KR20010055964A

KR20010055964A - 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치

Info

Publication number: KR20010055964A
Application number: KR1019990057308A
Authority: KR
Inventors: 백승권
Original assignee: 박종섭; 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-07-04

Abstract

본 발명은 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치를 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 오차 신호의 부호에 따라 지연된 TDL 데이터를 선택하는 다중화부와; 상기 다중화부에서 출력되는 신호에서 스탭 크기와 정규화된 오차신호에 의해 라이트 시프트를 수행하는 시프트부와; 상기 시프트부의 출력에 기존의 계수 값을 더하는 가산부와; 이전 탭 계수 값 또는 상위 탭 계수 값을 선택하는 제1 다중화부와; 상기 다중화부의 출력을 입력받아 이전 탭 계수 값 또는 상기 가산부의 출력값을 선택하는 제2 다중화부와; 상기 제2 다중화부의 출력을 입력받아 계수 값을 저장하여 상기 가산부에서 읽을 수 있도록 계수 저장부로 구성되어, GA VSB 방식의 HDTV 수신기에서 수신 채널의 진폭 및 위상 왜곡을 보상할 수 있게 되는 것이다.

Description

계수값 입출력 가능한 채널등화 장치{Equalizer having coefficient input and output function}

본 발명은 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치에 관한 것으로, 특히 GA(Grand Alliance, 미국의 대연합) VSB(Vestigial Side-Band) 방식의 HDTV(High Definition Television) 수신기에서 수신 채널의 진폭 및 위상 왜곡을 보상하기에 적당하도록 한 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고선명 텔레비젼을 포함한 디지털 통신 시스템의 물리적 채널은 자유 공간이다. 이 채널은 매질이 없는 진공 상태인 경우에는 이상적인 체널로 생각할 수 있으나 실제 전송 신호는 공기, 구름, 대기층 등의 기상 변화 또는 태양의 영향에 의해 전파되는 경로가 굴절되어 여러 개의 다중 경로를 거쳐 수신된다.

또한 산, 절벽, 대지 등의 지형과 숲, 건물 등에 의해 반사, 투과되어 전파되는 고정된 다중 경로와 비행기, 자동차 등에 의해 발생되는 시변화 다중 경로 등이 발생하게 된다. 이러한 다중 경로 전파는 같은 신호가 각기 다른 전파 시간을 갖는 여러 개의 경로를 거쳐 전달되므로 디지털 신호의 전송에 있어서는 고속의 디지털 통신 시스템의 성능을 저하시키는 가장 큰 요인인 심볼 간의 간섭을 일으키게 된다.

이와 같이 채널은 여러 가지 원인에 의하여 이상적인 특성을 만족하지 못하고 신호를 전송함에 있어서 왜곡을 발생하게 된다. 고선명 텔레비젼과 같은 디지털 전송 방식에 있어서는 신호의 왜곡이 수신 측에서 비트 검출 오류를 일으킴으로써화면 전체가 복원이 불가능하거나 전혀 다른 화상이 나타나는 현상이 발생할 가능성이 있다.

이러한 현상을 극복하기 위하여 이상적인 특성에서 벗어나 왜곡된 채널을 통과한 수신 신호를 처리하여 채널의 특성을 보상함으로써 수신 측에서의 비트 검출 오류를 감소시킬 수 있도록 하는 것을 채널등화기(channel equalizer)라고 한다.

이러한 채널 등화기는 틸트(Tilt), 고스트(Ghost)와 같은 선형 채널 왜곡에 대한 보상을 목적으로 수신기 내부에 설치되는 일종의 역 필터(Inverse Filter)이다. 지상 채널인 경우에는 다중 경로가 수시로 변화하기 때문에 등화기는 이러한 변화를 추적하여 원 신호를 복원하기 위해서 적응 등화 알고리즘(adaptive channel equalization)을 이용하여야 한다. 적응 등화 알고리즘이란 원 신호에 더해지는 왜곡된 신호가 계속 변화하는 것을 감지하여 왜곡 신호를 차단하는 방법이다.

