KR0185949B1

KR0185949B1 - 반송파 복구장치

Info

Publication number: KR0185949B1
Application number: KR1019960010860A
Authority: KR
Inventors: 최양석; 최장진
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970072840A; US5815535A

Abstract

본 발명은 디지탈통신시스템의 반송파 복구장치에 관한 것이다. 본 발명은 위상에러검출기와, 루프필터와, 수치제어발진기, 및 곱셈기를 구비하고 있는 반송파 복구장치에 있어서, 곱셈기의 이전출력을 궤환입력받아 루프필터의 대역폭을 제어하는 대역제어부와, 곱셈기의 이전출력을 궤환입력받아 주파수오차값을 검출하는 주파수오차검출기, 및 주파수오차검추기로부터 입력받는 주파수오차값이 최소가 될때의 수치제어발진기의 주파수를 스위프(sweep)하기 위한 스위프신호를 발생하는 마이크로프로세서를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 루프필터의 대역을 가변하므로써 수렴이 빠르고 잡음에 강한 특성을 갖으며, 또한 제거가능한 주파수오차의 범위를 확장하여 수신신호로부터 최적의 반송파를 복구해 낼 수 있는 효과를 가져온다.

Description

반송과 복구장치

제1도는 일반적인 반송파 복구장치의 블럭구성도.

제2도는 본 발명에 의한 반송파 복구장치의 블럭구성도.

제3도는 제2도에서 주파수오차검출기(31)의 특성을 설명하기 위한 파형도.

제4도는 제2도에서 마이크로프로세서(40)의 스위프동작을 설명하기 위한 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 대역제어부 21 : 동기검출기

30 : 주파수오차검출부 31 : 주파수오차검출기

31 : 적분-덤프필터 33 : SNR추정기

40 : 마이크로프로세서 SW1~SW3 : 스위치

본 발명은 디지탈통신시스템에 관한 것으로서, 특히 제거가능한 주파수오차의 범위를 확장하며, 루프필터의 대역을 가변할 수 있도록 한 반송파 복구장치에 관한 것이다.

디지탈통신시스템에서 동기검파방식의 수긴기는, 수신단에서 변조된 신호의 반송파와 동일한 주파수 및 위상을 갖는 사인파를 수신신호에 곱한후 저역필터링하여 원래의 신호를 검파해 낸다. 수신받은 신호로부터 반송파를 복구해 내는 일반적인 방법을 제1도를 참조하여 설명하기로 한다.

제1도는 직각진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation; QAM), 직각위상천이변조(Quadrature Phase Shift Keying Modulation; QPSK)등의 변조방식으로 변조된 신호를 수신받아 복조하기 윈한 일반적인 반송파 복구장치를 나타낸 것이다. 제1도에서, 수신신호는 곱셈기(1) 및 정합필터(Matched Filter)(2)를 거쳐 위상에러검출기(3)로 일부 입력되며, 위상에러검출기(3)는 입력받은 신호로부터 위상에러값을 검출하다. 루프필터(Loop Filter)(4)는 위상에러값을 입력받아 저역성분만 통과시키므로써 수신신호에 호함된 잡음성분을 필터링한다. 수치제어발지기(Numerical Controlled Oscillator; NCO)(5)는 필터링된 위상에러값을 입력받아, 입력주파수에 비례하는 주파수의 사인파를 발생한다. 제1도에서 수신단의 곱셈기(1)는 수치제어발진기(5)로부터 발생되는 사인파를 수신신호에 곱하여 주므로써 수신신호의 위상에러를 보정하여 출력한다. 여기서, 루프필터(4)가 1차 저역통과필터이면 주파수오차까지 제거할 수 있다.

