KR20000002886A - Device for synchronized extracting symbol timing and carrier wave frequency using delay combining and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 데이터 복원 방법에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 동기 방식 수신단에서 수신되는 데이터에 대하여 정확한 샘플링 점을 찾아주기 위한 심볼 타이밍(symbol timing)과 반송파 주파수 추출이 동시에 수행되는 지연 결합을 이용한 심볼 타이밍과 반송파 주파수 동시 추출장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a data recovery method, and more particularly, to a symbol using a delay combination in which symbol timing and carrier frequency extraction are simultaneously performed to find an accurate sampling point for data received at a synchronous receiver. A timing and carrier frequency simultaneous extraction apparatus and method.
종래의 모뎀에서 심볼 타이밍 에러 복원과 반송파 복원을 위한 디지탈 기저대역 복조기의 구성은 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 위상(in-phase)성분과 이에 대한 직교(quadrature) 성분으로 복조되어 인가되는 복합 기저대역 신호를 미분하여 원래 신호의 위상을 추출하기 위한 주파수 변별기(1)와, 주파수 변별기(1)에서 출력되는 신호를 설정된 대역의 신호만으로 추출하여 노이즈 성분의 제거와 신호의 정형을 실행하는 저역통과필터(2)와, 상기 저역통과필터(2)를 통해 인가되는 신호에서 동기 비트를 추출하기 위하여 인가되는 신호를 설정된 알고리즘에 따라 빠른 퓨리에 변환(fast fourier transform : FFT)하는 연산기(3)와, 상기 연산기(3)에서 출력되는 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지탈/아날로그 변환기(4)와, 상기 변환된 아날로그 신호값에 따라 수신되는 신호의 주파수를 고정시키는 전압제어 발진기(5)및, 저역통과필터(2)를 통해 인가되는 신호에 상기 FFT 연산된 신호의 DC항으로 추출된 잔류편차(△f) 값을 감안하여 수신되는 데이터의 에러 복원을 실행하는 판단기(6)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a configuration of a digital baseband demodulator for symbol timing error recovery and carrier recovery in a conventional modem is demodulated and applied to an in-phase component and a quadrature component thereof. The frequency discriminator 1 for differentiating the baseband signal to extract the phase of the original signal, and the signal output from the frequency discriminator 1 are extracted only with the signal of the set band to remove noise components and shape the signal. A low pass filter (2) and a fast fourier transform (FFT) fast signal based on a predetermined algorithm for extracting a sync bit from a signal applied through the low pass filter 2 ), A digital / analog converter 4 for converting the digital signal output from the calculator 3 into an analog signal, and the converted analog signal value. A voltage controlled oscillator 5 for fixing the frequency of the received signal and a signal received through the low pass filter 2 in consideration of the residual deviation Δf extracted from the DC term of the FFT-calculated signal. It consists of a judging unit 6 for performing error recovery of the data to be made.
전술한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 종래의 모뎀에서 심볼 타이밍 에러의 복원과 반송파 에러의 복원을 실행하는 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of restoring the symbol timing error and the carrier error in the conventional modem having the above functions will be described below.
수신된 신호 r(t)는 채널과 검출전 필터링에 의해서 왜곡이 없다고 가정하면 하기의 수학식 1과 같이 된다.Assuming that the received signal r (t) has no distortion due to the channel and pre-detection filtering, Equation 1 below.
상기의 수학식 1에서 n(t)는 한쪽에만 존재하는 스펙트럼 밀도 N0를 갖는 부가적인 대역백색 잡음,
또한,
일반적으로, 손실이 없다는 가정하에
상기와 같이 정의되는 수학식 1과 같은 수신 신호에서 잡음을 무시한 경우 복합 기저대역 신호는 위상 성분(X)과 직교 변조성분(Y)으로 나타나는데, 이는 하기의 수학식 2와 수학식 3과 같다.When the noise is ignored in the received signal as defined in Equation 1, the composite baseband signal is represented by a phase component (X) and an orthogonal modulation component (Y), which are represented by Equations 2 and 3 below.
상기의 수학식 2 및 수학식 3에서
상기 수학식 1과 수학식 2와 같은 위상 성분
상기의 수학식 4와 같이 주파수 변별기(1)에서 출력되는 신호는 저역통과필터(2)를 통해 설정된 대역의 주파수 성분과 노이즈가 제거된 다음 판단기(6)를 통해 수신된 데이터의 복원이 진행된다.As shown in Equation 4, the signal output from the frequency discriminator 1 has the frequency component and noise of the band set through the low pass filter 2 removed, and then the restoration of the data received through the determiner 6 is performed. Proceed.
