KR100365383B1

KR100365383B1 - 직교진폭변조반송파를회복하기위한방법및장치

Info

Publication number: KR100365383B1
Application number: KR1019950011161A
Authority: KR
Inventors: 젱후앙
Original assignee: 제너럴 인스트루먼트 코포레이션
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 2003-03-03
Also published as: AU1785095A; NO951732L; CA2148200C; ES2153865T3; CA2148200A1; ATE198247T1; EP0681386A2; KR950035230A; AU681767B2; TW257916B; NO951732D0; DE69519646T2; EP0681386B1; JPH0846661A; DE69519646D1; US5519733A; EP0681386A3

Abstract

본 발명은, QAM 통신시스템에 있어서, 심한 간섭상태하에서도 반송파를 회복 및 트랙킹하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 수신된 신호의 데이터 점과 비교하기 위해, 이상적 콘스텔레이션 패턴에 고정점의 소부분을 정의한다. 상기 소부분은 콘스텔레이션 패턴의 n개의 반지름에 의해 교차되는 모든 점을 포함한다. 콘스텔레이션 패턴의 둘레에 따른 추가의 점을 소부분에 포함할 수도 있다. 반송파를 매개로 수신된 데이터 점을 소부분의 고정점과 상관시키고, 소부분의 고정점과 상관시킨 수신 데이터 점간의 위상차를 표시하는 에러신호를 생성한다.

Description

직교진폭변조 반송파를 회복하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 디지털통신에 관한 것으로, 특히 직교진폭변조(QAM:Quadrature Amplitude Modulation) 시스템의 반송파 회복구조에 관한 것이다.

아날로그 채널을 매개로 디지털 데이터를 전송하기 위해, 데이터는 예컨대 펄스진폭변조(PAM)의 형태를 사용하여 변조된다. 일반적으로, 직교진폭변조는, 사용가능한 채널대역폭내에서 전송될 수 있는 데이터의 양을 증가시키기 위해 사용된다. QAM은, 복수의 비트정보가, 예컨대 16, 32 또는 64점 등을 포함할 수 있는 "콘스텔레이션(constellation)"이라 부르는 하나의 패턴으로 함께 전송되는 PAM의 일종이다.

펄스진폭변조에 있어서, 각 신호는 전송된 심볼에 의해 진폭레벨이 결정되는펄스이다. 16-QAM에서는 -3, -1, 1 및 3의 심볼진폭이 일반적으로 각 직교채널내에서 사용된다. 64-QAM에서는, -7, -5, -3, -1, 1, 3, 5 및 7의 심볼진폭이 일반적으로 각 직교채널내에서 사용된다.

위상락루프(PLL; phase lock loop)는, 신호 복조기에서 반송파를 회복하기 위해 사용되는 일반적인 공지된 방법이다. 이와 같은 용도로 사용될 경우, PLL은 종종 반송파 회복루프(CRL:Carrier Recovery Loop)라 부른다. 자주(自走) 발진기는 입력신호 주파수를 베이스밴드로 변환하기 위해 사용되며, 위상회전기는 반송파 위상을 회복하기 위해 사용된다. 공지된 반송파 회복루프의 예는, 「A Leclert and P. VanDamme "Universal Carrier Recovery Loop for QASK and PSK Signal Sets," IEEE Transactions on Communications, Vol . Com-31, No. 1, January 1983, pp. 130-1361 및 「H. Sari and S. Moridi, "New Phase and Frequency Detectors for Carrier Recovery PSK and QAM systems," IEEE Transactions on Communication, Vol. 36, No 9, September 1988, pp. 1035-1043」 및 「U.S. patent 4,958,360 to H. Sari, entitled "Circuit for Recovering the Carrier in Digital Transmission Systems」에 잘 나타나 있다.

미국 특허 4,958,360에 있어서, 반송파 회복은 소정 상태의 신호 콘스텔레이션의 부근에 위치한 링 세그먼트에 의해 형성된 선택존(selection zone)을 이용하여 수신 신호점을 선택하는 장치를 사용하여 달성된다. 동상(I) 및 직교(Q)채널의 신호는 선택된 존의 어느 하나에 수신된 신호점에 속하거나 속하지 않는 정보 및, 그와 관련된 진폭 및 에러신호를 포함하는 메모리를 어드레스하기 위해 사용된다.미국 특허 4,958,360에 개시된 시스템의 중요한 특징은, 수신 신호점이 소정 상태의 신호 콘스텔레이션의 부근에 위치한 존을 이용하여 선택되는데 있다. 상기 목적은, 잘못된 획득을 야기시킬 수 있는 수신신호점 모두를 제거하고, 올바른 획득을 야기시킬 수 있는 신호점만을 사용하는데 있다. 특히, 미국 특허 4,958,360에 예시된 64-QAM 실시예에서, (+,+)상한(quadrant)의 선택존은 대각상태(1,1),(3,3) 및 (7,7) 부근의 링내의 영역에 제한되어 있다. 동일한 선택존이 콘스텔레이션의 나머지 상한에 사용된다.

