KR100713109B1 - 디지털 변조된 무선 주파수 신호를 위한 계측용 수신기 - Google Patents

디지털 변조된 무선 주파수 신호를 위한 계측용 수신기 Download PDF

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Abstract

RF 주파수에서의 파일럿 신호 및 심볼 주파수에서 생성된 심볼 데이터를 가지는 디지털 변조된 무선 주파수 입력 신호를 수신하기에 적합한 계측용 수신기는 디지털 데이터의 심볼 주파수의 정수배와 동일한 중간 주파수(intermediate frequency; IF)에서의 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 생성하며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 같다. 심볼 주파수의 정수배와 동일한 주파수를 가지는 기준 신호는 IF 신호와 혼합되어, 로컬 발진기 신호를 생성하는 로컬 발진기를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 디지털 변조된 RF 입력 신호와 혼합되어 파일럿 신호를 기준 신호로 로킹(locking)하며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 같다. 계측용 수신기는 8-VSB 디지털 텔레비전 송신기 또는 반송파 주파수에서의 파일럿을 포함하는 다른 디지털 변조된 RF 신호를 특징화하고 모니터하기 위한 측정 테스트 세트에서 사용가능하다.
디지털 변조, 무선 주파수 신호, 파일럿 신호, 심볼 주파수, 기준 발진기 신호, 계측용 수신기

Description

디지털 변조된 무선 주파수 신호를 위한 계측용 수신기 {INSTRUMENTATION RECEIVER FOR DIGITALLY MODULATED RADIO FREQUENCY SIGNALS}
도 1은 8-VSB 디지털 텔레비전 신호를 수신하는 종래 기술에 따른 텔레비전 수신기의 블록도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 계측용 수신기를 간단하게 도시하는 블록도이다.
도 2b-2g는 디지털 변조된 다양한 RF 입력 신호 및 본 발명에 따른 계측용 수신기에 의해 생성된 IF 디지털 변조 출력 신호를 표시하는(representative) 주파수 스펙트럼을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 계측용 수신기(80)에 의해 생성된 8-VSB IF 신호를 단순하게 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 계측용 수신기를 대표하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계측용 수신기를 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 계측용 수신기를 더 자세하게 도시하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계측용 수신기를 도시하는 블록도이다.
본 발명은 일반적으로 계측용 수신기에 관한 것이며, 더 구체적으로는 디지털 변조된 텔레비전 방송에서 생성되는 신호와 같이 디지털 변조된 무선 주파수 신호의 품질을 측정하기 위한 계측용 수신기에 관한 것이다.
미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission; FCC)는 어드밴스드 텔레비전 시스템 위원회(Advanced Television Systems Committee; ATSC)에 의해 개발된 디지털 텔레비전 표준(Digital television Standard)을 채택하고 있다. 이러한 디지털 텔레비전 표준은 6 MHz 채널 상에서 고 품질의 비디오 데이터와 오디오 데이터 및 보조 데이터를 전송하도록 설계되어 있다. 이러한 표준은 지상 및 케이블 응용을 위한 채널 부호화(coding) 및 변조 RF/전송 서브시스템(subsystem)을 규정한다. 이러한 변조 서브시스템은 디지털 데이터 스트림(stream)을 사용하여 전송된 신호를 변조하며, 약 19 Mbps로 전달하는 지상 방송 모드(8-VSB)와 높은 잡음비를 보장하며 약 38 Mbps로 전달하는 고속 데이터 속도 모드(16-VSB)와 같은 두 개의 모드로 구현될 수 있다.
디지털 텔레비전 표준에서 구현되는 변조 기술은 Zenith사에서 개발된 잔류 측파대 (vestigial sideband; VSB) 변조를 사용한다. 송신기와 수신기가 결합된 전체 시스템 응답(response)은 자승화 코사인 필터(raised cosine filter)를 사용하여 심볼간 간섭(intersymbol interference)을 제거한다. 시스템 응답은 송신기 및 수신기에서 동일한 RRCF(root raised cosine filter)를 사용하여 구현된다. 입력되는 디지털 데이터 스트림에 대하여 랜덤화(randomize), 순방향 오류 정정(forward error correction; FEC) 및 인터리빙(interleaving)을 수행한다. 랜덤화, FEC 부호화 및 인터리빙된 데이터는 8-레벨(3-비트)의 일차원 콘스텔레이션(constellation)으로 트렐리스 복호화(trellis encode)된다. 트렐리스 부호기(coder)의 출력은 복호기(encoder)에 의해 설정된 -7 내지 +7 사이의 8개의 이산 홀수 레벨 정수(discrete odd level integer) 중 하나인 심볼로 지칭된다. 낮은 신호 대 잡음비 및/또는 높은 다중경로 상황(multipath situation)에서 동기화를 돕기 위해, 10.76 Msymbols/sec 신호에 세그먼트 및 필드 동기(sync) 뿐만 아니라, 데이터 및 동기 펄스를 포함하는 복합 신호(composite signal)의 실제 채널 또는 I 채널을 1.25 단위(unit)로 오프셋함으로써 생성되는 캐리어 주파수에서의 작은 파일럿 톤(pilot tone)을 추가한다. 송신기에서 복합 신호는 RRCF를 통과한 후 원하는 채널 주파수에서의 송신을 위해 RF 주파수로 상향 변환(up-converted)된 중간 주파수 캐리어 신호를 변조한다. 오프셋으로 인해 파일럿 톤의 위상은 I 채널 캐리어 주파수의 위상과 동상(in-phase)이 된다. 이와는 달리, 복합 신호가 RF 캐리어를 직접 변조할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, ATSC에 의해 발표된 "Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard"에 개시되어 있는 바와 같이 디지털 변조된 RF 신호로부터 디지털 텔레비전 신호 데이터를 추출하기 위한 VSB 수신기를 예시하는 블록도가 도 1에 도시되어 있다. 수신기(10)는 대역 필터 및 광대역 트래킹 필터(band-pass filter & broadband tracking filter; 12)를 통해 UHF 또는 VHF 신호를 수신한다. 광대역 증폭기(14)는 이 신호를 증폭시켜, 제1 믹서(mixer; 16)에 입력한다. 믹서(16)는 978 내지 1723 MHz 사이의 전체 범위를 튜닝하는 제1 로컬 발진기(18)에 의해 구동된다. 제1 로컬 발진기(18)는 위상 동기 루프(phase locked loop; PLL)에 의해 합성(synthesized)되어 마이크로프로세서(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 믹서(16)의 출력은 920 MHz의 중간 주파수(IF)로 상향 변환된다. IF 신호는 중심이 921 MHz인 대역 세라믹 공진 필터(22)와 직렬(tandem) 연결된 LC 필터(20)로 입력된다. IF 증폭기(24)가 2개의 필터 사이에 배치된다. 그후, IF 신호는 제2 로컬 발진기(28)에 의해 구동되는 제2 믹서(26)로 입력된다. 제2 로컬 발진기(28)는 주파수 및 위상 동기 루프(frequency and phase-locked loop; FPLL) 동기 검출기(30)에 의해 제어되는 876 MHz 전압 제어 SAW 발진기이다. 제2 믹서(26) 출력의 중심은 45 MHz이다. 이러한 IF 신호는 일정한 이득을 가지는 44 MHz 증폭기(32)를 구동한다. 증폭기(32)의 출력은 IF SAW 필터(34)에 입력된다. IF SAW 필터(34)는 수신기에서 정합(matching)된 RRCF(root raised cosine filter)의 기능을 대략적으로 구현한다. SAW 필터(34)의 출력은 AGC 제어 증폭기(36)를 통해 FPLL 동기 검출 회로(30)에 연결된다.
