KR20030032550A - Timing lock detector of quadrature amplitude modulation receiver - Google Patents

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KR20030032550A KR1020010064370A KR20010064370A KR20030032550A KR 20030032550 A KR20030032550 A KR 20030032550A KR 1020010064370 A KR1020010064370 A KR 1020010064370A KR 20010064370 A KR20010064370 A KR 20010064370A KR 20030032550 A KR20030032550 A KR 20030032550A
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    • H04L27/3854Demodulator circuits; Receiver circuits using non - coherent demodulation, i.e. not using a phase synchronous carrier using a non - coherent carrier, including systems with baseband correction for phase or frequency offset
    • H04L27/3863Compensation for quadrature error in the received signal

Abstract

PURPOSE: A timing lock detector of a QAM(Quadrature Amplitude Modulation) receiver is provided to correctly control a loop bandwidth of a loop filter by using a timing lock signal, thereby improving performance of a clock recovery system with stability. CONSTITUTION: A lock detector(50) delays a receiving signal of a baseband divided into an I channel and a Q channel, squares the delayed signal to operate the signal, and outputs the operated signal. An averager(70) obtains an average of the output signal of the lock detector(50) passing through a decimator(65) for performing a down-sampling process at a symbol rate, and outputs the signal. A comparator/determiner(80) compares the output signal of the averager(70) with a threshold value, and generates a lock signal if the output signal is bigger than the threshold value.

Description

큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터{TIMING LOCK DETECTOR OF QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION RECEIVER}TIMING LOCK DETECTOR OF QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION RECEIVER}

본 발명은 고화질 TV(HDTV: High Definition Television)의 케이블 방송 수신칩인 큐에이엠(QAM) 수신기에서 타이밍 리커버리에 관한 것으로, 루프 필터의 루프 대역폭을 제어하는 타이밍 락 신호를 생성하여 타이밍 리커버리의 성능을 개선한 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to timing recovery in a QAM receiver, which is a cable broadcasting receiving chip of a high definition television (HDTV), and generates a timing lock signal for controlling the loop bandwidth of a loop filter to improve the performance of the timing recovery. A timing lock detector of an improved QAM receiver is provided.

일반적으로 HDTV(High Definition Television)의 전송 시스템은 약 20Mbps이상의 높은 전송율을 가지는 데이터를 제한 대역폭 6㎒를 통하여 전송하기 때문에 대역 효율이 좋은 변조 방식을 요구한다.In general, a transmission system of a high definition television (HDTV) transmits data having a high data rate of about 20 Mbps or more through a limited bandwidth of 6 MHz, and thus requires a bandwidth efficient modulation scheme.

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)방식은 이차원 성상도(Constellation)상에서 신호 집결도를 최대로 높일 수 있는 장점이 있는 반면에, 신호를 I(In-Phase)와 Q(Quadrature-Phase)신호로 나누어서 전송하기 때문에 I신호만 전송하는 VSB(Vestigial SideBand)방식에 비해 구현되기 어려운 단점이 있다.QAM (Quadrature Amplitude Modulation) method has the advantage of maximizing signal aggregation on two-dimensional constellation, while transmitting the signal divided into I (In-Phase) and Q (Quadrature-Phase) signals. Therefore, it is difficult to implement compared to VSB (Vestigial SideBand) method that transmits only I signal.

도 1은 QAM 수신기의 구성을 보인 블록도로서, 무선주파수(RF: Radio Frequency)를 중간주파수(IF: Intermediate Frequency)로 하향시키는 튜너와, 상기 튜너에서 출력된 중간주파수를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)로 구성된 아날로그 수신부(10)와; 상기 디지털 신호를 입력받아 타이밍과 캐리어(Carrier)를 검출하는 동기 검출부(20)와, 상기 동기 검출부(20)에서 출력된 신호의 채널 왜곡을 보상하는 채널 등화기(30)와, 코딩 이득을 이용하여 상기 채널 등화기(30)에서 출력된 신호의 에러를 보정하는 채널부호화부로 구성된 복조부로 구성된다.1 is a block diagram showing the configuration of a QAM receiver, a tuner that lowers a radio frequency (RF) to an intermediate frequency (IF), and converts a digital frequency by sampling an intermediate frequency output from the tuner. An analog receiver 10 comprising an analog to digital converter (ADC); A synchronization detector 20 that receives the digital signal and detects timing and carrier, a channel equalizer 30 that compensates for channel distortion of the signal output from the synchronization detector 20, and a coding gain It consists of a demodulator comprising a channel encoder for correcting the error of the signal output from the channel equalizer (30).

