KR100285756B1 - 무선전송장비에서캐리어트래킹장치 - Google Patents

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Abstract

디비피에스케이 무선전송장비의 캐리어 트래킹 장치가, 디비피에스케이 방식으로 변조된 신호를 수신하여 중간주파수로 변환하며, 아이채널 신호와 큐채널 신호로 구분하여 출력하는 채널신호 분류부와, 상기 아이채널 신호와 발진주파수를 합성하여 기저대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 하나의 심볼 듀레이션동안 적분하여 디비피에스케이 복조기로 출력하는 아이채널 신호 적분부와, 상기 큐채널 신호와 위상천이된 발진주파수를 합성하여 기저대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 하나의 심볼 듀레이션동안 적분하여 상기 디비피에스케이 복조기로 출력하는 큐채널 신호 적분부와, 아이채널 신호와 큐채널 신호와 위상에 따른 복조 데이터로부터 자동 주파수 제어신호를 발생하는 자동주파수 제어부와, 상기 자동주파수 제어신호를 수신하여 직류전압으로 변환하는 변환기와, 상기 변환기의 출력에 따라 발진 주파수를 변화시켜 상기 아이채널 적분부로 출력하며, 소정의 량으로 위상을 천이하는 위상변환기로 직류 전압을 출력하는 전압제어 발진기로 구성됨을 특징으로 하는 무선전송장치에서 캐리어 트래킹 장치.

Description

무선 전송장비에서 캐리어 트래킹 장치{APPARATUS FOR TRACKING CARRIER IN WIRELESS TRANSFER SYSTEM}
본 발명은 무선전송장비에서 디지털 신호처리 장치에 관한 것으로, 특히 디비 피에스케이(DBPSK) 변복조를 통한 캐리어 트래킹 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 통신 시스템에서 사용되는 무선전송장비는 디비 피에스케이(DBPSK:Differential Binary Phase Shift Keying) 방식을 이용하여 송수신되는 데이터를 변복조한다. 또한 상기 DBPSK 방식에서 복조를 수행할 경우 캐리어의 위상동기가 필요하지 않은 비동기 복조 방식을 사용하고 있다. 상기와 같은 방법으로 DBPSK 변복조를 수행하는 경우는 전송할 데이터가 폭주할 경우에 유효하게 발생한다. 따라서 비동기 펄스천이 변조(PSK Modulation) 방식에서 하나의 심볼이 연속되는 동안 송수신단의 각 국부 발진기의 특성 차이에 의해 캐리어 드리프트로 인하여 실제 펄스 천이 변조된 정보에 영향을 주게된다. 그로 인해 상기 변조된 데이터를 복조할 경우 에러가 발생하는 경우가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 무선전송장비에서 DBPSK 방식으로 변조된 데이터를 복구시 캐리어를 추적하고 상기 추적된 데이터에 따라 위상차를 자동으로 보상하는 트래킹 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디비피에스케이 무선전송장비의 캐리어 트래킹 장치가, 디비피에스케이 방식으로 변조된 신호를 수신하여 중간주파수로 변환하며, 아이채널 신호와 큐채널 신호로 구분하여 출력하는 채널신호 분류부와, 상기 아이채널 신호와 발진주파수를 합성하여 기저대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 하나의 심볼 듀레이션동안 적분하여 디비피에스케이 복조기로 출력하는 아이채널 신호 적분부와, 상기 큐채널 신호와 위상천이된 발진주파수를 합성하여 기저대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 하나의 심볼 듀레이션동안 적분하여 상기 디비피에스케이 복조기로 출력하는 큐채널 신호 적분부와, 아이채널 신호와 큐채널 신호와 위상에 따른 복조 데이터로부터 자동 주파수 제어신호를 발생하는 자동주파수 제어부와, 상기 자동주파수 제어신호를 수신하여 직류전압으로 변환하는 변환기와, 상기 변환기의 출력에 따라 발진 주파수를 변화시켜 상기 아이채널 적분부로 출력하며, 소정의 량으로 위상을 천이하는 위상변환기로 직류 전압을 출력하는 전압제어 발진기로 구성됨을 특징으로 한다.
