KR19990084784A - 피.지.에이, 협대역 잡음제거 장치 및 이들을 구비한 초고속 디지털 가입자 회선 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피.지.에이, 협대역 잡음제거 장치 및 이들을 구비한 초고속 디지털 가입자 회선 수신기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 초고속 디지털 가입자 회선 수신기는 수신된 신호의 크기를 소정 범위내에 있도록 이득을 조절하여 증폭하는 제1피.지.에이.; 제1피.지.에이의 출력신호에서 협대역 잡음의 혼입여부를 검출하여 협대역 잡음이 혼입되어 있으면 협대역 잡음을 모델링하여 피.지.에이의 출력신호로부터 제거하고, 없다면 제1피.지.에이.의 출력신호를 그대로 출력하는 협대역 잡음제거부; 협대역 잡음의 혼입여부에 따라 협대역 잡음이 혼입되어 있으면 제1피.지.에이의 이득을 참조하여 협대역 잡음제거부로부터 수신된 신호를 증폭하고, 없다면 수신된 신호를 증폭하지않고 그대로 출력하는 제2피.지.에이.; 제2피.지.에이.의 출력신호의 열화된 특성을 보상하는 등화기; 및 등화기의 출력신호를 디지털 값으로 변환하는 슬라이서를 포함한다.
본 발명에 의하면, 외부 간섭신호의 갑작스런 유입에 대해서도 원하는 일정 레벨의 신호를 유지시킬 수 있으므로 갑작스런 전력의 변화에 따른 오류를 방지할 수 있으며 큰 전력신호의 입력에 의한 시스템 디바이스의 고장을 막을 수 있다.

Description

피.지.에이, 협대역 잡음제거 장치 및 이들을 구비한 초고속 디지털 가입자 회선 수신기
본 발명은 피.지.에이, 협대역 잡음제거 장치 및 이들을 구비한 초고속 디지털 가입자 회선(Very High Speed Digital Subscriber Lines, 이하 VDSL이라 약함) 수신기에 관한 것으로, 아마추어 무선잡음과 같은 협대역 잡음이 있는 신호의 수신시 이득제어를 위한 피.지.에이, 협대역 잡음제거를 위한 장치 및 이들을 구비한 초고속 디지털 가입자 회선 수신기에 관한 것이다.
정보 전송의 요구가 증가함에 따라 고속 데이터를 전송할 수 있는 방법이 계속 연구되고 있다. 특히, 기존의 전화선로를 이용하여 고속의 정보를 전달하는 방식이 연구 및 발전되고 있다.
VDSL은 기존에 설치되어있는 전화선로에 대해 특별한 페어(pair)의 선택, 조건 또는 재설계없이 보통의 전화 서비스와 혼합된 고속의 데이터를 가입자까지 전송하는 기술이다. VDSL은 데이터 스트림의 형태가 정보원->가입자 방향은 압축된 비디오 등의 고속의 데이터이고 가입자->정보원 방향은 제어신호 등의 고속 데이터로 구성되어있다.
VDSL 시스템은 도 1에 블록도로 도시된 바와 같이, 가입자 방향으로 데이터를 전송하고 가입자로부터 데이터를 수신하는 정보원 측의 VTU-O(VDSL Transmission Unit at the Optical Network Unit, 100) 및 전송채널을 통해 VTU-O에 연결되고 정보원으로 데이터를 전송하고 정보원으로부터 데이터를 수신하는 가입자 측의 VTU-R(VDSL Trnamission Unit at the Remote Location, 102)로 구성된다, 전송채널을 통한 VTU-O와 VTU-R간 데이터 전송중에 AWGN(Additive White Gaussian Noise)와 아마추어 무선신호와 같은 협대역 잡음이 끼어든다.
AWGN은 작은 진폭으로 넓은 주파수 대역에 분포하는 잡음을 말하고, 협대역 잡음은 좁은 주파수 대역에서 큰 진폭으로 발생하여 수신측에 심각한 에러를 초래하는 잡음을 말한다. 협대역 잡음은 다음과 같이 두가지로 나눌 수 있다. 하나는 아마추어 무선통신에 쓰이는 HAM에 의한 신호의 간섭현상으로서 보통 무선 주파수 간섭(Radio Frequency Interference, 이하 RFI라 약함)으로 일컬어진다. RFI의 특징은 연속적으로 방출되는 것이 아니라 수 밀리초~ 수 초에 걸쳐서 무작위로 발생, 소멸하고 임의의 주파수 대역을 점유하므로 일반적인 방송용 전파에 비해 매우 심각한 간섭요인이 된다. 다른 하나는 집에서 형광등을 켤 때 흔히 발생하는 충격 잡음(Inpulsive Noise)으로서, 간섭시간은 수 마이크로초에 이르며 이것은 신호원에 비해 아주 짧은 시간에 일어나므로 무시하는 것이 좋다.
