KR950003668B1 - 중첩변조신호의 차 최적수신장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

중첩변조신호의 차 최적수신장치

제1도는 본 발명의 의한 중첩변조신호의 차 최적수신장치의 블럭도이고,

제2도는 상기 제1도에서의 상관도 판별용 펄스파형도이고,

제3도는 중첩변조신호를 구성하는 기저대역 기본파형도이고,

제4도는 중첩변조신호의 중첩도 A값과 본 발명의 B값의 변화에 따른 오류확률의 열화정도를 나타낸 그래프이고,

제5도는 본 발명에 따른 수신장치의 전달특성을 종래기술인 MSK 수신기의 전달특성과 비교하여 나타낸 그래프이고,

제6도는 본 발명인 중첩직교진폭변조신호의 차 최적수신기의 블럭도이고,

제7도는 상기 제5도의 일 실시예로 여러가지 중첩도 A의 중첩직교 진폭변조신호를 복조하였을 경우 오류확률 특성을 나타낸 그래프이고,

제8도는 상기 제5도의 일 실시에에 다른 수신장치로 근접채널의 방해에 의한 비트에너지 대 잡음 밀도 비(Eb/No)의 열화 정도를 종래 기술과 비교한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 반송파 승적수단 3 : 반송파 복원수단

4 : 상관도 판별 승적수단 6 : 상관도 판별용 펄스발생수단

7 : 적분소멸수단 9 : 부호시간 복원수단

본 발명은 위성통신, 지상망통신, 이동통등에 적용할 수 있는 디지탈 데이타 전송 시스템(Digital Data Transmission System)에 관한 것으로, 특히 복수의 기저대역신호를 포함하는 변조신호 즉 중첩변조신호 수신단에서 간단한 장치로 정확히 복조(Demodulation)할 수 있는 중첩변조신호의 차 최적 수신장치(suboptimum Receiver of Superposed Modulated Signal)에 관한 것이다.

디지탈 통신 시스템은 반도체의 LSI의 기술의 발전으로 신뢰성과 정확성이 향상되어 그이용이 크게 증가하고 있는 분야로서 반송파의 파라미터를 데이터 비트에 변조 및 복조하는 디지탈 변복조방식에는 진폭편이변조(ASK:Amplitude shift keying), 주파수편이변조(FSK:Frequency shift keying), 위상편이변조(PSK ; Phase shift keying), 직교진폭변조(QAM ; Quadrature amplitude modulation)등이 있다.

상기와 같은 디지탈 변조방식중 위상편이변조의 하나인 울림여현(Raised cosine)형태의 여파기(filter)로 대역 제한된(band limited) 4위상 편이 변조(QPSK) 및 진폭 직교 변조(QAM) 방식은 디지탈 전송 시스템에서 널리 쓰이고 있는 변조방식(Modulation)으로서, 송신시전력효율적인 전송을 하기 위하여 상기와 같은 변조방식으로 변조된 신호를 포화상태인 비직선(Non-linear)영역에서 동작하는 고출력 증폭기를 이용하여 증폭시킨 후 통신채널로 인가하면 전송되는 신호의 전력 스펙트럼(power Spectrum)의 사이드로브(side-lobe)이 확산되어 근접 채널의 신호에 심각한 방해를 주게 된다. 따라서 이런 현상을 방지하고 대역 및 전력을 효율적으로 이용하기 위한 디지틀 신호전송방식에 관한 것들이 Dr.K.Feher에 의한 미국 공보 U.S.Pat. No. 4,339,724와 Dr.J.S.Seo에 의한 U.S.Pat. No. 4,644,565등에 각각 게재되어 있다. 이들의 내용이 내용을 살펴보면 NRZ입력 디지틀 데이타 신호를 2가지의 비트열로 분리한 후 그 한 비트열로 따라 진폭이 1.0로 정규화된 배주기 울림 여현 펄스(Double interval raised cosine pulse)를 생성하고 다른 하나의 비트열에 따라 진폭의 최고치가 (A-1)로 정규화된 보통의 울림 여현 펄스(Single interval raised cosing pulse)를 생성한 후 상기 두 신호를 중첩시켜 송신단의 진폭 요동(Amplitude fluctuation)을 최소화시킨 것이다. 따라서 상기 중첩변조신호는 비직선성 증폭기(Non-linear amplifier)를 사용하여 증폭시킨 후 통신채널상으로 송신하여도 사이드로브(side-lobe)의 재확산(regrowth) 현상이 적고 오류확률이 낮게되는 것으로 대역 및 전력 효율적인 변조신호를 얻을 수 있는 우수한 방법이며 또한 송신단에 지터(jitter) 및 부호 상호간의 간섭 방해(Inter-Symbol Interveremce:ISI) 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다. 특히, 후자(USP. No. 4,644,565)의 경우에는 중첩도 A를 조절함으로써 시스템에 적합한 대역폭을 조절하는 것이 가능하게 된다. 이때 상기와 같은 방식으로 변조되어 송신단에 인가되는 신호를 중첩변조신호라 칭하여 이를 수신하여 복조를 수행하는 방식 및 장치를 살펴보기로 한다.

