KR100565625B1 - 주파수영역 적응 등화 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주파수영역 LMS 등화기에서 FFT 공유 구조를 적용하여 등화기의 복잡도를 줄이는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로, 수신 데이터로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하고 이를 수신 데이터와 멀티플렉싱(multiplexing)하여 주파수영역 신호로 변환하는 생성부와, 상기 생성부에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화하고 전송채널에 의해 왜곡된 데이터를 보상하는 등화부와, 상기 등화부에서 출력된 데이터의 잡음을 제거하고 위상추적을 통해 출력하는 출력부를 포함하여 구성되는데 있다.

LMS 적응 등화기, 주파수영역 등화기, FFT, IFFT

Description

주파수영역 적응 등화 장치 및 그 방법{apparatus and method for frequency domain equalizer}

도 1 은 종래 기술에 따른 주파수영역 LMS 적응 등화기를 나타낸 구성도

도 2 는 본 발명에 따른 주파수영역 LMS 적응 등화기를 나타낸 구성도

도 3 은 본 발명에 따른 FFT 입력 및 멀티플렉서 제어신호와의 관계를 나타낸 타이밍도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200 : 생성부 210 : 채널 추정기

220, 240, 320 : 멀티플렉서 230 : FFT

250 : ROM 테이블 300 : 등화부

310 : 메모리 330 : IFFT

340 : 에러검출기 341 : 판별기

342 : 덧셈기 350 : 계수갱신기

400 : 출력부 410 : 잡음제거기

420 : 위상추적기

본 발명은 디지털 송수신 시스템에서 왜곡된 신호를 복원하는 등화기에 관한 것으로, 특히 주파수영역 LMS 적응등화기에서 FFT 공유 구조를 적용하여 등화기의 복잡도를 줄이는 장치 및 방법에 관한 것이다.

송수신 시스템에서는 대역폭이 제한된 다중경로 채널에 의해 심벌간의 간섭이 발생하게 되는데, 이는 송신된 신호를 왜곡시키고 수신기에서 비트 에러를 발생시키는 요인이 된다. 따라서, 이러한 심벌간 간섭으로 왜곡된 신호를 복원하기 위해서 수신단에는 채널 등화기를 사용한다.

이러한 목적으로 현재 지상파 방송과 같은 단일 반송파 전송시스템용 수신기에서 가장 많이 채택하고 있는 등화기로는 비선형 판정 궤환 등화기(Nonlinear Decision Feedback Equalizer)가 있는데, 이는 시간 영역에서 동작하며 계수 갱신에 연산량이 작은 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 사용하여 수렴속도는 느리지만 구현이 간단하다는 장점이 있다.

그러나, 상기 비선형 판정 궤환 등화기는 채널의 왜곡이 매우 커서 등화기 출력에 오차가 발생한 경우에, 이 값이 궤환부분의 등화기로 재 입력되면서 등화기의 출력이 더욱 열화되는 오차진행(Error Propagation)이 발생하게 된다. 또한, 시변 채널과 같이 주경로의 위치가 변하는 경우에 프레임 동기가 깨지는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서 채널 추정기를 이용한 주파수영역 LMS 적응 등화기가 개발되었다.

도 1 은 종래 기술에 따른 주파수영역 LMS 적응 등화기를 나타낸 구성도이다.

도 1과 같이, 복조기로부터 입력되는 데이터를 이용하여 주파수영역 LMS 등화기의 초기 계수를 설정하는 계수 초기화부(100)와, 상기 계수 초기화부(100)에서 설정된 계수를 저장하는 메모리(106)와, 복조기로부터 입력되는 데이터를 이용하여 잡음을 제거하는 잡음제거기(108)와, 상기 잡음제거기(108)의 입력 값과 출력 값을 통해 에러를 계산하는 에러검출기(110)와, 상기 에러검출기(110)에서 계산된 에러 및 복조기로부터 입력되는 데이터를 이용하여 상기 메모리(106)에 기저장된 계수를 갱신하는 계수갱신기(120)로 구성된다.

그리고 상기 잡음제거기(108)에서 잡음이 제거된 데이터는 위상추적기(109)를 통해 최종 출력된다.

