KR100668789B1 - Decision-feedback equalizer with Dual-Feedback Structure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 TV 수신기에 있어서 수신기의 채널 등화기(channel equalizer)에 관한 것이다. 기존의 결정 궤환 등화기는 결정값이 오류가 없는 경우에는 우수한 성능을 보여준다. 그러나, 결정값을 후방 필터의 입력으로 사용하기 때문에 결정값에 오류가 발생하면 오류가 발생한 결정값은 후방필터의 탭수 만큼의 시간동안 잘못된 입력으로 사용된다. 따라서 잘못된 입력은 등화기의 성능을 열화로 나타나고 또 다른 결정값 오류를 발생시키는 오류 전파현상이 발생하여 성능 열화를 가속화 시킨다. 특히 수렴초기에는 등화기가 채널을 정확히 보상하지 못하기 때문에 결정값 오류가 많이 발생하고 이는 수렴 속도의 저하로 나타난다.The present invention relates to a channel equalizer of a receiver in a digital TV receiver. Conventional decision feedback equalizers show good performance when the decision value is error free. However, since the decision value is used as the input of the rear filter, if an error occurs in the decision value, the error decision value is used as an incorrect input for the number of taps of the rear filter. Thus, an incorrect input accelerates performance degradation by causing error propagation that results in degradation of the equalizer's performance and another decision error. In particular, in the early stage of convergence, since the equalizer does not compensate the channel accurately, many decision value errors occur, which results in a decrease in convergence speed.

본 발명은 기존의 결정 궤환 채널 등화기에서 결정값을 입력으로 사용하는 후방 필터에 등화기 출력값을 입력으로 사용하는 후방 필터를 첨가하여 함께 사용하는 이중 후방 필터 구조의 결정 궤환 채널등화기로서 결정값 오류에 대한 민감성을 줄여서 수신성능을 향상시켰다.The present invention provides a decision feedback channel equalizer of a dual rear filter structure in which a rear filter using an equalizer output value is added to a rear filter using a decision value as an input in a conventional decision feedback channel equalizer. Improved reception performance by reducing susceptibility to errors.

적응등화기, ATSC, 8-VSBAdaptive equalizer, ATSC, 8-VSB

Description

이중 후방 필터 구조의 채널 결정 궤환 등화기{Decision-feedback equalizer with Dual-Feedback Structure} Decision-feedback equalizer with Dual-Feedback Structure

도 1은 일반적인 VSB 신호 수신 시스템의 개략적인 블록 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a general VSB signal receiving system.

도 2는 등화기 탭 계수 갱신 알고리즘으로 LMS을 사용하는 결정 궤환 등화기 구성도이다.2 is a configuration of a decision feedback equalizer using LMS as an equalizer tap coefficient update algorithm.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 후방 필터 구조의 채널 결정 궤환 등화기 구성도이다.3 is a block diagram of a channel decision feedback equalizer of a dual rear filter structure according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 실내, 휴대 및 이동 수신의 다중경로(multipath)환경에서 수신부에서의 성능개선을 위하여 사용하는 등화기에 관한 것이다.The present invention relates to an equalizer used for performance improvement in a receiver in a multipath environment of indoor, portable and mobile reception.

북미 및 국내에서 채택한 디지털 TV 방송방식 표준인 ATSC(Advanced Television Systems Committee)방식에 있어서 전송신호는 가변채널 및 다중경로(multipath) 현상으로 인해 실내, 휴대 및 이동 채널환경에서 왜곡되게 되고, 이로 인해 수신부에서의 수신 성능이 떨어지게 된다.In the ATSC (Advanced Television Systems Committee) method, a digital TV broadcasting standard adopted in North America and Korea, the transmission signal is distorted in indoor, portable and mobile channel environments due to the variable channel and multipath phenomenon. The reception performance at is degraded.

