KR20040045921A - 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러를 추정하기 위해트레이닝 시퀀스들을 이용하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

M개의 데이터 심볼들에 의해 분리된 두개의 개별적인 트레이닝 시퀀스들을 사용하여 디지털 수신기에서 타이밍 에러를 추정하기 위한 장치 및 방법이 설명되며, M은 수신기에서 알게된다. 두개의 트레이닝 시퀀스들은 그의 주기가 심볼 주기 T와 대략적으로만 유사한 샘플링 클록 T2로 샘플링되며, 타이밍 에러 T-T2를 얻는다. 따라서 느리게 변화하는 채널 임펄스 응답을 가정하면 제 2 수신된 트레이닝 시퀀스는 타이밍 에러에 M번 곱해진 제 1 수신된 트레이닝 시퀀스의 항으로 표현될 수 있다. 타이밍 에러는 먼저 수신된 트레이닝 시퀀스들의 시간 영역 표현들을 주파수 영역 표현들로 변환시키고, 둘째로 복소수 교차 파워 스펙트럼을 계산하는 것에 의해 얻어진다. 타이밍 에러는 이후 디지털 신호 송신기의 클록 레이트를 위한 정확한 값을 계산하는데 사용된다.

Description

디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러를 추정하기 위해 트레이닝 시퀀스들을 이용하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for using training sequences to estimate timing error in a digital signal receiver}
디지털 통신에서, 디지털 신호 수신기는 송신된 디지털 신호에 포함된 정보로부터 디지털 신호 송신기의 클록 주파수를 복구해야 한다. 이러한 프로세스는 종종 타이밍 복구(timing recovery)로 불린다. 많은 어플리케이션들에서, 타이밍 복구는 수신된 디지털 신호의 정적인 특성들로부터 타이밍 에러를 추출하는 것에 의해 이루어진다. 송신된 디지털 신호가 채널 노이즈 및 다중경로와 같은 심한 간섭에 직면하면, 송신된 디지털 신호의 특성들에 다른 알고리즘들이 타이밍 정보를 복구하는 것이 실패할 수 있다.
타이밍 복구를 용이하게 하기 위해, "트레이닝 시퀀스(training sequence)"라 불리는 공지된 시퀀스가 종종 메인 데이터 스트림의 일부로서 일정한 간격들로송신된다. 트레이닝 시퀀스로부터의 정보는 송신된 데이터의 복구에서 디지털 신호 수신기를 돕는다. 심한 간섭이 존재할 때, 타이밍 에러 검출기의 성능의 품질은 트레이닝 시퀀스로부터 타이밍 정보를 추출하는데 사용되는 특정 알고리즘에 따를 것이다. 종래의 알고리즘들은 단일 트레이닝 시퀀스로부터 타이밍 정보를 추출한다. 즉, 타이밍 정보의 복구는 타이밍 에러를 복구하기 위해 단지 하나의 트레이닝 시퀀스 송신만을 사용하여 행해진다. 트레이닝 에러 복구 프로세스에 단지 하나의 트레이닝 시퀀스를 사용하는 종래의 알고리즘들은 심한 신호 간섭이 존재할 때는 잘 수행하지 못할 것이다.
따라서 상기 분야에서 심한 신호 간섭이 존재할 때 디지털 신호 송신기의 클록 레이트를 보다 정확하게 복구하도록 타이밍 에러 정보를 추출하기 위해 하나 이상의 트레이닝 시퀀스로부터 정보를 사용하는 것이 가능한 장치 및 방법이 필요하다.
위에서 언급된 종래 기술의 부족함들을 해결하기 위해, 본 발명의 장치 및 방법은 디지털 신호 수신기의 클록 레이트를 보다 정확하게 복구하도록 타이밍 에러 정보를 추출하기 위해 제 1 트레이닝 시퀀스 및 제 2 트레이닝 시퀀스로부터의 정보를 사용한다.
본 발명의 장치 및 방법은 디지털 신호 수신기에서의 제 1 트레이닝 시퀀스의 도착 시간과 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 사이의 차이로부터 디지털 신호 수신기의 타이밍 에러를 추정한다. 제 1 타이밍 시퀀스 주위의 데이터의 시간 영역 표시는 주파수 영역 표시로 변환된다. 제 2 타이밍 시퀀스 주위의 데이터의 시간영역 표시도 또한 주파수 영역 표시로 변환된다. 제 1 타이밍 시퀀스 주위의 데이터의 주파수 영역 표시 및 제 2 타이밍 시퀀스 주위의 데이터의 주파수 영역 표시의 공액 복소수는 복소수 교차 파워 스펙트럼을 계산하기 위해 함께 곱해진다. 타이밍 에러는 복소수 교차 파워 스펙트럼의 평균 위상으로부터 얻어진다. 타이밍 에러는 이후 디지털 신호 송신기의 클록 레이트를 위해 정확한 값을 계산하는데 사용된다.