도 2는 종래의 VDSL 수신기에 대한 블록도이다. 도 2에 따른 VDSL 수신기는 자동이득제어(Automatic Gain Control, 이하 AGC라 약함)부(200), 등화기(Equalizer, 202) 및 슬라이서(204)로 구성된다.
그 동작은 다음과 같다. AGC부(200)는 수신된 신호의 전력을 원하는 레벨이 되도록 제어하고, 등화기(202)는 AGC부(200)의 출력신호의 열화된 특성을 보상한다. 슬라이서(204)는 임계값에 따라 등화기(202)의 출력을 디지털 값으로 변환한다.
도 3은 AGC부(200)에 대한 상세 블록도이다. 도 3에 따른 AGC부는 곱셈기(300), 아날로그-디지털(A/D) 변환기(302), 평균자승기(304), 가산기(306), 적분기(308) 및 이득제어기(310)으로 구성된다.
그 동작은 다음과 같다. 먼저, 곱셈기(300)는 수신된 신호를 피드백된 이득조절값과 곱한다. A/D 변환기(302)는 곱셈기(300)의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 평균자승기(304)는 A/D 변환기(302)의 출력신호에 대한 전력평균을 구한다. 가산기(306)는 구해진 평균전력과 기준 전력 레벨과의 차를 출력하고, 적분기(308)는 주변의 잡음에 민감하지않도록 가산기(306)에서 출력된 전력 차를 적분한다. 이득제어기(310)는 적분기(308)의 출력을 임계값과 비교하여 그에 따른 이득조절값을 곱셈기(300)로 출력한다.
그러나, 상술한 AGC는 수신된 신호가 원하는 전력레벨을 갖도록하는 것이 주목적이어서, 신호의 진폭(amplitude)이 일정 레벨안에 있는 것이 중요한 동기부(Synchronizer)나 입력신호를 수신측 디바이스의 다이나믹 레인지 이내에 두어야하는 안정성 문제는 충족시키지 못한다. 또한, 종래의 AGC는 주변에서 간섭신호와 무관하게 정해진 일정 크기만큼씩 이득을 조정하므로 RFI와 같은 심각한 간섭요인으로 인한 전력변동에 즉각적인 대응을 할 수 없어서 전력의 갑작스런 유입이나 소멸로 인해 발생하는 오류를 처리할 수 없다. 예를 들어, 시스템의 초기화 과정동안에 신호원만 들어온 경우 AGC는 들어온 신호만을 기준으로 이득을 조정한다. 이 때, 갑자기 원신호와 대등한 전력을 가진 RFI 신호가 들어온다면 전체 신호의 전력이 두 배가 되므로 이 신호를 A/D 변환하는 과정에서 원신호가 클리핑(clipping)되어 양자화 에러(Quantization error)가 발생하게 된다.
또한 종래의 수신단은 RFI 등의 강력한 협대역 잡음이 전송선로상에 인가되면 전송시스템의 성능을 떨어뜨리게되어 원래 계획했던 시스템 성능을 충족시키지 못하는 문제가 발생한다. 협대역 잡음의 진폭이 매우 큰 경우에는 수신단의 동작을 불안하게하고 수신단 등화기의 탭 계수가 발산하여 전송 데이터를 검출하지 못하게 된다. 더욱 문제가 되는 것은 협대역 잡음이 언제, 어떤 진폭으로 어느 주파수 대역에 인가될지 예측할 수 없기때문에 협대역 잡음을 적응적(adaptive)으로 제거할 수 없다는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 VDSL 시스템의 수신측에서 감쇄되거나 왜곡되어 수신된 신호의 진폭을 원하는 레벨로 유지하는 프로그래머블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier, 이하 PGA라 약함), 수신된 신호에 혼입된 협대역 잡음을 제거하는 장치 및 이들을 구비한 VDSL 수신기를 제공하는데 있다.
도 1은 초고속 디지털 가입자 회선 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 종래의 VDSL 수신기에 대한 블록도이다.
도 3은 도 2의 AGC부에 대한 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 VDSL 수신기에 대한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 PGA에 대한 블록도이다.
도 6은 도 5의 피크치 평균부의 동작을 도시한 것이다.
도 7은 도 5의 피크치 평균부의 출력값에 대한 제1출력단의 출력값을 도시한 것이다.
도 8은 도 5의 피크치 평균부의 출력값에 대한 제2출력단의 출력값을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 협대역 잡음 제거부에 대한 상세도이다.
도 10은 종래의 AGC와 PGA의 출력신호를 보인 것이다.
도 11은 종래의 AGC의 전체 이득 변화와 본 발명에 의한 PGA의 전체 이득 변화를 보인 것이다.
