KR20040059226A - 디지탈 ｔｖ 수신기의 극성 보정 장치 - Google Patents

디지탈 ｔｖ 수신기의 극성 보정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 TV 수신기로 수신된 방송 데이터의 복조시 반송파 복조기의 특성상 데이터의 극성이 반전되는 경우 이를 판단하여 보정하는 디지탈 TV 수신기의 극성 보정 장치에 관한 것으로서, 특히 반송파 복구가 이루어진 실수 신호와 직교 신호의 직류 성분을 이용하여 반송파의 수렴 위상을 판단하고 상기 반송파가 항상 0°로 수렴하도록 보정함으로써, 송신부에서 전달하고자 하는 정보 신호가 직교 신호 성분에 존재하는 경우 또는, 반송파의 수렴 위상이 실수 신호와 이의 직교 신호로 서로 뒤바뀌게 되는 경우에도 항상 0°로 수렴하도록 한다. 따라서, 반송파 복구부에 사용되는 알고리즘이 FPLL이 아닌 다른 알고리즘을 사용하여도, 반송파 복구부의 반송파 신호의 수렴 위상에 관계없이 수신기가 잘 동작하는 효과가 있다.

Description

디지탈 ＴＶ 수신기의 극성 보정 장치{APPARATUS FOR CORRECTING POLARITY IN DIGITAL TV RECEIVER}
본 발명은 디지털 TV 수신기에 관한 것으로서, 특히 수신된 방송 데이터의 복조시 반송파 복조기의 특성상 데이터의 극성(Polarity)이 반전되는 경우 이를 판단하여 보정하는 디지탈 TV 수신기의 극성 보정 장치에 관한 것이다.
현재 한국 및 미국의 디지털 TV(DTV) 방송 규격으로 채택된 잔류측파대(VSB) 방식은 기존의 아날로그 TV 방송용으로 할당된 주파수를 이용하여 방송 신호를 보내도록 되어 있다. 이때, 기존의 아날로그 TV 방송에 주는 영향을 최소화하기 위하여 DTV 신호의 세기를 아날로그 TV 신호 세기에 비해 아주 작은 크기로 전송한다.물론 DTV 신호 내에는 잡음의 영향을 줄이기 위하여 여러 가지 부호화 방식 및 채널 등화기 등이 사용되어 신호의 세기가 작더라도 DTV 신호의 수신에는 문제가 없도록 규격이 결정되어 있다.
그러나 전송 채널의 상황이 아주 열악하면 신호를 수신할 수 없다. DTV 전송 방식은 방송 수신시 전송 채널상에서 발생하는 잡음을 완전히 제거하여 전혀 잡음이 없는 화면을 볼 수 있는 장점이 있는 반면, 전송 신호를 완전히 복원하지 못하면 화면을 아예 볼 수 없다는 단점이 있으므로 수신기는 어떠한 열악한 전송 채널을 통과한 신호라 하더라도 모두 수신할 수 있도록 하여야 한다. 그런데, 실제 상황에서는 여러가지 제약 조건 때문에 완벽한 수신기를 구성하는 것은 불가능하다. 하지만 가능한 한 많은 상황에서 수신을 할 수 있도록 구성되어야 한다.
도 1은 현재 미국 및 한국의 디지탈 TV 전송 방식으로 채택된 ATSC 8VSB 전송 방식을 수신하는 디지털 TV 수신기의 구성 블록도로서, VSB 방식으로 변조된 RF(Radio Frequency) 신호가 안테나(101)를 통해 수신되면 튜너(102)는 사용자가 원하는 특정 채널 주파수만을 선택한 후 상기 선택된 채널 주파수에 실려진 RF 대역의 VSB 신호를 제 1 중간 주파수(IF) 대역으로 변환하여 아날로그 처리부(103)로 출력한다. 상기 아날로그 처리부(103)는 상기 튜너(102)에서 출력되는 제 1 IF 신호에 통과대역 필터링 및 이득 등을 제어하여 상기 제 1 IF 신호를 제 2 IF 신호로 변환하여 A/D 변환부(104)로 출력한다. 상기 A/D 변환부(104)는 제 2 IF 신호를 디지털화하여 위상 분리기(105)로 출력한다.
상기 위상 분리기(105)는 상기 디지털 신호를 위상이 서로 -90°가 되는 실수 성분과 허수 성분의 통과대역 신호로 분리하여 반송파 복구부(106)로 출력한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 위상 분리기(105)에서 출력되는 실수 성분의 신호를 I 신호라 하고, 허수 성분의 신호를 Q 신호라 한다.
상기 반송파 복구부(106)는 상기 위상 분리기(105)에서 출력되는 I,Q 통과대역 디지털 신호를 I,Q 기저대역 디지털 신호로 천이한 후 극성 보정부(107)로 출력한다.
