KR0151454B1 - 지에이 전송시스템 위상추적기의 에러결정방법 및 장치 - Google Patents

지에이 전송시스템 위상추적기의 에러결정방법 및 장치

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KR0151454B1 KR1019940031483A KR19940031483A KR0151454B1 KR 0151454 B1 KR0151454 B1 KR 0151454B1 KR 1019940031483 A KR1019940031483 A KR 1019940031483A KR 19940031483 A KR19940031483 A KR 19940031483A KR 0151454 B1 KR0151454 B1 KR 0151454B1
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Abstract

본 발명에 의한 에러결정방법 및 장치에서는 위상추적기에 있어서 위상에러(θ[n])의 값이 충분히 작은 경우, 위상에러(θ[n])인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분으로부터 복조신호의 쿼드러쳐 성분과 실제 저역통과 VSB(Vestigial Sideband) 신호의 인-페이즈 성분을 구하고, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분으로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분을 구한 후, 상기 복조신호의 쿼드러쳐 성분의 크기에 따라서 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분과 쿼드러쳐 성분의 부호를 결정하고, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 부호가 결정된 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러 θ[n]의 값을 구할 수 있다.

Description

지에이 전송시스템 위상추적기의 에러결정방법 및 장치
제1도는 일반적인 지에이(GA) 전송시스템의 수신기를 나타낸 블럭도.
제2도는 제1도에 도시된 위상추적기의 상세블럭도.
제3도는 위상추적기에 있어서 본 발명에 따른 에러결정방법을 설명하기 위한 플로우차트.
제4도는 위상추적기에 있어서 본 발명에 따른 에러결정장치를을 나타낸 블럭도.
제5도는 위상추적기에 있어서 본 발명에 따른 에러결정방법 및 장치에 의해 위상에러를 추정한 결과를 나타낸 그래프.
＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : IF필터 및 동기 검출기 12 : 동기 및 타이밍 발생기
13 : NTSC 리젝션 필터기 14 : 등화기
15 : 위상 추적기 16 : 트렐리스 디코더
17 : 데이터 디인터리버 18 : 리드 - 솔로몬 디코더
22 : 디지탈 필터 23 : 지연기
24 : 복소 승산기 25 : 위상 에러 검출기
26 : 누적기 27 : 사인 및 코사인 테이블
28 : 누적 리미터 41 : 슬라이서
42 : 제 1 평가기 43 : 제 2 평가기
44 : 산출기
본 발명은 위상추적기(phase tracker)에 관한 것으로, 특히 고화질 텔레비젼(High Definition Television:HDTV) 지에이(GA) 전송시스템 위상추적기(Phase Tracker)의 에러결정(Error Decision) 방법 및 장치에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 HDTV GA 전송시스템에 있어서 수신기의 블럭도로서, 채널을 통과하면서 발생한 신호의 주파수 에러와 위상 에러는 FPLL(Frequency Phase Locked Loop)에서 일차적으로 고정된다. 그리고, 위상추적기(15)는 FPLL에서 고정하지 못한 위상과 국부발진기(Local Oscillator)의 부정확성에 의한 위상 에러를 제거한다.
제2도는 제1도에 도시된 위상추적기(15)의 상세 블럭도로서, 심볼시간 단위로 표본화된 I채널의 심볼들은 등화기 (제1도의 I4)를 통과한 다음 위상추적기(15)로 입력된다. 최초에 입력된 I채널 심볼은 먼저 곱셈기(21)에서 누적 미리터(28)의 출력 신호와 곱해져 그 크기가 뒷단의 입력범위에 들어가도록 조절된다. 이 심볼은 힐버트 변환기(Hilbert Transformer)의 특성과 유사한 디지털 필터(22)를 통과하여 I 채널의 신호에 대응되는 Q 채널의 신호(Q')를 복원한다. 지연기(23)는 디지털 필터(22)에서의 필터링에 소요되는 시간만큼 지연된 I 채널의 신호(I')를 출력한다.
복소 승산기(24)는 지연기(23)와 디지털 필터(22)에서 각각 출력되는 I', Q' 성분을 입력하고 사인/코사인 테이블(27)에서 출력되는 사인 혹은 코사인 함수를 곱하여 복소수 형태의 I, Q 성분을 출력한다.
위상에러 검출기(25)는 복소 승산기(24)에서 출력되는 I, Q 성분을 입력하여 이득에러와 위상에러를 결정하고, 이득에러는 누적 리미터(28)로, 위상에러는 누적기(26)로 각각 출력한다.
누적기(26)는 위상에러 검출기(25)에서 출력되는 위상 에러를 누적하여 사인/코사인 테이블(27)로부터 누적값에 해당하는 사인 혹은 코사인 함수를 선택하여 복소 승산기(24)로 인가한다.
