KR101675963B1 - 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신호에 대한 정보를 알 수 없는 상태에서 목적신호에 대한 변조방식을 자동분류 하는 알고리즘의 실용적인 설계에 관한 것이다. 통상, 정보를 알 수 없는 신호에 대하여 종래의 대부분의 자동분류 알고리즘은 사전에 신호와 관련한 정보를 일정 수준 알고 있다는 가정하에 알고리즘을 제시하여 적대적 통신 등 실 환경 상태의 신호에 대해 적용하기 어렵고, 대상신호를 제한하는 것이 일반적이다. 또한, 전송주파수 복원 없이는 자동변조방식 분류 알고리즘 설계가 어려운 상황이다. 본 발명에서는 대상신호의 효율적인 정보 획득을 위하여 입력신호의 위상 차이를 활용해 PSK(single carrier), FSK(variant carrier) 계열로 분류한 후 자기상관함수(Auto Correlation Function)의 특성을 이용하여 복잡한 계산 없이 대상신호의 변조지수 M(Modulation index)을 결정하는 기법을 제안하고자 한다.

Description

무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING MODULATION RECOGNITION IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템의 신호 변조 기술에 관한 것으로, 특히 신호에 대한 정보가 파악되지 않은 상태에서 목적 신호에 대한 변조방식을 자동 분류하는데 적합한 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 무선 통신에서 사용하는 서로 약속한 정보를 보내는 통신방법이 아닌 적대적 통신 영역, 혹은 CR(Cognitive Radio) 기술을 이용하기 위해서는 전송 신호에 대한 정보를 정확히 파악하는 것이 무엇보다 중요하다.
정보를 알 수 없는 신호(unknown signal)의 특성 파악을 위한 기존의 자동변조 기술은, 전송주파수를 제거한 기저대역 기반의 신호 특성추출 알고리즘이 대부분이기 때문에 전송주파수 정보를 정확하게 찾은 것이 중요하다. 즉, 종래의 자동변조방식 인식 알고리즘에서는 기본적으로 알고리즘에 유리한 몇 가지 정보를 선행적으로 알고 있다고 가정한 후 개발되었고, 특히 전송주파수를 정확히 복원하였다는 전제하에 대부분의 알고리즘을 구성하기 때문에 실제 환경에서 전송주파수 일부가 남아 있는 상태에서는 자동변조방식 기술의 성능이 저하될 수 있을 뿐만 아니라 효율성이 떨어질 수 있다.
또한, 기 발표된 전송주파수의 복원 없는 자동변조방식 분류 기술은, 신호의 크기 변화를 이용하여 PSK(Phase Shift Keying) 클래스(class) 또는 FSK(Frequency Shift Keying) 클래스로 분류하고 전송주파수를 복원한 후 분류 알고리즘을 사용하는 것이 일반적이다.
즉, 종래의 자동변조방식은, 신호의 크기정보를 사용할 뿐만 아니라, 변조지수(M)을 결정하는 알고리즘이 주파수 영역을 이용하는 복잡한 방식을 사용하기 때문에, 실제 환경에서 자동변조인식 시스템의 샘플링 율이 고정된 상태에서 신호복원을 위한 중첩 처리를 수행하는 등 복잡한 신호처리 과정을 거쳐야 하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2007-0000274, 무선통신 시스템에서 BPSK/QPSK 블라인드 변조분류 장치 및 그 방법, 2007년1월2일 공개
본 발명의 실시예에서는, 신호의 위상 차 변화율을 이용하고, 입력 데이터의 자기상관 함수(ACF)를 이용한 단순 기울기를 이용하여 변조지수(M)를 결정하는 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 기술을 제안하고자 한다.
본 발명의 실시예에서는 실제 무선 채널 환경에서 수신 가능한 광역의 SNR 범위에서, 송신신호에 대한 어떠한 정보도 필요 없이 PSK(Phase Shift Keying, signal carrier) 계열과 FSK(Frequency Shift Keying, variant carrier) 계열로 분리할 수 있는 기술을 제안하고자 한다.
