KR100602745B1 - 통신 시스템의 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법 - Google Patents

통신 시스템의 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법 Download PDF

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Abstract

통신시스템에서 채널의 영향에 의해 왜곡된 수신 신호를 보다 나은 성능을 가지도록 보상하는 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명은 시간 영역이나 주파수 영역에서 채널의 스펙트럼 널(spectral null) 부분을 완화/보상하는 구조를 가지는 새로운 방식의 등화 장치를 제안한다. 첫 번째 방식의 등화 장치는 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하는 방식으로, 훈련 데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하고, 이 추정된 채널임펄스응답으로부터 시간 영역 컨볼루션(convolution)을 이용하여 등화기에 사용될 등화 계수를 구한다. 두 번째 방식의 등화 장치는 주파수 영역에서 스펙트럼 널 부분을 처리하여 스펙트럼 널 부분을 완화/보상하는 방식으로, 훈련 데이터로부터 채널임펄스응답을 추정하고, 이 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역으로 변환하여 채널 전달함수를 구하고, 이 채널 전달함수에서 스펙트럼 널을 검색하고, 이 검색된 스펙트럼 널에 대해서 적절한 신호 처리를 행함으로써 등화 계수가 구해진다.
등화기, 등화 계수, 스펙트럼 널, 채널임펄스응답, 채널 전달함수

Description

통신 시스템의 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법 {An Equalization apparatus for communication systems and method thereof}
도 1은 종래 기술의 일 예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 6은 도 4에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 일 예를 보여주는 도면.
도 7은 도 4에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 다른 예를 보여주는 도면.
도 8은 도 4에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 또 다른 예를 보여주는 도면.
도 9는 도 5에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 일 예를 보여주는 도면.
도 10a 및 도 10b는 종래 기술 및 본 발명의 실시예에 따른 등화기의 시뮬레이션에 사용되는 채널 임펄스 응답을 보여주는 도면.
도 11은 도 10a 및 도 10b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 1에 도시된 등화 장치의 성좌를 보여주는 도면.
도 12는 도 10a 및 도 10b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 3에 도시된 등화 장치의 성좌를 보여주는 도면.
도 13a 및 도 13b는 종래 기술 및 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치의 시뮬레이션에 사용되는 채널 전달함수 특성을 보여주는 도면.
도 14a 및 도 14b는 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 전달함수 특성이 도 4에 도시된 등화 장치에 의해 보상되는 일 예를 보여주는 도면.
도 15a 및 도 15b는 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 전달함수 특성이 도 4에 도시된 등화 장치에 의해 보상되는 다른 예를 보여주는 도면.
도 16a 및 도 16b는 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 전달함수 특성이 도 4에 도시된 등화 장치에 의해 보상되는 또 다른 예를 보여주는 도면.
도 17은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 2에 도시된 등화 장치의 성좌를 보여주는 도면.
도 18은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌의 일 예를 보여주는 도면.
도 19는 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌의 다른 예를 보여주는 도면.
도 20은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌의 또 다른 예를 보여주는 도면.
도 21은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 5에 도시된 등화 장치의 성좌의 예를 보여주는 도면.
본 발명은 유선 혹은 무선 통신 시스템의 수신기에 관한 것으로, 특히 불완전한 통신 채널로 인하여 야기되는 심볼간간섭을 제거하기 위한 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법에 관한 것이다.
통상적으로 무선 혹은 유선 통신 시스템은 송신기(Transmitter), 채널(Channel), 수신기(Receiver)로 구성된다. 이러한 송신기, 채널, 수신기 등의 불완전한 특성으로 인해 수신기에 수신되는 신호에는 심볼간 간섭(ISI: Inter-Symbol Interference)이 야기되고, 결과적으로 수신 신호에는 왜곡이 발생한다. 특히 이러한 ISI는 무선 통신 채널인 경우에 더욱 심각하다. ISI가 있는 왜곡된 수신 신호를 이용하여 복조하는 경우에 ISI의 정도에 비례하여 복조된 데이터는 오류가 생기게 된다. 따라서 ISI에 의해 왜곡된 수신신호를 보상(correcting)한 후 복조를 할 필요가 있는데, 이와 같이 통신 채널상에서 왜곡된 수신신호를 보상하는 과정을 등화(Equalization) 혹은 채널등화(Channel Equalization)라 한다.
일반적으로 등화 방식에는 MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation) 방식과 필터(Filter)를 이용하는 방식이 있다. MLSE 방식은 왜곡된 수신신호의 형태를 직접 보상하기 보다는 수신기가 전송 채널 환경에 자체적으로 적응토록 하는 방식으로, 이 방식의 대표적인 것으로 비터비 등화기(Viterbi equalizer)가 있다. 필터를 이용한 등화 방식은 왜곡된 수신신호의 형태를 보상하기 위해 필터를 사용하는 방식으로, 이 필터, 즉 등화기에 의해 왜곡이 보상된 신호가 복조에 이용된다. 필터를 이용한 등화 방식은 필터의 형태에 따라 트랜스버설 필터(Transversal Filter) 방식 혹은 피드포워드 등화기(FFE: Feed Forward Equalizer)/피드백워드 등화기(FBE: Feed Backward Equalizer) 방식과 결정 궤환 등화기(DFE: Decision Feedback Equalizer) 방식으로 구별할 수 있다. 또한 상기 필터를 이용한 등화 방식은 필터 계수의 적응여부에 따라 프리셋(Preset) 방식과 적응(Adaptive) 방식으로 구별할 수 있다. 상기 트랜스버설 필터(Transversal Filter) 방식은 피드포워드 등화기(FFE: Feed Forward Equalizer)/피드백워드 등화기(FBE: Feed Backward Equalizer)를 사용하는 방식이다. 이러한 트랜스버설 필터 방식은 채널임펄스 응답(CIR : Channel Impulse Response)을 구하고 이로부터 등화 계수(equalization coefficient)를 구하는 채널 추정(channel estimation) 방식과, 훈련 데이터(training data)를 입력하고 적응 알고리즘(adaptive algorithm)에 의해 등화 계수를 구하는 적응 알고리즘 방식으로 구분된다.
도 1은 종래 기술의 일 예에 따른 등화기의 구성을 보여주는 도면이다. 이 도면은 채널임펄스응답이 주어졌을 때 이 채널임펄스응답을 시간영역에서 컨볼루션(convolution) 처리하는 등화기의 구조를 나타내고 있다.
상기 도 1에서, 수신신호(101)는 통신채널의 특성에 따른 심볼간간섭(ISI) 등으로 인하여 왜곡된 신호이다. 등화기(102)는 상기 수신신호(101)에 대해 등화 처리를 하여 채널의 영향, 즉 심볼간간섭이 제거된 신호(110)를 출력한다. 복조기(111)는 상기 등화기(102)에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 입력하여 복조 및 데이터 결정하고 복원된 데이터(112)를 출력한다. 상기 등화기(102)는 상기 수신신호(101)에 대한 등화 처리시 등화 계수 계산기(108)에 의해 계산된 등화 계수 cn을 이용한다.
상기 등화 계수 cn은 다음과 같이 구해진다. 채널임펄스응답 추정기(104)는 훈련데이터(training data or sequence)(103)로부터 채널임펄스응답 hn(105)을 추정한다. 등화기 출력신호 계산기(106)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(105)에 매핑되는 등화기(102)의 출력 신호를 계산한다. 즉, 상기 계산기(106)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(105)이 등화기(102)에 인가될 때의 원하는 등화기(102)의 출력신호 zn(107)을 계산한다. 등화 계수 계산기(108)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(105)과 상기 출력신호 zn(107)을 입력하고, 이들로부터 등화 계수 cn(109)을 다음의 <수학식 1>과 같이 계산한다.
Figure 112002040447780-pat00001
상기 <수학식 1>에서, '*'는 상승적분 혹은 컨볼루션(convolution)을 나타낸다.
상기 추정된 채널임펄스응답의 길이를 "N" 이라 하면 상기 <수학식 1>은 다음의 <수학식 2>와 같이 행렬로 나타낼 수 있다.
Z = HC
상기 <수학식 2>에서, Z는 길이(length) {(2N-1)x1}인 출력 벡터(vector)이고, H는 {(2N-1)xN} 차원 컨볼루션 매트릭스(dimension convolution matrix)이고, C는 길이 {Nx1} 인 등화 계수 벡터이다. 다음의 <수학식 3>, <수학식 4> 및 <수학식 5>는 N=5인 경우에 대한 Z, H, C의 예를 보인 것이다. 다음의 수학식들에서 'T'는 'transpose'를 의미한다.
Figure 112002040447780-pat00002
Figure 112002040447780-pat00003
Figure 112002040447780-pat00004
상기 <수학식 3>에 나타낸 채널임펄스 응답에 대한 등화기의 출력은 일반적으로 다음의 <수학식 6>과 같이 정해진다.
Z = [0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
상기 <수학식 6>에서, '1'의 위치를 어디에 놓는가에 따라 등화 계수는 다른 값을 가지며 등화기의 성능에 영향을 미친다. 상기 <수학식 4>에서와 같이 '1'의 위치는 모든 채널임펄스 응답이 반영되는 중간 지점에 두는 것이 일반적이다.
