KR19990043427A

KR19990043427A - 케이블모뎀의 심볼펄스 발생 장치

Info

Publication number: KR19990043427A
Application number: KR1019970064429A
Authority: KR
Inventors: 김종한
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 1999-06-15

Abstract

본 발명은 케이블모뎀에 있어서 QPSK 변조모드 및 16QAM 변조모드를 동시에 지원하는 심볼클럭 발생장치에 관한 것이다.

본 발명은 심볼크기가 각기 다른 변조 모드를 동시에 지원하는 시스템에 있어서, 입력 데이터를 위한 비트클럭 수를 카운팅하고 그 카운팅비트를 논리조합하여 각 변조모드의 심볼이 발생될 때마다 일정레벨의 펄스를 발생시키는 펄스 발생부와; 변조모드선택신호에 따라 상기 펄스 발생부의 심볼펄스중에서 해당 모드의 심볼펄스를 택일하는 선택부를 포함하여 구성되어 있다. 본 발명은 각 모드의 심볼크기를 고려하여 QPSK모드에서는 2비트클럭마다 심볼펄스를 발생하고, 16QAM모드에서는 4비트클럭마다 심볼펄스를 발생한 후, 모드선택신호에 따라 해당 모드의 심볼펄스를 선택한다. 본 발명은 카운터, 멀티플렉서등의 간단한 논리회로로 구현되며, QPSK 및 16QAM을모드를 동시에 지원할 수 있다.

Description

케이블모뎀의 심볼펄스 발생 장치(Symbol Pulse generator in a Cable Modem)

본 발명은 케이블모뎀에 있어서 QPSK 변조모드 및 QAM 변조모드를 동시에 지원하는 심볼클럭 발생장치에 관한 것이다.

케이블모뎀 네트워크는 원격지 접속 분야에서 종합정보통신망(ISDN), 멀티디지털가입자회선(xDSL) 등과 함께 관심을 끌고 있는 시스템으로, 인터넷, 인트라넷에 접속하여 가입자에게 재택근무, 영상회의, 웹검색 등의 다양한 서비스를 제공한다. 케이블모뎀 네트워크는 데이터 속도가 xDSL과 비슷한 Mbps급으로 케이블모뎀을 가정에서 설치할 경우 개인은 500Kbps∼30Mbps속도로 통신사업자는 45Mbps속도까지 데이터를 전송받을 수 있다. 또한, 근거리통신망(LAN)상에서 허브(Hub)와 같은 역할을 하므로 쉽게 LAN을 구축할 수 있다.

케이블모뎀 네트워크의 개념은 케이블 TV망을 데이터 통신분야에 끌어들인 것으로서 동축케이블을 이용한다는 측면에서는 서로 유사하지만, 케이블 TV는 외부의 동축케이블을 셋톱박스로 연결한 후 이 셋톱박스에 TV를 접속시키는 반면 케이블모뎀 네트워크는 케이블모뎀으로 동축케이블과 PC를 연결하는 방식이다. 이때 케이블모뎀에 접속되는 PC는 1 대일 수도 있고 여러 대일 수도 있다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀을 이용하여 구축한 네트워크를 도시한 도면으로, 케이블모뎀 네트워크 서비스 사업자가 제공하는 백본망(1)에 연결된 케이블모템단말시스템(2,Cable Modem Termination System:이하 CMTS라함)을 통해 케이블망(3)에 속한 가입자에게 각종 서비스 및 양방향통신을 제공하며, 케이블망(3)에는 가입자와 케이블모뎀 단말시스템(2)과의 중계역할을 하는 다수개의 케이블모뎀(CM1∼CM4)연결되어 있다. 여기서 각 케이블모뎀(CM1∼CM4)은 워크그룹용, 멀티유저용, 및 개인용으로 구분될 수 있다. 예를 들어 워크그룹 케이블모뎀은 PC를 접속시킬 수 있는 포트 수가 4개, 8개 등으로 소규모 그룹을 대상으로 하고, 이를 통해 소형 LAN을 구축할 수 있으며, 멀티유저 케이블모뎀은 도서관, 학교, 공장 등 비교적 규모가 큰 곳에 사용된다.

