KR0162340B1 - 디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기 - Google Patents

디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기 Download PDF

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KR0162340B1 KR1019950010318A KR19950010318A KR0162340B1 KR 0162340 B1 KR0162340 B1 KR 0162340B1 KR 1019950010318 A KR1019950010318 A KR 1019950010318A KR 19950010318 A KR19950010318 A KR 19950010318A KR 0162340 B1 KR0162340 B1 KR 0162340B1
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Abstract

본 발명은 디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기에 관한 것으로, 종래에는 앞먹임-결정-되먹임 등화기(FF-DFE)의 정상 동작 조건이 결정-되먹임 등화기에 파이프-라이닝(pipe-lining) 지연이 없어야 하지만, 실제로 등화기를 시스템에 적용하는 경우 필연적으로 파이프-라이닝 지연이 발생하게 지연 시간이내의 표본에 대해서 고스트를 제거할 수 없는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 파이프-라이닝 지연이 없는 되먹임 필터와 파이프-라이닝 지연이 있는 되먹임 필터를 출력단에 병렬 접속함에 의해 파이프-라이닝 지연 이내의 후행 간섭 잡음을 제거할 수 있도록 창안한 것으로, 본 발명은 보조 되먹임 필터에 의해서 종래 파이프 라인 지연에 의해 제거되지 않았던 주신호에 대해 표본 지연된 후행 간섭 잡음을 제거할 수 있으므로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있고 또한, 보조 되먹임 필터가 10차 내의 작은 크기로 구현되므로 VLSI 구현시 쉽게 적용할 수 있다.

Description

디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기

제1도는 종래의 앞먹임-결정-되먹임 등화기를 보인 블럭도.

제2도는 제1도에서 파이프-라인 지연이 발생한 경우의 등가 모델.

제3도는 본 발명의 실시예를 보인 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101,201 : 앞먹임 필터 102,202 : 감산기

103,203 : 부호 결정부 104,204,205 : 되먹임 필터

206 : 덧셈기

본 발명은 결정-되먹임 등화기(Decision-Feedback Equalizer)에 관한 것으로 특히, 디지탈 통신 시스템에 적용되는 등화기에서 필연적으로 발생하는 파이프-라이닝(pipe-lining) 지연을 해소하기 위한 디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기에 관한 것이다.

일반적으로 디지탈 통신 스스템은 수신단에서 원하는 심볼(symbol ; 디지탈 신호) 이외의 다른 심볼에 대해서는 그 응답 펄스가 0이 되어야 하나, 실제로는 전송 채널의 불완전성 때문에 간섭 잡음이 발생하게 되고 이 잡음 성분에 의해 신호의 왜곡을 초래하게 된다.

이러한 신호의 왜곡을 보상하는 장치로는 등화기(Equalizer)가 사용되는데, 실제로 등화기는 고선면 티브이, 모뎀 및 무선 단말기등과 같은 디지탈 통신 시스템에서 중요한 장치로서 왜곡을 가진 신호를 통과시키면 간섭 잡음에 해당하는 원하지 않는 심볼들을 제거하는 기능을 수행한다.

특히, 티브이의 경우 전송 채널의 불완전성으로 인해 발생하는 간섭 잡음은 티브이 영상 신호의 고스트(ghost)가 되는데 이러한 고스트를 제거하는 수단으로 사용되고 있다.

일반적으로 가장 기본적인 등화기는 제로-포커싱(Zero-Forcing ; ZF) 선형등화기로서 채널의 실제 응답 신호를 이상적인 응답 신호가 되도록 하기 위해 왜곡이 발생된 신호의 주파수 특성의 역에 해당하는 계수를 가진 필터 즉, 선형시불변 채널의 역 필터로 구성하게 된다.

그런데, 전송 채널은 보통 전-영(all-zero) 필터 즉, 유한 충격 응답(FIR)필터이므로 역 필터는 기본적으로 전-극(alll-pole) 무한 충격 응답(IIR) 필터일 것이다.

그러나, 극(pole)들이 모두 단위원내에 존재한다는 보장이 없기 때문에 무한 충격 응답(IIR) 필터의 안정성이 보장되지 않음에 의해 단위원 외부의 극(pole)들에 대해서는 수많은 0으로 근사화하여 역 필터를 구현해야 하므로 결국, 극-영(pole-zero) 무한 충격 응답(IIR) 필터가 된다.

따라서, 전송 채널을 통과하면서 왜곡이 발생된 신호를 이상적인 신호가 되도록 필터링하는 필터의 구조는 앞먹임(Feed-Forward) 필터 부분과 되먹임(Feed-Back) 필터 부분이 연속된 형태로 접속하여 출력단에 부호 결정 장치(decision device 또는 slicer)를 접속하여 이루어진다.