상기 <수학식 4>, <수학식 5> 및 <수학식 6>에 대한 해는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식 등을 이용하여 구해질 수 있다. 그러므로, 상기 계산기(108)는 등화 계수 cn(109)를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 등화 계수 cn(109)는 등화기(102)로 제공되어 상기 수신신호(101)의 등화 처리에 사용된다.
도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 등화기의 구성을 보여주는 도면이다. 이 도면은 채널임펄스응답이 주어졌을 때 이 채널임펄스응답을 주파수 영역에서 처리하는 등화기의 구조를 보인 것이다. 이러한 주파수 영역의 등화기는 도 1에 도시된 시간 영역의 등화기에 비해 계산량이 적다는 장점이 있다.
상기 도 2에서, 수신신호(201)는 통신채널의 특성에 따른 심볼간간섭(ISI) 등으로 인하여 왜곡된 신호이다. 등화기(202)는 상기 수신신호(201)에 대해 등화 처리를 하여 채널의 영향, 즉 심볼간간섭이 제거된 신호(216)를 출력한다. 복조기(217)는 상기 등화기(202)에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 입력하여 복조 및 데이터 결정하고 복원된 데이터(218)를 출력한다. 상기 등화기(202)는 상기 수신신호(201)에 대한 등화 처리시 등화 계수 계산기(212)에 의해 계산된 등화 계수 cn을 이용한다.
상기 등화 계수 cn은 다음과 같이 구해진다. 채널임펄스응답 추정기(204)는 훈련데이터(training data or sequence)(203)로부터 채널임펄스응답 hn(205)을 추정한다. 이산푸우리에변환기(206)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(205)에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역의 응답인 채널 전달함수 H(207)를 구한다. 등화기 출력신호 계산기(208)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(205)에 매핑되는 등화기(202)의 출력 신호를 계산한다. 즉, 상기 계산기(208)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(205)이 등화기(202)에 인가될 때의 원하는 등화기(202)의 출력신호 zn(209)을 계산한다. 이산푸우리에변환기(210)는 상기 출력신호 zn(209)에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역의 출력신호 Z(211)를 구한다. 등화 계수 계산기(212)는 상기 채널 전달함수 H(207)와 상기 출력신호 Z(211)를 입력하고, 이들로부터 주파수 영역의 등화 계수 C(213)를 구한다. 이때 원하는 출력 벡터 zn(209)은 상기 <수학식 6>과 같이 정해질 수 있다.
상기 추정된 채널임펄스응답의 길이를 "N" 이라 하면, 등화 계수 계산기(212)는 채널 전달함수 H(207)와 원하는 출력신호 Z(211)로부터 다음의 <수학식 7>에 의해 주파수 영역에서의 등화 계수 C(213)를 구할 수 있다.
Z = HC
상기 <수학식 7>에서, Z는 길이 {Nx1}인 벡터이고, H는 {NxN}인 벡터이고, C는 길이 {Nx1}인 등화 계수 벡터이다.
상기 구해진 주파수 영역의 등화 계수 C(213)는 IDFT(Inverse DFT)(214)에 의해 변환되어 시간 영역의 등화 계수 cn(215)이 출력된다. 이렇게 구해진 등화 계수 cn(215)는 등화기(202)로 제공되어 상기 수신신호(201)의 등화 처리에 사용된다.
전술한 바와 같은, 종래 기술에 따른 등화 장치는 시간 영역 혹은 주파수 영역에서 왜곡된 수신신호에 대한 심볼간간섭(ISI)의 영향을 제거하고 있다. 그러나, 종래 기술에 따른 시간 영역 및 주파수 영역의 등화 장치에 의해 구해지는 성좌(constellation)를 관찰하면, 도 11 및 도 17에 도시된 바와 같이 많이 퍼져 있는데, 이는 ISI가 완전하게 제거되지 않고 많이 남아 있기 때문에 기인한 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 통신시스템에서 채널의 영향에 의해 왜곡된 수신 신호를 보다 나은 성능을 가지도록 보상하는 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 통신시스템에서 심볼간간섭의 영향에 의해 왜곡된 수신 신호에 포함된 심볼간간섭을 최소화하기 위한 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제공함에 있다. 통신시스템에서 왜곡된 수신 신호에 포함된 심볼간간섭의 영향을 최소화함으로써 복조 성능을 향상시키기 위한 등화 장치 및 그에 의한 등화 방법을 제공함에 있다.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 시간 영역이나 주파수 영역에서 채널의 스펙트럼 널(spectral null) 부분을 완화/보상하는 구조를 가지는 새로운 방식의 등화 장치를 제안한다. 첫 번째 방식의 등화 장치는 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하는 방식으로, 훈련 데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하고, 이 추정된 채널임펄스응답으로부터 시간 영역 컨볼루션(convolution)을 이용 하여 등화기에 사용될 등화 계수를 구한다. 두 번째 방식의 등화 장치는 주파수 영역에서 스펙트럼 널 부분을 처리하여 스펙트럼 널 부분을 완화/보상하는 방식으로, 훈련 데이터로부터 채널임펄스응답을 추정하고, 이 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역으로 변환하여 채널 전달함수를 구하고, 이 채널 전달함수에서 스펙트럼 널을 검색하고, 이 검색된 스펙트럼 널에 대해서 적절한 신호 처리를 행함으로써 등화 계수가 구해진다.
본 발명의 제1 견지(Aspect)에 따르면, 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하는 방법은, 미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 상기 등화기의 출력 신호를 구하는 과정과, 상기 채널임펄스응답의 매트릭스 차원과 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호의 벡터 길이를 확장시키는 과정과, 상기 확장된 채널임펄스응답과 상기 확장된 등화기의 출력 신호를 입력하고 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 과정을 포함한다. Z = HC 여기서, Z는 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호 벡터이고, H는 상기 채널임펄스응답의 컨볼루션 매트릭스이고, C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
본 발명의 제2 견지에 따르면, 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하는 방법은, 미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 등화기의 출력 신호를 구하는 과정과, 상기 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환하는 과정과, 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호를 주파수 영역의 출력 신호로 변환하는 과정과, 상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부분을 검색하는 과정과, 상기 변환된 채널 전달함수의 상기 검색된 스펙트럼 널 부분을 보상하여 보상된 채널 전달함수를 출력하는 과정과, 상기 주파수 영역의 출력 신호와 상기 보상된 채널 전달함수를 입력하고 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 과정을 포함한다. Z = H P C 여기서, Z는 상기 주파수 영역의 출력 신호 벡터이고, H P 는 상기 채널 전달함수의 컨볼루션 매트릭스이고, C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
본 발명의 제3 견지에 따르면, 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하는 방법은, 미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 등화기의 출력 신호를 구하는 과정과, 상기 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환하는 과정과, 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호를 주파수 영역의 출력 신호로 변환하는 과정과, 상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부 분을 검색하는 과정과, 상기 주파수 영역의 출력 신호와 상기 변환된 채널 전달함수를 입력하고 상기 변환된 채널 전달함수의 상기 스펙트럼 널 부분의 입력에 대응하여 미리 설정된 레벨의 등화 계수를 추정하고 상기 스펙트럼 널 부분 이외의 상기 변환된 채널 전달함수의 입력에 대응하여 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 과정을 포함한다. Z = H P C 여기서, Z는 상기 주파수 영역의 출력 신호 벡터이고, H P 는 상기 채널 전달함수의 컨볼루션 매트릭스이고, C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
전술한 바와 같은 내용은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자는 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다.
본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 동일한 목적들을 달성하기 위하여 다른 구조들을 변경하거나 설계하는 기초로서 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 용이하게 사용될 수도 있다는 사실을 인식하여야 한다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 발명과 균등한 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 인식하여야 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
A. 발명의 개요
하기에서 설명될 본 발명은 유선 혹은 무선 통신시스템의 채널에서 야기되는 심볼간간섭(ISI: Inter-Symbol Interference)을 효과적으로 제거하기 위한 새로운 등화 장치를 제안한다. 본 발명에서 제안되는 새로운 방식의 등화 장치는 시간 영역이나 주파수 영역에서의 처리를 통하여 채널의 스펙트럼 널(spectral null) 부분을 완화/보상하는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 등화 장치는 종래의 등화 장치에 비해 수신기의 데이터 복조 성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 의해 제안되는 등화 장치는 크게 2가지 방식으로 구분된다.
첫 번째 방식은 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하는 방식이다. 이 방식에 의하면, 훈련 데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하고, 이 추정된 채널임펄스응답으로부터 시간 영역 컨볼루션(convolution)을 이용하여 등화기에 사용될 등화 계수를 구한다. 이 방식은 종래의 방식과는 달리 채널임펄스응답 길이 내 에서 컨볼루션 매트릭스(convolution matrix)의 차원을 확장하여 스펙트럼 널에 대한 보상을 수행한다. 이 방식은 보다 성능 좋은 등화 계수의 추정을 가능하게 하며, 또한 등화 계수 추정 시 유연성을 제공한다. 따라서, 본 발명의 첫 번째 방식에 의한 등화 장치를 사용하면 ISI가 있는 채널에서 ISI를 보상/제거하는 능력이 우수하며, 특히 스펙트럼 널이 있는 채널에서 스펙트럼 널의 효과를 완화하여 수신기의 복조 오류를 크게 줄일 수 있어 수신 성능의 향상을 기대할 수 있다.
