KR101968389B1 - 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치 - Google Patents

비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101968389B1
KR101968389B1 KR1020160162069A KR20160162069A KR101968389B1 KR 101968389 B1 KR101968389 B1 KR 101968389B1 KR 1020160162069 A KR1020160162069 A KR 1020160162069A KR 20160162069 A KR20160162069 A KR 20160162069A KR 101968389 B1 KR101968389 B1 KR 101968389B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
bit sequence
phase rotation
mapped
symbol
Prior art date
Application number
KR1020160162069A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180062133A (ko
Inventor
최형진
이경훈
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020160162069A priority Critical patent/KR101968389B1/ko
Publication of KR20180062133A publication Critical patent/KR20180062133A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101968389B1 publication Critical patent/KR101968389B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/20—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22—Demodulator circuits; Receiver circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

랜덤하지 않은 비트 시퀀스를 갖는 영상 데이터 전송 환경에 적합한 PRSK 변조 방법이 개시된다. 제 1 심벌과 제 2 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 방법은, 송신할 데이터 내에서 소정 길이의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정하고, 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성하며, 생성된 심벌을 송신한다. 따라서, 영상 데이터가 전송되는 환경에서 수신 신호의 비선형 왜곡을 최소화하고 전력 스펙트럼의 사이드로브 성분을 최소화할 수 있다.

Description

비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치{METHOD OF PAHSE ROTATION SHIFT KEYING BASED ON PROBABILITY OF BIT SEQUENCE AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME, AND METHOD OF QUADRATURE AMPLITUDE PAHSE ROTATION MODUALTION AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 무선 통신 신호의 변조 방법 및 장치와 복조 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인 바디 WBAN (Wireless Body Area Network) 시스템을 위한 새로운 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 방법 및 장치와 복조 방법 및 장치, 그리고 직교 진폭 위상 회전 변조 (Quadrature Amplitude Phase Rotation Modulation, QAPRM) 방법 및 장치와 복조 방법 및 장치에 관한 것이다.
인 바디 WBAN 시스템은 인체 내/외부에 소형 통신 장치가 이식되거나 부착되므로 해당 장비의 장시간 동작을 위해 장비 내 설치된 전지의 전력 관리를 위한 저전력 통신 기술이 필수적으로 요구된다. 이를 위해 FSK(Frequency Shift Keying), PPM(Pulse Position Modulation), OOK(On-Off Keying), GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) 등의 다양한 전력 효율적 변조 방법이 연구된 바 있으나, 전력 효율의 이득 대비 주파수 대역 효율의 열화가 상대적으로 크게 나타나는 방법들이므로 최근 인 바디 WBAN 시스템에서는 전력 효율이 우수한 PPM 변조 방법과 주파수 대역 효율이 우수한 PSK 변조 방법을 결합한 다양한 형태의 변조 방법들이 연구되고 있다.
특허문헌 1 에서는 대표적인 전력 효율적 변조 방법인 PRSK의 가장 일반적인 형태를 명시하였다. PRSK는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 을 토대로 한 변조 방법으로서, 하나의 유효 심벌 구간을 2개의 시간 구간으로 구분한 후, 2개의 시간 구간 동안 두 종류의 QPSK 심벌을 전송함으로써 2개의 심벌 간 위상 회전 관계에 비트를 맵핑하는 변조 방법이다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 4개의 심벌로 구성된 PRSK는 점선과 실선 화살표로 표현된 총 8가지의 위상 회전 관계를 가지며, 이를 이용해 QPSK에서 전송 가능한 비트 수인 2 bits 보다 1 bit 더 많은 3 bits까지 전송 가능한 변조 방법이다.
특허문헌 2 에서는 특허문헌 1 에서 제안된 PRSK 변조 방법의 인접 심벌 간 180도 위상 천이가 발생하는 문제를 해결하기 위한 방법을 명시하였다. 이 방법은 하나의 유효 심벌 구간 내의 2개의 시간 구간으로 전송되는 두 종류의 QPSK 심벌 성좌도 간 서로 45도 위상 오프셋을 갖도록 성좌도를 조정함으로써 인접 심벌 간 발생할 수 있는 위상 천이의 최대 크기를 180도에서 135도로 저감하는 방법이다.
비특허문헌 1 에서는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)과 PPM을 결합한 QAPM(Quadrature Amplitude Position Modulation) 변조 방법을 명시하였다. QAPM은 특허문헌 1 또는 2 의 PRSK와 같이 심벌 간 위상 회전 관계에 비트를 맵핑하는 방법이 아닌, 유효 심벌 구간 내 2개의 시간 구간 중 하나의 시간 구간에만 QAM 심벌을 전송하는 형태로, 전송된 심벌 구간의 위치를 통해 1bit를 추가 전송하는 변조 방법이다.
PRSK 변조 방법에서 인접 심벌 간 발생할 수 있는 최대 위상 천이 크기를 최소화하기 위해 제안된 종래 특허문헌 1 및 2 는 랜덤한 비트 시퀀스를 갖는 일반적인 데이터를 고려하여 모든 비트 시퀀스의 발생 확률이 동일하다는 가정 하에 위상 회전 규칙을 적용하였다. 그러나 인 바디 WBAN 시스템이 사용되는 환경은 주로 영상 데이터를 전송하는 환경으로써, 영상 데이터의 경우 반복 전송되는 이미지로부터 유사 비트 시퀀스가 지속적으로 전송될 수 있는 특성을 갖는다. 따라서 이러한 영상 데이터의 특성을 고려하지 않고 임의로 위상 회전 규칙을 적용할 경우 특정 영상 데이터를 전송 시에 신호의 비선형 왜곡으로 인한 불필요한 전력 손실이 지속적으로 유발될 가능성이 있다. 가장 좋지 않은 예로, 특허문헌 1 에서 제안된 PRSK 변조 방법 사용 시, 180도 위상 천이를 갖는 심벌들의 비트 시퀀스만 반복적으로 전송되는 영상 데이터의 경우 매우 심각한 비선형 왜곡이 야기될 수 있다.
