KR20040006309A - 디지털 ｔｖ 수신기에서의 ｖｓｂ 복조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 TV 수신기에서의 VSB 복조 장치에 관한 것으로, 자동적으로 데이터 패턴 지터를 줄이는 VSB 복조 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 VSB 복조 장치는 곱셈기에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 오차를 검출하는 주파수 위상 오차 검출기와, 상기 주파수 위상 오차 검출기의 이득을 조정하면서 전체 폐루프의 대역폭을 제어하는 PED 제어기와, 상기 PED 제어기의 출력을 여과하고 적산하는 루프 필터와, 상기 루프 필터의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내는 NCO로 구성된다.
Description
본 발명은 디지털 TV 수신기에 관한 것으로, 특히 디지털 TV 수신기의 VSB 복조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 미국 내 국내에서 디지털 TV(예, HDTV) 전송 방식의 표준으로 채택된 그랜드 얼라이언스(Grand Alliance)의 VSB 방식은 신호를 진폭 변조했을 때, 반송파를 중심으로 위아래로 생기는 두 개의 측대역중 한쪽 측대역 신호를 크게 감쇠시켰을 때의 나머지 부분만을 변조하는 방식이다. 즉, 기저대역의 한쪽 측파대역 스펙트럼만을 취해 통과대역으로 옮겨서 전송하는 방식으로 밴드 영역을 효율적으로 사용하는 방식 중 하나이다.
이때, 상기 VSB 변조시 기저대역(base band)의 DC 스펙트럼이 통과대역(pass band)으로 옮겨가면 톤 스펙트럼으로 바뀌게 되고 이 신호를 흔히 파이롯트 신호라 부른다. 즉, 방송국에서 VSB 변조를 할 때 수신기에서 신호를 정확히 복조하게 하기 위하여 파이롯트 신호를 실어서 공중으로 날려보내게 된다.
도 1은 일반적인 디지털 TV 수신기의 VSB 복조기의 구성 블록도로서, A/D 변환부(10), 위상 분리부(20), 곱셈기(30), 반송파 복구부(40)로 구성된다.
즉, VSB 방식으로 변조된 RF 신호가 안테나를 통해 수신되면 튜너는 헤테로다인 변조 방식을 사용하여 원하는 채널 주파수를 선택한 후 상기 채널 주파수에 실려진 RF 대역의 VSB 신호를 고정된 중간 주파수 대역(IF : 보통 44MHz나43.75MHz)이 널리 사용됨으로 타채널 신호를 적절히 걸러낸다.
그리고, 임의의 채널 스펙트럼을 고정된 IF 대역으로 옮겨서 출력해주는 튜너의 출력 신호는 타 밴드 신호의 제거, 잡음 신호 제거, 그리고 아날로그 정합 필터의 기능으로 채용된 소오(Surface Acoustic Wave : SAW)필터를 통과하게 된다.
이때, 디지털 방송 신호는 일 예로, 44MHz의 중간 주파수로부터 6MHz의 대역 내에 모든 정보가 존재하므로 SAW 필터에서는 튜너의 출력으로부터 정보가 존재하는 6MHz의 대역만 남기고 나머지 구간을 모두 제거한 후 A/D 변환부(10)로 출력한다.
그리고, 상기 A/D 변환부(10)의 출력은 위상 분할부(20)로 입력되어 I, Q 성분으로 분리된 후 곱셈기(30)로 출력된다.
상기 곱셈기(30)는 반송파 복구가 이루어진 반송파를 복소 발진기(Numerically Controlled Oscillator : NCO)(43)를 통해 입력받은 후 상기 위상 분할부(20)에서 출력되는 I, Q 신호와 곱하여 I, Q 신호를 기저대역으로 낮춘다.
그리고, 상기 기저대역의 I, Q 신호는 정합 필터로 출력됨과 동시에 반송파 복구부(40)로 출력된다. 즉, 상기 반송파 복구부(40)는 상기 곱셈기(30)에서 출력된 기저대역의 파이롯트 신호로부터 반송파의 주파수 오프셋 및 위상 잡음(Phase jitter)을 제거한 후 상기 곱셈기(30)로 해당 복소 정현파를 피드백시킨다. 따라서, 상기 곱셈기(30)는 주파수 오프셋 및 위상 잡음이 복구된 기저대역 디지털 신호를 정합 필터로 출력하게 된다.
