KR100442814B1 - 버스트 방식 qpsk 수신기 및 그 수신방법 - Google Patents

버스트 방식 qpsk 수신기 및 그 수신방법

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Abstract

본 발명은 포인트 투 멀티포인트인 수동 네트워크 종단 상황에서 풀 듀프렉스가 가능하고, 상향의 통신으로 사용되는 버스트 방식 QPSK수신기 및 수신방법에 관한 것으로, 버스트 방식 QPSK수신기는 수신된 QPSK신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호변환부, 디지털신호변환부로부터 출력되는 디지털 신호에서 위상신호를 생성하는 위상신호생성부, 위상신호를 기저대역신호로 출력하는 기저대역 신호생성부, 기저대역신호에서 프리앰블의 시작점을 검출하여 수신신호가 검출되면 검출된 신호를 출력하고 초기영점과 프리앰블의 마지막점을 출력하는 신호검출기, 신호검출기의 검출신호에 의해 구동되며 기저대역신호를 이용하여 반송파를 재생하는 반송파재생부, 신호검출기의 초기영점신호에 의해 구동되며 기저대역신호를 이용하여 심볼타이밍을 재생하는 심볼타이밍재생부 및 기저대역신호를 심볼타이밍재생부로부터 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하여 수신직렬데이터로 출력하는 신호출력부를 포함하고, 위상신호생성부는 반송파재생부로부터 재생되는 반송파에 위해 위상신호가 생성됨을 특징으로 한다.

Description

버스트 방식 ＱＰＳＫ 수신기 및 그 수신방법
본 발명은 포인트 투 멀티포인트(point-to-multipoint)방식을 이용한 데이터 전송시스템에 사용되는 버스트 방식 수신기에 관한 것으로, 특히 복조를 위해 가능한 적은 수의 비트로 구성된 프리앰블 패턴의 도움을 받아 반송파 및 심볼 타이밍 재생을 빠르게 수행하는 버스트 방식 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 수신기에 관한 것이다.
포인트 투 멀티포인트방식이란 데이터 전송시 하나의 회선에 여러대의 단말장치를 접속하는 방식이다. 이 방식은 일반적으로 컴퓨터가 폴링하는 시스템에서만 가능하다. 이때 컴퓨터는 방송하는 형태로 한 회선에 연결된 모든 단말장치에 블록형태의 데이터를 전송하게 되며, 단말장치는 데이터 블록과 함께 전송되어 온 고유의 주소와 단말장치 자신의 주소를 비교하여 주소가 일치할 경우 데이터 블록을 수신하게 된다.
따라서 멀티포인트에 사용하는 단말장치는 이러한 주소 판단기능과 데이터 블록을 일시 저장할 수 있는 기억장치를 가지고 있어야 한다.
도 1은 포인트 투 멀티포인트방식의 데이터 전송시스템을 블록도로 도시한 것으로, 중앙장치(10), 매질(20), 네트워크종단(30), 가입자 장치(40,50,60)로 이루어진다.
중앙장치(10)는 기준 오실레이터(Reference Oscillator;11), 하향스트림 송신기(Downstream Transmitter;12), 상향스트림 수신기(Upstream Receiver;13), 다이플렉서(Diplexer;14)로 이루어진다. 하향스트림 송신기(12)는 하향신호를 변조하여 송신한다. 상향스트림 수신기(13)는 루프 타이밍을 이용하여 반송파 및 심볼 타이밍 재생을 수행한다. 다이플렉서(14)는 상향스트림 신호를 수신하고,하향스트림 신호를 송신하기 위해 매질(20)과 네트워크 종단(30)을 거쳐 가입자 장치들(40,50,60)과 연결된다.
가입자 장치들(40,50,60)은 다이플렉서들(41,51,61), 하향스트림 수신기들(42,52,62), 상향스트림 송신기들(43,53,63) 및 제어 오실레이터들(Controlled oscillator;44,54,64)로 이루어진다. 하향스트림 수신기들(42,52,62)은 하향신호와 제어 오실레이터(44,54,64)를 이용하여 타이밍을 복원하고, 상향스트림 송신기들(43,53,63)은 상기 복원된 클럭을 이용하여 상향신호를 변조한다. 상향 전송의 경우 가입자 장치들(40,50,60)이 중앙장치(10)에 시간분할 멀티플 액세스(TDMA: Time Division Multiple Access)를 한다. 이때 복조를 위해 가능한 적은 수의 비트인 프리앰블의 도움을 받아 반송파 및 심볼 타이밍 재생을 수행하는 것이 중요하다.
따라서 종래의 버스트 방식 수신기에 있어서, 미국특허번호 5,610,953과 5,022,057은 타이밍 재생기에 사용되는 기술로 수신기내의 서로 다른 N개의 위상 중 수신된 신호와 동일한 위상을 갖는 타이밍을 선택하여 재생하는 기술이고, 미국특허번호 4,737,971은 재생기에 관련하여 슬립(slip)방지를 위한 기술이고, 미국 특허번호 5,016,206은 유닉워드를 사용한 수신기(unique word detection system)로 상관 패턴(correlation pattern)을 이용한 것으로 매우 복잡하다. 또한 적분기와 덤프를 사용함으로써 시스템의 불안정성을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 복조를 위해 가능한 적은 수의 비트로 구성된 프리앰블 패턴의 도움을 받아 반송파 및 심볼 타이밍 재생을 빠르게 수행하는 버스트 방식 QPSK 수신기 및 수신방법을 제공하는 것이다.