본 발명은 일반적으로 디지털 신호 수신기에서의 타이밍 에러 추정을 얻는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 신호 수신기에서의 타이밍 에러를 추정하기 위해 디지털 신호 송신기로부터 수신되는 데이터 내의 트레이닝 시퀀스들을 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 타이밍 복구 유닛을 포함하는 전형적인 디지털 텔레비전 세트의 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 타이밍 복구 유닛의 보다 상세한 도면을 도시하는 블럭도.
도 3은 본 발명의 타이밍 복구 유닛 내의 타이밍 에러 복구 모듈에서 수행되는 일련의 동작들을 도시하는 블럭도.
도 4는 본 발명의 한 유익한 실시예의 방법의 단계들을 도시하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 원리들에 따라 얻어진 검출된 타이밍 에러 정보가 실질적인 타이밍 에러 정보에 대하여 그래프화된 시뮬레이션의 결과들을 도시하는 그래프.
본 발명의 목적은 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러 정보를 추출하기 위해 하나보다 많은 트레이닝 시퀀스로부터 정보를 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 심한 신호 간섭이 존재하는 디지털 송신기의 클록 레이트를 정확하게 복구하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러 정보를 정확하게 복구시키기 위해 상이한 방법으로 제 1 트레이닝 시퀀스 및 제 2 트레이닝 시퀀스를 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 디지털 신호 수신기에서 정확한 타이밍 에러 정보를 얻도록 사용될 수 있는 복소수 교차 파워 스펙트럼을 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 디지털 신호 수신기에서 정확한 타이밍 에러 정보를 얻도록 사용될 수 있는 복소수 교차 파워 스펙트럼의 평균 위상을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
앞선 내용은 본 발명의 특성들 및 기술적 장점들에 대해 넓게 보다는 개요를 잡은 것이며 따라서 당업자는 이하의 본 발명의 상세한 설명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 청구항들의 목적을 구성하는 본 발명의 부가적인 특성들 및 장점들이 이하로 설명될 것이다. 당업자는 그들이 본 발명의 동일한 목적들을 수행하기 위해 다른 구조들을 변경하거나 설계하기 위한 기반으로서 설명된 개념과 특정 실시예를 쉽게 이용할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 당업자는 또한 이러한 동등 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태에서 정신과 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 인식해야 한다.
본 발명의 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 특허 명세서를 통해 사용된 몇몇 단어들 및 구들의 정의들을 규정하는 것이 도움이 될 것이다:"구비하다(include)" 및 "포함하다(comprise)"라는 단어들 및 그의 파생어들은 제한없는 포함을 의미하며; "또는(or)" 이라는 단어는 그리고/또한의 의미를 포함하고; "~과 연관된(associated with)" 및 "그와 연관된(associated therewith)" 이라는 구들 및 그들의 파생어들은 포함하다, ~안에 포함된다, 서로 접속하다, 함유하다, ~에 함유되다, 접속하다, 연결되다, ~와 통신될 수 있다, 협력하다, 끼워넣다, 나란히 놓다, 가까운, 범위에, 갖다, 특징을 갖다 등등의 의미를 가지며; "제어기(controller)", "프로세서(processor)" 또는 "장치(apparatus)"라는 단어는 장치가 하드웨어, 펌웨어 혹은 소프트웨어, 또는 이들 중 적어도 두 개의 일부 조합에서 실행되는 것 같은, 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 장치, 시스템 혹은 부품을 의미한다. 이것은 근방에 혹은 떨어져서 집중되거나 분포될 수 있는 임의의 특별한 제어기와 연관된 기능성이라고 인지되어야 한다. 특히, 제어기는 하나 또는 그 이상의 어플리케이션 프로그램들 및/또는 운영 시스템 프로그램을 수행하는 하나 또는 그 이상의 데이터 프로세서들, 및 연관된 입력/출력 디바이스들과 메모리를 포함할 수 있다. 본 특허 명세서를 통해 몇몇 단어들 및 구들에 대한 정의들이 제공된다. 당업자는 많은 경우에, 대부분의 예들이 아니라면, 이러한 정의들은 이렇게 정의된 단어들 및 구들의 앞으로의 사용들 뿐만 아니라 이전의 사용들에도 적용된다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명과 그의 장점들의 보다 완전한 이해를 위해, 동일한 숫자들이 유사 개체들을 나타내는 첨부 도면들을 참조로 설명한다.
이하에서 설명된 도 1 내지 도 5와 본원에서 본 발명의 원리들을 설명하는데 사용된 다양한 실시예들은 단지 예시된 방법이며, 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로도 해석되어서는 안된다. 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러를 추정하기 위해 트레이닝 시퀀스들을 사용하기 위한 본 발명은 트레이닝 시퀀스를 사용하는 임의의 디지털 신호 수신기에서 사용될 수 있다.
