KR100464366B1 - 순방향 오류 정정 장치 및 방법 - Google Patents

순방향 오류 정정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가. 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 순방향 오류 정정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 가변 코드 길이에 대한 순방향 오류 정정 장치 및 방법에 관한 것이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
본 발명의 목적은 전송률이 서로 다른 신호들에 대한 순방향 오류 정정이 가능한 순방향 오류 정정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
다. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 임의의 전송률을 가지는 신호가 수신될 시 상기 수신된 신호의 저주파 성분만을 출력하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터의 출력신호의 에너지 값을 직류 전압 값으로 환산하는 교류 전력 측정부와, 지수함수적으로 변화하는 상기 교류 전력 측정부로부터 출력되는 직류 전압 값을 대수함수적으로 변환하여 디지털 신호처리부로 출력하는 대수 증폭부와, 상기 직류 전압 값의 크기에 따라 상기 수신된 신호의 전송률을 결정하고 상기 전송률에 따른 클럭을 생성시키도록 하는 제어신호를 클럭 생성부로 출력하는 디지털 신호처리부와, 상기 제어신호에 따른 클럭을 생성하여 순방향 오류 정정부로 출력하는 클럭 생성부와, 상기 클럭을 입력받아 상기 수신된 신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행하는 순방향 오류 정정부를 포함함을 특징으로 하는 순방향 오류 정정 장치를 제안한다.
라. 발명의 중요한 용도
신호 전송 시 순방향 전송 에러를 정정하기 위해 사용된다.

Description

순방향 오류 정정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FORWARD ERROR CORRECTION}
본 발명은 순방향 오류 정정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 가변 코드 길이에 대한 순방향 오류 정정 장치 및 방법에 관한 것이다.
멀티미디어에 대한 수요가 급증함에 따라 대용량의 전송 시스템에 대한 요구가 커지고 있다. 대용량 전송 시스템에서는 신호 전송 과정에서 생긴 오류를 검출하고 수정하여 신호를 원래의 상태로 복원하는 작업을 수행하기 위한 순방향 오류 정정(FEC; Forward Error Correction)이 특히 강조된다. 현재 이미 여러 종류의 순방향 오류 정정 장치들이 제안되어 칩(chip)으로 구현되어 있다. 현재 상기 상용화되어 있는 순방향 오류 정정 장치들의 경우, 채택하고 있는 알고리즘에 따라 각각 페이로드에 부가되는 오버헤드의 길이가 다를 수 있으며, 결과적으로 오류 정정을 수행할 수 있는 전송률(transmission rate)도 각각 다르게 된다. 따라서 서로 다른 전송률을 갖는 순방향 오류 정정 칩들이 사용된 광 네트워크들 간에는 상호 신호 교환이 불가능하게 되는 현상이 발생한다.
도 1은 종래 기술에 따른 도면으로, 고정된 전송률만을 처리할 수 있는 순방향 오류 정정 장치의 구성도이다.
상기 도 1에 도시된 순방향 오류 정정 장치는 전단 증폭부(PIN/PreAmp)(100), 증폭부(Limiting Amplifier)(110), 순방향 오류 정정부(Forward Error Correction module)(120), 클럭 생성부(Clock Box)(150), 제어부(Controller)(140), EAM-LD(130)로 이루어진다. 상기 전단 증폭부(100) 및 증폭부(110)는 입력되는 신호들을 증폭한다. 순방향 오류 정정부(120)는 클럭 생성부(150) 및 제어부(140)의 제어에 따라 입력 신호들에 대한 순방향 오류 정정을 수행한다. 제어부(140)는 특히 클럭 생성부(150) 및 순방향 오류 정정부(120)를 제어한다. EAM-LD(130)는 상기 순방향 오류 정정부(120)에서 오류 정정된 신호를 광신호로 변환해 준다.
