KR0173733B1 - 그랜드 얼라이언스 고화질 텔레비전 수신기의 심벌 트래킹 회로 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

잔류 측파대 변조통신장치.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

기존 디지털 STL 알고리즘들(Gardner, Muller, BECM 등)이 갖는 제로 크로싱 지터로 인한 성능 열화, 트레이닝 시퀀스 요구, 낮은 신호 대 잡음비에서의 오동작, 데이터 패턴 의존에 따른 오버 샘플 등과 관련된 문제를 해소한다.

3. 발명의 해결방법의 요지 : 무선 수신된 신호를 기저대역신호로 복조하는 주파수위상동기루프와 상기 기저대역신호를 디지털 변환하여 등화기로 전달하며 소정의 전압제어발진신호를 상기 디지털 변환을 위한 샘플링시의 심볼구간 비율로서 제공받는 아날로그/디지털변환기를 구비한 GA(Grand Alliance) HDTV 수신기의 심볼 트래킹 회로는 디지털 기저대역신호로부터 데이터 세그먼트 동기를 검출하는 세그먼트 동기 검출부와 심벌 트래킹 루프를 가짐을 특징으로 한다. 상기 심벌 트래킹 루프는, 디지털 기저대역신호를 순차적으로 쉬프트하여 4개의 심벌을 선택하고 그중 두번째 심벌과 세 번째 심벌의 위상 차를 검출하여 위상차 신호를 발생하는 위상검출수단과, 상기 검출된 데이터 세그먼트 동기에 맞추어 상기 위상차 신호를 루프필터링하고 상기 데이터 세그먼트 동기의 검출을 나타내는 신호가 발생될 때마다 상기 루프필터링된 신호로써 상기 아날로그/디지털변환기로 제공되는 전압제어발진신호의 발생을 제어하는 위상고정수단으로 이루어진다.

4. 발명의 중요한 용도 : GA HDTV 수신기에서 수신 신호에 대한 심벌 트래킹을 하는 데 사용한다.

Description

그랜드 얼라이언스 고화질 텔레비전 수신기의 심벌 트래깅 회로 및 그 방법

제1도는 GA에서 제안한 HDTV 수신기의 구성도.

제2도는 GA HDTV 데이터 세그먼트 패턴도.

제3도는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 동기 검출회로의 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 심벌 트래킹 루프회로의 구성도.

제5도는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 동기와 STL간의 연동관계를 나타낸 흐름도.

제6도는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 동기 탐색과정을 나타낸 흐름도.

제7도는 데이터 세그먼트 동기 패턴도.

제8도는 위상오차에 대한 위상검출특성을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 튜너 12 : FPLL

13 : A/D변환기 14 : 등화기

15 : PTL(Phase Tracking Loop) 16 : 디코더 디인터리브부

17 : STL(Symbol Tracking Loop) 18 : 세그먼트 동기 검출부

CLK : 클럭 32, 42 : 상관기

33 : 쉬프트레지스터 34 : 카운터

38 : 누적기

39 : 데이터 세그먼트 동기 탐색 및 확인부

43 : 가산기 44 : 전압제어발진기

45 : D/A변환기 46 : 루프필터

47 : 스위치 DSC : 데이터 세그먼트 동기

본 발명은 잔류 측파대(Vestigial Side Band: 이하 VSB라 함.) 변조통신장치에 관한 것으로, 특히 그랜드 얼라이언스 고화질 텔레비전[이하 GA(Grand Alliance) HDTV라 함.] 수신기에서 샘플링을 용이하게 하고 제로 크로싱 지터에 따른 성능 열화를 제거한 심벌 트래킹 회로 및 방법에 관한 것이다.

HDTV에 관해 GA에서 결정한 바에 따르면, VSB변조 통신장치에서 테이터 세그먼트 신호는 836심벌 주기로 4심벌의 데이터 세그먼트 동기신호를 포함한다. 이 데이터 세그먼트 동기는 수신기의 정상적인 동작을 위해서 필수적인 것으로, 제2도는 데이터 세그먼트 동기 패턴을 나타낸 것이다.

제1도는 'Grand Alliance HDTV System Specification, sumitted to the ACATS Technical Subgroup, Feb, 1994'에 그 관련 규약 및 기술이 개시되어 있는 GA HDTV 수신기의 구성을 나타낸 것이다. 안테나로부터 입력된 신호는 튜너 (11)로 입력되고, 이 튜너(11)에서 출력된 신호는 FPLL(Frequency phase Locked Loop) 12에서 기저대력신호로 복조된다. 이 복조된 신호는 아날로그/디지털변환기(13)에 의해 심벌구간 비율 또는 그 정수배 비율로 디지털 신호로 변환되며, 세그먼트 동기 검출부(18)에서는 그 변환된 신호를 이용하여 수신기의 동작을 위한 데이터 세그먼트 동기를 행한다.

