KR19980054425A

KR19980054425A - 모뎀의 탭 계수 설정방법

Info

Publication number: KR19980054425A
Application number: KR1019960073586A
Authority: KR
Inventors: 문영수
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-09-25

Abstract

본 발명은 모뎀의 탭(TAP) 계수 설정방법에 관한 것으로, 종래에는 등화기의 탭 계수 초기값들이 설정되었을 때는 수렴 속도가 느리고, 탭 계수의 수렴 초기값들과 수렴 후의 탭 계수의 변동이 심하고, 상기의 변동 폭이 크면 디지탈 시그널 프로세서(DSP)나 기타 프로세서들이 오버플로우가 나서 모뎀의 동작이 불가능하게 될 수 있는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 나이키스트 크리터리언을 만족하는 송신단의 필터부분을 콘벌루션한 값과 수신단의 필터부분을 곱하여 얻은 값을 정합 필터의 탭 계수로 계산하는 제 1 과정과; 상기 제 1 과정에서 계산된 탭 계수를 필터 탭에 초기화시키는 제 2 과정으로 초기값을 설정하여 등화기에 사용함으로써 등기화의 초기 수렴 구간동안의 탭 계수 변동폭이 적어서 프로세서의 오버플로우를 방지 할수 있고, 수렴속도가 빨라져 성능이 떨어지는 값싼 프로세서로도 구현 가능하도록 한다.

Description

모뎀의 탭 계수 설정방법

본 발명은 모뎀의 탭 계수의 초기값을 적절하게 설정하여 모뎀의 성능을 향상시키기 위한 것으로, 특히 적응형 등확기의 탭 계수들을 매칭용 필터의 계수로 초기화시켜 이를 등화기에 사용함으로써 등화기의 초기 수렴 구간동안의 탭 계수 변동폭이 적어서 프로세서의 오버플로우를 방지할 수 있고, 수렴속도가 빠르도록 한 모뎀의 탭 계수 설정방법에 관한 것이다.

현재 사용되는 모든 모뎀들이 적응형 등화기(FSE : adaptive fractionally spaced equalizer)나 그 변형인 피에스-적용형 등화기PS-FSE : phase splitting adaptive fractionally spaced equalizer)를 모뎀 수신단의 주요 구조로 사용하고 있다. 그리고 모뎀의 규격을 정하는 국제 권고안(전화선 모뎀의 경우 V-series recommendation)의 내용에 등화기 탭 계수의 초기 수렴을 위한 충분히 시간 구간을 설정되어 있다.

그리서 상용 모뎀들은 등화기 탭 계수의 수렴 알고리즘으로 MMSE(Minimum Mean-Square) 알고리즘 채택하여 사용한다.

이에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

종래 적응형 등화기의 구성은, 도 1에 도시된 바와같이, 입력되는 샘플링값(S(K))을 소정의 시간으로 시프트시키는 시프터(S1-Sn)로 이루어진 타이밍 조절부(11)와; 탭 계수 수렴 알고리즘을 거쳐 계산되는 계수중 실수의 탭 계수(a_n(t), a_n+1(t), a₁(t), a₀(t), ..., a_n(t))와 상기 시프터(S1-Sn)의 출력값을 곱하는 곱셈기들로 이루어진 제 1 곱셈부(12)와; 탭 계수 수렴 알고리즘을 거쳐 계산되는 계수중 허수의 탭 계수(b_n(t), b_n+1(t), b₁(t), b₀(t), ..., b_n(t))를 곱하는 곱셈기들로 이루어진 제 2 곱셈부(13)와; 상기 제 1, 제 2 곱셈부(12)(13)의 출력에 대하여 더하여 얻은 값(r(k), i(k))을 출력하는 제 1, 제 2 가산부(14)(15)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

지금까지의 등화기 탭 계수 초기값의 설정에 대한 연구는, 등화기의 초기 수렴속도를 증가시키는데 그 목적이 있었다.

RLS(Recursive-Least-Square), Fast-RLS 또는 Square root RLS 알고리즘을 이용하면 등화기의 초기 수렴속도를 증가시킬 수 있다.

그러나 이런 RLS 알고리즘들의 경우는 계산량이 너무 많아서, 사용 데이타 모뎀에 적요시키기에는 부적절하다.

