KR100399267B1 - 변환발진신호가분수n-위상-시프트제어루프에의해합성되는전송방법 - Google Patents

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Abstract

전송 방법에 있어서, 입력 신호로부터 형성된 전송 신호는 수신 유니트로 전송되고 발진 신호에 의해 출력 신호로 변환된다. 전송 신호의 출력 신호로의 변환은 출력 신호가 그 주파수 위치에 따라 발진 신호의 위상 잡음에 의해 상이한 정도로 왜곡되는 수신 기술로 행해진다. 발진 신호는 기준 주파수가 두 개의 합성가능한 발진 주파수 사이의 최소 가능 주파수 분리를 나타내는 래스터 주파수의 정수배와 동일한 기준 신호로부터 분수 N 위상 동기 루프에 의해 합성된다. 발진 신호의 주파수 스펙트럼의 가상 라인의 형태로 발생하는 위상 잡음은 출력 신호에 대하여 왜곡 영향을 미치지 않거나 최소한 아주 미미한 왜곡 영향을 미치는 주파수 범위에서 래스터 주파수를 적절히 선택함으로써 놓여진다.

Description

변환 발진 신호가 분수 Ｎ-위상-시프트 제어 루프에 의해 합성되는 전송 방법
이러한 전송 방법은 일반적으로 오디오 방송 신호를 전송하기 위한 오디오 방송에 사용된다. 입력신호로부터 형성되는 변조된 전송 신호는 이러한 목적을 위하여 상기 전송신호를 출력신호로 변환시키는 수신 유니트에 전송된다. 수신 유니트에서, 전송 신호의 주파수 변환은 발진기 신호의 발진 주파수에 의해 이루어진다. 출력신호의 품질, 즉 입력신호와 비교할 때의 신호 전송에 기인한 출력신호의 왜곡은 발진기 신호의 위상 잡음 양에 크게 의존한다. 예를 들면 수정 발진기와 같은 고품질 발진기 유니트에서, 발진기 신호가 저위상 잡음에 의해 발생될 수 있다 하더라도, 발진기 신호의 발진 주파수는 서로 상이한 값 사이에서 스위칭될 수 없으며 그로인해 이러한 종류의 발진기 유니트와 수신 유니트에서는 어떠한 채널 선택도 가능하지 않게 된다.
발진 주파수가 주파수 래스터(raster)의 상이한 값 사이에서 스위칭될 수 있는 발진기 신호를 발생하기 위한 일반적인 방법은 위상 동기 루프의 사용과 관련된다. 이 방법에서, 발진 주파수는 기준 주파수로부터 위상 잡음이 낮게 유도된다. 여기서, 발진 주파수는 기준 주파수의 배수인 주파수 스텝(step)에서 스위칭될 수 있다. 저잡음 기준신호가 사용된다 할지라도, 위상 잡음을 포함하는 신호가 발진 신호로서 얻어진다. 위상 잡음은 출력신호를 교란시키는 영향을 미치기 때문에, 위상 동기 루프로부터 시작하는 이 위상 잡음은 낮게 유지되어야 한다. 높은 기준 주파수를 선택함으로써만 충족될 수 있는 이러한 요건 때문에, 위상 동기 루프의 적용 영역은 제한되는데, 그 이유는 높은 기준 주파수로 동작할 때만 넓은 주파수 스텝에서 발진 주파수를 스위칭시킬 수 있기 때문이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 간단하고 저렴한 비용으로 구현될 수 있고 발진 신호의 발진 주파수가 상이한 값 사이에서 빠르게 그리고 좁은 주파수 스텝에서 스위칭될 수 있으며 발진 신호의 위상 잡음 특성이 출력신호에 대하여 유리하게 달성되는 특허청구범위 제 1항의 전문에 따른 기술을 제공하는 것이다.
상기 목적은 특허청구범위 제 1항의 특징부에 의해 해결된다. 유리한 구성 및 다른 이점들은 종속항에 기술되어 있다.
