KR20010059728A - 브이에스비 자동 선형화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 티브이(TV) 중계 시스템에 관한 것으로, 특히 브이에스비(이하, VSB 라 약칭함) 수신기를 이용한 자체 왜곡신호의 보상이 가능한 VSB 자동 선형화 장치에 관한 것이다.
이에 대해 본 발명에서는 벡터신호 분석기와 같은 별도의 계측기를 사용하지 않고 소프트웨어만으로 구현하여 자체 왜곡신호의 자동 보상이 가능한 VSB 자동 선형화 장치를 제공한다.

Description

브이에스비 자동 선형화 장치{VSB auto corrector}
본 발명은 디지털 티브이(TV) 중계 시스템에 관한 것으로, 특히 VSB 수신기를 이용한 자체 왜곡신호의 보상이 가능한 VSB 자동 선형화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 티브이(이하, TV 라 약칭함) 중계 시스템의 왜곡 보상 기술은 이미 예전부터 많이 연구되고 있다.
현재 가장 많이 사용되고 있는 왜곡 보상 기법으로는 벡터신호 분석기(vector signal analyzer)라는 계측기를 이용하는 룩 업 테이블(Look Up Table ; 이하, LUT 이라 약칭함) 방식이 있다.
도 1은 기존의 LUT 방식을 이용하는 왜곡 보상 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이 LUT 방식의 왜곡 보상 시스템은 크게 송신부(10)와 선형/비선형 보상 수신부(20)로 구성된다.
송신부(10)는 변조기(11)와, 상향 변환기(Up-converter)(12)와, 중간주파 전력 증폭기(Intermediate Power Amplifier ; 이하, IPA 라 약칭함)(13)와, 고주파 전력 증폭기(High Power Amplifier ; 이하, HPA 라 약칭함)(14)와, 커플러(coupler)(15)와, 안테나(16)로 구성된다.
여기서, 변조기(11)는 VSB 프로세서(11a)와, 선형필터(Linear filter)(11b)와, 비선형 전치 보상기(Non-linear Pre-corrector)(11c)와, 중간주파(Intermediate Frequency ; 이하, IF 라 약칭함) 변조기(11d)를 포함하여 구성된다.
또한 선형/비선형 보상 수신부(20)는 벡터신호 분석기(21)와 컴퓨터(22)로 구성되는데, 벡터신호 분석기(21)는 하향 변환기(Down-converter)(21a)와 복조기(21b)를 포함하여 구성된다.
특히 선형/비선형 보상 수신부(20)의 컴퓨터(22)는 다음 도 2와 같은 소프트웨어 구조를 갖는다.
도 2는 기존의 LUT 방식을 이용하는 왜곡 보상 시스템에서 컴퓨터의 소프트웨어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2에서 컴퓨터의 소프트웨어 구조는, 가상 변조기 구현부(30)와, 복소 연산부(complex division)(40)와, LUT 저장용 메모리(50)와, 파일럿 신호 복원부(60)로 이루어진다. 여기서 가상 변조기 구현부(30)는 성단 슬라이스부(31)와, 선형필터부(32)와, 비선형 전치 보상부(33)와, RRC(Root Raised Cosine) 필터부(34)와, 스케일링부(scaling)(35)로 구성된다.
상기한 도 1 및 도 2와 같이 구성된 LUT 방식의 왜곡 보상 시스템은 다음과 같이 동작한다.
우선 입력되는 데이터를 VSB 프로세서(11a)를 거치게 하여 신호를 채널 코딩 시켜 심볼(symbol)을 생성한다.
선형필터(11b) 및 비선형 전치 보상기(11c)를 거쳐 각 I신호 및 Q신호를 생성시키고, 이를 IF 변조기(11d)에 전송한 후 상향 변환기(12)를 거쳐 주파수를 상향 변환한다.
이 상향 주파수 변환된 신호는 IPA(13)와 HPA(14)를 거쳐 증폭된 신호로 만들어져 안테나(16)를 통해 일반 가입자에게 전달된다.