상기 동기 검출부(20)는 상기 디지털 신호를 기저대역으로 하향시키며 롱-루프(long-loop)를 이루는 캐리어 리커버리(carrier recovery)와; 상기 캐리어 리커버리에 의해 기저대역으로 하향된 신호를 입력받아 클럭 복구를 수행하는 타이밍 리커버리(timing recovery)로 구성된다.The synchronization detector 20 may include a carrier recovery for downsing the digital signal to a baseband and forming a long loop; Timing recovery is performed by receiving a signal downlink to the baseband by the carrier recovery and performing a clock recovery.

여기서, 상기 타이밍 리커버리에 사용되는 방법 중 재표본기를 이용한 클럭 복구 방법의 경우, 상기 타이밍 리커버리는 도 2에 도시된 바와 같이, A/D변환된 디지털 샘플을 입력받아 보간 제어기로부터 입력받은 오프셋을 이용하여 샘플과 샘플 사이의 값을 보간하여 출력하는 보간기(21)와; 상기 보간기(21)에서 출력된 신호에서 신호대잡음비가 최대가 되도록 원하는 신호를 추출하는 정합필터(22); 상기 정합필터(22)에서 출력된 신호를 다운 샘플링하는 데시메이터(23)와; 상기 데시메이터(23)에서 출력된 신호를 입력받아 타이밍 정보가 있는 스펙트럼 에지부분을 필터링하는 전치 필터(24)와; 상기 전치 필터(24)에서 출력된 신호를 입력받아 가드너(Gardner) 방법의 타이밍 추출 알고리즘을 이용해서 타이밍 에러를 생성하는 타이밍 에러 추출기(25)와; 루프 필터(26)를 거친 상기 타이밍 에러 추출기(25)에서 출력된 신호를 입력받아 즉 타이밍 에러를 이용하여 심볼 클럭을 추정해서 현재의 A/D샘플과 실제 심볼 샘플과의 시간 차이를 계산해 내고 그 차이값인 오프셋을 상기 보간기(Interpolator)(21)에 출력하는 보간 제어기(NCO: Number Controlled Oscillator)(27)로 구성된 타이밍 리커버리의 동작을 설명하면 다음과 같다.Here, in the clock recovery method using a resampler among the methods used for the timing recovery, the timing recovery uses the offset received from the interpolation controller by receiving the A / D converted digital sample as shown in FIG. 2. An interpolator 21 for interpolating and outputting a value between samples; A matching filter 22 for extracting a desired signal from the signal output from the interpolator 21 to maximize the signal-to-noise ratio; A decimator (23) for down sampling the signal output from the matched filter (22); A pre-filter 24 for receiving a signal output from the decimator 23 and filtering a spectral edge portion having timing information; A timing error extractor (25) which receives a signal output from the prefilter (24) and generates a timing error using a timing extraction algorithm of a Gardner method; The signal output from the timing error extractor 25 passed through the loop filter 26 is input, that is, the symbol clock is estimated using the timing error to calculate a time difference between the current A / D sample and the actual symbol sample. The operation of timing recovery composed of an interpolation controller (NCO: Number Controlled Oscillator) 27 for outputting an offset, which is a difference value, to the interpolator 21 will be described.

재표본기(Resampler)는 보간기(21)와 보간 제어기(27)로 구성되며, 상기 보간기(21)는 A/D변환된 디지털 샘플을 입력받아 보간 제어기(27)로부터 입력되는 오프셋을 이용하여 샘플과 샘플 사이의 값을 보간하여 출력한다.The resampler is composed of an interpolator 21 and an interpolation controller 27, and the interpolator 21 receives an A / D converted digital sample using an offset input from the interpolation controller 27. Interpolate and output the values between samples.

재표본기를 거친 데이터는 정합 필터(22)와 데시메이터(23)를 경유한 후 전치 필터(24)에 입력된다.The data passed through the resampler is input to the prefilter 24 after passing through the matching filter 22 and the decimator 23.

상기 전치 필터(24)는 타이밍 정보가 있는 스펙트럼 에지(spectrum edge)부분을 필터링하며 2 탭(tap)의 IIR(Infinite Impulse Response)로 구성된다.The prefilter 24 filters a spectral edge portion including timing information and includes two taps of Infinite Impulse Response (IIR).

