KR20000037883A

KR20000037883A - 케이블 모뎀의 변조장치

Info

Publication number: KR20000037883A
Application number: KR1019980052675A
Authority: KR
Inventors: 김종한
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-07-05

Abstract

본 발명은 케이블 모뎀에 관한 것으로, 데이터의 변조시에 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 이용하여 케이블망을 통하여 CMTS로 전송되는 데이터를 효과적으로 변조시킴으로써 많은양의 데이터를 한꺼번에 고속 전송하도록 하는 케이블 모뎀의 변조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적은, 입력되는 데이터를 I와 Q신호로 매핑하는 심볼 매핑부(400); 상기 심볼 매핑부(400)로부터 출력되는 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 대역 제한시키는 나이퀴스트 필터(410,440); 상기 나이퀴스트 필터(410,440)로부터 출력되는 대역 제한된 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 데이터의 보간에 의해 전송률을 변환하여 출력하는 보간필터(420,450); 상기 보간필터(420,450)에 의해 전송률이 변환된 직렬의 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 병렬의 신호로 변환하는 S/P(Serial to Parallel) 변환부(430,460); 상기 S/P(Serial to Parallel) 변환부(430,460)에 의해 병렬로 변환된 I신호 및 Q신호를 인가받아 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 수행하는 역이산 푸리에 변환부(470); 상기 역이산 푸리에 변환부(470)의 출력을 인가받아 직렬의 신호로 변환하는 멀티플렉서(480); 상기 멀티플렉서(480)의 디지털 출력을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(490)로 구성됨으로써 달성된다.

Description

케이블 모뎀의 변조 장치(Modulation Apparatus for Cable Modem)

본 발명은 케이블 모뎀에 관한 것으로, 특히 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 이용하여 송신되는 데이터의 대역폭을 효과적으로 이용하여 많은양의 데이터를 한꺼번에 전송하도록 하는 케이블 모뎀의 변조장치에 관한 것이다.

현재 가정이나 사무실등에서 컴퓨터를 이용하여 수많은 정보를 습득하기 위한 방법으로 컴퓨터 통신을 적극적으로 이용하고 있다.

이러한 컴퓨터 통신을 통해 텍스트 정보는 물론 영상 정보, 음성 정보등을 습득할 수 있고, 또한 필요로 하는 정보를 상대방과의 통신에 의하여 주고 받을 수 있게 되었다.

더 나아가서는 상대방과 직접 얼굴을 대면하면서 통신을 행할 수 있는 화상 통신까지 발전하게 되었고, 향후 주문형 비디오(Video On Demand)등의 영역까지 확장된다.

현재 가장 폭넓게 사용되고 있는 컴퓨터 통신의 방안으로는 도 1 에 도시한 바와같이, 컴퓨터(100)에 아날로그 모뎀(110)을 내장 또는 외장하여 전화선(120)을 통해 전화국(130)에 연결하고, 그 전화국(130)은 통신 서비스를 담당하는 서비스 회사로 연결되어 통신이 행해진다.

즉, 사용자가 컴퓨터 통신을 원하고자 컴퓨터(100)를 통해 서비스 회사의 전화번호를 입력하게 되면, 아날로그 모뎀(110)은 이를 다이얼링하여 전화선(120)을 통해 전화국(130)에 전화번호를 송출하게 된다.

전화국(130)은 사용자가 다이얼링한 전화번호에 해당하는 통신 서비회사에 접속시켜 컴퓨터(100)와 서비스 회사간에 회선을 연결하게 되는 것이다.

이후, 사용자가 송신하고자 하는 데이터를 컴퓨터(100)를 통해 입력하면, 아날로그 모뎀(110)은 이를 아날로그 신호로 변환하여 전화선(120)을 통해 전화국(130)으로 송신한다.

그러므로, 전화국(130)은 통신 서비스 회사로 사용자로부터 입력되는 데이터를 송신하여 다른 사용자와 접속시키게 된다.

한편, 사용자가 상대방으로부터의 데이터를 수신받는 경우 전화국(130)과 연결된 전화선(120)을 통해 아날로그 모뎀(110)이 데이터를 수신받은 다음, 수신된 데이터를 디지털 신호로 변환함으로써 사용자가 컴퓨터(100)를 통해 수신된 데이터를 확인할 수 있게 된다.

