KR100848127B1 - Apparatus and Method for Stable DFE using selective FBF - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 평균제곱 오차(MSE: Mean Square Error)를 이용하여 등화기의 발산/수렴 여부를 판단하고 그 판단된 결과에 따라 발산하는 경우에는 블라인드 모드로 동작하도록 피드백 필터(Feedback Filter)를 중지시키고, 수렴하는 경우에는 결정지향 모드로 동작하도록 피드백 필터(Feedback Filter)를 동작시킴으로써, 안정적으로 등화기를 동작시킬 수 있으며 수신신호의 인식률을 증가시킬 수 있게 하는, 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화기 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 결정 궤환 등화 장치에 있어서, 정합필터링된 신호를 입력받아 왜곡된 전송채널을 보상하기 위한 피드포워드 필터와 상기 보상된 전송채널의 ISI(Inter Symbol Interference)를 줄이기 위한 피드백 필터를 포함하되, 블라인드 모드에서는 상기 피드포워드 필터가 동작하고, 결정지향 모드에서는 상기 피드포워드 필터와 상기 피드백 필터가 동작하는 등화 수단; LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 통해 구한 평균제곱 오차(MSE)를 이용하여 상기 결정 궤환 등화 장치의 발산/수렴 여부를 판단하기 위한 발산/수렴 판단 수단; 및 상기 판단된 발산/수렴 여부에 따라, 발산으로 판단되면 상기 등화 수단이 블라인드 모드로 동작하도록 제어하고, 수렴으로 판단되면 상기 등화 수단이 결정지향 모드로 동작하도록 제어하기 위한 필터 제어 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 등에 이용됨.
블라인드 등화, 결정 궤환 등화, LMS(Least Mean Square) 알고리즘, 평균제곱 오차(MSE), 피드백 필터(FBF), 피드포워드 필터(FFF), 다중계수 알고리즘, 슬라이서
1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal feedback equalizer and a method for selectively using a feedback filter.
2. The technical problem to be solved by the invention
The present invention determines whether the equalizer diverges / converges using Mean Square Error (MSE) and stops the feedback filter to operate in the blind mode when diverging according to the determined result. In case of convergence, the feedback filter is operated to operate in the decision-directed mode, so that the equalizer can be operated stably and the feedback feedback selectively using the feedback filter can increase the recognition rate of the received signal. The purpose is to provide a flag and a method thereof.
3. Summary of Solution to Invention
According to an embodiment of the present invention, a decision feedback equalizer includes a feedforward filter for receiving a matched filtered signal and compensating for a distorted transmission channel and a feedback filter for reducing ISI (Inter Symbol Interference) of the compensated transmission channel. Equalization means for operating the feed forward filter in a blind mode and operating the feed forward filter and the feedback filter in a decision-oriented mode; Divergence / convergence determination means for judging divergence / convergence of the decision feedback equalizer using a mean square error (MSE) obtained through a Least Mean Square (LMS) algorithm; And a filter control means for controlling the equalization means to operate in a blind mode if it is determined to diverge according to the determined divergence / convergence, and to control the equalization means to operate in a decision-oriented mode if it is determined to converge. .
4. Important uses of the invention
The present invention is used for decision feedback equalization using a feedback filter selectively.
Blind equalization, decision feedback equalization, least mean square (LMS) algorithm, mean square error (MSE), feedback filter (FBF), feedforward filter (FFF), multi-factor algorithm, slicer
Description
도 1 은 본 발명에 따른 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치를 이용한 케이블 모뎀의 일실시예 구성도,1 is a block diagram of an embodiment of a cable modem using a decision feedback equalizer using a feedback filter selectively according to the present invention;
도 2 는 본 발명에 따른 도 1의 SRRC필터의 임펄스 응답에 대한 일실시예 예시도,2 is a diagram illustrating an embodiment of an impulse response of the SRRC filter of FIG. 1 according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 방법에 대한 일실시예 흐름도,3 is a flow diagram of an embodiment of a decision feedback equalization method selectively using a feedback filter according to the present invention;
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 도 1의 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치의 일실시예 상세구성도,4A and 4B are detailed diagrams of an embodiment of a decision feedback equalizer using the feedback filter of FIG. 1 according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 따른 도 4b의 다중계수 계산부(MMA)의 일실시예 상세구성도이다.5 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the multi-coefficient calculation unit (MMA) of FIG. 4B according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawing
410: 피드포워드 필터 420: 피드백 필터410: feed forward filter 420: feedback filter
440: 다중계수 계산부 450: 슬라이싱부440: multi-factor calculation unit 450: slicing unit
460: 평균제곱 오차 계산부 42: 발산/수렴 판단부460: mean square error calculation unit 42: divergence / convergence determination unit
471: 제 1 임계값 비교부 472: 제 2 임계값 비교부471: First threshold comparison unit 472: Second threshold comparison unit
473: 카운터 계산부 474: 제 3 임계값 비교부473: counter calculation unit 474: third threshold value comparison unit
43: 필터 제어부43: filter control unit
본 발명은 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평균제곱 오차(MSE: Mean Square Error)를 이용하여 등화기의 발산/수렴 여부를 판단하고 그 판단된 결과에 따라 발산하는 경우에는 블라인드 모드로 동작하도록 피드백 필터(Feedback Filter)를 중지시키고, 수렴하는 경우에는 결정지향 모드로 동작하도록 피드백 필터(Feedback Filter)를 동작시킴으로써, 안정적으로 등화기를 동작시킬 수 있으며 수신신호의 인식률을 증가시킬 수 있게 하는, 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화기 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a decision feedback equalizer and a method for selectively using a feedback filter, and more particularly, to determine whether the equalizer diverges / converges using Mean Square Error (MSE). In case of divergence, the equalizer can be stably operated by stopping the feedback filter to operate in the blind mode, and operating the feedback filter to operate in the decision-oriented mode when converging. A decision feedback equalizer and a method for selectively using a feedback filter, which can increase the recognition rate of a received signal, and a method thereof.