타이밍 에러 추출기(25)는 상기 전치 필터(24)를 통과한 데이터를 입력받아 가드너(Gardner) 방법의 타이밍 추출 알고리즘을 이용하여 타이밍 에러를 생성한다.The timing error extractor 25 receives the data passed through the prefilter 24 and generates a timing error using a timing extraction algorithm of the Gardner method.

상기 가드너 방법의 타이밍 추출 알고리즘은 반송파 동기가 완료되지 않은 상태, 즉 위상 에러가 존재하는 경우에도 타이밍 검출기 특성에 의해 위상 에러를 소거한다.The timing extraction algorithm of the Gardner method cancels the phase error by the timing detector characteristic even when carrier synchronization is not completed, that is, when a phase error exists.

따라서, 상기 가드너 방법의 타이밍 추출 알고리즘은 캐리어 리커버리로부터의 효과가 무시됨으로써 상기 캐리어 리커버리와 병행하여 타이밍 포착이 진행되는 장점이 있다.Therefore, the timing extraction algorithm of the Gardner method has an advantage in that timing capturing proceeds in parallel with the carrier recovery since the effect from the carrier recovery is ignored.

상기 타이밍 에러 추출기(25)는 I,Q채널 모두에서 타이밍 정보를 구할 수 있으므로 두 채널 각각에서 구한 타이밍 에러를 합해서 루프 필터(26)로 출력한다.Since the timing error extractor 25 can obtain timing information in both I and Q channels, the timing error extractor 25 sums the timing errors obtained in each of the two channels and outputs the sum of the timing errors to the loop filter 26.

보간 제어기(27)는 루프 필터(26)를 거친 타이밍 에러를 이용하여 심볼 클럭을 추정해서 현재의 A/D샘플과 실제 심볼 샘플과의 시간 차이를 계산해 내고 그 차이값인 오프셋을 상기 보간기(21)에 출력한다.The interpolation controller 27 estimates the symbol clock using the timing error through the loop filter 26 to calculate a time difference between the current A / D sample and the actual symbol sample, and calculates an offset that is the difference value. 21).

이상, 상기 타이밍 리커버리의 동작을 살펴보았으며 이러한 타이밍 리커버리의 특성을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the timing recovery has been described above, and the characteristics of the timing recovery are as follows.

캐리어 리커버리에 의해 기저대역으로 하향된 신호는 타이밍 리커버리에 의해 클럭 복구가 수행된다.The signal recovered to the baseband by carrier recovery is subjected to clock recovery by timing recovery.

재표본기(resampler)를 이용한 클럭 복구 방법은 고정 주파수로 A/D변환을 하고 모든 클럭 복구를 디지털로 처리하기 때문에 변환기 외의 아날로그 소자를 필요로 하지 않아 구현이 간단하고 소자 잡음을 없앨 수 있다.The clock recovery method using a resampler performs A / D conversion at a fixed frequency and digitally handles all clock recovery, thus simplifying implementation and eliminating device noise by eliminating the need for an analog device other than a converter.

또한, 상기 클럭 복구 방법은 PLL(Phase-Locked Loop)의 루프 필터(Loop Filter)를 디지털로 구현함으로써 클럭 복구 시스템의 수렴 특성을 결정하는 루프 대역폭(Loop Bandwidth)을 조절할 수 있다.In addition, the clock recovery method may digitally implement a loop filter of a phase-locked loop (PLL) to adjust a loop bandwidth for determining a convergence characteristic of a clock recovery system.

또한, 상기 클럭 복구 방법은 첫번째 중간 주파수(44㎒)에서 두번째 중간 주파수로 주파수 변환을 위해 필요했던 아날로그 믹서(mixer)를 사용하지 않고, 첫번째 중간 주파수 대역으로 하향시키는 방법(Direct sampling)을 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, the clock recovery method may use a method of direct sampling down to the first intermediate frequency band without using an analog mixer required for frequency conversion from the first intermediate frequency (44 MHz) to the second intermediate frequency. There is an advantage.

