KR100279525B1 - 측대역 전치 필터쌍을 이용한 cap 방식을 위한 심볼 타이밍복원 장치 - Google Patents

측대역 전치 필터쌍을 이용한 cap 방식을 위한 심볼 타이밍복원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CAP(Carrierless AM/PM) 방식을 사용한 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)이나 VDSL(Very High-Rate Digital Subscriber Line)등의 고속의 통신 시스템에서 정확한 데이터 복원을 위하여 보통의 통신 시스템에서 사용하는 자승기를 이용하여 타이밍 정보를 얻는 대신에, 이를 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)과 곱셈기를 사용하여 타이밍 정보를 얻어냄으로써, 심볼 전송 속도의 4배 클럭(Clock)을 사용하여 디지털 신호 처리로 심볼 타이밍을 복구할 수 있도록 한 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치에 관한 것으로서, 주파수 대역을 확장하는 자승기 대신에 측대역 전치 필터쌍의 곱셈기를 사용 주파수 대역의 확장을 막아 샘플링 주파수를 심볼 주파수의 4배를 사용하더라도 샘플링에 의한 신호 중첩없이 타이밍을 얻을 수 있으며, 또한 전송된 신호에서 저대역과 고대역으로 각각 필터링하여 타이밍 정보를 얻는데 불필요한 대역을 제거한 후 필터링된 두 신호를 곱하여 심볼 타임의 정보를 얻기 때문에, 필터링을 함으로 인해 데이터의 특정 패턴에서 발생하는 타이밍 잡음(Timming Jitter)를 줄일 수 있는 것이다.

Description

측대역 전치 필터쌍을 이용한 ＣＡＰ 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치
본 발명은 심볼 타이밍 복원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CAP(Carrierless AM/PM) 방식을 사용한 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)이나 VDSL(Very High-Rate Digital Subscriber Line)등의 고속의 통신 시스템에서 정확한 데이터 복원을 위하여 보통의 통신 시스템에서 사용하는 자승기를 이용하여 타이밍 정보를 얻는 대신에, 이를 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)과 곱셈기를 사용하여 타이밍 정보를 얻어냄으로써, 심볼 전송 속도의 4배 클럭(Clock)을 사용하여 디지털 신호 처리로 심볼 타이밍을 복구할 수 있도록 한 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 통상 전화 회선으로 사용되는 비 실드 트위스트페어선(unshielded twisted-pair : UTP)을 고속 통신 시스템의 전송로로 사용할 경우에는 이를 통해 전송되어진 신호가 채널의 특성과 고속의 데이터 전송에 의해 크게 왜곡되어지는 경우가 발생하며, 이러한 신호에서 정확한 데이터를 복원하기 위해서는 먼저 정확한 심볼 타이밍을 복원하는 것이 매우 중요하다.
또한, 전체 시스템의 크기를 줄이고 전체 시스템의 생산 비용을 줄이기 위해 여러 기능의 블록을 하나의 IC에 통합해 가는 것에 관심이 커져 가는 최근의 경향을 생각해 볼 때, 심볼 타이밍 복원 블록도 기존 디지털로 구현되어진 채널 등화기와 같은 데이터 복원 블록과 통합하여 하나의 IC로 구현되어야 함은 타당할 것이다. 이와 같은 사실로부터 심볼 타이밍 복원 블록도 디지털로 구현되어짐이 바람직함을 알 수 있다.
한편, CAP(Carrierless AM/PM)방식은 신호의 진폭을 변화를 주어 동위상(In-Phase)과 직교 위상(Quadrature-Phase)에 데이터를 보내는 방식으로 QAM(Quadrature Amplifier Modulation)과 비슷한 방식이나 심볼 주파수와 동위상과 직교 위상을 섞기 위한 신호의 중심 주파수가 정수배가 아닌 예를 들어 0.8배와 같은 실수배를 취하는 방식으로 신호를 만드는데, 단지 파형 형성 필터(Pulse Shaping Filter)만을 사용하는 것을 특징으로 하며, 현재 많은 관심을 모으는 고속의 DSL(Digital Subscriber Line)에 사용되는 한 방식으로 16-CAP방식 등이 존재한다.
