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KR102105322B1 - 송신기 및 수신기, 무선 통신 방법 - Google Patents

송신기 및 수신기, 무선 통신 방법 Download PDF

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KR102105322B1
KR102105322B1 KR1020130069157A KR20130069157A KR102105322B1 KR 102105322 B1 KR102105322 B1 KR 102105322B1 KR 1020130069157 A KR1020130069157 A KR 1020130069157A KR 20130069157 A KR20130069157 A KR 20130069157A KR 102105322 B1 KR102105322 B1 KR 102105322B1
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South Korea
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signal
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pulse
receiver
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강준성
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삼성전자주식회사
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Abstract

RF 신호를 수신기에 송신하는 송신기, RF 신호를 수신하여 데이터를 복호화하는 수신기, 및 송신기와 수신기 간의 무선 통신 방법이 개시된다. 일실시예에 따르면, 송신기는 캐리어 위상이 랜덤하게 변환된 RF 신호를 수신기에 송신하고, 수신기는 RF 신호의 포락선 검출을 통해 RF 신호로부터 데이터를 추출할 수 있다.

Description

송신기 및 수신기, 무선 통신 방법{TRANSMITTER AND RECEIVER, WIRELESS COMMUNICATION METHOD}
아래의 설명은 RF(radio frequency) 신호를 송신하는 송신기, RF 신호를 수신하여 데이터를 복호화하는 수신기, 및 송신기와 수신기 간의 무선 통신 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크(sensor network)는 무선 네트워크 기술의 급속한 발전과 상용화에 힘입어 빠르게 확산되고 있으며 앞으로도 많은 시장 성장이 예상되고 있다. 무선 센서 디바이스의 적용가능 분야는 기본적으로, 홈 시큐리티, 의료분야, 모바일 헬스케어(mobile healthcare), 화학적/생물학적 이상 감시, 기계의 이상/고장 진단, 환경감시, 재난관련 정보 센싱, 지능형 물류관리, 실시간 보안, 원격감시 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다.
이러한 다양한 무선 센서 네트워크 및 근거리 통신망에서 센서들의 크기는 소형이고, 많은 수의 센서들이 오랜 시간동안 동작하기 위해서는 기본적으로 저전력, 저복잡도의 조건을 만족시켜야 한다. 특히, 인체에 설치되어 주위의 모바일 장치나 혹은 또다른 인체의 센서와 무선으로 통신이 이루어지는 wireless body area network (WBAN)에서는 보다 엄격한 저복잡도, 저전력의 조건이 요구된다. 이러한 저복잡도 및 저전력을 달성하기 위해서는 기존의 고전력 RF(Radio Frequency) 구조가 아닌 초저전력 RF 구조의 사용이 요구된다.
이러한 저전력/저복잡도 수신기에는 noncoherent on-off keying(OOK) 혹은 amplitude-shift keying(ASK), pulse position modulation(PPM) 등과 같은 noncoherent modulation 기법을 적용하는 것이 적합한 것으로 알려져 있다.
일실시예에 따른 송신기는, 데이터를 펄스 형태로 변환하는 펄스 생성부; RF(radio frequency) 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시키는 캐리어 위상 변환부; 및 상기 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 RF 신호 송신부를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 송신기는, 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시켜 양자화된 결과값을 출력하는 데이터 인코더; 상기 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시키는 신호 변환부; 상기 신호 변환부의 출력 신호를 펄스 형태로 변환하는 펄스 셰이퍼; 및 RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 RF 신호 송신부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 수신기는, 송신기로부터 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가지고 있는 RF 신호를 수신하는 RF 신호 수신부; 상기 RF 신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출부; 및 상기 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화하는 데이터 디코더를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 송신기가 수행하는 무선 통신 방법은, 데이터를 펄스 형태로 변환하는 단계; RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시키는 단계; 및 상기 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 송신기가 수행하는 무선 통신 방법은, 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시켜 양자화된 결과값을 출력하는 단계; 상기 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시키는 단계; 상기 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값을 펄스 형태로 변환하는 단계; 및 RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 수신기가 수행하는 무선 통신 방법은, 송신기로부터 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가지고 있는 RF 신호를 수신하는 단계; 상기 RF 신호의 포락선을 검출하는 단계; 및 상기 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 송신기와 수신기 간의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 송신기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 수신기의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 캐리어 위상 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 캐리어 위상 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 인코더의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 기저대역 신호 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 기저대역 신호 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일실시예에 따른 수신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일실시예에 따른 파워 증폭기의 출력 신호에 포함된 저주파 대역 신호를 도시한 도면이다.
도 14는 일실시예에 따른 신호 파형이 기초하여 송신기와 수신기 간의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 도 16은 일실시예에 따른 기존의 무선 통신 방법의 성능과 제안한 무선 통신 방법의 성능을 비교하는 시뮬레이션 결과이다.
도 17은 일실시예에 따른 송신기가 수행하는 무선 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 송신기가 수행하는 무선 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 19는 일실시예에 따른 수신기가 수행하는 무선 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 발명의 범위가 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 송신기와 수신기 간의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
송신기(110)와 수신기(120)는 noncoherent 변/복조 기법을 이용하여 무선 통신을 수행할 수 있다. noncoherent 변/복조 기법은 coherent 변/복조 기법과는 반대로, 수신단에서 송신단에서의 캐리어 위상(carrier phase) 정보를 이용하지 않고, 데이터를 복호화하는 기법이다. 예를 들어, 송신기(110)와 수신기(120)는 포락선 검출을 통해 신호의 존재 여부를 판단하는 noncoherent OOK(on-off keying) 또는 ASK(amplitude-shift keying)과 같은 noncoherent 변/복조 기법을 이용하여 통신할 수 있다. noncoherent 변/복조 기법은 coherent 변/복조 기법과 달리, 캐리어 위상 값을 구해내기 위한 고비용의 동기화(synchronization) 과정, 및 믹서(mixer)나 선형 증폭기(linear amplifier)와 같은 고전력을 요구하는 소자들을 이용하지 않으므로, 저전력 및 저복잡도의 통신 환경을 제공할 수 있다.
송신기(110)는 수신기(120)에 전송하려는 데이터를 RF(radio frequency) 신호로 변환하여 수신기(120)에 전송할 수 있다. 송신기(110)는 캐리어 위상이 랜덤(random)하게 변화된 RF 신호를 이용하여 데이터를 전송할 수 있다. 송신기(110)는 캐리어 위상을 랜덤하게 생성하고, 이를 RF 발진기(oscillator)의 출력 신호인 RF 발진 신호에 적용하여 캐리어 위상이 랜덤하게 변화된 RF 신호를 생성할 수 있다. RF 신호의 캐리어 위상 정보는 송신 심볼과 무관할 수 있으며, 수신기(120)에 전송되지 않을 수 있다. 또는, 송신기(110)는 기저대역 신호(baseband signal)의 부호를 임의의 시간 구간에서 다르게 변환하고, 이를 RF 발진 신호에 적용함으로써 캐리어 위상이 랜덤하게 변화된 RF 신호와 유사한 형태의 RF 신호를 생성할 수 있다.
