KR101136538B1

KR101136538B1 - 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101136538B1
Application number: KR1020060100263A
Authority: KR
Inventors: 김영두; 김응선; 임기홍; 권의근
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단; 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2012-04-17
Also published as: KR20080034264A; US7787557B2; US20080089224A1

Abstract

본 발명은 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 직교주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 방식을 포함하는 광대역(wideband) 무선 통신 시스템에서 평균 전력 대비 피크 전력(Peak to Average Power Ratio: PAPR)을 감쇄시키기 위해 클리핑(Clipping)을 수행하는 경우 발생하는 클리핑으로 인한 신호 왜곡을 보정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치는, 채널 왜곡을 보정하는 제1 등화 계수에 의해 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제1 등화 신호를 생성하고, 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하는 제2 등화 계수에 의해 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제2 등화 신호를 생성하는 등화부; 및 상기 등화부로부터 상기 제1 등화 신호 및 상기 제2 등화 신호를 입력 받고, 상기 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정하며, 상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값보다 큰 경우 상기 전송심볼의 진폭과 상기 제1 등화 신호의 위상을 이용하여 신호를 재구성하는 신호 재구성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

클리핑, 클리핑 왜곡, 채널 왜곡, 등화 계수

Description

수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법{APPARATUS FOR EQUALIZING CLIPPING NOISE SIGNALS OF RECEIVER SYSTEMS AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치의 블록 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신 시스템(100)의 클리핑 왜곡 보정 방법을 나타낸 동작 흐름도.

도 3은 본 발명의 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 방법에서 채용되는 전처리 과정을 도시한 동작 흐름도,

도 4는 본 발명의 신호 재구성부(120)에서 수행되는 수신 시스템(100)의 클리핑 왜곡 보정 방법을 나타내는 동작 흐름도.

도 5는 본 발명의 신호 재구성부(120)에서 수행되는 수신 시스템(100)의 클리핑 왜곡 보정 방법을 나타내는 동작 흐름도,

도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 방법에서 재생성된 신호를 피드백하여 도 1에 도시된 스위칭부(126)를 제어하는 방법을 도시한 동작 흐름도.

본 발명은 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 직교주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 방식을 포함하는 광대역(wideband) 무선 통신 시스템에서 평균 전력 대비 피크 전력(Peak to Average Power Ratio: PAPR)을 감쇄시키기 위해 클리핑(Clipping)을 수행하는 경우 발생하는 클리핑으로 인한 신호 왜곡을 보정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식이나 FMT(Filtered Multi-Tone) 방식과 같은 다중 반송파 전송 방식은 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)이나 협대역 간섭(narrowband interference)등의 채널 환경에 강한 이점이 있다. 하지만, 높은 평균 전력 대비 피크 전력(PAPR)을 갖기 때문에 송신 증폭기의 전력효율이 감소하며, 전송 신호의 비선형 왜곡이 발생하는 문제가 있다.

평균 전력 대비 피크 전력(PAPR) 저감 방법들 중 클리핑 방식은 입력 신호의 레벨이 기준값 즉, 클리핑 진폭보다 큰 부분을 잘라내는 방식으로서, 구현이 가장 쉽고 간단하다는 장점이 있다. 하지만, 클리핑은 전송 신호의 왜곡을 발생시켜 시스템의 비트 오류 성능(BER)을 떨어뜨리는 문제가 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 클리핑된 신호의 추정치와 클리핑되기 이전 신호의 추정치를 얻기 위해 두 개의 등화 계수를 이용하여 등화함으로써, 신호의 초기 추정치 신뢰도를 높게 추정하여 신호를 복원하고 시스템의 비트 오류 성능(BER)을 향상시키는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 클리핑된 신호를 복원하는 경우, 발생할 수 있는 판정 에러 전파(decision error propagation)을 최소화하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 DAR 및 IAR 신호 복원 과정에서 필요한 전송 신호의 클리핑된(clipped) 신호와 클리핑되지 아니한(non-clipped) 신호 각각을 위한 최적 등화기를 사용함으로써, 신호 복원 시 부가적인 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN) 및 클리핑 잡음을 모두 고려하여 신호를 복원할 수 있는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치는, 채널 왜곡을 보정하는 제1 등화 계수에 의해 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제1 등화 신호를 생성하고, 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하는 제2 등화 계수에 의해 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제2 등화 신호를 생성하는 등화부; 및 상기 등화부로부터 상기 제1 등화 신호 및 상기 제2 등화 신호를 입력 받고, 상기 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정하며, 상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값보다 큰 경우 상기 전송심볼의 진폭과 상기 제1 등화 신호의 위상을 이용하여 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 재구성하는 신호 재구성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 방법은, 주파수 영역 클리핑 신호를 수신하는 단계; 채널 왜곡을 보정하는 제1 등화 계수에 의해 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제1 등화 신호를 생성하고, 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하는 제2 등화 계수에 의해 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제2 등화 신호를 생성하는 단계; 상기 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정하는 전송심볼 결정 단계; 상기 전송심볼의 진폭의 크기를 기준값과 비교하는 비교 단계; 및 상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값보다 큰 경우 상기 전송심볼의 진폭과 상기 제1 등화 신호의 위상을 이용하여 신호를 재구성하는 신호 재구성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치의 블록 구성도이다.

