KR100319914B1 - Phase Control Loop Circuits for Multicarrier Communication Systems - Google Patents

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

본 발명은 다중 반송파 통신 시스템을 위한 위상제어루프회로에 관한 것으로서, 아날로그/ 디지탈 변환기, 영접오차 검출기, 제1대역폭 제한기, 시간/주파수 대역 변환기, 위상검출기, 제2대역폭 제한기, 절체기와 주파수 발진기로 구성된다. 따라서, 톤 신호만으로 동기 위상을 제어하는 기간이 있는 시스템에 있어서, 훈련기간 중, 일정 기간은 위상제어를 위한 하나의 파일러트 톤만이 존재하므로, 이 기간에는 시간 대역에서 위상제어루프를 동작시키고, 이 기간이 끝나고 데이타들이 전체 서브재널들에 모두 실리기 시작하면 위상제어루프의 제어권을 주파수 대역으로 옮김으로써 동기 포착 시간을 최대한 줄여 빨리 추적 모드로 들어가도록 한다.The present invention relates to a phase control loop circuit for a multi-carrier communication system, comprising: an analog / digital converter, a zero error detector, a first bandwidth limiter, a time / frequency band converter, a phase detector, a second bandwidth limiter, an alternator and a frequency It consists of an oscillator. Therefore, in a system having a period of controlling the synchronous phase only by the tone signal, during the training period, since only one pilot tone for phase control exists, the phase control loop is operated in this time band. At the end of this period, the data begins to appear in the entire sub-channel, shifting the control of the phase control loop to the frequency band, reducing sync acquisition time as quickly as possible to enter tracking mode.

Description

다중반송파 통신시스템을 위한 위상제어루프회로Phase Control Loop Circuit for Multicarrier Communication System

본 발명은 다중반송파 통신시스템을 위한 위상제어루프(PLL:Phase Locked Loop)회로에 관한 것으로서, 특히 DMT 시스템과 같은 다중 반송파방식 시스템에서 초기 훈련기간 중, 하나의 서브채널에만 데이타가 실리는 기간에는 시간 대역에서 위상제어루프를 제어하여 위상포착 시간을 최대한 줄여주고, 이 기간이 끝나면 위상제어루프의 제어권을 주파수 영역으로 옮겨서 지속적으로 위상 오차를 추적하게 함으로써 보다 신속하게 락-인 범위로 들게 하는 위상제어루프회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase locked loop (PLL) circuit for a multi-carrier communication system. In particular, in a multi-carrier system such as a DMT system, during the initial training period, only one subchannel is loaded with data. Control the phase control loop in the time band to reduce the phase acquisition time as much as possible. After this period, the phase control loop is moved to the frequency domain so that the phase error is continuously tracked so that the phase falls into the lock-in range more quickly. It relates to a control loop circuit.

일반적으로 디지탈 통신 시스템에서 동기를 위한 위상제어루프회로를 설계할 때, 시간 대역 혹은 주파수 대역으로 구분하지 않고 동작시키는 것이 통상적인 예인데, 다중반송파(multi-carrier) 방식에서는 다소의 구분이 필요하다.In general, when designing a phase control loop circuit for synchronization in a digital communication system, it is a common example to operate without dividing into a time band or a frequency band. In the multi-carrier method, some classification is necessary. .

다중반송파 방식의 통신시스템의 경우에는 수신단에서 보았을 때, 분할된 채널의 수만큼 신호들이 시간 대역에서 서로 간섭을 주며 들어오기 때문에 시간 대역에서 동기를 위한 위상제어루프회로의 설계가 용이하지 않다. 특히, DMT(Discrete Multi-Tone) 시스템과 같은 경우에는 변복조의 수단으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용함으로써 시스템 자체에 주파수 대역의 신호와 시간 대역의 신호가 혼재해 있다. 즉, 변조되기 전에는 주파수 대역의 신호로서, 변조된 후부터 채널 통과 및 수신단에서 복조되기 전까지의 신호는 시간 대역의 신호로. 그리고 복조된 이후에는 주파수 대역의 신호로 해석한다. 따라서, 신호의 해석과 동기를 잡기 위해서는 주파수 대역과 시간 대역을 구분하여 분석하는 것이 무엇보다 필요하다. 그래서, 구현하기가 상대적으로 수월한 주파수대역에서 주어진 데이타의 위상의 틀어짐 정도를 분석하여 동기를 맞추는 알고리즘으로 위상제어루프회로를 설계하고 있다.In the case of a multi-carrier communication system, it is not easy to design a phase control loop circuit for synchronizing in the time band because the signals enter and interfere with each other in the time band as viewed from the receiving end. In particular, in the case of a DMT (Discrete Multi-Tone) system, a frequency band signal and a time band signal are mixed in the system itself by using a fast fourier transform (FFT) as a means of modulation and demodulation. In other words, the signal is a frequency band before it is modulated, and the signal from the time after it is modulated until it is demodulated at the channel passing and receiving ends. After demodulation, the signal is interpreted as a frequency band signal. Therefore, in order to analyze and synchronize a signal, it is necessary to analyze the frequency band and the time band separately. Therefore, a phase control loop circuit is designed as an algorithm that synchronizes by analyzing the degree of phase shift of a given data in a frequency band which is relatively easy to implement.

