KR20010007454A - 디지털텔레비젼 튜너 - Google Patents

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KR20010007454A
KR20010007454A KR1020000034037A KR20000034037A KR20010007454A KR 20010007454 A KR20010007454 A KR 20010007454A KR 1020000034037 A KR1020000034037 A KR 1020000034037A KR 20000034037 A KR20000034037 A KR 20000034037A KR 20010007454 A KR20010007454 A KR 20010007454A
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가타오카 마사타카
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Abstract

본 발명은 베이스밴드 신호처리부분의 구성이 간단하고, 또 국부발진신호가 입력단(入力端)측으로 쉽게 누설되지 않으며, 또한 이미지방해도 잘 일어나지 않는 디지털텔레비전튜너를 실현하는 것이다.
이를 위하여 본 발명은 소정의 주파수대역내에 배열된 채널중 수신해야 할 채널의 디지털텔레비젼신호의 주파수를 주파수대역의 최고주파수이상으로 변환하는 주파수변환수단(4)과, 주파수변환된 디지털텔레비젼신호를 복조하여 위상이 서로 직교하는 2개의 베이스밴드 신호를 출력하는 2개의 혼합수단(8, 9)과, 서로의 위상관계가 직교하는 국부발진신호를 2개의 혼합수단(8, 9)에 입력하는 국부발진수단 (10)과, 2개의 베이스밴드 신호끼리를 가산하는 가산수단(17)을 구비하고, 국부발진신호의 주파수를 주파수변환된 디지털텔레비젼신호의 채널에 있어서 대역의 끝부분의 주파수와 동일한 주파수로 하고, 베이스밴드 신호의 한쪽을 다른쪽의 위상과 동일한 위상으로 변환한 후 가산수단(17)에 입력하였다.

Description

디지털텔레비젼 튜너{DIGITAL TELEVISION TUNER}
본 발명은 소위 지상파 또는 케이블로 송신되는 디지털텔레비젼신호를 복조하여 베이스밴드 신호를 출력하는 디지털텔레비젼 튜너에 관한 것이다.
도 4는 발명자가 종래부터 생각하고 있던 대표적인 다이렉트 컨버전방식의 디지털텔레비젼 튜너의 구성도이다. 입력단(4l)에는 약 55MHz 내지 806MHz의 사이에 할당된 채널(미국의 텔레비젼채널의 예)의 디지털텔레비젼신호(이하 단지 텔레비젼신호라 함)가 입력된다. 1채널의 대역은 기존의 아날로그텔레비젼의 대역과 마찬가지로 6MHz 이다. 입력된 텔레비젼신호는 대역통과필터(42), 광대역의 저잡음증폭기(43)를 순차로 통과하여 2개의 제 1 혼합기(44, 45)에 입력된다.
제 1 혼합기(44, 45)에는 제 1 국부발진기(46)로부터 출력되는 복조용의 제 1 국부발진신호가 입력된다. 제 1 국부발진신호의 주파수는 수신해야 할 채널의 대역의 중심주파수와 동일하고, 한쪽의 혼합기[예를 들어 혼합기(45)]에는 위상기 (47)에 의해 90도 어긋나 입력된다. 이 결과 제 1 혼합기(44, 45)로부터는 위상이 서로 직교관계에 있는 2개의 베이스밴드 신호(I 신호와 Q 신호)가 출력된다. 그리고 제 1 국부발진신호의 주파수가 수신해야 할 채널의 중심주파수와 같기 때문에 베이스밴드 신호는 그 대역의 절반이 중심주파수에서 접힌 상태로 되어 대략 절반의 3MHz의 대역으로 출력된다.
베이스밴드 신호의 한쪽(I 신호)은 저대역통과필터(48)를 통과하여 A/D 변환기(아날로그·디지털변환기)(49)에, 다른쪽(Q 신호)은 저대역통과필터(50)를 통과하여 A/D 변환기(51)에 각각 입력되어 디지털신호(디지털 I신호, 디지털 Q신호라 하고, 도 4에서는 각각 DI신호, DQ신호라 기재함)로 변환된다. 디지털 I신호 및 디지털 Q신호의 주파수성분은 디지털변환시의 샘플링주파수에도 의존하나, 대략 수십MHz까지 분포된다.