마지막으로, 상기 클럭 복구 방법은 QAM 시스템의 클럭 복구에 있어서 재표본기의 제어기만을 여러 가지 심볼 클럭을 지원할 수 있도록 만들어 주면 되므로 달리 특별한 소자의 추가를 필요로 하지 않는다.Finally, the clock recovery method requires only the controller of the resampler to support various symbol clocks in the clock recovery of the QAM system, and thus does not require the addition of a special device.

이상, 본 발명의 배경 기술에 대해 설명하였으며 이후 본 발명의 필요성에 대해 설명한다.The background of the present invention has been described above, and the necessity of the present invention will be described.

심볼 동기화 회로는 PLL구조로 되어 있으며, 타이밍 에러 추출기(25) 다음에 LPF(Low Pass Filter)역할을 하는 루프 필터(26)가 필수적이다.The symbol synchronization circuit has a PLL structure, and a loop filter 26 that serves as a low pass filter (LPF) after the timing error extractor 25 is essential.

루프 필터(26) 내의 적분기의 수가 PLL의 차수를 결정하게 되는데, 대개의 경우 추적 능력이나 시스템의 안정도를 고려하여 2차 정도의 PLL이 선택된다.The number of integrators in the loop filter 26 determines the order of the PLL. In most cases, the second order PLL is selected in consideration of tracking capability or system stability.

이때, 루프 필터(26)는 하나의 적분기를 가지게 되는데, Laplace변환 모델은 다음과 같다.At this time, the loop filter 26 has one integrator, and the Laplace transformation model is as follows.

여기서, 루프 필터의 계수 K1, K2는 루프 필터의 특성을 결정하고 더 나아가 전체 PLL루프의 특성을 결정한다.Here, the coefficients K1 and K2 of the loop filter determine the characteristics of the loop filter and further determine the characteristics of the entire PLL loop.

이 K1, K2값이 크면 시스템의 수렴 특성이 빨라지는 대신 타이밍 지터(timing jitter)가 커질 수 있다.If the values of K1 and K2 are large, the timing jitter may be large instead of increasing the convergence characteristic of the system.

반대로, K1, K2값이 작은 경우 수렴 속도가 느려지는 대신 안정적인 특성을 보여준다.On the contrary, when the values of K1 and K2 are small, the convergence speed is slowed, but the stable characteristics are shown.

따라서, 타이밍 리커버리가 진행되는 초기에는 K1, K2값을 크게 하여 빨리 수렴하도록 유도하고, 어느 정도 타이밍 리커버리가 완료되었을 때 K1, K2값을 줄여 타이밍 지터를 안정적으로 완전하게 잡을 수 있도록 한다.Therefore, in the initial stage of timing recovery, the values of K1 and K2 are increased to induce convergence quickly, and when timing recovery is completed to some extent, the values of K1 and K2 are reduced to stably and completely capture timing jitter.

이때 반드시 필요한 것이 TLD(Timing Lock Detector, 이하 타이밍 락 디텍터로 표기함)로서, 이 타이밍 락 디텍터는 타이밍 특성이 수렴하였을 때 타이밍 락 신호를 출력함으로써 루프 대역폭(Bandwidth)를 조정하는데 결정적인 역할을 수행한다.In this case, the TLD (Timing Lock Detector) is required. The timing lock detector plays a decisive role in adjusting the loop bandwidth by outputting a timing lock signal when the timing characteristics converge. .

또한, 결정 궤환 등화기(Decision-Feedback Equalizer)에서 IIR 필터 특성이 좋지 않을 때, 이 타이밍 락 신호는 등화기의 IIR 필터를 조정하는 역할을 수행한다.In addition, when the IIR filter characteristic is not good in the Decision-Feedback Equalizer, the timing lock signal serves to adjust the IIR filter of the equalizer.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 감안하여 창안한 것으로, 타이밍 락 신호를 이용하여 루프 필터의 루프 대역폭의 조정을 올바로 수행함으로써 클럭 복구 시스템의 성능을 개선하고 구현이 간단하고 안정적인 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above necessity, and improves the performance of the clock recovery system by properly adjusting the loop bandwidth of the loop filter by using the timing lock signal, thereby improving the performance of the clock receiver. The purpose is to provide a timing lock detector.

또한, 본 발명은 타이밍 에러 추출기와 유사한 구성을 갖게 설계하여 구현이 간단한 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터를 제공함에 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a timing lock detector of a QAM receiver, which is designed to have a configuration similar to that of a timing error extractor.

도 1은 종래의 QAM 수신기의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional QAM receiver.

