KR100285434B1 - 브이.에스.비 방식 수신기의 적응 위상추적장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

가.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

VSB방식 수신기에 관한 것이다.

나.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

VSB방식 수신기에서 채널상태에 따라 Q채널신호의 임계값이 적응적으로 변경설정되도록 하는 위상추적장치 및 방법을 제공한다.

다.발명의 해결방법의 요지

본 발명은 VSB 방식 수신장치의 위상추적장치에 있어서, 등화기를 통해 등화되어 입력되는 I채널 입력신호를 타이밍 매칭을 위해 소정량만큼 지연시키는 지연기와, 상기 I채널신호를 힐버트 변환하고 고역필터링하여 Q채널신호를 추정한 후, 상기 추정된 Q채널신호를 출력하는 디지털필터와, 상기 지연기를 통해 지연된 I채널신호와 상기 디지털필터로부터 추정된 Q채널신호를 입력하여 위상에러를 보정하는 복소곱셈기와, 상기 복소곱셈기로부터 출력되는 위상에러 보정된 I,Q채널신호를 입력한 후, 판정에러에 의거하여 위상에러를 검출하는 에러발생기와, 상기 I채널신호중 필드동기에 존재하는 레퍼런스 신호들을 이용하여 상기 입력신호의 신호대잡음비를 검출하는 신호대잡음비 검출기와, 상기 신호대잡음비 검출기로부터 출력되는 상기 I채널신호의 신호대잡음비에 따라 상기 Q채널신호의 임계값을 변경시켜 상기 에러발생기로부터 출력되는 위상에러를 적응적으로 단속하는 적응단속기와, 상기 적응단속기로부터 인가되는 상기 위상에러에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 및 여현파를 발생시켜 상기 복소곱셈기에 인가시키는 디지털 전압제어발진기를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

라.발명의 중요한 용도

VSB방식 수신기에 이용한다.

Description

브이.에스.비 방식 수신기의 적응 위상추적장치 및 방법{A ADAPTIVE PHASE TRACKING APPARATUS AND METHOD OF THE RECEIVER APPOINTING VSB}

본 발명은 GA(Grand Alliance)-VSB(Vestigial side-band)방식의 수신기에 관한 것으로, 특히 GA-VSB방식 수신기의 위상추적장치(Phase tracking loop: PTL) 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 GA-VSB방식의 HDTV수신기는 지표반송파에 대해 동작하는 FPLL(Frequency and Phase Locked Loop)에 의하여 VSB신호의 동기식 복조를 수행하며, 또한 상기 FPLL에 의해 제거되지 못한 위상잡음을 추적하여 제거하기 위해 추가적인 궤한 루프로 위상추적장치를 갖는다.

도 1은 상기 GA-VSB방식의 HDTV수신기의 개략적인 블록 구성을 도시한 것으로, 상기 도 1을 참조하면 튜너(100)를 통해 선국되어 입력되는 심볼레이트로 표본화된 I채널 심볼들은 FPLL(102)과 A/D변환기(104) 및 등화기(Equalizer)(108)를 통과한 후, 위상추적장치(PTL)(110)에 입력되어 상기 FPLL(102)에 의해 제거되지 못한 위상잡음이 추적되어 제거된 후, 후단에 연결되는 디코더 및 디인터리버 등으로 인가된다. 상기에서 FPLL(102)은 상기 튜너(100)로부터 출력되는 중간주파수 신호를 주파수와 위상이 고정된 기저대역신호로 복조시킨다. 동기 및 타이밍 검출기(Sync & Timing Detecter)(106)는 상기 FPLL(102)로부터 출력되는 기저대역신호로부터 클럭(Clock)신호와 제어신호를 검출하여 A/D변환기(104)에 인가한다. A/D변환기(104)는 상기 FPLL(102)를 통해 인가되는 신호를 소정의 심볼레이트로 디지털화한다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 위상추적장치(110)의 상세 블록 구성도를 도시한 것으로, 이하 상기 도 2를 참조하여 종래 위상추적장치(110)의 동작을 살펴보기로 한다. 먼저 실제전송신호 t(n)를 아래의 [수학식 1]에서와 같이 나타내고,

