KR20080088308A - Apparatus for recovering carrier wave in digital broadcasting receiver and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 의한 디지털 방송수신기의 반송파 복원 장치를 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a carrier recovery apparatus of a digital broadcast receiver according to the prior art.
도 2는 도 1의 반송파복원부와 심벌타이밍복원부의 세부 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a carrier restoration unit and a symbol timing restoration unit of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 디지털 방송수신기의 반송파 복원 장치를 나타낸 회로 블록도이다.3 is a circuit block diagram showing a carrier recovery apparatus of a digital broadcast receiver according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 도 3의 반송파복원부와 심벌타이밍복원부의 세부 구성을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a detailed configuration of a carrier restorer and a symbol timing restorer of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명에 적용된 심벌타이밍복원부의 세부 구성을 나타낸 도면이다.5 is a view showing a detailed configuration of a symbol timing restorer applied to the present invention.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 의한 반송파 복원 과정을 나타낸 플로우챠트이다.6A and 6B are flowcharts illustrating a carrier recovery process according to an embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7g는 도 4의 각 구성요소에서의 출력되는 신호 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 7A to 7G are diagrams illustrating signal spectra output from respective elements of FIG. 4.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반송파복원부와 심벌타이밍복원부의 구성을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating the configuration of a carrier recovery unit and a symbol timing restoration unit according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
150: A/D변환기 170: 위상분리기150: A / D converter 170: phase separator
190: 반송파복원부 191: 복소곱셈기190: carrier recovery unit 191: complex multiplier
193: OQAM신호생성기 195: 위상오차검출부193: OQAM signal generator 195: phase error detection unit
197: 제 2다운샘플러 199: 업샘플러197: second downsampler 199: upsampler
201: 루프필터 203: 덧셈기201: loop filter 203: adder
205: 수치제어발진기(NCO) 210: 심벌타이밍복원부205: NCO 210: Symbol Timing Restoration Unit
211: 리샘플러 213: 통과대역 타이밍오차검출부211: resampler 213: passband timing error detection unit
215: 루프필터 217: 수치제어발진기215: loop filter 217: numerically controlled oscillator
230: 정합필터 250: 다운샘플러230: matching filter 250: downsampler
270: DC제거기270: DC eliminator
본 발명은 반송파의 심벌 타이밍과 주파수 오프셋을 보정하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 VSB(Vestigial Sideband)변조 방식의 방송신호를 수신하는 디지털 방송수신기에서 파일럿신호에 의존하지 않고서도 반송파의 주파수 오프셋을 보정하여 반송파를 복구할 수 있는 디지털 방송수신기의 반송파 복원 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 그랜드 얼라이언스(Grand Alliance)가 제안하고 미국 및 국내에서 SDTV/HDTV 지상파 전송 규격으로 채택된 ATSC A/53 디지털 텔레비전 규격은 19.4MHz 속도의 페이로드(payload)데이터를 6MHz의 채널에 8-VSB(8-level Vestigial SideBand)로 변조하여 전송하는 것을 근간으로 한다. 상기 VSB 방식은 신호를 진폭 변조했을 때, 반송파를 중심으로 위 아래로 생기는 두 개의 측대역중 한쪽 측대역 신호를 크게 감쇠시켰을 때의 나머지 부분만을 변조하는 방식이다. 즉 기저대역의 한쪽 측파대역 스펙트럼만을 취해 통과대역으로 옮겨서 전송하는 방식으로 밴드 영역을 효율적으로 사용하는 방식 중 하나이다.In general, the ATSC A / 53 digital television standard, proposed by the Grand Alliance and adopted as the SDTV / HDTV terrestrial transmission standard in the United States and Korea, delivers payload data at 19.4 MHz over 8-VSB on 6 MHz channels. It is based on the modulation and transmission to (8-level Vestigial SideBand). The VSB method modulates only the remaining part when one sideband signal of the two sidebands generated up and down about a carrier is greatly attenuated when the signal is amplitude modulated. In other words, it takes one side waveband spectrum of the baseband and transfers it to the passband to transmit the band.
이때, 상기 VSB 변조시 기저대역(Baseband)의 DC 스펙트럼이 통과대역(Passband)으로 옮겨가면 톤 스펙트럼으로 바뀌게 되고, 이 신호를 흔히 파일럿신호라 부른다. 즉 방송국에서 VSB 변조를 할 때 수신기에서 반송파 복원을 용이하게 하기 위해 작은 크기의 파일럿신호를 실어서 공중으로 송출하게 된다.At this time, when the baseband DC spectrum is shifted to the passband during the VSB modulation, it is converted into a tone spectrum, and this signal is often referred to as a pilot signal. That is, when VSB modulation is performed in a broadcasting station, a pilot signal of a small size is loaded on the receiver to facilitate carrier recovery.
도 1은 이러한 VSB변조 방식의 방송신호를 수신하여 복원하는 디지털 방송 수신기의 일반적인 구성 블록도이다.1 is a general block diagram of a digital broadcast receiver for receiving and restoring a broadcast signal of the VSB modulation scheme.
먼저, 안테나로 입력되는 공중파 RF 신호는 튜너(11)에서 중간주파수(IF; Intermediate Frequency)의 통과대역(Passband) 신호로 변환되고, 통과대역 신호는 IF처리기(13)를 경유하여 아날로그신호 처리된 후 A/D변환기(15)로 입력된다. 상기 IF처리기(13)는 인접 채널의 간섭 및 튜너에서 발생된 고주파 성분을 제거하기 위한 SAW 필터와, 입력신호의 레벨을 조절하기 위한 이득 조절기(AGC) 등으로 구성된다.First, the airwave RF signal input to the antenna is converted into a passband signal of intermediate frequency (IF) in the
상기 A/D변환기(15)에서는 IF처리기(13)에서 출력되는 아날로그 통과대역 신호를 디지털 통과대역 신호로 변환하여 위상분리기(17)로 출력한다. 일예로, 상기 A/D변환기(15)에서 고정 발진자를 사용할 경우 아날로그신호는 고정된 샘플링주파수(25MHz)를 갖는 디지털신호로 변환된다. The A /
상기 위상분리기(17)는 디지털로 변형된 통과대역 신호를 복소 신호(I신호, Q신호)로 변환하게 되는 데, 위상이 서로 90ㅀ가 되는 실수 성분과 허수 성분의 통과대역 신호로 분리하여 반송파복원부(19)로 출력한다.The
상기 반송파복원부(19)는 상기 위상분리기(17)에서 출력되는 통과대역 복소 신호를 기저대역의 복소 신호로 변환한 후 심벌 클록 복구를 위해 심벌타이밍복원부(21)로 출력한다. The
상기 심벌타이밍복원부(21)는 송신단의 클록과 수신단의 클록을 동기화시키는 역할을 하며, 궁극적으로는 기저대역 또는 통과대역 신호를 시간상으로 최적점에서 샘플링함으로써, 채널등화기(27)의 출력에서의 결정 오차(decision error)를 최소화하도록 동작되어야 한다.The symbol
상기 심벌타이밍복원부(21)의 출력은 정합필터(23)를 통과하게 되는 데, 정합필터(23)는 롤오프 인자를 갖는 자승근 코사인필터를 사용하며, 정합필터(23)의 출력신호는 DC제거기(25)를 통과하여 파일럿신호가 제거된 후 채널등화기(27)로 입력된다. The output of the
상기 채널등화기(27)는 심벌타이밍복원부(21)를 거친 신호에 포함된 심벌간의 간섭(ISI; Inter-Symbol Interference)을 제거한 후 위상추적기(29)로 출력한 다. 즉, HDTV와 같은 디지털 전송 시스템에서는 송신 신호가 다중경로(multi-path) 채널을 통과하여 생기는 왜곡이나 NTSC 신호에 의한 간섭, 송수신 시스템에 의한 왜곡에 의하여 수신측에서 비트 검출오차를 일으키게 된다. 특히, 다중경로를 통한 신호의 전파는 심벌간의 간섭(ISI)을 일으켜 비트 검출 오차의 주원인이 된다. 따라서, 상기 채널등화기(27)는 이러한 심벌간의 간섭(ISI)을 제거한다.The
상기 위상추적기(29; Phase Tracker)는 상기 반송파복원부(19)에서 완전하게 제거하지 못한 반송파의 잔류 위상을 보정하여 주파수에러보정기(31; Forward Error Correction)로 출력한다.The
상기 주파수에러보정기(31)는 위상 보정된 신호의 오차를 정정하여 A/V 프로세서(33)로 출력한다. 상기 A/V 프로세서(33)는 MPEG-2 및 Dolby AC-3 방식으로 압축 처리된 영상 및 음성 신호를 원래대로 복원하여 영상 신호는 모니터(37)로 전달하여 화면을 볼 수 있게 하고, 음성 신호는 스피커(39)로 전달되어 소리를 들을 수 있게 해준다.The
도 2는 종래기술에 의한 도 1의 반송파복원부(19)와 심벌타이밍복원부(21)의 일예를 도시한 것이다.2 illustrates an example of the