디지털 통신 시스템에서는 대역 제한 채널 특성으로 인하여 송신단에서 전송된 신호가 전송 채널을 거치면서 여러 가지 왜곡이 생기게 된다. 이러한 왜곡을 발생시키는 요인으로는 가우스 열 잡음, 임펄스 잡음, 신호의 강도가 시간상으로 변동하는 페이딩(Fading)에 의한 가산형 또는 승산형 잡음, 주파수 변화, 비선형성, 시간적 분산 등이 있다. 이러한 왜곡에 의해 인접 심벌끼리 서로 영향을 주는데 이런 인접 심벌 간의 간섭은 통신 시스템의 성능을 저하하는 주요 요소로 작용한다. 이러한 인접 심벌 간의 간섭을 최소화하는 것이 등화기이다. 즉, 등화기는 수신단에서 수신되는 신호의 크기와 지연 특성을 보상함으로 송신되는 신호의 전력을 증가시키거나 채널 대역폭을 늘리지 않고도 통신선로의 품질을 높여준다.In a digital communication system, due to the band-limited channel characteristics, various signals are generated as a signal transmitted from a transmitter passes through a transmission channel. Factors causing such distortion include Gaussian thermal noise, impulse noise, and additive or multiplying noise due to fading in which signal strength fluctuates in time, frequency variation, nonlinearity, and temporal dispersion. Adjacent symbols affect each other by such distortion, and interference between adjacent symbols acts as a major factor that degrades the performance of a communication system. It is the equalizer to minimize the interference between these adjacent symbols. That is, the equalizer compensates for the magnitude and delay characteristics of the signal received at the receiver, thereby improving the quality of the communication line without increasing the power of the transmitted signal or increasing the channel bandwidth.
일반적인 등화기에서 이용되는 적용 알고리즘에는 대표적으로 LMS(Least Mean Square) 알고리즘, RLS(Recursive Least Square) 알고리즘이 있다. LMS 알고리즘은 수신된 신호와 판정된 신호 간 오차의 평균 제곱 오차(MSE: Mean Square Error)를 최소화하는 기법으로 RLS 알고리즘보다 수식이 간단하고 하드웨어가 적게 사용되나 채널 적응 속도가 느리다. RLS 알고리즘은 가중 오차 신호의 제곱의 합을 최소화시키는 알고리즘으로 순환적인 방법을 사용하여 필터계수를 갱신하여 LMS 알고리즘보다 효과적으로 채널을 등화할 수 있으나, 하드웨어가 복잡해지는 단점이 있다.Typical application algorithms used in the equalizer include a Least Mean Square (LMS) algorithm and a Recursive Least Square (RLS) algorithm. The LMS algorithm minimizes the mean square error (MSE) between the received signal and the determined signal. It is simpler to formulate and uses less hardware than the RLS algorithm, but the channel adaptation speed is slow. The RLS algorithm is an algorithm that minimizes the sum of squares of the weighted error signals, and it is possible to equalize the channel more effectively than the LMS algorithm by updating the filter coefficient using a cyclic method, but it has a disadvantage of complicated hardware.
일반적으로 등화기는 알고 있는 트레이닝 심벌의 존재 여부에 따라, 알고 있는 트레이닝 심벌이 존재하면 데이터에이디드(Data aided) 등화기라 하고, 알고 있는 트레이닝 심벌이 존재하지 않으면 블라인드(Blind) 등화기라 한다.In general, the equalizer is called a data aided equalizer if there is a known training symbol, or a blind equalizer if there is no known training symbol.
블라인드 등화기의 알고리즘은 감소한 배열 알고리즘(RCA: Reduced Constellation Algorithm), 일정 수계 알고리즘(CMA: Constant Modulus Algorithm)과 다중계수를 이용한 알고리즘이 있다.Blind equalizer algorithms include reduced constellation algorithms (RCA), constant modulus algorithms (CMA) and algorithms using multiple coefficients.
먼저, RCA 알고리즘은 송신신호의 배열(Constellation)을 줄여서 채널 적응을 시작하고 채널 적응이 된 후에는 배열을 복귀하여 적응하는 알고리즘이다.First, the RCA algorithm starts the channel adaptation by reducing the constellation of the transmission signal, and returns the adaptation after the channel adaptation.
