KR960006478B1 - 코히어런트 검출기 장치 및 코히어런트 검출 방법 - Google Patents

코히어런트 검출기 장치 및 코히어런트 검출 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
코히어런트 검출기 장치 및 코히어런트 검출 방법
[도면의 간단한 설명]
제 1 도는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 도면.
제 2 도는 본 발명의 의사 결정 지향 위상 검출기(decision directed phase detector ) 의 블록도.
제 3 도는 본 발명의 π/4-QPSK 배열을 도시하는 도면.
제 4 도는 본 발명의 π/4-QPSK 코히어런트 검출기에 의해서 발생된 5레벨 아이(5-level eye)를 도시하는 도면.
[발명의 상세한 설명]
(발명의 분야)
본 발명은 일반적으로 통신 분야에 관한 것으로서, 특히 디지탈 통신 환경에서의 코히어런트 검출(coherent detection)에 관한 것이다.
(발명의 배경)
임의의 변조 방법이 어떤 패턴이나 배열(constellation)로 표현될 수 있다. 이러한 것의 일예가 제 3 도에 예증된 8정 배열이다. 이 배열은 4 상태 QPSK 배열의 서브 세트인 차동적으로 인코딩된(differentially encoded) QPSK(DEQPSK 또는 π/4 QPSK)로부터 발생된다. 각 상태는 벡터의 크기는 동일하나, 각 상태는 상이한 위상각을 갖는데 그 특징이 있다.
π/4 QPSK 신호를 발생하도록 QPSK 신호를 차동적으로 인코딩하므로써, 코히어런트 또는 넌코히어런트 검출기중 어느 하나로 데이타 복구가 성취될 수 있다. 코히어런트 검출은 넌코히어런트 검출 기술에 비해 어느 상황에서 양호한 성능을 보인다.
그러나, 코히어런트 검출시, 캐리어 위상(carrier phase)은 수신 신호에서 복구되어야한다. 또한, π/4-QPSK에 있어서는 시작(start up) 조건으로서 공지의 초기 0/45" 회전위상이 필요하다. 이는 QPSK 배열의 초기 배열점을 결정하는데 필요한 것이다. 또한 환경 페이딩(environmental fading)은 랜덤 위상 변조를 초래하는 배열점을 회전할 수 있다.
코히어런트 검출기가 최종적으로 필요로 하는 것은 신속히 초기 배열점을 결정할 수 있고 회전 배열을 추적할 수 있도록 하는 것이다.
(발명의 요약)
본 발명의 π/4-QPSK 코히어런트 검출기는 비트쌍 형태로 복구된 데이타를 포함하는 벡터 입력 및 출력을 갖으며, 코히어런트 검출기는 믹서 입력에 결합된 입력 베터를 포함하고, 단위 벡터 리미터(unit vector limiter)의 입력에는 믹서의 출력이 결합된다. 리미터의 출력은 위상 오차 신호를 발생하며 입력 벡터의 위상각을 결정하는 위상 검출기에 결합된다. 위상 검출기는 위상 오차 신호상의 노이즈를 리미트 하기위해 루프필터에 결합된 출력을 가진다. 루프 필터의 출력은 수치 제어된 발진기를 구동하고, 이어서 입력벡터와 함께 혼합되는 발진기 신호를 출력한다. 차동 디코던은 각도에 대응하는 비트쌍을 결정하도록 위상검출기로부터의 각도를 이용한다. 이 비트쌍이 본 발명의 출력이다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
본 발명의 π/4-QPSK 코히어런트 검출기는 진폭 및 위상 변조 벡터로 인코딩된 데이타의 복구를 가능케한다. π/4-QPSK 코히어런트 검출기는 제 3 도에 도시된 입력신호의 π/4-QPSK 배열을 검출하여 복구된 데이타 열을 출력한다.
복구된 변조 신호는 제 1 도에 예증된 본 발명의 π/4-QPSK 코히어런트 검출기(100)로 입력되는데, 수치적으로 제어된 발진지(NCO)(102)로부터의 신호와 함께 승산(곱셈)된다 (101). 이 믹서로부터 출력된 벡터는 차후 길이 1로 리미트 된다(103). 복구될 데이타는 벡터각으로 인코딩되기 때문에, 벡터 길이는 중요치않다. 정규화된 벡터 변조 신호에 대해서, 예를들면 QAM에 대해서, 단위 벡터 리미터(UVL)(103)는 진폭 변조를 제거하도록 코히어런트 반송파 복구 블럭에서 사용된다.
