KR100398449B1 - 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 TV 수신 시스템에서의 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 등화기 출력값에 따라 등화 모드(판정의거모드/블라인드모드의 제1 및 제2 모드)를 다르게 적용함으로써, 수렴 속도 향상 및 수렴 후 정상 상태에서의 잔류 평균 자승 오차(MSE)를 줄일 수 있는 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 디지털 통신 시스템에서의 훈련열이 없는 데이터 구간의 블라인드 판정 궤환 등화 장치에 있어서, 외부로부터 입력되는 신호의 반복적인 필터링을 통해 블라인드 판정 궤환 등화를 수행하는 메인 필터부; 메인 필터부의 출력 신호를 양자화하는 양자화부; 양자화부 및 메인 필터부의 출력신호를 비교하여 에러 신호를 계산하는 판정의거 에러신호 계산부; 계산된 에러신호를 이용하여 추정 평균 자승 오차를 산출한 후, 산출된 추정 평균 자승 오차를 이용하여 등화 모드를 결정하는 등화 모드 결정부; 결정된 등화 모드가 블라인드 모드인 경우, 메인 필터부의 출력신호 성상에서의 위치에 따라, 해당 모드를 결정하는 블라인드 모드 결정부; 결정된 등화 모드별 에러 신호를 계산하는 에러신호 계산부; 계산된 에러 신호 및 양자화부 출력신호를 이용하여 메인 필터부로 인가되는 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신부를 포함하며, 결정된 등화 모드에 따라 메인 필터부로의 출력 신호를 결정하는 FBF(FeedBack Filter) 입력신호 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법 {Method and apparatus for blind decision feedback equalization}
본 발명은 디지털 TV 수신기를 위한 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 훈련열(training sequence)이 없는 데이터 구간에서 가변적인 채널의 특성을 보상해 줄 수 있는 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 통신 시스템에서는 제한된 대역을 사용하여 데이터 전송을 하기 때문에 심볼의 펄스 에너지를 인접하고 있는 심볼 펄스로 분산시키는 시간 분산 효과(time dispersion effect)로 인해 인접 심볼에 간섭을 주게 된다.
뿐만 아니라, 송신된 데이터는 여러 가지 채널 왜곡에 의해 영향을 받는다. 채널 왜곡에는 다중 경로 현상, 주파수 오프셋, 위상 지터 등과 같은 것이 있으며, 이러한 것들은 디지털 통신 시스템에서 송신 심볼들이 인접한 심볼에 영향을 주는 심볼간 간섭(intersymbol interference, 이하 ISI라 함)을 발생시켜 수신기에서 원하는 데이터를 얻는 데 커다란 장애 요소가 된다.
이를 방지하기 위하여 일반 수신기에서는 ISI로 인한 심볼 에러를 줄이기 위해서 채널 등화기를 사용한다.
대부분의 통신 채널은 상기 언급한 왜곡 요소들이 가변적이기 때문에 시간에 따라 적응적으로 탭 계수를 갱신하는 적응 등화기(adaptive equalizer)가 필요하다.
도 1은 일반적인 채널 등화 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 보면, 디지털 필터부(31)는 수신기에 수신된 베이스 밴드신호에서 왜곡을 발생시키는 심볼간의 간섭 성분을 제거하며, 양자화부(32)는 디지털 필터부(31)에서 출력되는 신호를 사전에 정해진 임계치와 비교하여 판정(decision)된 데이터를 산출하여 출력한다.
탭 계수 갱신부(33)는 등화기 입력신호 저장부(37)의 출력신호, 디지털 필터부(31)의 출력신호, 스위치부(36)에 의해 선택되는 에러 데이터를 입력받아 에러를 산출하여 상기 디지털 필터부(31)의 탭계수를 갱신한다.
훈련열 저장부(34)는 송신기에서도 알고있는 훈련 데이터열을 저장하며, 그 훈련 데이타열은 훈련 모드시에 읽혀들여져 탭 계수 갱신부(33)로 출력된다. 통계 데이타 산출수단(35)은 블라인드 모드 시에 통계적인 에러를 산출하여 탭 계수 갱신부(33)로 출력한다.
스위치부(36)는 선택된 모드에 따라 훈련열 저장부(34), 통계 데이터 산출수단(35) 및 양자화부(32) 중에서 하나를 선택하여 거기서 출력되는 에러 데이타를 탭 계수 갱신부(33)로 출력한다. 그러면 탭 계수 갱신부(33)는 해당하는 오차 신호를 구한 다음 디지털 필터부(31)의 탭 계수에 해당하는 등화기 입력신호 저장부(37)내의 데이터를 읽어들여 탭 계수를 갱신한 후 디지털 필터부(31)로 출력한다.
