KR101647922B1 - 심볼의 반복 전송을 지원하는 dpsk 시스템 및 dpsk 시스템의 구현 방법 - Google Patents

심볼의 반복 전송을 지원하는 dpsk 시스템 및 dpsk 시스템의 구현 방법 Download PDF

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KR101647922B1
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최지웅
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Abstract

본 발명은 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템 및 DPSK 시스템의 구현 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템은, 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력하고, 상기 심볼을, 채널로 송출하기 위한 차동기로 전달하는 PSK 변조기를 포함하여 구성하고, 상기 PSK 변조기는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 연속하여 상기 차동기로 전달할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템은, 채널을 통해 수신되는 심볼을 입력받아 데이터를 복원하는 PSK 복조기를 포함하고, 상기 PSK 복조기는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 합하여 상기 PSK 복조기로 입력할 수 있다.

Description

심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템 및 DPSK 시스템의 구현 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SYMBOL REPETITION OF NON-COHERENT DPSK}
본 발명은 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템 및 DPSK 시스템의 구현 방법에 관한 것이다.
근래에는 에너지 소비가 효율적인 통신 방법을 활발하게 개발하고 있다. 개발이 활발한 통신 방법 중에는, 예를 들면, 저소비 및 제한된 노드(node)를 이용한 센서 네트워크에 대한 다양한 응용 연구 및 방법 등을 예시할 수 있다.
일례로서, 블루투스 SIG(Special Interest Group)는 2010년에 저전력(Low Energy) 표준을 발표하기도 했다. 또한, 인체 주변에서 작용하는 WBAN(Wireless Body Area Network) 시스템에서는, 열복사선에 의한 인체 세포 손상 때문에 저전력 통신의 중요성을 강조하고 있다.
또한, 근래에는, 추가적인 전력 및 회로를 요구하는 위상 동기 과정을 요구하지 않는 FSK(Frequency Shift Keying) 또는 OOK(On-Off Keying)와 같은 비 코히어런트 변조 시스템을 이용한 개발도 이루어지고 있다. 그러나, 비 코히어런트 변조 시스템은 에너지 효율(즉, 성능 제약이 있는 비트당 에너지) 면에서 일반적인 코히어런트 시스템 보다 낮다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 채널 코딩 방식은 에너지 효율을 증가할 수 있지만, 많은 산출 전력을 필요로 하거나 복잡도가 높아지는 단점을 가지고 있다.
예를 들면, IEEE 802.15.6 WBAN 표준은 저전력의 낮은 데이터 전송률을 위한 비트 반복 코드 DPSK 변조를 이용한다. 그러나, 이 에너지 효율은 반복 없이 단순 DPSK 시스템의 성능과 비교했을 때와 별반 차이가 없는 정도일 수 있다. 저전력 시스템 설계에서 대부분의 제약은 물리적인 레이어 설계보다 회로 설계 기술 또는 온-오프 제어에 의한 것일 수 있다.
그러므로, 저전력 물리적인 레이어 설계 방법을 이용하여 에너지 효율 저하를 완화시킬 수 있는 비 코히어런트 DPSK 변조 시스템 및 방법에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동일한 정보를 포함하는 인접한 심볼들을 반복하도록 순서를 배치함으로써, DBPSK 외 대부분의 DPSK에서 에너지 효율의 저하를 완화시키고, 더 나은 성능을 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템은, 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력하고, 상기 심볼을, 채널로 송출하기 위한 차동기로 전달하는 PSK 변조기를 포함하고, 상기 PSK 변조기는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 연속하여 상기 차동기로 전달할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 이루기 위한 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템은, 채널을 통해 수신되는 심볼을 입력받아 데이터를 복원하는 PSK 복조기를 포함하고, 상기 PSK 복조기는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을 합하여 입력할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 이루기 위한 기술적 방법으로서, DPSK 시스템의 구현 방법은 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력하는 단계 및 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 연속하여 차동기로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 이루기 위한 기술적 방법으로서, DPSK 시스템의 구현 방법은 채널을 통해 수신되는 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을 합하여 입력하는 단계 및 상기 동종 심볼을 이용하여, 데이터를 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 종래의 일반적인 반복 순서의 잡음 분배에 대한 이해를 바탕으로, 동일한 정보를 포함하는 인접한 심볼들을 반복하도록 순서를 배치함으로써, DBPSK 외 대부분의 DPSK에서 에너지 효율의 저하를 완화시키고, 더 나은 성능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, WBAN 시스템과 같은 미래 저전력 및 저복잡도 통신 시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 송신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수신 잡음의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 잡음 분포의 모양이 만들어지는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 좌표를 통하여 비트 에러율 감소를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 잡음 분포와 비트 에러율의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비트 에러율 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DPSK 송신 시스템의 구현 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 DPSK 수신 시스템의 구현 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 명세서에서 설명되는 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템 및 DPSK 시스템의 구현 방법은 같은 정보를 전송하는 순서를 적절히 조절하여 수신단에서의 잡음이 특정한 형태로 분포되도록 하여 에너지 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 DPSK 시스템은, 심볼(symbol) 단위의 연산으로 설명하나, 이에 한정된 것은 아니다. 예를 들면, DPSK 시스템은 비트(bit) 단위의 연산을 통해서 실행이 가능할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 DPSK 시스템은, 심볼을 전송하는 송신단에 구현되는 DPSK 송신 시스템과, 심볼을 수신하는 수신단에 구현되는 DPSK 수신 시스템을 포함하는 개념일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 송신 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 송신 시스템(이하, 'DPSK 송신 시스템'이라 약칭함, 100)은 PSK 변조기(110)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, DPSK 송신 시스템(100)은 심볼 인터리버(symbol interleaver, 120)를 추가하여 구성할 수 있다.
