KR101642611B1

KR101642611B1 - 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법, 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 송수신하는 방법 및 버스 기반 네트워크의 수신기

Info

Publication number: KR101642611B1
Application number: KR1020140193342A
Authority: KR
Inventors: 강수원
Original assignee: 강수원
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-07-29
Also published as: CN107135670B; EP3242451A1; EP3242451A4; US20180013577A1; KR20160082341A; CN107135670A; WO2016108467A1; US10270617B2

Abstract

버스 기반 네트워크에서 패킷을 전송하는 방법은 버스 기반 네트워크로 연결된 수신 노드의 수신기가 송신 노드로부터 패킷을 수신하는 단계, 수신기가 패킷에 포함된 식별자를 기반으로 이전에 송신 노드가 이전에 송신한 훈련 패킷에 대한 등화기 훈련이 수행되었는지 판단하는 단계, 송신 노드에 대한 등화기 훈련이 사전에 수행된 경우, 수신기가 송신 노드에 대한 등화기 계수를 로딩하여 수신기의 등화기를 설정하는 단계, 수신기가 훈련 패킷에 포함된 훈련열보다 짧은 훈련열을 갖는 패킷을 이용하여 최적의 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 결정하고, 결정한 최적의 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 기준으로 등화기의 입력 신호를 보정하는 단계 및 수신기가 저장된 등화기 계수를 갖도록 등화기를 설정하여 패킷에 대한 등화를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법, 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 송수신하는 방법 및 버스 기반 네트워크의 수신기{FAST EQUALIZATION METHOD FOR RECEIVED PACKET DATA IN BUS TOPOLOGY NETWORK, TRANSMITTING AND RECEIVING METHOD OF PACKET DATA IN BUS TOPOLOGY NETWORK AND METHOD RECEIVER OF BUS NETWORK}

이하 설명하는 기술은 버스 기반 네트워크(bus topology network)에서 패킷 데이터를 송신 및 수신하는 방법 및 수신한 패킷을 등화하는 방법에 관한 것이다.

유선 버스 기반의 패킷 네트워크에 대한 대표적인 표준으로 이더넷이 있다. 10Mbps 기반의 이더넷까지는 버스 기반의 네트워크를 사용하였다. 하지만 데이터 속도가 100Mbps를 넘어가게 되면서 채널 왜곡이 심해지게 되고, 등화기를 사용하지 않고는 고속 통신을 할 수 없게 되었다.

버스 기반의 네트워크는 송신기에서 보낸 패킷을 다수의 수신기가 수신할수 있어야 하는데 어떤 수신기와 송신기 사이에 패킷이 전송되는지 사전에 알수 없기 때문에 등화기 훈련이 어렵다. 따라서, 100Mbps 이상의 네트워크는 스타(star) 토폴로지 기반의 네트워크(star network)를 사용한다. 스타 네트워크에서 모든 이더넷 노드는 스위치를 통해서 다른 네트워크 노드와 통신하므로, 노드가 데이터를 송신하는 경우 해당 수신기는 스위치내의 수신기로 단일화되어 단일 송수신 링크에 대한 등화기만 필요하다. 따라서 노드와 스위치 사이의 채널에 대해 등화기 훈련을 사전에 수행할 수 있으며, 이를 바탕으로 고속 데이터 송신을 할 수 있다.

국제공개특허 WO 1996032789호 미국등록특허 US 6904110호

대용량의 데이터 전송을 위해 스타 네트워크를 사용하고 있지만, 스타 네트워크는 많은 수의 스위치와 케이블이 필요하다는 단점이 있다. 예컨대, 자동차와 같은 장치에서는 공간의 한계 및 케이블의 무게를 고려하여 주로 버스 기반 네트워크를 사용하고 있다.

이하 설명하는 기술은 버스 기반 네트워크를 기반으로 송수신 시스템에서 수신기의 등화가 용이한 패킷 전송 방법, 해당 등화기를 포함한 수신기 내지 네트워크 시스템을 제공하고자 한다.

이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

패킷 데이터를 고속 등화하는 방법은 제1 노드 및 제2 노드를 포함하는 버스에서 제2 노드의 수신기가 제1 노드로부터 제1 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신기가 상기 제1 패킷의 제1 훈련열을 이용하여 등화기의 등화기 계수를 설정하고 저장하는 단계, 상기 수신기가 상기 제1 노드로부터 상기 제1 훈련열보다 길이가 짧은 제2 훈련열을 포함하는 제2 패킷을 수신하는 단계 및 상기 수신기가 상기 저장한 등화기 계수를 이용하여 상기 제2 패킷에 대한 등화를 수행하는 단계를 포함한다.

상기 등화하는 단계는 상기 수신기가 상기 제1 훈련열과 상기 제2 훈련열 사이의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 결정한 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중 적어도 하나를 기준으로 등화기의 입력 신호를 보정하는 단계 및 상기 등화기 계수를 적용한 등화기가 상기 보정된 입력 신호를 등화하는 단계를 포함한다.

패킷 데이터를 수신하는 방법은 버스 기반 네트워크로 연결된 수신 노드의 수신기가 송신 노드로부터 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신기가 상기 패킷에 포함된 식별자를 기반으로 이전에 상기 송신 노드가 이전에 송신한 훈련 패킷에 대한 등화기 훈련이 수행되었는지 판단하는 단계, 상기 송신 노드에 대한 등화기 훈련이 수행되었던 경우, 상기 수신기가 상기 송신 노드에 대한 등화기 계수를 로딩하여 수신기의 등화기를 설정하는 단계 및 상기 수신기가 상기 등화기 계수를 갖는 등화기를 이용하여 상기 패킷에 대한 등화를 수행하는 단계를 포함한다.

상기 송신 노드에 대한 등화기 훈련이 수행되었던 경우, 상기 수신기가 상기 훈련 패킷에 포함된 훈련열보다 짧은 훈련열을 갖는 상기 패킷을 이용하여 상기 등화기가 상기 등화기 계수로 상기 패킷을 등화하는 경우 발생하는 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 보정하는 단계를 더 포함한다.

버스 기반 네트워크의 수신기는 적어도 하나의 송신 노드에 대한 등화기 계수를 저장하고 수신한 패킷의 소스 노드에 따라 등화기 계수를 추출하는 계수 추출 장치, 기저 대역 신호를 심볼구간 마다 샘플링하는 샘플링 장치 및 상기 기저 대역 신호가 상기 송신 노드로부터 수신한 신호인 경우 상기 저장된 등화기 계수를 사용하여 상기 샘플링 장치의 출력 신호에 대한 등화를 수행하는 등화기를 포함한다.

버스 기반 네트워크의 수신기는 상기 출력 신호에 대해 상기 기저 대역 신호에 포함된 훈련열을 이용하여 상기 등화기의 출력과 상기 훈련열 사이의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하는 위상 보정기를 더 포함할 수 있다.

상기 위상 보정기는 양자화된 복수의 후보 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중에서 상기 등화기 출력의 오류를 최소화하는 최적 샘플링 위상차 및 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 결정한 최적 샘플링 위상차 및 상기 최적 반송파 위상차를 기준으로 상기 입력 신호를 1차 보정하고, 각 훈련심볼마다 상기 등화기의 출력과 상기 훈련 심볼 사이의 오차를 최소로하는 반송파 위상차 값을 매심볼마다 결정하고, 모든 심볼에 대하여 결정한 반송파 위상차 값들을 평균한 값을 상기 결정한 최적 반송파 위상에 더해 최종 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 최종 최적 반송파 위상차를 기준으로 상기 보정된 입력 신호의 위상을 2차 보정할 수 있다.