수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치(100)는 크게 등화부(110) 및 신호재구 성부(120)를 포함하고, 클리핑 왜곡을 보정하기 위한 전처리 수단으로서 직병렬 변환기(101) 및 제 1 FFT(Fast Fourier Transform) 연산기(102)를 포함할 수, 있다.

먼저, 직병렬 변환기(101)는 안테나를 통해 수신되는 시간 영역의 직렬(serial) 신호를 시간 영역의 병렬(parallel) 신호로 변환하여 제 1 FFT 연산기(102)로 출력한다.

제 1 FFT 연산기(102)는 직병렬 변환기(101)로부터 병렬 신호를 입력 받고, 입력 받은 병렬 신호를 주파수 영역의 신호로 고속 푸리에(FFT) 변환하며, 변환된 주파수 영역의 신호를 등화부(110)로 출력한다.

또한, 등화부(110)는 제 1 FFT 연산기(102)로부터 주파수 영역의 신호를 입력 받고, 입력 받은 주파수 영역의 신호를 등화(equalizing)하며, 등화된 신호를 신호재구성부(120)로 출력하는 역할을 한다. 등화부(110)는 제1 등화기(111) 및 제2 등화기(112)를 포함하여 구성된다.

등화부(110)의 제1 등화기(111)는 제1 FFT 연산기(102)로부터 주파수 영역의 신호를 입력 받고, 입력 받은 주파수 영역의 신호에 대해 채널 왜곡(channel distortion)을 보정하며, 보정한 신호를 제1 등화 신호로서 신호 재구성부(120)로 출력한다.

또한, 등화부(110)의 제2 등화기(112)는 제1 FFT 연산기(102)로부터 주파수 영역의 신호를 입력 받고, 입력 받은 신호의 클리핑 왜곡 및 채널 왜곡을 보정하며, 보정한 신호를 제2 등화 신호로서 신호 재구성부(120)로 출력한다.

한편, 신호 재구성부(120)는 등화부(110)로부터 제1 등화 신호 및 제2 등화 신호를 입력 받고, 제2 등화신호를 경판정하여 전송심볼을 결정하며, 전송심볼과 제1 등화신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하여 저장한 후, 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 진폭과 위상 및 전송심볼의 시간 영역의 신호의 진폭을 이용하여 신호를 재생성한다. 신호 재구성부(120)는 제1 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(121), 스위칭부(126), 스위칭 신호 생성부(125), 전송심볼 결정부(127), 제2 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(128), 저장부(122), 신호 재생성부(123), 및 제2 FFT 연산기(124)를 포함할 수 있다.

제1 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(121)는 제1 등화기(111)로부터 입력 받은 제1 등화신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하여 저장부(122)로 출력한다.

또한, 스위칭부(126)는 제2 등화기(112)로부터 제2 등화 신호를 입력 받고, 제2 FFT 연산기(124)로부터 피드백 신호를 입력 받으며, 후술하는 스위칭 신호 생성부(125)로부터 입력된 스위칭 신호에 따라 제2 등화 신호 또는 피드백 신호 중 한 신호를 선택하여 전송심볼 결정부(127)로 출력한다.

