KR100978703B1

KR100978703B1 - 디지털 통신 시스템의 ｄｃ 오프셋 보상을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100978703B1
Application number: KR1020057004360A
Authority: KR
Inventors: 히 쇼우셍
Original assignee: 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2003-09-15
Publication date: 2010-08-30
Also published as: EP1401163B1; ATE416544T1; US20100284496A1; KR20050057326A; EP1401163A1; AU2003273880A1; US7839956B1; WO2004034661A1; DE60230141D1

Abstract

다수의 경로를 포함한 채널위로 송신된, 수신 신호의 DC 오프셋을 보상하는 방법에 있어서, 상기 수신된 신호는 변조된 데이터 신호와 변조된 알려진 트레이닝 시퀀스 신호를 포함하는데, 상기 방법은 제 1 회귀 행렬을 상기 알려진 트레이닝 시퀀스 신호로부터 구성(104)하는 단계; 제 3 행렬의 원소를 생성하기 위해 제 1 회귀 행렬의 증가하면서 로테이트되는 원소를 경로-조합(106)하는 단계; 제 1 회귀 행렬과 제 3 행렬로부터 상쇄된 제 2 회귀 행렬을 도출(108)하는 단계; 수신 변조 데이터 신호의 DC 오프셋을 보상(110, 112)하도록 중립의 제 2 회귀 행렬을 사용하는 단계를 포함한다.

트레이닝 시퀀스 신호, 회귀 행렬, 제 3 행렬

Description

디지털 통신 시스템의 ＤＣ 오프셋 보상을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DC OFFSET COMPENSATION IN A DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 디지털 통신 시스템의 DC 오프셋(또는 바이어스 잡음) 보상에 대한 것이다. 제한적이진 않지만, 특히 TDMA/GSM/EDGE 시스템의 표준 버스트에서와 같이, 제한된 길이의 알려진 트레이닝 시퀀스(training sequence)가 다중-경로(또는 다중-탭) 신호 전파 채널의 추정을 위해 데이터 버스트와 함께 송신되는 디지털 통신 시스템의 바이어스 잡음/DC 오프셋 보상에 대한 것이다.

바이어스 잡음/DC 오프셋이 갖는 문제점은 특히, 무선 주파수 신호를 기저 대역 신호로 직접 변환하는 호모다인 수신기(homodyne receiver)에 있다. 구성 요소 불일치, 국소 발진기 누설 및 간섭과 같은 다양한 요인이 왜곡의 원인이 될 것이다. 송신된 신호의 변조가 예를 들어, GSM/EDGE 시스템에서 로테이션 동작(rotation operation)으로 이루어질 때, DC 오프셋은 디-로테이션(de-rotation)(복조) 후 수신된 신호에 단일 주파수 트렌드(frequency trend)를 야기할 것이다. 이 주파수 트렌드가 보상되지 않은 채로 있게 되면, DC 오프셋은 중요한 수신기 수행 성능 저하(performance degradation)를 야기할 수 있다.

몇몇 방법이 DC 오프셋의 보상을 위해 공지되었고 현재 사용된다.

이러한 공지된 한가지 방법은 맹목적인 DC 추정이다. 이것은 가장 간단하고 직접적인 방법이다. 수신된 신호는 디-로테이션 전에 평균내어 진다. 상기 방법이 버스트의 심볼을 제한해 온 TDMA 시스템에 적용될 때, 이 방법은 전송 동안에 데이터 심볼의 불확실성때문에 정확하지 않다.

또다른 이러한 공지된 방법은 채널과 DC 추정을 결합한다. 이것은 예를 들어, GSM에서 π/2 로테이션 및 EDGE 변조에서 3π/8 로테이션을 참고로 콘스텔레이션 로테이션(constellation rotation)을 사용하여, DC 오프셋이 다중 탭 채널 추정에서 임시 탭(extra tap)으로써 다루어질 때 사용된다. 그러나, 이 방법의 수행 성능은 사용된 트레이닝 시퀀스에 의존한다는 것을 알게 됐다. 트레이닝 시퀀스는 트렌드 주파수에서 높은 증폭을 갖을 때 잘 수행되지 않는다. 게다가, 임시 파라메터가 동일한 트레이닝 시퀀스를 사용하여 추정될 필요가 있다는 사실때문에 채널 추정의 정확성이 손상된다. 추가로, 수행 성능은 또한 버스트 동기(burst synchronisation)의 형태에 의해 영향받게 된다.