패킷 데이터를 전송하는 방법은 (a) 상기 버스에 연결된 제1 노드의 상기 송신기가 상기 버스에 연결된 제2 노드로 제1 포맷의 제1 패킷을 송신하는 단계, (b) 상기 (a) 단계 이후에 수행되며, 상기 송신기가 상기 버스에 연결된 제3 노드로 상기 제1 포맷의 제2 패킷을 송신하는 단계, (c) 상기 (a) 단계 이후에 수행되며, 상기 송신기가 상기 제2 노드로 제2 포맷의 제3 패킷을 송신하는 단계 및 (d) 상기 (b) 단계 이후에 수행되며, 상기 송신기가 상기 제3 노드로 상기 제2 포맷의 제4 패킷을 송신하는 단계를 포함한다. 상기 제1 포맷은 제1 훈련열 필드를 포함하고, 상기 제2 포맷은 상기 제1 훈련열보다 길이가 짧은 제2 훈련열 필드를 포함한다.

상기 수신 노드는 상기 제1 포맷의 패킷을 사용하여 상기 수신 노드의 등화기 계수를 설정하고, 상기 수신 노드는 상기 제2 포맷의 패킷 수신 시 상기 제1 포맷의 패킷과 상기 제2 포맷의 패킷 사이의 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 보정하여 상기 설정한 등화기 계수를 갖는 등화기로 상기 제2 포맷의 패킷을 등화한다.

이하 설명하는 기술은 버스 기반 네트워크를 이용하여 비교적 간단하게 네트워크 구성이 가능하다. 나아가 이하 설명하는 기술은 수신기가 패킷을 전송한 송신 노드를 식별하고, 매 패킷 수신시 등화기를 처음부터 다시 훈련하지 않고 이전의 등화기 설정을 이용하여 수신한 패킷을 빠르게 등화할 수 있다. 이와 같은 고속 등화 기법은 등화기 훈련에 필요한 데이터 오버헤드를 줄여서, 시스템의 처리 용량을 최대화한다. 결국 이하 설명하는 기술은 버스 기반 네트워크를 기반으로 고속 패킷 데이터 통신을 가능하게 한다.

이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 버스 기반 네트워크에서 일반적으로 패킷이 전달되는 과정을 도시한 예이다.
도 2는 버스 기반 네트워크에서 고속 등화를 이용하여 패킷이 전달되는 과정을 도시한 예이다.
도 3은 도 2에서 사용된 패킷의 필드를 도시한 예이다.
도 4는 버스 기반 네트워크에서 패킷을 수신하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 5는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷을 고속 등화하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 6은 버스 기반 네트워크의 수신기에 대한 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 7은 동일한 송신 노드로부터 수신한 패킷에 대한 샘플링 장치의 처리 과정을 설명하기 위한 그래프의 예이다.
도 8은 버스 기반 네트워크의 수신기 중 등화기의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 9는 최적 반송파 위상을 구하기 위한 복소 평면의 예이다.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 기술의 버스 기반 네트워크의 수신기(400) 및 등화기(500)에 따른 구성부들의 구성은 이하 설명하는 기술의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하에서는 도면을 참조하면서 버스 기반 네트워크에서 패킷을 송신하는 방법, 버스 기반 네트워크에서 패킷을 수신하는 방법, 버스 기반 네트워크에서 고속으로 패킷을 등화하는 방법, 버스 기반 네트워크의 수신기 및 버스 기반 네트워크 수신기의 등화기에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도 1은 버스 기반 네트워크에서 일반적으로 패킷이 전달되는 과정(50)을 도시한 예이다. 도 1에서 노드 A, 노드 B 및 노드 C는 버스로 연결되어 있고, 노드에서 전송하는 패킷은 서로 다른 시간에 전송된다고 가정한다. 도 1은 노드 A와 노드 C가 노드 B에 패킷을 전송하는 경우를 도시하였다.

도 1에서 각 노드는 훈련열과 데이터가 포함된 패킷을 전송한다. 송신 노드가 전송하는 패킷은 일반적으로 채널을 거치면서 심볼간 간섭(inter-symbol interference)을 겪는다. 따라서 수신 노드는 수신기의 등화기를 이용하여 심볼간 간섭으로 인한 왜곡을 보상한다. 이하 설명에서 등화기는 선형 등화기(linear equalizer)인 전방 등화기와 비선형 결정궤환 등화기(decision-feedback equalizer)인 후방 등화기로 구성된다고 전제한다.

심볼간 간섭이 발생하는 채널의 정보를 완전히 알고 있는 경우에 이를 바탕으로 채널의 역에 해당하는 등화기의 계수를 구할 수 있다. 하지만 일반적으로는 수신기에서는 채널의 정보가 알려져 있지 않으므로, 초기에 송신 노드의 송신기가 수신기가 알고 있는 훈련열을 전송하고, 수신기는 수신한 훈련열을 이용하여 등화기를 훈련하여 등화기 계수를 결정한다.

등화기는 심볼간 간섭을 보상하기 위해 수신하는 패킷의 훈련열을 이용하여 등화기 훈련을 수행한다. 등화기는 등화기 훈련을 통해 전방 등화기 계수 및 후방 등화기 계수를 결정하고, 해당 등화기 계수로 등화기를 설정한다. 이후 등화기는 패킷에 포함된 데이터를 설정된 등화기 계수를 이용하여 등화한다. 채널 왜곡이 보상된 등화기의 출력은 전방 등화기의 출력과 후방 등화기의 출력의 음의 값을 합산한 값으로 결정된다.

이하 별도로 설명하지 않아도 송신 노드에서 수행하는 과정은 송신 노드의 송신기에서 수행하는 과정이며, 수신 노드에서 수행하는 과정은 수신 노드의 수신기에서 수행하는 과정임을 전제로 한다.

도 1에서 먼저 노드 A가 노드 B에 패킷을 전송한다(51). 노드 A가 전송하는 패킷은 앞부분에 훈련열이 있고, 훈련열 뒤에 데이터가 존재한다. 노드 B의 수신기는 훈련열을 이용하여 등화기를 훈련하고, 훈련된 등화기를 이용하여 이후 데이터의 심볼간 간섭을 보상하고 패킷을 수신한다.

이후 노드 C가 노드 B에 패킷을 전송한다(52). 노드 C가 전송하는 패킷도 역시 훈련열 및 데이터를 포함한다. 이는 서로 다른 송신 노드는 패킷이 전송되는 유선 채널의 특성이 상이하기 때문에 노드 B는 수신기 내의 등화기 훈련을 다시 수행해야 한다. 따라서, 노드 B는 노드A-노드B 링크에 최적화된 등화기의 계수를 버리고, 노드 C-노드B 링크에 훈련을 수행한다.

이후 노드 A가 노드 B에 패킷을 전송한다(53). 노드 B는 직전(52)에 노드 C가 전송한 패킷의 훈련열을 이용하여 등화기를 설정하였으므로, 다시 노드 A가 전송한 훈련열을 이용하여 등화기를 훈련해야 한다.

