KR100556387B1 - 시간영역 적응 등화 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널왜곡이 심하여 오차 진행상황에 빠지지 않고 견고한 수신 성능을 보이는 시간영역 적응 등화 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 임의의 초기 계수를 가지고 시작하여 왜곡된 전송채널을 시간영역 적응 등화해 가면서 다음 심볼의 등화에 사용될 계수를 피드백을 통해 재 생성하여 채널을 보상하는 채널 보상부와, 상기 채널 보상부에서 보상된 시간영역 출력 데이터 속에 담겨진 유색잡음을 추정하고 이 추정된 유색잡음을 제거하여 백색화하는 잡음 추정기를 포함하여 구성되는데 있다.

LMS 등화기, 유색잡음, 잡음 추정기

Description

시간영역 적응 등화 장치 및 그 방법{apparatus and method for time domain equalizer}

도 1 은 종래 기술에 따른 비선형 판정 궤환 등화기의 구조를 나타낸 도면

도 2 는 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치의 구조를 나타낸 도면

도 3 은 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치에서 잡음 추정기의 구조를 상세히 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101, 201 : 전달필터 102 : 궤환필터

103, 204 : 판정기 104, 207 : 가중치 제어기

105, 202 : 덧셈기 203 : 잡음 추정기

205 : 선택기 206 : 뺄셈기

301 : 탭 계수 302 : 훈련신호 또는 판정값

본 발명은 디지털 송수신 시스템에서 왜곡된 신호를 복원하는 등화기에 관한 것으로, 특히 증폭 잡음 제거기를 이용한 VSB 지상파 TV 수신기용 시간영역 LMS 등 화기에 관한 것이다.

송수신 시스템에서는 대역폭이 제한된 다중경로 채널에 의해 심벌간의 간섭이 발생하게 되는데, 이는 송신된 신호를 왜곡시키고 수신기에서 비트 에러를 발생시키는 요인이 된다. 아울러, 이러한 심벌간 간섭은 다중경로 채널에서 고속 데이터를 전송하는데 있어서 주된 장애 요인으로 인식되어 왔다.

따라서, 이러한 심벌간 간섭을 최소화하고 왜곡된 신호를 복원하기 위해서 수신단에는 채널을 등화하는 신호처리 과정이 수행된다.

일반적으로 통신 채널은 고정되어있지 않고 시변하므로 채널 등화기는 이러한 채널의 시변특성을 추적할 수 있어야 하는데, 이런 등화기를 적응형 등화기라고 한다.

이러한 목적으로 현재 지상파 방송과 같은 단일 반송파 전송시스템용 수신기에서 가장 많이 채택하고 있는 등화기로는 비선형 판정 궤환 등화기(Nonlinear Decision Feedback Equalizer)가 있는데, 이는 시간영역에서 동작하며 계수 갱신에 연산량이 작은 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 사용하여 수렴속도는 느리지만 구현이 간단하다는 장점이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 비선형 판정 궤환 등화기의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하여 등화 과정을 살펴보면, 수신된 신호는 우선 임의의 탭 계수를 가지는 전달필터(Feedforward Filter)(101)로 입력되고 이 전달필터(101)를 통해 메인 경로보다 이전에 들어오는 경로의 신호를 제거한다. 그리고 궤환필터(Feedback Filter)(102)를 통해 메인 경로보다 이후에 들어오는 신호를 제거하게 된다.

여기서 상기 궤환필터(102)의 입력으로는 상기 전달필터(101)와 궤환필터(102)의 합(105)으로 이루어진 출력값이 바로 입력되는 것이 아니고, 판정기(103)를 통과하고 난 뒤에 입력되게 된다.

따라서 상기 판정기(103)에서 판정이 정확하게 내려졌을 경우 출력성분에 담긴 잡음이 제거된 상태에서 상기 궤환필터(102)로 재입력되므로 잡음증폭현상이 없어 최적필터(Maximum Likelyhood Sequence Estimator)에 가까운 성능을 보이게 된다. 이는 일반적으로 선형 여파기보다 우수한 성능을 낼 수 있다.

이 적응형 등화기의 경우 정확한 입력신호의 자기상관 관계 값이나 입력신호와 원하는 출력간의 상호 상관관계 값을 필요로 하지 않는다는 점에서 그 구조가 단순하다는 장점을 가지고 있다. 또한 행렬 역연산 같은 복잡한 연산을 필요로 하지 않는다.

또한, 이 등화기의 경우 수신신호가 다중경로를 통해 들어오면 가장 에너지가 크게 들어오는 경로를 메인 경로로 잡고 나머지 경로들은 인접신호 간섭(ISI)로 간주하여 메인 경로로 들어오는 신호만을 위상과 크기 보정을 통해 복원하고 나머지 경로로 들어오는 신호는 제거하는 방식이다.

