KR100585965B1

KR100585965B1 - 수신기 위상 보정장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100585965B1
Application number: KR1020040035726A
Authority: KR
Inventors: 김영완; 송윤정; 김내수; 이호진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-27
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2006-06-01
Also published as: KR20050066942A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 수신기 위상 보정장치 및 그 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 직접 변환 수신기 또는 디지털 수신기의 수신 RF(Radio Frequency) 신호와 국부발진신호의 위상 차이로 발생하는 수신 성능 저하를 개선하기 위하여, 수신 입력단에 이른-늦은(Early-late) 위상 보정기와 누산기(Accumulator)를 이용하여 위상 차이를 보정하고, 위상 보정에 영향을 미치는 채널의 잡음 영향을 최소화하여 수신 성능을 개선할 수 있도록 하는 수신기 위상 보정장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 수신기 위상 보정장치에 있어서, 수신 RF(Radio Frequency) 신호의 수신 배경 잡음 영향을 최소화하기 위하여 상기 수신 RF 신호를 누산하기 위한 누산수단; 국부발진기로부터 전달되는 국부발진신호를 입력받아 이른 국부발진신호를 발생하기 위한 이른-국부 발진수단; 상기 국부발진신호를 입력받아 늦은 국부발진신호를 발생하기 위한 늦은-국부 발진수단; 상기 누산수단을 통해 누산된 수신 RF 신호와 상기 이른-국부 발진수단을 통해 전달된 이른 국부발진신호의 위상차와, 상기 누산된 수신 RF 신호와 상기 늦은-국부 발진수단을 통해 전달된 늦은 국부발진신호의 위상차를 구하기 위한 이른-늦은 위상 보정수단; 상기 이른-늦은 위상 보정수단을 통해 출력되는 위상차에 따라 상기 국부발진 신호의 위상을 조정하는 데이터를 발생하기 위한 룩-업 테이블 데이터 발생수단; 및 상기 룩-업 테이블 데이터 발생수단을 통해 전달되는 위상보정 데이터를 상기 국부발진기로 궤환시키기 위한 궤환수단을 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 위성통신 및 통신 시스템 분야 등에 이용됨.

직접변환 수신기, 위상 보정, 수신 RF 신호 위상 동기, 상관값

Description

수신기 위상 보정장치 및 그 방법{Phase Compensation Method and Apparatus for Receiver}

도 1 은 종래의 직접변환 수신기의 구성예시도,

도 2 는 종래의 수신 신호와 국부발진신호의 위상차 보정 방법에 대한 일실시예 설명도,

도 3 은 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 일실시예 구성도,

도 4 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 이른-늦은 위상 보정기에 대한 일실시예 상세 구성도,

도 5 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 룩-업 테이블의 위상 오류의 크기에 따른 e의 값을 나타낸 일실시예 설명도,

도 6 은 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 누산기의 누산양에 따른 신호 파형에 대한 일실시예 설명도,

도 7a 내지 도 7d 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 누산기의 누산 횟수에 따른 위상 추적 성능을 나타낸 일실시예 설명도,

도 8 은 본 발명에 따른 직접변환 수신기의 위상 보정에 따른 성능을 나타낸 일실시예 설명도,

도 9 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

310 : 누산기 320 : 이른-늦은 위상 보정기

330 : 룩-업 테이블 데이터 정합기

340 : 국부발진기 350 : 수신기

360 : 이른-국부 발진기 370 : 늦은-국부 발진기

본 발명은 수신기 위상 보정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접변환 수신기 또는 디지털 수신기에서 발생하는 수신신호의 위상과 수신기 국부발진 신호의 위상차로 발생하는 수신신호의 성능 저하를 방지하기 위하여, 수신 RF 신호와 국부발진 신호의 위상차를 보정하여 전송 신호의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 수신기 위상 보정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수신 입력 신호와 국부발진신호의 위상 보정은 수신 신호로부터 낮은 신호 주파수 대역으로 변환된 기저대역 신호 영역에서 보정이 이루어진다.

