KR100512172B1

KR100512172B1 - 비대칭 디지털 가입자 라인 시스템

Info

Publication number: KR100512172B1
Application number: KR10-2003-0009158A
Authority: KR
Inventors: 정준영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2005-09-02
Also published as: TW200415908A; US7469028B2; KR20040073168A; FR2852750B1; CN100579159C; US20040161081A1; TWI241833B; CN1523870A; FR2852750A1

Abstract

여기에 개시된 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 통신 시스템은, 일반적으로 널리 사용되는 64번 톤 대신에 에코 구간에서 SNR 특성이 가장 우수한 톤을 이용하여 PLL을 수행함으로써 수신 신호의 SNR이 향상된다. 그 결과, ADSL 시스템의 데이터 전송율이 향상된다.

Description

비대칭 디지털 가입자 라인 시스템{ASYMMETRIC DIGITAL SUBSCRIBER LINE SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 디지털 가입자 라인을 이용하여 통신하는 비대칭 디지털 가입자 라인(ADSL) 통신 시스템에 관한 것이다.

최근 인터넷 등의 초고속 통신에 대한 요구가 증가하고 퍼스널 컴퓨터의 보급이 확대됨에 따라 고속의 데이터 통신이 가능하면서도 설치비 및 사용료가 저렴한 통신 방법의 필요성이 대두되었다. 이에 대한 해결 방안으로 기존의 가정 및 사무실마다 설치된 일반 구리 전화선을 이용하여 디지털 데이터 통신을 하는 xDSL(Digital Subscriber Line and its variations) 통신 방법이 제안되었다.

xDSL은 전화선을 사용하는 모든 형태의 통신 방법을 통칭하는 것으로, 기존의 T1라인을 대신하는 HDSL(High data-rate DSL), 하나의 트위스트-페어 코퍼 라인(twisted-pair copper line)을 이용하여 T1 혹은 E1을 대신하는 SDSL (Symmetric DSL), 공중 전화 가입자망(public switched telephone network : PSTN) 환경에서 대용량의 데이터를 보낼 수 있는 ADSL (Asymmetric DSL) 등을 포함한다.

ADSL에서 'asymmetric(비대칭)'은 중앙국(central office : CO)에서 원격단말기(remote terminal : RT)로 전송되는 하향 데이터(downstream)가 원격단말기에서 중앙국으로 전송되는 상향 데이터(upstream)보다 대역폭이 크고 데이터 량도 크기 때문에 붙여진 것이다. ADSL은 현행 전화선이나 전화기를 그대로 사용하면서도 고속 데이터 통신이 가능할 뿐만 아니라 데이터 통신과 일반 전화(POTS, Plain Old Telephone Service)를 동시에 이용할 수 있는 것이 특징이다. ADSL의 전송 속도는 하향 데이터가 8Mbps, 상향 데이터가 640kbps까지 가능하다.

그러나 불행하게도, 전화 네트워크에서, 전기적 에너지가 구리 선들을 통해 전송되는 동안, 변조된 신호는 동일한 케이블 다발 내에 위치한 인접한 구리 선들로 에너지를 방출한다. 이러한 전자기적 에너지의 크로스 커플링(cross coupling)은 크로스토크(crosstalk)라 불린다.

전형적인 전화 네트워크에서, 절연된 한 쌍의 구리 선들은 케이블 바인더(cable binder)라 불리는 케이블과 함께 묶여진다. 동일한 주파수 범위 내의 정보들을 송수신하는 케이블 다발(bundle) 내의 인접한 시스템들은 무시할 수 없는 크로스토크 간섭(interference)을 생성한다. 그 결과, 원래 전송될 파형과 조금 다른 형태의 신호가 구리선들을 통해 전송된다.

크로스토크는 두 가지 형태로 분류된다. 일반적으로 NEXT라 불리는 근접단 크로스토크(near end crosstalk)는 인접한 시스템으로부터의 높은 에너지 신호가 원시 신호에 매우 큰 크로스토크를 유발할 수 있기 때문에 매우 중요하다. 즉, NEXT는 통신에 사용되는 동일한 종단 두 장치들의 크로스토크 노이즈의 중요한 척도이다.

나머지 크로스토크의 형태는 원격단 크로스토크(far end crosstalk) 즉 FEXT이다. FEXT는 채널의 일단에서 한 쌍의 구리 선들로 테스트 신호를 전송하고, 다른 구리 선들의 원격단에서 교란(disturbance)을 측정하는 것에 의해 측정된다. 그러므로, FEXT는 구리 선들의 반대쪽 종단의 통신 장치와의 데이터 통신에 있어서 크로스토크 노이즈를 측정한다. 원격단 간섭 신호는 구리 선을 통해 전송되는 동안 감쇠되기 때문에 일반적으로 FEXT는 NEXT에 비해 작다.

