KR20030094776A - 수신성능을 향상시킬 수 있는 오에프디엠송신기 및 그의신호처리방법 - Google Patents

Abstract

오에프디엠송신기는, 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생하는 에러정정을 위해 코딩하는 FEC부와, 데이터를 병렬데이터로 변환하는 직렬/병렬변환부와, 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 0 부터 N-1개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 상기 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 N-IDFT부, 및 N개의 병렬데이터의 중앙의 부반송파에 파일럿데이터를 삽입하는 삽입부를 가진다. N이 임의의 짝수인 경우, 삽입부는 N개의 병렬데이터의 선단부에 제1가드밴드를 삽입하고, 후단부에는 제2가드밴드를 삽입하여 파일럿데이터가 N개의 병렬데이터 중 유효데이터의 중앙, 즉,, 및

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 방송시스템에 사용되는 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 GaussianNoise)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 오에프디엠 신호를 전송하는 오에프디엠 송신기는, 시간축에 따라 형성된 오에프디엠 심볼의 앞에 신호간의 간섭을 억제하기 위한 보호구간(Guard Interval : GI)을 삽입하고, 보호구간의 앞에 동기정보를 삽입하여 전송한다. 여기서, 동기정보는 PN 시퀀스로서, 오에프디엠 수신기에서의 동기 및 채널 예측을 위해 마련되는 정보이다.

이와 같이, 오에프디엠 심볼에 동기정보인 PN 시퀀스를 삽입함으로써, 주파수 도메인, 즉, 오에프디엠 수신기의 퓨리에 변환(DFT)을 수행하기 전에 동기 신호 획득을 할 수 있다. 하지만, 이러한 동기정보인 PN 시퀀스를 길게 사용할 경우, 오에프디엠 수신기로 전송되는 데이터의 양이 줄어들기 때문에 결과적으로 데이터 전송률이 감소하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수신측으로 전송되는 데이터의 량을 저감시키지 않으면서, 보다 효율적으로 동기신호를 획득할 수 있는 오에프디엠 심볼구조를 갖는 오에프디엠 송신기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오에프디엠 송신기의 개략적인 블록도,

도 2a 내지 도 2b는 도 1의 오에프디엠송신기에 의한 오에프디엠심볼의 구조도,

도 3은 도 1의 오에프디엠송신기에 의해 파일럿데이터를 포함하는 신호의 펄스 성형도, 그리고

도 4는 도 1의 오에피디엠송신기에 의해 신호처리되는 방법에 대한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : FEC부200 : 직렬/병렬변환부

300 : 삽입부400 : N-IDFT부

500 : 보호구간삽입부600 : 동기삽입부

700 : 성형필터부800 : RF부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 오에프디엠송신기는,입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생하는 에러정정을 위해 코딩하는 FEC부와, 데이터를 병렬데이터로 변환하는 직렬/병렬변환부와, 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 0 부터 N-1개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 상기 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 N-IDFT부, 및 N개의 병렬데이터의 중앙의 부반송파에 파일럿데이터를 삽입하는 삽입부를 가진다.

바람직하게는, N이 임의의 짝수인 경우, 삽입부는 N개의 병렬데이터의 선단부에 제1가드밴드를 삽입하고, 후단부에는 제2가드밴드를 삽입하여 파일럿데이터가 N개의 병렬데이터 중 유효데이터의 중앙에 위치하도록 삽입한다.

여기서, 제1가드밴드가 짝수개의 무효데이터인 경우, 상기 제2가드밴드는 홀수개의 무효데이터이며, 제1가드밴드가 홀수개의 무효데이터인 경우, 제2가드밴드는 짝수개의 무효데이터이다. 이에 따라서, 파일럿데이터는 N개의 병렬데이터에 대해, 및의 위치에 삽입한다.

한편, 본 발명에 따른 오에프디엠송신기의 신호처리방법은, 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생하는 에러정정을 위해 코딩하는 단계; 데이터를 병렬데이터로 출력하는 단계; 병렬데이터의 중앙의 부반송파에 파일럿데이터를 삽입하는 단계; 및 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 0 부터 N-1개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 단계;를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, N이 임의의 짝수인 경우, 삽입단계는 N개의 병렬데이터의 선단부에 제1가드밴드를 삽입하고, 후단부에는 제2가드밴드를 삽입하는 단계; 및 N개의 병렬데이터 중 유효데이터의 중앙의 위치에 파일럿데이터를 삽입하는 단계;를 가진다.

여기서, 제1가드밴드가 짝수개의 무효데이터인 경우, 제2가드밴드는 홀수개의 무효데이터이며, 제1가드밴드가 홀수개의 무효데이터인 경우, 제2가드밴드는 짝수개의 무효데이터이다. 이에 따라서, 파일럿데이터는 N개의 병렬데이터에 대해, 및의 위치에 삽입한다.

