KR102253029B1 - 수신기 및 그 수신기의 제어 방법 - Google Patents

수신기 및 그 수신기의 제어 방법 Download PDF

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KR102253029B1
KR102253029B1 KR1020200012783A KR20200012783A KR102253029B1 KR 102253029 B1 KR102253029 B1 KR 102253029B1 KR 1020200012783 A KR1020200012783 A KR 1020200012783A KR 20200012783 A KR20200012783 A KR 20200012783A KR 102253029 B1 KR102253029 B1 KR 102253029B1
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noise
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jamming
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KR1020200012783A
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장연수
박진태
박범준
김인선
김기백
정운섭
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국방과학연구소
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H04B1/1027—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference assessing signal quality or detecting noise/interference for the received signal

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Abstract

본 발명은 수신기에 대한 것으로, 적어도 하나의 안테나를 포함하여 신호를 수신하는 수신부와, 입력되는 신호를 비트 스트림으로 복조하는 복조부와, 상기 복조된 비트 스트림으로부터 비트 에러율(BER : Bit Error Rate)을 측정하는 BER 측정부와, 지정된 잡음 전력에 따른 잡음 신호를 생성하여, 상기 수신부에서 수신되는 신호와 함께 상기 잡음 신호를 상기 복조부에 입력하는 잡음 생성부와, 신호대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 변화에 따라, 서로 다른 재밍 대 신호비(JSR : Jamming-to-Signal Ratio)를 가지는 신호들에 대한 BER의 변화를 나타내는 BER 커브들의 정보를 포함하는 메모리 및, 수신 신호로부터 제1 BER을 검출하고, 제1 BER이 검출되면 기 설정된 잡음 전력을 가지는 잡음 신호를 생성 및, 상기 잡음 신호와 상기 수신 신호가 합성된 합 신호를 복조하도록 상기 잡음 생성부와 복조부를 제어하고, 복조된 상기 합 신호에 대한 제2 BER이 검출되면, 상기 제1 및 제2 BER에 따른 BER 변화량과 상기 잡음 전력에 따른 SNR 변화량에 근거하여 상기 BER 커브들 중 기준 BER 커브를 검출하며, 검출된 기준 BER 커브의 JSR과 SNR에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 추정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수신기 및 그 수신기의 제어 방법{RECEIVER AND METHOD FOR CONTROLLING THE RECEIVER}
본 발명은 재밍 신호가 인가되는 환경에서 송신기로부터 송신된 데이터를 수신하는 수신기에 대한 것이다.
디지털 통신 시스템에서 신뢰도 높은 통신을 수행하기 위해서는 수신 신호의 품질이 중요하다. 잡음이 존재하는 잡음 환경에서 수신 신호의 품질은 일반적으로 신호 대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)로 표현되며, SNR에 따라 수신 비트 오류율(BER : Bit Error Rate)이 결정된다.
한편 현재의 디지털 통신, 특히 군용 통신의 경우, 잡음 뿐만 아니라 통신을 방해할 목적으로 송신되는 인위적인 신호인 재밍 신호를 고려하여야 하며, 실제 수신기에 수신되는 신호는 송신기에서 송신되는 신호에, 잡음 신호, 그리고 상기 재밍 신호가 합성된 신호가 수신된다. 따라서 잡음 신호와 상기 재밍 신호에 의하여 통신 시스템의 수신 신호 품질이 영향을 받을 수 있으며, 이에 따라 송신기와 수신기 간에 통신 연결이 어려울 수 있다.
