KR101358612B1 - 심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기 - Google Patents

심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기 Download PDF

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Abstract

심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기가 개시된다. 적응형 등화 방법은 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하는 단계, 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교하여 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 단계 및 상기 검출된 심볼 간섭의 크기를 이용하여 상기 신호를 등화하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기{ADAPTIVE EQUALIZING METHOD AND ADAPTIVE EQUALIZER USING LEVEL DETECTION OF INTERSYMBOL INTERFERENCE}
본 발명의 실시예들은 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하여 등화기의 보상 크기를 결정하는 심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기에 관한 것이다.
등화기(Equalizer)란 채널(Channel)의 왜곡(Distortion)에 의하여 발생하는 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 영향을 감소시키기 위한 것으로, 등화기의 보상 크기에 따라 등화기를 통해 나오는 신호의 파형은 변화하게 된다.
등화기에 의하여 최적의 보상이 이루어진 경우 신호의 눈 패턴(eye pattern)을 측정하면 깨끗한 눈열림이 측정되며, 그렇지 않은 경우에는 닫혀있는 눈열림이 측정되게 된다.
심볼간 간섭이 발생하는 이유는 채널의 대역폭은 제한되어 있는데 펄스(pulse)는 퍼지는 성질이 있기 때문으로, 심볼간 간섭을 방지하려면 심볼간 간섭이 '0' 이 되도록 등화기를 설계해야 된다.
따라서, 등화기의 보상 크기를 최적화함으로써 심볼간 간섭을 최소화시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.
심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하여 등화기의 보상 크기를 결정함으로써 심볼간 간섭을 최소화할 수 있는 심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기가 제공된다.
적응형 등화 방법은 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하는 단계, 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교하여 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 단계 및 상기 검출된 심볼 간섭의 크기를 기초로 상기 등화기의 보상 크기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 보상 크기를 제어하는 단계는 상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 반전될 때까지 상기 등화기의 보상 크기를 제어하기 위한 등화 카운터의 값을 증가시키는 단계, 상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 반전되는 경우 상기 등화 카운터의 값을 등화 제어 코드로 결정하는 단계 및 상기 결정된 등화 제어 코드를 이용하여 상기 등화기의 보상 크기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 등화기는 5 스테이지의 피드 포워드 등화기(5-stage Feed Forward Equalizer)일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 심볼간 간섭 크기를 검출하는 단계는 2 스테이지의 THA(Track and Hold Amplifier)를 이용하여 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 상기 심볼간 간섭 크기를 검출하는 단계일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 등화기는 최종단에 상기 THA의 동작으로 인한 간섭을 최소화하기 위한 FFE(Feed Forward Equalizer) 유닛 셀을 더 포함할 수 있다.
적응형 등화기는 입력 신호를 등화하는 등화기 및 상기 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하여 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 ISI 레벨 검출기를 포함하고, 상기 등화기는 상기 심볼간 간섭의 크기에 따라 결정된 등화 제어 코드를 기초로 상기 입력 신호를 등화할 수 있다.
등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기와 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정한 후 이들의 크기를 비교하여 심볼간 간섭의 크기를 검출하고 이를 기초로 등화기의 보상 크기를 결정함으로써 적응적으로 심볼간 간섭을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 적응형 등화 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 주기적인 신호에 의해 발생되는 심볼간 간섭 성분의 크기를 나타내는 도면이다.
도 3은 등화기의 보상 크기에 따른 주기적인 신호의 파형 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 주기적인 신호의 심볼간 간섭 레벨을 검출하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 적응형 등화기를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, ISI 레벨 검출기를 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 피드 포워드 등화기의 유닛 셀을 나타내는 회로도이다.
도 8은 피드 포워드 등화기의 AC 응답 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 적응형 등화 방법의 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11(a)는 은 THA에 의한 ISI 검출 신호를 나타내는 그래프이고, 도 11(b)는 프리앰프(pre-amp)를 통과한 신호를 나타내는 그래프이다.
도 12는 채널과 등화기를 통과한 신호의 눈열림을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 적응형 등화 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 적응형 등화 방법은 등화기의 보상 크기에 의존하여 변화하는 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference) 신호의 크기를 측정하여 등화기의 보상 크기를 결정할 수 있다.