이후 노드 A가 노드 B에 패킷을 전송한다(54). 노드 B는 직전(53)에 동일한 노드 A로부터 패킷을 전송받았지만, 재차 패킷에 포함된 훈련열을 이용하여 등화기를 훈련해야 한다. 이는 수신 노드인 노드 B가 현재 패킷을 전송한 송신 노드가 어떤 노드인지 알 수가 없기 때문이다. 나아가 만약 동일한 노드라는 사실을 알고 있다고 하더라도 마지막 패킷 전송 이후에 데이터 교환이 없는 구간 동안 노드 B의 등화기가 시간 및 위상 동기를 상실하기 때문에 노드 B는 재차 등화기 훈련을 해야할 것이다. 이와 같이 기존의 버스 기반의 네트웍에서 패킷 데이터를 수신하기 위해서는, 매 패킷 수신마다 등화기를 훈련하기 위한 훈련열을 전송하고, 수신기는 훈련열를 이용하여 등화기를 훈련한 이후에 데이터 수신을 할 수 있다.

이와 같이 도 1의 버스 기반 네트워크는 패킷을 전송할 때마다 등화기 훈련에 필요한 훈련열을 실어야 하므로 데이터 송수신 효율은 크게 저하된다. 나아가 등화기 계수를 훈련하는 방식으로는 LMS(least mean square)와 같은 기법이 널리 사용되는데 LMS 기법은 등화기의 계수를 훈련하는데 오랜 시간이 소요된다. 따라서 수신기가 훈련열을 이용하여 등화기 훈련을 수행하는 시간 오버헤드(overhead)는 아주 커질 수 있다.

도 2는 도 1과 같은 버스 기반 네트워크에서 고속 등화를 이용하여 패킷이 전달되는 과정(100)을 도시한 예이다. 도 2는 도 1의 버스 기반 네트워크에서 패킷이 전달되는 과정을 도시한 것이다. 도 2에서는 3개의 노드가 존재하는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 2개 이상의 노드가 연결된 임의의 네트웍에서도 같은 방식으로 응용이 가능함을 쉽게 알 수 있다.

도 1과 비교하여 도 2는 노드가 전송하는 패킷의 구조가 상이하다. 먼저 도 2에서 노드가 전송하는 패킷의 구조를 설명하고자 한다. 도 3은 도 2에서 사용된 패킷의 필드를 도시한 예이다. 도 2에서 노드 A는 패킷 P1과 패킷 P2를 노드 B에 전송하고, 노드 C는 패킷 P3와 패킷 P4를 전송한다.

모든 패킷은 공통적으로 프리앰블 필드 및 패킷 타입 필드를 포함한다. 또한 패킷 타입에 따라 길이가 다르지만 훈련열 필드를 공통적으로 포함하고 있다. 패킷은 데이터 필드를 포함하기도 하고, 포함하지 않을 수도 있다. 후술하겠지만 데이터 패킷은 데이터를 전송하기 위한 패킷이므로 반드시 데이터 필드를 포함한다.

프리앰블 필드에는 패킷을 송신한 송신 노드 ID 및 패킷을 수신할 수신 노드 ID가 포함된다. 패킷 타입은 훈련 패킷(도 3에서 패킷 타입의 값을 '0'으로 예시) 및 데이터 패킷(도 3에서 패킷 타입의 값을 '1'로 예시)이 있다.

훈련 패킷은 수신 노드의 등화기를 훈련하기 위한 패킷이다. 수신 노드의 수신기는 훈련 패킷에 포함된 훈련열을 이용하여 등화기를 훈련한다. 훈련 패킷에 포함된 훈련열을 제1 훈련열이라고 명명한다. 수신 노드는 제1 훈련열을 이용하여 등화기 계수를 결정하고, 결정된 등화기 계수를 송신 노드별로 저장한다.

데이터 패킷은 데이터를 수신 노드에 전달하기 위한 패킷이다. 데이터 패킷도 훈련열을 포함하지만, 이 훈련열은 훈련 패킷의 제1 훈련열보다 짧다. 데이터 패킷에 포함된 훈련열을 제2 훈련열이라고 명명한다. 수신 노드는 제2 훈련열을 이용하여 고속 등화를 수행한다. 고속 등화에 관한 구체적인 과정은 후술하기로 한다.

도 2의 패킷 전송을 시간의 흐름에 따라 설명한다. 도 2에서 노드 A는 패킷 P1을 노드 B에 전송한다(111). 패킷 P1은 훈련 패킷에 해당한다. 노드 B는 패킷 타입을 통해 훈련 패킷인지 여부를 식별하고, 훈련 패킷에 포함된 훈련열(제1 훈련열)을 이용하여 등화기 계수를 결정한다. 등화기 훈련이 성공적으로 종료되면, 노드 B는 송신 노드인 노드 A에 대한 등화기 계수를 수신기내의 일정한 저장 장치에 저장하고, 등화기가 수렴되었음을 송신 노드인 노드 A에 알려준다.

이후 노드 C가 노드 B에 훈련 패킷인 패킷 P2를 전송한다(112). 노드 B는 수신한 패킷 P2가 훈련 패킷임을 확인하고, P2에 포함된 훈련열(제1 훈련열)을 이용하여 등화기를 훈련한다. 훈련이 성공적으로 종료되면, 노드 B는 송신 노드인 노드 C에 대한 등화기 계수를 수신기내의 일정한 저장 장치에 저장하고, 등화기가 수렴되었음을 송신 노드인 노드 C에 알려준다.

도 2에 도시하지 않았지만, 만약 등화기 훈련이 제대로 수행되지 않았다면 수신 노드인 노드 B는 송신 노드에게 재차 훈련 패킷을 전송할 것으로 요청할 수 있다.

도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 노드 C가 전송하는 훈련 패킷 P3에는 데이터 필드가 포함되어 있다. 통신 규약인 프로토콜을 어떻게 정의하는지에 따라 훈련 패킷에 데이터 필드가 포함될 수 있을 것이다. 노드 B는 훈련 패킷 P2에 포함된 훈련열로 등화기를 훈련하고, 등화기 계수를 설정한 후 연속하여 P2에 포함된 데이터를 수신할 수 있다.

이후 노드 A가 다시 노드 B에 데이터 패킷인 패킷 P3를 전송한다(113). 노드 B는 패킷 타입의 정보를 기반으로 P3가 데이터 패킷임을 확인한다. 이후 노드 B는 노드 A에 대한 등화기 계수를 내부 저장장치로부터 로딩하여 등화기를 설정하고, 제2 훈련열을 이용하여 빠르게 등화기 설정을 수행한다. 이후 노드 B는 P3내의 데이터를 수신을 수행한다.

버스에 새로운 노드가 추가되거나 삭제되는 것과 같은 변화가 없고, 버스의 물리적 상태가 변화하지 않는다면 유선 채널의 심볼 간섭 특성은 변화하지 않을 것이다. 따라서 동일한 노드 A와 노드 B 링크 사이에서는 패킷 P1을 이용하여 훈련한 등화기 계수와 패킷 P2의 수신에 적합한 등화기 계수는 유사할 것이다.

그러나 노드 B가 패킷 P1을 수신한 시점과 패킷 P3를 수신한 시점이 다르고, 복조 반송파의 위상이 달라질 수 있기 때문에 수신 노드인 노드 B는 수신기의 설정에 일정한 보정을 수행하는 것이 바람직하다. 패킷 P3를 수신할때, 수신기는 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링하여 등화기에 전달한다. 이때, 샘플링을 수행하는 위상이 패킷 P1을 수신할 때와 동일하지 않으므로, 두 패킷 수신시의 시간 차이는 샘플링 위상 차이로 표현된다. 이와 같은 샘플링 위상 차이 및 반송파 위상 차이를 보상하기 위해 데이터 패킷에도 일정한 훈련열이 필요하다. 이 훈련열을 이용하여 수신기는 이전 등화기 계수를 재사용하기 위한 설정을 수행한다. 본 기술에서는 등화기 전단에 샘플링 위상차와 반송파 위상차를 보정하는 경우를 설명하고 있으나, 통상의 지식을 가진 이는, 이러한 위상 보정의 등가적인 변환을 수신기의 일부, 예를 들어 등화기 계수에 수행함으로써, 동등한 효과를 낼 수 있음을 쉽게 알 수 있다.

