KR100540675B1

KR100540675B1 - 고화질 텔레비전 잔류 측파대 수신기 및 이러한 수신기에서의 사용 방법

Info

Publication number: KR100540675B1
Application number: KR1020007004332A
Authority: KR
Inventors: 티안 준 왕
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2006-01-10
Also published as: CN1285996A; AU1090099A; KR20010031338A; HK1035284A1; JP2001522206A; JP4149664B2; CN1178485C; WO1999023822A1

Abstract

잔류 측파대(VSB: Vistigial SideBand) 심볼 성군으로 나타낸 고화질 비디오 데이터를 포함하는 수신된 잔류 측파대(VSB) 변조 데이터스트림을 처리하는 시스템 및 장치로서, 상기 데이터는 다수의 데이터 세그먼트에 앞서 필드 동기 성분을 포함하는 연속적인 데이터 프레임으로 구성된 데이터 프레임 포맷을 구비하는, 상기 수신된 잔류 측파대 변조 데이터스트림을 처리하기 위한 시스템 및 장치에서, 상기 장치는 상기 수신된 VSB 데이터스트림을 디지털 형태로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(19); 복조 신호를 발생하기 위해 상기 변환기로부터 출력신호를 복조하기 위한 디지털 복조기(22); 상기 복조기에 포함된 디지털 위상 제어 네트워크(324 및 326); 상기 위상 제어 네트워크에 포함된 데이터 감소 네트워크(330, 332)를 포함한다.

Description

고화질 텔레비전 잔류 측파대 수신기 및 이러한 수신기에서의 사용 방법{HIGH DEFINITION TELEVISION VESTIGIAL SIDEBAND RECEIVER AND A METHOD FOR USE THEREIN}

본 발명은 예를 들면 미국 그랜드 얼라이언스에 의해 제안된 VSB 변조된 유형의 고화질 텔레비전 신호를 처리하기 위한 수신기 시스템에 관한 것이다.

심볼 형태로 디지털 정보를 전달하는 변조된 신호로부터의 데이터 복구는 일반적으로 수신기에 세가지 기능, 즉 심볼 동기화에 대한 타이밍 복구, 반송파 복구(베이스밴드로 주파수 복조), 및 채널 등화(channel equalization)의 기능을 요구한다. 타이밍 복구는 수신기 클럭(시간축)이 송신기 클럭에 동기화되는 과정이다. 이것은 수신된 신호가 수신된 심볼 값의 결정-유도된 처리(deciion-directed processing)에 관련된 슬라이싱 에러(slicing error)를 감소하기 위해 시간적으로 최적 지점에서 샘플링되도록 한다. 반송파 복구는 보다 낮은 중간 주파수 통과대역(예를 들면, 거의 베이스밴드)으로 주파수 다운 변환된 후, 수신된 RF 신호가 변조 베이스밴드 정보의 복구를 가능케하도록 베이스밴드로 주파수 이동되는 과정이다. 적응성 채널 등화는 신호 송신 채널에 있는 변경 조건 및 교란의 효과가 보상되는 과정이다. 이러한 과정은 일반적으로 개선된 심볼 결정 능력을 제공하기 위해 주파수에 따라 송신 채널의 시간 변화 특성을 가져오는 진폭과 위상 왜곡을 제거하는 필터를 사용한다.

본 발명에 따라, 고화질 텔레비전 정보를 포함하는 수신된 잔류 측파대(VSB) 변조 신호를 처리하기 위한 시스템은 수신된 HDTV 신호에서의 파일럿(pilot) 신호에 응답하는 디지털 복조기를 포함한다. 디지털 복조기는 제어 신호에 응답하여 출력에서 복조된 신호를 발생시키기 위한 디지털 위상 제어 네트워크와, 상기 위상 제어 네트워크 출력에서 신호의 다운샘플링된 버전(version)을 발생시키기 위해 상기 위상 제어 네트워크의 출력에 연결된 데이터 다운샘플러와, 상기 다운샘플링된 신호에 응답하여 제어 신호를 발생하기 위한 위상 검출기를 포함하는 위상 제어 루프를 포함한다.

도 1은 본 발명의 원리에 따른 장치를 포함하는 고화질 텔레비전(HDTV) 수신기의 부분을 나타낸 블록도.

도 2는 미국 그랜드 얼라이언스 HDTV 시스템에 따른 VSB 변조 신호에 대한 데이터 프레임 포맷을 나타낸 도면.

도 3은 도 1의 디지털 복조기/반송파 복구 네트워크를 자세히 나타낸 도면.

도 4는 도 1의 세그먼트 동기 검출기 및 심볼 클럭 복구 네트워크를 자세히 나타낸 도면.

도 5는 도 4의 네트워크의 동작을 이해하는데 유용한 신호 파형을 나타낸 도면.

도 6은 도 1의 시스템에 의해 처리된 심볼 데이터스트림에 있는 DC오프셋을 제거하기 위한 보상 네트워크를 자세히 나타낸 도면.

도 7은 도 1의 시스템에 NTSC 공동 채널 간섭 검출 네트워크를 자세히 나타 낸 도면.

도 8은 도 7의 네트워크의 동작에 관련된 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 1에서, 지상 방송 아날로그 입력 HDTV 신호는 RF 동조 회로를 포함하는 입력 네트워크(14)와, IF 통과대역 출력 신호를 발생하기 위한 이중 변환 튜너를 포함하는 중간 주파수(IF) 프로세서(16)와, 적절한 자동 이득 제어(AGC: Automatic Gain Control)회로에 의해 처리된다. 수신된 신호는, 그랜드 얼라이언스에 의해 제안되고 미국에서 사용을 위해 채택된 반송파가 억압된 8-VSB 변조 신호이다. 그러한 VSB 신호는, 하나의 축만이 수신기에 의해 복구되는 양자화된 데이터를 포함하는 1차원 데이터 심볼 성군(one-dimensional data symbol constellation)으로 나타난다. 도면을 간소화하기 위하여, 도시된 기능 블록을 클록킹하기 위한 신호는 도시되지 않았다.

