KR101712428B1 - 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법 - Google Patents

표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법 Download PDF

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KR101712428B1 KR1020160150033A KR20160150033A KR101712428B1 KR 101712428 B1 KR101712428 B1 KR 101712428B1 KR 1020160150033 A KR1020160150033 A KR 1020160150033A KR 20160150033 A KR20160150033 A KR 20160150033A KR 101712428 B1 KR101712428 B1 KR 101712428B1
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안우현
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한화시스템(주)
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Abstract

표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법이 제공된다. 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기는, 아날로그 신호들을 표본화 주파수로 표본화하여 디지털 신호들로 변환 및 출력하는 AD 변환부와, 아날로그 신호들이 전송된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여 AD 변환부에서 표본화된 디지털 신호들의 표본화 간축률을 결정하는 간축률 결정부와, AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 산출된 표본화 간축률을 이용하여 부분 선택하여 표본화율을 하향조절하는 간축률 적용부와, 하향조절된 표본화율에 의해 부분 선택되는 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행하는 변조 식별부를 포함한다.

Description

표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법{Modulation recognition apparatus for adjusting sampling rate and method thereof}
본 발명은 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 미리 정해진 과표본화율을 갖도록 대역폭 또는 심볼율을 이용하여 표본화율을 조절할 수 있는 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법에 관한 것이다.
통신신호의 변조형식은 아날로그-디지털 변환기(AD 변환부: Analog-Digital Converter)에서 신호를 디지털 표본(sample)으로 디지털화 한 후, 디지털 신호처리를 통해서 이루어진다. 디지털 신호처리 과정에서는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통해 대역폭, 심볼율 등을 추정하고, 추가적인 연산을 통해 신호의 특징적인 변수를 추출함으로써 변조방식을 추정한다.
한편, 디지털 신호처리를 위해서는 AD 변환된 디지털 신호를 제한된 크기의 메모리에 저장한 후 사용한다. 또한, FFT의 추정 성능을 향상시키기 위해 전체 표본신호를 여러 개의 블록으로 나누고, 각 블록에 대해 FFT한 후 평균을 구하는 방법을 주로 이용한다.
그러나, 기존의 방식으로 아날로그 신호를 디지털화 할 때 표본화율이 너무 높으면 다음과 같은 문제점이 발생한다.
먼저, 한 FFT 블록에 포함되는 표본의 수는 많지만 데이터 심볼의 수가 적절한 값에 미치지 못하는 경우, 신호의 스펙트럼을 정확히 추정하지 못하며 결과적으로 변조형식을 추정하지 못하게 된다.
또한, 한 FFT 블록에 포함되는 데이터 심볼의 수를 증가시키기 위해 FFT 블록의 크기를 증가시키면, 변조식별을 위한 신호처리 시간이 크게 늘어나거나 최악의 경우 디지털 신호처리기의 용량을 초과하여 계산을 못할 수 있게 된다.
또한, 변조식별을 수행하는 수신신호는 정해진 것이 아니고 다양한 심볼율을 가진 여러 신호 중의 하나가 될 수 있다. 따라서 변조식별에 사용되는 디지털 신호의 표본율을 변조식별 대상 통신신호의 심볼율에 따라 적절하게 조절할 필요가 있으나, 기존에는 조절하는 절차없이 변조식별을 수행하고 있다.
국내 공개특허 10-2009-0096986호(2009.09.15. 공개)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다양한 심볼율의 통신신호에 대해 제한된 크기의 메모리에 저장된 신호 표본을 이용하여 변조식별을 효율적으로 수행하기 위해서, 변조식별에 사용되는 AD 변환기 출력의 표본율을 심볼율에 따라 적절하게 조절할 수 있는 변조 식별기 및 그의 표본화율 조절 방법을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기는, 수신된 아날로그 신호들을 표본화 주파수로 표본화하여 디지털 신호들로 변환 및 출력하는 AD 변환부(Analog Digital Converter); 상기 아날로그 신호들이 전송된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여 상기 AD 변환부에서 표본화된 디지털 신호들의 표본화 간축률을 결정하는 간축률 결정부; 상기 AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 상기 결정된 표본화 간축률을 이용하여 부분 선택하여 표본화율을 하향조절하는 간축률 적용부; 및 상기 하향조절된 표본화율에 의해 부분 선택되는 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행하는 변조 식별부;를 포함한다.
상기 간축률 결정부는, 상기 변환된 디지털 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인지 또는 디지털 변조신호인지를 분류하는 AD 변조 분류부; 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 대역폭을 추정하는 대역폭 추정부; 상기 AD 변조 분류부에서 상기 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 심볼율을 추정하는 심볼율 추정부; 및 상기 추정된 대역폭 및 상기 추정된 심볼율 중 하나와, 상기 표본화 주파수 및 과표본화율을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출하는 간축률 산출부;를 포함한다.
