에 있어서, 상기 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 상기 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거하는 통과대역 복조 및 필터링 단계; 상기 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행하는 동기화 단계; 상기 동기화된 신호 샘플을 시간 구간에 따라 나누고 각 샘플 구간의 전력을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하며, 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호를 복조하여 첫 번째 비트 정보로 출력하는 유효 심볼 구간 결정 단계; 및 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 비트 정보를 출력하는 PRSK 복조 단계를 포함할 수 있다.
상기 유효 심볼 구간 결정 단계는 상기 동기화된 신호 샘플을 시간에 따라 동일하게 네 개의 구간으로 나누는 단계; 제 1 샘플 구간에서의 전력 및 제 2 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 1 전력과 제 3 샘플 구간에서의 전력 및 제 4 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 2 전력을 비교하여 더 큰 전력을 갖는 구간을 상기 유효 심볼 구간으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 PRSK 복조 단계는 복수의 상관기가 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 토대로 복수의 조합을 생성하는 단계; 상기 복수의 상관기를 통해 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합을 판단하는 최대값 판단 단계; 및 상기 가장 유사한 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행하는 비트 정보 복조 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법에 따르면, 종래의 방식과는 달리 유효 심볼 구간의 전력을 분산시킴으로써 높은 유효 심볼 구간 전력으로 인한 비선형 왜곡을 감소시키고, 성상도의 위상 옵셋을 부여함으로써 2π의 위상 전이로 인한 비선형 왜곡을 감소시킬 수 있고, 비선형 왜곡이 존재하는 환경에서 사이드 로브(side lobe)가 증가함으로 인한 인접 대역의 간섭을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법의 잔여 타이밍 오프셋 추정 방법을 통해 새로운 추정 방식 및 파일럿 구조의 변경 없이 누적 방식의 개선으로 종래의 누적 방식보다 우수한 추정 성능을 얻는 효과가 있다.
더욱이, 또한, 본 발명의 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법이 상업용 무선 통신 시스템에 적용될 경우, 개발된 제품은 우수한 모뎀 성능으로 인해 국내외 무선 통신 시장에서 경쟁적 우위를 점하는 효과가 있다.
도 1은 전형적인 WBAN 통신 시스템의 송수신기 구조를 나타낸 도면,
도 2는 종래 PSSK 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면,
도 3은 종래 PSPK 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면,
도 4는 종래 PRSK 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치를 구체적으로 나타낸 상세 블록도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치에서 송신된 신호를 복조하는 복조 장치의 구조를 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방법의 심볼 생성 단계를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치를 구체적으로 나타낸 상세 블록도,
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방법의 심볼 생성 단계를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치를 구체적으로 나타낸 상세 블록도,
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치의 PRSK 복조기를 구체적으로 나타낸 상세 블록도,
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법의 유효 심볼 구간 결정 단계를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법의 PRSK 복조 단계를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도,
도 22a는 본 발명의 일 실시예에 따른 8-ary 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식의 BER 성능을 종래 변조 방식과 비교한 그래프,
도 22b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 16-ary 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식의 BER 성능을 종래 변조 방식과 비교한 그래프,
도 23a는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식에 있어서 비선형 필터를 통과시킨 이후의 신호 스펙트럼을 0.25log2M인 PSSK 및 PRSK 변조 방식과 비교한 그래프,
도 23b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식에 있어서 비선형 필터를 통과시킨 이후의 신호 스펙트럼을 0.125log2M인 PSPK 변조 방식과 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방식은 상기한 PRSK 변조 방식(도 4 참조)과 같이 심볼 구간을 두 개의 유효 심볼 구간으로 나누어 서로 다른 성상도를 갖는 PSK 심볼을 전송한다. 도 5에 점으로 표시된 지점이 전체 심볼 구간에서 전반부에 위치하는 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도이고, 도 5에 x로 표시된 지점이 전체 심볼 구간에서 후반부에 위치하는 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도이다. 도 5에 보이는 바와 같이, 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도의 축과 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도의 축은 일치하지 않고, 45˚, 즉 π/4만큼 위상 오프셋 되어 있다. 따라서, 인접 심볼간의 심볼 전이 과정에서 2π의 위상 전이가 발생하는 PRSK 변조 방식(도 4 참조)과는 달리 최대 7π/4의 위상 전이가 발생하기 때문에 비선형 왜곡에 의한 성능 열화가 감소한다.
오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방식에 따르면, 3 개의 비트 정보를 심볼로 변조할 수 있다. 도 5를 참조하면, 첫 번째 비트 정보는 첫 번째 유효 심볼 구간으로부터 두 번째 유효 심볼 구간으로 향하는 위상 전이 방향을 결정하고, 두 번째 비트 정보는 성상도 상의 허수부에 맵핑되며, 세 변째 비트 정보는 성상도 상의 실수부에 맵핑된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 실선으로 표시된 것은 첫 번째 유효 심볼 구간으로부터 근접하여 존재하는 두 번째 유효 심볼 구간으로 가는 것을 나타내고, 점선으로 표시된 것은 첫 번째 유효 심볼 구간으로부터 멀리 떨어져 있는 두 번째 유효 심볼 구간으로 가는 것을 나타냄으로써 8개의 직선을 생성할 수 있고, 이를 통해 3개의 비트 정보를 변조할 수 있다. 이 실시예에서는 실선은 시계 반대 방향으로 위상 전이되고, 점선은 시계 방향으로 위상 전이된다. 이러한 직선과 비트 정보의 관계는 본 실시예와 다르게 변할 수 있다. 이를 심볼 테이블에 기록하여 복조시에 역으로 비트 정보를 추출할 수 있게 해 놓으면 된다.
