KR20070117791A - 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치 - Google Patents

추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치 Download PDF

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KR20070117791A
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Abstract

추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치가 개시된다. 본 발명의 등화장치는, 복수 개의 안테나를 통해 수신한 신호를 기초로 채널 상에서 왜곡된 신호를 보상할 수 있다. 나아가, 등화장치는 각 안테나를 통해 수신되는 신호들에 포함된 것으로 추정된 잡음의 전력을 기초로 초기 계수를 계산하여 적용함으로써 보상된 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 할 수 있다.
등화장치, Equalizer, 다중 안테나, 추정 잡음, 초기 계수

Description

추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치{Equalizer using estimated noise power}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화장치의 블록도,
도 2는 도 1의 등화장치에 포함되는 결합선형등화기의 일 예의 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기계수계산부의 블록도, 그리고
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음전력추정기의 블록도이다.
본 발명은, 복수 개의 안테나를 통해 수신한 신호를 기초로 채널 상에서 왜곡된 신호를 보상할 수 있는 등화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 안테나를 통해 수신되는 신호들에 포함된 것으로 추정된 잡음의 전력을 기초로 초기 계수를 계산하여 적용함으로써 등화된 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 하는, 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치에 관한 것이다.
디지털 전송 시스템의 신호는 채널의 영향을 받아 신호가 왜곡되는 것이 일 반적이다. 따라서 원하는 신호를 적절히 수신하기 위하여 수신장치는 채널에 의한 왜곡을 완화시킬 수 있는 등화기를 사용한다.
도심지나 실내에서 디지털 방송 신호를 수신하는 경우, 수신되는 신호는 다양한 경로를 통해 반사되거나 반사되지 않은 신호들이 합쳐진 것이다. 이러한 신호들 간의 간섭으로 인하여 수신장치로 수신되는 신호의 왜곡은 더욱 심하게 된다.
채널 등화기로는 결정 궤환 등화기(DFE, Decision Feedback Equalizer) 구조가 널리 사용된다. 결정 궤환 등화기는 잡음 증가가 적고, 무한 응답(IIR: Infinite Impulse Response)필터(Filter)를 사용하므로 필터의 길이에 해당하는 시간 지연에 따른 신호 왜곡을 보상할 수 있다는 장점이 있는 반면, 잘못된 결정에 의한 불안정성이 단점이다.
본 발명의 목적은, 복수 개의 안테나를 통해 수신한 신호를 기초로 채널 상에서 왜곡된 신호를 보상할 뿐 아니라, 각 안테나를 통해 수신되는 신호들에 포함된 것으로 추정된 잡음의 전력을 기초로 초기 계수를 계산하여 적용함으로써 등화된 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 하는, 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 추정된 잡음전력을 이용하는 등 화장치는 적어도 하나의 잡음전력추정기, 결합선형등화기, 감산기 및 잡음예측부를 포함한다.
적어도 하나의 잡음전력추정기는 적어도 하나의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 각각 채널 임펄스 응답 및 잡음을 추정하고, 신호 대 추정잡음의 전력비율를 구하여 출력한다.
결합선형등화기는 상기 채널 임펄스 응답들과 상기 신호 대 추정잡음의 전력비율을 기초로 초기 계수를 구하고, 이렇게 구해진 상기 초기 계수를 이용하여 상기 적어도 하나의 안테나로부터 수신한 데이터들을 등화하여 신호대잡음비가 최대인 등화신호를 감산기로 출력하게 된다. 그리고 감산기는 상기 결합선형등화기에서 증폭된 것으로 예측된 예측잡음을, 상기 등화신호로부터 제거하여 최종적으로 등화된 신호를 출력한다.
잡음예측부는 상기 예측잡음을 예측하여 상기 감산기로 출력한다.
여기서, 상기 결합선형등화기는 적어도 하나의 등화기, 초기계수계산부, 합산기 및 FT(Frequency to Time)변환부를 포함한다.
초기계수계산부는 상기 채널 임펄스 응답들 및 신호 대 추정잡음의 전력비들을 기초로 상기 초기 계수를 각각 구하여 적어도 하나의 등화기로 출력하고, 적어도 하나의 등화기는 상기 적어도 하나의 안테나로부터 수신한 신호들을 주파수영역에서 각각 등화하여 합산기로 출력한다.
합산기는 상기 적어도 하나의 등화기로부터 출력되는 신호를 더하여 FT변환부로 출력하면, FT변환부는 상기 합산기로부터 수신한 신호를 시간영역의 상기 등 화신호를 변환하여 상기 감산기로 출력하게 된다.
여기서, 상기 초기계수계산부는, 다음의 수학식에 따라 초기 계수를 구하는 것이 바람직하다.
,
Figure 112006040543635-PAT00002
,
Figure 112006040543635-PAT00003
여기서,
Figure 112006040543635-PAT00004
는 l번 째 등화기로 출력되는 초기계수, βi는 i번 째 안테나로부터 수신한 신호로부터 구한 신호대추정잡음의 전력비, Ci(k)는 i번 째 안테나로부터 수신한 신호의 채널 임펄스 응답의 주파수 영역 값, C * (k)는 C(k)의 켤레(Conjugate) 값,　L은　상기 안테나의 개수.
