KR20010093495A

KR20010093495A - 케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로

Info

Publication number: KR20010093495A
Application number: KR1020000016136A
Authority: KR
Inventors: 은명수
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-29

Abstract

본 발명은 케이블 모뎀(CM: Cable Modem)에서 매체접근제어(MAC) 계층의 동기를 수행하기 위한 타임스탬프 복원회로에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 장치는 가입자댁내장치(CPE)와 케이블모뎀단국장치(CMTS) 사이에 위치하여 케이블망을 통해 케이블모뎀단국장치(CMTS)와 데이터를 교환하는 케이블모뎀(CM)에 있어서, 케이블모뎀단국장치(CMTS)로부터 동기(SYNC) 메시지를 통해 수신된 타임 스탬프와 자체에서 산출된 로컬 타임 스탬프의 차로부터 타임스탬프 에러를 구하는 타임스탬프 에러검출기; 타임스탬프 에러검출기의 출력을 소정 필터계수값으로 필터링하여 에러평균치를 구하는 루프필터; 루프필터의 출력을 입력받아 소정의 보정값을 산출하는 수치제어발진기; 및 수신된 타임스탬프나 로컬 타임스탬프에 수치제어발진기의 보정값을 더해 케이블모뎀단국장치에 동기된 로컬 타임스탬프를 출력하는 타임스탬프 카운터를 포함한다.

따라서, 본 발명에 따른 케이블모뎀(CM)은 케이블모뎀단국장치(CMTS)로부터 수신된 타임스탬프를 이용하여 케이블모뎀의 타임스탬프를 신속 정확하게 동기할 수 있다.

Description

케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로{ A time stamp synchronization circuit of cable modem }

본 발명은 케이블 모뎀(CM: Cable Modem)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 케이블모뎀에서 매체접근제어(MAC) 계층의 동기를 수행하기 위한 타임스탬프 복원회로에 관한 것이다.

일반적으로, 케이블모뎀 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 완전 케이블(all-coaxial) 혹은 하이브리드 광-케이블망(HFC: Hybrid-fiber/coax)을 이용하여 케이블모뎀(106)과 케이블모뎀단국장치(CMTS: Cable Modem Termination System)(104)간에 데이터를 전송함으로써 가입자댁내장치(CPE: Customer Premises Equipment)(108)와 광대역망(Wide-Area Network)(102) 사이에 인터넷 프로토콜(IP) 트래픽을 투명하게 전달해 주는 시스템이다. 즉, 케이블상에서 데이터 서비스를 위한 규격으로서 널리 알려진 "DOCSIS(Data-Over-Cable Service Interface Specification)"에 따르면 양방향성 광대역 통신 기반구조의 CATV망을 이용하여 데이터를 전송함에 있어서 CPE(108)로부터 CMTS(104)로 향하는 상향전송(upstream)은 5MHz - 42MHz의 주파수 대역이 이용되고, CMTS(104)로부터 CPE(108)로 향하는 하향전송(downstream)에는 50MHz - 860MHz의 주파수 대역이 이용된다.

이러한 케이블모뎀시스템은 두 단계의 동기화를 필요로 하는 데, 바로 물리계층에서의 동기화와 MAC계층에서의 동기화이다. 물리계층에서의 동기화는 비트수준에서 시그널을 정렬하는 것이고, MAC계층에서의 동기화는 패킷수준에서 비트열을 정렬하는 것이다. 그리고 HFC 환경은 전파지연이 전송시간보다 상당히 크기 때문에 운용될 프로토콜은 모든 케이블모뎀(CM)들이 전역시간기준과 상대적인 왕복지연시간 차이값을 보유할 수 있는 메커니즘을 제공해야 한다. 이것은 모든 케이블모뎀(CM)이 이러한 두가지 정보를 획득하여야만 서로의 상대적 위치에서 기인한 충돌을 피하면서 CMTS에 의해 할당된 특정 미니 슬롯에 정확하게 데이터를 전송할 수 있기 때문이다.

