KR100519318B1 - 오픈 케이블 수신기 - Google Patents

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KR100519318B1
KR100519318B1 KR10-2003-0073427A KR20030073427A KR100519318B1 KR 100519318 B1 KR100519318 B1 KR 100519318B1 KR 20030073427 A KR20030073427 A KR 20030073427A KR 100519318 B1 KR100519318 B1 KR 100519318B1
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Abstract

본 발명은 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기에 관한 것으로서, 특히 반송파 락 검출 여부와 타이밍 락 검출 여부를 체크하여 수신기가 수신 불능 상태인지를 판별하고, 수신 불능 상태로 판별되면 수신기를 자동으로 리셋시키고 FM Hum을 검출함으로써, FM Hum의 특성이 없다가 채널 변화나 다른 원인에 의해 FM Hum이 발생하여 수신기가 수신 불능 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기에서 FM Hum 검출시 세가지 전송 모드별로 검출 조건을 다르게 하여 FM Hum을 검출하고 정량화함으로써, 반송파 복구부의 루프 필터에서 높은 신뢰도로 추적 및 포착이 가능한 효과가 있다. 그리고, 반송파 락 제어 신호에 따라 루프 필터의 대역폭 K2만을 조절함으로써, 충분한 SNR을 확보함과 동시에 하드웨어의 복잡도를 줄일 수 있다.

Description

오픈 케이블 수신기{Open cable receiver}
본 발명은 QPSK(quadrature phase shift keying) 방식의 디지털 케이블 수신기에 관한 것으로서, 특히 반송파 복구부시 FM Hum을 검출하여 반송파 복구에 적용하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기에 관한 것이다.
현재 미국에서는 디지털 케이블 티브이의 표준을 오픈 케이블(Open Cable)로 정했다. 또한 현재 우리나라에서도 오픈 케이블을 디지털 케이블 티브이의 표준으로 채택하려고 한다. 이러한 디지털 케이블 티브이의 방송 매체의 핵심은 양방향성과 이를 바탕으로 하는 유료 서비스에 있는 것이다.
디지털 케이블 셋톱은 디지털 케이블용 프로그램을 보내주는 일종의 방송국인 케이블 헤드-엔드와 연결되어 있다. 이때 상기 헤드-엔드는 케이블 주파수 대역 중 인-밴드(In Band) 대역을 통해 상기 디지털 케이블 셋톱으로 A/V 방송 프로그램을 송신하며, 아웃 오브 밴드(Out Of Band : OOB) 대역을 통해 상기 디지털 케이블 셋톱과 양방향 통신을 하고 가입자들을 관리한다. 또한, 상기 헤드-엔드는 OOB를 통해 유저들로부터 유료 TV(Pay TV)나 페이퍼뷰(Pay Per View ; PPV) 등의 유료 프로그램에 대한 신청을 받고, 각종 정보들을 OOB를 통해 디지털 케이블 셋톱에 전송하여 유저들이 프로그램을 볼 수 있도록 해준다. 즉, 실제로 가입자의 인증이나 데이터 통신을 할 수 있는 채널이 OOB인 것이다.
이런 시스템에서는 디지털 케이블 셋톱의 동작이 잘 되지 않는 경우 헤드-엔드에서 디지털 케이블 셋톱에게 진단(diagnostic)을 하라는 명령을 내린다. 그러면 디지털 케이블 셋톱은 자신의 진단 프로그램을 동작시켜 각 서브 시스템의 이상 유무를 진단하고 이 결과를 OOB를 통해 헤드-엔드에게 보고하고, 상기 헤드-엔드는 이 보고를 서버에서 관리하고 기타 필요한 조치들을 하게 된다.
상기 오픈 케이블 규약의 특징은 케이블 셋톱에서 제한 수신(Conditional Access)을 관장하는 안전 모듈(Point Of Deployment ; POD)을 분리하고, OOB 채널에 QPSK 방식을 사용하도록 제안하고 있다. 이때, 전송 모드는 0.772Msps, 1.024Msps, 1.544Msps 세가지 전송 모드를 제안하고 있다. 즉, 상기 QPSK 방식의 케이블 수신기는 상기 헤드-엔드에서 전송된 디지털 케이블 데이터를 수신하여 안전 모듈(Point of Deployment ; POD)로 넘겨주는 역할과 POD의 데이터를 상기 헤드-엔드로 전송을 하는 역할을 한다.
일반적으로 상기 QPSK 방식의 케이블 수신기는 튜너를 포함하는 아날로그부, ADC(Analog/Digitar Convert), 상기 ADC 이후의 타이밍 복원부, 정합 필터부, 반송파 복구부, 및 채널 등화부를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 반송파 복구부에서의 해당 잡음(FM Hum, 주파수 옵셋, 위상 옵셋)의 복구는 QPSK 방식의 수신기 개발에 핵심이 되는 부분중의 하나이다.
