KR101276804B1 - 디지털 방송 시스템 및 처리 방법 - Google Patents

디지털 방송 시스템 및 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 방송 시스템과 관련된 것으로서, 특히 본 발명은 송신측에서는 송/수신측의 약속에 의해 정해진 패턴을 갖는 기지 데이터를 송신하고, 수신측에서는 상기 기지 데이터를 이용하여 반송파 복구, 타이밍 복구 뿐만 아니라, 위상 변화의 보상에도 이용함으로써, 채널 변화가 심하거나 노이즈에 약한 환경에서 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
Figure R1020060063877
부가 데이터, 반송파 복구, 타이밍 복구, 위상

Description

디지털 방송 시스템 및 처리 방법{Digital broadcasting system and processing method}
도 1은 본 발명에 따른 디지털 방송 송신 시스템의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 그룹의 구조를 보인 도면
도 3은 본 발명에 따른 동일한 패턴의 기지 데이터가 주기적으로 삽입된 예를 보인 도면
도 4는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 시스템의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 5는 도 4의 복조부의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 6은 도 4의 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 7은 도 4의 DC 제거기의 일 실시예를 보인 구성 블록도
도 8은 도 7의 DC 추정기의 입력 샘플 데이터의 이동 예를 보인 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
410 : 안테나 420 : 튜너
430 : 아날로그/디지탈 컨버터 440 : 복조부
450 : 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부
460 : 등화부 470 : 에러 정정부
511 : 위상 분리기 512 : 수치 제어 발진기
513,515 : 곱셈기 514 : 리샘플러
516 : 정합 필터 517 : DC 제거기
518 : 데시메이터 520 : 타이밍 복구부
530 : 반송파 복구부 540 : 위상 보상부
본 발명은 디지털 방송 시스템에 관한 것으로, 특히 디지털 방송을 송신하고 수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
디지털 방송 중 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 경우에는 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, 부가데이터 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 이동수신기의 경우에는 채널변화 및 노이즈에 대한 강건성이 더욱 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 부가 데이터 전송에 적합하고 노이즈에 강한 새로운 디지털 방송 시스템 및 처리 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 송/수신측에서 알고 있는 기 정의된 기지 데이터(Known data)를 복조 및 채널 등화에 이용함으로써, 수신 성능을 향상시키는 디지털 방송 시스템 및 처리 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 시스템은, 수신 데이터로부터 기 정해진 패턴을 갖는 기지 데이터 위치 정보와 초기 주파수 옵셋을 추정하는 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부; 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 수신 데이터로부터 타이밍 에러 정보를 검출하여 타이밍 복구를 수행하는 타이밍 복구부; 상기 초기 주파수 옵셋을 이용하여 초기 동기를 획득하고, 이후 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 수신 데이터로부터 주파수 옵셋을 검출하여 반송파 복구를 수행하는 반송파 복구부; 및 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 타이밍 복구 및 반송파 복구된 수신 데이터로부터 위상 옵셋을 추정한 후 상기 수신 데이터로부터 위상 옵셋을 보상하는 위상 보상부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수신 시스템은, 수신되어 디지털화된 통과대역 데이터를 실수 성분과 허수 성분으로 분리하는 위상 분리기; 상기 위상 분리기의 실수 성분과 허수 성분 데이터에 기 설정된 상수에 해당하는 복소 신호를 곱하여 기저대역으로 천이시키는 제1 곱셈기; 상기 제1 곱셈기에서 출력되는 기저대역 데이터에 상기 타이밍 복구부에서 출력되는 타이밍 에러 정보에 해당하는 복소 신호를 곱하여 상기 기저대역 데이터를 보간하는 리샘플러; 상기 리샘플러의 출력과 반송파 복구부의 출력을 복소곱하여 상기 리샘플러의 출력 데이터에 포함된 주파수 옵셋을 보상하는 제2 곱셈기; 상기 제2 곱셈기의 출력을 정합 필터링하는 정합 필터; 및 상기 정합 필터링전 또는 후 데이터를 입력받아 DC를 추정한 후 상기 데이터에 포함된 DC를 제거하는 DC 제거기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디지털 방송 처리 방법은, 수신 데이터로부터 기 정해진 패턴을 갖는 기지 데이터 위치 정보와 초기 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 수신 데이터로부터 타이밍 에러 정보를 검출하여 타이밍 복구를 수행하는 단계; 상기 초기 주파수 옵셋을 이용하여 초기 동기를 획득하고, 이후 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 수신 데이터로부터 주파수 옵셋을 검출하여 반송파 복구를 수행하는 단계; 및 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 타이밍 복구 및 반송파 복구된 수신 데이터로부터 위상 옵셋을 추정한 후 상기 수신 데이터에 포함된 위상 옵셋을 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 처리 방법은, 수신되어 디지털화된 통과대역 데이터를 실수 성분과 허수 성분으로 분리하는 단계; 상기 분리된 실수 성분과 허수 성분 데이터에 기 설정된 상수에 해당하는 복소 신호를 곱하여 기저대역으로 천이시키는 단계; 상기 단계에서 출력되는 기저대역 데이터에 상기 타이밍 복구 단계에서 출력되는 타이밍 에러 정보에 해당하는 복소 신호를 곱하여 상기 기저대역 데이터를 보간하는 단계; 상기 단계에서 보간된 데이터에 상기 반송파 복구 단계의 복소 데이터를 곱하여 상기 보간 단계의 출력 데이터에 포함된 주파수 옵셋을 보상하는 단계; 상기 주파수 옵셋 보상 단계의 출력 데이터를 정합 필터링하는 단계; 및 상기 정합 필터링전 또는 후 데이터를 입력받아 DC를 추정한 후 상기 데이터에 포함된 DC를 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 타이밍 복구 단계는 상기 정합 필터링전 또는 후 데이터를 입력받아 버퍼링한 후 상기 기지 데이터 위치 정보에 따라 상기 버퍼링된 기지 데이터 열로부터 타이밍 에러 정보를 검출하는 단계; 상기 검출된 타이밍 에러 정보를 저역 통과 필터링한 후 기지 데이터 열의 주기동안 유지시키는 단계; 및 상기 유지 단계에서 출력되는 타이밍 에러 정보의 저대역 성분에 따라 출력 주파수를 변환시켜 상기 보간 단계의 샘플링 타이밍을 조절하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 반송파 복구 단계는 상기 정합 필터링전 또는 후 데이터를 입력받아 버퍼링한 후 상기 기지 데이터 위치 정보에 따라 상기 버퍼링된 기지 데이터 열로부터 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 상기 단계에서 추정된 주파수 옵셋을 저역 통과 필터링한 후 기지 데이터 열의 주기동안 유지시키는 단계; 및 상기 초기 주파수 옵셋과 상기 유지 단계의 주파수 옵셋을 더하여, 그 결과에 해당하는 복소 신호를 생성하여 주파수 옵셋 보상 단계로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 위상 보상부는 상기 기지 데이터 위치 정보에 따라 상기 DC가 제거된 기지 데이터 열로부터 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 상기 단계에서 추정된 주파수 옵셋을 기지 데이터 열의 주기동안 유지시키는 단계; 및 상기 유지 단계의 주파수 옵셋에 해당하는 복소 신호를 생성한 후 상기 DC가 제거된 데이터와 곱하여 상기 데이터에 포함된 위상 옵셋을 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 DC 제거 단계는 상기 정합 필터링된 데이터의 실수 성분 데이터로부터 DC를 추정하여 상기 실수 성분 데이터에 포함된 DC를 제거하는 단계; 및 상기 정합 필터링된 데이터의 허수 성분 데이터로부터 DC를 추정하여 상기 허수 성분 데이터에 포함된 DC를 제거하는 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, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
그리고 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 됨을 밝혀두고자 한다.
