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KR101154247B1 - 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치 및 방법 - Google Patents

호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치 및 방법 Download PDF

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KR101154247B1
KR101154247B1 KR1020110046588A KR20110046588A KR101154247B1 KR 101154247 B1 KR101154247 B1 KR 101154247B1 KR 1020110046588 A KR1020110046588 A KR 1020110046588A KR 20110046588 A KR20110046588 A KR 20110046588A KR 101154247 B1 KR101154247 B1 KR 101154247B1
Authority
KR
South Korea
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spurious signal
signal
frequency
spurious
receiver
Prior art date
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Active
Application number
KR1020110046588A
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English (en)
Inventor
김성주
정영재
Original Assignee
주식회사 텔레칩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 기술에 관한 것으로, 특히 수신된 주파수 영역 신호의 전력을 누적하여 평균 전력을 산출함으로써 수신기 자체에서 발생하는 스퓨리어스 신호에 대한 정보를 획득하고 호스트 프로세서에서 이를 이용한 필터 계수값을 생성하여 메모리 영역에 저장해둠으로써 방송 수신시에 노치필터의 필터 계수값을 재설정하여 스퓨리어스 신호를 제거할 수 있는 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 수신기 내부에 발생하는 스퓨리어스 신호를 검출하여 제거함으로써 수신 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 수신기 개발자가 상용화 단계에 있는 수신기에서 발생되는 스퓨리어스 신호를 쉽게 직관적으로 확인할 수 있고, 이를 제거하기 위해 수신기 개발자가 직접 노치필터를 제어할 수 있으므로 스퓨리어스 신호 발생에 적극적으로 대처할 수 있어 수신기 개발 기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치 및 방법{SPURIOUS SIGNAL REMOVING APPARATUS OF RECEIVER USING HOST PROCESSOR AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수신된 주파수 영역 신호의 전력을 누적하여 평균 전력을 산출함으로써 수신기 자체에서 발생하는 스퓨리어스 신호에 대한 정보를 획득하고 호스트 프로세서에서 이를 이용한 필터 계수값을 생성하여 메모리 영역에 저장해둠으로써 방송 수신시에 노치필터의 필터 계수값을 재설정하여 스퓨리어스 신호를 제거할 수 있는 기술에 관한 것이다.
디지털 방송 시스템에서 수신기는 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호를 필터링하고, RF 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 변환된 기저대역 신호를 ADC를 통해 디지털 샘플을 획득하고, 디지털 샘플을 처리함으로써 전송된 본래의 데이터를 복구해낸다.
이때, 수신기는 일반적으로 여러 가지 원하지 않는 신호를 생성하는데, 이러한 신호들을 스퓨리어스 신호(spurious signal)라고 부른다. 스퓨리어스 신호는 기준 발진기의 고조파 성분, ADC의 샘플링 클록의 고조파 성분, 수신기에서 복구된 데이터를 외부 모듈로 보내기 위해 사용되는 클록의 고조파 성분, 기타 RF 성분들이 뒤섞인 결과에 의해 발생하는 것이 일반적이다.
이러한 스퓨리어스 신호들이 수신하고자 하는 주파수 대역 내에 존재하면 수신기의 수신 성능을 저하시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 가능한한 스퓨리어스 신호를 제거하는 것이 수신 성능 향상이 도움이 된다.
이처럼 스퓨리어스 신호는 여러 경로를 통해서 발생할 수 있는데, 스퓨리어스 신호의 발생 형태에 따라서 크게 두 종류의 스퓨리어스 신호로 구분할 수 있다.
정적 스퓨리어스 신호(static spurious signal)는 주로 수신기 자체의 클록 성분들에 의해 발생되며 수신기 내에 항상 존재하는 스퓨리어스 신호를 의미한다.
반면, 동적 스퓨리어스 신호(dynamic spurious signal)는 수신기의 외부 환경에 의한 간섭 성분들이나 기준 발진기의 드리프트(drift) 현상으로 일시적으로 발생하는 스퓨리어스 신호를 일컫는다.
종래의 스퓨리어스 신호를 감지하고 제거하는 방법으로서 주로 스펙트럼 분석기나 FFT를 이용하여 스퓨리어스 신호를 감지하고 이를 노치필터를 통해 제거하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
이때, 스퓨리어스 신호를 제거하는 하나의 방법으로서 수신기 칩 내부에 스퓨리어스 신호에 대한 주파수 정보와 대역폭 정보를 미리 세팅해두는 방법이 있다.
