KR100574034B1 - Ｄａｂ/ｄｍｂ 수신기용 동기장치과 그 동기방법 - Google Patents

Ｄａｂ/ｄｍｂ 수신기용 동기장치과 그 동기방법 Download PDF

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Abstract

DAB/DMB(Digital Audio Broadcasting / Digital Multimedia Broadcasting) 수신기용 동기장치과 그 동기방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 시간영역에서 프레임의 시작점을 찾고, 심볼 타이밍 보상(Symbol Timing Recovery)을 수행하는 시간동기부, 미세 캐리어 보상(Fine Carrier Recovery)을 수행하는 수단을 구비하고, 주파수영역에서 코얼스 캐리어 보상(Coarse Carrier Recovery)을 수행하여 반송파 주파수 에러를 보상하는 수단을 구비한다. 이에 의하여 정확한 프레임 동기와 고속퓨리에변환의 시작점을 가지고 고속퓨리에변환을 실시함에 따라 심볼간 간섭(ISI:Inter Symbol Interference)가 발생하지 않으며, 고속퓨리에변환 시작점의 변동에 의한 위상회전이 발생하지 않는다. 또한 고속퓨리에변환을 하기 전에 미세 캐리어 보상을 수행함으로써 부반송파 주파수간격 소수배의 반송파 에러가 코얼스 캐리어 보상에 영향을 주지않게 된다. 또한 시간영역에서 많은 동기 에러를 보상하여 전체적으로 동기과정의 안정성을 더욱 확보할 수 있다.
DMB, DAB, 동기장치, 프레임 시간동기, 심볼시간동기, Fine Carrier Recovery, Coarse Carrier Recovery, OFDM

Description

ＤＡＢ/ＤＭＢ 수신기용 동기장치과 그 동기방법{Method and apparatus for synchronizing for DAB/DMB receiver}
도 1은 OFDM 방식의 디지털 데이터 프레임의 구조을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 DAB/DMB 수신기용 동기장치를 포함하는 복조회로의 블럭도, 그리고
도 3는 본 발명에 따른 DAB/DMB 수신기용 동기방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
본 발명은 DAB/DMB(Digital Audio Broadcasting / Digital Multimedia Broadcasting) 동기장치 및 그 동기방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DAB/DMB 수신기에서의 복조를 위한 시간 동기와 주파수 오류를 보상하는 DAB/DMB 수신기용 동기장치과 그 동기방법에 관한 것이다.
현재 지상파 디지털 라디오 방송시스템은 유럽식, 미국식, 일본식이 있으며, 모두 OFDM 방식을 이용하고 있다. 유럽의 DAB 방식인 EUREKA-147은 디지털 변조방식으로 지상파에서의 다중 경로 페이딩에 강건한 COFDM(Coded OFDM)을 사용한다. 한국의 디지털 멀티미디어 방송인 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 역시 유럽의 DAB을 기본으로 하여 CD(Compact Disk) 수준의 음질, 다양한 데이터 서비스, 우수한 이동수신 품질을 제공한다.
도 1은 OFDM 방식의 디지털 데이터 프레임의 구조을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 널(null)심볼 이후에 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)심볼이 있고, 그 첫번째 OFDM 심볼이 위상기준심볼(PRS : Phase Reference Symbol)(a)이다. 위상기준심볼(a) 이후에 유효데이터 심볼들(b)이 있다. 널 심볼 구간과 위상기준심볼(a)이 프레임의 동기채널(Synchronization Channel)을 이룬다. 각 심볼은 시간영역의 OFDM 서브 캐리어의 신호가 있고 그 앞에 보호구간(GI:Guide Interval)(c)이 있다. 보호구간(c)에는 시간영역 OFDM신호(d)의 마지막 부분(e)이 삽입되어 채널상에서 발생하는 고스트(ghost)의 방해에 대응한다.
위상기준심볼(a)은 송신측과 수신측에서 이미 알고 있는 데이터(known data)로서 다음 OFDM 심볼의 차동변조(differential modulation)를 위한 위상 기준을 제공한다. 또한, 프레임 및 심볼의 시간동기를 검출하는데 사용된다.