상기 간축률 산출부는, 상기 수신된 아날로그 신호들이 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 다음의 식을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출한다.
Figure 112016110280058-pat00001
,
여기서,
Figure 112016110280058-pat00002
이고,
Figure 112016110280058-pat00003
이고,
Figure 112016110280058-pat00004
의 범위를 갖도록 하는
Figure 112016110280058-pat00005
(M은 정수)을 산출하며,
Figure 112016110280058-pat00006
는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
Figure 112016110280058-pat00007
는 상기 표본화 주파수, R은 상기 추정된 심볼율, D는 상기 표본화 간축률이다.
상기 간축률 적용부는, 상기 AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 M개의 표본마다 한 개씩 선택하여 상기 표본화율이
Figure 112016110280058-pat00008
가 되도록 하향조절한다.
상기 간축률 산출부는, 상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인 것으로 분류되면, 다음의 식을 이용하여 상기 간축률을 산출한다.
Figure 112016110280058-pat00009
,
여기서,
Figure 112016110280058-pat00010
이고,
Figure 112016110280058-pat00011
이고,
Figure 112016110280058-pat00012
의 범위를 갖도록 하는 (N은 정수)을 산출하며,
Figure 112016110280058-pat00014
는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
Figure 112016110280058-pat00015
는 상기 표본화 주파수, B는 상기 추정된 대역폭, D는 상기 표본화 간축률이다.
상기 간축률 적용부는, 상기 AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 N개의 표본마다 한 개씩 선택하여 상기 표본화율이
Figure 112016110280058-pat00016
가 되도록 하향조절한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 변조 식별기의 표본화율 조절 방법은, (A) 수신된 아날로그 신호들을 표본화하여 디지털 신호들로 변환 및 출력하는 단계; (B) 상기 아날로그 신호들이 전송된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여 상기 표본화된 디지털 신호들의 표본화 간축률을 산출하는 단계; (C) 상기 (A) 단계에서 출력되는 디지털 신호들을 상기 산출된 표본화 간축률을 이용하여 부분 선택하여 표본화율을 하향조절하는 단계; 및 (D) 상기 하향조절된 표본화율에 따라 선택적으로 입력되는 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행하는 단계;를 포함한다.
상기 (B) 단계는, (B1) 상기 변환된 디지털 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인지 또는 디지털 변조신호인지를 분류하는 단계; (B2) 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 대역폭을 추정하는 단계; (B3) 상기 (B1) 단계에서 상기 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 심볼율을 추정하는 단계; 및 (B4) 상기 추정된 대역폭 및 상기 추정된 심볼율 중 하나와, 상기 표본화 주파수 및 과표본화율을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 변조식별에 사용되는 AD 변환기 출력의 표본율을 심볼율에 따라 적절하게 조절함으로써, 다양한 심볼율의 통신신호에 대해 제한된 크기의 메모리에 저장된 신호 표본을 이용하여 변조식별을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조절된 표본화율에 의해, 변조 식별부에서 사용될 한 FFT 블록에 포함되는 데이터 심볼의 수를 적절한 범위로 조절함으로써 신호의 스펙트럼을 정확하게 추정하고, 결과적으로 변조 식별 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 한 FFT 블록이 미리 정해진 과표본화율과 적정 심볼수를 포함하도록 FFT 블록의 크기를 가감시켜 변조 식별에 필요한 신호처리 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 디지털 변조신호의 경우, 심볼율에 따라 표본화율을 조절하므로 변조 식별 대상이 되는 신호의 심볼율의 범위를 확대시키고, 결과적으로 보다 정확히 변조 식별을 할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 표본화율 조절을 위한 변조 식별기를 도시한 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 간축률 결정부를 보다 자세히 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 변조 식별기의 표본화율 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 4는 도 3의 S320단계를 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 또한 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 변조 식별(또는 변조 인식)이란 송신기로부터 수신된 신호에 대한 사전 정보 없이 수신된 신호의 변조 방식, 심볼율, 대역폭 등 신호의 변조 형식을 추정하는 모든 것을 포함한다. 변조 식별은 비어있는 대역을 통해 채널 특성에 적합하게 신호를 적응적으로 변조하여 전송하는 지능형 통신 시스템이나, 적의 통신을 탐지감청도청하기 위한 군용 시스템 등에서 사용된다.
본 발명의 실시 예에 따른 표본화율 조절을 위한 변조 식별기 및 변조 식별기의 표본화율 조절 방법은 수신된 아날로그 신호를 표본화율에 따라 표본화한 후, 대역폭 또는 심볼율을 이용하여 표본화 간축률을 산출하고, 산출된 표본화 간축률을 이용하여 AD 변환부의 표본화율을 하향조절할 수 있다. 이로써 AD 변환부의 표본화율, 즉, 표본화 주파수를 조절하지 않고도 적정 범위의 과표본화율을 유도할 수 있으며, 따라서, AD 변환부의 하드웨어적 설계 변경을 초래하지 않고도 표본화율을 하향조절하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 표본화율 조절을 위한 변조 식별기(100)를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 표본화율 조절을 위한 변조 식별기(100)는 AD 변환부(110), 간축률 결정부(120), 간축률 적용부(130) 및 변조 식별부(140)를 포함한다. 변조 식별기(100)는 오디오 신호 또는 비디오 신호를 송신기(미도시)로부터 수신하는 수신기(미도시)의 일부로서, 수신되는 신호의 변조 식별을 수행한다.