본 발명의 기술적 과제는 케이블모뎀시스템에서 매체접근제어(MAC)계층의 동기를 확립하기 위하여 케이블모뎀단국장치(CMTS)로부터 일정 주기로 전달되는 동기(SYNC) 메시지의 타임스탬프(Time stamp)를 수신하여 MAC계층에서의 동기를 수행하는 케이블모뎀 타임스탬프 복원회로를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀망의 기준모델을 도시한 도면,

도 2는 케이블모뎀과 케이블모뎀단국장치의 프로토콜 스택을 도시한 도면,

도 3은 케이블모뎀 전송규격에서 MAC 프레임의 구조를 도시한 도면,

도 4는 케이블모뎀 전송규격에서 MAC 관리 메시지의 포멧을 도시한 도면,

도 5는 케이블모뎀의 초기화 동작순서를 도시한 흐름도,

도 6은 본 발명에 따른 케이블모뎀의 타임스탬프회로를 도시한 블록도,

도 7은 도 6에 도시된 타임스탬프 에러검출기의 세부 구성도,

도 8은 도 6에 도시된 루프필터의 세부 구성도,

도 9는 도 6에 도시된 수치제어발진기의 세부 구성도,

도 10은 도 6에 도시된 타임스탬프 카운터의 세부 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

102: 광역망(WAN) 104: 케이블모뎀단국장치(CMTS)

106: 케이블모뎀(CM) 108: 가입자댁내장치(CPE)

602: 타임스탬프 에러검출기 604: 루프필터

606:수치제어발진기(NCO) 608: 타임스탬프카운터

702,904: 분리기 704,712: 감산기

706: 레지스터 708,802,804: 곱셈기

710,806,908: 지연기 808,810,902,914: 합산기

906: 사인 및 소수비트 누산부 910: 보정값 발생부

912: 멀티플랙서

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 가입자댁내장치(CPE)와 케이블모뎀단국장치(CMTS) 사이에 위치하여 케이블망을 통해 케이블모뎀단국장치(CMTS)와 데이터를 교환하는 케이블모뎀(CM)에 있어서, 상기 케이블모뎀단국장치(CMTS)로부터 동기(SYNC) 메시지를 통해 수신된 타임 스탬프와 자체에서 산출된 로컬 타임 스탬프의 차로부터 타임스탬프 에러를 구하는 타임스탬프 에러검출기; 상기 타임스탬프 에러검출기의 출력을 소정 필터계수값으로 필터링하여 에러평균치를 구하는 루프필터; 상기 루프필터의 출력을 입력받아 소정의 보정값을 산출하는 수치제어발진기; 및 상기 수신된 타임스탬프나 로컬 타임스탬프에 상기 수치제어발진기의 보정값을 더해 상기 케이블모뎀단국장치에 동기된 로컬 타임스탬프를 출력하는 타임스탬프 카운터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

케이블망에서 케이블모뎀단국장치(CMTS)와 케이블모뎀(CM)의 프로토콜 스택(Stack)은 도 2에 도시된 바와 같이, 계층화된 구조를 이루고 있다. 도 2를 참조하면, 케이블모뎀(CM Stack)은 CPE측으로 802.3 10-Base-T, 802.3/DIX MAC, 802.2/DIX LLC, IP계층으로 인터페이스되고 망측으로 상향링크는 Upstream Cable PMD, Cable MAC, Link Security, 802.2/DIX LLC, IP계층으로 인터페이스되며 하향링크는 물리계층이 Cable PMD와 DS TC 부계층으로 구분되어 인터페이스된다. 케이블모뎀단국장치(CMTS Stack)는 케이블모뎀측과는 동일한 프로토콜에 따라 인터페이스되고, 망측으로는 데이터링크와 물리 계층을 통해 인터페이스된다.

물리계층의 상향링크에서 입력되는 패킷 스트림은 정보블럭으로 블럭화되고, 각 정보블럭은 에러정정(FEC) 부호화를 거치게 된 후 스크램블 블럭를 거친다. 그리고 프리앰블이 첨가되고, 변조기의 데이터심볼로 사상된 후 필터링되어 변조된다. 상향링크에서 채널대역폭에 따라 160, 320, 640, 1280, 2560 Ksym/sec의 변조율을 갖는 데이터를 QPSK와 16-QAM 변조방식을 통해 전송하며, 롤오프인자가 α=0.25인 나이퀴스트 스퀘어루트 레이즈드 코사인 세이핑 필터가 적용된다. 상향 변조기는 GF(256)에서 t=1~10인 리드-솔로몬 부호를 사용한다. 코드워드의 크기는 최소 18바이트(16정보바이트+2패리티바이트)부터 최대 255바이트를 갖는다. 부호화되지 않은 워드의 크기는 최소 1바이트를 갖는다. 오류 정정 가능한 바이트값 t는 CMTS로부터 주기적으로 전송되는 MAC 관리 메시지(UCD)를 통해 통보된다.