위상에러가 포함된 신호 r(n)를 아래의 [수학식 2]에서와 같이 나타내며,

이때 상기 도 1의 수신기에서 등화기(108)가 위상에러에 영향을 미치지 않는다고 가정하면, 상기 도 2에 도시된 것처럼 등화기(108)로부터 위상추적장치(110)로의 입력신호는이 된다. 그런데 VSB변조방식에서는 I채널성분및 Q채널성분의 값이 모두 '0'이 아닌 값을 가지므로, I채널신호만으로 위상에러을 추정할 수는 없다. 따라서, I채널의 직교(quadrature)성분인 Q채널값이 필요한데 실제 시스템에서 위상추적장치(110)의 입력은 I채널신호만 존재하기 때문에 직교성분인 Q채널값을 I채널신호로부터 추정하여 사용한다. Q채널의 추정값은 디지털필터(Digital Filter)(204)에서 힐버트 변환(Hilbert Transform)과 고역통과필터(High-pass filter)를 직렬 연결한 필터응답을 통하여 I채널신호로부터 구해질 수 있다.

동작을 살펴보면, 먼저 상기 도 1의 등화기(108)로부터 입력된 신호는 곱셈기(200)를 통해 지연기(202)와 디지털 필터(204)로 각각 인가된다. 이에 따라 입력신호는 지연기(202)를 통해 타이밍 매칭(Timing Matching)을 위해 소정량만큼 지연된 I채널신호로 출력되고, 디지털 필터(204)를 통해서는 전술한 바와 같이 힐버트 변환과 고역통과필터링을 통해 추정된 Q채널성분으로 출력되어 복소곱셈기(Complex Multiplier)(206)로 인가된다. 그런후 상기 I채널신호과 추정된 Q채널신호는 복소곱셈기(206)에서 위상추적장치에서 추정된 위상에러가 곱해짐으로써 I,Q채널 입력신호에 잔류하는 위상에러가 보정된다. 여기서 상기 복소곱셈기(206)의 출력신호 c(n)와 판정신호 d(n)을 아래의 [수학식 3]으로 나타낼 수 있는데

상기에서 추정치는의 판정출력이고,은의 판정출력이다. 이때 상기 위상에러 보정은 복소곱셈기(206)의 출력의 직교성분의 부호와 추정치의 부호가 다른 경우에는 판정의거 위상오차과 실제 위상오차의 부호가 달라진다는 것에 착안하여 복소곱셈기(206)의 출력신호과 추정치의 부호가 동일한 경우에만 갱신시킨다. 이는 잘못된 보정에 의해 Q채널값이 반대의 부호를 갖게 됨으로써 발생하는 오류를 방지하고자 하기 위함이다.

도 3에 상기 잔류 위상에러 존재시의 신호분포를 도시하였다. 이때 상기 복소곱셈기(206) 및 판정의거 위상오차의 식에 의해의 판정출력은 아래의 [수학식 4]에서와 같이 구해진다.

이때 만일이 충분히 작다면 상기 [수학식 4]의과값은 아래의 [수학식 5]에서와 같이 근사화될 수 있고,

따라서 위상에러은 아래 [수학식 6]에서와 같이 구해지게 되며,

(은의 판정에러임)

상기와 같이 구해진 위상에러은 아래 [수학식 7]에서와 같이 실제 위상에러과 부호가 같을 때에만 갱신되게 된다.

