KR100871838B1 - 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 수렴 정도를 판단하기 위해 심볼 동기부의 루프 필터에서 출력되는 타이밍 에러 신호의 차(ΔTiming_error), 즉 타이밍 지터 신호를 이용함으로써, 하드웨어의 복잡도를 현저히 감소시키면서도 락 오류를 방지하고 신속/정확한 수렴 특성을 획득할 수 있게 하는, 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치에 있어서, 심볼 동기부의 루프 필터로부터 입력되는 연속적인 타이밍 에러신호로부터 주기적으로 이산적인 신호값을 선택하기 위한 이산치 생성 수단; 상기 이산치 생성 수단에서 선택된 타이밍 에러 신호값의 시간에 따른 변화를 나타내는 타이밍 지터 신호를 구하기 위한 차등 계산 수단; 상기 타이밍 지터 신호의 부호 변화를 검출하기 위한 부호변화 검출 수단; 상기 부호변화 검출 수단에서 검출된 부호변화 시점을 기준으로 구간을 구분하고, 매 구분구간마다 상기 타이밍 지터 신호의 수렴 모드에 따라 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 락 제어신호를 생성하기 위한 락 제어신호 생성 수단; 및 상기 타이밍 지터 신호의 정상상태 도달 여부 및 현재의 락 스텝 상태를 이용하여 락 신호 또는 언락 신호를 생성하기 위한 락검출신호 생성 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 타이밍 락 검출 장치 및 방법 등에 이용됨.
디지털 위상 동기 루프, 심볼 타이밍, 반송파 주파수 동기, 반송파 위상 동기, 락 검출, 타이밍 에러 신호, 타이밍 지터 신호

Description

디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법{Timing Lock Detection Apparatus and Method for Digital Broadcasting Receiver}
도 1 은 종래의 락 검출기를 포함한 QAM 복조기의 구성도,
도 2a 및 도 2b 는 종래의 락 검출기의 상세구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치의 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 도 3의 락 제어신호 생성기의 일실시예 상세구성도,
도 5a 는 디지털 방송 수신기의 심볼 동기부에 사용되는 루프필터의 구성도,
도 5b 는 본 발명에 따른 락 검출 장치의 동작 원리에 대한 설명도,
도 6 은 본 발명에 따른 도 3의 락 제어신호 생성기에 적용되는 락 제어신호 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 7 은 본 발명에 따른 도 3의 락 검출 신호 생성기에 적용되는 락 검출 신호 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
30: 심볼 동기부 31: 락 검출 장치
302: 루프 필터 311: 락검출 클럭 생성기
312: 신호 선택기 313: 차등 계산기
314: 부호 변화 검출기 315: 락 검출 신호 생성기
316: 락 제어신호 생성기
본 발명은 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수렴 정도를 판단하기 위해 심볼 동기부의 루프 필터에서 출력되는 타이밍 에러 신호의 차(ΔTiming_error), 즉 타이밍 지터 신호를 이용함으로써, 하드웨어의 복잡도를 현저히 감소시키면서도 락 오류를 방지하고 신속/정확한 수렴 특성을 획득할 수 있게 하는, 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 락 검출기를 포함한 QAM 복조기의 구성도이다.
디지털 TV 케이블 채널의 전송 방식의 표준으로 선정된 변조방식은 QAM 방식이며, 이러한 방식을 취하는 디지털 QAM 복조기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수치 제어 발진기(NCO)(101), 곱셈기(102), 정합필터/재표본기(103), 심볼 동기부(104), 락 검출기(105), 반송파 동기부/채널 등화기(106)를 포함하여 이루어진다.
곱셈기(102)는 입력신호와 수치 제어 발진기(NCO)(101)에서 출력된 소정의 주파수의 신호를 곱하여 기저대역 신호를 출력한다. 그러면, 정합필터/재표본기(103)는 곱셈기(102)에서 출력된 기저대역 신호를 입력받아 정합필터링 및 재샘플링을 수행하며, 반송파 동기부/채널 등화기(106)는 정합필터/재표본기(103)에서 출력된 신호에 대하여 왜곡 보상을 한다.
심볼 동기부(104)는 정합필터/재표본기(103)로부터 입력된 신호에서 심볼 천이 시점을 올바르게 추정하며, 수치 제어 발진기(101)는 반송파 동기부/채널 등화기(106)에서 검출된 에러를 이용하여, 정확한 기저대역 신호를 얻을 수 있게 하는 주파수의 신호를 출력한다. 그리고, 락 검출기(105)는 심볼 동기부(104)의 수렴 상태를 검출하여 대역폭을 조정헤 주는 기능을 수행한다.
이하, 심볼 동기부(104)에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 다음과 같다.
심볼 동기부(104)는 일반적으로 반송파 동기부/채널 등화기(106)의 앞 단에 위치하여 동기화된 심볼데이터를 전달하므로, 심볼 동기의 수렴 특성은 후단의 반송파 동기부/채널 등화기(106)의 수렴 특성에 영향을 주게 된다. 따라서, 심볼 동기부(104)의 수렴특성은 수신기의 성능을 위해서 매우 중요하며, 바람직한 수렴 특성은 빠른 초기 동기 포착과 정상상태에서의 적은 지터 특성이다.
