KR100540170B1 - Apparatus and method of digital tv receiver for beam-forming using direction of arrival estimation of main path signal - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
주 경로 신호의 입사각 추정을 이용한 빔형성 장치 및 그 방법에 관한 것임. The present invention relates to a beamforming apparatus using the estimation of the incident angle of the main path signal, and a method thereof.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 2. The technical problem to be solved by the invention
다중 경로 신호 중 주 경로 신호의 입사각을 추정함으로써 DTV 수신기의 수신 성능을 개선 시키는 빔 형성 장치 및 그 방법을 제공함.Provided is a beamforming apparatus and method for improving the reception performance of a DTV receiver by estimating the incident angle of a main path signal among multipath signals.
3. 발명의 해결방법의 요지 3. Summary of Solution to Invention
다중 경로 신호의 공간 스펙트럼이 최대가 되는 입사각을 주 경로 신호의 입사각으로 결정하는 입사각 추정 수단, 상기 결정된 입사각에 기초하여 산출된 가중치를 상기 다중 경로 신호에 적용함으로써 상기 결정된 주경로 신호 입사각에 대해 빔 패턴을 형성하는 빔 형성 수단 및 상기 빔 형성 수단의 출력을 합산하여 채널 등화 수단으로 출력하는 가산 수단을 포함함.An incidence angle estimating means for determining an incidence angle at which the spatial spectrum of the multipath signal is the maximum as an incidence angle of a main path signal, and applying a weight calculated based on the determined incidence angle to the multipath signal for the determined main path signal incidence angle Beam forming means for forming a pattern and adding means for summing outputs of the beam forming means and outputting them to the channel equalizing means.
4. 발명의 중요한 용도 4. Important uses of the invention
디지털 TV 수신기에 이용됨Used in digital TV receivers
DTV, 다중경로, 주경로 신호, 입사각 추정, 빔형성DTV, multipath, main path signal, incident angle estimation, beamforming
Description
도 1 은 종래의 DTV 수신기에 대한 구성일예시도.1 is an exemplary configuration of a conventional DTV receiver.
도 2 는 종래기술인 선택형 빔 형성 방식을 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a conventional selective beam forming method.
도 3 은 본 발명이 적용되는 DTV 수신기에 대한 일실시예 상세 구성도.3 is a detailed configuration diagram of an embodiment of a DTV receiver to which the present invention is applied.
도 4 는 공간 스펙트럼을 이용하여 수신되는 주 경로 신호의 입사각을 추정하는 예시도.4 is an exemplary diagram for estimating an angle of incidence of a received main path signal using spatial spectrum.
도 5 는 본 발명에 따른 입사각 추정 알고리즘에 대한 일실시예 상세 흐름도.5 is a detailed flowchart of an embodiment of an incident angle estimation algorithm according to the present invention;
도 6 은 본 발명이 적용된 DTV 수신기에서 빔형성기의 빔패턴을 나타내는 예시도.6 is an exemplary view showing a beam pattern of a beam former in a DTV receiver to which the present invention is applied.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for the main parts of the drawings
101 : 안테나 수단 102 : 복조 수단101 antenna means 102 demodulation means
103 : 채널 등화 수단 310 : 안테나 수단103 channel equalization means 310 antenna means
320 : 복조 수단 330 : 입사각 추정 수단320: demodulation means 330: incident angle estimation means
340 : 빔 형성 수단 350 : 가산 수단340: beam forming means 350: adding means
360 : 채널 등화 수단360: channel equalization means
본 발명은 디지털 TV(Digital TV, DTV)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 경로 신호 중에서 주 경로 신호의 입사각을 추정함으로써 DTV 수신기의 수신 성능을 개선 시키는 주 경로 신호의 입사각 추정을 이용한 빔 형성 장치 및 그 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
디지털 방송 송신기에서 송신된 신호는 채널의 영향이 가해져 수신기에 전달되며, 여기서 채널의 효과에는 다중 경로, 도플러 주파수, 이동 수신에 대한 동적 채널 등이 있다. The signal transmitted from the digital broadcast transmitter is transmitted to the receiver under the influence of a channel, and the effects of the channel include multipath, Doppler frequency, and dynamic channel for mobile reception.
