KR100937407B1 - 채널 등화기 및 채널 등화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널 등화기에 관한 것으로, 특히 잉여탭을 효과적으로 이용하여 수렴 성능을 향상시키는 채널 등화기에 관한 것이다. 이와 같은 채널 등화기는 메인 탭 근처에서 발생하는 고스트를 제거하는 유한 충격 필터부와, 상기 유한 충격 필터 메인 탭의 바로 다음 탭에 겹쳐서 연결된 무한 충격 필터부와, 상기 유한 충격 필터부와 무한 충격 필터부에서 제거된 고스트의 값을 합산하는 합산기와, 상기 합산기에 의해 합산된 고스트 신호의 찌그러짐을 하이(high)와 로우(low) 신호로 구분하여 복원하는 결정기를 포함하여 구성된다.

채널 등화, 메인 탭

Description

채널 등화기 및 채널 등화 방법{channel equalizer and method of equalizing a signal}

도 1은 일반적인 결정 궤환 등화기에서 실제 사용되는 탭의 범위를 보여주는 도면

도 2는 본 발명에 따른 채널 등화기의 구조를 보여주는 도면

도 3은 본 발명에 따른 채널 등화기에서 사용되는 탭 위치를 보여주는 도면

도 4는 본 발명에 따른 채널 등화기를 이용하여 고스트 제거 후 백색 가우시안 잡음 크기의 변화를 나타낸 그래프

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 유한 충격 필터

2 : 무한 충격 필터

3 : 합산기

4 : 결정기

본 발명은 채널 등화기에 관한 것으로, 특히 잉여탭을 효과적으로 이용하여 수렴 성능을 향상시키는 채널 등화기에 관한 것이다.

일반적으로 통신이란 송신단에서 변조하여 보내준 신호를 수신단에서 복조하는 것으로 원 신호를 복조하여 통신이 이루어진다.

그러나, 송, 수신단에 있는 증폭기(amplifier), 여과기(filter)등의 소자들에 의하여 신호의 왜곡이 생기고, 또한, 통신경로의 여러 가지 요인에 의하여 신호의 왜곡이 생겨 수신단에 불완전한 신호가 들어오게 되며, 이로 인하여 원신호를 복원하는데 어려움이 발생한다.

그래서 수신단에서는 상기 증폭기, 여과기등과 같은 소자들에 의한 왜곡과 통신경로상의 왜곡을 보상하기 위하여 원신호를 복원할 수 있는 적응 채널 등화기(adaptive equalizer)를 사용한다.

그리고, 상기 적응 채널 등화기(adaptive equalizer)는 자력 등화기(blind equalizer)와 비자력 등화기(non-blind equalizer)로 구분되는데, 비자력 등화기는 전송되는 신호열에 주기적으로 훈련신호 열을 삽입해서 이 훈련 신호를 가지고 채널 등화를 행하는 방법이고, 자력 등화기는 이러한 훈련 신호의 도움없이 수신되는 신호만을 가지고 자력으로 채널 등화를 행하는 방법이다.

비자력 등화기는 송신 단에서 보내는 똑같은 신호인 훈련 신호열을 가지고 채널 등화를 하므로 빠른 시간에 수렴할 수 있고, 또한 수렴 특성도 우수하다.

그러나, 주기적으로 훈련 신호열을 보내야 하므로 전송 효율이 좋지 않다. 반면에 자력 등화기는 훈련 신호열을 필요로 하지 않으므로 전송 효율은 좋지만 수렴하는데 많은 시간이 필요하고 수렴 특성도 좋지 않으므로 보통 임계값을 설정해 결정 지향(decision directed) 방법으로 변환해 수렴 특성을 향상 시키는데, 이런 임계값을 설정하는 것이 쉽지 않다.

또한, 자력 등화 알고리즘은 크게 축소 신호군 알고리즘(Reduced constellation algorithm : RCA)과 등반경 알고리즘(constant modulus algorithm : CMA)으로 나뉘는데 축소 신호군 알고리즘의 대표적인 예는, 사토(Sato) 알고리즘으로, 에러식은

으로,

: 등화기 출력 값,

: 송신단에서 보낸 원 신호와 같이 주어지고,

탭 계수의 갱신 식은

으로,

삭제

: 등화기 계수 값,

: 등화기 입력 값으로 주어진다.

축소 신호군 알고리즘은 구현이 간단하고 신호 왜곡이 심하지 않은 환경에서는 잘 수렴하는 장점이 있지만 수렴 후 잔류 에러가 크고, 신호 왜곡이 큰 환경에서는 잘 수렴하지 못하거나 잘못된 곳으로 수렴하는 단점이 있다.

