KR100314113B1 - 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송수신 장치 - Google Patents
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Abstract
반송파의 주파수 오프셋에 따라 자동으로 반송파 주파수(ω)를 적응하도록 하여 고정된 기저 대역/대역 통과 정합 필터의 구조 특성에 의한 SNR 하락과 회로 복잡도의 증가를 보완하기 위한 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치를 제공하기 위한 것으로서, 정합 필터는 필터 계수를 갱신하기 위한 신호를 발생하는 제어신호 발생기와, 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 상응하는 정현파(cos(ω))를 발생하는 정현파 발생기와, 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 소정의 필터 계수를 선택하는 필터 계수 선택부와, 상기 정현파(cos(ω))와 필터 계수를 주파수 영역에서 컨벌루션하여 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 샘플링하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 출력하는 필터 계수 발생기와, 상기 필터 계수 발생기에서 발생된 필터 계수와 입력 데이터를 컨벌루션하여 주파수 오프셋(Δω)이 제거된 디지털 신호를 출력하는 FIR 필터로 구성되며, 반송파의 주파수 오프셋에 따라 정합 필터에서 자동으로 반송파 주파수(ω)를 적응하도록 함으로써 고정된 기저 대역/대역 통과 정합 필터의 구조 특성에 의한 SNR 하락 및 회로 복잡도 증가와 같은 단점들을 보완한 최적의 수신기를 구현할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 다매체 디지털 방송 수신기에 관한 것으로, 특히 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치에 관한 것이다.
현재 여러 가지 매체(지상파, 케이블, 위성)로 나누어져 개발되고 있는 디지털 방송 수신 기술은 향후 통합된 디지털 방송을 위한 통합 시스템 구조로 전개되고 있다.
특히, HDTV의 전송 시스템은 약 20Mb/s 이상의 높은 비트율을 가지는 데이터를 제한된 대역(Band-limited) 6㎒를 통해서 전송하기 때문에 대역 효율이 좋은 변/복조방식이 요구된다.
또한, 심볼(symbol) 및 반송파(carrier) 복구를 위한 심볼/반송파 복구기법, 다중경로(multi-path), 도플러 효과와 같은 채널의 비이상적인 특성을 보상하기 위한 채널 등화(Channel Equalizer) 기법이 필요하고, 잡음에 대해서 신뢰성있는 전송을 하기 위하여 효율이 좋은 채널 복호화 방법이 사용된다.
도 1 은 일반적인 다매체 디지털 방송 수신기의 일예를 나타낸 도면으로, RF신호를 수신하여 중간 주파수 신호로 변환하는 아날로그 수신부(1)와, 상기 아날로그 수신부(1)에서 변환된 디지털 신호를 복조하는 디지털 복구부(2)로 구성된다.
상기 아날로그 수신부(1)는 50~860㎒의 RF신호를 44㎒의 제 1 중간 주파수신호로 변환하여 출력하는 튜너(1a)와, 상기 튜너(1a)에서 출력된 신호를 필터링하는 표면 탄성파(SAW)필터(1b)와, 제 2 중간 주파수 신호를 발생하기 위한 발진 주파수를 발생하는 제 1 오실레이터(1c)와, 상기 SAW필터(1b)에서 필터링된 신호를 다운 컨버젼(Down Conversion)하여 제 2 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 믹서(1d)와, 상기 믹서(1d)에서 출력된 제 2 중간 주파수 신호의 이득을 보상하는 자동 이득 제어(AGC) 증폭부(1e)와, 샘플링 주파수를 발생하는 제 2 오실레이터(1f)와, 상기 AGC 증폭부(1e)에서 증폭된 신호를 상기 제 2 오실레이터(1f)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(1g)로 구성된다.
상기 디지털 복구부(2)는 미도시된 심볼 복구부, 정합 필터, 위상 분리기, 반송파 복구부, 채널 등화기 및 채널 복호화부로 구성된다.
이와 같이 구성된 일반적인 다매체 디지털 방송 수신기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아날로그 수신부(1)는 RF신호를 수신하여 중간 주파수 신호로 변환하여 출력한다.
즉 아날로그 수신부(1)내 튜너(1a)는 50~860㎒의 RF신호를 44㎒의 제 1 중간 주파수 신호로 변환하여 출력한다.
그러면 표면 탄성파(SAW)필터(1b)는 상기 튜너(1a)에서 출력된 신호를 필터링하여 그 결과신호를 출력한다.
한편, 제 1 오실레이터(1c)는 제 2 중간 주파수 신호를 발생하기 위한 발진주파수를 발생한다.
그러면 믹서(1d)는 상기 SAW필터(1b)에서 필터링된 신호를 다운 컨버젼(Down Conversion)하여 제 2 중간 주파수 신호로 변환하여 출력한다.
이에 따라 자동 이득 제어(AGC) 증폭부(1e)는 상기 믹서(1d)에서 출력된 제 2 중간 주파수 신호의 이득을 보상하여 그 결과신호를 출력한다.
한편, 제 2 오실레이터(1f)는 상기 제 2 중간 주파수 신호를 샘플링하기 위한 샘플링 주파수를 발생한다.
그러면 아날로그/디지털 변환부(1g)는 상기 AGC 증폭부(1e)에서 증폭된 신호를 상기 제 2 오실레이터(1f)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 디지털 신호로 변환하여 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 디지털 복구부(2)는 상기 아날로그 수신부(1)에서 변환된 디지털 신호를 복조하여 그 결과신호를 출력한다.
즉 디지털 복구부(2)는 미도시된 심볼 복구부, 정합 필터, 위상 분리기, 반송파 복구부, 채널 등화기 및 채널 복호화부를 통해 심볼을 복구 및 필터링하여 위상을 분리한 후 반송파를 복구한다.
아울러 디지털 복구부(2)는 상기 복구된 신호로부터 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하여 채널 등화한 후 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
상기 다매체 디지털 방송 수신기는 다음과 같이 크게 3가지 방식으로 구분된다.
1) 지상파 방송 수신방식 : VSB(Vestigial Side Band, SSB, ATSC 미국형 방식), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, DSB, 유럽형 방식)
2) 케이블 방송 수신방식 : QAM(Quadrature Amplitude Modulation, DSB)
3) 위성 방송 수신방식 : QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, DSB)
이러한 3가지 수신 방식들은 아날로그 수신부, 신호 동기 방식, 채널 등화 방식, 정합 필터(Matched Filter), 채널 복호화 방식과 같은 서로 다른 요소 기술들로 구성된다.
