KR100743444B1 - 디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법, 및 수신기 - Google Patents

디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법, 및 수신기 Download PDF

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알란 씨. 엘. 예오
한 엘. 피. 탄
요하네스 하. 아. 브레켈만스
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

디지털 신호(MPEG2-TS)를 위한 수신기를 튜닝하는 방법에서, 입력 신호(RF-in)는 프로세싱된 신호를 얻기 위해서 필터링(In-filt, Band filt)되고, 디지털 성능 지수(digital figure of merit)(BER)가 프로세싱된 신호로부터 (Mix/Osc/IF amp, IF-downconv-2, C)결정되고, 필터링 단계(In-filt, Band filt)는 디지털 성능 지수(BER)에 따라서 미세-조정(μP, PLL, DAC1-DAC3)된다.

Description

디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법, 및 수신기{A METHOD OF TUNING A RECEIVER FOR A DIGITAL SIGNAL, AND A RECEIVER}
본 발명은 MPEG2 전송 스트림(transport stream)과 같은 디지털 신호를 튜닝하는 방법 및 디지털 신호용 수신기에 관한 것이다.
1986년 8월 소비자 전자에 관한 IEEE 회보(transaction)의 제 CE-32, 3호 302-305 페이지에 게재된 저드 엠. 메이어(Gerd M. Maier)의 "TV-튜너의 완전 자동 자체 조정(fully automatic self alignment)"이라는 기사는 발진기, PLL시스템, 3x6 비트 D/A 변환기(converter), 혼합기(mixer) 및 샘플링 및 유지 회로(sample and hold circuit)로 구성되는 동적 조정 시스템을 개시한다. 조정 프로세스는 원하는 TV 채널을 선택함으로써 시작된다. 튜너 발진기를 정확한 주파수로 세팅하는 PLL 데이터는 계산될 것이고 PLL 데이터는 저장될 것이다. RF 필터 조정은 다음과 같이 수행된다. 입력 트랜지스터 스테이지(stage)는 RF 2-폴(pole) 필터로부터 모든 안테나 신호를 차단하기 위해서 약 1V의 AGC 전압을 수신한다. 제 2차 필터는 1 또는 30V로 세팅될 것이고, 제 1차 필터는 초기화되고, 조정 서부루틴(subroutine)은 활성화된다. 제 1차 필터를 최대로 조정하고 나면, 1V 또는 30V로 세팅될 것이다. 그 후에 제 2차 필터가 초기화되고, 다시 조정 서브루틴은 활성화된다. 이런 과정이 끝난 후, 제 1차 필터는 적당한 튜닝 전압 값으로 세팅될 것이다. PLL은 화 상과 소리 반송파 주파수 사이에 5.5MHz의 차이가 존재하는, 독일 TV 표준의 경우에 PLL+2.75MHz로 세팅된다. AGC는 입력 스테이지에서 (제어되지 않은) 최대 이득을 허용하도록 7V에 도달한다. 안테나 필터는 초기화 되고 다시 조정 루틴이 시작된다; 이런 실행이 완료된 후에 PLL은 원하는 TV 채널을 위한 정확한 발진기 주파수인 PLL-2.75MHz에 도달한다. 조정은 완료되고 TV 세트는 수신 모드로 되돌아온다.
모든 채널 변화는, 하나의 필터가 조정될 때 다른 필터들이 기준 상태에 놓여지도록 튜너의 전체적인 재조정을 야기한다. 프로토타입(prototype)의 분석은 전체 조정 절차가 비교적 긴 300ms 내에 완료된다는 것을 보여준다. 디지털 수신기에서는 단지 RF 수신기 블록보다 잠겨지는 루프가 더 많고, 이 블록이 채널 스위칭 시간에 주되게 기여한다는 것을 고려하면, 튜너에 대해 정해진 현재의 150ms마저도 너무 느릴 수 있다. 추가로, 튜너 조정 시퀀스는 안테나 입력에 도달하는 신호의 응답을 고려하지 않은 것 같은데, 그 신호는 보통 균일하지 않을 수 있다. 이런 종래 기술의 해결책은 또한 제 1차 및 제 2차 튜너 회로의 조정을 위해 필요한 추가적인 혼합기 블록을 요한다.
