KR100686140B1 - 트래커 락 발생 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신뢰성 있는 위성 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템을 구성하기 위해 필요한 트래커 락을 발생시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 수신기의 루프 필터를 포함하여 구성되는 트래커에 있어서, (a) 기준값 세팅 여부를 판단하는 단계와, (b) 상기 판단 결과, 기준값이 세팅된 경우 타이밍 주파수 오프셋 값이 기준값의 특정 범위 내인가 판단하는 단계와, (c) 상기 (b)단계 판단 결과, 기준값이 특정 범위 내이면 카운트 값을 증가시키고, 기준값이 특정 범위 이내가 아니면 카운트 값을 감소시키는 단계와, (d) 상기 카운트 값을 증감 후, 카운트 값이 임계값 이상인지 판단하는 단계와 (e) 상기 (d)단계 판단 결과, 카운트 값이 임계값 이상이면 트래커 락을 발생시키고, 카운트 값이 임계값 이하이면 트래커 락을 해제하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 트래커 락을 발생시키는 방법을 제공한다.

따라서 트래커 락을 이용하여 신뢰성 높은 디지털 멀티미디어 방송 수신기를 설계할 수 있게 되는 효과가 있다.

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Description

트래커 락 발생 방법{Tracker Lock Generation Method}

도 1은 디지털 멀티미디어 방송 수신기에 사용된 종래의 트래커의 실시예를 설명하기 위한 도면

도 2는 트래커 PI 루프 필터의 적분 필터 출력을 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명에 따른 트래커 락을 발생시키는 방법의 일실시예를 설명하기 위한 흐름도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 아날로그 파트 20 : 디지털 파트

23 : DLL 29 : 루프 필터

본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서의 트래커에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Code Division Modulation을 이용하는 위성 DMB( Satellite Digital Multimedia Broadcasting) 수신기에 적용할 수 있는 디지털 리샘플러(Resampler)를 가지는 새로운 구조의 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서의 트래커(Tracker)에 관한 것이다.

DMB(Digital Multimedia Broadcasting: 디지털 멀티미디어 방송, 이하 'DMB'라 한다.)는 크게 지상파 DMB와 위성 DMB로 나눌 수 있다. 지상파 DMB는 OFDM을 기반으로 하여 이동 중에 오디오 및 비디오 서비스를 제공하며, 위성DMB는 CDM을 기반으로 하여 위성체와 이를 보완하는 지상의 갭필러를 이용하여 이동 중에 오디오 및 비디오 서비스를 가능하게 하는 것이다

위성 DMB 수신기에서는 안테나로 입력된 수신 신호는 튜너를 거쳐 기저 대역(Baseband)으로 변환되며, 자동 이득 제어기(AGC)는 A/D로 입력되는 신호의 크기를 일정하게 유지시키기 위하여, 수신된 신호의 전력(power)을 측정하여 계산된 이득 값을 곱해주고, 상기 ADC는 상기 AGC에 의해 크기가 비교적 일정해진 신호를 표본화(Sampling)하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜준다. CDM 전송방식에서 신호를 복조하기 위해서는 신호의 확산에 사용된 의사 잡음 수열의 포착이 우선되어야 하는데, 이 과정은 신호의 포착(Acquisition)과 추적(Tracking)의 두 단계로 이루어진다.

상기 의사 잡음 시퀀스의 구분 단위를 칩(chip)이라 하는데, 포착이란 수신기에서 신호동기를 ±1/2칩 이내로 확보하는 과정이며, 서처(Searcher)에서 수행된다. 신호 추적은 이렇게 찾은 신호의 동기를 미세하게 맞추는 것을 말하며 트래커(Tracker)에서 수행된다. 이렇게 해서 동기를 맞춘 신호는 수신기에서 생성한 의사잡음 시퀀스를 곱함으로써 역확산시키고, CDM 채널을 구분하는데 사용된 WALSH 코드를 곱한 뒤에 Integrate and Dump 과정을 거침으로써 원하는 CDM채널의 심볼을 추출한다.

상기 과정은 서처(Searcher)가 찾아준 모든 다중 경로에서 수행되며, 각각을 핑거(Finger)라 부른다.

도 1은 종래 DLL을 채용한 멀티미디어 방송 수신기의 트래커(Tracker)를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서 종래의 트래커는 아날로그 부분(10)인 ADC(11)와 VCXO(13)으로 구성되며, 디지털 부분(20)은 Selector(21), DLL(23), SRG(25), 역확산기(27), Loop Filter(29), DAC(31)을 포함하여 구성된다.

