KR20060134350A - Ｄｍｂ 지상파 방송 수신기 - Google Patents

Ｄｍｂ 지상파 방송 수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상잡음을 제거할 수 있으면서 외장 소자를 최소화할 수 있는 DMB 지상파 방송 수신기에 관한 것으로서, 안테나로 수신된 DMB 지상파 방송 신호를 베이스밴드의 I/Q신호로 다운 컨버젼 한 후, 다시 설정된 중간주파신호로 업컨버젼함으로서, 영상잡음 문제를 해결함과 동시에 외장소자를 최소화한 것이다.
디지털 멀티미디어 브로드캐스팅(DMB), 다운 컨버터, 업 컨버터, 영상 잡음, 로우 IF, 제로 IF

Description

ＤＭＢ 지상파 방송 수신기{Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting eceiver}
도 1은 종래의 지상파 방송 수신기의 일예를 보인 블록 구성도이다.
도 2는 종래의 다른 방식의 지상파 방송 수신기를 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 DMB 지상파 방송 수신기에서의 신호 요구 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기의 상세 블록 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
41: 밴드패스필터
43: 저잡음 증폭기(Low noise amplifier; LNA)
44: RF AGC(Auto gain controller) 45: 믹서
46: 발진기(VCP) 47: PLL
48: 로우패스필터 49: 업컨버터
50: IF AGC
본 발명은 영상잡음을 제거할 수 있으면서 외장 소자를 최소화할 수 있는 DMB 지상파 방송 수신기에 관한 것이다.
DMB는 디지털 멀티미디어 브로드캐스팅(Digital Multimedia Broadcasting)의 약어로서, 방송과 통신이 결합된 새로운 개념의 이동 멀티미디어 방송 서비스를 말한다. 상기 DMB 서비스는 전송 방식과 네트워크 구성에 따라 지상파 DMB와 위성 DMB로 구분된다.
상기 지상파 DMB는 2004년 현재 비어 있는 VHF 12번 채널(174~216MHz)을 이용해 이동 수신용 멀티미디어 방송을 하며, 1개 채널을 쪼개면 3개의 블록이 생기고, 블록 1개당 몇 개의 비디오·오디오 채널이 있으며, 압축 방식은 MPEG4 기술을 이용하고, 전파는 장거리에 알맞도록 회절 특성을 가지고 있으며, 차량내에서 사용할 수 있도록 연구되고 있다.
상술한 VHF 12 채널을 이용해 브로드캐스팅되는 지상파 DMB를 시청하기 위해서는, 해당 주파수대역의 신호를 수신하여 처리 가능한 주파수대의 중간주파수신호로 변환하는 수신기가 있어야 하며, 본 명세서에서 이를 DMB 지상파 방송 수신기라 한다.
도 1은 종래의 헤테로다인(heterodyne) 방식 DMB 지상파 방송 수신기를 보인 것으로서, 헤테로다인 방식 수신기는, 안테나(ANT)로 수신된 신호중 소정 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 대역외 신호는 감쇄시키는 밴드패스필터(11)와, 상기 밴드패스필터(11)를 통과한 신호를 입력받아 잡음은 줄이고 신호는 크게되도록 증폭하는 저잡음증폭기(13)와, 상기 저잡음증폭기(13)의 출력신호를 소정 크기로 조정하는 RF 자동이득제어기(이하, RF AGC라 함)(14)와, 상기 RF AGC(14)의 출력신호와 국부발진신호를 혼합하여 중간주파수로 변환하는 믹서(15)와, 상기 믹서(15)에 소정 주파수의 국부발진신호를 제공하는 발진기(16)와, 상기 발진기(16)의 발진주파수를 제어하는 PLL(17)과, 상기 믹서(15)로부터 출력된 신호에서 대역외 신호를 감쇄시키는 쏘필터(19)와, 상기 쏘필터(19)로부터 출력된 신호의 크기를 일정하게 조절하는 AGC(18)를 포함한다.
상술한 헤테로다인 방식으로 구현된 DMB 지상파 방송 수신기는, 중간주파수가 38.912MHz 로 높기 때문에, 중간주파수단에 쏘필터(19)를 구비하여야 하는데, 상기 쏘 필터(18)는 필터의 구성상 IC내에 구현될 수 없다. 따라서, 종래의 헤테로다인 방식의 수신기는, 저잡음증폭기(13)와, RF AGC(14)와, 믹서(15)와, 발진기(16)와, PLL(17)과, IF 자동이득제어기(이하, IF AGC라 함)(18)는 단일 IC(12)내에 구현되는 반면에, 초단에 구비되는 밴드패스필터(11)와 상기 쏘필터(18)는 IC(12)의 외부에서 연결되는 외장소자로 구현된다. 따라서, 외장소자가 증가되고, 제조 공정상 구조가 복잡해지며, 전류소모가 크다는 단점이 있다.