그런데, 제 1 혼합기(44, 45)는 넓은 주파수범위(55MHz∼806MHz)를 커버하고 있다. 그 때문에 I신호와 Q신호의 각각의 위상이나 이득 등의 성능 사이에는, 수신채널에 따라 언밸런스가 생긴다. 이 언밸런스는 한쪽(예를 들어 도 4에서는 디지털 Q신호)을 기준으로 하여 다른쪽(디지털 I신호)의 위상, 이득 등을 디지털적으로 처리함으로써 정정하고 있다. 그것을 위한 구성으로서 직교정정회로(52), 제 2 혼합기(53), 제 1 가산기(54)가 설치된다.
그리고 디지털 Q신호가 직교정정회로(52)와 제 2 혼합기(53)에 입력되고, 디지털 I신호가 제 1 가산기(54)에 입력된다. 또 직교정정회로(52)에는 위상, 이득 등이 정정된 디지털 I신호가 입력된다. 직교정정회로(52)는 디지털 Q신호와 정정된 디지털 I신호로부터 위상이나 이득 등의 정정해야 할 정보를 검출하여 제 2 혼합기(53)에 입력하고, 여기서 디지털 Q신호에 정정정보가 실린다. 그리고 정정정보를 실은 디지털 Q신호가 제 1 가산기(54)에 입력되어 디지털 I신호의 위상, 이득 등이 정정된다.
정정된 디지털 I신호와, 디지털 Q신호는 제 3 혼합기(55, 56)에 입력되고, 여기서 제 2 국부발진기(57), 위상기(58)로부터의 제 2 국부발진신호와 혼합되어 다시 원래의 대역을 넓힌 후, 제 2 가산기(59)에 의해 가산되어 출력된다.
이상과 같이 종래 생각하고 있던 구성에서는 수신채널의 텔레비젼신호를 직접 복조하여 베이스밴드 신호를 얻기 위하여 수신채널의 대역의 중심주파수와 동일한 주파수의 국부발진신호(제 1 국부발진신호)를 사용하고 있다. 이 때문에 이 국부발진신호가 입력단(41)측에 누설된다는 문제가 있다. 국부발진신호의 누설에 대해서는 저잡음증폭기(43)의 역방향 전달특성만이 기능하나 충분하지는 않다.
또한 복조되어 베이스밴드 신호(I/Q 신호)의 대역이 절반이 되기 때문에 다시 원래의 대역으로 되돌리기 위한 구성[제 2 국부 발진기(57), 제 3 혼합기(55, 56),위상기(58)]가 필요하게 된다. 또한 제 1 혼합기(44, 45)가 넓은 대역의 채널을 커버하기 때문에, 2개의 베이스밴드 신호 사이의 성능에 언밸런스가 생기고, 이것을 정정하기 위한 구성[직교정정회로(52), 제 2 혼합기(53), 제 1 가산기(54)]이 필요하게 된다. 따라서 베이스밴드 신호를 처리하는 부분의 구성이 복잡하게 된다는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 베이스밴드 신호처리부분의 구성이 간단하고, 또한 국부발진신호가 입력단에 쉽게 누설되지 않으며, 또한 이미지방해도 잘 일어나지 않는 디지털텔레비젼 튜너를 실현하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너의 구성도,
도 2는 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너에 있어서의 복조전 신호의 레벨비교도,
도 3은 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너에 있어서의 베이스밴드 신호의 레벨과 극성의 비교도,
도 4는 종래의 디지털텔레비젼 튜너의 구성도이다.
