KR101147769B1 - 디지털 방송 시스템 및 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 방송 시스템에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 인핸스드 데이터가 전송되는 데이터 영역의 특정 위치에 송/수신측에서 알고 있는 기 정의된 기지 데이터를 삽입하여 전송하고, 수신측에서는 상기 기지 데이터를 검출하여 주파수 동기와 같은 복조나 등화 과정에 이용함으로써, 채널 변화가 심하거나 노이즈에 약한 환경에서 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
기지 데이터, 주파수 동기, 부분 상관기

Description

디지털 방송 시스템 및 처리 방법{Digital broadcasting system and processing method}
도 1은 본 발명에 따른 디지털 방송 송신 시스템의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 기지 데이터가 주기적으로 유효 데이터에 삽입되는 예를 보인 데이터 구조도
도 3은 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 시스템의 일 실시예를 보인 전체 구성 블록도
도 4는 도 3의 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 5는 도 4의 부분 상관기의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 6은 도 3의 복조부 내 주파수 동기부의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 7은 도 6의 미세 주파수 옵셋 추정부의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
301 : 튜너 302 : 복조부
303 : 등화기
304 : 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부
305 : 비터비 디코더 306 : 데이터 디인터리버
307 : RS 디코더/비체계적 RS 패리티 제거부
308 : 디랜더마이저 309 : 메인 데이터 패킷 제거부
310 : E-VSB 패킷 디포맷터 311 : E-VSB 데이터 처리부
본 발명은 디지털 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 VSB(Vestigial Side Band) 방식으로 변조하여 이를 송신하고 수신하는 디지털 방송 시스템, 및 처리 방법에 관한 것이다.
북미 및 국내에서 디지털 방송 표준으로 채택된 8T-VSB 전송방식은 MPEG 영상/음향 데이터의 전송을 위해 개발된 시스템이다. 그러나 요즈음 디지털 신호처리 기술이 급속도로 발전하고, 인터넷이 널리 사용됨에 따라서 디지털 가전과 컴퓨터 및 인터넷 등이 하나의 큰 틀에 통합되어 가는 추세이다. 따라서 사용자의 다양한 요구를 충족시키기 위해서는 디지털 방송 채널을 통하여 영상/음향 데이터에 더하여 각종 부가 데이터를 전송할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다.
부가 데이터 방송의 일부 이용자는 간단한 형태의 실내 안테나가 부착된 PC 카드 혹은 포터블 기기를 이용하여 부가데이터방송을 사용할 것으로 예측되는데, 실내에서는 벽에 의한 차단과 근접 이동체의 영향으로 신호 세기가 크게 감소하고 반사파로 인한 고스트와 잡음의 영향으로 방송 수신 성능이 떨어지는 경우가 발생할 수 있다. 그런데 일반적인 영상/음향데이터와는 달리 부가 데이터 전송의 경우 에는 보다 낮은 오류율을 가져야 한다. 영상/음향 데이터의 경우에는 사람의 눈과 귀가 감지하지 못하는 정도의 오류는 문제가 되지 않는 반면에, 부가데이터(예: 프로그램 실행 파일, 주식 정보 등)의 경우에는 한 비트의 오류가 발생해도 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 채널에서 발생하는 고스트와 잡음에 더 강한 시스템의 개발이 필요하다.
부가 데이터의 전송은 통상 MPEG 영상/음향과 동일한 채널을 통해 시분할 방식으로 이루어 질 것이다. 그런데 디지털 방송이 시작된 이후로 시장에는 이미 MPEG 영상/음향만 수신하는 ATSC VSB 디지털 방송 수신기가 널리 보급되어 있는 상황이다. 따라서 MPEG 영상/음향과 동일한 채널로 전송되는 부가 데이터가 기존에 시장에 보급된 기존 ATSC VSB 전용 수신기에 아무런 영향을 주지 않아야 한다. 이와 같은 상황을 ATSC VSB 호환으로 정의하며, 부가 데이터 방송 시스템은 ATSC VSB 시스템과 호환 가능한 시스템이어야 할 것이다. 상기 부가 데이터를 인핸스드 데이터 또는 E-VSB 데이터라 하기도 한다.
