KR100279585B1

KR100279585B1 - 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로

Info

Publication number: KR100279585B1
Application number: KR1019930019514A
Authority: KR
Inventors: 김기현
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1993-09-23
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR950010334A

Abstract

본 발명은 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로에 관한 것으로, 종래에는 수신 신호를 복구할 때 초기 주파수 동기에 대한 반송파의 주파수 및 위상을 정확히 추정할 수 없음으로 직교 진폭 변조된 수신 신호의 복조 시간이 지연되는 문제점이 있었다.

이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 직교 진폭 변조된 신호를 수신할 때 초기에 반송파의 주파수 및 위상차를 검출하여 원래의 신호를 추정함에 따라 반송파의 주파수 및 위상을 신속 정확하게 동기시키게 된다.

따라서, 본 발명을 적용하면 초기에 반송파를 원래의 신호로 복조시킴으로써 초기의 동기 지연 시간을 줄일 수 있다.

Description

디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로

제1도는 본 발명의 반송파 복구 회로 블록도.

제2도는 16레벨 직교 진폭 변조 신호의 레벨 좌표를 보인 상태도.

제3도는 16레벨 직교 진폭 변조 신호 복조에 따른 상태도.

제4도는 제1도에 있어서, 위상오차 검출기의 상세 블록도.

제5도는 복조 수신 신호의 위치에 따른 전압값보인 예시도.

제6도는 제1도에 있어서, 주파수동기 검출부의 상세 블록도.

제7도는 제1도에 있어서, 홀딩모드 검출 영역을 보인 예시도.

제8도는 제1도에 있어서, 입력전압대 발전 주파수의 특성 곡선.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 믹서(mixer) 3 : 위상오차 검출기

4 : 영역 검출기 5 : 주파수 동기검출부

6 : 스위칭부 7 : 홀더(holder)

8 : 루프필터 9 : 국부발진기

10 : 위상 이상기 11, 16 : 결정기

12, 17, 21 : 가산기 13, 14, 18, 19 : 양자화기

15, 20 : 곱셈기 22 : 전압발생기

23 : 저역통과필터 24,25 : 비교기

26 : 앤드게이트

본 발명은 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 기술에 관한 것으로 특히, 직교 진폭 변조되어 송신된 신호를 복조함에 따라 반송파의 주파수 및 위상을 신속, 정확하게 동기시키는 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로에 관한 것이다.

디지털 변조되어 송신된 신호를 디지털 수신 시스템에서 동기 복조하기 위해서는 수신신호로부터 반송파의 주파수와 위상을 정확히 추정하여 수신신호의 반송파에 주파수 위상 동기된 변조되지 않은 반송파를 복구할 필요가 있다.

그러나, 종래에는 초기 주파수 동기에 대한 반송파의 주파수 및 위상을 정확히 추정할 수 있는 장치가 없어 직교 직폭 변조된 신호의 복조시간이 지연되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 수신신호를 직교 복조한 후 수신 반송파와 복구 반송파의 위상차를 검출하고 이에 대한 주파수 동기 상태를 검출하여 주파수를 조정함에 따라 수신 신호를 신속, 정확하게 동기 복조시키는 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 반송파 복구 회로 블록도로서 이에 도시한 바와같이, 직교 진폭 변조 신호(s[t])를 직교 복조하는 믹서(1)(2)와, 이 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)를 입력받아 수신 반송파와 복구 반송파간의 위상차를 검출하는 위상오차 검출기(3)와, 이 위상오차 검출기(3)의 출력(Ep)이 주파수 동기 상태인지 점검하는 주파수 동기 검출부(5)와, 상기 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 점검하여 수신신호가 특정영역 레벨인지 판별하는 영역검출기(4)와, 상기 주파수 동기 검출부(5)의 출력(Ps)에 따라 상기 영역검출기(4)의 출력(Dr)을 스위칭하는 스위치(6)와, 이 스위치(6)의 출력에 따라 상기 위상 오차검출기(3)의 출력(Ep)을 홀딩하는 홀더(Holder)(7)와, 이 홀더(7)의 출력중 저대역을 통과시키는 루프필터(8)와, 이 루프필터(8)의 출력에 발진 조정된 주파수를 상기 믹서(1)에 출력하는 국부 발진기(9)와, 이 국부 발진기(9)의 출력을 90° 위상 시프트시켜 상기 믹서(2)에 출력하는 위상시프터(10)로 구성한다.