수신기(120)는 송신기(110)로부터 RF 신호를 수신하고, RF 신호로부터 데이터를 복호화할 수 있다. 수신기(120)는 RF 신호의 포락선(envelope)을 검출하고, 검출된 포락선에 기초하여 RF 신호로부터 데이터를 추출할 수 있다. 수신기(120)는 포락선 검출을 통해 데이터를 복호화함으로써, 송신기(110)에서 이용된 랜덤한 캐리어 위상에 대한 정보를 이용하지 않아도 송신 심볼을 추정할 수 있다.
송신기(110)는 캐리어 위상이 랜덤하게 변화된 RF 신호(또는, 이와 유사한 형태의 RF 신호)를 통해 데이터를 전송함으로써, 특정 주파수에서 상대적으로 전력 밀도가 집중되는 현상인 라인 스펙트럼(line spectrum) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 라인 스펙트럼 현상은 주파수 영역의 특정 주파수에서 보강 간섭을 통해 전력이 집중됨으로써 발생할 수 있다.
라인 스펙트럼 현상이 제거됨에 따라 송신기(110)와 수신기(120)를 포함하는 무선 통신 시스템은, 통신 규격의 PSD(power spectral density) 마스크(mask)에 정의된 전력 감쇄 조건 및 전력의 절대 크기 조건을 만족시킬 수 있다. 전력 감쇄 조건은 중심 주파수에 인접한 주파수 구간에서 중심 주파수보다 상대적으로 감쇄되어야 하는 전력 크기에 관한 제한 조건을 나타낸다. 전력의 절대 크기 조건은 중심 주파수에 인접한 주파수 구간에서 만족시켜야 할 전력의 절대 크기에 관한 조건을 나타낸다. 또한, 라인 스펙트럼 현상이 제거됨에 따라, 무선 통신 시스템은 다양한 송신 심볼 시퀀스 패턴에 강인한 파워 스펙트럼(power spectrum)을 제공하고, 수신기(120)에 안정적인 수신 성능을 제공할 수 있다. 그리고, 무선 통신 시스템은 중심 주파수에 전력 밀도가 집중되어 나타나는 회로 성능의 저하를 방지할 수 있다. 중심 주파수에 전력 밀도가 집중되어 나타날 경우, DC 오프셋(offset) 성분이 상대적으로 크게 발생할 수 있고, 신호 증폭 과정에서 포화(saturation) 가능성이 보다 커질 수 있으므로 회로 성능이 저하될 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 송신기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 송신기(210)는 펄스 생성부(220), 캐리어 위상 변환부(250), 및 RF 신호 송신부(260)를 포함할 수 있다. 펄스 생성부(220)는 데이터 인코더(230) 및 펄스 셰이퍼(pulse shaper, 240)를 포함할 수 있다.
펄스 생성부(220)는 데이터를 펄스 형태로 변환할 수 있다. 펄스 생성부(220)는 데이터를 이산(discrete)적인 엘리먼트(element)로 변환하고, 엘리먼트에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다.(엘리먼트에 따라 펄스를 생성하지 않을 수도 있다.) 펄스 생성부(220)는 복수의 펄스들을 중첩하여 나타낸 펄스 시퀀스를 출력할 수 있다. 예를 들어, 펄스 생성부(220)가 noncoherent OOK 기법을 이용한다고 가정하면, 송신하려는 이진수 심볼이 '1'인 경우에는 특정한 모양의 펄스를 발생시키고, 송신하려는 이진수 심볼이 '0'인 경우에는 펄스를 발생시키지 않을 수 있다.
데이터 인코더(230)는 송신하려는 데이터를 송신 비트의 형태로 부호화할 수 있다. 데이터 인코더(230)는 입력되는 데이터(또는, 데이터 시퀀스)를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑(mapping)시킬 수 있다. 예를 들어, 엘리먼트 세트는 0 및 0보다 큰 임의의 양수들로 구성될 수 있다. 엘리먼트 세트가 {0, 1}로 구성되는 경우, 데이터 인코더(230)는 noncoherent OOK의 바이너리 인코더(binary encoder)와 같이, 입력되는 데이터를 '0' 또는 '1'로 매핑하여 부호화할 수 있다. 데이터 인코더(230)는 입력된 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시킴으로써, 양자화된 결과값을 출력할 수 있다.
심볼을 전송할 때마다 다중 비트를 전송하는 경우, 예를 들어, 심볼을 전송할 때마다 2비트를 전송하는 진폭 편이 변조(amplitude shift keying, ASK)의 경우, 데이터 인코더(230)는 입력되는 데이터 시퀀스를 2비트씩 그룹핑하고, '0', '1', '2', '3'의 4가지 레벨 중 하나에 매핑할 수 있다.
펄스 셰이퍼(240)는 데이터 인코더(230)의 매핑 결과에 기초하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(240)는 데이터 인코더(230)의 출력값과 미리 정해진 펄스 모양을 곱하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(240)는 데이터 시퀀스에 대응하는 펄스들을 시간축 상에서 중첩시킴으로써 데이터 시퀀스를 펄스열(pulse series)의 형태로 변환할 수 있다. 펄스 셰이퍼(240)는 특정 송신 비트에 해당하는 송신 파형을 전송하는 과정에서, 제한된 대역폭에서 송신 파형이 왜곡되지 않도록 펄스의 모양을 조절할 수 있다.
송신기(210)는 RF 발진 신호를 발생시키는 VCO(voltage-controlled oscillator, 미도시)를 추가적으로 포함할 수 있다. VCO는 캐리어 주파수에 해당하는 RF 발진 신호를 출력할 수 있다.
캐리어 위상 변환부(250)는 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(250)는 랜덤한 캐리어 위상을 생성하고, 생성된 캐리어 위상을 RF 발진 신호에 적용함으로써 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 값을 갖는 함수를 RF 발진 신호에 적용하여 RF 발진 신호의 위상을 변화시킬 수 있다. 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간의 길이는 송신 심볼 전송 주기의 양의 정수배의 길이를 가질 수 있다. 또한, 캐리어 위상 변환부(250)는 복수 개의 함수를 이용하여 RF 발진 신호의 위상을 변화시킬 수도 있다.
캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 RF 발진 신호의 위상을 반전시킬 수 있다. 예를 들어, 캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 '+1' 또는 '-1'의 값을 갖는 함수를 RF 발진 신호에 적용하여 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 결정된 시간 구간에서 반전시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 RF 발진 신호의 위상을 미리 설정된 복수의 값들 중 하나로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 '+1/
Figure 112013053702713-pat00001
' 또는 '-1/
Figure 112013053702713-pat00002
'의 값을 갖는 두 개의 서로 다른 함수를 이용하여 RF 발진 신호의 위상을 미리 설정된 4 개의 위상값들(
Figure 112013053702713-pat00003
,
Figure 112013053702713-pat00004
,
Figure 112013053702713-pat00005
,
Figure 112013053702713-pat00006
)중 하나로 변화시킬 수 있다.
