KR20060031099A - Ｖｓｂ 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍복원장치 그리고 그 복원방법 - Google Patents

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Abstract

VSB(Vestigial Side Band) 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치 그리고 그 복원방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 반송파 복원 및 심볼 타이밍 복원을 위하여, 파일롯 신호 및 수신신호의 상측 주파수대역 뿐 아니라, 하측 주파수대역을 이용하여 필요한 오차정보를 검출한다. 검출된 적어도 하나의 정보들은 적절한 가중치를 곱하고 더하여 결합한다. 이에 따라, 파일롯 신호가 손상된 경우에도 반송파 복원을 수행할 수 있고, 수신된 VSB 변조신호의 상측 주파수대역이 손상된 경우에도 하측 주파수대역을 이용하여 심볼 타이밍복원을 수행할 수 있어, 채널상황이 나빠지더라도 전체 수신시스템의 열화를 방지할 수 있다. 그리고 반송파 복원과 심볼 타이밍 복원을 위한 오차정보를 동일한 장치를 통해 검출함으로써 하드웨어를 간단히 구현할 수 있다.
VSB, Vestigial Side Band, CR, STR, 반송파 복원, 심볼 타이밍 복원, ATSC

Description

ＶＳＢ 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치 그리고 그 복원방법{Apparatus for carrier and symbol timing recovery at VSB type receiver and methods thereof}
도 1은 파일롯 신호를 포함하는 VSB 신호의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면,
도 2는 종래의 디지털 방송 수신장치의 블럭도,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치의 블럭도,
도 1와 도 4는 기저대역 VSB 신호의 주파수 스펙트럼을 도시한 그래프,
도 5는 도 3의 상측BECM부의 일 예를 도시한 블럭도, 그리고
도 6은 본 발명에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치의 동작설명에 제공되는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
301 : ADC 303 : 곱셈기
331 : 상측BECM부 333 : 스펙트럼반전부
335 : 하측BECM부 337 : 파일롯검출부
339 : 위상검출부 341 : 제1결합부
343 : 제1루프필터부 345 : 제1NCO부
351 : 제2결합부 353 : 제2루프필러부
355 : 제2NCO부
본 발명은 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치 그리고 그 복원방법에 관한 것으로, VSB 신호의 파일롯 신호, 상측 주파수대역 뿐 아니라 하측 주파수대역을 이용하여 반송파 및 심볼 타이밍 복원을 효율적으로 수행할 수 있는, VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치 그리고 그 복원방법에 관한 것이다.
VSB(Vestigial Side Band)변조방식에 의해 전송된 데이터를 수신하는 수신장치에서 데이터를 복조하기 위해서는, 수신시 사용되는 튜너나 RF발진기에 의해 발생하는 주파수 오프셋(frequency offset)과 위상 잡음을 최소화해야 한다. 이러한 것을 처리과정을 반송파 복원(Carrier Recovery)라고 한다.
또한, 송신장치에서 사용한 것과 동일한 클럭을 생성하여야 정확한 데이터 수신을 할 수 있는데. 이러한 과정을 심볼 타이밍 복원(Symbol Timing Recovery)라고 한다.
미국 디지털 텔레비젼 규격인 ATSC(The Advanced Television Systems Committee) 규격의 VSB 변조방식을 사용하는 디지털 방송 시스템은 반송파 동기를 위하여 송신 신호에 존재하는 파일롯(pilot) 신호를 이용한다. 여기서 파일롯(pilot) 신호는 반송파를 정확하게 복구하기 위하여 송신 시에 반송파에 실리는 신호이다.
심볼 타이밍 복원의 방법으로는, 송신장치에서 데이터 전송시 규칙적으로 삽입하는 데이터 세그먼트 동기신호를 이용하는 방법과, BECM(Band Edge Component Maximization) 알고리즘을 이용하는 방법이 있다.
도 1은 파일롯 신호를 포함하는 VSB 신호의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 주파수 스펙트럼은, 파일롯 신호를 가지는 일반적인 VSB 신호로서 기저대역으로 천이된 신호의 주파수 스펙트럼이며, ATSC 규격의 미국식 디지털 방송신호의 주파수 스펙트럼도 도 1에 도시된 것과 동일하며, 다만 그 대역폭은 약 6㎒ 이다.
도 1에서, a는 수신신호의 상측 주파수대역으로서 BECM 알고리즘에 사용되며, b는 파일롯 신호를 나타낸다.
도 2는 종래의 디지털 방송 수신장치의 블럭도이다.
도 2을 참조하면, 종래의 수신장치(200)는 ADC(Analog to Digital Converter)(201), 곱셈기(203), 정합필터(205)와 파일롯 신호를 이용하는 반송파 복원회로(230) 및 BECM 알고리즘을 사용하는 심볼 타이밍 복원회로(250)를 포함한다.
반송파 복원회로(230)는 파일롯검출부(231), 위상검출부(233), 루프필터 (loop filter)(235) 및 NCO(Numerically Controlled Oscillator)(237)를 포함한다.
