KR102039910B1 - A preamble signal generating method for underwater ultra-wideband communication and a device thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법 및 장치를 공개한다. 이 방법은 (a) 기저 대역 신호 생성부가 외부로부터 정보 데이터를 입력받아 직교 주파수 분할 다중 변조의 심볼 신호로 매핑하고, 상기 매핑한 심볼을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 기저 대역 신호를 출력하는 단계; (b) 프리앰블 신호 생성부가 상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 신호열을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하는 단계; (c) 송신 신호 멀티플랙싱부가 신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호 의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 단계; 및 (d) 송신부가 상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 반송 주파수 대역으로 변조하여 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 수중에서 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 초광대역 통신 시스템에서, 도플러 편이가 발생하더라도 수신 노드에서 데이터를 정확하게 복원하고, DC 주파수 성분을 전송하지 않는 경우에서도 용이하게 사용할 수 있게 된다.The present invention discloses a method and apparatus for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication. In this method, (a) the baseband signal generation unit receives information data from an external source and maps it to a symbol signal of an orthogonal frequency division multiple modulation, and converts the mapped symbols to N-fold up-sampled baseband signals by inverse Fourier transform. Outputting; (b) a preamble signal generator sets a subcarrier offset in the orthogonal frequency division multiplexing modulation, arranges a signal string having a predetermined length at equal intervals, and then inversely transforms the arranged signal sequence to an N-fold up-sampled preamble signal. Generating a corresponding symbol string; (c) multiplexing and outputting a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure by a transmission signal multiplexing unit; And (d) a transmitting unit receiving the multiplexed sample string and modulating the carrier frequency band to transmit the multiplexed sample string. According to the present invention, in an ultra-wideband communication system using orthogonal frequency division multiple modulation underwater, even when a Doppler shift occurs, data can be accurately recovered at a receiving node and easily used even when a DC frequency component is not transmitted. Will be.
Description
본 발명은 프리앰블 신호 생성 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 수중에서 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 초광대역 통신 시스템에서, 도플러 편이가 발생하더라도 수신 노드에서 프리앰블 신호의 위치를 정확하게 찾을 수 있고, DC 주파수 성분을 전송하지 않는 경우에서도 용이하게 사용할 수 있는 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for generating a preamble signal, and in particular, in an ultra-wideband communication system using orthogonal frequency division multiple modulation in water, even when a Doppler shift occurs, the position of the preamble signal can be accurately located at a receiving node, and the DC frequency The present invention relates to a method and apparatus for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication that can be easily used even when no component is transmitted.
일반적으로, 수중 통신 시스템은 반송 주파수가 수 kHz에서 수십 kHz 내외의 범위를 가지며, 정보 전송을 위해 사용하는 대역폭도 수 kHz에서 수십 kHz 내외의 범위를 사용한다. In general, an underwater communication system has a carrier frequency in the range of several kHz to several tens of kHz, and the bandwidth used for information transmission uses a range of several kHz to several tens of kHz.
반송 주파수와 사용하는 대역폭의 비가 수십% 정도가 되어 초광대역 신호의 특성을 갖는다. The ratio of the carrier frequency to the bandwidth to be used is about tens of percent, which is characteristic of an ultra-wideband signal.
또한, 통신 노드들의 상대적인 이동에 의해 수신부에 도달하는 신호는 도플러 편이를 겪게 되며, 수중 통신의 경우에는 통신 노드들이 고정되어 있더라도, 해류 및 파도 등의 영향에 의해 도플러 편이가 발생할 수 있다. In addition, a signal reaching the receiver due to relative movement of the communication nodes undergoes a Doppler shift. In the case of underwater communication, even when the communication nodes are fixed, the Doppler shift may occur due to the effects of currents and waves.
도플러 편이는 송신 노드와 수신 노드의 상대적인 이동에 의해 발생하며, 이러한 상대적 이동에 의해 시간영역에서와 주파수 영역에서의 왜곡이 발생한다. The Doppler shift is caused by the relative movement of the transmitting node and the receiving node, and this relative movement causes distortion in the time domain and the frequency domain.
일반적으로, 공기중의 통신에서도 통신 단말의 이동에 의하여 도플러 편이가 발생하여 시간 영역과 주파수 영역에서 왜곡이 발생하지만, 반송주파수와 사용하는 대역폭의 비가 수 %이내로 협대역 신호의 특성을 갖고, 통신 단말의 이동속도에 비하여 전파의 이동속도가 매우 빨라 정규화 도플러 편이가 매우 작은 값을 갖게 된다.In general, in the air communication, Doppler shift occurs due to the movement of the communication terminal, and distortion occurs in the time domain and the frequency domain, but the narrow band signal has a characteristic of a carrier band and the bandwidth used within a few%. Compared to the moving speed of the terminal, the moving speed of the radio wave is very fast, and thus the normalized Doppler shift has a very small value.
이러한 특성으로 인해 도플러 편이에 의해 시간영역에서 심볼의 길이 변화가 거의 없기 때문에 시간영역에서 발생하는 왜곡은 실효적으로 무시되며, 반송 주파수에 비하여 사용하는 대역폭이 매우 협소하여 대역폭 내에서는 도플러 편이에 의해 동일한 양의 주파수 편이가 발생하는 것으로 모델링한다. Due to this characteristic, the distortion in the time domain is effectively ignored because there is almost no change in symbol length in the time domain due to the Doppler shift, and the bandwidth used is very narrow compared to the carrier frequency. Model the same amount of frequency shift as occurring.
이러한 모델링을 기반으로 수신기에 존재하는 위상 및 주파수 동기화 기능을 활용하여 도플러 편이 왜곡을 보상하고 있다.Based on this modeling, the Doppler shift is compensated for by using the phase and frequency synchronization functions present in the receiver.
그러나, 수중 통신과 같은 경우는 반송 주파수에 비하여 사용하는 대역폭이 넓어, 도플러 편이 발생에 의해 시간영역에서는 심볼 길이가 실효적으로 늘어나거나 줄어드는 변화가 발생하며, 주파수 영역에서는 사용하는 대역폭 내의 주파수에 따라 상이한 주파수 편이가 발생한다. However, in the case of underwater communication, the bandwidth used is wider than the carrier frequency, and a change in the symbol length effectively increases or decreases in the time domain due to the Doppler shift, and in the frequency domain depending on the frequency within the bandwidth used. Different frequency shifts occur.
또한, 도플러 편이에 의해 상대적으로 주파수가 크게 변함으로 인하여, 직교 주파수 분할 다중 변조와 같은 방식에서는 부반송파 간격보다 큰 주파수 편차가 낮은 상대 이동속도에서도 발생할 수 있다.In addition, due to the relatively large frequency change due to the Doppler shift, a frequency deviation larger than the subcarrier spacing may occur even at a low relative moving speed in a scheme such as orthogonal frequency division multiplexing.
여기에서, 직교 주파수 분할 다중 변조 방식은 디지털 정보를 여러 개의 반송파(캐리어)로 분할하고, 분할된 반송파 간의 간격을 최소화하기 위해 직교성을 부가하여 다중화해서 전송하는 방식을 의미하며, 이때, 여러 개의 반송파 중 각각의 반송파를 부반송파라 한다. Here, the orthogonal frequency division multiplexing scheme refers to a scheme in which digital information is divided into multiple carriers (carriers) and multiplexed and transmitted by adding orthogonality to minimize the interval between the divided carriers. Each carrier of the is called a subcarrier.
일 예로, 직교 주파수 분할 다중 변조(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)방식을 사용하는 수중 통신 시스템이 1024개의 부반송파를 가지며, 심볼 길이가 32ms인 경우, 부반송파 간격은 31.25Hz가 되며, 32kHz의 대역폭이 필요하다. For example, if an underwater communication system using Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has 1024 subcarriers and the symbol length is 32 ms, the subcarrier spacing is 31.25 Hz and a bandwidth of 32 kHz is required. Do.
이러한 통신 시스템의 구현가능성 등을 고려하여 직교 주파수 분할 다중 변조 신호의 반송 주파수를 필요 대역폭의 4배인 128kHz로 가정한다. Considering the feasibility of such a communication system, the carrier frequency of the orthogonal frequency division multiplexed modulated signal is assumed to be 128 kHz, which is four times the required bandwidth.
이때, 수중 통신 노드의 상대이동속도가 5m/s로 이동하고, 반송 주파수가 128kHz 및 수중 음파의 음속을 1500m/s로 가정하는 경우, 정규화 도플러 편이는 5/1500 (=약 0.0033) 이고, 반송 주파수에서의 최대 도플러 편이 주파수는 약 426Hz가 되며, 이는 부반송파 간격이 31.25Hz인 직교 주파수 분할 다중 변조에서 약 13.7개의 부반송파 간격에 해당한다. In this case, when the relative moving speed of the underwater communication node moves at 5 m / s, and the carrier frequency is 128 kHz and the sound velocity of the underwater sound wave is 1500 m / s, the normalized Doppler shift is 5/1500 (= about 0.0033), and the carrier The maximum Doppler shift frequency in frequency is about 426 Hz, which corresponds to about 13.7 subcarrier spacings in orthogonal frequency division multiplexing with a subcarrier spacing of 31.25 Hz.
이러한 수중 초광대역 통신의 직교 주파수 분할 다중 변조에서 이러한 도플러 편이가 발생하면, 수신신호는 보낸 부반송파 대역과 다른 부반송파 신호로 해석되기 때문에, 신호를 수신하더라도 프리앰블 신호를 올바로 검출할 수 없을 뿐만 아니라 각 부반송파를 통하여 전송되는 데이터도 올바로 복원하지 못하는 문제점이 있었다. When such a Doppler shift occurs in the orthogonal frequency division multiplexing of the underwater ultra-wideband communication, since the received signal is interpreted as a subcarrier signal different from the subcarrier band transmitted, the preamble signal cannot be detected correctly even when the signal is received. There was also a problem that can not be properly restored data transmitted through.
이에 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 수중 초광대역 통신에서 직교 주파수 분할 다중 변조시 송신 노드와 수신 노드의 상대적인 이동에 의해 부반송파 간격보다 큰 도플러 편이가 발생하는 경우, 수신 노드에서 알고 있는 송신 신호와 상관값이 임펄스 응답에 가깝게 나오도록 하여 프리앰블 신호를 정확하게 검출하고, 심볼열을 부반송파에 할당하는 과정에 DC 주파수에 해당하는 부반송파를 어떠한 제약도 없이 제외할 수 있는 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법 및 장치를 발명하기에 이르렀다.Therefore, in order to solve this problem, the present inventors, when Doppler shift greater than the subcarrier spacing occurs due to the relative movement of the transmitting node and the receiving node during orthogonal frequency division multiplex modulation in underwater ultra-wideband communication, A method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication that can accurately detect a preamble signal by allowing a correlation value to be close to an impulse response, and exclude a subcarrier corresponding to a DC frequency without any limitation in assigning a symbol string to a subcarrier. And the invention has been invented.