도 2는 도 1의 동기 검출부에서 타이밍 리커버리의 구성을 보인 블록도.FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of timing recovery in the synchronization detector of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명을 설명하기 위해 타이밍 에러 추출기의 출력 특성을 보인 예시도.Figure 3 is an exemplary view showing the output characteristics of the timing error extractor for explaining the present invention.

도 4는 본 발명 타이밍 락 디텍터의 출력 특성을 보인 예시도.Figure 4 is an exemplary view showing the output characteristics of the timing lock detector of the present invention.

도 5는 본 발명 타이밍 락 디텍터의 구성을 보인 블록도.Fig. 5 is a block diagram showing the construction of the timing lock detector of the present invention.

도 6은 도 5의 락 디텍터의 구성을 보인 블록도.6 is a block diagram showing the configuration of the lock detector of FIG.

도 7은 도 5의 평균기의 구성을 보인 블록도.7 is a block diagram showing the configuration of the averager of FIG. 5;

도 8은 본 발명 타이밍 락 디텍터를 적용한 QAM 수신기에서 타이밍 에러의 수렴 특성을 보인 예시도.8 is an exemplary view showing a convergence characteristic of timing errors in a QAM receiver to which the present timing lock detector is applied.

도 9는 본 발명 타이밍 락 디텍터의 심볼 평균 출력값을 보인 예시도.9 is an exemplary view showing a symbol average output value of the timing lock detector according to the present invention.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

50 : 락 디텍터 51, 52, 56, 57 : 지연기50: lock detector 51, 52, 56, 57: delay

53, 54, 58, 59 : 제곱기 55, 60 : 뺄셈기53, 54, 58, 59: squarer 55, 60: subtractor

61 : 덧셈기 65 : 데시메이터61: adder 65: decimator

70 : 평균기 71 : 누산기70: average 71: accumulator

72 : 절단기 73 : 카운터72: cutter 73: counter

80 : 비교/결정기80: comparator / determiner

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, I와 Q 채널로 나누어진 기저대역의 수신 신호를 지연시키고 제곱한 후 연산하여 출력하는 락 디텍터와; 다운 샘플링하는 데시메이터를 거친 상기 락 디텍터의 출력 신호를 심벌 레이트로 평균을 구해 출력하는 평균기와; 상기 평균기의 출력 신호를 임계치와 비교하여 크면 락 신호를 생성하는 비교/결정기로 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the lock detector for delaying and squared the baseband received signal divided into I and Q channels and then calculates and outputs; An averager for averaging the output signal of the lock detector after down-sampling at a symbol rate; The output signal of the averager is compared with a threshold, and when the value is large, the comparator / determiner generates a lock signal.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 타이밍 락 디텍터는 가드너 방법의 타이밍 에러 추출기와 유사한 구조를 갖게 설계된다.First, the timing lock detector is designed to have a structure similar to the timing error extractor of the Gardner method.

통신 채널을 잡음이 없는 이상적인 채널로 가정하면 심벌 레이트로 샘플링한 수신 신호는 클럭 복구가 완료되었을 때 항상 0이 아닌 값으로 나타난다.Assuming that the communication channel is an ideal noise-free channel, the received signal sampled at the symbol rate will always show a nonzero value when clock recovery is complete.

신호 성상도를 중심으로 윈도우를 정의했을 때, 수신 신호가 이 윈도우 내에 있는 경우를 카운트하여 미리 정의된 임계치(threshold)보다 작을 경우 락(lock)이 되었다고 가정하고 반대의 경우를 언락(unlock)으로 가정한다.When a window is defined around the signal constellation, it counts the case where the received signal is within this window, and assumes that the lock is locked when it is less than a predefined threshold. The opposite case is unlocked. Assume

수신 기저대역 복소수 신호를 x(t)라 할 때, 아래의 수학식 2로 나타낼 수 있다.When the received baseband complex signal is x (t), it may be represented by Equation 2 below.

여기서, g(t)는 채널 임펄스 응답(channel impulse response)이고, ai는 데이터 심볼이고, T는 심볼 주기이고, τ는 심볼 클럭의 위상이고, n(t)는 노이즈이고, x(t)는 수신 기저대역 복소수 신호이다.Where g (t) is the channel impulse response, a i is the data symbol, T is the symbol period, τ is the phase of the symbol clock, n (t) is noise, and x (t) Is the received baseband complex signal.

