KR20090074015A - 선형 예측기를 사용한 최적화된 타이밍 복구 디바이스 및 방법 - Google Patents

선형 예측기를 사용한 최적화된 타이밍 복구 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방법 및 장치에 따르면, 샘플링된 입력 신호에 응답하고 시간-보정된 신호를 발생시키도록 적응되는 타이밍 보정 모듈을 포함하고, 상기 시간-보정된 신호를 필터링하여 화이트닝된 출력 신호를 발생시키기 위하여 상기 타이밍 보정 모듈에 결합되는 선형 예측기를 더 포함하고, 상기 화이트닝된 출력 신호에 응답하여 상기 타이밍 보정 모듈에서의 적어도 하나의 파라미터를 업데이트하는 타이밍 업데이트 모듈을 더 포함하는 타이밍 복구 디바이스가 개시되어 있다.
샘플링된 입력 신호, 타이밍 보정 모듈, 선형 예측기, 타이밍 업데이트 모듈, 타이밍 복구 디바이스

Description

선형 예측기를 사용한 최적화된 타이밍 복구 디바이스 및 방법{OPTIMIZED TIMING RECOVERY DEVICE AND METHOD USING LINEAR PREDICTOR}
본 발명은 하나 이상의 통신 채널들의 신호들을 수신하는 수신기들을 갖는 통신 시스템들에 관한 것이며, 특히 '화이트닝(whitening)'이 통신 채널들에서 페이딩(fading)의 영향들을 감소시키도록 하는 통신 시스템의 수신기에서 사용된 타이밍 복구 디바이스(timing recovery device)에 관한 것이다.
타이밍 복구는 로컬 수신기(local receiver)를 원격 송신기에 동기화시키는 프로세스이기 때문에 통신 시스템의 매우 중요한 파트(vital part)이다. 선형 예측기들은 블라인드 적응형 등화(blind adaptive equalization) 이전에 신호를 사전-화이트닝(pre-whitening)하는 자신들의 능력으로 인해 통신 시스템들에서 사용되었다. 즉, 수신 및 복조될 신호를 운반하는 통신 채널의 등화는 선형 예측기를 사용한 수신기에서 개선된다. 일정 계수 알고리즘(Constant Modulus Algorithm: CMA) 블라인드 적응의 경우에 대한 이와 같은 용도의 예는 2001년의 통신들에 대한 IEEE 국제 컨퍼런스에서 제안되고 본원에 참조되어 있는 James P. LeBlanc 및 Inbar Fijalkow에 의한 논문 "Blind adapted, pre-whitened constant modulus algorithm"에 설명되어 있다. 블라인드 적응형 등화의 콘텍스트(context)에서 선형 예측을 사 용하는 시스템들은 Labat 등의 미국 특허 제5,909,466호, 및 Casas 등의 미국 특허 제7,027,500호에 설명되어 있다.
선형 예측은 또한 자기 기록용 타이밍 복구 시스템에서 사용하기 위한 이의 반복적인 격자 구성에서 제안되었다. 이 애플리케이션은 1981년 4월의 음향, 음성, 및 신호 프로세싱에 대한 IEEE 국제 컨퍼런스에서 제안되고 본원에 참조되어 있는 M.U.Larimore 및 B.J.Langland에 의한 "Recursive Linear Prediction for Clock Synchronization"에 설명되어 있다.
타이밍 복구는 아날로그, 디지털, 및 혼합된 아날로그 및 디지털 수단에 의해 성취된다. 종래의 디지털 타이밍 복구 아키텍처(digital timing recovery architecture)는 도 1a에 도시된 바와 같이, A/D 컨버터(converter)(106), 고정 레이트 샘플링 클록(fixed rate sampling clock)(107), 타이밍 보정 모듈(101) 및 타이밍 업데이트 모듈(104)을 포함하는 타이밍 복구 모듈(100)을 포함한다. A/D 컨버터(106)는 고정 레이트 샘플링 클록(107)에 의해 결정되는 고정 레이트로 통신 채널에 의해 운반되는 수신 신호를 샘플링한다. 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되지 않지만, 이와 같은 동기화가 필요하지 않다면, 송신된 신호는 정확하게 복구될 수 없다. 타이밍 보정 모듈(101)은 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 신호를 리샘플링(re-sampling)한다. 동기화된 신호는 동기화를 유지하기 위하여 타이밍 보정 모듈(101)에서의 하나 이상의 파라미터들을 업데이트하는 타이밍 업데이트 모듈(104)에 의해 프로세싱된다.
타이밍 보정 모듈(101)의 출력은 샘플링 레이트가 원격 송신기에 동기화되는 동기 샘플링된 신호이다. 일반적으로, 타이밍 보정 모듈(101)은 동기 샘플링 신호를 발생시키기 위하여 당업자들에게 공지되어 있는 보간 기술(interpolation technique)들을 사용한다. 1993년 3월자의 IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.41, NO.3에서 Floyd M. Gardner에 의한 간행물 "Interpolation in Digital Moderms-Part I: Fundamentals"는 이 아키텍처에 관한 더 많은 정보를 제공한다. 1997년 7월자의 IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.45, NO.7에서 Daeyoung Kim, Madihally J. Narashimha, 및 Donald C. Cox에 의한 간행물 "Design of Optimal Interpolation Filter for Symbol Timing Recovery"는 특히 보간 필터 설계를 논의한다. 2 개의 간행물들 모두는 본원에 참조되어 있다.