도 1은 포인트 투 멀티포인트(point-to-multipoint) 데이터전송 시스템의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 버스트 방식 QPSK 수신기의 상세한 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 버스트 방식 QPSK 수신기의 신호검출기에 대한 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 4는 QPSK 콘스텔레이션을 도시한 것이다.
도 5는 수신신호 검출 및 초기상태 재생을 위한 각 신호들의 타이밍도를 도시한 것이다.
도 6은 초기상태 반송파 재생기의 동작을 위한 페이저도를 도시한 것이다.
도 7은 초기상태 반송파 재생기의 흐름도를 도시한 것이다.
도 8은 정상상태 반송파 재생기의 동작을 위한 페이저도를 도시한 것이다.
도 9는 정상상태 반송파 재생기의 흐름도를 도시한 것이다.
도 10은 초기상태 심볼 타이밍 재생기의 각 신호들의 타이밍도를 도시한 것이다.
도 11은 정상상태 심볼 타이밍 재생기의 각 신호들의 타이밍도를 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 버스트 방식 QPSK수신기는 수신된 QPSK신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호변환부, 상기 디지털신호변환부로부터 출력되는 디지털 신호에서 위상신호를 생성하는 위상신호생성부, 상기 위상신호를 기저대역신호로 출력하는 기저대역 신호생성부, 상기 기저대역신호에서 프리앰블의 시작점을 검출하여 수신신호가 검출되면 검출된 신호를 출력하고, 초기영점과 프리앰블의 마지막점을 출력하는 신호검출기, 상기 신호검출기의 검출신호에 의해 구동되며 상기 기저대역신호를 이용하여 반송파를 재생하는 반송파재생부, 상기 신호검출기의 초기영점신호에 의해 구동되며 상기 기저대역신호를 이용하여 심볼타이밍을 재생하는 심볼타이밍재생부 및 상기 기저대역신호를 상기 심볼타이밍재생부로부터 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하여 수신직렬데이터로 출력하는 신호출력부를 포함하고, 상기 위상신호생성부는 상기 반송파재생부로부터 재생되는 반송파에 위해 상기 위상신호가 생성됨을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 버스트 방식 QPSK신호를 수신하는 방법은 수신된 QPSK신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털신호변환단계, 상기 디지털 신호에 반송파를 이용하여 동위상신호와 직각위상신호를 생성하는 위상신호생성단계, 상기 동위상신호는 동위상 기저대역신호로, 상기 직각위상신호는 직각위상 기저대역신호로 변환하는 기저대역 신호생성단계, 상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호에서 프리앰블의 시작점을 검출하여 수신신호가 검출되면 검출된 신호를 출력하고, 초기영점과 프리앰블의 마지막점을 출력하는 신호검출단계, 상기 신호검출단계로부터 검출된 검출신호에 의해 구동되며 상기 동위상과 직각위상을 생성하기 위해 상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호를 이용하여 반송파를 재생하는 반송파재생단계, 상기 신호검출단계로부터 출력된 초기영점신호에 의해 구동되며 상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호를 이용하여 심볼타이밍을 재생하는 심볼타이밍재생단계 및 상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호를 상기 심볼타이밍재생단계로부터 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하여 수신직렬데이터로 출력하는 신호출력단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 버스트 방식 QPSK 수신기 구성을 블록도로 도시한 것으로, 디지털신호변환부(210), 위상신호생성부(220), 기저대역신호생성부(230), 신호검출기(240), 반송파재생부(250), 심볼타이밍재생부(260) 및 신호출력부(270)로 이루어진다.
디지털신호변환부(210)는 수신된 QPSK신호를 양자화된 디지털신호로 변환하는 것으로, 대역제거필터(211) 및 아날로그/디지털변환기(212)로 이루어진다. 대역제거필터(211)는 수신된 QPSK신호의 잡음을 제거한다. 아날로그/디지털변환기(212)는 대역제거필터(211)로부터 잡음이 제거된 아날로그신호를 양자화된 디지털신호로 변환한다.
위상신호생성부(220)는 디지털 신호에 반송파를 이용하여 동위상신호와 직각위상신호를 생성하는 것으로, 제1데이터변환기(221), 제2데이터변환기(222), 코사인룩업테이블(223) 및 사인룩업테이블(224)로 이루어진다. 코사인룩업테이블(223)은 아날로그/디지털변환기(212)로부터 출력되는 디지털신호에서 동위상을 출력하기 위해 코사인 반송파를 생성한다. 사인룩업테이블(224)은 아날로그/디지털변환기(212)로부터 출력되는 디지털신호에서 직각위상을 출력하기 위해 사인 반송파를 생성한다. 제1데이터변환기(221)는 아날로그/디지털변환기(212)에서 출력된 양자화된 디지털 신호와 코사인반송파를 입력받아 동위상성분을 출력한다. 제2데이터변환기(222)는 아날로그/디지털변환기(212)에서 출력된 양자화된 디지털신호와 사인 반송파를 입력받아 직각위상성분을 출력한다.