FPLL 동기 검출기 회로(30)를 사용하여 파일럿 신호에 대하여 캐리어 재생(carrier recovery)을 수행한다. Zenith사에 특허허여된 미합중국 특허번호 제 4,091,410에는 이러한 동작에 대한 설명이 기술되어 있다. 이러한 구성은 신속한 캐리어 습득을 보장하는 매우 넓은 풀-인(pull-in) 범위의 위상 동기 루프(PLL) 기능을 제공한다. FPLL 동기 검출기(30)로부터의 I-채널 합성 대역 데이터 신호는 저역 필터(low pass filter; 54)를 통해 아날로그/디지털(A/D) 변환기(56)로 입력되어, 10.76 MHz의 심볼 클록(symbol clock; 58)에 의해 적당하게 위상 동기된다. A/D 변환기(56)로부터의 디지털 데이터는 협대역 필터를 가지는 데이터 세그먼트 동기 검출기(data segment sync(DSS) detector; 60)와 연결되며, 데이터 세그먼트 동기 검출기(60)는 동기적으로 검출된 랜덤(random) 데이터로부터 반복 데이터 세그먼트 동기(repetitive data segment syncs)를 검출하는데, 이는 Zenith사에 양도된 미합중국 특허 제 5,416,524호에 기술되어 있다. 데이터 세그먼트 동기 검출기(60)로부터의 제어 전압 오차 신호는 심볼 클록을 입력되는 데이터 클록 주파수와 로킹(locking)한다.
텔레비전 방송장치가 디지털 전송 장치로 변환됨에 따라, 송신기 성능을 모니터하기 위한 정밀한 테스트 장비가 요구된다. 아날로그 방송에서, 전송된 신호의 품질에 대한 관심은 주로 작동자의 자존심에 의해 이루어졌으며, 때로는 경쟁적인 분위기 속에서 이루어졌다. 전송된 신호의 품질은 더 열화되었지만, 수신기에서 수신되는 화면은 여전히 시각적으로 가능하다. 디지털 방송에 있어서, 송신기에 의해 신호에 삽입된 모든 인공음(artifacts)은 수신기에서 노이즈로 해석된다. 송신기 신호 대 노이즈의 비율이 27 dB 이하인 경우, 일반적인 환경에서 오는 노이즈와 결합된 송신기 오류 때문에 수신기가 송신기로부터 멀리 떨어져 있는 위치의 주변 지역(fringe area)에서의 수신율이 수신 임계값 이하로 떨어짐에 따라 주목할 만한 유효범위 손실이 발생한다. 여기서 임계값은 디지털 텔레비전 수신기의 순방향 오류 정정 회로(forward error correction circuit)가 노이즈 레벨의 증가 및 신호 레벨의 감소가 순방향 오류 정정 회로를 스왐핑(swamping)하여 전체 화상이 손실되는 결과를 초래하는 지점까지 디지털 텔레비전의 신호의 오류를 하향 정정할 수 있는 값을 의미한다. 이것을 "클리프 효과(cliff effect)"라 지칭한다. 아날로그 NTSC 신호의 신호 대 잡음 비를 감소시키는 것은 양호하지 못한 화상의 품질을 더 열화시키지만, 클리프 효과가 개입되어 화상이 손상될 때까지는 신호 대 잡음 비의 감소가 화상 품질의 손실을 야기하지는 않는다. 따라서 디지털 방송에 있어서, 유효범위의 손상은 양호하지 못한 송신기의 신호 품질이라는 결과와 직접적으로 연결된다. 따라서 디지털 텔레비전 송신기의 레벨을 측정하고 이를 최적의 레벨로 유지하기 위한 관심이 고조될 것으로 예상된다.
전술한 VSB 디지털 텔레비전 수신기는 다수의 문제점을 가지고 있으며, 이들 문제점 때문에 VSB 디지털 텔레비전 수신기는 디지털 텔레비전 송신기에 대한 정밀한 측정에 적합하지 않다. 수신기 내의 디지털 신호에 대한 과도한 필터링(filtering)은 위상 및 진폭 변동(phase and magnitude)과 위상 노이즈(phase noise)를 생성한 송신기를 마스킹(masking)하여, 결과적으로 비정확한 송신기 측정을 초래할 가능성이 있다. 추가로 수신기의 최종 단(stage)에서 디지털 신호를 기저대역으로 하향 혼합하여, A/D 변환기 출력단의 상호변조곱(intermodulation products) 및 DC 오프셋과 같은 스퓨리어스(spurious) 응답을 야기한다. DC 오프셋은 디지털 신호의 파일럿 신호 또는 수신기 자체의 결과일 수 수 있으며, 이들 둘 사이의 차이는 구분될 수 없다. 또한 기저대역으로 변환할 때 극단의 평탄도(extreme flatness)와 포락선 지연 사양(envelope delay specification)을 유지하는 것은 더욱 어렵다. 또한 단지 I-채널만이 기저대역으로 변환되면, 측정 오류를 증가시키는 적당한 양의 스펙트럼 겹치기(spectral folding) 및 에일리어싱(aliasing)이 존재한다.
Hewlett-Packard사의 HP 89440A 벡터 신호 분석기(Vector Signal Analyzer)를 사용하여, 8-VSB 신호를 측정한다. HP 89440A는 제1 로컬 발진기 및 입력 신호를 제1 IF 주파수로 상향 변환하는 믹서를 구비하는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기를 포함한다. 제2·제3 로컬 발진기 및 믹서는 각각 40 MHz 및 10 MHz의 제2·제3 IF 주파수를 생성한다. 10 MHz IF는 A/D 변환기에 의해 디지털화되며, 디지털화된 데이터는 기저대역 실제 및 가상 데이터로 하향 변환된다. 실제 및 가상 데이터 값은 FFT 변환 및 추가 신호 처리를 위하여 디지털 신호 프로세서를 통과한다. 이러한 슈퍼헤테로다인 형태의 수신기의 문제점은 바람직하지 못한 믹서 신호가 이후의 IF 단에 입력되는 것을 방지하기 위해 IF 단 사이에 위치하는 대역폭 제한 필터(bandwidth limiting filter)를 필요로 한다는 것이다. 이러한 필터링은 송신기 신호 내의 인공음을 마스킹하며, 이는 동작 조건에 대한 비정확한 측정을 초래한다.
