KR100732170B1 - 타이밍 복원 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 반송파 주파수 옵셋이 완전히 제거되지 않은 상황에서도 입력 신호로부터 심벌 타이밍 정보만을 추출해 냄으로써 전체적인 복조기 구조의 재구성이 가능하며, 이때 타이밍 복원 장치가 반송파 위상에 무관하게 동작함으로써, 기존의 반송파 복구를 전제로 한 대부분의 심벌 타이밍 복원 장치보다 포착 및 추적 성능이 우수하다. 그리고 상기 반송파 위상에 무관하게 동작하는 타이밍 복원 장치에 데이터 세그먼트 동기 패턴 정보를 추가적으로 이용함으로써, 주파수 선택 페이딩 채널(Frequency selective fading channel) 환경에서 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
심벌 타이밍 복원, TED, Fine PLL

Description

타이밍 복원 장치 및 방법{Timing recovery apparatus and its method}
도 1은 일반적인 디지털 방송 수신기의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 구성 블록도
도 3은 본 발명에 따른 타이밍 복원 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 4는 도 3의 제1 타이밍 에러 검출부의 일 실시예를 보인 상세 블록도
도 5는 본 발명에 따른 타이밍 복원 장치의 다른 실시예를 보인 구성 블록도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
310 : 리샘플러 320 : 제1 타이밍 에러 검출부
330 : 정합 필터 340 : Fine PLL부
350 : 제2 타이밍 에러 검출부 360 : 에러 결합부
370 : 루프 필터 380 : NCO
본 발명은 방송 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전송된 신호를 수신하여 복조하는 타이밍 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.
디지털 방송의 전송 규격 중 하나인 VSB(Vestigial Side Band) 방식은 신호 를 진폭 변조했을 때, 반송파를 중심으로 위 아래로 생기는 두 개의 측대역중 한쪽 측대역 신호를 크게 감쇠시켰을 때의 나머지 부분만을 변조하는 방식이다. 즉 기저대역의 한쪽 측파대역 스펙트럼만을 취해 통과대역으로 옮겨서 전송하는 방식으로 밴드 영역을 효율적으로 사용하는 방식 중 하나이다.
이때 상기 VSB 변조시 기저대역(base band)의 DC 스펙트럼이 통과대역(pass band)으로 옮겨가면 톤 스펙트럼으로 바뀌게되고 이 신호를 흔히 파일롯 신호라 부른다. 즉 방송국에서 VSB 변조를 할 때 수신기에서 반송파 복구를 용이하게 하기 위해 작은 크기의 파일롯 신호를 실어서 공중으로 날려보내게 된다.
그리고 상기 규격에 의하면 데이터 프레임은 2개의 필드로 구성되어 있으며, 각 필드는 313 세그먼트로 구성된다. 상기 313 세그먼트는 다시 한 개의 2-레벨 필드 동기(Field Sync) 세그먼트와 312개의 데이터 세그먼트로 구성된다. 각 데이터 세그먼트의 처음 4 심벌은 2-레벨 데이터 세그먼트 동기(Data Segment Sync) 패턴으로 구성된다.
도 1은 이러한 VSB 신호를 수신하여 복원하는 디지털 방송 수신기의 일반적인 구성 블록도이다.
먼저 안테나(101)로 입력되는 RF(Radio Frequency) 신호는 튜너(102)에서 중간 주파수(Intermediate Frequency ; IF)의 통과 대역(Pass Band) 신호로 변환된다. 이 신호는 아날로그 처리부(103)를 거쳐 A/D 변환부(104)로 입력된다. 상기 아날로그 처리부(103)는 인접 채널 간섭 및 튜너에서 발생된 고주파 성분을 제거하기 위한 SAW 필터, 입력신호의 레벨을 조절하기 위한 이득 조절부(AGC) 등으로 구성된 다.
상기 A/D 변환부(104)에서는 아날로그 처리부(103)에서 출력되는 아날로그 통과대역 신호를 디지털 통과대역 신호로 변환하여 위상 분리부(105)로 출력한다. 일 예로, 상기 A/D 변환부(104)에서 고정 발진자를 사용할 경우 아날로그 신호는 고정된 주파수를 갖는 디지털 신호로 변환된다.
