KR101093864B1 - 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치 및 방법 - Google Patents

자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

왜곡 보상 장치에 관한 것으로서, 고출력 증폭기의 비선형 왜곡 특성과 채널 필터의 선형 왜곡 특성을 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 자동 왜곡 보상 장치는 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡-상기 채널 필터에서 발생하는-을 추정하는 적응 선형 왜곡 추정부 및 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡-고출력 증폭기에서 발생하는-을 추정하는 적응 비선형 왜곡 추정부를 포함하고, 상기 복소 전치 등화기는 상기 추정된 선형 왜곡에 기초하여, 상기 주파수가 하향된 하향 신호에서 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호를 출력하고, 상기 전치 왜곡기는 상기 추정된 비선형 왜곡에 기초하여, 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에서 비선형 왜곡을 보상한다.

Description

자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTO CORRECTION TECHNIQUE ON LINEAR/NONLINEAR DISTORTION IN WIRELESS TRANSMISSION}
본 발명은 왜곡 보상 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고출력 증폭기(High Power Amplifier, 이하 "HPA" 라 함)의 비선형 왜곡 특성과 채널 필터의 선형 왜곡 특성을 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
고출력 증폭기(HPA)는 통신 신호를 송신하기 전에 출력을 증폭하기 위한 장치로 입력신호를 선형적으로 증폭하지 않고 비선형적으로 증폭하는 특성을 가진다. 비선형 효과는 전송신호를 왜곡시키고 대역폭을 넓혀 인접 채널 간섭 문제를 야기하는데, 이 문제를 해결하는 방법 중 하나가 고출력 증폭기의 비선형 증폭 특성을 선형화시키는 전치 왜곡 기술이다. 따라서, 전치 왜곡기(PD; Predistorter)는 고출력 증폭기 전단에 위치하여 통신 신호의 최종 출력 값이 선형성을 가지도록 사전에 신호를 변형시키는 역할을 한다.
비선형 왜곡 특성 보상기법들 중 룩업 테이블(Look-up Table, 이하 "LUT"라함)을 이용한 디지털 전치 왜곡 보상(Digtial Pre-Distorter, 이하 "DPD"라 함)기법은 기준 신호와 비교 신호를 비교하여 HPA의 비선형 왜곡 특성의 역(Inverse)에 해당하는 특성 테이블을 구축한다. 디지털 전치 왜곡 보상기법은 특성 테이블을 이용하여 전송신호를 전치 왜곡 시켜줌으로써 결과적으로 고출력 증폭기의 출력 신호의 선형성을 유지시켜준다.
하지만, 룩업테이블을 이용한 전치왜곡 보상기법은 기준 신호와 비교 신호에 HPA의 비선형 왜곡 성분 이외의 잔류 왜곡 성분이 존재할 경우, 정확한 고출력 증폭기의 비선형 왜곡 특성의 역 특성 테이블을 추정하기 어렵다. 종래의 전치왜곡 보상기법은 고출력 증폭기의 비선형 왜곡 특성을 정확하게 보상하지 못해 전송 신호의 품질 열화를 야기시킨다.
따라서, 고출력 증폭기의 비선형 왜곡 성분 이외의 잔류 왜곡 성분을 구별하고, 제거하여 정확한 고출력 증폭기의 비선형 왜곡 특성을 추정하는 기술들이 계속적으로 연구되어야 한다.
본 발명은 변조기 후 단에서 전치 등화기 및 전치 왜곡기를 사용함으로써, 전송 신호의 종류에 관계없이 선형 및 비선형 왜곡을 보상할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 선형 왜곡보상 과정에서 등화계수와 심볼 동기 계수를 구별하여 추정함으로써, 전치 등화기의 필터 계수를 효율적으로 추출하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡을 보상함에 있어, 선형왜곡이 보상된 신호를 이용함으로써 효율적으로 비선형 왜곡을 보상하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 주위 환경 특성이나 노후화에 따라 변화되는 고출력 증폭기의 비선형 왜곡특성을 적응적으로 추정하여 반복적으로 LUT을 테이블 단위로 업데이트하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 LUT을 테이블 단위로 업데이트하는 과정에서 낮은 수렴속도를 개선하면서 하드웨어의 복잡도를 감소시키는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡-상기 채널 필터에서 발생하는-을 추정하는 적응 선형 왜곡 추정부 및 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡-고출력 증폭기에서 발생하는-을 추정하는 적응 비선형 왜곡 추정부를 포함하고, 상기 복소 전치 등화기는 상기 추정된 선형 왜곡에 기초하여, 상기 주파수가 하향된 하향 신호에서 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호를 출력하고, 상기 전치 왜곡기는 상기 추정된 비선형 왜곡에 기초하여, 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에서 비선형 왜곡을 보상한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법은 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡-상기 채널 필터에서 발생하는-을 추정하는 단계 및 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡-고출력 증폭기에서 발생하는-을 추정하는 단계를 포함하고, 상기 복소 전치 등화기는 상기 추정된 선형 왜곡에 기초하여, 상기 주파수가 하향된 하향 신호에서 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호를 출력하고, 상기 전치 왜곡기는 상기 추정된 비선형 왜곡 신호에 기초하여, 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에서 비선형 왜곡을 보상한다.
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본 발명은 변조기 후 단에서 전치 등화기 및 전치 왜곡기를 사용함으로써, 전송 신호의 종류에 관계없이 선형 및 비선형 왜곡을 보상할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 선형 왜곡보상 과정에서 등화계수와 심볼 동기 계수를 구별하여 추정함으로써, 전치 등화기의 필터 계수를 효율적으로 추출하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡을 보상함에 있어, 선형왜곡이 보상된 신호를 이용함으로써 효율적으로 비선형 왜곡을 보상하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 선형 왜곡특성을 보상하기 위해 복소 전치등화기를 사용함으로써, 비 대청적인 주파수 등화가 가능하여 등화기 성능을 향상시키는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 적응추정기법으로 심볼동기 계수를 추정함으로써, 하드웨어 복잡도를 줄이며 성능을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 비선형 왜곡을 보상하기 위해 기준 신호와 비교 신호에 산재되어 있는 잔류 왜곡 성분을 효율적으로 제거하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 주위 환경 특성이나 노후화에 따라 변화되는 고출력 증폭기의 비선형 왜곡특성을 적응적으로 추정하여 반복적으로 LUT을 테이블 단위로 업데이트하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 LUT을 테이블 단위로 업데이트하는 과정에서 낮은 수렴속도를 개선하면서 하드웨어의 복잡도를 감소시키는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 무선 방송과 통신에 사용되는 전송시스템의 블록도이다.