다음으로, CMA 알고리즘은 배열의 원점을 중심으로 하나의 원을 그리고, 원과의 거리를 계산하여 거리를 줄이는 방향으로 탭 계수를 적용시키는 블라인드 알고리즘이다. 수렴 속도 측면에서 보면, 눈 패턴이 닫혀 있을 때 느린 수렴 속도를 나타내고, 눈 패턴이 열려있을 때 빠른 수렴 속도를 나타낸다.Next, the CMA algorithm is a blind algorithm that draws a circle around the origin of the array and calculates the distance from the circle and applies the tap coefficient in the direction of reducing the distance. In terms of convergence speed, it shows a slow convergence speed when the eye pattern is closed and a fast convergence speed when the eye pattern is open.
마지막으로, 다중계수 알고리즘(MMA: MultiModulus Algorithm)은 CMA 알고리즘과 유사하지만, 허수 축과 실수 축에 기준 값을 정하고 그 기준과의 거리를 줄이는 방향으로 탭 계수를 적응시키는 알고리즘으로, QAM(Quardrature Amplitude Modulation), CAP(Carrierless Amplitude and Phase modulation)와 같은 직교변조방식에 적합하도록 제안된 알고리즘이다.Finally, the MultiModulus Algorithm (MMA) algorithm is similar to the CMA algorithm, but it adapts the tap coefficient in the direction of setting the reference value on the imaginary axis and the real axis and reducing the distance from the reference. It is a proposed algorithm suitable for quadrature modulation such as modulation, carrierless amplitude and phase modulation (CAP).
또한, 등화기는 피드포워드 필터(FFF: FeedForward Filter)의 존재 여부에 따라, 피드백 필터(FFF: FeedForward Filter)가 존재하지 않으면 리니어(Linear) 등화기라 하고, FFF가 존재하면 넌 리니어(Non linear) 등화기라 한다.In addition, the equalizer is called a linear equalizer if there is no feedforward filter (FFF) according to the presence of a feedforward filter (FFF), and a non-linear equalization if FFF is present. It is called.
이하 일예로, 결정 궤환 등화기가 사용되는 시스템으로 HFC(Hybrid Fiber Coaxial) 망에서의 CATV(Cable Television) 모뎀을 예로 들어 설명할 것이다. 그러나 본 발명에 따른 결정 궤환 등화 장치를 이용한 케이블 시스템이 HFC망에서의 CATV(Cable Television) 모뎀으로 국한되는 것이 아님을 밝혀 둔다.As an example, a system using a decision feedback equalizer will be described using a CATV (Cable Television) modem in a hybrid fiber coaxial (HFC) network as an example. However, it should be noted that the cable system using the crystal feedback equalizer according to the present invention is not limited to the CATV (Cable Television) modem in the HFC network.
미국 케이블 랩(CableLabs)에서 1997년에 시작한 DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification) 표준은 HFC망을 이용하여 방송 및 디지털 데이터를 송수신함을 목적으로 시작되었다. 현재 DOCSIS 3.0 규격이 진행되고 있으며 DOCSIS 3.0에서는 수백Mbps의 속도를 요구하고 있다. 이러한 고속의 데이터 통신을 위해 64QAM과 256QAM과 같은 대역폭 효율이 좋은 변복조 방식이 사용된다.The Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) standard, launched in 1997 by CableLabs in the United States, aims to transmit and receive broadcast and digital data using the HFC network. The DOCSIS 3.0 specification is currently in progress, and DOCSIS 3.0 requires hundreds of Mbps. For this high speed data communication, bandwidth-efficient modulation and demodulation methods such as 64QAM and 256QAM are used.
CATV(Cable Television) 모뎀에서는 프리앰블과 같은 구조를 사용하지 않기 때문에 수신된 심벌을 가지고 채널을 보상해야 하며 블라인드 등화기가 이러한 기능을 수행한다.The CATV (Cable Television) modem does not use the same structure as the preamble, so the channel must be compensated with the received symbol, and the blind equalizer performs this function.
종래의 결정 궤환 등화 기술에는 수신 단에서 등화기 앞에 널(null) 보상필터와 널 추적부를 사용하여 선로의 분기(BT: Bridged Tap)에 의한 널을 보상한 후, 결정 궤환 등화기를 동작시키는 "브릿지드탭에 의한 널의 적응적 보상필터를 갖는 초고속 디지털가입자망 모뎀(국내특허등록번호 제10-2002-0079723호, 2002. 12. 13 등록)(이하, '제 1 선행기술'이라 함)"이 존재하는데, 제 1 선행기술은 CAP 또는 QAM방식의 초고속 디지털 가입자망 모뎀에서 등화기의 전단에 가입자 선로의 분기에 의한 주파수 널(null)을 보상하기 위해 널 추적부와 널 보상필터를 사용하여 전송 오율을 최소화시키는 방법 및 그 방법을 이용하는 데이터 수신 장치에 관한 것이 있다.In the conventional decision feedback equalization technique, a "bridge" that operates a decision feedback equalizer after compensating nulls by a bridged tap (BT) using a null compensation filter and a null tracker in front of the equalizer at the receiving end is used. High-speed digital subscriber network modem (Domestic Patent Registration No. 10-2002-0079723, registered on Dec. 13, 2002) having an adaptive compensation filter of null by the tap (hereinafter referred to as 'first prior art') The first prior art transmits using a null tracking unit and a null compensation filter to compensate for frequency nulls caused by branching of a subscriber line in front of the equalizer in a CAP or QAM high speed digital subscriber network modem. A method of minimizing an error rate and a data receiving apparatus using the method are provided.