그리고, 등반경 알고리즘의 대표적인 예는 Gordard 알고리즘으로

에러식은,

으로,

: 등화기 출력 값,

: 송신 단에서 보낸 원 신호와 같이 주어지고,

탭 계수의 갱신 식은,

으로,

: 등화기 계수 값,

: 등화기 입력 값으로 주어진다.

등반경 알고리즘은 축소 신호군 알고리즘에 비해 수렴 특성이 좋고 잘못된 곳으로 수렴하는 경우가 거의 없고, 또한 주파수 위상차가 발생하는 경우에도 채널 등화를 할 수 있다는 장점이 있지만 축소 신호군 알고리즘처럼 수렴 후 잔류 에러가 크고, 구현이 복잡하다는 단점이 있다.

도 1은 일반적인 결정 궤환 등화기에서 실제 사용되는 탭의 범위를 보여주는 도면으로 시간 축에서 필터 탭들을 보면 유한 충격 필터가 처리한 후 바로 다음 시간대의 고스트에 대한 부분만 처리하게 되어있다.

이와 같이, 실제 케이블 채널에서는 이런 정도의 지연 시간을 갖는 고스트가 존재하지 않으므로 전체 필터의 일부분만을 사용하여 채널 등화를 행한다.

그러므로, 전체 필터를 사용할 수도 있지만 에러 갱신 비율을 결정하는 스텝-사이즈는 필터의 탭 수에 반비례하므로 스텝 사이즈의 최대값이 줄어들게 되므로 수렴 시간이 늘어나는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 지상파나 케이블 신호를 수신하여 채널 등화를 행할 때 모든 필 터를 사용하므로 채널 등화 성능을 향상시키는 채널 등화기를 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 메인 탭 근처에서 발생하는 고스트를 제거하는 유한 충격 필터부와, 상기 유한 충격 필터 메인 탭의 바로 다음 탭에 겹쳐서 연결된 무한 충격 필터부와, 상기 유한 충격 필터부와 무한 충격 필터부에서 제거된 고스트의 값을 합산하는 합산기와, 상기 합산기에 의해 합산된 고스트 신호의 찌그러짐을 하이(high)와 로우(low) 신호로 구분하여 복원하는 결정기를 포함하여 구성된다.
또한 이상과 같은 본 발명은, 메인 탭을 포함하는 다수의 탭들을 포함하는 유한 충격 필터부로 수신 신호의 고스트를 제거하는 제 1 고스트 제거 단계, 메인 탭의 바로 다음 탭부터, 유한 충격 필터부의 탭들과 적어도 하나의 탭이 중복되도록 다수의 탭들을 포함하는 무한 충격 필터부로 수신 신호의 잔류 고스트를 제거하는 제 2 고스트 제거 단계, 및 제 1 고스트 제거 단계의 출력 신호와 제 2 고스트 제거 단계의 출력 신호를 합산하여 합산된 고스트 신호의 찌그러짐을 하이(high)와 로우(low) 신호로 구분하여 복원하는 단계를 포함하는 채널 등화 방법으로 구현될 수도 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 채널 등화기의 구조를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 채널 등화기는 결정 궤환 등화기(decision feedback equalizer)가 선형 등화기(linear equalizer)에 비해 수렴 특성이나 잔류 에러 특성이 더 좋은 것으로 알려져 있으므로 결정 궤환 등화기가 채널 등화기로 널리 쓰이고 있으며 채널 등화기는 유한 충격 필터부(1)와 무한 충격 필터부(2), 그리고 유한 충격 필터부(1)와 무한 충격 필터부(2)의 값을 합산하는 합산기(3), 이 합산기(3)에 따른 신호의 찌그러짐을 하이(high)와 로우(low) 신호에 따라 복원하는 결정기(4)로 구성된다.

상기 유한 충격 필터부(1)는 메인 탭을 기준으로 앞 부분은 전 고스트를 처 리하는 부분이고, 뒷 부분은 후 고스트를 처리하는 부분으로 나뉘는데, 채널 등화기가 어느 정도 범위의 전, 후 고스트를 처리할 수 있느냐 하는 것은 메인 탭의 위치와 나머지 필터 탭 수에 의해 결정된다.

일반적으로 메인 탭의 위치는 유한 충격 필터(1)의 중간 부분에 위치하는데, 그 이유는 유한 충격 필터(1)와 달리 무한 충격 필터(2)는 안정성 보장이 되지 않아서 큰 고스트가 들어갈 경우 결정 에러가 발생할 확률이 높고, 따라서 등화기가 수렴을 못 할 확률이 높다.

그런데, 대부분의 큰 고스트는 메인 탭 근처에서 발생하므로 유한 충격 필터(1) 부분에서 어느 정도 고스트를 제거한 후에 나머지 잔류 고스트를 무한 충격 필터(2)에서 제거하는 것이 수렴 특성이 좋다.

