KR0163729B1

KR0163729B1 - 디지탈 잔류 측파대 변조 통신 시스템의 위상 검출 방법 및 위상 트랙킹 루프 회로

Info

Publication number: KR0163729B1
Application number: KR1019960009911A
Authority: KR
Inventors: 이명환
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1999-01-15
Also published as: GB9607980D0; JPH08340359A; KR960039960A; CN1100427C; GB2300094A; GB2300094B; CN1146112A; US5933460A; JP2971028B2

Abstract

1.청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야 : 본 발명은 디지털 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 검출방법 및 트랙킹 루프 회로에 관한 것이다.

2.발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 : 본 발명의 목적은 하드웨어 구성을 단순화하고 Q채널값에 민감하지 않는 위상검출방법 및 위상트랙킹 루프회로를 제공함.

3.발명의 해결방법의 요지 : 디지털 잔류 측파대 변조통신장치의 위상검출방법은, 외부로부터 입력되는 I채널 데이터를 디지털 필터링하여 Q채널 데이터를 복원하는 Q채널 데이터복원단계와, 소정 위상에러값에 의해 상기 I채널 데이터와 Q채널 데이터의 위상을 보정하는 위상보정단계와, 상기 위상보정된 I채널 데이터로부터 상기 I채널 데이터에 근접한 I채널 레벨값을 추정하는 I채널 레벨값 추정단계와, 상기 위상보정된 I채널 데이터와 추정된 I채널 레벨값간의 차를 구하고 상기 차에 상기 Q채널 데이터의 부호를 곱하여 그 연산값을 위상에러값으로 출력하는 위상에러결정단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

4.발명의 중요한 용도 : 본 발명은 GA HDTV의 수신기에서 중요히 사용될 수 있다.

Description

디지털 잔류 측파대 변조 통신 시스템의 위상 검출 방법 및 위상 트랙킹 루프 회로

제1도는 미합중국 GA(Grand Alliance) - HDTV 그룹에서 제한된 GA-HDTV 수신기의 일반적인 블럭구성도이다.

제2도는 미합중국 GA-HDTV 그룹에서 제안된 위상 트랙킹 루프 회로의 블럭구성도이다.

제3도는 종래의 기술에 의해 구현된 위상 트랙킹 루프 회로의 입력 신호에 대한 스캐더링 선도이다.

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 트랙킹 루프 회로의 블럭 구성도를 도시한 도면.

제5도는 제4도에 도시된 누산 제한기의 일실시예에 따른 구체 블럭도이다.

제6도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 트랙킹 루프 회로의 블럭 구성도이다.

본 발명은 디지털 변조 통신 시스템의 복조장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 잔류 측파대(Vestigial Side Band: 이하 VSB라함) 변조를 이용하여 데이터를 송수신하는 통신 시스템의 복조 장치에서 수신된 신호의 위상을 검출하는 위상 검출 방법 및 위상 트랙킹 루프(Phase Tracking Loop: 이하 PTL이라함)회로에 관한 것이다.

흑백 TV로부터 칼라 TV의 개발 이후 최근 TV는 대형화면으로서 현장감을 느낄 수 있으며 고해상도를 요구되고 있다. 이러한 방향의 활발한 연구개발로 일본은 현재 아나로그 전송방식을 기초로한 최초의 HDTV(High Definition TV) 방송을 진행중에 있다. 일본듸 HDTV 전송 방식은 이 기술 분야에서는 MUSE(Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding) 전송방식이라 불리운다. 미국에서는 GA(Grand Alliance)위원회에서 HDTV 시스템의 변조 방법으로 VSB변조 방식을 채택하고 이의 개략적인 구성을 제안하였다. 상기 VSB변조 방식은 기존 TV방송에서 아나로그 영상 신호의 변조 방법중의 하나로 사용되고 있다. 미국의 GA 위원회에서 제안한 GA-HDTV는 상기 VSB를 이용하여 디지털 변조 신호를 전송하는 것으로 채택하였다.

초기의 DSC(Digital Spectrum Compatible)-HDTV에서는 2개 및 4개의 레벨을 이용한 2레벨-VSB와 4레벨-VSB를 변조방법이 채택되었으나, GA-HDTV에서는 8개의 레벨을 이용한 8레벨-VSB와 고속 케이블 모드(high speed cable mode)에 적용된 16-VSB를 변조 방법으로 채택하였다. 이러한 VSB신호를 복조하기 위하여, 상기 GA 위원회에서는 다음과 같은 특징이 있는 VSB수신기를 제안한 바 있다.

GA 위원회에서 제안한 HDTV의 VSB수신기는 다른 디지털 변조 신호의 복조기와는 달리 I(In-phase)채널의 신호만으로 데이터를 검출하여 표본화를 심볼 레이트 단위로 수행한다는 것이다. 그러므로 GA 위원회에서 제안한 HDTV의 VSB수신기는 I채널과 Q(Quadrature)채널을 동시에 사용하는 QAM등의 수신기에 비하여 구성이 매우 간단한 이점을 갖는다. 또한, 수신된 데이터를 심볼 레이트로 데이터를 처리하므로 프랙셔널 레이트(fractional rate)수신기에 비하여 상대적으로 처리속도가 낮아도 데이터의 검출이 가능하다는 장점이 있다.

그리고 상기 제안된 VSB수신기는 VSB변조신호로부터 디지털 데이터의 검출을 수신기에서 반송파를 복원하여 복조하는 동기식 검출 방식(coherent detection)을 사용한다. 상기 동기식 검출방식은 비동기식 검출방식에 비하여 동일한 신호 대 잡음비에서 더 낮은 에러율로 검출이 가능하다는 잇점이 있지만, 반송파 복원회로로 인하여 수신기의 구조는 복잡하게 된다. 그러므로 제안된 VSB수신기는 동기식 검출을 위한 송신신호의 위상검출은 FPLL(Frequency and Phase Locked Loop)과 위상 트래커를 이용한 2단계로 구성한다.

