KR100379392B1 - 반송파 복구 장치 - Google Patents

Abstract

VSB/QAM 방식의 다매체 디지털 TV 수신기에서의 반송파 복구 장치에 관한 것으로서, 특히 위상 분할부와 정합 필터 사이에 제 1 복소 곱셈기를 배치하고, 상기 제 1 복소 곱셈기에서 I,Q 통과 대역 디지털 신호에 존재하는 주파수 오프셋과 위상 차이만을 보정한 후 상기 정합 필터의 뒷단에 배치되는 제 2 복소 곱셈기에서 주파수 오프셋 및 위상 차이가 보정된 I,Q 통과 대역 디지털 신호를 기저대역 디지털 신호로 천이시킴으로써, 튜너의 출력 스펙트럼이 미리 설정된 반송파 주파수로부터 임의의 방향으로 큰 주파수 오프셋(수백 KHz 이상)을 가지고 존재하는 경우에도 고정계수를 가진 통과대역 정합필터를 통과한 신호의 SNR 손실을 없앨 수 있다.

Description

반송파 복구 장치{Carrier recovery and apparatus}

본 발명은 디지털 티브이(TV) 수신기에 관한 것으로서, 특히 다중 매체(지상파, 케이블)를 통한 디지털 티브이(TV)의 전송신호를 수신하여 복조할 수 있는 다중 매체 디지털 티브이(TV) 수신기에서의 반송파 복구 장치에 관한 것이다.

현재 여러 가지 매체(지상파, 케이블)에 대응하여 각각 개발되고 있는 디지털 TV 수신 기술은 점차 통합 시스템 구조로 전개되고 있으며, 단일 수신기를 가지고 매체에 상관없이 디지털 TV의 전송 신호를 수신 가능하게 하고자 하는 노력들이 이루어지고 있다.

매체에 따른 디지털 TV 전송방식은 지상파를 통한 VSB(Vestigial Side Band) 전송방식과 케이블을 이용한 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 전송방식으로 크게 구분되며 이를 수신하기 위한 단일 수신기의 일반적인 구조는 도 1과 같다.

즉, VSB 방식 또는 QAM 방식으로 변조된 RF(Radio Frequency) 신호가 안테나 또는 케이블을 통해 수신되면 튜너(101)는 사용자가 원하는 특정 채널 주파수만을 선택한 후 상기 채널 주파수에 실려진 RF 대역의 VSB 또는, QAM 신호를 고정된 1차중간 주파수 대역(IF; 보통 44MHz나 43.75MHz가 널리 사용됨)으로 내리고 타채널 신호를 적절히 걸러낸다.

그리고, 임의의 채널의 스펙트럼을 고정된 1차 IF 대역으로 내리는 튜너(101)의 출력 신호는 인접 채널 신호의 제거, 잡음 신호제거의 기능으로 채용된 소오(Surface Acoustic Wave ; SAW) 필터(102)를 통과하게 된다.

이때, 디지털 방송 신호는 일 예로, 44MHz의 중간 주파수로부터 6MHz의 대역 내에 모든 정보가 존재하므로 SAW 필터(102)에서는 튜너(101)의 출력으로부터 정보가 존재하는 6MHz의 대역만 남기고 나머지 구간을 모두 제거한 후 아날로그/디지털(A/D) 변환부(103)로 출력한다.

상기 A/D 변환부(103)는 상기 SAW 필터(102)의 출력을 25MHz(104)로 샘플링시켜 6MHz 대역의 2차 중간 주파수로 천이시킨 후 심볼 복구된 신호로의 변환을 위해 재샘플부(Resampler)(105)로 출력한다.

여기서, 상기 천이 과정은 후에 자세히 설명되므로 이곳에서는 생략하기로 한다.

상기 재샘플부(105)는 기저대역 신호처리를 통해 나온 현재 심볼들의 타이밍 에러를 타이밍 복구부(107)로부터 받아서 디지털화된 신호와 신호 사이의 에러를 줄이는 방향으로 보간을 한다. 즉, 25MHz로 샘플링 된 6MHz의 디지털 신호는 재샘플부(105)를 거치면서 실제 심볼 율의 n배(VSB의 경우는 n=2, QAM의 경우는 n=4)로 보간된다.

그리고, 상기 재샘플부(105)의 출력은 정합 필터(106)로 출력된다.

상기 정합 필터(106)는 전송 단에서 사용된 자승근 정합필터와 동일한 롤-오프 값을 가진 디지털 정합필터로서, 상기 재샘플부(105)에서 심볼 동기되어 출력되는 신호가 상기 정합 필터(106)를 통과하면 심볼 위치에서의 SNR은 최대가 되어진다.

상기 정합 필터(106)의 출력은 위상 분할부(108)로 입력되어 I 신호와 Q 신호로 분리된 후 복소 곱셈기(109)로 출력되고, 상기 복소 곱셈기(109)는 반송파 복구가 이루어진 반송파를 복소 발진기(Numerically Controlled Oscillator ; NCO)(116)를 통해 입력받은 후 상기 위상 분할부(108)의 I, Q 신호와 곱하여 I,Q 신호를 기저대역으로 낮춘다.

상기 기저대역의 I,Q 신호는 상기 타이밍 복구부(107), 채널 등화부(110), 및 VSB 신호의 위상 오차를 검출하는 VSB 위상 오차 검출기(Phase Error Detector ; PED)(117)로 출력된다.

