KR100744511B1 - Carrier recovery apparatus and its method in digital broadcasting receiver - Google Patents
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Abstract
본 발명은 VSB 방식으로 변조되어 전송된 신호를 수신하여 복조하는 디지털 방송 수신기에서의 반송파 복원 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 기저대역 복소 신호에 포함된 파일롯 신호를 특정 주파수로 주파수 변조함으로써, 위상 에러의 정규화 적용이 용이하여, 파일롯 신호가 심하게 감쇄하였을 경우에도 반송파 주파수 및 위상의 포착 및 추적이 가능하다. 그리고 반송파 잔류 위상 에러 보정 과정은 심벌 타이밍 복원을 전제로 함으로써, 양측단으로부터 위상 에러의 검출이 가능하기 때문에 파일롯이 완전히 감쇄된 경우라 하더라도 반송파 주파수 및 위상의 포착이 가능하다.The present invention relates to a carrier recovery apparatus and method in a digital broadcast receiver for receiving and demodulating a signal transmitted by being modulated in a VSB scheme. In particular, the present invention frequency modulation of the pilot signal included in the baseband complex signal to a specific frequency, so that the normalization of the phase error can be easily applied, and the carrier frequency and phase can be captured and tracked even when the pilot signal is severely attenuated. Since the carrier residual phase error correction process is based on the symbol timing recovery, the phase error can be detected from both ends, so that the carrier frequency and phase can be captured even when the pilot is completely attenuated.
Fine PLL, 반송파 잔류 위상 Fine PLL, Carrier Residual Phase
Description
도 1은 일반적인 디지털 방송 수신기의 구성 블록도1 is a block diagram of a general digital broadcast receiver
도 2는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 구성 블록도2 is a block diagram illustrating a digital broadcast receiver according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 반송파 복원 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도3 is a block diagram showing an embodiment of a carrier recovery apparatus according to the present invention;
도 4의 (a),(b)는 도 3의 곱셈기, 전치 필터, 이득 제어부 및 각 단계별 주파수 응답의 예를 보인 도면4A and 4B show examples of the multiplier, the prefilter, the gain control unit, and the frequency response of each step in FIG.
도 5는 본 발명에 따른 이득 정규화부의 일 실시예를 보인 상세 블록도5 is a detailed block diagram illustrating an embodiment of a gain normalization unit according to the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
200 : VSB 복조부 201 : CFLL부200: VSB demodulation section 201: CFLL section
202 : 통과대역 심벌 타이밍 복원부202: passband symbol timing recovery unit
203 : Fine PLL부 301 : 복소 곱셈기203: Fine PLL section 301: complex multiplier
302 : 변조기 303 : 전치 필터302
304 : 이득 제어부 305 : 위상 에러 검출부304: gain control unit 305: phase error detection unit
306 : 루프 필터 307 : NCO306
308 : 룩업 테이블308: Lookup Table
본 발명은 디지털 방송 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VSB 방식으로 변조되어 전송된 신호를 수신하여 복조하는 디지털 방송 수신기에서의 반송파 복원 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a digital broadcast receiver, and more particularly, to a carrier recovery apparatus and method in a digital broadcast receiver for receiving and demodulating a signal transmitted after being modulated in a VSB scheme.
일반적으로 그랜드 얼라이언스(Grand Alliance)가 제안하고 미국 및 국내에서 SDTV/HDTV 지상파 전송 규격으로 채택된 ATSC A/53 디지털 텔레비전 규격은 19.4MHz 속도의 페이로드(payload) 데이터를 6MHz의 채널에 8VSB(8-level Vestigial SideBand)로 변조하여 전송하는 것을 근간으로 한다. 상기 VSB 방식은 신호를 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. In general, the ATSC A / 53 digital television standard, proposed by the Grand Alliance and adopted as the SDTV / HDTV terrestrial transmission standard in the United States and Korea, delivers payload data at 19.4 MHz over 8VSB (8 MHz) on 6 MHz channels. -level Vestigial SideBand) modulates and transmits. The VSB method modulates only the remaining part when one sideband signal of the two sidebands generated up and down about a carrier is greatly attenuated when the signal is amplitude modulated. In other words, it takes one side waveband spectrum of the baseband and transfers it to the passband to transmit the band.