이하, 종래 기술에 따른 다매체 디지털 방송 수신장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 는 종래 기술에 따른 OFDM/QAM/QPSK 복조기의 일예를 나타낸 도면으로, 샘플링 주파수를 발생하는 제 3 오실레이터(11)와, 상기 제 3 오실레이터(11)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 입력되는 제 2 중간 주파수 신호를 디지털 신호를 변환하는 제 2 아날로그/디지털 변환부(12)와, 상기 제 2 아날로그/디지털 변환부(12)에서 변환된 신호와 피드백되는 COS(ω)를 믹싱하는 제 2 믹서(13)와, 상기 제 2 아날로그/디지털 변환부(12)에서 변환된 신호와 피드백되는 SIN(ω)를 믹싱하는 제 4 믹서(14)와, 상기 제 3 및 제 4 믹서(13)(14)에서 각각 믹싱된 신호로부터 재표본기를 사용하여 심볼을 복구하는 제 1 심볼 복구부(15)와, 상기 제 1 심볼 복구부(15)에서 심볼 복구된 신호로부터 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 기저대역으로 필터링하는 제 1 정합 필터(16)와, 상기 제 1 정합 필터(16)에서 필터링된 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 제거하여 반송파를 복구하는 제 1 반송파 복구부(17)와, 상기 제 1 반송파 복구부(17)에서 복구된 신호로부터 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거하는 제 1 채널 등화부(18)와, 상기 제 1 채널 등화부(18)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호로부터 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거하는 제 1 채널 복호화부(19)로 구성된다.
도 2b 는 종래 기술에 따른 VSB 복조기의 일예를 나타낸 도면으로, 샘플링 주파수를 발생하는 제 4 오실레이터(21)와, 상기 제 4 오실레이터(21)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 입력되는 제 2 중간 주파수 신호를 디지털 신호를 변환하는 제 3 아날로그/디지털 변환부(22)와, 제 3 아날로그/디지털 변환부(22)에서 변환된 신호를 피드백되는 신호에 따라 재표본기를 사용하여 심볼을 복구하는 제 2 심볼 복구부(23)와, 상기 제 2 심볼 복구부(23)에서 심볼 복구된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 대역 통과 필터링하는 제 2 정합 필터(24)와, 상기 제 2 정합 필터(24)에서 대역 통과 필터링된 신호로부터 I신호와 Q신호로 분리하는 제 1 위상 분리부(25)와, 상기 제 1 위상 분리부(25)에서 분리된 I신호와 Q신호를 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)와 각각 곱셈하는 제 1 복소수 곱셈부(26)와, 상기 제 1 복소수 곱셈부(26)에서 출력된 신호에 포함된 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 제거하여 반송파를 복구하는 제 2 반송파 복구부(27)와, 상기 제 2 반송파 복구부(27)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거하는 제 2 채널 등화부(28)와, 상기 제 2 채널 등화부(28)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거하는 제 2 채널 복호화부(29)로 구성된다.
도 2c 는 종래 기술에 따른 VSB(OFDM)/QAM/QPSK 복조기의 일예를 나타낸 도면으로, 샘플링 주파수를 발생하는 제 5 오실레이터(31)와, 상기 제 5 오실레이터(31)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 입력되는 제 2 중간 주파수 신호를 디지털 신호를 변환하는 제 4 아날로그/디지털 변환부(32)와, 제 4 아날로그/디지털 변환부(32)에서 변환된 신호를 피드백되는 신호에 따라 재표본기를 사용하여 심볼을 복구하는 제 3 심볼 복구부(33)와, 상기 제 3 심볼 복구부(33)에서 심볼 복구된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 대역 통과 필터링하는 제 3 정합 필터(34)와, 상기 제 3 정합 필터(34)에서 대역 통과 필터링된 신호로부터 I신호와 Q신호로 분리하는 제 2 위상 분리부(35)와, 상기 제 2 위상 분리부(35)에서 분리된 I신호와 Q신호를 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)와 각각 곱셈하는 제 2 복소수 곱셈부(36)와, 상기 제 2 복소수 곱셈부(36)에서 출력된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 기저대역으로 필터링하는 제 4 정합 필터(37)와, 상기 제 4 정합 필터(37)에서 필터링된 신호에 포함된 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 제거하여 반송파를 복구하는 제 3 반송파 복구부(38)와, 상기 제 3 반송파 복구부(38)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거하는 제 3 채널 등화부(39)와, 상기 제 3 채널 등화부(39)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거하는 제 3 채널 복호화부(40)로 구성된다.
도 3a 내지 도 3c 는 도 2c 의 제 3 및 제 4 정합 필터의 임펄스 응답, 선형 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답 및 데시벨 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답을 나타낸 도면이며, 도 4a 및 도 4b 는 도 2c 의 제 3 정합 필터의 주파수 및 주파수 왜곡 특성을 나타낸 도면이고, 도 5a 및 도 5b 는 도 2c 의 주파수 특성과 주파수 오프셋을 갖는 입출력 데이터의 주파수 특성을 나타낸 도면이며, 도 6a 및 도 6b 는 도 2c 의 주파수 오프셋에 따른 SNR 하락 곡선 및 종래와 본 발명의 정합 필터의 회로 복잡도 곡선을 나타낸 도면이다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 다매체 디지털 방송 수신장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첫째, 도 2a 에 도시된 바와 같은, 종래 기술에 따른 OFDM/QAM/QPSK 복조기에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 3 오실레이터(11)는 아날로그 수신부내 자동 이득 제어 증폭부(미도시)에서 증폭된 제 2 중간 주파수 신호를 샘플링하기 위한 주파수를 발생한다.
그러면 제 2 아날로그/디지털 변환부(12)는 상기 제 3 오실레이터(11)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 입력되는 제 2 중간 주파수 신호를 디지털 신호를 변환한 후 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 2 믹서(13)는 상기 제 2 아날로그/디지털 변환부(12)에서 변환된 신호와 피드백되는 COS(ω)를 믹싱하여 그 결과신호를 출력한다.
아울러 제 4 믹서(14)는 상기 제 2 아날로그/디지털 변환부(12)에서 변환된 신호와 피드백되는 SIN(ω)를 믹싱하여 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 1 심볼 복구부(15)는 상기 제 3 및 제 4 믹서(13)(14)에서 각각 믹싱된 신호로부터 재표본기를 사용하여 심볼을 복구한 후 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 1 정합 필터(16)는 상기 제 1 심볼 복구부(15)에서 심볼 복구된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 기저대역으로 필터링한 후 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 1 반송파 복구부(17)는 상기 제 1 정합 필터(16)에서 필터링된 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 제거하여 반송파를 복구한 후 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 1 채널 등화부(18)는 상기 반송파 복구부(17)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 1 채널 복호화부(19)는 상기 채널 등화부(18)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
이와 같은 종래 기술에 따른 OFDM/QAM/QPSK 복조기는 OFDM/QAM/QPSK 복조 방식에는 적합하나, 기저대역의 제 1 정합 필터를 사용하므로 도 3a 에 도시된 바와 같이 SSD(SSD) 신호 특성을 갖는 VSB 복조 방식에서는 대역 통과 신호를 기저대역으로 복조시 도 3b 에 도시된 바와 같이, DC근처에서 주파수 왜곡 현상이 발생하기 때문에 모든 VSB 복조 방식에 사용할 수 없다.
또한, 종래 기술에 따른 OFDM/QAM/QPSK 복조기는 2채널의 고정된 기저 대역의 제 1 정합 필터 및 2채널의 재표본기가 심볼 복구부에 요구됨에 따라 도 4b 에 도시된 바와 같이, 회로 복작도가 급격히 커지는 문제점이 있다.
둘째, 도 2b 에 도시된 바와 같은, 종래 기술에 따른 VSB 복조기에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 4 오실레이터(21)는 아날로그 수신부내 자동 이득 제어 증폭부(미도시)에서 증폭된 제 2 중간 주파수 신호를 샘플링하기 위한 주파수를 발생한다.