두 번째 방식은 주파수 영역에서 스펙트럼 널 부분을 처리하여 스펙트럼 널 부분을 완화/보상하는 방식이다. 이 방식에 의하면, 훈련 데이터로부터 채널임펄스응답을 추정하고, 이 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역으로 변환하여 채널 전달함수를 구하고, 이 채널 전달함수에서 스펙트럼 널을 검색하고, 이 검색된 스펙트럼 널에 대해서 적절한 신호 처리를 행함으로써 등화 계수가 구해진다. 따라서, 본 발명의 두 번째 방식에 의한 등화 장치를 사용하면 스펙트럼 널이 있는 채널에서 보다 성능 좋은 등화 계수의 추정이 가능하므로, ISI가 있는 채널에서 ISI를 보상/제거하는 능력이 우수하며, 특히 수신기의 복조 오류를 크게 줄일 수 있어 수신 성능의 향상을 기대할 수 있다.
상기 두 번째 방식에 의해 주파수 영역에서 스펙트럼 널을 처리하는 방식은 신호 처리 기법에 따라 다음과 같은 4가지 실시 예들로 구분되어진다.
첫 번째 실시예에 따른 등화 장치는 스펙트럼 널이 있는 부분에 대해서 전력 클리핑(power clipping)을 수행하는 구조이다. 이 경우 전력 클리핑 처리되기 이전의 채널 전달함수에 비해 처리된 채널 전달함수는 크기(magnitude)는 변형되어 상 이하나 위상(phase)은 그대로 유지되어 동일하다.
두 번째 실시예에 따른 등화 장치는 스펙트럼 널이 있는 부분에 대해서 크기 클리핑(magnitude clipping)을 수행하는 구조이다. 이 경우 크기 클리핑 처리되기 이전의 채널 전달함수에 비해 처리된 채널 전달함수는 크기와 위상이 모두 변형되어 상이하다.
세 번째 실시예에 따른 등화 장치는 스펙트럼 널이 있는 부분에 대해서 와핑(warping)을 수행하는 구조이다. 이 경우 와핑 처리되기 이전의 채널 전달함수에 비해 처리된 채널 전달함수는 크기는 변형되어 상이하나 위상은 그대로 유지되어 동일하다.
네 번째 실시예에 따른 등화 장치는 스펙트럼 널이 있는 부분의 채널 전달 함수를 직접 신호 처리하지 않고, 스펙트럼 널이 있는 부분에 대한 등화 계수를 구할 시 이때의 등화 계수를 임의의 미리 설정된 값으로 사용하는 강제 설정(force setting) 방식이다.
하기에서 본 발명을 구체적으로 설명함에 있어서 상기 첫 번째 방식의 등화 장치는 제1 실시예로서 설명될 것이고, 상기 두 번째 방식의 등화 장치중 첫 번째 내지 세 번째 실시예들은 제2 실시예로서 설명될 것이고, 상기 두 번째 방식의 등화 장치중 네 번째 실시예는 제3 실시예로서 설명될 것이다.
B. 실시예 1
(B-1) 구성 및 작용
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 이 실시예는 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하기 위한 등화 장치를 나타낸다.
상기 도 3을 참조하면, 등화 장치는 등화기(302), 복조기(311), CIR 추정기(304), 등화기 출력신호 계산기(제1 계산기)(306), 등화 계수 계산기(제2 계산기)(308)를 포함한다. 여기서, 등화 계수 계산기(308)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1에 도시된 구성요소들과 동일한 동작 및 기능을 수행한다.
상기 등화기(302)는 수신신호(301)에 대해 등화 처리를 하여 채널의 영향, 즉 심볼간간섭(ISI)이 제거된 신호(310)를 출력한다. 상기 복조기(311)는 상기 등화기(302)에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 입력하여 복조 및 데이터 결정하고 복원된 데이터(312)를 출력한다. 상기 등화기(302)는 상기 수신신호(301)에 대한 등화 처리시 등화 계수 계산기(308)에 의해 계산된 등화 계수 cn을 이용한다.
상기 등화 계수 cn은 다음과 같이 구해진다. 상기 채널임펄스응답 추정기(304)는 훈련데이터(training data or sequence)(303)로부터 채널임펄스응답 hn(305)을 추정한다. 상기 등화기(EQ: Equaliizer) 출력신호 계산기(306)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(305)에 매핑되는 상기 등화기(302)의 출력 신호를 계산한 다. 즉, 상기 계산기(306)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(305)이 등화기(302)에 인가될 때의 원하는 등화기(302)의 출력신호 zn(307)을 계산한다. 예를 들어, 상기 추정기(304)에 의해 CIR = [ 0 0.1 0.6 0.07 0.03 0.08 0.02 0 0 ]의 채널이 추정되고 원하는 등화기의 출력신호가 임펄스 채널이라고 가정할 때, 상기 계산기(304)에 의해 계산되는 등화기의 출력신호는 EQ 출력 = [ 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ]이 될 수 있다. 상기 등화 계수 계산기(308)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(305)과 상기 출력신호 zn(307)을 입력하고, 이들로부터 등화 계수 cn(309)을 계산한다. 이때 상기 등화 계수 계산기(308)는 상기 채널임펄스응답의 매트릭스 차원과 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호의 벡터 길이를 확장시키고, 등화 계수 cn(309)을 계산하는 것을 특징으로 한다. 참고적으로, 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 등화 장치는 추정한 채널임펄스 응답의 길이가 'N'으로 정해질 때 상기 <수학식 2>에서와 같이 Z는 길이 {(2N-1)x1}인 벡터이고, H는 {(2N-1)xN} 차원 매트릭스이고, C는 길이 {Nx1}인 벡터로 주어졌다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치는 시간 영역 스펙트럼 널 부분을 완화/보상하기 위하여 등화계수 계산기(308)에 의한 등화 계수 계산 동작시 H 매트릭스의 차원이나 벡터들 Z 및 C의 길이를 확장하고, 확장된 컨볼루션 매트릭스 및 벡터에 대하여 다음의 <수학식 8>을 적용하고, MMSE 방식 등을 이용하여 등화 계수를 추정하는 것을 특징으로 한다.
Z = HC
상기 <수학식 8>에서, CIR 추정기(304)에 의해 추정된 채널임펄스응답의 길이가 "N" 이라 고 하면, Z는 길이 {(2N-1)+e)x1} 인 확장된 출력 벡터이고, H는 {((2N-1)+e)x(N+e)} 차원 확장된 컨볼루션 매트릭스(convolution matrix)이고, C는 길이 {(N+e)x1}인 확장된 등화 계수 벡터이다. 이때 확장할 변수 'e'는 다음의 <수학식 9>에 나타낸 바와 같이 1보다 같거나 크고 N보다 작거나 같은 범위내에서 적절한 값으로 선택될 수 있다.
e = 1, 2, ..., N
다음의 <수학식 10>, <수학식 11> 및 <수학식 12>는 채널임펄스 응답의 길이가 'N=5' 이고, 확장할 변수가 'e=5'인 경우에 대한 확장된 Z, H, C의 일 예를 나타낸 것이다. 하기에서 길이 및 차원을 확장하기 전의 요소들은 굵은 이탤릭체로 표시되어 있다. 하기 <수학식 10>에서 확장하기 전의 요소들은 {Z0, Z1, ... , Z8}이고, <수학식 11>에서 확장하기 전의 요소들은 {C0, C1, ... , C4}이고, <수학식 12>에서 확장하기 전의 요소들은 화살표로 구분하여 표시한 바와 같이 9번째 행×5번째 열이다.
Figure 112002040447780-pat00005
Figure 112002040447780-pat00006
Figure 112002040447780-pat00007
상기 등화계수 계산기(308)는 상기 <수학식 11>, <수학식 12> 및 <수학식 13>에 나타낸 바와 같이 매트릭스의 차원 및 벡터의 길이를 확장하고, 확장된 컨볼루션 매트릭스 및 벡터에 대하여 상기 <수학식 8>을 적용함에 의해 등화 계수를 추정한다. 이러한 등화 계수의 추정에는 이미 앞서서 언급한 바와 같이 MMSE 방식이 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 확장된 컨볼루션을 통하여 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하는 방식의 등화 구조를 제안하며, 보다 좋은 성능의 등화 계수를 구하고 더 많은 유연성을 가질 수 있도록 한다. 이러한 사실들은 하기의 설명들로부터 잘 알 수 있을 것이다.
이미 언급한 바와 같이 등화기의 출력 신호 Z를 모델링할 때 '1'의 위치를 어디에 놓는가에 따라 등화 계수는 다른 값을 가지며 등화기의 성능에 영향을 미치게 된다. 종래 기술에 따른 방식을 다시 살펴보면, 채널임펄스 응답에 대한 등화기의 출력은 일반적으로 상기 <수학식 6>에 나타낸 바와 같이 추정한 채널 길이의 중앙에 위치된다. 이는 정해진 채널 길이의 범위 내에서 모든 채널임펄스 응답이 반영되는 위치이기 때문이다. 상기 <수학식 5>를 참조하면, 모든 채널임펄스 응답을 반영하는 위치는 중앙임을 알 수 있고, 이러한 위치는 중앙 위치가 유일한 곳이기도 하다.
