KR102063863B1 - 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치 - Google Patents

주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

일부 실시예에 따르면, 주파수변이 디지털변조 신호를 수신하는 단계, 주파수변이 디지털변조 신호로부터 I/Q(In-phase/Quadrature) 데이터를 획득하는 단계, 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하는 단계; 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율(sampling rate)을 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링(oversampling)하는 단계 및 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법이 개시된다.

Description

주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치{A method and an apparatus for estimating symbol rate of frequency shift based modulation signals}
본 개시는 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
수신되는 신호에 대한 사전정보가 없는 블라인드(blind) 환경에서 수신된 신호를 탐지하고 해당 신호의 제원을 분석 및/또는 복원하는 블라인드 수신기는 전파 감시, 간섭 신호 식별 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 예를 들어, 블라인드 수신기는 미상의 통신신호에 포함되어 전송되는 정보를 생성하는 통신정보(Communication Intelligence) 분야, 신호 감시를 위한 수동형 모니터링(Passive Monitoring) 분야, 유연한 통신제원 변경을 통해 신호를 송수신함으로써 스펙트럼 효율을 향상시키는 소프트웨어 수신기(Software-Defined Radio) 분야 및 인지무선(Cognitive Radio) 분야에서 이용될 수 있다. 이와 같이 다양한 분야에서 이용되는 블라인드 수신기가 신호를 고품질로 복조하기 위해서는 정확한 심볼율(symbol rate)을 추정하는 기술이 요구될 수 있다.
다양한 실시예들은 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 측면에 따른 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율(symbol rate)을 추정하는 방법은, 상기 주파수변이 디지털변조 신호를 수신하는 단계; 상기 주파수변이 디지털변조 신호로부터 I/Q(In-phase/Quadrature) 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하는 단계; 상기 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율(sampling rate)을 상기 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링(oversampling)하는 단계; 및 상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 상기 주파수변이 디지털변조 신호는 FSK(Frequency-Shift Keying) 또는 MSK(Minimum-Shift Keying) 방식에 의해 변조된 신호일 수 있다.
상기 I/Q 데이터를 획득하는 단계는, 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 신호인 상기 주파수변이 디지털변조 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency; IF) 신호로 변환하는 단계; 상기 중간 주파수 신호에 대해 샘플링(Sampling) 및 양자화(Quantization)를 수행함으로써 ADC(Analog-Digital Converter) 데이터를 획득하는 단계; 및 DDC(Digital Down Converter) 기능을 이용하여 상기 획득된 ADC 데이터로부터 상기 I/Q 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대역폭을 추정하는 단계는, 상기 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하는 단계; 상기 I/Q 데이터 프레임들 각각에 대해 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform; FFT)를 수행함으로써 복수 개의 순시 전력스펙트럼들을 생성하는 단계; 상기 복수 개의 순시 전력스펙트럼들에 기초하여 평균 전력스펙트럼을 계산하는 단계; 상기 평균 전력스펙트럼과 기 설정된 비교값이 교차하는 지점들에 대응되는 주파수들로부터 최소주파수 및 최대주파수를 결정하는 단계; 및 상기 최대주파수와 상기 최소주파수 간의 차이를 상기 대역폭으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 방법은, 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 대역폭을 추정하기 위해 요구되는 시간 동안 상기 I/Q 데이터를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 심볼율을 추정하는 단계는, 상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 순시 심볼율을 추정하는 단계; 상기 순시 심볼율을 추정하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득하는 단계; 상기 복수 개의 순시 심볼율들로부터 최빈값을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 최빈값을 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 심볼율을 추정하는 단계는, 상기 추출된 최빈값이 복수 개인 경우 복수 개의 최빈값들 중 가장 큰 값을 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 순시 심볼율을 추정하는 단계는, 상기 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하는 단계; 상기 I/Q 데이터 프레임들을 정규화하는 단계; 상기 정규화된 I/Q 데이터 프레임들로부터 순시주파수를 산출하는 단계; 상기 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 상기 순시주파수의 크기 스펙트럼을 계산하는 단계; 상기 계산된 크기 스펙트럼의 양의 주파수 영역에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 지점을 탐색하는 단계; 및 상기 I/Q 데이터의 최종 샘플링율을
