KR20010036064A - 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치 - Google Patents

통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수와 타이밍 오차를 보상하는 장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 모뎀에서의 단일의 주파수 ＆ 타이밍 검출기에 의하여 주파수 오차 검출과 타이밍 오차를 검출하는 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치는 통신 시스템에서의 입력신호의 주파수 및 타이밍 오차를 검출하는 장치에 있어서, 상기 입력신호의 실수성분과 허수성분을 분리하고, 대역통과필터{H(t)필터} 및 미분특성의 필터{Hd(t)필터}를 상기 실수성분과 허수성분의 신호처리를 위하여 대칭적으로 결합하고, 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력을 실수성분과 허수성분을 교차로 각각 곱한 후에 빼는 연산에 의하여 주파수 오차신호를 발생시키기 위한 주파수 오차 검출 수단 및 상기 주파수 오차 검출 수단을 구성하는 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력을 실수성분끼리 및 허수성분끼리 각각 곱한 후에 더하는 연산에 의하여 타이밍 오차신호를 발생시키기 위한 타이밍 오차 검출 수단을 포함함을 특징으로 한다.
이에 따라서, 회로 구성의 복잡도를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치{Apparatus for detecting frequency and timing error in communication system}
본 발명은 주파수와 타이밍 오차를 보상하는 장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 모뎀에서의 단일의 주파수 ＆ 타이밍 검출기에 의하여 주파수 오차 검출과 타이밍 오차를 검출하는 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 통신에서 입력신호의 주파수 옵셋을 보상하는 회로와 적절한 샘플 시점을 조절하는 타이밍 복원 회로는 PLL(Phase Locked Loop) 이론에 근거하는 피드백(Feedback) 회로가 주로 사용된다. 이러한 피드백 회로의 구성에서 입력신호와 현재 추적하는 값 사이의 오차 값을 추적하는 오차 검출기는 그 보상 회로의 성능에 근본적인 영향을 주는 가장 중요한 부분이다. 근래에는 대역 효율을 극대화하기 위하여 다중 레벨의 신호를 많이 이용하고 있으며 초과대역폭도 점점 작아지고 있는 추세이다. 보통의 경우 주파수 오차 검출 회로와 타이밍 오차 검출 회로는 신호의 레벨이 증가하거나 초과대역폭이 작아짐에 따라 그 성능이 열화되는 경향이 있고 따라서 전치 필터 등을 이용하여 이를 보상하기 위해 회로 구성이 복잡해지게 된다.
도 1은 일반적인 디지털 통신에서 입력신호의 주파수 및 타이밍 옵션을 보상하는 PLL 회로로서, 믹서(101), A/D컨버터(102), 타이밍 오차 검출기(103), 제1루프필터(104), 제1전압제어발진기(105), 주파수 오차 검출기(106), 제2루프필터(107), 제2전압제어발진기(108)로 구성되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 주파수 오차 검출기(106)의 상세 회로도로서, 제1,2대역통과필터(201, 202), 제1,2필터(203, 204), 제1,2곱셈기(205, 206), 덧셈기(207)로 구성되어 있다.
위의 회로 구성 중에서 주파수 오차 검출기(106)는 주파수 오차에 비례하는 신호를 발생시키는 역할을 한다. 주파수 오차 검출기(106)에서 출력되는 신호는 제2루프필터(107)를 거치는데 이는 단순한 이득회로나 저역통과필터로 보상회로의 특성을 결정하게 된다. 제2루프필터(107)의 출력은 제2전압제어발진기(108)에 입력되어, 이에 따른 주파수의 신호를 발생시켜 주파수 오차를 감소시키는 방향으로 조절한다.
다음으로 타이밍 오차 검출기(103)는 입력신호의 샘플링 타이밍의 오차를 검출하고 이에 비례하는 신호를 발생시킨다. 이러한 신호는 다시 제1루프필터(104)를 거쳐 제1전압제어발진기(105)에 입력되어 타이밍 오차를 감소시키는 방향으로 샘플링 시점을 옮기게 된다.