전송된 디지틀 변조신호를 받아 원래의 데이타를 복조(Demodulation)하는 수신기는원하는 신호를 오류없이 복원하는 것이 이상적이나, 일반적으로 수신되는 신호는 전송로 상의 잡음(Noise)과 근접 채널상으로 전송되는 신호등에 의한 방해를 받아 왜곡되므로 송신데이타와 수신되어 복조된 데이타간에는 차이 즉 오류(Error)가 발생하게 된다. 이때 송신된 비트(Bit)에너지대 잡음전력밀도비(Eb/No)에 따라 발생할 수 있는 오류를 오류확률(Probability of Error:Pe)이라고 하는 것으로서 일반적으로 바람직하 변조방식은 시스템의 여러제한조건을 만족하고 주어진 오류확률값에 대하여 상기 비트에너지대 잡음전력밀도대(Eb/No)가 최소인 것을 요구한다.

일반적으로 비트에너지대 잡음전력밀도비(Eb/No)를 적게하는 방법중에 하나로는 수신시 송신기에서 사용한 여파기(filter)의 전달특성(Transfer characteristic)과 동일한 전달특성을 갖는 여파기를 사용하여 수신되는 신호에 포함되는 잡음을 그소화하고 목적신호의 에너지를 극대화시키는 방법이 널리 사용되고 있는데 이때 상기와 같은 여파기로 구성되는 수신기를 정합형 수신기(Matched filter Receiver)라 칭한다. 예를 들면 울림 여현 여파기를 사용한 위상 편이 변조방식(PSK)의 경우 수신기에서 같은 특성의 여파기를 사용하여 복조하면 Eb/No=8.4dB에서 오류확률의 값은 Pe=1×10E-4가 되어 거의 이상적인 오류확률을 얻을 수 있다. 그러나 상술한 변조방식을 수행하기 위한 중첩변조 신호들의 여파기 전달특성은 매우 복잡하여 이와 정확히 정합(Mtching)되는 수신용 여파기의 구현이 매우 복잡하게 되므로 기존 물리적인 여파기 형태중 한가지를 선택하여 복조를 수행하거나 또는 물리적인 정합형 여파기 대신에 대신 전기적으로 수신기를 구성하여 그 전달특성이 송신된 파형의 전달특성과 일치하도록 하는 방법이 있는데 이때 전기적으로 구성되는 수신기를 최적수신기(Optimum Receiver)라고 칭한다.

먼저 기존의 물리적인 여파기 형태중 한가지를 선택하여 복조를 수행하는 것의 예를 살펴보면, 중첩도 A=0.8인 중첩변조신호를 수신하여 복조할때 부호 전송속도 주파수(Data rate Frequency)의 0.5배 지점에서 3dB전력 차단점을 갖는 버터워스(Butterworth)형태의 여과기를사용할 경우 오류확률 1×10E-4를 유지하기 위한 Eb/N의 열화(degradation)는 0.3dB정도가 된다. 그러나 이와 같은 방법을 사용하는 경우에도 기존의 물리적인 여파기를 사용하는 수신기는 부호 전송속도가 변화하면 여파기의 30dB전력 차단 주파수를 변경해야 한다는 단점이 있게 된다. 즉 여파기의 차단주파수를 정확한 차단 주파수로 설정하지 아니하면 신호대잡음비가 증가하던지 또는 목적 신호성분의 에너지가 감소하여 오류확률을 증가시키는 불이익이 발생하게 된다. 이를 개선하기 위하여 한개의 여파기가 여러치의 차단주파수를 가지어 변경가능하도록 하는 방법이 있는데 이 경우에도 여파의 크기 및 가격이 증가하게 되는 문제점이 있게 된다. 또한, 기존의 물리적인 여파기를 사용하는 수신기는 중첩변조신호의 부호 전송속도 이외에 중첩도 A가 변화함에 따라서도 수신시에 사용하는 여과기의 특성을 달리해야 하는 문제점이 있게 된다. 이와같은 이유는 통상 시스템에서는 부호 전송속도에 맞도록 여파기 자체를 모두 변경하는 것이 일반적이다.