종래에 DAB/DMB 수신기에서의 대표적인 동기방법은 프레임의 시작점을 대략적으로 찾은 후에 고속퓨리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통하여 복조한 신호(주로 위상기준심볼)를 바탕으로 부반송파 주파수의 정수배의 반송파 주파수에러를 보상하는 코얼스 캐리어 보상(Coarse Carrier Recovery)이나 정확한 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 심볼 타이밍 보상(STR:Symbol Timing Recovery)를 수행하고, 부반송파 주파수의 소수배의 반송파 주파수에러를 보상하는 미세 캐리어 보상 (Fine Carrier Recovery)를 수행한다.
반송파 주파수 에러는 수신기에서 수신한 아날로그 신호를 다운 컨버팅시에 사용되는 오실레이터(Oscillator)의 부정확도로 인하여 베이스밴드(Baseband) 신호에 포함되는 오류이다. 수신기에서는 고속퓨리에변환을 하기 이전에 송신기와 수신기 사이에 주파수 동기가 반드시 이루어져야 한다. 만약 송수신기 사이에 반송파(Carrier) 주파수가 틀리게 되면 반송파 주파수 잔류편차가 생기는데 이 반송파 주파수 잔류편차는 부반송파 간격의 정수배와 소수배 에러로 나누어진다. 정수배 에러의 잔류편차는 수신기에서 고속퓨리에변환을 통해 얻은 신호를 원형 시프트(circular shift)시키며, 소수배 에러의 잔류편차는 부반송파간에 간섭을 일으켜 신호의 전력 및 위상이 변하게 한다.
문제는, 종래의 방법이 대략적인 프레임의 시작점을 찾은 후에 동기를 수행하게 된다는 것이다. 따라서 동기의 안정성에 영향을 줄 수 있는 심볼간 간섭(ISI:Inter Symbol Interference), 위상회전 등이 발생하게 된다. 또한 FCR을 하기 전이므로 부반송파 간격의 소수배에 해당하는 반송파 주파수에러가 CCR에 영향을 줄 수 있다. 이러한 영향은 고속퓨리에변환 후에 STR을 하게되면 여기에도 영향을 미칠 수 있다. 즉, 부반송파의 소수배에 해당하는 반송파 주파수에러와 프레임의 시작점에 에러를 가지고 동기 검출이 수행되기 때문에 고속퓨리에변환으로 복조된 신호에 오류가 생길 확률이 높아져 시스템의 안정성에 영향을 미치게 된다. 또한 이를 방지하기 위한 추가적인 장치가 필요하게 되어 시스템이 거대해지고 복잡해진다.
따라서 본 발명의 목적은, 고속퓨리에변환으로 복조하기 이전에 보상할 수 있는 동기에러는 모두 보상하여 고속퓨리에변환에 의한 복조시 발생할 수 있는 문제점을 제거하여 안정적이고 성능에 열화가 없는 복조를 제공하는 DAB/DMB 수신기용 동기장치과 그 동기방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 DAB/DMB 수신기용 동기방법은, 직교주파수분할다중 변조된 디지털 데이터를 수신하여 프레임 시작점을 찾는 단계, 상기 프레임 시작점을 기초로, 상기 디지털 데이터의 부반송파 주파수 간격의 소수배인 반송파 주파수 에러를 보상하는 제 1보상신호를 출력하는 단계, 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 단계, 상기 디지털 데이터를 고속퓨리에변환한 신호로부터 상기 수신된 디지털 데이터의 부반송파 주파수 간격의 정수배의 반송파 주파수 에러를 측정하여 제 2보상신호를 출력하는 단계 및 상기 수신된 디지털 데이터에 상기 제 1보상신호와 제 2보상신호를 더한 보상신호를 곱함으로써 반송파 주파수 에러를 보상하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 시작점을 찾는 단계는, 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 프레임의 시작점을 찾는다.
바람직하게는, 상기 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 단계는, 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구 함으로써 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는다.
또한 본 발명에 따른 DAB/DMB 수신기용 동기장치는, 직교주파수분할다중 변조된 디지털 데이터를 수신하여 프레임 시작점을 찾고 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 시간동기부, 상기 시간동기부에서 맞춘 프레임 시작점을 기초로, 상기 디지털 데이터의 부반송파 주파수 간격의 소수배에 해당하는 반송파 주파수 에러를 보상하는 보상신호를 출력하는 소수배 에러보상부, 상기 시간동기부에서 찾은 고속퓨리에변환의 시작점을 기준으로 상기 수신된 디지털 데이터를 고속퓨리에변환(FFT)하여 주파수영역의 신호로 복조하는 FFT부, 상기 FFT부의 출력을 받아 상기 수신된 디지털 데이터의 부반송파 주파수 간격의 정수배의 반송파 주파수 에러를 측정하여 보상신호를 출력하는 정수배 에러보상부 및 상기 수신된 디지털 데이터에 상기 소수배 에러보상부 및 정수배 에러보상부의 보상신호를 더한 보상신호를 곱함으로써 반송파 주파수 에러를 보상하여 상기 FFT부로 전달하는 연산부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 시간동기부는 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 프레임의 시작점을 찾는다.
