KR100781279B1 - 등화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 등화기에 관한 것이다. 본 발명은 수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간보간부; 상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿 심볼들을 주파수 영역에서 보간하는 주파수보간부; 상기 주파수보간부에서 출력하는 심볼의 위상과 수신신호의 심볼의 위상을 각각 회전시키는 곱셈부; 및 상기 각각 출력하는 심볼들을 이용하여 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기를 제공한다. 본 발명에 따른 등화기에 의하면, 긴 채널 지연 확산 범위를 확보하여 채널 보상을 할 수 있고 따라서, 채널 보상 성능이 좋다.

등화, 보간, 위상, 채널, 보상

Description

등화기{equalizer}

도 1은 보간된 심볼에 대한 채널 임펄스 응답의 일 예를 나타낸 도면

도 2는 분산 파일럿을 포함하는 DVB-T 또는 DVB-H의 전송신호의 패턴을 나타낸 도면

도 3은 DVB-T 또는 DVB-H의 전송신호의 채널을 보상할 수 있는 등화기의 일 예를 나타낸 구조도

도 4(a) 및 도 4(b)은 본 발명에 따른 등화기가 긴 채널 지연 확산의 범위를 확보하는 개념을 나타낸 도면

도 5는 본 발명에 따른 등화기의 일 실시예를 나타낸 구조도

도 6은 본 발명에 따른 등화기의 다른 일 실시예 나타낸 구조도

<도면 주요부분의 부호의 설명>

10 : 임시저장부 20 : 파일럿추출부

30 : 시간보간부 40 : 주파수보간부

15, 35, 45 곱셈부 50 : 채널보상부

본 발명은 등화기(equalizer)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 긴 채널 지연 확산 범위를 확보하여 채널 보상을 할 수 있는 등화기(equalizer)에 관한 것이다.

방송 신호의 변복조 방법의 하나로서, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 심볼 주기를 부반송파의 수만큼 확장시킬 수 있고, 다중경로에 의한 주파수 선택적인 페이딩 채널에 강건한 특성을 보이며, 협대역의 간섭신호에 대해서도 일부의 반송파만이 영향을 받기 때문에 유, 무선의 고속 데이터 전송방식에 많이 사용된다.

현재 OFDM을 기반으로 하는 방송 규격으로는 DAB(digital audio broadcasting), DVB-T(digital video broadcasting terrestrial) 및 DVB-H(digital video broadcasting handheld) 등이 있다.

OFDM 변복조 방식은 IEEE 802.11a와 HIPERLAN/2의 고속의 무선 LAN, IEEE 802.16의 광대역 무선 엑세스의 표준은 물론 SFN(Single Freq-uency Network)이 가능하여 디지털 방송에 적합하여 DAB, DVB-T 및 DVB-H 등의 전송 방식으로 사용한다.

OFDM 전송 방식의 경우 수신기에서 동기 및 채널 추정을 수행하기 위해 시간영역 및 주파수 영역에서 부가적인 정보를 전송한다. 802.11a나 HIPERLAN/2와 같은 채널의 특성이 준정적인 무선 LAN 방식이나 상대적으로 채널 시변에 비해 전송 패킷의 길이가 짧은 전송방식에서는 송수신단에서 선행적으로 약속된 훈련심볼을 전송한다.

DVB-T(digital video broadcasting terrestrial)의 경우 2K와 8K의 두 가지 전송 모드를 지원하는데, 2K 모드는 이동수신 성능이 우수하며, 8K 모드는SFN(single frequency network) 채널에서 긴 지연 확산 채널에 강건한 특성을 가질 수 있다.

그러나, 휴대 수신의 경우 시변 채널과 긴 지연 확산 채널을 모두 고려해야 하는데, DVB-T(digital video broadcating terrestrial)의 경우 각 모드마다 각각 상호 취약점이 있어서 DVB-H는 4K 전송모드를 지원한다.

DVB-T 또는 DVB-H는 심볼 길이의 1/32, 1/16, 1/8 및 1/4 등의 보호구간을 가지며, 특히 1/4의 보호구간은 긴 채널 지연 확산을 보이는 SFN 채널에 유용하다.