상기 FPLL은 VSB신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 송신신호의 위상을 추중(Phase tracking)한다. 이러한 FPLL은 기존 PLL의 주파수 에러 검출 회로로서 용이하게 구현할 수 있으며, 이는 GA-HDTV 시스템 권고안에 개시되고 있다. 상기 FPLL의 출력은 채널 등화기를 통과한 후 PTL회로의 입력으로 인가된다. 상기 PTL회로는 FPLL에서 제거되지 않은 위상의 잡음, 즉, 위상의 에러를 제거하는 기능을 한다. GA-HDTV수신기의 PTL회로의 구조는 DDCR(Decision Directed Carrier Recovery)의 구조와 크게 상이하지는 않으나, 입력된 I채널의 표본화 데이터를 이용하여 신호점들의 회전성분을 추정한 다음 이로부터 위상의 에러값을 보상하여주는 구조를 가진다. 상기 I채널의 데이터는 실제 전달하고자 하는 정보가 포함되어 있으며, Q채널(직교상)에는 실제 정보 전달의 기능은 없지만 변조신호의 스펙트럼을 감소시키는 역할을 한다. 그러므로 복조시에 위상에러가 있는 경우 I채널의 표본화 데이터에는 I채널의 데이터 뿐만 아니라 Q채널의 신호도 포함되게 된다. 따라서 PTL회로에서 위상에러를 수정하기 위해서는 Q채널의 정보도 필요하다. 이때 Q채널의 정보는 I채널의 데이터를 힐버트 트랜스폼 필터(hilbert transform filter)로 필터링함으로써 용이하게 구할 수 있다.

제1도는 GA-위원회에서 표준 방식으로 제안된 GA-HDTV 수신기의 구조를 나타낸 블럭 구성도이다. 상기 제1도에 도시된 VSB수신기에 대한 동작 개요에 대한 설명은 한국 통신학회가 1994년도 발행한 추계종합학술발표회 논문집(동기식 VSB 수신기를 위한 Phase Tracker의 설계 및 성능 분석)에 개시되고 있다. 상기 제1도를 참조하여 GA에서 제안된 VSB수신기의 동작에 대해서 간략히 살펴본다.

먼저 안테나를 통해 수신된 신호는 튜너(10)로 입력된다. 상기 튜너(10)로부터 출력되는 신호의 등가 대역통과 VSB신호를 y(t)라하면 이는 하기의 1식과 같이 표현된다.

상기 1식에서 ω_c, θ(t)는 각각 반송파의 주파수 및 임의의 위상이며,는 복소 저역통과신호이다. 여기서, 상기는 실수성분과 허수성분으로 구성되어 있어 하기의 2식과 같이 표현될 수 있다.

FPLL(20)은 상기 튜너(10)로부터 출력되는 등가 대역통과 VSB신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 반송파를 복원한다. 그리고 복원된 반송파를 상기 등가대역통과 VSB신호에 곱하여 기저대역(Base band)로 변환한다. 기저대역의 신호로 변환된 신호는 하기 식 3과 같이 표현된다.

이때 Q채널 성분은 하기 4식과 같이 표현된다.

상기 3식, 4식에서 θ[n]은 상기 FPLL(20)에서 추정한 위상의 에러값이다. 상술한 과정에서 수신신호의 반송파와 복원된 반송파간에는 위상오차에 따른 잔류 위상성분이 존재하게 되며 상기 잔류 위상성분이 복조신호를 왜곡시키게 된다. GA 위원회에서 제안된 VSB수신기에서는 상기 신호들중 I채널 신호만이 사용되며, 이후 STR(Symbol Timing Recovery;40)은 상기 FPLL(20)의 출력신호 i(t)를 입력받아 심볼 타이밍을 복원하여 A/D변환기(30)의 동작 타이밍을 제어한다.

상기 A/D변환기(30)는 상기 FPLL(20)의 출력신호 i(t)를 상기 STR(40)의 제어하에 심볼 구간 비율에 따라 디지털 신호()로 변환하여 출력한다. 상기 디지털 신호()는 등화기(50)를 거쳐 PTL(60)로 입력되며, 상기 등화기(50)로부터 출력되는 신호 I[nT]는 하기 식 5와 같이 표현된다. [상기의 식들에서 N은 정수]

상기 5식에서 위상에러 θ(이하의 설명에서[n]은 설명의 명료화를 위해 생략함)의 변화는 충분히 느리다고 가정할 수 있다. 따라서 상기 θ[n]의 값은 수 심볼시간 동안 상수값을 가지게 된다. 상술한 5식은 위상 에러가 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 I채널의 위상성분이다. 상기 I채널의 신호 I[nT]는 등화기(50)을 거쳐 PTL(60)로 입력된다. 상기 PTL(60)에서는 위상 에러 θ을 추정하여 이 값을 보상시켜주는 기능을 수행한다.

그러나, VSB 변조 방식에서는및의 값 모두 0이 아닌 값을 가지므로 상기 5식으로 표현된 I채널 신호만으로는 위상에러 θ을 추정할 수 없다. 따라서 위상에러의 추정을 위해서는 Q채널의 신호가 필요로 하게 된다. 그러나 실제 PTL(60)로 입력되는 신호는 I채널의 신호만이 입력되므로, 상기 PTL(60)에서는 상기 4식의 Q채널성분의 신호를 디지털 필터를 통하여 I채널신호로부터 추정하여 사용한다.

제2도는 종래의 기술에 의한 PTL의 블럭 구성도이다. 제2도에 도시된 디지털 필터(63)은 힐버트 트랜스폼 필터이다. 상기 디지털 필터(63)는 승산기(61)로부터 출력되는 I채널의 데이터를 디지털 필터링하여 I의 복원값인 Q'을 출력한다. 실제 저역통과 VSB신호의 I채널성분과 Q채널성분은 다음과 같은 관계를 가진다.