수신 신호를 중간 주파수 대역 그리고 기저대역으로 전환하는 헤테로다인 구조에서는 하나 이상의 국부발진기를 사용하므로 수신 RF(Radio Ferquency : 이하, "RF"라 함)단에서의 신호 처리보다는 중간 단에서 발생하는 위상차를 보정하여야 하므로 기저대역의 신호 처리 방법이 용이하다. 그러나, 수신 입력 신호로부터 직접 기저대역 신호로 변환하는 직접변환 수신기에서는 하나의 국부발진기를 사용하므로 수신 RF 영역에서 국부발진기를 조정하여 위상차를 보정하는 방법이 가능하며, 보다 빠른 신호 보정에 따른 신호 획득과 수신기 성능을 개선한다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 직접변환 수신기 및 종래의 수신 신호와 국부발진신호의 위상차 보정 방법을 살펴보기로 한다.

도 1 은 종래의 직접변환 수신기의 구성예시도이다.

도면에서, "101"은 입력되는 RF 신호, "110"은 직접변환 수신기, "111"은 증폭기, "112, 114"는 혼합기, "113"은 국부발진기, "115"는 국부발진기의 발진신호, "116"은 저역통과필터, "121"은 기저대역 신호를 각각 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 RF 신호(101)는 입력되는 신호의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 수신기의 국부발진기(113)의 발진신호(115)에 의해 혼합기(112, 114)에서 기저대역 신호(121)로 직접 변환된다.

직접변환 수신기(110) 및 디지털 수신기는 입력되는 변조 신호의 복조를 위하여 반송파 신호에 위상 동기된 국부발진기(113)의 국부발진신호가 사용된다. 위상이 동기되지 않은 국부발진신호는 복조 신호의 성능 저하를 가져온다. 따라서, 변조 신호와 국부발진신호의 위상차를 보정하고, 수신 신호의 전송 품질을 유지하기 위한 위상 보정 방안이 필요하다.

도 2 는 종래의 수신 신호와 국부발진신호의 위상차 보정 방법에 대한 일실 시예 설명도이다.

도면에서, "210"은 직접변환 수신기, "220"은 위상 보정장치(Phase Correction), 그리고 "230"은 위상 이득장치(Gain Correction)를 각각 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 입력 신호와 국부발진신호의 위상차 보정을 위한 장치는 위상 보정장치(220)와 위상 이득장치(230)로 구성되어 기저대역 신호 영역에서 복조된 신호를 이용하여 위상차를 보정하고 있다.

도 2의 입력 신호와 국부발진신호의 위상 보정장치(220)는 기저대역에서 복조된 신호를 이용하므로 국부발진신호의 위상차가 클 경우 보정 능력의 어려움 및 빠른 복조 신호 획득 시간에 대한 어려움이 발생한다. 따라서, 국부발진신호에 대한 조정 수단이 필요한 동작 상태가 발생한다.

다음으로, 본 발명과 관련된 선행 기술들을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 이른-늦은 신호를 이용하여 위상을 동기시키는 방법을 기술한 "대한민국 특허 등록 번호 10-0207656(1999.7.15)"에서는 마스터 클럭 신호에 위상 동기된 클럭 신호를 발생하는 장치(이하, "선행발명1"이라 함)를 제시하는 것으로, 마스터 클럭으로부터 일정한 위상차를 갖는 여러 개의 신호를 발생시키며, 발생된 클럭 신호 중 하나의 신호를 선택하여 루프 필터에 의해 위상 비교되어 위상 앞섬/뒤짐 신호를 출력하고, 이 신호에 의해 위상 동기되는 신호를 선택하여 요구되는 위상 동기 신호를 출력하는 방법을 제시하고 있다.

그리고, "대한민국 특허 등록 번호 10-0324930(2002.2.4)에서도 상기 선행발 명 1과 유사한 방법을 사용하여 위상을 보정하고 있으며, 보다 빠르고 정확한 위상 동기를 위하여 동기 위상에 접근할 때가지 45도 단위로 바르게 위상 오차에 접근하다가 45도 이하의 위상차에 대해서는 미세하게 접근하는 방법(이하, "선행발명2"라 함)을 제시하고 있다.