또한, 대부분의 자동변조방식 알고리즘이 전송주파수 정보를 알고 있는 상태에서 개발한 것과 달리, 본 발명의 실시예에서는 전송주파수가 파악되지 않은 상태에서 변조지수(M)를 찾을 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입력되는 무선통신 신호를 PSK(Phase Shift Keying) 계열과 FSK(Frequency Shift Keying) 계열로 각각 분리하는 입력신호 분리부와, 상기 입력신호 분리부를 통해 분리된 신호계열 분리 결과에 따라 변조지수를 결정하는 변조지수 결정부를 포함하는 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 입력신호 분리부는, 입력되는 상기 무선통신 신호의 위상차를 이용하여 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리할 수 있다.
또한, 상기 입력신호 분리부는, 상기 PSK 계열의 신호특성과 상기 FSK 계열의 신호특성 간의 편차를 기설정 편차 이상으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 입력신호 분리부는, 기설정 값 미만의 SNR(Signal to Noise Ratio) 조건에서 상기 무선통신 신호를 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리할 수 있다.
또한, 상기 변조지수 결정부는, 상기 PSK 계열에서 변조지수를 결정할 수 있다.
또한, 상기 변조지수 결정부는, 자기상관함수(Auto Correlation Function)의 특성을 이용하여 변조지수를 결정할 수 있다.
또한, 상기 변조지수 결정부는, 상기 무선통신 신호가 상기 PSK 계열로 분리된 경우에, 변조지수의 자기상관함수의 제1 기울기와 변조지수가 0인 경우의 자기상관함수의 제2 기울기를 비교하여 최종 변조지수를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법에 따르면, 임의의 무선통신 신호를 입력신호 분리부에서 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 과정과, 상기 입력신호 분리부를 통해 분리된 신호계열 분리 결과에 따라 변조지수 결정부가 변조지수를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분리하는 과정은, 상기 무선통신 신호의 위상차를 이용하여 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리하는 과정은, 상기 PSK 계열의 신호특성과 상기 FSK 계열의 신호특성 간의 편차를 기설정 편차 이상으로 설정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리하는 과정은, 기설정 값 미만의 SNR(Signal to Noise Ratio) 조건에서 상기 무선통신 신호를 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변조지수를 결정하는 과정은, 상기 PSK 계열에서 변조지수를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변조지수를 결정하는 과정은, 자기상관함수의 특성을 이용하여 변조지수를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변조지수를 결정하는 과정은, 변조지수의 자기상관함수의 제1 기울기를 구하는 과정과, 상기 제1 기울기와 변조지수가 0인 경우의 자기상관함수의 제2 기울기를 각각 비교하는 과정과, 상기 제1 기울기와 제2 기울기의 비교 결과에 따라 최종 변조지수를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 최종 변조지수를 결정하는 과정은, 변조지수의 자기상관함수의 전력밀도함수를 구하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전송주파수의 추정 없이 변조방식 판별이 가능하므로, 전송주파수 추정을 위한 별도의 신호처리 과정이 필요하지 않으며, 변조지수(M)를 결정하기 위해 입력신호의 자기상관 함수 특성을 이용하여 변조방식을 판별할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에서는, 실제 무선환경에서 전송주파수 추정 등 전송신호에 대한 사전 정보 없이도 전송방식을 추정함으로써, 다양한 신호환경에서 인식율을 향상시키는 이점이 있을 뿐만 아니라, 향상된 결과를 추후 다양한 전송방식 인지 분야에 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치에 대한 개략적인 구성 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도로서, 정보를 알 수 없는 신호(unknown signal)에 대해 전송주파수 추정 없이 변조방식 분류 기법을 적용한 경우의 예시도,
도 3 내지 도 5는 종래의 변조방식 분류 기술을 적용한 시뮬레이션 결과와 본 발명의 실시예에 따른 변조방식 분류 기술을 적용한 시뮬레이션 결과를 비교한 그래프,
도 6은 PSK 계열(class)로 판단한 신호 중 M=0인 경우의 자기상관 함수의 특성과 변조지수(M)를 결정하기 위한 대표 기울기를 설명하기 위한 그래프,
도 7은 SNR(Signal to Noise Ratio)이 10dB인 상태에서 4PSK 및 16PSK에 대한 알고리즘 수행 결과를 각각 예시한 그래프,
도 8은 FSK 클래스 신호의 자기상관 함수의 특성과 자기상관 함수의 절대값을 설명하기 위한 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
실시예의 설명에 앞서, 본 발명은 신호의 위상 차 변화율을 이용하고, 입력 데이터의 자기상관 함수(ACF)를 이용한 단순 기울기를 이용하여 변조지수(M)를 결정하며, 실제 무선 채널 환경에서 수신 가능한 광역의 SNR 범위에서 송신신호에 대한 어떠한 정보(전송주파수 등)도 필요 없이 PSK(Phase Shift Keying, signal carrier) 계열과 FSK(Frequency Shift Keying, variant carrier) 계열로 구분할 수 있는 기술을 구현하고자 하는 것으로, 이러한 기술 사상으로부터 본 발명의 목적으로 하는 바를 용이하게 달성할 수 있을 것이다.