그러나, 이 경우에는 스퓨리어스 신호에 대한 주파수 정보, 대역폭 정보, 노치필터의 제어값 등이 수신기 칩 내부에 고정된 형태로 존재하므로 수신기 개발자가 수정할 수 없는 문제점이 있다. 이는 앞서 언급한 것처럼 스퓨리어스 신호의 발생 경로가 매우 다양하고 PCB 설계 형태에 따라 수신기마다 스퓨리어스 신호의 정보가 달라지므로, 결국 상용화 단계에 있는 수신기에서 발생되는 추가적인 스퓨리어스 신호에 대해 개발자가 적극적으로 대처할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
그리고, 스퓨리어스 신호를 제거하는 다른 방법으로서 스퓨리어스 신호를 자동으로 검출하여 스퓨리어스 신호를 검출하는 방법이 있다. 이는 동적 스퓨리어스 신호를 검출하기 위한 기술에 해당된다.
동적 스퓨리어스 신호는 일시적으로 나타났다 사라지는 경우가 많아서 검출이 쉽지 않으며, 스퓨리어스 신호가 아닌 정상적인 신호를 스퓨리어스 신호로 잘못 인지하여 필터링하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.
특히, 이는 무선 이동 채널 환경에서 빈번하게 발생하며, 잘못된 스퓨리어스 신호 검출로 인해 수신 성능 저하의 원인이 되기도 한다. 동적 스퓨리어스 신호 검출에는 이와 같은 한계점이 존재한다.
이상 언급한 바와 같이 수신기에서 스퓨리어스 신호는 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 잡음 성분이며, 가능하면 스퓨리어스 신호의 발생 원인을 근원적으로 해결하여 주파수 대역 내로 인입되지 않게 하는 것이 가장 바람직하다.
하지만 디지털 방송 시스템에서 스퓨리어스 신호의 발생 원인은 매우 많으며 발생 경로 또한 찾기가 쉽지 않다. 더욱이 실용화 단계에 있는 수신기에서 스퓨리어스 신호의 문제를 해결하기란 더욱 어려운 문제이다.
이를 해결하기 위한 노력이 꾸준히 이어지고 있으나, 현재까지 상용화 단계에 있는 수신기의 구조를 살펴보았을 때 수신기 개발자들이 수신 성능 향상을 위해 스퓨리어스 신호를 해결하기 위한 문제에 적극적으로 개입하고 효율적으로 대처하기가 쉽지 않은 구조로 되어 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 수신기 개발자의 입장에서 스퓨리어스 신호의 존재 유무를 쉽고 직관적으로 판별할 수 있게 도와주고, 발견된 스퓨리어스 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 스퓨리어스 신호 제거 기술을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 수신기 내부에서 발생되는 정적 스퓨리어스 신호를 검출하고 제거할 수 있으며 개발자들이 직접 노치필터를 제어할 수 있는 스퓨리어스 신호 제거 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치는, 수신된 OFDM 신호에 대해 미리 설정된 필터 계수값을 이용하여 특정 주파수 대역의 신호를 제거하는 노치필터; 주파수 변환기를 통해 노치필터를 통과한 ODFM 신호가 주파수 영역 신호로 변환되면, 주파수 영역 신호의 전력을 누적시켜 평균 전력을 산출하고 주파수 영역 신호로부터 평균 전력을 기준으로 높은 전력을 나타내는 스퓨리어스 신호의 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 스퓨리어스 신호 분석기; 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값보다 커지면 주파수 위치와 대역폭을 이용하여 필터 계수값을 산출하여 메모리 영역에 룩-업 테이블로 저장하고, 룩-업 테이블의 필터 계수값을 이용하여 노치필터의 필터 계수값을 재설정하는 호스트 프로세서;를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치에서 스퓨리어스 신호 분석기는, 주파수 영역 신호의 각 서브 캐리어의 전력을 산출하는 전력 계산부; 서브 캐리어의 전력을 심볼 단위로 누적시키는 전력 누적부; 누적된 서브 캐리어의 전력을 복수 개의 심볼에 대하여 평균을 산출하여 각 서브 캐리어의 평균 전력과 모든 서브 캐리어의 평균 전력을 산출하는 평균 전력 산출부; 및 산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 설정하고, 주파수 영역 신호로부터 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 초과하는 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 스퓨리어스 신호 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치에서 호스트 프로세서는 아래 [수학식 6]의 형태를 갖는 필터 계수값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure 112011036788075-pat00001
여기서,
Figure 112011036788075-pat00002
는
Figure 112011036788075-pat00003
의 중심주파수이고,
Figure 112011036788075-pat00004
는 노치필터의 주파수 대역폭이고,
Figure 112011036788075-pat00005