상기에서 임계값 T는 위상에러의 갱신을 허용하기 위한 Q채널신호의 임계값으로 위상추적장치(110)의 성능을 결정하는 중요한 요소가 된다. 상기 위상 보정된 I,Q채널 성분,은 에러발생기(208)에서 여러 위상검출 알고리즘에 의해 입력신호와 위상추적장치에서 발생된 신호사이의 위상차에 비례하는 위상에러가 검출되어 루프필터를 통과한 후, 통상 누산기(216)와 사인(sine),코사인(cosine)함수의 테이블(Table)로 구성되는 롬(ROM)(214)으로 구현된 디지털 전압제어발진기(Digital Voltage Controlled Oscillator: DVCO)(212)에 입력된다. 그러면 상기 DVCO(212)는 상기 에러발생기(208)로부터 입력되는 위상에러에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 및 여현파를 발생시켜 이를 복소곱셈기(206)로 출력시킨다. 따라서 상기와 같은 과정이 반복적으로 루핑(Looping)됨으로써 입력신호에 잔류하는 위상에러 성분이 제거될 수 있게 된다. 또한 상기 에러발생기(208)에서는 진폭에러 신호도 검출되는데 상기 진폭에러 검출신호는 1차루프와 어큐물레이터(Accumulator)(210)를 통해 입력단의 곱셈기(200)에 곱해짐으로써 입력신호의 진폭이 보상된다.

도 4는 송신단에서 송신한 Q채널값과 수신단에서 추정된 Q채널값에 의해 구해진 Q부호에러율과 에러가 발생하는 Q채널값의 한계를 나타낸 그래프이다. 도 4의 (a)에서 보여지는 바와 같이 추정된 Q채널신호의 부호에러율은 채널상태가 좋지않을 때 즉 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio:이하 'SNR'이라 함)가 나쁠수록, 또한 위상에러(Phase Error:PE)가 증가할수록 더 커짐을 알 수 있다. 그리고 도 4의 (b)에서 보여지는 바와 같이 Q부호의 에러가 발생하는 Q채널 한계값 역시 SNR이 나쁠수록, 위상에러가 증가할수록 더 커짐을 알 수 있다. 즉, 채널상태가 나빠질수록 Q부호에러가 발생하는 Q채널의 한계값이 점차 커지는 것을 알 수 있다.

그런데 상기한 바와 같은 종래 위상추적장치에서는 상기 Q채널신호의 임계값 T를 도 5에 도시된 바와 같이 임의의 고정된 값으로 정하여 사용함으로써 채널상태에 적응적으로 대응할 수 없었던 문제점이 있었다. 즉, 예를 들어 채널상태가 좋아서 Q부호에러가 발생하는 Q채널의 한계값이 상기 임계값 T보다 작아지는 경우에는 위상에러의 갱신을 허용하는 범위가 너무 작아져서 판정의거 위상오차와 실제 위상오차의 부호가 같은 경우에도 위상에러을 갱신하지 않게 되며, 또한 채널상태가 나빠져서 Q부호에러가 발생하는 Q채널의 한계값이 임계값 T보다 커지는 경우에는 판정의거 위상오차와 실제 위상오차의 부호가 다른 경우에도 위상에러을 갱신하게 되는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같이 종래 위상추적장치에서는 Q부호에러의 발생을 방지하기 위한 Q채널신호의 임계값 T를 임의의 고정값으로 설정함에 따라 채널상태에 따라 적응적으로 대응할 수 없었던 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 VSB방식 수신기에서 채널상태에 따라 Q채널신호의 임계값이 적응적으로 변경설정되도록 하는 위상추적장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 통상적인 VSB방식 수신기의 개략적인 블록 구성도,