따라서 전송 신호의 인공음을 마스킹하지 않고 입력 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 정확하게 변환하는 VSB 디지털 텔레비전 신호와 같은 디지털 변조된 무선 주파수(RF) 신호용 계측용 수신기가 필요하다. 계측용 수신기는 슈퍼헤테로다인 형태의 수신기와 연관된 구성요소의 개수, 필터, 및 설계 복잡성을 감소시켜야 한 다. 추가로 계측용 수신기는 다수의 서로 다른 형태의 디지털 변조된 RF 신호를 수신하기 위하여 융통성있게 설계되어야 한다. 또한 계측용 수신기는 소프트웨어- 기반 복조 과정(software based demodulation process)을 사용하여, 그 결과 하드웨어를 조금만 변경하여도 서로 다른 변조 표준에 용이하게 대응할 수 있어야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 디지털 변조된 무선 주파수 신호로부터 디지털 변조된 중간 주파수(IF)를 생성하는 계측용 수신기를 제공하는 것이며, 여기서 IF 신호의 주파수는 디지털 변조된 RF 신호와 소정의 신호 관계에 있도록 최적화된다.
본 발명의 다른 목적은 VSB 디지털 텔레비전 신호로부터 디지털 변조된 IF 신호를 생성하는 계측용 수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 IF 신호를 변조하는 디지털 변조 신호의 심볼 주파수(symbol frequency)로 로킹된 IF 주파수에서의 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 IF 신호를 생성하는 계측용 수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 계측용 수신기의 이점은 A/D 변환기를 사용하여 디지털 변조 신호의 심볼 주파수의 정수배(integer multiple)에서 샘플링된(sampled) 디지털 변조된 IF 신호의 디지털 값을 생성하는 것이다.
본 발명의 계측용 수신기의 다른 이점은 A/D 변환기를 사용하여 디지털 변조 신호의 심볼 주파수의 정수배인 주파수에서 샘플 클록 신호(sample clock signal)에 의해 샘플링된 디지털 변조된 IF 신호의 디지털 값을 생성하고 디지털 심볼의 심볼 인스턴트와 위상이 일치하는 클록 천이(clock transition)를 갖는 것이다.
본 발명의 계측용 수신기의 또 다른 이점은 디지털 변조된 IF 신호를 기저대역 디지털 데이터 신호로 복조하기 위해 A/D 변환기를 사용하는 것이다.
본 발명에 따른 계측용 수신기는 RF 주파수에서의 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 무선 주파수 입력 신호 및 심볼 주파수에서 생성된 모든 디지털 데이터를 수신하기에 적합하다. 계측용 수신기는 심볼 주파수의 정수배―여기서 정수배는 중간 주파수 신호의 1배보다 크거나 동일함―와 동일한 중간 주파수에서의 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 생성하기 위해, 디지털 변조된 무선 주파수 입력 신호 및 로컬 발진기―여기서 로컬 발진기는 로컬 발진기 신호를 제어하는 제어 신호를 수신함―로부터의 로컬 발진기 신호를 수신하는 믹서를 포함하며, 이 신호는 광대역 저역 필터(wide bandwidth low pass filter)로 연결되어 믹서 합곱(sum products) 및 믹서로부터 주입된 로컬 발진기 신호를 제거한다. 로컬 발진기는 기준 신호로서 디지털 데이터 주파수의 정수배와 동등한 주파수를 가지는 소스를 사용하여 중간 주파수 신호를 수신하는 위상 검출기를 가지는 위상 동기 루프를 사용하여 구현될 수 있으며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 위상 검출기는 위상차 신호를 생성하며, 이 위상차 신호는 로컬 발진기로 입력되어 믹서로 공급되는 로컬 발진기 신호의 주파수를 제어하여, 파일럿 신호의 주파수를 기준 신호의 주파수로 로킹한다.
A/D 변환기는 믹서로부터 중간 주파수(IF) 신호를 수신하고 선택적 분주기(optional divider)를 통해 기준 발진기로부터 샘플링 클록 신호를 수신한다. 이는 중간 주파수 신호를 표시하는 디지털 값을 생성하며, 여기서 기준 발진기 샘플링 클록 신호는 심볼 주파수의 정수배인 주파수에 있으며, 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 또한 기준 발진기 신호는 선택적 분주기를 통해 위상 검출기와 연결되어, 위에서 사용된 기준 신호를 생성하여 디지털 변조된 IF 신호의 파일럿 신호를 로킹한다.
본 발명에서 로컬 발진기는 중간 주파수 신호 및 심볼 주파수의 정수배와 동일한 기준 신호를 수신하여 주파수 합성기(frequency synthesizer)를 제어하기 위한 위상 오차 신호를 생성하는 위상 검출기를 구비하는 제1 위상 동기 루프로 구현되며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 주파수 합성기는 전체 범위의 주파수에 대하여 주파수 합성기의 신호를 튜닝(tune)하는 제어값 및 위상 믹서로 입력되는 로컬 발진기 신호를 제어하여 파일럿 신호를 기준 신호로 로킹하는 오차 신호를 수신하는 제2 위상 동기 루프를 포함한다.
계측용 수신기는 IF 신호를 표시하는 디지털 값을 수신하도록 연결되어 있으며, 기준 발진기로 입력되는 제어 신호를 생성하여 샘플링 클록 신호의 천이를 디지털 변조된 중간 주파수 신호의 심볼 데이터의 심볼 인스턴트로 동상 로킹하는 위상 검출 회로를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 계측용 수신기는 증폭기 이득단 및 필터로부터의 위상 및 진폭 오류(phase and amplitude error)에 기인하는 그룹 지연 변동(group delay variation)을 최소로 하는 IF 대역폭을 가지는 제1 신호 경로 및 증폭기 이득단 및 협대역 필터로부터의 위상 및 진폭 오류에 기인하는 그룹 지연 변동을 가지는 높은 다이내믹 레인지의 협대역 IF 대역을 가지는 제2 신호 경로를 포함한다. 제1 신호 경로는 심볼 주파수의 정수배와 동일한 기준 신호로 로킹된 중간 주파수에서의 파일럿 신호를 가지는 믹서로부터 중간 주파수 신호를 수신하는 광대역 저역 필터와 선택적으로 연결되며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하며, 로컬 발진기는 파일럿 신호를 기준 신호로 로킹하는 제어 신호를 수신한다. 제2 신호는 광대역 저역 필터와 선택적으로 연결되며, 로컬 발진기는 로컬 발진기에 입력되는 제어 신호를 생성하여 이 제어 신호에 응답하는 범위의 주파수를 스위핑(sweeping)하는 가변 신호 소스를 가진다. A/D 변환기는 중간 주파수 신호 및 샘플링 클록 신호를 수신하는 제1 및 제2 신호 경로와 선택적으로 연결되어, 각 신호 채널로부터의 중간 주파수 신호를 표시하는 디지털 값을 생성한다. 샘플링 클록 신호는 심볼 주파수의 정수배이며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다.
본 발명의 목적, 이점 및 신규한 특징은 첨부된 특허청구범위 및 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽는 경우 명확해진다.