이때, 상기 계수 초기화부(100)는 채널의 임펄스 응답을 추정하는 채널 추정기(101)와, 복조기로부터 입력되는 시간 영역 데이터를 주파수영역 데이터로 변환하는 FFT_C(102) 및 FFT_D(103)와, 상기 주파수영역으로 변환된 데이터를 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블(104)로 구성된다.

여기서 상기 FFT_C(102)는 메모리(106)에 초기 계수를 설정시에 입력되는 시간 영역 데이터를 주파수영역 데이터로 변환하는데 사용되며, 상기 FFT_D(103)는 메모리(106)에 기저장된 계수를 계수갱신기(120)를 통해 갱신시에 입력되는 시간 영역 데이터를 주파수영역 데이터로 변환하는데 사용된다.

그리고 상기 에러검출기(110)는 판별기(111) 및 덧셈기(112)로 구성되고, 상기 계수갱신기(120)는 갱신 데이터, W_n+1을 다음 수식을 이용하여 하드웨어로 구현된 구조로 구성된다.

이때, 상기 x는 복조기에서 입력되어 주파수영역으로 변환된 데이터이고, 상기 e는 에러검출기(110)에서 계산된 에러이며, μ는 계수 갱신을 위한 단계 사이즈(실수)이다.

이와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 주파수영역 LMS 적응등화기의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복조기로부터 데이터를 받으면 채널 추정기(101)가 자승오차를 최소화하는 방법으로 채널의 임펄스 응답을 추정한다. 그리고 상기 추정된 채널의 임펄스 응답은 FFT_C(102)로 주파수영역으로 변환되어 ROM 테이블(104)에 의해 역채널의 주파수 응답으로 변환된다. 이 역채널의 주파수 응답이 주파수영역 LMS 등화기의 초기 계수로 설정되고 이후에는 LMS 알고리즘에 의해 등화기 계수가 갱신된다.

그리고 FFT_D(103)를 통해 주파수영역에서 등화된 데이터는 LMS 알고리즘에 의해 갱신된 계수를 통해 등화된 후, IFFT(107)에 의해 시간영역으로 변환된다. 이어 잡음제거기(108)와 위상추적기(109)를 통과하여 출력된다.

이와 같이 상기의 주파수영역 LMS 등화기는 기존의 결정 궤환 LMS 등화기에 비해 정적 및 동적 채널에서 채널의 왜곡을 보상하는 성능이 뛰어난 장점이 있다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 주파수영역 LMS 적응 등화기는 왜곡된 신호를 복원하기 위한 연산을 주파수영역에서 수행하기 때문에 FFT 및 IFFT 연산부가 존재하여 시간영역 비선형 결정궤환 LMS 등화기에 비해서 전체 시스템의 복잡도가 높은 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 주파수영역 LMS 등화기에서 FFT 공유 구조를 적용하여 등화기의 복잡도를 줄이는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수영역 적응 등화 장치의 특징은 수신 데이터로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하고 이를 수신 데이터와 멀티플렉싱(multiplexing)하여 주파수영역 신호로 변환하는 생성부와, 상기 생성부에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화하고 전송채널에 의해 왜곡된 데이터를 보상하는 등화부와, 상기 등화부에서 출력된 데이터의 잡음을 제거하고 위상추적을 통해 출력하는 출력부를 포함하여 구성되는데 있다.

이때, 상기 생성부는 복조기에서 수신된 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 유효한 데이터를 보냄과 동시에 유효한 채널 임펄스 응답과 동기된 멀티플렉서 제어신호를 발생시키는 채널 추정기와, 상기 채널 추정기에서 발생된 제어신호를 통해 채널의 임펄스 응답이 추정된 유효한 데이터와 복조기에서 수신된 데 이터 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 멀티플렉서와, 상기 멀티플렉서에서 출력되는 시간 영역 데이터를 주파수영역 데이터로 변환하는 FFT와, 상기 FFT에서 주파수영역으로 변환된 데이터를 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블을 포함하여 구성되는데 다른 특징이 있다.

