KR100646747B1 - 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털방송 수신 장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및 하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털 방송 수신 장치에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 단순히 다수의 빔 출력신호 중에서 하나만 선택하는 것(빔 선택형)이 아니라 두 개이상의 빔 출력신호를 결합(빔 결합형)하거나 또는 더 나아가 빔 선택형과 빔 결합형 중에서 최적의 방식을 선택함으로써 수신성능을 향상시키는, 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및 하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털 방송 수신 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 선택 방법에 있어서, 배열안테나의 배열 위치에 따라 위상천이된 다수의 안테나 출력신호로부터 지향방향에 따라 형성된 다수의 빔 출력신호 각각에 대하여, 해당 채널 프로파일을 이용하여 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 계산하는 SMNR 계산 단계; 상기 SMNR 계산 단계에서 계산된 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 비교하여 SMNR의 크기에 따라 제 1 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하는 제 1 빔선택 단계; 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호 각각의 주경로신호 간의 지연시간을 계산하고, 상기 지연 시간을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하여 결합 빔 출력신호를 생성하는 결합 빔 생성 단계; 상기 결합 빔 출력신호의 채널 프로파일을 이용하여 SMNR을 계산하여, 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호의 SMNR 중 최대값과 비교하는 SMNR 비교 단계; 상기 SMNR 비교 단계의 비교 결과, 상기 결합 빔 출력신호의 SMNR이 상기 선택빔 출력신호의 최대 SMNR보다 작으면, 각각의 빔출력신호에 대하여 '주경로신호 대 우세한 다중경로신호 비'(SDMR: mainpath Signal to Dominant Multipath signal Ratio)를 계산하여 SDMR이 가장 큰 빔 출력신호를 선택하는 제 2 빔선택 단계; 및 상기 SMNR 비교 단계의 비교 결과, 상기 결합 빔 출력신호의 SMNR이 상기 선택빔 출력신호의 최대 SMNR보다 크거나 같으면, 상기 결합 빔 생성 단계에서 생성된 결합 빔 출력신호를 선택하는 결합 빔 선택 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 디지털 방송 수신 장치 등에 이용됨.

디지털 방송 수신, 빔 선택, 빔 결합, 주경로 신호, 주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비, SMNR, 주경로신호 대 우세한 다중경로신호 비, SDMR, 하이브리드 방식 빔선택, 채널 프로파일

Description

디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및 하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털 방송 수신 장치{Beam Combining and Hybrid Beam Selection Method for improving digital broadcasting reception performance, and Digital Broadcasting Receiving Apparatus using it}

도 1 은 본 발명에 따른 빔 결합형 디지털 방송 수신 장치 및 하이브리드 빔 선택 방식의 디지털 방송 수신 장치의 일실시예 구성도,

도 2 는 본 발명에 적용되는 빔 선택 방법에 대한 흐름도,

도 3a 내지 도 3e 는 도 2의 빔 선택 방법에 사용되는 빔 지향각에 따른 빔출력의 채널 프로파일에 대한 설명도,

도 4 는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법에 대한 일실시예 흐름도,

도 5a 내지 도 5e 는 도 4의 빔 결합에 사용되는 빔출력의 채널 프로파일에 대한 설명도,

도 6a 내지 도 6b 는 빔 선택형 DTV 수신 장치와 빔 결합형 DTV 수신 장치의 등화기 출력신호의 비교설명도,

도 7a 내지 도 7b 는 빔 선택형 DTV 수신 장치와 빔 결합형 DTV 수신 장치의 등화기 출력신호의 평균자승오차에 대한 비교설명도,

도 8a 내지 도 8b 는 빔 선택형 DTV 수신 장치와 빔 결합형 DTV 수신 장치의 등화기 탭계수의 비교설명도,

도 9 는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 하이브리드 방식의 빔 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 배열 안테나 101: RF 프런트엔드

102: 빔 형성기 103: 복조기

104: 상관기 105: 빔 결합기/하이브리드 빔선택기

106: 등화기

본 발명은 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및 하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털 방송 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단순히 다수의 빔 출력신호 중에서 하나만 선택하는 것(빔 선택형)이 아니라 두 개이상의 빔 출력신호를 결합(빔 결합형)하거나 또는 더 나아가 빔 선택형과 빔 결합형 중에서 최적의 방식을 선택함으로써 수신성능을 향상시키는, 디지 털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및 하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털 방송 수신 장치에 관한 것이다.

ATSC(Advanced Television Systems Committee) 방식의 DTV(Digital TV) 전송방식은 높은 데이터율로 고화질 영상을 전송할 수 있는 시스템이나, 크기가 큰 다중경로신호나 도플러 천이 현상에 의해 수신성능이 많이 좌우된다. 따라서, 실내 수신환경이나 이동 수신 환경과 같은 열악한 채널 환경에서는 DTV 수신기의 등화기가 채널 왜곡을 완전히 보상하지 못하여 수신 성능이 현저히 저하된다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 시간영역에서의 신호처리뿐만 아니라 공간영역에서의 신호처리도 수행함으로써, 등화기에서 보상하여야 할 채널의 왜곡을 줄이는 방법을 제안되게 되었다.