따라서 초기 수렴구간 동안에는 RLS, Fast RLS 또는 Square root RLS 알고리즘등을 이용하여 수렴시킨 후, 일반데이타의 수신시에는 MMSE 알고리즘으로 등화기의 탭 계수를 설정하는 구조에 대한 연구가 많이 진행되었다.

하지만 이런 구조 역시 계산량이 많아서 잘 사용되지 않고 있으며, 실제로는 MMSE 알고리즘으로 등화기의 탭 계수 초기 수렴 및 일반 데이타의 수신시에 적용시켜서 사용한다.

그리고 등화기의 탭 계수 초기값들의 경우, 일반적으로 다음과 같이 설정한다.

N 탭을 갖는 적응형 등화기(N은 홀수라 하자)의 경우 실수 탭 계수들을 a(n), 허수 탭 계수들을 b(n), n=0, 1, 2, ..., N-1이라 하면(실수 등화기의 경우는 a(n)만 있다고 생각하면 된다.)

a(n) = 1, n=(N-1)/2

0, n≠(N-1)/2, n=0, 1, ..., N-1

b(n)=0, n=0, 1, ..., N-1

즉, MMSE 알고리즘을 거쳐 계산된 탭 계수 초기값의 경우 실수만 있다고 가정할 경우에는 a(n)=1은 가운데 탭을 1로 두는 것으로, 도 1에서 샘플링값(S(K))을 타이밍 조절부(11)의 시프터(S1-Sn)들이 일정한 값으로 시프트시켜 출력한다.

이때 실수만 있다는 가정하에 제 1 곱셈부(12)의 곱셈기들이 초기값을 결정된 값들을 곱하여 제 1 가산부(14)로 출력하여 최종값으로 출력된다.

이때 가운데 탭을 1로 두고 이전 값에는 0로 두므로 처음에는 0값이 출력되다가 나중에 일정한 값을 출력하게 된다.

그리고, 허수를 갖는 경우에는 제 2 곱셈부(13)와 제 2 가산부(15)가 제 1 곱셈부(12)와 제 1 가산부(14)와 같은 동작으로 탭 계수를 곱한 후 시간에 따라 곱셈동작을 통해 얻어진 값을 더하여 출력한다.

여기서 심볼 주기를 T라 하면, 적응형 등화기의 탭 지연 T은 다음과 같이 표시된다.

T = (m/k) T, m, k는 유리수, 단 m K

일반적으로 k/m가 정수가 되게 만들어 사용한다.

그리고 피에서 적응형 등화기(PS-FSE)의 경우는 k/m = 3을 만족하면 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술에서 등화기의 탭 계수 초기값들이 가운데 탭을 1로 설정하였을 때는 수렴 속도가 느리고, 탭 계수의 수렴 초기값들과 수렴 후의 탭 계수의 변동이 심하고, 상기의 변동 폭이 크면 디지탈 시그널 프로세서(DSP)나 기타 프로세서들이 오버플로우가 나서 모뎀의 동작이 불가능하게 될 수 있는 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 대부분의 상용 모뎀들이 채택하고 있는 적응형 등화기 구조에서 탭 계수의 초기값을 합리적으로 설정하여 등화기 탭 계수 수렴속도의 향상과 초기 수렴시의 탭 계수 변이를 최소화할 수 있도록 한 모뎀의 탭 계수 설정방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 적응형 등화기의 구성도.

도 2는 적응형 T-스페이스 등화기를 이용한 모뎀 수신단의 구조도.

도 3은 적응형 등화기(FSE)를 이용한 모뎀 수신단의 구조도.

도 4는 적응형 피에스 등화기(PS-FSE)를 이용한 모뎀 수신단의 구조도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 100 : 아날로그 수신용 필터

20 : 위상 스프리터30 : 적응형 등화기

40, 300 : 슬라이서부50, 400 : 가산기

60, 500 : 타이밍신호 발생기70, 600 : 스위칭부

200 : 적응형 위상 스프리팅 등화기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 모뎀의 탭 계수 설정방법은, 매치 필터 계수를 임의로 설정하여 계산하는 제 1 과정과; 상기 제 1 과정에서 계산된 계수를 필터 탭에 초기값을 세팅하는 제 2 과정으로 이루어진다.

