KR20080047611A

KR20080047611A - 디지털 신호 수신기에 대한 도플러 효과를 보상하기 위한방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080047611A
Application number: KR1020087009027A
Authority: KR
Inventors: 진-루크 로베르트; 진-이베스 레 나오우르; 진-프란코이스 핀토스
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2007045626A9; CN101283524A; US20090257535A1; WO2007045626A1; JP2009512380A; EP1955448A1

Abstract

본 발명은 이동 수신기에 대한 도플러 효과를 보상하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 튜너 구성요소의 주파수 제어와 도플러 효과에 기인한 드리프트를 교정하기 위해 변조될 신호에 기초한 PLL(위상 루프 고정 :phase-locked loop)을 생산하는 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 방법을 구현하는 수신기에 관한 것이다.

Description

디지털 신호 수신기에 대한 도플러 효과를 보상하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR COMPENSATING THE DOPPLER EFFECT FOR A DIGITAL SIGNAL RECEIVER}

본 발명은 디지털 신호 수신기에 관한 것이며, 특히 도플러 효과를 보상하는 방법과 이 도플러 효과로 인한 왜곡에 의해 영향 받은 수신 신호를 처리하기 위한 관련 디바이스에 관한 것이다. 이는 특히, 새로 등장하고 있는 DVB-H(Digital Video Broadcast Handheld) 표준의 구현 범위 내에 있으며, 이의 목적은 디지털 텔레비전 프로그램이 이동 단말기로부터 수신되는 것을 가능하게 하는 것이다.

도시, 시외 또는 시골 환경에서 이동하는 차량 안에서의 디지털 텔레비전 프로그램의 수신은 기술적으로 가능하지만, 전파의 영향 및 더 상세하게는, 그 중에서도 특히 채널 상에서의 주파수 시프트를 야기하는 속도로 인한 도플러 효과를 최소화하기 위해 강력한 수신기를 요구한다.

2-채널 또는 4-채널 안테나 다이버시티 솔루션은 수신 시에 원하지 않는 중단을 일으키는 현상을 억제하는(combating) 효과적인 수단으로 남아 있다. 이는 한 편으론, 차량 위에 있는 복수의 안테나와 이 안테나에 연결된, 다수의 완전한 수신 서브시스템을 갖춘 수신기의 구현을 요구하며, 다른 한편으론, 비교적 비싼 처리 시스템을 요구한다. 이러한 솔루션은 배터리를 전력으로 사용하는 어플리케이션에는 적합하지 않을 것이다.

이동 단말기로의 프로그램 전송을 위해 사용되는 DVB-T(Digital Video Broadcast Terrestrial)표준은 선택될 변조 파라미터를 고려하면 커다란 한계를 갖는다. 실제로, "8k 반송파 및 64 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)"타입 변조에 있어서, 수신 한계는 50 km/h 미만의 이동 속도에서 나타난다. 그러므로 이는, 수신할 때 고속으로 이동할 때 덜 강하고(less robust), 그러나 단일 채널 상에서 더 높은 비트 속도를 제공하는데, 이는 즉, 조작자를 위해 더 많은 프로그램을 제공한다. "2k 반송파 및 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying)"타입 변조에 있어서, 수신 한계는 약 400 km/h로 차량 속도에 맞게 정해진다. 그러므로 도플러 효과에 대한 허용차(tolerance)는 더 좋지만, 이는 더 낮은 채널 비트 속도를 댓가로 한다.

반송파 수의 중간 선택을 통해, "4K 반송파 및 COFDM(Combining Orthogonal Frequency Division Multiplex)"타입의 경우에서의 DVB-H 시스템은 채널 비트 속도에 관한 허용할만한 트레이드오프(tradeoff)와 도플러 효과에 대한 허용차(tolerance)를 제공한다.

현재, COFDM 변조기 회로에 병합된 디지털 처리 함수는 도플러 효과에 대한 허용차의 상당한 개선을 가능하게 하지만, 그럼에도 불구하고 이러한 현상은 모바일 수신에 여전히 존재하고 이에 유해하다.