단일 변환 튜너는 들어오는 신호를 중간 주파수로 변환하기 전에 원치 않는 신호를 억제하기 위해서 추적(tracking) 필터들의 세트를 사용한다. 필터의 적용범위(range of coverage), 넓은 범위의 임피던스와 주파수에 따라서 변화하는 Q 값 때문에, 재료와 프로세스라는 관점에서 볼 때 엄청난 비용 증가를 일으키지 않으면서 일정한 주파수 응답을 유지하기는 어렵다.
유럽 특허 EP-A-0,176,144는 자동 라디오 주파수 공진회로와 조정 회로를 포함하는 텔레비전 수신기를 개시한다. 수신기의 판독 주파수 입력으로 공급된 2개의 반송파가 사용되고 2개의 반송파의 진폭의 곱(product)은 라디오 주파수 공진회로의 출력에 연결된 검출회로에 의해서 형성된다. 공진회로의 조절 세팅(adjustment setting)은 이런 곱의 최대 값으로 달성되며, 이에 따라 간단한 방법으로 아날로그 신호를 위한 정확한 조절을 제공한다.
본 발명의 목적은 특히 디지털 신호에 사용하기 위한 개선된 튜너 필터 조정을 제공하는 것이다. 이를 위해서, 본 발명은 독립 항에 기재된 바와 같이 디지털 신호를 위한 튜닝 방법과 수신기를 제공한다. 바람직한 실시예는 종속항에 기재되어 있다.
본 발명의 제 1 양상(aspect)에 따라 디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법에서, 입력 신호는 프로세싱된 신호를 얻기 위해서 필터링되고, 디지털 디지털 성능 지수(digital figure of merit)는 프로세싱된 신호로부터 결정되고, 필터링 단계(filtering step)는 디지털 디지털 성능 지수에 따라서 미세하게 조절된다. 디지털 성능 지수는 비트 에러율(bit error rate)일 수 있다. 바람직하게는, 디지털 성능 지수는 1999년 3월 31일{대리인 관리번호(Attorneys' docket) PHA 23.641} 출원된 사전 공개되지 않은 미국 특허출원 제 09/282,322호에 따라 생성된 신호 품질 표시 신호(signal quality indicator signal)이다.
비트 에러 율의 사용은 완전히 다른 종류의 회로로부터 상기와 같이 알려져 있다는 것을 주목해야한다. US-A-4,639,682는 위상 시프트 키잉 신호(phase shift keying signal)를 위한 반송파 재생성 회로를 개시했다. 주파수 변환기는 PSK 신호의 주파수를 재생성될 수 있는 반송파의 주파수로 변환시킨다. 반송파 재생성 회로는 반송파를 재생성하는 PLL 회로를 포함한다. 재생성된 반송파에서 의도된 데이터는 복조된다. 주파수 정정 데이터 생성기는 복조된 데이터의 비트-에러율에 따라서 정정 데이터를 생성하고, PLL 회로의 전압 제어 발진기(VCO)에 대한 제어 전압 위에 정정 데이터를 중첩시킨다.