한편, 종래의 위상 천이 크기를 최소화하기 위해 제안된 위상 회전 규칙 및 성좌도들은 3bits 전송이 가능한 PRSK에 특화된 발명들로서, 인체 통신에서도 높은 전송률을 지원하고자 하는 최근의 연구 동향을 고려한다면 4bits 이상의 전송이 가능한 위상 회전 변조 방법에 대한 연구도 수행되어야 한다. 4bits 이상 전송 시 PSK 계열은 우수한 수신 성능(Bit Error Rate, BER) 지원에 한계가 있으므로 QAM 계열이 고려되어야 하며, 비특허문헌 1에서 QAM과 PPM이 결합된 QAPM 변조 방법이 제안된 바 있다. 그러나 PPM 방식은 심벌의 사일런스 (silence) 구간으로 인해 비선형 왜곡이 크게 증가하는 문제가 있으며, 심벌 간 진폭 차이도 존재하는 QAM 계열에서는 그 문제가 더욱 심화될 수 있다. 따라서 QAM 계열에서는 PRSK와 같은 위상 회전 변조 (QAPRM) 방법을 적용하는 것이 적합하나, 현재까지 QAPRM 에서 인접 심벌 간 위상 천이를 최소화할 수 있는 위상 회전 규칙 및 성좌도에 대해 연구된 사례가 없다.
미국 등록특허 제8,971,450호 ("Transmission Device, Reception Device, Transmission Method and Reception Method for Wireless Communication System", Electronics And Telecommunications Research Institute) 한국 등록특허 제10-1,254,210호 ("오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법", 성균관대학교 산학협력단) (비특허문헌 1) 최재훈, 유흥균, “고전력 효율 Quadrature-Amplitude-Position-Modulation 변조 방식과 성능 평가,” 한국통신학회논문지, 26(2), pp. 108-113, 2011년 2월.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 송신기에서 전송할 데이터 내 비트 시퀀스들의 발생 확률을 분석하여 높은 발생 확률을 갖는 비트 시퀀스는 위상 천이가 적게 나타나도록 맵핑하고, 낮은 발생 확률을 갖는 비트 시퀀스는 위상 천이가 크게 나타나도록 맵핑함으로써 랜덤하지 않은 비트 시퀀스를 갖는 영상 데이터 전송 환경에 적합한 PRSK 변조 방법의 위상 회전 규칙을 송신 데이터에 따라 적응적으로 결정함으로써 어떠한 형태의 영상 데이터가 전송되는 환경에서도 수신 신호의 비선형 왜곡을 최소화하고 전력 스펙트럼의 사이드로브 성분을 최소화하는 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 종래 QAM 계열의 위상 회전 변조에서 발생하는 큰 크기의 위상 천이를 저감시킴으로서 수신 신호의 비선형 왜곡 저감 및 전력 스펙트럼의 사이드로브 성분 저감을 가능하게 하는 위상 회전 규칙 및 성좌도를 사용하는 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법은, 제 1 심벌과 제 2 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 방법으로서, 송신할 데이터 내에서 소정 길이의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정하는 단계; 상기 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 심벌을 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 위상 회전 규칙을 결정하는 단계는, 송신할 데이터를 변조 차수에 따른 길이를 가지는 비트 시퀀스들로 분할하는 단계; 상기 데이터 내에서 각각의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 계산하는 단계; 및 높은 발생 확률을 가지는 비트 시퀀스가 인접 심벌 간의 위상 천이를 적게 가지도록 각각의 비트 시퀀스에 대응되는 위상 회전 관계를 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 미리 정의된 위상 회전 규칙 테이블 내에서 상기 결정된 위상 회전 규칙에 대응하는 인덱스 값을 탐색하는 단계를 더 포함하고, 상기 송신하는 단계는 상기 인덱스 값을 더 송신할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 변조 차수는 8 이고, 상기 데이터는 3 비트의 길이를 갖는 8 가지 유형의 데이터 시퀀스로 분할될 수 있다. 여기서, 상기 심벌은 순서대로 90°의 회전 간격을 가지는 A, B, C 및 D 의 위상을 가지고, 가장 높은 발생 확률을 가지는 제 1 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 2 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 3 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 4 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 5 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 6 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 7 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 8 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 장치는, 제 1 심벌과 제 2 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 위상 회전 변조 장치로서, 송신할 데이터 내에서 비트 시퀀스가 발생하는 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정하는 위상 회전 규칙 결정부; 상기 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성하는 심벌 생성부; 및 상기 생성된 심벌을 송신하는 송신부를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 위상 회전 규칙 결정부는, 송신할 데이터를 변조 차수에 따른 길이를 가지는 비트 시퀀스 들로 분할하고, 상기 데이터 내에서 각각의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 계산하고; 그리고 높은 발생 확률을 가지는 비트 시퀀스가 인접 심벌 간의 위상 천이를 적게 가지도록 각각의 비트 시퀀스에 대응되는 위상 회전 관계를 매핑하도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 위상 회전 규칙 결정부는, 미리 정의된 위상 회전 규칙 테이블 내에서 상기 결정된 위상 회전 규칙에 대응하는 인덱스 값을 탐색하도록 더 구성되고, 상기 송신부는 상기 인덱스 값을 더 송신할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 변조 차수는 8 이고, 상기 데이터는 3 비트의 길이를 갖는 8 가지 유형의 데이터 시퀀스로 분할될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 심벌은 순서대로 90°의 회전 간격을 가지는 A, B, C 및 D 의 위상을 가지고, 가장 높은 발생 확률을 가지는 제 1 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 2 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 3 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 