KR0171746B1 - 유럽 에이치디티브이 전송 시스템에서의 오우에프디엠 수신 장치 - Google Patents

유럽 에이치디티브이 전송 시스템에서의 오우에프디엠 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM 수신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는 필터부(40)와; 주파수 하향부(42); 자동 이득 제어부(44); A/D 변환부(46); OFDM 복조부(48); 등화부(50); QAM 매핑부(52); 길쌈 디인터리버(54); 트렐리스 디코더(56); AGC 조절부(57); 블록 디인터리버(58); 리드-솔로몬 디코더(60); 디스크램블러(62); 및 출력 인터페이스(64)로 구성되며, 본 발명에 따르면 트렐리스 복호화시 검출된 에러율을 이용하여 자동 이득 제어를 수행함으로써 잡음에 대한 영향을 최대로 감소시키고 수신 성능을 향상시킬 수 있다는데 그 이점이 있다.

Description

유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM수신 장치(An OFEM receiver for transmission system in Europe)
제1도는 종래의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)수신 장치에 대한 구성 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 유럽 HDTV전송 시스템에서의 OFDM수신 장치 의 구성 블록도.
제3도는 제2도에 도시된 AGC(Automatic Gain Control)조절부의 구성 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한부호의 설명
40 : 필터부 42 : 주파수 하향부
44 : 자동 이득 제어부 46 : A/D 변환부
48 : OFDM 복조부 48-1 : 주파수 정정부
48-2 : 동기 추출부 48-3 : 고속 퓨리에 변환부
50 : 등화부 52 : QAM 매핑부
54 : 길쌈 디인터리버 56 : 트렐리스 디코더
57 : AGC 조절부 57-1 : 가산기
57-2 : D/A 변환부 57-3 : 증폭부
58 : 블록 디인터리버 60 : 리드-솔로몬 디코더
62 : 디스크램블러 64 : 출력 인테페이스
본 발명은 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM(Orthogonal Frequency Division multiplex) 수신 장치에 관한 것으로서, 특히 트렐리스 복호화시 검출된 에러율을 자동 이득 제어에 반영시킴으로써 수신 성능을 개선시킨 OFDM수신 장치에 관한 것이다.
텔레비젼 신호의 디지탈 변조 방식은 대역폭당 전송 속도를 향상시키는 것이 최우선 과제이며 그 접근 방식으로는 다음 두가지 방식이 있다.
하나는 반송파의 다치화로써, 지금까지는 마이크로파 통신에 사용될 정도였으나 미국은 방송에 다치 변조의 도입을 매우 신속하게 적용하므로써 지상파, 유선 방송용으로 다치 디지탈 변조 방식의 실용화가 다가왔다.
미국 Cable Television Laboratories사 등이 실용화를 향한 검증 실험을 진행하고 있는 것으로 알려지고 있는데, 16치 QAM(Quadrature Amplituded Modulation)과 4치 VSB(Vestigial SideBand) 중 하나를 선정하려는 상태이다.
유선 방송용으로는 더욱 다치화한 방식의 검토도 시작되고 있는데, 64치 QAM과 16치 VSB 중 한가지를 검토하고 있다.
또 하나의 접근 방법은 수백의 반송파에 고능률 부호화한 데이터를 나누어 변조하는 방식으로 유럽의 디지탈 HDTV(High Definition Television)개발 컨소시엄이 이에 전력을 기울이고 있다. 이러한 변조 방식을 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)이라 불리는데, 이는 주파수 이용 효율을 높여 전송 속도를 빠르게 할 뿐만 아니라 잔상과 다중 경로 등의 간섭에도 유리한 것으로 알려지고 있다.
지상 방송에서는 QAM과 VSB의 다치화가 이미 한계에 와 있으며, 여기서 전송 속도는 거의 결정되어 버리고, 같은 다치수에서도 심볼 전송 속도를 올리면 그 대역폭의 전송 속도는 향상된다.
그렇다고 해서 16치/32치 QAM과 4치 VSB의 심볼 전송 속도를 현재 이상으로 끌어 올리면 제2영상과 다중 경로의 간섭에 의한 방해가 심하게 된다. 특히, 고층 빌딩이 난립하는 시가지에서 더욱 심각하다.
따라서, 유럽에서는 이 문제를 해결하기 위해 대역폭당의 전송 속도 향상과 간섭 방지의 이중 효과를 노린 디지탈 변조 방식의 OFDM 개발에 전력을 기울이고 있다.