다른 구조로서, 도 2와 같은 로우 IF 구조의 DMB 지상파 방송 수신기가 있 다. 상기 로우 IF 구조의 수신기는, 앞서와 마찬가지로 안테나(ANT)로 수신된 신호중 소정 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 대역외 신호는 감쇄시키는 밴드패스필터(21)와, 상기 밴드패스필터(21)를 통과한 신호를 입력받아 잡음은 줄이고 신호는 크게 되도록 증폭하는 저잡음증폭기(23)와, 상기 저잡음증폭기(23)의 출력신호를 일정 크기로 증폭하는 RF AGC(24)와, 상기 RF AGC(24)의 출력신호를 국부발진신호와 혼합하여 설정된 중간주파수로 변환하는 믹서(25)와, 상기 믹서(25)로 소정 주파수의 국부발진신호를 제공하는 발진기(26)와, 상기 발진기(26)의 발진주파수를 제어하는 PLL(27)과, 상기 믹서(25)의 출력 신호중 중간주파수 대역외 신호를 감쇄시키는 로우패스필터(28)와, 상기 로우패스필터(28)로부터 출력된 중간주파신호의 크기를 일정하게 조절하는 IF AGC(28)을 포함한다.
이러한 구성요소를 갖는 로우 IF 구조는 예를 들어, 2.048MHZ의 낮은 주파수를 중간주파수로 하기 때문에, 로우패스필터(28)를 쏘필터로 구현하지 않아도 되며, 따라서, 상기 저잡음증폭기(23)와, RF AGC(24)와, 믹서(25)와, 발진기(26)와, PLL(27)과, 로우패스 필터(28)와, IF AGC(29)를 모두 단일 IC로 구현할 수 있으며, 이에 외장 소자를 감소시켜 제조를 용이하게 할 수 있다. 반면에 상술한 로우 IF 구조는 영상 잡음이 발생할 수 있으며, 이를 제거하기 위해 높은 IRR(Image Rejection Ratio)를 요구하며, 이러한 높은 IRR을 구현하기가 어렵다는 문제점이 있다.
더 구체적으로 설명하면, 기존의 헤테로다인 방식의 경우, 영상잡음이 높은 주파수대에서 생성되기 때문에 필터링하기 쉽고, 실제로 SAW 필터를 사용하여 원하 는 신호에 영향을 미칠 수 없다. 그러나, 상기의 로우 IF 수신기의 경우, IF 신호가 낮기 때문에, 영상잡음이 원하는 신호와 인접하여 발생하기 때문에 영상잡음을 필터링하기 어렵다. 그래서 로우 IF 방식의 수신기는 상기 믹서(25)를 IR 믹서(Image Rejection Mixer)로 구현하게 된다. 상기 IR 믹서의 이미지 제거능력, 즉 IRR(Image Rejection Ratio)은 수신기의 이득 부정합(Gain mismatch)와 위상 부정합(Phase mismatch)에 의해 결정되며, 이는 아래와 같이 결정된다.
Figure 112005033140718-PAT00001
상기에서 Pim, Aim은 각각 영상잡음의 파워와 이득이고, Psig, Asig은 원하는 신호의 파워와 이득이며, ΔA/A는 국부발진신호의 상호 이득 부정합이고, θ는 국부발진신호의 위상 부정합이다.
더하여, 현재의 지상파 DMB의 경우 요구되는 반송파대 잡음비(Carrier to noise ratio, CNR)가 14dBc 이다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 국부발진신호(LO)와, 원하는 신호인 IF 중간주파신호와, 영상잡음(이미지신호)이 나타난다고 할때, 상술한 14dBc의 CNR을 만족시키기 위한 감쇄비를 계산해보면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112005033140718-PAT00002
여기서, ΔP는 환경에 따른 이미지 신호의 크기 변화로서, 전파환경과 수신환경에 따라 달라지는데, 이동하면서 수신을 하는 지상파 DMB의 경우에는 대략 10dB ~ 30dB 까지 나타난다.
