KR19980074513A - 레벨 변화를 일으키지 않는 ntsc 제거필터의 설계방법과 이를 채용한 수신기 - Google Patents

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Abstract

NTSC 제거 필터의 설계 방법과 이를 채용한 수신기가 개시되어 있다. 본 발명의 NTSC 제거필터의 설계 방법은 예상되는 고해상도 신호와 NTSC신호의 크기의 비를 결정하고, 결정된 비의 값에 따라 NTSC 신호열을 생성하고, 필터의 탭수를 결정해서 생성된 NTSC 신호열을 이용하여 NTSC신호의 자기상관 행렬을 계산한다. 그리고 입력되는 NTSC 간섭 신호, 가산 가우시안 잡음 및 VSB 신호에 대해 NTSC 제거 필터 출력에서의 모든 간섭 신호 잡음의 전력을 수식으로 유도해서 이를 비용함수(cost function)로 선택한다. 미분을 이용하여 이 비용함수를 최소화하는 필터의 계수 식을 구해서 구해진 자기상관 행렬을 대입하여 NTSC 제거 필터의 계수를 산출한다.

Description

레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거필터의 설계방법과 이를 채용한 수신기
본 발명은 고해상도 신호를 수신하는 수신기 분야에 관한 것으로, 특히 NTSC 제거 필터를 채용하는 수신기 분야에 관한 것이다.
현재 미합중국은 NTSC를 대체할 수 있는 새로운 텔레비젼 표준으로서 디지털 텔레비젼 전송 시스템인 Grand Alliance(GA) ATV(Advanced Television) 시스템의 테스트가 완료되었다. ATSC(Advanced Television System Committee)에 의해 표준화된 GA-ATV 시스템(일명 GA-HDTV, GA-VSB 시스템이라고도 함)은 디지탈 전송 방식인 VSB(Vestigial Side Band)변조 방식을 채택하고 있다. GA-ATV 시스템에서는 지상 방송 모드(terrestrial broadcast mode)를 위한 8개의 레벨을 이용한 8-VSB와 고속 케이블모드(high speed cable mode)를 위한 16개의 레벨을 이용한 16-VSB를 변조 방법으로 선택하였다.
그리고, 새로운 ATV신호는 주어진 지역(geograpic) 영역(일명 taboo채널이라고 함)에서 현재 사용되지 않는 텔레비젼 채널을 통하여 종래의 아날로그 텔레비젼신호(NTSC)와 동시에 전송된다. 따라서, GA-VSB 수신기는 NTSC 인접 채널 간섭의 존재에 강인해지도록 디자인되어야만 한다.
한편, ATSC 표준에서 제안한 NTSC 인접 채널 간섭 제거 필터(이하 NTSC 제거 필터라고 함)는 콤필터로서 이를 채용한 GA-VSB 수신기의 구성블럭도는 도 1에 도시되어 있으며, 문헌 [1] Grand Alliance HDTV System Specification, submitted to the ACATS Techenical Subgroup, Feb.,1994에 개시되어 있다.
HDTV 채널에 NTSC신호가 존재하는 경우 NTSC신호는 하나의 간섭(interference)으로 작용하게 된다. 이 간섭의 영향을 줄이기 위하여 GA-VSB 시스템의 수신기에서는 콤 필터로 구성된 NTSC 소거 필터(112)를 사용하여 NTSC신호의 변조 캐리어(modulation carrier)를 제거한다.
즉, 도 2a와 도 2b는 콤 필터의 구조 및 주파수 특성을 각각 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 콤 필터는 VSB신호와 NTSC신호가 동시에 방송되는 인접채널(cochannel) 상황에서 NTSC신호는 VSB신호와는 일정한 캐리어 주파수 오프셋(약 0.89MHz)을 가지고 있으므로 기저대역영역에서 고려하면 NTSC신호를 VSB신호와의 주파수 오프셋만큼의 주파수로 변조시킨 것과 동일하게 된다. 이러한 NTSC신호는 원래의 DC성분 즉, 변조 캐리어에 거의 모든 에너지가 집중되어 있다. 따라서, 감산기(130)는 입력심볼에서 12 심볼 지연기(132)로부터 출력되는 12심볼 지연된 심볼을 감산하면 변조 캐리어 성분이 제거되므로 NTSC신호에 의한 영향을 감소시키게 된다.