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 복원을 용이하게 하기 위해 작은 크기의 파일롯 신호를 실어서 공중으로 날려보내게 된다. In this case, when the DC spectrum of the base band is shifted to the pass band during the VSB modulation, it is converted into the tone spectrum, and this signal is often called a pilot signal. In other words, when VSB modulation is performed in a broadcasting station, a small size pilot signal is sent to the air to facilitate carrier recovery in a receiver.
그리고 상기 규격에 의하면 데이터 프레임은 2개의 필드로 구성되어 있으며, 각 필드는 313 세그먼트로 구성된다. 상기 313 세그먼트는 다시 한 개의 2-레벨 필드동기(Field Sync) 세그먼트와 312개의 데이터 세그먼트로 구성된다. 각 데이터 세그먼트의 처음 4 심벌은 2-레벨 데이터 세그먼트 동기(Data Segment Sync) 패턴으로 구성된다.According to the above specification, the data frame is composed of two fields, and each field is composed of 313 segments. The 313 segment again consists of a two-level field sync segment and 312 data segments. The first four symbols of each data segment consist of a two-level Data Segment Sync pattern.
도 1은 이러한 VSB 신호를 수신하여 복원하는 디지털 방송 수신기의 일반적인 구성 블록도이다. 1 is a general block diagram of a digital broadcast receiver for receiving and restoring such a VSB signal.
먼저 안테나(101)로 입력되는 공중파 신호는 튜너(102)에서 중간 주파수(Intermediate Frequency ; IF)의 통과 대역(PassBand) 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 구성된다. First, the airwave signal input to the
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. The A /
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. The
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. The
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. The symbol
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(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.The output of the symbol
상기 위상 추적부(Phase Tracker, 109)는 상기 반송파 복원부(106)에서 완전하게 제거하지 못한 반송파의 잔류 위상을 보정하여 FEC부(Forward Error Correction, 110)로 출력한다. The
상기 FEC부(110)는 위상 보정된 신호의 에러를 정정하여 A/V 신호 처리부(111)로 출력한다. 즉, 방송국과 같은 송신단에서 시스템에 적절한 기법을 선택하여 송신신호를 채널 부호화(encoding)하여 송신하며, 디지털 방송 수신기와 같은 수신단에서는 이를 복호화(decoding)하여 채널을 통과하면서 생긴 에러를 보정하게 된다. 이와 같은 복호화 과정을 수행하는 블록이 FEC부(110)이다. The
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. The A / V
그러나 상기된 도 1과 같은 디지털 방송 수신기 구조를 사용하는 경우, 다음과 같은 문제점이 있다.However, when using the digital broadcast receiver structure as shown in FIG. 1, there are the following problems.
첫째, 반송파 복원부(106)가 하나의 루프 필터 대역폭으로 포착(acquisition)과 추적(tracking)을 모두 감당해야 하는 부담이 있다. 즉 상기 반송파 복원부(106)의 포착 성능과 추적 성능은 항상 루프필터 파라미터(parameter)들의 절충을 통해서 얻어지게 되는데, 각각의 대해서 어느 정도의 성능 열하는 감수해야 한다. 이러한 문제에 대한 부분적인 대안으로 포착 모드와 추적 모드에 서로 다른 루프필터 파라미터들을 적용하는 방법을 사용하기도 하는데, 이는 종종 시스템의 불안정성의 원인이 되기도 한다. First, there is a burden that the
둘째, 타이밍 복원부(107)의 성능이 반송파 복원부(106)의 성능에 의존하게 된다. 특히, 종래의 구조에서 사용하는 반송파 복구 알고리즘인 FPLL(Frequency & Phase Locked Loop)의 경우, VSB 스펙트럼의 파일롯 신호를 사용하는데, long ghost가 인가되었을 때 데이터 패턴에 의한 영향으로 지터(jitter)가 심해지게 된다. 이는 심벌 타이밍 복원부(107)의 성능을 떨어뜨리게 되고, 결국 전체 시스템의 성능 열화로 귀결된다. Second, the performance of the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 파일롯 신호가 감쇄되었을 경우에 정확하게 반송파를 복원할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of accurately recovering a carrier when a pilot signal is attenuated.
