KR0155900B1 - 위상에러검출방법 및 위상 트래킹 루프회로 - Google Patents

위상에러검출방법 및 위상 트래킹 루프회로

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KR0155900B1
KR0155900B1 KR1019950036047A KR19950036047A KR0155900B1 KR 0155900 B1 KR0155900 B1 KR 0155900B1 KR 1019950036047 A KR1019950036047 A KR 1019950036047A KR 19950036047 A KR19950036047 A KR 19950036047A KR 0155900 B1 KR0155900 B1 KR 0155900B1
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Abstract

본 발명은 VSB 수신기 및 QAM 수신기등에 적용되는 위상에러검출방법 및 회로가 개시되어 있다.
본 발명의 위상에러검출방법은 전송되는 I채널 데이타를 디지탈 필터링하여 Q채널 데이타를 복원하는 단계, 소정의 가중된 위상에러값에 의해 I채널 데이타와 Q채널 데이타의 위상을 보정하는 위상보정단계, 위상보정된 I채널 데이타로부터 미리 정해진 I채널 레벨값들중 근접한 I채널 레벨값을 결정하는 단계, 위상보정된 I채널 데이타와 결정된 I채널 레벨값의 차를 구하고, 차성분의 부호를 차에 곱하여 위상에러값을 구하는 단계 및 구해진 위상에러값을 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 가중된 위상에러값으로서 출력하는 단계를 포함하여, 결정영역에 따라 가중치를 주어 위상에러를 검출함으로써 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

위상에러검출방법 및 위상 트래킹 루프회로
제1도는 일반적인 GA-HDTV 수신기의 블럭구성도이다.
제2도는 제1도에 도시된 위상 트래킹 루프회로의 블럭구성도이다.
제3도는 종래의 위상 트래킹 루프회로의 입력신호에 대한 스캐터링도이다.
제4도는 본 발명의 방법이 적용되는 위상 트래킹 루프회로의 블럭구성도이다.
제5a도 내지 제6e도는 본 발명에서 제안한 가중함수의 예들이다.
제7a도 내지 제7b도는 VSB신호에 적용된 가중함수의 예들이다.
제8도는 본 발명의 방법이 적용되는 QAM 수신기의 블럭구성도이다.
제9도 및 제10도는 기존의 방법과 본 발명의 방법에 의한 잔류위상에러의 수렴특성의 결과를 보인 도면들이다.
본 발명은 디지탈 복조시스템에 있어서 위상에러검출방법 및 이에 적합한 회로에 관한 것으로, 특히 디지탈 잔류 측파대(Vestigial Side Band:이하 VSB라고 함) 방식이나 직각진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation:이하 QAM이라고 함) 방식의 수신기에서 복조시 발생하는 위상에러를 검출하는 방법 및 이에 적합한 회로에 관한 것이다.
과거 흑백 TV와 칼라 TV의 개발이후 최근에는 TV의 개발방향이 현장감을 느낄 수 있고, 대형화면이며, 고해상도를 추구하고 있다. 이러한 방향의 활발한 연구개발로 일본은 현재 아날로그 전송방식인 MUSE(Multiple Subnyquist Sampling Encoding:MUSE) 방식을 기초로 한 최초의 HDTV 방송을 진행중이며, 미국에서는 GA(Grand Alliance) 위원회에서 제안한 GA-HDTV 시스템을 채택하고 있으며, 일부 케이블 TV 업체에서는 또다른 디지탈 전송방식인 QAM방식에 관심을 가지고 있다.
이 GA-HDTV의 변조방법으로서 VSB 변조방식이 사용되고 있다. VSB 변조방식은 기존 TV 방송에서 아날로그 영상신호의 변조기법으로 사용되고 있으며, GA-HDTV에서는 디지탈 신호의 변조에 사용된다. 초기의 DSC(Digital Spectrum Compatible)-HDTV에서 2개 및 4개의 레벨을 이용한 2-VSB와 4-VSB를 변조방법으로 선택하였으나, GA-HDTV에서는 지상방송 모드(terrestrial broadcast mode)를 위한 8개의 레벨을 이용한 8-VSB와 고속 케이블모드(high speed cable mode)를 위한 16개의 레벨을 이용한 16-VSB를 변조방법으로 선택하였다.
이러한 VSB신호를 복조하기 위하여 상기 GA위원회에서는 수신기의 개략적인 구조를 제안한 바 있으며, 제안된 수신기는 다음과 같은 특징이 있다. 먼저, 제안된 VSB 수신기는 다른 디지탈 변조신호의 복조기와는 달리 I(In-phase)채널의 신호만으로 데이타를 검출하여 표본화를 심볼레이트단위로 수행한다는 것이다. 그러므로 VSB 수신기는 Q(Quadrature)채널을 동시에 사용하는 QAM등의 수신기에 비하여 간단히 구현이 가능하며, 심볼레이트속도로 데이타를 처리하므로 프랙셔녈레이트(fractional rate)수신기에 비하여 상대적으로 처리속도가 낮아도 검출이 가능하다는 장점이 있다.
그리고, 제안된 VSB 수신기는 변조신호로부터 디지탈 데이타의 검출을 수신기에서 반송파를 복원하여 복조하는 동기식 검출방식(coherent detection)을 사용한다. 상기 동기식 검출방식은 비동기식 검출방식(incoherent detection)에 비하여 동일한 신호대 잡음비에서 더 낮은 에러율로 검출이 가능하다는 있점이 있지만 반송파 복원회로로 인하여 수신기의 구조는 복잡하게 된다.