이를 위하여 본 발명에 따른 적응형 등화기는 먼저 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호(ISI)와 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호(REF)의 크기를 측정한다. 그리고 이들을 비교하여 심볼간 간섭의 크기를 검출한다(S110). 여기서, 등화기는 5 스테이지의 피드 포워드 등화기(5-stage Feed Forward Equalizer)일 수 있고, 심볼간 간섭의 크기는 2 스테이지의 THA(Track and Hold Amplifier)를 통해 검출될 수 있다. 이 경우, 5 스테이지의 피드 포워드 등화기의 최종단에는 THA의 동작으로 인한 간섭을 최소화하기 위한 FFE(Feed Forward Equalizer) 유닛 셀이 구비될 수 있다.
이후, 심볼간 간섭의 크기가 반전될 때까지 상기 등화기의 보상 크기를 제어하기 위한 등화 카운터의 값을 증가시킨다(S120). 등화 카운터의 값이 증가함에 따라 심볼간 간섭이 크기는 감소하게 되는데 이 때 상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 음의 값으로 반전되는 경우 적응형 등화기는 해당 등화 카운터의 값을 등화 제어 코드로 결정하고(S130), 결정된 등화 제어 코드를 이용하여 등화기의 보상 크기를 제어한다(S140).
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 적응형 등화 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 2는 주기적인 신호에 의해 발생되는 심볼간 간섭 성분의 크기를 나타내는 도면이고, 도 3은 등화기의 보상 크기에 따른 주기적인 신호의 파형 변화를 나타내는 그래프이다.
채널을 통과한 주기적인 신호(pulse)는 채널의 손실 크기에 무관하게 깨끗한 눈열림이 발생된다. 채널을 통과한 신호는 채널에 대한 정보를 포함하고 있으며 이 정보를 추출하여 등화기의 보상 크기를 결정하는데 활용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 선형 시스템에서 주기적인 펄스 신호(DATA(a+b+c+d))는 각 단위 펄스 신호(DATA(a), DATA(b), DATA(c), DATA(d))의 합으로 나타낼 수 있으며, 각 단위 펄스의 ISI 성분(1st ISI, 2nd ISI, 3rd ISI)도 동일한 시간에서의 합으로 나타낼 수 있다.
주기적인 신호가 3번째 말미 간섭(3rd post-cursor)까지 유효한 ISI 성분을 가지는 4-bit 주기 단위로 변화하는 펄스신호인 경우, 데이터 D4 와 D5 사이의 E45 에서는 모든 ISI 성분이 나타나고, D7 과 D8 사이의 E78에서는 ISI 성분이 나타나지 않는다.
선형 보상 특성을 가지는 등화기를 적용하는 경우 ISI 성분은 각 단위 펄스 신호에서 동일한 비율로 감소되는데, 정확한 보상이 이루어 지는 경우 ISI 성분은 모두 제거되고, 과도한 보상이 이루어 지는 경우 음(negative)의 ISI 성분이 나타나게 된다.
주기적인 신호를 인가한 경우 채널과 등화기를 통과한 신호의 눈 열림이 도 3에 도시되어 있다. 이와 같은 등화기의 보상 크기에 따른 주기적인 신호 파형의 변화는 등화기가 최적의 보상값으로 제어될 수 있는 적응형 알고리즘의 입력 정보로 활용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 적응형 등화 방법은 등화기의 보상 크기에 의존하여 변화하는 ISI 신호의 크기를 측정하여 등화기의 보상 크기를 결정한다. 이를 위해 시스템 초기 트레이닝(training) 주기 동안 주기적인 펄스 신호가 인가되어야 한다.
도 4는 주기적인 신호의 심볼간 간섭 레벨을 검출하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 적응형 등화기는 등화기의 보상 크기에 따라 변화하는 ISI 성분을 측정하기 위하여, 데이터 D4 및 D5 사이의 천이구간인 E45 에 존재하는 ISI 성분의 크기를 이용한다.
이를 위하여 적응형 등화기는 E45 신호를 측정 신호로 사용하고 D6, D7 사이에 존재하는 ISI 성분이 존재하지 않는 E67 신호를 기준 신호로 사용하여 측정 신호와 기준 신호를 비교를 통하여 등화기의 보상 크기를 결정할 수 있다.
시스템 초기에 등화기가 보상되기 전 E45 의 신호 크기는 채널의 손실에 의해 ISI 성분이 존재하고, E67 보다 상대적으로 큰 전위값을 가지며, 등화기의 보상 크기가 증가할수록 신호의 크기가 E67 에 가까워진다. 최적의 보상이 이루어지는 경우 E45 와 E67 의 신호 크기는 동일해 지며, 과도한 보상이 이루어 지는 경우 E45 신호 크기는 E67 신호 크기보다 낮아진다.
