KR101921095B1 - Wide-band digital receiving apparatus using double compressive sensing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광대역 디지털 수신 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 PRBS(pseudo random binary sequence)를 이용하여 수신 신호를 이중 압축 센싱BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to a broadband digital receiving apparatus, and more particularly, to a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing. More specifically, the present invention relates to a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing,
도 1은 종래 기술에 따른 슈퍼헤테로다인 방식의 광대역 디지털 수신 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 광대역 신호의 주파수 스펙트럼이다.FIG. 1 is a block diagram of a superheterodyne type broadband digital receiving apparatus according to the related art, and FIG. 2 is a frequency spectrum of a broadband signal according to the related art.
먼저 도 1에 따르면, 슈퍼헤테로다인 수신기는 광대역 신호를 수신하여 주파수별로 분할하여 신호를 처리하도록 구성된다. 그러나, 기존의 광대역 수신기는 나이퀴스트(Nyquist) 샘플링 이론에 의한 수신 대역폭에 한계가 있으며, 각 주파수 대역을 분할하여 처리하기 위해 국부발진기, 필터 등으로 구성되는 다채널 필터 뱅크로 인하여 그 크기와 무게가 증가하고 소모 전력도 상당히 많이 소모되는 문제점이 있다.Referring first to FIG. 1, a superheterodyne receiver is configured to receive a wideband signal, divide it by frequency, and process the signal. However, the conventional wideband receiver has a limitation on the reception bandwidth by the Nyquist sampling theory. Due to the multi-channel filter bank composed of a local oscillator and a filter for dividing and processing each frequency band, There is a problem that the weight is increased and the consumed power is also considerably consumed.
슈퍼헤테로다인 수신기에서는 각 주파수 대역을 분할하여 처리하기 때문에 수신 주파수 대역이 넓을수록 더 많은 부품들이 요구된다.In a super heterodyne receiver, each frequency band is divided and processed, so that the wider the reception frequency band, the more parts are required.
또한, 아날로그-디지털 컨버터의 처리 대역폭에 대한 한계로 인하여 탐지 대역 이외의 신호를 수집을 할 수 없다.Also, due to the limitation on the processing bandwidth of the analog-to-digital converter, signals other than the detection band can not be collected.
도 2의 (A)는 스위치 제어에 의한 특정 수신 대역 탐색 방식을 나타내는 그래프이며, 이러한 경우 특정 탐색 대역 이외의 신호는 수신이 불가함을 알 수 있다. 도 2의 (B)는 IFM 수신기를 적용한 것을 나타내며 동시 신호의 수집이 불가함을 나타내고 있다.FIG. 2A is a graph showing a specific reception band search method by switch control. In this case, it can be seen that signals other than the specific search band can not be received. FIG. 2B shows that the IFM receiver is applied, and it is impossible to collect the simultaneous signals.
본 발명의 목적은 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing.
상술한 본 발명의 목적에 따른 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치는, 광대역의 다중 채널 신호를 수신하는 다중 채널 신호 수신 모듈; 상기 다중 채널 신호 수신부에서 수신된 다중 채널 신호를 PRBS(pseudo random binary sequence)를 이용하여 압축하고, 압축된 다중 채널 신호를 복원하는 디지털 신호 수신 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing, including: a multi-channel signal receiving module for receiving a wideband multi-channel signal; And a digital signal receiving module for compressing the multi-channel signal received by the multi-channel signal receiving unit using a pseudo random binary sequence (PRBS) and restoring the compressed multi-channel signal.
여기서, 상기 디지털 신호 수신 모듈은, 서로 다른 데이터율(data rate)을 갖는 PRBS를 이용하여 다중 채널 신호를 이중 압축하고, 이중 압축된 다중 채널 신호를 복원하도록 구성될 수 있다.Here, the digital signal receiving module may be configured to double-compress the multi-channel signal using PRBS having different data rates, and to recover the double-compressed multi-channel signal.