한편, 이동 채널은 원하는 주 경로 수신 신호와 원하지 않는 다중 경로 수신 신호 사이에 진폭차가 거의 없는 레이라이(Rayleigh) 페이딩 채널 특성과 주파수 선택적인 저속 페이딩 가변 채널 특성을 갖는다. 이러한 열악한 레이라이 페이딩 채널 환경에서 VSB(Vestigial SideBand) 방식의 DTV 시스템의 수신기는 LMS(Least Mean Square), RLS(Recursive Least Squares), Kalman 알고리즘 등을 적용한 채널 등화기를 적용하여 시간 영역의 신호 처리를 통하여 동적 다중 경로의 간섭을 제거하였다. On the other hand, the mobile channel has a Rayleigh fading channel characteristic with little amplitude difference between a desired main path received signal and an undesired multipath received signal and a frequency selective slow fading variable channel characteristic. The receiver of VSB (Vestigial SideBand) DTV system in such a poor Ray-Lay fading channel environment is applied to the channel equalizer using LMS (Least Mean Square), RLS (Recursive Least Squares), Kalman algorithm, etc. The interference of the dynamic multipath was eliminated.
도 1 은 종래의 DTV 수신기에 대한 구성일예시도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 다중경로 채널의 영향을 받은 신호는 안테나 수단(101)으로 수신되어 복조 수단(102)을 통해 기저대역의 신호로 변환된 후 채널 등화 수단(103)으로 입력된다. 복조 수단(102)은 주파수 동기나 심볼 타이밍 등의 동기 과정을 수행하게 된다. 다중 경로 채널에 의한 신호의 왜곡은 채널 등화 수단(103)에서 제거된다. 1 is an exemplary configuration diagram of a conventional DTV receiver. As shown in FIG. 1, the signal affected by the multipath channel is received by the antenna means 101, converted into a baseband signal through the demodulation means 102, and then input to the channel equalization means 103. The demodulation means 102 performs a synchronization process such as frequency synchronization and symbol timing. The distortion of the signal by the multipath channel is eliminated in the channel equalization means 103.
그러나, 종래 VSB(Vestigial SideBand) 방식의 DTV 시스템에서는 레이라이 채널과 같이 크기가 비슷한 다중 경로 신호들이 수신되면 수신기의 채널 등화 수단(103)에서 보상하기가 어렵다. However, in the conventional VSB (Vestigial SideBand) DTV system, when the multipath signals having similar magnitudes, such as the Rayleigh channel, are received, it is difficult to compensate in the channel equalization means 103 of the receiver.
종래 VSB(Vestigial SideBand) 방식의 DTV 시스템의 채널 등화기는 원하는 주 경로 신호의 검출과 가변 채널 특성의 추적을 완전하게 수행하지 못하기 때문에 채널 등화기의 출력 신호에는 검출 및 추적 오류가 존재하게 된다. 이러한 오류는 전송 채널의 주변 소음(ambient noise)과는 독립적인 새로운 잡음원으로 작용하기 때문에 DTV에서 원신호를 복원할 수 있는 최소 신호대잡음비인 TOV(Threshold Of Visibility) 값이 증가하게 되는 문제점이 있다. 즉 레이라이 페이딩 채널 특성을 갖는 이동 채널 환경에서는 채널 등화기만으로 원신호 복원에 충분한 등화 성능을 얻을 수 없다. Since the channel equalizer of the conventional VSB (Vestigial SideBand) DTV system does not completely detect the desired main path signal and track the variable channel characteristics, there is a detection and tracking error in the output signal of the channel equalizer. Since this error acts as a new noise source that is independent of ambient noise of the transmission channel, there is a problem in that the value of the threshold of visibility (TOV), which is the minimum signal-to-noise ratio that can recover the original signal in the DTV, increases. That is, in a mobile channel environment having a ray lay fading channel characteristic, an equalization performance sufficient for restoring the original signal cannot be obtained only by the channel equalizer.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 빔 형성을 이용한 공간 신호 처리 기법을 적용하여 동적 다중 경로의 간섭을 제거하는 기술이 VSB 방식 DTV 시스템에 도입되었다. 이러한 종래기술에 따르면 공간 신호 처리 기법을 적용하여 다중 경로의 간섭이 최소화되는 방향으로 빔을 형성시킴으로써 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다. In order to solve this problem, a technique for removing interference of dynamic multipath by applying spatial signal processing technique using beamforming has been introduced in a VSB type DTV system. According to the conventional technology, the performance of the receiver can be improved by forming a beam in a direction in which the interference of the multipath is minimized by applying the spatial signal processing technique.