수신된 VSB 신호는 ADC(201)를 통해 디지털 신호로 바뀐 다음, 곱셈기(203)를 통해 기저대역 신호로 출력된다.
반송파 복원회로(230)의 파일롯검출부(231)는 기저대역 신호로부터 파일롯 신호를 검출하고, 위상검출부(233)가 파일롯 신호의 위상오차정보를 읽어낸다. 이때 파일롯 신호의 위상오차정보를 읽어내는 방법은 여러가지가 있으며 응용분야에 따라 달라진다. 위상검출부(233)로부터 얻어낸 위상오차정보는 루프필터(235)를 거쳐 NCO(237)에서 주파수성분으로 변환된 후 곱셈기(203)에서 수신신호와 곱해진다.
반송파 복원회로(230)는 파일롯의 위상오차가 0이 될때까지 반복적으로 수행된다.
심볼 타이밍 복원회로(250)는 BECM부(251), 루프필터(253) 및 NCO(255)를 포함한다.
곱셈기(203)를 통해 생성된 기저대역 신호는 정합필터(205)를 거쳐 필터링되어 심볼 타이밍 복원회로(250)으로 입력된다.
BECM부(251)는 입력되는 신호로부터 심볼 클럭의 오차정보를 출력하고, 루프필터(253)는 오차정보에 대응하는 NCO(255) 제어용 전압을 출력한다. 이에 따라 NCO(255)는 ADC(201)로 입력되는 샘플링 클럭을 조정한다.
수신신호의 정확한 복조을 위해서는, 이상에서 설명한 바와 같은 반송파 복원이나 심볼 타이밍 복원을 다같이 원활히 수행해야 하며, 어느 하나라도 제대로 이루어지지 않는다면 정확한 신호를 복조하기는 힘들다.
문제는, 실제의 신호가 이동하는 무선환경이나 채널은 다수의 노이즈가 상존하고 있으며, 이에 따라 도 1에 도시된 것과 비슷한 정도의 주파수 스펙트럼을 가지는 신호를 수신할 수 없다는 것이다. 파일롯 신호를 포함해서 수신신호의 상측 주파수대역 신호 등이 크게 손상되어 수신될 수도 있는 것이다.
파일롯 신호가 손상되었다는 것은, 수신한 신호를 통해 반송파 복원을 제대로 할 수 없다는 것을 뜻한다. 그리고 이것은 결국 전체 수신성능의 열화로 이어진다.
또한, 수신된 VSB 변조신호가 전송채널상에서 왜곡되어 상측 주파수대역의 신호가 크게 손상될 경우는 위와 같은 심볼 타이밍 복원장치의 성능이 크게 떨어진다는 것이다. 특히, 다중 경로 성분이 많은 환경일수록 상측 주파수대역의 신호손상의 확율은 높아지며, 이는 수신성능의 열화로 이어진다.
그리고 위와 같은 수신신호의 손상에 따른 반송파 복원 및 심볼 타이밍 복원의 성능 저하 및 전체 수신성능의 열화는, VSB 방식을 사용하는 미국식 디지털 방송시스템에서도 동일하게 발생할 수 있는 문제이다.
따라서 본 발명의 목적은, 수신신호에 포함된 파일롯 신호 및 상측 주파수대역 신호가 손상된 경우에도 원활한 반송파 복원 및 심볼 타이밍 복원을 할 수 있는, VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치 그리고 그 복원방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치는, VSB(Vestigial Side Band)변조된 신호를 수신하여 소정의 샘플링 클럭을 이용하여 디지털 신호로 변환하는 ADC, 상기 디지털 신호에 소정의 주파수를 가진 반송파 신호를 곱함으로써 기저대역 VSB 신호로 변환하는 곱셈기, 상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역 신호 각각에 대해 소정의 알고리즘을 수행함으로써 상기 수신된 VSB 변조신호의 위상정보와 기 설정된 기준 위상정보사이의 오차인 상측 및 하측오차정보를 생성하는 오차검출부, 상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 주파수 오프셋이 보정된 상기 반송파 신호를 생성하는 반송파생성부 및 상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 심볼 클럭오차를 보정한 상기 샘플링 클럭을 생성하는 샘플클럭생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 소정의 알고리즘은 BECM(Band Edge Component Maximization)으로 한다.
바람직하게는, 상기 오차검출부는, 상기 기저대역 VSB 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 상측오차정보를 생성하는 상측BECM부, 상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역을 서로 바꾸어 스펙트럼을 반전시키는 스펙트럼반전부 및 상기 스펙트럼 반전된 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 하측오차정보를 생성하는 하측BECM부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 스펙트럼반전부는, 상기 기저대역 VSB 방식 신호의 주파수 스펙트럼을 반전시키기 전에, 상기 VSB 신호에 포함된 파일롯(pilot) 신호를 검출하여 제거할 수 있다.