이와같이 각 단계로 이루어져 계산된 계수를 입력받아 동작하는 적응형 T-스페이스 등화기를 이용한 모뎀 수신단 구성은, 도 2에 도시한 바와같이, 입력되는 신호에 대하여 필요한 값만 추출하기 위하여 필터링하는 아날로그 수신용 필터(1)와; 상기 수신용 필터(1)의 값을 샘플링하여 출력하는 샘플링부(Ts)와; 상기 샘플링부를 통해 전달받은 신호에 부가적 잡음이 중첩된 경우 정합 필터링하여 잡음을 제거하고 단상 신호에서 서로 역상의 2상 신호를 얻도록 하는 필터/위상 스프리터(2)와; 상기 필터/위상 스프리터(2)를 통한 값과, 송신단의 필터부분을 콘벌루션한 값에 수산단의 필터부분을 곱하여 수렴된 탭 계수를 이용하여 등화동작을 행하는 적응형 T-스페이스 등화기(3)와; 상기 등화기(3)의 출력에 대하여 필요한 정보만을 얻도록 신호를 제한하는 슬라이서부(4)와; 타이밍신호를 출력하는 타이밍신호 발생기(6)와; 상기 타이밍신호 발생기(6)와 슬라이서부(4)의 출력신호를 선택하는 스위칭부(7)와; 상기 스위칭부(7)의 출력신호와 상기 적응형 T-스페이스 등화기의 출력을 가산하여 상기 등화기의 등화 제어신호로서 동작하도록 하는 가산기(5)로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

입력되는 신호에 대하여 아날로그 수신용 필터(1)가 필터링하여 출력하면 샘플링부(Ts)에서 시간에 대해 소정의 값으로 샘플링하여 필터/위상 스프리터(2)로 출력한다. 그러면 상기 필터/위상 스프리터(2)는 샘플링부(Ts)를 통해 전달받는 신호에 부가적 잡음이 중첩된 경우 정합 필터링하여 잡음을 제거하고 단상 신호에서 서로 역상의 2상 신호를 구하여 적응형 T-스페이스 등화기(3)로 출력한다.

상기 위상 스프리터는 정합 필터의 탭 계수를 조정하면 상기 역상의 2상 신호를 구하는데, 상기 정합 필터의 탭 계수를 정하는 방법은 다음과 같다.

h(t) = (송신단의 필터부분)*(채널 임펄스 응답)*(수신단의 필터부분)

..............................................................(1)

상기 식(1)에서 *는 콘벌루션(convolution)을 나타내고, h(t)가 나이키스트 크리터리언(Nyquist creterion)을 만족하면 된다.

보통 계산상의 편의를 위해 채널 임펄스 응답은 이상적이라 가정하면 σ(t) 함수가 되므로 h(t)는 다음과 같이 쓸 수 있다.

h(t) = (송신단의 필터부분)*(수신단의 필터부분)*

=f(t)*g(t)..........................(2)

상기의 h(t)가 나이키스트 크리터리언을 만족하게 하는 펄스 형태는 많이 존재하지만, 가장 많이 사용되는 h(t)로는 상승하는 코싸인 펄스이다.

따라서 수신단의 필터부분 즉, 정합필터 g(t) 는 상승하는 제곱근 코싸인 펄스이다.

나이키스트 크리터리언을 만족하게끔 h(t)를 구한 후에는 정합 필터부분, g(t)를 구할 수 있다.

디지탈 영역에서 g(t)는 다음과 같이 표현된다. 단 M은 홀수라 하자.

g(n) = g(nT_s), n=0, 1, ..., M-1 ....................................(3)

여기서, T_s는 샘플 주기가 된다.

이때 적응형 등화기 탭 계수들의 초기값들을 설정하기 위해서는 T_s= T'되게 만든 후 다음과 같이 하면 설정된다.

1. i f M = N

a(n)=real(g(n)), n=0, 1, ..., N-1

b(n)=imaginary(g(n))n=0, 1, ..., N-1

2. i f M N

a(n)=real(g((M-N)/2+n)n=0, 1, ..., N-1

b(n)=imaginary(g((M-N)/2+n),n=0, 1, ..., N-1

3. i f M N

a((N-M)/2+m))=real)g(m)),m=0, 1, ..., M-1

a(n)=0,n=0, 1, ..., (N-M)/2

b((M-N)/2+m))=imaginary(g(m)),

m=0, 1, ..., M-1

b(n)=0,n-(n-m)/2

n=M, ..., M+(N-M)/2

여기서 real 0은 계수의 실수 부분을 취하는 함수이고, imaginary 0은 계수중 허수 부분을 취하는 함수이다.