또한, 상기 적어도 하나의 등화기는, 등화초기에 상기 초기 계수를 이용하여 등화를 시작하며, 초기 계수에 의한 등화 이후에는 자체 계수 업데이트 알고리즘에 따라 구해지는 계수를 기초로 등화과정을 수행할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 등화기는, 자체의 계수 업데이트 알고리즘에 따라 구해지는 계수를 기초로 상기 등화과정을 수행하는 중에, 상기 감산기의 최종 출력이 수렴하지 않는 경우 상기 초기 계수를 이용하여 등화과정을 초기화할 수 있다.
상기 잡음전력추정기는, 채널추정부 및 잡음전력추정부를 포함한다.
채널추정부는 상기 안테나 중 하나로부터 수신한 신호로부터 상기 채널 임펄스 응답을 구하고, 기 알고 있는 소정의 훈련열 데이터와 상기 수신된 신호에 대해 구한 상관(Correlation)값을 소정의 추정채널신호로서 잡음전력추정부로 출력한다.
잡음전력추정부는 상기 상관값으로부터 상기 추정채널신호를 차감하여 추정 잡음을 구하고, 상기 추정 잡음의 전력을 기초로 상기 신호 대 추정잡음의 전력비율을 구하여 상기 결합선형등화기로 출력한다.
본 발명의 등화장치는, 기 알고 있는 심볼 중 상기 감산기의 최종출력에 가장 가까운 것으로 결정된 심볼을 출력하는 결정부 및 상기 결합선형등화기의 등화출력과 상기 결정부로부터 수신한 심볼을 기초로 오류값을 생성하여 상기 결합선형등화기로 출력하는 에러생성부를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등화장치(100)는, 원하는 주파수 대역의 신호를 수신하는 과정에서, 페이딩(fading) 등에 의해 왜곡된 신호를 보상하기 위하여 복수 개의 안테나를 사용하는 수신시스템에 구비될 수 있다. 등화장치(100)는 복수 개의 안테나로부터 입력되는 신호들 각각에 포함된 잡음 전력을 추정하고, 추정된 잡음전력을 기초로 최적의 초기 등화기 계수를 계산하여 등화를 수행할 수 있다. 이에 따라 등화장치(100)는, 등화되어 출력되는 신호의 신호대잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)가 최대가 되도록 할 수 있다.
본 발명의 등화장치(100)는 디지털 방송수신장치 등의 수신회로에 구비되어 소정의 방송신호를 등화하는데 사용될 수 있으며, 예측 결정 궤환 등화기(pDFE: predictive Decision Feedback Equalizer) 구조를 가지는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 등화장치(100)는, 예측결정궤환등화기(110) 및 적어도 하나의 잡음전력추정기(130-1 내지 130-L)를 포함한다. 예측결정궤환등화기(110)는 결합선형등화기(Combined Linear Equalizer)(111), 감산기(113), 결정부(115), 잡음예측부(Noise Predictor)(107), 에러(Error)생성부(109)를 포함한다.
등화장치(100)는 복수 개의 안테나(또는 전송 경로, 채널)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 이하에서는 설명의 편리를 위해 입력되는 신호의 개수를 L 개로 한다. L은 안테나의 개수가 될 수 있다.
결합선형등화기(111)는 L 개의 수신 데이터 u1(n) 내지 uL(n)를 입력받는다. 수신 데이터 u1(n) 내지 uL(n)는 소정의 비트의 조합인 심볼(symbol)단위로 입력된다.
또한, 결합선형등화기(111)는, 등화기 계수를 초기화하기 위해, 적어도 하나의 잡음전력추정기(Noise Power Estimating Block)(130-1 내지 130-L)로부터 각 채널의 채널 임펄스 응답(Channel Impulse Response) c1(m) 내지 cL(m)과 각 채널의 신호 대 추정잡음의 전력비율(이하 '신호대추정잡음의 전력비'라 함) β1 내지 βL을 입력받는다. 채널 임펄스 응답 c1(m) 내지 cL(m)은 각 안테나별로 수신된 신호를 기초로 추정된 것이다. 적어도 하나의 잡음전력추정기(130-1 내지 130-L) 및 신호대추정잡음의 전력비 β1 내지 βL에 대하여는 아래에서 다시 설명한다.
결합선형등화기(111)는 수신 데이터 u1(n) 내지 uL(n)를 각각 등화하고, 그 등화한 결과를 합산한 후, 시간영역의 등화출력 x(n)을 출력한다. 결합선형등화기(111)의 등화는 주파수 영역 또는 시간영역에서 이루어질 수 있으나, 본 발명은 주파수 영역에서의 등화를 중심으로 설명한다.
결합선형등화기(111)는 채널 임펄스 응답 c1(m) 내지 cL(m)과 신호대추정잡음의 전력비 β1 내지 βL를 이용하여 각 채널별로 일정하지 아니한 잡음에 대응하여 등화기 출력 신호의 신호대잡음비를 최대로 하는 초기 등화기 계수를 결정할 수 있다.