그리고, 지상파의 채널 상태는 상당히 긴 지연 시간을 갖는 전, 후 고스트를 포함하므로 기존의 지상파, 케이블 겸용 채널 등화기는 긴 지연 시간을 갖는 고스트를 처리할 수 있도록 약 256개의 유한 충격 필터와 432개의 무한 충격 필터를 채용해서 지상파를 기준으로 메인 탭을 유한 충격 필터의 마지막 탭에 위치 시켰을 때 약 25μ정도의 전 고스트와 42μ정도의 후 고스트를 처리한다.

또한, 케이블의 경우에는 지상파에서 사용되는 실수 필터를 복소수 필터로 변환하여 사용하므로 약 64개의 유한 충격 필터와 108개의 무한 충격 필터로 변환되므로 약 13μ정도의 전 고스트와 22μ정도의 후 고스트를 처리한다.

도 3은 본 발명에 따른 채널 등화기에서 사용되는 탭 위치를 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유한 충격 필터의 메인 탭의 바로 다음 탭부터 무한 충격 필터를 겹쳐서 사용하는 방법으로 무한 충격 필터는 안정성이 보장되지 않기 때문에 될 수 있으면 작은 크기의 고스트를 무한 충격 필터에서 처리할 수 있도록 메인 탭을 유한 충격 필터의 중간 부분에 위치시킨다.

그러나 상기와 같이 위치 시켰을 경우, 무한 충격 필터의 입력은 송신단에서 보낸 신호열 중의 하나로 결정된 데이터를 입력으로 사용하기 때문에 결정이 올바르게 되었을 경우 백색 가우시안 잡음의 영향을 전혀 받지 않지만, 유한 충격 필터의 입력은 왜곡된 신호에 백색 가우시안 잡음이 포함된 신호가 입력으로 사용되기 때문에 고스트 제거 시 백색 가우시안 잡음은 오히려 증가하게 되고, 고스트의 크기가 커지면 커질수록 고스트 제거 후 백색 가우시안 잡음은 점점 증가하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 채널 등화기를 이용하여 고스트 제거 후 백색 가우시안 잡음 크기의 변화를 나타낸 그래프로 주파수 영역에서 최악의 경우 고스트를 모드 제거했음에도 백색 가우시안 잡음이 증가해서 등화기가 수렴을 못하는 경우가 발생한다.

따라서, 백색 가우시안 잡음의 영향을 받지 않는 무한 충격 필터와 안정도의 문제가 없지만, 백색 가우시안 잡음의 영향을 받는 유한 충격 필터에서 나누어서 처리함으로써 기존의 필터 구조와 비슷한 수렴 속도를 가지면서도 수렴 특성이 크게 향상된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 유한 충격 필터와 무한 충격 필터를 겹쳐 씀으로써 유한 필터의 고스트 제거 시 백색 가우시안 잡음 증가 현상과 무한 충격 필터의 안정성 문제를 양 필터간의 보완 작용에 의하여 상쇄 시켜 줌으로써 수렴 성능을 향상시키는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (2)

1. 메인 탭을 포함하는 다수의 탭들을 포함하고 수신 신호의 고스트를 제거하는 유한 충격 필터부와;

   상기 유한 충격 필터부의 상기 메인 탭의 바로 다음 탭부터, 상기 유한 필터부의 탭들과 적어도 하나의 탭이 중복되도록 다수의 탭들을 포함하고, 상기 수신신호의 잔류 고스트를 제거하는 무한 충격 필터부와;

   상기 유한 충격 필터부와 무한 충격 필터부에서 제거된 고스트의 값을 합산하는 합산기와;

   상기 합산기에 의해 합산된 고스트 신호의 찌그러짐을 하이(high)와 로우(low) 신호로 구분하여 복원하는 결정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 채널 등화기.
2. 메인 탭을 포함하는 다수의 탭들을 포함하는 유한 충격 필터부로 수신 신호의 고스트를 제거하는 제 1 고스트 제거 단계;

   상기 메인 탭의 바로 다음 탭부터, 상기 유한 충격 필터부의 탭들과 적어도 하나의 탭이 중복되도록 다수의 탭들을 포함하는 무한 충격 필터부로 상기 수신 신호의 잔류 고스트를 제거하는 제 2 고스트 제거 단계; 및

   상기 제 1 고스트 제거 단계의 출력 신호와 상기 제 2 고스트 제거 단계의 출력 신호를 합산하여 합산된 고스트 신호의 찌그러짐을 하이(high)와 로우(low) 신호로 구분하여 복원하는 단계를 포함하는 채널 등화 방법.

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