상기 위상 분리부(105)는 상기 디지털 통과대역 신호를 위상이 서로 90°가 되는 실수 성분과 허수 성분의 통과대역 신호로 분리하여 반송파 복원부(106)로 출력한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 위상 분리부(105)에서 출력되는 실수 성분의 신호를 I 신호라 하고, 허수 성분의 신호를 Q 신호라 한다.
상기 반송파 복원부(106)는 상기 위상 분리부(105)에서 출력되는 I,Q 디지털 통과대역 신호를 I,Q 디지털 기저대역 신호로 천이한 후 심벌 클럭 복구를 위해 심벌 타이밍 복원부(107)로 출력한다.
상기 심벌 타이밍 복원부(107)는 송신단의 클럭과 수신단의 클럭을 동기화시키는 역할을 하며, 궁극적으로는 기저 대역 또는 통과대역 신호를 시간상으로 최적점에서 샘플링함으로써 등화기 출력에서의 결정 에러(decision error)를 최소화하도록 동작되어야 한다.
상기 심벌 타이밍 복원부(107)의 출력은 채널 등화부(108)로 입력된다. 상기 채널 등화부(108)는 심벌 타이밍 복원부(107)를 거친 신호에 포함된 심벌간의 간섭(Inter-Symbol Interference ; ISI)을 제거한 후 위상 추적부(Phase Tracker,109)로 출력한다. 즉, HDTV와 같은 디지털 전송 시스템에서는 송신 신호가 다중경로(multi-path) 채널을 통과하여 생기는 왜곡이나 NTSC 신호에 의한 간섭, 송수신 시스템에 의한 왜곡에 의하여 수신측에서 비트 검출에러를 일으키게 된다. 특히, 다중경로를 통한 신호의 전파는 심벌간의 간섭(ISI)을 일으켜 비트 검출 에러의 주원인이 된다. 따라서, 상기 채널 등화부(108)는 이러한 심벌간의 간섭(ISI)을 제거한다.
상기 위상 추적부(109)는 상기 반송파 복원부(106)에서 완전하게 제거하지 못한 반송파의 잔류 위상을 보정하여 FEC부(Forward Error Correction, 110)로 출력한다.
상기 FEC부(110)는 위상 보정된 신호의 에러를 정정하여 A/V 신호 처리부(111)로 출력한다. 즉, 방송국과 같은 송신부에서 시스템에 적절한 기법을 선택하여 송신신호를 채널 부호화(encoding)하여 송신하며, 디지털 방송 수신기와 같은 수신부에서는 이를 복호화(decoding)하여 채널을 통과하면서 생긴 에러를 보정하게 된다. 이와 같은 복호화 과정을 수행하는 블록이 FEC부(110)이다.
상기 A/V 신호 처리부(111)는 MPEG-2 및 Dolby AC-3 방식으로 압축 처리된 영상 및 음성 신호를 원래대로 복원하여 영상 신호는 모니터로 전달하여 화면을 볼 수 있게 하고, 음성 신호는 스피커로 전달되어 소리를 들을 수 있게 해준다.
그러나 상기된 도 1과 같은 디지털 방송 수신기 구조를 사용하는 경우, 심벌 타이밍 복원부(107)의 성능은 반송파 복원부(106)의 성능에 의존하게 된다. 특히 반송파 복원부(106)와 심벌 타이밍 복원부(107)가 주파수 스펙트럼의 서로 다른 측대역을 사용하는 종래 기술의 경우, 심벌 타이밍 복원부(107) 자체로써는 잘 동작 할 수 있는 상황이라고 하더라도, 반송파 복원이 불안정한 상황이라면, 이는 곧바로 심벌 타이밍 복원부(107)에 악영향을 주게 된다.