이러한 콤필터는 도 2b에 도시된 바와 같이 6MHz의 VSB 신호 대역에서 6개의 주파수 노치(notch)를 가지는 특성이 있다. HDTV신호에 간섭신호로 작용하는 NTSC 신호는 영상 캐리어(visual carrier), 색 서브캐리어(chrominance subcarrier), 음성 캐리어(aural carrier)에 대부분의 에너지가 집중되어 있다. 그런데 이들 캐리어는 콤 필터의 주파수 노치 근처에 위치하므로 콤필터를 통과한 NTSC 신호의 에너지는 상당히 크게 감소된다. 따라서 콤필터는 그 구조가 단순하면서도 NTSC 간섭신호의 제거 성능이 우수하다고 할 수 있다.
그러나, ATSC 표준에서 제안한 콤필터는 NTSC 간섭신호의 제거 성능이 우수한 반면, A/D 변환기(108)의 출력 레벨을 변화시킨다. 즉, 콤필터의 부분 응답(partial response) 특성에 의해 콤필터를 통과한 출력의 레벨수가 8레벨{7,5,3,1}에서 15레벨{14,12,10,8,6,4,2,0}로 증가하게 된다. 이러한 콤필터는 전체 이득(full gain)을 갖는 두 신호의 감산이기 때문에 8-레벨신호가 15레벨로 증가됨과 동시에 가산 가우시안 잡음(additive Gaussian noise)의 전력을 3dB 증가시켜 콤필터의 전후에서 3dB의 SNR(Signal to Noise Ratio) 손실을 발생시킨다.
또한, 콤필터가 TCM 디코더(122) 전단에 위치하기 때문에 TCM 디코더측에서 보면 인코더의 메모리가 추가된 것과 같다. 따라서, 수신기에서 콤 필터가 사용되는 경우에 TCM 디코더(122)는 4-상태가 아닌 8-상태를 처리하는 디코더가 되어야 하므로 TCM 디코더(122)는 4-상태 트레리스 디코더뿐만 아니라 8-상태 트레리스 디코더가 모두 구성되어야 한다.
이상과 같이 NTSC 간섭신호를 제거하기 위해 콤필터를 사용한 경우, 15레벨의 신호에 적합하도록 구성된 8-상태 트레리스 디코더는 4-상태 트레리스 디코더보다 구조가 상당히 복잡하므로 하드웨어의 부담이 커지고, SNR 손실에 의해 수신시스템의 성능이 약화되는 문제점이 있었다.
한편, 콤필터를 사용하기 때문에 초래되는 3dB의 잡음 증폭과는 달리 0.3dB의 한정된(specified) 값으로 화이트 잡음의 증폭을 억제하면서 NTSC 간섭을 최소화하기 위하여 아래 문헌 [2]에서 제안하고 있는 새로운 GA 시스템의 전송기와 수신기에 적용되는 FIR 필터는 인코더측의 프리코더와 수신기의 NTSC 제거 필터로서 사용되고 있다: [2] International Workshop on HDTV, A New NTSC Co-Channel Interference Rejection Filter with Coded 6-VSB Modulation for Improved ATV Coverage, Samir N.Hulyalkar et al, October 8-9, 1996. 문헌 [2]에서 제안된 ATV 시스템은 6-VSB 변조방법을 사용하는 새로운 시스템이며, 이 FIR 필터는 수신기의 NTSC 제거 필터 뿐만 아니라 전송기의 프리코더에서 동일한 필터 계수를 사용하도록 되어 있어 현재의 GA 시스템에 적용하기가 곤란하다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, NTSC 제거 필터의 출력 신호의 레벨 변화를 일으키지 않으면서 잡음 증폭을 최대로 억제하는 NTSC 제거 필터의 설계 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 GA-VSB 수신기에 있어서 NTSC 제거 필터의 출력신호의 레벨 변화를 일으키지 않음으로써 변화된 레벨에 대응하는 별도의 트레리스 디코더를 필요로 하지 않게 되어 하드웨어가 간단해지는 수신기를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거 필터의 설계 방법은 레벨의 변화를 일으키지 않으면서 고해상도 신호에 혼입되는 NTSC신호를 제거하기 위한 NTSC 제거 필터를 설계하는 방법이 제공된다. 이 방법은 예상되는 고해상도 신호와 NTSC신호의 크기의 비를 결정하는 것을 포함한다. NTSC 신호열은 이 예상되는 고해상도 신호와 NTSC신호의 크기의 비값에 따라 생성된다. NTSC신호의 자기상관 행렬은 생성된 NTSC 신호열을 이용하여 구하되, 필터의 탭수가 소정수(N)일 때 입력 NTSC 신호열의 자기상관 행렬 RI는 다음과 같이 주어진다.
여기서, a는 입력되는 NTSC 신호 에너지이고, b 는 1N 벡터이고, bT는 b의 전치 행렬이고, C는 NN 행렬이다. 그리고, 필터의 계수를 구해진 NTSC신호의 자기상관 행렬을 근거로 하여 산출하되 필터의 계수는 아래 식 g에 의해 산출된다.