4 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 5 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 6 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 7 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 8 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 진폭 위상 회전 변조 (Quadrature Amplitude Phase Rotation Modulation, QAPRM) 방법은, 서로 상이한 두 진폭 중 어느 하나에 대응하는 8 개의 심벌 위치를 포함하는 성좌도를 이용하여 두 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 직교 진폭 위상 회전 변조 방법으로서, 상기 비트 시퀀스를 유효 심벌 구간의 제 1 시간 구간에 대응하는 제 1 심벌 위치 및 상기 유효 심벌 구간의 제 2 시간 구간에 대응하는 제 2 심벌 위치에 매핑하여 심벌을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 심벌을 송신하는 단계를 포함하되, 상기 제 2 시간 구간에 대응하는 제 2 성좌도는 상기 제 1 시간 구간에 대응하는 제 1 성좌도에 대해 90°의 위상 오프셋을 가지도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 직교 진폭 위상 회전 변조 방법은 순차적인 비트 시퀀스에 대응하는 순차적인 유효 심벌 구간에 대해 반복적으로 상기 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도를 사용할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 비트 시퀀스에 후속하는 제 2 비트 시퀀스를 제 2 유효 심벌 구간의 제 3 시간 구간에 대응하는 제 3 심벌 위치 및 상기 제 2 유효 심벌 구간의 제 4 시간 구간에 대응하는 제 4 심벌 위치에 매핑하여 제 2 심벌을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 제 2 심벌을 송신하는 단계를 더 포함하되, 상기 제 3 시간 구간에 대응하는 제 3 성좌도 및 상기 제 4 시간 구간에 대응하는 제 4 성좌도는 상기 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도에 대해 각각 45°의 위상 오프셋을 가지도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 직교 진폭 위상 회전 변조 방법은 순차적인 비트 시퀀스에 대응하는 순차적인 유효 심벌 구간에 대해, i) 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도와 ii) 제 3 성좌도 및 제 4 성좌도를 번갈아 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 진폭 위상 회전 변조 (Quadrature Amplitude Phase Rotation Modulation, QAPRM) 장치는, 서로 상이한 두 진폭 중 어느 하나에 대응하는 8 개의 심벌 위치를 포함하는 성좌도를 이용하여 두 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 직교 진폭 위상 회전 변조 장치로서, 상기 비트 시퀀스를 유효 심벌 구간의 제 1 시간 구간에 대응하는 제 1 심벌 위치 및 상기 유효 심벌 구간의 제 2 시간 구간에 대응하는 제 2 심벌 위치에 매핑하여 심벌을 생성하는 심볼 생성부; 및 상기 생성된 심벌을 송신하는 송신부를 포함하되, 상기 제 2 시간 구간에 대응하는 제 2 성좌도는 상기 제 1 시간 구간에 대응하는 제 1 성좌도에 대해 90°의 위상 오프셋을 가지도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 직교 진폭 위상 회전 변조 장치는 순차적인 비트 시퀀스에 대응하는 순차적인 유효 심벌 구간에 대해 반복적으로 상기 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도를 사용할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 심볼 생성부는, 상기 비트 시퀀스에 후속하는 제 2 비트 시퀀스를 제 2 유효 심벌 구간의 제 3 시간 구간에 대응하는 제 3 심벌 위치 및 상기 제 2 유효 심벌 구간의 제 4 시간 구간에 대응하는 제 4 심벌 위치에 매핑하여 제 2 심벌을 더 생성하고, 상기 송신부는 상기 생성된 제 2 심벌을 더 송신하며, 상기 제 3 시간 구간에 대응하는 제 3 성좌도 및 상기 제 4 시간 구간에 대응하는 제 4 성좌도는 상기 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도에 대해 각각 45°의 위상 오프셋을 가지도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 직교 진폭 위상 회전 변조 장치는 순차적인 비트 시퀀스에 대응하는 순차적인 유효 심벌 구간에 대해, i) 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도와 ii) 제 3 성좌도 및 제 4 성좌도를 번갈아 사용할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치에 따르면, 랜덤하지 않은 비트 시퀀스를 갖는 영상 데이터 전송 환경에 적합한 PRSK 변조 방법의 위상 회전 규칙을 송신 데이터에 따라 적응적으로 결정함으로써 어떠한 형태의 영상 데이터가 전송되는 환경에서도 수신 신호의 비선형 왜곡을 최소화하고 전력 스펙트럼의 사이드로브 성분을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치에 따르면, 종래 QAM 계열의 위상 회전 변조에서 발생하는 큰 크기의 위상 천이를 저감시킴으로서 수신 신호의 비선형 왜곡 저감 및 전력 스펙트럼의 사이드로브 성분 저감을 가능하게 할 수 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.할 수 있다.
도 1 은 8-ary PRSK 변조 방법의 성좌도 및 위상 회전 규칙을 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 8-ary PRSK 변조 방법에서 위상 회전 규칙을 적용하는 방법에 관한 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 8-ary PRSK 변조 방법에서 위상 회전 규칙 테이블을 탐색하는 방법에 관한 것이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 변조 방법이 적용된 송신기에서의 동작 순서도를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 복조 방법이 적용된 수신기에서의 동작 순서도를 나타낸다.
도 6 은 일반적인 16-ary QAPM 변조 방법의 성좌도를 나타낸다.
도 7 은 일반적인 16-ary QAPRM 변조 방법의 성좌도 및 위상 회전 규칙을 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 16-ary QAPRM 변조 방법의 성좌도 및 위상 회전 규칙 적용에 관한 것이다.
도 9 는 본 발명과 종래 방법 적용 시 QAPRM 심벌 간 나타날 수 있는 위상 천이 크기들의 발생 확률을 보인다.
도 10 은 본 발명과 종래 방법 적용 시 PRSK 수신 신호의 전력 스펙트럼 형태를 나타낸다.