종래의 공간 신호처리를 할 수 있는 빔 형성 기술은 크게 적응 빔 형성 신호처리 방법과 선택형 빔 형성 신호처리 방법으로 나누어질 수 있다.

적응 빔 형성 방법은 빔 형성을 위한 웨이트 계수를 실시간, 적응적으로 계산하는 반면에, 선택형 빔 형성 방법은 지정된 방향으로 고정된 웨이트 계수를 사용해 여러 개의 빔을 형성시키고 그 여러 개의 빔 출력 중에서 가장 수신 성능이 높은 신호를 선택해 사용한다. 따라서, 선택형 빔 형성 방법은 적응 빔 형성 방법보다 구현이 간단하고 DTV 시스템에 적용가능성이 높다.

즉, 선택형 빔 형성 방법은, DTV 수신기와 결합함으로써 비교적 간단한 방법으로 수신성능을 개선시키기 때문에, 현재 주목받고 있다. 선택형 빔 형성 시스템을 거친 수신신호는 다중경로 신호가 어느 정도 제거되어 DTV 수신기에 들어오기 때문에, DTV 수신기의 등화기(Equalizer)가 비교적 쉽게 왜곡된 채널을 보상할 수 있다.

하지만, 종래의 선택형 빔 형성 방법도 여러 개의 신호 중 한 개의 신호만을 선택하는 것이 때문에, 수신 성능 개선에 한계가 존재한다는 문제점이 있다. 따라서, 여러 개의 신호 중 한 개의 신호만을 선택하는 것이 아니라, 채널 특성이 어느 정도 이상의 기준 조건을 만족하면 두 개 이상의 빔을 선택하고 각 빔 출력신호를 결합하여 선택형 빔 형성 방식보다 채널 특성이 개선된 빔을 구할 필요성이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 단순히 다수의 빔 출력신호 중에서 하나만 선택하는 것(빔 선택형)이 아니라 두 개이상의 빔 출력신호를 결합(빔 결합형)하거나 또는 더 나아가 빔 선택형과 빔 결합형 중에서 최적의 방식을 선택함으로써 수신성능을 향상시키는, 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법 및 하이브리드 방식의 빔 선택 방법과, 그를 이용한 디지털 방송 수신 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 디지털 방송 수신 장치에서의 빔 결합 방법에 있어서, 배열안테나의 배열 위치에 따라 위상천이된 다수의 안테나 출력신호로부터 지향방향에 따라 형성된 다수의 개수의 빔 출력신호 각각에 대하여, 해당 채널 프로파일을 이용하여 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR: mainpath Signal to Multipath signal and Noise Ratio)'를 계산하는 SMNR 계산 단계; 상기 SMNR 계산 단계에서 계산된 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 비교하여 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하는 제 1 빔선택 단계; 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호 각각의 주경로신호 간의 지연시간을 계산하는 지연시간 계산 단계; 및 상기 지연 시간을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하여 결합 빔 출력신호를 생성하는 빔 결합 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 방법은, 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 선택 방법에 있어서, 배열안테나의 배열 위치에 따라 위상천이된 다수의 안테나 출력신호로부터 지향방향에 따라 형성된 다수의 빔 출력신호 각각에 대하여, 해당 채널 프로파일을 이용하여 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 계산하는 SMNR 계산 단계; 상기 SMNR 계산 단계에서 계산된 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 비교하여 SMNR의 크기에 따라 제 1 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하는 제 1 빔선택 단계; 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호 각각의 주경로신호 간의 지연시간을 계산하고, 상기 지연 시간을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하여 결합 빔 출력신호를 생성하는 결합 빔 생성 단계; 상기 결합 빔 출력신호의 채널 프로파일을 이용하여 SMNR을 계산하여, 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호의 SMNR 중 최대값과 비교하는 SMNR 비교 단계; 상기 SMNR 비교 단계의 비교 결과, 상기 결합 빔 출력신호의 SMNR이 상기 선택빔 출력신호의 최대 SMNR보다 작으면, 각각의 빔출력신호에 대하여 '주경로신호 대 우세한 다중경로신호 비'(SDMR: mainpath Signal to Dominant Multipath signal Ratio)를 계산하여 SDMR이 가장 큰 빔 출력신호를 선택하는 제 2 빔선택 단계; 및 상기 SMNR 비교 단계의 비교 결과, 상기 결합 빔 출력신호의 SMNR이 상기 선택빔 출력신호의 최대 SMNR보다 크거나 같으면, 상기 결합 빔 생성 단계에서 생성된 결합 빔 출력신호를 선택하는 결합 빔 선택 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 장치는, 빔 결합형 디지털 방송 수신 장치에 있어서, 배열 안테나의 각각의 안테나소자를 통하여 수신되는 무선주파수 신호를 중간주파수(IF) 대역의 디지털 신호로 변환하기 위한 다수의 RF 프런트엔드 수단; 상기 RF 프런트엔드 수단에서 출력되는 IF 신호를 이용하여, 지향방향에 따라 다른 빔을 형성하기 위한 다수의 빔 형성 수단; 상기 빔 형성 수단에서 형성된 빔 출력신호를 심볼단위의 기저대역신호로 복조하기 위한 다수의 복조 수단; 상기 복조 수단의 출력 신호를 훈련열신호와 상관시켜서 채널 프로파일을 생성하기 위한 다수의 상관 수단; 상기 상관 수단에서 생성된 각각의 채널 프로파일에 대한 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 구하고, 상기 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하여 결합함으로써 빔 결합 출력신호를 생성하기 위한 빔 결합 수단; 및 상기 빔선택 수단의 출력 신호에서 채널 왜곡을 보상하기 위한 등화 수단을 포함한 다.