US-A-5,065,107은 억압 반송파 신호(suppressed carrier signal)를 위한 위상 동기 루프(phase locked loop) 대역폭 스위칭 복조기를 개시한다. 가변 주파수 발진기는 중간 주파수에 대응하는 주파수에서 발진하기 위한 제어 신호에 응답한다. 주파수 차이 검출기(frequency difference detector)는 입력 신호의 주파수와 중간 주파수 사이의 주파수 차이를 표시하는 출력신호를 생성한다. 피드백 루프 네트워크는 협-대역(narrow-band) 경로와 광-대역(wide-band) 경로를 갖고 제어 신호를 생성하고 경로 중 어느 하나를 통해서 제어 신호를 발진기로 인가하기 위한 검출기 출력신호에 응답하며, 이로써 제어 신호에 응답하여 발진기의 중간 주파수를 변화시킨다. 품질 검출기는 입력 신호의 비트-에러율에 해당하는 신호를 생성하기 위해 검출기 출력 신호에 응답한다. 비트-에러율 신호가 미리 결정된 임계값(threshold) 이하일 때는 협-대역 경로를 통해서 제어 신호가 통과되게 하고, 비트-에러율 신호가 미리 결정된 임계값을 초과할 때는 광-대역 경로를 통해서 제어 신호가 통과하도록 선택 수단이 비트-에러율 신호에 응답한다.
본 발명의 이런 양상과 다른 양상은 본 명세서의 뒤에서 기술된 실시예로부터 분명해질 것이고, 실시예를 참고하여 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 튜너의 실시예를 도시하는 도면.
본 발명은 튜너의 RF 응답의 동적인 미세 튜닝(dynamic fine tuning)이 단일 변환 튜너의 위에서 언급된 제한점을 극복할 수 있고, 실제로 송신 네트워크에서의 일그러짐(distortion)을 보상할 수 있다는 인식이 기초한다. 와이어(wire)가 감긴 공심 코일(air coil)을 수동으로 조절함으로써, 대체로 통상적인 방법으로 조정되는 튜너가 요구된다. 이 수동 조정은 바로 약 80%까지 성능을 달성하고, 그 다음에 미세-조정이 나머지 20%의 성능을 달성할 수 있도록 한다. RF 응답의 80% 성능 레벨은 디지털 수신기가 락(lock)되고 동기화가 일어나는데 충분할 수 있다. 그 다음에 튜너 조정(tuner adjust) 개선은 디지털 성능 지수(예를 들면, 비트 에러율)가 최상의 값에 도달할 때까지 RF 회로를 개별적으로 튜닝하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 튜너의 실시예를 도시한다. RF 입력 신호(RF-in)(55 내지 801 MHz)는 입력 필터(In-filt)에 인가된다. RF의 출력신호는 전치 증폭기(Pre-amp)를 통해서 이중으로 튜닝된 대역 필터(Band-filt)에 인가된다. 이중 튜닝된 대역 필터의 출력 신호는, 예를 들면 45.75MHz에서 IF 출력신호(IF-out)를 공급하는 튜너 혼합기 스테이지를 형성하는 혼합기/발진기/IF 증폭기 회로(Mix/osc/IF amp)에 인가된다. 혼합기/발진기/IF 증폭기 회로(Mix/Osc/IF amp) 의 또 따른 출력은 다수의 튜닝 전압 출력을 갖는 PLL IC의 입력에 인가된다. PLL 회로는, 튜너 로컬 발진기를 형성하고 혼합기/발진기/IF 증폭기 회로(Mix/Osc/IF amp)에 연결된 출력을 가지는 입력 필터, 이중 튜닝된 대역 필터 및 발진기 탱크회로(Osc-tank)를 제어한다. 코일은 공장 조정을 위해 사용된다. 코일은 원하는 응답이 얻어질 때까지{스틱(stick)으로 밀려서} 열리거나 닫혀진다.
IF 출력신호(IF-out)는, SAW 필터(SAW-filt)를 통해서 제 2 IF 다운-변환기(IF-downconv-2)에 인가된다. 제 2 IF 다운-변환기(IF-downconv-2)의 출력은 예를 들면, MPEG-2 전송 스트림(MPEG2 TS)을 공급하는 디지털 복조기(Dig-dem)에 결합/연결된다. 디지털 복조기(Dig-dem)는 균등화기(equalizer)를 포함한다.