여기서, N0는 NTSC 제거 필터의 입력 가우시안 잡음의 전력이고, Es는 입력되는 고해상도 신호의 평균 전력이고, I는 단위 행렬이다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거 필터를 채용한 수신기는 소정수의 레벨을 갖는 고해상도 신호를 수신하는 수신기에 있어서 수신되는 고해상도 신호를 소정주파수의 중간주파수(IF)신호로 변환하는 튜너를 포함한다. 그리고, IF 증폭기는 IF 신호를 증폭하고, FPLL회로는 IF증폭기의 출력신호로부터 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 IF증폭기의 출력과 승산하여 기저대역의 신호로서 복조하고, A/D 변환기는 FPLL회로의 출력을 샘플링하여 샘플링 클럭에 따라 디지털 데이터로 변환한다. 또한, NTSC 제거 필터는 FIR(Finite Impulse Response) 필터로 구성되며, A/D 변환기의 출력으로부터 NTSC신호의 캐리어성분들을 제거하고, 등화기는 NTSC 제거 필터의 출력을 등화하고, 제1 디코더는 4-상태 트레리스 디코더로 구성되며 등화기의 출력을 트레리스 복호화하고, 제2 디코더는 트레리스 복호화된 데이터를 오류정정 복호화한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거 필터를 채용한 다른 수신기는 소정수의 레벨을 갖는 고해상도 신호를 수신하는 수신기에 있어서 수신되는 고해상도 신호를 소정주파수의 IF신호로 변환하는 튜너를 포함한다. 그리고, IF 증폭기는 IF 신호를 증폭하고, A/D 변환기는 IF 증폭기로부터 출력되는 아날로그 IF신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 FPLL 회로는 A/D 변환기로부터 출력되는 데이터에 포함된 파일럿신호를 이용하여 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 A/D 변환기의 출력과 승산하여 기저대역의 데이터로 복원하고, 정합필터는 디지털 FPLL 회로로부터 출력되는 데이터의 심볼레이트를 조절한다. 또한, NTSC 제거 필터는 FIR 필터로 구성되며, 정합필터의 출력으로부터 NTSC신호의 캐리어성분들을 제거하고, 등화기는 NTSC 제거 필터의 출력을 등화하고, 제1 디코더는 4-상태 트레리스 디코더로 구성되며 등화기의 출력을 트레리스 복호화하고, 제2 디코더는 트레리스 복호화된 데이터를 오류정정 복호화한다.
도 1은 종래의 NTSC 제거 필터를 채용한 VSB 수신기의 블록도이다.
도 2a와 도 2b는 도 1에 도시된 NTSC 제거 필터의 구조와 주파수 특성을 보인 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 NTSC 제거 필터를 채용한 수신기의 일 실시예에 따른 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 NTSC 제거 필터의 구성을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 NTSC 제거 필터를 채용한 수신기의 다른 실시예에 따른 수신기의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 NTSC 제거 필터의 입출력신호를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 NTSC 제거 필터를 설계하는 방법을 위한 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거 필터의 설계 방법과 이를 채용한 수신기의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 NTSC 제거 필터를 채용한 수신기의 일 실시예에 따른 블록도이다. 도 3에 있어서, 튜너(202)는 안테나를 통해 유입되는 ATV신호를 소정주파수의 중간주파수(이하 IF라고 함)신호로 변환한다. IF 증폭기(204)는 도면에는 도시되지 않은 자동이득조절신호에 따라 IF 신호의 진폭을 조절한다. 반송파복원은 FPLL회로(206)에 의하여 수행되는 데 IF증폭기(204)의 출력신호에 부가되어 있는 파일럿신호를 추적하여 파일럿신호가 0Hz에 존재할 수 있도록 튜너(202)의 국부발진주파수를 조정한다. 이렇게 해서 FPLL회로(206)는 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 IF증폭기(204)의 출력과 승산하여 기저대역의 신호로서 정상적으로 복조하게 된다. A/D변환기(208)는 싱크 및 타이밍 복원기(210)에서 복원된 심볼클럭에 따라 FPLL회로(206)의 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한다. 싱크 및 타이밍 복원기(210)는 A/D 변환기(208)의 샘플링시점을 예측하고, 내부에 저장된 필드 싱크 기준신호와 필드마다 전송되는 필드 싱크를 비교해서 필드 싱크를 복원한다. 부가적으로 ATV신호의 VSB 데이터 프레임은 2개의 필드로 구성되고, 각 필드는 하나의 필드 동기 세그먼트와 312개의 데이터 세그먼트로 구성되고, 이 데이터 세그먼트는 4심볼의 세그먼트 동기와, 828 데이터 심볼로 되어 있다.그리고 세그먼트 동기는 필드 동기 세그먼트와 각 데이터 세그먼트의 선두에서 8레벨 디지털 데이터 스트림에 삽입되어 있다.