캐리어 위상 변환부(250)는 RF 발진 신호를 출력하는 발진기의 동작을 제어하여 RF 발진 신호의 위상을 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(250)는 특정 주기마다 RF 발진 신호의 위상을 0 도에서 360도 사이의 임의의 값 중 하나로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 캐리어 위상 변환부(250)는 일정 주기의 시점에 VCO를 턴 오프(turn off)-턴 온(turn on)시킴으로써, RF 발진 신호의 위상을 0도에서 360도 사이의 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화시킬 수 있다.
캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼의 전송 주기의 양의 정수배에 대응하는 위상의 변화 주기를 결정하고, 결정된 변화 주기마다 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 양의 정수 K=1이라고 가정하는 경우, 캐리어 위상 변환부(250)는 송신 심볼을 전송할 때마다 송신 심볼과 무관한 랜덤한 캐리어 위상을 발생시키고, 이를 RF 발진 신호(또는, 캐리어)의 위상에 적용할 수 있다.
캐리어 위상 변환부(250)는 RF 발진 신호에 랜덤한 위상을 적용함으로써, 주파수의 보강 간섭에 의해 특정 주파수에서 전력 밀도가 집중되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 캐리어 위상 변환부(250)는 RF 발진 신호에 랜덤한 위상을 적용함으로써, 송신하는 RF 신호의 DC 오프셋 성분을 제거할 수 있다.
RF 신호 송신부(260)는 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 펄스를 RF 신호로 변환하고, RF 신호를 수신기에 송신할 수 있다. RF 신호 송신부(260)는 RF 신호 송신부(260)는 랜덤한 캐리어 위상이 적용된 RF 발진 신호 및 펄스 셰이퍼(240)가 출력한 저주파 신호를 곱하기 위한 믹서(mixer, 미도시)를 포함할 수 있다. RF 신호 송신부(260)는 믹서를 통해 RF 신호를 생성할 수 있다. 생성된 RF 신호는 파워 증폭기(power amplifier, 미도시)를 통해 무선으로 전송될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, RF 신호 송신부(260)는 믹서를 이용하지 않고, 파워 증폭기를 이용하여 RF 신호를 생성할 수 있다. RF 신호 송신부(260)는 랜덤한 캐리어 위상이 적용된 RF 발진 신호 및 펄스 셰이퍼(240)가 출력한 저주파 신호를 파워 증폭기에 입력시킴으로써, 믹서를 사용하지 않고도 RF 신호를 생성할 수 있다. 믹서를 사용하지 않는 경우, 믹서를 사용하는 경우보다 저전력으로 RF 신호를 생성할 수 있다.
수신기는 수신한 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화할 수 있다. 수신기는 수신한 RF 신호의 캐리어 위상 정보를 이용하지 않아도 데이터를 복호화할 수 있으므로, RF 신호 송신부(260)는 수신기에 캐리어 위상 정보를 전송할 필요가 없다. 예를 들어, 송신기(210)와 수신기 간의 무선 통신 시스템이 비트 정보를 전송할 때 확산 코드열(spreading code sequence)를 곱해서 보내는 대역 확산 시스템이라고 가정하는 경우, 송신 심볼에서 발생시키는 캐리어 관련 정보는 송신기(210) 및 수신기 간에 서로 약속된 확산 코드열과 무관한 정보일 수 있다. 랜덤한 캐리어 위상에 의한 불규칙한 신호는 수신기가 포락선을 검출하는 과정에서 사라질 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 수신기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 수신기(310)는 RF 신호 수신부(320), 포락선 검출부(330) 및 데이터 디코더(340)를 포함할 수 있다.
RF 신호 수신부(320)는 송신기로부터 RF 신호를 수신할 수 있다. RF 신호는 송신기에 의해 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가질 수 있다. 예를 들어, RF 신호는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 캐리어 위상이 랜덤하게 반전된 RF 신호이거나, 또는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 캐리어 위상이 미리 설정된 복수의 값들 중 하나로 랜덤하게 변화된 RF 신호일 수 있다. 그리고, RF 신호는 캐리어 위상이 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화된 RF 신호일 수 있다.
포락선 검출부(330)는 수신한 RF 신호로부터 포락선을 검출할 수 있다. 랜덤한 캐리어 위상에 의한 불규칙한 신호는 포락선 검출부(330)가 포락선을 검출하는 과정에서 사라질 수 있다.
데이터 디코더(340)는 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화할 수 있다. 예를 들어, 데이터 디코더(340)는 RF 신호에서 포락선을 검출하고, 포락선 패턴에 대해 샘플링(sampling)을 수행하여 아날로그 신호인 포락선 패턴을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 데이터 디코더(340)는 포락선을 이용하여 데이터를 추출함으로써, RF 신호의 캐리어 위상 정보를 이용하지 않아도 송신 심볼의 추정이 가능하다.
도 4는 일실시예에 따른 캐리어 위상 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 송신기는 도 2의 송신기의 일실시예에 해당한다. 따라서, 도 4에서 설명되지 않은 내용은 도 2의 내용을 참조할 수 있다.
도 4를 참조하면, 송신기(410)는 데이터 인코더(440), 펄스 셰이퍼(450), 캐리어 위상 변환부(420), VCO(430), 및 파워 증폭기(460)를 포함할 수 있다.
데이터 인코더(440)는 송신하려는 데이터를 송신 비트의 형태로 부호화할 수 있다. 데이터 인코더(440)는 입력되는 데이터(또는, 데이터 시퀀스)를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시킬 수 있다.
펄스 셰이퍼(450)는 데이터 인코더(440)의 매핑 결과에 기초하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(450)는 데이터 인코더(440)의 출력값과 미리 정해진 펄스 모양을 곱하여 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(450)는 데이터 시퀀스에 대응하는 펄스들을 시간축 상에서 중첩시킴으로써 데이터 시퀀스를 펄스열의 형태로 변환할 수 있다.
캐리어 위상 변환부(420)는 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시키기 위한 함수를 생성할 수 있다. 캐리어 위상 변환부(420)는 랜덤한 캐리어 위상을 생성하고, 생성된 캐리어 위상을 RF 발진 신호를 생성하는 발진기인 VCO(430)에 제공할 수 있다. 캐리어 위상 변환부(420)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 미리 정해진 값을 갖는 하나 이상의 함수를 생성할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 위상 변환부(420)는 각각의 함수는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 '+1/
Figure 112013053702713-pat00007
' 또는 '-1/
Figure 112013053702713-pat00008
'의 값을 갖는 두 개의 서로 다른 함수를 생성하여 VCO(430)에 제공할 수 있다.
VCO(430)에 제공된 함수는 VCO(430)에서 생성된 RF 발진 신호에 적용되어, RF 발진 신호의 위상이 랜덤하게 변화될 수 있다. 캐리어 위상 변환부(420)가 생성한 함수에 의해 RF 발진 신호는 임의의 시간 구간에서 위상이 변화될 수 있다.