즉, 상기 반송파 복구부(106)의 출력 신호는 사용하는 알고리즘에 따라 여러 가지 위상에서 수렴할 수가 있다. 이러한 경우 후단의 디지탈 블럭에서 정상적인 동작을 할 수 있도록 하기 위하여 상기 극성 보정부(107)는 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 신호의 극성을 보정하여 항상 수렴 위상이 0°이 되도록 한다. 상기 극성 보정부(107)의 출력은 동기화부(synchronizer, 108)로 출력됨과 동시에, 채널 등화, 위상 추적, 에러 정정등을 위해 디지털 처리부(109)로 출력된다.
한편, 상기된 도 1에서 반송파 복구부(106)의 출력이 극성 보정부(107)에 입력되는데, 디지털 TV 수신기에 사용되는 반송파 복구부(106)의 알고리즘에 따라 반송파의 수렴 위상이 변하게 된다. 예를 들어, 미국의 디지탈 TV 신호의 규격인 ATSC 규격에 제안되어 있는 반송파 복구 알고리즘인 FPLL(frequency & phase locked loop)를 사용한 경우는 반송파의 수렴 위상이 0°또는 180°에서 수렴 할 수 있다. 또한, 다른 알고리즘을 사용한 경우는 위상이 0° 또는 180°뿐 아니라 90°또는 270°에서 수렴할 수도 있다.
그러나, 자사 및 타사에서 흔히 사용한 반송파 복구부의 알고리즘은 미국의 디지탈 TV 신호의 규격인 ATSC 규격에 제안되어 있는 반송파 복구 알고리즘인 FPLL을 가장 많이 사용하고 있다. 이는 FPLL 방식이 구조가 간단하면서 우수한 성능을 갖고 있기 때문이다. 따라서, 이에 따른 극성 보정부(107)의 역할은 0°또는 180°인 경우에만 극성 보정이 가능하도록 설계되어 있다. 즉, 반송파의 수렴 위상이 0°또는 180°인 경우는 단순히 신호의 부호(+/-)가 변하므로, 극성 보정부(107)에서 이를 보정하였다.
그러나, 상기 반송파 복구부가 FPLL이 아닌 다른 알고리즘을 사용한 경우, 반송파의 위상은 0°또는, 180°뿐 아니라 90°또는 270°에서 수렴할 수도 있는데, 상기 극성 보정부(107)는 반송파의 위상이 90°또는 270°에서 수렴하는 경우에는 극성을 보정하지 못하는 문제점이 있었다.
즉, 반송파의 수렴 위상이 0°또는 180°인 경우는 부호뿐 아니라 실수 신호(real signal)와 이의 직교 신호(quadrature signal)가 서로 뒤바뀌게 되는데, 상기 극성 보정부(107)는 실수신호만을 사용하여 극성을 보정하였으므로, 정확한 극성 보정이 이루어지지 않았으며, 또한 송신부에서 전달하고자 하는 정보 신호가 직교 신호 성분에 존재하는 경우에도 이를 보정할 수 없었다. 이러한 경우 디지털 TV 수신기가 정상적인 동작을 하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 디지털 TV 수신기 내에 있는 반송파 복구부의 특성상 발생하는 극성의 변화를 판단하여 반송파의 수렴 위상이 0°, 90°, 180°그리고, 270°에서도 항상 0°로 수렴이 가능하도록 보정함으로써, 수신기 전체의 성능을 향상시키는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 실수 신호(real signal)뿐 아니라 이의 직교 신호(quadrature signal)까지 사용하여 반송파의 수렴 위상을 판단하고 보정하는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 디지털 TV 수신기의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치의 구성 블록도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
201 : 제 1 직류 검출기 202 : 제 2 직류 검출기
203 : 극성 판단부 204 : 극성 보정부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치는, 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호의 직류 성분을 검출하는 제 1 직류 검출기와, 상기 기저대역 직교신호의 직류 성분을 검출하는 제 2 직류 검출기와, 상기 제 1, 제 2 직류 검출기에서 출력되는 두 직류 성분의 크기 및 부호를 이용하여 상기 반송파 복구부의 반송파 수렴 위상을 판단하는 극성 판단부와, 상기 극성 판단부의 판단 결과에 따라 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수, 직교신호의 극성을 보정한 후 데이터 복구를 위해 출력하는 극성 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 크고, 상기 실수신호 직류성분의 부호가 '+'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 0°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호와 직교신호를 그대로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 크고, 상기 실수신호 직류성분의 부호가 '-'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 180°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호와 직교신호를 각각 반전시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 작고, 상기 직교신호 직류성분의 부호가 '+'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 90°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호를 직교신호로 변환하여 출력하고, 상기 직교신호는 반전된 실수신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 작고, 상기 직교신호 직류성분의 부호가 '-'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 270°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호를 반전된 직교신호로 변환하여 출력하고, 상기 직교신호는 실수신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 반송파 복구부가 FPLL이 아닌 다른 여러가지 알고리즘을 사용하는 경우에도 즉, 반송파의 수렴 위상이 0°, 90°, 180°그리고, 270°에서도 항상 0°로 수렴이 가능하도록 하는데 그 특징이 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 극성 보정 장치의 구성 블록도로서, 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 기저대역 실수신호 i(t)의 직류성분을 검출하는 제 1 직류 검출기(201), 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 기저대역 직교신호 q(t)의 직류성분을 검출하는 제 2 직류 검출기(202), 상기 제 1, 제 2 직류 검출기(202)에서 출력되는 두 직류 성분의 크기 및 극성을 이용하여 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 반송파의 수렴 위상을 판단하는 극성 판단부(203), 및 상기 극성 판단부(203)의 판단 결과에 따라 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 기저대역 실수, 직교신호 i(t),q(t)의 수렴 위상이 항상 0°가 되도록 보정하는 극성 보정부(204)로 구성된다.