심볼 동기부(104)에서 사용되는 심볼 동기 폐루프(Timing Recovery Closed Loop)는 디지털 위상 동기 루프로서, 루프의 대역폭(Loop Bandwidth)에 따라 수렴특성이 달라진다. 즉, 루프의 대역폭이 넓어지면, 동기 포착시간이 빨라지는 반면 정상상태에서의 지터는 커진다. 반대로, 루프의 대역폭이 좁아지면, 정상상태에서의 지터가 작아지는 반면에 동기 포착시간이 느려진다. 따라서, 심볼 동기 폐루프 를 통하여 빠른 초기 동기 포착과 정상상태에서의 적은 지터 특성을 얻기 위해서는, 초기에는 넓은 루프 대역으로 동기를 포착하고, 정상 상태로 수렴했을 때 락 검출기를 이용하여, 루프 대역 넓이를 점진적으로 좁혀 나가는 방법을 사용한다. 이러한 방법을 '기어 쉬프팅'(Gear Shifting)이라 한다.
도 2a 및 도 2b 는 종래의 락 검출기(타이밍 락 검출기)의 상세구성도로서, 도 2a는 보다 일반적인 락 검출기를 나타내고, 도 2b는 최근에 개발된 락 검출기를 나타낸다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같은 종래의 락 검출기에 대하여 설명하기로 한다.
심볼 동기부(104)는 타이밍 에러 검출기(201), 루프필터(202), 발진기(203)을 포함하여 이루어지고, 락 검출기(105)는 분산 계산부(211), 고정 임계값 제공부(212), 비교기(213), 락제어기(214)를 포함하여 이루어진다.
심볼 동기부(104)로 입력되는 기저대역 신호는 심볼 동기부 내부의 타이밍 에러 검출기(201)로 입력된다. 타이밍 에러 검출기(201)에서 계산된 에러는 루프 필터(202)의 적분기에 입력되고, 루프 필터(202)의 적분기는 입력된 에러 값을 누적하고 그 누적값에 따라 발진기(203)를 제어함으로써 심볼동기를 복구하게 된다. 이때, 심볼 동기 폐루프(Timing Recovery Closed Loop)의 루프 대역폭은 심볼 동기부의 루프 필터(202)의 이득에 비례하기 때문에, 루프 필터의 이득을 락 검출기(105)를 이용하여 단계적으로 조정함으로써 루프 대역폭을 제어할 수 있다.
루프 필터(202)에 연결된 락 검출기(105)의 분산 계산부(211)는 루프 필 터(202)의 적분기에서 누적되는 타이밍 에러 값(Timing_error)(X)의 분산을 구한다, 그러면, 비교기(213)는 분산 계산부(211)에서 구한 분산값을, 고정 임계값 제공부(212)에서 제공하는 고정된 임계(Threshold) 값과 비교함으로써 락 시점을 판단하여 락 제어기(214)로 전달한다. 그에 따라 락 제어기(214)는 락 제어신호(Lock-step)를 생성하여 루프필터(202)로 전달한다.
위에서 루프 필터(202)의 적분기에 누적되는 타이밍 에러값의 분산은, 채널 상태(SNR)에 따라 수렴 이후의 채널상태에 반비례하는 잔류 지터 특성으로 인해 달라진다.
따라서, 도 2a에 도시된 바와 같은 종래의 락 검출기에서는, 분산 계산을 위한 하드웨어의 비용이 매우 크고, 또한 채널 상태에 따라 수렴 후 분산의 값이 달라질 수 있어 고정된 임계값(Threshold)은 잘못된 락 신호를 발생시켜 락 오류를 일으킬 수 있다는 문제점이 있었다. 이와 같은 락 오류는 수렴시간을 연장시킬 뿐만 아니라, 큰 타이밍 주파수와 위상 오프셋에 대하여 수렴을 불가능하게 할 수도 있다.
이하, 도 2b에 도시된 바와 같은 종래의 락 검출기에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 심볼 동기부(104)는 타이밍 에러 검출기(221), 이득 선택부(222), 루프필터(223), 및 발진기(224)를 포함하여 이루어지고, 이 때의 락 검출기(105)는 평균 DC 전력 게산부(231), 단위 지터 전력 계산부(232), 락/언락 카운트 신호(LOCK/UNLOCK Count) 발생기(233), 신뢰도 카운터 ＆ 락 제어기 ＆ SNR 예측기(234)를 포함하여 이루어진다.
도 2b에 도시된 바와 같은 종래의 락 검출기는, 도 2a에 도시된 바와 같은 종래의 락 검출기와 달리, 루프필터(203)의 적분기에서 누적되는 에러 값이 아니라 타이밍 에러 검출기(221)로부터 매 심볼마다 발생하는 타이밍 에러를 직접 입력받는다.
평균 DC 전력 계산부(231)는 타이밍 에러(Timing_error)를 입력받아 일정 적분구간 동안 누적하고, 그 값을 적분 구간 길이로 나눈 후, 그 결과를 제곱함으로써 평균 DC 전력을 구한다. 한편, 단위 지터 전력 계산부(232)는 타이밍 에러를 입력받아 제곱을 한 후 일정 적분구간 동안 누적하고, 이를 적분 구간의 길이로 나눔으로써 단위 지터 전력을 구한다.
