KR20040070566A - 디지털 티브이 수신기의 반송파 복구 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 TV 수신기의 반송파 복구 장치에 관한 것으로서, 특히 기저대역으로 변환된 I,Q 신호를 각각 제곱한 후 빼줌에 의해 새로운 실수 신호를 생성하고, 상기 기저대역으로 변환된 I,Q 신호를 서로 곱하고 이득을 조정함에 의해 새로운 허수 신호를 생성한 후 새로운 실수 신호와 허수 신호를 이용하여 반송파 복구를 수행함으로써, 송신부에서 입력된 파일롯 신호뿐만 아니라 데이터 구간에 존재하는 반송파 성분도 반송파 복구에 이용할 수 있다. 이로 인해 전송 채널상에 존재하는 심한 고스트 잡음으로 인하여 반송파 신호가 존재하는 주파수가 없어지는 경우에도 반송파 복구가 가능하게 된다.

Description

디지털 티브이 수신기의 반송파 복구 장치{Apparatus for carrier recovering in digital TV receiver}

본 발명은 디지털 TV 수신기에 관한 것으로서, 특히 수신된 데이터로부터 반송파를 복구하는 반송파 복구 장치에 관한 것이다.

현재 한국 및 미국의 디지털 TV(이하, DTV라 칭함.) 방송 규격으로 채택된 잔류 측파대(VSB) 방식은 기존의 아날로그 TV 방송용으로 할당된 주파수를 이용하여 방송 신호를 보내도록 되어 있다. 그러나, 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 제대로 수신할 수 없다. 통상 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.

도 1은 일반적인 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 심볼 클럭 복구를 위해 심볼 클럭 복구부(107)로 출력함과 동시에 실제 데이터 복구를 위해 채널 등화, 위상 추적, 에러 정정등을 수행하는 디지털 처리부(108)로 출력한다.

이때, 도 1을 보면, 모든 아날로그 처리 과정을 거친 신호는 A/D 변환기(104)에서 디지털 신호로 변환된 후 위상 분리기(105)를 거쳐 반송파 복구부(106)로 출력된다. 따라서, 상기 반송파 복구부(106) 후단의 모든 디지털 처리 블록들은 반송파 복구부(106)에서 반송파 복구가 이루어지지 않으면 정상적인 동작을 할 수 없다.

따라서, DTV 수신기내의 반송파 복구부(106)에서는 전송 신호의 주파수 상에 존재하는 파일롯 주파수의 위치를 정확하게 복원하여 이를 기저대역 신호로 변환한다.

현재 반송파 복구부(106)의 가장 일반적인 알고리즘으로는 도 2와 같이 FPLL(Frequency Phase Locked Loop)이라는 것을 사용하는데, 그 회로의 구현이 간단하며 성능이 우수하여 많이 사용하고 있다. 즉, FPLL로 구성된 반송파 복구부(106)는 상기 위상 분리기(105)에서 출력되는 통과 대역의 I,Q 신호를 기저대역의 I,Q 신호로 복조하여 주파수와 위상을 록킹한다.

도 2에서 보면, A/D 변환부(104), 및 위상 분리기(phase splitter)(105)를 통해 디지털화된 통과대역의 I,Q 신호는 반송파 복구부(106)의 복소 곱셈기(201)로 입력된다.

이때, 상기 위상 분리기(105)에서 출력되는 실수 성분(real)의 신호 r(t)와 허수 성분(imaginary)의 신호 i(t)는 하기의 수학식 1과 같다.

여기서, I(t)는 변조(modulation)되기 전의 데이터 신호이고, p는 반송파 복구를 위하여 송신부에서 삽입하는 파일롯(pilot) 신호이다. 또한, w_c는 입력되는 신호에 존재하는 반송파 신호의 주파수이고,는 입력되는 신호에 존재하는 반송파 신호의 위상이다. Q(t)는 I(t) 신호의 직교 신호 성분이다.

한편, 상기 반송파 복구부(106)의 복소 곱셈기(201)는 상기된 수학식 1과 같은 통과대역 I,Q 신호에 NCO(205)에서 출력되는 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)를 곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 하기의 수학식 2와 같이 기저대역 I,Q 신호(I'(t),Q'(t))로 변환한다.

여기서,는 수신단에서 발생하는 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)와 송신단에서 사용된 반송파 신호(w_c)의 주파수 오차(beat frequency) 성분이다.

상기 기저대역 I,Q 신호는 저역 통과 필터(202)로 출력됨과 동시에, 심볼 클럭 복구부(107)와 디지털 처리부(108)로 출력된다.

상기 저역 통과 필터(202)는 상기 기저대역 I,Q 신호를 각각 저역 통과 필터링하여 반송파 부분만을 추출한 후 오차 검출부(203)로 출력한다.