우선, PSK 변조기(110)는 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력하고, 상기 심볼을, 채널로 송출하기 위한 차동기로 전달한다. 즉, PSK 변조기(110)는 상기 데이터를 수신단으로 전송하기 위해 신호의 위상이 변화시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어 PSK 변조기(110)는 입력된 데이터에 대한 k번째 위상 편이를 나타내는 심볼
Figure 112015035353313-pat00001
를 출력하고, 심볼
Figure 112015035353313-pat00002
를 차동기로 전달할 수 있다.
상술의 예시에서와 같이, PSK 변조기(110)에서 심볼
Figure 112015035353313-pat00003
가 출력되는 경우, 심볼 인터리버(120)는 PSK 변조기(110)에서 출력된 상기 심볼
Figure 112015035353313-pat00004
를 적어도 두 개의 입력 포트를 통하여 입력 받을 수 있으며, 입력된 심볼
Figure 112015035353313-pat00005
를 선택적으로 차동기로 전달할 수 있다. 이때, 두 개의 입력 포트를 통하여 입력되는 심볼은 동일한 심볼
Figure 112015035353313-pat00006
가 복사된 것일 수 있다. 예컨대, 심볼 인터리버(120)는 연속되는 시간
Figure 112015035353313-pat00007
와
Figure 112015035353313-pat00008
에 대해, 동일한 정보를 갖고 입력되는 두 개의 심볼
Figure 112015035353313-pat00009
및
Figure 112015035353313-pat00010
를 동종 심볼로 식별하여, 상기 차동기로 전달할 수 있다.
이하, 명세서 상에서 동일한 정보를 갖는 두 개의 심볼이 연속하여 입력되어, 동종 심볼로서 차동기로 전달되는 것으로 설명하나, 이에 한정된 것은 아니다. 실시예에 따라, 상기 차동기로 전달되는 두 개의 심볼은, 서로 다른 시간에 입력된 것일 수 있고, 동일한 비중으로 결합되어야 하는 동일한 정보를 포함하는 것일 수 있다. 또한. 이하에서는 시간의 변수
Figure 112015035353313-pat00011
와
Figure 112015035353313-pat00012
을 활용하여 표현하고 있으나, 실시예에 따라, 상기
Figure 112015035353313-pat00013
은 변수
Figure 112015035353313-pat00014
와 연속되는
Figure 112015035353313-pat00015
로 대체될 수 있다. 즉,
Figure 112015035353313-pat00016
와
Figure 112015035353313-pat00017
은 연속되는 임의의 시간일 수 있다.
또한, PSK 변조기(110)는 선정된 반복전송횟수에 상응하는 수의 동종 심볼을 서로 인접시켜 상기 차동기로 전달할 수 있다. 예를 들면, PSK 변조기(110)는 반복전송횟수가 2인 경우, 두 개의 동종 심볼을 서로 인접시켜 차동기로 전달할 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 반복전송횟수가 3으로 조정되어 선정되면, PSK 변조기(110)는 입력받은 복수의 심볼들 중에서, 동일한 정보를 가지면서 서로 인접한 시간에 입력된 3개의 심볼을, 동종 심볼로서 선별하고, 이를 상기 차동기로 전달할 수 있다.