그러나 이 신호는 변조기(11)를 거친 다음 상향 변환기(12), IPA(13) 및 HPA(14)를 통과하면서 온도, 노후화, 잡음 등의 비선형 특성으로 인하여 VSB 신호가 왜곡되는 현상이 발생한다.
이러한 왜곡을 보상하기 위해서는 HPA(14) 출력으로부터 커플러(15)를 통해 측정신호(=왜곡신호)를 추출하고, 이 왜곡된 신호로부터 성단 슬라이스 기법을 도입하여 기준신호(=참조신호)를 만든다. 이후 기준신호와 왜곡된 측정신호를 비교하여 송신부(10)의 왜곡된 값을 추출한다.
이 때 기준신호는 다음과 같이 만들어진다.
먼저 벡터신호 분석기(21)의 하향 변환기(21a)가 상향 주파수 변환된 신호를 44㎒의 IF 신호로 하향 주파수 변환한다. 그 다음 이 IF 신호가 복조기(21b)를 통과하면 I/Q의 디지털 신호가 추출된다. 이 추출된 디지털 신호는 왜곡된 신호이므로 기준신호를 만들기 위해 도 2에 도시된 컴퓨터(22)내의 소프트웨어를 이용한다.
컴퓨터(22)내의 소프트웨어는 도 2에 보인 바와 같이 왜곡된 신호에서 기준신호를 만들어 내기 위한 루틴으로 이루어진다.
우선, 왜곡된 신호로부터 성단 슬라이스부(31)는 원시 기준신호를 만들고,이 원시 기준신호를 도 1의 변조기(11) 출력과 동일한 신호 형태로 만들기 위해 소프트웨어로 구현된 선형필터부(32)와 비선형 전치 보상부(33)를 거치게 한다.
또한 벡터신호 분석기(21) 내부에는 RRC(Root Raised Cosine) 필터링, 파일럿(Pilot) 제거 및 스케일링 기능이 들어가 있으므로, 왜곡된 신호와 비교를 위해서는 RRC 필터링과 스케일링 기능을 소프트웨어로 구현해야 한다. 따라서 RRC 필터부(34) 및 스케일링부(35)가 가상 변조기 구현부(30)에 포함된다.
최종적으로 이와 같이 왜곡된 신호에서 기준신호를 만들어 내기 위한 루틴을 거친 신호를 이용하여, 복소 연산부(40)는 왜곡된 신호와 이를 이용해 추출한 기준신호를 바탕으로 에러 계산 및 비선형 보상을 위한 LUT 계수를 만들어 낸다.
상기 복소 연산부(40)에서 생성된 LUT 계수는 LUT 저장용 메모리(50)에 임시 저장된다. 이후 LUT 계수는 직렬 통신 규격인 RS-232C를 통해 변조기(11)의 선형필터(11b) 및 비선형 전치 보상기(11c)에 전달되며, 이들(11b,11c)의 계수값으로 활용되어 비선형 특성을 제거하는데 사용된다.
지금까지의 설명은 신호의 비선형 특성에 따른 왜곡을 보상하기 위한 방법이었으며, 반면에 신호의 선형 특성에 따른 왜곡에 관한 보상은 벡터신호 분석기(21) 내부의 적응 복소 등화기(Adaptive Complex Equalizer)(미도시)를 사용한다.
이와 같은 종래의 LUT 방식을 이용하는 왜곡 보상 시스템에는 벡터신호 분석기 및 고성능 컴퓨터 등의 부가 장비가 필요하다.
또한 벡터신호 분석기를 활용한 LUT 방식은 소프트웨어 처리를 기본으로 하기 때문에, 한번 LUT 계수를 계산하는데 수십 분의 시간이 소요된다.
