KR960002670B1 - 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로

제1도는 종래의 판정 귀환형 등화기의 구성도.

제2도는 본 발명의 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로 구성도.

제3도는 엠에스케이 및 지엠에스케이 송수신 과정에 상응하는 동작 파형도.

제4도는 본 발명을 적용하지 않는 경우의 아이 패턴도.

제5도는 본 발명에 따른 아이 패턴도.

본 발명의 무선통신시스템에 있어서 육상 이동통신을 위한 동기검파회로에 관한 것으로, 특히 지엠에스케이(GMSK) 동기 검파용 적응 등화회로에 관한 것이다.

육상 이동통신을 위치 종래에 사용되던 판정 귀환형 등화기는 제1도에 도시한 바와 같이 트랜스 버샬 필터부(17), 귀환 필터부(10), 데이터 판정부(11), 참조신호 발생부(12), 스위칭부(16), 오차 추정부(13), 텝이득갱신부(14) 및 타이밍재생부(15)로 구성되어 있었다. 이러한 구성은 판정 귀환형 등화기를 구현함에 있어 전제되는 두가지 조건을 만족해야 한다. 즉 직접파 레벨이 지연파 레벨보다 큰 최소 위상 조건과 지연파의 방향이 직접파 보다 크지 않은 비 최소 위상 조건의 경우에 대처할 수 있으며, 초기 진입 특성과 선로 특성 변종에 추적할 수 있는 경우에 가능하다.

판정 귀환형 등화기를 이루는 각 구성요소는 다음과 같은 동작을 한다.

트랜스 버샬 필터부(17)는 중심 탭 F₀(t)에 응하는 미래의 데이터를 합성하는 피드포워드 탭(F_-1(t),…F_-1(t))으로 이루어지고, 귀환 필터부(10)는 등화기 출력의 판정치를 지연시켜 합성하는 피드백 탭(B₁(t),…,B_K(t))으로 이루어져 있다. 가산기(18)에서는 상기 두 필터부(17,10)의 출력을 가산하여 가산신호를 발생한다. 데이터판정부(11)에서는 상기 가산신호의 레벨과 기준 임계치의 값을 비교하여 상기 가산신호의 송신데이타 값을 추정한다.

한편, 참조신호 발생부(12)에서는 소정의 참조신호를 주기적으로 발생한다. 스위칭부(16)에서는 상기 참조신호와 데이터판정신호 중 하나를 선택한다. 오차주정부(13)에서는 상기 가산신호와 참조신호의 차(추정오차)를 검출한다. 또한 탭이득갱신부(14)에서는 추정 오차의 자승 평균치를 최소화하도록 상기 두 필터부(17,10)의 탭이득을 조정한다. 그리고 타이밍재생부(15)에서는 입력신호(IN)로부터 수신클럭을 재생하여 필요한 각 부분에 공급한다. 이로써 상기 종래의 판정귀환형 등화기는 지연파의 영향에 있어 얼마간의 심볼을 분산할 수 있는 신호 합성 기법을 사용하는 것이었음을 알 수 있을 것이다.

그런데 이러한 종래의 육상 이동통신용 판정 귀환형 등화기는 수신신호에 지연파 레벨이 클 경우 탭이득이 정상치에 수렴하는 시간이 많이 걸리며, 특히 데이터 판정부에서 에러가 발생할 경우 심볼간의 간섭이 오히려 중첩되는 결과를 야기하여 순간적인 연집 에러가 발생하는 단점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 등화 후 잔류 왜곡 및 샘플점 이외의 왜곡을 함께 낮추는 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 재생된 타이밍 신호의 지터 영향을 경감하는 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수신신호 형채가 빠른 페이딩에 의하여 비선형 왜곡될 경우 이를 분리 및 보상하고, 송신기 MDS(Minimum Shift Keying) 변조 전의 가우스(Gaussian)대역 제한에 의한 왜곡과 수신필터에 의한 왜곡을 분리함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

제2도는 본 발명의 구성도로서, 트랜스 버샬 필터부(1), 필터부(1)의 출력과 참조신호 발생부(4)의 출력을 받아 페이딩을 검출하는 페이딩검출(2), 페이딩검출부(2)에서 정정 계수를 받아 필터부(1)의 출력을 정정하는 페이딩제어부(3), 참조신호와 페이딩제어부(3)의 출력을 받아 오차를 검출하는 오차검출부(5), 오차변환부(6), 필터부(1)의 탭이득을 조정하는 탭이득갱신부(7), 그리고 입력신호로부터 타이밍을 재생하는 타이밍재생부(8) 그리고 프레임동기 검출부(9) 등으로 구성되어 있다.