도 1은 비동기 DBPSK 디지털 통신 시스템의 송신기 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 DBPSK 무선전송장비의 수신부의 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 DBPSK 복조기에서 캐리어 트래킹을 위한 자동주파수 제어신호를 발생하기 위한 블록 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 비동기 DBPSK 디지털 통신 시스템의 송신기 블록 구성도이다.
먼저 송신할 데이터인 베이스 밴드 데이터 d'(t)는 디비 피에스케이 엔코더(이하 DBPSK 엔코더라 칭한다)에서 차동 변조되어 d(t)로 출력된다. 상기 DBPSK 엔코더 10을 통해 변조된 신호 d(t)는 불요파의 제거를 위해 대역필터(BPF) 11을 거쳐 필터링을 수행한다. 상기 대역필터 11을 통과한 신호는 펄스신호로 변환하기 위해 믹서 12에 입력되며, 상기 믹서 12는 캐리어 신호인 fc와 합성하여 송신대역의 신호만을 추출하기 위해 밴드패스 필터(BPF) 13을 통해 여과된다. 상기 밴드패스 필터 13을 통해 송신할 신호만을 여과한 신호는 송신전력에 맞도록 구성된 파워엠프(P/A:Power Amplifier) 14에서 증폭되어 안테나 ANT를 통해 출력된다. 이때 송신되는 신호를 S(t)라 하면 상기 송신되는 신호는 하기 수학식 1과 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00001
여기서 Φtx(t) ; 송신기 로컬 오실레이터(OSC)의 오프셋(offset),
θtx(t) ; 송신기 로컬 오실레이터(OSC)의 초기 위상(Initial Phase)
Φmod(t) ; 위상 변조(Phase Modulation) 성분이다.
상기 도시한 수학식 1과 같이 송신할 데이터를 변조 및 캐리어 신호에 실어 무선으로 송신하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 DBPSK 무선전송장비의 수신부의 블록 구성도이다. 이하 도 1내지 도 2를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 도 1의 과정을 통해 DBPSK 변조되어 무선으로 송신된 신호는 상기 DBPSK 무선전송장비 수신부의 안테나 ANT로 수신된다. 상기 안테나 ANT로 수신된 신호는 저잡음 증폭기(LNA) 21을 거쳐 증폭되며, 수신대역의 신호만을 여과하기 위한 밴드패스 필터(BPF) 22를 통해 신호를 여과하여 믹서 23으로 출력한다. 여기서 상기 안테나 ANT, 증폭기 21, 밴드패스 필터 22, 믹서 23, 및 밴드패스 필터 24를 ‘채널신호 분류부’라 칭한다. 상기 믹서 23은 상기 여과된 신호와 기준 주파수 Fref를 합성하여 중간주파수(IF;INTERMEDIATE FREQUENCY) 대역의 신호로 변환하여 출력한다. 또한 상기 믹서 23은 상기 중간주파수 대역의 신호를 합성할 때 원하지 않는 신호까지 생성되어 출력된다. 따라서 상기 원하는 중간주파수 대역의 신호만을 얻기 위해 밴드패스 필터(BPF) 24를 통해 중간주파수 대역의 신호만을 여과한다.
상기 밴드패스 필터 24를 통해 여과된 신호는 I-채널(In-Phase Channel) 및 Q-채널(Quadurature-Phase Channel)로 구분되어 상기 I-채널의 신호는 제1믹서 25로 입력되며, Q-채널의 신호는 제2믹서 28로 입력된다. 또한 상기 제1믹서는 상기 I-채널신호와 전압제어 발진기(VCO:Voltage Control Oscillator) 34로부터 발생된 발진주파수 fIF를 합성하여 기저대역(Base Band)신호를 출력한다. 상기 제2믹서는 상기 Q-채널신호와 상기 전압제어 발진기 34로부터 발생된 발진주파수 fIF가 위상변조기 31을 통해 위상을 90˚위상을 천이시켜 입력된 신호를 합성하여 기저대역의 신호를 출력한다. 따라서 상기 I-채널과 Q-채널로 입력되는 발진신호는 90˚의 위상차를 갖게 된다.