데이터 패킷에 포함된 훈련열(제2 훈련열)은 훈련 패킷에 포함된 훈련열(제1 훈련열)에 비해 매우 짧게 구성될 수 있다. 시스템의 요구 성능에 따라 제2 훈련열의 길이는 제1 훈련열 길이 보다 수십분의 1 혹은 수백분의 1로 설정할 수 있다. 결국 데이터 패킷 내의 훈련열의 수를 줄이고 데이터 구간을 늘림으로써 시스템의 처리용량(throughput)을 향상할 수 있다.

마지막으로 노드 C가 데이터 패킷인 패킷 P4를 노드 B에 전송한다(114). 노드 B는 노드 C에 대한 등화기 계수를 로딩하고, 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하여 패킷 P4에 대한 고속 등화를 수행한다.

송신 노드의 동작에 대해 추가적으로 설명한다. 송신 노드는 생성한 패킷을 전송하고자 하는 수신 노드의 등화기 훈련 상태에 대한 정보를 관리해야 한다. 도 2에서 노드 B는 훈련 패킷 P1의 제1 훈련열을 이용하여 등화기 계수가 성공적으로 결정되면, 송신 노드인 노드 A에 해당 사실을 알려준다. 노드 A는 노드 B에 대해 등화기 계수가 결정되었다는 상태(등화 훈련이 정상적으로 수행된 상태)에 대한 정보를 저장한다.

이후 노드 A가 노드 B에 대해 재차 패킷을 전송하게 되는 경우 노드 A는 자신이 보유한 등화기 훈련 상태 정보를 이용하여 노드 B에 대해서는 등화 훈련이 완료되었음을 확인한다. 이후 노드 A는 훈련 패킷이 아닌 데이터 패킷을 구성하여 데이터를 전송한다. 만약 노드 A가 등화기가 설정되지 않은 제 4 노드에 데이터를 송신하는 경우, 노드 A는 이 노드에 훈련 패킷을 송신하여 해당 노드 수신기내의 등화기 설정을 미리 수행해야 한다. 해당 노드로부터 등화기 설정이 완료되었음 통보 받은 이후에는 해당 노드에 데이터 패킷을 보낸다.

도 4는 버스 기반 네트워크에서 패킷을 수신하는 방법(200)에 대한 순서도의 예이다.

버스 기반 네트워크에서 패킷을 수신하는 방법(200)에서 송신 노드가 일정한 패킷을 전송한 상태를 전제로 한다. 전술한 바와 같이 송신 노드가 전송한 패킷은 프리앰블 필드, 패킷 타입 필드 및 훈련열 필드가 포함된다.

프리앰블 필드는 패킷의 시작 신호, 송신 노드 ID와 수신 노드 ID를 포함한다. 송신 노드 ID와 수신 노드 ID는 일반적으로 0과 1의 조합으로 표시할 수 있다. 예를 들어 노드 A는 0101, 노드 B는 1010과 같이 표시할 수 있다.

먼저 수신 노드는 송신 노드가 전송한 패킷을 수신한다(210). 사실 버스 기반 네트워크에서는 특정 송신 노드가 전송한 패킷이 버스로 연결된 모든 수신 노드에 전달될 수 있다.

패킷을 전달받은 수신 노드가 프리앰블의 수신 노드 ID를 확인하여 패킷이 자신에게 전달되는 것인지 여부를 확인한다(220). 예컨대, 수신 노드가 노드 A(0101)이고 프리앰블에 포함된 수신 노드 ID가 '1010'인 경우, 노드 A는 수신한 패킷을 처리하지 않고 무시한다(220 단계의 No). 수신 노드가 노드 B(1010)이고 프리앰블에 포함된 수신 노드 ID가 '1010'인 경우, 노드 B는 현재 수신한 패킷의 목적지가 자신임을 확인하고 수신한 패킷을 처리하게 된다(220 단계의 Yes).

이후 수신 노드는 패킷의 패킷 타입 필드를 확인하여 패킷 타입을 결정한다(230). 도 2 내지 도 3과의 통일성을 위해 훈련 패킷을 패킷 타입이 0이라고 가정한다. 현재 수신한 패킷의 패킷 타입이 훈련 패킷인 경우(230 단계의 Yes) 수신 노드는 패킷에 포함된 제1 훈련열을 이용하여 통상적인 등화기 훈련을 수행한다(240). 도 3의 P3와 같이 제 1 훈련열 이후에 데이터가 뒤따르는 경우, 훈련된 등화기 설정을 이용하여 데이터 수신을 수행한다.

수신한 패킷의 패킷 타입이 훈련 패킷이 아닌 데이터 패킷인 경우(230 단계의 No) 수신 노드는 송신 노드 ID를 기준으로 해당 송신 노드에 대한 등화기 계수를 로딩한다. 이후 수신 노드는 로딩한 등화기 계수를 이용하여 수신한 패킷을 고속 등화한다(250). 패킷을 수신하는 동안 등화기의 계수는 결정 궤환 방식을 이용하여 갱신할 수 있으며 이는 아주 천천히 변하는 채널의 변화를 등화기가 추적하기 위한 것이다.

수신 노드는 등화를 수행한 후 등화기의 출력에 대한 SNR(신호대잡음비)을 연산한다(260). 훈련 패킷에 대한 일반적인 등화기 훈련(240)이 종료된 후에도 등화기 출력에 대한 SNR을 연산한다.

SNR값이 기준값인 SNR_th보다 큰지 여부를 결정하고(270) SNR값이 기준값인 SNR_th보다 크면 수신 노드는 등화기가 수렴한 것으로 판단하고 갱신되 등화기 계수를 내부 메모리에 저장하고, 송신 노드에 등화기 수렴 상태를 알린다(290). 이 과정에서 연산된 SNR 값을 수신 노드에서 별도로 저장하고, 연산된 SNR 값도 송신 노드에 전달할 수 있다.

SNR이 SNR_th보다 작으면 등화기가 미수렴(발산)한 것으로 판단하고, 현재 등화기 계수를 버리고, 송신 노드에 등화기 재 훈련을 요구한다(280). 이 경우 송신 노드는 훈련 패킷을 다시 전송하고, 수신 노드가 정상적으로 등화기 훈련이 종료된 후에 재차 데이터 패킷을 전송하게 될 것이다.

SNR_th는 등화기가 제대로 수렴되었는지를 결정하는 기준값이다. SNR_th는 변조 기법, 버스 기반 네트워크의 성능 및 통신 환경 등에 따라 다른 값이 사용될 수 있다.

이제 도 4에서 수신 노드가 고속 등화를 수행한 과정(250)에 대해 구체적으로 설명하고자 한다. 도 5는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷을 고속 등화하는 방법(250)에 대한 순서도의 예이다.

수신 노드는 특정 송신 노드에 대하여 이전에 수행한 등화기 훈련을 통해 특정 송신 노드에 대한 등화기 계수를 보유한 상태이다. 이 과정은 도 4의 240 단계를 통해 수행된다.

