KR20020046118A - 단극성 최소대역폭 신호 성형 방법 및 전송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널 대역이 제한된 곳에서 광대역의 신호를 전송하기 위하여 신호를 최소대역폭으로 제한하도록 수정된 듀오 바이너리(Modified duo-binary) 부호화하여 전송하는데 있어 부호화된 신호의 레벨이 3 치(Ternary)의 값, 즉, +1,-1,0 를 갖게 되는데 이를 최소대역폭 특성을 유지하면서 레벨을 2 치(binary)의 값, 즉, +1,0 로 변환하여 단극성을 갖는 신호로 전송이 가능하게 하고, 동시에 수신단에서 복호를 수행하는데 기존의 3 치값을 임계값을 기준하여 분리하고 복호하는 과정을 없애고 단순히 포락선을 검출하고 이를 임계값을 기준으로 2 개의 값, 1,0 만으로 복호가 가능하도록 하는 것으로 종래의 3 치 방식의 부호화를 2 치방식으로 변환하여 단일 극성의 신호로 전송을 용이하게 하고 동시에 단순 포락선 검출로 복호를 간단하게 수행함으로써 대역이 제한된 전송채널에서 전송효율을 2 배로 증가 시키고 이의 구현 비용을 획기적으로 절감케 하는 리던던시가 없는 단극성 최소대역폭 전송방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

단극성 최소대역폭 신호 성형 방법 및 전송장치{Apparatus and method of pulse shaping for a minimum bandwidth transmission using unipolar pulse}

본 발명은 전화선과 같이 대역이 제한된 채널에서 광대역의 신호를 전송하기 위하여 신호의 대역폭을 줄이고 이를 단일 극성으로 변환하여 줌으로써 광대역의 신호를 1/2 의 대역폭으로 전송을 가능하게 하고 수신측에서 단순 포락선 검파로 복호를 용이하게 해줌으로써 광대역의 신호를 대역 제한된 채널에서 전송이 가능케 하기 위한 것이다.

본 발명은 디지털 신호를 선로 부호화 하고 이를 펄스성형을 통하여 데이터 대역의 1/2 만으로 대역 제한된 채널의 전송을 가능하게 하는 통신의 신호처리 분야이다.

종래에는 신호대역을 최소대역폭으로 하기 위하여 도 3 과 같이 부분응답(Partial Response)의 기술을 이용하는 수정 듀오바이너리 (Modified duo-binary)코드를 이용하였으나, 이 코드는 부호화 신호의 출력이 +1, 0, -1 로 3 치(Ternary)의 값으로 구성되어 전송시 3 치(Ternary)를 표현하기 위한 3 개의 전압 값으로 전송하여야 하므로 2 치(Binary)로 전송하는 것에 비해 잡음에 대해 약 3dB 만큼 더 큰 전력이 요구되며 이는 인접 채널에 큰 누화를 야기하는 문제가 있다. 또한 수신단에서도 3 치를 두개의 임계값을 기준하여 구분하여 수신하고 이를 연산을 통하여 원래의 신호로 복호하는 복호회로가 필요하게 되어 고속의 신호를 복호화 하기에는 적합하지 못한 단점이 있다. 또한 3 치 값을 만들고 채널에 전송하기 위하여 전원 전압을 양극성과 음극성을 모두 사용하여야 하는 단점이 있다,

본 발명은 종래 기술에서 3 치 값을 이용하는 대신 2 치의 값만으로 최소대역폭 특성을 만족하도록 원래의 신호를 변환하고 이와 동시에 수신단에서도 복호회로가 단순 포락선 검파로 만 가능하도록 하여 복호회로를 간단하게 구현하여 고속 데이터에 대한 처리를 가능하게 하고 동시에 광대역의 신호를 대역 제한된 채널을 이용하여 전송하는 것이 가능하게 된다.