본 발명에서 인핸스드 데이터는 프로그램 실행 파일, 주식 정보 등과 같이 정보를 갖는 데이터일 수도 있고, 영상/음향 데이터일 수도 있다. 그리고 기지(Known) 데이터는 송/수신측의 약속에 의해 미리 알고 있는 데이터이다. 또한 메인 데이터는 기존의 수신 시스템에서 수신할 수 있는 데이터로서, 영상/음향 데이터를 포함한다.
즉, 정보를 갖고 있는 인핸스드 데이터를 메인 데이터와 다중화하여 전송하는 디지털 방송 송신 시스템에서는 수신 성능을 향상시키기 위해 송/수신측에서 미리 약속한 패턴을 갖고 있는 기지 데이터도 다중화하여 전송할 수도 있다.
본 발명은 송신측에서 전송된 기지 데이터를 검출하여 복조(demodulation)에 이용함으로써, 수신기의 수신 성능을 향상시키기 위한 것이다.
도 1은 기지 데이터를 전송하기 위한 디지털 방송 송신 시스템의 일 실시예를 보인 것이다.
상기 도 1의 디지털 방송 송신 시스템은 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 기지 데이터 열(sequence)을 전송할 수 있는 송신 시스템은 어느 것이나 가능하다. 따라서 본 발명은 상기된 실시예로 제시한 것에 제한되지 않을 것이다.
도 1의 디지털 방송 송신 시스템은 E-VSB 전처리부(101), E-VSB 패킷 포맷터(102), 패킷 다중화기(103), 데이터 랜더마이저(104), 스케쥴러(105), E-VSB 후 처리부(110), RS 부호기/비체계적 RS 부호기(RS encoder/Non-systematic RS Encoder)(121), 데이터 인터리버(122), 패리티 치환기(123), 비체계적 RS 부호기(124), 트렐리스 부호화부(125), 프레임 다중화기(126), 및 송신부(130)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에서 E-VSB 전처리부(101)는 인핸스드 데이터를 입력받아 추가의 블록 부호화, 블록 인터리빙, 널 데이터 삽입을 통한 바이트 확장 등과 같은 전처리를 수행한 후 E-VSB 패킷 포맷터(102)로 출력한다.
이때 입력된 인핸스드 데이터가 여러 종류의 다른 인핸스드 데이터 예를 들어, High Priority 인핸스드 데이터와 Low Priority 인핸스드 데이터라면 상기 E-VSB 전처리부(101)는 각각 개별적으로 추가의 블록 부호화, 블록 인터리빙, 바이트 확장 등과 같은 전처리를 수행한 후 중요도에 의해서 구분된 상태를 유지한 채로 E-VSB 패킷 포맷터(102)로 출력한다. 또는 데이터 종류를 구분하지 않고 입력되는 모든 인핸스드 데이터에 대해 동일하게 추가의 블록 부호화, 블록 인터리빙, 바이트 확장 등과 같은 전처리를 수행하여 E-VSB 패킷 포맷터(102)로 출력할 수도 있다.
상기 E-VSB 패킷 포맷터(102)는 스케쥴러(105)의 제어에 의해 전처리된 인핸스드 데이터에 4바이트의 MPEG 헤더를 추가하여 188바이트 단위의 인핸스드 데이터 패킷을 구성한다. 이때 상기 인핸스드 데이터 패킷은 인핸스드 데이터로만 구성될 수도 있고, 기지 데이터(또는 기지 데이터 위치)로만 구성될 수도 있으며, 인핸스드 데이터와 기지 데이터가 다중화되어 구성될 수도 있다.
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 패킷을 패킷 단위로 다중화하여 데이터 랜더마이저(104)로 출력한다.
상기 스케쥴러(105)는 후단에서 데이터 인터리빙된 데이터가 계층화된 다수개의 영역으로 구분되는 데이터 그룹을 형성하도록 상기 E-VSB 패킷 포맷터(102)와 패킷 다중화기(103)를 제어하며, 인핸스드 데이터 패킷 내 MPEG 헤더와 기지 데이터(또는 기지 데이터 위치 홀더)의 삽입을 제어한다. 즉, 상기 스케쥴러(105)는 수신측에서 VSB 데이터 프레임 내에 주기적으로 삽입된 기지 데이터 열을 수신하도록 기지 데이터(또는 기지 데이터 위치 홀더)의 삽입 위치를 제어한다. 또한 상기 스케쥴러(105)는 필요한 경우 수신측에서 VSB 데이터 프레임 내에 비주기적으로 삽입된 기지 데이터 열을 수신하도록 기지 데이터(또는 기지 데이터 위치 홀더)의 삽입 위치를 제어할 수도 있다.
도 2는 상기 스케쥴러(105)의 제어에 의해 생성된 데이터 그룹의 일 예를 보인 것으로서, 특히 후단의 데이터 인터리버의 출력을 기준으로 데이터 그룹을 헤드(head), 바디(body), 테일(tail) 영역으로 구분한 예이다.
도 2를 보면, 52 패킷 단위로 각각 헤드, 바디, 테일 영역을 구분한 예를 보이고 있는데, 이것은 하나의 실시예이다. 상기 헤드, 바디, 테일 영역에 포함되는 패킷의 수는 시스템 설계자에 의해 달라질 수 있으므로 본 발명은 상기된 예로 제한되지 않을 것이다.
그리고 상기 데이터 인터리버의 출력을 기준으로 볼 때, 상기 바디 영역은 인핸스드 데이터가 연속적으로 계속 출력되는 영역의 적어도 일부가 포함되거나 또는 전체가 포함되도록 할당되며, 상기 바디 영역에서는 기지 데이터가 주기적으로 일정하게 삽입된다. 상기 헤드 영역은 상기 바디 영역 전에 위치하며, 테일 영역은 상기 바디 영역 후에 위치한다. 일 실시예로, 도 2의 바디 영역에는 메인 데이터가 포함되지 않으며, 기지 데이터는 6 패킷(또는 세그먼트) 주기로 삽입되어 있고 또한 바디 영역의 시작 부분에 기지 데이터가 추가적으로 삽입되어 있다.
이때 상기 바디 영역은 중간에 메인 데이터의 간섭이 없으므로 보다 강인한 수신 성능을 보일 수 있는 구간이고, 헤드와 테일 영역의 인핸스드 데이터는 메인 데이터와 인터리버 출력 순서 상 사이사이에 섞이게 되므로 바디 영역에 비해 수신 성능이 낮아질 수 있는 구간이다.
상기 데이터 랜더마이저(104)에서는 패킷 다중화기(103)의 출력 패킷으로부터 MPEG 동기 바이트를 버리고 나머지 187 바이트를 내부에서 발생시킨 의사랜덤(pseudo random) 바이트를 사용하여 랜덤하게 만든 후 E-VSB 후처리부(110)로 출력한다.
상기 E-VSB 후처리부(110)는 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입부(111), 데이터 인터리버(112), E-VSB 블록 처리부(113), 데이터 디인터리버(114), RS 바이트 제거기(115)를 포함하여 구성된다.
상기 E-VSB 후처리부(110)의 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입부(111)는 랜덤마이즈된 데이터가 메인 데이터 패킷이면 체계적(systematic) RS 부 호화를, 인핸스드 데이터 패킷이면 비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입(Non-systematic RS parity Holder insertion)을 수행한다. 즉, 상기 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입부(111)는 상기 데이터 랜더마이저(104)에서 출력되는 187바이트의 패킷이 메인 데이터 패킷인 경우 기존 ATSC VSB 시스템과 동일하게 체계적 RS 부호화를 수행하여 20바이트의 패리티 바이트를 187바이트의 데이터 뒤에 부가한 후 데이터 인터리버(112)로 출력한다.