OFDM을 채용하는 방식으로는 북유럽국가의 HD-DIVINE과 독일의 HDTV-T 등이 있다. 유럽의 반송파 1 파당 8MHz대역이라면 27Mbps~30Mbps의 전송 속도를 달성할 수 있다. 일본에서는 NHK의 방송 기술 연구소가 OFDM의 연구에 몰두하고 있다.
OFDM의 변조 원리에 대해서 살펴보면, 주요한 특징이 크게 두가지가 있다.
하나는 QAM과 VSB가 단일 반송파인데 반해, OFDM은 수백의 부반송파(sub-carrier)를 사용하는 변조 방식으로서, 인접하는 각 반송파는 직교한다.
그 때문에 각 반송파의 주파수 성분이 중복되어도 상관없으며, 통상의 주파수 분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplex)에 비해 주파수 이용 효율이 높다.
이러한 각 반송파에 직병렬 변환한 부호와 데이터를 할당하고 나서 디지탈 신호를 변조한다. 반송파를 증가시키면 시킬수록 반송파 1파당의 심볼 전송 속도는 늦어진다. 즉, 대역폭당의 전송 속도를 올릴 수 있다. 거기에 심볼 전송 속도가 늦게되면 심볼 간격은 길게 되어 심볼에 의한 지연 신호의 영향을 배재할 수 있게 되어 파형 등화기가 필요없게 된다.
그러나, 반송파의 수에는 한계가 있다. 역 FFT(Inverse Fast Fourier Transform)에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하므로써 각 반송파의 디지탈 변조는 실행된다. 역 FFT의 점수는 반송파의 수와 같게 되므로 FFT의 처리 성능이 반송파의 수를 결정하는 것이 된다.
자동차 등 이동체에 의한 수신에서는 다중 경로에 의한 신호가 시시 각각으로 변화한다. 시간과 장소에 따라서는 심볼 간격보다도 늦게 포착하는 다중 경로 신호도 있다. 이것을 흡수하기 위해 변조 출력파의 심볼과 심볼 사이를 열어 보호 간격을 설정한다. 복조측에서는 이 구간의 신호는 무시한다. 이것이 OFDM의 또 하나의 특징이다.
OFDM의 장점을 살펴보면, 다수의 반송파를 사용하므로 다중 전송 경로의 선택적 주파수 패이딩(Selective Frequency Fading)에 강하고, 시간축 뿐만 아니라 주파수 축상의 인터리브(Interleave)도 가능하므로 오류 정정 능력이 우수하며, 심볼 기간 및 보호 간격을 길게 함으로써 고스트(Ghost)를 경감시킬 수 있고, 부반송파를 밀집하여 배치함으로써 주파수 이용률을 극대화시킬 수 있으며, 각 부반송파에의 데이터 할당을 임의로 조정가능하고 간섭이 예상되는 부반송파에는 데이터 할당을 하지 않음으로써 전송 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
제1도는 종래의 OFDM 수신 장치에 대한 블록도로서, 종래의 OFDM수신 장치는 부호화된 OFDM(COFDM : Coded OFDM) 중간 주파 신호(IF)를 입력받아 대역 통과 신호를 출력하는 필터부(10)와; 상기 대역 통과 신호를 입력받아 기저 대역 신호로 주파수를 하향시키는 주파수 하향부(12); 자동적으로 이득을 제어하여 입력 레벨의 변동이 있어도 출력 레벨이 변동하지 않고 유지되도록 하는 자동 이득 제어부(AGC :14); 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환해주는 A/D 변환부(16); OFDM 변조 신호에 대해 다시 OFDM 복조를 수행하는 OFDM 복조부(18); 전송 채널의 비이상적인 특성에 의해 발생된 왜곡을 보상해주는 등화부(20); 심볼에 대해서 소정의 비트로 다시 매핑하는 QAM 매핑부(22); 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 길쌈 디인터리버(24); 트렐리스 복호화를 수행하는 트렐리스 디코더(26); 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 블록 디인터리버(28); 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 복호화를 수행하는 리드-솔로몬 디코더(30); 랜덤화된 신호를 원래의 데이터 신호로 복원하는 디시크램블러(32); 및 데이터 전송을 원활히 이루어지도록 하는 출력 인터페이스(34)로 구성된다.
여기서, 상기 OFDM 복조부(18)는 기저 대역으로의 부정확한 주파수 하향으로 발생된 오프셋을 정정하는 주파수 정정부(18-1)와; 동기 신호를 추출하는 동기 추출부(18-2); 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환해 주는 고속 퓨리에 변환부(18-3)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래의 OFDM 수신 장치에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.
