KR100407975B1 - 반송파 복구 장치 - Google Patents

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Abstract

VSB 방식의 디지털 TV 수신기의 반송파 복구 장치에 관한 것으로서, 특히 신호의 크기로부터 제 1 위상 오차 정보를 추출하고, 가드너 방식 즉,

Description

반송파 복구 장치{Apparatus for recovering carrier}
본 발명은 디지털 TV 수신기에 관한 것으로서, 특히 VSB 방식의 디지털 TV 수신기의 반송파 복구 장치에 관한 것이다.
현재 한국 및 미국의 디지털 TV(이하, DTV라 칭함.) 방송 규격으로 채택된 잔류 측파대(VSB) 방식은 기존의 아날로그 TV 방송용으로 할당된 주파수를 이용하여 방송 신호를 보내도록 되어 있다. 그러나, 기존의 아날로그 TV 방송에 주는 영향을 최소화하기 위하여 DTV 신호의 세기를 아날로그 TV 신호 세기에 비해 아주 작은 크기로 전송한다. 물론 DTV 신호 내에는 잡음의 영향을 줄이기 위하여 여러 가지 부호화 방식 및 채널 등화기 등이 사용되어 신호의 세기가 작더라도 DTV 신호의 수신에는 문제가 없도록 규격이 결정되어 있다. 그러나, 전송 채널의 상황이 아주 열악하면 신호를 제대로 수신할 수 없다. 통상 DTV 전송 방식은 방송 수신시 전송 채널상에서 발생하는 잡음을 완전히 제거하여 전혀 잡음이 없는 화면을 볼 수 있는 장점이 있는 반면, 전송 신호를 완전히 복원하지 못하면 화면을 아예 볼 수 없다는 단점이 있으므로, 수신기는 어떠한 열악한 전송 채널을 통과한 신호라 하더라도 모두 수신할 수 있도록 하여야 한다.
한편, 그랜드 얼라이언스(GA)에서 제안한 VSB 전송 방식은 다른 DTV 전송 방식에 비해 가장 주목할 만한 특성은 파일롯 신호, 데이터 세그먼트 동기 신호, 그리고 필드 동기 신호라고 볼 수 있다. 이러한 신호들은 반송파 복구와 타이밍 복구등의 특성을 향상시키기 위해 송신부에서 삽입하여 전송한다.
현재 반송파 복구부의 가장 일반적인 알고리즘으로는 도 1과 같이 FPLL(Frequency Phase Locked Loop)이라는 것을 사용하는데, 그 회로의 구현이 간단하며 성능이 우수하여 많이 사용하고 있다. 즉, FPLL로 구성된 반송파 복구부는 상기 A/D 변환기에서 출력되는 통과 대역의 I,Q 신호를 기저대역의 I,Q 신호로 복조하여 주파수와 위상을 록킹한다. 이를 위해 상기 FPLL은 수신 신호의 반송파 성분과 수신기 자체의 기준 반송파 성분의 주파수 차이를 제거하는 FLL(Frequency Locked Loop) 과정과 주파수 차이가 제거된 상기 두 개의 반송파 신호 사이의 위상 오차를 제거하는 PLL(Phase Locked Loop) 과정을 동시에 수행한다.
도 1에서 보면, A/D 변환기에서 디지털화된 통과대역의 I,Q 신호는 믹서(101)로 입력된다.
상기 믹서(101)는 반송파 복구가 이루어진 복소 반송파 즉, 정현파(SIN)와 여현파(COS)를 NCO(Numerically Controlled Oscillator)(108)를 통해 입력받은 후 상기 A/D 변환기를 통해 출력되는 통과대역의 I, Q 신호와 각각 곱하여 통과 대역의 I,Q 신호를 기저대역의 I,Q 신호로 천이시킨다. 이때, 통과대역 신호 내에 존재하는 반송파 신호 성분과 NCO(108) 내에 존재하는 기준 반송파 신호의 주파수와 위상이 일치하면 정확하게 원하는 기저대역 신호로 천이된다. 하지만 실제 상황에서는 발진기의 자연적인 특성때문과 전송 선로의 특성의 영향으로 서로 비슷한 주파수 및 위상 성분을 가지고 있을 뿐 두 개의 반송파 신호의 주파수 및 위상이 정확하게 일치되지는 않는다. 따라서, 반송파 복구부에서는 서로 불일치되는 주파수와 위상 성분을 보정하여 NCO(108)의 주파수를 바꾸어서 일치가 되도록 해준다.