우선 GMSK에 적응 등화기를 적용하는 경우 발생하는 왜곡의 종류 및 발생 매타니즘에 대한 이해를 돕기 위하여 GKMS 변조회로에 대해 간략히 기술한다. GMSK 변조회로는 NRZ(Non Return to Zero)신호를 가우스형 저역필터를 통하고 주파수 변조하는 것이다. 그러므로 GMSK 기저대역신호를 대역제한하고 협대역화한 것으로 볼 수 있다. MSK의 경우 위상변화는 데이터가 "1"인 경우 반시계 방향으로 π/2만큼 회전한다. 그러므로 초기 위상을 0, 데이터가(1,0,1,0,0,0)인 경우 위상변화는 제3a도에 실선으로 표시하고 있다. 한편 GMSK의 경우 기저대역신호 제한효과를 위하여 데이타 극성이 변화하는 점에 있어 위상 변화가 완만하게 된다. 결국 GMSK의 위상 변화는 상기 (3a)에서 점선으로 표시된다. 일반적으로 GMSK 송신신호는 다음 식(1)과 같이 표현된다.

단, A : 송신신호 진폭

동기 검파는를 사용하여 행해진다. 그 결과 검파주 기저대역신호의 동상신호(U₁(t)) 및 직교신호(U₀(t)) 다음 식(2)과 같다.

제3b,c도에서는 상기 (3a)와 같이 위상이 변화하는 경우 cos(ø(t)), sin(ø(t))를 보여 준다. 데이타는 U₁(t) 및 U₀(t)를 샘플링 로직을 이용하여 재생한다. 이 경우 샘플링점은 동상신호는 t=0, 2T, 4T…이고 직교신호는 t=T, 3T, 5T…이다. GMSK는 MSK에 비해 신호 대역폭이 협대역이고 주파수 유효이용이 가능한 특징을 장점으로 하는 반면, (3b) 및 (3c)로부터 알 수 있듯이 샘플링점이 왜곡이 존재한다. 또한 송신신호는 이동 통신상의 특성상 페이딩 현상을 받아 왜곡 현상이 심각해진다. 또 수신 대역의 잡음을 제거하는 수신필터를 통하면 왜곡은 더욱더 커지게 된다. 이 왜곡은 데이타 복호시 판정 오차의 원인이 되기 때문에 GMSK 오율을 좋게하기 위하여는 이 왜곡을 경감하는 것이 필요하다. 등화기는 이 왜곡을 경감하는데 아주 적합하지만, 적용시에는 먼저 이 왜곡 발생 메커니즘을 알고 그 적용 구성을 할 필요가 있다. 이동 통신용 GMSK 수신신호의 왜곡 발생 원인은 크게 3가지이다. 첫째는 전송시 FM 신호 전송전에 대역 제한을 하는데 따른 왜곡, 두번째는 이동체가 달리는 상황에서의 신호 전송에 의한 다중 경로 페이딩에 따른 왜곡, 세번째는 수신필터에 의한 왜곡이 있다.

먼저 송신기 FM 변조전에 대역 제한하는 경우에 따른 왜곡을 살펴보면, 우선 송신 데이타의 극성이 바뀌는 경우 대역 제한의 영향이 크고, 샘플점으로 된 채널 왜곡에 따라 샘플점이 없는 채널 왜곡이 크게 되는(예로서는 t=WT인 경우 샘플점이 있는 cos(ø(t))의 왜곡보다 sin(ø(t))의 왜곡이 크다) 특징이 있다.

송신 데이타의 극성이 바뀌지 않는 경우 대역 제한의 영향이 적고, 채널의 왜곡이 거의 없다는 특성이 있다.