또한 종래의 구조에서 사용하는 반송파 복구 알고리즘인 FPLL(Frequency & Phase Locked Loop)의 경우, VSB 스펙트럼의 파일롯 신호를 사용하여 주파수 옵셋과 위상 옵셋을 동시에 추적하는데, 이때 long ghost가 인가되면 데이터 패턴에 의한 영향으로 지터(jitter)가 심해지게 된다. 이 역시 심벌 타이밍 복원부(107)의 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래하게 된다. 이는 전체 시스템의 성능 열화로 귀결된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반송파 주파수 옵셋이 잔존하는 상황 하에서도 입력 신호로부터 정확한 심벌 타이밍 정보를 추출할 수 있도록 하는 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 심벌 타이밍 복원 장치는, 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호로부터 제1 타이밍 에러를 검출하는 제1 타이밍 에러 검출부; 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호 내 데이터 세그먼트 동기 패턴으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 제2 타이밍 에러 검출부; 상기 제1,제2 타이밍 에러 중 하나를 선택하거나 둘을 결합하여 출력하는 에러 결합부; 및 상기 에러 결합부에서 출력되는 타이밍 에러의 저대역 성분에 비례하는 샘 플링 클럭을 생성하는 루프 필터 및 NCO을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 타이밍 에러 검출부는 상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링 및 잔류 반송파 위상 옵셋을 보정한 후 보정된 신호 내 데이터 세그먼트 동기 신호로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 타이밍 에러 검출부는 상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링하고 필터링된 신호와 기준 데이터 세그먼트 동기 신호와의 상관 필터링을 수행하여 제2 타이밍 에러를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 심벌 타이밍 복원 장치는, 상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호가 고정 주파수에 의해 샘플링되어 생성된 경우, 상기 NCO에서 출력되는 샘플링 클럭으로 상기 디지털 신호를 보정하여 출력하는 리샘플러가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 복원 방법은, 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호로부터 제1 타이밍 에러를 검출하는 제1 타이밍 에러 검출 단계; 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호 내 데이터 세그먼트 동기 패턴으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 제2 타이밍 에러 검출 단계; 상기 제1,제2 타이밍 에러 중 하나를 선택하거나 둘을 결합하여 출력하는 에러 결합 단계; 및 상기 에러 결합 단계에서 출력되는 타이밍 에러의 저대역 성분에 비례하는 샘플링 클럭을 생성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 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.
그리고 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 개략도로서, 본 출원인에 의해 기 출원된 바 있다(국내출원번호:P04-77817호, 출원일:2004.09.30).
도 2는 심한 페이딩 채널 하에서도 반송파 복원 블록이 심벌 타이밍 복원 블록에 영향을 주지 않도록 하여 디지털 방송 수신기의 성능을 향상시키는 구조이다.
즉, 중심 주파수가 6MHz 또는 5.38MHz 정도되는 아날로그 IF 신호는 A/D 변환부(104)에서 디지털화된 후, VSB 복조부(200)의 CFLL(Coarse Frequency Locked Loop)부(201)로 입력된다. 상기 CFLL부(201)는 종래 기술의 FPLL과 달리 반송파에 있는 위상 성분은 추적을 하지 않고 단지 반송파의 주파수 성분만을 추적한다. 상기 CFLL부(201)를 통과한 데이터는 기저대역 신호에 가까우나, 반송파의 잔류위상을 포함하고 있기 때문에 통과 대역 신호라 할 수 있다. 이렇게 CFLL부(201)에서 반송파의 주파수 성분만을 추적하게 하면 반송파 복구시 빠른 포착 시간을 확보할 수 있어 다이나믹(dynamic)한 채널 환경에서 반송파의 주파수 추적을 빠르게 할 수 있게 한다. 뿐만 아니라 CFLL부(201)는 반송파의 주파수만 포착하게 함으로써, 종래 기술 대비 훨씬 넓은 pull-in 특성을 가져 올 수 있다.