위상제어루프회로의 구조는 기본적으로 3개의 구성 요소로 이루어지는데, 각각은 위상 검출기(PD:Phase Detector), 루프 필터(Loop Filter)와, 전압 제어 발진기(VCO:Voltage controlled Oscillator)로 불리어진다. 그리고, 일반적인 위상제어루프의 동작모드는 크게 포착모드(Acquisition mode)와 추적 모드(Tracking mode), 그리고 정상상태모드(Steady state mode)로 구분되어진다.The structure of the phase control loop circuit basically consists of three components, each of which is called a phase detector (PD), a loop filter, and a voltage controlled oscillator (VCO). In addition, the operation mode of the general phase control loop is largely divided into an acquisition mode, a tracking mode, and a steady state mode.

시스템의 초기화 상태에서 위상제어루프회로는 포착 모드에서부터 동작을 시작하는데, 루프는 초기상태에서 반드시 포착과정을 거치게 되고, 포착과정이 끝나면 추적모드로 진입하며, 이때를 위상제어루프가 락(Lock)되었다고 한다. 정상상태 모드는 위상제어루프가 락된 상태를 지속하는 가장 이상적인 상태이고, 현실적으로는 추적모드에서 락을 상실할 수도 있다. 이때는 다시 포착모드로 돌아가서 다시 추적모드를 찾아야한다. 즉, 시간적인 차원에서 루프는 포착과 추적을 끝없이 반복하면서 동작을 이어가게 된다. 이 과정에서 루프는 입력신호의 주파수와 위상을 포착하여야 한다. 이때, 입력신호 주파수와 국부전압제어발진기의 초기 차이값의 크기에 따라 락-인(Lock-in) 범위, 풀-인(Pull-in) 범위 등으로 나눌수 있다.In the initial state of the system, the phase control loop circuit starts operation from the acquisition mode, and the loop must go through the acquisition process in the initial state, and enters the tracking mode after the acquisition process is completed, and the phase control loop is locked. It is said. The steady state mode is the most ideal state in which the phase control loop remains locked, and in reality the lock may be lost in the tracking mode. In this case, you have to go back to capture mode and find the tracking mode again. In other words, in terms of time, the loop continues the operation by endlessly repeating capture and tracking. In this process, the loop must capture the frequency and phase of the input signal. At this time, it may be divided into a lock-in range and a pull-in range according to the magnitude of the initial difference between the input signal frequency and the local voltage controlled oscillator.

입력신호의 주파수와 기준 주파수간의 차이가 충분히 작을때, 루프는 특별한 보조회로의 도움없이 무시할 수 있을 정도의 짧은 순간에 주파수를 포착하게 된다. 이때 주파수 포착이 가능한 이 범위의 주파수차이를 락-인 범위라고 한다. 또한 입력 신호의 주파수와 기준 주파수간의 차이가 락-인 범위보다 크고, 외부 회로의 도움없이 루프에 의한 자발적인 주파수 포착이 가능한 주파수 범위를 풀-인 범위라고 한다. 이 과정에서 락-인 범위까지의 추적에는 상당한 시간이 걸린다.When the difference between the frequency of the input signal and the reference frequency is small enough, the loop will pick up the frequency at a moment that can be ignored without the aid of a special auxiliary circuit. At this time, the frequency difference of this range that can capture frequency is called lock-in range. In addition, the frequency range between the frequency of the input signal and the reference frequency is larger than the lock-in range, and the frequency range in which spontaneous frequency capturing by a loop is possible without the help of an external circuit is called a pull-in range. In this process, tracking down to the lock-in range takes considerable time.

