KR100437899B1 - Digital wireless channel simulator, specially concerned with reducing the number of tabs of a filter by using a cosine filter interpolator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지틸 무선 채널 시뮬레이터에 관한 것으로 특히, 기존의 동기 필터 대신 레이즈드(raised) 코사인 필터로 대체하여 보다 적은 수의 필터 탭으로 구현함으로써 왜곡을 줄임을 물론 계산량의 부담을 줄일 수 있도록 창안한 것이다. 이러한 본 발명은 필터 계수(k)에 의해 입력 신호의 왜곡을 제거하는 선형 시변 필터와, 필터 계수(k)를 계산하고 그 필터 계수(k)에 따른 샘플링 주파수(fs)를 생성하여 상기 선형 시변 필터를 제어하는 필터 제어 수단으로 구성한 디지털 무선 채널 시뮬레이터에 있어서, 상기 필터 제어 수단은 주파수 영역 필터링 또는 Jakes 모델에 의해 샘플링 주파수(fs1)의 속도에 따라 필터 계수(k)를 생성하여 상기 선형 시변 필터에 출력하는 필터 계수 생성기(211)와, 이 필터 계수 생성기(211)의 샘플링 주파수(fs1)를 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간하여 샘플링 주파수(fs2)를 출력하는 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)와, 이 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)의 샘플링 주파수(fs2)를 선형 보간하여 최종적인 샘플링 주파수(fs)를 상기 선형 시변 필터에 출력하는 선형 보간기(213)로 구성한다.The present invention relates to a digital radio channel simulator. In particular, the present invention can be implemented by using a smaller number of filter taps instead of a raised cosine filter instead of a conventional synchronous filter. It is. The present invention provides a linear time-varying filter that removes distortion of an input signal by a filter coefficient k, a filter coefficient k, and generates a sampling frequency fs according to the filter coefficient k, thereby generating the linear time-varying filter. In the digital radio channel simulator composed of filter control means for controlling a filter, the filter control means generates the filter coefficient k according to the speed of the sampling frequency fs1 by frequency domain filtering or Jakes model to generate the linear time-varying filter. Raised cosine filter interpolation that outputs the sampling frequency fs2 by interpolating the filter coefficient generator 211 outputted to the filter coefficient generator 211 and the sampling frequency fs1 of the filter coefficient generator 211. Linearly interpolate the sampling frequency 2s and the sampling frequency fs2 of the raised cosine filter interpolator 212 to output the final sampling frequency fs to the linear time varying filter. It is composed of a linear interpolator (213).
Description
본 발명은 디지털 무선 채널 시뮬레이터에 관한 것으로 특히, 코사인 필터보간기를 이용여 필터의 탭수를 감소시키도록 한 디지틸 무선 채널 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a digital radio channel simulator, and more particularly, to a digital radio channel simulator using a cosine filter interpolator to reduce the number of taps of a filter.
도1 은 종래의 디지털 무선 채널 시뮬레이터의 블럭도로서 이에 도시된 바와 같이, 입력 신호(x[n])를 필터 계수(k)와 연산하여 주파수 특성을 선형화하는 선형 시변 필터(120)와, 샘플링 주파수(fs1)의 속도로 필터 계수(k)를 생성하여 상기 선형 시변 필터(120)에 출력하고 샘플링 주파수(fs)의 속도로 상기 선형 시변 필터(120)의 처리 속도를 제어하는 필터 제어부(110)로 구성된다.1 is a block diagram of a conventional digital radio channel simulator, as shown here, a linear time-varying filter 120 for linearizing frequency characteristics by calculating an input signal x [n] with a filter coefficient k, and sampling. The filter control unit 110 generates a filter coefficient k at the speed of the frequency fs1 and outputs it to the linear time varying filter 120 and controls the processing speed of the linear time varying filter 120 at the speed of the sampling frequency fs. It is composed of
상기 필터 제어부(110)는 주파수 영역 필터링 또는 Jakes 모델에 의해 샘플링 주파수(fs1)의 속도에 따라 필터 계수(k)를 생성하여 선형 시변 필터(120)에 출력하는 필터 계수 생성기(111)와, 이 필터 계수 생성기(111)의 샘플링 주파수(fs1)를 보간하여 샘플링 주파수(fs2)를 출력하는 동기 필터 보간기(112)와, 이 동기 필터 보간기(112)의 샘플링 주파수(fs2)를 선형 보간하여 최종적인 샘플링 주파수(fs)를 선형 시변 필터(120)에 출력하는 선형 보간기(113)로 구성된다.The filter control unit 110 generates a filter coefficient k according to the speed of the sampling frequency fs1 by frequency domain filtering or Jakes model, and outputs the filter coefficient k to the linear time-varying filter 120. Linear interpolation between the synchronous filter interpolator 112 outputting the sampling frequency fs2 by interpolating the sampling frequency fs1 of the filter coefficient generator 111, and the sampling frequency fs2 of the synchronous filter interpolator 112. The linear interpolator 113 outputs the final sampling frequency fs to the linear time varying filter 120.