다른 한편, 종래의 낮은 속도의 DSL이나 CAP과 비슷한 형태의 신호 변조 방법인 QAM 방식의 통신 시스템에서는 자승기를 이용하여 심볼 타이밍의 정보를 얻어 왔는데, 이는 디지털로 구현시에 신호를 자승함으로 인해 신호의 주파수 대역이 넓게 퍼지게 되고 이로 인하여 신호의 샘플링에 심볼 주파수의 4배 주파수보다도 더 높은 주파수를 가지는 클럭이 필요하게 된다.
따라서, 고속 통신 시스템에 이를 적용할 경우 디지털 구현에서 다루기 힘든 주파수 영역의 샘플링 주파수를 요구하게 되며, 다시 말해 기존의 방법은 고속 통신 시스템에 적용 하기에는 부적합한 문제점이 있었다.
다른 한편, 대한민국 특허출원 제96-15472호에서는 입력되는 아날로그 신호를 그에 상응하는 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 신호를 전치 필터링하여 심볼 주파수를 추출하기 위한 성분만을 출력하는 전치 필터와, 전치 필터에서 출력된 위상차 신호를 발생하는 위상 비교부에서 출력된 위상차 신호를 정규화하여 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 클럭 조절 신호로 출력하는 정규화부를 포함하는 데이터 송수신 시스템의 타이밍 복원 장치를 제공하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 타이밍 복원 장치에서는 전송 신호가 상술한 CAP 방식으로 신호가 변조되어 있는 경우에는, 정확한 심볼 타이밍을 복원할 수 없는 구조를 가지고 있다.
따라서, 본 발명에서는 CAP 방식을 사용하는 고속 통신 시스템에 적합하며 테이터 복원 블록과의 통합이 가능하도록 심볼 주파수의 4배의 주파수의 클럭을 사용하여 심볼 타이밍을 복원할 수 있는 방안을 모색하게 되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 CAP 방식을 사용하는 고속 통신 시스템에서 테이터 복원시, 데이터 복원 블록과의 통합이 가능하도록 하고 심볼 주파수의 4배의 주파수의 클럭을 사용하여 심볼 타이밍을 정확하게 복원할 수 있도록 한 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 심볼 타이밍 복원 장치에 대한 블록도.
도 2a는 저대역 전치 필터의 주파수 영역 특성 그래프.
도 2b는 저대역 전치 필터링된 신호의 주파수 특정 그래프.
도 2c는 고대역 전치 필터의 주파수 영역 특성 그래프.
도 2d는 고대역 전치 필터링된 신호의 주파수 특정 그래프.
도 3은 심볼 타이밍 정보 추출에 대한 개념도.
도 4a, 4b는 도 1의 동작 특성 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 아날로그/디지털 변환부 20 : 측대역 전치 필터쌍
21 : 저대역 전치 필터 22 : 고대역 전치 필터
30 : 곱셈기 40 : 대역 통과 필터
50 : 제 1 위상 감지기 60 : 루프 필터
70 : 전압 제어 발진기 80 : 제 2 위상 감지기
본 발명에 따른 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치는, 전송 신호를 샘플링 클럭에 의거하여 샘플링하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부와, 아날로그/디지털 변환부로부터의 출력 신호의 저대역에서 심볼 타이밍 정보를 필터링하여 출력하는 저대역 전치 필터와 아날로그/디지털 변환부로부터의 출력 신호의 고대역에서 심볼 타이밍 정보를 필터링하여 출력하는 고대역 전치 필터로 이루어진 측대역 전치 필터쌍과, 저대역 전치 필터와 고대역 전치 필터의 출력 신호를 곱하여 출력하는 곱셈기와, 곱셈기로부터 출력되는 신호에서 정확한 주파수 정보를 얻기 위하여 대역 필터링하여 출력하는 대역 통과 필터와, 대역 통과 필터로부터의 신호에서 위상을 감지하여 원하는 값을 취하여 출력하는 제 1 위상 감지기와, 제 1 위상 감지기를 거쳐서 페루프를 정상 유지하기 위한 루프 필터로부터의 신호에 의거하여 샘플링 클럭을 발생하는 전압 제어 발생기를 포함하여, 자승기 대신에 측대역 전치 필터쌍과 곱셈기를 사용하여 주파수 대역의 확장을 막아 샘플링 주파수를 심볼 주파수의 4배를 사용하더라도 샘플링에 의한 신호 중첩없이 타이밍을 얻을 수 있으며, 또한 데이터의 특정 패턴에서 발생하는 타이밍 잡음(Timming Jitter)을 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치의 블록도로서, 아날로그/디지털 변환부(10), 저대역 전치 필터(21)와 고대역 전치 필터(22)로 이루어진 측대역 전치 필터쌍(20), 곱셈기(30), 대역 통과 필터(40), 제 1, 2 위상 감지기(50,80), 루프 필터(60) 및 전압 제어 발진기(70)를 포함한다.
