KR100618931B1 - 위상 오프셋 검출 - Google Patents

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KR100618931B1
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Abstract

본 발명은 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 검출 및 교정하는 시스템에 관한 것이다. 위상 오프셋 검출 및 교정 시스템은 업스트림 방향으로 펄스 코드 변조 인코딩(Pulse Code Modulation encoding)의 개선된 성능을 제공한다.
위상 오프셋, 업스트림, 펄스 코드 변조

Description

위상 오프셋 검출{Phase offset detection}
도 1은 본 발명에 따른 서비스 제공자의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 가입자의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 위상 오프셋를 교정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도.
도 4는 종래의 공중 회선 교환 전화망의 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
16 : 변조기 18 : 처리기
26 : 클럭 회복 회로 28 : 제어 소자
본 발명은 서비스 제공자(service provider)와 가입자(subscriber) 사이의 위상 오프셋 에러들(phase offset errors)을 보상하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 아날로그 모뎀과 디지털 네트워크 사이의 위상 오프셋 에러들을 교정하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
도 4는 공중 회선 교환 전화망(Public Switched Telephone Network)(이후에, "PSTN") 내의 단부간(ent-to-end) 전송의 기본 소자들을 도시한다. 도시된 PSTN은 제 1 및 제 2 가입자들, 제 1 및 제 2 서비스 제공자들 및, 회선 교환 디지털 네트워크(Switched Digital Network)를 포함한다. 아날로그 가입자 루프들은 가입자들을 그 각각의 서비스 제공자들에 접속하고, 회선 교환 디지털 네트워크는 서비스 제공자들을 함께 접속시킨다. 용어 "가입자(Subscriber)"는, 전화, 음성 대역 모뎀(voice band modem), ISDN 라인, 이산 다중-음색 시스템(discrete multi-tone system)(예를 들 어, 디지털 가입자 라인), 또는 이러한 장치들 중 하나가 설치된 컴퓨터와 같은, 아날로그 가입자 루프를 통해 정보 신호들을 전송하는 어떤 장치를 언급한다. 용어 "서비스 제공자(Service Provider)"는 아날로그 가입자 루프와 디지털 네트워크 사이에 접속된 장치를 언급한다. 통상적인 서비스 제공자들은 중앙 오피스들(Central Ofiices) 및 인터넷 서비스 제공자들을 포함한다.
아날로그 가입자 루프들은, 가입자 장치로부터 연관된 로컬(local) 서비스 제공자에게로 아날로그 신호들을 전송하는 종래의 트위스트 페어들(twisted pairs)이다. 서비스 제공자에서, 아날로그 신호들은 채널 유닛 필터 및 코덱(codec)에 의해 64 kbps DS0 디지털 데이터 스트림으로 변환되는데, 이것은 비선형 인코딩 규칙을 사용한 후속 아날로그-디지털 변환에 의한 대역제한 필터(bandlimiting filter)를 함께 하여 수행된다. 결과적인 DS0 스트림들은 회선 교환 디지털 네트워크를 통해 그 각각의 목적지(destination) 서비스 제공자에게로 전송된다.