그러나 본 발명에서 제안하는 방식은 출력 신호 Z에서 '1'의 위치가 채널 길이의 항상 중앙에 위치하는 것이 아니라 보다 유연하게 위치시키고자 하는 것이다. 물론 이러한 유연성은 성능 좋은 등화 계수를 구하는데 작용한다. 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하는 확장된 구조에서는 모든 채널임펄스 응답을 포함하는 영역이 많이 있으므로, 이들 중에서 좋은 성능을 보이는 곳에 '1'을 위치하게 할 수 있다.
이러한 사실은 상기 <수학식 12>에서 굵은 선으로 표시한 부분을 보면 알 수 있다. 하기의 <수학식 13>은 출력 신호 Z에서 '1'의 위치가 가능한 영역을 보인 것 이고, <수학식 14>는 'N=5, e=5'인 경우에 '1'이 위치할 수 있는 부분을 굵은 이탤릭체로 표시하고 있다. 즉, {Z4,Z5, .., Z8}이다. 이때 '1'이 위치할 수 있는 곳은 많으므로, 이들 중 최적의 성능을 갖는 곳을 선택할 수도 있을 것이다.
Figure 112002040447780-pat00008
Figure 112002040447780-pat00009
(B-2) 효과
도 10a 및 도 10b는 종래 기술 및 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치의 시뮬레이션에 사용되는 채널임펄스응답을 보여주는 도면이다. 이 도면은 훈련 데이터로부터 추정된 채널임펄스응답의 주파수 영역 신호를 나타낸다.
도 11은 도 10a 및 도 10b에 도시된 채널임펄스응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 1에 도시된 등화 장치의 성좌를 보여주는 도면이다. 이 도면은 훈련 데이터로부터 추정된 채널임펄스응답이 도 1에 도시된 등화계수 계산기(108)로 인가될 때 상기 도 1에 도시된 등화 장치의 성좌(constellation)를 나타낸다.
도 12는 도 10a 및 도 10b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용 될 때 도 3에 도시된 등화 장치의 성좌를 보여주는 도면이다. 이 도면은 훈련 데이터로부터 추정된 채널임펄스응답이 도 3에 도시된 등화계수 계산기(308)로 인가될 때 상기 도 3에 도시된 등화 장치의 성좌를 나타낸다.
지금, 상기 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같은 채널임펄스응답이 도 1 및 도 3에 도시된 등화 장치의 등화계수 계산기(108) 및 (308)에 각각 인가된다고 가정할 때 각 등화 장치에서의 성좌는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 구해진다. 도 11에 도시된 종래 기술에 따른 등화 장치의 성좌에 비해 도 12에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치의 성좌가 많이 모인 것을 알 수 있다. 이는 ISI가 많이 제거됨을 의미하는 것으로, 결과적으로 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치의 성능이 우수함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안한 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하는 확장된 컨볼루션 방식에 따르면, 채널임펄스응답에 대한 원하는 등화기의 출력에서 delta '1'을 위치시킬 수 있는 부분이 많이 있으므로, 등화계수를 구하는데 상대적으로 더 많은 유연성을 제공할 수 있으며, 이는 종래 기술에 따른 방식에 비해 최적의 등화 계수를 구할 수 있음을 의미한다.
C. 실시예 2
(C-1) 구성 및 작용
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면이 다. 이 실시예는 주파수 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하기 위한 구조를 갖는다.
상기 도 4를 참조하면, 등화 장치는 등화기(402), 복조기(424), CIR 추정기(404), 이산푸우리에변환기들(406)(417), 등화기 출력신호 계산기(제1 계산기)(415), 스펙트럼 널 검색기(409), 스펙트럼 널 처리기(413), 등화 계수 계산기(제2 계산기)(414) 및 역 이산푸우리에변환기(421)를 포함한다.
상기 등화기(402)는 통신채널의 특성에 따른 심볼간간섭(ISI) 등으로 인하여 왜곡된 수신신호(401)에 대해 등화 처리를 하여 채널의 영향, 즉 심볼간간섭이 제거된 신호(423)를 출력한다. 복조기(424)는 상기 등화기(402)에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 입력하여 복조 및 데이터 결정하고, 복원된 데이터(425)를 출력한다. 상기 등화기(402)는 상기 수신신호(401)에 대한 등화 처리시 등화계수 계산기(419)에 의해 계산된 후 시간영역으로 변환된 등화계수 cn(422)을 이용한다.
상기 등화계수 cn(422)는 다음과 같이 구해진다. 채널임펄스응답 추정기(404)는 훈련데이터(training data or sequence)(403)로부터 채널임펄스응답 hn(405)을 추정한다. 이산푸우리에변환기(406)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(405)에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역의 응답인 채널 전달함수 H(407)를 구한다. 등화기 출력신호 계산기(415)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(405)에 매핑되는 등화기(402)의 출력 신호를 계산한다. 즉, 상기 계 산기(415)는 상기 추정된 채널임펄스응답 hn(405)이 등화기(402)에 인가될 때의 원하는 등화기(402)의 출력신호 zn(416)을 계산한다. 이산푸우리에변환기(417)는 상기 출력신호 zn(416)에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역의 출력신호 Z(418)를 구한다.
상기 출력신호 Z(418)는 상기 <수학식 6>과 같이 정해질 수 있으며, 상기 추정된 채널 전달함수 H(407)는 도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이 스펙트럼 널의 특성을 갖는 채널일 수 있다. 이러한 스펙트럼 널은 통신 채널이 특히 무선 채널인 경우 흔히 발생하는데, 일반적으로 스펙트럼 널이 있는 채널로부터 추정되는 등화기는 잡음에 매우 약한 성능을 나타낸다. 따라서 본 발명에서는 스펙트럼 널이 있는 채널에 대해서 적절한 처리를 행함으로써 스펙트럼 널 효과를 완화 및 보상하여 등화 장치의 성능을 개선하고자 하는 것이다. 이러한 스펙트럼 널 처리를 위해 구비된 본 발명의 특징적인 구성요소들이 스펙트럼 널 검색기(Spectral Null Finder)(409)와, 스펙트럼 널 처리기(Spectral Null Processor)(413)이다.
상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 상기 추정된 채널 전달함수 H(407)와 미리 설정된 임계값을 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 추정된 채널 전달함수 H(407)의 스펙트럼 널 부분을 검색한다. 이렇게 검색된 스펙트럼 널 fn(410)은 스펙트럼 널 처리기(413)에 입력 신호(411)로서 제공된다. 상기 스펙트럼 널 처리기(413)는 상기 추정된 채널 전달함수 H(407)의 스펙트럼 널(411)에 해당하는 부분에 대해서 적절한 처리를 수행하여 스펙트럼 널 부분이 완화(mitigating) 혹은 보상(compensating)된 채널 전달함수 Hp(414)를 생성한다. 상기 스펙트럼 널 처리 기(413)에 의한 스펙트럼 널 부분에 대한 구체적인 처리 동작은 후술될 것이다.
상기 추정된 채널 임펄스 응답의 길이를 "N"이라 하면, 등화계수 계산기(419)는 상기 보상된 채널 전달함수 Hp(414)와 상기 원하는 출력신호 Z(418)를 입력하고 다음의 <수학식 15>에 의해 주파수 영역에서의 등화계수 C(420)를 계산한다.
Z = Hp C
상기 <수학식 15>에서, Z는 길이 {Nx1}인 벡터이고, H는 {NxN}인 벡터이고, C는 길이 {Nx1}인 등화 계수 벡터이다. 만약, 상기 추정된 채널임펄스 응답의 길이 N이 2의 멱승이 되지 않아 DFT/IDFT 연산에 적합하지 않거나 혹은 분해능(resolution)을 높이고자 한다면, (Nz = N + Nzero-padding) 과 같이 확장된 DFT 크기(size) Nz에 대해 등화계수를 구하는 동작도 가능할 것이다.
역 이산푸우리에 변환기(421)는 상기 등화계수 계산기(419)에 의해 구해진 주파수 영역의 등화 계수 C(420)를 시간 영역의 등화 계수 cn(422)으로 변환한다. 이렇게 변환된 시간 영역의 등화 계수 cn(422)은 등화기(402)로 제공되어 상기 수신신호(401)의 등화 처리에 사용된다.
