KR20020035948A - 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필드 동기 신호중 훈련 열로 이용할 심벌의 개수를 확장하여 탭 계수 갱신을 위한 기준 신호를 발생함으로써 보다 나은 수렴성을 보장받아 채널 등화의 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있도록 한 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법에 관한 것으로, 훈련 모드와 판정 의거 모드를 통해 채널 등화를 수행하는 채널 등화기에서의 채널 등화방법에 있어서, 필드 동기 신호의 의사 랜덤 수열을 포함하면서 확장된 데이터 심벌을 훈련 열로 이용하여 채널의 왜곡 정도를 추정하는 훈련 모드 동작 단계와, 상기 훈련 모드 동작 단계가 끝난 후 판정 의거 모드 동작시, 필드 동기 신호 검출부에서 출력되는 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)와 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 이용하여 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 단계와, 상기 기준 신호 발생 단계에서 발생된 기준 신호를 이용하여 오차 신호를 계산함으로써 채널 등화기의 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법 {CHANNEL EQUALIZATION METHOD OF CHANNEL EQULIZER USING FIELD SYNC SIGNAL}

본 발명은 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법에 관한 것으로, 특히 필드 동기 신호중 훈련 열로 이용할 심벌(Symbol)의 개수를 확장하여 탭 계수 갱신을 위한 기준 신호를 발생함으로써 보다 나은 수렴성을 보장받아 채널 등화의 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있도록 한 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법에 관한 것이다.

일반적으로 VSB(Vestigial Side Band) 방식의 고선명 텔레비젼(High Definition Television ; 이하, 'HDTV' 이라 칭함) 시스템을 포함한 디지털 통신 시스템에서 다중 경로 전파는 같은 신호가 다른 전파 시간을 갖는 여러 개의 경로를 거쳐 전달되므로 심벌간의 간섭(Inter Symbol Interference ; ISI)을 일으키게 된다.

이러한 현상을 극복하기 위하여 디지털 통신 시스템에서는 채널 등화기(Channel Equalizer)를 사용하게 되는데, 이 채널 등화기는 왜곡된 채널을 통과한 수신신호를 처리하여 시간적 또는 상황의 변화에 따른 채널의 특성을 보상함으로써 수신측에서의 비트 검출 오류를 감소시킬 수 있도록 한다.

이때, 채널 등화기는 수신신호로부터 채널 등화를 수행하기 위해서 두 가지 모드로 동작하게 되는데, 즉 송신측에서 일정 기간 동안 수신측이 미리 알고 있는 데이터 열을 전송하고 수신측에서는 채널을 거치면서 왜곡된 데이터 펄스의 파형과 원래의 파형을 비교하여 채널의 왜곡 정도를 추정하는 훈련 모드와, 이 훈련 모드가 끝난 후 훈련 데이터 대신에 판정된 데이터를 이용하여 채널 등화를 수행하는 판정 의거 모드로 동작한다.

한편, VSB 방식의 HDTV 시스템에서 사용하는 데이터 프레임의 구조는 도 1에도시된 바와 같이, 데이터 프레임의 기본 단위인 세그먼트(Segment)가 832심벌로 이루어지고, 각 세그먼트의 시작 부분에는 두 가지 값을 갖는 4개의 심벌로 이루어진 세그먼트 동기(Segment Sync) 신호가 있다.

그리고, 하나의 필드(Field)는 313개의 세그먼트로 이루어지고, 이중 첫 번째 세그먼트는 필드 동기(Field Sync) 신호로서 송/수신측에서 알고 있는 도 2에 도시된 바와 같이 일정한 패턴을 가지고 있다.

즉, 도 2는 필드 동기 신호의 구조를 보인 도면으로서, 동기는 데이터 필드 세그먼트의 세그먼트 동기 신호이고, PN511, PN63은 길이가 각각 511과 63인 의사 랜덤 수열(Pseudo random sequence)이며, VSB 모드는 24비트로 이루어져 두 레벨의 일정한 값을 만족하고, 리저브(Reserved)는 마지막 104비트중 92비트의 예비 공간으로서 연속적인 PN63 수열로 채울 것이 추천되고 있으며 나머지 12비트는 그 이전 세그먼트의 마지막 12심벌과 같은 값을 갖는다.

상기와 같이 하나의 필드에서 필드 동기 신호를 포함하는 첫 번째 세그먼트를 제외한 나머지 312개의 세그먼트에는 실제적인 정보를 포함하는 데이터가 존재하게 된다.