초기 등화기 계수는, 등화장치(100)가 등화를 시작하는 경우나 등화장치(100)의 초기화가 필요한 경우에 사용되어, 채널 상황에 대한 최적의 등화를 가능하게 한다. 등화를 시작하는 경우란, 등화장치(100)가 수신하고자 하는 물리적인 주파수 대역을 변경하거나 등화장치(100)가 구비된 수신시스템(미도시)이 동작을 시작하는 등의 경우를 말한다.
감산기(113)는 결합선형등화기(111)의 등화출력 x(n)으로부터 잡음예측부(117)에서 출력되는 예측잡음 n(n)을 제거하여 최종출력 y(n)을 출력한다. 예측잡음 n(n)은 결합선형등화기(111)의 등화 과정 중 증폭된 것으로 예측된 잡음을 말한다.
결정부(115)는 기 알고 있는 심볼 중 최종출력 y(n)에 가장 가까운 심볼로 결정된 d(n)을 잡음예측부(117)와 에러생성부(119)로 출력한다.
잡음예측부(117)는 등화출력 x(n)과 결정부(115)로부터 수신한 d(n)을 기초 로 예측한 예측잡음 n(n)을 감산기(113)로 출력한다.
에러생성부(119)는 결정값 d(n)과 등화출력 x(n)을 입력받아 블라인드(Blind) 알고리즘을 사용하여 오류 e(n)을 생성하여 결합선형등화기(111)로 출력한다. 오류 e(n)은 결합선형등화기(111)의 적응 등화에 사용된다.
이하에서는 결합선형등화기(111)의 세부적인 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
도 2는 도 1의 등화장치에 포함되는 결합선형등화기의 일 예의 블록도이다.
도 2의 결합선형등화기(200)는 도 1의 결합선형등화기(111)에 대응되며 동일하게 동작한다. 도 2의 결합선형등화기(200)는 2 개의 수신 데이터 u1(n)과 u2(n)을 입력받아 등화하는 경우에 대한 일 예로서, 적어도 2개의 안테나를 가진 수신시스템에 포함될 수 있다. 따라서 결합선형등화기(200)에는 두 개의 채널 임펄스 응답 c1(m)과 c2(m)이 입력되고, 신호대추정잡음의 전력비 β1과 β2가 입력된다. 앞서 설명한 바와 같이 도 2의 결합선형등화기(200)는 주파수 영역에서 등화를 수행하는 경우의 일 예에 해당한다. 그러나 시간영역의 결합선형등화기에도 추정된 잡음의 전력을 기초로 한 초기 계수를 등화에 이용하는 것은 가능하다.
결합선형등화기(200)는 제1 등화기(210), 제2 등화기(230), 합산기(251), FT변환부(Frequency to Time Conversion Block)(253), 에러변환부(257) 및 초기계수계산부(270)를 포함한다.
제1 등화기(210)는 제1 TF변환부(Time to Frequency Conversion Block)(211), 제1 계수업데이트부(213) 및 제1 보상부(215)를 포함하고, 제2 등화기(230)는 제2 TF변환부(231), 제2 계수업데이트부(233) 및 제2 보상부(235)를 포함한다.
제1 TF변환부(211)는 입력받은 u1(n)과 c1(n)에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행함으로써 주파수 영역의 데이터 U1(k)와 C1(k)를 구한다. C1(K)는 채널 임펄스 응답 c1(m)에 FFT 크기에 맞추어 0을 추가한 것을 FFT하여 구한다. 여기서, K는 N-point FFT를 사용하여 시간영역 데이터를 주파수 영역 데이터로 변환하였을 때의 1부터 N까지에 해당하는 주파수 인덱스이다.
U1(k)는 등화를 위하여 제1 보상부(215) 및 제1 계수업데이트부(213)로 출력된다. C1(k)는 초기계수계산부(270)로 출력되어, 데이터 u1(n)의 수신 초기의 등화를 위한 초기 계수를 계산하는데 사용된다.
제1 계수업데이트부(213)는 제1 보상부(215)가 U1(k)를 등화하는데 필요한 계수 W1 (t)(k)를 소정의 알고리즘으로 구하여 제1 보상부(215)로 출력한다. 여기서 알고리즘은 LMS(Least Mean Squared) 알고리즘 등이 해당된다. 제1 계수업데이트부(213)는 제1 TF변환부로부터 수신한 U1(k), 에러변환부(257)로부터 수신한 E(k) 및 스텝 사이즈(Step Size) μ를 이용하여 다음 단계 등화를 위한 계수 W1 (t+1)(k)를 계산하여 업데이트한다.
결합선형등화기(111)에서 사용되는 스텝 사이즈 μ는 기 설정된 값이거나 신호의 상태나 그 보상정도 등에 따라 가변될 수 있다. 스텝 사이즈 μ가 가변되는 경우, 결합선형등화기(111), 예측결정궤환등화기(110) 또는 등화장치(100)는 스텝 사이즈 μ를 계산하는 블록을 더 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 설명에서, 스텝 사이즈에 관한 설명이 중요하거나 반드시 필요한 것이 아니므로, 그 도시(圖示)와 설명을 생략하였다.