이와같은 종래 기술의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the prior art as follows.
일반적으로 디지털 무선 채널 시뮬레이터는 선형 시변(Linear Time-Varying) 필터를 디지털로 구현한 것으로 디지털 필터의 계수를 주파수 영역 필터링이나 Jakes 모델을 이용하여 생성하게 된다.In general, a digital wireless channel simulator is a digital implementation of a linear time-varying filter, and the coefficients of the digital filter are generated using frequency domain filtering or Jakes model.
이때, 최대 도플러 주파수(fm)가 샘플링 주파수(fs1)와 비교하여 충분히 작을 때 보간을 이용하면 계산량을 줄일 수 있다.In this case, when the maximum Doppler frequency fm is sufficiently small compared to the sampling frequency fs1, the amount of calculation can be reduced by using interpolation.
그러나, 보간의 경우에는 왜곡이 최소화되도록 해야 하는데, 왜곡이 없는 보간기는 동기 필터를 이용하는 것으로 이는 유한 응답 충격(FIR) 필터로 구현하면 탭수가 비교적 많고 또한, 0차 보간기를 제외하고 계산량이 가장 적은 보간기는 선형 보간기로서 이 경우에는 왜곡이 비교적 크다.However, in case of interpolation, distortion should be minimized. The interpolator without distortion uses a synchronous filter, which is implemented with a finite response shock (FIR) filter, and has a relatively large number of taps, and has the least amount of calculation except for the 0th order interpolator. The interpolator is a linear interpolator, in which case the distortion is relatively large.
따라서, 최대 도플러 주파수(fm)가 샘플링 주파수(fs1)와 비교하여 매우 작은 경우에는 동기 필터에 의한 보간과 선형 보간을 순차적으로 행함으로써 필터의 탭수 및 왜곡을 줄일 수 있다.Therefore, when the maximum Doppler frequency fm is very small compared with the sampling frequency fs1, the number of taps and distortion of the filter can be reduced by sequentially performing interpolation and linear interpolation by the synchronous filter.
이러한 개념을 적용한 종래의 무선 채널 시뮬레이터는 도1 의 블럭도와 같다. 먼저, 필터 제어부(110)는 필터 계수 생성기(111)가 주파수 영역 필터링 또는 Jakes 모델에 의해 샘플링 주파수(fs1)의 속도로 필터 계수(k)를 생성하게 된다. 여기서, 샘플링 주파수(fs1)의 특성은 도2의 파형도에 도시된 바와 같다.A conventional radio channel simulator employing this concept is shown in the block diagram of FIG. First, the filter control unit 110 causes the filter coefficient generator 111 to generate the filter coefficient k at the speed of the sampling frequency fs1 by frequency domain filtering or Jakes model. Here, the characteristics of the sampling frequency fs1 are as shown in the waveform diagram of FIG.
