KR100758765B1

KR100758765B1 - 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100758765B1
Application number: KR1020010083625A
Authority: KR
Inventors: 한기철
Original assignee: 엘지노텔 주식회사
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2007-09-14
Also published as: KR20030053677A

Abstract

본 발명은 DMT/OFDM의 변조를 이용할 때 나타날 수 있는 큰 PAR를 감소시킴으로써 클리핑 노이즈를 제거하도록 된 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 장치는, 입력 데이터와 스케일링된 데이터를 다중화하는 다중화부와; 다중화부의 출력 데이터를 절대값으로 만드는 절대진폭 생성부와; 절대진폭 생성부의 출력값과 설정된 문턱값을 비교하여 클리핑 발생 여부를 확인하는 비교부와; 클리핑 발생 판정시 다중화부의 출력 데이터의 특정값에서 문턱값을 감산한 결과값을 설정된 방식으로 조절하여 저장하며, 클리핑 미발생 판정시 다중화부의 출력 데이터 스트림 전체를 출력으로 내보내도록 제어하기 위한 클리핑값 생성부와; 다중화부의 출력 데이터 스트림에 영향을 주지 않으면서 해당 데이터를 자를 수 있도록 된 특정 데이터 스트림을 저장하기 위한 커널부와; 클리핑이 발생된 것으로 판정된 경우에 클리핑값 생성부에 저장된 값과 커널부에 저장된 데이터 스트림을 곱하기 위한 승산부와; 클리핑값 생성부에 의해 제어되어 인가되는 다중화부 출력 데이터 스트림과 승산부 출력의 부호 반전값을 더하여 스케일링된 데이터로써 다중화부로 인가하기 위한 합산부를 포함하여 이루어지며, 특별한 수신 알고리즘이 필요하지 않게 되어 수신 모뎀간 호환이 용이하고, 간단한 알고리즘 구현 및 큰 PAR 값을 획득이 가능하다.

Description

디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치 및 그 방법 {Apparatus and method for reduction of peak-to-average power ration in DMT modem}

도1은 종래기술에 따른 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 블록도.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치의 블록도.

도3은 본 발명의 실시예에 적용되는 다중 반송파 시스템 신호의 특성을 보인 선도.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법의 순서도.

도5는 본 발명의 실시예에 적용되는 데이터와 커널 파형간의 관계를 보인 선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

210 : 다중화부 220 : 절대진폭 생성부

230 : 비교부 240 : 클리핑값 생성부

250 : 데이터 램 260 : 커널

270 : 승산부 280 : 합산부

본 발명은 피크 전력비 저감에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DMT(Discrete Multi-Tone)/OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)의 변조를 이용할 때 나타날 수 있는 큰 PAR(Peak-to-Average power Ratio)를 감소시킴으로써 클리핑 노이즈(Clipping Noise)를 제거하기에 적당하도록 한 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 DMT 방식은 벤치마킹 등의 테스트에서 효율적인 변조 기법임이 확인되었지만, DMT를 위한 피크 전압이 매우 높아 고전압 아날로그 라인 드라이버를 필요로 하며 이에 따라 아날로그 종단의 구성 비용과 전력 소모가 과다하게 된다.

그래서 실제적인 장비의 사용자는 라인 드라이버 전압을 감소시키기 위해 신호 레벨을 클립(Clip)하게 한다. 클리핑 효과는 임펄스 노이즈를 발생시키고 수행성을 저하시키게 된다. 여기서 클리핑 노이즈는 검파 회로 등에서 깊은 변조파가 들어올 때 검파 출력이 변조 포락선에 비례하지 않고 일그러지는 형태로 나타나는 것과 같은 파형 왜곡을 의미한다.

디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감에 관한 종래기술로는 미국특허제6104760호의 'Peak Voltage Reduction on DMT Line Driver'가 있다. 도1은 이러한 종래기술에 따른 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감을 위한 블록도이다.

이에 따르면, 피크 전압 감소를 위하여 DSP(Digital Signal Processor) 내부 에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)(111)(112), 클리핑 검출부(Clipping Detection)(116), 및 다중화부(114)(117)를 포함한다. 여기서

(113)은 지연소자이다.