그러므로 제안된 VSB 수신기는 동기식 검출을 위한 전송신호의 위상검출을 FPLL(Frequency and Phase Locked Loop)과 위상트래거(Phase Tracker)를 이용한 2단계로 구성한다.
상기 FPLL은 VSB신호에 포함된 파일럿신호를 이용하여 송신신호의 위상을 추정한다. 이러한 FPLL은 기존의 PLL의 주파수 에러검출회로로서 용이하게 구현할 수 있으며, 이는 1994년 2월에 GA-HDTV위원회에서 발표된 GA-HDTV 시스템 명세서에 개시되어 있다. FPLL의 출력은 채널등화기를 통해 PTL회로의 입력으로 인가되며, PTL회로는 FPLL에서 제거되지 않은 위상의 잡음, 즉 위상의 에러를 제거하는 기능을 한다. GA-HDTV 수신기의 PTL회로의 구조는 E.A.Lee and D.G.Messerschmitt, Digital Communication, Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, 1988에 개시된 DDCR(Decision Directed Carrier Recovery)의 구조와 거의 같으나, 입력되는 I채널만의 표본화된 데이타를 이용하여 신호점들의 회전성분을 추정한 다음 이로부터 위상의 에러값을 보상하여 주는 것이 상이하다.
I채널의 데이타에는 실제 전달하고자 하는 정보가 포함되어 있으며, Q채널(직교상)에는 실제 정보전달의 기능은 없지만 변조신호의 스펙트럼을 감소시키는 역할을 한다. 그러므로 복조시에 위상에러가 있는 경우 I채널의 표본화 데이타에는 I채널의 데이타뿐만 아니라 Q채널의 신호도 포함되게 된다. 따라서 PTL회로에서 위상에러를 보정하기 위해서는 Q채널의 정보도 필요하다. 이때 Q채널의 정보는 I채널의 데이타를 힐버트 변환 필터(Hilbert Transform Filter)로 필터링함으로써 구할 수 있다.
제1도는 GA-HDTV 표준방식으로 제안된 GA-HDTV 수신기의 구조를 나타낸 구성블럭도로서, 제1도를 참조하여 GA의 VSB방식 수신기에 대해서 간략히 살펴본다. 이 구성블럭도는 Grand Alliance HDTV System Specification, submitted to the ACATS Technical Subgroup, Feb., 1994에 개시되어 있다.
또한, 아래의 설명은 한국통신학회 1994년도 추계종합학술발표회 논문집(동기식 VSB 수신기를 위한 Phase Tracker의 설계 및 성능분석)에 개시되어 있다.
먼저, 안테나로부터 입력된 신호는 튜너(10)로 입력되며, 이때 튜너(10)로부터 출력되는 출력신호의 등가 대역통과 VSB신호는 아래 (1)식과 같이 표현할 수 있다.
위 (1)식에서 ωc, θ(t)는 각각 반송파의 주파수 및 임의의 위상이며,(t)는 복소저역통과신호이고,(t)는 실수성분과 허수성분으로 구성되어 있어 아래 (2)식과 같이 표현될 수 있다.
FPLL(20)은 튜너(10)로부터 입력되는 등가대역통과 VSB신호에 포함된 파일럿신호를 이용하여 반송파를 복원하고, 반송파를 등가대역통과 VSB신호에 곱하여 기저대역의 신호로 변환하여 아래 (3)식과 같이 표현되는 출력신호를 출력한다.
이때, Q채널 성분은 아래 (4)식과 같이 표현될 수 있다.
(3)식과 (4)식에서 θ[n]는 FPLL(20)에서 추정한 위상의 에러값이다. 상술한 과정에서 수신신호의 반송파와 복원된 반송파간에는 위상오차에 따른 잔류위상성분이 존재하게 되며, 잔류위상성분이 복조신호를 왜곡시키게 된다. GA의 VSB방식 수신기에서는 위 신호들중 I채널 신호만이 사용되며, 이후 STR(Symbol Timing Recovery:40
)은 FPLL(20)의 출력신호 i(t)를 입력받아 심볼타이밍을 복원하여 A/D변환기(30)의 동작타이밍을 제어한다. A/D변환기(30)에서는 FPLL(20)의 출력신호 i(t)를 입력받아 STR(40)의 제어하에 심볼 구간비율에 따라 디지탈 신호([nT])로 변환하여 출력한다.
디지탈신호([nT])는 등화기(50)를 거쳐 위상 트래킹 루프회로(이하 PTL라고 함)(60)로 입력되며, 등화기(50)의 출력신호는 아래 (5)식과 같이 표현될 수 있다.
위 (5)식에서 θ(이하의 설명에서 [n]은 설명의 명료화를 위해 생략함)의 변화는 충분히 느리다고 가정할 수 있다. 따라서 θ[n]의 값은 수 심볼시간동안 상수값을 가지게 된다. 위 (5)식은 위상에러가 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 I위상성분이며, 이 신호가 등화기(50)를 거쳐 PTL(60)로 입력된다. PTL(60)에서는 위상에러 θ를 추정하여 이값을 보상시켜주는 기능을 수행한다.
그러나, VSB 변조방식에서는 xr및 xi의 값 모두 0이 아닌 값을 가지므로, 위 (5)식으로 표현된 I채널 신호만으로는 위상에러 θ를 추정할 수 없다. 따라서, Q채널 성분인 Q가 위상에러의 추정을 위해 필요하다. 그러나 실제 PTL(60)의 입력은 I신호가 사용되므로, PTL(60)에서는 위 (4)식의 Q채널 성분 Q를 디지탈필터를 통하여 I로부터 추정하여 사용한다.
