KR101948568B1 - Classification method of modulation based on deep learning - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수신 신호의 변조 방식을 예측하기 위한 변조 방식 분류 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법은, (a) 히스토그램 분석에 근거하여 신호 데이터로부터 복수의 피처 값(feature)을 추출하는 단계; (b) 상기 추출한 복수의 피처 값에 근거하여 딥 러닝 알고리즘의 입력 데이터를 산출하는 단계; 및 (c) 상기 딥 러닝 알고리즘을 수행하여 상기 신호 데이터의 변조 방식을 분류하는 단계;를 포함한다. The present invention relates to a modulation scheme classification method for predicting a modulation scheme of a received signal. A deep learning based modulation scheme classification method according to the present invention includes the steps of: (a) extracting a plurality of feature values from signal data based on histogram analysis; (b) calculating input data of a deep learning algorithm based on the extracted plurality of feature values; And (c) classifying the modulation scheme of the signal data by performing the deep learning algorithm.

Description

딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법{CLASSIFICATION METHOD OF MODULATION BASED ON DEEP LEARNING}[0001] CLASSIFICATION METHOD OF MODULATION BASED ON DEEP LEARNING [0002]

본 발명은 수신 신호의 변조 방식을 예측하기 위한 변조 방식 분류 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a modulation scheme classification method for predicting a modulation scheme of a received signal.

변조 방식 인식을 위한 종래 기술은 크게 두 가지가 있다. 첫째는 수신신호의 통계적 모델에 기반을 두어 우도 함수(likelihood function)를 최대화하는 방향으로 변조 방식을 분류하는 것이다. There are two conventional techniques for recognizing a modulation scheme. The first is to classify the modulation scheme in the direction of maximizing the likelihood function based on the statistical model of the received signal.

이러한 방법은 통계적으로 최소의 검출 오류를 갖도록 변조 분류를 수행할 수 있지만, 실제 환경에서 발생하는 오차나 채널 특성의 변화가 있을 경우에는 모델 오차가 발생하여 성능이 저하되는 단점이 존재한다. 그리고 다양한 상황에 대한 모델을 가정하게 되면 변조 분류를 위한 알고리즘의 계산량이 매우 복잡해지게 된다. Although this method can perform modulation classification so as to have a minimum detection error statistically, there is a disadvantage in that a model error occurs and the performance is deteriorated when errors or channel characteristics are changed in a real environment. Assuming a model for various situations, the computational complexity of the algorithm for modulation classification becomes very complicated.

또 다른 방식은 이미 얻어낸 데이터로부터 변조방식의 특성을 나타내는 feature를 사용하는 것이다. 이러한 feature는 수신 데이터와 추정된 심볼률을 기반으로 down sampling된 데이터로부터 추출해낸다. Another approach is to use features that characterize the modulation scheme from the data already obtained. These features are extracted from down-sampled data based on the received data and the estimated symbol rate.

이러한 방식은 통계적으로 최적화된 기법은 아니지만 비교적 구현이 쉽고 취득한 실제 데이터를 기반으로 수행하기 때문에 이론적 모델과 실제 데이터 사이의 오차에 의한 성능저하가 적다. Although this method is not a statistically optimized method, it is relatively easy to implement and performs based on actual data obtained, so that performance degradation due to errors between the theoretical model and actual data is small.

자주 사용하는 feature로는 대표적으로 cumulant가 있는데 종래 기술에는 cumulant feature를 기반으로 decision tree 혹은 support vector machine(SVM)을 적용한 변조 인식 기술이 사용되었다. Typical examples of frequently used features are cumulants. In the prior art, a modulation recognition technique using a decision tree or support vector machine (SVM) based on the cumulant feature was used.

구체적으로, decision tree 방법은 feature값을 특정 임계 값을 기준으로 구분하여 변조방식을 분류하는 기법이고, SVM은 여러 훈련 데이터로부터 feature를 기반으로 분류방식을 학습하는 방법이다. Specifically, the decision tree method is a method of classifying a modulation method by separating feature values based on a specific threshold value, and SVM is a method of learning a classification method based on features from various training data.

가장 최근의 기술로는 cumulant 뿐 아니라 다른 feature를 수신 데이터로부터 추출해낸 뒤 이를 artificial neural network(ANN) 기술에 적용 및 학습시켜 변조방식을 분류하는 기술이 있다.The most recent technique is to extract the cumulant as well as other features from the received data and apply it to the artificial neural network (ANN) technology to learn and classify the modulation scheme.

