KR100539255B1 - 주파수 오프셋 특성이 안정한 ｃｐ-ａｆｃ 루프 - Google Patents

주파수 오프셋 특성이 안정한 ｃｐ-ａｆｃ 루프 Download PDF

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Abstract

주파수 오프셋 특성이 안정한 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control Loop)가 개시된다. 상기 CP-AFC는, 입력된 연속파형 신호가 상기 루프를 따라 진행되는 동안, 연속파형 신호에 포함되어 있는 주파수 오프셋 성분 중에서 바람직하지 않은 오프셋 성분이 삭제되도록 한다. 이러한 오프셋 성분의 중화(counteract)를 위하여 상기 루프에 밴드 나치 필터(band notch filter)를 사용한다.

Description

주파수 오프셋 특성이 안정한 ＣＰ-ＡＦＣ 루프{A Cross Product Auto Frequency Control Loop with stable frequency offset.}
본 발명은 ATSC DTV(Advanced Television Systems Committee Digital Television)에 관한 것으로서, 특히, ATSC DTV의 복조기(demodulator)에 사용되는 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control loop)에 관한 것이다.
연속파형(continuous waveform) 신호를 트랙킹(tracking)하기에 적당한 CP-AFC 루프(loop)에 대해서는, 나탈리(F. D. Natali.)의 논문(AFC Tracking Algorithm. IEEE Trans. On Commun., Vol. COM-32, No.8, Aug. 1984, pp.935-947)을 참조하면 쉽게 이해할 수 있다.
도 1은 종래의 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control loop)의 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 상기 CP-AFC 루프(100)는, 곱셈블록(110), 저역통과 필터블록(120, low pass filter block), 크로스 프로덕트 블록(130, Cross Product block), 루프필터(140), NCO(150) 및 위상 이동기(160)를 구비한다.
곱셈블록(110)은, 제1곱셈기(111) 및 제2곱셈기(112)를 구비한다. 제1곱셈기(111)는, 연속파형 신호 r(t) 및 제1정현파 신호(s1)를 곱하여, 연속파형 신호 r(t)와 위상이 같은(in phase) 제1가지신호 를 출력한다. 제2곱셈기(112)는, 연속파형 신호 r(t) 및 제2정현파 신호(s2)를 곱하여, 연속파형 신호 r(t)와 위상이 90도 차이가 나는(quadrature) 제2가지신호 를 출력한다.
저역통과 필터블록(120, low pass filter block)은, 제1저역통과필터(121) 및 제2저역통과필터(122)를 구비한다. 제1저역통과필터(121)는, 제1가지신호 에 포함된 저주파수 신호만을 통과시킨 제3가지신호 I(t)를 출력한다. 제2저역통과필터(122)는, 제2가지신호 에 포함된 저주파수 신호만을 통과시킨 제4가지신호 Q(t)를 출력한다.
크로스 프로덕트 블록(130, Cross Product block)은, 제1지연기(131), 제2지연기(132), 제3곱셈기(133), 제4곱셈기(134) 및 제1덧셈기(135)를 구비한다. 제1지연기(131)는, 제3가지신호 I(t)를 소정의 시간(T) 지연시켜 출력한다. 제2지연기(132)는, 제4가지신호 Q(t)를 소정의 시간(T) 지연시켜 출력한다. 제3곱셈기(133)는, 제4가지신호 Q(t) 및 제1지연기(131)의 출력데이터를 곱한다. 제4곱셈기(134)는, 제3가지신호 I(t) 및 제2지연기(132)의 출력데이터를 곱한다. 제1덧셈기(135)는, 제3곱셈기(133) 및 제4곱셈기(134)의 출력데이터를 더하여 에러신호 e(t)를 출력한다.
루프필터(140)는, 에러신호 e(t)에 포함된 고주파 잡음을 제거한다.
NCO(150, Number Controlled Oscillator)는, 루프필터(140)의 출력데이터에 따라 주파수가 결정되는 제1정현파 신호(s1)를 출력한다.
위상 이동기(160)는, 제1정현파 신호(s1)에 위상을 90도 이동시킨 제2정현파 신호(s2)를 출력한다.
일반적인 연속파형 함수 r(t)는 수학식 1과 같이 주어진다.
여기서, A는 크기(amplitude), 는 ATSC DTV 송신기에서 송신하는 캐리어의 주파수, r(t)는 AWGN(Additive White Gaussian Noise)이다.
