KR20030092660A

KR20030092660A - 수신성능을 향상시킬 수 있는 오에프디엠송신기 및 그의신호처리방법

Info

Publication number: KR20030092660A
Application number: KR1020020030395A
Authority: KR
Inventors: 장용덕; 박찬섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-06
Also published as: KR100864709B1; CN1206856C; CN1463146A

Abstract

오에프디엠송신기는 주파수를 기준으로 형성된 오에프디엠신호를 시간을 기준으로 재배열하는 역 이산 퓨리에변환을 수행하는 IDFT부와, 역 이산 퓨리에변환이 수행된 상기 오에프디엠신호에 이웃하는 오에프디엠신호들 간의 간섭을 억제하기 위해 보호구간을 삽입하는 GI삽입부, 및 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 오에프디엠신호의 동기 및 채널 예측을 위한 동기정보를 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 삽입하는 동기삽입부를 갖는다. 동기정보는 PN 시퀀스와, 보호구간모드 및 심볼맵핑모드에 대한 채널 정보 데이터이다. 따라서, 디지털 발송 시스템에서 PN 시퀀스를 삽입하여 신호를 전송하는 장치에서 PN 시퀀스에 수신 시 필요한 정보를 더하여 줌으로써 수신기에서 채널에 필요한 정보를 쉽게 추출하여 수신성능을 향상시킬 수 있다.

Description

수신성능을 향상시킬 수 있는 오에프디엠송신기 및 그의 신호처리방법{OFDM Transmitter capable of improving the quality of receiving and a method processing OFDM signal thereof}

본 발명은 오에프디엠(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 송신기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수신성능을 향상시킬 수 있는 오에프디엠 송신기에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털 고화질 텔레비전(High Definition Television : HDTV)의 방송 시스템은 크게 영상 부호화부와 변조부로 나눌 수 있다. 영상 부호화부는 고화질의 영상 소스로부터 얻어지는 약 1Gbps의 디지털 데이터를 15~18 Mbps의 데이터로 압축한다. 변조부는 수십 Mbps의 디지털 데이터를 6~8 MHz의 제한된 대역 채널을 통하여 수신측으로 전송한다. 디지털방식의 고화질 텔레비전 방송은 기존의 텔레비전 방송용으로 할당된 VHF(Very High Frequency)/UHF(Ultra High Frequency) 대의 채널을 이용하는 지상 동시 방송 방식을 채택하고 있다. 그러므로, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 지상 동시 방송의 환경으로 인하여 다음의 조건들을 만족하여야 한다.

첫째, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 수십 Mbps의 디지털 데이터를 6~8MHz의 제한된 대역 채널을 통하여 수신측으로 전송하기 위해 대역 효율(spectrum efficiency)이 높아야 한다. 둘째, 고화질 텔레비전 방송시스템에사용되는 변조방식은 주변 건축물이나 구조물 등에 의하여 다중 경로 페이딩(multipath fading)이 발생하므로, 페이딩에 강한 특성을 가져야한다. 셋째, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 기존의 아날로그 텔레비전신호에 의한 동일 채널 간섭이 필연적으로 발생하므로 동일 채널 간섭에 강한 특성을 가져야 한다. 또한, 고화질 텔레비전 시스템의 디지털 변조신호는 기존의 아날로그 텔레비전 수신기에 간섭을 최소화 할 수 있어야 한다.

이와 같은 조건을 충족시키는 변조 기법으로는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation : QAM)와 잔류측파대(Vestigial Side Band : VSB)변조 등이 있는데, 지상 방송에서는 QAM과 VSB의 다치화가 이미 한계에 와 있다. 여기서, 전송속도는 결정되어 버리며, 같은 다치수에서도 심볼 전송 속도를 올리면 그 대역폭의 전송속도는 향상된다. 그러나, 16치/32치 직교 진폭 변조 및 4치 잔류 측파대변조의 심볼 전송속도를 끌어올리면 제 2 영상과 다중 경로의 간섭에 의한 방해가 심하게 발생한다. 특히, 고층 빌딩이 난립하는 시가지에서 더욱 심각하다.

따라서, 유럽에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 대역폭당의 전송 속도 향상과 간섭 방지의 이중 효과를 얻을 수 있는 디지털 변조 방식인 오에프디엠(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM)방식을 차세대 고화질 텔레비전 지상 방송 방식으로 채택하고 있다.