그런데, 이와같이 아날로그 모뎀(110)을 이용하여 전화선(130)을 통해 통신을 행하는 경우에 그 통신속도가 한정되어 많은 양의 데이터를 빠르게 주고 받을 수 있는데는 많은 제약이 따르게 된다.

즉, 전화선(130)을 통해 데이터를 송수신할 수 있는 최고 속도는 그 특성상 56kbps가 한계이므로, 영상 정보 특히 향후 주문형 비디오등의 데이터를 주고 받을 때 지연되는 시간이 증대되므로 서비스 자체가 불가능한 문제점이 발생한다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하고자 하여 최근에는 케이블 모뎀(Cable Modem)에 의한 통신 방안이 강구되고 있다.

케이블 모뎀은 고속의 전용 케이블과 연결되는 것으로, 일예를 들어 현재 가정등에서 시청하고 있는 케이블 텔레비젼의 전용 케이블등을 이용하여 통신을 행할 수 있게 되는 것이다.

도 2 는 이러한 케이블 모뎀을 이용한 통신 상태를 설명하기 위한 개략도로서, CMTS(Cable Modem Termination System)(240)와 케이블 모뎀(220)은 케이블(230)로 연결되고, 상기 케이블 모뎀(220)과 컴퓨터(200-1, 200-2,...,200-n)는 에더넷 버스(210)로 연결된다.

먼저, 컴퓨터(200-1, 200-2,...,200-n)로부터 에더넷 버스(210)을 통하여 케이블 모뎀(220)으로 데이터를 송신 즉 업로드하는 경우에 대하여 설명하면, 컴퓨터(200-1)에서 업로드할 데이터 페킷을 에더넷 버스(210)상으로 올린 다음 이를 다시 수신받게 된다.

이렇게 송신한 데이터 패킷을 다시 수신받는 과정중에 그 송신된 데이터 패킷과 수신된 데이터 패킷에 에러가 발생하였으면 이는 에더넷 버스(210)를 통하여 다른 컴퓨터(200-2,...,200-n)가 현재 데이터 패킷을 업로드하는 경우가 된다.

즉, 만일 컴퓨터(200-2)에서 먼저 데이터 패킷을 에더넷 버스(210)로 업로드하였다면 컴퓨터(200-2)가 마스터가 되고 다른 컴퓨터(200-2,...,200-n)는 슬레이브가 되어 컴퓨터(200-2)가 우선권을 갖게되는 것이다.

따라서, 상기 컴퓨터(200-2)가 하나의 데이터 패킷의 업로드를 완료하면 컴퓨터(200-1)가 마스터가 되고, 컴퓨터(200-2)는 슬레이브가 된다.

다시말하면, 컴퓨터(200-1, 200-2,...,200-n)에서 케이블 모뎀(220)으로 에더넷 버스(210)를 이용하여 데이터를 전송하는 경우에 DMA(Direct Memory Access) 방식을 사용하여 데이터를 전송한다는 것이다.

그러므로 케이블 모뎀(220)는 에더넷 버스(210)상에 올려진 데이터를 수신받아 케이블(230)을 통해 CMTS(240)로 송신하기에 적당한 신호로 변조한 다음 일정한 증폭율로 증폭을 행하여 패킷 단위로 케이블(230)을 통해 CMTS(240)로 전송하는 것이다.

한편, CMTS(240)로부터 데이터를 수신받는 경우에 대하여 설명하면, 케이블 모뎀(220)은 케이블(230)을 통해 수신받은 데이터를 원래의 신호로 복조하여 패킷 단위로 에더넷 버스(210)상으로 올리게 된다.

컴퓨터(200-1, 200-2,...,200-n)는 상기 에더넷 버스(210)상으로 올려진 데이터 패킷의 헤더를 분석하여 자신의 데이터인지를 반단하게 되는데, 만일 인터넷 통신을 행하는 경우 IP 어드레스(Internet Protocol address)를 비교하여 자신의 어드레스와 동일하면 이를 수신하고, 동일하지 않으면 이를 거부하게 된다.

