KR100284321B1 - 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IF단으로부터 전송되는 신호의 타이밍 에러값을 보상하여 샘플링 순간값을 검출하도록 된 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 입력되는 신호를 부호화 및 양자화하고 이를 복조함과 더불어 복조된 데이터에 대해 에러성분을 추정하여 복조된 데이터의 에러를 보상하여 출력하는 복조부를 포함하여 구성되는 채널모뎀을 구비한 위성통신시스템에 있어서, 입력되는 신호를 규정된 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터와, 상기 정합필터를 거친 데이터의 타이밍 에러성분을 추정하는 에러추정기, 상기 에러추정기로부터 인가되는 타이밍 에러성분에 대응되는 전압레벨에 따라 주파수를 변화시켜 출력하는 전압제어발진기 및, 상기 전압제어발진기에 의해 인가되는 주파수값을 근거로 입력되는 신호를 샘플링하는 부호화기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치 및 그 방법

본 발명은 위성통신시스템에 관한 것으로서, 특히 추정된 타이밍에러값을 근거로 전압제어발진부를 제어함으로써, IF단으로부터 전송되는 신호의 타이밍 에러값을 보상하여 샘플링 순간값을 검출하도록 된 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 통신기술이 급속도로 발전되면서 종래의 유선망이 아닌 공중파전송망을 통해 음성신호나 데이터를 송수신하도록 된 인공위성을 이용한 위성통신이 보급되어 활성화되고 있다.

제1도는 종래의 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.

도면에서, 참조번호 1은 중간주파수단(IF단)으로부터 전송되는 ± 70MHz대의 중간주파수신호를 RX동기기(도시되지 않음)로부터 인가되는 동기신호를 근거로 384KHz의 대역으로 하향변환하여 출력하는 다운컨버터이고, 2는 이 다운컨버터(1)로부터 인가되는 384KHz신호를 512KHZ의 샘플링주파수를 근거로 샘플링하는 부호화기, 3은 이 부호화기(2)로부터 인가되는 128KHz대의 샘플링된 신호를 양자화하는 양자화기이다.

또한, 참조번호 4는 상기 양자화기(3)로부터 전송되는 128KHz대의 신호를 128KHz발진기로부터 인가되는 발진주파수를 근거로 동기검파함과 더불어 신호대역을 0Hz대로 변환하는 복조부이고, 5는 이 복조된 신호를 기준주파수(0Hz)를 중심으로 베이스밴드 필터링을 수행하는 저역통과필터(LPF)로서, 이 저역통과필터(5)를 거친 신호는 양측파대가 제거되어 변조되기 전의 원래의 신호만 출력되게 된다.

또한, 참조번호 6은 합성기로서, 상기 저역통과필터(5)로부터 인가되는 신호와, 이후에 설명할 에러추정기(9)를 통해 인가되는 신호를 합성하여 출력하게 된다.

한편, 참조번호 7은 상기 합성기(6)로부터 인가되는 신호의 샘플링 순간값을 검출하기 위해 소정의 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터로서, 이는 변조부(도시되지 않음)에서 선택된 레이지드 코사인함수로 인가되는 신호에 이와 동일한 레이지드 코사인함수를 콘벌루션취함으로써, 인가된 신호의 샘플링 순간값을 검출하게 된다. 여기서, 상기 레이지드 코사인함수는 상기 정합필터에서 심볼간 간섭(ISI)을 제거하기 위한 조건을 만족하는 이상형 나이키스트 채널에 근접하는 필터계수값을 설정하는 함수이다.

또한, 참조번호 8은 상기 정합필터(7)로부터 인가되는 데이터를 소정의 간격을 두어 검출하는 데시메이터(Decimator)로서, 이는 송신측의 변조부(도시되지 않음)에서 정보데이터 사이에 일정크기의 더미데이터를 삽입하여 변조처리하는데 따른 수신측의 대응적인 처리과정으로써, 만일 더미데이터의 크기가 한비트일 경우, 복조부의 데시메이터(8)는 그 검출간격이 ‘2’로 규정되게 된다.