그러나, 상기의 "선행발명1" 및 "선행발명2"는 위상 이른-늦은 신호를 이용한 위상 보정 방법을 기술하고 있으나, 디지털 신호 영역에서 위상 루프 방식을 사용하여 위상차 신호(즉, 위상 이른-늦은 신호)를 발생하는 것으로 위상차 신호에 의해 발생되고 있는 분주 신호 중 동기 신호를 선택하는 방법으로 수신 RF 신호와 국부발진신호의 위상 보정 방법으로 적용하기에는 어려운 문제점이 있었다.

한편, 국제 논문 "FRED HARRIS, Digital filter equalization of analog gain and phase mismatch in I-Q receivers, IEEE International Conference on 5th Universal Personal Communications, Vol. 2, pp. 793 ~796, Sep 1996"에서는 이퀄라이저 기술을 사용하여 상기 도 2와 같은 구조의 위상 보정장치를 제안하고 있으며, 상기 도 2에서의 설명과 같은 동작 특성을 요구한다.

따라서, 직접변환 수신기 및 디지털 수신기의 입력 RF 신호의 양호한 위상 검출을 위해서는 배경 잡음의 영향을 최소화하는 누적기 사용, 그리고 이른-늦은 위상 보정기에서 국부발진신호로부터 발생된 이른-늦은 신호와 수신 RF 신호로부터 위상차를 보정하기 위한 국부발진 위상 조정 신호를 룩-업 테이블로부터 발생시켜 위상차를 수신기 RF 입력단에서 직접 보정할 수 있도록 하는 기술이 필수적으로 요구된다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 직접 변환 수신기 또는 디지털 수신기의 수신 RF(Radio Frequency) 신호와 국부발진신호의 위상 차이로 발생하는 수신 성능 저하를 개선하기 위하여, 수신 입력단에 이른-늦은(Early-late) 위상 보정기와 누산기(Accumulator)를 이용하여 위상 차이를 보정하고, 위상 보정에 영향을 미치는 채널의 잡음 영향을 최소화하여 수신 성능을 개선할 수 있도록 하는 수신기 위상 보정장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수도 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 수신기 위상 보정장치에 있어서, 수신 RF(Radio Frequency) 신호의 수신 배경 잡음 영향을 최소화하기 위하여 상기 수신 RF 신호를 누산하기 위한 누산수단; 국부발진기로부터 전달되는 국부발진신호를 입력받아 이른 국부발진신호를 발생하기 위한 이른-국부 발진수단; 상기 국부발진신호를 입력받아 늦은 국부발진신호를 발생하기 위한 늦은-국부 발진수단; 상기 누산수단을 통해 누산된 수신 RF 신호와 상기 이른-국부 발진수단을 통해 전달된 이른 국부발진신호의 위상차와, 상기 누산된 수신 RF 신호와 상기 늦은-국부 발진수단을 통해 전달된 늦은 국부발진신호의 위상차를 구하기 위한 이른-늦은 위상 보정수단; 상기 이른-늦은 위상 보정수단을 통해 출력되는 위상차에 따라 상기 국부발진 신호의 위상을 조정하는 데이터를 발생하기 위한 룩-업 테이블 데이터 발생수단; 및 상기 룩-업 테이블 데이터 발생수단을 통해 전달되는 위상보정 데이터를 상기 국부발진기로 궤환시키기 위한 궤환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 수신기 위상 보정방법에 있어서, 수신 RF 신호를 입력받아 배경 잡음의 영향을 최소화하는 배경 잡음 최소화 단계; 국부발진기로부터 전달되는 국부발진신호를 입력받아 이른 국부발진신호와 늦은 국부발진신호를 발생하는 이른/늦은-국부발진신호 발생단계; 상기 배경 잡음이 최소화된 수신 RF 신호와, 상기 이른 국부발진신호 및 상기 늦은 국부발진신호 각각과의 위상차를 구하는 이른/늦은 위상 보정단계; 상기 이른/늦은 위상 보정단계에서 구한 위상차에 따라, 국부발진신호의 위상을 보정하는 데이터를 생성하는 위상 보정 데이터 생성 단계; 및 상기 위상 보정 데이터 생성 단계에서 생성된 위상 보정 데이터를 상기 국부발진기로 궤환시키는 궤환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 직접 변환수신기 또는 디지털 수신기에서 발생하는 수신 신호의 위상과 수신기 국부발진신호의 위상차로 발생하는 수신 신호의 성능 저하를 방지하기 위하여 수신 RF 신호와 국부발진신호의 위상차를 보정하여 전송 신호의 품질을 향상시킬 수 있다. 특히 국부발진신호를 입력하여 발생된 이른-늦은 신호와 수신 RF 신호를 이용하여 이른-늦은 위상 보정기를 이용하여 위상차를 추출하고 추출된 위상차에 대한 국부발진신호의 위상을 조정하기 위한 룩업 테이블(look-up table) 데이터에 의해 국부발진신호의 위상이 조정된다. 또한, 위상 비교로 사용되 는 수신 RF 신호는 배경 잡음을 포함하고 있으며, 위상 추출에 잡음의 영향이 지배적으로 작용하므로 이의 영향을 최소화하기 위한 누산기(Accumulator)를 사용하여 수신 입력단에서 두 신호의 위상차를 보정하여 보다 빠른 수신 획득 시간과 성능을 개선할 수 있는 장점이 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 일실시예 구성도로서, 누산기와 이른-늦은 위상보상기를 이용한 수신 RF 신호와 국부발진신호의 위상차를 보정하는 위상 보정장치를 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치(300)는, 수신 배경 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 수신 RF 신호를 누산하기 위한 누산기(310)와, 국부발진기(340)로부터 전달되는 국부발진 신호를 입력받아 이른/늦은 신호를 발생하기 위한 이른/늦은-국부 발진기(360,370)와, 누산기(310)를 통해 누산된 수신 RF 신호와 이른/늦은-국부 발진기(360,370)로부터 출력된 이른-늦은 국부발진 신호와의 위상차를 보정하기 위한 이른-늦은 위상 보정기(320)와, 이 른-늦은 위상 보정기(320)를 통해 출력되는 위상차에 따라, 국부발진 신호의 위상을 조정하는 데이터를 발생하기 위한 룩-업 테이블 데이터 정합(Mapping)기(330)와, 룩-업 테이블 데이터 정합기(330)를 통해 전달되는 위상보정 데이터를 국부발진기(340)로 궤환시키기 위한 궤환기를 구비한다.

