KR100941012B1

KR100941012B1 - 잔류 측파대 변조기를 위한 대체 타이밍 신호

Info

Publication number: KR100941012B1
Application number: KR1020047007973A
Authority: KR
Inventors: 폴 고사드 크넛슨
Original assignee: 톰슨 라이센싱 에스.에이.
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2010-02-05
Also published as: AU2002365583A1; CN100417014C; US20030099317A1; MXPA04005014A; WO2003047089A1; JP2005512364A; US6940936B2; KR20040068160A; JP4426299B2; CN1593004A; MY135388A

Abstract

재변조기 타이밍 신호(35)는 방송 잔류 측파대 신호(5)로 연결되는 위상 동기 루프(33)에 의해 발생된다. 상기 신호(5)내에는 복조기(31)에 연결되는 정확도가 높은 타이밍 데이터가 있다. 상기 복조기로 가는 타이밍 신호들은 상기 복조기 내에 수용되는 위상 동기 루프(33)로부터 교정 신호를 수신하는 가변 주파수 발진기(32)에 의해 제공된다. 상기 위상 동기 루프는 상기 VFO 출력 주파수(36)를 상기 방송 신호(5)내에 포함된 타이밍 데이터와 비교함으로써 상기 교정 신호를 발생시킨다. 값 레지스터(203,303,403)는 상기 최근의 평균 VFO 주파수를 유지한다. 멀티플렉서(204,304,404)는 상기 방송 타이밍 데이터의 부재중에 상기 VFO(32,220,320)를 제어하기 위해 상기 값 레지스터 데이터를 선택한다.

재변조기, 위상 동기 루프, 교정 신호, STR 에러 추정기, 루프 필터

Description

잔류 측파대 변조기를 위한 대체 타이밍 신호{Alternate timing signal for a vestigial sideband modulator}

본 발명은 재변조기 시스템(remodulator system)의 타이밍과 동기 기능에 관한 것이다.

고화질 텔레비전(high definition television; HDTV) 방송 표준들은 미국 텔레비전 공급자들이 형성한 "디지털 HDTV 연합"의 고도화 텔레비전 방식 위원회(ATSC)에 의하여 규정된다. ATSC A/53 디지털 텔레비전 표준에 의하면, HDTV 신호들을 전송하기 위하여 사용되는 장비는 10ppm의 타이밍 정확도를 요구한다. 따라서, 디지털 텔레비전 수신기와 함께 사용될 디지털 비디오 디스크(DVD) 플레이어들 같은 소비자 전자 기기들은 비슷한 정확도를 지닌 클록(clock) 또는 시간축 신호를 요구하고, 클록 신호는 일반적으로 내부의 자립형 참조 발진기에 의해 공급된다. 그러한 발진기의 비용과 복합성은 완성된 기기의 총비용에 결정적인 기여를 한다.

ATSC 표준에 따른 다중값 기호 잔류 측파대(VSB) 변조는 HDTV 신호들과 같은 디지털 송신 정보 데이터를 위하여 이미 알려진 변조 방법이다. 원래 디지털 수신기에서 디지털 비디오 및 관련 정보를 포함하는 전송된 VSB 신호의 데이터 복구는 다음 세 가지 기능들이 실행되기를 요구한다: 기호 동기(symbol synchronization)를 향한 타이밍 회복, 반송파 복구(주파수 복조) 및 균등화(equalization). 타이밍 회복은, 전송된 VSB 신호속에 삽입된 타이밍 신호를 디코딩함으로써, 수신기 클록(시간축)이 송신기 클록으로 동기화되는 과정이다.

