KR100495149B1

KR100495149B1 - 케이블모뎀용비선형등화장치및그방법

Info

Publication number: KR100495149B1
Application number: KR1019970079737A
Authority: KR
Inventors: 이희준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2005-09-15
Also published as: KR19990059529A

Abstract

본 발명의 케이블 모뎀에서 효과적으로 심볼간의 간섭을 보상할 수 있는 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 채널을 통해 입력된 신호의 선형등화된 출력에 대한 상관행렬의 역행렬을 이용하여 프리코딩 계수를 생성하는 등화수단과, 등화수단으로부터 전송된 프리코딩 계수를 이용하여 입력신호에서 예측되는 심볼간의 간섭성분을 제거하고 이 신호를 채널 쪽으로 전송하는 프리코딩수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 결정피드백펄터 부분을 송신단으로 옮겨 심볼간의 간섭(ISI)을 미리 보상하는 프리코딩기법을 이용함으로써 케이블 모뎀에 효과적인 비선형 등화기를 구현할 수 있다.

Description

케이블 모뎀용 비선형 등화 장치 및 그 방법{Apparatus of Non-linear Equalization for Cable Modem and Method thereof}

본 발명의 케이블 모뎀에 관한 것으로, 특히 케이블 모뎀에서 효과적으로 심볼간의 간섭을 보상할 수 있는 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래의 가입자 선로를 이용한 통신은 데이터 통신이 활성화되기 이전에는 음성 서비스가 주류를 이루어 왔고, 음성신호를 8KHz로 샘플링하는 PCM(Pulse Code Modulation) 방식을 사용하고 있다. 또한, 가용대역은 3.3kHz 로 제한되어 있으므로 현재 비음성 서비스를 위하여 사용되는 전화선 모뎀은 33.6Kbps 정도의 속도가 한계가 되고 있다.

최근 나오는 PCM 모뎀은 하양채널(Downstream Channel)에서 56kbps 의 속도까지 지원할 수 있으나 이 속도로는 다양한 멀티미디어 서비스에 부적당하며, 많은 사용자들은 인터넷에 접속되어 더 높은 속도로 온라인(Online) 서비스를 받기 원하고 있다. 이렇게 다량의 디지탈 정보를 전송하기 위해서는 광선로가 가입자 통신매체로 설치 및 운용되는 FTTH(Fiber To The Home)가 실현되어야 하나 이것은 설치 비용이 너무 크고 수요도 많지 않은 실정이므로 상용화되기는 어렵다.

이를 대체하기 위한 가입자망의 구조로는 동선을 이용한 HDSL(High rate Digital Subscriber Line)과 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 동축케이블과 광케이블과의 하이브리드를 이용하는 HFC(Hybrid Fiber/Coax), FTTC(Fiber To The Curb) 등이 대두되고 있다.

특히, 기존에 구축되어 있는 아날로그 케이블 TV 망은 동축 케이블을 이용하며 동선에 비해 대역폭이 커서 많은 데이터를 전송할 수 있다. 그러므로 이를 통하여 디지탈 비디오와 데이터까지 전송하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 이는 케이블 모뎀을 구현함으로써 가능해진다.

현재 케이블망은 멀티-포인트(Multi-point) 네트워크이므로 케이블 모뎀에서의 등화기법은 훈련신호에 의한 것보다 자력 등화기법(Blind Equalizer)이 주로 사용되고 있다.

도 1을 참조하면, 채널(2)을 통해 수신된 입력신호(심볼) 간의 간섭을 제거하는 선형등화기(6)와, 선형등화기(6)의 출력신호에 포함된 잡음성분을 상관성을 제거하는 화이트닝 필터(8)와, 화이트닝 필터(8)의 출력신호와 귀환신호를 가산하여 출력하는 제2 가산기(10)와, 가산기(10)의 출력신호에서 신호성분만을 판별하여 출력하는 판별기(12)와, 판별기(12)의 출력을 가산기(10)로 귀환시키는 결정 피드백 필터(Decision Feedback Filter; 14)를 구비하는 DFE방식의 등화장치가 도시되어 있다.