본 발명에서는 반송파의 수렴 위상과 반송파의 극성을 같은 의미로 사용하며, 혼용하여 설명한다.
이와 같이 구성된 본 발명은, 먼저 통과 대역(passband)의 두 신호, 즉 실수 신호(real signal)와 직교신호(quadrature signal)가 반송파 복구부(106)를 거치면, 기저대역의 실수신호 i(t)와 직교신호 q(t)로 변환된다. 이때, 상기 기저 대역의 두 신호 i(t),q(t)는 반송파 복구가 완료되어 완전히 기저 대역 신호로 변형되었지만 상기 반송파 복구부(106)의 알고리즘으로 인해 수렴 위상에 따른 성분이 남아 있다. 이 수렴 위상을 판단하기 위하여 기저대역의 실수 신호 i(t)는 제 1 직류검출기(201)로 입력되고, 직교 신호 q(t)는 제 2 직류 검출기(202)로 입력된다.
상기 제 1 직류 검출기(201)는 기저대역의 실수 신호 i(t)의 직류(dc) 성분을 검출하여 극성 판단부(204)로 출력하고, 제 2 직류 검출기(202)는 기저대역의 직교 신호 q(t)의 직류(dc) 성분을 검출하여 극성 판단부(204)로 출력한다.
상기 극성 판단부(204)는 검출된 두개의 직류 성분을 이용하여 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 신호의 극성을 판단하는데, 이때 4가지 경우에 대한 판단을 하게 된다. 즉, 상기 극성 판단부(203)에서 판단되는 극성은 0°, 90°, 180°그리고, 270°에 해당하는 반송파의 수렴 위상이다. 상기 극성 판단부(203)의 극성 판단 동작은 하기의 표 1과 같다.
판단 기준 1 판단 기준 2 판단 극성
직류 신호의 크기 직류 신호의 극성
|실수신호 직류성분| > |직교신호 직류성분| 실수신호 직류성분의 극성 = '+' 0°
실수신호 직류성분의 극성 = '-' 180°
|실수신호 직류성분| < |직교신호 직류성분| 직교신호 직류성분의 극성 = '+' 90°
직교신호 직류성분의 극성 = '-' 270°
즉, 상기된 표 1에는 두개의 판단 기준이 있는데, 실수 신호의 직류 성분과 직교 신호의 직류 성분의 크기로 극성을 판단하는 판단기준 1과, 크기가 큰 직류 성분의 부호로 극성을 판단하는 판단 기준 2가 있다. 예를 들어, |실수신호 직류성분| > |직교신호 직류성분|이면서, 실수신호 직류성분의 극성이 '+'이면 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 신호는 0°의 극성을 갖는다고 판단하고, |실수신호 직류성분| > |직교신호 직류성분|이면서, 실수신호 직류성분의 극성이 '-'이면 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 신호는 180°의 극성을 갖는다고 판단한다.또한, |실수신호 직류성분| < |직교신호 직류성분|이면서, 직교신호 직류성분의 극성이 '+'이면 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 신호는 90°의 극성을 갖는다고 판단하고, |실수신호 직류성분| < |직교신호 직류성분|이면서, 직교신호 직류성분의 극성이 '-'이면 상기 반송파 복구부(106)에서 출력되는 신호는 270°의 극성을 갖는다고 판단한다.
상기 극성 판단부(203)에서 판단된 극성 신호는 극성 보정부(polarity corrector, 204)로 전달되어 반송파 복구부(106)의 출력인 기저 대역 신호 i(t), q(t)의 반송파 수렴 위상이 항상 0°이 되도록 반송파 복구부(106)의 출력 신호의 극성을 보정하여 출력한다.
하기의 표 2는 극성 보정부(204)의 동작을 보여 준다.