이를 위해 상기 기저대역의 I,Q 신호는 디지털 처리부로 출력됨과 동시에 반송파 복구를 위해 기저대역의 I 신호는 제 1 저역 통과 필터(102)로 출력되고, 기저대역의 Q 신호는 제 2 저역 통과 필터(103)로 출력된다.
이때, 반송파를 복구하는 반송파 복구부에서는 6MHz의 대역폭 중 파일롯 주파수가 존재하는 주파수 주변의 신호만을 필요로 한다. 따라서, 상기 제 1, 제 2 저역 통과 필터(102,103)는 데이터 성분들이 존재하는 나머지 주파수 성분을 I, Q 신호로부터 제거하여 데이터에 의하여 반송파 복구부의 성능이 저하되는 것을 방지한다.
즉, 기저대역의 I,Q 신호에서 파일롯 신호는 DC 성분으로 변하게 된다. 엄밀하게는, DC 성분 주변의 주파수 성분으로 변한다. 이는 입력되는 신호의 반송파 주파수 성분과 NCO(108)에서 생성된 반송파 주파수 성분의 차이에 의하여 발생된다. 따라서, DC 주변의 성분만 있으면 반송파 복구는 가능하므로, DC 성분 주변의 신호를 제외한 나머지 데이터 성분을 제 1, 제 2 저역 통과 필터(102,103)에서 제거한다.
상기 제 1 저역 통과 필터(102)의 출력은 지연기(104)로 입력된다. 상기 지연기(104)는 데이터 성분이 제거된 I 신호를 일정시간 지연시켜 부호 추출기(105)로 출력한다. 이때, 상기 제 1 저역 통과 필터(102)에서 출력되는 파일롯 성분의 I 신호가 지연기(104)를 통과하면서 정확히 DC 성분으로 파일롯이 변하지 않으면 그만큼에 해당하는 위상 오차가 발생한 것이다.
따라서, 상기 지연기(104)는 입력되는 통과대역 신호의 파일롯 주파수 성분과 NCO(108)의 반송파 주파수 성분의 차이를 위상 오차의 형태로 변환시켜 부호 추출기(105)로 출력한다. 만일, 두 개의 반송파 신호의 주파수 차이가 없다면 지연기(104)의 출력에서는 위상 오차의 성분도 없다.
상기 부호 추출기(105)는 상기 지연기(104)에서 출력되는 신호의 부호만을 추출하여 곱셈기(106)로 출력한다. 상기 곱셈기(106)는 상기 I 신호의 부호와 데이터 성분이 제거된 Q 신호와 곱한 후 위상 오차로서 루프 필터(107)로 출력한다. 상기 루프 필터(107)는 입력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 NCO(108)로 출력하고, 상기 NCO(108)는 상기 루프 필터(107)의 출력에 비례하는 새로운 반송파 주파수 및 위상을 생성해 내어 상기 믹서(101)로 출력한다. 상기 주파수 및 위상은 이전에 비해 좀 더 입력되는 신호의 반송파 주파수 및 위상 성분에 가까운 신호가 된다. 이러한 과정을 반복하면 입력되는 신호의 반송파 주파수 및 위상 성분과 거의 비슷한 반송파 주파수 및 위상 신호가 NCO(108)에서 발생되어 믹서(101)로 출력되고, 믹서(101)는 통과대역의 신호를 원하는 기저대역의 신호로 천이시킨다.
이와 같이 도 1의 FPLL로 구성된 반송파 복구부는 전송 채널 상의 심한 잡음이 존재하더라도 두 개의 반송파 신호 성분의 불일치를 보정하는 FLL 과정을 잘 수행되며 수신기의 동작 중에 발생하는 약간의 주파수 불일치는 PLL 과정에서 제거할 수 있다.
