KR0166877B1 - 큐피에스케이 위상복조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성방송 수신장치에 관한 것으로, 특히 위상검출부 내부에 위상오차 보정값을 저장하고 수신입력되는 I, Q채널의 신호에 따라 출력하여 위상오차를 보정하므로, 복조과정에서 발생하는 수신신호의 반송파와 VCO 출력간의 위상오차를 효율적으로 검출보정하는 회로의 복잡도를 크게 감소시키는데 적당하도록 한 QPSK 위상복조 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 QPSK 위상복조 장치는 VCO의 발진주파수 신호와 믹싱되어 디지탈 변환되어진 I채널의 기저대역 신호와, 상기 VCO의 90°천이된 발진주파수 신호와 믹싱되어 디지탈 변환되어진 Q채널의 기저대역 신호에 따라 위상오차 보정을 위한 저장테이블값을 출력하는 위상검출 수단부와, 상기 위상검출 수단부의 오차보정값을 오나로그 변환 및 필터링하여 상기 VCO의 발진제어 신호를 출력하는 D/A 변환기 및 루프필터를 포함하여 이루어진다.

Description

큐피에스케이 위상복조장치

제1도 (a)(b)(c)는 일반적인 위상복조 장치의 구성블럭도.

제2도는 일반적인 반송파 복원시스템의 구성블럭도.

제3도는 본 발명의 위상복조 장치의 구성블럭도.

제4도 (a)는 본 발명의 LUT값을 나타낸 그래프.

제4도 (b)는 반송파 위상을 나타낸 성상도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20a, 20b : 믹서 21a, 21b : LPF

22 : 위상천이기 23 : VCO

24a, 24b : ADC 25 : 양자화 변환부

26 : LUT 어드레스 출력부 27 : LUT 메모리

28 : 지연부 29 : DAC

30 : 위상검출부

본 발명은 위성방송 수신장치에 관한 것으로, 특히 복조과정에서 발생하는 수신신호의 반송파와 VCO 출력간의 위상오차를 효율적으로 검출하고 회로의 복잡도를 크게 감소시킨 QPSK 위상복조 장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 일반적인 QPSK 위상복조 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제1도 (a)(b)(c)는 일반적인 위상복조 장치의 구성블럭도이다.

제1도 (a)는 가장 대표적인 위상검출기(Phase Detector)인 코스타스 루프(Costas Loop)를 나타낸 블록도로써, 입력되는 I채널의 신호와 위상천이기(π/2)(3)에 의해 90°천이된 VCO(9)의 발진주파수를 곱하는 제1 곱셈기(1)와, 입력되는 Q채널의 신호와 VCO(9)의 발진주파수를 곱하는 제2 곱셈기(2)와, 상기 제1, 2 곱셈기(1)(2)의 출력신호를 각각 저역통과 필터링하여 기저대역 신호를 출력하는 제1, 2 LPF(4)(5)와, 상기 제1, 2 LPF(4)(5)를 통과한 I, Q채널의 신호를 입력으로 하여 리미터(Limiter)와 멀티플라이어(Multiplier)등에 의해 위상오차를 출력해내는 위상검출기(Phase Detector)(6)와, 상기 위상검출기(6)의 출력신호를 복원출력(Recovery Clock)에 의해 샘플링 및 홀딩하는 샘플앤드 홀드부(7)와, 루프필터(Loop Filter)를 거친 상기 샘플앤드 홀드부(7)의 출력신호에 의해 주파수를 발진하는 VCO(9) 등으로 구성된다.

그리고 제1도 (b)는 코스타스 루프(Costas Loop)를 QPSK 복조단에 적용시킨 것을 나타낸 것이다.

그리고 제1도 (c)는 수신된 신호의 반송파를 4배하여 위상을 검파하는 방법이다.

일반적으로 위상검출기의 동작은 수학적으로 두 입력신호의 곱으로 표현된다.

