KR100546609B1 - 심볼 클럭 복조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 TV 수신기의 심볼 클럭 복조 장치에 관한 것으로서, 특히 심볼 클럭 복조에 필요한 타이밍 에러를 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기를 이용하여 검출함으로써 심볼 클럭을 안정적으로 복조하며, 상기 타이밍 에러 검출기 전단에 OQAM 변환부, 고역 통과 필터, 제곱기, 덧셈기를 구성하여 심볼 클럭 복조에 필요한 스펙트럼 성분 외의 성분을 제거함으로써, 지터 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 이득 조정부와 DC 계산부를 이용하여 심볼 클럭 복조에 필요한 톤의 크기를 일정하게 조절함으로써, 다중 채널 간섭이 존재하는 상황에서도 심볼 클럭 복조 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
심볼 클럭, 비선형기, 타이밍 에러
Description
도 1은 일반적인 디지털 TV 수신기의 구성 블록도
도 2는 종래의 심볼 클럭 복조 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 3은 종래의 심볼 클럭 복조 장치의 다른 실시예를 보인 구성 블록도
도 4는 도 3의 OQAM 변환부로 입력되는 VSB 기저대역 실수 성분 신호의 주파수 특성 예를 보인 도면
도 5는 도 3의 OQAM 변환부에서 출력되는 OQAM 실수 성분 신호의 주파수 특성 예를 보인 도면
도 6은 도 3의 고역 통과 필터의 주파수 특성 예를 보인 도면
도 7은 본 발명에 따른 심볼 클럭 복조 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 8은 도 7의 덧셈기에서 출력되는 신호의 주파수 특성 예를 보인 도면
도 9는 도 7의 밴드패스필터에서 출력되는 신호의 주파수 특성 예를 보인 도면
도 10은 도 7의 제 2 OQAM 변환부에서 출력되는 신호의 주파수 특성 예를 보인 도면
도 11은 도 7의 뺄셈기에서 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤이 생성되는 예를 보인 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
700 : 심볼 클럭 복조부 701 : 재샘플부
702,711a : OQAM 변환부 703 : 고역 통과 필터
704,705 : 제곱기 706 : 덧셈기
707 : 이득 조정부 708 : DC 계산부
709 : 밴드패스필터 710 : 위상 분리기
711 : 타이밍 에러 검출기 711b,711c : 비선형 연산기
711d : 뺄셈기 712 : 루프 필터
713 : NCO
본 발명은 디지털 TV 수신기에 관한 것으로서, 특히 수신된 데이터로부터 비선형 연산을 통해 심볼 클럭을 복원하는 심볼 클럭 복조 장치에 관한 것이다.
현재 대부분의 디지털 전송 시스템 및 미국향 디지털 TV 전송 방식으로 제안된 ATSC(Advanced Television Systems Committee) 8 VSB(Vestigial Side Band) 전송 시스템에서는 주파수 효율을 높이기 위하여 전송 신호에 데이터만을 실어 보낸다. 즉, 수신측에서 데이터 복원을 위하여 필요한 클럭에 대한 정보는 전송하지 않는다. 따라서, 수신측에서는 데이터만이 존재하는 수신 신호들 중에서 이들 데이터 를 복원하기 위하여 송신시에 사용된 것과 같은 클럭을 생성하여야 한다. 이 역할을 수행하는 부분이 심볼 클럭 복조부이다.
도 1은 이러한 심볼 클럭 복조부가 구비된 일반적인 디지털 TV 수신기의 구성 블록도로서, VSB 방식으로 변조된 RF(Radio Frequency) 신호가 안테나(101)를 통해 수신되면 튜너(102)는 사용자가 원하는 특정 채널 주파수만을 선택한 후 상기 선택된 채널 주파수에 실려진 RF 대역의 VSB 신호를 제 1 중간 주파수(IF) 대역으로 변환하여 아날로그 처리부(103)로 출력한다. 상기 아날로그 처리부(103)는 상기 튜너(102)에서 출력되는 제 1 IF 신호에 통과대역 필터링 및 이득 등을 제어하여 상기 제 1 IF 신호를 제 2 IF 신호로 변환하여 A/D 변환부(104)로 출력한다. 상기 A/D 변환부(104)는 제 2 IF 신호를 디지털화하여 위상 분리기(105)로 출력한다.
상기 위상 분리기(105)는 상기 디지털 신호를 위상이 서로 -90°가 되는 실수 성분과 허수 성분의 통과대역 신호로 분리하여 반송파 복구부(106)로 출력한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 위상 분리기(105)에서 출력되는 실수 성분의 신호를 I 신호라 하고, 허수 성분의 신호를 Q 신호라 한다.
상기 반송파 복구부(106)는 상기 위상 분리기(105)에서 출력되는 I,Q 통과대역 디지털 신호를 I,Q 기저대역 디지털 신호로 천이한 후 심볼 클럭 복구를 위해 심볼 클럭 복조부(107)로 출력함과 동시에 실제 데이터 복구를 위해 채널 등화기(channel equalizer)(108)로 출력한다.