즉, 상기 기저 대역의 I,Q 신호가 상기 채널 등화부(110)를 거치면 채널을 통과하면서 생긴 왜곡이 보상되고, 다시 위상 추적부(Phase Tracker)(111)를 거치면 상기 튜너(101)에서 야기된 위상 잡음이 제거된다. 상기 위상 잡음이 제거된 기저대역의 I,Q 신호는 결정부(112), QAM 위상 오차 검출기(Phase Error Detector ; PED)(113), 및 채널 디코딩부(도시되지 않음.)로 출력된다. 상기 채널 디코딩부는 통상 기저대역의 I 신호로부터 송신시 삽입되었던 동기 신호등을 복원하고, 상기 동기 신호들을 이용하여 수신된 데이터 즉, 송신 심볼을 복구한다.

또한, 상기 결정부(112)는 상기 위상 추적부(111)에서 출력되는 기저대역 디지털 신호의 각 신호 레벨에 맞는 결정신호를 생성하여 QAM 위상 오차 검출기(113)로 출력하고, 상기 QAM 위상 오차 검출기(113)는 상기 위상 추적부(111)에서 출력되는 기저대역 디지털 신호와 결정부(112)로부터 생성된 결정신호를 사용하여 위상 오차를 검출한 후 선택부(114)로 출력한다. 이때, 상기 VSB PED(117)는 상기 복소 곱셈기(109)에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 위상 오차를 검출하여 상기 선택부(114)로 출력한다. 상기 선택부(114)는 VSB/QAM 신호에 따라 상기 VSB PED(117)의 출력 또는 QAM PED(113)의 출력을 선택하여 루프 필터(115)로 출력한다. 상기 루프 필터(115)는 선택 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 NCO(116)로 출력하고, 상기 NCO(116)는 상기 루프 필터(115)의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내어 상기 복소 곱셈기(109)로 출력한다.

즉, VSB 또는 QAM 신호 수신시 튜너나 RF 발진기에 의해 수백 KHz 주파수 오프셋(frequency offset)과 위상 잡음(phase jitter)등이 발생하는데, 이를 최소화시켜야 정확한 데이터의 복구가 이루어진다. 그리고, 상기 주파수 오프셋과 위상 잡음을 최소화하는 방향으로 포착(acquisition)/추적(tracking)하는 과정을 반송파 복구라 한다. 도 1에서 복소 곱셈기(109), 채널 등화부(110), 위상 추적부(111), 결정부(112), QAM 위상 오차 검출기(113), 선택부(114), 루프 필터(115), NCO(116), 및 VSB 위상 오차 검출기(117)가 반송파 복구부에 해당된다.

그러나, 상기된 도 1과 같은 시스템의 경우 주파수 오프셋이 존재하는 경우에 수신기의 성능에 열화가 생기는 단점이 있다. 그 이유는 디지털 정합필터(106)가 고정된 계수를 가지고 정확히 6MHz의 주파수를 중심으로 필터링을 하게 되어 있는데 반해, 입력 스펙트럼의 중심이 도 2와 같이 6MHz로부터 좌 혹은 우로 오프셋을 가지고 벗어나 있는 경우 정합 필터(105)에 의해 신호성분이 깎여 나가기 때문이다. 즉, 도 2a는 주파수 오프셋을 갖는 통과 대역의 주파수 스펙트럼의 일 예를 보이고 있고, 도 2b는 고정 계수를 갖는 정합 필터(106)의 주파수 응답 예를 보이고 있으며, 도 2c는 상기 정합 필터(106)의 출력 예를 보이고 있다.

따라서, 상기 도 2c와 같이 깎여 나간 신호 성분은 심볼간 간섭을 야기시키게 된다. 또한, 상기 채널 등화부(110)가 심볼 간섭을 어느 정도 없애 준다고 하더라도 전혀 깎이지 않는 신호처럼 복원시키는 데는 한계를 보이기 때문에 결과적으로 채널 등화부(110) 출력단에서의 SNR 손실을 피할 수 없게 된다.

도 3은 실제 주파수 오프셋에 따르는 채널 등화부(110) 출력단의 SNR을 실험 치로 구하여 도시한 것이다. 상기 도 3에서 보듯이 주파수 오프셋이 없을 경우 8VSB=15dB, 256-QAM=32dB의 SNR을 보이던 것이 주파수 오프셋이 클수록 점점 줄어드는 것을 알 수 있다. 이때, 줄어드는 정도는 8-VSB보다 256-QAM의 경우가 훨씬 심하다는 것을 알 수 있다. 이는 상기 정합 필터(106)에 의하여 깎여 나가는 신호성분이 증가하게 됨에 기인한다는 것을 나타내고 있는 것이다.

종래에는 상기와 같은 손실을 방지하기 위한 몇가지 방법이 제시되어 있다.

그 중 하나는 정합 필터의 계수를 고정시키지 않고 가변할 수 있도록 한 후, 반송파 복구의 결과에 따라서 정합 필터의 중심 주파수가 6MHz에서 주파수 오프셋만큼 이동한 주파수 응답을 갖도록 계수를 변환시키는 방법이다. 이때, 변환시키는방법은 반송파가 잡힌 후에 한번만 다운 로딩하는 방법과 등화기 계수 갱신처럼 매 샘플마다 갱신하는 방법이 있을 수 있다. 상기와 같은 가변 계수를 채용한 정합필터의 경우 주파수 오프셋이 존재한다고 하더라도 신호 성분을 깎지 않기 때문에 큰 손실을 피할 수 있지만 그 구현에 있어서 너무 많은 하드웨어가 필요하기 때문에 실제 구현에는 문제가 있다.

두 번째 방법으로 기저대역에서 정합필터를 통과시키는 방법이 있다. 즉, 도 4와 같이 위상분할기(201) 바로 다음에 복구된 복소 반송파를 곱하는 곱셈기(202)를 두어 기저대역으로 일단 신호 성분을 내린 후에 고정계수를 갖는 기저대역 정합 필터(204)를 거치는 방법이다. 이 방법은 QAM 방식을 채용한 수신기에서 널리 사용하고 있으며 반송파 오프셋에 대한 SNR의 손실을 전혀 가져오지 않는다.