그러나, PLL 과정은 전술한 바와 같이 수신기 동작 중의 약간의 주파수 불일치를 제거하여야 하며, 또한 원래의 목적인 두 개의 반송파 신호의 위상 차에 대한 보정을 하여야 한다.
또한, 수신기의 동작 중에도 계속적으로 위상 차가 발생되므로 수신기의 동작 중에는 계속하여 위상 오차를 보정하는 PLL 과정을 수행하여야 한다.
도 1에서 보듯이 반송파 신호의 주파수 차이를 제거하기 위한 지연기(104)는 출력단에서 부호만을 추출하고, FLL 과정이 완료되면 더 이상 부호의 변화가 없다. 따라서, PLL 과정에서는 기저대역의 I 신호는 거의 영향을 미치지 않고 Q 신호만이 PLL 과정에 영향을 미친다.
이때, 데이터 성분이 제거된 기저대역의 Q 신호는 위상 차가 없다면 크기가 '0'이어야 한다. 그러나, 완전히 위상차가 없는 수신기는 존재하지 않으므로 계속해서 위상 보정을 해야하는데 이때, Q 신호의 크기를 0으로 만들기 위하여 NCO(108)의 위상을 조정한다.
그러나, Q 신호의 크기를 0으로 만드는 것은 수신된 신호에 잡음이 없는 경우에는 가능하고, 실제 상황에서는 여러 가지 잡음의 영향이 존재하므로 평균적으로 0에 가깝게 되도록 조정한다. 이에 따른 평균화의 역할은 도 1의 루프 필터(107)에서 수행한다. 상기 루프 필터(107)의 입력은 현재의 Q 신호의 DC 성분이다.
만일 반송파의 크기가 잡음들의 크기보다 월등히 크다면 Q 신호의 DC 성분의 평균을 0으로 만들고 난 후의 편차가 작을 것이지만, 잡음의 크기와 비슷하거나 오히려 작다면 평균은 0이지만 이 신호의 편차는 잡음의 영향으로 인하여 상당히 클것이다.
이때, 도 1의 NCO(108)의 입력은 FPLL의 정상적인 수렴후에는 NCO 입력 신호의 떨림이 작아야 수신기의 성능이 극대화될 수 있는데, 편차가 크면 NCO 입력 신호의 떨림 즉, 잔류 지터가 많아져 수신기의 성능 저하를 가져오는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가드너 방식을 반송파 복구에 이용함으로써, FPLL의 수렴 후 PLL의 잔류 지터를 최소화하는 반송파 복구 장치를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 반송파 복구 장치의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 반송파 복구 장치의 구성 블록도
도 3a는 도 2의 제 1 믹서의 입력단의 통과 대역 디지털 신호의 주파수 특성을 보인 도면
도 3b는 도 2의 제 1 믹서의 출력단의 I 신호의 주파수 특성을 보인 도면
도 3c는 도 2의 제 1 믹서의 출력단의 Q 신호의 주파수 특성을 보인 도면
도 4는 도 2의 제 2 믹서의 출력단의 통과대역 디지털 신호의 주파수 특성을 보인 도면
도 5는 도 2의 제 2 위상 오차 검출부의 상세 블록도
도 6a는 FPLL에서의 PLL 과정의 위상 오차에 대한 S-커브 특성을 보인 도면
도 6b는 가드너 방식의 위상 오차에 대한 S-커브 특성을 보인 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
201 : 제 1 믹서 202,203 : 제 1, 제 2 저역 통과 필터
204 : 지연기 205 : 부호 추출기
206 : 곱셈기 207 : 루프 필터
208,210 : 제 1, 제 2 NCO 209 : 제 2 믹서
211 : 제 2 위상 오차 검출부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반송파 복구 장치는, 통과 대역 I,Q 신호와 제 1 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 기저대역 I,Q 신호로 변환하는 제 1 믹서; 상기 기저대역의 I,Q 신호 중에서 파일롯 성분의 I,Q 신호만을 필터링을 통해 출력하는 필터; 상기 필터를 통해 출력되는 파일롯 성분의 I 신호를 일정시간 지연시킨 후 부호를 추출하여 상기 파일롯 성분의 Q 신호와 곱하여 제 1 위상 오차 정보를 생성하는 제 1 위상 오차 검출부; 상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 2 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과 대역과 다른 통과 대역의 I,Q 신호로 변환하는 제 2 믹서; 상기 제 2 믹서에서 출력되는 두 샘플간의 차 값에 하나의 중간 샘플을 곱하여 제 2 위상 오차 정보를 생성하는 제 2 위상 오차 검출부; 상기 제 1, 제 2 위상 오차 검출부에서 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산한 