여기서, 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치(300)는 이른-늦은 위상 보정기(320)를 이용해서 위상 오류를 찾아내게 되고 찾아낸 위상 오류값은 국부발진기(340)의 입력으로 사용되어 국부발진기(340)의 위상을 추정한 위상 오류값만큼 옮기게 된다. 즉, 국부발진기(340) 출력신호의 위상과 수신 RF 신호의 위상 차이는 이른-늦은 위상 보정기(320)와 룩-업 테이블 데이터 정합기(330)에서 출력된 피드백 신호에 의해서 보정되게 된다.

도 4 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 이른-늦은 위상 보정기에 대한 일실시예 상세 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이른-국부 발진기(360)와 늦은-국부 발진기(370)는

로 표현되는 신호(401)와 이것의 90도 위상 관계를 갖는

로 표현되는 신호(402)를 생성한다.

여기서,

신호(401)는 I 채널의 신호 복원을 위한 것이고, I 채널과 90도 위상 관계를 갖는

신호(402)는 Q 채널을 위한 것이다.

국부발진신호로부터 생성된 I/Q 채널 신호들에 대한 이른-늦은 신호(411, 421, 431, 441) 생성을 위하여

라디안만큼 빠르게 또는

라디안만큼 느리게 하는 이른 위상 변위기(410, 420)와 늦은 위상 변위기(430, 440)에 의해 위상이 이동된다.

여기서,

는 국부발진신호를 얼마만큼 이동시킬 것인지에 대한, 즉 이른-늦은 신호와 원래의 국부발진신호와의 위상 차이이다.