물리계층의 하향링크는 50-860 MHz범위를 갖는 중간주파수에서 동작하며 변조방식은 64 QAM 또는 256 QAM을 사용하며 가변 깊이를 갖는 인터리버를 지원한다.

도 3은 케이블모뎀 전송규격(DOCSIS)에서 MAC프레임의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 케이블모뎀 전송규격(DOCSIS)에서 MAC 관리 메시지의 포멧을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, MAC 계층에서의 프레임은 MAC 헤더와 데이터 패킷 데이터유니트(PDU)로 이루어지고, MAC프레임은 물리계층의 상향스트림에서 PMD오버헤드가 부가되고 하향스트림에서는 MPEG PSI 오버헤더가 부가된다. 그리고 MAC 헤더는 1바이트의 프레임제어(FC: Frame Control)와 1바이트의 맥 파라메터(MAC_PARM), 2바이트의 길이(LEN), 2바이트의 헤더 체크 시퀀스(HCS)로 구성되며, 1바이트의 프레임제어(FC)는 2비트의 FC 타입, 5비트의 FC 파라메터(FC PARM), 1비트의 확장헤더표시(EHDR_ON)로 구성된다. 도 3의 프레임제어(FC)에서 FC 타입 "11"은 MAC 특유 헤더(MAC Specific Heade)를 나타내고, FC PARM "00000"은 타이밍 헤더(Timing Header)를 나타내며, EHDR_ON "0"은 확장 헤더가 없슴을 나타낸다.

MAC 계층에서 수지분기형 구조를 갖는 HFC망의 케이블에 부착된 케이블모뎀(CM)들은 다른 CM의 상향전송을 직접적으로 청취할 수 없으므로 스스로 충돌을 검출하여 자신의 상향전송을 제어할 수 없다. 따라서 방송채널인 하향채널의 일부대역이 상향 MAC프로토콜에 필요한 제어와 피드백 정보를 방송하기 위해 사용되어야 한다. 이를 위해 DOCSIS에서 정의되는 MAC 메시지는 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가지며, MAC 관리 메시지의 종류는 다음 표 1과 같다.

type	메시지명	설명
1	SYNC	타이밍 동기
2	UCD	상향 채널 디스크립터
3	MAP	상향채널 대역할당
4	RNG-REQ	레인징 요구
5	RNG-RSP	레인징 응답
6	REG-REQ	등록 요구
7	REG-RSP	등록 응답
.......	.......	.......

도 4를 참조하면, MAC 메시지는 도 3에 도시된 바와 같은 MAC 헤더(MAC header)와 MAC 관리 메시지 헤더(MAC Management Message Header), 관리 메시지 유료부하(Management message payload), CRC로 구성된다. MAC관리 메시지 헤더는 목적지 어드레스(DA: Destination Address), 소스 어드레스(SA: Source Address), 메시지길이(Msg Length), LLC 널 데스티네이션 SAP(DSAP), LLC 널 소스 SAP(SSAP), 제어(Control), 버전(Version), 타입(type), RSVD로 구성된다. 그리고 메시지 타입값에 따라 상기 표 1에서와 같이 동기(SYNC) 메시지, UCD 메시지 등으로 구분된다.

도 5는 케이블모뎀의 초기화 동작순서를 도시한 흐름도이다. 먼저, 케이블 모뎀 단국장치(CMTS)로부터 전체 케이블모뎀(CM)으로 일정 시간간격으로 동기(SYNC) 메시지와 UCD 메시지가 방송되고 있다.

케이블모뎀(CM)은 전원이 온되면 케이블망으로부터 수신되는 다운 스트림채널을 스캔한 후 동기를 확립한다(S1,S2). 이때 동기는 앞서 설명한 바와 같이 QAM 심볼 타이밍의 동기, FEC 프레이밍의 동기, MPEG 패킷 동기, MAC 메시지의 동기(SYNC) 인식을 포함한다.

