KR100653176B1

KR100653176B1 - 주파수 영역 등화 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100653176B1
Application number: KR1020050091532A
Authority: KR
Inventors: 박성익; 김승원; 이수인; 손상원; 이유석; 김형남
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-12-05
Also published as: US8170089B2; US20090220035A1; WO2007037576A1

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 주파수 영역 등화 장치 및 그 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 채널 정합 필터(channel-matched filter) 및 비인과 필터(noncausal filter)를 이용하여 채널의 상태를 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시킴으로써, 변화된 채널의 역을 안정적으로 구하고 이를 주파수 영역의 등화기 계수로 사용하여 안정적인 등화를 할 수 있도록 한, 주파수 영역 등화 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 주파수 영역 등화 장치에 있어서, 외부로부터 입력되는 수신신호의 채널을 추정하기 위한 채널 추정 수단; 상기 채널 추정 수단에서 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과(noncausal) 필터링에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키기 위한 채널 정합 필터링 수단; 상기 채널 정합 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키기 위한 비인과 필터링 수단; 상기 비인과 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구하기 위한 역 채널 산출 수단; 및 상기 역 채널 산출 수단에서 구한 역을 주 파수 영역 등화 계수로 사용하여 상기 비인과 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행하기 위한 주파수 영역 등화 수단을 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 지상파 디지털 방송 수신기 등에 이용됨.

채널 정합 필터, 비인과 필터, 채널 상태 변화, 주파수 영역, 채널 등화

Description

주파수 영역 등화 장치 및 그 방법{Apparatus and method of frequency domain equalization}

도 1은 일반적인 판정 궤환 등화 장치의 구성 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 장치의 일실시예 구성도,

도 3은 도 2의 채널 추정부의 상세 구성도,

도 4는 도 2의 비인과 필터의 등가 블록도,

도 5는 도 2의 역 채널 산출부의 일실시예 상세 구성도,

도 6은 도 2의 주파수 영역 등화부의 일실시예 상세 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

200 : 채널 추정부 201 : 상관기

202 : 지터 제거기 210 : 채널 정합 필터

220 : 비인과 필터 221, 223 : 시간 반전부

222 : 인과 필터 224, 225 : 버퍼

230 : 역 채널 산출부 231 : 제로 패딩기

232, 262 : FFT부 233 : 역 산출기

240 : 채널 정합 필터 산출부 250 : 비인과 필터 산출부

260 : 주파수 영역 등화부 261 : 블록 저장부

263 : IFFT부 264 :

벡터부

본 발명은 디지털 방송 수신 시스템 등에서 이용되는 채널 등화 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 채널 정합 필터(channel-matched filter) 및 비인과 필터(noncausal filter)를 이용하여 채널의 상태를 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시킴으로써, 변화된 채널의 역을 안정적으로 구하고 이를 주파수 영역의 등화기 계수로 사용하여 안정적인 등화를 할 수 있도록 한, 주파수 영역 등화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털 통신 시스템에서는 제한된 대역을 사용하여 데이터를 전송하기 때문에, 심벌의 펄스 에너지를 인접하고 있는 심벌 펄스로 분산시키는 시간 분산 효과(time dispersion effect)로 인해 인접 심벌에 간섭을 주게 된다. 뿐만 아니라, 송신된 데이터는 여러 가지 채널 왜곡에 의해 영향을 받는다. 이와 같은 채널 왜곡 현상으로는 다중 경로 현상, 주파수 오프셋, 위상 지터 등과 같은 것이 있으며, 이러한 것들은 디지털 통신 시스템에서 송신 심벌들이 인접한 심벌에 영향을 주는 심벌간 간섭(ISI : InterSymbol Interference)을 발생시켜 수신기에서 원하는 데이터를 얻는데 커다란 장애 요소가 된다.

특히, 단일 주파수 망(SFN : Single Frequency Network)의 환경은 같은 주파수로 신호를 송출하는 여러 송신기의 신호가 공존하는 경계지역이 발생하게 되는데, 이러한 경계 지역에서는 각 송신기로부터 오는 신호의 크기가 매우 비슷하기 때문에 큰 고스트(ghost)가 발생한다. 또한 경계지역에서는 가까운 송신기와 멀리 있는 송신기로부터 동시에 신호가 들어오기 때문에 시간 지연(delay)이 매우 큰 고스트가 발생하게 되며, 이로 인해 심벌간 간섭이 가장 크게 나타나는 경우가 많다.

이를 방지하기 위하여, 일반 수신기(디지털 방송 수신기)에서는 ISI로 인한 심벌 에러를 줄이기 위해서 채널 등화기를 사용한다.