도 3 은 컴퓨터(200-1, 200-2,...,200-n)로부터 인가되는 데이터를 케이블망을 통해 CMTS(240)로 송신하기 위한 케이블 모뎀의 변조장치의 상세 블록도로서, 상기 컴퓨터(200-1, 200-2,...,200-n)로부터 데이터가 인가되면 심볼 매핑부(300)는 I(In-phase)와 Q(Quadrature)신호로 매핑하여 출력하게 되고, 이 I와 Q신호는 각각 나이퀴스트 필터(310,340)에 인가된다.

상기 나이퀴스트 필터(310,340)는 매핑된 I와 Q신호를 인가받아 채널 대역에 포함되지 않는 신호의 간섭으로부터 원하는 채널을 분리함으로써 대역 제한된 신호를 만들게 된다.

이렇게 대역 제한된 신호는 각각 보간필터(320,350)로 인가되어 신호의 보간이 행해짐으로써 전송율이 변환되어 제 1 곱셈기(330)와 제 2 곱셈기(360)로 각각 제공된다.

상기 제 1 곱셈기(330)에서는 보간필터(320)의 출력을 인가받아

cos2πf_t

를 곱하게 되고, 제 2 곱셈기(360)는 보간필터(350)의 출력을 인가받아

sin2πf_t

를 곱하여 덧셈기(370)로 출력하게 된다.

결국, 동일 주파수로 위상이 다른 I와 Q신호를

cos2πf_t

와

sin2πf_t

에 의해 변조하여 상기 덧셈기(370)에 의해 합성을 행하게 되는 것이다.

이렇게 I와 Q신호가 합성된 디지털 신호는 케이블망으로 송출되기 위하여 D/A 변환부(380)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 케이블망을 통해 CMTS로 전송되어 진다.

그런데, 이와같이 케이블 모뎀이 I와 Q신호를 변조할때 입력되는 직렬의 데이터를 순차적으로 처리를 행하게 됨으로써 CMTS로의 전송속도가 그만큼 느려지게 되어 원래 의도하고자 하는 고속 전송에 하나의 걸림돌이 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 이러한 문제점을 감안하여, 데이터의 변조시에 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 이용하여 케이블망을 통하여 CMTS로 전송되는 데이터를 효과적으로 변조시킴으로써 많은양의 데이터를 한꺼번에 전송하도록 하는 케이블 모뎀의 변조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 전화선을 이용한 아날로그 모뎀의 통신 상태를 설명하기 위한 도.

도 2 는 종래의 케이블 모뎀을 이용한 통신 상태를 설명하기 위한 개략도.

도 3 은 종래의 케이블 모뎀의 변조장치를 나타낸 블록도.

도 4 는 본 발명의 케이블 모뎀의 변조장치를 나타낸 블록도.

도 5 는 도 4 의 주요 부분의 상세 블록도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

400 : 심볼 매핑부 410,440 : 나이퀴스트 필터

420,450 : 보간필터 430,460 : S/P 변환부

470 : 역이산 푸리에 변환부 480 : 멀티플렉서

490 : D/A 변환부

이와같은 목적을 달성하기 위한 케이블 모뎀의 변조 장치는 도 4 에 도시한 바와같이, 입력되는 데이터를 I와 Q신호로 매핑하는 심볼 매핑부(400); 상기 심볼 매핑부(400)로부터 출력되는 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 대역 제한시키는 나이퀴스트 필터(410,440); 상기 나이퀴스트 필터(410,440)로부터 출력되는 대역 제한된 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 데이터의 보간에 의해 전송률을 변환하여 출력하는 보간필터(420,450); 상기 보간필터(420,450)에 의해 전송률이 변환된 직렬의 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 병렬의 신호로 변환하는 S/P(Serial to Parallel) 변환부(430,460); 상기 S/P(Serial to Parallel) 변환부(430,460)에 의해 병렬로 변환된 I신호 및 Q신호를 인가받아 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 수행하는 역이산 푸리에 변환부(470); 상기 역이산 푸리에 변환부(470)의 출력을 인가받아 직렬의 신호로 변환하는 멀티플렉서(480); 상기 멀티플렉서(480)의 디지털 출력을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(490)로 구성됨을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명 케이블 모뎀의 변조장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

컴퓨터로부터 CMTS로 송신하고자 하는 데이터가 인가되면 심볼 매핑부(400)는 I와 Q신호로 매핑하여 출력하게 되고, 이 I와 Q신호는 각각 나이퀴스트 필터(410,440)에 인가된다.