스위칭 신호 생성부(125)는 제2 FFT 연산기(124)의 피드백 신호 생성 횟수에 따라 다른 스위칭 경로를 제공하는 스위칭 신호를 생성한다. 또한, 전송심볼 결정부(127)는 스위칭부(126)로부터 입력 받은 제2 등화신호 또는 피드백 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정하고, 결정한 전송심볼을 제2 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(128)로 출력한다.

제2 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(128)는 전송심볼 결정 부(127)로부터 입력 받은 전송심볼을 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하여 출력한다.

한편, 저장부(122)는 제1 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 연산기(121)와 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 연산기(128)로부터 입력 받은 시간 영역의 신호들을 저장하고, 신호 재생성부(123)의 제어에 따라 저장한 시간 영역의 신호를 신호 재생성부(123)로 출력한다.

또한, 신호 재생성부(210)는 저장부(200)로부터 입력 받은 상기 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 위상과 상기 전송심볼의 시간 영역의 신호의 진폭 또는 상기 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 진폭을 이용하여 신호를 재생성한다.

제2 FFT(Fast Fourier Transform) 연산기(124)는 신호 재생성부(123)로부터 재생성된 신호를 입력 받고, 입력 받은 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하여 피드백 신호를 생성하며, 피드백 신호를 스위칭부(125)로 출력한다.

상술한 본 발명에 따른 클리핑 왜곡 보정 장치는 수신된 클리핑 신호의 채널 왜곡 및 클리핑 왜곡을 보정하여 신호를 복원하는 것으로서, 클리핑 신호를 수신하기 전의 클리핑 과정 및 클리핑 진폭에 관하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

N개의 부채널을 가진 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의 기저대역 전송신호는 다음과 같이 표현된다.

여기서,　x(t)는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의　기저대역　전송신호, f₀는 부반송파들 간의 주파수 이격, T는 심볼주기, N는 부채널 총 갯수, X_i _,n는 직교 위상 편이 변조(QAM mapping) 된 i번째 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의 전송심볼 시퀀스를 나타낸다.

비연속적인(Discrete) 시간영역 전송신호 X_i _,k는 전송심볼 X_i _,n을 N -point IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통하여 얻을 수 있으며, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 출력 신호에 대한 클리핑(clipping) 과정은 다음과 같다.

여기서,

는 클리핑된(clipped) 신호의 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의 샘플이고, A는 클리핑(clipping) 진폭이다.

클리핑 비율(Clipping ratio: CR)의 정의는 다음과 같다.

여기서, CR는 클리핑 비율(Clipping ratio: CR), A는 클리핑(clipping) 진폭, σ²은 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 파워(power)를 나타낸다.

또한, 중심 극한 정리(Central limit theorem: CLT)에 의해 부채널의 수가 많은 경우, x_i _,k의 진폭은 레일리(Rayleigh) 분포로 가정할 수 있다.

따라서, 클리핑된(clipped) 신호

의 출력 파워는 다음과 같다.

여기서, P_out은 클리핑된(clipped) 신호의 출력 파워, γ는 클리핑 진폭과 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 진폭과의 비율을 나타낸다.

P_in은 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 파워(power)로서 다음과 같다.

여기서, P_in은 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 파워(power), σ는 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 진폭을 나타낸다.

클리핑 비율(Clipping Ratio)은 클리핑 진폭과 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 진폭과의 비율로서 다음과 같다.

여기서, A는 클리핑 진폭이며, σ는 클리핑(clipping) 되기 이전 신호인 x_i _,k의 입력 진폭을 나타낸다.

다시 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 클리핑 왜곡 보정 장치의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 직병렬 변환기(101)는 수신된 클리핑 신호를 직렬 신호에서 병렬 신호로 변환하여 제1 FFT(Fast Fourier Transform) 연산기(102)로 출력한다. 제1 FFT(Fast Fourier Transform) 연산기(102)는 비연속적인 병렬 신호 X_i _,k를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 수신신호 R_i _,n로 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform: FFT) 한다. 그 후, 제1 등화기(111)에서 주파수 영역의 수신신호 R_i _,n의 채널 왜곡을 다음과 같이 보정하여 제1 등화 신호를 생성한다.

