KR100526587B1 - 직접변환 수신기 보상 방법 - Google Patents

직접변환 수신기 보상 방법 Download PDF

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Abstract

직접변환 수신기의 출력신호를 입력받는 단계, 입력된 신호 및 직접변환 수신기로 송신된 송신 신호를 미리 설정된 함수에 대입하여 미리 설정된 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는 단계, 및 산출된 변수값을 입력신호에 적용시켜 직접변환 수신기의 신호를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환 수신기 보상 방법이 개시된다. 이러한 방법으로, 직접변환 수신기의 직류 옵셋, I/Q 부정합, 주파수 옵셋 및 채널 특성을 추정하고 보상하여 자기 이미지에 의해 악화되는 직접변환 수신기의 신호 대 잡음비를 개선할 수 있다.

Description

직접변환 수신기 보상 방법{Method for compensating of direct conversion receiver}
본 발명은 직접변환 수신기에서 직접변환 수신기의 I/Q 부정합(I/Q mismatch), 직류 옵셋(DC offset), 및 주파수 선택 환경에서의 캐리어 주파수 옵셋(frequency offset)을 추정하고 보상하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래에는 수퍼-헤테로 다인 수신기(super-heterodyne receiver)가 많이 사용되고 있다. 그러나 이 수신기는 수백 MHz 대역의 높은 중간 주파수 및 이미지 제거 필터를 사용하는 방식의 수신기로서, 우수한 이미지 제거 성능을 가지지만 이미지 제거 필터와 같은 높은 양호도(Q)의 소자들이 요구되어 가격이 비싼 단점이 있다.
종래의 다른 방식의 수신기로는 저 중간주파수 수신기(Low-IF)가 있다. 이 수신기는 이미지 제거 필터를 사용하지 않고 하틀리-위버(hatley-Weaver) 이미지 제거 기술을 사용하고 있는데, I/Q 부정합으로 인한 심각한 이미지-밴드 문제를 가지고 있다.
직접변환 수신기는 발진기를 하나로 축소화하여 고주파 신호로부터 중간대역 변환없이 바로 기저대역신호로 복조함으로써 집적화가 가능하여 장치의 소형화를 꾀하고, 제작과정을 용이하도록 한 수신기인데, 이미지 밴드의 문제는 없으나, 자기-이미지(self-image)의 문제가 발생한다.
이로 인해, 직류 옵셋, I/Q 부정합을 비롯한 여러 가지 문제가 야기되어 수신기의 신호 대 잡음비가 악화된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 직접변환 수신기의 종래 문제를 해결하기 위한 것으로서, 직접변환 수신기의 직류 옵셋, I/Q 부정합, 주파수 옵셋 및 채널 특성을 추정하고 보상하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법은, 직접변환 수신기의 출력신호를 입력받는 단계; 상기 입력된 신호(y) 및 직접변환 수신기로 송신된 송신 신호(A)를 미리 설정된 함수에 대입하여 상기 미리 설정된 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 변수값을 상기 입력신호에 적용시켜 상기 직접변환 수신기의 신호를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 미리 설정된 함수는 “”이고, 상기 변수값은 I/Q 부정합 변수(), 직류 옵셋 변수(), 주파수 옵셋 변수(), 및 채널 변수()의 값인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 변수값 산출 단계는, (1) 상기 함수에 대해, 선택된 하나의 변수를 제외한 다른 변수를 고정하고 상기 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는, 변수값 산출 단계를 수행하는 단계; (2) 상기 산출된 변수값을 상기 함수에 대입하고, 상기 변수값 산출단계를 수행하는 단계; (3) 상기 함수의 모든 변수값을 산출할 때까지 상기 단계 (2)를 반복 수행하는 단계; (4) 상기 산출된 변수값을 연립하여 모든 변수에 대해 다른 변수가 포함되지 않은 변수값을 산출하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 설정된 함수는 직접변환 수신기를 모델링하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 직접변환 수신기를 보상하는 단계는, 상기 입력신호의 공액 복소수값에 I/Q 부정합 변수값을 승산하여 상기 입력신호에서 감산하는 단계; 상기 감산 결과에서 다시 직류 옵셋 변수값을 감산하고 다시 주파수 옵셋 변수 승산값()을 승산하는 단계; 및 상기 승산 결과에서 채널 변수값을 이용하여 목적하는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성으로, 직접변환 수신기의 직접변환 수신기의 직류 옵셋, I/Q 부정합, 주파수 옵셋 및 채널 특성을 추정하고 보상할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법을 수행하기 위한 장치의 일 실시예를 도시한 개략적인 블록도이다. 도 1에서 직접변환 보상 장치(100)는 변수값 산출부(120) 및 신호 보상부(130)로 구성되는 것을 확인할 수 있다.