이처럼 수신기에 수신되는 신호는, 잡음 신호와 재밍 신호가 합성된 신호가 수신되므로, 재밍 전력과 잡음 전력의 구분이 어렵다는 문제가 있다. 또한 상기 재밍 전력과 잡음 전력의 구분이 어려움에 따라, 재밍 전력과 잡음 전력을 검출하는데 소요되는 시간이 길어진다는 문제가 있을 뿐만 아니라 재밍 전력과 잡음 전력을 함께 추정하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 재밍 전력과 잡음 전력의 추정에 소요되는 시간을 보다 단축시킬 수 있는 수신기 및 그 수신기의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 재밍 전력과 잡음 전력의 추정 사이에 소요되는 시간을 단축시킴으로써, 재밍을 회피하기 위한 항재밍 방식과, 잡음에 따른 통신 방식의 변경을 서로 유기적으로 연계하여 최적화시킬 수 있도록 하는 수신기 및 그 수신기의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수신기는, 적어도 하나의 안테나를 포함하여 신호를 수신하는 수신부와, 입력되는 신호를 비트 스트림으로 복조하는 복조부와, 상기 복조된 비트 스트림으로부터 비트 에러율(BER : Bit Error Rate)을 측정하는 BER 측정부와, 지정된 잡음 전력에 따른 잡음 신호를 생성하여, 상기 수신부에서 수신되는 신호와 함께 상기 잡음 신호를 상기 복조부에 입력하는 잡음 생성부와, 신호대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 변화에 따라, 서로 다른 재밍 대 신호비(JSR : Jamming-to-Signal Ratio)를 가지는 신호들에 대한 BER의 변화를 나타내는 BER 커브들의 정보를 포함하는 메모리 및, 수신 신호로부터 제1 BER을 검출하고, 제1 BER이 검출되면 기 설정된 잡음 전력을 가지는 잡음 신호를 생성 및, 상기 잡음 신호와 상기 수신 신호가 합성된 합 신호를 복조하도록 상기 잡음 생성부와 복조부를 제어하고, 복조된 상기 합 신호에 대한 제2 BER이 검출되면, 상기 제1 및 제2 BER에 따른 BER 변화량과 상기 잡음 전력에 따른 SNR 변화량에 근거하여 상기 BER 커브들 중 기준 BER 커브를 검출하며, 검출된 기준 BER 커브의 JSR과 SNR에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 추정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 특정 통신 신호 크기에 대해 기준 BER을 만족하는 서로 다른 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들을 결정 및, 결정된 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들 각각에 대하여 하기 수학식 1에 따라 SNR의 변화에 따른 BER의 변화를 산출하고, 산출된 BER 변화를 각 재밍 전력과 잡음 전력의 조합에 따른 BER 커브들로 생성하는 커브 생성부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 BER이 산출되면, 상기 제1 BER을 상기 기준 BER로 설정하고, 상기 커브 생성부를 통해 상기 BER 커브들을 생성하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112020011275192-pat00001
여기서 BER은 비트 에러율(Bit Error Rate), S는 사전에 약정된 통신 신호 크기, J는 기준 BER에 따라 결정된 재밍 전력, N은 기준 BER에 따라 결정된 잡음 전력, Q()는 Q 함수를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 수학식 1은 이진위상천이변조를 사용하는 통신 시스템에서 톤 잡음이 인가되었을 때 BER 커브를 계산하는 수식임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 잡음 생성부는, 상기 수신 신호가 상기 수신부로부터 상기 복조부에 입력되는 전로와 연결되며, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 잡음 신호를 상기 전로에 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 BER 측정부는, 복조된 비트 스트림으로부터, 기 설정된 개수 마다 적어도 하나의 비트를 추출하거나, 특정 위치에서 기 설정된 개수의 비트열을 추출된 비트열 또는 비트들의 패턴을, 기 설정된 비트열 또는 비트 패턴과 비교하여 상기 BER을 측정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 하기 수학식 2에 근거하여, 상기 기준 BER 커브의 JSR로부터 재밍 전력을 추정하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112020011275192-pat00002
여기서 J는 재밍 전력(dBm), JSR은 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비, S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기임.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 하기 수학식 3에 근거하여, 상기 기준 BER 커브의 SNR로부터 잡음 전력을 추정하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112020011275192-pat00003
여기서 N은 잡음 전력(dBm), S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기, SNR은 기준 BER 커브의 신호 대 잡음비임.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 제어 방법은, 송신기로부터 수신된 수신 신호를 수신 및 비트 스트림으로 복조하는 제1 단계와, 비트 스트림으로 복조된 수신 신호에 대한 제1 BER(Bit Error Rate)을 측정하는 제2 단계와, 기 설정된 잡음 전력에 따른 잡음 신호를 생성 및 생성된 잡음 신호와 상기 수신 신호를 합성한 합 신호를 생성하고, 상기 합 신호를 비트 스트림으로 복조하는 제3 단계와, 상기 비트 스트림으로 복조된 합 신호에 대한 제2 BER을 측정하는 제4 단계와, 상기 제1 및 제2 BER에 따른 BER 변화량과 상기 잡음 전력에 따른 수신 신호의 SNR 변화량에 근거하여, 신호대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 변화에 따라 서로 다른 재밍 대 신호비(JSR : Jamming-to-Signal Ratio)를 가지는 신호들에 대한 BER의 변화를 나타내는 BER 커브들로부터 기준 BER 커브를 검출하는 제5 단계 및, 검출된 기준 BER 커브의 JSR과 SNR에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 추정하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 제1 BER을 기준 BER로 설정하는 제2-1 단계와, 특정 통신 신호 크기에 대해 상기 기준 BER을 만족하는 서로 다른 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들을 결정하는 제2-2 단계와, 결정된 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들 각각에 대하여 하기 수학식 1에 따라 SNR의 변화에 따른 BER의 변화를 산출하고, 산출된 BER 변화를 각 재밍 전력과 잡음 전력의 조합에 따른 BER 커브들로 생성하는 제2-3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112020011275192-pat00004
여기서 BER은 비트 에러율(Bit Error Rate), S는 사전에 약정된 통신 신호 크기, J는 기준 BER에 따라 결정된 재밍 전력, N은 기준 BER에 따라 결정된 잡음 전력, Q()는 Q 함수를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 수학식 1은 이진위상천이변조를 사용하는 통신 시스템에서 톤 잡음이 인가되었을 때 BER 커브를 계산하는 수식임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계 및 제4 단계는, 복조된 비트 스트림으로부터, 기 설정된 개수 마다 적어도 하나의 비트를 추출하거나, 특정 위치에서 기 설정된 개수의 비트열을 추출된 비트열 또는 비트들의 패턴을, 기 설정된 비트열 또는 비트 패턴과 비교하여 상기 BER을 측정하는 단계임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제6 단계는, 하기 수학식 2 및 수학식 3에 근거하여, 상기 기준 BER 커브의 JSR과 SNR로부터 재밍 전력과 잡음 전력을 동시에 추정하는 단계임을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112020011275192-pat00005
여기서 J는 재밍 전력(dBm), JSR은 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비, S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기임.