그러면 제 3 아날로그/디지털 변환부(22)는 상기 제 4 오실레이터(21)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 입력되는 제 2 중간 주파수 신호를 디지털 신호를 변환한 후 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 2 심볼 복구부(23)는 상기 제 3 아날로그/디지털 변환부(22)에서 출력된 신호를 피드백되는 신호에 따라 재표본기를 사용하여 심볼을 복구한 후 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 2 정합 필터(24)는 상기 제 2 심볼 복구부(23)에서 심볼 복구된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 대역 통과 필터링한 후 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 1 위상 분리부(25)는 상기 제 2 정합 필터(24)에서 대역 통과 필터링된 신호로부터 I신호와 Q신호로 분리하여 출력한다.
이에 따라 제 1 복소수 곱셈부(26)는 상기 제 1 위상 분리부(25)에서 분리된 I신호와 Q신호를 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)와 각각 곱셈하여 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 2 반송파 복구부(27)는 상기 제 1 복소수 곱셈부(26)에서 출력된 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 제거하여 반송파를 복구하여 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 2 채널 등화부(28)는 상기 제 2 반송파 복구부(27)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 2 채널 복호화부(29)는 상기 제 2 채널 등화부(28)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
이와 같은 종래 기술에 따른 VSB 복조기는 단일 채널의 고정된 대역 통과 제 2 정합 필터와 단일 채널의 재표본기를 갖는 심볼 복구부가 사용되기 때문에 도 5a 및 도 5b 에 도시된 바와 같이, 반송파 복구가 되지 않아 상기 고정된 대역 통과 제 2 정합 필터를 통과한 대역 통과 디지털 신호의 출력 스펙트럼은 반송파 주파수 오프셋(Δω) 크기에 해당하는 왜곡된 주파수 특성을 갖게 된다.
그리고 상기 대역 통과 디지털 출력 신호의 스펙트럼 왜곡은 심볼간의 간섭(InterSymbol Interference:ISI)을 초래하여 제 2 채널 등화부에서 비트 검출 에러의 주원인인 AWGN(Additive White Gaussian Noise)를 증가시키게 되며, 도 4a 에 도시된 바와 같이 BER(Bit Error Rate) 및 SNR(Signal to Noise Ratio) 하락을 초래하게 되므로 이러한 문제점의 해결 없이 고정된 대역 통과 정합 필터가 장착된복조기는 근본적으로 VSB(OFDM)/QAM/QPSK 복조 방식 전부에 사용이 불가능함을 알 수 있다.
셋째, 도 2c 에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 VSB(OFDM)/QAM/QPSK 복조기에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 5 오실레이터(31)는 아날로그 수신부내 자동 이득 제어 증폭부(미도시)에서 증폭된 제 2 중간 주파수 신호를 샘플링하기 위한 주파수를 발생한다.
그러면 제 4 아날로그/디지털 변환부(32)는 상기 제 5 오실레이터(31)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 입력되는 제 2 중간 주파수 신호를 디지털 신호를 변환하여 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 3 심볼 복구부(43)는 상기 제 4 아날로그/디지털 변환부(32)에서 변환된 신호를 피드백되는 신호에 따라 재표본기를 사용하여 심볼을 복구하여 출력한다.
그러면 제 3 정합 필터(34)는 상기 제 3 심볼 복구부(33)에서 심볼 복구된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 대역 통과 필터링한 후 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 2 위상 분리부(35)는 상기 제 3 정합 필터(34)에서 대역 통과 필터링된 신호로부터 I신호와 Q신호로 분리하여 출력한다.
그러면 제 2 복소수 곱셈부(36)는 상기 제 2 위상 분리부(35)에서 분리된 I신호와 Q신호를 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)와 각각 곱셈하여 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 4 정합 필터(37)는 상기 제 2 복소수 곱셈부(36)에서 출력된 신호에 포함된 심볼 상호간 간섭 현상을 제거하기 위하여 고정된 기저대역으로 필터링한 후 그 결과신호를 출력한다.
여기서 상기 제 3 및 제 4 정합 필터(34)(37)가 각각 65-탭을 갖는 것을 예로 들면 도 6a 내지 도 6c 에 도시된 바와 같은 임펄스 응답, 선형 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답 및 데시벨 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답의 파형을 출력하게 된다.
그러면 제 3 반송파 복구부(38)는 상기 제 4 정합 필터(37)에서 필터링된 신호에 포함된 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 제거하여 반송파를 복구한 후 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 3 채널 등화부(39)는 상기 제 3 반송파 복구부(38)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 3 채널 복호화부(40)는 상기 제 3 채널 등화부(39)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거한 후 그 결과신호를 출력한다.
이와 같은 종래 기술에 따른 VSB(OFDM)/QAM/QPSK 복조기는 VSB 복조 방식을 위한 단일 채널의 고정된 대역 제 3 정합 필터와 OFDM/QAM/QPSK 복조 방식을 위한 2채널의 고정된 기저 대역 제 4 정합 필터를 사용하므로 도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같은 복조기의 단점들을 보완하기 위한 대안으로 가능할 수는 있어도 도 4a및 도 4b 에 도시된 바와 같은 SNR 하락과 고정된 대역 통과 제 3 정합 필터와 2채널의 고정된 기저 대역 제 4 정합 필터의 사용에 따른 회로 복잡도의 증가는 피할 수 없다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 반송파의 주파수 오프셋에 따라 자동으로 반송파 주파수(ω)를 적응하도록 하여 고정된 기저 대역/대역 통과 정합 필터의 구조 특성에 의한 SNR 하락과 회로 복잡도의 증가를 보완하기 위한 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 일반적인 다매체 디지털 방송 수신기의 일예를 나타낸 도면
도 2a 는 종래 기술에 따른 OFDM/QAM/QPSK 복조기의 일예를 나타낸 도면
도 2b 는 종래 기술에 따른 VSB 복조기의 일예를 나타낸 도면
도 2c 는 종래 기술에 따른 VSB(OFDM)/QAM/QPSK 복조기의 일예를 나타낸 도면
도 3a 내지 도 3c 는 도 2c 의 제 3 및 제 4 정합 필터의 임펄스 응답, 선형 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답 및 데시벨 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답을 나타낸 도면
도 4a 및 도 4b 는 도 2c 의 제 3 정합 필터의 주파수 및 주파수 왜곡 특성을 나타낸 도면
도 5a 및 도 5b 는 도 2c 의 주파수 특성과 주파수 오프셋을 갖는 입출력 데이터의 주파수 특성을 나타낸 도면
도 6a 및 도 6b 는 도 2c 의 주파수 오프셋에 따른 SNR 하락 곡선 및 종래와 본 발명의 정합 필터의 회로 복잡도 곡선을 나타낸 도면
도 7 은 본 발명에 따른 제 1 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 개념을 나타낸 도면
도 8 은 본 발명에 따른 제 2 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 일실시예를 나타낸 도면
도 9 는 도 8 의 제 2 정합 필터의 상세 구성을 나타낸 도면
도 10 은 도 9 의 제어신호 발생기의 상세 구성을 나타낸 도면
도 11 은 도 10 의 제어신호 발생기의 제어신호 및 정현파(cos(ω))의 타이밍도를 나타낸 도면
도 12 는 도 9 의 필터 계수 선택부의 상세 구성을 나타낸 도면
도 13 은 도 9 의 필터 계수 발생기의 상세 구성을 나타낸 도면
도 14 는 도 9 의 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 상세 구성을 나타낸 도면
도 15a 내지 도 15c 는 고정된 기저대역 정합 필터의 주파수 응답과 반송파 주파수(ω)를 갖는 정현파(cos(ω))의 주파수 응답에 따른 제 2 정합 필터의 주파수 응답을 나타낸 도면
도 16a 내지 도 16c 는 도 8 의 제 2 정합 필터의 주파수 오프셋에 따른 임펄스 응답, 선형 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답 및 데시벨 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답을 나타낸 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 전처리부 102 : 제 1 정합 필터
103 : 후처리부 104 : 반송파 복구부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정합 필터의 특징은, 필터 계수를 갱신하기 위한 신호를 발생하는 제어신호 발생기와, 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 상응하는 정현파(cos(ω))를 발생하는 정현파 발생기와, 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 소정의 필터 계수를 선택하는 필터 계수 선택부와, 상기 정현파(cos(ω))와 필터 계수를 주파수 영역에서 컨벌루션하여 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 샘플링하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 출력하는 필터 계수 발생기와, 상기 필터 계수 발생기에서 발생된 필터 계수와 입력 데이터를 컨벌루션하여 주파수 오프셋(Δω)이 제거된 디지털 신호를 출력하는 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)를 포함하여 구성되는데 있다.