또한, 참조번호 9는 상기 데시메이터(8)로부터 인가되는 데이터의 에러성분을 검출하여 이 검출된 신호를 상기 합성기(6)로 인가함과 더불어, 위성을 통과하는데 따른 타이밍에러성분데이터를 상기 정합필터(7)로 인가하는 에러추정기이다.

이어, 상기한 구성으로 된 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 송신단에서 보낸 신호를 QPSK변조하고 이 변조된 신호를 IF단과 RF단을 거쳐 위성을 통해서 다른 단말국에 전송되게 되고, 이 전송된 신호는 수신단의 RF단과 IF단을 거쳐 시스템의 동기를 맞추어 원래 송신단에서 보낸 신호로 복조하기 위해서 복조장치를 거치게 되는 바, 이는 위성을 통과하면서 발생되는 위성상의 주파수 에러와 샘플링에서 발생되는 시간상의 에러 그리고 보낸 신호 크기의 에러부분을 보상해서 수신된 신호를 복조하는 과정을 거치게 된다.

이어, 상기 복조장치의 세부적인 동작을 살펴보면, 먼저 IF단에서 수신된 ± 70KHz는 다운 컨버터(1)를 통해 384KHz로 하향변환되고, 이 384KHz신호는 부호화기(2)로 인가되게 되는데, 여기서 512KHz샘플링클럭에 따라 샘플링되게 된다.

이후, 샘플링된 신호는 양자화처리되고, 동기검파처리를 실행함과 더불어, 이 검파된 신호를 베이스밴드처리하기 위하여 저역통과필터(5)를 사용하게 되는 바, 이 저역통과필터(5)에 의해 베이스밴드처리된 신호만을 추출할 수 있게 된다.

또한, 상기 저역통과필터(5)로부터 출력된 신호성분으로 위성상에서 발생되는 에러성분을 추정하고, 이 추정된 에러성분이 상기 저역통과필터(5)를 거친 데이터에 영향을 미침으로써 에러성분이 보상된 송신 데이터를 복조하도록 하는데, 이와같이 보상된 데이터에 정합필터(7)를 통과시킴으로써 복조된 데이터를 복호화기(도시되지 않음)로 전송하게 된다.

또한, 상기 정합필터(7)를 통과시키는 과정에서, 512KHz의 샘플링클럭에 의해 샘플링된 데이터가 위성을 거침으로써 약간씩 틀어지기 때문에 이 샘플링 순간값을 정확히 검출하기 위해 수신된 데이터의 타이밍에러를 추정하여 그에 대응되도록 정합필터를 시프트시킴으로써 샘플링값을 검출하게 되는데, 이 타이밍에러에 따라 시프트되는 정합필터의 필터계수값을 룩업테이블에 미리 저장하여 두고, 인가되는 타이밍에러값에 따라 룩업테이블을 어드레싱함으로써 정합필터의 필터계수값을 지정하게 된다.

그러나, 상기 룩업테이블은 -512KHz에서 +512KHz사이의 주파수값을 2진 양자화하여 EPROM에 저장되게 되는 바, 샘플링주파수를 크게 하거나 좀더 세밀한 샘플링값을 검출할 필요가 있을때에는 그 이상의 용량을 가진 EPROM이 요구되게 된다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 추정된 타이밍에 러값을 근거로 이에 따른 전압을 발생하고, 이 발생된 전압에 따라 샘플링주파수를 시프트시킴으로써, 타이밍에러값이 보상된 샘플링값을 검출할 수 있도록 된 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 일반적인 채널모뎀의 복조장치의 구성을 나타낸 블록구성도.

제2도는 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 블록구성도.