바람직하게는, 상기 오차검출부는, 상기 기저대역 VSB 신호에 포함된 파일롯 신호를 검출하는 파일롯검출부 및 상기 검출된 파일롯 신호로부터 상기 수신한 VSB 변조신호의 위상정보인 파일롯위상정보를 검출하여 상기 반송파생성부로 출력하는 위상검출부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 반송파생성부는, 상기 파일롯, 상측 및 하측오차정보에 소정의 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 반송파오차정보를 출력하는 제1결합부, 상기 반송파오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제1루프필터부 및 상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 반송파 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 제1NCO부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 샘플클럭생성부는, 상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 심볼타이밍오차정보를 출력하는 제2결합부, 상기 심볼타이밍오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제2루프필터부 및 상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 샘플링 클럭을 상기 곱셈기로 출력하는 제2NCO부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 소정의 가중치는 채널상태에 따른 상기 파일롯, 상측 및 하측위상정보 각각의 신뢰도에 따라 변하게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반송파생성부는, 상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 제1 및 제2 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 반송파오차정보를 출력하는 제1결합부, 상기 반송파오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제1루프필터부 및 상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 반송파 신호를 상기 곱셈기로 출력 하는 제1NCO부를 포함하고, 상기 샘플클럭생성부는, 상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 제3 및 제4 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 심볼타이밍오차정보를 출력하는 제2결합부, 상기 심볼타이밍오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제2루프필터부 및 상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 샘플링 클럭을 상기 곱셈기로 출력하는 제2NCO부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 동일한 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 서로 다른 부호로 할 수 있고, 또한 상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 서로 다른 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 동일한 부호로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 VSB방식으로 변조된 신호는, ATSC(Advanced Television System Committee) 규격의 미국식 디지털 방송신호이다.
또한, 본 발명에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원방법은, VSB 변조된 신호를 수신하여 소정의 샘플링 클럭을 이용하여 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 디지털 신호에 소정의 주파수를 가진 반송파 신호를 곱함으로써 기저대역 VSB 신호로 변환하는 단계, 상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역 신호 각각에 대해 BECM알고리즘을 수행함으로써 상기 수신된 VSB 변조신호의 위상정보와 기 설정된 기준 위상정보사이의 오차인 상측 및 하측오차정보를 생성하는 단계, 상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 주파수 오프셋이 보정된 상기 반송파 신호를 생성하는 단계 및 상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 심볼 클럭오차를 보정한 상기 샘플링 클럭을 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 오차정보를 생성하는 단계는, 상기 기저대역 VSB 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 상측오차정보를 생성하는 단계, 상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역을 서로 바꾸어 스펙트럼을 반전시키는 단계 및 상기 스펙트럼 반전된 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 하측오차정보를 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 반송파 신호는 상기 상측 및 하측오차정보에 제1 및 제2 가중치를 각각 곱하여 더함으로써 구하고, 상기 샘플링 클럭은 상기 상측 및 하측오차정보에 제3 및 제4 가중치를 각각 곱하여 더함으로써 구하며, 상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 동일한 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 서로 다른 부호인 경우와, 상기 제1 및 제2 가중치가 서로 다른 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 동일한 부호인 경우 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치는 VSB(Vestigial Side Band) 방식으로 변조된 신호를 수신하여 복조하는 수신장치내에 구비될 수 있으며, 주파수 오프셋(frequency offset)과 위상 잡음을 최소화하는 반송파 복원(carrier recovery) 및 송신장치와 수신장치 사이의 심볼 클럭 오차를 보정하는 심볼 타이밍 복원(symbol timing recovery)을 행한다.
바람직하게는, ATSC(Advanced Television System Committee) 규격의 8-VSB 변조방식을 사용하는 디지털 방송을 수신하는 수신시스템 내에 구비된다. 이하에서는 8-VSB 방식의 미국식 디지털 방송신호를 수신하는 경우를 중심으로 설명한다.
본 발명의 복원장치는 파일롯(pilot)신호 뿐 아니라, 수신한 VSB 신호의 주파수 대역 중에서 상측 또는 하측 주파수대역의 신호성분으로부터 주파수 오프셋 정보 및 심볼 클럭 정보를 얻어낸다. 이로써 수신한 파일롯 신호 및 상측 주파수 대역 신호가 채널 특성에 의하여 손상된 경우에도 반송파 복원 및 심볼 타이밍 복원을 원할하게 할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의한 반송파 복원 및 심볼 타이밍 복원은, 종래와 같이 별개의 장치로 구분되지 않고, 동일한 장치를 통해 복원에 필요한 주파수 오프셋 정보 및 심볼 클럭 오차를 획득하여 보상한다. 따라서, 전체적인 시스템의 하드웨어 사이즈를 줄일 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치의 블럭도이다.
도 3를 참조하면, 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치(300)는 ADC(Analog to Digital Converter)(301), 곱셈기(303), 오차검출부(330), 반송파생성부(340), 샘플클럭생성부(350)를 포함한다.
본 발명의 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치(300)의 각 구성부를 살피기 전에 전체적인 구성을 먼저 개괄하여 설명한다.
도 3에 도시된 구성요소 중에서, 오차검출부(330), 반송파생성부(340)로 이어지는 구성이 반송파 복원을 위한 것이며, 오차검출부(330), 샘플클럭생성부(350)으로 이어지는 구성이 심볼 타이밍 복원을 위한 것이다.