종래의 블라인드 등화 기술에는 고차의 QAM인 경우 신호 레벨의 수가 많으므로 이를 여러 개의 그룹으로 묶는 블라인드 알고리즘(MMA)을 이용한 "수신기에서 블라인드 등화 방법 및 장치(미국특허등록번호 제1997-0666963호, 1997. 12. 09 등록)(이하, '제 2 선행기술'이라 함)"이 존재하는데, 제 2 선행기술은 통신 장비의 수신기에서의 블라인드 등화(Blind equalization)에 관한 것으로, 블라인드 등화 기법인 다중계수 알고리즘에 관한 것이다.In the conventional blind equalization technique, since there are many signal levels in the case of higher-order QAM, a blind equalization method and apparatus in a receiver using a blind algorithm (MMA) that combines the groups into several groups (US Patent No. 1997-0666963, 1997) 12. 09 registration) (hereinafter referred to as 'second prior art'), the second prior art relates to blind equalization in a receiver of a communication equipment, which is a multi-coefficient blind equalization technique. Algorithm
제 1 선행기술은 주파수 널(null)을 보상하여 전송 오율을 최소화시키는 기술이고 제 2 선행기술은 다중계수 알고리즘을 이용하여 안정적으로 블라인드 등화를 하는 기술인데, 이러한 종래의 기술(제 1 선행기술 및 제 2 선행기술)에서도 블라인드 모드인 경우에 피드포워드 필터와 피드백 필터를 모두 동작시키기 때문에 전송 오율을 낮추는데 한계가 있다는 문제점이 있었다([표 3] 참조).The first prior art is a technique for compensating for frequency nulls to minimize transmission error rate, and the second prior art is a technique for stably performing blind equalization using a multi-coefficient algorithm. In the second prior art), there is a problem in that there is a limit in reducing the transmission error rate because both the feedforward filter and the feedback filter are operated in the blind mode (see [Table 3]).
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 평균제곱 오차(MSE: Mean Square Error)를 이용하여 등화기의 발산/수렴 여부를 판단하고 그 판단된 결과에 따라 발산하는 경우에는 블라인드 모드로 동작하도록 피드백 필터(Feedback Filter)를 중지시키고, 수렴하는 경우에는 결정지향 모드로 동작하도록 피드백 필터(Feedback Filter)를 동작시킴으로써, 안정적으로 등화기를 동작시킬 수 있으며 수신신호의 인식률을 증가시킬 수 있게 하는, 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화기 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to meet the above demands. In the case of determining whether the equalizer diverges / converges using Mean Square Error (MSE), and in accordance with the determined result, the blind mode By stopping the feedback filter so as to operate the feedback filter and operating the feedback filter to operate in the decision-oriented mode when converging, the equalizer can be stably operated and the recognition rate of the received signal can be increased. It is an object of the present invention to provide a decision feedback equalizer and a method for selectively using a feedback filter.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 결정 궤환 등화 장치에 있어서, 정합필터링된 신호를 입력받아 왜곡된 전송채널을 보상하기 위한 피드포워드 필터와 상기 보상된 전송채널의 ISI(Inter Symbol Interference)를 줄이기 위한 피드백 필터를 포함하되, 블라인드 모드에서는 상기 피드포워드 필터가 동작하고, 결정지향 모드에서는 상기 피드포워드 필터와 상기 피드백 필터가 동작하는 등화 수단; LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 통해 구한 평균제곱 오차(MSE)를 이용하여 상기 결정 궤환 등화 장치의 발산/수렴 여부를 판단하기 위한 발산/수렴 판단 수단; 및 상기 판단된 발산/수렴 여부에 따라, 발산으로 판단되면 상기 등화 수단이 블라인드 모드로 동작하도록 제어하고, 수렴으로 판단되면 상기 등화 수단이 결정지향 모드로 동작하도록 제어하기 위한 필터 제어 수단을 포함한다.The present invention for achieving the above object, in the feedback feedback equalizer, a feedforward filter for receiving a matched filtered signal to compensate for the distorted transmission channel and reducing the ISI (Inter Symbol Interference) of the compensated transmission channel Equalization means for including a feedback filter, wherein the feedforward filter operates in a blind mode, and wherein the feedforward filter and the feedback filter operate in a decision-oriented mode; Divergence / convergence determination means for judging divergence / convergence of the decision feedback equalizer using a mean square error (MSE) obtained through a Least Mean Square (LMS) algorithm; And a filter control means for controlling the equalization means to operate in a blind mode if it is determined to diverge according to the determined divergence / convergence, and to control the equalization means to operate in a decision-oriented mode if it is determined to converge. .