먼저 VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)(13)에서 발생한 칩 레이트(Chip Rate)보다 정수배 높은 주파수의 클럭(Clock)을 입력받아 상기 ADC(11)에서 입력 아날로그 신호를 오버 샘플링(Oversampling)한다.

상기 VCXO(13)에서 발생되고 상기 ADC(11)에서 오버 샘플된 데이터(Oversampled data)는 상기 Selector(21)에 입력되어 뽑기(Decimation)가 된다. 예를 들어 입력 신호가 8배 오버 샘플링(Oversampling) 됐으면 상기 Selector는 8개의 입력 신호 마다 하나를 골라낸다. 이때 상기 Selector(21)는 상기 DLL(Delayed Locked Loop, 이하 'DLL' 이라 한다.)(23)에서 만들어져 상기 Loop Filter(29)를 통과한 타이밍 에러(Timing Error) 신호를 기준으로 동작을 한다.

상기 Selector(21)는 Decimation을 수행하면서 정위치의 칩 레이트 데이터(Chip rate data)뿐만 아니라 그보다 1/2칩 빠른 데이터와 1/2칩 느린 데이터를 같이 출력한다. 이때 정 위치에서 출력된 칩 데이터를 메인 패스 데이터(main path data)라고 하고, 1/2칩 빠른 위치에서 출력된 데이터를 이른 패스 데이터(early path data), 1/2칩 느린 위치에서 출력된 데이터를 늦은 패스 데이터(late path data)라고 본 발명에서는 정의한다.

또한 SRG(Shift Register Generator, 이하 'SRG'라 한다.)(25)는 코드 발생기로 상기 SRG(25)에서 발생한 신호를 상기 DLL(23)과 역확산기(Despreader)(27)로 출력한다.

상기 Selector(21)에서 출력된 이른 패스 데이터(early path data)와 늦은 패스 데이터(late path data)는 상기 DLL(23)로 입력되어 타이밍 에러 신호(Timing Error Signal)를 만들어 내고, 또한 상기 Selector(21)에서 출력된 메인 패스 데이터(main path data)는 상기 역확산기(Despreader)(27)에 입력되어 역확산(despreading)된 신호를 출력한다.

또한 상기 Selector(21)에서 출력되어 상기 DLL(23)로 입력된 이른 패스 데이터(early path data)와 늦은 패스 데이터(late path data)는 타이밍 에러 신호를 만들어 내고, 상기 타이밍 에러 신호가 Loop Filter(29)에서 필터링되고, 필터링되어 출력된 타이밍 주파수 오프셋 성분(Timing Frequency Offset)은 DAC(Digital-Analog Converter)(31)에서 아날로그 신호로 변환된 뒤, 상기 VCXO(12)로 입력되어 ADC(Analog-Digital Converter)(11)의 클럭 속도를 조절하게 된다. 따라서 상기와 같은 과정을 거쳐 타이밍 주파수 보정이 수행된다.

상기 Loop Filter(29)에서 출력된 타이밍 페이저 오프셋(Timing Phase Offset) 성분은 상기 Selector(21)로 입력되어 가장 적절한 페이저(Phase)에 해당하는 데이터를 골라내는 페이저 보상을 하게 된다. 즉 종래의 트래커는 주파수 보 상과 페이저 보상하는 부분이 다르다.

상기와 같은 방식으로 폐루프가 형성됨으로 인해 트래커에서 트래킹(Tracking)이 이뤄지게 되는 것이다.

그러나, 상술한 종래의 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서의 트래커는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 트래커가 잘못된 방향으로 수렴하는 경우나 발산하는 경우에 트래커단을 리셋시켜야 함에도 불구하고 잘못 리샘플링된 신호값을 가지고 트래커가 계속 동작함으로써, 트래커 오동작으로 인한 트래커 리셋을 수행한 후에 디지털 멀티미디어 방송 수신기가 수신이 가능한 환경에서 수신을 하지 못하는 경우가 발생한다.

