KR0124379B1 - 디지탈 데이타 수신기 - Google Patents

디지탈 데이타 수신기

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KR0124379B1
KR0124379B1 KR1019930013025A KR930013025A KR0124379B1 KR 0124379 B1 KR0124379 B1 KR 0124379B1 KR 1019930013025 A KR1019930013025 A KR 1019930013025A KR 930013025 A KR930013025 A KR 930013025A KR 0124379 B1 KR0124379 B1 KR 0124379B1
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Abstract

본 발명은 디지탈 통신시스템의 수신측에서 수신된 신호의 심볼타이밍을 복구하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 수신신호를 인가받아, 수신신호가 갖는 심볼주파수보다 높은 제1주파수에 따라 샘플링하기 위한 제1샘플링부; 제1샘플링부의 출력신호를 인가받아, 심볼타이밍 복구회로로부터 인가되는 제1클럭신호에 따라 샘플링하여 출력하는 제2샘플링부; 제2샘플링부의 출력신호를 인가받아, 등화시켜 출력하는 등화기; 등화기의 출력신호를 인가받아, 심볼타이밍 복구회로로부터 인가되는 제2클럭신호에 따라 샘플링하여 출력하는 제3샘플링부; 및 제2샘플링부의 출력신호를 인가 받아, 현재의 샘플링 위치를 검출하며, 검출된 현재의 샘플링위치와 최적의 샘플링위치에 근거하여 심플링위치가 가변된 제1클럭신호 및 제2클럭신호를 발생하느 심볼타이밍 복구회로를 포함한다. 따라서, 최적의 샘플링위치의 추적이 가능하며, 더우기 샘플과 샘플 사이의 위치에 대해서도 샘플링위치 추적 가능하므로써, 보다 정확한 심볼타이밍의 복구가 가능하다.

Description

디지탈 데이타 수신기
제1도는 본 발명에 의한 디지탈 데이타 수신기의 일 실시예를 나타내는 블럭도.
제2도는 본 발명에 의한 디지탈 데이타 수신기의 다른 실시예를 나타내는 블럭도.
제3도는 타이밍정보생성부의 상세 블럭도.
제4도는 타이밍정보생성부의 출력 파형도.
제5도는 평균기의 상세 블럭도.
제6도는 타이밍클럭발생부의 동작 순서도.
제7도는 타이밍클럭발생부의 다른 동작 순서도.
제8도는 선형보간기를 설명하기 위한 개념도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 복조 및 샘플링부 12 : 저역통과필터
13,16 : 샘플링부 14 : 정합필터
15 : 등화기 20,70 : 심볼타이밍복구회로
22 : 타이밍정보 생성부 24 : 평균기
26,74 : 타이밍클럭발생부 28,72 : 선형보간기.
본 발명은 디지탈 통신시스템의 수신기에 관한 것으로, 특히 수신신호의 심볼타이밍을 정확하게 복구하여 복구된 심볼타이밍에 따라 샘플링되는 데이타를 처리하기 위한 디지탈 데이타 수신기에 관한 것이다.
일반적으로, 디지탈 고화질 텔레비젼 등과 같은 디지탈 통신기기에서, 송신기는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이나 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)와 같은 적절한 변조기법을 사용하여 0과 1로 구성된 데이타비트열을 아날로그신호로 변조한 다음 전송하고, 수신기는 아날로그신호를 복조 및 샘플링하여 원래의 데이타비트열로 복원한다. 이때, 수신측에서 복조된 신호는 아날로그신호이므로, 이 아날로그신호를 원래의 디지탈데이타로 변환시키기 위한 A/D 변환 또는 샘플링(Sampling)이 필요하다. 그러므로, 수신측에서 복조된 신호로부터 정확한 심볼값을 복원하는데 있어서, 가장 중요한 요소는 샘플링위치를 정확히 정해 주는 것이다.
