KR100797470B1 - Ｏｆｄｍ 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교주파수다중분할방식(orthogonal frequency division multiplexing ; 이하 OFDM)으로 변조된 방송신호를 수신하는 장치(이하, OFDM 변조신호 수신장치)의 보호구간 검출기에 관한 것이다. 본 발명은 보호구간에 PN(Pseudo noise) 시퀀스를 훈련신호로 사용하는 직교주파수다중분할방식(orthogonal frequency division multiplexing)으로 변조된 신호를 수신할 수 있는 장치의 보호구간 검출기에 있어서, 프레임내 수신신호의 값의 상관값을 계산하는 상관산출부; 상기 상관산출부가 출력하는 상관값 중 일정구간동안 상관값을 누적하는 이동평균부 ; 상기 이동평균부가 출력하는 상관값의 일정기준이상을 감지하는 피크감지부; 및 상기 피크감지부가 출력하는 피크간격으로 보호구간을 검출하는 보호구간검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호구간검출기를 제공한다. 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기에 의하면 전송신호 프레임의 보호구간을 효율적으로 찾을 수 있고, 따라서 신호 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

OFDM, 보호구간,DMB-T,PN

Description

ＯＦＤＭ 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기{apparatus for detecting a guard interval in receiver of orthogonal frequency division multiplexed signals}

도 1은 DMB-T의 송신장치에 대한 간략한 구성을 나타낸 구성도

도 2는 DMB-T의 송신장치에 의해 전송되는 신호의 프레임의 구조를 나타낸 도면

도 3은 중국향 지상파 텔레비전 전송방식에 의한 신호의 보호구간을 나타내는 구조도

도 4는 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기의 일 실시예의 구조도

도 5는 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기가 출력하는 상관값을 나타낸 그래프

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 채널부호화부 20 : 변조부

30 : 역DFT부 40 : PN 생성부

50 : 다중화부 60 :SRRC부

70 : RF 전송부 100 : 상관산출부

110 : 제 1완충기억부 120 : 상관곱셈기

200 : 이동평균부 210 : 제 2완충기억부

220 : 제 1 연산기 230 : 제 2 연산기

250 : 지연기 300 : 피크감지부

350 : 보호구간검출부

본 발명은 직교주파수다중분할방식(orthogonal frequency division multiplexing ; 이하 OFDM)으로 변조된 방송신호를 수신하는 장치(이하, OFDM 변조신호 수신장치)의 보호구간 검출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중국향 지상파 텔레비전의 표준안에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기에 관한 것이다.

최근 청화 대학은 중국향 지상파 디지털 텔레비전(이하, 지상파 DTV) 방송을 위한 새로운 표준안을 제안하였다. 상기 제안서는 지상파 디지털 멀티미디어/텔레비전 방송(Terrestrial Digital Multimedia/Television Broadcasting; 이하, DMB-T)라고 불리는 방송 규격에 관한 것이다. DMB-T에서는 타임 도메인 신크로너스 OFDM (Time Domain Synchronous OFDM; 이하 TDS-OFDM)이라는 새로운 변조 기법(modulation scheme)이 사용된다.

TDS-OFDM의 송신단에서 변조된 후 전송되는 데이터는 사이클릭 프리픽스 OFDM(Cyclic Prefix OFDM ; 이하 CP-OFDM)방식에서 사용되는 방식처럼 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform ; 이하 IDFT)가 적용된다.

하지만, 보호 구간(guard interval)에 CP 대신 의사잡음(pseudonoise;이하 PN)을 삽입하여 훈련신호로써 사용한다.

상기와 같은 방식은 방송신호 전송시 오버헤드를 줄일 수 있고, 채널의 사용 효율을 높이며, 방송신호 수신단의 동기부와 채널 추정부의 성능을 향샹시킬 수 있다.

도 1은 DMB-T의 송신장치에 대한 간략한 구성을 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조하여 DMB-T의 송신장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

채널부호화부(10)는 수신단에서 에러를 감지하도록 하기 위해 채널을 부호화한 비트 스트림(bit stream)을 출력한다.