추가 공지된 방법은 예를 들어, "System Modelling and Identification"; F. Johansson, 특히, 83 내지 85페이지, 126 및 127 페이지, 및 464 및 465 페이지에서 기술된 것처럼 전통 트렌드 소거(classical trend elimination)에 대한 것이다. 이것은 시스템 식별의 방법이다. n 길이의 자극 시퀀스(stimulating sequence){t_k}가 m 파라메터를 갖는 선형 시스템에 적용될 때, n 길이의 시스템 응답{x_k}이 시스템 식별을 위해 모아진다. 트렌드 소거는 상쇄 시퀀스(neutralized sequence)가 자극(stimulus) 및 관찰(observation)을 위해 사용되는 시스템 모델을 변경시킨다. 자극의 상쇄되는 시퀀스(the neutralized sequence of the stimulus) s_k 및 관찰의 상쇄된 시퀀스(the neutralized sequence of the observation)(입력 신호) y_k는 이하에서 도출된다:

그러나, 이 방법은 트레이닝 시퀀스, 즉 자극이 모델 순서보다 상당히 더 길거나(n>>m), 단지 단일 파라메터만이 시스템 식별을 위해 충분할 때만 사용될 수 있다. 다중-경로 채널이 제한된 트레이닝 시퀀스를 사용하여 추정되도록 요구되는 디지털 통신 시스템에 적용될 수 없다.

트렌드 주파수가 0일 때 가능성 있는 순수 DC 오프셋인 단일 주파수 트렌드가 바이어스되지 않은 다중-경로 채널 추정 시에 고려되어 바이어스된 잡음/DC 오프셋을 보상하는, 일반화된 트렌드 소거 절차가 제안된다.

본 발명의 DC 오프셋 추정/보상은 로테이션 변조를 사용하거나 사용하지 않는 다중-경로 채널 환경의 무선 수신기 작동에서 사용될 것이다. 본 발명의 방법이 왜곡의 감도(sensitivity)를 줄이기 때문에 본 발명의 추정/보상 방법은 바이어스 잡음 또는 DC 오프셋이 있는 곳에서 양호한 채널 추정을 제공할 수 있다.

이것은 여러 다른 트레이닝 시퀀스 또는 여러 다른 트레이닝 시퀀스 세그먼트가 사용될 때, 채널 추정이 덜 상이하도록 트렌드 억제 레벨(trend suppression level)을 조정함으로써 달성된다.

본 발명의 방법은 초기 채널 추정이 DC 오프셋 추정에서 분리되기 때문에 계산면에서 간단하다. 게다가, 계산 로드(computational load)를 부가적으로 줄이는 경로가 트렌드된 벡터가 사전-계산될 수 있다.

본 발명은 단일 주파수 트렌드를 포함하기 위해 트렌드 소거(바이어스/DC 오프셋 보상)를 연장(extend)하고 상대적으로 짧은 트레이닝 시퀀스를 사용하여 다중-경로 채널 추정을 할 수 있다. DC 오프셋은 고정(0 주파수) 또는 증가(0이 아닌 주파수)하는 위상 오프셋을 야기하는 부가적인 단일 주파수 구성 요소를 포함하도록 일반화된다. 변조의 로테이션 방식에 따라, 이 위상 오프셋 증분(phase offset increment)은 표준화된 트렌드 주파수로써 고려될 수 있다. 본 발명의 목적은 소거/억제 트렌드를 사용하여 채널 추정을 얻는 것과, DC 오프셋 보상을 위해 트렌드 추정을 얻는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시한 순서도이다.

본 발명의 실시예는 도 1을 참조로 기술될 것이다. 디지털 통신 시스템은 변조기 및 송신기(이하에 도시되지 않음)를 포함한다. 변조기는 공지된 기술을 사용 하는 전송을 위해 신호를 변조한다. 송신될 신호는 표준 버스트를 구성하는 다수의 데이터 비트 및 다수의 트레이닝 시퀀스 비트를 포함한다. 디지털 통신 시스템의 수신기에 의해 알려진 비트들의 시퀀스일 트레이닝 시퀀스는 수신기에서 버스트내의 데이터 비트의 위치를 정확하게 결정하고 수신기에서 전송등에 의해 야기된 왜곡을 도출할 수 있게 한다. 본 발명의 방법이 사용되는 디지털 통신 시스템에서, 버스트의 전송은 m-탭을 포함한 다중-경로 전파 채널로 변경된다. 왜곡은 전파 채널의 추정으로부터 얼마간 도출된다. 상기 결과가 실제 수신된 트레이닝 시퀀스와 비교될 때, 채널 추정에 대한 트레이닝 시퀀스의 애플리케이션은 왜곡을 제공한다.

