KR20020014252A - 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서 필터의 탭 계수 갱신이 허용되는 동안 판정 의거 오차가 미리 정해진 문턱값 범위 안에 들어올 경우 천이 연산을 수행하여 스텝 크기를 가변하고, 이에 따라 채널 등화 성능을 향상시켜 수렴 후의 잔류 오차를 줄일 수 있도록 한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법에 관한 것으로, 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화 수행시 사토 오차 상수를 구하는 사토 오차 상수 계산 단계와, 상기 사토 오차 상수 계산 단계 수행 후, 판정 의거 알고리즘에 의한 판정 의거 오차와 사토 알고리즘에 의한 사토 오차의 부호를 비교하는 오차 부호 비교 단계와, 상기 오차 부호 비교 단계의 비교 결과, 판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같은 경우 판정 의거 오차의 크기와 등화기 출력 오차 신호의 문턱값을 비교하는 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계와, 상기 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계의 비교 결과 판정 의거 오차가 문턱값 범위 안에 들어오면 초기에 설정된 스텝 크기를 천이 연산을 통해 반으로 줄이고, 문턱값 범위 안에 들어오지 못하면 초기에 설정된 스텝 크기를 그대로 유지하는 스텝 크기 가변 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법 {STEP SIZE CONTROL METHOD IN CHANNEL EQUALIZATOR USING BLIND EQUALIZATION}

본 발명은 블라인드 등화(Blind Equalization)를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법에 관한 것으로, 스탑 앤드 고(stop and go) 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서 필터의 탭 계수를 갱신하기 위한 스텝 크기를 채널 환경에 따라 적정의 값을 갖도록 가변하여 채널 등화(Channel Equalization) 성능을 향상시킴으로써 수렴 후의 잔류 오차를 줄일 수 있도록 한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 디지털 통신 시스템의 물리적 채널은 여러 개의 시변화 다중 경로를 거쳐 수신되므로 심벌간의 간섭(Inter Symbol Interference ; ISI)을 일으키게 되는데, 이러한 비 이상적인 채널에 신호를 전송하면 신호 왜곡이 발생하여 수신측에서 비트 검출 오류를 일으켜 원래의 신호를 복구하지 못하는 경우가 발생하게 된다.

이와 같은 현상을 극복하기 위하여 디지털 통신 시스템에서는 적응 채널 등화기를 사용하게 되는데, 적응 채널 등화기는 이상적인 특성에서 벗어나 왜곡된 채널을 통과한 수신신호를 처리하여 채널의 특성을 보상함으로써 수신측에서의 비트 검출 오류를 감소시키도록 한다.

즉, 송신측에서 일정 기간 동안 수신측이 미리 알고 있는 데이터 훈련 열을 전송하면, 수신측에서 채널을 거치면서 왜곡된 데이터와 원래의 데이터를 비교하여 채널의 왜곡 정도를 추정한 후 필터의 탭 계수를 조절함으로써 채널의 왜곡 특성을 상쇄시킨다.

그러나, 실제로 많은 경우에 있어서, 상기와 같은 훈련 열이 없이 초기에 채널 등화가 이루어지도록 할 필요가 있는데, 즉 수신된 신호만으로 채널 왜곡을 보상해 줄 수 있어야 하며, 이러한 적응 채널 등화를 블라인드 등화라 한다.

상기와 같은 블라인드 등화는 라디오나 TV 방송, 즉 일대 다점(point tomulti point) 통신 방식에서 주로 이용되고, 일대 일(point to point) 통신 방식에서는 거의 이용되지 않는다.

즉, 상기 일대 일 통신 방식에서는 채널 변화에 따라 수신측에서 심벌 오류가 발생하기 시작하면 일단 데이터의 전송을 멈추고, 훈련 열을 주고 받아 변화된 채널 특성을 상쇄할 수 있도록 필터의 탭 계수를 조절한 후 데이터의 송/수신을 재개할 수 있으나, 일대 다점 통신 방식에서는 방송국과 수신기들 사이의 채널 환경이 모두 다르므로 상기 일대 일 통신 방식에서와 같은 방법을 사용할 수 없어 일정 시간 간격마다 훈련 열을 보내든지 블라인드 등화를 사용해야 한다.

한편, 상기 블라인드 등화에는 미리 알고 있는 훈련 열 대신 등화기의 출력으로부터 추정된 데이터 심벌 열을 이용하는 판정 의거(Decision Directed) 알고리즘과, 등화 초기에는 판별기의 신뢰도가 그리 높지 않아 양자화 간격을 넓혀 보다 성글게 양자화하여 판별기의 신뢰도를 높이는 사토(sato) 알고리즘과, 상기 판정 의거 알고리즘의 수렴 성능을 개선하기 위해 상기 사토 알고리즘의 오차 신호를 이용하여 필터의 탭 계수의 갱신 여부(stop, go)를 결정하는 스탑 앤드 고 알고리즘이 있다.