AD 변환부(110)는 송신기(미도시)로부터 수신된 아날로그 신호들을 표본화 주파수로 표본화(Sampling)하여 디지털 신호들로 출력할 수 있다. AD 변환부(110)는 충분히 높은 표본화 주파수로 표본화된 AD 변환 신호, 즉, 디지털 신호들을 출력한다. '충분히 높은 표본화 주파수'는 입력신호가 왜곡되지 않도록 하는 표본화 주파수를 의미한다. 다시 말하면, 충분히 높은 표본화 주파수는 나이퀴스트 표본화 이론에 따라 대역제한된 입력신호 대역폭의 2배 이상으로 설정한 값이다.
표본화는 아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것이다. 표본화 주파수는 1초 동안에 취한 표본수, 즉, 디지털화한 횟수로서, 표본화율이라고도 한다. AD 변환부(110)에 설정된 표본화 주파수가 예를 들어 100Hz이면, AD 변환부(110)는 1초에 100개의 표본화된 디지털 신호를 출력한다. 따라서, 표본화율이 높으면 원음에 가까운 음으로 디지털 소리 자료를 획득할 수 있으나, 데이터 크기가 커지게 된다.
AD 변환부(110)에서 AD 변환된 신호, 즉, 디지털 신호들은 간축률 결정부(120)와 간축률 적용부(130)로 입력된다.
간축률 결정부(120)는 충분히 높은 표본화 주파수로 표본화된 AD 변환 신호, 즉, 디지털 신호를 입력받아 간축률을 결정하여 출력으로 내보낸다. 간축률 결정부(120)는 디지털 신호처리 과정에서 FFT를 통해 대역폭과 심볼율을 추정하고, 변조 식별부(140)는 추가적인 연산(예를 들어, FFT의 블록 크기 가감)을 통해 변조 방식을 추정할 수 있다.
자세히 설명하면, 간축률 결정부(120)는 아날로그 신호들이 송신기(미도시)에서 수신기(미도시)로 전송될 때 사용된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여, AD 변환부(110)에서 표본화된 디지털 신호들의 표본화 간축률을 결정할 수 있다. 표본화 간축률은 AD 변환부(110)에서 사용된 표본화율을 간축하기 위한 값이다.
표본화 간축률은 변조 식별부(140)에서 변조 식별을 수행하기 전에 먼저 결정되며, AD 변환부(110)의 출력을 간축하는데 사용된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 표본화 간축률은 AD 변환부(110)에서 이미 표본화된 디지털 신호들을 간축시키기 위해 사용된다.
도 2는 도 1에 도시된 간축률 결정부(120)를 보다 자세히 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 간축률 결정부(120)는 AD 변조 분류부(210), 대역폭 추정부(220), 심볼율 추정부(230) 및 간축률 산출부(240)를 포함한다.
AD 변조 분류부(210)는 AD 변환부(110)에서 변환된 디지털 신호들의 스펙트럼을 분석하고, 분석 결과로부터, 수신된 아날로그 신호들이 디지털 변조신호인지 또는 아날로그 변조신호인지를 분류할 수 있다. AD 변조 분류부(210)는 스펙트럼을 구할 때 FFT를 수행하는데, 이 때, 과표본화율을 알지 못 하므로 FFT 블록의 크기는 식별하고자 하는 신호의 심볼율 범위를 고려하여 충분히 크게 한다.
아날로그 변조신호와 디지털 변조신호에 대해 설명하면, 송신기(미도시)는 신호를 변조하여 초고주파(RF, Radio Frequency) 신호를 전송한다. 변조 방식에는 디지털 변조와 아날로그 변조 방식이 있으며, 대표적인 디지털 변조에는 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식, FSK(Frequency Shift Keying) 방식, PSK(Phase Shift Keying) 방식, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 등이 있고, 아날로그 변조에는 AM(Amplitude Modulation) 방식, FM(Frequency Modulation) 방식, PM(Phase Modulation) 방식 등이 있다.
이하에서 언급하는 디지털 변조된 신호와 아날로그 변조된 신호는 앞서 언급된 변조 방식이 적용되어 수신기로 수신된 신호를 일컫는다.
변환된 디지털 신호들의 스펙트럼을 분석하면, 디지털 변조신호인 경우와 아날로그 변조신호인 경우의 스펙트럼 모양이 확연히 다르다. 따라서, AD 변조 분류부(210)는 변환된 디지털 신호들의 스펙트럼(또는 전력 스펙트럼 밀도)의 모양으로부터 수신된 신호가 디지털 변조신호인지 아날로그 변조신호인지 분류할 수 있다.