도 2a에 도시된 본 발명의 계측용 수신기(80)는 도 2b 내지 도 2g에 도시되어 있는 바와 같이 디지털 변조된 RF 입력 신호(84)로부터 디지털 변조된 중간 주파수(IF) 신호(82)를 생성하는 광대역, 단일 변환 슈퍼헤테로다인 수신기이다. 디지털 변조된 RF 신호(84)의 특징은 RF 캐리어 주파수 fRF에서의 파일럿 신호 fpilot(86) 및 주파수 스펙트럼(88)에 의해 표시된 RF 캐리어 fRF를 fsym의 심볼 주파수 또는 레이트(rate)로 변조하는 디지털 변조를 포함하는 것이다. 로컬 발진기(90)는 출력 신호를 디지털 변조된 RF 신호(84)를 수신하는 믹서(92)로 입력된다. 제어 신호(93)는 로컬 발진기(90)의 주파수를 IF 파일럿 신호 fpilot(94) 및 심볼 주파수 fsym 사이의 관계에 기초하여 IF 신호 fIF(82)를 구축하도록 조정한다. 디지털 변조된 IF 신호 fIF(82) 내의 IF 파일럿 신호 fpilot(94)는 중간 주파수에 있으며, 주파수 스펙트럼(96)에 의해 표시된 IF 신호 fIF를 변조하는 심볼 주파수 fsym의 정수배 N과 동일하며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 디지털 변조된 IF 신호 fIF(82)는 매우 넓은 광대역 저역 필터(97)를 통과하여, 믹서(92)의 합곱 및 믹서(92)를 통과하여 주입된 모든 로컬 발진기(90) 신호를 제거한다. 이러한 디지털 변조 RF 신호의 예로서는 디지털 텔레비전 방송용 물리적 층 변조(physical layer modulation) 및 운송(transport) 설계를 들 수 있다. 디지털 텔레비전 방송용 4물리적 층 변조는 RF 캐리어 fRF를 변조하는 10.76 Msymbols/sec fsym에서 심볼 데이터를 생성하는 4.8 또는 16 레벨의 트렐리스 부호화(trellis coding)를 사용한다. 캐리어 주파수에서의 작은 파일럿 신호 fpilot을 생성하기 위해 DC 레벨을 생성된 각 심볼에 인가한다. 다른 포맷에서는 파일럿을 도입하기 위한 다른 방법을 사용한다. 아래의 실시예에서는 8-VSB 지상 디지털 텔레비전 신호를 사용하는 계측용 수신기(80)에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명에서 전술한 특징을 가지는 다른 디지털 변조된 RF 신호를 사용할 수도 있다. 이는 도 2b 내지 도 2g에 대표적으로 도시되어 있는데, 도 2b, 2d 및 2f는 디지털 변조된 RF 신호를 표시하며, 도 2c, 2e 및 2f는 계측용 수신기(80)의 필터(97)로부터 디지털 변조된 IF 신호 fIF를 표시한다. 도 2b 및 도 2d에서, VSB RF 캐리어 fRF(84) 상의 디지털 변조 fsym는 상측파대(upper sideband) 또는 하측파대(lower sideband) 중의 하나를 차지하는 주파수 스펙트럼(88)을 생성한다. 캐리어 주파수 fRF에서의 파일럿 신호 fpilot(86)가 도시되어 있다. 도 2c 및 도 2e는 VSB IF 신호 fIF(82)를 심볼 주파수 fsym의 정수배 N인 주파수의 파일럿 신호 (94)와 일치시키는 주파수 스펙트럼(96)을 도시한다. VSB IF 신호 fIF의 주파수 스펙트럼(96)은 로컬 발진기(90)의 주파수를 RF 신호의 위 또는 아래로 배치시킴으로써 상측파대 또는 하측파대 RF 신호 중의 하나로부터 발생된 상측파대 또는 하측파대 신호 중의 하나의 신호에 의해 상측파대 또는 하측파대를 채운다. 도 2f에서, RF 캐리어 fRF(84) 상에서 변조된 디지털 신호는 이중 측파대 주파수 스펙트럼(98)을 생성한다. 도 2g는 IF 신호 fIF(82)의 해당 이중 측파대 주파수 스펙트럼(99)을 심볼 주파수 fsym의 정수배 M인 주파수에서의 파일럿 신호 fpilot을 도시한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 도 3에 계측용 수신기(80)에 의해 생성된 8-VSB IF 신호가 간단하게 도시되어 있다. 8-VSB 신호는 송신기의 RRCF를 통과한 -7 내지 +7 중에서 8개의 홀수 정수 심볼 레벨 또는 값을 가지는 트렐리스 부호화된 신호이다. 이러한 숫자는 심볼 주파수와 동일한 RF 캐리어에 의해 변조된 후의 심볼 데이터의 일부인 파일럿 신호(110)와 함께 5개의 대표적인 잔류 측파대 필터링된 심볼(100, 102, 104, 106, 및 108)에 대한 자승화 코사인 필터의 임펄스 응답을 도시한다. 6개 신호의 총합이 파형(112)으로 도시되어 있다. 심볼 데이터의 대표 값은 심볼 레벨에 있는 것으로 도시된다. 실제로 파일럿 신호(110)의 피크 값은 1.25이며, 이는 심볼 주기와 동일한 주파수이며, 심볼 인스턴트에서의 신호 진폭은 1.25단위만큼 오프셋된다. 따라서 심볼 100에서는 심볼 레벨이 6.25이며, 심볼 102에서는 심볼 레벨이 -1.75이며, 심볼 104에서는 심볼 레벨이 8.25이며, 심볼 106에서는 심볼 레벨이 -5.75이며 심볼 108에서는 심볼 레벨이 4.25로 된다.