NTSC 제거 필터(212)는 ATV와 NTSC가 동시에 방송되는 인접채널상황에서 NTSC신호에 의한 ATV신호의 열화를 방지하기 위하여 FIR 필터로 구성되며, 그 출력은 레벨수가 증가되지 않고 8-레벨을 유지한다. NTSC 혼입 검출기(214)는 싱크 및 타이밍 복원기(210)의 내부에 저장된 필드 싱크 기준신호와 A/D변환기(208)를 통해 출력되는 필드 싱크와 비교해서 그 차의 자승(power)누적치를 이용하여 NTSC신호가 ATV신호와 혼입하고 있는 지를 검출해서 검출신호를 출력한다.
선택기(216)는 멀티플렉서로 구성될 수 있으며, NTSC 혼입 검출기(214)로부터 출력되는 검출신호에 따라 NTSC 제거 필터(212)의 출력을 선택하거나 NTSC 제거 필터를 거치지 않은 A/D 변환기(208)의 출력을 선택한다. 등화기(218)는 송신신호가 전송채널을 통과하면서 생기는 다중경로(multipath) 왜곡을 제거한다. 이 다중경로 왜곡은 지상방송(terrestrial broadcasting)에서 산이나 빌딩군, 비행기등에 의한 전파반사에 의해 발생한다. 위상 트래커(220)는 FPLL 회로(206)에서 제거되지 않은 위상의 잡음, 즉 위상의 에러를 제거한다.
NTSC 제거 필터(212)의 출력신호의 레벨수가 증가되지 않으므로, TCM 디코더(222)는 별도의 8-상태 트레리스 디코더없이 4-상태 트레리스 디코더로만 구성되어, 위상 트래커(220)를 통해 출력되는 NTSC 제거 필터(212)를 거친 신호 또는 NTSC 제거 필터(212)를 거치지 않는 신호는 4-상태 트레리스 디코더에 의해 트레리스 복호화된다. FEC(forward error correction) 디코더(224)는 트레리스 복호화된 데이터를 디인터리브처리하고, 다시 디인터리브된 데이터를 오류정정복호화한 후 디랜덤화해서 출력한다.
즉, 본 발명에서는 레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거 필터의 설계를 위해 FIR(finite impulse response) 필터를 대상으로 하며 그 구조는 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4에 있어서, NTSC 제거 필터의 구성은 입력단이 A/D 변환기(208)의 출력단에 결합되며 직렬로 연결된 N개의 지연기(226.1-226.N)와, 제1 입력단은 A/D 변환기(208)의 출력단에 결합되며, 제2 입력단으로는 첫 번째 탭의 계수가 1로 고정되어 있는 제 1 승산기(228.1)와, 각 제1 입력단은 각 지연기(226.1-226.N)의 출력단에 결합되며, 각 제 2 입력단으로는 필터의 계수 [g1,...,gN]가 인가되어 있는 승산기들(228.2-228.N+1)과, 각 승산기(228.1-228.N+1)의 출력을 가산하는 가산기(230)로 구성되는 FIR 필터로 되어 있다. 여기서, Z-1은 단위 지연을 나타내고 있다. 따라서, 본 발명의 NTSC 제거 필터(212)의 FIR 필터는 필터의 탭을 [1 g1g2...gN}이라고 하고, 첫 번째 탭의 계수를 1로 고정하고 필터의 탭수를 N+1로 한다.
도 5는 본 발명에 의한 NTSC 제거 필터를 채용한 GA-VSB 수신기의 다른 실시예에 따른 블록도이다. 도 5에 있어서, 튜너(302)는 안테나를 통해 유입되는 ATV신호를 소정주파수의 IF신호로 변환한다. IF 증폭기(304)는 A/D 변환기(306)의 입력신호가 일정한 레벨을 유지하도록 도면에는 도시되지 않은 자동이득조절신호에 따라 IF 신호의 진폭을 조절한다.
A/D 변환기(306)는 IF 증폭기(304)로부터 출력되는 아날로그 IF신호를 싱크 및 타이밍 복원기(312)로부터 공급되는 심볼 클럭 주파수의 2배 주파수의 샘플링 클럭에 따라 디지털 데이터로 변환한다. DFPLL(Digital Frequency and Phase Locked Loop) 회로(308)는 A/D 변환기(306)로부터 출력되는 데이터에 포함된 파일럿신호를 이용하여 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 A/D 변환기(306)의 출력데이터와 승산하여 기저대역의 데이터로 복원한다.