후 주파수 및 위상 오차에 대한 정보를 생성하는 루프 필터; 그리고상기 루프 필터의 출력에 비례하는 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하여 상기 제 1, 제 2 믹서로 각각 출력하는 발진기를 포함하여 구성되며, 상기 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하기 위한 발진기의 중심 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 믹서는 상기 통과 대역 I,Q 신호에 제 2 복소 반송파를 곱하여 fs/4(여기서, fs는 샘플링 주파수)의 주파수 위치에 파일롯 성분이 존재하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 위상 오차 검출부는 상기 제 2 믹서에서 출력되는 심볼 샘플을 1 심볼만큼 지연시키는 제 1 지연기와, 상기 제 1 지연기의 출력을 다시 1 심볼만큼 지연시키는 제 2 지연기와, 상기 제 2 믹서에서 출력되는 심볼 샘플과 상기 제 2 지연기에서 출력되는 심볼 샘플과의 차를 출력하는 감산기와, 상기 제 1 지연기의 출력과 상기 감산기의 출력을 곱하여 제 2 위상 오차 정보로서 출력하는 곱셈기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 믹서와 제 1 지연기 사이에는 제 2 믹서에서 출력되는 신호의 파일롯 성분만을 필터링에 의해 추출하여 제 1 지연기로 출력하는 전치 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반송파 복구 장치는, 상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 1 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 기저대역 I,Q 신호로 변환하는 제 1 믹서; 상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 2 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과 대역과 다른 통과 대역의 I,Q 신호로 변환하는 제 2 믹서; 상기 제 2 믹서에서 출력되는 두 샘플간의 차 값에 하나의 중간 샘플을 곱하여 위상 오차 정보를 생성하는위상 오차 검출부; 상기 위상 오차 검출부에서 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산한 후 주파수 및 위상 오차에 대한 정보를 생성하는 루프 필터; 그리고 상기 루프 필터의 출력에 비례하는 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하여 상기 제 1, 제 2 믹서로 각각 출력하는 발진기를 포함하여 구성되며, 상기 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하기 위한 발진기의 중심 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 반송파 복구 장치의 구성 블록도로서, A/D 변환기를 통해 출력되는 통과대역의 I, Q 신호에 반송파 복구가 이루어진 복소 반송파(C0S,SIN)를 곱하여 기저대역의 I,Q 신호로 천이시키는 제 1 믹서(201), 상기 기저대역의 I 신호로부터 DC 성분만을 추출하는 제 1 저역 통과 필터(202), 상기 기저대역의 Q 신호로부터 DC 성분만을 추출하는 제 2 저역 통과 필터(203), 상기 제 1 저역 통과 필터(202)의 출력을 일정시간 지연시키는 지연기(204), 상기 지연기(204)의 출력으로부터 부호를 추출하는 부호 추출기(205), 상기 제 2 저역 통과 필터(203)의 출력과 상기 부호 추출기(205)의 출력을 곱하여 위상 오차로서 출력하는 곱셈기(206), 상기 A/D 변환기를 통해 출력되는 통과대역 I,Q 신호를 다른통과대역의 I,Q 신호로 변환하는 제 2 믹서(209), 상기 제 2 믹서(209)의 출력에 대해 가드너 방식을 적용하여 위상 오차 성분을 검출하는 제 2 위상 오차 검출부(211), 상기 곱셈기(206)의 출력과 상기 제 2 위상 오차 검출부(211)의 출력으로부터 새로운 주파수 및 위상 오차에 대한 정보를 생성하는 루프 필터(207), 중심 주파수가 다르게 설정되어 있으며 상기 루프 필터(207)의 출력에 비례하는 반송파를 생성하는 제 1, 제 2 NCO(208,210)로 구성된다. 여기서, 상기 제 1 NCO(208)의 출력은 제 1 믹서(201)로 입력되고, 제 2 NCO(210)의 출력은 제 2 믹서(209)로 입력된다.