채널복호화기(70)에서는 PTL(60)의 출력을 트레리스 복호화하고, 트레리스복호화된 데이타를 디인터리브처리하고, 디인터리브된 데이타는 RS코드로 적부호화된 데이타이므로 패리티를 이용하여 적부호화된 데이타를 오류정정복호화한다.
소오스복호화기(80)에서는 채널복호화기(70)로부터 출력되는 오류정정복호화된 데이타를 가변장복호화하고, 가변장복호화된 데이타를 역양자화하고, 역양자화된 데이타를 부호화시 사용된 양자화시스템 사이즈에 의해 IDCT(Inverse Discrete Cosine Transform) 과정을 거쳐, 압축된 데이타를 신장해서 원래의 데이타로 복원하여 디스플레이에 디스플레이한다.
제2도는 종래 PTL의 블럭구성도로서, 상술한 바와 같이 힐버트 변환 필터로 구성되는 디지탈필터(63)는 승산기(61)로부터 출력되는 I를 디지탈 필터링하여 Q의 복원값인 Q'을 출력한다. 실제 저역통과 VSB신호의 I채널 성분과 Q채널 성분은 다음과 같은 관계를 가진다.
위 (6)식에서 hVSB은 힐버트 변환필터와 하이패스필터를 직렬 연결한 필터의 응답과 같다. 하이패스필터는 VSB 변조신호의 스펙트럼에서 잔류측파대역이 존재하도록 하는 기능을 한다. GA-HDTV에서 채택한 VSB신호의 스펙트럼에서는 잔류측파대역을 0.31NHz로 정하였다. 또한 VSB신호의 기저대역에서의 대역은 5.59HMz이다. 따라서 잔류측파대역은 실제로 매우 미세한 영역을 차지한다고 볼 수 있다. 그러므로 이러한 VSB신호의 스펙트럼은 SSB(single sideband)신호의 스펙트럼으로 근사시키더라도 크게 오류가 없다고 판단된다. 이 경우 hVSB은 힐버트 변환필터의 응답 hH로 근사화된다. 힐버트 변환은 결국 신호를 90° 위상시프트시키는 기능을 수행하므로 xr, xi은 다음과 같은 관계를 가진다.
위 (5)식의 I신호에서의 변화가 θ의 변화에 비하여 매우 느린 경우에는 다음의 식을 만족한다.
그러므로 상술한 결과들을 종합하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
PTL(60)에서의 위상검출구조에 대하여 설명하면, 실제 전송된 신호(xr+jxi)와 위상에러가 포함된 신호(I+jQ) 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.
그러므로 위 (12)식은 [n]에 대하여 전개하면 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.
위 (13)식에서 허수부분만을 전개하면 아래 (14)식과 같이 표현될 수 있다.
그러므로, θ의 값이 작은 경우에 위상에러는 아래 (15)식과 같이 구해진다.
그러나, 수신측에서는 송신된 xr, xi의 참값을 알 수가 없으므로 이들의 추정치를 이용한다. 즉, 위 (5)식에서의 θ의 값이 작은 경우, I신호의 값은 xr의 값과 근사하게 되므로 I신호를 결정하여 xr의 추정값으로 한다. 그리고, 위 (5)식과 (11)식을 제곱하면 θ에 무관한 아래 (16)식과 같이 표현되는 관계를 얻을 수 있다.
그러므로, xi의 추정치,는 아래 (17)식과 같이 얻어진다.
위 (17)식으로부터 θ의 값이 작은 경우 Q의 값은 xi의 값과 근사하게 되므로의 부호는 Q의 부호와 동일한 것을 선택한다.
즉,
상술한 종래의 방법에서 위상에러를 검출하는 위 (15)식을 이용하여 위상에러신호를 구하고, 위상에러신호는 누적기(67)에서 누적되며, 사인 및 코사인 테이블롬(68)은 누적된 위상에러신호의 평균값에 대응하는 사인 및 코사인값을 복소승산기(65)로 출력하며, 상술한 과정을 반복하여 잔류위상성분을 제거한다. 상술한 PTL(60)의 성능을 좌우하는 가장 중요한 부분은 입력신호와 PTL(60)에서 발생시킨 신호간의 위상차를 검출하는 방법이다.
그러나, 지금까지 기술한 GA-HDTV가 멀티레벨 VSB 변조방식(지상방송의 경우 8레벨, 케이블방송인 경우 16레벨)을 채택하고 있기 때문에 PTL은 DD(Decision Direct)방식으로 동작하며 결정의 정확도에 의해 PTL의 선형동작범위가 제한된다. 즉, PTL은 xr의 값을 결정하는 데 있어 단지 I의 값을 이용하므로 결정되는 에러에 따라 위상검출의 선형동작범위가 제한되고 결정이 잘못되면 PTL의 동작은 불안정해진다.
따라서, I채널 신호값만을 이용하여 xr의 값을 결정하므로 제3도의 가는 점선으로 도시된 바와 같이 PTL의 잔류위상값이 증가함에 따라 정해진 신호점에서 기울기가 감소하면서 신호가 눕게 되고 이 같은 이유로 인하여 올바른 결정이 어렵게 된다.
이러한 문제점을 해결하면서, 최적결정을 위해서 I채널 뿐만 아니라 Q채널 신호를 이용하여 제3도의 사선을 도시한 기울기를 갖는 적응적 DD방식의 PTL이 제안되게 되었다.
제안된 적응적 DD방식의 PTL은 아래 (20) 및 (21)식에 따라 위상에러를 검출한다.