두번째로 이동통신의 신호 상태에 따른 페이딩 현상에 의해 왜곡을 살펴보면, 이동체가 움직이는 상황에서 송신파를 전송하면 이동체의 속도에 따라 수신신호 형태는 여러가지 반사파가 혼재하는 형태가 복합적으로 나타난다. 또한 지형에 따라(예를들면 도심의 빌딩지역, 도외지역 등) 전송지연 형태가 바뀌어 송신파가 왜곡된다. 그러므로 주기적인 참조신호를 바탕으로 신호 형태의 변화 상태를 검출하여 보상하여 주므로서 이 왜곡을 감소시킬 수 있다. 다음으로 수신필터에 있어 왜곡이 있는 경우, 각 채널에 있어 인접하는 두 샘플점이 같은 부호인 경우 수신필터에 의한 왜곡 현상이 크지 않고, 다른 부호인 경우 두 점의 교차점에서는 왜곡 현상이 수신필터에 의한 것이라고 볼 수 있으며, 수신신호의 선로상의 페이딩에 의한 왜곡을 자체 감소시키고, 송신필터에 의한 왜곡과 수신필터에 의한 왜곡을 분리할 수 있다. 본 발명의 이상의 특징을 이용한다.

본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

트랜스 버샬 필터부(1)에서는 동상신호와 직교신호를 입력하여 일정 정도지연 하고 각각 지연성분을 가중하여 합성한다. 예로는 탭을 부가한 지연선상에서 구성할 수 있다. 이 경우의 데이타의 샘플링 타이밍 타이밍재생부(8)로부터 받는다.

참조신호 발생부(4)에서는 소정의 제어를 받아 기준이 될 참조신호를 발생한다. 프레임동기 검출부(9)는 상기 동상 혹은 직교인 수신신호와 기준 참조신호간의 상관치를 이용하여 프레동기정보를 발생하고, 이률 페이딩검출부(2)와 참조신호 발생부(4)에 알려준다. 여기서 상기 트랜스 버샬 필터부(1)의 출력은 다음 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 H(t)는 페이딩 왜곡치의 임펄스 응답이고, n(t)는 백색 가우시안 잡음이다.

y(t)=y₁(t)+jy₀(t)

또한 각 채널의 타이밍은 다음 식(4)와 같이 나타낸다.

(K=0,1,2, M=0,1,2,N-1)

이때 프레임동기는 M=0의 경우 다음 식(5)와 같다.

참조신호 발생부(4)에서는 프레임동기 정보를 받아 참조신호에 해당하는 동상 및 직교 신호값(R₁(t), R₀(t))을 페이딩검출부(2)에 보내주고, 페이딩검출부(2)에서는 이 값을 받아 수신 y₁(t), y₀(t)의 복소 기저 대역 신호를 측정한다. 이때 U(K)는 식(3)으로부터 다음과 같이 된다.

이라고 하면 식(6,7)에 의해

이된다.

결국에 있어서 얻어진 페이딩 왜곡의 추정치를 각각 라고 하면 어느 시간 t=KT_F+(M/N)T_F에 있어서 페이딩 변동 C(K+M/N)은 다음과 같이 주어진다.

(9)식에서의 a₁(t)와 a₀(t)가 페이딩제어부(3)로 전송된다.

페이딩제어부(3)에서는 y(t)를 한 프레임 주기 동안 지연한 후 y₁, y₀(t)를 각각 a₁(t)와 a₀(t)로 나누어 출력한다.

또한 참조신호 발생부(4)는 Z₁(t)와 Z₀(t)를 받아 이들의 이상적인 값인 참조신호 r₁(t)와 r₀(t)를 다음과 같이 생성한다.

동상 채널 샘플시에서는,

직교 채널 샘플시에는,

한편 오차신호 추정부(5)의 출력 e(t)는,

e₁(t)와 e₀(t)는 각각 그대로 오차신호 변환부(6)로 입력된다. 오차신호 변환부(6)에서는 타이밍재생부(8)의 타이밍정보에 의해 동상 또는 직교신호 샘플점인지의 여부를 판정함과 동시에 트랜스 버샬 필터(1)의 탭 데이타의 보상을 위해 동상신호 샘플시에는 직교신호, 또 직교신호 샘플시에는 동상신호가 샘플점부터 전후 T(초)(T는 1비트의 길이)간 ø점을 지나가는지의 여부를 판단한다. 그러므로 이런 정보를 기초로 오차를 다음과 같이 변환할 수 있다.