디지털 통신 시스템에서는 제한된 대역을 사용하여 데이터 전송을 하기 때문에 심볼의 펄스 에너지를 인접하고 있는 심볼 펄스로 분산시키려는 시간 분산 효과(time dispersion effect)로 인해 인접 심볼에 간섭을 주게 된다. 뿐만 아니라 송신된 데이터는 여러 가지 채널 왜곡에 의해 영향을 받는다. 채널 왜곡에는 다중경로 현상, 주파수 오프셋, 위상 지터 등과 같은 것이 있으며, 이러한 것들은 디지털 통신시스템에서 송신 심볼들이 인접한 심볼에 영향을 주는 심볼간 간섭(intersymbol interference; ISI)을 발생시켜 수신기에서 원하는 데이터를 얻는데 커다란 장애요소가 된다. 또한 대부분의 통신 채널은 상기 언급한 왜곡 요소들이 가변적이기 때문에 시간에 따라 적응적으로 탭 계수를 갱신하는 적응 등화기(adaptive equalizer)가 필요하다.In a digital communication system, data transmission is performed using a limited band, which interferes with adjacent symbols due to a time dispersion effect of dispersing the pulse energy of the symbol into adjacent symbol pulses. In addition, the transmitted data is affected by various channel distortions. Channel distortions include multipath phenomena, frequency offsets, phase jitter, and the like, which can cause intersymbol interference (ISI) in which transmission symbols affect adjacent symbols in a digital communication system to obtain desired data at the receiver. It is a big obstacle. In addition, most communication channels require an adaptive equalizer that adaptively updates the tap coefficients over time because the aforementioned distortion factors are variable.

도 1은 일반적인 VSB 신호 수신 시스템의 블록 구성도를 도시한 것이다. 튜너(100)는 안테나를 통해 수신된 RF신호를 국부 발진 신호에 동조시켜 IF 신호로 변환시킨다. NTSC제거 필터(200)는 NTSC에 의한 HDTV의 열화를 방지하기 위하여 NTSC성분을 제거하고 등화기(300)는 전송채널을 통과하면서 발생한 멀티패스 왜곡을 제거한다. 위상추적기(400), 트랠리스 디코더(500)는 등화된 신호의 위상잡음을 제거하며, 위상추적기의 출력을 트렐리스 복호화하여 출력한다. 데이터 디인터리버(600)는 인터리빙된 데이터를 역 인터리버 시킨다. RS 디코더는(700)는 오류를 정정한 바이트 스트림을 발생시킬 수 있도록 리드 솔로몬 디코딩을 수행한다. 역 난수화기는 수신시스템의 나머지 부분에 재생된 데이터를 공급한다.1 is a block diagram of a general VSB signal receiving system. The tuner 100 converts an RF signal received through an antenna into an IF signal by tuning to a local oscillation signal. The NTSC removal filter 200 removes NTSC components to prevent degradation of the HDTV by NTSC, and the equalizer 300 removes multipath distortion generated while passing through the transmission channel. The phase tracker 400 and the trellis decoder 500 remove phase noise of the equalized signal and trellis-decode the output of the phase tracker. The data deinterleaver 600 deinterleaves the interleaved data. The RS decoder 700 performs Reed Solomon decoding to generate an error corrected byte stream. The inverse randomizer supplies the regenerated data to the rest of the receiving system.