미국 특허 4,958,360에 제공된 시스템은, 반송파의 회복을 효과적으로 하기 위해서 이득이 상당히 정확해야 한다는 문제점이 있다. 만약 상기 이득이 기대한 만큼 정확하지 않으면, 수신점은 정의된 선택존으로부터 벗어나 버려, 신호를 획득하는 것은 불가능해진다. 따라서, 지상 및 케이블 텔레비젼 전송에서 나타날 수 있는 에코(echo)와 같은 소정의 간섭은 이득에 악영향을 주어, 시스템을 사용할 수 없게 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 반송파 회복처리중에, 수신신호의 진폭의 변화에 의해 또는, 통신채널 또는 수신기 자체에서의 이득의 변화에 의해 영향을 받지 않고, 디지털 변조신호를 트랙킹(tracking)하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 시스템은 노이즈, 에코, 불규칙한 시스템 이득 및 주파수 드리프트(drift)와 같은 심한 간섭 및 그 외의 나쁜 영향하에서도 반송파를 락(lock)할 수 있다.

본 발명은 상술한 장점을 갖는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 수직의 X 및 Y축의 원점에 대칭적으로 위치한 콘스텔레이션 패턴의 고정점에 근사화되는 점으로 데이터가 반송되는 디지털 변조 반송파를 회복하기 위한 방법이 제공된다. 콘스텔레이션 패턴상의 고정점의 약 75% 이하의 소부분(subset)이 정의된다. 상기 소부분은 원점으로부터 확장하는 n개의 반지름에 의해 교차되는 모든 점을 포함한다. 각 반지름은, 양쪽의 인접하는 반지름과 360° /n의 각도를 이룬다. 반송파에 의해 수신된 데이터 점은 소부분의 고정점과 상관관계에 있다. 소부분의 고정점과 그와 상관된 수신된 데이터 점간의 위상차를 나타내는 에러신호가 생성된다. 상기 에러신호는, 반송파를 회복하기 위해 위상차를 트랙킹하기 위한 피드백으로 사용된다.

기술된 실시예에서, 콘스텔레이션 패턴은 N × N의 정사각형의 점으로 이루어지고, 소부분은 정사각형의 둘레를 형성하는 점을 포함하며, 정사각형의 대각선을 따라 확장하는 4개의 반지름(n=4)이 사용된다. 콘스텔레이션은 예컨대 64-QAM 콘스텔레이션에 의해 구성하고, 소부분이 수직의 X 및 Y축의 원점에 대칭적으로 위치한 64-QAM 콘스텔레이션중의 40개의 점을 포함하도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 수직의 X 및 Y축의 원점에 대칭적으로 위치한 콘스텔레이션 패턴의 고정점에 근사화되는 점으로 데이터를 반송하는 디지털 변조 반송파를 회복하기 위한 장치를 제공한다. 위상락루프는 반송파를 수신하기 위해 결합된 입력을 갖고, 반송파를 회복하기 위해 위상 에러신호에 응답한다. 위상 에러신호는, 반송파를 매개로 수신된 데이터 점과 콘스텔레이션 패턴의 고정점간의 위상차를 표시한다. 수신 데이터 점을 콘스텔레이션 패턴의 고정점의 약 75% 이하로 이루어진소부분과 비교하여 위상에러를 결정하기 위한 위상락루프내에 위상검출기가 제공된다. 상기 소부분은 원점으로부터 확장하는 n개(예컨대 4)의 반지름에 의해 교차되는 모든 점을 포함하며, 각 반지름은 인접하는 양쪽의 반지름과 360° /n의 각도를 이룬다.