※도면의 주요부분에 있어서의 부호의 설명
1 : 입력단 2 : 대역통과필터
3 : 저잡음 증폭기 4 : 제 1 혼합기(주파수 변환수단)
5 : 제 1 국부발진기 6 : 중간주파필터
7 : 중간주파증폭기 8, 9 : 제 2 혼합기(혼합수단)
10 : 제 2 국부발진기(국부발진수단)
11 : 위상기 12, 13 : 저대역통과필터
14, 15 : 아날로그·디지털변환기
16 : 파일롯신호 추출회로 17 : 가산기(가산수단)
18 : 힐버트(hilbert)필터
상기 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는, 소정의 주파수대역내에 배열된 채널중 수신해야 할 채널의 디지털텔레비젼신호의 주파수를 상기 주파수대역의 최고주파수 이상으로 변환하는 주파수변환수단과, 주파수변환된 상기 디지털텔레비젼신호를 복조하여 위상이 서로 직교하는 2개의 베이스밴드 신호를 출력하는 2개의 혼합수단과, 서로의 위상관계가 직교하는 국부발진신호를 상기 2개의 혼합수단에 입력하는 국부발진수단과, 상기 2개의 베이스밴드 신호끼리를 가산하는 가산수단을 구비하고, 상기 국부발진신호의 주파수를 상기 주파수변환된 디지털텔레비젼신호의 채널에 있어서의 대역의 끝단의 주파수와 동일한 주파수로 하고, 상기 베이스밴드 신호의 한쪽을 다른쪽의 위상과 동일한 위상으로 변환한 후, 상기 가산수단에 입력하였다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 상기 수신해야 할 채널의 대역의 끝단에 중첩된 파일롯신호를 사용하여 상기 국부발진신호를 생성하였다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 상기 혼합수단의 한쪽과 상기 가산수단과의 사이에 힐버트필터를 설치하고, 상기 베이스밴드 신호의 한쪽을 상기 힐버트필터를 거쳐 상기 가산수단에 입력하였다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 상기 2개의 혼합수단과 상기 가산수단과의 사이의 각각 상기 베이스밴드 신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그·디지털변환기를 설치하고, 상기 힐버트필터를 상기 아날로그·디지털변환기의 한쪽과 상기 가산수단과의 사이에 설치하였다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 상기 주파수변환된 텔레비젼신호의 주파수를 대략 1 GHz에 설정하였다.
이하, 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너를 도 1 내지 도 3에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너의 구성도이며, 입력단(1)에 입력된 디지털텔레비젼신호(이하 단지 텔레비젼신호라 함)는 대역통과필터(2), 광대역의 저잡음증폭기(3)를 순차 통과하여 주파수변환수단인 제 1 혼합기(4)에 입력된다. 입력되는 텔레비젼신호는 대략 55MHz 내지 806MHz의 소정의 주파수대역내에 할당된 채널(미국의 텔레비젼채널의 예)에 배열되어 있다.
1 채널의 대역은 기존의 아날로그텔레비젼의 대역과 동일한 6MHz이며, 또한 각 채널의 대역의 하단(下端)에는 캐리어를 재생하기 위한 파일롯신호가 중첩되어 있다. 도 2a는 그 모양을 나타내고 있고, d는 수신해야 할 채널(수신채널이라 함), Pd는 그 파일롯신호이다. 또 u-는 주파수가 아래쪽의 인접하는 채널(아래쪽 인접채널이라 함), Pu-는 그 파일롯신호, U+는 주파수가 위쪽의 인접하는 채널(위쪽 인접채널이라 함), Pu+는 그 파일롯신호이다.
또 대역통과필터(2)는 55MHz 내지 806MHz까지를 대략 1옥타브 이하의 범위의 통과대역마다 4개로 분할하는 분할필터(도시 생략)로 구성되고, 수신채널의 텔레비젼신호의 주파수에 따라 바뀌도록 되어 있다. 따라서 수신채널에 대하여 다른 채널의 2배의 주파수가 방해를 일으키는 일은 없다.