하지만 채널왜곡이 심한 경우 상기 궤환필터(102)로 들어가는 판정값에 판정오차가 빈번히 발생하여, 잘못된 판정값으로 인하여 궤환필터(102)에서 무한루프가 돌면서 등화기 성능이 열화되는 오차 진행상황(Error Propagation)이 발생할 수 있 다. 이 경우, 결정 궤환 등화기가 제대로 등화되지 못하는 단점이 있다.

따라서, 이러한 결정 궤환 등화기가 안고 있는 문제점인 오차진행 발생을 극복하고 일관된 등화 성능을 낼 수 있는 등화기의 설계가 절실히 필요하다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 채널왜곡이 심하여 오차 진행상황에 빠지지 않고 견고한 수신 성능을 보이는 시간영역 적응 등화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치의 특징은 기저대역으로 입력되는 수신신호를 임의의 탭 계수를 이용하여 메인 경로보다 이전에 들어오는 경로의 신호를 제거하는 전달필터(feedforward fliter)와,상기 전달필터에서 출력된 시간영역 데이터 속에 담겨진 잡음을 추정하고, 상기 잡음을 제거하는 잡음 추정기와, 상기 제거된 잡음을 이용하여 오차를 생성하는 판정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 장치를 포함하여 구성되는데 있다.

그리고 상기 잡음 추정기는 임의의 초기 필터 탭 값과 곱해진 값의 총 합이 입력되면 직렬로 연결되어 탭 크기 단위로 지연시켜 출력하는 다수개의 필터 탭과, 상기 필터 탭 개수만큼 지연된 값들을 이용하여 LMS 알고리즘으로 필터 탭 계수값들을 갱신해 가면서 유색잡음을 추정하는 추정부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 방법의 특징은 임의의 초기 계수를 가지고 시작하여 왜곡된 전송채널을 시간영역 적응 등화해 가면서 다음 심볼의 등화에 사용될 계수를 피드백을 통해 재 생성하여 채널을 보상하는 단계와, 상기 채널 보상된 시간영역 출력 데이터 속에 담겨진 유색잡음을 추정하고 추정된 유색잡음을 제거하여 백색화하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

이때, 상기 채널을 보상하는 단계는 복조기를 통해 기저대역으로 내려온 수신신호가 적어도 하나 이상의 탭으로 이루어진 시간영역 선형 적응 필터에 입력되고, 이 임의의 초기 필터 탭 값과 곱해진 값의 총 합을 출력하는 단계와, 상기 출력되는 신호에서 상기 백색화하는 단계를 통해 추정된 유색잡음을 제거하여 결정값을 출력하는 단계와, 훈련신호 구간에서는 훈련신호 생성기의 출력값을, 데이터 구간에서는 상기 판정기의 선택값을 선택적으로 출력하여 등화기의 기준값으로 사용하는 단계와, 상기 기준값과 시간영역 등화된 출력값과의 차이값이 구하고, 이 차이값에 스텝 사이즈가 곱해지고 기존 계수 뱅크에 있던 값을 더한 후, 다음 번의 시간영역 등화를 위한 계수로 재 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 백색화하는 단계는 상기 시간영역 채널 등화 과정을 거쳐 원 신호와 유색 잡음화된 신호의 합으로 이루어진 신호가 입력되는 단계와, 외부에서 입력되는 훈련신호 또는 판정값의 입력을 이용하여 상기 입력되는 신호에서 필터 탭 개수만큼 그 지연된 값들을 가지고 LMS 알고리즘으로 필터 탭 계수값들을 갱신해 가면서 유색잡음을 추정하는 단계와, 상기 추정된 유색잡음을 원신호 및 유색잡음이 담겨있는 상기 시간영역 등화된 신호에서 빼줌으로서 유색잡음을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2와 같이, 임의의 초기 계수를 가지고 시작하여 왜곡된 전송채널을 LMS 알고리즘을 사용하여 적응 등화해 가면서 채널을 보상하는 채널 보상부와, 상기 채널 보상부에서 채널 보상된 시간영역 출력 데이터 속에 담겨진 잡음을 추정 및 제거하는 잡음 추정기(203)로 구성된다.

이때, 상기 채널 보상부는 복조기를 통해 기저대역으로 입력되는 수신신호를 임의의 탭 계수를 이용하여 메인 경로보다 이전에 들어오는 경로의 신호를 제거하는 전달필터(feedforward fliter)(201)와, 상기 전달필터(201)에서 출력되는 데이 터 속에 담겨진 잡음을 상기 잡음 추정기(203)를 통해 백색화시키고 이 백색화된 잡음을 이용하여 오차를 생성하는 판정기(204)로 구성된다.

