KR100528969B1 - 나눗셈이 없는 주파수 영역 채널 보상회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나눗셈이 없어 고속처리가 가능한 주파수 영역 채널 보상 회로에 관한 것으로, 상기 주파수 영역 채널 보상회로는, 파일럿 신호의 채널 통과 후 에러를 추정함으로써 파일럿 채널 보상 계수를 근사화 하는 파일럿 채널 보상회로; 및 초기 심벌 계수를 상기 파일럿 채널 보상회로의 출력에 의존하여 필터계수를 개선하는 단일 탭 등화기를 포함한다. 이는, 기존의 구조와는 달리 파일럿 신호를 이용해서 빠른(fast) 페이딩에서 생긴 왜곡을 먼저 보상하고 채널과 심벌의 간섭을 단일 탭 등화기로 제거하는 회로로서, 채널 보상 계수의 근사화시 나눗셈 연산이 일어나지 않기 때문에, 회로의 동작속도와 크기에서 이점을 가진다.

Description

나눗셈이 없는 주파수 영역 채널 보상회로{Division-free channel compensation circuit in frequency region}

본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)방식의 통신에 적용되는 모뎀에 관한 것으로, 특히 나눗셈이 없어 고속처리가 가능한 주파수 영역 채널 보상 회로에 관한 것이다.

무선통신에 있어서 OFDM 방식은 직각의 다중채널을 이용하기 때문에 인접 신호 및 채널의 간섭에 유리한 장점을 가지고 있다. 이런 이유로 비교적 다른 통신시스템보다 간단한 등화 구조를 사용하게 된다. 하지만 고속의 데이터처리가 필요한 무선 시스템에 적용되면서 페이딩 채널에 대한 채널보상회로가 요구되었다. 실내의 무선 채널에서는 약간의 채널변화가 있고, ITS 및 DVA, DVB와 같은 실외 통신에서는 급격한 채널변화가 존재하기 때문에 향상된 기능의 채널보상 회로가 필요하다.

일반적으로 디지털통신회로에서의 채널 보상회로는 나눗셈을 이용하여 채널변화를 연속적으로 계산하고 그 결과를 신호의 복원에 사용한다. 하지만 논리 1과 논리 0을 사용하는 디지털 회로에서의 나눗셈은 회로의 연산속도를 느리게 하며, 그 정확도를 떨어뜨린다. 최근 동작속도가 빨라진 DSP 코어를 이용하는 경우도 있지만, 대량 생산을 위한 PHY 칩에 적용하기 위해서는 디지털회로의 구현이 불가피 하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 파일럿 신호로부터 채널의 에러를 구하고 근삿값 추정을 수행함으로써 나눗셈을 사용하지 않는 파일럿 채널보상회로와, 근삿값과정을 통해 발생하는 추가적인 에러를 효율적인 채널보상구조를 통해서 보상하고, 모뎀의 FFT(Fast Fourier Transform)이전의 시간영역에 기존과는 다른 에러추정방법을 적용하는 결정궤환등화기를 구비한 주파수 영역 채널 보상회로를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 종래의 회로구현 문제점과 성능을 개선하여, 무선시스템의 성능을 더욱 효과적으로 만들어줄 수 있고, PHY 모뎀칩의 생산 단가를 낮출 수 있는 주파수 영역 채널 보상회로를 제공하는데 있다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 주파수 영역 채널 보상회로는, 파일럿 신호의 채널 통과 후 에러를 추정함으로써 파일럿 채널 보상 계수를 근사화 하는 파일럿 채널 보상회로; 및 초기 심벌 계수를 상기 파일럿 채널 보상회로의 출력에 의존하여 필터계수를 개선하는 단일 탭 등화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 나눗셈을 필요로 하는 기존의 주파수영역 채널 보상회로(파일럿보상회로+단일탭등화기)의 예를 보여주는 도면이다.

