KR100864858B1 - 지상파 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치 및 그 방법과, 이를 이용한 수신 장치 - Google Patents

지상파 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치 및 그 방법과, 이를 이용한 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상파 디지털 멀티미디어 방송(Terrestrial-DMB) 수신 시스템에서 수신 신호에 대한 동기 장치 및 그 방법과, 이를 이용한 수신 장치에 관한 것으로, 전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하기 위한 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단; 상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하고, 미세 시간 동기가 수행된 이후에는 상기 미세 시간 동기 결과를 이용해 수신 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 소수배 에러 보상수단; 수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 정수배 에러 보상수단; 및 상기 소수배 에러 보상수단과 상기 정수배 에러 보상수단에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 미세 시간동기수단을 포함한다.
지상파, DMB, 디지털, 방송, 수신, 동기, 시간, 주파수, 옵셋

Description

지상파 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기 장치 및 그 방법과, 이를 이용한 수신 장치{Synchronization for Terrestrial DMB Receiver and Receiver using the same}
본 발명은 지상파 디지털 멀티미디어 방송(Terrestrial-DMB) 수신 시스템에서 수신 신호에 대한 동기 장치 및 그 방법과, 이를 이용한 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상파 디지털 멀티미디어 방송(T-DMB) 수신 시스템에서 기본적인 동기 알고리즘을 변경하여 각각의 동기 블록에 대한 상호 의존성에 의한 영향을 없애고, 계산량을 줄이면서 소비 전력을 감소시킬 수 있는 동기 장치 및 그 방법과, 이와 같은 동기 장치를 이용한 수신 장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-010-02, 과제명: 복합정보통신용 양방향 지상파 DMB 저전력 SoC 기술 개발].
현재 지상파 디지털 오디오 방송(DAB) 시스템은 유럽식, 미국식, 일본식이 있으며, 모두 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하고 있다. 유럽의 DAB 방식인 EUREKA-147은 디지털 변조방식으로 지상파에서의 다중 경로 페이딩에 강건한 COFDM(Coded OFDM)을 사용한다. 한국의 디지털 멀티미디어 방송(DMB: Digital Multimedia Broadcasting) 역시 유럽의 DAB을 기본으로 하여 CD(Compact Disk) 수준의 음질, 다양한 데이터 서비스, 우수한 이동수신 품질을 제공한다.
도 1은 일반적인 OFDM 방식의 디지털 데이터 프레임의 구조을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 널(null) 심볼 이후에 OFDM 심볼이 있고, 그 첫번째 OFDM 심볼이 위상기준심볼(PRS : Phase Reference Symbol)(a)이다. 위상기준심볼(a) 이후에 유효데이터 심볼들(b)이 있다. 널 심볼 구간과 위상기준심볼(a)이 프레임의 동기채널(Synchronization Channel)을 이룬다. 각 심볼은 시간영역의 OFDM 부반송파의 신호가 있고, 시간영역의 OFDM 부반송파의 신호 앞에 보호구간(GI:Guide Interval)(c)이 있다. 보호구간(c)에는 시간영역 OFDM 신호(d)의 마지막 부분(e)이 삽입되어 채널 상에서 발생하는 고스트(ghost)의 방해에 대응한다.
위상기준심볼(a)은 송신측과 수신측에서 이미 알고 있는 데이터(known data)로서, 다음 OFDM 심볼의 차동변조(differential modulation)를 위한 위상 기준을 제공한다. 또한, 프레임 및 심볼의 시간동기를 검출하는데 사용된다.
디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 동기는 크게 시간 동기와 주파수 동기로 구분될 수 있으며, 시간 동기와 주파수 동긱 각각은 다시 대략적(Coarse) 동기와 미세(Fine) 동기로 세분화할 수 있다. 각각의 동기 알고리즘들은 각각 서로에 대해 의존성을 가지고 있어 동기 알고리즘의 구현에 있어 어떠한 순서로 알고리즘을 적용하는가 하는 것이 수신기의 성능에 영향을 미치게 된다.
