KR100547012B1 - 디지털 오디오 방송 수신기의 ofdm 심벌 차분 복조장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기에 사용되는 OFDM 심벌 복조 장치 및 방법에 관한 것이다. 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기에서 OFDM 심벌 복조는 I 심벌과 Q 심벌 각각의 현재 심벌과 이전 심벌의 곱, 합 그리고 차에 의해서 이루어진다. OFDM 심벌 복조시 모드에 따른 한 심벌의 최대 캐리어 수는 1,536개 이며, 최대의 캐리어 개수를 갖는 모드-I 의 경우 차분 복조(Differential demodulation)를 위해 필요한 심벌(Zk)과 이전 심벌(Zk-1)을 구하는 데 1,536개의 심벌 캐리어 수 만큼의 쉬프트 연산이 필요하다. 본 발명은 OFDM 심벌 메모리와 OFDM 심벌 메모리의 읽기/쓰기를 제어하는 포인터 카운터를 사용하여 심벌 쉬프트 연산을 수행한다. 그러므로 OFDM 복조 장치를 간단한 구조로 구현하여 ASIC 구현시 칩 사이즈를 줄일 수 있으며, 소비전력을 감소시켜 이동 수신기에 적합한 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기를 용이하게 구현할 수 있다.
OFDM, 차분 복조, 심벌 메모리, 포인터 카운터, 쉬프트 연산
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기를 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 심볼 차분 복조 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 퓨리에 고속 변환 불록(FFT)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 4는 도 2에 도시된 심벌 메모리, 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터의 동작을 설명하기 위한 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 심볼 차분 복조 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 고속 퓨리에 변환(FFT) 블록
200: 차분 복조 장치
210: 읽기 포인터 카운터
220: 쓰기 포인터 카운터
221: 지연 레지스터
230 및 240: 심벌 메모리
250: 차분 복조 계산부
300: 주파수 디인터리버
400: 디맵퍼
본 발명은 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직교주파수분할다중(OFDM) 방식의 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기에서 채널을 통해 전송된 OFDM 심볼을 복원하는 차분 복조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 오디오 방송(DAB) 시스템에서는 차분(Differential) 비트 복조 방식을 이용한다. 차분 복조 방식에서는 하기의 수학식 1 및 2와 같이 실수부(I)와 허수부(Q)를 분리하고, 현재의 OFDM 심볼과 이전 심벌과의 차분 복조식을 계산하기 위하여 이전 심벌 값(Zk-1)을 구한다. 상기 이전 심벌 값(Zk-1)을 구하기 위해서는 다수의 쉬프트 레지스터 어레이(Shift register array)가 사용된다. 따라서 종래의 차분 복조 장치는 한 심벌을 지연(Z-1)시키기 위한 I-채널, Q-채널 각각의 쉬프트 레지스터 어레이와 차분 복호기(Differential decoder)로 구성된다.
그러나 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기에 적용되는 차분 복조 방식에서는 OFDM 한 심벌의 최대 캐리어 수가 1,536개 이므로, 한 심벌의 지연(Z-1)을 위해서는 1,536번의 쉬프트 연산을 필요로 한다. 그러므로 이를 하드웨어로 구현하기 위해서는 다수의 쉬프트 레지스터 어레이가 필요하며, 이와 같이 다수의 레지스터를 사용하여 주문형 반도체(ASIC)를 구현하면 칩 면적이 증가할 뿐만 아니라 소비전력이 커진다.
상기 수학식 1 및 2에서, Zk는 수신된 현재의 심벌이고, Zk-1은 수신된 이전 심벌의 공액수(conjugate)이다. 디지털 오디오 방송(DAB) 최대 심벌 전송모드-I 일 때 k는 0 < k < 1537 사이의 정수이다.