도 1의 DFE 방식의 등화기에서 선형 등화기(6)는 송신측으로부터 채널(2)을 통해 잡음이 부가(4)되어 입력되는 심볼 간의 간섭(Intersymbol Interference; ISI)을 제거하여 출력한다. 다시 말하여, 선형등화기(6)는 입력신호에서 프리커서(Precuser)를 제거하는 역할을 한다. 화이트닝 필터(8)는 선형등화기(6)의 출력신호에 포함된 잡음성분의 상관성(Correlation)을 제거하여 출력한다. 제2 가산기(10)는 화이트닝 필터(8)의 출력신호와 결정 피드백 필터(14)로부터의 귀환신호를 합하여 판별기(12)로 출력한다. 판별기(12)는 제2 가산기(10)의 출력신호를 슬라이싱하여 출력한다. 결정 피드백 필터(14)는 판별기(12)로부터의 출력신호를 피드백하여 보상되도록 한다. 다시 말하여, 결정 피드백 필터(14)는 포스트커서(Postcuser)를 제거하는 역할을 한다.

그런데, 상술한 바와 같이 자력 등화기법으로 DFE(Decision Feedback Equalizer) 방식을 구현하면 수렴시간이 많이 걸리고, 구현에 어려움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 케이블 모뎀에서 효과적으로 심볼 간의 간섭을 보상할 수 있는 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 프리코딩 방식을 이용하여 심볼간의 간섭을 효과적으로 보상할 수 있는 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치는 채널을 통해 입력된 신호의 선형등화된 출력에 대한 상관행렬의 역행렬을 이용하여 프리코딩 계수를 생성하는 등화수단과, 등화수단으로부터 전송된 프리코딩 계수를 이용하여 입력신호에서 예측되는 심볼간의 간섭성분을 제거하고 이 신호를 채널 쪽으로 전송하는 프리코딩수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 케이블 모뎀용 비선형 등화 방법은 송신단에서 프리코딩을 수행하는 단계와, 수신단에서 상기 프리코딩의 계수를 초기화하여 생성하는 단계와, 프리코딩 계수를 상향채널을 통하여 송신단으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치는 종래 등화장치의 DFE 부분을 송신단으로 옮겨 심볼간의 간섭을 미리 보상하는 프리코딩(Precoding) 기법을 이용한다.

도 2를 참조하면, 송신단에 구성된 프리코딩부(16)와, 케이블을 통하여 연결된 수신단에 구성된 등화부(18)를 구비하는 본 발명에 따른 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치가 도시되어 있다.

도 2의 비선형 등화 장치에서 프리코딩부(16)는 입력신호와 귀환신호를 가산하는 제1 가산기(20)와, 제1 가산기(20)에 접속되어 송신전력을 제한하는 모듈러 연산부(22)와, 모듈러 연산부(22)의 출력신호를 제1 가산기(20)로 피드백시키는 결정 피드백 필터(24)를 구성으로 한다. 프리코딩부(16)에서 제1 가산기(20)는 입력신호와 결정 피드백 필터(24)로부터의 귀환신호를 가산하여 모듈러 연산부(22)로 출력한다. 모듈러 연산부(22)는 제1 가산기(20)의 출력신호를 모듈러 연산하여 송신전력을 제한한다. 다시 말하여, 모듈러 연산부(22)는 DFE 부분을 송신단으로 옮김으로 인하여 발생되는 송신전력의 증가를 제한하는 역할을 한다. 이를 TH(Tomlinson Harasima) 프리코딩 기법이라 한다. 일반적으로, 프리코딩에는 TH 프리코딩, ISI 프리코딩, 플렉서블(Flexible) 프리코딩 등과 같은 여러 종류가 있으나 이중에서 TH 프리코딩이 구현이 제일 간단한 장점이 있고, 모듈러 연산을 사용하므로 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 사각형의 배열에 이용하기에 적합하다. 결정 피드백 필터(24)는 모듈러 연산부(22)의 출력신호를 제1 가산기(20)로 피드백시킨다. 여기서, 결정 피드백 필터(24)의 계수는 수신단의 에러 예측 필터(40)로부터 결정되어 전송된 것이다. 이에 따라, 예측되는 심볼간의 간섭을 송신단에서 미리 제거하게 된다. 상기 구성의 프리코딩부(16)의 출력은 송신단의 변조기(도시하지 않음)로 입력되어 변조되고 채널(26)을 통하여 수신단으로 전송된다.

수신단의 등화부(18)는 선형등화기(30)와, 선형등화기(30)에 직렬로 접속된 화이트닝 필터(32)와, 확장된 판별기(34)를 구성으로 한다. 이 등화장치의 구성은 도 1에 도시된 종래의 등화기와 중복되는 것이므로 이들에 대한 동작설명은 생략한다.