여기서, H_n은 채널의 주파수 응답이며, W_n은 다중경로 채널을 보상하기 위한 제 1 등화기(120)의 제 1 등화 계수며, N₀는 잡음(Noise)의 전력을 나타낸다.

그 후, 제1 등화신호

을 제1 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(121)에서 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)하여 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하여 저장부(122)로 출력한다. 그 후, 저장부(122)는 클리핑된 샘플의 추정치인 시간 영역의 신호

를 저장한다.

한편, 클리핑되기 이전의 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의 전송 신호에 대한 신뢰성 높은 초기 추정치를 구하기 위하여 최적화된 등화 계수인 제2 등화 계수를 산출하는 과정은 다음과 같다.

클리핑된 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의 샘플

는 신호의 감쇄 성분과 클리핑 잡음인 d_i _,k의 합으로 나타낼 수 있다.

여기서, α는 감쇄 성분으로서 γ의 함수이며, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

부채널의 수가 많은 경우, 클리핑 되기 이전 신호인 x_i _,k는 동일 독립적 확률 분포(identically independent distribution)를 가지는 복소 가우시안(Gaussian) 확률 변수로 가정할 수 있다.

따라서, n번째 부채널에 떨어지는 클리핑 잡음(Clipping Noise) 성분인 D_i _,n은 다음과 같다.

여기서, d_i _,k 가 평균이 0 인 동일 독립적 확률 분포(identically independent distribution)의 확률 변수이기 때문에, 부채널의 수가 많은 경우, D_i,n은 중심 극한 정리(Central limit theorem: CLT)에 의해 평균이 0 인 복소 가우시안(Gaussian) 확률변수로 수렴한다.

또한, 주파수 영역의 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식의 수신 신호는 다음과 같이 표현 가능하다.

여기서, H_n은 채널의 주파수 응답, Z_i _,n은 주파수 영역의 클리핑 잡 음(Clipping Noise)을 나타내며, Q_i _,n 은 H_nD_i _,n과 Z_i _,n의 합이다. 그러므로, 전송신호의 초기 추정치를 위한 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error) 등화 계수인 제2 등화 계수는 다음과 같이 구해진다.

주파수 영역의 클리핑 잡음(Clipping Noise) D_i _,n은 Z_i _,n과 독립적이며, 파워는 다음과 같다.

따라서, 제2 등화 계수는 다음과 같이 정리될 수 있다.

또한, 제2 등화기(112)에서 제2 등화 계수 Cn에 의해 주파수 영역의 수신신호 R_i _,n의 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하여 제2 등화 신호를 생성한다.

그 후, 전송심볼 결정부(127)는 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하고 전송심볼을 결정하여 제2 FFT 연산기(128)로 출력한다. 전송심볼 결정부(127)에서 결정된 전송심볼은 다음과 같다.

여기서, Cn는 제 2 등화 계수, R_i _,n는 수신 신호, X는 QAM mapping 심볼,

는 경판정된 전송심볼을 나타내며, I는 피드백 신호의 생성된 횟수로서 0에서부터 시작한다.

그 후, 제2 IFFT 연산기(128)는 전송심볼을 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하고, 역 고속 푸리에 변환된 시간 영역의 신호를 저장부(122)로 출력한다. 저장부(122)는 클리핑되기 이전의 샘플 추정치인 시간 영역의 신호

를 저장한다.

신호 재생성부(123)는 저장부(122)에 저장된

의 진폭을 클리핑 진폭 A와 비교하여 클리핑된 샘플들을 찾아내고, 진폭을 복원한 재생성된 신호

를 생성한다.

여기서, A는 클리핑 진폭을,

는 재생성된 신호를 나타낸다.

그 후, 제 2 FFT 연산기(220)는 재생성된 신호

를 시간영역에서 주파수 영역의 신호

로 변환하여 전송 신호에 대한 추정치를 다음과 같이 구한다.

여기서,

는

를 제 2 고속 푸리에 변환(FFT)한 피드백 신호이며,

는 경판정된 전송심볼을 나타낸다.

I번째 피드백은 상술한 수학식 17로 종료되고, 추가로 더 많은 반복 수행을 위해서는 I+1로 하고 상술한 과정을 반복할 수 있다.