서비스 제공자 1에서, 가입자의 1 루프 신호가 제일 먼저 대역제한된다. 대역제한된 아날로그 신호는 그 다음에 8 ksamples/second의 레이트로 샘플링되고, 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation)("PCM") 인코딩으로 언급되는 비선형 맵핑 규칙 (mapping rule)을 사용하여 8-비트 디지털 표현으로 변환된다. 이러한 인코딩은 거의 로그적이며(logarithmic), 그 목적은 상대적으로 큰 동적 범위 음성 신호들을 샘플당 8 비트들만으로 표현되도록 허용하는 것이다. 예시적인 PCM 인코딩 기법들은 에이-법칙(A-rule) 및 뮤-법칙(mu-law)을 포함하며, S.Haykin의 "통신 시스템들 (Communication Systems)", John Wiley & Sons, 1983, 2nd edition, pages 407-438에 기재되어 있고, 이 문헌의 내용들은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
가입자들 1 및 2는 도 4의 구성을 통해 디지털 데이터를 전송하기 위해, 종래의 모뎀을 사용할 수 있다. 종래의 모뎀은 가입자의 디지털 데이터를 심볼 시퀀스(symbol sequence)로 인코딩한다. 심볼 시퀀스는 단부간 접속상에서 이용가능한 약 3.5kHz의 대역폭을 통해 전송될 수 있는 적절하게 대역제한된 아날로그 신호로서 표현된다. 예시적인 모뎀은 디지털-아날로그 변환기(즉, D/A), 아날로그-디지털 변환기(즉, A/D), 및 하이브리드(hybrid)를 포함할 수 있다.
업스트림, 즉 가입자로부터 서비스 제공자로의 데이터 전송 레이트를 증가시키기 위해, 가입자가 PCM 인코딩을 사용하여 전송하는 것이 제안되었다. 그러나, 업스트림 방향으로 PCM 인코딩을 사용하는 것은 특별한 문제들을 대면하게 된다. 특히, 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋은 업스트림 방향의 PCM 인코딩의 성능을 크게 저하시킨다.
따라서, 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 고려하는 장치 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명에 따라, 업스트림 방향으로의 전송은 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 교정하는 것에 의해 개선된다. 본 발명의 한 측면은, 가입자로부터 서비스 제공자에게로 트레이닝 신호(training signal)를 전송하는 단계; 서비스 제공자에서 트레이닝 신호를 수신하는 단계; 수신된 트레이닝 신호에 기초하여, 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 계산하는 단계; 계산된 위상 오프셋을 서비스 제공자로부터 가입자에게로 전송하는 단계; 및 전송된 위상 오프셋에 기초하여, 가입자로부터 서비스 제공자에게로 전송된 새로운 신호를 사전-조정(pre-adjust)하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 이 방법 하에서, 서비스 제공자는 네트워크 클럭에 동기된다.
본 발명의 다른 측면은, 디지털-아날로그 변환기, 아날로그-디지털 변환기, 클럭 회복 회로 및, 제어 소자를 포함하는 가입자를 제공한다. 디지털-아날로그 변환기는 아날로그 가입자 루프를 통한 전송 준비로 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시키고, 반면에 아날로그-디지털 변환기는 아날로그 가입자 루프로부터 수신된 아날로그 신호들을 수신된 디지털 신호로 변환시킨다. 클럭 회복 회로는 수신된 디지털 신호로부터 클럭 신호를 회복시킨다. 가입자는 또한 회복된 클럭 신호를 위상 오프셋만큼 조정하여, 위상 조정된 클럭 신호를 발생시키는 제어 소자를 포함한다. 위상 오프셋은 서비스 제공자에 의해 변조된 트레이닝 신호의 아크탄젠트 (arctangent)에 기초한다. 가입자는 디지털-아날로그 변환기에 의한 후속 변환들을 위상 조정된 클럭 신호에 동기시켜서 위상 오프셋을 교정할 수 있다. 상기 위상 조정된 클럭 신호에의 동기는, 서비스 제공자에 수신되었을 때, 가입자에 의해 전송된 신호들이 네트워크 클럭과 동위상(in phase)이 되도록 한다.
본 발명의 다른 측면에서, 서비스 제공자는 서비스 제공자와 서비스 제공자에 동작 가능하게 결합된 가입자 사이의 위상 오프셋을 결정한다. 위상 오프셋을 결정하는 서비스 제공자는 코사인 변조기, 사인 변조기, 및 처리기를 포함한다. 코사인 변조기는 신호 Rx를 발생시키기 위해, 가입자로부터 수신된 트레이닝 신호를 코사인 함수에 의해 변조하고, 사인 변조기는 Ry를 발생시키기 위해, 가입자로부터 수신된 트레이닝 신호를 사인 함수에 의해 변조한다. 처리기는 그다음에 (Rx/Ry)의 아크탄젠트에 기초하여 위상 오프셋을 결정한다.