부호화된 OFDM 중간 주파 신호가 필터부(10)로 입력되면 대역 통과 신호를 출력되고, 상기 대역 통과 신호가 주파수 하향부(12)로 입력되면 기저 대역 신호로 변환된다.
자동 이득 제어부(AGC :14)에서는 후행하는 OFDM 복조부(18)로부터의 신호에 따라 자동적으로 이득을 제어하여 입력 레벨의 변동이 있어도 출력 레벨이 변동되지 않고 유지되도록 한다.
상기 자동 이득 제어부(AGC:14)로부터의 아날로그 신호가 A/D변환부(16)로 입력되면 디지탈 신호로 변환되고, OFDM 복조부(18)에서는 디지탈 신호로 변환된 OFDM 변조 신호에 대해 다시 OFDM 복조를 수행하는 역할을 하게 된다.
등화부(20)에서는 전송 채널의 비이상적인 특성에 의한 영향을 받아 발생된 왜곡을 보상해주는 역할을 하는데, 이때 채널의 비이상적인 특성은 각종 잡음, 인접 채널과의 간섭, 다중 경로 등에 의한 것이다.
등화부의 가장 기본적인 원리는 전송 채널의 전달 함수를 구하여 이것의 역함수 특성을 갖도록 회로를 구성하는 것이다.
그러나, 채널의 특성이 항상 일정한 것이 아니라 시간과 장소에 따라 수시로 변하기 때문에 그때 그때마다 채널 특성을 쫓아 갈 수 있도록 등화기를 구성해야 하는데 이와 같은 등화기를 적응 등화기(Adaptive Equalizer)라 한다.
QAM 매핑부(22)에서는 심볼에 대해서 소정의 비트로 다시 매핑하며, 길쌈 디인터리버(24)에서는 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 송신측에서 인터리빙시킨 데이터를 원래의 데이터로 복원한다.
트렐리스 디코더(Trellis decoder : 26)에서는 대역폭이 제한된 전송로에서 높은 부호화 이득을 얻기 위해 송신측에서 채널 부호화된 신호를 다시 복호화한다.
블록 디인터리버(28)에서는 상기 길쌈 디인터리버(24)에서와 마찬가지로 군집에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원한다.
리드-솔로몬 디코더(30)에서는 송신측에서 리도-솔로몬(Reed-Solomon) 부호화된 신호를 다시 리드-솔로몬 복호화를 수행하는데, 이때 리드-솔로몬 부호는 비 2 원 순회 부호의 하나로서, q원 리드-솔로몬 부호는 부호 길이가 n=q-1, 정보 점수가 k, 최소 거리가 n-k-1이 되는 부호이며, 동일한 부호 길이와 정보 점수를 가진 q원 선형 부호중에서 최소 거리가 최대가 되는 부호이다.
디스크램블러(32)에서는 송신측에서 랜덤화된 신호를 원래의 데이터 신호로 복원하며, 출력 인터페이스(34)에서는 소스 디코더(도시하지 않음)로 데이터 전송을 원활히 이루어지도록 하기 위해 직렬로 데이터를 출력한다.