도 12는 종래의 수신기에서 등화기의 신호대잡음비와 본 발명에 따른 수신기에서 등화기의 신호대잡음비를 도시한 것이다.
도 13은 종래의 수신기에서 등화기의 콘스텔레이션과 본 발명에 따른 수신기에서 등화기의 콘스텔레이션을 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 이득을 조절하여 수신된 신호를 증폭하는 피.지.에이.에 있어서, 수신된 신호와 피드백되는 이득을 곱하는 곱셈기; 상기 곱셈기의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기; 상기 디지털로 변환된 신호에 대해 소정 개수의 샘플 신호마다 피크치를 구하고, 상기 피크치의 소정 개수에 대한 평균치를 구하는 피크치 평균부; 상기 피크치 평균부의 출력에 따라 이득의 증감 여부를 나타내는 값을 제1출력단에, 상기 이득의 증감 여부에 따라 이득을 갱신하도록 스텝 사이즈를 조절하는 신호를 제2출력단에 출력하는 다중 임계치 감지부; 및 상기 다중 임계치 감지부의 제2출력단의 출력신호에 따라 스텝 사이즈를 결정하고, 상기 결정된 스텝사이즈와 제1출력단의 출력값에 따라 이득을 조절하여 상기 곱셈기로 출력하는 이득 제어부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 아마추어 무선신호를 포함하는 협대역 잡음이 혼입되어 수신된 신호로부터 상기 협대역 잡음을 제거하는 장치에 있어서, 상기 수신된 신호를 소정시간 지연하는 제1지연기; 상기 지연된 신호를 모델링하는 적응필터; 상기 적응필터의 출력값이 소정 레벨이상이면 상기 협대역 잡음이 수신된 것으로 판단하여 상기 적응필터의 값을 출력하도록 스위치를 온시키는 스위치제어부; 및 상기 스위치가 온되어 입력되는 상기 적응필터의 출력값을 상기 수신된 신호로부터 감산하는 가산기를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 수신된 신호의 크기를 소정 범위내에 있도록 이득을 조절하여 증폭하는 제1피.지.에이.; 상기 제1피.지.에이의 출력신호에서 협대역 잡음의 혼입여부를 검출하여 협대역 잡음이 혼입되어 있으면 상기 협대역 잡음을 모델링하여 상기 피.지.에이의 출력신호로부터 제거하고, 없다면 상기 제1피.지.에이.의 출력신호를 그대로 출력하는 협대역 잡음제거부; 상기 협대역 잡음의 혼입여부에 따라 상기 협대역 잡음이 혼입되어 있으면 상기 제1피.지.에이의 이득을 참조하여 상기 협대역 잡음제거부로부터 수신된 신호를 증폭하고, 없다면 수신된 신호를 증폭하지않고 그대로 출력하는 제2피.지.에이.; 상기 제2피.지.에이.의 출력신호의 열화된 특성을 보상하는 등화기; 및 상기 등화기의 출력신호를 디지털 값으로 변환하는 슬라이서를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명에 따른 VDSL 수신기에 대한 블록도이다. 도 4에 따른 VDSL 수신기는 제1PGA(400), 협대역 잡음제거부(402), 제2PGA(404), 등화기(406) 및 슬라이서(408)을 포함한다.
그 동작은 다음과 같다. 제1PGA(400)는 수신된 신호의 진폭을 원하는 레벨로 유지한다. 협대역 잡음제거부(402)는 제1PGA(400)의 출력신호로부터 협대역 잡음이 인가되었는지의 여부를 판단하여 협대역 잡음이 인가되었다면 협대역 잡음을 추출하여 제거하고, 인가되지 않았다면 제1PGA(400)의 출력신호를 그대로 통과시킨다. 제2PGA(404)는 협대역 잡음제거부(402)에서 협대역 잡음이 제거된 경우 그 전력이 낮아진 신호를 제1PGA(400)의 이득을 고려하여 적절한 이득으로 증폭하고, 협대역 잡음제거부(402)에서 신호가 그대로 통과된 경우 마찬가지로 증폭하지않고 통과시켜서 출력되는 신호의 크기가 일정하도록 유지한다. 등화기(406)는 제2PGA(404)의 출력신호의 열화된 특성을 보상하고, 슬라이서(408)는 임계값에 따라 등화기(206)의 출력을 디지털 값으로 변환한다.
다음에서는 각 구성요소를 보다 상세히 설명하기로 한다.
제1PGA(400)는 도 5에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 곱셈기(500), A/D 변환기(502), 절대치계산부(ABS, 504), 피크치 평균부(Sample window peak detector and peak block averager, 506), 다중 임계치 감지부(Multi-threshold detector, 508) 및 이득 제어부(510)를 포함한다.