입력된 수신신호를 A₁Sin[ωot + θ(t)]라고 하고 VCO의 출력신호를 A₂Cos[ωrt +(t)]라고 하면 기본적으로 위상검출기는 다음 식과 같이 두 신호의 위상차가 검파한다.

두 신호의 위상차를 포함하는 함수를 e(t)라고 하면

상기의 식에서 우변항의 주파수 합[{ωo + ωr)t + θ(t) +(t)]은 LPF에 의해 제거되고 결국 두 신호의 순시 위상차는 [(ωo + ωr)t + θ(t)-(t)]가 된다.

위상검출기의 회로방식에서 크게 보아 아나로그 방식과 디지탈 방식으로 나눌수 있으며 그 중에서도 검출기의 특성곡선의 형태, 범위 등에 따라 더욱 세분될 수 있다.

PLL의 세가지 구성요소(위상검출기(PD), LF(Loop Filter), VCO(Voltage Controlled Oscillator)) 중에서 PD의 구성방법이 가장 다양하다.

그리고 위상검출기 특성곡선은 다음과 같다.

윗식을 다시 쓰면,

상기와 같은 위상검출기를 QPSK 신호의 반송파 복원에 이용할 경우에는 다음과 같은 특성을 갖게 된다.

입력신호를 di(t) Cos(ωot + θ) - dq(t) Sin(ωot + θ)라고 하면

로 나타낼 수 있다.

Q축의 믹서(Mixer)와 LPF(Low Pass Filter)를 통과한 신호는 (VCO 출력(Q축) = A' Sin(ωrt +)) Q(t) = -AA' Sin((ωr-ωo)t +- θ - δ(t) 로 나타낼수 있다.

그러나 상기와 같은 위상검출기(제1도 (a)(b)(c)의)를 QPSK 신호의 반송파 복원에 이용할 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.

Q(t) 신호는 위상차(Ø(t)=[(ωr - ωo)t +- θ - δ(t)])에 대해 2π의 주기를 갖는다.

δ(t)는 QPSK 신호성분으로(n=1, 2, 3, 4)만큼 신호가 천이된다.

따라서 Q(t)신호는되는 점에서 0(Zero)이 되지 않으므로 위상차 뿐만아니라 신호성분의 위상천이도 위상차로 나타나게 되어 신호를 복원할 수 없게 된다.

따라서, 전체위상을 4배 즉, 신호천이 성분을(n= 1, 2, 3, 4)로 하여 위상검출기에서 위상천이에 의한 신호위상차를 감지할 수 없게 하는 것이다.

즉, 코스타스 루프나 신호성분을 4승하여 위상을 검파하는 방식에서 전체위상차를 4배하여 위상차를 구하는 것이다.

상기와 같은 전체위상차 θ에 대한 4θ의 위상차에서는 어느 시점에서 순간적으로 변하는 신호성분은 주기가 π/2로 바뀐 위상검출기에서 0(Zero)가 되므로 위상검출기는 신호천이를 제외한 위상차를 출력하게 된다.

그러나 상기와 같은 방법으로 신호천이에 관계없는 순수위상차만을 얻기 위한 제1도 (a)(b)(c)에 나타낸 종래의 위상검출기는 그 회로의 구성이 매우 복잡하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 위상검출기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 복조과정에서 발생하는 위상오차를 효율적으로 검출하고 회로의 복잡도를 크게 감소시킨 QPSK 위상복조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 QPSK 위상복조 장치는 VCO의 발진주파수 신호와 믹싱되어 디지탈 변환되어진 I채널의 기저대역 신호와, 상기 VCO의 90°천이된 발진주파수 신호와 믹싱되어 디지탈 변환되어진 Q채널의 기저대역 신호에 따라 위상오차 보정을 위한 저장테이블값을 출력하는 위상검출 수단부와, 상기 위상검출 수단부의 오차보정값을 아나로그 변환 및 필터링하여 상기 VCO의 발진제어 신호를 출력하는 D/A 변환기 및 루프필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 QPSK 위상복조 장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 일반적인 반송파 복원시스템의 구성블럭도이고, 제3도는 본 발명의 위상복조 장치의 구성블럭도이다.