도 2는 전치왜곡기의 동작원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전송시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치를 더욱 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 심볼동기 보상부의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 적응 선형 왜곡 추정부의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 적응 비선형 왜곡 추정부의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예 따른 심볼 동기 왜곡 보상단계의 구체적인 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적 선형 왜곡 보상단계의 구체적인 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적 비선형 왜곡 보상단계의 구체적인 흐름도이다.
도 13은 메모리 버퍼에 저장된 정렬된 기준신호와 비교신호를 이용하여 AM/AM, AM/PM 심볼을 생성하고 나타낸 그래프이다.
도 14는 각 LUT 구간에 들어오는 AM/AM AM/PM 심볼의 분포 확률을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 무선 방송과 통신에 사용되는 전송시스템의 블록도이다.
일반적인 무선 방송 및 통신 전송 시스템은 입력되는 데이터 신호를 인코더와 변조기를 거쳐 지원하는 무선전송 시스템 포맷으로 변조시킨다. 변조된 신호는 주파수 상향기를 통해 원하는 주파수 대역으로 상향변조 된다. 상향 변조된 신호는 고출력 증폭기를 통과하여 신호의 크기가 증폭되고, 인접대역에 영향을 주지 않도록 채널 필터를 통과한 후 안테나를 통해 송출된다. 일반적으로 HPA의 경우 포화영역에서 비선형 왜곡 특성을 보여주며, 채널필터는 통과대역 내부에서 리플과 군지연으로 인한 선형 왜곡 특성을 나타낸다. 송신 신호는 선형/비선형 왜곡으로 인해 SNR특성이 떨어지며, 선형/비선형 왜곡은 수신 커버리지의 축소 또는 수신신호 품질의 열화를 발생시킨다. 따라서 선형/비선형 왜곡을 보상하기 위하여, 송신기에서는 전치 등화 기법과 전치 왜곡 보상기법을 이용한다.
전치 등화기법은 채널 필터에 의해서 야기되는 선형 왜곡을 제거해 주는 기술로, 최소 평균자승알고리즘(Least Mean Square, 이하 "LMS"라 함)에 기반한 적응필터로 구현된다. 전치 등화기법은 구현이 간단하면서도 등화성능이 좋은 장점이 있다. 또한 일반적으로 전치 등화기법은 심볼률과 같은 샘플링 속도로 동작하는 변조기 전단에서 사용하는데, 변조기 전단에서의 전치 등화기법은 대역 내의 선형 왜곡은 보상할 수 있지만 대역 외의 선형왜곡은 보상할 수 없는 단점이 있다. 전치 왜곡 보상기법은 도 2에서 설명한다.
도 2는 전치 왜곡기의 동작원리를 나타낸 도면이다.
전치 왜곡 보상기법은 HPA에서 발생하는 비선형 특성에 역에 해당하는 특성을 전치 보상해 줌으로써 최종적으로 HPA 출력신호를 선형적으로 만들어 주는 것이다. 전치 왜곡기는 고출력 증폭기의 특성에 기초하여 고출력 증폭기의 특성에 역함수 성질을 가지는 신호로 입력 심볼을 왜곡한다. 왜곡된 신호는 고출력 증폭기를 통과하면서 결과적으로 비선형 특성이 보상된다.
종래에 알려진 대표적인 전치 왜곡 보상 기법에는 LUT을 이용하는 방법이 있다. LUT을 이용하는 방법은 비선형 왜곡특성을 테이블화하여 메모리에 저장하고, 인덱스 맵핑을 통해 비선형 왜곡특성에 역함수 특성을 가지는 출력신호를 생성한다. LUT을 이용하는 방법은 구현이 간단하고 Polynomial Curve Fitting과 같은 기술에 비해 상대적으로 좋은 성능을 보여준다. 하지만, HPA 특성을 추정하는데 수렴 속도가 느리다는 단점이 있다. LUT을 이용하면서도 수렴 속도를 증가시키기 위해 테이블 단위로 업데이트하는 방법은 도 8에서 설명한다.
전치 등화기법의 적응 필터 계수 추정과 전치 왜곡 보상기법의 LUT 생성을 위해서는 기준 신호와 비교 신호가 필요하다. 그런데, 실질적으로 HPA와 채널필터를 통과한 신호는 Analog 신호이기 때문에 채널필터 후단의 신호를 피드백하여 주파수 하향기를 통과시킨 디지털 신호를 비교 신호로 이용하게 된다. 비교 신호를 얻는 과정에서 비교 신호에는 HPA에 의한 비선형 왜곡 성분, 채널필터에 의한 선형 왜곡 성분뿐만 아니라 타이밍 & 위상 오프셋에 의한 심볼동기 왜곡 그리고 주파수 상/하향 변조 및 필터링에 의한 지터 노이즈 (Jitter Noise)등이 존재하게 된다. 따라서 효율적인 선형 및 비선형 왜곡보상을 위해서는 선형 및 비선형 왜곡 성분을 제외한 잔류 왜곡 성분을 효율적으로 제거하는 것이 필요하다.
본 발명에서는 (a) 선형왜곡 보상신호와 주파수 하향변환된 신호를 이용하여 선형왜곡과 심볼동기왜곡을 한번에 추정하고 선형왜곡을 보상할 수 있는 적응추정장치와 (b) 상기 적응 추정장치를 통과하여 생성된 신호와 비선형 왜곡 보상 신호를 이용하여 LUT을 생성하고 LUT을 반복적으로 업데이트하는 적응 추정 장치를 제공함을 특징으로 한다.
그러나 본 발명은 변조기 후단의 신호를 이용하기 때문에 변조방식 및 규격에 관계없이 적용이 가능하며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전송시스템의 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 복소 전치 등화기(310), 전치 왜곡기(320), 주파수 하향기(330), 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)를 포함한다.
복소 전치 등화기(310)는 고출력 증폭 신호가 채널 필터를 통과함으로써 발생하는 선형 왜곡 성분을 보상한다. 다만, 복소 전치 등화기를 사용함으로써, 변조기 후 단에 전치 등화기를 위치시킬 수 있다. 복소 전치 등화기는 채널 필터를 통과한 대역내의 선형 왜곡 성분뿐만 아니라, 대역 밖의 선형 왜곡 성분도 보상할 수 있다. 왜냐하면, 복소 전치 등화기는 실수부 뿐만 아니라 복소부의 영역도 계산하여 전치 보상하기 때문이다. 즉, 복소 전치 등화기는 비대칭적인 주파수 등화가 가능하다. 또한, 변조기 후 단에 위치하기 때문에 변조 방식 및 규격에 관계없이 적용 가능하다. 복소 전치 등화기(310)는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)에 기준 신호를 제공하고, 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)로부터 추정된 등화계수를 제공 받아 선형 왜곡 보상을 효율적으로 수행한다.