일반적으로, 수신측에서는 전송된 신호에 대해 정확한 샘플링위치를 알 수 없다. 따라서, 외부에서 정확한 샘플링위치를 정해주는 것이 필요하며, 이러한 샘플링위치 결정을'심볼타이밍 복구'라 한다. 심볼타이밍 복구방법으로는, 수신기에 입력되는 아날로그신호로부터 직접 최적의 샘플링위치를 찾는 방법, 아날로그-디지탈 변환된 데이타를 이용하여 최적의 위치를 찾는 방법 등이 있다.
아날로그-디지탈 변환된 데이타를 사용하여 최적의 샘플링위치를 찾는 선행기술로는 1987년 11월 17일자로 발행된 Yen 등의 미국특허 번호 4,707,841이 있다. 이 선행기술에 따르면, 수신된 신호는 채널밴드폭에 비례하는 최소의 샘플링율로 비동기적으로 샘플링되며, 디지탈화된 샘플들은 메로리에 저장된다. 저장된 데이타들은 적절한 심볼타이밍을 복구하기 위하여 보간기술을 사용하여 처리되며, 위상 슬라이드 제어기에 의해 적절한 심볼타이밍을 복구하기 위하여 보간기술을 사용하여 처리되며, 위상 슬라이드 제어기에 의해 적절한 심볼타이밍이 얻어진다. 위상슬라이드 제어된 심볼 데이타들의 등화 및 복호화에 의해 얻어진 정보에 근거하여 상기 메모리로부터 데이타버스들이 검출된다.
본 발명은 상술한 선행기술과는 다른 방법으로 수신신호로부터 심볼타이밍을 복구하는 기술을 제안한다.
이러한 본 발명의 목적은 전송되는 심볼의 주파수보다 높은 주파수로 수신되는 신호를 샘플링하며, 샘플링에 의해 얻어진 디지탈 심볼데이타로부터 현재 샘플링시점에 대한 타이밍 정보를 검출하여, 검출된 타이밍정보에 근거하여 최적의 심볼타이밍을 복구할 수 있는 디지탈 데이터 수신기를 제공함에 있다.
이와 같은 목적은 다수의 심볼들로 부호화되어 아날로그신호로 전송되는 정보를 처리하기 위한 디지탈 수신기에 있어서, 수신신호를 인가받아, 수신신호가 갖는 심볼주파수보다 높은 제1주파수에 따라 샘플링하기 위한 제1샘플링부; 상기 제1샘플링부의 출력신호를 인가받아, 심볼타이밍 복구회로로부터 인가되는 제1클럭신호에 따라 샘플링하여 출력하는 제2샘플링부; 상기 제2샘플링부의 출력신호를 인가받아, 등화시켜 출력하는 등화기; 상기 등화기의 출력신호를 인가받아, 심볼타이밍 복구회로로부터 인가되는 제2클럭신호에 따라 샘플링하여 출력하는 제3샘플링부; 및 상기 제2샘플링부의 출력신호를 인가받아, 현재의 샘플링 위치를 검출하며, 상기 검출된 현재의 샘플링위치와 최적의 샘플링 위치에 근거하여 샘플링위치가 가변된 상기 제1클럭신호 및 제 2클럭신호를 발생하는 심볼타이밍 복구회로에 의하여 달성된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다.
제 1 도는 본 발명에 의한 디지탈 데이터 수신기를 나타내는 블럭도이다. 제 1도의 장치는 복소(complex)형태로 전송되는 아날로그신호를 인가받는다. 복조 및 샘플링부(11)는 수신된 아날로그 신호를 복조하며, 전송되는 심볼 등이 갖는 심볼주파수(fS)의 8배의 주파수(8fS)로 복조된 신호를 샘플링한다. 그 결과, 하나의 심볼이 8개의 샘플도로 샘플링된다. 복조 및 샘플링된 데이타는 저역통과필터(12)를 통과한 다음, 제1샘플링부(13)에 의해 다시4 : 1로 샘플링되어, 심볼주파수(fS)의 2배의 주파수(2fS)를 갖게 된다. 여기서, 제1샘플링부(13)는 심볼타이밍 복구회로(20)로부터 인가되는 제1클럭(CLK1)에 따라 저역통과필터(12)의 출력 데이타를 샘플링한다. 제1샘플링부(13)의 출력데이타는 정합필터(matched filter)(14)를 통과한 후, 등화기(15)를 거쳐 제2 샘플링부(16)에서 다시2 : 1로 샘플링되어 심볼주파수(fS)를 갖는 심볼데이타로 된다. 여기서, 제2샘플링부(16)는 심볼타이밍 복구회로(20)로부터 인가되는 제2클럭(CLK2)에 따라 저역통과필터(12)의 출력데이타를 샘플링한다. 한편, 정합필터(14)의 출력데이타는 타이밍정보생성부(22)로 공급된다.