1. 도 1 : 단극성 최소대역폭신호 성형 및 장치 블록구성도

(1) 라인코딩부: 2 치값을 갖는 입력된 데이터(가)를 단극성 최소대역폭 신호로 변환하는 블록으로 종래의 3 치 변환 과정 없이 단순 제어신호(나)를 만드는 블록이다. 제어신호 (나)는 2 개의 제어신호로 구성되며 제어신호로 펄스성형부의 신호 절체는 도 4 의 (4-3)절체부 동작표와 같다.

(2) 펄스성형 및 송신부: 펄스성형부에서는 0 도의 위상을 갖는 정현파(coswt, 또는 sinwt)와 180 도의 위상을 갖는 정현파 (cos(wt+180), 또는 sin(wt+180))를 만들어 이를 제어신호(나)에 따라 출력으로 절체하고 절체된 신호의 이득을 조정하여 채널에 신호를 인가하는 블록이다. 출력되는 신호 (다)는 0 도와 180 도의 위상을 갖는 정현파들로 구성된다. 이 블록에서는 채널에 신호를 인가하기 위하여 듀오 바이너리 신호를 2 치 값으로 표현하고 송신용 필터 대신 정현파를 이용함으로써 필터를 별도로 사용하지 않도록 하고 있다.

(3) 이득조정 및 수신부: 채널을 통과한 신호에 대해 채널에서 감쇄된 만큼 증폭하여 출력신호(라)로 제공함으로써 신호 검출을 용이하게 하는 블록이다.

(4) 신호 검출부: 신호(라)를 수신하여 이를 첨두치 검출방식으로 포락선 검파를 수행하여 신호가 설정된 임계값 이하일때는 "0"으로 출력하고 임계값 이상일 경우 "1"로 출력함으로써 복호를 수행하는 블록이다. 복구된 클럭(바)를 이용하여 복호된 데이터를 래치하고 이를 출력한다. 출력되는 신호(마)는 입력된 신호 (가)와 정확하게 동일한 데이터가 된다.

(5) 클럭 복구부: 신호 (라)에서 클럭 성분을 검출하기 위하여 데이터 전송률의 절반인 1/2T (여기서 T 는 데이터의 한주기 시간)에 대역 통과 필터를 사용하여 클럭성분을 추출하고 이를 이용하여 위상고정루프를 동작시켜 원래의 클럭을 복구한다음 이를 신호검출부에 제공한다.

2. 도 2: 블록구성도의 각 단에서의 파형도

(가)의 스펙트럼 및 시간영역에서의 파형: 입력되는 데이터는 NRZ(Not Return to Zero)신호로 스펙트럼은 1/T(여기서 T 는 데이터의 한주기)에서 스펙트럼이 "0"이되므로 이신호의 신호대역은 0-1/T 인 신호이다. 시간축에서 보여주고 있는 신호는 "0101100"데이터를 보내는 경우를 도시한 것이다.

(나) 의 스펙트럼 및 시간영역에서의 파형: (나)의 신호는 라인코딩부 블록을 통과한 신호(S2)와 입력 데이터 신호(S1)로 구성되어 있다. 이나 스펙트럼은 입력된 신호와 동일한 대역을 갖고있으나 출력되는 데이터 "S2"의 경우 입력된 데이터 "0101100" 시퀀스와는 다르게 "0001001"로 변환되게 된다.

(다) 의 스펙트럼 및 시간영역에서의 파형: (2)펄스성형 및 송신부를 통과한 파형은 1/2T 와 1/T 에서 0 점이 존재하는 최소대역폭 신호로 변환되며 1/2T 를 중심으로 양쪽에 동일한 신호 성분이 반복되게 된다. 시간영역에서의 신호는 단일 극성의 정현파 신호의 조각들로 구성되며 입력신호가 "1"인 부분에서 위상을 달리하는 정현파가 단일극성으로 출력된다.

(라) 의 스펙트럼: 채널을 통과하면서 신호의 고주파성분이 1/2T-1/T 구간이 감쇄되고 저주파 대역(0-1/2T)이 덜 감쇄된 형태로 증폭되어 출력된다.