종래기술에 다른 예인 최적 수신기(Optimum Receiver)는 오류확률이 극소화된 데이타의 복조를 수행할 수 있는 것으로서 이는 송신시 사용되는 기저대역(Base band)신호와 같은 성분의 신호를수신기에서 자체발생하여 수신된 신호와 상관도(correlation)을 검사하여 송신된 데이타를 복조하는 방식으로, 송신기 측에서 부호 전송속도가 변화하면 수신기 자체에서 발생하는 상관도 판별을 위한 펄스(correlation pulse)의 주기를 부호 전송속도와 같도록 변경함으로써 간단히 적용가능한 장점이 있다. 그러나 상기의 중첩 변조 신호의 기저대역 신호는 다수개로 구성되어 상기 주첩변조신호의 최적 수신기를 구현하기 위하여는 다수의 상관도 판별수단과, 같은 수의 상관도 판별용 펄스발생수단, 및 각각의 상관도 판별수단의 출력중에서 가장 송신데이타와 근접한 것을 선택하는 수단등이 필요하게 되어 수신기 구조가 복잡하여진다. 더우기 중첩직교진폭변조(SQAM ; Superposed Quadrature Amplitude Modulation)된 신호를 수신하여 복조하는 최적수신기의 경우에는 상기 구성수단들이 직교채널에 전송된 신호를 복조하기 위하여 2배로 복잡하게 되는 단점이 있게 된다. 이와 같은 복잡성을 줄이고자 기저대역신호를 굿어하는 신호중 한개 혹은 몇개를 선택하여 수신신호와의 상관도를 판별함으로써 약간의 오류확률 증가를 감수하더라도 수신기가 간단한 구조를 갖도록 하는 방법이 있는데 이와 같은 방법에 의거하여 구성되는 수신기를 차 최적 수신기(Suboptinum Reciver)라고 한다. 예를 들면 상기 중첩변조신호를 비교적 그 구조가 간단한 최소 위상편이(Munimum Shift Keying:MSK) 변조신호의 최적 수신기로 복조하는 차 최적 수신방식이 있다. 이는 수신기의 상관도 판별단에 사용되는 상관도 판별용 펄스 신호를 MSK 변조신호의 기저대역신호와 같은 펄스를 사용하는 방식으로 MSK 변조신호의 기저대역 신호파형은 중첩 변조기의 기저대역신호를 구성하는 다수의 구성요소파형중의 한가지와 일치하고, 중첩도 A가 감소함에 따라 기저대역 신호요소들의 모든 파형이 MSK의 기저대역신호에 근사한 형태가 되므로 송수신기 간의 부정합정도가 줄어들게 된다. 즉, 미소한 오류확률의 열화만으로도 복조가 가능한 것으로 중첩도가 감소할수도록 오류확률이 감소하게 된다. 그러나 중첩도 A가 감소하면 중첩 변조신호의 특성에 따라 송신신호의 주파수평면상(frequency domain) 점유대역폭(Occupying Bandwith)이 증가하여 대역폭이 효율적이지 못한 단점이 발생하게 된다. 아울러 MSK 신호의 점유대역폭은 상기 중첩변조신호들 보다 넓고 사이드 로브의 세력이 큰 것은 공지의 사실로서 MSK 신호의 저대역 신호를 이용한 중첩 변조 신호의 차 최적 수신기의 전달특성은 MSK 송신기의 특성과 일치하므로 수신 대역폭도 MSK 송신신호와 같은 형태로 증가하여, 중첩변조신호의 최적수신장치를 사용한 경우 보다도 인접채널들의 신호를 더 많이 받아들이게 되어 밀접한 다수 채널 환경하에서 오류확률이 증가하는 단점이 있게 된다.

따라서 본 발명의목적은 중첩변조신호를 복조함에 있어 다수의 상관도 판별수단 및 상관도 판별용 펄스가 필요하게 되는 최적수신기와는 달리 한개의 상관도 판별수단 및 판별용 펄스를 가지는 간단한 구조로도 이론치에 근접하는 오류확률을 제공할 수 있으며, 부호전송속도와 중첩도 A값의 변화에도 장치의 단순한 변경으로 이에 적응이 가능하며, 밀접된 전송채널의 환경하에 근접된 채널 신호의 방해에도 오류확률 증가가 적은 즉, 근접채널 신호 방해에 강한 특성을 가진 중첩 변조신호의 차 최적 수신장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 그 구조가 간단하고 중첩도에 따라서 그 구성의 변경이 용이하게 되는 중첩직교진폭변조신호의 차 최적수신기를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 중첩변조신호의 차최적수신장치는 중첩변조신호를 수신하여 이를 복조하는 수신장치에 있어서, 수신된 중첩변조신호를 입력하여 포함된 신호성분중 최고조파 신호를 추출함으로써 송신된 변조신호의 반송파와 동기신 신호를 출력하는 반송파 복원수단과; 상기 반송파 복원수단의 출력과 수신된 중첩변조신호를 입력하여 송신된 부호의 전송속도와 동기된 주기신호를 출력함으로써 부호시간 신호를 제공하는 부호시간 복원수단과; B를 시스템 특성에 따라 조절될 수 있는 보정값이라고 하는 P를 상관도 판별용 펄스의 최고치라고 하는 T는 송신데이타의 부호시간신호의 기본주기라고 할때, 상기 부호시간 복원수단에 의한 부호시간신호를 입력하여 B+(P-B)cos(2πt/T)의 형태의 상관도 판별용 펄스를 발생하는 상관도 판별용 펄스 발생수단과; 상기 반송파 승적수단의 출력 신호와 상기 상관도 판별용 펄스를 곱하여 기저대역 신호에서 잡음을 극소화하는 상관도 판별승적수단; 및 상기 상관도 판별승적수단의 출력을 상기 부호시간 복원수단의 출력인 부호시간 신호의 기본주기동안 적분함으로써 최적의 데이타성분을 추출하는 적분소멸수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 복수의 기저대역신호로 구성되는 중첩변조신호를 복조함에 있어서 상기 기저대역신호중 하나 또는 소수의 기저대역신호를 대역적인 기저대역신호라고 가정하여 수신시 대표적인 기저대역신호를 국부발진시켜 이를 이용하여수신된 중첩변조신호와 상관도를 판별함으로써 송신데이타를 복조하는 것이다. 본 발명에 대한 상세한 설명에 앞서 상기 중첩변조신호의 가능한 형태의 한가지를 설명하면 다음과 같다.