그러나, HDTV GA 전송시스템에서는 위상추적기에 있어서 에러를 검출하는 방법을 제시하고 있지 않으므로 GA 전송시스템에서 제안하는 사양에 맞는 에러결정 알고리즘의 필요성이 대두되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 HDTV GA 전송시스템에 적용되는 위상추적기에 있어서 위상에러 검출을 위한 에러를 결정하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 위상추적기에 있어서 상기 에러결정방법을 실현하는데 가장 적합한 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 위상추적기에 있어서 본 발명에 의한 에러결정방법은 위상에러 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분으로부터 복조신호의 쿼드러쳐 성분을 구하는 한편, 슬라이싱하여 실제 저역통과 VSB(Vestigial Sideband) 신호의 쿼드러쳐 성분의 추정치를 구하는 제 1 단계, 상기 제 1 단계에서 구한 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치로부터 실제 저역통과 VSB의 인-페이즈 성분 추정치를 구하는 제 2 단계, 상기 제 1 단계에서 구한 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 큰 값인가를 판단하는 제 3 단계, 상기 제 3 단계에서 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 단계에서 구한 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치의 부호를 그대로 두고, 상기 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 단계에서 구한 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치의 부호를 반대로 하는 제 4 단계, 및 상기 제 4 단계에서 부호가 결정된 실제 저역통과 VSB의 인-페이즈 성분 추정치와, 상기 제1단계에서 정해진 실제 저역통과 VSB의 쿼드러쳐 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러 θ[n]의 값을 구하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 위상추적기에 있어서 본 발명에 의한 에러결정장치는 위상에러 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분을 슬라이싱하기 위한 슬라이서, 상기 슬라이서로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분의 추정치를 구하기 위한 제 1 평가기, 상기 제 1 평가기에서 출력되는 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치를 구하기 위한 제 2 평가기, 및 상기 제 1 및 제2평가기에서 출력되는 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 및 인-페이즈 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러 θ[n]를 구하기 위한 산출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제3도는 위상추적기에 있어서 본 발명에 따른 에러결정 방법을 설명하기위한 플로우챠트로서, 제 310 단계는 위상에러 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분으로부터 복조신호의 쿼드러쳐 성분 및 실제 저역통과 VSB(Vestigial Sideband) 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치를 구하는 단계이고, 제 320 단계는 제 310 단계에서 구한 보조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분의 추정치를 구하는 단계이고, 제 330 단계는 제 310 단계에서 구한 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 큰 값인지를 판단하는 단계이고, 제 340, 350 단계는 제 330 단계에서 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 크다고 판단되면, 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치의 부호를 그대로 두고, 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 작다고 판단되면, 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치의 부호를 반대로 하는 단계이고, 제 360 단계는 제 340, 350 단계에서 부호가 결정된 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치와, 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러 θ[n]의 값을 구하는 단계이다.
제4도는 위상추적기에 있어서 본 발명에 따른 에러 결정 장치를 나타낸 블럭도로서, 위상에러 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분을 슬라이싱하기 위한 슬라이서(41)와, 슬라이서(41)로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분의 추정치를 구하기 위한 제 1 평가기(42)와, 제 1 평가기(42)에서 출력되는 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치를 구하기 위한 제 2 평가기(43)와, 제 1 및 제 2 평가기(42,43)에서 출력되는 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 및 인-페이즈 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러 θ[n]를 구하기 위한 산출기(44)로 구성된다.
제5도는 위상추적기에 있어서 본 발명에 따른 에러결정방법 및 장치에 의해 위상에러를 추정한 결과를 나타낸 그래프로서, 가로 축은 샘플링 수 즉 이산 시간을 나타낸다. 앞서 고찰한 에러결정장치가 어느 범위까지의 위상에러를 검출할 수 있는지를 실험하기 위하여 시간에 따라 위상에러의 크기가 증가하도록 입력신호의 위상에러를 인가하였다. 제5도에서 직선으로 나타난 것이 위상에러이며, 에러결정장치에서 추정한 값은 에러의 크기가 작은 경우에는 정확한 추정이 가능하나, 약 0.1rad(5.7도) 이상이 되면 에러값을 정확히 추정할 수 없다는 것을 알 수 있다.
그러면, 본 발명의 동작을 제2도 내지 제5도를 참조하여 설명하기로 한다.
GA 전송시스템에서 제안한 VSB(Vestigial Sideband)신호에는 동기식 복조를 위한 파일럿(Pilot)신호가 첨가되어 있다. 수신기에서는 이 파일럿신호를 이용하여 FPLL에서 반송파성분을 복원한다. 그리고, FPLL의 출력은 위상추적기의 입력으로 인가된다. FPLL은 수신 파일럿 신호의 주파수에 고정되어 있으므로 위상추적기에서는 주로 위상의 변화를 추정하는 기능을 한다.