1994년 4월 14일에 그랜드 얼라이언스 HDTV 시스템 표준에 기술된 바와 같이, VSB 송신 시스템은 데이터를 도 2에 도시된 것처럼 규정된 데이터 프레임 포맷으로 전달한다. 억압된 반송파 주파수에 있는 작은 파일럿 신호는 VSB 수신기에 있는 반송파 동기(carrier lock)를 쉽게 달성하기 위해 송신된 신호에 추가된다. 도 2를 참조하면, 각 데이터 프레임은, 832개의 멀티레벨 심볼의 313개의 세그먼트를 포함하는 각 필드를 갖는 두 개의 필드를 포함한다. 각 필드의 제 1 세그먼트는 필드 동기 세그먼트(field sync segment)로서 언급되고, 나머지 312개의 세그먼트는 데이터 세그먼트로 언급된다. 데이터 세그먼트는 일반적으로 MPEG 호환성 데이터 패킷을 포함한다. 각 데이터 세그먼트는, 828개의 데이터 심볼을 수반하는 네 개의 심볼 세그먼트 동기 문자(symbol segment sync character)를 포함한다. 각 필드 세그먼트는, 하나의 미리 결정된 511 심볼 의사랜덤수(PN: pseudorandom number) 시퀀스와 세 개의 미리 결정된 63 심볼 PN 시퀀스를 포함하여 필드 동기 성분을 수반하는 네 개의 심볼 세그먼트 동기 문자를 포함하는데, 상기 세 개의 미리 결정된 63 심볼 PN 시퀀스중에 중앙의 시퀀스는 연속적인 필드로 반전된다. (VSB 심볼 성군의 크기를 정의하는)VSB 모드 제어 신호는 마지막 63 PN 시퀀스에 수반되는데, 이는 96개의 예비된 심볼과 이전 필드로부터 복사된 12개의 심볼을 수반한다.

도 1을 계속하여, 유닛(16)으로부터의 통과대역 IF 출력 신호는 아날로그/디지털 변환기(19)에 의해 오버샘플링된 디지털 심볼 데이터스트림으로 변환된다. ADC(19)로부터의 출력 오버샘플링된 디지털 데이터스트림은 모든 디지털 복조기/반송파 복구 네트워크(22)에 의해 베이스밴드로 복조된다. 이것은 수신된 VSB 데이터스트림에 있는 작은 기준 파일럿 반송파에 응답하여 모든 디지털 위상 동기 루프에 의해 실행된다. 유닛(22)은 도 3에 관하여 더 자세히 기술된 바와 같이 출력 I위상 복조 심볼 데이터스트림을 발생한다.

ADC(19)는 입력된 10.76M심볼/sec의 VSB 심볼 데이터스트림을 21.52 MHz의 샘플링 클럭, 즉 두배의 수신 심볼 속도로 오버샘플링하여 이것으로 오버샘플링된 21.52 M샘플/sec의 데이터스트림에 심볼당 두 개의 샘플을 제공하여준다. 심볼당 심볼의(심볼당 하나의 샘플) 심볼에 기초한 처리(processing)가 아닌, 심볼 당 그 러한 두 개의 샘플의 샘플에 기초한 처리의 사용은 다음에 논의될 것처럼, 예를 들면 DC 보상 유닛(26)과 NTSC 간섭 검출기(30)와 관련된 것처럼 후속하는 신호 처리 기능의 유리한 동작을 발생한다.

세그먼트 동기 및 심볼 클럭 복구 네트워크(24)는 ADC(19) 및 복조기(22)와 연관되어 있다. 네트워크(24)는 랜덤 데이터로부터 각 데이터 프레임의 반복 데이터 세그먼트 동기 성분을 검출하고 분리한다. 세그먼트 동기는 아날로그/디지털 변환기(19)에 의해 데이터스트림 심볼 샘플링을 제어하도록 사용된 적절한 위상 21.52 MHz의 클럭을 재생성하기 위해 사용된다. 도 4 및 5에 관하여 논의될 것처럼, 네트워크(24)는 유리하게도 세그먼트 동기를 검출하기 위해 단축된 두 개의 심볼 상관 기준 패턴 및 이와 관련된 두 개의 심볼 데이터 상관기를 사용한다.

DC 보상 유닛(26)은 도 6에 관하여 논의될 것처럼, 파일럿 신호 성분으로 인해 DC 오프셋 성분을 복조 VSB 신호로부터 제거하도록 적응 추적 회로를 사용한다. 유닛(28)은 매 수신된 데이터 세그먼트를 수신기의 메모리에 저장된 이상적인 필드 기준 신호와 비교함으로써 데이터 필드 동기 성분을 검출한다. 필드 동기화에 더하여, 필드 동기 신호는 연습(training) 신호를 채널 등화기(34)에 제공한다.