도 11 은 본 발명과 종래 방법 적용 시 QAPRM 수신 신호의 전력 스펙트럼 형태를 나타낸다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 변조 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 진폭 위상 변조 방법의 흐름도이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 진폭 위상 회전 변조 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제 1, 제 2 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 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
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.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 인 바디 WBAN 시스템에서 PRSK 변조 방법의 비선형 왜곡을 저감할 수 있는 비트 시퀀스 발생 확률 기반의 적응적 위상 회전 규칙 적용 방법을 개시하며, QAPRM 변조 방법에 적합한 새로운 위상 회전 규칙 및 성좌도를 개시한다.
PRSK 변조 방법을 위한 비트 시퀀스 발생 확률 기반의 적응적 위상 회전 규칙 적용
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 변조 방법이 적용된 송신기에서의 동작 순서도를 나타낸다. 도 4를 참조하여, 이하 PRSK 변조 방법을 위한 비트 시퀀스 발생 확률 기반의 적응적 위상 회전 규칙이 적용된, 본 발명의 일 실시예에 따른 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 먼저 송신기는 송신 대상이 되는 데이터를 획득하여 비트화할 수 있다 (S410). 여기서, 송신 대상이 되는 데이터는 예를 들어 영상 데이터와 같이 랜덤하지 않은 유사 비트 시퀀스가 지속적으로 포함된 데이터일 수 있다.
이후, 송신기는 송신할 데이터를 변조 차수에 따른 길이를 가지는 비트 시퀀스들로 분할할 수 있다 (S420). 즉, 송신기는 영상 데이터 생성 후 수신기에 전송할 신호의 미리 결정된 변조 차수 M(=2n)에 따른 심벌 당 비트 수 (n bits)를 기준으로 영상 데이터를 비트 시퀀스로 분할할 수 있다. 예를 들어, M=8 인 경우 데이터는 3 bits의 길이를 갖는 8가지 유형의 비트 시퀀스로 분할될 수 있으며, 송신기는 영상 데이터 내에서 각각의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 계산할 수 있다(S430).
이후, 송신기는 발생 확률이 높은 비트 시퀀스의 순서대로 도 2 의 PRSK 위상 회전 규칙에 따른 비트 시퀀스 맵핑을 수행할 수 있다(S440). 높은 발생 확률을 가지는 비트 시퀀스가 인접 심벌 간의 위상 천이를 적게 가지도록 각각의 비트 시퀀스에 대응되는 위상 회전 관계를 매핑한다.
예를 들어, 먼저 도 2 의 위상 회전 유형 (1)에는 가장 높은 발생 확률을 보이는 비트 시퀀스를 맵핑하고, 다음으로 높은 발생 확률을 갖는 비트 시퀀스는 위상 회전 유형 (2), 그 다음으로 높은 발생 확률을 갖는 비트 시퀀스는 위상 회전 유형 (3)에 맵핑한다. 이처럼 분석된 비트 시퀀스 별 발생 확률에 따라 위상 회전 유형 (1)에서 위상 회전 유형 (8)까지 각각의 비트 시퀀스를 맵핑한다. 이는 가장 자주 나타나는 비트 시퀀스가 인접 심벌 구간으로 전송되더라도 맵핑된 위상 회전 유형 간 위상 천이가 최소화되도록 설계된 규칙으로써, 이러한 위상 회전 규칙은 시스템 설계 시 미리 정의될 수 있고 외부 시스템으로부터 전달받을 수도 있다.
환언하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 및 복조 방법에 사용되는 심벌은 순서대로 90°의 회전 간격을 가지는 A, B, C 및 D 의 위상을 가질 수 있고, 가장 높은 발생 확률을 가지는 제 1 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 2 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 3 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 4 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 5 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 6 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 7 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 8 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되도록 구성될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상술한 회전 유형 맵핑을 참조하여, 송신할 데이터 내에서 소정 길이의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정할 수 있다 (S450).
위상 회전 유형 별로 비트 시퀀스를 맵핑하는 위상 회전 규칙을 결정한 송신기는 송신할 데이터의 심벌 변조를 수행한다. 즉, 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성할 수 있다(S460). 이후 도 3 과 같이 미리 정의된 위상 회전 규칙 테이블 내에서 결정된 위상 회전 규칙에 대응하는 인덱스 값을 탐색할 수 있다 (S470). 위상 회전 규칙 테이블은 생성 가능한 위상 회전 규칙을 모두 포함하고 있다. 일 예로, 8-ary PRSK의 경우 총 20160개의 유형으로 구성된 위상 회전 규칙을 포함하며, 인덱스는 0부터 20159까지로 설정될 수 있다. 상기 위상 회전 규칙 테이블은 위상 회전 변조 장치의 저장부 (1240) 에 저장될 수 있다. 탐색하여 결정된 하나의 인덱스 값은 송신기 데이터 프레임 내 제어 정보 형태로, 생성된 심볼과 함께 수신기에게 추가적으로 송신될 수 있다(S480). 8-ary PRSK의 경우 해당 인덱스 값은 15 bits로 구성될 수 있다. 한편 도 3 의 위상 회전 규칙 테이블은 수신기에도 미리 제공되어야 한다. 수신기는 송신기로부터 전달 받은 인덱스 값을 토대로 위상 회전 규칙 테이블을 참조함으로써 송신기에서 신호 변조에 사용한 위상 회전 규칙을 알아내어 신호 복조를 수행할 수 있다.
도 4 는 위 절차들을 토대로 한 본 발명의 송신기 동작 순서도를 나타내며, 도 5 는 위 절차들을 토대로 한 본 발명의 수신기 동작 순서도를 나타낸다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 수신기는 데이터 및 인덱스를 수신하여 (S510), 테이블 내에서 수신된 인덱스에 대한 위상 회전 규칙을 탐색하고 (S520), 심벌 복조를 수행할 수 있다 (S530).