다음의 전형적인 실시예의 설명에서, 본 발명은 디지털 텔레비전 수신기 내의 타이밍 복구 유닛으로 통합되거나, 또는 그와 접속하여 사용된다. 본 발명은 디지털 텔레비전 수신기에서의 사용으로만 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 전형적인 실시예가 디지털 텔레비전 시스템들, 셋탑 박스들, 디지털 저장 디바이스들, 디지털 라디오 시스템들 및, 디지털 신호 수신기에서 트레이닝 시퀀스를 사용하는 디지털 시스템의 임의의 타입을 포함하는 타이밍 시퀀스를 제한없이 사용하는 디지털 수신기 시스템의 임의의 타입에서의 사용을 위해 쉽게 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다. "디지털 수신기 시스템"이라는 용어는 이러한 타입들의 장치를 나타내는데 사용된다.
도 1은 본 발명의 장치 및 방법을 사용하는 디지털 텔레비전 세트(100)의 블럭도이다. 디지털 텔레비전 세트(100)는 텔레비전 수신기(110)와 디스플레이 유닛(115)을 포함한다. 디스플레이 유닛(115)은 음극선관 또는 평판 디스플레이 또는 비디오를 디스플레이하기 위한 임의의 타입의 장치일 수 있다. 텔레비전수신기(110)는 텔레비전 신호들을 수신하기 위한 안테나(105)를 포함한다. 안테나(105)는 튜너(120)에 결합된다. 튜너(120)는 중간 주파수("IF") 프로세서(125)로 결합된다. IF 프로세서(125)는 복조기(130)와 결합된다. 복조기(130)는 본 발명의 타이밍 복구 유닛(130)을 포함한다. 본 발명의 장치 및 방법은 복조기(130) 내의 디지털 비디오 신호들로부터 타이밍 에러의 값을 복구한다.
복조기(130)의 출력은 MPEG 디코더(140)로 결합된다. MPEG 디코더(140)의 출력은 전 프로세싱 회로들(145)와 결합된다. 전 프로세싱 회로들(145)의 출력은 디스플레이 유닛(115)으로 입력되도록 제공된다.
타이밍 복구 유닛(135)은 IF 프로세서(125)로부터 복조기(130)에 의해 수신되는 디지털 비디오 신호들을 처리한다. 도 2에 보다 상세하게 도시되는 바와 같이, 타이밍 복구 유닛(135)은 비디오 프로세서(200)를 포함한다. 비디오 프로세서(200)는 비디오 신호들을 수신하고 비디오 신호들의 콘텐트를 분석한다. 비디오 프로세서(200)는 비디오 신호 구성 요소들을 메모리 유닛(210)에 저장할 수 있다.
메모리 유닛(210)은 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 판독 전용 메모리(ROM)의 조합을 포함할 수 있다. 메모리 유닛(210)은 플래시 메모리와 같은 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함할 수 있다. 메모리 유닛(210)은 하드 디스크 드라이브와 같은 대량 저장 데이터 디바이스를 포함할 수 있다(도시되지 않음). 메모리 유닛(210)은 또한 부착된 주변 드라이브 또는 판독/기록 DVD들 또는 재기록가능한 CD-ROM들을 판독할 수 있는 이동가능한 디스크 드라이브(삽입되거나 또는 부착된)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이동가능한 디스크 드라이브들 또는 이러한 타입은 재기록가능한 CD-ROM 디스크(220)를 수신하거나 판독하는 것이 가능하다.
비디오 프로세서(200)는 비디오 신호들을 본 발명의 제어기(230)에 제공한다. 제어기(230)는 비디오 프로세서(200)로부터 제어 신호들을 수신할 수 있다. 제어기(230)는 또한 비디오 프로세서(200)로 제어 신호들을 보낼 수 있다. 제어기(230)는 또한 메모리 유닛(210)을 통해 비디오 프로세서(200)로 결합된다. 비디오 프로세서(200) 및 제어기(230)는 종래의 운영 시스템 소프트웨어(도시되지 않음)를 사용하여 동작한다.
보다 완전하게 설명될 바와 같이, 제어기(230)는 비디오 신호들에 존재하는 알려진 트레이닝 시퀀스들을 사용하여 타이밍 에러의 값을 복구할 수 있다. 제어기(230)는 또한 디지털 비디오 신호들 내에서 발생하는 타이밍 에러의 값과 관련된 정보를 메모리 유닛(210) 내에 저장할 수 있다. 비디오 프로세서(200)는 사용자 요청에 응답하여 메모리 유닛(210)에 저장된 타이밍 에러 정보를 액세스하고 타이밍 에러 정보를 디스플레이 유닛(115)으로 출력할 수 있다(도 1에 도시됨).