수신된 VSB 신호는 샘플클럭생성부(350)로부터 수신하는 보정된 샘플링 클럭 에 의해 ADC(301)에서 디지털 신호로 샘플링되고, 곱셈기(303)에서 반송파생성부(340)에서 출력되는 주파수 오프셋 보정된 신호와 곱해져 기저대역의 신호로 변환된다. 이하에서는 이상과 같이 곱셈기(303)에서 출력되는 기저대역 신호를 '기저대역 VSB 신호'라고 한다.
반송파 복원은 오차검출부(330)가 기저대역 VSB 신호를 수신하여 파일롯 신호, 상측 및 하측 주파수 대역의 신호로부터 주파수 오프셋 정보를 검출하고, 이 정보를 이용하여 반송파생성부(340)가 주파수 오프셋 보정된 신호를 생성한 다음, 곱셈기(303)에서 상기 보정된 신호와 디지털 VSB 신호를 곱함으로써 반송파 복원을 행한다.
심볼 타이밍 복원은 오차검출부(330)가 기저대역 VSB 신호를 수신하여 상측 및 하측 주파수대역 신호로부터 심볼 클럭 정보를 검출하고, 이 정보를 이용하여 샘플클럭생성부(350)이 보정된 샘플링 클럭을 생성하여 ADC(301)에 제공함으로써 이루어진다.
이하에서는 도 3를 참조하여 본 발명의 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치(300)의 각 구성부를 설명한다.
ADC(301)는, 제2NCO부(355)로부터 심볼 타이밍 복원된 클럭을 이용하여 수신한 VSB 신호를 디지털 신호로 샘플링한다.
곱셈기(303)는 제1NCO부(345)로부터 주파수 오프셋 보정된 신호를 받아 디지털 VSB 신호에 곱함으로써 기저대역 VSB 신호로 변환한다.
기저대역 VSB 신호는 정합필터부(미도시)를 거쳐 출력될 수 있다. 이러한 출 력신호는 바람직하게는, 등화기(Equalizer)(미도시)로 입력되어 등화된다.
오차검출부(330)는 기저대역 VSB 신호에 포함된 파일롯 신호와 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역의 신호로부터 반송파 복원에 필요한 주파수 오프셋정보, 심볼 타이밍 복원에 필요한 심볼 클럭 오차정보를 검출한다.
오차검출부(330)는 상측BECM(Band Edge Component Maximization)부(331), 스펙트럼반전부(333), 하측BECM부(335), 파일롯검출부(337) 및 위상검출부(339)를 포함한다.
여기에서 먼저 오차검출부(330)의 적절한 설명을 위하여, 기저대역 VSB신호의 주파수 스펙트럼을 도 1과 다음의 도 4를 통하여 설명한다.
도 1은 파일롯 신호를 포함하는 VSB 신호의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이었다. 이것은 본 발명의 기저대역 VSB 신호의 주파수 스펙트럼과 동일하다.
도 4는 기저대역 VSB신호의 주파수 스펙트럼을 반전시킨 그래프이다.
도 4를 참조하면, 도 1의 기저대역 VSB신호의 하측 주파수대역이 상측 주파수대역(c)으로 바뀌었다. 따라서, 도 1의 파일롯 신호(b)의 위치가 도 4에서는 'd' 로 바뀌었다.
파일롯검출부(337)는 기저대역 VSB신호로부터 파일롯(pilot) 신호를 검출하고, 위상검출부(339)는 검출된 파일롯 신호로부터 파일롯오차정보를 생성하여 출력한다.
상측BECM부(331)는 곱셈기(303)를 통해 출력되는 도 1에 도시된 스펙트럼에 대응되는 기저대역 VSB 신호를 수신하여 수신된 신호의 주파수대역 중에서 상측 주 파수대역(a) 신호로부터 반송파 및 심볼 타이밍 복원을 위한 오차정보(이하 '상측오차정보'라 함)를 생성하여 출력한다.
상측BECM부(331)는 상측오차정보를 생성하기 위하여 BECM(Band Edge Component Maximization) 알고리즘을 사용하며, 기저대역 VSB 신호의 상측 주파수대역 신호(도 1의 'a')에 대하여 BECM 알고리즘을 수행한다. 상측BECM부(331)의 세부 구성 및 BECM 알고리즘에 대하여는 아래에서 다시 설명한다.
스펙트럼반전부(333)는 도 1의 기저대역 VSB 신호를 수신하여 도 4와 같이 주파수 스펙트럼을 반전시킨다. 이로써 하측 주파수대역이 상측 주파수대역(c)으로 바뀌고, 상측 주파수대역이 하측 주파수대역으로 바뀐다. 스펙트럼반전부(333)의 출력은 하측BECM부(335)로 출력된다.
스펙트럼반전부(333)는 파일롯검출부(337)로부터 파일롯 신호를 받아, 주파수대역이 반전된 기저대역 VSB신호에서 파일롯 신호(d)를 제거할 수 있다. 이것은 도 4에 도시된 것과 같이 반전된 기저대역 VSB신호에는 파일롯 신호(d)를 포함하고 있기 때문에, 파일롯 신호의 영향을 제거하기 위함이다.