통상적으로 시스템에서 전송되는 신호들은 미리 결정된 전송률로 송수신되며, 제어부(140)는 상기 결정된 전송률을 미리 클럭 생성부(150)에 설정해준다. 상기 클럭 생성부(150)는 상기 결정된 전송률에 해당하는 클럭을 생성한다. 상술한 바와 같이 현재 상용화되어 있는 순방향 오류 정정 장치의 경우 그 동작대상이 되는 신호의 전송률이 미리 결정되어 있기 때문에 전송률이 다른 신호가 입력될 경우 데이터 프레임을 인지하지 못하거나, 상기 전송률이 다른 신호가 입력될 경우 동기화를 이루기 위해 설정된 전송률을 수동으로 변경해야 한다는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 전송률이 서로 다른 신호들에 대한 순방향 오류 정정이 가능한 순방향 오류 정정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 수신되는 신호의 전송률을 자동으로 감지하고 상기 신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행하는 순방향 오류 정정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 임의의 전송률을 가지는 신호가 수신될 시 상기 수신된 신호의 저주파 성분만을 출력하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터의 출력신호의 에너지 값을 직류 전압 값으로 환산하는 교류 전력 측정부와, 지수함수적으로 변화하는 상기 교류 전력 측정부로부터 출력되는 직류 전압 값을 대수함수적으로 변환하여 디지털 신호처리부로 출력하는 대수 증폭부와, 상기직류 전압 값의 크기에 따라 상기 수신된 신호의 전송률을 결정하고 상기 전송률에 따른 클럭을 생성시키도록 하는 제어신호를 클럭 생성부로 출력하는 디지털 신호처리부와, 상기 제어신호에 따른 클럭을 생성하여 순방향 오류 정정부로 출력하는 클럭 생성부와, 상기 클럭을 입력받아 상기 수신된 신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행하는 순방향 오류 정정부를 포함함을 특징으로 하는 순방향 오류 정정 장치를 제안한다.
도 1은 종래 기술에 따른 도면으로, 고정된 전송률만을 처리할 수 있는 순방향 오류 정정 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 도면으로, 가변 코드 길이에 대한 순방향 오류 정정 장치의 구성도이다.
도 3은 비영복귀 형태의 신호를 도시하는 도면
도 4는 주파수와 전력밀도와의 관계를 도시하는 도면
도 5는 저역통과필터 통과 후의 신호의 전력 스펙트럼을 도시하는 도면
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
본 발명에서는 서로 다른 순방향 오류 정정 전송률을 가지는 신호들의 전송률을 자동으로 감지함으로써 전송률에 무관하게 순방향 오류 정정 기능을 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제안한다. 이를 위해 본 발명에서는 자동 전송률 판단 회로 및 디지털 신호처리 회로를 적용하여 구현한 순방향 오류 정정 장치 및 방법을 제안한다.
하기에서 기술하는 본 발명에서는 상기 가변 전송률에 대해 동작할 수 있는 순방향 오류 정정 장치를 구현하기 위해 신호들의 에너지 특성을 이용한다. 동일한 저역통과필터를 통해 필터링 할 시 전송률이 낮은 신호일수록 필터링된 신호의에너지량이 크다는 점에 착안한 것이다. 즉, 상기 신호의 에너지량을 구하고, 그 구해진 에너지량에 따라 신호의 전송률을 계산하여 상기 순방향 오류 정정 장치가 동작할 전송률을 설정한다. 그 결과 상기 순방향 오류 정정 장치는 각각 전송률이 다른 모든 입력 신호에 대해서 동작 가능하게 된다. 이하 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 도면으로, 가변 전송률을 가지는 신호에 대한 순방향 오류 정정 장치의 구성도이다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안되는 순방향 오류 정정 장치는 전단 증폭부(PIN/PreAmp)(100), 증폭부(Limiting Amplifier)(110), 저역통과필터(Low Pass Filter; LPF)(200), 교류 전력 측정부(AC Power Meter)(210), 대수 증폭부(Logarithm Amplifier)(220), 디지털 신호처리(Digital Signal Processing; DSP)부(230), 클럭 생성부(Clock Box)(150), 순방향 오류 정정부(Forward Error Correction Module)(120)로 구성된다. 