락/언락 카운트 신호 발생기(233)는 평균 DC 전력과 단위 지터 전력을 입력받아 비교하여 락/언락 카운트 신호를 발생시킨다. 그러면, 신뢰도 카운터(234)에서는 이값을 입력받아 락/언락 카운트 값을 증가 혹은 감소시키고, 이렇게 누적된 락/언락 카운트 값을 락/언락 임계값(Threshold)과 비교하여 락/언락 판단을 한다.
이렇게 판단된 신호는 락 제어기(234)를 통해 심볼 동기부의 이득 선택부(222)로 입력되어 루프필터의 이득을 조절함으로써 타이밍 복구 루프 대역폭을 조절한다.
이에 따라, 도 2b에 도시된 종래의 락 검출기는, 도 2a에 도시된 종래의 락 검출기와는 달리, 고정된 기준 값을 사용하지 않고 채널상태에 따라 평균DC 전력 값과 단위 지터 전력을 계산하여 사용함으로써, 락 검출 오류를 방지할 수 있는 효과가 있으나, 여기서도 평균DC 전력 값과 단위 지터 전력 값을 계산하는 데에는 도 2a의 락 검출기에서 분산을 계산하는 것만큼 하드웨어 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있었다. 즉, 하드웨어 비용 면에서는 특별한 개선점이 있다고 볼 수 없다.
또한, 도 2b에 도시된 종래의 락 검출기에서의 락/언락 임계값(Threshold)도 고정된 값인 동시에 채널상태에 따라 달라질 수 있는 값이기 때문에, 도 2a에 도시된 락 검출기가 가지고 있는 문제점을 그대로 가지고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수렴 정도를 판단하기 위해 심볼 동기부의 루프 필터에서 출력되는 타이밍 에러 신호의 차(ΔTiming_error), 즉 타이밍 지터 신호를 이용함으로써, 하드웨어의 복잡도를 현저히 감소시키면서도 락 오류를 방지하고 신속/정확한 수렴 특성을 획득할 수 있게 하는, 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치에 있어서, 심볼 동기부의 루프 필터로부터 입력되는 연속적인 타이밍 에러신호로부터 주기적으로 이산적인 신호값을 선택하기 위한 이산치 생성 수단; 상기 이산치 생성 수단에서 선택된 타이밍 에러 신호값의 시간에 따른 변화를 나타내는 타이밍 지터 신호를 구하기 위한 차등 계산 수단; 상기 타이밍 지터 신호의 부호 변화를 검출하기 위한 부호변화 검출 수단; 상기 부호변화 검출 수단에서 검출된 부호변화 시점을 기준으로 구간을 구분하고, 매 구분구간마다 상기 타이밍 지터 신호의 수렴 모드에 따라 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 락 제어신호를 생성하기 위한 락 제어신호 생성 수단; 및 상기 타이밍 지터 신호의 정상상태 도달 여부 및 현재의 락 스텝 상태를 이용하여 락 신호 또는 언락 신호를 생성하기 위한 락검출신호 생성 수단을 포함한다.
한편, 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법에 있어서, 심볼 동기부의 루프필터로부터 입력되는 연속적인 타이밍 에러 신호로부터 주기적으로 이산적인 타이밍 에러 신호값을 선택하는 신호 선택 단계; 상기 신호 선택 단계에서 선택된 타이밍 에러 신호값의 시간에 따른 변화를 나타내는 타이밍 지터 신호를 구하는 차등 계산 단계; 상기 타이밍 지터 신호의 부호 변화를 검출하는 부호변화 검출 단계; 상기 부호변화 검출 수단에서 검출된 부호변화 시점을 기준으로 구간을 구분하고, 매 구분구간마다 상기 타이밍 지터 신호의 수렴 모드에 따라 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 락 스텝 제어 단계; 및 상기 타이밍 지터 신호의 정상상태 도달 여부 및 현재의 락 스텝 상태를 이용하여 락 신호 또는 언락 신호를 출력하는 락검출신호 생성 단계를 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치의 일실시예 구성도이다.
타이밍 복구 장치는 심볼 동기부(30)와 락 검출 장치(락 검출기)(31)를 포함하여 이루어진다. 여기서 심볼 동기부(30)는 수렴 정도에 따라 복수의 단계로 타이밍 복구 루프의 대역폭을 결정하는 것으로서, 타이밍 에러 검출기(301), 루프필터(302)(도 5 참조), 및 발진기(303)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 락 검출 장치(31)는 락검출 클럭 생성기(311), 신호 선택기(312), 차등 계산기(313), 부호 변화 검출기(314), 락 검출 신호 생성기(315), 및 락 제어신호 생성기(316)를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 락 검출 장치(31)의 각각의 구성요소에 대하여 설명하기로 한다.
락검출 클럭 생성기(311)는 락 검출 장치를 불연속적으로 동작시키기 위한 동작 클럭인 락 클럭(Lock_clk)을 생성하는 것으로서, 심볼 클럭으로 동작하는 카 운터를 이용하여 일정한 L심볼 구간마다 한번씩만 '1'이 되는 L심볼 구간을 주기로 갖는 클럭을 생성한다.