제 1 혼합기(4)에는 제 1 국부발진기(5)로부터 출력되는 주파수변환용 제 1 국부발진신호가 입력된다. 제 1 국부발진기(5)는 PLL 회로(도시 생략)에 의해 제어되고, 제 1 국부발진신호의 주파수는 수신채널의 주파수에 대응하여 그 차가 1000MHz가 되도록 대략 1055MHz에서 l806MHz까지 변화된다. 따라서 제 1 혼합기 (4)로부터는 1000MHz로 주파수변환된 수신채널의 텔레비젼신호(중간주파신호라 함)가 얻어지고, 다음단에 설치된 중간주파필터(6)에 의해 추출된다. 중간주파필터 (6)는 대역통과필터로 구성되고, 중심주파수는 1000MHz, 통과대역폭은 6MHz이다.
중간주파신호는 중간주파증폭기(7)로 증폭된 후, 복조용 혼합수단이 되는 2개의 제 2 혼합기(8, 9)에 입력되나, 그 주파수는 입력단(1)에 입력되는 텔레비젼신호의 최고주파수보다도 높게 하고 있기 때문에, 이미지방해를 야기하는 신호의 주파수는 2000MHz 이상이 되고, 이들은 대역통과필터(2)에 의해 제거되기 때문에, 제 2 혼합기(8, 9)에서는 이미지방해가 일어나기 어렵다.
그리고 중간주파필터(6)의 특성에 의해 수신채널의 텔레비젼신호의 레벨에 대하여 인접하는 2개의 채널의 텔레비젼신호의 레벨은 도 2b에 나타내는 바와 같이 낮아짐과 동시에, 중간주파신호에 있어서의 파일롯신호는 대역의 상단에 위치한다.
제 2 혼합기(8, 9)에는 복조용 국부발진수단이 되는 제 2 국부발진기(10)로부터 복조용 제 2 국부발진신호가 입력되나, 한쪽의 제 2 혼합기(9)에는 위상기 (11)에 의해 90도 어긋나 입력된다.
여기서 제 2 국부발진신호의 주파수는 수신채널의 중간주파신호에 있어서의 파일롯신호(Pd)와 같아지도록 제어 되어 있기 때문에(뒤에서 설명함), 제 2 혼합기(8, 9)에서는 0∼6MHz 대역의 서로 직교관계에 있는 2개의 베이스밴드 신호가 각각 출력된다. 즉, 한쪽의 제 2 혼합기(8)로부터는 I신호(동상성분), 다른쪽의 제 2 혼합기(9)로부터는 Q신호(직교성분)가 출력된다. 그러나 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호도 약간의 레벨로 출력된다. 각 베이스밴드 신호는 그후의 처리를 디지털적으로 처리하기 위하여 각각 저대역통과필터(12, 13)를 통과한 후에 아날로그·디지털변환기(이하 A/D 변환기라 함)(14, 15)에 입력된다.
그리고 수신채널의 중간주파신호에 중첩되어 있는 파일롯신호도 제 2 혼합기 (8, 9)와 저대역통과필터(12, 13)를 약간 누설하여 출력되기 때문에 이것을 파일롯신호추출회로(16)에 의해서 추출하고, 이것을 바탕으로 PLL 회로(도시 생략)에 의해 제어하여 제 2 국부발진기(10)의 발진주파수를 파일롯신호의 주파수와 같아지도록 하고 있다. 따라서 파일롯신호를 이용하여 제 2 국부발진신호를 용이하게 생성할 수 있다.
여기서 수신채널의 중간주파신호의 각진 주파수를 ω1, 아래쪽 인접채널의 중간주파신호의 각진 주파수를 ω2(모두 대표적으로 표시)라 하고, 제 2 국부발진신호의 각진 주파수를 ω0이라 하면, 한쪽의 제 1 혼합기(8)에는 sinω0, sinω1, sinω2, 다른쪽의 제 1 혼합기(9)에는 cosω0, sinω1, sinω2로 나타내는 주파수성분이 입력된다. 그리고 이들 신호성분이 각각 혼합되어 한쪽의 제 1 혼합기로부터는 수학식 1로 표시되는 주파수성분이 출력되고, 다른쪽의 제 1 혼합기(9)로부터는 수학식 2로 표시되는 주파수성분이 출력된다. 또한 수학식 1 및 수학식 2에서는 설명에 필요한 항만을 표시하였다.