기저대역 신호생성부(230)는 동위상신호는 동위상 기저대역신호로 직각위상 신호는 직각위상 기저대역신호로 출력하는 것으로, 제1슬라이딩적분기(231) 및 제2슬라이딩적분기(232)로 이루어진다. 제1슬라이딩적분기(231)는 제1데이터변환기(221)로부터 출력되는 동위상성분을 동위상 기저대역신호로 출력한다. 제2슬라이딩적분기(232)는 제2데이터변환기(222)로부터 출력되는 직각위상성분을 직각위상 기저대역 신호로 출력한다.
신호검출기(240)는 기저대역 신호생성부(240)로부터 출력되는 기저대역신호에서 프리앰블의 시작점을 검출하여 수신신호가 검출되면 검출된 신호를 출력하고, 초기영점과 프리앰블의 마지막점을 출력한다.
반송파재생부(250)는 기저대역신호를 이용하여 반송파를 재생하는 것으로, 반송파 재생기(251), 제1카운터(252), 곱셈기(253) 및 덧셈기(254)로 이루어진다. 반송파재생기(251)는 신호검출기(240)의 출력신호를 입력받아 동작을 시작하며 제1슬라이딩적분기(231)와 제2슬라이딩적분기(232)로부터 출력되는 동위상과 직각위상의 반송파를 재생하고, 제1카운터(252)의 조정신호를 조정한다. 그리고 반송파재생기(251)는 프리앰블 상태에서의 초기상태 반송파 재생을 위한 초기상태 반송파재생기 및 데이터 상태에서의 정상상태 반송파 재생을 위한 정상상태 반송파재생기로 이루어진다. 제1카운터(252)는 코사인 룩업테이블(223)과 사인 룩업테이블(224)의 어드레스를 조정하기 위해 기준클럭에 의해 발생되는 신호를 출력한다. 곱셈기(253)는 코사인 룩업테이블(223)과 사인 룩업테이블(224)의 어드레스의 스텝을 결정하는 소정의 값과 제1카운터(252)에서 출력되는 값을 곱한다. 덧셈기(254)는 반송파재생기(251)로부터 출력되는 에러보정값과 곱셉기(253)로부터 출력되는 값을 더하여 코사인 룩업테이블(223)과 사인 룩업테이블(224)의 어드레스를 조정하는 소정의 어드레스 조정값을 출력한다.
심볼타이밍재생부(260)는 기저대역신호를 이용하여 심볼타이밍을 재생하는 것으로, 심볼타이밍 재생기(261) 및 제2카운터(262)로 이루어진다. 심볼타이밍재생기(261)는 신호검출기(240)의 초기 영점으로 구동하며 제1슬라이딩적분기(231)와 제2슬라이딩적분기(232)로부터 출력되는 동위상과 직각위상의 심볼타이밍을 재생하며, 기준클럭에 의해 구동되는 제2카운터(262)의 조정신호를 조정한다. 프리앰블 상태에서의 초기상태 심볼 타이밍 재생을 위한 초기상태 심볼 타이밍 재생기 및 데이터 상태에서의 정상상태 심볼 타이밍 재생을 위한 정상상태 심볼 타이밍 재생기로 이루어진다. 제2카운터(262)는 기준클럭에 의하여 동작하며, 심볼타이밍 재생기(261)로부터 출력되는 신호를 조정신호로 사용하여 카운터 출력값을 가감시켜 심볼 타이밍을 조정한다.
신호출력부(270)는 기저대역신호를 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하여 수신직렬데이터로 출력하는 것으로, 제1검출기/재샘플러(271), 제2검출기/재샘플러(272), 디코더(273)로 이루어진다. 제1검출기/재샘플러(271)는 제1슬라이딩 적분기(231)로부터 출력된 동위상 기저대역 신호를 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출한다. 제2검출기/재샘플러(272)는 제2슬라이딩 적분기(232)로부터 출력된 직각위상 기저대역신호를 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출한다. 디코더(273)는 제1검출기/재샘플러(271)와 제2검출기/재샘플러(272)로부터 출력된 신호를 합하여 수신직렬 데이터로 출력한다.
상술한 구성에 의해 도 2에 도시된 본 발명의 실시예의 동작내용을 신호흐름에 따라 상세히 설명한다.
수신된 QPSK 신호는 반송파 주파수에 동조된 대역제거필터(211)에서 잡음이 제거된다. 대역제거필터(211)의 출력신호는 기준 클럭으로 동작하는 아날로그/디지털변환기(212)를 통과하여 양자화된 디지털 신호가 출력된다. 아날로그/디지털변환기(212)의 출력신호 및 재생된 코사인 반송파와 사인 반송파가 제1데이터변환기(221)와 제2데이터변환기(222)에 입력되며, 동 위상 성분과 직각 위상 성분을 출력한다. 이때 제1데이터변환기(221)와 제2데이터변환기(222)는 곱셈기를 대치한 것으로 코사인 룩업테이블(223)과 사인 룩업테이블(224)로부터 재생된 코사인반송파와 사인반송파의 부호 및 크기가 아날로그/디지털변환기(212)의 출력신호에 따라 변환된다. 제1데이터변환기(221)와 제2데이터변환기(222)는 역신호변환기(inverter)와 시프터(shifter)로 구성됨으로 구현시 곱셈기보다 간단하며, 디지털 값 계산시 비트 증가가 없으므로 회로의 복잡도를 해결할 수 있다.