상술한 본 발명의 목적에 따른 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치는, 광대역의 다중 채널 신호를 수신하는 다중 채널 신호 수신 모듈; 상기 다중 채널 신호 수신부에서 수신된 다중 채널 신호를 서로 다른 데이터율(data rate)을 갖는 PRBS(pseudo random binary sequence)를 각각 이용하여 이중 압축하고, 이중 압축된 다중 채널 신호를 복원하는 디지털 신호 수신 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing, including: a multi-channel signal receiving module for receiving a wideband multi-channel signal; Channel signal received by the multi-channel signal receiving unit using a pseudo random binary sequence (PRBS) having a different data rate, and restoring the double-compressed multi-channel signal, . ≪ / RTI >
이때, 상기 디지털 신호 수신 모듈은, 서로 다른 PRBS의 곱연산에 대한 복소대칭행렬(Hermitian matrix)을 이용하여 이중 압축된 다중 채널 신호를 복원하도록 구성될 수 있다.At this time, the digital signal receiving module may be configured to recover a dual-compressed multi-channel signal using a complex symmetric matrix for product computation of different PRBSs.
그리고 상기 다중 채널 신호 수신 모듈은, 안테나를 통해 수신되는 광대역의 다중 채널 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부에서 저잡음 증폭된 다중 채널 신호를 분배하는 전력 분배기; 상기 전력 분배기에서 분배된 다중 채널 신호를 제1 PRBS(pseudo random binary sequence)를 이용하여 압축하는 제1 PRBS 압축부; 상기 제1 PRBS 압축부에서 압축된 다중 채널 신호를 제2 PRBS를 이용하여 압축하는 제2 PRBS 압축부; 상기 제2 PRBS 압축부에서 압축된 다중 채널 신호에서 불요 신호를 제거하는 저대역 필터; 상기 저대역 필터에서 불요 신호가 제거된 다중 채널 신호를 경로/변환 손실을 보상하기 위해 증폭하는 손실 보상 증폭부; 상기 손실 보상 증폭부에서 증폭된 다중 채널 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter)를 포함하도록 구성될 수 있다.The multi-channel signal receiving module includes a low-noise amplifier for low-noise amplifying a wide-band multi-channel signal received through an antenna; A power divider for distributing low-noise amplified multi-channel signals in the low-noise amplifier; A first PRBS compression unit for compressing the multi-channel signals distributed by the power divider by using a first PRBS (pseudo random binary sequence); A second PRBS compression unit for compressing the multi-channel signal compressed by the first PRBS compression unit using a second PRBS; A low-pass filter for removing an unnecessary signal from the multi-channel signal compressed by the second PRBS compression unit; A loss compensation amplifier for amplifying the multi-channel signal from which the spurious signal is removed in the low-pass filter to compensate for path / conversion loss; And an analog-to-digital converter for converting the multi-channel signal amplified by the loss compensation amplifier into a digital signal.
그리고 상기 디지털 신호 수신 모듈은, 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 변환된 디지털 신호를 확장(expand)하는 데이터 확장부; 상기 데이터 확장부에서 확장된 디지털 신호의 신호 전력 감지를 통해 위협 신호를 탐지하는 스펙트럼 슬라이스 탐지부; 상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부에서 탐지된 위협 신호를 측정 행렬 역연산을 통해 복원하는 신호 복원부; 상기 신호 복원부에서 복원된 위협 신호의 파라미터(parameter)를 추출하는 파라미터 추출부; 상기 파라미터 추출부에서 추출된 파라미터를 출력하는 운용자 인터페이스부를 포함하도록 구성될 수 있다.The digital signal receiving module includes: a data expanding unit for expanding the digital signal converted by the analog-to-digital converter; A spectrum slice detection unit for detecting a threat signal through signal power detection of the digital signal extended in the data extension unit; A signal restoring unit for restoring the threat signal detected by the spectrum slice detecting unit through a measurement matrix inverse calculation; A parameter extracting unit for extracting a parameter of the threat signal restored by the signal restoring unit; And an operator interface unit for outputting the parameters extracted by the parameter extracting unit.
여기서, 상기 데이터 확장부는, 실제 물리 채널의 수를 줄이기 위해 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 변환된 디지털 신호를 확장하여 가상의 채널을 생성하도록 구성될 수 있다.Here, the data extension unit may be configured to expand a digital signal converted by the analog-digital converter to reduce the number of physical channels to generate a virtual channel.
그리고 상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부는, 상기 데이터 확장부에서 확장된 디지털 신호를 스펙트럼 슬라이스 단위로 분할하고 스펙트럼 슬라이스 단위로 신호 전력을 검출하여 신호 존재 유무를 판단하도록 구성될 수 있다.The spectral slice detector may be configured to divide the digital signal extended in the data extension unit into spectral slices and detect signal power in spectral slice units to determine presence / absence of a signal.