오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방식의 심볼 맵핑은 수학식 4와 같다.
Figure 112011066298412-pat00004
여기서, θm = 2πmod(m, 0.5M)/0.5M으로 표현할 수 있고, Bm = mod(Am, 1)이고, α(t)와 β(t)는 PRSK의 펄스 성형 함수(수학식 3 참조)와 동일하다. 두 유효 심볼의 성상도 축이 동일한 PRSK 변조 방식과는 달리 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방식은 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축이 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축과 π/4의 오프셋을 가지고 있다. 따라서, PRSK 변조 방식과 동일한 대역 효율을 같지만 최대 위상 전이 값이 감소하여 비선형 왜곡에 의한 성능 열화도 감소하는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치는 심볼 생성부(610) 및 송신부(620)를 포함한다.
심볼 생성부(610)는 3개의 입력 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행할 때, 전반부에 위치하는 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축과 후반부에 위치하는 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성한다.
송신부(620)는 심볼 생성부(610)에서 생성된 심볼을 토대로 송신 신호를 생성하여 수신측으로 송신하는 역할을 수행한다. 송신부(620)는 심볼 생성부(610)에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행한다. 그리고 나서, 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 캐리어(carrier)를 실어 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신 신호를 만들어 수신측으로 송신한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치를 구체적으로 나타낸 상세 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 심볼 생성부(610)는 S/P 변환기(710), 심볼 맵핑부(720) 및 위상 오프셋 생성부(730)을 포함한다.
S/P 변환기(710)는 입력되는 3 개의 비트 정보를 병렬로 전환하는 기능을 수행한다. S/P 변환기(710)를 통해 비트 정보를 병렬로 전환하는 이유는 3 개의 비트 정보가 심볼 맵핑부(720)에서 개별적으로 맵핑되는 것을 용이하게 하기 위함이다. 도 7을 참조하면, 3 개의 입력 비트 정보는 첫 번째 비트 정보(b0), 두 번째 비트 정보(b1), 세 번째 비트 정보(b2)로 병렬적으로 전환된다.
심볼 맵핑부(720)는 S/P 변환기(710)를 통해 병렬적으로 전환된 각각의 비트 정보를 유효 심볼 구간에 맵핑하는 역할을 수행한다. 전술한 바와 같이, 첫 번째 비트 정보(b0)는 위상 전이 방향을 결정한다. 이는 첫 번째 유효 심볼 구간 내 또는 두 번째 유효 심볼 구간 내에서의 위상 전이 방향이 아니라, 첫 번째 유효 심볼 구간으로부터 두 번째 유효 심볼 구간으로 향하는 방향을 결정하는 것이다. 두 번째 비트 정보(b1)는 성상도 상에서 허수부에 맵핑되고, 세 번째 비트 정보(b2)는 실수부에 맵핑된다. 이로써 맵핑이 완료된다.
위상 오프셋 생성부(730)는 맵핑이 끝난 심볼에 있어서, 두 번째 유효 심볼 구간에 45˚, 즉 π/4의 위상 오프셋을 부여하는 역할을 수행한다. 45˚를 오프셋하는 이유는, 45˚가 첫 번째 유효 심볼 구간과 두 번째 유효 심볼 구간이 최대로 멀리 이격될 수 있는 각도이기 때문이다. 이와 같이 위상 오프셋을 부여함으로써 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 심볼이 생성된다. 생성된 심볼은 송신부(740)를 통해 수신측으로 송신된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 장치에서 송신된 신호를 복조하는 복조 장치의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 복조 장치는 통과대역 복조 및 필터링부(810), 동기화부(820), PRSK 복조부(830)를 포함할 수 있다.
통과대역 복조 및 필터링부(810)는 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거하는 필터링을 수행한다.
동기화부(820)는 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행한다.
PRSK 복조부(830)는 동기화된 수신 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 3 개의 비트 정보를 출력하는 역할을 수행한다. PRSK 복조부(830)는 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 조합하여 복수의 심볼 조합을 생성하는 복수의 상관기, 복수의 상관기를 통해 생성된 심볼 조합 중 최대값과 가장 유사한 심볼 조합을 판단하는 최대값 판단부 및 가장 유사한 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행하는 비트 정보 복조부를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방법은 입력 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼 구간에 위치시킬 때, 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축과 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖도록 심볼을 생성하는 단계(910) 및 생성된 심볼을 송신하는 단계(920)를 포함할 수 있다.
