기본적으로 GMSK는 NRZ 펄스열을 가우시안 저역 통과 필터로 전 처리한 후에 GMSK 신호를 생성하지만, 본 논문에서는 델타 펄스열에 대한 GMSK 변조 시스템을 제안하였다. 제시된 시스템은 바이폴라 델타 펄스로 가우시안 펄스를 발생시키는 가우시안 펄스 생성기, $+T_b/2$와 $-T_b/2$ 사이의 차분기, 그리고 주파수변조 함수를 위한 정합 필터로 구성한다. 기본적인 GMSK 변조와의 비교를 통해 스펙트럼은 40[dB] 감쇠 대역폭에서 약 35[%] 협소하며, 스펙트럼의 중심은 더 낮고, 제로 크로싱 성질이 있는 것으로 나타났다.
MSK보다 스펙트럼의 부엽 억제 특성이 우수한 GMSK를 직교 다중화한 quadrature multiplexed GMSK (QM-GMSK)는 quadrature-quadrature PSK($Q^2PSK$)나 quadrature MSK(QMSK)에 비해 보다 주엽의 폭은 다소 넓지만 부엽이 크게 억제되므로 실제 스펙트럼 효율이 상대적으로 더 높다. QM-GMSK에서 기저대역 기본 펄스를 반파장 정현파의 제곱으로 근사화시키면 QM-GMSK 변조에서 필요한 가우시안 저역통과필터(GLPF)를 사용하지 않고 송신기를 구현할 수 있어서 구조가 간단해지는데, 이것이 offset-$Q^2PSK$($OQ^2PSK$)이다. $OQ^2PSK$는 별도의 필터 사용이 요구되지 않으면서 QM-GMSK와 유사한 스펙트럼 특성을 갖는 장점이 있다. 본 논문에서는 $OQ^2PSK$에서 심볼 길이보다 긴 RC(raised-cosine) 또는 SRC(squared raised-cosine) 펄스를 사용하여 중첩 펄스정형함으로써 $OQ^2PSK$보다 스펙트럼 특성을 개선시킨 기법을 제안한다. 제안된 방식을 사용하면 더욱 부엽의 크기가 억제된 스펙트럼 특성을 얻을 수 있으면서 비트오율 성능이 $OQ^2PSK$와 대등한 결과가 얻어지는 것을 확인하였다.
델타 구동 GMSK는 바이폴라 델타 신호로 가우시안 펄스를 생성하고 $+T_b/2$와 $-T_b/2$ 사이의 차분 신호로 위상변조하는 방식이다. 이러한 방식에 대한 복조는 기존의 GMSK와는 다르게 설계해야 한다. 본 논문에서는 인접한 비트 간의 위상 변화를 검출하고 위상 영역을 경판정한 다음에 상태 전이로 이진 데이터를 복원하는 방식을 설계하였다. AWGN 채널에 대한 전산모의실험 결과, 이진 데이터의 런 랭스에 의한 비트 오율의 영향이 확인되었으며, 이론적인 코히어런트 복조의 BER과 비교해서 $BT_b$=0.3에 대하여 2[dB] 정도의 성능 저하가 있는 것으로 분석되었다.
In this paper, we investigated bit error probabilities of GMSK, which is known to be one of promising modulation techniques for a digital mobile radio, under various mobile radio environments.: AWGN, slow Rayleigh fading channel, co-channel interference and adjacent channel interference. We employed an MSK-type receiver for a coherent detection and assumed degrading to both signals than adjacent channel interference. Especially, it is found that GMSK suffers more degradations than MSK from the co-channel interference. But with a high power adjacent channel interference, GMSK shows less bit error rate than MSK. The results confirm a higher spectrum efficiency of GMSK.
본 논문에서는 기존 차동 복조기의 k개의 연속적인 출력과 k비트 지연된 차동 복조기 출력간의 관계를 MSK 및 GMSK 시스팀에 대하여 고찰하였다. MSK 및 GMSK 의 신호에 대한 k비트 지연 회로를 사용한, k차 복조기의 출력은 기존 차동 복조기의 k개의 연속적인 출력의 곱이다. 이를 수학적인 과정을 통하여 증명하였으며 이러한 관계를 이용하여 Makrakis가 제시한 2비트 지연기를 사용하여 성능을 개선시킬 수 있는 수신기구조를 임의의 비트 지연기를 사용할 수 있는 수신기 구조를 일반화시켰다. 제안된 방식의 오율 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였으며 성능 개선이 됨을 알 수 있었다.
