KR100255719B1 - 호환형 고선명도 텔레비젼시스템용 변조기 및 복조기 - Google Patents

Abstract

NTSC 대역폭 호환형 HDTV 시스템은 다중 직교 진폭 변조(QAM)를 채용하고 있다. 제1 억압 QAM 반송파는 주로 저주파수 정보를 포함하는 고우선 순위 정보로 변조되고, 제2 억압 QAM 반송파는 주로 고주파수 정보를 포함하는 저우선 순위 정보로 변조된다. 이 고우선 순위 QAM 신호는 저우선 순위 QAM 신호보다도 큰 진폭이고 협대역폭을 가지며, 표준 NTSC 텔레비젼 신호의 잔류 측파대에 의해 통상 점유하고 있는 다중 QAM 주파수 스펙트럼의 저역 부분에 배치된다. 이 다중 QAM 신호(18, 20)의 주파수 스펙트럼은 표준 NTSC 신호에서 고에너지 정보와 관련된 주파수, 예를 들어 NTSC 방식의 화상 및 음성 반송파 주위의 주파수에서 신호 감쇠를 나타낸다.

Description

호환형 고선명도 텔레비젼시스템용 변조기 및 복조기

제1도는 표준 NTSC 텔레비젼 신호의 기저대역 영상 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.

제2도는 본 발명에 따른 다중 QAM 고선명 텔레비젼 신호의 영상 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.

제3도 및 제4도는 각각 본 발명에 따른 고선명도의 다중 QAM 신호를 처리하기 위한 송신 장치와 수신 장치를 각각 도시한 도면이다.

제5도는 상술한 시스템의 신호 처리 형태를 이해하는데 유효한 도면이다.

제1도는 6MHz의 채널을 점유하는 표준 NTSC 텔레비젼 신호의 기저대역 영상 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다. 종래의 방식에 따르면, 도시된 주파수는 영상 정보에 의해 잔류 측파대 형태로 진폭 변조되고 있는 RF 화상 반송파의 중심 주파수를 0.0MHz 로서 기준으로 하고 있다. 이 변조된 신호는 1.25MHz 의 대역폭을 갖는 하측 잔류 측파대(VSB)와, 화상을 표시하는 휘도 및 색도 정보를 포함하고 있는 상측 측파대를 나타낸다. 색도 정보는 3.58MHz의 억압된 칼러 부 반송파를 직교 변조하고 있다. 고에너지 정보의 대분분은 화상 반송파 주파수의 근방과, 주파수 변조된 4.5MHz의 음성 반송파 주파수의 근방에서 나타난다.

제2도는 표준 NTSC 텔레비젼 신호 채널의 6MHz 대역폭과 호환 가능하고 동시 방송 신호로서 사용될 수 있는 고선명 텔레비젼 신호의 영상 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다. 제1도에 도시된 표준 NTSC 영상 주파수 스펙트럼과의 비교를 용이하게 하기 위해서, 제2도에 도시된 주파수(-1.25MHz 내지 4.5MHz)에 따른 주파수들은 NTSC 시스템의 RF 화상 반송파의 0.0MHz 주파수 위치를 기준으로 하고 있다.

HDTV 텔레비젼 신호는 고우선 순위 정보 신호 및 저우선 순위 정보 신호의 2개의 성분으로 분할된 시간 압축된 신호이다. 이 예에서는, 높은 신뢰도를 가지고 수신되는 것을 의도하고 있는 음성, 동기 및 저주파수의 영상 정보의 성분으로 고우선 순위가 지정되고 있다. 동기 정보는 예를 들어, 수상기에서 신호의 회복 및 처리를 용이하게 하도록 독특한 기호 또는 코드를 포함하는 트레이닝 신호(training signal)와 같은 성질을 가진 정보로서, 필드 속도 주사 정보(예컨대, 필드 기점 마커)를 포함할 수 있다. 상기 성분 이외의 낮은 중요도의 성분, 예컨대 고주파수 영상 정보는 저우선 순위로 지정된다. 고우선 순위 정보는 저우선 순위 정보에 비해 대역폭이 좁고, 후술하는 바와 같이 신호 REF를 기준으로 하는 0.96MHz의 제1 억압 반송파를 직교 진폭 변조(QAM)시킨다. 저우선 순위 정보는 전술한 바와 같이 신호 REF를 기준으로 하는 3.84MHz의 제2억압 반송파를 직교 진폭 변조시킨다. 그 결과로서 얻어지는 합성 신호는 다중 QAM 신호, 즉 이 예에서는 "2중(twin)" QAM 신호의 형태가 된다. 이 합성 2중 QAM 신호는 대역외 기준 신호 REF에 의해 6MHz의 표준 텔레비젼 대역으로 변환된다. 신호 REF의 주파수는 합성 QAM 신호에 의해 이 신호 REF가 변조될 때 발생된 합성분 또는 차성분 중 어느 한쪽이 예컨대 동시 방송의 VHF 채널 3과 같은 소망의 무선 주파수 텔레비젼 채널과 관련된 주파수의 대역 내부로 들어오도록 선택된다.신호 REF는 합성 2중 QAM 신호에 의해 변조되어 양측파대 변조 신호를 생성하고, 이 신호의 하측파대는 제거되며, 상측파대만이 제2도에 도시된 바와 같이 잔류하게 된다.