통신 채널은 수신기의 상황에 따라 상기에서 언급한 왜곡 요소가 가변적이거나 고정적일 수 있다. 일반적으로 디지털 방송 수신기에서는 주로 시간에 따라 적응적으로 탭 계수를 갱신하는 적응 등화기(adaptive equalizer)를 사용한다.

도 1을 참조하여 일반적인 채널 등화 장치의 구성을 살펴보기로 한다.

도 1은 일반적인 판정 궤환 등화 장치의 구성 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 판정 궤환 등화 장치에서는 디지털 필터부(11)가 수신기(디지털 방송 수신기)에 수신된 기저대역(baseband) 신호에서 왜곡을 발생시키는 심벌 간의 간섭 성분을 제거하며, 심벌 검출부(단순 양자화기)(12)가 디지털 필터부(11)에서 출력되는 신호를 사전에 정해진 임계치와 비교하여 판정 (decision)된 데이터를 산출하여 출력한다.

그리고 탭 계수 갱신부(13)는 등화기 입력신호 저장부(17)의 출력신호, 디지털 필터부(11)의 출력신호, 스위치부(16)에 의해 선택되는 에러 데이터를 입력받아, 에러를 산출하여 디지털 필터부(11)의 탭 계수를 갱신한다.

또한 훈련열 저장부(14)는 송신기(디지털 방송 송신기)에서도 알고 있는 훈련 데이터 열을 저장하며, 이 훈련 데이터 열은 훈련 모드 시에 읽혀 들여져 탭 계수 갱신부(13)로 출력된다.

또한 통계 데이터 산출부(15)는 블라인드 모드 시에 통계적인 에러를 산출하여 탭 계수 갱신부(13)로 출력한다.

또한 스위치부(16)는 선택된 모드에 따라 훈련열 저장부(14), 통계 데이터 산출부(15) 및 심벌 검출부(12) 중에서 하나를 선택하여, 선택된 블록에서 출력되는 에러 데이터를 탭 계수 갱신부(13)로 출력한다.

그러면, 탭 계수 갱신부(13)는 해당하는 오차신호를 구한 다음에, 디지털 필터부(11)의 탭 계수에 해당하는 등화기 입력신호 저장부(17) 내의 데이터를 읽어 들여 탭 계수를 갱신한 후 디지털 필터부(11)로 출력한다.

이러한 채널 등화 장치로서, 디지털 방송 수신기에서는 판정 궤환 등화 장치(DFE : Decision Feedback Equalizer)가 많이 쓰이고 있다. 일반적으로, 판정 궤환 등화 장치는 그 출력의 눈 모형(eye diagram : 등화 장치의 성능 결정 요소, 즉, 출력 신호 판정 시 정확하고 용이하게 하도록 하는 기능)이 열려 있어서, 심벌 검출기(symbol detector)의 출력이 올바르게 판정된 심벌일 경우, 피드백 필터부는 이전에 판정된 심벌에 의한 ISI를 제거하여 주면서도, 선형 등화기에서 채널 등화 시 발생하는 필터부 출력에서의 잡음 증폭 현상과 같은 문제가 나타나지 않기 때문에 디지털 방송 수신기에서 많이 사용된다.

그러나 SFN 환경과 같이 시간지연이 길고 주 경로에서 오는 신호의 크기와 비슷한 크기를 갖는 고스트가 있는 다중 경로 환경에서는 필터부 출력의 눈 모형(eye diagram)을 여는 데 실패하는 경우가 많다. 만약, 눈 모형이 열리지 않으면, 심벌 검출기에서 판정 에러가 발생할 가능성이 매우 높고, 이로 인해 판정 에러가 판정 궤환 등화 장치의 피드백 루프를 통해 누적되는 에러 전파 문제가 발생하게 된다.

이러한 열악한 환경을 갖는 통신 채널을 등화하기 위해서 채널 정합 필터를 사용하여 수신신호의 채널특성(channel property)을 변화시키는 방법이 제시되었고, 어느 정도 기존의 등화 장치보다 양호한 성능을 보였다. 그러나 이 방식도 한 번 판정 에러가 일어나면 에러 전파를 야기하여 안정적인 등화를 수행하지 못하였다. 이는 "Y. Wu"에 의한 "An ATSC DTV receiver with improved robustness to multipath and distributed transmission environments" 명칭의 "IEEE Trans. Broadcasting, vol. 50, no. 1, 32-41, March 2004"의 문헌에 수록되어 있다.