한편 상기 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입부(111)는 상기 데이터 랜더마이저(104)에서 출력되는 187바이트의 패킷이 인핸스드 데이터 패킷인 경우 수행할 비체계적인 RS 부호화를 위해서 패킷 내에 20바이트의 널 데이터로 구성된 RS 패리티 위치 홀더를 기 정해진 위치에 삽입하고, 나머지 187개의 바이트 위치에는 상기 인핸스드 데이터 패킷 내 바이트들을 삽입하여 데이터 인터리버(112)로 출력한다.
상기 데이터 인터리버(112)는 상기 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입부(111)의 출력에 대해 데이터 인터리빙을 수행하여 E-VSB 블록 처리부(113)로 출력한다.
상기 E-VSB 블록 처리부(113)는 상기 데이터 인터리버(112)에서 출력되는 인핸스드 데이터에 대해서만 블록 단위로 추가의 부호화를 수행한 후 데이터 디인터리버(114)로 출력하고, 상기 데이터 디인터리버(114)는 상기 데이터 인터리버(112)의 역과정으로 입력 데이터에 대해 데이터 디인터리빙을 수행한 후 RS 바이트 제거기(115)로 출력한다.
상기 RS 바이트 제거기(115)는 상기 RS 부호기/비체계적 RS 패리티 위치 홀더 삽입부(111)에서 부가된 20 바이트의 패리티를 제거한다. 이때 입력된 데이터가 메인 데이터 패킷인 경우 207 바이트 중 마지막 20바이트를 제거하고, 인핸스드 데이터 패킷인 경우 207 바이트 중 비체계적인 RS 부호화를 수행하기 위해 삽입된 20바이트의 패리티 위치 홀더들을 제거한다. 이것은 인핸스드 데이터의 경우 E-VSB 블록 처리부(113)에 의해 원래의 데이터가 변경되었으므로 다시 패리티를 계산하기 위해서이다.
상기 RS 바이트 제거기(115)의 출력은 RS 부호기/비체계적 RS 부호기(121)로 입력된다.
상기 RS 부호기/비체계적 RS 부호기(121)는 상기 RS 바이트 제거기(115)에서 출력되는 187바이트의 패킷에 20바이트의 패리티를 부가한 후 데이터 인터리버(122)로 출력한다. 이때 상기 RS 부호기/비체계적 RS 부호기(121)는 입력된 데이터가 메인 데이터 패킷인 경우 기존 ATSC VSB 시스템과 동일하게 체계적 RS 부호화를 수행하여 20바이트의 패리티 바이트를 187바이트의 데이터 뒤에 부가한다. 그리고 인핸스드 데이터 패킷이면 패킷 내에 20개의 패리티 바이트 위치를 정한 후 정해진 패리티 바이트 위치에는 비체계적 RS 부호화를 수행하여 얻은 20바이트의 RS 패리티를 삽입한다.
상기 데이터 인터리버(122)는 바이트 단위의 길쌈(convolutional) 인터리버이며, 상기 데이터 인터리버(112)와 같은 인터리빙 규칙이 적용된다.
상기 데이터 인터리버(122)의 출력은 패리티 치환기(123)와 비체계적 RS 부 호기(124)로 출력된다.
한편 상기 패리티 치환기(123)의 후단에 위치한 트렐리스 부호화부(125)의 출력 데이터를 송/수신측에서 정의한 기지 데이터로 하기 위해 먼저 트렐리스 부호화부(125) 내의 메모리의 초기화가 필요하다. 이때 상기 초기화를 위해서 트렐리스 부호화부(125)의 입력을 메모리의 상태에 따라 초기화가 되도록 초기화 데이터를 발생하여 치환하는 것이 필요하다. 그리고 이에 맞게 바뀐 초기화 데이터에 의해 영향을 받는 RS 패리티를 다시 계산하여 상기 데이터 인터리버(122)에서 출력되는 RS 패리티와 치환하는 것이 필요하다.
따라서 상기 비체계적 RS 부호기(124)에서는 상기 데이터 인터리버(122)로부터 초기화 데이터로 치환될 데이터가 포함된 인핸스드 패킷에 대해서 미리 계산된 비체계적 RS 패리티를 입력받고, 트렐리스 부호화부(125)로부터 초기화 데이터를 입력받아, 새로운 비체계적인 RS 패리티를 계산한 후 상기 패리티 치환기(123)로 출력한다.
상기 패리티 치환기(123)는 메인 데이터 패킷 또는 치환될 초기화 바이트가 포함되지 않은 인핸스드 데이터 패킷이 입력되면 상기 데이터 인터리버(122)에서 출력되는 RS 패리티와 데이터를 선택하여 트렐리스 부호화부(125)로 출력한다. 한편 치환될 패리티 바이트가 포함된 인핸스드 데이터 패킷이 입력되며 데이터는 상기 데이터 인터리버(122)의 출력을 선택하고, RS 패리티는 비체계적 RS 부호기(124)의 출력을 선택하여 트렐리스 부호화부(125)로 출력한다.
상기 트렐리스 부호화부(125)는 바이트 단위의 데이터를 심볼 단위로 바꾸고 12-way 인터리빙하여 트렐리스 부호화한 후 프레임 다중화기(126)로 출력한다.
상기 프레임 다중화기(126)는 트렐리스 부호화부(125)의 출력에 필드 동기와 세그먼트 동기를 삽입하여 송신부(130)로 출력한다. 상기 송신부(130)는 파일롯 삽입부(131), VSB 변조기(132), 및 RF 컨버터(133)를 포함하여 구성되며, 기존의 VSB 송신기에서의 역할과 동일하므로 상세 설명을 생략한다.
전술한 디지털 방송 송신 시스템에서는 기지 데이터를 전송함에 있어서, VSB 데이터 프레임 내에 비주기적으로 삽입하여 전송할 수도 있고, 도 3과 같이 VSB 데이터 프레임 내에 주기적으로 삽입하여 전송할 수 있다. 이때 일정한 주기로 반복되는 기지 데이터 열은 동일한 패턴을 갖는다고 가정한다. 즉, 동일한 패턴의 기지 데이터 열(sequence)이 인핸스드 데이터 패킷(또는 그룹)에 주기적으로 삽입되어 전송될 수 있고, 서로 다른 패턴을 갖는 기지 데이터 열이 인핸스드 데이터 패킷(또는 그룹)에 주기적 또는 비주기적으로 삽입되어 전송될 수도 있다. 이러한 정보는 수신측에서 미리 알 수도 있고, 송신측에서 상기 기지 데이터 열과 함께 전송할 수도 있다.
상기 도 3은 B개의 심볼 주기로 A개의 기지 데이터 심볼이 반복되도록 데이터 구조를 구성하여 전송하는 예이다. 상기 도 3에서 (B-A) 심볼로 표시된 데이터는 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.
위와 같이 주기적으로 동일한 패턴의 기지 데이터가 삽입될 경우 수신 시스 템에서는 이 기지 데이터를 훈련 열(training sequence)로 이용하여 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
일 예로, 수신기 내의 등화기의 경우 상기 기지 데이터를 이용하여 정확한 판별값을 얻을 수 있고, 또한 채널의 임펄스 응답을 추정하는데 사용할 수 있다. 뿐만 아니라 수신기 내의 복조부에서는 기지 데이터와 수신된 신호의 상관관계를 이용하여 반송파 복구 및 타이밍 클럭 복구를 안정적으로 수행할 수 있다.