I+1번째 피드백을 수행하는 경우, 신호 재생성부(123)는 재생성 신호를 제2 고속 푸리에 변환(FFT) 연산기(124)로 출력한다.

그 후, 제2 고속 푸리에 변환(FFT) 연산기(124)는 재생성 신호를 시간 영역 에서 주파수 영역 신호로 변환하여 스위칭 신호 생성부(125)로 출력한다.

그 후, 스위칭 신호 생성부(125)는 제2 고속 푸리에 변환 연산기(124)에서 입력된 피드백 횟수에 따라 다른 스위칭 경로를 제공하는 스위칭 신호를 생성하여 스위칭부(126)로 출력한다.

그 후, 스위칭부(126)는 상술한 피드백 횟수인 피드백 인덱스가 0인 경우, 제2 등화신호를 선택하고, 피드백 인덱스가 1 이상인 경우, 신호 재생성부(123)에서 재생성된 신호를 선택한다.

그 후, 전송심볼 결정부(127)는 스위칭부(126)로부터 입력 받은 신호를 경판정하여 전송심볼을 결정한다.

그 후의 피드백 동작은 앞에서 상술한 것과 유사하므로 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신 시스템(100)의 클리핑 왜곡 보정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

먼저, 주파수 영역의 클리핑 신호를 수신한다(S201).

그 후, 채널 왜곡을 보정하는 제1 등화 계수에 따라 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제1 등화 신호를 생성하며, 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하는 제2 등화 계수에 따라 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제2 등화 신호를 생성한다(S202).

또한, 제 1 등화 계수는 다음과 같다.

여기서, H_n는 채널의 주파수 응답 특성이며, N₀는 잡음(Noise)의 전력을 나타내고, W_n는 다중 경로 채널의 왜곡을 보상하기 위한 제1 등화계수를 나타낸다.

한편, 본 발명의 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치(100)의 등화부(110)는, 수신된 주파수 영역 클리핑 신호의 진폭과 클리핑 되기 이전의 진폭의 비인 클리핑 비율(Clipping Ratio)에 따라 제2 등화계수를 결정하는 것이 바람직하다. 제2 등화 계수는 다음과 같다.

[수학식 14]

여기서, H_n는 채널의 주파수 응답 특성이며, r는 클리핑 진폭과 클리핑 이전의 진폭의 비인 클리핑 비율(Clipping Ratio)을 나타내고, α는 신호의 감쇄성분으로 클리핑 진폭과 클리핑 이전의 진폭의 비인

의 함수이고, N₀는 잡음(Noise)의 전력이며, C_n는 제 2 등화 계수를 나타낸다.

그 후, 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정한 다(S203).

그 후, 전송심볼의 진폭의 크기를 기준값과 비교한다(S204). 여기서, 기준값은 클리핑 진폭(A)일 수 있다. 또한, 클리핑 진폭은 클리핑 방식에서 입력 신호를 클리핑할 때 기준이 되는 값으로서, 입력 신호를 클리핑함에 있어서 입력 신호 내 클리핑 진폭보다 큰 부분을 잘라낸다. 만약, 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값보다 크면, 전송심볼의 진폭과 제1 등화 신호의 위상을 결합하여 신호를 재구성한다(S205).

한편, 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값 이하인 경우, 제1 등화 신호의 진폭과 위상을 반영하여 신호를 재구성한다(S206).

도 3은 본 발명의 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 방법에서 채용되는 전처리 과정을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 안테나를 통해 수신되는 시간 영역의 직렬 신호를 시간 영역의 병렬 신호로 변환하고, 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 제1 고속 푸리에 변환한다(S301). S301에서 시간 영역의 신호로 변환된 후 다시 도 2의 S201가 수행된다.

도 4는 본 발명의 신호 재구성부(120)에서 수행되는 수신 시스템(100)의 클리핑 왜곡 보정 방법을 나타내는 동작 흐름도로서, 도 2에 도시된 전송심볼의 크기가 기준값보다 큰 경우에 신호를 재구성하는 단계(S205)의 일례를 도시한 것이다.

먼저, 제1 등화신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 제1 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 한다(S401).

또한, 전송심볼을 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 한다(S402).