ATSC VSB 방식에서의 등화기는 제2도에서 보는 것처럼 구성되어 있다. 이 결정 궤환 등화기 (decision feedback equalizer)는 LMS 알고리즘을 이용하는 것을 기본으로 한다. 도 2에서 전방필터부(301)와 후방필터부(302)는 수신된 신호에서 왜곡을 발생시키는 심볼간의 간섭성분을 제거하며, 블라인드 모드의 경우에 비터비 디코더부(303)는 필터에서 나오는 신호를 비터비 디코딩을 하여 에러를 정정한 데이터를 산출한다. 훈련열 저장부는(304)는 송신기에서 알고 있는 훈련 데이터열을 저장한다. 그 훈련열은 트레이닝 모드시에 읽혀 들여져 후방필터부 및 에러신호 계산부(306)로 출력되어 등화된 신호와의 에러를 계산하는데 사용한다. 또한 블라인드 모드시에는 비터비 디코더부의 출력 및 등화된 신호가 보내져서 에러를 계산하는데 사용한다. 스위치부(305)는 각 모드에 따라 비터비 디코더부의 출력과 훈련열을 구분하여 보내준다. 계산된 에러는 탭 계수 갱신부(307)로 출력된다. 탭 계수 갱신부는 에러신호를 받아들여 LMS 알고리즘을 사용하여 계수를 갱신하는데 그 방법은 [수학식 1]과 같다.The equalizer in the ATSC VSB scheme is constructed as shown in FIG. This decision feedback equalizer is based on using the LMS algorithm. In FIG. 2, the front filter unit 301 and the rear filter unit 302 remove interference components between symbols that cause distortion in the received signal, and in the blind mode, the Viterbi decoder unit 303 receives the signal from the filter. Viterbi decoding is performed to calculate the data correcting the error. The training sequence storage 304 stores the training data sequence known to the transmitter. The training sequence is read in the training mode and output to the rear filter unit and the error signal calculation unit 306 to calculate an error with the equalized signal. In blind mode, the output of Viterbi decoder and equalized signal are sent to calculate error. The switch unit 305 separately transmits the output and the training sequence of the Viterbi decoder according to each mode. The calculated error is output to the tap coefficient update unit 307. The tap coefficient updating unit receives an error signal and updates the coefficient using an LMS algorithm. The method is shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112005004318353-pat00001
Figure 112005004318353-pat00001

Figure 112005004318353-pat00002
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여기서 ck (n)은 필터의 계수, u(n)은 수신신호, d(k)는 비터비 디코더부의 출력, e(n)은 에러신호 계산부에서 계산된 에러신호, μ는 스텝 크기(step size), N1은 전방 필터 탭 개수, N2은 후방 필터 탭 개수이다.Where c k ( n ) is the coefficient of the filter, u ( n ) is the received signal, d ( k ) is the output of the Viterbi decoder, e ( n ) is the error signal calculated by the error signal calculator, μ is the step size ( step size), N 1 is the number of front filter taps, and N 2 is the number of rear filter taps.

기존의 결정 궤환 등화기는 결정값이 오류가 없을 경우에는 우수한 성능을 보여준다. 그러나, 결정값을 후방 필터의 입력으로 사용하기 때문에 결정값에 오류가 발생하면 이 오류는 후방필터의 탭수 만큼의 시간동안 잘못된 입력으로 사용되어 또 다른 오류를 발생시키는 오류가 전파되는 현상이 발생하여 성능열화로 나타난다. 특히 수렴초기에는 등화기가 채널을 정확히 보상하지 못하기 때문에 결정값 오류가 많이 발생하고 이는 수렴 속도의 저하로 나타난다.Conventional decision feedback equalizers show good performance when the decision value is error free. However, since the decision value is used as the input of the rear filter, if an error occurs in the decision value, this error is used as an incorrect input for the number of taps of the rear filter, causing an error to be propagated. It appears to degrade performance. In particular, in the early stage of convergence, since the equalizer does not compensate the channel accurately, many decision value errors occur, which results in a decrease in convergence speed.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 지상파 디지털 방송 수신기의 등화기에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서,Accordingly, the present invention has been proposed to solve various problems occurring in the equalizer of the conventional terrestrial digital broadcasting receiver.

본 발명의 목적은 결정값 오류로 인하여 발생되는 결정 궤환 등화기의 성능 감소를 해소하여 수신 성능 향상과 빠른 수렴 속도를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the performance reduction of the decision feedback equalizer caused by the decision value error to improve the reception performance and provide a fast convergence speed.