변조부(20)는 상기 부호화된 비트 스트림을 입력받고 그 비트 스트림을 4치 또는 16치 또는 64치의 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation; 이하 QAM)방식 등으로 변조한다.

상기 역DFT부(30)는 주파수영역에서 OFDM 방식으로 변조된 신호를 시간영역의 OFDM 신호로 변조한다. 특히 DMB-T 방식에서는 전송데이터 3780개 포인트에 대한 주파수영역신호를 시간영역 신호로 변환시킨다.

PN 생성기(40)는 송신할 방송신호의 훈련신호로 사용할 PN 시퀀스(sequence)를 생성한다.

상기 다중화부(50)는 상기 생성된 PN 시퀀스와 상기 IDFT부()에서 변환된 OFDM 신호를 시간영역에서 분배하고, 이를 다중화하여 출력한다.

그리고, SRRC(Square Root Rasied Cosine ; 이하 SRRC)부(60)는 상기 다중화된DMB-T신호의 대역폭을 제한하여 출력한다. 일반적으로 상기 대역폭 제한에 사용된 롤-오프 팩터(roll-off factor; α)는 0.05이다.

그리고 RF 전송부(70)에서 상기 대역폭이 제한되어 출력된 신호를 주파수 fc의RF(Radio Frequency) 전송 대역으로 업 컨버전(up conversion)하여 방송신호를 전송한다.

도 2는 도 1에 의한 DMB-T의 송신장치에 의해 전송되는 신호의 프레임 중 보호구간이 1/9인 프레임의 구조를 나타낸다. 도 2를 참조하여 보호구간이 1/9인 전송 프레임 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 프레임은 프레임 싱크(frame sync)와 프레임 바디(frame body)로 구성된다.

프레임 바디는 전송하려는 데이터가 실린 곳으로서, DFT(Discrete Fourier Transform)이 적용되는 DFT 블럭이고, 일반적으로 상기 DFT 블럭은 3780개의 스트림 데이터를 포함한다.

프레임 싱크는 PN 시퀀스로 구성되는데, 상기 프레임 싱크에 사용되는 PN은 오더(order) 가 8(m = 8)인 시퀀스를 사용할 수 있다. m = 8일 경우에는 255개의 서로 다른 시퀀스가 생성될 수 있는데, 상기 시퀀스는 보호구간(guard interval)에 사용되기 위해서, 프리엠블(preamble)과 포스트엠블(postamble)로 확장될 수 있다.

상기 프리엠블(preamble)과 상기 포스트엠블(postamble)은 PN 시퀀스의 사이 클릭 익스텐션(cyclic extension; 주기적 확장)을 위한 PN 시퀀스의 반복 구간이다.

프레임 싱크의 255개의 PN 시퀀스 중 상기 PN 시퀀스의 처음 115개의 PN들은 포스트엠블로서 상기 255개의 PN 시퀀스의 끝에 부가되고, 상기 PN 시퀀스의 마지막 50개의 PN들은 프리엠블로서 상기 255개의 PN 시퀀스의 앞에 부가되어 확장된다.

상기 PN 시퀀스의 폴리노미얼(polynomial)은 P(x) = x⁸ + x⁶ + x⁵ + x + 1이고, PN 시퀀스의 초기상태에 따라 생성되는 위상이 0에서 254로 변화한다.

보호구간이 1/9일 경우 255개의 PN 시퀀스들에 상기 프리엠블과 상기 포스트엠블이 전후에 추가되어 420개의 데이터로 이루어진 프레임 싱크가 구성된다. 환언하면, DFT 블럭의 데이터 3780개의 1/9인 420개의 데이터가 프레임 싱크에 사용된다. 하나의 OFDM 프레임은 420개의 데이터로 이루어진 프레임 싱크와 3780개의 데이터로 이루어진 프레임 바디로 구성된다.

반면에 보호구간이 1/4일 경우 상기 DFT 블럭에 포함된 3780개의 데이터의 후반 525개의 데이터가 상기 DFT 블럭의 상기 3780 데이터의 앞에 다시 추가된다(이를 사이클릭 프리픽스(cyclic-prefix)라고 한다).