캐리어 위상 변환부(420)는 VCO(430)의 동작을 제어하기 위한 신호를 생성하여 VCO(430)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 위상 변환부(420)는 일정 주기의 시점에 VCO(430)를 턴 오프-턴 온시키는 제어 신호를 생성하여 VCO(430)에 제공할 수 있고, 제어 신호에 의해 VCO(430)에서 출력되는 RF 발진 신호는 0 도에서 360도 사이의 연속적인 위상 중 어느 하나의 위상을 랜덤하게 가질 수 있다.
파워 증폭기(460)는 위상이 랜덤하게 변화된 RF 발진 신호 및 펄스 셰이퍼(450)가 출력한 저주파 신호를 입력으로 하여 RF 신호를 생성하고, 생성된 RF 신호를 무선으로 송출할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 캐리어 위상 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 송신기는 도 2의 송신기의 일실시예에 해당한다. 따라서, 도 5에서 설명되지 않은 내용은 도 2의 내용을 참조할 수 있다.
도 5를 참조하면, 송신기(510)는 데이터 인코더(520), 펄스 셰이퍼(530), 믹서(560), VCO(540), 캐리어 위상 변환부(550), 및 파워 증폭기(570)를 포함할 수 있다.
데이터 인코더(520)는 송신하려는 데이터를 송신 비트의 형태로 부호화할 수 있다. 데이터 인코더(520)는 입력되는 데이터(또는, 데이터 시퀀스)를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시킬 수 있다. 펄스 셰이퍼(530)는 데이터 인코더(520)의 매핑 결과에 기초하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(530)는 데이터 인코더(520)의 출력값과 미리 정해진 펄스 모양을 곱하여 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(530)는 데이터 시퀀스에 대응하는 펄스들을 시간축 상에서 중첩시킴으로써 데이터 시퀀스를 펄스열의 형태로 변환할 수 있다.
VCO(540)는 캐리어 주파수에 해당하는 RF 발진 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
캐리어 위상 변환부(550)는 VCO(540)에서 출력된 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(550)는 랜덤한 캐리어 위상을 생성하고, 생성된 캐리어 위상을 RF 발진 신호에 적용함으로써 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(550)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 미리 정해진 값을 갖는 함수를 RF 발진 신호에 적용하여 RF 발진 신호의 위상을 변화시킬 수 있다. 또한, 캐리어 위상 변환부(550)는 복수 개의 함수를 이용하여 RF 발진 신호의 위상을 변화시킬 수도 있다. 캐리어 위상 변환부(550)는 RF 발진 신호를 출력하는 발진기의 동작을 제어하여 RF 발진 신호의 위상을 연속적인 위상값 중 어느 하나로 변화시킬 수 있다
믹서(560)는 캐리어 위상 변환부(550)가 출력한 랜덤한 캐리어 위상이 적용된 RF 발진 신호 및 펄스 셰이퍼(530)가 출력한 저주파 대역의 펄스열을 곱하여 입력된 데이터에 대응하는 RF 신호를 생성할 수 있다. 생성된 RF 신호는 파워 증폭기(570)를 통해 수신기에 전송될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 인코더의 세부 구성을 도시한 도면이다.
송신기와 수신기를 포함하는 무선 통신 시스템이 오류정정 부호화 방식 및 확산 코드열을 이용하는 경우, 도 2에 도시된 데이터 인코더(230)는 도 6의 데이터 인코더(610)과 같은 세부 구성을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 데이터 인코더(610)는 입력되는 데이터에 에러정정 코드를 포함하여 부호화하는 채널 인코더(620), 확산 코드열을 적용시키기 위한 확산부(spreader, 630), 및 확산 코드열이 적용된 데이터를 미리 정해진 심볼에 매핑시키는 심볼 매핑부(640)를 포함할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 데이터 인코더(710), 펄스 셰이퍼(720), VCO(730), 캐리어 위상 변환부(740), 및 파워 증폭기(750)는 도 5에 도시된 각 구성에 대응하므로, 도 7에 도시된 구성의 구체적인 동작에 관해서는 도 5에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
도 7의 데이터 인코더(710)는 입력된 데이터를 {0, 1}의 엘리먼트 세트에 포함된 어느 하나의 엘리먼트로 부호화하는 바이너리 인코더라고 가정한다. 펄스 셰이퍼(720)가 출력하는 펄스의 모양은 디지털 펄스 셰이핑 필터(digital pulse shaping filter)로 구현되어, 불연속적으로 나타나는 양자화된 가우시안 펄스(quantized Gaussian pulse)의 모양이라고 가정한다.
펄스 셰이퍼(720)의 출력 신호(760)는 데이터 인코더(710)의 출력이 [1 0 1 1 0 1]인 경우에, 각 출력에 대응하는 펄스가 서로 중첩된 모양을 나타낸다. 캐리어 위상 변환부(740)는 VCO(730)에서 출력된 RF 발진 신호(770)의 위상을 0도 또는 180도로 임의로 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(740)는 시간 구간에서 +1 또는 -1의 값으로 임의로 변화하는 신호 파형을 나타내는 함수 u(t)(780)를 VCO(730)에서 출력된 RF 발진 신호(770)에 적용하여 RF 발진 신호(770)의 위상을 송신 심볼 주기의 양의 정수배에 해당하는 시점마다 0도 또는 180도 변화시킬 수 있다. 위상이 랜덤하게 변환된 RF 발진 신호(790)는 데이터 인코더(710)의 출력과 무관할 수 있다. 또한, 변화된 위상에 관한 정보는 수신기와 공유할 필요가 없다.
캐리어 위상 변환부(740)는 RF 발진 신호(707)의 위상을 송신 심볼 주기인 T 초마다 변화시키거나 또는 T 초의 양의 정수배마다 변화시킬 수도 있다. 만약, 이진수에 해당하는 비트 정보가 데이터 인코더(710)를 통해 부호화되는 경우, 송신 심볼 주기 T초는 하나의 비트 주기에 해당할 수 있다. 만약, 데이터 인코더(710)가 확산 코드열을 이용하여 데이터를 부호화한 경우라면, 송신 심볼 주기 T초는 하나의 칩(chip) 주기에 해당할 수 있다. 펄스 셰이퍼(720)이 출력 신호(760) 및 캐리어 위상 변환부(740)에 의해 위상이 랜덤하게 변화된 RF 발진 신호(790)는 서로 곱해진 후, 파워 증폭기(750)를 통해 무선으로 송출될 수 있다.
시간 t 에 대한 VCO의 출력 신호 v(t) 를 수학적으로 표현하면 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00009
여기서, fc 는 RF 발진 신호의 주파수(캐리어 주파수)를 나타낸다.