심볼 생성 단계(910)에서, 심볼 생성부는 3 개의 입력 비트 정보를 토대로 전송하려는 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행함에 있어서, 전반부에 위치하는 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축과 후반부에 위치하는 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖도록 심볼을 생성한다.
송신 단계(920)에서, 송신부는 심볼 생성부에서 생성된 심볼을 토대로 송신 신호를 생성하여 수신측으로 송신하는 역할을 수행한다. 이때, 심볼 생성부에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행한다. 그리고 나서, 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 캐리어(carrier)를 실어 통과대역 변조를 수행하여 송신 신호를 만들어 수신측으로 송신한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방법의 심볼 생성 단계(910)를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 심볼 생성 단계(910)는 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 단계(1010), 비트 정보를 유효 심볼 구간에 맵핑하는 단계(1020) 및 두 번째 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 단계(1030)를 포함할 수 있다.
비트 정보 병렬 전환 단계(1010)에서, S/P 변환기는 입력되는 3 개의 비트 정보를 병렬로 전환한다.
심볼 맵핑 단계(1020)에서, 심볼 맵핑부는 S/P 변환기를 통해 병렬적으로 전환된 각각의 비트 정보를 유효 심볼 구간에 맵핑한다. 첫 번째 비트 정보는 위상 전이 방향을 결정하고, 두 번째 비트 정보는 성상도 상에서 허수부에 맵핑되며, 세 번째 비트 정보는 실수부에 맵핑된다. 이로써 맵핑이 완료된다.
위상 오프셋 부여 단계(1030)에서, 위상 오프셋 생성부는 맵핑이 끝난 심볼에 대해 두 번째 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여한다. 위상 오프셋을 부여함으로써 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 심볼이 생성된다. 생성된 심볼은 송신 단계(920)를 거쳐 수신측으로 송신된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식의 성상도를 나타낸 도면이다. 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 사일런스 구간을 증가시켜 전력 효율을 높인 PSPK 방식(도 3 참조)과 달리, 사일런스 구간을 증가시키지 않고 전력 효율을 높임으로써 비선형 왜곡으로 인한 성능 열화를 감소시킨다. 실제로, PSPK 변조 방식과 동일한 대역 효율과 전력 효율을 나타낸다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 심볼 구간을 두 개의 유효 심볼 구간으로 나누어 서로 다른 성상도를 갖는 PSK 심볼을 전송한다. 또한, 중요한 것은 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식(PSRSK)은 4 개의 비트 정보를 변조하는 방식이라는 점이다.
위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식이 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식과 다른 점은 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스 구간이 1/2 구간 발생한다는 점이다. 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 첫 번째 비트로 유효 심볼 구간이 전체 심볼 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치하는지 결정한다. 결정된 유효 심볼 구간 이외의 구간이 사일런스 구간이 된다. 예컨대, 전반부가 유효 심볼 구간으로 결정되면, 후반부는 사일런스 구간이 된다. 도 11을 참조하면, 첫 번째 비트가 0인 경우, 전반부가 유효 심볼 구간이 되고, 후반부는 사일런스 구간이 된다(1110). 반대로, 첫 번째, 비트가 1인 경우, 전반부가 사일런스 구간이 되고, 후반부가 유효 심볼 구간이 된다(1120). 이렇게 첫 번째 비트를 통해 유효 심볼 구간과 사일런스 구간을 결정한다.
이후, 나머지 3 비트를 토대로, 성상도 상에서 유효 심볼 구간의 시작점과 도착점까지의 직선을 통해 비트 정보를 변조한다. 첫 번째 유효 심볼 구간(1110)은 성상도의 가로축 및 세로축 상에 위치한다. 반면, 두 번째 유효 심볼 구간(1120)은 성상도 상의 가로축 세로축 상에 위치하지 않는다. 두 번째 유효 심볼 구간(1120)은 첫 번째 유효 심볼 구간(1110)의 성상도 축과 45˚, 즉 π/4만큼 위상 오프셋 되어 있다. 따라서, 인접 심볼간의 심볼 전이 과정에서 2π의 위상 전이가 발생하는 PRSK 변조 방식(도 4 참조)과는 달리 최대 7π/4의 위상 전이가 발생하기 때문에 비선형 왜곡에 의한 성능 열화가 감소한다. 이는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식과 동일하다.
첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 3 개의 비트 정보를 심볼로 변조할 경우, 두 번째 비트 정보는 첫 번째 유효 심볼 구간(1110) 또는 두 번째 유효 심볼 구간(1120) 내에서 시작점과 도착점을 향하는 위상 전이 방향을 결정하고, 세 번째 비트 정보는 성상도 상의 허수부에 맵핑되며, 네 번째 비트 정보는 성상도 상의 실수부에 맵핑된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, 실선으로 표시된 것은 두 번째 비트 정보가 1인 경우, 첫 번째 유효 심볼 구간(1110)에서는 세로축 상의 지점에서 가로축 상의 지점으로 가는 것을 나타내고, 두 번째 유효 심볼 구간(1120)에서는 2사분면 및 4사분면 상의 지점에서 1사분면 및 3사분면 상의 지점으로 가는 것을 나타낸다. 반대로, 점선으로 표시된 것은 두 번째 비트 정보가 0인 경우, 첫 번째 유효 심볼 구간(1110)에서는 첫 번째 유효 심볼 구간(1110)에서는 가로축 상의 지점에서 세로축 상의 지점으로 가는 것을 나타내고, 두 번째 유효 심볼 구간(1120)에서는 1사분면 및 3사분면 상의 지점에서 2사분면 및 4사분면 상의 지점으로 가는 것을 나타낸다. 이러한 방식으로 각 유효 심볼 구간마다 8 개의 직선을 생성할 수 있고, 앞서 설명한 첫 번째 비트 정보를 통해 유효 심볼 구간의 위치 결정까지 합하면, 4 개의 비트 정보를 변조할 수 있다.
