KR20060063716A

KR20060063716A - 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 순환 지연다이버시티를 제공하는 중계기 장치 및 그 방법과 이를이용한 방송 중계망

Info

Publication number: KR20060063716A
Application number: KR1020050117299A
Authority: KR
Inventors: 유현석; 오현석; 하지원; 김민구
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-12-03
Publication date: 2006-06-12
Also published as: US7813330B2; KR100678048B1; US20060120271A1

Abstract

본 발명은 순환 지연 다이버시티를 이용하여 디지털 멀티미디어 방송 서비스를 제공하기 위한 중계기 장치 및 그 방법과 이를 이용한 방송 중계망에 대한 것으로서, 상기 중계기 장치는 디지털 멀티미디어 방송 시스템의 중계기 장치에 있어서, 방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 수신기와, 상기 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득함과 아울러 상기 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하고, 상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 심볼 동기부와, 상기 순환 지연된 OFDM 신호를 증폭시키는 증폭기와, 상기 증폭된 OFDM 신호를 무선망으로 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면, DMB 지상 중계기에서 순환 지연 설계 방식에 따라 송신신호를 송신하여 지상파 DMB의 음영지역에서의 성능 열화 문제를 대폭적으로 개선할 수 있다.

DMB, 중계기, 순환 지연, 다이버시티, OFDM 신호

Description

디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 순환 지연 다이버시티를 제공하는 중계기 장치 및 그 방법과 이를 이용한 방송 중계망{GAP FILLER APPARATUS FOR PROVIDING A CYCLIC DELAY DIVERSITY IN A DIGITAL MULTIMEDIA BROADCASTING SYSTEM, METHOD AND BROADCASTING RELAY NETWORK USING THE SAME}

도 1은 일반적인 SFN(single-frequecny network)을 도시하는 도면,

도 2는 일반적인 지상 중계기의 내부 구성도,

도 3은 다중 반송파를 이용한 기본적인 순환 지연 다이버시티 변조 방식을 나타낸 블록도,

도 4는 일반적인 기지국에서 송신신호에 대하여 순환지연 방식을 적용하는 시스템을 도시하는 도면,

도 5는 일반적인 셀룰라 환경에서 다중 안테나 및 순환 지연 다이버시티의 조합을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 DMB 시스템에서 순환 지연 다이버시티를 제공하는 중계기 장치의 구성을 도시한 블록도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 지상 중계기에서의 OFDM 심볼에 대한 순환 지연을 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 지상 중계기 배치에서의 순환 지연 설계의 예를 도시하는 도면,

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 DMB 시스템의 중계기에서 순환 지연 다이버시티를 제공하도록 수신 신호를 처리하는 과정을 나타내는 흐름도,

도 10은 본 발명이 적용되는 DMB 송신 네트워크를 도시하는 도면,

도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 지상 중계기로부터 수신되는 신호를 처리하기 위한 단말기의 내부를 도시하는 도면.

본 발명은 디지털 멀티미디어 방송(DMB : Digital Multimedia Broadcasting) 서비스를 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 순환 지연 다이버시티를 이용하여 디지털 멀티미디어 방송 서비스를 제공하기 위한 중계기 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

DMB 서비스는 고품질의 다채널 멀티 미디어 방송을 즐길 수 있는 차세대 디지털 방송 서비스이다. 이러한 DMB 서비스는 일반적으로 휴대 단말기나 차량용 단말기(이하, "단말기")를 통해 제공되고, DMB 수신기를 구비한 가정내 컴퓨터 장치 등을 통해서도 제공될 수 있다. 이러한 DMB 서비스는 200km/h의 이동 속도에서도 CD 급의 고품질 멀티미디어 스트림을 무선망을 통해 전송하는 서비스로 이용하는 전송매체에 따라 위성 DMB 서비스와 지상파 DMB 서비스로 분류할 수 있다.

여기서 위성 DMB 서비스는 인공 위성과 지상의 중계기를 사용하여 디지털 방송을 제공하는 서비스를 말하며, 지상파 DMB 서비스는 지상의 중계기를 통해 디지털 방송을 제공하는 서비스를 말한다. 지상파 DMB 서비스는 유럽 지역의 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB) 시스템의 표준인 Eureka 147(European Research Coordination Agency project-147)에 동영상의 전송도 가능하도록 MPEG-4 소스 코딩을 추가한 기술로 이동 단말을 통한 지상파 DMB 서비스는 향후 상당한 파급 효과가 예상된다.