또한 열악한 채널환경에서는 기존의 ATSC VSB 수신 시스템의 수신성능이 떨어질 수 있다. 특히 휴대용 및 이동 수신기의 경우에는 채널변화 및 노이즈에 대한 강건성이 더욱 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 부가 데이터 전송에 적합하고 노이즈에 강한 새로운 디지털 방송 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 송/수신측에서 알고 있는 기지 데이터(Known data)를 데이터 구간의 소정 영역에 삽입하여 전송함으로써, 수신 성능을 향상시키는 방송 시스템 및 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전송된 기지 데이터를 검출하여 주파수 동기에 이용함으로써, 수신 성능을 향상시키는 방송 시스템 및 처리 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 방송 수신 시스템은, 일정 패턴을 갖는 기지 데이터가 유효 데이터에 주기적으로 삽입되어 전송되면 튜닝을 통해 수신하고, 기지 데이터 정보에 따라 수신된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하여 보상하는 복조부; 상기 복조 전 또는 복조된 신호로부터 송신측에서 삽입한 기지 데이터 정보와 대략적 주파수 옵셋값을 검출하여 상기 복조부로 출력하는 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부; 및 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부에서 검출된 기지 데이터 정보를 이용하여 상기 복조부를 통해 출력되는 데이터에 포함된 채널 왜곡을 보상하는 채널 등화기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 복조부는 입력 신호에 복소 신호를 곱하여 주파수 옵셋을 보상하는 곱셈기; 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부에서 출력되는 기지 데이터 위치 정보에 따라 상기 곱셈기의 출력으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하는 미세 주파수 옵셋 추정부; 초기에는 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부에서 출력되는 대략적 주파수 옵셋 추정값을 선택하고, 이후에는 상기 미세 주파수 옵셋 추정부에서 출력되는 미세 주파수 옵셋 추정값을 선택하는 선택부; 및 상기 선택부를 통해 출력되는 주파수 옵셋에 해당하는 보상 주파수를 생성하고, 생성된 보상 주파수에 해당하는 복소 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 보상 신호 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디지털 방송 처리 방법은,
(a) 일정 패턴을 갖는 기지 데이터가 유효 데이터에 주기적으로 삽입되어 전송되면 튜닝을 통해 수신하고, N배로 오버샘플링하여 출력하는 단계;
(b) 상기 N배로 오버샘플링되어 입력되는 신호를 각 샘플링 위상별로 1/N의 비율로 데시메이션한 후 각각 부분 상관을 수행하여 기지 데이터 정보 및 대략적 주파수 옵셋을 검출하는 단계;
(c) 상기 기지 데이터 정보에 따라 수신 신호로부터 미세 주파수 옵셋을 검출하는 단계; 및
(d) 초기에는 상기 대략적 주파수 옵셋 추정값을 이용하고, 이후에는 미세 주파수 옵셋 추정값을 이용하여 입력 신호로부터 주파수 옵셋을 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는 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, 이것 에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
본 발명은 송신측에서는 기지 데이터를 주기적으로 삽입하여 전송하고, 수신측에서는 주기적으로 삽입되어 전송된 기지 데이터를 검출하여 주파수 동기에 이용함으로써, 수신기의 수신 성능을 향상시키기 위한 것이다.
도 1은 기지 데이터를 주기적으로 삽입하여 전송하기 위한 디지털 방송 송신기의 실시예를 보인 것이다.
상기 도 1의 디지털 방송 송신기는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 기지 데이터 열을 주기적으로 삽입하여 전송할 수 있는 송신기는 어느 것이나 가능하다. 따라서 본 발명은 상기된 실시예로 제시한 것에 제한되지 않을 것이다.
도 1의 디지털 방송 송신기는 E-VSB 전처리부(101), E-VSB 패킷 포맷터(102), 패킷 다중화기(103), 데이터 랜더마이져(104), 스케쥴러(105), 리드 솔로몬 부호기 및 패리티 위치 홀더 삽입기(106), 데이터 인터리버(107), 바이트-심볼 변환기(108), E-VSB 심볼 처리부(109), 기지 데이터 발생부(110), 심볼-바이트 변환기(111), 비체계적 RS 부호기(112), 트렐리스 부호기(113), 프레임 다중화기(114), 및 송신부(120)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에서 메인 데이터 패킷은 패킷 다중화기(103)로 출력되고, 인핸스드 데이터는 E-VSB 전처리부(101)로 출력된다. 상기 E-VSB 전처리부(101)는 인핸스드 데이터에 대해 추가의 에러 정정 부호화, 인터리빙, 널 데이터 삽입을 통한 바이트 확장 등과 같은 전처리를 수행한 후 E-VSB 패킷 포맷터(102)로 출력한다.
상기 E-VSB 패킷 포맷터(102)는 상기 스케쥴러(105)의 제어에 의해 상기 전처리된 인핸스드 데이터와 널 데이터가 삽입된 기지 데이터 위치 홀더를 다중화하여 그룹을 구성한다. 이어 상기 그룹 내 데이터를 184바이트 단위의 인핸스드 데이터 패킷으로 나누고, 상기 패킷 앞에 4바이트의 MPEG 헤더를 추가하여 188바이트 단위의 인핸스드 데이터 패킷(즉, MPEG 호환 패킷)으로 출력한다.
여기서 상기 E-VSB 패킷 포맷터(102)는 수신측에서 기지 데이터를 수신하였을 때 VSB 데이터 프레임 내에 기지 데이터 열이 주기적으로 삽입되어 수신되도록 스케쥴러(105)의 제어에 의해 상기 기지 데이터 위치 홀더를 결정한다.
상기 E-VSB 패킷 포맷터(102)의 출력은 패킷 다중화기(103)로 입력된다. 상기 패킷 다중화기(103)는 상기 스케쥴러(105)의 제어에 의해 메인 데이터 패킷과 인핸스드 데이터 패킷 그룹을 트랜스포트 스트림(Transport Stream ; TS) 패킷 단위로 시분할 다중화하여 출력한다.
즉, 상기 스케줄러(105)는 E-VSB 패킷 포맷터(102)에서 인핸스드 데이터와 기지 데이터 위치 홀더를 다중화할 수 있도록 제어 신호를 생성하여 출력하고, 또한 상기 패킷 다중화기(103)에서 메인 데이터 패킷과 인핸스드 데이터 패킷 그룹을 다중화할 수 있도록 제어 신호를 출력한다. 상기 패킷 다중화기(103)는 제어신호를 입력받아 TS 패킷 단위로 메인 데이터 패킷과 인핸스드 데이터 패킷 그룹을 다중화하여 출력한다.