제1데이터변환기(221)와 제2데이터변환기(222)의 출력값에는 원하는 기저대역 신호 및 고조파(harmonic frequency)성분이 포함되어 있기 때문에 저역여파기(low pass filter) 특성을 갖고 구현시 간단한 슬라이딩 적분기를 적용한다. 그 결과 제1데이터변환기(221)의 출력은 기준 클럭에 의해 동작하는 제1슬라이딩적분기(231)를 통과해 동위상 기저대역신호를 출력하며, 제2데이터변환기(222)의 출력은 기준 클럭에 의해 동작하는 제2슬라이딩적분기(232)를 통과해 직각위상 기저대역신호를 출력한다. 이때 일반적인 슬라이딩적분기의 적분구간으로 심볼주기가 사용되지만, 심볼간격의 앞부분과 뒷부분은 심볼간 간섭(ISI:Inter Symbol Interference)에 의해 변형되기 때문에 이 부분들의 데이터가 쓰이지 않도록 제거하기 위해 심볼주기보다 적은 구간에서 적분을 하여 성능을 향상시켰다. 그리고, 일반적인 슬라이딩적분기의 적분구간보다 적은 구간의 적분을 수행하기 때문에 구현시 간단하다.
제1슬라이딩적분기(231)와 제2슬라이딩적분기(232)의 출력은 재생된 심볼 클럭에 의해 재샘플되고 판독되는 제1검출기/재샘플러(271)와 제2검출기/재샘플러(272)을 통과해 각각의 동위상부 데이터와 직각위상부 데이터가 출력되며, 디코더(273)를 통과해 수신직렬데이터(RSD)가 마지막으로 출력된다. 그리고, 신호 검출기(240), 반송파 재생기(251), 심볼타이밍 재생기(261)의 동작을 위해 제1슬라이딩적분기(231)와 제2슬라이딩적분기(232)의 출력신호가 각각 입력된다.
신호 검출기(240)는 송신부에서 정보를 보내고 있는가를 감지하여 수신부 전체에 이를 알리는 기능을 수행한다. 이를 위해 초기 수신된 신호 즉, 프리앰블의 시작 점과 수신신호가 없어지는 것을 검출하여 신호 검출(SD)을 출력한다. 또한 부가적으로 신호가 검출된후의 초기 영 교차점(first zero crossing)과 프리앰블의 마지막 점 즉 사용자 데이터의 시작점을 알려주는 데이터 출력 인에이블(DOE) 시기를 출력하는 기능도 수행한다.
도 3은 수신신호의 유무를 판단하기 위한 도 2의 신호 검출기(240)의 구성을 블록도로 도시한 것으로, 계산기(310), 비교부(320) 및 신호검출출력부(330)으로 이루어진다. 계산기(310)는 동위상신호와 직각위상신호를 입력받아 신호검출의 응답특성을 구한다. 비교부(320)는 계산기(310)로부터 출력된 출력값을 입력받아 수신신호의 변화를 검출한다. 신호검출출력부(330)는 비교부(320)로부터 출력되는 출력값이 연속적인 경우에 신호검출(SD)을 출력한다.
따라서, 동위상부 데이터와 직각위상부 데이터가 계산기(310)로 입력되면, 아래 수식에 의해 신호검출 응답특성을 적분과 동시에 스므딩(smoothing)하는 효과를 볼 수 있다.
PWn= PWn-1+ α × (|In| + |Qn|)
여기서, α는 가중치이다.
계산기(310)의 출력값은 두가지의 기준값을 갖는 제1비교기(321)와 제2비교기(322)로 입력된다. 기준값 "c"를 갖는 제1비교기(321)는 수신신호가 없을 때에서 있을 때로의 변화를 검출하기 위한 것으로 비교기 입력값이 기준값보다 크면 1을 작으면 0을 출력하도록 한다. 기준값 "d"를 갖는 제2비교기(322)는 수신신호가 있을 때에서 없을 때로의 변화를 검출하기 위한 것으로 제1비교기(321)의 역으로 동작되어 비교기 입력값이 기준값보다 크면 0을 작으면 1을 출력하도록 한다. 결과적으로 히스테리시스(hysteresis)특성을 적용하여 안정화 한다. 이때 포지티브 기준레벨인 c는 네거티브 기준레벨인 d보다 크다. 또한 n개의 지연기를 갖는 제1지연부(331)와 제2지연부(332)의 출력값이 모두 연속적인 경우에만 동작하도록 지연기들과 AND게이트(333), OR게이트(334) 및 인버터게이트(335)를 사용하여 짧고 강한잡음등에 예민하지 않도록 즉, 응답하지 않도록 안정화 하였다. SR플립플롭(336)은 셋과 리셋을 의미하며 신호검출(SD)을 출력한다.