도 4는 이러한 본 발명을 적용하기 위한 디지털 방송 수신 시스템의 일 실시예를 보인 것으로서, 안테나(410), 튜너(420), 아날로그/디지털 변환부(Analog/Digital Converter ; ADC)(430), 복조부(440), 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450), 등화부(460), 및 에러 정정부(470)를 포함하여 구성된다.
상기 에러 정정부(470)는 E-VSB 블록 복호기(471), 데이터 디인터리버(472), RS 디코더/비체계적 RS 패리티 제거부(473), 디랜더마이저(474), 메인 데이터 패킷 제거부(475), E-VSB 패킷 디포맷터(476), 및 E-VSB 데이터 처리부(477)를 포함하여 구성된다.
즉, 튜너(420)는 안테나(410)를 통해 수신된 특정 채널의 주파수를 튜닝하여 아날로그 신호 형태로 A/D 변환부(430)로 출력한다. 상기 A/D 변환부(430)는 특정 채널의 아날로그 신호를 디지털화하여 복조부(440)로 출력한다.
상기 복조부(440)는 디지털화된 통과대역 신호에 대해 반송파 복구 및 타이밍 복구 등을 수행하여 기저대역 신호로 천이한 후 기지 데이터 검출 및 초기 주파 수 옵셋 추정부(450)와 등화부(460)로 출력한다.
이때 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 상기 복조부(440)의 입/출력 데이터 즉, 복조가 이루어지기 전의 데이터 또는 복조가 이루어진 후의 데이터로부터 송신측에서 삽입한 기지 데이터 위치 정보 및 그 위치의 기지 데이터 열, 그리고 초기 주파수 옵셋을 추정하여 복조부(440)와 등화부(460)로 출력한다.
그러면 상기 복조부(440)는 타이밍 복구나 반송파 복구시에 상기 기지 데이터 심볼열을 이용함으로써, 복조 성능을 향상시킬 수 있고, 채널 등화부(460)에서도 마찬가지로 상기 기지 데이터를 이용하여 등화 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 기지 데이터를 이용한 복조부(440)의 타이밍 복구 및 반송파 복구에 대한 상세한 동작 설명은 뒤에서 설명한다.
또한 상기 등화부(460)는 상기 복조된 신호에 포함된 채널 상의 왜곡을 보상한 후 에러 정정부(470)의 E-VSB 블록 복호기(471)로 출력한다. 이때 상기 등화부(460)는 상기 기지 데이터 정보를 이용하여 등화 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 등화부(460)는 E-VSB 블록 복호기(471)에서 판정된 8-레벨의 결정값을 이용하여 등화 성능을 향상시킬 수 있다.
한편 상기 등화기(460)에서 E-VSB 블록 복호기(471)로 입력되는 데이터는 송신측의 E-VSB 블록 처리부에서 추가적인 부호화는 수행되지 않고 트렐리스 부호화부에서 트렐리스 부호화만 수행된 메인 데이터, 기지 데이터이거나, 또는 추가적인 부호화와 트렐리스 부호화가 모두 수행된 인핸스드 데이터이다.
만일 입력된 데이터가 메인 데이터이거나 기지 데이터이면 상기 E-VSB 블록 복호기(471)는 입력 데이터에 대해 비터비 복호를 수행하거나 또는 소프트 판정값을 하드 판정하고 그 결과를 출력할 수도 있다. 또한 송신측에서 인핸스드 데이터 패킷에 부가되었던 RS 패리티 바이트 및 MPEG 헤더 바이트도 송신측에서 메인 데이터로 간주되어 추가의 부호화가 수행되지 않았으므로 마찬가지로, 비터비 복호를 수행하거나 또는 소프트 판정값을 하드 판정하고 그 결과를 출력할 수도 있다.
한편 입력된 데이터가 인핸스드 데이터이면 상기 E-VSB 블록 복호기(471)는 입력된 인핸스드 데이터에 대하여 하드 판정값을 출력하거나 소프트 판정(soft decision) 값을 출력할 수 있다. 만일 소프트 판정값을 출력하게 되면, 후단의 E-VSB 데이터 처리부(477)에서 인핸스드 데이터에 대하여 수행하는 추가의 에러 정정 복호의 성능을 높일 수 있다. 따라서 상기 E-VSB 블록 복호기(471)는 인핸스드 데이터에 대해 소프트 판정값을 출력하는 것을 일 실시예로 설명한다.
상기 E-VSB 블록 복호기(471)의 출력은 디인터리버(472)로 입력된다. 상기 디인터리버(472)는 송신측의 데이터 인터리버의 역과정을 수행하여 RS 복호기/비체계적 RS 패리티 제거부(RS encoder/Non-systematic RS parity remover)(473)로 출력한다. 상기 RS 복호기/비체계적 RS 패리티 제거부(473)에서는 입력받은 패킷이 메인 데이터 패킷인 경우 체계적 RS 복호를 수행하고, 인핸스드 데이터 패킷인 경우에는 패킷에 삽입되어 있는 비체계적 RS 패리티 바이트를 제거하여 디랜더마이저(474)로 출력한다.
상기 디랜더마이저(474)는 RS 복호기/비체계적 RS 패리티 제거부(473)의 출 력을 입력받아서 송신기의 랜더마이저와 동일한 의사 랜덤(pseudo random) 바이트를 발생시켜 이를 bitwise XOR(exclusive OR)한 후 MPEG 동기 바이트를 매 패킷의 앞에 삽입하여 188 바이트 패킷 단위로 출력한다. 상기 디랜더마이저(474)의 출력은 메인 MPEG 디코더(도시되지 않음)로 출력됨과 동시에 메인 데이터 패킷 제거부(475)로 출력된다. 상기 메인 MPEG 디코더는 메인 MPEG에 해당하는 패킷에 대해서만 디코딩을 수행한다. 이는 인핸스드 데이터 패킷이 기존 VSB 수신기에서 사용하지 않는 널 PID 또는 예약된 PID를 가지기 때문에 메인 MPEG 디코더에서 디코딩에 사용되지 않고 무시되기 때문이다.
그런데 상기 인핸스드 데이터의 소프트 판정값은 의사 랜덤 비트와 XOR 하기에 곤란하다. 따라서 메인 MPEG 디코더로 출력할 데이터에 대해서는 상기 설명한 바와 같이 소프트 판정값의 부호에 따라서 이를 하드 판정한 후 의사 랜덤 비트와 XOR하여 출력한다. 즉, 소프트 판정값의 부호가 양수이면 1로, 음수이면 0으로 결정하고, 이 결정값을 의사 랜덤 비트와 XOR한다.
그런데 상기 E-VSB 데이터 처리부(477)에서는 전술한 바와 같이 에러 정정 부호의 복호시에 성능을 높이기 위해서 소프트 판정이 더 효율적이므로, 상기 디랜더마이저(474)는 인핸스드 데이터에 대해 별도의 출력을 만들어서 메인 데이터 패킷 제거부(475)로 출력한다. 일 실시예로, 상기 디랜더마이저(474)는 인핸스드 데이터 비트의 소프트 판정값에 대하여 XOR할 의사 랜덤 비트가 1인 경우에는 상기 소프트 판정값의 부호를 반대로 하여 출력하고, 0인 경우에는 그대로 출력한다.
상기 설명에서 의사 랜덤 비트가 1인 경우 소프트 판정값의 부호를 바꾸는 이유는, 송신기의 랜더마이저에서 입력 데이터 비트에 XOR되는 의사 랜덤 비트가 1 인 경우에 출력 데이터 비트가 반대가 되기 때문이다. 즉, 0 XOR 1 = 1 and 1 XOR 1 = 0 이기 때문이다.