(실시예)

이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

디지털 통신시스템에 있어서, 반송파 회복루프는 수신된 디지털신호의 위상을 트랙하는 반송파를 재생한다. 예컨대, "직접결정 알고리즘"(DDA:Direct Decision Algorithm)에 기초한 종래의 반송파 회복은 노이즈, 간섭, 에코, 시스템 이득 및 주파수 드리프트 등의 많은 인자에 민감하다. 상기 인자로 인해, 특히 공지된 반송파 회복방법은 불안정하며, 상기 인자를 보상하는 적응형 이퀄라이저 뒤까지 에러신호는 일반적으로 평가되지 않는다. 반송파 회복루프의 위상락킹(phase locking)과 적응형 이퀄라이저의 컨버전스(convergence)는 상호 관계가 있기 때문에, 반송파 회복루프와 적응형 이퀄라이저의 결합은 수신시스템을 복잡하게 만든다. 적응형 이퀄라이저의 사용은 또한 반송파 회복루프에 다소의 지연을 발생시키며, 이로 인해 루프의 트랙킹 능력이 저하된다.

본 발명은 적응형 이퀄라이저로부터 분리된 반송파 회복루프를 제공하며, 이 루프는 제1도에 도시된다. 단자(10)에 도입되는 중간주파수(IF) 신호는 종래의 직교 복조기(12)에 의해 복조된다. 복조기는 수신된 신호의 동상(I) 및 직교(Q) 성분을 출력하고, 이들은 (A/D)컨버터(14)에 의해 아날로그에서 디지털로 변환된다. 이때, 디지털화된 다음에 위상검출기(16)에 입력되고, 여기서 I 및 Q성분은 콘스텔레이션 패턴으로 표시된 수신 데이터의 위상이, 예컨데 위상검출기(16)에 설치된 독출전용 메모리(ROM)에 기억된 이상적 콘스텔레이션 페턴의 위상과 비교된다. 수신 신호점과 이상적 콘스텔레이션 패턴간의 위상차를 표시하는 에러신호가 위상검출기(16)로부터 출력되고, 루프필터(18)에 의해 필터링되며, 전압제어발진기(20; VOC)를 제어하기 위해 사용된다. VCO출력은 위상검출기(16)에 의해 검출을 하기 위한 이상적 콘스텔레이션 패턴의 대응하는 점과 일치하도록, 수신 신호점의 위상을 조정하기 위해, 직교 복조기(12)에 입력된다. 직교 복조기(12)는, 종래의 직교 복조기술에 따라, VCO출력과, 이것을 90° 시프트한(위상전이기(24)를 매개로) 버전을 모두 수신한다.

제1도에 도시된 반송파 회복루프의 일반적인 구조는 종래의 것과 같으나, 위상검출기(16)는 본 발명에 따라 개량되었다. 특히, 수신 신호점과 이상적 콘스텔레이션 패턴의 비교는, 전체 콘스텔레이션 패턴에 기초하여 행해지는 것은 아니며, 상술한 미국특허 제4,958,360호에 개시된 바와 같이 링 세그먼트를 형성하는 선택존에 기초해서 행해지지도 않는다. 대신에, 입력 신호점은 제2도에 도시된 바와 같이 이상적 콘스텔레이션 점의 소부분과 비교된다.

제2도에 도시된 이상적 콘스텔레이션 패턴(30)은, 본 발명의 실시예인 64-QAM과 관련되어 사용된다. 64-QAM의 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명은 32-QAM, 256-QAM 등의 다른 차수의 QAM에도 적용할 수 있음은 자명하다. 본 발명에 따라, 수신된 QAM신호점은 제2도의 이상적 콘스텔레이션의 빗금친 영역내에 위치한 점하고만 비교된다. 이들 점은 참조부호 38로 나타내어진다. 빗금치지 않은 영역(32)내의 점(34)은, 위상검출기로부터 출력되는 에러신호를 생성할 경우에 위상검출기(16)에 의해 사용되지 않는다. 따라서, 한가지 가능한 실현예로서, 수신 콘스텔레이션의 불사용점(34)은 2진수의 0을 출력하고, 사용점(38)은 이상적 콘스텔레이션에 대한 그 위상의 상태에 따라 "+" 또는 "-"신호를 출력할 수 있다. 또한, 사용점(38)의 에러신호는 실제값이거나, 또는 제1상태가 "+"를 나타내고, 제2상태가 "-"를 나타내며, 제3상태가 불사용점(34)을 나타내는 3상태 버퍼로부터의 출력일 수 있다.

제2도에 도시된 점(38)의 소부분은, 4개의 반지름(40, 42, 44 및 46)에 의해 교차되는 모든 점을 포함한다. 이들 반지름의 각각은, 양쪽의 인접하는 반지름과 90°의 각도를 이룬다. 도시된 실시예에서, 이들의 반지름은 각각 인접하는 X 및 Y축과 45°의 각도를 이룬다.