이러한 직선과 비트 정보의 관계는 본 실시예와 다르게 변할 수 있다. 이를 심볼 테이블에 기록하여 복조시에 역으로 비트 정보를 추출할 수 있게 해 놓으면 된다.
위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식의 심볼 맵핑은 수학식 5와 같다.
Figure 112011066298412-pat00005
여기서, θm = 2πmod(m, 0.25M)/0.25M으로 표현할 수 있고, Bm = mod(Am, 1)이고, Dm = mod(Cm, 1)이다. α(t), β(t), γ(t) 및 η(t)는 PSPK의 펄스 성형 함수(수학식 2 참조)와 동일하다. 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 PSSK 변조 방식(도 2 참조)과 같은 길이의 사일런스 구간을 가지고 있으며, 4 개로 나뉜 심볼 구간 중 3 개의 사일런스 구간을 갖는 PSPK 변조 방식(도 3 참조)에 비해 평균 전력보다 높은 유효 심볼 구간 전력으로 인한 비선형 왜곡이 감소하게 된다. 또한, 단일 PSRSK 심볼 내의 서로 위치가 다른 두 PSK 심볼의 성상도가 π/4의 오프셋을 가지고 있기 때문에, 인접 PSRSK 심볼 간의 위상 전이는 최대 7π/4로 제한되며, PSPK 변조 방식에서 나타난 인접 심볼간 2π의 위상 전이로 인한 비성형 왜곡은 발생하지 않게 된다. 전술한 바와 같이, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식의 대역 효율 및 전력 효율은 PSPK 변조 방식과 동일하다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치는 심볼 생성부(1210) 및 송신부(1220)를 포함할 수 있다.
심볼 생성부(1210)는 입력 비트로 4개의 비트 정보를 받아 비트 정보를 구성하는 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행한다. 이후, 심볼 생성부(1210)는 비트 정보 중 첫 번째 비트를 제외한 나머지 비트의 값을 토대로, 성상도 상에서의 변조를 수행한다. 이때, 전반부에 위치하는 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축과 후반부에 위치하는 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖도록 하는 심볼을 생성한다.
송신부(1220)는 심볼 생성부(1210)에서 생성된 심볼을 토대로 송신 신호를 생성하여 수신측으로 송신하는 역할을 수행한다. 송신부(1220)는 심볼 생성부(1210)에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행한다. 그리고 나서, 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 캐리어(carrier)를 실어 통과대역 변조를 수행하여 송신 신호를 만들어 수신측으로 송신한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 장치를 구체적으로 나타낸 상세 블록도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 심볼 생성부(1210)는 S/P 변환기(1310), 유효 심볼 구간 결정부(1320), 심볼 맵핑부(1330) 및 위상 오프셋 생성부(1340)를 포함한다.
S/P 변환기(1310)는 입력되는 4 개의 비트 정보를 병렬로 전환하는 기능을 수행한다. S/P 변환기(1310)를 통해 비트 정보를 병렬로 전환하는 이유는 4 개의 비트 정보 중 하나가 유효 심볼 구간을 결정하는 것과, 나머지 3 개가 심볼 맵핑부(1340)에서 개별적으로 맵핑되는 것을 용이하게 하기 위함이다. 도 11을 참조하면, 4 개의 입력 비트 정보는 첫 번째 비트 정보(b0), 두 번째 비트 정보(b1), 세 번째 비트 정보(b2) 및 네 번째 비트 정보(b3)로 병렬적으로 전환된다.
유효 심볼 구간 결정부(1320)는 S/P 변환기(1310)를 통해 병렬 전환된 비트 정보 중 첫 번째 비트(b0)의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시킬지 결정하고, 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하도록 변조를 수행한다.
심볼 맵핑부(1330)는 S/P 변환기(1310)를 통해 병렬적으로 전환된 각각의 비트 정보 중 첫 번째 비트 정보(b0)를 제외한 나머지 비트 정보(b1, b2, b3)를 유효 심볼 구간에 맵핑하는 역할을 수행한다. 전술한 바와 같이, 두 번째 비트 정보(b1)는 위상 전이 방향을 결정한다. 이는 첫 번째 유효 심볼 구간으로부터 두 번째 유효 심볼 구간으로의 위상 전이 방향이 아니라, 첫 번째 유효 심볼 구간 내에서 또는 두 번째 유효 심볼 구간 내에서 이루어지는 위상 전이 방향을 결정하는 것이다. 세 번째 비트 정보(b2)는 성상도 상에서 허수부에 맵핑되고, 네 번째 비트 정보(b3)는 실수부에 맵핑된다. 이로써 맵핑이 완료된다.