그 동작은 다음과 같다. 곱셈기(500)는 수신된 신호와 피드백되는 신호를 곱한다. A/D 변환기(502)는 곱셈기(500)의 출력신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 절대치계산부(504)는 디지털로 변환된 신호에 절대값을 구한다. 절대치를 구하는 이유는 A/D 변환기(502)의 출력값(PGA의 출력값)이 일정한 전력 레벨을 갖는 것이 아니라 일정한 진폭 레벨내에 존재해야하기 때문이다. 예를 들어, 일정한 전력 레벨을 갖도록 제곱값을 사용한다면 1보다 큰 값은 더 크게되고 1보다 작은 값은 더 작게 되므로, 절대값을 사용하는 것이 유리하다.
피크치 평균부(506)는 절대치계산부(504)의 출력에 대해 소정의 윈도우를 설정하여 각 윈도우내의 샘플중에서 피크치를 구한 다음, 소정 개수의 윈도우에 대해 각 윈도우에서 구해진 피크치의 평균을 구한다. 피크치를 구하는 이유는 일정한 진폭 레벨내에서 동작하는 안정적인 PGA의 출력을 보장하기 위함이다. 윈도우 크기는 변화가능하며 윈도우 크기가 클수록 PGA가 안정적으로 동작하지만 수렴하는데 시간이 오래 걸린다. 또한 각 윈도우에서 구한 피크치의 평균을 구하는 것은 잡음에 민감하지않도록 하기위한 것이며, 평균을 구할 윈도우 개수는 피크치와 평균 전력의 관계를 고려하여 결정된다. 도 6은 128개의 샘플로 구성된 윈도우내의 피크치를 구하고, 32개의 윈도우에 대해 구해진 각 피크치에 대한 평균을 구하는 동작을 도시한 것이다.
다중 임계치 감지부(508)는 곱셈기(500)로 피드백되는 이득을 조절하기위해 피크치 평균부(506)의 출력의 레벨을 감지하여 그에 따른 값을 각각 제1, 제2출력단으로 출력한다. 예를 들어, 피크치 평균부(506)의 출력이 제1임계값 이상이면 -1을, 제2임계값보다 작으면 +1을, 제1임계값과 제2임계값 사이에 있으면 0을 제1출력단에 출력한다. 도 7은 피크치 평균부(506)의 출력값(●)에 대한 제1출력단의 출력값을 도시한 것이다.
제2출력단에는 이득의 스텝 사이즈를 조절하기위한 제어신호가 출력된다. 예를 들어, 제1출력단에 출력되는 값이 +에서 -로 또는 -에서 +로 바뀔 때 제2출력단에 -1을 출력한다. 협대역 잡음의 유입으로 인해 피크치 평균부(506)의 출력이 A/D변환 비트의 최대값과 같거나 협대역 잡음의 갑작스런 유출로 인해 피크치 평균부(506)의 출력이 A/D변환 비트의 최대값의 3dB 지점보다 낮게 떨어지면 제2출력단에 +1을 출력한다. 피크치 평균부(506)의 출력이 제3임계값 이하이고 제4임계값 이상이면 -2를 제2출력단에 출력하며, 상술한 경우 이외이면 0을 출력한다.
이득 제어부(510)는 다중 임계치 감지부(508)의 제1 및 제2출력단으로부터 신호로부터 곱셈기(500)로 출력되는 이득을 조절하고, 조절된 이득을 제2PGA(404)로도 출력한다. 이득은 다음 식에 따라 결정된다.
이득(n+1)=이득(n)+다중 임계치 감지부의 제1출력단의 출력값*이득 스텝 사이즈
여기서, n은 n번째 샘플링을 말한다.
이득 스텝 사이즈는 다중 임계치 감지부(508)의 제2출력단으로부터 입력되는 제어신호로부터 결정된다. 예를 들어, 이득 스텝 사이즈의 값을 1.6, 0.8 및 0.4로 정한 경우 제어신호가 -1일 때, 이득 스텝 사이즈를 한단계 낮춘다. 제어신호가 +1이면 이득 스텝 사이즈를 최대로 즉, 1.6으로 하여 빠르게 적응하도록 한다. 제어신호가 -2이면 이득 스텝 사이즈를 최소 즉, 0.4로한다. 이러한 이득 스텝 사이즈를 통한 이득 제어는 외부신호의 갑작스런 간섭에 의해 수신 신호의 전력변화가 발생했을 때 이를 감지하여 A/D변환 과정에서 발생할 수 있는 에러를 막기 위한 것이다. 예를 들어, 다중 임계치 감지부(508)에서 A/D 변환 비트의 최대값이 출력되었다면, 이는 협대역 잡음의 유입으로 클리핑(clipping) 오류가 발생되었음을 의미하므로 이득을 낮은 값으로 빠르게 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 수신 전력을 높게 만들었던 협대역 잡음신호가 갑자기 소멸되어 수신 전력 레벨이 갑자기 낮아지는 경우에도 수신기의 출력을 일정 레벨로 유지해야하므로 이득을 높게 조정하는 것이 바람직하다. 다중 임계치 감지부(508)의 출력값이 제3 및 제4임계값 사이에 있다면 안정상태에 있음을 의미하므로 이득 스텝 사이즈를 최소로하여 정밀하게 따라가도록 한다.