ADSL 모뎀은 사용 환경에 따라서 Annex A, Annex B 및 Annex C 등으로 분류된다. ADSL Annex A형 모뎀은 HS/T1413, 트레이닝(training), 채널 분석(channel analysis), 메시지(message), 교환(exchange) 및 쇼우타임(showtime) 단계 등을 포함한다. 이 가운데 트레이닝 단계에서 PLL(phase lock loop)이 수행되며, 이후 중앙국과 단말기 사이의 루프 타이밍을 획득한 후 이를 유지하기 위해 PLL은 지속적으로 수행되어야 한다. ADSL Annex A 규격은 PLL을 수행하기 위해 256 개의 반송파들(carriers) 중 64번째 반송파 즉, 64번 톤(tone)을 사용하고 있으며, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식으로 채널을 코딩하며 최대 15 비트 QAM을 지원한다. G.hs 또는 T1.413을 제외한 초기화 과정의 송수신 신호는 2비트를 사용하는 4QAM 방식을 이용한다. G.hs 또는 T1413 과정 후, 중앙국은 64번 톤에 (+1, +i)의 좌표(contstellation) 정보를 실어 보낸다. 64번 톤의 이 좌표 정보는 에코 캔슬 트레이닝(echo cancel training) 과정을 제외하고 링크(link)가 끊어지지 않는 한 지속된다. 원격단말기는 64번 톤의 좌표 정보를 이용하여 중앙국과 동일한 타이밍을 복구할 수 있다.

도 1은 ADSL 수신기의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 수신기(10)는 아날로그-디지털 변환기(11), 시간 영역 이퀄라이저(time-domain equalizer : TEQ)(12), 직렬-병렬 변환기(parallel to serial converter)(13), 고속 푸리에 변환기(fast Fourier transformer : FFT)(14), 주파수 영역 이퀄라이저(frequency-domain equalizer : FEQ)(15), QAM 디코더(16), DPLL(Digital Phase Lock Loop)(17), 디지털-아날로그 변환기(18) 그리고 VCXO(Voltage control crystal oscillator)(19)를 포함한다. DPLL(17)은 위상 검출기(21)와 루프 필터(22)를 포함한다. DPLL(17), 디지털-아날로그 변환기(18) 및 VCXO(19)는 클럭 복구 루프(clock recovery loop)에 포함된다.

일반적으로 ADSL은, 정보의 전송을 위해 다수의 서브채널들을 제공하는 DMT(Discrete MultiTone) 코딩 기술을 사용한다. DMT는 정보의 전송을 위해 0kHz부터 1.104MHz 사이를 4.3125kHz 간격으로 나눈 256 개의 독립적인 서브채널들(또는 톤들)을 제공하며, 0kHz ~ 20kHz의 대역은 POTS 영역으로 사용한다.

데이터 전송을 위해 사용되는 채널(즉, 전송 경로(transmission path), 예컨대, 전화 네트워크)을 통해 수신된 수신 신호(RX)는 아날로그-디지털 변환기(11)로 제공된다. 아날로그-디지털 변환기(11)는 아날로그 수신 신호(RX)를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 시간 영역 이퀄라이저(12)로 제공한다.

시간 영역 이퀄라이저(12)는 변환기(11)로부터 출력되는 디지털 신호의 심볼간 간섭(inter-symbol interference : ISI)을 제거한다. 동기화된 시간 영역내의 직렬 스트림(stream)은 직렬-병렬 변환기(13)로 제공된다. 직렬-병렬 변환기(13)는 시간 영역 이퀄라이저(12)로부터의 직렬 스트림을 순차적으로 받아들여서 저장하고, 저장된 샘플들을 N(예를 들면, 256) 개씩 병렬로 출력한다. 256 개의 샘플들은 256-포인트(point) FFT(14)로 제공되고, FFT(14)에 의해서 주파수 영역 심볼로 변환된다. 주파수 영역 심볼은 주파수 영역 이퀄라이저(15)로 제공된다. 주파수 영역 이퀄라이저(15)는 채널에 의해 왜곡된 진폭 및 위상을 교정하고, 교정된 심볼은 QAM 디코더(16)로 제공된다. QAM 디코더(16)는 입력된 데이터에 대한 QAM 디코딩을 수행해서 수신 데이터(RD)를 출력한다.