는 이득 계수이다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치에서 스퓨리어스 신호 분석기는 UHF 대역(474㎒ ~858㎒)을 일정 주파수 단위로 복수 개의 중심주파수를 갖는 대역으로 분할하여 각 중심주파수마다 스퓨리어스 신호를 검출하고, 호스트 프로세서는 중심주파수별로 필터 계수값을 계산하여 메모리 영역에 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법은, (A) 노치필터를 통과한 ODFM 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; (B) 주파수 영역 신호의 전력을 누적시켜 평균 전력을 산출하고, 주파수 영역 신호로부터 평균 전력을 기준으로 높은 전력을 나타내는 스퓨리어스 신호의 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 단계; 및 (C) 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값보다 커지면 주파수 위치와 대역폭을 이용하여 필터 계수값을 산출하여 메모리 영역에 룩-업 테이블로 저장하는 단계;를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법은, (D) 메모리 영역에 룩-업 테이블로 저장된 필터 계수값을 이용하여 노치필터의 필터 계수값을 재설정하는 단계; 및 (E) 수신된 OFDM 신호에 대해 노치필터에 설정된 필터 계수값을 이용하여 특정 주파수 대역의 신호를 제거하는 단계;를 더 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법에서 (B) 단계는, 주파수 영역 신호의 각 서브 캐리어의 전력을 산출하는 단계; 서브 캐리어의 전력을 심볼 단위로 누적시키는 단계; 누적된 서브 캐리어의 전력을 복수 개의 심볼에 대하여 평균을 산출하여 각 서브 캐리어의 평균 전력과 모든 서브 캐리어의 평균 전력을 산출하는 단계; 산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 설정하는 단계; 및 주파수 영역 신호로부터 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 초과하는 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법에서 (C) 단계는 아래 [수학식 6]의 형태를 갖는 필터 계수값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure 112011036788075-pat00006
여기서,
Figure 112011036788075-pat00007
는
Figure 112011036788075-pat00008
의 중심주파수이고,
Figure 112011036788075-pat00009
는 노치필터의 주파수 대역폭이고,
Figure 112011036788075-pat00010
는 이득 계수이다.
또한, 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법에서 (B) 단계는 주파수 영역 신호에 대하여 UHF 대역(474㎒ ~858㎒)을 일정 주파수 단위로 복수 개의 중심주파수를 갖는 대역으로 분할하여 각 중심주파수마다 스퓨리어스 신호를 검출하는 단계를 포함하고, (C) 단계는 중심주파수별로 필터 계수값을 계산하여 메모리 영역에 저장하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 수신기 내부에 발생하는 스퓨리어스 신호를 검출하여 제거함으로써 수신 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 수신기 개발자가 상용화 단계에 있는 수신기에서 발생되는 스퓨리어스 신호를 쉽게 직관적으로 확인할 수 있고, 이를 제거하기 위해 수신기 개발자가 직접 노치필터를 제어할 수 있으므로 스퓨리어스 신호 발생에 적극적으로 대처할 수 있어 수신기 개발 기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 스퓨리어스 신호를 제거하기 위해 수신칩 외부에 추가적인 부품이 필요치 않는 장점이 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
[도 2]는 [도 1]에서 주파수 변환기(230)의 입출력 신호를 나타낸 블록도,
[도 3]은 [도 1]에서 스퓨리어스 신호 분석기(250)의 구성을 보다 상세히 나타낸 블록도,
[도 4]는 실용화 단계에서 스퓨리어스 신호 분석기(250)의 구성을 제거한 실시예를 나타낸 블록도,
[도 5]는 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법의 전체 동작과정을 나타낸 순서도,
[도 6]은 스퓨리어스 신호 검출과정을 보다 상세히 나타낸 동작 흐름도,
[도 7]은 스퓨리어스 신호 검출을 위한 기준 레벨과 검출 레벨의 관계를 나타낸 그래프,
[도 8]은 노치필터를 통해 스퓨리어스 신호가 제거된 모습을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 이용한 디지털 방송 시스템에서 스퓨리어스 신호(spurious signal)을 검출하고 제거하는 기술에 관한 것이다.
[도 1]은 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이며, 이하에서는 본 발명의 전체 구성에 대하여 설명한다.
먼저, RF 튜너(100)는 디지털 방송에 해당되는 기저대역의 OFDM 신호를 수신하여 베이스밴드 DSP(200)의 ADC(210)로 OFDM 신호를 전달한다.
ADC(210)는 기저대역 신호를 디지털화하는 ADC 샘플러에 해당된다.
노치필터(220)는 스퓨리어스 신호를 제거하기 위한 구성으로서, ADC(210)를 통해 샘플링된 OFDM 신호에 제공받아 미리 설정된 필터 계수값을 이용하여 특정 주파수 대역의 신호를 제거한다.
주파수 변환기(230)는 수신된 신호를 복조하기 위해 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 구성에 해당된다. 즉, 주파수 변환기(220)는 노치필터(220)를 통과한 OFDM 신호를 주파수 영역 신호로 변환한다. 주파수 변환기(230)는 FFT(fast fourier transform)나 DFT(discrete fourier transform)를 통해 구현이 가능하다.
복조기(240)는 주파수 영역 신호로부터 본래의 방송 신호를 복원해낸다.
스퓨리어스 신호 분석기(250)는 변환된 주파수 영역 신호에서 스퓨리어스 신호를 검출하고 분석하여 이를 호스트 프로세서(300)로 전송하기 위한 구성으로서, 주파수 변환기(230)로부터 주파수 영역 신호를 제공받아 이를 분석하여 스퓨리어스 신호에 대한 정보를 얻어낸다.