동기가 확립된 후 UCD 메시지를 수신하여 상향 스트림의 파라메터를 구해 레인징(ranging)과정과 자동조정과정을 수행한다(S3,S4). 이어 접속을 위한 IP를 설정하고, 날짜/시간을 설정한 후 부가 파라메터를 전달하고 CMTS에 등록한다(S5~S6).

이러한 동기화 과정을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

CMTS는 하향링크를 통해 타이밍 동기(SYNC)메시지를 방송하여 모든 CM들이 참조할 수 있는 전역 시간기준을 제공한다. 이 SYNC 메시지는 CMTS가 메시지를 언제 전송했는지를 CM으로 하여금 정확히 식별하게 하는 타임스탬프를 포함한다. 타임스탬프는 상승 32비트 이진 카운터의 카운트상태로 표시되는데, 이 것은 CMTS의 10.24MHz 마스터 클럭으로 결정된다. 그리고 CM은 PLL을 통해 전송된 타임스탬프와 메시지를 받은 실제시간을 비교하여 세부조정을 거친 후 국부 클럭을 발생시킨다. 이때 CM은 물리계층에서 발생하는 시간지연의 변화를 PHY 오버헤드의 보호시간으로 흡수하여 발생지연을 일정하게 한다. SYNC 메시지 사이의 일반적인 간격은 수십 msec(최대 200msec)로 하향 링크 오버헤드를 작게 하면서 CM이 전역시간 동기를 빠르게 획득하도록 설정한다. 각 케이블모뎀(CM)은 성공적으로 하향 링크 채널에 동기를 맞출 때까지 상향 링크 채널을 사용해서는 안되며, 일단 동기가 이루어진 후에도 SYNC 메시지를 계속적으로 수신해야만 동기를 유지할 수 있다. 비록 케이블모뎀(CM)이 동기를 이루었다 해도 HFC환경의 특징인 큰 전파지연 차이로 인해서 데이터를 제대로 전송할 수 없다. 이점을 해결하기 위해서 다음의 레인징(ranging)절차가 이루어진다.

레인징(ranging)은 CM으로 하여금 CMTS가 지정한 미니슬롯 범위에 자신의 전송데이터를 정확히 도착시키기 위해 보정해야 할 시간오프셋(offset)을 획득하는 과정이다. 즉, 케이블모뎀들은 CMTS로부터 서로 다른 거리에 위치하고 있으므로 왕복전파지연은 서로 다른 값들을 갖는다. 예컨대, 망의 최대전파지연이 Tx, 제1 CM의 지연이 Ta, 제2 CM의 지연이 Tb이면, RTCa(Round-Trip Correction of CMa)는 Tx-Ta, RTCb=Tx-Tb가 된다. CMTS가 SYNC 메시지를 하향으로 전송하면 CMa와 CMb는 서로 다른 전파지연으로 인해 동시에 SYNC 메시지를 수신하지 못하며, 그 결과 특정 미니슬롯의 시점을 다르게 인식한다. 레인징을 성공적으로 수행한 CM은 자신의왕복시간 보정값을 획득하게 되고, 그 값만큼의 지연을 통해 미니슬롯의 시점을 같게 인식할 수 있게 되는 것이다. 모든 CM들은 초기화 절차동안, 그리고 정상동작의 주기적인 CMTS의 요청에 반응하여 RNG_REQ라는 관리 메시지를 전송함으로써 레인징을 수행한다.

한편, 상향채널 접속방식을 살펴보면, 상향채널은 시간적으로 분할된 일련의 미니슬롯으로 모델링된다. CMTS는 미니슬롯들을 구분할 수 있는 시간기준을 생성해야 하고, CM의 슬롯접속을 제어해야 한다. 예를 들어 CMTS는 특정 CM이 데이터 PDU를 전송할 수 있도록 연속된 다수의 슬롯을 부여할 수 있어야 한다. CM은 데이터 전송시간을 잘 조절하여 CMTS가 규정한 시간에 전송데이터가 도착할 수 있도록 한다. 여기서 상향 대역폭의 요청, 수여, 그리고 그 사용을 위한 프로토콜 요소들을 기술하는데, 그 기본 메커니즘은 대역할당 맵이다. 대역할당 맵은 해당 구간에서 상향 미니슬롯이 어떻게 사용되어야 하는지를 기술하는 CMTS에 의해 하향채널로 방송되는 MAC 관리 메시지이다. 대역할당 맵을 통한 상향채널 접속방식에는 예약접속방식, immediate 접속방식, 그리고 isochronous접속방식이 있다.