정합필터(310)는 복조된 기저대역신호를 전송전의 신호로 정합시켜서 신호왜곡과 얼라이징을 제거하기 위하여, DFPLL 회로(308)로부터 출력되는 데이터의 심볼레이트를 조절한다. 즉, 정합필터(310)는 DFPLL 회로(308)로부터 출력되는 데이터의 심볼레이트(symbol rate)는 2fs이므로 이를 심볼 클럭 주파수로 조절한다. 싱크 및 타이밍 복원기(312)는 정합필터(310)의 출력으로부터 심볼 클럭을 복원하여 심볼클럭의 2배 주파수를 갖는 샘플링 클럭을 A/D 변환기(306)에 인가하고, 또한, 정합필터(310)의 출력으로부터 세그먼트 동기와 필드 동기를 검출한다.
NTSC 제거 필터(314)는 도 4에 도시된 구조를 가지며 필터의 계수 [1 g1g2...gN]를 갖는 FIR 필터로 구성되며, 그 출력은 레벨수가 증가되지 않고 8-레벨을 유지하면서 정합필터(310)의 출력으로부터 NTSC신호의 캐리어성분들을 제거한다. NTSC 혼입 검출기(316)는 싱크 및 타이밍 복원기(312)의 내부에 저장된 필드 싱크 기준신호와 정합 필터(310)를 통해 출력되는 필드 싱크와 비교해서 NTSC신호가 ATV신호와 혼입하고 있는 지를 검출해서 검출신호를 출력한다.
선택기(318)는 NTSC 혼입 검출기(316)에서 검출된 검출신호에 따라 NTSC 제거 필터(314)의 출력을 선택하거나 NTSC 제거 필터를 거치지 않은 정합필터(310)의 출력을 선택한다. 등화기(320)는 송신신호가 전송채널을 통과하면서 생기는 다중경로(multipath) 왜곡을 제거하거 위해서 필드 동기 세그먼트에 삽입된 훈련열을 이용하여 등화기(320)내부에 구성된 필터의 계수를 갱신시켜 등화과정을 수행한다. 위상 트래커(322)는 DFPLL 회로(308)에서 제거되지 않은 위상의 잡음, 즉 위상의 에러를 제거한다.
TCM 디코더(324)는 별도의 8-상태 트레리스 디코더없이 4-상태 트레리스 디코더로만 구성되며, 위상 트래커(322)의 출력을 트레리스 복호화한다. FEC(forward error correction) 디코더(326)는 트레리스 복호화된 데이터를 디인터리브처리하고, 다시 디인터리브된 데이터를 오류정정복호화한 후 디랜덤화해서 출력한다.
다음은, 본 발명에서 제안하는 레벨 변화를 일으키지 않는 NTSC 제거 필터를 설계하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, ATSC에서 제안한 기존의 콤필터의 문제는 근본적으로 레벨수가 증가하는 데 있다. 콤필터의 출력 신호의 레벨수의 증가로 트레리스 디코더의 구조가 상당히 복잡해지고 NTSC 신호 혼입 유무에 따라 4-상태 또는 8-상태 트레리스 디코더를 선택적으로 사용하므로 하드웨어 구성이 용이하지 않게 된다. 따라서, 수신기의 구성을 보다 간단히 하기 위해서는 레벨수를 증가시키지 않는 NTSC 제거 필터가 필요하다.
다시 말해서, 기존의 콤필터가 레벨수를 증가시키는 것은 부분 응답 특성을 가지고 있기 때문이므로, 레벨수의 증가를 막기 위해서는 NTSC 제거 필터의 탭수를 늘리고, 첫 번째 탭은 1로 하여 기존의 레벨을 유지하면서도 간섭신호 제거의 성능을 콤필터와 비슷하게 유지하도록 한다.
또한, 콤 필터는 도 2b에 도시된 바와 같이 주파수 영역에서 NTSC 신호의 3개의 반송파의 위치 뿐만 아니라 다른 3곳에서도 노치를 갖게 되므로 잡음 증폭 현상이 두드리지게 나타난다. 이에 따라 콤필터의 출력은 3dB 정도 잡음이 증폭되어 출력된다. 따라서, NTSC 제거 필터는 이러한 잡음의 증폭을 억제하면서 NTSC 신호의 각 반송파가 위치하는 영역이외에는 주파수 응답의 크기가 일정하도록 NTSC 제거 필터의 계수를 설정하여야 한다.