Figure 112018000358863-pat00001
, 상기 주파수 인덱스 지점을 m이라고 할 때, 다음과 같은 수학식
Figure 112018000358863-pat00002
에 따라 상기 순시 심볼율
Figure 112018000358863-pat00003
를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 순시주파수를 산출하는 단계는, 상기 정규화된 I/Q 데이터 프레임들에 사사분면 역탄젠트(Four-Quadrant Inverse Tangent) 연산을 수행함으로써 순시위상들을 계산하는 단계; 상기 계산된 순시위상들에 대해 이동평균 필터링을 수행하는 단계; 및 상기 이동평균 필터링이 수행된 순시위상들 중 연속되는 값들 간의 차이로부터 상기 순시주파수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 순시주파수의 크기 스펙트럼을 계산하는 단계는, 상기 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행하는 단계; 상기 고속푸리에변환된 결과에서 제로 주파수 성분이 중심에 위치하도록 주파수 인덱스 축을 이동시키는 단계; 및 상기 주파수 인덱스 축이 이동된 고속푸리에변환된 결과의 절대값을 상기 순시주파수의 상기 크기 스펙트럼으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 다른 측면에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상술한 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 기록매체를 포함할 수 있다.
또한, 또 다른 측면에 따른 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 장치는, 상기 주파수변이 디지털변조 신호를 수신하는 고주파 수신기; 상기 주파수변이 디지털변조 신호로부터 I/Q 데이터를 획득하는 기저대역 변환기; 상기 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하는 대역폭 추정기; 상기 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율을 상기 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링하는 리샘플러; 및 상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율을 추정하는 심볼율 추정기를 포함할 수 있다.
본 개시는 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 개시에 따른 방법 및 장치는 주파수변이 디지털변조 신호로부터 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하고, I/Q 데이터의 샘플링율을 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링함으로써 I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 되도록 할 수 있다. I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 됨에 따라 Cyclostationarity 특성이 획득될 수 있고, 이로 인해 I/Q 데이터의 크기 스펙트럼에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 탐색을 위한 특징이 충분히 확보될 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 방법 및 장치는 순시 심볼율을 추정하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득하고, 복수 개의 순시 심볼율들 중 최빈값을 주파수변이 디지털변조 신호의 최종 심볼율로 결정하는 통계적 방법을 이용함으로써 심볼율 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 심볼율 추정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 심볼율 추정기가 심볼율을 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 순시 주파수에 대한 크기 스펙트럼의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 심볼율 추정장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 실시예들은 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 심볼율 추정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
심볼율 추정장치(10)는 대역폭, 주파수 변이량, 톤 간격, 주파수의 신호 제원 등과 같은 사전정보가 없는 블라인드(blind) 환경에서 수신된 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 심볼율 추정장치(10)는 블라인드 수신기에 포함될 수 있다.
도 1을 참조하면, 심볼율 추정장치(10)는 고주파수신기(110), ADC(Analog-Digital Converter)(120), 기저대역 변환기(130), 대역폭 추정기(140), 지연버퍼(150), 리샘플러(160) 및 심볼율 추정기(170)를 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 심볼율 추정장치(10)에는 본 실시예와 관련된 구성들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 심볼율 추정장치(10)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
예를 들어, 심볼율 추정장치(10)는 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 메모리는 심볼율 추정장치(10) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 예를 들어, 메모리는 심볼율 추정장치(10)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 또한, 메모리는 심볼율 추정장치(10)에 의해 구동될 애플리케이션들, 드라이버들 등을 저장할 수 있다.
메모리는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), CD-ROM, 블루레이 또는 다른 광학 디스크 스토리지, HDD(hard disk drive), SSD(solid state drive), 또는 플래시 메모리를 포함하며, 나아가서, 심볼율 추정장치(10)에 액세스될 수 있는 외부의 다른 스토리지 디바이스를 포함할 수 있다.