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the present invention.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 등화기는 채널의 사전 왜곡을 보상하는 전방 필터부(311);An equalizer according to an aspect of the present invention for achieving the technical problem is a front filter unit 311 for compensating for the pre-distortion of the channel;

채널의 사후 왜곡을 보상하고 등화신호를 입력으로 사용하는 등화신호 후방 필터부(312);An equalization signal rear filter unit 312 for compensating post distortion of the channel and using the equalization signal as an input;

채널의 사후 왜곡을 보상하고 결정값을 입력으로 사용하는 결정값 후방 필터부(313);A decision value rear filter unit 313 for compensating post distortion of the channel and using the decision value as an input;

블라인드 모드에서 전송 과정의 에러를 정정하는 비터비 디코더부(314);A Viterbi decoder 314 for correcting an error of a transmission process in a blind mode;

훈련열을 저장하는 훈련열 저장부(315);A training heat storage unit 315 for storing training trains;

훈련열 모드와 블라인드 모드에 따라 상기 비터비 디코더부의 출력과 상기 훈련열 저장부의 출력을 구분하여 상기 결정값 후방 필터부에 입력하는 스위치부(316);A switch unit 316 for distinguishing the output of the Viterbi decoder unit from the output of the training sequence storage unit and inputting the determined value to the rear filter unit according to a training sequence mode and a blind mode;

등화된 신호와 훈련열 및 상기 비터비 디코더부의 출력을 비교하여 에러신호를 계산하는 에러신호 계산부(317);An error signal calculator 317 for calculating an error signal by comparing an equalized signal with a training sequence and an output of the Viterbi decoder;

상기 계산된 에러신호 및 이득을 이용하여 상기 전방 필터부, 결정값 후방 필터부 및 등화신호 후방 필터부의 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신부(318)로 구성되어 있다.And a tap coefficient updating unit 318 for updating tap coefficients of the front filter unit, the determined value rear filter unit, and the equalization signal rear filter unit using the calculated error signal and gain.

탭 계수 갱신부는 에러신호를 받아들여 LMS 알고리즘을 사용하여 계수를 갱신하는데 그 방법은 [수학식 2]와 같다.The tap coefficient updating unit receives an error signal and updates the coefficient using an LMS algorithm. The method is shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112005004318353-pat00003
Figure 112005004318353-pat00003

Figure 112005004318353-pat00004
Figure 112005004318353-pat00004

Figure 112005004318353-pat00005
Figure 112005004318353-pat00005

여기서 cf k (n)은 전방 필터부의 계수, cb 1 k (n)은 등화신호 후방 필터부의 계수, cb 2 k (n)는 결정값 후방 필터부의 계수, u(n)은 수신신호, d(k)는 비터비 디코더부의 출력, e(n)은 에러신호 계산부에서 계산된 에러신호, μ는 스텝 크기(step size), N1은 전방 필터 탭 개수, N2은 후방 필터 탭 개수이다.Where c f k ( n ) is the coefficient of the front filter part, c b 1 k ( n ) is the coefficient of the rear filter part of the equalized signal, c b 2 k ( n ) is the coefficient of the rear filter part of the determined value, and u ( n ) is the received signal. , d ( k ) is the output of the Viterbi decoder, e ( n ) is the error signal calculated by the error signal calculator, μ is the step size, N 1 is the number of front filter taps, N 2 is the rear filter tap Count

본 발명의 등화기는 2가지 모드에 대하여 작동한다. 2가지 모드는 트레이닝 모드(training mode)와 블라인드 모드(blind mode)이다. 상기 트레이닝 모드에서는 채널 등화를 하기 위하여 송신측에서 일정 기간 동안 수신기가 미리 알고 있는 훈련열( training symbol)을 전송한다. 수신부의 등화기는 상기 훈련열 저장부에 저장된 훈련열 신호를 상기 결정값 후방 필터부의 입력과 상기 에러신호 계산부에서의 결정값으로 사용한다. 또한 상기 트레이닝 모드에서의 등화신호 후방 필터부의 입력은 상기 훈련열 저장부에 저장된 훈련열 신호를 입력으로 사용한다. The equalizer of the present invention operates for two modes. The two modes are a training mode and a blind mode. In the training mode, in order to perform channel equalization, the transmitting side transmits a training symbol known to the receiver in advance for a predetermined period. The equalizer of the receiver uses the training sequence signal stored in the training sequence storage unit as an input of the decision value rear filter unit and a determination value in the error signal calculator. In addition, the input of the equalization signal rear filter unit in the training mode uses a training sequence signal stored in the training sequence storage unit as an input.