오에프디엠방식은 직렬 형태로 입력되는 심볼 열을 소정의 블록 단위의 병렬 데이터로 변환한 후 병렬화된 심볼들을 각기 상이한 부반송파 주파수로 다중화(Multiplexing)하는 방식이다. 이러한 오에프디엠방식은 다중 반송파를 이용하고, 기존의 단일 반송파에 의한 방식과는 상당한 차이를 가지고 있다. 다중 반송파는 반송파 상호간에 서로 직교성을 가지고 있다. 직교성이란, 두 반송파의 곱이 '0'이 되는 성질을 의미하며, 이는 다중 반송파를 사용할 수 있는 필요조건이 된다. 오에프디엠방식의 구현은 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 및 역 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)에 의하여 이루어지는데, 이는 반송파간의 직교성과 고속 퓨리에변환의 정의에 의해 간단히 구해진다.

한편, 오에프디엠방식의 장점은 다음과 같다. 텔레비전 지상 전송 방식은 신호의 전송시 발생하는 반사파, 동일 채널간섭 및 인접 채널간섭 등이 전송 품질을 좌우하는 채널 특성을 가지며 이에 따라 전송 시스템의 설계 조건이 매우 까다롭다. 그러나, 오에프디엠은 다중 경로에 강한 특성을 갖는다. 즉, 여러 반송파를 사용하므로 심볼 전송시간을 늘릴 수 있다. 이는 다중 경로에 의한 간섭 신호에 상대적으로 둔감하게 되어 긴 시간의 에코(echo)신호에 대해서도 성능의 저하가 적다. 또한, 기존에 존재하는 신호에 대해서도 강한 성질을 가지므로 동일 채널간섭에 대한 영향이 적다. 이러한 특성 때문에 단일 주파수 망(Single Frequency Network : SFN)을 구성할 수 있다. 여기서, 단일 주파수 망이란 하나의 방송이 전국을 하나의 주파수로 방송하는 것을 의미한다. 이로 인해 동일 채널 간섭이 매우 심해지게 되는데 오에프디엠방식이 이러한 환경에 강하기 때문에 이를 이용할 수 있다. 이와 같이 단일 주파수 망을 이용하면 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

한편, 오에프디엠신호는 다중 반송파로 구성되어 있고 각각의 반송파는 매우 작은 대역을 갖는다. 따라서, 전체적인 스펙트럼 모양은 거의 사각형을 가지기 때문에 단일 반송파보다 상대적으로 주파수 효율이 좋아지게 된다. 또한, 오에프디엠방식의 장점은, 오에프디엠신호의 파형이 백색 가우시안잡음(White Gaussian Noise)과 같기 때문에 오에프디엠신호에서 PAL(Phase Alternation by Line) 및 SECAM(Sequential Couleur a Memoire)방식 등의 다른 방송서비스에 비해 간섭이 적다. 이에 따라, 오에프디엠방식에서는 각 반송파마다 변조 방식을 다르게 할 수 있어서 계층적 전송이 가능하다.

일반적으로, 시 분할 동기를 이용하여 오에프디엠신호를 전송하는 오에프디엠 송신기는, 기 설정된 주파수 대역에 대해 할당된 하나의 서비스를 제공하는 주파수축에 대해 형성된 오에프디엠신호를 시간축을 따라 재배열한다. 오에프디엠 송신기는 시간축에 따라 형성된 오에프디엠신호의 앞에 신호간의 간섭을 억제하기 위한 보호구간(Guard Interval : GI)을 삽입하고, 보호구간의 앞에 동기정보를 삽입하여 전송한다.

이와 같은, 동기정보를 삽입하는 동기삽입부는, 타이밍 동기신호와 채널 예측을 위한 프레임 싱크(frame sync)를 보호구간(GI) 앞에 삽입하며, 이에 의해 도 1에 도시된 바와 같이, 시그널 프레임(signal frame)은 프레임 싱크(frame sync)와 프레임 세그먼트(frame segment), 즉 보호구간(guard interval)과 소정갯수의 샘플데이터로 이루어진 프레임 세그먼트(frame segment)로 이루어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시그널 프레임(signal frame)이 255개 모여서 하나의 프레임 그룹을 형성한다. 프레임 싱크(frame sync)는 PN 시퀀스와 월쉬 코드(walsh code)가 더해진 이진 데이터이다. 여기서, 프레임 싱크는 도 2a에 도시된 블록도에 의해 출력되는 255개의 이진 데이터 값인 PN 시퀀스와, 도 2b에 도시된 16차 월쉬 코드(walsh code)가 더해진 이진 데이터 값이 된다. 즉, 월쉬 코드 하나의 비트에 대해 PN 시퀀스의 16개의 데이터가 더해지는 형태이다. 여기서, 월쉬 코드는 기지국(Base station) 중 어느 곳으로부터 데이터가 전송된 것인지를 구별하기 위해 사용된다.