상기 나이퀴스트 필터(410,440)는 매핑된 I와 Q신호를 인가받아 채널 대역에 포함되지 않는 신호의 간섭으로부터 원하는 채널을 분리함으로써 대역 제한된 신호를 만들게 된다.

이렇게 대역 제한된 신호는 각각 보간필터(420,450)로 인가되어 신호의 보간이 행해짐으로써 전송율이 변환되어 S/P 변환부(430,460)로 인가된다.

상기 S/P 변환부(430,460)는 상기 보간필터(420,450)로부터 인가되는 직렬의 I신호와 Q신호를 각각 병렬의 데이터로 변환하여 출력하게 되는데, 이는 도 5에 도시한 바와같이 직렬의 I신호에 대해서는 a(0),a(1),a(2),...a(N-1)의 병렬 신호를 출력하게 되고, 직렬의 Q신호에 대해서는 b(0),b(1),b(2),...b(N-1)의 병렬 신호를 출력하게 된다.

이렇게 병렬로 처리된 I신호와 Q신호는 서로 직교 신호이므로 역이산 푸리에 변환부(470)에 의해 한꺼번에 처리된다.

즉, 병렬의 I신호인 a(0),a(1),a(2),...,a(N-1)에 대해서는

cosw₀t, cosw₁t, cosw₂t, ... , cosw_N-1t

의 신호를 곱셈기(470-1,470-2,...,470-N)에 의하여 곱해주고, 병렬의 Q신호인 b(0),b(1),b(2),...b(N-1)에 대해서는

sinw₀t, sinw₁t, sinw₂t, ... , sinw_N-1t

의 신호를 곱셈기(470-1',470-2',...,470-N')에 의하여 곱해주어 역이산 푸리에 변환을 행하게 된다.

이를 수식적으로 표현하면 다음 수학식 1,2,3과 같이 표현된다.

이를 복소해석적으로 표현하면 다음 수학식 2와 같이 표현된다.

이 신호를 Ts 간격으로 표본화하면 다음 수학식 3과 같이 표현된다.

이 신호는 이산 푸리에 변환(DFT)의 형태가 되는데, OFDM은 변조를 행하는 송신측에서 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 행하고, 복조를 행하는 수신측에서 이산 푸리에 변환(DFT)을 행하여 송신되어진 신호를 복원하게 된다.

따라서, OFDM 방식을 이용하는 경우 부반송파들의 주파수 간격을 심볼율(=1/T)로 하여 부반송파들이 직교성을 가지며 주파수 스펙트럼을 겹치게 되므로 스펙트럼의 사용 효율을 높이게 된다.

결국, 상기 역이산 푸리에 변환부(470)의 출력은 멀티플렉서(480)로 인가되어 직렬의 신호(S(t))로 변환된 다음 케이블망으로 송출되기 위하여 D/A 변환부(490)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 케이블망을 통해 CMTS로 전송되어 진다.

이와같이 본 발명 케이블 모뎀의 변조장치는, OFDM 방식을 이용하여 송신되는 데이터의 대역폭을 효과적으로 이용함으로써 많은양의 데이터를 한꺼번에 전송하게되어 케이블망을 통한 고속 전송이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims

입력되는 데이터를 I와 Q신호로 매핑하는 심볼 매핑부(400);

상기 심볼 매핑부(400)로부터 출력되는 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 대역 제한시키는 나이퀴스트 필터(410,440);

상기 나이퀴스트 필터(410,440)로부터 출력되는 대역 제한된 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 데이터의 보간에 의해 전송률을 변환하여 출력하는 보간필터(420,450);

상기 보간필터(420,450)에 의해 전송률이 변환된 직렬의 I신호 및 Q신호를 각각 인가받아 병렬의 신호로 변환하는 S/P(Serial to Parallel) 변환부(430,460);

상기 S/P(Serial to Parallel) 변환부(430,460)에 의해 병렬로 변환된 I신호 및 Q신호를 인가받아 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 수행하는 역이산 푸리에 변환부(470);

상기 역이산 푸리에 변환부(470)의 출력을 인가받아 직렬의 신호로 변환하는 멀티플렉서(480);

상기 멀티플렉서(480)의 디지털 출력을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(490)로 구성됨을 특징으로 하는 케이블 모뎀의 변조장치.