본 발명에 따르면, 수신 기술은 발진기 신호의 주파수 스펙트럼으로부터의 위상 잡음이 그 주파수 위치에 따라 상이하게 평가되는, 즉 출력신호가 위상 잡음의 주파수 위치에 따라 발진기 신호로부터의 위상 잡음에 의해 상이한 정도로 교란되는, 전송신호를 출력신호로 변환하는데 사용된다. 이러한 수신 기술의 특성은 출력신호의 품질에 대하여 발진기 신호에서의 스펙트럼 위상 잡음의 영향을 나타내는소위 위상 잡음 가중(weighting) 함수에 의해 기술된다. 그러므로 위상 잡음 가중 함수는 발진기 신호에서 위상 잡음에 의해 발생된 출력신호의 왜곡에 대한 척도이다. 발진기 신호는 분수 N 위상 동기 루프를 통해 특정 기준 주파수를 갖는 기준 신호로부터 합성되며, 발진기 신호의 발진 주파수와 기준 신호의 기준 주파수 사이의 비율은 유리수이다. 즉, 기준 주파수는 유리수 주파수 변환 인자만큼 발진 주파수보다 작다. 그 결과, 분수 N 위상 동기 루프는 발진 주파수를 정수 분할 인자만큼 기준 주파수보다 작은 주파수 래스터로부터 합성시킨다. 래스터 주파수는 주파수 래스터에서 두 인접한 주파수 사이의 주파수 간격을 의미한다. 유리수 주파수 변환 인자 때문에, 발진 신호는 주파수 위치가 래스터 주파수에 의해 결정되는 여러개의 스퓨리어스(spurious) 라인을 갖는 주파수 스펙트럼을 갖는다. 본 발명에 따르면, 발진신호로부터의 위상 잡음을 나타내는 상기 스퓨리어스 라인은 래스터 주파수의 적당한 선택에 의하여 출력신호의 위상 잡음 가중 함수의 주파수에 대한 관계 때문에 출력신호를 교란시키지 않는 주파수 영역에 놓여진다.
바람직하게는, 본 방법은 위상 잡음 가중 함수가 여러개의 제로값을 갖는, 즉 위상 잡음 가중 함수가 제로값이며 그중 적어도 일부는 특정 주파수 래스터에 포함되는 주파수를 수신하는 기술로서 사용된다. 래스터 주파수는 발진신호의 주파수 스펙트럼으로부터의 스퓨리어스 라인이 위상 잡음 가중 함수의 제로값과 일치하도록 선택된다.
그것들은 통합될 수 있으며 간단하고 비용이 저렴하게 구현될 수 있기 때문에, 수신 유니트 및 분수 N 위상 동기 루프는 공보 "유럽 통신 표준 ETS 300 401"로부터 공지된 디지털 오디오 방송 시스템(DAB)에 사용되는 것과 같은 무선 설비에 이상적이다. 이러한 오디오 방송 시스템에서, 소위 COFDM(코딩된 직교 주파수 분할 멀티플렉스) 기술이 사용된다. 이것은 전송신호가 복수의 등거리 부반송파로 수신 유니트에 전송되는 다중반송파 기술이다. 이 오디오 방송 시스템에서, 전송신호의 출력신호로의 변환은 상기한 위상 잡음 가중 함수를 유발한다.
본 발명은 변조된 전송 신호가 입력 신호로부터 형성되고 전송 신호는 수신 유니트로 전송되어 출력 신호로 변환되고, 주파수 변환은 발진 신호의 발진 주파수에 의해 수신 유니트에서 수행되는 전송 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기술을 실시하기 위한 시스템의 실시예로서 디지털 오디오 방송 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 분수 N 위상 동기 루프로부터 공급된 발진 신호의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 수신 유니트의 위상 잡음 가중 함수를 도시한다.
도 1에 따르면, 디지털 신호는 COFDM 또는 OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉스) 기술을 이용하여 디지털 신호를 전송신호로 변환시키는 전송 유니트 S에 입력신호 e로서 공급된다. 이 프로세스에서, 입력신호는 코딩되고 변조되며 전송신호 m으로서 주파수변환되며, 전송 주파수 래스터에 포함된 여러개의 부반송파를 갖는 다중반송파 신호를 얻는다.
전송신호 m은 전송 유니트 S의 전송 안테나 SANT를 통하여 수신 유니트 E의 수신 안테나 EANT로 전송되고 OFDM 이나 COFDM 기술에 의해 출력신호로 변환된다. 동시에, 전송신호 m은 발진신호 o로 주파수변환된다. 연속적인 신호처리를 통하여,전송시에 어떤 결함이 없다면 입력신호 e와 동일한 디지털 신호를 출력신호 a로서 얻는다.