이러한 종래의 변조 방식 인식 기술의 문제점은 높은 SNR(dB) 환경에서는 인식 정확도가 충분히 높아 신뢰하고 사용 가능하지만, 낮은 SNR(dB) 환경에서는 인식 정확도가 현저히 낮아진다는 것이다. The problem with this conventional modulation scheme recognition technique is that the recognition accuracy is sufficiently high in a high SNR (dB) environment and is reliable and usable, but the recognition accuracy is significantly lowered in a low SNR (dB) environment.

하지만, 해당 기술을 필요로 하는 특수 환경에서는 높은 SNR(dB)을 기대하기 어렵다. 즉, 자동 변조 인식 기술을 특수 목적으로 활용하기 위해서는 낮은 SNR(dB) 환경에서도 일정 수준 이상의 정확도를 보여야 한다. 그러나, 종래 기술은 해당 환경에서 낮은 정확도를 보이기 때문에, 인지된 변조방식을 활용한 데이터에 대한 신뢰도를 감소시킨다.However, it is difficult to expect a high SNR (dB) in a special environment requiring the technology. That is, in order to utilize the automatic modulation recognition technology for a special purpose, it should show a certain level of accuracy even in a low SNR (dB) environment. However, the prior art shows low accuracy in the environment, thereby reducing the reliability of the data using the perceived modulation scheme.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 다수의 다양한 피처 값과 딥 러닝 알고리즘을 사용하여, 낮은 SNR 환경에서도 높은 정확도를 가지는 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object of the present invention is to provide a deep-run-based modulation scheme classification method having a high accuracy even in a low SNR environment, by using a large number of various feature values and a deep-run algorithm.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 히스토그램 분석에 근거하여 신호 데이터로부터 복수의 피처 값(feature)을 추출하는 단계; (b) 상기 추출한 복수의 피처 값에 근거하여 딥 러닝 알고리즘의 입력 데이터를 산출하는 단계; 및 (c) 상기 딥 러닝 알고리즘을 수행하여 상기 신호 데이터의 변조 방식을 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for extracting a plurality of feature values from signal data based on histogram analysis. (b) calculating input data of a deep learning algorithm based on the extracted plurality of feature values; And (c) classifying the modulation scheme of the signal data by performing the deep learning algorithm. [7] According to another aspect of the present invention, there is provided a deep learning based modulation scheme classification method.

실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계는, 히스토그램의 피크(peak) 값에 근거하여, 상기 복수의 피처 값(feature)을 추출하는 단계;를 포함할 수 있다. In the embodiment, the step (a) may include extracting the plurality of feature values based on a peak value of the histogram.

실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 추출한 복수의 피처 값에 기 설정된 평균과 분산 값을 가지는 정규화(Normalization) 과정을 적용하여, 상기 입력 데이터를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다. The step (b) may include calculating the input data by applying a normalization process having a predetermined average and variance values to the extracted plurality of feature values.

실시 예에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 딥 러닝 알고리즘으로 각 변조 방식에 대한 추정 확률을 산출하고, 상기 추정 확률에 근거하여 상기 신호 데이터의 변조 방식을 분류하는 단계;를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (c) may include calculating an estimation probability for each modulation scheme using the deep learning algorithm, and classifying the modulation scheme of the signal data based on the estimation probability .

본 발명에 따른 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the deep learning based modulation method classification method according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 높은 SNR(dB)에서나 낮은 SNR(dB)에서나 높은 인식 정확도를 보이는 것을 확인할 수 있다. 즉, 종래기술에 비하여 낮은 SNR(dB)에서의 변조 방식 인식 정확도를 높은 수준으로 끌어올릴 수 있다. It can be seen that at least one of the embodiments of the present invention exhibits high recognition accuracy at high SNR (dB) and at low SNR (dB). That is, the accuracy of the modulation scheme recognition at a low SNR (dB) can be increased to a high level compared with the prior art.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.