고주파 수신기(110)는 주파수변이 디지털변조 신호를 수신할 수 있다. 주파수변이 디지털변조 신호는 FSK(Frequency-Shift Keying) 또는 MSK(Minimum-Shift Keying) 방식에 의해 변조된 신호일 수 있다. 화상이나 음성 등의 전달하고자 하는 신호를 반송파(carrier wave)에 담아 송신할 때, 반송파에 디지털 신호를 담는 방법에는 FSK 또는 MSK 방식 등이 있을 수 있다.
고주파 수신기(110)는 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 신호인 주파수변이 디지털변조 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency; IF) 신호로 변환할 수 있다.
ADC(120)는 중간 주파수 신호에 대해 샘플링(Sampling) 및 양자화(Quantization)를 수행함으로써 ADC(Analog-Digital Converter) 데이터를 획득할 수 있다.
기저대역 변환기(130)는 DDC(Digital Down Converter) 기능을 이용하여 획득된 ADC 데이터로부터 I/Q(In-phase/Quadrature) 데이터를 획득할 수 있다. I/Q 데이터는 I 채널에 대응되는 데이터 및 Q 채널에 대응되는 데이터를 포함할 수 있다.
한편, 대역폭 추정기(140)는 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정할 수 있다. 대역폭 추정기(140)는 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하고, I/Q 데이터 프레임들 각각에 대해 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행함으로써 복수 개의 순시 전력스펙트럼들을 생성할 수 있다.
대역폭 추정기(140)는 복수 개의 순시 전력스펙트럼들에 기초하여 평균 전력스펙트럼을 계산하고, 평균 전력스펙트럼과 기 설정된 비교값이 교차하는 지점들에 대응되는 주파수들로부터 최소주파수 및 최대주파수를 결정할 수 있다. 또한, 대역폭 추정기(140)는 최대주파수와 최소주파수 간의 차이를 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭으로 추정할 수 있다. 대역폭 추정기(140)는 추정된 대역폭을 리샘플러(160)로 전달할 수 있다.
한편, 지연버퍼(150)는 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하기 위해 요구되는 시간 동안 I/Q 데이터를 저장하여 지연시킬 수 있다. 이에 따라, I/Q 데이터 및 추정된 대역폭은 동시에 리샘플러(160)로 전달될 수 있다.
리샘플러(160)는 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율(sampling rate)을 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링(oversampling)할 수 있다. 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭이 심볼율 이상의 크기를 가지므로, I/Q 데이터의 샘플링율이 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링됨에 따라 I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 될 수 있다. I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 됨에 따라 Cyclostationarity 특성이 획득될 수 있고, 이로 인해 I/Q 데이터의 크기 스펙트럼에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 탐색을 위한 특징이 충분히 확보될 수 있다.
한편, 8이라는 숫자는 예시에 불과할 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 리샘플러(160)는 I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 되도록 하는 임의의 적절한 배수만큼 I/Q 데이터의 샘플링율을 오버샘플링할 수 있다.
심볼율 추정기(170)는 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정할 수 있다. 이하 도 2를 참조하여 심볼율 추정기(170)가 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 심볼율 추정기가 심볼율을 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
단계 210에서, 심볼율 추정기(170)는 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하고, 구성된 I/Q 데이터 프레임들을 정규화할 수 있다. 예를 들어, 심볼율 추정기(170)는 I/Q 데이터를 수집하고, 수집된 I/Q 데이터에 기초하여 길이 N의 I/Q 데이터 프레임들을 구성할 수 있다.
심볼율 추정기(170)는 구성된 I/Q 데이터 프레임 중에서 최대값을 산출하고, 산출된 최대값으로 I/Q 데이터 프레임에 포함되는 값들을 나눔으로써 I/Q 데이터 프레임들을 정규화할 수 있다.
단계 220에서, 심볼율 추정기(170)는 정규화된 I/Q 데이터 프레임들을 이용하여 순시위상을 계산할 수 있다. 심볼율 추정기(170)는 정규화된 I/Q 데이터 프레임들에 다음과 같은 수학식 1을 따르는 사사분면 역탄젠트(Four-Quadrant Inverse Tangent) 연산을 수행함으로써 순시위상들인
Figure 112018000358863-pat00004
을 계산할 수 있다.