도 2에서 입력 복소신호 S(t)의 실수신호와 허수신호가 각각 중심주파수가 1/2T인 H(t) 함수를 갖는 제1,2대역통과필터(201, 202)를 통과한 출력을 X1C(t), X2C(t)라고 하고, 여기서 다시 Hd(t) 함수를 갖는 제1,2필터(203, 204)를 통과한 출력을 각각 X2C(t), X2S(t)라고 하면, 주파수 오차 검출기의 최종 출력 yc(t)는 수학식1과 같은 결과가 산출된다.
yc(t) = x1c(t)x2s(t) - x1s(t)x2c(t)
그런데, 이와 같은 종래의 기술에 의하면, 주파수 오차 검출기와 타이밍 오차 검출기를 각각 별도의 회로 구성에 의하여 실현시킴으로써, 회로 구성에 있어서 복잡도가 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 주파수와 타이밍 오차를 보상하는 장치에 있어서, 주파수 오차 검출기와 타이밍 오차 검출기의 공유 부분을 최대한 활용하여 단일의 검출기에 의하여 주파수 오차 및 타이밍 오차를 함께 검출하기 위한 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 디지털 통신에서 입력신호의 주파수 및 타이밍 옵션 보상 PLL 회로 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 주파수 오차 검출기(106)의 상세 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치가 적용된 주파수 및 타이밍 오차 보상회로의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 의한 주파수 에러 검출 출력의 주파수 옵셋 특성을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 타이밍 에러 검출 출력의 타이밍 옵셋 특성을 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치는 통신 시스템에서의 입력신호의 주파수 및 타이밍 오차를 검출하는 장치에 있어서, 상기 입력신호의 실수성분과 허수성분을 분리하고, 대역통과필터{H(t)필터} 및 미분특성의 필터{Hd(t)필터}를 상기 실수성분과 허수성분의 신호처리를 위하여 대칭적으로 결합하고, 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력을 실수성분과 허수성분을 교차로 각각 곱한 후에 빼는 연산에 의하여 주파수 오차신호를 발생시키기 위한 주파수 오차 검출 수단 및 상기 주파수 오차 검출 수단을 구성하는 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력을 실수성분끼리 및 허수성분끼리 각각 곱한 후에 더하는 연산에 의하여 타이밍 오차신호를 발생시키기 위한 타이밍 오차 검출 수단을 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치가 적용된 주파수 및 타이밍 오차 보상회로의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치는 제1,2대역통과필터(401, 402), 제3,4필터(403, 404), 제1,2,3,4곱셈기(405, 406, 407, 408), 제1,2뎃셈기(409, 410)로 구성된다.
여기에서, 제1,2대역통과필터[h(t)필터;(401, 402)]는 중심주파수가 1/2T(T는 심볼간격)인 대역통과필터이고, 제3,4필터[hd(t)필터;(403, 404)]는 아날로그 구현에서는 미분특성의 필터이고 디지털 구현에서는 반 심볼구간 지연회로 혹은 힐버트(Hilbert) 필터를 사용한다.
입력신호 S(t)는 기저대역 복소신호이다. 입력신호 S(t) 중에서 실수성분은 제1대역통과필터(401)에 인가시키고, 허수성분은 제2대역통과필터(402)에 인가시킨다.
즉, 입력신호 S(t)는 수학식2과 같다.
여기서,이다.
수학식 2과 같은 입력신호 s(t)의 실수 성분과 허수 성분을 분리하여 각각 제1,2대역통과필터(501,502)를 통과시키면 출력은 수학식3와 같다.
여기서,
그리고, 제1,2필터(503,504)를 통과한 출력은 수학식4과 같다.
여기서,이다.
위의 수학식 4의 실수성분인 제1필터(403)의 출력과 수학식 3의 실수성분인 제1대역통과필터(401)의 출력을 곱한 값과 수학식 4의 허수성분인 제2필터(404)의 출력과 수학식 3의 허수성분인 제2대역통과필터(402)의 출력을 곱한 값을 제2덧셈기(410)에서 합산한 yc(t)와, 수학식 4의 허수성분인 제2필터(404)의 출력과 수학식 3의 실수성분인 제1대역통과필터(401)의 출력을 곱한 값과 수학식 4의 실수성분인 제1필터(403)의 출력과 수학식 3의 허수성분인 제1대역통과필터(402)의 출력을 곱한 값의 인버팅값을 제1덧셈기(409)에서 합산한 ys(t)는 수학식 5로부터 구해진다.
수학식 5에서 주파수-타이밍 오차 검출 출력의 평균값은 수학식 6와 같다.
여기서,이다.
수학식 6를 연산하여 허수 성분과 실수 성분으로 분류하면 각각 수학식 7 및 수학식 8과 같다.