이때, 상기 저역통과필터(2)를 통해 출력되는 신호는 동기 비트 검출수단의 연산기(2)에 의해 FFT 연산되어 수신되는 주파수 설정을 위한 값이 추출된 다음 디지탈/아날로그 변환기(4)에 의하여 아날로그 신호로 변환된 후 전압제어발진기(5)의 발진 전압을 고정시켜 수신되는 신호의 주파수를 고정한다.At this time, the signal output through the low pass filter (2) is extracted by the FFT calculation by the operator (2) of the sync bit detection means, the value for frequency setting is extracted and then the analog by the digital / analog converter (4) After the signal is converted into the oscillation voltage of the voltage controlled oscillator 5, the frequency of the received signal is fixed.
상기와 같이 고정된 주파수로 수신이 진행되는 상태에서 심볼 타이밍 에러와 주파수 잔류 편차를 동시에 추정하기 위하여 연산기(3)는 수신되는 주파수를 FFT연산한 다음 FFT 변환된 신호의 DC 항으로부터 하기의 수학식 5와 같이 주파수 잔류 편차
상기와 같이 동기 방식 수신단에서 변별기를 사용하여 데이터 신호를 검출하는 경우 만약 잡음의 성분이 존재한다고 가정한다면 변별기는 미분을 사용하기 때문에 높은 주파수 대역의 잡음도 같이 증폭되어지므로 수신되는 데이터의 추출에 악영향을 미치게 되어 수신 품질을 저하시키고 DFT 연산과정이 필요하여 많은 계산량을 요구하는 문제점이 있었다.As described above, when a synchronous receiver detects a data signal using a discriminator, if the component of noise is assumed to exist, the discriminator uses a derivative so that the noise of the high frequency band is also amplified, which adversely affects the extraction of the received data. This results in a problem of degrading reception quality and requiring a large amount of computation because a DFT operation is required.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 동기 방식 수신단에서 높은 주파수 대역의 잡음이 증폭되는 것을 제거하기 위하여 수신된 신호와 수신된 신호를 지연시킨 신호의 곱을 이용하는 차등 검출방식을 통해 심볼 타이밍 복원과 반송파 복원으로 수신 데이터의 검출에 신뢰성을 제공하며 DFT를 취해야 하는 복잡성을 개선하여 계산량을 줄인다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide a differential detection using a product of a received signal and a delayed signal in order to eliminate amplification of a high frequency band noise at a synchronous receiver. In this method, symbol timing recovery and carrier recovery provide reliability in the detection of received data and reduce the amount of computation by improving the complexity of taking a DFT.
도 1은 종래 변별기를 이용하는 모뎀에서 심볼 타이밍 에러 복원과 반송파 복원을 위한 디지탈 기저대역 복조기의 구성 블록도,1 is a block diagram illustrating a digital baseband demodulator for symbol timing error recovery and carrier recovery in a modem using a conventional discriminator.
도 2는 본 발명에 따른 심볼 타이밍과 반송파 주파수 동시 추출장치에 대한 구성 블록도,2 is a block diagram illustrating an apparatus for simultaneously extracting symbol timing and carrier frequency according to the present invention;
도 3은 도 2의 본 발명에서 심볼 타이밍과 반송파 주파수를 동시에 추출하기 위한 흐름도,3 is a flowchart for simultaneously extracting symbol timing and carrier frequency in the present invention of FIG.
도 4는 본 발명에 따라 차등 검출기를 적용한 모뎀에서 출력되는 위상을 도시한 그래프이다.4 is a graph illustrating a phase output from a modem to which a differential detector is applied according to the present invention.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기저대역 데이터 신호 복원장치에 있어서, 수신되는 신호를 심볼주기 T 만큼 지연시킨 신호의 복소공액 신호와 수신된 신호를 곱 연산하고, 수신되는 신호를 심볼주기 2T 만큼 지연시킨 신호의 복소공액 신호와 수신된 신호를 곱 연산하여 수신되는 신호의 심볼 타이밍과 반송파 주파수 추출을 동시에 수행하는 동기방식의 데이터 복원장치를 제공한다.In the baseband data signal recovery apparatus, a complex conjugate signal of a signal obtained by delaying a received signal by a symbol period T is multiplied by the received signal, and the received signal is symbolized. The present invention provides a synchronous data recovery apparatus that multiplies a complex conjugate signal of a signal delayed by a period of 2T and a received signal to simultaneously perform symbol timing and carrier frequency extraction of a received signal.