DMT 심볼간의 연속성을 유지하기 위해서 원격단말기(10) 내의 아날로그-디지털 변환기(11)의 샘플링 클럭 신호의 주파수는 파일러 톤 주파수의 정수배가 되어야 한다. 즉, 파일롯 톤의 주파수가 276kHz이고, 샘플링 주파수가 2.208MHz일 때, 파일롯 톤의 한 주기는 8 개의 샘플들로 구성된다. 그러므로, 주파수 영역 이퀄라이저(15)로부터 출력되는 파일롯 톤의 위상을 기준 신호(REF)에 동기시킨 후, 8 배의 주파수를 추출하면 아날로그-디지털 변환기(11)의 샘플링 클럭 신호를 생성할 수 있다.

DPLL(17) 내의 위상 검출기(21)는 FEQ(15)로부터 출력되는 64번 톤(z64) 즉, 파일롯 톤을 받아들여서 기준 신호(REF)와 비교한다. 여기서, 기준 신호(REF)의 주파수는 276kHz이고, 좌표 정보는 (+1, +i)이다. 기준 신호의 좌표가 (Xref, Yref)이고, 수신 신호 즉, FEQ(15)로부터 출력되는 파일롯 톤의 좌표가 (Xr, Yr)일 때, 위상 오차(PE)는 수학식 1과 같다.

Xr-Yr

위상 검출기(21)는 파일롯 톤(z64)과 기준 신호(REF) 위상 오차에 대응하는 신호를 출력한다. 루프 필터(22)는 2차 계수 액티브 루프 필터(2nd order active loop filter)로 구성되며, 루프 필터(22)의 파라미터 값은 획득 시간(acquisition time)과 트래킹 오차(tracking error)를 고려하여 최적으로 설정되어야 한다.

디지털-아날로그 변환기(18)는 DPLL(17)로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. VCXO(19)는 디지털-아날로그 변환기(18)로부터의 아날로그 신호에 응답해서 ADC(11)로 제공될 샘플링 클럭을 발생한다.

도 2는 ITU-T(International Telecommunications Union - Telecommunication Standardization Sector)에 의해 제정된 G.992.1 표준에서 정의하고 있는 송수신 신호들을 보여주고 있다. 도 2에서, ATU-C는 중앙국에서 원격단말기로 전송되는 신호를 나타내고, ATU-R은 원격단말기에서 중앙국으로 전송하는 신호를 나타낸다.

G.992.1 Annex A 규약에서는 송수신기에 구성된 각 모듈의 트레이닝과 이후 초기화 과정을 수행하기 위한 신호를 정의하고 있다. 도 2에서, 파일럿 신호는 좌표(+1, +i)에 매핑된 276kHz 4 QAM 신호를 나타내며, REVERB 신호는 180도 위상차를 갖는 의사-랜덤(pseudo-random) 신호이다. 파일롯 톤을 사용하여 중앙국과 원격단말기 사이의 클럭 복원을 수행한 후 REVERB 신호를 이용하여 주파수 영역 이퀄라이저(15)의 트레이닝을 수행한다. 트레이닝 과정은 송신되는 신호에 따라 여러 단계(state)로 구분되며, 이퀄라이저 트레이닝을 위해서는 타이밍 복원이 우선 수행되어 있어야 한다. 고정된 클럭 신호에 의해 샘플링된 후 FFT(14)로부터 출력되는 신호는 수학식 2와 같다.

Y = H * X

수학식 2에서, X는 채널을 통해 중앙국으로부터 수신된 신호이고, Y는 FFT(14)로부터 출력되는 신호 그리고 H는 채널 응답이다. 중앙국으로부터 수신된 신호인 X는 REVERB 신호를 나타내며 G.992.1 규약에서는 REVERB 신호를 주기 신호로 규정하고 있다. 그러므로, Y/X에 의해 쉽게 채널 응답 즉, H 값을 구할 수 있다. 일반적으로, H의 역을 구해서 이를 이퀄라이저에 적용하고 있다. 이 때, 타이밍 복원이 보장되어 이어야만 정확한 채널 응답을 구할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, ADSL 통신 회선과 타 통신 회선이 동일한 케이블 다발에 공존할 때 ADSL 통신 회선은 크로스토크에 의한 영향을 받는다. 도 3은 크로스토크들을 예시적으로 보여주고 있다. 이와 같은 크로스토크 환경 하에서는 정확한 시간 복원을 보장할 수 없으며, 파일롯 톤의 위상은 (+1, +i) 즉, 45°를 기준으로 심한 위상차를 갖는다.