도 6은 본 발명에 따른 케이블모뎀의 타임스탬프 회로를 도시한 블록도이다.

케이블모뎀의 초기화과정에서 상향스트림의 경우 CM에서 정확한 버스트 타이밍(burst timing)에 버스트(burst)를 보내는 것이 중요하다. 정확한 버스트 타이밍(burst timing)을 찾는데 있어 첫번째 문제점은 다운스트림과 업스트림에서 라운드 트립 딜레이(round trip delay)로서, 이는 레인징과정에서 레인징 오프셋(ranging offset)을 설정하므로써 제거할 수 있다. 즉, CM의 타임 스탬프에레인징 오프셋을 더한 Time Stamp에 따라 Burst의 타이밍을 결정하면 된다. 레인징 오프셋(Ranging Offset)은 DOCSIS규격에서 0~2¹⁶-1(6.25㎲/64)로 이 값은 6.4 msec의 라운드 트립 딜레이를 커버한다. 이 레인징 오프셋은 CMTS에서 동기 메시지를 통해 보내는 사인드 32비트 타이밍 어드저스트(signed 32-bit Timing Adjust)에 따라 바뀐다. 둘째로 CMTS와 CM에서 서로 다른 클럭을 사용하므로써 발생하는 CMTS와 CM간의 타임스탬프 차이이다. 즉, CMTS의 타임스탬프는 0-500ns의 지연으로 CM에 전달되며, CMTS의 10.24MHz클럭은 5ppm, CM클럭은 50ppm 이내의 주파수 오프셋을 가지게 되므로 타임 스탬프가 전송되는 구간에서 CM과 CMTS 타임스탬프의 에러값이 커질 수 있다. 따라서 본 발명은 TDMA구조에서 CMTS와 CM에서 서로 다른 클럭을 사용함으로써 발생하는 타임스탬프의 오차를 적은 비트 수로 제거한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 타임 스탬프 복원회로는 타임스탬프 에러검출기(602)와, 루프필터(604), 수치제어발진기(NCO)(606), 타임스탬프 카운터(608)로 구성된다.

CM이 SYNC 메시지를 CMTS로부터 수신하면, 타임스탬프값과 펄스신호(TS_pulse)를 타임스탬프 복원회로에 전달한다. 타임스탬프 복원회로는 수신된 타임스탬프와 케이블모뎀(CM)에서 국부클럭에 의해 만들어진 타임스탬프(CM 타임스탬프)를 이용하여 NCO 주기당 에러값을 구하고, 그 값을 2차 루프필터(604)를 사용하여 필터링하고 디지털 NCO(606)를 사용하여 CM의 타임스탬프가 CMTS의 타임 스탬프를 트래킹(tracking)하도록 한다.

CMTS의 출력에서 측정되는 peak-to-peak 지터(jitter)는 최대 500ns이다. CMTS의 10.24 MHz 마스터 클럭의 주파수 안정도는 +/-5ppm, drift rate는 10^-8per sec, edge jitter +/-10nsec이다. CM은 CMTS로부터 받은 타임스탬프에 worst-case jitter가 포함되어 있을 때에도 +/-0.25㎲ +/- 1/2symbol내에서 버스트 타이밍의 정확도를 만족시켜야 한다. +/-0.25㎲는 CMTS에서 허용하는 최대 지터와 같은 값으로 고정된 값이며, +/- 1/2symbol은 CM에서 버스트 타이밍을 결정하는 해상도(resolution)에 따른 값이다. 즉, +/- 1/2symbol은 1 symbol의 resolution으로 burst timing을 결정할 때의 오차이다. 따라서 업스트림의 가장 높은 레이트인 2.56MHz에서 이 값은 445.3125㎱(1.14symbol)이다.