일반적으로 자동변조방식의 주요 알고리즘이 기저대역 기반(전송주파수를 제거한)의 신호 특성추출 알고리즘이므로 전송주파수 정보를 정확하게 찾는 것이 중요하다. 전송주파수 정보를 찾는 방식은 전송주파수 정보가 변하지 않는 단일 반송파(single carrier) 방식인 PSK 계열과, 주파수 정보가 전송 심볼에 따라서 변하는 FSK 계열로 각각 구분할 수 있으며, 구분된 각 계열에 따라 전송주파수 복원방법의 효율성이 상이하므로, 입력신호를 두 가지 계열로 분리하는 것이 중요하다. 일반적으로, PSK 계열은 FFT 방식 등 주파수 변환 방식을 이용하여 전송주파수를 획득하며, FSK 계열은 위상 차 혹은 영점을 지나는 횟수 등을 이용하여 결정하는 방법 등이 있고 여기서는 자세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치에 대한 개략적인 구성 블록도로서, 신호 입력부(10), 입력신호 분리부(100), 변조신호 결정부(102) 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 신호 입력부(10)는 무선전송 시스템에서 임의의 신호가 입력되는 수단으로서, 입력된 신호를 입력신호 분리부(100)로 제공하는 역할을 할 수 있다.
입력신호 분리부(100)는 신호 입력부(10)로부터 제공되는 입력신호를 두 개의 계열(class), 예를 들어 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 역할을 할 수 있다. 이러한 입력신호 분리부(100)는 입력신호의 위상 차를 이용하여 입력신호를 PSK 계열과 FSK 계열로 분리할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 낮은 SNR 조건에서 PSK 계열과 FSK 계열로 분리할 수 있으며, 입력신호의 위상 차 벡터를 이용하여 PSK 특성과 FSK 특성의 편차를 더욱 크게 하여 PSK 계열과 FSK 계열의 구분을 용이하게 한 것을 특징으로 한다.
변조신호 결정부(102)는 입력신호 분리부(100)를 통해 분리된 계열에서 변조지수(M)를 결정하는 역할을 할 수 있다. 예컨대, 변조신호 결정부(102)는 입력신호의 PSK 계열에서 변조지수(M)를 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 전송주파수의 복원 없이 변조방식을 분류하기 위한 과정을 예시한 기술 흐름도로서, 임의의 신호를 입력으로 하여 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리한 후, 분리된 각각의 계열 별로 변조지수(M)를 결정하는 방법을 나타낸다. 또한, 아날로그 신호와 디지털 신호의 간단한 분리 방법도 제시하고 있다.
먼저, 도 2의 단계(S100)는 정보를 알 수 없는 신호(unknown signal)를 PSK 계열과 FSK 계열로 구분하기 위해 사용하는
Figure 112012072058818-pat00001
추출 알고리즘을 나타낸다.
기존의 제안된 알고리즘이 입력으로 크기 벡터를 사용하여 디지털 신호와 크기의 변화가 많은 아날로그 신호를 구분한 것과 달리, 본 발명의 실시예에서는 다음 [수학식 1]과 같이 신호의 위상 차 벡터를 이용하여 PSK 특성과 FSK 특성의 편차를 더욱 크게 하여 PSK 계열과 FSK 계열의 구분을 용이하게 한 것을 특징으로 한다.
Figure 112012072058818-pat00002
일반적으로 PSK 신호의 위상 차는 심볼 변화 지점에서 신호의 샘플링 율에 비례하여 변화되고, FSK 신호의 위상 차는 심볼 변화 지점에서 신호의 심볼 율에 비례하여 변화될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 PSK 신호의 위상 변화율이 FSK 신호의 주파수 변화율보다 증가하는 특성을 이용하여 PSK 신호계열과 FSK 신호계열을 분리할 수 있다.