이러한 구성에 있어서, 아날로그/디지털 변환부(10)는 후술하는 전압 제어 발진기(70)로부터 인가되는 샘플링 클럭에 의거하여 인가되는 전송 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
그리고, 측대역 전치 필터쌍(20)은 저대역 전치 필터(21)와 고대역 전치 필터(22)로 이루어지며, 저대역 전치 필터(21)는 아날로그/디지털 변환부(10)로부터 인가되는 디지털 신호를 저대역 전치 필터링하여 저대역의 심볼 타이밍 정보를 출력하며, 고대역 전치 필터(22)는 아날로그/디지털 변환부(10)로부터 인가되는 디지털 신호를 고대역 전치 필터링하여 고대역의 심볼 타이밍 정보를 출력한다.
또한, 곱셈기(30)는 저대역 전치 필터(21)와 고대역 전치 필터(22)로부터의 전송 신호의 주파수 대역에서의 양측파대를 각각 필터링한 두 신호를 곱하여 심볼 타이밍 정보를 출력하게 된다.
그리고, 대역 통과 필터(40)는 곱셈기(30)로부터의 심볼 타이밍 정보를 필요한 심볼 주파수를 정확히 얻기 위하여 필터링하여 출력한다.
또한, 제 1 위상 감지기(phase detector, 50)는 대역 통과 필터(40)로부터의 신호에서 심볼 타이밍 위상을 감지하여 심볼 주파수의 4배의 주파수를 갖는 정현파를 디지털화(샘플링)한 값을 출력한다.
한편, 루프 필터(loop filter, 60)는 폐루프 상태를 정상 상태로 유지하며, 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator : VCO , 70)는 루프 필터(60)를 통하여 제 1 위상 감지기(50)로부터 인가되는 심볼 주파수의 4배의 주파수를 샘플링 클럭으로 아날로그/디지털 변환부(10)로 인가한다.
그리고, 제 2 위상 감지기(80)는 아날로그/디지털 변환기(10)로부터 인가되는 디지털 신호(샘플링 신호)를 도시 생략된 데이터 복원 블록으로 출력한다.
다음에, 상술한 구성을 갖는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치의 동작 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 수신된 신호는 전압 제어 발진기(70)로부터의 샘플링 클럭에 의거하여 아날로그/디지털 변환기(10)에서 최대 심볼 주파수의 4배의 주파수로 샘플링되어 제 2 위상 감지기(80)를 통하여 도시 생략된 데이터 복원 블록으로 인가되며, 이때 샘플링 클럭의 근거가 되는 심볼 타이밍이 복원되는 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 2a, 도 2c에 보여지는 주파수 응답 특성을 각각 가지는 저대역 전치 필터(21)와 고대역 전치 필터(22)로 이루어진 측대역 전치 필터쌍(20)을 통과하게 되면, 그 결과로 필요한 심볼 타이밍 정보가 전송 신호의 주파수 대역에서의 양 측면이 역시 도 2b, 도 2d에 보여지는 것처럼 각각 필터링되어 곱셈기(30)의 양 입력에 들어오게 된다.
종래의 자승기를 통한 심볼 타이밍 복원에서 타이밍 정보는 도 3에서 색칠되어진 영역의 면적에 비례하여 얻어진다. 즉, 종래의 방법은 이러한 타이밍 정보를 얻기 위해 자승기를 이용하였지만, 본 발명에서는 필터링된 두 신호를 곱하면 주파수 대역에서 종전의 방법에서 타이밍 정보를 주는 영역을 거의 동일하게 얻을 수 있게 되는 것이다.
이는 결국 주파수 대역을 확장하지 않고서 타이밍 정보를 얻을 수 있으며 신호를 미리 필터링함으로 인해 타이밍 잡음을 줄일 수 있게 되는 것이다.