상기 제어신호 발생기는 소정 비트를 반복적으로 카운트하여 필터 계수 선택어드레스를 발생하는 카운터와, 상기 카운터가 만기가 될 때마다 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 갱신하기 위한 제어신호를 출력하는 비교부와, 상기 반송파 복구부내 제 1 덧셈기로부터 출력된 반송파 주파수(ω)를 상기 비교부에서 출력된 신호에 따라 적분하는 적분부와, 상기 적분부에서 적분된 신호로부터 소정 개수의 비트를 추출하여 정현파 어드레스 신호를 출력하는 비트 추출부를 포함하여 구성되는데 다른 특징이 있다.
상기 적분부는 상기 반송파 복구부내 제 1 덧셈기로부터 출력된 반송파 주파수(ω)와 피드백되는 신호를 덧셈하는 제 2 덧셈기와, 상기 비교부에서 출력된 신호에 따라 상기 제 2 덧셈기에서 출력된 신호와 리셋 신호('0')중 어느 하나를 선택하는 제 1 먹스와, 상기 제 1 먹스에서 선택된 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 제 1 지연부를 포함하여 구성되는데 또다른 특징이 있다.
상기 필터 계수 선택부는 상기 기저대역 필터 계수를 저장하는 메모리와, 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 상기 메모리에 저장된 기저대역 필터 계수중 어느 하나를 선택하는 제 2 먹스를 포함하여 구성되는데 또다른 특징이 있다.
상기 메모리에는 모든 디지털 복조 방식에 따른 기저대역 필터 계수가 각각 저장되는 것을 또다른 특징으로 한다.
상기 필터 계수 발생기는 상기 정현파 발생기에서 출력된 정현파 신호와 상기 필터 계수 선택부에서 출력된 필터 계수를 주파수 영역에서 컨벌루션하는 제 1 곱셈기와, 상기 제 1 곱셈기에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 직렬로 출력하는 제 2 지연부와, 상기 제 2 지연부에서 직렬로 소정 비트 지연된 신호 각각을 상기 제어신호 발생기에서 출력된 필터 계수를 갱신하기 위한 제어신호에 따라 소정 시간 지연시켜 병렬로 출력하는 제 3 지연부를 포함하여 구성되는데 또다른 특징이 있다.
상기 제 2 지연부는 상기 제 2 곱셈기에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 출력하는 다수개의 지연기를 포함하여 구성되는 것을 또다른 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정합 필터링방법의 특징은, 기저대역 필터 계수를 기저장하는 단계와, 반송파 주파수(ω)를 중심 주파수로 하는 정현파(cos(ω))를 생성하는 단계와, 상기 기저대역 필터 계수와 정현파(cos(ω))를 주파수 영역에서 컨벌루션하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 생성하는 단계와, 상기 필터 계수와 입력 데이터를 시간영역에서 컨벌루션하여 주파수 왜곡이 없는 데이터를 출력하는 단계를 포함하여 이루어지데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 특징은, 전처리부를 구비한 다매체 디지털 방송 수신장치에 있어서, 상기 전처리부의 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응시켜 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 제 1 정합 필터와, 상기 제 1 정합 필터의 정합 필터 출력(MF_OUT)을 후처리하여 출력하는 후처리부와, 상기 후처리부에서 후처리된 신호로부터 반송파 주파수(ω)를 복구하여 상기 제 1 정합 필터로 피드백하는 반송파 복구부를 포함하여 구성되는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 다른 특징은, 심볼 복구부와 채널 등화부를 구비한 다매체 디지털 방송 수신장치에 있어서, 상기 심볼 복구부에서 출력된 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응하여 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 제 2 정합 필터와, 상기 제 2 정합 필터의 정합 필터 출력(MF_OUT)으로부터 I신호와 Q신호를 분리하는 위상 분리부와, 상기 위상 분리부에서 분리된 I신호와 Q신호에 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)를 곱셈하는 복소수 곱셈부와, 상기 복소수 곱셈부에서 출력된 신호에 포함된 반송파 오프셋(Δω) 및 위상 잡음을 제거하고 대역 통과 디지털 신호를 기저대역 디지털 신호로 디지털 복조를 수행하여 상기 채널 등화부로 출력하고, 상기 제 2 정합 필터로 피드백하는 반송파 복구부를 포함하여 구성되는데 있다.
본 발명은 반송파의 주파수 오프셋에 따라 정합 필터에서 자동으로 반송파 주파수(ω)를 적응하도록 함으로써 고정된 기저 대역/대역 통과 정합 필터의 구조 특성에 의한 SNR 하락 및 회로 복잡도 증가와 같은 단점들을 보완한 최적의 수신기를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7 은 본 발명에 따른 제 1 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 개념을 나타낸 도면으로, IF 아날로그 신호를 대역 통과(Passband) 디지털신호로 변환하여 정합 필터 입력(MF_IN)을 출력하는 전처리부(101)와, 상기 전처리부(101)의 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응시켜 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 제 1 정합 필터(102)와, 상기 제 1 정합 필터(102)의 정합 필터 출력(MF_OUT)을 후처리하여 출력하는 후처리부(103)와, 상기 후처리부(103)에서 후처리된 신호로부터 반송파 주파수(ω)를 복구하여 상기 제 1 정합 필터(102)로 피드백하는 반송파 복구부(104)로 구성된다.
