KR101137322B1 - 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 overlap and save 방식을 이용하여 채널 등화를 수행시 중첩 비율(Overlap Ratio)을 조정할 수 있도록 하는 등화 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 수신 신호로부터 전송 채널을 추정하고, 추정된 채널 상황에 따라 등화기에서 필요한 유효 필터의 길이를 예측하고 그 정보를 이용해서 중첩 비율을 조절하여 주파수 영역 등화기 내 유효 필터의 길이를 제어함으로써, 등화시 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 유효 필터의 길이를 늘일 때 하드웨어를 증가시키지 않고 중첩 비율을 조정하여 늘일 수 있으므로 하드웨어 효율성을 증가시킬 수 있다.

overlap, 유효 필터 길이, Save, 채널 추정

Description

디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치{Channel equalizer in digital broadcasting receiver}

도 1은 일반적인 예측 결정 궤환 등화 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도

도 2는 일반적인 overlap and save 방식을 사용하는 주파수 영역 등화 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도

도 3의 (a) 내지 (c)는 데이터 중첩 과정을 보인 개념도

도 4는 본 발명에 따른 overlap and save 방식을 사용하는 주파수 영역 등화 장치의 일 실시예를 보인 구성 블록도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

210 : 중첩부 220 : 선형 등화부

230 : 세이브부 240 : 제로 패딩부

410 : 채널 추정부 420 : 필터 길이 선택부

430 : 클럭 발생부

본 발명은 디지털 방송 수신기에 관한 것으로서, 특히 중첩 비율(Overlap Ratio)을 조정할 수 있는 등화 장치에 관한 것이다.

디지털 통신 시스템에서 수신단을 통해 들어온 신호는 다중 경로의 전송채널을 통과하면서 인접신호간의 간섭을 받아 심하게 왜곡된 상태가 된다. 따라서 왜곡된 수신 신호로부터 원 신호를 복원하기 위해서는 채널의 보상을 위한 등화기의 채용이 필요하다.

또한 일반적인 송수신 환경에서 송신신호가 여러 경로를 통해 서로 전파되므로, 시간 지연과 진폭 등이 서로 다른 신호들이 동시에 수신기에 도달하는데 메인 경로에 비해 시간 지연이 긴 신호(long ghost)가 수신될 경우 등화 구간이 긴 등화기가 필요하다. 이때, 선형 등화기의 경우 등화 구간의 길이는 등화기의 필터 길이와 비례하므로 긴 고스트(long ghost)를 보상하기 위해선 필터의 길이가 길어져 하드웨어 복잡도가 증가하게 된다.

일반적으로 통신 채널은 고정되어있지 않고 시변이므로 등화기는 이러한 채널의 시변 특성을 추적할 수 있어야 하며 이런 등화기를 적응형 등화기라고 한다.

가장 많이 사용되는 적응형 채널 등화기로는 결정 궤환 등화기(Decision Feedback Equalizer ; DFE)가 있다. 상기 DFE는 수신된 신호가 다중경로 채널을 통해 들어오는 경우 가장 에너지가 크게 들어오는 경로를 메인 경로로 삼고 나머지 경로들은 모두 반사경로를 통해 들어오는 인접신호 간섭(ISI) 혹은 고스트 신호(Ghost Signal)로 간주한 후 메인 경로를 통해 들어온 신호에 대해서만 위상과 크기를 보정하여 추출하고 나머지 경로를 통해서 들어오는 신호들은 제거를 하는 방식이다. 즉 상기 DFE 구조는 잡음 증가가 적고 무한 응답(IIR, Infinite Impulse Response) 필터를 포함하므로, 필터의 길이에 해당하는 시간 지연에 따른 신호 왜곡을 보상할 수 있다는 장점이 있는 반면, 잘못된 결정에 의한 불안정성이 단점이 된다.

이러한 단점을 보안하기 위한 것으로 선형 필터만을 가지는 도 1과 같은 종래의 예측 결정 궤환 등화기(pDFE, Predictive Decision Feedback Equalizer) 구조가 있다.

도 1의 예측 결정 궤환 등화 장치(pDFE)는 선형 등화부(110), 잡음 제거부(120), 결정부(130), 및 에러 생성부(140)로 구성된다.

