KR101504454B1 - 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템 및 그 방법 - Google Patents

아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 필터 설계 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 아날로그 필터의 필터 특성을 추출하지 않고 파일럿 신호에 대한 아날로그 필터의 출력 신호를 이용하여 디지털 보상 필터를 설계하는 설계 시스템 및 그 방법을 제공한다. 이를 위한 본 발명은 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 파일럿 신호(x(n))를 보상 대상 아날로그 필터의 통과 대역 중심으로 변환하여 인가하는 단계; 상기 아날로그 필터의 출력을 디지털화하여 기저 대역 신호(y(n))로 변환하는 단계; 및 상기 기저 대역 신호를 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위한 디지털 보상 필터로 인가하고, 상기 파일럿 신호(x(n))와 상기 디지털 보상 필터의 출력 신호(z(n))를 동일하게 하도록 상기 디지털 보상 필터의 필터 계수(h)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 아날로그 필터의 날카로운 특성을 유지하면서도 대역폭 내의 신호 품질도 개선할 수 있으며, 따라서, 아날로그 필터 설계 사양을 완화시켜 줄 수 있으므로 간단하면서 품질이 우수한 통신 시스템을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 아날로그 필터가 상이한 위치들에서 적용되는 다양한 방식의 기존 통신 시스템에 적용 가능하며, 동시에 통신 시스템 전체에 대한 신호의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템 및 그 방법{System and method of designing digital compensation filter for compensation of flatness and group delay of analog filter}
본 발명은 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 필터 설계 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히, 아날로그 필터의 필터 특성을 추출하지 않고, 파일럿 신호에 대한 아날로그 필터의 출력 신호를 이용하여 디지털 보상 필터를 설계하는 설계 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신시스템을 설계하기 위해서는 다양한 필터가 사용된다. 송신기에서 이러한 필터의 목적은 사용하도록 허가받은 대역폭 이외의 대역에서 신호 전력의 누설을 막기 위한 것이다. 신호가 누설되면 인접 대역에서 서비스하고 있는 사용자에게 간섭으로 영향을 줌으로써 통신 품질이 저하되기 때문이다.
또한, 수신기에서 필터를 적용하는 이유는 타 대역의 신호가 원하는 신호에 미치는 영향을 제거하기 위함이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 송신기 및 수신기에서는 원하는 신호의 대역만 통과시키고, 바로 인접 대역은 통과시키지 않는 날카로운 대역 통과 필터들을 사용하게 된다.
도 1은 일반적인 필터의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 1에서, 샘플링 주파수와 통과대역의 차이, 즉, Fs-Fp가 작을수록 이러한 날카로운 대역 통과 필터의 설계는 매우 어렵다. 에지를 날카롭게 제작할수록 통과 대역폭 내의 특성에 왜곡이 생겨서 원하는 신호의 품질이 저하되기 때문이다.
이와 같은 왜곡을 갖는 필터들을 보상하기 위한 디지털 보상 필터를 설계하는 방법은 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 한가지 예로서, 네트워크 분석기를 이용하여 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹지연을 측정하여 보상 필터를 설계하는 방법이 있지만, 이는 설계에 많은 시간 및 비용이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 보상 필터의 설계는 보상 대상인 아날로그 필터의 특성을 추출한 후에 이를 이용하여 필터를 설계하기 때문에 실질적인 필터 설계 이전에 아날로그 필터의 특성을 추출하기 위한 시간 및 비용이 소요될 뿐만 아니라, 이는 이론적 설계에 근사하기 때문에 실제 아날로그 필터와 보상 필터를 결합한 이후의 최종 출력은 상이한 결과를 초래하는 문제점이 있다.