먼저, 제2도는 QPSK 위상복조 장치를 이용하여 반송파를 복원하는 일반적인 시스템을 나타낸 것이다.

PLL의 위상검출기(Phase Detector)와는 별도로(혹은 평행으로) 주파수 검출기(Frequrncy Detector)를 사용하여 구성한 것으로 주파수 오차를 신속하게 검출하여 PLL이 추적모드(Tracking Mode)로 빨리 진입하게 된다.

그리고 제3도는 AFC(Auto Frequency Cintrol), AGC(Auto Gain Control)이 정상적으로 동작하고 있는 가정하에 본 발명의 위상검출기를 이용하여 구성한 PLL(Phase Lock Loop)의 블록도이다.

특정주파수를 발생하는 VCO(23)와, 입력되는 I채널의 신호와 상기 VCO(23)의 발진주파수 신호를 믹싱하는 제1 믹서(20a)와, 입력되는 Q채널의 신호와 위상천이기(22)에 의해 90°천이된 VOC(23)의 발진주파수 신호를 믹싱하는 제2 믹서(20b)와, 상기 제1, 2 믹서의 출력신호를 각각 필터링하여 기저대역 신호를 출력하는 제1, 2 LPF(21a)(21b)와, 상기 제1, 2 LPF(21a)(21b)의 출력신호를 각각 디지탈 변환하는 제1, 2 A/D 변환기(24a)(24b)와, 상기 제1, 2 A/D변환기(24a)(24b)의 출력신호에 따라 위상오차 보정을 위한 저장테이블값을 출력하는 위상검출 수단부(30)와, 상기 위상검출 수단부(30)의 오차보정값을 아나로그 변환하는 D/A 변환기(29)와, 상기 D/A 변환되어진 오차보정값을 필터링하여 상기 VCO(23)의 발진제어 신호를 출력하는 루프필터(Loop Filter)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 위상검출부(30)는 디지탈 변환되어진 I, Q 채널의 기저대역 신호를 양자화 출력하는 양자화 변환부(25)와, 순시위상값을 저장하고 상기 양자화 변환부(25)의 출력값에 따라 저장테이블값을 출력하는 LUT 어드레스 출력부(Tan^-1(·))(26)와, 상기 LUT 어드레스 출력부(26)의 어드레스값에 해당하는 오차보정 테이블값을 출력하는 LUT 메모리(27)와, 디지탈 변환되어진 Q채널의 기저대역 신호를 일정시간 지연 출력하는 지연부(28)와, 상기 오차보정 테이블값과 지연부(28)의 출력신호를 가산하는 덧셈기를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 Q채널의 값인 -Sin(·)이므로 지연부(28)에 입력되는 디지탈 변환되어진 Q채널의 값에 -1을 곱하는 곱셈기가 더 구비된다.

상기와 같은 본 발명의 QPSK 위상복조 장치의 동작은 다음과 같다.

제4도 (a)는 본 발명의 LUT값을 나타낸 그래프이고, (b)는 반송파 위상을 나타낸 성상도이다.

본 발명의 QPSK 위상복조 장치에 입력되는

라고 하면,

제1 ,2 믹서(20a)(20b)를 거쳐 제1, 2 LPF(21a)(21b)를 통과한 I, Q채널의 각각의 신호는

이다.

여기서, {(ωo-ωr)t+θ+δ(to-Ø)}는 제4도 (b)에서와 같이 어느 시간에서의 I, Q를 축으로 하는 성상도에서 한 점으로 표현된다.

그리고 제1, 2 A/D 변환기(24a)(24b)에서 디지탈 변환된 I, Q채널의 신호는 양자화 변환부(25)를 거쳐 LUT 어드레스 출력부(26)로 입력된다.