클리핑된 IFFT를 구동하는 DSP를 구비한 송신기(110)쪽에서 상태 레지스터내의 오버플로우 비트를 검사함으로써 클리핑 이벤트가 발생하는지 감시한다. 만약 클리핑이 발생하면 클리핑된 데이터 대신에 미리 정의된 데이터를 전송한다.

동시에 클리핑이 감지된 데이터 X는 두 개(X1, X2)의 연속적인 프레임 전송을 위해 두 개의 데이터 스트림으로 쪼개진다. 둘로 쪼개는 기준은 주파수 영역상에서 정확하게 반으로 나누는 지점이다.

이처럼 쪼개진 데이터를 가지고 하나씩 IFFT(111)(112)를 거치면 두 개는 모두 클리핑이 발생하지 않는 프레임을 발생시킨다. 이 두개를 하나씩 수신기(120)에 전송한다. 수신기(120)는 미리 정의된 데이터를 받았으므로 하나씩 오는 프레임을 복원(Y1, Y2)한 후 하나로 합치면 클리핑이 발생하지 않는 신호 Y로 복원할 수 있는 것이다.

그러나 이상 설명한 종래기술에 따르면, 큰 MIPS(Million Instructions Per Second)를 가지는 DSP가 필요하므로 개발 비용이 증가하고 동일한 알고리즘을 사용하지 않은 제품들과는 호환성이 유지되지 않는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 DMT/OFDM의 변조를 이용할 때 나타날 수 있는 큰 PAR를 감소시킴으 로써 클리핑 노이즈를 제거하도록 된 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치는, 입력 데이터와 스케일링된 데이터를 다중화하기 위한 다중화부와; 상기 다중화부의 출력 데이터를 절대값으로 만들기 위한 절대진폭 생성부와; 상기 절대진폭 생성부의 출력값과 설정된 문턱값을 비교하여 클리핑 발생 여부를 확인하기 위한 비교부와; 상기 클리핑이 발생된 것으로 판정되는 경우에는 상기 다중화부의 출력 데이터의 특정값에서 상기 문턱값을 감산한 결과값을 설정된 방식으로 조절하여 저장하며, 상기 클리핑이 발생되지 않은 것으로 판정되는 경우에는 상기 다중화부의 출력 데이터 스트림 전체를 출력으로 내보내도록 제어하기 위한 클리핑값 생성부와; 상기 다중화부의 출력 데이터 스트림에 영향을 주지 않으면서 해당 데이터를 자를 수 있도록 된 특정 데이터 스트림을 저장하기 위한 커널부와; 상기 클리핑이 발생된 것으로 판정된 경우에 상기 클리핑값 생성부에 저장된 값과 상기 커널부에 저장된 데이터 스트림을 곱하기 위한 승산부와; 상기 클리핑값 생성부에 의해 제어되어 인가되는 상기 다중화부 출력 데이터 스트림과 상기 승산부 출력의 부호 반전값을 더하여 스케일링된 데이터로써 상기 다중화부로 인가하기 위한 합산부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법은, 입력 데이터를 데이터 저장수단과 절대진폭 생성부로 동시에 보내는 단계와; 절대진폭 생성부로 전달된 데이터의 절대값이 취해지는 단계와; 상기 입력 데이터 가 실리는 반송파 파형에 대해 가동 범위를 설정하여, 상기 데이터의 절대값을 상기 가동 범위와 비교하여 클리핑 발생 여부를 판단하는 단계와; 상기 비교 결과 클리핑 발생이 확인되면, 상기 데이터의 절대값 중의 최대값과 설정된 문턱값간의 차이를 설정된 방식으로 조절하여 저장하는 단계와; 상기 조절되어 저장된 값과 커널부에 저장된 데이터 스트림을 곱하는 단계와; 상기 곱셈의 결과값의 부호 반전값과 상기 데이터 저장수단에 저장된 상기 입력 데이터를 더하여 스케일링된 데이터로써 상기 입력 데이터와 다중화되도록 하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치의 블록도이며, 도3은 다중 반송파 시스템 신호의 특성을 보인 선도이고, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법의 순서도이며, 도5는 데이터와 커널 파형간의 관계를 보인 선도이다.