수신 노드가 송신 노드로부터 훈련 패킷을 전송받은 시점과 데이터 패킷을 받은 시점에서 수신기의 샘플링 위상 내지 반송파 위상이 서로 달라질 수 있기 때문에 이에 대한 보정이 필요하다.

수신기는 송신 노드로부터 전송된 데이터 패킷을 수신한다(251). 수신기는 패킷에 포함된 송신 노드 ID를 기준으로 저장하고 있는 등화기 계수 중 해당하는 등화기 계수를 로딩한다(252).

수신기는 데이터 패킷에 포함된 훈련열(제2 훈련열)과 로딩한 등화기 계수를 이용하여 최적의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 결정하여 필요한 보정을 수행한다. 구체적으로 수신기는 제2 훈련열을 이용하여 최적의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 결정하고(253), 결정된 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 기준으로 수신기의 샘플링 장치의 출력 신호를 보정한다(254). 이후 수신기는 보정된 신호를 등화기의 입력으로 사용하여 패킷에 대한 등화를 수행한다(255). 보다 상세한 등화 과정은 도 8의 수신기(400)에 대한 설명에서 후술하고자 한다.

도 6은 버스 기반 네트워크의 수신기(300)에 대한 구성을 도시한 블록도의 예이다.

송신 노드의 송신기에서 전송한 신호는 채널에서 주파수에 따른 특성으로 인해 심볼간 간섭이 인가되고 백색잡음이 더해져서 수신 노드의 수신기(300)로 전달된다.

수신기(300)는 수신 신호를 통과 대역 변조시에는 복조기(310)를 통해 기저 대역으로 변환하고 기저 대역 변환일 경우에는 그대로 수신필터(320)를 통과하여 샘플링 장치(330)로 인가된다. 통과 대역 변조시 송신기의 변조기와 수신기의 복조기(310)의 동작 주파수 f는 동일하나, 수신기에는 송신기의 위상 정보가 알려지지 않으므로, 반송파 위상차 θ가 존재한다.

이하 수신기(300)가 수신하는 신호가 통과 대역 신호라고 가정하고 설명한다. 다만 수신기(300)가 수신하는 신호가 기저 대역 신호라면 반송파를 이용하지 않으므로 샘플링 위상 차이만 존재할 수 있다. 이 경우 수신기(300)는 샘플링 위상 차이만 보정하면 될 것이다.

도 7은 동일한 송신 노드로부터 수신한 패킷에 대한 샘플링 장치의 처리 과정을 설명하기 위한 그래프의 예이다.

도 7은 도 2와 같은 패킷 송수신 과정에서 노드 B가 패킷 P1의 제1 훈련열을 수신하고, 이후 패킷 P3의 훈련열이 수신되는 경우에 수신기의 샘플링 장치에서 아날로그 신호의 샘플링 과정을 표시한 것이다. 패킷 P1의 아날로그 수신 신호 r₁(t₁)는 첫 번째 훈련 신호의 정점인 t=0를 기준으로 임의의 값인 δ₁만큼의 오프셋을 갖고 수신기에서 샘플된다고 가정한다.

샘플링 장치는 수신 데이터의 심볼 구간의 길이를 T라고 할 때, 수신 신호 r₁(t₁)를 매 심볼구간 마다 샘플링하여 등화기로 전달한다. 시간 t = nT + δ₁에서 샘플링 장치의 출력 신호(r_n)은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

도 7에서 δ₁는 음수인 경우이다. n=0에 해당하는 첫 번째 샘플 r_0,1은 t₁=δ₁에서, n=1에 해당하는 두 번째 샘플 r_1,1은 t₁= T+δ₁에서, n=2에 해당하는 세 번째 샘플 r_2,1은 t₁= 2T+δ₁에서, n=3에 해당하는 네 번째 샘플 r_3,1은 t₁= 3T+δ₁에서 차례로 샘플링되어, 등화기로 전달된다. 도 7에서 패킷 P1에서 전송되는 훈련열의 앞의 4비트는 +1, -1, +1, +1인 경우를 가정하였다. 4비트를 포함하여 뒤따르는 훈련데이터를 모두 이용하여 수신기의 등화기를 훈련하고 그 계수를 등화기의 메모리에 저장한다.

다음으로 도 7과 같이 패킷 P3의 훈련열의 아날로그 신호 r₂(t₂) 가 수신기에 입력되는 경우, 수신기는 패킷 P2의 첫 번째 훈련 신호의 정점 t₂= 0를 기준으로 패킷 P1 수신시와는 다른 임의의 샘플링 오프셋 δ₂으로 샘플한다고 가정한다. 패킷 P3의 훈련열의 앞의 4비트는 +1, -1, +1, -1인 경우를 가정하였다. 이때 샘플된 이산 신호 r_n,2는 아래의 수학식 2와 같다.

도 7에서 δ₂는 양의 값을 가정하였다. 따라서, 패킷 P1과 패킷 P3 수신시 샘플링 장치의 출력은 δ_d=δ₂-δ₁ 만큼의 샘플링 위상차 δ_d를 가질 수 있으며, 수신 노드는 샘플링 위상차를 사전에 알지 못한다. δ_d는 - T보다 크고 T보다 작은 값이다.

따라서 패킷 P1 수신시와 패킷 P3 수신시 링크의 변화가 없음을 이용해, 패킷 P1 수신시 훈련된 등화기 계수를 패킷 P3 수신에 그대로 사용하려면, 샘플링 위상차 δ_d를 보상하여 다시 샘플링한 이산 신호를 등화기 입력으로 전달하여야 한다. 즉, 패킷 P3의 아날로그 신호를 패킷 P1의 지연값 δ₁에서 다시 샘플링하여 등화기로 전달하여야 하는 것이다. 나아가, 패킷 P1과 패킷 P3 간에는 반송파 위상차 θ_d가 존재하는데, 수신 노드는 반송파 위상차도 알지 못한다.

수신기가 δ_d와 θ_d를 정확히 추정하고 이를 보상한다면 추가적인 등화기 훈련 없이, 이전 등화기 계수를 이용하여, 바로 데이터 수신으로 진입할 수 있다.

도 8은 버스 기반 네트워크의 수신기 중 등화기(400)의 구성만을 도시한 블록도의 예이다. 도 8은 도 6의 등화기(340)에 해당하는 구성이다.

버스 기반 네트워크의 등화기(400)는 적어도 하나의 송신 노드에 대한 등화기 계수를 저장하고 수신한 패킷의 소스 노드에 따라 등화기 계수를 추출하는 계수 추출 장치(410) 및 저장된 등화기 계수를 사용하여 샘플링 장치의 출력 신호에 대한 등화를 수행하는 등화기(430)를 포함한다. 나아가 버스 기반 네트워크의 등화기(400)는 기저 대역 신호를 심볼구간 마다 샘플링하는 샘플링 장치의 출력 신호에 대해 기저 대역 신호에 포함된 훈련열을 이용하여 등화기의 출력과 훈련열 사이의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하는 위상 보정기(420)을 더 포함할 수 있다.

먼저 수신기는 데이터 패킷이 수신되면 먼저 프리앰블을 해석하여 해당 수신기로 전달된 패킷인지 확인한다. 수신기 ID가 다를 경우에는 새로운 패킷이 수신될 때까지 대기한다. 수신기가 ID가 일치하고 수신한 패킷이 훈련 패킷인 경우 수신기는 등화기 훈련을 수행한다. 수신한 패킷이 데이터 패킷인 경우 수신기는 패킷 내의 제2 훈련열을 이용하여 δ_d와 θ_d를 연산하여 샘플링 장치(330)에서 출력되는 신호를 보정하여 등화기로 전달하고, 데이터를 수신하는 단계로 진입한다.