도 2는 종래 VSB방식 수신기의 위상추적장치의 블록 구성도,

도 3은 잔류 위상에러 존재시 신호분포도,

도 4는 SNR값과 위상에러에 따른 Q부호의 에러율 및 Q채널신호의 한계값을 나타낸 그래프,

도 5는 Q채널신호의 임계값이 임의의 고정된 값으로 설정된 것을 보여주는 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 Q채널신호의 임계값이 적응적으로 변경되는 적응 위상추적장치의 블록 구성도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 적응단속기의 특성을 도시한 그래프.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 VSB 방식 수신장치의 위상추적장치에 있어서, 등화기를 통해 등화되어 입력되는 I채널 입력신호를 타이밍 매칭을 위해 소정량만큼 지연시키는 지연기와, 상기 I채널신호를 힐버트 변환하고 고역필터링하여 Q채널신호를 추정한 후, 상기 추정된 Q채널신호를 출력하는 디지털필터와, 상기 지연기를 통해 지연된 I채널신호와 상기 디지털필터로부터 추정된 Q채널신호를 입력하여 위상에러를 보정하는 복소곱셈기와, 상기 복소곱셈기로부터 출력되는 위상에러 보정된 I,Q채널신호를 입력한 후, 판정에러에 의거하여 위상에러를 검출하는 에러발생기와, 상기 I채널신호중 필드동기에 존재하는 레퍼런스 신호들을 이용하여 상기 입력신호의 신호대잡음비를 검출하는 신호대잡음비 검출기와, 상기 신호대잡음비 검출기로부터 출력되는 상기 I채널신호의 신호대잡음비에 따라 상기 Q채널신호의 임계값을 변경시켜 상기 에러발생기로부터 출력되는 위상에러를 적응적으로 단속하는 적응단속기와, 상기 적응단속기로부터 인가되는 상기 위상에러에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 및 여현파를 발생시켜 상기 복소곱셈기에 인가시키는 디지털 전압제어발진기를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 VSB방식 HDTV수신기의 위상추적장치(600)의 상세 블록 구성도이다. 상기 도 6을 참조하면, 위상추적장치(600)는 곱셈기(200), 지연기(202), 디지털필터(204), 복소곱셈기(206), 에러발생기(208), 디지털 전압제어발진기(212), 어큐물레이터(210)로 구성되며, 또한 본 발명의 실시 예에 따라 SNR검출기(600), 적응단속기(602)가 추가적으로 구성된다.

동작을 살펴보면, 먼저 곱셈기(200)는 입력신호에 대해 잔류진폭에러를 보정하며, 지연기(202)는 상기 진폭에러 보정된 I채널 입력신호를 타이밍 매칭을 위해 지연시킨다. 디지털필터(204)는 힐버트 변환과 고역통과필터를 직렬 연결한 필터응답을 통하여 상기 I채널 입력신호로부터 Q채널 성분을 추정한다. 복소곱셈기(206)는 상기 디지털필터(204)와, 상기 I,Q채널신호에 위상추적장치에서 추정된 위상에러를 곱해줌으로써 상기 I,Q채널신호에 잔류하는 위상에러를 제거한다. 에러발생기(208)는 상기 위상보정된 I,Q채널신호로부터 잔류하는 위상에러와 진폭에러를 검출한다. 디지털 전압제어발진기(212)는 통상 누산기(216)와 롬(214)으로 구현되어 상기 에러발생기(208)로부터 입력되는 위상에러에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 및 여현파를 발생시켜 이를 복소곱셈기(206)로 출력한다. 리미터(210)는 상기 에러발생기(208)로부터 입력되는 진폭에러 신호를 입력하여 입력신호의 누적치가 일정한 범위내에 존재하도록 출력을 제한하여 입력신호의 이득을 조절한다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따라 추가적으로 구비되는 SNR검출기(600)는 복소곱셈기(206)로부터의 I채널신호중 필드동기(Field sync)에 존재하는 레퍼런스(Reference) 신호들을 이용하여 신호의 채널상태 즉, SNR을 측정하며, 적응단속기(602)는 상기 에러발생기(208)와 디지털 전압제어발진기(212) 사이에 연결되어 상기 SNR검출기(600)로부터 검출된 현재 SNR상태 즉, 채널상태에 따라 상기 에러발생기(208)로부터 발생된 위상에러를 적응적으로 단속한다.

