KR20060078980A - 지엠에스케이 수신기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기는, 수신되는 신호의 채널을 추정하여 채널응답계수를 산출하는 채널 추정기와; 상기 채널 추정기에서 구한 채널응답계수를 이용해서 신호대잡음비(SNR)를 최대로 하는 필터링(Filtering)을 수행하는 정합 필터와; 상기 채널 추정기로부터 추정된 채널의 채널응답계수를 입력 받고, 다중 경로 채널들의 특성을 통해 메인 경로 파워(main path power) 및 사이드 경로 파워(side path power)의 특성 비를 비교하여 상기 정합 필터의 탭 수를 조절하는 탭수 결정기가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 추정되는 채널의 특성에 따라 GMSK 수신기에 구비된 정합 필터의 탭 수를 조절토록 하는 탭수 결정기가 구비됨으로써, 채널의 특성에 따라 정합 필터의 탭 수를 조절하여 노이즈 성분에 의한 응답 특성의 오류를 줄일 수 있으며, 그에 따라 수신기의 전체적인 성능이 향상된다는 장점이 있다.
Description
도 1은 GMSK가 적용되어 변조된 신호를 수신하는 일반적인 GMSK 수신기를 나타내는 블록도.
도 2는 종래의 정합필터의 내부 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기의 일부 구성에 대한 신호 입출력을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 탭수 결정기의 내부 구성을 개략적으로 나태는 블록도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기의 성능을 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
320 : 채널 추정기 330 : 정합 필터
360 : 탭수 결정기 362 : 제 1제곱기부
364 : 제 2제곱기부 366 : 제 1합산기
368 : 제 2합산기 369 : 비교기
본 발명은 GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) 수신기에 관한 것으로 특히 GMSK 수신기에 구비되는 정합필터에 관한 것이다.
GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)는 MSK의 일종으로 가우시안 밴드패스 필터(Gaussian Bandpass filter)를 이용하여 위상(phase)의 변화를 원만(smooth)하게 함으로써 이진 데이터(binary data)의 급격한 변화(transition)를 제거하여 캐리어(carrier)의 대역폭(bandwidth)를 감소시킬 수 있는 변조(modulation) 기법이다
즉, 이는 MSK(Minimum Shift Keying) 하기 전에 베이스밴드 가우시안 필터(baseband Gaussian filter)를 사용하여 필터링하면 사이드 로브(Side lobe)의 파워와, 메인 로브(main lobe)의 폭을 줄일 수 있다. 이렇게 함으로써 메인 로브(main lobe)의 기울기는 더욱 급격해지고 side lobe의 레벨(level)은 더욱 감소하게 된다.
다시 말하면, GMSK는 MSK 피변조파 스펙트럼의 메인 로브(Main lobe)를 협대역화하기 위하여 이진 데이터를 가우시안 밴드패스 필터(Gaussian Bandpass filter)에 통과시켜 대역폭을 제한한 후, 편이비 h=0.5로 하여 FM 변조한 방이며, 이는 유럽지역 이동통신 시스템(GSM)에서 표준으로 채택되었다.
도 1은 GMSK가 적용되어 변조된 신호를 수신하는 일반적인 GMSK 수신기를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 GMSK 수신기(100)는 입력된 GMSK 수신 신호를 -π/2 만큼 디-로테이션(De-rotation) 해주는 모듈로서 송신단에서 미분 인코딩(Differential Encoding)된 신호를 복원 시키는 위상 디-로테이터(Phase De-rotator)(110)와; 알고 있는 값인 트레이닝 시퀀스(Training Sequence)를 이용해 채널을 추정하는 채널 추정기(Channel Estimator)(120)와; 상기 채널 추정기에서 구한 채널응답특성을 이용해서 SNR을 최대로 하는 필터링(Filtering)을 수행하는 정합 필터(Matched Filter)(130)와; 상기 정합 필터를 통해 정합 필터링(Matched Filtering)된 수신신호를 등화 시켜주는 등화기(Equalizer)(140)와; 상기 등화기에서 사용되는 인터 심볼 간섭(Inter Symbol Interference)을 제거하기 위한 상태 패턴(State Pattern) 값을 만들어주는 ISI 계산기(ISI calculator)(150)가 포함되어 구성된다.
여기서, 상기 정합 필터(130)는 채널 추정기(120)에서 구한 채널응답특성(channel impulse response) 값을 계수로 이용하여 입력되는 신호 값의 다중 경로에 대한 보상 및 위상 보상을 수행하는 역할을 하는 것으로, 종래의 경우 3개 또는 6개의 고정된 탭을 갖도록 구성된다.