그리고, 상기 케이블 헤드-엔드에서 이루어지는 QPSK 방식의 변조는 데이터 전송을 위해 심볼당 2비트에 해당되는 4개 레벨의 벡터값이다. 이때 직교축에 대한 정사영값을 정현파와 여현파에 각각 반송파 억압 변조하여 합한 후에 송신하게 된다. 이렇게 QPSK 변조되어진 신호를 케이블 수신기에서 수신하고 반송파 복구부에서 반송파의 정확한 위치를 추정한 후, 수신 신호의 반송파에 위상 동기된 정현파와 여현파를 각각 곱하면 4개 레벨의 직교축에 대한 정사영을 얻을 수 있게 된다.
즉, 상기 반송파 복구부는 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 갖고 있는 통과대역 디지털 신호를 반송파에 위상 동기된 정/여현파로 복조하여 주파수 오프셋 및 위상 잡음이 복구된 기저대역 디지털 신호를 생성한다.
예를 들어, 상기 반송파 복구부에서 QPSK 방식으로 변조된 신호의 반송파를 복구한다고 가정하면, 이때의 위상 오차에 의한 영향은 다음과 같다.
우선 I(t), Q(t)를 각각 동상, 직교상의 기저대역(Base-band) 신호라 하고, 변조 주파수를 라 하면 QPSK로 변조된 신호 S(t)는 하기의 수학식1로 나타낼 수 있다.
상기 수학식 1을 동상과 직교상 모두 의 위상 오차가 있는 두개의 반송파로 각각 복조하면 하기의 수학식 2, 3과 같은 기저대역의 신호를 얻게 된다.
상기 수학식 2의 첫째 항과 수학식 3의 둘째 항의 는 이득 오차로 나타나고, 수학식 2의 둘째 항과 수학식 3의 첫째 항의 는 간섭 방해에 의한 오차로 나타나게 된다. 복구 반송파의 위상 오차는 이득 오차 뿐만 아니라 간섭 방해에 의한 오차로도 나타나게 되는데 이를 해결하기 위해 도 1과 같은 결정 궤한 루프기법을 사용하였다.
즉, 종래의 반송파 복구 방법에는 자승 루프 기법, 코스타스(Costas) 루프 기법, 결정 궤환 루프 기법등이 있다. 그 중에서 결정 궤환 루프 기법에 대해서만 살펴보겠다.
도 1은 결정 궤환 루프 기법을 이용한 반송파 복구부(100)가 포함된 오픈 케이블 수신기의 일반적인 구성 블록도이다.
도 1에서 보면, 반송파 복구부(100)는 수신되는 통과대역 신호 S(t)를 I,Q 기저대역 신호 Yc(t), Ys(t)로 각각 변환하는 제 1, 제 2 곱셈기(101,109)와 상기 제 1, 제 2 곱셈기(101)의 각 출력단에 연결되는 제 1, 제 2 기저대역 통과 필터(102,110)를 포함하여 구성된다.
상기 반송파 복구부(100)는 상기 제 1 기저대역 통과 필터(102)의 출력단에 연결되는 재샘플부(103), 상기 재샘플부(103)의 출력단에 연결되는 결정기(104), 상기 결정기(104)의 출력과 상기 제 2 기저대역 통과필터(110)의 출력을 곱하는 제 3 곱셈기(106)를 더 포함하여 구성된다.
상기 반송파 복구부(100)는 상기 제 3 곱셈기(106)의 출력단에 연결된 루프 필터(107), 상기 루프 필터(107)의 출력단에 연결된 국부 발진기(109), 및 상기 국부 발진기(108)의 출력을 90도 지연시키는 90도 이상기(105)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 상기 국부 발진기(108)의 출력은 바로 제 2 곱셈기(109)로 출력됨과 동시에 상기 90도 이상기(105)를 통해 제 1 곱셈기(101)로 출력된다.
상기 반송파 복구부(100)의 재샘플부(103)에는 기저대역의 I 신호를 이용하여 송신시에 사용된 것과 같은 심볼 클럭을 생성하는 타이밍 복구부(113)가 연결되고, 상기 타이밍 복구부(113)의 타이밍 복구 여부는 타이밍 락 검출부(114)에서 검출한다. 상기 반송파 복구부(100)의 루프 필터(107)에는 FM Hum 검출부(111)가 연결되고, 상기 FM Hum 검출부(111)의 출력단에는 반송파 락 검출부(112)가 연결된다. 상기 반송파 락 검출부(112)의 출력은 루프 필터(107)로 피드백되어 루프 필터(107)의 대역폭을 결정한다.
이와 같이 구성된 결정 궤한 루프기법은 하기의 수학식 4에 나타낸 DSB/SC(Double Side Band/Suppressed Carrier) PAM(Phase amplitude modulation)으로 변조하여 송신된 신호 S(t)의 반송파 복구 방법이다.
즉, 제 1, 제 2 곱셈기(101,109)는 상기 수학식 4와 같이 주파수 오프셋 및 위상 잡음을 갖고 있는 통과대역 신호 S(t)를 반송파에 위상 동기된 정/여현파 를 각각 곱하여 I,Q 기저대역 신호 Yc(t), Ys(t)로 변환한다. 여기서, 상기 는 국부 발진기(108)의 출력 신호이고, 는 국부 발진기(108)의 출력을 90도 지연시킨 90도 이상기(105)의 출력 신호이다.
