KR100317268B1 - 디지털 ｔｖ 중계기의 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 TV 송신기로부터 수신한 방송 신호를 디지털 레벨까지 복조하여 원 신호와 동일한 품질을 갖는 방송 신호를 중계하는 데 적당하도록 한 디지털 TV 중계기의 수신 장치 및 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 디지털 TV 중계기의 수신 장치는 디지털 TV 송신기로부터 수신된 방송 신호를 필터링 및 증폭하여 출력하는 신호 검출/증폭부와, 상기 수신된 방송 신호의 주파수를 최종 중간 주파수 대역으로 변환할 수 있도록 소정 주파수의 반송파 신호를 발생하는 국부 신호 발생부와, 상기 신호 검출/증폭부에서 출력된 방송 신호를 상기 국부 신호 발생부에서 발생된 반송파 신호와 곱하여 최종 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 믹서와, 상기 믹서에서 출력된 최종 중간 주파수 신호를 디지털 레벨로 복조 및 채널 코딩하여 일정 규칙에 따라 압축된 디지털 신호를 생성하는 디지털 복조부로 구성되므로서 디지털 TV 중계기에 구비되는 부품 수를 줄일 수 있어 경제적으로 디지털 TV 중계 시스템을 운영할 수 있으며 디지털 TV 중계기의 수신 잡음 지수를 낮출 수 있어 수신 감도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

Description

디지털 ＴＶ 중계기의 수신 장치 및 방법{Receiving Apparatus and Method of Digital TV translator}
본 발명은 디지털 TV 중계기에 관한 것으로, 특히 디지털 TV 송신기로부터 수신한 방송 신호를 디지털 레벨까지 복조하여 원 신호와 동일한 품질을 갖는 방송 신호를 중계하는 데 적당하도록 한 디지털 TV 중계기의 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 TV 중계기는 디지털 방송 송신기가 미치지 않는 전파 음영 지역을 서비스하기 위하여 구비되는 것으로서 전체적인 디지털 TV의 시청 영역을 높이는 역할을 수행한다.
이를 위해 디지털 TV 중계기는 디지털 방송 송신기로부터 송신된 미약한 방송 신호를 수신하여 이를 중간 주파수(IF)의 기저대역으로 하향 주파수 변환하고 다시 원하는 채널 주파수로 변조한 후 음영 지역에 위치한 가입자들이 수신할 수 있도록 소정 전력 레벨을 갖는 신호로 증폭하여 송신한다.
이러한 디지털 TV 중계기에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 디지털 TV 중계 방송 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 산 또는 높은 건물의 옥상등에 설치되는 디지털 방송 송신기(100)에서는 주파수 F1을 통해 가입자에게 방송 신호를 송출한다.
그러면, 디지털 방송 송신기(100)의 주위에 위치한 일반 가입자 A(101)는 지붕에 설치된 안테나 또는 디지털 TV에 내장된 TV 안테나를 통하여 직접 방송 신호를 수신하여 높은 품질의 디지털 방송을 시청할 수 있다.
그러나, 산 또는 언덕등의 전파 음역 지역에 위치하고 있거나 또는 디지털 방송 송신기(100)로부터 멀리 떨어져 있어서 미약한 방송 신호가 수신되는 난시청 지역의 가입자 B(103)는 디지털 방송 송신기(100)에서 송출한 방송 신호를 높은 품질로 시청할 수 없다.
이러한 경우 디지털 방송 송신기(100)의 출력을 높여 해결하는 방법을 생각할 수 있으나 고비용 및 전파 법규상 실현하기 어렵다. 따라서, 낮은 비용으로 난 시청 지역을 서비스하기 위해서 미약한 방송 신호를 강한 신호로 재 송신할 수 있는 디지털 TV 중계기가 추가로 설치된다.
이러한 디지털 TV 중계기(102)는 복수개가 구비될 수 있으며 각각 주파수 F2, F3...을 사용하여 주파수 F1의 방송 신호를 강한 신호로 증폭하여 난시청 지역의 가입자 B(103)에게 중계한다.
이와 같이 지금까지 설명한 디지털 TV 방송 시스템에서는 가입자에게 높은 품질의 방송 신호를 중계하기 위해서 디지털 TV 중계기를 구비해야 하지만 아직까지 디지털 TV 중계기의 수신 장치에 대해서는 제안된바 없다.
따라서, 디지털 TV 중계기의 수신 장치로서 종래 아날로그 TV 방송 시스템에서 사용하고 있는 아날로그 TV 중계기의 수신 장치를 이용하여 구성할 수 있다.