공간 신호 처리 기법이 적용된 빔 형성 방식 중에서 선택형 빔 형성(switched beamforming) 방식이 알려져 있다.Among the beamforming methods to which the spatial signal processing technique is applied, a switched beamforming method is known.
선택 빔 형성 방식은 미리 정해진 방위를 지향하는 다수의 빔을 만들고, 그 중에서 원하는 신호가 존재하는 방위를 지향하는 빔을 형성시킴으로써 원하지 않는 방위로 수신되는 다중 경로 신호는 제거하는 기능을 수행한다. 여기서, 형성된 k개의 빔 중에서 원하는 신호가 존재하는 빔을 형성시키는 과정은 각 빔의 수신 전력을 비교하는 방법 등이 적용된다. 이 때, 선택형 빔 형성 방식에서는 미리 정해진 방위를 지향하는 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 가지고 있기 때문에, 미리 알고 있는 신호가 없어도 적용 가능하다는 특징을 가진다. The selective beamforming method performs a function of canceling a multipath signal received in an undesired orientation by forming a plurality of beams facing a predetermined orientation, and forming a beam directed in a direction in which a desired signal exists. Here, a method of forming a beam having a desired signal among the k beams formed may be performed by comparing a received power of each beam. In this case, since the selective beamforming method has a beamforming weight directed to a predetermined orientation, it can be applied even if no signal is known in advance.
그러나, 이러한 종래기술에 따르면, 주 경로 신호의 입사각은 여전히 알 수 없고 단지 다수의 방향으로 빔 패턴을 형성하고 각 빔 패턴으로 입사되는 신호에 기초하여 빔을 형성시킨다.However, according to this prior art, the angle of incidence of the main path signal is still unknown and only forms a beam pattern in multiple directions and forms a beam based on the signal incident in each beam pattern.
도 2 는 종래기술인 선택형 빔 형성 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 2 에 도시된 바와 같이 입사각 추정을 하지 않기 때문에 주 경로 신호의 입사각은 알 수 없고 단지 다수의 방향으로 빔 패턴을 형성하고 각 빔 패턴으로 입사되는 신호에 기초하여 빔을 형성시킨다. 이 경우 빔 패턴의 개수가 한정되기 때문에 최악의 경우 인접한 빔패턴 사이에 주경로 신호가 입사되고 선택한 빔 패턴에 대한 이득이 가장 큰 방위로 다른 다중경로 신호가 입사하면 DTV수신기의 수신율이 저하되는 문제점이 있다. 2 is a view for explaining a conventional selective beam forming method. Since the incidence angle of the main path signal is not known as shown in FIG. 2, the incidence angle of the main path signal is unknown and only a beam pattern is formed in a plurality of directions, and a beam is formed based on the signal incident in each beam pattern. In this case, since the number of beam patterns is limited, in the worst case, the reception rate of the DTV receiver is degraded when the main path signal is incident between adjacent beam patterns and another multipath signal is incident with the greatest gain for the selected beam pattern. There is this.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다중 경로 신호 중 주 경로 신호의 입사각을 추정하여 빔 형성을 위한 가중치를 구함으로써 DTV 수신기의 수신 성능을 개선 시킬 수 있는 주 경로 신호의 입사각 추정을 이용한 빔 형성 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and estimates the incidence angle of the main path signal of the multi-path signal to obtain the weight for beam formation to estimate the incidence angle of the main path signal which can improve the reception performance of the DTV receiver. It is an object of the present invention to provide a beam forming apparatus and a method thereof.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 어레이 안테나 및 채널 등화 수단을 갖는 디지털 TV의 수신기의 빔 형성 장치에 있어서, 상기 안테나에 의해 수신되어 복조된 다중 경로 신호의 공간 스펙트럼이 최대가 되는 입사각을 주 경로 신호의 입사각으로 결정하는 입사각 추정 수단, 상기 결정된 입사각에 기초하여 산출된 가중치를 상기 다중 경로 신호에 적용함으로써 상기 결정된 주경로 신호 입사각에 대해 빔 패턴을 형성하는 빔 형성 수단 및 상기 빔 형성 수단의 출력을 합산하여 채 널 등화 수단으로 출력하는 가산 수단을 포함하는 빔 형성 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a beam forming apparatus for a receiver of a digital TV having an array antenna and channel equalization means, wherein the spatial angle of the multipath signal received and demodulated by the antenna is maximized. An incidence angle estimation means for determining an incidence angle of a path signal, beam forming means for forming a beam pattern with respect to the determined main path signal incidence angle by applying a weight calculated based on the determined incidence angle to the multi-path signal, and Provided is a beam forming apparatus comprising an adding means for summing the outputs and outputting the sum to the channel equalizing means.