또한, 전치 왜곡기(320)는 주파수 상향된 신호가 고출력 증폭기를 통과하며 발생한 비선형 왜곡 성분을 보상한다. 고출력 증폭기의 특성에 대하여 역의 특성을 가지는 신호로 입력 신호를 왜곡한다. 전치 왜곡기(320)는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)에 기준 신호를 제공하고, 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)로부터 업데이트 된 LUT을 제공받아 비선형 왜곡 보상을 효율적으로 수행한다.
또한, 주파수 하향기(330)는 고출력 증폭되고, 채널 필터를 통과한 신호를 복소 전치 등화기(310)와 전치 왜곡기(320)에서 제공된 기준 신호와 비교 하기 위해 동일한 주파수 대역으로 하향한다. 즉, 주파수 하향기(330)는 비교 신호를 생성한다.
또한, 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)는 복소 전치 등화기 출력 신호, 전치 왜곡기 출력 신호 및 주파수 하향기 출력 신호를 기준 신호와 비교 신호로 활용한다. 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 3가지 신호를 입력 받아 복소 전치 등화기에 적용되는 등화 계수와 전치왜곡기에 적용되는 LUT값을 출력하게 되며, 업데이트를 반복적으로 함으로써 적응적으로 선형 및 비선형 왜곡보상 성분을 제거하게 된다. 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)의 구체적인 내용은 도 4 및 도 5에서 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치(340)는 심볼 동기 왜곡 보상부(410), 적응 선형 왜곡 추정부(420), 적응 비선형 왜곡 추정부(430)를 포함한다.
심볼동기왜곡 보상부(410)는 고출력 증폭기에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호에 기초하여 심볼동기 왜곡을 보상한다. 이때, 심볼 동기 왜곡은 타이밍 및 위상 오프셋에 의하여 발생될 수 있다. 심볼 동기 왜곡 보상부(410)는 고출력 증폭기와 채널 필터를 통과하면서 발생한 비교 신호의 타이밍 및 위상 오프셋에 의한 심볼동기 왜곡을 보상한다. 심볼동기왜곡 보상부(410)에 대해서는 도 6에서 상세히 설명한다.
또한, 적응 선형 왜곡 추정부(420)는 고출력 증폭기에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 상기 주파수가 하향된 하향 신호의 선형 왜곡을 추정한다. 심볼 동기 왜곡이 보상되지 않은 주파수 하향 신호를 비교신호로 하여 적응적으로 선형 왜곡을 추정할 수 있다. 심볼 동기 왜곡이 보상되지 않고, 선형 왜곡을 추정하는 경우에는 안테나를 통해 전송된 신호를 수신하는 수신기에서 별도의 심볼 동기 왜곡 보상을 통해 선형 왜곡을 보상할 수 있다. 또한, 적응 선형 왜곡 추정부(420)는 심볼동기 왜곡이 보상된 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡을 추정할 수 있다. 적응 선형 왜곡 추정부(420)는 심볼동기 왜곡이 보상된 비교 신호와 복소 전치 등화기에서 채널필터로 인한 선형왜곡을 보상하기 위해 출력된 기준 신호의 잔차 오류를 최소화하는 방향으로 업데이트하는 LMS(Least Mean Square)기법을 적용하여 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 추정한다. 추정된 등화 계수는 복소 전치 등화기에 다시 적용되어 채널필터로 인한 선형 왜곡을 보상하고, 추정된 심볼 동기 계수는 심볼동기왜곡 보상부에서 다음 보상 때 적용된다. 적응 선형 왜곡 추정부(420)에 대해서는 도 7에서 상세히 설명한다.
또한, 적응 비선형 왜곡 추정부(430)는 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡을 추정한다. 적응 비선형 왜곡 추정부(430)는 선형 왜곡이 보상된 비교 신호와 전치 왜곡기에서 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡을 보상하기 위해 출력된 기준 신호를 이용하여 LUT을 생성 및 업데이트 한다. 생성 및 업데이트 된 LUT은 전치 왜곡기에 새롭게 적용되어 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡을 효율적으로 보상하게 된다. 적응 비선형 왜곡 추정부(430)에 대해서는 도 8에서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치를 더욱 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 복소 전치 등화기에서 출력된 기준 신호와 주파수 하향기를 통과한 주파수 하향신호의 일정 구간을 캡쳐한다. 캡쳐된 기준 신호와 비교 신호는 심볼 딜레이나 심볼 파워가 일치하지 않기 때문에, 우선 심볼 딜레이와 심볼 파워를 정렬시켜주는 작업이 필요하다. 심볼 딜레이 정렬부(510)는 상호상관함수(Correlation Function)를 이용하여 심볼 딜레이를 계산하고, 기준 신호와 비교신호의 심볼 딜레이를 정렬하며, 심볼 파워 정규화부(520)는 주파수 하향신호의 파워를 선형왜곡보상신호의 파워와 동일하게 정규화한다. 심볼 딜레이와 심볼 파워가 정렬된 선형왜곡보상 신호와 주파수 하향신호는 메모리 버퍼(530)에 저장된다. 메모리 버퍼(530)에 저장된 신호는 추후 적응 선형 왜곡 추정부(420)에서 적응적으로 등화계수와 심볼 동기 계수를 계산할 때 사용된다.
심볼 딜레이와 심볼 파워가 정렬된 주파수 하향신호는 심볼동기왜곡 보상부(410)에서 선형 및 비선형 왜곡을 추정하기 위한 비교 신호로서 심볼동기 왜곡이 보상된다. 심볼동기 왜곡이 보상된 신호와 메모리 버퍼(530)에 저장된, 정렬된 선형 왜곡 보상 신호는 적응 선형 왜곡 추정부(420)에서 비교 신호와 기준 신호로 사용되어 등화 계수 및 심볼 동기 계수가 추정된다. 메모리 버퍼(530)에 저장된 신호만큼 적응 선형 왜곡 추정부(420)는 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 적응적으로 추정한다. 적응적으로 계산되는 등화 계수는 등화 계수 메모리(540)에, 심볼 동기 계수는 심볼 동기 계수 메모리(550)에 저장된다. 메모리에 저장된 등화 계수 및 심볼 동기 계수는 추후 복소 전치 등화기 및 심볼 동기 보상기에 적용된다.