도 1은 블라인드 복조기술 시스템 구조의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 다른 변조 방식 인식 알고리즘의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 feature

Figure 112016129818561-pat00001
의 히스토그램이다.
도 4는 feature PR(peak to rms)의 히스토그램이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 딥 러닝 구조의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 딥러닝 구조를 이루는 perceptron 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명을 평가하기 위한 시뮬레이션 데이터 생성 구조의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 AWGN 환경에서 딥러닝 구조와 ANN, SVM의 변조 방식 인식 정확도를 정리한 표이다. 1 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a blind demodulation technique system structure.
2 is a conceptual diagram for explaining the structure of a modulation scheme recognition algorithm according to the present invention.
Figure 3
Figure 112016129818561-pat00001
.
4 is a histogram of the feature PR (peak to rms).
5 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a deep learning structure proposed in the present invention.
6 is a conceptual diagram for explaining a perceptron structure forming a deep-running structure.
7 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a simulation data generation structure for evaluating the present invention.
8 is a table summarizing the deep running structure and the recognition accuracy of the modulation method of ANN and SVM in the AWGN environment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. The suffix " module " and " part " for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 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.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

본 발명은 디지털 신호의 자동 변조 인식 기술에 관한 것으로, 무선 통신에서 사전정보 없이 수신 신호의 변조 방식을 예측하는 것이다. 일반 통신에서는 수신 신호에 대한 정보를 수신부에서 알고 있지만, 해당 정보를 알 수 없는 특수한 경우도 있다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology for recognizing an automatic modulation of a digital signal, and a method for predicting a modulation method of a received signal without prior information in wireless communication. In general communication, the receiver knows information about the received signal, but there are special cases where the information is unknown.

이러한 특수한 경우는 군사 통신 상황에서 많이 발생한다. 예를 들어, 적으로부터 받은 신호로부터 아무런 정보 없이 위협신호나 희망신호를 예측 및 추출 해야한다. This special case is common in military communication situations. For example, a threat signal or a desired signal should be predicted and extracted from a signal received from an enemy without any information.

이러한 상황에서는 자동 블라인드 복조기술이 사용될 수 있다. In such a situation, an automatic blind demodulation technique may be used.

도 1은 블라인드 복조기술 시스템 구조의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a blind demodulation technique system structure.

도 1을 참조하면, 자동 블라인드 복조기술은 신호를 수신하는 단계, 심볼률을 추정하는 단계, 변조 방식을 분류한 후 블라인드 복조를 수행하거나 곧바로 블라인드 복조를 수행하는 단계, 라인 디코딩 단계, sink 데이터를 추출하는 단계로 진행될 수 있다. Referring to FIG. 1, an automatic blind demodulation technique includes receiving a signal, estimating a symbol rate, classifying a modulation scheme, performing blind demodulation or immediately performing blind demodulation, decoding a line, And then proceed to the extraction step.

본 발명은 이러한 자동 블라인드 복조과정 중 변조 방식 분류 단계에 해당하는 것으로, 주어진 신호 데이터와 추정된 심볼률을 기반으로 해당 신호 데이터를 이용하여 변조 방식을 인식하는 것이다.The present invention corresponds to the modulation scheme classification step in the automatic blind demodulation process, and recognizes the modulation scheme using the signal data based on the given signal data and the estimated symbol rate.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

복조된 최종 신호의 신뢰도를 높이기 위해서는 종래기술의 문제점인 낮은 SNR(dB) 환경에서 변조 방식 인지 정확도를 높여야 한다. 이를 위해서, 본 발명은 도 2와 같은 알고리즘을 통해 변조 방식을 인식하는 기술을 제안한다. In order to increase the reliability of the demodulated final signal, it is necessary to increase the accuracy of the modulation scheme in a low SNR (dB) environment which is a problem of the prior art. To this end, the present invention proposes a technique of recognizing a modulation scheme through the algorithm shown in FIG.

도 2는 본 발명에 다른 변조 방식 인식 알고리즘의 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram for explaining the structure of a modulation scheme recognition algorithm according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명은 종래기술에서 사용한 feature 보다 많은 수의 다양한 feature를 복합적으로 사용하고, 딥 러닝 구조를 적용한 기계학습 알고리즘을 통하여, 낮은 SNR(dB) 환경에서도 높은 정확도를 보이는 자동 변조 인식 기술을 구현할 수 있다. Referring to FIG. 2, the present invention uses a plurality of features more than the features used in the prior art, and uses a machine learning algorithm employing a deep learning structure to perform automatic modulation with high accuracy even in a low SNR (dB) Recognition technology can be implemented.