도2에 따르면, 다중화부(210)는 IFFT 출력 데이터인 s(t)와 s(t)의 최대값을 클리핑한 데이터 s'(t)를 다중화한다.

절대진폭 생성부(Absolute Amplitude Generator, 또는 ABS)(220)는 다중화부(210)의 출력값을 모두 절대값으로 만든다.

비교부(230)는 절대진폭 생성부(220)의 출력값과 설정된 문턱값 Aclip을 비교한다. 이 비교를 통해 클리핑 발생 여부를 판단하게 되는데, 절대진폭 생성부(220)의 출력값이 문턱값 Aclip 보다 큰 경우에는 클리핑이 발생된 것에 해 당하고, 절대진폭 생성부(220)의 출력값이 문턱값 Aclip 보다 크지 않은 경우에는 클리핑이 발생되지 않은 것에 해당한다.

비교부(230)에서의 비교 결과 클리핑이 발생하면(출력>문턱값인 경우), 클리핑값 생성부(240)는 데이터 스트림 중에서 가장 큰 값과 그 값이 있는 위치를 저장하고, 이 최대값에서 문턱값 Aclip을 뺀 후 기어 쉬프팅(Gear-Shifting) 기법을 이용하여 그 값을 적절히 조절하여 생성되는 값 Alpha를 다시 저장한다.

이와는 달리 클리핑이 발생하지 않으면(출력=<문턱값인 경우), 클리핑값 생성부(240)는 데이터 램(250)에 저장되어 있는 데이터 스트림을 전체 출력값으로 내보낼 수 있도록 제어신호 CNTR을 보낸다.

승산부(270)는 클리핑이 발생했을 때 클리핑값 생성부(240)에 의해 저장된 Alpha 값과 커널(260)에 저장된 데이터 스트림을 곱한다.

커널(260)은 데이터 스트림에 영향을 주지 않으면서 데이터를 자를 수 있는 특정 데이터 스트림을 저장한다.

합산부(280)는 데이터 램(250)의 출력에 승산부(270) 출력의 부호 반전 값을 더한다. 즉, 합산부(280)의 입력중에서 비교부(230)에서 구해진 최대값의 부호에 따라 승산부(270) 출력 데이터의 부호가 바뀐다. 최대값이 양수이면 승산부(270)의 출력은 음수가 되고, 최대값이 음수이면 승산부(270)의 출력은 양수가 되는 것이다.

데이터 램(250)은 IFFT 출력값 s(t) 또는 클리핑 이벤트가 발생하여 s(t)에 스케일링된 커널(260)을 더하여 형성된 s'(t)를 저장한다.

이처럼 구성된 장치에 적용되는 피크 전력비 저감 방법을 설명하면 다음과 같다.

도3에 도시된 바와 같이, 각 반송파에 실리는 데이터가 IFFT를 거치면서 더해지기 때문에 DAC(Digital-to-Analog Converter)의 가동 범위를 넘는 값이 발생할 확률이 존재하게 된다. 이 값을 그냥 보내게 되면 클리핑 노이즈가 발생하여 수신단에서 제대로 된 값을 복원할 수 없게 되는 것이다.

그래서 본 실시예에서는 이러한 클리핑 노이즈를 보다 효과적으로 제거하면서 실제 수신단과는 독립적인 운영을 통해 서로 다른 제조자에 의해 만들어진 수신 모뎀과도 통신할 수 있도록 한다.

도4에 따르면, IFFT의 출력인 s(t) 데이터가 들어오면 이것을 램과 절대진폭 생성부(220)로 동시에 보낸다. 램으로 간 s(t)는 바로 저장되며, 절대진폭 생성부(220)로 들어온 s(t)는 각각의 샘플을 절대값으로 바꾸어 출력으로 보낸다. 이때 절대진폭 생성부(220)가 내보낸 출력값은 비교부(230)의 입력이 된다(S410~S430).