그리고 상기 신호 복원부는, 상기 제1 PRBS 및 상기 제2 PRBS의 곱연산에 대한 복소대칭행렬(Hermitian matrix)을 이용하여 이중 압축된 다중 채널 신호를 복원하도록 구성될 수 있다.The signal restoring unit may be configured to recover the dual-compressed multi-channel signal using a complex symmetric matrix for the multiplication of the first PRBS and the second PRBS.
그리고 상기 파라미터 추출부는, 상기 신호 복원부에서 복원된 위협 신호의 펄스폭(pulse width), 펄스 도착 시간, 펄스 주기, 주파수, 크기, 변조 특성을 추출하여 PDW(pulse description word)를 생성하도록 구성될 수 있다.The parameter extracting unit is configured to generate a pulse description word (PDW) by extracting a pulse width, a pulse arrival time, a pulse period, a frequency, a size, and a modulation characteristic of the threat signal restored by the signal restoring unit .
상술한 본 발명의 목적에 따른 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치는, 안테나를 통해 수신되는 광대역의 다중 채널 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부에서 저잡음 증폭된 다중 채널 신호를 분배하는 전력 분배기; 상기 전력 분배기에서 분배된 다중 채널 신호를 제1 PRBS(pseudo random binary sequence)를 이용하여 압축하는 제1 PRBS 압축부; 상기 제1 PRBS 압축부에서 압축된 다중 채널 신호를 제2 PRBS를 이용하여 압축하는 제2 PRBS 압축부; 상기 제2 PRBS 압축부에서 압축된 다중 채널 신호에서 불요 신호를 제거하는 저대역 필터; 상기 저대역 필터에서 불요 신호가 제거된 다중 채널 신호를 경로/변환 손실을 보상하기 위해 증폭하는 손실 보상 증폭부; 상기 손실 보상 증폭부에서 증폭된 다중 채널 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter); 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 변환된 디지털 신호를 확장(expand)하는 데이터 확장부; 상기 데이터 확장부에서 확장된 디지털 신호의 신호 전력 감지를 통해 위협 신호를 탐지하는 스펙트럼 슬라이스 탐지부; 상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부에서 탐지된 위협 신호를 측정 행렬 역연산을 통해 복원하는 신호 복원부; 상기 신호 복원부에서 복원된 위협 신호의 파라미터(parameter)를 추출하는 파라미터 추출부; 상기 파라미터 추출부에서 추출된 파라미터를 출력하는 운용자 인터페이스부를 포함하도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing, including: a low-noise amplifier for low-noise amplifying a wideband multi-channel signal received through an antenna; A power divider for distributing low-noise amplified multi-channel signals in the low-noise amplifier; A first PRBS compression unit for compressing the multi-channel signals distributed by the power divider by using a first PRBS (pseudo random binary sequence); A second PRBS compression unit for compressing the multi-channel signal compressed by the first PRBS compression unit using a second PRBS; A low-pass filter for removing an unnecessary signal from the multi-channel signal compressed by the second PRBS compression unit; A loss compensation amplifier for amplifying the multi-channel signal from which the spurious signal is removed in the low-pass filter to compensate for path / conversion loss; An analog-to-digital converter for converting the multi-channel signal amplified by the loss compensation amplifier into a digital signal; A data expander for expanding the digital signal converted by the analog-to-digital converter; A spectrum slice detection unit for detecting a threat signal through signal power detection of the digital signal extended in the data extension unit; A signal restoring unit for restoring the threat signal detected by the spectrum slice detecting unit through a measurement matrix inverse calculation; A parameter extracting unit for extracting a parameter of the threat signal restored by the signal restoring unit; And an operator interface unit for outputting the parameters extracted by the parameter extracting unit.
이때, 상기 데이터 확장부는, 실제 물리 채널의 수를 줄이기 위해 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 변환된 디지털 신호를 확장하여 가상의 채널을 생성하도록 구성될 수 있다.At this time, the data expander may be configured to expand a digital signal converted by the analog-to-digital converter to reduce the number of physical channels to generate a virtual channel.