협대역 QAM 성분의 진폭은 광대역 QAM 성분의 진폭보다도 충분히 크고, 이 예에서는 2배의 크기이다. 협대역 QAM 성분의 -6db 대역폭은 0.96MHz이고 광대역 QAM 성분의 -6db 대역폭은 3.84MHz인 협대역 QAM 성분의 대역폭의 4배이다. 이 협대역 및 광대역의 QAM 성분의 비선형 대역 에지부(band edge)의 천이 영역의 제곱근의 코사인 평방근 특성을 갖는 유한 임펄스 응답(FIR) 필터에 의해 형성되어, 날카로운 천이 영역에 의해 생성되는 원하지 않는 고주파의 영향을 방지하는 평탄한 천이 영역이 된다. 이 대역 에지부의 천이 영역에서 광대역 성분의 진폭 대 주파수 응답(정확한 비율로 표시되어 있지 않음)은 보다 급격한 협대역 성분의 기울기의 1/4이다.

협대역 QAM 성분 및 QAM 광대역 성분은 각각 동위상 성분 "I"와 직교위상 성분 "Q"을 포함한다. 제3도와 관련하여 후술하는 바와 같이, I 위상 성분은 억압된 코사인 반송파를 변조시키고, Q위상 성분은 억압된 사인 방송파를 변조 시킨다. 데이터 "기호(symbol)"는 I성분과 Q성분으로 표시된다. 합성 QAM 신호는 이 예에서는 "16 QAM" 신호이다. 각각의 16 QAM의 I 및 Q 성분은 4개의 불연속 진폭 레벨을 나타내며, 각 협대역 및 광대역 QAM 신호에 대해, "16" QAM신호에 대해서 총 4×4, 즉 16개의 가능한 진폭 레벨이 된다. I 및 Q 성분의 각각의 4개의 레벨을 특정하기 위해서는 2비트가 필요하고, 그에 따라서, 각 데이터 기호가 I,Q 조합의 16개의 레벨을 특정하는 데에는 4개의 비트를 필요로 한다. 따라서, 3.84MHz(-6 db)의 광대역 QAM 신호의 비트 속도는 15.36 Mbps(3.84 MHz×4 비트)이고, 0.96 MHz(-6 db)의 협대역 QAM 신호의 비트 속도는 3.84 Mbps(0.96 MHz×4 비트)가 된다. 64 QAM 시스템에서는, 협대역 및 광대역 성분의 각 비트 속도는 1.5배로 증가하게 된다.

상술한 다중(2중) QAM 시스템은 표준 NTSC 텔레비젼 신호와 관련된 간섭 현상, 즉 2중 QAM 신호와 동일한 채널에서 상이한 위치로부터 전송되는 NTSC 신호에 의한 간섭에 대해서, 현저한 공통 채널 면역성(co-channel immunity)을 보여준다. 이것은 고에너지 정보와 관련된 NTSC의 RF 화상 반송파 및 NTSC의 음성 반송파의 근방에서 QAM 스펙트럼내의 감쇠하는 노치(notch)에 기인한 것이다. 이와는 반대로, 큰 진폭을 갖는 협대역 QAM 신호가 표준 NTSC 텔레비젼 수상기내의 나이퀴스트 기울기 필터에 의해 상당히 감쇠되기 때문에, 2중 QAM 신호로부터 NTSC 신호로의 공통 채널 간섭은 충분히 감소된다. 제2도에서, 표준 NSTC 수상기의 나이퀴스트 기울기 필터 응답은 -0.75MHz ~ 0.75MHz에 이르는 QAM 스펙트럼의 저대역 부분상에 중첩되어 있는 점선으로 나타내고 있다. 광대역 QAM 신호에 대하여 6 db 더 큰 진폭을 갖는 협대역 QAM 신호, 즉 광대역 QAM 신호 전력의 4배를 나타내는 협대역 QAM 신호는 보다 낮은 전력의 광대역 QAM 신호와 대략 동일한 양의 허용 가능한 작은 간섭을 발생하는 것이 관측된다. 협대역 QAM 성분에 비해 6 db 더 큰 진폭과 광대역 QAM 성분에 대하여 1/4인 대역폭과의 조합에 의해서 광대역 QAM 성분의 전력 밀도 보다 12 db 더 큰 전력 밀도가 된다. 따라서, 여기에 예시된 고우선 순위 협대역 QAM 신호는 저우선 순위 광대역 QAM 신호에 비해서 신호 대 잡음비가 12 db 개선되고, 에러율이 낮게 된다. 이 광대역 QAM 신호 및 협대역 QAM 신호의 상대적인 대역폭 및 진폭은 NTSC 및 PAL 텔레비젼 시스템을 포함하는 특정 시스템의 요구 조건에 적합하도록 조절될 수 있다.