협대역 잡음 제거부(402)는 도 9에 상세하게 도시된 바와 같이, 제1지연기(900), 적응형 필터(910), 스위치(920), 스위치 제어부(930) 및 가산기(940)을 포함한다.
그 동작은 다음과 같다. 먼저, 제1지연기(900)는 전송되어온 신호를 소정 시간 τ만큼 지연한다. 지연 τ는 VDSL 전송신호의 자기 상관은 매우 작으나 협대역 잡음의 자기상관은 매우 큰 시간을 말하는 것으로, 다음과 같이 결정된다. VDSL 전송신호는 협대역 잠음에 비하여 넓은 대역폭을 점유하고 있으며, 따라서 협대역 잡음에 비하여 매우 낮은 상관을 갖게 된다. 즉, 수신된 신호는 상관이 매우 높은 신호와 상관이 낮은 신호의 합으로 구성되어 있으며 수신 신호로부터 상관이 높은 신호를 추출하여 협대역 잡음을 제거한다. 신호 x(t)에 대한 자기상관(auto-correlation) 함수 Rxx(τ)는 다음과 같다.
수학식 2를 이용하여 상술한 지연시간 τ를 결정한다.
제1지연기(900)에서 τ만큼 지연된 신호는 유한 충격응답 필터(Finite Impulse Response Filter) 형태의 적응 필터(910)를 통해 모델링 된다. 적응 필터(910)는 신호를 소정의 시간 T만큼씩 지연시키는 복수의 지연기(D)에 의해 지연된 신호에 가중치(Cn)를 곱한 값을 모두 가산하여 출력한다. 가중치 Cn은 수신된 신호와 가산되어 출력된 값과의 차를 감소시키는 방향으로, 다음 수학식과 같은 스토캐스틱 경사 알고리즘(Stochastic Gradient Algorithm)에 따라 갱신된다.
여기서, Cn(k): n번째 탭의 kT시간에서의 가중치
μ: 가중치 갱신을 위한 스텝 사이즈
r(t): 제1지연기(900)의 출력신호
ek: z(kT)-r(kT)
z(kT): 적응 필터(910)의 kT시간에서의 출력
상관이 강한 협대역 잡음이 인가되면 적응필터(910)의 출력도 커진다.
스위치 제어부(930)는 적응필터(910)에서 출력된 신호의 크기가 소정의 값 이상인 경우 협대역 잡음이 수신된 것으로 판단하여 스위치(920)를 온(ON)시키고 이 신호를 제2PGA(404)로 출력한다. 또한, 스위치 제어부(930)는 적응필터(910)에서 출력되는 신호의 크기가 소정 값보다 작은 경우에는 협대역 잡음이 수신되지 않은 것으로 판단하여 스위치를 오프(OFF)상태로 한다.
스위치(920)가 온되면 가산기(940)는 제1PGA(400)로부터 수신된 신호로부터 적응필터(910)에서 출력된 값을 감산함으로써 협대역 잡음이 제거된 신호를 제2PGA(404)로 출력한다.
제2PGA(404)는 제1PGA(400)의 이득 제어부(510)에서 결정되어 입력되는 이득을 차례로 소정시간 동안 저장하고, 협대역 잡음제거부(402)의 스위치 제어부(930)로부터 입력되는 스위치 온신호에 따라 저장된 이득을 비교한다. 제2PGA(404)는 스위치가 온되기 전과 온 된 후의 이득 차에 따라 자신의 이득을 조절하여 협대역 잡음 제거로 인해 전력이 낮아진 신호의 크기가 적정수준이 되도록 한다. 단, 이득이 결정되는 동안 다음 단의 등화기(406)의 탭 계수(tap coefficient)가 발산하는 것을 방지하기위해 스위치가 온된 후 소정 시간동안은 탭 계수를 갱신하지 않는 것이 유리하다.
또한 제2PGA(404)는 스위치가 오프상태이면 협대역 잡음이 인가되지 않았거나 사라진 것으로 판단하여 자신의 이득을 0으로 조절한다.