따라서 본 발명에 따른 적응형 등화 방법은 두 신호 E45 와 E67 의 크기가 반전되는 값을 검출하여 등화기의 등화 제어 신호로 사용한다. 등화 제어 신호는 4-bit 등화 카운터(EQ counter)에 의해 제어될 수 있으며, 두 신호 E45 및 E67 신호가 반전될 때까지 등화 카운터의 값이 증가하면서 등화기의 보상 크기를 증가시킨다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 적응형 등화기를 나타내는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, ISI 레벨 검출기를 나타내는 구성도이다.
먼저 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 적응형 등화기는 입력 신호를 등화하는 등화기(510) 및 ISI의 크기를 검출하는 ISI 레벨 검출기(520)를 포함할 수 있다.
등화기(510)로는 5-스테이지의 피드 포워드 등화기(5-stage Feed Forward Equalizer)가 사용될 수 있는데, 등화기(510)는 FFC(Flexible Flat Cable)를 통해 주기적인 신호가 입력되면 이를 ISI 레벨 검출기(520)의 등화 제어 코드를 기초로 보상한다.
ISI 레벨 검출기(520)는 등화기(510)로부터 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하여 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 심볼간 간섭의 크기를 검출한다.
보다 구체적으로, ISI 레벨 검출기(520)는 도 6에 도시된 것과 같이 FFE로 입력되는 주기적인 신호에서 ISI의 크기를 검출하기 위하여 2 스테이지의 THA(Track and Hold amplifier)를 이용할 수 있으며, THA에 필요한 클럭 소스(clock source)는 FFE로 출력된 펄스 신호를 지연시켜 발생된 신호를 이용할 수 있다.
등화기 보상 크기를 증가시키기 위한 등화 카운터의 값은 반전된 ISI 값이 측정될 때까지 증가하며, ISI의 크기가 반전될 경우 등화 카운터의 값은 본 발명에 따른 적응형 등화기의 등화 제어 코드로 사용될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 적응형 등화기는 THA 동작으로 인한 간섭을 최소화하기 위해 5 스테이지 FFE의 최종단에 동일한 FFE 유닛 셀(unit cell)을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 피드 포워드 등화기의 유닛 셀을 나타내는 회로도이고, 도 8은 전체적인 피드 포워드 등화기의 AC 응답 특성을 나타내는 그래프이다.
FFE의 유닛 셀은 도 7에 도시된 것과 같이 RC 디제너레이션(degeneration) 구조와 네거티브 커페시턴스(negative capacitance)가 결합된 구조로 구현될 수 있으며, 커페시턴스 뱅크(capacitance bank)를 포함하여 커페시턴스의 크기가 디지털 신호로 가변되도록 구성될 수 있다. 이 경우 적응형 등화기의 전체적인 보상 범위는 15~33dB 이 되며, 4-bit의 등화 제어 코드(EQ code)에 의해 15단계로 제어될 수 있다. 제어 신호를 확장할 경우 최소 보상 제어 크기의 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 적응형 등화 방법의 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9에 도시된 것과 같이, 등화 제어 코드를 생성하는 등화 카운터(EQ counter)의 값이 "0001"에서 "0101"로 증가하여 E45 신호(ISI)가 E67 신호(REF) 보다 낮아질 때 등화 코드는 수렴되어 알고리즘은 종료되고, 최종 등화 카운터의 값(0101)은 본 발명에 따른 적응형 등화기의 보상을 위한 등화 제어 코드로 적용된다.
한편, 도 10에 도시된 것과 같이, 코드 수렴 전 EQ_code<3:0>='0100' 인 경우 E45 의 신호 레벨은 E67 신호 레벨보다 높지만, 등화기의 보상 코드가 EQ_code<3:0>='0101' 로 증가될 경우 E45 신호의 크기는 E67 보다 낮아지게 되어 알고리즘은 종료된다.
도 11(a)는 은 THA에 의한 ISI 검출 신호를 나타내는 그래프이고, 도 11(b)는 프리앰프(pre-amp)를 통과한 신호를 나타내는 그래프이다.