도 6은 도 4에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 일 예를 보여주는 도면이다. 이 예는 스펙트럼 널에 대하여 전력 클리핑(power clipping)을 수행하는 것이다. 전력 클리핑을 수행하는 경우, 스펙트럼 널 처리된 채널 전달함수는 스펙트럼 널 처리되기 이전의 채널 전달함수에 비해 크기(magnitude)는 변형되나 위상(phase)은 그대로 유지된다. 즉, 스펙트럼 널 처리 이전의 채널 전달함수는 스펙트럼 널 처리 이후의 채널 전달함수와 크기는 서로 상이하지만 위상은 동일하다. 후술되는 도 6 내지 도 9에서, 기호 "X ** Y"는 "X의 Y멱승(power)"을 의미한다. 예를 들어, "10**2"는 10의 2승을 의미한다. 또한, "abs[X]"는 "X의 절대값"을 의미하고, "mean{X}"는 "X의 평균"을 의미하고, "sqrt(X)"는 "X의 제곱근(Square Root)"을 의미한다. 후술되는 도 6 내지 도 9에서, 기호 “X ** Y”는 "X의 Y멱승(power)"을 의미한다. 예를 들어, “10**2”는 10의 2승을 의미한다. 또한, “abs[X]”는 “X의 절대값”을 의미하고, “meanX”는 “X의 평균”을 의미하고, “sqrt(X)”는 “X의 제곱근(Square Root)”을 의미한다.
상기 도 6을 참조하면, 601단계에서 도 4의 CIR 추정기(404)는 미리 주어진 훈련데이터에대한 CIR h(n)을 추정한다. 이 동작은 h(n) = i(n) + jq(n) (여기서, n=1,2,···,N임)으로 표현된다. 602단계에서 이산푸우리에변환기(406)는 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)에 대해 이산푸우리에변환(DFT: Discrete Fourier Transform)을 수행함으로써 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)을 주파수 영역의 채널 전달함수 H(k)로 변환한다. 이 동작은 H(k) = DFT(h(n)) = I(k) + jQ(k) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다. 603단계에서 스펙트럼 널 검색기(409)는 상기 채널 전달함수 H(k)에 대한 신호 평균 Hmean을 구한다. 이 동작은 Hmean = mean{abs[H(k)]} (여기서, k=1,2,···,N임)으로 표현된다. 604단 계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 미리 설정된 임계값 Hthr을 입력한다. 상기 임계값 Hthr은 Hmean 값과 THR_lin 값의 승산 결과에 대해 제곱근을 취함으로써 구해진다. 즉, Hthr = sqrt (Hmean * THR_lin) 이다. 이때 THR_dB = -15 [dB]이고, THR_lin = 10 ** (THR_dB/20)이다.
605단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 스펙트럼 널을 검색하고, 스펙트럼 널 처리기(413)는 상기 검색된 스펙트럼 널에 대한 전력 클리핑 동작을 수행한다. 스펙트럼 널을 검색하고 그 검색된 스펙트럼 널에 대한 클리핑 동작은 하기의 <표 1>에 나타낸 바와 같은 알고리즘에 따른다. 하기의 <표 1>에서 Hp(k)는 상기 스펙트럼 널 처리기(413)에 의해 처리된 후 스펙트럼 널 부분이 보상된 채널 전달함수이다. 상기 스펙트럼 널 처리기(413)는 채널 전달함수 H(k)의 절대값이 상기 임계값 Hthr보다 작은 경우에 채널 전달함수 H(k)에 { W = Hthr ×H(k) / abs (H(k)) }를 곱함으로써 상기 보상된 채널 전달함수 Hp(k)를 출력한다.
Find null & clipping for k=1:N if (abs(H(k)) 〈 Hthr) { W = Hthr ×H(k) / abs (H(k)) Hp(k) = H(k) ×W } end
606단계에서 등화계수 계산기(419)는 Z(k)와 상기 보상된 채널 전달함수 Hp(k)를 입력하고 이들로부터 주파수 영역의 등화계수 C(k)를 구한다. 여기서, 상 기 주파수 영역의 출력 신호 Z(k)는 상기 추정된 CIR h(n)에 매핑되는 등화기(402)의 출력 신호 zn에 대응하는 주파수 영역의 출력 신호이고, 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)는 Z(k)/ Hp(k) (k=1,2,···,N)에 의해 계산한다. 607단계에서 역 이산푸우리에변환기(421)는 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)에 역 고속푸우리에변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)을 수행함으로써 시간 영역의 등화계수 c(n)을 출력한다. 이 동작은 c(n) = IFFT(C(k)) = i(n) + jq(n) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
도 13a 및 도 13b는 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수 특성을 도시한 도면이다. 상기 도 13a는 전달함수의 크기를 나타내고, 상기 도 13b는 전달함수의 위상을 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 스펙트럼 널이 존재하는 채널에 대해 전력 클리핑 처리를 행함에 의해 얻어지는 채널 전달함수 특성을 도시한 도면이다. 상기 도 14a는 전달함수의 크기를 나타내고, 상기 도 14b는 전달함수의 위상을 나타낸다.
상기 도 13a 및 도 14a를 참조하면, 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수에 대해 전력 클리핑을 행하여 얻어지는 채널 전달함수의 크기가 변형됨을 알 수 있다. 즉, 스펙트럼 널이 완화됨을 알 수 있다.
상기 도 13b 및 도 14b를 참조하면, 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수에 대해 전력 클리핑을 행하여 얻어지는 채널 전달함수의 위상이 변형됨이 없이 그대로 유지됨을 알 수 있다.
도 7은 도 4에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 다른 예를 보여주는 도면이다. 이 예는 스펙트럼 널에 대하여 크기 클리핑(magnitude clipping)을 수행하는 것이다. 크기 클리핑을 수행하는 경우, 스펙트럼 널 처리된 채널 전달함수는 스펙트럼 널 처리되기 이전의 채널 전달함수에 비해 크기(magnitude)와 위상(phase)이 모두 변형된다. 즉, 스펙트럼 널 처리 이전의 채널 전달함수는 스펙트럼 널 처리 이후의 채널 전달함수와 크기와 위상이 서로 상이하다.
상기 도 7을 참조하면, 701단계에서 도 4의 CIR 추정기(404)는 미리 주어진 훈련데이터에대한 CIR h(n)을 추정한다. 이 동작은 h(n) = i(n) + jq(n) (여기서, n=1,2,···,N임)으로 표현된다. 702단계에서 이산푸우리에변환기(406)는 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)에 대해 이산푸우리에변환(DFT)을 수행함으로써 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)을 주파수 영역의 채널 전달함수 H(k)로 변환한다. 이 동작은 H(k) = DFT(h(n)) = I(k) + jQ(k) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
703단계에서 스펙트럼 널 검색기(409)는 상기 채널 전달함수 I(k), Q(k) 각각에 대한 신호 평균 Imean, Qmean을 구한다. 이 동작은 Imean = mean{abs[I(k)]}, Qmean = mean{abs[Q(k)]} (여기서, k=1,2,···,N임)으로 표현된다. 704단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 미리 설정된 임계값 Ithr, Qthr을 입력한다. 상기 임계값 Ithr은 Imean 값과 THR_lin 값의 승산을 취함으로써 구해지고, 상기 임계값 Qthr은 Qmean 값과 THR_lin 값의 승산을 취함으로써 구해진다. 즉, Ithr = Imean * THR_lin 이고, Qthr = Qmean * THR_lin 이다. 이때 THR_dB = -15 [dB]이고, THR_lin = 10 ** (THR_dB/20)이다.
705단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 스펙트럼 널을 검색하고, 스펙트럼 널 처리기(413)는 상기 검색된 스펙트럼 널에 대한 크기 클리핑 동작을 수행한다. 스펙트럼 널을 검색하고 그 검색된 스펙트럼 널에 대한 클리핑 동작은 하기의 <표 2>에 나타낸 바와 같은 알고리즘에 따른다. 하기의 <표 2>에서 Hp(k)는 상기 스펙트럼 널 처리기(413)에 의해 처리된 후 스펙트럼 널 부분이 보상된 채널 전달함수이다. 상기 스펙트럼 널 처리기(413)는 채널 전달함수 I(k)의 절대값이 각각 상기 임계값 Ithr보다 작은 경우에 I(k) = { I(k) / abs (I(k)) } Ithr에 의해 상기 보상된 채널 전달함수 I(k)를 출력한다. 상기 스펙트럼 널 처리기(413)는 채널 전달함수 Q(k)의 절대값이 각각 상기 임계값 Qthr보다 작은 경우에 Q(k) = { Q(k) / abs (Q(k)) } Ithr에 의해 상기 보상된 채널 전달함수 Q(k)를 출력한다.
Find null & clipping for k=1:N if (abs(I(k)) 〈 Ithr) I(k) = { I(k)/ abs(I(k)) } Ithr if (abs(Q(k)) 〈 Qthr) Q(k) = { Q(k)/ abs(Q(k)) } Qthr end Hp(k) = I(k) + jQ(k), k=1,2,···,N
706단계에서 등화계수 계산기(419)는 Z(k)와 상기 보상된 채널 전달함수 Hp(k)를 입력하고 이들로부터 주파수 영역의 등화계수 C(k)를 구한다. 여기서, 상기 주파수 영역의 출력 신호 Z(k)는 상기 추정된 CIR h(n)에 매핑되는 등화기(402)의 출력 신호 zn에 대응하는 주파수 영역의 출력 신호이고, 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)는 Z(k)/ Hp(k) (k=1,2,···,N)에 의해 계산한다. 707단계에서 역 이산푸우리에변환기(421)는 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)에 역 고속푸우리에변환(IFFT)을 수행함으로써 시간 영역의 등화계수 c(n)을 출력한다. 이 동작은 c(n) = IFFT(C(k)) = i(n) + jq(n) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
도 13a 및 도 13b는 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수 특성을 도시한 도면이다. 상기 도 13a는 전달함수의 크기를 나타내고, 상기 도 13b는 전달함수의 위상을 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 스펙트럼 널이 존재하는 채널에 대해 크기 클리핑 처리를 행함에 의해 얻어지는 채널 전달함수 특성을 도시한 도면이다. 상기 도 15a는 전달함수의 크기를 나타내고, 상기 도 15b는 전달함수의 위상을 나타낸다.