하기의 수학식 5와 수학식 6은 도 1에서 제 1, 2곱셈기(101, 109)의 출력 Yc(t)와 Ys(t)를 표현한 것이다.
상기된 수학식 5, 6에서 , 성분은 제 1, 제 2 기저 대역 통과 필터(102,110)를 거치면서 제거된다. 제 1 기저 대역 통과 필터(12)를 통과한 신호는 재샘플부(103)와 결정기(104)를 거쳐 제 3 곱셈기(106)로 출력되고, 상기 제 3 곱셈기(106)는 상기 결정기(104)의 출력과 제 2 기저 대역 통과 필터(21)를 통과한 신호를 곱하여 루프 필터(107)로 출력한다. 상기 제 3 곱셈기(106)의 출력이 위상 오차가 된다.
이때, 상기 재샘플부(103)는 기저대역 신호처리를 통해 나온 현재 심볼들의 타이밍 에러를 타이밍 복구부(113)로부터 받아서 제 1 기저 대역 통과 필터(102)의 출력 신호와 신호 사이의 에러를 줄이는 방향으로 보간을 하여 결정기(104)로 출력한다. 상기 결정기(104)는 재샘플부(103)에서 보간되어 출력되는 기저 대역 신호를 기 결정된 신호 레벨과 비교하고, 상기 기저대역 신호의 결정 신호를 생성하여 제 3 곱셈기(106)로 출력한다. 만일 도 1에서 결정기(104) 에러가 없으면 결정기(104)의 출력은 잡음이 제거된 기저대역 신호가 된다.
상기 루프 필터(107)는 일반적인 1차 기저대역 루프 필터를 사용하며, 상기 제 3 곱셈기(106)에서 출력되는 위상 오차를 필터링하고 적산하여 국부 발진기(108)로 출력한다. 이때, 상기 루프 필터(107)의 필터 대역폭의 기어 쉬프팅(Gear Shifting)은 반송파 락 검출부(Lock detector)(112)의 락 제어신호에 의해 자동으로 이루어진다. 상기 반송파 락 검출부(112)는 FM Hum 검출부(111)의 출력에 따라 루프 필터(107)의 필터 대역폭을 스위칭한다. 즉 상기 FM Hum 검출부(111)는 루프 필터(107)의 출력으로부터 수신 신호에 포함된 FM Hum을 검출하여 상기 반송파 락 검출부(112)로 출력한다.
상기 국부 발진기(108)는 상기 루프 필터(107)의 출력에 비례하는 주파수 를 발생하여 90도 이상기(105)와 제 2 곱셈기(109)로 출력한다. 상기 90도 이상기(105)는 를 90도 지연시켜 을 만든 후 제 1 곱셈기(101)로 출력한다.
이와 같이 반송파 복구부(100)는 튜너나 RF 발진기에서 발생되는 수백 KHz 주파수 오프셋(Frequency offset)과 잔류 위상 잡음(Phase Jitter), 그리고 FM Hum을 최소화하는 방향으로 빠른 시간 안에 포착(Acquisition)/추적(Tracking)해야 정확한 데이터 복구가 이루어진다. 특히, 상기 해당 잡음(주파수 오프셋, 위상 잡음, FM Hum)의 효율적인 복구(포착 및 추적)는 최적화된 케이블 수신기 개발의 핵심 기술 중 하나이다.
여기서, FM Hum(Residual Frequency Modulation)은 보통 합성 국부 발진기(synthesized local oscillators)를 내장하고 있는 케이블 채널 업 컨버터(cable channel up-converters), 위성 수신기(satellite receivers), 케이블 TV 채널 변조기(cable television channel modulators), 많은 헤드 변조기(headed modulator)의 전원 잡음(power supply frequency pickup)에서 발생한다.
이때, 상기된 케이블 채널 업 컨버터, 위성 수신기, 케이블 TV 채널 변조기, 헤드 변조기 장비들의 민감한 발진기의 사용 증가로 인해, FM Hum에 대한 해당 튜너의 민감도는 수신기의 성능을 결정하는 중요한 요소가 된다. 그리고 이것은 수신기 설계 과정에서 결정되어져야만 한다. 이들 장비들은 보통 전원 잡음으로 60Hz의 FM Hum을 갖고 있지만, QPSK 방식 수신기는 최소한 120Hz의 피크-투-피크(Peak-to-Peak) 수십-수백 Khz의 FM Hum에 대해서도 포착 및 추적이 가능하도록 설계되어져야 한다.
일반적으로 방송 장비들은 시간이 경과함에 따라 성능이 노화(aging)된다. 따라서, QPSK 방식의 수신기의 반송파 복구부(100)는 방송 장비들의 성능 노화 현상에 상관없이 FM Hum을 복구할 수 있어야 한다. 하지만, 모든 반송파 복구부가 무한정의 FM Hum을 복구하기란 사실상 불가능하다고 할 수 있다.