일반적인 셀룰러 환경과 달리 방송 네트웍의 특징은 대개 단일 주파수망(Single Frequency Network : SFN)를 선호하여 하나의 단말기가 다수의 지상 중계기(gap-filler)로부터 전송되는 동일한 주파수 대역의 신호를 시간 간격을 두고 수신하게 된다. 지상파 DMB에서는 전송 방식으로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하므로 다수의 지상 중계기들간의 시간 간격이 OFDM 심볼의 보호구간(guard interval) 내에만 들어오면 일반적인 무선 페이딩 채널의 다중 경로와 동일하게 간주될 수 있다. 그러나 만약 지연으로 인하여 발생한 다중 경로 신호들 간의 시간 간격이 보호구간의 길이를 넘는 경우가 발생한다면 이 경우에는 ISI(Inter-Symbol Interference)와 ICI(Inter-Carrier Interfernce)로 이어질 우려가 있다.

이러한 지상파 DMB에서의 지상 재전송망을 도 1을 참조하여 살펴보도록 한다. 도 1은 일반적인 SFN(single-frequecny network)을 도시한 것이다.

도 1에서 방송국(main station)(100)으로부터 송출된 방송 신호를 수신하는 다수의 지상 중계기(Gap-filler)(102, 104, 106)는 수신되는 방송 신호를 그대로 증폭하여 단말기(108)로 재송신한다. 즉, 지상 중계기(102, 104, 106)는 단순히 패스 손실(path loss)에 의한 전력 손실을 메워주는 역할만 수행한다. 이러한 종래 중계기의 내부 구성을 도 2를 참조하여 살펴보면, 종래 중계기는 복조나 복호 등의 동작 없이 단순히 송수신 대역 통과 필터(RX BPF, TX BPF)(200, 204)를 통해 아날로그 필터링을 수행하고, 증폭기(202)를 통해 신호 증폭 과정만을 수행한다. 이러한 중계기에서는 복조나 복호 등의 신호 처리에 따른 시간 지연이 거의 발생하지 않기 때문에 다수의 중계기들로부터 단말기로 전송되는 신호는 단지 중계기들과 단말기간의 거리차에 의한 시간 차이를 가진다.

한편, 일반적으로 COFDM(Coded-OFDM) 시스템에서는 채널의 주파수 선택도(frequency selectivity)가 높을수록, 즉 동기 대역폭(cohernece bandwidth)이 작을수록 우수한 성능을 보인다. 주파수 선택도가 낮을 경우 시간적으로 어떤 시점에서는 페이딩의 영향으로 수신신호가 크게 감쇄되는 경우가 있을 수 있기 때문이다. 이에 반하여 주파수 선택도가 높은 경우는 수신 신호의 전체적인 전력이 어느 정도 균일한 면을 보이며, 특정 주파수에서의 널(null)이 많긴 하지만 이는 FEC(Forward Error Correction)으로 보상이 가능하므로 성능의 향상을 가져오게 된다.

이와 같이 단말기에서 수신 성능의 향상을 위해 주파수 선택도를 높이려면 페이딩 채널의 다중 경로수가 많아야 하므로 보호구간 내에만 들어온다면 최대한 많은 다중 경로가 있는 것이 좋다. 특히, 송신기와 인접하거나 중간에 지형적인 장애물이 적어서 LOS(line of sight)가 확보되어 있는 위치에 있는 단말기는 적은 수 의 신호 경로를 가질 수밖에 없게 된다. 이러한 곳에 위치한 단말기는 페이딩에 취약해지며, 적정 수준의 수신 성능을 보장하기 위해서는 불필요하게 강한 전력으로 송신해 주어야 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 셀룰러 OFDM 시스템에서는 각 기지국에서 송신 신호에 순환 지연(Cyclic Delay)을 이용하여 효과적인 채널(effective channel)을 다중 경로 채널로 만드는 방법이 제안되었다. 먼저, 기지국에서 다중 안테나에서의 순환 지연에 대해 살펴보면, 블록 길이가 N인 코드워드 시퀀스

는 N개의 부반송파로 변조된다. 이때 IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform)로 나타낸 OFDM 변조된 신호는 하기의 <수학식 1>과 같다.

