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KR100327413B1 - Lock Detecting Method of symbol synchronization circuit in digital receiver - Google Patents

Lock Detecting Method of symbol synchronization circuit in digital receiver Download PDF

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KR100327413B1
KR100327413B1 KR1019990008866A KR19990008866A KR100327413B1 KR 100327413 B1 KR100327413 B1 KR 100327413B1 KR 1019990008866 A KR1019990008866 A KR 1019990008866A KR 19990008866 A KR19990008866 A KR 19990008866A KR 100327413 B1 KR100327413 B1 KR 100327413B1
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KR
South Korea
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symbol synchronization
synchronization circuit
signal
value
lock
Prior art date
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Inventor
정승철
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서평원
엘지정보통신주식회사
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Abstract

본 발명은 심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 신호의 절대값을 이용하여 잡음에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 신호 처리시 요구되는 계산량 및 비트 수를 줄일 수 있는 디지털 수신기에서 심볼 동기 회로의 락 상태 검출 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 BPSK신호의 절대값을 구하는 단계와, 상기 절대값을 일정 횟수 만큼 누적시키는 단계와, 상기 누적된 값을 설정된 임계값과 서로 비교하는 단계와, 상기 비교값에 따라 상기 심볼 동기회로의 락(LOCK)상태를 판단하는 단계로 이루어진다.The present invention can reduce the influence of noise by using the absolute value of the signal for detecting the lock state of the symbol synchronization circuit, the lock state of the symbol synchronization circuit in a digital receiver that can reduce the amount of calculation and the number of bits required for signal processing It relates to a detection method. The present invention is to obtain an absolute value of the BPSK signal for detecting the lock state of the symbol synchronization circuit, accumulating the absolute value by a predetermined number of times, comparing the accumulated value with a predetermined threshold value; And determining a lock state of the symbol synchronization circuit according to the comparison value.

Description

디지털 수신기에서 심벌 동기 회로의 락 검출방법{Lock Detecting Method of symbol synchronization circuit in digital receiver}Lock Detecting Method of symbol synchronization circuit in digital receiver

본 발명은 디지털 수신기에 구비된 심볼 동기 회로의 락(lock)상태를 파악하기 위한 락 검출기(lock detector)에 관한 것으로, 특히 잡음에 강한 특성을 갖는 심볼 동기 회로의 락 상태 검출 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lock detector for identifying a lock state of a symbol synchronization circuit included in a digital receiver, and more particularly, to a method for detecting a lock state of a symbol synchronization circuit having a strong characteristic against noise.

일반적으로 디지털 수신기(Digital Receiver)는 방송신호의 주사방식을 자유롭게 변환할 수 있으며, 텔레비전과 라디오의 채널을 사용자가 사용하기 편리하도록 조정할 수 있으며, 모든 디지털 방송을 수신할 수 있는 장점을 가지고 있다.In general, a digital receiver can freely convert a scanning method of a broadcast signal, can adjust channels of television and radio to be convenient for a user, and has the advantage of receiving all digital broadcasts.

이와 같은 디지털 수신기에는 입력되는 데이터의 심볼 동기를 맞추기 위한 심볼 동기 회로가 구비되어 있다. 심볼 동기 회로를 사용하는 이유는 수신된 데이터 열에 근거하여 수신기에서 심볼의 최적 샘플 지점을 올바르고 정확하게 추정하기 위한 것이다. 따라서, 심볼 동기 절차는 디지털 통신의 복조 과정에서는 반드시 필요한 과정이다.Such a digital receiver is provided with a symbol synchronization circuit for matching symbol synchronization of input data. The reason for using a symbol synchronization circuit is to correctly and accurately estimate the optimal sample point of a symbol at the receiver based on the received data sequence. Therefore, the symbol synchronization procedure is an essential step in the demodulation process of digital communication.

일반적인 디지털 통신시스템의 송신기와 수신기에서는 송신되는 심볼의 전송 속도는 서로 정확히 알고 있으므로, 수신기에서는 별도의 클럭 발생회로가 필요하지 않다.In the general digital communication system, the transmitter and the receiver know exactly each other's transmission rate, and therefore, a separate clock generation circuit is not required in the receiver.

그러나, 위성 채널 및 이동 채널과 같은 무선 통신 환경에서는 수신된 심볼의 속도가 가변적이므로, 정확한 디지털 복조를 위해서는 별도의 위상 제어 루프(Phase Locking Loop :PLL)를 이용한 클럭 발생 회로를 이용하여야 한다.However, in a wireless communication environment such as a satellite channel and a mobile channel, since the speed of a received symbol is variable, a clock generation circuit using a separate phase locking loop (PLL) must be used for accurate digital demodulation.

현재 널리 사용되고 있는 디지털 복조기가 신호를 수신한 후 정확한 복조를 수행하는 절차를 설명하면 다음과 같다.A digital demodulator, which is widely used now, describes a procedure for performing accurate demodulation after receiving a signal.

먼저 심볼 동기회로를 통하여 심볼의 최적 샘플 지점을 정확히 알아낸다. 이후 반송파 복구(Carrier Recovery)절차와, 자동 이득 제어(Automatic Gain Control)절차, 그리고 디코딩(decoding)절차를 차례로 실행하여 수신 데이터를 원래의 데이터로 복원한다.First, find the best sample point of a symbol through the symbol synchronization circuit. Thereafter, the carrier recovery procedure, the automatic gain control procedure, and the decoding procedure are executed in order to restore the received data to the original data.