본 발명은 이러한 문제의 해결을 제안한다.

본 발명은 도플러 효과로 인한 왜곡에 영향을 받은 신호에서 이동 수신기에 관한 도플러 효과를 보상하는 방법으로 구성된다. 이는 변조될 신호에 기초하여, 채널 선택을 위한 튜너 구성요소의 주파수 제어에 작용하는 위상동기 루프(PLL:Phase-Locked Loop)를 구현하는데 있다.

PLL을 구현하기 위한 단계는:

- 의사(spurious) 변조 이미지를 결정하는 단계와,

- 도플러 시프트의 조짐(sign)을 한정하는 단계와,

- 튜너 구성요소의 주파수 제어를 조정하기 위한 이전의 데이터로부터 제어 지시(indication)를 생성함으로서, 변조 전에, 상기 도플러 효과에 의해 생성된 주파수 드리프트가 정정될 수 있는 단계를

포함한다.

그러므로 본 발명에 의해 제안된 방법은 도플러 확산(spreading)에 대한 허용차의 상당한 개선을 가능하게 하는데 이유인 즉, 이러한 현상이 가지고 있는 왜곡으로부터 부분적으로 정화된 신호의 전달이 가능하기 때문이다. 이는 변조기의 유효성과 그 결과로서의 수신기의 유효성 보강법을 제공한다.

본 발명은 또한, 변조기의 업스트림에서:

- 의사 변조 이미지를 결정하기 위해 변조될 중간 주파수 신호를 처리하는 수단과,

- 도플러 시프트의 조짐을 한정하는 수단과,

- 도플러 효과에 의해 생성된 주파수 드리프트를 변조 전에 정정하기 위해 이전의 데이터로부터 튜너 구성요소 주파수 제어 지시를 생성하기 위한 수단을

포함하는 디지털 데이터 수신기에 관한 것이다.

본 발명의 변형에 따르면, 신호 처리 수단은 지연 주파수 판별기(discriminator)를 포함한다. 바람직하게, 중간 주파수 신호에 의한 RF 입력과 지연 τ에 영향을 받는 동일한 신호에 의한 LO 입력에서 구동되는 혼합기에 의해 형성된다.

본 발명의 변형에 따르면, 주파수 제어 지시를 생성하기 위한 수단은 판별기로부터 획득된 지시와 도플러 시프트의 조짐을 분석하기 위한 계산 블록(computation block)을 포함한다.

그러므로 보상 디바이스는 도플러 확산(spreading)에 대한 허용차의 상당한 개선을 가능하게 하는데 이유인 즉, 이러한 현상이 가지고 있는 왜곡으로부터 이미 부분적으로 정화된 신호를 변조기에 전달하기 때문이다. 그러므로 통합된 도플러 보상 디지털 처리 회로를 포함하는 이러한 변조기는 이러한 도플러 효과로 인한 외란(disturbance)의 상당한 제거를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 수신기는 매크로-모듈에서 통합될 수 있는데, 이는 모바일 트레스트리얼(mobile terrestrial) 디지털 수신기에 삽입될 수 있도록 이점을 제공한다.

위에서 언급된 본 발명의 특성과 이점 등은, 첨부된 도면과 연계될 경우에, 다음의 설명을 읽음으로써 더 확실히 분명해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 디바이스의 예시적인 실시예를 도시한 도면.

도 2는 도플러 조짐 검출 블록의 예시적인 실시예를 도시한 도면.

도 3은 도플러 처리 블록의 예시적인 구조를 도시한 도면.

본 발명에 따른 디바이스 또는 방법의 원리는 아래에 설명되는 도플러 현상의 분석에 기초한다:

수신기의 안테나(1)에 의해 수신된 신호가 에코에 의해 그러나 도플러 시프트 없이 영향을 받는 경우에, 주파수(ω_m) 및 진폭(a)의 OFDM-변조된 신호(t)의 에코는 진폭(b)과 지연(τ)을 갖는다. 시간 t에서 수신기에 의해 보이는 결과 신호(resultant signal)는:

이고,

이러한 신호의 진폭은:

의 형식을 취한다.