이러한 아날로그 TV 중계기의 수신 장치를 다음 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 수신 안테나(200)를 통해 수신된 방송 신호는 제 1 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)(201)에서 필요한 대역의 신호만이 통과한 후 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(202)를 거쳐 증폭된다.
저잡음 증폭기(202)에서 증폭된 방송 신호는 제 1 믹서(203)에서 제 1 국부 신호(204)와 서로 곱해져서 1.77GHz의 중간 주파수로 1차 주파수 하향 변환되고, 1.77GHz로 1차 주파수 하향 변환된 중간 주파수 신호는 LC 필터(205)를 통해 고주파가 제거된 후 자동 이득 제어기(Auto Gain Control, AGC)(206)에서 이득이 제한된다. 여기서 자동 이득 제어기(206)는 수신된 방송 신호가 예상외로 강할 경우에 증폭기 및 각 부품들에서 포화가 발생하는 것을 방지하기 위해 구비된다.
이어, 자동 이득 제어기(206)에서 출력된 중간 주파수 신호는 제 1 IF 증폭기(207)와 제 2 대역 통과 필터(208)를 거쳐 제 2 믹서(209)에서 제 2 국부신호(210와 곱해져서 44MHz의 신호로 2차 주파수 하향 변환된다.
이와 같은 과정에서 제 1 국부 신호(204)는 970 ∼ 1720MHz 의 주파수를 갖는 반송파이며, 제 2 국부 신호(210)는 876MHz를 갖는 반송파이다.
이어, 제 2 믹서(209)에서 출력된 44MHz의 신호는 제 2 IF 증폭기(211)에서 증폭된 후 SAW 필터(212)를 통해 원하는 대역의 주파수를 갖는 신호만이 추출된 후 송신단(미도시)으로 전송된다.
그러나, 이와 같은 아날로그 TV 중계기의 수신 장치를 이용하여 디지털 TV 중계기의 수신 장치를 구성할 경우를 고려해보면, 디지털 TV 송신기로부터 수신한 방송 신호가 디지털 TV 중계기의 수신단에서 두 번의 주파수 하향 변환 과정을 거치게 된다. 이는 디지털 TV 중계기의 수신 장치를 구성하는 부품들의 수가 많아짐으로서 디지틸 TV 중계기의 제작 및 운영시 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 디지털 TV 중계기의 수신 장치에 많은 부품들이 구비됨으로써 상대적으로 방송 신호에 잡음이 포함될 확률이 늘어나게 되어 디지털 TV 송신기로부터 전송되는 미약한 방송 신호를 수신하지 못하는 문제점이 있다.
만약, 디지털 TV 중계기에서 잡음이 포함된 방송 신호를 수신할 경우에도 잡음 성분이 포함된 신호를 그대로 복조 및 증폭하여 가입자에게 중계함으로서 난시청 지역에 위치한 가입자에게 원 신호보다 낮은 품질의 디지털 방송 서비스를 제공하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여안출한 것으로서, 디지털 TV 송신기로부터 수신된 방송 신호를 원 신호와 동일한 품질을 갖도록 복조 및 증폭하여 높은 품질의 방송 신호를 중계할 수 있는 디지털 TV 중계기의 수신 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 디지털 TV 중계기의 수신 장치는 디지털 TV 송신기로부터 수신된 방송 신호를 필터링 및 증폭하여 출력하는 신호 검출/증폭부와, 상기 수신된 방송 신호의 주파수를 최종 중간 주파수 대역으로 변환할 수 있도록 소정 주파수의 반송파 신호를 발생하는 국부 신호 발생부와, 상기 신호 검출/증폭부에서 출력된 방송 신호를 상기 국부 신호 발생부에서 발생된 반송파 신호와 곱하여 최종 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 믹서와, 상기 믹서에서 출력된 최종 중간 주파수 신호를 디지털 레벨로 복조 및 채널 코딩하여 일정 규칙에 따라 압축된 디지털 신호를 생성하는 디지털 복조부로 구성된다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 디지털 TV 중계기의 수신 방법은 상기 수신된 방송 신호를 한 번의 주파수 하향 변환 과정을 통해 최종 중간 주파수 대역으로 주파수 조정하는 단계와, 상기 주파수 조정된 최종 중간 주파수 신호를 디지털 레벨로 복조 및 채널 코딩하여 일정 형식으로 압축된 디지털 신호를 생성하는 단계와, 상기 생성된 디지털 신호를 상기 디지털 TV 중계기의 송신단으로 전송하는 단계로 이루어진다.