KR 2011-0112949 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 아날로그 필터에서 발생할 수 있는 통과 대역폭 내의 평탄도 및 그룹지연 편차를 보상할 수 있는 디지털 보상 필터 설계 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 파일럿 신호(x(n))를 보상 대상 아날로그 필터의 통과 대역 중심으로 변환하여 인가하는 단계; 상기 아날로그 필터의 출력을 디지털화하여 기저 대역 신호(y(n))로 변환하는 단계; 및 상기 기저 대역 신호를 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위한 디지털 보상 필터로 인가하고, 상기 파일럿 신호(x(n))와 상기 디지털 보상 필터의 출력 신호(z(n))를 동일하게 하도록 상기 디지털 보상 필터의 필터 계수(h)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 보상 필터는 필터 길이 L을 갖는 FIR(finite impulse response) 필터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는 상기 디지털 보상 필터의 원하는 특성이 산출되지 않으면, 상기 디지털 보상 필터의 필터 길이(L)를 변경하여 상기 필터 계수(h)를 재산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는,
Figure 112014032710642-pat00001
또는
Figure 112014032710642-pat00002
를 만족하는 상기 필터 계수(h)를 산출하고,
여기서,
Figure 112014032710642-pat00003
일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출된 필터 계수(h)는,
Figure 112014032710642-pat00004
또는
Figure 112014032710642-pat00005
일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템은 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 파일럿 신호(x(n))를 보상 대상 아날로그 필터의 통과 대역 중심으로 변환하는 신호 발생부; 상기 아날로그 필터의 출력을 아날로그-디지털 변환하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부의 출력을 기저 대역 신호(y(n))로 변환하는 기저대역 변환부; 및 상기 기저 대역 신호에 대한 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위해, 그의 출력 신호(z(n))와 상기 파일럿 신호(x(n))를 동일하게 하도록 필터 계수(h)가 조정되는 디지털 보상 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 보상 필터는 FIR(finite impulse response) 필터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디지털 보상 필터는,
Figure 112014032710642-pat00006
또는
Figure 112014032710642-pat00007
를 만족하는 상기 필터 계수(h)로 조정되며,
여기서,
Figure 112014032710642-pat00008
일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조정된 필터 계수(h)는,
Figure 112014032710642-pat00009
또는
Figure 112014032710642-pat00010
일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디지털 보상 필터는 원하는 특성을 만족하지 않는 경우, 필터 계수(h)가 재조정되도록 필터 길이(L)가 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템 및 그 방법은 아날로그 필터의 날카로운 특성을 유지하면서도 대역폭 내의 신호 품질도 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아날로그 필터의 왜곡 특성을 보상함으로써 아날로그 필터 설계 사양을 완화시켜 줄 수 있으므로 간단하면서 품질이 우수한 통신 시스템을 제작할 수 있다.
또한 본 발명은 아날로그 필터가 상이한 위치들에서 적용되는 다양한 방식의 기존 통신 시스템에 적용 가능하며, 동시에 통신 시스템 전체에 대한 신호의 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 일반적인 필터 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계되는 디지털 보상 필터의 적용예를 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템의 블록도이다.
도 4는 도 3의 디지털 보상 필터를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 방법의 순서도이다.
도 6은 예시적인 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 보상 필터의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 6의 아날로그 필터에 도 7의 디지털 보상 필터로 보상된 경우, 출력 신호의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 통과 대역폭 내의 특성에서 신호의 왜곡이 존재하는 아날로그 필터를 사용하는 경우, 이 왜곡을 보상하는 디지털 보상 필터를 설계하여 적용함으로써 아날로그 필터의 날카로운 특성을 유지하는 동시에 대역폭 내의 신호 품질도 개선할 수 있는 디지털 보상 필터의 설계에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 보상 대상인 아날로그 필터의 특성을 분석하지 않고, 디지털 신호 처리 기법만을 이용하는 필터 설계 방식을 사용하며, 예를 들면, 파일럿 신호(x(n))를 아날로그 필터에 인가하여 출력된 신호(y(n))를 이용한 디지털 보상 필터의 설계에 관한 것이다.
본 발명의 디지털 보상 필터는 디지털 필터이므로 디지털 영역에서 구현 및 동작하며, 특히, 다음과 같은 3가지 시나리오에 적용가능하고, 이 3가지 구조를 확장한 다른 구조에도 적용이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계되는 디지털 보상 필터의 적용예를 도시하는 블록도이다.