한편, 본 발명은, 결정 궤환 등화 장치에 적용되는 등화 방법에 있어서, 초기에 피드포워드 필터를 동작하여 등화를 수행하는 초기 블라인드 등화 단계; 상기 초기 블라인드 등화 단계에서 등화된 등화 결과에 대해서 LMS 알고리즘을 통해 구한 평균제곱 오차 값을 이용하여 상기 결정 궤환 등화 장치의 발산/수렴 여부를 판단하는 발산/수렴 판단 단계; 상기 발산/수렴 여부 판단 결과, 발산으로 판단되면 상기 피드포워드 필터만 동작하는 블라인드 등화를 수행하고, 상기 블라인드 등화 결과에 대하여 발산/수렴 여부를 판단하기 위해 상기 발산/수렴 판단 단계로 피드백하는 블라인드 등화 단계; 및 상기 발산/수렴 여부 판단 결과, 수렴으로 판단되면 상기 피드포워드 필터와 피드백 필터가 동작하여 결정지향 등화를 수행하고, 상기 결정지향 등화 결과에 대하여 발산/수렴 여부를 판단하기 위해 상기 발산/수렴 판단 단계로 피드백하는 결정지향 등화 단계를 포함한다.On the other hand, the present invention, the equalization method applied to the decision feedback equalizer, the initial blind equalization step of performing the equalization by operating the feed forward filter initially; An divergence / convergence determination step of determining whether divergence / convergence of the decision feedback equalization device is diverged using an average squared error value obtained through an LMS algorithm for the equalization result equalized in the initial blind equalization step; As a result of the divergence / convergence determination, if it is determined that the divergence is performed, blind equalization that operates only the feedforward filter is performed, and the blind equalization is fed back to the divergence / convergence determination step to determine whether divergence / convergence is performed on the blind equalization result. step; And the divergence / convergence determination result, if it is determined that convergence is performed, the feedforward filter and the feedback filter operate to perform decision-oriented equalization, and to determine whether divergence / convergence is determined for divergence / convergence with respect to the decision-oriented equalization result And a decision directed equalization step that feeds back to the step.
본 발명은 결정 궤환 등화기의 탭 계수들은 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 사용하여 갱신되며 결정 궤환 등화기의 MSE(Mean Square Error)와 임계값을 이용하여 등화기의 발산을 점검함으로써 등화기가 안정적으로 동작하도록 하였으며, 블라인드 모드일 때 FBF(Feedback Filter)를 중지시키고 결정지향 모드일 때 FBF를 동작하도록 하였으며 FBF의 입력을 선택적으로 할 수 있도록 한다.The tap coefficients of the decision feedback equalizer are updated using the Least Mean Square (LMS) algorithm, and the equalizer is stable by checking the divergence of the equalizer using the mean square error (MSE) and the threshold of the decision feedback equalizer. In the blind mode, the FBF (Feedback Filter) is stopped, and in the decision-oriented mode, the FBF is operated and the input of the FBF can be selectively selected.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치를 이용한 케이블 모뎀의 일실시예 구성도이다.1 is a block diagram of an embodiment of a cable modem using a decision feedback equalizer using a feedback filter selectively according to the present invention.
본 발명에 따른 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치를 이용한 케이블 모뎀은, 도 1에 도시된 바와 같이, 송신부(11), 수신부(13)를 포함한다. 여기서, 송신부(11)는 임의의 비트를 생성하는 송신비트 생성부(111), 입력된 비트열을 64QAM 혹은 256QAM의 심벌로 매핑(Mapping)하는 변조부(M-ary modulation)(112), 심벌 속도의 상수 배로 업 샘플링(Up sampling)하기 위한 업 샘플링부(113), 신호의 전송 중에 부가되는 잡음의 영향을 최소화하기 위한 정합필터인 SRRC(Square Root Raised Cosine) 필터(114)를 포함한다.The cable modem using the decision feedback equalizer using the feedback filter according to the present invention, as shown in FIG. 1, includes a transmitter 11 and a
또한, 수신부(13)는 정합필터로 사용되는 SRRC 필터(135), 심벌 속도의 상수 배로 다운 샘플링하기 위한 다운 샘플링부(Down sampling)(134), 채널을 보상하기 위한 블라인드 등화기(133), 데이터 속도에 따라 복조하기 위한 복조부(132)와 수신된 비트를 저장하기 위한 수신비트 저장부(131)를 포함한다.In addition, the
또한, 도 1에서 HFC 망의 영향을 모델링하기 위한 채널(200)과 백색잡음(AWGN: additive white gaussian noise)을 첨가하는 부분도 있다.In addition, in FIG. 1, the channel 200 and the additive white gaussian noise (AWGN) for modeling the influence of the HFC network are added.
도 1의 각각의 구성요소에서 사용되는 파라미터는 [표 1]과 같다.Parameters used in each component of FIG. 1 are shown in [Table 1].
도 2 는 본 발명에 따른 도 1의 SRRC필터의 임펄스 응답에 대한 일실시예 예시도이다.2 is an exemplary diagram illustrating an impulse response of the SRRC filter of FIG. 1 according to the present invention.
SRRC 필터(135)의 시간 축 상에서 임펄스 응답을 g(t)라 할 때, g(t)는 하기의 [수학식 1]과 같다.When the impulse response is g (t) on the time axis of the
도 3 은 본 발명에 따른 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.3 is a flow diagram of an embodiment of a decision feedback equalization method selectively using a feedback filter in accordance with the present invention.