또한, 가드너 방법의 타이밍 에러 추출기는 심볼 주기 당 두 개의 샘플을 필요로 하며, 결정 순간인 kT+τ에서의 출력값은 아래의 수학식 3과 같다.In addition, the timing error extractor of the Gardner method requires two samples per symbol period, and the output value at kT + τ, which is the determination moment, is expressed by Equation 3 below.

여기서, r은 real을 뜻하고, i는 imaginary를 뜻하고, x(t)는 수신 기저대역 복소수 신호이고, ek는 타이밍 에러 추출기의 출력이다.Where r stands for real, i stands for imaginary, x (t) is the received baseband complex signal, and e k is the output of the timing error extractor.

또한, 타이밍 락 디텍터의 출력은 아래의 수학식 4와 같다.In addition, the output of the timing lock detector is expressed by Equation 4 below.

여기서, r은 real을 뜻하고, i는 imaginary를 뜻하고, x(t)는 수신 기저대역 복소수 신호이고, vk는 타이밍 락 디텍터의 출력이다.Where r stands for real, i stands for imaginary, x (t) is the received baseband complex signal, and v k is the output of the timing lock detector.

가드너 방법으로 구현된 타이밍 에러 추출기의 출력의 위상 에러에 대한 평균을 구하면 아래의 수학식 5와 같다.The average of the phase error of the output of the timing error extractor implemented by the Gardner method is expressed by Equation 5 below.

4 4

여기서, E(ek)는 타이밍 에러 추출기의 출력의 평균이고, τe는 심벌 클럭의 위상 에러이고, θ는 위상의 오프셋이다.Where E (e k ) is the average of the output of the timing error extractor, τ e is the phase error of the symbol clock, and θ is the offset of the phase.

이러한 타이밍 에러 추출기의 출력의 위상 에러에 대한 평균을 도시하면 도 3과 같이 사인 커브로 나타난다.An average of the phase error of the output of the timing error extractor is shown as a sine curve as shown in FIG. 3.

또한, 타이밍 락 디텍터의 출력의 위상 에러에 대한 평균은 아래의 수학식 6과 같다.In addition, the average of the phase error of the output of the timing lock detector is expressed by Equation 6 below.

여기서, E(vk)는 타이밍 락 디텍터의 출력의 평균이고, τe는 심벌 클럭의위상 에러이고, Ψ는 위상의 오프셋이다.Where E (v k ) is the average of the output of the timing lock detector, τ e is the phase error of the symbol clock, and Ψ is the phase offset.

이러한 타이밍 락 디텍터의 출력의 위상 에러에 대한 평균을 도시하면 도 4와 같이 코사인 커브로 나타난다.The average of the phase error of the output of the timing lock detector is shown as a cosine curve as shown in FIG. 4.

이상, 타이밍 에러 추출기와 타이밍 락 디텍터를 살펴본 바와 같이, 타이밍 에러 추출기가 안정된 평형 상태에 도달했을 때 동기 검출부는 락 되었다고 가정하며, 타이밍 락 디텍터의 평균 출력값은 최대값을 유지한다.As described above, the timing error extractor and the timing lock detector are assumed to be locked when the timing error extractor reaches a stable equilibrium state, and the average output value of the timing lock detector maintains the maximum value.

반대로, 동기 검출부가 언락 되었을 때는 타이밍 에러는 증가하고 타이밍 락 디텍터의 평균 출력값은 0을 나타낸다.On the contrary, when the synchronization detector is unlocked, the timing error increases and the average output value of the timing lock detector shows zero.

따라서, 동기 검출부의 락 또는 언락의 판별 여부는 타이밍 락 디텍터의 평균 출력값을 비교함으로써 가능하다. 이와 같은 타이밍 락 디텍터의 특성을 구현하면 다음과 같다.Therefore, whether to lock or unlock the synchronization detector can be determined by comparing the average output value of the timing lock detectors. Implementing such characteristics of the timing lock detector is as follows.

