KR19980054384A - 큐피에스케이(qpsk) 복조장치 - Google Patents

큐피에스케이(qpsk) 복조장치 Download PDF

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QPSK(Quarter Phase Shift Keying) 복조 장치의 주파수 오차의 부호 결정장치에 관한 것으로 반송파 복구시 주파수 오프셋을 스위프 발생기에서 발생되는 신호를 이용하여 반송파 록을 검출하는 큐피에스케이(QPSK) 복조장치에 있어서, 디지탈 신호를 복조하는 복조부와, 상기 복조부에서 복조된 신호를 각각 필터링하여 위상보상 후 위상에러를 검출하는 위상 에러 검출부와, 정합필터를 통과한 신호를 이용하여 순시 위상값을 구하여 순수 위상 변조값을 제거한 후 현재 출력값과 이전 출력값의 차를 구하여 주파수 오프셋 값을 구하는 연산부와, 록검출신호와 스위프 종료신호에 따라 상기 연산부에서 출력된 값의 주파수 오프셋 부호를 판별하여 스위프 주파수 구간 선택신호를 상기 스위프 발생기로 출력하는 주파수 오프셋 부호 판별부로 구성되어 스위프 구간을 옮길 경우 그 방향성을 제시하여 주므로 주파수 오프셋을 제로로 수렴하는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

큐피에스케이(QPSK) 복조장치
본 발명은 이동 통신, 위성 통신 디지탈 통신 등에 이용되는 QPSK(Quarter Phase Shift Keying) 복조 장치에 관한 것으로 특히, 주파수 오차의 부호 결정장치에 관한 것이다.
보통 QPSK 복조장치에서 반송파 복구는 AFC(Auto Frequency Control)와 타임 복구(Time Recovery)를 의미하고, 이 반송파 복구가 완료되었을 때에 반송파의 잔류 주파수 즉, 주파수 오프셋이 존재한다.
이 주파수 오프셋은 스위프(Sweep) 발생기에서 발생된 신호와 곱하여 0으로 수렴시켜 스위프 구간내에서 반송파 록(Lock)이 되도록 한다.
이하, 종래기술에 따른 QPSK 복조장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 구성을 설명하기 위한 블록도로서, 복조하기 위한 중간 주파수(IF) 신호를 입력받아 튜닝하여 아날로그 I 신호 및 Q 신호를 출력하는 튜너(11)와, 튜너(11)에서 출력된 아날로그 I 신호 Q 신호를 각각 디지탈 신호로 변환하여 일정비트의 디지탈 I 신호 및 Q 신호를 출력하는 A/D 변환부(12)와, A/D 변환부(12)에서 출력된 I 신호 및 Q 신호를 복조하는 복조부(13)와, 복조부(13)에서 복조된 I 신호 및 Q 신호를 각각 필터링는 정합 필터부(14)와, 필터링 된 I 신호 및 Q 신호에 대해 위상을 검출하여 보상하는 위상보상부(15)와, 위상보상부(15)의 보상된 위상을 기준 위상과 비교하여 에러검출 후 위상보상부(15)에 출력하는 위상 에러 검출부(16)와, 반송파 록 검출이 되지 않을 때 록검출부(도시 생략함)에서 출력된 스위프 주파수 구간에 대한 선택신호가 입력되어 이에 해당하는 스위핑 구간신호를 출력하는 스위프 발생부(17)와, 위상 에러 검출부(16)에서 출력된 위상에러 신호가 스위프 발생부(17)에서 출력된 스위핑 구간신호에 가산되어 가산된 구간신호에 해당하는 I 신호 및 Q 신호를 코사인(Cosine)과 사인(Sine) 파형으로 복조부(13)에 출력하는 NCO(Numerical Controlled Oscillator)(18)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래기술의 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 동작을 도 2의 주파수 구간의 이동을 설명하기 위한 도면과 함께 설명한다.
튜너(11)에서 튜닝된 I 신호 및 Q 신호는 A/D 변환부(12)에서 디지탈 신호로 각각 변환되어 복조부(13)에서 복조된다.
복조부(13)에서 복조된 I 신호 및 Q 신호는 각각 정합 필터부(14)에서 필터링되고, 위상보상부(15)는 필터링된 신호를 위상에러 검출부(16)에서 검출된 위상에러에 따라 보상한다.
또한, 위상 에러 검출부(16)에서 출력된 위상에러 신호는 스위프 주파수 구간 선택신호에 따라 스위프 발생부(17)에서 출력되는 주파수 구간신호에 가산 되어 NCO(18)에 출력된다.