상기 반송파복원부(19)는 파일럿신호를 이용하여 주파수 획득과 추적을 동시에 수행하는 FPLL(Frequency and Phase Locked Loop) 시스템으로 이루어져 있는 데, 이와 같은 파일럿신호를 이용하여 반송파를 복원하는 과정을 살펴보면 아래와 같다.The
먼저, A/D변환기(15)에 의해 디지털신호로 변환된 통과대역 실수 신호(real signal)로부터 복소 신호를 얻기 위해서 위상분리기(17; Phase Splitter)를 통과시킨다. 위상분리기(17)를 통과한 복소 신호는 반송파복원부(19)에 의해서 기저대역(Baseband) 신호로 변환된다. First, a
반송파복원부(19)의 제 1복소곱셈기(19-1)는 상기 위상분리기(17)를 통과한 통과대역 복소 신호에 파일럿주파수인 fP에 추정된 파일럿신호의 주파수 오프셋인 fP,est의 복소 켤레(complex conjugate)를 곱하면, 파일럿신호는 DC로부터 주파수 오프셋(ΔfP)인 fP - fP,est의 양만큼 벗어난 위치에 존재하게 된다. 여기서, ΔfP의 주파수 오프셋을 안고 있는 파일럿신호로부터 데이터 패턴지터(Pattern Jitter)에 의한 영향을 줄이기 위해서 파일럿신호를 저역통과필터(19-2; LPF)를 통과시킨 후 이미 공지된 방법인 주파수/위상오차 검출 수단(19-3∼19-7)에 의해서 반송파 주파수의 오차와 위상 오차를 추출하여 제 1복소곱셈기(19-1)에서 출력되는 기저대역의 주파수 오프셋을 보정하게 된다. The first complex multiplier 19-1 of the
여기서, 저역통과필터(19-2)를 통해 출력되는 실수 성분의 신호(Re(·))는 직접 또는 지연기(19-3)를 통해 곱셈기(19-4)로 입력되게 되며, 허수성분의 신호(Imag(·))는 곱셈기(19-4)로 바로 입력된다. 이와 같은 구성은 주파수 복원범위를 넓게 하기 위하여 사용하는 것인 데, 예컨데 멀티플렉서(MUX)는 반송파 주파수가 복원되기 전에는 지연기(19-3)를 통해 지연된 실수 성분의 신호를 선택하여 출력하게 되나, 반송파 주파수가 복원된 후에는 지연되지 않은 실수 성분의 신호를 선택하여 출력하게 된다.Here, the real component signal Re (·) output through the low pass filter 19-2 is input to the multiplier 19-4 directly or through a delay unit 19-3. The signal Imag (·) is input directly to the multiplier 19-4. This configuration is used to widen the frequency recovery range. For example, the multiplexer (MUX) selects and outputs the delayed real component signal through the delay unit 19-3 before the carrier frequency is restored. After the carrier frequency is restored, a signal of a real component that is not delayed is selected and output.
이어, 심벌타이밍복원부(21)는 상기 반송파복원부(19)의 반송파 복원 시스템인 FPLL(Frequency and Phase Locked Loop)을 거쳐 기저대역으로 변환된 신호로부터 심벌 타이밍을 복원하게 된다. Subsequently, the symbol
상기 심벌타이밍복원부(21)는 전형적인 가드너(Gardner) 방식의 타이밍오차검출기(TED, Timing Error Detector)를 채용하고 있으며, 8-level VSB 심벌들의 전이에 의한 패턴지터의 영향을 줄이기 위해서 상단 측대역 만을 통과대역으로 하는 대역통과필터(21-2; BPF)를 통과시킨 후 가드너 TED(21-3; Gardner TED)를 통하여 심벌타이밍 복원에 필요한 오차를 추출하게 된다. The symbol
이렇게 구해진 오차는 루프필터(21-4; Loop Filter)에 의해서 저역통과 필터링된 후, 수치제어발진기(21-5; NCO)를 통과하여 리샘플러(21-1; Re-sampler)의 제어 신호를 생성하게 된다. 리샘플러(21-1)는 A/D 변환시에 사용된 고정주파수로 샘플링된 기저대역 디지털신호로부터 심벌주파수의 정확히 2배에 해당하는 주파수로 샘플링된 기저대역 디지털신호로 변환된다. The error thus obtained is low pass filtered by the loop filter 21-4, and then passes through the NCO 21-5 to control the control signal of the re-sampler 21-1. Will be created. The resampler 21-1 is converted from a baseband digital signal sampled at a fixed frequency used in A / D conversion to a baseband digital signal sampled at a frequency corresponding to exactly two times the symbol frequency.
이렇게 심벌 타이밍이 복원된 신호는 정합필터(23)를 거친 후 DC제거기(25)를 통과하여 채널등화기(27)로 인가된다. The signal in which the symbol timing is restored is passed through the matching
도 2와 같은 반송파 복원 시스템의 경우, 반송파 복구가 파일럿신호와 그 주파수와 위상에만 전적으로 의존하기 때문에, 주파수의 선택적인 채널환경에서 파일럿신호의 위치에 해당하는 주파수가 심하게 감쇄될 경우, 반송파 복구가 불가능하게 된다. In the carrier recovery system of FIG. 2, since carrier recovery depends solely on the pilot signal and its frequency and phase, when the frequency corresponding to the position of the pilot signal is severely attenuated in the selective channel environment of the frequency, the carrier recovery is performed. It becomes impossible.
또한, 채널의 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)이 신호대역에 비해서 매우 좁을 경우 파일럿신호만 심하게 감쇄되고, 파일럿신호의 주변에 위치한 하단 측대역 신호들은 감쇄되지 않는 경우가 빈번히 발생하게 되는데, 이러한 경우 감쇄되지 않은 하단 측대역 신호들이 패턴지터로 작용하여 전체적으로 수신기의 성능 열화를 가져오게 되는 문제점이 있었다.In addition, when the coherence bandwidth of the channel is very narrow compared to the signal band, only the pilot signal is severely attenuated, and the lower sideband signals located around the pilot signal are often not attenuated. The lower sideband signals, which are not attenuated, act as pattern jitter, resulting in overall performance degradation of the receiver.
본 발명의 목적은 파일럿신호에 의존하지 않으며, 주파수 선택성 페이딩 채널 환경에서도 반송파 복구 성능이 열화되지 않는 디지털 방송수신기의 반송파 복원 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a carrier recovery apparatus and method for a digital broadcast receiver, which does not depend on a pilot signal and does not degrade carrier recovery performance even in a frequency selective fading channel environment.
본 발명의 다른 목적은 파일럿신호를 이용하지 않고 기저대역의 복소 신호를 이용하여 반송파의 주파수 오프셋을 보정할 수 있는 디지털 방송수신기의 반송파 복원 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a carrier recovery apparatus and method for a digital broadcast receiver capable of correcting a frequency offset of a carrier using a baseband complex signal without using a pilot signal.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 특정 채널의 통과대역 신호를 수신하여 통과대역 디지털신호로 변환한 후 반송파 복구를 통해 송신 심벌을 추출하는 반송파 복원 시스템에 있어서, 디지털로 변환된 통과대역 신호를 제공받아 위상이 서로 다른 실수 및 허수성분의 통과대역 복소신호(I신호, Q신호)로 분리하여 출력하는 위상분리기; 상기 위상분리기를 통해 출력되는 기저대역의 복소 신호를 심벌주파수와 동일한 주파수로 샘플링하여 출력하는 다운샘플러; 및 상기 다운샘플러로부터 출력되는 복소 신호를 제공받아 중심주파수가 심벌주파수의 1/4인 복소정현파와 곱셈하여 실수와 허수 성분의 OQAM 신호를 생성한 후 실수와 허수 성분의 OQAM 신호로부터 위상오차값을 계산하고, 계산된 위상오차값을 보상하는 복소정현파를 생성하여 위상분리기로부터 출력되는 복소 신호와 곱셈함에 따라 복소 신호를 주파수 오프셋이 보정된 기저대역의 신호로 변환하는 반송파복원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Technical means of the present invention for achieving the above object, in the carrier recovery system for receiving a passband signal of a specific channel and converts the passband digital signal and extracts the transmission symbol through carrier recovery, the digitally converted pass A phase separator for receiving a band signal and separating the band signal into I / Q signals of real and imaginary components having different phases; A downsampler sampling the baseband complex signal output through the phase separator at a frequency equal to a symbol frequency; And receiving a complex signal output from the downsampler and multiplying with a complex sine wave whose center frequency is 1/4 of a symbol frequency to generate an OQAM signal of real and imaginary components, and calculating a phase error value from an OQAM signal of real and imaginary components. And a carrier recovery unit for generating a complex sine wave to compensate the calculated phase error value and multiplying the complex signal output from the phase separator by converting the complex signal into a baseband signal whose frequency offset is corrected. It features.