큰 피크 진폭을 갖는 협대역 성분은 표준 선명도 텔레비젼 화상의 해상도와 근사한 선명도를 갖는 디스플레이 화상을 생성하기에 충분한 영상 정보를 포함한다. 따라서, 만일 예를 들어 항공기의 플러터 현상에 의해 고해상도의 전송이 일시적으로 중단되더라도 관찰자는 과도하게 방해되는 일이 없다. 즉, 고해상도 정보를 포함하고 있는 저전력 광대역 성분이 일시적으로 중단되더라도 이 고전력 협대역 성분은 영향을 받지 않기 때문에, 비록 해상도는 낮지만 허용 가능한 화상이 일시적으로 디스플레이 된다.

변경 가능한 일예로서 제공된 이 광대역 QAM 신호와 협대역 QAM 신호의 각각 15.36 Mbps 및 3.84 Mbps 인 비트 속도는 바람직하게 4:1의 정수비 관계를 나타낸다. 이러한 관계로 인해, 양 QAM 성분의 데이타 재생 동작의 타이밍을 취하기 위해 동일 추출 데이타 클록을 용이하게 사용할 수 있기 때문에 수상기에서 이 협대역 QAM 정보와 광대역 QAM 정보를 간단하게 재생할 수 있다. 수신 장치에 필요한 데이타 클록 속도는 후술하는 바와 같이 용이하게 재생할 수 있는 고전력 협대역 QAM 신호로부터 간단히 유도할 수 있다.

제3도는 제2도에 도시된 진폭 대 주파수 스펙트럼을 갖는 2중 QAM 신호를 발생하기 위한 텔레비젼 송신 장치를 도시하고 있다. 고우선 순위 HDTV 데이터와 저우선 순위 HDTV 데이타는 표준 NTSC 채널의 6 MHz의 대역폭과 호환 가능한 시간 압축 디지탈 형태로 신호원(10)과 신호원(30)으로부터 제공된다. 이와 같은 목적을 위하여, 신호원(10, 30)은 예를 들어 허프만 부호화, 런렝스 부호화, 양자화 및 불연속 코사인 변환 회로망을 포함하는 디지탈 시간 압축 및 부호화 장치를 포함한다.

신호원(10)으로부터의 출력 신호는 이 신호원(10)으로부터 수신되는 연속적인 비트 스트림 신호에 대한 비트 매퍼(bit-mapper)로서 동작하는 엔코더(12)로 공급된다. 엔코더(12)는 신호원(10)으로부터의 신호를 순차적인 4비트(기호) 세그먼트로 분할한다. 하나의 16 값, 4비트의 세그먼트는 룩-업 테이블을 이용하여 4개의 4비트값이 각 상한에서 지정된 영역을 점유하는 형태로 4상한 격자형의 신호 배열로 매핑된다. 제5도는 실수(I)축과 허수(Q)축을 갖는 4상한 격자에 대한 16 비트 QAM 신호 배열의 상기와 같은 비트 지정을 예시하고 있다. 이렇게 매핑된 비트 세그먼트는 엔코더(12)의 I 출력단과 Q 출력단으로 나타낸다(예를 들어, 최초의 2비트는 I출력단에 나타내고 다음의 2비트는 Q출력단에 나타낸다). 다음의 16개의 값 4비트의 세그먼트도 이와 유사하게 미핑된다. 수상기가 수신된 신호 배열의 위상 회전에 대해 무감각하게 되기 위해서, 송신기에서는 미분 형태의 엔코딩이 사용되는데, 각 비트의 세그먼트의 최초의 2비트로 그 4비트 세그먼트는 배치되는 배열 중의 상한을 규정하고, 최후의 2비트는 그 상한내의 특정 점을 한정한다. 엔코더(32)는 저우선 순위 데이타 신호원(30)으로부터 수신되는 신호에 대해서도 동일한 방식으로 동작한다.