디지털 복조기(Dig-dem)에서 이용 가능하고, 1999년 3월 31에 출원되었으며, 사전 공개되지 않은 미국 특허 출원번호 제 09/282,322호, 대리인 관리번호 PHA 23.641에 따라 생성된 비트 에러율(BER) 또는 바람직하게는 신호 품질 표시 신호와 같은 에러 정보는, 컨디셔닝 블록(conditioning block)(C)에서 선택적인 컨디셔닝을 한 후에 마이크로-세서(μp)에 인가된다. 마이크로-프로세서(μp)는 아래에 기재된 알고리즘에 따라 PLL IC에 포함된 3개의 D/A 변환기(DAC1, DAC2 및 DAC3)를 제어한다.
바람직한 미세-튜닝 알고리즘은 다음 단계(step)들을 포함한다:
1. 새로운 채널로 변경한다. 락이 없다면, 에러 신호를 발생시킨다. 락이 있다면, 다음 단계로 간다.
2. 입력 필터를 조정하는 DAC1을 미세-튜닝한다.
3. 이중 튜닝된 대역 필터의 제 1필터를 제어하는 DAC2를 미세-튜닝한다.
4. 이중 튜닝된 대역 필터의 제 2필터를 제어하는 DAC3를 미세-튜닝한다. 미세-튜닝 동작 2 내지 4 각각은 다음 단계를 포함한다:
a. DAC 오프셋(off-set)을 증가시킨다. 만약 이것이 비트 에러율을 감소시키면, 이 단계(a)를 반복한다.
b. DAC 오프셋(off-set)을 감소시킨다. 만약 이것이 비트 에러율을 감소시키면, 이 단계(b)를 반복한다.
c. DAC 오프셋(off-set)을 증가시킨다.
그래서, 채널 변화가 유발될 때, 튜너는 (필요하다면) 대역을 변화시키고 발진기를 정확한 발진 주파수로 튜닝하기 위해 IC간 버스(I2C)를 통해서 표준 명령을 수신한다. 이 때, 정해진 RF 응답 균일성 및/또는 의사-에러가 없는 상태(quasi-error-free)(QEF)를 위한 비트 에러율 임계값에 아직 이르지 못했다 하더라도 화상이 이용 가능하다.
튜너의 제 1 및 제 2회로를 지금 그대로 유지하면, 입력 필터의 중심 주파수는 DAC1상의 오프셋에 의해 변화된다. 이것은 먼저 양의 방향으로 이동한다. 양의 오프셋이 결과적으로 비트 에러-율의 개선(감소)으로 귀착된다고 가정하면, 이것은 비트-에러 율이 변곡점(inflection){최소(minimum)}에 도달할 때까지 계속된다. 만약 오프셋의 증가가 결과적으로 비트-에러 율을 악화시키면, 변곡점이 발견될 때까 지 오프셋을 감소시키기 위한 제어가 시작된다. 변곡점을 찾아내려면 최적의 세팅에서 벗어날 필요가 있기 때문에, 마지막 단계는 분기(branch)하여 주된 루틴(routine)으로 되돌아가기 전에 양의 오프셋이 되어야 한다.
튜너의 이중-튜닝된 대역-필터(Band-filt)의 제 1 및 제 2 밴드패스 회로에 연결된 DAC2 및 DAC3 각각에 대해서도 동일하게 반복된다.
실행(exercise) 끝에, 튜너의 조정은 최상이 된다. 송신 시스템의 특성이 주어진다면, 간섭(interference) 또는 신호의 손상(impairment)이 없거나, 바라지 않는 간섭 신호의 최대 제거가 보통 하나 이상의 채널이 떨어져서, 평평하지 않은 RF 반응 곡선에서 얻어지는 경우에 주파수 응답이 사실상 가장 균일할 것으로 가정된다.
고려할 것 중 하나는 DAC들에 의해서 취해진 오프셋 변화 단계가 응답에서 과도한 변화를 야기할 만큼 너무 커서는 안된다는 것이다. 최악의 경우, 동기화가 상실된다. 최적의 미세 조정은 서로 다른 주파수 지점에서 가변 오프셋 사이즈로 얻어질 수 있다.