대역폭 추정부(220)는 스펙트럼 분석을 통해 아날로그 신호가 전송된 대역폭을 추정할 수 있다. 대역폭 추정부(220)는 디지털 대역폭 추정부(222) 및 아날로그 대역폭 추정부(224)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 대역폭 추정부(220)를 두 개로 분류하였으나, 이는 하드웨어적으로 또는 소프트웨어적으로 하나로 구현될 수도 있음은 물론이다.
디지털 대역폭 추정부(222)는 입력되는 디지털 신호들의 스펙트럼 분석을 통해, 디지털 변조된 아날로그 신호들의 대역폭(이하, '디지털 대역폭'이라 한다)을 추정한다. 예를 들어, AD 변조 분류부(210)는 입력되는 디지털 신호들에 대해 FFT를 수행하여 전력 스펙트럼 밀도를 구하고, 디지털 대역폭 추정부(222)는 전력 스펙트럼 밀도 상에서 신호 에너지 또는 신호 전력의 몇 %(몇 %는 사전에 설정됨)가 집중적으로 존재하는 구간, 분산된 구간 및 기저대역 중 적어도 하나를 디지털 대역폭으로 추정할 수 있다. 이는 아날로그 대역폭 추정부(224)에서도 동일하게 적용된다.
디지털 대역폭 추정부(222)는 추정된 디지털 대역폭을 심볼율 추정부(230)로 전달한다.
아날로그 대역폭 추정부(224)는 입력되는 디지털 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 아날로그 변조된 아날로그 신호들의 전송 대역폭(이하, '아날로그 대역폭'이라 한다)을 추정한다. 아날로그 대역폭 추정부(224)는 추정된 아날로그 대역폭을 간축률 산출부(240)로 전달한다.
심볼율 추정부(230)는 AD 변조 분류부(210)에서 수신된 신호가 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 스펙트럼 분석을 통해 심볼율을 추정할 수 있다. 자세히 설명하면, 심볼율 추정부(230)는 스펙트럼 분석을 통해 추정된 디지털 대역폭을 이용하여 심볼율을 추정한다. 예를 들어, 디지털 신호를 제곱하여 구한 스펙트럼에서는 심볼율(심볼율의 단위도 Hz로서 주파수와 단위가 동일함)에 해당하는 주파수에서 최대값이 나타난다. 본 발명의 실시 예에서는 이를 이용하여 심볼율을 구할 수 있다.
간축률 산출부(240)는 추정된 아날로그 대역폭 및 추정된 심볼율 중 하나와, 표본화 주파수 및 과표본화율을 이용하여 표본화 간축률을 산출할 수 있다. 간축률 산출부(240)는 디지털 변조신호와 아날로그 변조신호에 대해 다른 방식으로 표본화 간축률을 산출한다.
일반적으로 과표본화율은 다음의 [수학식 1]과 같이 표현된다.
Figure 112016110280058-pat00017
[수학식 1]에서
Figure 112016110280058-pat00018
는 표본화 주파수(즉, 표본화율, Sampling Rate), R은 심볼율(Symbol Rate), S는 과표본화율(Over-Sampling Ratio)이다. 과표본화율은 심볼율에 대한 표본화율의 비율이다. 일반적으로 과표본화율이 30 이상으로 큰 경우 변조 식별기(100)의 연산량이 증가하여 성능향상에 제약이 발생한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 이를 고려하여 과표본화율의 적정 범위를 사전에 결정한다.
이를 참조하여, 간축률 산출부(240)가 표본화 간축률을 산출하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 수신된 신호가 디지털 변조신호인 경우 표본화 간축률을 산출하는 방법에 대해 설명한다. 디지털 변조신호의 경우 표본화 간축률은 심볼율에 따라 결정된다.
표본화 간축률에 의해 간축을 거친 과표본화율은 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00019
[수학식 2]를 참조하면,
Figure 112016110280058-pat00020
는 표본화 간축률에 의해 간축을 거친 과표본화율로서, 디지털 변조된 신호에 대한 과표본화율이다. R은 추정된 심볼율, D는 구하고자 하는 표본화 간축률이다.
Figure 112016110280058-pat00021
는 간축률 산출부(240)로 입력되는 표본화율, 즉, AD 변환부(110)에서 표본화시 사용한 표본화 주파수이다.