즉, 스위프 발생부(17)에서 발생된 스위프 구간내에서 반송파 록이 이루어질 때까지 록 검출부(도시 생략함)는 록 검출이 되지 않으면 일정 스텝으로 변화하는 주파수 구간 선택신호를 출력하고, 이를 입력받은 스위프 발생부(17)는 도 2와 같이 지그-재그로 바뀌는 주파수 구간에 대한 신호를 출력한다.
NCO(18)는 입력된 신호에 해당하는 I 신호 및 Q 신호를 각각 사인과 코사인 파형으로 복조부(13)에 출력한다.
종래기술에 따른 QPSK 복조장치는 스위프 구간내에 반송파 록이 되지 않아 스위프 구간을 기준 주파수를 중심으로 좌우 또는 전혀 다른 방향으로 이동해 나갈 수 있으므로 스위프 발생부를 이용하여 주파수 오프셋을 찾기 매우 오랜 시간이 걸리는 문제점 발생된다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 스위프 발생부를 이용항 주파수 오프셋을 0으로 수렴하는 시간을 줄일 수 있는 큐피에스케이(QPSK) 복조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 구성을 설명하기 위한 블록도
도 2는 도 1의 주파수 구간의 이동을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 구성을 설명하기 위한 블록도
도 4는 도 3의 주파수 오프셋 부호 판별부의 상세 구성을 보여주는 블록도
도 5는 도 4의 주파수 오프셋 부호 결정에 대한 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
31 : 튜너32 : A/D 변환부
33 : 복조부34 : 정합 필터
35 : 위상보상부36 : 위상에러 검출부
37 : tan-1테이블38 : 곱셈부
39 : 지연부40, 43 : 가산부
41 : 주파수 오프셋 부호 판별부42 : 스위프 발생부
44 : NCO
본 발명에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 tan-1테이블은 복조부에서 출력된 신호의 순시 위상값을 출력하고, 연산부는 tan-1테이블에서 출력된 위상값에서 순수 위상변조값을 제거하여, 현재 출력된 값과 이전 출력된 값의 차를 구하여 주파수 오프셋을 구하고, 주파수 오프셋 부호 판별부는 록검출 신호와 스위프 종료신호에 따라 연산부에서 출력된 값의 주파수 오프셋 부호를 판별하여 스위프 주파수 구간 선택신호를 출력함에 특징이 있다.
이하, 본 발명에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 구성을 설명하기 위한 블록도로서, 복조하기 위한 중간 주파수(IF) 신호를 입력받아 튜닝하여 아날로그 I 신호 및 Q 신호를 출력하는 튜너(31)와, 튜너(31)에서 출력된 아날로그 I 신호 및 Q 신호를 각각 디지탈 신호로 변환하여 일정비트의 디지탈 I 신호 및 Q 신호를 출력하는 A/D 변환부(32)와, A/D 변환부(32)에서 출력된 I 신호 및 Q 신호를 복조하는 복조부(33)와, 복조부(33)에서 복조된 I 신호 및 Q 신호를 각각 필터링 하는 정합 필터부(34)와, 필터링 된 I 신호 및 Q 신호에 대해 위상을 검출하여 보상하는 위상보상부(35)와, 위상보상부(35)의 보상된 위상을 기준 위상과 비교하여 에러 검출하는 위상 에러 검출부(36)와, 복조부(33)에서 입력된 I 신호 및 Q 신호의 순시 위상값을 출력하는 tan-1테이블(37)과, tan-1테이블(37)에서 출력된 위상값에 4를 곱하여 순수 위상변조된 값을 제거하는 곱셈부(38)와, 곱셈부(38)에서 현재 출력된 값의 이전 값을 임시 저장하는 지연부(39)와, 곱셈부(38)에서 현재 출력된 값과 지연부(39)에서 출력된 값의 차를 구하여 출력하는 제1가산부(40)와, 록검출부(도시 생략함)에서 출력된 록검출 신호와 스위프 종료신호에 따라 제1가산부(40)에서 출력된 값의 주파수 오프셋 부호를 판별하여 스위프 주파수 구간 선택신호를 출력하는 주파수 오프셋 부호 판별부(41)와, 주파수 오프셋 부호 판별부(41)에서 출력된 스위프 주파수 구간 선택신호에 해당하는 스위핑 구간 신호를 출력하는 스위프 발생부(42)와, 위상 에러 검출부(36)에서 출력된 위상에러 신호와 스위프 발생부(17)에서 출력된 스위핑 구간신호를 가산하는 제2가산부(43)와, 제2가산부(43)에서 출력된 구간신호에 해당하는 I 신호 및 Q 신호를 코사인(Cosine)과 사인(Sine)파형으로 복조부(33)에 출력하는 NCO(Numerical Controlled Oscillator)(44)로 구성된다.