비교부(230)에서는 디지털-아날로그 변환기(DAC) 출력 파형의 진폭 가동 범위와 비교하여 그 보다 큰 값이 존재하는지를 비교한다(S440).

비교결과 큰 값이 존재한다면, 비교부(230)에서 비교된 값 중 가장 큰 값을 클리핑값 생성부(240)로 보낸다(S451).

클리핑값 생성부(240)는 데이터의 최대값과 문턱값 Aclip의 차이만큼에다 약간의 값을 더 더해서 클리핑값 Alpha를 생성한다. 즉, Alpha=최대값-Aclip+k(최대 값이 양수일 때) 또는 Alpha=최대값+Aclip-k(최대값이 음수일 때)로 표현될 수 있다. k값은 기어 쉬프팅을 이용하여 일정한 크기만큼 키워준 후 점차 줄어드는 값이 된다. 키워주어야 할 크기는 실제 데이터의 가동 범위를 보고 판단해야 한다. 실험적으로 판단해 보면, k값은 (가동 범위-Aclip)*2 정도의 크기가 적당한데, 이에 따라 문턱값을 넘는 데이터 존재시 처음 가동 범위와 Aclip의 차이값에 20% 만큼의 크기를 더 키운 후, 기어 쉬프팅을 이용하여 커진 값을 조금씩 줄여가면 된다(S452).

다시 말해, k값은 기어를 쉬프트하는 것처럼 일정한 비율로 커진 크기를 줄어들게 하면 되는 것이다. 단, k는 절대로 음수가 되어서는 안된다.

이렇게 생성된 k를 가지고 적당한 크기의 클리핑값 Alpha를 생성하면, 승산부(270)가 커널(260)에 저장되어 있는 값과 클리핑값 Alpha를 곱하여 데이터를 자를 수 있는 값을 생성하게 된다(S453).

여기서 주의해야 할 점은 실제 데이터와 커널(260)에 저장되어 있는 데이터는 도5에 도시된 바와 같이, 서로 직교하는 특성을 갖는다는 것이다. 즉, 초기화 과정을 통해 사용되지 않는 톤들을 미리 결정한 후 데이터를 사용하지 않는 톤들을 가지고 커널(260)을 만들기 때문에 그 값을 이용하여 더하거나 빼더라도 그 직교성은 유지되는 것이다.

Alpha 값이 곱해진 커널(260) 파형에 의해 잘려진 데이터인 s'(t)는 다시 데이터 램(250)에 저장되고 다시 한번 절대진폭 생성부(220)로 보내져서 그 이후의 과정을 반복하게 된다. 따라서 그 조건을 만족시키는 데이터에 대해서만 다음 절차 가 수행된다(S454).

그래서 단계 S440에서 클리핑이 발생되지 않는 것으로 판정되는 경우에는 데이터 램(250)에 현재 저장된 데이터 스트림을 클리핑되지 않은 데이터 y(t)로써 외부로 출력하게 된다(S461).

한편, 수신단에서는 이미 사용하지 않는 톤에 대한 정의가 있으므로 그 톤들에 어떤 값이 실려오더라도 그 값을 실제 데이터로 여기지 않고 버리게 된다. 그러므로 수신단에서는 어떤 수신 알고리즘도 필요없게 된다.

이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.

본 발명의 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치 및 그 방법에 따르면, 수신단에서 특별한 수신 알고리즘이 필요하지 않게 되기 때문에 어떤 제조자의 수신 모뎀과도 호환이 가능하게 되며, 승산기와 합산기 등 간단한 알고리즘으로 구현될 수 있고, 더불어 비교적 큰 PAR 값을 얻을 수 있게 된다.