상기 패킷 다중화기(103)의 출력은 데이터 랜더마이저(104)로 입력된다. 상기 데이터 랜더마이저(104)에서는 MPEG 동기 바이트를 버리고 나머지 187 바이트를 내부에서 발생시킨 의사랜덤(pseudo random) 바이트를 사용하여 랜덤하게 만든 후 리드-솔로몬(Reed-Solomon ; RS) 부호기(Encoder)/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입기(106)로 출력한다.
상기 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입기(106)는 랜덤마이즈된 데이터가 메인 데이터 패킷이면 체계적(systematic) RS 부호화를, 인핸스드 데이터 패킷이면 비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입(Non-systematic RS parity Holder insertion)을 수행한다.
상기 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입기(106)의 출력은 데이터 인터리버(107)로 출력되고, 상기 데이터 인터리버(107)는 이를 인터리빙하여 출력한다. 이때 상기 데이터 인터리버(107)는 비체계적 RS 부호기(112)에서 새로 계산되어 출력되는 RS 패리티 바이트를 입력받아 아직 출력되지 않은 비체계적 RS 패리티 위치 홀더를 치환한다.
상기 데이터 인터리버(107)에서 출력되는 한 개의 바이트는 바이트-심볼 변환기(108)에서 네 개의 심볼로 변환되어 E-VSB 심볼 처리부(109)로 출력된다. 여기서 한 심볼은 두 개의 비트로 구성된다.
또한 기지 데이터 발생부(110)에서 생성된 기지 데이터도 E-VSB 심볼 처리부(109)로 출력된다. 이때 상기 기지 데이터는 심볼 영역에서 발생한 기지 데이터 심볼이다. 이러한 이유는 수신기에서 기지 데이터는 심볼 영역에서 사용되므로, 심볼 영역에서 원하는 특성을 가지도록 기지 데이터의 심볼 열을 만드는 것이 보다 효과적이기 때문이다.
한편 상기 E-VSB 심볼 처리부(109)로 입력되는 데이터가 바이트-심볼 변환기(108)에 의해 심볼로 변환된 기지 데이터 위치 홀더인 경우에는 이것을 기지 데이터 발생부(110)에서 발생시킨 기지 데이터로 치환하여 사용하며, 기지 데이터 열이 시작되는 부분에서는 트렐리스 부호기(113)의 메모리가 어떤 정해진 상태로 초기화되도록 하는 데이터 심볼을 발생시켜 출력한다. 이를 위해서는 트렐리스 부호기(113)에 있는 메모리 값을 E-VSB 심볼 처리부(109)에서 입력 받아야한다.
상기 트렐리스 부호기(113)의 메모리 값은 인핸스드 데이터 심볼을 위한 추가적인 신호처리에 이용될 수도 있다. 그리고 상기 기지 데이터의 열이 시작될 때 트렐리스 부호기(113)를 초기화하는 이유는 트렐리스 부호기(113)로 기지 데이터의 열이 입력되더라도 트렐리스 부호기(113)의 메모리 상태에 따라서 여러 가지 출력 열이 가능하기 때문이다.
따라서 트렐리스 부호기(113)의 메모리 상태를 정해진 값으로 초기화한 후에 기지 데이터를 입력하면 트렐리스 부호기(113)의 출력에서도 기지 데이터 출력 열을 얻을 수 있다.
상기 E-VSB 심볼 처리부(109)의 출력 심볼은 트렐리스 부호기(113)에 입력되어 트렐리스 부호화된다.
상기 트렐리스 부호기(113)는 상기 EVSB 심볼 처리부(109)의 출력 심볼 중 상위 비트로 입력되는 데이터를 프리코딩하고, 하위 비트로 입력되는 데이터를 트 렐리스 부호화하여 프레임 다중화기(114)로 출력한다.
한편 상기 E-VSB 심볼 처리부(109)에서 2비트로 구성된 심볼을 입력받아 다양한 처리를 한 후 다시 2비트로 구성된 심볼을 출력하기 때문에, 상기 비체계적 RS 부호기(112)가 E-VSB 심볼 처리부(109)의 출력으로부터 RS 패리티를 다시 계산하려면 심볼-바이트 변환기(111)에서 바이트로 변환하여야 한다. 즉 상기 심볼-바이트 변환기(111)에서 입력 심볼을 바이트 단위로 변환하여 비체계적 RS 부호기(112)로 출력한다.
상기 비체계적 RS 부호기(112)는 187개의 정보 바이트로 된 인핸스드 데이터 패킷에 대해서 20바이트의 RS 패리티를 계산하여 데이터 인터리버(107)로 출력한다. 상기 데이터 인터리버(107)는 비체계적 RS 부호기(112)에서 계산되어 출력되는 RS 패리티 바이트를 입력받아 아직 출력되지 않은 비체계적 RS 패리티 위치 홀더를 치환한다.
여기서, 상기 비체계적 RS 부호화를 하는 이유는 E-VSB 심볼 처리부(109)에서 인핸스드 데이터 심볼과 기지 데이터 위치 홀더가 다른 값으로 변경되기 때문에 기존 ATSC VSB 수신기에서 RS 복호를 수행했을 때 복호 오류가 발생하지 않도록 하기 위해서다. 즉 기존 ATSC VSB 수신기와 역방향 호환성(backward compatibility)을 가지도록 하기 위함이다.