마지막으로 이러한 종래의 벡터신호 분석기를 활용한 LUT 방식은 IF 변조기, IPA 및 HPA를 통과한 고주파수 신호를 다시 하향 주파수 변환하여 기준신호를 만들며, 이를 위한 소프트웨어 구성이 매우 복잡하다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 벡터신호 분석기와 같은 별도의 계측기를 사용하지 않고 소프트웨어만으로 구현하여 자체 왜곡신호의 자동 보상이 가능한 VSB 자동 선형화 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 VSB 자동 선형화 장치의 특징은, 코딩되어 입력되는 디지털 신호를 변조시키고, 이 변조된 VSB 신호를 상향 주파수 변환시킨 후 증폭하여 송출하는 송신부와, 자체적으로 발생시킨 기준신호에 대해 자체적으로 왜곡 성분을 보상하고, 이 왜곡 보상된 기준신호와 상기 송신부의 증폭 출력을 비교하여 얻어진 왜곡 정보만큼 상기 송신부의 왜곡을 보상하는 자동 보상기를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 자동 보상기는, VSB 수신기의 일부인 상기 발생된 중간주파 대역의 기준신호를 복조하여 I/Q신호를 출력시키는 I/Q 복조기와, 상기 복조된 I/Q신호를 디지털 신호로 변환시키는 AD 변환기와, 상기 변환된 디지털 신호에서 필요한 대역의 신호만을 통과시키는 디지털 필터를 포함하며, 상기 기준신호가 상기 I/Q 복조기, 상기 AD 변환기 및 상기 디지털 필터를 통과하면서 자체적으로 왜곡이 발생된다.
또한 상기 자동 보상기는, 상기 기준신호에 대해 자체적으로 발생된 왜곡을보상하여 해당 계수값을 출력하는 복소 적응 등화기와, 상기 기준신호 발생의 온/오프를 제어하며, 상기 복소 적응 등화기의 계수값을 사용하여 상기 디지털 필터에 자체 보상용 계수값을 제공하는 제어기를 더 포함하여 구성된다.
또한 상기 기준신호는, 경우에 따라 상기 송신부에서 변조된 VSB 신호를 추출하여 사용된다.
도 1은 기존의 룩 업 테이블(LUT) 방식을 이용하는 왜곡 보상 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 기존의 룩 업 테이블(LUT) 방식을 이용하는 왜곡 보상 시스템에서 컴퓨터의 소프트웨어 구조를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 자동 왜곡 보상의 위한 VSB 자동 선형화 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 신호의 비선형 특성에 따른 왜곡 보상의 일 예를 나타낸 도면.
도 5는 신호의 선형 특성에 따른 왜곡 보상의 일 예를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 송신부 110 : 변조기
120 : 상향 변환기 130 : IPA
140 : HPA 150 : 커플러
200 : 자동 보상기 201 : 하향 변환기
202 : I/Q 복조기 203 : AD 변환기
204 : 디지털 필터 205 : 데이터 획득 및 시간 동기부
206 : 복소 적응 등화기(Complex Adaptive Equalizer)
207 : 가상 변조기 구현부 208 : 복소 연산부
209 : LUT 저장부 210 : 제어기
이하 본 발명에 따른 VSB 자동 선형화 장치에 대한 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 왜곡 보상의 위한 VSB 자동 선형화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 VSB 자동 선형화 장치는 크게 송신부(100)와 자동 보상기(200)로 구성된다.
송신부(100)는 이미 도 1에서 설명된 기존의 구조와 거의 유사하다. 다시 말해서 변조기(110)와, 상향 변환기(Up-converter)(120)와, IPA(130)와, HPA(140)와, 커플러(coupler)(150)와, 안테나(160)로 구성된다. 여기서 변조기(110)는 VSB 프로세서(111)와, 선형필터(Linear filter)(112)와, 비선형 전치 보상기(Non-linear Pre-corrector)(113)와, IF 변조기(114)를 포함하여 구성된다.
자동 보상기(200)는 하향 변환기(Down-Converter)(201)와, I/Q 복조기(I/Q Demodulator)(202)와, AD 변환기(AD Converter)(203)와, 디지털 필터(Digital Filter)(204)와, 데이터 획득 및 시간 동기부(Data Acquisition & TimeSync.)(205)와, 복소 적응 등화기(Complex Adaptive Equalizer)(206)와, 가상 변조기 구현부(207)와, 복소 연산부(Complex Division)(208)와, LUT 저장부(209)와, 제어기(210) 및 변조기로써 VSB 기준신호 발생기(VSB Reference Generator)(211)로 이루어진다.