종래의 혼합된 아날로그 및 디지털 타이밍 복구 아키텍처는 도 1b에 도시된 바와 같이, A/D 컨버터(106), 조정 가능한 레이트 샘플링 클록(108), 및 타이밍 업데이트 모듈(104)을 포함하는 타이밍 복구 모듈(100)을 포함한다. A/D 컨버터(106)는 조정 가능한 레이트 샘플링 클록(108)에 의해 결정된 조정 가능한 레이트로 통신 채널에 의해 운반되는 신호를 샘플링한다. 샘플링된 신호는 동기화를 유지하기 위하여 조정 가능한 레이트 샘플링 클록(108)을 조정하는 타이밍 업데이트 모듈(104)에 의해 프로세싱된다.
도 1a 및 1b의 타이밍 업데이트 모듈은 도 1a의 타이밍 보정 모듈(101)에서의 하나 이상의 파라미터들을 업데이트하거나 도 1b의 조정 가능한 레이트 샘플링 클록(108)을 조정하기 위하여 블라인드 또는 결정-지향 기술들을 사용할 수 있다. 블라인드 기술들은 타이밍 루프에서 등화기의 긴 지연을 피하고 신뢰 가능한 결정 들이 이용 불가능할 때 사용될 수 있기 때문에, 종종 선호된다. 종래의 블라인드 기술들은 타이밍 에러 정보를 추출하기 위하여 잉여 대역폭(나이퀴스트 대역-에지(Nyquisrt band-edge)들 이상의 신호 에너지)에 의존한다. 종래의 블라인드 기술들은 이하에 "대역-에지 타이밍 복구" 기술이라 칭해질 것이다. 하나의 이와 같은 기술은 1978년 5월자의 IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.26, NO.5에서 Dominique N. Godard에 의한 간행물 "Passband Timing Recovery in an All-Digital Modem Receiver"에 설명되어 있다.
대역-에지 타이밍 복구 기술들이 잉여 대역폭 정보를 유지하기 위하여 송신된 신호의 나이퀴스트 레이트보다 더 높은 샘플링 레이트로 동작해야 한다는 것을 주목할 가치가 있다. 더 명확하게는, 대역-에지 타이밍 복구는 나이퀴스트 샘플링 레이트보다 더 높은 샘플링 레이트를 필요로 한다. 그러므로, 타이밍 루프에서의 모든 신호 프로세싱 동작들은 나이퀴스트 샘플링 레이트보다 더 높은 레이트로 동작해야 한다. 이것은 나이퀴스트 샘플링 레이트(심볼 레이트)로 동작할 수 있는 블라인드 등화에 사용된 종래의 선형 예측기와 대조적이다.
수신기에서, 타이밍 복구 모듈(100)의 출력은 전형적으로 등화기 모듈(도 1a 및 1b에 도시되니 않음)에 접속된다. 등화기는 나이퀴스트 레이트로 동작할 수 있고, 이 경우에, 등화기는 심볼-이격된 또는 T-이격된 등화기라고 칭해진다. 그 경우에, 신호는 타이밍 복구 이후에 다운-샘플링(down-sampling)되어야 하며, 타이밍 업데이트 모듈(104)은 로컬 수신기의 샘플링 레이트를 원격 송신기에 동기화시켜야할 뿐만 아니라, 최적의 다운-샘플링 위상(down-sampling phase)을 선택해야 한다. 잘못된 위상이 선택되는 경우에, 심볼-이격된 등화기 성능은 상당히 저하될 수 있다. (부분적으로-이격된 등화(fractionally-spaced equalization)로서 또한 공지되어 있는) 나이퀴스트보다 더 높은 레이트로 등화기를 동작시킴으로써 문제가 피해질 수 있지만, 이는 수신기의 크기 및 비용을 증가시킨다.
대부분의 실용적인 통신 시스템들에서, 송신된 신호는 수신기에 도착하기 전에 통신 채널에 의해 왜곡된다. 예를 들어, 지상 디지털 텔레비전에서, 송신된 신호는 여러 개의 상이한 경로들을 통하여 수신기에 도착할 수 있다. 이것이 "다중경로 왜곡(multipath distortion)"으로서 공지되어 있다. 일부 경우들에서, 통신 채널은 자신의 나이퀴스트 대역-에지들 부근에서 신호 주파수 컴포넌트(signal frequency component)들을 매우 감쇠시킴으로써, 대역-에지 타이밍 복구 기술들의 성능을 저하시킬 수 있다.
그러므로, 신호의 나이퀴스트 대역-에지들이 통신 채널에 의해 저하될 때 대역-에지 타이밍 복구 기술들의 성능을 개선시키는 최적화된 타이밍 복구(또는 보정) 디바이스 및 방법이 필요하다.
간단히 말해서, 샘플링된 입력 신호를 수신하고 타이밍 보정 모듈 및 타이밍 업데이트 디바이스 사이에 결합된 선형 예측기를 포함하는 타이밍 복구 디바이스가 개시되어 있고, 상기 타이밍 보정 모듈은 상기 샘플링된 입력 신호에 응답하고 시간-보정된 신호를 발생시키도록 적응되며, 상기 선형 예측기는 상기 시간-보정된 신호에 응답하고 상기 시간-보정된 신호를 화이트닝시키며, 상기 타이밍 업데이트 디바이스는 상기 화이트닝된 신호를 프로세싱하고 상기 타이밍 보정 디바이스에서 적어도 하나의 파라미터를 업데이트한다.
본 발명의 하나의 방법은 샘플링된 신호를 수신하는 단계, 시간 보정된 신호를 생성하기 위해 샘플링된 신호를 리-샘플링하는 단계, 상기 시간 보정된 신호를 화이트닝하여 화이트닝된 신호를 생성하는 단계, 타이밍 정보를 추출하기 위해 상기 화이트닝된 신호를 프로세싱하고 후속 리-샘플링 단계를 위해 적어도 하나의 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 목적들, 특징들 및 장점들, 그리고 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 여러 도면들에서 도시되어 있는 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명을 판독한 후에 확실히 명백해질 것이다.