또한, 본 발명에서 제안하는 NTSC 제거 필터의 설계 방법은 미리 설정되는 필터 탭수와 간섭신호로 작용하는 NTSC 신호 샘플이 미리 주어지면 이로부터 필터의 탭 계수값을 산출할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 NTSC 제거 필터의 입출력신호를 도시하고 있다. 도 6에 있어서, NTSC 제거 필터(400)로 입력되는 신호로는 VSB신호, NTSC신호 및 가산 가우시안 잡음이 있으며, NTSC 제거 필터(400)의 입력 가우시안 잡음의 전력을 N0라 하고, 입력되는 VSB신호의 평균 전력을 Es라 한다. 그리고, NTSC 제거 필터(400)의 출력신호로도 VSB신호, NTSC신호 및 잡음이 있고, NTSC 제거 필터(400)로부터 출력되는 NTSC 신호의 전력을 J라고 하고, NTSC 제거 필터(400)로부터 출력되는 VSB신호는 원래의 VSB신호의 전력과 자기 잡음 전력으로 나누어지고, 이 자기 잡음 전력을 S라 하고, NTSC 제거 필터(400)로부터 출력되는 잡음 전력을 P라 한다. 그러면, NTSC 제거 필터(400)의 간섭 신호의 출력 전력 즉, NTSC 제거 필터(400)에서 출력되는 NTSC 신호 전력(J), 자기 잡음 전력(S) 및 잡음 전력(P)을 가산한 값이 최소가 되도록 필터의 계수를 설정하는 것이 본 발명의 NTSC 제거 필터를 설계하는 데 요지가 된다.
본 발명의 NTSC 제거 필터의 설계 방법을 위한 동작 흐름도는 도 7에 도시되어 있으며, 도 6을 결부시켜 설명한다.
도 7에 있어서, 먼저 예상되는 VSB신호와 NTSC신호 크기비(D/U)를 결정한다(402단계). 여기서 D는 원하는 신호(desired signal:D)의 에너지(Es)와 원하지 않는 신호(undesired signal:U)의 에너지의 비를 추정한다. 이 D/U는 대략 2-3dB사이의 값이 된다.
예상되는 D/U의 값에 따라 NTSC 신호열을 생성한다(404단계). 여기서, NTSC 신호열을 [i0,i1,i2,...,iN]이라고 한다.
다음은 간섭 신호 제거의 성능을 콤필터와 비슷하게 유지할 수 있는 필터의 탭수 N을 결정한다(406단계).
생성된 NTSC 신호열과 결정된 필터의 탭 N을 이용하여 NTSC신호의 자기상관 행렬(autocorrelation matrix)을 계산한다(408단계).
입력 NTSC 신호열 [i0i1,...,iN]의 자기상관 행렬을 RI라 하면 이 RI는 다음 수학식 1과 같이 주어진다.
[수학식 1]
여기서, a는 입력되는 NTSC 신호 에너지이고, b 는 1N벡터이고, bT는 b의 전치 행렬이고, C는 NN 행렬이다.
NTSC신호의 자기상관 행렬(RI)이 계산되고, N이 주어지면 필터의 계수를 산출한다(410단계). 여기서, 필터 계수를 구하는 식 g를 유도하는 과정은 다음과 같다.
먼저, NTSC 제거 필터(400)의 첫 번째 탭의 계수를 1로 고정하고, 전체 탭수를 1+N으로 설정하면, 충격 응답(impulse response)은 [1 g] =[1 g1,...,gN]으로 나타낼 수 있다. 이때, NTSC 제거 필터(400)의 출력 가산 잡음의 증폭도 A는 아래 수학식 2에 나타난 바와 같이 NTSC 제거 필터(400)의 각 필터계수의 제곱의 합이 되며, 출력 잡음의 전력 P는 아래 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
[수학식 3]
여기서, N0는 NTSC 제거 필터(400)의 입력 가우시안 잡음의 전력이다.
한편, NTSC 제거 필터(400)로부터 출력되는 NTSC신호의 전력 J은 아래 수학식 4로 표현할 수 있다.
[수학식 4]
여기서, 위 수학식 4을 유도하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
NTSC 신호의 전력(J)은 NTSC 신호열 [i0i1...iN]과 NTSC 제거 필터의 임펄스 응답 [1 g1g2...gN]을 콘벌루션해서 제곱한 결과와 같으므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
여기서, E는 평균을 의미한다.
한편, 입력되는 VSB 신호열을 [v0v] = [v0v1,...,vN] 라 하면 NTSC 제거 필터(400)에 의한 VSB 신호의 자기 잡음은 VSB 신호열 [v0v1,...,vN]과 NTSC 제거 필터의 임펄스 응답 [1 g1g2...gN]을 콘벌루션한 결과(=v0+v1g1+...+vNgN)로부터 v1g1+...+vNgN이고, 이를 gTv 로 나타낼 수 있고, 자기 잡음 전력을 S라 하면 자기 잡음 전력(S)은 다음 수학식 6과 같이 표현된다.
