KR100238669B1 - Adaptive digital filter - Google Patents
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Abstract
가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야end. The technical field to which the invention described in the claims belongs
적응형 디지털 필터에 관한 것이다.It relates to an adaptive digital filter.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제I. The technical problem to be solved by the invention
적응형 디지털 필터에서 계수로딩 시 루프가 이를 반영하지 못하기 때문에 동작중에 계수를 바꿔야 하는 경우 다시 최초부터 동작을 해야 하는 문제를 해결한다.Since the loop does not reflect this when loading coefficients in an adaptive digital filter, the problem of restarting from the beginning when the coefficients need to be changed during operation is solved.
다. 발명의 해결방법의 요지All. Summary of Solution of the Invention
적응형 디지탈 필터엣 계수갱신루프를 외부의 계수로딩과 연계시켜 동작시키고, 중심탭 설정과 계수의 발산방지기능을 갖도록 한다.An adaptive digital filteret coefficient update loop is operated in conjunction with external coefficient loading, and has a function of center tap setting and coefficient divergence prevention.
라. 발명의 중요한 용도la. Important uses of the invention
디지털 필터에 적용한다.Applies to digital filters.
Description
본 발명은 적응형 디지털 필터에 관한 것으로, 특히 계수갱신루프를 외부의 계수로딩과 연계시켜 동작시키고 중심탭설정과 계수의 발산을 방지하는 적응형 디지털필터에 관한 것이다.The present invention relates to an adaptive digital filter, and more particularly, to an adaptive digital filter that operates in conjunction with an external coefficient loading and prevents center tap setting and coefficient divergence.
오늘날 디지털 기술의 발달로 인해 많은 아날로그 영역의 필터응용이 디지탈필터로 급격히 대체되고 있으며, 이러한 디지탈필터는 적응형 알고리즘에 의해 적응제어나 멀티패스(multipath)를 제거하기 위한 적응형필터로써 응용되고 있다. 그러나, 적응형 디지탈 필터의 응용에서 대부분의 경우는 순수한 필터부와 적응적인 계수갱신부가 분리되어 수행되어진 것도 사실이다. 즉, 고스트제거기등에서도 볼 수 있는 것처럼 대부분의 실제 응용은 범용 디지탈필터에서 디지탈 신호처리기(DSP : Digital Signal Processor)를 이용하여 구해진 계수를 로딩하는 식의 구현이 대부분이라고 할 수 있다. 이와 같은 구성은 한 클럭에 한 개의 계수만을 로딩하게 됨으로 계수로딩에 많은 시간을 할애하여야 함으로 빠른 응답특성등 전체적인 동작성능을 저하시키게 된다.Today, due to the development of digital technology, many analog filter applications are rapidly replaced by digital filters, and these digital filters are applied as adaptive filters to remove adaptive control or multipath by adaptive algorithms. . However, in most applications of the adaptive digital filter, it is true that the pure filter part and the adaptive coefficient updater are performed separately. In other words, as can be seen in ghost eliminators, most practical applications are to load coefficients obtained by using a digital signal processor (DSP) in a general-purpose digital filter. In this configuration, since only one coefficient is loaded in one clock, a large amount of time must be devoted to loading the coefficient, thereby degrading the overall operation performance such as fast response characteristics.
따라서 계수갱신부를 포함하는 적응형 디지탈필터의 구현에 대한 많은 연구가 있었는데, 그 중 하나가 미국특허 5,243,624에서 제안한 QAM(quadrature amplitude modulation)방식의 적응형 등화기의 구성이다. 이것은 기존의 범용 디지탈필터에 대해 계수로딩은 하나씩 하지만 매 심볼클럭마다 각 필터탭의 계수를 갱신함으로써 등화속도를 빠르게 하도록 했다.Therefore, there have been many studies on the implementation of the adaptive digital filter including the coefficient updater, one of which is the configuration of the adaptive equalizer of the quadrature amplitude modulation (QAM) method proposed in US Patent 5,243,624. This allows one to load coefficients for existing general-purpose digital filters, but to increase the equalization speed by updating the coefficients of each filter tap every symbol clock.