도 8 은 본 발명에 따른 제 2 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치의 일실시예를 나타낸 도면으로, 샘플링 주파수를 발생하는 오실레이터(210)와, 상기 오실레이터(210)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 제 2 중간 주파수 신호를 대역 통과 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(220)와, 상기 아날로그/디지털 변환부(220)에서 변환된 신호의 대역 통과 심볼열의 클럭 복구를 피드백되는 신호에 따라 재표본기를 사용하여 전 디지털 과정으로 행하는 심볼 복구부(230)와, 상기 심볼 복구부(230)에서 출력된 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응하여 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 제 2 정합 필터(240)와, 상기 제 2 정합 필터(240)의 정합 필터 출력(MF_OUT)으로부터 I신호와 Q신호를 분리하는 위상 분리부(250)와, 상기 위상 분리부(250)에서 분리된 I신호와 Q신호에 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)를 각각 곱셈하는 복소수 곱셈부(260)와, 상기 복소수 곱셈부(260)에서 출력된 신호에 포함된 반송파 오프셋(Δω) 및 위상 잡음을 제거하고 대역 통과 디지털 신호를 기저대역 디지털 신호로 디지털 복조를 수행하여 출력하고, 상기 제 2 정합 필터(240)로 피드백하는 반송파복구부(270)와, 상기 반송파 복구부(270)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거하는 채널 등화부(280)와, 상기 채널 등화부(280)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거하는 채널 복호화부(290)로 구성된다.
도 9 는 도 8 의 제 2 정합 필터의 상세 구성을 나타낸 도면으로, 상기 반송파 복구부(270)에서 피드백된 반송파 주파수(ω)에 따라 적응된 소정 비트의 정현파 어드레스(COS_Address[15:0]), 소정 비트의 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0]) 및 소정 비트의 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)를 발생하는 제어신호 발생기(241)와, 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 소정 비트의 정현파 어드레스(COS_Address[15:0])에 따른 소정 비트의 정현파(COS(ω)[11:0])를 발생하는 정현파 발생기(242)와, 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0])에 따른 고정된 기저대역 필터 계수를 출력하는 필터 계수 선택부(243)와, 상기 정현파 발생기(242)에서 출력된 정현파(COS(ω)[11:0])와 상기 필터 계수 선택부(243)에서 출력된 필터 계수(BB_Co도[10:0])를 주파수 영역에서 컨벌루션한 후 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 상기 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)에 따라 샘플링하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 출력하는 필터 계수 발생기(244)와, 상기 심볼 복구부(230)에서 피드백된 신호를 소정 시간 지연시켜 상기 필터 계수발생기(244)에서 출력된 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 컨벌루션한 후 이를 축적하여 주파수 오프셋(Δω)이 제거된 대역 통과 디지털 신호를 출력하는 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)(245)로 구성된다.
도 10 은 도 9 의 제어신호 발생기의 상세 구성을 나타낸 도면으로, 소정 비트를 반복적으로 카운트하여 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0])를 발생하는 카운터(241a)와, 상기 카운터(241a)가 만기가 될 때마다 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)를 출력하는 비교부(241b)와, 상기 반송파 복구부(270)내 제 1 덧셈기(270a)로부터 출력된 반송파 주파수(ω)를 상기 비교부(241b)에서 출력된 신호에 따라 적분하는 적분부(241c)와, 상기 적분부(241c)에서 적분된 신호로부터 소정 개수의 비트를 추출하여 정현파 어드레스 신호(COS_Address[15:0])를 출력하는 비트 추출부(241d)를 포함하여 구성된다.
상기 적분부(241c)는 상기 반송파 복구부(270)내 제 1 덧셈기(270a)로부터 출력된 반송파 주파수(ω)와 피드백되는 신호를 덧셈하는 제 2 덧셈기(241c-1)와, 상기 비교부(241b)에서 출력된 신호에 따라 상기 제 2 덧셈기(241c-1)에서 출력된 신호와 리셋 신호('0')중 어느 하나를 선택하는 제 1 먹스(241c-2)와, 상기 제 1 먹스(241c-2)에서 선택된 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 제 1 지연부(241c-3)로 구성된다.
도 11 은 도 10 의 제어신호 발생기의 제어신호 및 정현파(cos(ω))의 타이밍도를 나타낸 도면이고, 도 12 는 도 9 의 필터 계수 선택부의 상세 구성을 나타낸 도면으로, 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])를 저장하는 메모리(243a)와, 상기 제어신호 발생기(241)로부터 발생된 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스신호(BbCoef_Address[4:0])에 따라 상기 메모리(243a)에 저장된 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])중 어느 하나를 선택하는 제 2 먹스(243b)를 포함하여 구성된다.
도 13 은 도 9 의 필터 계수 발생기의 상세 구성을 나타낸 도면으로, 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 정현파 어드레스 신호(COS_Address[15:0])와 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])를 주파수 영역에서 컨벌루션하는 제 1 곱셈기(244a)와; 상기 제 1 곱셈기(244a)에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 직렬로 출력하는 제 2 지연부(244b)와; 상기 제 2 지연부(244b)에서 직렬로 소정 비트 지연된 신호 각각을 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)에 따라 소정 시간 지연시켜 병렬로 출력하는 제 3 지연부(244c)를 포함하여 구성된다.
상기 제 2 지연부(244b)는 상기 제 2 곱셈기(244a)에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 출력하는 다수개의 지연기로 구성된다.
도 14 는 도 9 의 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 상세 구성을 나타낸 도면으로, 상기 심볼 복구부(230)로부터 출력된 신호(D_IN[9:0])를 소정 비트 지연시켜 출력하는 제 4 지연부(245a)와, 상기 제 4 지연부(245a)에서 출력된 신호를 덧셈하는 제 3 덧셈기(245b)와, 상기 제 3 덧셈기(245b)에서 출력된 신호와 상기 심볼 복구부(230)에서 복구된 신호를 상기 필터 계수 발생기(244)의 대역통과 필터계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 각각 곱셈하는 제 3 곱셈기(245c)와, 상기 제 3 곱셈기(245c)에서 출력된 신호를 축적한 후 그 결과신호를 출력하는 축적부(245d)로 구성된다.
상기 제 4 지연부(245a)는 상기 심볼 복구부(230)로부터 출력된 신호(D_IN[9:0])를 순차적으로 소정 비트 지연시켜 출력하는 다수개의 지연기로 구성된다.
상기 제 3 덧셈기(245b)는 상기 제 4 지연부(245a)에서 출력된 신호를 덧셈하는 다수개의 덧셈기로 구성된다.
상기 제 3 곱셈기(245c)는 상기 제 3 덧셈기(245b)에서 출력된 신호와 상기 심볼 복구부(230)에서 복구된 신호를 상기 대역 통과 필터 계수 발생기(244)의 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 각각 곱셈하는 다수개의 곱셈기로 구성된다.
도 15a 내지 도 15c 는 고정된 기저대역 정합 필터의 주파수 응답과 반송파 주파수(ω)를 갖는 정현파(cos(ω))의 주파수 응답에 따른 제 2 정합 필터의 주파수 응답을 나타낸 도면이고, 도 16a 내지 도 16c 는 도 8 의 제 2 정합 필터의 주파수 오프셋에 따른 임펄스 응답, 선형 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답 및 데시벨 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답을 나타낸 도면이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7 에 도시된 바와 같이, 전처리부(101)는 입력되는 IF 아날로그 신호를 대역 통과(Passband) 디지털 신호로 변환하여 정합 필터 입력(MF_IN)을 출력한다.