그리고 상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부는, 상기 데이터 확장부에서 확장된 디지털 신호를 스펙트럼 슬라이스 단위로 분할하고 스펙트럼 슬라이스 단위로 신호 전력을 검출하여 신호 존재 유무를 판단하도록 구성될 수 있다.The spectral slice detector may be configured to divide the digital signal extended in the data extension unit into spectral slices and detect signal power in spectral slice units to determine presence / absence of a signal.
그리고 상기 신호 복원부는, 상기 제1 PRBS 및 상기 제2 PRBS의 곱연산에 대한 복소대칭행렬(Hermitian matrix)을 이용하여 이중 압축된 다중 채널 신호를 복원하도록 구성될 수 있다.The signal restoring unit may be configured to recover the dual-compressed multi-channel signal using a complex symmetric matrix for the multiplication of the first PRBS and the second PRBS.
그리고 상기 파라미터 추출부는, 상기 신호 복원부에서 복원된 위협 신호의 펄스폭(pulse width), 펄스 도착 시간, 펄스 주기, 주파수, 크기, 변조 특성을 추출하여 PDW(pulse description word)를 생성하도록 구성될 수 있다.The parameter extracting unit is configured to generate a pulse description word (PDW) by extracting a pulse width, a pulse arrival time, a pulse period, a frequency, a size, and a modulation characteristic of the threat signal restored by the signal restoring unit .
상술한 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치에 의하면, PRBS를 이용하여 주파수 대역을 확산하여 기존 나이퀴스트(Nyquist) 이론 대비 수십배의 대역폭을 갖는 광대역 신호를 동시에 수신하여 처리할 수 있는 효과가 있다.According to the broadband digital receiving apparatus using the dual compression sensing described above, the frequency band is spread by using the PRBS, and a wideband signal having a bandwidth several tens of times larger than that of the existing Nyquist theory can be simultaneously received and processed .
특히, 레이더 시스템에서 물체의 고유 특성을 파악하는 데 유리하며, 인지 무선 통신에서도 잉여 주파수 대역을 탐색하는 기능에 적용할 수 있는 효과가 있다.Particularly, it is advantageous to grasp intrinsic characteristics of an object in a radar system, and it is also applicable to a function of searching an extra frequency band in cognitive radio communication.
도 1은 종래 기술에 따른 슈퍼헤테로다인 방식의 광대역 디지털 수신 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 광대역 신호의 주파수 스펙트럼이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 복원 및 파라미터 추출 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PRBS 신호의 주파스 스펙트럼이다.1 is a block diagram of a conventional superheterodyne type broadband digital receiving apparatus.
2 is a frequency spectrum of a conventional wideband signal.
3 is a block diagram of a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram illustrating a signal restoration and parameter extraction process according to an embodiment of the present invention.
5 is a main-frequency spectrum of a PRBS signal according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail to the concrete inventive concept. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제1, 제2, A, B 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
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.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치의 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 복원 및 파라미터 추출 과정을 나타내는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PRBS 신호의 주파스 스펙트럼이다.FIG. 3 is a block diagram of a broadband digital receiving apparatus using dual compression sensing according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a signal restoration and parameter extraction process according to an embodiment of the present invention. Is the dominant frequency spectrum of the PRBS signal according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치(100)는 다중 채널 신호 수신 모듈(110) 및 디지털 신호 수신 모듈(120)을 포함하도록 구성될 수 있다.3, a broadband
이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치(100)는 서로 다른 데이터율(data rate)을 갖는 PRBS(pseudo random binary sequence)를 각각 적용하여 광대역 수신 신호를 이중 압축하여 신호를 확산시키고, 이를 다시 복원하도록 구성된다.A broadband
기존 나이퀴스트 이론 대비 수십배의 대역폭을 갖는 광대역 신호를 동시에 수신하고 처리할 수 있다.It is possible to simultaneously receive and process a wideband signal having a bandwidth several tens of times larger than that of the conventional Nyquist theory.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, the detailed configuration will be described.
