KR20080052085A - 크기 차동 위상 편이 변조 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

크기 차동 위상 편이 변조 장치 및 방법, 복조 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 크기 차동 위상 편이 변조 장치는 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하는 제1변조부; 제2데이터 시퀀스를 진폭 편이 변조하고, 진폭 편이 변조된 신호에 파일럿 신호를 삽입하는 제2변조부; 및 제1 및 제2변조부의 출력들을 곱하여 출력하는 곱셈기를 포함함을 특징으로 한다.

Description

크기 차동 위상 편이 변조 장치 및 그 방법{Amplitude- differential phase shift keying appratus and method}
도 1은 본 발명에 따른 A-DPSK 장치에 대한 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 A-DPQSK의 성상도(Constellation)를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 A-DPSK 복조 장치에 대한 블록도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 A-DQPSK 신호와 기존의 DQPSK 및 DAPSK 신호에 대해 기존의 DQPSK 수신기가 가지는 수신 성능을 모의실험한 결과를 보인 것이다.
본 발명은 디지털 통신에 관한 것으로, 특히 기존 시스템에 대한 호환성을 보장하면서 전송 속도를 개선한 크기 차동 위상 편이 변조(Amplitude-Differential Phase Shift Keying, A-DPSK) 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
데이터 전송 속도를 높이는 전형적인 방법은 성상점(constellation point)의 수를 늘이는 것이다. 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 시스템의 데이터 전송 속도를 높이고자 하는 경우를 일례로 들면, DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial)시스템 등의 방송 시스템에서 널리 사용되는 방법 중 하나인 16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 다치 변조 (multilevel modulation) 기술을 적용하는 것이다. 16-QAM은 동위상 변조 기법이므로 수신기에서의 동위상 복조를 위해 채널 추정이 가능하도록 파일럿 신호를 전송해 줘야 한다. 지상파 DMB 시스템에서는 PRS (Phase Reference Symbol) 외에는 파일럿 신호가 제공되지 않으므로 기존 시스템에 대해 호환성을 가지는 16-QAM 방식은 지상파 DMB 시스템의 데이터 전송 속도를 높이기 위한 변조 방식으로 적합하지 않다.
또 다른 방법으로는 파일럿 신호나 채널 추정 및 등화를 필요로 하지 않는 16-DAPSK (16-Differential Amplitude Phase Shift Keying) 방식을 고려할 수 있다. 이 방식은 구조가 간단하고 둘 이상의 연속한 OFDM 심벌 구간에 걸쳐 비교적 일정한 채널 계수를 가지는 느린 페이딩 채널 환경 하에서는 잘 동작하지만, 단말기가 빠른 속도로 이동하는 빠른 페이딩 채널 환경 하에서는 인접한 두 개의 OFDM 심벌 구간 사이의 채널 계수의 변화가 크므로 성능이 크게 떨어질 수 있다.
따라서 기존 시스템과 호환되면서 전송속도를 높이는 변조 방식이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주 전송 데이터를 차동 위상 편이 변조 방식으로 변조하고 추가 전송 데이터를 다른 변조 방식으로 변조함으로써 기존의 차동 위상 편이 변조 방식과 호환성을 유지하면서 전송 속도를 높이는 A-DPSK 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 크기 차동 위상 편이 변조 장치 는 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하는 제1변조부; 제2데이터 시퀀스를 진폭 편이 변조하고, 진폭 편이 변조된 신호에 파일럿 신호를 삽입하는 제2변조부; 및 상기 제1 및 제2변조부의 출력들을 곱하여 출력하는 곱셈기를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 크기 차동 위상 편이 복조 장치는 크기 차동 위상 편이 변조된 신호를 수신하고, 수신 신호를 차동 위상 편이 복조하는 제1복조부; 및 상기 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고, 추출된 파일럿 신호를 상기 크기 차동 위상 편이 변조 신호에서 제거한 다음, 나머지 크기 차동 위상 편이 변조 신호를 진폭 편이 복조하는 제2복조부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 크기 차동 위상 편이 변조 방법은 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하는 단계; 제2데이터 시퀀스를 진폭 편이 변조하는 단계; 상기 진폭 편이 변조된 신호에 파일럿 신호를 삽입하는 단계; 및 차동 위상 편이 변조된 신호열과 상기 진폭 편이 변조되고 상기 파일럿 신호가 삽입된 신호열을 곱하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 크기 차동 위상 편이 변조 방법은 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하여 성상도에서 복수 위상의 제1크기를 갖는 복수의 성상점을 생성하는 단계; 및 상기 성상도에서 상기 위상과 동일한 위상을 가지며, 크기는 상기 제1크기로부터 일정한 간격으로 떨어진 복수의 성상점들을 더 생성하도록 제2데이터 시퀀스를 변조하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 크기 차동 위상 편이 복조 방법은 크기 차동 위상 편이 변조된 수신 신호를 차동 위상 편이 복조하는 단계; 상기 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하는 단계; 추출된 파일럿 신호를 이용하여 상기 수신 신호가 전송된 채널을 추정하고, 추정된 채널값으로부터 상기 파일럿 신호의 진폭을 출력하는 단계; 상기 수신 신호로부터 상기 진폭을 갖는 파일럿 신호를 제거하는 단계; 및 상기 파일럿 신호가 제거된 나머지 크기 차동 위상 편이 변조 신호를 진폭 편이 복조하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 A-DPSK 장치에 대한 블록도를 도시한 것이다.