다중 반송파 시스템의 경우, 시간 대역에서 동기화를 위한 위상제어루프를 설계하게 되면 주어진 훈련(training) 기간 동안에는 동기를 맞추었다 하여도 각각의 분할 채널들에 모두 데이타가 실리기 시작하면, 신호 성분이 갖는 주파수가 분할된 채널의 수 만큼 많아져서 함께 섞여 들어오므로, 지속적으로 시간 대역에서 위상제어루프를 동작시키기 위해서는 톤(tone) 신호만을 분리해 낼수 있는 정교한필터가 필요하게 된다. 이러한 필터를 제작하기 위해서 드는 비용과 노력이 시간대역에서 동기를 맞추기 위한 위상제어루프의 알고리즘을 구현하는 것에 제한조건이 된다. 이런 문제점 때문에 일반적으로 주파수 분할 통신시스템에서는 주파수 대역에서 동기를 맞추기 위한 위상제어루프를 설계하는 것이 구현하기에 용이하다.In the case of multi-carrier systems, designing a phase-control loop for synchronization in the time band allows the frequency of the signal component to occur when data begins to be loaded on each of the divided channels even though the synchronization is performed during a given training period. As the number of divided channels is mixed together and mixed together, a continuous filter that can separate only the tone signal is needed to operate the phase control loop continuously in the time band. The cost and effort to produce such a filter is a constraint on the implementation of a phase-control loop algorithm to synchronize in the time band. Due to this problem, it is generally easy to implement a phase control loop for synchronization in a frequency band in a frequency division communication system.

따라서, DMT와 같은 다중 반송파 방식의 통신 시스템에 있어서, 동기화를 위한 위상제어루프의 설계를 하기 위해서는 수신되어진 시간 대역의 데이타들을 주파수 대역으로 옮겨 각각 부분 채널들의 데이타들로 나누고, 하나의 분할 채널을 통해 들어온 약속된 데이타의 위상값을 기준 데이타의 위상값과 비교함으로써 위상 오차를 잡는 것이 일반적이다.Therefore, in a multi-carrier communication system such as DMT, in order to design a phase control loop for synchronization, the received time band data is transferred to a frequency band and divided into data of partial channels, and one divided channel is divided. It is common to catch the phase error by comparing the phase value of the promised data coming in with the phase value of the reference data.

예를 들면, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)을 위한 전송방식 중, 미국에서 표준방식으로 확정된 DMT 시스템의 경우, 주어진 채널을 256개의 부분 채널로 분할하여 각각의 서브채널(Sub-channel)마다 주어진 SNR(Signal to Noise Ratio)을 고려하여 각각의 분할 채널에 적절한 비트 수를 할당하여 데이타를 전송함으로써 주어진 전체 채널의 전송가능용량(Channel Capacity)를 극대화 한다.For example, in the case of a DMT system that is determined as a standard method in the United States among the transmission schemes for Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), a given channel is divided into 256 subchannels to be given for each sub-channel. By considering the SNR (Signal to Noise Ratio), an appropriate number of bits is allocated to each divided channel to transmit data to maximize the channel capacity of a given total channel.

DMT 시스템에 관한 T1E1.4의 ADSL 표준 규격에 따르면 전체 시스템이 기동하기 위한 시스템 초기화 단계에서, 전송 데이타의 동기를 맞출 수 있도록 하기 위해 일정 시간을 훈련기간으로 배정하도록 하고 있다.According to the ADSL standard of T1E1.4 on the DMT system, a certain period of time is allocated to the training period in order to synchronize the transmission data in the system initialization stage for starting the whole system.

이때, 전체 시스템 초기화 과정에서 동기를 맞추기 위한 수단으로 전체분할 채널중 64번째 서브채널에 일정한 데이타 패턴을 사용한 파일러트톤을 이용한다. 초기 동기를 맞추기 위한 과정을 살펴보면, 주파수상에서 64번째 서브 채널에 파일러트 톤을 위한 수신측과의 약속된 데이타 패턴을 만들어, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)으로 변조하고 디지탈 아날로그 변환기를 거쳐 채널을 통과하게 된다.At this time, the pilot tone using a constant data pattern is used for the 64th sub-channel of the full division channel as a means for synchronizing the entire system initialization process. Looking at the initial synchronization process, we make a promised data pattern with the receiver for the pilot tone on the 64th subchannel in frequency, modulate it with an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) and pass it through the digital analog converter. Done.

수신되어진 신호는 아날로그 디지탈 변환기를 거쳐 다시 FFT(Fast Fourier Transform)를 취함으로써 복조되어진다.The received signal is demodulated by taking an FFT (Fast Fourier Transform) again via an analog digital converter.

이때, 복조되어 들어온 신호의 위상과 약속되어진 신호의 위상을 서로 비교하고, 그 틀어짐 정도를 고려하여 전압 제어 발진기의 발진주파수를 변동시킴으로써 아날로그 디지탈 변환기의 샘플링주파수를 변화시키고 아날로그 디지탈 변환기가 올바른 위치에서 샘플링을 하도록 한다.At this time, the phase of the demodulated signal and the phase of the promised signal are compared with each other, and the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator is changed in consideration of the degree of distortion, thereby changing the sampling frequency of the analog digital converter and the analog digital converter at the correct position. Do the sampling.