따라서, 상기 수학식 1로부터 볼때, 로우 IF 구조의 수신기에서는 최대 60dB 의 IRR이 요구되는데, 현재의 IR 믹서(Image Rejection mixer)는 60dB의 IRR을 만족시키기 어렵다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 영상잡음을 제거할 수 있으면서 외장 소자를 최소화할 수 있는 DMB 지상파 방송 수신기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기는, 안테나(ANT)로 수신된 신호중 DMB 지상파 방송 채널대역의 주파수 신호를 통과시키고 대역외 신호는 감쇄시키는 밴드패스필터; 상기 밴드패스필터를 통과한 신호를 입력받아 잡음을 최소화하면서 상기 DMB 지상파 방송 신호를 증폭하는 저잡음증폭기; 저잡음증폭기의 출력신호를 일정 크기로 증폭하는 RF AGC; 상기 RF AGC의 출력신호를 동일한 주파수대역의 제1 국부발진신호와 혼합하여 베이스밴드 신호로 직접 변환하는 다운컨버터; 상기 다운 컨버터로부터 출력된 베이스밴드의 출력 신호중 고역 잡음 신호를 감쇄시키는 로우패스필터; 상기 로우패스필터로부터 출력된 베이스밴드의 신호를 소정의 제2 국부발진신호와 혼합하여 기설정된 중간주파대역의 신호로 업 컨버젼하는 업컨버터; 상기 업컨버터로부터 출력된 중간주파신호의 크기를 일정하게 조절하는 IF AGC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기의 구성 및 작용에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기의 기능블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기는, 안테나(ANT)로 수신된 신호중 DMB 지상파 방송 채널대역의 주파수 신호를 통과시키고 대역외 신호는 감쇄시키는 밴드패스필터(110)와, 상기 밴드패스필터(110)를 통과한 신호를 입력받아 잡음은 줄이고 신호는 크게 되도록 증폭하는 저잡음증폭기(120)와, 상기 저잡음증폭기(110)의 출력신호를 일정 크기로 증폭하는 RF AGC(130)와, 상기 RF AGC(130)의 출력신호를 동일한 주파수대역의 제1 국부발진신호와 혼합하여 베이스 밴드 신호로 직접 변환하는 다운컨버터(140)와, 상기 다운 컨버터(140)로부터 출력된 베이스밴드의 출력 신호중 고역 신호를 감쇄시키는 로우패스필터(150)와, 상기 로우패스필터(48)로부터 출력된 베이스밴드의 신호를 소정의 제2 국부발진신호와 혼합하여 대략 2.048 MHz의 중간주파신호로 업 컨버젼하는 업컨버터(160)와, 상기 업컨버터(170)로부터 출력된 중간주파신호의 크기를 일정하게 조절하는 IF AGC(170)을 포함한다.
상술한 구성에 있어서, 밴드패스필터(110), 저잡음증폭기(120), RF AGC(130), IF AGC(170)은 도 2에 보인 기존의 로우 IF 방식 수신기와 동일한 것이다.
상기 다운 컨버터(140)은 고주파신호를 바로 베이스밴드의 신호로 직접변환하는 제로 IF 타입의 주파수 변환 수단으로서, 그 구성은 입력된 고주파신호와 제1 국부발진신호를 혼합하여 그 차신호를 출력하는 믹서(141)와, 상기 믹서(141)에 수신 신호와 동일 주파수대역의 제1 국부발진신호를 제공하는 발진기(140)와, 선택 채널에 따라서 상기 발진기(140)의 발진주파수를 제어하는 PLL(143)로 이루어진다.
상기 다운 컨버터(140)에 의하여, 수신한 대략 VHF 12채널의 DMB 지상파 방송 신호를 제로 IF, 즉 반송파를 제거한 베이스밴드의 신호로 직접 변환하기 때문에, 영상잡음에 의한 영향을 고려할 필요가 없어진다. 더하여, 다운 컨버터(140)의 출력신호가 베이스밴드의 낮은 주파수신호이기 때문에, 일반적인 로우패스필터로 필터링이 가능하며, 그 결과 쏘 필터의 사용을 억제하여 외장 소자의 수를 감소시킬 수 있다.
이어서, 상기 베이스밴드의 신호를 업컨버터(160)를 통해 수요가가 요구하는 중간주파대역, 즉, 2.048MHz의 신호로 업 컨버젼하여 출력함으로서, 수요가의 요구를 충족시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기의 상세 구성도로서, 상기 다운 컨버터(140) 및 업컨버터(160)의 구성을 더욱 구체적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기에 있어서, 다운 컨버터(140)는 상기 RF AGC(130)로부터 출력된 고주파 신호를 각각 제1 국부발진신호와 혼합하여 베이스밴드의 I/Q 신호를 출력하는 제1,2 다운 컨버젼 믹서(141a,141b)와, 상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서(141,141b)에 선택된 채널과 동일한 주파수대로 상호 90도의 위상차를 갖는 제1 국부발진신호를 제공하는 발진기(142)와, 기준 주파수(XREF)와 상기 발진기(142)의 출력주파수를 비교하여 위상 및/또는 주파수차가 0가 되도록 상기 발진기(142)의 발진주파수를 조정하는 PLL(143)로 이루어진다.