상기 제1믹서 25 및 상기 제2믹서 28에서 기저대역의 신호를 추출하기 위해 신호를 합성하면 다른 불요파가 발생한다. 따라서 상기 각 신호들을 제1저역패스 필터(LPF) 26과 제2저역패스 필터(LPF) 29를 통해 원하는 기저대역의 신호만을 여과하여 출력한다. 이때 상기 제1저역패스 필터 26을 통해 출력되는 신호를 Ir(t)라 칭하며, 상기 제2저역패스 필터 29를 통해 출력되는 신호를 Qr(t)라 칭한다. 상기 제1저역패스 필터 26를 통과한 상기 Ir(t)의 신호는 제1적분장치 27로 입력되고, 상기 제2저역패스 필터 29를 통과한 상기 Qr(t)의 신호는 제2적분장치 30으로 입력된다. 상기 입력되는 신호는 비동기 전송되므로 하나의 완전한 신호가 한번에 수신되지 않으므로 상기 신호들은 소정의 시간동안 상기 제1적분장치 27 및 상기 제2적분장치 30을 통해 적분된다. 즉 상기 입력되는 신호는 제어기에 의해 심볼 듀레이션(Symbol Duration)이 0∼T의 시간동안 적분하여 제1스위치 35 및 제2스위치 36의 스위칭 동작에 의해 DBPSK 복조기 100으로 입력된다. 이하 상기 제1믹서 25, 상기 제1저역통과 필터 26, 상기 제1적분장치 27 및 제1스위치 35를 ‘아이채널 신호 적분부’라 칭한다. 또한 상기 제2믹서 28, 상기 저역통과 필터 29, 상기 제2적분장치 30 및 제2스위치 36을 ‘큐채널 신호 적분부’라 칭한다.
여기서 캐리어 신호 fc는 상기 기준 주파수 fref와 fIF의 합이며, 노이즈가 없는 채널상황을 가정하면 상기 수신기의 중간주파수단에 국부발진기 출력은 하기 수학식 2와 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00002
따라서 상기 수학식 2의 신호가 상기 제1믹서 25 및 상기 제2믹서 28로 입력되어 합성된다. 그리고 상기 제1대역 필터 26 및 상기 제2대역 필터 29를 통해 출력되는 각 신호들 Ir(t) 및 Qr(t)를 추론할 수 있다. 상기 제1대역 필터 26 및 상기 제2대역 필터 29를 통해 출력되는 값을 수학식으로 도시하면 하기 수학식 3과 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00003
상기 수학식 1 및 수학식 2에서 사용되는 용어는 하기와 같이 표현된다.
Φrx(t) ; 수신부 국부발진기의 오프셋(offset)
θrx(t) : 수신부 국부발진기의 초기위상값(Initial Phase)
Φdrift(t) : Φtx(t) - Φrx(t)
θ : θtx - θrx
P(t) : 인벨로프(envelope)
상기 수학식 3과 같이 전개된 식에서 임의의 k번째 심볼에서 시각 t = KT에서 적분되어 상기 DBPSK 100으로 전송되어 실려진 I-채널 및 Q-채널의 신호를 각각 I(k) 및 Q(k)라 하면 이는 각각 하기와 같이 식을 치환할 수 있다.
Figure pat00004
상기 치환된 수학식의 전개상에서 임의의 k번째 심볼에서 시간을 단편적인 k의 시간에서 연속적인 t의 시간으로 대치하면 하기 수학식 4와 같이 일반화 할 수 있다.