그런데, DMT 시스템에 있어서 위상제어루프의 전압제어발진기의 발진 주파수를 변화시키기 위해서는 FFT로 복조를 한 뒤 64번째 서브채널의 데이타를 알아야 한다. 이때, 1개 DMT 심볼의 정의를 FFT 수행단위로 본다면, 전압제어 발진기의 주파수 변화 주기는 최소 1개의 DMT 심볼 이상이 된다. 즉, 주파수 대역에서 위상제어루프를 동작시키기에는 풀-인 시간이 시간 대역에서 동작시키는 것에 비해 길어진다는 단점이 생긴다.However, in the DMT system, in order to change the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator of the phase control loop, it is necessary to know the data of the 64th subchannel after demodulating by FFT. In this case, when the definition of one DMT symbol is regarded as an FFT execution unit, the frequency change period of the voltage controlled oscillator is equal to or greater than at least one DMT symbol. That is, there is a disadvantage in that the pull-in time is longer than that in the time band for operating the phase control loop in the frequency band.

풀-인 시간이 너무 길어 지거나, 아니면 두 주파수 차이가 풀-인 범위를 넘었을 때 특별한 보조회로를 사용하여 전압제어발진기의 주파수포착을 돕지 않으면 안된다. 풀-인 시간을 줄여줄 수 있는 방법으로 시간 대역에서 위상제어루프을 동작시키는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 시간 대역에서 위상제어루프를 동작시키기 위해서는 64번째 서브채널을 걸러낼 수 있는 정교한 필터가 필요한데, 이 또한하드웨어로 구현할때 복잡도가 증가한다는 단점이 생긴다.When the pull-in time becomes too long, or when the two frequency differences exceed the pull-in range, a special auxiliary circuit must be used to help the frequency-controlled oscillation of the voltage-controlled oscillator. One way to reduce the pull-in time is to consider how to operate the phase control loop in the time band. However, in order to operate the phase control loop in the time band, a sophisticated filter capable of filtering out the 64th subchannel is required, which also increases the complexity when implemented in hardware.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 DMT 시스템과 같은 다중 반송과 방식 시스템에서 초기 훈련기간 중, 하나의 서브채널에만 데이타가 실리는 기간에는 시간 대역에서 위상제어루프를 제어하여 위상포착 시간을 최대한 줄여주고, 이 기간이 끝나면 위상제어루프의 제어권을 주파수 영역으로 옮겨서 지속적으로 위상오차를 추적하게 함으로써 보다 신속하게 락-인 범위로 들게 하는 위상제어루프회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to phase-control the phase control loop in the time band during the initial training period in the multi-carrier and system such as the DMT system, the data is loaded only in one sub-channel in order to solve the above problems To reduce the time as much as possible, and to provide a phase control loop circuit that shifts the control of the phase control loop to the frequency domain and tracks the phase error continuously at the end of this period, thereby entering the lock-in range more quickly.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다중 반송파 통신시스템을 위한 위상제어루프회로는Phase control loop circuit for a multi-carrier communication system according to the present invention to achieve the above object

아날로그 수신신호를 디지탈 수신신호로 양자화하기 위한 아날로그/디지탈 변환기:Analog / Digital Converters for Quantizing Analog Received Signals into Digital Received Signals:

상기 아날로그 수신신호의 한 주기마다 상기 아날로그/디지탈변환기의 출력 샘플의 갯수와 시간 대역의 디지탈 수신신호의 영점 교차지점의 갯수를 비교하여, 그 오차를 출력하기 위한 영점오차 검출기:A zero error detector for comparing the number of output samples of the analog / digital converter and the number of zero crossings of the digital reception signal of a time band for each period of the analog received signal, and outputting an error thereof:

상기 영점오차 검출기에서 출력되는 오차를 합산하여 시간대역을 제한하기 위한 제1대역폭 제한기:A first bandwidth limiter for limiting the time band by summing the errors output from the zero error detector:

소정 시간동안 시간 대역의 디지탈 수신신호를 주파수 대역의 신호로 변환하기 위한 시간/주파수 대역 변환기:A time / frequency band converter for converting a digital reception signal of a time band into a signal of a frequency band for a predetermined time:

상기 주파수 대역의 신호로 부터 동기신호의 위상 오차를 검출하기 위한 위상 검출기:A phase detector for detecting a phase error of a synchronization signal from the signal in the frequency band:

검출된 동기신호의 위상오차를 합산하여 주파수대역을 제한하기 위한 제2대역폭 제한기:A second bandwidth limiter for limiting the frequency band by summing the phase errors of the detected synchronization signals:

초기 훈련기간 중, 하나의 서브채널에만 데이타가 실리는 기간에는 상기 제1대역폭 제한기에서 출력되는 오차신호를, 이 기간이 끝나면 상기 제2대역폭 제한기에서 출력되는 오차신호를 선택적으로 출력하기 위한 절체기: 및During the initial training period, an error signal output from the first bandwidth limiter is selectively outputted in a period in which data is provided in only one subchannel, and after this period, an error signal output from the second bandwidth limiter is selectively outputted. Changer: and

상기 절체기에서 출력되는 오차신호에 의해 상기 아날로그/디지탈변환기의 샘플링 주파수를 바꾸기 위한 주파수 발진기를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a frequency oscillator for changing the sampling frequency of the analog / digital converter by the error signal output from the switch.

이하 본 발명의 일실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 의한 위상제어루프회로의 블럭도로서, 아날로그 수신신호(x(t))를 디지탈 수신신호(x(kT))로 변환하여 시간/주파수 대역변환기(14)와 영점교차 검출기(12)에 공급하는 아날로그/디지탈변환기(11)와, 아날로그 수신신호(x(t))의 한 주기마다 아날로그/디지탈변환기(11)의 출력 샘플의 갯수와 시간 대역의 디지탈 수신신호(x(kT))의 영점 교차 지점의 갯수를 비교하여, 그 오차값을 제1대역폭 제한기(13)로 공급하는 영점오차 검출기(12)와, 영점오차 검출기(12)에서 출력되는 오차값들을 합산하여 절체기(17)로 공급하는 제1대역폭 제한기(13)와, 소정 시간동안 시간 대역의 디지탈 수신신호(x(kT))를 주파수 대역의 값들(X(f))로 변환하여 위상 검출기(15)로 공급하는 시간/주파수 대역 변환기(14)와, 주파수 대역의 값들(X(f))로 부터 동기신호의 위상 오차를 검출하여 제2대역폭 제한기(16)로 공급하는 위상 검출기(15)와, 검출된 동기신호의 위상오차를 합산하여 절체기(17)로 공급하는 제2대역폭 제한기(16)와, 전체 시스템이 기동시 초기화하는 작업에서 정해진 소정기간 동안에는 제l대역폭 제한기(13)의 출력을 입력하고, 이 기간이 끝나면 제2대역폭 제한기(16)의 출력을 입력하여 주파수 발진기(18)의 발진제어신호로 공급하는 절체기(17)와, 발진제어신호에 의해 아날로그/디지탈 변환기(11)의 샘플링 주기를 결정하는 변환제어신호를 생성하는 주파수 발진기(18)로 구성된다.1 is a block diagram of a phase control loop circuit according to the present invention, and converts an analog received signal x (t) into a digital received signal x (kT) to convert a time / frequency band converter 14 and a zero crossing detector. The number of output samples of the analog / digital converter 11 and the digital reception signal x (time) of the analog / digital converter 11 to be supplied to (12) and the analog / digital converter 11 for each period of the analog reception signal x (t). kT)) to compare the number of zero crossing points, add the error value output from the zero error detector 12 and the zero error detector 12 that supplies the error value to the first bandwidth limiter 13, The first bandwidth limiter 13 supplied to the switching unit 17 and the digital reception signal x (kT) of the time band for a predetermined time are converted into the values X (f) of the frequency band to provide a phase detector ( The phase error of the synchronization signal from the time / frequency band converter 14 and the values X (f) of the frequency band. A phase detector 15 for detecting and supplying to the second bandwidth limiter 16, a second bandwidth limiter 16 for adding the phase error of the detected synchronization signal to the switching device 17, and the entire system; The output of the first bandwidth limiter 13 is input for a predetermined period of time determined in the initialization operation at this startup, and the output of the second bandwidth limiter 16 is inputted after the end of this period to control the oscillation of the frequency oscillator 18. And a frequency oscillator 18 for generating a conversion control signal for determining the sampling period of the analog / digital converter 11 by the oscillation control signal.

그러면 제1도에 도시된 위상제어루프회로의 동작을 제2도와 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 본 발명의 동작원리를 설명함에 있어 제1도에 도시된 위상제어루프회로를 사용한 DMT 시스템을 그 예로 든다.The operation of the phase control loop circuit shown in FIG. 1 will now be described with reference to FIGS. 2 and 3. At this time, in explaining the operation principle of the present invention, a DMT system using the phase control loop circuit shown in FIG.