도 5는 크로스토크가 존재할 때와 존재하지 않을 때 ADSL 통신 회선을 통해 수신되는 파일롯 톤의 위상을 보여주는 것으로, 트레이닝 과정 중 C-REVERB2 신호(도 2 참조)를 수신하고, 수신된 신호 중 64번 톤을 이용하여 PLL을 수행한 결과를 보여주고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 크로스토크가 존재하지 않을 때 64번 톤의 위상은 45도에서 크게 벗어나지 않으나, 크로스토크가 존재할 때 64번 톤의 위상은 45도에서 크게 벗어난다. 이것은 64번 톤의 SNR(signal to noise ratio) 특성이 크로스토크에 의해 감쇠되어 나타나는 현상으로 전화선 채널의 물리적 특성에 기인한다. 종래의 수신기는 64번 톤을 이용하여 PLL을 수행하도록 설계되어 있다. 따라서, 64번 톤의 SNR이 악화될 경우 다른 채널의 위상 역시 흔들리는 현상이 나타난다. 그 결과, 주파수 영역 이퀄라이저(15)에 의한 등화가 실행된 후 데이터의 에러율은, 루프 타이밍 오차에 의한 위상 천이와 실제 물리적인 채널 잡음의 합에 영향을 받는다. 이런 경우, 각 부채널들의 SNR을 계산할 때 채널의 물리적 특성에 의한 SNR을 구하기 어려우며 실제 부채널의 SNR에서 루프 타이밍 오차에 의한 감쇠가 일어난다.

데이터 전송율은 SNR에 비례하므로, SNR이 저하될 경우 ADSL 시스템은 요구되는 전송율을 만족시키지 못하는 경우가 발생한다. 따라서, 물리적 채널이 수용가능한 최대 전송율에 가까운 SNR을 획득하기 위해서는 적절한 PLL 방식을 적용하여 루프 타이밍 오차에 의한 SNR 감쇠를 최소화해야 한다.

따라서 본 발명의 목적은 데이터 전송율이 향상된 멀티-캐리어 통신 시스템을 제공하는데 있다.

(구성)

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 전화선을 이용하여 통신하는 디지털 통신 시스템은: 샘플링 클럭 신호에 응답해서 상기 전화선을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 전달된 시간 영역내의 디지털 신호를 주파수 영역내의 디지털 신호들로 변환하는 변환기, 상기 디지털 신호들에 대한 주파수 등화를 수행하는 주파수 이퀄라이저, 상기 주파수 등화된 디지털 신호들 중 하나를 선택하는 선택기, 상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호가 미리 설정된 값을 갖도록 연산하는 연산기 그리고 상기 연산기로부터 출력되는 디지털 신호에 대한 PLL(Phase Lock Loop)을 수행하고, 상기 아날로그-디지털 변환기로 제공될 상기 샘플링 클럭 신호를 생성하는 루프 회로를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 통신 시스템은 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 시스템이다.

이 실시예에 있어서, 상기 선택기는 상기 주파수 등화된 디지털 신호들 중 SNR 특성이 우수한 디지털 신호를 선택한다.

바람직한 실시예에 있어서, 복수의 탭 계수들을 저장하며, 상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호의 좌표 위치에 대응하는 탭 계수를 출력하는 탭 테이블 그리고 상기 선택된 디지털 신호와 상기 탭 테이블로부터 제공된 탭 계수를 연산하는 탭 연산기를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 전화선을 이용하여 통신하는 디지털 통신 시스템은: 샘플링 클럭 신호에 응답해서 상기 전화선을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 전달된 시간 영역내의 디지털 신호를 주파수 영역 내의 디지털 신호들로 변환하는 변환기, 상기 주파수 영역 내의 디지털 신호들 중 하나를 선택하는 선택기, 상기 선택기에 의해서 선택된 디지털 신호의 좌표 위치를 판별하고, 판별 결과에 대응하는 부호 신호를 출력하는 부호 결정 회로 그리고 상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호와 상기 부호 신호에 응답해서 PLL(Phase Lock Loop)을 수행하고, 상기 아날로그-디지털 변환기로 제공될 상기 샘플링 클럭 신호를 생성하는 루프 회로를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 부호 결정 회로는, 상기 선택기에 의해서 선택된 디지털 신호의 실수 좌표값과 허수 좌표값을 곱하는 곱셈기 그리고 상기 곱셈기로부터 출력되는 곱셈 결과의 부호에 대응하는 부호 신호를 출력하는 부호 결정기를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 루프 회로는, 상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호와 기준 신호의 위상차를 검출하고, 위상차에 대응하는 위상차 검출 신호를 출력하는 위상 검출기, 상기 위상차 검출 신호를 필터링하는 필터 회로 그리고 상기 필터 회로로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해서 상기 아날로그-디지털 변환기로 제공될 상기 샘플링 클럭 신호를 생성하는 변환 회로를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 부호 신호는, 상기 곱셈기의 곱셈 결과가 음수일 때 상기 위상 검출기로부터의 상기 위상차 검출 신호를 반전시키기 위한 신호이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 선택기는 상기 디지털 신호들 중 SNR 특성이 우수한 디지털 신호를 선택한다.