이 기능을 수행하는 장치의 실례가 1999년 8월 24일, 넛슨(Knutson) 등에게 허여된, 발명의 명칭이 "디지털 신호 처리 장치 타이밍 회복 시스템(TIMING RECOVERY SYSTEM FOR A DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)"인, 미국 특허 번호 5,943,369에 개시되어 있다. 연속 기호들을 나타내는 직교 진폭 변조된 신호들의 수신 장치가 1999년 3월 2일, 넛슨(Knutson) 등에게 허여된, 발명의 명칭이 "직교 진폭 변조를 위한 디지털 변수 기호 타이밍 회복 시스템(DIGITAL VARIABLE SYMBOL TIMING RECOVERY SYSTEM FOR QAM)"인, 미국 특허 번호 5,878,088에 개시되어 있다. 복구된 타이밍 신호의 정확도는 전송된 VSB 타이밍 신호의 정확도와 충분히 같다.

발명의 요약
본 발명의 원리들에 따르면, 정확한 타이밍 참조는 방송 VSB 채널에서 나온다. 예를 들면, 소비자 전자 환경에 있어서, 방송 신호의 수신과 복조는 DVD 플레이어나 비디오 카세트 레코더(VCR)와 같은 디지털 이미지 제조 장치의 내부에서 수신기 회로에 의해 실행된다. VCR은 내장된 기호 타이밍 정보를 포함하는 방송 텔레비전 채널에 맞춰지고 기호 타이밍 시퀀스나 톤(tone)은 복호된다. 본 진행 결과의 타이밍 정보는 타이밍 신호를 클록 펄스들이나 클록 동기의 소스로서 사용하는 VCR의 재변조기로 보내어 지고 그 결과, VCR 재변조기의 내부 자립형 고정확 참조 발진기의 필요성을 없앤다. 상기 VCR 수신기는 테입을 재생하는 동안, 디지털화된 비디오 정보를 VCR에서 디지털 TV 수신기와 같은 적절한 비디오 디스플레이 장치로 보내기 위해 필요한 재변조기 클록 펄스들을 제공한다.

정상적인 동작에 있어서, VCR 수신기는 재변조기에 필요한 실시간 클록 펄스들을 제공하기 위해 전체 재생 주기동안 계속 동작할 것이다. 방송 신호가 부재중인 경우에 있어서, VCR 수신기는 초기 접속이나 풀인(pull-in) 기간 동안 단지 방송 타이밍 신호를 검색하기 위해 동작할 것이다.

일단 타이밍 신호를 얻게되면, 위상 동기 루프(phase locked loop, PLL) 가변 발진기로의 제어신호는 방송 VSB 신호의 연속 수신의 필요없이 대략 요구되는 클록 정확도로 고정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 대체 타이밍 신호를 발생시키는 시스템의 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 시스템의 재변조기에 의해 이용되는 독립 위상 동기 루프 회로의 블록도.

도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 이용하는 선호 아날로그 신호 타이밍 복구 회로의 블록도.

도 4는 도 3에 도시된 회로대신 사용할 수 있는 선호 디지털 신호 타이밍 복구 회로의 블록도.

도 1은 타이밍 신호를 제공하여, 비슷한 신호를 발생시킬 수 있는 안정성이 높은 기준 발진기의 필요성을 제거할 수 있는, 참조 신호 발생기(10)의 블록도이다. 본 장치(10)는 안테나(12)를 통해 방송 VSB의 신호(5)를 수신하기에 적합한 RF신호의 입력 경로(15)를 포함한다. 본 장치(10)는 구성 가능하며 여기서 설명되는 상세한 실시예에 있어서, VCR, 위성방송 수신기, 컴퓨터, DVD 플레이어 및 보통 디지털 TV 수신기(25)의 위나 주변에 장착하는 OSD(on screen display) 장치 같은 소비자 전자 기기(20)의 서브시스템으로서 구현된다.

방송 VSB의 신호(5)는 가변 주파수 발진기(VFO)(32)와 복조기(31)를 포함하는 VSB 수신기(30)와 연결된다. 특히 VSB 신호(5)는, ATSC 관련 규격에 따르면 (10.76MHz 신호에 대해) 백만개당 10개의 부품내에서 정확한, 10.76MHz(또는 제 2 고조파 21.52MHz)의 클록 신호(15)를 포함한다. VFO(32)는 10.76MHz의 중간 주파수를 가지고 있지만 단지 100ppm 내에서 정확하다.