도 1은 일반적인 디지털 TV 중계 방송 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 아날로그 TV 중계기의 수신 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 TV 중계기의 수신 장치를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
300 : 신호 검출 및 증폭부 310 : 믹서
320 : 국부 신호 발생부 330 : 디지털 복조부
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을참조하여 설명한다.
본 발명에서는 디지털 TV 송신기로부터 수신한 방송 신호에 대해 한번의 주파수 하향 변환(Down conversion) 및 디지털 복조를 실시함으로써 잡음의 영향을 최소화하고 원 신호와 동일한 품질을 갖는 방송 신호를 중계할 수 있는 디지털 TV 중계기의 수신 장치 및 방법을 제안한다.
이를 위해 본 발명에서는 하나의 전압 제어 발진기를 구비하여 전 디지털 채널에 맞추에 방송 신호를 최종 중간 주파수 대역으로 주파수 하향 변환할 수 있도록 국부 신호를 발생하며, 중간 주파수 대역으로 주파수 하향 변환된 방송 신호는 송신단으로 전송되기 전에 먼저 디지털 레벨까지 복조 및 채널 코딩되어 디지털 TV 송신기에서 송출될 시의 원 방송 신호와 동일한 품질의 엠팩-Ⅱ 전송 스트림(MPEG-Ⅱ TS)을 발생한다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 TV 중계기의 수신 장치를 나타낸 블록 구성도 이다.
도 3을 참조하면, 수신 안테나를 통해 수신된 방송 신호 중에서 원하는 신호만을 출력하여 증폭하는 신호 검출 및 증폭부(300)와, 신호 검출 및 증폭부(300)를 통해 출력되는 신호를 주파수 하향 변환하기 위해 소정 주파수의 국부 신호를 발생하는 국부 신호 발생부(320)와, 믹서(Mixer)(310)와, 믹서(310)를 통해 출력되는 중간 주파 신호를 디지털 레벨로 복조하기 위한 디지털 복조부(330)로 구성된다.
여기서, 신호 검출 및 증폭부(300)는 수신 안테나에서 수신한 미약한 방송 신호중에서 원하는 신호만을 출력하는 대역 통과 필터(BPF)(301)와, 대역 통과 필터(301)에서 출력되는 미약한 방송 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)(302)와, 저잡음 증폭기(302)에서 증폭되어 출력되는 방송 신호의 크기를 조절하기 위한 가변 감쇄기(Attenuator)(303)로 구성된다.
국부 신호 발생부(320)는 소정 주파수의 신호를 발생하는 전압 제어 발진기(Voltage Control Oscillator, VCO)(323)와, 전압 제어 발진기(323)에서 발생한 주파수를 필요한 주파수로 정확하게 동기시켜 출력하기 위한 PLL 회로부(324)와, 전압 제어 발진기(323) 및 PLL 회로부(324)를 통해 발생된 국부 신호를 필요한 전력 레벨까지 증폭하는 LO 증폭기(322)와, LO 증폭기(322)를 통해 출력되는 국부 신호 중에서 정확한 주파수의 국부 신호만을 통과시키고 나머지 고주파 성분은 제거하는 LO 대역 통과 필터(321)로 구성된다.
여기서 PLL 회로부(324)는 제어부(Controller)(325)의 제어에 따라 전압 제어 발진기(323)의 동작을 제어한다.
믹서(310)는 신호 검출 및 증폭부(300)를 통해 출력되는 방송 신호와 국부 신호 발생부(320)에서 제공되는 소정 주파수의 국부 신호를 서로 곱하여 방송 신호를 44MHz의 중간 주파수 신호로 주파수 하향 변환하여 출력한다.
디지털 복조부(330)는 믹서(310)를 통해 주파수 하향 변환되어 출력되는 중간 주파수 신호 중에서 원하는 대역의 신호만을 출력하는 IF 필터(331)와, IF 필터(331)를 통해 출력되는 중간 주파수 신호를 증폭하는 IF 증폭기(332)와, SAW 필터(333)와, SAW 필터(333)를 통해 출력되는 중간 주파수 신호를 디지털 레벨로 복조하여 기저 대역 신호로 변환하여 출력하는 디지털 복조기(334)와, 디지털 복조기(334)에서 출력되는 아날로그의 기저 대역 신호를 디지털의 기저 대역 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(335)와, 디지털의 기저 대역 신호를 송신단(미도시)으로 전송하기 위해 엠팩-Ⅱ 전송 스트림으로 변환하여 출력하는 디지털 방송 디코더(336)로 구성된다.