종래 기술에서는 6개 내지 8개 정도의 feature만 자동 변조 방식 인지에 활용하였다. 반면, 본 발명에서는 그보다 많은 21개의 다양한 feature를 입력으로 사용할 수 있다. In the prior art, only about six to eight features are utilized in the automatic modulation method. On the other hand, in the present invention, more than 21 different features can be used as inputs.

이러한 복수 개의 feature는 여러 다양한 feature들 중 히스토그램 분석을 통해 변조방식과 높은 상관도를 보이는 feature를 선정한 것이다.These multiple features are selected from features that show high correlation with the modulation method through histogram analysis among various features.

도 3과 도 4는 이러한 feature 선정을 위한 히스토그램의 예시로, AWGN 채널에서 0dB의 상황을 가정하여 추출한 feature이다. FIGS. 3 and 4 are examples of a histogram for selecting such a feature, which is a feature extracted assuming a situation of 0 dB in an AWGN channel.

도 3은 feature

Figure 112016129818561-pat00002
의 히스토그램이다. Figure 3
Figure 112016129818561-pat00002
.

도 3을 참조하면, 2FSK과 4FSK를 구분하기에 용이한 분포를 보이는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the distribution is easy to distinguish between 2FSK and 4FSK.

도 4는 feature PR(peak to rms)의 히스토그램이다. 4 is a histogram of the feature PR (peak to rms).

도 4를 참조하면, 2FSK와 4FSK를 제외한 나머지 변조방식을 구분하기 용이한 분포를 보인다. Referring to FIG. 4, it is easy to distinguish the remaining modulation schemes except 2FSK and 4FSK.

이러한 방법으로 선별된 20 가지 feature를 신호 데이터로부터 추출하기 위해, 신호 데이터를 다음의 수학식1 내지 수학식8을 기반으로 1차적으로 계산하여 신호의 여러 성분들에 대한 값들로 가공한다. In order to extract 20 selected features from the signal data in this way, the signal data is primarily calculated based on the following equations (1) to (8) and processed into values for various components of the signal.

Figure 112016129818561-pat00003
Figure 112016129818561-pat00003

여기서,

Figure 112016129818561-pat00004
는 베이스밴드 수신신호 샘플의 실수부,
Figure 112016129818561-pat00005
는 허수부를 나타낸다. here,
Figure 112016129818561-pat00004
The real part of the baseband received signal sample,
Figure 112016129818561-pat00005
Represents the imaginary part.

Figure 112016129818561-pat00006
Figure 112016129818561-pat00006

Figure 112016129818561-pat00007
Figure 112016129818561-pat00007

Figure 112016129818561-pat00008
Figure 112016129818561-pat00008

Figure 112016129818561-pat00009
Figure 112016129818561-pat00009

여기서,

Figure 112016129818561-pat00010
는 신호 샘플의 위상을 의미한다. here,
Figure 112016129818561-pat00010
Means the phase of the signal sample.

Figure 112016129818561-pat00011
Figure 112016129818561-pat00011

Figure 112016129818561-pat00012
Figure 112016129818561-pat00012

Figure 112016129818561-pat00013
Figure 112016129818561-pat00013

이어서, 상기 수학식들에 근거하여 가공된 값으로부터, 다음의 수학식 9 내지 28을 통하여 20가지 feature 값을 계산한다. Next, from the processed values based on the above equations, 20 feature values are calculated through the following equations (9) to (28).

Figure 112016129818561-pat00014
Figure 112016129818561-pat00014

상기 수학식 9는 수학식 1에서 산출한 베이스밴드 수신신호 샘플의 허수부와 실수부 성분의 파워비를 의미한다. Equation (9) means a power ratio between an imaginary part and a real part of a baseband received signal sample calculated by Equation (1).

Figure 112016129818561-pat00015
Figure 112016129818561-pat00015

Figure 112016129818561-pat00016
Figure 112016129818561-pat00016

앞서 설명한 것과 같이,

Figure 112016129818561-pat00017
는 신호 샘플의 위상을 의미하며, 수학식 10과 수학식 11은, 이렇게 구해진
Figure 112016129818561-pat00018
와 계산에 이용하는 샘플의 개수 C와 신호 크기에 대한 특정한 임계값
Figure 112016129818561-pat00019
를 통해 계산되는 베이스밴드 수신신호 샘플 위상의 통계값을 의미한다. As described above,
Figure 112016129818561-pat00017
(10) and (11) represent the phases of the signal samples
Figure 112016129818561-pat00018
And the number of samples C used in the calculation and a specific threshold value
Figure 112016129818561-pat00019
Which is a statistical value of the baseband received signal sample phase calculated through the above-described method.