Figure 112018000358863-pat00005
수학식 1에서
Figure 112018000358863-pat00006
의 결과값은
Figure 112018000358863-pat00007
범위이고,
Figure 112018000358863-pat00008
및
Figure 112018000358863-pat00009
은 각각 I 데이터 및 Q 데이터를 의미하고, n은 시간 인덱스일 수 있다.
심볼율 추정기(170)는 앞서 설명한 수학식 1에 의해 계산된 순시위상들인
Figure 112018000358863-pat00010
에 대해
Figure 112018000358863-pat00011
를 기준으로 언랩(Unwrap) 연산을 수행함으로써 연속된 순시위상들인
Figure 112018000358863-pat00012
의 천이를 최소화시킬 수 있다.
단계 230에서, 심볼율 추정기(170)는 계산된 순시위상들에 대해 이동평균 필터링을 수행할 수 있다. 예를 들어, 심볼율 추정기(170)는 계산된 순시위상들에 대해 윈도우(Window) 크기가 W인 이동평균 필터링을 수행함으로써, 스무딩(Smoothing) 효과를 얻을 수 있다. 이동평균 필터링은 다음과 같은 수학식 2에 의해 수행될 수 있다.
Figure 112018000358863-pat00013
단계 240에서, 심볼율 추정기(170)는 이동평균 필터링이 수행된 순시위상들 중 연속되는 값들 간의 차이로부터 순시주파수를 산출할 수 있다. 순시주파수가 산출되는 과정에서 순시위상들의 초기값은 0으로 설정될 수 있다.
단계 250에서, 심볼율 추정기(170)는 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 순시주파수의 크기 스펙트럼을 계산할 수 있다.
구체적으로, 심볼율 추정기(170)는 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행하고, 고속푸리에변환된 결과에서 제로 주파수 성분이 중심에 위치하도록 주파수 인덱스 축을 이동시킬 수 있다. 또한, 심볼율 추정기(170)는 주파수 인덱스 축이 이동된 고속푸리에변환된 결과의 절대값을 순시주파수의 크기 스펙트럼으로 결정할 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 순시 주파수에 대한 크기 스펙트럼의 예시를 살펴본다.
도 3은 일부 실시예에 따른 순시 주파수에 대한 크기 스펙트럼의 예시를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 심볼율 추정기(170)가 심볼율이 10 kHz인 4-FSK 주파수변이 디지털변조 신호에 대해 크기 스펙트럼을 산출한 결과의 예시가 도시되어 있다. 본 예시에서 FFT의 길이 N은 4096이며, 사용된 I/Q 데이터의 최종 샘플링율은 80ksps이다.
다시 도 2로 돌아와서, 단계 260에서, 심볼율 추정기(170)는 주파수변이 디지털변조 신호의 순시 심볼율을 추정할 수 있다. 구체적으로, 심볼율 추정기(170)는 계산된 크기 스펙트럼의 양의 주파수 영역에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 지점을 탐색할 수 있다. 한편, 양의 주파수 영역에는 제로 주파수 성분이 제외될 수 있다.
심볼율 추정기(170)는 다음과 같은 수학식 3에 따라 순시 심볼율
Figure 112018000358863-pat00014
를 결정할 수 있다.
Figure 112018000358863-pat00015
수학식 3에서
Figure 112018000358863-pat00016
는 I/Q 데이터의 최종 샘플링율을 의미하고, m은 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 지점을 의미하며, N은 순시주파수에 대해 수행된 고속푸리에변환의 길이를 의미할 수 있다.
한편, 단계 270에서, 심볼율 추정기(170)는 전술한 순시 심볼율 추정 동작의 반복 여부를 판단할 수 있다. 심볼율 추정기(170)는 전술한 순시 심볼율 추정 동작을 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 심볼율 추정기(170)는 순시 심볼율 추정 동작을 L회 반복하여 L개의 순시 심볼율들을 획득할 수 있다. 심볼율 추정기(170)는 순시 심볼율 추정 동작이 L회 반복되지 않은 경우 새로운 순시 심볼율을 획득하기 위해 단계 210을 다시 수행할 수 있다. 심볼율 추정기(170)는 순시 심볼율 추정 동작이 L회 반복된 경우 단계 280을 수행할 수 있다.