상기 도 13a 및 도 15a를 참조하면, 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수에 대해 크기 클리핑을 행하여 얻어지는 채널 전달함수의 크기가 변형됨을 알 수 있다. 즉, 스펙트럼 널이 완화됨을 알 수 있다.
상기 도 13b 및 도 15b를 참조하면, 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수에 대해 크기 클리핑을 행하여 얻어지는 채널 전달함수의 위상이 변형됨을 알 수 있다. 즉, 스펙트럼 널이 완화됨을 알 수 있다.
도 8은 도 4에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 또 다른 예를 보여주는 도면이다. 이 예는 스펙트럼 널에 대하여 와핑(magnitude clipping)을 수행하는 것이다. 이 방식은 크기 클리핑을 수행하되 위상은 스펙트럼 널 처리되기 이전의 채널 전달함수의 위상을 그대로 이용하는 방식이다. 와핑을 수행하는 경우, 스펙트럼 널 처리된 채널 전달함수는 스펙트럼 널 처리되기 이전의 채널 전달함수에 비해 크기(magnitude)는 변형되나 위상(phase)은 그대로 유지된다. 즉, 스펙트럼 널 처리 이전의 채널 전달함수는 스펙트럼 널 처리 이후의 채널 전달함수와 크기와 서로 상이하고, 위상은 서로 동일하다.
상기 도 8을 참조하면, 801단계에서 도 4의 CIR 추정기(404)는 미리 주어진 훈련데이터에대한 CIR h(n)을 추정한다. 이 동작은 h(n) = i(n) + jq(n) (여기서, n=1,2,···,N임)으로 표현된다. 802단계에서 이산푸우리에변환기(406)는 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)에 대해 이산푸우리에변환(DFT)을 수행함으로써 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)을 주파수 영역의 채널 전달함수 H(k)로 변환한다. 이 동작은 H(k) = DFT(h(n)) = I(k) + jQ(k) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
803단계에서 스펙트럼 널 검색기(409)는 상기 채널 전달함수 I(k), Q(k) 각각에 대한 신호 평균 Imean, Qmean을 구하고, 또한 원래의 위상 P(k)를 계산한다. 이 동작은 Imean = mean{abs[I(k)]}, Qmean = mean{abs[Q(k)]}, P(k) = atan(Q(k)/I(k)) (여기서, k=1,2,···,N임)으로 표현된다. 804단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 미리 설정된 임계값 Ithr, Qthr을 입력한다. 상기 임계값 Ithr은 Imean 값과 THR_lin 값의 승산을 취함으로써 구해지고, 상기 임계값 Qthr은 Qmean 값과 THR_lin 값의 승산을 취함으로써 구해진다. 즉, Ithr = Imean * THR_lin 이고, Qthr = Qmean * THR_lin 이다. 이때 THR_dB = -15 [dB]이고, THR_lin = 10 ** (THR_dB/20)이다.
805단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 스펙트럼 널을 검색하고, 스펙트럼 널 처리기(413)는 상기 검색된 스펙트럼 널에 대한 와핑(warping) 동작을 수행한다. 스펙트럼 널을 검색하고 그 검색된 스펙트럼 널에 대한 와핑 동작은 하기의 <표 3>에 나타낸 바와 같은 알고리즘에 따른다. 하기의 <표 3>에서 Hp(k)는 상기 스펙트럼 널 처리기(413)에 의해 처리된 후 스펙트럼 널 부분이 보상된 채널 전달함수이다. 상기 스펙트럼 널 처리기(413)는 채널 전달함수 I(k)의 절대값이 각각 상기 임계값 Ithr보다 작은 경우에 I(k) = { I(k) / abs (I(k)) } Ithr에 의해 상기 보상된 채널 전달함수 I(k)를 출력한다. 상기 스펙트럼 널 처리기(413)는 채널 전달함수 Q(k)의 절대값이 각각 상기 임계값 Qthr보다 작은 경우에 Q(k) = { Q(k) / abs (Q(k)) } Ithr에 의해 상기 보상된 채널 전달함수 Q(k)를 출력한다.
Find null & warping for k=1:N if (abs(I(k)) 〈 Ithr) I(k) = { I(k)/ abs(I(k)) } Ithr if (abs(Q(k)) 〈 Qthr) Q(k) = { Q(k)/ abs(Q(k)) } Qthr end Hp(k) = I(k) + jQ(k), k=1,2,···,N
806단계에서 스펙트럼 널 처리기(413)는 원래의 위상을 유지시키고 상기 채널 전달함수 Hp(k)를 크기를 변형한다. 이 동작은 Hp(k) = sqrt(I(k)**2+Q(k)**2) exp(jP(k)) (여기서, k=1,2,···,N임)으로 표현된다. 807단계에서 등화계수 계산기(419)는 Z(k)와 상기 보상된 채널 전달함수 Hp(k)를 입력하고 이들로부터 주파수 영역의 등화계수 C(k)를 구한다. 여기서, 상기 주파수 영역의 출력 신호 Z(k)는 상기 추정된 CIR h(n)에 매핑되는 등화기(402)의 출력 신호 zn에 대응하는 주파수 영역의 출력 신호이고, 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)는 Z(k)/ Hp(k) (k=1,2,···,N)에 의해 계산한다. 808단계에서 역 이산푸우리에변환기(421)는 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)에 역 고속푸우리에변환(IFFT)을 수행함으로써 시간 영역의 등화계수 c(n)을 출력한다. 이 동작은 c(n) = IFFT(C(k)) = i(n) + jq(n) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
도 13a 및 도 13b는 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수 특성을 도시한 도면이다. 상기 도 13a는 전달함수의 크기를 나타내고, 상기 도 13b는 전달함수의 위상을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 스펙트럼 널이 존재하는 채널에 대해 와핑 처리를 행함에 의해 얻어지는 채널 전달함수 특성을 도시한 도면이다. 상기 도 16a는 전달함수의 크기를 나타내고, 상기 도 16b는 전달함수의 위상을 나타낸다.
상기 도 13a 및 도 16a를 참조하면, 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수에 대해 와핑을 행하여 얻어지는 채널 전달함수의 크기가 변형됨을 알 수 있다. 즉, 스펙트럼 널이 완화됨을 알 수 있다.
상기 도 13b 및 도 16b를 참조하면, 스펙트럼 널이 존재하는 채널의 전달함수에 대해 와핑을 행하여 얻어지는 채널 전달함수의 위상은 원래대로 유지됨을 알 수 있다.
(C-2) 효과
도 17은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 2에 도시된 등화 장치의 성좌를 보여주는 도면이다. 이 도면은 훈련 데이터로부터 추정된 채널임펄스응답이 도 2에 도시된 이산푸우리에변환기(206)에 의해 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환된 후 등화계수 계산기(212)로 인가될 때 상기 도 2에 도시된 등화 장치의 성좌(constellation)를 나타낸다.
도 18은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 19는 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 20은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
상기 도면들 18, 19 및 20은 훈련 데이터로부터 추정된 채널임펄스응답이 도 4에 도시된 이산푸우리에변환기(406)에 의해 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환된 후 스펙트럼 널 처리기(413)를 거쳐 등화계수 계산기(419)로 인가될 때 상기 도 4에 도시된 등화 장치의 성좌(constellation)를 나타낸다.
지금, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같은 채널 임펄스 응답이 도 2에 도시된 등화 장치의 등화계수 계산기(212)로 인가된다고 가정할 때 등화 장치에서의 성좌는 도 17에 도시된 바와 같이 구해진다. 상기 도 17에 도시된 종래 기술에 따른 등화 장치의 성좌는 많이 퍼져 있음을 알 수 있는데, 이는 ISI가 완전히 제거되지 않고 많이 남아 있는 것을 의미한다.
반면에, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같은 채널 임펄스 응답이 도 4에 도시된 등화 장치의 등화계수 계산기(419)로 인가된다고 가정할 때 등화 장치에서의 성좌는 도 18, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 구해진다. 상기 도 18, 도 19 및 도 20에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치의 성좌는 상기 도 17에 도시된 종래 기술에 따른 등화 장치의 성좌에 비해 많이 모인 것을 알 수 있다. 이 는 전력 클리핑, 크기 클리핑 및 와핑에 의해 ISI가 많이 제거되어 있는 것을 의미한다. 즉, 본 발명에서 제안한 주파수 영역에서 전력 클리핑, 크기 클리핑 및 와핑에 의해 스펙트럼 널을 완화/보상하는 방식에 따르면, ISI가 있는 채널에서 ISI를 보상/제거하는 능력이 우수하며, 수신기의 복조 오류를 크게 줄일 수 있어 성능 향상을 기대할 수 있다.