상기의 모뎀을 이용하여 기저대역 데이터 신호를 복원하는데 있어, 데이터의 수신이 검출되면 각각의 지연수단을 통해 심볼 주기 T 와 심볼 주기의 두배 2T 만큼 지연시키고, 각각의 지연수단을 통해 출력되는 신호에 복소공액을 취한 다음 수신된 신호와 곱 연산하며, 심볼 주기의 두배 2T 만큼 지연을 통해 연산된 신호를 이용하여 설정된 알고리즘으로 반송파 주파수를 추출하고, 상기 심볼 주기 T 만큼 지연을 통해 연산된 신호로부터 상기 추출된 반송파 주파수를 이용하여 반송파 주파수에 의한 위상 DC 항을 제거하고 비트 전송률 반에 해당하는 DFT를 성분만을 추출한다.In recovering the baseband data signal using the modem, if the reception of the data is detected, delay the symbol period T and twice the symbol period by 2T through the respective delay means, and to the signal output through the respective delay means. Take the complex conjugate and multiply it with the received signal, extract the carrier frequency with the set algorithm using the signal calculated by delaying 2T of symbol period, and from the signal calculated by delaying by symbol period T Using the extracted carrier frequency, the phase DC term caused by the carrier frequency is removed, and only the component of the DFT corresponding to half the bit rate is extracted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이 심볼 타이밍과 반송파 주파수 동시 추출장치는 제 1지연회로부(11)와, 제 1연산기(12), 제 2연산기(13), 제 2지연회로부(21), 제 3연산기(22), 제 4연산기(23), 반송파 추출부(24), 보상 회로부(31), DFT 협대역 주파수 추출기(32), 심볼 타이밍 에러 추출기(33) 및 판단기(34)로 이루어지는데, 제 1지연회로부(11)는 수신되는 신호
제 1연산기(12)는 제 1지연회로부(11)를 통해 지연되어 인가되는 신호
제 2연산기(13)는 심볼주기 T 만큼 지연된 다음 상기 복수 공액이 취해진 수신 데이터와 수신된 원래의 데이터
제 2지연회로부(21)는 수신되는 데이터
제 3연산기(22)는 제 2지연회로부(21)를 통해 지연되어 인가되는 신호
제 4연산기(23)는 심볼주기 2T 만큼 지연된 다음 복수 공액이 취해진 수신 데이터와 수신된 원래의 데이터
반송파 추출부(24)는 제 4연산기(23)에 의해 연산되어 인가되는 신호
보상 회로부(31)는 상기 반송파 추출부(24)에서 추출되어 인가되는 반송파 주파수
DFT 협대역 주파수 추출기(32)는 DC항의 제거로 위상 성분을 보상하고 심볼 전송율의 반에 해당하는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT) 성분만을 추출한다.The DFT narrowband frequency extractor 32 compensates for the phase component by eliminating the DC term and extracts only a Discrete Fourier Transform (DFT) component corresponding to half of the symbol rate.
심볼 타이밍 에러 추출기(33)는 차등 검출수단으로 상기 심볼 전송율의 반에 해당하는 DFT 주파수 성분을 이용하여 심볼 타이밍 에러를 추출하여 그에 대한 신호를 출력한다.The symbol timing error extractor 33 extracts a symbol timing error by using a DFT frequency component corresponding to half of the symbol rate as differential detection means and outputs a signal thereof.
판단기(34)는 상기 추출되어 인가되는 심볼 타이밍 에러와 반송파 주파수로부터 수신되는 데이터를 복원하여 복원된 데이터를 출력한다.The determiner 34 recovers data received from the extracted symbol timing error and carrier frequency and outputs the recovered data.
전술한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 본 발명에서 심볼 타이밍 에러 복원과 반송파 복원을 실행하는 동작을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.An operation of performing symbol timing error recovery and carrier recovery in the present invention having the above-described function will be described with reference to the flowchart of FIG. 3.