이 적응적 DD방식의 PTL은, 고정된 DD방식의 PTL이 고정된 결정영역이 작은 잔류위상오차에도 잘못된 결정을 하기 쉬운데 반해, 위 식(20)에서 구해진 기울기를 이용하여 기존의 고정된 결정영역을 넘는 심볼에 대해 적응적으로 결정을 수행함으로써 오판에 의한 오동작을 줄일 수 있으나 정확한 기울기를 구하지 못하면 역시 오류를 발생하게 되며, 기울기를 구하기 위해 복잡한 처리를 해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 입력되는 심볼들이 잡음등의 영향으로 넓게 분포하거나 위상에러값이 아주 클 때는 정확한 기울기를 구할 수 없는 경우도 발생하였다.
따라서 상기의 적응적 DD에 의한 PTL은 Q값을 추정하기 위한 디지탈필터가 정교해야 하며, ATAN등의 처리를 위한 구성 또는 알고리즘이 추가되는 등으로 실질적인 구현에 많은 제약을 가지게 되는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명의 목적은 결정영역에 따라 가중치를 주어 위상에러를 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 VSB 수신기에 있어서 전송되는 학습시퀀스를 이용하여 구해진 위상에러에 부가되는 가중함수를 조정하여 에러의 신뢰성을 높이는 위상에러검출방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 QAM 수신기에 있어서 결정영역에 따라 가중치를 주어 위상에러를 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 의해 구현되는 VSB 수신기의 위상 트래킹 루프회로를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 위상에러검출방법은 디지탈 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상에러검출방법에 있어서:
(a) 전송되는 I채널 데이타를 디지탈 필터링하여 Q채널 데이타를 복원하는 단계; (b) 소정의 가중된 위상에러값에 의해 상기 I채널 데이타와 Q채널 데이타의 위상을 보정하는 위상보정단계; (c) 상기 위상보정된 I채널 데이타로부터 미리 정해진 I채널 레벨값들중 근접한 I채널 레벨값을 결정하는 단계; (d) 상기 위상보정된 I채널 데이타와 결정된 I채널 레벨값간의 차를 구하고, 상기 차성분의 부호를 상기 차에 곱하여 위상에러값을 구하는 단계; 및 (e) 상기 구해진 위상에러값을 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 상기 가중된 위상에러값으로서 상기 (b) 단계로 피드백 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의한 위상 트래킹 루프회로는 디지탈 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 트래킹 루프회로에 있어서:
전송되는 I채널 데이타를 디지탈 필터링하여 Q채널 데이타를 복원하는 복원수단; 소정의 가중된 위상에러값에 의해 상기 I채널 데이타와 Q채널 데이타의 위상을 보정하는 위상보정수단; 상기 위상보정된 I채널 데이타로부터 미리 정해진 I채널 레벨값들중 근접한 I채널 레벨값을 추정하는 추정수단; 및 상기 위상보정된 I채널 데이타와 추정된 I채널 레벨값간의 차를 검출하고, 상기 차성분의 부호를 상기 차에 곱하여 위상에러값을 구해서 구해진 위상에러값에 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 상기 가중된 위상에러값으로 상기 위상보정수단에 피드백 출력하는 검출수단을 포함함을 특징으로 하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 위상에러검출방법과 위상 트래킹 루프회로의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
제4도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 PTL의 블럭구성도로서, 입력되는 I채널 데이타를 힐버트 변환 필터링하여 Q'채널 데이타로 출력하는 디지탈필터(310)와, 입력되는 I채널 데이타를 디지탈필터(310)의 필터링 시간동안 지연하여 I'채널 데이타로 출력하는 지연기(320)와, 지연기(320)와 디지탈필터(310)로부터 출력되는 I'채널 데이타 및 Q'채널 데이타에 위상 트래킹 루프로 검출된 위상에러에 대응하는 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 위상보정된 I채널 데이타와 Q채널 데이타로 출력하는 복소승산기(330)와, I채널 데이타에 소정의 누산제한값을 곱하여 Q채널 필터링의 불완전성과 진폭왜곡을 보정하여 출력 데이타열로 출력하는 승산기(340)와, Q채널 데이타와 승산기(340)로부터 보정된 I채널 데이타를 입력받아 잔류위상오차의 비례값으로부터 I채널 데이타의 근접된 I레벨값인 I를 추정하고,, I채널 데이타, Q채널 데이타를 출력하는 추정기(350)와,, I채널 데이타, Q채널 데이타를 입력받아 잔류위상값 θ를 검출하고 이 검출된 잔류위상값 θ에 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 출력하는 잔류위상검출기(360)와, 소정의 가중함수가 곱해진 잔류위상값 θ를 입력받아 위상 트래킹 루프가 발산하지 않도록 소정젯수 M으로 제산하여 위상에러값으로 출력하는 제산기(370)와, 제산기(370)로부터 출력되는 위상에러값을 누산하여 그 누산값을 출력하는 누산기(380)와, 누산기(380)로부터 출력되는 누산값에 대응하는 사인 및 코사인값을 복소승산기(330)로 출력하는 사인 및 코사인 테이블롬(390)과, 추정기(350)로부터,, I채널 데이타를 입력받아 (I-)의 연산값을 누산제한값으로 생성하며, I채널 데이타값의 절대값이 소정값이상일 때(통상 최대 판정레벨로 판정될 때) 누산제한값을 소정제한범위(0.8-1.2)내의 근사값으로 제한하여 승산기(340)로 출력하는 누산제한기(400)로 구성된다. 상기 구성에서 R은 θ값의 민감도를 조정하기 위한 조정값이다.