도 2는 종래의 정합필터의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
단, 도 2에 도시된 정합필터(130)에는 6개의 고정된 탭(132)이 구비되어 있음을 그 예로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 정합 필터(130)로 GMSK 수신 데이터가 입력되면 채널 추정기(120)에서 구한 채널응답계수를 이용하여 데이터를 필터링하게 된다.
즉, 도시된 바와 같이 채널 추정기(120)에 구해진 복소수인 채널응답계수가 뒤집어진 순서로 상기 정합 필터(130)로 입력되면, 상기 채널응답계수의 공액값(conjugate value)이 역시 복소수인 GMSK 입력 데이터가 상기 6개의 고정된 탭(132)에서 각각 곱해지고, 상기 곱해진 값이 합산기(134)에서 더해지면서 6탭(6심볼 간격)에 대해 필터링된 출력데이터가 생성된다.
이 경우 상기와 같이 6탭의 고정된 정합필터를 사용할 경우 다중 채널 경로가 넓게 분포하는 EQ(Equalizer Channel) 및 HT(Hilly terrain)에서는 양호한 BER(Bit Error Rate) 특성을 보이지만, AWGN(Additive White Gaussian Noise)과 다중 채널 경로가 시간상 협소하게 분포하는 RA(Rural Area) 채널 및 TI(Typical case for small case) 등에서는 BER(Bit Error Rate) 특성이 현저하게 떨어지게 되는 단점이 있다.
반대로, 정합 필터가 고정 3탭 구조로 이루어진 경우에는 상기 AWGN(Additive White Gaussian Noise)과 다중 채널 경로가 시간상 협소하게 분포하는 RA(Rural Area) 채널 및 TI(Typical case for small case) 등에서는 양호한 BER(Bit Error Rate) 특성을 나타내나, 다중 채널 경로가 넓게 분포하는 EQ(Equalizer Channel) 및 HT(Hilly terrain)에서는 BER(Bit Error Rate) 특성이 현저하게 떨어지게 되는 단점이 있다.
본 발명은 GMSK 수신기에 있어서, 추정되는 채널의 특성에 따라 GMSK 수신기에 구비된 정합 필터의 탭 수를 조절토록 하는 탭수 결정기가 구비됨으로써, 채널 의 특성에 따라 정합 필터의 탭 수를 조절하여 노이즈 성분에 의한 응답 특성의 오류를 줄일 수 있으며, 그에 따라 수신기의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있는 GMSK 수신기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기는, 수신되는 신호의 채널을 추정하여 채널응답계수를 산출하는 채널 추정기와; 상기 채널 추정기에서 구한 채널응답계수를 이용해서 신호대잡음비(SNR)를 최대로 하는 필터링(Filtering)을 수행하는 정합 필터와; 상기 채널 추정기로부터 추정된 채널의 채널응답계수를 입력 받고, 다중 경로 채널들의 특성을 통해 메인 경로 파워(main path power) 및 사이드 경로 파워(side path power)의 특성 비를 비교하여 상기 정합 필터의 탭 수를 조절하는 탭수 결정기가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 정합 필터는 내부에 구비된 다수의 탭 중 상기 탭수 결정기에 의해 조절된 탭 수에 의해 소정의 탭이 작동되는 적응 방식 정합 필터이고, 상기 정합 필터에는 6개의 탭이 구비되고, 상기 탭수 결정기에 의해 조절된 탭 수에 의해 3개 또는 6개의 탭이 작동될 수 있음을 특징으로 한다.