NTSC 간섭 검출 및 제거는 도 7 및 8에 관하여 더 자세히 논의될 것처럼 유닛(30)에 의해 실행된다. 그 후에, 신호는 채널 등화기(34)에 의해 적절하게 등화되는데, 채널 등화기는 수신 무효 부호(blind), 연습, 및 결정-유도된 모드의 조합으로 동작할 수 있다. 등화기(34)는 소비자용 가전제품에 대한 IEEE 회보(1995년 8월)에서 "그랜드 얼라이언스 디지털 텔레비전 수신기에 대한 VSB 모뎀 서브시스템 설계(VSB Modem Subsystem Design for Grand Alliance Digital Television Receviers){더불유. 브레틀(W. Bretl) 등}"라는 논문과 그랜드 얼라이언스 HDTV 시스템 표준에 기술된 유형이 될 수 있다. 등화기(34)는 또한 쉬에(Shiue) 등이 개시한 공동 계류 중인 미국 특허출원 관리번호(RCA 88,947)에 기술된 유형일 수 있다. 검출기(30)로부터의 출력 데이터스트림은 등화기(34)에 앞서 하나의 샘플/심볼(10.76 M심볼/sec) 데이터스트림으로 다운 변환된다. 이러한 다운 변환은 적절한 다운샘플링 네트워크(도면을 간단하게 하기 위해 도시되지 않음)에 의해 달성될 수 있다.

등화기(34)는 채널 왜곡을 정정하지만, 위상 잡음은 심볼 성군을 무작위적으로 회전시킨다. 위상 추적 네트워크(36)는, 파일럿 신호에 응답하여 앞선 반송파 복구 네트워크에 의해 제거되지 않는 위상 잡음을 포함하여, 등화기(34)로부터의 출력 신호에 있는 잔류 위상과 이득 잡음을 제거한다. 그다음에 위상 정정된 신호는 유닛(40)에 의해 격자 디코드(trellis decoded)되고, 유닛(42)에 의해 디인터리브되고, 유닛(44)에 의해 리드-솔로몬 에러 정정(Reed-Solomon error corrected)되고, 및 유닛(46)에 의해 디스크램블{디랜더마이즈(de-randomize)된다. 그 후에, 디코드된 데이터스트림은 유닛(50)에 의해 오디오, 비디오 및 디스플레이 처리를 받는다.

튜너(14), IF 처리기(16), 필드 동기 검출기(28), 등화기(34), 위상 추적 루프(36), 격자 디코더(40), 디-인터리버(42), 리드-솔로몬 디코더(44) 및 디스크램블러(46)는 브레틀 등의 상기 언급된 논문과, 1994년 4월 4일의 그랜드 얼라이언스 HDTV 시스템 표준에서 기술된 유형의 회로를 사용할 수 있다. 유닛(19 및 50)의 기능을 실행하기에 적합한 회로가 이미 공지되어 있다.

유닛(22)에서의 복조는 반송파 복구를 달성하도록 모든 디지털 자동 위상 제어(APC: automatic phase control)루프에 의해 실행된다. 위상 동기 루프는 초기 포착에 대한 기준과, 위상 포착에 대한 정상 위상 검출기로서 파일럿 성분을 사용한다. 파일럿 신호는 수신된 데이터스트림에 삽입되어있는데, 상기 수신된 데이터스트림은 랜덤하고 잡음 같은 패턴을 나타내는 데이터를 포함한다. 랜덤 데이터는 필수적으로 복조기 APC 루프의 필터링 동작에 의해 무시된다. ADC(19)로의 10.76 M심볼/sec의 입력 신호는 5.38MHz에 있는 VSB 주파수 스텍트럼의 중심과 2.69MHz에 위치된 파일럿 성분을 갖는 근처 베이스밴드 신호이다. 입력 데이터스트림은 유리하게도 21.52MHz에서 ADC(19)에 의해 두 번 오버샘플링된다. 유닛(22)으로부터 복조된 데이터 스트림에 있어서, 파일럿 성분은 주파수가 DC에 대해 다운 이동되어진다.

도 3은 디지털 복조기(22)를 자세히 도시한다. 매우 낮은 주파수 파일럿 성분을 포함하는, ADC(19)로부터 8-VSB 변조되고 오버샘플링된 디지털 심볼 데이터스트림은 힐버트(Hilbert) 필터(320)와 지연 유닛(322)의 입력에 인가된다. 필터(320)는 들어오는 IF 샘플링된 데이터스트림을 "I"(동위상)와 "Q"(직교 위상) 성분으로 분리한다. 지연부(322)는 힐버트 필터(320)의 지연과 일치하는 지연을 나타낸다. I 및 Q 성분은 APC 루프에서 복합 배율기(324)를 사용하여 베이스밴드에 대해 회전된다. 일단 루프가 동기화되면, 배율기(324)의 출력은 복합 베이스밴드 신호이다. 배율기(324)로부터의 출력 I 데이터스트림은 실제 복조기 출력으로 사용되고, 또한 저역 통과 필터(326)를 사용하여 수신된 데이터스트림의 파일럿 성분을 추출하기 위해 사용된다. 배율기(324)로부터의 출력 Q 데이터스트림은 수신된 신호의 위상을 추출하기 위해 사용된다.

위상 제어 루프에 있어서, 배율기(324)로부터의 I 및 Q 출력 신호는 저역 통과 필터(326 및 328)에 각각 인가된다. 필터(326 및 328)는 대략 1MHz의 차단 주파수를 갖는 나이키스트 저역 통과 필터이고, 유닛(330 및 332)에 의해 8:1 데이터 다운샘플링에 앞서 신호 대역폭을 감소하기 위해 제공된다. 다운 샘플링된 Q 신호는 자동 주파수 제어(AFC:automatic frequency control) 필터(336)에 의해 필터링된다. 필터링 후에, Q 신호는 위상 검출기(340)의 동적인 범위 요구사항을 감소하기 위해 유닛(338)에 의해 진폭이 제한된다. 위상 검출기(340)는 이 검출기의 입력에 인가된 I 와 Q 신호 사이의 위상 차이를 검출 및 정정하고, APC 필터(344), 즉 제 2 차 저역 통과 필터에 의해 필터링된 출력 위상 에러 신호를 전개한다. 유닛(340)에 의해 검출된 위상 에러는 DC 근처에 예상된 파일럿 신호 주파수와 수신된 파일럿 신호 주파수 사이의 주파수 차이를 나타낸다.