상기 블라인드 모드에서는 상기 비터비 디코더부의 출력을 상기 결정값 후방 필터부의 입력과 상기 에러신호 계산부에서의 결정값으로 사용한다. 그러나, 상기 결정값 후방 필터부의 입력은 등화신호를 사용한다. In the blind mode, the output of the Viterbi decoder unit is used as the input of the decision value rear filter unit and the decision value in the error signal calculator. However, the input of the determined value rear filter portion uses an equalization signal.

해당 기술의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below.

본 발명에서는 북미 및 국내에서 채택한 디지털 TV 방송방식 표준인 ATSC(Advanced Television Systems Committee)방식의 실내, 휴대 및 이동수신의 성능을 향상시키기 위하여 결정값 오류로 인하여 발생되는 결정 궤환 등화기의 성능 감소를 해소하여 수신 성능 향상과 빠른 수렴 속도를 제공한다.
In the present invention, the performance of the decision feedback equalizer caused by the decision value error is improved to improve the performance of the ATSC (Advanced Television Systems Committee) method, which is a digital TV broadcasting standard adopted in North America and Korea. This improves reception performance and speeds up convergence.

Claims (2)

채널의 사전 왜곡을 보상하는 전방 필터부(311);A front filter part 311 which compensates for the pre-distortion of the channel; 채널의 사후 왜곡을 보상하고 등화신호를 입력으로 사용하는 등화신호 후방 필터부(312);An equalization signal rear filter unit 312 for compensating post distortion of the channel and using the equalization signal as an input; 채널의 사후 왜곡을 보상하고 결정값을 입력으로 사용하는 결정값 후방 필터부(313);A decision value rear filter unit 313 for compensating post distortion of the channel and using the decision value as an input; 블라인드 모드에서 전송 과정의 에러를 정정하는 비터비 디코더부(314);A Viterbi decoder 314 for correcting an error of a transmission process in a blind mode; 훈련열을 저장하는 훈련열 저장부(315);A training heat storage unit 315 for storing training trains; 트레이닝 모드와 블라인드 모드에 따라 상기 비터비 디코더부의 출력과 상기 훈련열 저장부의 출력을 구분하여 상기 결정값 후방 필터부에 입력하는 스위치부(316);A switch unit 316 for distinguishing the output of the Viterbi decoder unit from the output of the training sequence storage unit and inputting the determined value to the rear filter unit according to a training mode and a blind mode; 등화된 신호와 훈련열 및 상기 비터비 디코더부의 출력을 비교하여 에러신호를 계산하는 에러신호 계산부(317); 및An error signal calculator 317 for calculating an error signal by comparing an equalized signal with a training sequence and an output of the Viterbi decoder; And 상기 계산된 에러신호 및 이득을 이용하여 상기 전방 필터부, 결정값 후방 필터부 및 등화신호 후방 필터부의 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신부(318);를 포함하고,And a tap coefficient updating unit 318 for updating tap coefficients of the front filter unit, the determined value rear filter unit, and the equalization signal rear filter unit using the calculated error signal and the gain. 상기 트레이닝 모드에서는 상기 훈련열 저장부에 저장된 훈련열 신호를 상기 결정값 후방 필터부의 입력과 상기 에러신호 계산부에서의 결정값으로 사용하고,In the training mode, a training train signal stored in the training train storage unit is used as an input of the decision value rear filter unit and a decision value in the error signal calculator. 상기 블라인드 모드에서는 상기 비터비 디코더부의 출력을 상기 결정값 후방 필터부의 입력과 상기 에러신호 계산부에서의 결정값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 이중 후방 필터 구조의 채널 결정 궤환 등화기.In the blind mode, the channel decision feedback equalizer of the dual rear filter structure, characterized in that the output of the Viterbi decoder unit is used as an input of the determination value rear filter unit and a determination value in the error signal calculator. 삭제delete
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