KR20010083779A - 캐리어 주파수를 갖는 각변조 신호 복조기 - Google Patents

캐리어 주파수를 갖는 각변조 신호 복조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐리어 주파수(a carrier frequency)를 갖는 각변조 신호(angle modulated signals)의 복조기(a demodulator)에 관한 것이다. 이 복조기는 각변조 신호를 공급하기 위해 채널 출력부와 국부 진동자(a local oscillator)를 구비하는 복조 채널과, 국부 진동자 주파수 에러 신호(a local oscillator frequency error signal)를 유도(derive)하기 위해 채널 출력부에 접속되는 주파수 에러 검출 수단(a frequency error detection means)과, 주파수 에러 정정 각변조 신호(frequency error corrected angle modulated signals)를 제공하기 위해 2 개의 입력부와 1 개의 출력부를 갖되, 제 1 입력부는 채널 출력부에 접속되고 제 2 입력부는 주파수 에러 검출 수단에 접속되는 주파수 에러 정정 수단(a frequency error correction means)을 포함하되, 주파수 에러 정정 수단은 국부 진동자 주파수 에러 신호에 응답하여 각변조 신호 표현(representation)을 복소 평면 회전(complex plane rotation)함으로써 복소 각변조 신호(complex angle modulated signal)를 제공하는 복소 평면 회전 수단(complex plane rotation means)으로서 구현된다. 유리하게도, 연 판단 정보 복조 방안(Soft Decision Information demodulation schemes)을 위해 용이하게 구현할 수 있는 복조기가 제공된다.

Description

캐리어 주파수를 갖는 각변조 신호 복조기{DEMODULATOR HAVING ROTATION MEANS FOR FREQUENCY OFFSET CORRECTION}
이러한 수신기는 미국 특허 제 A 4,317,210 호로부터 알 수 있다. 이 수신기는 국부 진동자(a local oscillator)를 구비하는 쿼드러쳐 주파수 전위단(quadrature frequency transposition stage)과 여기에 접속되는 변수 검출기(an argument detector)로 구현되는 복조 채널(a demodulation channel)을 포함한다. 복조 채널의 채널 출력부에는 주파수 에러 검출 수단과 주파수 에러 정정 수단이 접속되어 있다. 주파수 에러 검출 수단은 국부 진동자 주파수 에러 신호(a local oscillator frequency error signal)를 공급하기 위한 미분기(a differentiator), DC 추이(shift) 검출기, 적분기의 직렬 배열로 구현되는데, 국부 진동자 주파수 에러 신호는 복조기로의 입력인 수신 신호의 캐리어 주파수와 국부 진동자 주파수 사이의 가능한 주파수 추이(a possible frequency shift)를 나타낸다. 주파수 에러 정정 수단은 감산기(a subtracter) 형태의 차분 생성기(a difference producer)로 구현되는데, 각변조 신호를 나타내는 채널 출력부 상의 신호로부터 국부 진동자 주파수 에러 신호를 감산하여, 전술한 주파수 추이가 없는 감산기 각변조 출력부 신호를 산출한다.
복조 하드웨어 개념을 보다 넓은 범위, 특히, 보다 진보된 복조 방안에 적용할 수 없다는 것이 기존의 수신기의 단점이다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 보다 정교한 복조 방안에서도 적용할 수 있는 복조기를 포함하는 수신기, 송수신기, 또는 기타 통신 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 복조기에서, 주파수 에러 정정 수단은 국부 진동자 주파수 에러 신호에 응답하여 각변조 신호 표현(representation)을 복소 평면 회전(complex plane rotation)시킴으로써 복소 각변조 신호(complex angle modulated signal)를 제공하는 복소 평면 회전 수단(complex plane rotation means)으로서 구현된다.
본 발명에 따른 복조기는, 복소 평면 회전 수단 자체가 아날로그 또는 디지털로 구현될 수 있다는 사실 외에도, 소위 연 판단 정보(SDI : Soft Decision Information) 복조 방법에서도 응용할 수 있다는 장점을 갖는다. 이들은, 예컨대, 영 중간 주파수(Zero-IF(intermediate frequency)) 또는 근접 영 중간 주파수(near Zero-IF) 복조기에서의 채널 출력부 상의 동상(I : in phase) 또는 쿼드러쳐(Q : quadrature) 다운 컨버팅(down-converted)되고 복조된 각변조 대표 신호(angle modulated representative signals)로부터 데이터 심벌을 추출하는 방법으로서, 위상 추이 키잉(Phase Shift Keying), 주파수 추이 키잉(Frequency Shift Keying), 이들의 다중 레벨 변형(variants) 등을 사용하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 복조기는 호출기, 이동 전화, 기타 통신 장치와 같은 응용에 특히 적합하나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 다른 복조기의 실시예는 복소 평면 회전 수단에 접속되는 심벌값 결정 회로(a symbol value determining circuit)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 회전 수단의 복소 신호 출력의 실수부 및 허수부의 부호를 조사하기만 하면데이터 값이, 예를 들어 슬라이스 회로(a slice circuit)에서 결정될 수 있기 때문에, 이로 인해 복조기의 실시예를 전체적으로 간단하게 할 수 있다. 이를테면, 4-레벨 FSK 방안의 경우, 쿼드런트 조사(quadrant inspection)가 용이하게 수행되어 4 개의 가능한 데이터 심벌을 발견할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 복조기는 복조 채널의 채널 출력부에 결합되는 위상 속도 추정 수단(a phase velocity estimating means)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 유리하게도, 신호의 위상 속도(phase velocity)가 제공되는데, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 위상 속도 추정 수단에 접속된 적분기에서의 적분 후 자신의 복소 적분기 출력의 위상으로서 신호를 생성하는데, 이는 복소 주파수 ω를 나타낸다.