(실시예)

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

ADSL Annex A 규약은 64번 톤을 루프 타이밍을 획득하기 위한 기준 신호로 사용하도록 규정하고 있다. 그러므로, 중앙국은 64번 톤에 좌표 정보가 (+1, +i)인 신호를 전송하고, 원격단말기는 64번 톤을 이용하여 PLL을 수행함으로써 중앙국과 원격단말기 간의 루프 타이밍을 획득하였다. 이와 같은 채널 분석(channel analysis) 과정 중, 중앙국은 64번 톤을 제외한 다른 톤들에는 불규칙한 값을 전송하므로 원격단말기는 다른 톤들을 이용하여 루프 타이밍을 구할 수 없었다. 즉, 도 5에 도시된 바외 같이, 64번 톤 이외의 다른 톤을 이용하여 PLL을 수행하는 경우 QAM 해석 결과는 기준 점인 45도에서 상당히 일탈되는 결과를 보인다. 이는 중앙국이 64번 톤만 고정된 위치로 송신하고 나머지 다른 톤들은 불규칙한 순서로 QAM 위치를 바꾸기 때문이다. 그러므로, 64번 톤 이외의 다른 톤을 이용하여 PLL 수행시 수신 신호의 위상이 매 프레임마다 변하므로 위상 검출기의 출력값은 무의미해지며 QAM 해석 결과가 기준점으로부터 회전하는 현상을 보인다.

본 발명에서는 0부터 255까지의 톤들 가운데 SNR 특성이 우수한 톤을 이용하여 PLL을 수행하되, 64번 톤 이외의 다른 톤을 이용하여 PLL을 수행하더라도 앞서 설명한 바와 같이 수신 신호의 위상이 매 프레임마다 변하는 문제를 해결할 수 있는 방안을 제안한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신기를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 수신기(100)는 아날로그-디지털 변환기(101), 시간 영역 이퀄라이저(time-domain equalizer : TEQ)(102), 직렬-병렬 변환기(parallel to serial converter)(103), 고속 푸리에 변환기(fast Fourier transformer : FFT)(104), 주파수 영역 이퀄라이저(frequency-domain equalizer : FEQ)(105), QAM 디코더(106), 톤 선택기(107), FEQ 탭 연산기(108), FEQ 탭 테이블(109), DPLL(Digital Phase Lock Loop)(110), 디지털-아날로그 변환기(111) 그리고 VCXO(Voltage control crystal oscillator)(112)를 포함한다. 도면에 도시되지는 않았으나, DPLL(110)은 위상 검출기와 루프 필터를 포함한다.

데이터 전송을 위해 사용되는 채널(즉, 전송 경로(transmission path), 예컨대, 전화 네트워크)을 통해 수신된 수신 신호(RX)는 아날로그-디지털 변환기(101)로 제공된다. 아날로그-디지털 변환기(101)는 아날로그 수신 신호(RX)를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 시간 영역 이퀄라이저(102)로 제공한다.

시간 영역 이퀄라이저(102)는 변환기(101)로부터 출력되는 디지털 신호의 심볼간 간섭(ISI)을 제거한다. 동기화된 시간 영역내의 직렬 스트림(stream)은 직렬-병렬 변환기(103)로 제공된다. 직렬-병렬 변환기(103)는 시간 영역 이퀄라이저(102)로부터의 직렬 스트림을 순차적으로 받아들여서 저장하고, 저장된 샘플들을 N(예를 들면, 256) 개씩 병렬로 출력한다. 256 개의 샘플들은 256-포인트(point) FFT(104)로 제공되고, FFT(104)에 의해서 주파수 영역 심볼로 변환된다. 주파수 영역 심볼은 주파수 영역 이퀄라이저(105)로 제공된다. 주파수 영역 이퀄라이저(105)는 채널에 의해 왜곡된 진폭 및 위상을 교정하고, 교정된 심볼은 QAM 디코더(106)로 제공된다. QAM 디코더(106)는 입력된 데이터에 대한 QAM 디코딩을 수행해서 수신 데이터(RD)를 출력한다.