변수값 산출부(120)는 직접변환 수신기(110)로부터 입력된 신호(y) 및 직접변환 수신기로 송신된 송신 신호(A)를 미리 설정된 함수 “”에 대입하고 상기 함수를 최대로 만드는 I/Q 부정합 변수(), 직류 옵셋 변수(), 주파수 옵셋 변수(), 및 채널 변수()의 변수값을 산출한다.
상기 설정된 함수는 직접변환 수신기(110)를 모델링하여 얻어지는데, 도 2는 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법을 수행하기 위해 직접변환 수신기를 모델링한 블록도를 도시하고 있다.
도 2에서 신호(rRF(t))는 믹서(112) 전단으로 입력되는 신호이고, 주파수(wLO)는 로컬 오실레이터(local oscillator) 주파수이고, 및 는 각각 진폭과 주파수 부정합(mismatch)을 나타낸다.
입력된 신호 샘플은 “” 로 표현될 수 있는데, 이고, 는 정규화된 주파수 옵셋이고, 은 백색 가우스 함수(AWGN)이고, 이고, 이며, 는 직류 옵셋(DC offset)이다.
선형 변조를 가정하면, 신호(s(n))는, 로 표현될 수 있는데, hl은 l 시간 단위 먼저 인가된 임펄스 응답이고, L은 채널 길이이고, an은 복소수 정보 심벌(symbol)이다.
N + L -1 트레인 심벌(training symbol) 이 전송된다고 가정하고, 첫번째 L -1 샘플을 무시하면, 트레인 열에 상응하는 입력된 데이터 는 “”의 벡터 형식으로 나타낼 수 있는데, 이고, 는 다음의 다이아고날 행렬(diagonal matrix) “”이다.
A는 N L 행렬로서, 이고, h는 이다.
마지막으로, 는 코베리언스 행렬(covariance matrix)이 인 영 평균(zero-mean) 가우스 벡터로서, IN 은 N N 아이덴티티 행렬(identity matrix) 이다.
상기 식에서, 및 는 주파수 천이된 신호 벡터 및 그 이미지 벡터(자기 이미지)를 각각 나타낸다.
변수 , , 및 을 알고있다고 가정하면, 상기 식 “”의 계산 결과는 “” 가 되는데, 이고, 1은 1로 구성된 N 차원의 행 벡터이다.
상기 식의 좌변은 직류 옵셋 및 부정합이 없는 신호를 나타낸다. 이것은 직류 옵셋과 I/Q 부정합이 상기 식의 좌변을 사용하고, 변수 , , 및 가 평가되면 용이하게 보상될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 식은 변수 , , , 및 를 추정하는데 있어서도 유용하다. 상기 식을 단순화하기 위해, 및 로 두면, 가 얻어지는데, w는 및 인 영 평균 가우스 벡터(zero mean Gauss vector) 이다.
아래에서, 및 맥시멈 라이클리후드(maximum Likelihood: ML)를 이용하여 변수 , 및 의 값을 추정한다.
주어진 변수 , 및 에 대해, 벡터 는 평균이 이고, 코베리언스 벡터가 이다.
그러므로, 에 대한 조건 확률 밀도 함수는, 인데, , 및 는 각각 , 및 의 시험값(trial value)이고, 이다.
, 및 의 ML 추정은 , 및 에 대해 라이클리후드 함수 를 최대화함으로써 구할 수 있다.
변수값 산출부(120)는, (1) 상기 함수에 대해, 선택된 하나의 변수를 제외한 다른 변수를 고정하고 상기 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는, 변수값 산출 과정을 수행하고, (2) 상기 산출된 변수값을 상기 함수에 대입하고, 상기 변수값 산출과정을 수행하고, (3) 상기 함수의 모든 변수값을 산출할 때까지 상기 과정 (2)를 반복 수행하며, (4) 상기 산출된 변수값을 연립하여 모든 변수에 대해 다른 변수가 포함되지 않은 변수값을 산출한다.
이 과정을 상술하면 다음과 같다. 우선 변수 를 고정시키고, 에 대해 라이클리후드 함수를 최대화한다. 그 결과, 를 최대화하는 를 구할 수 있다.
다음으로, 를 에 대입하면, 가 얻어지는데, 이고, 이다.
를 및 를 고정하고 에 대해 최대화 하면, 가 구해지는데, 이다.
마찬가지로, 는 로 줄어들고, 가 얻어지는데, 이다.
마지막으로, 및 를 이용하여, 를 최대화함으로써, 가 산출된다.
정리하면, 변수값 산출부(120)는, , , , 및 를 산출한다.
신호 보상부(130)는 상기 변수값 산출부(120)에서 산출된 변수값을 상기 직접변환 수신기로부터 입력된 상기 입력신호에 적용시켜 상기 직접변환 수신기 보상한다.
도 3은 도 1의 신호 보상부(130)를 상세히 도시한 개략적인 블록도이다. 신호 보상부(130)는, 입력신호의 공액 복소수값에 I/Q 부정합 변수값을 승산(132)하여 입력신호에서 감산(133)하고, 감산 결과에서 다시 직류 옵셋 변수값을 감산(134)하고 다시 주파수 옵셋 변수 보상값()을 승산(135)하고, 검출기(136)가 승산 결과에서 채널 변수값을 이용하여 목적하는 신호를 검출한다.
도 4는 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 4에서 먼저, 직접변환 수신기(110)의 출력신호를 입력 받는다(400).
다음으로, 입력된 신호(y) 및 직접변환 수신기로 송신된 송신 신호(A)를 미리 설정된 함수 “”에 대입하고 상기 함수를 최대로 만드는 I/Q 부정합 변수(), 직류 옵셋 변수(), 주파수 옵셋 변수(), 및 채널 변수()의 변수값을 산출한다(410).
상기 설정된 함수는 직접변환 수신기(110)를 모델링하여 얻어진다.