그러나, 바람직하게는, 파일롯 신호(d)를 그대로 포함한 신호로부터 구한 오차정보가 더 신뢰도가 높으므로, 파일롯 신호(d)를 제거하지 않고 도 4에 도시된 그대로 하측BECM부(335)로 출력한다. 이하에서도 파일롯 신호를 포함하는 경우를 중심으로 설명한다.
하측BECM부(335)는 상측BECM부(331)에 대응되며, 바람직하게는 동일한 구성을 가지고 동일하게 동작하여 반송파 및 심볼 타이밍 복원을 위한 오차정보(이하 ' 하측오차정보'라 함)를 생성하여 출력한다. 다만, 하측BECM부(335)로 입력되는 신호는 기저대역 VSB 신호의 주파수 스펙트럼을 반전시킨 도 4에 도시된 그래프에 해당하는 신호이다. 따라서 기저대역 VSB 신호의 하측 주파수대역이 상측 주파수대역(c)으로 변환되어 입력된다.
BECM 알고리즘을 사용하는, 상측BECM부(331) 및 하측BECM부(335)의 세부구성을 다음의 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.
도 5는 도 3의 상측BECM부의 일 예를 도시한 블럭도이다. 하측BECM부(335)의 세부구성도 도 5의 상측BECM부(331)과 동일하다.
BECM 알고리즘은 종래기술에서 설명한 바와 같이, 기저대역 VSB 신호의 상측 주파수대역 신호의 하모닉(harmonic) 신호인 스펙트럴 라인(spectral line)을 이용하여 수신신호의 위상정보를 읽어 오차정보를 생성한다. BECM 알고리즘의 대표적인 예로는, 가드너(Gardner)방식이 있다.
도 5를 참조하면, 상측BECM부(331)는 프리필터(pre filter)(501), 비선형소자(503), 심볼톤추출부(505) 및 위상검출부(507)을 포함한다.
프리필터(501)가 기저대역 VSB 신호를 수신하여 상측 주파수대역의 신호만을 필터링하고, 비선형소자(503)는 프리필터(501)에서 출력되는 신호의 하모닉 성분을 생성한다.
심볼톤추출부(505)는 비선형소자(503)에서 생성된 다수의 하모닉 중에서 송신장치에서 사용한 클럭과 동일한 주파수를 가진 성분인 심볼 톤(tone)을 추출한다.
위상검출부(507)는 심볼톤추출부(505)가 추출한 심볼 톤으로부터 기 설정된 기준 심볼 위상과 검출한 심볼 톤의 위상으로부터 심볼 클럭(또는 심볼 위상)의 오차정보를 출력한다.
위에서 설명한 바와 같이, 하측BECM부(335)는 상측BECM부(331)와 서로 대응되며 동일한 구성에 의하여 동일하게 동작하고, 입력되는 신호만을 다르게 하는 것이 바람직하다.
오차검출부(330)에서는 도 3과 위에서 설명한 바와 같이 위상검출부(339), 상측BECM부(331) 및 하측BECM부(335)를 통해서 3개의 오차정보가 생성되어 출력된다. 반송파 및 심볼 타이밍 복원은 이들 3개의 오차정보를 적절히 조합함으로써 이루어진다.
반송파 복원을 위한 반송파생성부(340)는 제1결합부(341), 제1루프필터부(343) 및 제1NCO부(345)를 포함한다.
제1결합부(341)는 상측BECM부(331)와 하측BECM부(335) 및 위상검출부(339)로부터의 상측, 하측 및 파일롯오차정보를 수신하여 제1 가중치(K1), 제2 가중치(K2) 및 제3 가중치(K3)를 각각에 곱한 후, 그 결과를 모두 더함으로써 '반송파오차정보'를 구한다.
제1 내지 제3 가중치(K1, K2, K3)는 수신한 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역 및 파일롯 신호의 왜곡정도로 나타낼 수 있는 채널상황에 따라 변할 수 있는 값으로서, 신뢰도가 높은 오차정보에 보다 높은 가중치를 준다. 따라서, 일반적으로 파일롯 신호를 포함하여 신뢰도가 상대적으로 높은 하측BECM부(335)로 부터 출력되는 하측오차정보에 보다 높은 가중치를 둔다. 다만, 스펙트럼반전부(333)가 파일롯검출부(337)로부터 파일롯 신호를 받아 기저대역 VSB신호에서 파일롯 신호를 제거하고 주파수 스펙트럼을 반전시킨 경우라면, 상측오차정보와 하측오차정보의 신뢰도가 동일하다고 보고, 동일한 크기의 제1 및 제2 가중치(K1, K2)를 곱할 수 있다.
채널상황에 따른 적절한 가중치를 두기 위하여, 다양한 방법으로 채널상황에 대한 정보를 구하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 상측BECM부(331), 하측BECM부(335) 및 파일롯검출부(337)에서 검출한 상측 및 하측 주파수대역의 신호와 파일롯 신호의 크기를 측정하여 가중치를 구하는데 이용할 수 있다.