도 5는 본 발명 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터의 구성을 보인 블록도로서, I와 Q 채널로 나누어진 기저대역의 수신 신호를 지연시키고 제곱한 후 연산하여 출력하는 락 디텍터(50)와; 다운 샘플링하는 데시메이터(65)를 거친 상기 락 디텍터(50)의 출력 신호를 심벌 레이트로 평균을 구해 출력하는 평균기(70)와; 상기 평균기(70)의 출력 신호를 임계치와 비교하여 크면 락 신호를 생성하는 비교/결정기(80)로 구성된다.5 is a block diagram showing the configuration of the timing lock detector of the QAM receiver of the present invention, comprising: a lock detector 50 for delaying, squaring, and calculating a baseband received signal divided into I and Q channels; An averager (70) which averages the output signal of the lock detector (50) passed through the decimator (65) for down-sampling at a symbol rate and outputs the average; It is composed of a comparator / determinator 80 which produces a lock signal when the output signal of the averager 70 is compared with a threshold.

상기 락 디텍터(50)는 도 6에 도시된 바와 같이, I와 Q채널로 나누어진 기저 대역의 샘플을 지연시켜 출력하는 지연기(51, 52, 56, 57)와; 상기 지연기(51, 52, 56, 57)에 의해 지연 또는 그렇지 않은 샘플을 제곱하여 출력하는 제곱기(53, 54,58, 59)와; 상기 제곱기(53, 54, 58, 59)에 의해 제곱된 샘플의 차를 구해 출력하는 뺄셈기(55, 60)와; 상기 뺄셈기(55, 60)에 의해 연산된 샘플을 더해 출력하는 덧셈기(61)로 구성된다.As shown in FIG. 6, the lock detector 50 includes delayers 51, 52, 56, 57 for delaying and outputting baseband samples divided into I and Q channels; A squarer (53, 54, 58, 59) for squaring and outputting samples delayed or not by the delayers (51, 52, 56, 57); A subtractor (55, 60) for obtaining and outputting a difference of the samples squared by the squarers (53, 54, 58, 59); And an adder 61 for adding and outputting the samples calculated by the subtractors 55 and 60.

상기 평균기(70)는 도 7에 도시된 바와 같이, 락 디텍터(50)로부터 출력된 신호를 입력받아 연산하여 출력하는 누산기(71)와; 상기 누산기(71)에 의해 계산된 결과 중 할당된 자리수를 초과하는 부분을 삭제하고 평균 플래그가 셋되면 비교/결정기(80)로 출력하는 절단기(72)와; 소정의 카운트에 도달하면 상기 누산기(71)로 클리어 신호를 출력하고 상기 절단기(72)측으로 평균 플래그를 출력하는 카운터(73)로 구성된 본 발명 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터의 동작을 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 7, the averager 70 includes an accumulator 71 which receives a signal output from the lock detector 50 and calculates and outputs the signal; A cutter 72 which deletes a portion exceeding the allocated number of digits among the results calculated by the accumulator 71 and outputs the result to the comparator / determinator 80 when the average flag is set; The operation of the timing lock detector of the UE of the present invention, which comprises a counter 73 for outputting a clear signal to the accumulator 71 and outputting an average flag to the cutter 72 when a predetermined count is reached, will be described below. same.

락 디텍터(50)는 심볼 당 두 개의 샘플을 이용하며 I와 Q채널에 따른 두 개의 기저대역 신호를 연산하여 평균기(70)로 출력한다.The lock detector 50 uses two samples per symbol and calculates two baseband signals according to the I and Q channels and outputs them to the averager 70.

여기서, 상기 평균기(70)에서 평균되는 심볼의 개수를 정하는 것이 매우 중요하다.Here, it is very important to determine the number of symbols averaged in the averager 70.

일반적으로, 평균되는 심볼의 개수가 커질수록 오차의 범위가 줄어들지만 타이밍 락 신호가 업데이트되는 구간이 너무 길어짐에 따라 루프 대역폭을 튜닝하는 시간이 길어질 수 있으므로 이의 적절한 조절이 필요하다.In general, as the number of averaged symbols decreases, the range of error decreases. However, as the interval in which the timing lock signal is updated becomes too long, the time for tuning the loop bandwidth may be lengthened.

예를 들어, 시뮬레이션을 통해 심볼의 개수를 8192로 정하면, 이는 2^13과 같은데, 디바이더를 사용하지 않고 절단기(truncation)(72)로 대체하기 위해서다.For example, if the simulation sets the number of symbols to 8192, this is equal to 2 ^ 13, to replace the truncation 72 without using a divider.