또한 고속의 디지털 통신 시스템에서 시스템의 성능을 저하시키는 가장 큰 요소는 채널의 선형적 왜곡, 아이디얼(Ideal) 하지 않은 주파수 응답 등에 의해 발생되는 심볼간간섭(Inter0Symbol Interference, ISI)이다. 이러한 심볼간 간섭을 제거하여 송신측으로부터 송신된 데이터를 오류없이 복원하도록 해주는 것이 채널 등화기이다. 즉, 채널 등화기는 송신측과 수신측 사이에 다중 경로로 통신이 이루어질 경우, 원 신호에 더해지는 왜곡된 신호가 계속 변화하는 것을 감지하여 채널 왜곡 특성을 상쇄할 수 있도록 등화기 탭 계수를 조절해 줌으로써 송신된 데이터를 정확하게 복원할 수 있게 하는 것이다.

이러한 채널 등화기에 이용되는 알고리즘에는 LMS(Least Mean Square),RLS(Recursive Least Square) 알고리즘 등이 있고, 구조상 TDL(Tapped Delay Line)과 격자(Lattice) 구조 등 여러 가지가 있으나 하드웨어 구현상 간단한 LMS 알고리즘을 이용한 TDL 구조를 주로 사용한다.

현재 HDTV에서 사용하는 변복조 방식인 VSB에서는 실(Real) 신호만을 사용하고 신호 왜곡의 주요한 원인이 되는 다중 경로를 보상하기 위해 256 탭을 사용하여 약 23uS 정도의 다중 경로로 인한 왜곡을 보상할 수 있다.

도1은 종래 채널등화 장치의 계수 갱신 구조를 보인 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 채널 등화기의 출력신호와 기준신호와의 차이값인 오차 신호의 사인(sign) 값에 따라 채널 등화기의 입력신호와 입력신호의 2의 보수(2's complement) 중 하나를 선택하여 출력하는 다중화부(1)와; 상기 다중화부(1)에서 출력되는 신호를 산출한 시프트 회수에 따라 시프트 연산을 수행하는 시프트부(2)와; 상기 시프트부(2)에서 출력되는 신호와 이전의 계수를 가산하여 계수를 갱신하는 가산부(3)와; 상기 가산부(3)에서 갱신된 계수를 일정시간 지연시킨 후 이 계수를 다음 계수 갱신시 상기 가산부(3)에 제공하는 지연부(4)로 구성된다.

이러한 종래 장치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 채널 등화기는 채널 등화기의 출력신호와 기준신호(훈련열(training sequence) 또는 채널 등화기의 출력신호가 양자화된 신호)와의 차이값인 오차 신호 e(n)을 계산한다. 그리고 이 오차신호의 사인(sign)을 검사하여 다중화부(1)의 다중화 제어신호로 제공한다. 오차 신호 e(n)의 부호(sign)가 음(-)의 값이면, 다중화부(1)는 X(n)의 2의 보수 즉 -X(n)을 선택하여 시프트부(2)로 출력한다. 만약 오차 신호 e(n)의 부호(sign)가 양(+)의 값이면 다중화부(2)는 X(n)을 선택하여 출력한다.

여기서 스탭 크기 ??는 채널 등화기의 수렴 속도로서 2ⁱ로 설정하며, i는 채널 등화기의 등화 환경에 적합한 특정 값으로 실험에 의해 결정된다.

시프트부(2)는 다중화부(1)에서 출력되는 신호를 i 만큼 시프트한다. 이를 시프트를 산출한 값인 m값 만큼 다시 시프트를 수행한다. 그래서 시프트부(2)를 통과한 신호는 2^i+m(SGN(e(n))X(n)) 연산이 수행된 결과의 신호가 되는 것이다.

가산부(3)는 시프트부(2)에서 출력되는 신호와 이전 계수 C_K를 가산하여 계수를 갱신한다. 이 갱신된 계수는 채널 등화기의 입력 신호에서 선형 채널 왜곡을 보상하게 된다.

이러한 결과는 다음의 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 t는 탭 크기이고, e_k는 시간 k에서 갱신 블록에 입력되는 에러이며, x_k는 시간 k에서 특정 탭에 입력되는 값이다.