엔코더(12, 32)로부터의 출력 신호는 통상의 구성의 각 QAM 변조기(14, 34)로 공급된다. 변조기(14)로부터의 협대역 QAM 출력 신호는 디지탈/아날로그 변환기(DAC)(15)에 의해 아날로그 형태로 변환된 다음, 1.5 MHz의 수평저역통과 필터(LPF)(16)를 통해서 가산 합성기(18)의 입력단으로 인가된다. 저역 통과 필터(16)는 이 협대역 신호 경로에서 이 필터(16)보다도 전단에 있는 디지탈 처리 회로 및 디지탈/아날로그 변환 회로에 의해 생성된 고조파를 포함하는 불필요한 고주파 성분을 제거한다. 변조기(34)로부터의 광대역 QAM 출력 신호는 디지탈/아날로그 변환기(DAC)(35)에 의해 아날로그 형태로 변환된 다음, 6.0 MHz의 수평 저역 통과 필터(LPF)(36)와 감쇠기(38)를 통해서 가산 합성기(18)의 상기와 다른 입력단으로 인가된다. 저역 통과 필터(36)는 기본적으로 필터(16)와 동일한 기능을 수행하고, 감쇠기(38)는 광대역 QAM 성분의 진폭을 스케일링하여, 제2도에 되시된 바와 같이, 고우선 순위를 갖는 협대역 QAM 성분의 진폭보다 -6db 작은 진폭이 되도록 한다. 합성기(18)의 출력단에는 합성 2중 QAM 신호가 생성된다. 이 2중 QAM 신호는 변조기(믹서)(20)내에서 기준 신호 REF와 승산되어, 상측 및 하측의 2개의 QAM 측파대를 갖는 2중 측파대 변조된 신호 REF를 변조기(2)의 출력단에 생성한다. 6 MHz의 TV 채널 대역 통과 필터(22)는 하측파대를 제거하지만, 상측파대(제2도)는 안테나(25)를 포함하는 장치를 통해서 송신하기 위해 나머지 동작을 수행한다.

QAM 변조기(14)는 엔코더(12)로부터의 I 및 Q 출력 신호를 각각 수신하는 동일한 코사인 제곱근 특성을 갖는 유한 임펄스 응답(FIR) 디지탈 필터(41, 42)를 포함한다. 필터(41)는 공칭 동위상 경로에 위치되고 "I" 위상 필터라고 칭하며, 또한 필터(42)는 공칭 직교 위상 경로에 위치되고 "Q" 위상 필터라고 칭한다. 필터(41, 42)는 제2도와 관련하여 설명한 바와 같이 협대역 및 광대역 QAM 성분의 비선형 대역 에지부의 천이 영역을 형성한다.

필터(41, 42)로부터의 출력 신호는 승산기(44, 45)에서 코사인(COSINE) 기준 신호와 사인(SINE) 기준 신호에 의해 각각 변조된다. 이들 기준 신호는 예컨대 주기당 4개의 90°간격, 즉 90°, 180°, 270° 및 360°의 지점에서 사인값과 코사인값을 생성하는 룩-업 테이블을 포함하는 신호원(46)으로부터 공급된다. 이 SINE 및 COSINE 기준 신호는 0.96 MHz의 주파수, 즉, 3.84 Mbps/4의 협대역 QAM 억압 직교 반송파에 대응한다. 승산기(44, 45)로부터의 직교 위상 변조된 출력 신호는 가산기(48)에 의해 합성되어 고우선 순위의 협대역 QAM 신호가 생성된다. 광대역 QAM 변조기(34)는 관련된 SINE 및 COSINE 직교 반송파 신호 주파수가 3.84 MHz 인 점을 제외하고는 변조기(14)와 구조 및 동작면에 있어서는 동일하다.

제3도에 도시된 시스템은 2의 보수 8 비트 디지탈 신호 처리법을 채용하고 있다. 디지탈 데이타 클록 신호는 시스템 클록 발생기(55)에 의해 발생된 마스터 클록 신호에 응답하여 주파수 합성기(52, 52)에 의해 공급된다. 주파수 합성기(520로부터의 15.36 MHz 클록 신호 CLK는 데이타 신호원(30), 엔코더(32) 및 광대역 QAM 변조기(34)에 대한 데이타 클록으로서 동작한다. 클록 신호 CLK는 또한 협대역 데이타의 데이타 속도(3.84 Mbps)가 광대역 데이타 속도(15.36 Mbps)의 1/4이라고 하는 이유로부터 4분주기(58)에 의해 3.84 MHz로 분주된 후에는 데이타 신호원(10), 엔코더(12) 및 협대역 QAM 변조기(14)에 대한 데이타 클록으로 동작한다. 주파수 합성기(54)는 합성 2중 QAM 신호를 믹서(20)를 통해 텔레비젼 주파수 대역으로 변환하기 위해서, 기준 신호 REP를 생성한다.