이런 바람직한 실시예에서, 필터들은 연속적으로 조정된다. 제 1 필터가 조정될 때, 제 2 및 제 3 필터는 공장에서 사전-조정된 상태(in the factory pre-aligned state)에 있다. 제 2 필터가 조정될 때, 제 1필터는 미세-조정 상태인 반면, 제 3필터는 공장에서 사전-조정된 상태에 있다. 제 3 필터가 조정될 때, 제 1 및 제 2 필터는 미세-조정 상태에 있다.
바람직하게, 사전-조정은 디바이스(device)의 입력부에 스위핑된(swept) 신 호를 인가하고 출력을 검출함으로써 "공장에서" 실행한다. (3세트의 필터 응답의 중첩이고, 어떤 경우에는 추가적인 IF 필터의 중첩인) 이 출력은 DAC 오프셋 전압을 0에 설정된 상태에서 와이어가 감긴 공심 코일을 밀고 당김으로써, 수동으로 튜닝된다. 이 절차는 사실상 오늘날 제조되는 표준 튜너에서 실행되는 것과 동일한 것이다. 사전-조정된 튜너는 신호의 신속한 획득을 지원하는데, 이것은 TV 응용에서 고려할 중요한 점이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 다수의 DAC를 갖는 PLL IC를 이용하는 튜너를 갖는 수신기 블록에 의해서 형성된다. 이것은 튜너에 있는 각각의 튜닝된 회로들이 독립적으로 튜닝되게 한다. 수신기 체인(chain)의 에러 신호 다운스트림(downstream)을 모니터링함으로써, 개별 튜닝 전압은 최상의 신호 품질을 위해 최적의 조정에 도달하도록 조정(manipulate)될 수 있다.
아날로그 TV 시스템의 경우, 직접적인 링크(direct link)는 채널 (튜너) 틸트(tilt)와 비디오 응답 사이에 존재한다. 그러나, 임의의 디지털 변조 스킴(scheme)에 대해서는 그렇지 않다. 틸트는 수신기 마진(margin)의 손실에서 변형되는(translate)데, 예를 들면 그 중의 하나가 감도(sensitivity)이다. 디지털 지상(terrestrial) 수신기의 입력에 도달하는 다중-경로 RF 신호의 분광 분양(spectral shape)을 보게되면, 디지털 복조기{균등화기(equalizer)}에 의해 정정할 수 있는 것을 훨씬 넘어선 심한 일그러짐을 발견할 것이다. 그래서, 최대로 평평하게 되도록 RF 응답을 미세하게 튜닝하는 것보다, 본 발명은 일부러 튜너의 RF 응답을 일그러지게 함으로써, 수신하는 상태를 개선할 수 있는 능력을 제공한다. 이러한(선형) 일그러짐은 튜너 혼합기 스테이지(stage)와 IF SAW 드라이버(driver)에서 더 바람직한 신호 상태를 생성하는 목적을 수행한다. 그러나 이것은 체인에서 균등화기와 연계된 경우에만 계속해서 더 작동될 수 있으며, 이 균등화기는 다시 원하는 신호의 일그러짐을 제거한다. 예를 들면, N-2 간섭 상태가 있다. RF 응답 곡선 전체를 로컬 발진기 가까이로 이동시킴으로써(일렬로 모든 RF 회로를 이동), (아마도 상당한) 양의 추가적인 선택 감도를 얻을 수 있다. 금기시되는 임의의 다른 채널에 대해서도 동일하며, 이 채널의 거부는 RF 선택 감도에 의존한다. 표준 튜너와의 본질적인 차이는, 표준 튜너는 균일한 RF 응답과 구성요소의 허용오차(tolerance){베리캡(varicaps)} 그리고 조정의 부정확에 대한 필요에 의해 발생하는 도달 가능한 선택 감도에 제한이 있다는 것이다. 동적으로 최적화된 RF 응답은 훨씬 비싸게 튜너를 만들지 않고도 전체적인 결과를 좋게 한다. 그래서, 신호 상태에 따라서, 가장 최적화된 응답은 우리가 친숙한 것(즉, 평평한 대칭형 응답)과 동일하지 않을 수 있으며, 대신 원하는 신호를 제공하고 어떤 강한 간섭도 차단할 수 있는 편향된 곡선일 수 있다.