이때, 수신기의 동작중 심볼 동기가 틀려지게 되면, 다른 모든 수신기의 구성 요소들은 심볼 동기 회로에 의한 심볼 동기가 완료될 때까지 동작을 일시적으로 중단하게 된다. 따라서, 전체적인 수신기의 원활한 동작을 위해서는 심볼 동기 회로의 상태를 정확히 파악하는 것이 반드시 필요하다. 즉, 심볼 동기 회로의 락(lock) 또는 언락(unlock) 상태를 판단하여, 심볼 동기 회로의 구동 여부를 판단하여야 한다. 따라서 정확한 심볼 동기를 위해서는 락 검출기(lock detector)의 정확한 동작이 요구된다.At this time, if the symbol synchronization is wrong during operation of the receiver, all other receiver components temporarily stop the operation until the symbol synchronization by the symbol synchronization circuit is completed. Therefore, it is essential to accurately grasp the state of the symbol synchronization circuit for the smooth operation of the overall receiver. That is, it is necessary to determine whether the symbol synchronization circuit is driven by determining whether the symbol synchronization circuit is locked or unlocked. Therefore, the correct operation of the lock detector (lock detector) is required for accurate symbol synchronization.

일반적인 락 검출기(lock detector)는 수신기의 동작을 감시하고 제어하는 역할을 수행하는 것으로, 심볼 동기 회로를 위한 락 검출기의 바람직한 출력 특성조건을 설명하면 다음과 같다.A general lock detector serves to monitor and control the operation of a receiver. The following describes the desirable output characteristics of a lock detector for a symbol synchronization circuit.

첫째, 심볼 속도 T로 정규된 타이밍 에러에 대해 0.5의 주기를 가지는 주기 함수이며 0을 중심으로 대칭적인 함수이어야 한다.First, it is a periodic function having a period of 0.5 for the timing error normalized to the symbol rate T, and should be a symmetric function around zero.

둘째, 락 검출기(lock detector)의 출력이 타이밍 에러가 0인 순간 최대값을 가지며, -0.5~0.5의 범위에서 타이밍 에러의 절대값에 반비례하는 특성을 가져야 한다.Second, the output of the lock detector should have a maximum value at the instant of zero timing error and be inversely proportional to the absolute value of the timing error in the range of -0.5 to 0.5.

셋째, 타이밍 에러에 대해 불연속점이 존재하지 않아야 하며 가능한 한 주기의 적분 결과는 0에 가까워야 한다.Third, there should be no discontinuities for timing errors and the integral result of the period should be as close to zero as possible.

위와 같은 특성을 가지는 신호를 일정 횟수만큼 누적시킬 경우 락(lock)이 이루어져 있을 경우에만 일정값 이상의 출력이 나타나며 락(lock)이 이루어지지 않은 경우에서는 거의 0에 가까운 값이 나타나므로 심볼 동기 회로의 현재상태가 락상태인지 언락 상태인지를 파악할 수 있다.When accumulating a signal having the above characteristics a certain number of times, an output above a certain value appears only when a lock is applied, and a value close to zero appears when a lock is not performed. You can determine whether the current state is locked or unlocked.

한편, 디지털 수신기의 구현에 있어서 중요하게 고려되어야 할 점은 처리 속도에 대한 부담을 줄이는 것이다. 따라서, 심볼 동기 회로의 동작시 필요로 하는 샘플 수를 최소화하며 반송파 동기 회로와는 무관하도록 조건을 맞추어 주는 것이 바람직하다.On the other hand, an important consideration in the implementation of the digital receiver is to reduce the burden on the processing speed. Therefore, it is desirable to minimize the number of samples required for the operation of the symbol synchronization circuit and to adjust the condition to be independent of the carrier synchronization circuit.

현재 가장 널리 사용되고 있는 심볼 동기 회로는 가드너(Gardner) 방식과 결정 지향 방식의 심볼 동기 회로가 사용되고 있다. 가드너 방식의 심볼 동기 회로는 한 심볼 당 2샘플을 이용하여 동작하므로 처리 속도에 대한 부담을 줄일 수 있고, 위상 오프셋 및 잡음과는 무관한 출력 특성을 갖게 되므로, 반송파 동기 회로와는 독립적으로 심볼 타이밍을 복구할 수 있다. 이와 같은 특성 때문에 가드너 방식의 심볼 동기 회로가 대체적으로 수신기에 많이 구비되고 있는 추세이다.Currently, the most widely used symbol synchronization circuits include Gardner and decision-oriented symbol synchronization circuits. Since the Gardner-type symbol synchronization circuit operates by using two samples per symbol, the burden on processing speed can be reduced, and the output characteristics are independent of phase offset and noise, so that symbol timing is independent of the carrier synchronization circuit. Can be recovered. Due to such characteristics, many Gardner-type symbol synchronization circuits are generally provided in the receiver.

현재까지 알려진 가드너 방식의 락 검출기(lock detector)는 아래의 수학식 1과 수학식 2로 나타내는 두 가지 종류가 있다.There are two kinds of Gardner-type lock detectors known to date, represented by Equations 1 and 2 below.

먼저 수학식 1로 표시된 A형 락 검출기는 타이밍 검출기 동작에 필요한 샘플들의 중간 샘플을 이용하는 것으로 가드너 방식의 락 검출기의 출력 특성을 심볼 속도 T로 정규화한 타이밍 에러에 대해 0.25만큼 이동한 형태이다. 따라서, 타이밍 에러가 0일 경우, 즉, 락 상태인 경우 최대의 출력 값을 얻게 된다.First, the A-type lock detector represented by Equation 1 uses an intermediate sample of samples necessary for the timing detector operation, and shifts the output characteristic of the Gardner-type lock detector by 0.25 for a timing error normalized to the symbol rate T. Therefore, when the timing error is 0, that is, in the locked state, the maximum output value is obtained.