통상적으로 하나의 수신 영역내에서 영향을 주는 기지국은 제한적이므로, 8개 이상이 기지국을 구별하는데 영향을 주기는 어렵다. 그러므로, 종래에 사용되는 16차의 월쉬 코드를 8차 월쉬 코드로 사용함으로써 나머지 8차 월쉬 코드에 해당하는 부분을 채널 수신시 필요한 정보를 실어 보내는 것이 보다 정확한 수신을 위해서 효과적이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프레임 싱크에 수신 성능을 향상시킬 수 있는 유용한 정보를 실어 보내는 오에프디엠 송신기를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 오에프디엠 신호의 데이터 포맷을 나타낸 도,

도 2a는 일반적인 PN 시퀀스를 생성하기 위한 블록도,

도 2b는 16차 월시 코드(walsh code)에 대한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 오에프디엠 송신기에 대한 개략적인 블록도,

도 4는 도 3의 동기삽입부(600)에 대한 일 실시예에 대한 블록도,

도 5는 도 3의 동기삽입부(600)에 대한 다른 실시예에 대한 블록도,

도 6a는 8차 월쉬 코드(walsh code)에 대한 구성도,

도 6b 및 도 6c는 보호구간모드, 및 심볼맵핑모드에 대한 임의의 데이터를 나타낸 도, 그리고,

도 7은 도 3의 오에프디엠 송신기에 의해 신호처리되는 방법에 대한 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : FEC200 : 직렬/병렬변환부

300 : IDFT400 : 병렬/직렬변환부

500 : GI삽입부600 : 동기삽입부

700 : 필터부800 : RF부

상기와 같은 목적은 달성하기 위해서 본 발명에 따른 오에프디엠송신기는, 주파수를 기준으로 형성된 오에프디엠신호를 시간을 기준으로 재배열하는 역 이산 퓨리에변환을 수행하는 IDFT부와, 역 이산 퓨리에변환이 수행된 상기 오에프디엠신호에 이웃하는 오에프디엠신호들 간의 간섭을 억제하기 위해 보호구간을 삽입하는GI삽입부, 및 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 오에프디엠신호의 동기 및 채널 예측을 위한 동기정보를 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 삽입하는 동기삽입부를 갖으며, 동기정보는 PN 시퀀스와 채널정보를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, PN 시퀀스는 기지국 정보인 월쉬 코드(walsh code)와 조합된 데이터이며, 채널정보는 보호구간모드와 심볼맵핑모드 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 신호처리방법은, 주파수를 기준으로 형성된 오에프디엠신호를 시간을 기준으로 재배열하도록 역 퓨리에 변환하는 단계; 역 퓨리에 변환 된 오에프디엠신호에 이웃하는 오에프디엠신호들 간의 간섭을 억제하기 위해 보호구간을 삽입하는 단계; 및 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 오에프디엠신호의 동기 및 채널 예측을 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 동기정보를 삽입하는 단계;를 포함하며, 동기정보는 PN 시퀀스와 채널정보인 것을 특징으로 한다.

따라서, 디지털 발송 시스템에서 PN 시퀀스를 삽입하여 신호를 전송하는 장치에서 PN 시퀀스에 수신 시 필요한 정보를 더하여 줌으로써 수신기에서 채널에 필요한 정보를 쉽게 추출하여 수신성능을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 오에프디엠 송신기의 바람직한 실시예를 도시한 블록도이다. 오에프디엠 송신기는 FEC(forward error corrector)(100), 직렬/병렬변환부(200), IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)(300), 병렬/직렬변환부(400), GI(Guard Interavl)삽입부(500), 동기삽입부(600), 필터부(700), RF부(800) 등을가지고 있다.

FEC(100)는 전송할 오에프디엠신호 각각의 서비스정보에 대해 전송 상에 발생한 에러의 정정을 위한 코딩을 수행한다.