또한, 상기 위상분리기와 다운샘플러 사이에 설치되어 위상분리기로부터 출력되는 복소 신호를 심벌주파수의 2체배로 샘플링하고, 샘플링된 신호를 분석하여 타이밍 오차를 검출한 후 타이밍 오차에 따른 샘플링 시간을 조정하여 심벌주파수와 타이밍을 동기화시키는 심벌타이밍복원부를 더 포함하고, 상기 심벌타이밍복원부와 다운샘플러 사이에 설치되어 심벌타이밍복원부로부터 출력되는 복소 신호를 기저대역의 복소 신호의 앨리어싱을 제거하는 정합필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, a complex signal installed between the phase separator and the downsampler is sampled at a multiple of the symbol frequency at two times the symbol frequency, the sampled signal is analyzed to detect a timing error, and then the sampling time is adjusted according to the timing error. And a matching filter for synchronizing symbol frequencies and timings, wherein the matching timing filter is arranged between the symbol timing restoring unit and the downsampler to remove aliasing of the complex signal of the baseband from the complex signal output from the symbol timing restoring unit. It further comprises.
구체적으로, 상기 심벌타이밍복원부는, 반송파복원부를 통해 출력되는 기저대역 신호를 송신단에서 미리 정해된 심벌주파수의 2배에 해당하는 클록주파수로 샘플링하여 출력하는 리샘플러; 상기 리샘플러로부터 생성된 신호 스펙트럼에서 상단측 대역의 신호를 추출하여 제로 크로싱(zero-crossing)의 상태를 감시하여 타이밍의 동기오차를 검출하는 통과대역 타이밍오차검출부; 상기 통과대역 타이밍오차검출부에서 출력된 타이밍 오차 신호를 제공받아 저역통과 필터링하는 루프필터; 및 상기 루프필터에서 출력된 신호에 따른 오차 타이밍이 보상된 샘플링 클록을 생 성하여 리샘플러로 공급하는 수치제어발진기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the symbol timing restorer may include: a resampler configured to sample the baseband signal output through the carrier restorer at a clock frequency corresponding to twice the symbol frequency predetermined by the transmitter; A passband timing error detection unit configured to extract a signal of an upper side band from the signal spectrum generated from the resampler and monitor a state of zero-crossing to detect a synchronization error of timing; A loop filter which receives the timing error signal output from the passband timing error detection unit and performs low pass filtering; And a numerically controlled oscillator for generating a sampling clock compensated for the error timing according to the signal output from the loop filter and supplying it to the resampler.
상기 반송파복원부는, 상기 다운샘플러로부터 출력된 복소신호와 외부로부터 중심주파수가 심벌주파수의 1/4인 복소정현파를 각각 제공받아 곱셈한 후 복소신호를 실수와 허수 성분으로 분리하여 출력하는 OQAM신호발생기; 상기 OQAM신호발생기로부터 출력된 실수 및 허수 성분의 OQAM신호로부터 위상오차값을 계산하여 출력하는 위상오차검출부; 상기 위상오차검출부로부터 출력되는 주파수 오프셋에 대응되는 위상오차값을 샘플링주파수(fs)의 1/2 주파수로 추출하는 제 2다운샘플러; 상기 제 2다운샘플러로부터 심벌주파수의 속도로 입력되는 기저대역의 위상오차를, 기저대역의 위상을 보상하는 부분과의 동작주파수를 맞추기 위하여 클록속도를 높여서 샘플링하는 업샘플러; 상기 업샘플러에서 출력된 기저대역의 위상오차를 저역통과 필터링하는 루프필터; 상기 루프필터의 출력 신호(ΔfP)에 미리 정해진 파일럿주파수(fP)를 더하여 추정 반송파 주파수 오프셋 신호를 출력하는 덧셈기; 상기 덧셈기로부터 추정된 반송파 주파수 오프셋에 대한 DC 신호를 입력받아 추정 반송파 주파수 오프셋의 주파수를 갖는 복소정현파를 생성하는 수치제어발진기; 및 상기 위상분리기와 심벌타이밍복원부 사이에 설치되어 수치제어발진기에서 출력되는 복소정현파의 공액 복소값과 위상분리기에서 출력된 복소신호를 곱하여 주파수 오프셋을 보정한 후 위상분리기에서 출력되는 복소신호를 기저대역의 신호로 변환하는 복소곱셈기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The carrier restorer is an OQAM signal generator for multiplying and receiving a complex signal output from the downsampler and a complex sine wave having a center frequency of 1/4 of a symbol frequency from the outside, and multiplying the complex signal into real and imaginary components. ; A phase error detector for calculating and outputting a phase error value from an OQAM signal of real and imaginary components output from the OQAM signal generator; A second down sampler extracting a phase error value corresponding to the frequency offset output from the phase error detection unit at a
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은, 특정 채널의 통 과대역 신호를 수신하여 통과대역 디지털신호로 변환한 후 반송파 복구를 통해 송신 심벌을 추출하는 반송파 복원 시스템에 있어서, 디지털로 변환된 통과대역 신호를 제공받아 위상이 서로 다른 실수 및 허수성분의 통과대역 복소신호(I신호, Q신호)로 분리하여 출력하는 위상분리기; 상기 위상분리기에서 출력되는 디지털 통과대역 신호를 기저대역 신호로 변환하는 다운컨버터; 상기 다운컨버터로부터 출력되는 복소 신호를 심벌주파수의 2체배로 샘플링하고, 샘플링된 신호를 분석하여 타이밍 오차를 검출한 후 타이밍 오차에 따른 샘플링 시간을 조정하여 심벌주파수와 타이밍을 동기화시키는 심벌타이밍복원부; 상기 심벌타이밍복원부로부터 출력되는 복소 신호를 심벌주파수와 동일한 주파수로 샘플링하여 출력하는 다운샘플러; 및 상기 다운샘플러로부터 출력되는 복소 신호를 제공받아 중심주파수가 심벌주파수의 1/4인 복소정현파와 곱셈하여 실수와 허수 성분의 OQAM 신호를 생성한 후 실수와 허수 성분의 OQAM 신호로부터 위상오차값을 계산하고, 계산된 위상오차값을 보상하는 복소정현파를 생성하여 심벌타이밍복원부로부터 출력되는 복소 신호와 곱셈함에 따라 복소 신호의 주파수 오프셋을 보정하는 반송파복원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Another technical means of the present invention for achieving the above object is, in a carrier recovery system for receiving a passband signal of a specific channel and converts it into a passband digital signal and extracts the transmission symbol through carrier recovery, digital conversion A phase separator for receiving a passband signal and separating the same into a passband complex signal (I signal, Q signal) of real and imaginary components having different phases; A down converter converting the digital passband signal output from the phase separator into a baseband signal; The symbol timing restoring unit is configured to sample the complex signal output from the down converter at 2 times the symbol frequency, analyze the sampled signal, detect a timing error, and adjust the sampling time according to the timing error to synchronize the symbol frequency with the timing. ; A downsampler that samples and outputs a complex signal output from the symbol timing restoration unit at a frequency equal to a symbol frequency; And receiving a complex signal output from the downsampler and multiplying with a complex sine wave whose center frequency is 1/4 of a symbol frequency to generate an OQAM signal of real and imaginary components, and calculating a phase error value from an OQAM signal of real and imaginary components. And a carrier restoring unit for calculating a complex sine wave to compensate the calculated phase error value and multiplying the complex signal output from the symbol timing restoring unit to correct the frequency offset of the complex signal.
또한, 상기 심벌타이밍복원부와 다운샘플러 사이에 설치되어 심벌타이밍복원부를 통해 출력되는 기저대역의 복소 신호의 앨리어싱을 제거하여 출력하는 정합필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a matched filter installed between the symbol timing restorer and the downsampler to remove and output aliasing of the baseband complex signal output through the symbol timing restorer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 특정 채널의 통과대역 신호를 수신하여 통과대역 디지털신호로 변환한 후 반송파 복구를 통해 송신 심벌 을 추출하는 반송파 복구 방법에 있어서, 디지털로 변환된 통과대역의 복소 신호를 기저대역으로 변환하는 제 1단계; 상기 기저대역의 복소 신호를 제공받아 심벌주파수와 동일한 주파수로 샘플링하여 출력하는 제 2단계; 상기 심벌주파수와 동일한 주파수로 샘플링된 복소 신호와 심벌주파수의 1/4주파수의 복소정현파를 곱셈하여 실수와 허수 성분의 OQAM 신호를 생성하는 제 3단계; 및 상기 OQAM 복소 신호로부터 위상오차값을 계산하여 획득한 후 위상오차값에 대한 주파수 오프셋을 추정하고, 추정된 주파수 오프셋에 상응하는 복소정현파를 발생하여 기저대역 복소 신호의 주파수 오프셋을 보정하는 제 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The technical method of the present invention for achieving the above object is, in the carrier recovery method for receiving a passband signal of a specific channel and converts it into a passband digital signal and extracts the transmission symbol through carrier recovery, the digitally converted pass Converting a complex signal of a band to a baseband; A second step of receiving the baseband complex signal and sampling and outputting the same frequency as a symbol frequency; Generating a real and imaginary OQAM signal by multiplying a complex signal sampled at the same frequency as the symbol frequency by a complex sine wave having a quarter frequency of a symbol frequency; And calculating and obtaining a phase error value from the OQAM complex signal, estimating a frequency offset with respect to the phase error value, and generating a complex sine wave corresponding to the estimated frequency offset to correct the frequency offset of the baseband complex signal. It characterized in that it comprises a step.