또한, B형 락 검출기는 타이밍 검출기에서 사용하는 동일한 샘플을 이용하는 것으로, 최적 샘플 지점 신호의 자승값으로부터 영점 교차 샘플 지점 신호의 자승값을 뺀 형태로서 A형 락 검출기와 마찬가지로 타이밍 에러가 0일 경우 최대 출력값을 얻게 된다. 이와 같은 두 가지 종류의 락 검출기는 앞에서 언급한 락 검출기의 요구 조건들을 모두 만족시키므로 실제 심볼 동기 회로와의 연동에서 뛰어난 검출 성능을 보인다.In addition, the B-type lock detector uses the same sample used in the timing detector, and subtracts the square of the zero crossing sample point signal from the square of the optimal sample point signal. You will get the maximum output value. These two types of lock detectors satisfy all of the requirements of the lock detectors described above, and thus exhibit excellent detection performance in connection with actual symbol synchronization circuits.

그러나, 이를 실제 디지털 회로로 구현하여 디지털 수신기에 적용시킬 경우 아래와 같은 문제점이 있다.However, there are the following problems when applying this to a digital receiver by implementing this as an actual digital circuit.

먼저, A형 락 검출기는 심볼당 4개의 샘플링 동작을 필요로 하므로 보다 고속의 아날로그/디지털 변환기가 필요로 한다. 고속의 아날로그/디지털 변환기를 구비시킬 경우 실제 구현하기가 어려울 뿐만 아니라 디지털 수신기의 하드웨어적인 복잡성이 증가되며, 아울러 전체 수신기의 가격 또한 상승시키는 요인이 된다.First, the Type A lock detector requires four sampling operations per symbol, requiring a faster analog-to-digital converter. Equipped with a high-speed analog-to-digital converter is not only difficult to implement, but also increases the hardware complexity of the digital receiver, and also increases the price of the entire receiver.

또한, B형 락 검출기는 계산량이 A형 락 검출기보다 많아지는 단점이 있다. 즉, 한번 uk를 연산하는데 적어도 2개의 곱셈기와 1개의 뺄셈기가 필요할 뿐 아니라 신호 및 잡음의 자승 연산에 있어서 매우 많은 비트 수가 요구되므로 하드웨어적인 복잡성이 증가된다.In addition, the type B lock detector has a disadvantage that the amount of calculation is larger than the type A lock detector. That is, at least two multipliers and one subtractor are required to calculate u k once, and the hardware complexity is increased because a very large number of bits are required for the square operation of signal and noise.

또한, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio :SNR)가 낮을 경우 잡음에 따른 상호 노이즈에 의한 영향이 커져 신뢰성이 크게 저하되기 쉽다.In addition, when the signal-to-noise ratio (SNR) is low, the effect of mutual noise due to noise is increased, and reliability is likely to be greatly degraded.

이와 같은 상황에서는 보다 효율적인 디지털 수신기의 락 검출기의 구현을 위해서는 계산량뿐만 아니라 심볼당 샘플 수도 줄일 수 있는 개선된 락 검출기가 요구되고 있는 실정이다.In such a situation, in order to implement a lock detector of a more efficient digital receiver, an improved lock detector capable of reducing not only the amount of calculation but also the number of samples per symbol is required.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 신호의 절대값을 이용하여 잡음에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 신호 처리시 요구되는 계산량 및 비트 수를 줄일 수 있는 디지털 수신기에서 심볼 동기 회로의 락 상태 검출 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, by using the absolute value of the signal for detecting the lock state of the symbol synchronization circuit to reduce the effect of noise, which is required during signal processing It is an object of the present invention to provide a lock state detection method of a symbol synchronization circuit in a digital receiver capable of reducing the amount of computation and the number of bits.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명이 심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 BPSK신호의 절대값을 구하는 단계와, 상기 절대값을 일정 횟수 만큼 누적시키는 단계와, 상기 누적된 값을 설정된 임계값과 서로 비교하는 단계와, 상기 비교값에 따라 상기 심볼 동기회로의 락(LOCK)상태를 판단하는 단계로 이루어진다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention is to obtain an absolute value of the BPSK signal for detecting the lock state of the symbol synchronization circuit, accumulating the absolute value a predetermined number of times, Comparing the accumulated value with a set threshold value, and determining a lock state of the symbol synchronization circuit according to the comparison value.

도 1은 일반적인 디지털 수신기의 블럭 구성도.1 is a block diagram of a general digital receiver.

도 2는 본 발명에 따른 락 검출기의 블럭 구성도.2 is a block diagram of a lock detector according to the present invention;

도 3은 가드너 방식의 타이밍 에러 검출기의 평균 특성을 보인 그래프.Figure 3 is a graph showing the average characteristics of the Gardner type timing error detector.

도 4는 종래의 검출 방식 및 본 발명에 따른 검출 방식의 출력 특성을 보인 그래프.4 is a graph showing output characteristics of a conventional detection method and a detection method according to the present invention.

도 5는 종래의 검출 방식 및 본 발명에 따른 검출 방식의 출력 분산 특성을 보인 그래프.5 is a graph showing output dispersion characteristics of a conventional detection method and a detection method according to the present invention.

도 6은 종래의 락 검출기 및 본 발명에 따른 락 검출기의 출력신호간의 신호 대 잡음비 특성을 보인 그래프.Figure 6 is a graph showing the signal-to-noise ratio characteristics between the conventional lock detector and the output signal of the lock detector according to the present invention.