상기와 같은 종래의 OFDM 수신 장치는 채널상의 다중 경로 환경에 강하기는 하지만 채널의 잡음에 대한 영향은 여전히 남아 있다는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 트렐리스 복호화시 검출된 에러율을 이용하여 자동 이득 제어를 수행함으로써 잡음에 대한 영향을 최대로 감소시키고 수신 성능을 향상시킨 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM수신 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM 수신 장치는, 부호화된 OFDM 중간 주파 신호를 입력받아 대역 통과 신호를 출력하는 필터부와; 상기 대역 통과 신호를 입력받아 기저 대역 신호로 주파수를 하향시키는 주파수 하향부; 자동적으로 이득을 제어하여 입력 레벨의 변동이 있어도 출력 레벨이 변동하지 않고 유지되도록 하는 자동 이득 제어부; 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환해주는 A/D 변환부; OFDM 변조 신호에 대해 다시 OFDM 복조를 수행하는 OFDM 복조부; 전송 채널의 비이상적인 특성에 의해 발생된 왜곡을 보상해주는 등화부; 심볼에 대해 소정의 비트로 다시 매핑하는 QAM 매핑부; 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 길쌈 디인터리버; 트렐리스 복호화를 수행하는 트렐리스 디코더; 상기 OFDM 복조부로부터의 신호와 상기 트렐리스 디코더로부터의 에러율에 따른 신호를 입력받아 상기 자동 이득 제어부로 이득 제어 신호를 출력하는 AGC 조절부; 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 블록 디인터리버; 리드-솔로몬 복호화를 수행하는 리드-솔로몬 디코더; 랜덤화된 신호를 원래의 데이터 신호로 복원하는 디스크램블러; 및 데이터 전송을 원활히 이루어지도록 하는 출력 인터페이스로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 따른 OFDM 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도로서, 본 발명에 따른 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM 수신 장치는 부호화된 OFDM 중간 주파 신호를 입력받아 대역 통과 신호를 출력하는 필터부(40)와; 상기 대역 통과 신호를 입력받아 기저 대역 신호로 주파수를 하향시키는 주파수 하향부(42); 자동적으로 이득을 제어하여 입력 레벨의 변동이 있어도 출력 레벨이 변동하지 않고 유지되도록 하는 자동 이득 제어부(44); 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환해주는 A/D변환부 (46); OFDM 변조 신호에 대해 다시 OFDM 복조를 수행하는 OFDM 복조부(48); 전송 채널의 비이상적인 특성에 의해 발생된 왜곡을 보상해주는 등화부(50); 심볼에 대해 소정의 비트로 다시 매핑하는 QAM 매핑부(52); 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 길쌈 디인터리버(54); 트렐리스 복호화룰 수행하는 트렐리스 디코더(56); 상기 OFDM 복조부(48)로부터의 신호와 상기 트렐리스 디코더(56)로부터의 에러율에 따른 신호를 입력받아 상기 자동 이득 제어부(44)로 이득 제어 신호를 출력하는 AGC 조절부(57); 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 블록 디인터리버(58); 리드-솔로몬 복호화를 수행하는 리드-솔로몬 디코더(60); 랜덤화된 신호를 원래의 데이터 신호로 복원하는 디스크램블러(62); 및 데이터 전송을 원활히 이루어지도록 하는 출력 인터페이스(64)로 구성된다.
여기서, 상기 OFDM 복조부(48)는 기저 대역으로의 부정확한 주파수 하향으로 발생된 오프셋을 정정하는 주파수 정정부(48-1)와; 동기 신호를 추출하는 동기 추출부(48-2); 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환해주는 고속 퓨리에 변환부(48-3)로 구성된다.
제3도는 제2도에 도시된 AGC 조절부의 구성 블록도로서, AGC 조절부(57)는 상기 OFDM 복조부(48)로부터의 신호와 상기 트렐리스 디코더(56)로부터의 에러율에 따른 신호를 입력받아 가산하는 가산기(57-1)와; 상기 가산기(57-1)로부터의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환해주는 D/A변환부(57-2); 상기 D/A 변환된 아날로그 신호를 증폭하여 상기 자동 이득 제어부(44)로 그 증폭된 신호를 출력하는 증폭부(57-3)로 구성된다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 동작과 효과를 살펴보면 다음과 같다.
여기에서는 본 발명의 중심 요소인 자동 이득 제어부(44), OFDM 복조부(48), 트렐리스 디코더(56) 및 AGC 조절부(57)를 중점적으로 설명하고, 나머지 부분에 대해서는 상술한 종래의 OFDM 수신 장치와 유사하므로 생략하기로 한다.
자동 이득 제어부(AGC : 44)에서는 AGC 조절부(57)로부터의 제어 신호에 따라 자동적으로 이득을 제어하여 입력 레벨의 변동이 있어도 출력 레벨이 변동되지 않고 유지되도록 한다.
OFDM 복조부(48)에서는 디지탈 신호로 변환된 OFDM 변조 신호에 대해 다시 OFDM 복조를 수행하는 역할을 하게 되는데, 좀더 구체적으로 살펴보면 주파수 정정부(48-1)에서는 기저 대역으로의 부정확한 주파수 하향으로 인해 발생된 오프셋을 정정하고, 동기 추출부(48-2)에서는 동기 신호를 추출하며, 고속 퓨리에 변환부(48-3)에서는 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환해준다.