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 변조 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 변조 장치 (1200) 는 위상 회전 규칙 결정부 (1210), 심벌 생성부 (1220) 및 송신부 (1230)를 포함할 수 있다. 제 1 심벌과 제 2 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 장치 (1200) 로서, 위상 회전 규칙 결정부 (1210) 는 송신할 데이터 내에서 비트 시퀀스가 발생하는 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정할 수 있다. 또한, 심벌 생성부 (1220) 는 상기 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성할 수 있으며, 송신부 (1230) 는 생성된 심벌을 송신할 수 있다.
위상 회전 규칙 결정부 (1210) 는, 미리 정의된 위상 회전 규칙 테이블 내에서 상기 결정된 위상 회전 규칙에 대응하는 인덱스 값을 탐색하도록 더 구성되고, 송신부 (1230) 는 인덱스 값을 더 송신할 수 있다. 여기서, 위상 회전 규칙 테이블은 저장부 (1240)에 저장될 수 있다.
QAPRM 변조 방법을 위한 위상 회전 규칙 및 성좌도
한편, 고화질 영상 데이터를 지원하고자 하는 최근의 인체통신 기술의 연구 동향에 따라 고차 변조 방법에 대한 필요성이 야기되고 있다. 이를 고려해 QAPM과 같은 고차 변조 방법이 연구된 바 있다. QAPM은 QAM과 PPM을 결합시킨 변조 방법으로써 QAM을 통해 k bits를 전송하고, 유효 심벌 구간 내 2개의 시간 구간 중 하나의 시간 구간 동안만 QAM 심벌을 전송함으로써 QAM 심벌을 전송한 시간 구간의 위치를 통해 1 bit를 추가 전송하는 방법이다. 도 6 은 일반적인 16-ary QAPM 변조 방법의 성좌도를 보인다. 8 개의 성좌도로 구성된 동일한 형태의 직사각형 8-ary QAM에 서로 다른 비트 시퀀스를 심벌 맵핑하며, 전송하는 심벌의 시간 구간 위치에 따라 가장 앞자리 비트를 다르게 맵핑하는 방법이다. 그러나 PPM 방식은 심벌의 사일런스 (silence) 구간으로 인해 비선형 왜곡이 크게 증가하는 문제가 있으며, 심벌 간 진폭 차이도 존재하는 QAM 계열에서는 그 문제가 더욱 심화될 수 있다. 따라서 QAM 계열에서는 PRSK와 같은 위상 회전 변조(QAPRM) 방법을 적용하는 것이 적합하나, 현재까지 QAPRM에서 인접 심벌 간 위상 천이를 최소화할 수 있는 위상 회전 규칙 및 성좌도에 대해 연구된 사례가 없다.
따라서 기존의 8-ary PRSK와 유사한 형태로 위상 회전 규칙을 적용한 16-ary QAPRM을 생성한다면 도 7 과 같이 나타낼 수 있다. 도 1 의 8-ary PRSK와 도 7 의 종래 성좌도 1에서 볼 수 있는 QAPRM을 비교하자면, 종래 8-ary PRSK에 추가하여 다른 진폭을 갖는 또 하나의 8-ary PRSK가 존재하는 형태임을 확인할 수 있다. 여기서 화살표가 시작되는 지점의 심벌은 도 7 의 좌측에 표시된 시간 영역 심벌 중 회색 음영을 갖는 심벌 ① (제 1 시간 영역) 을 통해 전송되고, 화살표가 끝나는 지점의 심벌은 도 7 의 좌측에 표시된 시간 영역 심벌 중 백색 음영을 갖는 심벌 ② (제 2 시간 영역)을 통해 전송되며, 두 심벌 간 위상 변화에 4개의 비트로 구성된 비트 시퀀스가 맵핑되는 형태이다. 그러나 도 7 의 종래 성좌도 1의 구조는 가장 안쪽에 위치한 4개의 심벌(1-티어 심벌)과 가장 바깥쪽에 위치한 4개의 심벌(2-티어 심벌)에서 모두 인접 심벌 간 180도 위상 천이가 발생 가능한 구조로써 비선형 왜곡이 크게 일어날 수 있다. 관련하여, 45도 위상 오프셋 적용 방법을 QAPRM에 고려할 수 있으며, 해당 구조는 도 7 의 종래 성좌도 2와 같이 나타날 수 있다. 해당 방법을 통해 1-티어 심벌들의 인접 심벌 간 위상 천이 크기는 최대 135도로 저감 가능하며, 2-티어 심벌들의 인접 심벌 간 위상 천이 크기도 최대 약 168도까지 저감할 수 있다. 그러나 168도의 위상 천이 크기도 상당한 수준의 비선형 왜곡을 유발할 수 있기 때문에 여전히 개선의 여지가 있으며, 이는 본 발명의 효과를 입증하기 위해 수행된 모의실험을 통해 확인할 수 있다. 또한 QAPRM의 경우 1-티어 심벌과 2-티어 심벌 간 위상 천이 크기도 고려해야 한다.