둘째, Rake 합성기에서 각 핑거의 출력을 합성할 때, 특정 핑거에서 트래커가 오동작시 상기 핑거의 출력 신호는 Rake 합성기의 출력 신호의 SNR을 심각하게 저하시키게 된다. 따라서 트래커가 오동작하는 핑거의 출력을 Rake 합성시 제외함으로써 최종 출력 신호의 SNR 악화를 방지할 수 있다. 그러나 트래커의 정상동작 또는 오동작 상태를 알 수 없기 때문에 이를 수행할 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 신뢰성 있는 위성 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템을 구성하기 위해 필요한 트래커 락을 발생시키는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 수신기의 루프 필터를 포함하여 구성되는 트래커에 있어서, (a) 기준값 세팅 여부를 판단하는 단계와, (b) 상기 판단 결과, 기준값이 세팅된 경우 타이밍 주파수 오프셋 값이 기준값의 특정 범위 내인가 판단하는 단계와, (c) 상기 (b)단계 판단 결과, 기준값이 특정 범위 내이면 카운트 값을 증가시키고, 기준값이 특정 범위 이내가 아니면 카운트 값을 감소시키는 단계와, (d) 상기 카운트 값을 증감 후, 카운트 값이 임계값 이상인지 판단하는 단계와 (e) 상기 (d)단계 판단 결과, 카운트 값이 임계값 이상이면 트래커 락을 발생시키고, 카운트 값이 임계값 이하이면 트래커 락을 해제하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 (a)단계에서, 기준값이 세팅되어 있지 않으면 기준값을 세팅하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 락 신호를 발생시키기 용이하지 않은 트래커에서 락 신호를 만들어내는 방법을 제안함으로써 트래커 락을 이용하여 신뢰성 높은 디지털 멀티미디어 방송 수신기를 설계할 수 있고, DLL 구조를 사용하는 다른 시스템에도 적용이 가능하며, 컨피던스 카운터(Confidence Counter)와 관련된 다양한 파라미터 세팅을 통해 다양한 수신 채널 환경에 맞는 트래커 락 신호의 신뢰도를 조절하는 것이 가능하다.

트래커 락(Tracker Lock)을 발생시키기 위해서는 트래커(Tracker)가 정상 동작 상태인지 아닌지 판단하기 위한 기준값(Reference)이 필요하다.

디지털 멀티미디어 방송 수신기의 자동 이득 제어기(Automatic Gain Control, AGC)의 경우엔 기준 파워(Reference Power)가 될 것이고 자동 주파수 제어기(Automatic Frequency Control, AFC)나 자동 위상 제어기(Automatic Phase Control, APC)의 경우에는 위상 에러 디텍터(Phase Error Detector)나 주파수 에러 디텍터(Frequency Error Detector)에서 부가적으로 얻어지는 Cosine 신호 값에서 기준값(Reference)을 구하게 된다. 이에 반해 트래커의 경우에는 타이밍 에러(Timing Error, Terr)가 발생되는 원리가 상기 AGC나 APC, AFC와는 다르다.

따라서 본 발명에서는 트래커 락을 발생시키기 위한 기준값을 PI 루프 필터(PI Loop Filter)출력에서 얻어지는 타이밍 주파수 오프셋(Timing Frequency Offset)값에서 얻는 방법을 제안한다.

상기 타이밍 주파수 오프셋(Timing Frequency Offset)이란 디지털 멀티미디어 방송 송신기와 수신기 사이의 수정 발진기(Crystal Oscillator)의 주파수 오프셋 값의 차이 때문에 발생하는 것이다. 대부분의 경우 송신기의 수정 발진기는 매우 정확도가 높은 Oscillator를 사용하기 때문에 대부분의 Timing Frequency Offset값은 디지털 멀티미디어 방송 수신기의 수정 발진기 때문에 발생한다고 할 수 있다.

도 2는 PI 루프 필터의 적분 필터(Integrate filter)출력에서 얻어지는 타이밍 주파수 오프셋(Timing Frequency Offset)값을 어떻게 트래커 락을 발생시키기 위한 기준값으로 이용하는지를 설명하기 위한 도면이다.

도 2와 같이 정상적인 동작을 하는 상태에서의 PI 루프 필터의 적분 필터 (Integrate Filter) 출력은 특정한 값으로 수렴하게 되어 있다. 상기 수렴 값이 바로 현재 동작하고 있는 디지털 멀티미디어 방송 수신기의 타이밍 주파수 오프셋 값이 되는 것이다.