한편 상기 아날로그/디지털변환기(13)은 심벌 트래킹 루프(Symbol Tracking Loop ; 이하 STL이라 함.)(17)의 제어를 받아 동작하는데, 현재까지 소개된 디지털 STL 알고리즘으로는 Gardner, Muller, BECM(Band Edge Component maximazation) 등이 있다. 그런데 GA HDTV는 지상 방송용으로 8레벨(level), CATV용으로 16레벨 VBS변조를 사용하고 펄스정현필터의 a가 0.1152의 값을 가지므로, Gardner 알고리즘은 근본적으로 작은 a값에 따른 ISI(Inter Symbol Interference)에 의해 발생하는 제로 크로싱 지터(zero crossing jitter)에 따른 성능 열화가 심할 뿐 아니라 최소한 심벌구간 비율의 2배로 샘플링해야 한다는 문제점을 가진다. 또한 Muller방식은 다중 레벨에 사용함에 따라 트레이닝 스퀸스(trainning sequence)가 요구되고, 에이디드 디시젼(aided decision) 방식이므로 낮은 신호 대 잡음비에서는 오동작을 일으키게 된다는 문제점도 가진다. 또한 BEGM은 기본적으로 데이터 패턴(pattern)에 의존하며 이 또한 다중 레벨 신호에 적용할 때에는 최소한 심벌구간 비율보다 2배 이상 오버(over) 샘플해야 하는 문제점을 가진다.

따라서 본 발명의 목적은 제로 크로싱 지터로 인한 성능 열화, 트레이닝 시퀸스 요구, 낮은 신호 대 잡음비에서의 오동작, 데이터 패턴 의존에 따른 오버 샘플 등과 관련된 문제를 해소한 GA HDTV 수신기의 심볼 트래킹 회로 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 심볼 트래킹 회로는, 무선 수신된 신호를 기저대역신호로 복조하는 주파수위상동기루프와 상기 기저대역신호를 디지털 변환하여 등화기로 전달하며 소정의 전압제어발진신호를 상기 디지털 변환을 위한 샘플링시의 심볼구간 비율로서 제공받는 아날로그/디지털변환기를 구비한 GA(Grand Alliance) HDTV 수신기의 심볼 트래킹 회로는 디지털 기저대역신호로부터 데이터 세그먼트 동기를 검출하는 세그먼트 동기 검출부와 심벌 트래킹 루프를 가짐을 특징으로 한다. 상기 심벌 트래킹 루프는, 디지털 기저대역신호를 순차적으로 쉬프트하여 4개의 심벌을 선택하고 그중 두번째 심벌과 세번째 심벌의 위상 차를 검출하여 위상차 신호를 발생하는 위상검출수단과, 상기 검출된 데이터 세그먼트 동기에 맞추어 상기 위상차 신호를 루프필터링하고 상기 데이터 세그먼트 동기의 검출을 나타내는 신호가 발생될 때마다 상기 루프필터링된 신호로써 상기 아날로그/디지털변환기로 제공되는 전압제어발진신호의 발생을 제어하는 위상고정수단으로 이루어진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자등과 같은 많은 특정(特定)사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제3도는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 동기 검출회로의 구성도로서, 상관기 (32)와, 쉬프트레지스터(33)과, 836 카운터(36)과, 스퓌치부 (37)과, 836개의 누적기 (38)과, 최대 누적값 탐색로직 및 데이터 세그먼트 동기 탐색부 (39)로 구성된다.

전술한 제1도의 설명에서 언급한 바와 같이 안테나를 통해 입력된 신호가 튜너 (11)과 FPLL (12)를 거쳐 기저대역신호로 복조되면, 이 복조된 신호는 프리 러닝(free running) 상태의 STL (17)에 의해 구동되는 아날로그/디지털변환기 (13)에 입력된다. 상기 아날로그/디지털변환기 (13)은 입력된 신호를 심벌구간 비율로써 샘플링하여 디지털신호를 출력한다. 이 디지털신호는 쉬프트레지스터 (33)으로 입력된다. 상관기 (32)는 상기 쉬프트레지스터 (33)에서 출력되는 4심벌과 심벌구간 비율 5, -5, -5, 5의 상관값을 출력한다. 이 상관값은 스위치 (37)과 상기 스위치 (37)의 동작을 제어하는 카운터 (34)에 의해 836개의 누적기(accumulator) (38)로 분배된다. 각 누적기 38은 통신채널 및 수신환경에 따라 가장 최근의 몇 개(5 이상의 값)의 심벌만을 누적하는 것으로 한다. 여기서 상기 카운터 (34)는 836을 카운트하며, 그 카운트값이 증가할 때마다 상기 스위치 (37)로 하여금 순차적으로 제1~제836 누적기를 스위칭하여 선택하게 한다. 또한 상기 카운터 (36)은 836을 카운트 완료하게 되면, 그 사실을 데이터 세그먼트 동기 탐색 및 확인부 (39)로 알려준다.