그리고 상기 CFLL부(201)를 통과한 데이터는 심벌 타이밍 복원부(202)로 입력된다. 이때 입력 신호가 반송파 잔류 위상 성분을 포함하고 있으므로 심벌 타이밍 복원부(202)는 통과대역에서 동작하도록 설계되어야 하며, 도 2에서 pass-band TR이라 표현하였다. 상기 심벌 타이밍 복원부(202)를 통과한 데이터는 Fine PLL(Phase Locked Loop)부(203)로 인가되어 잔류 반송파 위상 성분을 추적하게 된다. 상기 Fine PLL부(203)에서는 큰 반송파의 주파수 옵셋에 대처할 필요가 없기 때문에 반송파의 위상 추적 성능에 최적화된 알고리즘의 적용이 가능하다. 따라서, 전체적으로 디지털 방송 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 반송파 잔류 위상이 포함된 신호로부터 정확한 심벌 타이밍 정보를 얻을 수 있는 도 2의 디지털 방송 수신기의 심벌 타이밍 복원부에 관한 것이다.
본 발명에 따른 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법은 반송파 위상뿐 아니라 수십 KHz 정도의 반송파 주파수 옵셋이 있는 상황에서도 또한 견고하게 동작할 수 있다.
도 3은 이러한 본 발명에 따른 심벌 타이밍 복원 장치의 일 실시예를 나타낸 구성 블록도로서, 리샘플러(Re-sampler, 310), 제1 타이밍 에러 검출(Carrier Phase Independent Timing Error Detection ; CPITED)부(320), 정합 필터(Matched Filter)(330), Fine PLL부(340), 제2 타이밍 에러 검출(Segment Sync Detection Timing Error Detection ; SSDTED)부(350), 에러 결합부(360), 루프 필터(370), 및 NCO(Numerically Controlled Oscillator, 380)로 구성된다.
여기서 상기 정합 필터(320)와 Fine PLL부(330)는 설명의 편의를 위해 타이밍 복원부에 포함시켰지만 실제로는 반송파 복원부에 포함된다.
그리고 상기 도 3에서 리샘플러(310)가 필요한 이유는 A/D 변환부(104)가 고정 주파수를 사용하여 아날로그 신호를 샘플링하였다고 가정하기 때문이다. 만일 상기 A/D 변환부(104)가 가변 주파수를 사용하여 아날로그 신호를 샘플링한다고 가정하면, 리샘플러가 필요없으며, 대신 NCO(380)의 출력이 A/D 변환부(104)로 입력된다.
즉, 상기 리샘플러(310)는 반송파 주파수 옵셋만 보정된 통과대역 복소 신호를 상기 CFLL부(201)로부터 입력받아 심벌 주파수(fs = 10.76MHz)의 2배에 해당하는 샘플을 생성한다.
상기 리샘플러(310)의 출력은 제1 타이밍 에러 검출부(320)와 정합 필터(330)로 입력된다. 상기 정합 필터(330)는 상기 리샘플러(310)에서 출력되는 신호를 필터링하여 심벌 위치에서의 SNR이 최대가 되도록 재조정한 후 Fine PLL부(340)로 출력한다. 상기 Fine PLL부(340)는 입력되는 신호에 포함된 잔류 반송파 위상을 보정하고 DC 제거를 수행한 후 제2 타이밍 에러 검출부(350)와 채널 등화부(108)로 출력한다.
상기 제1 타이밍 에러 검출부(320)는 리샘플러(310)의 출력으로부터 제1 타이밍 에러를 검출하고, 제2 타이밍 에러 검출부(350)는 Fine PLL부(340)의 출력으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하여 에러 결합부(360)로 출력한다.
상기 제1 타이밍 에러 검출부(320)는 도 4와 같이 전처리부(Pre-processing, 410), 콘쥬게이트 곱셈기(Conjugate Multiplication, 420), 후처리부(Post-processing, 430), 및 타이밍 에러 검출기(Timing Error Detection ; TED, 440)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 타이밍 에러 검출부(320)의 전처리부(410)는 지터를 줄이기 위해 리샘플러(310)의 출력을 정교하게 필터링하여 콘쥬게이트 곱셈기(420)로 출력한다. 상기 콘쥬게이트 곱셈기(420)는 반송파에 의한 영향을 제거하기 위해 상기 전처리부(410)의 출력에 대해 콘쥬게이트 곱을 수행하여 후처리부(430)로 출력한다.
