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KR20120104824A - 연판정 비트 검출 단일 복조기 - Google Patents

연판정 비트 검출 단일 복조기 Download PDF

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Publication number
KR20120104824A
KR20120104824A KR1020110022460A KR20110022460A KR20120104824A KR 20120104824 A KR20120104824 A KR 20120104824A KR 1020110022460 A KR1020110022460 A KR 1020110022460A KR 20110022460 A KR20110022460 A KR 20110022460A KR 20120104824 A KR20120104824 A KR 20120104824A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
soft decision
decision bit
value
demodulator
channel
Prior art date
Application number
KR1020110022460A
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English (en)
Inventor
정준영
최동준
허남호
김영민
김수영
송상섭
Original Assignee
한국전자통신연구원
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원, 전북대학교산학협력단 filed Critical 한국전자통신연구원
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/06—Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection
    • H04L25/067—Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection providing soft decisions, i.e. decisions together with an estimate of reliability
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

수신단 변조 심볼을 구성하고 있는 다수의 비트의 연판정 값을 단일 복조기를 사용하여 계산할 수 있는 연판정 비트 검출 단일 복조기의 복조방법이 개시된다. 본 발명은 무선채널을 통해 신호를 수신하는 단계 및상기 수신된 신호의 성상 좌표값인 I채널값과 Q채널값을 계산하는 단계 및 상기 I채널값과 상기 Q채널값을 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 제 1초기 연판정 비트값으로 결정하는 단계 및 상기 제 1초기 연판정 비트값을 기반으로 세 번째 비트 및 그 이상의 비트에 대한 제 2초기 연판정 비트값을 순환적으로 계산하는 단계 및 상기 제 1및 제 2 초기 연판정 비트값에 상기 무선채널의 페이딩계수의 크기 및 수신 가우시안 잡음의 분산을 기반으로 결정되는 이득을 곱하여 최종 연판정 비트값을 출력하는 단계를 포함한다.