도 7은 종래의 락 검출기 및 본 발명에 따른 락 검출기의 출력신호간의 언락 상태에서의 분산에 대한 락 상태에서의 분산비 특성을 보인 그래프.7 is a graph showing dispersion ratio characteristics in a locked state with respect to dispersion in an unlocked state between a conventional lock detector and an output signal of a lock detector according to the present invention.

도 8은 종래의 락 검출기 및 본 발명에 따른 락 검출기의 출력에서 요구되는 폴스 락(false lock)확률에 따른 검출 실패 확률 특성을 보인 그래프.8 is a graph showing a detection failure probability characteristic according to the false lock probability required at the output of the conventional lock detector and the lock detector according to the present invention.

도 9는 종래의 락 검출기 및 본 발명에 따른 락 검출기의 출력에서 관찰구간 M에 따른 검출 실패 확률 특성을 보인 그래프.9 is a graph showing the detection failure probability characteristics according to the observation interval M in the output of the conventional lock detector and the lock detector according to the present invention.

도 10은 종래의 락 검출기 및 본 발명에 따른 락 검출기의 출력에서 롤-오프 파라메터 α값에 따른 검출 실패 확률 특성을 보인 그래프.10 is a graph showing the detection failure probability characteristics according to the roll-off parameter α value at the output of the conventional lock detector and the lock detector according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10a,10b : 곱셈기 20,50 : 전압 제어 발진기10a, 10b: multiplier 20,50: voltage controlled oscillator

40a,40b : 아날로그/디지털 변환기 60a,60b : 펄스 정형 필터40a, 40b: analog-to-digital converter 60a, 60b: pulse shaping filter

70 : 루프 필터 80 : 타이밍 에러 검출기70 loop filter 80 timing error detector

90 : 심벌 동기 회로 100 : 락 검출기90 symbol synchronization circuit 100 lock detector

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 디지털 수신기의 블럭 구성도이다.1 is a block diagram of a general digital receiver.

도 1에서는 심볼 동기 회로에 락 검출기(100)가 포함된 디지털 복조기를 보이고 있다. 이와 같은 도 1에서 입력된 수신신호는 I, Q채널에 실린 반송파가 곱셈기(10a,10b)를 통하여 각각 제거된 후 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)를 각각 거치게 된다. 이 과정에서 반송파의 정확한 제거는 심볼 동기가 완료된 후 90으로 표시되는 반송파 제거 회로에 의하여 수행된다. 즉, 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)에 입력되는 신호에는 반송파 주파수 에러 성분 (주파수 오프셋 및위상 오프셋)이 존재하게 된다.1 shows a digital demodulator including a lock detector 100 in a symbol synchronization circuit. The received signal input in FIG. 1 passes through the analog / digital converters 40a and 40b after the carriers on the I and Q channels are removed through the multipliers 10a and 10b, respectively. In this process, the accurate removal of the carrier is performed by the carrier cancellation circuit, indicated as 90 after the symbol synchronization is completed. That is, carrier frequency error components (frequency offset and phase offset) are present in the signals input to the analog / digital converters 40a and 40b.

일단 반송파가 제거된 신호는 아날로그/디지털 변환된 후, 일종의 정합 필터(Matched Filter)펄스 정형 필터(60a,60b)를 통과하여 심볼 동기 회로(90)에 입력된다. 여기에서 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 클럭 정보는 심볼 동기 회로(90)를 통하여 입력받게 된다. 즉, 심볼 동기 회로(90)는 시스템 초기 전원 기동시 임의의 시점에서 샘플된 신호를 위상 제어 루프(PLL)회로를 이용하여 최적의 샘플 시점 정보를 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)에 각각 제공한다.Once the carrier signal is removed, the signal is analog-digital converted and then passed through a kind of matched filter pulse shaping filters 60a and 60b to the symbol synchronization circuit 90. Here, the clock information of the analog / digital converters 40a and 40b is input through the symbol synchronization circuit 90. That is, the symbol synchronizing circuit 90 provides the sample / signal information to the analog-to-digital converters 40a and 40b, respectively, by using a phase control loop (PLL) circuit with a signal sampled at any point in time at the initial power-up of the system. do.

본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같은 가드너 방식의 심볼 동기 회로(90)를 위한 락 검출기(lock detector)를 제안한다. 먼저, 가드너 방식의 타이밍 에러 검출 방식은 아래의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.In the present invention, a lock detector for a Gardner type symbol synchronization circuit 90 as shown in FIG. 2 is proposed. First, the Gardner timing error detection method may be represented by Equation 3 below.

수학식 3에서 나타낸 바와 같이 현재 샘플된 신호는 한 심볼 전에 샘플된 신호와 빼어진 후 그 중간 샘플이 곱해져서 도 1의 루프 필터(70)를 구동한다. 루프 필터(70)에서는 입력되는 타이밍 에러 검출기 출력값에 따라 전압 제어 발진기(voltage-controlled oscillator :VCO)(50)를 구동하여 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 클럭을 조절한다.Currently sampled signal as shown in equation (3) Is a sampled signal before a symbol And then subtract that intermediate sample Is multiplied to drive the loop filter 70 of FIG. The loop filter 70 adjusts the clocks of the analog / digital converters 40a and 40b by driving a voltage-controlled oscillator (VCO) 50 according to the input timing error detector output value.

도 3은 가드너 방식의 타이밍 에러 검출기 평균 특성을 보이고 있다.3 shows the average characteristic of the Gardner type timing error detector.