다중 채널 신호 수신 모듈(110)은 광대역의 다중 채널 신호를 동시에 수신하도록 구성될 수 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.The multi-channel
다중 채널 신호 수신 모듈(110)은 저잡음 증폭부(111), 전력 분배기(112), 제1 PRBS 압축부(113), 제2 PRBS 압축부(114), 저대역 필터(115), 손실 보상 증폭부(116), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter)(117)를 포함하도록 구성될 수 있다.The multi-channel
여기서, 저잡음 증폭부(111)는 안테나를 통해 수신되는 광대역의 다중 채널 신호를 저잡음 증폭하도록 구성될 수 있다.Here, the low-
전력 분배기(112)는 저잡음 증폭부(111)에서 저잡음 증폭된 다중 채널 신호를 분배하도록 구성될 수 있다.The
제1 PRBS 압축부(113)는 전력 분배기(112)에서 분배된 다중 채널 신호를 제1 PRBS를 이용하여 압축하도록 구성될 수 있다.The first
제2 PRBS 압축부(114)는 제1 PRBS 압축부(113)에서 압축된 다중 채널 신호를 제2 PRBS를 이용하여 압축하도록 구성될 수 있다.The second
저대역 필터(115)는 제2 PRBS 압축부(114)에서 압축된 다중 채널 신호에서 불요 신호를 제거하도록 구성될 수 있다.The low-
손실 보상 증폭부(116)는 저대역 필터(115)에서 불요 신호가 제거된 다중 채널 신호를 경로/변환 손실을 보상하기 위해 증폭하도록 구성될 수 있다.The
아날로그-디지털 컨버터(117)는 손실 보상 증폭부(116)에서 증폭된 다중 채널 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.The analog-to-
디지털 신호 수신 모듈(120)은 다중 채널 신호 수신 모듈(110)에서 수신된 다중 채널 신호를 서로 다른 데이터율(data rate)을 갖는 PRBS를 각각 이용하여 이중 압축하고, 이를 다시 복원하도록 구성될 수 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.The digital
디지털 신호 수신 모듈(120)은 데이터 확장부(121), 스펙트럼 슬라이스(spectrum slice) 탐지부(122), 신호 복원부(123), 파라미터 추출부(124) 및 운용자 인터페이스부(125)를 포함하도록 구성될 수 있다.The digital
여기서, 데이터 확장부(121)는 아날로그-디지털 컨버터(117)에서 변환된 디지털 신호를 확장(expand)하도록 구성될 수 있다.Here, the
데이터 확장부(121)는 실제 물리 채널의 수를 줄이기 위해 아날로그-디지털 컨버터(117)에서 변환된 디지털 신호를 확장하여 가상의 채널을 생성하도록 구성될 수 있다.The
데이터 확장부(121)는 압축 센싱에서 채널 간 상관 관계를 낮추고 데이터의 복원 성능을 향상하기 위해 가상의 채널을 생성하는 구성이다. 각 채널에 입력되는 PRBS가 서로 다르고, 이들 PRBS 간의 상관 관계가 낮을수록 채널 특성이 두드러지기 때문에 신호 복원에 용이하다.The
압축 센싱 기술에서 주파수의 위치를 모르는 블라인드 신호(blind signal) K개가 입력되고 M 비트(bit)의 PRBS 신호를 이용할 때, 이를 복원하기 위해 필요한 채널의 수 m은 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.When a blind signal K which does not know the position of a frequency is input in the compression sensing technique and an M bit (bit) PRBS signal is used, the number of channels m necessary for recovering the number m can be defined as Equation 1 .
예를 들어, K가 2인 신호와 127 비트의 PRBS를 이용한다고 할 때 필요한 채널의 수는 약 12.01개이다. 이를 물리적으로 구현하면 약 13개의 채널이 필요하다. 그러나, 아날로그-디지털 컨버터(117)가 충분히 큰 샘플링 주파수를 갖는다면 이를 통해 정보를 확장(expanding)하여 가상의 채널을 만들 수 있다. 이에 의해 필요한 채널의 수를 충족시키고 물리 채널 자체의 수를 줄일 수 있다.For example, assuming that K is 2 and PRBS is 127 bits, the number of channels required is 12.01. A physical implementation of this requires about 13 channels. However, if the analog-to-
하기 표 1은 확장을 통해 가상 채널을 생성한 경우오 그렇지 않은 경우를 대비한 것이다.Table 1 below shows a case in which a virtual channel is created through expansion, and a case in which a virtual channel is not created.
이처럼 샘플링 주파수가 충분히 높다면 실제 필요한 대역폭보다 더 넓은 대역폭을 샘플링하여 그 데이터를 확장하여 물리 채널의 수를 줄일 수 있다.If the sampling frequency is sufficiently high, it is possible to sample a wider bandwidth than the actual required bandwidth and expand the data to reduce the number of physical channels.