한편, 본 발명의 장치는, 빔 결합형 디지털 방송 수신 장치에 있어서, 배열 안테나의 각각의 안테나소자를 통하여 수신되는 무선주파수 신호를 중간주파수(IF) 대역의 디지털 신호로 변환하기 위한 다수의 RF 프런트엔드 수단; 상기 RF 프런트엔드 수단에서 출력되는 IF 신호를 이용하여, 지향방향에 따라 다른 빔을 형성하기 위한 다수의 빔 형성 수단; 상기 빔 형성 수단에서 형성된 빔 출력신호를 심볼단위의 기저대역신호로 복조하기 위한 다수의 복조 수단; 상기 복조 수단의 출력 신호를 훈련열신호와 상관시켜서 채널 프로파일을 생성하기 위한 다수의 상관 수단; 상기 상관 수단에서 생성된 각각의 채널 프로파일에 대한 제 1 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 구한 후 상기 제 1 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하여 결합함으로써 빔 결합 출력신호를 생성하고, 상기 빔 결합 출력신호의 채널 프로파일을 이용하여 구한 제 2 SMNR과 상기 '제 1 SMNR중 최대값'과의 비교에 따라 빔 선택 방식과 빔 결합 방식 중 어느 하나의 방식을 수행하기 위한 하이브리드 빔 선택 수단; 및 상기 빔선택 수단의 출력 신호에서 채널 왜곡을 보상하기 위한 등화 수단을 포함한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명 을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 빔 결합형 디지털 방송 수신 장치 및 하이브리드 빔선택 방식의 디지털 방송 수신 장치의 일실시예 구성도로서, "105"의 빔 결합기 또는 하이브리드 빔선택기는 둘 중 어느 하나를 사용할 수 있음을 나타낸 것이다.

배열 안테나(100)의 개수, 빔을 지향하는 방향과 개수가 결정되면 방향에 따른 웨이트 계수가 결정이 된다. 도 1에서 M은 배열 안테나 소자의 개수를 나타내고 N은 결정된 빔 개수를 나타낸다.

각 안테나 소자에 들어오는 수신 신호는 안테나 배열 위치에 따라 다른 위상 천이(phase shift)를 가지고 입사하게 된다. 각각의 안테나 입사 신호는 RF 프런트엔드(front end)단(101)을 거치면서 최종적으로 IF대역의 디지털 신호로 만들어진다.

지향 방향이 다른 N개의 빔 형성기(102)는 빔의 지향 방향에 따라 각각 다른 빔을 형성하고, 각각 M개의 RF 프런트엔드(front end)단(101)의 출력신호를 받아 들인다. 복조기(103)는 각각의 빔 형성기(Beamformer)(102)의 출력 신호를 심볼 단위의 기저대역 신호로 복조하게 된다.

채널 프로파일의 추정을 위해, 각 복조기 출력 신호는 상관기 (Correlator)(104)를 거치게 된다. 상관기(104)는 복조기 출력 신호와 필드 세그먼트의 PN511신호의 상호 상관(cross correlation)을 이용하여 채널 프로파일을 구한다. 여기서, 필드 세그먼트의 PN511신호는 일종의 훈련열 신호와 같다.

안테나에 수신되는 주경로 신호의 입사각이 10°, 나머지 다중경로 신호들의 입사각이 각각 -33°, -66°, -60°, 35°, 63°와 같을 때, 5개의 빔 출력의 채널 프로파일은 도 5a 내지 도 5b 와 같으며, 이는 상관기(104)의 출력신호이다.