제3도는 제2도의 에러추정기(22)와 전압제어발진부(23)의 내부구성을 나타낸 블록구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다운컨버터 2 : 부호화기

3 : 양자화기 4 : 복조부

5 : 저역통과필터(LPF) 6 : 합성기

7,21 : 정합필터 8 : 데시메이터

9,22 : 에러추정기 10,23 : 전압제어발진부(VCO)

22a : 타이밍에러검출부(TED) 22b : 루프필터

23a : D/A변환기 23b : 전압생성함수저장부

23c : 전압제어발진기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1관점에 따른 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치는, 입력되는 신호를 부호화 및 양자화하고 이를 복조함과 더불어 복조된 데이터에 대해 에러성분을 추정하여 복조된 데이터의 에러를 보상하여 출력하는 복조부를 포함하여 구성되는 채널모뎀을 구비한 위성통신시스템에 있어서, 입력되는 신호를 규정된 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터와, 상기 정합필터를 거친 데이터의 타이밍 에러성분을 추정하는 에러추정기, 상기 에러추정기로부터 인가되는 타이밍 에러성분에 대응되는 전압레벨에 따라 주파수를 변화시켜 출력하는 전압제어발진기 및, 상기 전압제어발진기에 의해 인가되는 주파수값을 근거로 입력되는 신호를 샘플링하는 부호화기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2관점에 따른 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조방법은, 입력되는 신호를 부호화 및 양자화하고 이를 복조함과 더불어 복조된 데이터에 대해 에러성분을 추정하여 복조된 데이터의 에러를 보상하여 출력하는 복조부를 포함하여 구성하는 채널모뎀을 구비한 위성통신시스템에 있어서, 입력되는 신호를 전압제어발진부로부터 인가되는 주파수를 근거로 샘플링하는 부호화단계와, 상기 부호화단계를 거친 데이터를 양자화 및 복호처리함과 더불어 저역통과필터링을 수행하여 송신단으로부터 발생된 원래의 데이터를 출력하는 데이터 복조단계, 상기 복조된 데이터와 에러추정기로부터 발생된 에러성분을 합성하는 에러성분보상단계, 상기 에러성분이 보상된 데이터를 규정된 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터링단계, 상기 정합필터링을 거친 데이터를 데시메이션처리하여 정보를 갖는 신호만을 출력함과 더불어, 이 출력데이터로부터 에러성분을 추정하는 에러추정단계 및, 상기 에러추정단계에서 추정된 타이밍에러 데이터를 근거로 전압값을 생성하고 이에 대응하는 주파수를 부호화기로 인가하는 샘플링주파수생성단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 타이밍에러를 추정하여 아날로그적으로 전압제어발진기를 제어하고 이에 따라 타이밍에러를 보상하여 샘플링주파수를 인가하게 됨으로써, 에러성분이 보상된 보다 정확한 샘플링 값을 검출할 수 있게될 뿐 아니라, 복조의 에러추정과정이 빨라지게 되고, 타이밍에러를 보상하기 위해 종래의 정합필터의 필터계수값이 저장된 룩업테이블을 구현할 필요가 없게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장치 및 방법을 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치의 구성을 나타낸 블록구성도로서, 제1도에 도시된 구성과 동일한 기능을 수행하는 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.

도면에서, 참조번호 21은 저역통과필터(5)를 거쳐 입력되는 신호와 이후에 설명할 에러추정기(22)로부터 인가되는 에러성분이 합성되어 인가되는 데이터를 규정된 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터이고, 22는 상기 정합필터(21)를 거친 데이터의 에러성분을 추정하는 에러추정기로서, 이는 위성을 거침으로서 발생하는 샘플링 순간값의 타이밍에러를 추정하여 이후에 설명할 전압제어발진부(VCO: Voltage Controlled Oscillator)로 인가하게 된다.

또한, 참조번호 23은 외부에서 인가되는 전압에 따라 주파수가 변화하는 전압제어발진부로서, 이는 상기 에러추정기(22)로부터 인가되는 타이밍에러값에 대응되는 전압을 발생하고, 이 발생된 전압레벨을 근거로 그에 따른 주파수를 발생하게 된다.