본 발명의 다른 목적은 Long ghost에 의해 파일롯 신호가 심하게 감쇄되었을 경우에도 정확하게 반송파를 복원할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of accurately recovering a carrier even when a pilot signal is severely attenuated by a long ghost.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 반송파 복원 장치는, 반송파 주파수 성분 및 심볼 타이밍 복원이 이루어진 디지털 통과대역 신호를 입력받아 기저대역으로 천이하는 복소 곱셈기; 상기 복소 곱셈기의 출력을 주파수 변조한 후 적어도 파일롯 신호가 존재하는 측대역을 필터링하는 전치 필터링부; 상기 전치 필터링부에서 필터링된 신호의 이득을 조절한 후 반송파 잔류 위상 에러를 검출하는 위상 에러 검출부; 및 상기 반송파 잔류 위상 에러의 저대역 성분에 해당하는 복소 정현파를 생성하여 상기 복소 곱셈기로 피드백하는 주파수 발생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a carrier recovery apparatus of a digital broadcasting receiver according to the present invention comprises: a complex multiplier for receiving a digital passband signal in which carrier frequency components and symbol timing recovery are received and transitioning to a baseband; A pre-filter for frequency-modulating the output of the complex multiplier and filtering at least side bands in which a pilot signal exists; A phase error detector for detecting a carrier residual phase error after adjusting a gain of the signal filtered by the prefilter; And a frequency generator for generating a complex sine wave corresponding to the low band component of the carrier residual phase error and feeding it back to the complex multiplier.
상기 전치 필터링부는 상기 복소 곱셈기에서 출력되는 기저대역 복소 신호를 중심 주파수가 (fs는 심벌 주파수)인 복소 정현파로 주파수 변조한 후 측대역을 필터링하는 것을 특징으로 한다. The pre-filter is a center frequency of the baseband complex signal output from the complex multiplier (fs is a symbol frequency) and the frequency band modulated with a complex sine wave, characterized in that the sideband filtering.
상기 위상 에러 검출부 전단에 입력 신호에 대해 복소 이득 정규화를 수행하는 이득 정규화부가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다. A gain normalizer for performing complex gain normalization on the input signal may be further included in front of the phase error detector.
상기 이득 정규화부는 입력되는 실수 신호와 허수 신호를 각각 제곱하여 더 하고 이 덧셈 결과에 루트를 취하여 상수 1로 나누는 연산부; 입력되는 실수 신호를 상기 연산부의 처리 시간만큼 지연시키는 지연기; 및 상기 지연기에서 지연된 실수 신호에 상기 연산부의 출력을 곱하여 상기 위상 에러 검출부로 출력하는 곱셈기로 구성되는 것을 특징으로 한다. The gain normalization unit squares an input real signal and an imaginary signal, adds them, and takes a root of the addition result and divides the result by a constant 1; A delayer for delaying an input real signal by a processing time of the operation unit; And a multiplier configured to multiply the real signal delayed by the delay unit to the output of the operation unit and output the multiplier to the phase error detector.