또한, PSK 변조기(110)는 상기 동종 심볼의 개수가, 상기 반복전송횟수 보다 작을 경우, 상기 동종 심볼 중 임의의 심볼을, 상기 동종 심볼의 개수와 상기 반복전송횟수와의 차 만큼 반복하여 상기 차동기로 전달할 수 있다. 예컨대, 반복전송횟수가 2이고, 입력된 심볼이 단지 하나일 경우, PSK 변조기(110)는 상기 하나의 심볼을, 연속되는 2개의 시간에 대해 1회(= '반복전송횟수 2 - 심볼 개수 1') 반복하여 차동기로 전달할 수 있다. 만약, 반복전송횟수가 3으로 조정되어 선정되면, PSK 변조기(110)는 상기 하나의 심볼을, 연속되는 3개의 시간에 대해 2회(= '반복전송횟수 3 - 심볼 개수 1') 반복하여 차동기로 전달할 수도 있다.
또한, PSK 변조기(110)는 상기 동종 심볼이 갖는 크기를, 적어도 n비트(상기 n은 2이상의 정수)를 유지하여, 상기 차동기로 전달할 수 있다. 이와 같이 상기 동종 심볼이 갖는 크기를, n비트로 유지하는 것은, 시스템의 성능 향상을 위한 것으로, 예컨대 PSK 변조기(110)는 DPSK의 심볼 당 비트를 적어도 2비트 이상으로 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 수신 시스템(이하, 'DPSK 수신 시스템'이라 약칭함, 200)은 PSK 복조기(210)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, DPSK 수신 시스템(200)은 심볼 디인터리버(Symbol deinterleaver, 120)를 추가하여 구성할 수 있다.
PSK 복조기(210)는 채널을 통해 수신되는 심볼을 입력하여 데이터를 복원한다. 즉, PSK 복조기(210)는 입력된 적어도 두 개의 심볼에 대하여 데이터를 복원할 수 있다.
이때, DPSK 수신 시스템(200)의 성능은 수신된 심볼
Figure 112015035353313-pat00018
의 품질에 따라 달라질 수 있다. 따라서 DPSK 수신 시스템(200)의 성능을 평가하기 위해 DPSK 시스템(200)은
Figure 112015035353313-pat00019
를 기준으로 수행될 수 있다. 수신된 심볼
Figure 112015035353313-pat00020
은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00021
여기서, *는 켤레 복소수이고,
Figure 112015035353313-pat00022
는 k번째 잡음 성분일 수 있다.
수학식 1의 첫 번째 성분은 원하는 신호이고,
Figure 112015035353313-pat00023
와
Figure 112015035353313-pat00024
가 서로 다른 시간에 수신된 것이므로 나머지 성분은 독립된 잡음 성분이다.
또한, 마지막 잡음 성분인
Figure 112015035353313-pat00025
는 가우시안 랜덤 변수는 아니지만, PSK 복조기(210)는 일반적인 분포를 따라 이에 대해 근사치를 계산할 수 있다. 이러한 근사치의 계산은, 경향을 예측하고 보다 정확한 BER(Bit Error Rate)을 제공하는데 도움을 줄 수 있다.
또한, DPSK 수신 시스템(200)은 수신한 신호 품질의 양을 나타내기 위하여, 신호대 잡음비를 사용할 수 있다. 상기 수신된 심볼
Figure 112015035353313-pat00026
의 신호대 잡음비
Figure 112015035353313-pat00027
는 수학식 2와 같다.
Figure 112015035353313-pat00028
여기서,
Figure 112015035353313-pat00029
는 심볼 전력이고,
Figure 112015035353313-pat00030
는 잡음 전력을 지칭할 수 있다.
PSK 복조기(210)는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 합하여 입력할 수 있다. 이때, 심볼 디인터리버(220)는 연속적으로 동종 심볼
Figure 112015035353313-pat00031
를 PSK 복조기(210)로 전달할 수 있다.
본 명세서 상에서 DPSK 수신 시스템(200)은 n번 반복을 수행할 수 있으나, 설명 상의 편의를 위하여 2번 반복을 수행하는 것으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 당업자의 경험에 따른 실험에 의해 유연하게 결정될 수 있다.
무작위 순서로 두 개의 심볼이 배치되어 있을 경우, 심볼 디인터리버(220)는 수신된 심볼의 평균을 수학식 3과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00032
여기서,
Figure 112015035353313-pat00033
및
Figure 112015035353313-pat00034
은 임의의 시간에 전송되는 두 개의 심볼일 수 있다(
Figure 112015035353313-pat00035
).