그러나, VSB 수신기로 동작할 경우에는 문제를 야기시킨다. 즉, VSB 신호가 통과대역 정합 필터를 거치면 도 5a와 같이 평탄한 스펙트럼을 얻는데 만일, 도 4에서처럼 VSB 신호를 통과대역에서 정합필터를 거치지 않고 기저대역으로 바로 내리는 경우 도 5b와 같이 DC 성분 근처에서 불쑥 솟아오르는 스펙트럼 형태를 띄게 된다. 이는 VSB가 바로 SSB 변조(Single Side band modulation)의 일종이기 때문에 통과대역 신호의 측파 대역이 자승근 정합필터에 의해 정확히 송신 단에서 사용된 자승근 정합필터와 부합되어야만 기저대역 부분으로 내려가서 더해졌을 때 비로소 평탄한 스펙트럼을 얻을 수 있게 되기 때문이다. 따라서 주파수 오프셋에 의한 SNR 손실은 없다 하더라도 기저대역에서의 부합되지 않은 측파대역의 솟아오름으로 인해 채널 등화부가 이를 보정해 준다고 하더라도 SNR 손실이 야기 되게 되므로 이방법에도 문제가 있다.

이러한 이유로 인해 주파수 오프셋이 양 또는, 음의 방향으로 크게 존재하는 경우에는 SNR 손실이 전혀 없는 반송파 복구 시스템이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 주파수 오프셋이 큰 경우에도 고정 계수를 갖는 통과 대역 정합필터를 사용하면서 복조된 신호의 SNR 손실을 없애는 반송파 복구 장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 다매체 디지털 TV 수신기의 구성 블록도

도 2는 주파수 오프셋을 갖는 입력 신호를 도 1의 고정 계수를 갖는 정합 필터에 통과시키는 경우의 입출력 스펙트럼으로서,

도 2a는 주파수 오프셋을 갖는 통과대역의 입력 스펙트럼

도 2b는 고정 계수를 갖는 정합 필터의 주파수 응답 스펙트럼

도 2c는 정합 필터의 출력 스펙트럼

도 3은 주파수 오프셋에 따르는 등화기 출력단의 SNR을 실험치로 구한 그래프

도 4는 주파수 오프셋이 존재하는 경우 정합 필터에 의해 신호 성분이 깍여나가는 것을 방지하기 위한 것으로서, 기저대역에 정합 필터가 위치하는 경우의 종래의 TV 수신기의 구성 블록도

도 5는 변조된 VSB 신호의 기저대역 스펙트럼으로서,

도 5a는 통과 대역 정합 필터를 거친 신호의 스펙트럼

도 5b는 통과 대역 정합 필터를 거치지 않은 신호의 스펙트럼

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다매체 디지털 TV 수신기의 구성 블록도

도 7은 1차 IF 대역을 2차 IF 대역으로 천이시키는 일 예를 보인 구성 블록도

도 8a는 도 7의 아날로그 믹서로 입력되는 1차 IF 대역의 신호 스펙트럼

도 8b는 도 7의 아날로그 믹서에서 출력되는 2차 IF 대역의 신호 스펙트럼

도 8c는 도 7의 A/D 변환부에서 25MHz 변환되어 출력되는 디지털 신호 스펙트럼

도 9는 1차 IF 대역을 2차 IF 대역으로 천이시키는 다른 예를 보인 구성 블록도

도 10a는 도 9의 SAW 필터에서 출력되는 신호 스펙트럼

도 10b는 도 9의 A/D 변환부에서 25MHz A/D 변환 후의 디지털 스펙트럼

도 10c는 도 9의 재샘플부를 거친 디지털 스펙트럼

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다매체 디지털 TV 수신기의 구성 블록도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

301 : 튜너 302 : SAW 필터

303 : A/D 변환부 304 : 25MHz 고정 발진기

305 : 재샘플부 306 : 타이밍 복구부

307 : 위상 분할부 308 : 제 1 복소 곱셈기

309 : 정합 필터 310 : 제 2 복소 곱셈기

311 : 고정 발진기 312 : VSB 위상 오차 검출기

313 : 채널 등화부 314 : 위상 추적부

315 : 결정부 316 : QAM 위상 오차 검출기

317 : 선택부 318 : 루프 필터

319 : NCO

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반송파 복구 장치는, 고정계수를 가진 통과대역 정합필터를 사용하고 2단으로 반송파 복구를 함으로써, 튜너의 출력 스펙트럼이 미리 설정된 반송파 주파수로부터 임의의 방향으로 큰 주파수 오프셋(수백 KHz 이상)을 가지고 있을 경우에도 고정된 계수를 갖는 디지털 정합필터를 통과한 신호의 SNR 손실이 없도록 하는데 있다.