위상 오프셋 생성부(1340)는 맵핑이 끝난 심볼에 있어서, 두 번째 유효 심볼 구간에 45˚, 즉 π/4의 위상 오프셋을 부여하는 역할을 수행한다. 45˚를 오프셋하는 이유는, 45˚가 첫 번째 유효 심볼 구간과 두 번째 유효 심볼 구간이 최대로 멀리 이격될 수 있는 각도이기 때문이다. 이와 같이 위상 오프셋을 부여함으로써 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 심볼이 생성된다. 생성된 심볼은 송신부(1350)를 통해 수신측으로 송신된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방법은 첫 번째 비트 값을 토대로 유효 심볼 구간을 결정하고, 나머지 비트 값을 토대로 성상도 상에서 변조를 수행하되, 첫 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축과 두 번째 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖도록 심볼을 생성하는 단계(1410) 및 생성된 심볼을 송신하는 단계(1420)를 포함할 수 있다.
심볼 생성 단계(1410)에서, 심볼 생성부는 비트 정보를 구성하는 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행한다. 이후, 심볼 생성부는 비트 정보 중 첫 번째 비트를 제외한 나머지 비트의 값을 토대로, 성상도 상에서의 변조를 수행하되, 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖도록 하는 심볼을 생성한다.
송신 단계(1420)에서, 송신부는 심볼 생성부에서 생성된 심볼을 토대로 송신 신호를 생성하여 수신측으로 송신하는 역할을 수행한다. 이때, 심볼 생성부에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행한다. 그리고 나서, 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 캐리어(carrier)를 실어 통과대역 변조를 수행하여 송신 신호를 만들어 수신측으로 송신한다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방법의 심볼 생성 단계(1410)를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 심볼 생성 단계(1410)는 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 단계(1510), 첫 번째 비트값을 토대로 유효 심볼 구간을 결정하는 단계(1520), 나머지 비트 값을 토대로 유효 심볼 구간에 맵핑하는 단계(1530) 및 두 번째 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 단계(1540)를 포함할 수 있다.
비트 정보 병렬 전환 단계(1510)에서, S/P 변환기는 입력되는 4 개의 비트 정보를 병렬로 전환한다.
유효 심볼 구간 결정 단계(1520)에서, 유효 심볼 구간 결정부는 병렬 전환된 첫 번째 비트 정보를 가지고 신호 파형을 전반부에 위치시킬지 후반부에 위치시킬지 결정한다. 예컨대, 첫 번째 비트 정보가 0이면, 전반부에 신호 파형이 위치하는 유효 심볼 구간이 되고, 후반부는 사일런스 구간이 될 수 있다.
심볼 맵핑 단계(1530)에서, 심볼 맵핑부는 S/P 변환기를 통해 병렬적으로 전환된 각각의 비트 정보 중 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 3 비트를 토대로 유효 심볼 구간에 맵핑한다. 두 번째 비트 정보는 위상 전이 방향을 결정하고, 세 번째 비트 정보는 성상도 상에서 허수부에 맵핑되며, 네 번째 비트 정보는 실수부에 맵핑된다. 이로써 맵핑이 완료된다.
위상 오프셋 부여 단계(1540)에서, 위상 오프셋 생성부는 맵핑이 끝난 심볼에 대해 두 번째 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여한다. 위상 오프셋을 부여함으로써 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 심볼이 생성된다. 생성된 심볼은 송신 단계(1420)를 거쳐 수신측으로 송신된다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치는 통과대역 복조 및 필터링부(1610), 동기화부(1620), 유효 심볼 구간 결정부(1630) 및 PRSK 복조부(1640)를 포함할 수 있다.
통과대역 복조 및 필터링부(1610)는 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거하는 필터링을 수행한다.
동기화부(1620)는 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행한다.
유효 심볼 구간 결정부(1630)는 동기화된 신호 샘플을 시간 구간에 따라 나누고 각 샘플 구간의 전력을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하며, 결정된 유효 심볼 구간의 신호를 복조하여 첫 번째 비트 정보로 출력한다.