구체적으로, 상기 기저대역의 복소신호는 심벌주파수의 타이밍 오차가 복원된 신호인 것을 특징으로 한다.Specifically, the baseband complex signal is characterized in that the timing error of the symbol frequency is restored.
상기 주파수 오프셋을 보정하는 단계는, 상기 OQAM 복소 신호로부터 위상오차값을 계산하여 출력하는 단계; 상기에서 출력된 위상오차값을 샘플링주파수(fs)의 1/2 주파수로 추출하는 단계; 상기 추출된 위상오차값을 기저대역의 위상을 보상하는 부분과의 동작주파수를 맞추기 위하여 클록 속도를 높여서 샘플링하는 단계; 상기 업샘플링된 위상오차를 저역통과 필터링하는 단계; 상기 위상오차에 대한 DC신호를 입력받아 추정 반송파 주파수 오프셋의 주파수를 갖는 복소정현파를 생성하는 단계; 및 상기에서 생성된 복소정현파의 공액 복소값과 기저대역의 복소신호를 곱하여 주파수 오프셋을 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The correcting of the frequency offset may include calculating and outputting a phase error value from the OQAM complex signal; Extracting the phase error value output from the half frequency of the sampling frequency fs; Sampling the extracted phase error value by increasing a clock speed to match an operating frequency with a portion compensating for a phase of a baseband; Lowpass filtering the upsampled phase error; Receiving a DC signal for the phase error and generating a complex sine wave having a frequency of an estimated carrier frequency offset; And correcting the frequency offset by multiplying the conjugate complex value of the complex sine wave generated by the complex signal of the baseband.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설 명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 디지털 방송수신기의 반송파 복원 장치를 나타낸 회로 블록도로서, 튜너(110), IF처리기(130), A/D변환기(150), 위상분리기(170), 반송파복원부(190), 심벌타이밍복원부(210), 정합필터(230), 다운샘플러(250), DC제거기(270) 등을 포함하여 이루어져 있다.3 is a circuit block diagram showing a carrier recovery apparatus for a digital broadcast receiver according to an embodiment of the present invention, and includes a
상기 튜너(110)는 안테나로 입력되는 공중파 RF신호를 제공받아 중간주파수(IF; Intermediate Frequency)의 통과대역(Passband) 신호로 변환하도록 구성되어 있다.The
상기 IF처리기(130)는 튜너(110)에서 출력된 통과대역 신호를 제공받아 아날로그신호 처리한 후 A/D변환기(150)로 출력하도록 구성되어 있다. 상기 IF처리기(130)는 인접 채널 간섭 및 튜너(110)에서 발생된 고주파 성분을 제거하기 위한 SAW 필터와, 입력 신호의 레벨을 조절하기 위한 이득 조절기(AGC) 등으로 구성되어 있다.The
상기 A/D변환기(150)는 IF처리기(130)에서 출력되는 아날로그 통과대역 신호를 제공받아 고정된 샘플링주파수를 이용하여 샘플링한 후 양자화를 통해 디지털 통과대역 신호로 변환하여 위상분리기(170)로 출력하도록 구성되어 있다. The A /
상기 위상분리기(170)는 A/D변환기(150)로부터 디지털로 변형된 통과대역 신호를 제공받아 복소 신호(I신호, Q신호)로 변환하여 출력하게 되는 데, 위상이 서로 90ㅀ가 되는 실수와 허수 성분의 통과대역 신호로 분리하여 반송파복원부(190)로 출력하게 된다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 위상분리기(170)에서 출력되 는 실수 성분의 신호를 I신호라 하고, 허수 성분의 신호를 Q신호라 한다.The
상기 반송파복원부(190)는 위상분리기(170)에서 출력된 통과대역 복소 신호에, 소정의 OQAM 방식이 적용된 FPLL(Frequency and Phase Locked Loop) 시스템에 의해서 파일럿신호가 아니라 복소 신호의 형태에 의해 추정된 파일럿주파수(fp,est)를 갖는 복소정현파의 공액 복소값(complex conjugate)을 곱하여 주파수 오프셋을 보정한 후 파일럿신호가 0부근(f=0)에 위치하는 기저대역(Baseband)의 신호로 변환하도록 구성되어 있다. The
상기 심벌타이밍복원부(210)는 반송파복원부(190)에 의해 변환된 신호를 제공받아 리샘플러(211)와 통과대역(Passband) 타이밍오차검출부(213), 루프필터(215) 및 수치제어발진기(217; NCO, Numerically Controlled Oscillator)로 구성된 소정의 FPLL 시스템을 통해 기저대역 신호를 심벌주파수의 정확히 2배 주파수(2fS,VSB)로 샘플링하고 샘플링된 신호를 분석하여 타이밍 오차를 검출한 후 타이밍 오차에 따른 샘플링 시간을 조정하여 심벌 타이밍을 동기화시키도록 구성되어 있다.The symbol
상기 정합필터(230; matched filter)는 전송단에서 사용된 복소 자승근 코사인필터(complex square root raised cosine filter)와 동일한 6MHz를 중심으로 정해진 롤-오프(roll off)값을 가진 고정계수 I, Q 디지털 정합필터로서, 심벌타이밍복원부(210)를 통해 출력되는 기저대역의 복소 신호에서 앨리어싱(aliasing)을 제거하여 출력하도록 구성되어 있다.The matched
상기 다운샘플러(250)는 심벌타이밍복원부(210)에서 출력되는 심벌주파수와 클록이 동기화된 신호를 제공받아 심벌주파수와 동일한 주파수(1fS,VSB)로 다운 샘플링(down-sampling)한 후 출력 신호의 주파수 오프셋을 보정하기 위한 반송파복원부(190)와 DC제거기(270)로 각각 출력하도록 구성되어 있다. The
상기 DC제거기(270)는 반송파 복원을 용이하게 하기 위하여 삽입된 파일럿신호를 제거한 후 심벌간 간섭(ISI)을 제거하기 위한 채널등화기(290; Equalizer)로 출력하도록 구성되어 있다. The
상기 위상추적기(310; Phase Tracker)는 상기 반송파복원부(190)에서 완전하게 제거하지 못한 반송파의 잔류 위상을 보정하여 주파수에러보정기(330; Forward Error Correction)로 출력하도록 구성되어 있다.The
상기 주파수에러보정기(330)는 위상 보정된 신호의 오차를 정정하여 A/V 프로세서로 출력하도록 구성되어 있다. 즉, 방송국과 같은 송신단에서 시스템에 적절한 기법을 선택하여 송신 신호를 채널 부호화(encoding)하여 송신하며, 디지털 방송 수신기와 같은 수신단에서는 이를 복호화(decoding)하여 채널을 통과하면서 생긴 오차를 보정하게 된다. 이와 같은 복호화 과정을 수행하는 블록이 주파수에러보정기이다.The
상기 A/V 프로세서(350)는 MPEG-2 및 Dolby AC-3 방식으로 압축 처리된 영상 및 음성 신호를 원래대로 복원하여 영상 신호는 모니터(370)로 전달하여 화면을 볼 수 있게 하고, 음성 신호는 스피커(390)로 전달되어 소리를 들을 수 있게 해준다.The A /
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 도 3의 반송파복원부(190)와 심벌타이밍복원부(210)의 세부 구성을 나타낸 도면으로, FPLL 시스템을 이용하여 반송파의 타이밍과 위상 오차를 복구하게 된다.4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the
상기 반송파복원부(190)는, 제 1복소곱셈기(191)와 OQAM신호생성기(193), 위상오차검출부(195), 제 2다운샘플러(197), 업샘플러(199), 루프필터(201), 덧셈기(203) 및 수치제어발진기(205)를 포함하는 OQAM방식의 FPLL 시스템으로 구성되어 있다.The
그리고, 심벌타이밍복원부(210)는 리샘플러(211)와 통과대역 타이밍오차검출부(213), 루프필터(215) 및 수치제어발진기(217)를 포함하는 FPLL 시스템으로 구성되어 있다.The symbol
먼저, 상기 반송파복원부(190)의 제 1복소곱셈기(191)는 위상분리기(170)로부터 출력되는 통과대역 복소 신호와 수치제어발진기(205)로부터 출력된 추정된 파일럿주파수 fp,est를 갖는 복소정현파의 공액 복소값(complex conjugate)을 곱하여 주파수의 오프셋을 보정(파일럿신호를 0부근(f=0)에 위치시킴)함에 따라 통과대역의 복소 신호가 기저대역(baseband)으로 정확하게 변환되도록 한다.First, the first
