Park, Sung-Ik;Eum, Ho-Min;Park, So-Ra;Kim, Geon;Lee, Yong-Tae;Kim, Heung-Mook;Oh, Wang-Rok
ETRI Journal
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제31권4호
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pp.357-364
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2009
In this paper, we propose a novel equalization on-channel repeater (OCR) with a feedback interference canceller (FIC) to relay terrestrial digital multimedia broadcasting signals in single frequency networks. The proposed OCR not only has high output power by cancelling the feedback signals caused by insufficient antenna isolation through the FIC, but also shows better output signal quality than the conventional OCR by removing multipath signals existing between the main transmitter and the OCR through an equalizer. In addition, computer simulations and laboratory test results demonstrate that the proposed OCR successfully cancels feedback signals and compensates channel distortions and provides a higher quality transmitting signal with higher output power than conventional OCRs.
Despite the successful launch of Advanced Television Systems Committee (ATSC) 3.0 broadcasting worldwide, broadcasters are facing obstacles in constructing void-less large-scale single-frequency networks (SFNs). The bottleneck is the absence of decent on-channel repeater (OCR) solutions necessary for SFNs. In the real world, OCRs suffer from the maleficent feedback interference (FI) problem, which overwhelms the desired input signal. Moreover, the undesired multipaths between studio-linked transmitters and the OCR deteriorate the forward signals' quality as well. These problems crucially restrict the feasibility of conventional OCR systems, arousing the strong need for cost-worthy advanced OCR solutions. This paper presents an ATSC 3.0-specific solution of advanced OCR that solves the FI problem and refines the input signal. To this end, the FI canceler and channel equalizer functionalities are carefully implemented into the OCR system. The presented OCR system is designed to be fully compliant with the ATSC 3.0 specifications and performs a fast and efficient signal processing by exploiting the specific frame structure. The real product of ATSC 3.0 OCR is fabricated as well, and its feasibility is verified via field and laboratory experiments. The implemented solution is installed at a commercial on-air site and shown to provide substantial coverage gain in practice.
본 논문에서는 단일 주파수 망(Single Frequency Network: SFN)을 통해 지상파 DMB 신호를 서비스하기 위해 필요한 동일채널 중계기(On-Channel Repeater, OCR)의 요구사항에 대하여 고찰하고, 그러한 요구사항을 만족하기 위한 등화형 OCR의 구조 및 구현방법을 제안한다. 등화형 OCR은 짧은 시스템 지연을 가질 뿐만 아니라 송/수신 안테나의 낮은 분리도로 인한 궤환신호와 송신기와 중계기 사이의 다중경로 신호를 동시에 제거하여 높은 송신출력과 우수한 출력신호 품질을 보장한다. 또한, 본 논문에서는 전산실험을 통해 등화형 OCR의 성능을 살펴보고 실험실 테스트를 통해 실제 구현된 등화형 OCR의 성능을 검증한다.
대부분의 디지털 방송 시스템에서는 한정된 지상파 주파수 자원 때문에 최소한의 주파수 자원을 사용하는 SFN 또는 OCR등의 기법을 제공하고 있다. 본 논문에서는 미국 ATSC방식의 OCR과 유럽의 DVB-T방식의 SFN에 대한 특성을 연구 분석하고 중계기 및 송신기의 위치에 따른 수신영역을 시뮬레이션 하기 위한 방안을 제시한다.
본 논문에서는 T-DMB (Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting) 시스템을 위한 E-OCR (Equalization On-Channel Repeater)에서의 채널추정 성능향상을 위한 잡음감소 기법을 제안한다. 일반적으로 E-OCR에서의 채널추정은 파일럿 신호 추출과 채널계수 추정에 의해 수행된다. 채널추정의 성능은 수신 SNR (Signal to Noise Ratio)과 연관되어 추정된 채널계수에 남아있는 잡음성분에 의해 결정되기 때문에, 잔존하는 잡음성분을 감소시키는 것은 매우 중요하다. 이러한 잡음성분을 감소시키기 위해, 주파수 영역에서의 M -point 가중이동평균(weighted moving average)을 기반으로 한 잡음제거 기법을 제안한다. 전산 실험에 의하면, 제안된 방법은 등화 후 SER (Symbol Error Rate) 측면에서 기존의 방법에 비해 2-3 dB의 성능 향상을 보인다.