위상추적기(15)의 위상에러 검출기(25)에서 에러를 추정하는 알고리즘에 대하여 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 등가 대역통과 VSB 신호는 y(t)는 하기식(1)로 표현할 수 있다.
식(1)에 있어서, ωc, θ(t)는 각각 반송파의 주파수 및 임의의 위상이며,는 복소 저역통과신호(complex lowpass filter signal)로서, 하기식(2)와 같이 표현할 수 있다.
상기 복소 저역통과 신호에 FPLL에서 복원한 반송파가 곱해져 기저대역(baseband)의 신호로 변환된다. 그런 다음 심볼시간 단위의 표본화가 이루어지는 데, 표본화된 신호는 하기식(3)과 같이 표현할 수 있다.
식(3)에 있어서, θ[n]은 FPLL에서 추정한 위상에 에러값으로 이 값의 변화는 충분히 느리다고 가정할 수 있다. 따라서, θ[n]의 값은 심볼시간동안 상수값을 가지게 된다.
식(3)으로부터 위상에러가 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈(in-phase) 성분을 I[n]이라 할 경우 하기식(4)으로 표현할 수 있으며, 이 값만이 실제 수신기에서 표본화되어 등화기 및 위상추적기의 입력으로 사용된다.
위상추적기(제 1 도의 15)는 위상에러 θ[n]을 추정하여 이 값을 보상해 주는 기능을 수행한다. VSB 신호에서는 xr[n] 및 xi[n]의 값이 모두 '0'이 아닌 값을 가지므로, 식(4)와 같은 I[n] 단독으로는 위상에러 θ[n]을 추정할 수 없다. 그러므로 쿼드러쳐(quadrature) 성분 Q[n]이 위상에러를 추정하는데 필요하다. 그러나 실제 위상추적기(제1도의 15)의 입력은 I[n]만이 사용되므로 위상추적기(제1도의 15)에서는 Q[n]을 I[n]으로부터 추정하여 사용한다. 이때 Q[n]의 복원값은 디지털 필터(제2도의 22)에서 I[n]으로부터 구해진다. 실제로 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분과 쿼드러쳐 성분은 하기식(5)와 같은 관계를 가진다.
식(5)에 있어서, hVSB[n]은 힐버트 변환기 hH[n]와 고역통과필터를 직렬연결한 필터의 응답과 같다. 여기서 고열통과필터는 VSB 변조신호의 스펙트럼에서 베스티지(vestige) 대역이 존재하도록 하는 기능을 한다. GA 전송시스템에서 채택한 VSB 신호의 스펙트럼에서는 베스티지 대역을 0.31 MHz로 정하였다. 한편, VSB 신호의 기저대역에서의 대역은 5.69 MHz이다. 따라서, 이 베스티지 대역은 실제로 매우 미세한 영역을 차지한다고 볼 수 있다. 그러므로 이러한 VSB 신호의 스펙트럼은 SSB(Single SideBand) 신호의 스펙트럼으로 근사시키더라도 크게 에러가 없다고 판단된다. 따라서, 이러한 경우 hVSB[n]은 힐버트 변환기 hH[n]로 근사화된다. 힐버트 변환기는 90도의 위상을 쉬프트시키는 기능을 하므로, xr[n], xi[n]은 하기식(6)및(7)과 같은 관계를 가진다.
한편, 식(4)에서 I[n]에서 Q[n]의 변화가 xr[n], xi[n]의 변화에 비하여 매우 느린 경우에는 하기식(8)및(9)을 만족한다.
그러므로 이 결과들을 종합하면 하기식(10)과 같은 결과를 얻을 수 있다.
이렇게 구한 Q[n]과 실제 Q[n] 값을 비교해 보면, FPLL에서 충분히 위상에러를 감소시켜 위상추적기의 입력신호 위상이 충분히 느리게 변화할 때는 그 차이가 거의 없으나, 그렇지 않은 경우는 차이가 큼을 알 수 있다.
다음은 위상추적기에 있어서, 위상에러 검출기에 대하여 살펴보기로 한다. 실제 전송된 신호 xr[n]+jxi[n]와 위상에러가 포함된 신호 I[n]+jQ[n] 사이에는 하기식(11)과 같은 관계가 있다.
그러므로 식(11)을 θ[n]에 대하여 전개하면 하기식(12)와 같은 관계를 얻을 수 있다.
식(12)에서 허수 부분만을 전개하면 하기식(13)과 같다.
따라서, θ[n]의 값이 작은 경우 위상에러는 하기식(14)와 같이 구해진다.
그러나, 수신측에서는 송신된 xr[n], xi[n]의 참값은 알 수 없으므로 이들의 추정치를 다음과 같은 방법으로 구한다. 먼저, 편의상 표본화된 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분은 하기식(15)로 나타내어진다.
식(15)에서 θ[n]의 값이 작은 경우, I[n}의 값은 xr[n]의 값과 근사하게 되므로 I[n]을 슬라이싱(slicing)하여 xr[n]의 추정값 xre[n]으로 한다. 식(15)을 서로 제곱하게 되면 θ[n]에 무관한 하기식(16)을 얻을 수 있다.
그러므로 xi[n]의 추정치 xie[n]는 하기식(17)과 같이 얻어진다.
식(15)에서 θ[n]의 값이 작은 경우, Q[n]의 값은 xi[n]의 값과 근사하게 되므로 xie[n]의 부호는 Q[n]의 부호와 동일하게 하도록 한다.
상술한 바와 같이 위상추적기에 있어서 본 발명에 의한 에러결정방법 및 장치에서는 위상에러 θ[n]의 값이 충분히 작은 경우, 위상에러 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분으로부터 복조신호의 쿼드러쳐 성분과 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분을 구하고, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분으로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분을 구한 후, 상기 복조신호의 쿼드러쳐 성분의 크기에 따라서 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분과 쿼드러쳐 성분의 부호를 결정하고, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 부호가 결정된 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러 θ[n]의 값을 구할 수 있다.