수학식 1에 주어진 연속파형 함수가 상기 CP-AFC 루프(100)에 적용되었을 때, 에러신호 e(t)는 수학식 2와 같이 주어진다.
여기서, T는 제1지연기(131) 및 제2지연기(132)의 지연시간을 의미한다.
수학식 1 및 수학식 2를 참조하면, 연속파형 함수 r(t)의 성분 중 AWGN 성분은, 에러함수 e(t)에 영향을 미치지 않으므로, 이후의 연산에서는 고려하지 않을 것이다.
도 1에 도시된 종래의 CP-AFC 루프가 ATSC DTV 복조기에 사용될 때, ATSC DTV 송신기(transmitter)를 통하여 전송되어 온 연속파형 함수 r(t)는 수학식 3과 같이 주어진다.
여기서, 잔류측파대(Vestigial Side Band) 신호 및 는, ATSC DTV 수신기로 전송되어진 신호에 대한 임의의 시간 t에서의 실수성분 및 허수성분을 각각 의미한다.
수학식 3에 주어진 연속파형 함수가 상기 CP-AFC 루프(100)에 적용되었을 때, 에러신호 e(t)는 수학식 4와 같이 주어진다.
수학식 4에 주어진 에러신호 e(t)의 두 번째 항은, 주파수 오프셋 에 대한 바람직한 에러신호이다. 그러나, 첫 번째 항은, CP-AFC 루프(100)가 ATSC DTV 복조기에 적용될 때, AWGN(Additive White Gaussian Noise)의 주파수 오프셋 값과 다중경로(multipath) 채널들의 주파수 오프셋(offset) 값이 서로 큰 차이가 나기 때문에, 상기 ATSC DTV 복조기는 불안정하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 주파수 오프셋 특성이 안정한 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control Loop)를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수 오프셋 특성이 안정한 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control Loop)는, 곱셈블록, 밴드나치 필터블록(band notch filter block), 크로스 프로덕트 블록(Cross Product block), 루프필터, NCO(Number Controlled Oscillator) 및 위상 이동기(phase shifter)를 구비한다.
상기 곱셈블록은, 연속파형 신호 및 소정의 제1정현파 신호를 이용하여 상기 연속파형 신호와 위상이 동일한 제1가지신호를 출력하는 제1곱셈기 및 상기 연속파형 신호 및 소정의 제2정현파 신호를 이용하여 상기 연속파형 신호와 위상이 90도 차이가 나는 제2가지신호를 출력하는 제2곱셈기를 구비한다.
상기 밴드나치 필터블록은, 상기 제1가지신호에 포함된 소정의 주파수 대역을 제거하여 제3가지신호를 출력하는 제1밴드나치필터 및 상기 제2가지신호에 포함된 소정의 주파수 대역을 제거하여 제4가지신호를 출력하는 제2밴드나치필터를 구비한다.
상기 크로스 프로덕트 블록은, 상기 제3가지신호 및 상기 제4가지신호를 이용하여 상기 연속파형 신호에 포함된 주파수 오프셋에 대한 정보를 가진 제1에러신호를 출력한다.
상기 루프필터는, 상기 제1에러신호에 포함된 고주파 잡음을 제거하여 제2에러신호를 출력한다.
상기 NCO는, 상기 제2에러신호에 따라 주파수가 결정되는 상기 제1정현파 신호를 출력한다.
상기 위상 이동기는, 상기 제1정현파 신호에 위상을 90도 이동시킨 상기 제2정현파 신호를 출력한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CP-AFC 루프의 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 상기 CP-AFC 루프(200)는, 곱셈블록(210), 밴드나치 필터블록(220, band notch filter block), 크로스 프로덕트 블록(230, Cross Product block), 루프필터(240), NCO(250) 및 위상 이동기(260)를 구비한다.
곱셈블록(210)은, 연속파형 신호 r(t) 및 제1정현파 신호(s1)를 이용하여 연속파형 신호 r(t)와 위상이 동일한 제1가지신호를 출력하는 제1곱셈기(211) 및 연속파형 신호 r(t) 및 제2정현파 신호(s2)를 이용하여 연속파형 신호 r(t)와 위상이 90도 차이가 나는 제2가지신호를 출력하는 제2곱셈기(212)를 구비한다.
제1곱셈기(211)는, 연속파형 신호 r(t) 및 제1정현파 신호(s1)를 곱하여, 연속파형 신호 r(t)와 위상이 같은(in phase) 제1가지신호 를 출력한다. 제2곱셈기(212)는, 연속파형 신호 r(t) 및 제2정현파 신호(s2)를 곱하여, 연속파형 신호 r(t)와 위상이 90도 차이가 나는(quadrature) 제2가지신호 를 출력한다.