상기와 같은 블라인드 등화의 여러 알고리즘을 이용한 채널 등화기에서 스텝 크기는 수렴 속도 및 정상 상태에서의 잔류 오차 등을 결정하는 파라미터로서 필터의 탭 계수를 조절하는 크기를 나타내고 등화기내 필터의 탭 계수를 갱신하는데 있어 중요한 역할을 수행한다.

종래에는 상기 스텝 크기를 시스템이 발산하지 않도록 모의 실험에 의한 고정된 값으로 설정하여 이용하였다.

그러나, 상기와 같이 고정된 값의 스텝 크기는 수렴 후 정상 상태에서 더 이상 최적의 값을 만족하지 못하므로 최적의 필터의 탭 계수를 추정하는데 어려움이 따를 뿐만 아니라 상대적으로 큰 잔류 오차가 존재하여 전체적인 채널 등화 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

특히, 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화의 경우 수렴 후 잔류 오차가 다른 알고리즘에 비해 큰 것으로 알려져 있어 수렴 상태에 따라 적정한 스텝 크기를 설정해야 만이 최적의 필터의 탭 계수를 적당한 시간 안에 추정할 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서 필터의 탭 계수 갱신이 허용되는 동안 판정 의거 오차가 미리 정해진 문턱값 범위 안에 들어올 경우 천이 연산을 수행하여 스텝 크기를 가변하고, 이에 따라 채널 등화 성능을 향상시켜 수렴 후의 잔류 오차를 줄일 수 있도록 한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 스텝 크기 제어방법이 적용되는 FIR 필터 구조도,

도 2는 본 발명의 VSB 방식의 데이터 구조를 보인 도면,

도 3은 본 발명에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 필터의 탭 계수 갱신 영역을 보인 도면,

도 4는 본 발명에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법을 보인 동작 흐름도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10∼10-N : 지연기 20∼20-N : 곱셈기

30 : 가산기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법은, 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화 수행시 사토 오차 상수를 구하는 사토 오차 상수 계산 단계와, 상기 사토 오차 상수 계산 단계 수행 후, 판정 의거 알고리즘에 의한 판정 의거 오차와 사토 알고리즘에 의한 사토 오차의 부호를 비교하는 오차 부호 비교 단계와, 상기 오차 부호 비교 단계의 비교 결과, 판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같은 경우 판정 의거 오차의 크기와 등화기 출력 오차 신호의 문턱값을 비교하는 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계와, 상기 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계의 비교 결과 판정 의거 오차가 문턱값 범위 안에 들어오면 초기에 설정된 스텝 크기를 천이 연산을 통해 반으로 줄이고, 문턱값 범위 안에 들어오지 못하면 초기에 설정된 스텝 크기를 그대로 유지하는 스텝 크기 가변 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 스텝 크기 제어방법이 적용되는 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 구조도로서, 시간 n에서의 등화기 입력신호 x(n)을 계속적으로 지연시키는 지연기(10∼10-N)와, 상기 지연기(10∼10-N)에 의해 지연된 등화기 입력신호 x(n)∼x(n-N+1)과 시간 n에서의 필터의 i번째 탭 계수 C_i (n)을 곱하는 곱셈기(20∼20-N)와, 상기 곱셈기(20∼20-N)의 출력을 모두 가산하여 등화기의 출력신호 z(n)을 출력하는 가산기(30)로 구성된다.

본 발명에서는 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기, 즉 상기와 같이 구성된 FIR 필터에서 스텝 크기 제어방법을 구현하고, 이때의 등화기 입력신호, 등화기 기준신호 및 필터의 탭 계수는 다음과 같이 정의된다.

x(n) : 시간 n에서의 등화기 입력신호,

d(n) : 시간 n에서의 등화기 기준신호,

C_i (n) : 시간 n에서의 필터의 i번째 탭 계수,

그리고, 등화기 출력에서의 오차 신호는 다음 수학식 1과 같다.

e(n) = d(n) - z(n)

그러므로 필터의 탭 계수 갱신식은 N을 채널 등화기의 전체 탭의 개수라 할 때 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

C_i (n+1) = C_i (n) + mu ｅ(n) x (n-i) for i = 0,1,…, N-1

여기서, mu는 스텝 크기이다.

이러한 갱신된 탭 계수를 이용한 등화기의 출력신호는 다음 수학식 3과 같다.

한편, 블라인드 등화를 위한 알고리즘중 판정 의거 알고리즘에 있어서, 판정 의거 오차 항은 다음 수학식 4와 같고, 필터의 탭 계수 갱신식은 다음 수학식 5와 같다.

e^D (n) = z(n) - x^Λ (n)

여기서, 상기 x^Λ (n)은 상응하는 문턱값에 의해 결정된 심벌로서 등화기 출력을 송신 심벌의 레벨 간격으로 양자화하여 구한 값이다.