적응필터의 응용은 여러 알고리즘을 이용할 수 있지만 여기서는 설명의 용이성을 위해 가장 많이 이용되는 LMS알고리즘을 이용하여 본 발명의 구현에 대해서 설명한다. 유사한 알고리즘에 대해서는 약간의 변경만으로도 본 발명의 내용을 동일하게 적용할 수 있다.The application of the adaptive filter can use a variety of algorithms, but here, the implementation of the present invention will be described using the LMS algorithm which is most commonly used for ease of explanation. For similar algorithms, the same can be applied to the contents of the present invention with a slight change.
적응필터의 입력을 x(n),출력을 z(n),적응필터의 계수를 wi라고 할 때 LMS알고리즘은 하기 수학식 1과 수식과 같다.When the input of the adaptive filter is x (n), the output is z (n), and the coefficient of the adaptive filter is w i , the LMS algorithm is shown in
여기서,가 된다.here , Becomes
LMS알고리즘은 E[e2(n)]를 최소화하도록 동작한다. The LMS algorithm operates to minimize E [e 2 (n)].
실제구성에 있어서 각 연산에서 발생하는 지연에 의해 상기 수학식 1은 수학식 2와 같이 변경된다.In the actual configuration,
이것의 특성 및 수렴성은 입력신호의 상태가 급격히 변화하지 않는 다면 지연을 갖지 않는 경우와 거의 같은 것으로 1993년 9월에 G.LONG, F.LING, and J.G.Proakis, "The LMS algorithm with delayed coefficient adaptation, "IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, VOL.37, NO.9, pp.1397-1405, sep 1989에 발표된바 있다. Its characteristics and convergence are almost the same as those with no delay if the state of the input signal does not change drastically. In September 1993, G.LONG, F.LING, and JGProakis, "The LMS algorithm with delayed coefficient adaptation , "IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, VOL.37, NO.9, pp.1397-1405, sep 1989.
도 1은 통상적인 적응형 필터의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional adaptive filter.
적응형 필터의 구성에 대해서는 1994년에 N.R.Shanbhag and K.K.Parhi, Pipelined Adaptive Digital Filters, Kluwer Academic Publishers에 발표된 바 있다. 여기서 파이프라인(pipeline)에 의한 접근방식을 취하고 있으며, 42쪽에 표준 LMS의 구조를 다이렉트 형태의 필터구조에 대해서 보여주고 있다. 이를 트랜스포우즈 형태로 변환시키면 도 1과 같이 된다. 도 1에서 알 수 있는바와 같이 계수 갱신부의 계수가 필터부의 곱셈기로 그대로 입력되므로 루프내의 레지스터의 초기값 이외에는 다른 초기값을 줄 수가 없다. 통상의 범용디지탈필터를 이용한 적응필터 응용에서는 도 1에서 필터부분만 존재하고 계수 갱신은 DSP등에서 전담하게 된다. 이 경우 구성의 간단성을 위해 각 곱셈기로의 계수로딩은 병렬 버스등에 의해 이루어 지게 된다. 승산기 f1은 지연된 출력데이타(udo)와 스텝싸이즈 및 검출된 에러신호(u-err)를 승산하여 출력한다. 가산기 e1은 상기 승산기 f1의 출력신호와 지연기 d1으로부터 소정클럭 지연된 신호를 가산하여 상기 지연기 d1으로 출력한다. 상기 지연기 d1은 상기 가산기 e1으로부터 출력된 신호를 소정클럭 지연시켜 계수갱신값을 출력한다. 또한 지연된 출력데이타(udo)는 지연기 g1-gn를 통해 각각 소정 클럭씩 지연되어 출력된다. 상기 지연된 출력데이타(udo)은 각각 승산기f2-fn, 가산기 e2-en, 지연기 d2-dn로 인가되며, 이때 승산기f2-fn, 가산기 e2-en, 지연기 d2-dn의해 계수갱신값을 출력한다. 이렇게 출력된 계수갱신값은 승산기 a1-an에 각각 인가되어 입력신호(di)와 승산되어 출력된다. 