KR100696333B1

KR100696333B1 - 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티이미징 필터

Info

Publication number: KR100696333B1
Application number: KR1019990036636A
Authority: KR
Inventors: 임두루; 이창운
Original assignee: 유티스타콤코리아 유한회사
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2007-03-21
Also published as: KR20010019958A

Abstract

본 발명은 디지털 라디오 시스템에 있어서, 데이터율의 변화에 따른 이미지를 제거하기 위한 안티 이미징 필터에 대해 데시메이션을 수행하여 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원할 수 있도록 한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터에 관한 것으로, 입력 라우팅부에서 인터폴레이션 레이트에 따라 폴리페이즈 필터내 각 서브필터의 사용여부를 결정하여 입력신호를 라우팅하면, 인터폴레이션 레이트에 따라 각 서브필터의 온/오프 동작이 결정되는 폴리페이즈 필터에서는 온 동작이 결정된 해당 서브필터가 입력 라우팅부를 통해 입력되는 해당 신호에 대해 레지스터에 저장된 텝 계수를 곱하여 데시메이션을 수행하고, 이후 출력 라우팅부에서 폴리페이즈 필터내 사용중인 서브필터를 통해 출력되는 데시메이션 신호를 모두 합하여 변환함으로써 출력신호를 라우팅하도록 함을 특징으로 하며, 이와 같이 최대의 인터폴레이션 레이트를 갖는 하나의 안티 이미징 필터를 구현하여 인터폴레이션 레이트에 따라 데시메이션을 수행함으로써 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원할 수 있으며, 이에 따라 디지털 라디오 시스템뿐만 아니라 영상 등 멀티레이트 DSP에 확대 적용이 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터{Anti imaging filter supported variable interpolation rate of digital radio system}

도 1은 본 발명에 의한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터의 블록 구성도,

도 2의 (가)는 종래 안티 이미징 필터의 주파수 응답 특성 그래프이고, (나)는 본 발명에 의한 안티 이미징 필터의 주파수 응답 특성 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 입력 라우팅부 20 : 폴리페이즈 필터

20-0∼20-L-1 : 제0 서브필터∼제L-1 서브필터

30 : 출력 라우팅부

본 발명은 디지털 라디오(Digital Radio) 시스템에 있어서, 데이터율의 변화에 따른 이미지(Image)를 제거하기 위한 안티 이미징 필터(Anti Imaging Filter)에 대해 데시메이션(Decimation)을 수행하여 다양한 인터폴레이션 레이트(Interpolation Rate)를 지원할 수 있도록 한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터에 관한 것이다.

일반적으로 데이터 송수신 시스템의 많은 모듈들을 하드웨어(Hardware)가 아닌 소프트웨어(Software)로 구현하면, 시스템의 유연성이 증가하여 CDMA(Code Division Multiple Access)나 TDMA(Time Division Multiple Access) 또는 협대역(Narrow Band), 광대역(Wide Band) 등 주어진 요구사항에 대해 새로운 소프트웨어를 다운로드(Down Load)함으로써 하나의 시스템으로 여러 표준방식을 지원할 수 있다.

그리고, 디지털 라디오 시스템은 DSP(Digital Signal Processing)의 신호처리 속도가 높아짐에 따라 하이 스피드(High Speed) ADC(Analog Digital Converter)와 DAC(Digital Analog Converter)가 등장하여 IF(Intermediate Frequency)단과 RF(Radio Frequency)단에서 디지털과 아날로그 사이의 변환을 가능하게 함으로써 소프트웨어로 유연하게 신호를 송수신할 수 있도록 한다.

상기와 같이 디지털 라디오 시스템에서는 종래 아날로그단에서 처리하던 부분을 디지털단에서 처리함에 따라 원래 신호의 대역폭(Bandwidth)에 비해 샘플링(Sampling) 주파수가 높은 디지털 신호가 생성된다.

이때, 상기 디지털 신호를 처리함에 있어 데시메이션과 인터폴레이션은 필수적인 동작으로, 이에 따른 에일리어싱(Aliasing)과 이미지를 제거하기 위한 안티 에일리어싱 필터와 안티 이미징 필터가 필요하다.

즉, 디지털 시스템중 하나의 샘플링 레이트(Sampling Rate) 이상을 요구하는 디지털 라디오 시스템에 있어서, 샘플링 레이트의 변환은 데시메이션과 인터폴레이션을 통해 이루어지며, 이 과정에서 생성되는 에일리어싱과 이미지를 제거하기 위해 안티 에일리어싱 필터와 안티 이미징 필터라 불리는 저역통과 필터가 필요한 것이다.

데시메이션 동작에 있어서, 정수 M을 데시메이션 요소(Factor)라 하면, 입력 시퀀스 x[n]에 대한 출력 시퀀스 y[n]은 y[n]=x[nM] 과 같이 표현되고, Y(z)는 아래 수학식 1과 같이 주어진다.