적응 선형 왜곡 추정부(420)에서 출력된 심볼동기 왜곡이 보상되고 선형왜곡이 추정된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호는 심볼 딜레이 정렬부(560)에서 심볼 딜레이가 정렬된다. 심볼 딜레이가 정렬된 신호는 심볼 파워 정규화부(570)에서 비선형 왜곡 보상신호의 파워와 동일하게 정규화된다. 심볼 딜레이와 심볼 파워가 정렬된 비선형 왜곡 보상 신호와 적응적으로 선형 왜곡이 추정된 신호는 메모리 버퍼에 저장된다.
메모리 버퍼에 저장된 기준 신호와 비교신호에 기초하여 적응 비선형 왜곡 추정부(430)는 LUT을 생성하고, 메모리 버퍼에 저장된 신호의 수만큼 LUT를 업데이트하여 고출력 증폭기의 비선형 왜곡 특성을 추정한다. 생성된 LUT은 비선형 왜곡 보상 테이블 메모리에 저장되며, 적응 비선형 왜곡 추정부(430)는 생성된 LUT을 테이블 단위로 업데이트하여 고출력 증폭기의 특성을 추정하는데 수렴속도를 높인다. 등화 계수 메모리(540), 심볼 동기 계수 메모리(550), 비선형 왜곡 보상 테이블 메모리(580)에 저장된 값들은 복소 전치 등화기, 심볼 동기 왜곡 보상부, 전치 왜곡기에 기 설정된 추정 반복 후 적용된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 심볼동기 보상부의 블록도이다.
종래에 알려진 심볼동기 획득기술로는 Gardner와 Citta Loop를 이용한 기법들이 있다. 그러나 본 발명은 선형 왜곡 보상 중 심볼 동기 왜곡을 구별하여 보상함으로써, 복소 전치 등화기에 적용되는 채널 필터로 인한 선형 왜곡을 정확하게 보상할 수 있다.
도6을 참조하면, 심볼 동기 왜곡 보상부(410)는 인터폴레이터(610), 위상 보상부(620)를 포함할 수 있다.
인터폴레이터(610)는 메모리 버퍼에 저장된 심볼 딜레이와 심볼 파워가 정렬된 주파수 하향신호를 입력받아 타이밍 오프셋을 보상한다. 위상 보상부(620)는 타이밍 오프셋이 보상된 신호를 입력받아 위상 오프셋을 보상한다. 각 인터폴레이터(610)와 위상 보상부(620)에서 수행하는 동작은 다음의 식으로 표현될 수 있다.
[ 수학식 1]
Figure 112010027183321-pat00001
[ 수학식 2]
Figure 112010027183321-pat00002
i l=0 l=1 l=2 l=3
2 0 -1/6 0 1/6
1 0 1 1/2 -1/2
0 1 -1/2 -1 1/2
-1 0 -1/3 1/2 -1/6
수학식 1은 인터폴레이터(610)에 적용되는 식이고, 수학식 2는 위상 보상부(620)에 적용되는 식이다. 이 때,
Figure 112010027183321-pat00003
및
Figure 112010027183321-pat00004
는 타이밍 오프셋 업데이트 계수과 위상 오프셋 업데이트 계수를 나타내며,
Figure 112010027183321-pat00005
는 표1에 표시된 것처럼, Cubic 인터폴레이터의 계수를 나타내며, N 은 인터폴레이터의 차수를 나타낸다. I1, I2는 표1에서 보면, i 열에서 해당하는 계수를 가리키며, i 에서 2,1,0,-1 중 임의의 경우가 될 수 있다. 예를 들면, I1이 -1이고, I2가 2이면, i 는 -1에서 2인 경우까지 -1, 0, 1, 2에 해당하는 4번의 연산을 필요로 한다. 표1은 임의의 계수에 대한 표이므로 고정된 것이 아니다. 정렬된 주파수 하향신호는 수학식 1과 2를 거쳐 최종적으로 심볼동기 왜곡을 보상한다. 이 때,
Figure 112010027183321-pat00006
와
Figure 112010027183321-pat00007
값은 적응 선형 왜곡 추정부를 통해 계산하게 된다.
Figure 112010027183321-pat00008
,
Figure 112010027183321-pat00009
의 초기값은 0이다. x(i)는 정렬된 주파수 하향신호로 입력신호이며, y(t)는 타이밍 오프셋이 보상된 신호, z(t)는 위상 오프셋이 보상되어 최종적으로 심볼 동기 왜곡이 보상된 신호이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 적응 선형 왜곡 추정부의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 적응 선형 왜곡 추정부(420)는 심볼 동기 왜곡이 보상된 정렬된 주파수 하향신호(z(t))와 정렬된 선형 왜곡 보상신호(r(t))를 이용하여 적응적으로 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 업데이트하는 적응적 처리부(710)를 포함할 수 있다. 적응적 처리부(710)의 동작은 다음의 식으로 표현될 수 있다.
[ 수학식 3]
Figure 112010027183321-pat00010
Figure 112010027183321-pat00011
는 길이 K인 전치 등화기 필터계수를 나타내며,
Figure 112010027183321-pat00012
이다. 생성된 전치 등화기 필터 계수는 메모리에 저장되었다가 추후 전치 등화기에 적용 된다. 적응적 처리부(710)는 적응적으로 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 업데이트하기 위해 기준 신호와 비교 신호의 잔차 오류를 최소화하는 방향으로 업데이트하는 LMS 기법을 적용하였으며, 필터 업데이트 수식은 다음과 같다.
[ 수학식 4]
Figure 112010027183321-pat00013
이 때,
Figure 112010027183321-pat00014
은 필터 계수의 스텝 사이즈(step-size) 값을 나타낸다. 스텝 사이즈 값은 임의로 설정할 수 있으며, 추정되는 계수의 정확도에 따라 설정할 수 있다. err 은 오차신호를 의미하며, 정렬된 선형 왜곡 보상신호(r(t))와 적응적 처리부(710)에서 처리된 정렬된 주파수 하향 변환 신호(f(t))의 차이를 의미한다. 즉, 기준 신호와 비교 신호의 차이를 의미한다. Z*는 정렬된 주파수 하향 변환 신호
Figure 112010027183321-pat00015
의 공액 복소수를 의미한다. 적응적 처리부(710)는 적응적인 계산을 통해 전치 등화기의 필터계수, 즉, 등화계수를 계산할 수 있다.
또한, 적응적 처리부(710)는 심볼 동기 왜곡을 보상하기 위한
Figure 112010027183321-pat00016
와
Figure 112010027183321-pat00017
계수 역시 다음의 적응적 필터 업데이트 수식을 통해 계산할 수 있다. 심볼 동기 계수는 타이밍 오프셋 업데이트 계수(
Figure 112010027183321-pat00018
) 및 위상 오프셋 업데이트 계수(
Figure 112010027183321-pat00019
)를 포함할 수 있다.