도 2(a)는 사후-보상(post-compensation)의 예로서, 아날로그 필터의 후단에서 보상하는 방식이다. 즉, 이러한 방식은 수신기에 적용하기에 적합한 구조로서, 수신 신호가 왜곡을 갖는 아날로그 필터를 거치면서 인접 대역을 제거하였지만, 원하는 신호의 대역폭 내에서 왜곡이 존재하는 경우에 적용가능하다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 보상 필터(130)가 아날로그 필터(110)의 후단에서 A/D 변환부(120)를 통하여 적용가능하며, 따라서, 디지털 보상 필터(130)를 통하여 아날로그 필터(110)의 왜곡을 보상함으로써 최종 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 2(b)는 사전-보상(pre-compensation)의 예로서, 아날로그 필터의 전단에서 보상하는 방식이다. 즉, 이러한 방식은 송신기에 적용하기에 적합한 구조로서, 송신 신호의 인접 대역에 누설 신호가 존재하지 않도록 송신 아날로그 필터를 사용한 경우, 아날로그 필터의 왜곡 특성으로 인해 실제 전송하는 원하는 신호의 품질이 저하될 수 있는 경우에 적용가능하다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 보상 필터(120)가 아날로그 필터(130)의 전단에서 A/D 변환부(120)를 통하여 적용가능하며, 따라서, 디지털 보상 필터(130)를 통하여 사전에 미리 아날로그 필터(110)의 왜곡을 보상함으로써 전송 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 2(c)는 사전/사후-보상(pre/post-compensation)의 예로서, 아날로그 필터 전단/후단에서 보상하는 방식이다. 즉, 이러한 방식은 송신기와 수신기에 모두 왜곡을 갖는 아날로그 필터를 적용하는 경우에 적용가능하다. 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 송신기에서 본 발명의 제 1 디지털 보상 필터(130a)가 제 1 A/D 변환부(120a)를 통하여 송신 아날로그 필터(110a)의 전단에서 송신 아날로그 필터의 왜곡을 보상하고, 수신기에서 제 2 디지털 보상 필터(130b)가 제 2 A/D 변환부(120b)를 통하여 수신 아날로그 필터(110b)의 후단에서 수신 아날로그 필터의 왜곡을 보상하도록 적용가능하며, 따라서 송신 신호가 높은 품질로 수신기까지 도달할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템을 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템(30)은 파일럿 신호(x(n))를 아날로그 필터의 중심 대역으로 변환하는 신호 발생부(310), 아날로그 필터(320)의 출력을 아날로그-디지털 변환하는 A/D(Analog-digital) 변환부(330), A/D 변환부(330)의 출력을 기저 대역으로 변환하는 기저 대역 변환부(340), 및 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 보상하도록 조정되는 디지털 보상 필터(350)를 포함한다.
신호 발생부(310)는 파일럿 신호(x(n))를 보상 대상인 아날로그 필터(320)의 통과 대역 중심으로 변환한다. 즉, 신호 발생부(310)는 파일럿 신호(x(n))의 중심 주파수를 아날로그 필터(320)의 통과 대역의 중심 주파수가 되도록 변환한다. 여기서, 파일럿 신호(x(n))는 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 신호이다.
A/D 변환부(330)는 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 디지털 방식으로 보상하기 위해 아날로그 필터(320)의 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하여 디지털 신호로 변환한다.
기저 대역 변환부(340)는 A/D 변환부(330)의 출력 신호를 그 중심 주파수가 DC가 되도록 기저 대역 신호(y(n))로 변환한다. 이러한 기저 대역 신호(y(n))는 파일럿 신호(x(n))를 통하여 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 포함하는 신호이다.
디지털 보상 필터(350)는 기저 대역 신호(y(n))에 대한 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하도록 조정된다. 즉, 아날로그 필터(320)가 이상적으로 동작하는 경우, 기저 대역 신호(y(n))와 파일럿 신호(x(n)) 신호가 동일해야 하지만, 아날로그 필터(320)에 의한 대역폭 내 신호의 왜곡 특성이 존재하기 때문에, 기저 대역 신호(y(n))와 인가되는 파일럿 신호(x(n))가 상이하게 되므로, 디지털 보상 필터(350)의 최종 출력 신호(z(n))가 파일럿 신호(x(n))와 동일하게 되도록 디지털 보상 필터(350)의 필터 계수(h)가 조정된다. 결국, 상기와 같은 조건을 만족하도록 필터 계수(h)가 조정되면, 디지털 보상 필터의 설계가 이루어지고, 이와 같이 설계된 디지털 보상 필터(350)는 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 보상할 수 있다.