이를 구현하기 위한 하드웨어는 특정 채널의 통과 대역 신호를 수신하여 통과 대역 디지털 신호로 변환하고, 상기 통과 대역 디지털 신호를 I,Q 통과 대역 디지털 신호로 분할한 후 주파수 오프셋 및 위상 차이값에 비례하는 복소 반송파와 곱하여 상기 분할된 I,Q 통과대역 디지털 신호로부터 주파수 오프셋과 위상 차이만을 보정하는 제 1 변조부와, 상기 제 1 변조부의 출력을 필터링하여 심볼 위치에서의 SNR이 최대가 되도록 재조정하는 디지털 정합 필터와, 상기 디지털 정합 필터에서 출력되는 I,Q 신호에 고정 잔여 복소 반송파를 곱하여 상기 I,Q 통과 대역 신호를 기저대역으로 천이시키는 제 2 변조부와, 수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를판단하고 그에 따라 각각 다른 방식으로 반송파의 위상 오차를 검출하고 검출된 상기 위상 오차로부터 주파수 오프셋 및 위상 차이값만을 분리한 후 그에 비례하는 복소 반송파를 상기 제 1 변조부로 출력하는 위상 오차 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 위상 오차 검출부는 상기 제 2 변조부에서 출력되는 I,Q 기저대역 디지털 신호에 포함된 채널 왜곡과 위상 잡음을 제거하는 채널 등화 및 위상 추적부와, 상기 채널 등화 및 위상 추적부의 출력으로부터 QAM 신호의 위상 오차를 검출하는 QAM 위상 오차 검출부와, 상기 제 2 변조부의 출력으로부터 VSB 신호의 위상 오차를 검출하는 VSB 위상 오차 검출부와, 수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 상기 VSB 위상 오차 검출부의 출력 또는 QAM 위상 오차 검출부의 출력을 선택 출력하는 선택부와, 상기 선택부를 통해 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 주파수 오프셋 및 순시 위상 값만을 분리한 후 그에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 상기 제 2 변조부로 출력하는 루프 필터 및 제어 발진부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 반송파 복구 장치는, 특정 채널의 통과 대역 신호를 수신하여 통과 대역 디지털 신호로 변환하고, 상기 통과 대역 디지털 신호를 I,Q 통과 대역 디지털 신호로 분할한 후 주파수 오프셋 값에 비례하는 복소 반송파를 곱하여 상기 분할된 I,Q 통과대역 디지털 신호로부터 주파수 오프셋 성분을 보정하는 제 1 변조부와, 상기 제 1 변조부의 출력을 필터링하여 심볼 위치에서의 신호대잡음비(SNR)가 최대가 되도록 재조정하는 디지털 정합 필터와, 상기 디지털 정합필터에서 출력되는 I,Q 신호에 고정 잔여 주파수 및 위상 차이값에 비례하는 복소 반송파를 곱하여 상기 I,Q 통과 대역 신호를 기저대역으로 천이시키면서 위상 차이를 보정하는 제 2 변조부와, 수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 각각 다른 방식으로 반송파의 위상 오차를 검출하고 검출된 상기 위상 오차를 주파수 오프셋 그리고 고정 잔여 주파수 및 위상 차이값으로 분할한 후 상기 주파수 오프셋에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 제 1 변조부로 출력하고, 고정 잔여 주파수와 위상 차이값에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 제 2 변조부로 출력하는 위상 오차 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 위상 오차 검출부는 상기 제 2 변조부에서 출력되는 I,Q 기저대역 디지털 신호에 포함된 채널 왜곡과 위상 잡음을 제거하는 채널 등화 및 위상 추적부와, 상기 채널 등화 및 위상 추적부의 출력으로부터 QAM 신호의 위상 오차를 검출하는 QAM 위상 오차 검출부와, 상기 제 2 변조부의 출력으로부터 VSB 신호의 위상 오차를 검출하는 VSB 위상 오차 검출부와, 수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 상기 VSB 위상 오차 검출부의 출력 또는 QAM 위상 오차 검출부의 출력을 선택 출력하는 선택부와, 상기 선택부를 통해 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 주파수 오프셋과 고정 잔여 주파수 및 순시 위상 값으로 분리하는 루프 필터와, 상기 주파수 오프셋에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 상기 제 1 변조부로 출력하는 제 1 복소 반송파 발생부와, 상기 고정 잔여 주파수 및 순시 위상 값에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 상기 제 2 변조부로 출력하는 제 2 복소 반송파 발생부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 다매체 디지털 TV 수신기의 구성 블록도로서, 디지털 정합 필터가 위상 분할부와 복소 곱셈기 후단에 배치된다.

즉, 도 6을 보면 튜너(301), SAW 필터(302), A/D 변환부(303), 재샘플부(305), 위상 분할부(307)가 순차 연결된다. 그리고, 상기 위상 분할부(307)의 후단에는 상기 위상 분할부 (307)에서 분할된 I,Q 성분의 신호로부터 주파수 오프셋과 위상 차이만을 보정하는 제 1 복소 곱셈기(308), 6MHz를 중심으로 정해진 롤-오프 값을 갖는 고정계수 I,Q 디지털 정합필터(309), 상기 정합 필터(309)에서 필터링된 6MHz의 I,Q 통과대역 신호를 기저대역으로 내리는 제 2 복소 곱셈기(310), 채널을 통과하면서 생긴 왜곡을 상기 기저대역 I,Q 신호에서 보상하는 채널 등화부(313), 상기 튜너(301)에서 야기된 위상 잡음을 상기 채널 등화된 I,Q 신호에서 제거하는 위상 추적부(314), 및 상기 위상 추적부(314)의 출력 신호의 각 신호 레벨에 맞는 결정 신호를 생성하는 결정부(315)가 순차 연결된다.

또한, 상기된 도 6은 제 2 복소 곱셈기(310)에 필요한 6MHz의 정현파(sine wave)와 여현파(cosine wave)를 생성하여 상기 제 2 복소 곱셈기(310)로 출력하는 고정 발진기(311), 수신되는 신호가 VSB인 경우 상기 제 2 복소 곱셈기(310)에서 출력되는 기저대역 파이롯트 신호로부터 위상 오차를 검출해 내는 VSB 위상 오차 검출기(312), 수신되는 신호가 QAM인 경우 상기 위상 추적기(314)의 출력 값과 그결정 값으로부터 위상 오차를 검출해내는 QAM 위상 오차 검출기(314), VSB/QAM 모드에 따라서 상기 VSB 또는 QAM 위상오차 검출기(312,316)의 출력을 선택하는 선택부(317), 상기 선택부(317)에서 선택된 위상 오차를 여과하고 적산하는 루프 필터(318), 상기 루프 필터(318)의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내어 제 1 복소 곱셈기(308)로 출력하는 복소 발진기(NCO)(319)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 전송단에서 VSB 또는, QAM 방식으로 변조된 HDTV 신호가 공중파 채널 혹은 케이블 채널을 거쳐 안테나 또는 가정용 케이블 단자를 통과하면 튜너(301)는 이를 수신하게 된다.