[ 수학식 5]
Figure 112010027183321-pat00020
Figure 112010027183321-pat00021
Figure 112010027183321-pat00022
Figure 112010027183321-pat00023
[ 수학식 6]
Figure 112010027183321-pat00024
Figure 112010027183321-pat00025
Figure 112010027183321-pat00026
Figure 112010027183321-pat00027
이 때,
Figure 112010027183321-pat00028
와
Figure 112010027183321-pat00029
은 심볼동기 계수의 step-size 를 나타내며, errre는 정렬된선형 왜곡 보상 신호의 제곱 값과 등화 계수의 공액 복소수에 심볼동기왜곡 보상된 신호를 곱한 값의 제곱 값의 차이, Zuk는 심볼동기왜곡 보상된 신호를 uk로 편미분한 값, Zθ는 상기 심볼동기왜곡 보상된 신호를
Figure 112010027183321-pat00030
로 편미분한 값을 나타낸다. 즉, errre는 오차신호의 실수부를 의미한다. 스텝 사이즈 값은 임의로 설정할 수 있으며, 추정되는 계수의 정확도에 따라 설정할 수 있다.
Figure 112010027183321-pat00031
는
Figure 112010027183321-pat00032
의 실수부(Ich) 값과 허수부(Qch) 값을 나타낸다. 따라서, 수학식5,6을 이용하면 적응적으로
Figure 112010027183321-pat00033
와
Figure 112010027183321-pat00034
값을 계산할 수 있으며, 추후 심볼 동기 왜곡 보상부에서 적용된다. 따라서, 적응 선형 왜곡 추정부를 이용하여 선형왜곡을 제거할 수 있으며, 채널필터에 의한 선형왜곡특성과 심볼동기 왜곡에 의한 선형왜곡특성을 구별하여 추정함으로써 전치등화기 필터 계수를 효율적으로 추정이 가능하다. 적응적 처리부(710)는 메모리 버퍼에 저장된 정렬된 주파수 하향 변환 신호와 정렬된 선형 왜곡 보상 신호를 계속적으로 입력받아 등화 계수, 타이밍 오프셋 업데이트 계수, 위상 오프셋 업데이트 계수를 적응적으로 추정한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 적응 비선형 왜곡 추정부의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 적응 비선형 왜곡 추정부(430)는 룩업 테이블 생성부(810), 메모리(820), 적응적 업데이트부(830)를 포함할 수 있다.
룩업 테이블 생성부(810)는 비선형 왜곡 보상 신호와 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에 기초하여 룩업 테이블(LUT)을 생성한다. 룩업 테이블 생성부(810)는 비선형 왜곡 보상 신호(k(t))를 기준신호로, 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호(f(t))를 비교신호로 하여 LUT을 생성한다. 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호는 심볼 동기 왜곡이 보상되고 선형 왜곡이 보상되어 고출력 증폭기의 비선형 특성만 가지고 있으므로 정확한 비교 신호로 기능할 수 있다. 룩업 테이블 생성부(810)는 메모리 버퍼에 저장된 정렬된 기준신호와 비교신호를 이용하여 AM/AM, AM/PM 심볼을 생성하고, 다음 수식에 표시된 것처럼, 같은 LUT 구간에 들어오는 심볼들의 평균값을 취하여 구간 대표값으로 선택한다. 룩업 테이블 생성부(810)는 같은 LUT 구간에 들어오는 심볼들의 평균값을 구간 대표값으로 취함으로써 비선형왜곡보상 테이블을 구성할 때 잔류 오류성분을 최소화 하여 비선형 왜곡 보상 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 룩업 테이블 생성부(810)는 각각의 AM/AM AM/PM심볼에 산재되어 있는 지터 노이즈(Jitter noise) 부가적인 백색 가우시안 잡음(AWGN) 등 기타 노이즈 값들이 가지는 동일 확률분포(Uniform Random Distribution)특성을 구간단위의 평균값 계산을 통해 최소화 할 수 있다.
[ 수학식 7]
Figure 112010027183321-pat00035
이 때, N은 특정 LUT 구간에 들어오는 심볼들의 수를 나타낸다. 상기 식을 이용하는 방법은 구현이 간편하다는 장점이 있지만, 한번만 LUT을 생성할 경우, 상대적으로 Curve Fitting을 이용한 polynomial 방법보다 비선형 왜곡보상 성능이 떨어진다. 따라서, 비선형 왜곡보상 성능의 향상을 위해 반복적으로 LUT을 업데이트할 필요가 있다.
또한, 메모리(820)는 룩업 테이블 생성부(810)에서 생성된 룩업 테이블 및 적응적 업데이트부에서 업데이트 된 룩업 테이블을 저장한다. 메모리(820)는 메모리 버퍼에 저장된 신호들을 통해 기 설정된 횟수만큼의 룩업 테이블 업데이트가 완료되면 최후의 업데이트 된 룩업 테이블을 전치 왜곡기에 제공한다.
또한, 적응적 업데이트부(830)는 생성된 룩업 테이블에 기초하여 메모리 버퍼에 저장된 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호의 입력에 따라 적응적으로 룩업 테이블을 업데이트 한다. 적응적 업데이트부(830)는 메모리 버퍼에 저장된 비선형 왜곡 보상 신호와 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호만큼 메모리에 저장되어 있는 기존의 룩업 테이블을 테이블 단위로 업데이트한다. 새롭게 생성된 LUT을 LUT_new 라 정의하고 현재 메모리에 저장되어 있는 LUT을 LUT_old라 정의하면, 다음과 같은 테이블 기반 업데이트 수식을 이용하여 LUT를 업데이트 한다.
