KR100441196B1 - 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 M 진 직교 진폭 변조(M-ary QAM) 방식에서의 심볼 변화 시점에 위상과 진폭을 연속으로 처리하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치에 관한 것으로,
본 발명의 특징은, I-채널에 여현파 가중치 함수를 곱하는 제1승산기와, 상기 제1승산기에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 여현파를 곱하는 제2승산기와, Q-채널에 심볼 지속 시간의 소정시간 만큼 지연시키는 지연기와, 상기 Q-채널에 정현파 가중치 함수를 곱하는 제3승산기와, 상기 제3승산기에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 정현파를 곱하는 제4승산기 및 상기 제2승산기 및 상기 제4승산기에서 각각 출력되는 신호를 더하는 가산기를 포함하는 연속 위상 직교 변조기와, 상기 I-채널에 상기 반송 주파수의 여현파를 곱하는 제5승산기와, 상기 제5승산기에서 전송되는 신호에 여현파 가중치 함수를 곱하는 제6승산기와, 상기 제6승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분하는 제1적분기및샘플러와, 상기 Q-채널에 상기 반송 주파수의 정현파를 곱하는 제7승산기와, 상기 제7승산기에서 전송되는 신호에 정현파 가중치 함수를 곱하는 제8승산기와, 상기 제8승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분하는 제2적분기및샘플러를 포함하는 연속 위상 직교 복조기로 구성하는데 있다.
이와 같이, 본 발명은 직교 진폭 변조 신호의 심볼 변화 시기에 위상과 진폭 변화를 연속으로 만들게 되며, 이는 시스템 전체의 스펙트럼 효율을 개선시키고,부엽(Side-lobe)의 롤-오프(Roll-off)를 빠르게 가져가 인접 채널 간섭을 줄일 수 있으며, 전력증폭기의 부담을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치{Apparatus for continuous phase quadrature amplitude modulation and demodulation}
본 발명은 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 M 진 직교 진폭 변조(M-ary QAM) 방식에서의 심볼 변화 시점에 위상과 진폭을 연속으로 처리하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 직교 진폭 변조 또는 직교 진폭 복조 방식은 심볼 변화 시기에 위상이 불연속이기 때문에 스펙트럼 효율 면에서 부엽(side-lobe)이 빨리 떨어지지 않아서 인접 채널 간섭(adjacent channel interference)의 중요한 요인이 되며, 또한 심볼 변화 시기에 진폭도 불연속이기 때문에 전력 증폭기가 이를 빠르게 따라가야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 직교 진폭 변조 신호의 심볼 변화 시기에 위상을 연속으로 하여 스펙트럼 효율을 개선시키는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 부엽의 롤-오프(roll-off)를 빠르게 가져가 인접 채널 간섭을 줄일 수 있는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 심볼 변화 시기에 진폭 변화도 연속으로 하여 전력 증폭기의 부담을 줄이는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연속 위상 직교 진폭 변조기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 연속 위상 직교 진폭 복조기의 구성도,
도 3은 도 1에 도시된 연속 위상 직교 진폭 변조기에 의한 출력신호 파형도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 신호맵퍼(Signal Mapper) 110 : 제1승산기
120 : 제2승산기 130 : 지연기
140 : 제3승산기 150 : 제4승산기
160 : 제1오실레이터 170 : 제1위상쉬프터
180 : 제2오실레이터 190 : 제2위상쉬프터
200 : 가산기 210 : 제5승산기
220 : 제6승산기 230 : 제1적분기및샘플러
240 : 제1판정기 250 : 제7승산기
260 : 제8승산기 270 : 제2적분기및샘플러
280 : 제2판정기 290 : PLL
300 : 제3위상쉬프터 310 : 클럭발생기
320 : 제4위상쉬프터 330 : 제2오실레이터
340 : 신호디맵퍼
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, I-채널에 여현파 가중치 함수를 곱하는 제1승산기와, 상기 제1승산기에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 여현파를 곱하는 제2승산기와, Q-채널에 심볼 지속 시간의 소정시간 만큼 지연시키는 지연기와, 상기 Q-채널에 정현파 가중치 함수를 곱하는 제3승산기와, 상기 제3승산기에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 정현파를 곱하는 제4승산기 및 상기 제2승산기 및 상기 제4승산기에서 각각 출력되는 신호를 더하는 가산기를 포함하는 연속 위상 직교 변조기와, 상기 I-채널에 상기 반송 주파수의 여현파를 곱하는 제5승산기와, 상기 제5승산기에서 전송되는 신호에 여현파 가중치 함수를 곱하는 제6승산기와, 상기 제6승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분하는 제1적분기및샘플러와, 상기 Q-채널에 상기 반송 주파수의 정현파를 곱하는 제7승산기와, 상기 제7승산기에서 전송되는 신호에 정현파 가중치 함수를 곱하는 제8승산기와, 상기 제8승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분하는 제2적분기및샘플러를 포함하는 연속 위상 직교 복조기로 구성하는데 있다.