한편 상기 데이터 세그먼트 동기 탐색 및 확인부 (39)는 상기 각 누적기 (38)에 누적된 값을 체크하여 최대값을 갖는 누적기를 찾고, 후술하는 데이터 세그먼트 동기 탐색과정을 거쳐 데이터 세그먼트 동기 DSC가 검출되면 그 검출 사실을 나타내는 파일럿신호 K(=1)와 함께 STL (17)로 전달한다.

제4도는 본 발명에 따른 심벌 트래킹 루프회로의 구성도로서, 쉬프트레지스터 (42)와, 가산기 (43)과, 전압제어발진기(이하 VCO라 함.) (44)와, 디지털/아날로그변환부 (45)와, 루프필터 (46)과, 데이터 세그먼트 동기 DSC에 응답하여 스위칭되는 스위치 (47)과, 데이터 세그먼트 동기 DSC의 검출 사실을 나타내는 피일럿신호 K(=1)에 응답하여 스위칭되는 스위치 (48)로 구성된다. 이들 구성요소 중에서 루프필터 (46)과 디지털/아날로그 변환기 (45) 그리고 전압제어발진기(VCO) (44)는 통상의 PLL의 동작과 동일하다. 그 밖에 4심벌 쉬프트레지스터 (42)와 덧셈기 (43) 및 데이터 세그먼트 동기신호 DSC에 의해 제어되는 스위치 (47)은 위상검출수단으로서 동작한다. 또한 전술한 데이터 세그먼트 동기 탐색과정에서 세그먼트 동기를 검출했음을 나타내는 파일럿신호(K=1)를 발생함과 동시에 스위치 (48)이 접속되어 전압제어발진기 (44)를 동작시키도록 구성되어 있다. 결국, 이 STL은 하나의 심벌구간 동안에 최적 샘플 지점을 구하는 기능을 수행하며, 본 실시예에서는 제1도에 도시된 아날로그/디지털변환기 (13)의 아날로그/디지털 변환시점을 제어하는 기능을 수행한다.

제5도는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 동기와 STL간의 연동관계를 나타낸흐름도이다.

STL을 프리-러닝 상태로 설정했다가(5a단계), 데이터 세그먼트 동기가 검출되면(5b단계) 상기 STL을 제어 상태로 전환함(5c단계)를 나타낸다.

제6도는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 동기 탐색과정을 구체적으로 나타낸 흐름도이다.

이 데이터 세그먼트 동기 탐색 과정은 크게 탐색모드와 조회(verify)모드로 구분된다. 먼저 탐색모드에 대해 설명하면, 카운터 (34)의 값을 0으로 초기화하고(6a단계) 하나의 데이터 세그먼트 구간 즉, 836심벌 구간동안 836개의 누적기 (38)에 심벌을 누적시킨다(6b, 6c단계). 그 후 상기 누적기 (38)중에서 최대값을 갖는 누적기를 찾고(6d단계), 그 누적기의 번호(편의상 N이라 가정한다.) N을 M과 비교한다(6e단계). 여기서 M은 이전의 최대값 누적기 번호이다. 여기서 M과 N을 비교하여 같지않을 경우 M을 N으로 갱신하는 것(6k단계)은 여러 번 최대값을 갖는 것으로 판단되는 동일 누적기를 찾기 위한 것이다.

만일 M과 N의 값이 같다면 상기 카운터 (34)의 카운트값을 1증가시킨 후, 그 카운트값이 임계값(TH1)보다 큰지 확인한다(6g, 6h단계). 이때 만일 임계값(TH1)보다 크지 않으면, 다음 836심벌을 누적하는 동작(6c단계)부터 다시 실시한다. 여기서 임계값(TH1)은 여러 세그먼트에 걸쳐 836심벌의 누적을 수행한 결과, 매번 같은 누적기가 최대값을 갖는 것으로 판명된 횟수가 적어도 이 임계값(TH1) 이상인지 확인하는 작업을 수행하기 위해 필요한 것이다. 다시 말해서, 임의의 한 누적기가 최대값을 갖는 것으로 여러 번 확인된 후에야 그것을 세그먼트 동기 검출로 인정하도록 한 것이다.