N개 상관기(104)의 출력 신호를 빔 결합기 또는 하이브리드 빔선택기(105)에 넘겨주면, 빔 결합기 또는 하이브리드 빔선택기(105)로부터 결합/선택된 신호가 출력되어 등화기(106)에 입력된다.

그러면, 등화기(106)는 빔 결합기 또는 하이브리드 빔선택기(105)의 출력 신호에서 잔존하는 채널 왜곡을 보상하는 과정을 수행한다.

도 2 는 본 발명에 적용되는 빔 선택 방법에 대한 흐름도로서, 여러 개의 빔중에서 수신성능을 가장 많이 개선시킬 수 있는 신뢰성 있는 빔 선택을 위한 알고리즘을 나타내며, 이러한 방법은 빔선택기(105 참조)에서 수행된다. 즉, 빔선택 방법은 여러 개의 빔 출력 신호 가운데 DTV 수신 장치의 등화기(106)에 왜곡 정도가 가장 덜한 신호를 넘겨주기 위한 빔 선택 알고리즘이다.

본 발명은 하나의 빔 출력 신호만을 이용하지 않고 여러 개의 빔 출력 신호의 특성을 살펴본 뒤 다중경로 신호가 많이 제거되 채널 개선의 가능성이 높은 다수의 빔 출력 신호를 선택하고, 이 신호들을 이용하여 채널 개선의 영향의 극대화 시켜 DTV 수신기의 성능을 좀더 개선시킬 수 있게 하는 알고리즘에 관한 것이다.

빔선택 방법은, 채널 프로파일에서 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비 (SMNR: mainpath Signal to Multipath signal and Noise Ratio)'와, '주경로신호 대 우세한 다중경로신호 비(SDMR: mainpath Signal to Dominant Multipath signal Ratio)'조건을 이용하여 최적의 빔을 선택하는 것으로서, 그 구체적인 과정은 다음과 같다.

빔선택기(105 참조)는 상관기(104)에서 추정된 채널 프로파일들을 이용하여 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 계산한다(201). 구체적으로, SMNR은 도 3a 내지 도 3e와 같은 채널프로파일에서 크기(Amplitude)가 가장 큰 신호(301)를 주경로신호로 보고, 이 주경로신호를 제외한 나머지 신호들(302, 303)을 모두 다중경로신호 및 잡음으로 하여 계산한다. 여기서, SMNR은 이동통신시스템에서의 신호 대 잡음 비(SNR)과 같은 개념으로서, 그 계산 방식은 "명칭"이 의미하는 바와 같으며, '주경로신호'를 '다중경로신호/잡음'(주경로신호를 제외한 나머지 신호들 모두를 의미하는 것으로 이는 잡음까지도 포함하는 개념임)로 나눔으로써 구할 수 있다.

그리고 나서, "201"에서 계산한 SMNR을 이용하여, 1차적으로 SMNR이 큰 빔을 2 ~ 3개 정도 선택한다(202). 1차 선택 빔의 개수는 DTV 수신 장치에 적용되는 빔 개수에 따라서 결정된다. 여기서, 선택된 빔은 모두 DTV 수신 장치의 성능을 개선시킬 수 있는 가능성을 가지게 된다

상기 과정을 통하여 1차적으로 선택된 빔 출력신호들에 대하여, 해당 채널 프로파일을 이용하여 SDMR을 계산한다(203). 즉, SDMR은 '주경로신호' 대 '우세한 다중경로신호'(즉, 주경로신호를 제외한 나머지 신호들을 '다중경로신호'라 하며, 이중에서 '크기가 가장 큰 다중경로신호'가 '우세한 다중경로신호'가 됨) 비로 계산한다. 이러한 조건으로 비교하는 것은 다중경로 신호의 크기 분포를 확인하는 과정이라 할 수 있다. 1차적으로 선택된 빔 출력신호들의 SMNR이 비슷한 값일 때, 한 개의 큰 다중경로 신호가 있는 빔 출력 신호와 작은 다중경로 신호들이 여러 개 존재하는 빔 출력 신호가 있다면, 등화기(106) 입장에서는 후자를 선택하는 것이 성능 개선 측면에서 우수한데, "204"과정은 이를 고려하는 과정이다. 여기서, SDMR에 대하여 보다 상세히 설명하면, SDMR은 SMNR과 달리, 주경로신호에 대한 가장 큰 다중경로신호의 비로써, 구하는 방식은 위에서 설명한 SMNR을 구하는 방식과 같이, '주경로신호'를 '크기가 가장 큰 다중경로신호'로 나눔으로써 구할 수 있다.

끝으로, 1차적으로 선택된 2 ~ 3개의 빔 출력신호의 채널 프로파일에서 SDMR 을 비교하여 SDMR이 가장 큰 빔 출력신호(복조기의 출력신호)를 최종적으로 선택한다(204).