Figure pat00005
상술된 설명에서 상기 I-채널의 신호와 상기 Q-채널의 신호는 발진주파수에 의해 90°의 위상차를 가진다. 따라서 상기 θ의 시간적인 변화는 하기 수학식 5와 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00006
따라서 상기 수학식 5에서 상기 Φmod(t)에 의한 위상 변화분은 무시하도록 한다. 또한 상기 Φdrift(t)에 의한 ΔT의 시간동안 위상의 변화분을 도시하면 하기 수학식 6과 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00007
이때 상기 수학식 6에서 상기 I-채널로 입력되는 신호와 상기 Q-채널로 입력되는 신호는 삼각함수의 사인(SIN)값과 코사인(COS)값이므로 이를 정규화하면 I2(t) + Q2(t) = 1이 된다. 따라서 상기 Q′(t)와 상기 I′(t)의 근사치를 구하면 하기 수학식 7과 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00008
상기 수학식 7의 전개에 따라 상기 수학식 6을 풀이하면 하기 수학식 8과 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00009
상기 수학식 8에서 상기 시간의 변화량ΔT = T로 가정하면 ΔΦdrift(t)의 값을 도시하면 하기 수학식 9와 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00010
즉 상기 수학식 9는 상기 무선전송장비 송수신단의 국부발진기의 Φ차에 기인하여 상기 하나의 심볼 듀레이션(1 Symbol Duration) 동안 캐리어 드리프트된 성분을 나타내는 에러신호가 된다. 따라서 상기 수학식 9로부터 주어지는 에러 신호와 상기 DBPSK 복조기 100의 데이터를 이용하여 상기 전압제어 발진기(VCO) 34를 구동하면 송신 캐리어의 추적이 가능해진다. 부연하면 상기 DBPSK 복조기 100은 상기 수신된 위상이 동위상이면‘1’의 데이터를 복조하여 출력하고, 상기 수신된 위상이 동위상이 아니면‘-1’의 데이터를 복조하여 출력한다. 따라서 상기 복조된 데이터와 상기 수학식 9를 이용하여 자동주파수 제어(AFC:Automatic Frequency control)이 가능하다. 이는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 DBPSK 복조기에서 캐리어 트래킹을 위한 자동주파수 제어신호를 발생하기 위한 블록 구성도이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 I-채널의 신호는 제1지연부 101을 통해 소정의 시간(D-T)으로 지연하여 제3믹서 102로 출력되며, 동시에 상기 Q-채널의 신호가 상기 제3믹서 102로 입력되어 두신호가 합성되어 가산부 105로 출력된다. 또한 상기 Q-채널의 신호는 상기 제2지연부 103을 통해 소정의 시간(D-T)으로 지연하여 제4믹서 104로 입력되며, 동시에 상기 I-채널의 신호는 상기 제4믹서 105로 입력되어 두신호가 합성되어 상기 가산부 105로 출력된다. 상기 가산부 105는 상기 입력되는 두 신호를 가산하여 제5믹서 107로 출력한다. 이때 상기 DBPSK 복조기 100을 통해 동위상 또는 차위상에 따른 복조 데이터는 제6믹서 106으로 입력된다. 상기 제6믹서 106은 상기 복조 데이터와 -1의 데이터를 합성하여 상기 제5믹서로 출력한다.
따라서 상기 제5믹서 107은 상기 두 신호를 합성하여 자동주파수 제어(AFC)신호를 출력한다.
다음으로 상기 도 2를 참조하여 계속 설명한다.