상기 6식에서 h_vsb은 힐버트 트랜스폼과 하이패스필터를 직렬 연결한 필터의 응답과 같다. 하이패스필터는 VSB 변조신호의 스펙트럼에서 잔류측파 대역이 존재하도록 하는 기능을 한다. GA-HDTV에서 채택한 VSB신호의 스펙트럼에서는 잔류 측파대역을 0.31㎒로 정하였다. 또한 VSB신호의 기저대역에서 대역은 5.59㎒이다. 따라서 상기 잔류 측파대역은 실제로 매우 미세한 영역을 차지한다고 볼 수 있다. 그러므로 이러한 VSB신호의 스펙트럼은 SSB(single sideband)신호의 스펙트럼으로 근사 시키더라도 크게 오류가 없다고 판단된다. 이 경우 상기 h_vsb은 힐버트 트랜스폼 h_H로 근사화된다. 힐버트 트랜스폼은 결국 신호를 90도 위상쉬프트시키는 기능을 수행하므로은 다음과 같은 관계를 가진다.

식(5)의 I채널신호에서의 변화가 위상에러 θ의 변화에 비하여 매우 느린 경우에는 다음의 식을 만족한다.

그러므로, 상술한 결과들을 종합하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

상기 PTL(60)에서의 위상검출구조에 대하여 설명하면 하기와 같다. 실제 전송된 신호와 위상에러가포함된 신호사이에는 다음과 같은 관계가 있다.

그러므로 상기 12식을 위상에러 θ[n]에 대하여 전개하면 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.

상기 13식에서 허수 부분만을 전개하면 하기 14식과 같이 표현될 수 있다.

그러므로 θ의 값이 작은 경우에 위상에러는 하기 15식과 같이 구해진다.

그러나, 수신측에서는 송신된의 참값을 알 수가 없으므로 이들의 추정치를 이용한다. 즉 5식에서 θ의 값이 작은 경우, I채널신호의 값은의 값과 근사하게 되므로 I채널신호를 결정하여의 추정값으로 한다. 그리고 5식과 11식을 제곱하면 θ에 무관한 하기 16식과 같이 표현되는 관계를 얻을 수 있다.

그러므로의 추정치는 하기 17식과 같이 얻어진다.

상기 17식으로부터 θ의 값이 작은 경우에 Q의 값은의 값과 근사하게 되므로의 부호는 Q의 부호와 동일한 것을 선택한다. 즉,

상술한 종래의 방법에서 위상에러의 식은 상술한 15식과 같으며 상기 15식을 이용하여 위상에러신호를 구하고, 상기 위상에러신호는 누산기(67)에서 누적된다. 사인 및 코사인 테이블 롬(68)은 상기 누적된 위상에러신호의 평균값에 대응하는 사인 및 코사인값을 상기 복소승산기(65)로 출력하며, 상술한 과정을 반복하여 잔류 위상성분을 제거한다. 상술한 PTL(60)의 성능을 좌우하는 가장 중요한 부분은 입력신호와 PTL(60)에서 발생시킨 신호간의 위상차를 검출하는 방법이다.

그러나 상술한 종래 위상 트랙킹 루프회로는 위상검출 알고리즘에서 비현실적인 가정을 전재로 한다는 단점이 있었다. 또한의 값을 결정하는데 있어 단지 I채널신호의 값을 이용하므로 결정되는 에러에 따라 위상검출의 선형동작 범위가 제한된다는 단점이 있어, 이로인한 성능열화를 피할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 종래 PTL회로 및 위상검출방법은 제한누적값을 PTL(60)로의 입력신호(I데이터)에 곱하므로써 잔류위상에 따른 진폭왜곡을 보상하나, 디지털 필터(63)의 지연 때문에 진폭보상이 실제오차에 대해 지연을 갖고 보상되는 문제점이 있었다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 위상트랙킹 루프회로가 본원 출원인에 의해 선출원된 대한민국 특허출원 제95-5265호에 개시되고 있다. 상기 특허출원 제95-5265호에 상술한 문제점들을 해결하기 위해 제3도에 도시된 바와 같이 하기 수학식 20 및 수학식 21에 따라 위상에러를 검출한다. 제3도는 특허출원 제95-5265호에 개시된 PTL회로의 입력 신호에 대한 스캐터링 선도이다.

여기서,는 I의 판정 출력이고,는 I의 판정 에러이다.

상술한 특허출원 제95-5265호에서의 위상검출은 제2도에 도시된 종래 PTL(60)에서를 구하기 위해 I만을 이용하여 결정하던 것과는 달리, 제3도에 도시된 바와 같이 I, Q신호 모두를 이용하여 사선으로 표시된 기울기를 구하여를 결정하도록 했다. 이는 고정된 결정영역이 작은 잔류 위상오차도 잘못된 결정을 하기 쉬운데 반해, 일정수의 데이터에서 슬로프를 구하여 적응적인 결정영역을 갖게함으로써 결정에러를 줄일 수 있도록 개선한 것이다.