이와 같이 기저대역으로 변환된 복소 신호는 심벌타이밍복원부(210)를 통과하면서 심벌주파수의 정확히 2배인 2fS,VSB로 샘플링되고, 심벌타이밍복원부(210)는 2fS,VSB로 샘플링된 신호를 이용하여 심벌주파수의 샘플링 타이밍의 오차를 판별한 후 타이밍 오차에 따라 샘플링 타이밍을 보정하여 심벌 타이밍(클록)을 동기화시키 게 된다.The complex signal converted to the baseband as described above is sampled at 2f S, VSB , which is exactly twice the symbol frequency while passing through the symbol
여기서, 본 발명에 적용된 심벌타이밍복원부(210)의 일례를 나타낸 도 5를 보면, 심벌타이밍복원부(210)는 리샘플러(211; Re-sampler), 전처리기(213-1; Pre-processor), 콘쥬게이트 곱셈기(213-2; Conjugate Multiplicator), 후처리기(213-3; Post-processor), 타이밍오차검출기(213-4; Timing Error Detector), 루프필터(215), 및 수치제어발진기(217; NCO)로 구성되어 있다.5 shows an example of the symbol
도 5에서 리샘플러(211)가 필요한 이유는 A/D변환기(150)가 고정 주파수를 사용하여 아날로그신호를 샘플링하기 때문이며, 만일 상기 A/D변환기(150)가 가변 주파수를 사용하여 아날로그신호를 샘플링한다고 가정하면 리샘플러(211)가 필요없으며, 대신 NCO의 출력이 A/D변환기(150)로 입력되게 된다.The reason why the
즉, 상기 리샘플러(211)는 반송파 주파수 오프셋만 보정된 통과대역 복소 신호를 상기 제 1복소곱셈기(191)로부터 입력받아 심벌주파수(예컨대, 심벌주파수(fs)는 10.76MHz임)의 2배 주파수로 복소 신호를 샘플링하여 샘플을 생성한다.That is, the
상기 리샘플러(211)의 출력은 전처리기(213-1)로 출력됨과 동시에 정합필터(230)로 출력된다.The output of the
상기 전처리기(213-1)는 지터를 줄이기 위해 리샘플러(211)의 출력을 정교하게 필터링하여 콘쥬게이트 곱셈기(213-2)로 출력한다. 상기 콘쥬게이트 곱셈기(213-2)는 반송파에 의한 영향을 제거하기 위해 상기 전처리기(213-1)의 출력에 대해 콘쥬게이트 곱을 수행하여 후처리기(213-3)로 출력한다. 즉, 상기 콘쥬게이트 곱셈기(213-2)에 의해서 생성된 신호의 스펙트럼의 상단 측대역은 입력신호의 반송 파 주파수에 상관없이 입력 스펙트럼의 대역폭에 의해서 결정된다. 그러므로 본 발명은 이러한 특성을 이용하여 간단한 제로 크로싱 검출(zero-crossing detection) 방식을 사용함으로써, 통과대역 타이밍오차검출부(213)를 구현할 수 있게 된다.The preprocessor 213-1 filters the output of the
상기 후처리기(213-3)에서는 콘쥬게이트 곱셈기(213-2)에서 생성된 DC 및 데이터에 의한 지터를 제거하기 위해서 후필터링(post filtering) 기능과 심한 채널 페이딩이 있는 경우에도 일정한 주파수 획득 성능을 유지하기 위한 이득 제어 기능을 수행하게 된다. 상기 후처리기(213-3)의 출력 신호는 중심주파수 fs/2에 심벌 타이밍 오프셋이 더해진 정현파가 되며, 이 정현파는 타이밍오차검출기(213-4; TED)로 입력된다. 상기 타이밍오차검출기(213-4)는 입력 정현파의 제로-크로싱(zero-crossing)을 감지하는 어떠한 형태의 제로 크로싱 오차 검출기를 사용해도 무방하다.In the post processor 213-3, even in the presence of post filtering and severe channel fading to remove jitter due to DC and data generated by the conjugate multiplier 213-2, a constant frequency acquisition performance is obtained. Gain control function to maintain. The output signal of the post processor 213-3 is a sinusoidal wave with a symbol timing offset added to the center frequency fs / 2, which is input to the timing error detector 213-4 (TED). The timing error detector 213-4 may use any type of zero crossing error detector that detects zero-crossing of the input sinusoidal wave.
상기 타이밍오차검출기(213-4)에서 검출된 타이밍 오차 신호는 심벌주파수(fs, 10.76MHz)로 동작하는 루프필터(215)를 통과하여 저역통과 필터링된다. 상기 루프필터(215)에서 저역통과 필터링되어 출력되는 신호는 DC 성분이 되며, 이 DC 신호는 수치제어발진기(217)로 입력된다. 상기 수치제어발진기(217)는 입력 DC에 따른 샘플링 클록을 리샘플러(211)로 제공한다.The timing error signal detected by the timing error detector 213-4 is passed through a
이와 같이 심벌타이밍복원부(210)는 주파수 오프셋이 보정되지 않은 기저대역 신호의 심벌 타이밍을 복원하는 것이 가능하다.As such, the symbol
그리고, 정합필터(230)는 리샘플러(211)로부터 심벌주파수의 2배로 샘플링된 신호를 제공받아 앨리어싱을 제거한 후 다운샘플러(250)로 출력하고, 다운샘플 러(250)는 정합필터(230)로부터 출력된 기저대역 복소 신호를 심벌주파수와 동일한 주파수인 1fs로 샘플링한 후 반송파복원부(190)의 OQAM신호생성기(193)와 DC제거기(270)로 각각 출력하게 된다.The matched
상기 반송파복원부(190)의 OQAM신호생성기(193)는 다운샘플러(250)로부터 출력된 복소신호와 외부로부터 중심주파수가 심벌주파수의 1/4인 복소정현파(e-j(n/2)π)를 각각 제공받아 곱셈한 후 복소신호를 실수와 허수 성분으로 분리하여 출력하도록 구성되어 있는 데, 이는 복소곱셈기(193-1)로 이루어져 있다.The
이와 같은 복소곱셈기(193-1)를 통해 출력되는 실수와 허수 성분의 복소 신호는 위상오차검출부(195)로 입력된다.The complex signal of the real and imaginary components output through the complex multiplier 193-1 is input to the phase
상기 위상오차검출부(195)는 제 1tanh계산기(195-1), 제 1지연기(195-2), 제 2지연기(195-3), 제 2tanh계산기(195-4), 제 1곱셈기(195-5), 제 2곱셈기(195-6) 및 덧셈기(195-7)를 포함하여 이루어져 있다. 한편, 위상오차검출부(195)의 반송파 복구는 잡음이 섞인 수신 신호로부터 기저대역의 위상을 추정하는 방식으로서, 파일럿신호를 전제로 하지 않으며, 따라서 본 발명에 의한 반송파 복구시 파일럿신호의 감쇄에 의한 영향을 전혀 받지 않는다. The phase
이와 같이 본 발명에서는 파일럿신호를 이용하지 않는 반송파 복구를 VSB 방식에 적용하기 위해서 VSB 신호와 Offset-Quadrature Amplitude Modulation(이하, 'OQAM'라 함)신호의 연관성을 이용하였다. VSB 신호와 OQAM 신호의 등가성은 이미 공지된 문헌을 통하여 잘 알려져 있으므로, 추가 설명은 생략하도록 한다. As described above, in the present invention, the correlation between the VSB signal and the Offset-Quadrature Amplitude Modulation (hereinafter referred to as 'OQAM') signal is used to apply the carrier recovery without using the pilot signal to the VSB scheme. The equivalence of the VSB signal and the OQAM signal is well known from the known literature, and further description thereof will be omitted.
따라서, OQAM 신호를 가정하고 유도한 반송파 복구 알고리즘은 등가성에 의해서 VSB 방식에 그대로 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 반송파 복구에 OQAM 방식을 적용하여 파일럿신호 없이도 반송파를 복원할 수 있는 것이다. Accordingly, the carrier recovery algorithm based on the assumption of the OQAM signal can be applied to the VSB method by equivalence. In the present invention, the carrier recovery can be performed without the pilot signal by applying the OQAM method to the carrier recovery.