이때, 순환되는 보호구간 길이 G를 안테나 수 M과 같다고 가정하고, 시간 영역 시퀀스

에 첨가한다. 그러면, 하기의 <수학식 2>와 같다.

여기서

은 n 을 N으로 나누었을 때의 나머지 값을 나타낸다.

그러면 이제, 셀룰러 COFDM 시스템에서의 순환 지연 다이버시티(CDD: Cyclic Delay Diversity)에 대하여 도 3 및 도 5를 참조하여 살펴보도록 한다. 도 3은 일 반적인 DMB 시스템에서 다중 반송파를 이용한 기본적인 순환 지연 다이버시티 변조를 수행하는 송신기의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3의 송신기에서 송신 신호는 인코더(300)를 통해 부호화되고, 직렬 대 병렬 변환기(S/P)(302)에서 병렬 신호로 변환되며, 역고속 푸리에 변환기(IFFT)(304)에서 N개의 부반송파로 변조된 후, 병렬 대 직렬 변환기(P/S)(306)를 거쳐 다시 직렬 신호로 변환된다. 상기 직렬 신호인 블록 길이가 N인 코드워드 시퀀스

는 각각의 지연기(308, 309, 310)를 통해 지연 간격 T 만큼씩 지연된 후, M 개의 송신 안테나를 통해 무선망으로 송출된다. 여기서 M개의 송신 안테나를 통하여 무선망으로 전송되는 신호는 길이가 M-1인 지연 라인(tapped delay line) 구조를 갖는다.

그리고 상기 지연 간격은 상기 시간 영역 시퀀스

의 심볼 간격 T와 동일하다. 이런 경우 코드워드는 하기의 <수학식 3>과 같다.

상기 <수학식 3>을 참조하면, 도 3에서 M 번째 송신 안테나(Antenna M-1)는 첫 번째 송신 안테나(Antenna 0)의 시퀀스

를 심볼 간격 T로 M 번 순 환 이동시킨 시퀀스

를 송신한다. 상기한 <수학식 3>과 같이 정의되는 C를 순환 지연 코드워드라고 한다.

기지국이나 이동 단말 시스템에서 다중 안테나를 이용할 경우 상기와 같은 순환 지연 다이버시티 변조 방식을 적용하여 안테나마다 일정하게 OFDM 신호를 순환 지연시켜 전송할 경우 부가적인 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

M 개의 다중 안테나로 OFDM 신호

를 전송하고, T가 OFDM 신호

의 시간 간격을 나타낼 때 주파수 선택적 페이딩 채널에서 최대 시간 지연을

, 그리고 OFDM 심볼의 에너지를 E_S,채널 응답을 h_n이라고 가정하면, 수신 신호 y_n는 하기의 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.

상기와 같은 순환 지연 다이버시티 변조 방식에서 OFDM 신호의 보호구간은

로 설정한다. 또한, 상기 보호구간은 OFDM 신호의 최대 시간 지연

보다는 길게 설정되어야 한다. 상기와 같이 OFDM 신호의 최대 시간 지연보다 길게 설정되는 보호구간

은 하기의 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.

이때, 송신기와 수신기 사이의 안테나들은 서로 독립적이라고 가정하고, 상기 <수학식 4>에서 l번째 송신 안테나와 수신 안테나 간의 채널 임펄스 응답을

로 나타내면, OFDM 신호의 최대 시간 지연 이후에는 채널 임펄스 응답이 존재하지 않는다.

수신 안테나에서 l 번째 송신 안테나로부터 수신한 채널에 대한 주파수 응답을

로 나타내면, 수신기에서 주파수 영역의 실효 채널은 하기의 <수학식 6>과 같이 나타내진다.

즉, 도 3과 같은 순환 지연 다이버시티 변조 방식은 수신기 입장에서 실효채널을 플랫 페이딩 채널로부터 다중 경로 페이딩 채널로 변환시킨다.