[수학식 6]
여기서, Es는 입력되는 VSB 신호의 평균전력이다. 위 수학식 6에서 자기 잡음 전력(S)은 입력되는 VSB신호의 전력(Es)에 비례함을 알 수 있고, 일반적으로 입력 VSB신호의 전력(Es)은 가산 잡음 전력(N0)보다 상당히 크므로 자기 잡음이 NTSC 제거 필터의 출력신호에 미치는 영향은 가산 잡음의 증폭도에 비해 크게 된다. 이제 NTSC제거 필터의 출력에서 모든 간섭신호의 전력은 다음 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
위 수학식 7에 도시된 함수를 비용 함수(cost function)로 선택하여 간섭신호의 출력 전력()을 최소화하는 제거 필터의 탭 계수를 구하는 식 g는 아래의 수학식 8에 도시된 관계로부터 구할 수 있다.
[수학식 8]
여기서, I는 단위 행렬이다.
위 수학식 8로부터 간섭 신호의 출력 전력을 최소화하는 NTSC 제거 필터(400)는 입력되는 NTSC신호의 자기상관 행렬(RI)과 입력 SNR(Es와 N0의 비율)에 의해 결정됨을 알 수 있다.
따라서, 실제 수신 시스템에서는 Es값은 도 3에 도시된 A/D 변환기(208)나 도 5에 도시된 정합필터(310)의 출력 레벨을 기준으로 21(=12+32+52+72/4)로 고정될 수 있으므로 예상되는 VSB와 NTSC 신호 크기비(D/U)에 따라 NTSC 신호 샘플을 발생시키고 이로부터 자기 상관 행렬의 C와 b를 구하면 필터 계수를 구하는 수학식 7의 g에 의해 NTSC 제거 필터를 설계할 수 있다.
본 발명에서 제안한 NTSC 제거 필터는 부분 응답 특성을 가지지 않는 FIR 필터이므로 레벨 변화를 일으키지 않으면서도 NTSC 간섭 신호를 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 설계 방법은 NTSC 제거 필터의 출력에서 데이터 신호(VSB신호)를 제외한 모든 간섭 신호의 전력을 최소화함으로써 ATSC에서 제안한 콤필터에 비해 잡음 증폭도가 현저히 낮아지는 효과가 있다.
더구나, 본 발명에서 제안한 설계 방법에 의해 NTSC 제거 필터를 채용한 VSB 수신기는 하드웨어가 복잡한 별도의 8-상태 트레리스 디코더를 필요로 하지 않아므로 간단한 구조를 가지므로 전체 수신 시스템을 구성하는 비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 고해상도 신호에 혼입되는 NTSC신호를 제거하기 위한 NTSC 제거 필터를 설계하는 방법에 있어서:
    (a) 예상되는 고해상도 신호와 NTSC신호의 크기의 비를 결정하는 단계;
    (b) 상기 예상되는 고해상도 신호와 NTSC신호의 크기의 비값에 따라 NTSC 신호열을 생성하는 단계;
    (c) 상기 생성된 NTSC 신호열을 이용하여 NTSC신호의 자기상관 행렬을 구하되, 필터의 탭수가 소정수(N)일 때 입력 NTSC 신호열의 자기상관 행렬 RI는 다음과 같이 주어지는 단계; 및
    (여기서, a는 입력되는 NTSC 신호 에너지이고, b 는 1N 벡터이고, bT는 b의 전치 행렬이고, C는 NN 행렬임)
    (d) 상기 구해진 NTSC신호의 자기상관 행렬을 근거로 하여 필터의 계수를 산출하되 상기 필터의 계수는 아래 식 g에 의해 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 NTSC 제거 필터의 설계 방법.
    (여기서, N0는 NTSC 제거 필터의 입력 가우시안 잡음의 전력이고, Es는 입력되는 고해상도 신호의 평균 전력이고, I는 단위 행렬임)
  2. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    (d1) 상기 필터로부터 출력되는 잡음의 전력(P)을 다음 식에 의해 구하는 단계;
    (d2) 상기 필터로부터 출력되는 NTSC 신호의 전력(J)을 다음 식에 의해 구하는 단계;
    (d3) 상기 필터로부터 출력되는 고해상도 신호의 자기 잡음 전력(S)을 다음 식에 의해 구하는 단계;
    (d4) 상기 필터로부터 출력되는 모든 간섭신호의 전력을 계산하기 위하여 상기 (a),(b) 및 (c)단계에서 구해진 전력을 가산해서 비용함수로 이용하는 단계;
    (d5) 상기 비용 함수를 미분하여 상기 식 g를 구하는 단계; 및
    (d6) 상기 구해진 식 g에 의해 필터 계수를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 NTSC 제거 필터의 설계 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (a)단계에서는 입력되는 VSB 신호의 평균 전력과 입력되는 NTSC 신호의 평균 전력의 비를 구하되, 상기 VSB 신호의 평균 전력은 소정수로 고정되고, 상기 NTSC 신호의 평균 전력은 상기 자기상관 행렬(RI)의 a에 해당함을 특징으로 하는 NTSC 제거 필터의 설계 방법.