상술한 제4도의 구성에 대한 동작을 제1도를 결부시켜 설명한다.
일반적으로 GA-HDTV에서는 수신신호를 1차로 제1도에 도시된 FPLL(20)을 이용하여 복조하며, 이때 수신반송파와 수신기의 FPLL(20)에서 발생시킨 반송파사이의 위상오차에 따른 잔류위상성분이 존재하게 되며, 잔류위상성분이 복조신호를 왜곡시킨다. FPLL(20)에서 복조된 신호는 STR(40)에 의해 구동되는 A/D변환기(30)에 의해 데이타 심볼레이트로 디지탈 신호로 변환되고, 디지탈 변환신호는 등화기(50)를 거쳐 제4도에 도시된 PTL로 입력된다.
제4도에 있어서, PTL로 입력되는 입력신호는 I채널 신호만 입력되므로 위상정보를 추출하고, 위상에러를 보정하기 위해서는 Q채널 정보가 필요하므로 I채널 신호와 힐버트 변환필터인 디지탈필터(310)를 이용하여 Q채널 신호를 복원한다.
즉, 디지탈필터(310)는 등화기(50)로부터 입력되는 I채널 데이타를 힐버트 변환 필터링하여 Q'채널 데이타를 복원하여 출력한다. 지연기(320)는 등화기(50)로부터 입력되는 I채널 데이타를 디지탈필터(310)의 필터링 시간동안 지연하여 I'채널 데이타로 출력시킨다.
복소승산기(330)는 지연기(320)와 디지탈필터(310)로부터 출력되는 I'채널 데이타 및 Q'채널 데이타에 위상 트래킹 루프로 검출된 위상에러에 대응하는 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 위상보정된 I채널 데이타와 Q채널 데이타로 출력한다. 즉, 복소승산기(330)는 Q'채널 데이타를 이용하여 지연기(320)를 거친 I채널 입력신호와 PTL에서 발생시킨 사인 및 코사인값의 위상과 감산을 통해 위상보정을 이룬다.
승산기(340)는 I채널 데이타에 누산제한기(400)로부터 입력되는 누산제한값을 곱하여 Q채널 필터링 불완전성과 진폭왜곡을 보정하며, 보정된 I채널 데이타열을 제1도에 도시된 채널복호화기(70)로 출력한다.
추정기(350)는 Q채널 데이타가 승산기(340)로부터 보정된 I채널 데이타를 입력받아 소정의 잔류위상오차의 비례값으로부터 I채널 데이타에 근접한 I채널 레벨값인를 추정하여, I채널 데이타, Q채널 데이타를 출력한다.
잔류위상검출기(360)는, I채널 데이타, Q채널 데이타를 입력받아 잔류위상값 θ를 검출하고, 검출된 θ를 신뢰도 즉, 결정의 신뢰도에 따라 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 출력한다.
여기서, 잔류위상검출기(360)에서 행해지는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상에러 검출방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 Q채널값의 방향성만을 사용하므로 디지탈필터(320)가 정교하지 않아도 성능에 영향이 없다. 즉, 본 발명에서는 다음의 식에 의해 위상에러를 구한다.
위 (22)식은 I신호의 판정값에 대한 오차와 디지탈필터(320)에서 필터링되어 입력되는 Q채널 데이타의 방향성만으로 위상에러를 구한다. 즉, (22)식은 더욱 단순화시킬 수 있다.
따라서, I, Q채널 데이타의 방향성만을 이용하므로 하드웨어적인 구성이 극히 간단해진다.
위 (22)식 및 (23)식에 의해 구해진 위상에러 θ의 신뢰정도에 따라 본 발명에서 제안하고 있는 가중함수에 의한 가중치를 승산해서 승산한 결과를 출력한다.
제5도는 본 발명에서 제안하고 있는 가중함수들의 예를 보이고 있다.
제5도에서 알 수 있듯이, i값의 위치에 따라 심볼레벨 A나 B로 판정하게 되며, 기존의 고정형 DD에 의한 판정은 입력된 i값을 중앙의 점선을 경계로 하여 A나 B로 판정하게 되며, 위상에러값은 이 판정에 근거해서 구해진다.
이 경우 큰 위상에러에 의해 입력된 신호들이 판정영역을 넘어 인접한 심볼로 잘못 판정하게 된다. 잘못된 판정은 잘못된 위상에러값에 의해 PTL이 동작하도록 하며 이로 인해 PTL의 동작에 악영향을 미치게 된다.
본 발명에서는 이와 같은 경우에 안정적으로 PTL을 동작시키기 위해 기존의 DD에 의해 구해진 위상에러값에 가중함수를 승산한다. 즉, 심볼 A와 B사이에서 i의 위치에 따라 가중치를 주어 잘못된 판정에 의해 발생하는 잘못된 위상에러값의 발생을 감소시키고 있다.
제5도에 도시된 가중함수들의 각각은 제6a도 내지 제6d도에 도시되어 있다. 이와 같은 가중함수는 상수나 일차식, 일차이상의 고차식등 쉽게 변형이 가능하다. 또한, 도시된 가중함수는 일부의 예에 지나지 않으며, 심볼간 인접한 영역에서 발생할 수 있는 판정 에러에 의한 위상에러의 오검출을 경감시킬 수 있는 가중함수가 적용된다면 어떠한 가중함수도 적용할 수 있다.
제6a도-제6d도에 도시된 가중함수를 간단히 수식으로 나타내면 다음과 같다.