상기 "Y. Wu"에 의해 제안된 채널 등화 방법은 오버샘플링(over-sampling)된 데이터를 이용하여 채널 추정을 수행한 후, 추정된 채널정보로부터 채널 정합 필터를 생성하고, 분수간격(fractionally-spaced) 등화 장치를 사용한다. 그러나 이 방법은 오버샘플링과 분수간격 등화를 수행하기 때문에 복잡도가 매우 높다. 또한 단 순 양자화기(slicer)를 심벌 검출기로 사용하므로 판정 에러에 의한 에러 전파 문제가 발생할 수 있다.

따라서 낮은 복잡도를 가지면서도 보다 안정적인 등화를 수행하는 새로운 등화 장치의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 채널 정합 필터(channel-matched filter) 및 비인과 필터(noncausal filter)를 이용하여 채널의 상태를 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시킴으로써, 변화된 채널의 역을 안정적으로 구하고 이를 주파수 영역의 등화기 계수로 사용하여 안정적인 등화를 할 수 있도록 한, 주파수 영역 등화 장치 및 그 방법을 제공하는 데 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 장치는, 주파수 영역 등화 장치에 있어서, 외부로부터 입력되는 수신신호의 채널을 추정하기 위한 채널 추정 수단; 상 기 채널 추정 수단에서 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과(noncausal) 필터링에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키기 위한 채널 정합 필터링 수단; 상기 채널 정합 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키기 위한 비인과 필터링 수단; 상기 비인과 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구하기 위한 역 채널 산출 수단; 및 상기 역 채널 산출 수단에서 구한 역을 주파수 영역 등화 계수로 사용하여 상기 비인과 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행하기 위한 주파수 영역 등화 수단을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 주파수 영역 등화 방법에 있어서, 수신신호의 채널을 추정하는 단계; 상기 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과 필터(noncausal filter)의 구성에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키는 단계; 상기 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키는 단계; 상기 최소위상 채널로 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구하는 단계; 및 상기 구한 역을 주파수 영역 등화 장치의 계수로 사용하여 상기 최소위상 채널로 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행하는 단계를 포함한다.

이처럼, 본 발명은 지상파 디지털 방송 수신 시스템에서 채널 정합 필터(channel-matched filter)와 비인과 필터(noncausal filter)를 갖는 주파수 영역 등화 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 열악한 환경을 갖는 채널의 역을 안정적으로 구하기 위해 채널의 상태를 비인과 필터를 이용하여 비최소위상에서 최소위상으로 변화시킨다. 비인과 필터가 적절하게 동작하려면 가장 큰 고스트의 신호 세기가 주 경로의 신호 세기보다 30%이상 작아야하는 조건이 있는데, 이러한 조건을 만족시키기 위해서 채널 정합 필터를 이용한다. 상기와 과정에 의해 변경된 채널에 대한 역은 주파수 영역에서 행해지며, 이값은 그대로 주파수 영역 등화 장치의 계수에 적용된다. 채널 상태가 아주 열악한 조건에서 기존의 판정 궤환 등화 장치(decision feedback equalizer)는 잘못된 판정에 의해 에러 전파(error propagation)가 발생하여 안정적인 등화가 이루어지지 않았으나, 상기와 같은 본 발명은 안정적인 등화를 가능하게 한다.

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 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 장치의 일실시예 구성도이다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 지상파 디지털 방송 수신 시스템에서 채널 정합 필터와 비인과 필터를 갖는 주파수 영역 등화 장치의 구조 및 동작 과정 을 설명하겠다.

ZF(zero forcing) 방식인 주파수 영역 등화 장치의 계수를 구하기 위해서는 채널의 특성을 알아야 한다. 수신 신호에 포함된 훈련열을 통해 채널을 추정하는 방법은 LS(least square), MP(matching pursuit), 상관(correlation)을 기초로 한 방법, 및 적응 필터를 이용하는 방법 등이 있다. 여기에서, LS 및 MP 방식은 많은 계산량이 필요할 뿐만 아니라 훈련열의 시작부분과 끝부분의 정확한 위치를 알아야 한다. 그리고 적응 필터링을 이용하는 방법은 훈련열의 길이가 짧기 때문에 RLS(recursive least square)와 같은 고속 알고리즘을 사용해야 하는 문제가 있다. 본 발명의 취지는 추정된 채널 정보를 이용하여 채널 등화를 효과적으로 수행하는 데 있으므로, 사용자의 편의에 따라 원하는 채널 추정 방법을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 실시예의 하나로서, 간단한 방법으로 구현할 수 있는 상관을 기초로 한 채널 추정 방식을 채널 추정부(200)에 사용하는 것을 예로 들어 설명을 하기로 하겠다. 이 방식은 간단하지만 상관 결과의 지터(jitter)로 인해 발생하는 잡음과 다중 경로를 구별하는 문턱값이 필요하다. 이 문턱값은 채널의 상태 및 신호 대 잡음비에 따라 달라질 수 있지만, 다양한 채널 및 신호 대 잡음비에서 모의실험을 수행하여 얻을 수 있다. 이에 대한 구체적인 값은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 장치의 구성 및 동작을 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 장치는, 외부로 부터의 수신신호와 내부의 훈련열을 통해 채널을 추정하기 위한 채널 추정부(200), 상기 채널 추정부(200)에서 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과 필터(noncausal filter)(220)의 구성에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키기 위한 채널 정합 필터(210)와 채널 정합 필터 산출부(240), 상기 채널 정합 필터(210)와 채널 정합 필터 산출부(240)를 통해 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키기 위한 비인과 필터(220)와 비인과 필터 산출부(250), 상기 비인과 필터(220)와 비인과 필터 산출부(250)를 통해 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구하기 위한 역 채널 산출부(230), 및 상기 역 채널 산출부(230)에서 구한 역을 주파수 영역 등화 장치의 계수로 사용하여 상기 비인과 필터(220)와 비인과 필터 산출부(250)를 통해 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행하기 위한 주파수 영역 등화부(260)를 포함한다.