제1루프필터부(343)는 제1결합부(341)에서 출력되는 반송파오차정보에서 저대역 신호 성분만 검출한 제어신호를 제1NCO부(345)로 출력한다. 제1루프필터부(343)는 수신신호의 주파수 오프셋만 보정할 것인지 아니면, 주파수 및 위상 오프셋을 모두 보정할 것인지 여부에 따라 1차 또는 2차 루프로 구성되며, 수렴단계에 따라 계수값이 바뀔 수 있다.
제1NCO부(345)는 제1루프필터부(343)에서 출력되는 제어신호의 저대역 성분에 따라, 주파수를 변화시킨 발진신호를 출력하는 발진회로이다. 제1NCO부(345)의 출력신호는 반송파 복원된 주파수를 가지며, 곱셈기(303)로 출력되어, ADC(301)로부터 입력되는 VSB 신호를 기저대역 VSB 신호로 변환하도록 한다.
심볼 타이밍 복원을 위해 샘플클럭생성부(350)는 반송파생성부(340)과 달리, 오차검출부(330)에서 출력되는 상측오차정보 및 하측오차정보를 이용한다.
샘플클럭생성부(350)은 제2결합부(351), 제2루프필터부(353) 및 제2NCO부(355)를 포함한다.
제2결합부(351)는 상측BECM부(331) 및 하측BECM부(335)로부터 상측 및 하측오차정보만 수신하여 이를 결합한 '심볼타이밍오차정보'를 제2루프필터부(353)로 출력한다. 제2결합부(351)는 상측 및 하측오차정보에 적절한 제4 및 제5 가중치(K4, K5)를 각각 곱한 다음, 이를 더하여 심볼타이밍오차정보를 만든다.
제4 및 제5 가중치(K4, K5)는 수신한 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역의 왜곡정도로 나타낼 수 있는 채널상황에 따라 변할 수 있는 값으로서, 신뢰도가 높은 오차정보에 보다 높은 가중치를 설정한다. 따라서, 일반적으로 파일롯 신호를 포함하여 신뢰도가 상대적으로 높은 하측BECM부(335)로부터 출력되는 하측오차정보에 보다 높은 가중치를 둔다.
K1, K2, K3과 마찬가지로, 채널상황에 따른 적절한 가중치를 두기 위하여, 다양한 방법으로 채널상황에 대한 정보를 구하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 상측 및 하측 BECM부(331,335)에 입력되는 신호의 크기를 측정하여 가중치를 구하는데 이용할 수 있다.
다만, 반송파 주파수 오프셋과 심볼 타이밍 오프셋에 의한 영향이 상측 주파수대역과 하측 주파수대역에서 서로 상반되므로, 다음의 표 1과 같이 설정한다.
K1 × K2 > 0 이면, K4 × K5 < 0
K1 × K2 < 0 이면, K4 × K5 > 0
즉, 반송파 복원을 위한 제1 및 제2 가중치(K1, K2)의 부호가 서로 동일하 면, 제4 및 제5 가중치(K4, K5)의 부호는 서로 달리해야 하고, 반송파 복원을 위한 제1 및 제2 가중치(K1, K2)의 부호가 서로 다르면, 제4 및 제5 가중치(K4, K5)의 부호는 서로 동일하게 설정해야 한다. 그러나 본 발명의 다른 실시예는, 상측BECM부(331) 및 하측BECM부(335)의 출력에 약간의 조작을 하면, 그 부호가 바뀔 수 있다.
바람직하게는, 반송파 복원을 위한 K2, K3의 부호는 서로 동일하게 하고, 심볼 타이밍 복원을 위한 제4 및 제5 가중치(K4, K5)의 부호는 서로 다르게 한다.
제2루프필터부(353)는 제2결합부(351)에서 출력되는 심볼타이밍오차정보에서 저대역 신호 성분만을 통과시켜 제2NCO부(355)로 출력한다.
제2NCO부(355)는 제2루프필터부(353)에서 출력되는 저대역 성분에 따라, 출력주파수를 변화시켜 ADC(301)의 샘플링 클럭을 변화시킴으로써 심볼 타이밍 복원을 행한다.
이상 도 3 내지 도 5를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치(300)를 설명하였다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예는 3가지의 경로를 통해 복원을 수행하는 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치(300)를 보인다. 첫 번째 경로는, 상측BECM부(331)를 통해 얻어진 오차정보를 이용해 반송파 및 심볼 타이밍 복원을 행하는 것이고, 둘 째 경로는, 스펙트럼반전부(333)와 하측BECM부(335)를 통해 얻어진 오차정보를 이용해 반송파 및 심볼 타이밍 복원을 행하는 것이고, 마지막은 종래와 같이 파일롯검출부(337)와 위상검출부(339)를 통해 얻어진 파일롯오차정보를 이용해 반송파 복원을 하는 것이다.