만일 수신된 파일럿 신호가 DC 근처의 예상된 주파수를 나타낸다면, AFC 유닛(336)은 어떠한 위상 이동도 발생시키지 않을 것이다. 위상 검출기(340)에 입력된 I 및 Q 채널 파일럿 성분은 상호 직교 위상 관계에서 어떠한 편차(deviation)도 나타내지 않아서, 위상 검출기(340)가 제로 또는 제로 근처의 값을 갖는 위상 에러 출력 신호를 발생시킬 것이다. 그러나, 만일 수신된 파일럿 신호가 부정확한 주파수를 나타낸다면, AFC 유닛(336)은 위상 이동을 발생시킬 것이다. 이것은 위상 검출기(340)의 입력에 인가된 I와 Q 채널 파일럿 신호 사이의 추가적인 위상 차이를 만들 것이다. 검출기(340)는 이러한 위상 차이에 응답하여 출력 에러 값을 발생시킨다.

필터(344)로부터 필터링된 위상 에러 신호는 유닛(330 및 332)에 의해 앞선 다운 샘플링을 책임지기 위해 보간기(346)에 의해 1:8로 업 샘플링되어서, NCO(348)가 21.52MHz에서 동작한다. 보간기(346)의 출력은 NCO(348)의 제어 입력에 인가되는데, 상기 NCO는 수신된 데이터스트림을 복조하기 위해 파일럿 신호를 국부적으로 재생성한다. NCO(348)는 유닛(340, 344 및 346)으로부터 위상 제어 신호에 응답하여 정확한 위상에 있는 파일럿 톤(pilot tone)을 재생성하기 위해 사인 및 코사인 룩업 테이블을 포함한다. 배율기(324)의 I 및 Q 신호 출력은 검출기(340)에 의해 발생된 위상 에러 신호가 실질적으로 제로가 되게 하여, 적절히 복조된 베이스벤드 I 신호가 배율기(324)의 출력에 존재하는 것을 나타낼 때까지 NCO(348)의 출력은 제어된다.

디지털 복조기(22)에서, 메인 신호 처리 수단은 본질적으로 구성 요소(336, 338, 340 및 344)를 포함한다. 유닛(330 및 332)에 의해 제공된 8:1 다운 샘플링은 유리하게도 복조기 처리 전력 및 하드웨어를 절약시켜주고, 보다 낮은 클럭 속도에서, 즉 21.52MHz 클럭 대신 21.52MHz/8 즉 2.69MHz 클럭을 사용하여 APC 루프 구성요소(336, 338, 340 및 344)가 클럭되게 하여 처리 효율을 허가한다. 디지털 신호 처리기(DSP: digital signal processor)가 특히 네트워크(22)와 위상 검출기 루프를 구현하기 위해 사용될 때, 기술된 데이터 감소는 예를 들면, 비레하여 명령 코드의 더 적은 라인을 요구함으로써 소프트웨어 효율을 가져온다. DSP 장치의 주기는 다른 신호 처리 목적으로 이용할 수 있게 만든다. 응용 특성 집적 회로(ASIC)가 네트워크(22)를 구현하기 위해 사용될 때, 데이터 감소는 감소된 집적회로의 표면적뿐만 아니라, 감소한 하드웨어 및 전력 요구사항을 가져온다. 복조기는 유리하게도 반송파 복구를 달성하기 위해 파일럿 성분을 사용하고, 슬라이서 결정 데이터(slicer decision data)를 사용하여 더 복잡하고 시간을 소비하는 피드백 처리보다 오히려 피드-포워드 처리(feed-forward processing)를 사용한다.

복조된 I 채널 데이터스트림은, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 세그먼트 동기 및 심볼 클럭 복구 유닛(24)에 인가된다. 반복 데이터 세그먼트 동기 펄스가 수신된 데이터스트림의 랜덤 데이터 패턴으로부터 복구될 때, 세그먼트 동기는 아날로그/디지털 변환기(19)(도 1)의 샘플링 동작을 제어하기 위해 적절히 위상화 21.52MHz인 두배의 심볼 속도로 샘플링 클럭을 재생성함으로써 적절한 심볼 타이밍을 달성하기 위해 사용된다. 도 5는 그랜드 얼라이언스 HDTV 표준에 따라 8-VSB 변조된 지상 방송 신호에 대하여, 관련된 세그먼트 동기를 갖는 8개의 레벨(-7 내지 +7) 데이터 세그먼트의 일부를 도시한다. 세그먼트 동기는 각 데이터 세그먼트의 시작점에서 발생하고 4개의 심볼 간격을 차지한다. 세그먼트 동기는, +5에서 -5까지 세그먼트 동기 펄스의 진폭 레벨에 해당하는 패턴(1 -1 -1 1)으로서 정의된다.
네 개의 심볼 세그먼트 동기는 매 832개의 심볼마다 발생하지만, 랜덤하고 잡음같은 특성을 갖는 데이터이므로 복조 VSB 디지털 데이터스트림에 위치되기가 어렵다. 이들 조건하에 세그먼트 동기를 검출하기 위하여, 종래의 실시는 복조된 I 채널 데이터스트림을 데이터 상관기의 한 입력에 인가하고, 1 -1 -1 1 특성을 갖는 기준 패턴을 복조된 데이터와 비교하기 위해 상관기의 기준 입력에 인가하여 왔다. 상관기는 매 832개의 심볼마다 기준 패턴과 일치된 강화현상(reinforcement)을 발생시킨다. 강화된 데이터 이벤트(reinforced data event)는 상관기에 관련된 누산기에 의해 누적된다. 개입하는 랜덤(강화되지 않는) 상관관계는 강화된 상관관계의 세그먼트 동기 성분과 관계하여 사라진다. 이러한 방식으로 세그먼트 동기 데이터를 복구하기 위한 네트워크는 예를 들면, 그랜드 얼라이언스 HDTV 표준과 브레틀 등의 사전 언급된 논문으로부터 공지되어 있다.