판단 극성(수렴 위상) 입력 신호 출력 신호
실수신호 i(t) 직교신호 q(t) 실수신호 i'(t) 직교신호 q'(t)
0° i(t) q(t) i(t) q(t)
90° i(t) q(t) q(t) -i(t)
180° i(t) q(t) -i(t) -q(t)
270° i(t) q(t) -q(t) i(t)
즉, 상기 극성 보정부(204)는 극성 판단부(203)에서 판단된 극성(또는 반송파의 수렴 위상)에 따라 입력되는 두개의 신호 i(t), q(t)의 극성을 변형하여 항상 반송파의 수렴 위상이 0°이 되도록 하여 두개의 출력 신호 i'(t), q'(t)}를 생성한다.
상기 극성 판단부(203)와 극성 보정부(204)의 동작을 수식으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 반송파 복구부(106)에서 출력되는 두개의 기저 대역 신호i(t),q(t)는 다음의 수학식 1과 같다.
여기서, I(t)는 송신부에서 전송하려고 하는 정보 신호이고, Q(t)는 I(t) 신호의 직교 성분이며, p는 반송파 복구부(106)에서 사용하는 반송파 신호 성분인 파일롯(pilot) 성분이다. 또한,는 반송파 복구부(106)의 알고리즘에 따른 수렴 위상이다. 또한, 상기된 수학식 1에 있는 파일롯 신호 성분은 반송파 복구가 완료되어 직류 신호 성분에 존재하게 된다.
따라서, 상기 제 1, 제 2 직류 검출기(201,202)의 출력은 다음의 수학식 2와 같다.
상기 수학식 2와 같이 출력되는 신호를 이용하여 상기 극성 판단부(203)에서 판단한 극성을 상기 수학식 1에 대입하면,
상기 반송파의 수렴 위상이 0°인 경우는 다음의 수학식 3과 같다.
상기 반송파의 수렴 위상이 90°인 경우는 다음의 수학식 4와 같다.
상기 반송파의 수렴 위상이 180°인 경우는 다음의 수학식 5와 같다.
상기 반송파의 수렴 위상이 270°인 경우는 다음의 수학식 6과 같다.
따라서, 상기 극성 보정부(204)에서는 항상 상기된 수학식 3과 같은 신호를 출력하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치는, 반송파 복구가 이루어진 실수 신호와 직교 신호의 직류 성분을 이용하여 반송파의 수렴 위상을 판단하고 상기 반송파가 항상 0°로 수렴하도록 보정함으로써, 송신부에서 전달하고자 하는 정보 신호가 직교 신호 성분에 존재하는 경우 또는, 반송파의 수렴 위상이 실수 신호와 이의 직교 신호로 서로 뒤바뀌게 되는 경우에도 정확한 극성 보정이 이루어지므로, 이러한 경우에도 수신기가 정상적으로 동작하여 수신기의 성능이 향상되는 효과가 있다. 또한 반송파 복구부에 사용되는 알고리즘이 FPLL이 아닌 다른 알고리즘을 사용하여도, 반송파 복구부의 반송파 신호의 수렴 위상에 관계없이 수신기가 잘 동작하는 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 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 통과대역 실수신호와 직교신호를 기저대역 실수신호와 직교신호로 변환하는 반송파 복구부가 구비된 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치에 있어서,
    상기 기저대역 실수신호의 직류 성분을 검출하는 제 1 직류 검출기;
    상기 기저대역 직교신호의 직류 성분을 검출하는 제 2 직류 검출기;
    상기 제 1, 제 2 직류 검출기에서 출력되는 두 직류 성분의 크기 및 부호를 이용하여 상기 반송파 복구부의 반송파 수렴 위상을 판단하는 극성 판단부; 그리고
    상기 극성 판단부의 판단 결과에 따라 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수, 직교신호의 극성을 보정한 후 데이터 복구를 위해 출력하는 극성 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 크고, 상기 실수신호 직류성분의 부호가 '+'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 0°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호와 직교신호를 그대로 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 크고, 상기 실수신호 직류성분의 부호가 '-'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 180°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호와 직교신호를 각각 반전시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 작고, 상기 직교신호 직류성분의 부호가 '+'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 90°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호를 직교신호로 변환하여 출력하고, 상기 직교신호는 반전된 실수신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 극성 판단부는 상기 실수신호의 직류성분의 절대값이 직교신호의 직류성분의 절대값보다 작고, 상기 직교신호 직류성분의 부호가 '-'이면 상기 반송파의 수렴 위상이 270°라고 판단하고, 이때 상기 극성 보정부는 상기 반송파 복구부에서 출력되는 기저대역 실수신호를 반전된 직교신호로 변환하여 출력하고, 상기 직교신호는 실수신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 극성 보정 장치.
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