OFDM 신호를 서로 다른 안테나를 통하여 지연시켜 전송하여 얻을 수 있는 페이딩 이득은 다중 경로 채널에서 서로 다른 경로로부터 얻을 수 있는 페이딩 이득으로 설명될 수 있다. 그러면, 상기한 순환 지연 다이버시티 변조 방식을 다중 안테나뿐만이 아니라 셀룰러 환경으로 확장해 보도록 한다. 즉, 각 기지국에서 전송 되는 송신 신호들에 대해서도 서로 다른 순환 지연을 준다고 가정한다. 그러면, 도 4와 같이 기지국에서 송신 신호에 대하여 순환 지연 방식을 적용하는 시스템을 도시할 수 있다.

도 4를 참조하면, 각각의 기지국(BS1, BS2, BS3)은 다수의 송신 안테나를 구비한다. 이와 같은 세 개의 기지국(BS1, BS2, BS3)에서는 동시에 같은 데이터 스트림(400)을 전송한다. 이때, 각각의 기지국마다 순환 지연 다이버시티부(430)를 통해 적절한 순환 지연을 주어서 매크로 다이버시티를 얻을 수 있게 된다. 또한 안테나 다이버시티를 얻으려 할 때, 각 기지국 내의 안테나 다이버시티를 얻을 수도 있고, 전체 안테나 수만큼의 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 다만, 후자의 경우에는 수신기의 복잡도가 올라가게 된다. 도 5에 도시되는 바와 같이 단말기(108)는 다수의 기지국(102, 104, 106)으로부터 안테나 다이버시티를 얻을 수도 있고, 전체 안테나 수만큼의 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같은 방송 서비스에서 서비스 시 가장 큰 문제점은 음영 지역에서의 단말기의 수신성능이 떨어지지 않도록 하는 것이다. 만약, 중계기에서 OFDM 신호의 특성을 이용하여 순환 지연 다이버시티를 적용한다면 주파수 다이버시티로 인한 추가적인 이득을 얻을 수 있으므로 성능향상을 기대할 수 있다. 즉, 상기한 도 5와 같이 셀룰러 환경의 기지국은 상위 제어국의 제어를 받아 각 기지국에서 송신할 OFDM 신호의 순환 지연 정도의 조절이 가능할 뿐만 아니라 각 기지국에서도 디지털 신호 처리가 가능하다.

그러나, 지상파 DMB 시스템에서 상기와 같은 순환 지연 다이버시티의 적용은 일반적인 중계기의 구조를 고려할 때 불가능하다. 왜냐하면 지상파 DMB를 위한 중계기는 별도의 복조 수단없이 상기한 도 2와 같이 해당 대역의 신호를 증폭하여 그대로 아날로그 신호로 재전송하는 역할만 하므로 순환 지연 다이버시티를 적용할 수 없다. 또한, 중계기가 수신한 OFDM 신호를 복조하여 순환 지연 다이버시티를 적용하는 방안도 있지만, 이는 중계기의 제조 비용이 너무 올라간다는 문제가 있을 뿐만 아니라, 복조 동작으로 인한 중계기에서의 지연이 OFDM 심볼의 보호구간을 넘어가면 간섭 신호로 작용하기 때문에 SFN의 장점을 전혀 살릴 수 없게 되는 문제가 있다.

본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 순환 지연 다이버시티를 제공하는 중계기 장치 및 그 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템의 음영 지역에서 수신 성능을 향상시킬 수 있는 중계기 장치 및 그 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 중계기의 서비스 지역을 확대시킬 수 있는 중계기 장치 및 그 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 요구되는 중계기의 개수를 줄이고, 중계망의 송신 전력을 감소시킬 수 있는 중계기 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 순환 지연 다이버시티를 제공하는 방송 중계망을 제공한다.