본 발명의 특징들 및 이점들은, 같은 참조 문자들이 서로 다른 도면들을 통해 동일한 소자들을 언급하는 첨부된 도면들에 도시된 바와 같이, 다음의 서술로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 서비스 제공자(10)의 블록도이다. 서비스 제공자(10)는 서비스 제공자에 동작 가능하게 결합된 도 2의 가입자(20) 및 서비스 제공자(10) 사이의 위상 오프셋을 결정한다. 서비스 제공자는 변조기(16) 및 처리기(18)를 포함한다. 변조기(16)는 신호 Rx를 발생시키기 위해, 가입자로부터 수신된 트레이닝 신호를 코사인 함수에 의해 변조하기 위한 코사인 변조기를 포함한다. 변조기(16)는 또한 신호(Ry)를 발생시키기 위해, 가입자로부터 수신된 트레이닝 신호를 사인 함수에 의해 변조하기 위한 사인 변조기를 포함한다. 처리기(18)는 변조기(18)로부터의 입력으로서 신호들(Rx 및 Ry)을 수신한다. 처리기는 그 다음에 (Rx/Ry)의 아크탄젠트(arctangent)의 계산에 기초하여 위상 오프셋을 결정한다.
변조기(16) 및 처리기(18)는 소프트웨어 명령들을 실행하는 디지털 신호 처리기 또는 마이크로제어기와 같은, 데이터 처리기를 사용하여 수행될 수 있다. 대안으로, 변조기 및 처리기는, 컴퓨터 상에서 수행하는 소프트웨어에서 전체적으로, 전기 회로에서 전체적으로, 또는 소프트웨어 및 전기 회로의 결합에서, 수행될 수 있다.
서비스 제공자(10)는 하이브리드(12)와, A/D 변환기(14), 및 D/A 변환기(20)를 또한 포함할 수 있다. A/D(14)는 하이브리드(12)와 변조기(16) 사이에서 동작 가능하게 결합되어 있으며, 반면에, D/A(20)는 하이브리드(12)와 처리기(18) 사이에서 동작 가능하게 결합되어 있다. 하이브리드(12)는 아날로그 가입자 루프에 서비스 제공자(10)를 동작 가능하게 결합한다.
하이브리드(12)는 2 쌍의 도체들 상에서 전달되는 아날로그 신호들을 분리시키기 위해 1 쌍의 도체들(즉, 아날로그 로컬 루프) 상에서 전달되는 2중 아날로그 신호들을 변환하는데 사용되는 수동 장치로서 일반적으로 기술될 수 있다. 당업자들은 하이브리드 장치들의 이용과 동작에 익숙하고, 그 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하는데 필요하지는 않다.
D/A(20)는 아날로그 로컬 루프를 통한 전송을 위해 디지털 신호들을 아날로그 신호들로 변환하고, A/D(14)는 아날로그 루프로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호들로 변환한다. A/D 변환기 및 D/A 변환기는 CODEC(코더/디코더) 기능을 수행할 수 있는 것으로 기술될 수도 있다. A/D는 뮤-법칙 CODEC을 수행할 수 있다. 당업자는 비선형 뮤-법칙 및 에이-법칙 신호 압축 알고리즘들에 익숙하다. 뮤-법칙 알고리즘은 255개의 이산 신호 변환 값들을 포함하며, 에이-법칙은 256개의 값들을 사용한다. 그러나, 본 발명의 넓은 원리들은 특정 양자화 기법에 한정되지는 않는다. A/D(14)는, 작은 아날로그 신호값들에 대해서 더 가까우며, 큰 신호값들에 대해서 더 멀리 퍼져있는, 255개의 비균일하게 공간을 둔 양자화 레벨들을 이용할 수 있어, 아날로그 가입자 루프로부터 수신된 아날로그 신호를 255개의 독특한 "심볼들(symbols)" 또는 "레벨들(levels)"중 하나로 변환한다.