단계 280에서, 심볼율 추정기(170)는 복수 개의 순시 심볼율들에 기초하여 최종 심볼율을 추정할 수 있다. 구체적으로, 심볼율 추정기(170)는 복수 개의 순시 심볼율들로부터 최빈값을 추출할 수 있다. 최빈값 추출은 모드(mode) 연산에 의해 수행될 수 있다. 심볼율 추정기(170)는 추출된 최빈값을 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율로 결정할 수 있다. 한편, 추출된 최빈값이 복수 개인 경우 심볼율 추정기(170)는 복수 개의 최빈값들 중 가장 큰 값을 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율로 결정할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 심볼율 추정기(170)는 순시 심볼율을 추정하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득하고, 복수 개의 순시 심볼율들 중 최빈값을 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율로 결정하는 통계적 방법을 이용함으로써 심볼율 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이하 도 4를 참조하여 본 개시의 일부 실시예에 따른 심볼율 추정장치(10)의 정확도 향상 효과에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 심볼율 추정장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 주파수변이 디지털변조 방식이 2/4/8-FSK 및 MSK이고, 실제 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율이 10kHz이며, I/Q 데이터의 최종 샘플링율이 80kps이고, I/Q 데이터의 프레임 길이 N, 윈도우 크기 W 및 순시 심볼율 추정횟수 L이 각각 4096, 5, 10일 때, 심볼율 추정장치(10)의 심볼율 추정 평균 오차율이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, SNR(Signal-to-Noise Ratio) 6dB 이상의 조건에서 심볼율 추정 평균 오차율이 상당히 낮음을 알 수 있는바, 본 개시의 일부 실시예에 따른 심볼율 추정장치(10)의 심볼율 추정 방식의 정확도가 상당히 높음을 확인할 수 있다.
다시 도 1로 돌아와서, 심볼율 추정장치(10)에 포함되는 기저대역 변환기(130), 대역폭 추정기(140), 지연버퍼(150), 리샘플러(160) 및 심볼율 추정기(170)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 의하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 기저대역 변환기(130), 대역폭 추정기(140), 지연버퍼(150), 리샘플러(160) 및 심볼율 추정기(170)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법은 도 1에 도시된 심볼율 추정장치(10)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라고 하더라도 도 1의 심볼율 추정장치(10)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
단계 510에서, 심볼율 추정장치는 주파수변이 디지털변조 신호를 수신할 수 있다. 주파수변이 디지털변조 신호는 FSK 또는 MSK 방식에 의해 변조된 신호일 수 있다.
단계 520에서, 심볼율 추정장치는 주파수변이 디지털변조 신호로부터 I/Q 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 심볼율 추정장치는 무선 주파수 신호인 주파수변이 디지털변조 신호를 중간 주파수 신호로 변환하고, 중간 주파수 신호에 대해 샘플링 및 양자화를 수행함으로써 ADC 데이터를 획득할 수 있다. 심볼율 추정장치는 DDC 기능을 이용하여 획득된 ADC 데이터로부터 I/Q 데이터를 획득할 수 있다.
단계 530에서, 심볼율 추정장치는 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정할 수 있다. 구체적으로, 심볼율 추정장치는 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하고, I/Q 데이터 프레임들 각각에 대해 고속푸리에변환을 수행함으로써 복수 개의 순시 전력스펙트럼들을 생성할 수 있다.
또한, 심볼율 추정장치는 복수 개의 순시 전력스펙트럼들에 기초하여 평균 전력스펙트럼을 계산하고, 평균 전력스펙트럼과 기 설정된 비교값이 교차하는 지점들에 대응되는 주파수들로부터 최소주파수 및 최대주파수를 결정하며, 최대주파수와 최소주파수 간의 차이를 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭으로 추정할 수 있다.