즉, 기존의 파일럿신호를 이용하는 주파수 영역등화기의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 주파수영역 채널 보상회로는, [수학식 2]와 같이 표시되는 단일탭 등화기의 보상 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고, [수학식 1]을 이용하여 파일럿 채널보상계수를 갱신한다. 그러나, 등화기에서 보상된 데이터로부터 계수를 갱신할 경우 비선형적인 왜곡이 발생할 수 있으며, 계수 갱신 알고리즘에는 복소수 나눗셈기가 요구된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나눗셈을 갖지 않는 파일럿 채널 보상회로의 구성을 보여주는 도면이다.

즉, 도 2는 제안된 보상계수를 사용해서 구현한 채널 보상 회로로서, 나눗셈을 사용하지 않는 간단한 구조를 갖는다.

앞에서 설명한 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 계수 갱신 알고리즘은 파일럿 채널 응답 h_m(N)을 [수학식 3]으로부터 얻게 된다. [수학식 3]에서 p_m(N)은 송신측의 파일럿 신호이고, p'_m(N)은 수신측의 파일럿 신호이며, pε_m(N)은 채널에 의해서 발생한 파일럿 신호의 에러이다.

[수학식 3]과 [수학식 4]에 의해서 채널보상 계수는 [수학식 5]와 같이 표시된다. OFDM 시스템에서 파일럿 채널 에러의 최대 크기를 고려하면, [수학식 5]는 약간의 크기 오차는 갖지만 정확한 위상을 갖는 보상계수의 근삿값인 [수학식 6]으로 다시 정의된다.

이는 이상적인 알고리즘에 대한 근사화 값으로서, 정확한 위상의 보상과 증감된 신호레벨의 크기를 단일 탭 등화기로 보상하게 된다. [수학식 4]를 [수학식 6]에 대입해서 정리하면, 보상계수 1/h_m(N)은 [수학식 7]과 같이 간략화 된다.

송신측의 파일럿 신호는 p_m(N) = x+jy = x 로 표현되고, 수신된 파일럿 신호는 p'_m(N) = x'+jy' 로 나타낸다. IEEE 802.11a 무선 랜 표준안에서는 127을 주기로 하여 한 심벌 당 4개의 파일럿 채널이 삽입된다. 본 발명에서 가정한 파일럿 신호의 크기는 ±0.6455 이고, α는 송신측 파일럿 신호 크기의 역수로 ±0.5492 값이 된다.

도 3은 주파수 영역에 사용된 채널 보상 회로의 구성 비교표이다.

도 3은 주파수 영역에 사용된 기존의 기법과 본 발명에 따른 나눗셈이 없는 채널 보상 알고리즘을 회로로 구현했을 때의 회로구성 복잡도를 비교해서 제시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 파일럿 채널 보상회로는 기존기법에 비해 연산회로가 50% 이상 감소되었음을 알 수 있다. 본 발명에서는 파일럿 신호를 이용한 채널 보상회로가 단일탭 등화기 전단에 위치하고, 수신된 파일럿 신호 자체를 채널 보상에 사용함으로써, 보다 정확한 보상결과를 얻을 수 있게 되었다. 이에 반해 기존의 단일 탭 등화기에 파일럿 보상회로를 혼용하여 함께 사용하는 방법에서는 등화기에 의해 수신된 신호가 변하게 되고, 변형된 파일럿 신호에 의한 채널 보상으로 인해 신호에 왜곡이 발생할 가능성이 매우 높다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수영역 채널 보상 회로의 구성을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 5는 시간영역의 결정궤환등화기(3,1)의 예를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 4의 채널보상 회로 및 도 5의 시간영역의 결정궤환등화기가 OFDM 모뎀에 적용된 예를 보여주는 도면이다.

도 4는 제안된 채널 보상회로와 단일탭 등화기에 의한 보상회로의 구성을 나타낸 것으로서, 뒷단의 단일탭 등화기는 기존과 동일하다. 도 4를 참조하면, 단일 탭 등화기의 초기 심벌 계수는 파일럿 채널 보상회로에 의존하고, 이후의 심벌을 사용해서 필터계수를 개선한다. 도 4와 같은 구조를 이용하면 파일럿 심벌에 의해서 보정된 데이터를 단일탭등화기로 다시 보정하게 된다. 따라서, 보다 효율적인 채널 보상 및 회로 구현이 가능해졌다.