바람직하게, 바이너리 데이터를 입력하여 상기 I-채널 및 상기 Q-채널를 분리하여 상기 제1승산기 및 상기 지연기로 각각 출력하는 신호맵퍼를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 여현파 가중치 함수를 출력하는 제1오실레이터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1오실레이터에서 출력되는 상기 여현파 가중치 함수를 90도 위상 쉬프트하여 상기 정현파 가중치 함수를 출력하는 제1위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 여현파 가중치 함수는임을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 반송 주파수의 여현파는임을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 소정시간은 상기 심볼 지속 시간의 1/2 만큼 지연된 시간임을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 반송 주파수의 여현파를 출력하는 제2오실레이터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2오실레이터에서 출력되는 상기 반송 주파수의 여현파를 90도 위상 쉬프트하여 상기 반송 주파수의 정현파를 출력하는 제2위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 정현파 가중치 함수는임을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 반송 주파수의 정현파는임을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연속 위상 직교 변조기에서 전송되는 수신신호의 위상을 제어하는 PLL(Phase Locked Loop)을 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 PLL로부터 전송되는 신호를 받아 소정시간의 클럭사이클을발생하는 클럭발생기를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 PLL로부터 전송되는 상기 반송 주파수의 여현파를 90도 위상 시프트하여 상기 반송 주파수의 정현파를 발생하는 제3위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 클럭발생기에서 발생된 상기 클럭사이클을 받아 상기 여현파 가중치 함수를 출력하는 제2오실레이터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2오실레이터에서 출력되는 상기 여현파 가중치 함수를 90도 위상 쉬프트하여 상기 정현파 가중치 함수를 출력하는 제4위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1적분기및샘플러에서 출력되는 적분신호를 판정하는 제1판정기를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2적분기및샘플러에서 출력되는 적분신호를 판정하는 제2판정기를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1판정기 및 상기 제2판정기에서 각각 출력되는 신호를 받아 바이너리 데이터를 출력하는 신호디맵퍼를 더 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연속 위상 직교 진폭 변조기의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 연속 위상 직교 진폭 복조기의 구성도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 연속 위상 직교 진폭 변조기는신호맵퍼(Signal Mapper)(100), 제1승산기(110), 제2승산기(120), 지연기(130), 제3승산기(140), 제4승산기(150), 제1오실레이터(160), 제1위상쉬프터(170), 제2오실레이터(180), 제2위상쉬프터(190) 및 가산기(200)를 포함하며, 연속 위상 직교 진폭 복조기는 제5승산기(210), 제6승산기(220), 제1적분기및샘플러(230), 제1판정기(240), 제7승산기(250), 제8승산기(260), 제2적분기및샘플러(270), 제2판정기(280), PLL(Phase Locked Loop)(290), 제3위상쉬프터(300), 클럭발생기(310), 제4위상쉬프터(320), 제2오실레이터(330), 신호디맵퍼(Signal Demapper)(340)를 포함한다.
제1승산기(110)는 I-채널에 여현파 가중치 함수를 곱하며, 제2승산기(120)는 제1승산기(110)에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 여현파를 곱한다. 지연기(130)는 Q-채널에 심볼 지속 시간의 1/2 만큼 지연된 시간 만큼 지연시키며, 제3승산기(140)는 Q-채널에 정현파 가중치 함수를 곱한다. 제4승산기(150)는 제3승산기(140)에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 정현파를 곱하며, 가산기(200)는 제2승산기(120) 및 제4승산기(150)에서 각각 출력되는 신호를 더한다. 이때, 신호맵퍼(100)는 바이너리 데이터(Binary Data)를 입력하여 I-채널 및 상기 Q-채널를 분리하여 제1승산기(110) 및 지연기(130)로 각각 출력하며, 제1오실레이터(160)는 여현파 가중치 함수를 출력한다. 또한, 제1위상쉬프터(170)는 제1오실레이터(160)에서 출력되는 여현파 가중치 함수를 90도 위상 쉬프트하여 정현파 가중치 함수를 출력하며, 제2오실레이터(180)는 반송 주파수의 여현파를 출력하고, 제2위상쉬프터(190)는 제2오실레이터(180)에서 출력되는 반송 주파수의 여현파를90도 위상 쉬프트하여 반송 주파수의 정현파를 출력한다.