즉, 상기 콘쥬게이트 곱셈기(420)에 의해서 생성된 신호의 스펙트럼의 상단측대역은 입력신호의 반송파 주파수에 상관없이 입력 스펙트럼의 대역폭에 의해서 결정된다. 그러므로 본 발명은 이러한 특성을 이용하여 간단한 제로 크로싱 검출기(zero-crossing detector)를 사용함으로써, 통과대역 심벌 타이밍 복원 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기 후처리부(430)에서는 콘쥬게이트 곱셈기(420)에서 생성된 DC 및 데이터에 의한 지터를 제거하기 위해서 후 필터링(post filtering) 기능과 심한 채널 페이딩이 있는 경우에도 일정한 주파수 획득 성능을 유지하기 위한 이득 제어 기능을 수행하게 된다. 상기 후처리부(430)의 출력 신호는 중심주파수
Figure 112006022888569-pat00001
fs에 심벌 타이밍 옵셋이 더해진 정현파가 되며, 이 정현파는 타이밍 에러 검출기(440)로 입력된다. 상기 타이밍 에러 검출기(440)는 상기 정현파로부터 제1 타이밍 에러를 검출하여 에러 결합부(360)로 출력한다. 즉, 상기 타이밍 에러 검출기(440)는 입력 정현파의 제로-크로싱(zero-crossing)을 감지하는 어떠한 형태의 제로 크로싱 에러 검출기를 사용해도 무방하다.
이때 상기 제1 타이밍 에러만을 이용하여 타이밍 복원을 수행하면 반송파 주파수 옵셋에 무관한 심벌 타이밍 복원이 이루어지지만, TED 게인이 신호 스펙트럼의 양측대역의 게인의 곱에 비례하기 때문에, 측대역이 감쇄되는 채널 환경에서는 잘 알려진 사이클 슬립(Cycle Slip) 현상이 발생하거나, 락(Lock)이 풀어지는 등 정상 동작이 어려울 수 있다.
따라서 이를 해결하기 위해 제2 타이밍 에러 검출부(350)는 데이터 세그먼트 동기 패턴을 이용하여 제2 타이밍 에러를 검출한 후 에러 결합부(360)로 출력한다. 이때 상기 제2 타이밍 에러 검출부(350)는 데이터 세그먼트 동기 위치를 추적하는 동시에 상기 추적된 데이터 세그먼트 동기 위치의 신호 즉, 데이터 세그먼트 동기 패턴으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하여 출력하게 된다.
상기 데이터 세그먼트 동기 패턴을 이용한 심벌 타이밍 복원(symbol timing recovery)은 기본적으로 스펙트럼의 특정 부분의 정보에 의존하지 않기 때문에 스펙트럼의 측 대역에 널(Null)이 가는 경우에 게인을 얻을 수 있다.
즉, 제2 타이밍 에러 검출부(350)의 경우, 데이터 세그먼트 동기 패턴이 심하게 왜곡되는 경우 일 예로, 수 심벌 이내 특정 위상의 고스트가 존재하는 경우를 제외하고는 우수한 추적(Tracking) 성능을 가지고 있기 때문에 신호 스펙트럼의 측 대역이 심하게 감쇄되는 경우에도 심벌 타이밍의 획득 및 추적이 가능하다.
한편 상기 에러 결합부(360)는 제1,제2 타이밍 에러 중 어느 하나를 선택하여 루프 필터(370)로 출력하거나, 제1,제2 타이밍 에러를 결합하여 루프 필터(370)로 출력한다. 즉, 상기 에러 결합부(360)에서 출력되는 타이밍 에러는 심벌 주파수(fs, 10.76MHz)로 동작하는 루프 필터(370)에서 저역 통과 필터링된다. 상기 루프 필터(370)에서 저역 통과 필터링되어 출력되는 신호는 DC 성분이 되며, 이 DC 신호는 NCO(380)로 입력된다. 상기 NCO(380)는 입력 DC에 따른 샘플링 클럭을 리샘플러(310)로 제공한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심벌 타이밍 복원 장치의 일 실시예를 나타낸 구성 블록도로서, 리샘플러(510), 제1 타이밍 에러 검출(CPITED)부(520), 정합 필터(530), 상관 필터(Correaltion Filter, 540), 콘쥬게이트 곱셈기(550), 피크 검출기(Peak Detector, 560), 에러 결합부(570), 루프 필터(580), 및 NCO(590)로 구성된다.