본 발명에 따른 복조기의 또 다른 실시예는 주파수 에러 검출 수단이 주파수 에러 정정 수단의 출력부에 대한 접속을 통해 채널 출력부에 접속되는 것과, 주파수 에러 검출 수단이 주파수 에러 정정 수단의 제 2 입력부에 접속되는 카운터 출력부를 갖는 업/다운 카운터 및 과편향 검출기(an overdeviation detector)의 직렬 배열을 포함하는 것을 특징으로 한다. 유리하게도, 이 실시예는 주파수 에러 검출 수단에 대한 대체적인 배열을 제공한다.
다른 실시예에서는 복소 평면 회전 수단이 아날로그나 디지털로 구현된다. 디지털 구현 시, 본 발명에 따른 복조기에서 복소 평면 회전 수단은 입력 신호를 복소 평면에서 회전시키도록 프로그램된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다. 프로세서를 프로그램할 수 있으므로, 복조기를 유연하게 설계할 수 있다.
본 발명은 캐리어 주파수(a carrier frequency)를 갖는 각변조 신호(angle modulated signal) 복조기(a demodulator)에 관한 것으로서, 이 복조기는 각변조 신호를 공급하기 위해 채널 출력부(a channel output) 및 국부 진동자(a local oscillator)를 구비하는 복조 채널과, 국부 진동자 주파수 에러 신호(a local oscillator frequency error signal)를 유도(derive)하기 위해 채널 출력부에 접속되는 주파수 에러 검출 수단(a frequency error detection means)과, 주파수 에러 정정 각변조 신호(frequency error corrected angle modulated signals)를 제공하기 위해 2 개의 입력부와 1 개의 출력부를 갖되, 제 1 입력부는 채널 출력부에 접속되고 제 2 입력부는 주파수 에러 검출 수단에 접속되는 주파수 에러 정정 수단(a frequency error correction means)을 포함한다.
본 발명은 청구항 8에서 약술한 것과 같은 복조기를 각각 구비하는 수신기, 송수신기, 통신 장치와도 관련된다.
본 발명에 따른 복조기는 참조번호가 부가된 도면을 참조하면 보다 명료해질 것이며, 동일한 참조번호는 동일한 수단을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 복조기를 포함하는 통신 장치의 수신부를 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 복조기의 제 1 실시예의 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 복조기의 제 2 실시예의 개략도.
도 2와 도 3은 각변조 신호를 위한 복조기(1)의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 복조기(1)는 수신기 또는 일반적으로 송수신기라 지칭하는 송신기-수신기의 수신부 내에 포함될 수 있다. 복조기가 적용될 수 있는 다른 통신 장치의 예로는 호출기나, 이동 및/또는 휴대 전화와 같은 전화가 있다. 도 1에는 통신 장치(2)가 개략적으로 도시되어 있는데, 통신 장치(2)는 복조기(1)의 데이터 출력부(5) 상에 데이터를 제공하기 위해 안테나(3), 필터/증폭기(4), 복조기(1)의 직렬 배열로 구현되는 수신부를 포함한다. 장치(2)는, 이를테면, 캐리어 주파수 상에서 각변조된, 예를 들어, 2 레벨 이상의 PSK 또는 FSK 신호를 수신할 수 있다.