Figure 112016129818561-pat00020
Figure 112016129818561-pat00020

여기서, 수학식 12는 신호 크기 절대값의 표준편차를 의미한다. Here, Equation (12) denotes the standard deviation of the absolute value of the signal magnitude.

Figure 112016129818561-pat00021
Figure 112016129818561-pat00021

여기서, 수학식 13은 혼합차수 모멘트의 비율을 의미한다. Here, Equation (13) means the ratio of the mixed-order moments.

Figure 112016129818561-pat00022
Figure 112016129818561-pat00022

여기서, 수학식 14는 신호 크기의 평균값을 의미한다. Here, Equation (14) means an average value of the signal magnitudes.

Figure 112016129818561-pat00023
Figure 112016129818561-pat00023

여기서, 수학식 15는 수학식 3을 통해 구한 표준화된 신호값 크기의 power spectral density(PSD)의 최대값을 의미한다. Equation (15) represents the maximum power spectral density (PSD) of the standardized signal value magnitude obtained through Equation (3).

Figure 112016129818561-pat00024
Figure 112016129818561-pat00024

Figure 112016129818561-pat00025
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Figure 112016129818561-pat00026
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Figure 112016129818561-pat00027
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Figure 112016129818561-pat00028
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Figure 112016129818561-pat00029
Figure 112016129818561-pat00029

Figure 112016129818561-pat00030
Figure 112016129818561-pat00030

여기서, 수학식 16 내지 수학식 22는 다양한 조합의 큐뮬런트를 의미힌다. Here, Equations (16) to (22) mean various combinations of cumulants.

Figure 112016129818561-pat00031
Figure 112016129818561-pat00031

여기서, 수학식 23은 신호 크기의 첨도를 의미한다. Here, Equation (23) denotes the kurtosis of the signal magnitude.

Figure 112016129818561-pat00032
Figure 112016129818561-pat00032

여기서, 수학식 24는 신호 크기의 비대칭도를 의미한다. Equation 24 represents the asymmetry of the signal magnitude.

Figure 112016129818561-pat00033
Figure 112016129818561-pat00033

여기서, 수학식 25는 피크값 대비 평균값을 의미한다. Here, Equation (25) represents an average value with respect to a peak value.

Figure 112016129818561-pat00034
Figure 112016129818561-pat00034

여기서, 수학식 26은 피크 파워 대비 평균 파워비를 의미한다. Equation (26) represents the average power ratio to the peak power.

Figure 112016129818561-pat00035
Figure 112016129818561-pat00035

여기서, 수학식 27은 신호의 표준화된 값의 절대값 표준편차를 의미한다. Equation (27) represents the absolute value standard deviation of the normalized value of the signal.

Figure 112016129818561-pat00036
Figure 112016129818561-pat00036

이렇게 계산된 각 feature들은 그 크기와 값의 범위 차이가 크기 때문에 딥 러닝 구조에 입력으로 사용하기 위해서 각 feature 값 fn은 평균 0, 분산 1을 갖도록 다음의 수학식 29의 Normalization 과정을 거친 뒤 입력 데이터로 제공된다.Since each of the calculated features has a large difference in size and value range, the feature value f n is used as an input to the deep learning structure so as to have an average of 0 and a variance of 1, Data is provided.

Figure 112016129818561-pat00037
Figure 112016129818561-pat00037

이어서, 본 발명에서 제안하는 딥 러닝 구조를 설명하고자 한다. Next, the deep running structure proposed by the present invention will be described.

도 5는 본 발명에서 제안하는 딥 러닝 구조의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이고, 도 6은 딥러닝 구조를 이루는 perceptron 구조를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 5 is a conceptual view for explaining an embodiment of the deep learning structure proposed in the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a perceptron structure forming a deep learning structure.

딥 러닝 구조는 도 6에서 나타내는 perceptron 구조를 다중 다층으로 쌓은 형태이다. 종래기술 중 ANN도 perceptron 구조를 이용하지만 단층 구조인 ANN과 달리 딥 러닝 구조는 perceptron 수를 크게 늘리고 다층 구조로 만들어, 보다 복잡한 환경을 학습할 수 있도록 설계된 구조이다. The deep running structure is a multi-layered structure of the perceptron structure shown in FIG. Unlike conventional ANNs, which use a perceptron structure, unlike ANN, which is a single layer structure, the deep learning structure is designed to increase the number of perceptrons and to make a multi-layer structure to learn more complex environments.