상기 위상 오차 검출기(3)는 제4도에 도시한 바와 같이, 동상의 입력 기저 대역 신호(DI)를 입력받아 변조전의 기저 대역 신호 레벨을 추정하는 결정기(11)와, 상기 입력 기저 대역 신호(DI)에서 상기 결정기(11)의 출력을 감산하는 가산기(12)와, 이 가산기(12)의 출력을 양자화하여 입력신호의 부호를 출력하는 양자화기(13)와, 상기 입력 기저 대역 신호(DI)를 양자화하여 부호로 출력하는 양자화기(14)와, 직교상의 입력 기저 대역 신호(DQ)를 입력받아 변조전의 기저 대역 신호 레벨을 추정하는 결정기(16)와, 상기 입력 기저 대역신호(DQ)에서 상기 결정기(16)의 출력을 감산하는 가산기(17)와, 이 가산기(17)의 출력을 양자화하여 입력신호의 부호를 출력하는 양자화기(18)와, 상기 입력 기저 대역 신호(DQ)를 양자화하여 부호로 출력하는 양자화기(19)와, 상기 양자화기(13)(19)의 출력을 곱셈하는 곱셈기(15)와, 상기 양자화기(14)(18)의 출력을 곱셈하는 곱셈기(20)와, 상기 곱셈기(15)(20)의 출력을 가산하는 가산기(21)와, 이 가산기(21)의 출력에 따라 전압을 발생시키는 전압 발생기(22)로 구성한다.

상기 주파수 동기 검출부(5)는 제6도에 도시한 바와 같이, 위상 오차 검출기 (3)의 출력(Ep)중 저역을 통과시키는 저역 통과 필터(23)와, 이 저역 통과 필터(23)의 출력과 고레벨 임계값(Th)을 비교하는 비교기(24)와 상기 저역 통과 필터(23)의 출력과 저 레벨 임계값(T1)을 비교하는 비교기(25)와, 상기 비교기(24)(25)의 출력을 논리 곱하여 제어신호(Ps)를 스위치(6)에 출력하는 앤드 게이트(26)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로의 동작 및 작용 효과를 제2도, 제3도, 제5도, 제7도 및 제8도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

직교 진폭 변조된 수신 신호의 반송파 복구시 위상 오차가 발생하는데 동상, 직교상의 기저 대역 신호를 각기(I[t]), (Q[t])라 하고 변조 주파수를 fc라 할 때 직교 진폭 변조신호(S[t])는 다음과 같은 식(1)로 표시되며, 이러한 직교 진폭 변조신호(S[t])는 동상과 직교상의 기저 대역 신호가 제2도에 도시한 바와 같은 좌표에 표시될 수 있다.

S[t] = I[t]cos(2лf_ot) + Q[t]sin(2лf_ot) ........ 식(1)

이때, 상기 식(1)과 같은 직교 진폭 변조신호(S[t])가 수신단에 송신되어 믹서(1)(2)에 입력되면 동상과 직교상 모두 위상 오차가 존재하는 한쌍의 직교 반송파로 복조하는데, 다음식 (2)(3)과 같은 복조된 신호(DI[t])(DQ[t])를 얻을 수 있고, 이러한 복구된 반송파의 위상이 수신 신호의 반송파 위상과 θ만큼 차이가 날 때 복구된 반송파 축을 중심으로 복조된 기저 대역 신호 레벨은 제3도에 도시한 바와 같다.

DI[t] = LPF[s[t]cos(2лf_ot + ø)]

= 1/2 I(t)cosø - 1/2 Q(t) sinø ····· 식(2)

DQ[t] = LPF[s[t]sin(2лf_ot + ø)]

= 1/2 I(t)sinø - 1/2 Q(t) cosø ····· 식(3)

여기서, 상기 식(2)(3)에서 ø가 “0”이면 복조된 기저 대역 신호는 송신한 기저 대역 신호와 같거나 그렇지 않으면 cosø는 이득 오차로 나타나며 sinø항은 직교 신호간 간섭 방해로 나타나게 된다.