여기서 훈련 모드를 통해 채널 등화를 수행하기 위해서는 송/수신측에서 서로 아는 일정한 패턴의 데이터를 이용해야 하는데, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이 필드 동기 신호에서 의사 랜덤 수열인 700개의 심벌(PN511+PN63+PN63)을 채널 등화기의 훈련 열로 이용하고 있다.

그리고, 주기적인 필드 동기 신호는 채널 변화에 따라 수신측에서 심벌 오류가 발생하는 경우에도 훈련 열을 주고받아 변화된 채널 특성을 상쇄할 수 있도록 채널 등화기의 탭 계수를 조절한다.

상기와 같은 훈련 모드가 끝나면 판정 의거 모드에서는 채널 등화기의 출력을 양자화하여 이를 기준 신호로 이용한다.

상기 판정 의거 모드에서는 필드 동기 신호뿐만 아니라 랜덤 데이터를 이용하여 채널 등화를 수행할 수 있는 장점이 있는 반면 통신 채널의 왜곡이 심하여 눈 모형(eye pattern)이 열리지 않은 경우에는 수렴하지 않는 경우가 있다.

그러므로 채널 등화기를 구성하기 위해서는 훈련 모드를 이용하여 초기 수렴을 수행한 후에 판정 의거 모드에서 랜덤 데이터에 대한 등화를 수행하게 된다.

한편, HDTV 시스템은 종래 NTSC 방식의 아날로그 방송에 의한 동일 채널 간섭을 받을 수 있으므로 수신측에서 이를 제거하기 위한 별도의 필터가 요구되는데, 이러한 경우에는 상기에서 언급한 두 가지 값을 갖는 필드 동기 신호가 세 개의 값(+10,0,-10)으로 확장되게 된다.

상기 설명에서와 같이, 종래 VSB 방식의 HDTV 시스템의 채널 등화기에서 훈련 모드로 동작할 때 등화기의 수렴성이 보장되고 수렴 속도가 빠르다는 장점이 있는 반면에, 한 필드를 구성하고 있는 313개의 세그먼트중 첫 번째 세그먼트인 필드 동기 신호에서 700개의 심벌, 즉 의사 랜덤 수열만을 훈련 열로 사용할 수밖에 없는 제약이 있다.

이에 따라, 채널 왜곡이 심한 경우에는 판정 의거 모드에서 수렴성을 보장받지 못하는 경우가 발생하게 된다.

또한, 훈련 열로 이용할 의사 랜덤 수열을 얻기 위해 별도의 발생 장치 또는 이것을 저장하기 위한 메모리가 요구됨에 따라 하드웨어 구현상의 부담이 뒤따르게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 VSB 방식의 HDTV 시스템의 채널 등화기에서 필드 동기 신호중 훈련 열로 이용할 심벌의 개수를 확장하여 탭 계수 갱신을 위한 기준 신호를 발생함으로써 보다 나은 수렴성을 보장받아 채널 등화의 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있도록 한 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법을 제공하는데 있다.

도 1은 VSB 방식의 HDTV 시스템에서 사용하는 데이터 프레임 구조를 보인 도면,

도 2는 필드 동기 신호의 구조를 보인 도면,

도 3은 본 발명의 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화방법을 수행하기 위한 FIR 필터를 이용한 채널 등화기의 구조를 보인 도면

도 4는 본 발명의 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법을 구현하기 위한 블록 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 필드 동기 신호 검출부

12 : 기준 신호 발생부

13 : 채널 등화기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법은, 훈련 모드와 판정 의거 모드를 통해 채널 등화를 수행하는 채널 등화기에서의 채널 등화방법에 있어서, 필드 동기 신호의 의사 랜덤 수열을 포함하면서 확장된 데이터 심벌을 훈련 열로 이용하여 채널의 왜곡 정도를 추정하는 훈련 모드 동작 단계와, 상기 훈련 모드 동작 단계가 끝난 후 판정 의거 모드 동작시, 필드 동기 신호 검출부에서 출력되는 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)와 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 이용하여 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 단계와, 상기 기준 신호 발생 단계에서 발생된 기준 신호를 이용하여 오차 신호를 계산함으로써 채널 등화기의 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 도 2에 도시된 필드 동기 신호의 구조에서 VSB 모드의 24비트와 리저브의 92비트의 정확한 값이 유보된 상태임에도 불구하고 송/수신측에서 서로 아는 두 가지 레벨을 갖는 일정한 패턴으로써 채널 등화에서의 훈련 열로 이용하도록 한다.