도 1은 보간된 심볼에 대한 채널 임펄스 응답의 일 예를 나타낸다. 등화기에서 역푸리에변환을 통해 얻은 채널 임펄스 응답은 기준점을 중심으로 프리-채널(pre-channel)과 포스트-채널(post-channel)을 가진다. DVB-T 또는 DVB-H의 신호는 전송 신호가 보간되면 상기의 프레임 구조에서 알 수 있듯이 심볼 길이(도 1의 Tu)의 1/3의 길이에 해당하는 채널 지연 확산을 추정하거나 보상할 수 있다.

상기 추정할 수 있는 채널 지연의 길이는 도 1에서 지연 확산된 채널의 길이는 프리-채널(pre-channel)과 포스트-채널(post-channel)의 길이의 합에 해당한다. 그러나, OFDM 전송방식에서 프리-채널(pre-channel)에 의한 인접 심볼간 간섭을 제거하기 위하여 심볼 동기를 이용하여 심볼 옵셋(offset)을 제거한다.

즉, DVB-T 또는 DVB-H에서는 심볼 길이의 1/32, 1/16, 1/8 및 1/4 등의 보호구간을 가질 수 있는데, 신호의 수신단에서 보호구간은 인접 심볼 사이의 간섭을 제거를 위해 제거되는데, 이때 채널 임펄스 응답의 프리-채널(pre-channel)은 제거될 수 있다.

따라서, 보간 심볼에 대한 채널 등화는 포스트-채널에만 적용될 수 있고, 파일럿 신호를 통해 등화할 수 있는 지연 확산 채널의 길이는 심볼 길이의 포스트 채널의 길이인 심볼 길이 1/6이 된다.

그러나, DVB-T 또는 DVB-H 방식의 전송신호를 수신할 경우 보호구간의 95%에 길이를 해당하는 지연 확산 채널에 대해서도 채널 등화가 가능하여야 하기 때문에 포스트 채널만을 보상하는 것을 지연 확산 채널을 충분히 보상할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 긴 채널 지연 확산 범위를 확보하여 채널 보상을 할 수 있는 등화기(equalizer)를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 긴 채널 지연 확산 범위를 확보하여 채널 보상을 수행하고 채널 보상 성능이 좋은 등화기(equalizer)를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 한 프레임 심볼 길이의 1/3 길이의 범위내에서 추정된 시간 영역의 오프셋에 해당하는 주파수 영역의 위상 변이량을 수신신호의 심볼에 곱하는 제 1 곱셈부; 수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간 보간부; 상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿심볼의 위상을 회전시키는 제 2 곱셈부; 상기 제 2 곱셈부가 출력하는 심볼을 주파수 영역에서 보간하는 주파수 보간부; 및 상기 주파수보간부와 상기 제 1 곱셈부가 각각 출력하는 심볼을 이용하여, 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이의 1/6 범위 내의 심볼에 대한 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기를 제공한다.

상기 시간보간부는 수신신호의 분산 파일럿 심볼(scattered pilot symbol)을 보간하는 것이 바람직하다.

상기 제 1 곱셈부와 제 2 곱셈부는 입력 심볼의 주파수 영역의 멤버들을 2로 나눈 수만큼 주파수 영역에서 쉬프트(shift)시킬 수 있다.

다른 관점에서 본 발명은 수신신호의 심볼의 위상을 회전시키는 제 1 곱셈부; 수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간보간부; 상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿심볼들을 주파수 영역에서 보간하는 주파수보간부; 상기 주파수보간부에서 출력하는 심볼의 위상을 회전시키는 제 2 곱셈부; 및 상기 제 1 곱셈부와 상기 제 2 곱셈부가 각각 출력하는 심볼을 이용하여 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기를 제공한다.

또 다른 관점에 본 발명은 수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간보간부; 상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿 심볼들을 주파수 영역에서 보간하는 주파수보간부; 상기 주파수보간부에서 출력하는 심볼의 위상과 수신신호의 심볼의 위상을 각각 회전시키는 곱셈부; 및 상기 각각 출력하는 심볼들을 이용하여 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기를 제공한다.