상기 VFO(32)는 수정 제어 발진기를 사용하는 아날로그 장치일 수 있는데, 본 발진기는 순수 디지털 증분들의 연속인 교정 신호(correction signal)(34)를 수신하는 전압제어 발진기, 또는 클록 인에이블 신호들과 보간기들(interpolators, 이산(discrete)시간 샘플 레이트 변환기들)을 원하는 비율로 제어하는 수치제어 발진기일 수 있다. 독립 수신기 기호 타이밍 회복 루프로부터 복구된 상기 클록 신호를 고정시키는 독립 PLL이 또한 사용될 수 있다.

상기 복조기(31)는 VSB 신호(5)로부터 참조 클록 신호(15)를 수신하는 위상 동기 루프(33)를 포함하고 있고, 본 루프(33)는 원하는 주파수를 갖는 출력 클록 신호(CLOCK 35)를 발생시킨다. PLL(33)은 VFO(32)와 연결되고 교정 신호(34)를 발생시킴으로써 VFO(32)의 주파수를 조정할 수 있다. VFO(32)의 출력 신호(36)는 PLL(33)과 연결되고 VFO(32)의 정확도를 입증하기 위해 VSB 신호(15)와 비교된다. ATSC VSB 신호에 의해 동작될 때, 상기 PLL(33)은 10ppm이내의 정확도를 가지는 CLOCK(35) 신호를 발생시키고, 그렇지 않은 경우, CLOCK(35) 신호의 정확도는 VFO(32)의 정확도 100ppm이내에 있다.

도 3은 전형적인 아날로그 발진기 기반 VSB 복조기의 상기 신호 타이밍 복구(STR) PLL(330)을 도시하고 있다. 본 실시예에 있어서, PLL(330)은 도 1의 PLL(33) 대용으로서 제공되고 아날로그 VFO(320)은 도 1에 도시된 VFO(32)의 대용물이다. VSB 방송신호(5) 내의 타이밍 참조 성분은 ADC(305)에 의해 디지털화된다. 이 디지털화된 타이밍 참조 성분은 STR 타이밍 에러 추정기(estimator)(302)로 연결된다. STR 타이밍 에러 추정기(302)는 상기 VFO(320)에 의해 발생된 클록 신호와 상기 수신된 타이밍 참조 신호(15) 사이의 에러를 나타내는 디지털 신호를 계산한다. 루프 필터(301)는 이 에러를 제거하고 VFO(320)으로 가는 제어 신호(340)를 발생시킨다. VFO(320)이 아날로그 VFO이기 때문에, 디지털-아날로그 변환기(DAC)(300)는 수치제어 신호(306)를 전압제어 신호(340)로 변환하기 위해 사용된다. 재변조기 타이밍 신호(35)가 실질상의 일정 주파수를 갖도록 의도되기 때문에, 상기 STR 루프는 VFO(320)에서 나오는 재변조기 클록 신호(35)의 드리프트 위상을 고정시키고 추가적으로 드리프트를 찾아서 제거하기 위해 이용된다.

본 실시예에 있어서, 상기 수신된 VSB 신호(5) 장애의 영향은 루프 필터(301) 출력(306)의 최근 평균 고정치와 같은 VFO(320) 제어치(340)를 도입함으로써 최소화된다. 멀티플렉서(304)는 VSB 신호(5)가 부재중이거나 미약할 때 레지스터(303)에 저장된 값으로 자동으로 스위칭된다. 레지스터(303)는 순서대로 루프 필터(310)로부터 제어치들을 수신하고 미리 결정된 시간 간격 동안 그 값들의 이동 평균치(running average)를 유지한다. 레지스터(303)로부터 얻어진 평균치(307)의 삽입은 VSB 신호 손실의 짧은 기간들 동안 VFO(320)의 개방 루프 출력 주파수 변화를 최소화할 것이다.