상기 DBPSK 복조기 100의 제5믹서 107로부터 출력되는 신호에 따라 변환기(D/A Convertor) 32는 상기 수신되는 자동주파수 제어신호에 따라 직류신호로 변환하여 출력하며, 상기 출력된 신호는 저역패스 필터(LPF) 33을 통해 교류신호를 제거하고 전압제어 발진기(VCO:Voltage Control Oscillator) 34로 입력된다. 따라서 상기 전압제어 발진기 34는 상기 입력된 직류신호에 따라 발진주파수가 변화한다. 상술한 과정을 통해 상기 제1믹서 및 상기 제2믹서에서 정확한 신호를 추출하게 된며, 따라서 상기 DBPSK 복조기 100에서 정확한 신호로 복조할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 제1믹서 및 상기 제2믹서로 출력되는 신호가 상기 궤환되는 신호에 의해 발진신호가 변화되므로 상기 DBPSK 복조기에서 정확한 데이터로 복조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 디비피에스케이 무선전송장비의 캐리어 트래킹 장치에 있어서,
    디비피에스케이 방식으로 변조된 신호를 수신하여 중간주파수로 변환하며, 아이채널 신호와 큐채널 신호로 구분하여 출력하는 채널신호 분류부와,
    상기 아이채널 신호와 발진주파수를 합성하여 기저대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 하나의 심볼 듀레이션 동안 적분하여 디비피에스케이 복조기로 출력하는 아이채널 신호 적분부와,
    상기 발진주파수의 위상을 90˚위상 천이시킨 주파수를 발생하는 위상 변조기와,
    상기 큐채널 신호와 상기 위상 변조기의 출력 주파수를 합성하여 기저대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 하나의 심볼 듀레이션동안 적분하여 상기 디비피에스케이 복조기로 출력하는 큐채널 신호 적분부와,
    아이채널 신호와 큐채널 신호의 시간적 변화의 위상차와 복조 데이터로부터 자동 주파수 제어신호를 발생하는 자동주파수 제어부와,
    상기 자동주파수 제어신호를 수신하여 직류전압으로 변환하는 변환기와,
    상기 변환기의 출력에 따라 상기 발진주파수를 변화시켜 상기 아이채널 적분부와 상기 위상 변조기로 발진 주파수를 출력하는 전압제어 발진기로 구성됨을 특징으로 하는 무선전송장치에서 캐리어 트래킹 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자동주파수 제어부가,
    상기 아이채널 신호를 수신하여 소정의 시간만큼 지연하는 제1지연부와,
    상기 큐채널 신호를 수신하여 소정의 시간만큼 지연하는 제2지연부와,
    상기 지연된 아이채널 신호와 상기 큐채널 신호를 합성하는 제1믹서와,
    상기 지연된 큐채널 신호와 상기 아이채널 신호를 합성하는 제2믹서와,
    상기 제1믹서의 출력과 상기 제2믹서의 출력을 감산하여 출력하는 가산부와,
    복조 데이터와, -1의 데이터를 믹서하여 출력하는 제3믹서와,
    상기 제3믹서의 출력과 상기 가산부의 출력을 합성하여 자동주파수 제어신호를 출력하는 제4믹서로 이루어짐을 특징으로 하는 무선전송장비에서 캐리어 트래킹 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복조 데이터가,
    상기 아이채널 신호의 위상과 상기 큐채널 신호의 위상차를 검출하여 동위상일 경우 1로 하며, 동위상이 아닐 경우 -1의 데이터를 사용함을 특징으로 하는 무선전송장비에서 캐리어 트래킹 장치.
  4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아이채널 신호 적분부가 상기 전압제어 발진기로부터 수신되는 신호와 상기 아이채널 신호를 합성하여 기저대역의 신호를 발생하는 제5믹서와,
    상기 제5믹서의 출력 중 불요파를 여과하기 위한 제1대역 필터와,
    상기 제1대역 필터로부터 여과된 신호를 소정의 시간동안 적분하기 위한 제1적분장치와,
    상기 제1적분장치에서 적분된 신호를 상기 디비피에스케이 복조기로 연결 및 차단하기 위한 제1스위치로 이루어짐을 특징으로 하는 무선전송장비에서 캐리어 트래킹 장치.
  5. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 큐채널 신호 적분부가 상기 위상천이부로부터 수신되는 신호와 상기 큐채널 신호를 합성하여 기저대역의 신호를 발생하는 제6믹서와,
    상기 제6믹서의 출력 중 불요파를 여과하기 위한 제2대역 필터와,
    상기 제2대역 필터로부터 여과된 신호를 소정의 시간동안 적분하기 위한 제2적분장치와,
    상기 제2적분장치에서 적분된 신호를 상기 디비피에스케이 복조기로 연결 및 차단하기 위한 제2스위치로 이루어짐을 특징으로 하는 무선전송장비에서 캐리어 트래킹 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4879728A (en) * 1989-01-31 1989-11-07 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories DPSK carrier acquisition and tracking arrangement
JPH0964928A (ja) * 1995-08-23 1997-03-07 Japan Radio Co Ltd 復調器

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