예를 들어, 대략 Peak-to-Peak 수십 Khz 미만에 해당하는 매우 적은 양의 FM Hum이 존재하는 경우, 별도의 FM Hum 검출기 없이도 반송파 복구부(100)는 FM Hum을 복구할 수 있다. 하지만, Peak-to-Peak 수백 Khz에 달하는 FM Hum은 복구가 불가능하므로, 이를 복구하기 위해서는 별도의 신뢰성 높은 FM Hum 검출부(111)를 사용하여 FM Hum의 정량적 크기에 따라 반송파 복구부(100)의 루프 필터(107)의 대역폭을 조절해야만 한다. 이때, 상기 FM Hum 검출부(111)는 FM Hum의 정량적 크기에 비례하는 루프 필터(107)의 대역폭을 결정할 수 있는 도구로 반드시 요구되어진다.
그러나, 상기된 FM Hum 검출부(111)는 하나의 전송 모드로 고정되어 있고 고정된 전송 모드에 대해서만 FM Hum의 정량적 크기를 결정하고 있다.
그런데, 상기된 QPSK 방식의 수신기에 적용되는 오픈 케이블 규약은 전술한 바와 같이 세가지 전송 모드(즉, 0.772Msps, 1.024Msps, 1.544Msps)를 제안하고 있다. 따라서, 상기된 QPSK 방식의 수신기로 전송되는 신호의 전송 모드가 바뀌면 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio ; SNR)가 떨어지면서 SNR 손실이 발생하는 문제점이 있다.
또한, FM Hum이 채널에 없다가 생기는 경우 QPSK 방식 수신기는 루프필터의 마지막 대역폭으로 포착이 된 상황이므로 수신불능의 상태가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 타이밍 복구에 대한 락 검출 정보와 반송파 복구에 대한 락 검출 정보를 이용하여 시스템을 리셋시킴으로써, 수신기가 FM Hum으로 인해 수신 불능 상태가 되는 것을 방지하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 세가지 전송모드에 따라 FM Hum을 검출하는 조건을 다르게 하여 FM Hum을 검출하고 정량화함으로써, SNR을 높여 반송파를 복구하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기는 FM Hum의 특성이 없다가 채널 변화나 다른 원인에 의해 FM Hum이 발생하여도 수신 불능 상태가 되지 않도록 하며, QPSK 방식 수신기의 세가지 전송모드에 따라서 FM Hum을 검출하는 조건을 변화시켜 FM Hum을 검출하고 정량화하는데 그 특징이 있다.
이를 하드웨어로 구현한 본 발명에 따른 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기는 루프 필터의 대역폭의 기어 쉬프팅을 통해 위상 오차의 포착, 추적 과정을 수행하여 특정 채널의 통과 대역 디지털 신호를 주파수 오프셋과 위상 잡음 그리고, FM Hum이 복구된 기저대역 디지털 신호로 변환하는 반송파 복구부; 전송 모드별로 FM Hum 검출 조건이 다른 복수개 이상의 FM Hum 검출기를 구비하고, 수신된 신호의 전송 모드에 해당하는 FM Hum 검출기를 통해 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 FM Hum 검출부; 상기 FM Hum 검출부의 제에 신호에 따라 상기 반송파 복구부의 루프 필터의 포착, 추적 단계의 천이를 결정하며, 각 단계에 따라 상기 루프 필터의 대역폭을 선택하는 락 제어 신호를 상기 루프 필터로 출력하는 반송파 락 검출부; 수신된 신호로부터 송신시에 사용된 것과 같은 심볼 클럭을 생성하는 타이밍 복구부; 상기 타이밍 복구부에서의 타이밍 복구 여부를 체크하여 타이밍 복구가 이루어지면 타이밍 락이 되었음을 나타내는 타이밍 락 제어 신호를 출력하는 타이밍 락 제어부; 그리고 상기 반송파 락 검출부에서 반송파 락이 검출되고, 타이밍 락 검출부에서 타이밍 락이 검출되지 않으면 수신기를 자동 리셋시키는 시스템 리셋부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 반송파 복구부 내의 루프 필터는 기 설정된 대역폭에 입력되는 위상 오차를 곱하여 출력하는 제 1 선택기와, 각 전송 모드별로 다수개의 대역폭 값을 미리 저장하고 있으며, 수신된 신호의 전송 모드와 상기 반송파 락 검출부의 락 제어 신호에 따라 해당 대역폭을 선택하고, 선택된 대역폭에 입력되는 위상 오차를 곱하여 출력하는 제 2 선택기와, 상기 제 2 선택기의 출력을 심볼 단위로 누적하여 FM Hum 검출부로 출력하는 적분기와, 상기 제 1 선택기의 출력과 상기 적분기의 출력을 더하여 국부 발진을 위해 출력하는 가산기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 FM Hum 검출부는 전송 모드가 0.772Msps일 때 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 제 1 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 제 1 FM Hum 검출기와, 전송 모드가 1.024Msps일 때 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 제 2 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 제 2 FM Hum 검출기와, 전송 모드가 1.544Msps일 때 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 제 3 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 제 3 FM Hum 검출기로 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 2는 본 발명에 따른 시스템을 자동으로 리셋시키기 위한 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기의 구성 블록도로서, 타이밍 복구부와 반송파 복구부의 관계를 도시하고 있다.