제1 계수업데이트부(213)는, 제1 보상부(215)가 등화를 처음 시작하는 위하여 필요한 초기 계수를 출력함에 있어, 초기계수계산부(270)로부터 수신한 초기 계수 W1 (0)(k)를 출력한다. 이를 위해, 제1 계수업데이트부(213)는 소정의 스위치나 먹스(Mux)를 포함하여 초기 계수 W1 (0)(k)과 자체에서 업데이트한 계수 W1 (t)(k)을 선택적으로 출력한다.
제1 보상부(215)는 제1 계수업데이트부(213)로부터 수신한 계수 W1 (t)(k)을 이용하여, 제1 TF변환부(211)로부터 수신한 U1(k)를 등화하여 주파수 영역의 등화출력 X1(k)를 합산기(251)로 출력한다.
제2 TF변환부(231), 제2 계수업데이트부(233) 및 제2 보상부(235)의 동작도 제1 TF변환부(211), 제1 계수업데이트부(213) 및 제1 보상부(215)의 동작과 동일하 게 설명될 수 있다. 따라서, 제2 TF변환부(231)는 u2(n) 및 c2(m)을 입력받고 C2(k)를 초기계수계산부(270)로 출력하며, 제2보상부(235)는 주파수 영역의 등화출력 X2(k)를 합산기(251)로 출력한다.
합산기(251)는 제1 등화기(210)의 등화출력 X1(K)와 제2 등화기(230)의 등화출력 X2(K)를 더하여 주파수 영역의 등화출력 X(K)를 구하여 FT 변환부(253)로 출력한다. 따라서 주파수 영역의 등화출력 X(K)는 다음의 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112006040543635-PAT00005
Figure 112006040543635-PAT00006
,
여기서, l은 채널 또는 안테나의 인덱스이다. 또한,
Figure 112006040543635-PAT00007
는 각 채널의 주파수 영역 등화출력
Figure 112006040543635-PAT00008
이다.
Figure 112006040543635-PAT00009
제1 등화기(210) 및 제2 등화기(230)는 두 개의 안테나, 두 개의 채널 또는 두 개의 수신 데이터 u1(n), u2(n)에 각각 대응된다. 따라서 등화장치(100)가 구비된 수신시스템(미도시)의 안테나가 L 개이고, 수신 데이터 u1(n) 내지 uL(n)이 등화장치(100)로 입력되는 경우, 결합선형등화기(200)는 제1 등화부 내지 제L 등화부를 포함하여 등화과정을 수행할 수 있다. 합산기(251)로는 L 개의 등화출력 X1(K) 내지 XL(K)가 입력되며 이들을 모두 더하여 등화출력 X(K)를 출력한다.
FT 변환부(253)는 합산기(251)로부터 출력되는 주파수 영역의 등화출력 X(K)에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 시간영역의 등화출력 x(n)을 구하여 출력함으로써 등화과정을 완료한다.
에러변환부(257)는 에러생성부(119)로부터 수신한 오류 e(n)에 대해 FFT를 수행하여 주파수 영역의 E(K)로 변환하여 제1 계수업데이트부(213) 및 제2 계수업데이트부(233)로 출력한다.
초기계수계산부(270)는 C1(K), C2(K), β1 및 β2를 입력받아 초기 계수 W1 (0)(k) 및 W2 (0)(k)를 구하여 제1 등화기(210) 및 제2 등화기(230)로 출력한다. 초기계수계산부(270)는 제1 등화기(210) 및 제2 등화기(230)가 처음 등화를 시작하기 전에 초기 계수 W1 (0)(k) 및 W2 (0)(k)를 출력함으로써 등화가 효과적으로 이루어지도록 한다.
또한, 발명의 실시 예에 따라 등화가 진행되고 있는 과정 중이라도, 등화출력 x(n)이 수렴되지 않는 경우에도, 초기계수계산부(270)가 구한 새로운 초기 계수를 기초로 제1 등화기(210) 및 제2 등화기(230)가 등화과정을 초기화함으로써 안정적인 수렴을 유도하고, 수렴속도를 개선할 수 있다.
초기계수계산부(270)가 L 개의 등화부를 위하여 초기 계수 Wl (0)(k)를 구하는 방법은 다음의 수학식 2로 대표될 수 있다.
Figure 112006040543635-PAT00010
Figure 112006040543635-PAT00011
Figure 112006040543635-PAT00012
Figure 112006040543635-PAT00013
, ,
여기서, βi는 신호대추정잡음의 전력비, C(k)는 주파수 영역의 채널 임펄스 응답, C * (k)는 C(k)의 켤레(Conjugate) 값이다.　L은　본 발명의 등화장치(100)에 적용된 안테나의 개수가 된다. 수학식 2는, 서로 같거나 같지 않은 잡음 전력을 포함하는 채널별 수신 데이터를 주파수 영역의 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 관점에서 MRC(Maximal Ratio Combining)하여 등화하는 계수를 구하는 것에 해당한다. W1 (0)(k) 및 W2 (0)(k)는 수학식 2에서 l이 2인 경우이다.　