도 2는 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 일반적인 동기 과정을 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 동기 과정은 전원이 온된 후(201), 전송 모드 검출이 수행된다(202). 그리고, 동기 과정은 대략적 시간 동기(203), 대략적 주파수 동기(204), 미세 시간동기(205), 미세 주파수 동기(206)의 순서로 진행된다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
종래의 동기 과정은 프레임의 시작점을 대략적으로 찾은 후에 고속퓨리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통하여 복조한 신호(주로 위상기준심볼)를 바탕으로 부반송파 주파수의 정수배의 반송파 주파수 에러를 보상하는 대략적 반송파 보상(Coarse Carrier Recovery)이나 정확한 고속퓨리에 변환의 시작점을 찾는 심볼 시간 보상(STR: Symbol Timing Recovery)를 수행하고, 부반송파 주파수의 소수배의 반송파 주파수 에러를 보상하는 미세 반송파 보상(Fine Carrier Recovery)를 수행한다.
반송파 주파수 에러는 수신기에서 수신한 아날로그 신호를 하향 변환시 사용되는 발진기(Oscillator)의 부정확도로 인하여 기저대역(Baseband) 신호에 포함되는 오류이다. 수신기에서는 고속퓨리에 변환을 하기 이전에 송신기와 수신기 사이에 주파수 동기가 반드시 이루어져야 한다. 만약 송수신기 사이에 반송파(Carrier) 주파수가 틀리게 되면 반송파 주파수 잔류편차가 생기는데, 이 반송파 주파수 잔류편차는 부반송파 간격의 정수배와 소수배 에러로 나누어진다. 정수배 에러의 잔류 편차는 수신기에서 고속퓨리에 변환을 통해 얻은 신호를 원형 시프트(circular shift)시키며, 소수배 에러의 잔류 편차는 부반송파간에 간섭을 일으켜 신호의 전력 및 위상이 변하게 된다.
그런데, 이와 같은 종래의 동기 방법은 각각 동기 과정에 사용되는 알고리즘에 따라 상호 의존성이 발생할 가능성이 있으며, 이러한 경우 획득된 동기 파라미터 값에 오류가 발생할 가능성이 있다. 오류가 발생한 경우에 새롭게 동기를 획득 하여야 하며, 이런 경우 초기 동작 시에 동기 획득 시간이 길어지거나 동기 획득에 실패하게 된다. 또한 종래의 동기 방법은 초기 전송 모드 검출(Mode Detection) 과정이 별도로 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 지상파 디지털 멀티미디어 방송(T-DMB) 수신 시스템에서 대략적 시간 동기와, 미세 주파수 동기와, 대략적 주파수 동기와, 미세 시간 동기 순서로 동기 과정이 수행되도록 함으로써, 각각의 동기 블록에 대한 상호 의존성에 의한 영향을 없애고, 계산량을 줄이면서 소비 전력을 감소시킬 수 있는 동기 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 송신기 식별 정보(TII: Transmitter Identification Information)의 검출 기능을 지원하면서 고정된 시간에 빠르게 동기를 획득할 수 있는 상기 동기 장치를 이용한 수신 장치를 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동기장치는, 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기 장치에 있어서, 전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하기 위한 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단; 상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하고, 미세 시간 동기가 수행된 이후에는 상기 미세 시간 동기 결과를 이용해 수신 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 소수배 에러 보상수단; 수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 정수배 에러 보상수단; 및 상기 소수배 에러 보상수단과 상기 정수배 에러 보상수단에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 미세 시간동기수단을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 동기장치는, 상기 소수배 에러 보상수단의 결과와 상기 정수배 에러 보상수단의 결과를 더하고, 상기 더한 결과를 수신 신호에 곱해 주파수 옵셋을 보상하는 연산수단을 더 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동기방법은, 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기 방법에 있어서, 전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하는 제1 단계; 상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 제2 단계; 수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 제3 단계; 및 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 제4 단계를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수신장치는, 적어도 동기장치와 복조수단을 포함하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 장치에 있어서, 전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하기 위한 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단; 상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하고, 미세 시간 동기가 수행된 이후에는 상기 미세 시간 동기 결과를 이용해 수신 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 소수배 에러 보상수단; 수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 정수배 에러 보상수단; 상기 소수배 에러 보상수단과 상기 정수배 에러 보상수단에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 미세 시간동기수단; 및 상기 정수배 에러 보상수단의 출력값을 감시하여 신호의 유실 여부를 판단하고, 신호의 유실로 판단되는 경우 동기 과정을 다시 시작하도록 제어하는 신호 상태 감시 및 제어수단을 포함한다.
바람직하게는, 수신 신호로부터 송신기 식별 정보(TII)를 검출하는 송신기 식별 정보 검출수단; 및 상기 송신기 식별 정보 검출수단과 상기 미세 시간 동기수단의 동작 타이밍을 각각 제어하는 제어수단을 더 포함한다.
