KR20110071414A - 상향 케이블 모뎀의 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 상향 케이블 모뎀의 수신기는, 입력 신호를 디지털 신호로 변경하는 아날로그 디지털 변환기, 상기 디지털 신호와 이득 조정 상수를 곱하여 출력하는 곱셈기, 상기 곱셈기의 출력과 상기 곱셈기의 출력으로부터 계산된 자동 이득값을 곱하여 출력하는 자동 이득 제어기, 및 상기 자동 이득 제어기의 출력을 복조하는 복조기를 포함하고, 상기 자동 이득 제어기는, 상기 곱셈기의 출력의 전력이 상기 아날로그 디지털 변환기의 최대 이득값보다 클 경우에, 상기 곱셈기의 출력의 제곱근의 역수를 상기 최대 이득값으로 나눈 값을 상기 이득 조정 상수로 계산하여 상기 곱셈기로 출력한다. 본 발명에 따른 상향 케이블 모뎀의 수신기는, 아날로그 디지털 변환기의 출력이 작더라도 아날로그 디지털 변화기의 다이나믹 레인지를 최대로 활용하여 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 이로써, 상향 케이블 모뎀의 복조기 성능이 향상될 수 있다.
Figure P1020090127978
상향 케이블, 모뎀, 아날로그 디지털 변환기, 자동 이득, 복조기

Description

상향 케이블 모뎀의 수신기{RECEIVER OF UPSTREAM CABLE MODEM}
본 발명은 상향 케이블 모뎀의 수신기에 관한 것이다.
본 발명은 방송통신위원회의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-005-02, 과제명: HFC 망에서의 IP기반 초고속 멀티미디어 전송기술 개발].
일반적인 통신시스템에서 자동 레벨 제어를 위한 장치 및 방법은 아날로그 방식으로 입력되는 신호의 전력을 계산하고 스위칭 적분기로부터 감쇄 레벨에 따라 수신 신호의 레벨을 조정함으로써 수신된 신호가 아날로그 디지털 변환기에 입력되기 전에 수신된 신호의 레벨을 일정하게 유지한다. 이러한 방식은 모두 아날로그 방식으로 제어가 되므로 열 잡음등 기타 잡음에 의해 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있으며, 하드웨어로 구현할 때 추가적인 부품이 필요하므로 면적이 커지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 성능이 향상되고, 면적이 작은 상향 케이블 모뎀의 수신기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상향 케이블 모뎀의 수신기는, 입력 신호를 디지털 신호로 변경하는 아날로그 디지털 변환기, 상기 디지털 신호와 이득 조정 상수를 곱하여 출력하는 곱셈기, 상기 곱셈기의 출력과 상기 곱셈기의 출력으로부터 계산된 자동 이득값을 곱하여 출력하는 자동 이득 제어기, 및 상기 자동 이득 제어기의 출력을 복조하는 복조기를 포함하고, 상기 자동 이득 제어기는, 상기 곱셈기의 출력의 전력이 상기 아날로그 디지털 변환기의 최대 이득값보다 클 경우에, 상기 곱셈기의 출력의 제곱근의 역수를 상기 최대 이득값으로 나눈 값을 상기 이득 조정 상수로 계산하여 상기 곱셈기로 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 상향 케이블 모뎀의 수신기는, 프리앰블 신호를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하고, 자동 이득 제어 범위를 벗어날 경우에는 아날로그 디지털 변환기의 출력 값을 소정의 값으로 곱셈함으로써 아날로그 디지털 변화기의 다이나믹 레인지를 최대로 활용할 수 있다. 이로써, 상향 케이블 모뎀의 복조기 성능이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 상향 케이블 모뎀에서 사용하는 패킷 구조를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 패킷(10)은 프리엠블(11) 및 페이로드(12)를 포함한다.
프리엠블(11,preamble)은 송수신 장치 사이에서 미리 약정한 특정 패턴으로서, 패킷(10)의 제일 앞에 위치한다. 프리앰블(11)을 이용하여 현재 채널의 패킷(10)이 검출된다.
프리엠블(11)은 복수의 카작(CAZAC,Constant Amplitude Zero Auto Correlationa) 시퀀스들(C1, C2, C3)를 포함한다. 여기서 카작 시퀀스들(C1, C2, C3)의 자기 상관(autocorrelation)은 0이다. 이러한 카작 시퀀스들(C1, C2, C3)는 복소수 값을 갖는다. 수학식 1은 프리앰블(11)의 카작 시퀀스들(C1, C2, C3)에 대한 실시 예를 보여준다.
