KR20120012595A - 수신기의 ｄｃ 오프셋 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신기의 DC 오프셋 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기저대역(base-band)에서 수신기(이동국)의 채널충격응답과 DC 오프셋을 효율적으로 추정하여 EDGE 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수신기의 DC 오프셋 제거방법은 LS(Least Square) CIR(채널충격응답)과 DC 오프셋의 결합추정에 의해 수신기의 DC 오프셋을 제거하는 방법에 있어서;
훈련신호(TS)의 그룹을 2그룹으로 나눈 후 모의실험을 통해 2그룹의 임계값을 각각 구하는 단계와,
채널 환경을 결정하는 기준인 SNR(신호대 잡음비)을 추정하는 단계와,
상기 SNR과 임계값을 비교하여 미세(Fine) DC 오프셋 제거의 수행 여부를 판정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수신기의 ＤＣ 오프셋 제거방법 {Method for removing DC offset in receiver}

본 발명은 수신기의 DC 오프셋 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기저대역(base-band)에서 수신기(이동국)의 채널충격응답과 DC 오프셋을 효율적으로 추정하여 EDGE 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

GSM(Global System for Mobile Communication)에서 사용하는 GMSK(Gaussian filtered MSK(Minimum Shift Keying)) 변조 방식의 경우 수신된 신호의 단순 평균값(average)만으로 만족할만한 DC 오프셋이 제거되지만, EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution) 시스템에서는 DC 오프셋의 에러가 너무 커서 만족할만한 성능을 얻지 못한다.

따라서 직접변환(Direct conversion) 구조를 갖는 EDGE 수신기에 있어서 효율적인 DC 오프셋 제거방법이 필연적으로 요구된다.

EDGE 시스템에서는 자기상관(auto-correlation) 특성이 우수한 훈련신호(training sequence) 구간을 이용하여 채널충격응답(Channel Impulse Response; CIR)과 DC 오프셋을 동시에 추정하는 방식으로 DC 오프셋 제거 방법을 좀 더 향상시킨다.

예를 들어 미국특허 6,504,884호와 7,266,160호에는 DC 오프셋 보상을 위해 채널충격응답(CIR)과 DC 오프셋을 함께 추정하는 결합추정방식(Joint LS(Least Square) CIR and DC Offset Estimation)과 그 결합추정방식에 대한 변형된 알고리즘이 개시된다.

도 1은 종래 DC 오프셋 보상을 위한 결합추정방식을 나타내는 순서도로서, 먼저, 단순 평균값으로 러프(rough) DC 오프셋을 제거한 후, 둘째로 결합추정방식(Joint LS CIR and DC Offset Estimation)에 의해 미세(fine) DC 오프셋을 추정한다.

도면에서 A₀는 러프 DC 오프셋 값이고, A₁은 결합추정방식을 통해 추정된 미세 DC 오프셋 값이다.

도 1을 좀 더 자세히 설명하면, DC 오프셋을 제거하기 위하여 수신신호(r)의 단순 평균값(A₀)을 구하여 수신 신호에서 제거(r-A₀)를 한 후에, 이 신호를 가지고 좀 더 향상된 DC 오프셋을 제거하기 위해(즉, 미세 DC 오프셋을 제거하기 위하여) 결합추정방식이 제시된다.

미국특허 6,504,884호는 DC 오프셋을 효율적으로 제거하기 위하여 DC 오프셋과 채널충격응답(CIR)을 LMS(Least Mean Square) 알고리즘과 LS(Least Square) 알고리즘을 이용하여 적응적으로 DC 오프셋과 채널충격응답(CIR)을 갱신하며 구하는 방식을 적용한다.

미국특허 7,266,160호에서는 DC 오프셋과 채널충격응답(CIR)을 함께 효율적으로 구함에 있어 결합추정방식을 변경하여 소위 'Perturbed Joint L" 결합추정방식을 적용한다.

그러나 미세 DC 오프셋 추정을 위해 CIR과 DC 오프셋을 동시에 구하는 경우 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정이 LS CIR 추정에 비하여 채널충격응답(CIR) 오류편차(Error Variance)의 심각한 열화를 가져온다.

