KR19990034147A - 16-큐에이엠 진폭변조 신호의 반송파 복원방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 16-QAM 신호의 반송파 복원방법에 관한 것으로서, 진폭 변동과 직교 성분으로 인한 영향을 제거하여 출력 반송파의 위상지터를 줄이는 방법으로 수신한 16-QAM 신호를 분리하여 일정한 진폭을 갖는 12-PSK나 신호와 16-QAM 신호의 포락선을 검파한 신호를 얻은 다음, 4체배기와 PLL을 이용하여 12-PSK나 신호로부터 반송파를 검출하고, 윈도우 검출기를 이용하여 16-QAM 신호의 포락선을 검파한 신호로부터 위상지터의 원인이 되는 신호가 존재하는 시간 축상의 구간을 검출하며, 그 검출된 결과로 PLL을 제어하여 위상지터의 원인이 되는 신호가 PLL 상에서 귀환되지 않도록 하여 위상지터를 제거함으로써, 종래의 4체배 PLL을 이용한 반송파 복원 회로보다 위상지터의 영향이 줄어들게 되어 수신 신호의 심볼간 간섭을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

16-큐에이엠 진폭변조 신호의 반송파 복원방법

본 발명은 디지털 통신시스템에서 사용되는 4체배 방식의 16-QAM 진폭변조(16 level quadrature amplitude modulation, 이하 16-QAM라 칭함) 신호의 반송파 복원방법에 관한 것이다.

종래의 4체배 방식을 이용한 QAM 신호의 반송파 복원방법은 반송파 복원 회로가 데이터 판정회로나 등화기와는 독립적으로 동작하므로 데이터 판정상태에 상관없이 독립적인 반송파 복원상태가 유지될 수 있고 회로 구성이 간단한 장점을 가지고 있다.

그러나 QAM 신호를 4체배하면 신호의 진폭변화가 심해져서 디지털 위상 고정 루프(Phase Locked Loop, 이하 PLL라 칭함)의 사용이 불가능하게 되고, 4체배 후에도 직교성분이 존재하고 있기 때문에 잡음 대역폭이 좁은 PLL을 이용하여 반송파를 복원한다 하더라도 출력 반송파에 위상지터(phase jitter)가 생기는 문제가 발생한다.

기존의 4체배 반송파 복원 회로(30)는 도 1과 같이 4체배기와 PLL로 구성되어 있다.

4체배한 M 레벨 QAM(M level QAM, 이하 M-QAM라 칭함) 신호는 반송파 주파수 f₀ 의 4 f₀ 에서 선 스펙트럼 성분을 갖게 되고, 또한 무작위 성분도 가지게 된다.

상기 무작위 성분은 원래의 16-QAM 신호의 데이터 형태에 의한 것이다.

성상도에서 살펴보면, 도 2와 같은 성상도를 나타내는 16-QAM 신호를 4체배하면 도 3과 같은 성상도를 나타내는 신호가 된다.

상기 도 3의 신호점 A'과 C'은 동상성분만을 가지고 있기 때문에 4f₀ 에서 선 스펙트럼을 만들게 된다.

따라서 잡음대역폭이 좁은 PLL을 사용하면 4체배한 신호로부터 반송파를 걸러낼 수 있다.

그러나 4체배한 신호는 진폭의 변화가 크고 상기 도 3의 신호점 B′과 같이 직교성분을 가진 신호를 포함하고 있기 때문에 PLL로 복원한 반송파에 위상지터가 생긴다.

이 위상지터의 rms(root mean square) 값은 근사적으로 다음 수학식 (1)과 같이 표현된다.

여기서 CNR_Q 는 4체배한 신호의 직교축 반송파대진폭비이다.

상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 16-QAM 신호에 대해 CNR_Q 의 값을 증가시켜 위상지터를 줄이고, 반송파 추적(tracking)에 디지털 PLL을 사용하는 방식을 제공함으로써, 4체배한 신호의 진폭변화를 제거하여 디지털 PLL을 사용할 수 있게 하고, CNR_Q 를 증가시키기 위해 직교성분을 가진 신호가 PLL에 영향을 주지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 4체배 방식의 반송파 복원 회로 구조도,

도 2는 본 발명에 따른 16-QAM 신호의 성상도,

도 3은 본 발명에 따른 4체배한 16-QAM 신호의 성상도,

도 4는 본 발명에 따른 리미터를 통과한 16-QAM 신호의 성상도,

도 5는 본 발명에 따른 리미터를 통과한 16-QAM 신호를 4체배한 신호의 성상도,

도 6은 본 발명이 적용되는 16-QAM 반송파 복원 회로 구조도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,40 : 주파수 하향 변환기 20,50 : 자동 이득 조정기

30 : 반송파 복원 회로 31,32d,100, : 4체배기

32 : 아날로그 PLL 110 : 디지털 위상 고정 루프(PLL)

120 : 4분주기 32a : 위상 검출기

32b,114 : 저역 통과 필터 60 : 전력 분배기

70 : 포락선 검출기 80 : 윈도우 검출기

90 : 하드리미터 111,113 : 트랙/홀드기

112 : 디지털 위상검출기 115 : 전압제어 발진기

130 : 16-QAM 신호의 포락선 신호

140 : 윈도우 검출기 출력 신호 150 : 초기 위상 추적 과정

160 : 12-PSK 신호

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수신한 신호를 하드리미터와 포락선 검파기를 두어 진폭변조성분과 위상변조성분으로 재구성하고, 재구성된 진폭변조신호로부터 윈도우 검출기를 통해 위상지터가 발생되는 시간구간을 추출하며, 상기 재구성된 진폭변조신호를 이용하여 PLL의 반송파 추적을 제어하고, 반송파 추적을 위한 PLL에서 위상검출기 입력단 및 출력단에 아날로그 스위치를 두어 Track/Hold 기능을 수행하도록 PLL을 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 4체배한 신호의 진폭변화와 직교성분이 PLL에 미치는 영향을 제거하기 위해 먼저 수신한 16-QAM 신호를 진폭성분만을 가진 신호와 위상변조성분만을 가진 신호로 변환하는데, 이를 위해 두 개의 처리 경로를 갖게 된다.