그 후, 제1 역 고속 푸리에 변환(IFFT)과 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 된 시간 영역의 신호들을 도 2에 도시된 저장부(122)에 저장한다(S403).

그 후, 저장된 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 위상 및 전송심볼의 시간 영역의 신호의 진폭을 이용하여 신호를 재생성한다(S404).

도 5는 본 발명의 신호 재구성부(120)에서 수행되는 수신 시스템(100)의 클리핑 왜곡 보정 방법을 나타내는 동작 흐름도로서, 전송심볼의 크기가 기준값보다 작거나 같은 경우에 신호를 재구성하는 단계(S206)의 일례를 도시한 것이다.

먼저, 제1 등화신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 제1 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 한다(S501).

또한, 전송심볼을 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 한다(S502).

그 후, S501에서 제1 역 고속 푸리에 변환(IFFT)된 신호와 S502에서 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT)된 시간 영역의 신호들을 도 2에 도시된 저장부(122)에 저장한다(S503).

그 후, 저장된 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 위상 및 진폭을 이용하여 신호를 재생성한다(S504).

도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 방법에서 재생성된 신호를 피드백하여 도 1에 도시된 스위칭부(126)를 제어하 는 방법을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 도 4의 신호 재생성 단계(S404)에서 생성된 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 제2 고속 푸리에 변환(FFT)하여, 피드백 신호를 생성한다(S601).

그 후, 스위칭부로 피드백 되는 횟수인 피드백 인덱스가 0인지 여부를 판단하여(S602), 피드백 인덱스가 0인 경우 제2 등화신호를 선택하고(S603), 피드백 인덱스가 1 이상인 경우에는 재생성된 신호를 선택한다(S604).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다. 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 클리핑된 신호의 추정치와 클리핑되기 이전 신호의 추정치를 얻기 위해 두 개의 등화 계수를 이용하여 등화함으로써, 신호의 초기 추정치 신뢰도를 높게 추정하여 신호를 복원하고, 시스템 성능의 비트 오류 성능(BER) 개선뿐 아니라 신호 복원 반복 횟수를 줄여 시스템 전체의 복잡도를 낮추는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 클리핑된 신호를 복원하는 경우, 발생할 수 있는 판정 에러 전파(decision error propagation)을 최소화하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, DAR 및 IAR 신호 복원 과정에서 필요한 전송 신호의 클리핑된(clipped) 신호와 클리핑되지 아니한(non-clipped) 신호 각각을 위한 최적 등화기를 사용함으로써, 신호 복원 시 부가적인 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN) 및 클리핑 잡음을 모두 고려하여 신호를 복원할 수 있는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims

채널 왜곡을 보정하는 제1 등화 계수에 의해 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제1 등화 신호를 생성하고, 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하는 제2 등화 계수에 의해 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제2 등화 신호를 생성하는 등화부; 및

상기 등화부로부터 상기 제1 등화 신호 및 상기 제2 등화 신호를 입력 받고, 상기 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정하며, 상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값보다 큰 경우 상기 전송심볼의 진폭과 상기 제1 등화 신호의 위상을 이용하여 신호를 재구성하는 신호 재구성부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 기준값은 클리핑 진폭인 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 신호 재구성부는,

상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값 이하인 경우 상기 제1 등화 신호의 진폭과 위상을 이용하여 신호를 재구성하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클 리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 수신 시스템의 수신 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하여 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 생성하고, 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 상기 등화부로 출력하는 제1 고속 푸리에 변환(FFT) 연산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 등화부는,

채널의 주파수 응답에 따라 상기 제1 등화 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 등화부는,

상기 주파수 영역 클리핑 신호의 진폭과 클리핑 되기 이전 신호의 진폭의 비인 클리핑 비율(Clipping Ratio)에 따라 상기 제2 등화 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 신호 재구성부는,

상기 제1 등화 신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하여 출력하는 제1 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 연산기;

상기 제2 등화 신호를 경판정하여 전송심볼을 결정하는 전송심볼 결정부;

상기 전송심볼을 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하는 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 연산기;

상기 제 1 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 연산기와 상기 제2 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 연산기로부터 입력된 상기 시간 영역의 신호들을 저장하는 저장부; 및