도 2에서 신호(rRF(t))는 믹서(112, 114) 전단으로 입력되는 신호이고, 주파수(wLO)는 로컬 오실레이터(local oscillator) 주파수이고, 및 는 각각 진폭과 주파수 부정합(mismatch)을 나타낸다.
입력된 신호 샘플은 “” 로 표현될 수 있는데, 이고, 는 정규화된 주파수 옵셋이고, 은 백색 가우스 함수(AWGN)이고, 이고, 이며, 는 직류 옵셋(DC offset)이다.
선형 변조를 가정하면, 신호(s(n))는, 로 표현될 수 있는데, hl은 l 시간 단위 먼저 인가된 임펄스 응답이고, L은 채널 길이이고, an은 복소수 정보 심벌(symbol)이다.
N + L -1 트레인 심벌(training symbol) 이 전송된다고 가정하고, 첫번째 L -1 샘플을 무시하면, 트레인 열에 상응하는 입력된 데이터 는 “”의 벡터 형식으로 나타낼 수 있는데, 이고, 는 다음의 다이아고날 행렬(diagonal matrix) “”이다.
A는 N L 행렬로서, 이고, h는 이다.
마지막으로, 는 코베리언스 행렬(covariance matrix)이 인 영 평균(zero-mean) 가우스 벡터로서, IN 은 N N 아이덴티티 행렬(identity matrix) 이다.
상기 식에서, 및 는 주파수 천이된 신호 벡터 및 그 이미지 벡터(자기 이미지)를 각각 나타낸다.
변수 , , 및 을 알고있다고 가정하면, 상기 식 “”의 계산 결과는 “” 가 되는데, 이고, 1은 1로 구성된 N 차원의 행벡터이다.
상기 식의 좌변은 직류 옵셋 및 부정합이 없는 신호를 나타낸다. 이것은 직류 옵셋과 I/Q 부정합이 상기 식의 좌변을 사용하고, 변수 , , 및 가 평가되면 용이하게 보상될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 식은 변수 , , , 및 를 평가하는데 있어서도 유용하다. 상기 식을 단순화하기 위해, 및 로 두면, 가 얻어지는데, w는 및 인 영 평균 가우스 벡터이다.
아래에서, 및 맥시멈 라이클리후드(maximum Likelihood: ML)를 이용하여 변수 , 및 의 값을 추정한다.
주어진 변수 , 및 에 대해, 벡터 는 평균이 이고, 코베리언스 벡터가 이다.
그러므로, 에 대한 조건 확률 밀도 함수는, 인데, , 및 는 각각 , 및 의 시험값(trial value)이고, 이다.
, 및 의 ML 추정은 , 및 에 대해 라이클리후드 함수 를 최대화함으로써 구할 수 있다.
도 5는 도 4의 단계(410)를 상세히 도시한 흐름도이다. 먼저, (1) 상기 함수에 대해, 선택된 하나의 변수(채널 변수)를 제외한 다른 변수를 고정하고 상기 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는, 변수값 산출 단계를 수행한다(412).
다음으로, (2) 산출된 변수값(채널 변수값)을 상기 함수에 대입하고, 직류 옵셋 변수에 대하여 상기 변수값 산출단계를 수행한다(414).
(3) 상기 함수의 모든 변수값을 산출할 때까지 상기 단계 (2)를 반복 수행한다. 이 과정은 주파수 옵셋 변수를 고정하고 I/Q 부정합 변수값을 산출(416)하고 주파수 옵셋 변수값을 산출(418)하는 과정이다.
이와 같이 구한 변수값들은 주파수 옵셋값을 제외하고는 다른 변수들의 형식으로 표현되는데, 마지막으로, (4) 상기 산출된 변수값을 연립하여 모든 변수에 대해 다른 변수가 포함되지 않은 변수값을 산출한다(419).
이 과정을 상술하면 다음과 같다. 우선 변수 를 고정시키고, 에 대해 라이클리후드 함수를 최대화한다. 그 결과, 를 최대화하는 를 구할 수 있다.
다음으로, 를 에 대입하면, 가 얻어지는데, 이고, 이다.
를 및 를 고정하고 에 대해 최대화 하면, 가 구해지는데, 이다.
마찬가지로, 는 로 줄어들고, 가 얻어지는데, 이다.
마지막으로, 및 를 이용하여, 를 최대화함으로써, 가 산출된다.
정리하면, 변수값 산출부(120)는, , , , 및 를 산출한다.
마지막으로, 산출된 변수값을 상기 입력신호에 적용시켜 상기 직접변환 수신기 보상한다(420). 도 6은 도 4의 단계(420)를 상세히 도시한 흐름도이다.
먼저, 입력신호의 공액 복소수값에 I/Q 부정합 변수값을 승산(421)하여 상기 입력신호에서 감산한다(422).
감산 결과에서 다시 직류 옵셋 변수값을 감산하고 다시 주파수 옵셋 변수 보상값()을 승산하고, 승산 결과에서 채널 변수값을 이용하여 목적하는 신호를 검출한다.
상기와 같은 구성에 의해, 직접변환 수신기의 직류 옵셋, I/Q 부정합, 주파수 옵셋 및 채널 특성을 추정하고 보상하여 자기 이미지에 의해 악화되는 직접변환 수신기의 신호 대 잡음비를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법을 수행하기 위한 장치의 일 실시예를 도시한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법을 수행하기 위해 직접변환 수신기를 모델링한 블록도이다.
도 3은 도 1의 신호 보상부(130)를 상세히 도시한 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 직접변환 수신기 보상 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 단계(410)를 상세히 도시한 흐름도이다.
도 6은 도 4의 단계(420)를 상세히 도시한 흐름도이다.