상기에서 앞먹임 필터의 계수는 단위원 외부의 0 즉, 최대 위상 성분으로 결정하고 되먹임 필터는 단위원 내부의 0 즉, 최소 위상 성분으로 결정하게 된다.

상기 부호 결정 장치는 신호에 간섭된 잡음 성분을 제거함과 아울러 증폭을 방지하는 동작을 수행하게 된다.

그리고, 잡음 증폭 효과를 줄이기 위하여 최소 평균 제곱 오차(LMS) 알고리즘을 적용하게 된다.

이러한 형태의 등화기를 앞먹임-결정-되먹임 등화기(FF-DFE)라고 한다.

종래의 앞먹임-결정-되먹임 등화기는 제1도에 도시된 바와 같이, 채널로 전송된 주신호에 대한 선행 간섭 잡음을 제거하는 앞먹임 필터(101)와, 이 앞먹임 필터(101)의 출력 신호에서 후행 간섭 잡음을 제거한 신호를 감산하는 감산기(102)와, 이 감산기(102)의 출력 신호를 일정하게 정해진 심볼에 가장 가까운 신호로 근사시키는 부호 결정부(103)와, 이 부호 결정부(103)의 출력 신호를 입력으로 후행 선입 잡음을 생성하여 상기 감산기(102)에 출력하는 되먹임 필터(104)로 구성된다.

상기 부호 결정부(103)는 감산기(102)의 출력 신호에 간섭된 잡음 성분을 제거함과 아울러 증폭을 방지하는 동작을 수행하는데, 디지탈 통신에서는 일정하게 정해진 형태의 부호를 전송하므로 최종 출력 신호를 정해진 부호로 근사시키게 된다.

상기 앞먹임 필터(101)는 앞먹임 등화기(FFE)이며 상기 되먹임 필터(104)는 결정-되먹임 등화기(DFE)이다.

이와같은 종래 등화기의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일정하게 정해진 형태의 부호로 이루어진 디지탈 신호가 전송 채널을 통해 수신되면 단위원 외부의 0 즉 최대 위상 성분에 의해 계수가 결정된 앞먹임 필터(101)는 선행 간섭 잡음을 제거하여 감산기(102)에 입력시키게 된다.

이때, 감산기(102)는 앞먹임 필터(101)의 출력 신호에서 되먹임 필터(104)의 출력신호 즉, 부호 결정부(103)의 출력 신호에서 후행 간섭 잡음을 제거한 신호를 감산하여 전송 채널에서 발생된 간섭 잡음(고스트)을 제거하게 된다.

이에 따라, 부호 결정부(103)는 감산기(102)의 출력을 일정하게 정해진 형태의 부호에 가장 가까운 신호로 근사시켜 최종적으로 원래의 전송 신호에 유사한 신호를 출력하게 된다.

이때, 단위원 내부의 0 즉, 최소 위상 성분에 의해 계수가 결정된 되먹임 필터(104)는 부호 결정부(103)의 출력 신호를 검출하여 후행 간섭 신호를 생성한 후 감산기(102)에 출력하게 된다.

따라서, 전송 채널을 통해 연속적으로 수신된 디지탈 신호를 앞먹임 필터(101)에서 선행 간섭 잡음을 제거하고 되먹임 필터(104)와 감산기(102)를 통해 후행 간선 잡음을 제거하는 동작을 반복적으로 수행하므로써 고스트가 제거된 최종 신호를 부호 결정부(103)에서 출력하게 된다.

그러나, 종래에는 앞먹임-결정-되먹임 등화기(FF-DFE)의 정상 동작 조건이 결정-되먹임 등화기에 파이프-라이닝(pipe-lining) 지연이 없어야 하지만, 실제로 등화기를 시스템에 적용하는 경우 필연적으로 파이프-라이닝 지연이 발생하게 된다.

실례로, 미국 고선명 티브이의 고스트 제거기 표준 규격의 경우 되먹임 필터는 192차로 앞먹임 필터까지 합하면 256차인 유한 충격 응답(FIR) 필터가 사용되는데, 이러한 큰 필터를 VLSI 칩으로 구현하는 경우 파이프-라이닝 지연은 피할 수 없게 되므로 결국, 이 지연 시간이내의 표본에 대해서는 고스트를 제거할 수 없다.

예를 들어, 미국 Zoran사의 288차 유한 충격 응답(FIR) 필터의 경우 8표본만큼 지연이 발생하는데, 파이프-라이닝(pipe-lining) 지연이 발생하는 경우 8표본까지는 고스트를 제거하지 못하게 되는 것이다.

제1도의 등화기에 파이프-라이닝(pipe-lining) 지연이 발생하는 경우 등가모델은 제2도와 같다.