본 발명의 중계기 장치는 디지털 멀티미디어 방송 시스템의 중계기 장치에 있어서, 방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 수신기와, 상기 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득함과 아울러 상기 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하고, 상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 심볼 동기부와, 상기 순환 지연된 OFDM 신호를 증폭시키는 증폭기와, 상기 증폭된 OFDM 신호를 무선망으로 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 디지털 멀티미디어 방송 시스템의 중계기에서 다이버시티를 제공하는 방법에 있어서, 방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 과정과, 상기 수신된 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득하는 과정과, 상기 획득된 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하는 과정과, 상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 방송 중계망은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 단말기로 방송 신호를 송출하는 다수의 중계기가 구비된 방송 중계망에 있어서, 상기 다수의 중계기는 각각 상기 방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 수신기와, 상기 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득함과 아울러 상기 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하고, 상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 심볼 동기부와, 상기 순환 지연된 OFDM 신호를 증폭시키는 증폭기와, 상기 증폭된 OFDM 신호를 무선망으로 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 DMB 시스템에서 순환 지연 다이버시티를 제공하는 중계기 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 6에 도시된 지상파 DMB 시스템의 중계기는 방송국(도시되지 않음)으로부터 방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 안테나(ANT1)를 통해 수신하는 수신기(600)와, 수신된 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(602)와, 수신된 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득함과 아울러 획득된 심볼 동기를 근거로 OFDM 심볼의 보호구간을 확인하여 순환 지연되는 OFDM 심볼의 샘플 길이를 결정하고, 결정된 샘플 길이 만큼 OFDM 신호를 지연시켜 출력하는 심볼 동기부(620)와, 지연된 OFDM 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(608)와, 증폭된 OFDM 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 변환기(609) 및, 아날로그 신호로 변환된 OFDM 신호를 무선 신호로 송출하는 송신기(610)를 구비한다.

상기 심볼 동기부(620)를 보다 상세히 설명하면, 심볼 동기부(620)는 수신기 (600)를 통해 수신되는 OFDM 신호 중 일부인 최초 수 개의 OFDM 심볼을 A/D 변환기(602)를 통해 디지털 신호로 변환하여 버퍼(604)에 저장한다. 그리고 심볼 동기화기(605)는 버퍼(604)에 저장된 OFDM 신호의 샘플들을 사용하여 심볼 동기를 획득한다. 심볼 동기가 획득되면, OFDM 심볼의 FFT 윈도우와 보호구간의 시점과 종점이 정해진다.

도 6에서 타이밍 제어기(606)는 상기와 같이 획득된 심볼 동기를 이용하여 보호구간의 길이 내에서 순환 지연되는 OFDM 심볼의 샘플 길이를 정하고, A/D 변환기(602)를 통해 출력되는 매 OFDM 심볼의 FFT 윈도우 시점(즉, 심볼 동기 시점)부터 상기 정해진 길이의 샘플을 해당 OFDM 심볼의 마지막 부분에 부가하도록 A/D 변환기(602)와 버퍼(604)의 출력을 다중화하는 다중화기(607)의 동작을 제어한다.

여기서 상기 버퍼(604)는 상기 정해진 길이의 샘플을 버퍼링하며, 상기 샘플 길이에 따라 OFDM 심볼의 순환 지연 양이 정해진다. 이러한 버퍼링 동작은 샘플 단위로 연속적으로 이루어져야 지연 시간을 최소화 할 수 있다. 이는 순환 지연 시간이 지나치게 커져서 OFDM 심볼의 보호구간을 벗어나면 심볼간 간섭(ISI)이 발생하며, DMB 서비스를 제공받는 단말기 측에서는 그대로 성능열화로 작용하게 되기 때문이다.

따라서 상기한 구성에 의하면, 심볼 동기부(620)로부터 원래 수신한 OFDM 심볼에 순환 지연을 가한 OFDM 심볼이 생성되고, 이렇게 순환 지연된 OFDM 신호는 증폭기(608), D/A 변환기(609) 및 송신기(610)를 통해 무선망으로 송출된다.

그러면, 상기한 도 6과 같이 구성되는 지상 중계기에서 수신 신호에 대하여 순환 지연 다이버시티를 구현하기 위한 동작을 도 9를 참조하여 살펴보도록 한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 DMB 시스템의 중계기에서 순환 지연 다이버시티를 제공하도록 수신 신호를 처리하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 수신 신호에 대하여 900 단계에서 중계기는 초기 수 심볼 구간동안 버퍼(604)에 수신된 OFDM 신호를 저장한다. 이후, 902 단계에서 심볼 동기화기(605)는 상기 버퍼(604)에 저장된 OFDM 신호를 이용하여 심볼 동기를 획득한다. 이때 심볼 동기는 상관기나 정합필터 등을 사용하여 획득할 수 있다. 이와 같이 심볼 동기가 획득되면 수신된 OFDM 신호 샘플의 어디서부터 FFT 윈도우(window)나 보호구간이 시작하고 끝나는지 알 수 있다. 이후, 904 단계에서 타이밍 제어기(606)는 보호구간내에서 OFDM 신호를 순환 지연시키는 샘플의 길이를 설정한다. 이하 상기 설정된 샘플을 'd' 샘플이라 칭하기로 한다.