먼저, 심볼 속도에 정규화 된 타이밍 에러가 도 3에서 보인 바와 같이 0.25일 경우 즉, 현재의 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 샘플링 시점이 최적 샘플 시점보다 0.25배 만큼 빠를 경우에는 타이밍 에러 검출기는 음의 출력값을 통해 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 샘플 시점을 타이밍 에러 검출기 출력값만큼 지연시킨다. 반대로 타이밍 에러가 -0.25일 경우에는 양의 출력값을 통해 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 샘플 시점을 앞당긴다.First, when the timing error normalized to the symbol rate is 0.25 as shown in FIG. 3, that is, when the sampling time point of the current analog-to-digital converters 40a and 40b is 0.25 times faster than the optimum sample time point, the timing error detector is The negative output value delays the sample time points of the analog / digital converters 40a and 40b by the timing error detector output value. On the contrary, when the timing error is -0.25, the sample time of the analog-to-digital converters 40a and 40b is advanced through the positive output value.

또한, 타이밍 에러가 없을 경우 즉, 최적 샘플 지점에서는 타이밍 에러 검출기는 0의 출력값을 통해 현재의 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 샘플 타이밍을 유지한다. 이러한 타이밍 에러 검출기의 동작을 통해 아날로그/디지털 변환기(40a,40b)의 샘플 시점은 항상 최적의 샘플 시점을 추적할 수 있게 된다.Also, in the absence of a timing error, i.e. at the optimum sample point, the timing error detector maintains the sample timing of the current analog-to-digital converters 40a and 40b through an output value of zero. Through the operation of the timing error detector, the sample time point of the analog / digital converters 40a and 40b can always track the optimal sample time point.

현재 널리 사용되고 있는 디지털 복조기가 신호를 수신한 후 정확한 복조를 수행하는 절차를 설명하면 다음과 같다.A digital demodulator, which is widely used now, describes a procedure for performing accurate demodulation after receiving a signal.

먼저 심볼 동기회로를 통하여 심볼의 최적 샘플 지점을 정확히 알아낸다. 이후 반송파 복구(Carrier Recovery)절차와, 자동 이득 제어(Automatic Gain Control)절차, 그리고 디코딩(decoding)절차를 차례로 실행하여 수신 데이터를 원래의 데이터로 복원한다.First, find the best sample point of a symbol through the symbol synchronization circuit. Thereafter, the carrier recovery procedure, the automatic gain control procedure, and the decoding procedure are executed in order to restore the received data to the original data.

이때, 수신기의 동작중 심볼 동기가 틀려지게 되면, 다른 모든 수신기의 구성 요소들은 심볼 동기 회로에 의한 심볼 동기가 완료될 때까지 동작을 일시적으로 중단하게 된다. 따라서, 전체적인 수신기의 원활한 동작을 위해서는 심볼 동기 회로의 상태를 정확히 파악하는 것이 반드시 필요하다. 즉, 심볼 동기 회로의 락(lock) 또는 언락(unlock) 상태를 판단하여, 심볼 동기 회로의 구동 여부를 판단하여야 한다. 따라서 정확한 심볼 동기를 위해서는 락 검출기(lock detector)의 정확한 동작이 요구된다.At this time, if the symbol synchronization is wrong during operation of the receiver, all other receiver components temporarily stop the operation until the symbol synchronization by the symbol synchronization circuit is completed. Therefore, it is essential to accurately grasp the state of the symbol synchronization circuit for the smooth operation of the overall receiver. That is, it is necessary to determine whether the symbol synchronization circuit is driven by determining whether the symbol synchronization circuit is locked or unlocked. Therefore, the correct operation of the lock detector (lock detector) is required for accurate symbol synchronization.

본 발명에서 제안한 검출 방식은 디지털 회로 구현에 적합하도록 절대값을 이용한다. 또한 심볼당 2샘플의 타이밍 에러 검출기와 동일한 샘플을 이용하므로 종래의 A형 락 검출기와 같이 고속의 아날로그/디지털 변환기가 필요 없다. 먼저 입력신호가 BPSK 신호를 위한 제안된 방식의 출력()은 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The detection scheme proposed in the present invention uses absolute values to be suitable for digital circuit implementation. In addition, the same sample as the timing error detector of 2 samples per symbol eliminates the need for a high-speed analog-to-digital converter like conventional A-type lock detectors. First, the input signal is output of the proposed scheme for BPSK signals. ) Can be expressed as Equation 4 below.

여기에서 락 검출기(100)의 동작을 살펴보면, 수학식 4의 신호()를 일정 횟수만큼 누적시킨 후 그 값을 설정된 임계값과 비교한다. 이때, 누적된 출력값이 임계값보다 클 경우에는 락 상태, 작을 경우에는 언락 상태로 판단한다.Looking at the operation of the lock detector 100 here, the signal of equation (4) ( ) Is accumulated a certain number of times and the value is compared with the set threshold. At this time, when the accumulated output value is larger than the threshold value, it is determined as a locked state and when it is smaller, it is determined as an unlocked state.

만일, 언락 상태일 경우에는 다시 심볼 동기 회로를 동작시킴으로써 전체적인 수신기 동작을 제어한다. 그러나, 락 검출기(100)가 락 상태가 아님에도 락 상태로 판단할 경우나 락 상태인데, 언락 상태로 판단하는 경우가 발생한다면 시스템의 성능 저하는 불가피하게 되므로 세심한 설계가 요구된다.In the unlocked state, the overall receiver operation is controlled by operating the symbol synchronization circuit again. However, even when the lock detector 100 is not in the locked state or is determined to be in the locked state, but if the lock detector 100 is determined to be in the unlocked state, deterioration of the performance of the system is inevitable, so a careful design is required.