도 2를 보면, 타이밍 복구부(202)의 락 유무를 검출하는 타이밍 락 검출부(205)의 출력과 반송파 복구부(203)의 락 유무를 검출하는 반송파 락 검출부(207)의 출력이 시스템 리셋부(208)로 입력된다.
상기된 도 2에서 타이밍 복구부(202), 반송파 복구부(203), 타이밍 락 검출부(205), 및 반송파 락 검출부(207)는 상기된 도 1과 같은 구성 및 작용을 하므로 상세 설명을 생략한다. 상기 반송파 복구부(203)와 반송파 락 검출부(207) 사이에 본 발명의 FM Hum 검출부(206)가 구성된다.
상기 시스템 리셋부(208)는 상기 타이밍 락 검출부(205)의 출력과 반송파 락 검출부(207)의 출력에 따라 시스템 리셋 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 시스템을 리셋시킨다.
여기서, 상기 시스템 리셋부(208)는 QPSK 방식의 수신기가 대역폭을 추적해 나가는 매 상황마다 자동 리셋 조건을 검출하고, 리셋 조건을 만족하면 시스템을 자동으로 리셋시킨다.
도 3은 상기 시스템 리셋부(208)의 시스템 리셋 과정을 흐름도로 도시한 것으로서, 먼저 반송파 복구부(203)에서 락이 되었는지를 판별한다(단계 301).
즉, 상기 반송파 복구부(203)는 튜너나 RF 발진기에서 발생되는 수백 KHz 주파수 오프셋(Frequency offset)과 잔류 위상 지터(Phase Jitter)를 최소화하는 방향으로 빠른 시간 안에 포착(Acquisition)/추적(Tracking)해야 한다.
그리고, 상기 반송파 복구부(203)는 해당 잡음을 포착/추적 후 시스템의 BER(Bit Error Rate) 성능을 향상시키기 위해 루프 필터의 필터 대역폭을 점진적으로 좁혀 나가는 방법을 사용한다. 이러한 방법을 기어 쉬프팅(Gear shifting)이라 한다.
따라서, 상기 해당 잡음을 정확히 제거했는지에 대한 판단 및 기어 쉬프팅을 위해 반송파 락 검출부(207)가 이용된다. 즉, 상기 필터 대역폭의 기어 쉬프팅(Gear Shifting)은 반송파 락 검출부(207)의 락 제어신호에 의해 자동으로 이루어진다.
상기 반송파 락 검출부(207)는 반송파 복구부(203)에서 주파수 오프셋을 포착하고, 위상 오차를 추적할 때 그에 해당하는 반송파 락 제어 신호를 출력한다. 상기 반송파 락 검출부(207)는 각 포착 및 추적 단계에 따른 반송파 락 제어 신호를 출력하여 루프 필터의 대역폭을 선택한다.
그리고, 상기 반송파 복구부(203)에서 추적이 완료되면 락이 되었다는 반송파 락 제어 신호를 출력하고, 상기 단계 301에서 이를 검출한다.
그러므로, 상기 단계 301에서 반송파 락이 검출되면 타이밍 락을 검출하는 단계 302로 진행하고, 검출되지 않으면 반송파 락이 검출될 때까지 대기한다.
상기 단계 302는 타이밍 락 검출부(205)에서 타이밍 락을 검출하였는지를 판별한다. 즉, 상기 타이밍 락 검출부(205)는 타이밍 복구부(202)에서 심볼 에러가 완전히 복구되었는지를 확인하여 완전히 복구되었다고 판별되면 타이밍 락이 되었다는 타이밍 락 제어 신호를 출력한다.
상기 단계 301에서 반송파 락이 검출되고, 단계 302에서 타이밍 락이 검출되었다고 판별되면, 수신기에서 타이밍 복구 및 반송파 복구가 정상적으로 수행되고 있음을 의미한다.
그런데, 상기 단계 301에서 반송파 락이 검출되었는데 단계 302에서 타이밍 락이 검출되지 않았다고 판별되면 FM Hum이 채널에 없다가 생기는 경우이다. 이때, 상기 QPSK 방식 수신기는 반송파 복구부(203)의 루프 필터의 마지막 대역폭으로 포착이 된 상황이므로 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기는 수신 불능의 상태로 빠지게 된다.
본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 상기 단계 301에서 반송파 락이 검출되었는데 단계 302에서 타이밍 락이 검출되지 않았다고 판별되면 FM Hum이 채널에 없다가 생기는 경우로 판단하여 시스템을 리셋시킨다(단계 303). 이로 인해, 대역폭이 넓게 되므로 수신기는 수신 불능 상태에서 빠져 나오면서 포착과 추적이 빨라지는 효과를 볼 수 있다.
즉, 상기 반송파 락 검출 정보와 타이밍 락 검출 정보는 FM Hum이 채널에 없다가 생기면서 FM Hum 검출부(206)가 잘못된 방향으로 가게 됨에 의해 발생되는 QPSK 방식 수신기의 수신 불능 상태를 판별하고 시스템을 리셋시키기 위해 이용된다.