바람직하게는, 상기 시간동기부는 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 DAB/DMB 수신기용 동기장치를 포함하는 복조회로의 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 동기장치(200)는 FFT(Fast Fourier Transform)부(201)에 연결되어 있다.
FFT부(201)는 직교주파수분할다중(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조된 디지털 신호를 수신하여 복조하는 회로이다. 송신기에서 역 고속퓨리에변환하여 시간영역으로 보내온 신호를 고속퓨리에변환하여 다시 주파수영역으로 바꿈으로써 OFDM 심볼을 복조한다.
본 발명의 동기장치(200)는 DAB/DMB(Digital Audio Broadcasting / Digital Multimedia Broadcasting) 수신기내에 구비되며 OFDM 변조된 디지털 방송 데이터를 수신하여 시간 동기 및 캐리어 동기상의 오류를 보상한다. 바람직하게는, 수신되는 디지털 데이터의 형태는 도 1에 도시된 데이터 구조를 가지고 있다.
본 발명의 동기장치(200)에 수신되는 OFDM 변조된 디지털 방송 데이터는 도 1의 데이터 구조를 가지고 있으며, 아날로그-디지털 변환부(ADC:Analog to Digital Converter)(미도시)를 통해 디지털 데이터로 바꾼다음, I/Q(In-phase/Quadrature-phase)부를 거쳐 실수부와 허수부로 나누어져 입력된다.
본 발명의 동기장치(200)는 시간동기부(203), 소수배 에러보상부(205), 정수배 에러보상부(207) 및 연산부(209)를 포함한다.
시간동기부(203)는 수신된 디지털 데이터 프레임의 정확한 시작점을 찾고, 고속퓨리에변환(FFT)을 실시할 정확한 시작점을 종래의 기술과 달리 시간영역에서 찾는다.
시간동기부(203)는 먼저, 디지털 데이터 프레임(이하 '프레임'이라 함)의 정확한 동기를 찾기 위하여 이미 동기장치(200)에서 알고 있는 데이터(known data)인 위상기준심볼(PRS : Phase Reference Symbol)의 상관(correlation)을 구한다.
시간동기부(203)는 시간동기부(203)에 기 설정된 위상기준심볼인 '로칼 위상기준심볼'의 공액복소수(conjugate)값과 수신된 프레임의 위상기준심볼을 곱하고 위상기준심볼 시간동안 누적하여 더함으로써 상관을 구한다. 시간동기부(203)는 누적하여 더한 값의 피크값이 발생하는 부분을 찾아 기 설정된 위상기준심볼을 통해 프레임의 정확한 시작시점을 구한다.
시간동기부(203)는 위의 상관값을 구하기 위하여, 위상기준심볼의 위상기준심볼 구간의 유효 데이터(d)의 절반까지만 상관값을 구할 수도 있으며, 상관값을 구하기 위하여 위상기준심볼의 실제 각 샘플값이 아닌 부호만을 취하여 상관값을 구하여도 피크값을 찾을 수 있다.
시간동기부(203)는 또한 고속퓨리에변환(FFT)을 실시할 정확한 시작점을 찾는 심볼 타이밍 보상(STR: Symbol Timing Recovery)을 한다. 시간동기부(203)는 로칼 위상기준심볼과 수신된 프레임의 위상기준심볼의 상관을 구하고 피크값을 구하는 과정을 재 수행한다. 그리고 시간동기부(203)는 기 설정된 OFDM 심볼의 간격을 통해 정확한 고속퓨리에변환의 시작점인 각 심볼의 유효 데이터구간을 추정한다. 이를 통해 프레임 단위가 아닌 심볼단위에서의 시간동기를 맞춘다.
시간동기부(203)는 맞춘 정확한 프레임 시작점을 소수배 에러보상부(205)와 FFT부(201)에 전달한다.