도 1a는 종래 기술의 타이밍 복구 모듈을 도시한 도면.
도 1b는 또 다른 종래 기술의 타이밍 복구 모듈을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타이밍 복구 디바이스의 애플리케이션, 즉 디지털 지상 텔레비전 수신기의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타이밍 복구 디바이스의 고-레벨 블록도.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타이밍 복구 디바이스(400)를 도시한 도면.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 4a의 실시예와 상이한 구조를 포함하는 타이밍 복구 디바이스(400)를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 (도 2의) 선형 예측기(206)와 같은 선형 예측기의 부가적인 세부사항들을 도시한 도면.
도 6a는 예시적인 타이밍 복구 방법을 도시한 도면.
도 6b는 또 다른 예시적인 타이밍 복구 방법을 도시한 도면.
도 7a는 또 다른 예시적인 타이밍 복구 방법을 도시한 도면.
도 7b는 또 다른 예시적인 타이밍 복구 방법을 도시한 도면.
도 8은 예로서 본 발명의 다양한 실시예들의 이점을 도시한 그래프.
이제 도 2를 참조하면, 타이밍 복구 디바이스(206)를 포함하는 일례의 애플리케이션, 즉 디지털 지상 텔레비전 수신기(200)의 블록도가 본 발명의 실시예에 따라 도시되어 있다. 일례로서, 수신기(200)는 ATSC(Advanced Television Systems Committee) 표준 A/53에 따라 브로드캐스팅된 디지털 지상 텔레비전 신호들을 수신하는데 사용된다. 아날로그-대-디지털(A/D) 컨버터(203), 기저대역 혼합기(204), 캐리어 복구 회로(205), 타이밍 복구 디바이스(206), 등화기(207), 및 디코더(decoder)(208)를 포함하는 것으로 도시되어 있는 복조기 집적 회로(IC)(202)가 수신기(200) 내에 포함된다. IC(202)는 상기 IC(202)에 중간 주파수(IF) 신호들을 제공하고 자신의 입력으로서 통신 채널로부터 무선 주파수(RF) 신호들을 수신하는 튜너(tuner)(201)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. A/D 컨버터(203)는 믹서(204)에 결합되는 것으로 도시되어 있고, 상기 믹서는 캐리어 복구 회로(205)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 믹서(204) 및 캐리어 복구 회로(205)는 타이밍 복구 회 로(206)에 결합되는 것으로 도시되어 있고, 상기 타이밍 복구 회로(206)는 이어서 등화기(207)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 등화기(207)는 디코더(208)에 결합되는 것으로 도시되어 있고, 상기 디코더(208)는 출력 트랜스포트 스트림(Transport Stream: TS)을 제공한다.
도 2에서, 튜너(201)는 RF 신호를 수신하여 IF 신호로 다운-컨버팅(down-converting)하고 상기 IF 신호를 IC(202)의 A/D 컨버터(203)에 제공하는 것으로 도시되어 있다. IC(202)는 IF 신호를 프로세싱하여 디지털 비디오 TS를 생성한다. A/D 컨버터(203)는 원격 송신기(도 2에 도시되지 않음)에 동기화되지 않은 레이트로 아날로그 IF 신호를 샘플링하여 디지털 IF 신호를 생성하고, 이를 기저대역 혼합기(204)에 제공한다. 기저대역 혼합기(204)는 디지털 IF 신호를 기저대역으로 다운-컨버팅하고, 다운-컨버팅된 기저대역 신호를 타이밍 복구 디바이스(206)에 제공한다. 캐리어 복구 회로(205)는 기저대역 혼합기(204)를 IF 캐리어에 동기화시킨다.
타이밍 복구 디바이스(206)는 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 다운-컨버팅된 기저대역 신호를 리-샘플링하여, 동기화를 유지하도록 자신의 리-샘플링 레이트를 자동적으로 업데이트한다. 등화기(205)는 신호로부터 다중경로 왜곡 및 다른 형태들의 심볼간 간섭(ISI)을 제거한다. 디코더(106)는 트렐리스 디코딩(trellis decoding), 디-인터리빙(de-interleaving), 순방향 에러 보정, 디-랜더마이징(de-randomizing), 및 다른 기능들을 수행하여 디지털 비디오 TS를 생성한다. 도 2에 도시되지 않은 다른 프로세싱 블록들이 자동 이득 제어(Automatic Gain Control: AGC), 디지털 필터들, 및 다양한 동기화 회로들을 포함하지만, 이에 국한되지 않는 복조기 IC(202) 내에 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 실시예들이 도 2에 도시된 것과 다른 수신기 구성들 및 다른 타입(type)들의 통신 시스템들에 적용 가능하다는 것이 또한 이해될 것이다.
나이퀴스트 대역-에지들이 통신 채널에서 감쇠될 때 대역-에지 타이밍 복구 성능을 개선시키기 위하여, 신호를 화이트닝시키는 선형 예측기가 타이밍 복구에서 사용된다. 사전-화이트닝하기 위하여 종래 기술들에서 선형 예측기들이 사용되었지만, 본 출원이 타이밍 복구가 아니라, 등화에 대해서만 인식된다는 점이 주의되어야 한다. Larimore 및 Langland에 의해 제안된 시스템과 달리, 본 발명의 실시예들의 선형 예측기는 타이밍 정보를 추출하는 것이 아니라, 신호를 화이트닝하는데 사용된다.