발진신호 o는 분수 N 위상 동기 루프 PLL에 의해 기준신호 r로부터 발생된다. 이 분수 N 위상 동기 루프는 위상 검출기 PD, 루프 필터 SF, 전압제어 발진기 VCO, 주파수 분할기 FT 및 분할기 제어 유니트 TS로 이루어진다. 위상 검출기 PD는 기준신호 r과 주파수 분할기 FT를 이용하여 주파수 분할에 의해 발진신호 o로부터 형성된 분할신호 t를 비교하고, 두 신호사이의 위상차에 의존하며 평활된 제어신호 p'로서 저역필터의 형태로 제공된 루프 필터 SF를 통하여 전압제어 발진기 VCO로 공급된다. 전압제어 발진기 VCO로부터 공급된 발진신호 o의 주파수(발진주파수 fo)는 주파수 분할기 FT를 통한 피드백으로 인한 기준신호 r의 주파수에 비례하는 값으로 설정된다. 발진주파수 fo에 대해서는, fo= fr·F가 적용되며, 여기서 F는 분수 N 위상 동기 루프 PLL의 주파수 변환 인자이다. 이 주파수 변환 인자 F는 유리수이다. 즉, 분할기 제어 유니트 TS에 의해 제어되며, 주파수 분할기 FT의 분할비에 의해 얻어지는 분수는 두 정수 사이, 예를 들면 제 1 값 N과 1의 양만큼 더 큰 제 2 값 N+1사이에서 적절히 스위칭된다. 그것은 F = N + K/M의 형태로 지정되며, 여기서 N은 정수부이고 K/M은 주파수 변환 인자 F의 분수부이다. 발진 주파수 fo는 래스터 주파수 fd나 래스터 주파수 fd의 정수배만큼 일정한 간격을 유지하고 있는 값 사이에서 스위칭될 수 있으며, 여기서 래스터 주파수 fd는 정수 분할 인자 M으로나타난 양만큼 기준주파수 fr보다 작다. 분수 K/M의 분자 K는 M 주파수 분할동안 주파수 분할이 제 1값 N 및 제 2 값 N+1에 의해 얼마나 많이 발생하는지를 나타낸다. 정수부 N, 분수 K/M의 분자 K, 및 분할 인자 M에 대하여, 각각 정수값을 예상할 수 있으며, 다음 조건이 적용된다:
N≥1, M≥2, M>K≥0.
도 2에 도시된 바와 같이, 스퓨리어스 라인 s-4,....s6은 발진신호 o의 주파수 스펙트럼 FPLL(f)에서 발생한다. 발진신호 o의 주파수 래스터에 포함되며, 즉 주파수 f-4... f6이 래스터 주파수 fd의 정수배만큼 발진 주파수 fo로부터 간격져 있으며 발진 주파수 fo에서 유효신호라인 lo와 비교하여 발진신호 o의 잡음 플로어(floor) sR에 겹쳐진 위상 잡음의 특히 높은 양을 나타내는, 스퓨리어스 라인 s-4,....s6은 출력신호 a를 상당히 왜곡시킬 수 있다. 스퓨리어스 라인 s-4,....s6의 크기가 루프 필터 SF의 더 작은 루프 대역폭을 선택함으로써 감소될 수 있다 하더라도, 이 측정은 앞으로의 예에서 실시될 수 없는데 그 이유는 특정 주파수 범위에서 바람직하지 못한 양만큼 증가하는 발진신호 o의 잡음 플로어 sR를 발생시키기 때문이다.
출력신호 a와 위상 잡음의 양 사이의 관계는 출력신호 a의 품질, 예를 들면 비트 에러율(즉, 전송된 비트 장소의 수에 관한 출력신호 a에서의 부정확한 비트 장소의 수)에 대하여 발진신호 o의 스펙트럼 위상 잡음의 영향을 한정하는 위상 잡음 가중 함수 H(f)의 도움으로 기술될 수 있다.
도 3은 전송신호 m의 부반송파에 사용되는 수신기술에서 얻어지는 수신 유니트 E의 위상 잡음 가중 함수 H(f)를 도시한다. 그 값은 다음과 같은 형식으로 주어질 수 있다:
여기서 f는 관련된 위상 잡음 양의 주파수를 나타내며, fu는 관련된 부반송파의 주파수이며, fc는 주파수 변환후에 수신 유니트 E에서 수행되는 샘플링의 샘플링율이며, NFFT는 수신 유니트 E에서 샘플링후에 고속 푸리에 변환이 수행되는 샘플링 값의 수이며, D는 가드(guard) 간격이다. 수치값에서, 예를 들면 fc=2.048 MHz, NFFT=2048, D=246㎲ 또는 fc=2.048 MHz, NFFT=512 및 D=61.5㎲를 선택할 수 있다.
부반송파의 주파수 fu에 대칭인 위상 잡음 가중 함수 H(f)는 다수의 제로값 n-3... n8,N-2... N9를 가지며, 제로값 N-2... N9는 차 주파수 df=fc/NFFT의 정수배만큼 부반송파의 주파수 fu보다 크거나 작다. 즉, 제로값 N-2... N9는 제로값의 주파수 래스터에 포함된다.