We propose the improved GMSK (gaussian-filtered minimum shift keying) quadrature modulator using the FIR(finite impulse response )filter whose coefficients are obtained form the differnce of phase response, and design its ASIC (applicaton specific integrated circuit) which can be used for GSM (global system for mobile communication) digital cellular system and DCS 1800 (digital cellular system at 1800MHz) personal communication system. Input data become quantized I and Q channel 10 bit signal through cosine and sine ROM mapping after being filtered by the FIR filter whose normalized bandwidth is 0.3 and designed by considering intersymbol interference as well as sampling ratio. These two signals become the GMSK modulated I and Q channel signal through DAC (digital-to-analog converter) and 7th order analog chebyshev LPF(low pass filter) respectively. The difference between the ideal analog signal and its digitized signal is analyzed in terms of sampling noise, quantization noise, truncation noise and coefficient noise. And the effect of the LPF following the DAC is considered. The ASIC design of the GMSK quadrature modulator is also confirmed by an experiment.
NRAZ 정보 신호의 기본적인 특징인 symbol rate를 검출하기 위해서는 비선형 특성을 가는 DAM (Delay-And-Multiplier) 수신시를 이용한다. 검출 성능의 척도는 DAM 수신기 출력단에서 얻어지는 rate-line 의 정규화된 SNR 이 주로 사용되며, 비화 통신에서는 LPI(Low Probability of Intercept)를 위하여 이를 낮추어야 한다. 본 논문에서는 DAM 수신기에 대한 LPI 성능을 분석하기 위해 입력 신호로 MSK 계열의 변조된 신호를 사용하였다. 특히, GSM 시스템에 사용되는 GMSK(BT=0.3)을 중심으로 분석하였다. 결과적으로, 대역 효율이 우수한 GMSK 변조 방식이 BPSK, QPSK, OQPSK , 그릭 MSK 변조 방식과 비교하여 좋은 LPI 성능을 갖는다. 분석의 공정성을 위하여 사용대역 내에서의 송신전력을 같게 하였다.
본 논문에서는 육사이동문선통신의 fast Rayleigh fading 채널에서 GMSK(Gaussian filered Minimum Shift Keying) 2비트 차동검파의 ISI(Intersymbol Interference)가 오류확률에 미치는 영향을 이론적으로 해석하고, 오류확률에 대한 closed form의 표현을 유도 하였다. 수치 결과는 관심의 대상이 되는 예비 변조 Gaussian 저역통과 여파기의 정규화된 대역폭 BT=0.25~0.4에 대하여 페이딩률(fading rate) $f_\rho$T를 매개 변수로 하여 나타내었다. 인접한 첫번째 비트의 ISI만을 고려한 오류확률이 GMSK 2비트 차동검파의 성능을 평가하는데 충분히 정확하다는 것을 확인하였다.
GMSK 변조방식은 비선형 변조방식으로서 기존의 선형변조방식에 비해 주파수 응답이 우수하다. 따라서, 유럽 등지에서는 인접 채널간 간섭을 중일 수 있는 변조방식으로 많이 활용되어 왔으며 특히 ETSI에서는 범유럽 셀룰러 표준안인 GSM 시스템을 위한 변조방식으로 채택하고 있다. 기존의 아날로그 구현 방식은 정확한 구현의 어려움, 시간에 따른 주파수 응답의 변화, 이로 인한 대량생산 시 문제점 등 많은 문제점을 가지고 있으며 따라서 점차로 디지털 구현 방식을 선호하게 되었다. 하지만 기존의 디지털 변조기 설계 방식은 그 과정이 복잡하고 변조방식 및 사양의 변화에 따른 유연성이 부족하다는 문제점을 갖고 있으며 따라서 점차로 디지털 구현 방식을 선호하게 되었다. 하지만 기존의 디지털 변조기설계 방식은 그 과정이 복잡하고 변조 방식 및 사양의 변화에 따른 유연성이 부족하다는 문제점을 안고 있다. 본 논문에서는 간단하고 체계적인 디지털 변조기 설계 방식을 제안하고 이 방식으로 ETSI에서 권고한 GMSK 변조기를 설계하고 구현하는 과정에 대하여 설명한다. 여기에서 모의 실험을 통한 설계파라미터들의 결정 과정과 성능 분석 과정 및 結\ulcorner대한 결과에 관한 설명도 포함되어 있다. 그리고 이것을 직접 DSP 상에서 구현하였는데 그 결과 제안된 방식은 요구되는 계산량이 매우 작고 전력 소모 또한 매우 작아서 저전력, 고성능의 요구 사항을 쉽게 만족시킬 수 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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