여기서, 상기 채널 정합 필터 산출부(240)는 상기 채널 추정부(200)에서 추정한 채널 계수를 이용하여 채널 정합 필터 계수를 구하고, 상위의 제 1 채널 정합 필터(210)는 상기 채널 추정부(200)에서 추정한 채널의 채널 특성을 상기 채널 정합 필터 산출부(240)에서 구한 채널 정합 필터 계수를 이용하여 비인과 필터(noncausal filter)(220)의 구성에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키며, 하위의 제 2 채널 정합 필터(210)는 상기 수신신호의 채널 특성을 상기 채널 정합 필터 산출부(240)에서 구한 채널 정합 필터 계수를 이용하여 비인과 필터(noncausal filter)(220)의 구성에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성 으로 변화시킨다.

그리고 상기 비인과 필터 산출부(250)는 상위의 제 1 채널 정합 필터(210)의 임펄스 응답을 이용하여 비인과 필터 계수를 구하고, 상위의 제 1 비인과 필터(220)는 상기 상위의 제 1 채널 정합 필터(210)를 통해 변화시킨 채널 특성을 상기 비인과 필터 산출부(250)에서 구한 비인과 필터 계수를 이용하여 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키며, 하위의 제 2 비인과 필터(220)는 상기 하위의 제 2 채널 정합 필터(210)를 통해 변화시킨 채널 특성을 상기 비인과 필터 산출부(250)에서 구한 비인과 필터 계수를 이용하여 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 장치의 상세 구성 및 동작을 도 3 내지 도 6을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 도 2의 채널 추정부(200)의 상세 상세도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 채널 추정부(200)는 내부의 훈련열과 외부로부터의 수신신호를 상관시키기 위한 상관기(201), 및 상기 상관기(201)에서 상관시킨 상관 값(채널 계수 벡터)을 입력받아 문턱값을 이용하여 지터로 인한 잡음을 제거하기 위한 지터 제거기(202)를 포함한다. 이를 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

예를 들어 PN511 훈련열 벡터

가 있고, 수신된 신호 벡터

이 있다고 가정하고, 두 신호가 상관기(201)를 통과한 후의 출력값을

라 하자. 상관을 통해서 구해진 추정된 채널 계수 벡터

는 가장 큰 성분의 값으로 정규화하여 주 경로의 채널 계수가 1이 되도록 한다. 그리고 지터로 인해 다중 경로의 구별이 쉽지가 않기 때문에 지터 제거기(202)에서 문턱값을 이용하여 문턱값보다 작은 채널 계수들은 모두 0으로 할당한다. 이와 같은 방법으로 채널 추정을 수행한 후 벡터

에서 양쪽에 0이 되는 성분을 제거하고 남은 성분들로 이루어지는 새로운 벡터

를 채널 계수 벡터라고 하고 그 성분을

이라고 하자.

채널 추정부(200)에서 상기와 같은 방식 또는 기타 방식을 통해 채널을 추정하고, 그 추정된 채널 계수를 이용하여 채널 정합 필터 산출부(240)에서 채널 정합 필터(210)의 탭 계수를 구하는데, 그 일 예는 하기의 [수학식 1]과 같다.

상기 [수학식 1]에서,

는 켤레복소수(complex conjugate)를 나타낸다. 결국, 채널 정합 필터(210)의 탭 계수

는 채널 계수

를 거울처럼 대칭으로 하여 구한 것이다. 이러한 과정으로 인해 채널 정합 필터(210)를 채널거울필터(channel mirror filter)라고도 한다.