이때 본 발명은 시스템에 리셋을 해줌으로써 수신불능의 상태를 빠져 나올 수 가 있다.
이와 같이 본 발명은 FM Hum이 갑자기 생겨 시스템이 수신 불능의 상태가 되면 시스템을 강제 리셋시킨 후 FM Hum을 검출하여 그에 맞는 대역폭을 결정할 수 있도록 해준다.
한편, 본 발명의 QPSK 방식 수신기는 다른 수신방식에 비해 대역폭이 좁기 때문에 반송파 복구부의 루프 필터의 대역폭의 갯수를 줄여 대역폭을 넓게 하고, 반송파 복구부의 루프필터 대역폭 K2에 대해서만 대역폭을 조절함으로써 하드웨어의 복잡도를 줄인다.
또한, QPSK 방식의 세가지 전송모드에 따라 FM Hum을 검출함으로써, 신뢰성 높은 포착 및 추적을 수행한다. 즉, 상기 QPSK 방식의 세가지 전송모드는 대역폭이 서로 다르기 때문에 FM Hum 검출부에서는 각 전송 모드에 따라 FM Hum 검출 조건을 다르게 설정하여 FM Hum을 검출하고 정량화한다. 상기 전송 모드는 송신기에서 보내주게 되며, 수신기는 이를 검출하여 알 수 있으므로 전송 모드 검출에 대해서는 설명을 생략한다.
즉, 상기 FM Hum 검출부에는 세 개의 FM Hum 검출기가 구비되며, 루프 필터에도 각 전송 모드에 따른 대역폭이 저장되어 있다.
도 4는 이러한 본 발명에 따른 루프 필터(401)와 FM Hum 검출부(402), 및 반송파 락 검출부(403)의 관계를 도시한 블록도이다. 도 4와 도 2의 FM Hum 검출부, 반송파 락 검출부는 동일 작용을 수행하는 블록이다.
상기 반송파 복구부 내의 루프 필터(401)는 기 설정된 대역폭 K1에 제 3 곱셈기에서 입력되는 위상 오차를 곱하여 출력하는 제 1 선택기(401a), 각 전송 모드별로 다수개의 대역폭 값을 미리 저장하고 있으며, 수신된 신호의 전송 모드와 반송파 락 검출부의 락 제어 신호에 따라 해당 대역폭을 선택하고, 선택된 대역폭에 상기 제 3 곱셈기에서 입력되는 위상 오차를 곱하여 출력하는 제 2 선택기(401b), 상기 제 2 선택기(401b)의 출력을 심볼 단위로 누적하는 가산기(401d)와 지연기(401e), 및 상기 제 1 선택기(401a)의 출력과 상기 지연기(401e)의 출력을 더하는 가산기(401c)로 구성된다. 상기 가산기(401d)와 지연기(401e)는 상기 제 2 선택기(401b)의 출력을 심볼 단위로 누적하는 일반적인 적분기이다.
여기서, 상기 가산기(401c)의 출력은 국부 발진기로 출력되고, 지연기(401e)의 출력은 FM Hum 검출부(402)로 출력된다.
이때 본 발명은 상기 루프필터(401)의 대역폭을 조절하는데 있어서 제 2 선택기(401b)의 대역폭 K2만을 조절하는 것을 제안하다. 즉, QPSK 방식은 심볼당 2비트에 해당되는 4개 레벨의 벡터값이 출력되므로 높은 SNR과 높은 TOV가 요구되어지지 않는다. 따라서, FM Hum의 정도에 따라 제 2 선택기(401b)의 대역폭 K2만 조절하여도 충분한 SNR을 확보할 수가 있으면서 동시에, 하드웨어의 복잡도를 줄일 수 있다.
상기 FM Hum 검출부(402)는 QPSK 방식의 세가지 전송 모드 조건을 각각 만족하도록 제 1 내지 제 3 FM Hum 검출기로 구성된다. 즉, 상기 제 1 FM Hum 검출기(402a)는 전송 모드가 0.772Msps일 때 상기 루프 필터(401)의 출력으로부터 FM Hum을 검출하여 정량화하고, 제 2 FM Hum 검출기(402b)는 전송 모드가 1.024Msps일 때 상기 루프 필터(401)의 출력으로부터 FM Hum을 검출하여 정량화한다. 또한, 제 3 FM Hum 검출기(402c)는 전송 모드가 1.544Msps일 때 상기 루프 필터(401)의 출력으로부터 FM Hum을 검출하여 정량화한다.
예를 들어, 상기 제 1 FM Hum 검출기(402a)는 상기 루프 필터(401)의 지연기(401e)에서 출력되는 신호로부터 최대값과 최소값을 계산하여 두 값의 차이를 구하고, 그 차이값을 QPSK 방식의 수신기에 유입된 FM Hum의 정량적 크기로 결정한다. 상기 정량적인 FM Hum 값의 크기를 다시 미리 저장된 참조 FM Hum 값의 크기와 비교하고, 그 비교 결과로부터 루프 필터(401)의 대역폭을 결정하는 제어 신호를 생성하여 반송파 락 검출부(403)로 출력한다.