이와 같은 디지털 보상 필터(350)의 구성 및 필터 계수(h)의 조정을 통한 보상 필터 설계에 대하여 더 구체적으로 설명하면, 도 4는 도 3의 디지털 보상 필터를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디지털 보상 필터(350)는 필터 길이 L을 갖는 FIR(finite impulse response) 필터로서, L-1개의 지연부(352), L개의 곱셈부(354), 및 하나의 합산부(356)를 포함할 수 있다. 여기서, "D"는 클록 지연을 의미하고, h(1),…, h(L)은 디지털 보상 필터(350)의 필터 계수(h)를 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이 구성된 디지털 보상 필터(350)는 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 보상하기 위한 최적 필터 계수(h){h(1), …, h(L)}는 아래 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00011
이와 같은 수식은 벡터를 이용하면 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00012
여기서, 위 첨자 "T"는 전치 행렬(transposed matrix)을 의미하고, 문자 아래의 "_"는 벡터(배열)를 의미한다.
수학식 2의 필터 계수(h)는 상술한 바와 같이, 인가되는 파일럿 신호(x(n))와 최종 출력 신호(z(n))가 동일하게 되도록 구성되어야 한다. 다시 말하면, 디지털 보상 필터(350)는 아래의 수학식을 만족하는 필터 계수(h)를 가져야 한다.
Figure 112014032710642-pat00013
Figure 112014032710642-pat00014
여기서, E[ ]는 [ ] 안의 평균을 의미한다.
수학식 3의 위의 식을 만족하는 필터 계수는 MMSE (minimum mean square error)로 지칭되고, 수식학 3의 아래 식을 만족하는 필터 계수는 LS (lease squares)로 지칭된다.
상기 수식학 3을 만족하는 필터 계수(h)는 아래의 식과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00015
Figure 112014032710642-pat00016
여기서, 윗 첨자 "-1"은 역행렬을 의미하고, 윗 첨자 "H"는 켤레 전치(conjugate transpose)인 에르미트 행렬(Hermitian matrix)을 의미이며, 윗 첨자 "*"는 켤레복소수(conjugate)를 의미한다.
이와 같이 필터 계수(h)가 조정되면, 디지털 보상 필터의 설계가 이루어지고, 설계된 디지털 보상 필터(350)는 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 보상할 수 있다.
또한, 디지털 보상 필터(350)의 필터의 길이 L은 길이가 길수록 우수한 특성을 갖지만, 필터 계수(h)의 조정을 위한 계산이 복잡해지기 때문에 적절하게 선택해야 되며, 임의의 L에 대하여 조정된 필터 계수(h)를 갖는 디지털 보상 필터(350)가 원하는 특성을 나타내지 않는 경우에는 필터 계수(h)가 재조정되도록 필터 길이(L)가 변경될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 아날로그 필터의 날카로운 특성을 유지하면서도 대역폭 내의 신호 품질도 개선할 수 있으며, 따라서, 아날로그 필터 설계 사양을 완화시켜 줄 수 있으므로 간단하면서 품질이 우수한 통신 시스템을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 아날로그 필터가 상이한 위치들에서 적용되는 다양한 방식의 기존 통신 시스템에 적용 가능하며, 동시에 통신 시스템 전체에 대한 신호의 품질을 개선할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 보상 필터 설계 방법은 파일럿 신호(x(n))를 인가 및 변환하는 단계(단계 S501), 인가된 신호를 기저 대역 신호(y(n))로 변환하는 단계(단계 S502), 디지털 보상 필터의 계수를 산출하는 단계(단계 S503), 및 산출된 디지털 보상 필터의 계수가 적합한 특성을 갖지 않으면, 필터 길이를 조정하여 디지털 보상 필터를 재산출하는 단계(단계 S504 및 단계 S505)로 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 파일럿 신호(x(n))를 생성하고, 이 파일럿 신호(x(n))를 신호 발생부(310)를 통하여 보상 대상인 아날로그 필터(320)의 통과 대역 중심으로 변환한다(단계 S501). 즉, 파일럿 신호(x(n))의 중심 주파수를 아날로그 필터(320)의 통과 대역의 중심 주파수가 되도록 변환한다.