C(n+1) = C(n) - mu ｅ^D (n) x (n)

그리고, 사토 알고리즘에 있어서, 전송된 데이터의 추정치 x^Λ (n)은 다음 수학식 6과 같고, 이때의 오차 신호는 수학식 7과 같으며, 필터의 탭 계수 갱신식은 수학식 8과 같고, 사토 오차 상수는 수학식 9와 같다.

x^Λ (n) = γ sgn [z(n)]

C(n+1) = C(n) - mu ｅ^S (n) y (n)

마지막으로, 사토 오차가 판정 의거 오차와 같은 부호일 경우에는 판정 의거 오차가 충분히 신뢰성 있는 것으로 판단하여 필터의 탭 계수를 갱신하고, 다른 부호일 경우에는 필터의 탭 계수를 갱신하지 않는 스탑 앤드 고 알고리즘에 있어서, 필터의 탭 갱신식은 다음 수학식 10과 같고, 필터의 탭 계수 갱신 허가 여부를 결정하는 플래그 f(n)는 다음 수학식 11과 같은 관계식에 의해 결정된다.

C(n+1) = C(n) - mu (f(n)ｅ^D (n) x (n))

여기서, sgn은 각 오차 신호의 부호를 나타낸다.

상기 스텝 크기 mu는 수렴 속도를 결정하는 인자로서 필터의 탭 계수를 조절하는 크기를 나타내는데, 이 mu값이 크면 계수를 한번 반복 계산할 때마다 계수의 변화량이 커 빠른 속도로 평균 제곱 오차를 최소로 하는 최적의 필터의 탭 계수에 접근할 수 있으나, 상기 mu값이 적정 수준 이상으로 커지면 필터의 탭 계수는 수렴하지 못하고 정상 상태에서의 평균 제곱 오차가 커지게 된다.

반면에, 상기 mu값이 너무 작으면 필터의 탭 계수는 최적의 필터의 탭 계수에 가깝게 수렴할 수 있으나 수렴 속도가 떨어지게 된다.

따라서, 적정한 스텝 크기 mu값을 설정해야 만이 최적의 필터의 탭 계수를 적당한 시간 안에 추정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 VSB 방식의 데이터 구조를 보인 도면으로서, 디지털 통신 시스템에서 잔류 측대역(Vestigial Side Band) 변조 방식의 고선명 텔레비전 지상 방송 모드의 데이터 구조를 나타낸 것으로, 실제 전송된 데이터가 8개의 레벨(-7,-5,-3,-1,+1,+3,+5,+7)로 구성되어 있음을 알 수 있다.

상기와 같이 8개의 레벨로 전송되는 VSB 방식의 데이터의 경우 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 수행할 경우, 먼저, 사토 오차 상수는 다음 수학식 12와 같이 계산할 수 있다.

따라서, 판정 의거 알고리즘 및 사토 알고리즘의 오차 항을 이용한 스탑 앤드 고 알고리즘의 탭 계수 갱신 영역은 도 3과 같다.

여기서, " + , - " 기호는 판정 의거 오차 또는 사토 오차 항의 부호를 나타낸 것으로, 이러한 스탑 앤드 고 알고리즘에 의해 판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같을 때 판정 의거 오차와 실제 전송 신호에 의한 오차의 부호가 같을 확률보다 높게 된다.

상기와 같이 본 발명에서는 스탑 앤드 고 알고리즘에서 상기 두 오차 항의 부호가 같은 경우 판정 의거 모드에 의하여 판정한 값이 신뢰성이 증가하게 되므로 이 값이 일정한 범위 안에 들어오게 되면 스텝 크기를 줄여 줌으로써 채널 등화기의 성능을 좀 더 안정화시킬 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명에 의한 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법을 도 4의 동작 흐름도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사토 오차 상수 계산 단계(S1)에서 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화 수행시 상기 수학식 12를 통해 사토 오차 상수를 구한다.

상기 사토 오차 상수 계산 단계(S1) 후에 오차 부호 비교 단계(S2)로 진행하여 상기 판정 의거 알고리즘에 의한 판정 의거 오차와 사토 알고리즘에 의한 사토 오차의 부호를 비교한다.

상기 오차 부호 비교 단계(S2) 후에 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계(S3)로 진행하여 상기 오차 부호 비교 단계(S2)의 비교 결과 판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같은 경우 판정 의거 오차의 크기와 등화기 출력 오차 신호에 따라 스텝 크기의 가변 여부를 결정하기 위한 등화기 출력 오차 신호의 문턱값을 비교한다.