따라서, [수학식 2]로부터 표본화 간축률 D는 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00022
[수학식 2]와 [수학식 3]을 이용하여, 간축률 산출부(240)는 과표본화율(
Figure 112016110280058-pat00023
)이 적정 범위가 되도록 간축률
Figure 112016110280058-pat00024
(M은 정수)를 결정할 수 있다. 즉, 과표본화율(
Figure 112016110280058-pat00025
)은 변조 식별부(140)의 변조 식별 성능 및 계산량을 고려하여 다음의 [수학식 4]와 같은 적정 범위에서 결정될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00026
[수학식 4]를 참조하면,
Figure 112016110280058-pat00027
의 최소값 '10'과 최대값 '30'은 변조 식별기(100)의 성능에 따라 가감가능함은 물론이다. 예를 들어, 간축률을 결정하는 M이 커지면
Figure 112016110280058-pat00028
는 작아지고, 반대의 경우
Figure 112016110280058-pat00029
는 커진다.
[수학식 4]는 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 이용하여 [수학식 5]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00030
여기서,
Figure 112016110280058-pat00031
이고,
Figure 112016110280058-pat00032
임을 알 수 있다. 따라서, 간축률 산출부(240)는
Figure 112016110280058-pat00033
의 범위를 만족시키는
Figure 112016110280058-pat00034
(M은 정수)을 산출한다. M은 하드웨어의 특성상 2의 제곱값, 예를 들어, 32, 64, 128, 256, … 중 하나 이상일 수 있다.
예를 들어, R의 범위가 2ksymbol/sec ~ 20ksymbol/sec, fs=140 MHz인 경우, R=10ksymbol/sec와 fs=140 MHz를 [수학식 5]에 대입하면, M은 512와 1024, 두 개가 산출된다. M이 두 개 이상 산출되는 경우, 간축률 산출부(240)는 두 개의
Figure 112016110280058-pat00035
을 간축률 적용부(130)로 출력하거나, 사전에 설정된 명령에 따라 가장 크거나 가장 작은 값 또는 중간값을 간축률 적용부(130)로 출력한다. 즉, AD 변환부(110)로부터 입력되는 최소한의 디지털 표본을 선택하여 변조 식별 성능을 향상시키려는 경우, 간축률 산출부(240)는 작은 값의
Figure 112016110280058-pat00036
을 출력할 수 있다.
다음으로, 수신된 신호가 아날로그 변조신호인 경우 표본화 간축률을 산출하는 방법에 대해 설명한다. 아날로그 변조신호의 경우 표본화 간축률은 아날로그 대역폭에 따라 결정된다.
표본화 간축률에 의해 간축을 거친 과표본화율은 다음 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00037
[수학식 6]을 참조하면,
Figure 112016110280058-pat00038
는 표본화 간축률에 의해 간축을 거친 과표본화율로서, 아날로그 변조된 신호에 대한 과표본화율이다. B는 아날로그 대역폭 추정부(224)에서 추정된 대역폭, D는 구하고자 하는 표본화 간축률이다.
Figure 112016110280058-pat00039
는 AD 변환부(110)에서 표본화시 사용한 표본화 주파수, 즉, 표본화율이다.
따라서, [수학식 6]으로부터 표본화 간축률 D는 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00040
[수학식 6]과 [수학식 7]을 이용하여, 간축률 산출부(240)는 과표본화율(
Figure 112016110280058-pat00041
)이 적정 범위가 되도록 간축률
Figure 112016110280058-pat00042
(N은 정수)를 결정할 수 있다. 즉, 과표본화율(
Figure 112016110280058-pat00043
)은 변조 식별부(140)의 변조 식별 성능 및 계산량을 고려하여 다음의 [수학식 8]과 같은 적정 범위에서 결정될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00044
[수학식 8]의 적정 범위에 대한 설명은 [수학식 4]를 참조하여 자세히 설명하였으므로 생략한다. 다만, 간축률을 결정하는 정수 N이 커지면
Figure 112016110280058-pat00045
는 작아지고, N이 작아지면
Figure 112016110280058-pat00046
는 커진다.
[수학식 8]은 [수학식 6] 및 [수학식 7]을 이용하여 [수학식 9]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00047
여기서,
Figure 112016110280058-pat00048
이고,
Figure 112016110280058-pat00049
임을 알 수 있다. 따라서, 간축률 산출부(240)는
Figure 112016110280058-pat00050
의 범위를 갖도록 하는
Figure 112016110280058-pat00051
(N은 정수)을 산출한다. N은 하드웨어의 특성상 2의 제곱값, 예를 들어, 32, 64, 128, 256, … 중 하나 이상일 수 있다.
간축률 산출부(240)는 산출된 표본화 간축률
Figure 112016110280058-pat00052
을 간축률 적용부(130)로 제공한다.
다시 도 1을 참조하면, 간축률 적용부(130)는 AD 변환부(110)에서 입력되는 디지털 신호들을 간축률 산출부(240)에서 산출된 표본화 간축률을 이용하여 부분적으로 또는 간헐적으로 선택할 수 있다. 이로써, AD 변환부(110)에서 정의된 표본화율에 따라 표본화된 디지털 신호들의 표본화율은 하드웨어의 변형없이 하향조절된다.