직렬/병렬변환부(200)는 에러코딩된 직렬데이터를 소정의 병렬데이터로 변환되어 출력된다.

IDFT부(300)는 주파수영역의 N개의 데이터를 시간영역의 N개의 샘플데이터로 재배열하는 역 이산 퓨리에변환(Inverse Discrete Fourier Transform)을 수행한다. 역 퓨리에 변환된 시간영역에서의 샘플데이터는 병렬/직렬변환부(400)에 의해 직렬데이터로 변환되어 출력된다.

GI(Guard interval)삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터에 대해 N개의 샘플데이터 단위로 보호구간(GI)을 삽입한다. 이러한 보호구간(GI)은 예컨데, 도 1에 도시된 바와 같이 255개의 프레임 세그먼트로 이루어진 시그널 프레임에 대해 이웃하는 프레임 세그먼트 간의 간섭을 억제하기 위해서 마련된다.

동기삽입부(600)는 GI삽입부(500)에서 보호구간(GI)이 삽입된 오에프디엠신호에 오에프디엠 수신기에서의 동기 및 채널 예측을 위한 동기정보를 삽입한다. 여기서 동기정보는, PN 시퀀스와 월쉬 코드, 및 채널정보가 더해진 이진 데이터 값의 정보이다.

이후, 필터부(700)는 오에프디엠신호를 필터링하며, 필터링된 오에프디엠 신호는 RF부(800)에 의해 RF신호로 처리되어 채널로 전송된다.

이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예로서, 동기삽입부(600)를 통해 수신성능을 향상시킬 수 있는 필요한 정보를 삽입하는 것에 대해 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 8차 월쉬 코드와 채널에 필요한 정보 데이터를 조합한 데이터를 PN 시퀀스에 더하여 동기신호를 생성하는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, IDFT(300)에 의해 역 퓨리에 변환된 데이터에 보호구간(GI)이 삽입된 프레임 세그먼트에 프레임 싱크를 삽입하게 된다. 이 프레임 싱크는 PN 시퀀스(611)와, 도 6a에 나타낸 바와 같은 8차 월쉬 코드(613)와 채널에 필요한 정보(615)를 MUX(617)를 통해서 조합한 후, XOR게이트(619)에 의해 동기정보가 생성된다. 여기서, 채널 정보 데이터는 일반적으로 동기 및 채널 예측을 위해 사용되는 보호구간모드와 심볼맵핑모드 중 적어도 어느 하나의 데이터이다.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 일반적으로 기지국으로부터 전송된 정보는 수신부에서 검출할 수 있으므로, 8차 월쉬 코드 제외하고 채널 정보(625)만을 PN 시퀀스(621)와 XOR게이트(629)를 통해 조합하여 동기정보를 생성한다. 물론, 채널 정보 데이터는 보호구간모드나, 심볼맵핑모드나, 혹은, 보호구간모드와 심볼맵핑모드를 조합시킨 데이터이다. 예컨데, 도 6b와 도 6c는 보호구간(GI)모드(1/6, 1/9, 1/12, 1/20, 1/30)와 성상도에 따른 심볼맵핑모드(QPSK, 16QAM, 64QAM)에 대한 임의의 코드를 나타낸 것이다. 도 6c는 8비트의 데이터 중 앞의 2비트는 보호구간모드(도 6b)와 심벌맵핑모드를 구분하기 위해 2비트의 '0'을 추가한 것이며, 도 6b에서 8비트의 데이터는 이들 간에 서로의 상관을 최소화한 코드를 선정한 것이고, 또한, 도 6c에서 6비트의 데이터도 이들간의 상관을 최소화한 코드를 선택한 것이다.

따라서, PN 시퀀스에 필요한 채널정보를 더하여 줌으로써 수신기에서 채널에 필요한 정보를 쉽게 추출할 수 있게 됨에 따라서 수신성능을 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 오에프디엠 송신기에서 PN 시퀀스에 채널 정보 데이터를 삽입하여 신호처리하는 방법을 상세하게 설명한다.

FEC(100)에 의해 에러코딩된 직렬데이터는 직렬/병렬변환부(200)에 병렬데이터로 출력된다(S10).

병렬 변환된 데이터는 IDFT(300)에 의해 시간영역의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환된다(S20). 그 후, 역 퓨리에 변환된 시간영역에서의 샘플데이터는 병렬/직렬변환부(400)에 의해 직렬데이터로 변환되어 출력된다(S30).