이때, 스퓨리어스 신호 분석기(250)에서는 주파수 영역 신호의 전력을 누적시켜서 평균 전력을 산출하고, 산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 검출 레벨을 설정한다. 그리고, 스퓨리어스 검출 레벨보다 높은 전력을 나타내는 주파수 위치와 대역폭을 주파수 영역 신호로부터 검출하여 이를 스퓨리어스 신호에 대한 정보로서 인식한다.
스퓨리어스 신호 분석기(250)는 [도 1]에서 베이스밴드 DSP(200)의 내부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 구현방식에 따라 호스트 프로세서(300) 내에 위치하도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 스퓨리어스 신호 분석기(250)에서 스퓨리어스 신호를 검출, 분석하는 방법 또한 하드웨어적으로 또는 소프트웨어적으로 모두 구현이 가능하다.
호스트 프로세서(300)는 스퓨리어스 신호 분석기(250)에서 분석된 정보를 바탕으로 노치필터(220)의 필터 계수값을 계산하기 위한 구성을 구비하고 있다. 그리고, 계산된 필터 계수값을 베이스밴드 DSP(200)로 전송할 수 있으며, 또한 필터 계수값을 저장할 메모리 저장 장치를 구비하고 있다. 또한, 호스트 프로세서(300)는 상용화 단계에서 메모리에 저장된 필터 계수값을 로드하여 노치필터(220)를 세팅하는 역할을 한다.
즉, 호스트 프로세서(300)는 스퓨리어스 신호 분석기(250)로부터 스퓨리어스 신호에 대한 정보를 제공받는다. 이때, 스퓨리어스 신호에 대한 정보에는 주파수 위치, 대역폭 등의 정보가 포함되어 있다. 그리고, 이상에서 제공받은 정보를 이용하여 호스트 프로세서(300)는 노치필터(220)에 적용하기 위한 필터 계수값을 산출하고, 이렇게 산출된 필터 계수값을 메모리(400) 영역에 바람직하게는 룩-업 테이블(look-up table) 형태로 저장한다.
이때, 호스트 프로세서(300)에서는 스퓨리어스 신호가 미리 설정된 임계값(mag_thr)보다 작은 경우에는 메모리(400)의 필터 계수값을 그대로 유지하지만, 스퓨리어스 신호가 미리 설정된 임계값보다 커지면 제공받은 스퓨리어스 신호의 주파수 위치, 대역폭 등의 정보를 이용하여 필터 계수값을 새로 생성하여 메모리(400)의 룩-업 테이블을 갱신한다.
이러한 과정을 거쳐 메모리(400)에 바람직하게는 룩-업 테이블로 저장된 필터 계수값은 이후 OFDM 신호를 수신할 때 노치필터(220)의 필터 계수값을 재설정하는 데에 사용된다.
[도 2]는 [도 1]에서 주파수 변환기(230)의 입출력 신호를 나타낸 블록도이다.
[도 2]와 이후 [도 3]을 통해 노치필터의 필터 계수값을 생성하여 저장하기 위한 구성과, 저장된 필터 계수값으로 노치필터의 필터 계수값을 설정하여 스퓨리어스 신호를 제거하기 위한 구성을 함께 설명한다.
먼저, 스퓨리어스 신호를 분석할 수신 주파수를 RF 튜너(100)를 통해 수신하고, RF 튜너(100)를 통해 수신되는 신호를 디지털화를 위해 ADC(210)를 통해 샘플링된다.
그리고, 샘플링된 신호는 노치필터(220)로 인가되는데, 초기에는 아무런 스퓨리어스 신호에 대한 정보가 없으므로 노치필터(220)의 최초 동작은 별도의 필터링 과정 없이 동작이 이루어진다.
노치필터(22)를 통과한 신호(x(n))는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 주파수 변환기(230)로 입력된다. 일반적으로, 주파수 변환기(230)는 FFT나 DFT를 통해 구현이 가능하며 아래의 [수학식 1]로 표현이 가능하다.
[수학식 1]
Figure 112011036788075-pat00011

여기에서, x(n)은 주파수 변환기(230)로 입력되는 시간 영역 샘플이고, n, j=0,1,2…,N-1 이고, N은 FFT 크기 또는 서브 캐리어(sub carrier) 수를 나타낸다.
그리고, 주파수 영역 신호(X(j))는 스퓨리어스 신호 분석기(250) 내부로 입력된다. 이후, 스퓨리어스 신호 분석기(250) 내부의 동작 과정은 아래 [도 3]을 참조하여 상세히 설명한다.
[도 3]은 [도 1]에서 스퓨리어스 신호 분석기(250)의 구성을 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
스퓨리어스 신호 분석기(250)는 개략적으로 전력 계산부(251), 전력 누적부(252), 평균 전력 산출부(253), 스퓨리어스 신호 검출부(254)를 구비한다.