상기 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정 알고리즘이 적용되는 경우, 복조기 성능과 관련하여 GSM/EDGE에서는 8개의 훈련신호(Training Sequence)가 이용되며, 각 시퀀스는 26개의 심벌로 구성된다.

이 훈련신호는 채널충격응답(CIR)을 추정할 때 MSE(Mean Square Error) 관점에서 보면 TS #0과 TS #1의 A그룹과 TS #2부터 TS #7까지의 B그룹의 2그룹으로 구분할 수 있다.

상기 A그룹의 경우 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정방식은 LS CIR 추정 방식에 비해 작은 성능 열화를 보이며, B그룹의 경우 큰 성능 열화를 나타낸다.

또한, 동일한 훈련신호를 사용하더라도 낮은 SNR에서는 DC 오프셋 추정 시에 추정 오차로 인한 전체 성능이 열화되는 현상이 존재하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정방식에 훈련신호의 그룹 설정에 따른 임계값 설정단계와, 채널 환경에 따른 미세 DC 오프셋 제거의 On/Off 판정단계를 추가하여 로(low) SNR에서의 시스템 성능을 향상시킬 수 있고, 미세 DC 오프셋이 Off되었을 경우 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정 단계를 수행하지 않음으로써 계산량을 감소할 수 있는 수신기의 DC 오프셋 제거방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수신기의 DC 오프셋 제거방법은 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정에 의해 수신기의 DC 오프셋을 제거하는 방법에 있어서;

훈련신호의 그룹을 2그룹으로 나눈 후 모의실험을 통해 2그룹의 임계값을 각각 구하는 단계와,

채널 환경을 결정하는 기준인 SNR을 추정하는 단계와,

상기 SNR과 임계값을 비교하여 미세(Fine) DC 오프셋 제거의 수행 여부를 판정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정방식에 훈련신호의 그룹 설정에 따른 임계값 설정단계와, 채널 환경에 따른 미세 DC 오프셋 제거의 On/Off 판정단계를 추가하여 낮은(low) SNR에서의 시스템 성능을 향상시킬 수 있고, 미세 DC 오프셋이 Off되었을 경우 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정 단계를 수행하지 않음으로써 계산량을 감소할 수 있다.

도 1은 종래 DC 오프셋 보상을 위한 결합추정방법을 나타내는 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC 오프셋 제거방법을 나타내는 순서도.

먼저, 본 발명이 안출된 경위를 설명하면, 배경기술에서 기재한 바와 같이 훈련신호TS #2부터 TS #7까지의 B그룹의 경우 LS CIR과 DC 오프셋의 결합추정 방식은 LS CIR 추정 방식에 비해 큰 성능 열화를 보이고, 동일한 훈련신호를 사용하더라도 낮은 SNR에서는 DC 오프셋 추정 시에 전체 성능이 열화된다.

따라서 낮은 SNR에서 오히려 DC 오프셋 제거를 수행하지 않는 것이 전체 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 모의실험을 통해 확인할 수 있다.

또한, 훈련신호의 2그룹에 대하여 미리 모의실험을 통해 임의의 임계값을 정해 놓고 채널 환경을 판정하는 SNR이 임계값 이상인 경우 미세 DC 오프셋 추정 및 제거를 거치고 임계값 이하인 경우 미세 DC 오프셋 추정 및 제거를 수행하지 않는 On/Off 판정단계가 필요함을 확인할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC 오프셋 제거방법을 나타내는 순서도로서, 종래 LS CIR과 DC 오프셋 결합추정과 차이점은 미세 DC 오프셋 단계를 항상 수행하는 것이 아니라, 훈련신호의 그룹에 따른 채널환경을 기반으로 On/Off 판정을 수행하여 Off로 판정한 경우에 LS CIR과 DC 오프셋 결합추정을 하지 않는다는 것이다.

S20단계는 수신기에서 수신되는 버스트 심벌을 저장하여 수신신호(r _k )를 연산하는 단계이다.