먼저, 결정 궤환 등화기(DFE)는 피드포워드 필터(FFF)와 피드백 필터(FBF)의 탭 계수와 스텝 사이즈(mu_b, mu_dd)를 초기화한다(301). 그러면, 피드포워드 필터(FFF)만 동작하는 블라인드 모드로 동작한다(302).First, the decision feedback equalizer DFE initializes tap coefficients and step sizes mu_b and mu_dd of the feedforward filter FFF and the feedback filter FBF (301). In
이후, 제 1 임계값 비교부(471)는 평균제곱 오차(MSE)인 mse_dd값과 제 1 임계값(thr 1)을 비교하여 평균제곱 오차 값이 제 1 임계값 미만인지를 판단한다(303). "303" 판단결과에서 평균제곱 오차(MSE)인 mse_dd값이 제 1 임계값 이상이면 결정 궤환 등화기(DFE)가 발산하는 경우이므로, 스텝 사이즈(mu_b, mu_dd)를 줄이고(304), 피드포워드 필터(FFF)와 피드백 필터(FBF)의 탭 계수와 스텝 사이즈(mu_b, mu_dd)를 초기화하는 과정이 반복수행된다(301).Thereafter, the first
"303" 판단결과, 제 2 임계값 비교부(472)는 평균제곱 오차(MSE)인 mse_dd값이 제 1 임계값(thr 1) 미만이면 평균제곱 오차(MSE)인 mse_dd값이 제 2 임계값(thr 2) 미만인지를 다시 비교한다(305). "305" 판단결과에서 평균제곱 오 차(MSE)인 mse_dd값이 제 2 임계값(thr 2) 이상이면 카운터를 0으로 세팅하고(306), 피드포워드 필터(FFF)만 동작하는 블라인드 모드로 동작하는 과정이 반복수행된다(302).As a result of determination “303”, when the mse_dd value of the mean square error MSE is less than the first
"305" 판단결과, 카운터 계산부(473)는 평균제곱 오차(MSE)인 mse_dd값이 제 2 임계값(thr 2) 미만이면 계속해서 블라인드 모드로 동작하면서 카운터(cnt)를 1씩 증가시킨다(307).As a result of the determination of "305", the
이후, 제 3 임계값 비교부(474)는 증가한 카운터 값이 제 3 임계값(thr 3) 초과인지를 판단한다(308). "308" 판단결과, 증가한 카운터 값이 제 3 임계값(thr 3)이하이면 카운터 값을 0으로 세팅하고 피드포워드 필터(FFF)만 동작하는 블라인드 모드로 동작하는 과정이 반복수행된다(302).Thereafter, the third
"308" 판단결과, 증가한 카운터 값이 제 3 임계값(thr 3)을 초과하면 피드포워드 필터(FFF)와 피드백 필터(FBF)가 모두 동작하는 결정지향 모드로 동작한다. As a result of the determination of “308”, when the increased counter value exceeds the third threshold thr 3, the feedforward filter FFF and the feedback filter FBF operate in the decision-oriented mode.
이때에도 계속해서 평균제곱 오차(mse_dd) 값이 제 1 임계값, 제 2 임계값보다 큰지 작은지를 확인하고 카운터 값이 제 3 임계값보다 큰지 작은지를 확인한다.At this time, the mean square error (mse_dd) is continuously checked whether the value is greater than or less than the first and second threshold values, and whether the counter value is greater or less than the third threshold value.
[표 2]는 본 발명에 따른 결정 궤환 등화 장치에서 사용된 파라미터이다.Table 2 shows the parameters used in the crystal feedback equalizer according to the present invention.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 도 1의 피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치의 일실시예 상세구성도이다. 여기서, 도 4a의 A, B, C, D 와 도 4b의 A', B', C', D'는 A-A', B-B', C-C', D-D'로 각각 연결되어 있다.4A and 4B are detailed configuration diagrams of an embodiment of the crystal feedback equalizer using the feedback filter of FIG. 1 according to the present invention. Here, A, B, C, and D of FIG. 4A and A ', B', C 'and D' of FIG. 4B are connected to A-A ', B-B', C-C 'and D-D', respectively. It is.
피드백 필터를 선택적으로 이용하는 결정 궤환 등화 장치는 등화부(41), 발산/수렴 판단부(42), 필터 제어부(43)를 포함하고, 등화부(41)는 피드포워드 필터(410), 피드백 필터(420), 다운 샘플링부(430)를 포함하고, 발산/수렴 판단부(42)는 슬라이싱부(Slicer)(450), 감산부(451), 평균제곱 오차 계산부(MSE)(460), 제 1 임계값 비교부(471), 제 2 임계값 비교부(472), 카운터 계산부(473), 제 3 임계값 비교부(474)를 포함하며, 필터 제어부(43)는 다중계수 생성부(440), 제 1 다중화부(MUX)(481), 제 2 다중화부(MUX)(482), 제 3 다중화부(MUX)(483)를 포함한다. 이하, 각각의 구성요소에 대하여 살펴보기로 한다.The decision feedback equalizer which selectively uses the feedback filter includes an
피드포워드 필터(FFF)(410)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 지연부(411), 공액복소수(412), 승산부(413), 가산부(414), 지연부(415), 승산부(416)를 포함한다.As shown in FIG. 4A, the feedforward filter (FFF) 410 includes a
피드포워드 필터(FFF)(410)의 입력 x(n/K)은 심벌속도의 상수 배가 될 수도 있고 심벌속도도 될 수 있다. 본 발명의 일예로 K는 2의 값을 가지며 K가 2인 것은 심벌 속도의 2배 오버 샘플링(Oversampling)된 값이 입력됨을 의미하며 심벌당 두 개의 샘플이 입력됨을 의미한다.The input x (n / K) of the feedforward filter (FFF) 410 may be a constant multiple of the symbol rate or may be a symbol rate. As an example of the present invention, K has a value of 2 and K of 2 means that a value oversampled twice the symbol rate is input and two samples per symbol are input.