이러한 채널 등화 장치로서, 디지털 TV 수신기에서는 판정 궤환 등화기 (decision feedback equalizer; DFE)가 많이 쓰이고 있다. 판정 궤환 등화기는 양자화기(slicer)에서 판정 에러가 없다면, 피드백 필터는 이전에 판정된 심볼에 의한 ISI를 제거해 주면서도, 일반 선형 등화기에서 나타나는 등화기 출력에서의 잡음 증폭과 같은 문제가 나타나지 않기 때문에 수신기에서 많이 사용된다.
따라서, 판정 궤환 등화기의 적절한 사용을 위해서는 양자화기의 출력에서 판정 에러가 나지 않도록 하는 것이 중요하다. 이를 위해 디지털 통신 시스템에서는 데이터 효율이 줄어드는 것을 감수하면서 훈련열을 일정 주기로 삽입하여 판정 에러를 줄일 수 있도록 하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 대개의 경우 훈련열이 짧게 주어지므로 방송 채널과 같이 긴 고스트 (long ghost)가 있는 다중 경로 환경에서는 필터부 출력의 눈 모형(eye pattern)을 여는 데 실패하는 경우가 많다.
따라서, 훈련열이 없는 데이터 구간에서의 채널 등화 및 시간에 따라 변하는 채널 상황에 대처하기 위한 데이터 구간에서의 블라인드 채널 등화 방법이 필수적으로 요구된다.
채널 등화를 위한 약속된 훈련열이 없거나 양자화기 출력이 에러가 많이 발생하여 사용할 수 없는 경우, 블라인드 채널 등화 방법이 사용되며 이 경우 탭 계수 갱신을 위해서 송신 심볼의 통계적 특성이나 신호 성상이 이용된다.
기존 블라인드 등화 방법들은 선형 등화기에서 대부분의 발명이 이루어졌으며, 대표적인 것으로 감소된 배열 알고리즘(reduced constellation algorithm; RCA)이 있는데, 이는 Y. Sato에 의한 "A Method of Self-Recovering Equalization for Multilevel Amplitude-Modulation Systems" 명칭의 IEEE Trans. Commun., pp. 679-682, June 1975년의 문헌 및 1980년 10월 8일에 Godard에게 특허 허여된 미국 특허 제 4,227,152호에 수록되어 있다.
또한, 일정 계수 알고리즘(constant modulus algorithm)이 있는데, 이는 D. N. Godard에 의한 "Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data Communications Systems," 란 명칭의 IEEE Trans. Commun., vol. 28, no. 11, pp. 1867-1875, Nov. 1980년의 문헌 및 N. K. Jablon에 의한 "Joint Blind Equalization, Carrier Recovery, and Timing Recovery for High-Order QAM Signal Constellations" 란 명칭의 IEEE Trans. Signal Processing., vol. 40, no. 6, pp. 1383-1398, June 1992년의 문헌에 수록되어 있다.
또한, Stop and Go 알고리즘(SGA)이 있는데, 이는 G. Picchi 등에 의한 "Blind Equalization and Carrier Recovery using a "Stop-and-Go" Decision-Directed Algorithm," 이란 명칭의 IEEE Trans. Commun., vol. 35, pp. 877-887, Sept. 1987년의 문헌에 수록되어 있으며, 다중 계수 알고리즘(multimodulus algorithm; MMA은 J. J. Werner 등에 의한 "Blind Equalization for Broadband Access," 란 명칭의 IEEE Commun. Magazine, pp. 87-93, April 1999년의 문헌 등에 수록되어 있다.
그리고, RCA와 CMA를 개선한 이중 모드(dual-mode) 유형의 DMGSA (dual-modegeneralized Sato algorithm), DMGA(dual-mode Godard algorithm)는 Weerackody 등에 의한 "Dual-Mode Type Algorithms for Blind Equalization," 이란 명칭의 IEEE Trans. Commun., vol. 42, no. 1, pp. 22-28, Jan. 1994년의 문헌 등에 수록되어 있다.
상기 여러 블라인드 등화 방법은 대부분 선형 등화기를 근간으로 제안되었기 때문에, 판정 궤환 등화기에 적용하기 위해서는 등화 초기에 눈 모형이 열리지 않음으로 해서 발생하는 판정 궤환 등화기의 에러 전파 (error propagation) 문제에 적절하게 대처할 수 있도록 해야 하며, 피드백 필터의 탭 계수 갱신을 어떤 방식으로 할 것인지를 결정해야 한다.