또한, 상기 탭수 결정기는, 상기 채널 추정기로부터 구해진 채널응답계수 중 메인 경로(main path) 및 상기 메인 경로 전, 후의 경로에 대한 채널응답계수를 각각 제곱하는 제 1 제곱기부와; 상기 제 1제곱기부를 통해 구해진 파워를 각각 더하여 메인 경로 파워(main path power)를 구하는 제 1합산기와; 상기 채널 추정기로부터 구해진 채널응답계수 중 상기 메인 경로에서 3, 4, 5 심볼 지연된 경로(path) 에 대한 채널응답계수를 각각 제곱하는 제 2제곱기부와; 상기 제 2제곱기부를 통해 구해진 파워를 각각 더하여 사이드 경로 파워(side path power)를 구하는 제 2합산기와; 상기 제 1합산기 및 제 2합산기로부터 출력된 메인 경로 파워 및 사이드 경로 파워를 소정의 조건으로 비교하여 상기 정합 필터의 동작 탭 수를 결정하는 비교기가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소정의 조건은 "사이드 경로 파워 < 0.3*메인 경로 파워"이며, 비교 결과 상기 사이드 경로 파워가 작은 경우 상기 정합 필터 내부에 구비된 탭 중 일부만 동작되고, 상기 비교 결과 상기 사이드 경로 파워가 큰 경우 상기 정합 필터 내부에 구비된 탭 전부가 동작됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 GMSK 수신기의 정합 필터 구성 시 정합 필터에 구비되는 탭 수에 따라 특정 채널에 대한 BER(Bit Error Rate) 특성이 현저히 떨어지는 점을 극복하기 위해 상기 특정 채널의 특성에 관계없이 항상 양호한 BER 특성을 갖기 위해 GMSK 수신기 내에 정합 필터의 탭 수를 조절하는 탭수 결정기(360)가 구비됨을 그 특징으로 한다.
이에 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기(300)는 입력된 GMSK 수신 신호를 -π/2 만큼 디-로테이션(De-rotation) 해주는 모듈로서 송신단에서 미분 인코딩(Differential Encoding)된 신호를 복원 시키는 위상 디-로테이터(Phase De-rotator)(310)와; 알고 있는 값인 트레이닝 시퀀스(Training Sequence)를 이용해 채널을 추정하는 채널 추정기(Channel Estimator)(320)와; 상기 채널 추정기에서 구한 채널응답특성을 이용해서 SNR을 최대로 하는 필터링(Filtering)을 수행하는 정합 필터(Matched Filter)(330)와; 상기 정합 필터를 통해 정합 필터링(Matched Filtering)된 수신신호를 등화 시켜주는 등화기(Equalizer)(340)와; 상기 등화기에서 사용되는 인터 심볼 간섭(Inter Symbol Interference)을 제거하기 위한 상태 패턴(State Pattern) 값을 만들어주는 ISI 계산기(ISI calculator)(350)가 포함되어 구성될 뿐 아니라,
상기 채널 추정기(320)로부터 추정된 채널의 채널응답계수를 입력 받고, EQ, RA, HT 채널들의 다중 경로(multi-path) 특성을 이용하여 시뮬레이션(simulation) 한 후, 다중 경로 중 메인 경로 파워(main path power) 및 사이드 경로 파워(side path power)의 특성 비를 비교하여 상기 정합 필터(330)의 탭 수를 조절하는 탭수 결정기(360)가 더 구비됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 정합 필터(330)는 채널 추정기(320)에서 구한 채널응답특성(channel impulse response) 값을 계수로 이용하여 입력되는 신호 값의 다중 경로에 대한 보상 및 위상 보상을 수행하는 역할을 하는 것으로, 본 발명의 실시예의 경우 상기 정합 필터(330)에 구비되는 탭이 고정적으로 모두 동작하는 것이 아니라, 상기 탭수 결정기(360)에 의해 조절된 탭 수에 의해 소정의 탭이 작동됨을 특징으로 하는 적응 방식 정합 필터 임을 그 특징으로 한다.
일 예로 본 발명의 실시예에 의한 정합 필터(330)에는 6개의 탭이 구비될 수 있으며, 이는 상기 탭수 결정기(360)에 의해 조절된 탭 수에 의해 3개 또는 6개의 탭이 작동되는 것이다. 단, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기의 일부 구성에 대한 신호 입출력을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 탭수 결정기의 내부 구성을 개략적으로 나태는 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 적응 방식 정합 필터(330)로 GMSK 수신 데이터가 입력되면 채널 추정기(320)에서 구한 채널응답계수 및 탭수 결정기(360)를 통해 입력받은 데이터를 통해 상기 정합 필터(330)에 구비된 탭 중 소정의 탭이 동작하여 상기 GMSK 수신 데이터를 필터링하게 된다.
즉, 상기 정합 필터(330)는 상기 정합 필터에 구비되는 탭이 고정적으로 모두 동작하는 것이 아니라, 상기 탭수 결정기(360)에 의해 조절된 탭 수에 의해 소정의 탭이 작동됨을 특징으로 하는 적응 방식 정합 필터 임을 그 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 정합 필터(330)에 구비된 탭 수가 6개라고 가정할 때, 6개의 탭이 모두 동작하게 되면, 다중 채널 경로가 넓게 분포하는 EQ(Equalizer Channel) 및 HT(Hilly terrain)에서는 양호한 BER(Bit Error Rate) 특성을 보이지만, AWGN(Additive White Gaussian Noise)과 다중 채널 경로가 시간상 협소하게 분포하는 RA(Rural Area) 채널 및 TI(Typical case for small case) 등에서는 BER(Bit Error Rate) 특성이 현저하게 떨어지게 되는 단점이 있다.