이와 같은 반송파 복구장치에서, 일반적으로 위상에러검출기(3)의 에러검출능력이 완벽하지 않기 때문에 루프필터(4)의 계수를 조정하기가 쉽지않은 문제점이 있다. 일반적으로 루프필터의 대역폭을 크게 하면, 큰 주파수오차를 제거할 수 있고 수렴속도도 빠르지만 대신 잡음이 많이 입력되는 단점이 있다. 반면에, 루프필터의 대역폭을 작게 하면, 수렴속도가 느리고 제거가능한 주파수오차도 작아지지만 잡음에는 강한 성능을 보인다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 루프필터의 대역폭을 가변하여 수렴이 빠르면 잡음에 강한 특성을 갖도록 하며, 수치제어 발진기의 주파수를 스위프(sweep)하여 제거가능한 주파수오차의 범위를 확장할 수 있는 반송파 복구장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반송파 복구장치는, 정합필터로부터 출력되는 신호의 위상동기여부에 따라 푸프필터의 대역폭을 가변시키는 대역폭가변수단과, 정합필터의 출력으로부터 주파수오차를 검출하는 주파수오차검출기와, 수신신호의 SNR에 따라 주파수오차검출기의 출력특성을 보정하는 보정수단고, 입력하는 스위프신호의 각 레벨과 루프필터의 출력을 가산하며, 가산결과를 상기 수치제어발진기로 공급하는 가산기와, 루프필터의 출력이 가산기로 공급되는 것을 온/오프하는 스위치, 및 복수개의 레벨로 된 스위프신호를 발생하며, 스위치의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는 스위치가 오프인 동안에는 복수개의 레벨들로 된 스위프신호를 가산기로 공급하여, 주파수오차검출기의 출력이 0이 될 때의 스위프신호의 레벨을 결정하고, 스위치가 온인 동안에는 결정된 스위프신호의 레벨을 가산기로 공급한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 성명하기로 한다.

제2도는 본 발명에 의한 반송파 복구장치를 나타낸 것이다. 제2도장치는 제1도의 일반적인 반송파 복구장치의 구성을 모두 포함한다. 그리고, 제2도 장치에서 정합필터(12)의 출력단에는 루프필터(14)의 대역폭을 제어하기 위한 대역제어부(20)가 연결된다. 대역제어부(20)는 동기검출기(Lock Detector)(21)와, 동기검출기(21)의 출력에 따라 루프필터(14)의 대역폭을 기설정한 제1 및 제2대역폭(Bank Width; BW1,BW2)중 하나로 설정하기 위하여 스위칭되는 제2스위치(SW2)로 구성된다.

정합필터(12)에는 또한, 수신신호로부터 주파수오차값을 검출하기 위한 주파수오차검출부(30)가 연결된다. 주파수오차검출부(30)는 먼저, 주파수오차검출기(31)와, 수신신호를 입력받아 수신신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; 이하 'SNR'이라 함)의 하이/로우를 나타내는 SNR추정결과를 발생하는 SNR추정기(33)를 병렬로 구비하고 있다. 주파수오차검출기(31)에는 주파수오차값을 소정시간동안 평균하기 위한 적분-덤프필터(Intergrate-Dump Filter)(32)가 연결된다. SNR추정기(33)에는 SNR추정결과에 따라 기설정한 제1 또는 제2경사값(Slope1, Slope2)의 주파수오차값을 발생시키기 위하여 스위칭되는 제3스위치(SW3)가 연결된다. 적분-덤프필터(32)와 제3스위치(SW3)에는 이들 출력신호를 곱셈하기 위한 곱셈기(34)가 연결된다.

한편, 주파수오차검출부(30)에는 주파수오차검출부(30)의 출력을 입력받아 수치제어발진기(16)의 주파수를 스위프하기 위한 마이크로프로세서(40)가 연결된다. 그리고, 마이크로프로세서(40)에는 스위프신호를 일시저장하였다가 출력하기 위한 레지스터(50)가 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 제3도 및 제4도를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

제3도는 일반적인 주파수오차검출기(31)의 특성을 설명하기 위한 파형도이며, 제4도는 본 발명에 의한 마이크로프로세서(40)의 스위프동작을 설명하기 위한 파형도이다.

먼저, 리셋(reset) 신호등에 의해 시스템이 초기화되면 마이크로프로세서(40)는 미도시한 제어선을 통해 제1스위치(SW1)를 오프(off) 상태가 되도록 제어한다. 한편, 수신신호는 미도시한 전단의 ADC(Analog to Digital Converter)에서 기저대역으로 복조되고 샘플링된 후 곱셈기(11)로 입력된다. 곱셈기(11)는 이러한 수신신호[x(t)]와 수치제어발진기(16)의 출력을 곱하여 서로 90°의 위상차를 갖는 신호를 발생한다. 도면에서, 굵은 실선으로 나타낸 연결선은 복소성분으로 된 신호를 나타내며, 가는 실선은 실수성분의 신호를 나타낸다. 곱셈기(11)의 출력은 정합필터(12)를 거쳐 출력[y(t)]되며, 출력의 일부는 주파수오차검출기(31)로도 입력된다. 주파수오차검출기(31)는 수신신호의 주파수오차값[g(t)]을 검출한다.