시간 인덱스

에서 상기 채널 정합 필터 산출부(240)에서 얻어진 채널 정합 필터와 상기 채널 추정부(200)에서 추정된 채널이 결합(combined)된 임펄스 응답 벡터를

이라고 할 때,

에서 가장 큰 계수값이

번째 성분이라고 하고 이것을

이라 하면 구하고자 하는 필터의 차수는

가 된다. 이때, 비인과 필터(220)의 전달 함수는 하기의 [수학식 2]와 같이 구해진다.

상기 [수학식 2]에서, 비인과 필터(220)의 임펄스 응답

는 반복적으로 얻는데

는 반복 횟수이다.

는 전역통과이고 다음과 같은 과정을 통해서 구하게 된다.

의 계수는 추정된 채널과 채널 정합 필터(210)의 결합된 시스템의 임펄스 응답인

을 이용하여 구할 수 있는데 하기의 [수학식 3]과 같다.

상기 [수학식 3]에서

은

의

번째 성분을 의미한다. 그리고 스케일 팩터(scale factor)

은

의 모든 폴(pole)들이 단위 원 밖으로 나가게 하여

가 반전된 시간에서 동작하는 안정된 필터가 되도록 하기 위해

의 값에 곱하게 되는데, 이때의

은 하기의 [수학식 4]와 같다.

상기 [수학식 4]에서

은

의 크기를 나타내고,

는

에서 크기가 두 번째로 큰 계수의 크기를 나타내며,

는 문턱값을 나타낸다.

상기 [수학식 4]에서

는 대략 0.5 근처의 값이 사용된다.

상기 [수학식 3]과 상기 [수학식 4]에 의해 구한 비인과 필터(220)의 임펄스 응답의 계수를

이라고 하면 1회의 반복 과정을 통해서 얻어진 비인과 필터(220)의 전달 함수는 하기의 [수학식 5]와 같다.

상기 [수학식 5]에서

는

을 시간 반전시킨 후 인과 필터(222)인

를 통과시키고 다시 원래 순방향 시간으로 되돌려서 얻어지는 필터 출력으로부터 쉽게 얻을 수 있다.

상기 [수학식 5]에서 구해진

을 이용하여 두 번째 반복 과정에 의해서

를 구하면 하기의 [수학식 6]과 같다.

상기 [수학식 6]에서

는 상기 [수학식 4]에서 구한 방법과 같이 구한다.

비인과 필터(220)의 임펄스 응답인

역시 상기의 방법과 같이 구할 수 있는데 하기의 [수학식 7]과 같다.

상기 [수학식 7]에서 볼 수 있듯이

는 무한대의 차수를 가지지만, 필터들의 z-영역의 곱

의 차수는 P가 된다. 상기와 같이 비인과 필터 산출부(250)에 의해 구해진 비인과 필터 계수는 비인과 필터(220)의 계수로 사용된다.

도 4는 도 2의 비인과 필터(220)의 등가 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비인과 필터(220)는, 상기 채널 정합 필터(210)로부터의 출력신호를 블록 단위로 저장하기 위한 제 1 버퍼(224), 상기 제 1 버퍼(224)에 버퍼링한 신호를 시간 반전시키기 위한 제 1 시간 반전부(221), 상기 제 1 시간 반전부(221)에서 시간 반전시킨 신호를 인가받아 안정된 필터링을 수행하기 위한 인과 필터(222), 상기 인과 필터(222)를 통과한 신호를 다시 블록 단위로 저장하기 위한 제 2 버퍼(225), 및 상기 제 2 버퍼(225)에 버퍼링한 신호를 다시 시간 반전시키기 위한 제 2 시간 반전부(223)를 포함한다.

이처럼, 비인과 필터링을 실제적으로 구현하기 위해서는

을 시간 반전시키기 위한 제 1 시간 반전부(221)를 필요로 하며, 시간 반전된 신호는 인과 필터(222)를 통과하게 된다. 그리고 인과 필터(222)의 출력을 다시 제 2 시간 반전부(213)를 통과시킴으로써 원래의 시간 신호로 되돌리게 되어, 최소위상 채널특성을 갖는 변화된 채널을 통과하는 효과를 가지는 최종 출력 신호가 나오게 된다.

여기서, 비인과 필터(220)의 입력 신호가 시간 반전부(221, 225)를 통과해야하므로, 인과 필터(222)와의 블록 길쌈연산이 행해지게 된다. 시간 반전부(221, 225)는 어느 정도 데이터를 저장한 버퍼(224, 225)를 필요로 하게 되며, 여기서 버퍼 길이 즉, 블록의 길이를 얼마나 저장하는가에 따라 비인과 필터(220)의 효율성이 좌우된다.