REAL(CAZAC) =(1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1,-1)
IMAG(CAZAC) =(1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1,-1)
카작 시퀀스들(C1, C2, C3) 각각은 16개의 심벌들을 포함한다. 즉, 카작 시퀀스들(C1, C2, C3)의 심벌 길이는 16이다. 각 심볼은 실수값(REAL)과 허수값(IMAG)의 쌍으로 표현된다. 본 발명의 프리앰블(11)은 이러한 카작 시퀀스를 반 복적으로 이용함으로써 구성된다.
실시 예에 있어서, 상향 케이블 모뎀의 복조기에 입력되는 프리앰블(11)이 심볼 속도의 4배 오버 샘플링(oversampling)된다고 가정하면, 카작 시퀀스들(C1, C2, C3) 각각은 64개(16*4)의 샘플 값을 갖는다.
도 1에 도시된 프리엠블(11)은 3개의 카작 시퀀스들(C1, C2, C3)를 포함한다. 그러나 본 발명의 프리엠블이 반드시 여기에 국한될 필요는 없다. 본 발명의 프리엠블은 적어도 3개의 카작 시퀀스들을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 프리엠블(11)은 카작 시퀀스로 구성된다. 그러나 본 발명의 프리엠블이 반드시 카작 시퀀스로 구성될 필요는 없다. 본 발명의 프리엠블은 어떠한 종류의 PN(Pseudo Noise) 시퀀스를 반복적으로 사용할 수 있다.
도시되지 않았지만, 프리엠블(11)은 디리미터(delimiter)를 포함할 수 있다. 여기서 디리미터는 페이 로드(12)의 시작을 알리기 위한 값이다.
페이 로드(12, payload)는 패킷(10)을 통하여 전송하고자 하는 데이터로써, 모뎀에서 일정한 규칙에 의해 변조될 부분이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 모뎀(100)을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 케이블 모뎀(100)은 변조기(110) 및 수신기(120)를 포함한다.
변조기(110)는 곱셈기(111) 및 파형성형 필터(112)를 포함한다. 곱셈기(111)는 입력된 카작 시퀀스에 제곱근의 역수를 곱한다. 파형성형 필터(112)는 곱셈기(111)의 출력을 필터링한다.
수신기(120)는 아날로그 디지털 변환기(121), 곱셈기(122), 자동 이득 제어기(123), 및 복조기(128)를 포함한다.
아날로그 디지털 변환기(121)는 변조기(110)의 파형성형 필터(112)로부터 출력된 신호(이하, 아날로그 신호)를 입력받아 디지털 신호(A)로 변경한다.
곱셈기(122)는 아날로그 디지털 변환기(121)로부터 출력된 디지털 신호(A) 및 자동 이득 제어 범위 계산기(127)로부터 출력된 이득 조정 상수(C)를 곱한다. 여기서, 이득 조정 상수(C)는, 아날로그 디지털 변환기(121)의 최대 이득값(AGCmax)과 디지털 신호(A)의 전력에 따라 변경될 것이다. 여기서 최대 이득값(AGCmax)는 아날로그 디지털 변환기(121)가 입력된 신호를 최대로 증폭시킬 수 있는 최대값이다.
예를 들어, 디지털 신호(A)의 전력이 아날로그 디지털 변환기(121)의 최대 이득값(AGCmax)보다 크지 않다면, 이득 조정 상수(C)는 1이다. 반면에, 디지털 신호(A)의 전력이 아날로그 디지털 변환기(121)의 최대 이득값(AGCmax)보다 크다면, 이득 조정 상수(C)는 1이 아닌 값으로 변경된다. 여기서, 이득 조정 상수(C)는 자동 이득 제어기(123)로부터 변경된다.
자동 이득 제어기(123)는 곱셈기(122)의 출력 및 곱셈기(122)의 출력에 따라 계산된 자동 이득값을 곱하여 복조기(128)로 출력하고, 이득 조정 상수(C)를 계산하여 곱셈기(122)로 출력한다.
특히, 이득 조정 상수(C)가 1이면, 자동 이득 제어기(123)는 아날로그 디지털 변환기(121)로부터 출력된 디지털 신호(A)를 입력받고, 디지털 신호(A)에 대응 하는 자동 이득값을 계산하고, 디지털 신호(A)에 계산된 자동 이득값을 곱하여 출력한다.
본 발명의 자동 이득 제어기(123)는 전력 계산기(124), 제곱근의 역수를 계산하는 연산기(125), 곱셈기(126), 및 이득 조정 상수(C)를 계산하는 자동 이득 제어 범위 계산기(127)를 포함한다.