상기 전단증폭부(100)는 신호를 네트워크로부터 입력되는 신호를 증폭한다. 증폭부(110)는 상기 전단 증폭부(100)로부터 입력되는 신호를 다시 증폭한다. 저역통과필터(200)는 상기 증폭부(110)로부터 입력되는 신호의 고주파 성분을 차단하고 저주파 성분만을 통과시킨다. 교류 전력 측정부(210)는 상기 저역통과필터(200)에서 저역 여파된 신호의 에너지 값을 직류 전압 값으로 환산한다. 대수 증폭부(220)는 상기 지수함수적으로 변화하는 직류 전압 값을 대수함수적으로 변화하는 값, 즉, 선형적인 값으로 변환한다. 상기 대수 증폭부(220)는 특히, 증폭차가 큰 입력신호에 대해서 포화됨이 없이 증폭하는 장치로써, 입력과 출력과의 관계를 대수관계로 하고, 출력 파형의 왜곡이 적게 한다. 상기와 같이 출력 파형의 왜곡이 적으므로 상기 대수 증폭부(220)를 이용함으로써 좀 더 안정적인 출력신호를 얻을 수 있게 된다. 디지털 신호 처리부(230)는 상기 대수 증폭부(220)의 출력신호를 입력받아 각각의 전송률에 따른 차이를 변환된 직류 전압의 형태로 인식하고, 상기 전송률에 해당하는 클럭을 생성하도록 하는 제어 신호를 클럭 생성부(150)로 출력한다. 상기 디지털 신호처리부(230)는 종래의 제어부(140)의 역할을 함께 수행한다. 클럭 생성부(150)는 상기 디지털 신호처리부(230)로부터 입력받은 제어 신호에 따라 해당 클럭을 생성하고 이를 순방향 오류 정정부(120)로 출력한다. 순방향 오류 정정부(120)는 상기 클럭을 이용하여 상기 증폭부(110)로부터 입력받은 신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행한다. EAM-LD(130)는 상기 순방향 오류 정정부(120)에서 오류 정정된 신호를 광신호로 변환해 준다.
상기 도 2의 전단 증폭부(100)에 수신되는 신호는 비영복귀(Non Return To Zero; NRZ) 포맷을 OOK(ON-OFF KEYING) 방식으로 변조한 기저대역 신호이다. 상기 수신된 신호는 전단 증폭부(100)의 광 수신기에서 비영복귀 신호로 변환된 후 하기의 도 3과 같은 형태를 가지는 신호로 그 파형이 정형(reshaping)된다.
도 3은 시간영역에서의 신호형태를 도시한 도면으로, 비영복귀 형태의 신호를 도시하는 도면이다.
상기 도 3과 같은 형태로 정형된 신호는 증폭부(110)에서 증폭되어 순방향 오류 정정부(120) 및 저역통과필터(200)로 출력된다. 상기 증폭부(110)는 특히 제한 증폭기(Limiting Amplifier)로 구현될 수 있다. 상기 도 3에 도시된 형태로 정형된 신호의 전력 밀도는 하기 도 4에 도시된 바와 같다. 한편, 퍼시발(Parseval) 정리에 의해 특정 신호의 시간영역(Time Domain)에서의 총 전력은 주파수 영역(Frequency Domain)에서의 총 전력과 같게 된다. 그러므로, 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 고려할 수도 있다.
도 4는 주파수 영역에서의 신호 형태를 도시하는 도면으로, 신호의 주파수와 전력 밀도와의 관계를 도시하는 도면이다.
상기 도 4는 상기 도 3의 시간 영역에서 도시된 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 도시한 것이다. 즉, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 신호는 동일한 신호이다. 상기 신호의 변환은 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 이루어질 수 있다. 상기 도 4에 도시된 신호가 상기 증폭부(110)에서 출력되어 저역통과필터(200)로 입력된다. 상기 신호가 저역통과필터(200)를 통과하면, 즉 시간 축에서 컨벌루션되면, 컨벌루션 정리(Convolution Theory)에 의해 그 통과된 신호는 하기의 도 5에 도시된 것처럼 저역통과필터(200)와 신호간의 곱이 된다. 상기 저역통과필터(200)는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 저역통과필터(200)로 8차 버터워스 필터(8-Order Butterworth Filter)를 사용하였다. 또한, 상기 저역 여파된 저주파 신호를 사용해 제어함으로써 그 제어가 용이해진다. 상기 저역통과필터(200)의 컷오프(Cutoff) 주파수를 조절하여 백색잡음의 영향을 최소화 할 수 있다. 저역통과필터를 사용할 시의 신호 특성에 대한 사항들은 일반적인 것들이므로 기술하지 않는다.