서비스 제공자(10)의 동작은 다음의 수학적 분석을 참조하여 더 설명될 수 있다. 특히, 가입자가 트레이닝 신호 S(t)를 전송한다고 가정하면, 모든 조화 항들(harmonic terms)은 다음과 같다.
Figure 112001020044410-pat00001
여기서 ω0는 베이스 주파수(base frequency)이다.
서비스 제공자(10)에서, 수신된 신호 R(t)는 다음과 같다.
Figure 112001020044410-pat00002
여기서 Δt는 샘플링 오프셋(sampling offset)으로 인한, 수신하는 서비스 제공자(10)와 전송하는 가입자(20) 사이의 위상 오프셋이고,
t0는, 수신하는 서비스 제공자(10)에서의 시간 지연이며, Ci는 상수 계수이다.
변조기(16)는 그 다음에, 신호들(Rx와 Ry)을 계산할 수 있다. 특히, 변조기 (16)는 Rx를 발생시키기 위해 코사인 신호에 의해 R(t)를 변조하며, 변조기(16)는 Ry를 발생시키기 위해 사인 신호에 의해 R(t)를 변조한다. 즉,
Figure 112001020044410-pat00003
처리기(18)는 (Rx/Ry)의 아크탄젠트를 계산하여 위상 오프셋을 결정할 수 있다. 특히, Rx 및 Ry에 대한 상기 언급된 식들을 분석하면 다음을 얻는다.
Figure 112001020044410-pat00004
상기 조정이 서비스 제공자(10)로부터 가입자(20)로 되돌려져 전송된다면, 가입자(20)는, 서비스 제공자에서의 어떤 위상 오프셋도 제거하기 위해 사전-조정된, 새로운 신호를 전송할 수 있다. 특히, 본 발명에 따라 사전-조정한 후에, 서비스 제공자(10)에서의 수신된 신호는 다음과 같다.
Figure 112001020044410-pat00005
도 2는 본 발명에 따른 가입자(20)의 블록도이다. 가입자(20)는 아날로그 가입자 루프를 통해 도 1의 서비스 제공자(10)에게 동작 가능하게 결합된다. 위상 오프셋은 서비스 제공자(10)가 동기되는 네트워크 클럭과 가입자내 클럭 사이에서 존재할 수 있다. 본 발명에 따른 가입자(20)는 로컬 클럭 신호를 조정하여 그 오프셋을 제거한다.
가입자(20)는 D/A 변환기(22), A/D 변환기(24), 클럭 회복 회로(26), 및 제어 소자(28)를 포함한다. 가입자는 또한 A/D 및 D/A 변환기들을 아날로그 가입자 루프에 결합하기 위한 하이브리드(12)를 포함한다. D/A 변환기(22)는 아날로그 가입자 루프를 통한 전송 준비로 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. A/D 변환기 (24)는 아날로그 가입자 루프로부터 수신된 아날로그 신호들을 수신된 디지털 신호로 변환한다. A/D 변환기(24)의 출력은 클럭 회복 회로(26)에 인가된다.
클럭 회복 회로(26)는 수신된 디지털 신호로부터 클럭 신호를 회복시킨다. 회복된 클럭 신호는 지연 소자(30)에 인가된다. 클럭 회복 회로(26)와 지연 소자(30)는, 기술 분야에서 잘 알려진, 종래의 소자들이다.