[수학식 1]과 같이 위상 차 벡터를 주파수 영역 변환 수행을 하게 되면, 시간 영역의 특성이 주파수 채널의 크기 값 정보를 나타나므로 위상 차 변화가 심한 PSK 계열은 상대적으로 위상 차 변화가 작은 음성 형태의 아날로그 신호와 FSK 계열의 신호보다 큰 값을 가지게 된다.
한편, 도 3 내지 도 5는 종래의 변조방식 분류 기술을 사용할 경우와 본 발명의 실시예에 따른 변조방식 분류 기술을 사용할 경우를 비교한 그래프이다.
먼저, 도 3은 종래의 변조방식 분류 기술을 사용하여 음성을 전송한 AM신호 와 디지털 신호(PSK, FSK)를 구분한 경우의 결과 그래프로서, 도 3에서 알 수 있듯이, PSK 계열과 FSK 계열의 신호는 분리가 전혀 되지 않고 진폭의 변화가 심한 아날로그 신호와 크기기 일정한 디지털 신호만을 분리할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변조방식 분류 기술을 사용하여 신호를 FSK 계열과 PSK 계열로 분리한 경우의 결과 그래프이다.
도 4에 도시한 바와 같이, PSK 계열과 FSK 계열은 신호 대 잡음비(SNR)가 10dB 이상에서 효율적으로 분류할 수 있으며, 기존의 아날로그 신호와 FSK 계열의 분리를 명확히 하기 위해 다음 [수학식 2]에서 정의한
Figure 112012072058818-pat00003
조건 진폭변화 테스트를 이용할 수 있다.
Figure 112012072058818-pat00004
이에 대한 결과는 도 5에 예시한 바와 같으며, 도 5의 결과 그래프와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 정확도를 높일 수 있을 것으로 예상된다.
기존의 신호 크기 벡터를 이용한 기술에서의 FSK 계열과 PSK 계열의 구분은, PSK 신호가 필터링시의 크기 값의 변화가 심하다는 가정하에 구분할 수 있으나, 실제 환경에서 PSK 계열의 신호를 어떻게 사용하는지 알 수 없기 때문에 실효성이 없고, PSK 계열과 FSK 계열의 구분이 어렵게 되어 변조방식 분류를 위한 새로운 기술이 필요하게 된다.
도 2의 단계(S102)는
Figure 112012072058818-pat00005
값이 SNR이 작아짐에 따라 입력신호의 특성이 노이즈 영향을 크게 받게 되어 PSK 계열 및 FSK 계열의 구분이 어려운 경우가 발생하는 경우의 판단 과정이다. 입력신호의 자기상관 함수(ACF)의 전력밀도 함수(PSD)와 입력신호를 제곱한 데이터의 자기상관 함수의 전력밀도 함수를 구하여 단계(S102)의 판단 조건에 따라 구분하면 SNR 6dB(symbol rate 기준)에서도 90% 이상의 분류 정확도를 확보할 수 있다.
일반적으로 PSK 변조형태 신호는 1차 PSD 결과(PSD(1))에서 피크(평균 노이즈 레벨보다 10dB 이상인 지점)가 추출되지 않으며, 2차 PSD 결과(PSD(2))는 4PSK 계열에서 하나의 피크가 발생한다. 반대로, FSK 변조형태 신호는 1차 PSD 결과에서 2의 배수성의 피크들이 발생하나 MSK(Minimum Shift Keying) 신호는 2차 PSD 결과에서 2개의 피크가 발생하는 특성을 이용하였다. 여기서 계산한 자기상관 함수 데이터 및 전력밀도 함수 결과는 변조지수 결정 과정에서 재 사용될 수 있으므로, 전체 알고리즘의 계산량 증가 없이 SNR이 낮은 신호에 대해 대처할 수 있다.
도 2의 단계(S104)는 입력신호를 PSK 계열로 판단한 신호에 대하여 변조지수(M)를 결정하는 과정을 설명하고 있다.