타임스탬프 에러의 계산은 타임스탬프를 CM이 CMTS에서 보내는 타임스탬프(TS)를 검출해야 구할 수 있다. CMTS에서 타임스탬프는 수십 msec마다 일정한 시간마다 보내진다. 그러나 전송도중에 노이즈로 인하여 CM에서 검출하지 못하는 경우가 발생하여 검출되리라 예상되는 시간에 검출하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. DOCSIS규격에 따르면 동기 메시지를 600msec동안 받지 못하면 CM은 업스트림을 전송해서는 안되며, 다시 동기를 수행해야 한다.

SYNC 메시지를 CM이 수신했을 때, CM은 CMTS와 CM의 타임스탬프 에러를 계산하며 타임스탬프 에러검출기(602)는 도 7에 도시된 바와 같이 구현할 수 있다. CM과 CMTS의 6.25㎲/64의 resolution을 갖는 타임스탬프는 32비트이지만 전체 비트에 대한 연산을 할 필요가 없다. 즉, CMTS의 타임스탬프가 실려오는 동기 메시지는 최대 200msec마다 보내지며, 600ms동안 CM에서 동기메시지를 받지 못하면 Out of Sync를 선언하게 된다. 따라서 600msec동안의 CMTS와 CM 타임스탬프의 차이만을 검출할 수 있으면 된다.

타임 스탬프는 10.24MHz의 클럭으로 카운트되며, CMTS클럭의 주파수 안정도가 +/-5ppm이고 CM클럭의 주파수 안정도가 +/-50ppm이라고 한다면 CM과 CMTS의 타임스탬프 주파수 편이는 최대 55ppm이 된다. 따라서 600ms동안의 타임스탬프 편이는 +/-0.6(10.24x10⁶)x(55x10^-6)=+/-337.92이므로 이 값까지의 편이를 검출할 수 있으면 된다.

도 7은 도 6에 도시된 타임스탬프 에러검출기의 세부 구성도로서, 에러검출기(602)는 분리기(702)와 제1 감산기(704), 레지스터(706), 곱셈기(708), 지연기(710), 제2 감산기(712)로 이루어진다. 도 7을 참조하면, 분리기(702)는 32비트 CMTS 타임스탬프(CMTS_TS) 입력을 에러계산을 위한 하위 10비트와 타임 슬롯 인터발(TSI)을 산출하기 위한 상위 9비트로 비트단위로 분리한다. 실제에 있어 분리기(702)는 단순한 PCB 패턴으로 처리될 수 있다. 제1 감산기(704)는 CMTS 타임슬롯의 하위 10비트와 케이블 모뎀 타임슬롯의 하위 10비트를 감산하여 TSI당 에러값을 구하고, 레지스터(706)는 TSI당 에러값을 일시 저장한다. 지연기(710)는 D플립플롭으로 구현되어 CMTS 타임스탬프(CMTS_TS)의 9비트를 지연시켜 이전 주기의 값을 저장하고 있고, 제2 감산기(712)는 현 주기의 CMTS_TS 9비트에서 이전 주기의 CMTS_TS 9비트를 감산하여 TSI를 구한다. 곱셈기(708)는 바람직하게는 시프터로 구현되며 TSI당 에러값에 TSI를 곱해서 NCO동작주기당 에러값을 구한다.

도 8은 도 6에 도시된 루프필터의 세부 구성도로서, 루프필터(604)는 제1 곱셈기(802), 제2 곱셈기(804), 지연기(806), 제1 합산기(808), 제2 합산기(810)로 구성된다. 도 8을 참조하면, 루프필터(604)는 현재 값에 가중치(K1)를 주어 곱한 값과 과거의 누적값에 가중치(K2)를 주어 곱한 값을 합한 것이다. 루프필터 계수값은 빠른 수렴과 수렴 후 적은 지터값을 얻기 위하여 각각 두개의 값을 사용하여 초기에는 큰 값으로 빠른 수렴특성을 얻게 하고, 수렴 후에는 작은 값을 사용하여 지터값을 줄일 수 있게 한다.