다음으로, 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 디지털 방식으로 보상하기 아날로그 필터(320)의 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하여 디지털 신호로 변환하고, 다시 아날로그-디지털 변환된 신호를 그 중심 주파수가 DC가 되도록 기저 대역 신호(y(n))로 변환한다(단계 S502). 이러한 기저 대역 신호(y(n))는 파일럿 신호(x(n))를 통하여 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 포함하는 신호이다.
다음으로, 변환된 기저 대역 신호(y(n))를 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위한 디지털 보상 필터로 인가하고, 파일럿 신호(x(n))와 디지털 보상 필터의 출력 신호(z(n))를 동일하게 하도록 디지털 보상 필터의 필터 계수(h)를 산출한다(단계 S503). 여기서, 산출된 필터 계수(h)에 따라 설계되는 디지털 보상 필터는 필터 길이 L을 갖는 FIR(finite impulse response) 필터로서, 도 4에 도시된 바와 같이, L-1개의 지연부(352), L개의 곱셈부(354), 및 하나의 합산부(356)를 포함할 수 있다.
이하, 필터 계수(h)의 산출을 구체적으로 설명하면, 먼저, 아날로그 필터(320)의 왜곡 특성을 보상하기 위한 디지털 보상 필터의 최적 필터 계수(h){h(1), …, h(L)}는 아래 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00017
이와 같은 수식은 벡터를 이용하면 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00018
한편, 아날로그 필터의 평탄도 편차 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위해서는 인가되는 파일럿 신호(x(n))와 최종 출력 신호(z(n))가 동일해야 하며, 이러한 조건은 아래의 식으로 표현할 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00019
Figure 112014032710642-pat00020
다음으로, 상기 수식학 7을 만족하는 필터 계수(h)는 아래의 식과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112014032710642-pat00021
Figure 112014032710642-pat00022
이와 같이, 필터 계수(h)를 산출함으로써 디지털 보상 필터(350)를 설계할 수 있다.
다음으로, 설계된 디지털 보상 필터(350)가 산출된 필터 계수(h)에 의하여 적합한 특성을 갖는지를 판단하여(단계 S504), 적합한 경우에는 디지털 보상 필터의 설계를 종료한다. 단계 S504의 판단 결과 적합하지 않다고 판단한 경우에는, 디지털 보상 필터를 재설계하기 위해 필터 길이(L)를 변경하고(단계 S505), 다시 단계 S503으로 복귀하여 필터 계수(h)를 재산출한다. 따라서, 필터 계수(h)는 필터 길이(L)를 변경하면서 디지털 보상 필터(350)의 원하는 특성을 만족할 때까지 산출될 수 있다.
이와 같은 방법에 의해 아날로그 필터의 날카로운 특성을 유지하면서도 대역폭 내의 신호 품질도 개선할 수 있으며, 따라서, 아날로그 필터 설계 사양을 완화시켜 줄 수 있으므로 간단하면서 품질이 우수한 통신 시스템을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 아날로그 필터가 상이한 위치들에서 적용되는 다양한 방식의 기존 통신 시스템에 적용 가능하며, 동시에 통신 시스템 전체에 대한 신호의 품질을 개선할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템 및 그 방법의 적용예를 설명한다.
도 6은 예시적인 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6의 예는 중심 주파수가 70㎒ 이고 통과 대역폭이 25㎑인 아날로그 크리스털 필터의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸다. 이러한 필터는 중심 주파수에 비하여 대역폭이 좁아서 설계가 어려운 필터이며, 도 6은 크리스털 공진 필터를 이용하여 실험한 결과이다. 크리스털 필터는 아주 날카로운 필터 특성을 보이지만, 통과 대역폭 내의 왜곡이 심한 것으로 알려져 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 크리스털 필터의 평탄도는 약 2.5dB이고, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 크리스털 필터의 그룹 지연 편차는 대역폭 내에서 약 12ms 정도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 보상 필터의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7의 예는 상술한 방식 중 LS 방식으로 설계한 디지털 보상 필터의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸다. 이러한 특성은 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6과 비교하여 역함수의 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 따라서, 크리스털 필터의 왜곡을 잘 보상할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.