따라서, 수신측으로 전송되는 데이터의 량을 저감시키지 않으면서, 보다 효율적으로 동기신호를 획득할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1는 본 발명에 따른 오에프디엠 송신기의 바람직한 실시예를 도시한 블록도이다. 오에프디엠 송신기는 FEC부(Forward Error Correction)(100), 직렬/병렬변환부(200), 삽입부(300), N-IDFT(N point Inverse Discrete Fourier Transform)부(400), 보호구간(Guard Interavl)삽입부(500), 동기삽입부(600), 성형필터부(700), RF부(800) 등을 가지고 있다.

FEC부(100)는 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생할 수 있는 에러의 정정을 위해 코딩을 수행한다.

직렬/병렬변환부(200)는 에러코딩된 직렬데이터를 병렬데이터로 변환하여 출력한다.

삽입부(300)에서는 수신측에서 동기 획득을 보다 수월하게 하기 위해 N개의 병렬데이터의 중앙에 파일럿데이터(P)를 삽입한다.

여기서, N은 주파수 영역 인덱스(index)이며, 부반송파의 인덱스를 나타내기도 한다. 후술되는 N-IDFT부부(400)의 입력인 N개의 병렬데이터는 주파수 영역에서 하나의 오에프디엠(OFDM) 심볼로 정의된다. 즉, N-IDFT부부(400)는 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 N개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 N개의 샘플데이터를 출력한다. 즉, N개의 병렬데이터는 각 부반송파의 위상과 진폭에 대응한 한개의 복소수로 변환하여 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)상에서 각각의 부반송파로 할당한 후, 이 주파수 스펙트럼상의 복소수 데이터를 시간 스펙트럼(time spectrum)으로 역 고속 퓨리에변환을 수행함으로써, N개의 부반송파로 변조된 샘플데이터를 출력하게 된다.

예컨데, N이 임의의 짝수인 경우, 파일럿데이터(P)를 N개의 병렬데이터에 중앙에 위치시키기 위해서는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 및 제2가드밴드(GB1,GB2)를 삽입하여 파일럿데이터(P)를 중앙에 위치시킬 수 있다. 도 2a에는 도시된 바와 같이, 선단부과 후단부에 각각 제1 및 제2가드밴드(GB1,GB2)를 삽입하며, 그 크기는 다르게 정의 되도록 한다.

예컨데, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1가드밴드(GB1)를 '0'의 위치에 1개의 'Zero'데이터를 삽입하고, 제2가드밴드(GB2)를 'N-2','N-1'의 위치에 2개의 'Zero'데이터를 삽입할 경우, 파일럿데이터(P)는 N개의 병렬데이터에 대해의 위치에 삽입하면 된다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1가드밴드(GB1)가 '0','1'의 위치에 2개의 'Zero'데이터를 삽입하고, 제2가드밴드(GB2)를 'N-1'의 위치에 1개의 'Zero'데이터를 삽입할 경우, 파일럿데이터(P)는 N개의 병렬데이터에 대해의 위치에 삽입하면 된다.

이와 같은, N개의 병렬데이터, 즉, 오에프디엠 심볼에 파일럿데이터(P)가 삽입된 신호의 펄스 성형도는 도 3에 도시된 바와 같다. 여기서는, 8MHz 주파수대역폭에 대해 심볼레이트 7.56Msps, 성형필터부(700)의 롤오프계수(roll-off factor)는 0.05인 경우를 예로 한 것이다.

N-IDFT부(400)는 주파수영역에서 제1 및 제2가드밴드(GB1,GB2)와 파일럿데이터(P)를 포함하는 N개의 병렬데이터를 시간영역의 N개의 샘플데이터로 재배열하는 역 이산 퓨리에변환(Inverse Discrete Fourier Transform)을 수행한다. 역 퓨리에 변환된 시간영역에서의 샘플데이터는 병렬/직렬변환부(미도시)에 의해 직렬데이터로 변환되어 출력된다.

보호구간삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터에 대해 N개의 샘플데이터 단위로 보호구간(GI)을 삽입한다. 이러한 보호구간(GI)은 예컨데, 심볼간을 간섭을 억제하기 위해 마련되며, N개의 샘플데이터로 이루어지는 오에프디엠 심볼 종단의 소정갯수의 샘플데이터를 오에프디엠 심볼의 선단에 복사함으로써 마련된다.

동기삽입부(600)는 GI삽입부(500)에서 보호구간(GI)이 삽입된 오에프디엠신호에 오에프디엠 수신기에서의 동기 및 채널 예측을 위한 동기정보를 삽입한다.