이때, 양자화 변환부(25)에서는 Q신호가 -Sin이므로 절대치를 구하게 된다.

그리고 입력된 I, Q신호의 순시 위상값이 저장되어 있는 LUT 어드레스 출력부(26)에서는 양자화 변환부(25)에서의 출력값이 LUT 어드레스 출력부(26)의 Tan^-1(·) 테이블의 주소가 되어(I는 X축 주소, Q는 Y축 주소) 그 주소에 일치하는 값이 출력된다.

이때, 양자화 변환부(25)를 사용하는 이유는 LUT 어드레스 출력부(26)의 Tan^-1(·)테이블의 주소갯수와 A/D 변환기의 비트수가 일치하지 않는 경우를 방지하기 위함이다.

그리고 제4도 (a)에서 그래프 ①은 위상을 X축으로 할 때 일반적으로 믹서를 거쳐 나온 위상검출부의 그래프이다(주기 :2π).

그래프 ②는 그래프 ①을 주기 π/2로 만든 형태이다.

따라서 LUT 메모리에 저장되는 값은 그래프 ②에서 그래프 ①을 감산한 값을 저장한다.

I, Q 각각의 믹서에 입력되는 VCO 출력신호는 I의 위상이 Q의 위상보다 90°빠른 신호를 사용하였다(즉 I쪽은 Cosωot, Q쪽은 Sinωot).

따라서 LPF를 거친 Q신호를 LUT 출력신호와 가산한다.

만일 I의 위상이 Q의 위상보다 90°늦은 신호를 사용하는 시스템일 경우는 LPF를 거친 I신호를 LUT 출력신호와 가산하면 된다.

여기서 LUT 메모리의 어드레스가 세밀하면 할수록 PLL이 동작했을 때 반송파와 VCO와의 위상차가 0(Zero)에 근접하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 QPSK 위상복조 장치는 위상오차 보정값을 위상검출부 내부에 저장하고 입력되는 I, Q 채널의 신호에 따라 출력하여 위상오차를 보정하므로, 복조과정에서 발생하는 수신신호의 반송파와 VCO 출력간의 위상오차를 효율적으로 검출하고, 회로의 복잡도를 크게 감소시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 수신신호의 복원을 위한 특정주파수를 발생하는 VCO를 구비한 위성방송 수신장치에 있어서, 상기 VCO의 발진주파수 신호와 믹싱되어 디지탈 변환되어진 I채널의 기저대역 신호와, 디지탈 변환되어진 I, Q채널의 기저대역 신호를 양자화 출력하는 양자화 변환부와, 순시위상값을 저장하고 상기 양자화 변환부의 출력값에 따라 저장테이블값을 출력하는 LUT(Look up Table) 어드레스 출력부(Tan_-1(·))와, 상기 LUT 어드레스 출력부의 어드레스 값에 해당하는 오차보정 테이블 값을 출력하는 LUT 메모리와, 디지탈 변환되어진 Q채널의 기저대역 신호를 지연 출력하는 지연수단부와, 상기 오차보정 테이블 값과 지연부의 출력신호를 가산하는 덧셈기를 포함하는 상기 VCO의 90°천이된 발진주파수 신호와 믹싱되어 디지탈 변환되어진 Q채널의 기저대역 신호에 따라 위상오차 보정을 위한 저장테이블 값을 출력하는 위상검출 수단부와; 상기 위상검출 수단부의 오차보정값을 아나로그 보정 및 필터링하여 상기 VCO의 발진제어신호를 출력하는 D/A변환기 및 루프필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 QPSK 위상복조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위상검출 수단부는 상기 지연수단부에 입력되는 Q채널의 기저대역 신호를 양수 값으로 변환하는 곱셈기가 더 구비됨을 특징으로 하는 QPSK 위상복조 장치.