우선, 아날로그/디지탈 변환기(11)에서는 아날로그수신신호(x(t))를 양자화한다. 이때, 한개의 DMT 심볼의 주기를 제2도의 T1으로 볼때, 아날로그/디지탈 변환기(11)의 샘플링 주기는 T1/N이 된다.First, the analog-to-digital converter 11 quantizes the analog reception signal x (t). In this case, when the period of one DMT symbol is regarded as T 1 of FIG. 2 , the sampling period of the analog-to-digital converter 11 becomes T 1 / N.

여기서 N은 한개의 DMT 심볼을 구성하는 샘플의 갯수로서 FFT 수행단위가 된다.Here, N is the number of samples constituting one DMT symbol and becomes an FFT execution unit.

영점교차 검출기(12)에서는 동기 위상을 잡기 위한 파일러트 톤 신호만이 존재하는 기간 동안에는 시간 대역인 FFT와 같은 시간/주파수대역 변환기(14)의 앞단에서 신호 x(kT)를 뽑아, 수신신호 x(t)의 영점교차(Zero-crossing) 지점의 갯수와 아날로그-디지탈 변환기(11)에서 샘플링된 샘플의 갯수를 비교한다.In the zero crossing detector 12, the signal x (kT) is extracted from the front end of the time / frequency band converter 14 such as the FFT, which is a time band, during the period in which only the pilot tone signal for synchronizing phase is present, and the received signal x The number of zero-crossing points of (t) is compared with the number of samples sampled by the analog-to-digital converter 11.

예를 들어, 아날로그/디지탈 변환기(11)의 샘플링 주기가 수신신호 x(t)가 갖는 주기의 8배라고 한다면 수신신호 x(t)의 한주기 동안에 영점교차 지점의 갯수가 2개 일때, 샘플의 갯수는 8개가 되어야 한다.For example, if the sampling period of the analog-to-digital converter 11 is eight times the period of the received signal x (t), the number of zero crossing points is two during one period of the received signal x (t). The number of must be eight.

그러나, 동기가 맞지 않는 초기화 단계에서는 샘플의 갯수에 변동이 생겨 7개 혹은 9개가 될 수도 있다. 여기서, 영점 교차 지점의 갯수와 샘플의 갯수를 각각 일정한 시간 동안 합산하여 비교함으로써 아날로그/디지탈변환기(11)의 샘플링 타이밍 속도를 알 수 있다.However, in the initialization phase when the synchronization is not correct, the number of samples may vary, resulting in seven or nine. Here, the sampling timing rate of the analog / digital converter 11 can be known by summing and comparing the number of zero crossing points and the number of samples, respectively, for a predetermined time.

즉, 적절한 기준값을 설정하고, (샘플의 갯수 / 영점 교차 지점의 갯수)의 비율을 계산하여 그 값이 기준값보다 크면 아날로그/디지탈변환기(11)의 샘플링 타이밍이 빠른 것이고, 반대로 기준값보다 작으면 샘플링 타이밍이 느린 것으로 판단할 수 있다. 이 오차값을 계산하여 제1대역폭 제한기(13)로 공급한다. 이때, 이 오차값은 수신신호 x(t)와 주파수 발진기(18)의 출력 신호와의 주파수 및 위상차에 비례하는 값으로 나타난다. 제1대역폭 제한기(13)에서는 입력되는 오차값을 합산하고, 그 출력 값을 절체기(17)을 통하여 주파수 발진기(18)의 발진제어신호로 사용한다.That is, set the appropriate reference value, calculate the ratio of (number of samples / number of zero crossing points) and if the value is larger than the reference value, the sampling timing of the analog / digital converter 11 is faster, and if the value is smaller than the reference value, sampling is performed. The timing may be determined to be slow. The error value is calculated and supplied to the first bandwidth limiter 13. At this time, the error value is represented as a value proportional to the frequency and phase difference between the received signal x (t) and the output signal of the frequency oscillator 18. In the first bandwidth limiter 13, the input error value is summed and the output value is used as the oscillation control signal of the frequency oscillator 18 through the switch 17.

한편, 아날로그/디지탈 변환기(11)의 샘플링 타이밍이 영점 교차지점의 갯수와 샘플 갯수의 비율이 일정하게 되는 평균 위치에 수렴하게 하는 알고리즘을 이용하여 샘플링 타이밍과의 시간 오차를 교정치로 사용한 궤환 루프를 구성함으로써 주파수 옵셋 및 위상 옵셋을 제거한다. 즉, 위상제어루프가 수신신호의 샘플에 직접 작용하여 에러 신호를 만들고, 그 값이 궤환되어 샘플링 시점을 교정해나가는 직접 제어를 행한다.On the other hand, a feedback loop using the time difference from the sampling timing as a correction using an algorithm that causes the sampling timing of the analog-to-digital converter 11 to converge to an average position where the ratio of the number of zero crossing points and the number of samples becomes constant. By eliminating the frequency offset and phase offset. That is, the phase control loop directly acts on the sample of the received signal to produce an error signal, and the value is fed back to perform direct control to correct the sampling time point.