본 발명에서 제 1 내지 제 3 FM Hum 검출기의 내부 구성은 거의 동일하고 단지 각 모드에 따라 미리 저장하는 참조 FM Hum 값들이 다르다.
그리고, 상기 제 2 선택기(401b)에 미리 저장되는 대역폭도 각 모드마다 다른 값을 갖는다. 즉, 수신기에서 검출된 전송 모드는 상기 FM Hum 검출부(402)와 루프 필터(401)의 제 2 선택기(401b)로 출력된다. 그러면, 전송 모드에 따라 제 1 내지 제 3 FM Hum 검출기 중 하나가 동작하고, 제 2 선택기(401b)는 대역폭이 입력된 전송 모드에 맞게 변경이 된다.
이때 하나의 모드에 대해서 대역폭은 각 포착 및 추적 단계만큼 설정되어 저장된다. 예를 들어, 하나의 모드에 대해서 포착 1, 포착 2, 추적 단계로 설정한다면 하나의 모드에 대해서 대역폭 값은 3개가 설정되어 있고, 이 대역폭의 선택은 반송파 락 검출부(403)에서 출력되는 락 제어 신호에 의해 결정된다.
상기 반송파 락 검출부(403)는 상기 FM Hum 검출부(402)로부터 출력되는 제어신호에 따라 반송파 복구부(203)의 포착 및 추적 단계의 천이를 결정하며, 결정된 단계에 따라 루프 필터 대역폭을 결정하는 락 제어신호를 루프 필터(401)의 제 2 선택기(401b)로 출력한다.
상기 제 2 선택기(401b)는 상기 반송파 락 검출부(403)의 락 제어 신호에 따라 대역폭을 선택하여 출력하고, 가산기(401d)와 지연기(401e)는 상기 선택된 대역폭 값을 누적하여 주파수 오프셋()를 생성한다. 이렇게 생성된 주파수 오프셋과 케이블 채널 업 컨버터, 위성 수신기, 케이블 TV 채널 변조기, 헤드 변조기 장비로부터 생성된 FM Hum(±FM Hum)은 FM Hum 검출부(402)로 출력된다.
도 5는 본 발명에 따른 반송파 락 검출부와 시스템 리셋부의 연동 동작에 의한 반송파 복구부의 루프 필터의 포착 및 추적 단계의 천이 과정을 나타내는 제어 흐름도로서, 블록 부호는 도 2와 도 4를 참조하여 설명한다.
도 5에서는 현재 수신된 신호에 포함된 전송 모드에 따라 FM Hum 검출부(402)의 제 1 내지 제 3 FM Hum 검출기 중 하나가 동작하여 FM Hum을 검출하고 정량화한 후 반송파 락 검출부(403)로 출력되고, 상기 반송파 락 검출부(403)는 상기 해당 FM Hum 검출기의 출력에 따라 루프 필터(401)의 제 2 선택기(401b)의 대역폭을 스위칭한다. 이때, 상기 제 2 선택기(401b)의 대역폭 값들은 수신된 전송 모드에 맞게 변경되어 있다.
그리고, 포착 1,2 단계는 반송파 락 검출부(403)의 포착 단계를 나타내며, 포착 2단계에서 반송파 락 검출부(403)는 추적 단계로 천이한다.
상기 포착 1단계에서 FM Hum 검출부(402)는 수신기에 유입된 FM Hum의 정량적인 크기를 계산하여 포착 단계1를 그대로 유지할지 포착 2단계로 천이할지를 결정하고, 시스템 리셋부는 반송파 락 검출 정보와 타이밍 락 검출 정보를 이용하여 시스템을 리셋시킬지 여부를 결정한다. 그리고, 상기 포착 2단계에서 FM Hum 검출부(402)는 수신기에 유입된 FM Hum의 정량적인 크기를 계산하여 포착 단계2를 그대로 유지할지 추적 단계로 천이할지를 결정하고, 시스템 리셋부는 반송파 락 검출 정보와 타이밍 락 검출 정보를 이용하여 시스템을 리셋시킬지 여부를 결정한다. 또한, 상기 추적 단계에서 FM Hum 검출부(402)는 수신기에 유입된 FM Hum의 정량적인 크기를 계산하여 추적 단계를 그대로 유지할지 아니면 포착 1이나 포착 2단계로 천이할지를 결정하고, 시스템 리셋부는 반송파 락 검출 정보와 타이밍 락 검출 정보를 이용하여 시스템을 리셋시킬지 여부를 결정한다.
한편, 본 발명에 따른 FM Hum 검출부를 이용한 반송파 복구 장치 및 방법은 QPSK 방식의 위성/케이블 디지털 수신기등에 적용할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기에 의하면, 반송파 락 검출 여부와 타이밍 락 검출 여부를 체크하여 수신기가 수신 불능 상태인지를 판별하고, 수신 불능 상태로 판별되면 수신기를 자동으로 리셋시키고 FM Hum을 검출함으로써, FM Hum의 특성이 없다가 채널 변화나 다른 원인에 의해 FM Hum이 발생하여 수신기가 수신 불능 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기에서 FM Hum 검출시 세가지 전송 모드별로 검출 조건을 다르게 하여 FM Hum을 검출하고 정량화함으로써, 반송파 복구부의 루프 필터에서 높은 신뢰도로 추적 및 포착이 가능한 효과가 있다.