상기 채널 등화기(108)는 상기 반송파가 복구된 신호로부터 전송 채널 상에 존재하는 선형 잡음(linear noise)을 제거한 후 위상 추적기(phase tracker)(109) 로 출력한다. 즉, 상기 반송파 복구부(106)에서는 반송파의 위상을 완벽하게 복원하지 못한다. 이를 보정하기 위해 채널 등화기(108)의 출력은 위상 추적기(109)를 통과한다. 상기 위상 추적기(109)의 출력은 FEC부(110)로 입력되어 디지털 통신에서 채널 부호화를 통해 수신된 디지털 부호의 에러를 정정한다.
즉, 방송국과 같은 송신부에서 시스템에 적절한 기법을 선택하여 송신신호를 채널 부호화(encoding)하여 송신하며, 디지털 TV 수신기와 같은 수신부에서는 이를 복호화(decoding)하여 채널을 통과하면서 생긴 에러를 보정하게 된다. 이와 같은 복호화 과정을 수행하는 블록이 FEC부(forward error correction, 110)이다. 상기 FEC부(110)를 통과한 신호는 A/V 신호 처리부(111)로 입력되고, 상기 A/V 신호 처리부(111)는 MPEG-2 및 Dolby AC-3 방식으로 압축 처리된 영상 및 음성 신호를 원래대로 복원한다.
도 2는 상기 심볼 클럭 복조부(107)의 일 실시예를 보인 상세 블록도로서, 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 기저대역 신호는 재샘플부(201)로 출력된다.
상기 재샘플부(201)는 상기 반송파 복구부(106)에서 기저대역 신호처리를 통해 나온 현재 심볼들의 타이밍 에러를 수치 제어 발진기(Numerically Controlled Oscillator ; NCO)(205)로부터 받아서 디지털화된 신호와 신호 사이의 에러를 줄이는 방향으로 보간을 한 후 채널 등화기(108)로 출력함과 동시에 타이밍 복원을 위해 전치 필터(202)로 출력한다. 즉, 상기 A/D 변환부(104)가 25MHz의 고정 발진자를 사용할 경우, 상기 A/D 변환부(104)와 위상 분리기(105), 및 반송파 복구부(106)를 거쳐 생성된 25MHz 주파수를 갖는 기저대역 디지털 신호는 상기 재샘플부(201)에서 보간(interpolation) 과정을 거쳐 VSB 신호 심볼 클럭의 2배인 21.524476MHz 주파수를 갖는 기저대역 디지털 신호로 복원된다. 이때 재샘플부(201)는 NCO(205)로부터 복원된 타이밍 에러 값을 입력받는다.
상기 전치 필터(202)는 상기 재샘플부(201)에서 출력되는 실수 성분의 신호로부터 타이밍 정보를 구할 수 있는 스펙트럼의 에지 부분만을 통과시켜 가드너(gardner) 타이밍 에러 검출(TED)부(203)로 출력한다. 상기 가드너 타이밍 에러 검출부(203)는 인접한 두 개의 심볼 샘플들의 차값에 하나의 중간 샘플 값을 곱하여 타이밍 에러에 관한 정보를 구한 후 루프 필터(204)로 출력한다. 상기 루프 필터(204)는 상기 타이밍 에러 검출부(203)에서 추출된 타이밍 에러 정보 중 저대역 신호 성분만을 필터링하여 NCO(205)로 출력한다. 상기 NCO(205)는 상기 타이밍 에러 정보의 저대역 성분에 따라 출력 주파수를 변환시켜 상기 재샘플부(201)의 샘플링 타이밍을 조절한다.
그런데, 도 1에서와 같이 심볼 클럭 복조부(107)는 반송파 복구부(106) 뒤에 위치한다. 따라서, 상기 심볼 클럭 복조부(107)는 반송파 복구부(106)에 영향을 받게된다. 그러므로, 심한 다중 채널 간섭에 의해 반송파 복조가 이루어지지 않을 경우 심볼 클럭 복조가 힘들어진다거나, 반송파 복구부(106)에서 완벽하게 복조하지 못한 위상 오차에 대해 영향을 받게된다.
즉, 도 1에서와 같이 반송파 복구부와 심볼 클럭 복구부가 순차적으로 연결된 구조에서는 반송파 복구부의 성능이 심볼 타이밍 복구부의 성능에 큰 영향을 끼 치므로, 상기 심볼 클럭 복구부는 반송파 복구부에서 완전히 제거되지 않고 흘러 들어오는 잔류 주파수 및 위상 오차에 대해 영향을 받으며, 이는 심볼 클럭 복조부 전체의 성능에 악영향을 끼친다.
따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위해 도 3과 같이 심볼 클럭 복조부(300)에 제곱기(304,305)를 이용하여 심볼 클럭을 복조함으로써, 상기 심볼 클럭 복조부(300)가 반송파 복구부(106)에 독립적으로 동작할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제곱기(304,305)를 거침으로서 생기는 데이터에 의한 패턴 지터(pattern jitter)를 줄이기 위해 OQAM 변환부(302)와 고역 통과 필터(High Pass Filter)(303)를 사용한다.
즉, 도 3에서도 A/D 변환부(104)가 고정 발진자에서 발진된 고정 주파수(즉, 상기 고정 주파수는 심볼 클럭의 주파수와 다르며 보통 25MHz임)를 사용한 경우이다.