[수학식 3]
Figure 112020011275192-pat00006
여기서 N은 잡음 전력(dBm), S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기, SNR은 기준 BER 커브의 신호 대 잡음비임.
본 발명에 따른 수신기 및 수신기 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 재밍 전력을 검출함과 동시에 잡음 전력을 검출하거나, 또는 잡음 전력을 검출함과 동시에 재밍 전력이 검출될 수 있도록 함으로써, 재밍 전력과 잡음 전력의 추정에 소요되는 시간을 보다 단축시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 통신 환경의 잡음 정도와 재밍 신호 여부 및 그 정도를 동시에 파악할 수 있도록 함으로써, 재밍을 회피하기 위한 항재밍 방식과, 잡음에 따른 통신 방식의 변경을 서로 유기적으로 연계하여 최적화시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 재밍 신호가 인가되는 환경에서 송신기로부터 송신된 데이터가 수신되는 예를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 서로 다른 JSR과 SNR에 의해 결정되는 BER 커브들의 예들을 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기가, 재밍 전력과 잡음 전력을 동시에 추정하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는, 도 4에서 도시한 동작 과정의 흐름을 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
우선 도 1은 재밍 신호가 인가되는 환경에서 송신기로부터 송신된 데이터가 수신되는 예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 도 1은 재밍 신호가 존재하는 환경에서 송신기로부터 송신된 데이터가 수신기로 수신되는 예를 도시한 것이다.
도 1에서 보이고 있는 바와 같이 재머(30)에 의해 재밍 신호가 인가되는 환경의 경우, 송신기(20)에서 송신된 신호는 재머(30)에서 송출된 재밍 신호와 송신기(20) 및 수신기(10) 사이의 전파 환경에 따른 외부 잡음, 그리고 송신기(20)와 수신기(10)의 하드웨어 특성에 따른 내부 잡음을 모두 포함할 수 있다. 즉, 수신기(10)에 수신된 수신 신호는 송신기(20)에서 전송된 데이터에 따른 신호, 재밍 신호, 그리고 외부 잡음 및 내부 잡음 신호(이하 잡음 신호)가 합성된 신호일 수 있다.
이처럼 송신 신호에, 잡음 신호와 재밍 신호가 합성된 신호(수신 신호)가 수신되면, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)는 수신 신호로부터 초기 BER(Bit Error Rate)을 검출할 수 있다. 상기 BER의 검출을 위해 송신기(20)는 미리 지정된 적어도 하나의 위치에 기 설정된 개수의 비트로 이루어진 비트열 또는 비트 패턴을 추가하여, 송신된 신호의 BER을 수신기(10)가 검출하도록 할 수 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)는 수신 신호로부터 BER이 검출되면, 기 설정된 크기의 세기(잡음 전력)를 가지는 잡음 신호를 생성하고 생성된 잡음 신호를 상기 수신 신호에 합성할 수 있다. 그리고 합성된 신호를 복조하여 BER을 다시 검출함으로써 증가된 잡음 신호에 대한 BER의 변화를 검출할 수 있다. 그리고 검출된 BER의 변화에 따라, 재밍 대 신호비(JSR : Jamming to Signal Ratio)와 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)에 따른 기 설정된 BER 커브들 중 어느 하나를 검출하고, 검출된 BER 커브에 근거하여 결정되는 재밍 대 신호비, 신호대 잡음비에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 동시에 추정할 수 있다.