도 2는 복조기(1)의 일 실시예를 도시하고 있다. 복조기(1)는 호출기나 이동 전화 장치에 적용되는 영-IF 수신기 또는 근접 영-IF 수신기에서와 같이 안테나(3) 상에서 수신된 신호를 주파수 다운 컨버팅(frequency down conversion)하기 위해 필터/증폭기(4)에 접속되는 복조 채널(6)을 포함하고 있다. 도시한 복조 채널(6)은 미국 특허 제 A 4,317,210의 도 1에 도시한 바와 같은 배열로 국부 진동자(7)를 포함하는데, 상기 특허는 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 도 2에서도 도시한 동상 및 쿼드러쳐 신호 I와 Q는 채널 출력부(SH)를 갖는 샘플 및 홀드 회로(a sample and hold circuit)(8)로 인가된다. 그런 다음, I와 Q 샘플은 회로(8)와 직렬로 접속되는 지연 라인(a delay line)(9)에서 지연된다. 지연 라인(9)의 지연 시간은 τ이다. 지연과 동시에, 병렬로 배치된 회로(1)에서는 I와 Q의 공액 복소수(complex conjugates)를 취한다. 그런 다음, 믹서(a mixer)(11)는 믹서 출력부(12) 상에 신호를 발생시키는데, 이 신호는 각을 나타내는 복소량(an angle representative complex quantity) 형태인 입력부 신호의 위상 속도에 대한 추정치를 나타낸다. 믹서 출력부(12)에 접속된 적분기(13)와 관련된 데이터의 심벌 주기 동안 후속적인 적분을 통해 수신된 각변조 신호의 복소 평균 변조 주파수를 알 수 있다. 적분기 출력부(14)의 위상은 변조 주파수 ω에 지연 시간 τ를 곱한 값을 나타낸다. 적분기 출력부(14)에는 슬라이스 회로(15)가 접속되어, 복소 출력부(14)의 위상이 놓인(lie) 범위를 판단함으로써 데이터 심벌값을 결정한다. 4-레벨 FSK(4-FSK)의 경우에 τ값은 출력부(14)에 대해 4 개의 가능한 심벌 각각이 서로 다른 쿼드런트 내에 놓이도록 선택된다. 이 때, 슬라이스(15) 회로는 복소 신호 출력부(14)의 실수부와 허수부의 부호를 조사함으로써 심벌값을 결정한다. 이러한 복조기 실시예의 복조 방안은 SDI(Soft Decision Information) 복조기 토폴로지(topology)로 알려져 있다.
실제로, 복조 채널(16)에서, 예를 들어, 라디오 주파수(RF : Radio Frequency) 또는 (0이 아닌) IF로 믹싱 다운(mixing down)하는 것은 일반적으로 호출기에 포함되는 수정 진동자(a crystal oscillator)와 같은 국부 진동자(7)에 의해 수행되므로, 국부 진동자 주파수와 캐리어 주파수 사이에는 제조 공차(manufacturing tolerances), 노화(aging), 온도 영향으로 인한 주파수 에러가 존재하게 된다. 이 에러는 국부 발진자 주파수 에러 신호 ε를 유도하기 위해 채널 출력부(SH)에 접속되는 주파수 에러 검출 수단(16)에서 검출된다. 또한, 복조기는 주파수 에러 정정 각변조 신호(frequency error corrected angle modulated signals)를 제공하기 위해 2 개의 입력부(18, 19)와 하나의 출력부(20)를 갖는 주파수 에러 정정 수단(17)을 포함한다. 제 1 입력부(18)는 채널 출력부(SH)에 접속되고, 제 2 입력부(19)는 주파수 에러 검출 수단(16)에 접속된다. 주파수 에러 정정 수단(17)은 출력부(14) 상의 각변조 신호의 표시와 제 2 입력부(19) 상의 국부 진동자 주파수 에러 신호를 복소 회전(complex rotation)시켜 복소 각변조 신호를 얻는 복소 평면 회전 수단으로서 구현된다. 따라서, 지연 시간 τ를 곱한 국부 진동자 주파수 에러 ε의 음(minus)의 값에 해당하는 각만큼 회전이 일어난다. 출력부(20) 상의 결과는 국부 발진자 에러 정정 신호로서, 각변조 데이터를 포함하는데, 이는 전술한 데이터 심벌 결정을 위해 슬라이스 회로(15)로 인가된다. 복소 평면 회전 수단(17)은 각각의 입력부(18, 19) 상의 신호를 복소 평면에서 회전시키기 위해, 제산기(multiplier) 또는 믹서로서 구현될 수 있다. 이 회전은 복소 평면에서의 제산(multiplication)과 대등하며, 입력부(18, 19) 상의 신호를 나타낼수 있다.