도 10 내지 13은 종래의 기술과 본 발명의 모의실험 결과를 비교한 것이다. 원하는 출력 레벨을 2로 하였고 그러기 위해 소요되는 이득은 20dB가 되도록 샘플링 주파수가 51.84MHz인 16 씨에이피(Carrierless Amplitude and Phase Modulation) 신호를 송신신호로 하여 26 AWG 1Kft 채널을 통과시키고 11 원단누화(FEXT, Far End Crosstalk)를 첨가하였다. 이러한 수신신호에 수신신호와 동일한 전력을 가지며 중심 주파수가 10MHz인 RFI신호를 생성하여 소정의 시간동안 PGA단에 입력하였다가 소멸시킨 후 각각의 성능을 비교하였다. 제1PGA의 가변 이득 스텝 사이즈는 1.6, 0.8, 0.4이다.
도 10은 종래의 AGC와 PGA의 출력신호를 보인 것이다. 도 10(a)는 상술한 협대역 잡음이 인가되어 수신된 신호를 보인 것으로, 16CAP을 사용하여 생성된 수신신호에 이보다 3dB 높은 전력 레벨을 가진 RFI신호를 인가했을 때 수신기의 AGC 및 PGA로 입력되는 신호를 보인 것이다. 도시된 협대역 신호는 200,000번째 샘플에 유입되었다가 400,000 샘플째에 소멸되었다. 도 10(b)는 종래의 AGC에서 출력되는 신호를 도시한 것이고, 도 10(c)는 본 발명에 의한 PGA에서 출력되는 신호를 도시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 종래의 AGC는 협대역이 인가되어 이득이 갱신되는 동안 원하는 신호크기 레벨인 ±2를 훨씬 초과하여 불안정하게 되는 반면, 본 발명에 따른 PGA는 일단 정상상태에 도달하면 그 출력값이 ±2범위안에서 동작하는 안정한 상태를 보인다. 비교결과, 본 발명에 따른 PGA는 종래의 AGC보다 RFI 등의 협대역 잡음에 의해 오류가 나는 구간을 약 1/5정도로 줄일 수 있다.
실제 시스템에 적용한다면 제1PGA의 제어부에 의한 이득 갱신이 계속 일어나는 것이 아니라 일단 출력값이 정상상태로 수렴하고나면 정지하게 되고, 외부에서 갑작스런 협대역 신호가 들어올 때에만 동작하게 되며 그 이외의 경우에는 동작을 하지않아도 되므로 전체 시스템에 대한 로드를 상당히 줄일 수 있다.
도 11은 도 10(a)의 신호가 입력되었을 때, 종래의 AGC의 전체 이득 변화와 본 발명에 의한 PGA의 전체 이득 변화를 보인 것이다. 도 11(a) 및 11(b)는 각각 종래의 AGC에 있어서 갱신회수로 표현된 128*32번의 sampling 구간에 대한 에러신호의 크기 및 총 AGC의 이득을 도시한 것이다. 참조번호 1100, 1101은 각각 제1 및 제2임계치이다. 도시된 바에 따르면 종래의 AGC의 경우, 정상상태에 도달한 후 갑자기 협대역 신호가 인가되었을 때 이득이 신속하게 변하지 못하므로 이러한 구간동안 A/D변환에 의한 포화 에러(saturation error)가 발생하여 전체적인 시스템 성능을 나쁘게하는 원인이 된다. 또한 정상상태에 수렴한 후에도 계속하여 이득이 흔들리게되어 안정성 면에서 취약하다.
도 11(c) 및 11(d)는 도 10(a)의 신호가 입력되었을 때, 각각 본 발명에 따른 PGA에 있어서 갱신회수로 표현된 128*32번의 sampling 구간에 대한 피크치 평균 및 총 PGA의 이득을 도시한 것이다. 참조번호 1103 및 1104는 제3 및 제4임계치이다. 도시된 바에 따르면 우선 정상상태에 도달하는 시간이 도 11(b)의 경우와 비교하여 약 1/3정도 빨라짐을 알 수 있다. 또한 정상상태에 도달 후 협대역 신호가 인가되었을 때 빠르게 이득이 변화됨으로써 전체적인 출력값이 안정상태로 수렴하였으며 갑작스런 협대역 잡음의 소멸에도 빠르게 반응하여 수신신호의 신호크기 왜곡을 최소로 할 수 있다.
도 12는 종래의 수신기에서 등화기의 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)와 본 발명에 따른 수신기에서 등화기의 신호대잡음비를 도시한 것이다. 참조번호 1200이 본 발명에 의한 결과이고, 1201이 종래 기술에 의한 결과이다. 협대역 잡음은 처음 20,000 심볼기간동안 유입되었다가 400,000 심볼기간만에 사라진다. 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 수신기는 협대역 잡음이 유입된 경우에도 안정적인 SNR을 보이며 잡음이 사라진 후에도 등화기가 빠르게 수렴됨을 알 수 있다.