이들 중, 상측BECM부(331)와 하측BECM부(335)에 의한 경로는 각각 반송파 및 심볼 타이밍 복원을 행할 수 있고, 도 3에 도시한 것과 같이 제1 및 제2결합부(341,351)를 두고, 이들 두가지 경로를 결합할 수도 있다. 반송파 복원의 경우에는 이들 세 가지 경로를 각각 이용하거나, 함께 사용하여 반송파 복원을 행할 수 있다.
그러나, 본 발명의 특징인 반송파 복원과 심볼 타이밍 복원을 하나의 장치를 통해 동시에 하기 위해서는 상기 상측BECM부(331)에서의 상측오차정보와 상기 하측BECM부(335)의 하측오차정보를 함께 이용해야 한다. 파일롯검출부(337)와 위상검출부(339)는 포함하지 아니할 수 있다. 이경우 제3 가중치(K3)은 0이 될 것이다.
본 발명의 다른 실시예는, 별도의 제어장치(미도시)를 두어 상측오차정보 및 하측오차정보 중에서 어느 하나를 생성하는 오차검출부를 구현할 수 있다. 이경우는, 반송파 복원과 심볼 타이밍 복원을 동시에 할 수 없으므로, 상기 제어장치(미도시)가 반송파 복원과 심볼 타이밍 복원을 순차적으로 진행하도록 오차검출부(330), 반송파생성부(340) 및 샘플클럭생성부(350)을 제어해야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치의 동작설명에 제공되는 흐름도이다. 이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치의 동작을 설명한다.
먼저 수신된 VSB 변조신호는 ADC(301)를 통해 디지털 신호로 바뀐다. 곱셈기(303)는 디지털 신호로 변환된 VSB 변조신호를 수신하여, 제1NCO부(345)의 출력 신 호와 곱셈을 수행하여 도 1에 도시된 그래프의 기저대역 VSB신호를 생성한다. 기저대역 VSB신호는 오차검출부(330)의 상측BECM부(331), 파일롯검출부(337) 및 스펙트럼반전부(333)로 각각 입력된다(S601).
오차검출부(330)의 상측BECM부(331)는 입력되는 기저대역 VSB신호의 상측 주파수대역(a)을 이용하여 BECM 알고리즘을 수행하고 상측오차정보를 생성한다.
스펙트럼반전부(333)는 입력되는 기저대역 VSB신호의 주파수 스펙트럼을 반전시켜 도 4에 도시된 그래프의 신호를 생성하여 하측BECM부(335)로 출력한다. 하측BECM부(335)는 반전된 기저대역 VSB신호의 상측 주파수대역(c)을 이용하여 BECM 알고리즘을 수행하고 하측오차정보를 생성한다.
파일롯검출부(337)는 입력되는 기저대역 VSB신호에서 파일롯 신호를 검출하여 위상검출부(339)로 출력하고, 위상검출부(339)는 파일롯신호로부터 파일롯오차정보를 생성한다(S603).
제1결합부(341)는 상측BECM부(331), 하측BECM부(335) 및 위상검출부(339)로부터 각각 상측오차정보, 하측오차정보 및 파일롯오차정보를 수신하고 이들에 가중치 K1,K2 및 K3를 각각 곱한 다음, 모두 더하여 반송파 복원을 위한 반송파오차정보를 생성한다.
제2결합부(351)는, 상측BECM부(331)와 하측BECM부(335)로부터 각각 상측오차정보와 하측오차정보를 수신하고 이들에 가중치 K4와 K5를 각각 곱한 다음, 모두 더하여 심볼 타이밍 복원을 위한 심볼타이밍오차정보를 생성한다(S605).
제1결합부(341)가 생성한 반송파오차정보를 제1루프필터부(343)가 수신하여 제1NCO부(345)로 제어신호를 출력하고, 제1NCO부(345)는 제어신호에 따라 주파수를 가변하면서 반송파를 복원하고, 복원된 반송파를 곱셈기(303)로 출력한다.
제2결합부(351)가 생성한 심볼타이밍오차정보를 제2루프필터부(353)가 수신하여 제2NCO부(355)로 제어신호를 출력한다. 제2NCO부(355)는 제어신호에 따라 심볼 클럭 오차를 보정한 샘플링 클럭을 생성하고, 복원된 샘플링 클럭을 ADC(301)로 출력하여 심볼 타이밍 복원을 수행한다(S607).
이와 같은 방법에 의하여, VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치의 동작이 수행된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파일롯 신호가 손상된 경우에도 반송파 복원을 수행할 수 있고, 수신된 VSB 변조신호의 상측 주파수대역이 손상된 경우에도 하측 주파수대역을 이용하여 심볼 타이밍복원을 수행할 수 있어, 채널상황이 나빠지더라도 전체 수신시스템의 열화를 방지할 수 있다.