마이크로프로세서(40)는 주파수오차검출기(31)를 통해 검출된 주파수오차값을 입력받아 모니터링한다. 이때, 주파수오차검출기(31)가 이상적이고 정확하다면, 주파수오차검출기(31)의 출력이 0이 되는 순간의 주파수값을 셋팅해 놓으면 주파수 오차를 완벽하게 제거할 수 있다. 그러나, 일반적으로 주파수오차검출기(31)의 검출능력이 완벽하지 않으므로 본 발명에서는 적분-덤프필터(32) 및 SNR추정기(33)를 추가하여 그 성능을 개선시킨다.

이를 더 상세하게 설명하면, 주파수오차검출기(31)에서 임의의 시간에 검출된 주파수오차값은 잡음등으로 인하여 매우 부정확한 값일 수 있다. 적분-덤프필터(32)는 이러한 주파수오차검출기(31)로부터의 주파수오차값을 입력받아 소정시간(T)동안 평균한다.

한편, 제3도에 도시한 바와 같이, 주파수오차검출기(31)는 수신신호의 SNR에 따라 그 특성이 달라진다. 즉, SNR이 클 때에는 주파수오차의 변화가 크며(제3도의 ㉠), SNR이 작을 때에는 주파수오차 또한 변화가 작은것을 알 수 있다 (제3도의 ㉡).

따라서, 제2도 장치는 주파수오차검출기(31) 및 적분-덤프필터(32)를 통과한 주파수오차값의 특성을 보정해주기 위하여, 상술한 주파수오차값의 역특성을 갖는 주파수오차값을 별도의 경로에서 발생시켜 준다. 즉, 정합필터(12)의 출력신호는 주파수오차검출부(30)의 SNR추정기(33)에도 입력되며, SNR추정기(33)는 입력신호로부터 수신신호의 SNR을 추정한다. SNR추정기(33)는 일반적으로 크다고 판단되어지는 기설정된 임계값의 SNR을 저장하고 있어서, 수신신호의 SNR을 추정한 값이 기설정한 임계값 이상이 되거나 또는, 이보다 작은 값이 될 때 SNR의 하이/로우를 나타내는 SNR추정결과신호를 발생한다. SNR추정기(33)는 SNR추정결과신호를 이용하여 수신신호의 SNR의 역특성에 해당하는 주파수오차값을 발생하도록 제3스위치(SW3)를 제어한다. 즉, SNR추정기(33)는 수신신호의 SNR이 기설정한 임계값보다 크다고 판단될 때, 제3스위치(SW3)의 접촉자를, 제3도의 ㉡과 같이 완만한 경사값을 갖는 제2경사값(Slope2)의 주파수오차가 흐르는 접점에 연결시킨다. 그러면, 곱셈기(34)는 적분-덤프필터(32)를 통해 입력되는 제1주파수오차값과, 제3스위치(SW3)를 통해 입력되는 제1주파수오차값의 역특성에 해당하는 제2주파수오차값을 곱하여 그 특성을 보정시켜 출력한다. 반면에, SNR추정기(33)는 수신신호의 SNR이 기설정한 임계값보다 작다고 판단될 때, 제3스위치(SW3)의 접촉자를, 제3도의 ㉠과 같이 급한 경사값을 갖는 제1경사값(Slope1)이 흐르는 접점에 연결시킨다. 여기서, 제1 및 제2경사값(Slope1, Slope2)은 주파수오차검출기(31)의 특성을 충분히 검토하여 하이/로우상태의 SNR을 나타낼 수 있는 최적의 값으로 설정한다.

마이크로프로세서(40)는 주파수오차검출부(30)의 출력을 입력받아, 제4도의 (나)와 같이 주파수오차값이 0이 될 때의 스위프신호 k(t)를 발생한다. 레지스터(50)는 스위프신호를 입력받아 일시저장한다. 이와 같은 과정을 반복하여 일정한 k(t)값을 구하게 되면, 마이크로프로세서(40)는 제1스위치(SW1)를 온(on)상태가 되도록 제어한다.

제1스위치(SW1)가 온 되어 반송파를 복구하기 위한 루프가 동작을 시작할 때는, 먼저 빠른 수렴을 위해 루프필터(14)의 대역폭이 넓은 것이 바람직하다. 마이크로프로세서(40)는 역시 미도시한 제어선을 통해 제2스위치(SW2)를 넓은 대역폭을 갖는 1대역폭(BW1)이 흐르는 접점에 연결시킨다. 이 때, 루프필터(14)의 출력은 가산기(15)로 입력된다. 가산기(15)는 루프필터(14)의 출력을 레지스터(50)에서 일시저장되었다가 출력되는 스위프신호와 가산하며, 가산결과를 수치제어발진기(16)로 인가한다. 수치제어발진기(16)는 가산기(15)부터 인가받는 주파수에 비례하는 사인파를 발생하며, 이런한 사인파를 수신단의 곱셈기(11)에 입력시킨다.