피드백 필터(FBF)(420)의 입력 xb(n)은 슬라이싱부(450)의 출력이며 심벌 속도로 입력되며, 피드백 필터(FBF)(420)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 지연부(421), 공액복소수(422), 승산부(423), 다중화부(424), 가산부(425), 지연부(426), 승산부(427)를 포함한다.The input xb (n) of the feedback filter (FBF) 420 is an output of the
피드포워드 필터(FFF)(410)와 피드백 필터(FBF)(420)의 합은 심벌속도의 2배로 출력되므로 다운 샘플링부(430)를 거치면서 심벌 속도로 출력된다. 이때, 다운 샘플링부(430)의 K값은 2이며 출력(y(n))은 하기의 [수학식 2]와 같다.Since the sum of the feed forward filter (FFF) 410 and the feedback filter (FBF) 420 is output at twice the symbol rate, it is output at the symbol rate while passing through the
y(n)은 다중계수 생성부(MMA)(440)와 슬라이싱부(450)로 입력된다.y (n) is input to the multi-coefficient generator (MMA) 440 and the
도 5 는 본 발명에 따른 도 4b의 다중계수 생성부(MMA)의 일실시예 상세구성도이다.5 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the multi-coefficient generator (MMA) of FIG. 4B according to the present invention.
다중계수 생성부(440)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력되는 복소수를 실수부와 허수부로 나누어주는 스플리터(Splitter)(51), 실수부와 허수부를 각각 제곱을 취하는 제곱부(52, 53), 감산부(54, 56), 승산부(55, 57)를 포함한다. 다중계수 생성부(440)는 복소수 신호인 제 1 에러 값(err_b(n))을 출력하며 제 1 에러 값(err_b(n))은 하기의 [수학식 3]과 같다.As shown in FIG. 5, the
슬라이싱부(450)로부터 출력된 슬라이서 출력(d(n))에서 y(n)을 뺀 값은 제 2 에러 값(err_dd(n))이 되며 하기의 [수학식 4]와 같다.The value obtained by subtracting y (n) from the slicer output d (n) output from the
제 2 에러 값(err_dd)을 입력받아 평균제곱 오차를 계산하는 평균제곱 오차 계산부(460)의 출력인 평균제곱 오차 값(mse_dd(n))은 하기의 [수학식 5]와 같다.The mean square error value mse_dd (n), which is the output of the mean
한편, 발산/수렴 판단부(42)는 슬라이싱부(Slicer)(450), 감산부(451), 평균제곱 오차 계산부(MSE)(460), 제 1 임계값 비교부(471), 제 2 임계값 비교부(472), 카운터 계산부(473), 제 3 임계값 비교부(474)를 포함한다.The divergence /
제 1 임계값 비교부(471)는 평균제곱 오차 계산부(460)에서 계산된 평균제곱 오차 값과 제 1 임계값을 비교하여, 평균제곱 오차 값이 제 1 임계값 이상이면 발산하는 경우로 판단하여 스텝사이즈를 줄이고 탭 계수를 초기화하도록 제어한다.The
제 2 임계값 비교부(472)는 평균제곱 오차 값이 제 1 임계값 미만이면서 제 2 임계값 이상이면 발산하는 경우로 판단하여 카운터 값을 0으로 세팅하도록 제어한다.The
카운터 계산부(473)는 평균제곱 오차 값이 제 2 임계값 이하인 경우에만 카운터 값을 1씩 증가시킨다.The
제 3 임계값 비교부(474)는 증가한 카운터 값이 제 3 임계값 미만이면 카운터 값을 0으로 세팅하여 발산하는 경우로 판단하고, 제 3 임계값 이상이면 수렴하는 경우로 판단한다.The
즉, 발산/수렴 판단부(42)는 평균제곱 오차 값을 제 1 또는 제 2 임계값과 비교함으로써 블라인드 모드의 제 1 에러 값(err_b)과 결정지향 모드의 제 2 에러 값(err_dd)을 다중화하는 다중화 신호(DFE_b)를 발생시킨다. 다중화하는 신호(DFE_b)는 필터 제어부(43)로 입력되어 등화부(41)를 제어하는 기능을 수행한다.That is, the divergence /
한편, 필터 제어부(43)는 다중계수 생성부(440), 제 1 다중화부(481), 제 2 다중화부(482), 제 3 다중화부(483)를 포함한다. 필터 제어부(43)는 발산/수렴 판단부(42)에서 발산하는 경우로 판단되면 블라인드 모드로 동작하기 위하여 상기 피드백필터를 정지시키고, 수렴하는 경우로 판단되면 결정지향 모드로 동작하기 위하여 상기 피드백필터를 동작시키는 기능을 수행한다.The
제 1 다중화부(481)는 발산/수렴 판단부(42)의 판단결과에 따라, 발산으로 판단되면 블라인드 모드로 동작하기 위하여 피드백 필터(420)에 0을 입력시키고, 수렴으로 판단되면 결정지향 모드로 동작하기 위하여 피드백 필터(420)에 슬라이서 출력(d(n))을 입력시킨다.The
제 2 다중화부(482)는 발산/수렴 판단부(42)의 판단 결과에 따라, 발산으로 판단되면 블라인드 모드로 동작하기 위하여 제 1 에러 값(err_b(n))을 출력하고, 수렴으로 판단되면 제 2 에러 값(err_dd(n))을 출력한다.The