본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 반송파 복원 방법은, In the carrier recovery method of the digital broadcast receiver according to the present invention,
(a) 반송파 주파수 성분 및 심볼 타이밍 복원이 이루어진 디지털 통과대역 신호를 입력받아 기저대역으로 천이하는 단계;(a) receiving a digital passband signal having a carrier frequency component and symbol timing recovery and transitioning to a baseband;
(b) 상기 (a) 단계의 기저대역 복소 신호를 주파수 변조한 후 파일롯 신호가 존재하는 측대역을 필터링하는 단계;(b) frequency modulating the baseband complex signal of step (a) and then filtering the sideband where the pilot signal is present;
(c) 상기 (b) 단계에서 필터링된 신호의 이득을 조절한 후 반송파 잔류 위상 에러를 검출하는 단계; 및 (c) detecting a carrier residual phase error after adjusting the gain of the signal filtered in step (b); And
(d) 상기 (c) 단계에서 검출한 반송파 잔류 위상 에러의 저대역 성분에 해당하는 복소 정현파를 생성한 후 기저대역 천이를 위해 상기 (a) 단계로 피드백하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. (d) generating a complex sine wave corresponding to the low band component of the carrier residual phase error detected in step (c), and then feeding back to step (a) for baseband transitions. .
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
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 않 는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described. At this time, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described as at least one embodiment, by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation is not limited. .
그리고 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The same components as in the related art are denoted by the same names and the same reference numerals for convenience of description, and detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 개략도로서, 본 출원인에 의해 기 출원된 바 있다(국내출원번호:P04-77817호, 출원일:2004.09.30).2 is a schematic diagram of a digital broadcast receiver according to the present invention, which has been previously filed by the present applicant (Domestic Application No .: P04-77817, filing date: September 30, 2004).
도 2는 심한 페이딩 채널 하에서도 반송파 복원 블록이 심벌 타이밍 복원 블록에 영향을 주지 않도록 하여 디지털 방송 수신기의 성능을 향상시키는 구조이다. 2 is a structure for improving performance of a digital broadcast receiver by preventing a carrier recovery block from affecting a symbol timing recovery block even under a severe fading channel.
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. That is, the analog IF signal having a center frequency of about 6 MHz or 5.38 MHz is digitized by the A /
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 고스트(ghost)가 존재하는 상황 하에서의 반송파 위상 포착 및 추적 성능에 최적화된 알고리즘의 적용이 가능하다. 따라서, 전체적으로 디지털 방송 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다.The data passing through the
본 발명은 심벌 타이밍 복원이 선행되었다는 전제 하에 반송파 잔류 위상을 포함한 신호로부터 정확한 반송파 위상의 정보를 추출할 수 있는 반송파 복원 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명의 반송파 복원 장치는 통과대역 심벌 타이밍 복원부의 사용을 전제로 하며, 반송파 위상뿐 아니라, 수십 KHz 정도의 반송파 주파수 옵셋이 있는 상황에서도 견고하게 동작할 수 있다. The present invention relates to a carrier recovery apparatus and method capable of extracting accurate carrier phase information from a signal including a carrier residual phase on the premise that symbol timing recovery is preceded. In particular, the carrier recovery apparatus of the present invention is premised on the use of a passband symbol timing recovery unit, and can be robustly operated even in the presence of carrier frequency offset of about several tens of KHz as well as carrier phase.
도 3은 이러한 본 발명에 따른 반송파 복원 장치의 일 실시예를 나타낸 구성 블록도로서, 도 2의 Fine PLL부의 상세 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating an embodiment of a carrier recovery apparatus according to the present invention, which is a detailed block diagram of the fine PLL unit of FIG. 2.
