KR20000045147A - Qam／vsb적응 채널등화기 - Google Patents

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Abstract

단일 등화기로 8-VSB 신호와 QAM 신호의 등화를 수행하는 QAM/VSB 적응 채널등화기에 관한 것이다. 이러한 QAM/VSB 적응 채널등화기에 있어서, 제 1 유한충격응답필터는 수신된 I 채널신호에 대하여 제 1 필터계수 혹은 제 2 필터계수로 필터링한다. 제 2 유한충격응답필터는 수신된 I 채널신호 혹은 N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 3 필터계수 혹은 제 4 필터계수로 필터링한다. 제 3 유한충격응답필터는 수신된 Q 채널신호 혹은 2N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 5 필터계수 혹은 제 6 필터계수로 필터링한다. 제 4 유한충격응답필터는 수신된 Q 채널신호 혹은 3N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 7 필터계수 혹은 제 8 필터계수로 필터링한다. 제 1 가산기는 제 1 유한충격응답필터의 출력과 제 3 유한충격응답필터의 출력을 가산하고, 제 2 가산기는 제 2 유한충격응답필터의 출력과 제 4 유한충격응답필터의 출력을 가산한다. 제어부는 수신되는 신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 QAM/VSB 선택신호를 발생시키고, QAM/VSB 선택신호에 따른 제 1,3,5,7 필터계수와 제 2,4,6,8 필터계수를 발생시켜 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터로 공급한다. 따라서, 단일 등화기로 VSB 신호와 QAM 신호에 대한 등화를 수행할 수 있으므로 등화기를 구현하기 위한 하드웨어 면적을 대폭 감소시킬 수 있다.

Description

ＱＡＭ／ＶＳＢ 적응 채널등화기(QAM/VSB adaptive channel equalizer)
본 발명은 디지털 TV에 있어서 적응 채널등화기에 관한 것으로서, 특히 단일 등화기로 8-VSB(Vestigial SideBand) 신호와 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호에 대한 등화를 수행하는 QAM/VSB 적응 채널등화기에 관한 것이다.
디지털 TV는 기존의 아날로그 TV와는 달리 비디오 및 오디오신호를 디지털 로 변환하여 전송하기 때문에 전송상의 잡음에 의한 신호의 왜곡없이 원래 신호를 그대로 수신할 수 있을뿐만 아니라 비디오 및 오디오 데이터의 압축/신장이 가능하여 같은 대역의 전송채널에 아날로그 전송방식에 비해 더 많은 양의 데이터를 전송할 수 있어 고화질의 HDTV 방송도 가능하게 한다. 또한 하나의 채널에 하나 이상의 프로그램을 동시에 전송할 수 있는 이점도 있다. 완전 디지털 HDTV를 위한 변조방식으로는 주로 케이블방송을 위해 16/32 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 또는 지상방송을 위해 8/16 VSB를 사용한다. 이는 부호화후 생기는 많은 데이터를 기존의 NTSC 전송채널인 6MHz 대역을 통해 전송하려면 다치(multi-level) 변조방식의 사용이 불가피하기 때문이다. QAM 방식은 전송효율이 매우 뛰어난 방식의 하나로서, 신호가 2차원으로 표현되므로 신호간 거리가 상대적으로 멀어 전송효율을 높일 수 있는 장점이 있으나, 신호 자체가 복소수로 표현되므로 하드웨어 비용이 상대적으로 증가하는 단점이 있다. 반면, VSB 방식은 QAM 방식과는 달리 신호가 일차원 성상도(constellation)을 가지므로 데이터를 처리하기 위한 하드웨어는 간단하나 신호간 거리가 작아 심볼오율이 커지고 상대적으로 변복조 시스템이 복잡한 단점이 있다.
