In this dissertation work, a new modulation method for data communication is introduced, and its properties and various application areas are investigated. The proposed modulation method is based on the use of sinusoidal orthogonal waveforms (SOW's). The modulated signal has constant envelope, continuity in magnitude and slope, and symbol orthogonality. Moreover, the binary SOW signal has the same bandwidth as that of minimum shift keying (MSK), and yields the performance that is identical to that of the optimal antipodal system.
Also, we introduce a bandwidth efficient inphase/quadrature SOW (I/Q SOW) modulation method. The properties of the quadrature SOW (QSOW) signal is the same as those of the inphase SOW (ISOW) signal in the high-frequency range. Both signals do not interfere each other, when they are demodulated by sampling demodulation. Hence, by transmitting these signals simultaneously on the same channel capacity can be increased to twice that of the MSK system.
In this dissertation, we first obtain the power spectral density and the autocorrelation function of the M-ary SOW signal. Then, we describe the structure of the M-ary SOW modem system, and investigate its performance. Further, we show that the binary SOW system yields the best performance among various M-ary SOW systems, and study its properties in detail.
In addition, as applications of the SOW modulation method, we introduce a new spread spectrum method and a parallel communication system based on the SOW signal. To spread the narrow band data in an SOW spread spectrum system, we use an M-ary random sequence whose M symbols are mapped by SOW's. The proposed system is in essence a hybrid form of the direct sequence/frequency hopping (DS/FH) system. It has a two-valued autocorrelation characteristic, always maintains phase continuity and constant envelope, and gives M-ary data modulation. Moreover, the distribution of the power spectrum of the spread signal is flat over the desired frequency range and almost zero beyond the desired range. Also, with the proposed approach, a large number of symbols can be chosen for the pseudo-random (PN) sequence without increasing the system complexity.
For application of the SOW modulation to parallel communication, we propose two methods of waveform synthesis; one is the index-assigning method, and the other is the level assigning method. The index-assigning method yields the optimum performance, and requires the signal bandwidth only two third of that of the serial binary SOW. On the other hand, the level-assigning method requires one $L_{th}$ of the bandwidth required for the binary SOW, L being the number of sequences in parallel form. This method may be used for transmission of pulse amplitude modulated (PAM) signal.
The structure of the M-ary SOW system is simple and ideally suitable for digital implementation. Therefore, it may be used for conventional data communication as well.
본 논문에서는 새로운 데이타 통신용 변조 방식을 제안하고, 이 새로운 방식을 이용한 다양한 응용 분야를 소개하였다. 제안된 변조방식은 M진 데이타의 각 부호에 M개의 다른 직교 정현 파형 (sinusoidal orthogonal waveform (SOW)을 활용하여 M진 신호를 발생시키는 방식이다. 이 변조된 신호의 포락선은 항상 일정하고, 신호의 크기와 기울기는 연속적이며, 사용된 파형들은 서로 직교 관계를 갖고 있다. 더우기, 이진 SOW 신호의 밴드폭은 MSK 신호의 밴드폭과 같으며, 또한 그 성능은 이론상의 최적값으로 주어진다.
아울러, 이 SOW 신호를 변형한 quadrature SOW (QSOW) 신호를 소개하였다. 사용 주파수가 데이타의 전송 속도보다 매우 빠른 경우에는, QSOW 신호의 제반 특성은 SOW 신호의 특성과 동일하다. 또한, 입력신호의 복조시 sampling 방식 복조기를 사용한다면, SOW 신호와 QSOW 신호는 상호간에 간섭을 일으키지 않는다. 그러므로 이 두 신호를 같은 channel을 이용하여 동시에 전송함으로써, channel 용량을 MSK의 2배까지 증가시킬 수 있다.
본 논문에서는 먼저 SOW 신호의 전력 밀도 함수및 자기 상관 함수를 구하고, 변조기와 복조기를 포함한 M진 SOW system의 구조를 설명하고, M진 system의 성능을 분석하여 그 중에서 2진 SOW system의 성능이 가장 우수함을 발견하였다. 그러므로, 2진 SOW system을 보다 상세히 연구하여 이 system이 기존의 MSK system과 동일함을 입증하였다. 또한 SOW 신호를 이용한 새로운 대역 확산 방식과 병렬 통신 방식을 소개하였다.
이 새로운 대역 확산 방식에서는, 좁은 band의 데이타를 확산시키기 위하여, M진 난수열의 M개의 부호를 이용 SOW 신호를 발생시켰다. 제안된 방식은 근본적으로 직접 확산 방식과 주파수 도약 방식의 혼합 형태를 갖고있다. 제안된 방식의 큰 특징은, 확산된 신호의 자기 상관값은 두가지 수로 표현되며 M진 데이타의 변조를 가능하게 하는데 있다. 더우기, 확산된 신호의 전력 밀도는 확산하고자 하는 주파수 대역내에서는 균일하게 평탄한 값을 갖고 대역을 벗어나면 거의 영으로 되는 특성이 있다. 또한, M진 난수열의 부호수 M을 크게 잡아도 system의 복잡도는 증가하지 않는다.
제안된 SOW 신호를 응용한 병렬 방식으로는 파형 지표 배정 방식과 신호 세기 배정 방식의 두가지가 소개되었다. 파형 지표 배정 방식을 이용 하면 system의 성능은 그대로 유지하면서 차지하는 band폭을 2/3로 줄일수 있고, 신호 세기 배정 방식을 이용하면 차지하는 band폭을 병렬화된 신호열의 수만큼 비례하여 줄일 수 있다. 또한 신호 세기 배정 방식은 pulseamplitude modulation (PAM) 방식의 신호를 전송하는 데 적합하다.
제안된 M진 system의 구조는 간단하고 digital system에 적합한 형태를 갖고 있다. 그러므로 기존의 대부분의 data 통신 분야에 널리 사용될 수 있다.