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 어레이 안테나 및 채널 등화 수단을 갖는 디지털 TV의 수신기의 빔 형성 방법에 있어서, 상기 안테나로 수신된 다중 경로 신호를 복조하는 제 1 단계, 상기 복조된 다중 경로 신호의 공간 스펙트럼이 최대가 되는 입사각을 주 경로 신호의 입사각으로 결정하는 제 2 단계, 상기 결정된 입사각에 기초하여 산출된 가중치를 상기 다중 경로 신호에 적용함으로써 상기 결정된 주경로 신호 입사각에 대해 빔 패턴을 형성하는 제 3 단계 및 상기 제 3 단계에 의해 형성된 빔 패턴에 따라 가중치가 적용된 다중 경로 신호를 합산하여 채널 등화 수단으로 출력하는 제 4 단계를 포함하는 빔 형성 방법을 제공한다.Also, in order to achieve the above object, the present invention provides a method for beamforming a receiver of a digital TV having an array antenna and channel equalization means, the first step of demodulating a multipath signal received by the antenna, the demodulated multiplex. A second step of determining an incident angle at which the spatial spectrum of a path signal is maximized as an incident angle of a main path signal, and applying a weight calculated based on the determined angle of incidence to the multi-path signal for the determined main path signal incident angle And a fourth step of summing the multipath signals with weights according to the beam pattern formed by the third step and outputting the multipath signals to the channel equalization means.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명이 적용되는 DTV 수신기에 대한 일실시예 상세 구성도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 어레이 안테나 수단(310)의 각 안테나 소자(안테나 1 내지 안테나 N)에 수신된 DTV 신호들은 각각 복조 수단(320)으로 입력된다. 그리고, 복조 수단(320)의 각 복조기(복조기 1 내지 복조기 N)로부터 기저 대역 신호가 출력된다. 기저 대역 신호는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현된다. 3 is a detailed configuration diagram of an embodiment of a DTV receiver to which the present invention is applied. As shown in FIG. 3, the DTV signals received at each antenna element (
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여기서, XD는 배열 안테나 수단(310)의 각 안테나 소자 중 D번째 안테나 소자로 입력되는 신호들에 대한 벡터, N은 안테나 소자 개수, k는 수신된 신호의 수를 나타낸다. Here, X D is a vector for signals input to the D-th antenna element of each antenna element of the array antenna means 310, N is the number of antenna elements, and k is the number of received signals.
한편, 입력 신호를 나타내는 벡터 X1 내지 XN은 입사각 추정 수단(330)에 제공되고, 입사각 추정 수단(330)은 상기 X1 내지 XN 벡터를 이용하여 입사각을 추정한다. 입사각을 추정하는 방법은 이후 상세히 설명하기로 한다. Meanwhile, vectors X 1 to X N representing the input signal are provided to the incident angle estimating means 330, and the incident angle estimating means 330 estimates the incident angle using the X 1 to X N vectors. The method of estimating the incident angle will be described later in detail.
상기와 같이 입사각이 추정되면 빔 형성 수단(340)은 상기 추정된 입사각을 이용하여 하기 [수학식 2]와 같이 표현되는 가중치 벡터 W를 구한다. When the incident angle is estimated as described above, the
이 때, 상기 가중치 벡터 W는 (N ×1) 차원을 갖는 벡터로 본 발명에 따라 주 경로 신호의 입사각이 추정되면, 상기 추정된 입사각 및 안테나 수단(310)을 구성하는 각각의 안테나 소자들간의 거리를 이용하여 구할 수 있다. 즉, 상기 가중치 벡터 W는 상기 추정된 입사각에 각각의 안테나 소자들간의 거리에 해당하는 위상차이 만큼을 더하여 구할 수 있다. 상기 W 벡터는 WHW=1의 성질을 가지며 빔 형성 수단(340)의 출력 신호 y(k)의 전력을 최대로 하는 성질이 있으며, WH는 벡터 W의 에르미션(hermitian) 벡터로서 벡터 W의 공액 전치(conjugate transpose) 행렬을 나타낸다. In this case, when the incidence angle of the main path signal is estimated according to the present invention, the weight vector W is a vector having a (N × 1) dimension, and the estimated incidence angle and between the respective antenna elements constituting the antenna means 310 are measured. Can be found using distance. That is, the weight vector W may be obtained by adding the phase difference corresponding to the distance between each antenna element to the estimated incident angle. The W vector has a property of W H W = 1 and maximizes the power of the output signal y (k) of the beam forming means 340, where W H is a hermitian vector of the vector W. Represents a conjugate transpose matrix of W.