상기와 같은 본 발명은 지상파 디지털 멀티미디어 방송(T-DMB) 수신 시스템에서 대략적 시간 동기와, 미세 주파수 동기와, 대략적 주파수 동기와, 미세 시간 동기 순서로 동기 과정이 수행되도록 함으로써, 각각의 동기 과정에 대한 상호 의존성에 의한 영향을 없애고, 계산량을 줄이면서 소비 전력을 감소시킬 수 있다. 다시 말해, 본원 발명은 4 프레임의 수신 데이터만으로 수신 데이터의 복조를 위한 동기 과정을 완료할 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 종래의 기본적인 동기 과정을 변경하여, 대략적 시간동기(Frame Time Sync)와, 미세 주파수 동기(Fine Freq Sync)와, 대략적 주파수 동기(Coarse Freq Sync)와, 미세 시간 동기(Fine Time Sync)의 순서로 동기 과정을 수행하는데 그 특징이 있다.
본 발명은 대략적 시간 동기 과정과 초기 전송 모드 검출 과정을 동시에 수행한다. 본 발명은 초기 전송 모드 검출 및 대략적 시간 동기 과정을 동시에 수행함으로써, 동기 획득 시간을 줄일 수 있다. 상기 초기 전송 모드 검출 및 대략적 시간 동기 과정은 전원이 켜진 후부터 미세 시간 동기 과정이 한번 완료될 때까지만 동작하고, 동기가 확보된 이후에는 동작하지 않는다. 이에 따라 본 발명은 계산량을 줄일 수 있고, 수신기의 소비 전력을 줄일 수 있다.
미세 주파수 동기 과정은 매 심볼 혹은 미리 정의된 개수의 심볼 마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정하여 미세 주파수 동기를 적용할 심볼 주기를 설정한다.
대략적 주파수 동기 과정은 초기에 넓은 범위의 주파수 옵셋에 대해 검출을 시도하며, 일단 주파수 옵셋이 검출된 후에는 처음 검출된 대략적 주파수 옵셋 값의 주변 값만을 검색한다. 이에 따라 본 발명은 계산량을 줄이고 수신기의 소비 전력을 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 대략적 주파수 동기 과정을 통해 얻은 결과 값을 이용하여 신호의 유실을 감지하며, 신호의 유실 시에는 자동으로 검출하여 복구할 수 있다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 동기 장치 및 동기 방법에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 동기 장치의 기능 블록 구성도를 나타낸다.
도 3에서 도면 부호 10은 동기 장치, 20은 복조부, 30은 신호상태 감시 및 제어부, 40은 송신기 식별 정보(TII) 검출부, 50은 제어부, 101은 연산부, 102는 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부, 103은 소수배 에러 보상부, 104는 정수배 에러 보상부, 105는 미세 시간 동기부를 각각 나타낸다.
도면에서 복조부(20)는 고속푸리에변환부(FFT: Fast Fourier Transform)로 구성될 수 있다. 복조부(20)는 직교주파수분할다중(OFDM) 변조된 디지털 신호를 수신하여 복조하는 회로이다. 즉, 복조부(20)는 송신 장치에서 역 고속푸리에변환하여 시간 영역으로 보내온 신호를 고속푸리에변환하여 다시 주파수 영역으로 변환하여 OFDM 심볼을 복조한다.
본 발명에 따른 동기장치(10)는 복조부(20) 전단에 위치하여, DMB 수신기 내 에 구비되며, OFDM 변조된 디지털 방송 데이터를 수신하여 시간 동기 및 반송파 동기상의 오류를 보상한다. 동기장치(10)에 수신되는 신호는 도 1의 데이터 구조를 가지며, 아날로그 디지털 변환부(미도시)를 통해 디지털 신호로 바꾼 다음 I/Q(In-phase/Quadrature-phase)부(미도시)를 거쳐 실수부와 허수부로 나누어져 입력된다.