이를 개선하기 위하여, 본 발명에서는 도 8 과 같은 2가지 유형의 새로운 16-ary QAPRM 변조 방법의 성좌도 및 위상 회전 규칙을 개시한다. 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 16-ary QAPRM 변조 방법의 성좌도 및 위상 회전 규칙 적용에 관한 것이다. 구체적으로, 도 8 의 Type A 및 Type B 는 유효 심벌 구간 내 2개의 시간 구간으로 전송될 직사각형 8-ary QAM 성좌도 간 90도 위상 오프셋을 적용한 성좌도 및 위상 회전 규칙 적용의 실시 예를 나타낸다. 본 성좌도 및 위상 회전 규칙은 도 1 의 PRSK 또는 도 7 의 종래 성좌도 1과 같이 1-티어 심벌들의 인접 심벌 간 최대 180도 위상 천이가 여전히 발생하나, 2-티어 심벌들의 인접 심벌 간 위상 천이는 최대 120도까지 저감 가능하다. 또한 QAPRM에서만 고려되는 1-티어 심벌과 2-티어 심벌 간 위상 천이 크기 관점에서도, 본 발명의 성좌도 및 위상 회전 규칙은 최대 약 153도의 위상 천이 크기를 보인다. 따라서 본 발명의 제안 구조인 도 8 의 Type A 및 Type B 는 각각 1-티어 심벌 내에서 일부 180도 위상 천이를 보이지만, 대부분의 위상 회전 규칙 내에서 종래 성좌도 대비 최대 위상 천이 크기를 크게 저감할 수 있다는 장점이 있다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 진폭 위상 변조 방법의 흐름도이다. 도 8 및 도 13 에 도시된 바와 같이, 서로 상이한 두 진폭 중 어느 하나에 대응하는 8 개의 심벌 위치를 포함하는 성좌도를 이용하여 두 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 진폭 위상 회전 변조 방법은, 먼저 비트 시퀀스를 유효 심벌 구간 (도 8의 좌측 유효 심벌 구간 TS)의 제 1 시간 구간 ① 에 대응하는 제 1 심벌 위치 및 상기 유효 심벌 구간 (도 8의 좌측 유효 심벌 구간 TS)의 제 2 시간 구간 ② 에 대응하는 제 2 심벌 위치에 매핑하여 심벌을 생성하고 (S1310), 생성된 심벌을 송신할 수 있다 (S1320). 여기서, 제 2 시간 구간에 대응하는 제 2 성좌도는 제 1 시간 구간에 대응하는 제 1 성좌도에 대해 90°의 위상 오프셋을 가진다. 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 진폭 위상 회전 변조 방법은 순차적인 비트 시퀀스에 대응하는 순차적인 유효 심벌 구간에 대해 반복적으로 상기 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도를 사용할 수 있다.
한편, 만일 본 발명의 구조에서 1-티어 심벌들의 최대 위상 천이 크기를 저감하고자 한다면 도 8 의 Type A 와 Type B 구조를 시간 축 상에서 번갈아가며 적용하는 실시 예도 고려할 수 있다. 일 예로, 도 8 의 좌측에 표시된 시간 영역 심벌과 같이 첫 번째 유효 심벌 구간 (①, ②) 내에서는 Type A 성좌도와 위상 회전 규칙을 적용하고, 두 번째 유효 심벌 구간 (③, ④) 내에서는 Type B 성좌도와 위상 회전 규칙을 적용할 수 있다. 이러한 구조를 통해 1-티어 심벌들의 인접 심벌 간 최대 위상 천이 크기를 최대 135도로 저감할 수 있으나, 이로 인해 2-티어 심벌들 간, 또는 1-티어 심벌과 2-티어 심벌 간 위상 천이 크기가 다소 증가할 수 있다.
다시 도 13 및 도 8을 참조하면, 생성된 심벌을 송신하는 단계 (S1320) 이후에, 기 매핑된 비트 시퀀스에 후속하는 제 2 비트 시퀀스를 제 2 유효 심벌 구간(도 8 의 우측 유효 심벌 구간)의 제 3 시간 구간 ③ 에 대응하는 제 3 심벌 위치 및 상기 제 2 유효 심벌 구간 (도 8 의 우측 유효 심벌 구간)의 제 4 시간 구간 ④ 에 대응하는 제 4 심벌 위치에 매핑하여 제 2 심벌을 생성할 수 있고 (S1340), 생성된 제 2 심벌을 송신할 수 있다(S1340). 여기서, 제 3 시간 구간에 대응하는 제 3 성좌도 및 제 4 시간 구간에 대응하는 제 4 성좌도는 상기 제 1 성좌도 및 제 2 성좌도에 대해 각각 45°의 위상 오프셋을 가진다.
도 9 는 본 발명과 종래 방법 적용 시 QAPRM 심벌 간 나타날 수 있는 위상 천이 크기들의 발생 확률을 보인다. 여기서 구조 1은 도 7 의 종래 성좌도 1 구조, 구조 2는 도 7 의 종래 성좌도 2 구조, 구조 3은 도 8 에서 제안한 성좌도 Type A 또는 Type B 중 택일한 구조, 구조 4는 도 8 에서 제안한 성좌도 Type A와 Type B를 순차적으로 적용한 구조를 나타낸다.
모의실험 환경 및 성능 평가
아래의 표 1 은 본 발명의 우수성을 검증하기 위해 수행한 모의실험의 파라미터를 보인다. 본 발명에서는 900 MHz의 중심 주파수에서 6 MHz의 대역폭을 가정하였으며, 8 오버샘플링에 48개의 탭 수와 0.1의 ROF(Roll-Off-Factor)를 갖는 Raised Cosine 필터를 가정하였다. 또한 비선형 증폭기는 Rapp 모델을 가정하였으며, Knee factor는 2로 설정하였다.
Figure 112016117743149-pat00001
아래의 표 2 는 모의실험 내 적용된 비트 시퀀스 발생 확률을 나타낸 것이다. Random은 일반적인 랜덤한 특성을 갖는 데이터를 의미하며, non-random은 영상 데이터와 같은 랜덤하지 않은 특성을 갖는 데이터를 의미한다. 또한 표 2 의 비트 시퀀스 발생 확률은 전체 비트 시퀀스 개수 중에서 해당 비트 시퀀스의 개수를 분수로 표현한 것이다.