도 3은 복소 곱셈기(301), 변조기(302), 전치 필터(Pre Filter, 303), 이득 제어부(304), 위상 에러 검출(Phase Error Detection ; PED)부(305), 루프 필터(306), NCO(Numerically Controlled Oscillator, 307), 및 룩업 테이블(308)로 구성된다. 3 illustrates a
즉, CFLL(Coarse Frequency Locked Loop)부(201)와 Pass-band 타이밍 복원부(202)를 거치면서 반송파 주파수 옵셋과 심벌 타이밍 주파수가 보정된 복소 신호는 복소 곱셈기(301)로 입력된다. That is, the complex signal having the carrier frequency offset and the symbol timing frequency corrected through the coarse frequency locked loop (CFLL)
상기 복소 곱셈기(301)는 통과대역 복소 신호를 룩업 테이블(308)에서 출력되는 복소 정현파와 곱하여 기저대역 복소 신호로 변환한 후 변조기(302)로 출력한다. 상기 변조기(302)는 기저대역 복소 신호를 중심주파수 (fs = 10.76MHz, 심벌 주파수)인 복소 정현파로 주파수 변조하여 전치 필터(303)로 출력한다. 상기 전치 필터(303)는 주파수 변조된 신호 중에서 반송파 위상 정보를 포함하고 있는 파일롯 신호만을 추출하여 이득 제어부(304)로 출력함에 의해 패턴 지터(pattern jitter)의 양을 줄인다. The
이때 상기 전치 필터(303)를 통과한 정현파 신호의 세기는 파일롯 신호의 세기에 의존하게 되는데, 고스트에 의해서 파일롯이 심하게 감쇄될 경우, 직접적으로 영향을 받게 된다. 따라서 고스트에 의해서 파일롯 신호가 감쇄할 경우에도 위상 에러를 추출할 수 있도록 하기 위하여 이득 제어부(Gain Control, 304)를 이용한다. 이는 고스트가 존재하는 상황에서도 일정한 포착 및 추적 성능을 유지하는 데에 도움을 준다. In this case, the strength of the sinusoidal signal passing through the
상기 이득 제어부(304)에서 이득이 제어된 정현파는 PED부(305)로 출력되어 위상 에러가 검출된다. 이때 상기 PED부(305)로 입력되는 정현파는 중심 주파수 에 반송파 잔류 주파수 및 위상 옵셋의 정보를 포함하고 있다. 그러므로 상기 PED부(305)는 이러한 특성을 이용하여 간단한 제로 크로싱 검출기(zero-crossing detector)를 사용하여 구현할 수 있다. The sinusoidal wave whose gain is controlled by the
상기 PED부(305)에서 검출된 위상 에러는 루프 필터(Loop Filter, 306)에서 을 저역통과 필터링된다. 상기 루프 필터(306)에서 저역 통과 필터링되어 출력되는 신호는 DC 성분이 되며, 이 DC 신호는 적분기(integrator, 307)에서 일정시간 누적된 후 SIN/COS 룩업 테이블(308)로 입력된다. 상기 SIN/COS 룩업 테이블(308)은 상기 적분기(307)의 출력에 해당하는 복소 정현파를 복소 곱셈기(301)로 출력하여 반송파 잔류 위상을 보정한다. The phase error detected by the
상기 복소 곱셈기(301)를 통하여 반송파 잔류 주파수 및 위상이 완전히 복원된 신호는 DC 제거, 정합 필터링을 거쳐서 채널 등화부(108)로 출력된다. The signal whose carrier residual frequency and phase are completely restored through the
이와 같이 반송파 잔류 주파수 및 위상은 PED부(305)로 입력되는 정현파의 중심주파수가 심벌 클럭 주파수 fs(=10.76MHz)의 1/2이 됨으로써 완전히 복원된다. In this way, the carrier residual frequency and phase are completely restored by the center frequency of the sine wave input to the
도 4의 (a)는 변조기(302), 전치 필터(303), 그리고 이득 제어부(304)를 도시하고, 도 4의 (b)는 (a)의 각 블록을 통과한 각 단계별 주파수 응답 특성을 자세히 도시하고 있다. FIG. 4A illustrates a
예를 들어, 잔류 반송파 주파수 및 위상 옵셋을 Δ라고 하면, 상기 Fine PLL부(203)의 복소 곱셈기(Complex Multiplier, 301)의 출력은 도 4의 (b)의 401과 같은 주파수 응답을 갖는다. 즉, 타이밍 복원부(202)에서 심벌 클럭이 이미 복원되었다면, 파일롯 신호는 도 4의 (b)의 401과 같이 DC로부터 Δ만큼 떨어진 곳에 위치하고 있으며, 스펙트럼의 상단 측대역은 되는 지점에 위치할 것이다. For example, if the residual carrier frequency and the phase offset are Δ, the output of the
이러한 신호를 변조기(302)에서 -fs/2로 주파수 변조하면, 파일롯 신호와 상 단 측대역 신호는 도 4의 (b)의 402의 주파수 응답과 같이 과 Δ인 곳에 각각 위치하게 된다. When this signal is frequency modulated by the
이때 심벌 클럭의 복원을 가정하면, 양측대역 신호가 모두 반송파 주파수 및 위상 옵셋 정보를 가지고 있으나, 본 발명에서는 파일롯 신호를 주로 이용한다. 하지만, 이것은 한 구현 예일 뿐, 상단 측대역을 동시에 또는, 보조적으로 이용할 수도 있다. In this case, assuming that the symbol clock is restored, both sideband signals have carrier frequency and phase offset information, but the pilot signal is mainly used in the present invention. However, this is only one implementation and may use the top sideband simultaneously or auxiliary.