따라서 본 발명은 OFDM 심벌 메모리 및 OFDM 심벌 메모리의 읽기/쓰기를 제어하는 포인터 카운터를 사용한 심벌 쉬프트 연산을 통해 차분 복조에 필요한 이전 심벌 값을 구함으로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치는 인에이블 상태의 동기신호에 의해 초기화되며, 인에이블 상태의 유효신호에 의해 카운터되는 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터와, 상기 쓰기 포인터 카운터로부터 출력되며 한 클록만큼 지연된 쓰기 어드레스에 따라 심벌 데이터를 순차적으로 저장하거나, 상기 읽기 포인터 카운터로부터 출력되는 읽기 어드레스에 따라 저장된 상기 심벌 데이터를 순차적으로 출력하는 제 1 및 제 2 심벌 메모리와, 현재 입력되는 심벌 데이터와 상기 제 1 및 제 2 심벌 메모리에 저장된 이전 심벌 데이터를 각각 입력받고 소정의 연산을 통해 복조된 신호를 출력하는 차분 복조 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 방법은 동기신호가 인에이블 상태로 입력되면 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터를 초기화시키는 단계와, 유효신호가 인에이블 상태로 입력되면 상기 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터를 하나씩 증가시키는 단계와, 상기 쓰기 포인터 카운터로부터 출력되며, 한 클록만큼 지연된 쓰기 어드레스에 따라 유효 심벌 데이터를 심벌 메모리에 저장하는 단계와, 상기 읽기 포인터 카운터로부터 출력되는 읽기 어드레스에 따라 상기 심벌 메모리에 저장된 이전 심벌 데이터 및 현재 입력되는 심벌 데이터를 각각 입력받아 차분 복조 연산을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 동기신호는 소정의 주기를 가지며, 상기 유효신호는 한 심벌 단위의 주기를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 쓰기 포인터 카운터로부터 출력되는 쓰기 어드레스는 지연 레지스터를 통해 한 클록만큼 지연되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 심벌 메모리에는 서로 다른 채널의 상기 심벌 데이터가 각각 저장되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 디지털 오디오 방송 수신기의 블록도로서, OFDM 심벌의 전송 과정을 설명하면 다음과 같다.
고속 퓨리에 변환 불록(FFT)(100)은 송신기를 통해 전송된 다중 캐리어(Multi-carrier) 변조된 OFDM 심벌을 일차적으로 I-채널 및 Q-채널 신호로 각각 복조하고, 본 발명의 OFDM 심벌 차분 복조 장치(200)는 일차적으로 복조된 신호를 이차적으로 차분 복조한다. 주파수 디인터리버(300)는 상기 OFDM 심벌 차분 복조 장치(200)에서 차분 복조된 신호를 디인터리빙하여 QPSK 디맵퍼(400)로 보내고, QPSK 디맵퍼(400)는 차분 복조된 I-채널 신호와 Q-채널 신호를 합쳐 원래의 신호로 복원한다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 OFDM 심볼 차분 복조 장치(200)의 구성 및 동작을 상세하게 설명하기 위한 블록도로서, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
고주파(RF) 송신부로부터 다중 캐리어 변조된 I-채널 신호(I in) 및 Q-채널 신호(Q in)가 디지털 오디오 방송 수신기의 상기 고속 퓨리에 변환 불록(FFT)(100)으로 입력되면, 고속 퓨리에 변환 불록(FFT)(100)은 상기 신호를 일차적으로 복조하여 FFT_I 심벌 신호 및 FFT_Q 심벌 신호를 만든다. 이 때 2,048 포인트 고속 퓨리에 변환 불록(FFT)(100)은 디지털 오디오 방송의 전송 모드-I(최대 캐리어 수를 갖는 전송 모드)에 필요한 1,536개의 유효한 심벌 데이터만을 전송하기 위하여 FFT 유효신호(FFT_Valid)와 한 OFDM 심벌 주기를 갖는 동기 신호인 OFDM 심벌 동기신호(Symb_sync)를 동시에 출력한다.
상기 OFDM 심벌 동기신호(Symb_sync) 및 FFT 유효신호(FFT_Valid)는 본 발명에 따른 상기 OFDM 심볼 차분 복조 장치(200)의 읽기 포인터 카운터(210) 및 쓰기 포인터 카운터(220)로 각각 입력된다. 그리고 상기 FFT_I 심벌 신호는 I-채널 2536×8 OFDM 심벌 메모리(230) 및 차분 복조 계산부(250)로 입력되고, 상기 FFT_Q 심벌 신호는 Q-채널 2536×8 OFDM 심벌 메모리(240) 및 차분 복조 계산부(250)로 입력된다. 예를 들어, FFT 처리된 8 비트의 FFT_I 데이터 및 FFT_Q 데이터가 2,048개씩 출력되면 상기 FFT_I 데이터는 I-채널 2536×8 OFDM 심벌 메모리(230) 및 차분 복조 계산부(250)로 입력되고, 상기 FFT_Q 데이터는 Q-채널 2536×8 OFDM 심벌 메모리(240) 및 차분 복조 계산부(250)로 입력된다. 상기 데이터 중 실제적으로 유효한 데이터는 I, Q 각각 1,536개이다.