PRSK 복조부(1640)는 결정된 유효 심볼 구간의 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 3 개의 비트 정보를 출력한다. 본 발명은 PSK 복조 방식이 아닌 PRSK 복조 방식을 사용하는 것이 특징이고, 이를 통해 보다 정확한 비트 정보를 추출할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치를 구체적으로 나타낸 상세 블록도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치 중 유효 심볼 구간 결정부(1730)는 동기화된 신호 샘플을 시간에 따라 동일하게 네 개의 구간으로 나눈다. 이후, 제 1 샘플 구간에서의 전력 및 제 2 샘플 구간에서의 전력을 합산하고, 제 3 샘플 구간에서의 전력 및 제 4 샘플 구간에서의 전력의 합산한다. 이후 최대값 판별부에서 합산된 두 전력 값을 비교하여 더 큰 전력을 갖는 쪽을 유효 심볼 구간으로 결정한다. 이후, 유효 심볼 구간 결정부(1730)는 결정된 유효 심볼 구간의 위치를 통해 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보(b0)를 추출한다. 최대값 판별부에서 결정된 유효 심볼 구간은 PRSK(1740)으로 들어가 첫 번째 비트 정보(b0)를 제외한 나머지 비트 정보(b1, b2, b3) 값을 추출하는데 사용된다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 장치의 PRSK 복조기(1800)를 구체적으로 나타낸 상세 블록도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, PRSK 복조기(1800)는 복수의 상관기(1810), 최대값 판단부(1820) 및 비트 정보 복조부(1830)를 포함할 수 있다. PRSK 복조부(1800)는 결정된 유효 심볼 구간 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 3 개의 비트 정보(b1, b2, b3)를 출력하는 역할을 수행한다.
복수의 상관기(1810)는 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 조합하여 복수의 심볼 조합을 생성한다. 예컨대, 조합이 8 개가 나온다면, 상관기(1810)는 8 개가 있으면 된다. 따라서 생성되는 조합의 수만큼 상관기(1810)가 존재한다.
최대값 판단부(1820)는 복수의 상관기(1810)를 통해 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합이 어떤 것인지 판단한다. 이때, 최대우도 결정 기법(ML : maximum-likelihod)을 사용할 수 있다. 실제 심볼 조합과 가장 유사하다고 판단된 심볼 조합은 비트 정보 복조부(1830)로 들어간다.
비트 정보 복조부(1830)는 가장 유사하다고 판단된 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행한다. 이렇게 하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 3개의 비트 정보의 추정치를 추출할 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 19에 나타난 바와 같이, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법은 통과대역 복조 및 필터링 단계(1910), 주파수 또는 시간 영역 동기화 단계(1920), 유효 심볼 구간 결정 및 첫 번째 비트 정보 출력 단계(1930) 및 유효 심볼 구간 신호를 PRSK 복조하여 나머지 비트 정보를 출력하는 단계(1940)를 포함할 수 있다.
통과대역 복조 및 필터링 단계(1910)에서, 통과대역 복조 및 필터링부는 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거한다.
동기화 단계(1920)에서, 동기화부는 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행한다.
유효 심볼 구간 결정 단계(1930)에서, 유효 심볼 구간 결정부는 동기화된 신호 샘플을 시간 구간에 따라 나누고 각 샘플 구간의 전력을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하며, 결정된 유효 심볼 구간의 신호를 복조하여 첫 번째 비트 정보로 출력한다.
PRSK 복조 단계(1940)에서, PRSK 복조부는 결정된 유효 심볼 구간의 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 비트 정보를 출력한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법의 유효 심볼 구간 결정 단계(1930)를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 유효 심볼 구간 결정 단계(1930)는 신호 샘플을 시간에 따라 4 구간으로 나누는 단계(2010) 및 제 1 및 제 2 샘플 구간의 전력 합과 제 3 및 제 4 샘플 구간의 전력 합을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하는 단계(2020)을 포함할 수 있다.
신호 샘플을 나누는 단계(2010)에서, 유효 심볼 구간 결정부는 동기화된 신호 샘플을 시간에 따라 동일하게 네 개의 구간으로 나눈다.
전력의 합을 비교하는 단계(2020)에서, 유효 심볼 구간 결정부는 제 1 샘플 구간에서의 전력 및 제 2 샘플 구간에서의 전력을 합산하고, 제 3 샘플 구간에서의 전력 및 제 4 샘플 구간에서의 전력을 합산한다. 이후 최대값 판별부에서 합산된 두 전력 값을 비교하여 더 큰 전력을 갖는 쪽을 유효 심볼 구간으로 결정한다. 결정된 유효 심볼 구간의 위치를 통해 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 추출한다. 최대값 판별부에서 결정된 유효 심볼 구간은 PRSK 복조 단계에서 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 비트 정보 값을 추출하는데 사용된다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 복조 방법의 PRSK 복조 단계(1940)를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도이다. 도 21에 도시된 바와 같이, PRSK 복조 단계(1940)는 유효 심볼 구간 신호 조합을 생성하는 단계(2110), 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합을 판단하는 단계(2120), 유사한 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 비트 정보를 복조하는 단계(2130)를 포함할 수 있다.
조합 생성 단계(2110)에서, 복수의 상관기는 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 조합하여 복수의 심볼 조합을 생성한다. 생성되는 조합의 수만큼 상관기가 존재한다.
심볼 조합 판단 단계(2120)에서, 최대값 판단부는 복수의 상관기를 통해 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합이 어떤 것인지 판단한다. 이때, 최대우도 결정 기법을 사용할 수 있다.
비트 정보 복조 단계(2130)에서, 비트 정보 복조부는 가장 유사하다고 판단된 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행한다. 이렇게 하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 3개의 비트 정보의 추정치를 추출할 수 있다.