본 발명은 수중에서 부반송파 간격보다 큰 도플러 편이가 발생하는 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 초광대역 통신 시스템에서, 심볼열을 부반송파에 일정 간격으로 할당한 신호를 시간 영역의 신호로 변환하여 하나의 심볼에서 반복되게 함으로써, 도플러 편이가 발생하더라도 수신 노드에서 프리앰블을 정확하게 검출할 수 있는 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법을 제공하는 것이다. According to the present invention, in an ultra-wideband communication system using orthogonal frequency division multiple modulation in which a Doppler shift occurs larger than a subcarrier spacing in water, a symbol is obtained by converting a signal assigned to a subcarrier at regular intervals into a signal in a time domain. It is to provide a method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication using orthogonal frequency division multiple modulation that can accurately detect a preamble at a receiving node even when a Doppler shift occurs.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication for achieving the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법은 (a) 기저 대역 신호 생성부가 외부로부터 정보 데이터를 입력받아 직교 주파수 분할 다중 변조의 심볼 신호로 매핑하고, 상기 매핑한 심볼을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 기저 대역 신호를 출력하는 단계; (b) 프리앰블 신호 생성부가 상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 신호열을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하는 단계; (c) 송신 신호 멀티플랙싱부가 신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호 의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 단계; 및 (d) 송신부가 상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 반송 주파수 대역으로 변조하여 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention includes (a) a baseband signal generation unit receiving information data from an external device and mapping the data signal into a symbol signal of an orthogonal frequency division multiple modulation, wherein the mapped symbol Inverse Fourier transform to output an N-fold up-sampled baseband signal; (b) a preamble signal generator sets a subcarrier offset in the orthogonal frequency division multiplexing modulation, arranges a signal string having a predetermined length at equal intervals, and then inversely transforms the arranged signal sequence to an N-fold up-sampled preamble signal. Generating a corresponding symbol string; (c) multiplexing and outputting a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure by a transmission signal multiplexing unit; And (d) a transmitting unit receiving the multiplexed sample string and modulating the carrier frequency band to transmit the multiplexed sample string.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 외부로부터 입력받은 정보로부터 직교 주파수 분할 다중 변조의 각 부반송파에서 전송하는 상기 심볼 신호가 매핑되는 단계; (a-2) 상기 매핑된 심볼 신호가 소정의 순서에 의해 상기 직교 주파수 분할 다중 변조의 각 부반송파에 매핑되는 단계; (a-3) N-배 업-샘플링을 수행하는 방법을 판단하는 단계; (a-4) 상기 N-배 업-샘플링 수행 방법이 주파수 영역에서 상기 업-샘플링을 수행하는 것인 경우, 고주파수 대역에서 (N-1)배 만큼의 부반송파가 추가되는 단계; 및 상기 추가된 부반송파에 '0'을 설정하고, 역 푸리에 변환 연산이 수행되는 단계;를 포함하고, (a-5) 상기 N-배 업-샘플링 수행 방법이 시간 영역에서 상기 업-샘플링을 수행하는 것인 경우, 부반송파 만큼의 크기를 갖는 역 푸리에 변환 연산이 수행되는 단계; 상기 역 푸리에 변환된 결과에서 샘플 사이에 (N-1)개의 샘플링 시점이 추가되는 단계; 및 상기 추가된 샘플링 시점에 '0'을 설정하고, 보간 필터링을 수행하여 N배 과 샘플링된 신호열이 생성되는 단계;를 포함하며, (a-6) 상기 N-배 업-샘플링 방법에 의해 생성되는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the step (a) of the method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention may include (a-1) the symbol transmitted on each subcarrier of orthogonal frequency division multiple modulation from information received from the outside. The signal is mapped; (a-2) mapping the mapped symbol signal to each subcarrier of the orthogonal frequency division multiple modulation in a predetermined order; (a-3) determining a method of performing N-fold up-sampling; (a-4) when the method for performing N-fold up-sampling is to perform the up-sampling in a frequency domain, adding (N-1) times subcarriers in a high frequency band; And setting '0' to the added subcarrier and performing an inverse Fourier transform operation. (A-5) The N-fold up-sampling method performs the up-sampling in a time domain. Performing an inverse Fourier transform operation having a size equal to that of a subcarrier; Adding (N-1) sampling time points between samples in the inverse Fourier transform result; And setting '0' at the added sampling time point and performing interpolation filtering to generate N times and a sampled signal sequence. (A-6) Generated by the N-fold up-sampling method. And outputting a signal to be output.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 (b) 단계는 (b-1) 한 주기 신호 저장부가 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수를 고려하여 상기 업-샘플링 배수 N을 설정하고, 상기 프리앰블 신호의 계산에 있어 생성 파라미터에 의해 정해지는 반복 횟수만큼 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 신호를 계산한 결과를 저장하는 단계; (b-2) 위상 천이 및 스케일링 저장부가 상기 프리앰블 신호열을 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호 출력과 곱해지는 값을 계산하여 저장하는 단계; (b-3) 메모리 버퍼가 상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 주기와 동기하여 한 주기만큼 진행될 때 출력된 값을 저장하는 단계; 및 (b-4) 복소 곱셈부가 상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 및 상기 메모리 버퍼에 저장된 값을 인가받아 복소 곱셈을 수행하여 상기 프리앰블 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step (b) of the preamble signal generation method of the underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object, (b-1) one periodic signal storage unit takes into account the preamble generation parameter and the number of subcarriers, and thus the up-sampling multiple N Setting a and storing a result of calculating a signal corresponding to a first period of a signal to be repeated by the number of repetitions determined by a generation parameter in calculating the preamble signal; (b-2) calculating and storing a value which is multiplied by a signal output stored in the one periodic signal storage unit to generate the preamble signal sequence by a phase shifting and scaling storage unit; (b-3) storing the output value when the memory buffer advances one cycle in synchronization with the output signal cycle of the one cycle signal storage unit; And (b-4) performing a complex multiplication by receiving the output signal of the one periodic signal storage unit and the value stored in the memory buffer, and outputting the preamble signal by performing a complex multiplication.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 (b-1) 단계에서 상기 첫번째 주기에 해당하는 신호의 계산은 (b-1-1) N-배 업-샘플링한 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 푸리에 변환한 신호를 계산하는 단계; (b-1-2) 상기 프리앰블 생성 파라미터에 의해 정해지는 상기 프리앰블 신호에서 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 구간에서 발생하는 위상 편이를 계산하는 단계; 및 (b-1-3) 상기 (b-1-1) 단계에서 계산된 상기 역 푸리에 변환한 신호를 상기 (b-1-2) 단계에서 계산한 상기 위상 편이만큼 위상 회전 시켜 상기 한 주기 신호 저장부에 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step (b-1) of the method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object, the calculation of the signal corresponding to the first period is (b-1-1) N-fold up-sampling. Calculating an inverse Fourier transformed signal of one circular shifted Zadoff weight signal; (b-1-2) calculating a phase shift occurring in a section corresponding to a first period of a signal repeated in the preamble signal determined by the preamble generation parameter; And (b-1-3) the one period signal by rotating the inverse Fourier transform signal calculated in the step (b-1-1) by the phase shift calculated in the step (b-1-2). Storing in the storage unit.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 (b-1-1) 단계에서 상기 역 프리에 변환한 신호는 원형 시프트한 자도푸 추 신호의 역-푸리에 변환에 해당하는 원형 시프트한 자도프 추 신호열을 표현하는 수식을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.The inverse pre-transformed signal in the step (b-1-1) of the preamble signal generation method of the underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object corresponds to an inverse-Fourier transform of the Jadopuchu signal which is circularly shifted. It is characterized by calculating using a formula representing a circular shift shifted Zadoff weight signal sequence.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 (b-2) 단계는 상기 N-배 업-샘플링된 프리앰블 신호를 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호가 상기 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수에 따라 정해지는 반복 횟수동안 반복될 때 곱해지는 값을 계산하여 저장되고, 상기 한 주기 신호 저장부가 상기 저장된 한 주기 동안의 신호를 출력하는 동안 프리앰블 신호 생성을 위해 한 주기 동안은 같은 값을 갖고, 상기 프리앰블 생성 파라미터에 의해 각각의 주기에서는 다른 값을 갖는 것을 특징으로 한다.In the step (b-2) of the method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object, a signal stored in the one periodic signal storage unit to generate the N-fold up-sampled preamble signal. Is calculated by multiplying when the signal is repeated for the number of repetitions determined according to the preamble generation parameter and the number of subcarriers, and is stored for the preamble signal generation while the one periodic signal storage unit outputs the signal for one stored period. It is characterized by having the same value during the period and having a different value in each period by the preamble generation parameter.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 (c) 단계는 (c-1) 프리앰블 심볼 구간에서는 상기 프리앰블 신호의 샘플열이 출력되는 단계; 및 (c-2) 상기 프리앰블 심볼 구간 이후의 데이터 심볼 구간에서는 상기 기저대역 신호부의 샘플열이 출력되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(C) step (c) of the preamble signal generation method of the underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object is the step of outputting the sample string of the preamble signal in the preamble symbol period; And (c-2) outputting a sample string of the baseband signal part in the data symbol period after the preamble symbol period.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법은 수신부가 상기 송신부로부터 출력된 신호를 인가받아 심볼당 정해진 배수로 샘플링을 수행하여 출력하는 단계; 디믹싱부가 상기 샘플링된 신호를 인가받아 반송 주파수만큼 주파수를 낮추는 주파수 편이를 수행하는 단계; 저역 통과 필터가 상기 주파수 편이된 신호를 인가받아 상기 기저대역 신호에 해당하는 신호만 통과시키고 하모닉 성분에 해당하는 신호 성분은 제거하는 단계; 상관값 계산부가 상기 저역 통과 필터의 출력을 인가받아 이미 알고 있는 프리앰블 신호열의 공액 복소수와의 상관값을 계산하는 단계; 및 수신 신호 처리부가 상기 계산된 상관값을 인가받아 에너지를 계산하여 신호 프레임의 시작을 검출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication, comprising: receiving a signal output from the transmitter and performing sampling at a predetermined multiple per symbol; Performing a frequency shift to reduce a frequency by a carrier frequency by receiving the sampled signal by a demixing unit; A low pass filter receiving the frequency shifted signal and passing only a signal corresponding to the baseband signal and removing a signal component corresponding to a harmonic component; A correlation value calculating unit receiving an output of the low pass filter to calculate a correlation value with a conjugate complex number of a preamble signal sequence already known; And receiving, by the received signal processor, the calculated correlation value to calculate energy to detect the start of the signal frame.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 수신 신호 처리부는 상기 계산된 상관값을 인가받아 상기 저역 통과 필터의 출력을 이용하여 도플러 편이, 심볼 시간 편이, 주파수 편이, 위상 편이를 보상하는 것을 특징으로 한다.The received signal processing unit of the preamble signal generation method of the underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object receives a Doppler shift, a symbol time shift, and a frequency shift by using the output of the low pass filter by receiving the calculated correlation value. , To compensate for the phase shift.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 프리앰블 신호의 시간축 상 샘플열은 역푸리에 변환 없이 제1 수학식 에 의해 생성되되, 상기 M은 부반송파의 개수로 M=Q*의 관계가 있고, 상기 는 자도프추 심볼열의 크기이며, 상기 q는 상기 길이의 심볼열을 Q개만큼 균일하게 떨어진 부반송파에 할당할 때, DC에서의 오프셋 값이고, 상기 n은 샘플링 시간으로서 의 관계를 가지며, 상기 r은 0부터 (Q-1) 이하의 정수이고, 상기 s는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the sample sequence on the time axis of the preamble signal of the preamble signal generation method of the underwater ultra-wideband communication according to the present invention is a first equation without inverse Fourier transform. Generated by M = Q *, where M is the number of subcarriers There is a relationship between Is the size of the Zadoffchu symbol string, and q is the When assigning the length of the symbol string to subcarriers uniformly separated by Q, it is an offset value in DC, and n is a sampling time. R is an integer of 0 to (Q-1) or less, and s is 0 to ( -1) It is a real number which has the following values.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 제1 수학식에서 상기 항은 제2 수학식 에 의해 산출되되, 상기 는 의 정수배를 더하거나 빼서 사이의 값으로 변환된 값인 것을 특징으로 한다.In the first equation of the method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object The term is the second equation Calculated by the above Is By adding or subtracting an integer multiple of Characterized in that the value is converted to the value between.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 제2 수학식에서 상기 항은 제3 수학식 에 의해 산출되되, 상기 는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수 s 범위에서 신호열의 길이이고, 상기 는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수 s 범위에서 범위의 값인 것을 특징으로 한다.In the second equation of the preamble signal generation method of underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object The term is the third equation Calculated by the above From 0 ( -1) the length of the signal sequence in the real s range having a value less than or equal to From 0 ( -1) in real s range with a value less than or equal to It is characterized by the value of the range.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 제3 수학식에서 상기 항은 상기 가 짝수인 경우, = 이고, 상기 가 홀수인 경우, = 에 의해 산출되되, 상기 는 제4 수학식 이고, 상기 항은 제5 수학식 이며, 상기 항은 제6 수학식 이고, 상기 s는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수이고, 상기 는 신호열의 길이이며, 상기 이고, 상기 R은 신호열 생성시 자도프 추 신호열에 대해 원형 시프트한 값으로서, 0부터 (-1)까지의 정수 중 하나로 사용자에 의해 설정할 수 있는 값인 것을 특징으로 한다.In the third equation of the method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the above object Term above Is an even number, = And above Is an odd number, = Calculated by the above Is the fourth equation And above The term is the fifth equation And said The term is the sixth equation S is from 0 ( -1) is a real number with a value less than or equal to Is the length of the signal string, R is a value shifted circularly with respect to the Zadoff weight signal sequence when generating the signal sequence. Characterized by the user as one of the integers up to -1).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법은 상기 R을 로 사용하여 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 생성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention is R; It is characterized by generating a sample string of the preamble signal using.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상기 프리앰블 신호의 샘플열은 자도프 추(Zadoff-Chu) 복소수 심볼열인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the sample string of the preamble signal of the preamble signal generation method of underwater ultra-wideband communication according to the present invention is characterized in that it is a Zadoff-Chu complex symbol string.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법은 (a) 기저 대역 신호 생성부가 외부로부터 정보 데이터를 입력받아 직교 주파수 분할 다중 변조의 심볼 신호로 매핑하고, 상기 매핑한 심볼을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 기저 대역 신호를 출력하는 단계; (b) 프리앰블 신호 생성부가 상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 신호열을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하는 단계; (c) 송신 신호 멀티플랙싱부가 신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호 의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 단계; 및 (d) 송신부가 상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 송신하는 단계;를 포함하고, 상기 생성된 프리앰블 신호는 쳐프(Chirp) 신호의 특성을 가지도록 변조되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention includes (a) a baseband signal generation unit receiving information data from an external device and mapping the data signal into a symbol signal of an orthogonal frequency division multiple modulation, wherein the mapped symbol Inverse Fourier transform to output an N-fold up-sampled baseband signal; (b) a preamble signal generator sets a subcarrier offset in the orthogonal frequency division multiplexing modulation, arranges a signal string having a predetermined length at equal intervals, and then inversely transforms the arranged signal sequence to an N-fold up-sampled preamble signal. Generating a corresponding symbol string; (c) multiplexing and outputting a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure by a transmission signal multiplexing unit; And (d) a transmitting unit receiving and transmitting the multiplexed sample string, wherein the generated preamble signal is modulated to have a characteristic of a chirp signal.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치는 외부로부터 정보 데이터를 입력받아 직교 주파수 분할 다중 변조의 심볼 신호로 매핑하고, 상기 매핑한 심볼 신호를 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 기저 대역 신호를 출력하는 기저 대역 신호 생성부; 상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 심볼을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호를 생성하는 프리앰블 신호 생성부; 신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 송신 신호 멀티플랙싱부; 및 상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 반송 주파수 대역으로 변조하여 송신하는 송신부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an apparatus for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication receives information data from an external source, maps the information signal into a symbol signal of an orthogonal frequency division multiple modulation, and inversely performs Fourier transform on the mapped symbol signal. A baseband signal generator for outputting a double up-sampled baseband signal; A preamble signal generator configured to set subcarrier offsets in the orthogonal frequency division multiplexing modulation, arrange signal sequences having a predetermined length at equal intervals, and inversely Fourier transform the arranged symbols to generate N-fold up-sampled preamble signals; A transmission signal multiplexing unit multiplexing a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure; And a transmitter configured to receive the multiplexed sample string and modulate it in a carrier frequency band for transmission.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치의 상기 프리앰블 신호 생성부는 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수를 고려하여 상기 업-샘플링 배수 N을 설정하고, 상기 프리앰블 신호의 일부 항을 계산한 결과를 저장하는 한 주기 신호 저장부; 상기 프리앰블 신호의 나머지 항을 계산한 결과를 저장하는 위상 천이 및 스케일링 저장부; 상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 주기와 동기하여 한 주기만큼 진행될 때 출력된 값을 저장하는 메모리 버퍼; 및 상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 및 상기 메모리 버퍼에 저장된 값을 인가받아 복소 곱셈을 수행하여 상기 프리앰블 신호를 출력하는 복소 곱셈부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The preamble signal generation unit of the preamble signal generation apparatus of the underwater ultra-wideband communication of the present invention for achieving the other object sets the up-sampling multiple N in consideration of a preamble generation parameter and the number of subcarriers, and a part of the preamble signal One period signal storage unit for storing the result of calculating the; A phase shift and scaling storage unit for storing a result of calculating the remaining term of the preamble signal; A memory buffer configured to store a value output when the cycle progresses by one period in synchronization with an output signal period of the one period signal storage unit; And a complex multiplier configured to receive the output signal of the one periodic signal storage unit and a value stored in the memory buffer to perform a complex multiplication to output the preamble signal.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치는 상기 송신부로부터 출력된 신호를 인가받아 심볼당 정해진 배수로 샘플링을 수행하여 출력하는 수신부; 상기 샘플링된 신호를 인가받아 반송 주파수만큼 주파수를 낮추는 주파수 편이를 수행하는 디믹싱부; 상기 주파수 편이된 신호를 인가받아 상기 기저대역 신호에 해당하는 신호만 통과시키고 하모닉 성분에 해당하는 신호 성분은 제거하는 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터의 출력을 인가받아 이미 알고 있는 프리앰블 신호열의 공액 복소수와의 상관값을 계산하는 상관값 계산부; 및 상기 계산된 상관값을 인가받아 에너지를 계산하여 신호 프레임의 시작을 검출하는 수신 신호 처리부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a preamble signal generation apparatus for underwater ultra-wideband communication, which receives a signal output from the transmitter and performs sampling at a predetermined multiple per symbol and outputs the signal; A demixing unit which receives the sampled signal and performs a frequency shift to lower the frequency by a carrier frequency; A low pass filter receiving the frequency shifted signal and passing only a signal corresponding to the baseband signal and removing a signal component corresponding to a harmonic component; A correlation value calculation unit receiving the output of the low pass filter and calculating a correlation value with a conjugate complex number of a preamble signal sequence already known; And a received signal processor configured to detect the start of the signal frame by calculating energy by receiving the calculated correlation value.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the "details for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and / or features of the present invention and methods for achieving them will become apparent with reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, each embodiment disclosed herein is only to complete the disclosure of the present invention, It should be understood that the present invention is provided to fully inform those skilled in the art to which the invention pertains, and the present invention is defined only by the scope of each claim of the claims.