한편, 송신단에서 전송된 신호는 전송채널을 거치면서 여러 가지 왜곡이 생긴다. 왜곡을 발생시키는 요인에는 가우스성 열잡음, 페이딩에 의한 가산형 혹은 승산형 잡음, 주파수 변화, 비선형성, 시간적 분산(time dispersion) 등에 의한 변형이 있다. 이러한 왜곡은 기존의 아날로그 TV 시스템에서는 왜곡에 따른 화질저하로 나타나지만 디지털 전송방식의 시스템에서는 수신측에서 비트검출 오류가 생겨 데이터 복원이 불가능하거나 예상치 못한 결과를 가져온다. 특히, 송신신호의 시간 지연과 위상변화에 의한 다중경로는 심볼간 간섭(intersymbol interference)을 심하게 일으켜 비트검출 오류의 주원인이 되고 있다. 이렇게 비이상적인 전송채널에 의해서 발생한 왜곡을 보상함으로써 수신측에서 비트검출 오류를 감소시키는 기법을 채널등화(channel equalization)라 한다. 그런데 채널은 송수신기의 위치, 거리, 지형, 건물, 날씨 등의 여러 가지 요인에 의해서 가변적이기 때문에 가변적인 채널에 적응적으로 대체할 수 있는 등화기법이 요구되는데 이러한 기법을 적응 채널등화라 한다. 이를 위하여, 등화기의 전달함수가 주어진 채널의 전달함수의 역수가 되도록 탭계수가 조정함으로써 채널에서의 선형적인 왜곡을 등화하여 인접 심볼간 간섭이라는 채널 왜곡 효과를 없애고, 이때 적응 알고리즘을 이용하여 주어진 시간에서의 채널 특성을 등화할 수 있도록 탭계수를 계속적으로 갱신해 나간다.
도 1은 현재 미국 및 한국의 디지털 지상방송과 케이블방송에 사용되는 8-VSB 및 64-QAM 변조신호의 성상도(constellation)를 보여주는 것이다. 도 1에서와 같이 QAM 신호는 실수성분(I)과 허수성분(Q)으로 구성된 복소신호로 볼 수 있다. 디지털 케이블방송의 경우에는 이외에도 32-QAM, 128-QAM, 256-QAM 등이 혼용된다. 한편, 8-VSB 변조신호는 실수성분만 존재하는 8-PAM(pulse amplitude modulation) 신호로부터 생성될 수 있다.
도 2는 일반적인 QAM 신호의 등화에 사용되는 복소수 등화기를 나타낸 것으로서, HI(t)는 필터의 실수 계수를, HQ(t)는 필터의 허수 계수를 나타낸다.
여기서, 복소수 필터의 입력신호를 Y=YI+jYQ, 필터계수를 H=HI+jHQ, 필터출력을 Z=ZI+jZYQ라고 하면, 이들 사이의 관계식은 다음 수학식 1로 표현할 수 있다.
Z = Y * H
= (YI+jYQ) * (HI+jHQ)
= (YI*HI- YQ*HQ) + j(YI*HQ+ YQ*HI)
즉, 복소수 필터링과정은 4개의 유한충격응답필터(21,22,24,25)에 의한 필터링과, 감산기(23)와 가산기(26)의 가감산으로 수행되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 등화기는 지상방송의 경우 다중경로로 인한 간섭이나 케이블방송의 경우 임피던스의 부정합으로 인한 반사파와 같은 간섭의 제거에 사용된다. 케이블방송의 전송 환경에서 임피던스의 부정합으로 인한 반사파의 범위는 보통 5 마이크로초(μsec ) 범위 이내가 되지만 지상방송의 전송 환경에서는 간섭신호의 범위가 수십 마이크로초 정도가 될 정도로 아주 광범위하다. 그러나, 지상방송의 경우에는 송신기에서 동위상 I 채널신호만 전송되므로 실수 등화기를 사용할 수 있다. 그렇지만 간섭 제거범위가 케이블방송 수신기에 사용되는 복소수 등화기에 비해 훨씬 넓어야 한다.
도 3은 일반적인 8-VSB 적응 채널등화기를 나타낸 것으로서, 미국의 DTV 사양에 나온 256탭으로 구성된 실수 적응 등화기를 예로 든 것이다. 이와 같은 8-VSB 적응 채널등화기는 회로 옵셋이나 파일럿에 의한 DC 옵셋을 제거하기 위한 DC 옵셋 제거부(31), 64탭의 피드포워드 필터(32), 64탭의 피드포워드 필터(32)의 계수를 갱신하는 제 1 필터계수 갱신부(33), 192탭의 피드백 필터(34), 192탭의 피드백 필터(34)의 입력신호를 결정하는 입력신호 선택부(35), 192탭의 피드백 필터(34)의 필터계수를 갱신하는 제 2 필터계수 갱신부(36) 및 제 1 및 제 2 감산기(37,38)로 이루어진다. 여기서 제 1 및 제 2 필터계수 갱신부(33,36)는 계수 갱신을 위해 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 적용한다.
여기서, 64탭의 피드포워드 필터(32)와 192탭의 피드백 필터(34)는 기본 구조가 동위상 I 채널신호만 등화하도록 고안된 것이므로 QAM 신호의 등화에는 사용할 수 없다.