잠시 도 4를 참조하면, 이러한 확장 과정을 포함하고 있다. 수신 신호 에서는 의 주파수 축에서 입력되는 신호가 개의 물리 채널로 입력될 때 이를 확장하면 개의 채널로 데이터를 처리할 수 있음을 나타낸다.Referring to FIG. 4 for a moment, this extension process is included. In the received signal The signal input on the frequency axis of When they are input into the physical channels, they are expanded Indicates that the data can be processed by the number of channels.
스펙트럼 슬라이스 탐지부(122)는 데이터 확장부(121)에서 확장된 디지털 신호의 신호 전력 감지를 통해 위협 신호를 탐지하도록 구성될 수 있다.The spectrum
좀 더 구체적으로는 스펙트럼 슬라이스 탐지부(122)가 데이터 확장부(121)에서 확장된 디지털 신호를 스펙트럼 슬라이스 단위로 분할하고 스펙트럼 슬라이스 단위로 신호 전력을 검출하여 신호 존재 유무를 판단하도록 구성될 수 있다.More specifically, the spectrum
위 스펙트럼 슬라이스 탐지는 주파수축 상에서 신호가 존재하는 구간을 찾는 디지털 신호 처리 과정이다. 수신기 입장에서는 광대역 주파수 범위 중 어느 주파수에 신호가 입력되는지 알 수 없으므로 입력 주파수 범위를 스펙트럼 슬라이스 단위로 잘게 쪼개어 각 슬라이스 내에 존재하는 신호의 전력을 검출하는 방식으로 신호 존재 유무를 판단하 수 있다.The upper spectral slice detection is a digital signal processing process that finds a section where a signal exists on the frequency axis. In the receiver, it is impossible to know which of the wide frequency ranges the signal is input. Therefore, the presence of the signal can be determined by dividing the input frequency range finely by the spectrum slice unit and detecting the power of the signal in each slice.
먼저, 아날로그-디지털 컨버터(117)를 통해 샘플링된 데이터는 FFT 및 확장을 통해 주파수 축에서 처리되며, 각 주파수 범위를 스펙트럼 슬라이스로 구분하여 행렬화할 수 있다. 그리고 각 행렬값에 절대값을 취하여 그 중 값이 높은 인자 즉, 에너지 분포가 제일 높은 인자를 판별하도록 구성될 수 있다.First, data sampled through the analog-to-
도 4에서 오른쪽 상단의 행렬에서 빨간색과 파란색으로 표시한 부분이 신호가 존재하는 구간이며, 신호가 존재하지 않는 구간은 흰색으로 표시되어 있다. 스펙트럼 슬라이스 탐지 과정을 하지 않는다면 방정식보다 미지수가 많은 부정 방정식에 상응하는 언더-결정(under-determined) 시스템이 되거나 개의 모든 주파수에 대해 계산을 해야 하지만, 도 4와 같이 스펙트럼 슬라이스 탐지를 통해 빨간색과 파란색의 신호를 찾고, 이에 해당하는 행렬 계산만 한다면 방정식 보다 미지수보다 많은 오버-결정(over-determined) 시스템이 되어 행렬 계산이 수월해진다.4, In the matrix, red and blue indicate the interval in which the signal is present, and white in the absence of the signal. Without the spectral slice detection process, an under-determined system corresponding to an unknown equation that is more unknown than an equation However, if we calculate the red and blue signals by spectral slice detection as shown in FIG. 4, and calculate the corresponding matrix, it becomes an over-determined system than the unknown. Matrix calculation becomes easy.
신호 복원부(123)는 스펙트럼 슬라이스 탐지부(122)에서 탐지된 위협 신호를 측정 행렬 역연산을 통해 복원하도록 구성될 수 있다. 즉, PRBS 신호에 대한 행렬과 복소역행렬 관계를 갖는 측정 행렬을 신호에 합성하여 원래 신호를 복원하도록 구성될 수 있다.The
구체적으로는 신호 복원부(123)가 제1 PRBS 및 상기 제2 PRBS의 곱연산에 대한 복소대칭행렬(Hermitian matrix)을 측정 행렬(measurement matrix)로서 이용하여 위 이중 압축된 다중 채널 신호를 복원하도록 구성될 수 있다.More specifically, the
아래 수학식 2와 같이 PRBS를 라는 행렬이고 입력 신호 x라고 할 때 압축에 의해 신호 y가 얻어진다.PRBS < RTI ID = 0.0 > And a signal y is obtained by compression when the input signal x is denoted.