도 5는 저역통과필터를 통과한 후의 신호의 전력 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
상기 도 5의 fL은 저역통과필터(200)의 컷오프(cutoff) 주파수이다. 통상적으로 주파수(본 발명에서는 전송률)가 낮은 신호일수록 그 에너지가 저주파 영역에 집중되어 있으므로, 임의의 신호의 전송률과 그 신호를 저역 여파한 후의 에너지 값은 반비례하게 된다. 즉, 상기 저역 여파된 신호의 에너지 값을 계산함으로써 그 신호의 전송률을 계산할 수 있다. 상기 저역 여파된 신호는 교류 전력 측정기(210)에 입력되고, 상기 교류 전력 측정기(210)에서 그 에너지 값이 직류 전압으로 환산된다. 대수 증폭부(220)는 상기 지수함수적으로 변화하는 직류 전압을 선형적으로 변화시킨다. 상기 대수 증폭부(220)의 출력신호는 디지털 신호처리부(230)로 입력된다. 상기 디지털 신호처리부(230)는 상기 직류 전압의 크기 등에 따른 형태로써 각각의 신호의 전송률의 차이를 인식한다. 디지털 신호처리부(230)는 상기 인식한 전송률에 따른 클럭을 생성하도록 하는 제어신호를 클럭 생성부(150)로 출력한다. 상기 제어신호를 수신한 클럭 생성부(150)는 상기 제어신호가 지시하는 클럭을 생성하여 순방향 오류 정정부(120)로 출력한다. 즉, 상기 클럭 생성부(150)가 상기 디지털 신호처리부(230)의 제어에 의해 출력하는 클럭은 순방향 오류 정정부(120)가 증폭부(110)로부터 입력받은 신호의 전송률과 일치하게 된다. 그러므로 순방향 오류 정정부(120)는 상기 클럭을 이용하여 상기 증폭부(110)로부터 입력받은 신호의 데이터 프레임을 인식하여 전송과정에서 발생한 오류를 수정하게 된다. 그에 따라 상기 순방향 오류 정정부(120)는 수신되는 신호의 전송률에 관계없이 수신신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행할 수 있다.
상기와 같이 본 발명을 수행함으로써, 서로 다른 전송률을 갖는 순방향 오류 정정 회로를 사용하는 네트워크간의 상호연결이 가능하다. 또한 저주파 신호를 제어함으로써 제어가 용이하다. 백색잡음의 영향을 최소화 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전송시스템의 순방향 오류 정정 장치에 있어서,
    임의의 전송률을 가지는 신호가 수신될 시 상기 수신된 신호의 저주파 성분만을 출력하는 저역통과필터와,
    상기 저역통과필터의 출력신호의 에너지 값을 직류 전압 값으로 환산하는 교류 전력 측정부와,
    지수함수적으로 변화하는 상기 교류 전력 측정부로부터 출력되는 직류 전압 값을 대수함수적으로 변환하여 디지털 신호처리부로 출력하는 대수 증폭부와,
    상기 직류 전압 값의 크기에 따라 상기 수신된 신호의 전송률을 결정하고 상기 전송률에 따른 클럭을 생성시키도록 하는 제어신호를 클럭 생성부로 출력하는 디지털 신호처리부와,
    상기 제어신호에 따른 클럭을 생성하여 순방향 오류 정정부로 출력하는 클럭 생성부와,
    상기 클럭을 입력받아 상기 수신된 신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행하는 순방향 오류 정정부를 포함함을 특징으로 하는 순방향 오류 정정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저역통과필터는 버터워스 필터임을 특징으로 하는 순방향 오류 정정 장치.
  3. 전송시스템의 순방향 오류 정정 방법에 있어서,
    수신된 신호를 저역 여파하는 과정과,
    상기 저역 여파된 신호의 전압 값을 측정하는 과정과,
    상기 전압 값에 따른 전송률을 결정하는 과정과,
    상기 전송률에 따른 클럭을 발생시키는 과정과,
    상기 클럭에 따라 상기 수신된 신호에 대한 순방향 오류 정정을 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 순방향 오류 정정 방법.
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