억압 반송파를 사용하면 전력이 절약되고 표시 화상 중에 발생되는 임의의 간섭이 방지된다고는 하지만, 이 협대역 및 광대역의 QAM 반송파 신호는 억압할 필요가 없다. 기호 비율 클록의 복구르 개선하기 위해 작은 진폭의 억압되지 않은 반송파를 사용할 수 있다.

제4도의 수신 장치에서, 안테나(110)에 의해 수신된 방송 2중 QAM 신호는 송신기측에서 사용된 신호 REF의 공칭 주파수를 갖는 기준 신호 REF와 함께 믹서(122)로 인가된다. 믹서(112)로부터의 출력 신호는 합성분 및 차성분을 포함하고 있다. 저역 통과 필터(114)에 의해 주파수의 고주파 합성분은 제거되고, 차성분만 아날로그/디지탈 변환기(116)로 통과시킨다. 이 필터(114)를 통과한 차성분은 약 0.96 MHz를 중심으로 하는 협대역 QAM 변조 스펙트럼과 약 3.84 MHz를 중심으로 하는 광대역 QAM 변조 스펙트럼을 갖는 제2도에 도시된 합성 변조 주파수 스펙트럼을 나타낸다.

아날로그/디지탈 변환기(116)로부터의 디지탈 샘플링된 출력 신호는 후속 소자들(12, 122, 124, 126, 128)과 함께 협대역 QAM 신호 처리기를 형성하고 있는 복조기(118)로 인가된다. 복조기(118)는 광대역 QAM 성분은 통과시키지 않지만, 협대역 QAM 성분을 선택적으로 통과시키는 복수의 입력 FIR 필터를 포함한다. 구체적으로는, 협대역 QAM 복조기(118)는 제2도에 도시된 바와 같이 변조된 협대역 QAM 성분의 진폭 대 주파수 특성이 형태로 실질적으로 일치하는 진폭 대 주파수 응답 특성을 갖는 필터를 포함한다. 소자(119, 121, 123, 125, 127, 129)를 포함하는 광대역 QAM 신호 처리 회로망내의 복조기(119)는 광대역 QAM 성분을 선택적으로 통과시키지만, 협대역 QAM 성분은 통과시키지 않는다. 광대역 QAM 복조기(119)는 제2도에 도시된 바와 같이 변조된 광대역 QAM 성분의 진폭 대 주파수 특성의 형상과 실질적으로 일치하는 응답을 갖는 필터를 포함하고 있다. 따라서, 이 수신 장치는 표준 선명도 텔레비젼 신호에서 고에너지 정보와 관련된 주파수 위치에 신호 감쇠용 노치가 설치되어 있다. 광대역 QAM 처리 회로의 소자는 복조기(118, 119)의 특성이 상술한 바와 같이 서로 상이한 점을 제외하고는 후술하는 협대역 QAM 처리 회로의 대응하는 소자와 동일한 것이다. 복조기(118, 119)는 송신기(제3도)에서 변조기(14, 34)에 희해 실행된 동작의 역동작을 실행한다.

적응형 등화기(adaptive equalizer)(120)는 통상의 설계로서, 복조기(118)로부터 복조된 서로 직고하는 위상의 I 및 Q 성분을 수신한다. 이 등화기(120)는 예컨대 고스트(ghost)를 포함하고, 전송 채널에 의해 초래되는 진폭 및 위상의 불규칙성을 보상하기 위해 적응형 디지탈 FIR 필터를 채용하고 있다. 등화기(120)로부터 등화된 I 및 Q 출력 신호는 평가 회로(estimator)(126)에 인가되는데, 상기 평가 회로(126)는 송신된 I 및 Q 성분의 값의 가장 적절한 평가치를 표시하고 있는 I 및 Q출력 성분을 생성한다. 예를 들어, 평가 회로(126)의 출력단에 발생되는 I 및 Q 성분값은 송신 과정에서 생성되는 잡음에 대한 왜곡을 보상하는데 필요한 만큼 조절된다. 평가 회로(126)는 실질적으로 예컨대 잡음의 영향으로 인해 16점이 있는 4 상한 신호 배열 중에 지정된 위치로 정확히 들어맞지 않는 샘플에 대한 지정값을 해석하는 기능을 수행한다. 평가 회로(126)로부터의 출력 신호는 본질적으로 송신기 측에서 엔코더에 의해 수행되는 매핑 동작과 역동작을 수행하는 디코더(122)로 공급된다. 4 상한 신호 배열을 송신기에서 엔코더(제3도)로 엔코드화 되기 전에 그 송신기내에 존재하고 있던 2진 디지탈형의 일련의 4 비트(기호) 세그먼트로 "언맵(unmap)"하기 위하여 룩업 테이블이 사용된다.