도 5는 수신신호 검출 및 초기상태 재생을 위한 타이밍도로 프리앰블 패턴(preamble pattern)이 3 바이트 "0000 0000 0000 1100 1100 1110"인 상황이다. 여기서 도 5의 (a)는 도 4인 QPSK 콘스텔레이션에 의한 동 위상 데이터이고, 도 5의 (b) 역시 QPSK 콘스텔레이션에 의한 직각 위상 데이터이다. 도 5의 (c)는 동 위상측의 슬라이딩 적분기 출력신호이고, 도 5의 (d)는 직각 위상측의 슬라이딩 적분기 출력신호이다. 도 5의 (e)는 신호 검출 시간도이며, 도 5의 (f)는 도 5의 (c)와 도 5의 (d)의 합에 의한 영점 통과 위치로 심볼 타이밍 재생기의 초기상태 조정신호로 사용되며, 도 5의 (g)는 데이터 출력 인에이블 신호의 시간도로 프리엠블 데이터가 끝나는 시점에서 인에이블 되고, 신호검출이 0으로 변화할 때 따라서 변화한다.
반송파 재생기(251)는 신호 판단(SD)을 입력받아 동작을 시작하는데, 기준 클럭에 의해 구동되는 제1카운터(252)가 i값과 곱셈기(253)에서 곱해진다. 이 신호는 덧셈기(254)로 입력되고, 또한 반송파 재생기(251)로부터 출력된 신호도 덧셈기(254)로 입력되어 덧셈기(254)의 출력신호가 룩업테이블을 위한 어드레스를 발생시킨다. 어드레스는 코사인 룩업 테이블(223)과 사인 룩업 테이블(224)을 조정하고, 각각의 룩업 테이블에서 동 위상과 직각 위상의 반송파를 출력하여 재생하게 된다. 최종 반송파를 재생하기 위한 룩업테이블을 조정하는 어드레스는 사실상 두가지로 첫째, 기준클럭에 의해 발생하는 값에 스텝을 결정하는 i값과 둘째, 에러값을 보정하기 위해 반송파 재생기(251)에서 발생하는 값이다. 이때 재생된 반송파의 위상오차값 즉 재생가능한 반송파의 위상범위는 룩업테이블의 용량 및 룩업테이블을 조정하는 어드레스의 스텝인 i값 및 기준클럭과 밀접한 관계가 있다. 반송파 재생기(251)의 내부 구성을 살펴보면, 도 7인 프리앰블 상태에서의 초기상태 반송파 재생과 도 9인 데이터 상태에서의 정상상태 반송파 재생으로 구분된다.
도 7인 초기상태 반송파 재생기 흐름도의 이해를 위해 도 6인 초기상태 반송파 재생기의 동작을 위한 페이저도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 도 6의 (a)는 사분면당 동 위상분과 직각 위상분의 부호를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 기준값(값:00)을 보인 것이다. 도 7의 초기상태 반송파 재생기 흐름도에서 초기 어드레스를 영으로 놓고 시작하며, 위상의 해상도를 (N / 2π) 여기서 N = h 이고, + 방향을 시계 방향, - 방향을 반시계 방향의 조정이라 한다.
1단계는 I + Q < 0 면, 어드레스를 +N/2 혹은 -N/2로 조정한다.(도 6의 (c)에서 도 6의 (d)로 위상이동)
2단계와 3단계는 어드레스를 +N/8 과 -N/8로 조정한다.(도 6의 (e)에서 도 6의 (f)로 위상이동)
4단계부터 x단계는 어드레스를 +N/16 혹은 -N/16으로 조정부터 +1 혹은 -1로 조정한다.(도 6의 (g)로 기준점을 향해 위상이동)
이상의 과정을 거쳐 초기상태 반송파 재생기가 동작되며, 최소의 초기상태 반송파 재생기 동작을 위한 프리앰블 심볼 갯수는 (N/16 + 1)이 된다.
도 9인 정상상태 반송파 재생기 흐름도의 이해를 위해 도 8인 정상상태 반송파 재생기의 동작을 위한 페이저도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 도 9의 정상상태 반송파 재생기 흐름도에서 초기 어드레스를 영으로 놓고 시작하며, + 방향을 시계 방향, - 방향을 반시계 방향의 조정이라 한다.
I의 부호 * Q의 부호 < 0 인 오른쪽 부의 흐름도는 도 8의 (a)에 해당하며, I의 부호 * Q의 부호 > 0 인 왼쪽 부의 흐름도는 도 8의 (b)에 해당한다. 이 조정값은 ||I|-|Q||가 "a"보다 클 경우에만 즉 오차값이 클 경우에만 반영되며, 작을 경우는 무시된다. 또한 이 조정값은 누적되어 "+/-b"보다 클 경우 즉 반영된 오차의 누적값이 "+/-b"보다 클 경우에만 반영되며, 작을 경우는 무시된다. 그리고, 반영 후의 저장기는 리셋(reset)되어 값을 비우게 된다. 이를 통해 출력된 오차 "+1" 혹은 "-1"은 누적기에서 누적된다. 최종적으로는 초기상태의 어드레스 값과 더해져 반송파 재생을 위한 룩업테이블의 어드레스를 조정한다. 이와같이 오차값과 기준값의 비교 그리고 오차의 누적치로 조정하므로써 반송파 재생기(251)를 안정화 할 수 있다.
심볼 타이밍 재생기(261)는 신호 검출기(240)의 초기 영 교차점(first zero crossing)으로 동작을 시작하여 기준 클럭에 의해 구동되는 제2카운터(262)의 조정신호(cont)를 조정한다. 이때 제2카운터(262)의 출력은 두가지로 나누기 k된 신호가 심볼 클럭이고, 나누기 k/2된 신호가 데이터 클럭으로 데이터 클럭이 심볼 클럭과 비교하여 두배 빠른 QPSK 시스템이다. 심볼 타이밍 재생기(261)의 내부 또한 프리엠블 상태에서의 초기상태 심볼 타이밍 재생과 데이터 상태에서의 정상상태 심볼 타이밍 재생으로 구분된다.