도시된 A-DPSK 장치는 차동 위상 편이 변조(Differential Phase Shift Keying, DPSK), 혹은 DPSK의 특수한 경우인 차동 직교 위상 편이 변조(Differential Quadrature Phase Shift Keying, DQPSK) 방식을 OFDM 에 적용한 지상파 DMB 시스템에 채용될 수 있다.
도시된 A-DPSK 장치는 주 전송 데이터와 추가 전송 데이터가 함께 전송되는 변조 방식으로 동작한다. 주 전송 데이터는 기존의 차동 위상 편이 변조 방식에 따라 변조되고, 추가 전송 데이터는 주 전송 데이터 이외에 추가 서비스 등을 위해 차동 위상 편이 방식이 아닌 다른 방식으로 변조된다.
도시된 바에 따르면, A-DPSK 장치는 주 전송 데이터를 차동 위상 편이 변조(Differential Phase Shift Keying, DPSK)하는 DPSK부(10), 추가 전송 데이터를 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying, ASK)하는 ASK부(11), 변조된 추가 전송 신호에 파일럿(pilot)을 삽입하는 파일럿 삽입부(12) 및 곱셈기(13)를 포함한다. 참조번호 14는 곱셈부(13)에서 출력되는 A-DPSK 신호를 직교 주파수 분할 변조(Orthogonal Freqeuncy Division Multiplexing, OFDM) 심볼(symbol)로 만드는 블록이다.
DPSK부(10)는 직전에 전송된 심벌의 위상을 기준으로 하여, 입력되는 주 전송 데이터에 의거하여 다음에 전송할 심벌의 상대적인 위상을 결정하여 생성되는 전송 심벌을 출력한다.
ASK부(11)는 입력되는 추가 전송 데이터에 따라 부반송파의 진폭을 다르게 할당한다. 예를 들어, 데이터가 1이면 부반송파 신호의 크기를 α로 하고, 데이터가 0이면 부반송파 신호의 크기를 α+β로 한다.
파일럿 삽입부(12)는 ASK부(11)에서 출력되는 변조 신호에 주기적으로 또는 비주기적으로 파일럿 신호를 삽입한다. 예를 들어, ASK부(11)에서 출력되는 변조 신호의 매 10번째 부반송파에 파일럿 신호를 삽입하거나, ASK부(11)에서 출력되는 변조 신호 모두를 전송하고 남은 위치에 파일럿 신호를 삽입할 수 있다. 이때, 파일럿 신호가 어느 부반송파에 위치하는지는 송수신측 모두 알고 있다.
곱셈기(13)는 DPSK부(10)의 출력 데이터와 파일럿 삽입부(12)의 출력 신호를 곱하여 출력한다.
도 2는 DPSK와 ASK 각각의 변조 차수(modulation order)가 2인 A-DQPSK의 성상도(Constellation)를 도시한 것이다.
도시된 바에 따르면, 주 전송 데이터에 대한 DPSK 데이터의 성상점에 추가 전송 데이터에 대한 성상점들이 일정한 간격(β)으로 생성됨을 알 수 있다.
도면에서, α, β 파라미터는 각각 기존 시스템을 통해 전송되는 주 전송 데이터 이외의 추가 전송 데이터의 비트 오율과 기존 시스템에 대한 호환성을 결정짓는다. 모의실험(simulation) 결과에 의하면, 지상파 DMB 시스템의 경우 최적의 파라미터는 α=1.5, β=1가 적절하다. 다른 디지털 통신 또는 방송 시스템의 경우에는 기존 시스템의 호환성을 유지하면서 최적의 성능을 내기 위해 최적의 파라미터로 조절할 필요가 있다.