도 5를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 딥 러닝 구조는 각 1개의 input, output layer와 3개의 hidden layer를 가지며, 각각 20, 500, 200, 40, 7개의 노드로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 5, the deep learning structure proposed in the present invention has one input, output layer, three hidden layers, and can be composed of 20, 500, 200, 40, and 7 nodes, respectively.

그리고, 마지막 layer를 제외한 나머지 layer들은 activation function으로 ReLU를 사용하고, 마지막 layer의 activation function으로는 softmax를 사용하여 각 변조 방법에 대한 추정확률로 출력시킬 수 있다. The remaining layers except for the last layer can use ReLU as an activation function and softmax as an activation function of the last layer to output the estimation probability for each modulation method.

딥 러닝 구조의 학습은 cost function으로 negative log-likelihood를 사용할 수 있으며, 0.01을 초기 값으로 갖고 training error가 더 이상 감소하지 않으면 절반으로 감소시키는 adaptive learning rate를 적용할 수 있다. Learning of the deep learning structure can use a negative log-likelihood as a cost function, and an adaptive learning rate of 0.01 as the initial value and halving if the training error no longer decreases can be applied.

또한, 각 layer의 가중치는 stochastic gradient descent를 이용해 최적화 시킬 수 있으며, 이때의 mini-batch 크기는 20으로 설정할 수 있다. In addition, the weight of each layer can be optimized by using stochastic gradient descent, and the mini-batch size can be set to 20 at this time.

도 7은 본 발명을 평가하기 위한 시뮬레이션 데이터 생성 구조의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 7 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a simulation data generation structure for evaluating the present invention.

도 7을 참조하면, BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 63QAM, 2FSK, 4FSK 7가지 변조 방식에 대하여 각각 변조 심볼을 생성하였으며, 변조된 심볼을 Root raised cosine 필터를 통과하여 신호 샘플을 생성하였다. 이때의 오버 샘플링 비율은 10으로, roll-off factor는 0.5로 각각 설정하였다. Referring to FIG. 7, modulation symbols are generated for seven modulation schemes of BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 63QAM, 2FSK, and 4FSK, and modulated symbols are passed through a root raised cosine filter to generate signal samples. At this time, the oversampling ratio is set to 10 and the roll-off factor is set to 0.5.

이렇게 생성된 신호를 송신 신호로 가정하여, 수신기에서는 송신 신호에 가우시안 잡음을 더하고 같은 Root raised cosine 필터를 사용한 뒤 같은 오버 샘플링 비율로 수신신호의 샘플을 산출 하였다. Assuming that the generated signal is a transmission signal, the receiver adds the Gaussian noise to the transmission signal, uses the same root raised cosine filter, and then samples the reception signal at the same oversampling ratio.

Feature들은 수신신호 샘플 200,000개로부터 계산하였고 40,000개의 feature 벡터를 학습 데이터를 이용하였으며, 그 중 1/4을 validation에 사용하였다. 학습한 모델의 성능 평가는 10,000개의 feature 벡터를 사용하여 변조 분류 오차비율로 평가하였다.Features were calculated from 200,000 samples of received signal and 40,000 feature vectors were used for training data and 1/4 of them were used for validation. The performance evaluation of the learned model was evaluated by the modulation classification error ratio using 10,000 feature vectors.

도 8은 AWGN 환경에서 딥러닝 구조와 ANN, SVM의 변조 방식 인식 정확도를 정리한 표이다. 8 is a table summarizing the deep running structure and the recognition accuracy of the modulation method of ANN and SVM in the AWGN environment.

구체적으로, AWGN환경에서 본 발명에서 제안한 feature를 이용한 딥러닝 구조와 종래기술인 ANN과 SVM의 SNR(dB)의 변화에 따른 7가지 변조 방식 인식의 정확도를 정리한 표다. Specifically, it summarizes the deep running structure using the features proposed in the present invention in the AWGN environment and the accuracy of the recognition of the seven modulation methods according to the change of the SNR (dB) of the conventional ANN and SVM.