로우패스필터(150)은 상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서(141a,141b)로부터 각각 출력되는 I/Q 신호를 필터링할 수 있도록, 상기 제1,2 다운컨버젼 믹서(141a, 141b)에 각각 연결되는 제1,2 로우패스필터(150a, 150b)로 이루어진다.
업컨버터(160)은, 상기 제1,2 로우패스필터(150a, 150b)로부터 각각 출력되는 I/Q 신호를 각각 제2 국부발진신호와 혼합하여 설정된 중간주파대역으로 업컨버젼하는 제1,2 업컨버젼 믹서(161a, 161b)와, 기준 신호(XREF)를 분주하여 상기 제 1,2 업컨버젼 믹서(161a, 161b)에 설정된 중간주파대역과 동일한 제2 국부발진신호를 제공하는 분주기(162)와, 상기 제1,2 업컨버젼 믹서(161a, 161b)에서 각각 출력된 신호를 단순히 합하는 가산기(163)와, 상기 가산기(163)로부터 출력된 중간주파수신호를 필터링하여 IF AGC(170)로 출력하는 로우패스필터(164)로 이루어진다.
상기에 있어서, 발진기(142)에서 제1 다운 컨버전 믹서(141a)로 제공되는 제1국부발진신호와 상기 제2 다운컨버젼 믹서(141b)로 제공되는 제1 국부발진신호는 상호 90도의 위상차를 갖으며, 주파수는 선택된 채널의 반송파에 해당되는 동일한 주파수값이 된다. 마찬가지로, 상기 분주기(162)로부터 제1 업 컨버젼 믹서(161a)로 제공되는 제2 국부발진신호와 제2 업 컨버젼 믹서(161b)로 제공되는 제2 국부발진신호도 상호 90도의 위상차를 갖으며, 설정된 중간주파수대역의 중심주파수에 해당하는 동일한 주파수값을 갖는다.
상기 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기의 동작을 살펴보면 다음과 같이 이루어진다.
대략 174~216MHz의 VHF 12 채널로 송출된 DMB 지상파 방송신호는 안테나를 통해 수신되어 밴드패스필터(110)를 통과한다. 이때, 상기 VHF 12채널외의 다른 주파수신호는 감쇄된다. 그리고 저잡음 증폭기(120)에서 상기 밴드패스필터(110)를 통과한 미약한 DMB 지상파 방송신호를 소정 수준으로 증폭한다. 상기 저잡음 증폭기(120)는 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된 증폭기로서 일반적으로 수신단에서 많이 사용된다.
상기 저잡음 증폭기(120)에서 증폭된 DMB 지상파 방송신호는 RF AGC(130)에서 일정한 크기로 레벨 조절된다. 이는 후단의 주파수 변환등의 처리시 왜곡이나 포화등이 발생하지 않도록 일정 범위의 크기로 조정하는 수단이다.
상기 RF AGC(130)에서 크기 조절된 DMB 지상파 방송신호는 다운컨버터(140)의 제1,2 다운컨버젼 믹서(141a, 141b)로 동시에 입력된다. 상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서(141a,141b)는 발진기(142)로부터 선택된 DMB 지상파 방송채널 주파수와 동일한 주파수의 제1 국부발진신호를 상호 90도 위상차가 나도록 제공받는다. 따라서, 상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서(141a,141b)는 입력된 DMB 지상파 방송신호를 제1 국부발진신호와 혼합하여 그 차에 해당하는 베이스밴드의 I/Q 신호로 주파수변환한다.
상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서(141a,141b)로부터 출력된 I/Q 신호는 로우패스필터(150a,150b)로 각각 입력되어 잡음이 감쇄되도록 필터링된 후, 업컨버터(160)의 제1,2 업컨버젼 믹서(161a,161b)에 입력된다. 상기 제1,2 업 컨버젼 믹서(161a,161b)는 기준신호(XREF)를 분주하는 분주기(162)로부터 제2 국부발진신호를 입력받는데, 상기 제2 국부발진신호는 설정된 중간주파대역의 중심주파수로 설정된다. 여기서, 중간주파수는 2.048MHz로 설정된다.