한편 상기 변조기(302)에서 주파수 변조된 파일롯 신호에 포함된 데이터 패턴 지터의 양을 줄이기 위하여 전치 필터(303)에서 파일롯 신호 부근만을 도 4의 (b)의 403 주파수 응답과 같이 전치 필터링(pre-filtering)한다. Meanwhile, in order to reduce the amount of data pattern jitter included in the pilot signal frequency modulated by the
이때 상기 전치 필터(303)는 도 4의 (b)의 주파수 응답(402)에서 점선으로 표시된 바와 같이, 송신단에서 사용한 것과 동일한 롤-오프 인자(roll-off factor)를 갖는 제곱근 상승 코사인(Square-root Raised Cosine ; SRC) 필터를 로 변조하여 사용한다. 상기 전치 필터(303)는 데이터 패턴 지터의 양을 줄이기 위해 유한 임펄스 응답(FIR) SRC 필터를 사용하는 것을 실시예로 한다. In this case, the
본 발명에서 전치 필터(303)로 FIR SRC 필터를 이용하여 측대역을 대칭적으로 필터링 한 것은 하나의 구현 예일 뿐, IIR 타입의 통과 대역 필터를 사용하여도 비슷한 성능을 얻을 수 있다. 그러나, IIR 타입의 경우 반송파 위상 에러에 미세한 양의 DC가 인가되게 되는데 이때, 파일럿 신호가 심하게 감쇄되어 에러의 정보가 아주 작은 경우에는 실제 위상 에러와는 상관없는 이 DC값에 의해서 루프가 영향을 받는 경우가 발생할 수 있다.In the present invention, the symmetrical filtering of the sidebands using the FIR SRC filter as the
상기 전치 필터(303)에서 추출된 파일롯 부근의 정현파는 이득 제어부(304)로 입력되어 이득이 제어된 후 PED부(305)로 출력된다. The sine wave in the vicinity of the pilot extracted by the
이때 본 발명의 반송파 복원 장치는 파일롯 신호와 스펙트럼의 측대역을 이용하기 때문에, 스펙트럼 양측단의 감쇄 정도에 의해 영향을 받는다. 다시 말해서, 채널에 의해서 파일롯 신호나 스펙트럼의 측대역이 감쇄될 경우, PED 입력 정현파의 크기가 감쇄되고 따라서 위상 에러의 크기도 동시에 작아진다. 이러한 경우 반송파 주파수 및 위상 복원 시간이 너무 길어지거나, 심할 경우 복원이 불가능하다. In this case, since the carrier recovery apparatus of the present invention uses the pilot signal and the sideband of the spectrum, it is affected by the degree of attenuation at both ends of the spectrum. In other words, when a pilot signal or spectrum sideband is attenuated by a channel, the magnitude of the PED input sinusoid is attenuated, and thus the magnitude of the phase error is also reduced at the same time. In this case, the carrier frequency and phase recovery time become too long or, in the severe case, recovery is impossible.