제어 소자(28)는 회복된 클럭 신호의 위상을 위상 오프셋으로 조정하여 위상 조정된 클럭 신호를 발생시킨다. 특히, 제어 소자(28)는, 지연 소자(30)가 클럭 회복 회로(26)에 의해 출력된 회복된 클럭 신호의 위상을 조정하게 한다. 제어 소자는 서비스 제공자(10)로부터 수신된 제어 신호들에 기초하여 위상 조정의 범위를 결정한다. 서비스 제공자(10)는, 논의된 바와 같이, 가입자(20)에 의해 전송된 트레이닝 신호에 기초하여 위상 조정의 범위를 결정한다. 예를 들어, 위상 오프셋은 서비스 제공자에 의해 변조된 트레이닝 신호의 아크탄젠트에 기초한다.
가입자(20)는, D/A 변환기(22)에 의한 후속 변환들을 위상 조정된 클럭 신호에 동기시켜서, 가입자(20)와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋만큼 교정한다. 상기 위상 조정된 클럭 신호에의 동기는 가입자(20)에 의해 전송된 신호들이, 서비스 제공자(10)에서 수신될 때, 네트워크 클럭과 동위상이 되도록 한다.
도 3은 가입자(20)와 서비스 제공자(10) 사이의 위상 오프셋만큼 교정하여 업스트림 방향으로 전송을 개선하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 본 발명의 한 측면은 가입자로부터의 트레이닝 신호를 전송하고(단계 42), 트레이닝 신호를 수신하고 (단계 44), 위상 오프셋을 계산하고(단계 48), 계산된 위상 오프셋을 전송하고(단계 50), 가입자로부터 전송된 새로운 신호를 사전-조정하는(단계 52) 방법을 제공한다.
방법은 단계 40에서 시작하고, 처리는 단계 42로 진행한다. 단계 42에서, 가입자(20)는 서비스 제공자(10)에 트레이닝 신호를 전송한다. 단계 42 이후에서, 방법은 단계 44로 진행한다.
단계 44에서, 서비스 제공자(10)는 가입자(20)로부터 트레이닝 신호를 수신한다.
단계 46에서, 서비스 제공자(10)는 신호 Rx를 발생시키기 위해 수신된 트레이닝 신호를 코사인 함수에 의해 변조한다. 서비스 제공자(10)는 또한 신호 Ry를 발생시키기 위해 수신된 트레이닝 신호를 사인 함수에 의해 변조한다. 그 다음, 처리는 다음으로 단계 48로 진행한다.
단계 48에서, 서비스 제공자(10)는 단계 46에서 발생된 신호들 Rx와 Ry에 기초하여, 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 계산한다. 특히, 처리기(18)는 (Rx/Ry)의 아크탄젠트의 계산에 기초하여 위상 오프셋을 결정한다.
단계 50에서, 서비스 제공자(10)는 계산된 위상 오프셋을 가입자에게로 전송한다.
단계 52에서, 가입자(20)는 전송된 위상 오프셋에 기초하여, 가입자로부터 서비스 제공자에게로 전송된 새로운 신호를 사전-조정한다
본 발명은 특정의 양호한 실시예들을 참조하는 것으로 도시되었고 기술된 반면에, 당업자는 형식과 상세한 부분에서의 변형이 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그래서, 본 명세서에 개시된 특정의 상세한 부분들은 종래 기술에 의해 요구되는 바와 다른 본 발명의 범위상의 필요한 제한들인 것으로 의도되지는 않는다.
업스트림 방향으로의 전송은 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 교정하는 것에 의해 개선된다.