수학식 1에서 보듯이 데시메이션을 수행할 경우, 주파수 영역에서 M만큼 스프래딩(Spreading)이 발생함을 알 수 있으며, 만약 입력 시퀀스 x[n]이 밴드 리미티드(Band Limited) 신호로서 대역폭이

보다 작으면 에일리어싱이 발생하지 않지만,

보다 크면 에일리어싱이 발생하여 신호의 왜곡이 발생한다.

인터폴레이션 동작에 있어서, L을 인터폴레이션 요소라 하면, 입력 시퀀스 x[n]에 대한 출력 시퀀스 y[n]은 수학식 2와 같이 표현되고, Y(z)는 아래 수학식 3과 같이 주어진다.

Y(z)=X(z^L )

상기와 같은 인터폴레이션 동작을 시간 영역에서 정의하면, 수학식 2에서 삽입한 '0'들을 원래의 아날로그 신호의 샘플링값으로 변환하는 과정으로 해석할 수 있다.

수학식 3에서 보듯이 '0'을 삽입한 후 이를 주파수 영역에서 보면, 원래의 신호를 L개 복사한 것과 동일하고, 0부터 2π사이에 L개의 복사본이 있으므로 나머지 L-1개를 제거해 주어야 하며, 이때 이러한 역할을 수행하는 필터를 안티 이미징 필터라 한다.

상기 안티 이미징 필터를 통과한 신호가 주파수 영역에서 원래의 신호와 동일하므로, 이를 다시 시간 영역에서 보면 샘플링 레이트가 L배만큼 증가한 신호와 동일함을 알 수 있다.

한편, 상기와 같은 이미지를 제거하기 위한 종래 안티 이미징 필터를 설계함에 있어 주어지는 내역(Specification)으로는 패스밴드 에지(Passband Edge), 스탑밴드 에지(Stopband Edge), 패스밴드 리플(Passband Ripple) 그리고 스탑밴드 리플(Stopband Ripple)이 있으며, 이러한 내역으로 설계되는 안티 이미징 필터의 경우 필터의 길이에 따라 필터의 탭(Tap) 계수값이 변화하게 된다.

그러나, 종래에는 상기와 같이 인터폴레이션 레이트에 따라 주어진 내역을 만족하기 위한 최소한의 필터 길이가 변화하므로 인터폴레이션을 수행할 경우 인터폴레이션 레이트에 따라 매번 안티 이미징 필터를 새로 설계해야 하는 문제점이 있 었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 디지털 라디오 시스템에 있어서, 데이터율의 변화에 따른 이미지를 제거하기 위한 안티 이미징 필터에 대해 인터폴레이션 레이트가 2의 멱수형태로 표현될 때 데시메이션을 수행하여 하나의 필터로 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원할 수 있도록 한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터를 제공하는 데에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터는, 입력 라우팅부에서 인터폴레이션 레이트에 따라 폴리페이즈 필터내 각 서브필터의 사용여부를 결정하여 입력신호를 라우팅하면, 인터폴레이션 레이트에 따라 각 서브필터의 온/오프 동작이 결정되는 폴리페이즈 필터에서는 온 동작이 결정된 해당 서브필터가 입력 라우팅부를 통해 입력되는 해당 신호에 대해 레지스터에 저장된 텝 계수를 곱하여 데시메이션을 수행하고, 이후 출력 라우팅부에서 폴리페이즈 필터내 사용중인 서브필터를 통해 출력되는 데시메이션 신호를 모두 합하여 변환함으로써 출력신호를 라우팅하도록 함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터의 구성 및 동작을 상세 히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터의 블록 구성도로서, 인터폴레이션 레이트에 따라 폴리페이즈 필터내 서브필터의 사용여부를 결정하여 입력신호를 라우팅하는 입력 라우팅부(Input Routing)(10)와, 인터폴레이션 레이트에 따라 온/오프(On/Off) 동작이 결정되어 상기 입력 라우팅부(10)를 통해 입력되는 해당 입력신호에 대해 레지스터에 저장된 텝 계수를 곱하여 데시메이션을 수행하는 제0 서브필터(Subfilter)∼제L-1 서브필터(20-0∼20-L-1)로 이루어진 폴리페이즈(Polyphase) 필터(20)와, 상기 폴리페이즈 필터(20)내 사용중인 서브필터를 통해 출력되는 신호를 합하여 변환(Commutation)함으로써 출력신호를 라우팅하는 출력 라우팅부(Output Routing)(30)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에서는 최대 인터폴레이션 레이트로 인터폴레이션을 수행할 경우 원래 신호의 주파수 대역폭이 샘플링 주파수에 비해 상당히 낮다라는 점을 이용하여 인터폴레이션 레이트가 2의 멱수형태로 표현될 때 데시메이션과 관련된 동작을 수행함으로써 최대 인터폴레이션 레이트에 대해 주어진 내역을 만족하는 하나의 안티 이미징 필터를 통해 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 입력 라우팅부(10)는 인터폴레이션 레이트에 따라 상기 폴리페이즈 필 터(20)내 각 서브필터의 사용여부를 결정하여 입력신호를 라우팅한다.