본 발명에 의할 경우, 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 경우, 송신 노드와 수신 노드의 상대적인 이동에 의해 부반송파 간격보다 큰 도플러 편이가 발생하는 경우에도 수신되는 신호에서 프리앰블 심볼의 위치를 정확하게 검출할 수 있다. According to the present invention, when orthogonal frequency division multiplexing modulation is used, even when a Doppler shift occurs larger than a subcarrier spacing due to relative movement of a transmitting node and a receiving node, the position of a preamble symbol can be accurately detected. Can be.
또한, 직교 주파수 분할 다중변조에서 심볼열을 부반송파에 할당하는 과정에 DC 주파수에 해당하는 부반송파를 어떠한 제약도 없이 제외할 수 있어 DC 주파수 성분을 전송하지 않는 직교 주파수 분할 다중 변조 방법에서도 용이하게 사용할 수 있게 된다.In addition, in the orthogonal frequency division multiple modulation, a subcarrier corresponding to a DC frequency can be excluded without any limitation in assigning a symbol string to a subcarrier, and thus it can be easily used in an orthogonal frequency division multiple modulation method that does not transmit DC frequency components. Will be.
도 1은 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 프리앰블 신호 생성 장치 내 프리앰블 신호 생성부(200)의 내부 블록도이다.
도 3은 본 발명을 적용하기 위한 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 프레임의 구성도이다.
도 4는 하나의 직교 주파수 분할 다중 심볼에 주기적 전치 부호가 복사 및 추가되어 전송되는 직교 주파수 분할 다중 심볼의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S100)의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S200)의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법의 단계(S300) 중 한 주기 생성 동작의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따라 주파수 영역의 128 길이를 갖는 자도프 추 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9에 도시된 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)에 대하여 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 시간축으로 바꾼 신호를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 9에 도시된 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)에 대하여 본 발명에 따라 변형된 128 길이의 심볼열을 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 11에 도시된 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)에 대하여 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 시간축으로 바꾼 신호를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따라 1024개의 부반송파를 갖는 직교 주파수 분할 다중 신호에서 8개의 부반송파 간격으로 변형된 심볼을 배치한 신호의 시간 영역의 샘플열의 실수부(청색)와 허수부(적색)를 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 13에 도시된 시간 영역 샘플열을 2차원 신호 평면에 그린 그래프이다.
도 15 및 도 16은 도 13에 도시된 시간 영역 샘플열을 고주파수 영역에 필요한 수(15*1024) 만큼의 제로 부반송파를 삽입한 후, 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 16배 업-샘플링한 신호의 그래프이다.
도 17은 본 발명에 따라 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 16배 업-샘플링한 프리앰블 신호열의 그래프이다.
도 18은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S500) 이후의 후속 동작을 나타내는 순서도이다.
도 19는 정규화 도플러 편이가 1% 있는 경우, 수신 신호와 프리앰블 신호와의 상관값을 계산한 결과의 그래프이다.
도 20은 정규화 도플러 편이에 따른 상관값의 첨두값 변경을 측정한 결과의 그래프이다. 1 is a block diagram of an apparatus for generating preamble signals for underwater ultra-wideband communication according to the present invention.
FIG. 2 is an internal block diagram of the
3 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme frame for applying the present invention.
4 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiple symbol in which a cyclic prefix is copied and added to one orthogonal frequency division multiple symbol.
5 is a flowchart illustrating a process of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a partial operation of step S100 of the method of generating a preamble signal shown in FIG. 5.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a partial operation of step S200 of the method of generating the preamble signal shown in FIG. 5.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a partial operation of one period generating operation in step S300 of the method of generating a preamble signal shown in FIG. 5.
9 is a graph showing a real part (a) and an imaginary part (b) of a Zadoff weight symbol string having a length of 128 in the frequency domain according to the present invention.
FIG. 10 is a graph illustrating a signal changed to a time axis by using an inverse Fourier transform operation on the real part (a) and the imaginary part (b) of the symbol string shown in FIG. 9.
FIG. 11 is a graph illustrating a 128-length symbol string modified according to the present invention with respect to the real part (a) and the imaginary part (b) of the symbol string shown in FIG. 9.
FIG. 12 is a graph illustrating signals converted to a time axis by using an inverse Fourier transform operation on the real part (a) and the imaginary part (b) of the symbol string shown in FIG. 11.
FIG. 13 is a graph showing a real part (blue) and an imaginary part (red) of a sample sequence of a time domain of a signal in which a transformed symbol is arranged at eight subcarrier intervals in an orthogonal frequency division multiplex signal having 1024 subcarriers according to the present invention; to be.
FIG. 14 is a graph of a time domain sample sequence illustrated in FIG. 13 on a two-dimensional signal plane.
15 and 16 illustrate a 16-time up-sampled signal using an inverse Fourier transform operation after inserting as many zero subcarriers as necessary (15 * 1024) into the time domain sample sequence shown in FIG. It is a graph.
17 is a graph of a 16-fold up-sampled preamble signal sequence using an inverse Fourier transform operation in accordance with the present invention.
FIG. 18 is a flowchart illustrating a subsequent operation after step S500 of the method of generating a preamble signal shown in FIG. 5.
19 is a graph showing a result of calculating a correlation value between a received signal and a preamble signal when there is 1% normalized Doppler shift.
20 is a graph of the result of measuring the peak value change of the correlation value according to the normalized Doppler shift.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used in the present specification should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to explain his invention in the best way. Concepts of various terms may be properly defined and used, and furthermore, it is to be understood that these terms or words should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical spirit of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.In other words, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting the teachings of the invention. It should be understood that the term is defined in consideration.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in the present specification, the singular expressions may include the plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and similarly, the plural expressions may include the singular meanings. do.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout this specification, when a component is described as "comprising" another component, the component may further include any other component rather than excluding any other component unless otherwise stated. It can mean that you can.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, if a component is described as being "inside, or in connection with," another component, the component may be directly connected or installed in contact with another component, The components may be spaced apart from each other, and in the case of spaced apart from each other, there may be a third component or means for fixing or connecting the components to other components. It should be understood that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, if a component is described as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no third component or means exists.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Similarly, other expressions describing the relationship between each component, such as "between" and "immediately between", or "neighboring to" and "directly neighboring to", have the same purpose. Should be interpreted as
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as “one side”, “other side”, “one side”, “other side”, “first”, “second”, and the like, if used, refer to this one component for one component. Is used to clearly distinguish from other components, and it should be understood that such terms do not limit the meaning of the components.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, terms related to positions such as “up”, “down”, “left”, “right”, etc., when used herein, should be understood to indicate relative positions in the corresponding drawings with respect to the corresponding components, if used. Unless an absolute position is specified with respect to these positions, these position related terms should not be understood as referring to an absolute position.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Moreover, in the specification of the present invention, the terms "… unit", "… unit", "module", "device" and the like, if used, means a unit capable of processing one or more functions or operations, which is hardware Or software, or a combination of hardware and software.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in the present specification, in designating the reference numerals for each component of each drawing, the same reference numerals refer to the same components so as to have the same reference numerals even though they are shown in different drawings, that is, the same reference numerals throughout the specification. The symbols indicate the same components.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the accompanying drawings, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention may be partially exaggerated or reduced or omitted in order to sufficiently convey the spirit of the present invention or for convenience of description. It may be described, so the proportion or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following, in the following description of the present invention, detailed descriptions of configurations known to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, known technologies including the prior art, may be omitted.
도 1은 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치의 블록도로서, 기저 대역 신호 생성부(100), 프리앰블 신호 생성부(200), 송신 신호 멀티플랙싱부(300), 송신부(400), 수신부(500), 디믹싱부(600), 저역 통과 필터(700), 상관값 계산부(800) 및 수신 신호 처리부(900)를 구비한다.1 is a block diagram of an apparatus for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention, which includes a
도 2는 도 1에 도시된 프리앰블 신호 생성 장치 내 프리앰블 신호 생성부(200)의 내부 블록도로서, 한 주기 신호 저장부(210), 위상 천이 및 스케일링 저장부(220), 메모리 버퍼(230) 및 복소 곱셈부(240)를 구비한다.FIG. 2 is an internal block diagram of the
도 3은 본 발명에 따른 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법을 적용하기 위한 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 프레임의 구성도이다.3 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme frame for applying a method for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention.
도 4는 하나의 직교 주파수 분할 다중 심볼에 주기적 전치부호가 복사 및 추가되어 전송되는 직교 주파수 분할 다중 심볼의 구성도이다.4 is a configuration diagram of an orthogonal frequency division multiple symbol in which a cyclic prefix is copied and added to one orthogonal frequency division multiple symbol.
도 5는 본 발명에 따른 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 과정을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a process of generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication according to the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S100)의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a partial operation of step S100 of the method of generating a preamble signal shown in FIG. 5.
도 7은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S200)의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a partial operation of step S200 of the method of generating the preamble signal shown in FIG. 5.
도 8은 도 5에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법의 단계(S300) 중 한 주기 생성 동작의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.FIG. 8 is a flowchart illustrating a partial operation of one period generating operation in step S300 of the method of generating a preamble signal shown in FIG. 5.
도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. Referring to Figures 1 to 8 schematically illustrate the process of the preamble signal generation method of underwater ultra-wideband communication of the present invention.
기저 대역 신호 생성부(100)는 외부로부터 정보 데이터를 입력받아 직교 주파수 분할 다중 변조의 부반송파에 정해진 배치 규칙에 따라 각 부 반송파의 심볼 신호로 매핑하고, 역 푸리에 변환과 N-배 업-샘플링 방법을 이용하여 N-배 업-샘플링한 기저 대역 신호를 출력한다(S100). The
이때, N-배 업-샘플링하는 방법은 크게 주파수 영역에서 수행하는 방법과 시간 영역에서 수행하는 방법 두 가지로 나눌 수 있으며, 두 가지 방법을 혼합하여 사용할 수도 있다. In this case, the N-fold up-sampling method can be largely divided into a method performed in the frequency domain and a method performed in the time domain, or a combination of the two methods can be used.
여기에서, 주파수 영역에서 N-배 업-샘플링하는 방법은 고주파수 대역에서 (N-1)배 만큼의 부반송파를 추가하고, 추가된 부반송파에 '0'의 값을 설정하여 역 푸리에 변환 연산을 수행하여 N-배 업- 샘플링된 신호열을 생성한다. Here, the method of N-fold up-sampling in the frequency domain adds (N-1) -fold subcarriers in the high frequency band, sets a value of '0' to the added subcarriers, and performs an inverse Fourier transform operation. Generate an N-fold up-sampled signal sequence.
시간영역에서 N-배 업-샘플링하는 방법은 부반송파 수만큼 역 푸리에 변환하고, 역 푸리에 변환 연산 결과에서 샘플 사이에 (N-1)개의 샘플링 시점이 추가하고, 추가된 샘플링 시점에 '0'을 설정하고, 보간(interpolation) 필터링을 수행하여 N-배 업- 샘플링한 신호열을 생성한다. In the time domain, the method of N-fold up-sampling includes inverse Fourier transform by the number of subcarriers, (N-1) sampling time points are added between samples in the inverse Fourier transform operation, and '0' is added to the added sampling time point. The N-fold up-sampled signal sequence is generated by performing interpolation filtering.
프리앰블 신호 생성부(200)는 소정 개수의 부반송파를 갖는 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 원형 시프트한 차도프 추 신호열을 배치한 후, 이를 역 푸리에 변환하고, N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성한다(S200). The
이때, 상기 원형 시프트한 차도프 추 신호열을 배치한 직교 주파수 분할 다중 변조의 부반송파 신호에 대한 역 푸리에 변환이 주기적 특성을 가짐과 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 푸리에 변환의 결과도 변형된 자도프 추 신호를 이용하여 나타낼 수 있는 특징, N-배 업-샘플링시 프리앰블 신호는 신호 성상도 상에서 일정 크기를 갖는 원을 따라 이동하게 하는 본 발명에 따라 역-푸리에 변환 연산 및 보간 등의 연산을 수행하지 않고 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호를 생성한다.In this case, the inverse Fourier transform of the subcarrier signal of the orthogonal frequency division multiple modulation in which the circularly shifted doped weight signal sequence is arranged has a periodic characteristic, and the result of the inverse Fourier transform of the circularly shifted Zadoff weight signal is also modified. Characteristic that can be represented by using a signal, the preamble signal during N-fold up-sampling does not perform operations such as inverse-Fourier transform operation and interpolation according to the present invention, which moves along a circle having a predetermined size on the signal constellation. And generate an N-fold up-sampled preamble signal.
송신 신호 멀티플랙싱부(300)는 신호 프레임 구조에 따라 기저 대역 신호 생성부(100)의 샘플열 또는 프리앰블 신호 생성부(200)의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력한다(S400).The transmission
송신부(400)에서는 송신 신호 멀티플랙싱부(300)로부터 입력받은 샘플열을 반송 주파수 대역으로 변조하여 신호를 송신한다(S500). The
수신부(500)에서는 송신부(400)에서 송신한 신호를 수신하여 심볼당 정해진 배수로 샘플링을 수행하여 출력한다(S610).The
디믹싱부(600)는 심볼당 정해진 배수로 샘플링한 수신 신호를 인가받아 반송 주파수만큼 주파수를 낮추는 주파수 편이를 수행한다(S620).The
저역 통과 필터는 디믹싱부(600)로부터 주파수 편이 신호를 인가받아 기저대역 신호에 해당하는 신호만 통과시키고 하모닉 성분에 해당하는 신호 성분들은 제거하기 위한 저역 통과 필터링을 수행한다(S630). The low pass filter receives a frequency shift signal from the
상관값 계산부(800)는 이미 알고 있는 프리앰블 신호열의 공액 복소수와 저역 통과 필터(700) 출력간 상관값을 계산한다(S640). The
이 상관값 계산 결과를 이용하여 신호 프레임의 시작을 검출할 수 있으며, 도플러 편이 등도 추정할 수 있다.The correlation value calculation result can be used to detect the start of the signal frame and to estimate the Doppler shift.
수신 신호 처리부(900)는 상관값 계산부(800)에서 계산된 상관값을 인가받아 에너지를 계산하여 신호 프레임의 시작을 검출한다(S650).The received
또한, 검출된 프레임 신호에 해당하는 저역 통과 필터(700) 출력을 이용하여 도플러 편이, 심볼 시간 편이, 주파수 편이, 위상 편이 등을 보상한다.In addition, a Doppler shift, a symbol time shift, a frequency shift, a phase shift, and the like are compensated for by using the output of the
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S100)의 부분 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 5 and 6, a partial operation of step S100 of the preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication according to the present invention will be described as follows.