다음으로 전체 서브 채널들에 데이타가 실리기 시작하는 시점부터는 위상 동기를 잡기 위한 제어권을 위상검출기(15)과 제2대역폭 제한기(16)로 옳겨서 지속적으로 위상 오차 및 위상 옵셋을 제거해나가는 일련의 과정을 수행해 나간다.Next, from the time when data starts to be loaded on the entire subchannels, the control right for phase synchronization is corrected by the phase detector 15 and the second bandwidth limiter 16 to continuously remove the phase error and phase offset. Go through the process.

한편, 절체기(17)에서는 전체 서브 채널들 중에서 파일러트 톤 전용으로 사용되는 64번째 서브 채널에만 데이타가 실리는 시간과 전체서브 채널 모두에 데이타가 실리기 시작하는 시간을 구분하여 제1대역폭 제한기(13)과 제2대역폭 제한기(16)의 출력신호를 스위칭함으로써 신호를 주파수 발진기(18)의 제어단자에 연결하여 아날로그/디지탈 변환기(11)의 샘플링 주파수를 변화시킨다.On the other hand, in the switching unit 17, the first bandwidth limiter is divided into a time when data is loaded only on the 64th sub-channel used for the pilot tone among all sub-channels and a time when data starts on the entire sub-channel. (13) and the output signal of the second bandwidth limiter 16 is connected to the control terminal of the frequency oscillator 18 to change the sampling frequency of the analog / digital converter 11.

제3도는 동기 위상을 잡기 위한 파일러트 톤 신호가 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying)일 때, 수신신호의 위상과 기준좌표 A(1,1)과의 위상을 비교하여 수신신호가 기준좌표 A(1,1)로 수렴해가는 과정을 나타낸다.FIG. 3 shows that when a pilot tone signal for capturing a synchronous phase is quaternary phase shift keying (QPSK), a phase of the received signal is compared with a phase of the reference coordinate A (1,1) so that the received signal is converted to the reference coordinate A (1). , 1) shows the convergence process.

이때, 제3도의 (a)는 주파수 대역에서만 위상제어루프틀 구동시켰을 때 점진적으로 기준좌표로 수렴해가는 과정을 나타낸다. 이때, 수렴 속도는 하나의 DMT 심볼이 갖는 주기의 역수로서 제2도의 1/T1이 된다.In this case, (a) of FIG. 3 shows a process of gradually converging to the reference coordinate when the phase control loop is driven only in the frequency band. In this case, the convergence speed is 1 / T 1 of FIG. 2 as an inverse of the period of one DMT symbol.

제3도의 (b)는 본 발명에서 제안한 방법으로 위상제어루프를 설계하였을 때의 수렴방법을 나타낸다. 파일러트 톤만이 오는 기간에는 시간 대역인 FFT 앞단에서 수신신호의 영점이 교차되는 지점을 알아내는 알고리즘을 적용한 위상제어루프를 구동시킴으로써, 수신신호의 위상을 기준좌표 A(1,1)의 위상으로 수렴시킨다. 이때, 수렴 속도는 입력 신호 자체가 갖는 주파수로서 제2도의 1/T2가 된다.(B) of FIG. 3 shows a convergence method when the phase control loop is designed by the method proposed by the present invention. In the period when only the pilot tone comes, a phase control loop is applied to the algorithm that finds the point where the zero point of the received signal intersects at the front end of the FFT. Converge. At this time, the convergence speed is 1 / T 2 of FIG. 2 as a frequency of the input signal itself.

여기서 본 발명에 의한 위상제어루프회로의 수렴 속도가 더 빨라짐을 알 수있다. 즉, 시간 대역에서 주파수 옵셋 및 위상 옵셋을 제거해 줌으로써 전체적인 위상제어루프가 보다 빨리 동기를 잡을 수 있도록 해주는 것이 본 발명의 핵심이다.It can be seen that the convergence speed of the phase control loop circuit according to the present invention is faster. That is, the core of the present invention is to remove the frequency offset and the phase offset in the time band so that the overall phase control loop can be synchronized more quickly.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 위상제어루프회로는 톤 신호만으로 동기 위상을 제어하는 기간이 있는 시스템에 적합하다. 즉, 훈련기간 중, 일정 기간은 위상 제어를 위한 하나의 파일러트 톤만이 존재하므로, 이 기간에는 시간 대역에서 위상제어루프를 동작시키고, 이기간이 끝나고 데이타들이 전제 서브채널들에 모두 실리기 시작하면 위상제어루프의 제어권을 주파수 대역으로 옮김으로써 동기 포착 시간을 최대한 줄여 빨리 추적 모드로 들어가도록 한다.As described above, the phase control loop circuit according to the present invention is suitable for a system having a period for controlling the synchronous phase only by the tone signal. That is, during a training period, only one pilot tone exists for phase control in a certain period of time, so that the phase control loop operates in the time band during this period, and when this period ends and data starts to appear on all subchannels, Moving the control loop of the control loop to the frequency band reduces the acquisition time as quickly as possible to get into tracking mode as soon as possible.