신호 선택기(312)는 락검출 클럭 생성기(311)의 락 클럭이 '1'이 될 때만, 심볼 동기부의 루프 필터(302) 내의 적분기에서 출력된 타이밍 에러 신호(Timing_error)를 선택한다. 이와 같은 신호 선택기(312)를 통해서 타이밍 에러 신호(Timing_error)는 이산신호가 된다. 즉, 락검출 클럭 생성기(311)와 신호 선택기(312)를 포함하는 부분은 '이산치 생성부'라 할 수 있다.
차등 계산기(313)는 락검출 클럭 생성기(311)의 락 클럭을 동작 클럭으로 하고, 신호 선택기(312)에서 현재 선택된 신호값(현재의 타이밍 에러 신호값)과 이전 락 클럭에서 선택되어 저장된 신호값(이전의 타이밍 에러 신호값)의 차(差)를 구함으로써 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)를 생성한다. 즉, 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)는 신호 선택기(312)에서 선택된 타이밍 에러 신호값의 시간에 따른 변화를 나타내는 신호로서, '현재의 타이밍 에러 신호값'에서 '이전의 타이밍 에러 신호값'을 빼는 과정을 통하여 구해진다(도 5b 참조).
부호 변화 검출기(314)는 차등 계산기(313)에서 구한 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)의 부호를 추출한 후, 그 변화를 검출하여 부호가 변할 때에만 '1'이 되는 락 제어 인에이블(enable) 신호(Lock_ctrl_en)를 생성한다. 즉, 부호 변화 검출기(314)는 차등 계산기(313)에서 출력되는 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)가 변화하는 시점을 검출하여 락 제어 인에이블(enable) 신호(Lock_ctrl_en)를 생성한다.
락 제어신호 생성기(316)는 락 클럭(Lock_clk)을 동작 클럭으로 하고, 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)가 '1' 이 될 때를 기준으로 구간을 구분하여, 매 구간마다 타이밍 지터 신호(Δtiming_error)의 구간 최대값(tmp_max_err)과 최대 값(max_err)을 구한다. 여기서, 타이밍 지터 신호의 구간 최대값(tmp_max_err)은 매 구분 구간마다 해당 구간 내에서의 최대의 타이밍 지터 신호값을 의미하는 것으로서, 이는 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)가 '1'이 아닐 때는 비교기(403)를 통해 계속적으로 최대값을 구하여 저장하였다가, 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)가 '1'이 될 때는 '0'으로 초기화하는 과정을 통하여 구한다.
그리고, 타이밍 지터 신호의 최대값(max_err)은 락 제어 인에이블 신호가 '1'이 되어 현재의 구간 최대값을 '0'으로 초기화하기 전에 기존의 최대값과 현재 구간의 최대값을 비교하여 최대값을 갱신하는 방식으로 구한다.
그리고 나서, 락 제어신호 생성기(316)는 상기와 같이 구한 타이밍 지터 신호의 최대값(max_err)과 구간 최대값(tmp_max_err), 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error) 그리고 타이밍 지터 임계값(Threshold)을 비교하여, 락 스텝 카운트 값을 증가시키거나 감소시키는 락 제어 신호(락 스텝 신호)(Lock_step)를 생성한다. 즉, 락 제어신호 생성기(316)는 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)와 타이밍 지터 신호, 타이밍 지터 임계값을 이용하여 락 제어 신호(Lock_step)를 생성한다.
요컨대, 락 제어신호 생성기(316)는 부호변화 검출기(314)에서 검출된 부호변화시점을 기준으로 구간을 구분하고, 매 구분구간마다 타이밍 지터 신호의 수렴 모드에 따라 루프 필터(302)의 락 스텝을 제어하기 위한 락 제어신호를 생성하는 것이며, 이에 대한 상세한 설명은 도 6에서 하기로 한다.
락 검출 신호 생성기(315)는 타이밍 지터 신호의 정상상태 도달 여부 및 현 재의 락 스텝 상태를 이용하여 락 신호 또는 언락 신호를 생성하는 것으로서, 보다 상세하게는 락 제어 신호(Lock_step)와 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)와 타이밍 지터 임계값(Threshold)을 이용하여 락 검출 신호(락 신호 또는 언락 신호)를 생성한다.
즉, 락 검출 신호 생성기(315)는 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달하고 락제어신호 생성기(316)의 출력을 통하여 확인된 현재의 락 스텝이 락 스텝 최대치이면 락(lock) 신호를 생성하고, 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달하지 않았거나 정상상태에 도달하였더라도 현재의 락 스텝이 락 스텝 최대치가 아니면 언락(unlock) 신호를 생성한다. 이에 대해서는 도 7에서 상세히 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 도 3의 락 제어신호 생성기의 일실시예 상세구성도이다.
락 제어신호 생성기(316)는 구간최대값 저장부(401), 최대값 저장부(402), 비교기(403), 락 스텝 카운터(404)를 포함하여 이루어지는 것으로서, 타이밍 지터 신호의 최대값(max_err)과 구간 최대값(tmp_max_err), 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error), 및 타이밍 지터 임계값(Threshold)을 이용하여 락 제어 신호(Lock_step)를 생성한다.