외부로부터 정보 데이터를 입력받아 매핑된 직교 주파수 분할 다중 변조의 심볼 신호(S110)는 소정의 순서에 의해 직교 주파수 분할 다중 변조의 각 부반송파에서 전송된다(S120).The symbol signal S110 of the orthogonal frequency division multiplexing modulated by receiving information data from the outside is transmitted in each subcarrier of the orthogonal frequency division multiplexing in a predetermined order (S120).
N-배 업-샘플링을 수행하는 방법을 판단하여(S140). 주파수 영역에서 업-샘플링하는 경우, 고주파수 대역에서 (N-1)배 만큼의 부반송파가 추가된다(S150).It is determined how to perform the N-fold up-sampling (S140). When up-sampling in the frequency domain, subcarriers of (N-1) times are added in the high frequency band (S150).
추가된 부반송파에 '0'을 설정하고(S160), 역 푸리에 변환 연산을 수행하여(S170) 상기 N-배 업-샘플링 방법에 의해 생성된 신호를 출력한다(S190).'0' is set to the added subcarrier (S160), and an inverse Fourier transform operation is performed (S170) to output a signal generated by the N-fold up-sampling method (S190).
단계(S140)에서 판단결과, 시간 영역에서 N-배 업-샘플링을 하는 경우, 소정의 부반송파수만을 이용하여 역 푸리에 변환 연산을 수행한 후(S145) 그 결과에서 샘플 사이에 (N-1)개의 샘플링 시점을 추가하고(S155), 추가된 샘플링 시점에 '0'을 설정하며(S165), 보간 필터링을 수행하여(S175) N배 업-샘플링된 신호열이 생성된 후(S185), 상기 N-배 업-샘플링 방법에 의해 생성된 신호를 출력한다(S190).As a result of the determination in step S140, when the N-fold up-sampling is performed in the time domain, an inverse Fourier transform operation is performed using only a predetermined subcarrier (S145). Number of sampling points are added (S155), '0' is set at the added sampling point (S165), and N times up-sampled signal sequence is generated by performing interpolation filtering (S175) (S185). A signal generated by the fold up-sampling method is output (S190).
도 2 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S200)의 부분 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 2 and 7, a partial operation of step S200 of the preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication according to the present invention will be described as follows.
한 주기 신호 저장부(210)는 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수를 고려하여 상기 업-샘플링 배수 N을 설정하고, 기저 대역 프리앰블 신호 계산에 있어서 생성 파라미터에 의해 정해지는 반복 횟수만큼 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 신호열을 저장한다(S210).The periodic
이 첫번째 주기에 해당하는 신호열은 N-배 업-샘플링한 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 프리에 변환한 신호와 프리앰블 생성 파라미터에 의해 정해지는 프리앰블 신호에서 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 구간에서 발생하는 위상 편이를 적용한 신호열이다. The signal sequence corresponding to this first period is an interval corresponding to the first period of the signal repeated in the inverse pre-converted signal of the N-fold up-sampled circular shifted Zadoff weight signal and the preamble signal determined by the preamble generation parameter. This is a signal sequence applying the generated phase shift.
여기서, N-배 업-샘플링한 시프트한 자도프 추 신호의 역 프리에 변환한 신호는 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 푸리에 변환을 수행한 후, 신호 성상도 상에서 일정한 크기를 갖는 원을 따라 신호가 변화하게 N-배 업-샘플링하여 계산하는 것과 동일한 연산 결과를 얻지만, 역-푸리에 변환과 상기 도 6에 대하여 설명한 N-배 업-샘플링 방법을 사용하지 않고 원형 시프트한 자도푸 추 신호를 이용하여 계산한다.Here, the inverse pre-transformed signal of the N-fold up-sampled shifted Zadoff weights signal is subjected to the inverse Fourier transform of the circularly shifted Zadoff weights signal, followed by a signal along a circle having a constant magnitude in the signal constellation. Obtains the same calculation result as N-fold up-sampling to change, but does not use the inverse Fourier transform and the N-fold up-sampling method described with reference to FIG. Calculate using
위상 천이 및 스케일링 저장부(220)는 상기 N-배 업-샘플링된 프리앰블 신호열을 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부(210)에 저장된 신호가 한 주기 동안의 신호를 출력하는 동안 프리앰블 신호 생성을 위해 각 주기 동안에 각각 곱해져야 하는 신호 크기와 위상 변화량을 적용한 값(상기 한 주기 신호 저장부(210)의 한 주기 신호 출력 동안은 동일한 값을 사용)을 저장한다(S220).Phase shifting and scaling
메모리 버퍼(230)는 상기 한 주기 신호 저장부(210)의 출력 신호 주기와 동기하여 한 주기 신호 저장부(210)가 한 주기만큼 신호를 출력할 때 곱해져야 하는 해당 주기에 해당하는 상기 위상 천이 및 스케일링 저장부(220)의 출력값을 저장하고 있으며, 복소 곱셈부(240)의 입력으로 값을 출력한다 (S230).The
또한, 복소 곱셈부(240)는 한 주기 신호 저장부(210)의 출력 신호 및 메모리 버퍼(230)에 저장된 값을 인가받아 복소 곱셈을 수행하여 프리앰블 신호를 출력한다(S240).In addition, the
도 1 내지 도 8을 참조한 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 상세한 동작 설명은 후술하도록 한다. A detailed operation of the method for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication of the present invention with reference to FIGS. 1 to 8 will be described later.
본 발명에서 고려하는 직교 주파수 분할 다중 변조 신호는 하나의 프레임 구조로 되어 있으며, 하나의 프레임은 L개의 직교 주파수 분할 다중 심볼로 구성되며, 하나의 직교 주파수 분할 다중 심볼은 K개의 부반송파로 구성된다고 가정한다. The orthogonal frequency division multiplexed modulation signal considered in the present invention has one frame structure, one frame is composed of L orthogonal frequency division multiple symbols, one orthogonal frequency division multiplex symbol is composed of K subcarriers do.
도 3에서 보는 바와 같이, 전송되는 하나의 직교 주파수 분할 다중 심볼은 주기적 전치 부호(Cyclic Prefix, CP) 부분과 직교 주파수 분할 다중 심볼 부분으로 구성된다. As shown in FIG. 3, one orthogonal frequency division multiple symbol transmitted consists of a cyclic prefix (CP) portion and an orthogonal frequency division multiple symbol portion.
주기적 전치부호는 각 심볼의 시작부에 있으며, 그 길이는 다중 경로 등의 채널 영향을 고려하여 결정하며, 그 길이를 경계 구간(guard interval: GI)이라고 부른다. The cyclic prefix is located at the beginning of each symbol, and its length is determined by considering channel effects such as multipaths, and the length is called a guard interval (GI).
주기적 전치부호는 각각의 직교 주파수 분할 다중 심볼의 마지막 부분에서 경계 구간 길이만큼 복사하여 해당 심볼의 주기적 전치 부호로 사용한다. The cyclic prefix is copied as the length of the boundary section at the end of each orthogonal frequency division multiple symbol and used as the cyclic prefix of the symbol.
하나의 프레임 구조에서 프레임의 앞부분에 송신기와 수신기가 공통으로 알고 있는 프리앰블 심볼이 송신된다고 가정한다. It is assumed that a preamble symbol known to both the transmitter and the receiver is transmitted at the beginning of the frame in one frame structure.
또한, 프레임의 데이터 심볼 중 일부는 채널 등화 등을 위한 파일럿 심볼들로 사용할 수 있다.In addition, some of the data symbols of the frame may be used as pilot symbols for channel equalization or the like.
직교 주파수 분할 다중변조 방법에서 프리앰블 심볼로 널리 사용되는 자도프 추(Zadoff-Chu)라 불리는 복소수 심볼열은 심볼열의 크기가 짝수인 경우와 홀수인 경우에 대하여 다음의 수학식 1 및 2와 같이 정의한다.A complex symbol string called Zadoff-Chu, which is widely used as a preamble symbol in an orthogonal frequency division multiple modulation method, is defined as in
여기에서, u는 1부터 (-1) 사이의 정수 중 와 서로소인 관계가 있는 자연수이며, 는 자도프추 심볼열의 크기다.Where u is from 1 ( Of integers between -1) Is a natural number that has a mutual relationship with Is the size of the Zadofchu symbol string.
수학식 1과 수학식 2에 있는 자도프추 심볼열을 일반화하면 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. Generalizing the Zadoff symbol strings in
여기서, 는 x에 y의 정수배를 더하거나 빼서 0이상 y 미만([0, y))의 범위의 값으로 바꾸는 연산을 의미한다. here, Denotes an operation that adds or subtracts an integer multiple of y to x to a value in the range of 0 or greater than y ((0, y)).
수학식 3의 Xp(k)에서 k=0인 경우는 가장 낮은 주파수를 갖는 부반송파의 신호로 사용되고, k에 따라 순차적으로 높은 주파수를 갖는 부반송파의 신호로 사용되고, k= 인 경우는 가장 높은 주파수를 갖는 부반송파의 신호로 사용된다.In Xp (k) of
직교 주파수 분할 다중 변조의 반송파에 해당하는 부반송파는 부반송파 중 중앙에 위치한 부반송파가 되며, 상기 반송파에 해당하는 부반송파 중 중앙에 위치한 부반송파는 기저대역에서 DC 성분을 갖는 주파수 성분에 해당한다.A subcarrier corresponding to a carrier of orthogonal frequency division multiple modulation is a subcarrier located in the center of the subcarriers, and a subcarrier located in the center of the subcarriers corresponding to the carrier corresponds to a frequency component having a DC component in the baseband.
또한, 상기 반송파에 해당하는 부반송파보다 낮은 주파수를 갖는 부반송파들은 기저대역에서 음의 주파수를 가지며, 상기 반송파에 해당하는 부반송파보다 높은 주파수를 갖는 부반송파들은 기저대역에서 양의 주파수 대역에 해당한다. In addition, subcarriers having a lower frequency than subcarriers corresponding to the carrier have a negative frequency at baseband, and subcarriers having a higher frequency than the subcarriers corresponding to the carrier correspond to a positive frequency band at baseband.
이러한 특성을 적용하여, 기저대역에서 매핑된 직교 주파수 분할 다중 신호의 프리앰블 신호를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform: IFT) 연산을 수학식 4와 같이 수행하여 시간 축의 신호로 변환할 수 있다. By applying this characteristic, an inverse Fourier transform (IFT) operation of the orthogonal frequency division multiplex signal mapped in the baseband may be performed as an equation (4) to convert the signal into a time axis signal.
여기서, n=0,1,..., 이고, floor(x)는 x보다 크지 않은 최대 정수를 얻는 연산이다. Where n = 0,1, ..., Floor (x) is an operation to obtain the largest integer not greater than x.
일 실시예로, u=1을 사용하고, 128길이를 갖는 차도프 추 심볼열을 구하면, 도 9과 같이 되며, 이의 역 푸리에 변환 연산을 수행하여 시간축 신호로 변환한 결과가 도 10과 같다. As an example, using u = 1 and obtaining a Chadov weight symbol string having 128 lengths, the result is as shown in FIG. 9, and the result of the inverse Fourier transform operation is converted into a time axis signal as shown in FIG. 10.
도 9는 본 발명에 따라 주파수 영역의 128 길이를 갖는 자도프 추 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing a real part (a) and an imaginary part (b) of a Zadoff weight symbol string having a length of 128 in the frequency domain according to the present invention.
도 10은 도 9에 도시된 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)에 대하여 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 시간축으로 바꾼 신호를 나타내는 그래프이다.FIG. 10 is a graph illustrating a signal converted to a time axis by using an inverse Fourier transform operation on the real part (a) and the imaginary part (b) of the symbol string shown in FIG. 9.
도 11은 도 9에 도시된 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)에 대하여 본 발명에 따라 변형된 128 길이의 심볼열을 나타내는 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating a 128-length symbol string modified according to the present invention with respect to the real part (a) and the imaginary part (b) of the symbol string shown in FIG. 9.
도 12는 도 11에 도시된 심볼열의 실수부(a)와 허수부(b)에 대하여 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 시간축으로 바꾼 신호를 나타내는 그래프이다.FIG. 12 is a graph illustrating signals converted to a time axis by using an inverse Fourier transform operation on the real part (a) and the imaginary part (b) of the symbol string shown in FIG. 11.
도 9에서는 k(x축)에 대해 차도프추 심볼열(y축)을 나타낸 것이다.In FIG. 9, the doddochu symbol string (y-axis) is shown for k (x-axis).
도 9의 자도프 추 심볼열의 주파수 영역 데이터를 보면, 반송 주파수 영역에 해당하는 심볼열의 중앙부에 신호의 변화량이 크고(고주파 성분), 반송 주파수 영역에서 멀어질수록 신호의 변화량이 작아지는(저주파 성분) 특성을 보인다. Referring to the frequency domain data of the Zadoff weight symbol string of FIG. 9, the change amount of the signal is large (high frequency component) at the center of the symbol string corresponding to the carrier frequency region, and the change amount of the signal decreases as it moves away from the carrier frequency region (low frequency component). ) Shows characteristics.
이에 따라 본 실시예에서는 이를 쳐프(Chirp) 신호의 특성과 비슷한 형상을 보이도록 다음 수학식 5와 같이 수정하여 고안한다. Accordingly, the present embodiment is devised by modifying the equation as shown in Equation 5 to show a shape similar to that of the chirp signal.
여기에서, 쳐프(Chirp) 신호는 주파수가 시간에 따라 변화하는 신호로서, 선형 주파수 변조(Linear Frequency Modulation) 신호라고도 한다. Here, the chirp signal is a signal whose frequency changes with time, also referred to as a linear frequency modulation signal.
여기서, R은 임의의 정수를 사용할 수 있으나, 수학식 5의 신호는 의 주기를 갖는 특성이 있으므로, R 은 0과 사이의 임의의 정수로 정의한다.Here, R may use any integer, but the signal of Equation 5 R has a property of 0 and R is 0 Defined as any integer in between.
본 실시예에서는 쳐프 신호의 특성과 비슷한 형상을 보이도록 하기 위해, u는 1의 값을 가지며 R은 floor(/2)의 값을 갖는 것을 고안한다.In this embodiment, to have a shape similar to that of the chirp signal, u has a value of 1 and R is floor ( Devise a value of 2).
여기서, floor(x)는 x보다 크지 않은 최대의 정수를 얻는 연산을 의미한다. Here, floor (x) means an operation of obtaining a maximum integer not greater than x.
도 11 및 도 12에서 보면, 반송주파수에 가까운 주파수 성분은 상대적으로 작은 변화량을 가지고 있고, 반송주파수에서 양쪽으로 주파수 차이가 커질수록 큰 변화량을 가지고 있음을 확인할 수 있다.11 and 12, it can be seen that the frequency component close to the carrier frequency has a relatively small amount of change, and the larger the frequency difference between both sides of the carrier frequency, the larger the amount of change.