Claims (5)

  1. 직접변환 수신기의 출력신호를 입력받는 단계;
    상기 입력된 신호(y) 및 직접변환 수신기로 송신된 송신 신호(A)를 미리 설정된 함수“”에 대입하여 상기 미리 설정된 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 변수값을 상기 입력신호에 적용시켜 상기 직접변환 수신기의 신호를 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 변수값은 I/Q 부정합 변수(), 직류 옵셋 변수(), 주파수 옵셋 변수(), 및 채널 변수()의 값인 것을 특징으로 하는 직접변환 수신기 보상 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 변수값 산출 단계는,
    (1) 상기 함수에 대해, 선택된 하나의 변수를 제외한 다른 변수를 고정하고 상기 함수를 최대로 만드는 변수값을 산출하는, 변수값 산출 단계를 수행하는 단계;
    (2) 상기 산출된 변수값을 상기 함수에 대입하고, 상기 변수값 산출단계를 수행하는 단계;
    (3) 상기 함수의 모든 변수값을 산출할 때까지 상기 단계 (2)를 반복 수행하는 단계;
    (4) 상기 산출된 변수값을 연립하여 모든 변수에 대해 다른 변수가 포함되지 않은 변수값을 산출하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 직접변환 수신기 보상 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 설정된 함수는 직접변환 수신기를 모델링하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 직접변환 수신기 보상 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 직접변환 수신기를 보상하는 단계는,
    상기 입력신호의 공액 복소수값에 I/Q 부정합 변수값을 승산하여 상기 입력신호에서 감산하는 단계;
    상기 감산 결과에서 다시 직류 옵셋 변수값을 감산하고 다시 주파수 옵셋 변수 승산값()을 승산하는 단계; 및
    상기 승산 결과에서 채널 변수값을 이용하여 목적하는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환 수신기 보상 방법.
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