상기 선형 등화부(110)는 수신되어 입력되는 신호를 선형 등화하여 잡음 제거부(120)와 에러 생성부(140)로 출력한다.

상기 잡음 제거부(120)는 잡음 예측기(121)와 감산기(122)로 구성되며, 상기 잡음 예측기(121)는 상기 선형 등화부(110)의 출력으로부터 유색 잡음만을 추출하여 등화시 증폭된 잡음을 예측한 후 감산기(122)로 출력한다. 상기 감산기(122)는 상기 선형 등화부(110)의 출력에서 상기 잡음 예측기(121)의 예측 잡음을 빼 잡음을 백색화시킨 후 결정부(130)로 출력한다.

상기 결정부(130)는 상기 잡음 제거부(120)의 출력단에 연결되며, 기 설정된 다수개의 결정값들 중 상기 잡음이 백색화된 신호와 가장 가까운 결정값을 선택하여 잡음 예측기(121)와 에러 생성부(140)로 출력한다.

상기 에러 생성부(140)는 선형 등화부(110)에서 등화된 신호와 상기 결정부(130)에서 결정된 결정값과의 차를 에러 신호로 하여 상기 선형 등화부(110)로 출 력한다. 상기 선형 등화부(110)는 에러 신호를 이용하여 필터 계수를 갱신하면서 수신된 신호를 적응 등화하게 된다. 상기 도 1에서 n은 시간에 따른 인덱스이다.

이때 상기된 도 1의 예측 결정 궤환 등화기는 잡음 예측기가 결정 궤환 필터를 사용할 때 얻는 잡음 감소 역할을 대신하지만, 선형 등화기만을 이용하기 때문에 결정 궤환 등화기와 같은 영역의 왜곡을 등화하기 위해서는 보다 긴 필터가 필요하다. 그리고 도심지나 실내에서 방송을 수신하는 경우 신호 간섭에 의한 강한 왜곡이 생기게 되고 이를 선형 등화하기 위해서는 필터의 길이가 상당히 길어질 필요가 있다. 이때 선형 등화기를 시간 영역에서 구현한다면 하드웨어 복잡도가 크게 증가하는 문제가 발생하게 된다.

도 2는 이러한 하드웨어 복잡도를 해결하기 위한 것으로서, 도 1의 선형 등화부를 주파수 영역에서 구현한 주파수 영역 선형 등화 장치의 구성 블록도이다.

도 2의 주파수 영역 선형 등화 구조에서 선형 컨벌루션 효과를 얻기 위해 중첩 및 세이브(overlap and save) 방식이 사용되었다. 이때 이전 데이터와 새로운 데이터를 중첩시키는 비율이 필터의 길이를 결정하게 된다. 그리고 이 중첩 비율을 조정하면 실제 하드웨어의 증가 없이 필터의 길이를 늘이는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 전송 채널을 통해 수신된 입력 데이터 u(n)는 중첩부(210)에서 중첩되어 선형 등화부(220)의 제1 고속 푸리에 변환(FFT)부(221)로 출력된다. 상기 제1 FFT부(221)는 FFT 연산을 수행하여 시간 영역의 중첩 신호를 주파수 영역의 중첩 신호 U(k)로 변환하여 복소 곱셈기(222)와 제1 지연기(226)로 출력한다. 상기 k는 N-point FFT를 사용하여 시간 데이터를 주파수 데이터로 변환하였을 때의 1부터 N까 지에 해당하는 주파수 인덱스이다.

한편 제로 패딩(zero padding)부(240)는 에러 생성부에서 입력되는 시간 영역의 에러 신호 e(n)에 수신 신호 u(n)가 중첩되는 양에 해당하는 양의 영(zero)을 첨가한 후 제2 FFT부(227)로 출력하여 주파수 영역의 에러 신호 E(k)로 변환한다.

상기 제1 지연기(226)에서 지연된 주파수 영역의 수신 신호 U'(k)와 상기 제2 FFT부(227)에서 FFT된 주파수 영역의 에러 신호 E(k)는 계수 갱신부(225)로 입력된다.