수신한 패킷이 데이터 패킷이고, 해당 송신 노드의 등화기 계수가 저장되어 있는 경우 등화기는 패킷의 송신 노드에 대한 등화기 계수를 저장부(413)으로부터 추출하여, 전방 등화기(431) 및 후방 등화기(432)의 내부 메모리에 각각 저장한다. 전방 등화기(FFE, 431)는 M개의 내부 메모리를 갖고, 후방 등화기(FBE, 432)는 N개의 내부 메모리를 갖는 것으로 가정한다.

등화부(430)은 전방 등화기(431), 후방 등화기(432), 합산기(433) 및 결정기(434)를 포함한다.

샘플링장치의 출력 신호는 차례대로 전방 등화기(431) 내의 M개의 메모리에 차례로 입력된다. 현재 심볼 값을 포함하여 이전에 수신된 M-1개의 신호와 전방 등화기 계수 w₀, w₁,…, w_M를 각각 곱하고 이를 합산기(433)를 통해 더하여 전방 등화기의 출력 F_n을 얻는다. 후방 등화기(432)는 결정기(434)를 통과한 판정값

를 후방 등화기 내 N개의 메모리로 입력하고 각 메모리의 출력을 후방 등화기 계수 b₁, b₂,…,b_N 과 각각 곱하고 이를 합산기(433)를 통해 더하여 후방 등화기 출력 B_n을 구한다. 전체 등화기의 출력은 전방 등화기의 출력 F_n과 후방등화기의 출력 B_n의 음의 값을 합산기(433)에서 더하여 구한다.

계수 추출 장치(410)는 송신 노드로부터 수신한 패킷에 포함된 훈련열을 이용하여 훈련한 등화기의 계수 및 송신 노드에 대한 ID를 저장하는 저장부(413), 신한 패킷으로부터 송신 노드 ID를 추출하는 송신 노드 식별부(411) 및 송신 노드 ID를 기준으로 저장부에서 대응되는 등화기 계수를 선택하는 계수 선택부(412)를 포함한다.

이하 샘플링 장치의 출력 신호의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하는 과정에 대해 상세하게 설명한다. 위상 보정기(420)가 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하는 과정을 수행한다.

위상 보정기(420)는 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 추정하는 위상 추정부(421), 샘플링 위상차를 기준으로 출력 신호의 시간 위상을 보정하는 샘플링 보정부(422) 및 반송파 위상차를 기준으로 시간 위상이 보정된 신호에 대한 반송파 위상을 보정하는 반송파 보정부(423)를 포함한다.

샘플링 보정부(422)는 입력된 이산 신호

₂를 입력으로 받아 임의의 시간 지연 δ를 갖는 별도의 이산 신호열

를 만들어 낸다. 샘플링 보정 방식으로는 일반적으로 타이밍 변환 필터를 널리 사용하는데, 입력 신호의 선형 합으로 임의의 시간지연을 갖는 이산 신호를 만들어 내는 다양한 방식이 알려져 있으며, 모든 방식이 사용 가능하다. 샘플링 위상이 보정된 샘플

는 다음으로 반송파 보정부(423)의 입력으로 제공된다. 위상 회전치를 θ라 할 때, 이 장치는 입력에 e^jθ를 곱하여 신호의 위상을 θ만큼 회전한 신호

를 출력한다.

는 등화기 입력으로 제공된다. 등화기 내의 전방 등화기 출력 Fn에서 후방 등화기 출력 B_n을 뺀, 등화기 출력

은 아래의 수학식 3과 같이 표현된다.

는 등화기 계수 중 전방등화기 계수,

는 등화기 계수 중 후방 등화기 계수이고,

는 등화기의 결정기(434)의 출력이다.

와

는 이전 훈련 패킷을 이용하여 구한 등화기 계수이다. K개의 훈련열이 데이터 패킷에 전송된다고 할 때 등화기의 출력

과 과 훈련 데이터

의 전체 오차는 Γ는 아래의 수학식 4와 같다.

위상 보정기(420)의 위상 추정부(421)는 상기 수학식 4의 Γ(δ,θ)를 최소화 하는 δ,θ을 찾는다. 오차를 최소화하는 값을 각각 최적 샘플링 위상차(

) 및 최적 반송파 위상차(

)라고 명명한다. 이 과정은 등화기의 출력이 최대한 훈련데이터와 유사하도록 파라미터

,

를 결정하는 것이다.

등화기가 수렴되어 결정기의 출력에 오류가 없다고 가정하면

으로 치환가능하고 b₀=1 이라 정의할 때 Γ(δ,θ)는 아래의 수학식 5와 같이 정리될 수 있다.

위 식에서 첫번째 항인

은 δ,θ와 무관한 고정된 값이므로 Φ_n로 나타내고, 두번째 항에서

로 정의 하면, 아래의 수학식 6과 같이 간략화될 수 있다.

은 타이밍 변환기의 지연값이 δ로 반송파 위상 회전치가 θ로 설정되었을 때, 전방등화기의 출력이다. 따라서 알려진 훈련열을 이용하여 Φ_n은 미리 계산하여 두고, 모든 가능한 δ와θ의 조합에 대하여 전방 등화기 출력을 구하여 그 차이를 최소로 하는 δ와θ를 구하면 된다.

정리하면 복수의 후보 샘플링 위상차 및 복수의 후보 반송파 위상차 중 등화기 출력의 오류가 가장 적은 최적 샘플링 위상차 및 최적 반송파 위상차를 선택한다. 이후 등화기에 입력되는 신호가 최적 샘플링 위상 및 최적 반송파 위상을 갖도록 등화기의 입력 신호(샘플링 장치의 출력 신호)를 보정한다.

하지만, θ는 0과2π 사이의 연속적인 임의의 값을 가질 수 있고 δ는 -T에서 T 사이의 임의의 값을 가질 수 있으므로, 모든 θ,δ에 대해 Γ(δ,θ)를 최소로 하는 최적의 추정치를 구하는 것은 매우 어렵다.

따라서, 보다 현실적인 구현 방법은 δ,θ를 일정한 수의 양자화 한 값에 대해 Γ(δ,θ)를 최소로 하는 추정치를 구하는 것이다. 즉, 후보 샘플링 위상차 및 후보 반송파 위상차를 양자화하여 연산의 복잡도를 낮추는 것이다. 이는 두 단계로 구성된다. 먼저 1단계는 최적의 양자화된 값인

및

를 구하고, 2단계에서는 보다 정확한 값인

를 추가적인 연산을 통해 구하는 것이다.

1단계에서는 δ와 θ의 양자화한 값들 중에서 최소 오차를 발생하는 값을 찾아 낸다. 먼저θ를 0도에서 2π내에서 U개의 일정한 각도 단위로 양자화한

, i=0,...,U-1 을 이용한다. U값이 크면 클수록 정밀한 각도에 대해 오차를 계산하게 되어 정확한 위상오차 값을 구할 수 있으나, 복잡도가 높아지는 단점이 존재한다.

샘플링 위상차는 양자화된

, j= -V,..,V-1을 이용한다. 전체 U × 2V개 조합에 대해

를 계산하여 최소를 만족하는 값δ_j와 θ_i를 구해서 이를 각각

와

로 표시한다.