상기 진폭은 ω_mτ=2π에 대해 최대 값(maxima)을 갖는 반송파의 주파수 함수이다.

만일 수신기가 이동성이 있을 경우, 에코 b는 도플러 효과에 의해 영향을 받고 주파수 시프트(τf_m)가 있고, 시간 t에서 수신기에 의해 보여 지는 결과 신호는:

이 된다.

그 다음 OFDM 신호는:

형태의 진폭을 갖는다.

상기 최대 값은 도플러 주파수(△ω_m=2π)^~에 대응한다.

결과는, 주어진 수신된 채널에 대한 OFDM 신호의 반송파가 도플러 주파수와 보조를 맞추어 의사 변조에 의해 영향을 받는다는 것이다.

그 다음 본 발명에 따른 방법은 도플러 효과와 도플러 시프트(△ω_m)의 조짐에 의해 적용되는 의사 변조의 이미지를 결정하는 것과, 그 다음 제어 신호가 튜너 의 주파수를 조정하도록 형성하기 위해 이러한 두개의 데이터 항목을 처리하는 것에 있다.

상기 방법과 연관된 본 발명에 따른 디바이스의 예시적인 실시예는 도 1에 의해 나타낸다. 예시적인 실시예에서 단일 안테나(1)를 갖춘 수신기는 다음의 기본 구성요소에 의해 형성된 종래의 수신 서브시스템을 포함한다: 안테나(1), 튜너 구성요소(2), 증폭기(3) 및 변조기(4). 안테나-다이버시티 수신의 상황에서, 상기 수신은 여러 안테나를 통해 또한 발생할 수 있고, 상기 수신된 신호는 그 다음 다른 및 잘 알려진 방법에 따라 다시 결합된다. 튜너 구성요소(2)는 도 1의 예에서, PLL 주파수 합성기를 구비한 튜너이다.

안테나(1)에 의해 수신된 신호는 수신 채널을 선택하는 튜너(2)에 인가된다. 중간 주파수 신호(예컨대, 36MHz)는 그 다음 증폭기(3)에 인가되고 나서 변조기(4)에 인가되므로, 변조된 신호를 전달한다. 이 같은 본 발명의 경우에, 상기 변조기는 COFDM 변조기이지만, 수신된 신호의 변조와 대응하는 임의의 다른 변조기가 구상될 수 있다. 이러한 변조기는 도플러 효과의 부분적인 보상을 가능하게 하는 도플러 정정 회로를 병합한다.

본 발명에 따라, 도플러 효과의 보상은 변조기(4)의 업스트림에서 중간 주파수(IF) 신호를 샘플링하는 회로에 의해 제공되므로, 채널 선택 주파수의 조정을 튜너 구성요소 상에 PLL을 이용하여 적용하는 것을 가능하게 한다. 이러한 보상 회로에 입력된 IF 신호는 도 1에 도시되지 않은 커플러(coupler)에 의해 샘플링되고, 이러한 보상 회로는 수신 채널의 선택 주파수 정정에 필요한 신호를 튜너 구성요소 의 주파수 합성기(5)에 전달할 것이다. 설명된 예에서, 이는 채널 선택을 제어하기 위한 부분-유형의 합성기를 구비한 튜너 구성요소이다.

보상 회로의 입력 신호는 혼합기(11)와 지연 회로(12)에 의해 형성된 주파수 판별기에 인가되고서 저역통과 필터(13)에 의해 필터링되는 중간 주파수(IF) 신호이다. 상기 중간 주파수 신호는 혼합기의 RF 입력부에 인가되고, 지연 회로(12)에 의해 도입된 지연 T에 영향을 받는 이와 동일한 신호는 LO 입력부에 인가된다. 그러므로 이러한 회로는 종래기술에서 알려진 지연-라인 변조기를 구성한다. 예컨대, π/2의 지연에 있어서 변조기로부터의 출력 지시가 인입 신호의 주파수 변조에 비례하는 전압이라는 사실이 증명될 수 있다.