본 발명에 따른 동기장치(10)는, 디지털 수신 신호에 대해 수신 전력을 측정하여, 그 결과를 이용해 전송 모드를 검출하고, 프레임의 대략적인 시작점을 검출하는 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)와, 상기 검출된 프레임의 대략적인 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정 값을 출력하며, 미세 시간 동기 과정까지 완료된 후에는 미세 시간 동기 결과를 이용해 매 심볼의 위치를 파악하여 수신 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정 값을 출력하는 소수배 에러 보상부(103)와, 초기에는 수신된 프레임의 일정 범위의 값들에 대해 주파수 옵셋을 조사하고, 주파수 옵셋을 찾으면 찾은 값의 주변만을 검색하여 주파수 옵셋의 정수배 부분에 대한 보정 값을 출력하는 정수배 에러 보상부(104)와, 상기 소수배 에러 보상부(103)의 보상값과, 상기 정수배 에러 보상부(104)의 보상값을 더하고, 수신 신호에 대해 더한 보상값을 곱해 주파수 오차를 보상하는 연산부(101)와, 주파수 보상된 수신 신호의 채널 임펄스 응답(CIR: Channel Impulse Response)을 측정하고, 측정된 채널 임펄스 응답을 이용해 수신된 신호의 지연 확산을 구해, 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 미세 시간동기부(105)를 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 동기 장치의 각 기능 블록에 대해 보 다 구체적으로 설명한다.
전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 지상파 DMB 방송의 프레임 및 심볼의 길이를 파악하고, 수신된 신호에서 프레임의 시간적인 시작위치를 파악하기 위한 것이다.
전원이 켜지면, 먼저 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)에 의해 전송 모드 판별과 대략적 시간 동기 과정이 수행되며, 이 과정을 통해 전송 모드가 정상적으로 검출되고, 프레임의 대략적 시작 위치가 판별되어야 다른 동기 동작을 수행할 수 있다.
전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 대략적 시간 동기를 수행하기 위해 전송 모드 중 프레임의 길이가 가장 긴 것에 해당하는 시간만큼 수신 신호의 전력(Signal Power)을 측정하고, 그 측정 결과로부터 전송 모드와 프레임의 길이를 동시에 파악한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 수신 데이터는 매 프레임마다 널(Null) 구간이 포함되어 있다. 이에 따라 수신 신호의 전력을 측정하면, 널 구간에서의 전력 값과 데이터 구간의 전력 값에 차이가 있다. 따라서 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 수신 신호의 전력을 측정하여, 전술한 바와 같은 원리를 이용해 전송 모드와 프레임의 길이를 파악할 수 있다.
전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 이후 검출된 전송 모드의 프레임의 길이를 수신 신호의 프레임 길이로 결정하여 프레임의 대략적인 시작점을 찾는다. 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 이렇게 찾은 프레임의 대략적인 시작점을 소수배 에러 보상부(103)로 전달한다.
전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 전원이 켜진 후부터 한 번의 미세한 시간 동기가 수행되는 시점까지 매 프레임마다 한 번씩 동작된다. 그리고, 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)는 미세한 시간 동기가 수행되어, 동기가 확보되면, 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)의 동작은 수행되지 않는다. 이에 따라 본 발명은 계산 량을 줄이는 동시에 수신기의 소비 전력을 줄일 수 있다.
소수배 에러 보상부(103)는 미세 주파수 동기를 수행하기 위한 기능 블록으로, 대략적 시간 동기 및 전송 모드 검출이 수행된 직후부터 지속적으로 수행된다. 즉, 소수배 에러 보상부(103)는 전원이 켜진 후, 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부(102)에 의해 검출된 프레임 시작점을 시작으로 하여 매 심볼 혹은 미리 정의된 개수의 심볼 마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정값을 출력한다. 그리고 소수배 에러 보상부(103)는 이후 미세 시간 동기 과정이 수행된 이후에는 미세 시간 동기 결과를 이용하여 매 심볼의 위치를 파악하고, 파악된 심볼의 위치를 이용하여 수신 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정값을 출력한다. 이와 같이 본 발명은 미세 주파수 동기 과정을 적용할 심볼의 개수를 설정하여 계산량과 수신기의 소비 전력을 최적화할 수 있다.
정수배 에러 보상부(104)는 대략적 주파수 동기를 수행하기 위한 기능 블록으로, 소수배 에러 보상부(103)에 의해 미세 주파수 동기 과정이 수행된 직후에 동작을 시작한다.
정수배 에러 보상부(104)는 수신된 신호의 주파수 옵셋의 정수배에 해당하는 보상값을 출력한다. 여기에서의 주파수 옵셋은 수신된 신호와 송신 측의 신호의 주 파수 차이를 부 반송파 간격에 정규화한 값이다.