도 4는 전 디지털 기호 타이밍 복구 위상 동기 루프(430)에 관하여 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 상기 수신된 타이밍 참조 신호(15)는 ADC(405)에 의해 디지털화되고 디지털화된 타이밍 참조 성분(410)은 보간기(406)를 통해 STR 위상 에러 추정기(402)로 연결된다. 본 STR 위상 에러 추정기(402)는 보간기(406)에 의해 생성된 클록 인에이블 샘플들(410)과 수치제어발진기(NCO)(420)에 의해 생성된 재변조기 클록 신호(35)사이의 위상 에러를 나타내는 디지털 신호를 발생시킨다. 루프 필터(401)는 이 에러를 제거하고 수치제어발진기(NCO)(420)로 가는 제어신호(409)를 발생시킨다. 본 NCO(420)는 아날로그-디지털 샘플들을 원하는 샘플 레이트로 삽입하기 위해 사용되는 위상 조정 신호(407) 뿐만아니라 클록 인에이블 펄스(clock enable pulse)(35)를 원하는 샘플 레이트에서 발생시킨다. 아날로그의 경우에서 처럼, 멀티플렉서(404)는 레지스터(403)의 최근 평균 고정치(411)를 NCO(420)로 주기 위해 사용될 수 있고, 그에 따라서, NCO(420)는 방송 VSB신호(5)가 부재중이라도 원하는 주파수로 계속 닫힐 수 있다.

도 2는 (도 1의) 복조기(31) 내의 위상 동기 루프(33)를 독립적으로 작동시키는 재변조기(40)에 클록 신호를 공급하기 위한 위상 동기 루프(200)의 사용을 도시하고 있다. 도 1을 재참조하면, 복조기(31)는 위상 동기 루프(33)을 포함하여 타이밍 신호(35)를 발생시키는 완전한 기호 타이밍 회복 루프를 가지고 있다. 도 2에 도시된 상기 PLL(200)은 재변조기(40)를 향한 타이밍 펄스들(206)을 발생시키기 위해 복조기(31)에서 나오는 수신기 타이밍 참조 신호(35)로 고정되어 있다. 위상/주파수 검파기(207)는 신호(35)와 VFO 출력 타이밍 펄스들(206)을 비교하여 위상 에러 신호(208)를 발생시킨다. 위상 에러 신호(208)는 VFO(220)의 주파수를 제어하는 교정 신호(correction signal)(205)를 발생시키는 루프 필터(201)를 지난다. 상기 설명된 바와 같이, 레지스터(203)는 상기 제어 신호(205)의 최근 평균치를 유지한다. 멀티플렉서(204)는 타이밍 참조 신호(35)가 존재하는 한 교정 신호(205)를 선택한다. 타이밍 참조 신호(35)가 차단될 때마다, 멀티플렉서(204)는 VFO(220)를 향한 제어 신호로서 레지스터(203)로부터의 주파수 평균치(202)를 선택한다. 본 접근은 복조기(31)와 재변조기(40) 위상 동기 루프 서브시스템들을 분리시킨다.

도 1을 다시 참조하면, 재변조기(40)은 디지털 TV 신호 데이터를 나타내는 VSB 신호(60)를 발생시킨다. 본 VSB 신호(60)는 디지털 TV 수신기라고 도시되어 있는, TV 신호 수신기(25)에 공급된다. 본 특정 타입의 수신기는 본 발명과 밀접한 관계에 있는 것은 아니고 임의의 장치일 볼 수 있다. 선택기(selector)(50)는 하나의 TV 신호 소스를 선택한다. 본 선택기(50)의 제 1 입력 단자는 복조기(31)에서 복조된 TV 신호(45)를 수신하고; 선택기의 제 2 입력 단자는 디지털 TV 신호를 나타내는 외부 소스(도시 안됨)로부터 데이터 패킷들의 소스로 연결되며; 상기 선택기(50)의 제 3 입력 단자는 OSD(on-screen display)(70)에 연결된다.