타이밍정보생성부(22)의 상세 블럭도가 제2도에 도시되어 있다. 타이밍정보생성부(22)는 ±1/2T(여기서, T는 심볼타이밍주기 또는 샘플링주기)에 대응하는 중심주파수를 갖는 8개의 밴드패스필터(F1r, F1i,…, F2i, F2r)와, 5개의 가산기(22, 23, 24, 25, 28)와, 2개의 곱셈기(26, 27)로 구성된다. 정합필터(14)에서 공급되는 샘플링된 데이타는 위상분리기(21)에서 실수부데이타(R)와 허수부데이타(I)분리된다. 실수부데이타(R)와 허수부데이타(I)는 8개의 밴드패스필터들(F1r, F1i,…,F2i,F2r)로 각각 공급되는데, 8개의 밴드패스필터들(F1r, F1i,…, F2i, F2r)은 다음의 수식들에 의한 필터링특성을 갖는 4가지 종류의 필터들(F1r, F1i, F2i, F2r)로 이루어져 있다.
여기서,이다.
위상분리부(21)로부터 출력되는 실수부데이타(R)는 서로 다른 종류의 4개 필터로 각각 공급되고, 허수부데이타(I)는 나머지 서로 다른 종류의 4개 필터로 각각 공급된다. 실수부데이타(R) 및 허수부데이타(I)가 인가되는 필터들(F1r, F1i,…, F2i, F2r)의 배치는 제2도에 보인 바와 같다.
8개 필터(F1r, F1i,…, F2i, F2r)의 출력신호는 제 2 도에 도시된 바와 같이, 4개 가산기(22, 23, 24, 25)에서 두 신호씩 가산되고,4개 가산기(22,23,24,25)의 출력신호는 2개 곱셈기(26, 27)에서 두 신호씩 곱해진 다음, 2개 곱셈기의 출력신호가 다시 가산된다. 그 결과, 타이밍정보생성부(22)는 현재의 샘플링위치에 대한 위치정보(P(n))를 발생한다. 타이밍정보생성부(22)에 의해 발생되는 위치정보(P(n))의 파형이 제 3A 및 C도에 도시되어 있다.
제 3 A도는 현재의 샘플링위치(Ps)가 최적의 샘플링위치(Popt)보다 빠른 경우의 위치정보(P(n))의 파형도로서, 대부분의 신호는 그 진폭이 음의 값이다. 제 3B도는 현재의 샘플링위치(Ps)가 최적의 샘플링위치(Popt)보다 늦는 경우의 위치정보(P(n))는 파형도로서, 대부분의 신호는 그 진폭이 양의 값이다. 제 3C도는 현재의 샘플링위치(Ps)와 최적의 샘플링위치(Popt)가 일치하는 경우의 위치정보(P(n))의 파형도로서, 신호의 진폭이 양과 음의 방향으로 거의 일정한 분포를 갖는다. 이와 같은 타이밍정보생성부(22)의 출력신호는 평균기 (24)로 공급되어 N개의 심볼들에 대한 평균값(Pav)가 얻어진다. 이러한 평균기(24)의 상세 블럭도가 제 4도에 도시되어 있다.