트렐리스 디코더(56)에서는 대역폭이 제한된 전송로에서 높은 부호화 이득을 얻기 위해 송신측에서 채널 부호화된 신호를 다시 복호화하며, 이러한 트렐리스 디코더(56)의 성능은 입력되는 신호 레벨이 이미 설정한 기준 부호(reference code)신호와 일치되어야 최적의 성능을 발휘할 수 있는데, 종래의 OFDM 수신 장치에서는 채널의 상태에 따라 잡음이 유동적이므로 트렐리스 디코더의 성능을 최대로 발휘할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 트렐리스 디코더(56)에서의 에러율을 이용하여 트렐리스 디코더(56)의 입력 신호 레벨이 기준 부호 신호와 항상 일치하도록 만들어주므로써, 트렐리스 디코더(56)는 항상 최상의 성능을 발휘할 수 있는데, 이는 OFDM 복조부로부터의 단순한 입력 신호의 통계적인 특성에 의존한 종래의 자동 이득 제어보다 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 요인이 된다.
다시 말해서, 상기 OFDM 복조부(48)로부터의 디지탈 신호와 트렐리스 디코더(56)로부터의 에러율에 따른 디지탈 신호를 AGC 조절부(57)의 가산기(57-1)에서 가산하며, 그 가산된 디지탈 신호를 AGC 조절부(57)의 D/A변환부(57-2)에서 아날로그 신호로 변환한 후, 그 변환된 신호를 AGC 조절부 (57)의 증폭부(57-3)에서 증폭시켜 그 증폭된 제어 신호를 자동 이득 제어부(44)로 출력한다.
그러면, 자동 이득 제어부(44)는 상기 AGC 조절부(57)로부터의 제어신호에 따라 이득이 조절된다.
결국, 본 발명에서는 OFDM 복조부(48)로부터의 신호뿐만 아니라 트렐리스 디코더(56)로부터의 에러율에 따른 신호를 이용하여 자동 이득 제어부(44)의 이득을 제어하게 된다.
이상에서 서술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 트렐리스 복호화시 검출된 에러율을 이용하여 자동 이득 제어를 수행함으로써 잡음에 대한 영향을 최대로 감소시키고 수신 성능을 향상시킬 수 있다는게 그 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 부호화된 OFDM 중간 주파 신호를 입력받아 대역 통과 신호를 출력하는 필터부(40)와; 상기 대역 통과 신호를 입력받아 기저 대역 신호로 주파수를 하향시키는 주파수 하향부(42); 자동적으로 이득을 제어하여 입력레벨의 변동이 있어도 출력 레벨이 변동하지 않고 유지되도록 하는 자동 이득제어부(44); 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환해주는 A/D 변환부(46); OFDM 변조 신호에 대해 다시 OFDM 복조를 수행하는 OFDM 복조부(48); 전송 채널의 비이상적인 특성에 의해 발생된 왜곡을 보상해주는 등화부(50); 심볼에 대해 소정의 비트로 다시 매핑하는 QAM 매핑부(52); 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 길쌈 디인터리버(54); 트렐리스 복호화를 수행하는 트렐리스 디코더(56); 상기 OFDM 복조부(48)로부터의 신호와 상기 트렐리스 디코더(56)로부터의 에러율에 따른 신호를 입력받아 상기 자동 이득 제어부(44)로 이득 제어 신호를 출력하는 AGC 조절부(57); 군집 에러를 랜덤 에러로 만들기 위해 인터리빙한 데이터를 원래의 데이터로 복원하는 블록 디인터리버(58); 리드-솔로몬 복호화를 수행하는 리드-솔로몬 디코더(60); 랜덤화된 신호를 원래의 데이터 신호로 복원하는 디스크램블러(62); 및 데이터 전송을 원활히 이루어지도록 하는 출력 인터페이스(64)로 구성된 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서 상기 OFDM 복조부(48)가 기저 대역으로의 부정확한 주파수 하향으로 발생된 오프셋을 정정하는 주파수 정정부(48-1)와; 동기 신호를 추출하는 동기 추출부(48-2); 및 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환해주는 고속 퓨리에 변환부(48-3)로 구성된 것을 특징으로 하는 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서, AGC 조절부(57)가 상기 OFDM 복조부(48)로부터의 신호와 상기 트렐리스 디코더(56)로부터의 에러율에 따른 신호를 입력받아 가산하는 가산기(57-1)와; 상기 가산기(57-1)로부터의 디지탈 아날로그 신호로 변환해주는 D/A 변환부(57-2); 상기 D/A 변환된 아날로그 신호를 증폭하여 상기 자동 이득 제어부(44)로 그 중폭된 신호를 출력하는 증폭부(57-3)로 구성된 것을 특징으로 하는 유럽 HDTV 전송 시스템에서의 OFDM 수신 장치.
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