다시 말해서, 디랜더마이저(474)에서 발생시킨 의사 랜덤 비트가 1 인 경우에는 인핸스드 데이터 비트의 하드 판정값을 XOR 할 경우 그 값이 반대가 되므로, 소프트 판정값을 출력할 때는 그 소프트 판정값의 부호를 반대로 하여 출력하는 것이다.
상기 메인 데이터 패킷 제거부(475)는 상기 디랜더마이저(474)의 출력에서 인핸스드 데이터 패킷의 소프트 판정값만을 취하여 출력한다. 즉, 상기 메인 데이터 패킷 제거부(475)는 디랜더마이저(474)의 출력으로부터 188바이트 단위의 메인 데이터 패킷을 제거하고, 인핸스드 데이터 패킷의 소프트 판정값만을 취하여 E-VSB 패킷 디포맷터(476)로 출력한다.
그리고 E-VSB 패킷 디포맷터(476)에서는 우선 송신측에서 메인 데이터 패킷과 구별하기 위해 삽입되었던 인핸스드 데이터를 위한 PID를 갖는 MPEG 헤더를 제거하여 184 바이트 단위의 패킷을 얻는다. 이 184 바이트의 패킷을 모아서 정해진 크기의 하나의 데이터 그룹을 구성하고 송신측에서 복조와 등화를 위해 삽입하였던 기지 데이터를 정해진 위치에서 제거한다. 그리고 상기 데이터 그룹 내 헤드, 바디, 테일 영역의 인핸스드 데이터를 구분하여 E-VSB 데이터 처리부(477)로 출력한다. 즉, 송신측의 E-VSB 전처리부에서 개별적으로 E-VSB 전처리된 인핸스드 데이터 종류별로 구분하여 출력한다.
상기 E-VSB 데이터 처리부(477)에서는 소프트 판정되어 출력된 인핸스드 데이터에 대하여 블록 디인터리빙 및 블록 복호화를 수행한다. 즉, 상기 E-VSB 데이터 처리부(477)는 송신측의 E-VSB 전처리부의 역과정이다.
예를 들어, 상기 E-VSB 송신 시스템의 E-VSB 전처리부에서는 인핸스드 데이터의 종류에 따라 입력된 인핸스드 데이터에 대해 개별적으로 추가적인 블록 부호화, 블록 인터리빙, 그리고 널 비트를 삽입하거나 입력 비트를 반복하여 바이트 확장을 수행하였다고 가정한다. 그러면 상기 E-VSB 데이터 처리부(477)에서도 인핸스드 데이터 종류에 따라 입력된 인핸스드 데이터에 대해 개별적으로 송신측의 E-VSB 전처리의 역과정을 수행하여 송신측에서 중요도나 우선순위에 따라 구분된 것과 마찬가지로 구분된 최종 인핸스드 데이터를 출력한다. 즉, 상기 E-VSB 데이터 처리부(477)는 소프트 판정되어 입력된 인핸스드 데이터는 그 종류별로 각각 E-VSB 전처리부에서 바이트 확장을 위하여 삽입되었던 널 비트 또는 반복 비트를 제거한 후 블록 디인터리빙 및 블록 복호화를 수행하여 최종 인핸스드 데이터를 출력한다.
일 예로, 상기 최종 인핸스드 데이터는 High Priority 인핸스드 데이터와 Low Priority 인핸스드 데이터로 구분되어 출력된다.
한편 전술한 도 4와 같은 수신 시스템에서는 전송된 E-VSB 신호를 신뢰성 있게 수신하기 위하여, 먼저 VSB 데이터 프레임 내의 E-VSB 신호의 위치를 파악해야 한다. 따라서 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 전송된 기지 데이터를 이용하여 초기 동기를 획득한다.
그리고 상기 복조부(440)는 송신 시스템과 수신 시스템의 상대적인 이동 및 송신 발진기와 수신 발진기의 주파수 차이에 의해 발생하는 반송파 주파수 옵셋과 샘플링(sampling) 주파수 옵셋을 보상해 주어야 한다. 또한 상기 복조부(440)는 수신 신호에 대해 반송파 복구 및 타이밍 클럭 복구를 수행하고, VSB 신호 전송 시 기저 대역에서 삽입된 파일럿 톤(Pilot tone) 신호를 제거한 후 등화부(460)로 입력시켜야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 복조부의 일 실시예를 보인 상세 블록도로서, 위상 분리기(511), 수치 제어 발진기(Numerically Controlled Oscillator ; NCO)(512), 제1 곱셈기(513), 리샘플러(514), 제2 곱셈기(515), 정합 필터(Matched Filter)(516), DC 제거기(517), 데시메이터(518), 타이밍 복구부(520), 반송파 복구부(530), 및 위상 보상부(540)를 포함하여 구성된다.
상기 타이밍 복구부(520)는 버퍼(521), 데시메이터(522), 타이밍 에러 검출기(523), 루프 필터(524), 유지기(Holder)(525), 및 NCO(526)를 포함하여 구성된다.
상기 반송파 복구부(530)는 버퍼(531), 주파수 옵셋 추정기(532), 루프 필터(533), 유지기(534), 가산기(535), 및 NCO(536)를 포함하여 구성된다.
상기 위상 보상부(540)는 버퍼(541), 주파수 옵셋 추정기(542), 유지기(543), NCO(544), 및 곱셈기(545)를 포함하여 구성된다.
상기 데시메이터(518,522)는 복조부(540)로 입력되는 신호가 ADC(430)에서 N배로 오버샘플링(oversampling)되었을 경우에 필요한 부분이다. 즉, N은 수신 신호의 샘플링 비율(sampling rate)을 나타낸다. 예를 들어, 입력 신호가 ADC(430)에서 2배로 오버 샘플링되었다면(N=2), 1 심볼에 2개의 샘플이 포함되어 있음을 의미하고, 이 경우 상기 데시메이터(518,522)는 1/2 데시메이터이다. 상기 데시메이터(518,522)는 수신 신호의 오버샘플링 여부에 따라 바이패스될 수도 있다.
이와 같이 구성된 도 5에서, 위상 분리기(511)는 ADC(430)에서 출력되는 통과대역 디지털 신호를 위상이 서로 -90ㅀ가 되는 실수 성분과 허수 성분의 통과대역 디지털 신호 즉, 복소 신호로 분리하여 제1 곱셈기(513)로 출력한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 위상 분리기(511)에서 출력되는 실수 성분의 신호를 I 신호라 하고, 허수 성분의 신호를 Q 신호라 한다.
상기 제1 곱셈기(513)는 NCO(512)로부터 출력되는 상수(Constant)에 비례하는 주파수를 가지는 복소 신호에 상기 위상 분리기(511)에서 출력되는 통과대역 디지털 복소 신호(I,Q)를 곱하여, 상기 통과대역 디지털 복소신호(I,Q)를 기저대역 디지털 복소신호로 천이한다. 상기 제1 곱셈기(513)의 기저대역 디지털 신호는 리샘플러(514)로 입력된다.
상기 리샘플러(514)는 제1 곱셈기(513)에서 출력되는 신호를 타이밍 복구부(520)의 NCO(526)에서 제공하는 타이밍 클럭에 맞게 리샘플링하여 제2 곱셈기(515)로 출력한다.
예를 들어, 상기 ADC(430)가 25MHz의 고정 발진자를 사용할 경우, 상기 ADC (430)와 위상 분리기(511), 제1 곱셈기(513)를 거쳐 생성된 25MHz 주파수를 갖는 기저대역 디지털 신호는 상기 리샘플러(514)에서 보간(interpolation) 과정을 거쳐 수신 신호의 심볼 클럭의 2배의 주파수 즉, 21.524476MHz 주파수를 갖는 기저대역 디지털 신호로 복원된다. 만일 상기 ADC(430)가 타이밍 복구부(520)의 NCO(526)의 출력 주파수를 샘플링 주파수로 이용하는 경우, 즉 가변 주파수를 이용하여 A/D 변환을 수행하는 경우에는 상기 리샘플러(514)는 필요없게 된다.