(마) 의 복원된 파형: 서로 다른 위상을 갖는 정현파로 구성된 송신신호를 포락선 검출하여 이를 중간 값을 기준하여 "0"과 "1"로 판별하면 원래의 입력데이터(가)로 복구된다.

3. 도 3: 종래의 수정 듀오바이너리(Modified duo-binary)신호의 인코더

(1) EXOR: 두입력 데이터를 exclusive OR를 연산하는 블록이다.

(2) 지연부: 데이터를 한 주기씩 지연시키는 블록으로 2 개의 플립플롭으로 구성된다.

(3) 레벨 변환부: 출력을 +1, 0, -1 로 제한하기 위하여 입력도;1 는 데이터 0,1 을 +1/2,-1/2 로 레벨을 변환한다.

(4) 지연부: (3)지연부와 동일하게 데이터를 한 주기씩 지연하며 두개의 플립플롭으로 구성된다.출력되는 신호는 마찬가지로 +1/2, -1/2로 구성되어 있다.

(5) 가산부: 레벨 변환부에서 나온 신호와 지연부에서 나온 신호를 극성을 반전하여, 즉 +1/2 은 -1/2 로, -1/2 은 +1/2 로 변환시킨 다음, 이두신호를 합산하여주는 블록으로 합산된 값이 +1, 0, -1 로 출력되게 된다.

4. 도 4: 본 발명의 단극성 최소대역폭 인코더 및 디코더

(4-1 인코더)

(1) EXOR: 두입력 데이터를 exclusive OR 를 연산하는 블록이다. 여기서는 입력되는 데이터와 지연부를 통과하여 두주기 지연된 데이터를 서로 exclusive OR 한다.

(2) 지연부: 데이터를 한 주기씩 지연시키는 블록으로 2 개의 플립플롭으로 구성된다.

(3) 절체부: 입력신호를 S1, 지연부를 통과한 신호를 S2 라 할 때 이두 신호를 제어 신호로 입력 받아 (4)파형 발생부에서 발생되는 정현파 2 개 (P1, P2)와 접지신호(P3)를 출력하는 블록으로 제어 신호에 따른 출력신호는 (4-3 절체부 동작표)와 같이 구성된다.

(4) 파형 발생부: 0 도의 위상을 갖는 정현파 한 주기와 180 도의 위상을 갖는 정현파 한 주기를 발생하는 블록임.

신호 S1: 입력신호와 동일한 NRZ 데이터임.

신호 S2: (2)지연부를 통과한 신호임.

신호 P1: 0도의 위상을 갖는 정현파 (sinwt, 또는 coswt)

신호 P2: 180 도의 위상을 갖는 정현파 (sin(wt+180), 또는 cos(wt+180))

신호 P3: 레벨 0를 나타내는 접지임.

(4-2 디코더)

(5) 증폭부: 전송 채널에서 감쇄된 신호를 증폭하여 주는 증폭기임.

(6) 클럭 복구부: 수신신호에서 클럭 성분을 추출하여 원래의 송신 클럭과 동일 주파수의 클럭을 복원해내는 블록임.

(7) 포락선 검파부: 입력데이터의 피크치를 검출하여 포락선을 만들어주는 블록임.

(8) 디지털 변환부: 포락선 검파된 신호의 레벨을 기준점을 중심으로 0 과 1 로 분할하여 이를 디지털 값인 2 치로 표현하는 블록임.

(4-3 절체부 동작표)

제어신호 S1, S2 를 이용하여 3 개의 입력중에서 한 개의 출력을 선택하는 것으로 S1 이 "0"이면 출력은 항상 "0"이고 S1 이 "1"인경우 S2 가 "0"과 "1"인 경우 입력파형의 위상을 달리하는 정현파를 선택하도록 하고 있다.