상기 위상오차검출부(195)의 세부 구성들에 대한 작동을 보면, 먼저 제 1tanh계산기(195-1)는 실수 신호(I(k))를 입력으로 하여 tanh(I(k))값을 계산하여 출력하고, 제 1지연기(195-2)는 I(k) 신호를 입력받아 지연하여 I(k-1/2) 신호를 생성한다. Referring to the operation of the detailed configuration of the phase
제 2지연기(195-3)는 허수 신호(Q(k))를 입력받아 지연하여 Q(k-1/2) 신호를 생성하고, 제 2tanh계산기(195-4)는 Q(k-1/2) 신호를 입력으로 하여 tanh(Q(k-1/2))값을 계산하여 출력한다.The second delay unit 195-3 receives the imaginary signal Q (k) and delays it to generate a Q (k-1 / 2) signal, and the second tanh calculator 195-4 receives Q (k-1). / 2) The tanh (Q (k-1 / 2)) value is calculated and output as a signal.
제 1곱셈기(195-5)는 제 1tanh계산기(195-1)와 허수 신호의 출력으로부터 tanh(I(k)*Q(k))값을 계산하여 출력하고, 제 2곱셈기(195-6)는 제 2tanh계산기(195-4)와 제 1지연기(195-2)의 출력으로부터 tanh(Q(k-1/2)*I(k-1/2))값을 계산하여 출력한다. The first multiplier 195-5 calculates and outputs a tanh (I (k) * Q (k)) value from the output of the first tanh calculator 195-1 and the imaginary signal, and the second multiplier 195-6. Calculates and outputs a tanh (Q (k-1 / 2) * I (k-1 / 2)) value from the outputs of the second tanh calculator 195-4 and the first delay unit 195-2.
마지막으로, 제 2곱셈기(195-6)의 출력 신호가 덧셈기(195-7)를 통과하게 되면 tanh(I(k)*Q(k))- tanh(Q(k-1/2)*I(k-1/2))값을 얻게 되는 데, 이는 OQAM 방식으로 얻어낸 위상 오차값이다. 반송파복원부(190)의 루프필터(201)와 덧셈기(203) 및 수치제어발진기(205)를 포함한 FPLL 시스템은 이와 같이 구해진 위상오차값이 0에 수렴되도록 하여 주파수 오프셋을 보정하게 된다. Finally, when the output signal of the second multiplier 195-6 passes through the adder 195-7, tanh (I (k) * Q (k))-tanh (Q (k-1 / 2) * I (k-1 / 2)) value, which is a phase error value obtained by the OQAM method. The FPLL system including the
아울러, OQAM 방식의 반송파 복구는 알고리즘의 특성상 심벌 타이밍의 복원 을 전제로 하기 때문에, 반송파복원부(190)의 위상오차검출부(195)는 도 4에서와 같이 심벌타이밍복원부(210)의 후단에 위치시키게 된다. 다시 말하면, 동기부의 원활한 동작을 위해서 반송파의 주파수 오프셋이 존재하는 상황에서도 심벌타이밍 복원이 가능한 통과대역 심벌타이밍 복원 알고리즘을 적용되어야 하고, 복원된 심벌 클록을 바탕으로 기저대역의 위상 오차를 추출할 수 있어야 한다. In addition, since the carrier recovery of the OQAM method presupposes the restoration of symbol timing due to the characteristics of the algorithm, the phase
그럼, 본 발명에 의한 반송파 복원 과정을 도 6a 및 도 6b의 플로우챠트를 이용하여 보다 구체적으로 살펴보면 아래와 같다.Then, the carrier recovery process according to the present invention will be described in more detail using the flowcharts of FIGS. 6A and 6B.
먼저, A/D변환기(150)는 수신된 통과대역 아날로그신호를 고정 주파수(예를들어, 25MHz)로 샘플링하여 통과대역 디지털신호로 변환하고, 변환된 통과대역 디지털신호는 위상분리기(170; phase splitter)로 입력된다(S1). 이때, 위상분리기(170)로 입력되는 신호 스펙트럼은 도 7a와 같은 데, 신호 스펙트럼은 통과대역 주파수인 ㅁ 6MHz를 중심으로 6MHz 대역의 스펙트럼이 형성되어 있고, 이 신호 스펙트럼은 위상분리기(170)로 입력된다.First, the A /
상기 위상분리기(170)는 힐버트(Hilbert) 변환을 이용하여 통과대역 실수 신호를 통과대역 복소 신호로 변환한 후 반송파복원부(190)의 제 1복소곱셈기(191)로 출력하게 된다(S2). 이때, 위상분리기(170)에서 출력되는 신호 스펙트럼은 도 7b와 같으며, 위상분리기(170)에서 -6MHz 중심의 신호 스펙트럼은 제거되고 +6MHz 중심의 신호 스펙트럼만 반송파복원부(190)의 제 1복소곱셈기(191)로 입력된다. The
이어, 제 1복소곱셈기(191)는 위상분리기(170)에서 출력된 통과대역 복소 신호와 수치제어발진기(205)로부터 출력된 복소정현파의 공액 복소값을 곱하여 기저 대역의 신호를 출력(S3)하게 되지만, 초기에는 반송파 복구용 FPLL 시스템이 동작되지 않으므로, 제 1복소곱셈기(191)에서 출력되는 기저대역 신호(Rear Baseband)는 도 7c와 같이 주파수 오프셋이 그대로 포함되어 출력되는 것이다. 즉, 주파수 오프셋이 보정될 경우 파일럿신호는 제로 주파수 점(f=0)에 위치하게 된다.Subsequently, the first
이와 같이 주파수 오프셋이 포함된 기저대역 신호(Rear Baseband)는 심벌타이밍복원부(210)의 리샘플러(211)로 공급되고, 리샘플러(211)는 기저대역 신호를 송신단에서 미리 정해된 심벌주파수(fs; 예를 들어 10.76MHz)의 2배에 해당하는 클록주파수(2fs; 21.52MHz)로 샘플링하고 샘플링된 신호를 정합필터(230)와 통과대역 타이밍오차검출부(213)로 각각 출력하게 된다.As such, the baseband signal including the frequency offset is supplied to the
상기 통과대역 타이밍오차검출부(213)는 리샘플러(211)로부터 생성된 신호 스펙트럼에서 상단측 대역의 신호를 추출하여 제로 크로싱(zero-crossing)의 상태를 감시하여 타이밍의 동기오차를 판단하게 되고 타이밍 오차 신호는 심벌주파수(fs; 10.76MHz)로 동작하는 루프필터(215)를 통과하여 저역통과 필터링된다. 상기 루프필터(215)에서 저역통과 필터링되어 출력되는 신호는 DC성분이 되며, 이 DC신호는 수치제어발진기(217)로 입력된다. 상기 수치제어발진기(217)는 입력 DC에 따른 오차 타이밍이 보상된 샘플링 클록을 리샘플러(211)로 제공하게 된다(S4). 상기에서와 같이 심벌타이밍복원부(210)는 기저대역 신호에 주파수 오프셋이 존재하더라도 심벌 타이밍을 복원할 수가 있다.The passband timing
심벌타이밍복원부(210)는 이와 같은 과정을 통해 제 1복소곱셈기(191)로부터 출력되는 기저대역 신호의 타이밍 오차를 체크하여 심벌 타이밍을 복원하게 된다. 물론, 심벌타이밍복원부(210)에 의해 심벌 타이밍은 복원되었지만 도 7d의 신호 스펙트럼에서 보듯이 리샘플러(211)의 출력신호는 여전히 주파수 오프셋이 존재한다. 또한 주파수 오프셋이 보정되지 않은 기저대역(Rear Baseband)의 신호는 통과대역 신호에 해당되므로 타이밍오차검출부(213)를 사용하여야만 리샘플러(211)를 통과하는 신호의 주파수대역을 미리 지정된 5.38MHz로 정확하게 맞출 수 있다.The symbol
상기 리샘플러(211)를 통해 출력된 기저대역 신호는 정합필터(230)로 공급되어 신호 스펙트럼에 포함된 앨리어싱이 제거된 후 다운샘플러(250)로 입력되게 된다(S5).The baseband signal output through the
다운샘플러(250)는 정합필터(230)에서 출력된 기저대역의 복소신호를 심벌주파수와 동일한 주파수로 다운 샘플링한 후 도 7e와 같은 스펙트럼을 갖는 기저대역 복소신호를 DC제거기(270)와 반송파복원부(190)의 OQAM신호생성기(193)로 각각 출력하게 된다(S6).The
이어, 상기 OQAM신호생성기(193)는 복소곱셈기(193-1)를 통해 도 7e와 같은 스펙트럼을 갖는 복소신호와 중심주파수가 심벌주파수의 1/4이 되는 복소정현파를 각각 제공받아 곱셈하게 된다(S7). 이때 주파수 오프셋이 있을 경우 복소곱셈기(193-1)의 출력신호는 도 7f와 같이 신호 스펙트럼의 중심주파수가 제로 주파수 점(f=0)에 정확하게 일치하지 않고 주파수 오프셋만큼 일측으로 다소 치우치게 된다.Subsequently, the
상기 OQAM신호생성기(193)는 다운샘플러(250)의 출력 복소 신호와 복소정현파를 입력으로 갖는 복소곱셈기(193-1)로 표시되었으나, 입력되는 복소정현파의 중 심주파수가 심벌주파수의 1/4이므로, 실제로는 복소곱셈기(193-1)의 필요없이 간단하게 구현될 수 있다. The
다시 말하면, 입력 복소정현파(e-j(n/2)π)에서 n이 각각 0, 1, 2, 3, … 일 때, 복소정현파는 1 (e -j·0 =1), -j (e -j(π/2) =cos(π/2)-jsin(π/2)=-j), -1 (e -j·π =cosπ-jsinπ=-1), j (e -j·(3/2)π =j), … 의 값을 반복하여 가지므로, 단지 입력 신호를 부호변환과 함께 선택하는 것으로 간단히 구현될 수 있다. In other words, in the input complex sine wave (e -j (n / 2) π ), n is 0, 1, 2, 3,... When, the complex sine wave is 1 (e -j · 0 = 1) , -j (e -j (π / 2) = cos (π / 2) -jsin (π / 2) =-j) , -1 ( e- j π = cos π -jsin π = -1) , j (e- j · (3/2) π = j) ,... Since it repeats the value of, it can be implemented simply by selecting the input signal with sign conversion.