만약, 블록의 길이가 비인과 필터(220)의 길이보다 상당히 크다면 거기에 대한 시간 반전을 위해 블록의 크기가 길어지게 되므로 버퍼의 공간이 많이 필요하며 또한 시간 지연이 길어지게 된다. 또한 시변하는 채널일 때 이전 블록으로 필터의 계수를 추정하는데 블록의 길이가 길어지면 시변하는 채널을 제대로 따라가지 못하게 되는 문제점이 있다. 반면에, 비인과 필터(220)의 길이보다 블록의 길이가 짧다면 비인과 필터(220)의 효과가 완벽하게 반영되지 않아서 원하는 결과를 얻지 못하게 된다.

상술한 바와 같이 채널 추정부(200)를 통해서 추정된 채널(

)은 채널 정합 필터(210)와 비인과 필터(220)를 통과하면서 비인과 필터 산출부(250)를 통하여 추정된 채널이 최소위상의 채널특성을 갖게 되었으며, 그 역을 구하기 위해 역 채널 산출부(230)의 입력신호로 들어가게 된다. 역 채널 산출부(230)의 출력신호를 구하면 하기의 [수학식 8]과 같다.

상기 [수학식 8]에서,

는 시간 인덱스

에서 추정된 채널이 채널 정합 필터(210)와 비인과 필터(220)를 통과한 출력 신호

를 길이가

이 되도록 제로 패딩(0 padding)하여 푸리에 변환(Fourier transform)한 신호이다. 만일,

의 길이가

라고 하면 제로 패딩의 길이는 (

)개가 된다. 여기서, (

)개의 제로 패딩을 하는 이유는 주파수 영역 등화부(260)에서 오버랩 세이브(overlap-save) 방식을 사용할 수 있도록 하기 위해서이다.

도 5는 도 2의 역 채널 산출부(230)의 일실시예 상세 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 역 채널 산출부(230)는, 주파수 영역 등화부(260)에서 오버랩 세이브(overlap-save) 방식을 사용할 수 있도록, 상기 비인과 필터(220)의 출력신호를 시간 영역의 측면에서 주파수 영역 등화 장치의 계수에 제로 패딩하기 위한 제로 패딩기(231), 상기 제로 패딩기(231)에서 제로 패딩한 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위한 고속 푸리에 변환(FFT)부(232), 및 상기 고속 푸리 에 변환(FFT)부(232)에서 주파수 영역으로 변환한 신호를 주파수 영역에서 그대로 역을 취하여 역 채널 계수를 주파수 영역 등화부(260)로 출력하기 위한 역 산출기(233)를 포함한다.

이처럼,

의 길이에 맞게 제로 패딩을 하고 고속 푸리에 변환을 수행하여 주파수 영역에서의 채널 계수를 얻고, 이를 가지고 역 산출기(233)에서 채널의 역을 주파수 영역에서 구하게 된다.

상기 설명에서는 추정된 채널을 채널 정합 필터(210) 및 비인과 필터(220)를 이용해 비최소위상 특성을 갖는 채널을 최소위상을 갖는 채널로 변환하였으며, 역 채널 산출부(230)를 통하여 주파수 영역 등화 장치의 계수를 구하였다. 이때, 구해진 계수를 이용하여 주파수 영역 등화를 수행하기 위해서는, 전술한 바와 같이 수신신호도 채널 정합 필터(210)와 비인과 필터(220)를 통과시켜야 한다(도 2의 하위에 도시됨).

한편, 역 채널 산출부(230)에서의 출력은 주파수 영역 등화부(260)의 계수로 사용되며, 그에 따라 등화된 출력 벡터 신호

은 하기의 [수학식 9]와 같다.

상기 [수학식 9]에서, 벡터

에서의

,

은 각각 0과 1로 이루어진 벡 터이고, 그 길이는 각각

과

이다. 그리고 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)는 고속 푸리에 역변환의 약어이고, 연산 기호 x는 두 벡터의 각 성분끼리 곱하여 같은 크기를 가지는 벡터를 만드는 연산을 나타낸다.

은 채널 정합 필터(210) 및 비인과 필터(220)를 통과한 신호

개를 모아서 벡터를 만들고, 이를 주파수 영역으로 변환한 벡터이다. 상기 [수학식 9]는 입력신호와 등화기 계수의 주파수 영역에서의 곱이고, 시간 영역에서는 순환 컨벌루션이다. 따라서 순환 컨벌루션의 특성상 신호의 겹침이 일어나므로 벡터

,

을 곱함으로써 겹침이 일어나지 않는 부분만 사용하는 오버랩 세이브 방식(overlap-save method)을 사용한다. 다시 말해서 벡터

이 곱해지는 부분만을 사용하게 된다.