A-DQPSK 시스템에서는 크기 정보 추정을 위한 파일럿이 일반적인 파일럿 신호 전송 방식과 같이 시간 또는 주파수 차원에서 주기적 또는 비주기적으로 전송되어야 한다. 또한, 기존 시스템에 대한 호환성을 유지하기 위해서는 기존의 지상파 DMB 데이터는 DQPSK 변조에 사용되고 추가 전송 데이터는 ASK 변조에 사용되어야 하며, 이때 기존의 지상파 DMB 수신기는 A-DQPSK 및 DAQPSK(Differential Amplitude Quadrature Phase Shift Keying) 변조된 신호를 모두 DQPSK 변조된 신호로 간주하여 기존의 지상파 DMB 서비스에 해당하는 데이터를 성공적으로 복조할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 A-DPSK 복조 장치에 대한 블록도를 도시한 것이다. 도시된 A-DPSK 복조 장치는 주 전송 신호 복조부(31) 및 추가 전송 신호 복조부(32)를 포함한다.
주 전송 신호 복조부(31)는 채널을 통해 수신되고, OFDM 복조된 신호를 DPSK 복조하여 주 전송 신호를 출력한다. DPSK 복조는 예를 들어, 1심볼 딜레이(delay) 와 복소 켤레 곱셈기(complex conjugate multiplier)로 이루어진 기존의 복조 방식을 이용하여 이루어질 수 있다.
추가 전송 신호 복조부(32)는 파일럿 추출부(321), 채널 진폭 추정부(322), 파일럿 제거부(323) 및 ASK 복조부(324)를 포함한다.
파일럿 추출부(321)는 파일럿 신호의 위치를 알고 있으므로, 채널을 통해 수신되고 OFDM 복조된 신호로부터 파일럿을 추출한다. 채널 진폭 추정부(322)는 추출된 파일럿을 이용하여 채널 추정을 수행하고, 추정된 채널값으로부터 진폭만을 추출한다. 채널 추정 방법으로는 최소 자승(least square) 추정, 혹은 최대 가능도(maximum likelihood) 추정을 포함한 종래의 채널 추정 방법들중 하나가 채택될 수 있다.
파일럿 제거부(323)는 파일럿신호가 삽입된 전송 신호로부터 파일럿 신호를 제거한다. ASK 복조부(324)는 추정된 진폭을 이용하여 파일럿 신호가 제거된 신호를 복조하여 추가 전송 데이터를 출력한다.
도 4는 본 발명에 따른 A-DQPSK 신호와 기존의 DQPSK 및 DAPSK 신호에 대해 기존의 DQPSK 수신기가 가지는 수신 성능을 모의실험한 결과를 보인 것이다. 모의실험은 DAB (Digital Audio Broadcasting) 규격의 전송 모드(transmission mode) I에 대해 수행되었으며, 반송파 주파수는 200 MHz, 대역폭은 1.536 MHz이고, 프레임(frame) 길이는 96 ms로서 총 76개의 OFDM 심볼들로 구성되어 있다. 각 OFDM 심벌들은 1 kHz의 간격을 가지는 1,536개의 부반송파로 구성되었다.