따라서 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 도 5와 같은 반송파 에러 이득 정규화부를 제안하며, 일 실시예로 전치 필터(303) 또는 이득 제어부(304)의 출력단에 배치한다. Accordingly, in order to prevent this, the present invention proposes a carrier error gain normalization unit as shown in FIG. 5, and is disposed at an output terminal of the
도 5의 반송파 에러 이득 정규화부는 복소 제곱기(501), 나눗셈기(502), 제1, 제2 지연기(503,504), 및 제1,제2 곱셈기(505,506)로 구성된다. The carrier error gain normalization unit of FIG. 5 includes a complex squarer 501, a
예를 들어, 반송파 에러 이득 정규화부의 복소 입력 신호를 C라고 하면, 상기 반송파 에러 이득 정규화부는 하기의 수학식 1과 같은 이득 정규화를 수행하여 Cnorm을 생성하는데, 이중 실수부 Cnorm,I 만을 PED부(305)로 출력한다. For example, if the complex input signal of the carrier error gain normalization unit is C, the carrier error gain normalization unit generates gain normalization by performing gain normalization as shown in
상기 전치 필터(303)의 복소 출력 신호를 C(=I+jQ)라고 하면, 1/|C|은 복소 제곱기(501)와 나눗셈기(502)를 통해 얻어진다. If the complex output signal of the
즉 상기 전치 필터(303)에서 출력되는 실수 신호(I)는 복소 제곱기(501)와 제1 지연기(503)로 입력되고, 허수 신호(Q)는 상기 복소 제곱기(501)와 제2 지연기(504)로 입력된다. That is, the real signal I output from the
상기 복소 제곱기(501)는 실수 신호(I)와 허수 신호(Q) 각각을 제곱한 후 더하여(I2+Q2), 나눗셈기(502)로 출력한다. 상기 나눗셈기(502)는 상기 복소 제곱기(501)의 출력에 루프를 씌우고 이 값을 분모로 하여 제1, 제2 곱셈기(505,506)로 출력한다. 즉 상기 복소 제곱기(501)와 나눗셈기(502)는 상기 수학식 1의 1/|C|을 출력하는데, 이 블록(501,502)은 미리 계산된 ROM 테이블을 사용하여 구현될 수 있다. 상기 제1, 제2 지연기(503,504)는 상기 복소 제곱기(501)와 나눗셈기(502)의 처리 시간(=클럭)만큼 실수 신호(I)와 허수 신호(Q)를 각각 지연시킨 후 제1, 제2 곱셈기(505,506)로 출력한다. The complex squarer 501 squares each of the real signal I and the imaginary signal Q, adds them (I 2 + Q 2 ), and outputs them to the
상기 제1 곱셈기(505)는 상기 나눗셈기(502)의 출력 1/|C|에 지연된 실수 신호(I)를 곱하여 이득 정규화된 실수 신호 Cnorm,I를 출력하고, 제2 곱셈기(506)는 상기 나눗셈기(502)의 출력 1/|C|에 지연된 허수 신호(Q)를 곱하여 이득 정규화된 허수 신호 Cnorm,Q를 출력한다.The
상기 제1,제2 곱셈기(505,506)를 통해 얻어진 정규화된 정현파는 기존의 입력 정현파의 평균파워를 구하여 평균파워가 작을 경우 이득을 키우는 방식보다 성능이 우수하다. 즉 기존의 경우 평균 파워를 정확히 구하기 위해서는 보다 많은 샘플을 가지고 평균을 취해야 하는데, 이럴 경우 적용 시점과의 지연시간이 커지게 되므로, 채널의 변화가 빠른 상황에서는 성능이 떨어질 수 있다. 이에 반해 본 발명의 복소 이득 정규화 방법은 입력 정현파의 복소 엔벨로프(Complex Envelop)를 지연없이 1로 정규화 시켜주기 때문에 반송파 위상 추적과 같은 빠른 적응이 요구되는 상황에서 더욱 적합하다.The normalized sinusoids obtained through the first and
그리고 본 발명에 따른 반송파 복원 장치는 기존의 FPLL 대비, long ghost에 의한 파일롯 신호의 감쇄에 대한 성능 열하가 적다. 또한 ghost에 의해 파일롯이 감쇄한 경우에도, 반송파 에러 이득 정규화부의 적용으로 반송파 위상 획득 및 추적 성능이 우수하다. 그리고 데이터에 의한 지터를 줄이기 위해서 전치 필터로 사용된 FIR SRC 필터는 구현상의 복잡도와 루프의 지연 등을 줄이기 위해서 IIR 통과대역 필터로 대체될 수 있다. 상기 반송파 에러 이득 정규화부는 평균파워를 이용한 방법 등 기타 다른 방법으로 대체될 수 있다. 상기 PED는 일반적인 제로 크로싱 검출기(zero-crossing detector)라면 큰 성능의 차이 없이 적용될 수 있다. 