수신 신호의 시간적 동기가 정확하게 맞아 있지 않을 경우 검출된 주파수 옵셋 값에 오류가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 미세 시간 동기 과정이 동기 과정들 중 마지막에 수행하는 순서로 동기를 진행함으로, 정수배 에러 보상부(104)에서 수행되는 대략적 주파수 동기는 시간 동기가 완벽하게 맞아있지 않고 대략적 시간 동기 과정만이 먼저 수행된 상황에서 수행해야만 한다. 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 대략적 시간 동기 과정에서 최대 128 샘플 정도까지의 시간적 동기 오차가 발생하는 경우에도 대략적 주파수 동기가 정상적으로 수행될 수 있도록 시간적 동기 오차에 대한 강건성을 개선하였다.
다시 말해, 정수배 에러 보상부(104)에서 수행되는 대략적 주파수 동기 과정은 초기에는 [-128, 128] 범위 또는 [-64, 64] 범위의 값들에 대해 주파수 옵셋을 조사하게 되며, 일단 주파수 옵셋을 찾게 되면 그 값의 주변만을 검색하는 방식으로 동작하게 된다. 즉, 정수배 에러 보상부(104)는 처음 검출된 대략적 주파수 옵셋 값이 4라고 한다면 이후에는 [3, 5]의 범위만을 검색하도록 동작한다. 이에 따라 본 발명은 계산량을 줄이고 수신기의 소비 전력도 낮출 수 있다.
미세 시간 동기부(105)는 수신된 신호의 채널 임펄스 응답(CIR: Channel Impulse Response)을 측정하고, 측정된 채널 임펄스 응답을 이용하여 수신된 신호의 지연 확산(Delay Spread)을 구한다. 그리고 구한 지연 확산을 이용하여 수신 신호의 시간적 오차를 구해 시간적 오차를 보정한다.
미세 시간 동기부(105)가 성공적으로 수행되기 위해서는 수신 신호의 주파수 옵셋이 정확하게 보정되어 있어야만 한다. 이를 위해 본 발명에서는 미세 시간 동기부가 가장 마지막에 수행된다.
한편, 본 발명에 따른 수신 장치는 동기장치(10)와, 복조부(20)와, 신호 상태 감시 및 제어부(30)와, 송신기 식별 정보(TII) 검출부(40)와, 제어부(50)를 포함한다.
신호 상태 감시 및 제어부(30)는 동기 과정들이 유기적으로 잘 동작하고 있는지를 감시하고, 또한 수신 장치가 음영지역에 들어가거나 하여 수신 신호가 끊어 지는 경우를 감시하기 위한 것이다.
시간적인 동기 옵셋은 미세 시간 동기부(105)에서 지속적으로 시간 옵셋을 추정 보정하면서 추적하게 되고, 주파수 동기 옵셋은 소수배 에러 보상부(103)에서 지속적으로 추적하게 되어, 대략적 주파수 옵셋 값은 초기에 처음 검출된 값이 계속 변경되지 않게 된다. 바꾸어 말하면 대략적 주파수 동기 과정의 결과 값은 처음 초기 한번 이외에는 계속 0으로 검출되게 된다.
본 발명에서는 이러한 점을 이용하여 신호 상태 감시 및 제어부(30)가 수신장치의 음영지역 진입 등으로 인한 신호 유실을 판별하기 위해 정수배 에러 보상부(104)의 대략적 주파수 동기 값이 초기 한 번 이후에는 계속 0으로 검출되는지를 모니터링 하게 되며, 0이 아닌 값이 발생한 경우 신호의 유실로 판단하여 동기 과정이 새로 시작되도록 제어한다. 이와 같은 신호 상태 감시 및 제어부(30)는 동기가 확보된 이후 지속적으로 동작한다.
한편, 본 발명에 따른 지상파 DMB 수신 장치는 송신기 식별 정보(TII) 검출 부(40)를 포함하는데, 이 송신기 식별 정보 검출부(40)와 미세 시간 동기부(105)의 동작에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
초기 동기동작이 완료되어 동기가 확보된 이후에는 도 6에 도시된 바와 같이 TII 신호의 검출을 위한 동작과 미세 시간 동기를 위한 채널 임펄스 응답(CIR) 측정이 매 프레임의 널(NULL) 구간에 발생된다. 그런데 계산량 때문에 동일 널(NULL) 심볼 구간에서 TII 신호 검출을 위한 동작과 채널 임펄스 응답 측정이 동시에 수행될 수 없으므로, 매 프레임의 널(NULL) 구간마다 번갈아 가면서 TII 신호 검출을 위한 동작과 채널 임펄스 응답 측정이 수행된다.