도 7에 도시된 캐리어 위상 변환부(740)의 출력 신호 y(t) 를 수학적으로 표현하면 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00010
여기서, v(t) 는 VCO(730)의 출력 신호, u(t) 는 송신 심볼 주기 T 초마다 +1 또는 -1로 변화하는 함수를 나타낸다. 단, u(t) 는 송신 심볼 주기 T의 양의 정수배마다 변화할 수도 있다. rect 함수는 다음의 수학식 3과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00011
펄스 셰이퍼(720)의 출력 신호와 캐리어 위상 변환부(740)의 출력 신호에 기초하여 생성된 RF 신호 z(t)는 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00012
여기서, Pseq(t) 는 중첩된 펄스열의 시간 응답 함수를 나타내며, 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00013
여기서, p(t) 는 한 개의 펄스에 대한 시간 응답 함수를 나타내고, cn 은 각 심볼 주기마다 출력되는 데이터 인코더(710)의 출력값을 나타낸다. 예를 들어, 송신기가 noncoherent OOK 변/복조 기법을 이용하는 경우, 데이터 인코더(710)의 출력값은 '0' 또는 '1'의 값을 가질 수 있다.
파워 증폭기(750)의 출력 신호에서 고주파 대역의 신호를 제외한 저주파 대역의 신호(기저대역 신호)는 도 13과 같이 나타낼 수 있다. 도 13은 일례로서, 파워 증폭기의 출력 신호의 기저대역 신호 성분을 등가적으로 나타낸 도면이다. 도 13은 불연속적인 양자화된 가우시안 펄스를 적용하고, cn 및 u(t)의 값이 각각 [c0 c1 c2 c3 c4 c5] = [1 0 1 1 0 1], [u0 u1 u2 u3 u4 u5] = [+1 +1 -1 +1 -1 -1]인 경우를 나타낸다. 그래프(1210)은 중첩된 펄스열의 시간 응답 함수 Pseq(t) 를 나타내고, 그래프(1220)은 송신 심볼 주기 T 초 또는 T 초의 양의 정수배마다 변화하는 함수 u(t)를 나타내며, 그래프(1230)은 파워 증폭기의 출력 신호에 포함된 등가적인 기저대역 신호(equivalent baseband signal) Pseq , RCP(t) 를 나타낸다. Pseq , RCP(t) 는 Pseq(t)ㆍu(t)으로 나타낼 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 데이터 인코더(810), 펄스 셰이퍼(820), VCO(830), 캐리어 위상 변환부(840), 및 파워 증폭기(860)는 도 5에 도시된 각 구성에 대응하므로, 도 8에 도시된 구성의 구체적인 동작에 관해서는 도 5에 기재된 내용을 참조할 수 있다. 캐리어 위상 변환부(840)는 RF 발진 신호(870)의 위상을 이동시키는 위상 쉬프터(850)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 위상 쉬프터(850)는 RF 발진 신호(870)의 위상을 -90도 만큼 이동시킬 수 있다. 도 8에서는 위상 쉬프터(850)가 RF 발진 신호의 위상을 -90도 만큼 이동시키는 것으로 가정한다.
도 8의 캐리어 위상 변환부(840)는 도 7의 캐리어 위상 변환부(840)와 달리, RF 발진 신호의 위상을 M 개의 세분화된 임의의 값으로 변화시킬 수 있다. 도 8에서는 M=4이고, 펄스 셰이퍼(820)가 출력하는 펄스의 모양은 양자화된 가우시안 펄스 모양이라고 가정한다. 펄스 셰이퍼(820)의 출력 신호는 데이터 인코더(810)의 출력이 [1 0 1 1 0 1]인 경우에, 각 출력에 대응하는 펄스가 서로 중첩된 모양을 나타낸다.
예를 들어, 캐리어 위상 변환부(840)는 VCO가 출력한 RF 발진 신호 및 위상 쉬프터(850)에 의해 위상이 -90도 만큼 이동된 RF 발진 신호에 각각 랜덤하게 발생시킨
Figure 112013053702713-pat00014
및
Figure 112013053702713-pat00015
값을 곱한 후, 곱한 결과를 더할 수 있다. 더하여 생성된 결과 신호는
Figure 112013053702713-pat00016
,
Figure 112013053702713-pat00017
,
Figure 112013053702713-pat00018
,
Figure 112013053702713-pat00019
중 임의의 값으로 위상이 변화될 수 있다. 예를 들어, uI(t)(880) 및 uQ(t)(875)의 값이 각각
Figure 112013053702713-pat00020
및
Figure 112013053702713-pat00021
값일 경우, RF 발진 신호(870)의 위상은
Figure 112013053702713-pat00022
만큼 더해지게 된다. 여기서, uI(t)(880) 및 uQ(t)(875)의 값은 RF 발진 신호의 위상이 M 개의 임의의 서로 다른 값으로 변화하게 하면 되는 값으로써, 반드시
Figure 112013053702713-pat00023
또는
Figure 112013053702713-pat00024
값 중 하나일 필요는 없다. RF 발진 신호의 변화된 위상들은 데이터 인코더(810)의 출력과 무관할 수 있다. 펄스 셰이퍼(820)가 출력한 펄스 신호 및 캐리어 위상 변환부(840)에 의해 위상이 랜덤하게 변화된 RF 발진 신호는 서로 곱해진 후, 파워 증폭기(860)를 통해 무선으로 송출될 수 있다.
시간 t 에 대한 VCO(830)의 출력 신호 v(t) 를 수학적으로 표현하면 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00025
여기서, fc 는 RF 발진 신호(870)의 주파수를 나타낸다.
도 8에 도시된 캐리어 위상 변환부(840)의 출력 신호 y(t) 를 수학적으로 표현하면 다음의 수학식 7와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00026
여기서, uI(t) 및 uQ(t)는 각각 송신 심볼 주기 T 초마다 uI(t)2+ uQ(t)2 = 1 의 관계를 가지고 변화하는 함수를 나타낸다. 단, uI(t) 및 uQ(t)는 송신 심볼 주기 T의 양의 정수배마다 변화될 수도 있다.
펄스 셰이퍼(820)의 출력 신호와 캐리어 위상 변환부(840)의 출력 신호에 기초하여 생성된 RF 신호 z(t)는 다음의 수학식 8와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00027
여기서, Pseq(t) 는 수학식 5의 중첩된 펄스열의 시간 응답 함수를 나타내고, p(t) 는 한 개의 펄스에 대한 시간 응답 함수를 나타낸다. cn 은 각 심볼 주기마다 출력되는 데이터 인코더(810)의 출력값을 나타낸다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 데이터 인코더(910), 펄스 셰이퍼(920), VCO(930), 캐리어 위상 변환부(940), 및 파워 증폭기(950)는 도 5에 도시된 각 구성에 대응하므로, 도 9에 도시된 구성의 구체적인 동작에 관해서는 도 5에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
도 9의 캐리어 위상 변환부(940)는 RF 발진 신호(970)를 출력하는 발진기인 VCO(930)의 동작을 제어하여 RF 발진 신호(970)의 위상을 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 캐리어 위상 변환부(940)는 특정 주기마다 RF 발진 신호(970)의 위상을 0 도에서 360도 사이의 임의의 값 중 하나로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 캐리어 위상 변환부(940)는 일정 주기의 시점에 VCO(930)를 턴 오프-턴 온시킴으로써, RF 발진 신호(970)의 위상을 0도에서 360도 사이의 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화시킬 수 있다.