그러면 제 1 정합 필터(102)는 상기 전처리부(101)의 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응시켜 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력한다.
이에 따라 후처리부(103)는 상기 제 1 정합 필터(102)의 정합 필터 출력(MF_OUT)을 후처리하여 출력한다.
이와 같은 상태에서 반송파 복구부(104)는 상기 후처리부(103)에서 후처리된 신호로부터 반송파 주파수(ω)를 복구하여 출력하고, 아울러 상기 제 1 정합 필터(102)로 피드백한다.
그러면 제 1 정합 필터(102)는 상기 후처리부(103)에서 피드백된 반송파 주파수(ω)에 따라 상기 전처리부(101)의 정합 필터 입력(MF_IN)을 자동으로 적응시켜 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 과정을 반복수행한다.
즉 제 1 정합 필터(102)는 상기 후처리부(103)에서 피드백된 반송파 주파수(ω)에 따라 상기 반송파 주파수(ω)를 중심 주파수로 하는 정현파(cos(ω))를 생성한 후 기저장된 고정된 기저대역 필터 계수와 주파수 영역에서 컨벌루션하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역통과 필터 계수를 생성하여 상기 전처리부(101)로부터 입력되는 데이터와 시간영역에서 컨벌루션하여 주파수 오프셋(Δω)에 의한 주파수 왜곡이 없는 대역통과 필터링된 디지털 데이터를 출력하는 과정을 반복수행한다.
상기와 같은 다매체 디지털 방송 수신장치에 대하여 도 8 을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8 에 도시된 바와 같이, 아날로그/디지털 변환부(220)는 오실레이터(210)에서 발생된 샘플링 주파수에 따라 제 2 중간 주파수 신호를 대역 통과 디지털 신호로 변환하여 그 결과신호를 출력한다.
그러면 심볼 복구부(230)는 상기 아날로그/디지털 변환부(220)에서 변환된 신호의 대역 통과 심볼열의 클럭 복구를 피드백되는 신호에 따라 재표본기를 사용하여 전 디지털 과정으로 행하여 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 제 2 정합 필터(240)는 상기 심볼 복구부(230)에서 출력된 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 도 15a 내지 도 15c 에 도시된 바와 같이, 자동으로 적응하여 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력한다.
상기 반송파 주파수(ω)는 반송파의 중간주파수(ωc)와 반송파의 주파수 오프셋(Δω)의 합을 나타낸다.
즉 도 9 에 도시된 바와 같이, 제 2 정합 필터(240)내 제어신호 발생기(241)는 상기 반송파 복구부(270)에서 피드백된 반송파 주파수(ω)에 따라 도 11 에 도시된 바와 같이, 적응된 소정 비트의 정현파 어드레스(COS_Address[15:0]), 소정 비트의 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0]) 및 소정 비트의 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)를 출력한다.
상기 제어신호 발생기(241)내 카운터(241a)는 도 10 에 도시된 바와 같이,소정 비트를 반복적으로 카운트하여 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0])를 발생한다.
그러면 비교부(241b)는 상기 카운터(241a)가 만기가 될 때마다 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)를 출력한다.
이어 적분부(241c)는 상기 반송파 복구부(270)내 제 1 덧셈기(270a)로부터 출력된 반송파 주파수(ω)를 상기 비교부(241b)에서 출력된 신호에 따라 적분하여 그 결과신호를 출력한다.
즉 상기 적분부(241c)내 제 2 덧셈기(241c-1)는 상기 반송파 복구부(270)내 제 1 덧셈기(270a)로부터 출력된 반송파 주파수(ω)와 피드백되는 신호를 덧셈하여 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 1 먹스(241c-2)는 상기 비교부(241b)에서 출력된 신호에 따라 상기 제 2 덧셈기(241c-1)에서 출력된 신호와 리셋 신호('0')중 어느 하나를 선택하여 그 결과신호를 출력한다.
이어 제 1 지연부(241c-3)는 상기 제 1 먹스(241c-2)에서 선택된 신호를 소정 시간 지연시켜 출력한다.
이에 따라 비트 추출부(241d)는 상기 적분부(241c)에서 적분된 신호로부터 소정 개수의 비트를 추출하여 정현파 어드레스 신호(COS_Address[15:0])를 출력한다.
그러면 정현파 발생기(242)는 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 소정비트의 정현파 어드레스(COS_Address[15:0])에 따른 소정 비트의 정현파(COS(ω)[11:0])를 발생한다.
이어 필터 계수 선택부(243)는 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0])에 따른 고정된 기저대역 필터 계수를 출력한다.
즉 도 12 에 도시된 바와 같이, 메모리(243a)는 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])를 저장한다.
상기 메모리(243a)에는 모든 디지털 복조 방식 즉 VSB, OFDM, QAM, QPSK, 3PSK 등에 따른 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])가 각각 저장된다.
그러면 제 2 먹스(243b)는 상기 제어신호 발생기(241)로부터 발생된 고정된 기저대역 필터 계수의 선택 어드레스신호(BbCoef_Address[4:0])에 따라 상기 메모리(243a)에 저장된 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])를 선택하여 그 결과신호를 출력한다.
이어 필터 계수 발생기(244)는 상기 정현파 발생기(242)에서 출력된 정현파 어드레스(COS_Address[15:0])와 상기 필터 계수 선택부(243)에서 출력 고정된 기저대역 필터 계수 선택 어드레스(BbCoef_Address[4:0])를 주파수 영역에서 컨벌루션한 후 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 상기 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)에 따라 샘플링하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 출력한다.
즉 도 13 에 도시된 바와 같이, 필터 계수 발생기(244)내 제 1 곱셈기(244a)는 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 정현파 어드레스 신호(COS_Address[15:0])와 고정된 기저대역 필터 계수(BB_Coef[10:0])를 곱셈하여 그 결과신호를 출력한다.
그러면 제 2 지연부(244b)는 상기 제 1 곱셈기(244a)에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 출력한다.
상기 제 2 지연부(244b)는 상기 제 2 곱셈기(244a)에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 출력하는 다수개의 지연기로 구성된다.
이어 제 3 지연부(244c)는 상기 제어신호 발생기(241)에서 출력된 대역 통과 필터 계수를 갱신하기 위한 신호(Latch_Enb)에 따라 상기 제 2 지연부(244b)에서 출력된 신호를 일정 시간 지연시켜 출력한다.
이에 따라 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)(245)는 상기 심볼 복구부(230)에서 피드백된 신호를 소정 시간 지연시켜 상기 필터 계수 발생기(244)에서 출력된 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 컨벌루션한 후 이를 축적하여 주파수 오프셋(Δω)이 제거된 대역 통과 디지털 신호를 출력한다.
여기서 상기 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)(245)는 65-탭을 갖는 것을 예를 들어 설명한다.
즉 도 14 에 도시된 바와 같이, FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)(245)내 제 4 지연부(245a)는 상기 심볼 복구부(230)로부터 출력된 신호(D_IN[9:0])를 64 비트 지연시켜 출력한다.