전력 계산기(124)는, 다음의 수학식 2를 이용하여 곱셈기(122)로부터 출력된 신호의 전력을 계산한다. 만일, 이득 조정 상수(C)가 1이라면, 전력 계산기(124)는, 아날로그 디지털 변환기(121)로부터 출력된 디지털 신호(A)의 전력을 계산한다.
Figure 112009078918398-PAT00001
여기서, ak와 bk는 각각 아날로그 디지털 변환기(121)로부터 출력된 디지털 신호(A)의 실수부와 허수부이며, k는 샘플의 개수이다.
연산기(125)는 전력 계산기(124)로부터 계산된 출력(F)의 제곱근의 역수를 계산한다.
곱셈기(126)는 연산기(125)로부터 계산된 출력(G) 및 곱셈기(122)의 출력(D)을 곱하여 복조기(128)로 출력한다. 여기서, 곱셈기(126)의 출력(E)이, 자동 이득 제어기(123)에 의하여 아날로그 신호(A)의 자동 이득된 값이다.
자동 이득 제어 범위 계산기(127)는 디지털 신호(A)의 전력이 최대 이득값(AGCmax)보다 큰지를 판별하고, 판별 결과로써, 디지털 신호(A)의 전력이 최대 이득값(AGCmax) 보다 클 때에, 전력의 제곱근의 역수값(G)를 최대 이득값(AGCmax)로 나눈 값을 이득 조정 상수(C)로 변경하고, 이 변경된 이득 조정 상수(C)를 곱셈기(122)로 출력한다.
복조기(128)는 자동 이득 제어기(123)의 출력값(E)을 입력받아 변조 방식에 따라 복조한다.
본 발명에 따른 자동 이득 제어기(123)는 자동 이득 제어 범위 계산기(127)에 의해 계산된 이득 조정 상수(C)에 따라 입력 신호(A)의 전력을 증폭시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 자동 이득 제어기(123)는 아날로그 디지털 변환기(121)의 이득 제한에도 불구하고, 충분한 전력을 제공할 수 있다. 그 결과로써, 자동 이득 제어기(123)가 최대로 출력됨으로써, 복조기(128)의 성능도 향상된다.
본 발명에 따른 상향 케이블 모뎀(100)의 수신기(120)는 아날로그 디지털(121)의 최대 이득값(AGCmax) 및 입력된 아날로그 신호(A)의 전력에 따라 이득 조정 상수를 계산하는 자동 이득 계산기(127)를 구비함으로써, 아날로그 디지털 변환기(121)로부터 출력되는 아날로그 신호(A)의 전력이 낮더라도, 이를 보상하는 자동 이득을 수행한다. 이에, 자동 이득이 최대로 출력됨으로써, 복조기의 성능도 향상된다.
설명의 편의를 위하여, 아날로그-디지털 변환기(121)는 입력된 신호를 최대 두 배까지 증폭시키고, 이 최대값을 최대 이득값(AGCmax)라고 하겠다. 즉, 최대 이 득값(AGCmax)이 2이다. 또한, 아날로그 디지털 변환기(121)의 다이나믹 레인지(dynamic range)도 +sqrt(2) ~ -sqrt(2)라고 가정하겠다. 여기서, sqrt는 제곱근을 구하는 함수이다.
도 3은 입력 신호(A)에 따라, 도 2에 도시된 자동 이득 제어기(123)로부터 계산된 전력(F) 및 그것(F)의 제곱근의 역수(G)에 대한 표이다. 도 3을 참조하면, 제 1 입력 신호는 아날로그 디지털 변환기(121, 도 2 참조)의 다이나믹 레인지로 진동하는 신호이며, 제 2 입력 신호는 다이나믹 레인지의 1/2배로 줄어든 신호이며, 제 3 입력 신호는 다이나믹 레인지의 1/4배로 줄어든 신호이다. 제 1 내지 제 3 신호의 계산된 전력(F)은 각각 1, 1/4, 1/16이다. 그리고, 계산된 전력의 제곱근의 역수(G)은 각각 1, 2, 4이다.
따라서, 제 1 내지 제 3 입력 신호의 경우, 각각 제 1 내지 제 2 입력 신호에 곱해지므로 자동 이득 제어 출력의 전력(F)은 1이다.
반면에, 제 3 입력 신호의 경우, 입력 신호의 4를 곱하지만, 비트 정밀도의 한계에 의해 최대 이득값(AGCmax) 2가 곱해진다. 여기서, 최대 이득값(AGCmax)은 아날로그 디지털 변환기(121)가 입력 신호(A)를 최대로 증폭할 수 있는 값이다. 이때 자동 이득 제어기(123)로부터 계산된 전력(F)은 1/4이 된다. 따라서, 일반적인 수신기를 이용한다면, 복조기(128)의 성능이 감소된다.