그러나 상술한 종래 위상검출방법 및 위상트랙킹 루프회로는 전술한 수학식 19 및 20에 나타난 바와 같이 Q값이 위상 에러의 검출에 중요한 역할을 하므로 상기 Q값을 추정하기 위한 제2도에 도시된 디지털 필터가 정교해야한다는 단점이 있었다. 또한 ATAN함수등의 처리를 위한 구성 또는 알고리즘이 추가되어야 하므로 시스템이 복잡해진다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 디지털 잔류 측파대 변조통신장치의 위상검출방법에 있어서 Q채널 값에 민감하지 않는 위상검출방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 하드웨어 구성을 단순화하고 Q채널값에 민감하지 않은 위상트랙킹 루프회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 디지털 잔류 측파대 변조통신장치의 위상검출방법에 있어서 입력되는 데이터채널의 심볼을 단위로 동작하는 위상트랙킹 루프회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 디지털 잔류 측파대 변조통신장치의 위상검출방법에 있어서 입력되는 데이터채널의 블럭을 단위처리하여 위상을 트랙킹하는 위상트랙킹 루프회로를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 잔류 측파대 변조통신장치의 위상검출방법에 있어서, 외부로부터 입력되는 I채널 데이터를 디지털 필터링 하여 Q채널 데이터를 복원하는 Q채널 데이터복원단계와, 소정 위상 에러값에 의해 상기 I채널 데이터와 Q채널 데이터의 위상을 보정하는 위상보정단계와, 상기 위상보정된 I채널 데이터로부터 상기 I채널 데이터에 근접한 I채널 레벨값을 추정하는 I채널 레벨값 추정단계와, 상기 위상보정된 I채널 데이터로부터 상기 I채널 레벨값의 차를 구하고 상기 차에 상기 Q채널 데이터의 부호를 곱하여 그 연산값을 위상에러값으로 출력하는 위상에러결정단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디지털 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 트랙킹 루프회로에 있어서, 입력되는 I채널 데이터를 필터링하여 제1의 Q채널 데이터를 복원하여 출력하는 디지털 필터링수단과, 상기 I채널 데이터를 상기 디지털필터링수단의 필터링시간동안 지연하여 I채널 데이터로 출력시키는 지연수단과, 상기 I채널 데이터 및 제1의 Q채널 데이터에 소정 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 제1의 I채널 데이터와 제2의 Q채널 데이터로 출력하는 제1승산수단과, 상기 제1의 I채널 데이터에 소정의 누산제한값을 곱하여 Q채널 필터링 불완전성과 진폭왜곡이 보정된 제2의 I채널 데이터로 출력하는 제2승산수단과, 상기 제2의 Q채널 데이터와, 상기 제2승산수단으로부터 승산출력되는 제2의 I채널 데이터를 입력받아 소정 잔류위상오차에 대응하여 제2의 I채널 데이터의 근접된 I레벨값을 추정하여 출력하는 추정수단과, 상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터 및 제2의 Q채널 데이터를 입력받으며, 상기 제2의 Q채널 데이터의 방향성에 따라 상기 제2의 I채널 데이터와 상기 I레벨추정값 간의 차에 대응하는 위상에러값을 결정하여 출력하는 위상에러결정수단과, 상기 잔류위상값을 입력받아 소정 제1젯수값으로 제산하여 그 제산값을 위상에러값으로 출력하는 제1제산수단과, 상기 소정 위상값에 대응하는 사인 및 코사인값을 구비하며 상기 위상에러값에 대응하는 사인 및 코사인값을 상기 제1승산수단으로 출력하는 사인 및 코사인 테이블 저장수단과, 상기 잔류위상값을 소정 개수로 누산하고 그 누산값을 소정 제2젯수값으로 제산하여 잔류위상오차로써 상기 추정수단으로 출력하는 제2제산수단과, 상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터를 입력받아 상기 제2의 I채널 데이터로부터 I레벨추정값의 감산값을 상기 누산제한값으로써 상기 제2승산수단으로 출력하는 누산제한수단으로 구성한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

제4도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 PTL의 블럭 구성도이다. 이는, 입력되는 I채널 데이터를 힐버트 트랜스폼 필터링하여 상기 I채널 데이터와 위상이 상이한 제1의 Q채널 데이터, 예를 들면, Q'채널 데이터로 출력하는 디지털 필터(310)와, 입력되는 I채널 데이터를 상기 디지털 필터(310)의 필터링 시간동안 지연하여 출력시키는 지연기(320)와, 상기 지연기(320)과 디지털 필터(310)로부터 출력되는 I채널데이타 및 Q'채널 데이터에 위상 트랙킹 루프로 검출된 위상 에러에 대응하는 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 위상보정된 제1의 I채널 데이터 및 제2의 Q채널 데이터, 예를 들면 I채널 데이터와 Q채널 데이터로 출력하는 복소승산기(330)와, 상기 I채널 데이터에 소정의 누산 제한값을 곱하여 Q채널 필터링 불완전성과 진폭왜곡을 보정하여 제2의 I채널 데이터, 예를 들면, I채널 데이터를 출력하는 승산기(340)와, 상기 Q채널 데이터와 상기 승산기(340)로부터 보정된 I채널 데이터를 입력받아 잔류위상오차의 비례값으로부터 상기 I채널 데이터의 근접된 I레벨값인를 추정하고 상기, I채널 데이터, Q채널 데이터를 출력하는 추정기(350)와, 상기, I채널 데이터, Q채널 데이터를 입력받아 잔류위상값 θ를 검출하여 출력하는 잔류위상검출기(360)와, 상기 잔류위상값 θ를 입력받아 위상 트랙킹 루프가 발산하지 않도록 소정 젯수 M으로 제산하여 위상에러값으로 출력하는 제1제산기(370)와, 상기 제1제산기(370)로부터 출력되는 위상에러값을 누산하여 그 누산값을 출력하는 제1누산기(380;Accumulator)(380)와, 상기 제1누산기(380)로부터 출력되는 누산값에 대응하는 사인 코사인값을 상기 복소승산기(330)로 출력하는 사인 및 코사인 테이블롬(390)과, 상기 잔류위상검출기(360)로부터 N개 심벌의 상기 잔류위상값 θ를 입력받아 이를 누산하여 출력하는 제2누산기(400)와, 상기 제2누산기(400)로부터 출력되는 잔류위상의 누산값을 제2젯수값(N·R)으로 제산하여 그 제산값을 잔류위상오차로써 상기 추정기(350)로 출력하는 제2제산기(410)와, 상기추정기(350)로부터 출력되는, I채널 데이터를 입력받아 (I -)의 연산값을 누산 제한값으로 생성하며, 상기 I채널 데이터값의 절대값이 미리 설정된 레벨이상일 때(예를들면 6이상일 때) 상기 누산제한값을 미리 설정된 제한범위(예를들면, 0.8∼1.2)내의 근사값으로 제한하여 상기 승산기(340)로 출력하는 누산제한기(420)로 구성된다. 상기의 설명에 있어서, 제2젯수값의 R은 θ값의 민감도를 조정하기 위한 조정계수이다.