다음으로 본 발명에서는 일반적인 디지털 통신에서 가장 널리 사용되고 있는 변조방식에서 입력신호가 QPSK 신호일 경우에 락 검출기 출력특성은 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Next, in the present invention, when the input signal is a QPSK signal in the modulation method most widely used in general digital communication, the lock detector output characteristic may be expressed by Equation 5 below.

BPSK 신호와는 달리 입력 수신 신호가 복소 신호인 QPSK 변조 방식에 있어서, 입력 복소 신호의 절대값을 계산하기 위해서는 제곱 루트(square root) 함수의 사용이 필수적이다. 그러나 실제 디지털 신호 처리장치(DSP)에서 제곱 루트(square root) 함수를 하드웨어로 구현하는 것은 어렵다. 따라서, 제곱 루트(square root) 함수를 계산하기 위해서는 제곱 루트 함수를 근사화 할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 이러한 알고리즘으로는 LS 알고리즘, 섹터(Sector) 알고리즘 등이 알려져 있다. 본 발명에서는 QPSK 신호에 적합한 락 검출기의 설계를 위하여 LS 알고리즘을 채용하였다. 먼저 LS 알고리즘은 아래의 식 6을 이용하여 간단한 근사화를 통하여 제곱 루트 함수를 계산한다.Unlike the BPSK signal, in the QPSK modulation scheme in which the input received signal is a complex signal, the use of a square root function is essential to calculate the absolute value of the input complex signal. However, it is difficult to implement a square root function in hardware in a real digital signal processor (DSP). Therefore, in order to calculate the square root function, an algorithm capable of approximating the square root function is required. Such algorithms are known as LS algorithm, sector algorithm and the like. In the present invention, the LS algorithm is employed to design a lock detector suitable for the QPSK signal. First, the LS algorithm calculates the square root function through simple approximation using Equation 6 below.

여기에서= I 또는 Q 값중 큰 값의 절대값을 나타내며,= I 또는 Q 값중 작은 값의 절대값을 나타낸다.From here = Represents the absolute value of the larger of I or Q values, = Represents the absolute value of the smaller of I or Q values.

LS 알고리즘에 의한 오차는 약 4.3%정도로서, 도 2에서는 LS 알고리즘을 이용하여, 비교기를 사용한 QPSK 신호에 대한 락 검출기 블럭도를 보이고 있다. 도 2에서는 QPSK 신호용 락 검출기는 비교기(103)를 사용함으로써, 복잡한 제곱 루트 함수의 사용 없이 간단히 구현될 수 있다.The error caused by the LS algorithm is about 4.3%, and FIG. 2 shows a lock detector block diagram for a QPSK signal using a comparator using the LS algorithm. In FIG. 2 the lock detector for the QPSK signal can be implemented simply by using a comparator 103, without the use of a complex square root function.

본 발명에 따른 QPSK 신호용 락 검출 방법은 BPSK 신호와 마찬가지로 최적 지점에서 샘플된 복소 신호의 크기 성분에서 영점 교차 지점 샘플의 크기 성분의 차이를 이용한 방식으로 심볼당 2샘플 동작을 하게 된다. 식 5에서 절대값의 계산을 위해 제곱 루트 함수를 LS 알고리즘으로 적용할 경우, 각 지점에서의 샘플은 식6에서와 같이 I체널 및 Q채널 신호의 절대값의 크기에 따라 두 가지 경우가 생기게 되므로, 두 샘플을 이용한 락 검출기의 출력은 아래의 수학식 7에 나타낸 바와 같이 총 4가지의 경우가 생기게 된다.The lock detection method for a QPSK signal according to the present invention performs a two-sample operation per symbol by using a difference in the magnitude component of the zero crossing sample from the magnitude component of the complex signal sampled at the optimum point, similarly to the BPSK signal. When the square root function is applied to the LS algorithm to calculate the absolute value in Equation 5, there are two cases where the sample at each point depends on the magnitude of the absolute value of the I-channel and Q-channel signals as in Equation 6. For the output of the lock detector using two samples, a total of four cases occur as shown in Equation 7 below.

도 4와 도 5에서는 심볼 속도 T로 정규화된 타이밍 에러에 따른 기존 방식 및 본 발명에서 제안된 락 검출기 출력의 평균 및 분산 특성을 나타낸 것으로 롤-오프(roll-off) 파라메터가 0.5, Eb/No는 5dB, 관찰 구간이 64인 경우이다.4 and 5 show the average and dispersion characteristics of the lock detector output according to the conventional scheme and the proposed scheme according to the timing error normalized to the symbol rate T. The roll-off parameter is 0.5 and Eb / No. Is 5dB and the observation interval is 64.

본 발명에 따른 락 검출기는 앞에서 언급한 락 검출기의 바람직한 출력 특성을 만족하고 있음을 도 4에서 확인 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 락 검출기의 출력 특성은 정규화된 타이밍 에러에 대해 0.5의 주기를 가지는 우함수이고, 한 주기의 적분값이 0이 되는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 4에서 보면, 신호의 자승을 이용한 B형 락 검출기 방식(B2 곡선 참조)이 절대값을 이용한 본 발명에 따른 (C2 곡선 참조)제안된 방식에 비해 보다 나은 평균 특성을 갖지만, 도면 5의 분산특성에 있어서는 본 발명에 따른 방식(C3,D3 곡선 참조)이 훨씬 안정된 성능을 가짐을 볼 수 있다.It can be seen from FIG. 4 that the lock detector according to the present invention satisfies the above-mentioned desirable output characteristics of the lock detector. That is, it can be seen that the output characteristic of the lock detector according to the present invention is a right function having a period of 0.5 with respect to the normalized timing error, and the integral value of one period becomes zero. 4, the B-type lock detector method (see B2 curve) using the square of the signal has a better average characteristic than the proposed method according to the present invention (see C2 curve) using the absolute value. In terms of the dispersion characteristics, it can be seen that the method according to the present invention (see C3, D3 curve) has a much more stable performance.