  4. 소정수의 레벨을 갖는 고해상도 신호를 수신하는 수신기에 있어서:
    수신되는 고해상도 신호를 소정주파수의 중간주파수(IF)신호로 변환하는 튜너;
    상기 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기;
    상기 IF증폭기의 출력신호로부터 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 상기 IF증폭기의 출력과 승산하여 기저대역의 신호로서 복조하는 FPLL(Frequency Phase Locked Loop)회로;
    상기 FPLL회로의 출력을 샘플링하여 샘플링 클럭에 따라 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털(A/D) 변환기;
    FIR(Finite Impulse Response) 필터로 구성되며, 상기 A/D 변환기의 출력으로부터 NTSC신호의 캐리어성분들을 제거하는 NTSC 제거 필터;
    상기 NTSC 제거 필터의 출력을 등화하는 등화기;
    4-상태 트레리스 디코더로 구성되며 상기 등화기의 출력을 트레리스 복호화하는 제1 디코더; 및
    상기 트레리스 복호화된 데이터를 오류정정 복호화하는 제2 디코더를 포함하고,
    상기 NTSC 제거 필터의 출력신호의 레벨수는 변화하지 않음을 특징으로 하는 수신기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 NTSC 제거 필터는 필터의 탭을 [1 g1g2...gN]로 하고, 첫 번째 탭의 계수를 1로 고정하고 필터의 탭수를 N으로 하는 FIR 필터임을 특징으로 하는 수신기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 필터의 계수는 아래의 식 g에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 수신기.
    (여기서, N0는 NTSC 제거 필터의 입력 가우시안 잡음의 전력이고, Es는 입력되는 고해상도 신호의 평균 전력이고, I는 단위 행렬이고, C와 b는 입력 NTSC 신호열의 자기상관 행렬 RI로 부터 구해지고, RI는이고, 여기서 a는 입력되는 NTSC 신호 에너지로서 N0에 해당하고, b 는 1N벡터이고, bT는 b의 전치 행렬이고, C는 NN 행렬임)
  7. 소정수의 레벨을 갖는 고해상도 신호를 수신하는 수신기에 있어서:
    수신되는 고해상도 신호를 소정주파수의 IF신호로 변환하는 튜너;
    상기 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기;
    상기 IF 증폭기로부터 출력되는 아날로그 IF신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
    상기 A/D 변환기로부터 출력되는 데이터에 포함된 파일럿신호를 이용하여 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 상기 A/D 변환기의 출력과 승산하여 기저대역의 데이터로 복원하는 디지털 FPLL 회로;
    상기 디지털 FPLL 회로로부터 출력되는 데이터의 심볼레이트를 조절하는 정합필터;
    FIR 필터로 구성되며, 상기 정합필터의 출력으로부터 NTSC신호의 캐리어성분들을 제거하는 NTSC 제거 필터;
    상기 NTSC 제거 필터의 출력을 등화하는 등화기;
    4-상태 트레리스 디코더로 구성되며 상기 등화기의 출력을 트레리스 복호화하는 제1 디코더; 및
    상기 트레리스 복호화된 데이터를 오류정정 복호화하는 제2 디코더를 포함하여
    상기 NTSC 제거 필터의 출력신호의 레벨수는 변화하지 않음을 특징으로 하는 수신기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 NTSC 제거 필터는 필터의 탭을 [1 g1g2...gN]로 하고, 첫 번째 탭의 계수를 1로 고정하고 필터의 탭수를 N으로 하는 FIR 필터임을 특징으로 하는 수신기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필터의 계수는 아래의 식 g에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 수신기.
    (여기서, N0는 NTSC 제거 필터의 입력 가우시안 잡음의 전력이고, Es는 입력되는 고해상도 신호의 평균 전력이고, I는 단위 행렬이고, C와 b는 입력 NTSC 신호열의 자기상관 행렬(RI)로 부터 구해지고, RI는이고, 여기서 a는 입력되는 NTSC 신호 에너지로서 N0에 해당하고, b 는 1N벡터이고, bT는 b의 전치 행렬이고, C는 NN 행렬임)
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