한편, 심볼율 추정장치는 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하기 위해 요구되는 시간 동안 I/Q 데이터를 저장하여 지연시킬 수 있다.
단계 540에서, 심볼율 추정장치는 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율을 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링할 수 있다. 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭이 심볼율 이상의 크기를 가지므로, I/Q 데이터의 샘플링율이 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링됨에 따라 I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 될 수 있다. I/Q 데이터의 샘플링율이 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율의 4배 이상이 됨에 따라 Cyclostationarity 특성이 획득될 수 있고, 이로 인해 I/Q 데이터의 크기 스펙트럼에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 탐색을 위한 특징이 충분히 확보될 수 있다.
단계 550에서, 심볼율 추정장치는 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정할 수 있다.
구체적으로, 심볼율 추정장치는 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 주파수변이 디지털변조 신호의 순시 심볼율을 추정할 수 있다. 심볼율 추정장치는 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하고, I/Q 데이터 프레임들을 정규화하며, 정규화된 I/Q 데이터 프레임들로부터 순시주파수를 산출할 수 있다.
또한, 심볼율 추정장치는 정규화된 I/Q 데이터 프레임들에 앞서 설명한 수학식 1에 따른 사사분면 역탄젠트 연산을 수행함으로써 순시위상들을 계산하고, 계산된 순시위상들에 대해 앞서 설명한 수학식 2에 따른 이동평균 필터링을 수행할 수 있다. 심볼율 추정장치는 이동평균 필터링이 수행된 순시위상들 중 연속되는 값들 간의 차이로부터 순시주파수를 산출할 수 있다.
심볼율 추정장치는 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 순시주파수의 크기 스펙트럼을 계산할 수 있다. 구체적으로, 심볼율 추정장치는 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행하고, 고속푸리에변환된 결과에서 제로 주파수 성분이 중심에 위치하도록 주파수 인덱스 축을 이동시킬 수 있다. 심볼율 추정장치는 주파수 인덱스 축이 이동된 고속푸리에변환된 결과의 절대값을 순시주파수의 크기 스펙트럼으로 결정할 수 있다.
또한, 심볼율 추정장치는 계산된 크기 스펙트럼의 양의 주파수 영역에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 지점을 탐색하고, I/Q 데이터의 최종 샘플링율을
Figure 112018000358863-pat00017
, 주파수 인덱스 지점을 m이라고 할 때, 앞서 설명한 수학식 3에 따라 순시 심볼율
Figure 112018000358863-pat00018
를 결정할 수 있다.
심볼율 추정장치는 순시 심볼율을 추정하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득하고, 복수 개의 순시 심볼율들로부터 최빈값을 추출하며, 추출된 최빈값을 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율로 결정할 수 있다. 심볼율 추정장치는 추출된 최빈값이 복수 개인 경우 복수 개의 최빈값들 중 가장 큰 값을 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율로 결정할 수 있다. 이와 같이, 심볼율 추정장치는 통계적 방법을 이용하여 심볼율 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 방법은 그 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율(symbol rate)을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 주파수변이 디지털변조 신호를 수신하는 단계;
    상기 주파수변이 디지털변조 신호로부터 I/Q(In-phase/Quadrature) 데이터를 획득하는 단계;
    상기 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하는 단계;
    상기 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율(sampling rate)을 상기 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링(oversampling)하는 단계; 및
    상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 심볼율을 추정하는 단계는,
    상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 순시 심볼율을 추정하는 단계;
    상기 순시 심볼율을 추정하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득하는 단계;
    상기 복수 개의 순시 심볼율들로부터 최빈값을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 최빈값을 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율로 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수변이 디지털변조 신호는 FSK(Frequency-Shift Keying) 또는 MSK(Minimum-Shift Keying) 방식에 의해 변조된 신호인, 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 I/Q 데이터를 획득하는 단계는,