상기 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계(S3) 후에 스텝 크기 가변 단계(S4)로 진행하여 상기 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계(S3)의 비교 결과 판정 의거 오차가 문턱값 범위 안에 들어오면 초기에 설정된 스텝 크기를 천이 연산을 통해 반으로 줄이고, 문턱값 범위 안에 들어오지 못하면 초기에 설정된 스텝 크기를 그대로 유지한다.

본 발명의 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에 있어서, 필터의 탭 계수 갱신식은 다음 수학식 13과 같다.

i=0,1,... N-1

여기서, mu (n)은 시간 변수 n에 따른 가변 스텝 크기이고, mu (n)의 초기값은 시스템이 발산하지 않도록 하는 적정의 초기값()으로 설정된다.

그리고, mu (n)은 다음 수학식 14와 같이 나타낸다.

여기서, m은 등화기 출력 오차 신호의 문턱값을 고려하여를 천이하는 정도를 나타낸 것으로,를 m이 가질 수 있는 최대값이라고 하면 0≤m≤을 만족하게 되며, 다음 수학식 15와 같이 결정된다.

여기서, alpha 는 판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같은 경우 등화기 출력 오차 신호에 따라 스텝 크기의 가변 여부를 결정하기 위하여 비교되는 문턱값으로 본 발명에서는 판정 의거 오차의 최대값인 "1"보다 작은 값을 만족한다.

판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같아 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계(S3)에서 판정 의거 오차의 크기와 상기 문턱값을 비교하는 경우, 상기 판정 의거 오차의 크기가 상기 문턱값( alpha ) 범위 안에 들어오면 상기 스텝 크기 가변 단계(S4)에서 상기 m을 "m+1"로 결정하여 초기에 설정된 스텝 크기를 천이 연산을 통해 그 크기를 반으로 줄이고, 반대로 해당 범위를 만족하지 않으면 m이 "m-1"을 만족하므로 스텝 크기는 초기에 설정된 값을 그대로 유지한다.

그리고, m이 허용되는 최소값 또는 최대값, 즉 "0" 또는 ""가 되면 그대로 유지한다.

상기와 같이 본 발명에서는 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서 필터의 탭 계수를 갱신하는 동안은 등화기가 안정된 상태로 동작하는 것으로 판단하여 판정 의거 오차가 일정한 문턱값 범위 안에 들어오게 되면 스텝 크기를 천이 연산을 통해 반으로 줄임으로써 등화 후의 잔류 오차를 줄일 수 있는 것이다.

즉, 스텝 크기를 채널 등화기의 오차 신호에 따라 가변시켜 줌으로써 채널 환경에 적응할 수 있어 수렴 후의 진동 폭을 작게 할 수 있다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서 필터의 탭 계수 갱신이 허용되는 동안 판정 의거 오차가 미리 정해진 문턱값 범위 안에 들어올 경우 천이 연산을 수행하여 초기값으로 설정된 스텝 크기를 채널 환경의 변화에 따라 적정의 값을 만족하도록 가변 설정함으로써 채널 등화 성능을 향상시켜 수렴 후의 잔류 오차를 줄일 수 있고, 채널 추종 능력면에서 종래의 고정된 스텝 크기를 이용하여 필터의 탭 계수를 갱신하는 방법을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 스텝 크기를 가변하는 경우 천이 연산만을 수행함으로써 하드웨어 구현시 그 부담을 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 스탑 앤드 고 알고리즘에 의한 블라인드 등화 수행시 사토 오차 상수를 구하는 사토 오차 상수 계산 단계와,

   상기 사토 오차 상수 계산 단계 수행 후, 판정 의거 알고리즘에 의한 판정 의거 오차와 사토 알고리즘에 의한 사토 오차의 부호를 비교하는 오차 부호 비교 단계와,

   상기 오차 부호 비교 단계의 비교 결과, 판정 의거 오차와 사토 오차의 부호가 같은 경우 판정 의거 오차의 크기와 등화기 출력 오차 신호의 문턱값을 비교하는 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계와,

   상기 판정 의거 오차와 문턱값 비교 단계의 비교 결과 판정 의거 오차가 문턱값 범위 안에 들어오면 초기에 설정된 스텝 크기를 천이 연산을 통해 반으로 줄이고, 문턱값 범위 안에 들어오지 못하면 초기에 설정된 스텝 크기를 그대로 유지하는 스텝 크기 가변 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 스텝 크기 가변 단계에서 가변되는 스텝 크기를 이용하여 필터의 탭 계수를 갱신하는 것을 특징으로 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 필터의 탭 계수 갱신식이,

   C_i (n+1) = C_i (n) + mu (n)ｅ^D (n)x(n-i)i=0,1,... N-1 인 것을 특징으로 하는 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 가변 스텝 크기 mu (n)이,

   인 것을 특징으로 하는 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 m이, 0≤m≤을 만족하고,의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 블라인드 등화를 이용한 채널 등화기에서의 스텝 크기 제어방법.