에러 검출기(124)는 평가 회로(126)의 I, Q 입력 및 출력 신호를 모니터하여 평가 회로(126)의 I, Q 입력 신호와 출력 신호간의 위상 에러에 비례하는 크기를 갖는 출력 신호를 생성한다. 이 위상 에러는 잡음의 영향에 의해 발생할 가능성이 있고, 그와 같은 경우의 위상 에러는 신뢰성이 없는 램덤한 성질을 갖게 된다. 위상 에러는 또한 신호 REF의 주파수가 송신기에서 사용된 대응하는 신호 REF의 주파수와 실질적으로 동일하지 않은 것에 의해서도 발생하고, 그 경우의 위상 에러의 성질은 불규칙한 것은 아니다. 에러 검출기(124)로부터의 출력 ERROR 신호는 궁극적으로 신호 REF의 주파수가 원하는 값, 즉 송신기에서의 대응하는 신호 REF의 주파수값으로부터 벗어난 것을 보상하기 위해 사용된다.

구체적으로는, ERROR 신호는 직교 복조기(118)에 인가되는 직교 위상의 사인 및 코사인 기준 신호의 값을 변경하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는 전압 제어 발진기(VCO) 회로(128)에 인가된다. 이 변경된 사인 및 코사인 기준 신호는 에러 검출기(124)로부터의 에러 표시 출력 신호의 크기가, 신호 REF의 주파수의 소정값으로부터의 편이가 모두 보정된 것을 표시할 때까지 복조 과정을 변경시킨다. 이 전압 제어 발진기 회로(128)와 결합된 저역 통과 필터는 VCO(128)로부터의 기준 신호의 값과 그에 따라 복조기(118)의 동작을 전술한 주파수의 편이와 같이 불규칙한 형태의 에러에 응답하여 변경하고, 그들이 잡음과 같은 불규칙한 현상에 의해 영향을 받지 않도록 ERROR 신호를 필터링한다. 광대역 QAM 처리기의 유닛(119, 121, 127, 123, 129)을 포함하는 제어 루프는 상술한 협대역 QAM 처리기의 유닛(118, 120, 126, 124, 128)과 동일한 방식으로 동작한다. 평가 회로(126), 검출기(124), VCO(128) 및 복조기(118)를 포함하는 제어 루프의 동작과 관련된 추가의 정보는 1988년 미국 매사츄세츠주 보스턴 소재의 클루워 아카데믹 출판사(Kluwer Academic Publishers) 발행의 리(Lee) 및 메사쉬미트(Messerschmitt)저의 텍스트 "Digital Communication" 중에 개시되어 있다.

직접 디지탈 주파수 합성기(126)는 믹서 기준 신호 REF를 발생시키기 위해 주파수 합성기(135)로 클록 신호를 공급하는 시스템 클록 발생기(130)로부터의 마스터 클록 신호에 응답하여 클록 신호 CLK를 생성한다. 신호 REF의 주파수는 명목상 송신기 측에서 사용된 신호 REF의 주파수와 일치하고 있다. 이 신호 REF 주파수의 소정 주파수로부터의 편이는 모두 전술한 바와 같이 보상된다. 신호원(126)으로부터의 신호 CLK는 광대역 처리기의 소자(119, 121, 125, 127)에 대한 클록 신호이다. 협대역 처리기는 광대역 신호의 1/4의 대역폭을 갖는 신호를 처리한다. 따라서, 이 협대역 처리기의 소자는 분주기(136)로부터 공급되는 신호 CLK의 주파수의 1/4의 주파수를 갖는 클록 신호 CLK/4에 응답한다.

수상기에서의 클록 신호 CLK의 주파수는 송신기(제3도)에서 사용되고 있는 클록 신호 CLK의 주파수와 일치한다. 적절한 수상기의 클록 주파수를 설정하는 것은 보다 높은 신뢰도로 수신되는 고전력 협대역 QAM 성분에 포함되어 있는 정보로부터 수상기의 클록 신호를 유도함으로써 용이하게 실행된다. 구체적으로는, LPF(114)의 출력으로부터 얻어지는 합성 QAM 신호가 비선형 신호 발생기(133). 예를 들어 N을 2 또는 4로하는 N승 발생기로 인가된다. 비선형 신호 발생기(133)는 협대역 QAM 성분의 기호 비율의 단일 주파수 성분을 생성한다. 이 예에서, 기호 비율은 0.96 MHz, 즉 비트 비율의 1/4이다. 비선형 신호 발생기(133)는 또한 저전력 광대역 QAM 성분의 기호 비율이 크게 감쇠된 출력을 생성하는데, 이 출력은 후속되는 신호 처리 유닛에 의해 무시된다.