제어기(230)는 타이밍 에러 복구 모듈(240)을 포함한다. 타이밍 에러 복구 모듈(240)은 본 발명의 방법의 단계들을 수행할 수 있는 컴퓨터 소프트웨어(250)를 포함한다. 제어기(230) 및 컴퓨터 소프트웨어(250)는 모두 본 발명을 수행할 수 있는 타이밍 에러 제어기를 포함한다. 제어기(230) 내에 저장된 (또는 메모리유닛(210) 내에 저장된) 컴퓨터 소프트웨어(250)의 명령들의 지시 하에서, 제어기(230)는 본 발명의 방법에 따라 타이밍 에러의 값들을 검출할 수 있다. 제어기(230)와 컴퓨터 소프트웨어(250)의 동작을 이해하기 위해, 본 발명의 방법 단계들이 어떻게 수행되는지가 이해되어야 한다.
제어기(230) 및 타이밍 에러 복구 모듈(240)은 비디오 프로세서(200)로부터 비디오 신호 데이터를 수신한다. 수신된 데이터는 비디오 신호 데이터 스트림에서 주기적으로 전송되는 알려진 트레이닝 시퀀스를 포함한다. 시간 t1에서 수신된 트레이닝 시퀀스 주변의 수신된 데이터는 다음과 같이 기술될 수 있다.
[수학식 1]
여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내며 h1(t)는 시간 t1에서의 채널 임펄스 응답을 나타낸다. e1(t)의 항은 트레이닝 시퀀스가 송신되는 전후로 송신되는 데이터의 다중경로 효과들 때문에 생기는 채널 노이즈 및 부가적인 에러를 위해 계산되는 에러항을 나타낸다. T 항은 송신기의 클록 주기를 나타낸다. 채널이 시간 변화 채널이기 때문에, 채널 임펄스 h(t)는 제 1 트레이닝 시퀀스의 전송 시간과 다음의 트레이닝 시퀀스의 전송 시간 사이에서 변화할 수 있다.
송신기의 클록 주기 T는 정확하게 알려지지 않았다. 그러나, 클록 주기 T의 값은 근사적으로 알려져 있다. 제어기(230)는 송신기의 클록 주기가 T2와 동일하다고 가정하며, 여기서 T2는 실질적인 클록 주기 T와 근사적으로 동일한 값이다.
제어기(230)는 이후 T2의 레이트로 수학식 1의 데이터를 샘플링한다. 샘플링의 결과는 다음과 같다.
[수학식 2]
T2의 값이 T의 값과 다르면, 이후 수신기는 송신기 클록과 동기화되지 않을 것이다. 이후 송신된 데이터는 수신기에 의해 정확하게 복구될 수 없다.
가정된 클록 주기 T2를 사용하여 제어기(230)는 다음 트레이닝 시퀀스가 수신될 대략적인 시간을 계산할 수 있다. 트레이닝 시퀀스의 다음 발생은 이상적으로 M 번의 T와 동일한 시간 주기의 흐름 후에 발생할 것이며, 문자 M은 각 연속적인 트레이닝 시퀀스 사이의 알려진 수의 심볼들을 나타낸다. 이것은 각 심볼이 송신에 대하여 하나의 클록 주기 T를 요구하기 때문이다. 제어기(230)는 M의 정확한 값을 알지만 T의 정확한 값은 알지 못한다. 그러나, 제어기(230)는 M번의 T2와 동일한 값을 계산하는 것에 의해 타이밍 시퀀스가 발생하는 다음 시간에 대한 대략적인 값을 계산할 수 있다.
"타이밍 에러"는 시간 주기 M 번의 T와 시간 주기 M번의 T2사이의 시간차로 정의된다. 타이밍 에러는 그리스 문자 "타우"(τ)에 의해 표현된다.
[수학식 3]
제어기(230)는 이후 시간 t2에서 수신된 다음의 트레이닝 시퀀스 주변의 데이터를 수신한다. 이러한 데이터는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
타이밍 에러 τ의 값이 결정된다. 타이밍 에러 τ의 값이 결정된 후, 송신기 클록 주기 T의 값이 알려진 값들 M 및 T2를 사용하여 수학식 3으로부터 얻어질 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법은 타이밍 에러 τ를 결정하기 위해 차분 기술을 사용한다. "차분(differential)"이라는 용어는 본 발명의 장치 및 방법이 제 1 트레이닝 시퀀스의 도착 시간과 다음의 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 사이의 차이를 찾고 사용한다는 사실을 나타낸다.
채널이 동적 채널이면, 이후 h1(t)의 값은 h2(t)의 값과 같지 않을 것이다. 그러나 타이밍 에러 타의 값에 대해 상대적으로 느리게 변화하는 채널에 대하여 h1(t)와 h2(t)는 작은 양에 의해 달라진다는 것이 가정될 수 있다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
△h(t)가 h1(t)와 h2(t)가 다른 것에 의한 작은 양을 나타낸다. 수학식 5를 수학식 4로 바꾸면 다음과 같다.
[수학식 6]
여기서 e3(nT2)는 e2(nT2)의 합이며 트레이닝 시퀀스 ak를 갖는 Δh(t)의 컨벌루션과 동일한 항이다. 즉,
[수학식 7]
여기서 심볼 ⓧ은 컨벌루션 연산을 나타낸다.