즉, 의사 랜덤 수열인 700개의 심벌뿐만 아니라 세그먼트 동기 신호의 4개의 심벌과, VSB 모드의 24개의 심벌과, 리저브의 92개의 심벌을 포함한 총 820개의 심벌을 채널 등화기에서의 훈련 열로 이용하도록 한다.

도 3은 본 발명의 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화방법을 수행하기 위한 FIR 필터를 이용한 채널 등화기의 구조를 보인 도면으로서, 채널 등화기, 즉 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 이용한 채널 등화기의 구조도로서, 시간 n에서의 등화기 입력신호 x(n)을 계속적으로 지연시키는 지연기(1∼1-N)와, 상기 지연기(1∼1-N)에 의해 지연된 등화기 입력신호 x(n)∼x(n-N+1)와 시간 n에서의 필터의 i번째 탭 계수 C_i (n)을 곱하는 곱셈기(2∼2-N)와, 상기 곱셈기(2∼2-N)의 출력을 모두 가산하여 등화기의 출력신호 z(n)을 출력하는 가산기(3)로 구성된다.

디지털 통신 시스템에서 여러 가지 등화 기법이 있으나, 본 발명에서는 비교적 수식이 간단하고 구현이 용이한 LMS(Least Mean Square) 알고리즘과 FIR 필터를 이용하여 채널 등화기를 구현하도록 한다.

채널 등화기에서는 기준 신호(Reference Signal)와 등화기 출력의 차이가 오차 신호가 되며, 이 오차 신호의 의해 등화기의 탭을 갱신하게 된다.

이때, 등화기 입력 신호, 등화기 기준 신호 및 탭 계수를 정의하면 다음과 같다.

x(n) : 시간 n에서의 등화기 입력 신호,

d(n) : 시간 n에서의 등화기 기준 신호,

C_i (n) : 시간 n에서의 필터의 i번째 탭 계수,

N을 등화기의 탭 계수라고 하면 각각의 벡터 표현은 다음 수학식 1과 같다.

그리고, 오차 신호는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

e(n) = d(n) - z(n)

여기서, d(n)은 오차 신호를 구하기 위한 기준 신호로서, 훈련 모드인 경우에는 필드 동기 신호중 의사 랜덤 수열인 700개의 심벌뿐만 아니라 세그먼트 동기 신호의 4개의 심벌과, VSB 모드의 24개의 심벌과, 리저브의 92개의 심벌을 포함한 총 820개의 심벌을 나타내며, 판정 의거 모드에서 채널 등화기 출력을 결정하는 값이다.

그러므로 LMS 알고리즘에 의한 필터의 탭 계수 갱신식은 다음 수학식 3과 같다.

여기서, 적응 상수인 mu는 스텝 크기로서, 수렴 속도를 결정하는 인자이며, 계수를 조절하는 크기를 나타낸다.

탭 계수를 갱신하는 동안 등화기의 출력 신호는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

도 4는 본 발명의 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법을 구현하기 위한 블록 구성도로서, 채널을 통해 입력되는 신호로부터 필드 동기 신호를 검출하여 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)를 출력하고, 동일 채널 간섭 제거 필터를 사용하였는지의 여부를 나타내는 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 출력하는 필드 동기 신호 검출부(11)와, 상기 필드 동기 신호 검출부(11)에서 출력되는 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)와 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 이용하여 채널 등화기의 탭 계수 갱신시 오차 신호를 계산하기 위한 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부(12)와, 상기 기준 신호 발생부(12)에서 발생되는 기준 신호를 이용하여 탭 계수 갱신시 오차 신호를 계산하여 채널 등화를 수행하는 채널 등화기(13)로 구성된다.

상기 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)는 필드 동기 신호 검출 후그 신호 구간을 나타내는 신호이며, 상기 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)는 동일 채널 간섭이 발생하여 이를 제거하기 위한 필터를 사용했는지의 여부를 나타내는 신호이다.

여기서, 상기 채널 등화기(13)에서는 상기 필드 동기 신호 검출부(11)에서 출력되는 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)와 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 확인하여 동일 채널 간섭 제거 필터를 사용하지 않은 경우에는 필드 동기 신호 구간 동안의 기준 신호로 채널 등화기(13)에 입력되는 신호의 부호(Sign)에 의해 두 레벨(0:-5, 1:+5)중에서 하나의 값을 취한 후 연산하여 오차 신호를 구한다.

그리고, 동일 채널 간섭 제거 필터를 사용한 경우에는 필드 동기 신호 구간 동안 입력되는 신호에 따라 다음 수학식 5와 같이 기준 신호를 발생하여 오차신호를 구한다.