도 10인 초기상태 심볼 타이밍 재생기의 타이밍도를 살펴보면, 도 10의 (a)인 슬라이딩 적분기의 출력은 제1슬라이딩적분기(231)의 출력값과 제2슬라이딩 적분기(232)의 출력값의 합으로, 초기 영점 교차순간에 제2카운터(262)의 조정신호인 초기값을 k/2로 조정한다. 그러므로 도 10인 데이터 판독지점에서 도 10의 (b)신호를 사용해 올바르게 데이터를 판독한다. 도 10의 (c)는 심볼의 두배 즉 데이터 클럭을 보였다.
정상상태 심볼 타이밍 재생기의 업데이트(update)는 심볼 속도로 하지만, 심볼 속도의 두배로 데이터(I-, I+, Q-, Q+) 및 교차점(I0, Q0)을 검출한다. 만약 동 위상측 데이터와 직각 위상측 데이터의 변화가 없거나 교차점인 I0와 Q0둘 다 영일 경우 심볼 타이밍 재생기의 오차는 없으므로 도 11인 정상상태 심볼 타이밍 재생기의 타이밍도의 도 11의 (a)와 도 11의 (d)같이 업데이트를 정지한다. 업데이트의 경우는 동 위상측 데이터 혹은 직각 위상측 데이터가 +에서 -로 혹은 -에서 +로의 변화가 있을때 수행되며, 동작은 다음과 같다. 도 11의 (b)는 데이터가 +에서 -로 변화되며 교차점의 부호가 음인 경우이고, 도 11의 (e)는 데이터가 -에서 +로 변화되며 교차점의 부호가 양인 경우이다. 이와같은 도 11의 (b)와 도 11의 (e)의 경우가 발생되면, 제2카운터(262)의 조정신호를 사용하여 카운터 출력값을 증가 시킴으로써 결국 심볼 타이밍을 당기게 된다. 이와 반대인 도 11의 (c)는 데이터가 +에서 -로 변화되며 교차점의 부호가 양인 경우이고, 도 11의 (f)는 데이터가 -에서 +로 변화되며 교차점의 부호가 음인 경우이다. 이와같은 도 11의 (c)와 도 11의 (f)의 경우가 발생되면, 제2카운터(262)의 조정신호를 사용하여 카운터 출력값을 감소 시킴으로써 결국 심볼 타이밍을 밀게 된다. 정상상태의 심볼 타이밍 재생기도 정상상태의 반송파 재생기와 같이 조정값 "+"을 +1로 혹은 "-"을 -1로 변환하여 누적된 값이 "+/-c"보다 클 경우에만 반영되며, 작을 경우는 무시된다. 그리고, 반영 후의 저장기는 리셋(reset)되어 값을 비우게 된다. 즉 타이밍 에러 방향의 누적치가 "+/-c"보다 클 경우에만 반영되어 심볼타이밍 재생을 위한 제2카운터(262)를 조정한다. 이와같이 오차의 누적치로 조정하므로써 심볼타이밍 재생기를 안정화 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 버스트 방식 QPSK 수신기는 루프 타이밍을 이용하기 때문에 위상 트래킹만이 요구되며, 복조를 위해 가능한 적은 수의 비트로 구성된 프리앰블 패턴의 도움을 받아 반송파 및 심볼 타이밍 재생을 빠르게 수행하며, 결국 프리앰블 패턴은 데이터 전송의 측면에서 볼때 군더더기(redundancy)이므로, 적은 수의 비트로 구성된 프리앰블 패턴으로 전송효율을 극대화할 수 있다.
또한 일반적인 슬라이딩 적분기의 적분 구간으로 심볼 주기가 사용되지만, 심볼 간격의 앞부분과 뒷부분은 심볼간 간섭 (ISI: Inter Symbol Interference)에 의해 변형되기 때문에 이 부분들의 데이터가 쓰이지 않도록 제거하기 위해 심볼 주기보다 적은 구간에서 적분을 하여 성능을 향상시켰다. 그리고, 일반적인 슬라이딩 적분기의 적분 구간보다 본 발명에서는 적은 구간의 적분을 수행하기 때문에 구현시 간단하다. 특히 초기상태 및 정상상태 반송파 재생기의 동작과 초기상태 및 정상상태 심볼 타이밍 재생기의 동작은 간단한 H/W 만으로 구현이 가능하다.

