DTV 시스템 이동성 개선을 위한 MDFE 고속 등화기 구현

Abstract

본 논문은 휴대 및 보행자 수신과 이동 수신 환경에서 ATSC DTV 수신기의 수신 성능 개선을 위한 고속 등화기를 제안한다. 휴대 및 보행자 수신과 이동 수신 환경에서는 안테나 높이가 낮고 방향성이 떨어지기 때문에 크고 동적인 에코들이 많이 존재한다. 지금까지 ATSC DTV 수신기에 사용된 등화기는 대부분 계수 업데이트 알고리즘으로 LMS 알고리즘을 사용하였다. 기존의 LMS 결정 궤환 등화기는 에코들의 크기가 작고 도플러 주파수가 수 Hz 미만인 고정 수신 환경에서는 안정적이고 좋은 성능을 나타낸다. 그러나 LMS 알고리즘은 수렴속도가 느리고 트랙킹 능력이 떨어지기 때문에 크기가 주신호에 버금가는 큰 에코들이 존재하는 휴대 및 보행자 수신 환경과 20 Hz 이상의 도플러 주파수를 가지는 에코가 존재하는 이동 수신 환경에서는 LMS 결정 궤환 등화기로는 수신에 어려움이 있었다. 반면에 MDFE(Modified Decision Feedback Equalizer) 기반의 LMS 알고리즘은 채널 추정 정보를 등화기의 계수 초기화에 사용하여 초기 수렴 값에 근사할 수 있도록 함으로써 수렴속도가 빠르고 트랙킹 능력이 우수하다. 또한 이러한 등화기 구조를 오버샘플링을 통하여 FS(Fractionally Space) 형태로 구성할 경우 큰 에코와 도플러 상황에서도 안정적인 성능을 보이게 된다. 그리고 무엇보다 등화기의 수렴 속도 개선을 위한 다른 알고리즘 사용에 비해서 하드웨어적 부담이 적고 연산 복잡도가 현저히 낮다는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 MDFE 고속 등화기의 구현을 위해 LS(Least Square)알고리즘을 이용한 단위충격 응답 연산과 가상훈련신호(Virtual Training Sequence)의 도입, PMMSE(Partial Minimum Mean Square Error)를 이용한 FFF 필터의 계수 초기값 설정에 대한 알고리즘 검증 및 시뮬레이션을 수행하였다. 설계한 시뮬레이터를 이용한 테스트 결과에서 제안한 등화기는 정적 채널과 동적 채널 모두에서 기존 LMS 결정 궤환 등화기에 비해 최대 10 배의 수렴속도 향상을 확인 할 수 있었으며 하드웨어 구현에서도 연산 복잡도의 증가가 약 40%를 넘지 않는 것을 확인 하였다. 특히 제안한 등화기는 에코 성분과 도플러 성분이 강한 주파수 환경에서도 안정적인 성능을 보임을 확인하였다.