가중함수(2):제6a도
가중함수(2):제6b도
가중함수(3):제6c도
가중함수(4):제6d도
여기서, 가중함수(4)에서는 두개의 판정레벨사이의 중앙에서 좌측은 -, 두개의 판정레벨사이의 중앙에서 우측은 +로 동작한다.
가중함수(1)-(4)에 도시된는 결정된 값을 나타낸다.
부가적으로, 기존의 DD판정을 함수로 나타내면 W(i)=1이다.
제7a도는 제6b도에 도시된 가중함수(2)를 GA-VSB에 적용한 것을 보여주고 있다.
또한, 제7b도는 최대 심볼값이상에서는 잘못된 판정의 가능성이 적으므로, +7, -7 심볼에서는 가중치를 1이 되도록 부가한 가중함수로서, 제7a도의 가중함수를 개선한 형태이다.
이후, 제산기(370)는 위 (22)식 및 (23)식에 의해 구해진 위상에러에 가중함수가 승산된 결과(이하 가중된 위상에러라고 함)를 입력받아 위상 트래킹 루프가 발산하지 않도록 소정젯수 M(일례로 30)로 가중된 위상에러를 제산하여 출력하며, 누산기(380)는 제산기(370)로부터 출력되는 제산된 위상에러값을 누산하여 사인 및 코사인 테이블롬으로 출력한다.
사인 및 코사인 테이블롬(390)은 각 위상에 대응하는 사인 및 코사인값을 구비하며, 누산기(380)로부터의 입력에 대응하는 사인 및 코사인값을 복소승산기(330)로 출력한다.
한편, 누산기(380)는 잔류위상검출기(360)로부터 가중된 위상에러를 입력받아 아래 (24)식과 같이 적절한 이득 α(α≤1)가 곱해지고 이전 출력값 θ'n-1에 더해진다.
여기서, α값은 위상보정을 위한 밴드폭과 관련된 값이다. θ'는 최종잔류위상에러값이고, θ는 결정에 의한 위상에러값이다. 또한 n은 현재의 심볼구간을 나타내고, n-1은 이전의 심볼구간을 나타낸다.
결과적으로 W(In)는 i값에 따라 위상에러에 어떤값을 곱해주는 형식의 필터로서 작용하게 되고, 이로 인해 잔류위상에러의 수렴특성이 마치 저역통과필터를 통과한 듯이 완만하게 되는 형태가 된다. 즉, 이러한 필터는 구해지는 위상에러를 신뢰도 즉, 결정의 신뢰도에 따라 포스트필터링하는 과정이다.
누산제한기(400)는 추정기(350)로부터, I채널 데이타를 입력받아 (I-)의 연산값을 누산제한값으로 생성하며, 상기 I채널 데이타값의 절대값이 소정값 이상일 때(통상 최대 판정레벨로 판정될 때) 6이상일 때 상기 누산제한값을 소정 제한범위(0.8-1.2)내의 근사값으로 제한하여 승산기(340)로 출력한다.
제4도에서는 제안된 위상에러검출방법에 의한 PTL의 동작을 설명하기 위해 가장 간단한 일차루프의 경우의 예를 들어 설명하였지만 루프가 고차일 경우는 단순한 누적기가 아니라 고차의 필터형태가 존재하게 된다.
그리고, 본 발명에서 제안한 가중함수는 채널상태에 따라 적응적으로 적용될 수 있다. 즉, GA-VSB와 같이 프레임당 2개의 세그먼트(필드싱크세그먼트)에 해당하는 학습시퀀스를 전송해 주는 경우는 학습시퀀스를 이용하여 결정의 신뢰도를 구할 수 있다. 구해진 신뢰도에 따라 가중함수를 조정함으로서 채널상황에 적응적인 적용이 가능해지므로 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제6a도에 도시된 함수(1)을 적용하는 경우 학습시퀀스의 결정오율이 높아지게 되면 결정을 신뢰할 수 없기 때문에 제6e도에 도시된 바와 같이 △I를 작게 해서 두 심볼 A와 B의 경계부분에서 사용되지 않는 영역을 넓히는 것이 바람직하다.
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 QAM 수신기의 구성블럭도로서, 그 구성 및 동작의 상세한 설명은 R.L.Cupo and R.D.Gitlin, Adaptive carrier recovery systems for digital data communications receivers, IEEE Journal on selected areas in Communications, vol.7, no.9, PP.1328-1339, Dec.1989에 개시되어 있으므로, 여기서는 간략하게 설명한다.
제8도에 있어서, 수신된 QAM신호는 실제로는 I채널 데이타이므로 힐버트 변환필터(510)에서 I채널 데이타를 필터링하여 Q채널 데이타를 복원하여 I채널 데이타와 Q채널 데이타를 출력한다.
적응형 등화기(520)는 패스밴드형 등화기이고, 힐버트 변환 필터(510)의 출력에 포함되어 있는 고스트나 노이즈를 제거하고, 그 출력 x(n)은 다음 식(25)으로 나타낼 수 있다.
여기서, x(n)은 패스밴드형 등화기의 출력이고, a(n)=ar(n)+jai(n)는 n번째 전송된 심볼로서 동위상 ar(n)과 이위상 ai(n) 데이타이고, ω0는 전송 캐리어 주파수이고, T는 심볼주기이고, θ(n)는 수신기에서 보정되지 않은 캐리어 위상이고, v(n)는 부가적인 화이트 가우션 노이즈이다.
여기서, 캐리어 에러θ(n)는 통상 위상지터, 주파수오프셋, 위상오프셋의 3가지 성분을 갖는다.