상기 제2 곱셈기(515)는 상기 리샘플러(514)의 출력에 반송파 복구부(530)의 NCO(536)의 출력 주파수를 곱하여 상기 리샘플러(514)의 출력 신호에 포함된 잔류 반송파를 보상한 후 정합 필터(516)와 타이밍 복구부(520)로 출력한다.
상기 정합 필터(516)에서 정합 필터링된 신호는 DC 제거기(517)와 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450), 및 반송파 복구부(530)로 입력된다.
상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 주기적 또는 비주기적으로 전송되는 기지 데이터 열의 위치를 검출함과 동시에 상기 기지 데이터 검출 과정에서 초기 주파수 옵셋(initial frequency offset)을 추정한다.
즉, VSB 데이터 프레임이 수신되는 동안 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 VSB 데이터 프레임 안에 포함된 기지 데이터의 위치를 검출하고, 그 위치 정보(Known Sequence Position Indicator)를 복조부(440)의 타이밍 복구부(520), 반송파 복구부(530), 및 위상 보상부(540)로 출력한다. 또한 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 초기 주파수 옵셋을 추정하여 반송파 복구부(530)로 출력한다.
이때 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 정합 필터(516)의 출력을 입력받을 수도 있고, 리샘플러(514)의 출력을 입력받을 수도 있으며, 이는 설계자의 선택 사항이다.
도 6은 본 발명에 따른 기지 데이터 검출 및 발생부의 일 실시예를 보인 상세 블록도로서, 기지 데이터 위치 정보와 함께 초기 주파수 옵셋을 추정하는 예를 보이고 있다. 도 6은 입력되는 신호가 N배로 오버샘플링(oversampling)되었을 경우를 고려한 도면이다.
도 6을 보면, 기지 데이터 검출 및 발생부는 병렬로 구성된 N개의 부분 상관부(611~61N)와 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(620), 기지 데이터 추출부(630), 버퍼(640), 곱셈기(650), NCO(660), 주파수 옵셋 추정기(670), 및 가산기(680)를 포함하여 구성된다.
상기 첫 번째 부분 상관부(611)는 1/N 데시메이터, 및 부분 상관기로 구성된다.
상기 두 번째 부분 상관부(612)는 1 샘플 지연기, 1/N 데시메이터, 및 부분 상관기로 구성된다.
상기 N 번째 부분 상관부(61N)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 필요하 며, 1/N 데시메이터는 1/2 데시메이터이다.
이때 첫 번째 부분 상관부(611)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(612)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 대략적인 주파수 옵셋 추정 값을 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(620)로 출력한다.
상기 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(620)는 각 샘플링 위상별 부분 상관기의 출력을 데이터 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.
이때 상기 기지 데이터 위치 정보(Known Sequence Position Indicator)는 기지 데이터 추출부(630)로 입력되고, 추정된 대략적인 주파수 옵셋은 가산기(680)와 NCO(660)로 입력된다.
한편 버퍼(640)는 상기 N개의 부분 상관부(611~61N)에서 기지 데이터 위치 검출과 대략적 주파수 옵셋을 추정하는 동안, 수신 데이터를 임시 저장한 후 기지 데이터 추출부(630)로 출력한다.
상기 기지 데이터 추출부(630)는 상기 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(620)에서 출력되는 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 상기 버퍼(640)의 출력으로부터 기지 데이터를 추출한 후 곱셈기(650)로 출력한다.
상기 NCO(660)는 상기 기지 데이터 위치 검출 및 주파수 옵셋 결정부(620)에서 출력되는 대략적인 주파수 옵셋에 해당하는 복소 신호를 생성하여 곱셈기(650)로 출력한다.
상기 곱셈기(650)는 상기 기지 데이터 추출부(630)에서 출력되는 기지 데이터에 상기 NCO(660)의 복소 신호를 곱하여 대략적인 주파수 옵셋이 보상된 기지 데이터를 주파수 옵셋 추정기(670)로 출력한다.
상기 주파수 옵셋 추정기(670)는 대략적인 주파수 옵셋이 보상된 기지 데이터로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하여 가산기(680)로 출력한다.
상기 가산기(680)는 대략적인 주파수 옵셋과 미세 주파수 옵셋을 더하고 그 결과를 최종 초기 주파수 옵셋으로 하여 상기 복조부(440) 내 반송파 복구부(530)의 가산기(535)로 출력한다. 즉, 본 발명은 초기 동기 획득시에 대략적인 주파수 옵셋 뿐만 아니라 미세 주파수 옵셋을 추정하여 이용함으로써, 초기 주파수 옵셋의 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
만일 상기 기지 데이터가 도 2와 같이 데이터 그룹 내에 삽입되어 전송된다고 가정하면, 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)는 상기 바디 영역이 시작되는 부분에 추가적으로 삽입된 기지 데이터를 이용하여 초기 주파 수 옵셋을 추정할 수 있다.
그리고 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)에서 추정한 상기 바디 영역 내에 주기적으로 삽입된 기지 데이터의 위치 정보는 타이밍 복구부(420)의 타이밍 에러 검출기(523)와 반송파 복구부(530)의 주파수 옵셋 추정기(532), 및 위상 보상부(540)의 주파수 옵셋 추정기(542)로 입력된다.
즉, 상기 제2 곱셈기(515)의 출력은 상기 타이밍 복구부(520) 내 버퍼(521)에서 일시 저장된 후 데시메이터(522)를 통해 타이밍 에러 검출기(Timing Error Detector)(523)로 입력된다.
만일 상기 제2 곱셈기(515)의 출력이 N배로 오버샘플링(oversampling)되었다면, 상기 버퍼(521)의 출력은 데시메이터(522)에서 1/N로 데시메이트된 후 타이밍 에러 검출기(523)로 입력된다. 즉, 상기 데시메이터(522)는 VSB 심볼 주기로 입력 신호를 데시메이션한다. 또한 상기 버퍼(521)는 제2 곱셈기(515)의 출력 대신 정합 필터(516)의 출력을 입력받을 수도 있다.
상기 타이밍 에러 검출기(523)는 상기 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 기지 데이터 열이 입력될 때 상기 정합 필터링 전 또는 후의 기지 데이터 열로부터 타이밍 에러를 검출하여 루프 필터(524)로 출력한다. 따라서 검출된 타이밍 에러 정보는 기지 데이터 열의 반복 주기마다 한 번씩 구해진다.
즉, 상기 타이밍 에러 검출기(523)는 일 실시예로서, 만일 도 3과 같이 동일한 패턴을 갖는 기지 데이터 열이 주기적으로 삽입되어 전송된다면 상기 기지 데이터를 이용하여 타이밍 에러를 검출할 수 있다.
상기 기지 데이터를 이용하여 타이밍 에러를 검출하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 본 발명에서는 일 실시예로 시간 영역에서 송/수신측의 약속에 의해 알고 있는 기지 데이터와 수신 데이터와의 상관 특성을 이용하여 타이밍 에러를 검출하거나, 주파수 영역에서 수신되는 두 기지 데이터의 상관 특성을 이용하여 타이밍 에러를 검출한다. 또 다른 실시예로, 수신 신호의 스펙트럼의 측대역을 이용하여 타이밍 에러를 검출하는 스펙트럴 라인 방법을 적용하여 타이밍 에러를 검출할 수도 있다.
