KR20140113833A - At-dmb 채널 왜곡 보상을 위한 필터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널 지연시간에 따라 필터링 대역폭을 설정하여 채널 추정 신호의 필터링을 수행하는 AT-DMB 시스템의 수신방법 및 수신장치로써, 채널 왜곡을 추정하는 과정에서 가변적인 대역폭을 갖는 LPF를 사용해 더욱 정확한 채널 왜곡을 보상하여 향상 계층의 수신 성능을 높이는 AT-DMB 시스템의 수신방법 및 수신장치를 제공한다.

Description

AT-DMB 채널 왜곡 보상을 위한 필터링 방법 {METHODS AND APPARATUSES FOR CHANNEL DISTORTION COMPENSATION OF AT-DMB}

본 발명은 방송 서비스 제공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DMB 수신기 성능을 높여주는 방법에 관한 것이다.

T-DMB(Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting)는 다른 모바일 TV 시스템 대비 저렴한 설치비용과 넓은 커버리지등의 장점을 갖는 반면 채널용량이 적어 다채널 서비스와 고품질 서비스 등 다양한 서비스를 제공에 어려움이 있다. 이러한 점을 극복하기 위해 AT-DMB(Advanced T-DMB) 시스템이 새로이 개발되었다. AT-DMB는 T-DMB와의 역 호환성을 유지하며 전송 용량을 증대를 위해 계층변조를 적용하였다. AT-DMB에 적용된 계층변조 기법은 향상계층에서 고성능 에러정정 기술인 터보코드를 사용하여 전송 신뢰성을 확보한다.

T-DMB 복조 방식은 DQPSK를 사용하였기 때문에 채널 왜곡의 보상없이 신호의 복조가 가능하다. 하지만 AT-DMB는 DQPSK 신호에 BPSK, QPSK 신호를 더하여 변조하는 계층변조 방식을 사용하였기 때문에 채널 왜곡을 수신 신호에 보상을 해줘야지만, 향상계층 신호의 복조가 가능함으로 보다 높은 전송 성능을 보장할 수 있다.

AT-DMB의 향상계층에 적용한 복조 방식은 채널왜곡을 추정해 이 정보를 이용하는 방식이다. 다중 경로의 신호가 많은 지역에서는 채널의 특성은 주파수 선택적 페이딩 현상이 발생하게 된다. 만약 페이딩 왜곡을 정확하게 추정하지 못하면 AT-DMB 향상계층 수신 성능이 저하되게 된다. AT-DMB 채널왜곡을 추정하는 과정은 추정된 채널추정 값을 스무딩하는 LPF(low pass filter)를 사용한다. AT-DMB의 향상 계층 성능은 이 스무딩 필터의 대역폭에 따라 결정이 되어 적절한 필터 대역폭을 채널의 지연에 따라 설정 해야 한다. 하지만 이동하는 단말기에서는 일정한 채널의 지연을 가지는 신호가 수신되지 않고 매번 채널의 지연 시간이 변화하는 신호가 수신 되게 된다. 이러한 이유로 채널의 지연을 분석하여 적절한 스무딩 필터의 대역폭을 설정하는 방법이 필요하다.

SFN 망을 구성하지 않았을 경우에는 실제 채널 환경하에서 최대 지연 신호의 지연 값이 20usec 이내이고 크기도 -20dB정도로 작아 채널 지연값이 20usec 인 경우에 최적화된 필터 대역폭을 적용하면 문제가 크게 없다.

하지만 SFN망을 구축하였을 경우에는 최대 지연 시간이 20usec가 넘어 가는 경우가 많이 생기게 되고 신호의 크기도 크게 수신되는 경우가 빈번하게 발생하게 된다. 이럴 경우 20usec로 구성된 필터 대역폭을 사용하면 현저하게 성능의 저하가 발생하는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 DMB를 수신하는 수신기에서 채널 지연 시간에 따라 채널 추정값을 필터링 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 AT-DMB(Advanced Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting) 시스템의 수신장치에 있어서, 채널 지연시간에 따라 필터링 대역폭을 설정하여 채널 추정 신호의 필터링을 수행하는 수신장치 및 수신방법을 제공한다.