나아가, 반송파 복원과 심볼 타이밍 복원을 위한 오차정보를 동일한 장치를 통해 검출함으로써 하드웨어를 간단히 구현할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (18)

  1. VSB(Vestigial Side Band)변조된 신호를 수신하여 소정의 샘플링 클럭을 이용하여 디지털 신호로 변환하는 ADC;
    상기 디지털 신호에 소정의 주파수를 가진 반송파 신호를 곱함으로써 기저대역 VSB 신호로 변환하는 곱셈기;
    상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역 신호 각각에 대해 소정의 알고리즘을 수행함으로써 상기 수신된 VSB 변조신호의 위상정보와 기 설정된 기준 위상정보사이의 오차인 상측 및 하측오차정보를 각각 생성하는 오차검출부;
    상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 주파수 오프셋이 보정된 상기 반송파 신호를 생성하는 반송파생성부; 및
    상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 심볼 클럭오차를 보정한 상기 샘플링 클럭을 생성하는 샘플클럭생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소정의 알고리즘은 BECM(Band Edge Component Maximization)인 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 오차검출부는,
    상기 기저대역 VSB 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 상측오차정보를 생성하는 상측BECM부;
    상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역을 서로 바꾸어 스펙트럼을 반전시키는 스펙트럼반전부; 및
    상기 스펙트럼 반전된 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 하측오차정보를 생성하는 하측BECM부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스펙트럼반전부는, 상기 기저대역 VSB 방식 신호의 주파수 스펙트럼을 반전시키기 전에, 상기 VSB 신호에 포함된 파일롯(pilot) 신호를 검출하여 제거하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 오차검출부는,
    상기 기저대역 VSB 신호에 포함된 파일롯 신호를 검출하는 파일롯검출부; 및
    상기 검출된 파일롯 신호로부터 상기 수신한 VSB 변조신호의 위상정보인 파일롯위상정보를 검출하여 상기 반송파생성부로 출력하는 위상검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 반송파생성부는,
    상기 파일롯, 상측 및 하측오차정보에 소정의 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 반송파오차정보를 출력하는 제1결합부;
    상기 반송파오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제1루프필터부; 및
    상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 반송파 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 제1NCO부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반송파생성부는,
    상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 반송파오차정보를 출력하는 제1결합부;
    상기 반송파오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제1루프필터부; 및
    상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 반송파 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 제1NCO(Numerically Controlled Oscillator)부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 샘플클럭생성부는,
    상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 심볼타이밍오차정보를 출력하는 제2결합부;
    상기 심볼타이밍오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제2루프필터부; 및
    상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 샘플링 클럭을 상기 곱셈기로 출력하는 제2NCO부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 가중치는 채널상태에 따른 상기 파일롯, 상측 및 하측위상정보 각각의 신뢰도에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 반송파생성부는,
    상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 제1 및 제2 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 반송파오차정보를 출력하는 제1결합부;
    상기 반송파오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제1루프필터부; 및
    상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 반송파 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 제1NCO부;를 포함하고,
    상기 샘플클럭생성부는,
    상기 상측 및 하측오차정보에 소정의 제3 및 제4 가중치를 각각 곱한 다음, 이를 더한 심볼타이밍오차정보를 출력하는 제2결합부;
    상기 심볼타이밍오차정보에서 저대역 신호를 필터링하는 제2루프필터부; 및
    상기 저대역 신호에 따라 상기 소정의 주파수를 바꾼 샘플링 클럭을 상기 곱셈기로 출력하는 제2NCO부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 동일한 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 서로 다른 부호인 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 서로 다른 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 동일한 부호인 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 VSB방식으로 변조된 신호는, ATSC(Advanced Television System Committee) 규격의 미국식 디지털 방송신호인 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원장치.
  14. VSB 변조된 신호를 수신하여 소정의 샘플링 클럭을 이용하여 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호에 소정의 주파수를 가진 반송파 신호를 곱함으로써 기저대역 VSB 신호로 변환하는 단계;
    상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역 신호 각각에 대해 BECM알고리즘을 수행함으로써 상기 수신된 VSB 변조신호의 위상정보와 기 설정된 기준 위상정보사이의 오차인 상측 및 하측오차정보를 생성하는 단계;
    상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 주파수 오프셋이 보정된 상기 반송파 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 상측 및 하측오차정보를 결합하여 심볼 클럭오차를 보정한 상기 샘플링 클럭을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 오차정보를 생성하는 단계는,
    상기 기저대역 VSB 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 상측오차정보를 생성하는 단계;
    상기 기저대역 VSB 신호의 상측 및 하측 주파수대역을 서로 바꾸어 스펙트럼을 반전시키는 단계; 및
    상기 스펙트럼 반전된 신호에 대해 BECM 알고리즘을 수행하여 상기 하측오차정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 반송파 신호는 상기 상측 및 하측오차정보에 제1 및 제2 가중치를 각각 곱하여 더함으로써 구하고,
    상기 샘플링 클럭은 상기 상측 및 하측오차정보에 제3 및 제4 가중치를 각각 곱하여 더함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 동일한 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 서로 다른 부호인 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 가중치는, 상기 제1 및 제2 가중치가 서로 다른 부호이고 상기 제3 및 제4 가중치는 동일한 부호인 것을 특징으로 하는 VSB 방식 수신기를 위한 반송파 및 심볼 타이밍 복원방법.
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