이때, 상기 반송파 복구부(40)는 주파수 위상 오차 검출기(41), 루프 필터(42), 및 NCO(43)로 구성된다. 즉, 상기 주파수 위상 오차 검출기(41)는 상기 곱셈기(30)에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 오차를 검출한 후 루프 필터(42)로 출력한다.
상기 루프 필터(42)는 상기 주파수 위상 오차 검출기(41)의 출력을 여과하고 적산한 후 NCO(43)로 출력한다. 상기 NCO(43)는 상기 루프 필터(42)의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내어 상기 곱셈기(30)로 출력한다.
즉, VSB 신호 수신시 튜너나 RF 발진기에 의해 수백 KHz 주파수 오프셋(frequency offset)과 위상 잡음(phase jitter)등이 발생하는데, 이를 최소화시켜야 정확한 데이터의 복구가 이루어진다. 이때, 상기 주파수 오프셋과 위상 잡음을 최소화하는 방향으로 포착(acquisition)/추적(tracking)하는 과정을 반송파 복구라 한다.
한편, 상기 곱셈기(30)에서 출력되는 기저대역의 I, Q 신호가 상기 정합 필터에서 필터링되면 심볼 위치에서의 신호 대 잡음비(SNR)는 최대가 되어진다.
상기 정합 필터의 출력은 타이밍 복원부로 출력됨과 동시에 채널 등화부로 출력되어 채널을 통과하면서 생긴 왜곡이 보상된다. 즉, 상기 채널 등화부는 통상 기저대역의 신호로부터 송신시 삽입되었던 동기 신호등을 복원하고 상기 동기 신호등을 이용하여 수신된 데이터 즉, 송신 심볼을 복구한다.
상기 타이밍 복원부는 수신측에서 송신 데이터를 복원할 수 있도록 송신시에 사용된 것과 같은 심볼 클럭을 생성한다. 이는 미국향 디지털 방식으로 제안된ATSC VSB 전송 시스템에서는 전송 신호에 데이터만을 실어보내기 때문이다. 이때, 상기 타이밍 복원부는 통상 송신부에서 규칙적으로 삽입되는 데이터 세그먼트 동기 신호 구간동안 타이밍 복원을 수행한다.
즉, 안테나를 통해 입력된 RF(Radio Frequency) 신호는 튜너를 거치면서, 사용자가 원하는 특정 채널 만의 신호가 선택되어져 1차 중간 주파수 대역(44 MHz)으로 내려오게 되며, SAW 필터를 통과하면서 인접채널 신호와 잡음신호가 여과된다.
그리고, 다운 컨버터(down converter)를 통해서 2차 중간 주파수 대역(6MHz)으로 천이 되어 25MHz의 고정된 클럭으로 A/D변환을 거치게 된다.
그리고, 디지털 신호 처리부에서는 우선 2차 중간 주파수 대역에 있는 신호를 기저대역으로 내리는 복조과정을 거치는데, 정확한 심볼 클럭 타이밍을 구하기 위한 타이밍 복구 부분이 있고, 수신된 신호에서 세그먼트 동기 신호, 파일 동기 신호 등을 구하는 동기 신호 복구부가 있다.
도 2는 일반적인 VSB 복조기의 DFPLL의 구조를 보여주는 도면으로, 수신된 신호에서 주파수 에러 뿐만 아니라 위상 에러도 같이 보상하는 것으로 DFPLL에서 사용하는 FPED의 구조이다.
도 3은 일반적인 VSB 복조기의 수렴 특성을 보여주는 그래프로, 점선은 35um 정도의 원거리 고스트가 있는 채널에서의 DFPLL의 수렴 특성이다.
이와 같은 일반적인 VSB 복조기는 원거리 고스트가 존재하는 채널에서는 데이터 패턴 지터 영향으로 성능의 저하가 생기는 문제가 나타나는데, 이는 곧 디지털 티브이 시청의 어려움으로 이어지게 된다
특히, 전파 수신에 장애물이 많은 도심지의 경우는 심한 근접 고스트 현상 뿐만 아니라 원거리 고스트 현상도 많이 존재하며 노이즈들이 등화기에 그대로 반영되어 전체 시스템의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존 알고리즘의 근접 고스트에 대한 성능을 잃어버리지 않으며, 원거리 고스트에 대한 성능을 개선 시키는 VSB 복조기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 구현이 간단하고 안정적인 시스템을 설계하는데 목적이 있다.