Description

연판정 비트 검출 단일 복조기{soft bit decision demodulator}
본 발명은 연판정 비트 검출 단일 복조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신단 변조 심볼을 구성하고 있는 다수의 비트의 연판정 값을 단일 복조방법을 사용하여 계산할 수 있는 연판정 비트 검출 단일 복조기에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 통신 시스템은 시간에 따라 변화하는 채널환경과 트래픽의 요구사항에 따라 변조방식의 종류를 할당하여 사용하는 적응형 변복조 방식을 채택하고 있다. 이에 따라, 디지털 통신 시스템은 사용되는 각 변조방식에 다수의 변조기를 송신단에 구성하고, 이에 대응하는 다수의 복조기를 수신단에 겸비하여야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 변조기는 PSK (phase shift keying)변조방식 또는 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)변조방식을 사용하여 단일 변조 구조로 상이한 차원의 변조신호를 생성하여 사용한다. 따라서, 최근에는 수신단도 단일 구조의 복조기로 상이한 변조 심볼을 복원하는 기술이 제안되었다.
또한, 디지털 통신 시스템의 또 다른 특성은 채널에서 발생하는 열화조건을 극복하기 위하여 다수의 시스템에서 오류정정부호를 사용한다.
오류정정부호는 터보부호(Turbo code) 또는 LDPC(Low Density Product Code)등을 이용하며 이에 따라, 수신부는 반복 복호(iterative decoding)기법을 이용한다. 그러나 반복 복호를 하기 위한 필수적인 조건은 복호기의 출력비트가 반드시 연판정 비트값이어야 한다. 따라서, 수신단의 복조기는 수신 신볼을 구성하고 있는 다수의 비트에 대한 연판정 비트값을 효과적으로 계산해야 한다.
본 발명의 목적은 QAM 및 PSK 계열의 다수의 변조 방식을 구비한 적응형 변조 시스템에서 단일 구조의 복조기를 사용하여 심볼을 구성하고 있는 비트들에 대한 연판정 비트값들을 계산하는 연판정 비트 검출 단일 복조기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기는 무선채널을 통해 신호를 수신하는 단계 및 상기 수신된 신호의 성상 좌표값인 I채널값과 Q채널값을 계산하는 단계 및 상기 I채널값과 상기 Q채널값을 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 제 1초기 연판정 비트값으로 결정하는 단계 및 상기 제 1초기 연판정 비트값을 기반으로 세 번째 비트 및 그 이상의 비트에 대한 제 2초기 연판정 비트값을 순환적으로 계산하는 단계 및 상기 제 1및 제 2 초기 연판정 비트값에 상기 무선채널의 페이딩계수의 크기 및 수신 가우시안 잡음의 분산을 기반으로 결정되는 이득을 곱하여 최종 연판정 비트값을 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기는 수신되는 심볼과 미리 결정된 경판정 경계값의 단 한번의 단순한 거리 계산만으로 각 비트별 연판정 값을 계산함으로써 복잡도가 크게 감소하는 효과가 있다.
이에 따라, 본 발명은 M-ary QAM 및 PSK 계열의 다수의 복조기를 사용하지 않고 단일 연판정 복조기를 사용하여 여러 M값의 변조 방식에 대한 연판정 비트값을 계산할 수 있다. 따라서, 본 발명은 시스템의 하드웨어를 구현함에 있어 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 제 1실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기를 사용한 적응형 변조 시스템 구성도이다.
도 2는 제 1실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기의 검출순서도이다.
도 3은 제 1실시예에 따른 연판전 비트 검출 단일 복조기의 검출순서도의 제 3단계순서도이다.
도 4은 제 2실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 다수의 QAM 변조방식의 구성도이다.
도 5는 제 3실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 다수의 PSK 변조방식의 구성도이다.
도 6는 제 4실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 그레이 코딩된 8-PSK 변조방식의 개념도이다.
도 7은 제 5실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 그레이 코딩된 16-PSK 변조방식의 개념도이다.
도 8은 제 6실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 8-PSK 변조방식에 대한 연판정 비트검출 성상도이다.
도 9은 제 7실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 16-APSK 변조방식에 대한 연판정 비트검출 성상도이다.
도 10는 제 8실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 32-APSK 변조방식에 대한 D1의 연판정 비트검출 성상개념도이다.
도 11은 제 8실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 32-APSK 변조방식에 대한 D2의 연판정 비트검출 성상개념도이다.
도 12는 제 8실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 32-APSK 변조방식에 대한 D3의 연판정 비트검출 성상개념도이다.
도 13은 제 8실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 32-APSK 변조방식에 대한 D4의 연판정 비트검출 성상개념도이다.