을 전술한 최적 샘플링 위상차

로 결정한다. 샘플링 보정부(422)에서

를 이용해 신호를 보정하고, 이후 2 단계에서 반송파 위상차를 보다 정밀하게 보정한다.

2 단계에서는 정해진 최적 샘플링 위상차

를 바탕으로 보다 정확한 반송파 위상을 구한다. 정확도 높은 반송파 위상값을 추가적으로 구하는 이유는 64QAM, 256QAM등과 같은 높은 변조율 기법을 사용할 시에는 작은 반송파 위상차가 존재하더라도 오류로 직접 연결되기 때문이다.

반송파 위상차 개선은 1단계에서 구한 추정치

기준으로 잔류 반송파 위상 차이를 구하는 방식을 이용한다.

이를 위해 위상을

로 표현한다.

이 2단계에서 추정하고자 하는 잔류 잔송파 위상 차이이다. 이때 등화기 출력 오차 Γ(δ,θ)는 아래의 수학식 7과 같이 정리된다.

를 최소화하는

을 구하는 것은 매우 복잡한 계산 과정을 필요로 하므로, 보다 간단한 구현 방법을 제시한다.

전체를 최소로 하는 값을 직접 구하지 않고, 매 훈련 심볼

마다의 오차 즉,

를 최소로 하는

값인

를 매 심볼 별로 따로 구하고,

, n=1,…,K를 평균하는 간략화된 기법을 이용한다.

로 정의하면 Φ_n과

간의 오차를 최소로 하는

는 도 9의 복소 평면에서 Φ_n과

사이의 각도로 설정하는 것이 최적임은 쉽게 알 수 있다. 도 9는 최적 위상을 구하기 위한 복소 평면의 예이다.

K개 훈련열에 대해 구한

,n=1,…,K에 대하여 아래의 수학식 8과 같이 평균을 구하여 잔류 위상 추정치

을 구한다.

최종적인 최적 반송파 위상차

는

이다.반송파 보정부(423)는 샘플링 보정부(422)의 출력 신호를 최적 반송파 위상차

만큼 복소 평면에서 회전하여 등화기 입력으로 전달한다.

이와 같이 샘플링 장치의 출력 신호에 대한 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하여 등화기 입력으로 전달하면, 추가적인 등화기 훈련없이 이전 등화기 계수를 이용하여 바로 데이터 수신을 시작할 수 있다.

한편 패킷 수신후 수신기는 등화기 출력

의 SNR을 아래의 수학식 9를 이용하여 계산할 수 있다.

여기서, K는 신호대잡음비를 계산하는 훈련심볼의 개수이다. SNR 값이 기준값인 SNR_th보다 크면 등화기가 수렴한 것으로 판단하고, SNR이 SNR_th보다 작으면 등화기가 미수렴한 것으로 판단하고, 송신 노드에 메시지를 보내 등화기 재 훈련을 요구한다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

300 : 버스 기반 네트워크의 수신기 310 : 복조기
320 : 수신 필터 330 : 샘플링 장치
340 : 등화기 400 : 등화기
410 : 계수 추출 장치 411 : 송신 노드 식별부
412 : 계수 선택부 413 : 저장부
420 : 위상 보정기 421 : 위상 추정부
422 : 샘플링 보정부 423 : 반송파 보정부
430 : 등화부 431 : 전방 등화기
432 : 후방 등화기 433 : 합산기
434 : 결정기

Claims

제1 노드 및 제2 노드를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 제2 노드의 수신기가 제1 노드로부터 제1 패킷을 수신하는 단계;
상기 수신기가 상기 제1 패킷의 제1 훈련열을 이용하여 등화기의 등화기 계수를 설정하고 저장하는 단계;
상기 수신기가 상기 제1 노드로부터 상기 제1 훈련열보다 길이가 짧은 제2 훈련열을 포함하는 제2 패킷을 수신하는 단계;
상기 수신기가 상기 제2 훈련열을 이용하여 상기 제2 패킷에 대한 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 보정하는 단계; 및
상기 수신기가 상기 저장한 등화기 계수로 설정된 등화기를 이용하여 등화되지 않은 상기 제2 패킷에 대한 등화를 수행하는 단계를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 등화하는 단계는
상기 수신기가 상기 제1 패킷과 상기 제2 패킷 사이의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 결정한 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중 적어도 하나를 기준으로 상기 수신기의 등화기 계수 설정을 변경하여 상기 제2 패킷에 대한 등화를 수행하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 등화하는 단계는
상기 수신기가 상기 제1 훈련열과 상기 제2 훈련열 사이의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 결정한 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중 적어도 하나를 기준으로 등화기의 입력 신호를 보정하는 단계; 및
상기 등화기 계수를 적용한 등화기가 상기 보정된 입력 신호를 등화하는 단계를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 보정하는 단계는
양자화된 복수의 후보 샘플링 위상차와 후보 반송파 위상차 중 상기 등화기의 출력의 오류를 최소화하는 최적 샘플링 위상차 및 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 최적 샘플링 위상차 및 상기 최적 반송파 위상차를 기준으로 상기 입력 신호를 보정하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 보정하는 단계는
양자화된 복수의 후보 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중에서 상기 등화기의 출력의 오류를 최소화하는 최적 샘플링 위상차 및 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 결정한 최적 샘플링 위상차 및 상기 최적 반송파 위상차를 기준으로 상기 입력 신호를 1차 보정하고,
각 훈련심볼마다 상기 등화기의 출력과 상기 훈련 심볼 사이의 오차를 최소로 하는 반송파 위상차 값을 매심볼마다 결정하고, 모든 심볼에 대하여 결정한 반송파 위상차 값들을 평균한 값을 상기 결정한 최적 반송파 위상차에 더한 최종 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 최종 최적 반송파 위상차를 기준으로 상기 보정된 입력 신호의 위상을 2차 보정하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 최적 반송파 위상차 (θ) 및 상기 최적 샘플링 위상차(δ)는 아래의 수식(
)을 최소로 하는 값으로 결정되는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.