도 9에서도, 도 7 및 도 8에서와 마찬가지로 펄스 셰이퍼(920)가 출력하는 펄스의 모양은 양자화된 가우시안 펄스 모양이라고 가정한다. 펄스 셰이퍼(920)의 출력 신호(960)는 데이터 인코더의 출력이 [1 0 1 1 0 1]인 경우에, 각 출력에 대응하는 펄스가 서로 중첩된 모양을 나타낸다.
시간 t 에 대한 VCO의 출력 신호 v(t) 를 수학적으로 표현하면 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00028
여기서, fc 는 RF 발진 신호의 주파수를 나타낸다.
도 9에 도시된 캐리어 위상 변환부(914)의 출력 신호 y(t) 를 수학적으로 표현하면 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00029
여기서, rect 함수는 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00030
는 0도에서 360도(
Figure 112013053702713-pat00031
) 사이의 연속적인 위상값 중 어느 하나의 위상값을 나타낸다. 수학식 10에서
Figure 112013053702713-pat00032
는 송신 심볼 주기 T초마다 변화하는 것을 가정하였으나,
Figure 112013053702713-pat00033
는 T초의 양의 정수배마다 변화될 수도 있다.
펄스 셰이퍼(912)의 출력 신호와 캐리어 위상 변환부(940)의 출력 신호에 기초하여 생성된 RF 신호 z(t)는 다음의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013053702713-pat00034
여기서, Pseq(t) 는 중첩된 펄스열의 시간 응답 함수를 나타내고, 수학식 5와 같이 정의될 수 있다. p(t) 는 한 개의 펄스에 대한 시간 응답 함수를 나타내고, cn 은 각 심볼 주기마다 출력되는 데이터 인코더의 출력값을 나타낸다.
도 10은 일실시예에 따른 기저대역 신호 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 송신기는 데이터 인코더(1010), 신호 변환부(1020), 펄스 셰이퍼(1030), 및 RF 신호 송신부(1050)를 포함할 수 있다.
데이터 인코더(1010)는 송신하려는 데이터를 송신 비트의 형태로 부호화할 수 있다. 데이터 인코더(1010)는 입력되는 데이터(또는, 데이터 시퀀스)를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시켜 양자화된 결과값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 엘리먼트 세트는 0 및 0보다 큰 임의의 양수들로 구성될 수 있다.
신호 변환부(1020)는 데이터 인코더(1010)에서 출력된 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 신호 변환부(1020)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 양자화된 결과값의 부호를 음의 부호로 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 신호 변환부(1020)는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 값을 갖는 함수를 양자화된 결과값에 적용하여 양자화된 결과값의 부호를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 신호 변환부(1020)는 함수(또는 신호 파형) u(t)(1060)를 양자화된 결과값에 곱하여 부호를 랜덤하게 변화시킬 수 있다. u(t)(1060)는 송신 신볼 주기의 양의 정수배마다 랜덤하게 변화할 수 있으며, 음의 값을 가질 수 있다. 함수 u(t)(1060)는 데이터 인코더(1010)의 출력과 무관할 수 있다.
신호 변환부(1020)는 송신 심볼 전송 주기의 양의 정수배가 되는 시점마다 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 또한, 신호 변환부(1020)는 양자화된 결과값의 부호 뿐만 아니라 결과값의 크기도 변화시킬 수 있다. 신호 변환부(1020)는 데이터 인코더(1010)에서 출력된 기저대역 신호를 조절하여 RF 발진 신호의 위상을 조절하는 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
펄스 셰이퍼(1030)는 신호 변환부(1020)의 출력 신호를 펄스 형태로 변환할 수 있다. 펄스 셰이퍼(1030)는 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값을 펄스 형태로 변환할 수 있다. 펄스 셰이퍼(1030)는 신호 변환부(1020)의 출력 신호와 미리 정해진 펄스 모양을 곱하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 셰이퍼(1030)는 데이터 시퀀스에 대응하는 펄스들을 시간축 상에서 중첩시킴으로써 데이터 시퀀스를 펄스열의 형태로 변환할 수 있다.
RF 신호 송신부(1050)는 RF 발진 신호에 기초하여 펄스를 RF 신호로 변환하고, RF 신호를 수신기에 송신할 수 있다. VCO(1040)는 RF 발진 신호를 출력할 수 있고, RF 신호 송신부(1050)는 VCO(1040)에서 출력된 RF 발진 신호와 펄스 셰이퍼(1030)에서 출력된 기저대역 신호를 곱하여 RF 신호를 생성할 수 있다. RF 신호 송신부(1050)는 파워 증폭기(미도시)를 포함할 수 있으며, RF 신호는 파워 증폭기를 통해 무선으로 송출될 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 기저대역 신호 변환 방법에 기초하여 RF 신호를 송신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11에 도시된 데이터 인코더(1110), 신호 변환부(1120), 펄스 셰이프(1130), VCO(1140), 및 RF 신호 송신부(1160)는 도 10에 도시된 각 구성에 대응하므로, 도 11에 도시된 구성의 구체적인 동작에 관해서는 도 10에 기재된 내용을 참조할 수 있다. 위상 쉬프터(1150)는 VCO(1140)에서 출력된 RF 발진 신호의 위상을 이동시킬 수 있다.
도 11의 신호 변환부(1120)는 양자화된 결과값 및 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값을 펄스 셰이퍼(1130)에 출력할 수 있다. 신호 변환부(1120)는 데이터 인코더(1110)에서 출력된 양자화된 결과값의 부호를 양의 부호 뿐만 아니라 음의 부호까지 랜덤하게 나타낼 수 있다.
예를 들어, 신호 변환부(1120)는 양자화된 결과값 및 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값을 모두 출력하기 위해 uI(t) 및 uQ(t)와 같은 함수를 이용할 수 있다. uI(t) 및 uQ(t)의 값은 양의 값 및 음의 값을 가질 수 있으며, 이는 RF 발진 주파수의 위상이 M 개의 임의의 서로 다른 값으로 변환되도록 조절하는 값이 될 수 있다. uI(t) 및 uQ(t)의 값은 데이터 인코더(1110)의 출력과 무관한 독립적인 값일 수 있고, 송신 심볼 주기 또는 송신 심볼 주기의 양의 정수배마다 변화될 수 있다. uI(t) 및 uQ(t)의 신호를 양자화되어 제한된 원소 수를 가지는 집합에서 선택되지 않고, 임의의 연속적인 값을 가질 수 있다. 신호 변환부(1120)는 uI(t)2+ uQ(t)2의 값이 특정한 값(예를 들어, 1)을 유지하도록 조절할 수 있다.