전력 계산부(251)는 주파수 변환기(230)로부터 주파수 영역 신호(X(j))를 제공받아 서브 캐리어의 수(N) 만큼 각 서브 캐리어의 전력(P c )을 아래의 [수학식 2]를 이용하여 산출한다.
[수학식 2]
Figure 112011036788075-pat00012

전력 누적부(252)는 서브 캐리어의 전력(P c )을 심볼 단위로 누적시킨다. 즉, 아래의 [수학식 3]을 이용하여 이전에 누적된 전력에 새로운 전력을 누적시킨다.(P acc )
[수학식 3]
Figure 112011036788075-pat00013

여기서, i=0,1,2,…, K-1이며, K는 누적할 심볼의 개수를 의미한다.
이처럼 누적된 심볼의 개수가 미리 정해진 K에 도달하면 평균 전력 산출부(253)에서는 위 누적된 서브 캐리어의 전력을 복수 개의 심볼에 대하여 평균을 산출하여 각 서브 캐리어의 평균 전력을 산출하고, 또한 모든 서브 캐리어의 평균 전력을 산출한다. 즉, 아래의 [수학식 4]와 [수학식 5]를 이용하여 각 서브 캐리어에 대한 평균 전력(P sub _ mean )과 모든 서브 캐리어에 대한 평균 전력(P total _ mean )을 산출한다.
[수학식 4]
Figure 112011036788075-pat00014

[수학식 5]
Figure 112011036788075-pat00015

산출된 평균 전력(P total _ mean )은 스퓨리어스 신호를 검출하기 위한 기준 레벨로 사용된다. 이처럼 전력을 누적하는 이유는 정적 스퓨리어스 신호(static spurious signal)에 대한 인식률을 높이고 동적 스퓨리어스 신호(dynamic spurious signal)에 대해 반응하는 것을 막아주는 효과를 가져오기 위해서이다.
스퓨리어스 신호 검출부(254)에서는 앞서 산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 설정하고, 주파수 영역 신호로부터 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 초과하는 주파수 위치와 대역폭을 검출한다. [도 7]에는 스퓨리어스 신호 검출을 위한 기준 레벨(평균 전력)과 스퓨리어스 신호 검출 레벨의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
이상의 구성과 동작을 통해 정적 스퓨리어스 신호에 대한 정보가 얻어진다. 이후, 스퓨리어스 신호의 주파수 위치와 대역폭, 그리고 평균 전력에 대한 정보를 호스트 프로세서(300)로 전송한다. 사용자는 호스트 프로세서(300)를 통해 스퓨리어스 신호 검출에 대한 정보를 직접 확인할 수도 있다.
앞서 [도 2]에서 호스트 프로세서(300)는 스퓨리어스 신호 분석기(250)로부터 스퓨리어스 신호의 주파수 위치, 대역폭, 평균 전력 등에 대한 정보를 전송받는다. 그리고, 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값(mag_thr)보다 작아지면 스퓨리어스 검출 과정을 종료한다.
반면에, 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값(mag_thr)보다 커지면 스퓨리어스 신호의 주파수 위치, 대역폭 정보를 이용하여 노치필터(220)에서 사용될 필터 계수값을 생성한다. 생성된 필터 계수값은 베이스밴드 DSP(200)로 전송되어 노치필터(220)의 새로운 필터 계수값으로 사용된다.
그리고, 새롭게 설정된 노치필터(220)를 이용하여 지금까지 설명한 과정이 반복 수행되어 스퓨리어스 신호의 크기가 임계값(mag_thr)보다 작아질 때 과정을 종료한다. 이와 같은 과정을 통해 최종 생성된 필터 계수값은 해당 수신 주파수 대역 내에 존재하는 스퓨리어스 신호를 제거하기 위해 호스트 프로세서(300)의 메모리(400) 영역에 룩-업 테이블 형태로 저장된다.
이때, 필터 계수값은 아래 [수학식 6]을 통해 구할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112011036788075-pat00016
여기서,
Figure 112011036788075-pat00017
는
Figure 112011036788075-pat00018
의 중심주파수이고,
Figure 112011036788075-pat00019
는 노치필터의 주파수 대역폭이고,
Figure 112011036788075-pat00020
는 이득 계수이다.
필터 계수를 생성하기 위한 2가지 입력 변수는 스퓨리어스 신호의 위치(또는 주파수)와 대역폭이다. 위의 [수학식 6]을 통해서도 알 수 있듯이 노치필터의 이득은 노치필터(220)의 대역폭에 의해 결정된다. 즉, 더 깊은 노칭을 수행하기 위해서는 더 넓은 노치 대역폭이 필요하다는 의미이다. 그러나, 노치필터(220)는 기본적으로 정상적인 신호성분들까지 억압을 시키기 때문에 노치 대역폭을 무리하게 넓혀서는 안된다. 따라서, 수신기의 수신 성능이 최적이 되는 지점에서 노치 대역폭을 결정할 필요가 있다.