그러나, 본 발명에 따른 수신기(120, 도 2 참조)는, 제 3 입력 신호의 경우에는 본 발명에 따른 자동 이득 제어기(123)의 자동 이득 제어 방법을 이용함으로써 아날로그 디지털 변환기(211)의 다이나믹 레인지를 최대한 활용할 수 있다.
도 4는 아날로그 디지털 변환기의 다이나믹 레인지를 최대로 활용하기 위한 본 발명의 자동 이득 제어기의 자동 이득 제어 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 자동 이득 제어 범위 계산기(127)는 다음과 같이 동작한다.
초기 자동 이득 제어 범위 계산기(127)로부터 출력되는 이득 조정 상수(C)는 1이다(S110). 자동 이득 제어 범위 계산기(127)는 입력 신호(A)로부터 계산된 전력(F)에 대한 제곱근의 역수(G)가 최대 이득값(AGCmax) 보다 큰 지를 판별한다(S120). 만약, 제곱근의 역수 값(G)이 최대 이득값(AGCmax)보다 크지 않다면, 자동 이득 제어 범위 계산기(127)의 출력 값(C)는 1을 유지하다(S130). 반면에, 제곱근의 역수(G)가 최대 이득값(AGCmax) 보다 크다면, 자동 이득 제어 범위 계산기(127)는 제곱근의 역수(G)가 최대 이득값(AGCmax)로 나눈 값을 이득 조정 상수(C)로 계산하고(S140), S120 단계로 진입한다.
예를 들어, 제 3 입력 신호(도 3 참조)의 경우에, 수신된 전력이 최대 이득값(AGCmax)보다 클 때, 디지털 신호(A)의 전력에 대한 제곱근의 역수(G)를 최대 이득값(AGCmax)로 나눈 값을 새로운 이득 조정 상수(C)로 계산한다. 이렇게 계산된 이득 조정 상수(C)는 곱셈기(122)에 출력된다. 제 3 입력 신호의 경우, 제곱근의 역수(G)를 최대 이득값(AGCmax)으로 나누면, 2가 된다. 이에, 아날로그 디지털 변환기(211)의 디지털 신호(A)에 2를 곱하면, 제 2 입력 신호(도 3 참조)에 해당하는 신호 크기를 갖는다. 결국 자동 이득 제어기(213)의 출력 전력은 1이 된다. 이로써, 아날로그 디지털 변환기(211)의 다이나믹 레인지가 최대로 활용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 입력 신호가 최대로 자동 이득을 할 수 있음으로, 복조 성능이 향상된다. 또한, 본 발명에 따르면, 면적이 작은 상향 케이블 모뎀의 수신기 및 이러한 수신기를 갖는 통신 시스템이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 상향 케이블 모뎀에서 사용하는 패킷 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 모뎀을 보여주는 도면이다.
도 3은 입력 신호에 따른 도 2에 도시된 자동 이득 제어기로부터 계산된 전력 값 및 그것의 제곱근의 역수를 계산한 값에 대한 표이다.
도 4는 아날로그 디지털 변환기의 다이나믹 레인지를 최대로 활용하기 위한 본 발명의 자동 이득 제어기의 자동 이득 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 패킷 11: 프리엠블
12: 페이로드 100: 수신기
110: 변조기 120: 수신기
121: 아날로그 디지털 변환기
122, 126: 곱셈기 123: 자동 이득 제어기
124: 전력 계산기 125: 제곱근의 역수 값 연산기
127: 자동 이득 제어 범위 계산기
128: 복조기

Claims (1)

  1. 입력 신호를 디지털 신호로 변경하는 아날로그 디지털 변환기;
    상기 디지털 신호와 이득 조정 상수를 곱하여 출력하는 곱셈기;
    상기 곱셈기의 출력과 상기 곱셈기의 출력으로부터 계산된 자동 이득값을 곱하여 출력하는 자동 이득 제어기; 및
    상기 자동 이득 제어기의 출력을 복조하는 복조기를 포함하고,
    상기 자동 이득 제어기는, 상기 곱셈기의 출력의 전력이 상기 아날로그 디지털 변환기의 최대 이득값보다 클 경우에, 상기 곱셈기의 출력의 제곱근의 역수를 상기 최대 이득값으로 나눈 값을 상기 이득 조정 상수로 계산하여 상기 곱셈기로 출력하는 상향 케이블 모뎀의 수신기.
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