이와 같이 구성된 본 발명에서 A/D 변환기는 디지털화된 통과대역의 I,Q 신호는 제 1 믹서(201)로 출력한다.
상기 제 1 믹서(201)는 반송파 복구가 이루어진 복소 반송파 즉, 정현파(SIN)와 여현파(COS)를 NCO(Numerically Controlled Oscillator)(208)를 통해 입력받은 후 상기 A/D 변환기를 통해 출력되는 통과대역의 I, Q 신호와 각각 곱하여 통과 대역의 I,Q 신호를 기저대역의 I,Q 신호로 천이시킨다.
도 3a는 제 1 믹서(201)의 입력 신호에 대한 주파수 특성을 보여주고 있다. 즉, 도 4a는 VSB의 통과 대역 신호의 주파수 특성이다. 그리고, 도 3b는 상기 제 1 믹서(201)에서 출력되는 I 신호의 주파수 특성이고, 도 3c는 상기 제 1 믹서(201)에서 출력되는 Q 신호의 주파수 특성이다. 도 3a의 경우 fP는 파일롯 주파수 즉, 반송파 주파수이고, 이 주파수가 제 1 믹서(201)를 통과하면 fP는 도 4b, 도 4c와 같이 DC 즉, 주파수가 0인 위치의 I, Q 신호로 변환된다.
이때, 기저대역의 I,Q 신호 중 DC 성분만 추출하기 위하여 상기 제 1 믹서(201)에서 출력되는 I 신호는 제 1 저역 통과 필터(202)로 출력되고, Q 신호는 제 2 저역 통과 필터(203)로 출력된다.
상기 제 1, 제 2 저역 통과 필터(202,203)는 일 실시예로 IIR(Infinite Impulse Response) 필터로 구성할 수 있으며, 도 3b, 도 3c에서 점선으로 표시되어 있다.
반송파를 복구하는 반송파 복구부에서는 6MHz의 대역폭 중 파일롯 주파수가 존재하는 주파수 주변의 신호만을 필요로 한다. 따라서, 상기 제 1, 제 2 저역 통과 필터(202,203)는 데이터 성분들이 존재하는 나머지 주파수 성분을 I, Q 신호로부터 제거하여 데이터에 의하여 반송파 복구부의 성능이 저하되는 것을 방지한다.
즉, 기저대역의 I,Q 신호에서 파일롯 신호는 상기 제 1, 제 2 저역 통과 필터(202,203)를 거치게 되면 DC 성분으로 변하게 된다. 엄밀하게는, DC 성분 주변의 주파수 성분으로 변한다. 이는 입력되는 신호의 반송파 주파수 성분과 NCO(208)에서 생성된 반송파 주파수 성분의 차이에 의하여 발생된다. 따라서, DC 주변의 성분만 있으면 반송파 복구는 가능하므로, DC 성분 주변의 신호를 제외한 나머지 데이터 성분을 제 1, 제 2 저역 통과 필터(202,203)에서 제거한다.
상기 제 1 저역 통과 필터(202)의 출력은 지연기(204)로 입력된다. 이는 두 개의 반송파 주파수 오차를 위상 오차의 형태로 변환하여 FLL 과정을 수행할 수 있도록 하기 위해서이다.
상기 지연기(204)는 데이터 성분이 제거된 I 신호를 일정시간 지연시켜 부호 추출기(205)로 출력한다. 이때, 상기 제 1 저역 통과 필터(202)에서 출력되는 파일롯 성분의 I 신호가 지연기(204)를 통과하면서 정확히 DC 성분으로 파일롯이 변하지 않으면 그 만큼에 해당하는 위상 오차가 발생한 것이다.
따라서, 상기 지연기(204)는 입력되는 통과대역 신호의 파일롯 주파수 성분과 NCO(208)의 반송파 주파수 성분의 차이를 위상 오차의 형태로 변환시켜 부호 추출기(205)로 출력한다. 만일, 두 개의 반송파 신호의 주파수 차이가 없다면 지연기(204)의 출력에서는 위상 오차의 성분도 없다.