자세히 설명하면, 간축률 적용부(130)는 디지털 변조신호의 경우, AD 변환부(110)로부터 입력되는 디지털 신호들을 M개의 표본마다 한 개씩 선택하여 표본화율이
Figure 112016110280058-pat00053
가 되도록 하향조절할 수 있다. 그리고, 간축률 적용부(130)는 M개의 표본마다 한 개씩 선택되는 디지털 신호들을 변조 식별부(140)로 출력한다.
또한, 간축률 적용부(130)는 아날로그 변조신호의 경우, AD 변환부(110)로부터 입력되는 디지털 신호들을 N개의 표본마다 한 개씩 선택하여 표본화율이
Figure 112016110280058-pat00054
가 되도록 하향조절할 수 있다. 그리고, 간축률 적용부(130)는 N개의 표본마다 한 개씩 선택되는 디지털 신호들을 변조 식별부(140)로 출력한다.
변조 식별부(140)는 간축률 적용부(130)에서 하향조절된 표본화율에 의해 선택된 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행할 수 있다. 즉, 변조 식별부(140)는 미리 정해진 적정 범위의 과표본화율을 가진 입력신호(디지털 신호)를 이용하여 변조 식별을 수행한다.
특히, 변조 식별부(140)는 하나의 FFT 블록의 크기를 적정 범위의 과표본화율과 적정 심볼수를 포함하도록 감소시킨 후 변조 식별을 함으로써 변조 식별에 필요한 신호처리 시간을 단축할 수 있다. 변조 식별 결과는 적의 통신을 탐지, 감청, 도청하는데 응용할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 변조 식별기의 표본화율 조절 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 변조 식별기의 표본화율 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3의 표본화율 조절 방법을 위한 변조 식별기는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 변조 식별기(100)일 수 있다. 따라서, 변조 식별기 및 그의 표본화 조절 방법에 대한 구체적인 설명은 생략될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 변조 식별기는 송신기로부터 수신된 아날로그 신호들을 표본화 주파수로 표본화하여 디지털 신호들로 변환 및 출력할 수 있다(S310).
변조 식별기(100)는 수신된 아날로그 신호들이 전송된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여, S310단계에서 표본화된 디지털 신호들을 간축하기 위한 표본화 간축률을 산출할 수 있다(S320).
변조 식별기는 S310단계에서 출력되는 디지털 신호들을 S320단계에서 산출된 표본화 간축률에 따라 부분 선택하여 표본화율을 하향조절할 수 있다(S330).
변조 식별기는 하향조절된 표본화율에 따라 선택적으로 입력되는 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행할 수 있다(S340).
도 4는 도 3의 S320단계를 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 변조 식별기는 S310단계에서 변환된 디지털 신호들에 대해 FFT를 수행하여 스펙트럼을 구하고, 스펙트럼 분석을 통해 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인지 또는 디지털 변조신호인지를 분류할 수 있다(S410).
수신된 아날로그 신호가 디지털 변조신호이면(S420-Yes), 변조 식별기는 디지털 변조된 아날로그 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 전송 대역폭(이하, '디지털 대역폭'이라 한다)을 추정한다(S430).
변조 식별기는 스펙트럼 분석 및 추정된 디지털 대역폭을 분석하여 심볼율을 더 추정한다(S440).
변조 식별기는 S440단계에서 추정된 심볼율, S310단계에서 적용된 표본화 주파수 및 미리 정해진 과표본화율을 이용하여 표본화 간축률을 산출할 수 있다(S450).
S450단계에서, 변조 식별기는 수신된 아날로그 신호들이 디지털 변조신호로 분류되었으므로, 다음의 식을 이용하여 표본화 간축률을 산출할 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00055
여기서,
Figure 112016110280058-pat00056
는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
Figure 112016110280058-pat00057
는 표본화 주파수, R은 추정된 심볼율, D는 표본화 간축률이다. 또한,
Figure 112016110280058-pat00058
이고,
Figure 112016110280058-pat00059
이고, 과표본화율(
Figure 112016110280058-pat00060
)은 미리 정해진
Figure 112016110280058-pat00061
의 범위를 갖는다.
S450단계에서, 변조 식별기는 과표본화율의 범위를 만족시키는
Figure 112016110280058-pat00062
(M은 정수)을 산출한다. 표본화 간축률 산출은 [수학식 2] 내지 [수학식 5]를 참조하여 자세히 상술하였다.
표본화 간축률(
Figure 112016110280058-pat00063
)이 산출되면, S330단계는, S310단계에서 출력되는 디지털 신호들을 M개의 표본마다 한 개씩 선택한다. 이로써, S310단계에서 적용된 표본화율은 하드웨어의 변경없이
Figure 112016110280058-pat00064
가 되도록 하향조절된다.
한편, 수신된 아날로그 신호가 아날로그 변조신호이면(S420-No), 변조 식별기는 아날로그 변조된 아날로그 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 전송 대역폭(이하, '아날로그 대역폭'이라 한다)을 추정한다(S460).