국부발진신호가 이른 위상 변위기(410, 420)와 늦은 위상 변위기(430, 440)를 통과하고,

간격으로 샘플링된 이른-늦은 신호(411, 421, 431, 441)는 하기 [수학식 1]과 같이 표현된다. 여기서, 인덱스 n과 k는 n번째 심볼의 k번째 샘플을 의미한다.

이른 위상 변위기(410, 420)와 늦은 위상 변위기(430, 440)에 의해 위상이 변동된 이른-늦은 신호(411, 421, 431, 441)들은 수신 RF 신호(400)와 혼합기(412, 422, 432, 442)에 의해 각각 곱하여지며 혼합기(412, 422, 432, 442) 출력 신호들은 하기의 [수학식 2]와 같다.

여기서, n과 k는 n 번째 심볼의 k번째 샘플을 의미하며, 수신 RF 신호(400)는 하기 [수학식 3]과 같다.

혼합기(412, 422, 432, 442) 출력 신호들은 심볼 덧셈기(413, 423, 433, 443)에 의해 각각 한 심볼 단위로 더해지게 된다. 더해진 값은 다시 제곱기(414, 424, 434, 444)를 통해서 제곱이 되고 I와 Q 채널에 대한 수신 RF 신호와 이른-늦은 위상 변화를 겪은 국부발진신호간의 상관값, 즉 신호 출력 값(415, 425, 435, 445)인

(415),

(425),

(435),

(445)을 생성한다.

상기

(415),

(425),

(435),

(445)은 하기 [수학 식 4]와 같다.

이 값들은 이른-늦은 국부발진신호와 위상 오류가 난 수신 RF 신호의 상관값을 가지고 있으므로 이 상관값을 가지고 위상 오류값을 찾을 수 있다.

상관값

(415),

(425),

(435),

(445)값이 심볼 단위로 구해지면 다음으로는 좀 더 정확한 위상 오류를 추정하기 위해서 합산기(450, 460)에 의해 I와 Q 채널의 상관값을 모두 사용하기 위해서 이른 국부발진신호에 대한 I와 Q 채널의 상관값을 더하게 되고, 또한 늦은 국부발진신호에 대한 I와 Q 채널의 상관값을 더하여 하기 [수학식 5]와 같은 출력 신호(451, 461)를 생성한다.

국부발진신호와 수신 RF 신호의 위상 오류는 상기 출력 신호, 즉 I와 Q 채널에 대한 이른, 늦은 신호의 상관값을 이용해서 추정하게 된다.

위상 오류의 추정을 위한 이른-늦은 상관값의 차이(471)는 합산기(470)로부터 하기 [수학식 6]과 같이 표현된다.

추정된 상관값

(471)은 위상 오류에 대한 정보를 가지고 있다. 따라서, 합산기(470)의 출력 신호(471)로부터 위상 오류를 추정할 수 있다.

상기의 위상 오류 추정 상관값(471)을 이용하여 실질적인 위상 오류값을 찾기 위해서 상기 도 3의 룩-업 테이블 데이터 정합기(330)를 사용한다.

이른-늦은 위상 보정기(320)에 의해 상관값을 구하게 되고, 또한 수신 RF 신호의 위상 오류의 크기에 따라 각각 상관값을 구하게 된다. 룩-업 테이블 값은 미리 상관값만을 측정하여 메모리에 저장하게 된다. 룩-업 테이블 데이터 생성을 위한 과정은 다음과 같다.

의 위상 이동을 갖는 한 주기의 국부발진신호를 표현하면 하기 [수학식 7]과 같다.

위상 오류가

인 n번째 심볼의 수신 RF 신호는 하기 [수학식 8]과 같다. 이때, 데이터는 I와 Q 채널에서 모두 1이 전송되었다고 가정한다. 즉,

,

이다.

그리고, 위상 오류 추정을 위한 상관값은 하기 [수학식 9]와 같이 구할 수 있다.

상기 [수학식 9]에서 구한 상관값을 가지고 위상 오류 크기 e를 하기 [수학식 10]을 이용하여 구할 수 있다.