Claims (19)

  1. 포인트 투 멀티포인트인 수동 네트워크 종단 상황에서 풀 듀프렉스가 가능하고, 상향의 통신으로 사용되는 상향 스트림 수신기에 있어서,
    수신된 QPSK신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털신호변환부;
    상기 디지털신호변환부로부터 출력되는 디지털 신호에서 위상신호를 생성하는 위상신호생성부;
    상기 위상신호를 기저대역신호로 출력하는 기저대역 신호생성부;
    상기 기저대역신호에서 프리앰블의 시작점을 검출하여 수신신호가 검출되면 검출된 신호를 출력하고, 초기영점과 프리앰블의 마지막점을 출력하는 신호검출기;
    상기 신호검출기의 검출신호에 의해 구동되며 상기 기저대역신호를 이용하여 반송파를 재생하는 반송파재생부;
    상기 신호검출기의 초기영점신호에 의해 구동되며 상기 기저대역신호를 이용하여 심볼타이밍을 재생하는 심볼타이밍재생부; 및
    상기 기저대역신호를 상기 심볼타이밍재생부로부터 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하여 수신직렬데이터로 출력하는 신호출력부를 포함하고,
    상기 위상신호생성부는 상기 반송파재생부로부터 재생되는 반송파에 위해 상기 위상신호가 생성됨을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디지털신호변환부는
    수신된 QPSK신호의 잡음을 제거하는 대역제거필터; 및
    상기 대역제거필터로부터 잡음이 제거된 아날로그신호를 양자화된 디지털신호로 변환하기 위해 아날로그/디지털 변환기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위상신호생성부는
    코사인 반송파를 생성하는 코사인 룩업테이블;
    사인 반송파를 생성하는 사인 룩업테이블;
    상기 아날로그/디지털 변환기로부터 출력되는 디지털 신호와 상기 코사인 반송파를 입력받아 동 위상신호를 출력하는 제1데이터변환기; 및
    상기 아날로그/디지털 변환기로부터 출력되는 디지털 신호와 상기 사인 반송파를 입력받아 직각 위상신호를 출력하는 제2데이터변환기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1데이터변환기와 상기제2데이터변환기는
    디지털값 계산시 비트증가를 없애기 위해 역신호변환기와 시프터로 이루어짐을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  5. 제3에 있어서, 상기 기저대역신호생성부는
    상기 제1데이터변환기로부터 출력되는 상기 동 위상신호는 동 위상 기저대역 신호로 출력하는 제1슬라이딩적분기; 및
    상기 제2데이터변환기로부터 출력되는 상기 직각 위상신호는 직각 위상 기저대역 신호로 출력하는 제2슬라이딩적분기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 신호출력부는
    상기 기저대역 신호생성부로부터 출력된 상기 동위상 기저대역 신호를 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하는 제1검출기/재샘플러;
    상기 기저대역 신호생성부로부터 출력된 상기 직각위상 기저대역신호를 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하는 제2검출기/재샘플러; 및
    상기 제1검출기/재샘플러와 상기 제1검출기/재샘플러로부터 출력된 신호를 수신직렬데이터로 출력하는 디코더를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 신호 검출기는
    상기 기저대역 신호생성부로부터 출력되는 동위상 기저대역신호와 직각위상 기저대역신호를 입력받아 신호검출의 응답특성을 구하는 계산기;
    상기 계산기로부터 출력된 출력값을 입력받아 수신신호의 변화를 검출하는 비교부; 및
    상기 비교부로부터 출력되는 출력값이 연속적인 경우에 신호검출(SD)을 출력하는 신호검출출력부를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비교부는
    수신신호가 없을 때에서 있을 때로의 변화를 검출하는 제1비교기; 및
    수신신호가 있을 때에서 없을 때로의 변화를 검출하는 제2비교기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 반송파재생부는
    상기 신호검출기의 신호검출(SD)을 입력받아 동작을 시작하며 상기 기저대역신호생성부로부터 출력되는 신호로부터 반송파를 재생하기 위해 에러값을 보정하는 신호를 출력하는 반송파재생기;
    상기 코사인 룩업테이블과 상기 사인 룩업테이블의 어드레스를 조정하기 위해 기준클럭에 의해 발생되는 신호를 출력하는 제1카운터;
    상기 코사인 룩업테이블과 상기 사인 룩업테이블의 어드레스의 스텝을 결정하는 소정의 값과 상기 제1카운터에서 출력되는 값을 곱하는 곱셈기; 및
    상기 반송파재생기로부터 출력되는 에러보정값과 상기 곱셈기로부터 출력되는 값을 더하여 상기 코사인 룩업테이블과 상기 사인 룩업테이블의 어드레스를 조정하는 소정의 어드레스 조정값을 출력하는 덧셈기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  10. 제7항에 있어서, 상기 심볼타이밍재생부는
    상기 신호검출기의 초기 영점으로 구동하며 상기 기저대역신호생성부로부터 출력되는 동위상과 직각위상의 심볼타이밍을 재생하는 심볼타이밍 재생기; 및
    상기 심볼재생기로부터 출력되는 신호를 조정신호로 사용하여 카운터 출력값을 가감시켜 심볼 타이밍을 조정하는 제2카운터를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  11. 제9항에 있어서, 상기 반송파재생기는
    프리앰블 상태에서의 초기상태 반송파 재생을 위한 초기상태 반송파재생기; 및
    데이터 상태에서의 정상상태 반송파 재생을 위한 정상상태 반송파재생기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 심볼 타이밍 재생기는
    프리앰블 상태에서의 초기상태 심볼 타이밍 재생을 위한 초기상태 심볼 타이밍 재생기; 및
    데이터 상태에서의 정상상태 심볼 타이밍 재생을 위한 정상상태 심볼 타이밍 재생기를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 초기상태 반송파재생기는
    심볼 갯수 N/16 + 1 인 프리엠블 패턴이 요구됨을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 정상상태 반송파재생기는
    오차값의 누적치로 어드레스를 조정함으로써 반송파 재생기를 안정화함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  15. 제11항과 제12항에 있어서, 상기 반송파 재생기와 상기 심볼 타이밍 재생기는
    적분기를 사용함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK수신기.