도 6은 도 2의 주파수 영역 등화부(260)의 일실시예 상세 구성도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 주파수 영역 등화부(260)는, 상기 비인과 필터(220)를 통과한 신호를 오버랩 세이브(overlap-save) 방식을 사용하기 위해 상기 역 채널 산출부(230)의 신호 길이만큼을 저장하기 위한 블록 저장부(261), 상기 블록 저장부(261)의 출력신호를 주파수 영역의 신호로 변환하기 위한 고속 푸리에 변환(FFT)부(262), 상기 고속 푸리에 변환(FFT)부(262)에서 주파수 영역으로 변환한 신호와 상기 역 채널 산출부(230)의 출력 신호(역 채널 계수)를 곱하기 위한 제 1 곱셈기, 상기 제 1 곱셈기에서 출력되는 주파수 영역의 신호를 다시 원래의 시간 영역으로 변환하기 위한 고속 역 푸리에 변환(IFFT)부(263), 및 상기 고속 역 푸리에 변환(IFFT)부(263)에서 시간 영역으로 변환한 출력신호에서, 곱의 연산으로 순 환 길쌈 연산된 부분의 겹치는 부분을 제거하기 위해 벡터

(264)을 곱하기 위한 제 2 곱셈기를 포함한다.

이처럼, 비인과 필터(220)의 출력신호는 블록 저장부(221)에 저장이 되고 푸리에 변환을 거치게 된다. 이후, 역 채널 산출부(230)의 출력신호와 곱의 연산을 거친 후 시간 영역의 신호로 되돌리기 위해 푸리에 역변환을 거친 후,

과

을 갖는 벡터와의 곱을 통하여 등화 장치의 출력 벡터 신호로 나오게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 그 상세 동작은 전술한 바와 같으므로, 여기서는 그 핵심 동작만을 간략하게 설명하기로 한다.

먼저, 수신신호와 훈련열을 통해 채널을 추정한다(701).

이후, 상기 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과 필터(noncausal filter)의 구성에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시킨다(702).

이후, 상기 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시킨다(703).

이후, 상기 최소위상 채널로 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구한다(704).

이후, 상기 구한 역을 주파수 영역 등화 장치의 계수로 사용하여 상기 최소위상 채널로 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행한다(705).

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 롬, 램, 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.

상기한 바와 같은 본 발명은, 채널 정합 필터 및 비인과 필터를 사용하여 채널 상태를 변화시켜, 등화 장치의 계수로 사용되는 채널의 역을 안정적으로 구할 수 있게 함으로써, 안정된 역이 존재하지 않는 열악한 채널에 대해서도 등화가 가능하다.

즉, 본 발명은 채널 정합 필터(channel-matched filter) 및 비인과 필터(noncausal filter)를 이용하여 채널의 상태를 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시킴으로써, 변화된 채널의 역을 안정적으로 구하고 이를 주파수 영역의 등화기 계수로 사용하여 안정적인 등화를 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 등화 과정에서 블록 단위의 계산 및 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하기 때문에, 블록의 길이(탭 수)가 늘어날수록 시간 영역에서의 등화 방법과 비교하여 상대적으로 계산량이 더 크게 줄어드는 효과가 있다.

Claims

주파수 영역 등화 장치에 있어서,

외부로부터 입력되는 수신신호의 채널을 추정하기 위한 채널 추정 수단;

상기 채널 추정 수단에서 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과(noncausal) 필터링에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키기 위한 채널 정합 필터링 수단;

상기 채널 정합 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키기 위한 비인과 필터링 수단;

상기 비인과 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구하기 위한 역 채널 산출 수단; 및

상기 역 채널 산출 수단에서 구한 역을 주파수 영역 등화 계수로 사용하여 상기 비인과 필터링 수단을 통해 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행하기 위한 주파수 영역 등화 수단

을 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 채널 정합 필터링 수단은,

상기 채널 추정 수단에서 추정한 채널 계수를 이용하여 채널 정합 필터 계수를 구하기 위한 채널 정합 필터 산출부;

상기 채널 추정 수단에서 추정한 채널의 채널 특성을 상기 채널 정합 필터 산출부에서 구한 채널 정합 필터 계수를 이용하여 비인과(noncausal) 필터링에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키기 위한 제 1 채널 정합 필터; 및

상기 수신신호의 채널 특성을 상기 채널 정합 필터 산출부에서 구한 채널 정합 필터 계수를 이용하여 비인과(noncausal) 필터링에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키기 위한 제 2 채널 정합 필터