이와 같이 구성된 도 5에서 리샘플러(510)는 반송파 주파수 옵셋만 보정된 통과대역 복소 신호를 상기 CFLL부(201)로부터 입력받아 심벌 주파수(fs = 10.76MHz)의 2배에 해당하는 샘플을 생성한다.
상기 리샘플러(510)의 출력은 제1 타이밍 에러 검출부(520)와 정합 필터(530)로 입력된다. 상기 정합 필터(530)는 상기 리샘플러(510)에서 출력되는 신호를 필터링하여 심벌 위치에서의 SNR이 최대가 되도록 재조정한 후 상관 필터(540)로 출력한다.
상기 상관 필터(540)는 정합 필터링된 신호를 2배의 심벌 주파수(2fs) 영 역(domain)에서 참조(reference) 신호와 상관을 취하고 그 결과를 콘쥬게이트 곱셈기(550)로 출력한다.
여기서 상기 2fs 참조 신호는 {1 -1 -1 1}인 송/수신측에서 약속에 의해 알고 있는 데이터 세그먼트 동기 패턴을 제로 패딩(zero-padding)하여 2fs 샘플로 만든 후, VSB 상승 코사인 필터(raised cosine filter, α=0.115)를 통과시켜 생성한다. 상기 상관(correlation) 필터(540)는 2fs 참조 신호를 계수로 갖는 FIR 필터로 구성할 수 있다.
즉, 상기 정합 필터링된 I/Q 신호가 각각 상관 필터(540)를 통과하게 되면, 상기 상관 필터(540)에서 출력되는 I 신호는 상승 코사인(raised cosine)에 유사한 형태가 되고, Q 신호는 I 출력 신호의 힐버트 변환(Hilbert Transform)된 형태가 된다. 만약, 상기 상관 필터(540)에 입력되는 복소 신호가 잔류 주파수 위상을 가지고 있다면, 이는 I/Q 상관 필터의 복소 출력 값이 잔류 주파수 위상만큼 회전된 형태로 나오게 된다.
이때 2fs I/Q 상관 복소 출력값을 C = Ci + jCq 라고 하면, 복소 출력 신호 로부터 잔류 반송파 위상에 의한 영향을 제거하기 위해서 콘쥬게이트 곱셈기(550)에서 복소 콘쥬게이트 곱(complex conjugate multiplication, CㆍC*(= |C|2 = Ci2 + Cq2)을 수행한다. 이렇게 콘쥬게이트 곱셈기(550)를 통과한 실수 신호는 반송파 옵셋에 무관하게 데이터 세그먼트 동기 위치에서 일정한 상관 피크(correlation peak)를 유지하게 된다. 따라서 피크 검출부(560)는 상기 콘쥬게이트 곱셈기(550) 의 출력으로부터 상관 피크를 검출하고 검출된 상관 피크 위치의 신호, 즉 데이터 세그먼트 동기 패턴으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하여 에러 결합부(570)로 출력한다.
즉, 상기 상관 필터(540)와 콘쥬게이트 곱셈기(550)를 CPISSD(Carrier Phase Independent Segment Sync Detector)라 하면, 상기 피크 검출부(560)는 CPISSD 출력 신호의 피크 위치를 추적함으로써, 반송파 옵셋에 영향을 받지 않는 심벌 타이밍 복원을 수행할 수 있다.
본 발명에서는 CPISSD 출력 신호의 피크 위치를 추적하기 위해서 잘 알려진 방법인 early-late gate synchronizer(Yn = Xn+1 - Xn-1)를 피크 검출기(560) 즉, 타이밍 에러 검출기로 사용한다.