수학식 2에 의해 각 채널별로 계산한 초기 계수를 적용함으로써, 등화 출력
Figure 112006040543635-PAT00014
는 신호 대 잡음비가 최대가 될 수 있다. 이와 같이 각 채널에 포함된 잡음 전력을 추정한 결과를 기초로 초기 계수를 구하여 등화하는 경우, 등화에 따른 수렴속도가 빨라질 수 있다. 또한, 고스트(ghost)가 크고 그 수도 많은 열악한 채널의 경우에도 수렴이 정상적으로 이루어지도록 한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 초기계수계산부(270)의 세부 구성 및 동작을 보다 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기계수계산부의 블록도이다.
도 3의 초기계수계산부(300)는 도 2의 초기계수계산부(270)의 일 예로서, 초 기계수계산부(270)와 동일하게 동작하며, 동일하게 설명될 수 있다. 또한, 도 3은 수학식 2로 대표되는 초기계수계산부(270)의 일 예를 보인 것이며, 초기계수계산부(270)는 수학식 2로 대표될 수 있는 다른 구성으로도 가능하다.
초기계수계산부(300)는 제1켤레값생성부(Conjugate Block)(301) 및 제2켤레값생성부(303)를 이용하여 C1(k), C2(k) 각각의 켤레(Conjugate)값 C1 * (k), C2 * (k)를 구한다. C1 * (k)와 C2 * (k)는 곱셈기(305, 307, 311, 313)를 통하여 각각 C1(k), β1 및 C2(k), β2 와 곱해진다. 덧셈기(319)는 곱셈기(307, 313)의 출력을 서로 더한 후 다시 1을 더한다. 역수처리부(321)는 덧셈기(319)에서 더해진 데이터의 역수를 구한다.
C1 * (k)와 C2 * (k)는 곱셈기(309, 315)에서 각각 β1 및 β2 와 곱해진 후, 곱셈기(317, 319)에서 역수처리부(321)의 출력과 다시 곱해짐으로써 초기 계수 W1 (0)(k) 및 W2 (0)(k)가 된다.
수학식 2의 신호대추정잡음의 전력비 βi는 평균 데이터의 전력에 대한 추정된 잡음전력의 평균값의 비이다. 평균 데이터의 전력은 수신 데이터의 평균전력으로 기 알고 있는 값이다. 추정된 잡음전력의 평균값은, 각 안테나를 통해 수신된 데이터로부터 잡음성분을 추정하여 각각 구한다. 이하에서는 도 4를 참조하여, 평 균잡음전력의 추정방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음전력 추정기의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 잡음전력추정기(400)는 채널추정부(410)와 잡음전력추정부(430)를 포함한다. 잡음전력추정기(400)는 적어도 하나의 잡음전력추정기(130-1 내지 130-L) 중 하나에 대응되어, 채널 및 잡음을 추정한다.
잡음전력추정기(400)로 입력되는 신호는 통신채널을 통해 수신된 후 기본적인 주파수 오차나 샘플링 시간 오차 등이 보상된 디지털 신호인 것이 바람직하다. 송신장치(미도시)가 전송하는 송신 데이터에는 잡음전력추정기(400)가 이미 알고 있는 데이터가 포함된다. 이러한 데이터를 '훈련열(Training Sequence) 데이터 또는 학습신호'라고 하며, 이러한 훈련열 데이터로는 PN열(Pseudo Noise Sequence)이 해당할 수 있다. 이하에서는 수신 데이터에 포함된 데이터로서 훈련열 데이터 이외의 데이터를 '랜덤 데이터'라고 한다. 수신 데이터에 훈련열 데이터가 주기적으로 포함되어 전송되는 경우, 수신 데이터는 훈련열 데이터와 랜덤 데이터의 조합으로 이루어지게 된다.
채널추정부(410)는 이동상관부(Moving Correlation Block)(411)와 잡음마스킹부(Noise Masking Block)(413)를 포함하여 수신된 데이터가 통과한 채널을 추정한다.
이동상관부(411)는 이미 알고 있는 훈련열 데이터를 이용하여, 수신 데이터에 대해 소정의 이동상관(Moving Correlation)을 수행하여 채널을 추정한다. 이 경우, 수신 데이터에 포함된 훈련열 데이터와 이동 상관이 이루어지는 경우, 채널 임 펄스 응답 c(m)이 추정될 수 있다.
이동상관부(411)는, 훈련열 데이터의 심볼 개수만큼의 수신 데이터(Rx data)와 기 알고 있는 훈련열 데이터에서, 서로 대응하는 심볼들을 순차적으로 곱한 후 더함으로써 상관값을 구한다. 이동상관부(411)는 훈련열 데이터 길이의 상관 창(Correlation Window)을 수신 데이터에 적용하여 기 알고 있는 훈련열 데이터와 상관값을 구하게 된다. 이 때, 이동상관부(411)는 원하는 이동 상관(moving correlation) 횟수(N)가 될 때까지, 상관 창을 적어도 한 개 심볼만큼 이동하면서 상관값을 계속 구하여 N 개의 이동 상관값을 출력한다. 여기서, 이동 상관의 횟수(N)는 다양하게 선택할 수 있으나, 예를 들면, 통신채널에서 발생 가능하다고 추정되는 고스트 등의 최대 지연보다 큰 값을 선택할 수 있다.