즉, 미국공보 4,644,565호에 제안된 변조방식에 의한 것을 살펴보면 순차적으로 입력되는 NRZ(lnon-returen-to zero)에 따라 다음 표와 같다.

y₁=-A-(1-A)cos(2πt/T)

y₂=-cos(πt/T)

y₃=cos(πt/T)

y₄=A+(1-A)cos(2πt/T)

이때 상기 A는 배주기 올리여현펄스와 보통의 올림여현펄스의 중첩도라고 한다. 이어서 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 구성도로서, 반송파 승적수단(2), 상관도 판별승적수단(4), 반송파 복원수단(3), 상기관도 판별용 펄스 발생수단(6), 적분소멸수단(7), 부호시간 복원시간(9)등을 포함하는 것으로 통신채널을 통하여 수신된 중첩변조신호는 전송경로(1)을 통하여 상기 반송파 승적(Carrier multifilier)수단(2)의 일측입력단자로 연결되고, 상기 반송파 승적수단의 일측잔여 입력단자로는 상기 반송파복원수단(3)의 출력신호가 연결되며 상기 반송파 승적수단(2)의 출력은 상기 상관도 판별 승적수단(4)의 일측 입력에 연결한다. 여기서에서 반송파 복원수단(Carrier recovery)(3)은 통상 실시되는 방식에 의하여 구성할 수 있는 것으로서, 수신신호의 고주파 신호 혹은 기저대역(Base band)신호에서 정보를 얻어 송신시에 사용한 반송파와 정확히 위상 및 주파수가 동기된 신호 성분을 발생하는 장치이다. 또한 상관도(Carrelation)판별 승적수단(4)의 잔여 일측 입력단자에는 상기 상관도 판별용 펄스(Correlation Pulse)발생수단(6)에서 발생된 상관도 판별용 펄스가 전송경로(5a)를 통하여 공급되어 상기 상관도 판별승적수단(4)은 상기 반송파 승적수단(2)의 출력과 상관도 판별용 펄스를 곱하여 상기 적분소멸(Interate and dump)수단(7)의 입력으로 연결된다. 상기 적분소멸수단(7)에서 적분소멸동작의 전환시점은 상기 부호시간 복원수단(9)에서 복원된 부호 시간 신호가 경로(10)을 통하여 인가됨으로써 상기 부호시간신호에 의하여 조절되도록 하며, 상기 적분소멸수단(7)에서 복원된 데이타의 아날로그(Analog)값은 경로(8)을 통하여 출력되도록 구성한다. 이때 상기 부호시간 복원(Symbol timing Recovery)수단(9)는 공지의 사실로 수신신호 즉 중첩변조신호의 성분에서 송신시 사용한 부호시간(Data rate)의 기본 주기를 복원하여 이와 위상 및 주파수가 동일한 신호를 발생하는 장치이다. 한편, 상관도 판별을 위한 상관도 판별용 펄스발생수단(6)은 부호시간 복원수단(9)의 출력신호를 기본으로 이와 동기된 상관도 팔별용 펄스 신호 5a=B+(P-B)cos(2πt/T), 5b=B-(P-B)cos(2πt/T)를 만들어 출력하되 5a는 정위상(In-phase) 중첩변조신호의 복원에 사용하고 5b는 직교위상(Quadrature phase) 중첩변조신호의 복원에 사용한다. 여기서 B는 시스템의 특성에 따라 변화하는 요소이고, T는 부호시간 복원수단(9)에서 제공되는 부호시간신호의 기본 주기이고, P는 입력된 정현파의 최고치를 나타낸다.

상술한 구성에 의거하여 본 발명을 제1도, 제2도 및 제3도를 참조하여 설명하면, 수신되어 입력되는 중첩변조신호는 상기 반송파복원수단(3)의 복원수단(3)의 출력신호와 반송파 승적수단(2)에서 곱하여진다. 이때 반송파 복원수단(3)에서 반송파복원이 완벽히 이루어져 즉 상기 반송파복원수단(3)에 출력되는 신호가 송신시 사용된 반송파의 위상 및 주파수가 동일하게 되면, 상기 반송파 승적수단(2)의 출력단자로는 순수위상의 변화 즉, 변조시 사용한 정보데이타의 기저대역 신호들과 이들의 불요 하모닉(harmonic)성분들이 출력되게 된다. 만약 수신되는 중첩변조신호에 잡음이 없다면 상기 반송파 승적수단(2)의 출력신호는 제3도에 도시한 바와 같이 중첩도 A에 따라 그 진폭의형태가 변한 중첩변조신호의 기저대역 기본 파형들중의 한가지가 될 것이다. 또한 상기 입력된 수신신호에는 대부분 채널에서 발생하는 잡음이 존재하므로 송신시 사용된 기저대역파형이 유지되기는 어렵고 잡음에 의하여 왜곡된 형태로 상기 반송파 승적수단(4)이다. 상기 반송파 승적수단(2)의 출력신호는 상관도 판별승적수단(4)에서 상관도 판별용 펄스신호와 곱하여진다. 따라서 상기 상관도 판별 승적수단(4)에서 출력되는 신호는 반송파 승적수단(2)의 출력신호가 상관도 판별용 펄스신호(5a)와 일치하고 극성이 같다면 신호에너지가 극대화될 것이고, 일치하되 극성이 반대이면 신호에너지가 극소화될 것이다. 또한, 상기 중첩변조신호가 잡음 또는 그밖의 요인에 의해 왜곡되어 상기 반송파 승적수단의 출력신호와 상관도 판별용펄스가 일치하지 않는다면, 그 왜곡된 정도에 따라 상기 상관도 판별 승적수단(4)의 출력신호는 그 신호에너지값이 상기 극대치와 극소치 사이에 존재할 것이다.