일반적으로, 최소-자승(least-squares, LS) 에러 표준을 사용하는 선형 회귀(linear regression)는 디지털 통신 시스템에서 채널 추정을 얻기 위해 사용된다. LS 추정에서, 추정 모델은

로써 표현될 수 있는데, 채널 벡터(m은 채널의 범위이다),

수신된 신호 벡터,

잡음 벡터,

및 회귀 행렬을 포함하고,

회귀 행렬에서 각각의 열벡터는 경로-회귀 벡터로써 한정된다.

그러므로, 회귀 행렬 φ은 DC 보상 없이, 최소-자승 오류를 최소화시킴으로써 수신된 신호에 대한 알려진 트레이닝 시퀀스의 샘플로부터 104에서 구성되고, LS를 사용하는 채널 추정은

로 끝난다.

DC 오프셋이 있는 곳에서, 이 등식은 잘못된 결과를 가져온다.

본 발명에 대한 실시예의 방법에서, 각각의 열이 n-m+1 사이즈의 경로가 트렌드된 벡터로써 한정되는, φ과 동일 차원의 제 3 행렬 ψ이 106에서 도입되는데,

()^*는 켤레 교차(conjugate transposition)를 말하고, Ω은 로테이션 벡터 ω에 의해 발생된 토플리츠(Toeplitz) 행렬이며, (디-로테이션 벡터는 ω^*의 형태를 갖는다)

이다.

로테이션 벡터의 위상 시프트(표준 트렌드 주파수) β는 시스템에 의존한다. 예를 들어 EDGE에서 β=3π/8이면, GSM에서 β=π/2이다. β=0 즉, 콘스텔레이션이 변조에서 로테이트(rotate)하지 않을 때, Ω는 모든 원소가 1과 동일한 단위 행렬로 퇴화되고(degenerate), 경로가 트렌드된 벡터는

로써 회귀 행렬에서 단위 벡터로 퇴화된다.

본 발명의 실시예에 따른 발명은 새로운 "상쇄된" 경로-회귀 벡터(neutralized path-regression vector)를 108에서 구성하는데:

및 새로운 회귀 행렬은

이다.

이 새로운 회귀 행렬 및 상쇄된 수신 신호를 사용하면,

인데, 수신 트렌드 벡터 ρ는 또한 변조 로테이션에 의존하고, β=0일 때 평균값으로 퇴화될 수 있고, 그 후, 새로운 모델은

로써 기술될 수 있고, 바이어스되지 않은 채널 추정이 110에서 얻어진다.

게다가, 상기 등식은 또한 암시적(implict) DC(즉, 트렌드) 추정(implicit DC estimation)을 제공한다. 그 후 오프셋 벡터는 112에서

로써 계산될 수 있다.

오프셋의 증폭은

로써 결정될 수 있다.

실제 문제로서, 완벽한 트렌드 소거는 채널 추정의 정확성을 위해 필요한 근본(original) 및 비-트렌드 트레이닝 시퀀스(de-trended training sequence) E{φψ^*} 사이의 상호 상관(cross correlation)의 품질을 손상시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않을 것이다. 계산 고려(computational consideration)는 동작에서 복소수 대신 실수 트레이닝 시퀀스가 바람직할 것이다. 그러므로, 새로운 "상쇄된" 패틴-회귀 벡터(patin-regression vector)의 타협된 변경은

인데, 트렌드 벡터의 실수 부분은 경로 회귀 벡터로부터 추출되기 전에, 꺼내져 크기가 줄어든다(0<μ<1). 상기 절차에서 트렌드 소거 대신 트렌드 억제가 결합된다. 트렌드 주파수에서 여러 다른 증폭을 갖는 여러 다른 트레이닝 시퀀스를 위해, 여러 다른 억제 레벨이 여러 다른 μ을 선택함으로써 적용될 것이다.

그러므로, 상기 방법은 로테이션 벡터 및 경로 회귀 벡터로부터 각각의 경로를 위해 경로 트렌드 벡터를 구성한다. 상기 방법은 LS 채널 추정에서 변형된 "상쇄된" 회귀 행렬을 사용하여, 채널 추정을 위해 경로 트렌드 소거/억제를 제공한다. 그것은 채널 추정에서 DC 오프셋을 소거/억제함으로써 채널 추정 및 DC 추정을 분리한다. 암시적인 DC 오프셋 추정은 비-트렌드 경로-회귀 및 비-트렌드 수신 신호의 조합에 의해 얻어진다. 선형 시스템 식별에서 본 발명에 대한 방법의 애플리케이션은 짧은 자극 및 바이어스/단일 주파수 오프셋 잡음으로 얻어질 수 있다.

본 발명에 대한 방법 및 장치의 바람직한 실시예가 첨부된 도면으로 도시되고 앞서 설명된 설명에서 기술되었지만 본 발명이 개시된 실시예로 제한되는 것이 아니라, 이하의 청구항에서 주어진 것처럼 본 발명의 관점을 벗어나지 않고 다양한 변경, 변형이 가능하다.