이동상관부(411)의 동작은 다음의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure 112006040543635-PAT00015
Figure 112006040543635-PAT00016
,
여기서, 'MC(i)'는 이동상관부(411)의 i 번 째 출력을 나타낸다. N은 얻고자 하는 상관(correlation)의 수이며, M은 훈련열 데이터에 포함된 심볼의 수, 즉 상관 창의 길이이다. 또한 P(k)는 훈련열 데이터의 k번 째 데이터이고, R(k)는 상관 창에 포함된 수신 데이터 중 k번 째 수신 데이터이다.
이동상관부(411)은, 수학식 3와 같이 i에 따라 이동(moving)하면서, 수신 데이터(Rx data) 중 상관 창(2b-3)의 길이인 M 만큼에 대해 각 상관값을 구한다.
잡음마스킹부(413)는 이동상관부(411)의 N 개의 출력 각각의 절대값을 일정한 마스킹 기준값(Masking Threshold)과 비교하여 N 개의 추정된 채널신호(이하 '추정채널신호'라 함)(Masked Channel)를 출력한다. 마스킹 기준값은 잡음과 신호를 구분하는 기준값이 될 수 있다.
잡음마스킹부(413)는 비교 결과 그 절대값의 크기가 마스킹 기준값을 넘는 신호인 경우, 해당 신호를 중심으로 일정 범위(출력순서 상)에 속하는 이동상관부(411)의 출력신호를 추정채널신호로 출력한다. 이를 위하여, 잡음마스킹부(413)는 마스킹 기준값을 넘는 신호를 중심으로 일정 범위 가지는 창(window)인 통과창(Pass Window)을 설정하여 적용할 수 있다.
반대로, 잡음마스킹부(413)는 이동상관부(411)의 출력 중 그 절대값의 크기가 마스킹 기준값을 넘지 않는 신호는 잡음으로 가정하여 이동상관부(411)의 해당 출력을 무시하고, 해당 신호에 대응하여 출력될 추정채널신호의 값을 '0'의 값으로 강제 설정한다.
다만, 이동상관부(411)의 출력 중 그 절대값의 크기가 마스킹 기준값 이하인 것이라도, 해당 이동상관부(411)의 출력으로부터 소정 범위 내에 마스킹 기준값보다 절대값이 큰 이동상관부(411)의 출력이 있는 경우라면, 추정채널신호로 '0'을 출력하지 않고 해당 이동상관부(411)의 출력을 출력한다.
잡음마스킹부(413)는 마스킹 여부에 대한 정보를 저장하는 소정의 마스크 플래그 레지스터(MFR: Masked Flag Register)를 포함하여, 이동상관부(411)의 출력 중 그 절대값의 마스킹 기준값 이하인 것으로 판명된 신호(이하 '마스킹된 신호'라 함)에 대해 플래그를 설정한다. 예를 들어, 마스킹 기준값을 넘지 않아 잡음으로 판단한 이동상관부(411)의 출력신호에 대해, 마스크 플래그 레지스터의 대응되는 플래그를 '1'로 설정함으로써 '마스킹된 신호'로 처리한다.
잡음전력추정부(430)는 추정잡음생성부(Estimated Noise Generation Block)(431), 마스킹 카운터(Masking Counter)(433), 데이터 지터보상부(Data Jitter Correction Block)(435), 평균잡음전력생성부(Averaged Noise Power Generation Block)(437) 및 신호대잡음전력계산부(439)를 포함하여, 채널추정부(410)의 출력을 기초로 잡음의 평균전력을 추정하고, 신호대추정잡음의 전력비를 구한다.
추정잡음생성부(431)는 초기 잡음 신호를 추정하는 블록으로 이동상관부(411)의 출력 신호와 추정채널신호를 입력 받아 두 신호의 차이 값을 구하여, 그 차이 값을 추정 잡음으로 출력한다.
마스킹 카운터(433)는 잡음마스킹부(413)로부터 받은 마스크 플래그 레지스터의 정보를 이용하여 마스킹된 신호의 수를 계산하여 평균잡음전력생성부(437)로 출력한다.
데이터 지터보상부(435)는 훈련열 데이터가 섞여 있는 수신 신호와 채널추정부(410)가 이미 알고 있는 훈련열 데이터 사이의 이동 상관값을 구할 때 랜덤 데이터에 의해 발생하는 데이터 지터(data-jitter)를 보상한다.
평균잡음전력생성부(437)는 데이터 지터보상부(435)에서 보상된 추정 잡음 신호 각각을 제곱하여 전력을 구하고, 각 전력값을 더한 후 마스킹 카운터(433)로 부터 받은 마스킹된 신호의 수로 나누어 평균 추정 잡음 전력을 구한다.
앞서 설명한 바와 같이, 평균잡음전력생성부(437)에서 생성된 평균 추정 잡음전력은 송신장치(미도시)로부터 데이터를 수신하는 초기에 한번 구해진다.