위상 검출기(137)는 비선형 신호 발생기(133)로부터 얻어지는 0.96 MHz의 출력 성분에 응답하고, 저역 통과 필터(138), 디지털 주파수 합성기(126) 및 16 분주형 분주기(139)와 함께 위상 동기 루프를 형성한다. 저역 통과 필터(138)는 비선형 신호 발생기(133)의 동작에 의해 발생된 잡음을 포함하고 있는 스퓨리어스(spurious) 주파수를 제거한다. 분주기(139)는 합성기(126)로부터 15.36MHz의 신호를 수신하여, 0.96 MHz의 출력 신호를 위상 검출기(137)의 제어 입력단에 제공한다. 합성기(126)는 시스템 클록 발생기(130)로부터의 신호의 주파수에 의해 결정되는 속도로 필터(138)로부터 디지털 주파수 합성기(126)의 제어 입력단에 인가되는 신호에 의해 결정된 위상 증분값을 누산하는 레지스터를 포함하고 있다. 누산된 위상값은 디지털 주파수 합성기(126)로부터의 출력 신호를 합성하는 정현파의 값을 수용하고 있는 ROM을 어드레스한다. 디지털 주파수 합성기(126)의 기능은 미국 캘리포니아주 샌디에고에 소재한 퀄컴사(Qualcomm corp.)로부터 시판되고 있는 Q2334형 집적 회로에 의해 실현될 수 있다.

신호 처리기(140)는 디코더(122)로부터 복조된 고우선 순위의 데이타 신호와 디코더(125)로부터 복조된 저우선 순위의 데이타 신호를 합성한다. 신호 처리기(140)는 허프만 디코더와 역 양자화기와 같은 데이타 압축 복원(decompression) 회로망, 에러 보정 회로망, 및 각각의 음성 및 영상 텔레비젼 신호 성분을 제공하기 위한 디멀티플렉싱 및 신호 합성 회로망을 포함하고 있다. 음성 성분은 음성 재생 장치(146)에 공급하기에 앞서 음성 신호 처리기(142)에 의해 처리된다. 영상 성분은 영상 신호 처리기(144)에 의해 처리되어, 화상 표시 장치(148)로 인가되는 화상 표시 신호를 생성한다.

본 발명은 기존의 표준 선명도 텔레비젼 채널의 대역폭과 호환 가능한 고선명도 텔레비젼(이하, "HDTV"라 한다) 시스템에 관한 것으로, 특히 동시 방송(simulcast)되는 고선명도 텔레비젼 신호와 표준 선명도 텔레비젼 신호간의 상호 간섭을 감소시키기 위한 변조 기술에 관한 것이다.

고선명 텔레비젼(HDTV) 시스템은 일반적으로 예컨대 NTSC 신호와 같은 표준 텔레비젼 신호의 수평 및 수직 화상 해상도의 대략 2배의 해상도를 갖거나 또는 그 이상의 해상도를 갖는 텔레비젼 신호를 처리하는 시스템으로 이해되고 있다. HDTV 신호는 또한 표준 NTSC 텔레비젼 화상의 4×3 종횡비에 비해 예를 들어 16×9의 종횡비를 갖는 큰 화상을 실현할 수 있다.

동시 방송의 텔레비젼 방송 시스템에서는, 동일한 프로그램의 2개의 버전이 각각의 분리된 표준인 6MHz의 채널을 통해 동시에 방송된다. 이 2개의 프로그램 버전중 하나는 1개의 채널에서 방송되는 표준 선명도의 NTSC 정보를 포함하고, 다른 하나는 다른 6MHz의 채널에서 방송되는 고선명도 정보를 포함하고 있다. 실제로, 동시 방송 시스템은 표준 정보 및 HDTV 정보를 전송하기 위해서, 예컨대 VHF의 채널 3과 채널 4와 같이 서로 인접한 2개의 6MHz의 NTSC 채널을 각각 이용하고 있다. 동시 방송 시스템의 고선명도 버전은 신호 부호화 및 시간 압축 기술을 사용해서 단일의 6MHz채널로 실현할 수 있다. 이 표준 NTSC 정보와 HDTV 정보는 표준 NTSC 수상기와 HDTV 수상기에 의해 각각 독립적으로 수신된다. 표준 NTSC 수상기가 15년 내지 20년후에 궁극적으로 HDTV 수상기 또는 듀얼 표준형 수상기로 대체될 경우, 표준 NTSC 텔레비젼 신호가 사용되는 채널들은 서로 다른 목적으로 이용될 것이다. 따라서, 이 동시 방송의 개념으로서, HDTV 방송이 도입되면, 다수의 기존의 표준 NTSC수상기가 유용하지 않게 되는 것을 방지하고, 표준 NTSC 신호 전용의 채널이 적용되게 되면 장래에 방송 서비스를 확장하는 것도 가능하게 된다.