본 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 등화기의 출력값에 따라 블라인드 등화 모드를 다르게 조절함으로써, 필터부의 수렴 속도를 향상시키고 수렴 후 정상 상태에서의 잔류 편승 오차(residual MSE)를 줄일 수 있는 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 일반적인 판정 궤환 등화기의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 블라인드 모드에서의 모드 결정을 위한 소정의 판정 영역(Dn) 표시의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치의 동작 과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
200 : 메인 필터부
210 : 피드포워드 필터부
211 : 등화기 출력 감산기
220 : 양자화부
230 : 판정 의거 에러 감산부
240 : 등화 모드 결정부
250 : 블라인드 모드 결정부
260 : 에러신호 계산부
270 : FBF 입력신호 계산부
280 : 피드백 필터부
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 블라인드 판정 궤환 등화 장치에 따른 특징은, 디지털 통신 시스템에서의 훈련열이 없는 데이터 구간의 블라인드 판정 궤환 등화 장치에 있어서, 외부로부터 입력되는 신호의 반복적인 필터링을 통해 블라인드 판정 궤환 등화를 수행하는 메인 필터부; 상기 메인 필터부의 출력 신호를 양자화하는 양자화부; 상기 양자화부 및 상기 메인 필터부의 출력신호를비교하여 에러 신호를 계산하는 판정의거 에러신호 계산부; 상기 계산된 에러신호를 이용하여 추정 평균 자승 오차를 산출한 후, 산출된 추정 평균 자승 오차를 이용하여 등화 모드를 결정하는 등화 모드 결정부; 상기 결정된 등화 모드가 블라인드 모드인 경우, 상기 메인 필터부의 출력신호 성상에서의 위치에 따라, 해당 모드를 결정하는 블라인드 모드 결정부; 상기 결정된 등화 모드별 에러 신호를 계산하는 에러신호 계산부; 및 상기 계산된 에러 신호 및 상기 양자화부 출력신호를 이용하여 상기 메인 필터부로 인가되는 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블라인드 판정 궤환 등화 장치는 상기 결정된 등화 모드에 따라 상기 메인 필터부로의 출력 신호를 결정하는 FBF(FeedBack Filter) 입력신호 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 블라인드 등화 방법은, 디지털 통신 시스템 내 등화기에서의 훈련열이 없는 데이터 구간의 블라인드 등화 방법에 있어서, 상기 블라인드 판정 궤환에 필요한 파라미터의 수치를 결정하며 그 외 채널 등화 파라미터를 초기화하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 결정된 파라미터에 따른 특정의 시간 인덱스 신호의 등화기 출력 신호와 상기 출력 신호를 양자화한 신호와 비교하여 에러신호를 계산하는 제2 단계; 상기 특정의 시간 인덱스 신호에서의 등화 모드 결정을 위해 특정 시간 인덱스 신호에서의 추정 평균 자승 오차를 산출하여 소정의 모드 전환 결정 기준값과 비교하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 결정된 등화 모드가 블라인드 모드인 경우, 상기 등화기의 출력 신호가 소정의 판정 영역에 속하는지를검색하는 제4 단계; 상기 판정 영역의 소속 여부에 따라, 블라인드 등화 모드를 다르게 설정하는 제5 단계; 및 상기 설정된 등화 모드에 따라 탭 계수 갱신을 수행하며, 갱신된 탭 계수를 이용하여 블라인드 채널 등화를 수행하는 제6 단계를 포함하며, 상기 제1 단계 내지 제6 단계가 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치의 구조 및 동작 과정에 대해 설명하기에 앞서, 메인 필터부 내의 탭 계수 갱신을 위한 계산식을 산출하는 과정에 대해 알아보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치의 필터부 입력 신호와 기준 신호 및 탭 계수를 정의하면 다음과 같다.
x[k] : 시간 k에서의 필터부 입력 신호,
y[k] : 시간 k에서의 필터부 출력 신호,
bi[k] : 시간 k에서의 필터부 내 피드 포워드 필터부의 탭 계수,
ai[k] : 시간 k에서의 필터부 내 피드백 필터부의 탭 계수
필터부(200)의 출력 신호는 아래의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]에서 Nb는피드포워드 필터부(feedforward filter)의 탭 수이며, Na는 피드백 필터부(feedback filter)의 탭 수,는 필터부의 출력 신호 y[k]를 입력으로 받아 신호 성상에서 가장 가까운 데이터 심볼을 판정하는 양자화부의 출력 신호이다. 이때, 탭 계수 갱신을 위한 에러 신호, e[k]는 아래의 [수학식 2]와 같다.
탭 계수 갱신을 위한 에러 신호가 [수학식 2]와 같은 경우, 피드포워드 필터부와 피드백 필터부의 탭 계수 갱신 식은 아래의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 1]에서 μ는 스텝 크기(step size)로서, 수렴 속도와 정상 상태의 MSE(Mean Square Error, 이하 MSE라 함)를 결정하는 값이다.
즉, 스텝 크기(μ)가 클 경우, 수렴 속도는 빨라지지만 정상 상태에서의 잔류 MSE가 커지게 되는 반면, 스텝 크기(μ)가 작을 경우, 잔류 MSE는 작아지지만 수렴 속도가 느려지게 된다.