이때, 상기 저역 통과 필터(202)를 통과한 기저대역 I,Q 신호는 다음의 수학식 3과 같다.

즉, 반송파를 복구하는 반송파 복구부(106)에서는 6MHz의 대역폭 중 파일롯 주파수(p)가 존재하는 주파수 주변의 신호만을 필요로 하므로, 상기 저역 통과 필터(202)는 데이터 성분들이 존재하는 주파수 성분을 I, Q 신호로부터 제거하여 데이터에 의하여 반송파 복구부의 성능이 저하되는 것을 방지한다.

상기 오차 검출부(203)는 상기 반송파 신호로부터 반송파의 잔류 오차를 검출하여 저역 통과 필터(204)로 출력한다. 즉, 상기 오차 검출부(203)에서 검출된 반송파의 잔류 오차는 순간적인 오검출을 방지하기 위하여 상기 저역 통과 필터(204)를 거쳐 NCO(205)로 출력된다. 상기 NCO(205)는 상기 저역 통과 필터(204)의 출력으로부터 새로운 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)를 생성하여 상기 복소 곱셈기(201)로 출력한다.

즉, 상기된 수학식 3으로부터와를 모두 '0'으로 만들어 반송파 성분이 완전히 제거되도록 하는 것이 반송파 복구부(106)의 역할이다.

따라서, 상기 반송파 복구부(106)에서 반송파 복구가 완전하게 이루어진다면및는 모두 '0'이 되어, 상기 수학식 2는 하기의 수학식 4와 같이 된다.

이와 같이 상기 반송파 복구부(106)는 수신 신호 중 반송파 신호만을 추출하여 반송파 복구를 한다.

그러나, 전송 채널 상에 다중 경로에 의한 심한 고스트 잡음이 있는 경우는 수신 신호에 반송파 신호가 없는 경우가 있다. 즉, 고스트에 의하여 'p'의 값이 0이 되어 도 2의 저역 통과 필터(202)의 출력 즉, 상기된 수학식 3이 모두 0이 되는 경우가 있다.

이러한 경우에는 도 2와 같은 반송파 복구부로는 반송파 복구를 할 수가 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수신 신호의 반송파 신호와 함께 데이터 구간에 존재하는 반송파 성분을 이용하여 반송파를 복구함으로써, 전송 채널상에 존재하는 심한 고스트 잡음으로 인하여 반송파 신호가 존재하는 주파수가 없어지는 경우에도 반송파 복구가 가능하도록 하는 반송파 복구 장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 디지털 TV 수신기의 구성 블록도

도 2는 도 1의 반송파 복구부의 일반적인 구성 블록도

도 3은 본 발명에 따른 반송파 복구 장치의 구성 블록도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

104 : A/D 변환부 105 : 위상 분리기

300 : 반송파 복구부 301 : 복소 곱셈기

302,303 : 제곱기 304 : 뺄셈기

305 : 곱셈기 306 : 이득부

307,309 : 저역 통과 필터 308 : 오차 검출부

310 : NCO

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기의 반송파 복구 장치는, 디지털화된 통과 대역 실수 신호와 허수 신호에 위상 오차에 비례하는 기준 복소 반송파를 복소곱하여 상기 통과대역 실수 신호와 허수 신호를 기저대역 실수 신호와 허수 신호로 천이시키는 복소 곱셈기와, 상기 기저대역 실수 신호와 허수 신호를 각각 제곱하고 제곱된 실수 신호에서 제곱된 허수 신호를 빼 새로운 실수 신호를 생성하는 실수 신호 생성부와, 상기 기저대역 실수 신호와 허수 신호를 서로 곱하고 이득을 조절하여 새로운 허수 신호를 생성하는 허수 신호 생성부와, 상기 새로운 실수 신호와 허수 신호로부터 반송파 성분의 실수 신호와 허수 신호만을 각각 필터링하여 출력하는 저역 통과 필터와, 상기 필터링된 실수 신호와 허수 신호로부터 반송파의 잔류 오차를 검출하고 상기 잔류 오차에 비례하는 기준 복소 반송파를 생성하여 상기 복소 곱셈기로 출력하는 오차 검출 및 발진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

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.