이하 상기 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

이하에서는 DVB-T 또는 DVB-H의 전송방식을 예로 하여 OFDM 방식의 전송신호의 채널을 보상하는 과정을 설명한다.

먼저, 도 2는 분산 파일럿을 포함하는 DVB-T 또는 DVB-H의 전송신호의 패턴을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 DVB-T 또는 DVB-H의 전송신호 패턴을 설명하면 다음과 같다.

도 2의 가로 방향은 동일한 시각에 전송되는 부반송파들의 주파수가 증가하는 방향(주파수 축)이고, 세로 방향은 시간이 진행되는 방향(시간 축)을 나타낸다. 가로에 일렬로 늘어선 원은 OFDM 심볼을 이루는 부반송파의 위치를 나타낸다.

분산 파일럿은 동일한 시각에 전송되는 OFDM 심볼 내에서 12개의 부반송파 위치마다에서 반복된다. 그리고 다음 시각에 전송되는 OFDM 심볼에서 분산 파일롯은, 이전 시각에 전송된 OFDM 심볼 내의 분산 파일롯의 부반송파 위치에서 부반송파 주파수 간격이 3만큼 떨어진 위치에 위치할 수 있다. 따라서, 동일한 분산 파일롯 패턴은 시간적으로 연속된 4개 OFDM 심볼마다 반복될 수 있다.

도 2에서 Tu는 사용가능한 부반송파의 수를 나타내고, Dt는 시간축상에서 분산 파일럿간의 거리를, Df는 주파수 축상에서 분산 파일럿간의 거리를 각각 나타낸다.

주파수 영역에서 분산 파일럿간의 거리(Df)는 채널에서 추정 가능한 고스트의 지연범위를 결정한다.

입력되는 심볼이 4개마다 같은 파일럿 패턴이 나타나므로, 같은 파일럿 위치에서 시간 보간을 수행할 수 있다. 즉, 처음 입력되는 심볼(t=1)은 t=5에 입력된 심볼과 동일한 심볼 패턴을 나타내고, 그 심볼들의 분산 파일럿이 위치에서 t=2, 3, 4에 입력된 심볼에 대한 시간 보간이 수행될 수 있다.

t=6에서 입력된 심볼은 t=2에서 입력된 심볼과 동일한 분산 파일럿 패턴을 가지며, t=6에서 입력된 심볼과 t=2에서 입력된 심볼의 분산 파일럿 위치상에서 t=3,4,5의 심볼들에 대해 시간 보간이 수행될 수 있다.

따라서, t= 7에서 심볼이 입력된 후 위와 같이 방식으로 시간 보간되면, t=4에 입력된 심볼들은 4개 부반송파 위치마다 분산 파일럿들이 위치하므로, t=4의 입력된 심볼의 주파수 영역에서 분산 파일럿들 사이의 간격은 본래 분산 파일럿들 사이의 간격의 1/4로 줄어들고, t=4 에서 입력된 심볼들은 4개의 부반송파 위치마다 위치하는 분산 파일럿 패턴을 갖는다.

본 발명을 용이하게 설명하기 위해 등화기의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 DVB-T 또는 DVB-H의 전송신호의 채널을 보상할 수 있는 등화기의 일 예를 나타낸다. 도 3를 참조하여 DVB-T 또는 DVB-H의 전송신호의 채널을 보상할 수 있는 등화기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

임시저장부(10)는 등화기(equalizer)에 심볼을 임시저장한다. 파일럿추출부(20)는 채널을 산출하기 위해 수신신호에 포함된 파일럿심볼을 추출한다. 상기 파일럿추출부(20)가 채널을 산출하는 일 예로 제로 포싱(zero forcing) 방법을 사용할 수 있다.

시간보간부(30)는 동일한 분산 파일럿 위치에서 OFDM 심볼에 대해 시간 영역에서 보간을 수행한다. 이후의 심볼에 대해서 상기 시간 보간을 수행하면 입력되는 심볼들 중 4번째 OFDM 입력 심볼에 대해서는 4개 부반송파 위치마다 분산 파일럿 패턴이 나타난다.