OQAM신호생성기(193)의 출력 복소신호로부터 실수와 허수 성분을 분리하여 위상오차검출부(195)로 입력하게 되면, 파일럿신호없이도 OQAM 방식을 이용한 위상오차검출부(195)를 이용하여 주파수 오프셋인 위상오차값을 구할 수 있다(S8). When the real and imaginary components are separated from the output complex signal of the
상기 위상오차검출부(195)의 제 1tanh계산기(195-1)는 실수 신호(I(k))를 입력으로 하여 tanh(I(k))값을 계산하여 출력하고, 제 1지연기(195-2)는 실수 신호(I(k))를 입력으로 하여 지연된 I(k-1/2) 신호를 생성한다. The first tanh calculator 195-1 of the phase
제 2지연기(195-3)는 허수 신호(Q(k))를 입력으로 하여 지연된 Q(k-1/2) 신호를 생성하고, 제 2tanh계산기(195-4)는 Q(k-1/2) 신호를 입력으로 하여 tanh(Q(k-1/2))값을 계산하여 출력한다.The second delay unit 195-3 generates a delayed Q (k-1 / 2) signal by inputting the imaginary signal Q (k), and the second tanh calculator 195-4 receives Q (k-1). / 2) The tanh (Q (k-1 / 2)) value is calculated and output as a signal.
제 1곱셈기(195-5)는 제 1tanh계산기(195-1)와 허수 신호의 출력으로부터 tanh(I(k)*Q(k))값을 출력하고, 제 2곱셈기(195-6)는 제 2tanh계산기(195-4)와 제 1지연기(195-2)의 출력으로부터 tanh(Q(k-1/2)*I(k-1/2))값을 출력한다. The first multiplier 195-5 outputs tanh (I (k) * Q (k)) values from the first tanh calculator 195-1 and the output of the imaginary signal, and the second multiplier 195-6 outputs a first value. The tanh (Q (k-1 / 2) * I (k-1 / 2)) values are output from the outputs of the 2tanh calculator 195-4 and the first delay unit 195-2.
마지막으로, 제 2곱셈기(195-6)의 출력 신호가 덧셈기(195-7)를 통과하게 되 면 tanh(I(k)*Q(k))- tanh(Q(k-1/2)*I(k-1/2))값을 얻게 되는 데, 이는 OQAM 방식으로 얻어낸 위상 오차값이다. 반송파복원부(190)의 FPLL 시스템은 이와 같이 구해진 위상오차값이 0에 수렴되도록 하여 주파수 오프셋을 보정하게 된다. Finally, when the output signal of the second multiplier 195-6 passes through the adder 195-7, tanh (I (k) * Q (k))-tanh (Q (k-1 / 2) * The value of I (k-1 / 2)) is obtained, which is a phase error value obtained by the OQAM method. The FPLL system of the
한편, 상기에서 OQAM신호생성기(193)로 입력되는 복소 신호는 심벌주파수와 동일한 주파수(10.76MHz)로 입력되게 되고, 위상오차검출부(195)로 입력된 복소 신호를 OQAM 신호로 변환하게 되면, 상기 제 1 및 제 2지연기(195-2, 195-3)에 의해 샘플링주파수는 동일한 데 심벌주기가 늘어남에 따라 변환된 OQAM 신호의 심벌 간격이 2배로 길어지게 된다. 이는 OQAM신호생성기(193)에서 출력된 OQAM 신호 기준으로 보면, 2배로 오버 샘플링된 상태이다. 다시 말하면, 1fS,VSB = 10.76MHz = 2fS,OQAM의 관계가 성립된다. Meanwhile, the complex signal input to the
따라서, 제 1 및 제 2지연기(195-2, 195-3)는 1fS,VSB 기준으로 1클록 지연되었기 때문에, OQAM 신호 기준으로 보면 1/2심벌 지연된 것이다. 위상오차검출부(195)는 2배로 오버샘플링된 시간영역에서 동작하기 때문에 후단의 제 2다운샘플러(197)에서는 1/2fs(예컨대, 5.38MHz)의 샘플링주파수로 위상오차값 중 심벌단위의 기저대역 위상오차값만을 추출하게 된다. Therefore, since the first and second delay units 195-2 and 195-3 are delayed by one clock on the basis of 1f S and VSB, the delay is 1/2 symbol on the basis of the OQAM signal. Since the phase
이와 같이 제 2다운샘플러(197)는 위상오차검출부(195)로부터 출력되는 주파수 오프셋에 대응되는 위상오차값을 1/2fs 샘플링주파수로 추출한 후 업샘플러(199; Up-Sampler)로 출력하게 되고(S9), 업샘플러(199)는 1fS,OQAM(5.38MHz)의 속도로 입력되는 기저대역의 위상오차를, 기저대역의 위상을 보상하는 부분과의 동작 주파수를 맞추기 위해서 제 1복소곱셈기(191) 측의 클록 속도(25MHz)로 샘플링하게 된다(S10). As described above, the
상기 업샘플러(199)를 통과하여 동작속도가 맞추어진 기저대역의 위상오차 신호는 루프필터를 통하여 저역통과 필터링되고, 루프필터의 출력 신호(ΔfP)에 미리 정해진 파일럿주파수 fP(예를들어, fP는 fc―2.69MHz임)을 더하면, 추정된 반송파 주파수 오프셋인 fP,est(fP,est = fP + ΔfP)가 얻어진다(S11). 수치제어발진기(205; Numerically Controlled Oscillator)는 fP,est의 DC 신호를 입력받아 fP,est의 주파수를 갖는 복소정현파를 생성하여 제 1복소곱셈기(191)로 출력하고(S12), 제 1복소곱셈기(191)는 생성된 복소정현파의 공액 복소값(complex conjugate)을 위상분리기(170)에서 출력된 복소신호와 곱하여 위상분리기(170)에서 출력되는 복소신호의 주파수 오프셋을 보정하게 된다. 반송파복원부(190)가 정확히 주파수 오프셋인 위상 오차를 보정했다고 가정하면, 제 1복소곱셈기(191)의 출력 신호는 도 7g의 신호 스펙트럼과 같이 파일럿신호가 제로 주파수 점(f=0)에 위치하여 정확히 기저대역으로 변환(Rear Baseband -> Baseband)되게 된다(S13). The baseband phase error signal of which the operating speed is adjusted through the
이후, 반송파 복원을 용이하게 하기 위해 삽입된 파일럿신호를 제거하는 DC제거기(270)를 통과한 후, ISI를 제거하기 위한 채널등화기(290; Equalizer)로 입력된다. Thereafter, after passing through the
상기 도 4는 OQAM 방식을 VSB에 적용한 일례일 뿐, 실제 다양한 형태로 가변될 수 있다. 예를 들어, OQAM신호생성기(193)의 입력으로 도 4에서는 정합필 터(230)의 후단에 위치한 다운샘플러(250)의 출력을 이용하였지만, 그 위치는 정합필터(230)의 출력단, 리샘플러(211)의 출력단, 또는 DC제거기(270)의 출력단 등으로 가변될 수 있다. 4 is just an example of applying the OQAM scheme to VSB, and may be actually changed in various forms. For example, although the output of the
정합필터(230) 또는 리샘플러(211)의 출력을 OQAM신호생성기(193)의 입력으로 사용할 경우에는 OQAM신호생성기(193)의 입력 복소정현파의 중심주파수가 동작주파수의 1/8이 되어야 하기 때문에, OQAM신호생성기(193)의 복잡도가 다소 증가한다. When the output of the matching
도 4의 위상오차검출부(195)는 VSB 방식에 적용될 수 있는 위상오차검출부(195)의 근사화의 일례일 뿐 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, tanh()함수에 의해서 계산된 tanh(I)는 sign(I), I, 또는 멀티레벨 슬라이서(multi-level slicer) 등으로 근사화될 수 있다. tanh(Q)도 같은 방식으로 sign(Q), Q, 또는 멀티레벨 슬라이서(multi-level slicer) 등으로 근사화될 수 있다. The phase
또한, 반송파 주파수 또는 위상 오프셋을 보상하는 위치또한 가변적일 수 있다. 예를 들어, 반송파 오프셋을 보정하는 위치는 리샘플러(211)의 입력단 또는 출력단이 될 수 있다. 반송파 오프셋을 리샘플러(211)의 출력단에서 보상하는 경우를 도 8에 도시하였다. In addition, the position for compensating the carrier frequency or phase offset may also be variable. For example, the position for correcting the carrier offset may be an input terminal or an output terminal of the