상기 계수 갱신부(225)는 제1 지연기(226)에서 지연된 수신 신호 U'(k)와 제2 FFT부(227)에서 FFT된 에러 신호 E(k), 그리고 이전 등화기 계수 W^(t)(k)를 이용하여 다음 시간 t+1의 등화기 계수 W^(t+1)(k)를 구한다. 상기 계수 갱신부(225)에서 갱신된 등화기 계수 W^(t+1)(k)는 복소 곱셈기(222)로 출력됨과 동시에 이전 등화기 계수로 이용하기 위해 제2 지연기(224)를 거쳐 상기 계수 갱신부(225)에 저장된다. 상기 계수 갱신부(225)에는 모든 일반적인 적응 등화 알고리즘을 사용할 수 있다.

상기 복소 곱셈기(222)는 주파수 영역의 수신 신호 U(k)와 등화기 계수 W^(t+1)(k)를 곱하여 상기 수신 신호 U(k)에 포함된 왜곡을 보상한 후 IFFT부(223)로 출력한다. 상기 IFFT부(223)는 선형 등화된 주파수 영역의 신호를 다시 시간 영역의 신호로 변환하여 세이브부(230)로 출력한다. 상기 세이브부(230)는 선형 등화된 데이터로부터 중첩부(210)에서 중첩된 데이터를 버리고 유효 데이터만을 취하여 최 종 결과 x(n)을 얻는다. 이때 FFT 처리 단위를 하나의 블록이라고 한다면, 한 블록의 데이터에서 유효 데이터를 얻는 위치는 등화기의 채널 등화 영역에 따라 선택할 수 있다.

도 3은 선형 등화부(220) 전단의 중첩부(210)에서의 데이터 중첩 과정을 보인 개념도이다.

예를 들어 중첩 비율이 50%이고 등화 블록의 길이가 4라면, 도 3의 (a)의 입력 데이터를 중첩한 결과는 도 3의 (b)와 같다. 이때 매 중첩 과정마다 2개의 새로운 데이터를 받아서 4개의 중첩데이터를 내보내므로 중첩 데이터의 클럭 주파수는 입력 데이터의 클럭 주파수의 2배가 된다. 또한 Overlap-and-save 방법에서 데이터의 중첩된 부분의 길이를 P라고 할 때 P+1이 유효 필터의 길이이므로 도 3의 (b)의 경우 유효 필터의 길이는 2+1=3 이 된다.

도 3의 (c)는 등화 블록의 길이가 4이고 중첩 비율이 75%인 경우이다. 이때 중첩부분 P=3이므로 유효 필터의 길이는 P+1=4로 늘어나게 된다. 또한 이 경우 매 중첩과정마다 새로운 데이터 1개를 받아서 4개의 중첩데이터를 내보내므로 중첩 데이터의 클럭 주파수는 원 데이터의 클럭 주파수의 4배가 된다. 이론적으로 N값이 충분히 클 경우 중첩 비율을 50%에서 75%로 높이면 하드웨어의 증가 없이 유효 필터의 길이가 약 1.5배 길어지는 효과를 얻을 수 있다.

그러나 동작 클럭 주파수가 2배 빨라지면 소모 전력 역시 2배 늘어나는 단점이 있다.