이때 가산기 b1은 상기 승산기 a1으로부터 승산된 신호와 캐스케이드입력데이타(casecade data:cdi)를 가산하여 출력하는데, 상기 가산기 b1로부터 출력된 신호는 지연기 c1-cn을 통해 각각 소정 클럭씩 지연된다.The construction of the adaptive filter was published in 1994 by N.R. Shanbhag and K.K.Parhi, Pipelined Adaptive Digital Filters, and Kluwer Academic Publishers. Here we take a pipelined approach, and on page 42 we show the structure of a standard LMS for a direct filter structure. When this is converted into a transpose form, it is as shown in FIG. 1. As can be seen in FIG. 1, since the coefficient of the coefficient update unit is directly input to the multiplier of the filter unit, no initial value other than the initial value of the register in the loop can be provided. In a conventional adaptive filter application using a general-purpose digital filter, only a filter part exists in FIG. 1 and the coefficient update is dedicated to a DSP or the like. In this case, coefficient loading to each multiplier is done by parallel buses for the sake of simplicity. The multiplier f1 multiplies the delayed output data (udo) with the step size and the detected error signal (u-err) and outputs the multiplier. The adder e1 adds the output signal of the multiplier f1 and the signal delayed by a predetermined clock from the delay d1 and outputs the delayed signal to the delay d1. The delay unit d1 delays the signal output from the adder e1 by a predetermined clock and outputs a coefficient update value. In addition, the delayed output data is output by delaying predetermined clocks through the delays g1 -gn. The delayed output data (udo) is applied to a multiplier f2-fn, an adder e2-en, and a delay d2-dn, respectively, and outputs a coefficient update value by the multiplier f2-fn, the adder e2-en, and the delay d2-dn. do. The coefficient update values thus output are respectively applied to multipliers a1-an and multiplied by the input signal di to be output. In this case, the adder b1 adds the signal multiplied by the multiplier a1 and cascade input data (casecade data cdi), and outputs the delayed signal C1 through the delayers c1-cn.
또한 전술한 미국특허 5,243,624에서는 기존의 범용필터를 효과적으로 이용한 것으로 도 2에 도시되어 있다. 계수갱신부는 승산기 f1, 가산기 e1, 지연기 d1으로 이루어지며, 다음단의 계수갱신부는 지연기 g1이 더 부가되는 방식으로 계속적으로 계수갱신을 수행하고, 계수로딩은 중간의 N-to-1 MUX에 의해 심볼당 한 개씩 전송된다. 이것은 기존의 필터를 효과적으로 사용하면서도 의사적인 적응알고리즘에 의한 계수갱신에 의해 적응알고리즘과 거의 유사한 속도로 계수갱신이 가능한 구조이다. 그러나, 이 경우에도 레지스터의 초기계수의 셋팅에 의한 것 외에는 새로운 계수의 로딩이 불가능하다.In addition, the aforementioned US Patent 5,243, 624 is shown in Figure 2 to effectively use the conventional universal filter. The coefficient updating unit consists of a multiplier f1, an adder e1, and a delay unit d1. The coefficient updating unit of the next stage continuously performs coefficient updating in such a manner that the delay unit g1 is further added, and the coefficient loading is performed by intermediate N-to-1 MUX. One symbol per symbol is transmitted. It is a structure that can use the existing filter effectively and the coefficient update at almost the same speed as the adaptive algorithm by the coefficient update by the pseudo adaptive algorithm. However, even in this case, it is impossible to load new coefficients except by setting the initial coefficients of the register.