구간 최대값 저장부(401)는 매 구분구간마다 해당 구간 내에서의 최대의 타이밍 지터 신호값(구간 최대값)을 저장하고, 최대값 저장부(402)는 이전 구간까지의 최대의 타이밍 지터 신호값(최대값)을 저장한다.
비교기(403)는 매 구분구간마다 구간 최대값과 최대값을 비교하여 구간 최대 값이 더 크면 락 스텝을 감소시키고, 최대값이 더 크면 타이밍 지터 신호의 절대값과 타이밍 지터 임계값의 비교 결과를 이용하여 타이밍 지터 신호의 절대값이 작으면 락스텝을 증가시키고 타이밍 지터 임계값이 작으면 락 스텝의 현재 상태를 유지할 수 있게 하는 제어신호를 생성한다.
그러면, 락 스텝 카운터(404)는 비교기(403)의 제어신호에 따라, 심볼 동기부의 루프 필터의 락 스텝을 제어할 수 있는 락 제어 신호(Lock_step)를 생성한다.
도 5a 는 디지털 방송 수신기의 심볼 동기부에 사용되는 루프필터(302)의 구성도로서, 일반적인 루프필터의 구성을 나타낸다. 그리고, 도 5b 는 본 발명에 따른 락 검출 장치의 동작 원리에 대한 설명도이다.
락 검출 장치(31)로 입력되는 신호는 타이밍 에러(Timing_error) 신호이며, 루프 필터의 이득을 선택하는 스위치(502, 503)는 타이밍 락 검출 장치(31)의 락 제어신호 생성기(316)로부터 입력되는 락 제어 신호(Lock_step)에 의해 조절된다.
도 5a에서의 루프 필터의 적분기(501)의 출력은 정상 상태에서는 타이밍 주파수 옵셋(Timing Frequency Offset)(513)에 수렴하고, 타이밍 에러 검출기(301)의 출력에 평균을 취한 효과를 갖는다는 특징이 있다.
타이밍 에러 신호(511)의 수렴특성을 도시하면, 도 5b에서 점선(511)으로 표시한 것과 같다. 수렴 곡선의 특징을 보면 sin파와 유사한 형태로 그 주기와 진폭이 점점 줄어드는 형태를 따라감을 알 수 있다.
이와 같은 타이밍 에러 신호(511)의 신호 특성, 즉 최대값과 최소값이 구간을 좁혀가며 반복적으로 나타나는 특성에 착안하여, 타이밍 에러 신호(511)의 차등 신호(512)를 이용하면, 수렴 값은 "0"이 되면서도 타이밍 에러 신호(511)와 유사한 수렴특성을 갖게 할 수 있다.
타이밍 에러의 차등신호(512)의 장점은 정상상태의 수렴 값이 "0"이므로 타이밍 에러 검출기의 출력신호나 루프 필터의 출력 신호처럼 분산을 구하기 위해 평균값을 따로 구할 필요가 없을 뿐만 아니라, 채널의 특성에도 영향을 받지 않는다는데 있다. 그리고, 평균값을 구할 필요가 없으므로 지터 성분을 굳이 분산을 이용하여 구할 필요가 없으며, 단순한 절대값으로 대체 가능하다. 즉, 정상상태에서의 값은 타이밍 지터에 비례하므로, 락 신호 검출을 위한 임계값(Threshold) 값을 조절함으로써 목적으로 하는 타이밍 지터 값을 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 타이밍 에러의 차등신호(512)는 주기적으로 영점을 교차하되, 동기가 포착되지 않은 시점에서는 그 구간 내에서의 절대값의 최대치가 크고 다음 영점교차점까지의 구간 길이가 길다는 특성이 있으므로, 타이밍 루프의 수렴 상태를 알기가 매우 용이하다는 장점이 있다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 원리를 바탕으로 타이밍 락 검출을 수행하는 락 검출 장치의 구성요소를 다시 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에서 사용하는 차등 신호는 지터(Jitter)에 의한 영향이 크므로, 인접 심볼 간에는 오차가 생길 가능성이 높다. 이를 방지하기 위해서는, 일정 구간만큼 떨어진 심볼들의 타이밍 에러를 추출해야 하기 때문에, 락검출 클럭 생성기(311)는 카운터를 이용하여 이러한 구간을 주기적으로 만들기 위한 클럭을 생성한다. 락 검출 장치(31)의 모든 동작은 락검출 클럭 생성기(311)에서 생성된 락 클 럭을 기준으로 수행된다.
신호 선택기(312)는 입력되는 타이밍 에러 신호를 락 클럭에 따라 선택하는 기능을 하는데, 이는 평균 계산기로 대체될 수도 있으나, 무빙(Moving) 평균 계산기가 아니라 락 클럭 단위로만 평균을 구하는 평균 계산기이어야 한다.
차등 계산기(313)는 신호 선택기(312)로부터 입력되는 신호를 메모리를 이용하여 저장하였다가 현재 선택된 신호와의 차를 구하는 기능을 수행한다. 이렇게 생성된 차등 신호를 편의상 타이밍 지터 신호라 한 것이다.