톤 선택기(107)는 FEQ(105)로부터 출력되는 256 개의 톤들(z0-z255) 가운데 하나를 선택해서 FEQ 탭 연산기(108)와 FEQ 탭 테이블(109)로 제공한다. 톤 선택기(107)가 256 개의 톤들(z0-z255) 가운데 하나를 선택하는 기준은 톤들(z0-z255)의 SNR이다. 즉, 톤 선택기(107)는 톤들(z0-z255) 가운데 SNR이 가장 높은 톤(zi)을 선택한다.

FEQ 탭 테이블(109)은 톤 선택기(107)로부터 전달된 톤(zi)의 좌표 정보에 대응하는 탭(tap)을 FEQ 탭 연산기(108)로 제공한다. FEQ 탭 연산기(108)는 톤 선택기(107)로부터 전달된 톤(zi)과 FEQ 탭 테이블(109)로부터 전달된 탭을 연산하고, 연산 결과를 DPLL(110)로 제공한다.

앞서 설명한 바와 같이, 64번 톤을 제외한 나머지 톤들은 복소평면(complex plain)의 제 1 내지 제 4 분면 중 어느 것에도 위치할 수 있다. 또한, 64번 톤을 제외한 나머지 톤들은 매 프레임마다 불규칙한 순서로 QAM 위치를 바꾼다. 한편, 주파수 영역 이퀄라이저(105)를 통해 출력되는 톤들의 위치는 (+1, +i), (-1, +i), (-1, -1) 또는 (1, -i) 중 어느 하나에 해당한다. 그러므로, 톤 선택기(107)에 의해서 선택된 톤(zi)의 좌표 정보를 알면 선택된 톤(zi)의 좌표 정보를 (+1, +i)로 바꾸는 것이 가능하다. 다음 표 1은 FEQ 탭 테이블(109)에 저장된 내용을 보여주고 있다. FEQ 탭 테이블(109)은 선택된 톤(zi)의 좌표에 대응하는 탭 계수를 FEQ 탭 연산기(108)로 전달한다.

표 1에서 선택된 톤(zi)의 좌표에 대응하는 탭 계수는 선택된 톤(zi)의 좌표를 (1, i)로 변환하기 위한 것이다. 그러므로, FEQ 탭 연산기(108)는 톤 선택기(107)에 의해 선택된 톤(zi)과 FEQ 탭 테이블(109)로부터 제공되는 탭 계수를 연산해서 (1, i)로 대체한다.

이 때, FEQ 탭 테이블(109)에 저장되는 탭 계수는 선택되는 톤에 따라서 새롭게 갱신된다. 여기서, 탭 계수는 다음 수학식 3을 만족해야 한다.

수학식 3에서, X는 선택된 톤(zi)의 좌표이므로, (1, i), (1, -i), (-1, -i) 또는 (-1, i) 가운데 하나이다. F는 탭 계수이고, 원하는 좌표는 (1, i)이다.

FEQ 탭 테이블(109)은 매 프레임마다 탭 계수를 변경해서 출력하고, FEQ 탭 연산기(108)는 매 프레임마다 재연산을 수행한다. 그러므로, DPLL(110)은 항상 일정한 위치의 톤을 수신하게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ADSL 수신기를 보여주고 있다. 도 7을 참조하면, 수신기(200)는 아날로그-디지털 변환기(201), 시간 영역 이퀄라이저(TEQ)(202), 직렬-병렬 변환기(203), 고속 푸리에 변환기(FFT)(204), 톤 선택기(205), 곱셈기(206), 부호 결정기(207), DPLL(208), 디지털-아날로그 변환기(209) 그리고 VCXO(210)를 포함한다. DPLL(108)은 위상 검출기(221)와 루프 필터(222)를 포함한다.

톤 선택기(205)는 FFT(204)로부터 출력되는 256 개의 톤들(x0-x255) 중 하나를 선택한다. 톤 선택기(205)가 톤을 선택하는 기준은 톤들(x0-x255)의 SNR이다. 즉, 톤 선택기(205)는 톤들(x0-x255) 가운데 SNR이 가장 높은 톤(xi)을 선택한다. 곱셈기(206)는 톤 선택기(205)에 의해서 선택된 톤의 실수 좌표값(R)과 허수 좌표값(I)을 받아들여서 곱셈 연산한다. 부호 결정기(207)는 곱셈기(206)로부터 전달된 연산 결과의 부호로부터 선택된 톤(xi)의 좌표 위치를 판별하고, 판별 결과에 따라서 위상차의 부호를 결정한다. 예컨대, 곱셈기(206)의 연산 결과가 양수이면 선택된 톤(xi)은 1 또는 3사분면에 위치하고, 곱셈기(206)의 연산 결과가 음수이면 선택된 톤(xi)은 2 또는 4사분면에 위치한다. 부호 결정기(207)는 곱셈기(206)의 연산 결과가 양수이면 위상 검출기(221)에서 검출된 위상차의 부호가 그대로 유지되도록, 그리고 곱셈기(206)의 연산 결과가 음수이면 위상 검출기(221)에서 검출된 위상차의 부호가 반전되도록 부호 신호를 출력한다. 이와 같이 위상차의 부호를 결정하는 이유는 이하 상세히 설명된다.