반면에 상기 카운트값이 임계값(TH1)보다 크면, 세그먼트 동기를 검출했다는 표시로서 검출신호 K를 하이상태(1)로 발생시킨다(6i단계). 이어서 다음 836심벌을 누적하는 동작(6c단계)부터 다시 실시하게 되는데, 이때의 동작은 조회모드에 해당한다. 이러한 모드의 구분을 위해서 상기와 같이 K를 1로 세트하는 것이다. 즉 탐색모드의 끝, 즉 조회모드가 시작됨을 의미하는 것이다. 단, 여기서 탐색 혹은 조회모드라고 칭하여 그 동작상태를 구분한 것은 설명 및 이해의 편의를 위한 것에 불과하며, 실제적으로 장치를 어떤 특수 환경(모드)에 두는 것이 아님을 밝혀 둔다.

조회모드에서 836심벌을 누적하는 과정, 최대값 누적기(N) 탐색과정 및 M, N 비교과정 등은 상기한 탐색모드와 동일하다. 단, M, N 비교에서 그 결과가 같지 않다면(6e단계), 최대값을 갖는 누적기가 이전과 다른 것으로 바뀐 것이다. 그러므로 카운트값을 1감소시킨 후 그 카운트값과 임계값(TH2)을 비교한다(6m, 6n단계). 이보다 앞서 K가 1인지 체크하는 것(61단계)은 전술한 탐색모드와 6e, 6k단계 등을 공유하므로 그 구분을 위해서 마련된 단계이다.

한편, 상기 비교결과 카운트값이 임계값(TH2)보다 작으면 M에 N의 값을 대입하고, 다음 836심벌을 누적하는 동작(6c단계)부터 다시 실시한다. 이때는 탐색모드로의 전환이다(6o단계). 그리고 M, N의 비교에서 이 두 값이 같다면 다시 카운트값을 임계값(TH1)과 비교한다. 이 비교결과 카운트값이 임계값(TH1)보다 작거나 같다면 카운트값을 1증가시키고(6j단계), 다음 836심벌을 누적하는 동작(6c단계)부터 다시 실시한다.

제7도는 데이터 세그먼트 동기 패턴을 나타낸 것이다. 이 제7도에서 4심벌의 데이터 세그먼트 동기 패턴중 두번째와 세번째 심벌, 즉 -5와 다른 -5에서의 차이를 이용하여 검출한 위상오차[e(t)]를 구하는 식(1)은 다음과 같다.

여기서 n은 데이터 세그먼트 동기신호이고, T는 데이터 세그먼트 구간(836심벌 구간)이다.

제8도는 상기 식(1)과 같이 나타내어질 수 있는 위상오차 검출 특성을 그래프로 표시한 것이다. 이 그래프에서 수평축은 STL에서의 위상 검출 결과를 나타낸 것이고, 수직축은 STL에서의 위상 에러를 나타낸 것이다. 전체 심벌 구간(duration)이 2π라고 할 때 중앙(0,0) 위치에서 앞, 뒤로 π만큼씩 차이가 나는 경우가 (-3.141592,-0.030) 및 (3.141592,0.03) 지점이다. 이 에러신호에 따라 상기 제7도에서의 샘플링 지점을 정하면 된다.