예를 들면, TED(Timing Error Detector)로 주로 사용되는 수정된(Modified) 가드너(Gardner) 타입의 PED를 사용할 수 있다. In addition, the carrier recovery apparatus according to the present invention has less performance deterioration for attenuation of a pilot signal due to a long ghost than a conventional FPLL. In addition, even when the pilot is attenuated by ghost, carrier phase acquisition and tracking performance are excellent by applying the carrier error gain normalization unit. The FIR SRC filter used as a prefilter to reduce jitter caused by data can be replaced by an IIR passband filter to reduce implementation complexity and loop delay. The carrier error gain normalization unit may be replaced by another method such as a method using average power. The PED can be applied without any significant difference in performance if it is a general zero-crossing detector. For example, a modified Gardner type PED which is mainly used as a TED (Timing Error Detector) may be used.
그리고 데이터 통신 시스템은 전형적으로 송신단, 수신단, 그리고 송/수신단 간의 전송경로로 구성된다. 본 발명은 여러 가지 통신 시스템에 적용될 수 있지만, 본 발명에서는 HDTV 지상파 전송 방식에 맞추어 설명하였다. 이것은 통신 시스템의 한 예일 뿐, 다른 여러 통신분야에 적용될 수 있다.And a data communication system typically consists of a transmission path between a transmitter, a receiver and a transmitter / receiver. Although the present invention can be applied to various communication systems, the present invention has been described in accordance with the HDTV terrestrial transmission method. This is only one example of a communication system and can be applied to many other communication fields.
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. On the other hand, the terms used in the present invention (terminology) are terms defined in consideration of the functions in the present invention may vary according to the intention or practice of those skilled in the art, the definitions are the overall contents of the present invention It should be based on.
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. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and as can be seen in the appended claims, modifications can be made by those skilled in the art to which the invention pertains, and such modifications are within the scope of the present invention.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 반송파 복원 장치 및 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다. The effects of the carrier recovery apparatus and method of the digital broadcast receiver according to the present invention described above are as follows.
첫째, 파일롯 신호를 변조함으로써, 위상 에러의 정규화 적용이 용이하여, 파일롯 신호가 심하게 감쇄하였을 경우에도 반송파 주파수 및 위상의 포착 및 추적이 가능하다. First, by modulating the pilot signal, normalization of phase error can be easily applied, and even when the pilot signal is severely attenuated, the carrier frequency and phase can be captured and tracked.
둘째, 파일롯을 이용한 기존 FPLL에 비해서 long ghost에 대한 성능이 우수하다.Second, the performance of long ghost is better than the existing FPLL using pilot.
셋째, 심벌 타이밍 복원을 전제로 함으로써, 양측단으로부터 위상 에러의 검 출이 가능하기 때문에 파일롯이 완전히 감쇄된 경우라 하더라도 반송파 주파수 및 위상의 포착이 가능하다.Third, by reconstructing symbol timing, phase error can be detected from both ends, so that carrier frequency and phase can be captured even when the pilot is completely attenuated.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (8)
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