Claims (4)

  1. 지에이(GA) 전송시스템 위상추적기(Phase Tracker)의 위상에러(θ[n]) 결정방법에 있어서, 위상에러(θ[n])인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분으로부터 복조신호의 쿼드러쳐 성분을 구하는 한편, 슬라이싱하여 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분의 추정치를 구하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 구한 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분과, 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치로부터 실제 저역통과 VSB의 인-페이즈 성분 추정치를 구하는 제 2 단계와; 상기 제 1 단계에서 구한 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 큰 값인가를 판단하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 단계에서 구한 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치의 부호를 그대로 두고, 상기 복조신호의 쿼드러쳐 성분이 '0'보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 단계에서 구한 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치의 부호를 반대로 하는 제 4 단계와; 상기 제 4 단계에서 부호가 결정된 실제 저역통과 VSB의 인-페이즈 성분 추정치와, 상기 제1단계에서 정해진 실제 저역통과 VSB의 쿼드러쳐 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러(θ[n])의 값을 구하는 제5단계를 포함하며, 상기 위상에러(θ[n])의 값은 충분히 작은 것을 특징으로 하는 지에이(GA) 전송시스템 위상 추적기의 에러결정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 단계에서의 상기 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페
    이즈 성분(xie[n])은 하기식
    에 의해 구해지며, 상기 I[n], Q[n]은 각각 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분을 나타내고, xre[n]은 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치를 나타내는 것을 특징으로 하는 지에이(GA) 전송시스템 위상 추적기의 에러결정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 5 단계에서 위상에러(θ[n])는 하기식
    에 의해 구해지며, 상기 I[n], Q[n]은 각각 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분을 나타내고, xie[n], xre[n]는 각각 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 및 쿼드러쳐 성분 추정치를 나타내는 것을 특징으로 하는 지에이(GA) 전송시스템 위상 추적기의 에러결정방법.
  4. 지에이(GA) 전송시스템 위상추적기(Phase Tracker)의 위상에러(θ[n]) 결정장치에 있어서, 위상에러 θ[n]인 반송파로 복조한 신호의 인-페이즈 성분을 슬라이싱하기 위한 슬라이서와; 상기 슬라이서로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분의 추정치를 구하기 위한 제 1 평가기와; 상기 제 1 평가기에서 출력되는 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 실제 저역통과 VSB 신호의 인-페이즈 성분 추정치를 구하기 위한 제 2 평가기와; 상기 제 1 및 제2평가기에서 출력되는 실제 저역통과 VSB 신호의 쿼드러쳐 및 인-페이즈 성분 추정치와, 복조신호의 인-페이즈 성분 및 쿼드러쳐 성분으로부터 위상에러(θ[n])를 구하기 위한 산출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지에이(GA) 전송시스템 위상추적기(Phase Tracker)의 위상에러(θ[n]) 결정장치.
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