신호 x를 알고 싶을 때에는 의 복소 역행렬을 구하면 되며, 아래 수학식 3과 같이 신호 x가 구해질 수 있다.If you want to know the signal x The signal x can be obtained as shown in the following Equation 3. < EMI ID = 3.0 >
파라미터 추출부(124)는 신호 복원부(123)에서 복원된 위협 신호의 파라미터를 추출하도록 구성될 수 있다.The
파라미터 추출부(124)는 신호 복원부(123)에서 복원된 위협 신호의 펄스폭(pulse width), 펄스 도착 시간, 펄스 주기, 주파수, 크기, 변조 특성을 추출하여 PDW(pulse description word)를 생성하도록 구성될 수 있다.The
운용자 인터페이스부(125)는 파라미터 추출부(124)에서 추출된 파라미터를 출력하여 운용자가 이를 분석할 수 있도록 구성될 수 있다.The
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. There will be.
110: 다중 채널 신호 수신 모듈
111: 저잡음 증폭부
112: 전력 분배기
113: 제1 PRBS 압축부
114: 제2 PRBS 압축부
115: 저대역 필터
116: 손실 보상 증폭부
117: 아날로그-디지털 컨버터
120: 디지털 신호 수신 모듈
121: 데이터 확장부
122: 스펙트럼 슬라이스 탐지부
123: 신호 복원부
124: 파라미터 추출부
125: 운용자 인터페이스부110: Multi-channel signal receiving module
111: Low noise amplifier
112: Power distributor
113: First PRBS compression section
114: second PRBS compression section
115: Low-pass filter
116: loss compensation amplifier section
117: Analog-to-digital converter
120: Digital signal receiving module
121:
122: spectrum slice detection unit
123:
124: Parameter extraction unit
125: Operator interface unit
Claims (15)
상기 다중 채널 신호 수신 모듈에서 수신된 다중 채널 신호를 서로 다른 데이터율(data rate)을 갖는 PRBS(pseudo random binary sequence)를 각각 이용하여 이중 압축하고, 압축된 다중 채널 신호를 복원하는 디지털 신호 수신 모듈을 포함하고,
상기 디지털 신호 수신 모듈은,
안테나를 통해 수신되는 광대역의 다중 채널 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부;
상기 저잡음 증폭부에서 저잡음 증폭된 다중 채널 신호를 분배하는 전력 분배기;
상기 전력 분배기에서 분배된 다중 채널 신호를 제1 PRBS(pseudo random binary sequence)를 이용하여 압축하는 제1 PRBS 압축부;
상기 제1 PRBS 압축부에서 압축된 다중 채널 신호를 제2 PRBS를 이용하여 압축하는 제2 PRBS 압축부;
상기 제2 PRBS 압축부에서 압축된 다중 채널 신호에서 불요 신호를 제거하는 저대역 필터;
상기 저대역 필터에서 불요 신호가 제거된 다중 채널 신호를 경로/변환 손실을 보상하기 위해 증폭하는 손실 보상 증폭부;
상기 손실 보상 증폭부에서 증폭된 다중 채널 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter);
상기 아날로그-디지털 컨버터에서 변환된 디지털 신호를 확장(expand)하는 데이터 확장부;
상기 데이터 확장부에서 확장된 디지털 신호의 신호 전력 감지를 통해 위협 신호를 탐지하는 스펙트럼 슬라이스 탐지부;
상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부에서 탐지된 위협 신호를 측정 행렬 역연산을 통해 복원하는 신호 복원부;
상기 신호 복원부에서 복원된 위협 신호의 파라미터(parameter)를 추출하는 파라미터 추출부;
상기 파라미터 추출부에서 추출된 파라미터를 출력하는 운용자 인터페이스부를 포함하도록 구성되고,
상기 데이터 확장부는,
실제 물리 채널의 수를 줄이기 위해 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 변환된 디지털 신호를 확장하여 가상의 채널을 생성하도록 구성되고,
상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부는,
상기 데이터 확장부에서 확장된 디지털 신호를 스펙트럼 슬라이스 단위로 분할하고 스펙트럼 슬라이스 단위로 신호 전력을 검출하여 신호 존재 유무를 판단하도록 구성되고,
상기 신호 복원부는,
신호 복원시 행렬 계산에서 방정식이 미지수보다 많게 되도록 하여 행렬 계산이 수월하도록 하기 위해 상기 스펙트럼 슬라이스 탐지부에서 신호가 존재하는 것으로 판단된 주파수의 신호에 대해서만 복원하도록 구성되며,
상기 신호 복원부는,
상기 제1 PRBS 및 상기 제2 PRBS의 곱연산에 대한 복소대칭행렬(Hermitian matrix)을 이용하여 이중 압축된 다중 채널 신호를 하기 수학식에 따라 복원하도록 구성되고,
[수학식]
여기서, x는 복원 신호이고, y는 이중 압축된 다중 채널 신호이고, A는 PRBS이며,
상기 파라미터 추출부는,
상기 신호 복원부에서 복원된 위협 신호의 펄스폭(pulse width), 펄스 도착 시간, 펄스 주기, 주파수, 크기, 변조 특성을 추출하여 PDW(pulse description word)를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 센싱을 이용한 광대역 디지털 수신 장치.A multi-channel signal receiving module for receiving a wide-band multi-channel signal;
Channel signal received by the multi-channel signal receiving module by using a pseudo random binary sequence (PRBS) having a different data rate, and restoring the compressed multi-channel signal, / RTI >
The digital signal receiving module includes:
A low noise amplifier for low noise amplifying a wideband multi-channel signal received through an antenna;