도 5에 도시된 바와 같이 TII 신호가 검출되기 전 단계에서는 매 프레임의 널(NULL) 구간마다 미세 시간 동기를 위한 채널 임펄스 응답(CIR) 측정이 수행된다. 이후 미리 정해진 TII 검출 주기(도 5에서 P개의 프레임(Frame)) 마다 연속된 2개의 프레임의 널(NULL) 구간에 대해 TII 검출을 시도한다. 만약 TII 신호가 성공적으로 검출되면 도 6에 도시된 바와 같이 TII 신호가 검출된 프레임의 널(NULL) 구간에서는 TII 신호 검출을 계속 수행하고, 다음 프레임의 널(NULL) 구간에서는 미세 시간 동기를 위한 채널 임펄스 응답(CIR) 측정이 번갈아 수행되게 된다.
만약 연속된 2개의 프레임의 널(NULL) 구간에서 TII 신호가 검출되지 않을 경우에는 다시 P 개의 프레임 이후의 연속된 2개의 프레임의 널(NULL) 구간에서 TII 신호 검출을 시도하며, 그 동안의 P 개의 프레임에서는 미세 시간 동기를 위한 채널 임펄스 응답(CIR) 측정을 수행한다.
이와 같은 TII 검출과 채널 임펄스 응답 측정에 대해 도 3을 참조하여 정리 하면 다음과 같다.
송신기 식별 정보(TII) 검출부(40)는 제어부(50)의 타이밍 제어에 따라 수신된 신호로부터 송신기 식별 정보를 검출한다.
또한 미세 시간 동기부(105)는 제어부(50)의 타이밍 제어에 따라 미세 시간 동기를 위한 채널 임펄스 응답을 측정한다.
제어부(50)는 전술한 바와 같이 TII 검출부(40)와 미세 시간 동기부(105)의 동작 타이밍을 제어한다. 다시 말해, 제어부(50)는 TII 검출부(40)에 의해 송신기 식별 정보가 검출된 경우에는 미세 시간 동기부(105)에서의 채널 임펄스 응답 측정과 TII 검출부(40)에서의 TII 검출 과정이 각 널 구간마다 번갈아 가면서 수행되도록 타이밍을 제어하고, TII가 검출되지 않은 경우에는 P개의 프레임 이후의 연속된 2개의 프레임의 널 구간에서 TII 신호를 검출하도록 제어한다.
도 4는 본 발명에 따른 동기 방법에 대한 처리 흐름도이다.
지상파 DMB 수신기에 전원이 온되면, 먼저 대략적 시간 동기를 수행하기 위해 전송 모드 중 프레임의 길이가 가장 긴 것에 해당하는 시간만큼 수신 신호의 전력(Signal Power)을 측정하고, 그 측정 결과로부터 전송 모드와 프레임의 길이를 동시에 파악한다. 그리고 이렇게 검출된 전송 모드의 프레임의 길이를 수신 신호의 프레임 길이로 결정하여 프레임의 대략적인 시작점을 찾는다(401).
이와 같은 전송 모드 검출 및 대략적 시간 동기 과정은 전원이 켜진 후부터 한 번의 미세한 시간 동기가 수행되는 시점까지 매 프레임마다 한 번씩 동작된다. 그리고, 전송 모드 검출 및 대략적 시간 동기 과정은 미세한 시간 동기가 수행되 어, 동기가 확보되면, 더 이상 수행되지 않는다. 이에 따라 본 발명은 계산 량을 줄이는 동시에 수신기의 소비 전력을 줄일 수 있다.
전송 모드 검출 및 대략적 시간 동기 과정(401)이 수행된 후, 미세 주파수 동기를 수행하기 위한 과정이 수행된다. 즉, 대략적 시간 동기에 의해 프레임의 시작점이 검출되면, 대략적으로 검출된 프레임의 시작점을 시작으로 하여 매 심볼 혹은 미리 정의된 개수의 심볼 마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정한다(402). 한편, 미세 주파수 동기 과정은 1회의 미세 시간 동기 과정이 수행되어 동기가 확보된 이후에는 대략적 시간 동기 결과를 이용하지 않고, 미세 시간 동기 결과를 이용하여 매 심볼의 위치를 파악하고, 파악된 심볼의 위치를 이용하여 수신 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정한다. 이와 같이 본 발명은 미세 주파수 동기 과정을 적용할 심볼의 개수를 설정하여 계산량과 수신기의 소비 전력을 최적화할 수 있다.