Claims (15)

  1. 가입자와 서비스 제공자 사이의 위상 오프셋을 교정하는 방법으로서,
    상기 가입자로부터 상기 서비스 제공자에게로 트레이닝 신호(training signal)를 전송하는 단계로서, 상기 서비스 제공자는 네트워크 클럭에 동기된, 상기 전송 단계;
    상기 서비스 제공자에서 상기 트레이닝 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 트레이닝 신호에 기초하여, 상기 가입자와 상기 서비스 제공자 사이의 상기 위상 오프셋을 계산하는 단계;
    상기 서비스 제공자로부터 상기 가입자에게로 상기 계산된 위상 오프셋을 전송하는 단계; 및
    상기 전송된 위상 오프셋에 기초하여, 상기 가입자로부터 상기 서비스 제공자에게로 전송된 새로운 신호를 사전-조정(pre-adjusting)하는 단계를 포함하는 위상 오프셋 교정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산 단계는, 신호 Rx를 발생시키기 위해 상기 수신된 트레이닝 신호를 코사인 함수에 의해 변조하는 단계, 및 신호 Ry를 발생시키기 위해 상기 수신된 트레이닝 신호를 사인 함수에 의해 변조하는 단계를 더 포함하는, 위상 오프셋 교정 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    arctangent(Rx/Ry)의 함수로서, 상기 위상 오프셋, Δt를 결정하는 단계를 더 포함하는, 위상 오프셋 교정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위상 오프셋 Δt = (1/ω0)*arctangent(Rx/Ry) + n - t0 이고,
    여기서, t0 = 상기 서비스 제공자 측에서의 시간 지연인, 위상 오프셋 교정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산된 위상 오프셋을 전송하는 단계는, 상기 서비스 제공자 측에서의 계산된 시간 지연, t0를 전송하는 단계를 더 포함하는, 위상 오프셋 교정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 서비스 제공자 측에서의 상기 전송된 시간 지연 및 상기 전송된 위상 오프셋에 기초하여, 상기 가입자로부터 상기 서비스 제공자에게로 전송된 상기 새로운 신호를 사전-조정하는 단계를 더 포함하는, 위상 오프셋 교정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 새로운 신호가 상기 서비스 제공자에서 수신될 때, 상기 새로운 신호가 상기 네트워크 클럭과 동위상(in phase)이 되도록 상기 사전-조정된 새로운 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는, 위상 오프셋 교정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 사전-조정 단계는 상기 전송된 위상 오프셋만큼 상기 가입자에서 클럭 신호의 위상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 위상 오프셋 교정 방법.
  11. 아날로그 가입자 루프를 통해, 네트워크 클럭에 동기된 서비스 제공자에 동작 가능하게 결합된 가입자로서,
    상기 아날로그 가입자 루프를 통한 전송 준비로 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환기;
    상기 아날로그 가입자 루프로부터 수신된, 수신된 아날로그 신호들을 수신된 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기;
    상기 수신된 디지털 신호로부터 클럭 신호를 회복하기 위한 클럭 회복 회로; 및
    상기 회복된 클럭 신호의 위상을 위상 오프셋만큼 조정하여, 위상 조정된 클럭 신호를 발생시키는 제어 소자로서, 상기 위상 오프셋은 상기 서비스 제공자에 의해 변조된 트레이닝 신호의 아크탄젠트에 기초한 것인, 상기 제어 소자를 포함하고,
    상기 디지털-아날로그 변환기에 의한 후속 변환은, 상기 가입자에 의해 전송된 신호들이, 상기 서비스 제공자에서 수신될 때, 상기 네트워크 클럭과 동위상이 되도록, 상기 위상 조정된 클럭 신호에 동기되는, 가입자.
  12. 삭제
  13. 서비스 제공자와 상기 서비스 제공자에 동작 가능하게 결합된 가입자 사이의 위상 오프셋을 결정하기 위한 상기 서비스 제공자로서,
    신호 Rx를 발생시키기 위해, 상기 가입자로부터 수신된 트레이닝 신호를 코사인 함수에 의해 변조하기 위한 코사인 변조기;
    신호 Ry를 발생시키기 위해, 상기 가입자로부터 수신된 트레이닝 신호를 사인 함수에 의해 변조하기 위한 사인 변조기; 및
    arctangent(Rx/Ry)에 기초하여 상기 위상 오프셋을 결정하기 위한 처리기를 포함하는, 서비스 제공자.
  14. 삭제
  15. 삭제
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