한편 비체계적 RS 부호기(112)에서 기지 데이터 발생부(110)의 출력을 입력받는 이유는 심볼-바이트 변환기(111)에서 RS 패리티 바이트보다 늦게 출력되는 기지 데이터를 미리 입력받기 위함이다.
상기 프레임 다중화기(114)는 상기 트렐리스 부호기(113)의 출력 심볼마다 4개의 세그먼트 동기 심볼을 삽입하여 832개 심볼의 데이터 세그먼트를 구성하고, 312개의 데이터 세그먼트마다 한 개의 필드 동기 세그먼트를 삽입하여 한 개의 데이터 필드를 구성하여 송신부(120)로 출력한다.
상기 송신부(120)는 세그먼트 동기 신호와 필드 동기 신호가 삽입된 프레임 다중화기(114)의 출력에 파일럿 신호를 삽입하고 VSB 변조한 후 RF 신호로 변환하여 안테나를 통해 송출한다. 이를 위해 상기 송신부(120)는 파일럿 삽입기(121), VSB 변조기(122), 및 RF 업 변환기(123)를 포함하여 구성된다. 그리고 필터(pre-equalizer filter)는 선택적(optional)이다.
전술한 바와 같이 디지털 방송 송신기는 VSB 데이터 프레임 내에 주기적으로 기지 데이터를 삽입할 수 있다.
도 2는 디지털 방송 송신기에서 동일한 패턴의 기지 데이터 열을 실제 데이터 사이에 주기적으로 삽입하여 전송하는 VSB 신호의 데이터 구조의 일 예를 보이고 있다. 상기 도 2에서 A는 유효 데이터 심볼의 수이며 B는 기지 데이터의 심볼 수이다. 따라서 (A + B) 심볼의 주기로 B 심볼의 기지 데이터가 삽입되어 전송된다. 상기 A는 인핸스드 데이터일 수도 있고 메인 데이터일 수도 있고, 인핸스드 데이터와 메인 데이터의 혼합일 수도 있으며, 본 발명에서는 기지 데이터와 구분하기 위하여 이를 유효 데이터라 칭한다.
본 발명의 수신측에서는 이렇게 주기적으로 삽입되어 전송되는 기지 데이터 위치를 검출함과 동시에 상기 기지 데이터 검출 과정에서 대략적인 주파수 옵셋 (Coarse frequency offset)을 추정한다. 그리고 상기 기지 데이터 위치 정보와 대략적인 주파수 옵셋 추정값으로 반송파 주파수 옵셋을 보다 정밀하게 추정하여 보상한다.
도 3은 이러한 본 발명을 적용하기 위한 디지털 방송 수신 시스템의 일 실시예를 보인 것으로서, 튜너(301), 복조부(302), 채널 등화기(303), 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304), 비터비 디코더(305), 데이터 디인터리버(306), RS 디코더/비체계적 RS 패리티 제거부(307), 디랜더마이저(308)를 포함하여 구성된다.
또한 상기 디지털 방송 수신 시스템은 메인 데이터 패킷 제거부(309), E-VSB 패킷 디포맷터(310), 및 E-VSB 데이터 처리부(311)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 튜너(301)는 특정 채널의 주파수를 튜닝하여 다운 컨버팅한 후 복조부(302)와 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)로 출력한다.
상기 복조부(302)는 튜닝된 채널 주파수에 대해 반송파 복구 및 타이밍 복구 등을 수행하여 기저대역 신호로 만든 후 채널 등화기(303)와 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)로 출력한다.
상기 채널 등화기(303)는 상기 복조된 신호에 포함된 채널 상의 왜곡을 보상한 후 비터비 디코더(Viterbi decoder)(305)로 출력한다.
이때 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)는 상기 복조부(302)의 입/출력 데이터 즉, 복조가 이루어지기 전의 데이터 또는 복조가 이루어진 후의 데이터로부터 송신측에서 삽입한 기지 데이터 열의 위치를 검출하여 복 조부(302)와 채널 등화기(303)로 출력함과 동시에 대략적 주파수 옵셋을 추정하여 복조부(302)로 출력한다. 상기 기지 데이터의 위치 검출과 대략적 주파수 옵셋 검출 과정의 상세한 내용은 뒤에서 설명한다.
상기 복조부(302)는 타이밍 복원이나 반송파 복구시에 상기 기지 데이터 심볼열을 이용함으로써, 복조 성능을 향상시킬 수 있고, 등화기(303)에서도 마찬가지로 상기 기지 데이터를 이용하여 등화 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 상기 복조부(302)는 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)에서 출력된 기지 데이터 위치 정보와 대략적 주파수 옵셋 추정값을 이용하여 주파수 옵셋을 보다 정밀하게 추정하여 보상한다.
상기 비터비 디코더(305)는 상기 등화기(303)에서 출력되는 메인 데이터 심볼과 인핸스드 데이터 심볼에 대하여 비터비 복호를 수행하여 바이트로 변환한 후 이를 디인터리버(306)로 출력한다. 그리고 상기 비터비 디코더(305)에서 판정한 8-레벨의 결정값은 상기 등화기(303)로 제공되어 등화 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 디인터리버(306)는 송신측의 데이터 인터리버의 역과정을 수행하여 RS 복호기/비체계적 RS 패리티 제거부(RS encoder/Non-systematic RS parity remover)(307)로 출력한다. 상기 RS 복호기/비체계적 RS 패리티 제거부(307)에서는 입력받은 패킷이 메인 데이터 패킷인 경우 체계적 RS 복호를 수행하고, 인핸스드 데이터 패킷인 경우에는 패킷에 삽입되어 있는 비체계적 RS 패리티 바이트를 제거하여 디랜덤마이저(308)로 출력한다.