부호 변화 검출기(314)는 위의 락 검출 원리에서 설명한 영점 교차점을 찾기 위한 기능 블록으로서, 락 제어 인에이블(enable) 신호(Lock_ctrl_en)를 출력한다.
락 제어신호 생성기(316)는 도 5a에 도시된 바와 같은 루프 필터의 이득을 조절하기 위한 락 제어 신호(Lock_step)를 생성하는 기능 블록으로서, 락 검출 장치(31)에서 가장 중요한 기능을 담당한다.
도 6 은 본 발명에 따른 도 3의 락 제어신호 생성기(316)에 적용되는 락 제어신호 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 5a에 도시된 루프 이득은 복수의 단계(K11, K12 등)로 저장되어 있는데, 루프 이득이 클수록 락 스텝 값이 작고, 루프 이득이 작을수록 락 스텝 값이 크다. 그 이유는 심볼 동기부(30)가 동작하기 시작하여 루프 스텝 값이 작은 초기에는 포착 상태로 넓은 루프 대역폭이 필요하고, 어느 정도 시간이 경과하여 루프 스텝 값이 커질 때는 정상상태에 가까워지므로 좁은 루프 대역폭을 적용할 수 있도록 하기 위함이다.
락 제어신호 생성기(316)에서는 현재의 상태가 초기 포착 상태인지, 정상상태인지를 파악하여, 초기 포착 상태에서는 락 스텝 카운트 값을 감소시켜 대역폭을 늘리고, 후기 정상상태에서는 락 스텝 카운트 값을 증가시켜 대역폭을 줄여야 한다.
그리고, 락 제어신호 생성기(316)는 포착 모드와 추적 모드를 구분하기 위하여, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 타이밍 지터 신호 절대값 중 최대값(max_err)과, 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)를 구간 구분 신호로 사용하는 구간에서 타이밍 지터 신호 절대값(|ΔTiming_error|)의 구간 최대값(tmp_max_err)을 이용한다.
구간 최대값(tmp_max_err)은 포착 모드일 경우에는 크고, 추적 모드로 갈수록 작아지므로, 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)가 '1'이 되는 시점에서(604) 최대값(max_err)과 구간 최대값(tmp_max_err)을 비교하여(606), 구간 최대값이 최대값(max_err)보다 크면 포착 모드로 설정하고, 그렇지 않으면 추적 모드로 설정한다.
만약, 포착 모드로 설정되면, 락 스텝 카운트 값을 감소시켜(608) 루프 대역폭을 늘린다. 이와 달리, 추적 모드로 설정되면, 이번에는 구간 최대값이 아니라 락 제어 인이블(enable) 신호(Lock_ctrl_en)가 '1'이 되는 시점의 타이밍 지터 신호 절대값(영점 교차점 가까이에 있으므로 최소값에 가깝다)을 타이밍 지터 임계값(thres_err)과 비교하여(610), 타이밍 지터 임계값(thres_err)보다 작으면 정상 상태에 도달하였으므로 락 스텝 카운트값을 증가시켜 루프 대역폭을 줄이고(612), 타이밍 지터 임계값(thres_err)보다 작지 않으면 추적 모드이기는 하나 아직 정상상태까지는 도달하지 않았으므로 락 스텝 단계를 유지시켜 추적 속도를 유지하도록 한다(614).
이하, 도 6에 따라 락 제어신호 생성기(316)에서 수행되는 락 제어신호 생성 방법에 대하여 상세히 설명하면, 다음과 같다.
락 검출 클럭 생성기(311)에서 발생된 락 클럭(Lock_clk)이 '1'이 될 때마다(600), 차등 계산기(313)에서 출력되는 타이밍 지터 신호의 절대값(|ΔTiming_error|)을 구하여, 해당 구간에서 현재까지의 구간 최대값(tmp_max_err)과 비교함으로써, 구간 최대값(tmp_max_err)을 갱신한다(602).
부호 변화 검출기(314)에서 출력되는 락 제어 인에이블 신호(Lock_ctrl_en)가 '1'이면(604), 해당 구간에서의 '구간 최대값(tmp_max_err)'과 이전 구간까지의 최대값(이하, 간단히 '최대값(max_err)'이라 한다)을 비교한다(606).
비교 결과, 구간 최대값(tmp_max_err)이 최대값(max_err)보다 크면, 락 스텝의 카운트 값을 감소시킨다(608) .
비교 결과, 구간 최대값(tmp_max_err)이 최대값(max_err)보다 크지 않으면, 다시 타이밍 지터 신호의 절대값(|ΔTiming_error|)을 타이밍 지터 임계값(thres_err)과 비교하며, 타이밍 지터 신호의 절대값(|ΔTiming_error|)이 작으면 락 스텝의 카운트 값을 증가시키고(612), 그렇지 않으면 락 스텝의 카운트 값을 유지한다(614).
이후, 구간 최대값(tmp_max_err)과 최대값(max_err) 중에서 큰 값을 새로운 최대값(max_err)으로 갱신하고(616), 해당 구간에서의 구간 최대값(tmp_max_err)을 '0'으로 설정한 후, 종료 신호(end_sig)가 '1'아니면(620), 다음 구간에 대하여 상기의 과정을 반복하기 위하여 "600" 단계로 피드백한다. 만약 종료 신호(end_sig)가 '1'이면(620), 락 제어신호 생성 알고리즘을 종료한다.