도 2는, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)는 제어부(100)와 상기 제어부(100)에 연결되는 수신부(110), 복조부(120), BER 측정부(130), 잡음 생성부(140), 그리고 메모리(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편 도 1에 도시된 구성요소들은 수신기(10)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 수신기(10)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
먼저 수신부(110)는 송신기(20)로부터 송신된 신호를 수신할 수 있다. 이를 위해 상기 수신부(110)는 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다.
그리고 복조부(120)는 상기 수신부(110)에서 수신된 신호를 복조하여 비트 스트림(bit stream)을 생성할 수 있다. 한편 상기 복조부(120)는 제어부(100)에 의해 제어될 수 있으며, 상기 제어부(100)에 의해 인가되는 신호가 입력되도록 형성될 수 있다. 이 경우 상기 제어부(100)에 의해 인가되는 신호는, 상기 복조부(120) 전단에 인가되어 상기 수신부(110)로부터 복조부(120)로 입력되는 신호에 합성될 수 있으며, 합성된 신호가 입력되는 경우 복조부(120)는 합성된 신호에따른 비트 스트림을 생성할 수 있다.
그리고 BER 측정부(130)는 복조부(120)에서 생성된 비트 스트림으로부터 BER을 검출할 수 있다. 이를 위해 BER 측정부(130)는, 상기 복조부(120)에서 생성된 비트 스트림의 적어도 하나의 미리 지정된 위치로부터, 하나 또는 복수의 비트를 추출할 수 있다. 일 예로 BER 측정부(130)는 기 설정된 개수 마다 하나 또는 그 이상의 비트를 추출하거나, 또는 특정 위치에서 기 설정된 개수의 비트열을 추출할 수 있다.
BER 측정부(130)는 각 비트가 추출된 순서에 따라 BER 검출을 위한 비트열을 생성할 수 있다. 그리고 생성된 비트열을, 미리 지정된 비트열 또는 비트 패턴과 비교하여, 미리 지정된 비트열 또는 비트 패턴에 매칭되지 않는 비트들을 검출할 수 있다. 그리고 검출된 비트들의 개수에 근거하여 BER을 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)는 제어부(100)의 제어에 따라 특정 세기(잡음 전력)를 가지는 잡음 신호를 생성할 수 있는 잡음 생성부(140)를 구비할 수 있다. 잡음 생성부(140)는 제어부(100)에서 인가되는 잡음 전력에 대응하는 크기를 가지는 잡음 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 잡음 신호를 상기 제어부(100)의 제어에 따라 복조부(120)에 입력할 수 있다.
보다 구체적으로 잡음 생성부(140)는 상기 수신기(10)와 상기 복조부(120)를 연결하는 전로와 연결될 수 있으며, 제어부(100)의 제어에 따라 상기 생성된 잡음 신호를, 상기 수신기(10)와 복조부(120)를 연결하는 전로를 통해 출력할 수 있다. 이 경우 수신부(110)에서 복조부(120)로 입력되는 신호는 상기 잡음 생성부(140)로부터 입력된 잡음 신호와 합성될 수 있으며, 합성된 신호가 복조부(120)로 입력될 수 있다.
한편 메모리(150)는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)의 기능을 지원하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(150)는 수신기(10)의 동작을 위한 데이터들이 저장될 수 있으며, 동작을 위한 다양한 명령어들이 저장할 수 있다.
일 예로 메모리(150)는 상기 BER 측정부(130)로부터 검출되는 BER들을 검출할 수 있다. 또한 제어부(100)의 제어에 따라 생성되는 잡음 신호의 세기, 즉 잡음 전력에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 또한 메모리(150)는 재밍 전력 및 잡음 전력의 추정을 위해 재밍 대 신호비(JSR : Jamming-to-Signal Ratio)와 신호 대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)에 따른 BER 커브들에 대한 데이터들을 저장할 수 있다.
일 예로 상기 BER 커브들은, 재밍 대 신호비(JSR)와 신호대 잡음비(SNR)에 대한 BER 값의 변화를 하기 수학식 1과 같이 기 설정된 수학식에 따라 나타낸 결과들을 나타낸 것일 수 있다.
Figure 112020011275192-pat00007
여기서 BER은 비트 에러율(Bit Error Rate), S는 신호 전력, J는 재밍 전력, N은 잡음 전력, Q()는 Q 함수를 의미함.