제1 곱셈기(802)는 현재 에러검출기의 에러값을 K1 계수와 곱하고, 제2 곱셈기(804)는 과거 에러검출기의 에러값을 K2 계수와 곱한다. 제1 합산기(808)는 지연기(806)의 출력과 제2 곱셈기(804)의 출력을 누적하고, 지연기(806)는 누적된 값을 저장하고 있고, 제2 합산기(810)는 제1 곱셈기(802)의 출력과 제1 합산기(808)의 출력을 합산하여 에러값의 평균치를 출력한다.

도 9는 도 6에 도시된 수치제어발진기의 세부 구성도로서, 수치제어발진기 (606)는 제1 합산기(902), 분리기(904), 사인 및 소수비트 누산부(906), 지연기(908), 보정값 발생기(910), 멀티플랙서(912), 제2 합산기(914)로 구성된다. 도 9를 참조하면, 루프필터(604)에서 출력되는 값은 동기 메시지가 보내지는 간격인 수십 msec동안의 CM과 CMTS 타임스탬프의 차이의 평균값을 TSI로 나눈 후 NCO주기를 곱한 값이다. 따라서 NCO 동작 주기당 에러값의 평균치이다. 이 에러값을 NCO_pulse가 0일 때마다 누적하여 누적된 값의 정수치를 CM의 타임스탬프값의 보정값으로 이용한다. 즉, 보정값이 0일 때 1을 출력하여 타임스탬프 카운터(608)에서 10.24MHz클럭에 따라 1씩 증가시킨다. 보정값이 1일 경우 2를 출력하여 타임스탬프 카운터(608)에서 2가 증가되게 하며, -1일 경우에는 0을 출력하여 타임스탬프 값이 그대로 유지되게 한다. 이와 같이 NCO 출력은 0, 1, 혹은 2 이며 이 값은 타임스탬프의 증가치를 나타낸다.

도 9에서 제1 합산기(902)는 루프필터의 에러값 평균치를 지연기(908)의 출력과 합하고, 분리기(904)는 사인비트, 정수비트, 소수비트를 구분한다. 사인 및 소수비트 누산부(906)는 사인비트와 소수비트를 누산하고, 지연기(908)는 사인 및 소수비트 누산부(906)의 출력을 NCO동작펄스(NCO_pulse)에 따라 제2 합산기(914)에 제공한다. 보정값 발생부(910)는 누산된 에러 평균값에 따라 -1, 0, 혹은 1의 보정값을 출력하고, 멀티플랙서(912)는 NCO동작 펄스에 따라 보정값 발생부(910)의 출력이나 임의의 상수값(C)중 하나를 선택하여 출력한다. 제2 합산기(914)는 멀티플랙서(912)의 출력에 상수 "1"을 더해 0, 1, 혹은 2 중 어느 한 값을 출력한다.

도 10은 도 6에 도시된 타임스탬프 키운터의 세부 구성도로서, 타임스탬프 카운터(608)는 멀티플랙서(920), 지연기(922), 합산기(924), NCO 펄스 생성부(926)로 구성된다. 도 10을 참조하면, 타임스탬프 카운터(608)는 CMTS로부터의 첫번째 타임스탬프를 검출하면 그 값으로 초기화하고, 그 후에는 NCO의 출력(0,1,2)에 따라 타임스탬프값을 증가시킨다. 또 10.24M 클럭으로 NCO(606)에서 에러를 누적할 경우에 에러값이 작아 많은 비트를 필요로 하므로 NCO를 동작시키기 위해 NCO펄스(NCO_pulse)를 생성한다. NCO펄스(NCO_pulse)는 타임스탬프의 14번째 LSB의값이 바뀌는 순간에 "0"을 출력한다.

멀티플랙서(920)는 초기에는 CMTS로부터 수신된 타임스탬프(CMTS_TS)로 초기화하고 이후 로컬에서 생성된 타임스탬프(CM_TS)를 선택하며, 합산기(924)는 지연기(922)를 통해 입력된 타임스탬프(CMTS_TS 혹은 CM_TS)에 NCO(606)로부터 입력된 0, 1, 혹은 2를 더해 CMTS에 동기된 로컬 타임스탬프(CM_TS)를 출력한다. NCO펄스발생부(926)는 합산기(924)의 타임스탬프(CM_TS)를 입력받아 NCO동작펄스 (NCO_pulse)를 발생하여 NCO(606)로 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블모뎀(CM)은 케이블모뎀단국장치(CMTS)로부터 수신된 타임스탬프를 이용하여 케이블모뎀의 타임스탬프를 신속 정확하게 동기할 수 있다. 특히, 수신된 타임스탬프와 케이블모뎀의 타임스탬프값의 차를 적은 비트 수의 연산기로 처리하므로서 회로 구현비용을 절감할 수 있다.