경우에 따라서 상기 525개의 데이터구간은 0으로 패딩될 수도 있다.

일반적으로 DFT 블럭의 데이터 3780개의 1/4인 945개의 데이터가 프레임 싱크에 사용된다.

상기 데이터 프레임의 구조는 보호구간에 따라 달라질 수도 있으며, 각 프레임내 분포하는 데이터의 개수도 다르게 분포하도록 할 수도 있다.

또한, 보호구간은 1/4 또는 1/9이 규정될 수 있으며, 그 이외에 1/6 보호구간이 사용될 수도 있고 따라서, 보호구간의 길이도 시스템을 형성하는 규격에 따라 다르게 형성될 수 있다.

OFDM방식의 방송신호의 보호구간 검출은 OFDM방식의 방송신호 수신장치에서 먼저 선행되어야 한다. 상기 보호구간을 감지해야만 동기부의 PN 시퀀스 코드의 획득과 신호의 주파수 오차 보상 등이 가능하기 때문이다.

본 발명의 목적은, 상기에서 설명한 중국향 지상파 텔레비전 전송방식(DMB-T)에 있어서, 보호구간을 효율적으로 찾을 수 있는 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 보호구간에 PN(Pseudo noise) 시퀀스를 훈련신호로 사용하는 직교주파수다중분할방식(orthogonal frequency division multiplexing)으로 변조된 신호를 수신할 수 있는 장치의 보호구간 검출기에 있어서, 프레임내 수신신호의 값의 상관값을 계산하는 상관산출부; 상기 상관산출부가 출력하는 상관값 중 일정구간동안 상관값을 누적하는 이동평균부 ; 상기 이동평균부가 출력하는 상관값의 일정기준이상을 감지하는 피크감지부; 및 상기 피크감지부가 출력하는 피크간격으로 보호구간을 검출하는 보호구간검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호구간검출기를 제공한다.

상기 상관산출부는 프레임내 수신신호를 저장하고, 이를 지연시켜 출력하는 제 1 완충기억부; 및 상기 제 1 완충기억부가 출력하는 지연된 신호와 본래의 신호를 상관하는 상관곱셈기를 포함한다.

상기 제 1 완충기억부가 저장하는 신호의 개수는 상기 보호구간내 PN 시퀀스의 개수인 것이 바람직하다.

상기 이동평균부는 상기 상관곱셈기가 출력하는 상관값을 일정구간동안 지연시켜 출력하는 제 2 완충기억부; 상기 상관산출부가 출력하는 상관값들을 한 구간동안 지연시키는 지연기; 상기 지연기와 상기 상관산출부가 출력하는 상관값을 누적하는 제 1 연산기 및 상기 제 1 연산기가 출력하는 누적상관값과 상기 제 2완충기억부가 출력하는 상관값의 차를 산출하는 제 2 연산기를 포함할 수 있다.

상기 제 2 완충기억부가 저장하는 상관값의 최대 개수는 보호구간내 PN 시퀀스의 프리엠블(preamble) PN 시퀀스의 수와 포스트엠블(postamble)의 PN 시퀀스의 수의 합인 것이 바람직하다.

상기 보호구간검출부는 상기 피크감지부가 감지하는 피크의 간격을 설정된 프레임의 길이와 비교하여 보호구간을 검출할 수 있다.

이하 상기 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기를 설명하기에 앞서, 중국향 지상파 텔레비전 전송방식의 보호구간의 구조를 나타낸다. 도 3 을 참조하여 상기 보호구간 검출기가 보호구간을 검출하기 위해 PN 시퀀스 부분 중 교차상관을 취하는 부분에 대해 설명한다.

255개의 PN 시퀀스들에 대해 상기 시퀀스의 마지막 50개의 시퀀스(A)는 상기 PN 시퀀스의 앞에, 처음 115개의 시퀀스(B)는 상기 PN 시퀀스의 뒤에 붙어 확장된다.

이하, 설명을 용이하게 하기 위해 PN 시퀀스의 확장에 사용되는 상기 마지막 50개의 시퀀스(A)를 PN 프리엠블(preamble), 상기 처음 115개의 시퀀스(B)를 PN 포스트엠블(postamble)이라고 한다.