즉, 전송 채널 상에 다중 경로에 의한 심한 고스트 잡음이 있는 경우는 수신 신호에 반송파 신호가 없는 경우가 있으며, 이러한 경우에는 수신 신호의 다른 성분을 이용하여 반송파 복구를 하여야 하는데, 본 발명에서는 수신 신호 중 반송파 신호만 아니라 데이터 구간에 존재하는 반송파 성분을 추출하여 반송파 복구를 수행하는데 그 특징이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 반송파 복구 장치의 구성 블록도로서, 위상 분리기(105)에서 출력되는 디지털 통과대역 I,Q 신호에 피드백되는 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)를 곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 기저대역 I,Q 신호로 변환하는 복소 곱셈기(301), 상기 복소 곱셈기(301)에서 출력되는 기저대역 I 신호를 제곱하는 제 1 제곱기(302), 상기 복소 곱셈기(301)에서 출력되는 기저대역 Q 신호를 제곱하는 제 2 제곱기(303), 상기 제 1 제곱기(302)의 출력 신호로부터 제 2 제곱기(303)의 출력 신호를 빼 새로운 실수 성분의 신호를 출력하는 뺄셈기(304), 상기 복소 곱셈기(301)에서 출력되는 기저대역 I,Q 신호를 서로 곱하는 곱셈기(305), 상기 곱셈기(305)에서 출력되는 신호의 크기를 높여 새로운 허수 성분의 신호를 출력하는 이득부(306), 상기 뺄셈기(304)에서 출력되는 새로운 실수 성분의 신호와 이득부(306)에서 출력되는 새로운 허수 성분의 신호를 각각 저역 통과 필터링하는 제 1 저역 통과 필터(307), 상기 제 1 저역 통과 필터(307)에서 각각 저역 통과 필터링된 새로운 I, Q 신호로부터 반송파의 잔류 오차를 검출하는 오차 검출부(308), 상기 오차 검출부(308)의 출력을 저역 통과 필터링하여 반송파의 잔류 오차의 순간적인 오검출을 방지하는 제 2 저역 통과 필터(309), 및 상기 제 2 저역 통과 필터(309)의 출력으로부터 새로운 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)를 생성하여 상기 복소 곱셈기(301)로 출력하는 NCO(310)로 구성된다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 제 1, 제 2 제곱기(302,303)와 뺄셈기(304)를 실수 신호 생성부라 하고, 곱셈기(305)와 이득부(306)를 허수 신호 생성부라 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에서 A/D 변환부(104)는 디지털화된 통과대역 신호는 위상 분리기(105)로 출력한다. 상기 위상 분리기(105)는 디지털화된 통과대역 신호를 실수 신호 r(t)와, 상기 실수 신호 r(t)와는 위상이 90°차이가 나는 허수 신호 i(t) 신호로 분리하여 반송파 복구부(106)의 복소 곱셈기(301)로 출력한다.

상기 복소 곱셈기(301)는 디지털 통과대역 I,Q 신호(r(t), i(t))에 NCO(310)에서 피드백되는 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)를 복소곱하여 상기 통과대역 I,Q 신호를 기저대역 I,Q 신호로 변환한다.

상기 복소 곱셈기(301)에서 기저대역으로 변환된 실수 신호 I'(t)와 허수 신호 Q'(t)는 하기의 수학식 5와 같다.

여기서,는 수신단에서 발생하는 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)와 송신단에서 사용된 반송파 신호(w_c)의 주파수 오차(beat frequency) 성분이다.

이때, 상기 복소 곱셈기(301)에서 변환된 기저대역 I 신호 I'(t)는 제 1 제곱기(301), 곱셈기(305)로 출력됨과 동시에 데이터 복구를 위해 디지털 처리부(108)로 출력된다.

그리고, 상기 복소 곱셈기(301)에서 변환된 기저대역 Q 신호 Q'(t)는 제 2 제곱기(303)와 곱셈기(305)로 출력된다.

상기 제 1 제곱기(302)는 기저대역 I 신호를 제곱하여 뺄셈기(304)로 출력하고, 제 2 제곱기(303)는 기저대역 Q 신호를 제곱하여 상기 뺄셈기(304)로 출력한다. 상기 뺄셈기(304)는 상기 제곱된 I 신호로부터 제곱된 Q 신호를 빼 새로운 실수 성분의 신호 I''(t)를 생성하여 제 1 저역 통과 필터(307)로 출력한다.

한편, 상기 곱셈기(305)는 기저대역 I,Q 신호를 서로 곱하여 이득부(306)로 출력하고, 상기 이득부(306)는 상기 곱셈기(305)의 출력 신호의 크기를 두배로 조정하여 새로운 허수 성분의 신호 Q''(t)를 생성하고 이를 상기 제 1 저역 통과 필터(307)로 출력한다.

이때, 상기 뺄셈기(304)와 이득부(306)에서 출력되는 새로운 실수 신호I"(t)와 새로운 허수 신호 Q"(t)를 수식으로 표현하면 하기의 수학식 6과 같다.