이러한 계수 갱신식에 따라 TDL에 지연된 신호는 오차 신호의 부호(SGN(e(n))에 의해 x(n) 또는 -x(n)이 결정된다. 그리고 스탭 크기와 정규화된에러 값에 따라 적당한 비트 수 만큼 라이트 시프트 시키고, 끝으로 기존의 계수 값과 더해서 갱신을 종료한다.

도1과 같은 구조가 256개 반복되어져 전체적인 계수 갱신부를 구성한다. 그리고 clk_en은 계수 갱신 플래그에 따라 결정되어지는 신호이다.

그러나 종래의 채널 등화기는 특정한 채널 조건에 대해 적응 등화를 수행하기 때문에 수렴하는 데 상당한 시간이 소요되며, 이에 따라 전원-온이나 채널 변환 상황에서 전체 시스템의 수렴 시간에 상당한 악영향을 미치는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 GA VSB 방식의 HDTV 수신기에서 수신 채널의 진폭 및 위상 왜곡을 보상할 수 있는 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치는,

오차 신호의 부호에 따라 지연된 TDL 데이터를 선택하는 다중화부와; 상기 다중화부에서 출력되는 신호에서 스탭 크기와 정규화된 오차신호에 의해 라이트 시프트를 수행하는 시프트부와; 상기 시프트부의 출력에 기존의 계수 값을 더하는 가산부와; 이전 탭 계수 값 또는 상위 탭 계수 값을 선택하는 제1 다중화부와; 상기 다중화부의 출력을 입력받아 이전 탭 계수 값 또는 상기 가산부의 출력값을 선택하는 제2 다중화부와; 상기 제2 다중화부의 출력을 입력받아 계수 값을 저장하여 상기 가산부에서 읽을 수 있도록 계수 저장부로 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 종래 채널등화 장치의 계수 갱신 구조를 보인 블록구성도이고,

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치의 블록구성도이며,

도3은 도2의 채널등화 장치와 마이컴과의 입출력 타이밍도이고,

도4는 도2의 계수 입출력과 관련된 유한 상태 머시인이며,

도5는 도2의 ST_Fold 상태의 동작구성도이고,

도6은 도2의 ST_Shift_W 상태의 동작구성도이며,

도7은 도2의 ST_Shift_R1 상태의 동작구성도이고,

도8은 도2의 ST_Shift_R2 상태의 동작구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 다중화부 20 : 시프트부

30 : 가산부 40 : 제1 다중화부

50 : 제2 다중화부 60 : 계수 저장부

이하, 상기와 같은 본 발명 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 오차 신호의 부호에 따라 지연된 TDL 데이터(x(n) 또는 -x(n))을 선택하는 다중화부(10)와; 상기 다중화부(10)에서 출력되는 신호에서 스탭 크기(u=2^l)와 정규화된 오차신호(2^m)에 의해 라이트 시프트를 수행하는 시프트부(20)와; 상기 시프트부(20)의 출력에 기존의 계수 값을 더하는 가산부(30)와; 이전 탭 계수 값 또는 상위 탭 계수 값을 선택하는 제1 다중화부(40)와; 상기 다중화부(40)의 출력을 입력받아 이전 탭 계수 값 또는 상기 가산부(30)의 출력값을 선택하는 제2 다중화부(50)와; 상기 제2 다중화부(50)의 출력을 입력받아 계수 값을 저장하여 상기 가산부(30)에서 읽을 수 있도록 계수 저장부(60)로 구성된다.

상기에서 채널 등화 장치는, 마이컴에서 계수 값 리드 요청시(CS='1', ADDR="00" 또는 "01) 먼저 상위 10비트를 하위 10비트로 폴딩하여 주기적인 시프트 연산을 수행하여 단계적으로 10비트의 계수 값을 출력한다.

상기에서 채널 등화 장치는, 마이컴에서 계수 값 라이트 요청시(CS='1', ADDR="10" 또는 "11") 먼저 상위 8비트 다음으로 하위 2비트를 주기적인 시프트 연산을 수행하여 단계적으로 계수 값을 입력한다.