즉, 되먹임 필터(104에 파이프-라이닝 지연이 발생하게 되면 지연기(105)가 부가된 것과 같이 동작하므로 부호 결정부(103)의 출력 신호들은 'L' 표본만큼 지연된 이후에 감산기(102)에 출력되어진다.

이때, 'L' 표본 이내의 후행 간섭 잡음(고스트)은 앞먹임 필터(101)만이 제거할 수밖에 없으나, 그 앞먹임 필터(101)는 선행 간섭 잡음만 제거하도록 동작하므로 후행 간섭 잡음을 제거하지 못하게된다.

따라서, 파이프-라이닝 지연이 발생하면 되먹임 필터(104)의 성능이 크게 저하되어진다.

이러한 성능 저하를 보상하기 위해 앞먹임 필터 부분에서 후행 간섭 잡음을 어느 정도 제거하도록 하는 방법이 연구되었으나, 이 경우 앞먹임 필터에 의한 잡음 증폭의 부작용이 발생하고 아울러 간섭 잡음의 크기가 주신호의 크기와 같은 경우 앞먹임 필터로는 이를 제거하는 형태의 필터를 구현할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 간섭 잡음의 크기가 1이 아니더라도 전송 채널의 0이 단위원상에 존재하는 경우 유한 충격 응답 필터 형태의 역 필터로 앞먹임 필터를 구현할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 파이프-라이닝 지연이 없는 되먹임 필터와 파이프-라이닝 지연이 있는 되먹임 필터를 출력단에 병렬 접속함에 의해 파이프-라이닝 지연에 상관없이 후행 간섭 잡음을 제거하므로써 필터의 성능 저하를 방지하도록 창안한 디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 채널로 전송된 주신호에 대한 선행 간섭 잡음을 제거하는 앞펄임 필터와, 이 앞먹음 필터의 출력에서 후행 간섭 신호를 감산하여 고스트를 제거하는 감산기와, 이 감산기의 출력 신호를 일정하게 정해진 부호중 가장 가까운 심볼로 근사시키는 부호 결정 수단과, 이 부호 결정 수단으로부터 출력된 신호에 대한 후행 간섭 신호를 생성하는 제1되먹임 필터와, 상기 부호 결정 수단으로부터의 출력 신호를 입력으로 상기 제1되먹임 필터의 파이프-라이닝 지연 횟수 이내의 후행 간섭 신호를 생성하는 제2되먹임 필터와, 상기 제1,제2 되먹임 필터의 후행 간섭 신호를 합산하여 후행 간섭 신호를 완전 복구하고 이를 상기 감산기로 궤환 입력시키는 덧셈기로 구성한다.

상기 제2되먹임 필터는 제1되먹임 필터의 파이프 라인 지연 횟수와 동일한 치수를 가지게 구성한다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 채널로 전송된 주신호에 대한 선행 간섭 잡음을 제거하는 앞펄임 필터(201)와, 이 앞먹음 필터(201)의 출력에서 후행 간섭 신호를 감산하여 고스트를 제거하는 감산기(202)와, 이 감산기(202)의 출력을 일정하게 정해진 부호에 가장 가까운 심볼로 근사시키는 부호 결정부(203)와, 이 부호 결정부(203)의 출력 신호에 대한 후행 간섭 신호를 생성하는 제1되먹임 필터(204)와, 이 제1되먹임 필터(204)의 파이프-라이닝 지연 횟수 만큼 상기 부호 결정부(203)의 출력 신호를 지연하여 파이프-라이닝 지연 이내의 후행 간섭 신호를 생성하는 제2되먹임 필터(205)와, 상기 제1,제2 되먹임 필터(204)(205)의 출력 신호를 합산하여 상기 감산기(202)에 출력하는 덧셈기(206)로 구성한다.

상기 제2되먹임 필터(205)는 제1되먹임 필터(204)의 파이프-라이닝 지연 횟수만큼의 차수를 가지게 구성한다.

상기 제1,제2되먹임 필터(204)(205)는 결정-되먹임 등화기(DFE)이다.

이와같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 앞먹임 필터(201)가 전송 채널에서 수신된 주신호에 대해 선행 간섭잡음을 제거하면 감산기(202)는 상기 앞먹임 필터(201)로부터의 출력 신호에서 덧셈기(206)로부터의 후행 간섭 신호를 감산하여 전송 채널에서 발생한 고스트(ghost)를 제거하게 된다.

이때, 부호 결정부(203)가 감산기(202)의 출력을 일정하게 정해진 부호에 가장 가까운 심볼로 근사시키면 제1되먹임 필터(204)는 상기 부호 결정부(203)의 출력 신호에서 후행 간섭 신호를 생성하여 덧셈기(206)에 출력하게 된다.