결과는, 이 판별기로부터 획득된 지시가, 저역통과 필터(13)에 의한 필터링 이후에, 도플러 효과에 의해 야기된 의사 변조의 이미지이고 그러므로, 도플러 시프트를 나타낸다는 것이다.

혼합기(11)와 지연 구성요소(12)에 의해 형성된 주파수 판별기에 대한 도플러 효과로 가산되는 왜곡에 영향을 받는 중간 주파수에서의 OFDM 신호를 적용함으로써, 이 결과는 주파수 변조 지시(도플러 결함)가 필터링 이후에 신호의 주파수에 포함되는 신호이다. 그러므로 이 신호는 도플러 효과에 의해 야기된 의사 변조의 이미지를 나타낸다.

제2 블록(14)은 중간 주파수 신호로부터 도플러 시프트의 조짐을 결정하는데 책임이 있다. 도 2는 이러한 블록의 예시적인 도면이고, 이는 아래에서 설명될 것이다.

그 다음 두개의 도플러 시프트와 조짐 지시는 튜너 채널 선택 주파수의 조정을 정정하도록 새로운 제어 지시를 생성하는 의무를 지닌 마이크로제어기에 의해 관리되는 처리 블록(15)에 전송된다. 도 3은 이러한 블록의 예시적인 도면이고, 이는 뒤에 설명될 것이다.

최대 값에서의 도플러 시프트는 대개 수백 Hz 정도이기에, 튜너 구성요소(2)의 주파수 합성기(5)는 이러한 경우에, 약 1 Hz의 정밀도를 제공하는 "Fractional N"유형 PLL에 의해 구현될 것이다.

그러므로 매크로-모듈 내에서 모든 이러한 회로를 통합하려는 가능성은 이 데이터 처리 회로가 모바일 트레스트리얼(mobile terrestrial) 디지털 수신기에 삽입되도록 한다.

도 2는 도플러 조짐 검출 블록(14)의 예시적인 구현을 나타낸다.

이러한 블록은 메인 구성요소로서, 변조기(20)를 포함한다. 디지털 합성기(21)에 의해 생성된 기준 신호는 변조기의 LO 입력부에 인가된다. 회로(23), 위상-이동기(phase-shifter) 및 커플러는 이의 출력부 중 하나에서 90도 위상 이동된 신호를 전송하도록 사용되는 반면에, 이 신호는 그 외의 다른 출력부에서 위상 이동 없이 전송될 것이다. 이러한 두개의 신호는 두개의 혼합기(25, 26)의 LO 입력부에 각각 적용된다. 중간 주파수(IF) 신호 즉, 변조기의 업스트림(도 1 참조)에서 샘플링되는 중간 주파수(IF) 신호는 변조기(20)의 RF 입력부에 인가된다. 이러한 신호는 혼합기(25, 26)의 두 입력단 각각에 커플러를 통해 인가되는데, 이 혼합기 는 이들 각각의 출력단에서, 주파수 시프트(f_D)에 대응하는 각의 오프셋(ω_D) 값을 나타내는 사인 곡선의 신호{sin (ω_D+t)}와 코사인 곡선의 신호 {cos (ω_D+t)}를 전달한다. 그러므로 변조기(20)는 이러한 경우에, 위상 검출기로 사용된다. 신호 처리 회로(22)는 변조기(20)에 연결된다. 이 신호 처리 회로는 입력단에서, 변조기 회로에 의해 전달되는 사인 및 코사인 값을 수신함으로서, 이의 출력단에서 도플러 시프트의 조짐을 나타내는 신호(S_SI)를 전송한다. 그러므로 이는, 도플러 효과로 인한 주파수 시프트가 선택된 튜너 주파수에서의 증가 또는 감소가 되게 하는 이동인지에 대한 여부를 결정하는 것을 가능하게 한다.