위상차 검출기(221)는 톤 선택기(205)에 의해 선택된 톤(xi)과 기준 톤(REF) 사이의 위상차를 검출한다. 앞서 수학식 1에서 설명한 바와 같이, 기준 신호(REF)의 좌표가 (Xref, Yref)이고, 선택된 톤(xi)의 좌표가 (Xr, Yr)일 때 위상차 PE = tan^-1(Yref·Xr - Xref·Yr)이다. 여기서, 기준 신호(REF)의 좌표가 (1, i)일 때 PE Xr-Yr이다. 위상차 검출기(221)는 검출된 위상차와 부호 결정기(207)로부터의 부호 신호에 따라서 최종 위상차를 출력한다.

도 8은 선택된 톤(xi)이 제 1 내지 제 4 분면들 중 어느 한 분면에 위치할 때 위상차의 부호를 결정하는 방법을 설명하기 위해 예시적으로 나타낸 도면이다. 예컨대, 기준 신호(REF)가 (1, i)이고, 선택된 톤(xi)이 1사분면의 P1에 위치하면 위상차(PE1)는 X_P1-Y_P1에 의해 계산된다. 한편, 선택된 톤(xi)이 4사분면의 P2에 위치할 때 이를 1사분면으로 치환해서 위상차(PE2)를 계산해야 한다. 왜냐하면, 본 발명에서는 기준 신호(REF)가 제 1 내지 제 4 사분면들 중 어디에 위치하더라도 제 1 사분면에 위치하는 것으로 가정하고 위상차를 계산해야 하기 때문이다. 따라서, 선택된 톤(xi)이 제 1 또는 제 3 사분면에 위치할 때 위상 검출기(221)에 의해서 검출된 위상차는 그대로 유지되어야 하나, 선택된 톤(xi)이 제 2 또는 제 4 사분면에 위치할 때 위상차는 반전되어야 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 위상차의 부호는 부호 결정기(207)에 의해서 결정된다.

위상 검출기(221)는 선택된 톤(xi)과 기준 신호(REF)의 위상 오차에 대응하는 신호를 출력한다. 루프 필터(222)는 2차 계수 액티브 루프 필터(2nd order active loop filter)로 구성되며, 루프 필터(222)의 파라미터 값은 획득 시간(acquisition time)과 트래킹 오차(tracking error)를 고려하여 최적으로 설정되어야 한다.

디지털-아날로그 변환기(209)는 루프 필터(222)로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. VCXO(210)는 디지털-아날로그 변환기(18)로부터의 아날로그 신호에 응답해서 ADC(201)로 제공될 샘플링 클럭을 발생한다.

톤 선택기(205)에서의 톤 선택 기준은 ADSL 시스템이 사용되는 주위 환경에 따라 달라진다. 즉, ADSL 선로상으로 입력되는 크로스토크의 영향에 따라서 최상의 SNR을 갖는 톤을 선택해서 이를 PLL의 기준 신호로 설정한다. SNR은 트레이닝 과정에서 중앙국이 신호를 전혀 송신하지 않을 때 즉, 에코(echo) 구간에서 라인 노이즈(line noise)를 측정해서 얻을 수 있다. 동일 선로 상의 크로스토크는, 도 4와 같이, 항상 일정한 유형을 유지한다. 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 탭 연산 방식과 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 부호 결정 방식은 유사한 성능을 보인다.

도 9는 종래에 64번 톤을 PLL의 기준 신호로 사용하는 경우와 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 SNR이 가장 우수한 톤을 PLL의 기준 신호로 사용하는 경우의 SNR을 비교해서 보여주고 있다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 70 내지 150번 톤 사이에서 SNR이 2~3dB 향상되었다.

예시적인 바람직한 실시예를 이용하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 잘 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위에는 다양한 변형 예들 및 그 유사한 구성들이 모두 포함될 수 있도록 하려는 것이다. 따라서, 청구범위는 그러한 변형 예들 및 그 유사한 구성들 모두를 포함하는 것으로 가능한 폭넓게 해석되어야 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, ADSL 수신기의 PLL에 사용되는 기준 신호를 64번 톤 대신에 에코 구간에서 SNR 특성이 가장 우수한 톤을 사용하므로써 수신 신호의 SNR이 향상된다. 그 결과, ADSL 시스템의 데이터 전송율이 향상된다.