자도프 추 심볼열이 에 대해 주기적이라는 특성을 이용하여 수학식 5는 수학식 3을 이용하여 수학식 6과 같이 표현할 수 있음을 용이하게 증명할 수 있다.Zadoff Chu Symbol Column Equation 5 can be easily demonstrated using
즉, 수학식 5에 의해 생성되는 새로운 신호열은 수학식 3에 의해 생성되는 자도프 추 신호열에 대해 R만큼 원형 시프트(circular shift)한 신호열이라 할 수 있다. That is, the new signal sequence generated by Equation 5 may be referred to as a signal sequence circular shifted by R with respect to the Zadoff weight signal sequence generated by
수학식 5에 의해 생성되는 새로운 신호열도 신호열의 크기 에 대하여 주기적인 특성을 가짐을 용이하게 증명할 수 있다. New signal sequence generated by Equation 5 also the size of the signal sequence It can be easily proved to have a periodic characteristic with respect to.
수학식 6 및 수학식 7을 이용하고, 새로운 신호열의 역 푸리에 변환 연산 등에서의 표현의 용이성을 위해 길이의 신호열을 다음의 수학식 8과 같이 표현한다.Using Equations 6 and 7 for ease of expression in the inverse Fourier transform operation of a new signal sequence, etc. The signal sequence of length is expressed as in
여기에서, 이고, 은 를 만큼 원형 시프트(circular shift)시킨 것으로, 을 이용한 역 푸리에 변환은 수학식 9와 같이 되며, 이는 일반적으로 알고 있는 역 푸리에 변환식을 그대로 사용할 수 있게 하기 위해 표현을 달리 한 것이다. From here, ego, silver To Is circular shifted by The Inverse Fourier
수학식 5 내지 수학식 8과 같이 개의 길이를 갖는 신호열을 이용하여, 신호열의 Q 배의 크기에 해당하는 부반송파 개수를 갖는 직교 주파수 분할 다중 변조의 프리앰블 신호 생성을 위해 Q* 개의 부반송파를 수학식 10과 같이 배치한다. As shown in Equations 5 to 8 To generate a preamble signal of orthogonal frequency division multiple modulation with subcarriers corresponding to Q times the signal sequence Subcarriers are arranged as shown in Equation (10).
본 발명에서는 직교 주파수 분할 다중변조를 위하여 부반송파의 가운데 지점에 있는 부반송파가 직교 주파수 분할 다중변조의 반송주파수인 경우를 가정하였다.In the present invention, it is assumed that a subcarrier located at the center of a subcarrier is a carrier frequency of orthogonal frequency division multiple modulation for orthogonal frequency division multiple modulation.
여기에서, 은 직교분할 다중변조의 가장 낮은 주파수를 갖는 부반송파(0번째 부반송파)부터 번째 부반송파의 심볼이고, q는 사용자의 목적에 따라 0부터 (Q-1) 사이의 값을 가질 수 있으며, l=0,1,..., Q*-1 이며, L=0, 즉, R = floor(NZC/2)을 사용한다. From here, Is the subcarrier with the lowest frequency of orthogonal multimodulation (0th subcarrier). Q is the symbol of the first subcarrier, q may have a value between 0 and (Q-1) according to the user's purpose, and l = 0,1, ..., Q * -1, L = 0, that is, R = floor (N ZC / 2).
프리앰블 심볼 생성을 위해 부반송파에 매핑된 신호열을 시간축의 신호로 변환하기 위해 역푸리에 변환을 수행한다. An inverse Fourier transform is performed to convert a signal sequence mapped to a subcarrier into a signal on a time axis for generating a preamble symbol.
수학식 10과 같이 M=Q*개의 부반송파에 개의 신호를 배치하고, 이의 역 푸리에 변환 연산을 다음과 같이 정의할 수 있다.M = Q * as in
여기서, 로 표현하고, s는 0부터 (-1) 이하의 정수이고, r은 0부터 (Q-1) 이하의 정수라고 정의하고, 이를 수학식 11에 대입하여 식을 정리하면 다음의 수학식 12와 같다.here, Where s is from 0 ( -1) is an integer below and r is defined as an integer of 0 to (Q-1) or less, and substituted into Equation 11 to arrange the equation as shown in Equation 12 below.
수학식 12의 마지막 대괄호 부분은 수학식 9와 동일한 수식으로 의 역푸리에 변환이다. The last bracket in Equation 12 is the same as in
수학식 12를 보면, 수학식 12의 대괄호 안에 있는 본 발명에서 고안하는 신호열의 역 푸리에 변환이 Q번 반복되고, 반복될 때 시간영역의 신호샘플 인덱스에 따라 위상이 변화하고, 신호크기가 1/Q배만큼 곱해짐을 확인할 수 있다. In Equation 12, the inverse Fourier transform of the signal sequence of the present invention in the square bracket of Equation 12 is repeated Q times, and when repeated, the phase changes according to the signal sample index in the time domain, and the signal size is 1 /. You can see that it is multiplied by Q times.
즉, 본 발명에서 제안한 시간축 상에서 직교 주파수 분할 다중 변조의 프리앰블 심볼의 시간축 상의 신호는 길이를 갖는 의 역푸리에 변환이 시간에 따라 위상을 변화하면서 Q번 반복되며, 의 역푸리에 변환시 아래 수학식 13의 의 개수만큼의 주파수 증가와 감소가 반복되는 신호 형상을 보인다. That is, the signal on the time axis of the preamble symbol of orthogonal frequency division multiple modulation on the time axis proposed by the present invention is Having a length The inverse Fourier transform of is repeated Q times as the phase changes over time, Inverse Fourier Transformation of Equation 13 below Frequency increase and decrease by the number of times shows the repeated signal shape.
이에 따라, 한 프리앰블 심볼 구간에서 Q* 만큼의 주파수 증가와 감소가 반복되는 형상을 보인다. 이러한 시간축에서의 유사한 신호가 반복되는 개수는 주파수 축상의 신호열의 길이()를 조정하여 Q를 조정함으로써 변경할 수 있으므로, 본 발명에서는 및 인 경우로 한정한다. Accordingly, Q * in one preamble symbol period As the frequency increases and decreases, the shape is repeated. The number of repetitions of similar signals in this time axis is determined by the length of the signal sequence on the frequency axis. Can be changed by adjusting Q). And It is limited to the case.
상기 수학식 12에서 대괄호 안의 차도프 추 신호열의 역 푸리에 변환은 본 발명에서 고안된 것으로서, 여기에 상기 수학식 3을 대입하여 정리하면, 다음의 수학식 13과 같이 정리할 수 있다.The inverse Fourier transform of the Chadov weight signal sequence in square brackets in Equation 12 is designed in the present invention, and can be summarized as Equation 13 below by substituting
여기서, 는 1부터 -1 사이의 정수로 의 모듈로 연산()에서 u의 곱셈에 대한 역이고, 는 x에 대하여 의 모듈로 연산으로 x에 의 정수배를 더하거나 빼서 0부터 사이의 값으로 변환하는 연산이며, x*은 x의 공액 복소수를 나타낸다.here, From 1 As an integer between -1 Modulo operation of Is the inverse of the multiplication of u in For x Modulo operation of x From zero by adding or subtracting integer multiples of Is an operation that converts to a value between and x * represents a conjugate complex number of x.
또한, 는 다음의 수학식 14와 같이 표현된다.In addition, Is expressed by Equation 14 below.
본 발명에서 고안한 신호열이 다음의 수학식 15와 같이 를 주기로 하는 주기 신호의 특성을 가짐으로 인하여 상기 수학식 14의 은 n에 관계 없이 같은 값을 가지며, 아래 수학식 15의 주기적 특성은 수학식 13의 정리 과정에서도 사용된다. The signal sequence devised in the present invention is as shown in Equation 15 below. Equation (14) due to the characteristics of the periodic signal to Has the same value irrespective of n, and the periodic characteristic of Equation 15 below is also used in the theorem of Equation 13.
수학식 12 내지 14를 이용하면, M=Q* 개의 부반송파에 개의 신호를 배치하고, 이의 역 푸리에 변환 연산을 함에 있어, 수학식 11에 정의된 역 푸리에 변환 연산의 모든 과정을 수행하지 않고, 주파수영역에서 프리앰블로 사용되는 신호열과 시간 영역에서의 인덱스에 의한 위상 편이량을 곱하고, 차도프 추 신호열에 의해 정해지는 상수값을 곱하는 것으로 간략하게 시간 영역의 신호를 얻을 수 있다.Using Equations 12-14, M = Q * Subcarriers In order to arrange the four signals and perform the inverse Fourier transform operation, the phase by the signal sequence used as the preamble in the frequency domain and the index in the time domain without performing all the processes of the inverse Fourier transform operation defined in Equation (11) By multiplying the deviation amount and multiplying the constant value determined by the Chadov weight signal sequence, a signal in the time domain can be obtained simply.
일 실시예로, q=2 및 Q=8을 적용하고, M=1024개의 부반송파를 갖고, =128, L=0을 적용하여 수학식 10에 따라 수학식 8에서 생성된 신호열을 배치하고, 이를 역 푸리에 변환 연산을 통하여 시간 축의 데이터로 바꾸면 도 13과 같이 된다. In one embodiment, q = 2 and Q = 8 are applied, M = 1024 subcarriers, By applying = 128 and L = 0, the signal string generated in
도 13은 본 발명에 따라 1024개의 부반송파를 갖는 직교 주파수 분할 다중 신호에서 8개의 부반송파 간격으로 변형된 심볼을 배치한 신호의 시간 영역의 샘플열의 실수부(청색)와 허수부(적색)를 나타내는 그래프이다. FIG. 13 is a graph showing a real part (blue) and an imaginary part (red) of a sample sequence of a time domain of a signal in which a transformed symbol is arranged at eight subcarrier intervals in an orthogonal frequency division multiplex signal having 1024 subcarriers according to the present invention; to be.
도 14는 도 13에 나타낸 시간 영역의 샘플열을 신호 평면에 다시 그린 그래프이다.FIG. 14 is a graph for redrawing the sample sequence of the time domain shown in FIG. 13 onto the signal plane.
도 13에서 보면, 위상을 달리하는 신호가 8번 반복되고 있음을 알 수 있다. In FIG. 13, it can be seen that a signal having a different phase is repeated eight times.
또한, 도 14에서, 붉은 십자가는 1024개의 역 푸리에 변환 값이고, 파란선은 연속한 역 푸리에 변환값 사이를 연결한 것으로 시간 축에서 신호의 변화하는 경향을 확인할 수 있다. In addition, in FIG. 14, the red cross is 1024 inverse Fourier transform values, and the blue line is a concatenation between successive inverse Fourier transform values, whereby the tendency of the signal to change in the time axis can be confirmed.
도 14에서 보면, 시간에 따른 신호의 변화 경로가(파란색 선) 붉은 원안을 거의 채우고 있음을 확인할 수 있으며, 이는 시간 축에서 신호의 크기가 작아지는 부분이 있음을 의미한다. Referring to FIG. 14, it can be seen that the path of change of the signal over time (blue line) almost fills the red circle, which means that there is a portion in which the size of the signal decreases in the time axis.
상기와 같이 직교 주파수 분할 다중 변조의 기저 대역 신호를 생성한 이후에, 반송 주파수 대역의 신호로 변환하기 위해 변조의 과정을 거친다. After generating the baseband signal of the orthogonal frequency division multiple modulation as described above, it is subjected to the modulation process to convert to the signal of the carrier frequency band.
디지털 변조에서는 상기에서 계산한 직교 주파수 분할 다중 기저 대역 신호를 추가적으로 N배 업-샘플링(up-sampling)하고, 디지털 반송 주파수를 곱하여 반송 주파수 대역의 신호로 변환한다. In digital modulation, the orthogonal frequency division multiple baseband signal calculated above is further up-sampled by N times, and multiplied by the digital carrier frequency to convert the signal into a carrier frequency band signal.
이때, 직교 주파수 분할 다중 기저 대역 신호를 N배 업-샘플링하는 방법으로 시간 축의 기저 대역 직교 주파수 분할 다중 신호 샘플을 N배 보간(interpolation)을 수행하는 방법과 주파수 축에서 고주파수에 해당하는 주파수 대역에 (N-1)배 만큼의 부반송파를 추가하고 추가한 부반송파(subcarrier)에 '0'을 설정하여 역 푸리에 변환 연산을 수행하면, N배 과 샘플링된 신호열을 얻을 수 있다. In this case, a method of performing N-fold interpolation of baseband orthogonal frequency-division multi-signal samples on the time axis by N-fold up-sampling of the orthogonal frequency-division multiple baseband signal and a frequency band corresponding to a high frequency on the frequency axis. If the inverse Fourier transform operation is performed by adding (N-1) times subcarriers and setting '0' to the added subcarriers, the N times and the sampled signal sequence can be obtained.
앞의 두 가지 방법 중 역 푸리에 변환 연산을 사용하는 방법을 적용하여 기저 대역 직교 주파수 분할 다중 신호를 16배 업-샘플링하는 방법을 적용하여 도 13 및 도 14에 있는 프리앰블 신호를 적용하여 계산하면 도 15 및 도 16와 같이 나타난다.Among the two methods described above, the baseband orthogonal frequency division multiplexing signal is 16 times up-sampled by applying the inverse Fourier transform operation. It is shown as 15 and FIG.
도 15 및 도 16은 도 13에 도시된 시간 영역 샘플열을 고주파수 영역에 필요한 수(15*1024) 만큼의 제로 부반송파를 삽입한 후, 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 16배 업-샘플링한 신호의 그래프이다.15 and 16 illustrate a 16-time up-sampled signal using an inverse Fourier transform operation after inserting as many zero subcarriers as necessary (15 * 1024) into the time domain sample sequence shown in FIG. It is a graph.
도 15 및 도 16을 보면, 업-샘플링한 프리앰블 신호는 신호의 크기가 도 13 및 도 14에서와 같이 동일하지 않고, 신호의 크기가 커지기도 하고, 작아지는 부분도 존재함을 확인할 수 있다.15 and 16, it can be seen that the up-sampled preamble signal has a signal size that is not the same as in FIGS. 13 and 14, and the signal size increases and decreases.
본 발명에서는 직교 주파수 분할 다중의 기저 대역 프리앰블 신호가 업-샘플링시 신호의 크기가 변하는 것을 줄이기 위해 직교 주파수 분할 다중의 기저 대역 프리앰블 신호의 업-샘플링시 신호의 변화를 신호 평면 상의 단위 원(unit-circle)을 따라 변하도록 직교 주파수 분할 다중 기저 대역 프리앰블 신호의 업-샘플링 신호를 다음과 같이 생성한다.In the present invention, in order to reduce the change in the amplitude of the baseband preamble signal during the up-sampling of the orthogonal frequency division multiplexing baseband signal, the change in the signal during the up-sampling of the orthogonal frequency division multiplexing baseband preamble signal is measured in unit units (unit on the signal plane). Up-sampling signal of an orthogonal frequency division multiple baseband preamble signal is generated as follows.
먼저, 상기 수학식 12부터 수학식 14를 이용하고, 상기에서 설명한 것과 같이 u=1 및 로 한정하면, 다음의 수학식 16과 같이 정리할 수 있다. First, using Equations 12 to 14, u = 1 and as described above In this case, it can be summarized as in the following equation (16).