필터 계수값은 다양한 방식으로 저장될 수 있으며, 다음과 같은 실시예로 구현이 가능하다.
디지털 방송 시스템 중에서 DVB(Digital Video Broadcasting) 시스템은 UHF 대역(474㎒ ~858㎒)을 복수 개의 중심주파수를 갖는 대역으로 분할하여(예컨대, 8㎒씩 49개 중심주파수를 갖는 대역으로 분할) 사용된다. 이때, 스퓨리어스 신호 분석은 49개 모든 중심주파수에 대해서 수행을 하고, 호스트 프로세서(300)는 각 중심주파수별로 노치필터에 대한 필터 계수값을 계산하여 메모리(400) 영역에 그 결과를 저장하는 방식으로 구현이 가능하다.
[도 4]는 실용화 단계에서 스퓨리어스 신호 분석기(250)의 구성을 제거한 실시예를 나타낸 블록도이다.
호스트 프로세서(300)에서 이상 기술한 처리과정을 통해 생성된 노치필터의 필터 계수값이 메모리(400) 영역에 룩-업 테이블 형태로 저장되면 스퓨리어스 신호를 제거할 수 있는 구조가 완성된 것이며, 상용화된 수신기에 적용 가능한 상태라고 할 수 있다. 따라서, 스퓨리어스 신호에 대한 분석이 일단 완료되어 그 결과가 필터 계수값의 형태로 메모리 영역에 저장되어 있으므로, 실용화 단계에서는 바람직하게는 더 이상 [도 1]의 스퓨리어스 신호 분석기(250)와 같은 구성이 구비되지 않아도 무방하다.
즉, [도 4]에 나타난 바와 같이 스퓨리어스 신호 분석기는 제거하고 호스트 프로세서(300)와 메모리(400)는 여전히 구비한 상태에서, 수신기에서 수신을 원하는 채널의 중심주파수가 설정되면 호스트 프로세서(300)는 메모리(400) 영역에 저장되어 있는 해당 주파수의 필터 계수값을 로드하여 노치필터(220)를 설정해 주면 된다.
그러면, 필터 계수값이 설정된 노치필터(220)는 수신기 자체에서 발생되는 정적 스퓨리어스 신호를 제거할 수 있다. [도 8]에는 노치필터를 통해 스퓨리어스 신호가 제거된 모습을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
[도 5]는 본 발명에 따른 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법의 전체 동작과정을 나타낸 순서도이다.
전체 동작과정은 크게 2 단계의 과정으로 구분할 수 있다.
첫 번째 동작과정은 수신기에서 발생하는 스퓨리어스 신호를 분석하고 이를 제거하기 위한 노치필터의 필터 계수값을 생성하여 저장하는 단계이다(S100 ~ S160). 그리고, 두 번째 동작과정은 위에서 저장된 필터 계수값을 로드하여 노치필터를 설정한 후 노치필터를 통해 스퓨리어스 신호를 제거하는 단계이다(S170 ~ S180).
먼저, 수신기의 RF 튜너를 통해 디지털 방송에 해당되는 OFDM 신호를 수신하고(S100), OFDM 신호를 ADC 샘플링하여 기저대역 신호를 디지털화한다(S110).
그리고, 노치필터를 통해 앞서 디지털 샘플링된 OFDM 신호를 필터링한다(S120). 이때, 아직 스퓨리어스 신호에 대한 정보가 생성되지 않은 초기에는 필터링없이 동작이 이루어진다.
그 다음으로, 노치필터를 통과한 ODFM 신호(시간 영역 신호)를 주파수 영역 신호로 변환한다(S130).
그 다음 과정으로서, 스퓨리어스 신호 분석이 이루어진다. 이를 위해서, 주파수 영역 신호의 전력을 누적시켜 평균 전력을 산출하고(S140), 산출된 평균 전력을 기준으로 주파수 영역 신호로부터 높은 전력을 나타내는 스퓨리어스 신호(spurious signal)의 주파수 위치와 대역폭을 검출한다(S150).
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 주파수 영역 신호의 각 서브 캐리어의 전력을 산출하고, 서브 캐리어의 전력을 심볼 단위로 누적시킨다. 그리고, 위 누적된 서브 캐리어의 전력을 복수 개의 심볼에 대하여 평균을 산출하여 각 서브 캐리어의 평균 전력과 모든 서브 캐리어의 평균 전력을 산출한다. 그리고, 위 산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 설정한다. 그리고, 주파수 영역 신호로부터 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 초과하는 주파수 위치와 대역폭을 검출함으로써 수신기에 대한 스퓨리어스 신호 분석이 이루어진다. 이상의 스퓨리어스 신호 분석 과정은 앞서 [도 2]와 [도 3]에서 스퓨리어스 신호 분석기(250)의 동작 과정을 참조하여 상세히 설명한 바 있다.