따라서 상관도 판별 승적수단(4) 출력신호를 적분소멸수단(7)에서 부호의 기본 주기동안 에너지를 적분(interation)하면 적분기는 저역 여파기(Los-pass filter)와 같은 동작을 하므로 결국 잡음 및 반송파 승적수단(2)에서 발생하는 불요 고주파신호는 제거되고 목적의 송신된 데이타의 에너지 성분만 남게되어 본 발명에 의한 수신장치의 출력(8)이 된다. 이 때 출력된(8)의 에너지 양이 0을 기준으로 큰 값이면 송신시에 논리 1의 데이타를 전송한 것이고, 이와 반대일 경우에는 -1을 전송한 것이 된다. 여기에서 적분소멸수단(7)은 부호시간 복원수단(9)의 신호를 받아 이를 기본으로 하여 한 주기동안 적분동작을 하고, 다음 주기의 초기에는 이전 주기에서 축적되어 있던 전하를 방전시켜 소멸시킴으로써 에너지의 중복을 막도록 동작한다.

본 발명에 사용된 상관도 판별용 펄스는 제2도에 도시한 바와 같은 펄스로 부호시간 복원수단(9)의 출력신호와 위상 및 주파수가 동기된 신호로 시간 T를 주기로 반복되는 특성을 가지며, B의 값을 조절함에 따라 진폭의 형태가 변화하는 특성을 가진다. 이 펄스파형은 제3도에 도시된 중첩변조신호 다수의 기존 기저대역요소 파형들과 일치하지 않으나, B값을 조절함으로써 송신기저대역 요소파형들과의 차이 즉 부정합(Missmatching) 정도가 모든 중첩변조신호 구성요소들에 균일하게 분포시킬 수 있다. 즉, 중첩변조신호에 포함된 다수의 기저대역 구성요소 모두가 한개의 상관도 판별용 펄스가 부정합되는 정도가 비슷하다. 따라서 본 발명은 한개의 상관도 펄스로 상관도를 평가하지만 균등히 분포되어 있는 부정합요소에 의한 성능의 저하만 감수한다면 중첩변조신호의 모든 펄스형태의 상관도를 판별할 수 있어 최적수신기와 거의 동등한 동작을 수행하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의한 수신장치는 수신되는 중첩변조신호의 부호전송속도가 변화하면 그에 해당하는 주파수로 부호시간 복원수단(9)의 기본주파수를 변경하는 것으로 간단히 적용가능하고, 중첩도 A가 변화하면 상기 상관도 판별용 펄스의 B값을 조절하여 A값에 따라 변화하는 중첩변조신호의 기저대역 펄스형태와 부정합 정도를 최소화하는 점을 찾아 고정함으로써 중첩도의 변화에 대한 적응이 가능하다.

제4도는 중첩변조신호의 중첩도 A값과 본 발명의 B값 변화에 따른 부정합정도에 따라 발생되는오류확률의 열화정도를 보인 것이다. 예로서, B=0.6인 상관도 판별펄스를 사용하여 복조할 경우, A=6.0인 중첩변조신호는 오류확률 Pe=1×10E-4을 유지하기 위하여 이상적인 정합형수신기보다 비트에너지 대 잡음밀도비(Eb/No)로 0.1B 이하의 매우 미소한 열화를 가지나, A=1.0인 중첩변조신호의 0.7dB의 열화가 발생한다. 그러나 B=0.8로 변경하면 A=1.0의 중첩변조신호의 열화는 0.35dB로 감소한다. 아울러 제4도에서 볼 수 있듯이 본 발명에 의한 중첩변조신호의 차 최적수신장치가 B=6.0일 경우 매우 적은 Eb/No의 열화로 MSK신호를 복조할 수 있으므로 MSK신호의 차 최적 수신기로의 사용도 가능한다.

제5도는 본 발명인 중첩변조신호의 차 최적수신장치의 전달특성을 주파수 평면에서 보인 것으로, 성능비교를 위하여 MSK 최적수신기의 주파수 평면상 전달특성과 함께 도시하였다. 여기서 본 발명의 수신장치에 의한 전력스펙트럼밀도가 MSK의 최적 수신장치의 전력스펙트럼 밀도보다 협대역임을 알 수 있다. 대부분의 중첩변조 신호성분은 1/T주파수 이내에 분포하므로 본 발명에 의한 수신기는 목적외의 신호성분을 MSK형태의 수신기보다 적게 수신하는 결과가 되어 근접채널에 의한 방해현상(ACI:Adjacent Channel Interference)을 줄일 수 있다.

제6도는 본 발명의 구체적인 일 실시에로 중첩 직교 진폭변조(Superposed Quadrature amplitude Modulation:SQAM) 신호복조를 위한 구현방법에 관한 것이다. 중첩직교 진폭 변조신호는 변조시 대역효율을 위하여 신호공간상으로 정위상(In-phase)과 직교위상(Quadrature-phase)의 둘로 나누어 각각의 신호공간 위상에 변조된 신호를 싣는 방법으로, 이론적으로 두배의 대역폭 효율을 얻을 수 있다. 따라서 복조시에도 두개의 위상으로 나누어 복조과정을 시행하는 것이 일반적이므로 정위상 채널과 중복으로 대칭되어 직교위상 처리부가 설치되어 있다. 이에 대한 상세한 설명을 제6도를 이용하여 하기로 한다.