이하 상기 적응단속기(602)의 동작을 SNR검출기(600)와 연계하여 좀더 상세히 살펴보면, 즉, 상기 적응단속기(602)는 상기 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 Q채널값의 부호에러율 및 Q채널 한계값이 SNR값이 나쁠수록, 또한 위상에러가 증가할수록 커지는 것에 착안하여 상기 SNR검출기(600)로부터 측정된 SNR값이 나쁠 경우 즉, 채널상태가 나빠져서 Q채널의 한계값이 커지는 경우 Q채널신호의 임계값 T의 범위를 상기 Q채널신호 한계값보다 크게 설정하고, 상기 SNR검출기(600)로부터 측정된 SNR값이 좋을 경우 즉, 채널상태가 좋아져서 Q채널의 한계값이 작아지는 경우 Q채널신호의 임계값 T의 범위를 작게 적응적으로 설정하여 디지털 전압제어발진기(212)로 입력되는 위상에러 신호를 단속하게 된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 SNR값에 따라 임계값 T의 범위를 적응적으로 설정하여 위상에러 신호를 단속하는 적응단속기(602)의 특성을 그래프로 도시한 것이다. 상기 적응단속기는 도 7의 (1)에 도시된 바와 같은 1차 함수의 특성으로 구현하여 SNR값에 따라 임계값 T를 비례적으로 증가 또는 감소시키도록 구성할 수 도있고, 도 7의 (2)에 도시된 바와 같은 2차 함수의 특성으로 구현할 수 도있는데, 이는 각 채널 특성을 고려하여 채널의 특성에 맞게 선택적으로 구현하면 된다.

따라서 입력신호의 SNR값에 따라 적응적으로 Q채널신호의 임계값 T가 변경설정됨으로써 Q부호에러에 의해 발생하는 오류가 방지되어 안정적인 위상추적 동작이 이루어질 수 있게된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 입력신호의 SNR값에 따라 Q채널신호의 임계값을 적응적으로 변경시킴으로써 Q부호에러에 의해 발생되는 오류가 방지되어 안정적인 위상추적이 수행될 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 브이.에스.비(VSB) 방식 수신장치의 위상추적장치에 있어서,

   입력되는 I채널신호의 힐버트 변환 및 고역필터링을 통해 Q채널신호를 추정하여 출력시키는 디지털필터와,

   상기 I채널신호와 상기 디지털필터로부터 추정된 Q채널신호를 입력하여 위상에러를 보정하는 복소곱셈기와,

   상기 복소곱셈기로부터 출력되는 위상에러 보정된 I,Q채널신호를 입력한 후, 판정에러에 의거하여 잔여위상에러를 검출하는 에러발생기와,

   상기 I,Q채널 입력신호의 신호대잡음비를 검출하는 신호대잡음비 검출기와,

   상기 신호대잡음비 검출기로부터 출력되는 상기 I채널신호의 신호대잡음비에 따라 상기 에러발생기로부터 출력되는 위상에러를 적응적으로 단속하는 적응단속기와,

   상기 적응단속기로부터 인가되는 상기 위상에러에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 및 여현파를 발생시켜 상기 복소곱셈기에 인가시키는 디지털 전압제어발진기로 구성됨을 특징으로 하는 적응 위상추적장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 입력되는 I채널신호는 지연기에서 타이밍 매칭을 위해 소정량만큼 지연된 신호임을 특징으로 하는 적응 위상추적장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 신호대잡음비 검출기는 상기 입력신호의 신호대잡음비 검출을 위해 상기 I채널신호중 필드동기에 존재하는 레퍼런스 신호들을 이용함을 특징으로 하는 적응 위상추적장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 적응단속기는 상기 I채널신호의 신호대잡음비에 따라 상기 Q채널신호의 임계값을 변경시킴을 특징으로 하는 적응 위상추적장치.
5. 브이.에스.비 방식 수신장치의 위상추적방법에 있어서,

   입력되는 I채널 입력신호를 소정량 지연시킨후, 힐버트 변환 및 고역필터링하여 Q채널신호를 추정 출력시키는 과정과,

   판정에러에 의거하여 상기 I채널신호와 Q채널신호의 위상에러를 검출하는 과정과,

   상기 입력되는 I,Q채널신호의 신호대잡음비를 검출하는 과정과,

   상기 신호대잡음비에 따라 상기 Q채널신호의 임계값을 변경시켜 상기 검출되는 위상에러를 적응적으로 단속하는 과정과,

   상기 적응단속된 위상에러에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 및 여현파를 발생시켜 상기 위상에러를 보정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 적응 위상추적방법.