그리고 906 단계에서 타이밍 제어기(606)는 매 OFDM 심볼의 심볼 동기 시점(도 7의 (a) 참조)부터 상기 'd' 샘플(S1)을 해당 OFDM 심볼의 마지막 부분에 부가하기 위해 도 7의 (b)와 같이 OFDM 신호를 수신하는 과정에서 보호구간의 처음 'd' 샘플(S2)은 수신하지 않고, 심볼 동기 시점부터 d 샘플(S1)의 OFDM 신호를 버퍼(620)에 저장한다. 이때 처음 'd' 샘플(S2)의 다음 샘플(S3)부터 마지막 샘플(S4)까지의 OFDM 신호는 A/D 변환기(602)와 다중화기(607)를 거쳐 증폭기(608)에서 증폭되어 송신된다.

이후, 908 단계에서 타이밍 제어기(606)의 타이밍 제어에 의해 예컨대, 도 7의 S3부터 S4 까지 모든 샘플의 송신이 끝난 시점에 버퍼(604)에 저장된 'd' 샘플 (S1)을 해당 OFDM 심볼의 마지막에 덧붙여서 전송한다. 따라서 지상 중계기에서 최종 전송되는 심볼의 형태는 도 7의 (b)와 같다. 도 7의 (b)를 참조하면, 정확하게 d 샘플만큼 순환 지연된 신호가 d 샘플만큼 처리 지연되어 전송된다. 즉. 수신기 입장에서는 2d 샘플만큼 지연이 된 OFDM 신호를 수신한다.

이하 도 9에서 설명한 순환 지연 다이버시티 구현 과정을 수식적인 표현으로 설명하도록 한다.

N-포인트(point) FFT와 G 샘플의 보호구간을 가정할 경우 시퀀스

을

으로 표시할 수 있다. 최종적으로 수신기에서

샘플만큼의 순환 지연을 두고 싶다면

와 같이 시퀀스를 변경하면 된다. 도 6과 같은 중계기 구조를 사용해서 여러 개의 중계기로부터 서로 다른 순환지연을 가지는 OFDM 신호를 송신하여 순환 지연 다이버시티를 구현할 수 있으며 각 중계기에서 주어질 순환 지연을 적절히 조절하여 음역지역에서의 성능을 올릴 수 있다.

이와 같이, 음영지역에서 방송 신호의 수신성능을 올리기 위해 순환 지연을 적절히 조절하기 위한 방법을 살펴보도록 한다.

상기한 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이 수신기에서 2d 샘플 만큼의 순환 지연을 얻기 위해서는 실제로

샘플만큼의 신호 지연이 요구 된다. SFN OFDM 환경에서는 이러한 지연 신호가 보호구간 내로 수신되면 다중 경로 역할을 하며 성능 향상에 도움이 되지만 보호구간 밖으로 벗어나면 ISI와 ICI를 유발하여 오히려 성 능을 크게 열화 시킨다.

따라서 실제 수신기에 유효한 전력을 가진 신호를 송신하는 중계기들의 순환 지연은 보호구간의 길이를 고려하여 조절될 필요가 있다. 거리에 따른 전력의 감쇄에 따라 주변의 중계기를 도 8에 도시되는 바와 같이 1-tier, 2-tier, 3-tier...의 식으로 분류할 수 있다. 또한, 수신기인 단말기(800)에서 전력의 감쇄가 커서 다중 경로에 추가가 된다 하더라도 성능 향상에 도움이 되기 어려운 층(tier)의 경우를 제외한 나머지 층(tier)에 속한 중계기의 경우에는 하기의 <수학식 7>과 같은 조건을 만족해야 한다. 이때, 성능 향상에 도움이 되기 어려운 층(tier)의 경우를 제외한 나머지 층(tier)에 속한 중계기가 K 개 존재한다고 가정한다.

여기서 k=1,2,...,K 그리고

는 k번째 지상 중계기의 심볼 지연을 나타내고,

는 보호구간의 길이를 나타낸다.