그러나, 제한된 주파수 대역에서 성능향상을 위해 많은 파일럿 신호를 삽입해서 사용할 수는 없다. 따라서 본 발명에서는 낮은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 신호를 보상하기 위하여 시간영역에 결정궤환등화기를 삽입하여(도 5 및 도 6의 4-Tap DFE 참조) 신호를 보상하고, FFT 수행 후 앞서 제안된 파일럿 신호를 이용한 채널 추정회로를 사용하여 페이딩 채널에서의 왜곡과 신호간섭, 심벌간섭을 제거할 수 있게 함으로써, 낮은 SNR에서도 향상된 BER(Bit Error Rate) 성능을 얻을 수 있게 시간영역의 등화를 수행한다. 이 경우, FFT 이전의 영역에서는 단일 반송파 시스템과 동일하기 때문에, 결정궤환등화기의 각 탭은 48개의 부반송파에 해당하는 지연 시간이 필요 없게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 수신된 신호에서 파일럿 신호를 이용하여 채널 추정 및 보상에 사용하고 단일탭 등화기로 ISI(Inter Symbol Interference)과 ICI(Inter Chip Interference)를 제거한다. 그리고 시간영역에 단일반송파에 사용되는 DFE(Decision Feedback Equalizer)를 추가하여 낮은 SNR 환경에서 성능을 개선하였다. 제안된 구조는 빠른 페이딩 환경에서 SNR을 향상시키고, 회로 동작속도를 개선하였으며, 디지털회로의 구현이 용이하도록 만들었다. 또한, OFDM방식 채널보상회로의 하드웨어 크기가 전체적으로 50% 이상 감소하는 결과를 얻었다

도 1은 나눗셈을 필요로 하는 기존의 주파수영역 채널 보상회로(파일럿보상회로+단일탭등화기)의 예를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나눗셈을 갖지 않는 파일럿 채널 보상회로의 구성을 보여주는 도면이다.

도 3은 주파수 영역에 사용된 채널 보상 회로의 구성 비교표이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수영역 채널 보상 회로의 구성을 보여주는 도면이다.

도 5는 시간영역의 결정궤환등화기(3,1)의 예를 보여주는 도면이다.

도 6은 도 4의 채널보상 회로 및 도 5의 시간영역의 결정궤환등화기가 OFDM 모뎀에 적용된 예를 보여주는 도면이다.

Claims (5)

1. 수신측 파일롯 신호에 대한 송신측 파일럿 신호의 비율인 파일럿 채널 보상 계수를 채널에 의해 발생된 파일럿 신호의 에러에 기초하여 근사화 하는 파일럿 채널 보상회로; 및

   초기 심벌 계수를 상기 파일럿 채널 보상회로의 출력에 의존하여 필터계수를 개선하는 단일 탭 등화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 채널 보상회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파일럿 채널 보상회로는, 송신측의 파일럿 신호가 pm(N), 수신측의 파일럿 신호가 p'm(N), 채널에 의해 발생된 파일럿 신호의 에러가 pεm(N)일 때, 상기 파일럿 채널 보상 계수(1/hm(N))를 으로 근사화 하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 채널 보상회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 파일럿 채널 보상 계수(1/hm(N)) 값은, 상기 송신측의 파일럿 신호 pm(N)= x+jy = x로 표현되고, 상기 수신측의 파일럿 신호 p'm(N) = x' + jy'로 표현되며, 상기 송신측 파일럿 신호의 역수가 α로 표현될 때, 의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 채널 보상회로
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단일 탭 등화기는 상기 파일럿 채널 보상회로에서 보정된 데이터를 재 보정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 채널 보상회로
5. 제 1 항에 있어서,

   주파수 영역 채널 보상회로는, 낮은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 신호를 보상하기 위해 상기 파일럿 채널 보상기 전단에 연결되어 시간영역의 등화를 수행하는 시간영역의 결정궤환등화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 채널 보상회로.