이때, 동기 필터 보간기(112)는 필터 계수 생성기(111)의 샘플링 주파수(fs1)를 입력으로 보간을 수행하여 샘플링 주파수(fs2)를 생성하는데, fs1 ≥2fs 이어야 어떠한 왜곡도 없이 동기 필터 보간이 이루어진다.In this case, the synchronous filter interpolator 112 generates the sampling frequency fs2 by interpolating the sampling frequency fs1 of the filter coefficient generator 111 as an input, and fs1 ≥ 2fs to achieve the synchronous filter interpolation without any distortion. Is done.
여기서, 이상적인 동기 필터에 의한 보간이 이루어지는 경우 주파수 응답 특성은 도3 의 파형도와 같다.Here, the frequency response characteristic is the same as the waveform diagram of FIG. 3 when interpolation is performed by an ideal synchronous filter.
이에 따라. 선형 보간기(113)는 동기 필터 보간기(112)의 샘플링 주파수(fs2)를 선형 보간하여 샘플링 주파수(fs)를 선형 시변 필터(120)에 출력하게 된다.Accordingly. The linear interpolator 113 linearly interpolates the sampling frequency fs2 of the synchronous filter interpolator 112 and outputs the sampling frequency fs to the linear time varying filter 120.
여기서, 선형 보간에 의한 주파수 응답 특성은 도4 의 파형도와 같은데, fs2 ≫ fs가 되면 신호가 존재하는 주파수 영역에서의 보간 필터의 주파수 응답이 거의상수가 되고 보간 필터의 주파수 응답에서 사이드 로우브(Side lobe)의 영향이 거의 없어 왜곡이 거의 없이 필터 계수(k)를 샘플링 주파수(fs)와 같은 속도로 얻을 수 있다.Here, the frequency response characteristic by linear interpolation is the same as the waveform diagram of FIG. 4, and when fs2 ≫ fs, the frequency response of the interpolation filter in the frequency region where the signal is present becomes almost constant and the side lobe ( Since there is little effect of side lobe, the filter coefficient (k) can be obtained at the same rate as the sampling frequency (fs) with little distortion.
따라서, 선형 시변 필터(120)가 입력 신호(x[n])를 필터 계수(k)와 연산함에 의해 주파수 특성을 선형화하여 왜곡을 제거한 신호(y[n])을 출력하게 된다.Therefore, the linear time-varying filter 120 calculates the input signal x [n] with the filter coefficient k to linearize the frequency characteristic and output the signal y [n] from which the distortion is removed.
그러나, 이러한 종래의 기술은 동기 필터를 이용한 보간기를 왜곡이 매우 작게 구현하려는 경우 비교적 많은 수의 필터 탭을 필요로 하여 계산량의 부담으로 처리속도가 저하되며 또한, 비교적 적은 수의 필터 탭으로 구현하려는 경우에는 주파수 영역에서의 사이드 로우브(side lobe)가 커지게 되어 왜곡이 커지는 단점이 있다. 본 발명은 종래 기술의 단점을 개선하기 위하여 기존의 동기 필터 대신 레이즈드(raised) 코사인 필터로 대체하여 보다 적은 수의 필터 탭으로 구현함으로써 왜곡을 줄임을 물론 계산량의 부담을 줄일 수 있도록 창안한 디지털 무선 채널 시뮬레이터를 제공함에 목적이 있다.However, such a conventional technique requires a relatively large number of filter taps when the interpolator using a synchronous filter has a very small distortion, and the processing speed is reduced due to the burden of computation. In this case, the side lobe in the frequency domain is increased, which causes a large distortion. In order to reduce the disadvantages of the prior art, the present invention is implemented by using a smaller number of filter taps instead of a raised cosine filter instead of a conventional synchronous filter. An object is to provide a wireless channel simulator.
도 1은 종래 기술의 블럭도.1 is a block diagram of the prior art;
도 2는 도 1에서 필터 계수 생성기의 주파수 특성을 보인 파형도.FIG. 2 is a waveform diagram illustrating frequency characteristics of a filter coefficient generator in FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1에서 동기 필터 보간기의 주파수 특성을 보인 파형도.3 is a waveform diagram showing a frequency characteristic of a synchronous filter interpolator in FIG.