도시된 바에 따르면, A-DQPSK와 DAQPSK를 적용하게 되면 단말기의 이동 속도 가 10 km/h인 경우 기존 지상파 DMB 수신기의 수신 성능이 약 3 dB 가량 열화되며, 단말기의 이동 속도가 200 km/h인 경우에는 기존 수신기와 매우 유사한 성능을 가짐을 알 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 경우와 동일한 조건 하에서 A-DPSK와 DAPSK의 수신 성능을 보인 것이다. 도시된 바에 따르면, 단말기 이동 속도가 200 km/h에 달하는 이동 수신 환경에서 DAPSK와 A-DPSK의 수신 성능은 부반송파간 간섭으로 인하여 매우 크게 열화됨을 알 수 있다. 또한 DAPSK의 경우 A-DPSK에 비해 성능이 더욱 열화됨을 알 수 있다. 이것은 단말기의 이동 속도가 매우 빠른 경우 인접한 두 개의 OFDM 심벌 구간 사이의 채널 변화가 매우 크게 나타나게 되어 차동 복조 성능이 저하되기 때문이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바에 따르면, A-DPSK 신호 방식이 DAPSK 신호 방식에 비해 이동 수신 환경 하에서 지상파 DMB 시스템의 수신 성능을 개선할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 예는 지상파 DMB 시스템의 데이터 전송 속도를 높이는 데 적용되는 경우를 예로 들어 설명한 것이며, 본 발명에서 제안하는 A-DPSK 신호 방식은 지상파 DMB 시스템 외의 다양한 디지털 통신 또는 방송 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존 디지털 통신 또는 방송 시스템에서 기존 변조 방식에 의해 변조되는 주 전송 데이터 및 주 전송 데이터와는 변조 방식을 달리하는 추가 전송 데이터를 결합하여 전송하는 경우 기존 시스템에 대한 호환성을 유지하면 서 데이터 전송 속도를 높일 수 있으며, 특히 단말기의 이동 속도가 빠른 페이딩 채널 환경 하에서도 기존의 변조 방식에 비해 우수한 성능을 얻을 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하는 제1변조부;
    제2데이터 시퀀스를 진폭 편이 변조하고, 진폭 편이 변조된 신호에 파일럿 신호를 삽입하는 제2변조부; 및
    상기 제1 및 제2변조부의 출력들을 곱하여 출력하는 곱셈기를 포함함을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 변조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 상기 진폭 편이 변조된 신호의 부반송파의 알려진 위치에 주기적으로 또는 비주기적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 변조 장치.
  3. 크기 차동 위상 편이 변조된 신호를 수신하고, 수신 신호를 차동 위상 편이 복조하는 제1복조부; 및
    상기 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고, 추출된 파일럿 신호를 상기 크기 차동 위상 편이 변조 신호에서 제거한 다음, 나머지 크기 차동 위상 편이 변조 신호를 진폭 편이 복조하는 제2복조부를 포함함을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 복조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파일럿 신호는
    상기 제2신호의 부반송파의 알려진 위치에 주기적으로 또는 비주기적으로 삽입된 것을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 복조 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제2복조부는
    상기 제2신호로부터 상기 파일럿 신호를 추출하는 파일럿 추출부;
    추출된 파일럿을 이용하여 상기 수신 신호가 전송된 채널을 추정하고, 추정된 채널값으로부터 상기 파일럿의 진폭을 출력하는 채널 진폭 추정부;
    상기 추가 전송 신호로부터 상기 파일럿 신호를 제거하는 파일럿 제거부; 및
    상기 파일럿 신호가 제거된 나머지 제2신호를 상기 파일럿 진폭 추정 결과를 이용하여 진폭 편이 복조하는 진폭 편이 복조부를 포함함을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 복조 장치.
  6. 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하는 단계;
    제2데이터 시퀀스를 진폭 편이 변조하는 단계;
    상기 진폭 편이 변조된 신호에 파일럿 신호를 삽입하는 단계; 및
    차동 위상 편이 변조된 신호열과 상기 진폭 편이 변조되고 상기 파일럿 신호가 삽입된 신호열을 곱하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 변조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 상기 진폭 편이 변조된 신호의 부반송파의 알려진 위치에 주기적으로 또는 비주기적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 크기 차동 위상 편이 변조 방법.
  8. 제1데이터 시퀀스를 차동 위상 편이 변조하여 성상도에서 복수 위상의 제1크기를 갖는 복수의 성상점을 생성하는 단계; 및
    상기 성상도에서 상기 위상과 동일한 위상을 가지며, 크기는 상기 제1크기로부터 일정한 간격으로 떨어진 복수의 성상점들을 더 생성하도록 제2데이터 시퀀스를 변조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 변조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2데이터 시퀀스는 진폭 편이 변조되고, 상기 진폭 편이 변조된 신호의 부반송파의 알려진 위치에 파일럿 신호가 주기적으로 또는 비주기적으로 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 변조 방법.
  10. 크기 차동 위상 편이 변조된 수신 신호를 차동 위상 편이 복조하는 단계;
    상기 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하는 단계;
    추출된 파일럿 신호를 이용하여 상기 수신 신호가 전송된 채널을 추정하고, 추정된 채널값으로부터 상기 파일럿 신호의 진폭을 출력하는 단계;
    상기 수신 신호로부터 상기 진폭을 갖는 파일럿 신호를 제거하는 단계; 및
    상기 파일럿 신호가 제거된 나머지 크기 차동 위상 편이 변조 신호를 진폭 편이 복조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 복조 방법.
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