상기 튜너(301)는 일 예로, 헤테로다인 변조 방식을 사용하여 사용자가 선택한 채널에 실려진 RF 대역의 VSB/QAM 신호를 튜닝하여 고정된 1차 중간 주파수 대역(IF-통상 44MHz 또는 43.75MHz가 널리 사용된다.)으로 내리고 타 채널 신호를 적절히 여과시킨 후 SAW 필터(102)로 출력한다. 이때, 상기 SAW 필터(302)는 필터링을 통해 상기 튜너(301)에서 출력된 신호로부터 타 채널의 잔류신호와 잡음 성분을 제거한다.

이때, 상기 SAW 필터(302)는 그 통과 대역폭이 6MHz이상으로 1차 IF 대역의 VSB/QAM 신호를 모두 포함할 수 있도록 충분히 넓어야 한다.

즉, 디지털 방송 신호는 일 예로, 44MHz의 중간 주파수로부터 6MHz의 대역 내에 모든 정보가 존재하므로 SAW 필터(302)에서는 튜너(301)의 출력으로부터 정보가 존재하는 6MHz의 대역만 남기고 나머지 구간을 모두 제거한 후 아날로그/디지털(A/D) 변환부(303)로 출력한다.

상기 A/D 변환부(303)는 상기 SAW 필터(302)의 출력을 25MHz(304)로 샘플링시켜 6MHz 대역의 2차 IF 대역(보통 5-6MHz 근방이 사용됨.)으로 다시 한번 천이시킨 후 양자화한다. 이때 1차 IF 대역으로부터 2차 IF 대역으로 천이시키는 방법에는 크게 두 가지가 있을 수 있다.

첫 번째는 도 7과 같이, 아날로그 영역에서 2차 IF 대역까지 천이시킨 후 A/D 변환하는 방식이다. 즉, 튜너(401)와 SAW 필터(402)를 순차 통과한 도 8a의 1차 IF 대역의 신호는 아날로그 믹서(403)로 입력되고, 상기 아날로그 믹서(403)는 상기 1차 IF 대역의 신호를 고정 발진기(406)의 출력과 곱하여 도 8b와 같이 2차 IF 대역으로 한번 더 천이시킨 후 저역 통과 필터(LPF)(404)로 출력한다. 상기 LPF(404)에서 저역 통과 필터링된 신호는 A/D 변환부(405)로 출력되고, 상기 A/D 변환부(405)는 상기 저역 통과 필터링된 2차 IF 대역의 신호를 도 8c와 같이 25MHz(407)로 양자화하여 출력한다.

두 번째는 도 9와 같이, 1차 IF 대역의 신호를 직접 A/D 변환하는 방식이다. 즉, 튜너(501)와 SAW 필터(502)를 순차 통과한 도 10a의 1차 IF 대역의 신호는 A/D 변환부(503)로 입력되고, 상기 A/D 변환부(503)는 상기 1차 IF 대역의 신호를 고정 주파수의 25MHz(505)로 직접 A/D 변환을 하여 도 10b와 같이 2차 IF 대역으로 천이시킨다. 상기 A/D 변환부(503)의 출력은 재샘플부(504)로 출력되고, 상기 재샘플부(504)는 도 10c와 같이 상기 디지털화된 신호와 신호 사이의 에러를 줄이는 방향으로 보간을 한다. 여기서, 상기 두 번째 방법의 경우는 44MHz를 나이퀴스트(nyquist) 샘플링 속도 이하로 샘플링 할 때 생기는 에일리어싱(aliasing) 이미지를 이용하는 것으로서, A/D 변환부(503)의 입력 밴드 폭(Band width)이 넓지 못한 경우 상기된 첫 번째 방식에 비하여 6MHz 대역의 이미지 스펙트럼이 찌그러질 수 있지만 간단하다는 이유 때문에 널리 채택되고 있다.

본 발명에서는 둘 중 어느 방법을 택하더라도 관계없이 동작할 수 있으므로 도 9와 같이 두 번째 방법을 채택한 구조를 실시예로 한다. 즉, 도 6의 구조와 도 9의 구조가 같다.

따라서, 본 발명에서는 도 6의 도면 부호를 사용하여 설명한다.

즉, A/D 변환부(303)에서 2차 IF 대역으로 천이된 입력 샘플이 재샘플부(305)를 거치면 심볼 복구된 샘플이 출력된다. 상기 재샘플부(305)는 타이밍 복구부(306)로부터 샘플링해야 할 위치를 입력받아 샘플과 샘플 사이를 보간한다.

일 예로, 25MHz로 샘플링 된 6MHz의 디지털 신호는 재샘플부(305)를 거치면서 실제 심볼 율의 n배(VSB의 경우는 n=2, QAM의 경우는 n=4)로 보간된다.

그 결과로서, VSB의 경우는 25MHz의 입력 샘플에 대해 21.52MHz의 심볼 속도의 2배인 출력 샘플을 생성해 내게 되고, QAM인 경우에는 21.44MHz의 심볼 속도의 4배인 출력 샘플을 생성해 내게 된다. 도 10b, 도 10c는 상기 재샘플부(305)를 통과하기 전과 통과한 후의 샘플 신호의 스펙트럼을 보여 주고 있다.

한편, 상기 재샘플부(305)에서 출력되는 신호는 위상 분할부(307)로 입력되어 I성분과 Q성분으로 나뉘어진 후 제 1 복소 곱셈기(308)로 출력된다. 상기 제 1 복소 곱셈기(308)는 상기 I,Q 성분의 신호와 NCO(319)의 출력을 곱하여 출력한다.이때, 상기 제 1 복소 곱셈기(308)에서 출력되는 신호는 주파수 오프셋의 유무대소에 상관없이 그 스펙트럼이 정확히 6MHz에 위치하게 된다.