UVL(103) 앞의 신호는 양 진폭 및 위상 정보가 적합한 데이타 복구 연산으로 보존되는 데이타 복구 블럭에 인가된다. 벡터가 1로 리미트(제한)되지 않으면, AM 성분을 나타내는 원치않는 항이 나중에 코히어런트 검출기에 나타난다. 리미터 동작은 다음식으로 성취된다.
여기서 V는 AM 성분을 갖는 벡터이고, I와 Q는 V의 종좌표 및 횡좌표이다. 또한 단위 벡터 리미터를 수행하기 위해 다른 기법이 이용된다. 예를들면, 아크탄젠트 함수가 UVL 신호를 생성하기 위해 사용된다.
다음에 단위 벡터는 위상 오차 신호 θe를 생성하는 제 1 도에 도시된 위상 오차 검출기 (106) 및 입력 벡터의 위상각을 결정하는 신호 벡터 양자화기(107)에 입력된다.
제 2 도는 위상 오차 검출기(106) 및 신호 벡터 양자화기(107)의 상세도이다. θe는 π/4-QPSK 배열상의 수신 입력 벡터각과 근접점 사이의 차이이다.
θe는 8점 π/4-QPSK신호 배열로부터 유도된다. 제 2 도와 관련한 유도는 다음과 같다.
Si=P(te)ej(θn(t)-△θe)
S3=S1×S2 *=ej△θe
S4=Im[ej△θe]=sinθe
S4 θe(θe＜＜1 라디안이면),
sinθ(θ＜＜1 라디안인 경우)이므로
위상 오차 검출기(106)는 신호 벡터 양자화기(107)로부터의 Q 성분을 위상 오차 검출기(106)로부터의 I성분과 혼합하고 신호 벡터 양자화기(107)로부터의 I 성분과 위상 오차 검출기(106) 입력의 Q 성분의 곱한 결과를 제공한다.
π/4-QPSK 파형의 가능 상태를 관측함으로써 신호 벡터 양자화기가 유도되며, 축 상태(axis state) 및 π/4 축이탈 상태(off-state state) 사이에서 교번 패턴이 있음을 알 수 있다.
축 상태는 0, π/2, π 및 -π/2 정도의 가능 각도를 갖는 모듈러스(modulus) 1의 벡터에 의해 표현되고, 축이탈 상태는 ±π/4 및 ±3π/4의 가능 각도를 갖는 모듈러스 1의 벡터로 표현된다. 제 4 도에 도시된 5-레벨아이(5-level eye)는 벡터를 I 및 Q측으로 프로젝트(투영)함으로써 발생된다.
원하는 데이타는 5 레벨을 적절한 2진 데이타로 변환하도록 슬라이스 연산 및 차동 디코딩을 수행함으로써 5레벨 신호로부터 복구된다. 이러한 맵핑을 통상적으로 NRZ(non-return to zero) 2진 데이타를 I와 Q신호 스페이스 배열로 인코딩하는 그레이 인코딩이라고 한다. 다른 맵핑 방법 또한 이를 위해 사용될 수 있다. 데이타 슬라이서의 결정 레벨(decision level)간의 작은 차이로 인해 단순한 5레벨 슬라이싱 연산이 수행되는데는 다소 어려움이 있다. 최적 신호 벡터 양자화 연산은 한 심볼 타임 걸러서 3과 2 사이에 5-레벨 기저대 아이가 교번함을 주지함으로써 유도된다. 이것은 QPSK 배열상에서 π/4-QPSK 신호를 발생하도록 실행되는 차동 인코닝의 결과이다. 매심볼 타임에서 새로운 배열점은 이전 8점 배열점으로부터 ±π/4 또는 ±3π/4의 위상 시프트에 의해 발생된다. 차동 인코딩에 의해,일단 초기 시작 위상점이 알려지면, 3과 2 레벨 플립플롭 패턴이 한정된다. 또한, 3 레빌 아이가 수신기에시 45′ 복소 위상 시프트를 수행함으로써 2 레벨 아이로 맵될 수 있다. 3 레벨 아이는 축상 배열점에 의해서 생성된다. 잡음 면역(noise immunity)증대는 아이의 3 레벨점에서의 2 레벨 슬라이서 연산을 행하는 것에 기인한다.