도 14는 제 8실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 32-APSK 변조방식에 대한 D5의 연판정 비트검출 성상개념도이다.
이하, 제 1실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 제 1실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기를 사용한 적응형 변조 시스템 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연판정 비트 검출 단일 복조기을 사용한 적응형 변조 시스템은 송신단(100), 채널(150) 및 수신단(200)을 포함한다.
송신단(100)은 오류정정부호기(101)와 엠어리(M-ary)적응형 변조기(102)를 포함한다.
오류정정부호기(101)는 이진신호에서 발생하는 오류정정을 위하여 패리티 정보를 추가한다. 따라서, 오류정정부호기(101)는 부호화된 이진비트를 엠어리적응형 변조기(102)로 제공한다.
엠어리적응형 변조기(102)는 이진비트를 상위계층의 제어신호에 의하여 현재 채널상태에 적합한 엠어리변조방식으로 M(적어도 하나이상의 정수)개의 비트를 하나의 심볼로 사상하여 채널로 송신한다.
채널(150)은 송신된 수신신호에 페이딩을 가하고 잡음을 더하여 수신단(200)으로 수신되도록 한다.
수신단(200)은 엠어리적응형 복조기(201), 오류정정복호기(202)를 포함한다.
엠어리적응형 복조기(201)는 수신된 수신신호를 M개의 연파정 비트값으로 출력한다. 이에 따라, 오류정정복호기(202)는 출력된 M개의 연판정 비트값을 반복적으로 복호화하여 본래의 이진신호를 추출한다.
도 2는 제 1실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기의 검출순서도이며, 도 3은 제 1실시예에 따른 연판전 비트 검출 단일 복조기의 검출순서도의 제 3단계순서도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 검출 순서도에서 복조기는 무선채널을 통해 신호를 수신하여 제 1단계(300), 제 2단계(400) 및 제 3단계(500), 제 4단계(600)를 수행한다.
제 1단계(300)에서 복조기는 수신신호에 관한 심볼 s(이하, 수신심볼)가 성상 맵핑될 때의 가로축값인 I(In phase)채널값과 세로축값인 Q(Quadrature)채널값을 계산한다. 수신심볼의 I채널값은 실수부의 값(Re{s})으로 구하고, 수신심볼의 Q채널값은 허수부의 값(Im{s})으로 구한다.
제 2단계(400)에서 복조기는 제 1단계(300)에서 계산된 I채널값과 Q채널값을 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 초기 연판정 비트값으로 결정한다. 또한, 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 초기 연판정 비트값은 각각
Figure pat00001
및
Figure pat00002
로 계산된다.
제 3단계(500)에서 복조기는 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 초기 연판정 비트값을 기반으로 세 번째 비트 및 그 이상 비트에 초기 연판정 비트값을 순환적으로 계산한다.
제 3단계(500)에서 복조기는 제 2단계(400)에서 계산된 초기 연판정 비트값이 2보다 큰지 판단(501)하여 2보다 작을 경우는 제 4단계(600)를 수행한다. 또한, 초기 연판정 비트값이 2보다 클 경우 복조기는 연판정 비트값의 변조방식이 QAM 변조방식인지 PSK 변조방식인지를 판단(502)한다.
이는 변조방식에 따라서 초기 연판정 비트값을 순환적으로 계산하는 방법이 다르기 때문이다.
만약, 초기 연판정 비트값의 변조방식이 QAM 변조방식이면, 복조기는 제 1서브단계(503), 제 2서브단계(504), 제 3서브단계(505), 제 4서브단계(506)를 수행한다.
제 1서브단계(503)에서 복조기는 초기 연판정 비트값의 i값을 1로 초기화한다.
제 2서브단계(504)에서 복조기는 세 번째 이상의 비트에 대한 초기 연판정 비트값의 이득을 아래의 수학식 1로 계산한다.
[ 수학식 1]
Figure pat00003
상술한 수학식 1의 A는 엠어리변조방식의 I채널 및 Q채널의 가장 적은 전력레벨을 나타낸다.
제 3서브단계(505)에서 복조기는 필요한 초기 연판정 비트값이 계산되었는지
Figure pat00004
로 판단한다. 이에 따라, 복조기는 조건이 만족하면 제 4단계(600)를 수행하고, 조건이 불만족하면 제 4서브단계(506)를 수행한다.
제 4서브단계(506)에서 복조기는 불만족된 초기 연판정 비트값의 i값을 1증가시켜 제 2서브단계(504)부터 반복하여 수행하도록 한다.
만약, 판단단계(502)에서 초기 연판정 비트값의 변조방식이 PSK방식이면, 복조기는 제 1`서브단계(507), 제 2`서브단계(508), 제 3`서브단계(509), 제 4`서브단계(510)를 수행한다.
제 1`서브단계(507)에서 복조기는 수신심볼의 크기와 위상을 아래의 수학식2로 계산하며, 계산된 초기 연판정 비트값의 위상값은
Figure pat00005
로, 초기 연판정 비트값의 i값은 3으로 초기화한다.
[ 수학식 2]
Figure pat00006
,
Figure pat00007
제 2`서브단계(508)에서 복조기는 제 1`서브단계에서 수행된 초기 연판정 비트값의 위상값을 수학식 3으로 계산한다.
[ 수학식 3]
Figure pat00008
또한, 제 2`서브단계(508)에서 복조기는 계산된 초기 연판정 비트값의 위상값에 sin을 취하고 수신심볼의 크기를 곱한다. 또한, 복조기는 초기 연판정 비트값을 수신심볼의 크기와 위상값을 이용하여
Figure pat00009
로 계산한다.
제 3`서브단계(509)에서 복조기는 필요한 초기 연판정 비트값이 계산되었는지
Figure pat00010