비록 세그먼트 동기가 일반적으로 위치하기 어려울지라도, 다중 경로{"고스트(ghost)"} 조건의 존재에서 검출하는 것은 특히 어렵다는 것이 본 명세서에서 인지되어 있다. 더욱이, 세그먼트 동기 패턴(-1 1)의 마지막 두 개의 특성(진폭 레벨)은 다중 경로와 같은 전송 왜곡에 의해 쉽게 변질되지만, 세그먼트 동기 패턴(1, -1)의 처음 두 개의 특성은 변질되기가 상당히 어렵다는 것이 본 명세서에서 인지되어 있다. 게다가, 세그먼트 동기 패턴의 처음 두 개의 진폭 특성(1 -1)이 심지어 변질된다 하더라도, 상기 두 개의 진폭 특성은 일반적으로 동일한 방법으로 변질되어서, 처음 두 개의 특성이 상관 기술에 의해 보다 쉽게 검출되게 한다. 따라서 개시된 시스템에 있어서, 세그먼트 동기를 검출하기 위해 상관기에 인가된 기준 패턴은 모두 4개의 패턴 레벨(1 -1 -1 1)보다는 오히려 처음 두 개의 패턴 레벨(1 -1)로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 바람직하게도 상관기 기준 패턴은 두 개의 심볼 간격만을 포함한다.

도 4에서, 복조기(22)(도 1 및 3)로부터 오버샘플링된 출력 데이터스트림은 위상 검출기(410)의 한 입력 신호에 인가되고 832개의 심볼 상관기(420)에 인가된다. 위상 검출기(410)의 다른 신호 입력은, 상관기(420)와 상관기(420)의 기준 입력에 연결된 관련된 상관 기준 패턴 생성기(430), 및 세그먼트 적분기 및 누산기(424)를 포함하는 데이터 상관 처리 경로로부터의 입력신호를 수신한다. 상관기(420)는 필수적으로 심볼 코드화된 데이터 세그먼트 동기에 응답한다. 기준 패턴 생성기(430)는 상대적으로 간단하고 단축된 기준 패턴(1 -1)을 제공하여 보다 간단한 상관기 네트워크의 사용을 가능케 해준다. 보다 간단한 기준 패턴은 보다 안정되고 확실한 정보가 사용되기 때문에, 특히 열악한 신호 조건에서 동기 검출 처리에서 혼동을 발생할 가능성이 더 적다. 개시된 시스템은, 4개의 상관관계 중 2개가 변질된 경우에 혼동될 가능성이 더 적다. 게다가, 상관기(420)에 의한 계산 시간이 상당히 감소된다.

상관기(420)로부터의 출력은 유닛(424)에 의해 적분되고 누적된다. 미리 결정된 임계값을 갖는 비교기를 포함하는 세그먼트 동기 생성기(428)는, 데이터 세그먼트 동기 간격에 해당하는 데이터스트림에서 적절한 시간에 세그먼트 동기를 발생함으로써 유닛(424)의 출력에 응답한다. 이것은 강화된 데이터 이벤트(세그먼트 동기 출현)의 누적이 사전 결정된 레벨을 초과할 때 발생한다. 위상 검출기(410)는 유닛(428)에 의해 생성된 세그먼트 동기의 위상을 유닛(22)으로부터 복조된 데이터스트림에 나타난 세그먼트 동기의 위상과 비교하고, 출력 위상 에러 신호를 발생시킨다. 이 에러 신호는, 21.52MHz의 전압 제어 수정 발진기(VCXO: voltage controlled crystal oscillator)(436)를 제어하는데 적합한 신호를 발생시키기 위해 자동 위상 제어(APC) 필터(434)에 의해 저역 통과 필터링되고, 상기 전압 제어 수정 발진기는 ADC(19)에 21.52MHz의 오버샘플링 클럭을 제공한다. 이러한 샘플링 클럭은 위상 에러 신호가 APC 동작에 의해 실질적으로 제로일 때 정확한 타이밍을 나타낸다. 심볼 타이밍(클럭) 복구는 이 시점에서 완료한다. 유닛(428)에 의해 생성된 세그먼트 동기는 또한 자동 이득 제어(AGC) 회로(미도시)를 포함하는 다른 디코더 회로에 인가된다.

수신된 VSB 신호에 있는 낮은 주파수 억압 반송파 파일럿으로 인하여, 복조기(22)로부터 복조된 출력 I 심볼 데이터에는 DC 오프셋이 존재한다. 이러한 DC 오프셋은 매 심볼마다 관련되고 다른 처리 이전에 보상 네트워크(26)(도 1)에 의해 제거된다. 송신된 심볼 DC 성분의 제거는 대칭적인 심볼 값, 즉 8-VSB 신호의 ±7 ±5 ±3 ±1의 복구를 용이하게 한다. 도 6은 네트워크(26)를 자세히 도시하는데, 상기 네트워크는 필수적으로 DC 추적 피드백 네트워크이다. 도 6에서 네트워크(26)의 장치(arrangement)는 유리하게도 DC 성분의 신속한 제거를 발생하기 위해 두배의 심볼 속도로 클록된다. 이러한 동작은, 디스플레이를 위하여 수신된 비디오 데이터를 처리하기 위해 적절한 동작 조건을 빠르게 발생하도록 수신기의 빠른 수렴과 수신기의 몇몇 상호 관련 서브시스템을 촉진시킨다.