Figure 112016117743149-pat00002
컴퓨터 모의실험을 통해 종래 및 본 발명의 변조 방법 적용 시 수신 신호의 전력 스펙트럼 형태를 비교 분석하였다. 먼저 본 발명과 종래 방법 적용 시 PRSK 수신 신호의 전력 스펙트럼 형태를 비교하였다. 도 10 에 나타난 바와 같이, 일반적인 random 데이터가 전송되는 환경에서는 일반적인 PRSK 위상 회전 규칙과 본 발명의 위상 회전 규칙 간 전력 스펙트럼 측면에서 큰 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 그러나 영상 데이터와 같은 non-random 데이터가 전송되는 환경에서 일반적인 PRSK 위상 회전 규칙을 적용할 경우 random 데이터 전송 환경보다 전력 스펙트럼의 사이드 로브 성분이 약 1.5 dB 정도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 반면 non-random 데이터 전송 환경에서 본 발명의 PRSK 위상 회전 규칙을 적용할 경우 일반적인 PRSK 위상 회전 규칙에서 나타난 성능 열화 문제를 해결할 뿐만 아니라, random 데이터 전송 환경 대비 전력 스펙트럼의 사이드 로브 성분을 약 3 dB 까지 저감할 수 있음을 알 수 있다. 비록 본 발명의 동작을 위해 송신기에서 적용된 위상 회전 규칙을 수신기에 알리기 위한 인덱스를 보내는 과정에서 일부 오버헤드가 발생하나, 고차 변조 방법 적용을 통해 데이터 전송률을 크게 증가시켰기 때문에 전체 전송률 관점에서는 큰 이득을 보이면서 저전력 통신이 가능한 구조라고 할 수 있다.
한편 본 발명과 종래 방법 적용 시 QAPRM 수신 신호의 전력 스펙트럼 형태도 비교하였다. 도 11 에 나타난 바와 같이, 종래 성좌도 1 대비 종래 성좌도 2 는 1-티어 심벌들 간 위상 천이 크기를 저감하였기 때문에 메인 로브와 가장 근접한 사이드 로브 성분에서 일부 성능 개선 효과가 나타나나, 전반적인 성능 개선은 크기 않음을 확인할 수 있다. 반면 제안 성좌도(Type A-A)의 경우는 도 8 의 Type A 성좌도 및 위상 회전 규칙만을 적용한 구조로써, 전체적으로 약 4 dB 이상의 사이드 로브 성분 저감 효과를 보임을 확인할 수 있다. 또한 제안 성좌도(Type A-B)의 경우는 도 8 의 Type A 성좌도 및 위상 회전 규칙과 Type B 성좌도 및 위상 회전 규칙을 순차적으로 적용한 구조로써, 제안 성좌도(Type A-A)와 마찬가지로 큰 성능 개선 효과를 보임을 알 수 있다. 다만 메인 로브에 근접한 사이드 로브 성분에서 제안 성좌도(Type A-A) 대비 성능 개선 효과가 다소 떨어짐을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 인접 심벌 간 위상 천이 크기가 증가할수록 전력 증폭기의 비선형적 특성으로 인한 신호 왜곡이 크게 증가할 뿐만 아니라, 전력 스펙트럼 관점에서 수신 신호의 사이드 로브 성분이 크게 증가하기 때문에 인접 대역 심벌로의 간섭을 크게 야기할 수 있다. 이러한 점에서 본 발명에서 제안하는 방법들은 인 바디 WBAN 시스템을 위한 저전력 통신을 가능하게 할 뿐만 아니라, 고차 변조 방법을 적용함에도 인접 대역 간 간섭 완화를 통해 시스템의 수신 성능 향상 및 전송률 증대가 가능한 효과를 갖고 있다고 할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 변조 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 제 1 심벌과 제 2 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 방법에 있어서,
    송신할 데이터 내에서 소정 길이의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정하는 단계;
    상기 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 심벌을 송신하는 단계를 포함하는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 회전 규칙을 결정하는 단계는,
    송신할 데이터를 변조 차수에 따른 길이를 가지는 비트 시퀀스들로 분할하는 단계;
    상기 데이터 내에서 각각의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 계산하는 단계; 및
    복수의 비트 시퀀스들 중 더 높은 발생 확률을 가지는 비트 시퀀스가 인접 심벌 간의 위상 천이를 더 적게 가지도록 각각의 비트 시퀀스에 대응되는 위상 회전 관계를 매핑하는 단계를 포함하는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    미리 정의된 위상 회전 규칙 테이블 내에서 상기 결정된 위상 회전 규칙에 대응하는 인덱스 값을 탐색하는 단계를 더 포함하고,
    상기 송신하는 단계는 상기 인덱스 값을 더 송신하는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 변조 차수는 8 이고, 상기 데이터는 3 비트의 길이를 갖는 8 가지 유형의 데이터 시퀀스로 분할되는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 심벌은 순서대로 90°의 회전 간격을 가지는 A, B, C 및 D 의 위상을 가지고,
    가장 높은 발생 확률을 가지는 제 1 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 2 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 3 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 4 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 5 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 6 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 7 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 8 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법.