본 발명에 따른 AT-DMB 시스템의 수신방법 및 수신장치는 채널 지연시간에 따라 필터링 대역폭을 설정하여 채널 추정 신호의 필터링을 수행하여 채널 왜곡을 추정하는 과정에서 가변적인 대역폭을 갖는 LPF 사용해 더욱 정확한 채널 왜곡을 보상해 향상 계층의 수신 성능을 높이는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 AT-DMB(Advanced Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting)시스템에서의 수신기(100)의 블록도이다.
도 2는 2개의 송신기에서 동일한 신호를 전송 하였을 경우 지연시간에 따라 채널 추정된 신호의 주파수 응답이다.
도 3은 70μ의 지연시간이 있는 수신신호의 채널 추정 신호에 본 발명의 일 실시 예에 의한 수신방법의 적용을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 왜곡 값을 보상하는 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 왜곡 값을 보상하는 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 DAB와 이를 기반으로 하는 지상파 DMB(T-DMB) 혹은 Advanced T-DMB (AT-DMB)에서 SFN (Single Frequency Network) 환경하에서 수신기 성능을 높여주는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 AT-DMB 시스템에서 채널 지연 시간이 길어질 때 채널 왜곡을 보다 정확히 추정하여 수신기 성능을 높이는 가변적인 대역폭을 갖는 LPF 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에서 수신장치 및 수신방법은 채널의 지연시간을 추정하고 필터의 대역폭을 적절하게 선택한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 AT-DMB(Advanced Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting)시스템에서의 수신기(100)의 블록도를 도시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 AT-DMB 수신기(100)는 동기부(110), CP 제거부(120), FFT부(130), 채널 왜곡 보상부(140), 채널 추정부(150), LPF 필터링부(160) 및 AT-DMB복조부(170)를 포함한다.

동기부(110)는 수신신호(1)를 입력 받아 시간 및 주파수 등에 대한 동기를 진행한다. 동기부(110)는 시간 및 주파수 동기가 이루어진 수신신호(1)를 CP 제거부로 전달한다.

CP 제거부(120)는 동기부(110)에서 전달받은 신호에 CP(사이클릭 프리픽스, cyclic prefix)를 제거하고, CP가 제거된 신호를 FFT부(130)로 전달한다.

FFT부(130)는 CP 제거부(120)에서 전달 받은 신호에 FFT(고속 푸리에 변환, Fast Fourier Transform)를 수행하고, FFT하고 난 후의 신호를 채널 왜곡 보상부(140) 및 채널 추정부(150)로 전달한다.

채널 추정부(150)는 FFT부(130)에서 전달받은 신호로 채널을 추정하고, 채널 추정 값과 전달받은 신호를 LPF 필터링부(160)로 전달한다.

LPF 필터링부(160)는 채널 추정부(150)에서 받은 채널 추정된 신호에 LPF(로우 패스 필터, Low-pass filter)필터링을 수행하여 채널 왜곡 보상부로 전달한다.

채널 왜곡 보상부(140)는 FFT부(130)에서 전달받은 신호에 채널 왜곡을 보상한다. 채널 왜곡 보상부(140)는 LPF 필터링부(160)에서 수신한 채널 추정되고 LPF 필터링을 수행한 신호를 사용하여 FFT부(130)에서 전달받은 신호에 채널 왜곡을 보상한다.

AT-DMB 복조부(170)는 채널 왜곡 보상부(140)로부터 신호를 받아 최종적으로 신호를 복조한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 AT-DMB 수신기(100)의 동작을 설명한다.

먼저 수신 신호(1)가 수신기(100)에 입력되게 되면 동기부(110)는 시간 및 주파수 등을 동기하고, CP 제거부(120)는 수신신호(1)에서 CP를 제거하며, FFT부(130)는 수신신호(1)에 FFT를 수행한다. 채널 왜곡 보상부(140)는 FFT하고 난 후의 신호를 가지고 채널 왜곡 보상을 수행하고, AT-DMB복조부는 최종적으로 신호를 복조한다.

채널 왜곡을 보상해주기 위해, 채널 왜곡 추정시 LPF 필터링부(160)는 채널 추정부(150)에서 채널 추정된 신호에 LPF필터링을 수행한다. 이 때 기존 방식은 LPF를 수행할 때 고정된 대역을 가지고 필터링을 수행 하게 되는데 이때 채널 지연 시간의 변화가 빈번하게 되면 성능의 저하를 가져올 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 AT-DMB 수신기(100)를 사용하여 수신 신호(1)를 수신하는 방법은 AT-DMB에서 채널 추정 값을 필터링하는 LPF 의 대역폭을 채널의 지연과 파워에 따라 대역폭을 달리하여 필터링을 수행한다. 채널의 지연시간이 길고 파워가 큰 신호가 수신 되었을 때 채널의 왜곡값을 필터링 하는 과정에 채널 추정된 신호의 주파수 축을 보게 되면 지연에 따라 신호가 모여있는 그룹간의 거리가 틀려지게 때문이다. 이러한 상황은 모든 송신소에서 동일한 주파수로 방송하여 방송 서비스 구역을 이루는 SFN(단일 주파수 방송망, Single Frequency Network) 상황에서 자주 나타나게 된다. SFN은 적어도 하나의 송신기로 구축된다. 이하 2개의 송신기로 SFN이 구축된 경우에 대하여 설명한다. 이에 대한 설명은 N개의 송신기로 SFN이 구축된 경우로 용이하게 인식될 수 있다.