그리고, 등화장치는 도 3에 도시된 바와 같이 선형 등화기(30)에 접속되어 상기 프리코딩부(16)의 계수를 생성하는 프리코딩 계수 생성부(36)를 구비한다. 프리코딩 계수 생성부(36)는 선형등화기(30)의 출력신호로부터 에러 값을 예측하는 에러 예측 필터(40)와, 선형 등화기(30)의 출력신호와 에러 예측 필터(Error Prediction Filter; 40)의 출력신호를 가산하는 가산기(42)와, 가산기(42)의 출력신호를 해석하여 프리코딩 계수를 발생하는 복호기(44)를 구성으로 한다. 여기서, 프리코딩 계수는 선형등화기(30)가 수렴한 후에 계산될 수 있다. 도 3에서 선형등화기(30) 출력을 X_k, 예측 에러 필터(40)의 출력을 x'_k 라고 하면 예측 에러 e_k는 다음 수식과 같이 나타낼 수 있다.

[수식1]

단, C=[c₁, c₂, …, c_P], X_k=[x_k-1, x_k-2, …, x_k-P]

여기서, 도 3의 복호기(44)에서 최소자승에러 ｜e_k｜²를 최소화하는 조건으로 상기 수식을 풀면 프리코딩 계수는 다음 수식과 같이 나타낼 수 있다.

[수식2]

C=-R^-1P

단, R=E[X_kX_k ^H], P=E[x_kX_k ^H]

다시 말하여, 선형등화기(30) 출력의 상관행렬의 역행렬을 계산하면 예측 계수를 구할 수 있고, 이는 잡음전력을 화이트닝(Whitening)시키는 효과가 있다. 예측에 의해 생기는 신호성분의 ISI는 똑같은 계수를 송신단의 프리코딩부(16)에 보내어 미리 제거한다.

상술한 프리코딩 기법을 이용하기 위해서는 수신단에서 계산된 예측 계수, 즉 프리코딩 계수(C)를 송신단으로 보낼 수 있는 채널이 존재해야 한다. 케이블 시스템에서는 5∼42 MHz 대역에 상향채널을 두고 있으므로 이 상향 채널을 이용하여 계수를 송신단으로 보내게 된다.

도 4는 상술한 비선형 등화기가 적용될 수 있는 통상의 케이블 모뎀의 구성을 도시한 블록도이다.

도 4의 케이블 모뎀은 TV 신호와 데이터 신호를 분리하는 스플리터(50)에 직렬로 접속된 고주파(RF) 튜너(52), 소오(SAW) 필터(54), 자동이득제어기(AGC; 56), 복조기(58), 아날로그/디지탈(A/D) 변환기(60), QAM 복조기(62) 및 FEC 복호기(64)를 구비한다. 도 4의 케이블 모뎀에서 스플리터(50)는 케이블을 통해 입력되는 아날로그 TV 신호와 데이터 신호를 분리하고 분리된 데이터 신호를 고주파 튜너(52)로 출력한다. 고주파 튜너(52)는 스플리터(50)로부터의 데이터 신호를 수신하고, 소오(Surface Acoustic Wave; SAW) 필터(54)는 고주파 튜너(52)의 출력신호 중 특정한 주파수 성분의 신호만 통과시킨다. 자동이득제어기(Auto Gain Controller; AGC, 56)는 소오 필터(56)의 출력신호의 전력을 일정하게 조절하여 출력한다. 복조기(58)는 자동이득제어기(56)의 출력신호를 복조하고, 아날로그/디지탈 변환기(60)는 복조기(58)로부터의 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력한다. QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 복조기(62)는 QAM 변조에 대한 복조를 수행한다. 이 QAM 복조기(62)는 상술한 비선형 등화 장치의 등화부(18)와 프리코딩 계수 생성부(36)가 포함된 것이다. FEC(Forward Error Correcting) 복호기(64)는 추가로 부호화(Channel Coding)된 부분에 대한 복호를 수행하고 인터페이스(66)로 출력하여 컴퓨터로 전송되도록 한다.

또한, 케이블 모뎀은 스플리터(50)에 직렬로 접속된 하향변환기(68)와, 제2 아날로그/디지탈 변환기(70)와, QPSK 복조기(72)를 구비한다. 하향변환기(Downconverter; 68)는 스플리터(50)로부터의 데이터 신호를 수신하고, 제2 아날로그/디지탈 변환기(70)는 디지탈 신호로 변환한다. QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)복조기(72)는 QPSK 복조와 FEC 복호를 수행한다.