상기에서 제1 다중화부(40)는, 계수 값을 읽기 전에 상위 10비트를 하위 10비트에 복사하는 폴드_플래그에 제어에 따라 동작한다.

상기에서 제2 다중화부(50)는, 각 탭간에 시프팅 기능을 추가하여 각 탭에 저장된 계수 값을 순차적으로 읽을 수도 있고, 외부에서 순차적으로 입력할 수도 있게 제어하는 시프트_플래그의 제어에 따라 동작한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에서는 도1 및 수학식1과 같은 종래의 계수 갱신 구조를 도2와 같이 수정하여 계수의 리드(Read) 및 라이트(Write)가 가능하도록 하였다.

도2에 도시된 바와 같이, 각 탭간에 시프팅 기능을 추가하여 각 탭에 저장된 계수 값을 순차적으로 읽을 수도 있고, 외부에서 순차적으로 입력할 수도 있게 하였다.

이러한 기능을 수행하는 것이 시프트 플래그(Shift_flag)이며, 계수 값을 쓸 경우에는 하위 10 비트를 이용하고 반대로 계수값을 읽을 경우에는 상위 10 비트를 이용한다. 이는 clk_en_T(상위 8비트), clk_en_M(중위 2비트), clk_en_B(하위 10비트)를 이용하여 제어한다. 계수 값을 읽기 전에 항상 상위 10비트를 하위 10비트에복사하는 과정이 있는데, 이는 Fold_flag를 이용하여 이루어진다.

도3은 도2의 채널등화 장치와 마이컴과의 입출력 타이밍도로서, 마이컴(MICOM)과의 인터페이스에 따른 상태 변화를 보인 것이다.

ADDR이 "00"(상위 8비트) 또는 "01"(하위 2비트)일 경우에는 계수 값을 채널 등화기에서 마이컴으로 라이트하는 것을 의미하고, "10"(상위 8비트) 또는 "11"(하위 2비트)일 경우에는 계수 값을 마이컴에서 채널 등화기로 리드하는 것을 의미한다. 여기서는 10비트의 계수 값을 8비트 및 2비트로 나누어 처리한다. 리드 및 라이트는 RW_CLK의 주기로 일어나며, 256 탭의 리드 또는 라이트는 512 RW_CLK 사이클을 요하게 된다. CS 신호가 온일 때만 리드 및 라이트 작용이 일어나며 오프일 때는 정상 동작이 발생한다.

도4는 도2의 계수 입출력과 관련된 유한 상태 머시인이다.

여기서 입력/출력은 CS, ADDR, RW_CLK, Fold_flag, Shift_flag이다. CS가 0일 때에는 항상 정상 상태이며, 등화기의 정상적인 동작이 이루어진다. 그러나 CS가 온되면 ADDR에 따라 리드 상태("10", "11") 또는 라이트 상태("00", "01")로 들어가게 된다.

여기서 ST_Stay_R1, ST_Stay_R2, ST_Stay_W1, ST_Stay_W2에서는 기존 상태를 유지하게 되며, 나머지 상태는 아래에 상세히 설명한다.

1) "ST_Fold" 상태

이는 마이컴으로부터 최초 리드 요구(CD='1', ADDR="00")가 왔을 때 Fold_flag가 1이 되어 상위 10 비트를 하위 10 비트로 복사하는 과정이며, 클럭 인에이블은 하위 10 비트(clk_en_B)에 대해서만 일어난다. 이렇게 상위 비트를 하위 비트로 복사하는 이유는 등화에 이용되는 계수가 상위 10비트이기 때문에 계수 라이트 중에도 정상적인 등화가 일어나도록 하기 위해서이다.

도5는 이러한 ST_Fold 상태의 동작구성을 보인 도면이다.

2) "ST_Shift_W" 상태

한 탭의 계수 라이트가 일어나고 나면 한 탭 씩 시프트가 일어난다. 즉, ADDR "00" 및 "01"이 순차적으로 읽혀지고 나면 Shift_flag와 clk_en_B가 1이 되어 그 다음 탭이 준비된다. 이러한 시프팅 과정을 도면으로 나타낸 것이 도6이다.