바람직한 실시예에서, 콘스텔레이션 패턴이 N ×N 정사각형의 점으로 이루어지고, 위상검출기(16)에 의해 사용되는 점의 소부분은, 반지름 40, 42, 44 및 46에 의해 교차되지 않는 N ×N 정사각형의 둘레를 형성하는 점을 더 포함한다. 제2도로부터 이 바람직한 실시예서는, 위상검출기(16)에 의해 고려되는 점의 소부분이 콘스텔레이션중의 40개의 점을 포함하는 것을 알 수 있다. 빗금치지 않은 영역(32)내에 존재하는 점(34)은 고려되지 않는다.

제2도는 8개의 다른 빗금친 부분(36a 내지 36h)을 도시한다. 빗금친 부분(36a, 36c, 36e 및 36g)은, 수신점을 위상검출기(16)에 기억된 이상적 콘스텔레이션 패턴에 대해 반시계방향으로 시프트할 경우, 이상적 콘스텔레이션 패턴과 적절한 위치정합을 이루기 위해, 시계방향으로 회전해야 한다는 것을 나타내는 "+"기호를 표시하고 있다. 빗금친 영역(36b, 36d, 36f 및 36h)은, 수신점이 이상적 콘스텔레이션 패턴에 대해 시계방향으로 회전할 경우, 이상적 콘스텔레이션 패턴과 적절하게 위치정합시키기 위해 반시계방향으로 회전해야 한다는 것을 나타내는 "-"기호를 포함한다.

본 발명에 따른 위상검출기(16)의 동작은, 설명만을 위해 제공된 제3도를 참조함으로써 이해될 수 있다. 제3도는, 일반적으로 반지름(42', 44' 및 46')을 따라 데이터 점을 갖는 수신 콘스텔레이션(50)을 개념적으로 나타낸다. 제3도의 사시도에는 나타나지 않은 반지름(40')을 따라 존재하는 점도 있다.

위상검출기(16)에 기억된 이상적 콘스텔레이션은 참조부호 52로 나타낸 바와 같이 개념화할 수 있다. 반송파 락(lock)상태를 달성하기 위해, 수신 콘스텔레이션(50)은, 반지름(40', 42', 44' 및 46')이 이상적 콘스텔레이션 패턴(52)의 각각의 반지름(40, 42, 44 및 46)과 정렬하도록 시계방향(+) 또는 반시계방향(-)으로 회전된다. 이것이 행해지면, 수신 콘스텔레이션(50)은 이상적 콘스텔레이션(52)과 일치할 수 있고, 이 시점에서 반송파 락상태가 달성된다.

위상검출기(16)가 수신 콘스텔레이션과 비교하는 이상적 콘스텔레이션의 점의 소부분은, 반지름(40, 42, 44 및 46)에 따른 모든 점을 포함하기 때문에, 본 발명의 반송파 회복구조는 수신신호의 이득 및/또는 반송파 루프의 이득의 변동에 영향을 받지 않는다. 따라서, 반송파 락은 상당히 넓은 범위에 걸쳐 달성할 수 있다.반송파 락은 통신로에 도입된 심한 간섭하에서도 달성될 수 있다. 본 발명의 반송파 회복구조는 또한, 수신기의 자동이득제어(AGC)회로의 변화에 영향을 받지 않는다. 따라서 수신기에서의 이득조정을 정교하게 할 필요성이 없어진다.

시험의 결과, 제2도에 도시된 점의 소부분을 사용한 반송파 회복루프는, -8dB의 에코, 200KHz의 주파수 드리프트 및 -20dB의 I-Q 누화가 있는 상태에서도 주파수 스캐닝을 행하지 않고 직접 락할 수 있다. 이러한 성능에 의해, 반송파 회복루프는 적응형 이퀄라이저로부터 분리될 수 있어, 시스템의 설계가 단순화된다. 트랙킹이 향상되어, 반송파 회복시스템의 위상노이즈 요건이 완화된다. 이에 따른 수신기는, 통신채널상의 노이즈 및 간섭에 대해 보다 우수하며, 선행기술보다 많은 주파수 드리프트를 허용할 수 있다.