여기에서, 는 x의 공액 복소수를 의미하며, 를 적용하였다. From here, Means a conjugate complex of x, Was applied.
또한, 상기 M은 부반송파의 개수로 M=Q*의 관계가 있고, 상기 는 자도프추 심볼열의 크기이며, 상기 q는 상기 길이의 심볼열을 Q개만큼 균일하게 떨어진 부반송파에 할당할 때, DC에서의 오프셋 값이고, 상기 n은 샘플링 시간으로서 의 관계를 가지며, 상기 r은 0부터 (Q-1) 이하의 정수이고, 상기 s는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수로 정의하였다.In addition, M is the number of subcarriers M = Q * There is a relationship between Is the size of the Zadoffchu symbol string, and q is the When assigning the length of the symbol string to subcarriers uniformly separated by Q, it is an offset value in DC, and n is a sampling time. R is an integer of 0 to (Q-1) or less, and s is 0 to ( -1) It was defined as a real number with the following values.
이를 업-샘플링 신호에 적용하기 위해, s는 0부터 (-1) 이하의 실수로 범위를 확장하면, 수식에 변경 없이 적용이 가능하다. To apply this to the up-sampling signal, s is from 0 ( -1) If the range is expanded by mistake, it can be applied without changing the formula.
수학식 16은 6개 항의 곱으로 표현되어 있으며, 첫번째 항은 상수이고, 두번째 항과 세번째 항은 시간축에서의 시간에 따라 일정하게 변동되는 값이며, 다섯번째 항과 여섯번째 항은 수학식 8에서 L이 정해지면 결정되는 상수이다.Equation 16 is expressed as the product of six terms, where the first term is a constant, the second term and the third term are constant values that vary with time on the time axis, and the fifth and sixth terms are The constant determined when L is determined.
따라서, 수학식 16의 네번째 항을 s에 따라 계산하여 나머지 알고 있는 값들과 곱하면 주파수 축에서 프리앰블 심볼 생성을 위해 부반송파에 배열한 심볼열에 의해 생성되는 시간축 상 샘플열을 복잡한 역푸리에 변환을 직접 이용하지 않고 구할 수 있게 된다. Therefore, if the fourth term of Equation 16 is calculated according to s and multiplied with the remaining known values, the complex inverse Fourier transform is directly used for the time-base sample string generated by the symbol string arranged on the subcarrier for generating the preamble symbol on the frequency axis. You can get it without.
수학식 16의 네번째 항을 얻기 위해 다음과 같은 순서로 연산을 수행한다.To obtain the fourth term of Equation 16, operations are performed in the following order.
만일 = 0인 경우, if If = 0,
로 계산하고, 가 1인 경우, 수학식 18을 이용하여 을 계산하고, 의 연산 결과의 부호를 판단하여 다음의 수학식 19와 같이 결정한다.And calculate Is 1, using Equation 18 , And The sign of the result of the calculation of is determined by the following equation (19).
이때, 상기 s는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수이고, 상기 는 신호열의 길이이며, 상기 이고, 상기 R은 신호열 생성시 자도프 추 신호열에 대해 원형 시프트한 값으로서, 0부터 (-1)까지의 정수 중 하나로 사용자에 의해 설정할 수 있는 값인데, R을 로 사용하여 신호열을 생성할 수 있다.In this case, s is from 0 ( -1) is a real number with a value less than or equal to Is the length of the signal string, R is a value shifted circularly with respect to the Zadoff weight signal sequence when generating the signal sequence. One of the integers up to -1) that can be set by the user. It can be used to generate a signal sequence.
수학식 19에서 가 음수가 되는 값의 영역은 L에 의해 정해지므로, 수학식 19와 같이 의 곱셈 결과를 이용하지 않고 L에 의해 사전에 정해진 s의 구간에 를 더하는 방법도 있다. In equation (19) Since the area of the negative value is determined by L, as shown in Equation 19, In the interval of s previously determined by L without using the multiplication result of There is also a way to add.
가 짝수인 경우 는 수학식 18의 를 의미하고, 가 홀수인 경우 는 수학식 19의 를 의미하는 것으로 정의하고 다음의 수학식 20과 같이 전개한다. Is an even number Of equation (18) Means, Is odd Of equation (19) Is defined as meaning and expands as shown in
여기에서, 는 의 정수배를 더하거나 빼서 사이의 값으로 변환된 값으로서, 상기 는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수 s 범위에서 신호열의 길이이고, 상기 는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수 s 범위에서 범위의 값이다.From here, Is By adding or subtracting an integer multiple of A value converted to a value between From 0 ( -1) the length of the signal sequence in the real s range having a value less than or equal to From 0 ( -1) in real s range with a value less than or equal to The value of the range.
또한, 항은 상기 가 짝수인 경우, = 이고, 상기 가 홀수인 경우, = 에 의해 산출된다.In addition, Term above Is an even number, = And above Is an odd number, = Calculated by
상기 과정을 거쳐 계산한 수학식 20의 를 이용하여 상기 수학식 16의 네번째 항을 다음의 수학식 21과 같이 계산한다.
수학식 17 내지 수학식 21을 이용하여, 수학식 16의 네번째 항을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 프리앰블 심볼의 시간축에서의 업샘플링한 샘플열을 구할 수 있다.Using Equation 17 to Equation 21, a fourth term of Equation 16 can be obtained, and an upsampled sample sequence on the time axis of the preamble symbol can be obtained using the equation.
도 16의 경우와 마찬가지로 Q=16을 적용하여, 16배 업-샘플링한 기저 대역의 프리앰블 신호열을 생성한 예가 도 17에 도시되어 있다. As in the case of FIG. 16, an example of generating a 16-fold up-sampled baseband preamble signal sequence by applying Q = 16 is illustrated in FIG. 17.
도 17은 본 발명에 따라 역 푸리에 변환 연산을 이용하여 16배 업-샘플링한 프리앰블 신호열의 그래프이다.17 is a graph of a 16-fold up-sampled preamble signal sequence using an inverse Fourier transform operation in accordance with the present invention.
도 17에서 보면, 업-샘플링한 신호가 단위 원을 따라 존재하고 있어 송신시 신호 크기의 변화가 없음을 확인할 수 있다.In FIG. 17, it can be seen that the up-sampled signal is present along the unit circle, so that there is no change in signal size during transmission.
도 18은 도 4에 도시된 프리앰블 신호 생성 방법 중 단계(S500) 이후의 후속 동작을 나타내는 순서도이다FIG. 18 is a flowchart illustrating a subsequent operation after step S500 of the method of generating a preamble signal shown in FIG. 4.
도 1 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법의 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다. Referring to Figures 1 to 18 will be described in detail the process of the preamble signal generation method of underwater ultra-wideband communication of the present invention.
기저 대역 신호 생성부(100)는 전송하려는 정보 데이터를 외부로부터 입력받고, 상기 입력받은 데이터를 정해진 순서에 의해 직교 주파수 분할 다중 변조의 각 부반송파에서 전송할 수 있도록 심볼 신호로 매핑한다.The
이렇게 매핑된 심볼 신호를 역 푸리에 변환을 이용하여 시간 영역의 데이터로 변환하고, N-배 업-샘플링을 수행한다. The mapped symbol signal is converted into data in the time domain using an inverse Fourier transform, and N-fold up-sampling is performed.
이때, N-배 업-샘플링은 주파수 축 또는 시간 축에서 수행할 수도 있다.At this time, N-fold up-sampling may be performed on the frequency axis or the time axis.
주파수 축에서 수행하는 경우, 주파수 축에서 고주파수 대역에 (N-1)배 만큼의 부반송파를 추가하고, 추가된 부반송파에 '0'을 설정하여 역 푸리에 변환 연산을 수행하여 N배 과 샘플링된 신호열을 생성한다. When performing on the frequency axis, add (N-1) times the subcarriers in the high frequency band on the frequency axis, set '0' to the added subcarriers, and perform inverse Fourier transform operation to perform N times and sampled signal sequence. Create
반면, N-배 업-샘플링을 시간 축에서 수행하는 경우, 부반송파의 신호를 이용하여 역 푸리에 변환 연산을 수행하고, 그 결과에서 샘플 사이에 (N-1)개의 샘플링 시점을 추가하고, 추가된 샘플링 시점에 '0'을 설정하고, 보간 필터링을 수행하여 N배 과 샘플링된 신호열을 생성한다. On the other hand, when N-fold up-sampling is performed on the time axis, an inverse Fourier transform operation is performed by using a signal of a subcarrier, and (N-1) sampling time points are added between samples in the result, and the added Set '0' at sampling time point and perform N-times and sampled signal sequence by performing interpolation filtering.
프리앰블 신호 생성부(200)는 미리 정해진 길이의 차도프 추 신호열을 Q* 개의 부반송파를 갖는 직교 주파수 분할 다중 변조에서 DC에서 q(0<= q < Q, q는 정수)개의 부반송파 오프셋을 설정하고 Q개의 등간격으로 상기의 미리 정해진 차도프 추 신호열을 배치한다.The
그 다음, 이의 역 푸리에 변환을 수행하여 시간 영역의 데이터로 변환한다.Then, its inverse Fourier transform is performed to convert it to data in the time domain.
이때, 역 푸리에 변환을 수행하는 프리앰블 신호의 특성을 이용하여 실제로 역 푸리에 변환을 수행하지 않고, 동일한 결과를 얻는 연산을 수행한다. In this case, an operation that obtains the same result is performed without actually performing the inverse Fourier transform by using the characteristics of the preamble signal that performs the Inverse Fourier transform.
그 다음, 역 푸리에 변환에 해당하는 신호를 얻은 후, 성상도 상에서 단일 원을 따라 변화하도록 설정하여 N-배 업-샘플링을 수행한다. Then, after obtaining a signal corresponding to an inverse Fourier transform, N-fold up-sampling is performed by setting it to change along a single circle in constellation.
송신 신호 멀티플랙싱부(300)는 신호 프레임 구조에 따라 프리앰블 심볼 구간에서는 프리앰블 신호 생성부(200)의 출력인 프리앰블 신호의 샘플열을 송신부(400)로 보내고, 이후의 데이터 심볼 구간에서는 기저 대역 신호 생성부(100)의 샘플열을 송신부(400)로 출력한다.The transmission
송신부(400)에서는 송신 신호 멀티플랙싱부(300)로부터 입력받은 샘플열을 반송 주파수 대역으로 변조하여 신호를 송신한다. The
이때, 송신부(400)에서는 입력받은 샘플열을 추가적으로 업-샘플링을 수행하는 것도 가능하다. In this case, the
수신부(500)에서는 송신부(400)에서 송신한 신호를 수신하여 심볼당 정해진 배수로 샘플링을 수행하여 출력한다.The
디믹싱부(600)는 심볼당 정해진 배수로 샘플링한 수신 신호를 인가받아 반송 주파수만큼 주파수를 낮추는 주파수 편이를 수행한다.The
저역 통과 필터는 디믹싱부(600)로부터 주파수 편이 신호를 인가받아 기저대역 신호에 해당하는 신호만 통과시키고 하모닉 성분에 해당하는 신호 성분들은 제거하기 위한 저역 통과 필터링을 수행한다. The low pass filter receives a frequency shift signal from the
상관값 계산부(800)는 이미 알고 있는 프리앰블 신호열의 공액 복소수와 저역 통과 필터(700) 출력간 상관값을 계산한다. The
이 상관값 계산 결과를 이용하여 신호 프레임의 시작을 검출할 수 있으며, 도플러 편이 등도 추정할 수 있다.The correlation value calculation result can be used to detect the start of the signal frame and to estimate the Doppler shift.
수신 신호 처리부(900)는 상관값 계산부(800)에서 계산된 상관값을 인가받아 에너지를 계산하여 신호 프레임의 시작을 검출한다.The received
또한, 검출된 프레임 신호에 해당하는 저역 통과 필터(700) 출력을 이용하여 도플러 편이, 심볼 시간 편이, 주파수 편이, 위상 편이 등을 보상하고, 추가적인 수신 신호 처리를 수행하여 전송한 정보를 결정하고 이를 출력한다.In addition, the output of the
도 2 및 도 9에서 보는 바와 같이, 한 주기 신호 저장부(210)는 프리앰블 생성 파라미터인 q와 부반송파 갯수인 M을 적용하고, 구현하는 시스템에 따라 업-샘플링 배수 N을 설정하여, 상기 수학식 16의 세번째 항과 네번째 항의 곱셈을 계산한 결과를 저장하고, 저장한 결과를 순차적으로 출력하는 기능을 수행한다. As shown in FIG. 2 and FIG. 9, the one periodic
즉, 한 주기 신호 저장부(210)에 저장된 신호열은 N-배 업-샘플링한 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 프리에 변환한 신호와 프리앰블 생성 파라미터에 의해 정해지는 프리앰블 신호에서 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 구간에서 발생하는 위상 편이를 적용한 신호열이다. That is, the signal sequence stored in one periodic
여기에서, N-배 업-샘플링한 시프트한 자도프 추 신호의 역 프리에 변환한 신호는 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 푸리에 변환을 수행한 후, 신호 성상도 상에서 일정한 크기를 갖는 원을 따라 신호가 변화하게 N-배 업-샘플링하여 계산하는 것과 동일한 연산 결과를 얻지만 역-푸리에 변환과 상기 도 6에 대하여 설명한 N-배 업-샘플링 방법을 사용하지 않고 원형 시프트한 자도푸 추 신호를 이용하여 계산한다.Here, the inverse pre-transformed signal of the N-fold up-sampled shifted Zadoff weights signal is subjected to an inverse Fourier transform of the circularly shifted Zadoff weights signal and then along a circle having a constant magnitude in the signal constellation. The same calculation results as those calculated by N-fold up-sampling to change the signal are obtained, but the circularly shifted Jadopuchu signal without the inverse-Fourier transform and the N-fold up-sampling method described with reference to FIG. Calculate using
위상 천이 및 스케일링 저장부(220)는 한 주기 신호 저장부(210)의 주기에 맞추어 상기 수학식 16의 N배 업-샘플링된 프리앰블 신호열을 생성하기 위해 필요한 나머지 항들에 대하여 r은 0부터 (Q-1)까지 r값에 따라 계산한 결과를 저장한다.The phase shifting and scaling
또한, 한 주기 신호 저장부(210)의 신호 출력 주기와 동기하여 한 주기 신호 저장부(210)의 신호가 한 주기만큼 진행될 때 하나의 값을 출력하며, 출력된 값을 메모리 버퍼(230)에 저장한다.In addition, one value is output when the signal of the one period
복소 곱셈부(240)가 메모리 버퍼(230)에 저장된 값과 한 주기 신호 저장부(210)의 출력 신호를 인가받아 복소 곱셈을 수행하여 프리앰블 샘플을 출력한다.The
즉, 한 주기 신호 저장부(210)에 저장된 신호가 Q번 반복하여 출력하고, 이에 동기하여 한 주기당 위상 천이 및 스케일링 저장부(220)에 저장된 값을 한번씩 메모리 버퍼(230)에 출력하고, 메모리 버퍼(230)의 값과 한 주기 신호 저장부(210)의 출력을 곱하여 프리앰플 샘플열을 생성한다. That is, the signal stored in one periodic
도 2에 도시된 한 주기 신호 저장부(210)에 저장된 한 주기 신호는 도 8과 같은 절차를 거쳐 생성된다. One periodic signal stored in one periodic
한 주기 신호를 생성하기 위해, 부반송파 개수인 M=Q* 과 부반송파에 할당하는 길이의 새로운 신호열 및 부반송파에 Q개 간격으로 새로운 신호열을 할당함에 있어 DC에서 q개 만큼의 부반송파 오프셋은 미리 정해져 있으며, N배 업-샘플링한다고 가정한다. To generate one periodic signal, the number of subcarriers, M = Q * Assigned to and subcarriers In allocating a new signal sequence of length Q to a new signal sequence and subcarriers, it is assumed that q subcarrier offsets from DC are predetermined and up-sampled by N times.