상술한 여현파 가중치 함수는이고, 반송 주파수의 여현파는이며, 정현파 가중치 함수는이고, 반송 주파수의 정현파는이다.
한편, 제5승산기(210)는 I-채널에 반송 주파수의 여현파를 곱하며, 제6승산기(220)는 제5승산기(210)에서 전송되는 신호에 여현파 가중치 함수를 곱한다. 제1적분기및샘플러(230)는 제6승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분한다. 제7승산기(250)는 Q-채널에 반송 주파수의 정현파를 곱하며, 제8승산기(260)는 제7승산기(250)에서 전송되는 신호에 정현파 가중치 함수를 곱한다. 제2적분기및샘플러(270)는 제8승산기(260)에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분한다. PLL(Phase Locked Loop)(290)은 전송되는 수신신호의 위상을 제어하며, 클럭발생기(310)는 PLL(290)로부터 전송되는 신호를 받아 소정시간의 클럭사이클을 발생한다. 또한, 제3위상쉬프터(300)는 PLL(290)로부터 전송되는 반송 주파수의 여현파를 90도 위상 시프트하여 반송 주파수의 정현파를 발생하며, 제2오실레이터(330)는 클럭발생기(310)에서 발생된 클럭사이클을 받아 여현파 가중치 함수를 출력하고, 제4위상쉬프터(320)는 제2오실레이터(330)에서 출력되는 여현파 가중치 함수를 90도 위상 쉬프트하여 정현파 가중치 함수를 출력한다. 제1판정기(240)는 제1적분기및샘플러(230)에서 출력되는 적분신호를 판정하며, 제2판정기(280)는 제2적분기및샘플러(270)에서 출력되는 적분신호를 판정하고, 신호디맵퍼(340)는 제1판정기(240) 및 제2판정기(280)에서 각각 출력되는 신호를 받아 바이너리 데이터를 출력한다.
보다 상세하게 설명하면, 도 1의 연속 위상 직교 진폭 복조기를 이용하면, M진 직교 진폭 변조에서 보내고자 하는비트 직렬 신호는 매핑 테이블로부터 해당 직교 진폭 변조 신호에 매핑된 후비트로 나누어져 각각 I-채널과 Q-채널로 할당된다. 먼저 I-채널 신호는의 여현파 가중치 함수로 펄스 성형된 후 반송주파수()의 여현파()로 변조된다. 여기에서는 심볼 지속 시간이다.
이와는 달리 Q-채널 신호는 심볼 지속 시간의 1/2 만큼의 시간을 지연시키는 지연기(130)를 통하여 I-채널과만큼의 시간 오프셋을 가지게 되며 시간 지연된 신호는의 정현파 가중치 함수로 펄스 성형된 후 반송주파수()의 정현파()로 변조된다. 변조된 I-채널과 Q-채널 신호는 가산기(200)에서 서로 더하여져 채널을 통하여 전송되게 된다. 이와 같은 과정을 통하여 최종 출력되는 신호(M-CPQAM신호)는 M 진 직교 진폭 변조 방식의 문제점인 심볼 변화 시기에 위상과 진폭이 불연속이 되는 것을 위상과 진폭을 연속으로 하여 주파수 스펙트럼 효율을 증대시키고 전력증폭기(도시되지 않음)의 부담을 줄일 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 연속 위상 직교 진폭 복조기를 이용하면, 채널을 통하여 함께 전송된 여현신호와 정현신호는 두신호가 각각 직교(Orthogonal)하기 때문에 다시 I-채널과 Q-채널을 통하여 복원이 가능하다. 먼저 I-채널에 대하여 반송주파수의 여현파()를 곱하는 제5승산기(210)와,의 정현파 가중치 함수를 곱하는 제6승산기(220)로 승산된 후 이를 심볼 지속 시간동안 적분하는 제1적분기및샘플러(230)를 거처 심볼 시간의 정수배의 시간마다 샘플링되어 Q-채널에 해당하는 기저대역 신호로 복원된 후 제1판정기(240)를 통하여 해당 심볼을 판정하게 된다. 복원된 I-채널과 Q-채널 신호는 매핑테이블로부터 원래의 신호로 결정된다.