이어, 상기 제2도에서 에러추정기(22)와 전압제어발진부(23)의 구성을 제3도를 참조하여 설명한다.

도면에서, 에러추정기(22)는 위성을 통과함으로인해 발생되는 에러성분중 샘플링 순간값이 시프트됨으로써 발생되는 현재 데이터의 타이밍에러(Timing Error)를 검출하는 타이밍에러검출부(TED:22a)와, 상기 타이밍에러검출부(22a)로부터 인가되는 현재의 타이밍에러값과 이전에 전송된 타이밍에러값을 비교하여 그 차이에 관한 데이터를 이후에 설명할 전압제어발진부(23)로 전송하는 루프필터(22b)로 구성되어 있다.

또한, 전압제어발진부(23)는 상기 에러추정기(22)로부터 인가되는 타이밍에러의 추정값에 해당하는 디지털신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환기(23a)와, 상기 D/A변환기(23b)로부터 인가되는 아날로그간에 따른 전압생성함수를 저장하는 전압생성함수저장부(23b) 및, 상기 D/A변환기(23a)로부터 인가되는 전압값을 근거로 그 전압값에 대응되는 주파수를 생성하는 전압제어발진기(23c)로 구성되어 있다.

이어, 상기한 구성으로 된 장치의 동작을 설명한다.

우선, 중간주파수(IF)단으로부터 70MHz의 신호가 입력되게 되면, 이를 384KHz대의 신호로 주파수하향변환하여 부호화기(2)로 전송하게 되는바, 이 부호화기(2)에서는 전압제어발진부(23)로부터 인가되는 주파수를 근거로 샘플링하게 된다.

이후, 부호화기(2)를 거쳐 샘플링된 데이터는 양자화되고, 동기검파처리 및 저역통과필터를 거쳐 베이스밴드로 다운된 데이터만 추출하게 된다.

이어, 이 추출된 데이터는 에러추정기(22)로부터 인가되는 에러성분데이터와 합성되어 정합필터링 처리되고, 이후 데시메이터(8)를 통해 정보데이터만을 검출하여 출력함과 더불어, 에러추정기(22)로 그 데이터를 인가하게 된다.

상기 에러추정기(22)는 이 인가된 데이터를 근거로 에러성분을 검출하게 되는바, 특히 타이밍에러검출부(22a)를 통해 위성을 통과하면서 발생되는 타이밍에러를 검출하고, 루프회로(22b)에서 검출된 현재 데이터의 타이밍에러값을 이전 데이터의 타이밍에러값과 비교하여 그 차이에 해당하는 데이터를 전압제어발진부(23)로 전송하게 된다.

이어, 전압제어발전부(23)로 전송된 데이터는 D/A변환기(23a)를 거쳐 아날로그신호로 변환되고, 이 변환된 아날로그값에 대응되는 전압값을 전압생성함수저장부(23b)에서 독출하여 이 전압값을 전압제어발진기(23c)로 인가하게 된다.

이후, 이 전압값을 인가받은 전압제어발진기(23c)는 그 전압값에 대응되는 주파수를 출력하게 되는 바, 이는 종래의 규정된 샘플링 주파수 512KHz에서 타이밍 에러값이 보상되어 출력되는 샘플링주파수로서, 512KHz와 약간의 차이가 있게 되지만, 이는 이후의 복조부(4)에서 동기검파시 처리되는 필터링에 의해 보상되게 된다.

즉, 상기 구성으로 된 본 발명에 의하면, 타이밍에러값을 추정하여 아날로그적으로 전압제어발진기를 제어하고 이에 따라 타이밍에러를 보상하여 샘플링주파수를 인가하게 됨으로써, 에러성분이 보상된 보다 정확한 샘플링 값을 검출할 수 있게 된다.