첫 번째 성분
Figure 112015035353313-pat00036
는 원하는 신호이고, 각각의 잡음 성분과의 상관관계는 없을 수 있다. 따라서, 심볼 디인터리버(220)는 잡음 분배에 있어서
Figure 112015035353313-pat00037
및
Figure 112015035353313-pat00038
이 가우시안 랜덤변수에 의해 근접할 경우, 가우시안 분배를 참고할 수 있다. 또한, 소모 전력을 고려하여 정규화(normalization)한 신호대 잡음비는 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00039
수학식 4에서 잡음 성분의 수가 증가하였기 때문에, 신호대 잡음비는 낮아질 수 있다.
PSK 복조기(210)는 제1 시간에 입력된 심볼이 갖는 정보를 고려하여, 상기 제1 시간 직후의 제2 시간에 입력하는 상기 동종 심볼을 결정할 수 있다. 이때, 심볼 디인터리버(220)는 동종 심볼을 결정할 때, 연속된 시간에 입력된 심볼을 동종 심볼로 결정하여 입력할 심볼을 결정할 수 있다.
심볼 디인터리버(220)는 반복을 수행함에 있어서 심볼 배치에 제약을 가질 경우, 두 개의 인접한 심볼은 동일한 정보를 전달할 수 있고, 수신된 잡음 분포는 변화하지 않을 수 있다. 근접한 심볼들이 같은 경우, 심볼 디인터리버(220)는 하나의 심볼이 두 번 사용되기 때문에 두 개의 프리-심볼을 획득하기 위하여 3개의 심볼을 필요로 할 수 있다.
예를 들면, 심볼 디인터리버(220)는
Figure 112015035353313-pat00040
를 획득하기 위하여
Figure 112015035353313-pat00041
및
Figure 112015035353313-pat00042
를 필요로 할 수 있으며,
Figure 112015035353313-pat00043
를 획득하기 위하여
Figure 112015035353313-pat00044
및
Figure 112015035353313-pat00045
를 필요로 할 수 있다. 만일, 반복을 수행한 후,
Figure 112015035353313-pat00046
및
Figure 112015035353313-pat00047
는 같다고 가정한다면, 심볼 디인터리버(220)는
Figure 112015035353313-pat00048
를 수신된 심볼의 평균을 산출하기 위하여 두 번 사용할 수 있다. 심볼 디인터리버(220)는 수학식 5를 통하여 심볼의 평균을 산출할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00049
여기서,
Figure 112015035353313-pat00050
및
Figure 112015035353313-pat00051
은 두 심볼이 연속하여 전송되는 것을 나타내는 것일 수 있다. 즉, 상기 심볼은 동종 심볼일 수 있다(
Figure 112015035353313-pat00052
). 앞서 설명한 수학식 3의 지수
Figure 112015035353313-pat00053
는 특수한 케이스일 수 있으며, 이 경우, 심볼 디인터리버(220)는 수학식 4와 같은 정규화된 신호대 잡음비를 갖을 수 있다. 이는, 수신된 잡음의 힘(예컨대,
Figure 112015035353313-pat00054
,
Figure 112015035353313-pat00055
는 모든 정수)을 감소시킬 수 없음을 의미할 수 있다.
이때, 심볼 디인터리버(220)는 잡음 성분을 수학식 6을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00056
이때,
Figure 112015035353313-pat00057
,
Figure 112015035353313-pat00058
이다. 첫 번째 잡음 성분은 정보 또는 심볼
Figure 112015035353313-pat00059
의 영향을 받을 수 있다. 게다가 두 개의
Figure 112015035353313-pat00060
로부터 잡음 성분 사이의 관계 때문에 수신된 잡음은 정규 분포의 형태를 갖지 않을 수 있다. 즉, 수신 잡음은 일반적인 잡음과 달리 가우시안 분포를 따르지 않고 심볼
Figure 112015035353313-pat00061
에 영향을 받는 확률 변수일 수 있다. 잡음 성분의 분포 형태를 보다 상세하게 설명하기 위해 하기 도 3을 참고하여 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수신 잡음의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 잡음 분포는 가우시안 분포와 다르게 원형 대칭을 이루지 않는다. 또한, 잡음 분포는 전송 정보 또는 심볼
Figure 112015035353313-pat00062
의 위상에 따라 뾰족한 형태의 위치가 다르게 놓일 수 있다.