Claims

다수의 경로를 포함하는 채널에 걸쳐 송신되는 수신 신호(x)의 DC 오프셋(
)을 보상하는 방법으로서, 상기 수신 신호는 변조된 데이터 신호 및 변조된 알려진 트레이닝 시퀀스 신호 비트를 포함하는, 수신 신호(x)의 DC 오프셋(
)을 보상하는 방법에 있어서,

상기 알려진 트레이닝 시퀀스 신호로부터 제 1 회귀 행렬(
)을 구성하는 단계;

상기 제 1 회귀 행렬로부터 제 3 행렬(
)을 구성하는 단계로서, 상기 제 3 행렬의 각각의 열은

로부터 도출되는 벡터(
)이고, 여기서 Ω는 로테이션 벡터(ω) 및 디-로테이션 벡터(ω^* )에 의해 발생되는 토플리츠 행렬이고,
는 상기 제 1 회귀 행렬의 대응하는 열이고, n은 상기 트레이닝 시퀀스의 심볼의 수이고, m은 상기 채널의 경로의 수이고,

상기 로테이션 벡터(ω)는
이고, 여기서 위상 시프트(β)는 상기 방법을 연산하는 유형의 시스템에 관한 로테이션 벡터인, 제 3 행렬(
)을 구성하는 단계;

상기 제 1 회귀 행렬(
) 및 상기 제 3 행렬(
) 간 차이로부터 제 2 회귀 행렬(
)을 도출하는 단계; 및

상기 제 2 회귀 행렬(
)을 사용하여 상기 수신된 변조 데이터 신호의 DC 오프셋을 제거하고 보상하기 위해 는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 신호의 DC 오프셋을 보상하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 행렬의 원소들의 실수부는 억제 팩터(suppression factor)에 의해 크기조정되는 것을 특징으로 하는 수신 신호의 DC 오프셋을 보상하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 DC 오프셋은 상기 수신 신호의 수정된 수신 벡터, 상기 제 3 행렬 및 채널 추정으로부터,
에 따라 추정되고, 여기서
는 상기 수정된 수신 벡터이고,
는 상기 제 3 벡터이고,
는 바이어스되지 않은 채널 추정인 것을 특징으로 하는 수신 신호의 DC 오프셋을 보상하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 채널 추정은 최소-자승 기술을 사용하여 도출되는 것을 특징으로 하는 수신 신호의 DC 오프셋을 보상하는 방법.
다중-경로 전파 채널에 대한 바이어스되지 않은 채널 추정(
)을 계산하는 방법에 있어서,

입력 신호의 알려진 트레이닝 시퀀스 신호로부터 제 1 회귀 행렬(
)을 구성하는 단계;

상기 제 1 회귀 행렬(
)로부터 제 3 행렬(
)을 구성하는 단계로서, 상기 제 3 행렬의 각각의 열은

로부터 도출되는 벡터(
)이고, 여기서 Ω는 로테이션 벡터(ω) 및 디-로테이션 벡터(ω^* )에 의해 발생되는 토플리츠 행렬이고,
는 상기 제 1 회귀 행렬의 대응하는 열이고, n은 상기 트레이닝 시퀀스의 심볼의 수이고, m은 상기 채널의 경로의 수이고,

상기 로테이션 벡터(ω)는
이고, 여기서 위상 시프트(β)는 상기 방법을 연산하는 유형의 시스템에 관한 로테이션 벡터인, 제 3 행렬(
)을 구성하는 단계;

상기 제 1 회귀 행렬(
) 및 상기 제 3 행렬(
) 간 차이로부터 제 2 회귀 행렬(
)을 도출하는 단계; 및

상기 제 2 회귀 행렬(
)을 사용하여 상기 바이어스되지 않은 채널 추정(
)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중-경로 전파 채널에 대한 바이어스되지 않은 채널 추정을 계산하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 제 2 회귀 행렬(
)을 사용하여 상기 바이어스되지 않은 채널 추정(
)을 계산하는 단계는 상쇄되는 수신 신호를 갖는 채널 모델(
)의 최소 자승 에러(least square error)를 최소화함으로써 수행되고, 여기서
는 상기 제 2 회귀 행렬이고,
는 채널 벡터이고,
는 잡음벡터이며;

상기 바이어스되지 않은 채널 추정은
로부터 계산되고, 여기서
는 수정된 수신 벡터인 것을 특징으로 하는 다중-경로 전파 채널에 대한 바이어스되지 않은 채널 추정을 계산하는 방법.
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