동시 방송 시스템은 2개의 채널의 연속적인 사용을 필요로 하는 소위 확장(augmentation) 시스템과는 상이하다. 상기 확장 시스템의 2개의 채널 중 하나의 채널은 NTSC 정보를 전송하는 반면에, 다른쪽 채널은 상기 하나의 채널로부터의 표준 NTSC 정보와 HDTV 수상기에서 조합될 경우에 고선명도 텔레비젼 신호를 생성하도록 소정의 확장 정보를 포함하는 것이다.

상이한 위치로부터 동일 채널상으로 전송되는 표준 신호와 HDTV 상호간의 공통 채널 간섭을 충분히 감소시키거나 또는 제거하는 것은 중요하다. 본 발명에 따른 시스템은 이러한 문제를 처리하는 데에 주안점을 두고 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 송신될 고선명도 텔레비젼 정보는 예컨대, 고신뢰성을 가지고 수신되는 것이 요구되는 고우선 순위 정보와 저우선 순위 정보의 2개의 정보 부분으로 분리된다. 이 제1 고우선 순위 정보 부분과 제2 저우선 순위 정보 부분은 표준 선명도(예컨대, NTSC) 신호의 고에너지 정보와 관련된 주파수에서 신호 감쇠를 나타내는 주파수 스펙트럼의 상이한 부분내에 포함되는 각각의 변조 반송파 신호로서 전송된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 고우선 순위 정보는 저우선 순위 정보에 비해 좁은 대역폭을 가지며, 예를 들어 저주파수 영상, 음성 및 동기 정보를 포함하고 있다. 저우선 순위 정보는 고주파수 영상 정보를 포함하고 있다. 이들 고우선 순위 정보와 저우선 순위 정보는 다중 직교 진폭 변조(QAM) 기술에 의해 전송된다. 고우선 순위의 협대역 정보는 저우선 순위의 광대역 정보 보다도 충분히 큰 진폭을 가지며, 영상 주파수 스펙트럼 중의 저주파수 부분에서 제1 억압 반송파를 직교 진폭 변조시킨다. 변조된 제1 반송파는 표준 텔레비젼 수상기에서의 나이 퀴스트 기울기 필터에 의해 충분히 감쇠되기가 쉽다. 저우선 순위 광대역 정보는 영상 주파수 스펙트럼 중의 제2 억압 반송파를 직교 진폭 변조시켜서 다중 QAM 신호를 생성한다. 다중 QAM 신호의 주파수 스펙트럼은 NTSC 화상 및 음성 반송파의 근방에서 고에너지 정보를 갖는 주파수에서 신호의 감쇠를 나타낸다.

Claims (4)

1. 표준 선명도 텔레비젼 신호 채널의 대역폭과 호환 가능한 대역폭을 갖는 합성 변조 신호를 포함한 고선명 텔레비젼 신호를 수신하는 수신 수단으로서, 상기 합성 변조 신호는 제1 데이터 압축 디지털 텔레비젼 정보로 변조된 제1 반송파 및 제2 데이타 압축 디지털 텔레비젼 정보로 변조된 제2 반송파를 포함함과 동시에, 표준 선명도 텔레비젼 신호의 제2 화상 반송파와 관련된 주파수에서 신호 감쇠를 나타내는 변조 주파수 스펙트럼을 갖는 것인 수신수단(110,112)과; 상기 합성 변조 신호에 응답하여 상기 변조된 제1 반송파와 상기 변조된 제2 반송파를 분리시키는 분리 수단(118,119)과; 상기 변조된 제1 반송파와 상기 제2 반송파를 복조하여 상기 제1 반송파 정보 및 제2 반송파 정보를 재생하는 복조 수단(118; 119)을 포함하는 제1 신호 처리 수단(120 ~ 128; 121 ~ 129)과; 상기 복조 수단에 접속되어 데이타 압축된 상기 제1 및 제2 정보를 데이타 압축 해제하는 압축 해제 수단과; 상기 압축 해제된 제1 및 제2 정보에 응답하여 화상 표시 출력 신호를 형성하는 제2 신호 처리 수단(140 ~148)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수신 수단은 상기 제1 텔레비젼 정보를 가진 억압된 제1 반송파 성분과 상기 제2 텔레비젼 정보를 가진 억압된 제2 반송파 성분을 포함한 합성 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 수신된 제2 반송파 변조 신호의 데이타 비율은 상기 제1 반송파 변조 신호의 데이터 비율의 정수배인 것을 특징으로 하는 수신 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신 수단은 상기 제1 텔레비젼 정보의 직교 위상 변환된 버젼에 의해 변조된 제1 반송파의 직교 진폭과 상기 제2 텔레비젼 정보의 직교 위상 변환된 버전에 의해 변조된 제2 반송파의 직교 진폭을 포함한 합성 변조 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.