상기 수학식 1은 이진위상천이변조를 사용하는 통신 시스템에서 톤 잡음이 인가되었을 때 BER 커브를 계산하는 수식이다. 상기 수학식 1에 따라 생성된 BER 커브들의 예들은 도 3에서 보이고 있는 바와 같다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 제1 BER 커브(300)의 경우 JSR이 0인 경우의 예를 가정한 것이다. JSR이 0, 즉, 재밍 신호가 없는 경우, BER은 잡음의 크기(신호 대 잡음비)에 따라 크게 변화하지 않음을 알 수 있다.
반면 제2 BER 커브 내지 제5 BER 커브(302, 304, 306, 308)의 경우, 재밍 신호가 있는 경우에 잡음의 크기에 따른 BER의 변화를 나타내고 있으며, JSR이 큰 경우, 즉 재밍 신호의 세기가 클수록 잡음의 크기에 따라 BER이 더욱 큰 폭으로 감소하게 되는 것을 알 수 있다.
한편 BER 측정부(130)를 통해 수신 신호로부터 BER이 검출되면, 제어부(100)는 이를 초기 BER로 저장할 수 있다. 그리고 상기 초기 BER을 기준으로 상기 수학식 1에 근거하여 서로 다른 재밍 대 신호비(JSR)를 가지는 신호들에 대한 BER 커브들을 생성하도록 커브 생성부(160)를 제어할 수 있다.
그러면 커브 생성부(160)는 상기 초기 BER을 기준값으로 설정하고, 상기 수학식 1에 따라, 특정 통신 신호 크기(S)에 대해, 상기 기준 BER을 만족하는 서로 다른 재밍 전력(J)과 잡음 전력(N)의 조합들을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 재밍 전력(J) 및 잡음 전력(N) 조합들 각각에 대해, 상기 수학식 1에 근거하여 SNR의 변화에 따른 BER들을 산출 및 이를 BER 커브로 생성할 수 있다. 여기서 상기 통신 신호 크기(S)는 송신기(20)와 사전에 약정된 통신 신호의 크기일 수 있다.
한편 커브 생성부(160)를 통해 BER 커브들이 생성되면, 제어부(100)는 기 설정된 세기(잡음 전력)를 가지는 잡음 신호가 생성되도록 상기 잡음 생성부(140)를 제어할 수 있다. 그리고 기 설정된 세기를 가지는 잡음 신호가 생성되면, 생성된 잡음 신호를 복조부(120)에 입력하도록 상기 잡음 생성부(140)를 제어할 수 있다. 이에 따라 상기 초기 BER이 산출된 이후에, 복조부(120)에는 수신 신호와 상기 잡음 신호가 합성된 합 신호가 입력될 수 있다.
그러면 제어부(100)는 상기 합 신호를 복조하도록 상기 복조부(120)를 제어할 수 있다. 그리고 복조부(120)에서 비트 스트림으로 복조된 합 신호에 대한 BER을 검출하도록 BER 측정부(130)를 제어할 수 있다. 그리고 BER 측정부(130)에서 측정된 합 신호에 대한 BER을 메모리(150)에 저장할 수 있다.
이하 상기 합 신호에 대해 산출된 BER과 상기 초기 BER을 구분하기 위하여, 상기 초기 BER 산출 결과를 제1 BER이라고 하기로 하고, 상기 합 신호에 대해 산출된 BER을 제2 BER이라고 하기로 한다.
한편 제2 BER이 산출되면, 제어부(100)는 상기 제1 BER과 제2 BER의 변화량을 검출할 수 있다. 그리고 초기 수신 신호의 SNR과 상기 합 신호의 SNR의 변화량을 검출할 수 있다. 이 경우 상기 SNR의 변화량은 수신 신호에 합성된 잡음 신호의 세기, 즉 제어부(100)에 의해 지정된 잡음 신호의 크기일 수 있다.
그러면 제어부(100)는, 메모리(150)에 저장된 BER 커브들 중, 상기 검출된 BER 변화량과 상기 SNR의 변화량에 대응하는 BER 커브를 검출할 수 있다. 그리고 검출된 BER 커브에 대한 재밍 대 신호비(JSR)와 신호대 잡음비(SNR)에 근거하여, 수신 신호에 포함된 재밍 전력과 잡음 전력을 동시에 추정할 수 있다.
한편, 이하의 설명에서는, 흐름도를 참조하여 상기 도 2에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(100)의 구체적인 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다.
먼저 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)가, 재밍 전력과 잡음 전력을 동시에 추정하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 5는, 도 4에서 도시한 동작 과정의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(10)는 먼저 수신부(110)를 통해 수신된 수신 신호를 복조하고, 복조된 수신 신호의 비트 스트림으로부터 비트 에러율(BER)을 검출할 수 있다(S200). 그리고 검출된 비트 에러율을 메모리(150)에 제1 BER로 저장할 수 있다.