수학식 l에 있어서의 cos(ω0+ ω1), cos(ω0+ ω2)는 저대역통과필터(12)에 의해 제거되고, 마찬가지로 수학식 2에 있어서의 sin(ω0+ ω1), sin(ω0+ ω2)은 저대역통과필터(13)에 의해 제거되기 때문에, 저대역통과필터(12)로부터는 수학식 3에서 나타내는 I신호가 출력되고, 저대역통과필터(13)로부터는 수학식 4에서 나타내는 Q 신호가 출력된다.
수학식 3에 있어서의 cos(ω0- ω1)은 수신채널 베이스밴드 신호, cos(ω2- ω0)는 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호이다. 마찬가지로 수학식 4에 있어서의 sin(ω0- ω1)은 수신채널 베이스밴드 신호, sin(ω2- ω0)은 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호이다. 이들 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호는 수신채널 베이스밴드 신호에 대한 이미지방해신호가 되는 것이다. 그리고 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호에 포함되는 각 주파수(ω2)는 원래 중간주파필터(6)의 통과대역을 벗어나 있기 때문에 ω2를 포함하는 인접채널 베이스밴드 신호의 레벨은 수신채널 베이스밴드 신호의 레벨보다도 낮다.
또 이들 수학식에서 분명한 바와 같이, 수학식 3에 있어서의 수신채널 베이스밴드 신호와 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호는 동일한 극성으로 되어 있고, 수학식 4에 있어서의 수신채널 베이스밴드 신호와 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호는 다른 극성으로 되어 있다. 따라서 베이스밴드 신호의 한쪽(I 신호)에 있어서의 레벨과 극성의 관계는 도 3a, 다른쪽(Q 신호)에 있어서의 레벨과 극성의 관계는 도 3b에 표시되게 된다.
베이스밴드 신호는 이후의 처리를 간단하게 하기 위하여 A/D 변환기(14, 15)에 의해 디지털신호(각각 디지털 I신호, 디지털 Q신호라 하고, 도 1에서는 각각 DI신호, DQ신호라 기재한다)로 변환된다. 디지털 I신호 및 디지털 Q신호의 주파수성분은 디지털변환시의 샘플링주파수에도 의존하나, 대략 수십MHz까지 분포된다.
그리고 디지털 I 신호가 가산수단인 가산기(17)에 입력됨과 동시에, 디지털 Q신호는 힐버트필터(18)를 통과한 후 가산기(17)에 입력된다. 힐버트필터는 힐버트변환이론에 의거한 것으로, 디지털 Q신호의 위상을 원래의 90도로 되돌리도록 작용한다. 힐버트필터(18)는 A/D 변환기(15)의 전단(前段)에 설치하여도 되나, 후단 (後段)에 설치하는 쪽이 디지털적으로 간단한 처리를 할 수 있다. 또 힐버트필터의 구성도 간단해진다. 수학식4에서 표시되는 디지털 Q신호는 힐버트필터(18)를 통과함으로써 수학식 5와 같이 변환된다.
이 변환에 의해서도 수신채널 베이스밴드 신호(cos(ω0- ω1))와 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호(cos(ω2- ω0))와의 극성관계는 변하지 않고 서로 역극성이다. 이 결과 디지털 Q신호에 있어서의 수신채널 베이스밴드 신호는 디지털 I신호와 동상, 동극성이 되어 가산기(17)로 가산된다. 또 수학식 3에 있어서의 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호와 수학식 5에 있어서의 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호는 동상, 역극성이 되기 때문에, 가산기(17)로 가산됨으로써 상쇄되고, 가산기(17)로부터는 수학식 6, 도 3c에서 나타내는 수신채널의 디지털 베이스밴드 신호만이 추출된다. 따라서 이미지방해가 되는 아래쪽 인접채널 베이스밴드 신호는 제거된다.