상기 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 위상과 상기 전송심볼의 시간 영역의 신호의 진폭 또는 상기 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 진폭을 이용하여 신호를 재생성하는 신호 재생성부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제7항에 있어서,

상기 신호 재구성부는,

상기 재생성된 신호를 입력 받고, 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하여 피드백 신호를 생성하는 제2 고속 푸리에 변환(FFT) 연산기;

상기 피드백 신호의 생성 횟수에 따라 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부; 및

상기 스위칭 신호에 따라 상기 제2 등화 신호 또는 상기 피드백 신호 중 한 신호를 선택하여 상기 전송심볼 결정부로 출력하는 스위칭부

를 더 포함하고,

상기 전송심볼 결정부는 상기 스위칭부로부터 입력된 신호를 경판정하여 상기 전송심볼을 결정하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제8항에 있어서,

상기 스위칭 신호는 상기 피드백 신호 생성 횟수가 0인 경우 상기 스위칭부에서 상기 제 2 등화신호가 선택되도록 제어하고, 상기 피드백 신호의 생성 횟수가 1 이상인 경우 상기 스위칭부에서 상기 피드백 신호가 선택되도록 제어하는 신호인 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
제1항에 있어서,

상기 수신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)을 포함하는 광대역 무선 통신 방식을 지원하는 것을 특징으로 하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 장치.
주파수 영역 클리핑 신호를 수신하는 단계;

채널 왜곡을 보정하는 제1 등화 계수에 의해 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제1 등화 신호를 생성하고, 클리핑 왜곡과 채널 왜곡을 보정하는 제2 등화 계수에 의해 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 등화하여 제2 등화 신호를 생성하는 단계;

상기 제2 등화 신호를 경판정(Hard Decision)하여 전송심볼을 결정하는 전송심볼 결정 단계;

상기 전송심볼의 진폭의 크기를 기준값과 비교하는 비교 단계; 및

상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값보다 큰 경우 상기 전송심볼의 진폭과 상기 제1 등화 신호의 위상을 이용하여 신호를 재구성하는 신호 재구성 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제11항에 있어서,

상기 기준값은 클리핑 진폭인 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제11항에 있어서,

상기 신호 재구성 단계는,

상기 전송심볼의 진폭의 크기가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 전송심볼의 진폭과 상기 제1 등화 신호의 위상을 이용하여 신호를 재구성하고, 상기 전송심볼의 진폭의 크기가 기준값 이하인 경우 상기 제1 등화 신호의 진폭과 위상을 이용하여 신호를 재생성하는 단계

인 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제11항에 있어서,

상기 수신 시스템의 수신 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하여 상기 주파수 영역 클리핑 신호를 생성하는 제 1 고속 푸리에 변환(FFT) 단계를 더 포함하는 수신 시스템의 클리핑 왜곡 보정 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 등화 계수는 채널의 주파수 응답에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제12항에 있어서,

상기 제2 등화 계수는 상기 주파수 영역 클리핑 신호의 진폭과 클리핑 되기 이전 신호의 진폭의 비인 클리핑 비율(Clipping Ratio)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제11항에 있어서,

상기 신호 재구성 단계는,

상기 제1 등화신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하는 제1 IFFT 단계;

상기 제2 등화신호를 경판정하여 상기 전송심볼을 결정하는 전송심볼 결정 단계;

상기 전송심볼을 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하는 제2 IFFT 단계;

상기 제1 IFFT 단계 및 상기 제2 IFFT 단계에서 변환된 시간 영역의 신호들을 저장하는 저장 단계; 및

상기 저장된 상기 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 위상과 상기 전송심볼의 시간 영역의 신호의 진폭 또는 상기 제1 등화 신호의 시간 영역의 신호의 진폭을 이용하여 신호를 재생성하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제17항에 있어서,

상기 신호 재구성 단계는,

상기 재생성된 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하여 피드백 신호를 생성하는 제2 FFT 단계

를 더 포함하고,

상기 전송심볼 결정 단계는 상기 피드백 신호를 경판정(Hard decision)하여 상기 전송심볼을 결정하는 것을 특징으로 하는 클리핑 왜곡 보정 방법.
제11항 내지 제17항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.