도 11(a)에 도시된 것과 같은 THA에 의해 검출된 ISI 신호와 RFE 신호는 도 11(b)에 도시된 것과 같이 ISI 레벨 검출기의 프리앰프(Pre-amp)를 통해 그 차가 증폭되며, 센스 앰프(sense amp)와 래치(latch)에 의해 반전된 신호가 검출될 수 있다.
도 12는 채널과 등화기를 통과한 신호의 눈열림을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
10-Gb/s의 전송속도를 갖는 PRBS(Pseudo Random Binary Sequence) 신호를 인가하였을 경우, 본 발명에 따른 적응형 등화 방법을 적용하기 전 초기값인 등화 코드가 EQ_code<2:0>='0000' 일 때는 등화기의 최초 보상크기인 13 dB가 적용되지만 채널의 손실이 크기 때문에 등화기를 통과한 출력 신호의 눈열림은 도 12(a)와 같이 완전히 닫히게 된다. 그러나, 본 발명에 다른 적응형 등화 방법에 의해 얻은 등화 코드 EQ_code<3:0>='0101'을 적용하여 데이터를 인가할 경우 눈열림이 크게 확대되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 심볼간 간섭의 크기 검출을 이용한 적응형 등화 방법 및 적응형 등화기는 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기와 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정한 후 이들의 크기를 비교하여 심볼간 간섭의 크기를 검출하고 이를 기초로 등화기의 보상 크기를 결정함으로써 적응적으로 심볼간 간섭을 최소화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교하여 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 심볼 간섭의 크기를 기초로 상기 등화기의 보상 크기를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 보상 크기를 제어하는 단계는,
    상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 반전될 때까지 상기 등화기의 보상 크기를 제어하기 위한 등화 카운터의 값을 증가시키는 단계;
    상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 반전되는 경우 상기 등화 카운터의 값을 등화 제어 코드로 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 등화 제어 코드를 이용하여 상기 등화기의 보상 크기를 제어하는 단계
    를 포함하는 적응형 등화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 등화기는,
    피드 포워드 등화기(Feed Forward Equalizer)인 것을 특징으로 하는 적응형 등화 방법.
  4. 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교하여 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 심볼 간섭의 크기를 기초로 상기 등화기의 보상 크기를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 심볼간 간섭 크기를 검출하는 단계는,
    THA(Track and Hold Amplifier)를 이용하여 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 상기 심볼간 간섭 크기를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 적응형 등화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 등화기는,
    최종단에 상기 THA의 동작으로 인한 간섭을 최소화하기 위한 FFE(Feed Forward Equalizer) 유닛 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 등화 방법.
  6. 삭제
  7. 입력 신호를 등화하는 등화기; 및
    상기 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하여 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 ISI 레벨 검출기를 포함하고,
    상기 등화기는,
    상기 심볼간 간섭의 크기에 따라 결정된 등화 제어 코드를 기초로 상기 입력 신호를 등화하고,
    상기 ISI 레벨 검출기는,
    상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 반전될 때까지 등화기의 보상 크기를 제어하기 위한 등화 카운터의 값을 증가시키고 상기 검출된 심볼간 간섭의 크기가 반전될 때의 상기 등화 카운터의 값을 상기 등화 제어 코드로 결정하는 것을 특징으로 하는 적응형 등화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 등화기는,
    피드 포워드 등화기(Feed Forward Equalizer)인 것을 특징으로 하는 적응형 등화기.
  9. 입력 신호를 등화하는 등화기; 및
    상기 등화기를 통해 입력되는 신호에서 심볼간 간섭 성분을 포함하는 측정 신호의 크기를 측정하고 상기 심볼간 간섭 성분이 존재하지 않는 기준 신호의 크기를 측정하여 상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)의 크기를 검출하는 ISI 레벨 검출기를 포함하고,
    상기 등화기는,
    상기 심볼간 간섭의 크기에 따라 결정된 등화 제어 코드를 기초로 상기 입력 신호를 등화하고,
    상기 ISI 레벨 검출기는,
    상기 측정된 측정 신호와 기준 신호의 크기를 비교함으로써 상기 심볼간 간섭의 크기를 검출하는 THA(Track and Hold Amplifier); 및
    상기 검출된 심볼간 간섭의 크기를 기초로 상기 등화 제어 코드를 생성하는 등화 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 등화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 등화기는,
    최종단에 상기 THA의 동작으로 인한 간섭을 최소화하기 위한 FFE(Feed Forward Equalizer) 유닛 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 등화기.
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