주파수보간부(40)는 시간영역에서 보간된 심볼에 대해 주파수 영역에서 보간을 수행한다. 그리고, 채널보상부(50)는 상기 주파수보간부가 출력하는 채널과 임시저장부(10)가 출력하는 심볼을 이용하여 등화기에 입력된 심볼에 대한 채널보상을 수행한다.

따라서, 등화기의 일 실시예에서 채널 임펄스 응답의 기준점으로부터 심볼 길이의 1/3길이의 채널을 보상하려면 채널 보상부 이전에 채널 추정 범위를 확보하는 것이 바람직하다. 보간된 채널 중 1/6 심볼 길이의 포스트-채널(post-channel)을 확보하기 위해서 시간 영역의 오프셋(offset)에 해당하는 주파수 영역의 심볼의 위상을 회전할 수 있다.

즉, 시간 영역에서 최대 지연된 채널 길이의 시간 영역의 오프셋(t - Δt)은 주파수 영역에서 위상(e^jθ) 회전을 의미하므로, 보간 채널이 심볼 길이의 1/3이 될 수 있도록 수신 신호의 심볼을 회전시킨다.

도 4(a) 및 도 4(b)은 본 발명에 따른 등화기가 긴 채널 지연 확산의 범위를 확보하는 개념을 나타낸 도면이다.

먼저 도 4(a)는 채널 임펄스 응답에 대해 본 발명에 따른 등화기가 긴 채널 지연 확산의 범위를 확보하는 개념을 나타낸다.

DVB-T 또는 DVB-H는 그 프레임 구조에 따라 심볼 길이(Tu)의 1/3 범위의 지 연 확산된 채널을 보상할 수 있는데, 각각 채널 임펄스 응답이 기준점을 중심으로 심볼 길이(Tu)의 1/6 범위 전후내 범위에 위치한 심볼에 대한 채널 보상이 가능하다.

따라서, 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이(Tu)의 1/6 범위의 전후 외 범위에 위치한 심볼에 대한 채널 임펄스 응답은 얼라이싱(aliasing)한 신호이다.

그런데, 채널 임펄스 응답에서 보호구간을 제거한 경우 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이(Tu)의 1/6 범위의 프리 채널에 대한 신호는 얼라이싱(aliasing)한 신호가 된다.

그러나, 이 채널 임펄스 응답에 대해 타임 시프트(time shift)를 취하면 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이(Tu)의 1/3의 범위의 포스트 채널을 확보할 수 있다.

따라서, 보호구간의 심볼 길이가 1/4인 경우 채널 임펄스 응답에 대해 타임 시프트(time shift)를 취하면 심볼 길이의 1/4 길이의 채널 지연을 보상할 수 있다.

도 4(b)는 시간영역에서의 타임 시프트(time shift)를 주파수 영역에 대해 수행하는 방법을 나타낸다. 입력 심볼이 -N(심볼개수)/2부터 +N(심볼개수)/2까지의 주파수 멤버(frequency member)에 대해 채널 보상을 수행한다고 가정한다. 그 심볼에 대해 입력 심볼의 1/6 심볼 길이만큼 타임 시프트(time shift)를 수행하여 채널 보상을 수행하기 위해서는 주파수 영역에서 0부터 (N-1)까지의 주파수 멤버 (frequency member)에 대한 채널 보상을 수행한다. 따라서, 주파수 영역에서 타임 시프트(time shift)의 결과로서 긴 지연 확산 특성을 가지는 채널 길이에 대해 보상할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 등화기의 일 실시예를 나타낸다. 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 등화기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 임시저장부(10)가 등화기(equalizer)의 입력 심볼을 임시저장하여 출력하면, 제 1 곱셈부(15)는 상기 임시저장부(10)가 출력하는 심볼의 위상을 회전하여 출력할 수 있다.

상기 파일럿추출부(20)가 분산 파일럿의 위치에서 입력되는 심볼을 추출하고, 상기 시간보간부(30)가 분산 파일럿 위치에서 상기 입력 심볼을 시간 영역에서 보간하여 출력하면, 제 2곱셈부(35)는 상기 시간 보간된 심볼의 위상을 회전하여 출력할 수 있다.