그리고, 상기 제 1 복소 곱셈기(308)의 출력 신호는 고정된 계수를 갖는 통과대역 정합필터(309)로 입력되어 심볼 위치에서의 SNR이 최대가 되도록 재조정된 후 제 2 복소 곱셈기(310)로 출력된다.

상기 제 2 복소 곱셈기(310)는 상기 정합 필터(309)를 통과한 I,Q 신호와 고정 발진기(310)의 출력을 곱하여 상기 정합 필터(309)에서 출력되는 통과대역의 I,Q 신호를 기저대역으로 천이시킨다. 이때, 수신되는 신호가 QAM인 경우는 6MHz, 그리고 VSB인 경우는 8.69MHz의 고정 주파수가 고정 발진기(311)로부터 제 2 복소 곱셈기(310)로 입력된다.

여기서, 상기 제 2 복소 곱셈기(310)에서 기저대역으로 내려온 I,Q 신호는 이미 주파수 오프셋 뿐이 아니고 위상까지도 모두 보정된 신호이다.

상기 기저대역의 I,Q 신호는 상기 타이밍 복구부(306), 채널 등화부(313), 및 VSB 신호의 위상 오차를 검출하는 VSB 위상 오차 검출기(PED)(312)로 출력된다.

즉, 상기 기저 대역의 I,Q 신호가 상기 채널 등화부(313)를 거치면 채널을 통과하면서 생긴 왜곡이 보상되고, 다시 위상 추적부(314)를 거치면 상기 튜너(301)에서 야기된 위상 잡음이 제거된다. 상기 위상 잡음이 제거된 기저대역의 I,Q 신호는 결정부(315), QAM 위상 오차 검출기(PED)(315), 및 채널 디코딩부(도시되지 않음.)로 출력된다. 상기 채널 디코딩부는 통상 기저대역의 I 신호로부터 송신시 삽입되었던 동기 신호등을 복원하고, 상기 동기 신호들을 이용하여 수신된 데이터 즉, 송신 심볼을 복구한다.

또한, 상기 결정부(315)는 상기 위상 추적부(314)에서 출력되는 기저대역 디지털 신호의 각 신호 레벨에 맞는 결정신호를 생성하여 QAM 위상 오차 검출기(316)로 출력하고, 상기 QAM 위상 오차 검출기(316)는 상기 위상 추적부(314)에서 출력되는 기저대역 디지털 신호와 결정부(315)로부터 생성된 결정신호를 사용하여 위상 오차를 검출한 후 선택부(317)로 출력한다.

이때, 상기 VSB PED(312)는 상기 제 2 복소 곱셈기(310)에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 위상 오차를 검출하여 상기 선택부(317)로 출력한다. 상기 선택부(317)는 VSB/QAM 모드 신호에 따라 상기 VSB PED(312)의 출력 또는 QAM PED(316)의 출력을 선택하여 루프 필터(318)로 출력한다. 상기 루프 필터(318)는 선택 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 NCO(319)로 출력하고, 상기 NCO(319)는 상기 루프 필터(318)의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내어 상기 제 1 복소 곱셈기(309)로 출력한다.

이제, 주파수 오프셋이 존재할 경우에 대해서 설명한다. 일 실시예로, 반송파 주파수가 6MHz인 경우를 설명한다. 이때, VSB인 경우 6MHz가 8.69MHz로 바뀌는 것 뿐 다른 모든 동작은 동일하다.

일 실시예로, 2차 IF의 수신 신호 샘플을 R(nT_S), 6MHz에 위치한 통과대역 정합 필터(309)의 임펄스 응답을 P(nT_S), 복원하고자 하는 2차 IF의 입력 신호 반송파 주파수를 w_c라고 하고, 6MHz로부터 떨어진 주파수 오프셋을라고 하면,

상기 반송파 주파수 w_c는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 1에서는 반송파의 주파수를 나타내고, psi (nT_s )는 위상을 나타낸다.

따라서, 상기된 도 1과 같은 변조방식은 다음의 수학식 2와 같이 수신된 신호가 정합필터를 거친 후 복소 곱셈기에서 반송파에 곱해지는 형태로 나타난다. 여기서는 컨볼루션을 의미한다.

이때, 반송파의 주파수 및 위상은 다음의 수학식 3과 같이 다시 고정 주파수인 6MHz와 그 차이 값인 주파수 오프셋 및 순간 위상 값으로 나뉘어 질 수 있다.

이때, 2차 IF의 수신 신호 R(nT_S)와 통과대역 정합 필터(309)의 임펄스 응답 P(nT_S)과의 컨볼루션은 선형 과정(Linear Processing)이므로, 상기 수학식 3에서 나뉘어진 반송파 성분 중 주파수 오프셋과 순시위상 성분은 2차 IF 대역의 수신 신호와 먼저 곱을 이루도록 아래의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.

상기된 수학식 4를 살펴보면 도 6과 같은 반송파 복구 구조가 나옴을 알 수 있다. 이는 상기된 수학식 4에서는 상기 제 1 복소 곱셈기(308)의 출력이고,는 상기 제 2 복소 곱셈기(210)의 출력임을 의미한다.