도 3a 내지 도 3e 는 도 2의 빔 선택 방법에 사용되는 빔 지향각에 따른 빔출력의 채널 프로파일에 대한 설명도이다.

도 3a는 빔 지향각이 -30°일 때의 빔 출력(첫번째 빔 출력)의 채널 프로파일을 나타내고, 도 3b는 빔 지향각이 -15°일 때의 빔 출력(두번째 빔 출력)의 채널 프로파일을 나타내며, 도 3c는 빔 지향각이 0°일 때의 빔 출력(세번째 빔 출력)의 채널 프로파일을 나타내며, 도 3d는 빔 지향각이 15°일 때의 빔 출력(네번째 빔 출력)의 채널 프로파일을 나타내며, 도 3e는 빔 지향각이 30°일 때의 빔 출력(다섯번째 빔 출력)의 채널 프로파일을 나타낸다.

선택형 방법을 사용할 경우에는 도 3a와 도 3e에 도시된 바와 같은 채널 프로파일이 1차적으로 선택되고, 2차 선택 조건의 적용에 따라 도 3a에 도시된 바와 같은 채널 프로파일이 최종적으로 선택되게 된다.

도 4 는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 빔 결합기(105)에서 수행되는 방법을 나타낸다.

먼저, 빔 결합기(105)는 상관기(104)에서 추정된 채널 프로파일들을 이용하여 각각의 빔출력신호에 대한 SMNR을 계산한다(401).

그리고 나서, "401"에서 계산한 SMNR을 이용하여, 1차적으로 SMNR이 큰 빔출력신호를 2 개를 선택한다(402). 안테나에 수신되는 주경로 신호의 입사각이 10°, 나머지 다중경로 신호들의 입사각이 각각 -33°, -66°, -60°, 35°, 63°와 같을 때, 5개의 빔 출력신호의 채널 프로파일은 도 5a 내지 도 5e에 도시된 바와 같다. SMNR이 가장 큰 것은 도 5d이다. 상기와 같은 입사각 조건에서 5개의 빔출력을 살펴보면 도 5c와 도 5e의 경우도 주경로신호에 대한 다중경로신호의 크기가 작은 것을 알 수 있다. 따라서, SMNR이 큰 두 개의 빔 출력신호를 선택하면, 도 5d와 도 5c가 차례로 선택되고 이 결과를 함께 이용하여 좀 더 나은 채널 개선 효과를 가져올 수 있다.

다음으로, "402"에서 선택된 두 빔 출력신호의 주경로신호간의 지연시간을 계산한 후(403), 계산된 지연시간을 이용하여 두 개의 빔출력신호를 결합한다(404). 도 5d와 도 5c에 도시된 바와 같은 빔 출력 결과를 더할 때는, 다음과 같은 과정이 필요하다. 두 개의 빔은 각각 다른 방향을 지향하고 있으므로, 각 빔에서 주경로 신호가 되는 신호는 다른 시간 지연을 가진다. 따라서, 두개의 출력 신호를 더할 때 각 주경로 신호의 시간차를 보상하여 더해주어야 한다. 결합에 사용된 방법은 동등 이득 결합(EGC: Equal Gain Combining) 방식 또는 최대비 결합(MRC: Maximal Ration Combining) 방식을 사용한다. 여기서, '동등 이득 결합(EGC) 방식'은 이동 통신 시스템에서 다이버시티 결합 방식(diversity combining technique)에 사용되는 일반적인 방식 중의 하나로서, 각 안테나로 수신된 신호를 똑같은 이득을 곱하여 더하는 방식을 나타낸다. 한편, '최대비 결합(MRC) 방식'도 동등 이득 결합 방식과 마찬가지로 다이버시티 결합 방식(diversity combining technique)에 사용되는 일반적인 방식 중의 하나이며, 각 안테나 신호마다 최대의 SNR 비를 얻을 수 있는 이득을 각각 곱하여 더하는 방식을 나타낸다. 즉, 본 발명에서는 각각의 안테나 출력 신호를 더하는 것이 아니라 전자기적으로 형성된 빔의 출력을 다이버시티에서 적용되는 방법을 이용하여 결합하며, 이때 사용되는 방식은 이동 통신 시스템에서 일반적으로 사용되는 주지의 방식인 '동등 이득 결합(EGC) 방식' 또는 최대비 결합(MRC) 방식을 사용하는 것이며, 이는 주지의 기술인 바 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

도 5a 내지 도 5e 는 도 4의 빔 결합에 사용되는 빔출력의 채널 프로파일에 대한 설명도로서, 안테나에 수신되는 주경로 신호의 입사각이 10°, 나머지 다중경로 신호들의 입사각이 각각 -33°, -66°, -60°, 35°, 63°와 같을 때, 5개의 빔 출력의 채널 프로파일을 나타낸다.