그리고, 상기 주파수보간부(40)는 상기 위상이 회전된 신호는 주파수 영역의 보간으로 채널을 추정한다. 채널보상부(50)는 상기 주파수보간부(40)와 상기 제 1 곱셈부(15)가 출력하는 신호로 채널 보상을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 등화기의 다른 일 실시예를 나타낸다. 도 6의 일 실시예는 도 5와 유사하나, 제 2 곱셈부(45)는 주파수보간부(50)의 신호 흐름의 후단에 위치한다. 따라서, 상기 채널보상부(50)는 상기 제 2 곱셈부(45)와 상기 제 1 곱셈부(15)가 출력하는 신호로 채널 보상을 수행할 수 있다.

또한, 도 6의 일 실시예에서 제 1곱셈부(15)와 제 2 곱셈부(45)는 하나의 곱 셈부로 형성되어, 그 곱셈부가 상기 주파수보간부(40)와 상기 임시저장부(10)가 출력하는 두 신호를 각각 위상회전시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 등화기는 수신 신호에 대해 긴 채널 지연 확산 범위를 확보하여 채널 보상을 할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 등화기의 효과를 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 등화기에 의하면, 긴 채널 지연 확산 범위를 확보하여 채널 보상을 할 수 있고 따라서, 채널 보상 성능이 뛰어나다.

Claims (7)

1. 한 프레임 심볼 길이의 1/3 길이의 범위내에서 추정된 시간 영역의 오프셋에 해당하는 주파수 영역의 위상 변이량을 수신신호의 심볼에 곱하는 제 1 곱셈부;

   상기 수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간보간부;

   상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿 심볼의 위상을 상기 위상 변이량만큼 회전시키는 제 2 곱셈부;

   상기 제 2 곱셈부가 출력하는 심볼을 주파수 영역에서 보간하는 주파수 보간부; 및

   상기 주파수보간부와 상기 제 1 곱셈부가 각각 출력하는 심볼을 이용하여, 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이의 1/6 범위 내의 심볼에 대한 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 시간보간부는 수신신호의 분산 파일럿 심볼(scattered pilot symbol)을 보간하는 것을 특징으로 하는 등화기.
3. 삭제
4. 한 프레임 심볼 길이의 1/3 길이의 범위내에서 추정된 시간 영역의 오프셋에 해당하는 주파수 영역의 위상 변이량을 수신신호의 심볼에 곱하여 출력하는 제 1 곱셈부;

   수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간보간부;

   상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿심볼들을 주파수 영역에서 보간하는 주파수보간부;

   상기 주파수보간부에서 출력하는 심볼에 상기 위상 변이량을 곱하여 출력하는 제 2 곱셈부; 및

   상기 제 1 곱셈부와 상기 제 2 곱셈부가 각각 출력하는 심볼을 이용하여, 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이의 1/6 범위 내의 심볼에 대한 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 시간보간부는 수신신호의 분산 파일럿 심볼(scattered pilot symbol)을 보간하는 것을 특징으로 하는 등화기.
6. 수신신호로부터 추출된 파일럿심볼을 시간 보간하는 시간보간부;

   상기 시간보간부가 출력하는 보간된 파일럿 심볼들을 주파수 영역에서 보간하는 주파수보간부;

   상기 수신신호의 한 프레임 심볼 길이의 1/3 길이의 범위내에서 추정된 시간 영역의 오프셋에 해당하는 주파수 영역의 위상 변이량을 상기 주파수보간부에서 출력하는 심볼들과 상기 수신 신호의 심볼들에 각각 곱하여 출력하는 곱셈부; 및

   상기 곱셈부가 각각 출력하는 심볼들을 이용하여 채널 임펄스 응답의 기준점을 중심으로 심볼 길이의 1/6 범위 내의 심볼에 대한 채널을 보상하는 채널보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등화기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 시간보간부는 수신신호의 분산 파일럿 심볼(scattered pilot symbol)을 보간하는 것을 특징으로 하는 등화기.

Images