상술한 제4도의 구성을 참조하여 본 발명명의 실시예의 동작을 설명하기와 같다.

일반적으로 GA-HDTV는 수신신호를 1차로 제1도에 도시된 FPLL(20)을 이용하여 복조한다. 상기와 같은 복조의 과정에서 수신반송파와 수신기의 FPLL(20)에서 발생시킨 반송파사이의 위상오차에 따른 잔류 위상성분이 발생된다. 상기와 같은 복조과정에서 발생된 잔류위상성분은 복조신호를 왜곡시킨다. 이후 상기 FPLL에서 복조된 신호는 STR(40)에 의해 구동되는 A/D변환기(30)에 의해 데이터 심볼 레이트로 디지털신호로 변환되고, 싱기 디지털변환신호는 등화기(50)를 거쳐 위상 트랙킹 루프 회로(PTL)로 입력된다.

기본적으로 상기 PTL로 입력되는 입력신호는 I채널신호만 입력되므로 이로부터 위상정보를 추출하고, 위상에러를 보정하기 위해서는 Q채널정보가 필요하므로 I채널신호와 힐버트트랜스폼필터인 디지털 필터(320)를 이용하여 상기 Q채널신호를 상기 I채널신호로부터 복원한다. 즉, 제4도에 도시된 디지털 필터(310)는 등화기(50)로부터 입력되는 I채널 데이터를 힐버트 트랜스폼 필터링하여 Q'채널 데이터를 복원하여 출력한다. 한편, 지연기(320)는 등화기(50)로부터 출력되는 I채널 데이터를 상기 디지털 필터(310)의 필터링 시간동안 지연하여 지연된 I채널 데이터를 출력한다.

제4도의 복소승산기(330)는 상기 지연기(320)과 디지털 필터(310)로부터 각각 출력되는 지연된 I채널 데이터 및 Q'채널 데이터에 위상 트랙킹 루프로 검출된 위상에러에 대응하는 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 위상보정된 I'채널 데이터와 Q채널 데이터로 출력한다. 즉, 상기 복소승산기(330)는 상기 Q'채널 데이터를 이용하여 지연기(310)를 거친 I채널입력신호와 위상트랙킹루프회로에서 발생시킨 사인 및 코사인값의 위상의 감산을 통해 위상보정을 이룬다. 상기 복소승산기(330)의 일측 출력노드에 접속된 승산기(340)는 상기 지연된 I'채널 데이터에 누산제한기(420)로부터 입력되는 누산제한값을 곱하여 Q채널 필터링 불완전성과 진폭왜곡을 보정하며, 보정된 I채널 데이터열을 제1도에 도시된 디코더 및 디인터리버(70)로 출력한다.

또한 추정기(350)는 Q채널 데이터와 상기 승산기(340)으로부터 보정출력되는 I채널 데이터를 입력받아 소정 잔류위상오차의 비례값으로부터 상기 I채널 데이터에 근접한 I채널 추정 레벨값인를 추정하여 출력한다. 따라서 상기 추정기(350)으로부터 출력되는 I채널 추정레벨값, I채널 데이터 및 Q채널 데이터들이 출력된다. 잔류위상검출기(360)는 상기 추정기(350)로부터 출력되는, I채널 데이터, Q채널 데이터를 입력받아 잔류위상값 θ를 검출하여 출력한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위상검출방법은 힐버트 트랜스폼 필터링에 의해 의사적으로 발생된 Q채널값의 방향성만을 사용하므로 상기 디지털 필터(320)가 정교하지 않아도 성능에는 아무런 영향을 받지 않게 된다. 즉, 본 발명에서는 하기의 22식에 의해 위상에러를 구한다.

상기 22식은 I채널신호의 판정값에 대한 오차와 디지털 필터(320)에서 필터링되어 입력되는 Q채널 데이터의 방향성만으로 위상에러를 구한다. 즉, 상기 22식은 본 발명의 다른 실시예에 따라 하기 23식과 같이 더욱 단순화시킬 수 있다.

따라서 I, Q채널 데이터의 방향성만을 이용하므로 하드웨어적인 구성이 극히 간단하여 진다.

이후 제1제산기(370)는 상기 22 및 23식에 의해 구해진 잔류위상값을 입력받아 위상 트랙킹 루프가 발산하지 않도록 소정 젯수 M(일례로 상수 30)로 상기 위상 에러θ를 제산하여 출력하며, 제1누산기(380)는 상기 제1제산기(370)로부터 출력되는 위상에러값을 누산하여 사인 및 코사인 테이블롬(390)으로 출력한다. 상기 사인 및 코사인 테이블롬(390)은 각 위상에 대응하는 사인 및 코사인값을 구비하며, 상기 제1누산기(380)로부터의 입력에 대응하는 사인 및 코사인값을 상기 복소승산기(330)로 출력한다.

한편 제1누산기(370)는 상기 잔류위상검출기(360)로부터 위상에러θ를 입력받아 하기 24식과 같이 적절한 게인 α(α≤1)가 곱해지고 이전출력값에 더해진다.

상기 24식에서 α값은 위상보정을 위한 밴드폭과 관련된 값으로서 이득을 조정하기 위한 계수값이다. 한편 제2누산기(400)는 상기 잔류위상검출기(360)로부터 n개 심벌의 잔류위상값 θ를 입력받아 이를 하기 식 25와 같이 누산하여 제2제산기(410)으로 공급한다.