소수배 에러보상부(205)는 정수배 에러보상부(207)와 함께 수신된 디지털 신호의 반송파 주파수에러를 보상한다. 소수배 에러보상부(205)은 부반송파 주파수 간격의 소수배에 해당하는 반송파 주파수 에러를 보상하고, 정수배 에러보상부(207)은 부반송파 주파수 간격의 정수배에 해당하는 반송파 주파수 에러를 보상한다.
소수배 에러보상부(205)은 시간동기부(203)에서 검출한 정확한 프레임 시작점을 기초로, OFDM심볼의 보호구간(GI:Guide Interval)을 이용하거나, 고속퓨리에변환으로 복조된 위상기준심볼을 이용하여 부반송파 주파수 간격의 소수배에 해당하는 반송파 주파수에러를 보상한다. 도 2의 본 발명의 동기장치(200)는 보호구간을 이용한 것이다.
소수배 에러보상부(205)은 도 1의 보호구간(a)과 유효데이터구간인 시간영역 OFDM신호(d)의 마지막 부분(e)과의 상관(correlation)값을 구하고 상관값의 위상을 측정한다. 측정된 위상값에 따라, 반송파 주파수 에러를 보상하는 보상값을 출력한다. 기타 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 알려진 방법으로 행할 수 있다.
정수배 에러보상부(207)은 FFT부(201)에서 복조한 신호를 기초로 부반송파 주파수 간격의 정수배의 반송파 주파수 에러를 보상한다.
정수배 에러보상부(207)은 주파수 영역의 파일럿의 위치를 찾아내어 기준 위치에서 벗어난 정도를 측정한다. 이것이 부반송파 주파수 간격의 정수배가 된다. OFDM 변조된 디지털신호에서는 위상기준심볼이 파일럿의 역할을 한다.
정수배 에러보상부(207)은 복조된 주파수영역의 위상기준심볼에 로칼 위상기준심볼을 한개 부반송파 주파수 단위로 옮기면서 상관값을 구하여 최대값이 나오는 지점과 기준점과의 차이를 정수배 에러로 측정한다. 정수배 에러보상부(207)은 측정한 반송파 주파수 에러를 보상하는 보상값을 출력한다.
연산부(209)는 가산기(211)와 곱셈기(213)를 포함한다.
가산기(211)는 소수배 에러보상부(205)과 정수배 에러보상부(207)에서 출력되는 보상신호를 더하고, 곱셈기(213)는 수신되는 디지털 신호와 가산기(211)에서 더해진 보상신호를 곱한다. 이로써 왜곡된 반송파 주파수 에러를 보상한다.
도 3는 본 발명에 따른 DAB/DMB 수신기용 동기방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 이하 도 1 내지 도 3를 참조하여 DAB/DMB 수신기용 동기장치(200)의 동기방법을 설명한다.
시간동기부(203)는 시간영역에서 수신된 디지털 데이터 프레임의 정확한 시작점을 찾는다. 그럼으로써 정확하지 않은 프레임 시작점에 기초한 고속퓨리에변환에서 발생하는 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
시간동기부(203)는 로칼 위상기준심볼의 공액복소수값과 수신된 프레임의 위상기준심볼을 곱하고 위상기준심볼 시간동안 누적하여 더함으로써 상관을 구한다. 그리고, 시간동기부(203)는 누적하여 더한 값의 피크값이 발생하는 부분을 찾아 기 설정된 위상기준심볼을 통해 프레임의 정확한 시작시점을 구한다(S301).
소수배 에러보상부(205)은 시간동기부(203)에서 검출한 정확한 프레임 시작점을 기초로, OFDM심볼의 보호구간을 이용하거나, 고속퓨리에변환으로 복조된 위상 기준심볼을 이용하여 부반송파 주파수 간격의 소수배에 해당하는 반송파 주파수에러를 보상하는 보상신호를 출력한다(S303).
그리고, 시간동기부(203)가 로칼 위상기준심볼과 수신된 프레임의 위상기준심볼과의 상관값을 구하고 그 피크값을 구함으로써 고속퓨리에변환의 시작점을 측정하여 보상한다.(S305)
그리고, FFT부(201)는 시간동기부(203)에서 찾은 정확한 고속퓨리에변환의 시작점을 기준으로 고소퓨리에변환을 실시하여 주파수영역의 신호로 복조한다. FFT부(201)가 고속퓨리에변환을 통해 복조한 신호는 다시 정수배 에러보상부(207)로 보내진다(S307).