D. 실시예 3
(D-1) 구성 및 작용
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등화 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 전술한 실시예 2는 스펙트럼 널 부분에 대하여 채널 전달함수를 직접 보상하여 처리하는 방식이지만, 이 실시예는 스펙트럼 널 부분의 주파수 영역 등화 계수를 특정 값으로 미리 설정하는 강제설정(force setting) 방식이다. 이러한 강제설정 방식의 등화 장치는 등화기(402), 복조기(424), CIR 추정기(404), 이산푸우리에변환기들(406)(417), 등화기 출력신호 계산기(415), 스펙트럼 널 검색기(409), 등화 계수 계산기(414) 및 역 이산푸우리에변환기(421)를 포함한다. 즉, 상기 도 5에 도시된 등화 장치는 상기 도 4에 도시된 등화 장치와 유사하게 구성되지만, 스펙트럼 널 처리기(413)를 포함하여 구성되지 않는다는 차이점이 있다.
상기 도 5를 참조하면, 스펙트럼 널 검색기(409)에 의해 검색된 스펙트럼 널 정보 fn(410)은 등화계수 계산기(419)의 입력(412)으로서 제공된다. 상기 등화계수 계산기(419)는 스펙트럼 널이 있는 위치의 주파수 영역 등화계수 C를 미리 설정된 임의의 값 'S'로 설정한다. 즉, 상기 등화계수 계산기(419)는 주파수 영역 등화계수 C가 하기의 <수학식 16>과 같은 경우에는 스펙트럼 널이 있는 부분에 대해서는 하기의 <수학식 17>과 같이 강제로 설정하고, 스펙트럼 널이 아닌 부분에 대해서는 상기 <수학식 15>를 이용하여 계산한다. 상기 등화계수 계산기(419)에 의해 주파수 영역 등화계수 C가 구해지면, 역 이산푸우리에 변환기(421)는 상기 등화계수 계산기(419)에 의해 구해진 주파수 영역의 등화 계수 C(420)를 시간 영역의 등화 계수 cn(422)으로 변환한다. 이렇게 변환된 시간 영역의 등화 계수 cn(422)은 등화기(402)로 제공되어 상기 수신신호(401)의 등화 처리에 사용된다.
Figure 112002040447780-pat00010
Figure 112002040447780-pat00011
도 9는 도 5에 도시된 등화 장치에 의한 등화 계수 계산 동작의 일 예를 보여주는 도면이다. 이 예는 스펙트럼 널 부분에 해당하는 등화 계수를 미리 설정된 특정 값으로 강제적으로 설정하고, 스펙트럼 널 이외의 부분에 해당하는 등화 계수를 채널임펄스응답으로부터 변환되는 채널 전달함수와 상기 채널임펄스응답에 매핑 되는 시간영역 등화기의 출력신호로부터 변환되는 주파수영역 등화기의 출력신호를 이용하여 설정하는 방식이다.
상기 도 9를 참조하면, 901단계에서 도 5의 CIR 추정기(404)는 미리 주어진 훈련데이터에대한 CIR h(n)을 추정한다. 이 동작은 h(n) = i(n) + jq(n) (여기서, n=1,2,···,N임)으로 표현된다. 902단계에서 이산푸우리에변환기(406)는 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)에 대해 이산푸우리에변환(DFT)을 수행함으로써 상기 추정된 시간 영역의 CIR h(n)을 주파수 영역의 채널 전달함수 H(k)로 변환한다. 이 동작은 H(k) = DFT(h(n)) = I(k) + jQ(k) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
903단계에서 스펙트럼 널 검색기(409)는 상기 채널 전달함수 H(k)에 대한 신호 평균 Hmean을 구한다. 이 동작은 Hmean = mean{abs[H(k)]} (여기서, k=1,2,···,N임)으로 표현된다. 904단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 미리 설정된 임계값 Hthr을 입력한다. 상기 임계값 Hthr은 Hmean 값과 THR_lin 값의 승산 결과에 대해 제곱근을 취함으로써 구해진다. 즉, Hthr = sqrt (Hmean * THR_lin) 이다. 이때 THR_dB = -15 [dB]이고, THR_lin = 10 ** (THR_dB/20)이다.
905단계에서 상기 스펙트럼 널 검색기(409)는 상기 채널 전달함수 H(k)중 스펙트럼 널의 위치를 검색하고, 그 검색된 결과 신호 fn(410)을 등화계수 계산기(419)의 입력(412)으로서 제공한다. 906단계에서 등화계수 계산기(419)는 Z(k)와 상기 보상된 채널 전달함수 H(k) 혹은 Hp(k)를 입력하고 이들로부터 주파수 영역의 등화계수 C(k)를 구한다. 여기서, 상기 주파수 영역의 출력 신호 Z(k)는 상기 추정된 CIR h(n)에 매핑되는 등화기(402)의 출력 신호 zn에 대응하는 주파수 영역의 출력 신호이고, 상기 주파수 영역의 등화계수 C(k)는 Z(k)/ Hp(k) (k=1,2,···,N)에 의해 계산한다. 상기 등화계수 계산기(419)는 주파수 영역의 등화계수 C(k)를 계산함에 있어 상기 검색된 스펙트럼 널 위치의 주파수 영역 등화 계수에 대해서는 907단계에서 특정 값으로 설정한다. 즉, 상기 907단계에서 상기 등화계수 계산기(419)는 하기의 <표 4>에 나타낸 바와 같은 알고리즘에 따른다. 하기의 <표 4>에서 S = Is + jQs 는 미리 설정된 값이고, 스펙트럼 널 위치의 등화 계수 C(k)는 Is + jQs 로 설정된다.
Force setting on the null position for k=1:N if (W(k) == Null) C(k) = Is + jQs end / * S = Is + jQs is pre-set value * /
908단계에서 역 이산푸우리에변환기(421)는 상기 등화계수 계산기(419)에 의해 계산된 주파수 영역의 등화계수 C(k)에 역 고속푸우리에변환(IFFT)을 수행함으로써 시간 영역의 등화계수 c(n)을 출력한다. 이 동작은 c(n) = IFFT(C(k)) = i(n) + jq(n) (여기서, k=1,2,···,N이고, n=1,2,···,N임)으로 표현된다.
(D-2) 효과
도 21은 도 13a 및 도 13b에 도시된 채널 임펄스 응답이 시뮬레이션에 사용될 때 도 5에 도시된 등화 장치의 성좌의 예를 보여주는 도면이다. 이 예는 임계값이 -15dB 이하인 스펙트럼 널의 위치에 대응하는 주파수 영역 등화 계수 Ck 값을 'S=0'으로 강제로 설정한 예이다. 이 도면 20은 훈련 데이터로부터 추정된 채널임펄스응답이 도 5에 도시된 이산푸우리에변환기(406)에 의해 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환된 후 등화계수 계산기(419)로 인가될 때 상기 도 5에 도시된 등화 장치의 성좌(constellation)를 나타낸다.
지금, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같은 채널 임펄스 응답이 도 2에 도시된 등화 장치의 등화계수 계산기(212)로 인가된다고 가정할 때 등화 장치에서의 성좌는 도 17에 도시된 바와 같이 구해진다. 상기 도 17에 도시된 종래 기술에 따른 등화 장치의 성좌는 많이 퍼져 있음을 알 수 있는데, 이는 ISI가 완전히 제거되지 않고 많이 남아 있는 것을 의미한다.
반면에, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같은 채널 임펄스 응답이 도 5에 도시된 등화 장치의 등화계수 계산기(419)로 인가된다고 가정할 때 등화 장치에서의 성좌는 도 21에 도시된 바와 같이 구해진다. 상기 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 등화 장치의 성좌는 상기 도 17에 도시된 종래 기술에 따른 등화 장치의 성좌에 비해 많이 모인 것을 알 수 있다. 이는 스펙트럼 널 위치에 대응하는 등 화계수를 강제적으로 특정 값으로 설정함에 의해 ISI가 많이 제거되어 있는 것을 의미한다. 즉, 본 발명에서 제안한 주파수 영역에서 강제 설정 방식에 의해 스펙트럼 널을 완화/보상하는 방식에 따르면, ISI가 있는 채널에서 ISI를 보상/제거하는 능력이 우수하며, 수신기의 복조 오류를 크게 줄일 수 있어 성능 향상을 기대할 수 있다.
E. 변형 예들
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예들은 시간 영역의 등화 장치와 주파수 영역의 등화 장치로 구분되어진다. 즉, 본 발명의 실시예들은 시간 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하기 위해 확장된 컨볼루션(convolution) 구조를 이용하는 방식과, 주파수 영역에서 스펙트럼 널을 완화/보상하기 위해 스펙트럼 널 부분을 처리하는 방식으로 구분된다.