그리고, 상기와 같이 가중치 벡터 W가 구해지면 빔 형성 수단(340)은 상기 가중치 벡터를 이용하여 빔을 형성하고, 가산 수단(350)은 상기 형성된 빔들을 더한 신호를 출력하게 된다. 이 때, 상기 가산 수단(350)의 출력 Y(k)은 하기 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같다. When the weight vector W is obtained as described above, the beam forming means 340 forms a beam using the weight vector, and the adding means 350 outputs a signal obtained by adding the formed beams. At this time, the output Y (k) of the adding
상기 가산 수단(350)의 출력 Y(k)은 채널 등화 수단(360)으로 전송되어지며, 채널 등화 수단(360)은 가산 수단(350)의 출력 Y(k)의 잔여 채널의 영향을 제거하는 역할을 하게 된다. The output Y (k) of the adding
한편, 상기 입사각을 추정하는 방법은 지연합 방법 및 카폰(Capon) 방법이 있다. The method of estimating the incident angle includes a delay sum method and a capon method.
지연합 방법은 각 방향에 대해서 안테나 빔을 지향하고 전력을 측정한 후 가장 큰 출력을 나타내는 방향을 신호의 입사각으로 추정하는 방법으로 각 안테나 소자에서 지연 소자를 조절하여 지향 방향으로부터 신호의 위상을 동일하게 만든 후 선형 결합하여 각 지향 방향에 대한 출력을 얻는 방법이다. 카폰 방법은 지향 방향에 대해서 일정한 이득을 유지하는 제한 조건을 만족하며 출력을 최소화시키면서 방향 스펙트럼을 얻는 방법이다. The delay sum method is a method of directing the antenna beam in each direction, measuring the power, and then estimating the direction indicating the largest output as the angle of incidence of the signal. The linear combination is then combined to obtain the output for each direction. The car phone method satisfies the constraints of maintaining a constant gain with respect to the directing direction and obtains the direction spectrum while minimizing the output.
상기 두 가지 방법 모두 입사각에 대한 공간 스펙트럼이 최대값을 가지는 방 향을 입사각으로 추정한다. 하기 [수학식 5]는 지연합 방법에서 공간 스펙트럼을 나타내는 식이며, 하기 [수학식 6]은 카폰 방법에서 공간 스펙트럼을 나타내는 식이다. In both methods, the direction in which the spatial spectrum of the incident angle has the maximum value is estimated as the incident angle. [Equation 5] is an equation representing the spatial spectrum in the delay sum method, and [Equation 6] is an equation representing the spatial spectrum in the Carpon method.
이 때, 하기 [수학식 5]는 지연합 방법에 사용되는 컨벤셔널 빔 형성기(Conventional BF(BeamFormer))의 경우 입사각 θ의 변화에 따른 공간 스펙트럼 값으로 입사각 추정 수단(340)은 VBF(θ)가 최대값이 되는 방향을 주 경로 신호의 입사각으로 추정한다. 한편, 하기 [수학식 6]은 카폰 방법에 사용되는 카폰(Capon) 빔형성기의 경우 입사각 θ의 변화에 따른 공간 스펙트럼 값으로 입사각 추정 수단(340)은 VCAP(θ)가 최대값이 되는 방향을 주 경로 신호의 입사각으로 추정한다. At this time, the following [Equation 5] Conventional beam former (Conventional BF (BeamFormer)) as a spatial spectrum value corresponding to the change of the incident angle θ incident angle estimating means 340 for used in the paper Union method V BF (θ ) Is estimated as the incident angle of the main path signal. On the other hand, to Equation 6] orientation car phone (Capon) beam if the former incident angle to the spatial spectrum value corresponding to the change in the angle of incidence θ estimating means (340) for use in car phones method a V CAP (θ) is the maximum value Is estimated as the incidence angle of the main path signal.