신호대잡음전력계산부(439)는 평균 데이터의 전력에 대한 평균잡음전력생성부(437)에서 구한 평균 추정잡음의 전력의 비를 구하여, 결합선형등화기(200)의 초기계수계산부(270)로 출력한다. 평균 데이터의 전력은 수신 데이터의 평균전력으로 기 알고 있는 값이다.
이상에서 잡음전력추정기(400)는 채널추정부(410)와 잡음전력추정부(430)를 포함하고, 채널추정부(410)와 잡음전력추정부(430)가 다른 세부 구성을 포함하는 것으로 설명되었다. 그러나 잡음전력추정기(400)가 반드시 이러한 구분에 의하는 것은 아니며, 동일한 기능을 수행하는 다른 구성으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 잡음마스킹부(413)은 잡음전력추정부(430)에 포함되어 설명될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 등화장치를 구비한 수신시스템의 블록도이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 등화장치를 구비한 수신시스템을 설명한다.
도 5의 수신시스템(500)은 두 개의 안테나를 이용하여 송신시스템(미도시)가 전송하는 신호를 수신하는 예이다. 수신시스템(500)에는 지상파 디지털 방송신호 또는 위성 디지털 방송신호를 수신할 수 있는 셋톱박스(Set Top Box) 또는 디티브이(DTV: Digital Television)등의 방송수신장치가 해당한다.
도 5를 참조하면, 수신시스템(500)은 제1 채널수신부(510), 제2 채널수신부(530), 반송파복원부(551), 심볼타이밍복원부(553), 등화장치(570) 및 FEC(Forward Error Correction)부(591)를 포함한다. 여기서, 등화장치(570)는 제1 잡음전력추정기(571), 제2 잡음전력추정기(573), 예측결정궤환등화기(575)를 포함하며, 도 1의 등화장치(100)에 대응한다. 제1 잡음전력추정기(571)와 제2 잡음전력추정기(573)는 각각 도 4의 잡음전력추정기(400)에 대응되며 동일하게 설명될 수 있다.
제1 채널수신부(510)는 제1 안테나(511), 제1 튜너(513) 및 제1 AGC(Auto Gain Control)부(515)를 포함하여, 제1 안테나(511)를 통해 수신되는 신호를 증폭하며, 제2 채널수신부(530)는 제2 안테나(531), 제2 튜너(533) 및 제2 AGC부(535)를 포함하여, 제2 안테나(531)를 통해 수신되는 신호를 증폭한다.
반송파복원부(551) 및 심볼타이밍복원부(553)는 제1 채널수신부(510) 및 제2 채널수신부(530)에서 출력되는 신호들에 대해 반송파 복원 및 심볼 타이밍 복원을 수행하여 구한 u1(n) 및 u1(n)을 예측결정궤환등화기(575)로 출력하며, 동시에 u1(n)를 제1 잡음전력추정기(571)로 출력하고 u2(n)을 제2 잡음전력추정기(573)로 출력한다.
제1 잡음전력추정기(571) 및 제2 잡음전력추정기(573)는 각 채널의 채널 임 펄스 응답 c1(m) 및 c2(m)을 구하여 예측결정궤환등화기(575)로 출력한다. 제1 잡음전력추정기(571) 및 제2 잡음전력추정기(573)는 채널 임펄스 응답 c1(m) 및 c2(m)을 기초로 추정한 잡음의 전력을 구한 후 각 채널별 신호대추정잡음의 전력비 β1 및 β2를 계산하여 예측결정궤환등화기(575)로 출력한다.
예측결정궤환등화기(575)는 제1 잡음전력추정기(571) 및 제2 잡음전력추정기(573)로부터 수신한 c1(m), c2(m), β1 및 β2와 함께 심볼타이밍복원부(553)로부터 수신한 u1(n) 및 u1(n)을 기초로 초기 계수를 구하여 등화를 시작한다.
예측결정궤환등화기(575)에서 등화되어 출력되는 신호 y(n)는 FEC부(561)로 입력되어 잔여 신호 오류가 보상된다.
이상의 방법으로 수신시스템(500)은 페이딩 등에 의해 왜곡된 신호를 수신하여 효과적으로 복원할 수 있다.
본 발명은 방법, 디바이스 및 시스템으로 구현될 수 있다. 또한 본 발명이 컴퓨터 소프트웨어로 구현될 때는, 본 발명의 구성요소는 필요한 동작의 수행에 필요한 코드 세그먼트(code segment)로 대치될 수 있다. 프로그램이나 코드 세그먼트는 마이크로프로세서에 의해 처리될 수 있는 매체에 저장될 수 있으며, 전송매체나 통신 네트워크를 통하여 반송파(carrier waves)와 결합된 컴퓨터 데이터로서 전송될 수 있다.