상기 제2제산기(410)는 상기 제2누산기(400)로부터 출력되는 누산값을 제2젯수값(N·R)으로 제산하여 그 제산값을 잔류위상오차로서 상기 추정기(350)로 출력한다. 상기 추정기(350)은 상기 식 25와 같이 누산된 후 제2젯수값으로 제산된 잔류위상오차값에 -SGN(I)의 값을 곱하여 하기 식 26과 같이 추정된 잔류위상오차값을 누산제한기(420)으로 공급한다.

단,이다

누산제한기(420)는 상기 추정기(350)로부터 식 26과 같이 공급되는, I채널 데이터의 추정된 잔류위상오차값을 (I-)의 연산값을 누산 제한값으로 생성하며, 상기 I채널 데이터값의 절대값이 미리 설정된 레벨이상일 때(예를 들면 6이상일 때) 상기 누산제한값을 미리 설정된 제한범위(예를 들면, 0.8∼1.2)내의 근사값으로 제한하여 승산기(340)로 출력한다. 이와 같이 동작되는 누산 제한기(420)의 구성은 후술되는 제5도에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

제5도는 제4도에 도시된 누산 제한기의 일실시예에 따른 구체 블럭도이다. 제5도를 참조하면,추정기(350)로부터 식 26과 같이 출력되는 추정된 잔류위상오차값은 제5도의 제3누산기(420)의 일측으로 입력된다. 상기 제3누산기(422)의 또다른 입력단자는 제한기(426)에 의해 출력레벨이 제한된 I채널 데이터가 입력된다. 상기 제3누산기(422)는 상기 두단자로 입력되는 신호들을 누산하여 출력을 심볼 지연기(424)에 입력시킨다. 상기 심볼 지연기(424)는 입력된 신호를 심볼단위로 지연하여 출력노드에 접속된 제한기(Limiter)(426)으로 출력한다. 상기 리미터(426)은 심볼 지연기(424)로부터 출력되는 I채널 데이터의 절대값 즉, 레벨을 미리 설정된 하한 드레쉬홀드값 TH_L과 상한 드레쉬홀드값 TH_H(예로서, I채널 데이터 값의 절대값이 6이상일 때에는 상기 TH_L과 TH_H은 각각 0.8 및 1.2의 상수로 설정됨) 범위내의 근사값으로 제한하여 전술한 제2승산기(340)로 공급한다. 즉, 상기 누산제한기(420)은 I채널 데이터값의 절대값이 최대값의 레벨로 판정될 때 누산된 값을 미리 설정된 값의 근사값으로 제한하여 제2승산기(340)으로 출력하게 된다.

상술한 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 하드웨어구성은 단순화를 위해 입력신호의 방향성을 주로 이용하는 일 실시예를 제안하였으나, 임펄스 노이즈등이 존재하는 열악한 채널환경하에서 상술한 구성의 신뢰성을 높이기 위해 상기 위상에러 θ를 하기 27식으로 최적화할 수 있다.

상기 27식에서 med는 중간값 선택함수이며 θ_n,mod는 고립점이 제거된 위상에러값이다. 즉, 상술한 22식 또는 23식을 통해 구해진 k개심벌의 위상에러θ_n-k∼θ_n를 구하고 상기 27식과 같이 비선형처리에 의해 고립점을 제거함으로써 PTL(60)의 비이상적인 동작을 방지할 수 있다. 상기 식에서 k값은 짝수로 0일때에는 상기 22식 또는 23식과 같게 된다. 그리고 상기 27식에서 θ₀는 현재 심볼래에트에서 검출된 위상 에러값이다.

상기한 일실시예의 설명에서는 제2누산기(400)로서 잔류위상검출기(360)으로부터 출력되는 n개심볼의 잔류위상값 θ를 누산하여 블럭단위로 처리하는 관계를 설명하였으나 심볼단위로 처리할 수도 있다. 심볼단위로 위상트랙킹하는 처리과정은 하기와 같다.

제4도에 도시된 제2누산기(400)를 삭제하고 잔류위상검출기(360)과 제2제산기(410)의 사이를 경로(402)로서 직접 접속하면, 상기 잔류위상검출기(360)으로부터 제2제산기(410)으로 입력되는 데이터값은 (I-)로 된다. 이때 상기 제2제산기(410)는 상기 데이터(I-)를 전술한 바와 같이 제2젯수값(N·R)으로 제산하여 그 제산값을 잔류위상오차로서 상기 추정기(350)로 출력한다. 상기와 같이 심볼단위로 처리되는 경우, 상기의 젯수값 N·R에서 N은 1의 값을 가져야 한다. 상기 추정기(350)는 제2제산기(410)에서 제산된 잔류위상오차값에 -SGN(I)의 값을 곱하여 하기 식 28과 같이 추정된 잔류위상오차값을 누산제한기(420)으로 공급한다.

누산제한기(420)는 상기 식 28과 같은 잔류위상오차값의 레벨을 누산제한하여 제2승산기(340)로 공급함으로써 심볼단위로 위상트랙킹이 실행됨을 알 수 있다.

제6도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 위상 트랙킹 루프 회로의 블럭 구성도이다. 제6도의 도면을 참조하면, 제2승산기(320)의 입출력단자가 I채널 데이터 입력라인과 디지털 필터(310) 및 지연기(320)의 입력단자의 사이에 위치되어 있는 구성을 제외하고는 제4도의 구성과 동일함을 알 수 있다. 상기 제6도와 같은 구성은 I채널 데이터의 이득을 누산제한기(420)의 출력에 의해 조절한 후 위상 트랙키의 동작이 수행되도록 한 것으로 Q채널 데이터의 이득을 사인(sin)값 이외에 여러 값을 이용시에 유용하게 이용할 수 있는 예이다.