도 4를 참조하여 설명하면, 도 4에 본 발명에 따른 계측용 수신기(80)의 블록도가 도시되어 있다. 계측용 수신기(80)는 캐리어 주파수에서의 파일럿 신호를 가지는 8-VSB 또는 다른 광대역 디지털 신호 및 심볼 주파수에서 생성된 디지털 심볼 데이터를 수용하고 디지털 변조된 복합 IF 캐리어를 표시하는 디지털 데이터 값을 생성하는 마이크로프로세서 제어 수신기(microprocessor controlled receiver)이다. 제1 로컬 발진기(120)는 마이크로프로세서(도시되지 않음)를 사용하여 전체 범위의 주파수에 대하여 튜닝할 수 있으며, 제1 로컬 발진기(120)의 출력 신호는 믹서(122)에서 디지털 변조 RF 입력 신호와 혼합된다. 수신기에 의해 사용되는 IF 대역폭과 비교하여 매우 넓은 대역폭을 가지는 저역 필터(123)는 믹서(122)의 합곱 및 (예를 들어 누설과 같이) 믹서(122)를 통해 공급될 수 있는 모든 로컬 발진기(120) 신호를 제거한다. 저역 필터(123)의 출력은 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배인 주파수의 파일럿 신호 fpilot을 가지는 디지털 변조된 중간 주파수 신호이다. IF 신호는 A/D 변환기(124) 및 위상 검출기로 동작하는 제2 믹서(126)로 입력된다. 위상 검출기(126)는 심볼 주파수의 정수배인 주파수를 가지는 기준 발진기 신호를 생성하는 기준 발진기(128)로부터 기준 신호 fref를 수신하며, 여기서 정수배는 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일하다. 기준 발진기(128) 및 위상 검출기(126) 사이에 기준 신호가 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배인 경우 기준 신호를 분주하는 M 분주 회로(divide by M circuit; 130)를 배치할 수 있다. 위상 검출기(126)로부터의 위상차 신호는 위상 동기 루프(PLL) 보상 필터(127)를 통과하여, IF 캐리어를 기준 신호로 로킹하도록 제1 로컬 발진기(120)을 제어한다. PLL 보상 필터(127)는 위상차의 대역폭을 충분히 좁히는 2 KHz 범위의 대역폭을 가지며, 그 결과 루프는 인가된 광대역 "노이즈와 같은" 디지털 IF 신호와의 로킹을 유지할 수 있다. 기준 발진기(128)의 출력 신호는 A/D 변환기(124)의 클록 입력과 연결되어, A/D 변환기(124)의 입력단에서의 IF 신호를 샘플링한다. 기준 발진기 신호가 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배인 경우, 기준 발진기(128)와 A/D 변환기(124)의 클록 입력 사이에, 기준 발진기 신호를 낮은 샘플링 레이트로 분주하는 N 회로(132)에 의한 분주기(132)를 배치할 수 있다. A/D 변환기(124)는 추가 처리를 위해 메모리(도시되지 않음)에 저장된 IF 신호를 표시하는 디지털 데이터 값을 생성한다.
전술한 바와 같이, 중간 주파수에서의 파일럿 신호 fpilot은 심볼 주파수 fsym의 정수배로 로킹되며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 제1 로컬 발진기(120)를 제어하여 IF 캐리어를 로킹시키고 따라서 기준 신호에 대한 파일럿을 로킹하는 위상 검출기(126)로 입력되는 기준 신호 fref는 분주기(130)를 통해 기준 발진기(128)로 제공된다. 전술한 방정식에 기초한 기준 발진기의 최대 주파수 fosc는 다음 공식에 의해 주어진다.
Figure 111999002990954-pat00001
(1)
파일럿 신호 fpilot에 대한 기준 신호 fref와 심볼 주파수 fsym 사이의 관계는 다음 방정식에 의해 주어진다.
Figure 111999002990954-pat00002
(2)
A/D 변환기(124)의 클록 입력과, 분주기(132)를 통과한 기준 발진기(128) 주파수 fosc 사이의 관계는 다음 방정식에 의해 주어진다.
Figure 111999002990954-pat00003
(3)
소정의 경우에, fosc의 주파수는 2, 3, 5와 같은 공통 인수(common factors)로 인수분해되어 감소된다. 예를 들어, 기준 발진기(128) 주파수 fosc가 심볼 주파수 fsym의 4배인 경우, M 분주 회로 내의 M의 값이 1, 2, 또는 4로 설정되기 때문에, 각각 심볼 주파수 fsym의 4배, 심볼 주파수 fsym의 2배, 또는 심볼 주파수 fsym과 동일한 주파수의 기준 신호 fref가 위상 검출기(126)에 입력된다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계측용 수신기(80)를 예시하는 블록도가 도 5에 도시되어 있다. 8-VSB 디지털 텔레비전 신호는 832 심볼마다 발생하는 +5, -5, -5, +5의 심볼 패턴을 가지는 데이터 세그먼트 동기 펄스를 포함한다. 데이터 세그먼트 동기 펄스를 표시하는 디지털 데이터 값을 사용하여 기준 발진기를 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배로 로킹하는 제어 신호를 생성하여, 기준 발진기 신호의 천이를 심볼 데이터로 시간 동조(time aligning)하여 기준 발진기 신호의 천이에서 심볼 인스턴트가 발생되도록 한다. 이것을 "심볼 클록"을 습득을 습득한 것으로 지칭한다. 심볼 클록을 습득하기 위한 다른 방법이 존재하며, RF 신호 표준에 기초하여 디지털 변조 RF 신호를 수신하는 경우 이 방법을 사용한다.
전술한 바와 같이, 제1 로컬 발진기(120)는 출력 신호를 생성하며, 이 신호는 믹서(122)에서 입력되는 디지털 변조된 RF 신호와 혼합된다. 믹서(122)로부터의 IF 신호는 저역 필터(123)에 의해 필터링되어, 믹서(122)의 합곱 및 믹서(122)를 통해 주입될 수 있는 모든 로컬 발진기(120) 신호를 제거한다. 필터(123)로부터의 IF 신호는 A/D 변환기(124) 및 위상 검출기의 역할을 수행하는 제2 믹서(126)의 입력과 연결된다. 위상 검출기(126)로부터 위상차 신호를 생성하기 위해, 위상 검출기(126)는 M 분주 회로(130)를 통해 기준 발진기(128)로부터의 기준 신호를 수신한다. 위상 검출기(126)로부터의 위상차 신호는 위상 동기 루프(PLL) 보상 필터(127)를 통과한 다음, IF 캐리어의 위상을 기준 신호로 로킹하는 제1 로컬 발진기(120)를 제어한다. A/D 변환기(124)의 입력단의 IF 신호를 샘플링하기 위해, 기준 발진기(128)로부터의 출력 신호는 A/D 변환기(124)의 클록 입력단과 직접 연결되는 것(다시 말해, N=1)으로 도시되어 있다. N은 0이 아닌 모든 값이 될 수 있다. A/D 변환기(124)의 출력단에서의 디지털 데이터 값은 데이터 세그먼트 동기 검출기(140)와 연결되며, 데이터 세그먼트 동기 검출기(140)는 기준 발진기 신호를 디지털 변조 데이터의 심볼 데이터의 1배보다 크거나 동일한 정수배로 로킹하는 데이터 세그먼트 동기 펄스를 표시하는 디지털 값으로부터 제어 신호를 생성한다. 데이터 세그먼트 동기는 전술된 미합중국 특허 제5,416,524호에 기술된 회로를 사용하여 ASIC으로서 구현될 수 있다. 또한 ASIC는 데이터 동기 검출기의 응답이 심볼 주파수 fsym보다 높게 샘플링된 디지털 데이터를 다루기에 불충분할 경우, A/D 변환기(124)로부터의 디지털 데이터 출력을 데시메이팅(decimating)하는 데시메이터(decimator; 142)를 포함할 수 있다. 또한 동기 검출기가 심볼간 간섭 때문에 심볼 동기 시퀀스를 검출할 수 없는 경우, ASIC는 제곱근 자승화 코사인 함수를 정합시키는 주파수 영역(domain) 응답을 가지는 정합 필터를 포함할 수 있다. 또한 데이터 세그먼트 동기 검출기(140)는 "발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술"에서 기술된 L.G. Semicon Co., Ltd.에 의해 제조되고 판매되는 부품 번호 GDC21D00과 같은 VSB 복조기 칩 세트로 구현될 수 있다. L.G. 세미콘 칩 세트의 데이터 세그먼트 동기 검출기는 10.76 Msymbols/sec의 심볼 주파수의 디지털 데이터를 수용한다. A/D 변환기(124)의 위상이 기준 발진기(128)에 의해 심볼 주파수보다 높게 클록되는 계측용 수신기(80)의 구현에 있어서, 선택적 데시메이터(142)는 Zenith 복조기 칩 세트와 호환성을 갖기 위해 A/D 변환기(124)의 디지털 데이터 출력을 심볼 주파수로 데시메이팅한다.