제 4도에 도시된, 평균기(24)는 N-1개의 지연기(D1∼DN-1)와, 가산기(241), 제산기(242)로 이루어진다. 평균기(24)로 입력되는 타이밍정보생성부(22)의 위치정보(P(n))는N-1개의 지연기(D1∼DN-1)에서 차례로 지연된다. 현재 평균기(24)로 인가되는 위치정보(P(n))와 각 지연기(D1…DN-1)의 출력신호는 가산기(241)에서 가산된다. 제산기(242)는 가산기(241)에 의해 가산된 N개 심볼에 해당하는 위치정보(P(n))들어 합산값을 심볼개수 N으로 나누어, 평균값(Pav)을 발생한다. 평균기(24)에서 얻어지는 평균값(Pav)은 타이밍클럭발생부(26)로 공급된다.
타이밍클럭발생부(26)는 평균값(Pav)을 소정의 임계치들(THR, THR2)과 비교하여, 그 결과에 따라 샘플링포인트의 위치를 1샘플만큼 빠르게 또는 느리게 한다. 이러한 타이밍클럭발생부(16)의 동작 순서도가 제5도에 도시되어 있다.
타이밍클럭발생부(26)는 평균기(24)로부터 공급되는 평균값(Pav)을 소정의 양의 임계치(THR1)와 비교한다(단계 111). 비교에 의해, 평균값(Pav)이 양의 임계치(THR1)보다 크거나 같으면, 타이밍클럭발생부(26)는 클럭오프세트값을(OFST)을 1만큼 감소시키고(단계 112), 샘플링위치가 1샘플만큼 빠르게 된 클럭들(CLK1,CLK2)을 발생한다( 단계 115). 반면에, 평균값(Pav)이 양의 임계치(THR1)보다 작으면, 타이밍클럭발생부(24)는 평균값(Pav)을 음의 임계치(THR2)와 비교한다(단계 113). 그 결과, 평균값(Pav)이 음의 임계치(THR2)보다 작거나 같으면, 타이밍클럭발생부(26)는 클럭오프세트값(OFST)가 1만큼 증가시키고 (단계 114), 샘플링위치가 1샘플만큼 느리게 된 클럭들(CLK1, CLK2)을 발생한다(단계 115). 반면에, 평균값(Pav)이 음의 임계치(THR2)보다 크면, 즉 평균값(Pav)이 양의 임계치(THR1)와 음의 임계치(THR2) 사이에 있으면, 타이밍클럭발생부(26)는 현재의 샘플링위치가 유지되는 클럭들(CLK1, CLK2)을 발생한다(단계 115).
클럭발생단계(단계 115)에서 발생되는 클럭들 중, 제 1 클럭(CLK1)은 2fs의 샘플링주파수를 가지며, 제2클럭(CLK2)은 fs의 샘플링주파수를 갖는다. 이때의 fs=(OFST+T)-1이 된다.
이와 같이, N개의 심볼데이타에 대한 위치정보(P(n))의 평균값과 소정의 임계치들을 비교하고, 그 비교결과에 따라 샘플링위치를 가변시킴으로써, 최적의 심볼타이밍을 추적할 수 있다.
그러나, 제 1 도에서 저역통과필터(12)에서 출력되는 8fs의 8개 샘플중 최적의 심볼위치를 나타내는 샘플이 존재하지 않을 수 잇다. 이러한 경우, 상술한 제 5도의 설명에서 개시된 방법을 사용하면, 최적의 샘플링 위치에 가까운 샘플링위치를 결정할 수는 있으나, 최적의 샘플링위치를 찾기는 곤란하다.
이러한 단점을 보완한 심볼타이밍복구장치가 제 6도에 제시되어 있다. 제 6도의 장치는, 저역통과필터(12)와 제1샘플링부(13) 사이에 추가로 설치된 선형보간기(72)를 구비한다. 그리고, 제 1도의 타이밍클럭발생부(26)가 보간계수(α)를 발생하는 기능을 갖는 타이밍클럭발생부(74)로 대체된다. 상술한 선형보간기(72)는 타이밍클럭발생부(74)에서 공급되는 보간계수(α)에 따라 샘플링된 데이타들을 보간하여 출력한다. 타이밍정보생성부(22) 및 평균기(24)의 동작은 제 1도의 장치와 동일하며, 타이밍클럭발생부(74)는 제 5 도와 유사한 제 7 도의 순서도에 따라 신호처리를 수행한다.