한편 에러 결합부(570)는 제1,제2 타이밍 에러 중 어느 하나를 선택하여 루프 필터(580)로 출력하거나, 제1,제2 타이밍 에러를 결합하여 루프 필터(580)로 출력한다. 즉, 상기 에러 결합부(570)에서 출력되는 타이밍 에러는 심벌 주파수(fs, 10.76MHz)로 동작하는 루프 필터(580)에서 저역 통과 필터링된다. 상기 루프 필터(580)에서 저역 통과 필터링되어 출력되는 신호는 DC 성분이 되며, 이 DC 신호는 NCO(590)로 입력된다. 상기 NCO(590)는 입력 DC에 따른 샘플링 클럭을 리샘플러(510)로 제공한다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예는 잔류 반송파 옵셋에 영향을 받지 않으면서 스펙트럼 측대역에 대한 의존도를 보완함으로써, 전체적으로 수신 성능을 향상 시킬 수 있다.
또한 0dB Single Ghost Doppler Channel을 예를 들면, 회전하고 있는 반사파의 크기가 메인 신호와 동일하거나 순간적으로 커질 경우, 메인 신호가 아닌 고스트 신호의 세그먼트 동기 패턴으로부터 타이밍 에러를 추출하게 되고 이는 결과적으로 고스트의 회전 주파수만큼 심벌 클럭을 변화시키게 된다. 이러한 경우에도 잔류 반송파 옵셋에 영향을 받지 않으므로 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고 데이터 통신 시스템은 전형적으로 송신단, 수신단, 그리고 송/수신단 간의 전송경로로 구성된다. 본 발명은 여러 가지 통신 시스템에 적용될 수 있지만, 본 발명에서는 고화질 지상파 전송 방식에 맞추어 설명하였다. 이것은 통신 시스템의 한 예일 뿐, 다른 여러 통신분야에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 반송파 주파수 옵셋이 완전히 제거되지 않은 상황에서도 입력 신호로부터 심벌 타이밍 정보만을 추출해 냄으로써 전체적인 복조기(demodulator) 구조의 재구성이 가능하다.
둘째, 타이밍 복원 장치가 반송파 위상에 무관하게 동작함으로써, 기존의 반송파 복구를 전제로 한 대부분의 심벌 타이밍 복원 장치보다 포착 및 추적 성능이 우수하다.
셋째, 반송파 위상에 무관하게 동작하는 타이밍 복원 장치에 데이터 세그먼트 동기 패턴 정보를 추가적으로 이용함으로써, 주파수 선택 페이딩 채널(Frequency selective fading channel) 환경에서의 심벌 타이밍 복원 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
넷째, 데이터 세그먼트 동기 패턴에서 반송파 위상 성분을 제거하는 기능을 추가함으로써, 주파수 선택 페이딩 채널 환경에서의 심벌 타이밍 복원 장치의 성능을 향상시키고, 반송파 복원이 어려운 상황에서도 심벌 타이밍을 복원할 수 있다.