한 경로에서는 수신한 16-QAM 신호로부터 진폭변조 성분을 제거하여 도 4와 같은 일정한 진폭의 12-PSK나 신호를 생성하고, 다른 경로에서는 원래 수신한 16-QAM 신호의 포락선을 검파한 신호를 생성한다.

만들어진 12-PSK나 신호는 도 5와 같이 4체배하여 디지털 PLL의 기준입력으로 사용한다.

PLL은 도 5의 A’’’이나 C’’’에 해당하는 신호가 들어올 때에는 반송파 주파수를 추적하는 동작을 한다.

그러나 상기 도 5의 B’’’는 상기 도 2의 B 그룹의 위상점들이 변환된 것으로 직교성분을 가지고 있어 반송파 위상지터의 원인이 된다.

따라서 이 위상점에 해당하는 신호가 들어올 때에는 PLL내 위상검출기 출력을 귀환시키지 않도록 하여 위상 출력을 이전까지 추적한 값에서 유지하도록 한다.

PLL의 상기 동작은 16-QAM 신호의 진폭을 나타내는 신호에 의해 제어된다.

이 방법으로 기존의 4체배방식에 존재하는 16-QAM 신호의 데이터 형태에 의한 잡음을 해소할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 방식의 반송파 복원회로를 도 6에 나타내었는데, 전력 분배기(60)는 수신한 중간주파수대의 16-QAM 신호를 두 개의 경로로 분배하는데 분배된 신호는 각각 진폭검출기(70)와 하드리미터(90)로 입력된다.

상기 하드리미터(90)는 수신한 16-QAM 신호의 진폭을 일정하게 만들어 4체배한 후 진폭변화가 생기지 않도록 하기 위해 사용된다.

하드리미터(90)를 거친 신호는 도 6의 ⓓ(160)와 같은 12-PSK나 신호가 되며, 이 신호를 4체배하여 PLL(110)의 기준입력으로 한다.

반면, 진폭검출기에서는 도 6의 ⓐ와 같이 16-QAM 신호(130)의 포락선을 검출해내고, 윈도우 검출기는 이 신호로부터 상기 도 2의 B 그룹에 해당하는 신호가 있는 구간을 검출하여 도 6의 ⓑ와 같은 신호(140)를 생성한다.

상기 도 2의 B 그룹의 신호점들은 하드리미터(90)와 같은 4체배기(100)를 거치면서 직교성분을 가진 상기 도 5의 신호점 B’’’가 된다.

PLL에서 디지털 위상검출기(112)의 전후에 아날로그 스위치로 구성한 트랙홀드(Track/Hold, 이하 T/H라 칭함)를 둔다.

따라서 디지털 위상검출기(112)의 출력, 즉 위상 오차는 T/H단을 거쳐 저역통과필터(114)로 전달되며 이 T/H단은 도 6의 ⓑ(140)에 의해 제어된다.

즉, 도 6의 ⓑ(140)에서 ‘저(Low)’인 때에는 직교성분을 가진 신호가 입력되는 구간을 의미하므로 이때의 위상오차가 PLL(110) 내에서 귀환되지 않도록 T/H단을 ‘점유(Hold)’상태로 만들고, ‘고(High)’인 구간에서는 T/H단이 ‘트랙(Track)’상태가 되도록 한다.

따라서 T/H단이 ‘Track’상태에 있을 때는 PLL(140)이 4f₀ 를 추적해 갈 수 있지만 ‘Hold’상태에 있을 때는 PLL의 추적위상이 이전에 추적했던 값에 머무르게 된다.

이러한 PLL의 동작으로 나타나는 초기 위상 추적과정은 도 6의 ⓒ(150)와 같이 나타난다.

그리고 일단 위상 추적이 완료된 후의 위상 변동은 PLL(110)에서 직교성분을 가진 신호의 영향이 제거되기 때문에 그 변동폭이 기존의 방법보다 적게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 방법을 적용하면 종래의 4체배 PLL을 이용한 반송파복원회로보다 위상지터의 영향이 줄어들게 되어 수신신호의 심볼간 간섭(inter-symbol interference)을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

16-QAM 신호의 반송파 복원방법에 있어서,

수신한 신호를 하드리미터와 포락선 검파기를 두어 진폭변조성분과 위상변조성분으로 재구성하는 단계와;

재구성된 진폭변조신호로부터 윈도우 검출기를 통해 위상지터가 발생되는 시간구간을 추출하는 단계와;

상기 재구성된 진폭변조신호를 이용하여 디지털 위상 고정 루프(PLL)의 반송파 추적을 제어하는 단계와;

반송파 추적을 위한 디지털 위상 고정 루프에서 위상검출기 입력단 및 출력단에 아날로그 스위치를 두어 트랙/홀드(Track/Hold) 기능을 수행하도록 디지털 위상 고정 루프를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 16-큐에이엠 진폭변조 신호의 반송파 복원방법.