도 2는 2개의 송신기에서 동일한 신호를 전송 하였을 경우 지연시간에 따른 채널 추정된 신호의 주파수 응답을 도시한다. 도 2는 10μ 지연 신호가 있는 경우의 주파수 응답(210), 30μ 지연 신호가 있는 경우의 주파수 응답(230) 및 70μ 지연 신호가 있는 경우의 주파수 응답(270)을 도시한다. 각 주파수 응답 그래프에서 가로축은 주파수, 세로축은 채널 응답 파워를 의미한다.

도 2를 참조하면, 채널의 지연에 따라 수신되는 신호의 파워 값이 큰 두 개의 피크가 나타나 있고 두 개의 피크의 위치는 상이하다. 체널응답파워가 큰 부분을 피크라 할 때, 10, 30 및 70μ 지연 신호가 있을 때의 주파수 응답에는 각각 두 개의 피크가 나타나 있다. 10μ의 지연 신호가 있는 경우 주파수 응답에서 나타난 첫 피크(211)와 두 번째 피크(212)의 간격보다 30μ 지연신호가 있는 경우의 주파수 응답에서 두 피크간의 간격이 더 크고, 30μ 지연신호일 때 보다 70μ의 지연신호가 있는 경우의 첫 피크(271) 및 두 번째 피크(272)의 간격이 더 큰 것을 알 수 있다.

도 3은 70μ의 지연시간이 있는 수신신호의 채널 추정 신호에 본 발명의 일 실시 예에 의한 수신방법의 적용을 나타낸 도면이다. 도 2의 70μ의 지연신호가 있는 경우의 주파수 응답 그래프를 주파수 간격에 따라 일정한 간격(Range)로 그루핑한 것이 도 3에 나타나 있다. 도 3에서 Range의 간격에 따라 각 그룹이 설정되고, 주파수 응답 그래프는 제1 그룹(310), 제2 그룹(320), ... , 및 제M 그룹(340)으로 구획된다. 도 3에서 채널 응답 파워의 피크 값은 제 1 그룹 및 제 3 그룹에 나타나 있다.

이러한 견지에서 도 2를 참조하면, 채널의 지연에 따라 수신되는 신호의 파워 값이 높은 피크를 가지는 첫 번째 그룹과 두 번째 그룹의 거리가 다르다는 것을 볼 수 있다. SFN을 구성하는 송신기의 수가 N대이면 N개의 큰 파워 값을 가지는 그룹이 나타날 수 있다. 서로 다른 송신기에서 전송된 신호가 수신기에서 수신 되었을 경우 서로 다른 지연시간을 가지면서 파워가 높은 신호가 수신 된다. 지연시간이 길수록 주파수 응답에서 주파수간 거리가 더 멀어져 LPF 대역폭이 늘어나야 제대로 된 채널 왜곡을 추정 할 수 있다. LPF필터의 대역폭을 고정시키고 필터링하면 채널의 지연 시간에 따라 가변적 LPF 대역폭을 적용을 할 수 없어 성능의 열화가 발생한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기(100)는 채널의 지연시간을 추정하여 가변적인 대역폭으로 필터링을 수행한다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 왜곡 값을 보상하는 방법의 순서도이다. 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 왜곡 값을 보상하는 방법을 설명한다. 먼저 채널 추정 신호를 수신한다(S410). 채널 추정된 신호에 FFT를 수행하여 주파수 응답을 생성한다(S420).