지금부터는 전술한 바와 같이 구성되는 디지털 TV 중계기에서 수신 장치의 동작을 상세히 설명한다.
우선, 수신 안테나는 일반 가입자의 TV에서 사용하는 안테나보다 이득이 높고 지향성이 있는 방향성 안테나를 사용하여 디지털 TV 송신기(미도시)로부터 송출되는 미약한 방송 신호를 수신한다.
그러면, 수신 안테나를 통해 수신된 미약한 방송 신호는 필요로 하는 대역의 신호만을 통과시키는 대역 통과 필터(BPF)(301)를 통해 원하는 신호만이 통과되고, 대역 통과 필터(301)에서 출력되는 방송 신호는 저잡음 증폭기(LNA)(302)를 통해 원하는 전력만큼 증폭된다.
이때, 수신 안테나를 통해 예상외로 강한 방송 신호가 수신될 경우에는 믹서(310) 또는 수신 장치내에 구성된 소자들에게 포화를 일으킬 수 있으므로 이를 방지하기 위해 디지털 복조부(330)의 디지털 복조기(334)에서는 수신된 방송 신호의 세기를 검출하고, 검출된 방송 신호의 세기를 제어부(325)에서 판단한 후 아날로그/디지털 변환기(335)를 통해 제어 신호를 가변 감쇄기(ATT)(303)로 발생한다. 그러면, 가변 감쇄기(303)는 아날로그/디지털 변환기(335)에서 제공되는 제어 신호에 따라 저잡음 증폭기(302)를 통해 출력되는 방송 신호의 세기를 감쇄한다.
이어, 가변 감쇄기(303)를 통해 세기가 조정되어 출력되는 방송 신호는 믹서(310)에서 국부 신호와 곱해져서 44MHz를 갖는 중간 주파수 신호로 주파수 하향 변환된다. 이러한 주파수 하향 변환 과정은 한번만 실시되므로 국부 신호는 방송 주파수의 전 채널에 맞추어 방송 신호를 하향 변환할 수 있도록 국부 신호 발생부(320)에서 발생된다.
여기서, 국부 신호 발생부(320)의 동작을 보다 상세히 설명한다.
국부 신호는 전압 제어 발진기(323), 전압 제어 발진기(323)에서 정확한 주파수를 발생할 수 있도록 제어하는 PLL 회로부(324)를 통해 발생된다. 발생된 국부 신호는 LO 증폭기(322)를 통해 원하는 레벨의 전력으로 증폭되고, 이어 정확한 주파수를 갖는 국부 신호만을 통과시키고 나머지 고주파의 하모닉 성분은 제거하는 LO 대역 통과 필터(321)를 통해 원하는 대역의 주파수를 갖는 정확한 주파수의 국부 신호만이 믹서(310)에 제공된다.
믹서(310)를 통해 44MHz의 중간 주파수 신호로 주파수 하향 변환된 방송 신호는 IF 필터(331)를 통해 필터링되어 IF 증폭기(332)에서 증폭된 후 정확히 원하는 대역폭 만큼만을 통과시키는 SAW 필터(333)를 통해 원하는 주파수 즉, 44MHz 대역의 신호만이 출력된다. 따라서, SAW 필터(333)는 높은 선택도를 가지도록 설계된다.
SAW 필터(333)를 통해 출력된 44MHz 대역의 중간 주파수 신호는 디지털 복조기(334)로 입력되고, 디지털 복조기(334)에서는 중각 주파수 신호를 디지털 레벨까지 복조하여 기저 대역 신호로 변환한다.
이어, 디지털 복조기(334)를 통해 출력되는 신호는 아날로그/디지털 변환기(A/D Convertor, ADC)(335)를 거쳐 완전한 디지털 신호로 변환된다. 이때, 아날로그 디지털 변환기(335)는 제어부(325)의 제어를 받아 아날로그의 방송 신호를 디지털의 방송 신호로 변환하고, 상황에 따라 가변 감쇄기(303)로 신호의 세기를 조정하기 위한 제어 신호를 전송한다.
이어, 아날로그/디지털 변환기(335)에서 출력되는 디지털 신호는 디지털 방송 디코더(Decoder)(336)로 입력되고, 디지털 방송 디코더(336)에서는 ADC 동작을 위한 샘플링 주기를 맞추고 또한 채널 코딩까지 수행하여 송신단(미도시)으로 전송하기 위한 엠팩-Ⅱ 전송 스트림을 생성한다.