한편 상기 S200 단계는, 상기 제1 BER을 기준 BER로 설정하여, 특정 통신 신호 크기(S)에 대한 BER 커브들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 먼저, 상기 제1 BER을 기준 BER로 설정할 수 있다. 그리고 상기 기준 BER을 만족하는 서로 다른 재밍 전력(J) 및 잡음 전력(N)의 조합들을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 재밍 전력(J) 및 잡음 전력(N) 조합들 각각에 대해, 상기 수학식 1에 근거하여 SNR의 변화에 따른 BER들을 산출할 수 있다. 그리고 각 조합별로 산출된 BER 값들의 변화들을 각 조합별 BER 커브로 생성할 수 있다. 여기서 상기 통신 신호 크기(S)는 송신기(20)와 사전에 약정된 통신 신호의 크기일 수 있다.
그리고 제어부(100)는 기 설정된 세기(잡음 전력)를 가지는 잡음 신호를 생성하도록 잡음 생성부(140)를 제어할 수 있다(S202). 그리고 생성된 잡음 신호와 복조부(120) 전단의 수신 신호를 합한 합신호를 생성할 수 있다(S204). 이를 위해 제어부(100)는 상기 생성된 잡음 신호를, 상기 복조부(120) 전단, 즉 복조부(120)와 수신부(110)가 연결되는 전로 상에 출력하도록 상기 잡음 생성부(140)를 제어할 수 있다. 이에 따라 상기 복조부(120)에는 상기 잡음 신호와 수신 신호가 합성된 합 신호가 입력될 수 있다.
한편 제어부(100)는 입력된 합 신호를 복조하도록 복조부(120)를 제어할 수 있다. 그리고 복조된 합 신호의 비트 스트림으로부터 BER을 산출하도록 BER 측정부(130)를 제어할 수 있다(S206). 그리고 합 신호로부터 산출된 BER, 즉 제2 BER을 메모리(150)에 저장할 수 있다.
한편 제1 BER과 제2 BER이 모두 검출되면, 제어부(100)는 생성된 잡음 신호의 잡음 전력, 즉 SNR 변화량과 검출된 제1 및 제2 BER들에 따른 BER 변화량에 근거하여 다수의 BER 커브들 중 어느 하나의 BER 커브를 검출할 수 있다. 그리고 검출된 BER 커브로부터 재밍대 신호비(JSR)와 신호대 잡음비(SNR)를 검출할 수 있다(S208).
이러한 상기 S200 단계 내지 S208 단계의 동작 과정을, 상기 BER 커브들의 예를 도시한 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 설명의 이해를 돕기 위해, 기 설정된 잡음 신호의 세기, 즉 잡음 전력은 20dB임을 가정하기로 한다. 그리고 상기 제1 BER이 10-1, 제2 BER이 10-4로 산출된 경우를 가정하기로 한다.
이 경우 제어부(100)는 최초 측정된 제1 BER 값 0.1(10-1)를 BER 값 저장부에 저장할 수 있다(S200 단계). 그리고 20dB의 제어신호를 전달하여 잡음신호를 발생하고 다시 BER(제2 BER)을 측정할 수 있다(S202 단계 내지 S206 단계). 이 경우 제2 BER 값이 0.0001(10-4)(310)이므로, BER이 10-4에 교차하는 BER 커브들, 즉, 제1 BER 값과 제2 BER 값의 차(BER 변화량, 10-1 ~ 10-4)가 동일한 제2 BER 커브 내지 제5 BER 커브가 기준 값 후보군으로 검출될 수 있다.
여기서 SNR 변화량을 살펴보면, 제2 BER 커브(302)의 경우 BER이 10-4일 때의 SNR 변화량은 20dB(0dB ~ 20dB)이고, 제3 BER 커브(304)의 경우 BER이 10-4일 때의 SNR 변화량은 15.5dB(0dB ~ 15.5dB), 제4 BER 커브(306)의 경우 BER이 10-4일 때의 SNR 변화량은 13dB(0dB ~ 13dB), 그리고 제5 BER 커브(308)의 경우 BER이 10-4일 때의 SNR 변화량은 12dB(0dB ~ 12dB)임을 알 수 있다. 이에 제어부(100)는 SNR의 변화량이, 생성된 잡음 신호의 전력(잡음 전력) 20dB에 매칭하는 SNR 변화량을 가지는 제2 BER 커브(302)를, 상기 기준 값 후보군으로부터 기준 BER 커브로서 검출할 수 있다(S208 단계).