그러나, 이러한 구성들은 기존의 범용필터의 효과적 응용방법이지 원칩화를 위한 적응형필터의 구성이라고 하기에는 무리가 있다. 또한 디지탈필터의 계수의 갱신과 로딩이 직접적으로 관계가 없어 계수갱신을 위한 계수갱신루프의 초기값 설정이 제한 받게 된다. 즉, 루프내의 누산기가 초기상태에 항상 정해진 값으로만 시동되게 되며, 임의값으로 시동할 필요가 있을 때 이를 적절히 반영하지 못한다. 즉, 필터부에 임의의 계수를 로딩하더라도 계수갱신루프에는 직접적으로 영향을 줄 수 없기 때문에 계수로딩과 계수갱신을 연계시킬수 없고, 오직 초기상태에서만 계수로딩이 가능하게 된다. 이것은 기존의 구조가 계수로딩 시 루프가 이를 반영하지 못하기 때문에 동작중에 계수를 바꿔야 하는 경우 다시 최초부터 동작을 해야 하는 문제점이 있다.However, such a configuration is an effective application method of the conventional general-purpose filter, it is impossible to say that the configuration of the adaptive filter for the one chip. In addition, since the update and loading of coefficients of the digital filter are not directly related, the initial value of the coefficient update loop for coefficient update is limited. That is, the accumulator in the loop is always started only at a predetermined value in the initial state, and does not properly reflect when it is necessary to start at an arbitrary value. That is, even if an arbitrary coefficient is loaded in the filter unit, the coefficient update loop cannot directly affect the coefficient update loop. Therefore, coefficient loading and coefficient update cannot be linked. This is because the loop does not reflect the existing structure when loading the coefficients, so if the coefficients need to be changed during operation, the operation must be started again from the beginning.
따라서 본 발명의 목적은 계수로딩과 계수갱신의 연계를 통해 임의의 값에 의해 루프를 초기화시킬 수 있는 적응형 디지털 필터를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an adaptive digital filter capable of initializing a loop by an arbitrary value through linkage of coefficient loading and coefficient update.
본 발명의 다른 목적은 디지털 처리에서 중심탭의 필터계수를 셋팅할 수 있는 적응형 디지털 필터를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an adaptive digital filter capable of setting a filter coefficient of a center tap in digital processing.
본 발명의 또 다른 목적은 루프출력의 비이상적인 증가를 방지할 수 있도록 필터탭계수의 발산을 방지하는 적응형 디지털 필터를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an adaptive digital filter which prevents the divergence of filter tap coefficients to prevent an abnormal increase in loop output.
도 1은 통상의 적응형 디지털 필터의 구성도1 is a block diagram of a conventional adaptive digital filter
도 2는 종래의 적응형 디지털 필터의 구성도2 is a block diagram of a conventional adaptive digital filter
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 디지털 필터의 구성도3 is a block diagram of an adaptive digital filter in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 디지털 필터의 구성도4 is a block diagram of an adaptive digital filter according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적응형 디지털 필터 구성도5 is a block diagram of an adaptive digital filter according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 디지털 필터를 ASIC화한 예시도6 illustrates an ASIC of an adaptive digital filter according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 적응형 디지털 필터를 이용하여 등화기를 구성한 예시도7 is an exemplary view of configuring an equalizer using the adaptive digital filter of the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operation of the preferred embodiment of the present invention.
본 발명에서는 범용 디지탈필터의 동작과 같이 외부의 계수로딩 만으로 동작하게도 할 수 있다. 그리고 고스트제거기의 구현 예에서 나타낸 바와같이 DSP에서 별도의 계수를 구하고, 계수갱신부에 의해 갱신된 결과와 비교를 통해 발산 등의 방지를 위해 로딩하는 경우에 이용될 수 있다.In the present invention, it is possible to operate only by external coefficient loading like the operation of a general-purpose digital filter. And as shown in the implementation of the ghost eliminator can be used in the case of obtaining a separate coefficient in the DSP, and loading to prevent divergence, etc. by comparison with the result updated by the coefficient updater.