도 6a 내지 도 6b 는 빔 선택형 DTV 수신 장치와 빔 결합형 DTV 수신 장치의 등화기 출력신호의 비교설명도이고, 도 7a 내지 도 7b 는 빔 선택형 DTV 수신 장치 와 빔 결합형 DTV 수신 장치의 등화기 출력신호의 평균자승오차에 대한 비교설명도이며, 도 8a 내지 도 8b 는 빔 선택형 DTV 수신 장치와 빔 결합형 DTV 수신 장치의 등화기 탭계수의 비교설명도이다. 이를 함께 설명하기로 한다.

위와 같은 조건에서 빔 선택형 방식과 빔 결합형 방식을 사용했을 때의 성능을 비교해보면 그림 도 6a ~ 도 8b 및 [표 1]과 같다. 여기서, SER은 심볼 에러율(Symbol Error Rate), Oser은 출력 SNR을 의미한다.

도 6a는 브라질 D 채널에서 빔 선택형 DTV 수신 장치를 사용했을 때 등화기 출력 신호를 나타낸 것으로 수렴속도와 SNR 상태를 알 수 있다. 도 6b는 빔 결합형 DTV 수신 장치를 사용했을 때의 등화기의 출력 신호이다. 도 6a 및 도 6b를 비교해 보면 빔 결합형 구조를 사용했을 때의 결과가 빔 선택형 구조를 사용했을 때보다 수렴속도가 빠르고, 도 7a와 도 7b에서 알 수 있듯이 수렴후의 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)도 빔 결합형 구조를 사용했을 때 높아지는 것을 알 수 있다.

도 8a와 도 8b는 등화기의 수렴 후 탭 계수를 나타낸 것이다. 빔 결합형 구조를 사용한 수신 장치의 등화기 탭 계수에서 주경로신호의 위치에 해당하는 탭계수가 1보다 작아졌다. 이는 선택된 빔 출력 신호를 더함으로 인해 주경로 신호가 커지고 상대적으로 다중경로 신호가 작아졌기 때문이다. 따라서 등화기의 수렴속도가 빨라지고 출력 신호의 SNR 이 높아졌다.

[표 1]은 빔 선택형 구조와 빔 결합형 구조를 사용했을 때의 성능 비교 분석 표이다. 입력 SNR이 10dB에서 18dB일 때 전체적으로 빔 결합형 수신 장치의 구조를 사용했을 때의 출력 SNR이 높고 SER이 낮음을 알 수 있다.

그런데, 이와 같은 빔 결합형 구조를 사용하는 것이 항상 DTV 수신 장치 성능 향상에 도움을 줄 수는 없다. 빔 결합형 구조는 두 빔 출력 신호를 더했을 때 주 경로 신호의 크기가 커지고 상대적으로 다중경로 신호의 크기가 작아져서 빔 선택형 구조보다 더 좋은 성능을 얻을 수 있다. 즉, 주경로신호 대 다중경로신호의 비가 높아지거나 같을 때만 빔 결합형 구조를 사용하여 수신 장치의 성능을 높일 수 있다. 따라서 빔 선택형 구조와 빔 결합형 구조 어떤 방법을 사용할지 결정하는 구조 선택 알고리즘이 수신 성능 개선에 중요한 핵심 요소가 된다. 빔 선택형 구조와 빔 결합형 구조 둘 중 어떤 구조를 선택하든지 SMNR 조건을 이용하게 된다.

도 9 는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 하이브리드 방식의 빔 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 하이브리드 빔선택기(105)에서 수행되는 방법을 나타낸다.

본 발명은, DTV 수신 성능을 향상시킬 수 있는 빔 결합형 구조와 하나의 빔 을 선택하거나 조건에 따라 두 개 이상의 빔출력 신호를 결합하는 하이브리드 빔선택 방법에 대한 것이다.

하이브리드 빔선택기(105)는 상관기(104)에서 추정된 채널 프로파일들을 이용하여 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 계산한다(901). 그리고 나서, "901"에서 계산한 SMNR을 이용하여, 1차적으로 SMNR이 큰 빔출력신호 2 개를 선택한다(902). 여기서, SMNR은 도 5a 내지 도 5e와 같은 프로파일에서 가장 크기가 큰 신호를 주경로신호로 보고 이 신호를로 제외한 나머지 신호들을 모두 다중경로와 잡음 신호로 계산한다.

다음으로, "902"에서 선택된 두 빔 출력신호 각각의 주경로신호간의 지연시간(시간차)을 계산한 후(903), 계산된 지연시간을 이용하여 두 개의 빔출력신호를 결합한다(즉, 선택된 빔출력의 시간차를 보상하여 두신호를 더 한다)(904).