주파수 영역 수학식 2는 다음의 형태를 갖는다.
[수학식 8]
여기서 P(ejw)는 h1을 포함하는 수학식 2의 합계 항의 주파수 영역 표현이다. E1(ejw) 항은 수학식 2의 e1(nT2) 항의 주파수 영역 표현이다.
주파수 영역에서 수학식 6은 다음의 형태를 갖는다.
[수학식 9]
여기서 P(ejw)는 h1을 포함하는 수학식 6의 합계 항의 주파수 영역 표현이다. ejwτ는 타이밍 에러 τ를 포함하는 수학식 6에서의 항의 주파수 영역 표현이다. E3(ejw)항은 수학식 6에서 e3(nT2) 항의 주파수 영역 표현이다.
수신된 신호의 복소수 교차 파워 스펙트럼이 Y2(ejw)를 Y1(ejw)에 곱함으로써 계산될 수 있다. 특히,
[수학식 10]
여기서 E4(ejw)는 ejw의 함수들인 항들의 주파수 영역 표현이다. 교차 전원 밀도 스펙트럼의 위상은 타이밍 에러 τ의 값과 E4(ejw)의 값에 의존한다.
수학식 10의 교차 전원 밀도 스펙트럼의 위상이 고려될 때, 구별될 수 있는 두개의 위상 구성 요소들이 있다. 제 1 위상 구성 요소는 타이밍 에러 τ 때문인 결정적인 위상 구성 요소이다. 제 2 위상 구성 요소는 E4(ejw) 때문인 랜덤 위상 구성 요소이다. E4(ejw) 때문인 위상과 타이밍 에러 τ때문인 위상은 총 위상을 얻기위해 직접적으로 부가될 수 없다.
E4(ejw)가 랜덤하게 가정될 수 있으며, 이후 E4(ejw)로 인한 평균 위상 분포는 위상 분포의 무시할만한 평균값을 가지며 랜덤화되는 것으로 가정될 수 있다. 따라서 타이밍 에러 τ는 수학식 10의 교차 전원 밀도 스펙트럼의 평균 위상을 찾는 것에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명의 한 유익한 실시예에서, 복소수 교차 파워 스펙트럼은 FFT(Fast Fourier Transform) 유닛들을 사용하여 계산될 수 있다. N-포인트 FFT 유닛이 복소수 교차 파워 스펙트럼 Y(k)를 계산하는데 사용된다고 가정한다. 이후 타이밍 에러 타는 다음과 같이 FFT의 각 주파수 빈(frequency bin)의 위상의 평균을 찾는 것에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 11]
여기서 C는 스케일링 펙터이다.
타이밍 에러 τ가 결정되고 난 후, 클록 레이트 에러(즉, T와 T2사이의 차이)가 수학식 3으로부터 계산될 수 있다. 이후 송신기 클록 레이트 T가 T2의 값이 알려졌으므로 결정될 수 있다.
본 발명이 대안의 유익한 실시예에서, 타이밍 에러 τ의 값은 숫자 미분을 사용하여 결정될 수 있다. 숫자 미분 방법은 ω에 대한 수학식 10의 교차 파워 스펙트럼의 각도의 미분이 타이밍 에러 τ에 대한 대략적인 값을 산출한다는 사실을이용한다. 그러므로, 타이밍 에러 τ는 식을 사용하여 얻어질 수 있다:
[수학식 12]
여기서 C는 스케일링 펙터이며 f(.)는 2π 연산들 때문에 생기는 불연속성을 보정하기 위한 함수이다. 각도 변화가 전형적으로 [-π, π]의 범위이기 때문에, 수학식(11) 및 수학식(12)는 일반적으로 2π 연산들이다.
결과적으로, 타이밍 에러 τ의 계산은 에러가 많은 계산으로 둘러싸일 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위해 타이밍 에러 τ의 계산이 타이밍 에러 τ의 평균값이 계산되기 전에 FFT의 각각의 주파수 빈에서 벗겨질 수 있다.
본 발명의 다른 대안의 유익한 실시예에서, 타이밍 에러 τ의 값이 시간 영역의 수학식 2의 y1(nT2)과 수학식 6의 y2(nT2)의 교차 보정을 먼저 계산하는 것에 의해 결정될 수 있다. 이후 교차 보정의 결과가 주파수 영역의 복소수 교차 파워 스펙트럼 Y(k)를 얻기 위해 FFT 유닛으로 제공된다. 타이밍 에러는 이후 위에서 설명된 방법들 중 하나를 사용하여 Y(k)로부터 결정된다.