상기와 같이 본 발명에서는 필드 동기 신호의 의사 랜덤 수열인 700개의 심벌뿐만 아니라 세그먼트 동기 신호의 4심벌과, VSB 모드의 24심벌과, 리저브의 92심벌을 포함한 총 820개의 심벌을 채널 등화기에서의 훈련 열로 이용함으로써 필드 동기 신호중 훈련 열로 이용할 심벌의 개수를 종래의 의사 랜덤 수열의 개수보다증가시켜 탭 계수 갱신을 위한 기준 신호로 이용함에 따라 판정 의거 모드에서 보다 나은 수렴성을 보장받을 수 있도록 하고 있다.

이와 동시에 훈련 열을 발생시키기 위한 장치가 필요 없으므로 하드웨어 구현의 부담을 줄일 수 있다.

상기와 같은 훈련 열을 통한 훈련 모드가 끝나면 채널 등화기의 탭 계수 조절을 위한 오차 신호를 계산하기 위해 기준 신호를 발생하게 되는데, 다시 한번 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기 기준 신호 발생부(12)에서는 상기 필드 동기 신호 검출부(11)에서 출력되는 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)와 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 이용하여 기준 신호를 발생하게 되는데, 즉 동일 채널 간섭 제거 필터를 사용하지 않은 경우에는 채널을 통해 입력되는 왜곡된 필드 동기 신호의 부호만을 이용하여 기준 신호를 발생하고, 동일 채널 간섭 제거 필터를 사용한 경우에는 채널을 통해 입력되는 필드 동기 신호를 판별기를 이용하여 기준 신호를 발생함으로써 탭 계수 갱신에 이용되는 오차 신호를 구한다.

상기와 같이, 오차 신호를 계산하기 위해 상기 기준 신호를 직접 이용하는 것이 아니고 채널 등화기에 입력되는 필드 동기 신호의 부호 비트에 의해 값이 결정된 기준 신호, 즉 채널 등화기에서 출력되는 부호 비트만을 이용하여 오차 신호를 계산하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 VSB 방식의 HDTV 시스템의 채널 등화기에서 필드 동기 신호중 훈련 열로 이용할 심벌의 개수를 확장하여 탭 계수 갱신을 위한 기준 신호를 발생함으로써 판정 의거 모드에서 보다 나은 수렴성을 보장받을 수 있으며, 이에 따라 채널 등화의 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

이와 동시에 훈련 열을 발생시키기 위한 장치가 필요 없으므로 하드웨어 구현의 부담을 줄일 수 있다.

Claims (4)

1. 훈련 모드와 판정 의거 모드를 통해 채널 등화를 수행하는 채널 등화기에서의 채널 등화방법에 있어서,

   필드 동기 신호의 의사 랜덤 수열을 포함하면서 확장된 데이터 심벌을 훈련 열로 이용하여 채널의 왜곡 정도를 추정하는 훈련 모드 동작 단계와,

   상기 훈련 모드 동작 단계가 끝난 후 판정 의거 모드 동작시, 필드 동기 신호 검출부에서 출력되는 필드 동기 신호의 시작 위치 정보(FD_SYNC)와 동일 채널 간섭 제거 필터 사용 여부 정보(COMB)를 이용하여 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 단계와,

   상기 기준 신호 발생 단계에서 발생된 기준 신호를 이용하여 오차 신호를 계산함으로써 채널 등화기의 탭 계수를 갱신하는 탭 계수 갱신 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 훈련 모드 동작 단계에서,

   상기 훈련 열이 필드 동기 신호의 의사 랜덤 수열인 700개의 심벌과, 세그먼트 동기 신호의 4개의 심벌과, VSB 모드의 24개의 심벌과, 리저브의 92개의 심벌로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기준 신호 발생 단계에서,

   동일 채널 간섭 제거 필터를 사용하지 않은 경우에는 채널을 통해 입력되는 필드 동기 신호의 부호에 의해 두 레벨 중에서 하나의 값을 취하여 기준 신호를 발생하고,

   동일 채널 간섭 제거 필터를 사용한 경우에는 채널을 통해 입력되는 필드 동기 신호를 판별기에서 사용하는 판별 기준에 따라 판단하여 조건에 맞는 기준 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 동일 채널 간섭 제거 필터를 사용한 경우의 판별기에서 사용하는 판별 기준이,인 것을 특징으로 하는 필드 동기 신호를 이용한 채널 등화기에서의 채널 등화방법.