도 1은 일반적인 디지털 TV 수신기의 VSB 복조기의 구성 블록도
도 2는 일반적인 VSB 복조기의 DFPLL의 구조를 보여주는 도면
도 3은 일반적인 VSB 복조기의 수렴 특성을 보여주는 그래프
도 4는 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기에서의 VSB 복조 장치를 나타낸 구성 블록도
도 5는 도 4에 따른 PED 제어기 구조를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 따른 VSB 복조기의 성능 평가를 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : A/D 변환부 200 : 위상 분리부
300 : 곱셈기 400 : 반송파 복구부
410 : 주파수 위상 오차 검출기 420 : PED 제어기
421 : 입력신호 파워기 422 : 레퍼런스 파워기
423 : 서브트랙션 425 : 어큐뮬레이터
426 : 리미트 427 : 멀티플렉서
430 : 루프 필터 440 : NCO
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 곱셈기에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 오차를 검출하는 주파수 위상 오차 검출기와, 상기 주파수 위상 오차 검출기의 이득을 조정하면서 전체 폐루프의 대역폭을 제어하는 PED 제어기와, 상기 PED 제어기의 출력을 여과하고 적산하는 루프 필터와, 상기 루프 필터의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내는 NCO로 구성된다.
바람직하게 상기 PED 제어기는 입력 신호 파워기와, 레퍼런스 파워를 미리 정해놓은 레퍼런스가 파워기와, 입력 신호 파워와 레퍼런스 파워의 차이를 구하는 서브트렉션과 이의 결과를 누적해주는 어큐뮬레이터와 리미터와 입력값과 리미터 출력을 곱하는 멀티플렉션을 포함하여 구성되는 것으로 주파수 위상 오차 검출기의 출력 신호와 록(Lock) 신호를 받아서 프로세싱을 거친 후 출력이 루프 필터로 입력된다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기에서의 VSB 복조 장치를 나타낸 구성 블록도로 A/D 변환부(100), 위상 분리부(200), 곱셈기(300), 반송파 복구부(400)로 구성된다.
그리고, 상기 반송파 복구부(400) 주파수 위상 오차 검출기(410), 위상 오차 검출 제어기(420), 루프 필터(430), 및 NCO(440)로 구성된다. 즉, 상기 주파수 위상 오차 검출기(410)는 상기 곱셈기(30)에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 오차를 검출한 후, PED 제어기(420)를 통해 루프 필터(430)로 출력한다.
상기 루프 필터(430)는 상기 주파수 위상 오차 검출기(410)의 출력을 여과하고 적산한 후 NCO(440)로 출력한다. 상기 NCO(440)는 상기 루프 필터(430)의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내어 상기 곱셈기(300)로 출력한다.
즉, VSB 신호 수신시 튜너나 RF 발진기에 의해 수백 KHz 주파수 오프셋(frequency offset)과 위상 잡음(phase jitter)등이 발생하는데, 이를 최소화시켜야 정확한 데이터의 복구가 이루어진다. 이때, 상기 주파수 오프셋과 위상 잡음을 최소화하는 방향으로 포착(acquisition)/추적(tracking)하는 과정을 반송파 복구라 한다.
또한, 본 발명은 DFPLL의 구조에서 루프 필터(430)로 입력되는 값을 어떠한채널 하에서도 일정하게 해 줌으로써 원거리 고스트가 있는 채널에서는 DFPLL의 위상 지터를 줄인다.
일반적으로 포착성능과 추적성능을 향상시키기 위해서 사용하는 방법은 기어-쉬프팅(gear-shifting) 방법이다. 즉, 먼저 포착성능을 향상시키기 위해 폐루프의 대역폭을 크게 하고 나서 일정시간 뒤에 추적성능을 향상시키기 위해서 대역폭을 점차적으로 줄여 나가는 방법을 사용하게 된다.