또한, 에러성분이 보상된 샘플링값을 검출하여 처리함으로써, 복조의 에러추정과정이 빨라지게 될뿐 아니라, 타이밍에러를 보상하기 위해 종래의 정합필터의 필터계수값이 저장된 룩업테이블을 구현할 필요가 없게 된다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 타이밍에러를 추정하여 아날로그적으로 전압제어발진부를 제어하고 이에 따라 타이밍에러를 보상하여 샘플링주파수를 인가하게 됨으로써, 에러성분이 보상된 보다 정확한 샘플링 값을 검출할 수 있게 될 뿐 아니라, 복조의 에러추정과정이 빨라지게 되고, 타이밍에러를 보상하기 위해 종래의 정합필터의 필터계수값이 저장된 룩업테이블을 구현할 필요가 없게 된다.

Claims (3)

1. 입력되는 신호를 부호화 및 양자화하고 이를 복조함과 더불어 복조된 데이터에 대해 에러성분을 추정하여 복조된 데이터의 에러를 보상하여 출력하는 복조부를 포함하여 구성되는 채널모뎀을 구비한 위성통신시스템에 있어서, 입력되는 신호를 규정된 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터와, 상기 정합필터를 거친 데이터의 타이밍 에러성분을 추정하는 에러추정기, 상기 에러추정기로부터 인가되는 타이밍 에러성분에 대응되는 전압레벨에 따라 주파수를 변화시켜 출력하는 전압제어발진기 및, 상기 전압제어발진기에 의해 인가되는 주파수 값을 근거로 입력되는 신호를 샘플링하는 부호화기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 에러추정기는 위성을 통과함으로인해 발생되는 에러성분중 샘플링 순간값이 시프트됨으로써 발생되는 현재 데이터의 타이밍에러(Timing Error)를 검출하는 타이밍에러검출부와, 상기 타이밍에러검출부로부터 인가되는 현재의 타이밍에러값과 이전에 전송된 타이밍에러값을 비교하여 그 차이에 관한 데이터를 전압제어발진기로 전송하는 루프필터를 포함하여 구성되고, 상기 전압제어발진부는 에러추정기로부터 인가되는 타이밍에러의 추정값에 해당하는 디지털신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환기와, 상기 D/A변환기로부터 인가되는 아날로그값에 따른 전압생성함수를 저장하는 전압생성함수저장부 및, 상기 D/A변환기로부터 인가되는 전압값을 근거로 그 전압간에 대응되는 주파수를 생성하는 전압제어발진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조장치.
3. 입력되는 신호를 부호화 및 양자화하고 이를 복조함과 더불어 복조된 데이터에 대해 에러성분을 추정하여 복조된 데이터의 에러를 보상하여 출력하는 복조부를 포함하여 구성하는 채널모뎀을 구비한 위성통신시스템에 있어서, 입력되는 신호를 전압제어발진부로부터 인가되는 주파수를 근거로 샘플링하는 부호화단계와, 상기 부호화단계를 거친 데이터를 양자화 및 복호처리함과 더불어 저역통과필터링을 수행하여 송신단으로부터 발생된 원래의 데이터를 출력하는 데이터 복조단계, 상기 복조된 데이터와 에러추정기로부터 발생된 에러성분을 합성하는 에러성분보상단계, 상기 에러성분이 보상된 데이터를 규정된 필터계수값을 갖는 대역으로 필터링 처리하는 정합필터링단계, 상기 정합필터링과정을 거친 데이터를 데시메이션처리하여 정보를 갖는 신호만을 출력함과 더불어, 이 출력데이터로부터 에러성분을 추정하는 에러추정단계 및, 상기 에러추정단계에서 추정된 타이밍에러데이터를 근거로 전압값을 생성하고 이에 대응하는 주파수를 부호화기로 인가하는 샘플링주파수생성단계를 포함하여 구성되는 위성통신시스템용 채널모뎀의 복조방법.

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