도 8은 Tier-1, 2의 6개의 중계기(801, 802, 803, 810, 812, 814)가 상기한 <수학식 7>와 같은 조건을 만족한다고 가정할 경우의 예이다. 6개의 중계기가 모두 보호 구간내의 순환 지연을 가지며, 실제 수신기인 단말기(800)에서는 6개의 다중 경로가 있는 것으로 나타난다. 실제로 중계기들과 단말기간의 존재하는 거리차이도 있으나 거리차이에 의한 다중 경로 차이가 충분하지 않은 경우 순환 지연에 의한 순환 지연 다이버시티(CDD)가 도움이 되며 각 중계기로부터의 거리가 비슷한 경우 인위적인 다중 경로를 만들어 주어서 페이딩에 의한 성능 열화를 완화할 수 있다.

그러면, 상기와 같은 지상 중계기에서 송신되는 신호를 수신하는 단말기를 포함하는 DMB 송신 네트워크를 도 10을 참조하여 살펴보면, 방송국(12)에서 방송 신호(10)를 송신기(914)를 통해 단말기(800)로 제공한다.

그러면, 송신기인 지상 중계기(14)를 통해 방송 신호를 수신하는 단말기(800)의 내부 구성을 도 11을 참조하여 살펴보도록 한다.

단말기(800)에서 RF 부(20)는 순환 지연된 신호들을 수신하고, 상기 수신 신호들에 대한 다이버시티 이득을 얻고, 상기 수신 신호를 기저대역으로 변환(down conversion)한다. 이후 변환된 수신 신호를 FFT(24)에서 고속 퓨리에 트랜스폼을 수행한다. FFT(24)는 원래 송신기에서 IFFT 처리하여 전송하였던 신호를 복조할 수 있다. 일반적으로 무선 채널의 영향으로 일부 대역의 신호가 심각하게 왜곡되는 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우 FFT(24)의 출력 중 일부 신호가 왜곡될 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 순환 지연 다이버시티를 적용하면 상대적으로 이러한 왜곡을 완화할 수 있다.

상기 FFT(24)를 통해 FFT 처리를 거친 수신 신호는 차등 복호기(differential decoding)(26)를 통해 복호된다. 이후, 수신 신호는 비트 디인터리빙(bit deinterleaving)(30), 비터비 복호기(32), 바이트 디인터리빙(byte deinterleaving)(34)을 거친 후 RS 복호기(Read Solomon decoding)(36)를 거쳐 오류 정정되어 출력된다. 여기서, 비터비 복호기와 RS 디코딩을 연결해서 수행하는 이유는 강력한 버스트 에러 복구가 가능하기 때문이다. 순환 지연 다이버시티와 이 러한 채널코딩의 연계로 단말기의 수신 성능을 올릴 수 있다.

전술한 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 DMB 지상 중계기에서 순환 지연 설계 방식에 따라 송신신호를 송신하여 지상파 DMB의 음영지역에서의 성능 열화 문제를 대폭적으로 개선할 수 있다. 또한, 중계기의 위치에 따른 순환 지연 설계를 하게되면 ISI와 ICI는 줄이고 주파수 다이버시티는 극대화 할 수 있다.

Claims

디지털 멀티미디어 방송 시스템의 중계기 장치에 있어서,

방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 수신기와,

상기 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득함과 아울러 상기 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하고, 상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 심볼 동기부와,

상기 순환 지연된 OFDM 신호를 증폭시키는 증폭기와,

상기 증폭된 OFDM 신호를 무선망으로 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 중계기 장치.
제 1항에 있어서,

상기 심볼 동기부는 상기 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와,

상기 수신된 OFDM 신호 중 일부를 소정 길이의 샘플 단위로 저장하는 버퍼를 포함함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 중계기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 심볼 동기부는 상기 샘플 길이를 정하는 타이밍 제어기를 포함하고,

상기 타이밍 제어기는 심볼 동기 시점부터 상기 정해진 길이의 샘플을 상기 버퍼에 저장시킴을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 중계기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 심볼 동기부는 상기 보호구간의 시작점으로부터 상기 샘플 길이에 대응되는 데이터를 제외하고 해당 OFDM 심볼의 마지막에 상기 결정된 길이의 샘플을 부가하여 출력함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 중계기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 심볼 동기부는

상기 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와,

상기 수신된 OFDM 심볼 중 최초 수 개의 OFDM 심볼을 버퍼링함과 아울러 수신된 각 OFDM 심볼의 보호구간으로부터 상기 정해진 길이의 샘플을 연속적으로 버퍼링하는 버퍼와,