도 3a에서, 도 2의 타이밍 복구 디바이스(206)가 본 발명의 실시예에 따라, 더 큰 블록도로 상세히 도시되어 있다. 타이밍 복구 디바이스(206)는 선형 예측기(303)에 결합된 타이밍 보정 모듈(301)을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 상기 선형 예측기는 이어서 타이밍 업데이트 모듈(304)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 타이밍 보정 모듈(301)은 A/D 컨버터(306)로부터 비동기 샘플링 신호를 입력으로서 수신한다. 비동기 샘플링 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되지 않으므로, 동기화되어야 한다. 타이밍 보정 모듈(301)은 상기 신호를 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 리-샘플링하여 시간-보정된 신호를 발생시킨다. 시간-보정된 신호는 신호를 '화이트닝하는' 선형 예측기(303)에 의해 프로세싱된다. A/D 컨 버터(306)는 고정 레이트로 자신에게 제공된 입력을 샘플링하는 고정 레이트 샘플링 클록(307)에 결합되는 것으로 도시되어 있다.
'화이트닝'은 신호의 주파수 스펙트럼을 변경하여 신호가 자신의 대역폭 내의 모든 주파수에서 거의 동일한 에너지를 가지도록 하는 것을 말한다. 이것은 '화이트' 광이 가시광의 대역폭 내의 모든 주파수에서 동일한 에너지를 가지기 때문에, 그렇게 칭해진다. 화이트닝 후에, 화이트닝된 신호는 동기화를 유지하기 위하여 타이밍 보정 모듈(301)에서의 하나 이상의 파라미터들을 업데이트하는 타이밍 업데이트 모듈(304)에 의해 프로세싱된다. 파라미터들의 예들은 당업자들에게 공지된 바와 같은, 보간 위상 및 주파수, 보간 필터 계수, 보간 필터들의 테이블(table)에 대한 인덱스(index) 등을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.
선형 예측기(303)는 디지털 필터의 타입이며, 샘플링된 신호와 승산된 계수들의 합을 발생시키기 위하여 계수들을 사용하는데, 이의 일례가 후속 도면(들)과 관련하여 간략히 제공될 것이다. 선형 예측기(303)의 계수들은 일 실시예에서, 통신 채널의 선험적 지식에 기초하여 고정되며, 또 다른 실시예에서, 시동 절차 동안 습득되거나, 또는 또 다른 실시예에서, 연속적으로 적응된다.
종래 기술의 디지털 지상 텔레비전 애플리케이션들에서, 시동 절차들이 존재하지 않는다. 그러므로, 디지털 지상 텔레비전과 관련된 본 발명의 실시예들에서, 선형 예측기 계수들은 블라인드 기준(blind criterion)을 사용하여 연속적으로 적응된다. DSL과 같은 다른 타입들의 통신 시스템들에서, 전형적으로 시동 절차가 존재한다. 그 경우에, 예측기 계수들은 시동 동안 습득될 수 있고, 정상적인 통신들 동안 고정된다.
본 발명의 일 실시예에서, 출력(305)은 부분적으로-이격된 등화기(도 3a 및 3b에 도시되지 않음) 또는 도 2의 등화기(207)로의 입력으로서 사용하는데 적합하다. 출력(305)은 또한 다운-샘플링되어 심볼-이격된 등화기로의 입력으로서 사용될 수 있다. 출력(305)은 또한 본 발명의 다른 실시예들에 따른 또 다른 프로세싱 모듈에 제공될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타이밍 복구 디바이스(400)를 도시한다. 도 4a에서, 상기 디바이스(400)는 디멀티플렉서(402)에 결합되는 타이밍 보정 모듈(401)을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 상기 디멀티플렉서는 이어서 2개의 선형 예측기들(403)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 선형 예측기들(403) 각각의 출력은 타이밍 업데이트 모듈(404)로의 입력을 발생시키고, 타이밍 복구 디바이스(400)의 출력들(405)이 된다.
타이밍 보정 모듈(401)은 입력으로서 비동기 샘플링 신호를 수신한다. 수신된 비동기 샘플링 신호는 원격 송신기에 동기화되지 않은 샘플링 레이트를 갖는다. 타이밍 보정 모듈(401)은 수신된 비동기 샘플 신호를 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 리-샘플링하여 시간-보정된 신호를 발생시킨다. 대안적인 실시예에서, 샘플링 레이트는 비동기 샘플 신호의 나이퀴스트 레이트의 정수배이다.
시간-보정된 신호는 상기 시간-보정된 신호를 2개 이상의 서브-샘플링된 신호들로 분할하는 디멀티플렉서(402)에 의해 디멀티플렉싱된다. 대안적인 실시예에서, 서브-샘플링 레이트는 시간-보정된 신호의 나이퀴스트 레이트와 동일하다. 시 간-보정된 신호의 나이퀴스트 레이트 두 배의 입력 샘플링 레이트에 대응하는 2개의 디멀티플렉서 출력들만이 도 4a에 도시되어 있을지라도, 디멀티플렉서 출력들의 실제 수는 사용된 정수 배수와 동일하며, 2 이상일 수 있다. 각각의 서브-샘플링된 신호는 화이트닝된 출력 신호들(405)을 발생시키는 선형 예측기(403)에 의해 프로세싱된다. 2 개의 멀티플렉서 출력들에 대응하는 2 개의 선형 예측기들(403)만이 도 4a에 도시되어 있을지라도, 선형 예측기들의 실제 수는 디멀티플렉서 출력들의 수와 동일하며, 2 이상일 수 있다.
선형 예측기들(403)의 계수들은 채널의 선험적 지식에 기초하여 고정되거나, 시동 절차 동안 습득되거나, 또는 지속적으로 적응될 수 있다. 화이트닝 이후에, 서브-샘플링된 신호들은 동기화를 유지하기 위하여 타이밍 보정 모듈에서의 하나 이상의 파라미터들을 업데이트하는 타이밍 업데이트 모듈(404)에 의해 프로세싱된다. 화이트닝된 출력 신호들(405) 중 하나는 심볼-이격된 등화기(도 4a에 도시되지 않음)로의 입력으로서 사용될 수 있다. 다수의 출력 신호들(405)은 또한 부분적으로-이격된 등화기로의 입력을 형성하도록 멀티플렉싱될 수 있다. 하나 이상의 출력들(405)은 또한 본 발명의 실시예들에 따른 다른 프로세싱 모듈들로 진행할 수 있다.