따라서 수렴된 타이밍 주파수 오프셋 값을 기준값으로 삼아, 현재 동작하고 있는 상황에서 트래커의 상기 PI 루프 필터의 적분 필터 출력이 상기 기준값과 얼마나 차이가 있느냐에 따라 락(Lock)여부를 발생시키는 것이다.

다만 트래커 락을 발생시키는데 이용되는 기준값인 타이밍 주파수 오프셋 값이 디지털 멀티미디어 방송 수신기마다 다르다. 이는 상기 디지털 멀티미디어 방송 수신기에 들어가는 수정 발진기의 특성이 모든 소자마다 동일하지 않기 때문에 발생하는 것이다.

따라서 트래커 락을 발생시키기 위해선 디지털 멀티미디어 방송 수신기(이하 '수신기'라 한다.)마다 각각 서로 다른 값을 갖는 기준값을 추적(Estimation)하는 과정이 포함되어야 한다.

이하 상기의 목적으로 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 트래커 락을 발생시키는 방법의 일실시 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저 현재 트래커 시스템에 미리 세팅된 기준값이 있는지 여부를 판단한다(S10).

상기 S10 단계에서 판단결과, 만약 미리 세팅된 기준값이 없을 경우엔 기준 값 초기화 과정(Reference Value Initialization Process)에 의해 기준값을 세팅한다(S20).

상기 기준값 초기화 과정(S20)을 설명하면, 상기 기준값 초기화 과정을 수행하기 위해선 선행되어야 하는 조건이 필요한데, 깨끗한 채널(Channel)을 통하여 CDM신호를 수신할 수 있는 환경 하에서 수신기가 동작해야 한다는 점이다. 이는 상기 수신기마다 다른 값을 가지는 Timing Frequency Offset값의 정확한 추적(Estimation)을 통해 기준값을 결정하기 위해서이다.

상기와 같은 환경은 일반적으로 위성 디지털 멀티미디어 방송이나 또는 기타 CDM방식을 적용한 수신기를 제작하는 공정에서 시행될 수 있을 것이다. 또한 일반적으로 수많은 Multipath 환경을 거친 신호를 수신하는 일반 사용자는 상기 기준값을 초기화하는 과정을 동작시키지 않게 될 것이다.

따라서 상기와 같은 환경이 갖춰진다면 상기 도 2에 나타난 것과 같이 트래커(Tracker)가 충분히 수렴할 정도의 시간인 특정 시간(Beta)보다 동작 시간이 길게 되면 PI 루프 필터의 출력인 Timing Frequency Offset값의 평균(Average)을 통해 기준값을 세팅할 수 있다. 이때 수렴 시간인 Beta값은 일반적으로 Computer Simulation과 실험을 통해 나온 데이터를 토대로 설계자가 결정되게 된다. 상기 수렴 시간은 200msec내지 300msec인 것이 바람직하다.

상기 단계(S10)에서 일단 한번 기준값이 세팅되고 난 뒤에는 트래커 락 발생기(Tracker Lock Generator)로 입력된 타이밍 주파수 오프셋 값이 기준값의 +,- alpha(%)이내인 특정 범위 내인지 판단한다(S30).

상기 단계(S30) 에서 판단결과, 타이밍 주파수 오프셋 값이 기준값의 허용 조건인 특정범위 alpha(%) 이내에 들어오게 될 경우, 컨피던스 카운터(Confidence Counter)의 카운트(Count)값을 일정 범위인 tau1만큼 증가시키게 된다(S50).

이와 달리 만약 타이밍 주파수 오프셋 값이 기준값의 허용 조건인 특정범위 alpha(%) 이내에 들어오지 않을 경우, 카운트 값을 다른 일정 범위인 tau2만큼 감소시키게 된다(S40).

상기 tau1과 tau2는 컨피던스 카운터(Confidence Counter)의 각각 증가 요소(increasing factor)와 감소 요소(decreasing factor)로써 만약 tau1을 tau2보다 작게 설정할 경우 상기 컨피던스 카운터가 비대칭적으로 설계되어 카운트 값이 증가하는 양보다 감소하는 양이 크게 된다.

이때에는 트래커 락의 신뢰성은 높아진다는 장점이 있으나 수신 환경이 매우 열악한 상황에선 쉽게 트래커 락이 풀리게 됨으로써 트래커 락을 인에이블(Enable) 신호로 사용하는 트래커 이후에 위치한 블록들이 자주 리셋(Reset)되어 수렴을 다시 시작한다는 문제가 생기게 된다. 그러므로 tau1과 tau2의 값은 실제 필드(field)에서 여러 번 반복 실험을 통해 결정되어야 할 것이다.