그 다음에는, 스퓨리어스 신호 분석 결과에 대응되는 필터 계수값을 산출한다(S160). 즉, 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값보다 커지면 앞서 검출된 주파수 위치와 대역폭을 이용하여 필터 계수값을 산출하여 메모리 영역에 룩-업 테이블(look-up table)로 저장한다(S160). 필터 계수값을 산출하는 과정 또한 앞서 [도 2]의 호스트 프로세서(300)의 동작 과정 설명을 통해 상세히 설명한 바 있다.
여기까지의 과정을 통해 필터 계수값이 저장되는 첫 번째 동작이 마무리된다. 이후, 실용화 단계에서는 필터 계수값을 로드하여 스퓨리어스 신호를 제거하는 두 번째 동작이 진행된다.
즉, 메모리 영역에 바람직하게 룩-업 테이블로 저장된 필터 계수값을 이용하여 노치필터의 필터 계수값을 재설정한다(S170). 그리고, 수신된 OFDM 신호에 대하여 노치필터에 설정된 필터 계수값을 이용하여 특정 주파수 대역의 신호를 제거한다(S180). 이상의 스퓨리어스 신호를 제거하는 두 번째 과정은 바람직하게는 별도로 스퓨리어스 신호를 분석하는 과정없이 미리 계산된 필터 계수값만을 이용하여 이루어질 수 있으며, 앞서 [도 4]를 참조하여 스퓨리어스 신호 제거 과정을 상세히 설명한 바 있다.
[도 6]은 스퓨리어스 신호 검출과정을 보다 상세하게 나타낸 동작 흐름도이다.
스퓨리어스 신호(Spur)를 분석할 수신 주파수를 RF 튜너를 통해 설정하고, 노치필터의 계수가 설정되며(초기에는 필터링 없이 동작), 스퓨리어스 신호의 분석이 이루어져 스퓨리어스 신호의 크기, 대역폭 등이 검출된다.
그리고, 검출 및 분석 결과가 호스트 프로세서로 전송된다.
[도 6]에서 점선으로 도시된 영역의 동작은 호스트 프로세서에서 처리되는 과정으로서, 이를 통해 노치필터를 재설정하기 위한 필터 계수값이 산출되어 메모리 영역에 저장된다. 즉, 스퓨리어스 신호의 크기와 대역폭을 확인하고, 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값(mag_thr)보다 작은 경우에는 동작을 종료한다.
그러나, 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값(mag_thr)보다 큰 경우에는 새로운 스퓨리어스 신호에 대한 정보가 발생한 경우이므로 노치필터의 필터 계수값을 갱신할 필요가 있다.
따라서, 이 경우에는 노치필터에 적용한 필터 계수값을 계산하여 메모리 영역에 필터 계수값을 저장한다. 또한, 실용화 단계에서는 메모리 영역에 저장된 필터 계수값을 로드하여 베이스밴드 DSP의 노치필터의 필터 계수값을 재설정함으로써 스퓨리어스 신호를 제거할 수 있다.
이상의 스퓨리어스 신호 분석과 스퓨리어스 신호 제거 과정은 [도 1] 내지 [도 4]를 참조하여 앞서 상세히 설명한 바 있다.
[도 7]은 스퓨리어스 신호 검출을 위한 기준 레벨과 검출 레벨의 관계를 나타낸 그래프이다.
스퓨리어스 신호를 검출하는 데에는 OFDM 신호의 주파수 영역 신호의 평균 전력을 기준으로 사용한다. 이때, 평균 전력을 스퓨리어스 신호 검출 레벨과 똑같이 설정하면 스퓨리어스 신호가 아닌 일반적인 신호도 스퓨리어스 신호로 취급될 우려가 있으므로, [도 7]의 실시예에서는 평균 전력을 기준으로 다소 여유를 주어 보다 상위 지점의 레벨을 스퓨리어스 신호 검출 레벨로 설정하여 스퓨리어스 신호를 검출하였음을 확인할 수 있다.
[도 8]은 노치필터를 통해 스퓨리어스 신호가 제거된 모습을 나타낸 그래프이다.