중간주파수(IF:Intermediate Frequency)를 거치지 않는 직접변환 수신기의 경우 채널의 충격응답을 h _k , 송신 데이터를 x _k , 가우시안 잡음(Gaussian noise)을 n _k 라고 하면, 수신신호 r _k 는 다음의 수학식 1로 정의된다.

여기서, A는 미지의 DC 오프셋 값을 나타낸다.

다음 S21단계는 수신신호 평균값으로 러프(rough) DC 오프셋(Ao)을 연산하는 단계이다.

수신신호에 대한 러프 DC 오프셋은 수학식 2로 구한다.

여기에서, N은 평균에 사용된 심벌의 수이며, 최대로 버스트 길이(156)까지 정할 수 있다.

다음 S22단계는 A ₀를 제거하고 CIR, CIR 길이 및 타이밍( T ₀ )을 획득하는 단계이다.

수신신호에서 단순 평균값을 통해 구한 A ₀를 수신신호(r _k )로부터 제거하고, 이후부터의 신호는 r _k -A ₀을 이용한다.

복조기 성능과 관련하여 GSM/EDGE에서는 8개의 훈련신호(Training Sequence)가 이용되며, 각 시퀀스는 26개의 심벌로 구성되되, 자기상관 특성이 아주 우수하여 훈련신호의 중간 16 심벌을 자기상관을 이용하여 CIR을 구할 수 있다.

자기상관을 이용하여 CIR을 구하는 수식은 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.

상기 수학식 3을 통해 구한 CIR로부터 적절한 그룹핑(grouping)을 통해 CIR 길이를 결정하고, 이 CIR 길이를 이용하여 타이밍( T ₀ )을 구한다.

상기 최적의 타이밍인 T ₀ 는 추후 등화기에서 필요한 좀 더 정밀한 CIR 추정법인 LS(Least Square) 방법을 이용하여 CIR을 추정할 때 이용된다.

다음 S23단계는 r _k -A ₀ , CIR , CIR 길이 및 T ₀ 를 이용해 SNR(신호대 잡음비)을 계산하는 단계이다.

SNR은 신호의 파워와 잡음의 파워를 구한 후 신호의 파워를 잡음의 파워로 나눔으로써 구할 수 있는 바, 신호의 파워는 CIR(

)을 수학식 3에 의해 구한 후,

의 파워로부터 수학식 4에 의해 구한다.

여기에서 L ₁과 L ₂는 CIR의 메인 탭 좌우의 포스트커서(postcursor)와 프리커서(precursor)를 각각 나타낸다.

따라서 전체 CIR 길이는

과 같은 관계를 갖는다.

잡음의 파워를 구하기 위해서는 먼저 수신신호의 재복원이 필요하다.

훈련신호 구간에서는 송신된 심벌을 미리 알고 있으므로, 잡음이 없는 수신신호를 복원할 수 있다.

수신신호를 복원할 수 있는 심벌의 수는 N _{T S}-L ₁-L ₂이며, 이것은 잡음의 파워를 추정할 때 사용할 수 있는 심벌의 수와 동일하다.

신호 복원에 대한 수식은 수학식 5와 같다.

상기 복원된 신호와 수신신호 간의 차이의 파워를 구함으로써 잡음의 파워를 추정하고, 그 추정 결과를 추정에 사용된 심벌의 수로 나눠 잡음의 파워를 구하며 수식으로 표현하면 다음과 같다.

이와 같이 구한 신호의 파워를 잡음의 파워로 나눔으로써 SNR을 구할 수 있다. 즉, SNR = P _s/P _N이 된다.

다음 S23단계는 상기 SNR을 사전에 모의실험을 통해 훈련신호(TS) 그룹(8개의 훈련신호중 TS #0과 TS #1의 A그룹과 TS #2부터 TS #7까지의 B그룹의 2개의 그룹으로 구분)에 따라 지정한 임계값(THR _A , THR _B )과 비교하여 미세 DC 오프셋 제거의 수행 여부를 판정하는 단계이다.

이 단계에서 SNR > THR _A 이거나, SNR > THR _B 이면 미세 DC 오프셋 제거를 수행하고, 아니면 미세 DC 오프셋 제거를 수행하지 않는다.