그리고 상기 등화기는 상기 생성부에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화 설정하여 저장하는 메모리와, 상기 출력부의 잡음제거기에서 계산된 에러 및 상기 등화부에서 출력되는 보상된 데이터를 이용하여 에러를 계산하는 에러검출기와, 상기 에러검출기에서 계산된 에러 및 생성부에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하는 데이터를 이용하여 상기 메모리에 기저장된 계수를 갱신하는 계수갱신기와, 상기 계수갱신기에서 출력되는 주파수영역 데이터를 시간영역 데이터로 변환하는 IFFT로 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수영역 적응 등화 방법의 특징은 복조기로부터 수신한 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 유효한 데이터를 내보냄과 동시에 상기 유효한 채널 임펄스 응답과 동기된 멀티플렉서(multiplexer) 제어신호를 발생하는 단계와, 상기 복조기로부터 수신한 신호가 계수 초기화 신호인지 계수 갱신 신호인지를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 계수 초기화 신호로 판단되면 상기 출력되는 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 1 멀티플렉서를 제어하여 채널 추정기에서 추정된 채널 임펄스 응답 데이터를 출력하는 단계와, 상기 판단 결과, 계수 갱신 신호로 판단되면 상기 출력되는 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 1 멀티플렉서를 제어하여 복조기에서 출력된 데이터를 바로 출력하는 단계와, 상기 제 1 멀티플렉서에서 출력되는 데이터를 입력으로 주파수영역으로 변하는 단계와, 상기 주파수영역으로 변환된 데이터가 계수 갱신 신호인 경우는 지연부를 통과하여 상기 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 2 멀티플렉서를 통해 등화부내 계수갱신기로 인가되어 메모리에 저장된 계수를 갱신하는 단계와, 상기 주파수영역으로 변환된 데이터가 계수 초기화 신호인 경우는 지연부를 통과하지 않고 바로 상기 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 2 멀티플렉서를 통해 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블로 인가되어 등화기의 계수를 초기화하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

이때, 상기 판단 단계는 채널추정기로부터 유효한 채널 임펄스 응답이 나오는 구간의 경우는 계수 초기화 신호로 판단하고, 그 외의 구간의 경우에는 계수 갱신 신호로 판단하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 주파수영역 적응 등화 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 주파수영역 LMS 적응 등화 장치를 나타낸 도면이다.

도 2와 같이, 수신 데이터로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하고 이를 수신 데이터와 멀티플렉싱(multiplexing)하여 주파수영역 신호로 변환하는 생성부(200)와, 상기 생성부(200)에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화하고 LMS 알고리즘을 이용하여 전송채널에 의해 왜곡된 데이터를 보상하는 등화부(300)와, 상기 등화부(300)에서 출력된 데이터의 잡음을 잡음제거기(410)를 이용하여 제거하고 위상추적기(420)를 통해 출력하는 출력부(400)로 구성된다.

이때, 상기 생성부(200)는 복조기에서 수신된 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 유효한 데이터를 보냄과 동시에 유효한 채널 임펄스 응답과 동기된 멀티플렉서 제어신호를 발생시키는 채널 추정기(210)와, 상기 채널 추정기(210)에서 발생된 제어신호를 통해 채널의 임펄스 응답이 추정된 유효한 데이터와 복조기에서 수신된 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 멀티플렉서(220)와, 상기 멀티플렉서(220)에서 출력되는 시간 영역 데이터를 주파수영역 데이터로 변환하는 FFT(230)와, 상기 FFT(230)에서 주파수영역으로 변환된 데이터를 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블(250)로 구성된다.

그리고 상기 등화기(300)는 상기 생성부(200)에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화 설정하여 저장하는 메모리(310)와, 상기 출력부(400)의 잡음제거기(410)에서 계산된 에러 및 상기 등화부(300)에서 출력되는 보상된 데이터를 이용하여 에러를 계산하는 에러검출기(340)와, 상기 에러검출기(340)에서 계산된 에러 및 생성부(200)에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하는 데이터를 이용하여 상기 메모리(310)에 기저장된 계수를 갱신하는 계수갱신기(350)와, 상기 계수갱신기(350)에서 출력되는 주파수영역 데이터를 시간영역 데이터로 변환하는 IFFT(330)로 구성된다.