도 13은 종래의 수신기에서 등화기의 콘스텔레이션(constellation)과 본 발명에 따른 수신기에서 등화기의 콘스텔레이션을 도시한 것이다. 도 13(a) 및 13(b)는 각각 종래 기술과 본 발명에서 협대역 잡음이 유입되지않는 초기 200,000 심볼기간동안의 등화기의 콘스텔레이션을 보인 것이고, 도 13(c) 및 13(d)는 종래 기술과 본 발명에서 협대역 잡음이 유입되는 200,000 심볼기간동안의 등화기의 콘스텔레이션을 보인 것이며, 도 13(e) 및 13(f)는 종래 기술과 본 발명에서 협대역 잡음이 사라진 후 등화기의 콘스텔레이션을 보인 것이다. 도시된 바와 같이 종래의 수신기로는 협대역 잡음이 유입될 때와 사라질 때 동작이 매우 불안정하며 등화기가 제대로 동작하지 않지만, 본 발명에 따른 수신기는 안정하게 동작함을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 1. 외부 간섭신호의 갑작스런 유입에 대해서도 원하는 일정 레벨의 신호를 유지시킬 수 있으므로 갑작스런 전력의 변화에 따른 오류를 방지할 수 있으며 큰 전력신호의 입력에 의한 시스템 디바이스의 고장을 막을 수 있다. 또한 협대역 잡음에 대해서는 적극적으로 대처하고 충격 잡음에 대해서는 무시하는 효과를 가질 수 있으므로 외부 간섭에 대해 강한 시스템을 보장하여 전체적인 시스템의 성능향상을 기대할 수 있다.
2. 크기가 불규칙적으로 변하는 수신신호에 대해 증폭기의 출력값이 일정한 범위내에 있게하고 그 피크치의 평균을 구하여 제어신호로 이용함으로써 송신된 신호에 충실한 이득제어가 가능하다.
3. 이득제어를 위한 스텝사이즈를 조절함으로써 빠른 시간내에 정상상태에 도달가능하고 정상상태에 도달한 후에는 세밀하게 신호를 추적할 수 있으며, 수신된 신호의 갑작스런 전력 변화에 대해 빠르게 대처할 수 있다.
4. 특정 대역에서 원래의 전송신호에 혼입되는 협대역 잡음을 제거함으로써 협대역 잡음으로인한 간섭을 방지할 수 있다.
5. 전력이 큰 협대역 잡음이 갑작스럽게 인가되었다가 사라져서 등화기의 수렴시간이 지연되는 위험을 방지하며 협대역 잡음이 인가되는 동안과 협대역 잡음이 사라진 후 등화기의 수렴에 발생할 수 있는 문제를 방지한다.

Claims (11)

  1. 이득을 조절하여 수신된 신호를 증폭하는 피.지.에이.에 있어서,
    수신된 신호와 피드백되는 이득을 곱하는 곱셈기;
    상기 곱셈기의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 디지털로 변환된 신호에 대해 소정 개수의 샘플 신호마다 피크치를 구하고, 상기 피크치의 소정 개수에 대한 평균치를 구하는 피크치 평균부;
    상기 피크치 평균부의 출력에 따라 이득의 증감 여부를 나타내는 값을 제1출력단에, 상기 이득의 증감 여부에 따라 이득을 갱신하도록 스텝 사이즈를 조절하는 신호를 제2출력단에 출력하는 다중 임계치 감지부; 및
    상기 다중 임계치 감지부의 제2출력단의 출력신호에 따라 스텝 사이즈를 결정하고, 상기 결정된 스텝사이즈와 제1출력단의 출력값에 따라 이득을 조절하여 상기 곱셈기로 출력하는 이득 제어부를 포함함을 특징으로하는 피.지.에이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피크치 평균부는
    상기 아날로그-디지털 변환기 출력값의 절대치에 대한 피크치를 구함을 특징으로하는 피.지.에이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이득 제어부의 이득 조절은
    다음 식
    이득(n+1)=이득(n)+a*b
    여기서, n은 n번째 샘플링, a는 상기 다중 임계치 감지부의 제1출력단의 출력값 그리고 b는 상기 스텝 사이즈이다.
    로 결정됨을 특징으로하는 피.지.에이.