미세 주파수 동기 과정이 수행된 직후, 대략적 주파수 동기를 수행하기 위한 과정이 수행된다(403). 일반적으로 수신 신호의 시간적 동기가 정확하게 맞아 있지 않을 경우 검출된 주파수 옵셋 값에 오류가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 미세 시간 동기 과정이 동기 과정들 중 마지막에 수행하는 순서로 동기를 진행함으로, 대략적 주파수 동기 과정이 시간 동기가 완벽하게 맞아있지 않고 대략적 시간 동기 과정만이 먼저 수행된 상황에서 수행해야만 한다. 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 대략적 시간 동기 과정에서 최대 128 샘플 정도까지의 시간적 동기 오차가 발생하는 경우에도 대략적 주파수 동기가 정상적으로 수행될 수 있도록 시간적 동기 오차에 대한 강건성을 개선하였다.
다시 말해, 대략적 주파수 동기 과정은 초기에는 [-128, 128] 범위 또는 [-64, 64] 범위의 값들에 대해 주파수 옵셋을 조사하게 되며, 일단 주파수 옵셋을 찾게 되면 그 값의 주변만을 검색하는 방식으로 동작하게 된다. 예를 들어, 처음 검출된 대략적 주파수 옵셋 값이 4라고 한다면 이후에는 [3, 5]의 범위만을 검색한다. 이에 따라 본 발명은 계산량을 줄이고 수신기의 소비 전력도 낮출 수 있다.
미세 주파수 동기 및 대략적 주파수 동기 과정이 수행되면, 최종적으로 미세 시간 동기 과정이 수행된다. 미세 시간 동기 과정은 수신된 신호의 채널 임펄스 응답(CIR: Channel Impulse Response)을 측정하고, 측정된 채널 임펄스 응답을 이용하여 수신된 신호의 지연 확산(Delay Spread)을 구한다. 그리고 구한 지연 확산을 이용하여 수신 신호의 시간적 오차를 구해 시간적 오차를 보정한다(404).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1은 종래의 OFDM 방식의 데이터 프레임의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 동기 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 동기 장치의 기능 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 동기 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 송신기 식별 정보(TII) 검출 전의 동작 타이밍도,
도 6은 본 발명에 따른 송신기 식별 정보(TII) 검출 이후의 동작 타이밍도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 동기장치 20: 복조부
30: 신호상태 감시 및 제어부 40: TII 검출부
50: 제어부 101: 연산부
102: 전송 모드 및 프레임 시작점 검출부
103: 소수배 에러 보상부 104: 정수배 에러 보상부
105: 미세 시간 동기부

Claims (24)

  1. 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기 장치에 있어서,
    전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하기 위한 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단;
    상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하고, 미세 시간 동기가 수행된 이후에는 상기 미세 시간 동기 결과를 이용해 수신 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 소수배 에러 보상수단;
    수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 정수배 에러 보상수단; 및
    상기 소수배 에러 보상수단과 상기 정수배 에러 보상수단에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 미세 시간동기수단
    을 포함하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수배 에러 보상수단의 결과와 상기 정수배 에러 보상수단의 결과를 더하고, 상기 더한 결과를 수신 신호에 곱해 주파수 옵셋을 보상하는 연산수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단은,
    디지털 수신 신호에 대해 수신 전력을 측정하고, 상기 수신 전력 측정 결과를 바탕으로 전송 모드와 프레임의 길이를 동시에 파악하고, 상기 파악한 프레임의 길이에 의해 프레임의 초기 시작점을 찾는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단은,
    전송 모드 중 프레임의 길이가 가장 긴 것에 해당하는 시간만큼 수신 신호에 대한 전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단은,
    전원이 온된 후부터 상기 미세 시간 동기수단이 1회 수행되는 시점까지 매 프레임마다 한번씩 동작하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 소수배 에러 보상수단은,
    설정된 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 정수배 에러 보상수단은,
    초기에 수신된 프레임의 일정 범위의 값들에 대해 주파수 옵셋을 찾고, 상기 주파수 옵셋을 찾으면 찾은 옵셋 값의 주변만을 검색하여 주파수 옵셋의 정수배 부분에 대한 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 미세 시간 동기수단은,
    주파수 보상된 수신 신호의 채널 임펄스 응답을 측정하고, 상기 측정된 채널 임펄스 응답을 이용해 수신된 신호의 지연 확산을 구해, 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기장치.