계수 선택에 따라, 도 3a 및 3b의 선형 예측기(303)가 나이퀴스트 대역-에지들에서 신호들을 왜곡시킴으로써 타이밍 복구 성능을 저하시킬 수 있기 때문에, 도 3a 및 3b에서와 같은 하나의 선형 증폭기(303)를 사용하는 것보다 오히려 다수의 선형 증폭기들(403)을 사용하는 것이 신호 품질을 개선시킬 수 있다. 이를 방지하 는 하나의 방법은 나이퀴스트 레이트로 동작하는 한 세트의 선형 예측기 계수들을 가지며, 신호의 모든 위상들에 동일한 필터를 적용하는 것이다. 이것은 계수들을 반복함으로써 도 3a 및 3b의 실시예들에 의해 성취될 수 있다. 그러나, 도 4a의 실시예는 신호를 위상들로 분할하고 이들을 개별적으로 필터링하는 더 명백한 방법이다. 동일한 계수들이 각각의 위상에 대해 사용되는 경우에, 한 세트의 계수들만이 저장될 필요가 있다. 따라서, 도 4a의 실시예는 도 3a 및 3b의 실시예에 비하여 감소된 계수 메모리 크기의 장점을 갖는다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 4a의 실시예와 상이한 구조를 포함하는 타이밍 복구 디바이스(400)를 도시한다. 즉, 도 4b의 디바이스(400) 및 도 4a의 디바이스 사이의 차이는 타이밍 업데이트 모듈(404)이 조정 가능한 레이트 샘플링 클록(408)에 결합되는 것으로 도시되어 있고 상기 조정 가능한 레이트 샘플링 클록(408)이 A/D 컨버터(406)에 결합되는 것으로 도시되어 있다는 것이다. 주의되는 바와 같이, 도 4b의 샘플링 클록은 조정 가능한 레이트로 동작하는 반면, 도 4a의 샘플링 클록은 고정된다. 이 점에서, 도 2의 복조기 IC(202)의 설계가 간소화되고 이의 비용이 감소된다. 그러나, 조정 가능한 레이트 샘플링 클록을 구현하는 비용은 일반적으로 고정된 레이트 샘플링 클록을 구현하는 비용보다 더 높다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, (도 3a의) 선형 예측기(303)와 같은 선형 예측기의 부가적인 세부사항들을 도시한다. 도 5에서, 선형 예측기(501)는 입력 샘플링 지연 요소(502), 피드포워드 예측기 필터(feedforward predictor filter)(503), 출력 샘플 지연 요소(504), 피드백 예측기 필터(505), 및 합산 유 닛(506)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 입력 샘플 지연 요소(502)는 입력을 수신하는 것으로 도시되어 있고, 합산 유닛(506)에 출력을 제공하는 피드포워드 예측기 필터(503)에 결합된다. 출력 샘플 지연 요소(504)는 출력이 합산 유닛(506)에 제공되는 피드백 예측기 필터(505)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 합산 유닛(506)의 출력은 선형 예측기(501)의 출력이다. 입력 샘플 지연 요소(502)로의 입력은 합산 유닛(506)에 결합된다. 따라서, 합산 유닛(506)은 자신에 제공된 3개의 입력들을 가산/감산한다.
입력 샘플 지연 요소(502)는 입력 신호(509)를 한 샘플 만큼 지연시킨다. 지연된 입력 신호(511)는 피드포워드 예측기 필터(503)에 의해 필터링되어 제 1 필터링된 신호(513)를 형성한다. 제 1 필터링된 신호(513)는 합산 유닛(506)에 의해 입력 신호(509)로부터 감산되며, 상기 합산 유닛은 또한 제 2 필터링된 신호(515)를 감산한다. 합산 유닛(506)의 출력(517)은 화이트닝된 신호이다. 출력 샘플 지연 요소(504)는 화이트닝된 신호를 한 샘플만큼 지연하여 지연되는 화이트닝된 신호(519)를 형성한다. 지연되는 화이트닝된 신호(519)는 피드백 예측기 필터(505)에 의해 필터링되어 제 2 필터링된 신호(515)를 형성한다.
일 실시예에서, 예측기 필터들(503, 505)은 유한 임펄스 응답(finite impulse response: FIR) 디지털 필터들로서 구현된다. 각각의 다항식에 대해 하나씩 미리 결정된 수의 계수들이 필터들(503, 505)의 다항식들(A(z) 및 B(z))에서 각각 사용되며, 여기서 (z-1)은 샘플 지연을 나타낸다. 일 예시적인 실시예에서, B(z) 다항식은 제거되고, A(z) 다항식은 28 개의 계수들을 갖는다. B(z)가 제거되면, 선형 예측기 구성은 '올-제로(all-zero)'라고 칭해진다. B(z)만이 유지되면서 A(z) 다항식이 제거되도록 하는 것이 또한 가능하며, 이는 '올-폴(all-pole)' 경우이다. 또 다른 실시예에서, A(z) 및 B(z) 다항식들 둘 모두가 존재한다. 다른 다항식 활용들이 예상되고, 다양한 타입들의 다항식들이 사용될 수 있다.