결국 정합 필터의 탭 계수는 실수만을 가질 수도 있고, 복소수 계수를 가질 수도 있다.

그리고, 수렴 알고리즘은 MMSE 알고리즘이든 RLS 알고리즘이든 상관없다. 왜냐하면 이 알고리즘들은 탭 계수들의 수렴에 관계할 뿐 초기값을 정하는 데에는 큰 영향을 주지 않기 때문이다.

앞에서 언급한 바와같은 식(2)와 식(3)에 의거하여 탭 계수를 구하고, 이렇게 구한 탭 계수를 1, 2, 3을 만족시켜 초기값을 세팅한다.

상기 필터/위상 스프리터(2)에서 서로 역상의 2상 신호를 받은 적응형 T-스페이스 등화기(3)는 식(2) 또는 식(3)에서 구한 탭 계수를 초기값으로 세팅하고, 이 세팅한 초기값을 이용하여 등화동작을 행하고 그 값을 출력하면, 가산부(5)에서 입력받아 타이밍신호 발생기(6)에서 발생된 타이밍신호에 맞춘다.

이와같이 초기상태에서 스위칭부(7)의 가동단자는 타이밍신호 발생기(6) 측으로 스위칭되어 있는다.

그러다가 시간이 흐르면 스위칭부(7)의 가동단자는 슬라이서부(4) 측으로 스위칭된다.

이때 슬라이서부(4)는 등화기(3)의 출력신호를 받아 신호 제한을 행하여 필요한 정보를 추출한다.

이렇게 추출된 정보는 출력됨과 아울러 스위칭부(7)를 통해 가산기(5)로 피드백되고, 그 가산기(5)는 정보를 이용하여 등화동작을 제어한다.

이상에서와 같이 적응형 T-스페이스 등화기(3)를 사용하는 경우에는 정합 필터와 위상 스프리터를 필요로 하는데, 이 경우에는 많은 파워를 필요로 함에 따라 파워를 줄이기 위하여 도 3에서와 같이 정합 필터는 사용하지 않고 위상 스프리터(20)와 적응형 등화기(Adaptive fractionally spaced equalizer:30)를 사용한다.

이때 정합 필터에 의한 탭 계수는 도 4의 적응형 등화기(30)에 고정되어 있게 된다.

또한 도 4의 위상 스프리터(20)와 적응형 등화기(30)의 기능을 모두 수행하는 적응형 위상 스프링팅 등화기(200)를 사용할 수도 있다.

이때 탭 계수는 상기 적응형 위상 스프리팅 등화기(200)에 고정되어 있게 된다.

이상에서와 같이 탭 계수의 초기값들을 고정하게 되면 등화기의 초기 수렴 구간동안에 탭 계수의 변동폭이 적어진다.

이사에서 설명한 탭 계수들의 고정된 초기값을 적응형 등화기를 사용하는 모든 종류의 모뎀에 적용할 수 있으며, 모뎀과 관련된 팩시밀리, 램(LAN)과 와이어리스 모뎀등에도 모두 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 탭 계수들의 초기값들을 송신단의 필터부분에 대하여 곤벌루션한 값과 수신단의 필터부분을 곱하여 얻은 값을 탭 계수의 초기값으로 고정하고 이 고정된 값을 등화기에 사용함으로써 등화기의 초기 수렴 구간동안의 탭 계수 변동폭이 적어서 프로세서의 오버플로우를 방지할 수 있고, 수렴속도가 빨라져 성능이 떨어지는 값싼 프로세서로도 구현 가능하도록 한 효과가 있다.

Claims

나이키스트 크리터리언을 만족하는 송신단의 필터부분을 콘벌루션한 값과 수신단의 필터부분을 곱하여 얻은 값을 정합 필터의 탭 계수로 계산하는 제 1 과정과; 상기 제 1 과정에서 계산된 탭 계수를 필터 탭에 초기화시키는 제 2 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 모뎀의 탭 계수 설정방법.
제 1 항에 있어서, 탭 계수는 실수 계수 또는 복소수 계수를 가질 수 있도록 함을 특징으로 하는 모뎀의 탭 계수 설정방법.