기준 발진기(128)의 위상을 심볼 주파수보다 크거나 동일한 정수배로 로킹시킴으로써 중요한 특징을 구현한다. 기준 발진기(128)가 위상 검출기(126)에 기준 신호를 제공하기 때문에, IF 신호의 파일럿 신호는 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배로 로킹된다. 파일럿 신호가 심볼 주파수 또는 심볼 주파수의 정수배로 로킹되기 때문에, IF 신호의 샘플링은 각 심볼 인스턴트에서 적어도 하나의 샘플 인스턴트가 발생하도록 시간 동조된다. 이것은 도 3의 그래픽에서, 파일럿 신호(110) 상의 지점(144)으로 도시된다. 디지털 신호를 적당하게 데시메이팅함으로써, A/D 변환기(124)는 A/D 변환기로서, 그리고 IF 신호를 기저대역 디지털 데이터 값으로 하향 변환하는 복조기로서의 역할을 수행한다. 전류 수신기 설계에 대한 이러한 설계에 의해 회로에서의 실질적 감소를 구현한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 계측용 수신기(80)의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 예시하는 블록도가 도 6에 도시되어 있다. 계측용 수신기(80)를 사용하여, 송신기와 안테나 사이의 전송 라인에 설치된 방향성 결합기(directional coupler)로부터 직접 파생된 상당히 높은 진폭의 8-VSB 디지털 텔레비전 신호를 수신할 수 있다. 종종 방향성 결합기가 10 내지 100 와트의 상당히 높은 출력 레벨을 가지기 때문에, 계측용 수신기에 입력되는 8-VSB 신호가 20 dB의 전력 감쇠기(power attenuator; 150)에 인가된다. 전력 감쇠기(150)는 전송 라인에 우수한 정합 성능을 제공하고, 신호의 진폭을 저전력 가변 감쇠기(152)에 인가될 수 있는 레벨까지 감소시킨다. 감쇠된 8-VSB 신호는 로컬 발진기로서 동작하는 마이크로프로세서 제어 주파수 합성기(156)로부터 로컬 발진기 입력 신호를 수신하여 중간 주파수 IF 신호를 생성하는 믹서(154)에 인가된다. 로컬 발진기(156)는 지상 디지털 텔레비전 표준에 할당된 주파수 스펙트럼을 포함하여 전체 범위의 주파수에 대하여 튜닝가능하다. 8-VSB 신호의 심볼 레이트와 동일한 주파수의 파일럿 신호를 전술한 파일럿 주파수의 나머지 TV 신호로 배치시키기 위해 IF 주파수가 선택된다. IF 신호는 광대역 필터(157)를 통과하여, IF 채널로부터 로컬 발진기를 통해 주입된 모든 로컬 발진기(156) 전력을 제거하고, 믹서(154)로부터 주파수 총합 구간을 제거한다. 저역 필터링된 IF 신호는 가변 증폭기(158)에 의해 표시되는 다수의 이득단에서 증폭된다. 증폭된 IF 신호는 A/D 변환기(160) 및 위상 검출기의 역할을 수행하는 믹서(162)의 입력단에 연결된다. 위상 검출기(162)는 M 분주 회로(164)를 통해 기준 발진기(166)로부터 기준 신호를 수신한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 계측용 수신기(80)에서, 기준 발진기(166)는 8-VSB 신호의 심볼 주파수의 4배이며 N이 1과 동일한 출력 신호를 생성한다. 심볼 주파수와 동일한 기준 신호를 생성하여 믹서(162)에 입력하는 M 회로에 의한 분주기(164)에서의 M 값은 4이다. 위상 검출기(162)는 IF 신호와 기준 신호 사이의 위상차와 비례하는 오차 신호를 생성한다. 오차 신호는 위상 동기 루프 보상 필터(168)에 의해 처리되어, 스위치(196)를 통해 주파수 합성기(156)와 연결된다. DC 기준 신호는 다른 스위치(196) 접촉을 통해 주파수 합성기(156)에 공급되며, 여기에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다. 주파수 합성기는 다수의 서로 다른 회로 설계로 구현되며, 아래에서 기술하는 구현은 이들 회로 설계 중의 하나이다. 임의의 설계 기준은 IF 신호의 파일럿 신호가 심볼 주파수의 정수배로 로킹되는 IF 신호 주파수를 생성하기 위하여, 디지털 변조된 RF 입력 신호 주파수의 범위와 호환성이 있는 전체 범위의 주파수를 튜닝하는 것을 포함한다. 또한 합성기는 주파수 합성기를 동기 상태로 유지하기 위해 IF 신호 주파수의 변화를 트랙킹할 필요가 있으며, 합성기는 과도한 위상 변동이 테스트 중인 신호에 추가되지 않도록 낮은 위상 노이즈를 노출시킬 필요가 있다.
주파수 합성기(156)는 PLL 보상 필터(168)로부터 오차 신호를 수신하는 가변 발진기(170)를 포함한다. 가변 발진기는 Phillips, Inc.에서 제조되고 판매되는 SA8052A Synthesizer IC와 같은 합성기(172)와 연결되는 약 10 MHz의 범위의 가변 출력 신호를 생성한다. 합성기(172)는 제어장치로부터 디지털 값을 수신하여, 주파수 합성기(156)의 튜닝 레벨을 설정한다. 합성기(172)의 출력은 PLL 보상 필터(174)를 통해 20 MHz 범위에서 동작하는 가변 기준 발진기(176)로 입력된다. 가변 기준 발진기의 출력은 위상/주파수 검출기(178)와 연결된다. 또한 위상/주파수 검출기(178)는 가변 분주기(184)를 통해 로컬 발진기(182)로부터 분주된 로컬 발진기 신호를 수신한다. 로컬 발진기(182)는 약 162 MHz 내지 795 MHz 범위의 주파수 범위를 가지며, 이중 발진기를 사용하여 구현될 수 있으며, 이중 하나의 발진기는 저주파수 대역에서 동작하며, 다른 하나의 발진기는 인수 2, 4, 8 ... 2k를 가지는 주파수 분주기와 결합된 고주파수 대역에서 동작한다. 로컬 발진기 신호를 가변 기준 발진기 신호 범위로 분주하는 가변 분주기(184)의 값 D는 제어장치에 의해 설정된다. 주파수/위상 검출기(178)는 분주된 로컬 발진기 신호와 가변 기준 발진기 신호 사이의 위상차에 비례하는 오차 신호를 생성한다. 오차 신호는 PLL 보상 필터(180)에 의해 처리되어 로컬 발진기(182)로 입력되며, 로컬 발진기(182)는 IF 신호를 기준 신호로 로킹하기 위해 믹서(154)에 입력되는 로컬 발진기 신호를 변동시키는 제어 신호를 생성한다.