변조 식별기는 S460단계에서 추정된 아날로그 대역폭, S310단계에서 적용된 표본화 주파수 및 미리 정해진 과표본화율을 이용하여 표본화 간축률을 산출할 수 있다(S470).
S470단계에서, 변조 식별기는 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호로 분류되었으므로, 다음의 식을 이용하여 표본화 간축률을 산출할 수 있다.
Figure 112016110280058-pat00065
,
여기서,
Figure 112016110280058-pat00066
는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
Figure 112016110280058-pat00067
는 표본화 주파수, B는 S460단계에서 추정된 아날로그 대역폭, D는 표본화 간축률이다. 또한,
Figure 112016110280058-pat00068
이고,
Figure 112016110280058-pat00069
ㄹ이고, 과표본화율(
Figure 112016110280058-pat00070
)은 미리 정해진
Figure 112016110280058-pat00071
의 범위를 갖는다.
S470단계에서, 변조 식별기는 미리 정해진 과표본화율의 범위를 만족시키는
Figure 112016110280058-pat00072
(N은 정수)을 산출한다. 표본화 간축률 산출은 [수학식 6] 내지 [수학식 9]를 참조하여 자세히 상술하였다.
표본화 간축률(
Figure 112016110280058-pat00073
)이 산출되면, S330단계는, S310단계에서 출력되는 디지털 신호들을 N개의 표본마다 한 개씩 선택한다. 이로써, S310단계에서 적용된 표본화율은 하드웨어의 설계 변경없이
Figure 112016110280058-pat00074
가 되도록 하향조절된다.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예에 의하면, 기본의 변조 식별기와는 다르게 사전에 정해진 과표본화율이 되도록 간축률을 결정하며, 결정된 간축률을 이용하여 표본화율을 조절할 수 있다.
또한, 디지털 변조신호의 경우 심볼율에 따라, 아날로그 변조신호의 경우 대역폭에 따라 간축률을 결정하므로, 수신된 신호의 변조 특성을 고려하여 더 적합하게 간축률을 결정할 수 있다.
또한, 변조 식별기(100)는 현재 활발히 연구가 진행되고 있는 지능형 통신시스템에서 필수적인 장치이므로, 본 발명의 실시 예의 응용 및 활용도는 더 높아질 것이다. 즉, 지능형 통신시스템에서는 고정된 대역과 변조방식을 통해 신호를 전송하는 것이 아니라, 사용하지 않고 있는 비어있는 대역을 통해 그 대역의 채널 상태에 따라 변조방식을 적응적으로 달리해서 전송한다. 이 경우 수신기에서는 수신된 신호로부터 변조방식을 식별해야 하는데, 본 발명의 실시 예를 적용함으로써 보다 신속히 변조 방식을 식별할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변조 식별기(100)는 적군의 통신신호를 탐지하거나 감청 또는 도청하기 위한 용도로서 활용될 수 있음은 물론이다.
한편 본 발명에 따른 변조 식별기의 표본화율 조절 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음은 통상의 기술자가 쉽게 이해할 수 있다.
따라서, 본 발명은 변조 식별기의 표본화율 조절 방법을 구현하기 위하여 상기 변조 식별기를 제어하는 컴퓨터 상에서 수행되는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램을 함께 제공한다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에는 하드 디스크와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
100: 변조 식별기 110: AD 변환부
120: 간축률 결정부 130: 간축률 적용부
140: 변조 식별부 210: AD 변조 분류부
220: 대역폭 추정부 230: 심볼율 추정부
240: 간축률 산출부

Claims (12)

  1. 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기에 있어서,
    수신된 아날로그 신호들을 표본화 주파수로 표본화하여 디지털 신호들로 변환 및 출력하는 AD 변환부(Analog Digital Converter);
    상기 아날로그 신호들이 전송된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여 상기 AD 변환부에서 표본화된 디지털 신호들의 표본화 간축률을 결정하는 간축률 결정부;
    상기 AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 상기 결정된 표본화 간축률을 이용하여 부분 선택하여 표본화율을 하향조절하는 간축률 적용부; 및
    상기 하향조절된 표본화율에 의해 부분 선택되는 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행하는 변조 식별부;를 포함하며,
    상기 간축률 결정부는,
    상기 변환된 디지털 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인지 또는 디지털 변조신호인지를 분류하는 AD 변조 분류부;
    상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 대역폭을 추정하는 대역폭 추정부;
    상기 AD 변조 분류부에서 상기 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 심볼율을 추정하는 심볼율 추정부; 및
    상기 추정된 대역폭 및 상기 추정된 심볼율 중 하나와, 상기 표본화 주파수 및 과표본화율을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출하는 간축률 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간축률 산출부는,
    상기 수신된 아날로그 신호들이 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 다음의 식을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출하는 것을 특징으로 하는 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기:
    Figure 112017002006314-pat00075
    ,
    여기서,
    Figure 112017002006314-pat00076
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00077
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00078
    의 범위를 갖도록 하는
    Figure 112017002006314-pat00079
    (M은 정수)을 산출하며,
    Figure 112017002006314-pat00080
    는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