앞서 [도 7]에서 검출된 스퓨리어스 신호의 주파수 위치를 적용하여 노치필터의 필터 계수값이 설정되었으므로, 이후 방송신호를 수신하여 스퓨리어스 신호를 제거하는 과정에서도 같은 주파수 대역의 신호가 스퓨리어스 신호로 인식되어 제거되었음을 확인할 수 있다. 이때, 노치필터의 대역폭은 정상적인 신호성분에 영향을 미치지 않도록 적절하여 결정할 필요가 있으며, 이는 앞서 [수학식 6]을 참조하여 설명한 바 있다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 수신된 OFDM 신호에 대해 미리 설정된 필터 계수값을 이용하여 특정 주파수 대역의 신호를 제거하는 노치필터;
    주파수 변환기를 통해 상기 노치필터를 통과한 ODFM 신호가 주파수 영역 신호로 변환되면, 상기 주파수 영역 신호의 전력을 누적시켜 평균 전력을 산출하고 상기 주파수 영역 신호로부터 상기 평균 전력을 기준으로 높은 전력을 나타내는 스퓨리어스 신호(spurious signal)의 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 스퓨리어스 신호 분석기;
    상기 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값보다 커지면 상기 주파수 위치와 상기 대역폭을 이용하여 필터 계수값을 산출하여 메모리 영역에 룩-업 테이블(look-up table)로 저장하고, 상기 룩-업 테이블의 필터 계수값을 이용하여 상기 노치필터의 필터 계수값을 재설정하는 호스트 프로세서;
    를 포함하여 구성되는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스퓨리어스 신호 분석기는,
    상기 주파수 영역 신호의 각 서브 캐리어의 전력을 산출하는 전력 계산부;
    상기 서브 캐리어의 전력을 심볼 단위로 누적시키는 전력 누적부;
    상기 누적된 서브 캐리어의 전력을 복수 개의 심볼에 대하여 평균을 산출하여 각 서브 캐리어의 평균 전력과 모든 서브 캐리어의 평균 전력을 산출하는 평균 전력 산출부;
    산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 설정하고, 상기 주파수 영역 신호로부터 상기 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 초과하는 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 스퓨리어스 신호 검출부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 호스트 프로세서는 아래 [수학식 6]의 형태를 갖는 필터 계수값을 생성하는 것을 특징으로 하는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치.
    [수학식 6]
    Figure 112011036788075-pat00021

    여기서,
    Figure 112011036788075-pat00022
    는
    Figure 112011036788075-pat00023
    의 중심주파수이고,
    Figure 112011036788075-pat00024
    는 노치필터의 주파수 대역폭이고,
    Figure 112011036788075-pat00025
    는 이득 계수이다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스퓨리어스 신호 분석기는 UHF 대역(474㎒ ~858㎒)을 일정 주파수 단위로 복수 개의 중심주파수를 갖는 대역으로 분할하여 각 중심주파수마다 스퓨리어스 신호를 검출하고,
    상기 호스트 프로세서는 상기 중심주파수별로 필터 계수값을 계산하여 메모리 영역에 저장하는 것을 특징으로 하는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 장치.
  5. (A) 노치필터를 통과한 ODFM 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;
    (B) 상기 주파수 영역 신호의 전력을 누적시켜 평균 전력을 산출하고, 상기 주파수 영역 신호로부터 상기 평균 전력을 기준으로 높은 전력을 나타내는 스퓨리어스 신호(spurious signal)의 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 단계;
    (C) 상기 스퓨리어스 신호의 크기가 미리 설정된 임계값보다 커지면 상기 주파수 위치와 상기 대역폭을 이용하여 필터 계수값을 산출하여 메모리 영역에 룩-업 테이블(look-up table)로 저장하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    (D) 상기 메모리 영역에 룩-업 테이블로 저장된 필터 계수값을 이용하여 상기 노치필터의 필터 계수값을 재설정하는 단계;
    (E) 수신된 OFDM 신호에 대해 노치필터에 설정된 필터 계수값을 이용하여 특정 주파수 대역의 신호를 제거하는 단계;
    를 더 포함하여 구성되는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 (B) 단계는,
    상기 주파수 영역 신호의 각 서브 캐리어의 전력을 산출하는 단계;
    상기 서브 캐리어의 전력을 심볼 단위로 누적시키는 단계;
    상기 누적된 서브 캐리어의 전력을 복수 개의 심볼에 대하여 평균을 산출하여 각 서브 캐리어의 평균 전력과 모든 서브 캐리어의 평균 전력을 산출하는 단계;
    산출된 평균 전력을 기준으로 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 설정하는 단계;
    상기 주파수 영역 신호로부터 상기 스퓨리어스 신호 검출 레벨을 초과하는 주파수 위치와 대역폭을 검출하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (C) 단계는 아래 [수학식 6]의 형태를 갖는 필터 계수값을 생성하는 것을 특징으로 하는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법.
    [수학식 6]
    Figure 112011036788075-pat00026

    여기서,
    Figure 112011036788075-pat00027
    는
    Figure 112011036788075-pat00028
    의 중심주파수이고,
    Figure 112011036788075-pat00029
    는 노치필터의 주파수 대역폭이고,
    Figure 112011036788075-pat00030
    는 이득 계수이다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (B) 단계는 상기 주파수 영역 신호에 대하여 UHF 대역(474㎒ ~858㎒)을 일정 주파수 단위로 복수 개의 중심주파수를 갖는 대역으로 분할하여 각 중심주파수마다 스퓨리어스 신호를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 (C) 단계는 상기 중심주파수별로 필터 계수값을 계산하여 메모리 영역에 저장하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 호스트 프로세서를 이용한 수신기의 스퓨리어스 신호 제거 방법.
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