위상 잡음 가중 함수 H(f)는 제로값 N-2... N9중 하나에 포함되며 위상 잡음으로서 발진 신호 o의 잡음 플로어 sR에 겹치는 스퓨리어스 라인 s-4... s6이 수신기술, 즉 수신 유니트 E에 의해 평가되지 않는 것을 설명하며, 그러므로 출력신호 a의 왜곡을 초래하지 않는다. 출력신호 a에 대하여 주파수 스펙트럼 FPLL(f)으로부터 스퓨리어스 라인 s-4... s6의 영향을 최소화하기 위하여, 발진신호 o의 주파수 래스터는 스퓨리어스 라인 s-4... s6의 주파수 f-4... f-1, f1...f6가 위상 잡음 가중 함수 H(f)의 제로값의 주파수 래스터로부터 제로값 N-2... N9의 일부와 일치하도록, 래스터 주파수 fd를 적절히 선택함으로써, 즉 기준 주파수 fr및 분할 인자 M을 적절히 선택함으로써 설정된다. 이것은 예를 들면, fd=L·df를 선택함으로써 달성되며 L은 정수이다. 이 요건은 발진 신호 o의 래스터 주파수 fd가 전송신호 m의 두 인접한 부반송파 사이의 주파수 간격의 정수배와 동일하게 될 경우에 충족된다. 이러한 방법으로, 발진신호 o의 주파수 스펙트럼 FPLL(f)으로부터의 스퓨리어스 라인 s-4... s6은 비트 에러율을 증가시키지 않거나, 최소한 실제로 출력신호 a를 교란시키지 않는, 실제로는 항상 발생하는 주파수 편위로 인해 최소범위까지만 증가시킨다.
높은 기준 주파수 fr를 선택함으로써, 발진 신호 o의 잡음 플로어 sR은 특히 본 예에서 제로값 N-1및 N1로 제한되는 위상 잡음 가중 함수 H(f)의 임계 범위에서 낮은 레벨로 유지된다.

Claims (6)

  1. 변조된 전송 신호(m)가 입력 신호(e)로부터 형성되고 상기 전송 신호(m)는 수신 유니트(E)로 전송되어 출력 신호(a)로 변환되고, 발진 신호(o)의 발진 주파수(fo)를 통한 주파수 변환이 상기 수신 유니트(E)에서 수행되며, 상기 발진 신호(o)가 기준 신호(r)로부터 분수-N-위상-동기 루프(PLL)에 의해 합성되며, 상기 기준 신호(r)의 기준 주파수(fr)가 두 개의 합성가능한 발진 주파수(fo)간의 최소 주파수 간격을 나타내는 래스터 주파수(fd)의 정수배인 전송 방법에 있어서,
    - 상기 전송 신호(m)를 상기 출력 신호(a)로 변환하기 위하여, 상기 출력 신호(a)의 품질에 대한 발진 신호(o)의 스펙트럼 위상 잡음의 영향을 나타내는 위상 잡음 가중 함수(H(f))가 제로값(n-3... n8, N-2... N9)을 포함하며, 상기 제로값 중 적어도 일부는 특정된 제로값 주파수 래스터에 놓이는 수신 방법을 이용하며;
    - 상기 위상 잡음 함수는,
    로 주어지며, 상기 f는 관련된 위상 잡음 양의 주파수를 나타내며, 상기 fu는 관련된 부반송파의 주파수이며, 상기 fc는 주파수 변환후에 상기 수신 유니트 E에서 수행되는 샘플링의 샘플링율이며, 상기 NFFT는 상기 수신 유니트 E에서 샘플링후에 고속 푸리에 변환이 수행되는 샘플링 값의 수이며, 상기 D는 가드(guard) 간격이며; 및
    - 상기 래스터 주파수(fd)는 발진 신호(o)의 주파수 스펙트럼(FPLL(f))에서 스퓨리어스(spurious) 라인(s-4... s6)으로서 발생하는 발진 신호(o)의 위상 잡음이 출력 신호(a)에 대하여 왜곡 영향을 미치지 않거나 또는 최소한 미미한 왜곡 영향을 미치는 주파수 범위(N-2... N9)에 놓이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 래스터 주파수(fd)는 상기 발진 신호(o)의 주파수 스펙트럼(FPLL(f))으로부터의 스퓨리어스 라인(s-4... s6)이 상기 제로값의 주파수 래스터로부터의 상기 제로값(N-2... N9)중 적어도 일부와 일치하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전송 방법은 방송 신호를 전송하기 위하여 디지털 방송 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전송 신호(m)는 여러개의 등거리로 간격진 부반송파를 갖는 다중반송파로서 수신 유니트(E)에 전송되는 것을 특징으로하는 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전송 신호(m)를 형성하기 위하여 OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉스) 또는 COFDM(코딩된 OFDM) 기술이 사용되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 발진 신호(o)의 래스터 주파수(fd)는 상기 전송 신호(m)의 두 개의 인접한 부반송파 사이의 주파수 간격의 정수배와 동일하게 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
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