동일채널 중계기(OCR:On channel repeater)는 동일한 주파수를 갖는 입출력 신호를 사용하기 때문에 주파수 재이용 효율이 높다. 반면에 입출력 신호의 주파수가 같기 때문에 발진 가능성도 높다. 중계기에서 신호의 궤환은 입출력 안테나 사이의 결합(Coupling)등에 의해서 발생되며, 중계기가 발진하는 것을 억제하기 위해서는 중계기의 이득 보다 입출력 안테나 사이의 격리도를 크게 유지해야 한다. 본 논문에서는 비재생 동일채널 중계기(Non-regeneration OCR)에서 궤환신호의 크기, 위상 및 시간지연이 비재생 동일채 널 중계 기의 특성에 미치는 영향을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과 중계기의 이득과 격리도가 같은 경우 발진 확률이 가장 크며, 궤환신호의 위상을 조절함으로써 협대 신호를 처리하는 비재생 중계기의 경우 발진가능성을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 시간지연이 증가함에 따라서 특정 주파수 대역에서 중계기의 이득의 변화와 발진 가능성이 증가하였다. 또한 논문에서는 궤환신호의 크기와 위상이 비재생 및 재생(Generation) 중계기에 미치는 영향을 시험하였는데, 시험 결과 8-VSB 신호가 잡음 신호보다 $17{\sim}18dB$ 이상 큰 경우 8-VSB 신호를 수신할 수 있었다. 비 재생 중계기의 경우 궤환신호의 위상이 중계기의 특성에 영향을 주었으며, 격리도가 중계기의 이득보다 $11.75{\sim}13.75dB$ 정도 큰 경우에는 궤환신호의 위상에 따라서 8-VSB 신호의 수신 가능 여부가 결정되었고, 이 경우 궤환신호의 위상이 $48^{\circ}$ 또는 $347^{\circ}$일때 8-VSB 신호를 수신하지 못하였다. 재생 중계기의 경우 궤환신호의 위상이 8-VSB신호의 S/N에 미치는 영향이 나타나지 않았으나, 궤환되는 신호의 크기는 중계기의 특성에 영향을 주었다. 재생 중계기의 경우에는 원하는 수신신호 보다 $12.6{\sim}13.6dB$정도 큰 궤환신호가 입력되는 경우 8-VSB 신호를 수신하지 못하였으며, 그 이유는 궤환신호에 의해서 중계기의 초단부가 포화되기 때문인 것으로 판단된다.
본 논문에서는 T-DMB 시스템의 단일 주파수 망 구성을 위해 궤환신호 제거기를 가지는 등화형 OCR (Equalization On-Channel Repeater, E-OCR)을 제안한다. 제안된 OCR은 송/수신 안테나의 충분치 못한 분리도로 인해 야기된 궤환신호를 궤환간섭 제거기를 통해 제거하여 송신출력을 높일 뿐만 아니라, 송신기와 중계기 사이의 다중경로 신호를 등화기를 통해 제거하여 우수한 출력신호 품질을 보장한다. 또한, 본 논문에서는 전산실험을 통해 제안된 OCR의 성능을 살펴보고 실험실 테스트를 통해 실제 구현된 OCR의 성능을 검증한다.
지상파 디지털 방송신호의 방송구역 확장이나 난시청지역 해소를 위해 사용되는 동일채널중계기(On-Channel Repeater : OCR)는 수신신호와 송신신호의 주파수를 완벽히 일치시켜야한다. 송수신신호의 주파수가 일치하지 않을 경우 주 송신신호와 중계신호가 동시에 수신되는 중첩지역에서 수신기의 수신성능이 현저히 저하되기 때문이다. 본 논문에서는 ATSC 지상파 디지털 방송신호를 중계하는 등화형 동일채널중계기(Equalization Digital On-Channel Repeater : EDOCR)에서 송수신신호의 주파수를 일치시키는 알고리즘에 대해 기술한다. 등화형 동일채널중계기는 주 송신신호를 수신하여 복조한 후 재 변조 하므로 송수신신호의 주파수를 일치시키기 위한 별도의 장치나 알고리즘이 반드시 사용되어야 한다. 제안하는 알고리즘은 주 송신신호의 동기복원 과정에서 획득한 주파수 오차 정보를 재 변조 과정에 사용함으로써 GPS와 같은 별도의 장치 없이 송수신신호의 주파수를 일치시킨다. 반송파 복원과정에서 획득한 반송파 오차와 심볼타이밍 복원과정에서 획득한 심볼타이밍 오차를 재 변조 신호에 추가하면 수신신호와 송신신호가 같은 주파수 오차를 갖게 되어 두 신호의 중심주파수가 일치된다.
분산중계 방식은 기존 중계기를 이용하는 MFN(Multiple Frequency Network)과 OCR(On Channel Repeater)을 이용한 SFN(Single Frequency Network)에 비해 기존의 송출시설을 최대한 활용할 수 있고, 짧은 시간에 구축이 가능하여 비용이 효율적이며, 주파수 이용 효율을 높일 수 있는 방식이다. 본 필드 테스트는 이러한 분산중계 방식의 성능을 검증하고자 서울 서북부 지역을 중심으로 3세대, 5세대 그리고 6세대 수신기를 이용하여 총 30개 지점에 대하여 수신 전계강도와 노이즈마진 및 수신가능각을 측정하였고, 수신화질의 주관적 평가를 수행하였다. 필드 테스트를 수행한 결과 모든 조건의 수신기에서 수신 성능의 향상을 보였다. 각 수신기별 특성을 볼 때 3세대 수신기에 비해 5세대 수신기 및 6세대 수상기는 수신율의 향상뿐만 아니라 수신가능각도 증가되어 분산중계망의 가능성을 알 수 있었다.
본 논문에서는 ATSC 지상파 DTV 시스템의 단일 주파수 망 구성을 위한 궤환간섭 제거기(Feedback Interference Canceller: FIC)를 가지는 등화형 디지털 동일채널 중계기(Equalization Digital On-Channel Repeater: EDOCR)를 제안한다. 제안된 FIC를 가지는 EDOCR은 송/수신 안테나의 충분치 못한 분리도로 인해 야기된 궤환신호를 FIC를 통해 제거함으로써 송신출력을 높일 뿐만 아니라, 등화기를 통하여 송신기와 중계기 간 다중경로 신호 및 잔존하는 궤환신호를 제거하여 기존의 동일채널 중계기 보다 우수한 출력신호 품질을 보장한다. 또한, 본 논문에서는 전산실험을 통해 FIC를 가지는 EDOCR의 성능의 우수성을 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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