따라서, 상기 심볼 클럭 복조부(300)의 재샘플부(301)에서는 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 디지털 기저대역 신호를 2배의 심볼 클럭 주파수(2fs) 즉, 21.52MHz로 샘플링하여 출력하게 된다. 즉, 상기 재샘플링부(301)는 반송파 복구부(106)에서 출력되는 기저대역의 디지털 신호를 NCO(310)의 출력 주파수를 이용하여 2배의 심볼 클럭 주파수에 동기된 디지털 신호로 보간하여 OQAM(Offset QAM) 변환부(302)로 출력함과 동시에 채널 등화를 위해 채널 등화기(108)로 출력한다.
상기 OQAM 변환부(302)는 상기 재샘플부(301)에서 21.52MHz로 재샘플링되어 출력되는 도 4와 같은 VSB I, Q 호에 2.690559MHz의 중심 주파수(center frequency)를 갖는 고정 발진 주파수를 곱하여 상기 기저대역 VSB I,Q 신호를 도 5와 같은 OQAM I,Q 신호로 변환하여 고역 통과 필터(303)로 출력한다.
상기 고역 통과 필터(303)는 도 6과 같이 상기 OQAM I,Q 신호로부터 데이터 구간의 정보를 제거한 후 제 1, 제 2 제곱기(304,305)로 출력한다.
즉, 상기 도 4는 상기 재샘플부(301)에서 출력되는 실수 성분의 VSB 기저대역 신호이고, 도 5는 상기 OQAM 변환부(302)에서 출력되는 실수 성분의 신호이며, 도 6은 상기 고역 통과 필터(303)의 주파수 특성을 보이고 있다.
상기 제 1, 제 2 제곱기(304,305)는 OQAM I, OQAM Q 신호를 각각 제곱한 후 덧셈기(306)로 출력하고, 상기 덧셈기(306)는 제곱된 OQAM I, OQAM Q 신호를 더하여 전치 필터(307)로 출력한다.
상기 전치 필터(307) 이후의 동작은 상기된 도 2와 동일하므로 상세 설명을 생략한다.
그러나, 상기된 도 3의 경우도 전송 채널 상에 심한 다중 경로 간섭이 존재하는 경우는 전치 필터(Pre-Filter)(307) 입력 신호의 크기가 줄어들 수 있다. 이러한 경우 심볼 클럭 복조부(300)의 성능은 열하되며, 이를 피하기 위해서는 일정한 크기의 신호가 전치 필터(307)에 입력될 수 있도록 신호의 이득을 조정해주어야 한다. 즉, 전송 채널 상에 심한 다중 경로에 의한 잡음(고스트)이 존재하는 경우는 심볼 클럭 복조를 위하여 사용하는 주파수 대역의 신호가 아주 작아져서 주변 주파 수에 존재하는 데이터의 영향을 받으므로 심볼 클럭 복조가 정상적으로 이루어지지 않는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 심볼 클럭 복조에 사용하는 주파수의 크기를 항상 일정하게 유지하도록 함으로써, 전송 채널 상에 심한 다중 경로에 의한 잡음이 존재하는 경우에도 심볼 클럭 복조를 정확하게 수행하는 심볼 클럭 복조 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 비선형기를 이용하여 반송파 복구부에서 완전히 제거되지 않은 잔류 위상 에러를 제거한 후 심볼 클럭 복조를 수행하는 심볼 클럭 복조 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심볼 클럭 복조 장치는, VSB 디지털 기저대역 실수 성분과 허수 성분의 신호를 OQAM 방식의 실수 성분과 허수 성분의 신호로 변환하여 각각 고역 통과 필터링하고 제곱한 후 더하여 잔류 위상 에러를 제거하는 잔류 위상 에러 제거부와, DC 값의 변화에 따라 상기 잔류 위상 에러 제거부에서 출력되는 신호의 크기가 항상 일정하도록 이득을 조정하는 이득 제어부와, 상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 심볼 클럭 복구에 필요한 특정 대역의 주파수만을 통과시키는 필터와, 상기 필터를 통과하는 신호를 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 분할하는 위상 분리기와, 상기 위상 분리기에서 출력되는 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 비선형 연산하여 심볼 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤을 생성하는 타이밍 에러 검출기와, 상기 타이밍 에러 검출기에서 출력되는 심볼 클럭 위상 에러 정보를 저대역 필터링한 후 필터링 결과에 따라 새로 보정된 2배의 심볼 클럭의 주파수를 생성하는 루프 필터 및 NCO를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 잔류 위상 에러 제거부는 상기 VSB 디지털 기저대역 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 변환하는 제 1 OQAM 변환부와, 상기 제 1 OQAM 변환부에서 출력되는 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 각각 고역 통과 필터링하여 데이터 구간의 정보를 제거하는 고역 통과 필터와, 상기 고역 통과 필터에서 필터링되어 출력되는 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호를 각각 제곱한 후 더하여 출력하는 제곱 연산부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 이득 제어부는 입력되는 DC값에 따라 상기 잔류 위상 에러 제거부의 출력 신호의 이득을 조정하여 상기 잔류 위상 에러 제거부의 출력 신호의 크기가 일정하도록 하는 이득 조정부와, 상기 이득 조정부에서 출력되는 신호의 임펄스 크기를 판단하고 판단된 결과를 상기 이득 조정부에 DC값으로 출력하는 DC 계산부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 필터는 상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 심볼 클럭 복구에 필요한 