도 6에서, 불필요한 DC 오프셋을 포함하는 오버샘플링된 복조 데이터스트림은 감산 결합자(610)의 한 입력에 인가된다. 결합자(610)의 반전 입력(-)은, 다음과 같이 결합자(610)의 출력에 반응하여 발생된 제어 신호에 응답하여 DC 전압 생성기(616)로부터 DC 보상 전압을 수신한다. 결합자(610)로부터 출력 신호에 있는 DC 오프셋은 두배인 심볼 속도인 오버샘플링 속도로 피드백 동작에 의해 점진적으로 감쇠된다. 이러한 DC 오프셋은 유닛(622)에 의해 검출되고 비교기(624)에 의해 기준과 비교된다. 비교기(624)의 출력은 잔류 DC 오프셋 크기와 극성을 나타내고, 제어 신호 생성기(626)로부터 제어 신호를 발생하기 위해 사용된다. 제어 신호는 차례로 생성기(616)로 하여금 복조된 데이터스트림에 결합된 DC의 값 크기와 극성을 증분 조정하도록 한다. 이러한 처리는 피드백 동작을 통해 유닛(616)에 의해 제공되는 또 다른 DC 값의 조정 없는 안정 상태 조건에 이를 때까지 계속한다. 생성기(616)는 양과 음의 DC 보상 값을 모두 제공할 수 있는데, 그 이유는 송신 채널 교란이 송신기에 추가된 (양의) DC 오프셋으로 하여금 양 및 음의 보상 값이 모두 수신기에 요구되도록 변화하게 할 수 있기 때문이다.

도 7은 도 1에 있는 NTSC 공동 채널 간섭 검출 네트워크(30)를 자세히 도시한다. 그랜드 얼라이언스 HDTV 시스템 표준에서 설명된 바와 같이, VSB 송신 시스템의 간섭 제거 특성은 6MHz 텔레비전 채널 내에 NTSC 공동 채널 간섭 신호의 주요 성분에 대한 주파수 위치와, VSB 수신기 베이스밴드 빗살 필터(comb filter)의 주기적인 노치(notch)에 기반을 둔다. 이들 빗살 필터 노치들은 간섭성 있는 높은 에너지 NTSC 성분의 주파수 위치에서 높은 감쇠{널들(null)}를 나타낸다. 이들 성분은 저역 에지로부터 1.25MHz에 위치된 비디오 반송파, 비디오 반송파 주파수보다 높은 3.58MHz에 위치된 색 부반송파(chrominance subcarrier), 및 비디오 반송파 주파수 위에 4.5MHz에 위치된 음성 반송파를 포함한다.

NTSC 간섭은 도 7에 도시된 회로에 의해 검출되고, 여기서 필드 동기 패턴의 신호 대 간섭 플러스 잡음이 빗살 필터 네트워크의 입력과 출력에서 측정되고, 이들 패턴은 서로 비교된다. 이러한 목적을 위해 사용된 기준 필드 동기 패턴은, 수신된 VSB 신호 필드 동기 패턴의 프로그래밍되고 국부적으로 저장된 "이상적인" 버전이다.

도 7에서, 오버샘플링된 복조 I 채널 심볼 데이터는 NTSC 제거 빗살 필터(710)의 입력에 인가되고, 멀티플렉서(745)의 제 1 입력에 인가되고, 및 감산 결합자(720)의 입력에 인가된다. 빗살 필터(710)는, 결합된 I 채널 심볼 데이터스트림을 발생하기 위해 지연 구성요소(714)에 의해 지연된 샘플을 입력 I 데이터로부터 감산하는 감산기(712)를 포함한다. 빗살 필터(710)는 앞서 언급된 높은 에너지 간섭 NTSC 주파수에서 상당한 진폭 감쇠 또는 "널"을 발생시킨다. 필터(710)로부터의 빗살화(combed)된 I 데이터는 멀티플렉서(745)의 제 2 입력에 인가된다. 유리하게도 빗살 필터 지연 구성 요소(714)는 다음에 논의될 것처럼 24-샘플 지연을 나타낸다.

프로그래밍된 21.52 M샘플/sec(두배의 심볼 속도)의 기준 필드 동기 패턴은 수신된 데이터스트림의 필드 동기 간격 동안에 로컬 메모리로부터 얻게된다. 필드 동기 기준 패턴은 NTSC 제거 빗살 필터(718)의 입력에 인가되고, 결합자(720)의 반전 입력(-)에 인가된다. 빗살 필터(718)는 빗살 필터(710)와 유사하고, 또한 유리하게도 24-샘플 지연을 나타내는 지연 구성요소를 포함한다. 도 7의 네트워크, 특히 빗살 필터(710, 718) 및 관련된 지연 네트워크는 21.52MHz에서 클럭된다.