도 1은 ADSL 수신기의 구성을 보여주는 도면;

도 2는 ITU-T(International Telecommunications Union - Telecommunication Standardization Sector)에 의해 제정된 G.992.1 표준에서 정의하고 있는 송수신 신호들을 보여주는 도면;

도 3은 여러가지 크로스토크들을 예시적으로 보여주는 도면;

도 4는 동일 선로 상에서 크로스토크가 존재할 때와 존재하지 않을 때를 수신 신호의 위상을 비교해서 보여주는 도면;

도 5는 크로스토크가 존재할 때와 존재하지 않을 때 ADSL 통신 회선을 통해 수신되는 파일롯 톤의 위상을 보여주는 도면;

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신기를 보여주는 도면;

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ADSL 수신기를 보여주는 도면;

도 8은 선택된 톤이 제 1 내지 제 4 분면들 중 어느 한 분면에 위치할 때 위상차의 부호를 결정하는 방법을 설명하기 위해 예시적으로 나타낸 도면; 그리고

도 9는 종래에 64번 톤을 PLL의 기준 신호로 사용하는 경우와 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 SNR이 가장 우수한 톤을 PLL의 기준 신호로 사용하는 경우의 SNR을 비교해서 보여주고 있다.

Claims

전화선을 이용하여 통신하는 디지털 통신 시스템에 있어서:

샘플링 클럭 신호에 응답해서 상기 전화선을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기와;

상기 아날로그-디지털 변환기로부터 전달된 시간 영역내의 디지털 신호를 주파수 영역내의 디지털 신호들로 변환하는 변환기와;

상기 디지털 신호들에 대한 주파수 등화를 수행하는 주파수 이퀄라이저와;

상기 주파수 등화된 디지털 신호들 중 하나를 선택하는 선택기와;

상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호가 미리 설정된 값을 갖도록 연산하는 연산기; 그리고

상기 연산기로부터 출력되는 디지털 신호에 대한 PLL(Phase Lock Loop)을 수행하고, 상기 아날로그-디지털 변환기로 제공될 상기 샘플링 클럭 신호를 생성하는 루프 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 통신 시스템은 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 시스템인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 선택기는 상기 주파수 등화된 디지털 신호들 중 SNR 특성이 우수한 디지털 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 연산기는,

복수의 탭 계수들을 저장하며, 상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호의 좌표 위치에 대응하는 탭 계수를 출력하는 탭 테이블; 그리고

상기 선택된 디지털 신호와 상기 탭 테이블로부터 제공된 탭 계수를 연산하는 탭 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
전화선을 이용하여 통신하는 디지털 통신 시스템에 있어서:

샘플링 클럭 신호에 응답해서 상기 전화선을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기와;

상기 아날로그-디지털 변환기로부터 전달된 시간 영역내의 디지털 신호를 주파수 영역 내의 디지털 신호들로 변환하는 변환기와;

상기 주파수 영역 내의 디지털 신호들 중 하나를 선택하는 선택기와;

상기 선택기에 의해서 선택된 디지털 신호의 좌표 위치를 판별하고, 판별 결과에 대응하는 부호 신호를 출력하는 부호 결정 회로; 그리고

상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호와 상기 부호 신호에 응답해서 PLL(Phase Lock Loop)을 수행하고, 상기 아날로그-디지털 변환기로 제공될 상기 샘플링 클럭 신호를 생성하는 루프 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 부호 결정 회로는,

상기 선택기에 의해서 선택된 디지털 신호의 실수 좌표값과 허수 좌표값을 곱하는 곱셈기; 그리고

상기 곱셈기로부터 출력되는 곱셈 결과의 부호에 대응하는 부호 신호를 출력하는 부호 결정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 루프 회로는,

상기 선택기에 의해 선택된 디지털 신호와 기준 신호의 위상차를 검출하고, 위상차에 대응하는 위상차 검출 신호를 출력하는 위상 검출기와;

상기 위상차 검출 신호를 필터링하는 필터 회로; 그리고

상기 필터 회로로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해서 상기 아날로그-디지털 변환기로 제공될 상기 샘플링 클럭 신호를 생성하는 변환 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 부호 신호는,

상기 곱셈기의 곱셈 결과가 음수일 때 상기 위상 검출기로부터의 상기 위상차 검출 신호를 반전시키기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 선택기는 상기 디지털 신호들 중 SNR 특성이 우수한 디지털 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.