상기 제 1 저역 통과 필터(307)는 상기된 수학식 6과 같은 새로운 실수 신호 I''(t)와 허수 신호 Q''(t)를 각각 저역 통과 필터링하여 오차 검출부(308)로 출력한다. 즉, 상기 제 1 저역 통과 필터(307)는 반송파 복구를 위하여 반송파 주파수 부분은 통과시키고, 나머지 데이터 구간은 제거한다.

이때, 상기 제 1 저역 통과 필터(307)에서 저역 통과 필터링된 실수 신호(t)와 허수 신호(t)를 수식으로 표현하면 하기의 수학식 7과 같다.

상기 오차 검출부(308)는 상기된 수학식 7과 같이 저역 통과 필터링된 새로운 I, Q 신호,로부터 반송파의 잔류 오차를 검출한 후 반송파의 잔류 오차의 순간적인 오검출을 방지하기 위해 제 2 저역 통과 필터(309)를 거쳐NCO(310)로 출력한다.

상기 NCO(310)는 상기 제 2 저역 통과 필터(309)의 출력으로부터 새로운 기준 반송파 신호(NCOI,NCOQ)를 생성하여 상기 복소 곱셈기(301)로 출력한다.

이때, 상기된 수학식 7을 보면, 반송파 신호인와의 크기를 좌우하는성분에는 송신부에서 입력된 파일롯 신호 'p'와 데이터 구간에 존재하는 반송파 신호들이 제곱으로 인하여 발생한 새로운 반송파 성분이 존재한다.

즉, 채널 상에 존재하는 고스트의 영향으로 송신부에서 입력된 파일롯 신호인 'p'가 없어진 경우에도 제곱으로 인하여 발생한 새로운 반송파 성분이 상기된 수학식 7의 I, Q 신호,크기를 0이 아닌 값으로 유지시키므로, 전송 채널 상에 존재하는 고스트의 영향으로 인하여 송신부에서 삽입한 반송파 신호 성분인 파일롯 신호의 크기가 0이 된 경우에도 반송파의 정보를 유지할 수 있어 반송파 복구가 가능해진다.

이와 같이 본 발명은 전송 채널 상에 존재하는 고스트의 영향으로 인하여 송신부에서 삽입한 반송파 신호 성분인 파일롯 신호의 크기가 0이 되는 경우에도 되어 반송파 복구가 불가능 한 경우에도 반송파 복구가 가능하도록 하고 있다.

본 발명은 VSB 변조를 이용하는 ATSC 방식의 모든 지상파 디지털 방송 수신기에 적용 가능하다

이상에서와 같이 본 발명에 따른 디지털 TV 수신기의 반송파 복구 장치에 의하면, 기저대역으로 변환된 I,Q 신호를 각각 제곱하여 뺌에 의해 새로운 실수 신호를 생성하고, 상기 기저대역으로 변환된 I,Q 신호를 서로 곱하고 이득을 조정하여 새로운 허수 신호를 생성한 후 새로운 실수 신호와 허수 신호를 이용하여 반송파 복구를 수행함으로써, 송신부에서 입력된 파일롯 신호뿐만 아니라 데이터 구간에 존재하는 반송파 성분도 반송파 복구에 이용하므로 전송 채널상에 존재하는 심한 고스트 잡음으로 인하여 반송파 신호가 존재하는 주파수가 없어지는 경우에도 반송파 복구가 가능한 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 (2)

1. 디지털화된 특정 채널의 통과 대역 신호를 반송파 복구를 통해 기저대역 신호로 변환하는 반송파 복구 장치에 있어서,

   상기 통과 대역 실수 신호와 허수 신호에 위상 오차에 비례하는 기준 복소 반송파를 복소곱하여 상기 통과대역 실수 신호와 허수 신호를 기저대역 실수 신호와 허수 신호로 천이시키는 복소 곱셈기;

   상기 기저대역 실수 신호와 허수 신호를 각각 제곱하고 제곱된 실수 신호에서 제곱된 허수 신호를 빼 새로운 실수 신호를 생성하는 실수 신호 생성부;

   상기 기저대역 실수 신호와 허수 신호를 서로 곱하고 이득을 조절하여 새로운 허수 신호를 생성하는 허수 신호 생성부;

   상기 새로운 실수 신호와 허수 신호로부터 반송파 성분의 실수 신호와 허수 신호만을 각각 필터링하여 출력하는 저역 통과 필터; 그리고

   상기 필터링된 실수 신호와 허수 신호로부터 반송파의 잔류 오차를 검출하고 상기 잔류 오차에 비례하는 기준 복소 반송파를 생성하여 상기 복소 곱셈기로 출력하는 오차 검출 및 발진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 허수 신호 생성부는

   상기 기저대역 실수 신호와 허수 신호를 곱한 신호의 크기를 두배로 조절하여 출력하는 것을 특징으로 하는 반송파 복구 장치.