    무선 주파수(Radio Frequency; RF) 신호인 상기 주파수변이 디지털변조 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency; IF) 신호로 변환하는 단계;
    상기 중간 주파수 신호에 대해 샘플링(Sampling) 및 양자화(Quantization)를 수행함으로써 ADC(Analog-Digital Converter) 데이터를 획득하는 단계; 및
    DDC(Digital Down Converter) 기능을 이용하여 상기 획득된 ADC 데이터로부터 상기 I/Q 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 대역폭을 추정하는 단계는,
    상기 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하는 단계;
    상기 I/Q 데이터 프레임들 각각에 대해 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행함으로써 복수 개의 순시 전력스펙트럼들을 생성하는 단계;
    상기 복수 개의 순시 전력스펙트럼들에 기초하여 평균 전력스펙트럼을 계산하는 단계;
    상기 평균 전력스펙트럼과 기 설정된 비교값이 교차하는 지점들에 대응되는 주파수들로부터 최소주파수 및 최대주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 최대주파수와 상기 최소주파수 간의 차이를 상기 대역폭으로 추정하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 대역폭을 추정하기 위해 요구되는 시간 동안 상기 I/Q 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 심볼율을 추정하는 단계는,
    상기 추출된 최빈값이 복수 개인 경우 복수 개의 최빈값들 중 가장 큰 값을 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 순시 심볼율을 추정하는 단계는,
    상기 I/Q 데이터에 기초하여 일정한 길이를 갖는 I/Q 데이터 프레임들을 구성하는 단계;
    상기 I/Q 데이터 프레임들을 정규화하는 단계;
    상기 정규화된 I/Q 데이터 프레임들로부터 순시주파수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 상기 순시주파수의 크기 스펙트럼을 계산하는 단계;
    상기 계산된 크기 스펙트럼의 양의 주파수 영역에서 최대 크기 값을 갖는 주파수 인덱스 지점을 탐색하는 단계; 및
    상기 I/Q 데이터의 최종 샘플링율을
    Figure 112019069727892-pat00019
    , 상기 주파수 인덱스 지점을 m이라고 할 때, 다음과 같은 수학식
    Figure 112019069727892-pat00020
    에 따라 상기 순시 심볼율
    Figure 112019069727892-pat00021
    를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 순시주파수를 산출하는 단계는,
    상기 정규화된 I/Q 데이터 프레임들에 사사분면 역탄젠트(Four-Quadrant Inverse Tangent) 연산을 수행함으로써 순시위상들을 계산하는 단계;
    상기 계산된 순시위상들에 대해 이동평균 필터링을 수행하는 단계; 및
    상기 이동평균 필터링이 수행된 순시위상들 중 연속되는 값들 간의 차이로부터 상기 순시주파수를 산출하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 순시주파수의 크기 스펙트럼을 계산하는 단계는,
    상기 산출된 순시주파수에 대해 길이가 N인 고속푸리에변환을 수행하는 단계;
    상기 고속푸리에변환된 결과에서 제로 주파수 성분이 중심에 위치하도록 주파수 인덱스 축을 이동시키는 단계; 및
    상기 주파수 인덱스 축이 이동된 고속푸리에변환된 결과의 절대값을 상기 순시주파수의 상기 크기 스펙트럼으로 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 1항의 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  12. 주파수변이 디지털변조 신호의 심볼율을 추정하는 장치에 있어서,
    상기 주파수변이 디지털변조 신호를 수신하는 고주파 수신기;
    상기 주파수변이 디지털변조 신호로부터 I/Q 데이터를 획득하는 기저대역 변환기;
    상기 획득된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 대역폭을 추정하는 대역폭 추정기;
    상기 획득된 I/Q 데이터의 샘플링율을 상기 추정된 대역폭의 8배 이상의 값으로 오버샘플링하는 리샘플러; 및
    상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율을 추정하는 심볼율 추정기를 포함하고,
    상기 심볼율 추정기는,
    상기 오버샘플링된 I/Q 데이터를 이용하여 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 순시 심볼율을 추정하고, 상기 순시 심볼율 추정을 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수 개의 순시 심볼율들을 획득하며, 상기 복수 개의 순시 심볼율들로부터 최빈값을 추출하고, 상기 추출된 최빈값을 상기 주파수변이 디지털변조 신호의 상기 심볼율로 결정하는, 장치.
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