대역을 통과시켜 상기 이득 제어부의 출력 신호에 포함된 DC 성분을 제거하는 밴드패스필터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 타이밍 에러 검출기는 상기 위상 분리기에서 분할된 실수 신호와 허수 신호를 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호로 변환하는 제 2 OQAM 변환부와, 상기 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호를 각각 비선형 연산하는 비선형 연산부와, 상기 비선형 연산부에서 각각 비선형 연산된 두 신호를 서로 빼 
대역에 심볼 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤을 생성하는 뺄셈기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 심볼 클럭 복조 장치(700)의 구성 블록도로서, 반송파 복구부(106)에서 출력되는 기저대역의 디지털 신호를 2배의 심볼 클럭 주파수에 동기된 디지털 신호로 보간하는 재샘플링부(701), 상기 재샘플링부(701)로부터 출력되는 VSB 전송 방식의 실수 신호와 허수 신호를 OQAM(Offset QAM) 전송 방식의 실수(I) 신호와 허수(Q) 신호로 변환하는 제 1 OQAM 변환부(702), 상기 OQAM 성분의 I, Q 신호를 각각 고역 통과 필터링하는 고역 통과 필터(703), 상기 고역 통과 필터(703)에서 출력되는 OQAM 실수 성분의 신호에 제곱을 취하는 제 1 제곱기(704), 상기 OQAM 허수 성분의 신호에 제곱을 취하는 제 2 제곱기(705), 상 기 제 1, 제 2 제곱기(704,705)의 출력을 더하는 덧셈기(706), DC에 존재하는 임펄스 신호의 크기를 이용하여 상기 덧셈기(706)의 출력 신호의 이득을 조정하는 이득 조정부(707), 상기 이득 조정부(707)에서 출력되는 신호로부터 DC에 존재하는 임펄스 신호의 크기를 검출하여 상기 이득 조정부(707)로 피드백하는 DC 계산부(708), 상기 이득 조정부(707)에서 출력되는 신호의 특정 주파수 대역만 통과시키는 밴드패스필터(709), 상기 밴드패스필터(709)의 출력 신호를 실수(I) 신호와 허수(Q) 신호로 분리하는 위상 분리기(710), 상기 위상 분리기(710)에서 출력되는 I,Q 신호로부터 타이밍 에러 정보를 검출하는 타이밍 에러 정보 검출부(711), 상기 타이밍 에러 검출부(711)에서 출력되는 타이밍 에러 정보 중 저대역 신호 성분만을 필터링하는 루프 필터(715), 및 상기 루프 필터(715)에서 저대역 필터링된 타이밍 에러 값으로부터 계속 심볼 클럭을 추정하여 현재의 A/D 샘플(즉, 25MHz로 샘플링된 데이터)과 실제 심볼 샘플(즉, 21.52MHz로 샘플링된 데이터)과의 시간 차이를 계산한 후 그 차이 값에 따라 출력 주파수를 변화시켜 상기 재샘플링부(701)의 샘플링 타이밍을 조절하는 NCO(713)로 구성된다.
상기된 도 7에서 제 1 OQAM 변환부(702), 고역 통과 필터(703), 제 1, 제 2 제곱기(704,705), 및 덧셈기(706)를 본 발명에서는 잔류 위상 에러 제거부라 하고, 상기 제 1, 제 2 제곱기(704,705), 및 덧셈기(706)는 제곱 연산부라 한다. 또한 상기 이득 조정부(707)와 DC 계산부(708)는 이득 제어부라 한다.
상기 타이밍 에러 검출부(711)는 상기 위상 분리기(610)에서 출력되는 I,Q 신호를 OQAM 방식의 I,Q 신호로 변환하는 제 2 OQAM 변환부(711a), 상기 OQAM I, Q 신호를 각각 비선형 연산하는 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c), 및 상기 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c)의 차 신호를 구하여 출력하는 뺄셈기(711d)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 A/D 변환부(104)가 고정 발진자에서 발진된 고정 주파수(즉, 상기 고정 주파수는 심볼 클럭의 주파수와 다르며 보통 25MHz임)로 제 2 IF 신호를 샘플링시켜 디지털화한 경우를 실시예로 설명하고 있다. 즉, 송신측에서는 심볼 클럭 주파수(fs)의 2배인 21.52MHz로 샘플링된 데이터가 전송되지만, 상기 A/D 변환부(104)에서 출력되는 데이터는 25MHz로 샘플링된 디지털 데이터이다. 따라서, 재샘플링부(701)가 필요하다.