상기 제 4 지연부(245a)는 상기 심볼 복구부(230)로부터 출력된 신호(D_IN[9:0])를 순차적으로 소정 비트 지연시켜 출력하는 64개의 지연기로 구성된다.
그러면 제 3 덧셈기(245b)는 상기 제 4 지연부(245a)에서 출력된 신호를 덧셈하여 그 결과신호를 출력한다.
상기 제 3 덧셈기(245b)는 상기 제 4 지연부(245a)에서 출력된 신호를 덧셈하는 32의 덧셈기로 구성된다.
즉 제 3 덧셈기(245b)는 상기 제 4 지연부(245a)로 입력되는 데이터(D_IN[9:0])와 64번째 지연기로부터 출력된 신호를 덧셈하고, 제 1 지연기로부터 지연출력된 신호와 제 63번째 지연기로부터 지연출력된 신호를 덧셈하며, 제 31 지연기로부터 지연출력된 신호와 제 32번째 지연기로부터 출력된 신호를 덧셈하여 그 결과신호를 각각 출력한다.
이에 따라 제 3 곱셈기(245c)는 상기 제 3 덧셈기(245b)에서 출력된 신호와 상기 심볼 복구부(230)에서 복구된 신호를 상기 필터 계수 발생기(244)의 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 각각 곱셈하여 그 결과신호를 출력한다.
여기서 상기 제 3 곱셈기(245c)에서의 곱셈은 시간영역에서 컨벌루션한다는 것을 의미한다.
상기 제 3 곱셈기(245c)는 상기 제 3 덧셈기(245b)에서 출력된 신호와 상기 심볼 복구부(230)에서 복구된 신호를 상기 필터 계수 발생기(244)의 대역통과 필터계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 각각 곱셈하는 33개의 곱셈기로 구성된다.
즉 제 3 곱셈기(245c)는 상기 제 3 덧셈기(245b)에서 각각 출력된 신호 및 상기 제 3 덧셈기(245b)의 32번째 지연기에서 지연출력된 신호와 상기 필터 계수 발생기(244)의 대역통과 필터 계수(PB_Coef0[10:0]…PB_Coef32[10:0])를 각각 곱셈하여 그 결과신호를 출력한다.
그러면 축적부(245d)는 상기 제 3 곱셈기(245c)에서 출력된 신호를 축적한 후 그 결과신호를 출력한다.
이와 같이 상기 제 2 정합 필터(240)에서 출력되는 신호의 주파수 오프셋(ω)에 따른 임펄스 응답, 선형 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답 및 데시벨 크기 값과 주파수에 따른 주파수 응답은 도 16a 내지 도 16c 에 도시된 바와 같으며, 주파수 오프셋(ω)이 ±1000㎑일 경우의 실시예이다.
즉 도 16a 에 도시된 바와 같이, '0'주파수 오프셋(Δω)의 경우, 상기 제 2 정합 필터(240)의 주파수 응답은 고정된 대역통과 정합 필터의 주파수 응답과 동일하며, 도 16b 에 '-1000㎑'주파수 오프셋(Δω)의 경우, 상기 제 2 정합 필터(240)의 주파수 응답은 고정된 대역통과 정합 필터의 주파수 응답보다 중간주파수(5㎒)에서 주파수 오프셋만큼을 뺀 낮은 주파수(4㎒)에 중간 주파수(ωc)를 갖는 주파수 응답을 갖으며, 도 16c 에 '1000㎑'주파수 오프셋(Δω)의 경우, 상기 제 2 정합 필터(240)의 주파수 응답은 고정된 대역통과 정합 필터의 주파수 응답보다 중간주파수(5㎒)에서 주파수 오프셋만큼을 가산한 높은 주파수(6㎒)에 중간 주파수(ωc)를 갖는 주파수 응답을 갖게 된다.
이에 따라 위상 분리부(250)는 상기 제 2 정합 필터(240)의 정합 필터 출력(MF_OUT)으로부터 I신호와 Q신호를 분리하여 출력한다.
그러면 복소수 곱셈부(260)는 상기 위상 분리부(250)에서 분리된 I신호와 Q신호에 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)를 곱셈하여 그 결과신호를 출력한다.
이어 반송파 복구부(270)는 상기 복소수 곱셈부(260)에서 출력된 신호에 포함된 반송파 오프셋(Δω) 및 위상 잡음을 제거하고 대역 통과 디지털 신호를 기저대역 디지털 신호로 디지털 복조를 수행하여 그 결과신호를 출력하고, 아울러 반송파 주파수를 상기 제 2 정합 필터(240)로 피드백한다.
그러면 채널 등화부(280)는 상기 반송파 복구부(270)에서 복구된 신호에 포함된 다중경로에 의한 심볼간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거하여 그 결과신호를 출력한다.
이에 따라 채널 복호화부(290)는 상기 채널 등화부(280)에서 심볼간의 간섭이 제거된 신호에 포함된 채널상에 존재하는 연집 잡음과 산발 잡음을 제거하여 그 결과신호를 출력한다.
또한, 제 2 정합 필터(220)는 상기 반송파 복구부(270)에서 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 상기와 같은 과정을 반복수행하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 정합 필터 및 정합 필터링방법은 단일 'VSB' 지상파 디지털 수신기, 단일 'OFDM' 지상파 디지털 수신기, 단일 'QAM' 케이블 디지털 수신기, 단일 'QPSK' 위성 디지털 수신기, 단일 'QPSK' 위성 디지털 수신기 및 복합 'VSB(OFDM)/QAM' 지상파/케이블 디지털 수신기, 복합 'VSB(OFDM)/QPSK' 지상파/위성 디지털 수신기, 복합 'VSB(OFDM)/QPSK' 지상파/위성 디지털 수신기, 복합 'QAM/QPSK' 케이블/위성 디지털 수신기, 복합 'QAM/QPSK' 케이블/위성 디지털 수신기, 그리고 복합 'VSB(OFDM)/QAM/QPSK' 지상파/케이블/위성 디지털 수신기, 복합 'VSB(OFDM)/QAM/QPSK' 지상파/케이블/위성 디지털 수신기에 적용가능하며 또한 대역통과 정합 피터를 사용하는 모든 디지털 수신기에 적용가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정합 필터 및 필터링방법, 이를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치는 반송파의 주파수 오프셋에 따라 정합 필터에서 자동으로 반송파 주파수(ω)를 적응하도록 함으로써 고정된 기저 대역/대역 통과 정합 필터의 구조 특성에 의한 SNR 하락 및 회로 복잡도 증가와 같은 단점들을 보완한 최적의 수신기를 구현할 수 있는 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
Claims (17)
- 필터 계수를 갱신하기 위한 신호를 발생하는 제어신호 발생기와;상기 제어신호 발생기의 제어신호에 상응하는 정현파(cos(ω))를 발생하는 정현파 발생기와;상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 소정의 필터 계수를 선택하는 필터 계수 선택부와;상기 정현파(cos(ω))와 필터 계수를 주파수 영역에서 컨벌루션하여 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 샘플링하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 출력하는 필터 계수 발생기와;상기 필터 계수 발생기에서 발생된 필터 계수와 입력 데이터를 컨벌루션하여 주파수 오프셋(Δω)이 제거된 디지털 신호를 출력하는 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 제어신호 발생기는소정 비트를 반복적으로 카운트하여 필터 계수 선택 어드레스를 발생하는 카운터와;상기 카운터가 만기가 될 때마다 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 갱신하기 위한 제어신호를 출력하는 비교부와;상기 반송파 복구부내 제 1 덧셈기로부터 출력된 반송파 주파수(ω)를 상기 비교부에서 출력된 신호에 따라 적분하는 적분부와;상기 적분부에서 적분된 신호로부터 소정 개수의 비트를 추출하여 정현파 어드레스 신호를 출력하는 비트 추출부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터.