로 판단한다. 이에 따라, 복조기는 조건이 만족하면 제 4단계(600)를 수행하고 조건이 불만족하면 제 4`서브단계(510)를 수행한다.
제 4`서브단계(510)에서 복조기는 초기 연판정 비트값의 i값을 1증가시켜 제 2`서브단계(507)부터 반복하여 수행하도록 한다.
제 4단계(600)에서 복조기는 검출순서도에 의해 계산된 모든 초기 연판정 비트값에 이득을 곱하여 출력한다. 제 4단계에서 곱해지는 연판정 비트값의 이득의
Figure pat00011
는 채널의 페이딩계수의 크기이고,
Figure pat00012
는 수신 가우시안 잡음의 분산이다. 따라서, i번째 비트의 최종 연판정 비트값은
Figure pat00013
로 계산된다.
이하, 다른 실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 제 2실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 다수의 QAM 변조방식의 구성도이며, 도 5는 제 3실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 다수의 PSK 변조방식의 구성도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상술한 적응형 변조 시스템에 대한 연판정 비트 검출 단일 복조기의 검출순서도를 사용하면, 복조기는 요구되는 비트까지의 연판정 비트값만 출력하면 되기 때문에 단일 복조방법을 사용하여 다수의 엠아리 QAM 변조방식 및 다수의 엠아리 PSK 변조방식에 대한 최종 연판정 비트값을 계산할 수 있다.
이하, 또 다른 실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기의 변조방식에 따른 계산방법을 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
다수의 비트로 구성된 복소심볼의 각 구성비트들에 대한 초기 연판정 비트값은 해당 연판정 비트값이 0 인지 1인지를 결정하는 경계선으로부터 수신심볼까지의 거리를 계산하여 구할 수 있다. 본 기술은 공지된 기술로 설명하지 아니하였고, 이는 이러한 공지된 기술에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되지 않음을 의미한다.
도 6는 제 4실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 그레이 코딩된 8-PSK 변조방식의 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 그레이 코딩된 8-PSK 변조 방식에서 복조기는 공지된 기술을 인용하여 변조 심볼의 첫 번째 비트가 0인지 1인지를 결정하는 경계선(허수축) D1, 두 번째 비트가 0인지 1인지를 결정하는 경계선(실수축) D2 및 세 번째 비트를 판단하는 경계선 D3을 기반으로 연판정 비트값을 구한다.
따라서, 수신심볼과 경계선의 거리는 아래의 수학식 4로 계산된다.
[ 수학식 4]
Figure pat00014
도 7은 제 5실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 그레이 코딩된 16-PSK 변조방식의 개념도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 그레이 코딩된 16-PSK 변조 방식은 공지된 기술을 인용하여 상술된 그레이 코딩된 8-PSK의 구성과 동일하며, 네 번째 비트를 판단하는 D4를 더 구성한다. 따라서 복조기는 D1부터 D4를 기반으로 연판정 비트값을 구한다.
따라서, 수신심볼과 경계선의 거리는 아래의 수학식 5로 계산된다.
[ 수학식 5]
Figure pat00015
도 8은 제 6실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 8-PSK 변조방식에 대한 연판정 비트검출 성상도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 8-PSK변조 방식은 도 3을 설명하며 상술된 일반적인 그레이 코딩된 8-PSK 변조방식과 구성이 동일하다. 또한, DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 8-PSK 변조방식은 일반적인 그레이 코딩된 8-PSK 변조방식을 π/4 도만큼 회전시킨 것과 유사한다. 따라서 복조기는 일반적인 그레이 코딩된 8-PSK 변조방식에 대한 연판정 비트값을 변형하여 수신심볼과 경계선의 거리를 아래의 수학식 6으로 계산한다.
[ 수학식 6]
Figure pat00016
이하, DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 APSK 변조방식은 PSK 변조방식과는 다르게 경계선이 연속적인 직선 또는 원의 형태가 아니라 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 경계선이 불연속적인 점을 갖는다. 따라서, APSK 변조방식은 수신신볼의 위치에 따라 계산되는 연판정 비트값의 계산법이 PSK 변조방식과 다르다.
또한, 경판정 경계를 이용한 연판정 비트값의 검출기술은 공지된 기술로 설명하지 아니하였고, 이는 이러한 공지된 기술에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되지 않음을 의미한다.
도 9은 제 7실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 16-APSK 변조방식에 대한 연판정 비트검출 성상도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 16-APSK 변조방식에서 복조기는 상술된 공지기술에 따라 각 구성 비트에 대한 경계선 D1부터 D4를 기반으로 연판정 비트값을 구한다.
또한, APSK 변조방식은 수신신볼의 위치에 따라 연판정 비트값을 계산하는 방법이 다르나, 아래의 수학식 7으로 계산이 가능하다.
[ 수학식 7]
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019