다음으로, 그룹별로 파워의 합 P를 생성한다(S430). 주파수 응답은 일정한 거리(Range)마다 그룹단위로 구획되어 있다. S430 단계에서는 각 그룹별 파워의 합을 생성한다. 각 그룹별 파워의 합 P는 각 그룹에 속하는 주파수 대역에서의 채널 응답파워를 더함으로써 계산될 수 있다. 아래의 수학식 1과 같이 파워의 합이 높은 그룹을 찾는다. 여기서 Range는 파워의 그룹을 찾을 때 각 그룹의 구획을 윈도윙하는 넓이를 말하고, M은 윈도윙을 몇 번 할 것인가를 나타낸다. F의 값은 채널 추정값을 FFT한 신호의 파워를 나타낸다. 여기서 Range 및 M은 기 설정된 값이거나 사용자가 설정한 값일 수 있다. 아래의 수학식 1에서 i는 0에서 M사이의 값을 가진다.

다음으로, 각 그룹을 파워의 합 P에 따라 정렬한다(S440). 파워의 합 P를 오름차순 정렬하는 것으로 P의 값에 따라 각 그룹이 정렬될 수 있다.

다음으로, 필터링 대역을 선정한다(S450). 오름차순 정렬을 한 값을 SFN을 구성하는 송신기의 수에 따라 적절한 필터링의 대역을 정한다. SFN을 구성하는 송신기 수가 N대 이면 N번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹을 찾아 필터링의 대역으로 선택할 수 있다. 첫 번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹을 찾은 후 N 번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹까지의 Range를 필터링의 대역으로 선택할 수 있다.

다음으로, 필터링을 수행한 채널왜곡 값을 수신신호에 보상해준다(S460). 전 단계에서 검출된 필터링 대역을 사용하여 필터링을 수행하고, 생성된 채널 왜곡 값을 수신신호에 보상하여 줄 수 있다. 필터링은 종래의 방법을 사용할 수 있다. 그리고 채널 왜곡 보상부(140)는 IFFT(인버스 패스트 푸리에 트랜스폼, Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 생성된 이진값을 CP가 제거된 수신신호에 더하는 것으로 생성된 채널 왜곡 값을 보상하여 줄 수 있다.

도 3을 참조하면, 채널 추정된 신호 FFT 파워를 그림과 같이 Range 만큼의 윈도윙을 씌어 파워의 합을 M 개를 구하게 된다. 이 구한 M 개의 P의 값을 오름차순 정렬 하면 3번째 Range 까지의 신호까지 필터링을 해야 하고 LPF 필터링의 대역을 설정해 필터링을 하게 되는 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 왜곡 값을 보상하는 방법의 순서도이다. 도 5는 도 4에서 설명한 본 발명의 일 실시 예를 보다 간략히 표현한 순서도이다. 도 5를 참조하면, 채널 추정된 신호(500)에 FFT를 수행하여 주파수 응답을 생성하고(510), 하기 수학식 2를 사용하여 그룹별로 파워의 합 P를 생성하며(520), 파워의 합을 사용하여 송신기 수 N에 따라 첫번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹과 N번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹을 찾은 후, 첫번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹과 N번째 큰 파워의 값이 수신되는 그룹까지의 Range를 필터링 대역으로 선택하여 채널 추정 신호의 필터링을 수행한다(530). 마지막으로, 필터링된 신호에 IFFT를 적용한 후 수신신호에 더하여 채널 왜곡 값을 보상한다. 수학식 2에서 Range는 파워의 그룹을 찾을 때 각 그룹의 구획을 윈도윙하는 넓이를 말하고, M은 윈도윙을 몇 번 할 것인가를 나타낸다. F의 값은 채널 추정값을 FFT한 신호의 파워를 나타낸다. 여기서 Range 및 M은 기 설정된 값이거나 사용자가 설정한 값일 수 있다. 아래의 수학식 2에서 i는 0에서 M사이의 값을 가진다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 순서도이다. 본 발명의 일 실시 예는 채널의 왜곡 값을 보다 정확하게 추정하기 위하여 고정된 LPF의 대역폭을 사용하는 것이 아니라, 직접 채널의 지연을 추정을 하고 그에 따른 대역폭을 설정한다. 채널의 지연을 추정하는 방식은 도 3에서 도시된 바와 같이 신호에 수학식 1을 적용해 적절한 윈도윙을 씌어 파워의 값을 계산하고 큰 파워의 값을 찾아 적절한 대역폭을 결정하는 것으로 수행될 수 있다.

전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐만 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.

전술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시 예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (1)

1. AT-DMB(Advanced Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting) 시스템의 수신장치에 있어서,
   채널 지연시간에 따라 필터링 대역폭을 설정하여 채널 추정 신호의 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 수신장치.
   

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