제 3 다중화부(483)는 발산/수렴 판단부(42)의 판단 결과에 따라, 발산으로 판단되면 제 1 스텝사이즈(mu_b)를 출력하고, 수렴으로 판단되면 제 2 스텝사이즈(mu_dd)를 출력한다.The
승산부(484)는 제 3 다중화부(483)에서 출력된 제 2 스텝사이즈와 제 2 다중화부(482)의 출력 값을 승산한다. 승산된 값은 피드포워드 필터(410)와 피드백 필터(420)에 계수로 입력된다.The
다중화 신호(DFE_b)가 0일 때 다중화부(424)는 0의 값을 가지며, 제 1 다중화부(481)는 xb(n)의 값 즉, 피드백 필터(420)에 0을 입력시킨다. 또한, 제 2 다중화부(482)는 에러 값(err(n))이 결정지향 모드의 제 1 에러 값(err_b(n))이 되게 하며 제 3 다중화부(483)는 스텝사이즈(mu)가 블라인드 모드의 제 1 스텝 사이즈(mu_b)가 되게 한다. 결정 궤환 등화기(DFE)는 블라인드 모드로 동작하게 되며 피드백 필터(FBF)의 출력 값이 0이 됨으로써 피드포워드 필터(FFF)만 동작하게 된다. DFE_b가 1일 때 블라인드 등화기는 결정지향 모드로 동작하게 되며 제 1 다중화부(481) 내지 제 3 다중화부(483), 다중화부(424)는 1로 입력된 값을 출력한다.When the multiplexed signal DFE_b is 0, the
하기의 [표 3]은 결정 궤환 등화기(DFE)가 블라인드 모드로 동작할 때 강제적으로 발산/수렴 판단부(42)에서의 출력 값(DFE_b)을 1로 세팅하였을 때(제 1 경우)와 본 발명에 따른 블라인드 등화 장치를 동작시켰을 때(제 2 경우)의 BER(Bit Error Rate)을 모의 실험한 결과이다.[Table 3] below shows the case in which the output feedback DFE_b of the divergence /
[표 3]에서 보면 본 발명에 따른 결정 궤환 등화 장치를 이용한 경우(제 2 경우)의 BER이 2.2284e-3이고, 강제적 세팅의 경우(제 1 경우)의 BER이 3.2895e-3이었다. 따라서, 결정 궤환 등화 장치를 이용한 방법이 에러율이 낮다고 판명된다.In Table 3, the BER in the case of using the crystal feedback equalizer according to the present invention (second case) was 2.2284e-3, and the BER in the forced setting (first case) was 3.2895e-3. Therefore, the method using the crystal feedback equalizer turns out to have a low error rate.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은, 블라인드 모드와 결정지향 모드일 때 서로 다른 입력을 가져 안정적으로 동작시킬 수 있으며 수신신호의 인식률을 증가시킬 수 있게 하는 효과가 있다.As described above, the present invention can operate stably with different inputs in the blind mode and the decision-oriented mode, and can increase the recognition rate of the received signal.
즉, 본 발명은, LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 통해 결정 궤환 등화기의 탭 계수들이 갱신되고, 결정 궤환 등화기의 평균제곱 오차(MSE: Mean Square Error)와 임계값을 비교하여 등화기의 발산 여부를 점검함으로써, 결정 궤환 등화기(DFE)를 안정적으로 동작시키며, 결정 궤환 등화기(DFE)가 블라인드 모드로 동작할 때 피드백 필터(FBF)를 일시적으로 중지시키고 결정지향 모드일 때 다시 동작하게 함으로써 결정 궤환 등화기(DFE)의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.That is, according to the present invention, tap coefficients of the decision feedback equalizer are updated through a Least Mean Square (LMS) algorithm, and the mean square error (MSE) of the decision feedback equalizer is compared with a threshold to determine the equalizer. By checking for divergence, the decision feedback equalizer (DFE) is operated stably, the feedback filter (FBF) is temporarily stopped when the decision feedback equalizer (DFE) operates in the blind mode, and operated again in the decision-oriented mode. By doing so, there is an effect that can improve the performance of the crystal feedback equalizer (DFE).
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