그리고, 제2되먹임 필터(205)는 제1되먹임 필터(204)에서의 파이프-라이닝 지연 횟수만큼 부호 결정부(203)의 출력 신호를 지연하여 파이프-라이닝 지연 이내의 후행 간섭 신호를 생성하여 덧셈기(206)에 출력하게 된다.

즉, 제1되먹임 필터(204)에 파이프-라이닝 지연이 발생하게 되면 지연기(207)가 부가된 것과 같이 동작하므로 제2되먹임 필터(205)는 부호 결정부(203)의 출력 신호를 상기 지연기(207)가 부가된 것같이 'L' 표본만큼 지연하여 파이프-라이닝 지연 이내의 후행 간섭 신호를 생성하는 것이다.

이에 따라, 덧셈기(206)는 제1,제2되먹임 필터(204)(205)의 출력 신호를 합산하여 감산기(202)에 출력학 되고 상기 감산기(202)는 앞먹임 필터(201)의 현 출력 신호에서 상기 덧셈기(206)에서의 후행 간섭 신호를 감산하여 고스트가 제거된 신호를 부호 결정부(203)에 출력하게 된다.

상기에서 덧셈기(206)는 제1되먹임 필터(204)에서의 파이프 라이닝 니애의 고스트가 복구되지 않은 후행 간섭 신호와 제2되먹임 필터(205)에서의 파이프 라이닝 지연이내의 후행 간섭 신호를 합산하여 완전한 후행 간섭 신호를 복구하게 된다.

따라서, 상기와 같은 동작을 반복적으로 수행함에 의해 전송 채널에서 발생한 고스트를 제거한 신호를 부호 결정부(203)에서 출력하게 된다.

일반적으로 고선명 티브이등 고스트 제거기에 사용되는 등화기의 경우 결정-되먹임 등화기(DFE)의 차수는 수백 정도이며 이 경우 파이프 라인 지연의 개수는 10개 이내이다.

따라서, 10개 이내의 차수로 구성된 필터의 경우 파이프-라이닝 지연없이 구현할 수 있으므로 종래에 주신호를 바로 뒤따르는 후행 간섭 잡음을 제거하지 못하던 문제점을 완벽하게 해소할 수 있다.

한편, 각 필터의 계수를 결정하는 방법은 제1,제2되먹임 필터(204)(205)가 종래의 되먹임 필터(104)가 수행하던 역할을 그대로 수행할 수 있도록 훈련 과정에서 각 필터의 계수를 갱신하게 된다.

즉, 앞먹임 등화기의 계수를fi(n), i=0,1,....,f 되먹임 등화기의 계수를 bi(n), i=1,2,...,B 보조 되먹임 등화기의 계수를 ci(n), i=1,2,...,L 이라고 하면 최소 평균 제곱 오차(LMS) 알고리즘의 오차 방정식은 아래와 같이 표시할 수 있다.

이때, d(n)은 기준 신호이고, y(n)은 등화기 출력 신호(또는 부호 결정 장치로의 입력 신호)이다.

이에 따라, 부호 결정부(203)의 출력 신호(y(n))는 아래와 같은 식으로 표시하게 된다.

여기서, F : 앞먹임 필터의 탭의 갯수

B : 되먹임 필터의 탭의 갯수

L : 보조 되먹임 필터의 탭의 갯수

따라서, 최소 평균 제곱 오차(LMS) 알고리즘에 따른 각 탭의 계수 갱신은 아래와 같은 식에 의해 결정되어진다.

이때, μ는 스텝의 크기이다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 보조 되먹임 필터에 의해서 종래 파이프 라인 지연에 의해 제거되지 않았던 주신호에 대해 표본 지연된 후행 간섭 잡음을 제거할 수 있으므로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있고 또한, 보조 되먹임 필터가 10차 내의 작은 크기로 구현되므로 VLSI 구현시 쉽게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 채널로 전송된 주신호에 대한 선행 간섭 잡음을 제거하는 앞펄임 필터와, 이 앞먹음 필터의 출력과 후행 간섭 신호를 감산하는 감산기와, 이 감산기로부터 출력된 신호에 대해 후행 간섭 신호를 생성하는 제1되먹임 필터와, 이 제1되먹임 필터의 파이프 라이닝 지연횟수 이내의 후행 간섭 신호를 생성하고 그 생성된 값을 제1되먹임 필터의 출력값과 가산한 후 상기 감산기의 일측부로 궤환 입력시키는 제2되먹임 필터로 구성한 것을 특징으로 하는 디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기.
  2. 제1항에 있어서, 제2되먹임 필터는 제1되먹임 필터의 파이프 라인 지연 횟수만큼의 차수를 가지게 구성한 것을 특징으로 하는 디지탈 통신 시스템의 고스트 제거 등화기.
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