도 4는 도 1에서 선형 보간기의 주파수 특성을 보인 파형도.4 is a waveform diagram showing the frequency characteristics of the linear interpolator in FIG.
도 5는 본 발명의 실시예를 보인 블럭도.5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에서 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기 의 특성을 보인 파형도.FIG. 6 is a waveform diagram illustrating characteristics of a raised cosine filter interpolator in FIG. 5. FIG.
도 7은 도 6에서 코사인 필터의 주파수 특성을 보인 파형도.FIG. 7 is a waveform diagram illustrating frequency characteristics of a cosine filter in FIG. 6. FIG.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
210 : 필터 제어부 211 : 필터 계수 생성기210: filter control unit 211: filter coefficient generator
212 : 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기212 Raised Cosine Filter Interpolator
213 : 선형 보간기 220 : 선형 시변 필터213: linear interpolator 220: linear time varying filter
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 무선 채널 시뮬레이터에 있어서, 기존의 동기 필터 보간기를 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기로 대체하여 그 레이즈드(Raised) 코사인 필터의 롤-오프(Roll-off) 인자(a)가 'fs1 ≥2fs/(1-a)'를 만족하도록 구성한다.The present invention provides a roll-off of a raised cosine filter by replacing a conventional synchronous filter interpolator with a raised cosine filter interpolator in a wireless channel simulator. The factor (a) is configured to satisfy 'fs1 ≥ 2fs / (1-a)'.
이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시예는 도5 의 블럭도에 도시한 바와 같이, 입력 신호(x[n])를 필터 계수(k)와 연산하여 주파수 특성을 선형화하는 선형 시변 필터(220)와, 필터 계수(k)를 계산하고 그 필터 계수(k)에 따른 샘플링 주파수(fs)를 생성하여 선형 시변 필터(220)의 처리 속도를 제어하는 필터 제어부(210)로 구성한다.According to an embodiment of the present invention, as shown in the block diagram of FIG. 5, the linear time-varying filter 220 linearizes the frequency characteristic by calculating the input signal x [n] with the filter coefficient k, and the filter coefficient ( k) is calculated and a sampling frequency fs according to the filter coefficient k is generated to configure the filter control unit 210 for controlling the processing speed of the linear time-varying filter 220.
상기 필터 제어부(210)는 주파수 영역 필터링 또는 Jakes 모델에 의해 샘플링 주파수(fs1)의 속도로 필터 계수(k)를 생성하여 선형 시변 필터(220)에 출력하는 필터 계수 생성기(211)와, 이 필터 계수 생성기(211)의 샘플링 주파수(fs1)를 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간하여 샘플링 주파수(fs2)를 출력하는 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)와, 이 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)의 샘플링 주파수(fs2)를 선형 보간하여 최종적인 샘플링 주파수(fs)를 상기 선형 시변 필터(220)에 출력하는 선형 보간기(213)로 구성한다.The filter control unit 210 generates a filter coefficient k at a speed of the sampling frequency fs1 by frequency domain filtering or Jakes model, and outputs the filter coefficient k to the linear time-varying filter 220, and this filter. Raised cosine filter interpolator 212 for interpolating the sampling frequency fs1 of the coefficient generator 211 and outputting the sampling frequency fs2, and the raised cosine The linear interpolator 213 outputs the final sampling frequency fs to the linear time-varying filter 220 by linearly interpolating the sampling frequency fs2 of the filter interpolator 212.
이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
본 발명은 기존의 동기 필터 보간기를 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)로 대체한 것으로 만일, 'a'를 레이즈드(Raised) 코사인 필터의 롤-오프(Roll-off)팩터라고 했을 때 레이즈드(Raised) 코사인 필터가 이상적인 보간기가 되기 위한 필요 조건은 fs1 ≥2fs/(1-a) 이다.The present invention replaces a conventional synchronous filter interpolator with a raised cosine filter interpolator 212. If 'a' is a roll-off factor of a raised cosine filter, The requirement for a raised cosine filter to be an ideal interpolator is fs1 ≧ 2fs / (1-a).