상기 재샘플링부(701)에서는 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 디지털 기저대역 신호를 NCO(713)의 출력 주파수를 이용하여 2배의 심볼 클럭 주파수(2fs) 즉, 21.52MHz에 동기된 디지털 신호로 보간하여 출력하게 된다. 이는 21.52MHz로 샘플링되어 수신된 데이터를 상기 A/D 변환부(104)에서 25MHz로 샘플링하여 출력하기 때문이며, 따라서 상기 재샘플링부(701)에서는 다시 2배의 심볼 클럭 주파수 즉, 21.52MHz로 샘플링하여 출력하게 된다. 만일, 상기 A/D 변환부(104)가 가변 주파수를 이용하여 샘플링한 경우에는 재샘플링부가 필요없으며 대신 NCO(713)의 출력은 상기 A/D 변환부(104)로 출력된다.
상기 재샘플링부(701)의 출력은 채널 등화기(108)와 제 1 OQAM 변환부(702)로 출력된다. 상기 제 1 OQAM 변환부(702)는 상기 재샘플링부(701)에서 21.52MHz로 재샘플링되어 출력되는 VSB I,Q 신호에 2.690559MHz의 중심 주파수(center frequency)를 갖는 고정 발진 주파수를 곱하여 상기 기저대역 VSB I,Q 신호를 OQAM I,Q 신호로 변환하여 고역 통과 필터(703)로 출력한다.
상기 고역 통과 필터(703)는 상기 OQAM I,Q 신호로부터 데이터 구간의 정보를 제거한 후 제 1, 제 2 제곱기(704,705)로 출력한다.
상기 제 1, 제 2 제곱기(704,705)는 OQAM I, Q 신호를 각각 제곱한 후 덧셈기(706)로 출력하고, 상기 덧셈기(706)는 각각 제곱된 OQAM I, Q 신호를 더하여 이득 조정부(707)로 출력한다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 제곱기(704,705), 및 덧셈기(706)는 반송파 복구부(106)에서 제거하지 못한 잔류 위상 에러를 제거하므로 상기 덧셈기(706)의 출력 신호에는 상기 반송파 복구부(106)에서 완전히 제거되지 않은 잔류 위상 에러 성분이 포함되어 있지 않다. 따라서, 상기 반송파 복구부(106)에서 반송파를 완전히 복구하지 못한 경우에도, 잔류 위상 에러는 제1, 제 2 제곱기(704,705)와 덧셈기(706)를 통해 제거된다. 이것은 상기 심볼 클럭 복조부(700)가 반송파 복구부(106)에서 출력되는 잔류 위상 에러에 무관하게 동작할 수 있음을 의미하며, 따라서 보다 안정적인 심볼 클럭 복조를 수행할 수 있음을 의미한다.
이때, 상기 고역 통과 필터(703)를 거친 OQAM I, Q 신호가 제 1, 제 2 제곱기(704,705)에서 각각 제곱된 후 덧셈기(706)에서 더해지면, 상기 덧셈기(706)의 출력 신호의 특성은 도 8과 같다.
즉, 상기 고역통과필터(703)의 출력 신호는 도 8과 같이 fs/4 주파수에 존재하는데, 이 신호가 제 1, 제 2 제곱기(704,705)와 덧셈기(706)를 거치면 신호 대역 이 fs/2 주파수 대역으로 옮겨가며, DC(직류, 0)에 큰 임펄스(impulse) 신호가 생성된다. 다시 말해, 다중채널 간섭에 의해 fs/4 대역 근처의 신호 크기가 변화되었을 때, 이 신호가 제곱기(704,705) 및 덧셈기(706)를 거치면 이는 DC 값의 변화로 나타난다. 상기 DC에 존재하는 임펄스 신호의 크기 즉, DC값은 제곱하기 전 신호의 파워(power)의 크기와 같다.
만약 전송 채널 상에 존재하는 고스트의 영향으로 도 7의 고역 통과 필터(703)의 출력 신호의 크기가 커지면 도 8의 DC에 존재하는 임펄스 신호의 크기가 커지게 되고, 반대로 크기가 작아지면 임펄스 신호의 크기 또한 작아진다.
따라서, 밴드패스필터(709)의 입력단에 연결된 DC 계산부(708)는 이러한 특성을 이용하여 상기 밴드패스필터(709)로 입력되는 임펄스 신호의 크기를 판단하고, 판단된 임펄스 신호의 크기인 DC값을 이득 조정부(707)로 출력한다.
상기 이득 조정부(707)는 상기 DC 계산부(708)에서 계산된 임펄스 신호의 크기 즉, DC값의 변화를 통해 밴드패스필터(709)로 입력되는 신호의 이득을 조정하여 항상 일정한 크기의 신호가 상기 밴드패스필터(709)로 입력되도록 한다. 즉, 이득 조정부(707)는 항상 일정한 이득을 가지는 신호가 상기 밴드패스필터(709)로 입력되도록 한다.
그러므로, 상기된 제 1 OQAM 변환부(702), 고역 통과 필터(703), 제곱기(704,705), 덧셈기(706), 및 이득 조정부(707)는 PLL 구조에서 타이밍 에러 검출기가 타이밍 에러를 검출하기 용이하게 하기 위한 신호 처리로 해석할 수 있다.
이때, 상기 타이밍 에러 검출기로 가드너 타이밍 에러 검출기를 사용한다면, 심볼 클럭 복조부(700)의 전체 성능은 가드너 타이밍 에러 검출 알고리즘의 성능에 좌우된다.