여기서, 주파수 오프셋 부호 판별부(41)는 제1가산부(40)에서 출력된 값에 사인 비트(Sign bit)를 취하여 부호를 결정하는 부호결정부(411)와, 부호결정부(411)에서 결정된 비트값을 논리 곱하는 제1앤드 게이트(412)와, 제1앤드 게이트(412)에서 출력된 값이 양에 대한 비트일 때 카운트하는 제1카운터부(413)와, 부호결정부(411)에서 결정된 비트값을 반전하는 제1인버터(414)와, 제1인버터(414)에서 출력된 비트값을 논리 곱하는 제2앤드게이트(415)와, 제2앤드게이트(415)에서 출력된 값이 음에 대한 비트일 때 카운트하는 제2카운터부(416)와, 부호결정부(411)에서 결정된 비트값과 제1인버터(414)에서 출력된 비트값을 논리 합하는 오아게이트(417)와, 오아게이트(417)에서 출력된 값을 카운트하는 제3카운터부(418)와, 제3카운터부(418)에서 카운트된 값이 일정 값이 되면 제1카운터부(413)와 제2카운터부(416)에서 각각 카운트된 값을 비교하여 주파수 오프셋의 부호를 출력하는 비교부(419)와, 록 검출부(도시 생략함)에서 출력되는 록 검출 여부를 반전하는 제2인버터(420)와, 제2인버터(420)에서 출력되는 값과 스위프 종료 신호를 논리 곱하여 스위프 주파수 구간 선택신호의 출력여부에 대한 인에이블 신호를 출력하는 제3앤드게이트(421)와, 제3앤드게이트(421)의 인에이블 신호에 따라 비교부(419)에서 출력된 주파수 오프셋의 부호에 대한 값을 출력하는 래치(422)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치의 동작을 첨부된 도 5의 주파수 오프셋 부호 결정에 대한 도면을 참조하여 살펴보자.
보통 반송파 복구시 주파수 오프셋이 존재할 때 도 5와 같이 시계방향으로 위상이 증가하거나 반시계방향으로 위상이 증가하여 검출된다.
이때, 시계방향을 -로, 반시계방향을 +로 정하여 주파수 오프셋의 부호를 결정한다.
먼저, 튜너(31)에서 튜닝된 I 신호 및 Q 신호는 A/D 변환부(32)에서 디지탈 신호로 각각 변환되고, 복조부(33)에서 복조된다.
복조부(33)에서 복조된 I 신호 및 Q 신호는 각각 정합 필터부(34)에서 필터링 되고, 위상보상부(35)는 필터링된 신호를 위상에러 검출부(36)에서 검출된 위상에러에 따라 보상한다.
한편, 정합필터(34)에서 출력된 I 신호 및 Q 신호는 tan-1테이블(37)에 입력되어 순시 위상값을 출력한다.
정합필터(34)에서 출력된 I 신호 및 Q 신호는 다음과 같다.
I = Acos(△f·t + π/4·i)
Q = Asin(△f·t + π/4·i)
여기서, A는 정수이고, △f는 주파수 증가분이고, t는 시간이고, π/4·i는 위상변조된 값이다.
I 신호 및 Q 신호가 tan-1테이블(37)에 입력되면 순시 위상값 즉, △f·t + π/4·i이 결정되고, 이 순시 위상값은 곱셈부(38)를 통해 4가 곱해져 위상변조된 값(π/4·i)이 제거되어 순시 위상오차값이 검출된다.
이 순시 위상오차값을 지연부(39)에 저장된 그 이전 값의 차를 구하여 주파수 오프셋을 산출한 후, 그 값을 주파수 오프셋 부호 판별부(41)의 부호 결정부(411)에 입력한다.
부호결정부(411)는 입력된 신호에 사인 비트만을 취하여 그 비트의 값으로 제1앤드게이트(412)에서 논리곱 되어 제1카운터부(413)로 출력되고, 동시에 제1인버터(414)에서 반전되어 제2앤드게이트(415)에서 논리곱 된 후 제2카운터부(416)로 출력된다.