상기 부호 추출기(205)는 상기 지연기(204)에서 출력되는 신호의 부호만을 추출하여 곱셈기(206)로 출력한다. 상기 곱셈기(206)는 상기 I 신호의 부호와 데이터 성분이 제거된 Q 신호와 곱한 후 위상 오차로서 루프 필터(207)로 출력한다.
한편, 상기 A/D 변환기의 출력은 상기 제 1 믹서(201)의 다른 특성을 갖는 제 2 믹서(209)로 출력된다. 상기 제 2 믹서(209)는 입력되는 통과대역 I,Q 신호를 다른 통과 대역의 I,Q 신호로 변환한다. 다시 말하면, 도 3a와 같은 주파수 특성을 갖는 통과 대역의 디지털 신호를 도 4와 같은 주파수 특성을 갖는 또 다른 통과 대역 디지털 신호로 변환한다. 이는 가드너 방식을 반송파 복구부에 적용할 수 있도록 하기 위해서이다.
도 4를 보면,는 A/D 변환기에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 사용하는 샘플링 주파수(fs)의 1/4의 주파수를 의미한다.
상기 제 2 믹서(209)의 출력은 제 2 위상 오차 검출부(211)로 출력된다.
상기 제 2 위상 오차 검출부(211)는 도 5와 같은 가드너 방식으로 위상 오차를 검출하여 루프 필터(207)로 출력한다.
도 5를 보면, 상기 제 2 믹서(209)의 출력 샘플을 일정시간 지연시키는 제 1 지연기(502), 상기 제 1 지연기(502)의 출력을 다시 일정시간 지연시키는 제 2 지연기(503), 상기 제 2 지연기(503)의 출력과 상기 제 2 믹서(209)의 출력과의 차를 구하는 감산기(504), 및 상기 감산기(504)의 출력과 상기 제 1 지연기(502)의 출력을 곱하는 곱셈기(505)로 구성된다. 이때, 상기 위상 오차 검출부(211)는 도 5와 같이 상기 제 2 믹서(209)와 제 1 지연기(502) 사이에 반송파 성분만을 추출하는 전치 필터(501)를 추가할 수도 있고 제거할 수도 있으며, 이는 설계자에 의해 달라진다.
상기 전치 필터(501)가 사용된 경우를 예로 들어 설명하면, 상기 제 2 믹서(209)에서 출력되는 통과 대역 신호는 전치 필터(501)로 출력되고, 상기 전치 필터(501)는 상기 제 2 믹서(209)의 출력으로부터 반송파 성분의 주파수만을 추출하여 제 1 지연기(502)로 출력한다.
상기 전치 필터(501)의 주파수 특성은 도 4에 점선으로 표시된 것과 같은 특성을 가진다. 즉, 상기 제 2 믹서(209)의 출력이 전치 필터(501)를 거치면, 대부분의 데이터 성분은 제거되고 반송파에 대한 주파수 성분만이 남아있게 된다.
상기 제 1 지연기(502)는 상기 전치 필터(501)의 출력을 일정시간 지연시켜 제 2 지연기(503)로 출력하고, 상기 제 2 지연기(503)는 상기 제 1 지연기(5020의출력을 다시 일정시간 지연시켜 감산기(504)로 출력한다. 상기 감산기(504)는 상기 전치 필터(501)의 출력과 제 2 지연기(503)의 출력과의 차를 구하여 곱셈기(505)로 출력하고, 상기 곱셈기(505)는 상기 제 1 지연기(502)의 출력과 상기 제 감산기(504)의 출력을 곱하여 제 2 위상 오차(Pe)로서 출력한다.
상기 제 2 위상 오차를 식으로 표현하면 하기의 수학식 1과 같다.
Pe(t) = d(t-1) * {d(t)-d(t-2)}
여기서, Pe(t)는 시간이 t인 시점에서의 제 2 위상 오차이고, d(t)는 시간이 t인 시점에서의 전치 필터(501)의 출력이며, d(t-1)와 d(t-2)는 각각 d(t)보다 시간적으로 1샘플과 2샘플 이전의 전치 필터(501)의 출력이다.