즉, 제2 BER 커브(302)의 경우 SNR이 20dB 증가한 경우 BER이 10-1에서 10-4로 감소하게 된다. 따라서 만약 BER이 10-4인 상태에서, SNR이 20dB 감소한다면 BER이 10-4에서 10-1, 즉 잡음 신호가 포함되지 않은 수신 신호의 BER(제1 BER)과 같은 값까지 증가될 수 있음을 알 수 있다.
반면 다른 BER 커브들의 경우, BER이 10-1에서 10-4로 감소할 때에 SNR의 변화량이 20dB 보다 작으므로, 후보군의 다른 BER 커브들의 경우 BER이 10-4인 상태에서, SNR이 20dB 감소하면, BER이 제1 BER(10-1) 보다 큰 값을 가지게 됨을 알 수 있다.
여기서 증가된 SNR의 20dB는 제어부(100)에 의해 생성된 잡음 신호의 잡음 전력이므로, SNR의 증가량에 따른 BER의 변화량에 근거하여 상기 수신 신호가 제2 BER 커브에 따른 신호임을 알 수 있다.
따라서 SNR의 증가량에 따른 BER의 변화량에 근거하여 검출된 BER 커브는 재밍 전력과 잡음 전력을 산출하기 위한 기준 BER 커브가 될 수 있다. 그러면 제어부(100)는 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비(JSR), 신호 대 잡음비(SNR)에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 함께 산출할 수 있다. 일 예로 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비(JSR), 신호 대 잡음비(SNR)에 대한 재밍 전력과 잡음 전력은 하기 수학식 2와 3으로부터 각각 산출될 수 있다.
Figure 112020011275192-pat00008
여기서 J는 재밍 전력(dBm), JSR은 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비, S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기임.
Figure 112020011275192-pat00009
여기서 N은 잡음 전력(dBm), S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기, SNR은 기준 BER 커브의 신호 대 잡음비임.
이에 따라 상술한 예와 같이 기준 BER 커브가 JSR이 -2dB, SNR이 20dB를 가지는 제2 BER 커브(302)인 경우, 송신기(20)와 수신기(10) 간에 미리 약정된 통신 신호의 세기가 5dB인 경우라면, 재밍 전력은 상기 수학식 2에 따라 3dBm, 잡음 전력은 -15dBm으로 추정될 수 있다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 그러나 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 수신기
100 : 제어부 110 : 수신부
120 : 복조부 130 : BER 측정부
140 : 잡음 생성부 150 : 메모리
160 : 커브 생성부

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 안테나를 포함하여 신호를 수신하는 수신부;
    입력되는 신호를 비트 스트림으로 복조하는 복조부;
    상기 복조된 비트 스트림으로부터 비트 에러율(BER : Bit Error Rate)을 측정하는 BER 측정부;
    지정된 잡음 전력에 따른 잡음 신호를 생성하여, 상기 수신부에서 수신되는 신호와 함께 상기 잡음 신호를 상기 복조부에 입력하는 잡음 생성부;
    신호대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 변화에 따라, 서로 다른 재밍 대 신호비(JSR : Jamming-to-Signal Ratio)를 가지는 신호들에 대한 BER의 변화를 나타내는 BER 커브들의 정보를 포함하는 메모리; 및,
    수신 신호로부터 제1 BER을 검출하고, 제1 BER이 검출되면 기 설정된 잡음 전력을 가지는 잡음 신호를 생성 및, 상기 잡음 신호와 상기 수신 신호가 합성된 합 신호를 복조하도록 상기 잡음 생성부와 복조부를 제어하고, 복조된 상기 합 신호에 대한 제2 BER이 검출되면, 상기 제1 및 제2 BER에 따른 BER 변화량과 상기 잡음 전력에 따른 SNR 변화량에 근거하여 상기 BER 커브들 중 기준 BER 커브를 검출하며, 검출된 기준 BER 커브의 JSR과 SNR에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 추정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비와 기 설정된 통신 신호의 전력 크기를 합산한 값을 상기 재밍 전력이라고 추정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    특정 통신 신호 크기에 대해 기준 BER을 만족하는 서로 다른 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들을 결정 및, 결정된 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들 각각에 대하여 하기 수학식 1에 따라 SNR의 변화에 따른 BER의 변화를 산출하고, 산출된 BER 변화를 각 재밍 전력과 잡음 전력의 조합에 따른 BER 커브들로 생성하는 커브 생성부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 BER이 산출되면, 상기 제1 BER을 상기 기준 BER로 설정하고, 상기 커브 생성부를 통해 상기 BER 커브들을 생성하는 것을 특징으로 하는 수신기.