도 8을 참조하면, 각 기술의 정확도를 살펴보면 ANN과 SVM은 높은 SNR(dB)의 정확도는 준수하지만, 낮은 SNR(dB)의 경우 정확도가 하락하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8, when the accuracy of each technique is examined, it can be seen that the accuracy of ANN and SVM is high in the case of low SNR (dB) although the accuracy of SNR (dB) is observed.

반면, 본 발명에 따른 정확도는 높은 SNR(dB)에서나 낮은 SNR(dB)에서나 높은 인식 정확도를 보이는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안한 기술은 종래기술에 비하여 낮은 SNR(dB)에서의 변조 방식 인식 정확도를 높은 수준으로 끌어올린 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the accuracy according to the present invention shows a high recognition accuracy even at a high SNR (dB) or at a low SNR (dB). In other words, it can be seen that the technique proposed by the present invention has raised the accuracy of modulation scheme recognition at a low SNR (dB) to a high level compared with the prior art.

본 발명에 따른 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the deep learning based modulation method classification method according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 높은 SNR(dB)에서나 낮은 SNR(dB)에서나 높은 인식 정확도를 보이는 것을 확인할 수 있다. 즉, 종래기술에 비하여 낮은 SNR(dB)에서의 변조 방식 인식 정확도를 높은 수준으로 끌어올릴 수 있다. It can be seen that at least one of the embodiments of the present invention exhibits high recognition accuracy at high SNR (dB) and at low SNR (dB). That is, the accuracy of the modulation scheme recognition at a low SNR (dB) can be increased to a high level compared with the prior art.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, , And may also be implemented in the form of a carrier wave (e.g., transmission over the Internet). Also, the computer may include a control unit 180 of the terminal. Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (4)

(a) 히스토그램 분석에 근거하여 신호 데이터로부터 복수의 피처 값(feature)을 추출하는 단계;
(b) 상기 추출한 복수의 피처 값에 근거하여 딥 러닝 알고리즘의 입력 데이터를 산출하는 단계; 및
(c) 상기 딥 러닝 알고리즘을 수행하여 상기 신호 데이터의 변조 방식을 분류하는 단계;를 포함하며,
상기 복수의 피처값은,
상기 신호 데이터의 서로 다른 성분들에 대한 값이며,
베이스밴드 수신 신호 샘플의 허수부와 실수부 성분의 파워비, 신호 샘플의 위상, 신호 크기 절대값의 표준편차, 혼합차수 모멘트의 비율, 신호 크기의 평균값, 표준화된 신호값 크기의 PSD(Power Spectral density)의 최대값, 신호 크기의 첨도, 신호 크기의 비대칭도, 피크값 대비 평균값, 피크 파워 대비 평균 파워비, 신호의 표준화된 값의 절대값 표준편차를 포함하는 기 설정된 개수의 값들임을 특징으로 하는 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법.
(a) extracting a plurality of feature values from signal data based on histogram analysis;
(b) calculating input data of a deep learning algorithm based on the extracted plurality of feature values; And
(c) classifying the modulation scheme of the signal data by performing the deep learning algorithm,
Wherein the plurality of feature values comprise:
A value for the different components of the signal data,
The power ratio of the imaginary and real components of the baseband received signal samples, the phase of the signal samples, the standard deviation of the signal magnitude absolute values, the ratio of the mixed order moments, the mean value of the signal magnitudes, and the PSD and a standard deviation of the absolute value of the standardized value of the signal, which is a predetermined number of values including the maximum value of the signal intensity, the amplitude of the signal amplitude, the asymmetry of the signal amplitude, the average value of the peak values, Wherein the depth learning based modulation method classification method comprises:
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
히스토그램의 피크(peak) 값에 근거하여, 상기 복수의 피처 값(feature)을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
And extracting the plurality of feature values based on a peak value of the histogram.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 추출한 복수의 피처 값에 기 설정된 평균과 분산 값을 가지는 정규화(Normalization) 과정을 적용하여, 상기 입력 데이터를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
And calculating the input data by applying a normalization process having a predetermined average and a variance value to the extracted plurality of feature values.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 딥 러닝 알고리즘으로 각 변조 방식에 대한 추정 확률을 산출하고, 상기 추정 확률에 근거하여 상기 신호 데이터의 변조 방식을 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥 러닝 기반의 변조 방식 분류 방법.
The method according to claim 1,
The step (c)
Calculating an estimation probability for each modulation scheme using the depth learning algorithm and classifying the modulation scheme of the signal data based on the estimation probability.
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