상기 루프 필터(207)에서는 상기 곱셈기(206)에서 출력되는 위상 오차와 상기 제 2 위상 오차 검출부(211)에서 출력되는 위상 오차 성분으로부터 새로운 주파수 및 위상 오차에 대한 정보를 생성하여 제 1, 제 2 NCO(208,210)로 출력한다. 이때, 상기 제 1, 제 2 NCO(208,210)의 중심 주파수는 상기 제 1, 제 2 믹서(201,209)에서 원하는 출력을 얻도록 하기 위하여 서로 다르게 설정되어 있다.
즉, 상기 곱셈기(207)에서 출력되는 위상 오차는 입력되는 기저대역 Q 신호의 DC 성분을 0으로 만들기 위한 위상 오차이고, 상기 제 2 위상 오차 검출부(211)에서 검출하는 위상 오차는 상기 제 2 믹서(209)의 출력에 존재하는 반송파 주파수 즉, 파일롯 성분이 정확하게인 위치에 존재하도록 하기 위한 위상 오차이다.
또한, 상기 도 5의 가드너 방식은 신호의 크기로부터 위상 오차의 정보를 추출하는 것이 아니라,에 존재하는 반송파 신호가 0과 만나는 위치로부터 위상 오차를 추출한다.
통상, 신호의 크기로부터 위상 오차 정보를 FPLL 방식은 반송파 신호의 크기가 작은 경우는 가우시안 잡음 및 입력 신호의 이득의 변화등의 영향을 많이 받는다. 그러나, 반송파 신호가 0과 만나는 위치(제로 크로싱)로부터 위상 오차 정보를 추출하는 가드너 방식의 위상 오차는 가우시안 잡음 특히, 입력 신호의 이득의 변화에 대한 영향을 거의 없다.
따라서, 수신기의 동작 중 전송 채널에 심각한 왜곡이 존재하거나, 순간적인 채널의 열화가 발생한 경우 가드너 방식에서 추출된 위상 오차 정보가 FPLL에서 추출된 위상 오차 정보보다는 정확하다. 그러므로, 반송파 복구시 초기 수신되는 신호와 수신기 내의 기준 반송파 사이의 주파수 차이를 보정하는 FLL 과정에서는 FPLL에서 추출되는 위상 오차 정보를 이용하고, 두 반송파의 위상 차를 보정하는 PLL 과정에서는 가드너 방식으로 추출된 위상 오차 정보를 이용하면 수신기가 더욱 안정된 특성을 가질 수 있다.
또한, 두 반송파 사이의 주파수 차이에 대한 보정도 가드너 방식으로 추출된 위상 오차 정보로부터 보정이 가능하다.
도 6은 상기 두 개의 위상 오차 정보에 대한 S-커브 특성을 보여주는 그래프로서, 도 6a는 FPLL에서 추출되는 PLL에 해당하는 위상 오차 정보에 대한 S-커브특성을 보여준다. FPLL은 특성상 수렴 위치가 위상이 0°일때와 180°에서 수렴하는 바이위상 안정(Biphase stable) 특성을 가지고 있어서 PLL은 -90°∼90°사이의 위상 오차 정보를 얻을 수 있다. 도 6b는 가드너 방식으로 추출한 위상 오차 정보에 대한 S-커브 특성을 나타낸 것으로서, 가드너 방식의 위상 정보 또한 -90°∼90°사이의 위상 오차 정보를 얻을 수 있기 때문에 FPLL과 같은 위상차 정도의 반송파 복구가 가능하다.