도 3은 타이밍 에러 복구 모듈(240) 내의 제어기(230)에서 수행되는 연산들을 도시하는 블럭도이다. 제어기(230)는 도 3에 도시된 연산들을 수행하기 위하여 컴퓨터 소프트웨어(250) 내에 저장된 방법 단계들을 수행한다. 트레이닝 시퀀스 추출 유닛(310)은 데이터를 수신하고 시간 t1에서 수신된 제 1 트레이닝 시퀀스 주변의 데이터를 추출한다. 이러한 데이터를 y1(nT2)로 표시한다. y1(nT2) 데이터는 데이터가 주파수 영역으로 변환되는 FFT 유닛(320)으로 제공된다. y1(nT2) 데이터를 위한 FFT 유닛(320)의 출력은 Y1(ejw)이다.
트레이닝 시퀀스 추출 유닛(310)은 데이터를 수신하고 시간 t2에서 수신된 다음의 트레이닝 시퀀스 주변의 데이터를 추출한다. 이러한 데이터는 y2(nT2)로 표시한다. y2(nT2) 데이터는 데이터가 주파수 영역으로 변환되는 FFT 유닛(330)으로 제공된다. y2(nT2) 데이터를 위한 FFT 유닛(330)의 출력은 Y2(ejw)이다.
두개의 FFT 유닛들(320 및 330)이 명료함을 위해 도 3에 개별적인 유닛들로서 도시된다. 본 발명이 대안의 유익한 실시예에서, FFT 유닛(320) 및 FFT 유닛(330)은 단일 유닛으로 수행될 수 있다.
FFT 유닛(330)의 출력 Y2(ejw)은 공액 유닛(350)에서 그의 공액 복소수 값으로 변환된다. 곱셈기 유닛(340)에서 FFT 유닛(320)의 출력 Y1(ejw)는 복소수 교차 파워 스펙트럼 Y1(ejw)Y2(e-jw)을 얻기 위하여 공액 유닛(350)으로부터의 공액 복소수 값 Y2(e-jw)와 곱해진다. 복소수 교차 파워 스펙트럼이 이후 에러 계산 유닛(360)으로 제공된다.
에러 계산 유닛(360)은 이전에 설명된 방법으로 복소수 교차 파워 스펙트럼의 위상으로부터 타이밍 에러 τ를 결정한다. 에러 계산 유닛(360)의 출력은 타이밍 에러 τ를 나타내는 타이밍 에러 신호를 제공하기 위해 필터(370)에서 필터링된다. 송신기 클록 레이트 T가 이후 이전에 설명된 방법으로 타이밍 에러 τ로부터 결정된다.
도 4는 본 발명의 한 유익한 실시예의 방법의 단계들을 도시하는 흐름도를 도시한다. 단계들은 집합적으로 참조 번호 400으로 나타낸다.
제어기(230)는 y1데이터의 시간 영역 표현을 주파수 영역 표현 Y1(ejw)로 변환한다(단계 450). 제어기(230)는 y2데이터의 시간 영역 표현을 주파수 영역 표현 Y2(ejw)로 변환한다(단계 460). 이러한 설명에서 단계(450)는 명확성의 목적들을 위한 앞선 단계(460)로서 설명되었다. 실제적인 단계(450) 및 단계(460)은 유사하게 수행될 수 있다.
제어기(230)는 이후 앞서 설명된 방법으로 Y2(ejw)의 공액 복소수를 Y1(ejw)에 곱하는 것에 의해 복소수 교차 파워 스펙트럼을 계산한다(단계 470). 제어기(230)는 이후 복소수 교차 파워 스펙트럼의 평균 위상으로부터 타이밍 에러 τ를 계산한다(단계 480). 마지막으로, 제어기(230)는 타이밍 에러 τ의 계산된 값과 M 및 T2의알려진 값들로부터 송신기 클럭 주기 T를 계산한다(단계 490).
도 5는 본 발명의 원리들에 따라 얻어진 검출된 타이밍 에러 정보가 실질적인 타이밍 에러 정보에 대하여 그래프를 그리는 시뮬레이션의 결과들을 도시하는 그래프이다. 도 5에 도시된 그래프는 이하에 설명되는 MATLAB 코드를 사용하여 생성된 시뮬레이션으로부터 얻어진 결과들을 나타낸다.
시뮬레이션은 ATSC 8-VSB 디지털 텔레비전 표준 채널을 표현하였다. ATSC 8-VSB 표준에서 길이가 700개의 심볼들인 트레이닝 시퀀스(또는 "필드 싱크")가 일반적인 간격들에서 송신된다. 각 필드 싱크는 832 번의 313과 동일한 다수의 심볼들에 의해 분리된다. 그러므로 M의 값(즉, 각 연속적인 트레이닝 시퀀스 사이의 심볼들의 알려진 수)은 260,416과 동일하다. 수신기는 10.76MHz인 송신기의 대략적인 클록 레이트를 가정한다. 이러한 값은 92.9 나노초와 동일한 T2의 값과 대응한다.