아래 [수학식 3]과 같이 변조지수 M의 값을 가정하여 M에 대한 자기상관함수의 기울기를 구한 후 M=0인 경우의 자기상관 함수의 기울기와 비교하여 실제 변조지수(M)를 결정할 수 있다.
Figure 112012072058818-pat00006
도 6은 PSK 계열로 판단한 신호 중 M=0인 경우의 자기상관 함수의 특성을 설명하고 있으며, 결과의 중간 지점에서 노이즈 전력, 전송주파수 전력 및 변조지수(M)에 의한 변조형태 관련한 전력이 발생하는 것을 나타내고 있다. 여기서, 도 6의 아래 그림은 M=0인 자기상관 함수의 출발 지점과 중간지점의 기울기를 구하여 변조지수를 결정하기 위한 대표 기울기로 정의하는 것을 나타내고 있다. 이 기울기 값은 M의 증가에 대한 자기상관 함수의 기울기들과 비교하기 위한 기준 값이다.
[수학식 3]과 같이 M값에 따라 자기상관 함수의 M차수 한 결과가 실제 변조지수(M)와 일치하면, 변조지수에 의한 변조형태 전력이 소멸하게 되어 M배 빨라진 전송주파수 전력과 노이즈 전력만 남아 절대치 값의 기울기를 구하면 특유의 선형성분이 발생한다. 이 선형성분은 변조형태 전력만 소멸하면 생성되므로 실제 변조지수 M값 이상으로 M성 할 경우 기울기가 급격히 증가하는 선형성분이 나타난다. 이 선형성분을 이용하여 M=0인 대표 기울기와 비교하여 대표 기울기 보다 큰 신호는 선형성분이 발생하였다고 판단하며, 이 선형성분 발생의 조건을 만족하는 최소의 M 값을 선택하여 입력신호의 실제 변조지수(M)로 판단한다.
[수학식 3]은 모집단 M(M=0 이상의 정수로 M의 범위는 사용자가 선정할 수 있음)에 대한 자기상관함수 결과를 구하는 수식이며, 최종 M의 결정은 대표 기울기
Figure 112012072058818-pat00007
의 기울기 보다 큰 경우인 조건을 충족하는 가장 작은 M을 선정한다.
제안한 방식은 일반적으로 전송주파수 복원 범위가 심볼 율보다 적은 값이라는 것을 이용하여 신호를 M 제곱하는 경우, 실제로 생성되는 신호의 샘플링 율 주파수가 상대적으로 심볼 율에 관련한 값보다 작아지는 효과가 있어 인위적으로 신호 샘플링 율 증가를 위해 중첩 같은 신호처리 작업을 할 필요가 없으며, 전력 스펙트럼등 주파수 변환방법을 사용하지 않고 M제곱한 자기상관 함수의 결과를 M=0인 입력데이터 크기의 기울기 값과 비교 후 실제 변조지수를 결정하는 방식이므로, 상대적으로 계산량이 적다. 또한, 결정을 위한 검출 포락선을 M=0 경우의 신호인 자기상관함수 기울기 와 비교하는 방식을 이용하면 신호의 종류 및 샘플 개수에 상관없이 적용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 여기서 구한 실제 M의 값을 이용하여 M제곱에 대한 전력 스펙트럼을 추정하면, 하나의 피크가 발생하며 해당 주파수는 입력신호의 전송주파수로 판단 가능하다.
도 7은 SNR 10dB상태에서 4PSK 및 16PSK에 대한 알고리즘 수행 결과를 나타낸 그래프이다.
먼저, 좌측의 4PSK의 경우, M=2 이상인 자기상관 함수의 기울기가 임계치(Threshold) 포락선 보다 크므로 조건을 충족하는 가장 작은 값인 변조지수(M)가 2로 판단 가능하고 [수학식 3]과 같이
Figure 112012072058818-pat00008
을 구하면 4가 되어 4PSK신호로 판단한다.
마찬가지로, 우측의 16PSK의 경우 임계치 포락선을 넘는 경우가 M=4인 지점에서 발생하므로 16PSK로 판별하는 결과를 나타낸다.