그런데 케이블방송 또는 지상방송 복조 IC에 있어서 적응 채널등화기는 가장 많은 연산량을 가지기 때문에 가장 넓은 실리콘 면적을 차지하게 된다. 따라서, 단일 IC에 의해 디지털 케이블방송 및 지상방송을 수신하는 IC를 제작할 경우 각 방송에 따라 두 개의 등화기가 요구되므로 더욱 많은 실리콘 면적을 차지하게 되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 케이블방송용 QAM 신호 수신시에는 복소수 필터로 작용하고, 지상방송용 8-VSB 신호 수신시에는 실수 필터로 작용하도록 필터 구조를 개선시킨 QAM/VSB 적응 채널등화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 QAM/VSB 적응 채널등화기는, 수신된 I 채널신호에 대하여 제 1 필터계수 혹은 제 2 필터계수로 필터링하는 제 1 유한충격응답필터; 수신된 I 채널신호 혹은 N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 3 필터계수 혹은 제 4 필터계수로 필터링하는 제 2 유한충격응답필터; 수신된 Q 채널신호 혹은 2N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 5 필터계수 혹은 제 6 필터계수로 필터링하는 제 3 유한충격응답필터; 수신된 Q 채널신호 혹은 3N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 7 필터계수 혹은 제 8 필터계수로 필터링하는 제 4 유한충격응답필터; 상기 제 1 유한충격응답필터의 출력과 상기 제 3 유한충격응답필터의 출력을 가산하는 제 1 가산기; 상기 제 2 유한충격응답필터의 출력과 상기 제 4 유한충격응답필터의 출력을 가산하는 제 2 가산기; 및 수신되는 신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 QAM/VSB 선택신호를 발생시키고, 상기 QAM/VSB 선택신호에 따른 상기 제 1,3,5,7 필터계수와 상기 제 2,4,6,8 필터계수를 발생시켜 상기 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터로 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 8-VSB 및 64-QAM 신호의 성상도,
도 2는 일반적인 QAM 신호의 등화에 사용되는 복소수 등화기를 나타낸 블록도,
도 3은 일반적인 8-VSB 적응 채널등화기를 나타낸 블록도, 및
도 4는 본 발명에 따른 QAM/VSB 적응 채널등화기를 나타낸 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
411,417,431,437 ... 유한충격응답필터
413,423,433 ... 지연기 415,421,425,429,435 ... 다중화기
419,439 ... 가산기 441 ... 제어부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 QAM/VSB 적응 채널등화기를 나타낸 블록도로서, 수신된 I 채널신호에 대하여 제 1 필터계수 혹은 제 2 필터계수로 필터링하는 제 1 유한충격응답필터(411), 수신된 I 채널신호 혹은 N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 3 필터계수 혹은 제 4 필터계수로 필터링하는 제 2 유한충격응답필터(417), 수신된 Q 채널신호 혹은 2N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 5 필터계수 혹은 제 6 필터계수로 필터링하는 제 3 유한충격응답필터(431), 수신된 Q 채널신호 혹은 3N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 7 필터계수 혹은 제 8 필터계수로 필터링하는 제 4 유한충격응답필터(437), 제 1 유한충격응답필터(411)의 출력과 제 3 유한충격응답필터(431)의 출력을 가산하는 제 1 가산기(419), 제 2 유한충격응답필터(417)의 출력과 상기 제 4 유한충격응답필터(437)의 출력을 가산하는 제 2 가산기(439), 및 수신되는 신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 QAM/VSB 선택신호를 발생시키고, QAM/VSB 선택신호에 따른 제 1,3,5,7 필터계수와 제 2,4,6,8 필터계수를 발생시켜 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터(411,417,431,437)로 공급하는 제어부(441)로 이루어진다. 또한, 제 2 내지 제 4 유한충격응답필터(417,431,437)의 입력신호를 선택하는데 사용되는 제 1 내지 제 3 지연기(413,423,433), 제 1 내지 제 5 다중화기(415,421,425,429,435), 승산기(427)을 더 구비한다. 여기서, 제 1 지연기(413)와 제 1 다중화기(415)는 제 2 유한충격응답필터(417)의 입력신호를 결정하는 제 1 입력선택부로 동작하고, 제 1 입력선택부, 제 2 내지 제 4 다중화기(421,425,429), 제 2 지연기(423)와 승산기(427)은 제 3 유한충격응답필터(431)의 입력신호를 결정하는 제 2 입력선택부로 동작하고, 제 1 입력선택부, 제 2, 3, 5 다중화기(421,425,435)와, 제 2 및 제 3 지연기(423,433)는 제 4 유한충격응답필터(437)의 입력신호를 결정하는 제 3 입력선택부로 동작한다.