도 5는 몇몇의 타이밍 에러들에 대한 시뮬레이션들의 결과들을 디스플레이한다. h1(t)에 대해 채널 임펄스는 시간 t1에서 응답하고, 시뮬레이션은 [1 0 -1 0 0.5]의 값을 사용한다. h2(t)에 대해 채널 임펄스는 시간 t2에서 응답하고, 시뮬레이션은 h1(t)과 동적 채널을 시뮬레이트하기 위한 랜덤 구성 요소의 합과 동일한 값을 사용한다. 각 포인트는 h2(t)에 대한 상이한 값을 사용하여 생성된다. 예를 들어, 시뮬레이션의 한 포인트에서 h2(t)의 값은 [0.603 -0.096 -1.082 -0.1782 0.885]였다. 랜덤 노이즈 구성 요소는 또한 10 데시벨(10dB)의 신호대 잡음비(SNR)를 제공하기 위해 부가되었다.
도 5를 참조로 보여진 바와 같이, 본 발명의 방법은 타이밍 에러의 매우 좋은 복구를 제공한다. 대략적으로 5ppm의 타이밍 에러 정확성은 전형적으로 관찰된다. 각 주파수 빈에서의 타이밍 에러는 시간적 미분을 사용하여 검출되었다. 계산의 각도는 채널 손상들의 효과를 줄이기 위해 간단한 이동 평균 필터를 사용하여 미리 필터링되었다.
도 5의 그래프에 도시된 시뮬레이션을 생성하기 위해 사용된 MATLAB 코드는 다음과 같다.
본 발명이 그의 어떠한 실시예들에 대하여 상세하게 설명되었지만, 당업자는 그들이 발명의 가장 넓은 형태로 그 개념과 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 다양한 변화들, 대체들 변경들, 대안들 및 적응들을 만들 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (17)

  1. 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러의 추정을 결정하기 위한 장치에 있어서, 상기 디지털 신호 수신기에서 제 1 트레이닝 시퀀스의 도착 시간과 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 사이의 차이로부터 타이밍 에러의 상기 추정을 결정할 수 있는 타이밍 에러 제어기를 포함하는, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는 시간 t1에서 수신된 상기 제 1 트레이닝 시퀀스 주변의 y1데이터를 추출할 수 있고, 상기 y1데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내고, h1(t)는 시간 t1에서의 채널 임펄스 응답을 나타내고, e1(t)는 에러 항을 나타내고, T는 송신기의 클록 주기를 나타내고, 상기 타이밍 에러 제어기는,
    와 같이 표현된 샘플링된 y1데이터를 얻기 위하여 상기 송신기의 상기 클록 주기의 상기 값 T와 대략적으로 동일한, 레이트 T2로 상기 y1데이터를 샘플링할 수 있는, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는 상기 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 t2를 계산할 수 있고, 시간 t2에서 수신된 상기 제 2 트레이닝 시퀀스 주변의 y2데이터를 추출할 수 있고, 상기 y2데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내고, h2(t)는 시간 t2에서의 채널 임펄스 응답을 나타내고, e2(nT2)는 에러 항을 나타내고, T는 상기 송신기의 클록 주기를 나타내고, τ는 상기 타이밍 에러를 나타내는, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는 시간 t1에서 상기 채널 임펄스 응답 h1(t)의 항들로 상기 y2(nT2) 데이터를 얻을 수 있고, 상기 y2(nT2) 데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 e3(nT2)는 e2(nT2) 더하기 △h(t)ⓧ ak와 동일한 에러 항을 나타내고, △h(t)는 h1(t)와 h2(t) 사이의 차이이고, ⓧ는 컨벌루션 연산을나타내는, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는,
    의 시간 영역 표현을
    의 주파수 영역 표현으로 변환할 수 있고, 여기서 P(ejw)는,의 주파수 영역 표현이고, E1(ejw)는 e1(nT2) 항의 주파수 영역 표현이고,
    상기 타이밍 에러 제어기는,
    의 시간 영역 표현을
    의 주파수 영역 표현으로 변환할 수 있고, 여기서, P(ejw)ejwτ은의 주파수 영역 표현이고, E3(ejw)는 e3(nT2) 항의 주파수 영역 표현인, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는과 동일한 복소수 교차 파워 스펙트럼(complex cross power spectrum)을 계산하기 위하여 상기 주파수 영역 표현 Y2(ejw)의 공액 복소수를 상기 주파수 영역 표현 Y1(ejw)과 곱할 수 있고, 여기서 E4(ejw)는 ejw의 함수들인 항들의 주파수 영역 표현인, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는 상기 복소수 교차 파워 스펙트럼의 평균 위상을 결정하는 것에 의해 상기 타이밍 에러 τ의 값을 결정할 수 있는, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는,
    을 계산하여 상기 복소수 교차 파워 스펙트럼 Y(k)를 계산하는 N-포인트 FFT(FastFourier Transform) 유닛의 각각의 주파수 빈(frequency bin)의 위상의 평균을 찾음으로써 상기 타이밍 에러 τ의 상기 값을 결정할 수 있으며, 여기서 C는 스케일링 펙터인, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는,
    을 계산하는 것에 의해 상기 복소수 교차 파워 스펙트럼 Y(k)를 계산하는 N-포인트 FFT 유닛의 각각의 주파수 빈의 위상의 평균을 찾음으로써 상기 타이밍 에러 τ의 상기 값을 결정할 수 있으며, 여기서 C는 스케일링 펙터이고, f(.)는 모듈로 2π 연산들(modulo 2πoperations)에 의한 불연속성을 보상하기 위한 함수인, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러 제어기는,
    을 사용하여 상기 송신기 클럭 주기의 값 T를 결정할 수 있고, 여기서 상기 타이밍 에러 τ의 상기 값은 알려져 있고, M 은 상기 제 1 트레이닝 시퀀스와 상기 제 2 트레이닝 시퀀스 사이의 심볼들의 알려진 개수를 나타내며, T2는 상기 송신기 클록주기 T의 대략적인 값의 알려진 값을 나타내는, 타이밍 에러 추정 결정 장치.