적응형 구현예를 사용하는 대안적인 실시예에서, 예측기 필터들(503, 505)의 계수값들은 0으로 초기화되고, 화이트닝된 신호(517)는 상기 계수들을 연속적으로 업데이트하는데 사용된다. LeBlanc 및 Fijalkow 간행물에서 설명되고, 상기에 참조되며, 예시적인 실시예에서 사용되는 하나의 적용 가능한 계수 적응 기술은 최소 평균 자승(least mean square: LMS)이다.
타이밍 업데이트 모듈이 대역-에지 타이밍 복구 기술들을 사용하는 경우에, 신호의 나이퀴스트 대역-에지들 부근의 타이밍 정보가 왜곡되지 않는 것을 보장하기 위하여 선형 예측기 계수들의 설계에서 주의가 행해져야 한다. 이렇게 하는 하나의 방법은 도 4a에 도시된 실시예를 사용하고, 각각의 선형 예측기(403)에 대해 실질적으로 동일한 선형 예측기 계수를 선택하는 것이다. 타이밍 업데이트 모듈에서 선형 예측기 왜곡을 보상하는 것과 같은 다른 솔루션들이 고려된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 선형 예측기를 사용하면 타이밍 복구 및 블라인드 등화 둘 모두가 개선된다. 선형 예측기가 없다면, 블라인드 등화기는 일부 채널 조건들에 대해 수렴하지 않을 것이다. 종래 기술에서와 같이 타이밍 루프의 외부 및 본원에서와 같이 타이밍 루프(timing loop)의 내부에 있는 선형 예측기 사이 의 하나의 차이는 화이트닝된 신호들의 상이한 샘플링 위상들에 반영된다. 선형 예측기가 타이밍 루프 내부에 있는 경우에, 최적의 샘플링 위상이 항상 선택될 것이다. 선형 예측기가 타이밍 루프 외부에 있는 경우에, 이는 선형 예측기가 나이퀴스트 샘플링 레이트보다 더 높은 레이트로 구현되면, 샘플링 위상이 변화할 가능성을 갖는다. 샘플링 위상의 중요성은 상술된 바와 같이, 등화기 구현예에 따른다. 부분적으로 이격된 등화기가 사용되는 경우에, 샘플링 위상은 중요하지 않다. 심볼-이격된 등화기가 사용되는 경우, 채널 조건에 따라, 상이한 샘플링 위상들 사이에 상당한 성능차가 존재할 수 있다. 종래 기술에서와 같이 타이밍 루프 외부 및 본원에서와 같이 타이밍 루프 내부에 있는 선형 예측기 사이의 두 번째 차이는 타이밍 정보의 상이한 유효 신호 대 잡음비들(SNR들)에 반영된다. 이 경우에서의 '잡음'은 신호에 임베딩(embedding)된 타이밍 정보와 간섭하는 신호의 데이터 콘텐트(data content)이다. 채널이 대역-에지 주위에 딥 노치(deep notch)를 가지는 경우에, 데이터 콘텐트가 타이밍 정보에 매우 크게 관련되기 때문에, 타이밍 정보를 추출하는 것이 더 어렵다. 선형 예측기는 타이밍 정보의 유효 SNR을 증가시킬 것이다. 그래서, 동일한 대역-에지 필터가 제공되면, 타이밍 복구 성능은 등화기와 관계없이, 타이밍 루프 내부의 선형 예측기와 함께 더 양호해질 것이다.
다음으로, 본 발명의 다양한 실시예들의 이점이 도 8의 그래프를 참조하여 예로서 설명된다. 이 예에서, 신호는 ATSC 표준 A/53에 따른, 시뮬레이팅된 디지털 지상 텔레비전 신호이다. 이 예에서의 모든 신호들 및 손상(impairment)들은 독점적인 C 코드 모델을 사용하여 발생되었다. 도 8은 캐리어 복구 이후의 기저대역 신 호의 주파수 대 신호 에너지의 그래프(800)를 포함하며, DC(0 MHz)는 A/53에서 규정된 바와 같이 파일럿 주파수(pilot frequency)를 나타낸다. 이 예에서, 신호는 모두 주 경로와 관련된 0 dB 감쇠, 0.0741 μS의 지연, 및 99도의 위상을 갖는 단일 에코(single echo)로 이루어진 시뮬레이팅된 채널에 의해 왜곡되었다. 이와 같은 채널은 대략 5.38 MHz에서 신호의 상위 대역-에지의 심한 감쇠를 발생시킨다. 점선(801)은 도 3a에 도시된 바와 같은 타이밍 보정 모듈(301) 이후의 신호를 나타낸다. 실선(802)은 도 3a에 도시된 바와 같은 선형 예측기(303) 이후의 신호를 나타낸다. 선형 예측기는 LMS 기술을 사용하여 업데이트되는 계수들과 함께, 28개의 탭들을 갖는 적응형 '올 제로' FIR 필터로서 구현되었다. 2개의 라인들이 각각의 신호들 상에서 수행된 1024-포인트 고속 퓨리에 변환의 2048개의 연속적인 출력들을 평균화함으로써 생성되었다. 신호들의 시뮬레이팅된 샘플링 레이트는 심볼 레이트의 2배였는데, 즉, 대략 21.52 MHz였다. 0 dB 기준 포인트가 임의로 선택되고, 동일한 기준 포인트가 신호들 둘 모두에 대해 사용된다. 원들(803, 804)은 선형 예측기 이전 및 이후의 신호들에 대해, 각각 대략 5.38 MHz의 상위 대역-에지에서 신호 에너지를 나타낸다. 그래프(800)로부터 알 수 있는 바와 같이, 선형 예측기 이전의 신호 에너지는 더 높은 주파수들에 대해서보다 더 낮은 주파수들에 대해서 훨씬 더 높은 반면, 선형 예측기 이후의 신호 에너지는 신호 대역에 걸쳐 더 일관적이다. 즉, 신호는 선형 예측기 이후에 더 '화이트'이다. 선형 예측기 이후의 신호가 선형 예측기 이전의 신호보다 상위 대역-에지에서 상당히 더 많은 에너지를 갖는다는 것이 또한 인식될 수 있다. 더 중요하게는, 상기 C 코드 모델의 ATSC A/53 수신기는 선형 예측기가 타이밍 루프 외부로 이동하는 경우에 신호를 디코딩할 수 없는 반면, 타이밍 루프 내부의 선형 예측기의 경우에, 에러들 없이 디코딩할 수 있다.