그러면, 본 발명에 따른 QAM/VSB 적응 채널등화기의 작용에 대하여 수신신호가 QAM 신호인 경우와 VSB 신호인 경우로 나누어 상세히 설명하기로 한다.
1) QAM 신호 입력시
QAM 신호에는 동위상(I) 채널의 신호와 직각위상(Q) 채널의 신호가 포함되어 있기 때문에 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터(411,417,431,437)에 의한 필터링시, I 채널신호는 제 1 및 제 2 유한충격응답필터(411,417)에서 필터링되고, Q 채널신호는 제 3 및 제 4 유한충격응답필터(431,437)에서 필터링된다. 이때, I 채널신호와 Q 채널신호가 지연없이 바로 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터(411,417,431,437)에 입력되기 때문에 제 1 내지 제 3 지연기(415,423,435)는 사용됨이 없이 제 1 다중화기(415)에서는 I 채널신호를, 제 2 다중화기(421)에서는 Q 채널신호를, 제 3 다중화기(425)에서는 제 2 다중화기(421)에서 출력된 Q 채널신호를, 제 4 다중화기(429)에서는 '-1'이 곱해진 Q 채널신호를, 제 5 다중화기(435)에서는 Q 채널신호를 각각 선택하여 출력한다.
제 1 가산기(419)에서는 제 1 유한충격응답필터(411)에서 필터링된 I 채널신호와 제 3 유한충격응답필터(431)에서 필터링된 Q 채널신호를 가산하여 최종 등화된 I 채널신호(I')로 출력한다. 제 2 가산기(439)에서는 제 2 유한충격응답필터(417)에서 필터링된 I 채널신호와 제 4 유한충격응답필터(437)에서 필터링된 Q 채널신호를 가산하여 최종 등화된 Q 채널신호(Q')로 출력한다.
2) VSB 신호 입력시
VSB 신호에는 동위상(I) 채널신호만 포함되어 있기 때문에 I 채널신호만 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터(411,417,431,437)에서 필터링된다. 제 1 유한충격응답필터(411)는 I 채널신호를 필터링하고, 제 2 유한충격응답필터(417)는 제 1 지연기(413)와 제 1 다중화기(415)를 통해 출력되는 N 심볼 지연된 I 채널신호를 필터링한다. 제 3 유한충격응답필터(431)는 제 1 지연기(413), 제 1 다중화기(415), 제 2 다중화기(421), 제 2 지연기(423), 제 3 다중화기(425)와 제 4 다중화기(429)를 통해 출력되는 2N 심볼 지연되는 I 채널신호를 필터링한다. 제 4 유한충격응답필터(437)는 제 1 지연기(413), 제 1 다중화기(415), 제 2 다중화기(421), 제 2 지연기(423), 제 3 다중화기(425), 제 3 지연기(433)와 제 5 다중화기(435)를 통해 출력되는 3N 심볼 지연되는 I 채널신호를 필터링한다. 여기서, 제 1 내지 제 3 지연기(413,423,433)은 입력신호를 각각 N 심볼 지연시키는 역할을 하며, 선입선출(FIFO) 메모리로 이루어진다.
제 1 가산기(419)에서는 제 1 유한충격응답필터(411)에서 필터링된 I 채널신호와 제 3 유한충격응답필터(431)에서 필터링된 2N 심볼 지연된 I 채널신호를 가산하여 출력한다. 제 2 가산기(439)에서는 제 2 유한충격응답필터(417)에서 필터링된 N 심볼 지연된 I 채널신호와 제 4 유한충격응답필터(437)에서 필터링된 3N 심볼 지연된 I 채널신호를 가산하여 출력한다.
한편, 제어부(441)에서는 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터(411,417,431,437)가 각각 N개의 탭으로 구성된 경우, 입력신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 QAM/VSB 선택신호를 발생시키고, 이에 따라 해당하는 필터계수(H1(t)~H4(t))를 다음 표 1과 같이 출력한다.