도 3의 보호구간에서 처음의 연속된 PN 프리엠블과 PN 포스트엠블은 마지막 의 연속된 PN 프리엠블과 PN 포스트엠블과 값이 동일하다. 따라서, 서로 교차상관(cross correlation)을 취했을 경우 교차 상관값의 피크(peak)값을 얻을 수 있다.

그리고, 그 외의 구간의 교차 상관값은 PN 시퀀스의 특성상 평균이 0인 값을 가지며, 피크값보다 아주 작은 값이 된다.

도 4는 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기의 일 실시예의 구조를 나타낸다. 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기의 일 실시예는 상관산출부(100),이동평균부(200), 피크감지부(300), 보호구간검출부(250)를 포함한다.

상기 상관산출부(100)는 완충기억부(110)와 상관곱셈기(120)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 이동평균부(200)는 제 2 완충기억부(210)와 지연기(250) 및 다수의 연 산기(220,230)를 포함할 수 있다.

도 4을 참조하여 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기의 일 실시예의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 제 1 완충기억부(110)는 PN의 개수만큼 저장하고 이를 지연하여 출력할 수 있다(r(n)+N_PN). 상기 제 1 완충기억부(110)가 출력하는 PN 시퀀스는 상기 제 1 완충기억부(110)의 최초 입력된 PN 시퀀스의 순서로 출력되는 것이 바람직하다.

상기 상관곱셈기(120)는 상기 제 1 완충기억부(100)가 출력하는 시퀀스와 본래의 시퀀스를 상관시켜 이동평균부(200)에 인가한다.

상기 이동평균부(200)는 상기 상관된 값을 제 2 완충기억부(210)에 저장하고, 상기 제 2 완충기억부(210)의 용량만큼 상관된 값을 지연시켜 출력한다.

상기 이동평균부(200)에서는 상기 상관된 값을 일정구간동안 합산할 수 있다. 도 3의 설명에서 나타낸 것처럼 TDS-OFDM에서는 PN 프리엠블과 PN 포스트엠블의 합 만큼의 시퀀스가 프레임 싱크내에서 반복되기 때문에 상기 제 2완충기억부(200)는 상기 PN 프리엠블의 수(도 4에서 N_pre)와 PN 포스트엠블의 수(도 4에서 N_post)의 합만큼 상관값을 지연시켜 출력하는 것이 바람직하다.

상기 제 1 연산기(220)는 상기 상관곱셈기(120)가 출력하는 상관값을 합산하여 출력하고, 상기 제 2 완충기억부(210)에서 상관값이 지연되어 출력되기 전까지 상기 지연기(250)에 임시 저장되어 출력되는 상관값은 제 1 연산기(220)로 귀환하여 합산되기 때문에 상관값이 일정구간동안을 누적될 수 있다.

제 2 완충기억부(210)가 PN 프리엠블의 수와 PN 포스트엠블의 수의 합만큼 상관값을 지연시킨 후 출력하면, 제 2 연산기(230)는 제 1 연산기(220)가 누적한 시퀀스의 상관값들에서 상기 PN 프리엠블의 수와 상기 PN 포스트엠블의 수의 합만큼 지연된 시퀀스의 상관값들을 뺄셈하여 출력한다.

따라서, 상기 이동평균부(200)는 PN 시퀀스에 대한 일정한 구간의 상관값들을 출력하고, 상기 출력하는 상관값들은 PN 시퀀스가 하나씩 지연된 구간만큼의 상관값들에 해당한다.

상기 피크감지부(300)는 상관값 중 피크로 판단하는 피크기준값을 입력받아 상기 이동평균부(200)가 출력하는 상관값 중 상기 기준값을 초과하는 피크값을 감지할 수 있다.