FFT부(201)의 출력은 다시 피드백되어 정수배 에러보상부(207)에서 부반송파 주파수 간격의 정수배의 반송파 주파수 에러를 보상한다. 정수배 에러보상부(207)은 복조된 프레임의 위상기준심볼에 주파수영역의 고속퓨리에변환된 로칼 위상기준심볼을 한개 부반송파 주파수 단위로 옮기면서 상관값을 구하여 최대값이 나오는 지점과 기준점과의 차이를 정수배 에러로 측정한다. 정수배 에러보상부(207)은 측정한 반송파 주파수 에러를 보상하는 보상신호을 출력한다(S309).
소수배 에러보상부(205)과 정수배 에러보상부(207)에서 출력되는 보상신호는 가산기(211)에서 더해져서 수신되는 디지털 데이터에 곱셈기(213)에 의해 곱해진다. 이를 통해 반송파 주파수 에러를 보상함으로써 송신기(미도시)와 본 발명의 동기장치(200)가 구비된 수신장치(미도시)의 주파수 동기가 이루어지고 FFT부(201)가 정확한 복조를 할 수 있다(S311).
이와같은 과정을 통해 DAB/DMB 수신기용 동기장치의 동기방법이 수행된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정확한 프레임 동기와 고속퓨리에변환의 시작점을 가지고 고속퓨리에변환을 실시함에 따라 ISI(Inter Symbol Interference)가 발생하지 않으며, 고속퓨리에변환 시작점의 변동에 의한 위상회전이 발생하지 않는다. 또한 고속퓨리에변환을 하기 전에 Fine Carrier Recovery를 수행함으로써 부반송파 주파수간격 소수배의 반송파 에러가 Coarse Carrier Recovery에 영향을 주지않게 된다. 또한 시간영역에서 많은 동기 에러를 보상하여 전체적으로 동기과정의 안정성을 더욱 확보할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (6)

  1. 직교주파수분할다중 변조된 디지털 데이터를 수신하여 프레임 시작점을 찾는 단계;
    상기 프레임 시작점을 기초로, 상기 디지털 데이터의 부반송파 주파수 간격의 소수배인 반송파 주파수 에러를 보상하는 제 1보상신호를 출력하는 단계;
    상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 단계;
    상기 디지털 데이터를 고속퓨리에변환한 신호로부터 상기 수신된 디지털 데이터의 부반송파 주파수 간격의 정수배의 반송파 주파수 에러를 측정하여 제 2보상신호를 출력하는 단계; 및
    상기 수신된 디지털 데이터에 상기 제 1보상신호와 제 2보상신호를 더한 보상신호를 곱함으로써 반송파 주파수 에러를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DAB/DMB 수신기용 동기방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시작점을 찾는 단계는, 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 프레임의 시작점을 찾는 것을 특징으로 하는 DAB/DMB 수신기용 동기방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 단계는, 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 것을 특징으로 하는 DAB/DMB 수신기용 동기방법.
  4. 직교주파수분할다중 변조된 디지털 데이터 신호를 수신하여 프레임 시작점을 찾고 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시작점을 찾는 시간동기부;
    상기 시간동기부에서 맞춘 프레임 시작점을 기초로, 상기 신호의 부반송파 주파수 간격의 소수배에 해당하는 반송파 에러를 보상하는 보상신호를 출력하는 소수배 에러보상부;
    상기 시간동기부에서 찾은 고속퓨리에변환의 시작점을 기준으로 상기 수신된 신호를 고속퓨리에변환하여 주파수영역의 신호로 복조하는 FFT부;
    상기 FFT부의 출력을 받아 상기 수신된 신호의 부반송파 주파수 간격의 정수배의 반송파 에러를 측정하여 보상신호를 출력하는 정수배 에러보상부; 및
    상기 수신된 신호에 상기 소수배 에러보상부 및 정수배 에러보상부의 보상신호를 더한 보상신호를 곱함으로써 반송파 주파수 에러를 보상하여 상기 FFT부로 전달하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DAB/DMB 수신기용 동기장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 시간동기부는 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 프레임의 시작점을 찾는 것을 특징으로 하는 DAB/DMB 수신기용 동기장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 시간동기부는 상기 수신된 디지털 데이터 프레임의 위상기준심볼과 기 설정된 위상기준심볼과의 상관값을 구함으로써 상기 프레임의 고속퓨리에변환의 시 작점을 찾는 것을 특징으로 하는 DAB/DMB 수신기용 동기장치.
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