Claims

가입자댁내장치(CPE)와 케이블모뎀단국장치(CMTS) 사이에 위치하여 케이블망을 통해 케이블모뎀단국장치(CMTS)와 데이터를 교환하는 케이블모뎀(CM)에 있어서,

상기 케이블모뎀단국장치(CMTS)로부터 동기(SYNC) 메시지를 통해 수신된 타임 스탬프와 자체에서 산출된 로컬 타임 스탬프의 차로부터 타임스탬프 에러를 구하는 타임스탬프 에러검출기;

상기 타임스탬프 에러검출기의 출력을 소정 필터계수값으로 필터링하여 에러평균치를 구하는 루프필터;

상기 루프필터의 출력을 입력받아 소정의 보정값을 산출하는 수치제어발진기; 및

상기 수신된 타임스탬프나 로컬 타임스탬프에 상기 수치제어발진기의 보정값을 더해 상기 케이블모뎀단국장치에 동기된 로컬 타임스탬프를 출력하는 타임스탬프 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로.
제1항에 있어서, 상기 타임스탬프 에러검출기는

상기 CMTS로부터 수신된 타임스탬프의 하위 10비트와 로컬 타임스탬프의 하위 10비트를 감산하여 타임스탬프주기(TSI)당 에러를 구하는 감산기; 상기 수신된 타임스탬프의 상위 9비트를 지연하여 이전 주기의 값을 제공하는 지연기; 상기 지연기에서 지연된 이전 주기의 9비트와 현재 주기의 9비트를 감산하여 타임스탬프주기(TSI)를 구하는 감산기; 상기 감산기의 타임스탬프주기(TSI)와 상기 감산기의 TSI당 에러를 곱해서 NCO동작 주기당 에러값을 산출하는 곱셈기로 구성된 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로.
제1항에 있어서, 상기 루프필터는 에러값을 소정의 제1 계수와 곱하는 제1 곱셈기; 상기 에러값을 제2 계수와 곱하는 제2 곱셈기; 상기 제2 곱셈기의 출력을 누산하는 누산기; 및 상기 제1 곱셈기의 출력과 상기 누산기의 출력을 합해 에러값의 평균치를 제공하는 합산기로 구성된 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로.
제1항에 있어서, 상기 수치제어발진기는

상기 루프필터의 에러값 평균치를 지연기의 출력과 합하는 제1 합산기; 사인비트와 소수비트를 누산하는 사인 및 소수비트 누산부; 상기 사인 및 소수비트 누산부의 출력을 NCO동작 펄스에 따라 상기 제1 합산기에 제공하는 지연기; 누산된 에러평균값에 따라 -1, 0, 혹은 1의 보정값을 출력하는 보정값 발생부; 상기 NCO동작 펄스에 따라 상기 보정값 발생부의 출력이나 임의의 상수값중 하나를 선택하는 멀티플랙서; 상기 멀티플랙서의 출력에 상수 1을 더해 0, 1, 혹은 2 중 어느 한 값을 출력하는 제2 합산기로 구성된 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로.
제1항에 있어서, 상기 타임스탬프 카운터는

초기에는 수신된 타임스탬프(CMTS_TS)로 초기화하고 이후 로컬 타임스탬프(CM_TS)를 선택하는 멀티플랙서; 상기 멀티플랙서의 출력에 상기 수치제어발진기(NCO)로부터 입력된 0, 1, 혹은 2를 더해 케이블모뎀단국장치(CMTS)에 동기된 로컬 타임스탬프(CM_TS)를 출력하는 합산기; 상기 합산기의 타임스탬프 (CM_TS)를 입력받아 NCO동작펄스(NCO_pulse)를 발생하여 상기 수치제어발진기(NCO)로 제공하는 NCO펄스 발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 타임스탬프 복원회로.