도 12는 일실시예에 따른 수신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, RF 신호 수신부(1220)는 송신기로부터 RF 신호를 수신할 수 있다. RF 신호는 송신기에 의해 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가질 수 있다. 예를 들어, RF 신호는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 캐리어 위상이 랜덤하게 반전된 RF 신호일 수 있다. 포락선 검출부(1230)는 수신한 RF 신호로부터 포락선을 검출할 수 있다. 랜덤한 캐리어 위상에 의한 불규칙한 신호는 포락선 검출부(1230)가 포락선을 검출하는 과정에서 사라질 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC, 1240)는 검출한 포락선에 대해 샘플링을 수행하여 아날로그 신호인 포락선 패턴을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 데이터 디코더(1250)는 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화할 수 있다. 데이터 디코더(1250)는 포락선을 이용하여 데이터를 추출함으로써, RF 신호의 캐리어 위상 정보를 이용하지 않아도 송신 심볼의 추정이 가능하다. 송신기와 수신기(1210)를 포함하는 무선 통신 시스템이 오류정정 부호화 방식 및 확산 코드열을 이용하는 경우, 수신기(1210)의 데이터 디코더(1250)는 역확산부(1260) 및 채널 디코더(1270)를 포함할 수 있다. 역확산부(despreader, 1260)는 확산 코드열을 적용시키는 도 6의 확산부(630)의 동작을 역으로 수행하고, 채널 디코더(1270)는 도 6의 채널 인코더(620)에 의해 에러정정 코드가 포함된 데이터를 복호화할 수 있다.
도 14는 일실시예에 따른 신호 파형에 기초하여 송신기와 수신기 간의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
신호(1410)은 일례로, 송신기에 입력되는 데이터 시퀀스 [0 1 1]를 나타낸다. 신호(1420)은 송신기의 데이터 인코더의 출력 신호로서, 데이터 시퀀스에 확산 코드열이 적용된 신호를 나타낸다. 신호(1420)로부터 입력된 데이터가 '0'인 경우, 확산 코드열 [0 1 1 0]이 적용되고, 입력된 데이터 '1'인 경우에는 [1 0 0 1]의 확산 코드열이 적용됨을 알 수 있다. 신호(1430)은 송신기의 펄스 셰이퍼의 출력 신호로서, 확산 코드열이 적용된 데이터 시퀀스를 펄스 형태로 변환한 신호를 나타낸다. 신호(1430)으로부터 데이터가 '1'이면 펄스를 생성하고, 데이터가 '0'이면 펄스를 생성하지 않는 noncoherent OOK 기법이 이용되었음을 알 수 있다. 신호(1440)는 송신기의 캐리어 위상 변환부가 RF 발진 신호의 위상을 변화시키기 위해 이용하는 신호로서, 랜덤하게 값을 가지는 함수를 나타낸다. 신호(1440)는 송신 심볼 주기 또는 송신 심볼 주기의 양의 정수배마다 +1 또는 -1의 값을 랜덤하게 가질 수 있다. 신호(1450)은 송신기의 캐리어 위상 변환부의 출력 신호로서, 신호(1440)이 RF 발진 신호에 적용되어 위상이 변화된 RF 발진 신호를 나타낸다. 신호(1460)은 송신기에서 송출되는 RF 신호로서, 신호(1430)에 신호(1450)이 적용되어 생성된 RF 신호를 나타낸다. 신호(1470)은 수신기의 포락선 검출부의 출력 신호로서, RF 신호로부터 포락선을 검출한 결과 신호를 나타낸다.
도 15 및 도 16은 일실시예에 따른 기존의 무선 통신 방법의 성능과 제안한 무선 통신 방법의 성능을 비교하는 시뮬레이션 결과이다.
도 15는 심볼 주기마다 출력되는 데이터 인코더의 출력값 cn 이
Figure 112013053702713-pat00035
와 같이 '1', '0'의 패턴으로 반복되어 나타나고, cn 의 길이에 해당하는 N은 500이라고 가정하고 측정한 주파수 전력 밀도의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
그래프(1510)은 RF 발진 주파수의 위상을 랜덤하게 변화시키지 않는 종래의 무선 통신 방식에 따른 주파수 전력밀도를 나타낸다. 그래프(1520)는 RF 발진 주파수의 위상을 심볼 전송 주기 T초마다 랜덤하게 변화시키는 경우의 주파수 전력 밀도를 나타낸다. 그래프(1530)은 RF 발진 주파수의 위상을 심볼 전송 주기 T초의 2배인 2T초마다 랜덤하게 변화시키는 경우의 주파수 전력 밀도를 나타낸다.
종래의 방식에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(1510)로부터, 종래의 방식을 이용하는 경우에는 특정 주파수에서 전력 밀도가 집중되는 현상인 라인 스펙트럼 현상이 발생함을 알 수 있다. 그러나, RF 발진 주파수의 위상을 심볼 전송 주기에 기초하여 랜덤하게 변화시키고 측정한 그래프(1520, 1530)에서는 라인 스펙트럼 현상이 제거되었음을 알 수 있다.
도 16은 도 15의 시뮬레이션 환경보다 더욱 실제적인 환경에서 측정한 주파수 전력밀도의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
그래프(1610)은 RF 발진 주파수의 위상을 랜덤하게 변화시키지 않는 종래의 무선 통신 방식에 따른 주파수 전력밀도를 나타낸다. 그래프(1620)는 RF 발진 주파수의 위상을 심볼 전송 주기 T초마다 랜덤하게 변화시키는 경우의 주파수 전력 밀도를 나타낸다. 도 16의 구체적인 시뮬레이션 환경은 다음의 표 1과 같다.
Figure 112013053702713-pat00036
종래의 방식에 따른 그래프(1610) 및 RF 발진 주파수의 위상을 랜덤하게 변화시키는 방식에 따른 그래프(1620)를 비교해 보았을 때, RF 발진 주파수의 위상을 랜덤하게 변화시킴으로써, 특정 주파수에서 전력 밀도가 집중되는 현상을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
도 17은 일실시예에 따른 송신기가 수행하는 무선 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(1710)에서, 송신기는 입력된 데이터를 펄스 형태로 변환할 수 있다. 송신기는 입력되는 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시킴으로써 데이터를 이산적인 엘리먼트로 변환할 수 있다. 송신기는 매핑 결과에 기초하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 송신기는 엘리먼트에 대응하는 펄스를 생성할 수 있고, 복수의 펄스들을 중첩하여 나타낸 펄스 시퀀스를 출력할 수 있다.
단계(1720)에서, 송신기는 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 송신기는 랜덤한 캐리어 위상을 생성하고, 생성된 캐리어 위상을 RF 발진 신호에 적용함으로써 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 송신기는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 값을 갖는 함수를 RF 발진 신호에 적용하여 RF 발진 신호의 위상을 변화시킬 수 있다. 송신기는 복수 개의 함수를 이용하여 RF 발진 신호의 위상을 변화시킬 수 있다. 송신기는 송신 심볼의 전송 주기의 양의 정수배에 대응하는 위상의 변화 주기를 결정하고, 결정된 변화 주기마다 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시킬 수 있다.
단계(1730)에서, 송신기는 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 펄스를 RF 신호로 변환하고, RF 신호를 수신기에 송신할 수 있다. 송신기는 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 펄스를 RF 신호로 변환하고, RF 신호를 수신기에 송신할 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 송신기가 수행하는 무선 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(1810)에서, 송신기는 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시켜 양자화된 결과값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 엘리먼트 세트는 0 및 0보다 큰 임의의 양수들로 구성될 수 있다. 송신기는 송신하려는 데이터를 송신 비트의 형태로 부호화할 수 있다.