다음에, 곱셈기(30)로 인가된 불필요한 대역이 제거된 양 필터링 신호, 즉 타이밍 정보는 곱셈기(30)에서 곱하여져 심볼 타이밍 정보를 대역 통과 필터(40)로 출력하게 된다.
한편, 곱셈기(30)로부터 인가된 심볼 타이밍 정보가 대역 통과 필터(40)에서 대역 통과 필터링되어 보다 정확한 타이밍 정보(주파수)가 제 1 위상 감지기(50)로 출력되면, 최대 심볼 주파수의 4배에 해당하는 주파수를 가지는 정현파를 샘플링한 값을 제 1 위상 감지기(50)에서 출력하게 되어, 루프 필터(60)와 전압 제어 발진기(70)를 통하여 즉, 타이밍 복원 블록의 페루프가 매 4k 번째의 샘플로 동작되어 가장 안정적이며 최적의 타이밍인 샘플링 클럭을 얻을 수 있게 된다.
도 4a, 4b는 도 1의 동작 특성 그래프로서, 동 그래프에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 타이밍 복원 장치는 정확한 타이밍을 안정되게 얻을 수 있음을 보여 준다.
도 4a는 본 타이밍 복원 장치가 정확한 타이밍을 얻는 과정을 보여 주고 있고, 안정 상태에서는 타이밍 잡음이 적음을 또한 보여 주고 있다. 도 4b는 본 타이밍 복원 장치를 16-CAP으로 변조된 신호에 적용한 것으로 본 타이밍 복원 장치로 얻은 타이밍에 샘플링(Sampling)된 데이터가 복원된 것을 보여준다.
여기서는 비 실드 트위스트페어선(UTP) 선의 잡음 및 손실 등의 특성을 첨가하여 본 발명에 따른 심볼 타이밍 복원 장치를 적용해서 타이밍을 복원하여 보면 안정적인 타이밍을 얻을 수 있음과, 아울러 전송로 등화 등을 통하면 정확한 데이터를 복원할 수 있음을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 주파수 대역을 확장하는 자승기 대신에 측대역 전치 필터쌍의 곱셈기를 사용 주파수 대역의 확장을 막아 샘플링 주파수를 심볼 주파수의 4배를 사용하더라도 샘플링에 의한 신호 중첩없이 타이밍을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 전송된 신호에서 저대역과 고대역으로 각각 필터링하여 타이밍 정보를 얻는데 불필요한 대역을 제거한 후 필터링된 두 신호를 곱하여 심볼 타임의 정보를 얻기 때문에, 필터링을 함으로 인해 데이터의 특정 패턴에서 발생하는 타이밍 잡음(Timming Jitter)를 줄일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. CAP(Carrierless AM/PM) 방식을 이용하는 고속의 통신 시스템에 있어서,
    전송 신호를 샘플링 클럭에 의거하여 샘플링하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부(10)와;
    상기 아날로그/디지털 변환부(10)로부터의 출력 신호의 저대역에서 심볼 타이밍 정보를 필터링하여 출력하는 저대역 전치 필터(21)와, 상기 아날로그/디지털 변환부(10)로부터의 출력 신호의 고대역에서 심볼 타이밍 정보를 필터링하여 출력하는 고대역 전치 필터(22)로 이루어진 측대역 전치 필터쌍(20)과;
    상기 저대역 전치 필터(21)와 고대역 전치 필터(22)의 출력 신호를 곱하여 출력하는 곱셈기(30)와;
    상기 곱셈기(30)로부터 출력되는 신호에서 정확한 주파수 정보를 얻기 위하여 대역 필터링하여 출력하는 대역 통과 필터(40)와;
    상기 대역 통과 필터(40)로부터의 신호에서 위상을 감지하여 원하는 값을 취하여 출력하는 제 1 위상 감지기(50)와;
    상기 제 1 위상 감지기(50)를 거쳐서 페루프를 정상 유지하기 위한 루프 필터(60)로부터의 신호에 의거하여 상기 샘플링 클럭을 발생하는 전압 제어 발생기(70)를 포함하는 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 위상 감지기(50)는 심볼 주파수의 4배 주파수위상을 얻기 위한 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 측대역 전치 필터쌍(Single-sided Prefilter Pair)을 이용한 CAP 방식을 위한 심볼 타이밍 복원 장치.
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