결합자(720)의 출력에서 발생된 제 1 에러 신호는, 입력 데이터스트림에 수신된 필드 동기 패턴과 기준 필드 동기 패턴 사이의 차이를 나타낸다. 이러한 에러 신호는 유닛(722)에 의해 제곱되고 유닛(724)에 의해 적분된다. 결합자(730)의 출력에서 발생된 제 2 에러 신호는, 필터(710)에 의해 빗살 필터링된 후 수신된 필드 동기 패턴과 필터(718)에 의해 빗살 필터링된 후에 기준 필드 동기 패턴 사이의 차이를 나타낸다. 이러한 제 2 에러 신호는 유닛(732)에 의해 제곱되고 유닛(734)에 의해 적분된다. 유닛(722 및 732)의 출력은 각 에러 신호에 대한 에너지를 나타낸다. 적분기(724 및 734)로부터 적분된 출력 신호는, 각각 빗살화되지 않고 빗살화된 수신된 필드 동기 성분의 신호 대 간섭 플러스 잡음 내용을 나타낸다. 이들 적분된 에너지 표현 신호는 적분된 제 1 및 제 2 에러 신호의 크기를 비교하는 에너지 검출기(비교기)(740)의 각 입력에 각각 인가된다. 검출기(740)로부터의 출력 신호는, 멀티플렉서(745)로 하여금 멀티플렉서 입력 신호 중 보다 좋은 품질, 즉 우수한 신호 대 잡음 플러스 간섭 비를 나타내는 입력 신호를 데이터 출력으로 제공하도록 하기 위해 멀티플렉서(745)의 제어 입력에 인가된다. 따라서 상당한 NTSC 공동 채널 간섭의 경우에서, 필터(710)로부터 빗살 필터링된 출력 신호는 멀티플렉서(745)로부터 출력될 것인 반면, 필터링되지 않은 수신된 심볼 데이터스트림은 그러한 간섭 없이 출력될 것이다.

빗살 필터(710 및 718)에 24-샘플 지연의 사용과 함께 오버샘플링된 I 채널 데이터와 필드 동기 기준 패턴 데이터의 사용은 유리하게도 NTSC 공동 채널 간섭에 관한 완전한 스펙트럼 정보를 발생시킨다. 이것은 보다 정확한 NTSC 간섭의 분석 및 검출과 우수한 빗살 필터링을 만든다. 구체적으로, 오버샘플링된 입력 데이터와 해당 회로 클럭킹을 갖는 빗살 필터(710 및 718)에서 24 샘플 지연의 사용은, 입력 데이터스트림을 10.76 M심볼/sec 심볼 속도로 제공하고 또 빗살 필터(710 및 718)를 10.76 M심볼/sec 심볼 속도로 동작함으로써 발생될 수 있는 위상 및 진폭 얼라이징 효과(aliasing effect)로 변질되지 않는 빗살 필터링된 주파수 스펙트럼을 만들어 준다. 빗살 필터(710 및 718)의 출력에서 발생된 결과적인 주파수 스펙트럼은 도 8에 도시되고, 10.76MHz에 중심이 있지만 10.76MHz로부터 분리된 두 개의 빗살 필터링된 전체 NTSC 통과대역 성분을 포함한다. 감쇠 노치들은 언급된 바와 같이 간섭하는 높은 에너지 NTSC 주파수에서 나타난다.

도 7은 구성요소(722, 724, 732, 734 및 740)를 포함하는 NTSC 공동 채널 간섭 검출기의 한 형태를 도시한다. 그러나, 다른 형태의 검출기도 사용될 수 있다. 따라서 이들 구성요소는 네 개의 입력 검출기 즉 소위 "블랙 박스(black box)"로 나타낼 수 있고, 여기서 검출기는 특정 시스템의 요구사항에 따라 동작되도록 프로그래밍될 수 있다. 그러한 경우에서 네 개의 입력은, 결합자(730)로의 두 개의 오버샘플링된 입력이 있고, 결합자(720)로의 두 개의 오버샘플링된(두개의 샘플/심볼) 입력이 있는데, 결합자(730)로의 필터(710)의 출력이 특히 중요하다.

도 7의 장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 저역 통과대역 성분의 상부 밴드 에지(band edge)를 고역 통과 대역 성분의 하부 밴드 에지로 주파수 중첩(overlapping)함으로써 일어나는 관련된 진폭 및 위상 변질(aliasing)이 없는, 깨끗한 주파수 스펙트럼을 발생시킨다. 따라서, 구성요소(720, 722, 724, 730, 732, 734 및 740)에 의한 공동 채널 간섭 검출은 10.76 M심볼/sec 심볼 속도로 입력 데이터를 처리하는 12-샘플 지연을 갖는 빗살 필터를 사용하는 시스템에 의한 검출 보다 더 정확하다. 상기 12-샘플 지연을 갖는 빗살 필터 시스템의 경우에서, 진폭 및 위상의 변질은, 통과대역 성분이 불완전하게 일치되고 그 중첩으로 상쇄되지 않을 때, 고역 및 저역 통과대역 성분이 중첩하는 5.38MHz 근처에서 발생되기 쉽다. 그러한 불완전한 일치는 예를 들면 다중 경로를 포함하는 신호 채널 조건하에서 발생하기 쉽다. 이러한 얼라이징 조건은 NTSC 공동 채널 간섭 검출의 효율성을 감소시키고 개시된 시스템에 의해 회피된다.
전술한 관점에서 볼 때, 첨부된 청구범위에 의해 이후 정의된 바와 같이 본 발명의 사상과 범주 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 그래서 본 발명은 제공된 예들에 한정되지 않는다는 점은 당업자에게 자명할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 예를 들면 미국 그랜드 얼라이언스에 의해 제안된 VSB 변조된 유형의 고화질 텔레비전 신호를 처리하기 위한 수신기 시스템 등에 이용된다.