제6도는 중첩직교진폭변조된 신호의 수신기의 일 실시예를 나타낸 것으로서 설명의 구체화를 위하여 상관도 판별용 펄스 발생수단(6)의 구체적인 실시예를 보였으며, 적분 및 소멸수단(7)의 구성예도 함께 도시하였다. 즉 분배수단(11)과, 정위상 및 직교위상 채널의 반송파 승적수단들(2a,2b)과, 반송파 복원수단(3)과, 90도 위상 천이수단(12)과, 정위상 및 직교위상 채널의 반송파 승적수단들(2a,2b)과, 정위상 및 직교위상 채널의 상관도 판별용 승적수단들(4a,4b)과, 상관도 판별용 펄스발생수단(6)과, 정위상 및 직교위상채널의 적분소멸수단들(7a,7b) 및 부호시간 복원수단(9)으로 구성되는 것으로 이를 좀 더 살펴보면 수신장치로 입력되는 중첩직교진폭변조(SQAM) 신호는 분배수단(11)에서 두곳으로 분배되는데 상기 분배수단의 일측은 정위상 채널의 반송파 승적수단(2a) 일측입력단자로 연결하고 상기 분배수단의 잔여 일측은 직교위상 채널의 반송파 승적수단(2b)의 일측입력으로 각각 연결한다.

반송파 복원수단(3)에 의해 복원된 반송파는 두곳으로 공급된다. 즉 하나는 상기 정위상 채널의 반송파 승적수단(2a)의 잔여일측 입력단자로 공급되고, 다른 하나는 90도 위상천이수단(12)을 통과하여 직교파로 변경된 후 직교위상 채널의 반송파 승적수단(2b)의 잔여일측 입력단자로 공급된다. 또한 각 채널의 반송파 승적수단(2a,2b)들의 출력은 각 채널에 해당하는 상관도 판별 승적수단들(4a,4b)의 일측입력으로 각각 연결하고 각 채널의 상관도 판별 승적수단들(4a,4b)의 잔여 일측에도 상관도 판별용 펄스 발생수단(6)에서 발생된 파형(5a,5b)들을 각각 연결하고, 각 채널의 상관도 판별 승적수단(4a,4b)들의 출력들은 각 채널의 적분소멸수단들(7a,7b)의 각 입력으로 연결하며, 정위상 채널의 적분소멸수단(7a)에는 부호시간 복원수단(9)의 출력신호(10)을 인가하고, 직교위상 채널의 적분소멸수단(7b)에는 상기 부호시간 복원수단(9)의 출력신호(10)를 반전기(13)으로 위상을 반전시켜 인가한다.

적분소멸수단(7a,7b)에 입력된 신호는 r과 c로 구성된 적분기에 의하여 적분된다. 이때 적분소멸수단은 적분기를 구성하는 캐패시터(C)와 병렬로 소멸용 스위치를 구비하는 것으로 상기 소멸용 스위치를 조절하기 위한 신호는 상기 부호시간신호(10)을 구형파로 변환하는 Q1과 상기 Q1의 출력을 트리거 신호로서 입력하여 이를 단방향 원쇼트(one-shot)펄스로 변환하는 Q2를 통하여 생성된다. 즉 부호시간신호(10)의 한주기 시작순간에 좁은 폭의 펄스를 발생시키고 이 순간에 스위치가 "온"되도록 구성하며 상기 적분소멸수단(7a,7b)에 각 출력은 복조된 정위상 채널데이타 신호(8a)와 직교위상 채널데이타 신호(8b)가 된다.

한편 상관도 판별용 펄스발생수단의 구성 및 동작을 살펴보면 승적수단(64)과 최고치 전압발생수단(61)과 전압조절수단(62)과 제1감산수단(63)과 제2감산수단(66)과 가산수단(65)를 포함하여 구성되는 것으로서 상기 부호시간 복원수단(9)의 출력신호(10)은 승적수단(64) 일측입력단자에 연결하고, 승적수단(64)의 잔여일측 입력단자로는 상기 제1감산수단(63)의 출력을 연결하고, 승적수단(64)의 출력은 상기 제2감산수단(66) 및 가산수단(65)로 일측입력단자로 각각 인가한다. 또한 최고치 전압 발생수단(61)의 출력은 상기 전압조절수단(62)와 제1감산수단(63)의 일측입력단자로 각각 연결되며 상기 전압조절수단(62)의 출력은 가산수단(65)의 잔여입력단자와 제1감산수단(63)의 잔여입력단자로 각각 연결된다. 즉 제1감산수단(63)은 부호 시간신호의 최고치 P와 같은 전압을 발생하는 최고치 전압 발생수단(61)의 출력전압과 이 전압을 조절수단(62)로 B의 양만큼 감소한 전압과의 차이를 생성하여 상기 승적수단(64)로 인가하고 승적수단(64)은 이를 상관도 판별용 펄스를 곱하여 상기 가산수단(65) 및 상기 제2감산수단(66)으로 인가한다. 이때 상기 가산수단(65)는 상기 승적수단의 신호와 상기 B전압을 가산하여 정위상 상관도 판별용 펄스(5a)를 발생하고, 제2감산수단(66)은 상기 승적수단의 출력에서 B전압을 감산하여 직교채널의 상관도 판별용 펄스(5b)을 발생하게 된다. 단 상기 구성의 예는 부호시간 복원수단(9)의 출력신호형태가 정현파임을 가정한 예이며, 그 밖의 파를 발생할 경우 이에 주파수 및 위상이 동기된 정현파를 발생하는 수단을 부호시간신호(10)가 승적수단(64) 사이에 설치하는 것이 가능하다.

상기 구성에 의거하여 본 발명의 일 실시예에서의 전체적인 동작을 설명하면 다음과 같다.