이와 같이 구성된 송신부(100)는 다음과 같이 동작한다.
우선 입력되는 디지털 신호는 VSB 프로세서(111)를 거쳐 채널 코딩되며, 이에 따른 심볼(symbol)이 생성된다.
이 심볼은 선형필터(112) 및 비선형 전치 보상기(113)를 거쳐 각 I신호 및 Q신호가 되며, 이 신호들은 IF 변조기(114)에 전송된 후 상향 변환기(120)를 거쳐 고주파수 신호로 상향 주파수 변환된다.
이 상향 주파수 변환된 신호는 IPA(130)와 HPA(140)를 거쳐 증폭된 신호로 만들어져 안테나(160)를 통해 일반 가입자에게 전달된다.
그러나 이 신호는 변조기(11)를 거친 다음 상향 변환기(12), IPA(13) 및 HPA(14)를 통과하면서 온도, 노후화, 잡음 등의 비선형 특성으로 인하여 VSB 신호가 왜곡되는 현상이 발생한다.
이러한 왜곡을 보상하기 위해 본 발명에서는 VSB 수신기를 이용한 자체 왜곡 자동 보상(Self Calibrated Auto Correction)을 실시한다.
자동 보상기(200)에서 실제적으로 자체 왜곡 성분을 발생시키는 부분은 비선형 소자들이 집중되어 있는 I/Q 복조기(202), AD 변환기(203), 디지털 필터(204), 데이터 획득 및 시간 동기부(205)에 존재한다.
따라서 이 자체 왜곡 성분을 발생시키는 부분에 대한 자체 왜곡 보상이 큰 비중을 차지하며, 본 발명에서도 이 부분의 비선형 특성을 자체 보상하는데 관심이 집중되어 있다.
이를 위해 본 발명에서는 먼저 자동 보상기(Auto Corrector)(200)의 자체 왜곡 성분을 보상하기 위한 VSB 기준신호(VSB Reference Signal)를 만든다.
이 VSB 기준신호는 송신부(100)의 변조기(110) 출력에서 바로 추출하여, IF 대역의 기준신호를 만든다.
이 VSB 기준신호는 I/Q 복조기(202)에 입력되고 AD 변환기(203)를 거쳐 디지털 필터(204)로 입력된다.
처음에 디지털 필터(204)는 왜곡 성분 보상용 VSB 기준신호를 아무런 조작 없이 그대로 통과시킨다.
계속 VSB 기준신호는 데이터 획득 및 시간 동기부(205)를 거치게 되며, 상기의 I/Q 복조기(202), AD 변환기(203), 디지털 필터(204), 데이터 획득 및 시간 동기부(205)의 비선형 특성에 의해 이 VSB 기준신호는 왜곡 성분을 띠게 된다.
이렇게 자체 왜곡 성분이 포함된 VSB 기준신호는 복소 적응 등화기(206)를 통과함으로써 왜곡 성분이 보상된다.
이러한 과정을 거쳐 복소 적응 등화기(206)로부터 얻어진 왜곡 보상을 위한 I 계수값 및 Q 계수값은 제어기(210)에 의해 디지털 필터(204)의 자체 보상용 계수값으로 사용된다.
따라서 디지털 필터(204)는 자체 왜곡 성분에 대한 전치 보상기(Pre-Distorter)의 역할을 한다. 이후 VSB 기준신호 발생기(211)가 제거된 상태에서 실제 자동 보상기(200)로 신호가 입력될 때, 자동 보상기(200)에서는 왜곡 성분 발생이 없다고 가정하여 순수한 신호 입력에 대한 왜곡 보상만을 수행할 수 있다.