다음으로, 예시적인 타이밍 복구 방법이 도 6a를 참조하여 설명될 것이다. 단계(601)에서, 샘플링된 신호가 수신되는데, 여기서 상기 수신된 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되지 않는다. 단계(602) 동안, 샘플링된 신호의 리-샘플링이 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 수행되어 시간-보정된 신호를 생성한다. 단계(603)에서, 선형 예측 기술들을 사용하여 시간-보정된 신호의 화이트닝이 수행되어 화이트닝된 신호를 생성한다. 단계(604)에서, 화이트닝된 신호가 프로세싱되어, 타이밍 정보를 추출하고 후속 리-샘플링 단계를 위해 적어도 하나의 파라미터를 업데이트한다. 도 6a를 참조하여 설명된 상기 방법은 한 샘플씩 수행되거나, 한 번에 샘플들의 전체 블록에 대해 수행될 수 있다. 상기 방법은 전형적으로 단계(604)의 완료 시에, 단계(601)가 새로운 샘플들을 사용하여 개시되는 연속적인 방식으로 수행된다.
도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 예시적인 타이밍 복구 방법을 도시한다. 단계(601)에서, 샘플링된 신호가 수신되는데, 여기서 상기 수신된 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화된다. 단계(603)에서, 선형 예측 기술들을 사용하여 시간-보정된 신호의 화이트닝이 수행되어 화이트닝된 신호를 생성한다. 단계(605)에서, 화이트닝된 신호가 프로세싱되어, 타이밍 정보를 추출하고 후속 단계(601)에서 수신되는 샘플링된 신호를 발생시키는데 사용되는 샘플링 클록을 조정 한다. 도 6b를 참조하여 설명된 상기 방법은 한 샘플씩 수행되거나, 한 번에 샘플들의 전체 블록에 대해 수행될 수 있다. 상기 방법은 전형적으로 단계(605)의 완료 시에, 단계(601)가 새로운 샘플들을 사용하여 개시되는 연속적인 방식으로 수행된다.
다음으로, 또 다른 예시적인 타이밍 복구 방법이 도 7a를 참조하여 설명된다. 단계(701)에서, 샘플링된 신호가 수신되는데, 여기서 상기 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되지 않는다. 단계(702)에서, 샘플링된 신호의 리샘플링이 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 수행되어, 시간-보정된 신호를 생성한다. 다음으로, 단계(703) 동안, 시간-보정된 신호에 대해 디멀티플렉싱이 수행되어 2개 이상의 서브-샘플링된 신호들을 생성한다. 단계(704)에서, 선형 예측 기술들을 사용하여 서브-샘플링된 신호들의 화이트닝이 수행되어 2개 이상의 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들을 생성한다. 단계(705)에서, 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들이 프로세싱되어, 타이밍 정보를 추출하고 후속 리-샘플링 단계를 위해 적어도 하나의 파라미터를 업데이트한다. 도 7a를 참조하여 설명된 상기 방법은 한 샘플씩 수행되거나, 한 번에 샘플들의 전체 블록에 대해 수행될 수 있다. 상기 방법은 전형적으로 최종 단계(705)의 완료 시에, 제 1 단계(701)가 새로운 샘플들을 사용하여 개시되는 연속적인 방식으로 수행된다.
도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 예시적인 타이밍 복구 방법을 도시한다. 단계(701)에서, 샘플링된 신호가 수신되는데, 상기 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화된다. 다음으로, 단계(703) 동안, 시간-보정된 신호에 대 해 디멀티플렉싱이 수행되어 2개 이상의 서브-샘플링된 신호들을 생성한다. 단계(704)에서, 선형 예측 기술들을 사용하여 서브-샘플링된 신호들의 화이트닝이 수행되어 2개 이상의 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들을 생성한다. 단계(706)에서, 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들이 프로세싱되어 타이밍 정보를 추출하고 후속 단계(701)에서 수신되는 샘플링된 신호를 발생시키는데 사용되는 샘플링 클록을 조정한다. 도 7b를 참조하여 상술된 상기 방법은 한 샘플씩 수행되거나, 한 번에 샘플들의 전체 블록에 대해 수행될 수 있다. 상기 방법은 전형적으로 최종 단계(706)의 완료 시에, 제 1 단계(701)가 새로운 샘플들을 사용하여 개시되는 연속적인 방식으로 수행된다.