도 2의 단계(S106)는 입력신호를 FSK 계열로 판단한 신호에 대하여 아날로그 신호를 분리하기 위해 디지털 FSK 신호의 자기상관 함수 특성을 이용하는 과정이다. 단계(S106)에서는 [수학식 4]와 같이 M=0인 경우 단계(S104)와 같은 방법으로 구한 대표 기울기를 자기상관 함수 절대 값들과 비교하여 대표 기울기보다 큰 값이 특정 개수 이상으로 존재할 경우 FSK 계열 신호로 판단하고 그 반대의 경우 아날로그 신호로 판단할 수 있다.
도 8의 위의 그림은 FSK 계열 신호의 자기상관 함수 특성을 나타내며, PSK 신호와 마찬가지로 자기상관함수 결과의 중간 지점에서 노이즈 전력, 전송주파수 전력 및 변조형태에 의한 전력이 존재한다. 또한, FSK 계열신호의 특성으로 자기상관 함수의 절대 값은 도 8의 아래 그림과 같이 변화하여 음성 FM신호와 다른 특성이 발생하기 때문에 아날로그 신호와 디지털 FSK 계열 신호의 분리가 가능하다.
Figure 112012072058818-pat00009
단계(S106)를 통과한 디지털 FSK 신호의 변조지수 결정은 단계(S102)에서 사용한 1차 및 2차 전력밀도 함수의 특성을 이용하여 1차 PSD의 피크 개수(Pnum_PSD(1))를 M으로 결정하고, 1차 PSD에서 피크가 없을 때 2차 전력밀도 함수의 피크 개수(Pnum_PSD(2))가 2개인 경우 MSK 신호로 결정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 신호의 위상 차 변화율을 이용하고, 입력 데이터의 자기상관 함수(ACF)를 이용한 단순 기울기를 이용하여 변조지수(M)를 결정하며, 실제 무선 채널 환경에서 수신 가능한 광역의 SNR 범위에서 송신신호에 대한 어떠한 정보(전송주파수 등)도 필요 없이 PSK(Phase Shift Keying, signal carrier) 계열과 FSK(Frequency Shift Keying, variant carrier) 계열로 구분할 수 있는 기술을 구현하고자 한 것이다.
10: 신호 입력부
100: 입력신호 분리부
102: 변조신호 결정부

Claims (15)

  1. 입력되는 무선통신 신호를 PSK(Phase Shift Keying) 계열과 FSK(Frequency Shift Keying) 계열로 각각 분리하는 입력신호 분리부와,
    상기 입력신호 분리부를 통해 분리된 신호계열 분리 결과에 따라 변조지수를 결정하는 변조지수 결정부를 포함하되,
    상기 변조지수 결정부는, 자기상관함수(Auto Correlation Function)의 기울기를 이용하여 상기 변조지수를 결정하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력신호 분리부는, 입력되는 상기 무선통신 신호의 위상차를 이용하여 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력신호 분리부는, 상기 PSK 계열의 신호특성과 상기 FSK 계열의 신호특성 간의 편차를 기설정 편차 이상으로 설정하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력신호 분리부는, 기설정 값 미만의 SNR(Signal to Noise Ratio) 조건에서 상기 무선통신 신호를 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조지수 결정부는, 상기 PSK 계열에서 상기 변조지수를 결정하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조지수 결정부는, 상기 변조지수가 0일 때의 자기상관함수의 기울기를 상기 변조지수가 0이 아닌 임의의 값을 때의 자기상관함수의 기울기와 비교하여 최종 변조지수를 결정하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 장치.