즉, 주파수 오프셋 및 순시 위상 성분을 갖는 2차 중간주파수 대역의 I,Q 신호가 제 1 복소 곱셈기(308)에서 NCO(319)의 출력과 곱해지면 2차 중간주파수 대역의 I,Q 신호 성분에서 1차로 주파수 오프셋 성분과 순시 위상 성분이 복구된다. 그리고, 상기 제 1 복소 곱셈기(308)의 출력 스펙트럼이 항상 6MHz에 위치하도록 한 후, 정합 필터(309)를 통과시키면 심볼 위치에서의 SNR이 최대가 되도록 재조정된다. 상기 정합 필터(309)의 출력이 다시 제 2 복소 곱셈기(310)로 입력되어 고정 잔여 반송파인 6MHz와 곱해지면 제 2 IF 대역의 신호는 기저대역으로 천이되게 된다.

상기와 같이 2단으로 반송파 복구를 하는 경우 주파수 오프셋에 상관없이 정합 필터로 입력되는 신호 스펙트럼은 항상 6MHz에 존재하게 된다. 따라서, 입력되는 신호를 고정계수를 이용한 정합 필터를 통과시키더라도 신호성분의 깎임이 전혀없게 되고, 따라서 SNR의 손실도 생기지 않는다.

일반적으로 반송파 복구시에는 주파수 및 천천히 변하는 위상오차(수 KHz이내)만을 추적하도록 루프 필터(318)의 밴드폭을 좁게 설정하고, 남겨진 빠른 위상오차(수십 KHz이내)는 위상 추적부(314)에서 보상하게 되어 있기 때문에 상기된 도 1에 도시된 기존 반송파 복구 방식에 비해 궤환 루프의 지연시간이 정합필터를 통과하는데 걸리는 지연시간 만큼 더 길어지긴 하였지만 루프 필터(318)의 밴드폭이 충분히 좁아서 크게 문제가 되지 않는다.

만일, 지연시간이 시스템에 문제가 될 정도로 중요한 요소라 하더라도 본 발명에서 제안되는 방식은 그대로 사용될 수가 있다. 즉, 복구할 반송파를 분할하는 상기된 과정에서 반송파를 다음의 수학식 5와 같이 주파수 오프셋, 그리고 고정 주파수 6MHz 및 순시 위상값으로 분할한다.

그리고, 주파수 오프셋 성분만을 컨벌루션 식 안으로 넣어서 다음의 수학식 6과 같이 R(nT)와 곱을 먼저 이루도록 한다.

도 11은 상기된 수학식 6을 하드웨어로 구현한 본 발명에 따른 다매체 디지털 TV 수신기의 구성 블록도이다.

도 11을 보면, 튜너(601), SAW 필터(602), 고정 주파수 25MHz(604)를 입력받는 A/D 변환부(603), 재샘플부(605), 위상 분할부(607), 제 1 복소 곱셈기(608), 정합 필터(609), 제 2 복소 곱셈기(610), 채널 등화부(611), 위상 추적부(612), 및 결정부(613)가 순차 연결되고, 상기 제 2 곱셈기(610)의 출력은 타이밍 복구부(606), 채널 등화부(611), VSB PED(619)로 입력되고, 위상 추적부(612)의 출력과 결정부(613)의 출력은 QAM PED(614)로 입력되며, 상기 VSB/QAM 모드 신호에 따라 상기 VSB PED(619)의 출력 또는 QAM PED(614)의 출력을 선택하여 루프 필터(617)로 출력하는 선택부(617)의 구성은 상기된 도 6과 같으므로 상세 설명을 생략한다.

도 6과의 차이점은 반송파 복구 쪽이다. 즉, 상기 루프 필터(618)의 출력은 NCO(620)와 래치(615)로 동시에 입력되고, 상기 NCO(620)의 출력은 제 2 복소 곱셈기(610)로 입력되며, 상기 래치(615)의 출력은 고정 발진기(616)를 통해 제 1 곱셈기(608)로 입력된다.

그러므로, 상기된 수학식 6에서은 제 1 복소 곱셈기(608)의 출력이고,은 제 2 복소 곱셈기(610)의 출력이다.

즉, 제 1 복소 곱셈기(608)는 반송파가 6MHz로부터 벗어난 평균 주파수 오프셋 값을 변조하고, 제 2 복소 곱셈기(610)는 나머지 6MHz와 순시 위상 값을 변조한다. 예컨대, 초기단계에는 제 1 복소 곱셈기(608)에서 입력신호와 상수 값(1+j0)이곱해져서 입력 신호가 바이패스 되고 있고, 제 2 복소 곱셈기(610)에서 반송파 복구를 시작하다가 반송파 복구가 완전히 되고 반송파가 복구되었다는 록 신호가 루프 필터(610)에서 출력되면 그때까지 래치(616)에 저장되어 있던 주파수 오프셋 정보가 제 1 복소 곱셈기(608)의 고정 주파수 발진기(616)로 출력된다. 따라서, 제 1 복소 곱셈기(609)는 입력 신호에 대해 오프셋만큼의 주파수로 변조하게 된다.

그러면, 제 2 복소 곱셈기(610)는 6MHz의 고정 잔여 주파수 성분 및 순시 주파수 성분만을 보정해 주면 되므로, 상기된 도 6의 구조와 비슷하게 되면서도 지연시간은 도 1의 경우와 같게 된다. 마찬가지로, 도 11에서도 정합필터(609)를 통과하는 입력신호의 주파수는 6MHz에 위치해 있어서 SNR 손실이 없게 됨은 쉽게 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 반송파 복구 장치를 통한 2단 변조방법은 통과대역에서 정합필터를 사용하는 모든 디지털 통신 시스템에 수정 없이 바로 적용될 수 있다. 특히, QPSK 혹은 COFDM 같은 다른 매체의 수신기 성능 향상에도 크게 기여할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 반송파 복구 장치에 의하면, 고정계수를 가진 통과대역 정합필터를 사용하고 2단으로 반송파 복구를 함으로써, 튜너의 출력 스펙트럼이 미리 설정된 반송파 주파수로부터 임의의 방향으로 큰 주파수 오프셋(수백 KHz 이상)을 가지고 존재하는 경우에도 상기된 정합 필터에 의해 신호 성분이 잘려 나가는 것을 방지하고, 이로 인해 SNR의 손실도 막을 수 있어 VSB/QAM 단일수신기 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 그 구현에 있어서도 복소 곱셈기 하나와 간단한 위상분할기 하나만 추가되면 되므로 시스템의 복잡도가 별로 증가하지 않는 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 특정 채널의 통과 대역 신호를 수신하여 통과 대역 디지털 신호로 변환한 후 반송파 복구를 통해 송신 심볼을 추출하는 반송파 복구 장치에 있어서,