이것은 수신된 빅터 45'를 회전함으로써 이루어지며, 이에 따라 SNR 패널피(penalty)없이 슬라이스하도록 2레벨을 생성한다.
구현시 어려움은 기저대 복구 배열의 초기 배열점을 설정하는 것이다. 최적 코히어런트 동작을 위한 초기위상을 찾는 것은 DSP 근간 검출기가 별도의 처리를 함을 의미한다. 초기 위상은 송신기와 수신기 국부발진기 주파수간 위상 오프셋(phase offset)의 함수이다. 환경 페이딩(environmental fading)에 의한 램덤 위상 변조에 의해 배열점이 회전된다.
선택한 초기점이 45′를 이탈하면 시작 문제가 발생한다. 잘못된 0/45' 회전 결정이 행해지면, 위상 오차항이 커지게 된다. 이러한 큰 위상 오차로 인해 디지탈 위상 동기 루프(DPLL)는 위상 검출기내 신호가 선택된 초기 0'/45′ 회전 위상에 대해 적절한 위상을 갖도록 출력을 시프트하는 NCO 위상을 시프트한다. 따라서 본 발명의 위상 검출기는 초기 에러의 자기 복구가 가능하다.
코히어런트 캐리어 트래킹 DPLL 방법으로 성취된다.
NCO(102)는 QPSK 신호 배열로부터 유도된 에러 신호에 의해 구동된 코히어런트 캐리어를 발생한다. 이 에러 신호는 채널 도플러 페이딩 왜곡 및 극부 발진기 주파수 차이에 의해 야기된 위상 드리프트에 기인한다. 환경 페이딩에 의한 랜덤 위상 변조에 의해 이 배열점이 회전된다. 따라서, 코히어런트 검출기는 페이딩에 의해 초래된 위상 드리프트를 트래킹 하여야만 한다. 이 위상 에러는 500Hz의 대역폭을 가진 2차 루프 필터(104)에 의해서 필터된다. 필터는 이 신호상의 잡음을 리미트 한다. 필터된 위상 오차 출력은 NCO 를 구동한다(102).
코히어런트 복구 신호 벡터는 각도와 연관된 대응 비트쌍을 결정하도록 차동 디코딩 (105)에 입력된다. 이것은 룩업 테이블(look up table)에서 각도를 찾아서 본 발명으로 부터 대응 출력 비트쌍을 결정함으로써 성취된다.
본 발명의 코히어런트 검출기(100)가 π/4-QPSK 검출기로서 설명되어왔지만, 임의QPSK 방법에 대해서도 동작할 것이다. 그러나 적절한 동작을 위해서는 연속적인 심볼스트림이 필요하다. 이 심볼은 특정수신기를 위한 것은 아니며, 이 심볼은 다른 수신기를 위한 데이타일 수 있지만 모든 수신기에 의해 픽업된다.