실제 왜곡 성분을 띤 신호 자동 보상기(200)로 입력될 때, 자동 보상기(200)의 실제 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저 도 4의 경우와 같이, 8-VSB 신호에 대해 크기(Amplitude) 왜곡과 위상(Phase) 왜곡이 발생된 비선형 왜곡 신호가 자동 보상기(200)에 입력되는 경우, 기본적으로 입력된 비선형 왜곡 신호를 하향 주파수 변환시킨 44㎒ 대역의 측정신호(Measured Signal)와 이 비선형 왜곡 신호로부터(또는 변조기의 출력신호로부터) 추출된 VSB 기준신호(Prefect Signal)를 비교한다. 이를 통해 측정신호가 얼마만큼의 비선형 왜곡 성분을 가지고 있는지 알아낸다.
이후 알아낸 비선형 왜곡 정도만큼 변조기(110) 선형필터(112)의 계수를 변화시켜 전치 왜곡시킨다. 이렇게 하면 이후 신호에 대해서는 완전한 선형 특성을 보장 할 수 있다.
이에 관한 구체적인 동작은 다음과 같다.
먼저 기준신호(=참조신호)는 기존과 같이 왜곡된 신호로부터 성단 슬라이스 기법을 도입하여 만들 수 있으며, 또한 송신부(100)에서 변조기(110) 내의 비선형 전치 보상기(113)의 출력신호를 그대로 기준신호로써 사용할 수 있다.
또한 왜곡된 HPA(140)의 출력신호(=측정신호)를 커플러(150)를 통해 궤환시키고, 이 궤환된 고주파수 신호를 기준신호와 비교하기 위해서 하향 변환기(201)를통과시켜 44㎒ 대역의 IF 신호로 변환시킨다. 이후 이 신호는 I/Q 복조기(202)를 통과한 후 AD 변환기(203)를 통과하며, 다음에는 복소 적응 등화기(206)로부터 얻어진 왜곡 보상을 위한 I 계수값 및 Q 계수값을 자체 보상용 계수값으로 사용하는 디지털 필터(204)를 통과한다.
이후 데이터 획득 및 시간 동기부(205)는 궤환된 측정신호와 기준신호의 시간동기를 맞추기 위해 왜곡된 측정신호와 기준신호에 대해 상호상관(Cross Correlation)을 실시하여 동기 시점을 찾는다. 이 때는 상호상관 결과 중 기준신호를 기준으로 하여 최대 상관값이 얻어지는 지점을 동기 시점으로 한다.
최종적으로 시간동기가 맞추어진 기준신호와, 복소 적응 등화기(206) 및 가상 변조기 구현부(207)를 통과한 왜곡된 측정신호를 이용하며, 복소 연산부(208)는 에러 계산 및 비선형 왜곡 보상을 위한 LUT 계수를 만들어 낸다.
이후 복소 연산부(208)에서 생성된 LUT 계수는 LUT 저장부(209)에 임시 저장된다.
다음 LUT의 생성은, 우선 기준신호와 왜곡된 측정신호의 크기를 정규화(Normalization)한다.
이들 두 신호는 I/Q의 복소 형태이므로, 복소 연산을 수행하여 다음 식 1과 같이 오차를 계산한다.
상기한 식 1에서 VPI는 기준신호의 I신호, VPQ는 기준신호의 Q신호, VDI는 측정신호의 I신호, VDQ는 측정신호의 Q신호이다.
초기에 변조기(110) 내의 비선형 전치 보상기(113)에 들어있는 α와 β값은 각각 1과 0이다.
따라서 변조기(110)의 초기 출력신호는 "(1+j0)*(I+jQ)=I+jQ"이다.
이 초기 출력신호는 한 번의 비선형 보상 절차를 거친 후 변환된다.
결국, 제어기(210)는 비선형 왜곡 보상을 위해 복소 연산부(208)의 출력을 직렬 통신 규격인 RS-232C를 통해 송신부(100) 변조기(110)의 비선형 전치 보상기(113)에 전달하고, 비선형 전치 보상기(113)는 이를 계수값으로 활용되어 비선형 특성을 전치 보상(Pre-Correction)한다.