A power divider for distributing low-noise amplified multi-channel signals in the low-noise amplifier;
A first PRBS compression unit for compressing the multi-channel signals distributed by the power divider by using a first PRBS (pseudo random binary sequence);
A second PRBS compression unit for compressing the multi-channel signal compressed by the first PRBS compression unit using a second PRBS;
A low-pass filter for removing an unnecessary signal from the multi-channel signal compressed by the second PRBS compression unit;
A loss compensation amplifier for amplifying the multi-channel signal from which the spurious signal is removed in the low-pass filter to compensate for path / conversion loss;
An analog-to-digital converter for converting the multi-channel signal amplified by the loss compensation amplifier into a digital signal;
A data expander for expanding the digital signal converted by the analog-to-digital converter;
A spectrum slice detection unit for detecting a threat signal through signal power detection of the digital signal extended in the data extension unit;
A signal restoring unit for restoring the threat signal detected by the spectrum slice detecting unit through a measurement matrix inverse calculation;
A parameter extracting unit for extracting a parameter of the threat signal restored by the signal restoring unit;
And an operator interface unit for outputting the parameter extracted by the parameter extracting unit,
Wherein the data expanding unit comprises:
And to expand the converted digital signal in the analog-to-digital converter to reduce the number of physical channels to generate a virtual channel,
Wherein the spectral slice detector comprises:
Wherein the data extension unit divides the digital signal extended in units of spectral slices and detects signal power in spectral slice units to determine presence / absence of a signal,
Wherein the signal restoring unit comprises:
The spectral slice detector may be configured to restore only the signal of the frequency determined to exist the signal so that the matrix calculation may be facilitated so that the equation is greater than the unknown value in the matrix calculation in the signal restoration,
Wherein the signal restoring unit comprises:
Channel signal using a complex symmetric matrix for multiplying the first PRBS and the second PRBS according to the following equation,
[Mathematical Expression]
Where x is the reconstructed signal, y is the doubly compressed multi-channel signal, A is PRBS,
Wherein the parameter extracting unit comprises:
And generating a pulse description word (PDW) by extracting a pulse width, a pulse arrival time, a pulse period, a frequency, a size, and a modulation characteristic of the threat signal restored by the signal restoring unit. Broadband digital receiver using sensing.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170148403A KR101921095B1 (en) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Wide-band digital receiving apparatus using double compressive sensing |
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KR102026958B1 (en) | 2019-03-29 | 2019-09-30 | 한화시스템(주) | reduced computational complexity orthogonal matching pursuit using partitioned inversion technique for compressive sensing |
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- 2017-11-09 KR KR1020170148403A patent/KR101921095B1/en active
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