    Figure 112017002006314-pat00081
    는 상기 표본화 주파수, R은 상기 추정된 심볼율, D는 상기 표본화 간축률임.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 간축률 적용부는,
    상기 AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 M개의 표본마다 한 개씩 선택하여 상기 표본화율이
    Figure 112016110280058-pat00082
    가 되도록 하향조절하는 것을 특징으로 하는 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 간축률 산출부는,
    상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인 것으로 분류되면, 다음의 식을 이용하여 상기 간축률을 산출하는 것을 특징으로 하는 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기:
    Figure 112017002006314-pat00083
    ,
    여기서,
    Figure 112017002006314-pat00084
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00085
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00086
    의 범위를 갖도록 하는
    Figure 112017002006314-pat00087
    (N은 정수)을 산출하며,
    Figure 112017002006314-pat00088
    는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
    Figure 112017002006314-pat00089
    는 상기 표본화 주파수, B는 상기 추정된 대역폭, D는 상기 표본화 간축률임.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간축률 적용부는,
    상기 AD 변환부에서 출력되는 디지털 신호들을 N개의 표본마다 한 개씩 선택하여 상기 표본화율이
    Figure 112016110280058-pat00090
    가 되도록 하향조절하는 것을 특징으로 하는 표본화율을 조절하기 위한 변조 식별기.
  7. (A) 수신된 아날로그 신호들을 표본화 주파수로 표본화하여 디지털 신호들로 변환 및 출력하는 단계;
    (B) 상기 아날로그 신호들이 전송된 대역폭 및 심볼율 중 하나를 이용하여 상기 표본화된 디지털 신호들의 표본화 간축률을 산출하는 단계;
    (C) 상기 (A) 단계에서 출력되는 디지털 신호들을 상기 산출된 표본화 간축률을 이용하여 부분 선택하여 표본화율을 하향조절하는 단계; 및
    (D) 상기 하향조절된 표본화율에 따라 선택적으로 입력되는 디지털 신호들에 대해 변조 식별을 수행하는 단계;를 포함하며,
    상기 (B) 단계는,
    (B1) 상기 변환된 디지털 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인지 또는 디지털 변조신호인지를 분류하는 단계;
    (B2) 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 대역폭을 추정하는 단계;
    (B3) 상기 (B1) 단계에서 상기 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 상기 스펙트럼 분석을 통해 상기 심볼율을 추정하는 단계; 및
    (B4) 상기 추정된 대역폭 및 상기 추정된 심볼율 중 하나와, 상기 표본화 주파수 및 과표본화율을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조 식별기의 표본화율 조절 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (B4) 단계는,
    상기 수신된 아날로그 신호들이 디지털 변조신호인 것으로 분류되면, 다음의 식을 이용하여 상기 표본화 간축률을 산출하는 것을 특징으로 하는 변조 식별기의 표본화율 조절 방법:
    Figure 112017002006314-pat00091
    ,
    여기서,
    Figure 112017002006314-pat00092
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00093
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00094
    의 범위를 갖도록 하는
    Figure 112017002006314-pat00095
    (M은 정수)을 산출하며,
    Figure 112017002006314-pat00096
    는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
    Figure 112017002006314-pat00097
    는 상기 표본화 주파수, R은 상기 추정된 심볼율, D는 상기 표본화 간축률임.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (C) 단계는,
    상기 (A) 단계에서 출력되는 디지털 신호들을 M개의 표본마다 한 개씩 선택하여 상기 표본화율이
    Figure 112016110280058-pat00098
    가 되도록 하향조절하는 것을 특징으로 하는 변조 식별기의 표본화율 조절 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 (B4) 단계는,
    상기 수신된 아날로그 신호들이 아날로그 변조신호인 것으로 분류되면, 다음의 식을 이용하여 상기 간축률을 산출하는 것을 특징으로 하는 변조 식별기의 표본화율 조절 방법:
    Figure 112017002006314-pat00099
    ,
    여기서,
    Figure 112017002006314-pat00100
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00101
    이고,
    Figure 112017002006314-pat00102
    의 범위를 갖도록 하는
    Figure 112017002006314-pat00103
    (N은 정수)을 산출하며,
    Figure 112017002006314-pat00104
    는 간축이 적용된 표본신호의 과표본화율,
    Figure 112017002006314-pat00105
    는 상기 표본화 주파수, B는 상기 추정된 대역폭, D는 상기 표본화 간축률임.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (C) 단계는,
    상기 (A) 단계에서 출력되는 디지털 신호들을 N개의 표본마다 한 개씩 선택하여 상기 표본화율이
    Figure 112016110280058-pat00106
    가 되도록 하향조절하는 것을 특징으로 하는 변조 식별기의 표본화율 조절 방법.
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