본 발명은 VSB 방식뿐만 아니라 QAM 방식의 수신기에도 적용 가능하다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 반송파 복구 장치에 의하면, 신호의 크기로부터 위상 오차 정보를 추출하고, 가드너 방식 즉,에 존재하는 반송파 신호가 0과 만나는 위치로부터 위상 오차 정보를 추출하여 반송파 복구에 이용함으로써, FPLL의 수렴 후 PLL의 잔류 지터 특성을 최소화할 수 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 (8)

  1. 디지털화된 특정 채널의 통과 대역 신호를 반송파 복구를 통해 기저대역 신호로 변환하는 반송파 복구 장치에 있어서,
    상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 1 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 기저대역 I,Q 신호로 변환하는 제 1 믹서;
    상기 기저대역의 I,Q 신호 중에서 파일롯 성분의 I,Q 신호만을 필터링을 통해 출력하는 필터;
    상기 필터를 통해 출력되는 파일롯 성분의 I 신호를 일정시간 지연시킨 후 부호를 추출하여 상기 파일롯 성분의 Q 신호와 곱하여 제 1 위상 오차 정보를 생성하는 제 1 위상 오차 검출부;
    상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 2 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과 대역과 다른 통과 대역의 I,Q 신호로 변환하는 제 2 믹서;
    상기 제 2 믹서에서 출력되는 두 샘플간의 차 값에 하나의 중간 샘플을 곱하여 제 2 위상 오차 정보를 생성하는 제 2 위상 오차 검출부;
    상기 제 1, 제 2 위상 오차 검출부에서 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산한 후 주파수 및 위상 오차에 대한 정보를 생성하는 루프 필터; 그리고
    상기 루프 필터의 출력에 비례하는 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하여 상기 제 1, 제 2 믹서로 각각 출력하는 발진기를 포함하여 구성되며,
    상기 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하기 위한 발진기의 중심 주파수는 서로다른 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 믹서는
    상기 통과 대역 I,Q 신호에 제 2 복소 반송파를 곱하여 fs/4(여기서, fs는 샘플링 주파수)의 주파수 위치에 파일롯 성분이 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 위상 오차 검출부는
    상기 제 2 믹서에서 출력되는 심볼 샘플을 1 심볼만큼 지연시키는 제 1 지연기와,
    상기 제 1 지연기의 출력을 다시 1 심볼만큼 지연시키는 제 2 지연기와,
    상기 제 2 믹서에서 출력되는 심볼 샘플과 상기 제 2 지연기에서 출력되는 심볼 샘플과의 차를 출력하는 감산기와,
    상기 제 1 지연기의 출력과 상기 감산기의 출력을 곱하여 제 2 위상 오차 정보로서 출력하는 곱셈기로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는
    상기 통과 대역 I,Q 신호의 파일롯 성분만을 필터링에 의해 추출하는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  5. 디지털화된 특정 채널의 통과 대역 신호를 반송파 복구를 통해 기저대역 신호로 변환하는 반송파 복구 장치에 있어서,
    상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 1 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 기저대역 I,Q 신호로 변환하는 제 1 믹서;
    상기 통과 대역 I,Q 신호와 제 2 복소 반송파를 각각 곱하여 상기 통과 대역과 다른 통과 대역의 I,Q 신호로 변환하는 제 2 믹서;
    상기 제 2 믹서에서 출력되는 두 샘플간의 차 값에 하나의 중간 샘플을 곱하여 위상 오차 정보를 생성하는 위상 오차 검출부;
    상기 위상 오차 검출부에서 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산한 후 주파수 및 위상 오차에 대한 정보를 생성하는 루프 필터; 그리고
    상기 루프 필터의 출력에 비례하는 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하여 상기 제 1, 제 2 믹서로 각각 출력하는 발진기를 포함하여 구성되며,
    상기 제 1, 제 2 복소 반송파를 생성하기 위한 발진기의 중심 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 믹서는
    상기 통과 대역 I,Q 신호에 제 2 복소 반송파를 곱하여 fs/4(여기서, fs는 샘플링 주파수)의 주파수 위치에 파일롯 성분이 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 위상 오차 검출부는
    상기 제 2 믹서에서 출력되는 심볼 샘플을 1 심볼만큼 지연시키는 제 1 지연기와,
    상기 제 1 지연기의 출력을 다시 1 심볼만큼 지연시키는 제 2 지연기와,
    상기 제 2 믹서에서 출력되는 심볼 샘플과 상기 제 2 지연기에서 출력되는 심볼 샘플과의 차를 출력하는 감산기와,
    상기 제 1 지연기의 출력과 상기 감산기의 출력을 곱하여 제 2 위상 오차 정보로서 출력하는 곱셈기로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 믹서와 제 1 지연기 사이에는 제 2 믹서에서 출력되는 신호의 파일롯 성분만을 필터링에 의해 추출하여 제 1 지연기로 출력하는 전치 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
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