이때, 상기 에러검출기(340)는 신호를 판별하는 판별기(341)와, 에러검출 전후의 신호의 차이를 계산하는 덧셈기(342)로 구성되며, 또한 상기 계수갱신기(350) 는 갱신 데이터, W_n+1을 수학식 1의 수식을 하드웨어로 구현된 구조로 구성된다.

이때, 상기 x는 복조기에서 입력되어 주파수영역으로 변환된 데이터이고, 상기 e는 에러검출기(210)에서 계산된 에러이며, μ는 계수 갱신을 위한 단계 사이즈(실수)이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 주파수영역 LMS 적응 등화 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 채널추정기(210)는 복조기로부터 수신한 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 유효한 데이터를 내보냄과 동시에 유효한 채널 임펄스 응답과 동기된 멀티플렉서(multiplexer) 제어신호를 발생한다. 이때, 상기 멀티플렉서 제어신호는 다수개의 멀티플렉서(220,240,320)를 각각 제어하는 신호를 발생한다.

이어, 복조기에서 출력되는 신호가 등화부(300)내 메모리(310)에 저장된 계수를 초기화하기 위한 신호인지, 아니면 계수를 갱신하기 위한 신호인지를 판단한다. 즉, 채널추정기(201)로부터 유효한 채널 임펄스 응답이 나오는 구간의 경우는 계수 초기화 신호로 판단하고, 그 외의 구간의 경우에는 계수 갱신 신호로 판단한다.

상기 판단 결과, 계수 초기화 신호로 판단되면 상기 채널 추정기(210)에서 출력되는 제어신호에 따라 멀티플렉서(220)를 제어하여 상기 채널 추정기(210)에서 추정된 채널 임펄스 응답 데이터를 출력한다. 그리고 상기 판단 결과, 계수 갱신 신호로 판단되면 상기 채널 추정기(210)에서 출력되는 제어신호에 따라 멀티플렉서(220)를 제어하여 복조기에서 출력된 데이터를 바로 출력한다.

그리고 상기 멀티플렉서(220)에서 출력되는 데이터를 입력으로 FFT(230)에 의해 주파수영역으로 변하고, 이 변환된 데이터는 등화부(300)로 인가되게 된다.

이때, 상기 FFT(230)에 의해 주파수영역으로 변환된 데이터가 계수 갱신 신호로 판단되어 상기 복조기에서 바로 출력된 데이터인 경우는 지연부를 통과하여 상기 채널 추정기(210)에서 출력되는 제어신호에 따라 멀티플렉서(240)를 통해 등화부(300)내 계수갱신기(350)로 인가된다.

그러면, 상기 계수갱신기(350)는 상기 수학식 1과 같이 등화부내 에러검출기(340)에서 계산된 에러(e), 상기 멀티플렉서(240)를 통해 인가된 데이터(x), 그리고 기 설정된 단계 사이즈(μ)를 이용하여 상기 메모리에 저장된 계수(W_n)를 갱신한다.

그리고 상기 FFT(230)에 의해 주파수영역으로 변환된 데이터가 채널 추정기를 통해 채널 임펄스 응답이 추정된 데이터인 경우는 상기 채널 추정기(210)에서 출력되는 제어신호에 따라 멀티플렉서(240)를 통해 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블(250)로 인가된다. 그리고 상기 ROM 테이블(250)에 의해 역채널로 변환된 데이터는 등화부(300)내 멀티플렉서(320)에 입력됨으로써, 주파수영역 LMS 등화기의 계수가 초기화된다.

이와 같이 데이터와 채널 임펄스 응답을 주파수 영역으로 변환시킬 때 하나의 FFT만을 사용하면서도 성능에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 주파수 영역 LMS 등화기에서 복조기로부터 입력된 데이터를 주파수 영역으로 변환할 때와 채널의 임펄스 응답을 주파수 영역으로 변환할 때 하나의 FFT를 사용할 수 있게 된다.