도 3의 잡음 분포의 보다 상세한 설명을 위하여 수학식 6을 다시 작성하면 수학식 7과 같을 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00063
여기서,
Figure 112015035353313-pat00064
,
Figure 112015035353313-pat00065
및
Figure 112015035353313-pat00066
은 확률 밀도 함수의 랜덤변수이며,
Figure 112015035353313-pat00067
,
Figure 112015035353313-pat00068
,
Figure 112015035353313-pat00069
이다. 이때,
Figure 112015035353313-pat00070
은 복소 가우시안 분포를 뜻할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00071
는
Figure 112015035353313-pat00072
가
Figure 112015035353313-pat00073
에 걸쳐 등분포될 때,
Figure 112015035353313-pat00074
의 분포일 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00075
은 가중치가 있는 실제 축에서의 예상된 잡음 벡터의 길이를 나타낸 것일 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00076
은 레일리 분포(Rayleigh Distribution) 랜덤 변수의 제곱에 대응할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 잡음 분포의 모양이 만들어지는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서는
Figure 112015035353313-pat00077
의 위상이 0(예컨대,
Figure 112015035353313-pat00078
)일 때, 잡음 분포의 모양이 만들어지는 과정을 예로서 설명하나 이에 한정된 것은 아니다.
잡음 분포에 대한 설명은 두 가지로 설명할 수 있다.
첫 번째로, 랜덤 변수
Figure 112015035353313-pat00079
은 상수 값으로 가정될 수 있다. 이와 같은 경우, 잡음은 평균 및 변화량이
Figure 112015035353313-pat00080
및
Figure 112015035353313-pat00081
인 일반적인 분포를 각각 따를 수 있다. 만일,
Figure 112015035353313-pat00082
가 양의 값이라면, 도 4에 도시된 바와 같이 고전력 가우시안 잡음은 우측에 발생할 수 있다. 반면,
Figure 112015035353313-pat00083
가 음(negative)의 값이거나 작은 양(positive)의 값이라면, 도 4의 좌표 좌측의 작은 원형의 분포와 같이
Figure 112015035353313-pat00084
가 감소함에 따라 잡음력은 감소될 수 있다.
두 번째로,
Figure 112015035353313-pat00085
는 일반적인 분포를 따르는 랜덤변수로 간주될 수 있다. 잡음의 평균 및 변화량은
Figure 112015035353313-pat00086
에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 전체 분포는
Figure 112015035353313-pat00087
의 값 각각의 잡음 분포 영역에 겹친 형태일 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 물방울 모양의 잡음 분포를 형성할 수 있다. 물방울 모양의 잡음은 심볼 및 근원지를 연결하는 선 위에 힘을 집중시키는 경향이 있을 수 있다. 이러한 경향은 DBPSK를 제외하고 에러율을 낮추는데 이로울 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 하기 도 5를 참고하여 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 좌표를 통하여 비트 에러율 감소를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 좌표의 개념은 신호대 잡음비의 경향을 예상하는 것에 유용할 수 있다. 도 5의 (a)는 BPSK의 좌표를, 도 5의 (b)는 QPSK의 좌표를 각각 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 점선은 에러 경계선을 나타낸 것일 수 있다. 전송된 신호(transmitted point) 배열 포인트가 주어지면, 가로 직선 영역에 위치하지 않은 수신된 신호는 심볼 에러로 간주할 수 있다. 즉, 만일 잡음 분배 모양이 좌표 포인트 영역에 잘 맞을 경우, 심볼 에러율은 감소할 수 있다. 다시 말해, 잡음력 뿐만 아니라 잡음 분포의 모양은 심볼 에러율에 영향을 줄 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 잡음 분포와 비트 에러율의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 DBPSK일 때 동일한 잡음력에 의한 일반적인 잡음 분포 및 물방울 잡음 분포가 이용된 것을 나타낸다. 이때, 전송 포인트는 (2,0)에서 예상되는 것일 수 있다. 만일, 수신된 신호가 굵은 직선의 좌측에 위치하게 되면, 심볼 에러는 발생한 것으로 확인될 수 있다. 즉, 좌표상에서 실제 축에서 음의 영역에 수신된 신호가 위치하면 에러는 발생된 것으로 확인할 수 있다.