여기에서, 수학식 7에 표현된 허수 성분은 주파수 오차 검출 출력에 해당되며, 수학식 8에 표현된 실수 성분은 타이밍 오차 검출 출력에 해당된다.
도 4에서 제1,2대역통과필터(h(t) 401,402)를 IIR 4차 필터로 설계하고, 제1,2필터(hd(t) 403,404)를 힐버트(hilbert)필터로 설계할 경우에 수학식 7에 의한 주파수 오차 검출 출력의 S-곡선을 도 6에 도시하였으며, 수학식 8에 의한 타이밍 오차 검출 출력의 S-곡선을 도 7에 도시하였다.
본 발명의 일 실시 예로 도 4의 구성을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시 예인 도 5의 구성을 위와 같은 방법으로 해석하면 도 6 및 도 7과 유사한 S-곡선을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 회로 구성에 의한 주파수 오차 검출 출력 및 타이밍 검출 출력의 해석이 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 S-곡선을 발생시킴으로써, 주파수 및 타이밍 오차 검출기가 적절하게 동작한다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 주파수 오차 검출기와 타이밍 오차 검출기를 하나의 회로 구성으로 실현시킴으로써, 회로 구성의 복잡도를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 통신 시스템에서의 입력신호의 주파수 및 타이밍 오차를 검출하는 장치에 있어서,
    상기 입력신호의 실수성분과 허수성분을 분리하고, 대역통과필터{H(t)필터} 및 미분특성의 필터{Hd(t)필터}를 상기 실수성분과 허수성분의 신호처리를 위하여 대칭적으로 결합하고, 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력을 실수성분과 허수성분을 교차로 각각 곱한 후에 빼는 연산에 의하여 주파수 오차신호를 발생시키기 위한 주파수 오차 검출 수단; 및
    상기 주파수 오차 검출 수단을 구성하는 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력을 실수성분끼리 및 허수성분끼리 각각 곱한 후에 더하는 연산에 의하여 타이밍 오차신호를 발생시키기 위한 타이밍 오차 검출 수단을 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 오차 검출 수단은
    상기 입력신호의 실수성분에 대하여 소정의 대역을 통과시키기 위한 제1대역통과필터;
    상기 입력신호의 허수성분에 대하여 소정의 대역을 통과시키기 위한 제2대역통과필터;
    미분특성의 전달함수를 갖고, 상기 제1대역통과필터의 출력신호를 필터링하는 제3필터;
    미분특성의 전달함수를 갖고, 상기 제2대역통과필터의 출력신호를 필터링하는 제4필터;
    상기 제2대역통과필터의 출력신호와 상기 제3필터의 출력신호를 곱하기 위한 제1곱셈기;
    상기 제1대역통과필터의 출력신호와 상기 제4필터의 출력신호를 곱하기 위한 제2곱셈기; 및
    상기 제1,2곱셈기의 출력의 차를 연산하여 주파수 오차신호를 발생시키기 위한 덧셈기를 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타이밍 오차 검출 수단은
    상기 제1대역통과필터의 출력신호와 상기 제3필터의 출력신호를 곱하기 위한 제3곱셈기;
    상기 제2대역통과필터의 출력신호와 상기 제4필터의 출력신호를 곱하기 위한 제4곱셈기; 및
    상기 제3곱셈기의 출력신호와 상기 제4곱셈기의 출력신호를 합산 연산하여 타이밍 오차신호를 발생시키기 위한 덧셈기를 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타이밍 오차 검출 수단은
    상기 제1대역통과필터의 출력신호와 상기 제3필터의 출력신호를 곱하기 위한 제3곱셈기를 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 타이밍 오차신호는 상기 H(t)필터와 상기 Hd(t)필터의 출력의 실수성분의 곱셈값 또는 허수성분의 곱셈값만으로 산출함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 H(t)필터는 IIR 필터이고, 상기 Hd(t)필터는 힐버트 필터로 구성함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 주파수 및 타이밍 오차 검출 장치.
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KR20010112166A (ko) * 2001-11-07 2001-12-20 공희갑 내용물 표시창과 잔량 눈금이 있는 카톤 팩
KR100557112B1 (ko) * 2002-09-11 2006-03-03 삼성전자주식회사 이동통신시스템의 수신단에서의 주파수 오차를 추정하여 결합하는 장치

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