이때, 상기 멀티플렉서 제어신호는 도 3과 같이 멀티플렉서(230)(240)(320)에 입력되는 데이터가 일반 데이터인 경우에는 로우(LOW)값을 유지하고 채널 임펄스 응답 추정치인 경우에는 하이(HIGH)값을 유지하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 주파수영역 LMS 등화기에 한정되는 것이 아니라 주파수영역에서 등화가 이루어지고 입력이 실수인 모든 시스템에 적용 가능하므로 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 주파수영역 적응 등화 장치 및 방법은 복조기로부터 입력된 데이터를 주파수영역으로 변환할 때와 채널의 임펄스 응답을 주파수 영역으로 변환할 때 하나의 FFT를 사용함으로써 전체 시스템의 하드웨어 사이즈를 줄이는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 복조기에서 수신된 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 유효한 데이터를 보냄과 동시에 유효한 채널 임펄스 응답과 동기된 멀티플렉서 제어신호를 발생시키는 채널 추정기와, 상기 채널 추정기에서 발생된 제어신호를 통해 채널의 임펄스 응답이 추정된 유효한 데이터와 복조기에서 수신된 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 멀티플렉서와, 상기 멀티플렉서에서 출력되는 시간 영역 데이터를 주파수영역 데이터로 변환하는 FFT와, 상기 FFT에서 주파수영역으로 변환된 데이터를 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블을 포함하여 이루어지고, 수신 데이터로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하고 이를 수신 데이터와 멀티플렉싱(multiplexing)하여 주파수영역 신호로 변환하는 생성부와,

   상기 생성부에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화하고 전송채널에 의해 왜곡된 데이터를 보상하는 등화부와,

   상기 등화부에서 출력된 데이터의 잡음을 제거하고 위상추적을 통해 출력하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수영역 적응 등화 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 등화기는

   상기 생성부에서 변환된 주파수영역 데이터를 이용하여 등화기의 계수를 초기화 설정하여 저장하는 메모리와,

   상기 출력부의 잡음제거기에서 계산된 에러 및 상기 등화부에서 출력되는 보상된 데이터를 이용하여 에러를 계산하는 에러검출기와,

   상기 에러검출기에서 계산된 에러 및 생성부에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하는 데이터를 이용하여 상기 메모리에 기저장된 계수를 갱신하는 계수갱신기와,

   상기 계수갱신기에서 출력되는 주파수영역 데이터를 시간영역 데이터로 변환하는 IFFT로 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수영역 적응 등화 장치.
4. 복조기로부터 수신한 신호로부터 채널의 임펄스 응답을 추정하여 유효한 데이터를 내보냄과 동시에 상기 유효한 채널 임펄스 응답과 동기된 멀티플렉서(multiplexer) 제어신호를 발생하는 단계와,

   상기 복조기로부터 수신한 신호가 계수 초기화 신호인지 계수 갱신 신호인지를 판단하는 단계와,

   상기 판단 결과, 계수 초기화 신호로 판단되면 상기 출력되는 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 1 멀티플렉서를 제어하여 채널 추정기에서 추정된 채널 임펄스 응답 데이터를 출력하는 단계와,

   상기 판단 결과, 계수 갱신 신호로 판단되면 상기 출력되는 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 1 멀티플렉서를 제어하여 복조기에서 출력된 데이터를 바로 출력하는 단계와,

   상기 제 1 멀티플렉서에서 출력되는 데이터를 입력으로 주파수영역으로 변하는 단계와,

   상기 주파수영역으로 변환된 데이터가 계수 갱신 신호인 경우는 지연부를 통과하여 상기 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 2 멀티플렉서를 통해 등화부내 계수갱신기로 인가되어 메모리에 저장된 계수를 갱신하는 단계와,

   상기 주파수영역으로 변환된 데이터가 계수 초기화 신호인 경우는 지연부를 통과하지 않고 바로 상기 멀티플렉서 제어신호에 따라 제 2 멀티플렉서를 통해 역채널의 주파수 응답으로 변환하는 ROM 테이블로 인가되어 등화기의 계수를 초기화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수영역 적응 등화 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 판단 단계는 채널추정기로부터 유효한 채널 임펄스 응답이 나오는 구간의 경우는 계수 초기화 신호로 판단하고, 그 외의 구간의 경우에는 계수 갱신 신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 적응 등화 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 멀티플렉서 제어신호는 상기 제 1, 2 멀티플렉스에 입력되는 데이터가 일반 데이터인 경우는 로우(LOW)값을 유지하고 채널 임펄스 응답 추정치인 경우는 하이(HIGH)값을 유지하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 적응 등화 방법.

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