도 6의 (a)는 도 6의 (b)에 비해 에러가 적게 발생하였는데, 이는 일반적인 잡음 분포가 DPSK 시스템(200)으로 만들어진 물방울 잡음 분포보다 나은 성능을 제공한다는 것을 의미할 수 있다. 즉, DPSK 시스템(200)은 DBPSK 에너지 효율을 향상시키는데 적합하지 않을 수 있다.
그러나 도 6의 (c) 및 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, QPSK의 경우, 영역의 경계는 꺾인 선에 의해 주어질 수 있다. 그러므로, 물방울 잡음 분포는 물방울 분포가 에러 경계를 넘어 수신된 신호의 개수를 감소시키기 때문에 일반적인 잡음 분포에 비해 에러율을 감소시킬 수 있다. 또한, DPSK 시스템(200)은 D8PSK의 경우에도 에러율을 감소시킬 수 있다.
즉, DPSK의 오류 확률은 수신 잡음이 에러 경계(error bound)를 넘어갈 확률로 표현이 가능할 수 있다. 심볼당 비트수가 2 이상일 때, 꺾인 선으로 표현할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 심볼당 비트수가 2일 때의 에러 경계와 잡음의 분포를 함께 나타낼 수 있다. 도 6의 (c)에 도시된 일반적인 경우에 비해, 도 6의 (d)에 도시된 잡음 분포와 같이, DPSK 시스템(100)은 에러 경계를 넘을 확률을 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비트 에러율 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
물방울 잡음은 가우시안 분포에 의해 평균 및 변화량을 랜덤하게 선택된 일반적인 분포로서 간주될 수 있다. 그러므로, 에러율 계산은 Q-함수에 의해 PSK, BER 성능 분석이 가능할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00088
가 고정될 때, BPSK 심볼 또는 비트 에러율
Figure 112015035353313-pat00089
은 수학식 8과 같을 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00090
여기서,
Figure 112015035353313-pat00091
는 Q 함수(Q fucntion) 정규 분포 함수를 적분한 형태를 지칭하고,
Figure 112015035353313-pat00092
은 잡음의 표준 분포로서 잡음 전력의 제곱근을 지칭할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00093
는 랜덤변수이기 때문에, 평균 비트 에러율은
Figure 112015035353313-pat00094
를 통해 수학식 8과 같은 평균으로 산출될 수 있다. 또한, DBPSK의 비트 에러율은 수학식 9를 통해 획득될 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00095
심볼당 비트수가 2 이상일 때, 즉, DMPSK(
Figure 112015035353313-pat00096
)일 경우, 비트 에러율은 수학식 10과 같이 근사화될 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00097
여기서,
Figure 112015035353313-pat00098
은 각 변조기가 출력 가능한 경우의 수를 지칭하고,
Figure 112015035353313-pat00099
은 심볼당 비트수를 지칭할 수 있다.
DQPSK일 때, 수학식 10은
Figure 112015035353313-pat00100
동안 정확한 비트 에러율 곡선을 제공할 수 있다. 평균에 의해, 제안된 반복 방법의 DMPSK 비트 에러율 성능은 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015035353313-pat00101
도 7의 (a)는 심볼당 비트수가 2일 때의 비트 에러율을 나타내는 도면이다. 도 7의 (a)에서, 일반적인 심볼 처리는 DBPSK 시뮬레이션의 동종 심볼 인터리버에 의해 결정될 수 있다. 원으로 연결된 라인으로 표현된 임의의 심볼 순서 반복 성능은 삼각형으로 연결된 라인으로 그려진 비반복 DQPSK 비트 에러율 곡선과 비교하여 약간의 성능 열화를 나타내고 있으며, 이들 사이의 차이는 신호대 잡음비가 증가함으로써 커질 수 있다. 그러나, 제안된 반복이 DQPSK에 수행될 때, 성능은 비반복 DBPSK와 거의 동일할 수 있다. 즉, 심볼당 비트수가 2일 때는 반복을 하지 않은 것과 동일한 성능을 보일 수 있다. 또한, 비반복 DQPSK와 비교하여 약 1.5dB의 에너지 효율 이득을 얻을 수 있다.