기준 발진기(166)로부터의 기준 발진기 신호는 A/D 변환기(160)의 클록 입력단과 연결되어, A/D 변환기(160)의 입력단에서 IF 신호의 샘플링 인스턴스를 생성한다. 샘플링 주파수는 심볼 레이트의 4배이다. A/D 변환기(160)의 출력은 추가 처리를 위해 메모리(186)에 저장된 IF 신호를 표시하는 디지털 데이터 값이다. 도시된 바와 같이, 기준 발진기(166)는 도 3에서 파일럿 신호(110) 상의 지점(189)에 의해 도시된 바와 같이 심볼 인스턴트가 아닌 샘플링 인스턴트를 생성하는 심볼 데이터 주파수로 로킹되지 않는다. IF 신호를 표시하는 디지털 데이터 값은 심볼 인스턴트를 샘플링 인스턴트로 동조하기 위한 추가 복조기 프로세싱을 요구한다. 전술한 바와 같이, 선택적 데시메이터(142) 및 데이터 세그먼트 동기 검출기(140)는 기준 발진기(166) 신호를 심볼 주파수로 로킹시켜, 심볼 인스턴트마다 샘플링 인스턴트를 생성한다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계측용 수신기(80)가 도 7에 도시되어 있다. 계측용 수신기(80)는 디지털 변조된 신호를 정확하게 복조하는 최소로 왜곡된(minimally distorted) 광대역 신호 경로(190), 종래의 스펙트럼 분석기와 유사한 형태의 측정을 위한 협대역 신호 경로(192)를 포함한다. 신호 경로(190, 192)는 연결된(ganged) 스위치 세트(196)중의 하나의 스위치를 통해 광대역 저역 필터(200)로부터 중간 주파수 신호를 선택적으로 수신하고, 연결된 스위치 세트 중 다른 하나의 스위치(196)를 통해 그 출력을 A/D 변환기(198)로 선택적으로 연결한다. 믹서(194)의 출력단 상의 광대역 필터(200)는 IF 채널(190, 192)로부터 로컬 발진기 전력 및 믹서 합곱을 제거한다. 고도의 동적 범위이며 협대역 신호 경로(192)는 필터 블록(202)으로 표시된 30 kHz의 협대역 필터 및 가변 증폭기(204)로 표시된 증폭기 단(amplifier stage)과 같은 다수의 필터 소자를 포함한다. 증폭기 단(204)은 최소 노이즈를 가지는 고 진폭 신호를 생성하는 이득 제어 소자를 가진다. 최소로 왜곡된 광대역 신호 경로(190)는 가변 증폭기(206)로 표시된 이득단만을 포함하며, 수신기에 의해 발생되는 최소의 선형 왜곡을 생성하는 협대역 필터는 포함하지 않는다.
IF 신호 경로 내의 고도의 동적 범위의 협대역 신호 경로(192)를 사용하여, 합성기(156)는 연결된 스위치(196)를 통해 제어장치로부터 기준 신호를 수신한다. 제어장치로부터의 기준 신호는 합성기(172)에 일정한 DC 출력 신호를 제공한다. 또한 제어장치는 디지털 값을 주파수 범위를 통틀어 발진기(182)의 신호를 스위핑(sweeping)하는 합성기(172)에 제공되어 종래의 스펙트럼 분석 측정을 수행한다. IF 채널 내의 최소로 왜곡된 광대역 신호 경로(190)를 사용하여, 믹서(212)는 M 분주 회로(216)를 통해 기준 발진기(214)로부터 IF 신호 및 기준 신호를 수신한다. 기준 발진기(214)는 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배인 주파수를 가지는 기준 발진기 신호를 생성한다. 기준 발진기 신호가 심볼 주파수의 1배보다 큰 정수배인 경우, M 분주 회로(216)를 사용하여 기준 발진기 신호를 분주한다. 전술한 바와 같이, 기준 발진기는 심볼 주파수의 4배인 기준 발진기 출력 신호를 생성하며, 믹서(212)에 입력되는 기준 신호는 심볼 주파수에 있다. 이러한 구현을 위해, M 값은 4로 설정되며, N은 1로 설정된다. 믹서(212)는 위상 동기 루프(PLL) 보상 필터(213)에 의해 처리되어, 스위치(196)를 통해 주파수 합성기(156)와 연결되어 파일럿 신호를 기준 신호로 로킹하여, 믹서(194)로 입력되는 로컬 발진기 신호를 제어하는 위상차 신호를 생성한다.
또한 기준 발진기(214)의 출력 신호는 A/D 변환기(198)의 클록 입력과 연결되며, A/D 변환기(198)는 최소로 왜곡된 광대역 신호 경로(190) 및 고도의 동적 범위의 협대역 신호 경로(102)를 통해 연결된 IF 신호를 각 경로를 통과하는 IF 신호를 표시하는 디지털 데이터 값으로 변환한다. 이 디지털 데이터 값은 추가 처리를 위해 메모리에 저장된다.
지금까지 디지털 변조된 RF 입력 신호를 수신하고 심볼 주파수의 정수배인 IF 주파수의 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 중간 주파수(IF) 신호를 생성하는 계측용 수신기에 대하여 기술하였으며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 계측용 수신기는 디지털 변조된 무선 주파수 입력 신호 및 로컬 발진기로부터 로컬 발진기 신호를 수신하는 믹서를 포함하며, 로컬 발진기는 디지털 변조된 입력 신호를 디지털 변조된 중간 주파수 신호로 변환하도록 로컬 발진기 신호를 조정하는 제어 신호를 수신하며, 여기서 디지털 변조된 중간 주파수 신호는 디지털 변조의 심볼 주파수의 정수배와 동일한 중간 주파수의 파일럿 신호를 가지며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 로컬 발진기는 중간 주파수 신호 및 심볼 주파수의 정수배와 동일한 기준 신호를 수신하는 위상 검출기를 구비하는 위상 동기 루프를 포함하며, 여기서 정수배는 1배보다 크거나 동일하다. 위상 검출기는 위상차를 생성하여, 이 위상차를 파일럿 신호를 기준 신호로 로킹하는 로컬 발진기에 입력하여, 믹서에 입력되는 로컬 발진기 신호를 제어한다.
A/D 변환기는 아날로그 IF 신호를 디지털 변조된 IF 신호를 표시하는 디지털 데이터 값으로 디지털화한다. 기준 발진기는 심볼 주파수의 1배보다 크거나 동일한 정수배인 출력 신호를 생성하여, A/D 변환기를 클록하고, 위상 검출기에 입력되는 기준 신호를 생성한다. 디지털 데이터 값은 데이터 세그먼트 동기 검출기와 연결되어, 기준 발생기(generator)를 심볼 주파수로 로킹하는 제어 신호를 생성한다. 대안적으로 최소로 왜곡된 광대역 신호 경로와 함께 고도의 동적 범위의 협대역 신호 경로를 포함하여, 스펙트럼 분석기 형태의 측정을 수행하기 위한 IF 신호를 제공할 수 있다.