Claims

잔류 측파대(VSB: Vestigial SideBand) 심볼 성군(constellation)으로 나타낸 고화질 비디오 데이터를 포함하는 수신된 잔류 측파대(VSB) 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치로서, 상기 데이터는 다수의 데이터 세그먼트에 앞서 필드 동기 성분을 포함하는 연속적인 데이터 프레임으로 구성된 데이터 프레임 포맷(도 2)을 구비하는, 상기 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치에 있어서,

상기 수신된 VSB 신호를 디지털 형태로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(19);

복조 신호를 발생하기 위해 상기 변환기로부터 출력신호를 복조하기 위한 디지털 복조기(22)를 포함하며,

상기 복조기는, 제어 신호에 응답하여 출력에서 상기 복조된 신호를 발생시키는 디지털 위상 제어 네트워크(324, 326, 328)와, 상기 위상 제어 네트워크 출력에서 신호의 다운샘플링된 버전(version)을 발생하기 위해 상기 위상 제어 네트워크 출력에 연결된 데이터 다운샘플러(330, 332), 및 상기 다운샘플링된 신호에 응답하여 상기 제어 신호를 발생시키는 위상 검출기(340)를 포함하는 위상 제어 루프(324 내지 348)를 구비하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 변환기(19)는 상기 수신된 신호의 배수의 심볼 속도로 오버샘플링되는 샘플링된 데이터 디지털 데이터스트림을 발생하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 데이터 다운샘플러(330, 332)는 관련된 다운 샘플링 율(downsampling factor)을 구비하고;

상기 변환기(19)는 상기 수신된 신호의 배수의 심볼 속도로 오버샘플링된 샘플링되는 데이터 디지털 데이터스트림을 발생시키고; 및

상기 위상 제어 루프의 부분(336 내지 344)은 상기 다운샘플링 율에 비례하여 감소된 속도로 동작하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 3항에 있어서, 상기 다운샘플링 율이 8:1인, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 복조기는: 상호 직교 위상인 (I, Q)신호를 각각 수신하기 위한 동위상 및 직교 위상 입력 단자, 상호 직교 위상(SIN, COS) 기준 신호를 수신하기 위한 기준 신호 입력 단자, 및 복조된 동위상(I) 및 직교 위상(Q) 출력 신호를 출력하기 위한 출력단자를 구비한 배율기(324)와;

위상 검출기(340)와;

상기 배율기로부터의 상기 동위상 및 직교 위상 출력 신호에 응답하여, 데이터 다운샘플링 율에 따라 데이터 감소된 동위상 및 직교 위상 배율기 출력 신호를 상기 위상 검출기에 제공하는 다운샘플러(330 및 332); 및

상기 기준 신호를 상기 배율기의 상기 기준 입력에 제공하는 제어 발진기(348)를

포함하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 5항에 있어서, 적어도 상기 다운샘플러(330 및 332) 및 상기 위상 검출기(340)는 상기 다운샘플링 율에 비례하여 감소된 속도로 동작하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 5항에 있어서, 상기 위상 검출기로부터의 업 샘플링된 신호를 상기 발진기의 상기 기준 입력에 제공하기 위한 보간기(346)를 더 포함하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템에 사용하기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 복조기는,

상호 직교 위상인 (I, Q)신호를 각각 수신하기 위한 동위상 및 직교 위상 입력 단자, 상호 직교 위상(SIN, COS) 기준 신호를 수신하기 위한 기준 신호 입력 단자, 및 복조된 동위상(I) 및 직교 위상(Q) 출력 신호를 출력하기 위한 출력단자를 구비한 배율기(324)와;

위상 검출기(340)와;

복조된 I 데이터를 상기 위상 검출기(340)의 입력에 연결하기 위한, 저역 통과 필터(326)와 다운샘플러(330)를 포함하는 제 1 경로와;

복조된 Q 데이터를 상기 위상 검출기의 다른 입력에 연결하기 위한, 저역 통과 필터(328)와 다운샘플러(332)를 포함하는 제 2 경로와;

상기 기준 신호를 상기 배율기의 상기 기준 입력에 제공하는 제어 발진기(348); 및

상기 위상 검출기로부터 보간된 출력 신호를 상기 발진기에 제공하기 위한 보간기(346)를

포함하는, 수신된 잔류 측파대 변조 신호를 처리하는 시스템을 사용하기 위한 장치.
잔류 측파대(VSB: Vestigical SideBand)심볼 성군으로 나타낸 고화질 비디오 데이터를 포함하는 수신된 잔류 측파대(VSB) 변조 신호를 처리하기 위해 시스템에 사용하기 위한 방법으로서, 상기 데이터는 다수의 데이터 세그먼트에 앞서 필드 동기 성분을 포함하는 연속적인 데이터 프레임으로 구성된 데이터 프레임 포맷을 구비하는, 상기 수신된 잔류 측파대를 처리하기 위해 시스템에 사용하기 위한 방법에 있어서,

상기 수신된 VSB 신호를 디지털 데이터스트림으로 변환시키는 단계와;

복조된 데이터스트림을 발생시키 위해 상기 디지털 데이터스트림을 복조하는 단계를 포함하며,

상기 복조 단계는,

제어 신호에 응답하여 출력에서 상기 복조된 데이터스트림을 발생시키기 위한 디지털 위상 제어 네트워크를 포함하는 위상 제어 루프를 제공하는 단계;

다운샘플링 율에 따라 상기 위상 제어 네트워크의 상기 출력에서 상기 신호를 다운샘플링하는 단계; 및

상기 제어 신호를 발생하기 위해 상기 다운샘플링 단계로부터, 다운샘플링된 신호를 위상 검출하는 단계를

포함하는, 수신된 잔류 측파대를 처리하기 위한 시스템에 사용하기 위한 방법.
제 9항에 있어서, 상기 변환 단계는 상기 수신된 신호의 배수의 심볼 속도로 상기 수신된 신호를 오버샘플링하는, 수신된 잔류 측파대 변조 데이터스트림을 처리하는 시스템에 사용하기 위한 방법.
제 9항에 있어서, 상기 위상 제어 루프는 적어도 부분적으로 상기 다운샘플링 율에 비례하여 감소된 속도로 동작하는, 수신된 잔류 측파대 변조 데이터스트림을 처리하는 시스템에 사용하기 위한 방법.
제 10항에 있어서, 상기 오버샘플링 배수가 2인, 수신된 잔류 측파대 변조 데이터스트림을 처리하는 시스템에 사용하기 위한 방법.