즉, 도 5와 같이 일정시간 동안 제1카운터부(413)는 부호결정부(411)에서 결정된 양에 대한 비트만을 카운트하여 증가시키고, 제2카운터부(416)는 부호결정부(411)에서 결정된 음에 대한 비트만을 카운트하여 증가시키고, 제3카운터부(418) 결정된 부호에 관계없이 입력된 비트 모두 카운트하여 증가시킨다.
비교부(419)는 제3카운터부(418)에서 카운트된 값이 일정 값이 되면 제1카운터부(413)와 제2카운터부(416)에서 카운트된 값을 비교하여 최종 주파수 오프셋의 부호에 대한 0 또는 1을 래치(422)로 출력한다.
그러면 래치(422)는 최종 주파수 오프셋의 부호 정보를 인에이블 정보에 따라 출력한다. 즉, 제3앤드게이트(421)에서 출력되는 스위프 종료신호와 반전된 록검출 여부신호를 논리곱한 인에이블 정보에 따라 래치(422)는 스위프 주파수 구간 선택신호를 스위프 발생부(42)로 출력한다.
스위프 발생부(42)에서 출력된 스위프 주파수 구간 선택신호에 위상에러검출부(36)에서 검출된 위상 에러가 가산되어 NCO(44)에 입력되고, NCO(44)는 주파수 오프셋 부호 판별부(41)에서 판별된 방향성에 따른 구간신호에 해당하는 I 신호 및 Q 신호를 코사인(Cosine)과 사인(Sine)파형으로 복조부(33)에 출력하여 주파수 오프셋을 제로로 수렴하게 위상을 보상한다.
본 발명에 따른 큐피에스케이(QPSK) 복조장치는 주파수 오프셋 부호 판별부를 부가하여 스위프 구간내에 반송파 록이 되지 않아 스위프 구간을 옮길 경우 그 방향성을 제시하여 주므로 주파수 오프셋을 제로로 수렴하는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 반송파 복구시 주파수 오프셋을 스위프 발생기에서 발생되는 신호를 이용하여 반송파 록을 검출하는 큐피에스케이(QPSK) 복조장치에 있어서,
    디지탈 신호를 복조하는 복조부와,
    상기 복조부에서 복조된 신호를 각각 필터링하여 위상보상 후 위상에러를 검출하 위상 에러 검출부와,
    상기 복조부에서 출력된 신호의 순시 위상값을 구하여 위상변조된 값을 제거한 후 현재 출력된 값과 이전 출력된 값의 차를 이용하여 주파수 오프셋값을 산출하는 연산부와,
    록검출 신호와 스위프 종료신호에 따라 상기 연산부에서 출력된 값의 주파수 오프셋 부호를 판별하여 스위프 주파수 구간 선택신호를 상기 스위프 발생기로 출력하는 주파수 오프셋 부호 판별부로 구성됨을 특징으로 하는 큐피에스케이(QPSK) 복조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 부호 판별부는
    상기 연산부에서 출력된 값에 사인 비트를 취하여 부호를 결정하는 부호결정부와,
    상기 부호결정부에서 결정된 비트값을 논리 곱하는 제1앤드 게이트와,
    상기 제1앤드 게이트에서 출력된 값이 양의 비트일 때 카운트하는 제1카운터부와,
    상기 부호결정부에서 결정된 비트값을 반전하는 제1인버터와,
    상기 제1인버터에서 출력된 비트값을 논리 곱하는 제2앤드게이트와,
    상기 제2앤드게이트에서 출력된 값이 음의 비트일 때 카운트하는 제2카운터부와,
    상기 부호결정부에서 결정된 비트값과 상기 제1인버터에서 출력된 비트값을 논리 합하는 오아게이트와,
    상기 오아게이트에서 출력된 값을 카운트하는 제3카운터부와,
    상기 제3카운터부에서 카운트된 값이 일정 값이 되면 상기 제1카운터부와 제2카운터부에서 각각 카운트된 값을 비교하여 주파수 오프셋의 부호를 출력하는 비교부와,
    록 검출 여부신호를 반전하는 제2인버터와,
    상기 제2인버터에서 출력되는 값과 스위프 종료 신호를 논리 곱하여 스위프 주파수 구간 선택신호의 출력여부를 결정하는 인에이블 신호를 출력하는 제3앤드게이트와,
    상기 제3앤드게이트의 인에이블 신호에 따라 상기 비교부에서 출력된 주파수 오프셋의 부호에 대한 값을 출력하는 래치로 구성됨을 특징으로 하는 큐피에스케이(QPSK) 복조장치.
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