도 5 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 룩-업 테이블의 위상 오류의 크기에 따른 e의 값을 나타낸 일실시예 설명도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 룩-업 테이블에서는 위상 오류의 단위를 10도 단위로 하여 테이블을 작성하였고, 국부발진기의 이른, 늦은 위상 변화

는 30도(

라디안)로 하였다. 또한,

,

의 크기는 1로 정규화하였다.

도 5에서 구해진 e의 값을 살펴보면 위상 오류에 따라 e의 값이 다르다는 것을 알 수 있다. 따라서, e의 값을 안다면 위상 오류의 값,

를 구할 수 있다.

다시 말해, 상기 [수학식 7]에서 이른-늦은 위상 보정기(320)를 통해 추정한 상관값

와 실제 상관값 e의 값을 비교함으로써, 실제 위상 오류의 값을 구하게 된다. 따라서, 추정된 위상 오류값은 하기 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

의 함수인 실제 상관값 e와 추정 상관값

과의 차이의 절대값을 최소로 만드는

의 값이 바로 추정된 위상 오류값,

이 된다.

다음으로, 이른-늦은 위상 보정기(320)와 룩-업 테이블 데이터 정합기(330)에 의해서 추정된 위상 오류

는 국부발진기(340)로 궤환되어 위상 오류를 보정하게 된다. 위상 오류만큼 보정된 국부발진기(340)의 출력신호는 하기 [수학식 12]와 같다.

위상 오류만큼 변위된 국부발진신호는

의 위상 오류가 있는 수신 RF 신호와 함께 직접변환 수신기(350)의 수신 RF 신호 입력단과 국부발진신호 입력단으로 입력되게 된다.

그러나, 추정한 위상 오류의 값,

는 실제 환경에서는 그 값이 시간에 따라 변화하기 때문에 시간에 따라 추정 위상 오류값을 다시 측정해야 한다. 하지만, 이른-늦은 위상 보정기(320)의 시간 지연으로 인해 각각의 데이터마다 위상 오류값을 추정하는 것은 불가능하다. 따라서, 데이터 블럭마다 새로운 위상 오류의 값이 추정되어야 하지만 N개의 데이터 블럭마다 위상 오류값을 추정할 경우 한 블럭 내에서 서서히 변화하는 위상 오류는 추정할 수 없다. 따라서, 여기서는 서서히 변화하는 위상 오류를 추정하기 위해서 이른-늦은 위상 보정기(320)는 하기 [수학식 13]과 같은 재귀적인 절차를 수행하여 위상을 보정한다.

여기서,

는 1보다 작은 정수로

과

사이의 가중치이다.

상기 도 3에서 수신 RF 신호에 포함되어 있는 배경 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 수신 RF 신호를 누산하는 누산기(310)를 사용한다.

상관값,

은 위상 오류와 배경잡음에 의해 결정되기 때문에 정확한 위상 오류를 추정하기 위해서는 배경잡음의 영향을 최소화하는 것이 중요하다.

상기 도 3에서와 같이 수신 RF 신호는 이른-늦은 위상 보정기(320)로 입력되기 전에 누산기(310)를 통과한다.

누산기(310)는 입력된 수신 RF 신호를 한 심볼씩 누산 길이인 N개의 심볼을 메모리에 모아서 모아진 심볼들을 서로 더하게 된다. 이렇게 N개의 심볼들을 더함으로써, 임의의 잡음인 배경잡음의 영향을 최소화할 수 있다.

한 심볼 당 K개로 샘플링된 수신 신호 N개를 누산하였을 경우 출력 신호는 하기 [수학식 14]와 같다.

도 6 은 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 누산기의 누산양에 따른 신호 파형에 대한 일실시예 설명도로서, 신호 파형을 2 dB의 신호 대 잡음비에 대해 일실시예로 나타내는 도면으로, 수신 RF 신호에 포함된 배경잡음의 영향이 누산양에 따라 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

도 7a 내지 도 7d 는 본 발명에 따른 수신기 위상 보정장치의 누산기의 누산 횟수에 따른 위상 추적 성능을 나타낸 일실시예 설명도이다.

도 7a 내지 도 7d에서는 일실시예로 DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying) 변조 기법을 사용하였고, 이른-늦은 위상 변화값

는 30도를 사용하였으며 신호 대 잡음비가 2dB인 경우이다.