동상신호 샘플시,

a : 직교신호가 ø점을 지나가는 경우

b : 직교신호가 ø점을 지나가는 경우

직교신호 샘플시,

a : 동상신호가 ø점을 지나가는 경우

b : 동상신호가 ø점을 지나가는 경우

탭이득갱신부(7)에서는 탭이득을, 트랜스 버샬 필터(7)의 각각 탭 데이타 및 오차신호 e(t)를 이용하여 e(t)의 자승 평균치가 최소가 되도록 계산하여 갱신한다. 이 알고리즘 그래디언트 알고리즘과 칼만 알고리즘 등의 적용이 가능하다.

제4도와 제5도의 송신 가우시안 필터의 대역(Bb)과 주기(T)와의 곱 B_bㆍT=0.25(T는 1비트 길이), 수신 필터 대역폭(w)를 , wㆍT=0.6(가우시안 형), 트랜스 버샬 필터 지연 간격을 T/3, 탭수인 경우의 아이 패턴을 나타낸 것이다. 상기 제4도는 본 발명을 적용한 경우의 아이 패턴이며, 상기 제5도는 본 발명을 적용하지 않은 경우의 아이 패턴이다. 이러한 본 발명은 디지탈 신호처리를 이용하여 구성하는 것이 가능하다. 또 MSK는 GMSK에 있어서 송신 필터를 제거한 경우에 해당하기 때문에 본 발명은 MSK에도 적용 가능하다.

상술한 바와 같은 본 발명은 기존의 등화회로를 사용하는 시스템에 비해 복조 후 왜곡이 크게 경감되고, 특히 빠른 페이딩에 큰 효과를 볼 수 있으며, 수신 필터의 대역을 좁히는 것도 가능하기 때문에 무선통신 특히 육상 이동통신에 대해 주파수를 유효하게 이용하는 것이 가능하다.

Claims (4)

1. 지엠스케이 동기 검파회로에 있어서, 수신신호를 일정 정도 지연하기 위한 지연수단과, 기준이 되는 참조신호를 발생하기 위한 기준설정수단과, 상기 참조신호에 기준하여 상기 지연된 신호의 왜곡을 보상하기 위한 보상수단과, 상기 보상된 신호와 상기 참조신호의 차를 검출하여 그 오차정보를 발생하기 위한 오차정보발생수단과, 상기 오차정보를 기준하여 상기 지연된 신호의 합성을 제어하는 탭이득 정보를 발생하기 위한 탭이득갱신수단과, 상기 지연수단과 상기 보상수단과 오차정보발생수단에 제공되는 타이밍 신호를 발생하는 타이밍제어수단과, 상기 보상수단과 상기 참조신호발생수단에 사용되는 프레임동기 정보를 발생하는 프레임동기 정보발생수단으로 구성됨을 특징으로 하는 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로.
2. 제1항에 있어서 보상수단이, 상기 프레임동기 정보의 입력에 따라 상기 지연된 신호와 상기 참조신호로부터 왜곡보상정보를 발생하기 위한 페이딩검출부와, 상기 지연신호를 상기 왜곡보상정보에 의해 보상하는 페이딩제어부로 구성됨을 특징으로 하는 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로.
3. 제2항에 있어서, 오차정보발생수단이, 상기 페이딩제어부에서 보상된 신호와 상기 참조신호의 차 신호를 발생하는 오차검출부와, 상기 오차신호를 변환하여 상기 탭이득갱신수단으로 전달하는 오차변환부로 구성됨을 특징으로 하는 GMSK 동기 검파용 적응 등화회로.
4. 제1항 혹은 제3항에 있어서, 상기 지연수단이 트랜스 버샬 필터임을 특징으로 하는 지엠에스케이 동기 검파용 적응 등화회로.