상기 루프 필터(524)는 상기 타이밍 에러 검출기(523)에서 검출된 타이밍 에러를 필터링하여 유지기(525)로 출력한다.
상기 유지기(525)는 상기 루프 필터(524)에서 필터링되어 출력되는 타이밍 에러를 기지 데이터 열의 주기동안 유지시킨 후 NCO(526)로 출력한다.
상기 NCO(526)는 상기 유지기(525)에서 출력되는 타이밍 에러를 누적하고, 누적된 타이밍 에러의 위상 성분을 리샘플러(514)로 출력하여 리샘플러(514)의 샘플링 타이밍을 조절한다. 즉, 상기 리샘플러(514)에서 올바른 위상의 신호가 보간되어 출력되도록 한다. 여기서 상기 루프 필터(524)와 유지기(525)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
한편 상기 반송파 복구부(530)의 버퍼(531)도 상기 정합 필터(416)의 입력 또는 출력 데이터를 입력받아 일시 저장한 후 주파수 옵셋 추정기(532)로 출력한다. 상기 주파수 옵셋 추정기(532)는 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)에서 출력되는 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 기지 데이터 열이 입 력될 때 상기 정합 필터링 전 또는 후의 기지 데이터 열로부터 주파수 옵셋을 추정하여 루프 필터(533)로 출력한다. 따라서 추정된 주파수 옵셋값은 기지 데이터 열의 반복 주기마다 한 번씩 구해진다.
상기 루프 필터(533)는 주파수 옵셋 추정기(532)에서 추정된 주파수 옵셋값을 저역 통과 필터링하여 유지기(534)로 출력한다. 상기 유지기(534)는 저역 통과 필터링된 주파수 옵셋 추정값을 기지 데이터 열의 주기 동안 유지시킨 후 가산기(535)로 출력한다. 여기서 상기 루프 필터(533)와 유지기(534)의 위치는 서로 바뀌어도 가능하다. 상기 가산기(535)는 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)에서 추정된 초기 주파수 옵셋값과 상기 유지기(534)에서 출력되는 주파수 옵셋값을 더하여 NCO(536)로 출력한다. 상기 NCO(536)는 가산기(535)의 출력 주파수 옵셋에 해당하는 복소 신호를 생성하여 제2 곱셈기(515)로 출력한다.
상기 제2 곱셈기(515)는 리샘플러(514)의 출력에 반송파 복구부(530)의 NCO(536)의 출력을 곱하여 상기 리샘플러(514)의 출력 신호에 포함된 반송파 옵셋을 제거한다.
한편 상기 DC 제거기(517)는 정합 필터링된 신호로부터 VSB 신호의 송신 과정에서 삽입된 파일럿 톤을 제거한 후 위상 보상부(540)로 출력한다.
도 7은 본 발명에 따른 DC 제거기의 일 실시예를 보인 상세 블록도로서, 복소 입력 신호의 실수 성분(In-phase, I)과 허수 성분(Quadrature, Q)에 대해 동일한 신호 처리 과정을 거쳐 각 성분에서의 DC 값을 추정한 후 제거한다.
이를 위해 도 7은 크게 제1,제2 DC 추정 및 제거기(710,720)로 구성된다.
상기 제1 DC 추정 및 제거기(710)는 L 샘플 버퍼(711), DC 추정기(712), M 샘플 유지기(713), C 샘플 지연기(714), 및 감산기(715)를 포함하여 구성되며, 실수 성분의 DC를 추정하여 제거한다.
상기 제1 DC 추정 및 제거기(710)는 L 샘플 버퍼(711), DC 추정기(712), M 샘플 유지기(713), C 샘플 지연기(714), 및 감산기(715)를 포함하여 구성되며, 허수 성분의 DC를 추정하여 제거한다.
본 발명에서는 제1,제2 DC 추정 및 제거기(710,720)의 입력 신호만 다를 뿐 두 구조가 동일하므로 제1 DC 추정 및 제거기(710)에 대해서 상세히 설명하고, 제2 DC 추정 및 제거기(720)의 상세 설명은 생략한다.
즉, 정합 필터(516)에서 정합 필터링된 실수 성분의 신호는 DC 제거기(517) 내 제1 DC 추정 및 제거기(710)의 L 샘플 버퍼(711)로 입력되어 저장된다. 상기 L 샘플 버퍼(711)는 L 샘플 길이를 갖는 버퍼이며, 상기 L 샘플 버퍼(711)의 출력은 DC 추정기(712)와 C 샘플 지연기(714)로 입력된다.
상기 DC 추정기(712)는 상기 버퍼(711)에서 출력되는 L 샘플 길이의 데이터를 이용하여 하기의 수학식 1과 같이 DC 값을 추정한다.
Figure 112006048808244-pat00001
상기 수학식 1에서 x[n]은 버퍼(711)에 저장된 입력 샘플 데이터를 나타내고, y[n]은 DC 추정값을 나타낸다.
즉, 상기 DC 추정기(712)는 버퍼(711)에 저장된 L개 샘플 데이터를 누적한 후 L로 나눈 값으로 DC 값을 추정하는데 이때, 버퍼(711)에 저장된 입력 샘플 데이터를 M 샘플만큼 이동(shift)시켜 M 샘플마다 한 번씩 DC 추정값을 내보낸다.
도 8은 DC 추정에 사용되는 입력 샘플 데이터의 이동을 나타낸다. 예를 들어, M=1일 경우 DC 추정기(712)는 버퍼(711)에 매 샘플이 이동할 때마다 DC 값을 추정하여 매 샘플마다 그 결과를 내보낸다. 만일 M=L일 경우 DC 추정기(712)는 버퍼(711)에 L 샘플이 이동할 때마다 DC 값을 추정하여 L 샘플마다 출력을 내보내므로, 이 경우 DC 추정기(712)는 L 샘플의 블록 단위로 동작하는 DC 추정기가 된다. 여기서 상기 M 값은 1과 L 사이의 어떤 값도 가능하다.
이와 같이 상기 DC 추정기(712)의 출력은 M 샘플마다 나오므로, M 샘플 유지기(713)는 DC 추정기(712)에서 추정된 DC 값을 M 샘플 동안 유지시켜 감산기(715)로 출력한다. 그리고 C 샘플 지연기(714)는 버퍼(711)에 저장된 입력 샘플 데이터를 C 샘플만큼 지연시킨 후 감산기(715)로 출력한다. 상기 감산기(715)는 C 샘플 지연기(714)의 출력에서 M 샘플 유지기(713)의 출력을 빼, 실수 성분의 DC가 제거된 신호를 출력한다.
여기서, 상기 C 샘플 지연기(714)는 상기 DC 추정기(712)의 출력을 어느 부분의 입력 샘플 데이터에 보상해 줄지를 결정한다. 구체적으로, DC 추정 및 제거기(710)는 DC를 추정하는 DC 추정기(712)와 추정된 DC 값을 입력 샘플 데이터에 보상해주는 감산기(715)로 나누어 볼 수 있다. 이때 상기 C 샘플 지연기(714)는 추정된 DC 값을 입력 샘플 데이터의 어느 부분에 보상할 지를 결정한다. 예를 들어, C = 0이면 L 샘플을 이용해 DC 추정한 값을 L 샘플의 처음 부분에 보상해 주게 되고, C = L이면 L 샘플을 이용해 DC 추정한 값을 L 샘플의 끝 부분에 보상하게 된다.
상기와 같은 방법으로 상기 DC 제거기(517)에서 DC가 제거된 데이터는 위상 보상기(540)의 버퍼(541)와 주파수 옵셋 추정기(542)로 입력된다.