밴드나치 필터블록(220)은, 제1가지신호에 포함된 소정의 주파수 대역을 제거하여 제3가지신호를 출력하는 제1밴드나치필터 서브블록(221) 및 제2가지신호에 포함된 소정의 주파수 대역을 제거하여 제4가지신호를 출력하는 제2밴드나치필터 서브블록(222)을 구비한다.
제1밴드나치필터 서브블록(221)은, 제1가지신호 에 포함된 소정의 저주파수 신호만을 통과시키는 제1저역통과필터(222), 제1가지신호 에 포함된 소정의 고주파수 신호만을 통과시키는 제1고역통과필터(223) 및 제1저역통과필터(222) 및 제1고역통과필터(223)의 출력데이터를 더하여 제3가지신호 를 출력하는 제1덧셈기(224)를 구비한다. 제2밴드나치필터 서브블록(225)은, 제2가지신호 에 포함된 소정의 저주파수 신호만을 통과시키는 제2저역통과필터(226), 제2가지신호 에 포함된 소정의 고주파수 신호만을 통과시키는 제2고역통과필터(227) 및 제2저역통과필터(226) 및 제2고역통과필터(227)의 출력데이터를 더하여 제4가지신호 를 출력하는 제2덧셈기(228)를 구비한다.
크로스 프로덕트 블록(230, Cross Product block)은, 제1지연기(231), 제2지연기(232), 제3곱셈기(233), 제4곱셈기(234) 및 제1덧셈기(235)를 구비한다.
제1지연기(231)는, 제3가지신호 를 소정의 시간(T) 지연시켜 출력한다. 제2지연기(232)는, 제4가지신호 를 소정의 시간(T) 지연시켜 출력한다. 제3곱셈기(233)는, 제4가지신호 및 제1지연기(231)의 출력데이터를 곱한다. 제4곱셈기(234)는, 제3가지신호 및 제2지연기(232)의 출력데이터를 곱한다. 제1덧셈기(235)는, 제3곱셈기(233) 및 제4곱셈기(234)의 출력데이터를 더하여 제1에러신호 e(t)를 출력한다.
루프필터(240)는, 제1에러신호 e(t)에 포함된 고주파 잡음을 제거하여 제2에러신호 를 출력한다.
NCO(250, Number Controlled Oscillator)는, 제2에러신호 에 따라 주파수가 결정되는 제1정현파 신호(s1)를 출력한다.
위상 이동기(260)는, 제1정현파 신호(s1)에 위상을 90도 이동시킨 제2정현파 신호(s2)를 출력한다.
이하에서 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른, CP-AFC 루프(200)의 동작에 대하여 설명한다.
도 2에 도시된 종래의 CP-AFC 루프(200)가 ATSC DTV 복조기에 사용될 때, ATSC DTV 송신기(transmitter)를 통하여 전송되어 온 연속파형 함수 r(t)는 수학식 3과 같이 주어진다.
NCO(250)로부터 출력되는 제1정현파 신호(s1) 및 위상 이동기(260)로부터 출력되는 제2정현파 신호(s2)는, 각각 수학식 5 및 수학식 6과 같이 주어진다.
곱셈블록(210)으로부터 출력되는 제1가지신호 및 제2가지신호 는 수학식 7 및 수학식 8로 주어진다.
밴드나치 필터블록(220)으로부터 출력되는 제3가지신호 및 제4가지신호 는 수학식 7 및 수학식 8과 동일한 형태로 주어진다.
다만, 제1밴드나치필터 서브블록(221) 및 제1밴드나치필터 서브블록(225)의 출력이 밴드통과(band pass)특성 또는 전역통과(all pass)특성을 갖는 것이 아니라, 밴드 리젝트(band reject) 특성을 갖도록 하는 것이 중요하다. 이를 위하여, 저역통과필터(222 및 226) 및 고역통과필터(223 및 227)의 통과대역을 조절한다.
이렇게 함으로서, 제1가지신호 및 제2가지신호에 포함된 중간 수준의 고주파는 제거한다. 그러나 소정의 저주파 성분 및 소정의 고주파 성분은 통과된다.
크로스 프로덕트 블록(230)으로부터 출력되는 에러신호 e(t)는 수학식 9와 같이 주어진다.
+ high frequency components
여기서, 는 지연기(231 및 232)의 지연시간을 나타내며, 는 ATSC DTV 전송기(transmitter)의 캐리어 주파수이다.
에러신호 e(t)에 포함된 고주파 성분(high frequency components)을 제거한 제2에러신호 는 수학식 10과 같이 주어진다.
상기 수학식 10 및 수학식 4를 비교하면, 수학식 10에 표시된 상기 제2에러신호 에는, 와 곱하여지는 항이 없다는 것을 알 수 있다. 이는, 제3가지신호 및 제4가지신호 에 포함된 고주파 성분이 수학식 4에 포함된 와 곱하여지는 항을 상쇄시켰기 때문이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 CP-AFC 루프는, AWGN 및 다중경로채널에 적용될 때, 주파수 오프셋에 대하여 안정하기 때문에, 주파수 획득을 위한 트랙킹 시간이 상당히 감소하는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control loop)의 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CP-AFC 루프의 블록 다이어그램이다.