다음 S25단계는 SNR이 임계값 이상인 경우 LS CIR과 DC 오프셋을 결합 추정하는 단계로서 다음의 수학식 7로 표현할 수 있다.

여기에서 M은 훈련신호로 구성된 행렬로써 수학식 8과 같이 정의된다.

c는 훈련신호의 각 심벌을 나타내며, L=L ₁+L ₂+1이다.

이것으로부터 LS 솔루션(solution)은 수학식 9와 같다.

또한, 여기에서 추정된 DC 오프셋은 미세 DC 오프셋으로서, 미세 DC 오프셋 A ₁ 은 다음 S26단계에서 r _k -A ₀ 으로부터 제거를 수행한다.

다음 S26단계는 상기 S25단계에서 구한 미세 DC 오프셋인 A ₁ 을 r _k -A ₀ 에서 제거하고, 그 제거한 r _k -A ₀ -A ₁ 신호와 CIR 정보를 등화기로 출력하는 단계이다.

다음 S27단계는 상기 S24단계에서 SNR이 임계값 이하인 경우 LS CIR 추정방법을 적용하여 CIR을 구한 후 CIR 정보와 r _k -A ₀ 신호를 등화기로 출력하는 단계이다.

이상에서와 같이 본 발명은 EDGE 시스템의 성능을 열화시키는 DC 오프셋을 CIR 추정과 함께 수행하는 방식에 훈련신호(TS)의 특성과 채널 환경을 바탕으로 ON/OFF 판정단계를 추가로 수행하여 EDGE 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 직접변환(Direct conversion) 구조를 이용하고 고속 무선 통신을 위해 고차의 변조 방식인 8PSK(Phase Shift Keying) 변조를 채택하는 EDGE 수신기에 이용할 수 있다.

Claims (7)

1. LS(Least Square) CIR(채널충격응답)과 DC 오프셋의 결합추정에 의해 수신기의 DC 오프셋을 제거하는 방법에 있어서;
   훈련신호(TS)의 그룹을 2그룹으로 나눈 후 모의실험을 통해 2그룹의 임계값을 각각 구하는 단계와,
   채널 환경을 결정하는 기준인 SNR(신호대 잡음비)을 추정하는 단계와,
   상기 SNR과 임계값을 비교하여 미세(Fine) DC 오프셋 제거의 수행 여부를 판정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 SNR ≤ 임계값인 경우 LS CIR 추정방법을 적용하여 CIR을 구하는 단계를 수행하고,
   상기 SNR > 임계값인 경우 LS CIR과 DC 오프셋을 결합추정하고 추정된 DC 오프셋을 이용하여 미세 DC 오프셋을 제거하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 훈련신호의 그룹을 나누는 경우 8개의 훈련신호중 TS #0과 TS #1의 제1그룹과 TS #2부터 TS #7까지의 제2그룹의 2그룹으로 구분하는 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 SNR을 추정하는 단계 이전에,
   상기 수신기에 수신되는 버스트 심벌을 저장하여 수신신호(r _k )를 연산하는 단계와,
   상기 수신신호의 평균값으로 러프(rough) DC 오프셋(Ao)을 연산하는 단계와,
   상기 A ₀를 수신신호(r _k )로부터 제거하는 단계와,
   26개의 심벌로 구성된 훈련신호의 중간 16 심벌의 자기상관을 이용하여 CIR을 구하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 CIR은 수식

   

   에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.
   여기서 c는 훈련신호의 각 심벌
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 SNR은 신호의 파워와 잡음의 파워를 구한 후 신호의 파워를 잡음의 파워로 나누어 구하되,
   신호의 파워는 수식

   

   에 의해 구하고, 잡음의 파워는 수식

   

   에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.
   여기서 L ₁과 L ₂는 CIR의 메인 탭 좌우의 포스트커서(postcursor)와 프리커서(precursor), 여기서 N _{T S}는 수신신호를 복원할 수 있는 심벌의 수
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수신기는 직접변환 구조를 갖는 EDGE 수신기인 것을 특징으로 하는 수신기의 DC 오프셋 제거방법.

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