도 3은 복조기(1)의 다른 실시예를 도시하고 있는데, 주파수 에러 검출 수단(16)은 주파수 에러 정정 수단(17)의 출력부(20)에 대한 접속을 통해 채널 출력부(SH)에 접속된다. 이 실시예에서, 주파수 에러 검출 수단(16)은 주파수 에러 정정 수단(17)의 제 2 입력부(19)에 접속되는 카운터 출력부(23)를 갖는 업/다운 카운터(22)와 과편향 검출기(21)의 직렬 배열을 포함한다. 과편향 검출기(21)는 다음과 같이 각변조 신호의 과편향 또는 아편향(underdeviation)을 판단한다. 모든 가능한 변조 값에 대해 국부 발진자 주파수 에러가 0일 때 출력부(20)가 -π/2 내지 +π/2 범위의 위상을 갖도록 지연 시간 τ값이 선택된다. 과편향 검출기(21)는 출력부(20)가 π/2보다 크거나 -π/2보다 작은 위상을 갖는지 여부를 판단함으로써 언제 양의 오프셋 또는 음의 오프셋이 발생하는지를 검출한다. 이어서, 대응 출력부 신호가 양의 오프셋 및 음의 오프셋 출력부(24, 25)에 각각 제공된다. 여기에 접속된 카운터(22)는 양의 오프셋이 검출될 때마다 카운터 값을 증가시키고, 음의 오프셋이 검출될 때마다 카운터 값을 감소시킨다. 이로써, 복소 평면 회전 수단(17)의 제 2 입력부(19) 상의 국부 발진자 주파수 에러 신호 ε가 제공된다.
적분기 출력부(14)가 디지털 신호인 경우 회전 수단(17)을 대체할 수 있는 배열은 다음의 회전 알고리즘에 의해 형성된다. 적분기 출력부(14) 상의 신호를 출력부(14) 신호의 실수부와 허수부를 나타내는 [0, N-1] 범위의 정수쌍이라고 하고, 제 2 입력부(19) 상의 주파수 에러 신호를 [-π/τ, π/τ] 범위의 주파수 오프셋 에러를 나타내는 부호를 갖는 정수(signed integer)라고 하고, 이진 벡터 S에대해 2의 보수법(2's complement notation)을 사용하면, 다음이 성립한다.
회전 알고리즘은 다음과 같이 동작한다.
1) C0= x0+ jy0이 회전될 적분기 출력(14)을 나타낸다고 가정하면,
2) S0= 1이면, 반복 수행에 의해 π라디안의 회전이 요구되고 수행 : C1= -x0- jy0,
3) S0= 0이면, 회전될 필요가 없고, C1= C0,
4) S1= 1이면, 반복 수행에 의해 π/2 라디안의 회전이 요구되고 수행 : C2= -y1+ jx1,
5) S1= 0이면, 회전될 필요가 없고, C2= C1,
6) π.2-L근사 후속 회전(approximating subsequent rotations)은 다음과 같이 주어진다.
실제로, 벡터의 크기에 대한 회전의 영향은 각변조와 무관하면서도, 회전은충분히 정확하게 수행된다는 것이 드러났다.

Claims (8)

  1. 캐리어 주파수(a carrier frequency)를 갖는 각변조 신호(angle modulated signal) 복조기(a demodulator)에 있어서,
    각변조 신호를 공급하기 위해 채널 출력부(a channel output)와 국부 진동자(a local oscillator)를 구비하는 복조 채널과,
    국부 진동자 주파수 에러 신호(a local oscillator frequency error signal)를 유도(derive)하기 위해 상기 채널 출력부에 접속되는 주파수 에러 검출 수단(a frequency error detection means)과,
    주파수 에러 정정 각변조 신호(frequency error corrected angle modulated signals)를 제공하기 위해 2 개의 입력부와 1 개의 출력부를 갖되, 제 1 입력부는 상기 채널 출력부에 접속되고 제 2 입력부는 상기 주파수 에러 검출 수단에 접속되는 주파수 에러 정정 수단(a frequency error correction means)을 포함하되,
    상기 주파수 에러 정정 수단은 상기 국부 진동자 주파수 에러 신호에 응답하여 상기 각변조 신호의 표현(representation)을 복소 평면 회전(complex plane rotation)시킴으로써 복소 각변조 신호(complex angle modulated signal)를 제공하는 복소 평면 회전 수단(complex plane rotation means)으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복소 평면 회전 수단에 접속되는 심벌값 결정 회로(a symbol value determining circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복조 채널의 상기 채널 출력부에 접속되는 위상 속도 추정 수단(a phase velocity estimating means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 속도 추정 수단에 접속되는 적분기(an integrator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 에러 검출 수단은 상기 주파수 에러 정정 수단의 상기 출력부에 대한 접속을 통해 상기 채널 출력부에 접속되며, 상기 주파수 에러 정정 수단의 상기 제 2 입력부에 접속되는 카운터 입력부를 갖는 업/다운 카운터(up/down counter) 및 과편향 검출기(an overdeviation detector)의 직렬 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복소 평면 회전 수단은 아날로그 또는 디지털로 구현되는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복소 평면 회전 수단이 디지털 구현되는 경우에는 상기 복소 평면에서 입력 신호의 회전을 수행하도록 프로그램된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 각변조 신호 복조기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 복조기를 각각 구비하는 호출기(a pager), 전화 장치와 같은 통신 장치, 수신기, 송수신기.
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