도 7 은 본 발명에 따른 도 3의 락 검출 신호 생성기에 적용되는 락 검출 신호 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
락 검출 신호 생성기(315)는 동기 포착 시점을 후단(반송파 동기부/채널등화기(106 참조))에 알려 줌으로써, 아직 동기가 포착되지 않은 시점에서 후단의 블록들이 동작하여 수신기 성능이 저하되는 현상을 막는 중요한 역할을 한다.
락 검출 신호 생성기(315)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 락 클럭(Lock_clk)을 동작 클럭으로 하고, 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)의 절대값이 타이밍 지터 임계값(thres_err)보다 작지 않으면 언락 신호를 출력하고(Lock_detection = 0)(704, 706), 타이밍 지터 신호(ΔTiming_error)의 절대값이 더 작은 경우에는 현재 락 스텝 상태를 확인한다(708).
확인 결과, 현재 락 스텝 상태(Lock_step)가 최고 단계(락 스텝의 최대값)(max_lock_step)에 있으면 락(lock) 신호를 출력하고(Lock_detection = 1), 그렇지 않으면 언락(unlock) 신호를 출력한다(Lock_detection = 0)(706).
한편, 락 클럭(Lock_clk)이 '0' 일 때(700)는 이전 상태를 유지함으로써 안정적인 신호를 제공한다(702).
상기와 같은 과정은 종료 신호(end_sig)가 '1'이 될 때까지 반복적으로 수행한다.
이상과 같은 본 발명은 방송 및 통신 분야의 수신기에서 디지털 위상 루프를 사용하는, 반송파 및 위상 등 모든 종류의 동기 복구 블록에 적용 가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은, 타이밍 락 검출을 위해 타이밍 에러의 평균과 분산을 구하지 않고 그 차(타이밍 에러의 차)를 이용함으로써 제곱연산과 누적연산에 필요한 곱셈기, 나눗셈기 및 메모리를 필요로 하지 않기 때문에, 하드웨어 비용을 현저히 감소시킬 수 있으며 또한 매우 간단한 방식으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은, 정상상태의 수렴값이 '0'으로 알려진 신호를 이용함으로써, 채널에 따른 영향을 최소화하는 효과가 있다. 왜냐하면, 이 신호에는 채널에 의해 영향을 받는 신호성분이 없기 때문이다.
셋째, 루프 필터의 이득은 매 심볼마다 바꿀 수 있는 성질의 것이 아니므로, 매 심볼마다 락 검출기를 동작시키는 것은 효율성이 떨어진다. 따라서, 본 발명에서는 영점 교차점을 사용하기 때문에, 불필요한 동작을 줄일 수 있을 뿐 아니라 루프 이득 조절이 필요한 시점을 효과적으로 알 수 있게 하는 효과가 있다.
넷째, 본 발명에서는 영점 교차점을 이용하기 때문에 포착 모드인지 추적 모드인지를 구별할 수 있고, 이로 인하여 루프 이득을 효과적으로 조절할 수 있어 빠르고 정확한 수렴 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 장치에 있어서,
    심볼 동기부의 루프 필터로부터 입력되는 연속적인 타이밍 에러신호로부터 주기적으로 이산적인 신호값을 선택하기 위한 이산치 생성 수단;
    상기 이산치 생성 수단에서 선택된 타이밍 에러 신호값의 시간에 따른 변화를 나타내는 타이밍 지터 신호를 구하기 위한 차등 계산 수단;
    상기 타이밍 지터 신호의 부호 변화를 검출하기 위한 부호변화 검출 수단;
    상기 부호변화 검출 수단에서 검출된 부호변화 시점을 기준으로 구간을 구분하고, 매 구분구간마다 상기 타이밍 지터 신호의 수렴 모드에 따라 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 락 제어신호를 생성하기 위한 락 제어신호 생성 수단; 및
    상기 타이밍 지터 신호의 정상상태 도달 여부 및 현재의 락 스텝 상태를 이용하여 락 신호 또는 언락 신호를 생성하기 위한 락검출신호 생성 수단
    을 포함하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산치 생성 수단은,
    상기 락 검출 장치를 불연속적으로 동작시키기 위한 락 클럭을 생성하기 위 한 락 클럭 수단; 및
    상기 락 클럭이 생성될 때마다, 상기 루프필터로부터 연속적으로 입력되는 타이밍 에러 신호의 신호값을 선택하기 위한 신호 선택 수단
    을 포함하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 락 제어신호 생성 수단은,
    매 구분구간마다 해당 구간 내에서의 최대의 타이밍 지터 신호값(구간 최대값), 이전 구간까지의 최대 타이밍 지터 신호값(최대값), 타이밍 지터 임계값을 이용하여 상기 타이밍 지터 신호의 수렴모드를 결정하여, 상기 수렴모드가 포착 모드이면 상기 루프 필터의 락 스텝을 감소시키고 상기 수렴모드가 정상상태가 아닌 추적 모드이면 상기 락 스텝을 증가시키며 상기 수렴모드가 정상상태에 도달한 추적 모드이면 현재의 락 스텝을 유지하도록 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 락 제어신호 생성 수단은,
    매 구분구간마다 해당 구간 내에서의 최대의 타이밍 지터 신호값(구간 최대 값)을 저장하기 위한 구간 최대값 저장 수단;
    이전 구간까지의 최대의 타이밍 지터 신호값(최대값)을 저장하기 위한 최대값 저장 수단;