Claims

입력 데이터와 스케일링된 데이터를 다중화하기 위한 다중화부와;

상기 다중화부의 출력 데이터를 절대값으로 만들기 위한 절대진폭 생성부와;

상기 절대진폭 생성부의 출력값과 설정된 문턱값을 비교하여 클리핑 발생 여부를 확인하기 위한 비교부와;

상기 클리핑이 발생된 것으로 판정되는 경우에는 상기 다중화부의 출력 데이터의 특정값에서 상기 문턱값을 감산한 결과값을 설정된 방식으로 조절하여 저장하며, 상기 클리핑이 발생되지 않은 것으로 판정되는 경우에는 상기 다중화부의 출력 데이터 스트림 전체를 출력으로 내보내도록 제어하기 위한 클리핑값 생성부와;

상기 다중화부의 출력 데이터 스트림에 영향을 주지 않으면서 해당 데이터를 자를 수 있도록 된 특정 데이터 스트림을 저장하기 위한 커널부와;

상기 클리핑이 발생된 것으로 판정된 경우에 상기 클리핑값 생성부에 저장된 값과 상기 커널부에 저장된 데이터 스트림을 곱하기 위한 승산부와;

상기 클리핑값 생성부에 의해 제어되어 인가되는 상기 다중화부 출력 데이터 스트림과 상기 승산부 출력의 부호 반전값을 더하여 스케일링된 데이터로써 상기 다중화부로 인가하기 위한 합산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치.
제 1항에 있어서,

상기 다중화부의 출력 데이터를 저장하였다가 상기 클리핑값 생성부의 클리핑 발생 여부의 판정결과에 의해 선택적으로 제어되어, 상기 저장된 데이터를 상기 합산부로 출력하거나 클리핑되지 않은 데이터로써 외부로 출력하도록 된 데이터 저장수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 장치.
입력 데이터를 데이터 저장수단과 절대진폭 생성부로 동시에 보내는 단계와;

절대진폭 생성부로 전달된 데이터의 절대값이 취해지는 단계와;

상기 입력 데이터가 실리는 반송파 파형에 대해 가동 범위를 설정하여, 상기 데이터의 절대값을 상기 가동 범위와 비교하여 클리핑 발생 여부를 판단하는 단계와;

상기 비교 결과 클리핑 발생이 확인되면, 상기 데이터의 절대값 중의 최대값과 설정된 문턱값간의 차이를 설정된 방식으로 조절하여 저장하는 단계와;

상기 조절되어 저장된 값과 커널부에 저장된 데이터 스트림을 곱하는 단계와;

상기 곱셈의 결과값의 부호 반전값과 상기 데이터 저장수단에 저장된 상기 입력 데이터를 더하여 스케일링된 데이터로써 상기 입력 데이터와 다중화되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법.
제 3항에 있어서,

상기 입력 데이터는 DMT 방식 모뎀의 IFFT에서 출력되는 데이터 스트림이며, 상기 절대진폭 생성부는 상기 인가되는 데이터 스트림의 각 샘플마다 그 절대값을 취하고, 상기 가동 범위는 디지털-아날로그 변환수단의 출력의 최대 진폭 범위와 상기 IFFT 출력의 최대 진폭 범위로 각각 설정되는 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법.
제 4항에 있어서, 상기 클리핑 발생 여부 판단하는 경우,

상기 각 샘플의 절대값 중에서 상기 디지털-아날로그 변환수단의 최대 진폭 범위 보다 큰 값이 존재하면, 클리핑이 발생된 것으로 판정하여 비교부에서 비교된 절대값들 중 최대값을 클리핑값 생성부로 보내는 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법.
제 4항에 있어서, 상기 클리핑 발생이 확인된 경우,

상기 샘플 절대값의 최대값과 설정된 문턱값의 차이만큼에다 소정의 값을 더해서 클리핑값을 생성하여 저장하며, 상기 소정의 값은 기어 쉬프팅을 이용하여 일정한 크기만큼 키워준 후 점차 줄어들도록 된 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법.
제 3항에 있어서,

상기 각 샘플의 절대값 중에서 상기 디지털-아날로그 변환수단의 최대 진폭 범위 보다 큰 값이 존재하지 않으면, 클리핑이 발생되지 않은 것으로 판정하는 단계와;

상기 클리핑이 발생되지 않은 경우에는 상기 데이터 저장수단에 저장된 상기 데이터 스트림이 클리핑되지 않는 데이터로써 외부로 출력되어지는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디엠티 모뎀의 피크 전력비 저감 방법.