본 발명이 데이터를 콘스텔레이션 패턴의 고정점을 근사화한 점으로 반송하는 디지털 변조 반송파를 회복 및 트랙킹하기 위한 방법 및 장치를 제공함은 자명하다. 설명을 위해 64-QAM의 실시예에 대해 기술했지만, 다른 차수의 QAM도 본 발명에 따른 장점을 얻을 수 있다. 적어도, 선택된 반지름(예컨데, 콘스텔레이션 패턴의 대각선)에 따른 점은, 반송파 회복 및 트랙킹 처리중에 반송파 회복루프의 위상검출기에 의해 사용된다. QAM 콘스텔레이션의 둘레에 따른 추가의 점도, 위상검출기에 의해 고려되는 점의 소부분에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 위상검출기는 수신되는 반송파를 회복 및 트랙킹하기 위해 사용되는 점의 소부분을 갖는 룩업테이블(lookup table)을 유지한다. 룩업테이블에 의해 형성된 템플릿(template)에 의해 정확한 정합(즉, 반송파 락)이 달성될 때까지 에러신호를생성하는 것이 가능해진다.

본 발명은 특정한 실시예에 대해서만 설명하였으나, 본 발명의 특허청구범위의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 응용 및 변형이 있을 수 있음은 당 분야에 숙련된 지식을 가진 자에게는 명백하다.

제1도는 본 발명에 따른 위상검출기를 구비한 장치의 블럭도,

제2도는 본 발명에 따른 반송파 회복의 기초가 되는 점의 여러가지 소부분을 나타낸 64-QAM 콘스텔레이션 패턴의 예시도,

제3도는 본 발명의 신호점 상관관계를 설명하기 위한 예시도이다.

Claims

수직의 X 및 Y축의 원점에 대칭적으로 위치한 콘스텔레이션 패턴의 고정점에 근사화되는 점으로 데이터를 반송하는 디지털 변조 반송파를 회복하기 위한 방법에 있어서,

상기 콘스텔레이션 패턴상의 고정점의 약 75% 이하의 소부분을 정의하는 단계와,

상기 반송파를 매개로 수신된 데이터 점을 상기 소부분의 고정점과 상관시키는 단계,

상기 소부분의 고정점과 이와 상관된 수신 데이터 점간의 위상차를 표시하는 에러신호를 생성하는 단계 및,

상기 반송파를 회복하기 위해 상기 위상차를 트랙킹하도록 상기 에러신호를 피드백으로 사용하는 단계를 구비하여 이루어지며,

상기 콘스텔레이션 패턴은 N × N 정사각형의 점으로 이루어지고, 상기 소부분은 상기 원점으로부터 확장하는 n개의 반지름에 의해 교차되는 모든 점을 포함하고, 상기 점은 상기 정사각형의 둘레를 형성하지만 상기 원점으로부터 확장하는 상기 반지름에 의해 교차되지 않으며, 상기 각 반지름은 양쪽의 인접한 반지름간에 360°/n의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, n=4이고, 상기 4개의 반지름은 정사각형의 대각선을 따라확장하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 콘스텔레이션은 64-QAM 콘스텔레이션인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, n=4이고, 상기 4개의 반지름은 정사각형의 대각선을 따라 확장함으로써, 상기 소부분은 상기 원점에 대칭적으로 위치한 64-QAM 콘스텔레이션의 40개의 점을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
수직의 X 및 Y축의 원점에 대칭적으로 위치한 콘스텔레이션 패턴의 고정점에 근사화되는 점으로 데이터를 반송하는 디지털 변조 반송파를 회복하기 위한 장치에 있어서,

상기 반송파를 수신하도록 결합된 입력을 갖고, 상기 반송파를 트랙킹하기 위해 상기 반송파를 매개로 수신된 데이터 점과 상기 콘스텔레이션 패턴의 고정점간의 위상차를 표시하는 위상 에러신호에 응답하는 위상락루프와,

상기 콘스텔레이션 패턴의 고정점의 약 75% 이하의 소부분과 수신 데이터 점을 비교함으로써 상기 위상에러를 결정하기 위한 상기 위상락루프내의 위상검출기를 구비하여 구성되며,

상기 콘스텔레이션 패턴은 N × N 정사각형의 점으로 이루어지고, 상기 소부분은 상기 원점으로부터 확장하는 n개의 반지름에 의해 교차되는 모든 점을 포함하고, 상기 점은 상기 정사각형의 둘레를 형성하지만 상기 원점으로부터 확장하는 상기 반지름에 의해 교차되지 않으며, 상기 각 반지름은 양쪽의 인접한 반지름간에 360°/n의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, n=4이고, 상기 4개의 반지름은 정사각형의 대각선을 따라 확장하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 콘스텔레이션은 64-QAM 콘스텔레이션인 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, n=4이고, 상기 4개의 반지름은 정사각형의 대각선을 따라 확장함으로써, 상기 소부분은 상기 원점에 대칭적으로 위치한 64-QAM 콘스텔레이션의 40개의 점을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.