특히 CMTS(2)은 헤드엔드에 위치하여 상향 채널 및 하향 채널을 제공하는 역할을 한다. 각 케이블모뎀(CM)에서 CMTS(2)로 전송되는 상향스트림은 상향 채널상에서 96kbps∼10Mbps으로 각 가입자의 질의 및 요구 협대역 데이터를 점대점 방식으로 전송한다. CMTS(2)에서 각 케이블모뎀(CM)으로 전송되는 하향스트림은 하향 채널에서 500kbps∼30Mbps의 전송 속도로 광대역의 서비스 데이터를 방송한다. 상향스트림은 가입자의 질의나 요구에 대한 정보로 케이블모뎀(CM)을 통해 변조되고, CMTS(2)를 통해 복조된다.

케이블모뎀(CM)의 변조기법은 정보량이 많지않기 때문에 채널 상황에 따라 QPSK 모드와 16QAM 모드 2 종류를 제공한다. 두 변조모드의 심볼에 할당된 비트수가 다르기 때문에 각 모드별로 심볼이 발생되는 타이밍을 알려주는 심볼 펄스를 발생할 필요가 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족하기 위하여 안출된 것으로서, 케이블모뎀과 같이 두가지 이상의 변조모드를 채용한 시스템에서 각 변조모드별로 심볼이 발생되는 시점을 알려주는 심볼펄스를 발생하는 심볼펄스 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 입력 비트클럭수를 카운팅하고 카운팅된 비트를 논리조합하여 각 변조모드의 심볼이 발생될 때마다 펄스를 발생시키는 펄스 발생부와, 변조모드선택신호에 따라 상기 펄스 발생부의 심볼펄스중에서 해당 모드의 심볼펄스를 택일하는 선택부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 비트클럭 수를 카운팅하여 각 변조모드의 심볼크기때마다 펄스를 발생시켜 변조모드선택신호에 따라 발생된 펄스중에서 해당하는 심볼펄스를 선택하여 QPSK모드와 16QAM모드를 동시에 지원하는 케이블모뎀등과 같은 다중변조시스템에서 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀 네트워크와 그 주변 장치를 도시한 도면,

도 2은 케이블모뎀의 상향전송을 위한 신호처리 과정을 보여주는 블럭도,

도 3은 케이블모뎀의 상향전송을 위한 QPSK 심볼 및 QAM 심볼의 성상도,

도 4는 본 발명에 따른 케이블모뎀의 QPSK심볼펄스 및 QAM심볼펄스를 발생하는 장치에 대한 회로도,

도 5는 도 4에 대한 각부의 입출력 신호에 대한 타이밍도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40 : 카운터 41 : 레지스터

42 : AND 게이트 43 : 멀티플렉서

PSP : QPSK Symbol Pulse ASP : QAM Symbol Pulse

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.

우선, 본 발명의 이해를 돕고저 케이블모뎀을 이용한 통신방식의 계층구조를 표 1을 참조하여 설명한다.

계 층	부 계 층
네트워크 계층	-
데이터 연결 계층	논리 연결 제어(LLC) 부계층
	연결 보안 부계층
	매체 접속 제어(MAC) 부계층
물리 계층	전송 수렴(TC) 부계층
물리 계층	물리 매체 종속(PMD) 부계층

케이블모뎀이 다루는 프로토콜은 인터넷 프로토콜(IP:Internet Protocol)로서, 케이블모뎀 시스템은 IP 메시지의 투명한 전송을 위하여 상기 표 1과 같은 계층적인 구조를 가지고 있다. 케이블모뎀 시스템의 계층 구조는 네트워크계층, 데이터연결계층, 물리계층과 같이 수직적인 구조로 구분된다. 데이터연결계층은 논리 연결제어(LLC:Logical Link Control) 부계층, 연결보안(link-security) 부계층, 및 매체접속제어(MAC:Medium Access Control) 부계층으로 구분된다. 물리계층은 전송 수렴(Transmission Convergence) 부계층과 물리매체종속(PMD:Physical Medium Dependent) 부계층으로 구분된다.