본 발명이 특정 실시예들에 관하여 설명되었을지라도, 본 발명의 변화들 및 변경들이 확실히 당업자들에게는 명백해질 것이라는 점이 예상된다. 그러므로, 다음의 청구항들은 본 발명의 실제 정신과 범위 내에 존재하는 바와 같은 모든 이와 같은 변화들 및 변경들을 커버하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (27)

  1. 타이밍 복구 디바이스에 있어서:
    샘플링된 입력 신호에 응답하고 시간-보정된 신호를 발생시키도록 구성되고 보정을 위해 적어도 하나의 파라미터를 사용하는 타이밍 보정 모듈;
    상기 시간-보정된 신호를 필터링하여 화이트닝된 출력 신호를 발생시키기 위하여 상기 타이밍 보정 모듈에 결합되는 선형 예측기; 및
    상기 화이트닝된 출력 신호에 응답하여 상기 타이밍 보정 모듈에서의 적어도 하나의 파라미터를 업데이트하는 타이밍 업데이트 모듈을 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플링된 입력 신호는 고정된 레이트로 샘플링하는 A/D 컨버터에 의해 제공되는, 타이밍 복구 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    계수들을 사용하는 하나 이상의 선형 예측기를 더 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시간-보정된 신호를 2 개 이상의 서브-샘플링된 신호들로 분할하기 위하여 상기 타이밍 보정 모듈 및 상기 선형 예측기 사이에 결합되는 디멀티플렉서를 더 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 선형 예측기들은 각각의 서브-샘플링된 신호를 필터링하기 위하여 실질적으로 동일한 계수들을 채용하는, 타이밍 복구 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 업데이트 모듈은 대역-에지 타이밍 기술들을 이용하여 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들을 프로세싱하는, 타이밍 복구 디바이스.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 타이밍 보정 모듈의 출력은 상기 샘플링된 입력 신호의 나이퀴스트 레이트의 정수배로 샘플링되고, 상기 선형 예측기들 각각의 출력들은 상기 샘플링된 입력 신호의 나이퀴스트 레이트로 샘플링되는, 타이밍 복구 디바이스.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 선형 예측기 출력들 중 하나를 프로세싱하기 위하여 상기 타이밍 복구 모듈에 결합되는 심볼-이격된 등화기를 더 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 예측기는 "올-제로" 구성을 이용하는, 타이밍 복구 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 예측기는 "올-폴(all-pole)" 구성을 이용하는, 타이밍 복구 디바이스.
  11. 타이밍 복구 디바이스에 있어서:
    샘플링된 입력 신호에 응답하고 화이트닝된 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 선형 예측기; 및
    상기 화이트닝된 출력 신호에 응답하여 상기 샘플링된 입력 신호의 샘플링 레이트를 조정하는 타이밍 업데이트 모듈을 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    계수들을 이용하는 하나 이상의 선형 예측기를 더 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    시간-보정된 신호를 2 개 이상의 서브-샘플링된 신호들로 분할하기 위하여 상기 타이밍 보정 모듈 및 상기 선형 예측기 사이에 결합되는 디멀티플렉서를 더 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 선형 예측기는 각각의 서브-샘플링된 신호를 필터링하기 위하여 실질적으로 동일한 계수들을 채용하는, 타이밍 복구 디바이스.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 타이밍 업데이트 모듈은 대역-에지 타이밍 기술들을 이용하여 상기 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들을 프로세싱하는, 타이밍 복구 디바이스.
  16. 제 12 항에 있어서,
    타이밍 보정 모듈의 출력은 상기 샘플링된 입력 신호의 나이퀴스트 레이트의 정수배로 샘플링되고,
    상기 선형 예측기들 각각의 출력들은 상기 샘플링된 입력 신호의 나이퀴스트 레이트로 샘플링되는, 타이밍 복구 디바이스.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 선형 예측기 출력들 중 하나를 프로세싱하기 위하여 상기 타이밍 복구 모듈에 결합되는 심볼-이격된 등화기를 더 포함하는, 타이밍 복구 디바이스.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 선형 예측기는 "올-제로" 구성을 이용하는, 타이밍 복구 디바이스.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 선형 예측기는 "올-폴" 구성을 이용하는, 타이밍 복구 디바이스.
  20. 타이밍 복구 방법에 있어서:
    샘플링된 신호를 수신하는 단계로서, 상기 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되지 않는, 상기 수신 단계;
    상기 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 상기 샘플링된 신호를 리-샘플링하여, 시간-보정된 신호를 발생시키는 단계;
    선형 예측 기술들을 사용하여 상기 시간-보정된 신호를 화이트닝하여, 화이트닝된 신호를 발생시키는 단계; 및
    후속 리-샘플링 단계를 위하여 적어도 하나의 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 화이트닝된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계를 더 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  22. 타이밍 복구 방법에 있어서:
    샘플링된 신호를 수신하는 단계로서, 상기 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되지 않는, 상기 수신 단계;
    상기 원격 송신기에 동기화되는 레이트로 상기 샘플링된 신호를 리-샘플링하여 시간-보정된 신호를 발생시키는 단계;
    상기 시간-보정된 신호를 디멀티플렉싱하여 2개 이상의 서브-샘플링된 신호들을 발생시키는 단계;
    선형 예측 기술들을 이용하여 상기 서브-샘플링된 신호들을 화이트닝하여 2개 이상의 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들을 발생시키는 단계; 및
    후속 리-샘플링 단계를 위하여 적어도 하나의 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계를 더 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  24. 타이밍 복구 방법에 있어서:
    샘플링된 신호를 수신하는 단계로서, 상기 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되는, 상기 수신 단계;
    선형 예측 기술들을 이용하여 상기 샘플링된 신호를 화이트닝하여 화이트닝된 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 샘플링된 신호의 샘플링 레이트를 업데이트하는 단계를 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 화이트닝된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계를 더 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  26. 타이밍 복구 방법에 있어서:
    샘플링된 신호를 수신하는 단계로서, 상기 신호의 샘플링 레이트는 원격 송신기에 동기화되는, 상기 수신 단계;
    상기 샘플링된 신호를 디멀티플렉싱하여 2개 이상의 서브-샘플링된 신호들을 발생시키는 단계;
    선형 예측 기술들을 이용하여 상기 서브-샘플링된 신호들을 화이트닝하여 2개 이상의 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들을 발생시키는 단계; 및
    상기 샘플링된 신호의 샘플링 레이트를 업데이트하는 단계를 포함하는, 타이밍 복구 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 화이트닝되는 서브-샘플링된 신호들로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계를 더 포함하는, 타이밍 복구 방법.
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