상기 보호구간검출부(350)는 상기 피크감지부(300)가 출력하는 피크값을 입력받아 보호구간을 판단한다. 상기 보호구간검출부(350)는 상기 피크감지부(300)에서 생성한 피크의 간격을 이미 정해진 프레임의 길이와 비교해서 모드를 판단할 수 있다. 따라서, 1/4 보호구간 모드와 1/9 보호구간 모드를 각각 구별하기 위해 프레임의 길이(frame length)는 각각 1/4 보호구간과 1/9 보호구간의 심벌 개수의 사이에 해당하는 길이로 정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 보호구간검출과정은 다른 길이의 보호구간이 존재하더라도 동일한 원리로 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기의 성능을 나타낸 그래프이다. 도 5의 수평축(X축)은 심벌의 수, 수직축(Y축)은 본 발명에 따 른 보호구간 검출기가 산출하는 상관값을 나타낸다.

도 5의 상관값 중 연두색의 상관값으로 표현된 것이 1/4 보호구간을 가지는 모드의 상관값이고, 붉은색의 상관값으로 표현된 것이 1/9 보호구간을 가지는 모드의 상관값이다.

상기 1/4 보호구간을 가지는 모드는 945 + 3780개의 심벌마다 상관값의 피크가 나타나고, 1/9 보호구간을 가지는 모드는 420 + 3780개의 심벌마다 상관값의 피크가 나타난다.

도 5의 결과를 통해 피크기준값을 상관값 2000으로 한 경우인데, 본 발명에 따른 보호구간 검출기는 상기 상관값의 피크를 정확히 검출할 수 있음을 알 수 있다.

동일한 기술분야의 당업자가 본 특허명세서로부터 본 발명을 변경하거나 변형하는 것은 용이한 것이다. 그래서, 본 발명의 일 실시예가 상기 명확하게 기재되었더라도, 그것을 여러가지로 변경하는 것은 본 발명의 사상과 관점으로부터 이탈하는 것이 아니며 그 사상과 관점내에 있다고 해야 할 것이다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기의 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 OFDM 변조신호 수신장치의 보호구간 검출기에 의하면 전송신호 프레임의 보호구간을 효율적으로 찾을 수 있고, 따라서 신호 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 보호구간에 PN(Pseudo noise) 시퀀스를 훈련신호로 사용하는 직교주파수다중분할방식(orthogonal frequency division multiplexing)으로 변조된 신호를 수신할 수 있는 장치의 보호구간 검출기에 있어서,

   프레임내 수신신호를 일정구간동안 지연시켜 본래 신호와 상관값을 계산하는 상관산출부;

   상기 상관산출부가 출력하는 상관값을 일정구간동안 지연시켜 빼면서 상기 상관산출부가 출력하는 상관값을 누적하는 이동평균부 ;

   상기 이동평균부가 출력하는 상관값의 일정기준이상을 감지하는 피크감지부; 및

   상기 피크감지부가 출력하는 피크간격으로 보호구간을 검출하는 보호구간검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호구간검출기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상관산출부는 프레임내 수신신호를 저장하고, 이를 지연시켜 출력하는 제 1 완충기억부; 및

   상기 제 1 완충기억부가 출력하는 지연된 신호와 본래의 신호를 상관하는 상관곱셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호구간검출기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 완충기억부가 저장하는 신호의 개수는 상기 보호구간내 PN 시퀀스의 개수인 것을 특징으로 하는 보호구간검출기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 이동평균부는 상기 상관산출부가 출력하는 상관값을 일정구간동안 지연시켜 출력하는 제 2 완충기억부;

   상기 상관산출부가 출력하는 상관값들을 한 구간동안 지연시키는 지연기;

   상기 지연기와 상기 상관산출부가 출력하는 상관값을 누적하는 제 1 연산기 및

   상기 제 1 연산기가 출력하는 누적상관값과 상기 제 2완충기억부가 출력하는 상관값의 차를 산출하는 제 2 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호구간검출기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제 2 완충기억부가 저장하는 상관값의 최대 개수는 보호구간내 PN 시퀀스의 프리엠블(preamble) PN 시퀀스의 수와 포스트엠블(postamble)의 PN 시퀀스의 수의 합인 것을 특징으로 하는 보호구간검출기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 보호구간검출부는 상기 피크감지부가 감지하는 피크의 간격을 설정된 프레임의 길이와 비교하여 보호구간을 검출하는 것을 특징으로 하는 보호구간검출기.

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