3) "ST_Shift_R1" 상태

계수 리드 과정은 라이트 과정과는 달리 상위 10비트를 이용하여 일어나며, 그 중 상위 8비트를 먼저 읽어 들이고, 그 다음 하위 2비트를 읽어들인다. ADDR이 "10"일 때 상위 8비트를 의미하여, 이 경우 Shift_flag와 clk_en_T가 1이 되어 상위 8비트를 시프팅시킨다.

도7은 이러한 ST_Shift_R1 상태의 동작구성도이다.

4) "ST_Shift_R1" 상태

ADDR이 "11"일 때 하위 2비트를 의미하며, 이 경우 Shift_flag와 clk_en_M이 1이 되어 하위 2비트를 시프팅시킨다. 도8은 이러한 ST_Shift_R2 상태의 동작구성도이다.

결과적으로 ADDR "10" 및 "11"이 처리되고 난 후에야 한 탭의 시프팅이 일어났다고 말할 수 있다.

이처럼 본 발명은 GA VSB 방식의 HDTV 수신기에서 수신 채널의 진폭 및 위상 왜곡을 보상하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치는 등화기는 종래의 등화기가 특정한 채널 조건에 대해 적응 등화를 하기 때문에 수렴하는데 상당한 시간이 소요되며 전원-온이나 채널 변환 상황에서 전체 시스템 수렴 시간에 상당한 영향을 미치는 것을 해결하여, 특정한 지역의 특정 채널에 대해서는 유사한 계수 값을 가지게 되는데, 이러한 경우에 수렴된 계수 값을 다운로드 받아 두었다가 전원-온 또는 채널 변환시 그 값을 다시 써 준다면 어떠한 채널 조건이라 할지라도 한 필드 이내에 수렴이 일어날 수 있도록 하고, 계수값 라이트 상황에서 폴딩 동작을 통해 등화기의 필터링은 계속 수행할 수 있게 함으로써 전체 시스템 동작에 전혀 영향을 주지 않으며, 언제든지 계수 값을 마이컴에서 읽어 갈 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 각 D 플립플롭 앞에 부가된 다중화 로직의 경우는 DFT(Design For Testability) 디자인 설계시 추가되어져야 하는 로직이기 때문에 하드웨어 오버헤드도 크지 않은 효과도 있게 된다.

Claims

오차 신호의 부호에 따라 지연된 TDL 데이터를 선택하는 다중화부와;

상기 다중화부에서 출력되는 신호에서 스탭 크기와 정규화된 오차신호에 의해 라이트 시프트를 수행하는 시프트부와;

상기 시프트부의 출력에 기존의 계수 값을 더하는 가산부와;

이전 탭 계수 값 또는 상위 탭 계수 값을 선택하는 제1 다중화부와;

상기 다중화부의 출력을 입력받아 이전 탭 계수 값 또는 상기 가산부의 출력값을 선택하는 제2 다중화부와;

상기 제2 다중화부의 출력을 입력받아 계수 값을 저장하여 상기 가산부에서 읽을 수 있도록 계수 저장부로 구성된 것을 특징으로 하는 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치.
제1항에 있어서, 상기 채널 등화 장치는,

마이컴에서 계수 값 리드 요청시 먼저 상위 10비트를 하위 10비트로 폴딩하여 주기적인 시프트 연산을 수행하여 단계적으로 10비트의 계수 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치.
제1항에 있어서, 상기 채널 등화 장치는,

마이컴에서 계수 값 라이트 요청시 먼저 상위 8비트 다음으로 하위 2비트를 주기적인 시프트 연산을 수행하여 단계적으로 계수 값을 입력하는 것을 특징으로 하는 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 다중화부는,

계수 값을 읽기 전에 상위 10비트를 하위 10비트에 복사하는 폴드_플래그에 제어에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 다중화부는,

각 탭간에 시프팅 기능을 추가하여 각 탭에 저장된 계수 값을 순차적으로 읽을 수도 있고, 외부에서 순차적으로 입력할 수도 있게 제어하는 시프트_플래그의 제어에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 계수값 입출력 가능한 채널등화 장치.