본 발명에 따른 락 검출기는 기존의 알고리즘에 비해 좀 더 나은 특성을 갖게 되는데 그 이유로는 본 발명에 따른 방식이 자승 대신 절대값을 이용함으로써, 기존 알고리즘에 비해 잡음의 자승에 관련된 상호 노이즈에 의한 영향을 받지 않기 때문이다. 여기서, 신호 대 잡음 비(SNR)는 락 상태가 이루어진 상태에서의 검출기 출력값의 평균을, 분산을할 때으로 정의한다.The lock detector according to the present invention has better characteristics than the conventional algorithm. The reason is that the method according to the present invention uses absolute values instead of squares. Because do not receive. Here, the signal-to-noise ratio (SNR) is the average of the detector outputs in the locked state. Dispersion when doing It is defined as

도 5에서 보인 바와 같이 본 발명에 따른 방식의 검출기 출력 분산은 기존의 알고리즘에 비해서 매우 작은 특성을 갖게 된다. 따라서, 검출기의 SNR에 있어서도 본 발명에 따른 방식은 기존 방식에 비해보다 나은 검출기 SNR 특성을 갖는다(C3,D3 곡선 참조).Detector output variance of the scheme according to the invention as shown in FIG. 5 Is very small compared to the existing algorithm. Therefore, also in the SNR of the detector, the scheme according to the present invention has better detector SNR characteristics than the conventional scheme (see C3, D3 curves).

도 6에서는 롤-오프(roll-off) 파라메터(α)가 0,5, 관찰구간이 64일 경우에 대한 본 발명에 따른 방식(C4 곡선 참조)과 기존 방식(A4,B4 곡선 참조)과의 검출기 SNR인 SNRz를 비교하였다. 도 6에서 보듯이 본 발명에 따른 방식의 SNRz는 Eb/No가 5dB일 경우, A형 락 검출기에 비해 약 3dB이상, 그리고 B형 락 검출기에 비해서는 약 5dB 이상 향상된 특성을 가지며, 또한 Eb/No가 15dB 일 경우에는 A형 락 검출기에 비해 4 dB이상, B형 락 검출기에 비해서는 6dB이상 향상되는 것을 볼수 있다.In FIG. 6, the method according to the present invention (see C4 curve) and the existing method (see A4 and B4 curve) according to the present invention for the case where the roll-off parameter α is 0, 5 and the observation interval is 64 is shown. SNRz, the detector SNR, was compared. As shown in FIG. 6, the SNRz of the method according to the present invention has an improvement of about 3 dB or more compared to the A-type lock detector, and about 5 dB or more compared to the B-type lock detector when Eb / No is 5 dB. When No is 15dB, it can be seen that it improves more than 4dB compared with type A lock detector and more than 6dB compared with type B lock detector.

다음으로 도 7에서는 각 방식간의 언락 상태에서의 분산에 대한 락 상태에서의 분산비인를 보이고 있다. 도 7의 곡선(C5)에서 보듯이 본 발명에 따른 방식의 분산비는 B형 락 검출기의 곡선(B5) 보다는 작지만, A형 락 검출기의 곡선(A5) 보다는 다소 큰 것으로 나타난다. 그러나, 만약 요구되는 폴스 락(false lock) 확률(Pf)이 매우 작지 않다면, 분산비는 SNRz에 비해서 매우 작은 값이 된다. 따라서 검출 확률(Pd)에 있어서는 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서 전체적인 검출 성능에 있어선 분산비에 따른 영향을 거의 받지 않으므로 본 발명에 따른 방식의 성능에 있어서도 큰 문제가 되지 않는다.Next, in FIG. 7, the dispersion ratio in the locked state to the dispersion in the unlocked state between the respective schemes Is showing. Dispersion ratio of the scheme according to the invention as shown by curve C5 of FIG. Is smaller than curve B5 of the type B lock detector, but somewhat larger than curve A5 of the type A lock detector. However, if the required false lock probability Pf is not very small, then the variance ratio Is a very small value compared to SNRz. Therefore, the detection probability Pd has little effect. Therefore, the overall detection performance is hardly influenced by the dispersion ratio, so the performance of the scheme according to the present invention is not a big problem.

도 8에서는 심볼 동기 회로의 루프 SNR이 무한대일 경우 (즉, 타이밍 지터의 영향이 없을 경우), 요구되는 폴스 락(false lock) 확률(Pf)에 따른 락 검출기의 검출 실패 확률(1-Pf)을 보이고 있다. 관찰구간은 64이고, Eb/N0 = 5 dB이다. 도 9에서는 루프 SNR이 무한대일 경우 관찰구간 M에 따른 락 검출기의 실패확률을 각각 보이고 있다.In Fig. 8, when the loop SNR of the symbol synchronization circuit is infinite (i.e., there is no influence of the timing jitter), the detection failure probability (1-Pf) of the lock detector according to the required false lock probability Pf is shown. Is showing. The observation section is 64 and Eb / N0 = 5 dB. 9 shows the probability of failure of the lock detector according to the observation interval M when the loop SNR is infinite.