    매 구분구간마다 상기 구간 최대값과 상기 최대값을 비교하여 상기 구간 최대값이 상기 최대값보다 크면 상기 락 스텝을 감소시키고, 상기 구간 최대값이 상기 최대값보다 크지 않으면 상기 타이밍 지터 신호의 절대값과 상기 타이밍 지터 임계값을 비교하여 상기 타이밍 지터 신호의 절대값이 작으면 상기 락스텝을 증가시키고 상기 타이밍 지터 신호의 절대값이 작지 않으면 상기 락 스텝을 유지할 수 있게 하는 제어신호를 생성하기 위한 비교 수단; 및
    상기 비교 수단의 제어신호에 따라, 상기 심볼 동기부의 루프 필터의 락 스텝을 제어할 수 있는 락 제어 신호를 생성하기 위한 락 스텝 카운터 수단
    을 포함하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 락검출신호 생성 수단은,
    상기 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달하고 상기 락제어신호 생성 수단의 출력을 통하여 확인된 현재의 락 스텝이 락스텝 최대치이면 락(lock) 신호를 생성하고, 상기 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달하지 않았거나 정상상태에 도달하였더라도 현재의 락 스텝이 락스텝 최대치가 아니면 언락(unlock) 신호를 생성하 는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 락검출신호 생성 수단에서의 정상상태 도달 여부 판단은,
    상기 타이밍 지터 신호의 절대값과 타이밍 지터 임계값을 비교하여, 상기 타이밍 지터 신호의 절대값이 상기 타이밍 지터 임계값보다 작으면, 상기 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차등 계산 수단은,
    '상기 이산치 생성 수단에서 현재 선택된 타이밍 에러 신호값'에서 '이전 주기에서 선택되었던 타이밍 에러 신호값'을 감산함으로써 상기 타이밍 지터 신호를 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 장치.
  8. 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법에 있어서,
    심볼 동기부의 루프필터로부터 입력되는 연속적인 타이밍 에러 신호로부터 주기적으로 이산적인 타이밍 에러 신호값을 선택하는 신호 선택 단계;
    상기 신호 선택 단계에서 선택된 타이밍 에러 신호값의 시간에 따른 변화를 나타내는 타이밍 지터 신호를 구하는 차등 계산 단계;
    상기 타이밍 지터 신호의 부호 변화를 검출하는 부호변화 검출 단계;
    상기 부호변화 검출 수단에서 검출된 부호변화 시점을 기준으로 구간을 구분하고, 매 구분구간마다 상기 타이밍 지터 신호의 수렴 모드에 따라 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 락 스텝 제어 단계; 및
    상기 타이밍 지터 신호의 정상상태 도달 여부 및 현재의 락 스텝 상태를 이용하여 락 신호 또는 언락 신호를 출력하는 락검출신호 생성 단계
    를 포함하는 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 락스텝 제어 단계는,
    매 구분구간마다 해당 구간 내에서의 최대의 타이밍 지터 신호값(구간 최대값), 이전 구간까지의 최대 타이밍 지터 신호값(최대값), 타이밍 지터 임계값을 이용하여 상기 타이밍 지터 신호의 수렴모드를 결정하여, 상기 수렴모드가 포착 모드이면 상기 루프 필터의 락 스텝을 감소시키고 상기 수렴모드가 정상상태가 아닌 추적 모드이면 상기 락 스텝을 증가시키며 상기 수렴모드가 정상상태에 도달한 추적 모드이면 현재의 락 스텝을 유지하도록 상기 루프 필터의 락 스텝을 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 락스텝 제어 단계에서의 수렴모드 결정 과정은,
    상기 구간 최대값과 상기 최대값을 비교하여, 상기 구간 최대값이 상기 최대값보다 크면 포착 모드로 결정하고, 상기 구간 최대값이 상기 최대값보다 크지 않으면 추적 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 락 검출신호 생성 단계는,
    상기 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달하고 현재의 락 스텝이 락 스텝 최대치이면 락(lock) 신호를 생성하고, 상기 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달하지 않았거나 정상상태에 도달하였더라도 현재의 락 스텝이 락 스텝 최대치가 아니면 언락(unlock) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 정상상태 도달 여부 판단은,
    상기 타이밍 지터 신호의 절대값과 타이밍 지터 임계값을 비교하여, 상기 타이밍 지터 신호의 절대값이 상기 타이밍 지터 임계값보다 작으면, 상기 타이밍 지터 신호가 정상 상태에 도달한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기에서의 타이밍 락 검출 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 차등 계산 단계는,
    '상기 이산치 생성 단계에서 현재 선택된 타이밍 에러 신호값'에서 '이전 주기에서 선택되었던 타이밍 에러 신호값'을 감산함으로써 상기 타이밍 지터 신호를 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신기의 타이밍 락 검출 방법.
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