이에 반해 6개의 탭 중 3개의 탭만을 동작시키게 되면, 상기 AWGN(Additive White Gaussian Noise)과 다중 채널 경로가 시간상 협소하게 분포하는 RA(Rural Area) 채널 및 TI(Typical case for small case) 등에서는 양호한 BER(Bit Error Rate) 특성을 나타낼 수 있게 되는 것이다. 다만, 이 경우 다중 채널 경로가 넓게 분포하는 EQ(Equalizer Channel) 및 HT(Hilly terrain)에서는 BER(Bit Error Rate) 특성이 현저하게 떨어지게 된다.
즉, 본 발명은 채널 추정기(320)를 통해 구해진 채널응답계수를 이용하여 채널의 특성을 파악하여 정합필터(330)가 6개의 탭을 사용할 지, 3개의 탭을 사용할 지를 상기 탭수 결정기(360)를 통해 미리 결정토록 함으로써, 채널의 특성에 따라 정합 필터(330)의 탭 수를 조절하여 노이즈 성분에 의한 응답 특성의 오류를 줄일 수 있으며, 그에 따라 수신기의 전체적인 성능 향상을 이룰 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 구비되는 탭수 결정기(360)는, 상기 채널 추정기(320)로부터 구해진 채널응답계수 중 메인 경로(main path) 및 상기 메인 경로 전, 후의 경로에 대한 채널응답계수를 각각 제곱하는 제 1 제곱기부(362)와; 상기 제 1제곱기부(362)를 통해 구해진 파워를 각각 더하여 메인 경로 파워(main path power)를 구하는 제 1합산기(366)와; 상기 채널 추정기(320)로부터 구해진 채널응답계수 중 상기 메인 경로에서 3, 4, 5 심볼 지연된 경로(path)에 대한 채널응답계수를 각각 제곱하는 제 2제곱기부(364)와; 상기 제 2제곱기부(364)를 통해 구해진 파워를 각각 더하여 사이드 경로 파워(side path power)를 구하는 제 2합산기(368)와; 상기 제 1합산기(366) 및 제 2합산기(368)로부터 출력된 메인 경로 파워 및 사이드 경로 파워를 소정의 조건으로 비교하여 상기 정합 필터(330)의 동작 탭 수를 결정하는 비교기(369)가 포함되어 구성된다.
즉, 채널 추정기(320)로부터 구해진 채널응답계수 즉, 채널 응답 특성 중 메인 경로(main path) 및 상기 메인 경로 전, 후의 경로에 대한 채널응답계수를 각 채널응답계수에 대응되는 제 1제곱기부(362)를 통해 각각 제곱하고 이를 제 1합산기(366)를 통해 더하여 메인 경로 파워(main path power)를 구하고, 상기 메인 경로에서 3, 4, 5 심볼 지연된 경로(path)에 대한 채널응답계수를 각각 제 2제곱기부(364)를 통해 제곱하고 제 2합산기(368)를 통해 더하여 사이드 경로 파워(side path power)를 구한다.
이와 같이 구한 메인 경로 파워 및 사이드 경로 파워는 탭수 결정기의 비교기(369)로 입력되며, 상기 비교기(369)에서는 시뮬레이션을 통해 구한 최적의 판단 조건으로서 일례로 "사이드 경로 파워 < 0.3*메인 경로 파워" 여부를 비교하여 상기 사이드 경로 파워가 작은 경우는 상기 정합 필터(330)에 구비된 탭 수를 3으로 하여 즉, 구비된 탭 중 3개만 동작토록 조절하는 신호를 출력하고, 그 반대로 사이드 경로 파워가 큰 경우는 상기 정합 필터에 구비된 탭 수를 6으로 하여 즉, 구비된 6개의 탭이 모두 동작토록 조절하는 신호를 출력한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의해 탭수 결정기 및 적응방식 정합필터가 구비된 GMSK 수신기를 통해 도 6과 같은 결과를 얻을 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 의한 GMSK 수신기의 성능을 나타내는 그래프이다.