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

이와 같이, 오에프디엠 심볼 내부에 파일럿신호를 첨가함으로써, 동기정보와 더불어 수신측의 동기 획득의 이득을 얻을 수 있게 된다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예인 오에프디엠 송신기에 의해 신호처리되는 방법을 상세하게 설명한다.

먼저, 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생할 수 있는 에러의 정정을 위해 FEC부(100)에서 데이터를 코딩하고(S10), 에러코딩된 데이터를 병렬데이터로 변환하여 출력한다(S20).

다음에, 수신측에서 동기 획득을 보다 수월하게 하기 위해 삽입부(300)에서는 N개의 병렬데이터의 중앙에 파일럿데이터(P)를 삽입한다(S30).

예컨데, N이 임의의 짝수인 경우, 파일럿데이터(P)를 N개의 병렬데이터에 중앙에 위치시키기 위해서, N개로 이루어지는 병렬데이터의 선단부과 후단부에 각각 제1 및 제2가드밴드(GB1,GB2)를 삽입한다(S30). 예컨데, 하나의 'Zero'데이터가 삽입된 제1가드밴드(GB1)에 대해, 제2가드밴드(GB2)는 두개의 'Zero'데이터가 삽입되어야 하며, 이에 따라서, 파일러데이터(P)는 중앙인의 위치에 삽입된다.

주파수영역에서 제1 및 제2가드밴드(GB1,GB2)와 파일럿데이터(P)를 포함하는 N개의 병렬데이터를 시간영역의 N개의 샘플데이터로 재배열하는 역 이산 퓨리에변환(IDTF:Inverse Discrete Fourier Transform)을 수행한다(S40).

그 후, 역 퓨리에 변환된 오에프디엠 신호에 대해 보호구간(GI) 및 동기정보를 순차적으로 삽입하고(S50), 성형필터부(700)에 의해 필터링된 오에프디엠 신호는 RF부(800)에 의해 RF신호처리되어 송신 채널로 전송된다(S60).

따라서, 수신측으로 전송되는 데이터의 량을 저감시키지 않으면서, 보다 효율적으로 동기신호를 획득할 수 있다.

본 발명에 따르면, N개의 데이터로 이루어지는 오에프디엠 심볼 내의, 및의 위치에 파일럿데이터(P)를 삽입함으로써, 수신측의 동기 획득을 보다 수월하게 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 (10)

1. 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생하는 에러정정을 위해 코딩하는 FEC부;

   상기 데이터를 병렬데이터로 변환하는 직렬/병렬변환부;

   주파수영역의 N개의 병렬데이터를 0 부터 N-1개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 상기 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 N-IDFT부; 및

   상기 N개의 병렬데이터의 중앙의 부반송파에 파일럿데이터를 삽입하는 삽입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 N이 임의의 짝수인 경우,

   상기 삽입부는, 상기 N개의 병렬데이터의 선단부에 제1가드밴드를 삽입하고, 후단부에는 제2가드밴드를 삽입하여 상기 파일럿데이터가 상기 N개의 병렬데이터 중 유효데이터의 중앙에 위치하도록 삽입하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제1가드밴드가 짝수개의 무효데이터인 경우, 상기 제2가드밴드는 홀수개의 무효데이터인 것을 특징으로 하며,

   상기 제1가드밴드가 홀수개의 무효데이터인 경우, 상기 제2가드밴드는 짝수개의 무효데이터인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 파일럿데이터는 상기 N개의 병렬데이터에 대해, 및의 위치에 삽입하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 무효데이터는 'Zero'데이터인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
6. 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생하는 에러정정을 위해 코딩하는 단계;

   상기 에러코딩된 데이터를 병렬데이터로 출력하는 단계;

   상기 병렬데이터의 중앙의 부반송파에 파일럿데이터를 삽입하는 단계; 및

   주파수영역의 N개의 병렬데이터를 0 부터 N-1개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 상기 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 N이 임의의 짝수인 경우,

   상기 삽입단계는, 상기 N개의 병렬데이터의 선단부에 제1가드밴드를 삽입하고, 후단부에는 제2가드밴드를 삽입하는 단계; 및

   상기 N개의 병렬데이터 중 유효데이터의 중앙의 위치에 상기 파일럿데이터를삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 제1가드밴드가 짝수개의 무효데이터인 경우, 상기 제2가드밴드는 홀수개의 무효데이터인 것을 특징으로 하며,

   상기 제1가드밴드가 홀수개의 무효데이터인 경우, 상기 제2가드밴드는 짝수개의 무효데이터인 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 파일럿데이터는 상기 N개의 병렬데이터에 대해, 및의 위치에 삽입하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 신호처리방법.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 무효데이터는 'Zero'데이터인 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.