또한 최근 미국의 HDTV 전송규격으로 결정된 VSB방식에서는 1994년 2월에 Grand Alliance HDTV System Specifition, Submitted to the ACATS Technical Subgroup에서 발표된 바와 같이 초기 상태나 필요시에 필드 동기(Sync)에 존재하는 기준신호열을 이용하여 DSP에서 안정적으로 초기상태나 필요 상태의 계수를 구하여 루프를 구동시킬 필요가 있게 된다. 이와같은 경우 기존의 구조로는 안정적으로 초기상태나 필요상태의 계수를 구하여 루프를 구동시킬 수 없게 된다. 또한 NTSC 동시방송에 의한 동일채널 간섭을 제거하기 위해 이용되는 NTSC 제거필터(Rejection Filter:NRF)를 응용한 방법인 노치필터(notch filter)의 응용을 위해 채널등화기에 노치필터(notch filter)를 적용하는 것에도 이용될 수 있다. 매치필터(Matched filter)를 등화기(Equalizer)에서 구현하는 경우에도 이용될 수 있다.In addition, in the VSB method recently determined by the US HDTV transmission standard, the reference signal sequence present in the field sync (initial state or on-demand) is required as announced in the Grand Alliance HDTV System Specifition, Submitted to the ACATS Technical Subgroup in February 1994. It is necessary to drive the loop by using the DSP to stably obtain the coefficients of the initial state or the necessary state. In such a case, it is impossible to drive the loop by calculating the coefficient of the initial state or the necessary state stably with the existing structure. In addition, a notch filter is applied to the channel equalizer for the application of a notch filter, which is a method of applying the NTSC Rejection Filter (NRF) used to remove co-channel interference caused by NTSC simultaneous broadcasting. It can also be used for application. It can also be used when a matched filter is implemented in an equalizer.
또한 본 발명에서는 신호처리시 중심탭의 값을 1로 셋팅할 수 있도록 하였다. 즉, 신호경로상의 후단처리를 위해 중심탭의 필터계수가 1 이 되어야 하므로 이를 위한 기능을 부가했다.In the present invention, the value of the center tap can be set to 1 during signal processing. That is, since the filter coefficient of the center tap should be 1 for the post-stage processing on the signal path, a function for this is added.
이와 같은 적응형필터의 구현에서 대부분의 경우 동작속도를 높이기 위해 많은 래치(latch)들을 사용하는 방법에 대한 일례가 1993년 11월에 M. D. Meyer Agrawal, "A High sampling rate delayed LMS filters architecture," IEEE Trans. On Cicuits & Sytems, Vol. 40, NO,11, pp.727-729에 발표된 바 있다. 그러나, 이러한 구성은 과도한 하드웨어의 증가를 초래하며, 실제 구현에 있어서도 가산기(adder)등의 속도를 고려할 때 항상 바람직한 것은 아니다. 본 발명에서는 실제 구현에서의 각 소자들의 속도를 고려하여 최소의 하드웨어로 구현이 가능하도록 했다.An example of how to use a large number of latches to speed up the operation of the adaptive filter in most cases is described in November 1993 by MD Meyer Agrawal, "A High sampling rate delayed LMS filters architecture," IEEE. Trans. On Cicuits & Sytems, Vol. 40, NO, 11, pp. 727-729. However, such a configuration causes excessive hardware increase and is not always desirable in consideration of the speed of an adder or the like even in actual implementation. In the present invention, in consideration of the speed of each device in the actual implementation it can be implemented with a minimum of hardware.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 디지털 필터의 구성도이다.3 is a block diagram of an adaptive digital filter according to an embodiment of the present invention.
적응형필터의 계수갱신을 위한 루프내에 다수의 MUX M1-Mn을 두고, 다수의 MUX M1-Mn의 입력을 루프에 의한 적응적인 갱신에 의한 계수와 외부입력으로 하고, 계수선택모드(cmode)로 제어함으로써 계수로딩과 계수갱신을 연계시키도록 했다. 즉, 계수선택모드(cmode)에 의해 외부에서 입력된 계수가 루프의 초기값이 되므로, 사용자가 필요로 하는 시기에 필요한 값으로 적응계수를 초기화 할 수 있다. 이로써 앞서 설명한 여러 응용이 가능하게 된다.With a plurality of MUX M1-Mn in the loop for coefficient update of the adaptive filter, the inputs of the plurality of MUX M1-Mn are the coefficients by the adaptive update by the loop and the external input, and the coefficient selection mode (cmode) By controlling, the loading of coefficients and the updating of coefficients are linked. That is, since the coefficient input from the outside in the coefficient selection mode (cmode) becomes the initial value of the loop, the adaptive coefficient can be initialized to a value necessary at a time required by the user. This enables various applications as described above.