일반적으로, 판정 궤환 등화기는 그 출력의 눈 모형(eye pattern : 등화기의 성능 결정 요소, 즉, 출력 신호 판정 시 정확하고 용이하게 하도록 하는 기능)이열려 있어서, 양자화부의 출력인가 올바르게 판정된 심볼일 경우, 피드백 필터부는 이전에 판정된 심볼에 의한 ISI를 제거하여 주며, 선형 등화기에서 채널 등화 시 발생하는 필터부 출력에서의 잡음 증폭 현상도 나타나지 않는다. 이러한 특성 때문에, 판정 궤환 등화기는 디지털 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다.
그러나, 양자화부를 통해 판정된 심볼이 에러가 있는 경우, 그 에러가 피드백 필터부를 통과하면서 궤환 루프를 통해 누적되어 전파(에러 전파)되기 때문에 안전성을 보장받지 못하게 된다.
따라서, 송, 수신기 사이에 약속된 훈련열(training sequence)을 일정 주기로 삽입하여 탭 눈 모형을 연 후, 훈련열 구간이 끝나고 데이터 구간이 되면 송신 심볼을 모르므로 양자화부의 출력인를 사용한다.
상기와 같이, 양자화부의 출력을 탭 계수 갱신을 위해 사용하는 것을 판정 의거 채널 등화(decision directed equalization)라 한다.
훈련열의 삽입은 필터부의 신뢰성 있는 수렴을 위해 매우 중요하지만, 데이터 효율을 떨어뜨리기 때문에 그 길이가 매우 짧거나 전혀 없는 경우가 많다.
이에 따라, 미국형 지상파 디지털 TV 표준인 8-VSB 시스템에서는 313 세그먼트 중 한 개의 세그먼트를 훈련열로 쓰도록 하고 있으며, CAP(carrierless amplitude and pulse modulation) 방식을 쓰는 VDSL(very-high-rate digital subscriber line) 에서는 훈련열이 없이 수신하도록 하고 있다.
하지만, 훈련열이 있더라도 필터부의 탭 계수가 수렴하기에 충분치 못한 길이이거나, 채널이 시간에 따라 변하는 시변 채널, 또는 훈련열이 없는 경우 등의 수신 환경에서는 눈 모형을 열기 위해 블라인드 등화 방법을 사용한다.
블라인드 등화 방법은 훈련열이 없는 경우, 송신 심볼의 신호 성상이나 통계적 특성을 이용하여 채널 등화를 수행하는 것으로서, 대표적인 블라인드 채널 등화 방법으로는 감소된 배열 알고리즘(reduced constellation algorithm ; RCA), 일정 계수 알고리즘(constant modulus algorithm ; CMA), Stop and Go 알고리즘(SGA) 및 다중 계수 알고리즘 (multimodulus algorithm; MMA) 등이 있다. 그리고, 이들을 개선한 이중 모드(dual mode) 유형의 DMGSA(dual-mode generalized Sato algorithm) 및 DMGA (dual-mode Godard algorithm) 등이 있다.
이 중, 본 발명의 실시 예로서 CMA 방식인 Godard 알고리즘(GA)에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.
Godard 알고리즘은 반경이 Rp인 원에 대해 등화된 샘플의 분산을 최소화하기 위해 아래의 [수학식 4]와 같은 비용 함수를 정의한다.
[수학식 4]에서 E{·}는 앙상블 기대값(ensemble expectation)이며, p는 양의 정수로서 일반적으로 p=2가 사용된다.
이때, 반경 Rp가 송신 심볼 d[k]라 할 때, 반경은 아래의 [수학식 5]와 같다.
한편, Godard 비용 함수를 통계적 기울기 알고리즘(stochastic gradient algorithm) 형태로 사용하기 위한 Godard 에러는 아래의 [수학식 6]과 같다.
[수학식 6]에 따른 Godard 에러를 일반적인 탭 계수 갱신식(수학식 3)에 적용하면, Godard 알고리즘(GA)을 이용한 블라인드 판정 궤환 등화기에서의 필터부의 탭 계수 갱신 식은 아래의 [수학식 7]과 같다.
본 발명에서는, 상기와 같은 Godard 알고리즘을 이용한 블라인드 판정 궤환 등화 방법을 일부 수정하여 수렴 속도 향상 및 정상 상태에서의 잔류 MSE를 줄이도록 한다.
즉, 필터부 출력의 신호 성상에서의 위치에 따라, 일반적인 블라인드 등화 방법을 이용하는 모드와 판정 의거 등화와 유사한 등화 방법을 이용하는 모드로 분류하여 채널 등화를 수행하는 이중 모드 유형의 알고리즘(DMGA, DMGSA 등)을 필터부에 적용한다.
이러한 적용 방법의 일 실시 예로서, 본 발명에서는 미국형 지상파 디지털 TV 표준인 8-VSB 시스템에서 블라인드 등화 성능을 향상시키기 위한 방법을 제시한다.
8-VSB 시스템은 송신 심볼이 ±1, ±3, ±5, ±7의 8 레벨 신호로서, QAM 방식과는 달리 1차원 성상을 가진다.