   상기 통과 대역 디지털 신호를 I,Q 통과 대역 디지털 신호로 분할한 후 주파수 오프셋 및 위상 차이값에 비례하는 복소 반송파와 곱하여 상기 분할된 I,Q 통과대역 디지털 신호로부터 주파수 오프셋과 위상 차이만을 보정하는 제 1 변조부;

   상기 제 1 변조부의 출력을 필터링하여 심볼 위치에서의 신호대잡음비(SNR)가 최대가 되도록 재조정하는 고정계수를 갖는 통과대역 디지털 정합 필터;

   상기 디지털 정합 필터에서 출력되는 I,Q 신호에 VSB/QAM 신호에 따른 고정 잔여 복소 반송파를 곱하여 상기 I,Q 통과 대역 신호를 기저대역으로 천이시키는 제 2 변조부; 그리고

   수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 각각 다른 방식으로 상기 제 2 변조부에서 출력되는 반송파의 위상 오차를 검출하고 검출된 상기 위상 오차로부터 주파수 오프셋 및 위상 차이값만을 분리한 후 그에 비례하는 복소 반송파를 상기 제 1 변조부로 출력하는 위상 오차 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디지털 정합 필터는 6MHz를 중심으로 정해진 롤-오프 값을 갖는 고정계수 I,Q 디지털 정합필터인 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 변조부는

   수신되는 신호가 QAM인 경우 6MHz, VSB인 경우 8.69MHz의 고정 잔여 반송파를 상기 정합 필터의 출력에 곱하는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 오차 검출부는

   상기 제 2 변조부에서 출력되는 I,Q 기저대역 디지털 신호에 포함된 채널 왜곡과 위상 잡음을 제거하는 채널 등화 및 위상 추적부와,

   상기 채널 등화 및 위상 추적부의 출력으로부터 QAM 신호의 위상 오차를 검출하는 QAM 위상 오차 검출부와,

   상기 제 2 변조부의 출력으로부터 VSB 신호의 위상 오차를 검출하는 VSB 위상 오차 검출부와,

   수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 상기 VSB 위상 오차 검출부의 출력 또는 QAM 위상 오차 검출부의 출력을 선택 출력하는 선택부와,

   상기 선택부를 통해 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 주파수 오프셋 및 순시 위상 값만을 분리한 후 그에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 상기 제 2 변조부로 출력하는 루프 필터 및 제어 발진부로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
5. 특정 채널의 통과 대역 신호를 수신하여 통과 대역 디지털 신호로 변환한 후 반송파 복구를 통해 송신 심볼을 추출하는 반송파 복구 장치에 있어서,

   상기 통과 대역 디지털 신호를 I,Q 통과 대역 디지털 신호로 분할한 후 주파수 오프셋 값에 비례하는 복소 반송파를 곱하여 상기 분할된 I,Q 통과대역 디지털 신호로부터 주파수 오프셋 성분을 보정하는 제 1 변조부;

   상기 제 1 변조부의 출력을 필터링하여 심볼 위치에서의 신호대잡음비(SNR)가 최대가 되도록 재조정하는 고정계수를 갖는 통과대역 디지털 정합 필터;

   상기 디지털 정합 필터에서 출력되는 I,Q 신호에 VSB/QAM 신호에 따른 고정 잔여 주파수 및 위상 차이값에 비례하는 복소 반송파를 곱하여 상기 I,Q 통과 대역 신호를 기저대역으로 천이시키면서 위상 차이를 보정하는 제 2 변조부; 그리고

   수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 각각 다른 방식으로 상기 제 2 변조부에서 출력되는 반송파의 위상 오차를 검출하고 검출된 상기 위상 오차를 주파수 오프셋 그리고 고정 잔여 주파수 및 위상 차이값으로 분할한 후 상기 주파수 오프셋에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 제 1 변조부로 출력하고, 고정 잔여 주파수와 위상 차이값에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 제 2 변조부로 출력하는 위상 오차 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 위상 오차 검출부는

   상기 제 2 변조부에서 출력되는 I,Q 기저대역 디지털 신호에 포함된 채널 왜곡과 위상 잡음을 제거하는 채널 등화 및 위상 추적부와,

   상기 채널 등화 및 위상 추적부의 출력으로부터 QAM 신호의 위상 오차를 검출하는 QAM 위상 오차 검출부와,

   상기 제 2 변조부의 출력으로부터 VSB 신호의 위상 오차를 검출하는 VSB 위상 오차 검출부와,

   수신되는 신호가 VSB인지 QAM인지를 판단하고 그에 따라 상기 VSB 위상 오차 검출부의 출력 또는 QAM 위상 오차 검출부의 출력을 선택 출력하는 선택부와,

   상기 선택부를 통해 출력되는 위상 오차를 여과하고 적산하여 주파수 오프셋과 고정 잔여 주파수 및 순시 위상 값으로 분리하는 루프 필터와,

   상기 주파수 오프셋에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 상기 제 1 변조부로 출력하는 제 1 복소 반송파 발생부와,

   상기 고정 잔여 주파수 및 순시 위상 값에 비례하는 복소 반송파를 발생하여 상기 제 2 변조부로 출력하는 제 2 복소 반송파 발생부로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.