  9. 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기 방법에 있어서,
    전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하는 제1 단계;
    상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 제2 단계;
    수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 제3 단계; 및
    상기 제2 단계 및 상기 제3 단계에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 제4 단계
    를 포함하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 상기 제4 단계까지 한 번 수행된 이후에는 미세 시간 동기 결과를 이용해 수신 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    매 프레임마다 디지털 수신 신호에 대해 수신 전력을 측정하고, 상기 수신 전력 측정 결과를 바탕으로 전송 모드와 프레임의 길이를 동시에 파악하고, 상기 파악한 프레임의 길이에 의해 프레임의 초기 시작점을 찾는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    전송 모드 중 프레임의 길이가 가장 긴 것에 해당하는 시간만큼 수신 신호에 대한 전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    설정된 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    초기에 수신된 프레임의 일정 범위의 값들에 대해 주파수 옵셋을 찾고, 상기 주파수 옵셋을 찾으면 찾은 옵셋 값의 주변만을 검색하여 주파수 옵셋의 정수배 부분에 대한 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    주파수 보상된 수신 신호의 채널 임펄스 응답을 측정하고, 상기 측정된 채널 임펄스 응답을 이용해 수신된 신호의 지연 확산을 구해, 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 시스템에서의 동기방법.
  16. 적어도 동기장치와 복조수단을 포함하는 디지털 멀티미디어 방송 수신 장치에 있어서,
    전송 모드를 검출하고, 프레임의 초기 시작점을 검출하기 위한 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단;
    상기 검출된 프레임의 초기 시작점을 시작으로 하여 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하고, 미세 시간 동기가 수행된 이후에는 상기 미세 시간 동기 결과를 이용해 수신 신호의 주파수 옵셋을 미세 보정하는 소수배 에러 보상수단;
    수신 신호에 대한 주파수 옵셋을 보정하는 정수배 에러 보상수단;
    상기 소수배 에러 보상수단과 상기 정수배 에러 보상수단에 의해 주파수 옵셋이 보정된 수신 신호에 대해 채널 임펄스 응답을 측정하여 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 미세 시간동기수단; 및
    상기 정수배 에러 보상수단의 출력값을 감시하여 신호의 유실 여부를 판단하고, 신호의 유실로 판단되는 경우 동기 과정을 다시 시작하도록 제어하는 신호 상태 감시 및 제어수단
    을 포함하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    수신 신호로부터 송신기 식별 정보(TII)를 검출하는 송신기 식별 정보 검출수단; 및
    상기 송신기 식별 정보 검출수단과 상기 미세 시간 동기수단의 동작 타이밍을 각각 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단은,
    디지털 수신 신호에 대해 수신 전력을 측정하고, 상기 수신 전력 측정 결과를 바탕으로 전송 모드와 프레임의 길이를 동시에 파악하고, 상기 파악한 프레임의 길이에 의해 프레임의 초기 시작점을 찾는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단은,
    전송 모드 중 프레임의 길이가 가장 긴 것에 해당하는 시간만큼 수신 신호에 대한 전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 전송 모드 및 프레임 시작점 검출수단은,
    전원이 온된 후부터 상기 미세 시간 동기수단이 1회 수행되는 시점까지 매 프레임마다 한번씩 동작하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  21. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 소수배 에러 보상수단은,
    설정된 일정 심볼마다 수신된 신호의 주파수 옵셋의 소수배 부분을 찾아 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  22. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 정수배 에러 보상수단은,
    초기에 수신된 프레임의 일정 범위의 값들에 대해 주파수 옵셋을 찾고, 상기 주파수 옵셋을 찾으면 찾은 옵셋 값의 주변만을 검색하여 주파수 옵셋의 정수배 부분에 대한 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  23. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 미세 시간 동기수단은,
    주파수 보상된 수신 신호의 채널 임펄스 응답을 측정하고, 상기 측정된 채널 임펄스 응답을 이용해 수신된 신호의 지연 확산을 구해, 수신 신호의 시간적 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    상기 송신기 식별 정보 검출수단에 의해 송신기 식별 정보가 검출된 경우에는 상기 미세 시간 동기수단과 상기 송신기 식별 정보 검출수단이 각 프레임의 널 구간마다 번갈아 가면서 수행되도록 제어하고, 상기 송신기 식별 정보가 검출되지 않은 경우에는 임의의 P개의 프레임 이후의 연속된 적어도 2개의 프레임의 널 구간에서 송신기 식별 정보를 검출하도록 상기 송신기 식별 정보 검출수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 방송 수신장치.
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