리샘플러(211)의 출력단에서 반송파 오프셋을 보상할 경우, 리샘플러(211)의 성능 열화를 가져오지 않기 위해서는 도 8에서와 같이 고정주파수(fp)로 기저대역으로 변환해 주는 고정주파수의 다운컨버터(180)가 선행되어야 한다. 기저대역이라고 하더라도 고정주파수로 다운 컨버전을 하였기 때문에 반송파 오프셋이 여전히 남아있으며, 따라서 안정적인 심벌타이밍복원부(210)의 동작을 위해서 도 5와 같은 통과대역 타이밍오차복원부(213)를 사용한다. When the carrier offset is compensated for at the output of the
즉, 반송파 복원 시스템은, 위상분리기(170)와 다운컨버터(180), 심벌타이밍복원부(210; 211∼217), 정합필터(230), 다운샘플러(250), 및 반송파복원부(190; 191∼205)를 포함하여 이루어져 있다.That is, the carrier recovery system includes a
상기 위상분리기(170)는 디지털로 변환된 통과대역 신호를 제공받아 복소 신호(I신호, Q신호)로 변환하여 출력하도록 구성되어 있고, 다운컨버터(180)는 상기 위상분리기(170)에서 출력되는 디지털 통과대역 신호와 수치제어발진기(185)에서 출력된 고정 주파수의 복소정현파에 대한 공액 복소값을 제공받아 복소곱셈기(181)를 통해 곱셈하여 디지털 통과대역 신호를 기저대역의 신호로 변환하도록 구성되어 있다.The
상기 심벌타이밍복원부(210; 211∼217)는 다운컨버터(180)로부터 출력되는 복소 신호를 심벌주파수의 2체배로 샘플링하고 샘플링된 신호를 분석하여 타이밍 오차를 검출한 후 타이밍 오차에 따른 샘플링 시간을 조정하여 심벌주파수와 타이밍을 동기화시키도록 구성되어 있다. The symbol timing restoring unit (210; 211 to 217) samples the complex signal output from the down converter (180) at 2 times the symbol frequency, analyzes the sampled signal, detects the timing error, and then sampling time according to the timing error. It is configured to adjust the symbol frequency and timing.
상기 정합필터(230) 심벌타이밍복원부(210)를 통해 출력되는 기저대역의 복소 신호의 앨리어싱을 제거하여 출력하도록 구성되어 있고, 다운샘플러(230)는 상기 정합필터(230)로부터 출력되는 복소 신호를 심벌주파수와 동일한 주파수로 샘플링하여 출력하도록 구성되어 있다.The matching
상기 반송파복원부(190; 191∼205)는 다운샘플러(250)로부터 출력되는 복소 신호를 제공받아 중심주파수가 심벌주파수의 1/4인 복소정현파와 곱셈하여 실수와 허수 성분의 OQAM 신호를 생성한 후 실수와 허수 성분의 OQAM 신호로부터 위상오차값을 계산하고, 계산된 위상오차값을 보상하는 복소정현파를 생성하여 심벌타이밍복원부(210)로부터 출력되는 복소 신호와 곱셈함에 따라 복소 신호의 주파수 오프셋을 보정하도록 구성되어 있다.The carrier restoration unit 190 (191 to 205) receives a complex signal output from the
아울러, 상기 반송파복원부(190)는, 상기 다운샘플러(250)로부터 출력된 복소신호와 외부로부터 중심주파수가 심벌주파수의 1/4인 복소정현파를 각각 제공받아 곱셈한 후 복소신호를 실수와 허수 성분으로 분리하여 출력하는 OQAM신호생성기(193)와, 상기 OQAM신호생성기(193)로부터 출력된 실수 및 허수 성분의 OQAM신호로부터 위상오차값을 계산하여 출력하는 위상오차검출부(195)와, 상기 위상오차검출부(195)로부터 출력되는 주파수 오프셋에 대응되는 위상오차값을 1/2fs 샘플링주파수(예를 들어, 5.38MHz)로 추출하는 제 2다운샘플러(197)와, 상기 제 2다운샘플러(197)로부터 심벌주파수의 속도로 입력되는 기저대역의 위상오차를, 기저대역의 위상을 보상하는 부분과의 동작주파수를 맞추기 위하여 심벌타이밍복원부(210) 측의 클록 속도(예를들어, 21.52MHz)로 샘플링하여 출력하는 업샘플러(199)와, 상기 업샘플러(199)에서 출력된 기저대역의 위상오차를 저역통과 필터링하는 루프필터(201)와, 상기 루프필터로부터 위상오차에 대한 DC 신호를 입력받아 추정 반송파 주파수 오프셋의 주파수를 갖는 복소정현파를 생성하는 수치제어발진기(205), 및 상기 심벌타이밍복원부(210)와 정합필터(230) 사이에 설치되어 수치제어발진 기(205)에서 출력되는 복소정현파의 공액 복소값과 위상분리기(170)에서 출력된 복소신호를 곱하여 주파수 오프셋을 보정한 후 심벌타이밍복원부(210)에서 출력되는 복소신호를 주파수 오프셋을 보정하는 복소곱셈기(191)를 포함하여 이루어져 있다.In addition, the
상기 리샘플러(211)의 출력 신호는 반송파 주파수 오프셋을 보정하기 위한 복소곱셈기(191)로 입력되어 반송파 오프셋이 보정된다. 복소곱셈기(191)를 통해서 반송파 오프셋이 보정된 신호로부터 심벌 타이밍 오차를 추출하여 심벌타이밍복원부(210)가 동작하게 된다. The output signal of the
이와 같은 구조는 도 4의 반송파 복원 장치와 동작이 일치하며, 도 4와 동일한 기능을 하는 회로부는 동일 부호를 표기하였으므로 그 동작에 대한 구체 설명은 생략하도록 한다.This structure is identical to the operation of the carrier recovery apparatus of FIG. 4, and since the circuit part having the same function as that of FIG. 4 is denoted by the same reference numeral, a detailed description of the operation will be omitted.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It can be easily understood by those skilled in the art.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 파일럿신호에 의존하지 않고 기저대역의 복소 신호를 이용하여 반송파의 주파수 오프셋을 보정하여 반송파를 복원함으로써, 선택성 페이딩 채널 환경에서도 반송파 복구 성능이 우수하여 디지털 방송수신기의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, in the present invention, the carrier is recovered by correcting the frequency offset of the carrier by using the baseband complex signal without relying on the pilot signal, so that the carrier recovery performance is excellent even in a selective fading channel environment. There is an advantage to improve.
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070031151A KR101345016B1 (en) | 2007-03-29 | 2007-03-29 | Apparatus for recovering carrier wave in digital broadcasting receiver and method therefor |
US12/058,292 US8175193B2 (en) | 2007-03-29 | 2008-03-28 | Apparatus for recovering carrier wave in digital broadcasting receiver and method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020070031151A KR101345016B1 (en) | 2007-03-29 | 2007-03-29 | Apparatus for recovering carrier wave in digital broadcasting receiver and method therefor |
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2007
- 2007-03-29 KR KR1020070031151A patent/KR101345016B1/en active IP Right Grant
Cited By (1)
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KR20240032179A (en) * | 2021-09-08 | 2024-03-08 | 퀄컴 인코포레이티드 | Clock and data recovery for multiphase, multilevel encoding |
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