"904"에서 결합된 빔출력신호의 채널프로파일을 이용하여 SMNR을 구한 후(905), "902"에서 1차적으로 선택된 빔들의 SMNR 중 가장 큰 값과 비교하여(906), 빔결합 출력신호의 SMNR이 빔선택 출력신호의 최대 SMNR보다 크거나 같은지를 확인한다(907).

확인결과, 빔선택 출력신호의 최대 SMNR이 빔결합 출력신호의 SMNR보다 크면, 빔선택 방식(도 2)을 사용하여 최종적으로 빔을 선택한다(908). 빔선택 방식에 대한 구체적인 내용은 도 2에서 설명한 바와 같다.

확인 결과, 빔결합 출력신호의 SMNR이 빔선택 출력신호의 최대 SMNR보다 크거나 같으면, 빔결합 방식(도 4)을 사용한다(909). 즉, "904"에서 구한 결합신호를 등화기로 출력하게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 신뢰성 있는 빔 선택을 이용한 빔 결합 방식을 제공함으로써, 이동 수신과 실내 수신 환경에서 DTV 수신기 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 빔 결합 방법은 결합 대상이 되는 빔출력에 특별한 신호처리없이 시간차이만을 보상하여 더함으로써, 수신기의 등화 속도를 빠르게 하고 출력 SNR을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 방식의 빔 선택 방법은, 빔을 선택하여 결합하는 것이 아니라 빔 결합 후의 채널 프로파일의 비교를 통하여 빔 선택형 구조 와 빔 결합형 구조 중 최적의 구조를 선택함으로써, 수신기 성능을 현저히 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 디지털 방송 수신 장치에서의 빔 결합 방법에 있어서,

   배열안테나의 배열 위치에 따라 위상천이된 다수의 안테나 출력신호로부터 지향방향에 따라 형성된 다수의 빔 출력신호 각각에 대하여, 해당 채널 프로파일을 이용하여 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR: mainpath Signal to Multipath signal and Noise Ratio)'를 계산하는 SMNR 계산 단계;

   상기 SMNR 계산 단계에서 계산된 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 비교하여 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하는 제 1 빔선택 단계;

   상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호 각각의 주경로신호 간의 지연시간을 계산하는 지연시간 계산 단계; 및

   상기 지연 시간을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하여 결합 빔 출력신호를 생성하는 빔 결합 단계

   를 포함하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 SMNR 계산 단계에서의 SMNR 계산 과정은,

   각각의 채널 프로파일마다 크기(Amplitude)가 가장 큰 신호를 '주경로신호'로 하고 상기 주경로신호를 제외한 나머지 신호 전부를 '다중경로신호 및 잡음'으로 하여, 상기 '주경로신호'를 상기 '다중경로신호 및 잡음'으로 나눔으로써, SMNR을 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 빔 결합 단계에서의 빔 출력신호 결합 과정은,

   동등 이득 결합(EGC: Equal Gain Combining) 방식 또는 최대비 결합(MRC: Maximal Ratio Combing) 방식을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하고, 상기 지연시간을 보상하여 더해주는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 결합 방법.
4. 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 빔 선택 방법에 있어서,

   배열안테나의 배열 위치에 따라 위상천이된 다수의 안테나 출력신호로부터 지향방향에 따라 형성된 다수의 빔 출력신호 각각에 대하여, 해당 채널 프로파일을 이용하여 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 계산하는 SMNR 계산 단계;

   상기 SMNR 계산 단계에서 계산된 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 비교하여 SMNR의 크기에 따라 제 1 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하는 제 1 빔선택 단계;

   상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호 각각의 주경로신호 간의 지연시간을 계산하고, 상기 지연 시간을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하여 결합 빔 출력신호를 생성하는 결합 빔 생성 단계;

   상기 결합 빔 출력신호의 채널 프로파일을 이용하여 SMNR을 계산하여, 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호의 SMNR 중 최대값과 비교하는 SMNR 비교 단계;

   상기 SMNR 비교 단계의 비교 결과, 상기 결합 빔 출력신호의 SMNR이 상기 선택빔 출력신호의 최대 SMNR보다 작으면, 각각의 빔출력신호에 대하여 '주경로신호 대 우세한 다중경로신호 비'(SDMR: mainpath Signal to Dominant Multipath signal Ratio)를 계산하여 SDMR이 가장 큰 빔 출력신호를 선택하는 제 2 빔선택 단계; 및

   상기 SMNR 비교 단계의 비교 결과, 상기 결합 빔 출력신호의 SMNR이 상기 선택빔 출력신호의 최대 SMNR보다 크거나 같으면, 상기 결합 빔 생성 단계에서 생성된 결합 빔 출력신호를 선택하는 결합 빔 선택 단계

   를 포함하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 하이브리드 방식의 빔 선택 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 2 빔선택 단계는,