그리고 상기 잡음 추정기(203)는 도 3과 같이, 상기 전달필터(201)에서 임의의 초기 필터 탭 값과 곱해진 값의 총 합이 입력되면 직렬로 연결되어 탭 크기 단위로 지연시켜 출력하는 다수개의 필터 탭(301)과, 상기 필터 탭(301) 개수만큼 지연된 값들을 이용하여 LMS 알고리즘으로 필터 탭 계수값들을 갱신해 가면서 유색잡음을 추정하는 추정부(302)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, LMS 적응 알고리즘을 이용한 시간영역 채널 등화 과정을 설명하면 다음과 같다.

현재의 ATSC방식의 8VSB 시스템의 경우 프레임 동기에 사용되는 PN511과 PN63등의 비트열로 구성된 832심벌의 훈련열이 사용되고 있다. 이 훈련열 바로 다음에 실제 데이터가 송신되며 적응형 등화기는 반복 알고리즘을 이용하여 채널과 탭 계수를 추정하고 채널을 보상한다.

상세히 설명하면, 복조기를 통해 기저대역으로 내려온 수신신호 y(n), ‥‥, y(n-L+1)은 L개의 탭으로 이루어진 시간영역 선형 적응 필터인 전달필터(201)에 입력되고, 이 L개의 임의의 초기 필터 탭 값과 곱해진 값의 총 합이 상기 전달필터(201) 출력으로 나타난다. 이 출력은 기존의 시간영역 등화기처럼 새로운 등화계수의 갱신을 위해 판정기(204)로 곧장 들어가는 것이 아니라 증폭 잡음 추정 기(203)를 거쳐 유색잡음을 추정하고, 뺄셈기(202)를 통해 추정된 유색잡음을 빼주어 유색잡음을 백색화시킨다.

그리고 상기 추정된 원신호에 백색화된 잡음은 오차를 생성해 내기 위하여 판정기(204)의 입력으로 들어간다.

그러면, 상기 판정기(204)는 등화기의 출력과 가장 가까운 결정값을 출력으로 내며, 선택기(205)를 통해 훈련신호 구간에서는 훈련신호 생성기의 출력값을, 데이터 구간에서는 판정기의 선택값이 선택되어 등화기의 이상값(ideal value) 혹은 기준값(reference value)으로 사용된다.

상기 선택기(205)의 출력으로부터 나온 기준값은 시간영역 등화기의 출력값과 뺄셈기(206)를 통하여 차이값이 구해져 오차가 된다. 이 오차는 탭 계수 갱신을 위한 스텝 사이즈가 곱해지고 기존 계수 뱅크에 있던 값에 더해져서 다음 번의 시간영역 등화를 위한 계수로 재 생성되게 된다.

이런 시간영역의 등화는 매 입력신호(혹은 심볼)마다 등화기의 출력을 내고, 다음 심볼의 등화에 사용될 계수를 계산하게 된다.

따라서, 기존의 DFE 구조에서 심하게 왜곡된 채널로 인해 궤환부분에서 오차진행 현상이 나타나는데 비해 본 발명은 FIR구조를 취함으로서 이런 오차진행이 발생하지 않게 된다.

다음으로, 잡음 추정기(203)를 이용한 증폭 잡음 제거 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 시간영역 채널 등화 과정을 통한 출력은 복원된 원 신호와 등화기를 통 하면서 백색잡음이 증폭되어 유색 잡음화된 신호의 합으로 이루어져 있다.

따라서, 잡음 추정기(203)는 유색잡음을 추정하고 이 추정된 유색잡음을 빼 줌으로서 잡음을 백색화하는 일종의 백색 잡음화 필터로 볼 수 있다.

상세히 설명하면, 원신호와 유색잡음이 담겨 있는 입력 신호는 도 3의 뺄셈기(206)를 통과하면서 유색잡음 신호만이 추출된다. 이때, 뺄셈기(206)의 다른 한쪽 입력으로는 훈련기간에는 훈련신호가, 데이터 구간에는 잡음이 제거된 신호의 판정값이 선택기(205)를 통해 선택적으로 사용되어진다.

이렇게 유색잡음 성분만이 잡음 추정기의 입력으로 들어가게 되고, 필터 탭 개수만큼 그 지연된 값들을 가지고 LMS 알고리즘으로 필터 탭 계수값들을 갱신해 가면서 유색잡음을 추정한다.