이후, 평균기(70)로부터 출력된 신호는 비교/결정기(80)에 입력되어 임계치와 비교되고 이 임계치보다 크면 상기 비교/결정기(80)에 의해 타이밍 락 신호가 출력된다.Thereafter, the signal output from the averager 70 is input to the comparator / determinator 80 to be compared with a threshold, and if it is larger than this threshold, the timing lock signal is output by the comparator / determinator 80.

도 8은 QAM 전체 통신 시스템을 플로우팅 포인트로 시뮬레이션 했을 때 타이밍 에러의 수렴 특성을 보인 예시도로서, 초기의 오버슈트(overshoot)를 보이며 이후 가파르게 하강한 후 안정적으로 수렴함을 보여 주고 있다.FIG. 8 is an exemplary diagram showing convergence characteristics of timing errors when the entire QAM communication system is simulated with a floating point, showing an initial overshoot and stable convergence after a steep descent.

도 9는 타이밍 락 디텍터의 심벌 평균 출력 값을 보인 예시도로서, 위에서 이론적으로 설명한 타이밍 락 디텍터의 특성이 실제 수렴 특성과 일치함을 알 수 있다.9 is an exemplary view showing a symbol average output value of a timing lock detector, and it can be seen that the characteristics of the timing lock detector described above theoretically coincide with actual convergence characteristics.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 루프 필터의 루프 대역폭을 튜닝하는데 결정적인 역할은 하는 타이밍 락 디텍터로서 정확한 타이밍 락 신호를 생성하여 타이밍 리커버리의 성능을 높이는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention is a timing lock detector that plays a decisive role in tuning the loop bandwidth of the loop filter, thereby generating an accurate timing lock signal and improving the performance of timing recovery.

또한, 본 발명은 타이밍 에러 추출기와 유사한 구조로 설계되어 구현이 용이한 효과가 있다.In addition, the present invention is designed in a structure similar to the timing error extractor has an effect that can be easily implemented.

Claims (3)

I와 Q 채널로 나누어진 기저대역의 수신 신호를 지연시키고 제곱한 후 연산하여 출력하는 락 디텍터와; 다운 샘플링하는 데시메이터를 거친 상기 락 디텍터의 출력 신호를 심벌 레이트로 평균을 구해 출력하는 평균기와; 상기 평균기의 출력 신호를 임계치와 비교하여 크면 락 신호를 생성하는 비교/결정기로 구성된 것을 특징으로 하는 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터.A lock detector for delaying, squaring, and calculating a baseband received signal divided into I and Q channels; An averager for averaging the output signal of the lock detector after down-sampling at a symbol rate; And a comparator / determiner configured to generate a lock signal when the output signal of the averager is large compared with a threshold value. 제1항에 있어서, 상기 락 디텍터는 I와 Q채널로 나누어진 기저 대역의 샘플을 지연시켜 출력하는 지연기와; 상기 지연기에 의해 지연 또는 그렇지 않은 샘플을 제곱하여 출력하는 제곱기와; 상기 제곱기에 의해 제곱된 샘플의 차를 구해 출력하는 뺄셈기와; 상기 뺄셈기에 의해 연산된 샘플을 더해 출력하는 덧셈기로 구성된 것을 특징으로 하는 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터.2. The apparatus of claim 1, wherein the lock detector comprises: a delay unit for delaying and outputting baseband samples divided into I and Q channels; A squarer for squaring and outputting samples delayed or not by the delayer; A subtractor for calculating and outputting a difference of the squared samples by the squarer; And a adder configured to add and output the sample calculated by the subtractor. 제1항에 있어서, 상기 평균기는 락 디텍터로부터 출력된 신호를 입력받아 연산하여 출력하는 누산기와; 상기 누산기에 의해 계산된 결과 중 할당된 자리수를 초과하는 부분을 삭제하고 평균 플래그가 셋되면 비교/결정기로 출력하는 절단기와; 소정의 카운트에 도달하면 상기 누산기로 클리어 신호를 출력하고 상기 절단기측으로 평균 플래그를 출력하는 카운터로 구성된 것을 특징으로 하는 큐에이엠 수신기의 타이밍 락 디텍터.The accumulator of claim 1, wherein the average unit comprises: an accumulator configured to receive a signal output from a lock detector, calculate and output the received signal; A cutter for deleting a portion exceeding an allocated number of results calculated by the accumulator and outputting the average flag to a compare / determiner when the average flag is set; And a counter for outputting a clear signal to the accumulator and outputting an average flag to the cutter side when a predetermined count is reached.
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