  6. 제 1 심벌과 제 2 심벌 간의 위상 회전 관계에 비트 시퀀스를 매핑하는 위상 회전 변조 (Phase Rotation Shift Keying, PRSK) 장치에 있어서,
    송신할 데이터 내에서 비트 시퀀스가 발생하는 확률을 기반으로, 각각의 비트 시퀀스에 대응하는 위상 회전 관계를 정의하는 위상 회전 규칙을 결정하는 위상 회전 규칙 결정부;
    상기 결정된 위상 회전 규칙을 기반으로 비트 시퀀스에 대응하는 심벌을 생성하는 심벌 생성부; 및
    상기 생성된 심벌을 송신하는 송신부를 포함하는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 회전 규칙 결정부는,
    송신할 데이터를 변조 차수에 따른 길이를 가지는 비트 시퀀스 들로 분할하고,
    상기 데이터 내에서 각각의 비트 시퀀스가 발생한 확률을 계산하고; 그리고
    복수의 비트 시퀀스들 중 더 높은 발생 확률을 가지는 비트 시퀀스가 인접 심벌 간의 위상 천이를 더 적게 가지도록 각각의 비트 시퀀스에 대응되는 위상 회전 관계를 매핑하도록 구성된, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 회전 규칙 결정부는, 미리 정의된 위상 회전 규칙 테이블 내에서 상기 결정된 위상 회전 규칙에 대응하는 인덱스 값을 탐색하도록 더 구성되고,
    상기 송신부는 상기 인덱스 값을 더 송신하는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 변조 차수는 8 이고, 상기 데이터는 3 비트의 길이를 갖는 8 가지 유형의 데이터 시퀀스로 분할되는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 심벌은 순서대로 90°의 회전 간격을 가지는 A, B, C 및 D 의 위상을 가지고,
    가장 높은 발생 확률을 가지는 제 1 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 2 비트 시퀀스는 위상 A 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 3 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 D 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 4 비트 시퀀스는 위상 C 에서 위상 B 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 5 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 6 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 A 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 7 비트 시퀀스는 위상 D 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되고, 다음 발생 확률의 제 8 비트 시퀀스는 위상 B 에서 위상 C 로의 위상 회전 관계에 매핑되는, 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
KR1020160162069A 2016-11-30 2016-11-30 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치 KR101968389B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160162069A KR101968389B1 (ko) 2016-11-30 2016-11-30 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160162069A KR101968389B1 (ko) 2016-11-30 2016-11-30 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180122566A Division KR101981013B1 (ko) 2018-10-15 2018-10-15 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180062133A KR20180062133A (ko) 2018-06-08
KR101968389B1 true KR101968389B1 (ko) 2019-04-11

Family

ID=62600094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160162069A KR101968389B1 (ko) 2016-11-30 2016-11-30 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101968389B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102522787B1 (ko) * 2019-11-27 2023-04-18 한국전자통신연구원 통신 시스템에서 직교 시퀀스를 이용한 신호의 송수신 방법 및 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014039122A (ja) 2012-08-14 2014-02-27 Sharp Corp 受信装置、受信方法、受信プログラムおよびプロセッサ
JP2016517551A (ja) 2013-02-22 2016-06-16 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ネットワーク・パラメータに基づく、完全性点検および選択的な重複排除を実施する方法、コンピュータ・システムおよびコンピュータ・プログラム
JP2016171436A (ja) 2015-03-12 2016-09-23 学校法人慶應義塾 通信装置、復調方法及びプログラム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120062231A (ko) * 2010-12-06 2012-06-14 한국전자통신연구원 무선통신 시스템의 전송 장치, 수신 장치, 전송 방법 및 수신 방법
KR101254210B1 (ko) 2011-08-25 2013-04-23 주식회사 인트로메딕 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법
KR20130073528A (ko) * 2011-12-23 2013-07-03 한국전자통신연구원 위상 회전 변복조 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014039122A (ja) 2012-08-14 2014-02-27 Sharp Corp 受信装置、受信方法、受信プログラムおよびプロセッサ
JP2016517551A (ja) 2013-02-22 2016-06-16 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ネットワーク・パラメータに基づく、完全性点検および選択的な重複排除を実施する方法、コンピュータ・システムおよびコンピュータ・プログラム
JP2016171436A (ja) 2015-03-12 2016-09-23 学校法人慶應義塾 通信装置、復調方法及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180062133A (ko) 2018-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5513377B2 (ja) 容量を最適化したコンステレーションで信号を送信する設計方法論及び方法及び装置
RU2006101981A (ru) Комбинации сигналов для систем с несколькими несущими
CN105052102A (zh) 用于对无线lan传输中的复制帧进行相位旋转的系统和方法
JP4470377B2 (ja) 移動通信システムにおける伝搬路推定方法
US20170207938A1 (en) Coverage optimization with fractional bandwidth
US8942273B2 (en) Communication method of relay node using non-linear hybrid network coding and device using said method
RU2433557C2 (ru) Способ и устройство, предназначенные для генерации кода обучающей последовательности в системе связи
KR101968389B1 (ko) 비트 시퀀스 발생 확률 기반 위상 회전 변조 방법 및 장치, 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치
KR20230091166A (ko) 신호 구성 방법, 장치, 설비 및 저장 매체
CN106257853A (zh) 接收机及其解码方法
KR101981013B1 (ko) 직교 진폭 위상 회전 변조 방법 및 장치
KR101254210B1 (ko) 오프셋 위상 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 변조 장치 및 방법, 및 위상 사일런스 로테이션 쉬프트 키잉 복조 장치 및 방법
Wetz et al. Robust transmission over fast fading channels on the basis of OFDM-MFSK
Zhang et al. A New Multiple‐Symbol Differential Detection Strategy for Error‐Floor Elimination of IEEE 802.15. 4 BPSK Receivers Impaired by Carrier Frequency Offset
Lye et al. Analysis and performance measurement of adaptive modulation and coding
CN101971588A (zh) 用于多副载波联合预编码的技术
WO2013171823A1 (ja) 受信装置および受信方法
KR100880664B1 (ko) 디.씨.엠.을 사용하는 유.더블유.비.용엠.비.-오.에프.디.엠 시스템에서 효율적인 연판정 복조방법 및 그 장치
Oza et al. Optimized configurable architecture of modulation techniques for SDR applications
Yang et al. Continuous phase modulation (CPM) revisited: Using time-limited phase shaping pulses
Chakraborty et al. Iteration optimized layered tabu search for large scale MIMO detection
US9276788B2 (en) Joint demodulating and demapping of digital signal
CN114978838B (zh) 一种抗谐波干扰的极化码编码调制方法
Barbieri et al. Improving the spectral efficiency of linear modulations through time-frequency packing
CN1703833A (zh) 数字通信方法和数字通信装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right