지연기 g1은 지연입력신호(udi)를 소정 클럭 지연시켜 출력한다. 승산기 f1은 지연기 g1으로부터 소정 클럭 지연된 출력데이타와 스텝싸이즈와 연산된 에러신호(u-err)를 승산하여 출력한다. 가산기 e1은 상기 승산기 f1의 출력신호와 지연기 d1으로부터 소정 클럭 지연된 신호를 가산하여 상기 MUX M1으로 출력한다. 상기 MUX M1은 설정된 계수값(ecoef1)과 상기 가산기 e1으로부터 출력된 신호를 계수선택모드(cmode)에 의해 하나를 선택하여 지연기 d1으로 출력한다. 상기 지연기 d1은 상기 MUX M1으로부터 출력된 신호를 소정 클럭지연시켜 계수갱신값을 승산기 an으로 출력한다.The delay g1 outputs the delayed input signal udi by a predetermined clock delay. The multiplier f1 multiplies the output data delayed by the predetermined clock delay, the step size and the calculated error signal u-err from the delay g1, and outputs the multiplier. The adder e1 adds an output signal of the multiplier f1 and a signal delayed by a predetermined clock from the delay d1 and outputs the result to the MUX M1. The MUX M1 selects one of the set coefficient value ecoef1 and the signal output from the adder e1 by the coefficient selection mode cmode and outputs it to the retarder d1. The delay unit d1 delays a signal output from the MUX M1 by a predetermined clock and outputs a coefficient update value to the multiplier an.
또한 상기 지연기 g1을 통해 소정 클럭 지연된 데이타는 지연기 g2-gn을 통해 각각 소정 클럭씩 지연되어 출력된다. 상기 지연기 g2-gn을 통해 소정 클럭씩 지연된 데이타는 각각 승산기f2-fn로 인가되며, 상기 승산기 f2-fn에서는 상기 지연기 g1-gn으로부터 각각 지연된 출력데이타와 스텝싸이즈 및 검출된 에러신호(u-err)를 각각 승산하여 MUX M2-Mn으로 출력한다. MUX M2-Mn에서는 설정된 다수의 계수값(ecoef2-ecoefn)과 상기 가산기 e2-en으로부터 출력된 신호를 계수선택모드(cmode)에 의해 하나를 각각 선택하여 지연기 d2-dn으로 출력한다. 상기 지연기 d2-dn은 상기 MUX M2-Mn으로부터 출력된 신호를 각각 소정 클럭지연시켜 계수갱신값을 승산기 a2-an으로 각각 출력한다. 이렇게 각각 필터탭별로 출력된 계수갱신값은 승산기 a1-an에 각각 인가되어 입력신호(di)와 승산되어 출력된다. 이때 가산기 b1-bn은 상기 승산기 a1-an으로부터 승산된 신호와 캐스케이드입력데이타(cascade data:cdi)를 각각 가산하여 출력하는데, 상기 가산기 b1로부터 출력된 신호는 지연기 c1-cn을 통해 각각 소정 클럭씩 지연되어 디지탈 필터링된 신호(do)를 출력하게된다. 지연입력신호 udi는 입력신호(di)가 소정클럭 만큼 지연된 신호이고 지연출력신호 udo는 상기 지연입력신호 udi를 설정된 필터탭수의 클럭만큼 최종 지연시킨 신호이다.Data delayed by a predetermined clock through the delay g1 is delayed and output by a predetermined clock through the delay g2-gn. Data delayed by a predetermined clock through the delay g2-gn is applied to the multiplier f2-fn, respectively, and in the multiplier f2-fn, the delayed output data, the step size and the detected error signal u are respectively delayed from the delay g1-gn. multiply each by -err) and output to MUX M2-Mn. In MUX M2-Mn, one of the set coefficient values ecoef2-ecoefn and the signal output from the adder e2-en is selected by the coefficient selection mode cmode and output to the delay unit d2-dn. The retarders d2-dn respectively delay the signals outputted from the MUX M2-Mn by predetermined clocks, and output the coefficient update values to the multipliers a2-an, respectively. The coefficient update values output for each filter tap are respectively applied to multipliers a1-an and multiplied by the input signal di to be output. In this case, the adders b1-bn add and output a signal multiplied by the multiplier a1-an and cascade input data (cdi), respectively. The signals output from the adder b1 are respectively clocked through the delayers c1-cn. Delayed each time to output a digital filtered signal (do). The delayed input signal udi is a signal in which the input signal di is delayed by a predetermined clock, and the delayed output signal udo is a signal in which the delayed input signal udi is finally delayed by a clock of a predetermined number of filter taps.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 디지털 필터의 구성도이다.4 is a block diagram of an adaptive digital filter according to another embodiment of the present invention.