   상기 SMNR 계산 단계에서 계산된 각각의 빔 출력신호에 대한 SMNR을 비교하여 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하는 제 3 빔선택 단계;

   상기 제 3 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호 각각에 대하여, 해당 채널 프로파일에서 크기(Amplitude)가 가장 큰 신호를 '주경로신호'로 하고 상기 주경로신호를 제외한 나머지 신호(다중경로신호) 중에서 크기가 가장 큰 다중경로신호를 '우세한 다중경로신호'로 하여 상기 '주경로신호'를 상기 '우세한 다중경로신호'로 나눔으로써 SDMR를 계산하는 SDMR 계산 단계; 및

   상기 SDMR 계산 단계에서 계산된 SDMR들을 비교하여 SDMR이 가장 큰 빔 출력신호를 선택하는 제 4 빔선택 단계

   를 포함하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 하이브리드 방식의 빔 선택 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 SMNR 계산 단계에서의 SMNR 계산 과정은,

   각각의 채널 프로파일마다 크기(Amplitude)가 가장 큰 신호를 '주경로신호'로 하고 상기 주경로신호를 제외한 나머지 신호 전부를 '다중경로신호 및 잡음'으로 하여, 상기 '주경로신호'를 상기 '다중경로신호 및 잡음'으로 나눔으로써, SMNR을 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 하이브리드 방식의 빔 선택 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 결합빔 생성 단계에서의 결합 빔 출력신호 생성 과정은,

   동등 이득 결합(EGC) 방식 또는 최대비 결합(MRC) 방식을 이용하여 상기 제 1 빔선택 단계에서 선택된 빔 출력신호들을 결합하고, 상기 지연시간을 보상하여 더해주는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 수신 성능 개선을 위한 하이브리드 방식의 빔 선택 방법.
8. 빔 결합형 디지털 방송 수신 장치에 있어서,

   배열 안테나의 각각의 안테나소자를 통하여 수신되는 무선주파수 신호를 중간주파수(IF) 대역의 디지털 신호로 변환하기 위한 다수의 RF 프런트엔드 수단;

   상기 RF 프런트엔드 수단에서 출력되는 IF 신호를 이용하여, 지향방향에 따라 다른 빔을 형성하기 위한 다수의 빔 형성 수단;

   상기 빔 형성 수단에서 형성된 빔 출력신호를 심볼단위의 기저대역신호로 복조하기 위한 다수의 복조 수단;

   상기 복조 수단의 출력 신호를 훈련열신호와 상관시켜서 채널 프로파일을 생성하기 위한 다수의 상관 수단;

   상기 상관 수단에서 생성된 각각의 채널 프로파일에 대한 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 구하고, 상기 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하여 결합함으로써 빔 결합 출력신호를 생성하기 위한 빔 결합 수단; 및

   상기 빔선택 수단의 출력 신호에서 채널 왜곡을 보상하기 위한 등화 수단

   을 포함하는 빔 결합을 이용한 디지털 방송 수신 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 빔 결합 수단은,

   제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 빔 결합을 이용한 디지털 방송 수신 장치.
10. 빔 결합형 디지털 방송 수신 장치에 있어서,

    배열 안테나의 각각의 안테나소자를 통하여 수신되는 무선주파수 신호를 중간주파수(IF) 대역의 디지털 신호로 변환하기 위한 다수의 RF 프런트엔드 수단;

    상기 RF 프런트엔드 수단에서 출력되는 IF 신호를 이용하여, 지향방향에 따라 다른 빔을 형성하기 위한 다수의 빔 형성 수단;

    상기 빔 형성 수단에서 형성된 빔 출력신호를 심볼단위의 기저대역신호로 복조하기 위한 다수의 복조 수단;

    상기 복조 수단의 출력 신호를 훈련열신호와 상관시켜서 채널 프로파일을 생성하기 위한 다수의 상관 수단;

    상기 상관 수단에서 생성된 각각의 채널 프로파일에 대한 제 1 '주경로신호 대 다중경로신호/잡음 비(SMNR)'를 구한 후 상기 제 1 SMNR의 크기에 따라 소정의 개수의 빔 출력신호를 선택하여 결합함으로써 빔 결합 출력신호를 생성하고, 상기 빔 결합 출력신호의 채널 프로파일을 이용하여 구한 제 2 SMNR과 상기 '제 1 SMNR중 최대값'과의 비교에 따라 빔 선택 방식과 빔 결합 방식 중 어느 하나의 방식을 수행하기 위한 하이브리드 빔 선택 수단; 및

    상기 빔선택 수단의 출력 신호에서 채널 왜곡을 보상하기 위한 등화 수단

    을 포함하는 하이브리드 방식의 빔 선택을 이용한 디지털 방송 수신 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 하이브리드 빔 선택 수단은,

    제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 빔 선택을 이용한 디지털 방송 수신 장치.

Images