이때, 최대 인터폴레이션 레이트를 L=2^K라 하고, 최대 인터폴레이션 레이트에 대한 상대적인 비를 N이라 할 경우, 인터폴레이션 레이트가

이면 N=2로서 상기 입력 라우팅부(10)는 폴리페이즈 필터(20)내 제0 서브필터(20-0), 제2 서브필터(20-2), … , 제L-2 서브필터(20-L-2)로만 입력신호를 라우팅하고, 인터폴레이션 레이트가

이면 N=4로서 폴리페이즈 필터(20)내 제0 서브필터(20-0), 제4 서브필터(20-4), … , 제L-4 서브필터(20-L-4)로만 입력신호를 라우팅하게 된다.

이어, 인터폴레이션 레이트에 따라 각 서브필터의 온/오프 동작이 결정되는 폴리페이즈 필터(20)에서는 온 동작이 결정된 해당 서브필터가 상기 입력 라우팅부(10)를 통해 입력되는 해당 신호에 대해 레지스터에 저장된 텝 계수를 곱하여 데시메이션을 수행한다.

즉, 상기 폴리페이즈 필터(20)내 제0 서브필터∼제L-1 서브필터(20-0∼20-L-1)의 텝 계수를 저장하는 레지스터 그룹을 P_0 ,~ P_1 ,…,~ P_L-1라 하면, 레지스터에 저장되어 있는 텝 계수를 호출함에 있어 인터폴레이션 레이트가 L이면 제0 서브필터∼제L-1 서브필터(20-0∼20-L-1)의 레지스터 그룹 P_0 ,~ P_1 ,…,~ P_L-1을 차례대로 호출하여 각각 입력신호와의 곱셈을 수행하고, 만약 인터폴레이션 레이트가

이면 레지스터의 어드레스 증가량을 2배로 하여 레지스터 그룹 P_0 ,~ P_2 ,…,~ P_L-2를 차례대로 호출하여 데시메이션을 수행하며, 인터폴레이션 레이트가

이면 레지스터의 어드레스 증가량을 4배로 하여 레지스터 그룹 P_0 ,~ P_4 ,…,~ P_L-4를 차례대로 호출하여 데시메이션을 수행한다.

상기와 같이 동작하는 폴리페이즈 필터(20)는 업샘플링 프로세스(Upsampling Process)를 수행하여 연속적인 x(n) 사이에 I-1개의 0을 삽입한다.

만약, 어는 한 순간에 0이 아닌 입력값이 h(0),~ h(I),~h(2I),~…,h(M-1)과 같은 필터의 텝 계수들과 곱해져서 처리된다고 하면, 다음 시간에는 h(1),~h(I+1),~h(2I+1),~…,h(M-I+1)과 같은 필터의 텝 계수들에 의해 처리된다.

이에 따라, 원래의 필터를 M개의 서브필터로 나눌 수 있다.

여기서,

이고, M은 원래의 필터 길이로서 I의 배수이다.

상기와 같이 폴리페이즈 필터(20)는 인터폴레이션을 수행하기 전에 필터링을 수행함에 따라 로우 샘플링 레이트(Low Sampling Rate)로 계산하게 된다.

마지막으로, 출력 라우팅부(30)에서는 상기 폴리페이즈 필터(20)내 사용중인 서브필터를 통해 출력되는 데시메이션 신호를 모두 합하여 변환함으로써 출력신호를 라우팅한다.

상기와 같이 동작하는 안티 이미징 필터에 있어서, 인터폴레이션 레이트가 L에서 J=2^K-1로 변경된 경우라면 폴리페이즈 필터(20)내 서브필터중에서 1번째, 3번째, 5번째,…의 서브필터에 대해서만 연산을 수행하게 된다.

이는 원래 안티 이미징 필터의 텝 계수 h(n)에 대해 2로 데시메이션을 수행한 것으로, 원래 신호의 대역폭이 샘플링 주파수에 비해 매우 작기 때문에 데시메 이션을 수행하여도 성능에서 별 차이가 없게 된다.

또한, 인터폴레이션 레이트를 G=2^K-2라 변경하여도 1번째, 5번째, 9번째,…의 서브필터에 대해서만 연산을 수행하므로, 에일리어싱이 발생하지도 않고 필터의 성능 감소도 거의 일어나지 않는다.