상기 PLL(33)의 주요 목적은 도 1에 도시된, 특히 수신 장치(25)를 포함하는, 상기 시스템 동작에 대해 정확한 시간 참조를 부여하는 것이다. 몇몇 VSB 신호 수신기들은 실제로 +/- 100ppm의 클록 정확도를 가진 입력 신호의 복조를 적절히 수행할 수 있을지 모르나, ATSC 규격에 의하면, VSB 디지털 TV 신호들은 +/- 10ppm의 타이밍 정확도로 발생되어야 한다. 그러나, 상기 VFO(32)는 개방 루프 조건에서 동작할 때, 즉 VSB 신호(15)가 PLL(33)에 의해 수신되지 않을 때, 단지 +/- 100ppm 부근의 정확도를 가진다. 그 경우에서, VFO(32)에 정상적으로 결합되는 교정 신호(34)는 발생하지 않을 것이고, 상기 VSB 신호(15)에 클록 성분이 있어서 높아진 +/- 10ppm의 정확도는 이용 가능하지 않을 것이다. 대신 VFO(32)는 자기 고유의 +/- 100ppm 정확도에 전적으로 의존할 것이다. 폐 루프의 구성에서, 즉 VSB 신호(15)가 수신되고 있을 때, PLL(33)은 교정 신호(34)를 발생시킨다. 이 폐 루프의 경우에 있어서, VFO(32)는 실질적으로 신호(15) 내에 포함되는 타이밍 정보의 정확도와 같은 정확도를 지닌다. 상기 +/- 100ppm의 개방 루프 에러는 평균 고정치 레지스터(203,303,403)를 포함함으로써, 줄여질 수 있고, 심지어 원하는 +/- 10ppm의 정확도에 접근 또는 달성할 수 있다. 그러나, 본 구성에서 조차도, 상기 VFO(32,220,320) 주파수는 여전히 전압, 온도 및 성분 변화에 기인하여 흔들릴 것이다. 어느 경우에나 상기 재변조기(40)는 (도 1의)PLL(33); (도 2의)PLL(200); (도 3의)PLL(330); 또는 (도 4의)PLL(430)의 출력 신호(35)로부터 재변조 기능들을 위해 사용되는 자신의 주요 타이밍 정보를 항상 수신한다.

상기 수신기(30)는 방송 VSB 신호(5)로부터 타이밍 신호(35)를 발생시킬 뿐만아니라, 상기 복조기(31)는 또한 디지털 비디오, 오디오 및 데이터 스트림(45)이 방송 신호(5)내에 포함되었던 어느것이라도 회복시킨다. 복구된 데이터 스트림(45)은 소스 선택기(source selector)(50)의 입력에 연결된다. 소스 선택기(50)에 의해 선택된 출력 신호(55)는 VSB 재변조기(40)의 입력 단자에 연결될 것이다. 재변조기(40)는 8값 및 16값 VSB 변조 신호들(60)에 적합한 것으로서 상기 데이터 스트림(45)을 재건하는데 도움을 주고, 본 신호들(60)은 비디오 및 오디오 재생을 위한 디지털 TV(25)의 입력에 연결된다.

상기 소스 선택기(50)로의 다른 입력들은 비디오테입 플레이어, 컴퓨터, 위성 수신기, 데이터 케이블, 스테레오 디코더 또는 DVD 플레이어 같은 VSB 패킷소스(65)를 포함할 수 있다. 추가 입력은 TV(25)에 메뉴 및 상태 정보의 디스플레이를 위한 OSD 소스(70)일 수 있다.

Claims

재변조기(remodulator) 클록 신호 소스에 있어서:

잔류 측파대 복조기로서, 상기 복조기는 타이밍 정보를 포함하는 잔류 측파대 전송들에 응답하고 상기 타이밍 정보를 복구하는, 상기 잔류 측파대 복조기; 및

재변조기 타이밍 시퀀스를 조정하기 위해 상기 복조기에 의해 생성된 상기 복구된 타이밍 정보를 재변조기 클록 입력에 결합시키는 신호 경로를 포함하고, 상기 재변조기 클록 신호 소스는 상기 타이밍 정보에 응답하여 클록 펄스들을 생성하기 위해 상기 복조기에 결합된 가변 주파수 발진기를 포함하는 위상 동기 루프를 더 포함하고, 상기 위상 동기 루프는 상기 타이밍 정보로부터의 데이터가 수신되고 있지 않은 개방 루프 동작 조건을 더 포함하고,