한편, 동기검출기(21)는 수신신호를 입력받아 위상동기를 검출한다. 루프필터(14)에서의 튜닝(TUNING)폭이 수렴되면서 위상이 동기되면, 동기검출기(21)는 동기를 선언하는 신호를 발생하게 된다. 동기검출기(21)는 이러한 동기검출신호를 제2스위치(SW2)로 공급하여, 제2스위치(SW2)의 접촉자를 좁은 대역폭을 갖는 제 2대역폭(BW2)으로 절환시킨다. 여기서도, 제1 및 제2대역폭(BW1, BW2)은 충분한 실험을 통하여 각각 수렴속도를 빠르게 하며, 잡음유입을 최소화할 수 있는 값으로 설정한다. 제2스위치(SW2)가 절환되어, 루프필터(14)의 대역폭이 소정폭 좁아지면 이때부터 루프필터(14)는 잡음의 영향을 최소화하며 미세한 튜닝을 할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 의한 반송파 복구장치는, 루프필터의 대역을 가변하므로써 수렴이 빠르고 잡음에 강한 특성을 갖으며, 또한 제거가능한 주파수오차의 범위를 확장하여 수신신호로부터 최적의 반송파를 복구해 낼 수 있는 효과를 가져온다.

Claims

제1곱셈기, 정합필터, 위상에러검출기, 루프필터 및 수치제어발진기를 구비하며, 상기 제1곱셈기로 입력하는 수신신호에 대하여 반송파를 복구하는 복구장치에 있어서, 상기 정합필더로부터 출력되는 신호의 위상동기여부에 따라 상기 루프필터의 대역폭을 가변시키는 대역폭가변수단; 상기 정합필터의 출력으로부터 주파수오차를 검출하는 주파수오차검출기; 상기 수신신호의 SNR에 따라 상기 주파수오차검출기의 출력특성을 보정하는 보정수단; 입력하는 스위프신호의 각 레벨과 상기 루프필터의 출력을 가산하며, 가산결과를 상기 수치제어발진기로 공급하는 가산기; 상기 루프필터의 출력이 상기 가산기로 공급되는 것을 온/오프하는 스위치; 및 복수개의 레벨로 된 스위프신호를 발생하며, 상기 스위치의 온/오프하는 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 스위치가 오프인 동안에는 복수개의 레벨들로 된 스위프신호를 상기 가산기로 공급하여, 상기 주파수오차검출기의 출력이 0이 될 때의 스위프신호의 레벨을 결정하고, 상기 스위치가 온인 동안에는 결정된 스위프신호의 레벨을 상기 가산기로 공급하는 반송파 복구장치.
제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 주파수오차검출기로 입력되는 신호와 동일한 신호를 수신하며, 수신된 신호로부터 SNR을 추정하는 SNR추정기; 기설정된 경사값들 중 하나를 상기 SNR추정기의 추정결과에 따라 선택하는 스위치; 및 상기 스위치에 의해 선택된 값은 상기 주파수오차검출기의 출력값에 곱하여 출력하는 제2곱셈기를 포함하는 반송파 복구장치.
제2항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 주파수오차검출기로부터 출력되는 주파수오차를 일정시간동안 평균하여, 선택된 값과 상기 주파수오차검출기의 출력값을 곱하는 상기 제2곱셈기로 공급하는 적분-덤프필터를 더 포함하는 반송파 복구장치.
제1항에 있어서, 상기 대역폭가변수단은 상기 정합필터의 출력으로부터 위상동기여부를 검출하는 동기검출기; 및 상기 동기검출기의 위상동기여부의 검출결과에 따라, 상기 루프필터의 기설정된 적어도 두 개의 대역폭중의 하나를 선택하는 스위치를 포함하며, 상기 스위치는 상기 동기검출기가 위상동기되지 않은 것으로 검출하는 경우, 상기 기설정된 대역폭들중에서 넓은 대역폭을 선택하며, 위상동기된것으로 검출된 이후에는 좁은 대역폭을 선택하는 반송파 복구장치.