본 발명은 도 1 의 단극성 최소대역폭신호 성형 및 장치 블록구성도와 같이 2 치 값을 갖는 입력된 데이터(가)를 단극성 최소대역폭 부호로 변환하는데 필요한 제어 신호를 만드는 (1) 라인코딩부, 0 도의 위상을 갖는 정현파(coswt, 또는 sinwt)와 180 도의 위상을 갖는 정현파 (cos(wt+180), 또는 sin(wt+180))를 만들어이를 제어신호(나)에 따라 출력으로 절체하고 절체된 신호의 이득을 조정하여 채널에 신호를 인가하는 (2) 펄스성형 및 송신부, 채널을 통과한 신호에 대해 채널에서 감쇄된 만큼 증폭하여 출력신호(라)로 제공함으로써 신호 검출을 용이하게 하는 (3) 이득조정 및 수신부, 신호(라)를 수신하여 이를 첨두치 검출방식으로 포락선 검파를 수행하여 신호가 설정된 임계값 이하일때는 "0"으로 출력하고 임계값 이상일 경우 "1"로 출력함으로써 복호를 수행하는 (4) 신호 검출부, 신호 (라)에서 클럭 성분을 검출하기 위하여 데이터 전송률의 절반인 1/2T (여기서 T 는 데이터의 한주기 시간)에 대역통과 필터를 사용하여 클럭성분을 추출하고 이를 이용하여 위상고정루프를 동작시켜 원래의 클럭을 복구한 다음 이를 신호검출부에 제공하는 (5) 클럭 복구부로 구성되어 있다.

본 발명의 동작을 설명하면, 도 4 의 (4-1 인코더)와 같이 도 1 의 (1)라인코딩부는 두개의 플립플롭((2)지연부)과 한 개의 Exclusive OR((1)EXOR)로 구성되어 있어 입력 신호가 두개의 플립플롭을 통과 하여 출력 S2 로 제공되고 동시에 다시 입력과 Exclusive OR 되어 출력된다. 이때 입력은 Exclusive OR 입력과 출력 S1으로 동시에 제공된다. 파형 발생부는 0 도의 위상을 갖는 정현파를 P1 출력으로 제공하고 180 도의 위상을 갖는 정현파를 P2로 제공한다. 도 4의 (3)절체부에서는 제어신호 S1, S2에 따라 도 4 의 (4-3 절체부 동작표)와 같이 S1 이 "0"이면 출력을 항상 P3 로 연결하고 S1 이 "1"이고 S2 가 "0"이면 P1 을, S1 이 "1"이고 S2 가 "1"이면 P2 를 출력에 연결하도록 동작한다. 따라서 출력은 제어신호에 따라 "P1", "P2","P3"로 구성되는데 P3 는 "0"의 값을 나타내며, P1=P2="1"을 나타낸다. 여기서 P1, P2는 단극성을 갖는 정현파로 단지 위상이 180도 다를 뿐 전기적으로 같은 극성을 표시하므로 결과적으로 도 1 의 파형성형 및 송신부의 출력은 도 2 의 (다)와 같이 단극성을 갖는 신호로 되어 출력되는데 여기서 신호의 특성은 최소대역폭 성질을 만족하고 있다. 선로에서 전송도중에 감쇄된 성분을 도 1 의 (3) 이득조정 및 수신부에서 증폭하고 증폭된 신호는 고주파대역이 채널특성에 의해 감쇄 되어 있는 도 2 의 (라)와 같은 스펙트럼을 갖게 된다. 도 1 의 (4) 신호 검출부에서는 수신된 신호를 적분하여 검출하는 포락선 검파를 수행하며 검파 출력을 하나의 임계치를 기준하여 "0"과 "1"로 판별하여 출력한다. 여기서 출력되는 신호는 송신측의 입력데이터와 동일하게 되며 결과적으로 포락선 검파로만 단극성 최소대역폭 신호로 부호화된 신호가 간단하게 복호된다. 도 1 의 (5)클럭복구부는 수신신호를 대역통과 필터로 클럭성분의 1/2 인 주파수 성분을 검출하고 이를 2 체배의 속도를 갖는 클럭원에 위상고정루프방식으로 동기 시키면 원래의 송신측 클럭과 동일한 주파수의 클럭이 복구된다. 이클럭은 신호검출부에서 출력되는 데이터를 래치시켜 데이터와 클럭의 위상을 일치시키는데 사용하고 시스템의 클럭원으로 사용하게 된다.