단계(1820)에서, 송신기는 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 송신기는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 양자화된 결과값의 부호를 음의 부호로 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 송신기는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 값을 갖는 함수를 양자화된 결과값에 적용하여 양자화된 결과값의 부호를 변화시킬 수 있다. 송신기는 송신 심볼 전송 주기의 양의 정수배가 되는 시점마다 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시킬 수 있다. 또한, 송신기는 양자화된 결과값의 부호 뿐만 아니라 결과값의 크기도 변화시킬 수 있다.
단계(1830)에서, 송신기는 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값을 펄스 형태로 변환할 수 있다. 송신기는 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값과 미리 정해진 펄스 모양을 곱하여 입력된 데이터에 대응하는 펄스를 생성할 수 있다. 송신기는 데이터 시퀀스에 대응하는 펄스들을 시간축 상에서 중첩시킴으로써 데이터 시퀀스를 펄스열의 형태로 변환할 수 있다.
단계(1840)에서, 송신기는 RF 발진 신호에 기초하여 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신할 수 있다. 송신기는 출력된 RF 발진 신호에 단계(1830)에서 생성된 펄스를 적용하여 RF 신호를 생성할 수 있다. 생성된 RF 신호는 무선으로 송출되어 수신기에 전송될 수 있다.
도 19는 일실시예에 따른 수신기가 수행하는 무선 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(1910)에서, 수신기는 송신기로부터 RF 신호를 수신할 수 있다. RF 신호는 송신기에 의해 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가질 수 있다. 예를 들어, RF 신호는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 캐리어 위상이 랜덤하게 반전된 RF 신호이거나, 또는 RF 신호는 송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 캐리어 위상이 미리 설정된 복수의 값들 중 하나로 랜덤하게 변화된 RF 신호일 수 있다. 그리고, RF 신호는 캐리어 위상이 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화된 RF 신호일 수 있다.
단계(1920)에서, 수신기는 RF 신호의 포락선을 검출할 수 있다. 랜덤한 캐리어 위상에 의한 불규칙한 신호는 포락선 검출부가 포락선을 검출하는 과정에서 사라질 수 있다.
단계(1930)에서, 수신기는 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화할 수 있다. 수신기는 RF 신호에서 포락선을 검출하고, 포락선 패턴에 대해 샘플링을 수행하여 아날로그 신호인 포락선 패턴을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 수신기는 포락선을 이용하여 데이터를 추출함으로써, RF 신호의 캐리어 위상 정보를 이용하지 않아도 송신 심볼을 추정할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 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 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 입력된 데이터를 펄스 형태로 변환하는 펄스 생성부;
    송신 심볼의 전송 주기를 기초로 RF(radio frequency) 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시키는 캐리어 위상 변환부; 및
    상기 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 RF 신호 송신부
    를 포함하는 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 위상 변환부는,
    상기 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 RF 발진 신호의 위상을 반전시키는 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 위상 변환부는,
    상기 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 RF 발진 신호의 위상을 미리 설정된 복수의 값들 중 하나로 변화시키는 송신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 위상 변환부는,
    RF 발진 신호를 출력하는 발진기의 동작을 제어하여 RF 발진 신호의 위상을 연속적인 위상값 중 어느 하나로 변화시키는 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 위상 변환부는,
    상기 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 값을 갖는 함수를 상기 RF 발진 신호에 적용하여 상기 RF 발진 신호의 위상을 변화시키는 송신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 위상 변환부는,
    상기 전송 주기의 양의 정수배에 대응하는 위상의 변화 주기를 결정하고, 상기 변화 주기마다 상기 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시키는 송신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호 송신부는,
    수신한 RF 신호의 포락선(envelope)에 기초하여 데이터를 복호화하는 수신기에 RF 신호를 송신하는 송신기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호 송신부는,
    수신한 RF 신호의 캐리어 위상 정보를 이용하지 않고 데이터를 복호화하는 수신기에 RF 신호를 송신하는 송신기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성부는,
    입력된 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑(mapping)시키는 데이터 인코더; 및
    상기 매핑 결과에 기초하여 상기 데이터에 대응하는 펄스를 생성하는 펄스 셰이퍼(pulse shaper)
    를 포함하는 송신기.
  10. 입력된 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시켜 양자화된 결과값을 출력하는 데이터 인코더;
    상기 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시키는 신호 변환부;
    상기 신호 변환부의 출력 신호를 펄스 형태로 변환하는 펄스 셰이퍼; 및
    RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 RF 신호 송신부
    를 포함하는 송신기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 변환부는,
    송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 상기 양자화된 결과값의 부호를 음의 부호로 랜덤하게 변화시키는 송신기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 신호 변환부는,
    송신 심볼의 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 값을 갖는 함수를 상기 양자화된 결과값에 적용하여 상기 양자화된 결과값의 부호 및 크기를 변화시키는 송신기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 신호 변환부는,
    송신 심볼 전송 주기의 양의 정수배가 되는 시점마다 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시키는 송신기.
  14. 송신기로부터 RF 신호를 수신하는 RF 신호 수신부;
    상기 RF 신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출부; 및
    상기 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화하는 데이터 디코더
    를 포함하고,
    상기 RF 신호는, 송신 심볼의 전송 주기를 기초로 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가지고 있는 수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 RF 신호는,
    상기 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 랜덤하게 캐리어 위상이 반전된 RF 신호인 수신기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 RF 신호는,
    상기 전송 주기에 기초하여 결정된 시간 구간에서 캐리어 위상이 미리 설정된 복수의 값들 중 하나로 랜덤하게 변화된 RF 신호인 수신기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 RF 신호는,
    캐리어 위상이 연속적인 위상값 중 어느 하나로 랜덤하게 변화된 RF 신호인 수신기.
  18. 입력된 데이터를 펄스 형태로 변환하는 단계;
    송신 심볼의 전송 주기를 기초로 RF 발진 신호의 위상을 랜덤하게 변화시키는 단계; 및
    상기 위상이 변환된 RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 단계
    를 포함하는 무선 통신 방법.
  19. 입력된 데이터를 미리 정해진 엘리먼트 세트에 매핑시켜 양자화된 결과값을 출력하는 단계;
    상기 양자화된 결과값의 부호를 랜덤하게 변화시키는 단계;
    상기 부호가 랜덤하게 변화된 양자화된 결과값을 펄스 형태로 변환하는 단계; 및
    RF 발진 신호에 기초하여 상기 펄스를 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 수신기에 송신하는 단계
    를 포함하는 무선 통신 방법.
  20. 송신기로부터 RF 신호를 수신하는 단계;
    상기 RF 신호의 포락선을 검출하는 단계; 및
    상기 RF 신호의 포락선에 기초하여 데이터를 복호화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 RF 신호는, 송신 심볼의 전송 주기를 기초로 랜덤하게 변화된 캐리어 위상을 가지고 있는 무선 통신 방법.
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