를 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 비인과 필터링 수단은,

상기 제 1 채널 정합 필터의 임펄스 응답을 이용하여 비인과 필터 계수를 구하기 위한 비인과 필터 산출부;

상기 제 1 채널 정합 필터를 통해 변화시킨 채널 특성을 상기 비인과 필터 산출부에서 구한 비인과 필터 계수를 이용하여 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키기 위한 제 1 비인과 필터; 및

상기 제 2 채널 정합 필터를 통해 변화시킨 채널 특성을 상기 비인과 필터 산출부에서 구한 비인과 필터 계수를 이용하여 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키기 위한 제 2 비인과 필터

를 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 비인과 필터 각각은,

상기 제 1 또는 제 2 채널 정합 필터로부터의 상응하는 출력신호를 블록 단위로 저장하기 위한 제 1 저장 수단;

상기 제 1 저장 수단에 저장한 신호를 시간 반전시키기 위한 제 1 시간 반전부;

상기 제 1 시간 반전부에서 시간 반전시킨 신호를 인가받아 안정된 필터링을 수행하기 위한 인과 필터;

상기 인과 필터를 통과한 신호를 블록 단위로 저장하기 위한 제 2 저장 수단; 및

상기 제 2 저장 수단에 저장한 신호를 시간 반전시키기 위한 제 2 시간 반전부

를 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 채널 추정 수단은,

내부의 훈련열과 외부로부터의 수신신호를 상관시키기 위한 상관기; 및

상기 상관기에서 상관시킨 상관 값(채널 계수 벡터)을 입력받아 문턱값을 이용하여 지터로 인한 잡음을 제거하기 위한 지터 제거기

를 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 채널 추정 수단은,

적응 필터링 방식, LS(least square) 방식, 또는 MP(matching pursuit) 방식 중 어느 한 방식을 이용하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 등화 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 역 채널 산출 수단은,

상기 주파수 영역 등화 수단에서 오버랩 세이브(overlap-save) 방식을 사용 할 수 있도록, 상기 비인과 필터링 수단의 출력신호를 시간 영역의 측면에서 주파수 영역 등화 계수에 제로 패딩하기 위한 제로 패딩기;

상기 제로 패딩기에서 제로 패딩한 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위한 고속 푸리에 변환(FFT)부; 및

상기 고속 푸리에 변환(FFT)부에서 주파수 영역으로 변환한 신호를 주파수 영역에서 그대로 역을 취하여 역 채널 계수를 상기 주파수 영역 등화 수단으로 출력하기 위한 역 산출기

를 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주파수 영역 등화 수단은,

상기 비인과 필터링 수단을 통과한 신호를 오버랩 세이브(overlap-save) 방식을 사용하기 위해 상기 역 채널 산출 수단의 신호 길이만큼을 저장하기 위한 블록 저장부;

상기 블록 저장부의 출력신호를 주파수 영역의 신호로 변환하기 위한 고속 푸리에 변환(FFT)부;

상기 고속 푸리에 변환(FFT)부에서 주파수 영역으로 변환한 신호와 상기 역 채널 산출 수단의 출력 신호(역 채널 계수)를 곱하기 위한 제 1 곱셈기;

상기 제 1 곱셈기에서 출력되는 주파수 영역의 신호를 다시 원래의 시간 영 역으로 변환하기 위한 고속 역 푸리에 변환(IFFT)부; 및

상기 고속 역 푸리에 변환(IFFT)부에서 시간 영역으로 변환한 출력신호에서, 곱의 연산으로 순환 길쌈 연산된 부분의 겹치는 부분을 제거하기 위해 벡터
을 곱하기 위한 제 2 곱셈기

를 포함하는 주파수 영역 등화 장치.
주파수 영역 등화 방법에 있어서,

수신신호의 채널을 추정하는 단계;

상기 추정한 채널과 상기 수신신호의 채널 특성을 비인과 필터(noncausal filter)의 구성에 필요한 조건을 만족시키기 위한 채널 특성으로 변화시키는 단계;

상기 변화시킨 채널 특성을 비최소위상 채널(nonminimum phase channel)에서 최소위상 채널(minimum phase channel)로 변화시키는 단계;

상기 최소위상 채널로 변화시킨 채널의 역을 주파수 영역에서 구하는 단계; 및

상기 구한 역을 주파수 영역 등화 장치의 계수로 사용하여 상기 최소위상 채널로 변화시킨 채널에 대해 주파수 영역에서 채널 등화를 수행하는 단계

를 포함하는 주파수 영역 등화 방법.