즉, 메인 경로로부터 멀리 떨어져 있는 위치에 고스트 신호가 있을 경우 이 를 보상하기 위해서는 길이가 긴 등화기 필터가 필요한데, 도 2와 같은 Overlap and save 방식에서 데이터가 중첩되는 비율을 조정하면 필터 하드웨어의 증가 없이 유효 필터의 길이를 늘일 수 있다. 그러나 데이터의 중첩 비율을 높이면 하드웨어의 증가는 없으나 동작 클럭의 주파수가 높아져야 하므로 하드웨어의 전력 소모가 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수신 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 필요한 등화기 필터의 길이를 예측하고, 예측 상황에 따라 중첩 비율을 조정하여 유효 필터의 길이를 조정함으로써, 전력 소모를 줄이는 채널 등화 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치는, 전송 채널을 통과한 수신 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하는 채널 추정부; 상기 채널 추정부에서 추정된 채널 특성에 따라 중첩 비율 제어 신호를 생성하여 출력하는 필터 길이 선택부; 및 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 수신 신호를 중첩하여 선형 등화를 수행한 후 등화된 데이터로부터 유효 데이터만을 추출하여 출력하는 등화부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 필터 길이 선택부는 상기 추정된 채널에 존재하는 고스트 상황에 따라 중첩 비율이 달라지는 중첩 비율 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 등화부는 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 가변되는 중첩 비율로 이전 데이터와 새로운 데이터를 중첩하여 출력하는 중첩부와, 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 에러 데이터에 0을 첨가하여 출력하는 제로 패딩부와, 상기 중첩 비율 제어 신호에 의해 결정되는 유효 필터 길이로 상기 제로 패딩부의 에러 데이터를 이용하여 계수 갱신을 수행하면서 상기 중첩 데이터를 선형 등화하는 선형 등화부와, 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 상기 선형 등화부에서 선형 등화된 데이터로부터 유효 데이터만을 추출하여 최종 출력하는 세이브부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 선형 등화부는 상기 중첩 신호와 에러 신호를 주파수 영역으로 변환하여 선형 등화를 수행한 후 이를 시간 영역으로 변환하여 출력하는 주파수 영역 선형 등화기인 것을 특징으로 한다.

상기 필터 길이 선택부에서 출력되는 중첩 비율 제어 신호에 따라 동작 클럭을 발생하여 상기 중첩부, 선형 등화부, 세이브부, 및 제로 패딩부로 제공하는 클럭 발생부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

그리고 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 채널의 임펄스 응답을 추정하고 추정 결과에 따라 이전 데이터와 새로운 데이터가 중첩되는 비율을 조정하여 유효 필터의 길이를 제어함으로써, 주파수 영역에서 Overlap and save 방식으로 필터링을 할 때 전력 소모를 줄일 수 있다.

즉, 본 발명은 채널의 delay spread를 구하여 유효 필터의 길이를 고스트 환경에 따라 제어함으로써, 전력 효율을 높이는데 그 특징이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 주파수 영역 등화 장치의 일 실시예를 나타낸 구성 블록도로서, 중첩부(210), 선형 등화부(220), 세이브부(230), 및 제로 패딩부(240)로 구성된 도 2의 주파수 영역 등화 장치에 채널 추정부(410), 필터 길이 선택부(420), 및 클럭 발생부(430)를 더 포함하여 구성된다.

상기 선형 등화부(220)는 주파수 영역에서 선형 등화를 수행하는 구조로서, 상기된 도 2의 주파수 영역 선형 등화부 또는 공지된 다른 주파수 영역 선형 등화부를 이용할 수 있다.

상기 채널 추정부(410)에서 추청된 채널 임펄스 응답 값은 필터 길이 선택부(420)로 입력되고, 필터 길이 선택부(420)에서 선택된 중첩 비율 제어 신호는 상기 중첩부(210), 세이브부(230), 제로 패딩부(240), 및 클럭 발생부(430)로 제공된다. 그리고 상기 클럭 발생부(430)에서 발생된 동작 클럭은 상기 중첩부(210), 선형 등화부(220), 세이브부(230), 및 제로 패딩부(240)로 제공된다.

이와 같이 구성된 본 발명에서 전송 채널을 통해 수신된 신호는 중첩부(210)와 채널 추정부(410)로 입력된다.

상기 채널 추정부(410)는 수신 신호로부터 전송 채널의 임펄스 응답을 추정하여 필터 길이 선택부(420)로 출력한다. 상기 필터 길이 선택부(420)는 추정된 채널의 임펄스 응답의 delay spread로부터 필요한 선형 등화부(220)의 필터 길이를 결정하고, 결정된 필터 길이에 해당하는 중첩 비율 제어신호를 생성하여 중첩부(210), 세이브부(230), 제로 패딩부(240), 및 클럭 발생부(430)로 출력한다.

상기 클럭 발생부(430)에서는 상기 중첩 비율 제어 신호에 해당하는 동작 클럭을 발생하여 상기 중첩부(210), 선형 등화부(220), 세이브부(230), 및 제로 패딩부(240)로 제공한다.