먼저, 새로운 신호열의 역 푸리에 변환을 계산하기 위해 수학식 17 및 수학식 18을 적용하여 및 를 계산한다(S410).First, equations (17) and (18) are applied to calculate the inverse Fourier transform of the new signal sequence. And To calculate (S410).
의 값이 홀수인지 여부를 판단하여(S420), 의 값이 홀수인 경우 수학식 20에 따라 를 계산한 후에(S430) 를 계산한다(S440). Determine whether the value of is odd (S420), If the value of is odd according to equation (20) After calculating (S430) To calculate (S440).
만일, 의 값이 홀수가 아닌 경우 를 대입하여 를 계산한다(S435).if, Is not an odd number By substituting To calculate (S435).
그 다음, 역 푸리에 변환 값 계산을 위한 위상값의 범위를 사이로 한정하도록 변환하는 를 수학식 20과 같이 계산한다(S450).Next, the range of phase values for the inverse Fourier transform To constrain to It is calculated as in Equation 20 (S450).
수학식 21을 이용하여 를 계산하고(S460), 계산한 결과를 과 곱한다(S470). Using Equation 21 To calculate (S460), the calculated result Multiply by (S470).
여기에서, s는 N배 업-샘플링 된다는 가정하에 0부터 1/N 간격으로 (-1/N)까지의 범위를 갖는 값이 되며, 한 주기 신호 저장부(210)에 저장된 한 주기 신호의 샘플길이는 N* 개가 된다.Where s is 0 to 1 / N intervals (assuming that N times up-sampling) -1 / N), and the sample length of one period signal stored in one
도 19는 정규화 도플러 편이가 1% 있는 경우, 수신 신호와 프리앰블 신호와의 상관값을 계산한 결과의 그래프이다. 19 is a graph showing a result of calculating a correlation value between a received signal and a preamble signal when there is 1% normalized Doppler shift.
도 20은 정규화 도플러 편이에 따른 상관값의 첨두값 변경을 측정한 결과의 그래프이다. 20 is a graph of the result of measuring the peak value change of the correlation value according to the normalized Doppler shift.
도 20에서 보는 바와 같이, 피크 값을 갖는 지점이 9 개가 있음을 확인할 수 있으며, 이는 프리앰블 심볼 구간에 존재하는 8회 반복되는 구조(Q=8)와 주기적 전치 부호에서 반복되는 1주기가 있으므로, 9 개의 피크 값이 관찰된다. As shown in FIG. 20, it can be seen that there are nine points having peak values, which means that there are eight repeated structures (Q = 8) present in the preamble symbol interval and one cycle repeated in the cyclic prefix. Nine peak values are observed.
정규화 도플러 편이가 -1 %에서 1 %사이에서 변할 때, 상관값의 첨두값을 계산하면, 모델링한 심볼 구조에서는 약 5800 내지 8100의 값을 가지며, 피크 값이 존재하는 지점과 존재하지 않는 지점을 명확히 구분할 수 있다. When the normalized Doppler shift varies between -1% and 1%, the peak value of the correlation value is calculated, and the modeled symbol structure has a value of about 5800 to 8100, and shows the point where the peak value exists and the point does not exist. It can be clearly distinguished.
즉, 상대적으로 매우 큰 정규화 도플러 편이가 존재하는 경우에도 본 실시예에서 생성된 프리앰블 심볼열은 용이하게 수신부(500)에서 검출이 가능하다는 것이다. That is, even when there is a relatively large normalized Doppler shift, the preamble symbol sequence generated in this embodiment can be easily detected by the
도 20에서 보는 바와 같이, 정규화 도플러 편이가 -1 %에서 1 % 사이에서 변할 때, 수신 신호와 프리앰블 신호와의 상관값의 최대값을 컴퓨터 모의 실험을 통해 측정된 상관값의 첨두값은 프리앰블 심볼의 존재유무를 검출하는데 충분한 크기를 갖는다. As shown in FIG. 20, when the normalized Doppler shift varies from -1% to 1%, the peak value of the correlation value measured through computer simulation of the maximum value of the correlation value between the received signal and the preamble signal is the preamble symbol. It is of sufficient size to detect the presence of.
이와 같이, 본 발명의 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법은 수중에서 부반송파 간격보다 큰 도플러 편이가 발생하는 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 초광대역 통신 시스템에서, 심볼열을 부반송파에 일정 간격으로 할당한 신호를 시간 영역의 신호로 변환하여 하나의 심볼에서 반복되게 함으로써, 도플러 편이가 발생하더라도 수신 노드에서 프리앰블 심볼을 정확하게 검출할 수 있는 수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법을 제공한다. As described above, the method of generating a preamble signal of the underwater ultra-wideband communication according to the present invention allocates a symbol string to a subcarrier at regular intervals in an ultra-wideband communication system using an orthogonal frequency division multiple modulation in which Doppler shift occurs larger than subcarrier spacing. By converting a signal into a signal in a time domain and repeating it in one symbol, a method for generating a preamble signal for underwater ultra-wideband communication capable of accurately detecting a preamble symbol at a receiving node even when a Doppler shift occurs is provided.
이를 통하여, 직교 주파수 분할 다중 변조를 사용하는 경우, 송신 노드와 수신 노드의 상대적인 이동에 의해 부반송파 간격보다 큰 도플러 편이가 발생하는 경우에도 프리앰블 심볼 검출 후 추가적인 신호처리를 통하여 수신되는 신호의 데이터를 보다 정확하게 복원할 수 있다. In this case, when orthogonal frequency division multiplexing is used, even when a Doppler shift occurs larger than the subcarrier spacing due to the relative movement of the transmitting node and the receiving node, the data of the received signal is obtained through additional signal processing after detecting the preamble symbol. Can be restored accurately.
또한, 직교 주파수 분할 다중변조에서 심볼열을 부반송파에 할당하는 과정에 DC 주파수에 해당하는 부반송파를 어떠한 제약도 없이 제외할 수 있어 DC 주파수 성분을 전송하지 않는 직교 주파수 분할 다중 변조 방법에서도 용이하게 사용할 수 있게 된다.In addition, in the orthogonal frequency division multiple modulation, a subcarrier corresponding to a DC frequency can be excluded without any limitation in assigning a symbol string to a subcarrier, and thus it can be easily used in an orthogonal frequency division multiple modulation method that does not transmit DC frequency components. Will be.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.While various embodiments of the present invention have been described with reference to some examples, the descriptions of the various embodiments described in the "Specific Embodiments of the Invention" section are merely illustrative, and the present invention has been described. Those skilled in the art will understand from the above description that the present invention can be variously modified or implemented in accordance with the present invention.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, the present invention is not limited by the above description because it can be implemented in a variety of other forms, the above description is intended to complete the disclosure of the present invention is usually in the technical field to which the present invention belongs It should be understood that the present invention is provided only to fully convey the scope of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the claims of the claims.
100: 기저 대역 신호 생성부
200: 프리앰블 신호 생성부
300: 송신 신호 멀티플랙싱부
400: 송신부
500: 수신부
600: 디믹싱부
700: 저역 통과 필터
800: 상관값 계산부
900: 수신 신호 처리부100: baseband signal generator
200: preamble signal generation unit
300: transmission signal multiplexing unit
400: transmitter
500: receiver
600: demixing unit
700: low pass filter
800: correlation value calculation unit
900: reception signal processing unit
Claims (19)
(b) 프리앰블 신호 생성부가 상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 신호열을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하는 단계;
(c) 송신 신호 멀티플랙싱부가 신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호 의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 단계; 및
(d) 송신부가 상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 반송 주파수 대역으로 변조하여 송신하는 단계;
를 포함하고,
상기 (b) 단계는
(b-1) 한 주기 신호 저장부가 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수를 고려하여 상기 업-샘플링 배수 N을 설정하고, 상기 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호의 계산에 있어 생성 파라미터에 의해 정해지는 반복 횟수만큼 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 신호를 계산한 결과를 저장하는 단계; 및
(b-2) 위상 천이 및 스케일링 저장부가 상기 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호 출력에 곱해질 값을 계산하여 저장하는 단계;
를 포함하며,
상기 (b-2) 단계는
상기 N-배 업-샘플링된 프리앰블 신호를 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호가 상기 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수에 따라 정해지는 반복 횟수동안 반복될 때 곱해질 값이 계산되어 저장되는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
(a) a baseband signal generation unit receiving information data from an external source and mapping the data into an orthogonal frequency division multiple modulation symbol signal, and outputting an N-fold up-sampled baseband signal by inverse Fourier transforming the mapped symbols ;
(b) a preamble signal generator sets a subcarrier offset in the orthogonal frequency division multiplexing modulation, arranges a signal string having a predetermined length at equal intervals, and then inversely transforms the arranged signal sequence to an N-fold up-sampled preamble signal. Generating a corresponding symbol string;
(c) multiplexing and outputting a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure by a transmission signal multiplexing unit; And
(d) a transmitter receiving the multiplexed sample string and modulating the carrier frequency band in a carrier frequency band;
Including,
Step (b)
(b-1) A periodic signal storage unit sets the up-sampling multiple N in consideration of the preamble generation parameter and the number of subcarriers, and the repetition determined by the generation parameter in calculating the N-fold up-sampled preamble signal. Storing a result of calculating a signal corresponding to a first period of the signal repeated a number of times; And
(b-2) calculating and storing a value to be multiplied by a signal output stored in the one periodic signal storage unit to generate a symbol string corresponding to the N-fold up-sampled preamble signal by a phase shifting and scaling storage unit; ;
Including;
Step (b-2)
The value to be multiplied is calculated and stored when a signal stored in the one periodic signal storage unit is repeated for a repetition number determined according to the preamble generation parameter and the number of subcarriers to generate the N-fold up-sampled preamble signal. Characterized by
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 (a) 단계는
(a-1) 상기 외부로부터 입력받은 정보로부터 직교 주파수 분할 다중 변조의 각 부반송파에서 전송하는 상기 심볼 신호가 매핑되는 단계;
(a-2) 상기 매핑된 심볼 신호가 소정의 순서에 의해 상기 직교 주파수 분할 다중 변조의 각 부반송파에 매핑되는 단계;
(a-3) N-배 업-샘플링을 수행하는 방법을 판단하는 단계;
(a-4) 상기 N-배 업-샘플링 수행 방법이 주파수 영역에서 상기 업-샘플링을 수행하는 것인 경우,
고주파수 대역에서 (N-1)배 만큼의 부반송파가 추가되는 단계; 및
상기 추가된 부반송파에 '0'을 설정하고, 역 푸리에 변환 연산이 수행되는 단계;를 포함하고,
(a-5) 상기 N-배 업-샘플링 수행 방법이 시간 영역에서 상기 업-샘플링을 수행하는 것인 경우,
부반송파 만큼의 크기를 갖는 역 푸리에 변환 연산이 수행되는 단계;
상기 역 푸리에 변환된 결과에서 샘플 사이에 (N-1)개의 샘플링 시점이 추가되는 단계; 및
상기 추가된 샘플링 시점에 '0'을 설정하고, 보간 필터링을 수행하여 N배 과 샘플링된 신호열이 생성되는 단계;를 포함하며,
(a-6) 상기 N-배 업-샘플링 방법에 의해 생성되는 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 1,
Step (a) is
(a-1) mapping the symbol signal transmitted in each subcarrier of orthogonal frequency division multiple modulation from information received from the outside;
(a-2) mapping the mapped symbol signal to each subcarrier of the orthogonal frequency division multiple modulation in a predetermined order;
(a-3) determining a method of performing N-fold up-sampling;
(a-4) when the N-fold up-sampling method is to perform the up-sampling in the frequency domain,
Adding (N-1) times the subcarriers in the high frequency band; And
And setting an '0' to the added subcarrier and performing an inverse Fourier transform operation.
(a-5) when the N-fold up-sampling method is to perform the up-sampling in a time domain,
Performing an inverse Fourier transform operation having a size as large as a subcarrier;
Adding (N-1) sampling time points between samples in the inverse Fourier transform result; And
And setting '0' at the added sampling time point and performing interpolation filtering to generate N times and a sampled signal sequence.