이러한 본 발명의 실시예들은 본 발명의 사상 및 원리를 벗어나지 않는 범위내에서 다음과 같은 변형 예들이 가능하다. 예를 들어, 시간 영역에서의 스펙트럼 널 완화/보상을 이용한 등화 장치의 구조나 주파수 영역에서의 스펙트럼 널 완화/보상을 이용한 등화 장치의 구조는 시간 영역의 등화기나 주파수 영역의 등화기에 모두 적용될 수 있다. 즉, 시간 영역에서 스펙트럼 널 처리를 통하여 구한 등화 계 수를 시간 영역의 등화기 혹은 주파수 영역의 등화기에 적용하는 것이 가능하며, 주파수 영역에서 스펙트럼 널 처리를 통하여 구한 등화 계수를 주파수 영역의 등화기 혹은 시간 영역의 등화기에 적용하는 것이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 통신시스템에서 채널의 영향에 의해 왜곡된 수신 신호를 보다 나은 성능을 가지도록 보상하기 위하여 시간 영역이나 주파수 영역에서 채널의 스펙트럼 널(spectral null) 부분을 완화/보상하는 구조를 가지는 새로운 방식의 등화 장치를 제안한다. 이에 따라 본 발명은 심볼간간섭의 영향에 의해 왜곡된 수신 신호에 포함된 스펙트럼 널 부분을 완화/보상함으로써 왜곡된 수신 신호에 포함된 심볼간간섭의 영향을 최소화하고, 복조 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하는 방법에 있어서,
    미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 상기 등화기의 출력 신호를 구하는 과정과,
    상기 채널임펄스응답의 매트릭스 차원과 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호의 벡터 길이를 확장 변수에 따라 확장시키는 과정과,
    상기 확장된 채널임펄스응답과 상기 확장된 등화기의 출력 신호를 입력하고 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
    Z = HC
    여기서, Z는 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호 벡터이고,
    H는 상기 채널임펄스응답의 컨볼루션 매트릭스이고,
    C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
    또한, 상기 채널임펄스응답의 길이가 N 일 때,
    상기 매핑되는 등화기의 출력 신호 벡터의 길이는 {(2N-1) + e} ×1 이고,
    상기 채널임펄스응답의 컨볼루션 매트릭스의 차원은 {(2N-1) + e} × (N + e) 이고,
    상기 매핑되는 등화기의 계수 벡터의 길이는 (N + e) ×1 이고,
    여기서, 상기 확장 변수 e 는 1보다 같거나 크고 N보다 같거나 작은 범위내의 값을 가지는 변수이며,
    또한, 상기 채널임펄스응답의 길이가 N 일 때, 상기 등화기의 출력 신호중 '1' 레벨의 출력 신호는 N 보다 같거나 크고 2N 보다 같거나 작은 범위내에서 적어도 2개 이상의 신호를 포함한다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하는 방법에 있어서,
    미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 등화기의 출력 신호를 구하는 과정 과,
    상기 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환하는 과정과,
    상기 매핑되는 등화기의 출력 신호를 주파수 영역의 출력 신호로 변환하는 과정과,
    상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부분을 검색하는 과정과,
    상기 변환된 채널 전달함수의 상기 검색된 스펙트럼 널 부분을 보상하여 보상된 채널 전달함수를 출력하는 과정과,
    상기 주파수 영역의 출력 신호와 상기 보상된 채널 전달함수를 입력하고 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
    Z = H P C
    여기서, Z는 상기 주파수 영역의 출력 신호 벡터이고,
    H P 는 상기 채널 전달함수의 컨볼루션 매트릭스이고,
    C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보상된 채널 전달함수의 크기는 상기 변환된 채널 전달함수의 크기와 상이한 것을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 보상된 채널 전달함수의 위상은 상기 변환된 채널 전달함수의 위상과 동일한 것을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 보상된 채널 전달함수의 위상은 상기 변환된 채널 전달함수의 위상과 상이한 것을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부분을 검색하는 과정은 상기 변환된 채널 전달함수와 미리 설정된 임계값을 비교함에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
  9. 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하는 방법에 있어서,
    미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 등화기의 출력 신호를 구하는 과정 과,
    상기 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환하는 과정과,
    상기 매핑되는 등화기의 출력 신호를 주파수 영역의 출력 신호로 변환하는 과정과,
    상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부분을 검색하는 과정과,
    상기 주파수 영역의 출력 신호와 상기 변환된 채널 전달함수를 입력하고 상기 변환된 채널 전달함수의 상기 스펙트럼 널 부분의 입력에 대응하여 미리 설정된 레벨의 등화 계수를 추정하고 상기 스펙트럼 널 부분 이외의 상기 변환된 채널 전달함수의 입력에 대응하여 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 추정 방법.
    Z = H P C
    여기서, Z는 상기 주파수 영역의 출력 신호 벡터이고,
    H P 는 상기 채널 전달함수의 컨볼루션 매트릭스이고,
    C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
  10. 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하기 위한 장치에 있어서,
    미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 CIR 추정기와,
    상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 상기 등화기의 출력 신호를 구하는 제1 계산기와,
    상기 채널임펄스응답의 매트릭스 차원과 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호의 벡터 길이를 확장 변수에 따라 확장시키고, 상기 확장된 채널임펄스응답과 상기 확장된 등화기의 출력 신호를 입력하고 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 제2 계산기를 포함함을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
    Z = HC
    여기서, Z는 상기 매핑되는 등화기의 출력 신호 벡터이고,
    H는 상기 채널임펄스응답의 컨볼루션 매트릭스이고,
    C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
    또한, 상기 채널임펄스응답의 길이가 N 일 때,
    상기 매핑되는 등화기의 출력 신호 벡터의 길이는 {(2N-1) + e} ×1 이고,
    상기 채널임펄스응답의 컨볼루션 매트릭스의 차원은 {(2N-1) + e} ×(N + e) 이고,
    상기 매핑되는 등화기의 계수 벡터의 길이는 (N + e) ×1 이고,
    여기서, 상기 확장 변수 e 는 1보다 같거나 크고 N보다 같거나 작은 범위내의 값을 가지는 변수이며,
    상기 채널임펄스응답의 길이가 N 일 때, 상기 등화기의 출력 신호중 '1' 레벨의 출력 신호는 N 보다 같거나 크고 2N 보다 같거나 작은 범위내에서 적어도 2개 이상의 신호를 포함한다.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하기 위한 장치에 있어서,
    미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 CIR 추정기와,
    상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 등화기의 출력 신호를 구하는 제1 계산기와,
    상기 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환하는 제1 변환기와,
    상기 매핑되는 등화기의 출력 신호를 주파수 영역의 출력 신호로 변환하는 제2 변환기와,
    상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부분을 검색하는 스펙트럼 널 검색기와,
    상기 변환된 채널 전달함수의 상기 검색된 스펙트럼 널 부분을 보상하여 보상된 채널 전달함수를 출력하는 스펙트럼 널 처리기와,
    상기 주파수 영역의 출력 신호와 상기 보상된 채널 전달함수를 입력하고 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 제2 계산기를 포함함을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
    Z = H P C
    여기서, Z는 상기 주파수 영역의 출력 신호 벡터이고,
    H P 는 상기 채널 전달함수의 컨볼루션 매트릭스이고,
    C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스펙트럼 널 처리기는, 상기 변환된 채널 전달함수의 크기와 상이한 크기를 가지는 상기 보상된 채널 전달함수를 출력하는 것을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스펙트럼 널 처리기는, 상기 변환된 채널 전달함수의 위상과 동일한 위상을 가지는 상기 보상된 채널 전달함수를 출력하는 것을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 스펙트럼 널 처리기는, 상기 변환된 채널 전달함수의 위상과 상이한 위상을 가지는 상기 보상된 채널 전달함수를 출력하는 것을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 TM펙트럼 널 검색기는, 상기 변환된 채널 전달함수와 미리 설정된 임계값을 비교함에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
  18. 수신신호의 심볼간간섭(ISI)을 제거하기 위한 등화기와, 상기 등화기에 의해 심볼간간섭이 제거된 수신신호를 복조하여 복원된 데이터를 출력하기 위한 복조기를 포함하는 이동 통신시스템의 수신기에서, 상기 등화기에 사용될 등화 계수를 추정하기 위한 장치에 있어서,
    미리 주어진 훈련데이터로부터 채널임펄스응답(CIR)을 추정하는 CIR 추정기와,
    상기 추정된 채널임펄스응답에 매핑되는 등화기의 출력 신호를 구하는 제1 계산기와,
    상기 추정된 채널임펄스응답을 주파수 영역의 채널 전달함수로 변환하는 제1 변환기와,
    상기 매핑되는 등화기의 출력 신호를 주파수 영역의 출력 신호로 변환하는 제2 변환기와,
    상기 변환된 채널 전달함수의 스펙트럼 널 부분을 검색하는 스펙트럼 널 검색기와,
    상기 주파수 영역의 출력 신호와 상기 변환된 채널 전달함수를 입력하고 상기 변환된 채널 전달함수의 상기 스펙트럼 널 부분의 입력에 대응하여 미리 설정된 레벨의 등화 계수를 추정하고 상기 스펙트럼 널 부분 이외의 상기 변환된 채널 전달함수의 입력에 대응하여 아래의 <수학식>에 의해 등화 계수를 추정하는 제2 계산기를 포함함을 특징으로 하는 상기 추정 장치.
    Z = HPC
    여기서, Z는 상기 주파수 영역의 출력 신호 벡터이고,
    HP 는 상기 채널 전달함수의 컨볼루션 매트릭스이고,
    C는 상기 등화기의 계수 벡터이다.
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