상기 중첩부(210)에서는 중첩 비율 제어신호에 따라 데이터의 중첩 비율을 바꾸고, 바뀐 중첩 비율로 이전 데이터와 새로운 데이터를 중첩하여 선형 등화부(220)로 출력한다.

이때 상기 중첩 비율에 따라 상기 선형 등화부(220)의 필터 길이가 결정되므로, 상기 필터 길이 선택부(420)의 중첩 비율 제어 신호는 선형 등화부(220)에도 제공된다. 상기 선형 등화부(220)는 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 제로 패딩부(240)를 거쳐 입력되는 에러 신호를 이용하여 주파수 영역에서 필터 계수를 갱신하면서 상기 중첩 신호를 선형 등화한다. 상기 선형 등화된 중첩 데이터는 세이브부(230)로 입력된다.

상기 세이브부(230)는 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 선형 등화된 데이터 로부터 중첩부(210)에 중첩된 만큼 데이터를 버리고 유효 데이터만을 추출하여 출력한다. 이때 상기 선형 등화부(220) 내 FFT 처리 단위를 하나의 블록이라고 한다면, 한 블록의 데이터에서 유효 데이터를 얻는 위치는 등화기의 채널 등화 영역에 따라 선택할 수 있다.

한편 제로 패딩부(240)는 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 입력된 에러 신호에 적절한 양의 0을 첨가하여 선형 등화부(220)로 출력한다. 즉, 상기 제로 패딩부(240)에서 첨가되는 0의 양은 중첩부(210)에서 수신 신호에 중첩되는 양에 해당하며, 이 0의 양은 상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 달라진다.

이와 같이 전송 채널을 통해 수신된 신호는 중첩되고, 주파수 영역에서 선형 등화된 후 유효 데이터만이 추출되어 최종 출력된다.

한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 등화 장치 및 그 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 수신 신호로부터 전송 채널을 추정하고, 추정된 채널 상황에 따라 등화기에서 필요한 유효 필터의 길이를 예측하고 그 정보를 이용해서 중첩 비율을 조절하여 주파수 영역 등화기 내 유효 필터의 길이를 제어함으로써, 등화시 전력 소모를 줄일 수 있다.

둘째, 유효 필터의 길이를 늘일 때 하드웨어를 증가시키지 않고 중첩 비율을 조정하여 늘일 수 있으므로 하드웨어 효율성 증가시킬 수 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 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 전송 채널을 통과한 수신 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하는 채널 추정부;

   상기 채널 추정부에서 추정된 채널 특성에 따라 중첩 비율 제어 신호를 생성하여 출력하는 필터 길이 선택부;

   상기 중첩 비율 제어 신호에 대응되도록 동작 클럭을 발생시키는 클럭 발생부; 및

   상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 수신 신호를 중첩하여 선형 등화를 수행한 후 등화된 데이터로부터 유효 데이터만을 추출하여 출력하는 등화부를 포함하는 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 길이 선택부는

   상기 추정된 채널에 존재하는 고스트 상황에 따라 중첩 비율이 달라지는 중첩 비율 제어 신호를 생성하는 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 등화부는

   상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 가변되는 중첩 비율로 이전 데이터와 새로운 데이터를 중첩하여 출력하는 중첩부;

   상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 에러 데이터에 0을 첨가하여 출력하는 제로 패딩부;

   상기 중첩 비율 제어 신호에 의해 결정되는 유효 필터 길이로 상기 제로 패딩부의 에러 데이터를 이용하여 계수 갱신을 수행하면서 상기 중첩 데이터를 선형 등화하는 선형 등화부; 및

   상기 중첩 비율 제어 신호에 따라 상기 선형 등화부에서 선형 등화된 데이터로부터 유효 데이터만을 추출하여 최종 출력하는 세이브부를 포함하는 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 선형 등화부는

   상기 중첩 신호와 에러 신호를 주파수 영역으로 변환하여 선형 등화를 수행한 후 이를 시간 영역으로 변환하여 출력하는 주파수 영역 선형 등화기인 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 클럭 발생부는

   발생된 동작 클럭을 상기 중첩부, 선형 등화부, 세이브부, 및 제로 패딩부로 제공하는 디지털 방송 수신기의 채널 등화 장치.

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