상기 주파수 옵셋 추정기(542)는 상기 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부(450)에서 출력되는 기지 데이터 위치 정보를 이용하여 기지 데이터 열이 입력될 때 상기 DC 제거기(517)에서 DC가 제거되어 입력되는 기지 데이터 열로부터 주파수 옵셋을 추정하여 유지기(543)로 출력한다. 마찬가지로 상기 주파수 옵셋 추정값은 기지 데이터 열의 반복 주기마다 한 번씩 구해진다.
따라서 상기 유지기(543)는 상기 주파수 옵셋 추정값을 기지 데이터 열의 주기 동안 유지시킨 후 NCO(544)로 출력한다. 상기 NCO(544)는 유지기(543)에서 유지된 주파수 옵셋에 해당하는 복소 신호를 생성하여 곱셈기(545)로 출력한다.
상기 곱셈기(545)는 상기 버퍼(541)에서 일정 시간 지연된 데이터에 상기 NCO(544)에서 출력되는 복소 신호를 곱하여 상기 지연 데이터에 포함된 위상 변화를 보상한다. 상기 곱셈기(545)에서 위상 변화가 보상된 데이터는 데시메이터(518)를 거쳐 등화부(460)로 입력된다. 이때 상기 위상 보상부(540)의 주파수 옵셋 추정기에서 추정된 주파수 옵셋은 루프 필터를 거치지 않음으로 기지 데이터 열 사이의 위상 차이 즉, 위상 옵셋을 나타낸다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하 고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 디지털 방송 시스템 및 처리 방법은 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 송신측에서는 송/수신측의 약속에 의해 정해진 패턴을 갖는 기지 데이터를 주기적 또는 비주기적으로 송신하고, 수신측에서는 상기 기지 데이터를 이용하여 반송파 복구, 타이밍 복구뿐만 아니라, 반복되는 기지 데이터 사이의 위상 변화 보상에도 이용함으로써, 채널 변화가 심하거나 노이즈에 약한 환경에서 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
이러한 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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  22. 인핸스드 데이터에 대해 블록 인터리빙을 수행하는 처리기;
    기지 데이터 열들과 상기 블록 인터리브된 인핸스드 데이터를 포함하는 인핸스드 데이터 패킷들을 출력하며, 각 인핸스드 데이터 패킷은 MPEG 헤더 데이터를 포함하는 E-VSB 패킷 포맷터;
    메인 데이터를 포함하는 메인 데이터 패킷들과 상기 인핸스드 데이터 패킷들을 다중화하는 패킷 다중화기;
    상기 다중화된 데이터 패킷들의 데이터에 대해 길쌈(convolutional) 인터리빙을 수행하며, 길쌈 인터리브된 데이터 패킷들의 데이터를 포함하는 데이터 그룹은 헤드, 바디, 테일 영역으로 구분되고, 바디 영역은 헤드 영역과 테일 영역 사이에 위치하며, 상기 헤드, 테일 영역은 메인 데이터와 인핸스드 데이터를 포함하고, 상기 바디 영역은 인핸스드 데이터와 상기 기지 데이터 열들을 포함하지만 메인 데이터는 포함하지 않으며, 상기 기지 데이터 열들 중 적어도 3개는 동일한 패턴을 갖는 데이터 인터리버; 및
    상기 길쌈 인터리브된 데이터 패킷들의 데이터를 트렐리스 부호화하는 트렐리스 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 송신 시스템.
  23. 삭제
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 처리기는 상기 인핸스드 데이터에 대해 추가로 부호화를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 송신 시스템.
  25. 인핸스드 데이터에 대해 블록 인터리빙을 수행하는 단계;
    기지 데이터 열들과 상기 블록 인터리브된 인핸스드 데이터를 포함하는 인핸스드 데이터 패킷들을 출력하며, 각 인핸스드 데이터 패킷은 MPEG 헤더 데이터를 포함하는 단계;
    메인 데이터를 포함하는 메인 데이터 패킷들과 상기 인핸스드 데이터 패킷들을 다중화하는 단계;
    상기 다중화된 데이터 패킷들의 데이터에 대해 길쌈(convolutional) 인터리빙을 수행하며, 길쌈 인터리브된 데이터 패킷들의 데이터를 포함하는 데이터 그룹은 헤드, 바디, 테일 영역으로 구분되고, 바디 영역은 헤드 영역과 테일 영역 사이에 위치하며, 상기 헤드, 테일 영역은 메인 데이터와 인핸스드 데이터를 포함하고, 상기 바디 영역은 인핸스드 데이터와 상기 기지 데이터 열들을 포함하지만 메인 데이터는 포함하지 않으며, 상기 기지 데이터 열들 중 적어도 3개는 동일한 패턴을 갖는 단계; 및
    상기 길쌈 인터리브된 데이터 패킷들의 데이터를 트렐리스 부호화부에서 트렐리스 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 송신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
  26. 삭제
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 인핸스드 데이터에 대해 부호화를 수행한 후 블록 인터리빙을 위해 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 송신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
  28. 데이터 그룹을 포함하는 방송 신호를 수신하며, 상기 데이터 그룹은 헤드, 바디, 테일 영역으로 구분되고, 바디 영역은 헤드 영역과 테일 영역 사이에 위치하며, 상기 헤드, 테일 영역은 메인 데이터와 인핸스드 데이터를 포함하고, 상기 바디 영역은 인핸스드 데이터와 기지 데이터 열들을 포함하지만 메인 데이터는 포함하지 않으며, 상기 기지 데이터 열들 중 적어도 3개는 동일한 패턴을 갖는 튜너;
    상기 기지 데이터 열들 중 적어도 하나를 기반으로 초기 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 기지 데이터 열들 중 적어도 하나의 기지 데이터 열의 위치 정보를 검출하는 기지 데이터 검출 및 초기 주파수 옵셋 추정부;
    상기 추정된 초기 주파수 옵셋과 검출된 위치 정보를 기반으로 상기 수신된 방송 신호의 반송파 복구를 수행하는 복조부;
    상기 동일한 패턴을 갖는 기지 데이터 열들을 기반으로 상기 반송파 복구된 방송 신호의 채널 왜곡을 보상하는 등화부; 및
    상기 채널 왜곡이 보상된 방송 신호에 포함된 인핸스드 데이터를 복호하는 에러 정정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 복호된 인핸스드 데이터를 디인터리빙하는 데이터 디인터리버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템.
  30. 데이터 그룹을 포함하는 방송 신호를 수신하며, 상기 데이터 그룹은 헤드, 바디, 테일 영역으로 구분되고, 바디 영역은 헤드 영역과 테일 영역 사이에 위치하며, 상기 헤드, 테일 영역은 메인 데이터와 인핸스드 데이터를 포함하고, 상기 바디 영역은 인핸스드 데이터와 기지 데이터 열들을 포함하지만 메인 데이터는 포함하지 않으며, 상기 기지 데이터 열들 중 적어도 3개는 동일한 패턴을 갖는 단계;
    상기 기지 데이터 열들 중 적어도 하나를 기반으로 초기 주파수 옵셋을 추정하는 단계;
    상기 기지 데이터 열들 중 적어도 하나의 기지 데이터 열의 위치 정보를 검출하는 단계;
    상기 추정된 초기 주파수 옵셋과 검출된 위치 정보를 기반으로 상기 수신된 방송 신호의 반송파 복구를 수행하는 단계;
    상기 동일한 패턴을 갖는 기지 데이터 열들을 기반으로 상기 반송파 복구된 방송 신호의 채널 왜곡을 보상하는 단계; 및
    상기 채널 왜곡이 보상된 방송 신호에 포함된 인핸스드 데이터를 복호하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 복호된 인핸스드 데이터를 디인터리빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 시스템의 방송 신호 처리 방법.
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