제6도와 같은 구성에서도 제2누산기(400) 및 경로 (402)의 선택적인 접속에 따라 잔류위상검출기(360)로부터 출력되는 잔류위상값 θ을 블럭단위 혹은 심볼단위로 처리하여 위상 트랙킹의 동작을 수행할 수 있음을 유의하여야 한다.

상기한 실시예에서는 추정기(350)으로부터 출력되는 I채널 추정 레벨값인값과 제1의 I채널 데이터 I와 제2의 Q채널 데이터 Q를 이용하여 잔류위상을 검출하는 방법만을 제시하였으나, 부호에러가 일어날 확률에 따라 가중치함수를 부가하여 위상에러의 검출을 간략하게 할 수 있다. 이러한 것이 가능한 이유는 Q값의 부호판정 신뢰도에 따라 가중치를 부가한 것과 같은 것으로 생각할 수 있기 때문이다. 즉, Q채널 값이 클수록 상대적으로 부호 판정의 에러가 발생할 확률이 적어짐으로, 상기 Q채널 값과 관련한 가중치 함수를 도입하여 위상에러를 손쉽게 검출할 수 있다. 이의 동작을 간략히 설명하면 하기와 같다.

가중치의 함수는 다음 식 29와 같이 표현될 수 있다.

상기 ζ는 가중치 함수의 이득조정계수이다. 전술한 식 20에 나타낸 atan함수를 생략하여 간략화시키면 이는 하기 식 30과 같이 된다.

여기서, I_e는 I-이다.

상기 식 30에서 기울기가인 가중치 함수를 부가한 위상 에러를라하면 이는 하기 식 31과 같이 된다.

상기 식 31에서 가중치 함수의 이득조정에 따른 새로운 가중치 함수를 다음의 식 32와 같이 정의하면 전술한 식 31은 하기의 식 33과 같이 되어 됨을 알 수 있다.

상기 식 33은 전술한 식 31에 의해 구해진 θ를 부호에 따라에 투영한 것과 같다. 여기서에서는 가중치를 부가한 위상에러이로 되어 원래의 θ보다 작아지고, 그 밖의 영역에서는 θi로 되어 원래의 θ보다 커지게 된다. 상기 식 32에서 가중치의 이득조정계수이면 이는 하기 식 34와 같이 되어진다.

따라서, 위상 검출과 관련해서 Q채널 값의 부호만이 이용되는 것과 같음을 알 수 있다. 여기서, ζ는 고정된 상수이다. 가중치 함수의 이득 ζ에 의해 새롭게 구해지는 위상 에러는 전술한 식 31 내지 식 34에 의해서 다음과 같음이 됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 정확한 Q값의 추정없이 방향성만으로 위상에러를 구할 수 있어 정교한 디지털 필터를 요구하지 않으며, I채널값과 Q채널값의 방향성만을 이용하여 하드웨어 구성을 단순화시킬 수 있고, ATAN함수 등의 연산회로 또는 알고리즘이 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.

Claims

디지털 잔류 측파대 변조통신장치의 위상검출방법에 있어서, 외부로부터 입력되는 I채널 데이터를 디지털 필터링하여 Q채널 데이터를 복원하는 Q채널 데이터복원단계와, 소정 위상에러값에 의해 상기 I채널 데이터와 Q채널 데이터의 위상을 보정하는 위상보정단계와, 상기 위상보정된 I채널 데이터로부터 상기 I채널 데이터에 근접한 I채널 레벨값을 추정하는 1채널 레벨값 추정단계와, 상기 위상보정된 I채널 데이터와 추정된 I채널 레벨간의 차를 구하고 상기 차에 상기 Q채널 데이터의 부호를 곱하여 그 연산값을 위상에러값으로 출력하는 위상에러결정단계로 구성함을 특징으로하는 위상검출방법.
제1항에 있어서, 상기 위상에러값을 입력받아 하기식에 따라 비선형처리에 의해 고립점을 제거한 위상에러값을 출력하는 고립점제거단계를 더 부가함을 특징으로 하는 위상검출방법.

단,는 고립점이 제거된 위상에러값

는 현재 심볼레이트에서 검출된 위상에러값

k는 임의의 상수
디지털 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 트랙킹 루프회로에 있어서, 외부로부터 입력되는 I채널 데이터를 필터링하여 제1의 Q채널 데이터를 복원 출력함과 동시에 상기 소정 지연하여 지연된 I채널 데이터를 출력하는 필터링수단 및 지연수단과, 상기 지연된 I채널 데이터및 제1의 Q채널 데이터에 소정 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 제1의 I채널 데이터와 제2의 Q채널 데이터로 출력하는 제1승산수단과, 상기 제1의 I채널 데이터에 소정 누산제한값을 곱하여 이득이 조절된 제2의 I채널 데이터를 출력하는 제2승산수단과, 상기 제2의 Q채널 데이터와 상기 제2승산수단으로부터 승산출력되는 제2의 I채널 데이터를 입력 받아 소정 잔류위상오차에 대응하여 제2의 I채널 데이터의 근접된 I레벨추정값을 추정하여 출력하는 추정수단과, 상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터 및 제2의 Q채널 데이터를 입력받으며, 상기 제2의 Q채널 데이터의 방향성에 따라 상기 제2의 I채널 데이터와상기 제I레벨 추정값 간의 차에 대응하는 위상에러값을 결정하여 출력하는 위상에러결정수단과, 상기 위상에러값을 입력받아 소정 제1젯수값으로 제산하여 그 제산값을 위상에러값으로 출력하는 제1제산수단과, 상기 소정 위상값에 대응하는 사인 및 코사인값을 구비하며, 상기 위상에러값에 대응하는 사인 및 코사인값을 상기 제1승산수단으로 출력하는 사인 및 코사인 테이블 저장수단과, 상기 위상에러값을 미리 설정된 제2젯수값으로 제산하여 잔류위상오차값으로서 상기 추정수단으로 출력하는 제2제산수단과,