따라서, 상기 제1,2 업 컨버젼 믹서(161a, 161b)는 입력된 베이스밴드의 I/Q 신호와 상기 2.048 MHz의 제2 국부발진신호를 혼합하여 그 합에 대응하는 2.048MHz의 I/Q 중간주파신호를 출력한다.
상기 제2, 업 컨버젼 믹서(161a,161b)로부터 출력된 I/Q 중간주파신호는 가 산기(163)에서 하나로 합해진 후, 로우패스필터(164)에서 필터링된 후, IF AGC(170)로 입력되고, 상기 IF AGC(170)에서 복조과정에서의 포화 혹은 복조왜곡등을 방지하기 위해서, 균일한 크기로 조정된다.
상술한 작용에 따르면, 다운 컨버터(140)에서는 제로 IF로 직접 변환하기 때문에, 영상 잡음 문제가 해결될 수 있으며, 이후, 업컨버터(160)에서 요구되는 중간주파신호로 업컨버젼함으로서, 수요가의 요구를 해결할 수 있다.
더하여, 쏘필터등의 사용이 불필요하므로, 저잡음증폭기(120), RF AGC(130), 다운컨버터(140), 로우패스필터(150), 업컨버터(160), IF AGC(170)을 모두 하나의 IC로 구현할 수 있으며, 그 결과 외장 소자가 최소화된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 DMB 지상파 방송 수신기는 수요가의 요구를 충족시키면서, 영상 잡음 문제를 해결하고 외장 소자의 수는 최소화할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 안테나(ANT)로 수신된 신호중 DMB 지상파 방송 채널대역의 주파수 신호를 통과시키고 대역외 신호는 감쇄시키는 밴드패스필터;
    상기 밴드패스필터를 통과한 신호를 입력받아 잡음을 최소화하면서 상기 DMB 지상파 방송 신호를 증폭하는 저잡음증폭기;
    저잡음증폭기의 출력신호를 일정 크기로 증폭하는 RF AGC;
    상기 RF AGC의 출력신호를 동일한 주파수대역의 제1 국부발진신호와 혼합하여 베이스밴드 신호로 직접 변환하는 다운컨버터;
    상기 다운 컨버터로부터 출력된 베이스밴드의 출력 신호중 고역 잡음 신호를 감쇄시키는 로우패스필터;
    상기 로우패스필터로부터 출력된 베이스밴드의 신호를 소정의 제2 국부발진신호와 혼합하여 기설정된 중간주파대역의 신호로 업 컨버젼하는 업컨버터;
    상기 업컨버터로부터 출력된 중간주파신호의 크기를 일정하게 조절하는 IF AGC를 포함하는 DMB 지상파 방송 수신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DMB 지상파 방송 수신기의 중간주파신호는 2.048MHz로 설정되는 것을 특징으로 하는 DMB 지상파 방송 수신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다운컨버터는
    상기 RF 자동이득제어기로부터 출력된 고주파 신호를 각각 입력받은 제1 국부발진신호와 혼합하여 베이스밴드의 I/Q 신호로 변환하는 제1,2 다운 컨버젼 믹서;
    상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서에 각각 DMB 지상파 방송의 반송파와 동일 주파수의 제1 국부발진신호 상호 90도의 위상차가 나도록 제공하는 발진기; 및
    기준 신호와 상기 발진기의 발진신호를 비교하여 설정된 주파수신호가 출력되도록 상기 발진기(142)를 제어하는 PLL을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 DMB 지상파 방송 수신기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로우패스필터는
    상기 제1,2 다운 컨버젼 믹서에 각각 연결되어, 각각 I/Q 신호를 필터링하는 제1,2 로우패스필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 DMB 지상파 방송 수신기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 업컨버터는
    상기 제1,2 로우패스필터로부터 각각 출력되는 I/Q 신호를 각각 입력받은 제2 국부발진신호와 혼합하여 I/Q 중간주파수신호로 업컨버젼하는 제1,2 업컨버젼 믹 서;
    기준 신호를 분주하여 설정된 중간주파수와 동일한 주파수의 제2 국부발진신호를 상호 90도의 위상차가 나도록 상기 제1,2 업 컨버젼 믹서에 제공하는 분주기;
    상기 제1,2 업컨버젼 믹서로부터 출력된 I/Q 중간주파신호를 합하여 출력하는 가산기; 및
    상기 가산기로부터 출력된 중간주파수신호를 필터링하여 상기 IF 자동이득제어기로 제공하는 로우패스필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DMB 지상파 방송 수신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저잡음 증폭기, RF 자동이득제어기, 다운컨버터, 로우패스필터, 업컨버터, 및 IF 자동이득제어기는 단일칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 DMB 지상파 방송 수신기.
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