당업자는 본 발명의 근원적인 원리를 벗어나지 않고 본 발명의 전술한 실시예의 상세한 설명에 대하여 여러 가지 변경을 실시할 수 있다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 그 기능을 예시하기 위해 FCC에 의해 채택된 8-VSB 시스템을 광범위하게 사용하고 있지만, 당업자들에게 있어서 RF 캐리어 주파수에서의 파일럿 톤(pilot tone)과 혼합되는 모든 디지털 변조된 신호에 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다는 것은 명확하다. 따라서 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 결정된다.
본 발명은 디지털 변조된 무선 주파수 신호로부터 디지털 변조된 중간 주파수(IF)를 생성하는 계측용 수신기를 제공하며, IF 신호의 주파수는 디지털 변조된 RF 신호의 소정의 신호 관계를 최적화한다.
또한 본 발명은 VSB 디지털 텔레비전 신호로부터 디지털 변조된 IF 신호를 생성하는 계측용 수신기를 제공하며, IF 신호를 변조하는 디지털 변조 신호의 심볼 주파수(symbol frequency)로 로킹된 IF 주파수에서의 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 IF 신호를 생성하는 계측용 수신기를 제공한다.

Claims (12)

  1. 심볼 주파수에서 생성된 디지털 데이터에 의해 변조되고 무선 주파수 캐리어 주파수와 일치하는 파일럿 신호를 가지는 디지털 변조된 무선 주파수 입력 신호로부터 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 생성하는 계측용 수신기에 있어서,
    상기 디지털 변조된 무선 주파수 입력 신호와 로컬 발진기 신호를 입력받고, 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 출력하는 믹서;
    상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호 내에서 상기 파일럿 신호가 중간 주파수 캐리어 신호와 일치하고 상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배와 동일하게 되도록, 상기 로컬 발진기 신호의 주파수를 조정하는 제어 신호를 입력받고, 상기 로컬 발진기 신호를 출력하는 로컬 발진기; 및
    상기 믹서로부터의 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 입력받고, 믹서 합곱(sum products) 및 상기 믹서를 통과하여 제공된 로컬 발진기 신호가 제거된 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 출력하는 광대역 저역 필터
    를 포함하는 계측용 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광대역 저역 필터로부터의 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호와, 상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배와 동일한 기준 신호를 입력받고, 상기 로컬 발진기로 전달되는 위상차 신호를 상기 기준 신호에 상기 파일럿 신호를 로킹하기 위한 상기 제어 신호로서 출력하는 위상 검출기
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배인 샘플링 클록 신호와 상기 광대역 저역 필터로부터의 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 입력받고, 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 나타내는 디지털 값을 출력하는 A/D 변환기
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 신호 및 상기 샘플링 클록 신호를 유도하기 위한 상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배인 기준 발진기 신호를 출력하는 기준 발진기
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 발진기 신호를 입력받고, 상기 기준 신호를 출력하는, 정수 분주율(integer divide ratio)을 가진 분주기
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 계측용 수신기는, 정수 분주율을 각각 가지는 제1 분주기 및 제2 분주기를 더 포함하고,
    상기 제1 분주기는 상기 기준 발진기 신호를 입력받아 상기 기준 신호를 출력하고,
    상기 제2 분주기는 상기 기준 발진기 신호를 입력받아 상기 샘플링 클록 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 계측용 수신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광대역 저역 필터로부터의 상기 디지털 변조된 중간 주파수와 상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배와 동일한 기준 신호를 입력받고, 위상 오차 신호를 출력하는 위상 검출기와;
    상기 위상 오차 신호와 전체 주파수 범위에 걸쳐 주파수 합성기를 튜닝하기 위한 제어값을 입력받고, 상기 파일럿 신호를 상기 기준 신호에 로킹하기 위해 상기 믹서에 제공되는 상기 로컬 발진기 신호를 제어하는 제어 신호를 출력하는, 상기 주파수 합성기
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 A/D 변환기로부터 상기 디지털 값을 입력받고, 상기 샘플링 클록 신호의 천이를 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호의 심볼 데이터의 심볼 인스턴트로 동상(in phase) 로킹하기 위한 기준 제어 신호를 상기 기준 발진기에 출력하는 위상 검출 회로
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  9. 제1항에 있어서,
    증폭기 이득단 및 필터로부터의 위상 및 진폭 오차로 인한 최소 그룹 지연 변동을 가진 IF 대역폭을 가지고, 그 입력에는 상기 광대역 저역 필터의 출력이 선택적으로 전환 가능하게 연결되며, 수신기에 의해 생성되는 최소의 선형 왜곡을 가지는 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호의 증폭된 신호를 출력하는 광대역 신호 경로와,
    증폭기 이득단 및 협대역 필터로부터의 위상 및 진폭 오차로 인한 그룹 지연 변동을 가진 높은 다이내믹 레인지의 협대역의 IF 대역폭을 가지고, 그 입력에는 상기 광대역 저역 필터가 전환 가능하게 연결되며, 협대역 신호 경로가 선택되었을 때에 주파수 범위를 스위핑(sweeping)하기 위한 상기 제어 신호로서 상기 디지털 변조된 중간 주파수 신호의 협대역 신호를 가변 신호 소스를 가진 상기 로컬 발진기에 출력하는, 상기 협대역 신호 경로
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 계측용 수신기가,
    하나의 입력에는 상기 광대역 신호 경로 또는 상기 협대역 신호 경로의 출력이 선택적으로 전환 가능하게 연결되고, 다른 하나의 입력에는 상기 광대역 신호 경로 및 상기 협대역 신호 경로 중 선택된 신호 경로로부터 수신된 디지털 변조된 중간 주파수 신호를 나타내는 디지털 값을 생성하기 위한 샘플링 클록 신호가 입력되는 A/D 변환기
    를 더 포함하고,
    상기 샘플링 클록 신호는 상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배인 것을 특징으로 하는 계측용 수신기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광대역 신호 경로가,
    상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배인 기준 발진기 신호를 출력하는 기준 발진기
    를 더 포함하고,
    상기 심볼 주파수로부터 상기 제어 신호 및 상기 샘플링 클록 신호가 유도되며,
    상기 기준 발진기 신호로부터 유도된 상기 제어 신호는 상기 광대역 신호 경로가 선택되었을 때에 상기 로컬 발진기에 제공되는 것을 특징으로 하는 계측용 수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    정수 분주율을 가지고, 상기 기준 발진기 신호를 입력받아서 상기 심볼 주파수의 1 이상의 정수배인 주파수를 가진 기준 신호를 출력하는 분주기와,
    상기 기준 신호를 입력받고, 상기 광대역 신호 경로가 선택되었을 때에 상기 제어 신호로서 상기 로컬 발진기에 전달되는 위상 제어 신호를 출력하는 위상 검출기
    를 더 포함하는 계측용 수신기.
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