여기서, a(θ)는 입사각 θ에 따른 안테나의 어레이 이득을 나타내는 벡터로 상기 가중치 벡터 W와 동일한 (N ×1)의 차원을 가지며, 안테나 소자들의 배열에 따라 구할 수 있고 추정된 입사각에 대한 어레이 이득은 상기 가중치 벡터 W와 동일한 값이다. 또한, R 행렬은 하기 [수학식 7]으로 표현되는 바와 같이 안테나 수단(310)으로 입력되어 복조된 신호(X1, X2, ..., XD, ...., XN
, 수학식1 참조)를 나타내는 행렬과 그 전치 행렬을 곱하여 얻을 수 있는 공분산 행렬로 그 주대각선 방향의 성분은 안테나 수단(310) 각각의 안테나 소자로 입력되는 신호들의 최대 전력을 나타낸다. Here, a (θ) is a vector representing the array gain of the antenna according to the incident angle θ and has the same dimension (N × 1) as the weight vector W, which can be obtained according to the arrangement of the antenna elements, and the array for the estimated angle of incidence. The gain is the same value as the weight vector W. In addition, the R matrix is input to the antenna means 310 and demodulated signals X 1 , X 2 , ..., X D , ...., X N , The covariance matrix can be obtained by multiplying the matrix represented by
단, X는 , XT는 X의 전치 행렬임.Where X is , X T is the transpose of X.
상기 [수학식 5] 과 [수학식 6]에 따라 표현되는 수신신호의 공간 스텍트럼에서 최대값을 갖는 입사각을 주경로 신호의 입사각(θ)으로 추정한다. 이 때, 상기 공간 스펙트럼을 계산하고 계산된 공간 스펙트럼이 최대가 되는 입사각을 결정 하는 과정이 수신 신호의 입사각을 추정하는 과정에 해당한다. The incidence angle having the maximum value in the spatial spectrum of the received signal represented by
도 4 는 공간 스펙트럼을 이용하여 수신되는 주 경로 신호의 입사각을 추정하는 예시도이다. 이 때, 적용한 다중 경로 신호의 채널 특성은 하기 [표 1]과 같다.4 is an exemplary diagram for estimating an incident angle of a main path signal received using a spatial spectrum. In this case, the channel characteristics of the applied multipath signal are shown in Table 1 below.
[표 1]의 다중 경로 채널 모델을 이용하여 수신된 신호에 대한 공간 스펙트럼은 [수학식 5]와 [수학식 6]을 이용하여 구할 수 있으며, 이를 도시하면 도 5 와 같다. 두 가지 방법 모두 주 경로 신호의 입사각 +5°에서 최대값을 나타냄을 알 수 있다.The spatial spectrum of the signal received using the multipath channel model of [Table 1] can be obtained using
도 5 는 본 발명에 따른 입사각 추정을 이용한 빔 형성 방법에 대한 일실시예 상세 흐름도이다. 도 5 를 참조하여 입사각 추정을 이용한 빔 형성 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 5 is a detailed flowchart illustrating a beam forming method using an incident angle estimation method according to the present invention. A beam forming method using the incident angle estimation will be described in detail with reference to FIG. 5 as follows.
안테나 수단(310)에 의해 수신된 신호는 복조 수단(320)에 의해 기저 대역의 신호로 복조되며(501). 입사각 추정 수단(330)은 상기 복조된 신호를 이용하여 공간 스펙트럼을 구한 후(502), 상기 공간 스펙트럼이 최대가 되는 각을 입사각을 추정한다(503). 상기와 같이 입사각이 추정되면 추정된 입사각을 적용하여 가중치 벡터 W를 구하게 되고(504), 빔 형성 수단(340)은 상기 가중치 벡터 W를 복조 신호에 적용시킴으로써 빔을 형성한다(505). 이 때, 상기 N개의 복조 신호 각각에는 입사각 추정에 의한 위상값이 적용되어 위상 변환기에서 복조 신호에 대해 위상이 변환되는 원리와 동일하게 위상이 변환된다. The signal received by the antenna means 310 is demodulated by the demodulation means 320 into a baseband signal (501). The incidence
본 발명에 따른 빔 형성 장치에 대해 입사각이 θ1으로 추정된 경우의 실시예에 대해 해석하면 다음과 같다. The embodiment in the case where the incident angle is estimated to be θ 1 for the beam forming apparatus according to the present invention is as follows.