이와 같이 입력되는 신호가 "0"인 구간에서는 출력이 "0"이 되며 입력 신호가 "1"이면 0 도 또는 180 도 위상을 갖는 정현파가 출력되게 함으로써 단극성으로 최소대역폭신호를 만들고 송신측에 별도의 필터를 두지 않고도 사용이 가능하게 하였다. 동시에 수신단에서 충분하게 증폭된 신호를 간단한 포락선 검파로 복호화를 수행하므로 회로가 간단하고 고속화 가 용이한 잇점이 있다.

본 발명은 단일극성을 갖는 최소대역폭 신호를 제공함으로써 전송효율을 일반 단일 극성신호에 비해 2 배로 향상 시킬 수 있고, 단일 극성에 따른 송신전력을 절감할 수 있어 인접 채널간의 누화를 적게 함으로써 별도의 등화기가 필요 없이 단순 증폭기로만 수신이 가능하게 되어, 결과적으로 구현비용이 저렴하고, 송신전력이 작아도 되며 구현회로가 간단하므로 고속 신호의 전송이 가능하게 된다. 이를 2 선식 전화선로에 응용하면 장거리의 고속통신이 가능하게 된다. 따라서 본 발명은 대역 제한된 채널에서 고속의 데이터를 송신하고자 할 때 이를 가능하게 할 뿐더러 적은 비용으로 간단하게 구현 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입력되는 신호를 단극성 최소대역폭 신호로 성형하는 방법 및 이를 이용하는 장치
2. 2 치의 NRZ 데이터를 리던던시가 없는 단극성 최소대역폭 신호 성형방법 및 이를 이용하는 장치
3. 입력되는 데이터가 "0"이면 "0"을 출력하고 입력되는 데이터가 "1"이면 위상이 180 도 다른 정현파를 제어신호에 따라 출력되게 함으로써 단일극성의 최소대역폭 신호를 성형하는 방법과 이를 수신단에서 포락선 검파로 성형된 최소대역폭 신호를 복호하는 방법 및 이를 이용하는 장치
4. 도 1 에서와 같이 (1) 라인 코딩부에서 성형된 펄스를 출력하는데 필요한 제어신호(도 4 의 S1, S2)를 만들고 (2) 파형성형 및 송신부에서 입력된 제어신호에 따라 출력을 "0"과 위상이 서로 180 도 다른 정현파 2 개를 이용하여 "1'을 표현하는 방식으로 구성된 최소대역폭 펄스 성형방법과 이를 이용하는 장치;

   수신단에서 이를 수신하기 위하여 도 1 의 (3) 이득조정 및 수신부에서 감쇄된 신호를 증폭하고 이를 도 1 의 (4) 신호검출부에서 포락선 검파를 수행하고 이를 임계값 기준하여 바이너리 신호로 변환하여 복호를 수행하는 방법 및 이를 이용하는 장치.
5. 도 1 과 같은 구성을 가진 단극성 최소대역폭 전송장치;

   도 1 의 (1) 라인코딩 부 및 (2) 파형성형 및 송신부를 구성함에 있어 도 4 의(4-1 인코더)로 구성되고, 제어신호는 (4-3 절체부 동작표)와 같이 동작하며, 도 1 의 (4) 신호검출부를 구성함에 있어 (4-2 디코더)의 포락선 검파부 및 디지털 변환부로 구성된 최소대역폭 전송장치