복조기(530)는 승산기로 구성되며, 등화기(520)를 거친 신호와 캐리어복원기(560)의 출력을 승산해서 슬라이서(540)에 입력한다.
여기서, 수신신호의 반송파와 복원된 반송파간에는 위상에러가 존재하게 된다. 따라서, 슬라이서(540)와 위상에러계산기(550)는 이 위상에러를 추정하게 된다.
기존의 고정형 DD방식의 결정영역을 가진 슬라이서(540)인 경우에는 기준위상값들(±45°, ±135°)중에서 복조기(530)의 출력신호에 들어 있는 위상차정보에 가장 가까운 기준위상을 변조된 신호가 갖는 전송위상정보로 결정한다. 따라서, 슬라이서(540)는 전송위상정보를 갖는 기준위상정보를 출력한다.
그러나, 본 발명에서는 슬라이서(540)의 결정영역을 제5도 내지 제6e도에서 설명한 가중함수들을 이용한 가중치를 부여한 결정영역을 사용한다.
즉, 슬라이서(540)는 복조기(530)의 출력신호에 들어 있는 위상차정보에 소정의 가중함수에 의한 가중치를 승산하여 가중치가 승산된 위상차정보에 가장 가까운 기준위상을 변조된 신호가 갖는 전송위상정보로 결정한다.
위상에러계산기(550)에서는 슬라이서(540)에서 출력되는 기준위상정보에 따라 위상에러 추정치 ε(n)를 출력한다.
캐리어복원기(560)는 PTL로 구성되고, 이 추정치 ε(n)에 따라 변조된 캐리어 주파수와 동일한 국부반송파(α')를 발생해서 원래신호가 검파할 수 있도록 국부반송파(α')를 복조기(570)와 재변조 및 에러계산기(580)에 출력한다.
재변조 및 에러계산기(580)에서는 적응형 등화기(520)가 패스밴드형 등화기이기 때문에 슬라이서(540)에서 출력되는 신호와 캐리어복원기(560)의 출력신호를 승산하여 등화기(520)에 공급한다.
제8도에서는 본 발명의 위상에러검출방법을 QAM 수신기에 적용하는 예를 설명하였지만 MPSK(M-ary Phase Shift Keying)에도 적용할 수 있다.
제9도는 45° 위상에러를 갖는 경우에 대해 제2도에 도시된 회로에 의해 수행되는 기존의 고정형 DD방식에 의한 잔류위상에러의 수렴특성(B)과 제4도에 도시된 회로에 의해 본 발명에서 제안하고 있는 위상에러에 가중치를 부여한 잔류위상에러의 수렴특성(A)을 비교한 도면이다.
제10도는 45° 위상에러를 갖는 경우에 대해 제8도에 도식된 QAM 수신기에서 기존의 고정형 DD방식에 의해 위상보정한 수렴특성(B)과 본 발명에서 제안하고 있는 위상에러에 가중치를 두어 위상보정한 수렴특성(A)을 비교한 도면이다.
제9도 및 제10도에서 사용한 가중함수는 제6b도에 도시된 가중함수(2)를 적용했다.
제9도 및 제10도에서 알 수 있듯이, 기존의 방법보다는 본 발명의 위상에러검출방법에 의한 잔류위상에러의 수렴특성결과가 진동이 훨씬 적은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 위상에러검출방법과 PTL은 가중함수의 특성에 따라 기존의 DD에 의한 PTL을 포함하여 다양한 잔류위상값에 대응하도록 쉽게 변형하여 구현이 가능하다. 특히, GA-HDTV 수신기에 있어서 전송되는 프레임당 두개의 세그먼트에 해당하는 학습시퀀스를 이용하여 채널상태를 검출할 수 있고, 이를 이용하여 채널특성에 따라 가중함수를 조정하여 에러의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안된 위상에러검출방법은 기존의 어떠한 형태이든 관계없이 모든 PTL의 결정에 이용될 수 있으며 하드웨어 구현도 간단하다. 본 발명은 QAM, MPSK방식을 사용하는 수신기에도 쉽게 응용이 가능하다.

Claims (18)

  1. 디지탈 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상에러검출방법에 있어서:(a) 전송되는 I채널 데이타를 디지탈 필터링하여 Q채널 데이타를 복원하는 단계; (b) 소정의 가중된 위상에러값에 의해 상기 I채널 데이타와 Q채널 데이타의 위상을 보정하는 위상보정단계; (c) 상기 위상보정된 I채널 데이타로부터 미리 정해진 I채널 레벨값들중 근접한 I채널 레벨값을 결정하는 단계; (d) 상기 위상보정된 I채널 데이타와 결정된 I채널 레벨값간의 차를 구하고, 상기 차성분의 부호를 상기 차에 곱하여 위상에러값을 구하는 단계; 및 (e) 상기 구해진 위상에러값을 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 상기 가중된 위상에러값으로서 상기 (b) 단계로 피드백 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계에서는 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해지는 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
    (여기서,는 결정된 값)
  3. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계에서는 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해지는 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
    (여기서,는 결정된 값)
  4. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계에서는 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해진 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
    (여기서, k는 0과 1사이의 실수,는 결정된 값)
  5. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계에서는 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해지는 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
    (여기서, k는 0과 1사이의 실수,는 결정된 값,는 판정레벨사이의 중앙에서 좌측은 -, 판정레벨사이의 중앙에서 우측은 +를 나타냄)
  6. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계에서는 (e1) 전송되는 I채널 데이타에 포함되어 있는 학습시퀀스를 이용하여 결정의 신뢰도를 구하는 단계; (e2) 상기 구해진 신뢰도에 따라 상기 가중함수를 조정하는 단계; 및 (e3) 상기 조정된 가중함수에 의한 가중치를 상기 (d) 단계에서 구해진 위상에러에 승산해서 상기 가중된 위상에러값으로 상기 (b) 단계로 피드백하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
  7. 위상 변조된 신호를 복조하는 복조장치의 위상에러검출방법에 있어서:(a) 전송되는 위상변조된 신호를 디지탈 필터링하여 I채널 데이타와 Q채널 데이타를 복원하는 단계; (b) 상기 복원된 신호에 들어있는 위상차정보에 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부여하여 가중된 위상차정보를 발생하는 단계; (c) 미리 정해진 기준위상값들 중에서 가중된 위상차정보에 가장 가까운 기준위상을 변조된 신호가 갖는 전송위상정보로 결정하는 단계; 및 (d) 상기 가중된 위상차정보와 결정된 전송위상정보간의 위상차에 의해 상기 복원된 신호의 위상을 보정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 위상에러검출방법.