상기 디랜덤마이저(308)는 RS 복호기/비체계적 RS 패리티 제거부(307)의 출 력에 대하여 랜덤마이저의 역과정을 수행하고 MPEG 동기 바이트를 매 패킷의 앞에 삽입하여 188 바이트 패킷 단위로 출력한다.
상기 디랜덤마이저(308)의 출력은 메인 MPEG 디코더(도시되지 않음)로 출력됨과 동시에 메인 데이터 패킷 제거부(309)로 출력된다.
한편 상기 메인 데이터 패킷 제거부(309)는 디랜덤마이저(308)의 출력으로부터 188바이트 단위의 메인 데이터 패킷을 제거하여 E-VSB 패킷 디포맷터(310)로 출력한다. 상기 E-VSB 패킷 디포맷터(310)는 송신측의 E-VSB 포맷터에서 인핸스드 데이터 패킷에 삽입했던 MPEG 헤더 바이트와 기지 데이터 위치 홀더 바이트 그리고 바이트 확장을 위해 삽입했던 널 비트 또는 반복 비트를 제거한 후 이를 E-VSB 데이터 처리부(311)로 출력한다. 상기 E-VSB 데이터 처리부(311)는 상기 E-VSB 패킷 디포맷터(310)의 출력에 대해 송신측의 E-VSB 전처리부(101)의 역과정을 수행하여 최종으로 인핸스드 데이터를 출력한다.
도 4는 도 3의 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부의 일 실시예를 보인 구성 블록도로서, 입력되는 신호가 N배로 오버샘플링(oversampling)되었을 경우의 예이다. 즉, N은 수신 VSB 신호의 샘플링 비율(sampling rate)을 나타낸다.
도 4를 보면, 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부는 병렬로 구성된 N개의 부분 상관부(411~41N)와 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(420)로 구성된다.
상기 첫 번째 부분 상관부(411)는 1/N 데시메이터, 및 부분 상관기로 구성된다.
상기 두 번째 부분 상관부(412)는 1 샘플 지연기, 1/N 데시메이터, 및 부분 상관기로 구성된다.
상기 N 번째 부분 상관부(41N)는 N-1 샘플 지연기, 1/N 데시메이터, 및 부분 상관기로 구성된다.
이는 오버샘플링된 심볼 내 각 샘플들의 위상을 원래 심볼의 위상과 일치시키고, 나머지 위상에 있는 샘플들을 데시메이션한 후 각각 부분 상관을 수행하기 위해서이다. 즉, 입력 신호는 각 샘플링 위상(sampling phase)별로 1/N의 비율로 데시메이션되어 각 부분 상관기(partial correlator)를 통과한다.
예를 들어, 입력 신호가 2배로 오버샘플링되었다면 즉, N=2라면 1 심볼에 2개의 샘플이 포함되어 있음을 의미하고, 이 경우 상기 부분 상관부는 2개가 필요하며, 1/N 데시메이터는 1/2 데시메이터이다.
이때 첫 번째 부분 상관부(411)의 1/N 데시메이터는 입력 샘플 중 심볼 위치와 심볼 위치 사이에 있는 샘플을 데시메이트(제거)하여 부분 상관기로 출력한다.
그리고 두 번째 부분 상관부(412)의 1샘플 지연기는 입력 샘플을 1샘플 지연시켜 1/N 데시메이터로 출력한다. 이어 상기 1/N 데시메이터는 상기 1 샘플 지연기에서 입력되는 샘플 중 심볼 위치와 심볼 위치 사이에 있는 샘플을 데시메이트(제거)하여 부분 상관기로 출력한다.
상기 각 부분 상관기는 VSB 심볼의 기 설정된 주기마다 상관값과 그 순간에서의 주파수 옵셋 추정 값을 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(420)로 출력한다.
상기 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(420)는 각 샘플링 위상별 부분 상관기의 출력을 E-VSB 그룹 주기 또는 정해진 주기 동안 저장한 후 그 값들 가운데 상관값이 최대인 위치를 기지 데이터의 수신 위치로 판단하고 그 순간의 주파수 옵셋 추정 값을 수신 시스템의 대략적인 주파수 옵셋 값으로 최종 결정한다.
도 5는 도 4의 각 부분 상관기 중 하나의 구조를 나타낸 것이다. 상기 기지 데이터 검출 단계에서 수신 신호에는 주파수 옵셋이 포함되므로 각 부분 상관기는 송/수신측에서 약속에 의해 알고 있는 기지 데이터를 L 심볼 길이를 갖는 K개의 부분으로 나누어 수신 신호의 해당 부분과 상관을 취한다.
이를 위해 하나의 부분 상관기는 병렬로 구성된 K개의 위상 및 크기 검출부(511~51K), 가산기(520), 및 대략적 주파수 옵셋 추정부(530)로 구성된다.
상기 첫 번째 위상 및 크기 검출부(511)는 L 심볼 버퍼(511-2), 곱셈기(511-3), 누산기(511-4), 및 제곱기(511-5)를 포함하여 구성되어, K개의 구간 중 첫 번째 L 심볼 길이의 기지 데이터의 상관값을 구한다.