  8. 임의의 무선통신 신호를 입력신호 분리부에서 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 과정과,
    상기 입력신호 분리부를 통해 분리된 신호계열 분리 결과에 따라 변조지수 결정부가 변조지수를 결정하는 과정을 포함하되,
    상기 변조지수를 결정하는 과정은, 자기상관함수의 기울기를 이용하여 상기 변조지수를 결정하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분리하는 과정은, 상기 무선통신 신호의 위상차를 이용하여 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 분리하는 과정은, 상기 PSK 계열의 신호특성과 상기 FSK 계열의 신호특성 간의 편차를 기설정 편차 이상으로 설정하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 분리하는 과정은, 기설정 값 미만의 SNR(Signal to Noise Ratio) 조건에서 상기 무선통신 신호를 상기 PSK 계열과 FSK 계열로 각각 분리하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조지수를 결정하는 과정은, 상기 PSK 계열에서 상기 변조지수를 결정하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조지수를 결정하는 과정은,
    상기 변조지수가 0일 때의 자기상관함수의 기울기를 상기 변조지수가 0이 아닌 임의의 값일 때의 자기상관함수의 기울기와 비교하여 최종 변조지수를 결정하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 최종 변조지수를 결정하는 과정은, 상기 변조지수의 자기상관함수의 전력밀도함수를 구하는 과정을 포함하는
    무선통신 시스템에서의 변조방식 분류 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020130277A1 (ko) * 2018-12-19 2020-06-25 숭실대학교산학협력단 특징 간 상관 분석을 통한 자동 변조 분류 방법

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105516036B (zh) * 2015-11-27 2018-07-13 电子科技大学 一种cpfsk调制识别方法
CN105515666B (zh) * 2015-12-04 2018-06-19 华中科技大学 一种光信号码元速率识别方法及系统
CN106027432B (zh) * 2016-05-19 2019-03-29 电子科技大学 一种基于信号瞬时频率部分相关函数的cpfsk码速率估计方法
CN105763499B (zh) * 2016-05-19 2019-03-29 电子科技大学 一种基于信号瞬时频率滑动平均的cpfsk调制识别方法
CN105897636B (zh) * 2016-05-19 2018-10-09 电子科技大学 一种基于李雅普诺夫指数的cpfsk信号调制指数估计方法
JP6761173B2 (ja) * 2016-08-15 2020-09-23 富士通株式会社 無線解析装置、無線解析方法、及びプログラム
CN109729030B (zh) * 2017-10-27 2021-09-03 博通集成电路（上海）股份有限公司 用于发送分组的发射机及其发送分组的方法
CN110113278B (zh) * 2019-04-30 2021-06-29 杭州电子科技大学 一种基于全数字接收机的调制方式识别方法
CN111490956A (zh) * 2020-03-18 2020-08-04 山东大学 一种基于一阶循环平稳性的mfsk调制识别方法
CN111740930B (zh) * 2020-08-26 2020-11-24 东南大学 基于多特征分层处理的多类型非合作水声信号识别方法
US11728905B2 (en) * 2020-10-05 2023-08-15 CUE Audio, LLC Method and system for digital communication over an acoustic channel
KR20230026776A (ko) 2021-08-18 2023-02-27 한국전자통신연구원 분류 대상 신호의 변조 방식을 예측하기 위해 상기 분류 대상 신호의 단일 샘플링 주파수를 결정하기 위한 방법, 상기 단일 샘플링 주파수로 샘플링된 분류 대상 신호를 이용하여 변조 방식을 예측하기 위한 방법 및 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040136480A1 (en) * 2002-06-27 2004-07-15 Gerrit Smit Method and system for concurrent estimation of frequency offset and modulation index
US20100316168A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Ha Stephen T Methods and systems to discriminate betwen PSK and FSK signals

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2260336A1 (en) 1999-02-15 2000-08-15 Robert Inkol Modulation recognition system
JP3576880B2 (ja) * 1999-09-09 2004-10-13 日本電気株式会社 自動変調方式識別装置及び自動変調方式識別方法
CA2363927C (en) * 2000-11-28 2004-07-06 Research In Motion Limited Synchronization signal detector and method
KR100758283B1 (ko) 2005-06-27 2007-09-12 한국전자통신연구원 무선통신 시스템에서 ｂｐｓｋ/ｑｐｓｋ 블라인드 변조분류 장치 및 그 방법
EP1855348A1 (en) 2006-05-11 2007-11-14 Seiko Epson Corporation Split ring resonator bandpass filter, electronic device including said bandpass filter, and method of producing said bandpass filter
ITMI20081135A1 (it) * 2008-06-24 2009-12-25 Trapani Paolo Di Dispositivo di illuminazione

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040136480A1 (en) * 2002-06-27 2004-07-15 Gerrit Smit Method and system for concurrent estimation of frequency offset and modulation index
US20100316168A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Ha Stephen T Methods and systems to discriminate betwen PSK and FSK signals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020130277A1 (ko) * 2018-12-19 2020-06-25 숭실대학교산학협력단 특징 간 상관 분석을 통한 자동 변조 분류 방법

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Publication number Publication date
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KR20140032190A (ko) 2014-03-14
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