도 8은 도 6의 아날로그 필터를 도 7의 디지털 보상 필터로 보상한 경우, 출력 신호의 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8의 예는 도 6과 같은 특성을 갖는 크리스털 필터를 도 7과 같은 특성을 갖는 디지털 보상 필터로 보상한 결과에 대한 평탄도 및 그룹 지연 특성을 나타낸다.
도 6과 같은 보상 필터를 적용하지 않은 경우에 비하여, 도 8a에 도시된 바와 같이, 평탄도는 2.5dB에서 약 0.1dB로 개선되었으며, 도 8b에 도시된 바와 같이, 그룹지연 편차는 12ms에서 3ms로 개선되었다. 이와 같은 결과를 통해 본 발명은 실제 적용 시 목적했던 성능 향상을 제공하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 성능 향상은 단순히 평탄도 및 그룹 지연의 개선에 국한하지 않으며, 전송 신호의 품질을 개선하여 통신 감도와 같은 성능을 개선할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
30 : 디지털 보상 필터 설계 시스템 310 : 신호 발생부
320 : 아날로그 필터 330 : A/D 변환부
340 : 기저대역 변환부 350 : 디지털 보상 필터
352 : 지연부 354 : 곱셈부
356 : 합산부

Claims (10)

  1. 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 파일럿 신호(x(n))를 보상 대상 아날로그 필터의 통과 대역 중심으로 변환하여 인가하는 단계;
    상기 아날로그 필터의 출력을 디지털화하여 기저 대역 신호(y(n))로 변환하는 단계; 및
    상기 기저 대역 신호를 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위한 디지털 보상 필터로 인가하고, 상기 파일럿 신호(x(n))와 상기 디지털 보상 필터의 출력 신호(z(n))를 동일하게 하도록 상기 디지털 보상 필터의 필터 계수(h)를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 보상 필터는 필터 길이 L을 갖는 FIR(finite impulse response) 필터이며,
    상기 산출하는 단계는 상기 디지털 보상 필터의 원하는 특성이 산출되지 않으면, 상기 디지털 보상 필터의 필터 길이(L)를 변경하여 상기 필터 계수(h)를 재산출하는 단계를 포함하는, 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    Figure 112014097337019-pat00023
    또는
    Figure 112014097337019-pat00024

    를 만족하는 상기 필터 계수(h)를 산출하고,
    여기서,
    Figure 112014097337019-pat00025

    인, 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산출된 필터 계수(h)는,
    Figure 112014032710642-pat00026
    또는
    Figure 112014032710642-pat00027

    인, 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 방법.
  6. 전송 신호와 동일한 대역폭을 갖는 파일럿 신호(x(n))를 보상 대상 아날로그 필터의 통과 대역 중심으로 변환하는 신호 발생부;
    상기 아날로그 필터의 출력을 아날로그-디지털 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부의 출력을 기저 대역 신호(y(n))로 변환하는 기저대역 변환부; 및
    상기 기저 대역 신호에 대한 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하기 위해, 그의 출력 신호(z(n))와 상기 파일럿 신호(x(n))를 동일하게 하도록 필터 계수(h)가 조정되는 디지털 보상 필터를 포함하고,
    상기 디지털 보상 필터는 FIR(finite impulse response) 필터이며,
    상기 디지털 보상 필터는 원하는 특성을 만족하지 않는 경우, 필터 계수(h)가 재조정되도록 필터 길이(L)가 변경되는, 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 디지털 보상 필터는,
    Figure 112014097337019-pat00028
    또는
    Figure 112014097337019-pat00029

    를 만족하는 상기 필터 계수(h)로 조정되고,
    여기서,
    Figure 112014097337019-pat00030

    인, 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조정된 필터 계수(h)는,
    Figure 112014032710642-pat00031
    또는
    Figure 112014032710642-pat00032

    인, 아날로그 필터의 평탄도 및 그룹 지연 편차를 보상하는 디지털 보상 필터 설계 시스템.
  10. 삭제
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KR20070106639A (ko) * 1997-10-31 2007-11-02 인터디지탈 테크날러지 코포레이션 고유 ｃｄｍａ 코드와 관련된 통신 신호를 처리하는 모뎀

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