상기 두 번째 위상 및 크기 검출부(512)는 L 심볼 지연기((512-1), L 심볼 버퍼(512-2), 곱셈기(512-3), 누산기(512-4), 및 제곱기(512-5)를 포함하여 구성되어, K개의 구간 중 두 번째 L 심볼 길이의 기지 데이터의 상관값을 구한다.
상기 K 번째 위상 및 크기 검출부(51K)는 (K-1)L 심볼 지연기((51K-1), L 심볼 버퍼(51K-2), 곱셈기(51K-3), 누산기(51K-4), 및 제곱기(51K-5)를 포함하여 구성되어, K개의 구간 중 K번째 L 심볼 길이의 기지 데이터의 상관값을 구한다.
상기 도 5의 각 곱셈기에서 수신 신호와 곱해지는 {P0,P1,...,PKL-1}는 송/수신측에서 알고 있는 기지 데이터를 나타내고, *는 복소 콘쥬게이트(complex conjugate)를 나타낸다.
상기 첫 번째 위상 및 크기 검출부(511)를 예로 들면, 도 4의 첫 번째 부분 상관부(411)의 1/N 데시메이터에서 출력되는 신호는 첫 번째 위상 및 크기 검출부(511)의 L 심볼 버퍼(511-2)에서 일시 저장된 후 곱셈기(511-3)로 입력된다. 상기 곱셈기(511-3)는 상기 L 심볼 버퍼(511-2)의 출력과 이미 알고 있는 K개의 구간 중 첫 번째 L 심볼 길이의 기지 데이터 P0,P1,...,PL-1를 복소 콘쥬게이트 곱하여 누산기(511-4)로 출력한다. 상기 누산기(511-4)는 L 심볼 동안 상기 곱셈기(511-3)의 출력을 누산하여 제곱기(511-5)와 대략적 주파수 옵셋 추정부(530)로 출력한다. 상기 누산기(511-4)의 출력은 위상과 크기를 가진 상관값이다. 따라서 상기 제곱기(511-5)에서 상기 곱셈기(511-4)의 출력에 절대치를 취하고 그 절대치를 제곱하면 상관값의 크기가 구해지며, 그 크기는 가산기(520)로 입력된다.
상기 가산기(520)는 각 위상 및 크기 검출부(511~51K)의 제곱기의 출력을 더하여 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(420)로 출력한다.
그리고 대략적 주파수 옵셋 추정부(530)는 상기 각 위상 및 크기 검출부(511~51K)의 누산기의 출력을 입력받아 해당 샘플링 위상에서 대략적인 주파수 옵셋을 추정하여 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(420)로 출력한다.
상기 각 위상 및 크기 검출부(511~51K)의 누산기에서 출력되는 K개의 입력을 {Z0,Z1,...,ZK-1} 이라고 할 경우 상기 대략적인 주파수 옵셋 추정기(530)의 출력은 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112006001683862-pat00001
상기 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(420)는 각 샘플링 위상별 부분 상관기의 출력을 E-VSB 그룹 주기 또는 정해진 주기 동안 저장한 후 그 값들 가운데 상관값이 최대인 위치를 기지 데이터의 수신 위치로 판단하고 그 순간의 주파수 옵셋 추정 값을 수신 시스템의 대략적인 주파수 옵셋 값으로 결정한다. 예를 들어, 두 번째 부분 상관부(412)의 부분 상관기의 출력이 최대값을 갖게 되면 그 위치를 기지 데이터 위치로 결정하고, 상기 두 번째 부분 상관부(412)에서 추정된 대략적 주파수 옵셋을 최종 대략적 주파수 옵셋으로 결정하여 복조부(302)로 출력한다.
도 6은 복조부(302) 내 주파수 동기부의 상세 블록도로서, 곱셈기(610), 제어부(611), 미세 주파수 옵셋 추정부(612), 루프 필터(613), 먹스(614), 수치 제어 발진기(NCO)(615), 및 롬(616)을 포함하여 구성된다.
상기 튜너(301)의 출력은 복조부(302) 내 주파수 동기부의 곱셈기(610)로 입력된다.
상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)에서 검출된 기지 데이터 위치 정보는 제어부(611)와 미세 주파수 옵셋 추정부(612)로 입력되고, 대 략적 주파수 옵셋 추정값은 먹스(614)로 입력된다.
상기 제어부(611)는 먹스(614)의 입력을 선택하기 위한 선택 신호를 생성하여 먹스(614)로 출력한다.
즉, 상기 제어부(611)는 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(302)에서 기지 데이터가 검출되고 대략적인 주파수 옵셋이 추정되면, 상기 대략적인 주파수 옵셋 추정값이 먹스(614)의 출력이 되도록 선택 신호를 생성한다. 상기 대략적인 주파수 옵셋 추정값은 먹스(614)를 통해 NCO(615)로 입력되고, 상기 NCO(615)는 상기 대략적 주파수 옵셋에 해당하는 보상 주파수를 생성하여 롬(616)으로 출력한다. 상기 롬(615)은 보상 주파수에 해당하는 복소 정현파를 상기 곱셈기(610)로 출력한다. 상기 곱셈기(610)는 튜너(301)의 출력 신호에 상기 롬(616)의 복소 정현파를 곱하여 대략적인 주파수 옵셋이 보상된 기저대역의 신호를 미세 주파수 옵셋 추정부(612)와 등화기(303)로 출력한다.