이때, 레이즈드(Raised) 코사인 필터의 특성은 시간 영역에서 도7 의 파형도와 같다.In this case, the characteristic of the raised cosine filter is the same as the waveform diagram of FIG. 7 in the time domain.
따라서, a=0.4 로 하여 레이즈드(Raised) 코사인 필터를 여섯 탭 정도의 유한 충격 응답(FIR) 필터로 구현하면 거의 왜곡이 없다.Therefore, when a = 0.4, a raised cosine filter is implemented as a six tap finite impact response (FIR) filter with almost no distortion.
반면, 동기 필터를 사용하는 경우보다 필터 계수의 계산 횟수가 약 1.7배 증가하지만 대부분이 보간시의 계산이므로 전체적으로 볼 때 필터 계수의 계산량 증가는 거의 무시할 수 있다.On the other hand, the number of calculations of the filter coefficients is about 1.7 times larger than the case of using the synchronous filter. However, since most of the calculations are performed during interpolation, the increase in the amount of calculation of the filter coefficients can be almost ignored.
이러한 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)를 채용한 본 발명은 도5 의 블럭도와 같다.The present invention employing such a raised cosine filter interpolator 212 is the same as the block diagram of FIG.
즉, 필터 계수부(210)는 필터 계수 생성기(211)가 주파수 영역 필터링 또는 Jakes 모델에 의해 샘플링 주파수(fs1)의 속도로 필터 계수(k)를 생성하면 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)는 상기 샘플링 주파수(fs1)를 보간하여 샘플링 주파수(fs2)를 생성하게 된다.That is, when the filter coefficient generator 211 generates the filter coefficient k at the speed of the sampling frequency fs1 by the frequency domain filtering or the Jakes model, the filter coefficient generator 210 raises the raised cosine filter interpolator ( 212 generates the sampling frequency fs2 by interpolating the sampling frequency fs1.
이때, 이상적인 보간이 이루어지는 경우 코사인 필터의 특성은 도6 의 파형도와 같다.In this case, the characteristic of the cosine filter is the same as the waveform of FIG.
따라서, 선형 보간기(213)가 레이즈드(Raised) 코사인 필터 보간기(212)의 샘플링 주파수(fs2)를 선형 보간하여 샘플링 주파수(fs)를 출력하면 선형 시변 필터(120)는 필터 계수(k)를 상기 샘플링 주파수(fs)의 속도로 입력 신호(x[n])와 연산하여 왜곡이 제거된 신호(y[n])를 출력하게 된다.Therefore, when the linear interpolator 213 linearly interpolates the sampling frequency fs2 of the raised cosine filter interpolator 212 and outputs the sampling frequency fs, the linear time-varying filter 120 performs the filter coefficient k. ) Is calculated with the input signal x [n] at the rate of the sampling frequency fs to output the signal y [n] from which the distortion is removed.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 레이즈드(Raised) 코사인 필터를 사용함에 의해 왜곡을 거의 제거함은 물론 필터의 탭수를 줄임으로써 계산량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has the effect of reducing the amount of calculation by almost eliminating distortion by using a raised cosine filter as well as reducing the number of taps of the filter.
특히, 샘플링 주파수가 최대 도플러 주파수보다 별로 크지 않아서 한단계의 보간만 필요한 경우에는 계산량을 상당히 감소시킬 수 있으며 또한, 여분(excess)의 대역폭이 충분한 경우 계산량 부담이 작은 일반적인 보간기로도 사용할 수 있다.In particular, if the sampling frequency is not much larger than the maximum Doppler frequency, only one step of interpolation is required, and the calculation amount can be considerably reduced. Also, if the excess bandwidth is sufficient, it can be used as a general interpolator with a small calculation burden.
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