이때, 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 입력받은 위상 오차 검출기(3)는 수신 반송파와 복구 반송파의 위상차(θ)를 추정하여 전압 형태로 변환시킨 신호(Ep)를 주파수 동기 검출부(5)에 출력하게 되고 상기 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 입력받은 영역 검출기(4)는 복조된 기저 대역 신호가 특정 위치에 존재하는지 검출하여 이 검출 신호(Dr)를 스위치(6)에 출력하게 된다.

즉, 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 입력받은 위상 오차 검출기(3)는 결정기(11)가 상기 믹서(1)의 출력(DI)을 입력받아 원래의 값인 송신단에서 변조되기 전의 기저 대역 신호 레벨을 추정하면 가산기(12)는 상기 결정기(11)의 출력에서 상기 신호(DI)를 감산하여 양자화기(13)에 출력하고, 결정기(16)는 상기 믹서(2)의 출력(DQ)을 입력받아 변조되기 전의 기저 대역 신호 레벨을 추정하면 가산기(17))는 상기 결정기(16)의 출력에서 상기 신호(DQ)를 감산하여 양자화기(17)에 출력하게 된다.

여기서, 결정기(11)(16)는 입력의 기저 대역 신호가 16레벨 직교 진폭 변조 신호인 경우 16개의 가능한 레벨중 기하학적으로 가장 가까운 레벨에 대응시키는 기능을 수행하며 이 기능은 롬(ROM)으로 구현 가능하다.

이에 따라, 양자화기(13)(18)가 가산기(12)(17)의 출력에 따른 부호를 출력할 때 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 각기 입력받은 양자화기(14)(19)가 입력에 따른 부호를 출력하는데 곱셈기(15)(20)는 상기 양자화기(13, 19)(14, 18)의 출력을 각기 곱셈하여 가산기(21)에 출력하게 된다.

이때, 상기 가산기(21)의 출력(E)은 아래와 같은 식(4)으로 표시되고 단, DI, DQ는 복조된 동상 및 직교상의 기저 대역 신호이고 DI′, DQ′는 각기 DI, DQ가 결정기(11)(16)를 통해 추정된 값들이며 sgn(x)는 x의 sign을 함수 값으로 하는 함수이다.

E =sgn(DI)*sgn(DQ - DQ′) - sgn(DQ)*sgn(DI - DI′) .......식(4)

따라서, 가산기(21)의 출력(E)을 입력받은 전압 발생기(22)는 위상 차의 부호화 출력을 전압 형태로 변환하여 주파수 동기 검출기(5) 및 홀더(7)에 출력하게 되며, 이러한 수신 신호의 위치에 따른 전압 값은 제5도에 도시한 바와 같다.

즉, 전압 발생기(22)는 가산기(21)의 출력(E)이 +2일 때는 +5 볼트를, -2 일 때는 0볼트를, 0일 때는 2.5볼트를 출력함으로써 복구 반송파의 위상을 전압으로 표시하게 된다.

또한, 영역 검출기(4)는 기저 대역 신호의 특정 영역을 검출함에 따라 특정 영역이면 홀더(7)가 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)을 그대로 출력하게 하고 특정 영역이 아니면 이전의 입력값을 홀딩하게 되는데 제7도에서 빗금친 부분이 특정 영역이다.

그러나 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)을 입력받은 주파수 동기 검출부(5)는 주파수 동기 상태를 검출하게 되는데, 상기 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)을 입력받아 저역 통과 필터(23)가 저역만을 통과시키면 상기 저역 통과필터(23)의 출력을 반전 입력과 비반전 입력에 각기 입력받은 비교기(24)(25)는 고 레벨 임계값(Th) 및 저 레벨 임계값(T1)과 각기 비교함에 따라 비교 신호를 앤드 게이트(26)에 출력하게 된다.

따라서, 비교기(24)(25)의 출력을 논리 곱한 앤드 게이트(26)는 제어 신호(Ps)를 스위치(6)에 출력하여 영역 검출기(4)의 출력(Dr)이 홀더(7)에 출력하는 것을 제어하게 된다.