교정 신호의 평균치와 같은 발진기 교정 신호가 생성되고, 그에 따라 상기 재변조기로 하여금 현재의 타이밍 정보로부터의 교정 신호 없이 동작하게 하는, 재변조기 클록 신호 소스.
시스템에 있어서:

타이밍 정보를 포함하는 변조된 신호를 수신하는 입력;

상기 타이밍 정보를 추출하기 위한 상기 입력에 결합된 복조기;

상기 타이밍 정보에 응답하여 클록 펄스들을 생성하기 위한 상기 복조기에 결합된 가변 주파수 발진기를 포함하는 위상 동기 루프; 및

상기 생성된 클록 펄스들을 수신하기 위한 상기 위상 동기 루프에 결합된 재변조기를 포함하고,

상기 위상 동기 루프는 상기 타이밍 정보로부터의 데이터가 수신되고 있지 않은 개방 루프 동작 조건을 갖고,

교정 신호의 이동 평균치(running average value)와 같은 발진기 교정 신호가 생성되고, 그에 따라 상기 재변조기로 하여금 현재의 타이밍 정보로부터의 교정 신호 없이 동작하게 하는, 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 변조된 수신된 신호로부터의 상기 타이밍 정보에 기초하여 상기 위상 동기 루프로부터의 교정 신호를 수신하는 상기 가변 주파수 발진기를 더 포함하고, 그에 따라 상기 가변 주파수 발진기는 폐 루프 동작 조건에서 동작시 상기 타이밍 정보의 소스와 같은 정확도를 갖는, 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 변조된 신호는 고화질(high definition) 텔레비전 정보를 포함하는 VSB 변조된 신호인, 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 VSB 변조된 신호는 ATSC 표준에 따른, 시스템.
시스템에 있어서:

타이밍 정보를 포함하는 변조된 신호를 수신하는 입력;

상기 타이밍 정보를 추출하기 위한 상기 입력에 결합된 복조기;

상기 타이밍 정보에 응답하여 클록 펄스들을 생성하기 위한 상기 복조기에 결합된 위상 동기 루프;

상기 위상 동기 루프에 결합된 가변 주파수 발진기로서, 타이밍 정보의 소스에 기초하여 상기 위상 동기 루프로부터 교정 신호를 수신하고, 이에 따라 타이밍 정보의 상기 소스와 같은 정확도를 갖는, 상기 가변 주파수 발진기; 및

상기 생성된 클록 펄스들을 수신하기 위한 상기 위상 동기 루프에 결합된 재변조기를 포함하고;

상기 위상 동기 루프는, 상기 타이밍 정보로부터의 데이터에 기초하여 상기 가변 주파수 발진기로의 상기 교정 신호의 생성에 의해 특징 지워진 제 1 폐 루프 동작 조건; 및 상기 타이밍 정보로부터의 데이터가 수신되고 있지 않고, 이에 따라 상기 가변 주파수 발진기로 하여금 교정 신호 없이 동작하게 하는 제 2 개방 루프 동작 조건을 더 포함하는, 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 가변 주파수 발진기에 결합되고 상기 교정 신호의 이동 평균치와 같은 값을 유지하는 값 레지스터(value register); 및 상기 개방 루프 동작 조건에서 상기 값 레지스터로부터의 값을 상기 가변 주파수 발진기에 선택적으로 결합시키고, 그렇지 않다면 상기 위상 동기 루프로부터의 상기 교정 신호를 상기 가변 주파수 발진기에 결합시키는 멀티플렉서를 더 포함하는, 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 변조된 신호는 고화질 텔레비전 정보를 포함하는 VSB 변조된 신호인, 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 VSB 변조된 신호는 ATSC 표준에 따른, 시스템.