  4. 아마추어 무선신호를 포함하는 협대역 잡음이 혼입되어 수신된 신호로부터 상기 협대역 잡음을 제거하는 장치에 있어서,
    상기 수신된 신호를 소정시간 지연하는 제1지연기;
    상기 지연된 신호를 모델링하는 적응필터;
    상기 적응필터의 출력값이 소정 레벨이상이면 상기 협대역 잡음이 수신된 것으로 판단하여 상기 적응필터의 값을 출력하도록 스위치를 온시키는 스위치제어부; 및
    상기 스위치가 온되어 입력되는 상기 적응필터의 출력값을 상기 수신된 신호로부터 감산하는 가산기를 포함함을 특징으로하는 협대역 잡음제거 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1지연기는
    상기 수신된 신호의 자기상관으로부터 협대역 잡음이 아닌 신호의 자기상관은 작고 협대역 잡음의 자기상관은 큰 시간을 검출하여 그 시간만큼 상기 수신된 신호를 지연시킴을 특징으로하는 협대역 잡음제거 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 적응필터는
    상기 제1지연기의 출력신호를 소정시간 만큼 지연시키는 복수의 지연기;
    상기 각 지연기의 출력에 소정의 가중치를 곱하고, 곱한 결과를 가산하는 가산기를 구비함을 특징으로하는 협대역 잡음제거 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가중치는
    상기 적응필터에 입력되는 값과 상기 적응필터의 출력값의 차를 감소하도록 다음 수학식
    여기서, Cn(k): n번째 탭의 kT시간에서의 가중치
    μ: 가중치 갱신을 위한 스텝 사이즈
    r(t): 상기 적응필터의 입력신호
    ek: z(kT)-r(kT)
    z(kT): 상기 적응 필터의 kT시간에서의 출력
    과 같이 갱신됨을 특징으로하는 협대역 잡음 제거장치.
  8. 고속으로 전송되는 신호에 아마추어 무선신호를 포함한 협대역 잡음이 혼입되어 수신되는 신호를 초고속 디지털 가입자 회선 수신기에 있어서,
    수신된 신호의 크기를 소정 범위내에 있도록 이득을 조절하여 증폭하는 제1피.지.에이.;
    상기 제1피.지.에이의 출력신호에서 협대역 잡음의 혼입여부를 검출하여 협대역 잡음이 혼입되어 있으면 상기 협대역 잡음을 모델링하여 상기 피.지.에이의 출력신호로부터 제거하고, 없다면 상기 제1피.지.에이.의 출력신호를 그대로 출력하는 협대역 잡음제거부;
    상기 협대역 잡음의 혼입여부에 따라 상기 협대역 잡음이 혼입되어 있으면 상기 제1피.지.에이의 이득을 참조하여 상기 협대역 잡음제거부로부터 수신된 신호를 증폭하고, 없다면 수신된 신호를 증폭하지않고 그대로 출력하는 제2피.지.에이.;
    상기 제2피.지.에이.의 출력신호의 열화된 특성을 보상하는 등화기; 및
    상기 등화기의 출력신호를 디지털 값으로 변환하는 슬라이서를 포함함을 특징으로하는 초고속 디지털 가입자 회선 수신기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1피.지.에이.는
    상기 수신된 신호와 피드백되는 이득을 곱하는 곱셈기;
    상기 곱셈기의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 디지털로 변환된 신호에 대해 소정 개수의 샘플 신호마다 피크치를 구하고, 상기 피크치의 소정 개수에 대한 평균치를 구하는 피크치 평균부;
    상기 피크치 평균부의 출력에 따라 이득의 증감 여부를 나타내는 값을 제1출력단에, 상기 이득의 증감 여부에 따라 이득을 갱신하도록 스텝 사이즈를 조절하는 신호를 제2출력단에 출력하는 다중 임계치 감지부; 및
    상기 다중 임계치 감지부의 제2출력단의 출력신호에 따라 스텝 사이즈를 결정하고, 상기 결정된 스텝사이즈와 제1출력단의 출력값에 따라 이득을 조절하여 상기 곱셈기로 출력하는 이득 제어부를 구비함을 특징으로하는 초고속 디지털 가입자 회선 수신기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 협대역 잡음제거부는
    상기 제1피.지.에이의 출력신호를 소정시간 지연하는 제1지연기;
    상기 지연된 신호를 모델링하는 적응필터;
    상기 적응필터의 출력값이 소정 레벨이상이면 상기 협대역 잡음이 수신된 것으로 판단하여 상기 적응필터의 값을 출력하도록 스위치를 온시키는 스위치제어부; 및
    상기 스위치가 온되어 입력되는 상기 적응필터의 출력값을 상기 수신된 신호로부터 감산하는 가산기를 구비함을 특징으로하는 초고속 디지털 가입자 회선 수신기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2피.지.에이.는
    상기 제1피.지.에이.에서 결정된 이득을 소정시간동안 저장하고, 상기 스위치가 온되면 상기 스위치가 온되기 전후의 저장된 이득의 차를 구하여 상기 이득 차에 따라 자신의 이득을 결정함을 특징으로하는 초고속 디지털 가입자 회선 수신기.
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