[ 수학식 8]
Figure 112010027183321-pat00036
이 때,
Figure 112010027183321-pat00037
는 LUT 업데이트의 스텝 사이즈(step-size)를 나타낸다. 적응적 업데이트부(830)는 LUT의 업데이트를 통해, 최종적으로 LUT이 HPA 특성에 적응적으로 따라가도록 생성이 가능하다. 기존의 LUT 업데이트는 Symbol 단위의 입력을 받아 LUT의 특정구간에 해당하는 값으로 Index mapping하고, symbol 단위로 LUT 구간 마다 따로 업데이트하였다. 그런데, 적응적 업데이트부(830)는 테이블단위의 업데이트를 통해 Jitter noise에 더 강인한 특성을 보이며, 나아가 비선형왜곡보상 테이블을 구성할 때 잔류 오류성분을 최소화 하여 비선형 왜곡 보상 성능을 향상시킬 수 있다. 왜냐하면, 적응적 업데이트부(830)는 각각의 AM/AM AM/PM심볼에 산재되어 있는 지터 노이즈(Jitter noise)값들이 가지는 동일 확률분포(Uniform Random Distribution)특성을 구간단위의 평균값 계산을 통해 최소화 할 수 있기 때문이다. 또한, 적응적 업데이트부(830)는 HPA의 주변온도나 노후화로 인한 특성변화에 적응적으로 대체할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 복소 전치 등화기 및 전치 왜곡기에서 출력되는 신호가 변조기 후단의 신호를 이용함으로써, 적응적으로 심볼 동기 계수와 등화 계수 및 LUT을 업데이트 할 때, 업데이트 이전의 값에 기초하여 업데이트 할 수 있다. 심볼 동기 계수와 등화 계수는 적응 선형 왜곡 보상 장치에서 메모리 버퍼에 저장되어 있는 신호만큼 전 단계의 계수에 기초하여 반복을 통해 적응적으로 업데이트된다. LUT은 적응 비선형 왜곡 보상 장치에서 메모리 버퍼에 저장되어 있는 신호만큼 전 단계의 LUT에 기초하여 반복을 통해 적응적으로 업데이트된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 추정 카운트를 초기화(910)한다. 복소 전치 등화기와 전치 왜곡기에 적용되는 계수 및 LUT은 기 설정된 추정 횟수를 만족하면 확정된다. 따라서, 추정을 시작할 때 추정 카운트를 초기화하여 추정 횟수를 카운트 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 고출력 증폭기에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호에 기초하여 타이밍 및 위상 오프셋에 의한 심볼 동기 왜곡을 보상한다(920). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 고출력 증폭기와 채널 필터를 통과하면서 발생한 비교 신호의 타이밍 및 위상 오프셋에 의한 심볼동기 왜곡을 보상한다. 종래와 구별되는 점은 선형 왜곡을 추정하는 부분과 구별하여 심볼동기 왜곡을 보상한다는 점이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 심볼동기 왜곡이 보상된 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡을 추정한다(930). 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 심볼동기 왜곡이 보상되지 않은 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡을 추정할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 심볼동기 왜곡이 보상된 비교 신호와 복소 전치 등화기에서 채널필터로 인한 선형왜곡을 보상하기 위해 출력된 기준 신호의 잔차 오류를 최소화하는 방향으로 업데이트하는 LMS(Least Mean Square)기법을 적용하여 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 추정한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡을 추정한다(940). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 선형 왜곡이 보상된 비교 신호와 전치 왜곡기에서 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡을 보상하기 위해 출력된 기준 신호를 이용하여 LUT을 생성 및 업데이트 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 추정 카운트를 1만큼 증가시킨다(950). 선형 왜곡 보상에 필요한 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 추정하였고, 비선형 왜곡 보상에 필요한 LUT을 업데이트하였으므로 추정 카운트를 1만큼 증가한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 복소 전치 등화기에 추정된 등화 계수를 적용한다(960). 추정된 등화 계수를 적용하여 복소 전치 등화기는 채널 필터로 인한 선형 왜곡에 대응하는 입력 신호로 복소 전치 등화시킨다. 복소 전치 등화기에서 출력된 신호는 선형 왜곡 보상 신호로 다시 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치에 기준 신호로 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 전치 왜곡기에 생성된 LUT을 적용한다(970). 전치 왜곡기는 업데이트 된 LUT을 이용하여 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡에 대응하는 비선형 왜곡 보상 신호를 생성한다. 전치 왜곡기에서 출력된 신호는 비선형 왜곡 보상 신호로 다시 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치에 기준 신호로 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 추정 카운트가 기 설정된 횟수 a보다 크거나 같은지 판단한다(980). 추정 카운트가 기 설정된 추정 횟수 a보다 작으면 다시 추정을 반복하고, a보다 크거나 같으면 추정을 종료하고 확정된 계수 및 LUT를 적용하여 전송 신호를 주파수 상향, 고출력 증폭, 채널 필터, 안테나를 통해 송신한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 심볼 동기 왜곡 보상단계의 구체적인 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 타이밍 오프셋을 보상할 수 있다(1010). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 메모리 버퍼에 저장된 심볼 딜레이와 심볼 파워가 정렬된 주파수 하향신호를 입력받아 타이밍 오프셋을 보상할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 위상 오프셋을 보상할 수 있다(1020). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 타이밍 오프셋이 보상된 신호의 위상 오프셋을 보상할 수 있다. 심볼 동기 왜곡 보상에 대한 구체적인 내용은 도 6에서 설명한 것과 같다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적 선형 왜곡 보상단계의 구체적인 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 전치 등화계수를 생성할 수 있다(1110). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 심볼 동기 왜곡이 보상된 정렬된 주파수 하향신호와 정렬된 선형 왜곡 보상신호를 이용하여 적응적으로 필터계수를 업데이트할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 적응적으로 필터계수를 업데이트하기 위해 기준 신호와 비교 신호의 잔차 오류를 최소화하는 방향으로 업데이트하는 LMS 기법을 적용한다. 생성된 전치 등화 계수는 메모리 버퍼에 저장되어 있는 신호만큼 적응적으로 업데이트되고, 추후 복소 전치 등화기에 적용된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 심볼 동기 계수를 생성할 수 있다(1120). 생성된 심볼 동기 계수는 메모리 버퍼에 저장되어 있는 신호만큼 적응적으로 업데이트되고, 추후 심볼 동기 왜곡을 보상하는데 적용된다. 적응적 선형 왜곡 보상에 대한 구체적인 내용은 도 7에서 설명한 것과 같다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적 비선형 왜곡 보상단계의 구체적인 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 룩업 테이블을 생성할 수 있다(1210). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 비선형 왜곡 보상 신호와 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에 기초하여 룩업 테이블(LUT)을 생성할 수 있다. 적응적 비선형 왜곡 보상단계는 비선형 왜곡 보상 신호를 기준신호로, 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호를 비교신호로 하여 LUT을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 룩업 테이블을 업데이트할 수 있다(1220). 본 발명의 일실시예에 따른 전송 시스템은 생성된 룩업 테이블에 기초하여 메모리 버퍼에 저장된 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호의 입력에 따라 적응적으로 룩업 테이블을 업데이트할 수 있다. 적응적 비선형 왜곡 보상단계는 메모리 버퍼에 저장된 비선형 왜곡 보상 신호와 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호만큼 메모리에 저장되어 있는 기존의 룩업 테이블을 테이블 단위로 업데이트할 수 있다. 적응적 비선형 왜곡 보상에 대한 구체적인 내용은 도 8에서 설명한 것과 같다.