이상과 같이 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 수신해야 할 채널의 디지털텔레비젼신호를 입력주파수대역의 최고주파수이상으로 변환하고, 그것을 복조용 혼합수단에 입력하여 직교관계에 있는 2개의 베이스밴드 신호를 출력할 때 혼합수단에 입력하는 국부발진신호의 주파수를 수신채널의 대역의 끝단의 주파수와 동일한 주파수로 하고, 베이스밴드 신호의 한쪽을 다른쪽의 위상과 동일한 위상으로 변환한 후 가산하기 때문에 수신채널에 대한 이미지방해를 없앨 수 있다. 또 복조된 베이스밴드 신호에 의한 이미지방해도 없앨 수 있다. 또한 구성이 간단해진다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 수신해야 할 채널의 대역의 끝단에 중첩된 파일롯신호를 사용하여 국부발진신호를 생성하였기 때문에 간단하게 국부발진신호를 만들 수 있다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 혼합수단의 한쪽과 가산수단과의 사이에 힐버트필터를 설치하고, 베이스밴드 신호의 한쪽을 힐버트필터를 거쳐 가산수단에 입력하였기 때문에, 베이스밴드 신호의 한쪽을 간단하게 다른쪽의 위상과 동일한 위상으로 변환할 수 있다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 2개의 혼합수단과 가산수단과의 사이의 각각 베이스밴드 신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그·디지털변환기를 설치하고, 힐버트필터를 아날로그·디지털변환기의 한쪽과 가산수단과의 사이에 설치하였기 때문에, 베이스밴드 신호의 한쪽을 다른쪽의 위상과 동일한 위상으로 변환하는 힐버트필터의 구성도 간단해지고, 그 처리도 디지털적으로 행할 수 있다.
또 본 발명의 디지털텔레비젼 튜너는 주파수변환된 텔레비젼신호의 주파수를 대략 1GHz로 설정하였기 때문에 수신채널에 대한 이미지신호를 충분히 제거할 수 있다.

Claims (5)

  1. 소정의 주파수대역내에 배열된 채널중 수신해야 할 채널의 디지털텔레비젼신호의 주파수를 상기 주파수대역의 최고주파수 이상으로 변환하는 주파수변환수단과, 주파수변환된 상기 디지털텔레비젼신호를 복조하여 위상이 서로 직교하는 2개의 베이스밴드 신호를 출력하는 2개의 혼합수단과, 서로의 위상관계가 직교하는 국부발진신호를 상기 2개의 혼합수단에 입력하는 국부발진수단과, 상기 2개의 베이스밴드 신호끼리를 가산하는 가산수단을 구비하고, 상기 국부발진신호의 주파수를 상기 주파수변환된 디지털텔레비젼신호의 채널에 있어서의 대역의 끝부분의 주파수와 동일한 주파수로 하고, 상기 베이스밴드 신호의 한쪽을 다른쪽의 위상과 동일한 위상으로 변환한 후 상기 가산수단에 입력한 것을 특징으로 하는 디지털텔레비젼 튜너.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수신해야 할 채널의 대역의 끝부분에 중첩된 파일롯신호를 사용하여 상기국부발진신호를 생성한 것을 특징으로 하는 디지털텔레비젼 튜너.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합수단의 한쪽과 상기 가산수단의 사이에 힐버트필터를 설치하고, 상기 베이스밴드 신호의 한쪽을 상기 힐버트필터를 거쳐 상기 가산수단에 입력한 것을 특징으로 하는 디지털텔레비젼 튜너.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 2개의 혼합수단과 상기 가산수단과의 사이의 각각에 상기 베이스밴드 신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그·디지털변환기를 설치하고, 상기 힐버트필터를 상기 아날로그·디지털변환기의 한쪽과 상기 가산수단과의 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 디지털텔레비젼 튜너.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수변환된 텔레비젼신호의 주파수를 대략 lGHz로 설정한 것을 특징으로 하는 디지털텔레비젼 튜너.
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