  16. 수신된 QPSK신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털신호변환단계;
    상기 디지털 신호에 반송파를 이용하여 동위상신호와 직각위상신호를 생성하는 위상신호생성단계;
    상기 동위상신호는 동위상 기저대역신호로, 상기 직각위상신호는 직각위상 기저대역신호로 변환하는 기저대역 신호생성단계;
    상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호에서 프리앰블의 시작점을 검출하여 수신신호가 검출되면 검출된 신호를 출력하고, 초기영점과 프리앰블의 마지막점을 출력하는 신호검출단계;
    상기 신호검출단계로부터 검출된 검출신호에 의해 구동되며 상기 동위상과 직각위상을 생성하기 위해 상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호를 이용하여 반송파를 재생하는 반송파재생단계;
    상기 신호검출단계로부터 출력된 초기영점신호에 의해 구동되며 상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호를 이용하여 심볼타이밍을 재생하는 심볼타이밍재생단계; 및
    상기 동위상 기저대역신호와 상기 직각위상 기저대역신호를 상기 심볼타이밍재생단계로부터 재생된 심볼클럭을 이용하여 재샘플링하고 검출하여 수신직렬데이터로 출력하는 신호출력단계를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK신호를 수신하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 반송파 재생단계는
    프리앰블 상태에서 초기상태 반송파를 재생하여 상기 위상신호생성단계에서 생성되는 상기 동위상신호와 상기 직각위상신호를 생성하기 위해 어드레스를 조정하는 초기상태 반송파 재생단계; 및
    데이터 상태에서 정상상태 반송파를 재생하여 상기 위상신호생성단계에서 생성되는 상기 동위상신호와 상기 직각위상신호를 생성하기 위해 어드레스를 조정하는 정상상태 반송파 재생단계를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK신호를 수신하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 초기상태 반송파 재생단계는
    동위상신호와 직각위상신호의 합이 0보다 작으면 어드레스를 +N/2과 -N/2로 조정하고, 동위상신호와 직각위상신호의 합이 0보다 작지 않으면 다음 단계를 수행하는 제1초기상태 어드레스 조정단계;
    상기 제1초기상태 어드레스 조정단계로부터 조정된 동위상신호와 직각위상신호의 합이 동위상신호와 직각위상신호의 차에 대한 절대값보다 작고 동위상신호는 0보다 작거나 직각위상신호가 0이상이면 어드레스를 N/8만큼 더하고, 그렇지 않으면 어드레스를 N/8만큼 빼고, 동위상신호와 직각위상신호의 합이 동위상신호와 직각위상신호의 차에 대한 절대값보다 크면 다음 단계를 수행하는 제2초기상태 어드레스 조정단계;
    상기 제2초기상태 어드레스 조정단계로부터 조정된 동위상신호의 부호와 직각위상신호의 부호의 곱이 양이고, 동위상신호의 절대값이 직각위상신호의 절대값보다 크면 어드레스를 -N/8로 조정하고, 그렇지 않은 경우에는 다음 단계를 수행하는 제3초기상태 어드레스 조정단계;
    상기 제3초기상태 어드레스 조정단계로부터 조정된 동위상신호가 직각위상신호보다 작으면 어드레스를 N/16만큼 더하여 조정하고, 동위상신호가 직각위상신호보다 작지 않으면 어드레스를 N/16만큼 빼서 조정하는 제4초기상태 어드레스 조정단계;
    상기 제4초기상태 어드레스 조정단계로부터 조정된 동위상신호가 직각위상신호보다 작으면 어드레스를 N/32만큼 증가하여 조정하고, 동위상신호가 직각위상신호보다 작지 않으면 어드레스를 N/32만큼 감소하여 조정하는 제5초기상태 어드레스 조정단계; 및
    상기 제5초기상태 어드레스 조정단계 이후부터는 전단계에서 조정된 동위상신호와 직각위상신호를 비교하여 어드레스를 전단계에서 가감하는 값에 1/2을 곱하여 어드레스를 조정하고, 최종적으로 동위상신호가 직각위상신호보다 작으면 어드레스를 1만큼 더하여 조정하고, 동위상신호가 직각위상신호보다 작지 않으면 어드레스를 1만큼 빼서 조정하는 제6초기상태 어드레스 조정단계를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK신호를 수신하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 정상상태 반송파 재생단계는
    (a)동위상신호와 직각위상신호의 오차를 계산하는 단계;
    (b)상기 계산된 오차값이 제1소정의 값보다 크면 오차값을 누적하는 단계;
    (c)상기 누적된 오차값이 제2소정의 값보다 크면 누적된 오차값을 어드레스 조정에 반영하고, 반영된 누적 오차값을 리셋하는 단계; 및
    (d)상기 (c)단계에서 어드레스 조정에 반영된 값과 초기상태의 어드레스 값과 더해져 반송파재생을 위한 룩업테이블의 어드레스를 조정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 버스트 방식 QPSK신호를 수신하는 방법.
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