- 제 2 항에 있어서,상기 적분부는상기 반송파 복구부내 제 1 덧셈기로부터 출력된 반송파 주파수(ω)와 피드백되는 신호를 덧셈하는 제 2 덧셈기와;상기 비교부에서 출력된 신호에 따라 상기 제 2 덧셈기에서 출력된 신호와 리셋 신호('0')중 어느 하나를 선택하는 제 1 먹스와;상기 제 1 먹스에서 선택된 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 제 1 지연부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 필터 계수 선택부는상기 기저대역 필터 계수를 저장하는 메모리와;상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 상기 메모리에 저장된 기저대역 필터 계수중 어느 하나를 선택하는 제 2 먹스를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는정합 필터.
- 제 4 항에 있어서,상기 메모리에는 모든 디지털 복조 방식에 따른 기저대역 필터 계수가 각각 저장되는 것을 특징으로 하는 정합 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 필터 계수 발생기는상기 정현파 발생기에서 출력된 정현파 신호와 상기 필터 계수 선택부에서 출력된 필터 계수를 주파수 영역에서 컨벌루션하는 제 1 곱셈기와;상기 제 1 곱셈기에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 직렬로 출력하는 제 2 지연부와;상기 제 2 지연부에서 직렬로 소정 비트 지연된 신호 각각을 상기 정합 필터 제어신호 발생기에서 출력된 필터 계수를 갱신하기 위한 제어신호에 따라 소정 시간 지연시켜 병렬로 출력하는 제 3 지연부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 지연부는 상기 제 2 곱셈기에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 출력하는 다수개의 지연기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터.
- 기저대역 필터 계수를 기저장하는 단계와;반송파 주파수(ω)를 중심 주파수로 하는 정현파(cos(ω))를 생성하는 단계와;상기 기저대역 필터 계수와 정현파(cos(ω))를 주파수 영역에서 컨벌루션하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 생성하는 단계와;상기 필터 계수와 입력 데이터를 시간영역에서 컨벌루션하여 주파수 왜곡이 없는 데이터를 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정합 필터링방법.
- 전처리부를 구비한 다매체 디지털 방송 수신장치에 있어서,상기 전처리부의 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응시켜 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 제 1 정합 필터와;상기 제 1 정합 필터의 정합 필터 출력(MF_OUT)을 후처리하여 출력하는 후처리부와;상기 후처리부에서 후처리된 신호로부터 반송파 주파수(ω)를 복구하여 상기 제 1 정합 필터로 피드백하는 반송파 복구부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 심볼 복구부와 채널 등화부를 구비한 다매체 디지털 방송 수신장치에 있어서,상기 심볼 복구부에서 출력된 정합 필터 입력(MF_IN)을 피드백되는 반송파 주파수(ω)에 따라 자동으로 적응하여 정합 필터 출력(MF_OUT)을 출력하는 제 2 정합 필터와;상기 제 2 정합 필터의 정합 필터 출력(MF_OUT)으로부터 I신호와 Q신호를 분리하는 위상 분리부와;상기 위상 분리부에서 분리된 I신호와 Q신호에 피드백되는 COS(ω)와 SIN(ω)를 곱셈하는 복소수 곱셈부와;상기 복소수 곱셈부에서 출력된 신호에 포함된 반송파 오프셋(Δω) 및 위상 잡음을 제거하고 대역 통과 디지털 신호를 기저대역 디지털 신호로 디지털 복조를 수행하여 상기 채널 등화부로 출력하고, 상기 제 2 정합 필터로 피드백하는 반송파 복구부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 2 정합 필터는상기 반송파 복구부에서 피드백된 반송파 주파수(ω)에 따라 필터 계수를 갱신하기 위한 신호를 발생하는 제어신호 발생기와;상기 제어신호 발생기의 제어신호에 상응하는 정현파(cos(ω))를 발생하는 정현파 발생기와;상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 소정의 필터 계수를 선택하는 필터 계수 선택부와;상기 필터 계수와 정현파(cos(ω))를 주파수 영역에서 컨벌루션하여 상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 샘플링하여 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 출력하는 필터 계수 발생기와;상기 필터 계수 발생기에서 발생된 필터 계수와 입력 데이터를 컨벌루션하여 주파수 오프셋(Δω)이 제거된 디지털 신호를 출력하는 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 제어신호 발생기는소정 비트를 반복적으로 카운트하여 필터 계수 선택 어드레스를 발생하는 카운터와;상기 카운터가 만기가 될 때마다 반송파 주파수(ω)에 적응된 필터 계수를 갱신하기 위한 제어신호를 출력하는 비교부와;상기 반송파 복구부내 제 1 덧셈기로부터 출력된 반송파 주파수(ω)를 상기 비교부에서 출력된 신호에 따라 적분하는 적분부와;상기 적분부에서 적분된 신호로부터 소정 개수의 비트를 추출하여 정현파 어드레스 신호를 출력하는 비트 추출부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 적분부는상기 반송파 복구부내 제 1 덧셈기로부터 출력된 반송파 주파수(ω)와 피드백되는 신호를 덧셈하는 제 2 덧셈기와;상기 비교부에서 출력된 신호에 따라 상기 제 2 덧셈기에서 출력된 신호와 리셋 신호('0')중 어느 하나를 선택하는 제 1 먹스와;상기 제 1 먹스에서 선택된 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 제 1 지연부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 필터 계수 선택부는상기 기저대역 필터 계수를 저장하는 메모리와;상기 제어신호 발생기의 제어신호에 따라 상기 메모리에 저장된 기저대역 필터 계수중 어느 하나를 선택하는 제 2 먹스를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 메모리에는 모든 디지털 복조 방식에 따른 기저대역 필터 계수가 각각 저장되는 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 필터 계수 발생기는상기 정현파 발생기에서 출력된 정현파 신호와 상기 필터 계수 선택부에서 출력된 필터 계수를 주파수 영역에서 컨벌루션하는 제 1 곱셈기와;상기 제 1 곱셈기에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 직렬로 출력하는 제 2 지연부와;상기 제 2 지연부에서 직렬로 소정 비트 지연된 신호 각각을 상기 정합 필터 제어신호 발생기에서 출력된 필터 계수를 갱신하기 위한 제어신호에 따라 소정 시간 지연시켜 병렬로 출력하는 제 3 지연부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다매체 디지털 방송 수신장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 2 지연부는 상기 제 2 곱셈기에서 출력된 신호를 소정 비트 지연시켜 출력하는 다수개의 지연기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정합 필터를 이용한 다매체 디지털 방송 수신장치.
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