이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2를 보면, 본 발명에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치는 메인 필터부(200), 양자화부(220), 판정의거 에러 감산부(230), 채널 등화 모드 결정부(240), 블라인드 모드 결정부(250), 에러신호 계산부(260) 및 FBF 입력신호 결정부(270)를 포함하며, 메인 필터부(200)는 피드포워드 필터부(210), 피드백 필터부(280), 등화기 출력 감산기(211) 및 탭 계수 갱신부(미도시)를 포함한다.
메인 필터부(200)는 외부로부터 입력 또는 인가되는 신호의 반복적인 필터링을 통해 블라인드 채널 등화를 수행하며, 양자화부(220)는 메인 필터부(200)로부터 수신되는 신호를 양자화한다.
판정의거 에러 감산기(230)는 메인 필터부(200)의 출력신호, y[k]와 양자화부(220)의 출력신호,를 비교하여 에러 신호, e[k]를 계산한다.
등화 모드 결정부(240)는 계산된 에러 신호, e[k]를 이용하여 추정 MSE를 산출한 후, 산출된 추정 MSE를 이용하여 판정 의거 채널 등화를 위한 수행 모드를 결정한다. 즉, 판정 의거 등화를 수행할 것인지 또는 블라인드 등화를 수행할 것인지를 결정한다.
블라인드 모드 결정부(250)는 등화 모드 결정부(240)를 통해 결정된 등화 모드가 블라인드 모드인 경우, 상기 메인 필터부(200)의 출력신호, y[k]의 성상에서의 위치에 따라, 제1 모드를 수행할 것인지 또는 제2 모드를 수행할 것인지를 결정한다.
에러신호 계산부(260)는 결정된 모드별(블라인드 모드의 제1 및 제2 모드 또는 판정 의거 모드) 에러 신호를 계산하며, FBF 입력신호 결정부(270)는 메인 필터부(200)의 출력신호, y[k]가 판정 영역 Dn에 속하는지의 여부에 따라 결정된 모드별 출력 신호를 피드백 필터부(280)로 인가한다.
FBF 입력신호 결정부(270)는 모드에 관계없이 상기 양자화부(220)의 출력 신호를 상기 피드백 필터부(280)로 인가한다. 따라서 본 발명에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치에서는 상기 FBF 입력신호 결정부(270)가 선택 사항임을 명시한다.
예를 들어, FBF 입력신호 결정부(270)가 포함되는 경우, 상기 블라인드 등화 모드가 제2 모드이면, 상기 양자화부(220)의 출력 신호를 상기 피드백 필터부(280)로 인가한다. 한편, 상기 채널 등화 모드가 제1 모드이면, 상기 메인 필터부(200)의 출력 신호를 피드백 필터부(280)로 인가할 수도 있고 상기 제2 모드와 마찬가지로 상기 양자화부(220)의 출력 신호를 인가할 수도 있다. 이에 대한 결정은 두 인가 신호 중에 성능이 좋은 것으로 전산 모의 실험을 통하여 정하는 것을 특징으로 한다.
메인 필터부(200) 내의 탭 계수 갱신부는 상기에서 결정된 에러 신호, 피드백필터 입력 신호 및 피드포워드 필터 입력 신호를 이용하여 탭 계수 갱신을 수행한 후, 이를 각각의 필터부(210, 280)에 인가한다.
상기와 같은 구조를 이루는 본 발명의 블라인드 판정 궤환 등화 장치의 동작을 첨부된 블라인드 판정 궤환 등화 방법의 흐름도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치의 동작 과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 4에 나타나 있듯이, 메인 필터부(200)는 탭 계수를 초기화하며, 외부로부터 결정되어 채널 등화 관련 각종 파라미터값(상수)들이 입력된다(S411).
이때, 메인 필터부(200)로 입력되는 채널 등화 파라미터는 수렴 속도와 정상 상태에서의 MSE를 결정하기 위한 스텝 크기(μ), 작은 판정 영역(Dn) 및 모드 전환 결정 기준값(Mo) 등을 포함한다.
이후, 메인 필터부(200)는 시간 인덱스(k)를 1로 셋팅한 후, 추정 MSE인 MDD[0] 값 역시 1로 초기화한다.
이후, 판정의거 에러 감산부(230)는 외부로부터 메인 필터부(200)에 입력 (S412)된 k번째 수신 신호에 따른 메인 필터부(200)의 출력신호, y[k]와 양자화부 (220)의 출력신호,를 계산(S413)하여 에러 신호, e[k]를 상기 [수학식 2]에서와 같이 계산한다(S414).
이후, 등화모드 결정부(240)는 상기 계산된 에러 신호, e[k]를 상기 [수학식 2]에서와 같이 계산하고, 계산된 에러 신호를 이용하여 아래의 [수학식 8]과 같이 k번째에서의 MSE 추정치를 산출한다(S415).