제 7도에서, 평균값(Pav)이 양의 임계치(THR1)보다 크거나 같으면 (단계 121), 타이밍클럭발생부(74)는 클럭오프세트값(OFST)을 소정 크기의 스텝사이즈(SS)만큼 감소시킨다(단계 122). 반면에, 평균값(Pav)이 양의 임계치(THR1)보다 작으면, 타이밍클럭발생부(72)는 평균값(Pav)이 임의 임계치(THR2)보다 작은가를 비교한다(단계 123). 비교결과 평균값(Pav)이 음의 임계치(THR2)보다 작거나 같으면, 타이밍클럭발생부(72)는 클럭오프세트값(OFST)을 소정크기의 스텝사이즈(SS)만큼 증가시킨다(단계 124). 여기서, 스텝사이즈(SS)의 크기는 1보다 작게 설정된다. 타이밍클럭발생부(72)는 이와 같이 1보다 작은 스텝사이즈(SS)가 가감된 오프세트(OFST)에서 정수부분(n)을 제거하여 소수부에 해당하는 보간계수(α)를 얻는다(단계 125). 그러면 이 보간계수(α)는 상술한 선형보간기(72)로 전송된다. 또한, 타이밍클럭발생부(74)는 'fs와 2fs의 주파수를 갖는 클럭을 발생한다(단계 126). 이때, 심볼주파수는 fs=(n+T)-1이 된다. 선형보간기(72)는 타이밍클럭발생부(74)로부터 보간계수(α)를 공급받아 제 8도에 도시된 바와 같이 선형보간을 수행한다. 그 결과, 선형보간기(72)의 출력데이타는 복조 및 샘플링부(11)로부터 출력되는 8개 샘플의 각 위치로부터 보간계수(α)만큼 이동된 위치의 샘플들에 대한 데이타가 된다. 보간계수(α)만큼 이동된 위치의 샘플들은 제1샘플링부(13)에 의해 2fs의 심볼주파수로 샘플링되며, 심볼타이밍 복구회로(70)에 의한 최적의 심볼타이밍복구에 사용된다. 따라서, 제 6도의 장치는 복조 및 샘플링부(11)로부터 출력되는 8개 샘플들 뿐만 아니라, 8개 샘플간의 위치에 대해서도 최적의 샘플링위치 추적이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 디지탈 데이터 수신기는 디지탈통신기기에서 심볼타이밍을 복구함에 있어서, 각 심볼에 대한 상대위치정보의 평균값에 근거하여 샘플링위치를 가변시키고, 더우기 샘플과 샘플사이의 위치에 대해서도 샘플링위치 추적 가능하므로써, 보다 정확한 심볼타이밍의 복구가 가능하다.