이와 같이 데이터 세그먼트 동기 동안에 GA HDTV에서 규정된 데이터 세그먼트 동기 패턴의 두번째 및 세번째 심벌만을 이용함으로써 다중 레벨 변조방식 및 펄스정형필터의 a가 낮은 값(0.1152)을 취하더라도 STL이 심벌간 비율로 샘플링하면서 잘 동작할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은 제로 크로싱 지터로 인한 성능 열화가 발생하지않고, 트레이닝 시퀀스를 요구하지 않고, 낮은 신호 대 잡음비에서도 오동작을 일으키지 않으며, 데이터 패턴에 의존하지 않아도 되므로 다중 레벨 신호에 적용할 때에도 최소한 심벌구간 비율보다 2배 이상 오버 샘플해야 하는 제약이 없다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 무선 수신된 신호를 기저대역신호로 복조하는 주파수위상동기루프와 상기 기저대역신호를 디지털 변환하여 등화기로 전달하며 소정의 전압제어발진신호를 상기 디지털 변환을 위한 샘플링시의 심볼구간 비율로서 제공받는 아날로그/디지털변환기를 구비한 그랜드 얼라이언스 고화질 텔레비전 수신기의 심볼 트래킹 회로에 있어서, 디지털 기저대역신호로부터 데이터 세그먼트 동기를 검출하는 세그먼트 동기 검출부와, 디지털 기저대역신호를 순차적으로 쉬프트하여 4개의 심벌을 선택하고 그중 두번째 심벌과 세번째 심벌의 위상 차이를 검출하여 위상차 신호를 발생하는 위상검출수단과, 상기 검출된 데이터 세그먼트 동기에 맞추어 상기 위상차 신호를 루프필터링하고 상기 데이터 세그먼트 동기의 검출을 나타내는 신호가 발생될 때마다 상기 루프필터링된 신호로써 상기 아날로그/디지털변환기로 제공되는 전압제어발진신호의 발생을 제어하는 위상고정수단으로 이루어진 심벌 트래킹 루프를 가짐을 특징으로 하는 심볼 트래킹 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 세그먼트 동기 검출부가, 상기 각 심벌과 대응하는 심벌구간 비율 사이의 상관값을 검출하는 상관기와, 입력되는 상관값을 누적하기 위한 836개의 누적기와, 836 카운트수단과, 상기 836 카운트수단의 제어를 받아 상기 상관기로부터 출력되는 상관값을 각 누적기로 분배하여 입력시키기 위한 스위치수단과, 상기 836개의 누적기 출력중 최대값을 누적한 누적기를 탐색하여 데이터 세그먼트 동기를 발생하는 데이터 세그먼트 동기 탐색 및 확인부로 구성됨을 특징으로 하는 심볼 트래킹 회로.
3. 제1항 혹은 제2항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 위상검출수단이, 디지털 기저대역신호를 순차적으로 쉬프트하여 4개의 심벌을 저장하는 쉬프트레지스터와, 상기 4개의 심벌중 두번째 심벌과 세번째 심벌의 위상 차이를 검출하기 위한 가산기와, 상기 데이터 세그먼트 동기에 응답하여 스위칭되는 스위치수단으로 구성됨을 특징으로 하는 심볼 트래킹 회로.
4. 심벌 트래킹 루프와 데이터 세그먼트 동기 검출수단을 구비하고, 기저대역신호를 샘플링하여 등화기로 전달하는 그랜드 얼라이언스 고화질 텔레비전 수신기의 심벌 트래킹 회로에서 데이터 세그먼트 동기를 검출하는 방법에 있어서, 상기 기저대역신호의 836심벌 구간동안 836개의 누적기에 각 심벌을 누적시킨 후 최대값을 갖는 누적기를 찾는 제1과정과, 상기 찾은 누적기가 이전의 836심벌 구간동안 검출한 최대값 누적기와 동일한지 체크하는 제2과정과, 상기 찾은 누적기와 이전의 836심벌 구간동안 검출한 최대값 누적기와 동일하지 않으면 상기 찾은 누적기를 선택하고 상기 제1과정으로 루핑하는 제3과정과, 상기 찾은 누적기가 이전의 836심벌 구간동안 검출한 최대값 누적기와 동일한 누적기인 것으로 확인되고 그렇게 확인된 횟수가 소정 횟수 이상이면 데이터 세그먼트 동기를 검출한 것으로 판단하여 상기 심벌 트래킹 루프에 제공하고, 소정횟수 미만이면 상기 제1과정으로 루핑하는 제4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
5. 상기 제4과정에서 상기 데이터 세그먼트 동기를 검출한 것으로 판단한 후, 다음 836심벌 구간동안 836개의 누적기와 각 심벌을 누적시킨 후 최대값을 갖는 누적기를 찾는 제1단계와, 상기 찾은 누적기가 이전의 836심벌 구간동안 검출한 최대값 누적기와 동일한지 체크하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 동일한 누적기가 아니라고 확인된 횟수가 소정 횟수 이상이면, 현재의 최대값 누적기가 소정 횟수 이상 최대값 누적기로 확인되는지 탐색하도록 상기 제1과정으로 루핑하는 제3단계와, 상기 제2단계에서 동일한 누적기인 것으로 확인된 횟수가 소정 횟수 이상이면 데이터 세그먼트 동기를 검출한 것으로 판단하여 상기 심벌 트래킹 루프에 제공하고, 소정 횟수 미만이면 상기 제1과정으로 루핑하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.