따라서, 상기 수학식 6에서 계산된 연판정 비트값은 검출순서도의 제 4단계(도2, 600)와 같이 이득을 곱하여 최종 연판정 비트값으로 계산된다.
도 10부터 도 14까지는 제 8실시예에 따른 연판정 비트 검출 단일 복조기에 따른 DVB-S2 규격에 정의된 32-APSK 변조방식에 대한 D1부터 D5까지의 연판정 비트검출 성상개념도이다.
도 10부터 도 14에 도시된 바와 같이, DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 32-APSK 변조방식에 대해서는, 복조기가 상술된 공지기술에 따라 각 구성 비트에 대한 경계선 D1부터 D5를 기반으로 연판정 비트값을 구한다.
DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 32-APSK 변조방식은 DVB-S2 규격에서 채택하고 있는 16-APSK 변조방식을 설명하며 상술된 바와 같이, 동일한 방법으로 경계선과 수신심볼과의 거리를 계산함으로써 최종 연판정 비트값을 계산할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다.
따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100 : 송신단
150 : 채널
200 : 수신단
300 : 1단계
400 : 2단계
500 : 3단계
600 : 4단계

Claims (1)

  1. 무선채널을 통해 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호의 성상 좌표값인 I채널값과 Q채널값을 계산하는 단계;
    상기 I채널값과 상기 Q채널값을 첫 번째 및 두 번째 비트에 대한 제 1초기 연판정 비트값으로 결정하는 단계;
    상기 제 1초기 연판정 비트값을 기반으로 세 번째 비트 및 그 이상의 비트에 대한 제 2초기 연판정 비트값을 순환적으로 계산하는 단계;
    상기 제 1및 제 2 초기 연판정 비트값에 상기 무선채널의 페이딩계수의 크기 및 수신 가우시안 잡음의 분산을 기반으로 결정되는 이득을 곱하여 최종 연판정 비트값을 출력하는 단계;를 포함하는 연판정 비트 복조방법.
KR1020110022460A 2011-03-14 2011-03-14 연판정 비트 검출 단일 복조기 KR20120104824A (ko)

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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190061827A (ko) 2017-11-28 2019-06-05 어보브반도체 주식회사 채널 코딩이 적용된 gfsk 신호의 연판정 복조 방법 및 그 방법을 사용하는 수신 장치
KR20200021984A (ko) * 2017-07-12 2020-03-02 퀄컴 인코포레이티드 밀리미터파 다운링크 단일 캐리어 파형들에 대한 멀티플렉싱 방식들을 위한 기법들 및 장치들

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200021984A (ko) * 2017-07-12 2020-03-02 퀄컴 인코포레이티드 밀리미터파 다운링크 단일 캐리어 파형들에 대한 멀티플렉싱 방식들을 위한 기법들 및 장치들
KR20190061827A (ko) 2017-11-28 2019-06-05 어보브반도체 주식회사 채널 코딩이 적용된 gfsk 신호의 연판정 복조 방법 및 그 방법을 사용하는 수신 장치

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