  11. 디지털 수신기 시스템의 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러의 추정을 결정하기 위한 장치를 포함하는 상기 디지털 수신기 시스템에 있어서, 상기 장치는 상기 디지털 신호 수신기에서의 제 1 트레이닝 시퀀스의 도착 시간과 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 사이의 차이로부터 상기 타이밍 에러의 추정을 결정할 수 있는 타이밍 에러 제어기를 포함하는, 디지털 수신기 시스템.
  12. 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러의 추정을 결정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 디지털 신호 수신기의 제 1 트레이닝 시퀀스의 도착 시간과 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 사이의 차이로부터 상기 타이밍 에러의 추정을 결정하는 단계를 포함하는, 타이밍 에러 추정 결정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    타이밍 에러의 상기 추정을 결정하는 상기 단계는,
    시간 t1에서 수신된 상기 제 1 트레이닝 시퀀스 주변의 y1데이터를 추출하는 단계로서, 상기 y1데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내고, h1(t)는 시간t1에서의 채널 임펄스 응답을 나타내고, e1(t)는 에러 항을 나타내고, T는 송신기의 클록 주기를 나타내고,
    와 같이 표현된 샘플링된 y1데이터를 얻기 위하여, 상기 송신기의 상기 클록 주기의 상기 값 T와 대략적으로 동일한, 레이트 T2로 상기 y1데이터를 샘플링하는 단계를 포함하는, 타이밍 에러 추정 결정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 t2를 계산하는 단계와,
    시간 t2에서 수신된 상기 제 2 트레이닝 시퀀스 주변의 y2데이터를 추출하는 단계로서, 상기 y2데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내고, h2(t)는 시간 t2에서의 채널 임펄스 응답을 나타내고, e2(nT2)는 에러 항을 나타내고, T는 상기 송신기의 클록 주기를 나타내고, τ는 상기 타이밍 에러를 나타내는, 상기 추출 단계를 더 포함하는, 타이밍 에러 추정 결정 방법.
  15. 디지털 신호 수신기에서 타이밍 에러의 추정을 결정하기 위해, 컴퓨터 판독가능한 저장 매체(320) 상에 저장된, 컴퓨터 실행가능한 프로세스 단계들에 있어서, 상기 디지털 신호 수신기에서의 제 1 트레이닝 시퀀스의 도착 시간과 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 사이의 차이로부터 상기 타이밍 에러의 추정을 결정하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 실행가능한 프로세스 단계들.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 타이밍 에러의 추정을 결정하는 단계는,
    시간 t1에서 수신된 상기 제 1 트레이닝 시퀀스 주변의 y1데이터를 추출하는 단계로서, 상기 y1데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내고, h1(t)는 시간 t1에서의 채널 임펄스 응답을 나타내고, e1(t)는 에러 항을 나타내고, T는 송신기의 클록 주기를 나타내고,
    와 같이 표현된 샘플링된 y1데이터를 얻기 위하여, 상기 송신기의 상기 클록 주기의 상기 값 T와 대략적으로 동일한, 레이트 T2로 상기 y1데이터를 샘플링하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 실행가능한 프로세스 단계들.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 트레이닝 시퀀스의 도착 시간 t2를 계산하는 단계와,
    시간 t2에서 수신된 상기 제 2 트레이닝 시퀀스 주변의 y2데이터를 추출하는 단계로서, 상기 y2데이터는,
    과 같이 표현되고, 여기서 ak는 트레이닝 시퀀스를 나타내고, h2(t)는 시간 t2에서의 채널 임펄스 응답을 나타내고, e2(nT2)는 에러 항을 나타내고, T는 상기 송신기의 클록 주기를 나타내고, τ는 상기 타이밍 에러를 나타내는, 상기 추출 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 실행가능한 프로세스 단계들.
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