Comparative Study of the Symbol Rate Detection of Unknown Digital Communication Signals

미상 디지털 통신 신호의 심볼율 검출 방식 비교

This paper presents and compares several techniques that detect the symbol rate of unknown received signal. Symbol rate is detected from the power spectral density of the circuits such as the delay and multiplier circuit, the square law circuit, and analytic signal, etc. As a result of discrete Fourier transform of the output signals of these circuits, a lot of spectral lines and some peaks appear in frequency domain and the position of first peak is corresponding to the symbol rate. If a spectral line on the frequency that is not located in symbol rate is larger than the first peak, the symbol rate is erroneously detected. Thus, the ratio between the value of first peak and the highest side spectral line is used for the measure of the performance of symbol rate detector. For the MPSK modulation, the analytic signal method shows better performance than the delay and multiplier and square law circuits when the received signal power is lager than -20dB. It is also noted that the delay and multiplier circuit is not able to detect the symbol rate for the QAM modulation.

본 논문에서는 미상 디지털 통신 신호의 심볼율을 검출하기 위한 기술들을 소개하고 그 성능을 비교해 본다. 심볼율은 delay and multiplier, square law 또는 Hilbert 변환을 이용한 방법 등의 회로를 통과한 신호의 전력스펙트럼 밀도에서 검출해 낼 수 있다. 이러한 회로들을 통과한 신호를 이산 푸리에 변환(discrete Fourier Transform) 한 결과에서 많은 스펙트럼 라인과 복수개의 피크(peak)가 검출되고 그 중 첫 번째 피크가 심볼율을 나타내는 주파수에 위치하게 된다. 만약 해당 심볼율이 아닌 다른 주파수상의 스펙트럼 라인의 값이 첫 번째 피크보다 크다면 심볼율은 잘못 검출될 것이다. 그러므로 첫 번째 피크의 값과 가장 큰 주변 스펙트럼 라인의 값의 비를 이용하여 심볼율 검출기의 성능을 비교하였다. MPSK 변조 방식에서는 -20dB 이하의 Es/N0에서는 delay and multiplier가 가장 우수한 성능을 보였고 -20dB 이상의 Es/N0에서는 Hilbert 변환 방식이 더 좋은 성능을 나타내었다. 또한 QAM 변조 방식에서 delay and multiplier 회로는 낮은 Es/N0에서는 심볼율을 검출할 수 없으며 square law 방식은 MPSK 변조 방식에서 보다 우수한 성능을 나타내었다.