도 7의 (b)는 심볼당 비트수가 3일 때의 비트 에러율을 나타내는 도면이다. 다시 말해,
Figure 112015035353313-pat00102
일때 수학식 11에 의해 산출된 D8PSK의 비트 에러율 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. D8PSK에서 임의의 심볼 순서를 반복 수행한 결과를 나타내는 원으로 연결된 라인은 비반복을 수행한 D8PSK의 비트 에러율을 나타내는 사각형으로 연결된 라인과 거의 유사함을 확인할 수 있다. 즉, 심볼당 비트수가 3이상 일 때는 일관성 있는 복조를 했을 경우와 같은 성능을 보일 수 있다. DPSK 시스템(200)이 D8PSK에 적용될 때, 에너지 효율은 비반복 D8PSK 또는 일반적 심볼 반복 수행을 할 때와 비교하였을 때 두 배가 될 수 있다. 다시 말해, DPSK 시스템(200)은 성능을 유지하면서도 전송 전력 소비를 반감시킬 수 있다. DPSK 변조 순서가 8보다 높을 때(예컨대, D16PSK, D32PSK 및 D64PSK)에는, 3dB의 이득을 얻을 수 있다.
이러한, 본 발명의 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템에 따르면, 종래의 일반적인 반복 순서의 잡음 분배에 대한 이해를 바탕으로, 동일한 정보를 포함하는 인접한 심볼들을 반복하도록 순서를 배치함으로써, DBPSK 외 대부분의 DPSK에서 에너지 효율의 저하를 완화시키고, 더 나은 성능을 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DPSK 송신 시스템의 구현 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.
본 실시예에 따른 DPSK 송신 시스템의 구현 방법은 상술한 DPSK 송신 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.
DPSK 송신 시스템(100)은 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력한다(810). 단계(810)에서, DPSK 송신 시스템(100)은 입력된 데이터에 대한 k번째 위상 편이를 나타내는 심볼
Figure 112015035353313-pat00103
를 출력할 수 있다.
다음으로, DPSK 송신 시스템(100)은 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 연속하여 차동기로 전달한다(820).
단계(820)에서, DPSK 송신 시스템(100)은 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 연속하여 상기 차동기로 전달할 수 있다.
예컨대, DPSK 송신 시스템(100)은 출력된 심볼
Figure 112015035353313-pat00104
를 적어도 두 개의 입력 포트를 통하여 입력 받을 수 있으며, 입력된 심볼
Figure 112015035353313-pat00105
를 선택적으로 차동기로 전달할 수 있다. 이때, 두 개의 입력 포트를 통하여 입력되는 심볼은 동일한 심볼
Figure 112015035353313-pat00106
가 복사된 것일 수 있다. 예컨대, DPSK 송신 시스템(100)은 연속되는 시간
Figure 112015035353313-pat00107
와
Figure 112015035353313-pat00108
에 대해, 동일한 정보를 갖고 입력되는 두 개의 심볼
Figure 112015035353313-pat00109
및
Figure 112015035353313-pat00110
를 동종 심볼로 식별하여, 상기 차동기로 전달할 수 있다.
다른 실시예에서, DPSK 송신 시스템(100)은 상기 동종 심볼의 개수가, 상기 반복전송횟수 보다 작을 경우, 상기 동종 심볼 중 임의의 심볼을, 상기 동종 심볼의 개수와 상기 반복전송횟수와의 차 만큼 반복하여 상기 차동기로 전달할 수 있다. 예컨대, 반복전송횟수가 2이고, 입력된 심볼이 단지 하나일 경우, DPSK 송신 시스템(100)은 상기 하나의 심볼을, 연속되는 2개의 시간에 대해 1회(= '반복전송횟수 2 - 심볼 개수 1') 반복하여 차동기로 전달할 수 있다. 만약, 반복전송횟수가 3으로 조정되어 선정되면, DPSK 시스템(100)은 상기 하나의 심볼을, 연속되는 3개의 시간에 대해 2회(= '반복전송횟수 3 - 심볼 개수 1') 반복하여 차동기로 전달할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 DPSK 수신 시스템의 구현 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.
본 실시예에 따른 DPSK 수신 시스템의 구현 방법은 상술한 DPSK 수신 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다.
DPSK 수신 시스템(200)은 채널을 통해 수신되는 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을 합하여 입력한다(910).
단계(910)에서 DPSK 수신 시스템(200)은 입력한 적어도 두 개의 심볼에 대하여 데이터를 복원할 수 있다.
이때, DPSK 수신 시스템(200)의 성능은 수신된 심볼
Figure 112015035353313-pat00111
의 품질에 따라 달라질 수 있다. 따라서 DPSK 수신 시스템(200)의 성능을 평가하기 위해 DPSK 시스템(200)은
Figure 112015035353313-pat00112
를 기준으로 수행될 수 있다.