Claims (8)

  1. 연속파형 신호, 소정의 제1정현파 신호 및 소정의 제2정현파 신호를 수신하여, 상기 연속파형 신호와 위상이 동일한 제1가지신호 및 상기 연속파형 신호와 위상이 소정의 각도 차이가 나는 제2가지신호를 출력하는 곱셈블록;
    상기 제1가지신호 및 상기 제2가지신호에 포함된 소정의 주파수 대역 신호만을 제거하여 통과시킨 제3가지신호 및 제4가지신호를 출력하는 밴드나치 필터블록;
    상기 제3가지신호 및 상기 제4가지신호를 이용하여 상기 연속파형 신호에 포함된 주파수 오프셋에 대한 정보를 가진 제1에러신호를 출력하는 크로스 프로덕트 블록(Cross Product block);
    상기 제1에러신호에 포함된 고주파 잡음을 제거하여 제2에러신호를 출력하는 루프필터(loop filter);
    상기 제2에러신호에 따라 주파수가 결정되는 상기 제1정현파 신호를 출력하는 NCO(Number Controlled Oscillator); 및
    상기 제1정현파 신호를 수신하여 위상을 소정의 각도 이동시킨 제2정현파 신호를 출력하는 위상 이동기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프(Cross Product Auto Frequency Control Loop).
  2. 제1항에 있어서, 상기 곱셈블록은,
    상기 연속파형 신호 및 상기 제1정현파 신호를 곱하여, 상기 연속파형 신호와 위상이 같은(in phase) 상기 제1가지신호를 출력하는 제1곱셈기; 및
    상기 연속파형 신호 및 상기 제2정현파 신호를 곱하여, 상기 연속파형 신호와 위상이 소정의 각도 차이가 나는(quadrature) 상기 제2가지신호를 출력하는 제2곱셈기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밴드나치 필터블록은,
    상기 제1가지신호에 대하여 소정의 주파수 대역(band)에 대하여 밴드 리젝트 필터링을 수행하여 상기 제3가지신호를 출력하는 제1밴드나치필터; 및
    상기 제2가지신호에 대하여 소정의 주파수 대역(band)에 대하여 밴드 리젝트(band reject) 필터링을 수행하여 상기 제4가지신호를 출력하는 제2밴드나치필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1밴드나치필터는,
    상기 제1가지신호에 포함된 소정의 저주파 신호만을 통과시키는 제1저역통과필터;
    상기 제1가지신호에 포함된 소정의 고주파수 신호만을 통과시키는 제1고역통과필터; 및
    상기 제1저역통과필터 및 상기 제1고역통과필터의 출력데이터를 더하여 상기 제3가지신호를 출력하는 제1덧셈기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2밴드나치필터는,
    상기 제2가지신호에 포함된 소정의 저주파수 신호만을 통과시키는 제2저역통과필터;
    상기 제2가지신호에 포함된 소정의 고주파수 신호만을 통과시키는 제2고역통과필터; 및
    상기 제2저역통과필터 및 상기 제2고역통과필터의 출력데이터를 더하여 상기 제4가지신호를 출력하는 제2덧셈기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 크로스 프로덕트 블록은,
    상기 제3가지신호의 위상을 소정의 시간 지연시켜 출력하는 제1지연기;
    상기 제4가지신호의 위상을 소정의 시간 지연시켜 출력하는 제2지연기;
    상기 제1지연기 및 상기 제4가지신호를 곱하는 제1곱셈기;
    상기 제2지연기 및 상기 제3가지신호를 곱하는 제2곱셈기; 및
    상기 제1곱셈기 및 상기 제2곱셈기를 더하여 상기 제1에러신호를 출력하는 제1덧셈기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소정의 각도는,
    90도인 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
  8. 제6항에 있어서, 상기 소정의 시간(T)은,
    이고,
    는 ATSC DTV 전송기의 캐리어 주파수인 것을 특징으로 하는 CP-AFC 루프.
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