입력되는 수신신호는 전송경로(1)을 통하여 분배수단(11)에서 두곳으로 나누어지는데 일측은 정위상 채널용 반송파 승적수단(2a)에서 반송파 복원수단(3)의 신호와 곱하여져 정위상 채널의 기저대역 신호를 추출하여 상관도 판별 승적수단의 일측 입력으로 인가된다. 잔여 분배수단의 출력은 직교 위상채널의 반송파 승적수단(2b)에 공급되어 이곳에서 반송파 복원수단(3)에서 발생된 반송파와 곱하여지되 신호공간상으로 90도 위상 천이된 신호만 추출하기 위하여 반송파 천이수단(12)를 통과한 신호를 사용한다. 즉 복원된 반송파가 cos wt의 특성을 가지며 90도 위상이동된 신호는 sin wt가 된다. 여기서 w는 반송파의 각주파수를 말한다. 이렇듯 정 및 직교 채널에 서로 다른 위상의 반송파 신호로 곱함으로써 수신된 신호에서 송신시 사용된 채널의 정보를 각각 추출할 수 있게 된다. 예로서 직교 채널에 실린 정보는 직교 위상반송파로 곱하면 최대의 에너지가 추출되나, 정위상 반송파로 곱하게 되면 서로 상쇄되어 에너지가 극소화된다.

각 채널의 상관도 판별 승적수단(4a,4b)들은 상기 동작으로 추출된 기저대역 신호들과 상관도 판별용 펄스발생수단(6)에서 제공되는 신호와 상관도를 판별하여 출력되는 에너지 성분을 적분 및 소멸수단(7a,7b)로 각각 공급한다. 한편 상관도 판별용 펄스 발생수단(6)에서는 부호시간 복원수단(9)에서 복원된 부호 전송속도 신호(10)를 받아 상기 구성에 의해 발생된 직류전압과 승적수단(64)에서 곱해져 (P-B)cos(2πt/T)의 펄스를 출력하고, 본 신호를 가산수단(65)에서 다시 B값과 더하여 B+(P-B)cos(2πt/T)의 펄스를 만들어 정위상 채널의 상관도 판별승적수단(4a)에 공급한다. 직교채널의 상관도 판별을 위한 펄스는 정위상과 90도 이상이 이동된 펄스가 필요하므로 상기 승적수단(64)의 출력신호를 제2감산수단(66)에서 B값으로 부터 감산하여 B-(P-B)cos(2πt/T) 신호를 만든 후 직교 채널의 상관도 판별용 승적수단(4b)에 공급한다. 상기 두상관도 판별용 펄스는 제3도에 나타낸 바와 같이 된다.

한편 적분소멸수단으로 공급된 에너지 성분들은 R과 C로 구성된 적분회로에서 신호데이타 정보의 에너지를 적분함과 동시에 출력경로(8a,8b)를 통하여 복원된 수순기 신호로 출력되고 불요 고주파 성분 및 잡음들은 제거된다. 상기 적분소멸수단들의 시간조절단자로 입력되는 신호(10)은 Q1에서 구형파로 변환시켜 단방향 완쇼트를 트리거시킨다.

이렇게 구성함으로써 상기 단방향 완쇼트는 입력이 논리 "0"에서 "1"로 천이하 파형을 입력 트리거단자로 제공받았을때 출력에 매우 좁은폭의 펄스 신호를 발생하는 장치이므로, 신호(10)의 반복되는 매 주기의 초기에 Q2의 출력에는 좁은 펄스가 발생하게 된다. 본 펄스로 축전기와 병렬로 연결되어 있는 스위치를 "온"시킴으로서 축전기에 저장된 전하를 방전시켜 "0"으로 만듦으로써 다음 주기에 입력되는 데이타 에너지 성분과의 중복을 막는다.

제7도는 상기 설명의 일 실시예에 따른 본 발명을 실제 장치로 구현하여 측정된 오류확률 성능평가도표로서, 중첩도 A의 모든 변화에도 적절한 B값의 선택만으로 Pe=1×10E-4에서 Eb/No의 열화를 0.5dB이내로 줄일 수 있음을 보인 것이다.