즉, 도 6a는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서의 적응방식 정 합필터가 구비된 GMSK 수신기 및 고정된 6탭, 3탭 정합필터가 구비된 GMSK 수신기의 BER을 비교한 그래프이고, 도 6b 내지 도 6d는 특정 채널환경 즉, RA50(Rural Area Channel with 50KHz velocity), HT100(Hilly terrain with 100KHz velocity), EQ(Equalizer Channel)에서의 적응방식 정합필터가 구비된 GMSK 수신기 및 고정된 6탭, 3탭 정합필터가 구비된 GMSK 수신기의 BER를 비교한 그래프이다.
도시된 바와 같이, 고정된 정합필터의 경우 짧은 다중경로 채널 형상(도 6a, 6b)에서 특성이 좋은 3탭 구조과, 넓게 분포된 다중경로 채널 형상(도 6c, 6d)에서 특성이 좋은 6탭 구조 사이에서 본 발명의 실시예에 의한 적응방식 필터인 경우 가각각 BER 특성이 좋은 경우와 유사한 결과가 도출됨을 확인할 수 있다.
즉, 탭 수 고정 정합필터인 경우 나타나던 BER 특성 열화 없이 단순히 탭수 결정기에서의 추가 연산으로 전반적으로 양호한 BER 특성을 얻을 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 추정되는 채널의 특성에 따라 GMSK 수신기에 구비된 정합 필터의 탭 수를 조절토록 하는 탭수 결정기가 구비됨으로써, 채널의 특성에 따라 정합 필터의 탭 수를 조절하여 노이즈 성분에 의한 응답 특성의 오류를 줄일 수 있으며, 그에 따라 수신기의 전체적인 성능이 향상된다는 장점이 있다.
Claims (6)
- 수신되는 신호의 채널을 추정하여 채널응답계수를 산출하는 채널 추정기와;상기 채널 추정기에서 구한 채널응답계수를 이용해서 신호대잡음비(SNR)를 최대로 하는 필터링(Filtering)을 수행하는 정합 필터와;상기 채널 추정기로부터 추정된 채널의 채널응답계수를 입력 받고, 다중 경로 채널들의 특성을 통해 메인 경로 파워(main path power) 및 사이드 경로 파워(side path power)의 특성 비를 비교하여 상기 정합 필터의 탭 수를 조절하는 탭수 결정기가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 GMSK 수신기.
- 제 1항에 있어서,상기 정합 필터는 내부에 구비된 다수의 탭 중 상기 탭수 결정기에 의해 조절된 탭 수에 의해 소정의 탭이 작동되는 적응 방식 정합 필터 임을 특징으로 하는 GMSK 수신기.
- 제 2항에 있어서,상기 정합 필터에는 6개의 탭이 구비되고, 상기 탭수 결정기에 의해 조절된 탭 수에 의해 3개 또는 6개의 탭이 작동됨을 특징으로 하는 GMSK 수신기.
- 제 1항에 있어서,상기 탭수 결정기는,상기 채널 추정기로부터 구해진 채널응답계수 중 메인 경로(main path) 및 상기 메인 경로 전, 후의 경로에 대한 채널응답계수를 각각 제곱하는 제 1 제곱기부와;상기 제 1제곱기부를 통해 구해진 파워를 각각 더하여 메인 경로 파워(main path power)를 구하는 제 1합산기와;상기 채널 추정기로부터 구해진 채널응답계수 중 상기 메인 경로에서 3, 4, 5 심볼 지연된 경로(path)에 대한 채널응답계수를 각각 제곱하는 제 2제곱기부와;상기 제 2제곱기부를 통해 구해진 파워를 각각 더하여 사이드 경로 파워(side path power)를 구하는 제 2합산기와;상기 제 1합산기 및 제 2합산기로부터 출력된 메인 경로 파워 및 사이드 경로 파워를 소정의 조건으로 비교하여 상기 정합 필터의 동작 탭 수를 결정하는 비교기가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 GMSK 수신기.
- 제 4항에 있어서,상기 소정의 조건은 사이드 경로 파워 < 0.3*메인 경로 파워 이며, 비교 결과 상기 사이드 경로 파워가 작은 경우 상기 정합 필터 내부에 구비된 탭 중 일부만 동작됨을 특징으로 하는 GMSK 수신기.
- 제 5항에 있어서,상기 비교 결과 상기 사이드 경로 파워가 큰 경우 상기 정합 필터 내부에 구비된 탭 전부가 동작됨을 특징으로 하는 GMSK 수신기.
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