다음으로, DPSK 수신 시스템(200)은 상기 동종 심볼을 이용하여, 데이터를 복원한다(920). 단계(920)에서 DPSK 수신 시스템(200)은 합쳐진 동종 심볼
Figure 112015035353313-pat00113
를 이용하여 데이터를 복원할 수 있다.
실시예에 따라, DPSK 수신 시스템(200)은 상기 심볼 디인터리버에서, 제1 시간에 입력된 심볼이 갖는 정보를 고려하여, 상기 제1 시간 직후의 제2 시간에 입력하는 상기 동종 심볼을 결정할 수 있다. 다시 말해, DPSK 수신 시스템(200)은 동종 심볼을 결정할 때, 연속된 시간에 입력된 심볼을 동종 심볼로 결정하여 심볼을 결정할 수 있다.
이러한, 본 발명의 DPSK 수신 시스템의 구현 방법에 따르면, 종래의 일반적인 반복 순서의 잡음 분배에 대한 이해를 바탕으로, 동일한 정보를 포함하는 인접한 심볼들을 반복하도록 순서를 배치함으로써, DBPSK 외 대부분의 DPSK에서 에너지 효율의 저하를 완화시키고, 더 나은 성능을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100 : 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 송신 시스템
110 : PSK 변조기
120 : 심볼 인터리버
200 : 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 수신 시스템
210 : PSK 복조기
220 : 심볼 디인터리버

Claims (12)

  1. 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력하고, 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 채널로 송출하기 위한 차동기로 전달하는 PSK 변조기
    를 포함하고,
    상기 PSK 변조기는,
    상기 동종 심볼의 개수가, 선정된 반복전송횟수 보다 작을 경우,
    상기 PSK 변조기는,
    상기 동종 심볼 중 임의의 심볼을, 상기 동종 심볼의 개수와 상기 반복전송횟수와의 차 만큼 반복하여 상기 차동기로 전달하는
    심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PSK 변조기는,
    상기 반복전송횟수에 상응하는 수의 동종 심볼을 서로 인접시켜 상기 차동기로 전달하는
    심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PSK 변조기는,
    상기 동종 심볼이 갖는 크기를, 적어도 n비트(상기 n은 2이상의 정수)를 유지하여, 상기 차동기로 전달하는
    심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 DPSK 시스템은,
    상기 채널을 통해 수신되는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 상기 동종 심볼을 합하여 입력하고, 상기 동종 심볼을 이용하여 상기 데이터를 복원하는 PSK 복조기
    를 더 포함하는 심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PSK 복조기는,
    제1 시간에 입력된 심볼이 갖는 정보를 고려하여, 상기 제1 시간 직후의 제2 시간에 입력하는 상기 동종 심볼을 결정하는
    심볼의 반복 전송을 지원하는 DPSK 시스템.
  7. 데이터를 위상 편이 변조하여 심볼을 출력하는 단계; 및
    상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 동종 심볼을, 채널로 송출하기 위한 차동기로 전달하는 단계
    를 포함하고,
    상기 동종 심볼의 개수가, 선정된 반복전송횟수 보다 작을 경우,
    상기 차동기로 전달하는 단계는,
    상기 동종 심볼 중 임의의 심볼을, 상기 동종 심볼의 개수와 상기 반복전송횟수와의 차 만큼 반복하여 상기 차동기로 전달하는 단계
    를 포함하는 DPSK 시스템의 구현 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차동기로 전달하는 단계는,
    상기 반복전송횟수에 상응하는 수의 동종 심볼을 서로 인접시켜 상기 차동기로 전달하는 단계
    를 더 포함하는 DPSK 시스템의 구현 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 차동기로 전달하는 단계는,
    상기 동종 심볼이 갖는 크기를, 적어도 n비트(상기 n은 2이상의 정수)를 유지하여, 상기 차동기로 전달하는 단계
    를 더 포함하는 DPSK 시스템의 구현 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 DPSK 시스템의 구현 방법은,
    상기 채널을 통해 수신되는 상기 심볼 중에서, 동일한 정보를 갖는 상기 동종 심볼을 합하여 입력하는 단계; 및
    상기 동종 심볼을 이용하여 상기 데이터를 복원하는 단계
    를 더 포함하는 DPSK 시스템의 구현 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 DPSK 시스템의 구현 방법은,
    제1 시간에 입력된 심볼이 갖는 정보를 고려하여, 상기 제1 시간 직후의 제2 시간에 입력하는 상기 동종 심볼을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 DPSK 시스템의 구현 방법.
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