도 22a는 본 발명의 일 실시예에 따른 8-ary 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식의 BER 성능을 종래 변조 방식과 비교한 그래프이다. AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널 환경에서의 BER 성능을 비교한 것이다. 도 22a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식은 종래 8-PSSK 및 8-PRSK 변조 방식과 동일한 BER 성능을 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, QPSK 변조 방식에 비하여 대역 효율은 약 3/4배 감소하지만 BER = 106 기준 약 1.5 dB의 SNR 이득이 존재하며, 8-PSK에 약 1/2배의 대역 효율 감소가 나타나지만 BER 성능은 BER = 106 기준 약 5.4 dB가 우수함을 확인할 수 있다.
도 22b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 16-ary 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식의 BER 성능을 종래 변조 방식과 비교한 그래프이다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 종래 16-PSPK 변조 방식과 동일한 BER 성능을 나타냄을 확인 할 수 있다. 또한, 16-PSSK 및 16-PRSK 변조 방식에 비해 대역 효율은 약 1/2배 떨어지지만 BER 성능은 BER = 106 기준 약 7dB가 우수하며, 16-PSK 변조 방식에 비하여 약 1/4배 대역 효율의 손해가 존재하나 BER = 106 기준 약 13 dB의 SNR 성능 이득이 존재함을 확인할 수 있다.
도 23a는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식에 있어서 비선형 필터를 통과시킨 이후의 신호 스펙트럼을 0.25log2M인 PSSK 및 PRSK 변조 방식과 비교한 그래프이다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 평균 전력이 동일할 경우, 유효 심볼 구간의 전력이 2배가 되는 PSSK 변조 방식에서 비선형 왜곡으로 인해 다른 방식들에 비해 사이드 로브(side lobe)가 상대적으로 커짐을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉(OPRSK) 변조 방식은 PRSK 변조 방식에 비하여 최대 7π/4의 위상 전이가 나타나므로 2π의 위상 전이가 나타나는 PRSK나 QPSK 변조 방식에 비해 사이드 로브의 왜곡이 적게 나타남을 확인할 수 있다.
도 23b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식에 있어서 비선형 필터를 통과시킨 이후의 신호 스펙트럼을 0.125log2M인 PSPK 변조 방식과 비교한 그래프이다. 도 23b에 도시된 바와 같이, 평균 전력이 동일할 경우, 유효 심볼 구간의 전력이 PSPK 변조 방식에 비해 1/2배가 되는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 비선형 왜곡으로 인한 사이드 로브가 상대적으로 적게 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 최대 2π의 의상 전이가 발생하는 PSPK 변조 방식에 비해 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉(PSRSK) 변조 방식은 최대 7π/4의 위상 전이가 나타나기 때문에 비선형 왜곡으로 인한 성능 열화가 적게 나타남을 확인할 수 있다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 입력되는 3 개의 비트 정보를 변조하는 장치에 있어서,
    상기 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행할 때, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성부; 및
    상기 생성된 심볼을 송신하는 송신부를 포함하되,
    상기 비트 정보 중 첫 번째 비트가 상기 성상도 상에서 상기 제 1 유효 심볼 구간으로부터 상기 제 2 유효 심볼 구간으로 향하는 위상 전이 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 심볼 생성부가,
    상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환기;
    상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑부; 및
    상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 심볼 생성부에서,
    상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑되는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 송신부가,
    상기 심볼 생성부에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신하는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  5. 입력되는 3 개의 비트 정보를 변조하는 방법에 있어서,
    심볼 생성부가 상기 비트 정보를 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부에 위치시키거나 후반부에 위치시키는 변조를 수행할 때, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성 단계; 및
    송신부가 상기 생성된 심볼을 송신하는 송신 단계를 포함하되,
    상기 비트 정보 중 첫 번째 비트가 상기 성상도 상에서 상기 제 1 유효 심볼 구간으로부터 상기 제 2 유효 심볼 구간으로 향하는 위상 전이 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 심볼 생성 단계가,
    상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환 단계;
    상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑 단계; 및
    상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 심볼 생성 단계에서,
    상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑되는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 송신 단계에서,
    상기 송신부가 상기 심볼 생성 단계에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신하는 것을 특징으로 하는 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  9. 입력되는 4 개의 비트 정보를 변조하는 장치에 있어서,
    상기 비트 정보를 구성하는 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하고,
    상기 비트 정보 중 첫 번째 비트를 제외한 나머지 비트의 값을 토대로, 성상도 상에서의 변조를 수행하되, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성부; 및
    상기 생성된 심볼을 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 심볼 생성부가,
    상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환기;
    상기 병렬 전환된 비트 정보 중 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의 전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하는 유효 심볼 구간 결정부;
    상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑부; 및
    상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 심볼 맵핑부가,
    상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 제 1 및 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 상에서 위상 전이 방향을 결정하고, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 네 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑되는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 송신부가,
    상기 심볼 생성부에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치.