마이크로프로세서에 의해 처리될 수 있는 매체는 전자회로, 반도체 메모리 소자, 롬(ROM), 플래시(Flash) 메모리, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플로피 디스크(Floppy Disk), 광학적 디스크, 하드(Hard) 디스크, 광섬유, 무선 네트워크 등과 같이 정보를 전달하고 저장할 수 있는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터 데이터는 전기적 네트워크 채널, 광섬유, 전자기장, 무선 네트워크 등을 통해 전송될 수 있는 데이터를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 등화장치는, 복수 개의 안테나를 통해 수신한 신호를 기초로 채널 상에서 왜곡된 신호를 보상할 수 있다. 나아가, 등화장치는 각 안테나를 통해 수신되는 신호들에 포함된 잡음의 추정된 전력을 기초로 초기 계수를 계산하여 적용함으로써 보상된 신호의 신호 대 잡음의 비가 최대가 되도록 할 수 있다.
등화장치는 신호대 추정 잡음의 전력비를 기초로 구해진 초기 계수에 의해 등화를 진행함으로써 최종적으로 등화된 신호의 신호 대 잡음의 비를 최대로 할 수 있다. 이와 같이 각 채널에 포함된 잡음 전력을 추정한 결과를 기초로 초기 계수를 구하여 등화하는 경우, 등화에 따른 수렴속도가 빨라질 수 있다. 또한, 고스트(ghost)가 크고 그 수도 많은 열악한 채널의 경우에도 수렴이 정상적으로 이루어지도록 한다.
등화장치는 주파수 영역에서 각 채널별 등화를 수행하여 더함으로써 하드웨어 면적을 줄일 수 있다.

Claims (7)

  1. 적어도 하나의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 각각 채널 임펄스 응답 및 잡음을 추정하고, 신호 대 추정잡음의 전력비율를 구하여 출력하는 적어도 하나의 잡음전력추정기;
    상기 채널 임펄스 응답들과 상기 신호 대 추정잡음의 전력비율을 기초로 초기 계수를 구하고, 구해진 상기 초기 계수를 이용하여 상기 적어도 하나의 안테나로부터 수신한 데이터들을 등화하여 신호대잡음비가 최대인 등화신호를 출력하는 결합선형등화기;
    상기 결합선형등화기에서 증폭된 것으로 예측된 예측잡음을, 상기 등화신호로부터 제거하여 최종적으로 등화된 신호를 출력하는 감산기; 및
    상기 예측잡음을 예측하여 상기 감산기로 출력하는 잡음예측부;를 포함하여 이루어지는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결합선형등화기는,
    상기 적어도 하나의 안테나로부터 수신한 신호들에 대해 주파수영역에서의 등화과정을 수행한 결과를 각각 출력하는 적어도 하나의 등화기;
    상기 채널 임펄스 응답들 및 신호 대 추정잡음의 전력비들을 기초로 상기 초 기 계수를 각각 구하여 상기 적어도 하나의 등화기로 출력하는 초기계수계산부;
    상기 적어도 하나의 등화기로부터 출력되는 등화과정의 결과들을 더한 신호를 출력하는 합산기; 및
    상기 합산기로부터 수신한 신호를 시간영역의 상기 등화신호를 변환하여 상기 감산기로 출력하는 FT(Frequency to Time)변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 초기계수계산부는, 다음의 수학식에 따라 초기 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
    Figure 112006040543635-PAT00017
    ,
    Figure 112006040543635-PAT00018
    ,
    Figure 112006040543635-PAT00019
    여기서,
    Figure 112006040543635-PAT00020
    는 l번 째 등화기로 출력되는 초기계수, βi는 i번 째 안테나로부터 수신한 신호로부터 구한 신호대추정잡음의 전력비, Ci(k)는 i번 째 안테나로부터 수신한 신호의 채널 임펄스 응답의 주파수 영역 값, C * (k)는 C(k)의 켤레(Conjugate) 값,　L은　상기 안테나의 개수.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 등화기는, 등화초기에 상기 초기 계수를 이용하여 상기 등화과정을 시작하며, 초기 계수에 의한 등화 이후에는 자체 계수 업데이트 알고리즘에 따라 구해지는 계수를 기초로 상기 등화과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 등화기는,
    소정의 계수 업데이트 알고리즘에 따라 구해지는 계수를 기초로 상기 등화과정을 수행하면서, 상기 감산기의 최종 출력이 수렴하지 않는 경우 상기 초기 계수를 이용하여 등화과정을 초기화하는 것을 특징으로 하는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 잡음전력추정기는,
    상기 안테나 중 하나로부터 수신한 신호로부터 상기 채널 임펄스 응답을 구하고, 기 알고 있는 소정의 훈련열 데이터와 상기 수신된 신호에 대해 구한 상관(Correlation)값을 소정의 추정채널신호로서 출력하는 채널추정부; 및
    상기 상관값으로부터 상기 추정채널신호를 차감하여 추정 잡음을 구하고, 상기 추정 잡음의 전력을 기초로 상기 신호 대 추정잡음의 전력비율을 구하여 출력하는 잡음전력추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    기 알고 있는 심볼 중 상기 감산기의 최종출력에 가장 가까운 것으로 결정된 심볼을 출력하는 결정부; 및
    상기 결합선형등화기의 등화출력과 상기 결정부로부터 수신한 심볼을 기초로 오류값을 생성하여 상기 결합선형등화기로 출력하는 에러생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추정된 잡음전력을 이용하는 등화장치.
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