제8도는 목적의 채널신호와 전력이 같은 근접채널들의 방해가 존재하였을 경우, 목적 채널신호와 근접 채널신호들간의 주파수 평면상의 주파수 간격에 따른 오류확률 성능변화를 보인 것으로, 성능의 비교를 위하여 MSK의 최적 수신기로 중첩 직교 진폭 변조신호를 수신하였을 때의 예와 함께 도시하였다. 즉 결과에서 볼 수 있듯이 본 발명의 수신기는 근접 채널과의 채널간격이 좁아질수록 고전의 수신기보다 Eb/No의 열화가 적어짐을 즉, 근접채널에 의한 방해에 강한 특성을 가짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 중첩변조신호의 최적수신을 위한 여파수단 대신 B+(P-B)cos(2πt/T) 신호와 B-(P-B)cos(2πt/T) 신호를 이용하여 차 최적 수신기를 구성함으로써, 간단한 구조로 적은 오류확률을 가지는 수신장치를 구현할 수 있는 이점이 있으며, 또한 송신 데이타신호의 전송속도 및 중첩도 A가 변화하여도 본 수신장치에서는 부호 복원수단의 기보 주파수 및 상관도 판별용 펄스의 B값을 조절함으로써 복조가 가능하게 되며, 또한 상기 B값을 조절함으로써 MSK 변조신호의 차 최적수신장치로도 사용이 가능하며, 본 발명에 의한 중첩변조신호의 차 최적수신장치의 주파수 전달특성은 협대역으로 근접채널신호의 방해현상을 극소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 중첩변조신호를 수신하여 송신데이타를 복조하는 수신장치에 있어서, 수신된 중첩변조신호를 입력하여 포함된 신호성분중 최고조파신호를 출력함으로써 송신된 변조신호의 반송파와 동기된 신호를 추출하는 반송파 복원수단과; 상기 반송파 복원수단의 출력과 수신된 중첩변조신호를 곱하여 잡음신호가 포함될 수 있는 기저대역 신호를 추출하는 반송파 승적수단과; 수신된 중첩변호신호를 입력하여 송신된 부호의 전송속도와 동기된 주기신호를 출력함으로써 부호시간 신호를 제공하는 부호시간 복원수단; B를 시스템 특성에 따라 조절될 수 있는 보정값이라고 하고 P를 상관도 판별용 펄스의 최소치라고 하고 T는 송신데이타의 부호시간 신호의 기본주기라고 할 때, 상기 부호시간 복원수단에 의한 부호시간 신호를 입력하여 B+(P-B)cos(2πt/T)의 형태의 상관도 판별용 펄스를 발생하는 상관도 판별용 펄스 발생수단과; 상기 반송파 승적수단의 출력 신호와 상기 상관도 판별용 펄스를 곱하여 기저대역 신호에서 잡음을 극소화하는 상관도 판별승적수단; 및 상기 상관도 판별승적수단의 출력을 상기 부호시간 복원수단의 출력인 부호시간 신호의 기본주기동안 적분함으로써 최적의 데이타 성분을 추출하는 적분소멸수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 중첩변조신호의 차 최적수단장치.
2. 중첩직교진폭변조신호를 수신하여 송신 데이타를 복조하는 수신장치에 있어서, 수신된 중첩직교진폭변조신호를 입력하여 포함된 신호성분중 최고조파 신호 및 그와 위상이 90도 차이나는 신호를 출력함으로써 송신된 변조신호의 반송파와 동기된 신호 및 그와 위상이 90도 차이나는 신호를 출력하는 반송파 복원수단과; 상기 반송파 복원수단의 출력들과 수신된 중첩변조신호를 각각 곱하여 잡음신호가 포함될 수 있는 정위상 기저대역 신호와 직교위상 기저대역 신호를 각각 추출하는 반송파 승적수단과; 수신된 중첩변조신호를 입력하여 송신된 부호의 전송속도와 동기된 주기신호 및 이와 위상이 90도 차이나는 주기신호를 각각 출력함으로써 정위상 및 직교위상의 부호시간 신호를 제공하는 부호시간 복원수단과; B를 시스템특성에 따라 조절될 수 있는 보정값이라고 하는 P를 상관도 판별용 펄스의 최고치라고 하는 T는 송신데이타의 부호시간 신호의 기본주기라고 할때, 상기 부호시간 복원수단에 의한 부호시간 신호를 입력하여 B+(P-B)cos(2πt/T)의 형태의 정위상 상관도 판별용 펄스 및 B-(P-B)cos(2πt/T)의 형태의 직교위상 상판도 판별용 펄스를 발생하는 상관도 판별용 발생수단과; 상기 반송파 승적수단의 정위상 및 직교위상의 출력 신호들과 상기 정위상 직교위상의 상관도 판별용 펄스를 각각 곱하여 출력함으로써 정위상 및 직교위상의 기저대역 신호들에서 잡음을 제거하는 상관도 판별승격수단; 및 상기 상관 판별승적수단의 정위상 및 직교위상의 출력들을 상기 부호시간 복원수단의 출력인 정위상 및 직교위상 부호시간 신호의 기본주기동안 적분함으로써 최적의 데이타 성분을 추출하는 적분소멸수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 중첩변조신호의 차 최적수단장치.
3. 상기 제2항에 있어서, 상기 상관도 판별용 펄스 발생수단은 상기 부호시간 복원수단에 의하여 복원된 부호시간 신호들을 입력하여 그 최고치 직류값을 발생하는 최고치 전압발생수단과; 상기 최고치 전압발생수단의 출력을 입력하여 사용자에 의하여 그 값이 조절되는 전압조절수단과; 상기 최고치 전압발생수단의 출력에서 상기 전압조절수단의 출력을 감산하는 제1감산수단과; 상기 부호시간 복원수단의 출력과 상기 제1감산수단의 출력을 승적하여 출력하는 승적수단과; 신호공간상으로 정위상 변조된 신호의 복조를 위하여 상기 전압조절수단의 출력과 상기 승적수단의 출력을 가산하여 상기 상관도 판별승적수단의 정위상 채널로 인가하는 가산수단; 및 신호공간상으로 직교위상 변조된 신호의 복조를 위하여 상기 전압조절수단의 출력에서 상기 승적수단의 출력을 감산하여 상기 상관도 판별 승적수단의 직교위상 채널로 인가하는 제2감산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 중첩변조신호의 차 최적수단장치.
4. 상기 제3항에 있어서, 부호시간 복원수단에 의하여 복원되는 신호가 정현파가 아닌 경우 상기 승적수단과 부호시간 복원수단사이에 상기 부호시간 복원수단의 출력인 부호시간 신호를 입력하여 이와 주파수 및 위상이 동기된 정현파를 발생하는 정현파 발생수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 중첩직교변조신호의 차 최적수단장치.