(여기서, K는 제2 훈련열의 개수,
은 등화기 출력,
은 제2 훈련열,
는 상기 등화기 계수 중 전방등화기 계수,
는 상기 등화기 계수 중 후방 등화기 계수,
은 상기 샘플링 장치로부터 출력되는 신호임)
제1항에 있어서,
상기 등화기는 선형 등화기인 전방 등화기와 비선형 결정궤환 등화기인 후방 등화기를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 패킷은 상기 등화기 계수를 설정하기 위한 제1 훈련열을 포함한다는 식별정보를 포함하고, 상기 제2 패킷은 기 설정된 상기 등화기 계수를 이용한다는 식별 정보를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 수신한 패킷 데이터를 고속 등화하는 방법.
버스 기반 네트워크로 연결된 수신 노드의 수신기가 송신 노드로부터 패킷을 수신하는 단계;
상기 수신기가 상기 패킷에 포함된 식별자를 기반으로 이전에 상기 송신 노드가 이전에 송신한 훈련 패킷에 대한 등화기 훈련이 수행되었는지 판단하는 단계:
상기 송신 노드에 대한 등화기 훈련이 수행되었던 경우, 상기 수신기가 상기 송신 노드에 대한 등화기 계수를 로딩하여 수신기의 등화기를 설정하고, 상기 등화기 계수를 갖는 등화기를 이용하여 상기 패킷에 대한 등화를 수행하는 단계; 및
상기 송신 노드에 대한 등화기 훈련이 없었던 경우, 상기 수신기가 상기 패킷에 포함된 훈련열을 이용하여 등화기 계수를 설정하고, 상기 송신 노드에 대해 설정된 상기 등화기 계수를 저장하는 단계를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 수신하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 식별자는 상기 송신 노드의 ID 또는 등화기 설정이 필요한지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 수신하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 송신 노드에 대한 등화기 훈련이 수행되었던 경우,
상기 수신기가 상기 훈련 패킷에 포함된 훈련열보다 짧은 훈련열을 갖는 상기 패킷을 이용하여 상기 등화기가 상기 등화기 계수로 상기 패킷을 등화하는 경우 발생하는 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 보정하는 단계를 더 포함하는 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 수신하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 수신기가 샘플링 장치로부터 출력되는 상기 패킷에 대한 신호에 대한 상기 샘플링 위상차 또는 반송파 위상차 중 적어도 하나를 보정하는 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 수신하는 방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 패킷에 대한 등화 후에 상기 등화기의 결정기 출력의 SNR이 기준값보다 작은 경우 상기 수신기가 상기 송신 노드에 등화기 훈련을 위한 훈련 패킷을 요청하는 단계를 더 포함하는 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 수신하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 훈련 패킷은 i) 송신 노드 ID 및 수신 노드 ID를 포함하는 프리앰블, ii) 패킷 타입 정보 및 iii) 제1 훈련열을 포함하고,
상기 패킷은 i) 송신 노드 ID 및 수신 노드 ID를 포함하는 프리앰블, ii) 패킷 타입 정보 및 iii) 상기 제1 훈련열보다 짧은 제2 훈련열 및 iv) 데이터를 포함하는 버스 기반 네트워크에서 패킷 데이터를 수신하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 설정하는 단계는
상기 패킷에 포함된 송신 노드 ID를 기준으로 상기 송신 노드에 대한 등화기 계수를 로딩하는 버스 기반 네트워크에서 패킷을 수신하는 방법.
적어도 하나의 송신 노드에 대한 등화기 계수를 저장하고 수신한 패킷의 소스 노드에 따라 등화기 계수를 추출하는 계수 추출 장치;
기저 대역 신호를 심볼구간 마다 샘플링하는 샘플링 장치;
상기 기저 대역 신호가 상기 송신 노드로부터 수신한 신호인 경우 상기 송신 노드로부터 수신한 패킷에 포함된 훈련열을 이용하여 등화기의 출력과 상기 훈련열 사이의 샘플링 위상차 및 반송파 위상차를 보정하는 위상 보정기; 및
상기 기저 대역 신호가 상기 송신 노드로부터 수신한 신호인 경우 상기 저장된 등화기 계수를 사용하여 상기 위상 보정기의 출력 신호에 대한 등화를 수행하는 등화기를 포함하는 버스 기반 네트워크의 수신기.
제17항에 있어서,
상기 계수 추출 장치는
상기 송신 노드로부터 수신한 패킷에 포함된 훈련열을 이용하여 훈련한 등화기의 계수 및 상기 송신 노드에 대한 ID를 저장하는 저장부;
수신한 패킷으로부터 송신 노드 ID를 추출하는 송신 노드 식별부; 및
상기 송신 노드 ID를 기준으로 상기 저장부에서 대응되는 등화기 계수를 선택하는 계수 선택부를 포함하는 버스 기반 네트워크의 수신기.
삭제
제17항에 있어서,
상기 위상 보정기는
상기 샘플링 위상차 및 상기 반송파 위상차를 추정하는 위상 추정부;
상기 샘플링 위상차를 기준으로 상기 출력 신호의 샘플링 위상을 보정하는 샘플링 보정부; 및
상기 반송파 위상차를 기준으로 상기 샘플링 위상이 보정된 신호에 대한 반송파 위상을 보정하는 반송파 보정부를 포함하는 버스 기반 네트워크의 수신기.
제17항에 있어서,
상기 위상 보정기는
양자화된 복수의 후보 샘플링 위상차 및 반송파 위상차 중에서 상기 등화기의 출력의 오류를 최소화하는 최적 샘플링 위상차 및 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 결정한 최적 샘플링 위상차 및 상기 최적 반송파 위상차를 기준으로 입력 신호를 1차 보정하고,
각 훈련심볼마다 상기 등화기의 출력과 상기 훈련 심볼 사이의 오차를 최소로하는 반송파 위상차 값을 매심볼마다 결정하고, 모든 심볼에 대하여 결정한 반송파 위상차 값들을 평균한 값을 상기 결정한 최적 반송파 위상에 더해 최종 최적 반송파 위상차를 결정하고, 상기 최종 최적 반송파 위상차를 기준으로 상기 보정된 입력 신호의 위상을 2차 보정하는 버스 기반 네트워크의 수신기.
제17항에 있어서,
상기 등화기는 선형 등화기인 전방 등화기와 비선형 결정궤환 등화기인 후방 등화기를 포함하는 버스 기반 네트워크의 수신기.
제17항에 있어서,
상기 등화기는 상기 송신 노드로부터 수신한 훈련 패킷을 이용하여 상기 등화기 계수를 결정하고, 결정된 등화기 계수를 상기 계수 추출 장치에 전달하는 저장하는 버스 기반 네트워크의 수신기.
제17항에 있어서,
상기 훈련열은 상기 등화기 계수를 훈련하는데 사용된 훈련 패킷에 포함된 훈련열보다 짧은 버스 기반 네트워크의 수신기.
버스 기반 네트워크에 연결된 송신 노드의 송신기가 복수의 수신 노드로 복수의 패킷 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
(a) 상기 버스에 연결된 제1 노드의 상기 송신기가 상기 버스에 연결된 제2 노드로 제1 포맷의 제1 패킷을 송신하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계 이후에 수행되며, 상기 송신기가 상기 버스에 연결된 제3 노드로 상기 제1 포맷의 제2 패킷을 송신하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계 이후에 수행되며, 상기 송신기가 상기 제2 노드로 제2 포맷의 제3 패킷을 송신하는 단계; 및
(d) 상기 (b) 단계 이후에 수행되며, 상기 송신기가 상기 제3 노드로 상기 제2 포맷의 제4 패킷을 송신하는 단계를 포함하며,
상기 제1 포맷은 제1 훈련열 필드를 포함하고, 상기 제2 포맷은 상기 제1 훈련열보다 길이가 짧은 제2 훈련열 필드를 포함하되,
상기 제2 노드 및 상기 제3 노드는 각각 상기 제1 훈련열 필드를 사용하여 자신의 등화기 계수를 설정하고, 상기 제2 포맷의 패킷 수신 시 상기 등화기 계수를 사용하여 상기 제2 포맷의 패킷을 등화하는 패킷 데이터를 전송하는 방법.
삭제
제25항에 있어서,
상기 제1 포맷은 프리앰블 필드, 패킷 타입 필드 및 제1 훈련열 필드를 포함하고, 상기 제2 포맷은 프리앰블 필드, 패킷 타입 필드, 제2 훈련열 필드 및 데이터 필드를 포함하는 패킷 데이터를 전송하는 방법.
제27항에 있어서,
상기 프리앰블 필드는 상기 송신 노드의 ID 및 상기 수신 노드의 ID를 포함하고, 상기 패킷 타입 필드는 제1 훈련열 필드 또는 제2 훈련열 필드를 포함하는지 여부를 나타내는 정보를 포함하는 패킷 데이터를 전송하는 방법.