그러면, 디지털 방송 디코더(336)에서 생성된 앰펙-Ⅱ 전송 스트림은 송신단으로 전송되고, 송신단에서는 엠팩-Ⅱ 전송 스트림을 가입자에게 송신할 수 있는 대역의 주파수로 변조한 후 변조된 방송 신호를 송신 안테나를 통해 송출한다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 TV 중계기의 수신 장치는 수신된 방송 신호를 완전히 원 신호의 디지털 레벨까지 복조하고 또한 채널 코딩을 실시함으로써 원 신호의 디지털 레벨과 동일한 신호를 생성할 수 있어 난 시청 지역의 시청자에게 높은 품질의 방송 서비스를 실시할 수 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 디지털 TV 중계기의 수신 장치는 수신된 방송 신호에 대하여 한번의 주파수 하향 변환만으로도 정확한 방송 신호를 복조할 수 있으므로 디지털 TV 중계기에 구비되는 부품 수를 줄일 수 있어 제작 단가를 낮추어 경제적으로 디지털 TV 중계 시스템을 운영할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 TV 중계기의 수신 장치는 사용되는 부품중에서 능동 소자의 수가 줄어들어 수신 잡음 지수를 낮출 수 있어 디지털 TV 중계기의 수신 감도를 크게 향상시키는 효과가 있다. 이러한 수신 감도의 향상은 여러 개의 디지털 TV 중계기를 나란히 세워 먼 곳에 있는 곳까지 방송 신호를 중계하는 다중 중계 시스템을 구성할 경우 중계기의 숫자를 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 다른 디지털 TV 중계기의 수신 장치는 수신된 방송 신호를 디지털 레벨까지 복조함으로써 디지털 TV 송신기에서 방송하는 원 신호의 품질과 동일한 품질을 갖는 신호를 재생하여 방송 품질을 보장할 수 있으므로 난시청 지역의 가입자들에게 원 신호와 동일한 품질을 갖는 디지털 방송 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 디지털 TV 송신기로부터 수신된 방송 신호를 필터링 및 증폭하여 출력하는 신호 검출/증폭부와,
    상기 수신된 방송 신호의 주파수를 최종 중간 주파수 대역으로 변환할 수 있도록 소정 주파수의 반송파 신호를 발생하는 국부 신호 발생부와,
    상기 신호 검출/증폭부에서 출력된 방송 신호를 상기 국부 신호 발생부에서 발생된 반송파 신호와 곱하여 최종 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 믹서와,
    상기 믹서에서 출력된 최종 중간 주파수 신호를 디지털 레벨로 복조 및 채널 코딩하여 일정 규칙에 따라 압축된 디지털 신호를 생성하는 디지털 복조부로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 중계기의 수신 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 국부 신호 발생부는,
    일정 주파수의 반송파 신호를 발생하는 전압 제어 발진기(VCO)와,
    상기 수신된 방송 신호를 상기 최종 중간 주파수의 신호로 변환할 수 있도록 상기 발생된 반송파 신호의 주파수를 조정하는 위상 동기 루프(PLL) 회로와,
    상기 발생된 반송파 신호를 증폭 및 필터링하여 상기 믹서로 출력하는 국부 신호 증폭기/필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 중계기의 수신 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 복조부는,
    상기 믹서에서 출력된 최종 중간 주파수 신호를 증폭한 후 고주파 성분을 제거하여 출력하는 중간 주파수 증폭기/필터와,
    상기 중간 주파수 증폭기/필터에서 출력된 최종 중간 주파수 신호를 상기 디지털 TV 송신기에서 송출된 방송 신호와 동일한 디지털 레벨로 복조하여 기저 대역 신호를 출력하는 디지털 복조기와,
    상기 디지털 복조기에서 출력된 기저 대역의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와,
    상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 디지털 신호를 채널 코딩하여 엠팩-Ⅱ 전송 스트림(MPEG -Ⅱ TS)을 생성하는 디지털 디코더로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 중계기의 수신 장치.
  4. 디지털 TV 송신기로부터 송출된 방송 신호를 수신하여 가입자에게 중계하는 디지털 TV 중계기에 있어서,
    상기 수신된 방송 신호를 한 번의 주파수 하향 변환 과정을 통해 최종 중간 주파수 대역으로 주파수 조정하는 단계와,
    상기 주파수 조정된 최종 중간 주파수 신호를 디지털 레벨로 복조 및 채널 코딩하여 일정 형식으로 압축된 디지털 신호를 생성하는 단계와,
    상기 생성된 디지털 신호를 상기 디지털 TV 중계기의 송신단으로 전송하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 중계기의 수신 방법.
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