도 7a, 7b, 7c, 그리고 7d는 누산 길이 N에 따른 누산기의 성능 곡선을 나타내고 있다.

도 7a는 누산 길이 N이 1인 경우, 누산 횟수의 증가에 따라 위상 오류의 차이의 변화가 심한 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 7b의 누산 길이 N이 20인 경우, 도 7a와 비교해서 위상 오류의 차이의 변화가 적음을 알 수 있다. 또한, 도 7c는 N이 50인 경우로 위상 오류의 차이가 아주 적음을 나타낸다.

낮은 신호 대 잡음비에서는 배경 잡음의 영향이 위상 오류를 추정하는데 많은 영향을 미치므로 신호 대 잡음비가 낮은 경우에는 누산양을 많이 함으로써, 배경 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 반면에 신호 대 잡음비가 높은 경우에는 누산 양을 줄여도 좋은 성능을 기대할 수 있다. 도 7d는 신호 대 잡음비가 8dB이고, 누산 길이가 1인 경우의 누산 횟수에 따른 성능 곡선이다. 신호 대 잡음비가 높은 경우에 누산 길이 N이 작아도 위상 오류의 차이가 작음을 보여주고 있다.

도 8 은 본 발명에 따른 직접변환 수신기의 위상 보정에 따른 성능을 나타낸 일실시예 설명도로서, 수신 RF 신호와 국부발진신호의 위상을 보정함으로써 수신 신호의 성능이 개선되고 있음을 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 먼저 수신 RF 신호를 입력받아 배경 잡음의 영향을 최소화한다(901). 그리고, 국부발진기의 발진신호를 입력받아 이른 신호와 늦은 신호를 발생하여(902) 상기 배경 잡음이 최소화된 신호, 발생된 이른 신호 및 늦은 신호로부터 이른-늦은 위상 보정을 수행한다(903).

다음으로, 상기 생성된 위상 보정 신호로부터 국부발진신호의 위상을 조정하는 데이터를 발생하고(904), 위상 보정 데이터를 국부발진기로 궤환하여 위상을 보정한다(905).

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디 스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 직접변환 수신기 및 디지털 수신기에서 발생하는 수신 신호의 위상과 국부발진신호의 위상차를 수신 전처리단에서 직접 보정함으로써, 두 신호의 위상차로 발생하는 수신 성능을 보정하고 성능 개선된 복조 신호의 획득 시간을 빠르고 안정적인 동작 특성으로 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 위상차의 보정을 국부발진기로 궤환하여 국부발진신호의 위상을 조정함으로써 넓은 범위의 주파수 및 위상 오차를 보정할 수 있으며, 수신 전처리단에서 보정을 함으로써 기저대역에서 보정 기능을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 수신 RF 신호에 포함된 배경 잡음의 영향을 최소화하는 누산기를 사용하여 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 수신 신호 영역에서 양호한 동작 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

수신기 위상 보정장치에 있어서,

수신 RF(Radio Frequency) 신호의 수신 배경 잡음 영향을 최소화하기 위하여 상기 수신 RF 신호를 누산하기 위한 누산수단;

국부발진기로부터 전달되는 국부발진신호를 입력받아 이른 국부발진신호를 발생하기 위한 이른-국부 발진수단;

상기 국부발진신호를 입력받아 늦은 국부발진신호를 발생하기 위한 늦은-국부 발진수단;

상기 누산수단을 통해 누산된 수신 RF 신호와 상기 이른-국부 발진수단을 통해 전달된 이른 국부발진신호의 위상차와, 상기 누산된 수신 RF 신호와 상기 늦은-국부 발진수단을 통해 전달된 늦은 국부발진신호의 위상차를 구하기 위한 이른-늦은 위상 보정수단;

상기 이른-늦은 위상 보정수단을 통해 출력되는 위상차에 따라 상기 국부발진 신호의 위상을 조정하는 데이터를 발생하기 위한 룩-업 테이블 데이터 발생수단; 및