빔 형성을 위한 디지털 신호 처리 전에 주 경로 신호에 대한 입사각을 추정하는 과정에서, 만약 다중경로 신호 중에서 주 경로 신호가 θ1 방향에 존재하는 것으로 가정하면 입사각은 θ1 방향으로 추정될 것이다. In the process of estimating the incidence angle with respect to the main path signal before processing the digital signal for beam formation, if the main path signal is present in the θ 1 direction among the multipath signals, the incidence angle will be estimated in the θ 1 direction.
상기 추정된 입사각 θ1 방향에 대해, 송신 신호 d1(k)에 대해 안테나 수단(310)으로 입력되는 어레이 입력 벡터 x(k)는 하기 [수학식 8]와 같이 주어지며, (N ×1)의 차원을 갖는 벡터이다. For the estimated incidence angle θ 1 direction, the array input vector x (k) input to the antenna means 310 with respect to the transmission signal d 1 (k) is given by Equation 8 below, and (N × 1). Is a vector with dimensions
여기서, a(θ1)은 θ1 방향에 대한 어레이 이득을 나타내는 벡터로서 전술한 바와 같이 입사각으로 추정된 θ1 방향에 대한 어레이 이득은 가중치 벡터 W와 동일하며, (N ×1)의 차원을 갖는다. 또한, n(k)는 잡음 신호를 나타내며 (N ×1)의 차원을 갖는 벡터이다. 이 때, 어레이 이득 a(θ1 )을 적용함으로써 입사각으로 추정된 방향의 신호 성분은 안테나의 갯수만큼 신호의 세기가 증가되는 효과가 있다. Here, a (θ 1 ) is a vector representing the array gain in the θ 1 direction. As described above, the array gain in the θ 1 direction estimated by the incident angle is equal to the weight vector W, and the dimension of (N × 1) is obtained. Have In addition, n (k) represents a noise signal and is a vector having a dimension of (N × 1). At this time, by applying the array gain a (θ 1 ), the signal component in the direction estimated by the incident angle has the effect of increasing the signal strength by the number of antennas.
한편, 상기 송신 신호 d1(k)에 대한 빔 형성 수단(340)의 출력 y(k)에 대한 평균 전력 E(y(k)y*(k))은 하기 [수학식 9]과 같이 구할 수 있다.Meanwhile, the average power E (y (k) y * (k)) of the output y (k) of the
여기서, 과 은 각각 안테나로 입사된 신호와 잡음의 전력이다. here, and Are the power of the signal and noise incident to the antenna, respectively.
도 6 는 본 발명이 적용된 DTV 수신기에서 빔형성기의 빔패턴을 나타내는 예시도이다. 6 is an exemplary view illustrating a beam pattern of a beam former in a DTV receiver to which the present invention is applied.
입사각 추정 수단(330)은 VBF(θ)또는 VCAP(θ)를 이용하여 추정한 뒤 주 경로 신호의 주 경로 신호의 입사각을 추정하고, 빔 형성 수단(340)은 상기 추정된 입사각에 대한 입사 방향으로 가중치 [w1, w2, w3, ... wN]를 적용해서 빔을 형성한다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 방법으로 주 경로 신호의 입사각을 추정함으로써 다수개의 빔 패턴을 형성할 필요없이 정확한 방향으로 빔 패턴을 얻을 수 있다.The incidence angle estimating means 330 estimates the incidence angle of the main path signal of the main path signal after estimating using V BF (θ) or V CAP (θ), and the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기와 같은 본 발명은, 주 경로 신호의 입사각을 추정함으로써 추정된 방향으로 빔 패턴을 형성하여 다수개의 빔을 형성할 필요없이 추정한 방향으로만 빔 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of forming the beam pattern only in the estimated direction without forming a plurality of beams by forming the beam pattern in the estimated direction by estimating the incident angle of the main path signal.
따라서, 본 발명은 DTV 송신기와 DTV 수신기간에 약속된 훈련열 정보가 없이 도 수신한 신호의 일부분을 이용함으로써 주 경로 신호의 입사각 추정이 가능하여 열악한 동적 다중 경로가 존재하는 채널에서 디지털 방송의 수신 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다. Accordingly, the present invention enables the estimation of the incident angle of the main path signal by using a part of the received signal without the training string information promised between the DTV transmitter and the DTV receiver, thereby receiving digital broadcast in a channel having poor dynamic multipath. This has the effect of improving performance.
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