상기 단계(S40, S50)에서 조건에 따른 카운트 값은 최종적으로 설계자가 정한 값인 임계값(threshold)과 비교하여 상기 카운트 값이 임계값 이상인 경우인지 판단한다(S60).

상기 판단 결과(S60), 상기 카운트 값이 임계값(threshold) 이상인 경우에는 트래커 락 발생기(Tracker Lock Generator)에서 트래커 락(Tracker Lock)을 발생시 키고(S80), 이와 달리 상기 카운트 값이 임계값(threshold) 이상이 아닌 경우에는 트래커 락(Tracker Lock)을 해제한다(S70).

그리고 본 발명에서의 트래커는 종래의 트래커에 상기 트래커 락 발생기(Tracker Lock Generator)를 더 포함하여 구비되는 트래커를 말한다. 상기 트래커 락을 발생시키는 단계(S80)에서 트래커 락은 상기 트래커 락 발생기(Tracker Lock Generator)에서 발생한다.

상기 트래커 락 발생기는 트래커의 PI 루프 필터의 적분 필터 출력인 타이밍 주파수 오프셋 신호를 입력받아 상기 트래커 락 발생 방법에 의해서 상기 트래커 락 발생기에서 트래커 락을 발생하고, 각 핑거에서 발생된 트래커 락 신호들은 Rake 합성기로 입력되어 합성된다.

이때 각 핑거(Finger)의 신호를 Rake 합성할 때, 트래커 락 신호를 이용하여 트래커 락이 되지 않은 핑거의 신호는 Timing Frequency Offset 보정이 안 된 신호일 가능성이 높으므로 합성에서 제외함으로써 합성된 이후의 신호의 SNR을 더 높게 유지 할 수 있게 된다. 이는 Timing Frequency Offset 정보의 복원이 잘못된 신호는 합성된 신호의 SNR을 높이기보단 악화시키는 작용을 하기 때문이다.

상기 단계(S70, S80)후에 다시 S30 단계를 수행한다.

본 발명을 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 트래커 락 발생 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 락 신호를 발생시키기 용이하지 않은 트래커에서 락 신호를 만들어내는 방법을 제안함으로써 트래커 락을 이용하여 신뢰성 높은 디지털 멀티미디어 방송 수신기를 설계할 수 있게 된다.

둘째, DLL 구조를 사용하는 다른 시스템에도 적용이 가능하다.

셋째, 컨피던스 카운터(Confidence Counter)와 관련된 다양한 파라미터 세팅을 통해 다양한 수신 채널 환경에 맞는 트래커 락 신호의 신뢰도를 조절할 수 있다.

Claims (7)

1. 루프 필터를 포함하여 구성되는 디지털 멀티미디어 방송 수신기의 트래커 락 발생 방법에 있어서,

   (a) 기준값 세팅 여부를 판단하는 단계;

   (b) 상기 단계에서 기준값이 세팅된 경우 타이밍 주파수 오프셋 값을 추적하여 카운트 값을 결정하는 단계;

   (c) 상기 단계 후, 결정된 카운트 값을 기 설정된 임계값과 비교하고 비교 결과에 따라 락 발생시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 (a)단계는,

   기준값이 세팅되어 있지 않으면 기준값을 세팅하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 (a)단계는,

   상기 트래커가 동작하여 타이밍 주파수 오프셋 값이 수렴할 시간이 경과 하면 상기 루프 필터의 출력인 타이밍 주파수 오프셋 값을 평균하여 기준값을 세팅하는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 (b)단계는,

   타이밍 주파수의 오프셋 값이 기준값의 특정 범위 내인가 판단하는 단계와 기준값의 특정 범위 내이면 카운트 값을 증가시키고, 기준값의 특정 범위 이내가 아니면 카운트 값을 감소시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 (b)단계는,

   상기 기준값의 특정범위는 변경 가능한 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계는,

   카운트 값이 임계값 이상이면 트래커 락을 발생시키고, 카운트 값이 임계값 이하이면 트래커 락을 해제하는 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계는,

   상기 임계값은 변경 가능한 것을 특징으로 하는 트래커 락 발생 방법.

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