위에서 언급된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 예시하고, 당업자가 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있을 것이라는 것이 주지되어야 한다. 청구항에서, 괄호 사이에 놓인 임의의 참조 번호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "포함한다(comprising)"는 단어는 청구항에 기재되어 있는 것과 다른 구성요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 단수 요소는 복수의 그런 구성요소의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇 가지 별개의 구성 요소를 포함하는 하드웨어 및 적절하게 프로그램된 컴퓨터에 의해서 구현될 수 있다. 몇 가지 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 몇 가지 수단은 하나 그리고 하드웨어의 동일한 아이템에 의해서 구체화될 수 있다. 어떤 수단들은 상호 서로 다른 독립 종속항에서 인용된다는 단순한 사실이 이런 수단들의 결합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 MPEG2 전송 스트림과 같은 디지털 신호를 위한 튜닝 및 디지털 신호용 수신기 등에 유용하게 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 디지털 신호(MPEG2-TS)를 위한 수신기를 튜닝하는 방법으로서,
    프로세싱된 신호를 얻기 위해 입력 신호(RF-in)를 필터링하는 단계{입력-필터, 대역-필터(In-filt, Band filt)}와,
    상기 프로세싱된 신호로부터 디지털 성능 지수(digital figure of merit)를 결정하는 단계(Mix/Osc/IF amp, IF-downconv-2, Dig-dem, C)와,
    상기 디지털 성능 지수에 따라서 필터링 단계(In-filt, Band filt)를 미세-조정하는 단계(μp, PLL, DAC1 - DAC3)를
    포함하는, 디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 디지털 성능 지수는 비트 에러율(bit error rate)인, 디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 필터링하는 단계(In-filt, Band filt)는 제어 신호에 의해 제어되는 적어도 하나의 부분적인 필터링 단계를 포함하며,
    상기 미세-조정 단계(μp, PLL, DAC1 - DAC3)는 상기 디지털 성능 지수를 최적화하기 위하여 상기 제어 신호를 조정하는 단계를 포함하는,
    디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 필터링 단계(In-filt, Band filt)는 적어도 제 1 및 제 2 제어 신호 각각에 의해서 제어되는 적어도 2개의 부분적인 필터링 단계를 포함하며,
    상기 미세-조정 단계(μp, PLL, DAC1 - DAC3)는 조절된 제 1 제어 신호 값을 얻기 위해 상기 디지털 성능 지수를 최적화할 수 있도록 상기 제 1 제어 신호를 조절하는 단계와, 상기 제 1 제어 신호가 상기 조절된 제 1 제어 신호값에서 유지되게 하면서, 상기 디지털 성능 지수를 최적화할 수 있도록 상기 제 2 제어 신호를 조절하는 단계를 포함하는,
    디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 필터링 단계(In-filt, Band filt)는 공장의 사전-조정된 회로를 사용하는, 디지털 신호를 위한 수신기를 튜닝하는 방법.
  6. 프로세싱된 신호를 얻기 위해서 입력 신호(RF-in)를 필터링하는 수단(In-filt, Band filt)과,
    상기 프로세싱된 신호로부터 디지털 성능 지수를 결정하기 위한 수단(Mix/Osc/IF amp, IF-downconv-2, Dig-dem, C)과,
    상기 디지털 성능 지수에 따라서 상기 필터링 수단(In-filt, Band filt)을 미세-조정하는 수단(μP, PLL, DAC1 - DAC3)을 포함하는,
    디지털 신호(MPEG2-TS)를 위한 수신기.
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