즉, 초기 주파수 동기가 이루어지지않아 주파수 동기 검출부(5)에서 고전위 제어 신호(Ps)를 출력하여 스위치(6)가 영역 검출기(4)의 출력(Dr)을 홀더(7)에 출력함에 따라 상기 홀더(7)가 이전의 위상오차 검출기(3)의 출력(Ep)을 유지함으로써 빠른 속도로 주파수 동기를 수행할 수 있고, 주파수 동기가 어느 정도 이루어짐에 따라 상기 주파수 동기 검출기(5)에서 자전위 제어 신호(Ps)를 출력하면 상기 스위치(6)가 오프되어 영역 검출기(4)의 출력(Dr)이 상기 홀더(7)로 출력함을 방지함으로 상기 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)은 상기 홀더(7)를 통해 저역 통과 필터인 루프 필터(8)에서 저역만이 출력하게된다.

이에 따라, 루프 필터(8)의 출력을 입력받은 국부 발진기(9)는 전압에 제어된 발진을 수행하여 주파수를 조정하고 이 조정된 정현파 주파수는 믹서(1)와 주파수 시프터(10)에 출력하게 된다.

여기서, 국부 발진기(9)의 특성은 제8도에 도시한 바와 같이 입력 전압에 대해 비례적으로 주파수를 발진시키게 된다.

따라서, 국부 발진기(9)의 출력을 입력받은 믹서(1)는 직교 진폭 변조 신호(S[t])를 복조하여 동상의 복조 신호(DI)를 출력하게 되고 상기 국부 발진기(9)의 출력을 90°시프트시킨 위상 시프터(10)의 출력을 입력받은 믹서(2)는 상기 직교 진폭 변조 신호(S[t])를 복조하여 직교상의 복조 신호(DQ)를 출력하게 된다.

상기 동작과 같이 직교 진폭 변조 신호(S[t])를 복조함에 따라 주파수와 위상 차를 검출하여 반송파를 복구함으로써 수신 신호인 상기 직교 진폭 변조 신호(S[t])의 반송파 주파수와 위상에 동기된 변조되지 않은 반송파를 생성하게 된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로는 직교 진폭 변조 신호를 복조하는 초기에 주파수 동기 상태를 검출하여 주파수 및 위상을 조정함으로써 초기에 주파수 동기 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

직교 진폭 변조 신호(S[t])를 동상과 직교상으로 각기 복조시키는 믹서(1)(2)와, 이 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 연산함에 의해 특정 영역의 신호 레벨인지 검출하는 영역 검출기(4)와, 상기 믹서(1)(2)의 출력(DI)(DQ)을 연산하여 수신 반송파와 복조 반송파간의 위상 차를 검출하는 위상 오차 검출기(3)와, 이 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)을 점검하여 동기 상태 주파수인지 검출하는 주파수 동기 검출부(5)와,이 주파수 동기 검출부(5)의 출력(Ps)에 따라 상기 영역 검출기(4)의 출력(Dr)을 스위칭하는 스위치(6)와, 이 스위치(6)의 출력에 따라 상기 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)을 홀딩하는 홀더(7)와, 이 홀더(7)의 출력을 입력받아 저역만을 통과시키는 저역 통과 필터(8)와, 이 저역 통과 필터(8)의 출력에 제어되어 동기된 발진 주파수를 상기 믹서(1)로 출력하는 국부 발진기(9)와, 이 국부 발진기(9)의 출력을 90°시프트시켜 상기 믹서(2)에 출력하는 위상 시프터(10)로 구성함을 특징으로 하는 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로.
제1항에 있어서, 주파수 동기 검출부(5)는 위상 오차 검출기(3)의 출력(Ep)중 저역을 통과시키는 저역 통과 필터(23)와, 이 저역 통과 필터(23)의 출력과 고 레벨 임계값(Th)을 비교하는 비교기(24)와, 상기 저역 통과 필터(23)의 출력과 저 레벨 임계값(TI)을 비교하는 비교기(25)와, 상기 비교기(24)(25)의 출력을 앤딩하여 스위치(6)를 제어하기 위한 신호(Ps)를 출력하는 앤드 게이트(26)로 구성함을 특징으로 하는 디지털 수신 시스템의 반송파 복구 회로.