  13. 입력되는 4 개의 비트 정보를 변조하는 방법에 있어서,
    상기 비트 정보를 구성하는 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하고,
    상기 비트 정보 중 첫 번째 비트를 제외한 나머지 비트의 값을 토대로, 성상도 상에서의 변조를 수행하되, 상기 전반부에 위치하는 제 1 유효 심볼 구간의 성상도 축과 상기 후반부에 위치하는 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 축이 45˚의 위상 오프셋을 갖는 심볼을 생성하는 심볼 생성 단계; 및
    상기 생성된 심볼을 송신하는 송신 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 심볼 생성 단계가,
    상기 입력되는 비트 정보를 병렬 전환하는 S/P 변환 단계;
    상기 병렬 전환된 비트 정보 중 첫 번째 비트의 값을 토대로 신호 파형을 심볼의전체 구간 중 전반부 또는 후반부에 위치시키고, 상기 전반부 또는 후반부 중 신호 파형이 존재하지 않는 사일런스(silence) 구간을 포함하는 변조를 수행하는 유효 심볼 결정 단계;
    상기 비트 정보를 상기 유효 심볼 구간에 맵핑하는 심볼 맵핑 단계; 및
    상기 맵핑된 심볼 구간 중 상기 제 2 유효 심볼 구간에 45˚의 위상 오프셋을 부여하는 위상 오프셋 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 심볼 생성 단계에서,
    상기 비트 정보 중 두 번째 비트가 상기 제 1 및 제 2 유효 심볼 구간의 성상도 상에서 위상 전이 방향을 결정하고, 상기 비트 정보 중 세 번째 비트가 상기 성상도의 허수부에 맵핑되며, 상기 비트 정보 중 네 번째 비트가 상기 성상도의 실수부에 맵핑되는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 송신 단계에서,
    상기 심볼 생성 단계에서 생성된 심볼에 대해 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 제거하기 위한 펄스 성형을 수행하고, 상기 펄스 성형이 수행된 심볼에 대해 통과대역 변조(Passband Modulation)를 수행하여 송신하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 방법.
  17. 송신 장치의 4 개의 비트 정보를 포함하는 수신 신호를 복조하는 장치에 있어서,
    상기 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 상기 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거하는 통과대역 복조 및 필터링부;
    상기 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행하는 동기화부;
    상기 동기화된 신호 샘플을 시간 구간에 따라 나누고 각 샘플 구간의 전력을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하며, 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호를 복조하여 첫 번째 비트 정보로 출력하는 유효 심볼 구간 결정부; 및
    상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 비트 정보를 출력하는 PRSK 복조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 유효 심볼 구간 결정부가,
    상기 동기화된 신호 샘플을 시간에 따라 동일하게 네 개의 구간으로 나누고,
    제 1 샘플 구간에서의 전력 및 제 2 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 1 전력과 제 3 샘플 구간에서의 전력 및 제 4 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 2 전력을 비교하여 더 큰 전력을 갖는 구간을 상기 유효 심볼 구간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 PRSK 복조부가,
    상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 조합하여 복수의 심볼 조합을 생성하는 복수의 상관기;
    상기 복수의 상관기를 통해 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합을 판단하는 최대값 판단부; 및
    상기 가장 유사한 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행하는 비트 정보 복조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치.
  20. 송신 장치의 4 개의 비트 정보를 포함하는 수신 신호를 복조하는 방법에 있어서,
    상기 수신 신호를 기저 대역으로 내리는 통과대역 복조를 수행하고 상기 통과대역 복조를 수행한 수신 신호의 노이즈를 제거하는 통과대역 복조 및 필터링 단계;
    상기 노이즈가 제거된 수신 신호로부터 신호 샘플을 얻기 위해 주파수 또는 시간 영역의 동기화를 수행하는 동기화 단계;
    상기 동기화된 신호 샘플을 시간 구간에 따라 나누고 각 샘플 구간의 전력을 비교하여 유효 심볼 구간을 결정하며, 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호를 복조하여 첫 번째 비트 정보로 출력하는 유효 심볼 구간 결정 단계; 및
    상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호에 대해 PRSK 복조를 수행하여 첫 번째 비트 정보를 제외한 나머지 비트 정보를 출력하는 PRSK 복조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 유효 심볼 구간 결정 단계가,
    상기 동기화된 신호 샘플을 시간에 따라 동일하게 네 개의 구간으로 나누는 단계;
    제 1 샘플 구간에서의 전력 및 제 2 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 1 전력과 제 3 샘플 구간에서의 전력 및 제 4 샘플 구간에서의 전력의 합인 제 2 전력을 비교하여 더 큰 전력을 갖는 구간을 상기 유효 심볼 구간으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 PRSK 복조 단계가,
    복수의 상관기가 상기 결정된 유효 심볼 구간의 신호의 시작점과 도착점을 토대로 복수의 조합을 생성하는 단계;
    상기 복수의 상관기를 통해 생성된 심볼 조합 중 실제 심볼 조합과 가장 유사한 심볼 조합을 판단하는 최대값 판단 단계; 및
    상기 가장 유사한 심볼 조합을 심볼 테이블에 적용하여 해당 비트 정보로 복조를 수행하는 비트 정보 복조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 방법.
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