따라서, 본 발명에서는 가드너 타이밍 에러 검출기 대신 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기(711)를 사용하여 타이밍 에러를 검출함으로써, 보다 안정적인 심볼 클럭 복조를 수행한다.
한편, 상기 밴드패스필터(709)는 상기 이득 조정부(707)에서 출력되는 신호의 특정 주파수 대역만 통과시켜 상기 이득 조정부(707)의 출력 신호에 포함된 DC 성분을 제거한다. 즉, 상기 밴드패스필터(709)는 도 9와 같이 fs/2 신호 대역만 통과시킨다. 상기 밴드패스필터(709)의 출력은 위상 분리기(710)로 출력되어 실수 성분과 허수 성분의 신호로 분할된 후 타이밍 에러 검출기(711)의 제 2 OQAM 변환부(711a)로 출력된다.
상기 제 2 OQAM 변환부(711a)는 상기된 제 1 OQAM 변환부(702)와 마찬가지로 상기 위상 분리기(710)에서 출력되는 I,Q 신호에 2.690559MHz의 중심 주파수(center frequency)를 갖는 고정 발진 주파수를 곱하여 도 10과 같이 OQAM I,Q 신호로 변환한 후 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c)로 출력한다. 즉, 상기 도 10은 상기 제 2 OQAM 변환부(711a)에서 변환된 OQAM 실수 성분의 신호를 보이고 있다.
여기서, 상기 제 1, 제 비선형 연산기(711b,711b)는 제곱기(2제곱기, 4제곱기 등), 절대값 연산기 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 제 1, 제 2 비선 형 연산기(711b,711d)로 제곱기를 사용하는 것을 실시예로 한다.
즉, 상기 밴드패스필터(709)의 출력이 상기 타이밍 에러 검출기(711)의 비선형 연산기(711b,711c)를 거칠 경우 신호 대역폭이 2배로 늘어남에 따라 옆 샘플과의 신호 간섭(alias)을 일으킨다. 따라서, 신호 대역폭을 반으로 줄이기 위해 이 신호를 상기 위상 분리기(710)를 거쳐 타이밍 에러 검출기(711)의 제 2 OQAM 변환부(711a)에서 OQAM I,Q 신호로 변환시킨다. 그리고, 변환된 OQAM I,Q 신호는 상기 비선형 연산기(711b,711c)에서 각각 비선형 연산한다.
상기 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c)의 비선형 연산 결과는 각각 뺄셈기(711d)로 출력되고, 상기 뺄셈기(711d)는 상기 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c)에서 각각 출력되는 두 비선형 연산값의 차 값을 루프 필터(712)로 출력한다.
이때, 상기 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c)로 각각 제곱기를 이용하고, 상기 제 2 OQAM 변환부(711a)에서 출력되는 OQAM I,Q 신호를 제 1, 제 2 비선형 연산기(711b,711c)에서 각각 제곱한 후, 뺄셈기(711d)에서 제곱된 OQAM I, Q 신호를 서로 빼면 도 11과 같이 심볼 주파수(symbol frequency)의 1/2인 fs/2 대역에 심볼 클럭 복조에 필요한 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤(tone)을 생성한다. 즉 상기 톤에는 심볼 클럭 복조에 필요한 심볼 주파수 정보와 수신된 신호가 가지고 있는 위상 에러(timing phase error)에 대한 정보가 포함되어 있다.
이때, 전술한 OQAM 변환부(702), 고역 통과 필터(702), 제 1, 제 2 제곱기(704,705), 덧셈기(706), 이득 조정부(707)에서의 신호 처리 과정과 연동하 여 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기(711)를 사용하기 위해서는 상기 제 1, 제 2 제곱기(704,705)를 거치면서 생성된 DC 성분을 제거해 주어야한다. 일 예로, 가드너 타이밍 에러 알고리즘을 사용하는 심볼 클럭 복조 시스템에서는 전치 필터가 이러한 역할을 해준다. 본 발명에서는 심볼 클럭 복조에 필요한 정보를 도 8의 fs/2 대역에서 가져온다. 따라서 본 발명은 상기 DC 성분을 제거하기 위해 밴드패스필터(709)를 사용하는데, 상기 밴드패스필터(709)는 가드너 타이밍 에러 검출 알고리즘에서 사용하는 전치 필터와 같은 역할을 한다. 이때, 본 발명은 DC 제거기(DC remover) 대신 상기 밴드패스필터(709)를 사용함으로써 신호 에지(edge) 성분의 롤-오프(roll-off) 특성을 유지할 수 있다.
한편, 상기 루프 필터(712)는 상기 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기(711)에서 검출된 타이밍 에러 정보 중 저대역 신호 성분만을 필터링하여 NCO(713)로 출력한다. 상기 NCO(713)는 상기 타이밍 에러 정보의 저대역 성분으로부터 보정된 2배의 심볼 클럭의 주파수를 생성하여 상기 재샘플링부(711)의 샘플링 타이밍을 조절한다.