상기에서 네트워크계층은 인터넷 프로토콜(IP) 계층으로서 케이블 시스템을 통하여 IP 트래픽을 전송한다. 데이터연결계층의 매체접속제어(MAC) 부계층은 가변 길이의 프로토콜 데이터 유닛(Protocol data Unit: 이하 PDU라함)를 지원한다. MAC 프로토콜은 CMTS에 의하여 대역할당을 제어하고 상향에서 일정 시간 간격의 미니슬롯으로 스트림을 나누고 가변 길이의 패킷을 지원하여 대역할당의 효율을 증가시키는 등의 특징을 가지고 있다. 물리계층의 전송수렴(TC) 계층은 하향의 경우에만 존재하여 디지털 비디오와 같은 추가의 서비스를 제공한다. 물리매체종속(PMD)부계층은 하향의 경우 64QAM과 256QAM의 변조방식, 리드솔로몬과 트렐리스의 에러정정코드 등의 기능을 지원하고 상향의 경우 QPSK와 16QAM의 변조방식, TDMA, 고정길이 프레임과 가변길이 PDU 등을 지원한다.

도 1에 도시된 CMTS(2)와 각 케이블모뎀(CM1∼CM4)은 상향스트림(Upsteram) 및 하향스트림(Downstream)에서 기본전송단위인 MAC(Medium Access Control) 프레임을 이용하여 데이터를 주고 받는다. MAC 프레임의 구조는 MAC프레임의 내용을 정의하는 MAC 헤더 및 MAC 헤더에 따라 그 길이와 존재 여부가 정해지는 PDU로 구성된다. 상기 MAC 프레임은 상향스트림의 경우 MAC 헤더 앞에 물리매체종속(PMD) 부계층 오버헤드가 붙고, 하향스트림의 경우 MPEG 전송헤더가 붙어서 전송된다.

도 2은 케이블모뎀의 상향전송을 위한 신호처리 과정을 보여주는 블럭도이다.

상향스트림 변조를 위한 처리는 패킷단위의 입력 데이터를 정보블럭단위로 변환한 후(21), 순방향에러정정(FEC, forward error correction) 코드화하여 통신로상의 에러를 정정할수 있도록 한다(22). FEC 부호화는 블럭코드의 일종인 리드솔로몬코드를 적용한다. FEC부호어는 스크램블링되어 입력비트열을 특정한 패턴을 갖지 않도록 랜덤화시킨다(23). 수신측과 미리 규약된 프리앰플 심볼(24)을 스크램블러(23)의 출력데이터에다가 부가하여 심볼 맵퍼(26)로 출력한다. 이때 비트열을 스크램블처리한 후 정보데이터의 앞단에 프리앰블 심볼을 더하는 것은 다른 채널과 혼신되는 것을 막기 위함이다.

심볼맵퍼(26)는 데이터 스트림을 변조 심볼로 변환시키고 필터(27)를 통해 신호 성형을 한 후, 정확한 타이밍에서 변조하여 케이블로 전송한다. 제어부(20)는 CMTS로부터 전력레벨, 주파수옵셋, 옵셋 범위, 버스트 길이등의 각종 파라메터들을 제공받아 상기 블록변환부(21), FEC 인코딩부(22), 스크램블러(23), 프리앰플러(24), 심볼맵퍼(26), 필터(27) 및 변조부(28)를 제어한다.

여기서, 상향스트림의 물리매체종속(PMD) 부계층은 5종류의 심볼 레이트 및 2종류의 변조(QPSK, 16QAM) 포맷을 갖는 FDMA/TDMA 버스트 변조 방식을 사용한다. 심볼레이트는 각 QPSK모드/QAM모드에서 10,320,640,1280,2560ksym/sec를 지원한다. 심볼 맵핑 규칙은 표 2와 같이 입력 비트를 I/Q 성상도에 매핑하여 심볼을 전송한다.

변조 모드	입력 비트
QPSK	I₁Q₁
16QAM	I₁Q₁I₀Q₀

상기 표 2 에서 I₁은 심볼 맵의 MSB(most significant bit)이고, Q₁은 QPSK의 LSB(least significant bit) 이며, Q₀는 16QAM의 LSB이다. 그리고 Q₁과 I₀는 16QAM에서 중간 비트 위치에 놓인다. MSB 는 심볼 맵퍼로 입력되는 시리얼 데이터의 첫번째 비트에 해당한다.