상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터를 입력받아 상기 제2의 I채널 데이터로부터 I레벨추정값의 감산값의 누적레벨을 미리 설정된 제한값으로 제한하여 상기 제2승산수단으로 출력하는 누산제한수단으로 구성함을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제3항에 있어서, 상기 위상에러결정수단이 하기 식에 따라 위상에러값을 결정하여 출력하는 것임을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제3항에 있어서, 상기 위상에러결정수단이 하기 식에 따라 위상에러값을 결정하여 출력하는 것임을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제3항에 있어서, 상기 제1제산수단으로부터 상기 위상에러값을 입력받아 소정 개수로 누산하여 그 누산값을 상기 사인 및 코사인 테이블 저장수단의 위상에러값으로 입력시키는 누산수단을 더 부가함을 특징으로 하는 위상트랙킹 루프회로.
제3항에 있어서, 상기 제2제산수단은, 상기 위상에러결정수단으로부터 출력되는 n개의 심볼의 위상에러 θ를 하기 식과 같이 누산하여 수신된 데이터 블럭에 대응하는 위상에러값을 출력하는 제2누산수단 및 상기 누산된 블럭의 위상에러값을 미리 설정된 제2젯수값으로 제산하여 잔류위상에러값을 출력하는 제산수단을 구비함을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제7항에 있어서, 상기 추정수단은, 상기 제산수단으로부터 출력되는 블럭의 잔류위상에러값을 하기와 같이 연산하여 추정된 블럭의 잔류위상에러값을 상기 누산제한수단으로 공급함을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로

단, α는 위상보정을 위한 밴드폭과 관련된 상수
제7항에 있어서, 상기 누산제한수단은, 상기 추정수단으로부터 출력되는 블럭의 잔류위상에러값과 미리 설정된 레벨로 제한된 값을 누산하여 심볼 지연하는 수단과, 상기 심볼지연된 누산값을 미리 설정된 하한 드레쉬홀드 및 상한 드레쉬홀드의 범위로 제한하여 상기 제2승산수단으로 공급하는 제한기를 구비함을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제3항에 있어서, 상기 디지털 필터링 수단은 힐버트 트랜스폼 디지털 필터임을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1제산수단으로부터 상기 위상에러값을 입력받아 소정 개수로 누산하여 그 누산값을 상기 사인 및 코사인 테이블 저장수단의 위상에러값으로 입력시키는 누산수단을 더 부가함을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 누산제한수단이, 소정 누산범위와 기준값을 구비하고, 상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터를 입력받아 상기 제2의 I채널 데이터로부터 I레벨추정값을 감산하여 그 감산값을 구하며 상기 I레벨추정값의 절대값이 상기 기준값이상일 때 상기 감산값에 가장 근사되는 상기 누산범위내의 값을 누산제한값으로 출력하고, 상기 I레벨추정값의 절대값이 상기 기준값이상일 때 상기 감산값을 누산제한값으로 출력하는 누산제한수단임을 특징으로하는 위상트랙킹 루프회로.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 디지털 필터링 수단이 힐버트 트랜스폼 디지털 필터링수단임을 특징으로 하는 위상트랙킹 루프회로.
디지털 잔류 측파대 변조 통신장치의 위상 트랙킹 루프회로에 있어서; 소정 I채널 데이터를 힐버트 트랜스폼 필터링하여 제1의 Q채널 데이터로 출력하는 디지털 필터링수단과, 상기 I채널 데이터를 상기 디지털필터링수단의 필터링시간동안 지연하여 제1의 I채널 데이터로 출력시키는 지연수단과, 상기 제1의 I채널 데이터 및 제1의 Q채널 데이터에 소정 사인 및 코사인값을 각각 복소승산하여 제2의 I채널 데이터와 제2의 Q채널 데이터로 출력하는 제1승산수단과, 상기 제2의 I채널 데이터에 소정 누산제한값을 곱하여 출력하는 제2승산수단과, 상기 제2의 Q채널 데이터와, 상기 승산수단으로부터 승산출력되는 제2의 I채널 데이터를 입력받아 소정 잔류위상오차에 대응하여 제2의 I채널 데이터의 근접된 I레벨추정값을 추정하여 출력하는 추정수단과, 상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터 및 제2의 Q채널 데이터를 입력받으로, 상기 제2의 Q채널 데이터의 방향성에 따라 상기 제2의 I채널 데이터와 상기 I레벨 추정값간의 차에 대응하는 위상에러값을 결정하여 출력하는 위상에러결정수단과, 상기 잔류위상값을 입력받아 소정 제1젯수값으로 제산하여 그 제산값을 위상에러값으로 출력하는 제1제산수단과, 상기 제1제산수단으로부터 상기 위상에러값을 입력받아 소정 개수로 누산하여 그 누산값을 상기 사인 및 코사인 테이블 저장수단의 위상에러값으로 입력시키는 누산수단과, 상기 소정 위상값에 대응하는 사인 및 코사인값을 구비하며, 상기 위상에러값에 대응하는 사인 및 코사인값을 상기 제1승산수단으로 출력하는 사인 및 코사인 테이블 저장수단과, 상기 잔류위상값을 소정 개수로 누산하고 그 누산값을 소정 제1젯수값으로 제산하여 잔류위상오차로써 상기 추정수단으로 출력하는 제2제산수단과, 소정 누산범위와 기준값을 구비하고, 상기 I레벨추정값, 제2의 I채널 데이터를 입력받아 상기 제2의 I채널 데이터로부터 I레벨추정값을 감산하여 그 감산값을 구하며, 상기 I레벨추정값의 절대값이 상기 기준값이상일 때 상기 감산값에 가장 근사되는 상기 누산범위내의 값을 누산제한값으로 출력하고, 상기 I레벨추정값의 절대값이 상기 기준값이상일 때 상기 감산값을 누산제한값으로 출력하는 누산제한수단으로 구성함을 특징으로 하는 위상 트랙킹 루프회로.