도 3은 도 1에 도시된 연속 위상 직교 진폭 변조기에 의한 출력신호 파형도로서, 16-직교 직폭 변조 신호에 대하여 시뮬레이션한 결과이다. (3,-3),(1.-1),(3,1),(1,-1)의 심볼이 16-연속 위상 직교 진폭 변조 신호로 주어졌을 때 심볼 변화 시기인 4의 배수 시간에서 위상과 진폭이 연속이 됨을 보여준다. 또한, 본 발명은 M 진 정방형(Square) 직교 진폭 변조에만 국한되지 아니하며, 임의의 사각형(Rectangular) 직교 진폭 변조에도 적용 가능하고, 디지털 방송에서 제안되고 있는 계층(Hierarchical) 직교 진폭 변조 방식에도 적용 가능하다. 또한, 그 이외의 모든 I-Q 변조를 사용하는 시스템에 적용 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
결국, 본 발명에 의한 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치에 따르면 다음과 같은 이점이 발생한다.
즉, 직교 진폭 변조 신호의 심볼 변화 시기에 위상과 진폭 변화를 연속으로만들게 되며, 이는 시스템 전체의 스펙트럼 효율을 개선시키고, 부엽(Side-lobe)의 롤-오프(Roll-off)를 빠르게 가져가 인접 채널 가넙을 줄일 수 있으며, 전력증폭기의 부담을 줄일 수 있다.

Claims (19)

  1. I-채널에 여현파 가중치 함수를 곱하는 제1승산기와, 상기 제1승산기에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 여현파를 곱하는 제2승산기와, Q-채널에 심볼 지속 시간의 소정시간 만큼 지연시키는 지연기와, 상기 Q-채널에 정현파 가중치 함수를 곱하는 제3승산기와, 상기 제3승산기에서 출력되는 신호에 반송 주파수의 정현파를 곱하는 제4승산기 및 상기 제2승산기 및 상기 제4승산기에서 각각 출력되는 신호를 더하는 가산기를 포함하는 연속 위상 직교 변조기와,
    상기 I-채널에 상기 반송 주파수의 여현파를 곱하는 제5승산기와, 상기 제5승산기에서 전송되는 신호에 여현파 가중치 함수를 곱하는 제6승산기와, 상기 제6승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분하는 제1적분기및샘플러와, 상기 Q-채널에 상기 반송 주파수의 정현파를 곱하는 제7승산기와, 상기 제7승산기에서 전송되는 신호에 정현파 가중치 함수를 곱하는 제8승산기와, 상기 제8승산기에서 전송되는 신호를 심볼 지속 시간 동안 적분하는 제2적분기및샘플러를 포함하는 연속 위상 직교 복조기로 구성하는 것을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    바이너리 데이터를 입력하여 상기 I-채널 및 상기 Q-채널를 분리하여 상기 제1승산기 및 상기 지연기로 각각 출력하는 신호맵퍼를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 여현파 가중치 함수를 출력하는 제1오실레이터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1오실레이터에서 출력되는 상기 여현파 가중치 함수를 90도 위상 쉬프트하여 상기 정현파 가중치 함수를 출력하는 제1위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 여현파 가중치 함수는임을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반송 주파수의 여현파는임을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정시간은 상기 심볼 지속 시간의 1/2 만큼 지연된 시간임을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반송 주파수의 여현파를 출력하는 제2오실레이터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2오실레이터에서 출력되는 상기 반송 주파수의 여현파를 90도 위상 쉬프트하여 상기 반송 주파수의 정현파를 출력하는 제2위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 정현파 가중치 함수는임을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반송 주파수의 정현파는임을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속 위상 직교 변조기에서 전송되는 수신신호의 위상을 제어하는 PLL(Phase Locked Loop)을 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 PLL로부터 전송되는 신호를 받아 소정시간의 클럭사이클을 발생하는 클럭발생기를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 PLL로부터 전송되는 상기 반송 주파수의 여현파를 90도 위상 시프트하여 상기 반송 주파수의 정현파를 발생하는 제3위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 클럭발생기에서 발생된 상기 클럭사이클을 받아 상기 여현파 가중치 함수를 출력하는 제2오실레이터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭변조 및 복조 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2오실레이터에서 출력되는 상기 여현파 가중치 함수를 90도 위상 쉬프트하여 상기 정현파 가중치 함수를 출력하는 제4위상쉬프터를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1적분기및샘플러에서 출력되는 적분신호를 판정하는 제1판정기를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2적분기및샘플러에서 출력되는 적분신호를 판정하는 제2판정기를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 제1판정기 및 상기 제2판정기에서 각각 출력되는 신호를 받아 바이너리 데이터를 출력하는 신호디맵퍼를 더 포함함을 특징으로 하는 연속 위상 직교 진폭 변조 및 복조 장치.
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