(a-6) outputting a signal generated by the N-fold up-sampling method;
Characterized in that it comprises a,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 (b) 단계는
(b-3) 메모리 버퍼가 상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 주기와 동기하여 한 주기만큼 진행될 때 출력된 값을 저장하는 단계; 및
(b-4) 복소 곱셈부가 상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 및 상기 메모리 버퍼에 저장된 값을 인가받아 복소 곱셈을 수행하여 상기 프리앰블 신호를 출력하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 1,
Step (b)
(b-3) storing the output value when the memory buffer advances one cycle in synchronization with the output signal cycle of the one cycle signal storage unit; And
(b-4) a complex multiplication unit receiving the output signal of the one periodic signal storage unit and a value stored in the memory buffer and performing a complex multiplication to output the preamble signal;
Characterized in that it further comprises,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 (b-1) 단계에서
상기 첫번째 주기에 해당하는 신호의 계산은
(b-1-1) N-배 업-샘플링한 원형 시프트한 자도프 추 신호의 역 푸리에 변환한 신호를 계산하는 단계;
(b-1-2) 상기 프리앰블 생성 파라미터에 의해 정해지는 상기 프리앰블 신호에서 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 구간에서 발생하는 위상 편이를 계산하는 단계; 및
(b-1-3) 상기 (b-1-1)단계에서 계산된 상기 역 푸리에 변환한 신호를 상기 (b-1-2) 단계에서 계산한 상기 위상 편이만큼 위상 회전 시켜 상기 한 주기 신호 저장부에 저장하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 3,
In the step (b-1)
The calculation of the signal corresponding to the first period is
(b-1-1) calculating an inverse Fourier transformed signal of the N-fold up-sampled circular shifted Zadoff weight signal;
(b-1-2) calculating a phase shift occurring in a section corresponding to a first period of a signal repeated in the preamble signal determined by the preamble generation parameter; And
(b-1-3) Store the one periodic signal by rotating the inverse Fourier transform signal calculated in the step (b-1-1) by the phase shift calculated in the step (b-1-2). Storing in wealth;
Characterized in that it comprises a,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 (b-1-1) 단계에서
상기 역 푸리에 변환한 신호는
원형 시프트한 자도푸 추 신호의 역-푸리에 변환에 해당하는 원형 시프트한 자도프 추 신호열을 표현하는 수식을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 4, wherein
In the step (b-1-1)
The inverse Fourier transformed signal
Characterized in that it is calculated using a formula expressing a circularly shifted Zadoff weight signal sequence corresponding to an inverse-Fourier transform of the circularly shifted Jadofu weight signal,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 (b-2) 단계는
상기 한 주기 신호 저장부가 상기 저장된 한 주기 동안의 신호를 출력하는 동안 프리앰블 신호 생성을 위해 한 주기 동안은 곱해져야 하는 신호 크기를 갖고, 상기 프리앰블 생성 파라미터에 의해 각각의 주기에서는 위상 변화량을 적용한 값을 갖는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 3,
Step (b-2)
The one periodic signal storage unit has a signal magnitude that must be multiplied for one period for generating a preamble signal while outputting the signal for one stored period, and a value obtained by applying a phase change amount in each period by the preamble generation parameter. Characterized by having,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 (c) 단계는
(c-1) 프리앰블 심볼 구간에서는 상기 프리앰블 신호의 샘플열이 출력되는 단계; 및
(c-2) 상기 프리앰블 심볼 구간 이후의 데이터 심볼 구간에서는 상기 기저대역 신호 생성부의 샘플열이 출력되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 1,
Step (c) is
(c-1) outputting a sample string of the preamble signal in a preamble symbol period; And
(c-2) outputting a sample string of the baseband signal generator in a data symbol period after the preamble symbol period;
Characterized in that it comprises a,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 프리앰블 신호 생성 방법은
상기 (d) 단계 이후에
수신부가 상기 송신부로부터 출력된 신호를 인가받아 심볼당 정해진 배수로 샘플링을 수행하여 출력하는 단계;
디믹싱부가 상기 샘플링된 신호를 인가받아 반송 주파수만큼 주파수를 낮추는 주파수 편이를 수행하는 단계;
저역 통과 필터가 상기 주파수 편이된 신호를 인가받아 상기 기저대역 신호에 해당하는 신호만 통과시키고 하모닉 성분에 해당하는 신호 성분은 제거하는 단계;
상관값 계산부가 상기 저역 통과 필터의 출력을 인가받아 이미 알고 있는 프리앰블 신호열의 공액 복소수와의 상관값을 계산하는 단계; 및
수신 신호 처리부가 상기 계산된 상관값을 인가받아 에너지를 계산하여 신호 프레임의 시작을 검출하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 1,
The preamble signal generation method
After step (d)
Receiving, by a receiver, the signal output from the transmitter, sampling and outputting the signal at a predetermined multiple per symbol;
Performing a frequency shift to reduce a frequency by a carrier frequency by receiving the sampled signal by a demixing unit;
A low pass filter receiving the frequency shifted signal and passing only a signal corresponding to the baseband signal and removing a signal component corresponding to a harmonic component;
A correlation value calculating unit receiving an output of the low pass filter to calculate a correlation value with a conjugate complex number of a preamble signal sequence already known; And
Receiving, by the received signal processor, the calculated correlation value to calculate energy to detect the start of a signal frame;
Characterized in that it further comprises,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 수신 신호 처리부는
상기 계산된 상관값을 인가받아 상기 저역 통과 필터의 출력을 이용하여 도플러 편이, 심볼 시간 편이, 주파수 편이, 위상 편이를 보상하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 8,
The received signal processing unit
Receiving the calculated correlation value to compensate for Doppler shift, symbol time shift, frequency shift, and phase shift using the output of the low pass filter,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 프리앰블 신호의 시간축 상 샘플열은
역푸리에 변환 없이
제1 수학식
에 의해 생성되되,
상기 M은 부반송파의 개수로 M=Q*의 관계가 있고, 상기 는 자도프추 심볼열의 크기이며, 상기 q는 상기 길이의 심볼열을 Q개만큼 균일하게 떨어진 부반송파에 할당할 때, DC에서의 오프셋 값이고, 상기 n은 샘플링 시간으로서 의 관계를 가지며, 상기 r은 0부터 (Q-1) 이하의 정수이고, 상기 s는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수인 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 1,
The sample string on the time axis of the preamble signal is
Without inverse Fourier transform
First equation
Generated by
M is the number of subcarriers, M = Q * There is a relationship between Is the size of the Zadoffchu symbol string, and q is the When assigning the length of the symbol string to subcarriers uniformly separated by Q, it is an offset value in DC, and n is a sampling time. R is an integer of 0 to (Q-1) or less, and s is 0 to ( -1) characterized in that the real number having the following values,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 제1 수학식에서 상기 항은
제2 수학식
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 10,
In the first equation Term
Second equation
Which is calculated by
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 제2 수학식에서 상기 항은
제3 수학식
에 의해 산출되되,
상기 는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수 s 범위에서 신호열의 길이이고, 상기 는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수 s 범위에서 범위의 값인 것을 특징으로 하는
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 11,
In the second equation Term
Third equation
Calculated by
remind From 0 ( -1) the length of the signal sequence in the real s range having a value less than or equal to From 0 ( -1) in real s range with a value less than or equal to Characterized in that the value of the range
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 제3 수학식에서 상기 항은
상기 가 짝수인 경우, = 이고,
상기 가 홀수인 경우, = 에 의해 산출되되,
상기 는
제4 수학식
이고,
상기 항은
제5 수학식
이며,
상기 항은
제6 수학식
이고,
상기 s는 0부터 (-1) 이하의 값을 갖는 실수이고, 상기 는 신호열의 길이이며, 상기 이고, 상기 R은 신호열 생성시 자도프 추 신호열에 대해 원형 시프트한 값으로서, 0부터 (-1)까지의 정수 중 하나로 사용자에 의해 설정할 수 있는 값인 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 12,
In the third equation Term
remind Is an even number, = ego,
remind Is an odd number, = Calculated by
remind Is
Fourth Equation
ego,
remind Term
5th equation
Is,
remind Term
6th equation
ego,
S from 0 ( -1) is a real number with a value less than or equal to Is the length of the signal string, R is a value shifted circularly with respect to the Zadoff weight signal sequence when generating the signal sequence. Characterized by the user as one of the integers up to -1),
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 R을 로 사용하여 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 생성하는 것을 특징으로 하는
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법
The method of claim 13
R above Using to generate a sample string of the preamble signal
Preamble Signal Generation Method for Underwater Ultra-Wideband Communication
상기 프리앰블 신호의 샘플열은
자도프 추(Zadoff-Chu) 복소수 심볼열인 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
The method of claim 12,
The sample string of the preamble signal is
Characterized in that Zadoff-Chu complex symbol string,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
(b) 프리앰블 신호 생성부가 상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 신호열을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하는 단계;
(c) 송신 신호 멀티플랙싱부가 신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호 의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 단계; 및
(d) 송신부가 상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 송신하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계는
(b-1) 한 주기 신호 저장부가 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수를 고려하여 상기 업-샘플링 배수 N을 설정하고, 상기 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호의 계산에 있어 생성 파라미터에 의해 정해지는 반복 횟수만큼 반복되는 신호의 첫번째 주기에 해당하는 신호를 계산한 결과를 저장하는 단계; 및
(b-2) 위상 천이 및 스케일링 저장부가 상기 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호 출력에 곱해질 값을 계산하여 저장하는 단계;
를 포함하며,
상기 (b-2) 단계는
상기 N-배 업-샘플링된 프리앰블 신호를 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호가 상기 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수에 따라 정해지는 반복 횟수동안 반복될 때 곱해질 값이 계산되어 저장되고,
상기 생성된 프리앰블 신호는 쳐프(Chirp) 신호의 특성을 가지도록 변조되는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 방법.
(a) a baseband signal generation unit receiving information data from an external source and mapping the data into an orthogonal frequency division multiple modulation symbol signal, and outputting an N-fold up-sampled baseband signal by inverse Fourier transforming the mapped symbols ;
(b) a preamble signal generator sets a subcarrier offset in the orthogonal frequency division multiplexing modulation, arranges a signal string having a predetermined length at equal intervals, and then inversely transforms the arranged signal sequence to an N-fold up-sampled preamble signal. Generating a corresponding symbol string;
(c) multiplexing and outputting a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure by a transmission signal multiplexing unit; And
(d) a transmitting unit receiving and transmitting the multiplexed sample string;
Step (b)
(b-1) A periodic signal storage unit sets the up-sampling multiple N in consideration of the preamble generation parameter and the number of subcarriers, and the repetition determined by the generation parameter in calculating the N-fold up-sampled preamble signal. Storing a result of calculating a signal corresponding to a first period of the signal repeated a number of times; And
(b-2) calculating and storing a value to be multiplied by a signal output stored in the one periodic signal storage unit to generate a symbol string corresponding to the N-fold up-sampled preamble signal by a phase shifting and scaling storage unit; ;
Including;
Step (b-2)
A value to be multiplied is calculated and stored when a signal stored in the one periodic signal storage unit is repeated for a repetition number determined according to the preamble generation parameter and the number of subcarriers to generate the N-fold up-sampled preamble signal,
The generated preamble signal is characterized in that the modulated to have a characteristic of the chirp (Chirp) signal,
Preamble signal generation method for underwater ultra-wideband communication.
상기 직교 주파수 분할 다중 변조에서 부반송파 오프셋을 설정하고 등간격으로 소정 길이의 신호열을 배치한 후, 상기 배치한 신호열을 역 푸리에 변환하여 N-배 업-샘플링한 프리앰블 신호에 해당하는 심볼열을 생성하는 프리앰블 신호 생성부;
신호 프레임 구조에 따라 상기 기저대역 신호의 샘플열 또는 상기 프리앰블 신호의 샘플열을 멀티플랙싱하여 출력하는 송신 신호 멀티플랙싱부; 및
상기 멀티플랙싱된 샘플열을 인가받아 반송 주파수 대역으로 변조하여 송신하는 송신부;
를 구비하고,
상기 프리앰블 신호 생성부는
프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수를 고려하여 상기 업-샘플링 배수 N을 설정하고, 상기 프리앰블 신호의 일부 항을 계산한 결과를 저장하는 한 주기 신호 저장부; 및
상기 프리앰블 신호의 나머지 항을 계산한 결과를 저장하는 위상 천이 및 스케일링 저장부;
를 구비하며,
상기 N-배 업-샘플링된 프리앰블 신호를 생성하기 위해 상기 한 주기 신호 저장부에 저장된 신호가 상기 프리앰블 생성 파라미터 및 부반송파 개수에 따라 정해지는 반복 횟수동안 반복될 때 곱해질 값이 계산되어 저장되는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치.
A baseband signal generation unit which receives information data from an external source and maps it to a symbol signal of orthogonal frequency division multiple modulation, and outputs an N-fold up-sampled baseband signal by inverse Fourier transforming the mapped symbols;
After setting the subcarrier offset in the orthogonal frequency division multiplexing modulation and arranging a signal string having a predetermined length at equal intervals, the arranged signal sequence is inverse Fourier transformed to generate a symbol sequence corresponding to an N-fold up-sampled preamble signal. A preamble signal generator;
A transmission signal multiplexing unit multiplexing a sample string of the baseband signal or a sample string of the preamble signal according to a signal frame structure; And
A transmitter which receives the multiplexed sample string and modulates the carrier frequency band and transmits the received frequency;
And
The preamble signal generator
A periodic signal storage unit configured to set the up-sampling multiple N in consideration of a preamble generation parameter and the number of subcarriers, and to store a result of calculating a part of the preamble signal; And
A phase shift and scaling storage unit for storing a result of calculating the remaining term of the preamble signal;
Equipped with,
The value to be multiplied is calculated and stored when a signal stored in the one periodic signal storage unit is repeated for a repetition number determined according to the preamble generation parameter and the number of subcarriers to generate the N-fold up-sampled preamble signal. Characterized by
Preamble signal generation device for underwater ultra-wideband communication.
상기 프리앰블 신호 생성부는
상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 주기와 동기하여 한 주기만큼 진행될 때 출력된 값을 저장하는 메모리 버퍼; 및
상기 한 주기 신호 저장부의 출력 신호 및 상기 메모리 버퍼에 저장된 값을 인가받아 복소 곱셈을 수행하여 상기 프리앰블 신호를 출력하는 복소 곱셈부;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치.
The method of claim 17,
The preamble signal generator
A memory buffer configured to store a value output when the cycle progresses by one period in synchronization with an output signal period of the one period signal storage unit; And
A complex multiplier configured to perform complex multiplication by receiving an output signal of the one periodic signal storage unit and a value stored in the memory buffer to output the preamble signal;
Characterized in that further comprising,
Preamble signal generation device for underwater ultra-wideband communication.
상기 송신부로부터 출력된 신호를 인가받아 심볼당 정해진 배수로 샘플링을 수행하여 출력하는 수신부;
상기 샘플링된 신호를 인가받아 반송 주파수만큼 주파수를 낮추는 주파수 편이를 수행하는 디믹싱부;
상기 주파수 편이된 신호를 인가받아 상기 기저대역 신호에 해당하는 신호만 통과시키고 하모닉 성분에 해당하는 신호 성분은 제거하는 저역 통과 필터;
상기 저역 통과 필터의 출력을 인가받아 이미 알고 있는 프리앰블 신호열의 공액 복소수와의 상관값을 계산하는 상관값 계산부; 및
상기 계산된 상관값을 인가받아 에너지를 계산하여 신호 프레임의 시작을 검출하는 수신 신호 처리부;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
수중 초광대역 통신의 프리앰블 신호 생성 장치.
The method of claim 17,
A receiver which receives the signal output from the transmitter and performs sampling at a predetermined multiple per symbol and outputs the sampling;
A demixing unit which receives the sampled signal and performs a frequency shift to lower the frequency by a carrier frequency;
A low pass filter receiving the frequency shifted signal and passing only a signal corresponding to the baseband signal and removing a signal component corresponding to a harmonic component;
A correlation value calculation unit receiving the output of the low pass filter and calculating a correlation value with a conjugate complex number of a preamble signal sequence already known; And
A received signal processor configured to receive the calculated correlation value and calculate energy to detect a start of a signal frame;
Characterized in that it further comprises,
Preamble signal generation device for underwater ultra-wideband communication.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020170136063A KR102039910B1 (en) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | A preamble signal generating method for underwater ultra-wideband communication and a device thereof |
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KR1020170136063A KR102039910B1 (en) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | A preamble signal generating method for underwater ultra-wideband communication and a device thereof |
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KR1020170136063A KR102039910B1 (en) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | A preamble signal generating method for underwater ultra-wideband communication and a device thereof |
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Citations (1)
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JP2003348048A (en) * | 2002-05-29 | 2003-12-05 | Sony Corp | Receiver and terminal |
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Non-Patent Citations (3)
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Yakun Sun et. al., ‘HE-STF Proposal’, IEEE 802.11-15/0381r1* |
안효원 외, ‘수중 통신을 위한 OFDM 기반 초소형 디지털 모뎀 연구’, 한국통신학회 2015년 하계종합학술발표회* |
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