Claims (10)

  1. 데이타 변조된 벡터 입력과 복구된 데이타 출력을 가진 코히어런트 검출기 장치에 있어서, 제 1 및 제 2 입력과 출력을 가진 승산 수단에서 상기 승산 수단의 제 1 입력에는 벡터 입력이 결합되는 상기 승산 수단과, 상기 승산 수단의 출력에 결합되어 벡터 입력을 1로 제한하는 벡터 리미팅 수단과, 상기 벡터 리미팅수단의 출력에 결합되어 양자화된 수신 신호를 생성하는 신호 벡터 양자화 수단과, 상기 벡터 리미팅수단과 상기 신호 벡터 양자화 수단에 결합되어 위상 오차 신호를 생성하는 위상 오차 검출 수단과, 상기위상 오차 검출 수단에 결합된 입력과 상기 승산 수단의 제 2 입력에 결합된 출력을 가지며, 위상오차 신호에 응답하여 가변 주파수 신호를 생성하는 제어가능한 발진기 수단과, 상기 신호 벡터 양자화 수단에 결합된 입력과 복구된 데이타 출력에 결합된 출력을 갖추어 양자화된 수신 신호 벡터를 데이타 비트로 디코딩하기 위한 디코딩 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어가능한 발진기 수단을 상기 위상 오차 검출 수단에 결합시키는 필터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어가능한 발진기 수단은 수치 제어된 발진기인 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 코히어런트 검출기 장치는 π/4-QPSK 코히어런트 검출 장치인 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  5. 변조된 벡터 입력과 복구된 데이타 출력을 가진 코히어런트 검출기 장치에 있어서, 입력과 출력을 가지며, 다수의 신호를 혼합하는 혼합 수단에서, 상기 혼합수단의 입력에는 벡터 입력이 결합되는 상기 혼합수단과, 상기 믹싱 수단의 출력에 결합되어 벡터 입력을 1로 제한하는 벡터 리미팅 수단과, 상기 벡터 리미팅 수단에 결합되어, 양자화된 수신 신호 벡터를 생성하기 위한 신호 벡터 양자화 수단과, 상기 벡터 리미팅 수단과 상기 신호 벡터 양자화 수단에 결합되어 위상 오차 신호를 생성하기 위한 위상 오차 검출 수단과, 상기 위상 오차 검출 수단에 결합되어, 필터된 위상 오차 신호를 발생하기 위한 필터링 수단과, 상기필터링 수단에 결합된 입력과 상기 혼합 수단에 결합된 출력을 가지며, 필터된 위상 오차 신호에 응답하여 가변 주파수 신호를 생성하는 제어가능한 발진기 수단과, 상기 신호 벡터 양자화 수단에 결합된 입력과 복구된 데이타 출력에 결합된 출력을 가지며 양자화된 수신 신호 벡터를 데이타 비트로 디코딩하기 위한 디코딩 수단을 포함하는것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어가능한 발진기 수단은 수치 제어된 발진기인 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 코히어런트 검출기 장치는 π/4-QPSK 코히어런트 검출 장치인 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  8. 가변 길이를 가진 데이타 변조 입력 벡터를 검출하고, 데이타 변조 입력 벡터를 데이터의 비트 스트림(열)으로 변환하기 위한 코히어런트 검출 방법에 있어서, a) 발진 신호를 혼합된 입력 벡터를 형성하도록 입력 벡터 함께 승산하는 단계와, b) 혼합된 입력 벡터의 길이를 단위 길이로 제한하는 단계와, c) 단위 길이로 혼합된 입력 벡터로부터 위상 오차 신호 및 벡터 양자화 신호를 생성하는 단계와, d) 필터된 위상 오차 신호를 생성하도록 위상 오차 신호를 필터링하는 단계와, e) 위상 오차 신호에 응답하여 주파수가 변화되는 발진신호를 형성하도록 필터된 위상 오차 신호로 발진 수단을 제어하는 단계와, f) 데이터의 비트스트림을 형성하도록 벡터 양자화 신호를 디코딩하는 단계를 포함하며, 상기 단계(a)로부터 각 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출 방법.
  9. 데이타 변조된 벡터 입력과 복구된 데이터 출력을 가진 코히어런트 검출기 장치에 있어서, 한 출력과, 입력을 가진 혼합 수단에서, 상기 혼합수단의 입력은 벡터 입력에 결합되어 다수의 신호를 혼합하는 상기 혼합 수단과, 상기 승산 수단의 출력에 결합되어 벡터 입력을 1로 제한하는 벡터 리미팅 수단과, 상기 벡터 리미팅 수단의 출력에 결합되어 양자화된 수신 신호 벡터를 생성하는 신호 벡터 양자화 수단과, 상기벡터 리미팅 수단과 상기 신호 벡터 양자화 수단에 결합되어 위상 오차 신호를 생성하는 위상 오차 검출수단과, 상기 위상 오차 검출 수단에 결합되어 위상 오차 신호를 생성하는 필터링 수단과, 상기 필터링 수단에 결합된 입력과 상기 혼합 수단에 결합된 출력을 가지며, 위상 오차 신호에 응답하여 가변 주파수 신호를 발생하는 제어가능한 발진기 수단과, 상기 신호벡터 양자화 수단에 결합 결합된 입력과 복구된 데이타 출력에 결합된 출력을 가지며, 양자화 복구된 신호 벡터를 데이타 비트로 디코딩하는 디코딩 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어가능한 발진기 수단을 상기 위상 검출 수단에 결합시키는 필터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코히어런트 검출기 장치.
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