그러나 상기 방법은 VSB 구조와 같이 파이롯트를 이용한 FPLL의 구조에서는 원거리 고스트에 패턴 지터가 많이 발생하는 경우에는 효과가 있지만 근접 고스트가 있는 경우에는 오히려 수렴 특성을 악화시키는 역효과를 가져오게 되므로, 본 발명에서는 근접 고스트에 대한 특성을 충분히 확보할 수 있는 폐루프의 대역폭을 정해서 근접 고스트에 대한 성능을 확보하고 데이터 패턴 지터가 커지는 원거리 고스트에 대해서는 자동적으로 폐루프의 대역폭을 작아지게 하여 데이터 패턴 지터의 영향을 최소화하도록 한다.
상기 데이터 패턴 지터의 영향을 최소화하기 위한 방법으로 첫째, 폐루프의 루프 필터의 계수를 제어하는 방법이고 둘째, PED의 이득을 조정하는 것이다.
상기 두 가지 방법 모두 폐루프의 대역폭을 제어할 수 있는 방법으로 본 발명에서는 둘째 방법인 PED의 이득을 조정하면서 전체 폐루프의 대역폭을 제어한다.
도 5는 도 4에 따른 PED 제어기 구조를 나타낸 구성도로 FPED의 출력 신호와 록(Lock) 신호를 받아서 프로세싱을 거친 후 출력이 루프 필터(430)로 입력된다.
PED 제어기(420)는 FPLL의 PLL 특성을 향상시키는 것으로 FLL이 록(Lock)이되지 않으면 단순히 바이패스(bypass)역할만 수행하는 것으로, FPLL의 FLL 특성이 록이 된 다음에 적용시킬 수 있다.
따라서, 상기 PED 제어기(420)는 입력신호의 파워(421)와 미리 정해 놓은 레퍼런스 파워(422)의 차이를 구하는 서브트랙션(423) 부분과, 이의 결과를 누적해 주는 어큐뮬레이터(425) 및 리미터(426)부분, 그리고 PED 제어기(420)에 입력되는 값과 리미터(426)의 출력을 곱하는 멀티플렉서(427)로 구성된다.
여기서 상기 미리 정해진 레퍼런스 파워는 노멀(normal) 상태에서의 평균값을 사용한다.
도 6은 본 발명에 따른 VSB 복조기의 성능 평가를 나타낸 그래프로, 본 발명의 VSB 시스템의 경우 등화기 출력 SNR 15유가 VSB 시스템의 TOV(threshold of visibility)임을 감안하면, 종래의 복조기 구조에서는 원거리 고스트의 크기가 7dB가 되어도 TOV 조건을 만족시키지 못하는 반면에 본 발명에서 제시하는 복조기의 구조를 적용시켰을 경우는 고스트의 크기가 3dB 이하인 경우는 모두 TOV 조건을 만족함을 알 수 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 VSB 복조기에 구현이 간단한 PED 제어기를 추가함으로써 근접 고스트에 대한 성능을 유지하면서 데이터 패턴 지터가 심한 원거리 고스트에 대한 성능을 향상시킴으로써 어떤 채널하에서도 VSB 복조기의 일정한 특성을 가지게 할 수 있어 VSB 시스템의 성능 향상에 크게 기여하는 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.
Claims (2)
- 곱셈기에서 출력되는 기저대역의 파이롯트 신호로부터 주파수 오프셋 및 위상 오차를 검출하는 주파수 위상 오차 검출기와;상기 주파수 위상 오차 검출기의 이득을 조정하면서 전체 폐루프의 대역폭을 제어하는 PED 제어기와;상기 PED 제어기의 출력을 여과하고 적산하는 루프 필터와;상기 루프 필터의 출력에 비례하는 복소 정현파를 생성해 내는 NCO로 구성되는 것을 특징으로 하는 VSB 복조기
- 제 1 항에 있어서상기 PED 제어기는 입력 신호 파워기와, 레퍼런스 파워를 미리 정해놓은 레퍼런스기 파워기와, 입력 신호 파워와 레퍼런스 파워의 차이를 구하는 서브트렉션과 이의 결과를 누적해주는 어큐뮬레이터와 리미터와 입력 값과 리미터 출력을 곱하는 멀티플렉션을 포함하여 구성되는 것으로 주파수 위상 오차 검출기의 출력 신호와 록(Lock) 신호를 받아서 프로세싱을 거친 후 출력이 루프 필터로 입력되는 것을 특징으로 하는 VSB 복조기.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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