그리고, 반송파 락 제어 신호에 따라 루프 필터의 대역폭 K2만을 조절함으로써, 충분한 SNR을 확보함과 동시에 하드웨어의 복잡도를 줄일 수 있다.
즉, QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기는 다른 수신 방식에 비해 대역폭이 좁기 때문에 반송파 복구부의 루프 필터의 대역폭의 갯수를 줄여 대역폭을 넓게 하고, 반송파 복구부의 루프필터 대역폭 K2에 대해서만 대역폭을 조절함으로써 하드웨어의 복잡도를 줄일 수 있으며, 또한 FM Hum이 채널에 갑자기 생기는 경우에도 대역폭이 넓게 되므로 추적과 포착이 빨라지는 효과를 볼 수 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.
도 1은 일반적인 결정 궤환 루프 기법을 이용한 반송파 복구 장치의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 타이밍 복구부와 반송파 복구부 그리고, 시스템 리셋부와의 관계를 보인 구성 블록도
도 3은 도 2에서 시스템을 리셋시키기 위한 동작 흐름도
도 4는 세가지 전송모드에 따라 FM Hum 검출 조건을 다르게 한 FM Hum 검출부와 루프 필터 그리고, 반송파 락 검출부와의 관계를 보인 본 발명의 구성 블록도
도 5는 본 발명에 따른 반송파 락 검출부와 시스템 리셋부의 연동 동작에 의한 반송파 복구부의 루프 필터의 포착, 추적 단계의 천이 과정을 나타내는 제어 흐름도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
201 : 전처리부 202 : 타이밍 복구부
203 : 반송파 복구부 204 : 후처리부
205 : 타이밍 락 검출부 206 : FM Hum 검출부
207 : 반송파 락 검출부 208 : 시스템 리셋부
401 : 루프 필터 402 : FM Hum 검출부
403 : 반송파 락 검출부

Claims (4)

  1. 루프 필터의 대역폭의 기어 쉬프팅을 통해 위상 오차의 포착, 추적 과정을 수행하여 특정 채널의 통과 대역 디지털 신호를 주파수 오프셋과 위상 잡음 그리고, FM Hum이 복구된 기저대역 디지털 신호로 변환하는 반송파 복구부;
    전송 모드별로 FM Hum 검출 조건이 다른 복수개 이상의 FM Hum 검출기를 구비하고, 수신된 신호의 전송 모드에 해당하는 FM Hum 검출기를 통해 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 FM Hum 검출부;
    상기 FM Hum 검출부의 제에 신호에 따라 상기 반송파 복구부의 루프 필터의 포착, 추적 단계의 천이를 결정하며, 각 단계에 따라 상기 루프 필터의 대역폭을 선택하는 락 제어 신호를 상기 루프 필터로 출력하는 반송파 락 검출부;
    수신된 신호로부터 송신시에 사용된 것과 같은 심볼 클럭을 생성하는 타이밍 복구부;
    상기 타이밍 복구부에서의 타이밍 복구 여부를 체크하여 타이밍 복구가 이루어지면 타이밍 락이 되었음을 나타내는 타이밍 락 제어 신호를 출력하는 타이밍 락 제어부; 그리고
    상기 반송파 락 검출부에서 반송파 락이 검출되고, 타이밍 락 검출부에서 타이밍 락이 검출되지 않으면 수신기를 자동 리셋시키는 시스템 리셋부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반송파 복구부 내의 루프 필터는
    기 설정된 대역폭에 입력되는 위상 오차를 곱하여 출력하는 제 1 선택기와,
    각 전송 모드별로 다수개의 대역폭 값을 미리 저장하고 있으며, 수신된 신호의 전송 모드와 상기 반송파 락 검출부의 락 제어 신호에 따라 해당 대역폭을 선택하고, 선택된 대역폭에 입력되는 위상 오차를 곱하여 출력하는 제 2 선택기와,
    상기 제 2 선택기의 출력을 심볼 단위로 누적하여 FM Hum 검출부로 출력하는 적분기와,
    상기 제 1 선택기의 출력과 상기 적분기의 출력을 더하여 국부 발진을 위해 출력하는 가산기로 구성되는 것을 특징으로 하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 FM Hum 검출부는
    전송 모드가 0.772Msps일 때 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 제 1 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 제 1 FM Hum 검출기와,
    전송 모드가 1.024Msps일 때 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 제 2 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 제 2 FM Hum 검출기와,
    전송 모드가 1.544Msps일 때 상기 루프 필터의 출력으로부터 FM Hum의 정량적 크기를 검출한 후 기 설정된 제 3 참조 FM Hum과 비교하여 제어 신호를 출력하는 제 3 FM Hum 검출기로 구성되는 것을 특징으로 하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 FM Hum 검출부는
    상기 루프 필터의 출력으로부터 각각 최대값과 최소값을 계산하고 두 값의 차이로 FM Hum의 정량적 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는 QPSK 방식의 오픈 케이블 수신기.
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