한편 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(612)는 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)에서 출력되는 기지 데이터 위치 정보에 따라 곱셈기(610)의 출력으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하여 상기 먹스(614)로 출력한다. 그리고 상기 제어부(611)는 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(612)에서 미세 주파수 옵셋 추정값이 나오는 시점에서 상기 먹스(614)가 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(612)의 출력을 선택하도록 먹스(614)의 선택 신호를 변경한다. 그러면 미세 주파수 옵셋 추정값은 먹스(614)를 통해 NCO(615)로 입력되고, 그 이후의 과정은 대략적 주파수 옵셋 보상 과정과 유사하므로 상세 설명을 생략한다.
그러다가 주파수 동기가 안정되면 주파수 동기의 유지를 위한 추적 모드로 동작하기 위해 상기 제어부(611)는 먹스(614)의 선택 신호를 변경한다. 즉, 루프 필터(613)의 출력이 먹스(614)의 출력이 되도록 선택 신호를 변경한다. 그러면 미세 주파수 옵셋 추정값은 루프 필터(613)와 먹스(614)를 통해 NCO(615)로 입력되고, 그 이후의 과정은 대략적 주파수 옵셋 보상 과정과 유사하므로 상세 설명을 생략한다. 즉, 미세 주파수 옵셋 추정부(612)는 주기마다 반복되는 기지 데이터를 이용해 주파수 옵셋 추정 값을 일정 주기로 내보내고 이 값을 루프 필터(613)와 먹스(614)의 출력으로 결정하여 주파수 동기를 유지하게 된다.
한편 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)는 먹스(620)를 구비하여 주파수 동기가 이루어지기 전의 데이터 또는 주파수 동기가 이루어진 후의 데이터로부터 송신측에서 삽입한 기지 데이터 열의 위치를 검출한다. 이를 위해 상기 제어부(611)는 획득 모드에서는 곱셈기(610)의 입력 데이터 즉, 주파수 옵셋 보상 전의 데이터가 상기 먹스(620)의 출력이 되도록 선택 신호를 생성하고, 추적 모드에서는 상기 곱셈기(610)의 출력 데이터 즉, 주파수 옵셋 보상 후의 데이터가 상기 먹스(620)의 출력이 되도록 선택 신호를 생성한다. 상기 먹스(620)는 선택 신호에 따라 상기 곱셈기(610)의 입력 신호 또는 출력 신호를 선택하여 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)로 제공한다.
도 7은 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(612)의 일 실시예를 보인 상세 블록도로서, 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)에서 검출된 기지 데이터 위치 정보에 따라 동작한다. 도 7에서는 상기 기지 데이터 검출 및 대략적 주파 수 옵셋 검출부(304)로부터 기지 데이터 위치 정보를 입력받는 부분을 생략하였다.
도 7을 보면, 제1 N 심볼 버퍼(711), K 심볼 지연기(712), 제2 N 심볼 지연기(713), 콘쥬게이터(714), 곱셈기(715), 누산기(716), 및 위상 검출기(717)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 도 7은 기지 데이터 구간 동안 동작하는 것을 실시예로 설명한다.
즉, 제1 N 심볼 버퍼(711)는 입력되는 심볼을 최대 N개까지 저장할 수 있으며, 제1 N 심볼 버퍼(711)에 일시 저장된 심볼 데이터는 곱셈기(715)로 입력된다.
동시에 상기 입력되는 심볼은 K 심볼 지연기(712)에서 K 심볼 지연된 후 제2 N 심볼 버퍼(713)를 거쳐 콘쥬게이터(714)에서 콘쥬게이트(conjugate ; 공액)되어 곱셈기(715)로 입력된다.
상기 곱셈기(715)는 상기 제1 N 심볼 버퍼(711)의 출력과 콘쥬게이터(714)의 출력을 곱하여 누산기(716)로 출력하고, 상기 누산기(716)는 상기 곱셈기(715)의 출력을 N 심볼 동안 누산시켜 위상 검출기(717)로 출력한다. 상기 위상 검출기(717)는 상기 누산기(716)의 출력으로부터 위상 정보를 추출하여 먹스(614)로 출력한다. 상기 위상 정보가 미세 주파수 옵셋 추정값이 된다.
즉, 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(612)는 기지 데이터의 입력이 끝나는 시점 혹은 원하는 시점에 제1 N 심볼 버퍼(711)에 저장된 N개의 입력 데이터와 K 심볼만큼 지연되어 제2 N 심볼 버퍼(713)에 저장된 N개의 입력 데이터의 복소 콘쥬게이트의 곱을 N 심볼 동안 누적한 후 위상 값을 추출해 낸다.
이때 상기 제1 N 심볼 버퍼(711)와 제2 N 심볼 버퍼(713)에 저장되는 입력 신호는 동일한 기지 데이터가 전송되어 거의 동일한 채널을 겪어 수신된 신호이면 좋다. 그렇지 않다면 전송 채널의 영향에 의해 주파수 옵셋 추정 성능이 크게 떨어지게 되기 때문이다.
그리고 도 7의 미세 주파수 옵셋 추정부의 N과 K값은 다양하게 결정할 수 있다. 이는 동일하게 반복되는 기지 데이터의 특정 부분만을 사용할 수도 있기 때문이다. 그 실시 예로써 도 2와 같은 구조의 데이터가 전송된다고 할 경우 N = B, K=(A+B)로 설정할 수 있다.