그리고, 케이블 모뎀은 스플리터(50)에 역시 직렬로 접속된 상향변환기(84)와, 디지탈/아날로그 변환기(82)와, QPSK 변조기(80)와, 상기 복조기(62, 72)와 복호기(64) 및 변조기(80)를 제어하는 마이크로 컨트롤러(74)와, 해당 프로그램 및 데이터를 저장하는 롬(ROM; 76)과 램(RAM; 78)을 구비한다. QPSK 변조기(80)는 컴퓨터로부터 인터페이스(66)를 통해 입력된 정보를 QPSK 변조하고, 디지탈/아날로그 변환기(82)에서 아날로그 신호로 변환되어 상향변환기(84)와 스플리터(50)를 경유하여 전송된다. 여기서, QPSK 변조부(80)는 상술한 프리코딩부(16)를 포함하고, 상대 수신단으로부터 전송된 프리코딩 계수를 입력받아 프리코딩을 수행한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치 및 방법에 의하면, 결정피드백필터 부분을 송신단으로 옮겨 심볼 간의 간섭(ISI)을 미리 보상하는 프리코딩기법을 이용함으로써 케이블 모뎀에 효과적인 비선형 등화기를 구현할 수 있다. 또한, 프리코딩 기법으로 등화기의 수렴속도를 향상시킬 수 있고, 비교적 간단한 구조의 등화기를 구현할 수 있다.

더불어, 종래의 결정 피드백 등화기법과는 달리 TCM(Trellis Coded Modulation)과 같은 채널부호화기법과 연계하여 사용할 수 있으므로 부호화기법과 함께 이용하면 추가의 부호화이득을 얻을 수 있는 장점이 있다.

상술한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정하여져야만 한다.

도 1은 통상의 DFE 방식의 등화기의 구성을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 프리코딩 방식의 등화 장치의 구성을 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 등화 장치에서 예측에러 필터를 이용한 계수 초기화 방법을 설명하기 위한 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 등화 장치가 적용된 케이블 모뎀의 전체구성을 도시한 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

2,26 : 채널 4,10,20,28,42 : 가산기

6,30 : 선형등화기 8,32 : 화이트닝 필터

12,34 : 판별기 14,24 : 결정 피드백 필터

22 : 모듈러 연산부 40 : 예측에러 필터

50 : 스플리터 52 : RF 튜너

54 : SAW 필터 56 : AGC

58 : 복조기 60,70 : A/D 변환기

62 : QAM 복조기 64 : FEC 복호기

66 : 인터페이스 68 : 하향 변환기

72 : QPSK 복조기 74 : 마이크로 컨트롤러

76 : ROM 78 : RAM

80 : QPSK 변조기 82 : D/A 변환기

84 : 상향 변환기

Claims

채널을 통해 입력된 신호의 선형등화된 출력에 대한 상관행렬의 역행렬을 이용하여 프리코딩 계수를 생성하는 등화수단과,

송신전력을 제어하기 위한 모듈러 연산 수단과, 상기 모듈러 연산 수단의 출력신호를 상기 등화수단으로부터 전송된 프리코딩 계수를 이용하여 피드백시키는 결정 피드백 필터링 수단 및 상기 결정 피드백 필터링 수단의 피드백 신호와 입력신호를 가산하여 상기 모듈러 연산 수단으로 출력하는 가산수단에 의해 상기 입력신호에서 예측되는 심볼간의 간섭성분을 제거하고 상기 신호를 채널에 전송하는 프리코딩 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 모뎀용 비선영 등화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 등화수단으로부터의 프리코딩 계수는 상향채널을 통하여 상기 프리코딩 수단으로 전송되는 것을 특징으로 하는 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 등화수단의 프리코딩 계수는 선형등화기가 수렴된 후에 생성된 것을 특징으로 하는 케이블 모뎀용 비선형 등화 장치.
송신단에서 프리코딩을 수행하는 단계와,

수신단에서 상기 프리코딩의 계수를 초기화하여 생성하는 단계와,

상기 생성된 프리코딩 계수를 상향채널을 통하여 상기 송신단으로 전송하는 단계와,

상기 프리코딩 계수를 선형등화된 출력에 대한 상관행렬의 역행렬을 이용하여 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 모뎀용 비선형 등화 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 프리코딩 계수는 상기 수신단의 등화기가 수렴된 후에 생성된 것을 특징으로 하는 케이블 모뎀용 비선형 등화 방법.