상기 최초 수 개의 OFDM 심볼로부터 상기 심볼 동기를 획득하는 심볼 동기화기와,

상기 아날로그/디지털 변환기와 상기 버퍼의 출력을 다중화하는 다중화기와,

상기 버퍼의 버퍼링 동작을 제어함과 아울러 상기 정해진 길이의 샘플을 해당 OFDM 심볼의 마지막 부분에 부가하도록 상기 다중화기의 동작을 제어하는 타이밍 제어기를 포함함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 중계기 장치.
디지털 멀티미디어 방송 시스템의 중계기에서 다이버시티를 제공하는 방법에 있어서,

방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 과정과,

상기 수신된 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득하는 과정과,

상기 획득된 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하는 과정과,

상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 중계기에서 순환 지연 다시버시티 제공 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 샘플 길이를 결정하는 과정은 상기 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정과,

상기 수신된 OFDM 신호 중 일부를 상기 샘플 길이 단위로 버퍼링하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 중계기에서 순환 지연 다시버시티 제공 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 버퍼링하는 과정은 심볼 동기 시점부터 상기 정해진 길이의 샘플을 버퍼링함을 특징으로 하는 중계기에서 순환 지연 다시버시티 제공 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 과정은 상기 보호구간의 시작점으로부터 상기 샘플 길이에 대응되는 데이터를 제외하는 과정과,

해당 OFDM 심볼의 마지막에 상기 결정된 길이의 샘플을 부가하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 중계기에서 순환 지연 다시버시티 제공 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 샘플 길이를 결정하는 과정은

상기 수신된 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정과,

각 OFDM 심볼의 보호구간으로부터 상기 정해진 길이의 샘플을 연속적으로 버 퍼링하는 과정과,

상기 수신된 OFDM 신호의 각 보호구간의 시작점으로부터 상기 샘플 길이에 대응되는 데이터를 제외하는 과정과,

상기 버퍼링된 샘플을 해당 OFDM 심볼의 마지막 부분에 부가하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 중계기에서 순환 지연 다시버시티 제공 방법.
디지털 멀티미디어 방송 시스템에서 단말기로 방송 신호를 송출하는 다수의 중계기가 구비된 방송 중계망에 있어서,

상기 다수의 중계기는 각각

상기 방송 신호로 송신되는 OFDM 신호를 수신하는 수신기와,

상기 OFDM 신호의 심볼 동기를 획득함과 아울러 상기 심볼 동기를 이용하여 확인된 OFDM 심볼의 보호구간 내에서 상기 OFDM 심볼의 순환 지연되는 샘플 길이를 결정하고, 상기 결정된 샘플 길이 만큼 상기 OFDM 신호를 순환 지연시켜 출력하는 심볼 동기부와,

상기 순환 지연된 OFDM 신호를 증폭시키는 증폭기와,

상기 증폭된 OFDM 신호를 무선망으로 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 방송 중계망.
제 11 항에 있어서,

상기 다수의 중계기는 상기 단말기와의 거리에 따라 층 단위로 구분됨을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 방송 중계망.
제 11 항에 있어서,

상기 서로 다른 층에 속한 중계기들은 각각 상기 수신된 OFDM 신호를 상기 보호구간 내에서 서로 다른 샘플 길이로 순환 지연시켜 송출함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 방송 중계망.
제 11 항에 있어서,

상기 심볼 동기부는 상기 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와,

상기 수신된 OFDM 신호 중 일부를 소정 길이의 샘플 단위로 저장하는 버퍼를 포함함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 방송 중계망.
제 14 항에 있어서,

상기 심볼 동기부는 상기 샘플 길이를 정하는 타이밍 제어기를 포함하고,

상기 타이밍 제어기는 심볼 동기 시점부터 상기 정해진 길이의 샘플을 상기 버퍼에 저장시킴을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 방송 중계망.
제 11 항에 있어서,

상기 심볼 동기부는 상기 보호구간의 시작점으로부터 상기 샘플 길이에 대응되는 데이터를 제외하고 해당 OFDM 심볼의 마지막에 상기 결정된 길이의 샘플을 부가하여 출력함을 특징으로 하는 순환 지연 다시버시티를 제공하는 방송 중계망.