등화모드 결정부(240)는 상기와 같이 산출된 k번째에서의 MSE 추정치인 MDD[k]를 초기에 결정되어 입력된 모드 전환 결정 기준값(Mo)과 비교하여 k번째에서의 블라인드 채널 등화 방법을 결정한다(S416).
즉, MSE 추정치 MDD[k]가 모드 전환 결정 기준값(Mo) 보다 클 경우(이상인 경우), 블라인드 모드에 따른 탭 계수 갱신을 수행하는 반면, 산출된 MSE 추정치가 모드 전환 결정 기준값(Mo) 보다 작은 경우(미만인 경우)에는 판정 의거 모드에 따른 탭 계수 갱신을 수행한다(S418).
이때 사용되는 모드 전환 결정 기준값(Mo)은 데이터의 전송 방식 및 레벨 수에 따라 달라질 수 있으며, 원하는 비트 에러율(bit-error rate)에 따라 다르게 결정될 수 있다. 8-VSB 시스템의 경우, 0.05 정도의 값을 사용한다.
이후, 블라인드 모드 결정부(250)는 등화 모드 결정부(240)를 통해 결정된 등화 방법이 블라인드 모드인 경우, 상기 메인 필터부(200)의 출력신호, y[k]의 성상에서의 위치에 따라, 제1 모드를 수행할 것인지 또는 제2 모드를 수행할 것인지를 결정한다(S417).
즉, 출력신호, y[k]가 본 발명에 따른 작은 판정 영역, Dn에 속하는지의 여부에 따라 제1 모드 또는 제2 모드로의 블라인드 채널 등화 방법을 결정하게 되는데, 출력신호가 작은 판정 영역에 속하지 않는 경우에는 제1 모드로의 채널 등화 방법을 이용(S419)하는 반면, 출력신호가 작은 판정 영역에 속하는 경우에는 제2 모드로의 채널 등화 방법을 이용한다(S420).
여기서, Dn은 전송 방식의 성상에 따라 결정되는 데이터 점들을 포함하는 작은 판정 영역으로서, 8-VSB 시스템에서의 Dn은 8 레벨의 작은 데이터를 포함하는 작은 판정 영역이 되며, n은 데이터의 레벨 수와 같은 8개의 값(n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)을 가진다.
본 발명에 따른 작은 판정 영역, Dn에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 8-VSB 시스템에서의 작은 판정 영역인 Dn을 도시한 도면으로서, 이 경우는 1차원 성상이므로 아래와 같이 정할 수 있다.
Dn= [-dn,0+ sn, dn,i+ sn)
여기서, [a,b)는 a보다 크거나 같고 b보다 작은 구간임을 의미하며, sn은 데이터 심볼로서 아래와 같다.
[s1= -7, s2= -5, s3= -3, s4= -1, s5= 1, s6= 3, s7= 5, s8= 7]
여기서, dn,0와 dn,i는 판정 영역을 결정하는 양수 값으로서, dn,0는 데이터 심볼, sn에서 왼쪽으로의 거리이며, dn,i은 오른쪽으로의 거리이다.
최적 성능을 위해서는 d_{n,o}와 d_{n,i}가 서로 다른 값이 될 수도 있으나, 본 발명에서는 파라미터의 간략화를 위해 데이터 심볼을 중심으로 양쪽이 같은 거리가 되도록 한다. 즉, 거리를 d라고 하면, 다음과 같은 관계식을 얻는다.
dn,0= dn,i= d n = 1, 2, …7, 8
이때, 전산 모의 실험을 통해 성능이 좋은 d 값을 찾아야 하는데, 신호 대 잡음비가 클수록 작게 잡아주는 것이 좋다. 이 경우, 8-VSB 시스템에서는 d = 0.5로 설정하면 적당하다.
또한, 각각의 Dn에 대한 R2,n은 송신 데이터의 전력값이 되며, 이는 아래와 같다.
R2,n= s2 n
상기와 같이, 본 발명에 따른 블라인드 판정 등화 장치는 블라인드 판정 궤환 등화를 위해 이중 모드 유형의 알고리즘을 도입하여 메인 필터부(200)의 출력값에 따라 블라인드 등화 모드를 다르게 함으로써, 등화기의 수렴 속도 향상 및 정상 상태에서의 잔류 MSE를 줄여 성능 향상을 이룰 수 있다.
이후, 에러신호 계산부(260)는 등화 모드 결정부(240) 및 블라인드 모드 결정부(250)에서 결정된 모드(블라인드 모드의 제1 및 제2 모드 또는 판정 의거 모드)의 에러 신호를 계산(S421)하여 출력한다(S422).
이때, 결정된 모드가 블라인드 모드의 제1 및 제2 모드인 경우의 에러 신호는 아래의 [수학식 9]와 같다.
이후, 계산된 각 모드의 에러 신호는 피드포워드 필터부(210)와 피드백 필터부(280)로 인가된다.