상기 OFDM 심벌 동기신호(Symb_sync)가 인에이블(Enable)되면 상기 읽기 포인터 카운터(210) 및 쓰기 포인터 카운터(220)가 리셋(reset)되어 상기 심벌 메모리(230 및 240)의 읽기 주소(Raddress)와 쓰기 주소(Waddress)는 임의의 값(예를 들어, 0×0000 번지)으로 초기화된다.
도 3을 참조하면, 상기 FFT_I 심벌 신호 및 FFT_Q 심벌 신호는 상기 FFT 유효신호(FFT_Valid)가 유효할 때에만 유효하다. 그러므로 상기 FFT 유효신호(FFT_Valid)가 인에이블(Enable)되었을 때에만 상기 읽기 포인터 카운터(210)와 쓰기 포인터 카운터(220)는 시스템 클록에 따라 하나씩 증가하며, 이에 따라 상기 읽기 포인터 카운터(210)와 쓰기 포인터 카운터(220)는 어드레스를 상기 심벌 메모리(230 및 240)의 쓰기 어드레스 단자(Waddress) 및 읽기 어드레스 단자(Raddress)로 보내 상기 심벌 메모리(230 및 240)에 상기 FFT_I 심벌 데이터 및 FFT_Q 심벌 데이터를 쓰거나, 상기 심벌 메모리(230 및 240)로부터 저장된 데이터를 읽을 수 있도록 한다. 상기 FFT 유효신호(FFT_Valid)는 읽기 포인터 카운터(210)와 쓰기 포인터 카운터(220)의 어드레스가 마지막 번지(예를 들어, 0×5FF(1,535))에 도달하면 디스에이블(Disable)되며, 이에 따라 상기 읽기 포인터 카운터(210)와 쓰기 포인터 카운터(220)는 더 이상 증가하지 않는다.
이 때 상기 심벌 메모리(230 및 240)의 같은 어드레스를 동시에 액세스(Access)할 수 없기 때문에 상기 쓰기 포인터 카운터(220)로부터 출력되는 쓰기 어드레스를 한 클럭만큼 지연시킨 후 심벌 메모리(230 및 240)의 쓰기 어드레스 포트(Waddress)로 보내야 한다. 그래서 이를 위해 도 4와 같이 간단한 11 비트 지연 레지스터(221)를 이용하여 쓰기 어드레스를 한 클럭만큼 지연시키고, 한 클럭만큼 지연된 쓰기 어드레스에 따라 심벌 메모리(230 및 240)에 데이터를 저장한다.
상기 FFT 유효신호(FFT_Valid)는 한 심벌 단위의 주기를 가지므로 한 심벌 값(Zk)을 심벌 메모리(230 및 240)에 저장한 후 상기 FFT 유효신호(FFT_Valid)가 인에이블되었을 때에만 심벌 메모리(230 및 240)에 저장된 이전 심벌 값(Zk-1)을 읽도록 한다. 메모리(230 및 240)에 저장된 이전 심벌 값(Zk-1)은 읽기/쓰기 신호(R/W)가 인에블(Enable)될 때 순차적으로 출력된다.
상기 차분 복조 계산부(250)는 차분 복조를 수행하기 위해 현재의 OFDM 심벌 값(Zk)과 이전 OFDM 심벌 값(Zk-1)을 필요로 한다. 그러므로 상기 차분 복조 계산부(250)는 상기 고속 퓨리에 변환 불록(FFT)(100)으로부터 FFT_I 데이터 및 FFT_Q 데이터를 입력받고, 상기 심벌 메모리(230 및 240)에 저장된 이전 심벌 값(Zk-1)을 읽어들인다. 그리고 상기 수학식 1 및 2와 같은 차분 복조 연산을 수행하여 최종적으로 복조된 신호(I out 및 Q out)를 출력한다. 이 때 상기 차분 복조 계산부(250)는 상기 수학식 1 및 2과 같은 연산을 위해 곱셈기, 덧셈기 및 감산기를 포함하여 이루어진다.