상기 미세 주파수 옵셋 추정부(612)에서 주파수 옵셋의 추정 범위는 K값에 의해서 결정된다. K값이 클 수록 주파수 옵셋의 추정 범위는 줄어들고, K값이 작을 수록 주파수 옵셋의 추정 범위는 늘어나게 된다. 따라서 도 2와 같은 구조의 데이터가 전송될 경우 기지 데이터의 반복 주기 (A+B)가 길다면 주파수 옵셋 추정 범위가 줄어들게 된다. 이 경우 기지 데이터 검출 및 대략적 주파수 옵셋 검출부(304)에서 대략적인 주파수 옵셋을 추정한 후 이를 복조부(302)에서 보상했다고 하더라도 보상 후 잔류 주파수 옵셋이 미세 주파수 옵셋 추정부의 추정 범위를 넘게 될 수 있다.
이 점을 보완하기 위한 방법으로 주기적으로 전송되는 기지 데이터 열을 사이클릭 확장(cyclic extension)을 이용해 동일한 부분의 반복으로 구성할 수 있다. 그 실시 예로써 도 2의 기지 데이터가 길이 B/2의 동일한 부분 두 개로 구성되었다고 하면 도 7의 미세 주파수 옵셋 추정부의 N=B/2, K=B/2로 설정할 수 있다. 이 경 우 반복되는 기지 데이터를 이용할 때보다 넓은 추정 범위를 가질 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 발명을 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 디지털 방송 시스템 및 방법에 의하면, 채널을 통하여 부가 데이터를 송신할 때 오류에 강하고 또한 기존의 VSB 수신기와도 호환성이 가능한 이점이 있다. 더불어 기존의 VSB 시스템보다 고스트와 잡음이 심한 채널에서도 부가 데이터를 오류없이 수신할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 데이터 영역의 특정 위치에 기지 데이터를 주기적으로 삽입하여 전송하고, 이를 검출하고 주파수 동기와 채널 등화에 이용함으로써, 채널 변화가 심한 상황에서 수신 시스템의 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 본 발명은 채널 변화가 심하고 노이즈에 대한 강건성이 요구되는 휴대용 및 이동수신기에 적용하면 더욱 효과적이다.
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.

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  12. 삭제
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  14. 메인 데이터와 인핸스드 데이터를 포함하는 방송 신호를 수신하는 튜너;
    상기 수신된 방송 신호를 복조하는 복조기;
    상기 복조된 방송 신호를 제1 복호하는 제1 복호기;
    상기 제1 복호된 방송 신호에 포함된 인핸스드 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버; 및
    상기 디인터리브된 인핸스드 데이터를 제2 복호하는 제2 복호기를 포함하며,
    여기서 상기 수신된 방송 신호는 디지털 방송 송신 시스템에서 인핸스드 데이터에 대해 랜더마이징을 수행하고, 랜더마이즈된 인핸스드 데이터와 기지 데이터 열을 포함하는 인핸스드 데이터 패킷들에 비체계적(non-systematic) RS(Reed-Solomon) 패리티 데이터를 부가하고, 메인 데이터를 포함하는 메인 데이터 패킷들에 체계적 RS 패리티 데이터를 부가하며, 상기 비체계적/체계적 RS 패리티 데이터가 부가된 인핸스드 및 메인 데이터 패킷들을 인터리빙하고, 인터리브된 데이터 패킷들에 포함된 데이터에 대해 트렐리스 부호기에서 트렐리스 부호화를 수행하며, 상기 트렐리스 부호기에 포함된 적어도 하나의 메모리를 상기 기지 데이터 열의 시작에서 초기화시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 복호된 인핸스드 데이터를 디랜더마이징하는 디랜더마이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 방송 신호에 포함된 기지 데이터 열을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 기지 데이터 검출기를 더 포함하며, 상기 복조기는 상기 주파수 옵셋을 이용하여 복조를 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템.
  17. 메인 데이터와 인핸스드 데이터를 포함하는 방송 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 방송 신호를 복조하는 단계;
    상기 복조된 방송 신호를 제1 복호하는 단계;
    상기 제1 복호된 방송 신호에 포함된 인핸스드 데이터를 디인터리빙하는 단계; 및
    상기 디인터리브된 인핸스드 데이터를 제2 복호하는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 수신된 방송 신호는 디지털 방송 송신 시스템에서 인핸스드 데이터에 대해 랜더마이징을 수행하고, 랜더마이즈된 인핸스드 데이터와 기지 데이터 열을 포함하는 인핸스드 데이터 패킷들에 비체계적(non-systematic) RS(Reed-Solomon) 패리티 데이터를 부가하고, 메인 데이터를 포함하는 메인 데이터 패킷들에 체계적 RS 패리티 데이터를 부가하며, 상기 비체계적/체계적 RS 패리티 데이터가 부가된 인핸스드 및 메인 데이터 패킷들을 인터리빙하고, 인터리브된 데이터 패킷들에 포함된 데이터에 대해 트렐리스 부호기에서 트렐리스 부호화를 수행하며, 상기 트렐리스 부호기에 포함된 적어도 하나의 메모리를 상기 기지 데이터 열의 시작에서 초기화시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 복호된 인핸스드 데이터를 디랜더마이징하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 방송 신호에 포함된 기지 데이터 열을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 단계를 더 포함하며, 상기 복조 단계는 상기 주파수 옵셋을 이용하여 복조를 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
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