  8. 디지탈 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 트래킹 루프회로에 있어서:전송되는 I채널 데이타를 디지탈 필터링하여 Q채널 데이타를 복원하는 복원수단; 소정의 가중된 위상에러값에 의해 상기 I채널 데이타와 Q채널 데이타의 위상을 보정하는 위상보정수단; 상기 위상보정된 I채널 데이타로부터 미리 정해진 I채널 레벨값들중 근접한 I채널 레벨값을 추정하는 추정수단; 및 상기 위상보정된 I채널 데이타와 추정된 I채널 레벨값간의 차를 검출하고, 상기 차성분의 부호를 상기 차에 곱하여 위상에러값을 구해서 구해진 위상에러값에 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부가해서 상기 가중된 위상에러값으로서 상기 위상보정수단에 피드백출력하는 검출수단을 포함함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
  9. 디지탈 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 트래킹 루프회로에 있어서:전송되는 I채널 데이타를 필터링하여 제1 Q채널 데이타를 복원하는 디지탈 필터링수단; 상기 I채널 데이타를 상기 디지탈 필터링수단의 필터링 시간동안 지연하여 제1 I채널 데이타로 출력하는 지연수단; 상기 제1 I채널 데이타 및 제1 Q채널 데이타에 소정의 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 제2 I채널 데이타와 제2 Q채널 데이타로 출력하는 제1승산수단; 상기 제2 I채널 데이타에 소정 누산제한값을 곱하여 출력하는 제2승산수단; 상기 제2 Q채널 데이타와 상기 제2승산수단으로부터 승산출력되는 제2 I채널 데이타를 입력받아 소정의 잔류위상오차에 대응하여 제2 I채널 데이타의 근접된 I레벨추정값을 추정하는 추정수단; 상기 I레벨추정값, 제2 I채널 데이타 및 제2 Q채널 데이타를 입력하여 상기 제2 Q채널 데이타의 방향성에 따라 상기 제2 I채널 데이타와 상기 I레벨추정값간의 차에 소정의 가중함수에 의한 가중치를 부여하여 위상에러값을 결정하는 위상에러결정수단; 상기 위상에러결정수단의 출력을 소정의 제1젯수값으로 제산하여 그 제산값을 위상에러값으로 출력하는 제산수단; 상기 제산수단으로부터 상기 위상에러값을 입력받아 소정갯수로 누산하여 그 누산값을 상기 사인 및 코사인 테이블 저장수단의 위상에러값으로 입력하는 누산수단; 미리 저장된 상기 위상에러값에 대응하는 사인 및 코사인값을 상기 제1승산수단으로 출력하는 사인 및 코사인 테이블 저장수단; 및 상기 제1레벨추정값, 제2 I채널 데이타를 입력받아 상기 제2I채널 데이타로부터 I레벨추정값의 감산값을 상기 누산제한값으로써 상기 제2승산수단으로 출력하는 누산제한수단으로 구성함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단이 아래의 식에 따라 위상에러값을 결정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
  11. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단이 아래 식에 따라 위상에러값을 결정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
  12. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단은 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해지는 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
    (여기서,는 결정된 값)
  13. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단은 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해지는 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
    (여기서,는 결정된 값)
  14. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단은 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해진 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
    (여기서, k는 0과 1사이의 실수,는 결정된 값)
  15. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단은 아래의 식에 따른 가중함수(W(I))에 의해 구해지는 가중치를 상기 위상에러값에 승산함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
    (여기서, k는 0과 1사이의 실수,는 결정된 값,는 판정레벨사이의 중앙에서 좌측은 -, 판정레벨사이의 중앙에서 우측은 +를 나타냄)
  16. 제9항에 있어서, 상기 누산제한수단이 소정 누산범위와 기준값을 갖고, 상기 I레벨추정값, 제2 I채널 데이타를 입력받아 상기 제2 I채널 데이타로부터 I레벨추정값을 감산하여 그 감산값을 구하며, 상기 I레벨추정값의 절대값이 상기 기준값 이상일 때 상기 감산값에 가장 근사되는 상기 누산범위내의 값을 누산제한값으로 출력하고, 상기 I레벨추정값의 절대값이 상기 기준값 이상일 때 상기 감산값을 누산제한값으로 출력하는 누산제한수단임을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
  17. 제9항에 있어서, 상기 위상에러결정수단은 상기 소정의 가중함수에 대응하는 응답을 갖는 필터를 포함함을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
  18. 제17항에 있어서, 상기 가중함수가 고차인 경우 상기 누산수단은 고차 필터로 구성됨을 특징으로 하는 위상 트래킹 루프회로.
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