이와 같이 본 발명은 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기를 이용하여 타이밍 에러 정보를 검출함으로써, 신호 스펙트럼의 에지 성분만을 이용하는 가드너 알고리즘에 비해 우수한 성능을 나타내고 있다. 그런데, 상기 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기는 제곱기를 사용하므로 가드너 알고리즘에 비해 지터 특성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 다중 채널 간섭에 의해 신호의 크기가 작아졌을 경우에도 생성된 톤의 크기가 줄어듦으로 해서 에러 검출이 어려운 단점이 있다. 본 발 명에서는 이러한 단점들을 극복하기 위해 상기 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기(711) 전단에 OQAM 변환부(702), 고역 통과 필터(703), 제 1, 제 2 제곱기(704,705), 덧셈기(705)를 사용하여 지터 특성을 개선시킨다. 또한, 밴드패스필터(709)로 DC를 제거하여 밴드 에지의 롤-오프 특성을 유지시킴으로써, 심볼 클럭 복조에 필요한 톤의 생성이 용이하도록 한다. 그리고, 이득 조정부(707)를 이용하여 상기 톤의 크기를 일정하게 유지함으로써, 다중 채널 간섭이 존재하는 상황에서도 비선형기를 이용한 심볼 클럭 복조 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 심볼 클럭 복조 장치에 의하면, 비선형기를 이용한 타이밍 에러 검출기를 이용함으로써, 심볼 클럭을 안정적으로 복조하는 효과가 있다.
또한, 상기 타이밍 에러 검출기 전단에 OQAM 변환부, 고역 통과 필터, 제곱기, 덧셈기를 구성하여 심볼 클럭 복조에 필요한 스펙트럼 성분 외의 성분을 제거함으로써, 지터 특성을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 이득 조정부와 DC 계산부를 이용하여 심볼 클럭 복조에 필요한 톤의 크기를 일정하게 조절함으로써, 다중 채널 간섭이 존재하는 상황에서도 심볼 클럭 복조 장치의 성능을 향상시키는 효과가 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 (17)
- VSB 방식의 아날로그 통과대역 신호를 고정 주파수나 2배의 심볼 클럭 주파수로 샘플링하여 디지털 통과대역 신호로 변환하는 A/D 변환부와 상기 VSB 디지털 통과대역 신호에 반송파 복구 과정을 통해 생성된 기준 반송파 신호를 곱하여 VSB 디지털 기저대역 신호로 변환하는 반송파 복구부를 포함한 디지털 TV의 심볼 클록 복조 장치에 있어서,상기 VSB 디지털 기저대역 실수 성분과 허수 성분의 신호를 OQAM 방식의 실수 성분과 허수 성분의 신호로 변환하여 각각 고역 통과 필터링하고 제곱한 후 더하여 잔류 위상 에러를 제거하는 잔류 위상 에러 제거부;DC 값의 변화에 따라 상기 잔류 위상 에러 제거부에서 출력되는 신호의 크기가 항상 일정하도록 이득을 조정하는 이득 제어부;상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 심볼 클럭 복구에 필요한 특정 대역의 주파수만을 통과시키는 필터;상기 필터를 통과하는 신호를 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 분할하는 위상 분리기;상기 위상 분리기에서 출력되는 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 비선형 연산하여 심볼 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤을 생성하는 타이밍 에러 검출기; 그리고상기 타이밍 에러 검출기에서 출력되는 심볼 클럭 위상 에러 정보를 저대역 필터링한 후 필터링 결과에 따라 새로 보정된 2배의 심볼 클럭의 주파수를 생성하는 루프 필터 및 NCO를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 잔류 위상 에러 제거부는상기 VSB 디지털 기저대역 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 변환하는 제 1 OQAM 변환부와,상기 제 1 OQAM 변환부에서 출력되는 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 각각 고역 통과 필터링하여 데이터 구간의 정보를 제거하는 고역 통과 필터와,상기 고역 통과 필터에서 필터링되어 출력되는 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호를 각각 제곱한 후 더하여 출력하는 제곱 연산부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이득 제어부는입력되는 DC값에 따라 상기 잔류 위상 에러 제거부의 출력 신호의 이득을 조정하여 상기 잔류 위상 에러 제거부의 출력 신호의 크기가 일정하도록 하는 이득 조정부와,상기 이득 조정부에서 출력되는 신호의 임펄스 크기를 판단하고 판단된 결과를 상기 이득 조정부에 DC값으로 출력하는 DC 계산부로 구성되는 것을 특징으로 하 는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터는상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 심볼 클럭 복구에 필요한대역을 통과시켜 상기 이득 제어부의 출력 신호에 포함된 DC 성분을 제거하는 밴드패스필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 타이밍 에러 검출기는상기 위상 분리기에서 분할된 실수 신호와 허수 신호를 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호로 변환하는 제 2 OQAM 변환부와,상기 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호를 각각 비선형 연산하는 비선형 연산부와,상기 비선형 연산부에서 각각 비선형 연산된 두 신호를 서로 빼대역에 심볼 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤을 생성하는 뺄셈기로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 OQAM 변환부는상기 VSB 디지털 기저대역 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호에 2.690559MHz의 중심 주파수(center frequency)를 갖는 고정 발진 주파수를 곱하여 