도 13은 메모리 버퍼에 저장된 정렬된 기준신호와 비교신호를 이용하여 AM/AM AM/PM 심볼을 생성하고 나타낸 그래프이다. LUT의 생성 방법은 메모리 버퍼에 저장된 정렬된 기준신호와 비교신호를 이용하여 AM/AM, AM/PM 심볼을 생성하고, 같은 LUT 구간에 들어오는 심볼들의 평균값을 취하여 구간 대표값으로 선택한다.
도 14는 각 LUT 구간에 들어오는 AM/AM AM/PM 심볼의 분포 확률을 나타낸 그래프이다.
도 14를 참조하면, 각 LUT 구간에 들어오는 샘플들은 모든 LUT에 동일한 확률로 들어오는 것이 아니라 LUT구간에 따라 심볼 발생 확률이 다름을 알 수 있다. 따라서 LUT 업데이트는 스텝 사이즈(step-size)를 고정적인 값으로 하는 것 보다, 확률 분포에 비례하여, 샘플의 수가 많은 구간에는 스텝 사이즈(step-size)를 크게 하고, 샘플의 수가 적은 구간에는 스텝 사이즈(step-size)를 작게 하는 가변 스텝 사이즈(step-size) 기법을 적용하면 LUT의 수렴속도를 향상시킬 수 있다. 다음 수식은 LUT 스텝 사이즈(step-size) 값을 계산하는 방법이다.
[ 수학식 9]
Figure 112010027183321-pat00038
이 때,
Figure 112010027183321-pat00039
는 최소 업데이트 스텝 사이즈(step-size)를 나타내고,
Figure 112010027183321-pat00040
은 구간별 샘플 빈도 확률을 나타내며, M은 LUT을 만들기 위해 사용된 전체 AM, PM 샘플 수를 나타내고,
Figure 112010027183321-pat00041
는 n번째 LUT구간에서 구간 평균값에 적용된 AM, PM 샘플 수를 나타낸다.
최종적으로 업데이트된 LUT값은 메모리에 저장되어 추후 전치 왜곡기에 적용되며, 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 선형 및 비선형 왜곡 보상이 적용된 피드백 신호를 다시 Capturing 하여, 등화 계수, 심볼 동기 계수, LUT의 생성을 반복한다.
본 발명은 DMB, DVB-T, ISDB-T 그리고 ATSC와 같은 무선 방송과 통신에 사용되는 전송시스템의 문제점인 고출력 증폭기의 비선형 왜곡특성과 채널 필터의 선형 왜곡특성을 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 기준 신호와 비교 신호에 존재하는 선형 왜곡 성분을 제거하고 LUT을 이용하여 HPA 비선형 왜곡 특성을 추정한다. 종전의 LUT을 이용하는 경우의 장점을 그대로 가지며, 선형 왜곡 성분을 제거하여 더 좋은 비선형 왜곡 보상 성능을 보여준다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 시간에 따라 변화하는 HPA의 특성을 추정하기 위해 테이블 기반의 반복적 LUT업데이트 기법을 제안하며, 반복적 LUT 업데이트 결과 HPA 비선형 왜곡 특성을 적응적으로 추정 가능함을 보여준다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치는 잔류 왜곡 성분에서 채널 필터에 의한 선형 왜곡 성분을 보상하기 위해 등화 계수를 계산하고, 계산된 등화 계수를 복소 전치 등화기(Complex Pre-equalizer)에 적용한다.
본 발명의 일실시예에 따른 복소 전치 등화기는 변조기 후 단에 위치할 수 있다.
전치 등화기 입력을 x(t)라 하고 출력을 y(t)라 할 때 y(t)는 다음과 같이 구해진다.
Figure 112010027183321-pat00042
, 이때,등화기탭계수(K=등화기탭계수)
Figure 112010027183321-pat00043
,
Figure 112010027183321-pat00044
를 나타낸다. 전치 등화기 탭이 실수부만 있을 때 위 식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112010027183321-pat00045
따라서, K 번의 실수 곱셉 연산과 K 번의 실수 덧셈 연산으로 표현이 가능하다.
전치 등화기 탭이 복소부가 같이 있을 때 위 식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112010027183321-pat00046
따라서, 4K 번의 실수 곱셉 연산과 4K 번의 실수 덧셈 연산으로 표현이 가능하다.
복소 전치 등화기에서는 기존 대비 4배만큼의 실수 곱셈연산과 실수 덧셈 연산이 증가한다. 하지만 기존 방법의 경우 전치 등화기 계수를 구하기 위해 추가적인 VSB 복조기를 통과해야 한다. 따라서, 추가적인 VSB 복조기 만큼의 계산량이 필요하며, 추가 계산량은 전치 등화기에서의 계산량에 비해 훨씬 더 많은 곱셉과 덧셈연산을 필요로 한다. 결과적으로 복소 전치 등화기를 사용하는 것이 하드웨어 구현시 복잡도를 낮출 수 있다.
또한, 복소 전치 등화기는 특정 변조 및 복조 방식(예를 들면, VSB/QAM/PSK 등)에 상관없이 적용이 가능하다. 왜냐하면 복소 전치 등화기는 변복조기 후단에 적용하기 때문이다.