도 8과 9에서 보듯이 본 발명에 따른 방식은 동일한 폴스 락(false lock)확률과 관찰구간에 있어, 기존의 알고리즘들에 비해 매우 우수한 검출 성능을 보인다. 이는 도 6에서 확인한 바와 같이 기존의 알고리즘에 비해 본 발명에 따른 알고리즘의 검출기 SNR이 보다 향상되었기 때문에 발생된 결과이다.As shown in Figs. 8 and 9, the method according to the present invention shows a very good detection performance compared to existing algorithms in the same false lock probability and observation interval. This is because the detector SNR of the algorithm according to the present invention is improved compared to the conventional algorithm as shown in FIG.

마지막으로 도 10에서는 펄스 정형 필터의 롤-오프(roll-off) 파라메터 값에따른 검출 실패 확률을 보이고 있다. 관찰 구간 M은 64, Pf는 10-3으로 하였다. 도 10에서도, α값에 따라서도 본 발명에 따른 방식이 기존 방식들에 비해 훨씬 뛰어난 검출 성능을 보인다. 또한 α값이 커지게 되면, 각 방식의 평균 특성이 커지게 되므로, 동일한 방식간에 있어서도 α값이 크게 되면, 검출 확률이 더욱 좋아지게 된다.Finally, FIG. 10 shows the detection failure probability according to the roll-off parameter value of the pulse shaping filter. The observation section M was 64 and Pf was 10 -3 . Also in FIG. 10, according to the α value, the scheme according to the present invention shows much better detection performance than the conventional schemes. In addition, when the value of α increases, the average characteristic of each system increases, so that the probability of detection becomes better when the value of α increases between the same systems.

이상의 설명에서와 같은 본 발명에 따르면, 디지털 수신기의 심볼 동기 회로의 락 상태를 파악할 경우, 신호의 자승 대신 절대값을 이용하여 처리하기 때문에 처리시 수반되는 잡음으로 인한 영향을 줄일 수 있으므로 전체 수신기의 시스템 성능 향상 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, when determining the lock state of the symbol synchronization circuit of the digital receiver, since the processing by using the absolute value instead of the square of the signal can reduce the effect due to the noise involved in the processing of the entire receiver It has the effect of improving system performance and increasing reliability.

또한, 본 발명에서는 심볼 동기 회로와 동일한 샘플을 이용하므로 처리 속도에 대한 부담을 줄일 수 있으면서도, 고속의 아날로그/디지털 변환기를 필요로 하지 않으며, 간단한 비교기로 구현될 수 있으므로 하드웨어적인 복잡성을 줄이는 효과가 있다.In addition, the present invention uses the same sample as the symbol synchronization circuit, thereby reducing the burden on processing speed, and does not require a high speed analog-to-digital converter, and can be implemented as a simple comparator, thereby reducing hardware complexity. have.

또한, 본 발명은 디지털 수신기의 심볼 동기 회로의 락 상태를 파악할 경우, 절대값을 이용함으로써, 디지털 신호 처리에 필요한 비트 수 및 계산량을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of reducing the number of bits and the amount of calculation required for digital signal processing by using an absolute value when determining the lock state of the symbol synchronization circuit of the digital receiver.

Claims (5)

심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 BPSK신호의 절대값을 구하는 단계와,Obtaining an absolute value of the BPSK signal for detecting the locked state of the symbol synchronization circuit; 상기 절대값을 일정 횟수 만큼 누적시키는 단계와,Accumulating the absolute value a predetermined number of times; 상기 누적된 값을 설정된 임계값과 서로 비교하는 단계와,Comparing the accumulated value with a set threshold value; 상기 비교값에 따라 상기 심볼 동기회로의 락(LOCK)상태를 판단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 수신기에서 심벌 동기 회로의 락 검출방법.And determining a lock state of the symbol synchronizing circuit according to the comparison value. 제 1항에 있어서, 상기 심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 신호의 절대값은 아래의 수학식을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 수신기에서 심벌 동기 회로의 락 검출방법.The method of claim 1, wherein an absolute value of a signal for detecting a lock state of the symbol synchronization circuit is obtained by using the following equation. 제 1항에 있어서, 상기 심볼 동기 회로가 언락 상태일 경우에는 상기 심볼 동기 회로를 재동작 시키는 것을 특징으로 하는 디지털 수신기에서 심벌 동기 회로의 락 검출방법.2. The method of claim 1, wherein the symbol synchronization circuit is reactivated when the symbol synchronization circuit is in an unlocked state. 심볼 동기 회로의 락 상태를 검출하는 QPSK신호를 근사화하여 절대값을 구하는 단계와,Obtaining an absolute value by approximating a QPSK signal for detecting a locked state of a symbol synchronization circuit; 상기 절대값을 일정 횟수 만큼 누적시키는 단계와,Accumulating the absolute value a predetermined number of times; 상기 누적된 값을 설정된 임계값과 서로 비교하는 단계와,Comparing the accumulated value with a set threshold value; 상기 비교값에 따라 상기 심볼 동기회로의 락(LOCK)상태를 판단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 수신기에서 심벌 동기 회로의 락 검출방법.And determining a lock state of the symbol synchronizing circuit according to the comparison value. 제 4항에 있어서, 상기 근사화는 아래의 수학식을 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 디지털 수신기에서 심벌 동기 회로의 락 검출방법.5. The method of claim 4, wherein the approximation is performed using the following equation. 여기에서,= I 또는 Q 값중 큰 값의 절대값을 나타내며,= I 또는 Q 값중 작은 값의 절대값을 나타낸다.From here, = Represents the absolute value of the larger of I or Q values, = Represents the absolute value of the smaller of I or Q values.
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