다섯째, 반송파 위상에 무관한 심벌 타이밍 복원 장치에서 발생할 수 있는 사이클 슬리핑(Cycle Slipping) 현상을 방지함으로써, 사이클 슬리핑에 의한 수신성능 열화를 방지할 수 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 (14)

  1. 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호로부터 제1 타이밍 에러를 검출하는 제1 타이밍 에러 검출부;
    반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호 내 데이터 세그먼트 동기 패턴으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 제2 타이밍 에러 검출부;
    상기 제1,제2 타이밍 에러 중 하나를 선택하거나 둘을 결합하여 출력하는 에러 결합부; 및
    상기 에러 결합부에서 출력되는 타이밍 에러의 저대역 성분에 비례하는 샘플링 클럭을 생성하는 루프 필터 및 NCO을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 타이밍 에러 검출부는
    반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호를 입력받아 양측대역을 필터링하는 전처리부;
    상기 전처리부의 출력에 대해 콘쥬게이트 곱셈을 수행하여 반송파에 의한 영향을 제거하는 콘쥬게이트 곱셈기; 및
    상기 콘쥬게이트 곱셈기의 출력으로부터 제1 타이밍 에러를 검출하는 타이밍 에러 검출기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 콘쥬게이트 곱셈기의 출력으로부터 DC 및 데이터에 의한 지터를 제거하여 타이밍 에러 검출기로 출력하는 후처리부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 타이밍 에러 검출부는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링 및 잔류 반송파 위상 옵셋을 보정한 후 보정된 신호 내 데이터 세그먼트 동기 신호로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 타이밍 에러 검출부는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링하고 필터링된 신호와 기준 데이터 세그먼트 동기 신호와의 상관 필터링을 수행하여 제2 타이밍 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 타이밍 에러 검출부는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링하는 정합 필터;
    상기 정합 필터링된 신호와 기준 데이터 세그먼트 동기 신호와의 상관 필터링을 수행하는 상관 필터;
    상기 상관 필터의 출력에 대해 콘쥬게이트 곱셈을 수행하여 반송파에 의한 영향을 제거하는 콘쥬게이트 곱셈기; 및
    상기 콘쥬게이트 곱셈기의 출력으로부터 상관 피크를 검출하여 제2 타이밍 에러를 검출하는 타이밍 에러 검출기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 데이터 세그먼트 동기 신호는 송/수신측에서 알고 있는 데이터 세그먼트 동기 패턴을 제로 패딩하여 2배의 심벌 주파수(fs) 샘플로 만든 후, VSB 상승 코사인 필터를 통과시켜 생성하는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호가 고정 주파수에 의해 샘플링되어 생성된 경우, 상기 NCO에서 출력되는 샘플링 클럭으로 상기 디지털 신호를 보정하여 출력하는 리샘플러가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 장치.
  9. 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호로부터 제1 타이밍 에러를 검출하는 제1 타이밍 에러 검출 단계;
    반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호 내 데이터 세그먼트 동기 패턴 으로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 제2 타이밍 에러 검출 단계;
    상기 제1,제2 타이밍 에러 중 하나를 선택하거나 둘을 결합하여 출력하는 에러 결합 단계; 및
    상기 에러 결합 단계에서 출력되는 타이밍 에러의 저대역 성분에 비례하는 샘플링 클럭을 생성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 타이밍 에러 검출 단계는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호를 입력받아 양측대역을 필터링하는 단계;
    상기 필터링 단계의 출력에 대해 콘쥬게이트 곱셈을 수행하여 반송파에 의한 영향을 제거하는 단계;
    상기 곱셈 단계의 출력으로부터 지터를 제거한 후 제로 크로싱을 통해 타이밍 에러를 검출하는 단계; 및
    상기 타이밍 에러 검출 단계에서 검출된 타이밍 에러의 저대역 성분에 비례하는 샘플링 클럭을 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 곱셈 단계의 출력으로부터 DC 및 데이터에 의한 지터를 제거하여 상기 타이밍 에러 검출 단계로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 타이밍 에러 검출 단계는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링 및 잔류 반송파 위상 옵셋을 보정한 후 보정된 신호 내 데이터 세그먼트 동기 신호로부터 제2 타이밍 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 타이밍 에러 검출 단계는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링하고 필터링된 신호와 기준 데이터 세그먼트 동기 신호와의 상관 필터링을 수행하여 제2 타이밍 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 타이밍 에러 검출 단계는
    상기 반송파 주파수 성분만이 복구된 디지털 신호에 대해 정합 필터링하는 단계;
    상기 정합 필터링된 신호와 기준 데이터 세그먼트 동기 신호와의 상관 필터링을 수행하는 단계;
    상기 단계의 출력에 대해 콘쥬게이트 곱셈을 수행하여 반송파에 의한 영향을 제거하는 단계; 및
    상기 단계의 출력으로부터 상관 피크를 검출하여 제2 타이밍 에러를 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이밍 복원 방법.
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