제1도는 다중반송파 통신시스템을 위한 본 발명에 의한 위상제어루프회로를 나타낸 도면.1 shows a phase control loop circuit according to the present invention for a multi-carrier communication system.

제2도는 제1도에 있어서 시간 대역에서 본 아날로그 디지탈 변환기를 통과하기 전과 후의 신호에 대한 파형도.FIG. 2 is a waveform diagram of signals before and after passing through an analog digital converter seen in time band in FIG.

제3도는 종래의 위상제어루프회로가 위상 오차를 쫓아가는 방법과 본 발명에 의한 위상제어루프회로가 위상 오차를 쫓아가는 방법을 비교하기 위한 성좌 좌표상의 톤신호를 나타낸 도면.3 is a diagram showing a tone signal in constellation coordinates for comparing a method of tracking a phase error in a conventional phase control loop circuit and a method of tracking a phase error in a phase control loop circuit according to the present invention.

Claims (2)

아날로그 수신신호를 디지탈 수신신호로 양자화하기 위한 아날로그/디지탈 변환기;An analog / digital converter for quantizing the analog received signal into a digital received signal; 상기 아날로그 수신신호의 한 주기마다 상기 아날로그/디지탈변환기의 출력 샘플의 갯수와 시간 대역의 디지탈 수신신호의 영점 교차지점의 갯수를 비교하여, 그 오차를 출력하기 위한 영점오차 검출기;A zero error detector for comparing the number of output samples of the analog / digital converter and the number of zero crossing points of the digital reception signal of a time band at each period of the analog reception signal, and outputting an error thereof; 상기 영점오차 검출기에서 출력되는 오차를 합산하여 시간대역을 제한하기 위한 제l대역폭 제한기;A first bandwidth limiter for limiting a time band by summing an error output from the zero error detector; 소정 시간동안 시간 대역의 디지탈 수신신호를 주파수 대역의 신호로 변환하기 위한 시간/주파수 대역 변환기;A time / frequency band converter for converting a digital reception signal of a time band into a signal of a frequency band for a predetermined time; 상기 주파수 대역의 신호로 부터 동기신호의 위상 오차를 검출하기 위한 위상 검출기;A phase detector for detecting a phase error of a synchronization signal from the signal of the frequency band; 검출된 동기신호의 위상오차를 합산하여 주파수대역을 제한하기 위한 제2대역폭 제한기;A second bandwidth limiter for adding up the phase error of the detected synchronization signal to limit the frequency band; 초기 훈련기간 중, 하나의 서브채널에만 데이타가 실리는 기간에는 상기 제1대역폭 제한기에서 출력되는 오차신호를, 이 기간이 끝나면 상기 제2대역폭 제한기에서 출력되는 오차신호를 선택적으로 출력하기 위한 절체기; 및During the initial training period, an error signal output from the first bandwidth limiter is selectively outputted in a period in which data is provided in only one subchannel, and after this period, an error signal output from the second bandwidth limiter is selectively outputted. Transfer machine; And 상기 절체기에서 출력되는 오차신호에 의해 상기 아날로그/디지탈변환기의 샘플링 주파수를 바꾸기 위한 주파수 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 통신 시스템을 위한 위상제어투프회로.And a frequency oscillator for changing the sampling frequency of the analog / digital converter by the error signal output from the switching device. 제1항에 있어서, 상기 영점오차 검출기에서 출력되는 오차값은 상기 수신신호와 상기 주파수 발진기의 출력 신호와의 주파수 및 위상차에 비례하는 것을 특징으로 하는 다중 반송파 통신 시스템을 위한 위상제어루프회로.The phase control loop circuit of claim 1, wherein an error value output from the zero error detector is proportional to a frequency and a phase difference between the received signal and an output signal of the frequency oscillator.
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KR100512965B1 (en) * 2003-03-14 2005-09-07 삼성전자주식회사 A apparatus and method for detecting frequency error based on histogram information of input signal

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