Claims (10)

  1. 다수의 심볼들로 부호화되어 아날로그신호로 전송되는 정보를 처리하기 위한 디지탈 수신기에 있어서, 수신신호를 인가받아, 수신신호가 갖는 심볼주파수보다 높은 제1주파수에 따라 샘플링하기 위한 제1샘플링부; 상기 제1샘플링부의 출력신호를 인가받아, 심볼타이밍 복구회로로 부터 인가되는 제1클럭신호에 따라 샘플링하여 출력하는 제2샘플링부; 상기 제2샘플링부의 출력신호를 인가받아, 등화시켜 출력하는 등화기; 상기 등화기의 출력신호를 인가받아, 심볼타이밍 복구회로로부터 인가되는 제2클럭신호에 따라 샘플링하여 출력하는 제3샘플링부; 상기 제 2샘플링부의 출력신호를 인가 받아, 현재의 샘플링위치를 검출하며, 상기 검출된 현재의 샘플링위치와 최적의 샘플링위치에 근거하여 샘플링위치가 가변된 상기 제1클럭신호 및 제 2클럭호를 발생하는 심볼타이밍 복구회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이타 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1샘플링부는 심볼주파수의 8배의 주파수를 갖는 제3클럭신호를 이용하여 상기 복조된 신호를 샘플링하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 심타이밍 복구회로는 상기 제1샘플링부의 출력신호를 인가받아, 현재의 샘플링위치에 대한 위치정보를 발생하는 타이밍정보생성부 ; 상기 타이밍정보생성부로부터 출력되는 상기 위치정보를 인가받아, 상기 위치정보에 근거하여 샘플링위치가 가변되는 상기 제1클럭신호 및 제2클럭신호를 발생하는 타이밍클럭발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 타이밍정보생성부는 상기 제1샘플링부로부터 인가되는 복소데이타를 실수부데이타와 허수부데이타로 분리하여 출력하는 위상분리부; 상기 실수부데이타와 허수부데이타를 공급받아, 현재의 샘플링위치가 최적의 샘플링위치 보다 빠른 경우 음의 진폭을 갖고, 현재의 샘플링포인트가 최적의 샘플링포인트보다 낮는 경우 양의 진폭을 가지며, 현재 샘플링포인트가 최적 샘플링포인트와 일치하는 경우 양과 음의 방향으로 거의 일정한 분포를 갖는 위치정보를 발생하여 출력하는 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 타이밍정보생성부의 출력신호를 인가받도록 연결되며, 상기 타이밍정보생성부로부터 인가되는 제1위치 정보를 기설정된 갯수이 심볼들에 대하여 평균하여 위치정보의 평균값인 제2위치 정보를 발생하여, 상기 타이밍클럭발생부로 출력하는 평균기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 평균기는 입력되는 샘플데이타를 소정 시간 만큼씩 각각 지연하고 직렬로 결합된 복수개의 지연기; 상기 샘플데이타와 상기 복수개의 지연기 각각으로부터 출력되는 샘플데이타를 가산하는 가산기 ; 및 상기 가산기의 출력 데이타를 상기 가산기로 동시에 인가되는 심볼의 갯수로 나누어 제2위치 정보를 산출하는 제산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 타이밍클럭발생부는 샘플간격으로 샘플링위치가 가변되는 제1클럭신호 및 제2클럭신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 타이밍클럭발생부는 상기 평균기에서 공급되는 평균값과 소정의 양의 임계치를 비교하는 제1비교단계; 상기 제1비교부에서 평균값이 양의임계치보다 크거나 같을때 현재의 샘플링위치를 소정 크기 만큼 빠르게 조정하는 제1조정단계; 상기 제1비교부에서 평균값이 양의 임계치보다 작을때, 평균값과 소정의음의 임계치를 비교하는 제2비교단계; 상기 제2비교부에서 평균값이 음의 임계치보다 작거나 같을때 샘플링위치를 소정 크기 만큼 느리게 조정하고, 평균값이 음의 임계치보다 클때 현재의 샘플링위치를 유지하는 제2조정단계; 및 상기 제1조정부 또는 제2조정부의 출력데이타를 공급받아 조정된 샘플링위치를 갖는 상기 제1클럭신호 및 제2클럭신호를 발생한는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이터 수신기.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제2샘플링부의 앞단에 결합되고 상기 보간계수에 따라 입력데이타를 보간하여 출력하는 보간기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이타 수신기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 타이밍클럭발생부는 상기 제1비교기의 결과에 따라 상기 샘플링위치를 1샘플구간보다 작은 일정값 만큼 빠르게 조정하는 제3조정단계; 상기 제2비교기의 결과에 따라 상기 샘플링위치를 제1샘플 구간보다 작은 일정값 만큼 느리게 조정하는 제4조정단계; 상기 제3조정단계 또는 제4조정단계의 출력데이타를 공급받아 상기 보간기로 보간계수를 발생하는 단계에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 디지탈 데이타 수신기.
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