유무선 통신 설로를 통하여 데이터 신호
제 1연산기(12)는 인가되는 지연된 신호
또한, 데이터 신호
제 3연산기(22)는 지연되어 인가되는 신호
제 4연산기(23)는 복수 공액이 취해져 인가되는
반송파 추출부(24)는 제 4연산기(23)에 의해 연산되어 인가되는 신호
보상 회로부(31)는 상기 반송파 추출부(24)에서 추출되어 인가되는 반송파 주파수
상기 스텝134의 연산을 통해 반송파 주파수의 복원이 완료되면 보상 회로부(31)는 복원된 반송파 주파수를 DFT 협대역 주파수 추출기(32)측에 인가하며, DFT 협대역 주파수 추출기(32)는 인가되는 복원된 반송파 주파수를 이산 퓨리에 변환(DFT)을 이용하여 심볼 전송율의 반에 해당하는 DFT 주파수 성분만을 추출하여 추출된 신호를 심볼 타이밍 에러 추출기(33)측에 인가한다(스텝140).When the restoration of the carrier frequency is completed through the operation of step 134, the compensation circuit unit 31 applies the restored carrier frequency to the DFT narrowband frequency extractor 32, and the DFT narrowband frequency extractor 32 is applied. The extracted carrier frequency is extracted using only the DFT frequency component corresponding to half of the symbol rate by using a discrete Fourier transform (DFT), and the extracted signal is applied to the symbol timing error extractor 33 (step 140).
심볼 타이밍 에러 추출기(33)는 인되는 주파수로부터 심볼 타이밍의 에러를 하기의 수학식 9와 같이 추출하며(스텝150), 심볼 타이밍 에러의 추출이 완료되는 경우 추출된 신호를 판단기(34)측에 인가한다(스텝160).The symbol timing error extractor 33 extracts an error of symbol timing from the frequency to be obtained as shown in Equation 9 below (step 150), and when the extraction of the symbol timing error is completed, the determined signal 34 is determined. (Step 160).
이때, 판단기(34)는 상기 추출되어 인가되는 심볼 타이밍 에러와 반송파 주파수로부터 수신되는 데이터의 복원하여 복원된 데이터를 출력한다(스텝170).At this time, the determiner 34 restores the data received from the extracted symbol timing error and the carrier frequency and outputs the restored data (step 170).
일예를 들어 유무선 통신 라인을 통해 데이터가 수신되는 경우 수신된 데이터 신호
여기서,
또한,
여기서, 반송파 주파수
여기서,
따라서,
상기의 수학식 12에서 분자 값은
또한, 수신되는 데이터 신호
제 2연산기(13)는 복소공액이 취해진
이때, 보상 회로부(31)는 인가되는
상기와 같이 위상 성분이 보상된 신호를 DFT 협대역 주파수 추출기(32)측에 인가하면 DFT 협대역 주파수 추출기(32)는 인가되는 데이터 신호를 이산 퓨리에 변환(DFT)을 이용하여 심볼주기의 반에 해당하는 주파수 성분을 추출한 다음 차등 검출기인 심볼 타이밍 에러 추출기(33)를 통해 위상각으로부터 심볼 타이밍 에러
일예를 들어 전제된 연습값이 일예를 들어 10101010 … 이라면 차등 검출기인 타이밍 에러 추출기(33)에서 출력되는 위상 신호
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 이 파형은
여기서,
상기 수학식 14에서
만약,
상기의 수학식 15에서 위상 신호
상기에서 수학식 16은 송신한 신호가
여기서,
따라서,
또한,
여기서,
따라서, 상기의 수학식 19를
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 수신되는 신호와 수신되는 신호의 설정된 심볼주기 만큼 지연시킨 신호를 곱 연산하는 차등 검출기를 이용함으로서, 기존의 주파수 변별기를 이용하는 방법에서 미분을 실행하기 때문에 발생되는 높은 주파수 대역의 잡음이 증가되는 현상이 배제되어 수신되는 데이터에 신뢰성을 제공하고 많은 계산량이 요구되는 DFT 과정 대신 심볼 전송률의 반에 해당되는 DFT 성분만을 계산해 주기 때문에 계산량을 줄일 수 있다.As described above, the present invention uses a differential detector that multiplies a received signal by a signal delayed by a set symbol period of the received signal, thereby generating a high frequency generated by performing a derivative in a conventional method using a frequency discriminator. Since the noise of the band is increased, the reliability of the received data is provided, and the calculation amount can be reduced because only the DFT component corresponding to half of the symbol rate is calculated instead of the DFT process, which requires a large amount of calculation.
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