도 3은 도 1의 도플러 처리 블록(15)의 예시적인 구조를 나타낸다. 이러한 처리 블록(15)은 분석 회로(34) 예컨대, 마이크로처리기를 포함한다. 이 분석 회로는 이의 입력단 중 하나에서 ADC(아날로그-디지털 변환기)회로로부터 획득된 신호를 수신하는데, 상기 ADC 회로는 필터(13)로부터 획득된 도플러 효과에 의한 의사 변조의 이미지에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 그 나머지 입력단에서, 이는 도플러 시프트의 조짐을 나타내는 신호(S_SI)를 수신한다. 기준 메모리(35)는 이러한 분석 회로와 연관된다. 이러한 메모리(35)에 의해 저장된 기준은 디지털 신호의 다양한 값에, 도플러 효과로 인한 주파수 차이를 보상하는 튜너 구성요소(2)의 PLL 합성기를 제어하도록 사용된 이에 대응하는 값을 할당하도록 사용된다.

본 발명의 다른 변형이 가능하다. 앞서 설명된 예는 COFDM-변조된 신호의 수 신을 보여준다. 다른 변조도 구상될 수 있다.

위에서 설명되는 예는 복조기의 업스트림에서 중간 주파수 신호 수신하는 회로를 도시한다. 도플러 효과의 외란(disturbances)에 영향을 받는 임의의 신호는 PLL을 조절하기 위해 증폭기에서 또는 다른 레벨에서 변조기의 업스트림에서 샘플링될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 디지털 신호 수신기에 에 이용가능 하며, 특히 도플러 효과를 보상하는 방법과 이 도플러 효과로 인한 왜곡에 의해 영향 받은 수신 신호를 처리하기 위한 관련 디바이스에 이용가능 하다.

Claims

변조될 신호에 기초하여 채널을 선택하기 위한 튜너 구성요소(2)의 주파수 제어 역할을 하는 위상 동기 루프(PLL:phase-locked loop)를 구현함으로써, 이동 수신기에서 도플러 효과로 인한 왜곡에 영향을 받은 신호에 대한 도플러 효과를 보상하는 방법에 있어서,

- 의사 변조의 이미지에 대응하는 신호를 결정하는 단계와,

- 도플러 시프트(Doppler shift)의 조짐에 대응하는 신호를 한정하는 단계와,

- 앞선 신호로부터 튜너 구성요소(2) 주파수 정정 데이터를 생성하는 단계를

포함하는 것을 특징으로 하는, 신호에 대한 도플러 효과를 보상하는 방법.
적어도 하나의 안테나(1)와 연관된 적어도 하나의 수신 서브시스템을 포함하고, 또한 튜너(2)와 복조기(4)를 포함하는 디지털 데이터 수신기로서,

변조기의 업스트림(upstream)에서,

- 의사 변조 이미지에 대응하는 신호를 결정하기 위해 복조될 중간 주파수 신호를 처리하는 수단(11,12,13)과,

- 도플러 시프트의 조짐에 대응하는 신호를 한정하는 수단(14)과,

- 도플러 효과에 의해 생성된 주파수 드리프트(drift)를 정정하기 위한 튜너 구성요소 주파수 제어 데이터를 선행의 신호로부터 생성하기 위한 수단(15)을

포함하는 것을 특징으로 하는, 디지털 데이터 수신기.
제 2항에 있어서,

디지털 신호 처리 수단은 지연 주파수 판별기(discriminator)(11,12)와 의사 변조의 이미지를 나타내는 신호를 전달하는 저역통과 필터(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디지털 데이터 수신기.
제 3항에 있어서,

주파수 판별기는 중간 주파수 디지털 신호에 의한 RF 입력과 지연(T)에 영향을 받는 동일한 신호에 의한 LO 입력에 대해 구동되는 혼합기(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디지털 데이터 수신기.
제 2항에 있어서,

주파수 제어 데이터를 생성하기 위한 수단은 판별기로부터 획득된 지시(indication)와 도플러 시프트의 조짐(sign)을 분석하기 위한 계산 블록(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디지털 데이터 수신기.
제 2항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,

중간 주파수 신호 처리 수단, 도플러 시프트의 조짐을 한정하기 위한 수단과 주파수 제어 지시를 생성하기 위한 수단은 매크로-모듈(macro-module)에서 통합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 디지털 데이터 수신기.