한편, FBF 입력신호 결정부(270)는, 모드에 관계없이 상기 양자화부(220)의 출력 신호를 상기 피드백 필터부로 인가하기 때문에 본 발명 장치에서는 선택 사항이다. 그러나, 만일 사용된다고 하면, 상기 블라인드 등화 모드가 제2 모드이면, 상기 양자화부(220)의 출력 신호를 상기 피드백 필터부(280)로 인가하고, 상기 채널 등화 모드가 제1 모드이면, 상기 메인 필터부(200)의 출력 신호를 피드백 필터부(280)로 인가할 수도 있고 제2 모드와 마찬가지로 상기 양자화부(220)의 출력 신호를 인가할 수도 있다. 이에 대한 결정은 두 인가 신호 중에 성능이 좋은 것으로 전산 모의 실험을 통하여 정하여야 한다.
이후, 메인 필터부(200) 내의 탭 계수 갱신부는 상기에서 결정된 모드별 에러 신호, 피드백필터 입력 신호 및 피드포워드 필터 입력 신호를 이용하여 탭 계수갱신을 수행한 후, 이를 각각의 필터부(210, 280)에 인가한다(S423).
상기와 같은 과정을 통한 필터부의 탭 계수 갱신을 위한 관계식은 FBF 입력신호 결정부(270)를 사용하지 않을 경우와 사용하는 경우에 따라서 다르게 정해진다.
즉, FBF 입력신호 결정부(270)를 사용하지 않을 경우, 결정된 모드가 블라인드 모드의 제1 및 제2 모드인 경우에는 아래의 [수학식 10]을 통해 탭 계수 갱신을 수행하는 반면, 결정된 모드가 판정 의거 모드인 경우에는 위에서 언급한 [수학식 3]을 통해 탭 계수 갱신을 수행한다.
FBF 입력신호 결정부(270)를 사용하는 경우는, 결정된 모드가 블라인드 모드의 제1 및 제2 모드인 경우에는 아래의 [수학식 11]을 통해 탭 계수 갱신을 수행하는 반면, 결정된 모드가 판정 의거 모드인 경우에는 위에서 언급한 [수학식 3]을 통해 탭 계수 갱신을 수행한다. 그러나, FBF 입력신호 결정부(270)를 사용하는 경우라 하더라도 [수학식 10]을 이용하는 경우가 [수학식 11]을 이용하는 경우보다 성능이 더 좋을 수가 있으므로 이런 경우는 FBF 입력신호 결정부(270)를 등화장치에 포함시키지 않고 [수학식 11]을 이용하여 블라인드 등화를 수행한다.
이후, 상기와 같은 과정을 거쳐 시간 인덱스 k에서의 블라인드 채널 등화가 끝나면, 시간 인덱스 k를 1 증가(S424)한다.
이후, 상기와 같은 단계(S412 내지 S423)를 반복 수행하면서 블라인드 채널의 등화를 수행한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법은 등화기 출력값에 따라 블라인드 모드를 다르게 적용함으로써, 수렴 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수렴 후 잔류 평균 자승 오차를 줄일 수 있다.
도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 블라인드 판정 궤환 등화 장치 및 그 방법은 등화기 출력값에 따라 블라인드 모드(판정의거모드/블라인드모드의 제1 및 제2 모드)를 다르게 적용함으로써, 수렴 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수렴 후 정상 상태에서의 잔류 평균 자승 오차(MSE)를 줄일 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 블라인드 등화를 필요로 하는 미국형 지상파 디지털 TV 등의 수신기에서도 효율적으로 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 디지털 통신 시스템에서의 훈련열이 없는 데이터 구간의 블라인드 판정 궤환 등화 장치에 있어서,
    외부로부터 입력되는 신호의 반복적인 필터링을 통해 블라인드 판정 궤환 등화를 수행하는 메인 필터부;
    상기 메인 필터부의 출력 신호를 양자화하는 양자화부;
    상기 양자화부 및 상기 메인 필터부의 출력신호를 비교하여 에러 신호를 계산하는 판정의거 에러신호 계산부;
    상기 계산된 에러신호를 이용하여 추정 평균 자승 오차를 산출한 후, 산출된 추정 평균 자승 오차를 이용하여 등화 모드를 결정하는 등화 모드 결정부;
    상기 결정된 등화 모드가 블라인드 모드인 경우, 상기 메인 필터부의 출력신호 성상에서의 위치에 따라, 해당 모드를 결정하는 블라인드 모드 결정부;
    상기 결정된 등화 모드별 에러 신호를 계산하는 에러신호 계산부; 및
    상기 계산된 에러 신호 및 상기 양자화부 출력신호를 이용하여 상기 메인 필터부로 인가되는 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결정된 등화 모드에 따라 상기 메인 필터부로의 출력 신호를 결정하는FBF(FeedBack Filter) 입력신호 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  3. 제1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 채널 등화 모드 결정부는,
    상기 산출된 평균 자승 오차가 외부로부터 입력된 모드 전환 결정 기준값보다 크면, 채널 등화를 위한 모드를 블라인드 모드로 결정하고,
    상기 산출된 평균 자승 오차가 상기 모드 전환 결정 기준값보다 작으면, 채널 등화를 위한 모드를 판정 의거 모드로 결정하는 것을