필터계수 QAM 신호(제1,3,5,7 필터계수) VSB 신호(제2,4,6,8 필터계수)
H1(t) HI(t) hI,1~N(t)
H2(t) HQ(t) hI,N+1~2N(t)
H3(t) HQ(t) hI,2N+1~3N(t)
H4(t) HI(t) hI,3N+1~4N(t)
또한, 제어부(441)는 입력신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 제 1 내지 제 5 다중화기(415,421,425,429,427)를 제어하기 위한 절환신호를 출력한다. 즉, 입력신호가 QAM 신호인 경우에는 '0' 입력단자로 인가되는 신호를, VSB 신호인 경우에는 '1' 입력단자로 인가되는 신호를 각각 선택하여 출력한다.
상술한 바와 같은 구성에 의하면, 단일 IC에 의해 디지털 케이블방송 및 지상방송을 수신하는 IC를 제작할 경우, 수신신호에 대한 등화시 수신신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 해당하는 필터계수를 발생시키고, QAM 신호 혹은 VSB 신호의 흐름을 제어함으로써 단일 등화기로 VSB 신호와 QAM 신호에 대한 등화를 수행할 수 있으며, 따라서 등화기를 구현하기 위한 하드웨어 면적을 대폭 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 수신된 I 채널신호에 대하여 제 1 필터계수 혹은 제 2 필터계수로 필터링하는 제 1 유한충격응답필터(411);
    수신된 I 채널신호 혹은 N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 3 필터계수 혹은 제 4 필터계수로 필터링하는 제 2 유한충격응답필터(417);
    수신된 Q 채널신호 혹은 2N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 5 필터계수 혹은 제 6 필터계수로 필터링하는 제 3 유한충격응답필터(431);
    수신된 Q 채널신호 혹은 3N 심볼 지연된 I 채널신호에 대하여 제 7 필터계수 혹은 제 8 필터계수로 필터링하는 제 4 유한충격응답필터(437);
    상기 제 1 유한충격응답필터(411)의 출력과 상기 제 3 유한충격응답필터(431)의 출력을 가산하는 제 1 가산기(419);
    상기 제 2 유한충격응답필터(417)의 출력과 상기 제 4 유한충격응답필터(437)의 출력을 가산하는 제 2 가산기(439); 및
    수신되는 신호가 QAM 신호인지 VSB 신호인지에 따라서 QAM/VSB 선택신호를 발생시키고, 상기 QAM/VSB 선택신호에 따른 상기 제 1,3,5,7 필터계수와 상기 제 2,4,6,8 필터계수를 발생시켜 상기 제 1 내지 제 4 유한충격응답필터(411,417,431,437)로 공급하는 제어부(441)를 포함하는 것을 특징으로 하는 QAM/VSB 적응 채널등화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 QAM/VSB 적응 채널등화기는
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 수신된 I 채널신호 혹은 N 심볼 지연된 I 채널신호 중 하나를 선택하여 출력하는 제 1 입력선택부;
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 수신된 Q 채널신호 혹은 2N 심볼 지연된 I 채널신호 중 하나를 선택하여 출력하는 제 2 입력선택부; 및
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 수신된 Q 채널신호 혹은 3N 심볼 지연된 I 채널신호 중 하나를 선택하여 출력하는 제 3 입력선택부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 QAM/VSB 적응 채널등화기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 입력선택부는
    수신된 I 채널신호를 N 심볼 지연시키는 제 1 지연기(413); 및
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 수신된 I 채널신호 혹은 상기 제 1 지연기에서 출력되는 N 심볼 지연된 I 채널신호를 선택적으로 출력하는 제 1 다중화기(415)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 QAM/VSB 적응 채널등화기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 입력선택부는
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 상기 제 1 다중화기의 출력과 수신된 Q 채널신호를 선택적으로 출력하는 제 2 다중화기(421);
    상기 제 2 다중화기의 출력을 N 심볼 지연시키는 제 2 지연기(423);
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 상기 제 2 다중화기의 출력과 상기 제 2 지연기의 출력을 선택적으로 출력하는 제 3 다중화기(425);
    상기 제 3 다중화기의 출력에 '-1' 승산하는 승산기(427); 및
    상기 QAM/VSB 선택신호에 따라서, 승산기의 출력과 제 3 다중화기의 출력을 선택적으로 출력하는 제 4 다중화기(429)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 QAM/VSB 적응 채널등화기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 입력선택부는
    상기 제 3 다중화기의 출력을 N 심볼 지연시키는 제 3 지연기(433); 및
    상기 제 3 다중화기의 출력과 상기 제 3 지연기의 출력을 선택적으로 출력하는 제 5 다중화기(435)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 QAM/VSB 적응 채널등화기.
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