도 4의 적응형 디지털 필터는 도 3의 구성과 동일하나 다수의 지연기 d1-dn과 다수의 승산기 a1-an사이에 라운더 r1-rn와 다수의 MUX N1-Nn을 각각 필터탭별로 연결하여 적응적으로 갱신되어 출력되는 계수의 라운딩 기능을 부가해서 발산을 방지한 구조를 갖는다. 여기서 라운딩은 적응계수의 크기를 일정값 이하로 제한하는 것으로, 통상 라운딩은 계수가 0.5를 넘지 못하도록 한다.The adaptive digital filter of FIG. 4 is the same as that of FIG. 3, but is adapted by connecting a rounder r1-rn and a plurality of MUX N1-Nn to each filter tap between a plurality of delay units d1-dn and a plurality of multipliers a1-an. It has a structure in which divergence is prevented by adding a rounding function of coefficients that are updated and output as a result. In this case, the rounding limits the size of the adaptive coefficient to a predetermined value or less. In general, the rounding prevents the coefficient from exceeding 0.5.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적응형 디지털 필터 구성도이다.5 is a block diagram of an adaptive digital filter according to another embodiment of the present invention.
MUX 40은 신호처리상의 후단처리를 위해 중심탭의 계수(centcon)를 1또는 0으로 셋팅할 수 있도록 한 것이다. 래치 51, 52는 신호 경로상에 실제 하드웨어 구현상의 지연 문제를 해결할 수 있도록 했다. 제1-제2 필터부 10, 20은 도 3 이나 도 4의 본 발명의 적응 디지탈필터를 포함하고 있다. 여기서 래치부 50은 두 개의 래치 51, 52로 이루어지며, 클럭타이밍에 여유가 있다면 없어도 되는 것이며, 추가될시에는 전체적으로 출력측에 1개 클럭의 지연으로 작용하게 된다. 이러한 다수의 래치는 트랜스포우즈(transpose)형태의 필터구조에서 입력신호(di)의 타이밍에 도움을 준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 디지털 필터를 ASIC화한 예시도이다.6 is an exemplary diagram of ASIC of an adaptive digital filter according to an embodiment of the present invention.
마이크로 프로세서 100은 계수선택모드(cmode)나 설정된 계수값(ecoef) 및 스텝싸이즈를를 제공한다. 스텝싸이즈에러 연산부 102는 에러신호와 상기 마이크로 프로세서 100으로부터 출력된 스텝싸이즈를 곱셈하여 출력한다. 적응형 디지털 필터 108은 입력신호를 적응적으로 디지털 필터링한다. 래치 104, 106, 110, 112는 상기 적응형 디지털 필터 108의 입출력측에 연결하여 타이밍을 맞추기 위해 사용하며, 여기서는 외부에서의 계수 입력을 위한 인터페이스부를 두고 있다. 이러한 인터페이스는 병렬 또는 직렬처리로 구현이 가능하며, 일반적으로 많이 사용되므로 여기서 설명을 생략한다. (이에 대해서는 참고문헌은 ZR33072 72-TAP Video-Rate Digital Filter, ZORAN Data Book에 상세히 게시되어 있다. 에러(error)입력과 스텝싸이즈(step_size)의 곱셈은 일반적으로 시프트회로(shift Circuit)를 이용하여 간략화할 수 있다. 즉, 스텝싸이즈(step_siz)를 시프트(shift)양으로 할당하고 곱셈연산을 가변시프트(variable shift)로 대체하면 된다.The
도 6에서 마이크로프로세서 인터페이스를 생략하여 칩구현을 간략화할 수 있으며, 이것은 마이크로 인터페이스부가 많은 하드웨어를 점유하기 때문에 간략화된 칩의 구현이 필요할 때 유용한 구조가 되며, 내부 계수를 사용하는 것과 같은 결과를 갖게 된다.(cmode=1).The chip implementation can be simplified by omitting the microprocessor interface in FIG. 6, which is a useful structure when a simplified chip implementation is needed because the micro interface part occupies a lot of hardware, and has the same result as using an internal coefficient. (Cmode = 1).