이러한 자동 보상기(200)는 매우 간단한 하드웨어와 소프트웨어로 구성되며, 특히 간단한 하드웨어도 사용하지 않고 디지털 신호처리 프로세서(DSP : Digital Signaling Processor)로 구현할 수도 있다.
다음 도 5의 경우와 같이, 대역폭이 6㎒인 8-VSB 신호에 대해 주파수(frequency) 왜곡이 발생하여 대역폭 내에서 평판하지 않은 채널 형상을 나타내는 선형 왜곡 신호가 자동 보상기(200)에 입력되는 경우에는 다음과 같이 동작한다.
먼저 데이터 획득 및 시간 동기부(205)를 통과한 신호는 복소 적응 등화기(Complex Adaptive Equalizer)(206)를 통과한다. 이 때 Zero-Forcing 또는 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 사용하여 복소 적응 등화기(206)의 탭(Taps) 계수를 얻은 다음 이를 변환하여 LUT 저장부(209)에 저장한다. 이후 이는 직렬 통신 규격인 RS-232C를 통해 변조기(110)의 선형필터(112)에 전달되며, 선형필터(112)의 계수값으로 활용되어 선형 왜곡을 보상한다.
이상에서 설명된 본 발명에 따른 VSB 자동 선형화 장치를 사용하면, 벡터신호 분석기와 같은 고가의 계측기를 사용하지 않아도 되며, 기존에 비해 보다 간단히 구현할 수 있다. 즉 기존에는 계측기 및 소프트웨어를 모두 사용하였지만, 본 발명에서는 소프트웨어(또는 디지털 신호처리 프로세서)만으로 구현이 가능하다.
또한 기존에는 기준신호를 만드는데 있어 왜곡된 신호로부터 추출해 냈지만, 본 발명에서는 변조기의 출력신호를 그대로 사용하므로 보다 좋은 특성을 발휘할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 벡터신호 분석기와 같은 계측기가 사용되지 않고 소프트웨어(또는 디지털 신호처리 프로세서)만으로 구현하였기 때문에, 자체 왜곡신호의 자동 보상이 가능하다.

Claims (3)

  1. 코딩되어 입력되는 디지털 신호를 변조시키고, 이 변조된 VSB 신호를 상향 주파수 변환시킨 후 증폭하여 송출하는 송신부와,
    자체적으로 발생시킨 기준신호에 대해 자체적으로 왜곡 성분을 보상하고, 이 왜곡 보상된 기준신호와 상기 송신부의 증폭 출력을 비교하여 얻어진 왜곡 정보만큼 상기 송신부의 왜곡을 보상하는 자동 보상기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 선형화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자동 보상기는, VSB 수신기의 일부인 상기 발생된 중간주파 대역의 기준신호를 복조하여 I/Q신호를 출력시키는 I/Q 복조기와, 상기 복조된 I/Q신호를 디지털 신호로 변환시키는 AD 변환기와, 상기 변환된 디지털 신호에서 필요한 대역의 신호만을 통과시키는 디지털 필터와, 상기 기준신호에 대해 자체적으로 발생된 왜곡을 보상하여 해당 계수값을 출력하는 복소 적응 등화기와, 상기 기준신호 발생의 온/오프를 제어하며, 상기 복소 적응 등화기의 계수값을 사용하여 상기 디지털 필터에 자체 보상용 계수값을 제공하는 제어기를 포함하며, 상기 기준신호가 상기 I/Q 복조기, 상기 AD 변환기 및 상기 디지털 필터를 통과하면서 자체적으로 왜곡이 발생되는 것을 특징으로 하는 자동 선형화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기준신호는, 경우에 따라 상기 송신부에서 변조된VSB 신호를 추출하여 사용되는 것을 특징으로 하는 자동 선형화 장치.
KR1019990067255A 1999-12-30 1999-12-30 브이에스비 자동 선형화 장치 KR20010059728A (ko)

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