디지털 오디오 방송(DAB) 모드에 따른 한 심벌당 캐리어의 수는 다음과 같다.
모드-I : 1,536
모드-II : 384
모드-III : 192
모드-IV : 768
각 모드에 따라 FFT 데이터와 FFT 유효신호(FFT_Valid)의 주기가 변하므로 FFT 유효신호(FFT_Valid)에 따라 읽기 포인터 카운터(210) 및 쓰기 포인터 카운터(220)의 값이 자동적으로 증가하게 된다. 그러므로 디지털 오디오 방송(DAB) 모드 값에 따른 별도의 메모리 제어 장치가 필요하지 않으며, 각 모드 값에 따라 차동 복조를 위한 각각의 1,535, 384,192 그리고 768개의 지연된 캐리어 값(Zk-1)을 메모리의 쉬프트 연산을 이용하여 구할 수 있다. 한 심벌 주기 다음에 메모리에 저 장된 이전 심벌 값을 읽음으로써 쉬프트 레지스터 어레이를 사용하여 이전 심벌 값을 구하는 종래의 방법에서와 같이 동일한 결과를 얻을 수 있다.
디지털 오디오 방송 시스템에서 OFDM 심벌 복조시 모드에 따른 최대 심벌 당 캐리어의 수는 1,536개 이며, 최대의 심벌 캐리어 수를 갖는 모드-I 인 경우 차분 복조를 위해 필요한 한 심벌(Zl)과 이전 심벌(Zl-1)을 구하기 위하여 1,536개의 캐리어 수 만큼의 쉬프트 연산이 이루어져야 한다. 쉬프트 연산을 위해서는 1,536개의 쉬프트 레지스터 어레이가 필요한데, 이와 같이 다수의 레지스터를 사용하면 과대한 소비전력과 사이즈 문제로 인하여 하드웨어의 구현이 어려워진다. 그러므로 본 발명은 OFDM 심볼 메모리와 읽기/쓰기(R/W) 제어기를 사용하여 심벌 쉬프트 연산을 처리함으로써 OFDM 복조기를 간단한 구조로 구현하여 ASIC 구현시 칩 사이즈를 줄일 수 있으며, 소비전력을 감소시켜 이동 수신기에 적합한 디지털 오디오 방송(DAB) 수신기를 용이하게 구현할 수 있다.
Claims (8)
- 인에이블 상태의 동기신호에 의해 초기화되며, 인에이블 상태의 유효신호에 의해 카운터되는 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터와,상기 쓰기 포인터 카운터로부터 출력되며 한 클록만큼 지연된 쓰기 어드레스에 따라 심벌 데이터를 순차적으로 저장하거나, 상기 읽기 포인터 카운터로부터 출력되는 읽기 어드레스에 따라 저장된 상기 심벌 데이터를 순차적으로 출력하는 제 1 및 제 2 심벌 메모리와,현재 입력되는 심벌 데이터와 상기 제 1 및 제 2 심벌 메모리에 저장된 이전 심벌 데이터를 각각 입력받고 소정의 연산을 통해 복조된 신호를 출력하는 차분 복조 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 동기신호는 소정의 주기를 가지며, 상기 유효신호는 한 심벌 단위의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 쓰기 포인터 카운터로부터 출력되는 쓰기 어드레스는 지연 레지스터를 통해 한 클록만큼 지연되는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 심벌 메모리에는 서로 다른 채널의 상기 심벌 데이터가 각각 저장되는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 차분 복조 계산부는 차분 복조 연산을 위한 곱셈기, 덧셈기 및 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 장치.
- 동기신호가 인에이블 상태로 입력되면 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터를 초기화시키는 단계와,유효신호가 인에이블 상태로 입력되면 상기 읽기 포인터 카운터 및 쓰기 포인터 카운터를 하나씩 증가시키는 단계와,상기 쓰기 포인터 카운터로부터 출력되며, 한 클록만큼 지연된 쓰기 어드레스에 따라 유효 심벌 데이터를 심벌 메모리에 저장하는 단계와,상기 읽기 포인터 카운터로부터 출력되는 읽기 어드레스에 따라 상기 심벌 메모리에 저장된 이전 심벌 데이터 및 현재 입력되는 심벌 데이터를 각각 입력받아 차분 복조 연산을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 동기신호는 소정의 주기를 가지며, 상기 유효신호는 한 심벌 단위의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 차분 복조 방법.
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