이와같은 적응필터들은 적응제어기나 등화기 등 적응알고리즘이 이용되는 분야에서 사용된다. 여기서는 등화기에 대한 예를 들어 설명한다. 설명의 용이성을 위해 도 6을 다수 연결하여 등화기를 구현하는 것에 대해서만 설명한다. 기본적으로 도 3 내지 도 7의 구조 모두가 단일 또는 다수를 이용하여 등화기의 구현이 가능하다. 이와같이 구성한 등화기의 예를 도 7에 나타내었다. 궤환부를 갖는 등화기도 동일한 방법으로 구현이 가능하다.Such adaptive filters are used in fields in which adaptive algorithms such as adaptive controllers or equalizers are used. Here, an example of the equalizer will be described. For ease of explanation, only the implementation of the equalizer by connecting a plurality of Fig. 6 will be described. Basically, all of the structures of FIGS. 3 to 7 can implement the equalizer using a single or multiple. An example of the equalizer configured in this way is shown in FIG. 7. Equalizers with feedback can also be implemented in the same way.
여기서 타이밍(timing matching)은 수학식 1이나 수학식 2의 x와 e의 타이밍을 맞추기 위한 것으로 각 칩블럭마다 3탭(center tap과 관련된 래치를 생략할 경우 2개)의 지연이 있기 때문에 3*N개 만큼의 지연된 입력신호(udi)에 입력시켜야 한다. 이를 간단히 하기 위해서는 #N의 cdo출력을 #N의 지연된 입력신호(udi)에 연결해도 된다. 도 7의 예는 센터(center tap)을 두 번째 칩블럭에 설정하고, 나머지 계수를 라운딩하는 N탭(tap) 등화기이다. 이러한 값들은 필요에 따라 바꿀 수 있다. 에러검출기(Error detector)는 기준신호가 있을 경우는 기준신호와 출력간의 차를 이용하여 에러를 검출한다. 또한, 디지탈 통신등에서는 입력신호의 판정에러를 이용하기도 한다. 통상 많이 이용되는 디시젼 피드백 등화기(decision feedback equalizer)도 동일한 방법으로 구현이 가능하다.The timing (timing matching) is 3 * Because of the delay of (2 If possible, include a latch associated with the center tap) 3 tabs each chip block by aligning the formula (1) or the timing of the x and e Equation (2) It should be input to N delayed input signals (udi). To simplify this, you can connect the cdo output of #N to the delayed input signal (udi) of #N. The example of FIG. 7 is an N tap equalizer that sets the center tap to the second chip block and rounds the remaining coefficients. These values can be changed as needed. If there is a reference signal, an error detector detects an error by using a difference between the reference signal and the output. In digital communication, an error in determining an input signal may be used. Decision feedback equalizers, which are commonly used, can be implemented in the same manner.
상술한 바와같이 본 발명은, 적응형 디지털 필터에서 계수갱신 루프를 외부의 계수로딩과 연계시켜 동작시키고 중심탭 설정과 계수의 발산을 방지하며, 필드동기에 존재하는 기준신호열을 이용하여 안정적으로 초기상태나 필요상태의 계수를 구하여 루프를 구동시킬 수 있다, 또한 적응형 디지털 필터에서 루프출력의 비이상적인 증가를 막기위해 발산을 방지할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention operates the coefficient update loop in conjunction with external coefficient loading in the adaptive digital filter, prevents the center tap setting and the divergence of coefficients, and uses the reference signal sequence existing in the field synchronization to stably initialize the present invention. The loop can be driven by obtaining the coefficient of the state or the required state, and there is also the advantage of preventing divergence in order to prevent the non-ideal increase of the loop output in the adaptive digital filter.
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