GI(Guard interval)삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터에 대해 프레임 세그먼트를 단위로 보호구간(GI)을 삽입한다(S40). 동기삽입부(600)는 GI삽입부(500)에서 보호구간(GI)이 삽입된 오에프디엠신호에 오에프디엠 수신단에서의 동기 및 채널 예측을 위한 동기정보를 삽입한다(S50).

여기서 동기정보는, 도 4에 도시된 바와 같이, PN 시퀸스(611)와, 8차 월쉬코드(613)와 채널 정보 데이터(615)가 조합된 데이터와 더해진 데이터이거나, 또는 도 5에 도시된 바와 같이, PN 시퀀스(621)와 채널 정보 데이터(623) 만의 조합으로 이루어진 데이터 일 수도 있다. 여기서, 채널 정보 데이터는 예컨데, 오에프디엠신호를 수신하는데 필요한 동기 및 채널 예측을 위한 보호구간(GI)모드와 성상에 따른 심볼맵핑모드가 된다.

이 후, 필터부(700)에 의해 오에프디엠 신호는 필터링되어 RF부(800)를 통해 무선 채널로 송신된다(S60).

이와 같이, 보호구간모드 및 심볼맵핑모드를 PN 시퀀스와 조합하여 프레임 싱크, 즉 동기정보로 사용함에 따라서, 수신측의 수신성능 향상을 도모할 수 있다.

또한, 수신부에서 M시퀀스의 특성을 이용하여 수신신호와 M시퀀스의 상관을 이용함으로써 필요한 모드 정보를 쉽게 또한 신뢰성 있게 검출 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 디지털 발송 시스템에서 PN 시퀀스를 삽입하여 신호를 전송하는 장치에서 PN 시퀀스에 수신 시 필요한 정보를 더하여 줌으로써 수신기에서 채널에 필요한 정보를 쉽게 추출하여 수신성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 수신부에서 M 시퀀스의 특성을 이용하여 수신신호와 M시퀀스의 상관을 이용함으로써 필요한 모드 정보를 쉽게 또한 신뢰성 있게 검출 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

주파수를 기준으로 형성된 오에프디엠신호를 시간을 기준으로 재배열하는 역이산 퓨리에변환을 수행하는 IDFT부;

상기 역 이산 퓨리에변환이 수행된 상기 오에프디엠신호에 이웃하는 상기 오에프디엠신호들 간의 간섭을 억제하기 위해 보호구간을 삽입하는 GI삽입부; 및

상기 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 상기 오에프디엠신호의 동기 및 채널 예측을 위한 동기정보를 상기 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 삽입하는 동기삽입부;를 포함하며,

상기 동기정보는 PN 시퀀스와 채널정보를 가지는 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
제 1항에 있어서,

상기 PN시퀀스는 기지국 정보인 월쉬 코드(walsh code)와 조합된 데이터인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
제 1항에 있어서,

상기 채널정보는,

상기 보호구간모드와 심볼맵핑모드 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
제 3항에 있어서,

상기 보호구간모드의 종류는 1/6, 1/9, 1/12, 1/20, 1/30 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
제 3항에 있어서,

상기 심볼맵핑모드의 종류는 QPSK, 16QAM, 64QAM 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
주파수를 기준으로 형성된 오에프디엠신호를 시간을 기준으로 재배열하도록 역 퓨리에 변환하는 단계;

상기 역 퓨리에 변환 된 상기 오에프디엠신호에 이웃하는 상기 오에프디엠신호들 간의 간섭을 억제하기 위해 보호구간을 삽입하는 단계; 및

상기 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 상기 오에프디엠신호의 동기 및 채널 예측을 상기 보호구간이 삽입된 오에프디엠신호에 동기정보를 삽입하는 단계;를 포함하며,

상기 동기정보는 PN 시퀀스와 채널정보를 가지는 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
제 6항에 있어서,

상기 PN시퀀스는 기지국 정보인 월쉬 코드(walsh code)와 조합된 데이터인 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
제 6항에 있어서,

상기 채널정보는,

상기 보호구간모드와 심볼맵핑모드 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
제 6에 있어서,

상기 보호구간모드의 종류는 1/6, 1/9, 1/12, 1/20, 1/30 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
제3항에 있어서,

상기 심볼맵핑모드의 종류는 QPSK, 16QAM, 64QAM 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.