한편, 에일리어싱을 제거하기 위한 안티 에일리어싱 필터는 본 발명의 안티 이미징 필터에 대해 역동작(Transpose) 관계로, 역동작 형태를 취하여 다양한 데시메이션 레이트를 지원하는 안티 에일리어싱 필터를 구현할 수도 있다.

도 2의 (가)는 종래 안티 이미징 필터의 주파수 응답 그래프이고, (나)는 본 발명에 의한 안티 이미징 필터의 주파수 응답 그래프로서, (가)는 필터의 길이를 48이라 하고, 패스밴드 에지와 스탑밴드 에지를 각각 590KHz와 740KHz라 하며, 원래 시퀀스의 데이터 레이트를 1.288MHz라 하고, 인터폴레이션 레이트를 4라 할 경우, Remez 방법에 의해 설계한 종래 안티 이미징 필터의 주파수 응답 특성을 주파수 영역에서 보인 그래프이다.

h(0)=h(23)=-0.0162 h(1)=h(22)=-0.0202 h(2)=h(21)=0.0149

h(3)=h(20)=0.0425 h(4)=h(19)=0.0042 h(5)=h(18)=-0.0310

h(6)=h(17)=0.0243 h(7)=h(16)=0.0640 h(8)=h(15)=-0.0376

h(9)=h(14)=-0.0989 h(10)=h(13)=0.1336 h(11)=h(12)=0.4702

그리고, (나)는 패스밴드 에지와 스탑밴드 에지 그리고 데이터 레이트에 대해 종래와 동일하게 하고, 필터의 길이를 24로 하며, 인터폴레이션 레이트를 2로 할 경우, Remez 방법에 의해 설계한 본 발명의 안티 이미지 필터의 주파수 응답 특 성을 주파수 영역에서 보인 그래프이다.

h(0)=h(47)=-0.0066 h(1)=h(46)=-0.0094 h(2)=h(45)=-0.0106

h(3)=h(44)=-0.0066 h(4)=h(43)=0.0027 h(5)=h(42)=0.0139

h(6)=h(41)=0.0212 h(7)=h(40)=0.0199 h(8)=h(39)=0.0095

h(9)=h(38)=-0.0051 h(10)=h(37)=-0.0149 h(11)=h(36)=-0.0128

h(12)=h(35)=0.0020 h(13)=h(34)=0.0216 h(14)=h(33)=0.0329

h(15)=h(32)=0.0251 h(16)=h(31)=-0.0020 h(17)=h(30)=-0.0354

h(18)=h(29)=-0.0533 h(19)=h(28)=-0.0357 h(20)=h(27)=0.0242

h(21)=h(26)=0.1129 h(22)=h(25)=0.2013 h(23)=h(24)=0.2563

상기와 같이 (나)와 같은 특성을 보이는 본 발명에 의해 설계된 안티 이미지 필터에 있어서는 2로 데시메이션을 수행함에 따라 성능에 있어서 (가)와 같은 특성을 보이는 종래 안티 이미지 필터와 거의 차이가 없음을 알 수 있다.

즉, 상기 이미징 필터를 설계하기 위해 주어진 내역에서 필터의 길이가 24에서 48로 변화함에 따라 종래에는 새로운 안티 이미징 필터를 다시 설계해야 하지만, 본 발명에서는 인터폴레이션 레이트를 2에서 4로 변화시키고 2로 데시메이션을 수행함으로써 새로운 안티 이미징 필터를 설계하지 않고도 동일한 성능을 갖는 안티 이미지 필터를 구현할 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기 설명에서와 같이 본 발명은, 최대의 인터폴레이션 레이트를 갖는 하나의 안티 이미징 필터를 구현하여 인터폴레이션 레이트에 따라 데시메이션을 수 행함으로써 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원할 수 있으며, 이에 따라 디지털 라디오 시스템뿐만 아니라 영상 등 멀티레이트(Multirate) DSP에 확대 적용이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims

인터폴레이션 레이트에 따라 폴리페이즈 필터내 서브필터의 사용여부를 결정하여 입력신호를 라우팅하는 입력 라우팅부와,

인터폴레이션 레이트에 따라 온/오프 동작이 결정되어 상기 입력 라우팅부를 통해 입력되는 해당 입력신호에 대해 레지스터에 저장된 텝 계수를 곱하여 데시메이션을 수행하는 제0 서브필터 내지 제L-1 서브필터로 이루어진 폴리페이즈 필터와,

상기 폴리페이즈 필터내 사용 중인 서브필터를 통해 출력되는 신호를 합하여 변환함으로써 출력신호를 라우팅하는 출력 라우팅부로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 라디오 시스템에서의 다양한 인터폴레이션 레이트를 지원하는 안티 이미징 필터.