도 3은 케이블모뎀의 상향전송을 위한 QPSK 심볼 및 16QAM 심볼의 성상도이다. QPSK심볼맵핑은 위상에 정보를 실어 90°위상차를 가지면서 2입력비트를 1심볼(I₁Q₁)로 맵핑하고, 16QAM심볼맵핑은 진폭 및 위상에 정보를 실어 4입력비트를 1심볼(I₁Q₁I₀Q₀)로 할당한다.

따라서, 비트 클럭에 따라 입력되는 입력스트림은 QPSK모드에서는 2비트클럭마다 1심볼을 생성하고, 16QAM모드에서는 4비트클럭마다 1심볼을 생성하므로, 이를 구분하여 심볼 생성 시점을 알려주는 심볼펄스를 발생해야한다. 즉, QPSK모드에서는 2비트 클럭마다 심볼펄스를 발생하고, 16QAM모드에서는 4비트 클럭마다 심볼펄스를 발생한다.

도 4는 본 발명에 따른 케이블모뎀의 QPSK심볼펄스 및 16QAM심볼펄스를 발생하는 장치에 대한 회로도이고, 도 5는 도 4에 대한 각부의 입출력 신호에 대한 타이밍도이다.

QPSK모드에서는 2비트클럭마다, 16QAM모드에서는 4비트클럭마다 심볼펄스를 발생해야 하므로 4주기를 카운팅하는 2비트 카운터(40)를 이용하여 카운터의 출력비트를 논리조합하여 심볼펄스를 발생한다.

도 4를 참조하면, 심볼펄스 발생장치는 입력비트클럭을 카운팅하는 2비트 카운터(40)와, 2비트 카운터의 출력비트(C_OUT=C₁C₀)을 저장하는 2비트 레지스터(41), 2비트 레지스터(41)의 두 비트를 논리곱(C₁·C₀) 연산하는 AND게이트(42), 및 2비트 레지스터(41)의 하위 비트(C₀)를 QPSK심볼펄스(QPSK Symbol Pulse:이하 PSP라함)로 하고, AND게이트(42)의 출력을 16QAM심볼펄스(16QAM Symbol Pulse:이하 ASP라함)로하여 QPSK/16QAM 모드선택신호에 따라 두 심볼펄스중(PSP, APS) 어느 하나를 선택하여 출력하는 멀티플렉서(43)로 구성되어 있다.

도 5를 참조하면, (a) BIT_CLK는 입력데이터스트림이 동기되는 비트클럭신호로 상기 2비트 카운터(40)에 입력되고, (b) C_OUT는 2비트 카운터(40)의 출력값이다. (c) PSP는 (b) C_OUT의 하위 비트(C₀)를 사용하여 매 2비트클럭마다 '1'로 발생된다. (d) ASP는 (b) C_OUT의 두 비트를 논리곱하여(C₁·C₀) 두 비트가 모두 1인 매 4비트클럭마다 '1'로 발생된다. 이렇게 발생된 (c) PSP 와 (d) ASP 펄스 신호는 멀티플렉서(43, 도 4참조)로 제공되고, 변조모드선택신호에 따라 QPSK변조모드이면 (c)PSP펄스신호가 선택되어 출력되고, 16QAM변조모드이면 (d)ASP펄스신호가 선택되어 출력된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 QPSK 및 16QAM을 지원하는 케이블모뎀에 있어서 본 발명은 각 모드의 심볼크기를 고려하여 비트클럭 수를 카운팅하여 각 모드의 심볼이 발생하는 시점마다 펄스를 발생시킨 후, 모드선택신호에 따라 해당 모드의 심볼펄스를 선택한다. 본 발명은 카운터, 멀티플렉서등의 간단한 논리회로로 구현되며, QPSK 및 16QAM을모드를 동시에 지원할 수 있다.

Claims

심볼크기가 각기 다른 변조 모드를 동시에 지원하는 시스템에 있어서,

입력 데이터를 위한 비트클럭 수를 카운팅하고 그 카운팅비트를 논리조합하여 각 변조모드의 심볼이 발생될 때마다 일정레벨의 펄스를 발생시키는 펄스 발생부와;

변조모드선택신호에 따라 상기 펄스 발생부의 심볼펄스중에서 해당 모드의 심볼펄스를 택일하여 출력하는 선택부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 심볼펄스 발생 장치.