상기 룩-업 테이블 데이터 발생수단을 통해 전달되는 위상보정 데이터를 상기 국부발진기로 궤환시키기 위한 궤환수단

을 포함하는 수신기 위상 보정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이른-늦은 위상 보정수단은,

상기 이른-국부 발진수단 및 상기 늦은-국부 발진수단을 통해 생성된 I/Q채널 신호 각각에 대하여 이른 신호 및 늦은 신호를 생성하기 위한 이른-늦은 위상 변위부;

상기 이른-늦은 위상 변위부에서 위상 변동된 각각의 신호와 상기 수신 RF 신호를 혼합하기 위한 혼합부;

상기 혼합부에서 출력되는 각각의 I/Q 채널 신호에 대해, 상기 수신 RF 신호와 상기 이른-늦은 위상 변위부에 의해 변화를 겪은 국부발진신호 간의 상관값을 생성하기 위한 상관값 생성부; 및

상기 상관값 생성부에서 출력된 상관값 중 이른 국부발진신호와 늦은 국부발진신호의 I/Q 채널에 대한 위상 오류를 추정하기 위한 합산부

를 포함하는 수신기 위상 보정장치.
제 2 항에 있어서,

상기 이른-늦은 위상 변위부는,

상기 이른-국부 발진수단에서 출력된 이른 신호를 소정 위상만큼 위상 이동하기 위한 제1 이른 위상 변위부;

상기 늦은-국부 발진수단에서 출력된 늦은 신호를 소정 위상만큼 위상 이동하기 위한 제1 늦은 위상 변위부;

상기 제 1 이른 위상 변위부와 90도 위상 관계를 갖는 이른 신호를 소정 위상만큼 위상 이동하기 위한 제2 이른 위상 변위부; 및

상기 제 1 늦은 위상 변위부와 90도 위상 관계를 갖는 늦은 신호를 소정 위상만큼 위상 이동하기 위한 제2 늦은 위상 변위부

를 포함하는 수신기 위상 보정장치.
제 2 항에 있어서,

상기 상관값 생성부는,

상기 혼합부에서 출력된 신호를 소정 심볼단위로 더하기 위한 승산부; 및

상기 승산부에서 출력된 신호를 제곱하기 위한 제곱부

를 포함하는 수신기 위상 보정장치.
제 2 항에 있어서,

상기 합산부는,

상기 수신 RF 신호와 상기 이른-늦은 위상 변위부에 의해 변화를 겪은 국부발진신호간의 상관값을 생성하기 위한 제1 합산부; 및

상기 이른-늦은 위상 변위부에서 이른 국부발진신호에 대한 I와 Q 채널의 상관값을 더하게 되고, 늦은 국부발진신호에 대한 I와 Q 채널의 상관값을 더하여 위상 오류를 추정하기 위한 제2 합산부

를 포함하는 수신기 위상 보정장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 룩-업 테이블 데이터 발생수단은,

룩-업 테이블 값으로 미리 상관값만을 측정하여 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 수신기 위상 보정장치.
수신기 위상 보정방법에 있어서,

수신 RF 신호를 입력받아 배경 잡음의 영향을 최소화하는 배경 잡음 최소화 단계;

국부발진기로부터 전달되는 국부발진신호를 입력받아 이른 국부발진신호와 늦은 국부발진신호를 발생하는 이른/늦은-국부발진신호 발생단계;

상기 배경 잡음이 최소화된 수신 RF 신호와, 상기 이른 국부발진신호 및 상기 늦은 국부발진신호 각각과의 위상차를 구하는 이른/늦은 위상 보정단계;

상기 이른/늦은 위상 보정단계에서 구한 위상차에 따라, 국부발진신호의 위상을 보정하는 데이터를 생성하는 위상 보정 데이터 생성 단계; 및

상기 위상 보정 데이터 생성 단계에서 생성된 위상 보정 데이터를 상기 국부발진기로 궤환시키는 궤환단계

를 포함하는 수신기 위상 보정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 배경 잡음 최소화 단계는,

상기 수신 RF 신호의 배경 잡음을 최소화하기 위하여, 누산기를 사용하고, 신호 대 잡음비에 따른 누산 길이 및 누산 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 수신기 위상 보정방법.