    특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 모드 전환 결정 기준값이 데이터 전송 방식, 레벨 수 및 비트 에러율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 블라인드 모드 결정부는,
    상기 메인 필터부의 출력 신호가 소정의 판정 영역에 속하지 않는 경우, 상기 채널 등화 모드를 제1 모드로 결정하고,
    상기 메인 필터부의 출력 신호가 상기 판정 영역에 속하는 경우, 상기 채널등화 모드를 제2 모드로 결정하는 것을
    특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 판정 영역은 데이터 전송 방식의 성상에 따라 결정되는 송신 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 메인 필터부는 인가된 서로 다른 입력신호를 반복 필터링하여 블라인드 채널 등화를 수행하는 피드포워드 필터부 및 피드백 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 FBF 입력신호 결정부는,
    상기 채널 등화 모드가 제1 모드이면, 상기 메인 필터부의 출력 신호를 상기 피드백 필터부로 인가하고,
    상기 채널 등화 모드가 제2 모드이면, 상기 양자화부의 출력 신호를 상기 피드백 필터부로 인가하는 것을
    특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 장치.
  9. 디지털 통신 시스템 내 등화기에서의 훈련열이 없는 데이터 구간의 블라인드 판정 궤환 등화 방법에 있어서,
    상기 블라인드 판정 궤환에 필요한 파라미터의 수치를 결정하며 그 외 채널 등화 파라미터를 초기화하는 제1 단계;
    상기 제1 단계에서 결정된 파라미터에 따른 특정의 시간 인덱스 신호의 등화기 출력 신호와 상기 출력 신호를 양자화한 신호와 비교하여 에러신호를 계산하는 제2 단계;
    상기 특정의 시간 인덱스 신호에서의 등화 모드 결정을 위해 특정 시간 인덱스 신호에서의 추정 평균 자승 오차를 산출하여 소정의 모드 전환 결정 기준값과 비교하는 제3 단계;
    상기 제3 단계에서 결정된 등화 모드가 블라인드 모드인 경우, 상기 등화기의 출력 신호가 소정의 판정 영역에 속하는지를 검색하는 제4 단계;
    상기 판정 영역의 소속 여부에 따라, 블라인드 등화 모드를 다르게 설정하는 제5 단계; 및
    상기 설정된 등화 모드에 따라 탭 계수 갱신을 수행하며, 갱신된 탭 계수를 이용하여 블라인드 채널 등화를 수행하는 제6 단계를 포함하며,
    상기 제1 단계 내지 제6 단계는 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    특정의 시간 인덱스를 1로 초기화하는 단계;
    상기 등화기의 수렴 속도와 정상 상태에서의 평균 자승 오차를 결정하기 위한 스텝 크기를 결정하는 단계;
    상기 판정 영역을 결정하는 단계; 및
    상기 모드 전환 결정 기준값을 결정하는 단계
    를 포함하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    제3 단계는,
    상기 산출된 평균 자승 오차가 상기 모드 전환 결정 기준값보다 큰 경우, 채널 등화 모드를 블라인드 모드로 결정하는 단계; 및
    상기 산출된 평균 자승 오차가 상기 모드 전환 결정 기준값보다 작은 경우, 채널 등화 모드를 판정 의거 모드로 결정하는 단계
    를 포함하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    제4 단계는,
    상기 등화기의 출력 신호가 상기 판정 영역에 속하지 않는 경우, 상기 채널 등화 모드를 제1 모드로 결정하는 단계; 및
    상기 등화기의 출력 신호가 상기 판정 영역에 속하는 경우, 상기 채널 등화 모드를 제2 모드로 결정하는 단계
    를 포함하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
  13. 제9 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제5 단계는,
    상기 결정된 등화 모드에 관계없이 양자화된 출력 신호를 상기 등화기의 피드백 필터로 인가하는 단계를 포함하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제5 단계는,
    상기 채널 등화 모드가 제1 모드이면, 상기 등화기의 출력 신호를 상기 등화기의 피드백 필터로 그대로 인가하는 단계; 및
    상기 채널 등화 모드가 제2 모드이면, 상기 양자화된 출력 신호를 상기 등화기의 피드백 필터로 인가하는 단계
    를 포함하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 제6 단계는,
    상기 결정된 채널 등화 모드에 따라, 상기 등화기로 인가되는 탭 계수를 갱신하는 단계인 것을 특징으로 하는 블라인드 판정 궤환 등화 방법.
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