이어, 상기 유색잡음의 추정이 끝나면 추정된 유색잡음은 뺄셈기(206)를 통해 원신호 및 유색잡음이 담겨있는 상기 시간영역 등화된 신호에서 빼줌으로서 유색잡음을 제거할 수 있다.

따라서, 상기 잡음 추정기(203)를 통과한 후 시간영역 등화된 출력신호는 등화되고 유색잡음이 제거된 신호로서 거의 원신호와 가깝게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 시간영역 적응 등화 장치 및 그 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 채널 왜곡이 심할 경우 기존의 DFE구조의 LMS 등화기가 오차진행 같은 등화기 성능의 열화현상이 발생하는데 반해, FIR 구조로써 오차진행에 빠지지 않는 견고한 성능을 유지하는 효과를 볼 수 있다.

둘째, 본 발명은 유색잡음을 백색화 하는 증폭 잡음 제거기를 사용하므로서 제거기 출력에서 나타나는 증폭된 백색잡음을 추정, 제거하여 원 신호와 거의 같은 신호를 복원할 수 있다.

셋째, 본 발명에서 제안된 증폭 잡음 제거기를 이용한 VSB 지상파 TV 수신기용 시간영역 LMS 등화기의 세부적인 적용 분야로서, ATSC 디지털 TV 송수신 시스템, 디지털 데이터 방송 송수신 시스템에 적용할 수 있다.

Claims (8)

1. 기저대역으로 입력되는 수신신호를 임의의 탭 계수를 이용하여 메인 경로보다 이전에 들어오는 경로의 신호를 제거하는 전달필터(feedforward fliter)와,

   상기 전달필터에서 출력된 시간영역 데이터 속에 담겨진 잡음을 추정하고, 상기 잡음을 제거하는 잡음 추정기와,

   상기 제거된 잡음을 이용하여 오차를 생성하는 판정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 잡음 추정기는

   임의의 초기 필터 탭 값과 곱해진 값의 총 합이 입력되면 직렬로 연결되어 탭 크기 단위로 지연시켜 출력하는 다수개의 필터 탭과,

   상기 필터 탭 개수만큼 지연된 값들을 이용하여 LMS 알고리즘으로 필터 탭 계수값들을 갱신해 가면서 유색잡음을 추정하는 추정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 장치.
4. 임의의 초기 계수를 가지고 시작하여 왜곡된 전송채널을 시간영역 적응 등화해 가면서 다음 심볼의 등화에 사용될 계수를 피드백을 통해 재 생성하여 채널을 보상하는 단계와,

   상기 채널 보상된 시간영역 출력 데이터 속에 담겨진 유색잡음을 추정하고 추정된 유색잡음을 제거하여 백색화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 채널을 보상하는 단계는

   복조기를 통해 기저대역으로 내려온 수신신호가 적어도 하나 이상의 탭으로 이루어진 시간영역 선형 적응 필터에 입력되고, 이 임의의 초기 필터 탭 값과 곱해진 값의 총 합을 출력하는 단계와,

   상기 출력되는 신호에서 상기 백색화하는 단계를 통해 추정된 유색잡음을 제거하여 결정값을 출력하는 단계와,

   훈련신호 구간에서는 훈련신호 생성기의 출력값을, 데이터 구간에서는 상기 판정기의 선택값을 선택적으로 출력하여 등화기의 기준값으로 사용하는 단계와,

   상기 기준값과 시간영역 등화된 출력값과의 차이값이 구하고, 이 차이값에 스텝 사이즈가 곱해지고 기존 계수 뱅크에 있던 값을 더한 후, 다음 번의 시간영역 등화를 위한 계수로 재 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 모든 단계는 매 입력신호(혹은 심볼)마다 등화기의 출력을 내고, 다음 심볼의 등화에 사용될 계수를 재 생성하는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 방법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 백색화하는 단계는

   상기 시간영역 채널 등화 과정을 거쳐 원 신호와 유색 잡음화된 신호의 합으로 이루어진 신호가 입력되는 단계와,

   외부에서 입력되는 훈련신호 또는 판정값의 입력을 이용하여 상기 입력되는 신호에서 필터 탭 개수만큼 그 지연된 값들을 가지고 LMS 알고리즘으로 필터 탭 계수값들을 갱신해 가면서 유색잡음을 추정하는 단계와,

   상기 추정된 유색잡음을 원신호 및 유색잡음이 담겨있는 상기 시간영역 등화된 신호에서 빼줌으로서 유색잡음을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 유색잡음을 추정하는 단계는 훈련기간에는 훈련신호가, 데이터 구간에는 잡음이 제거된 신호의 판정값이 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 시간영역 적응 등화 방법.

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