    [수학식 1]
    Figure 112020011275192-pat00010

    여기서 BER은 비트 에러율(Bit Error Rate), S는 사전에 약정된 통신 신호 크기, J는 기준 BER에 따라 결정된 재밍 전력, N은 기준 BER에 따라 결정된 잡음 전력, Q는 Q 함수를 의미함.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수학식 1은 이진위상천이변조를 사용하는 통신 시스템에서 톤 잡음이 인가되었을 때 BER 커브를 계산하는 수식임을 특징으로 하는 수신기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 잡음 생성부는,
    상기 수신 신호가 상기 수신부로부터 상기 복조부에 입력되는 전로와 연결되며, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 잡음 신호를 상기 전로에 출력하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 BER 측정부는,
    복조된 비트 스트림으로부터, 기 설정된 개수 마다 적어도 하나의 비트를 추출하거나, 특정 위치에서 기 설정된 개수의 비트열을 추출된 비트열 또는 비트들의 패턴을, 기 설정된 비트열 또는 비트 패턴과 비교하여 상기 BER을 측정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    하기 수학식 3에 근거하여, 상기 기준 BER 커브의 SNR로부터 잡음 전력을 추정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
    [수학식 3]
    Figure 112020011275192-pat00012

    여기서 N은 잡음 전력(dBm), S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기, SNR은 기준 BER 커브의 신호 대 잡음비임.
  8. 송신기로부터 수신된 수신 신호를 수신 및 비트 스트림으로 복조하는 제1 단계;
    비트 스트림으로 복조된 수신 신호에 대한 제1 BER(Bit Error Rate)을 측정하는 제2 단계;
    기 설정된 잡음 전력에 따른 잡음 신호를 생성 및 생성된 잡음 신호와 상기 수신 신호를 합성한 합 신호를 생성하고, 상기 합 신호를 비트 스트림으로 복조하는 제3 단계;
    상기 비트 스트림으로 복조된 합 신호에 대한 제2 BER을 측정하는 제4 단계;
    상기 제1 및 제2 BER에 따른 BER 변화량과 상기 잡음 전력에 따른 수신 신호의 SNR 변화량에 근거하여, 신호대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 변화에 따라 서로 다른 재밍 대 신호비(JSR : Jamming-to-Signal Ratio)를 가지는 신호들에 대한 BER의 변화를 나타내는 BER 커브들로부터 기준 BER 커브를 검출하는 제5 단계; 및,
    검출된 기준 BER 커브의 JSR과 SNR에 근거하여 재밍 전력과 잡음 전력을 추정하는 제6 단계를 포함하고,
    상기 제6 단계는,
    상기 기준 BER 커브의 재밍 대 신호비와 기 설정된 통신 신호의 전력 크기를 합산한 값을 상기 재밍 전력이라고 추정하는
    특징으로 하는 수신기의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 단계는,
    상기 제1 BER을 기준 BER로 설정하는 제2-1 단계;
    특정 통신 신호 크기에 대해 상기 기준 BER을 만족하는 서로 다른 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들을 결정하는 제2-2 단계;
    결정된 재밍 전력과 잡음 전력의 조합들 각각에 대하여 하기 수학식 1에 따라 SNR의 변화에 따른 BER의 변화를 산출하고, 산출된 BER 변화를 각 재밍 전력과 잡음 전력의 조합에 따른 BER 커브들로 생성하는 제2-3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기의 제어 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112020011275192-pat00013

    여기서 BER은 비트 에러율(Bit Error Rate), S는 사전에 약정된 통신 신호 크기, J는 기준 BER에 따라 결정된 재밍 전력, N은 기준 BER에 따라 결정된 잡음 전력, Q는 Q 함수를 의미함.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수학식 1은 이진위상천이변조를 사용하는 통신 시스템에서 톤 잡음이 인가되었을 때 BER 커브를 계산하는 수식임을 특징으로 하는 수신기의 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2 단계 및 제4 단계는,
    복조된 비트 스트림으로부터, 기 설정된 개수 마다 적어도 하나의 비트를 추출하거나, 특정 위치에서 기 설정된 개수의 비트열을 추출된 비트열 또는 비트들의 패턴을, 기 설정된 비트열 또는 비트 패턴과 비교하여 상기 BER을 측정하는 단계임을 특징으로 하는 수신기의 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제6 단계는,
    하기 수학식 3에 근거하여, 상기 기준 BER 커브의 SNR로부터 잡음 전력을 추정하는 단계임을 특징으로 하는 수신기의 제어 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112021013629187-pat00021

    여기서 N은 잡음 전력(dBm), S는 기 설정된 통신 신호의 전력 크기, SNR은 기준 BER 커브의 신호 대 잡음비임.
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