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 A/D 변환부가 VSB 방식의 아날로그 통과대역 신호를 2배의 심볼 클럭 주파수로 샘플링하여 디지털 통과대역 신호로 변환하는 경우, 상기 루프 필터 및 NCO에서 출력되는 2배의 심볼 클럭 주파수는 상기 A/D 변환부로 입력되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 A/D 변환부가 VSB 방식의 아날로그 통과대역 신호를 고정 발진자에서 생성된 고정 주파수로 샘플링하여 디지털 통과대역 신호로 변환하는 경우상기 반송파 복구부에서 출력되는 VSB 디지털 기저대역 실수 성분과 허수 성분의 신호를 상기 루프 필터 및 NCO에서 출력되는 2배의 심볼 클럭의 주파수로 재샘플링하여 각각 보간하는 재샘플링부가 상기 반송파 복구부와 잔류 위상 에러 제거부 사이에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- VSB 방식의 아날로그 통과대역 신호를 디지털 통과대역 신호로 변환하는 A/D 변환부와, 상기 디지털 통과대역 신호를 디지털 기저대역 신호로 변환하는 반송파 복구부를 포함한 디지털 TV의 심볼 클록 복조 장치에 있어서,상기 VSB 디지털 기저대역 실수 성분과 허수 성분의 신호를 OQAM 방식의 실수 성분과 허수 성분의 신호로 변환하여 각각 고역 통과 필터링하고 제곱한 후 더하여 잔류 위상 에러를 제거하는 잔류 위상 에러 제거부;DC 값의 변화에 따라 상기 잔류 위상 에러 제거부에서 출력되는 신호의 크기가 항상 일정하도록 이득을 조정하는 이득 제어부; 및상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 타이밍 에러 정보를 검출하여 새로 보정된 2배의 심볼 클럭의 주파수를 생성하는 타이밍 에러 검출 및 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 잔류 위상 에러 제거부는상기 VSB 디지털 기저대역 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 변환하는 제 1 OQAM 변환부와,상기 제 1 OQAM 변환부에서 출력되는 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 각각 고역 통과 필터링하여 데이터 구간의 정보를 제거하는 고역 통과 필터와,상기 고역 통과 필터에서 필터링되어 출력되는 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호를 각각 제곱한 후 더하여 출력하는 제곱 연산부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 이득 제어부는입력되는 DC값에 따라 상기 잔류 위상 에러 제거부의 출력 신호의 이득을 조정하여 상기 잔류 위상 에러 제거부의 출력 신호의 크기가 일정하도록 하는 이득 조정부와,상기 이득 조정부에서 출력되는 신호의 임펄스 크기를 판단하고 판단된 결과를 상기 이득 조정부에 DC값으로 출력하는 DC 계산부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 타이밍 에러 검출 및 보정부는상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 심볼 클럭 복구에 필요한 특정 대역의 주파수만을 통과시키는 필터;상기 필터를 통과하는 신호를 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 분할하는 위상 분리기;상기 위상 분리기에서 출력되는 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호를 각각 비선형 연산한 후 그 차이 값으로부터 심볼 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤을 생성하는 타이밍 에러 검출기; 그리고상기 타이밍 에러 검출기에서 출력되는 심볼 클럭 위상 에러 정보를 저대역 필터링한 후 필터링 결과에 따라 새로 보정된 2배의 심볼 클럭의 주파수를 생성하는 루프 필터 및 NCO를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 필터는상기 이득 제어부에서 이득이 조정된 신호로부터 심볼 클럭 복구에 필요한대역을 통과시켜 상기 이득 제어부의 출력 신호에 포함된 DC 성분을 제거하는 밴드패스필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 타이밍 에러 검출기는상기 위상 분리기에서 분할된 실수 신호와 허수 신호를 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호로 변환하는 제 2 OQAM 변환부와,상기 OQAM 방식의 실수 신호와 허수 신호를 각각 비선형 연산하는 비선형 연산부와,상기 비선형 연산부에서 각각 비선형 연산된 두 신호를 서로 빼대역에 심볼 클럭 위상 에러 정보를 가진 톤을 생성하는 뺄셈기로 구성되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제10 항 또는 제14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 OQAM 변환부는입력되는 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호에 2.690559MHz의 중심 주파수(center frequency)를 갖는 고정 발진 주파수를 곱하여 OQAM 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 A/D 변환부가 VSB 방식의 아날로그 통과대역 신호를 2배의 심볼 클럭 주파수로 샘플링하여 디지털 통과대역 신호로 변환하는 경우, 상기 루프 필터 및 NCO에서 출력되는 2배의 심볼 클럭 주파수는 상기 A/D 변환부로 입력되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 A/D 변환부가 VSB 방식의 아날로그 통과대역 신호를 고정 발진자에서 생성된 고정 주파수로 샘플링하여 디지털 통과대역 신호로 변환하는 경우상기 반송파 복구부에서 출력되는 VSB 디지털 기저대역 실수 성분과 허수 성분의 신호를 상기 루프 필터 및 NCO에서 출력되는 2배의 심볼 클럭의 주파수로 재샘플링하여 각각 보간하는 재샘플링부가 상기 반송파 복구부와 잔류 위상 에러 제거부 사이에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 심볼 클럭 복조 장치.
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