또한, 기존의 실수 전치 등화기는 실수에만 데이터를 가지는 특정 변조방식(PAM 계열 또는 BPSK)에만 적용 가능하다. 하지만 최근에 사용하는 QAM 계열의 변조 방식은 실수부에만 데이터를 가지는 것이 아니라 허수부에도 데이터를 가지고 있기 때문에 실수 전치 등화기로는 그 등화 성능에 한계가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

  1. 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡-상기 채널 필터에서 발생하는-을 추정하는 적응 선형 왜곡 추정부; 및
    상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡-고출력 증폭기에서 발생하는 -을 추정하는 적응 비선형 왜곡 추정부를 포함하고,
    상기 복소 전치 등화기는 상기 추정된 선형 왜곡에 기초하여, 상기 주파수가 하향된 하향 신호에서 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호를 출력하고,
    상기 전치 왜곡기는 상기 추정된 비선형 왜곡에 기초하여, 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에서 비선형 왜곡을 보상하는
    자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호의 상기 주파수가 하향되는 과정에서 발생하는 심볼 동기 왜곡을 보상하는 심볼 동기 왜곡 보상부
    를 더 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 심볼 동기 왜곡 보상부는,
    상기 주파수가 하향된 하향신호에서 타이밍 오프셋을 보상하는 인터폴레이터; 및
    상기 타이밍 오프셋이 보상된 신호에서 위상 오프셋을 보상하는 위상 보상부
    를 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 적응 선형 왜곡 추정부는,
    상기 심볼 동기 왜곡이 보상된 신호 및 상기 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 업데이트하는 적응적 처리부
    를 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 등화 계수는 수학식 1을 통하여 적응적으로 계산되고,
    여기서, Hn은 복소 전치 등화기의 등화 계수, gain1은 등화계수의 스텝 사이즈, err은 상기 선형 왜곡 보상 신호와 적응적으로 처리된 정렬된 주파수 하향 변환 신호의 차이, Z*는 심볼동기왜곡 보상된 신호의 공액 복소수 값,r(t)는 상기 선형 왜곡 보상 신호, f(t)는 상기 정렬된 주파수 하향 변환 신호
    [수학식 1]
    Figure 112011061710944-pat00047

    상기 심볼 동기 계수는 타이밍 오프셋 업데이트 계수 및 위상 오프셋 업데이트 계수를 포함하고,
    상기 타이밍 오프셋 업데이트 계수는 수학식 2를 통하여 적응적으로 계산되고,
    여기서, uk는 타이밍 오프셋 업데이트 계수, gain2는 상기 타이밍 오프셋 업데이트 계수의 스텝 사이즈, errre은 상기 선형 왜곡 보상 신호의 제곱과 등화 계수의 공액 복소수에 심볼동기왜곡 보상된 신호를 곱한 값의 제곱 값의 차이, Zuk는 상기 심볼동기왜곡 보상된 신호를 uk로 편미분한 값,
    [수학식 2]
    Figure 112011061710944-pat00048

    상기 위상 오프셋 업데이트 계수는 수학식 3을 통하여 적응적으로 계산되고,
    여기서,
    Figure 112011061710944-pat00049
    는 상기 위상 오프셋 업데이트 계수, gain3는 상기 위상 오프셋 업데이트 계수의 스텝 사이즈, Zθ는 상기 심볼동기왜곡 보상된 신호를
    Figure 112011061710944-pat00050
    로 편미분한 값인
    [수학식 3]
    Figure 112011061710944-pat00051

    것을 특징으로 하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적응 비선형 왜곡 추정부는,
    상기 비선형 왜곡 보상신호와 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에 기초하여 룩업 테이블(LUT)을 생성하는 룩업 테이블 생성부; 및
    상기 생성된 룩업 테이블에 기초하여 메모리 버퍼에 저장된 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호의 입력에 따라 적응적으로 룩업 테이블을 업데이트 하는 적응적 업데이트부을 포함하고,
    상기 적응적 업데이트부는 다음의 수식을 이용하여 상기 룩업 테이블을 테이블 단위로 업데이트하고, 여기서, LUT_old는 현재 메모리에 저장되어 있는 룩업 테이블, LUT_new는 새롭게 생성되는 룩업 테이블, μ는 스텝 사이즈인
    Figure 112011061710944-pat00067

    것을 특징으로 하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 테이블 단위로 업데이트시, 상기 스텝 사이즈를 룩업 테이블의 구간에 따른 심볼 발생 확률에 따라 가변적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복소 전치 등화기 및 상기 전치 왜곡기에서 출력되는 신호는 변조기 후단의 신호인 것을 특징으로 하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선형 왜곡 보상 신호와 상기 주파수 하향 신호의 심볼 딜레이를 정렬하는 심볼 딜레이 정렬부; 및
    상기 심볼 딜레이가 정렬된 각 신호의 심볼 파워를 정규화하는 심볼 파워 정규화부
    를 더 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 상기 비선형 왜곡 보상 신호의 심볼 딜레이를 정렬하는 심볼 딜레이 정렬부; 및
    상기 심볼 딜레이가 정렬된 각 신호의 심볼 파워를 정규화하는 심볼 파워 정규화부
    를 더 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복소 전치 등화기 및 상기 전치 왜곡기에서 출력되는 신호는 변조기 후단의 신호를 이용함으로써, 적응적으로 심볼동기 계수와 등화계수 및 룩업 테이블을 업데이트 할 때, 업데이트 이전의 값에 기초하여 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 장치.
  12. 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호와 복소 전치 등화기에서 출력된 선형 왜곡 보상 신호에 기초하여 적응적으로 선형 왜곡-상기 채널 필터에서 발생하는-을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호와 전치 왜곡기에서 출력된 비선형 왜곡 보상신호에 기초하여 적응적으로 비선형 왜곡-고출력 증폭기에서 발생하는 -을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 복소 전치 등화기는 상기 추정된 선형 왜곡에 기초하여, 상기 주파수가 하향된 하향 신호에서 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호를 출력하고,
    상기 전치 왜곡기는 상기 추정된 비선형 왜곡 신호에 기초하여, 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에서 비선형 왜곡을 보상하는
    자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 채널 필터에서 출력되어 주파수가 하향된 하향 신호의 상기 주파수가 하향되는 과정에서 발생하는 심볼 동기 왜곡을 보상하는 단계
    를 더 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 심볼 동기 왜곡을 보상하는 단계는,
    상기 주파수가 하향된 하향신호에서 타이밍 오프셋을 보상하는 단계; 및
    상기 타이밍 오프셋이 보상된 신호에서 위상 오프셋을 보상하는 단계
    를 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 적응적으로 선형 왜곡을 추정하는 단계는,
    상기 심볼동기 왜곡이 보상된 신호에 기초하여 적응적으로 등화 계수 및 심볼 동기 계수를 업데이트하는 단계
    를 포함하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 적응적으로 비선형 왜곡을 추정하는 단계는,
    상기 비선형 왜곡 보상신호와 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호에 기초하여 룩업 테이블(LUT)을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 룩업 테이블에 기초하여 메모리 버퍼에 저장된 상기 추정된 선형 왜곡이 보상된 신호의 입력에 따라 적응적으로 룩업 테이블을 업데이트 하는 단계를 포함하고,
    상기 적응적으로 룩업 테이블을 업데이트 하는 단계는 다음의 수식을 이용하여 상기 룩업 테이블을 테이블 단위로 업데이트하고, 여기서, LUT_old는 현재 메모리에 저장되어 있는 룩업 테이블, LUT_new는 새롭게 생성되는 룩업 테이블, μ는 스텝 사이즈인
    Figure 112011061710944-pat00068

    것을 특징으로 하는 자동 선형 및 비선형 왜곡 보상 방법.
  17. 삭제
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