KR101208079B1 - 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 - Google Patents

왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치 및 방법에 관한 것으로, 수신되는 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위한 필터링부; 및 수신되는 신호의 영점 오프셋을 파악하고, 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 상기 필터링부의 동작 계수를 결정하는 영점 오프셋 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치에 의해 손실 및 잡음을 둔화시키는 응답 필터를 사용할 수 있고, 그 구조를 간단하게 할 수 있으며, 데이터 송수신 초기에 실시간으로 채널의 특성을 추정하여 수신 채널 간섭 특성에 최적화된 등화기를 설계할 수 있다.

Description

왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치 및 방법, 데이터 수신 장치{Equalizing apparatus and method for compensating of dostortion, Data receiving apparatus}
본 발명은 광 이더넷 전송 기술에 관한 것으로, 특히 시리얼 데이터 링크를 경유하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호 : 2008-F-017-01, 과제명 : 100Gbps급 이더넷 및 광전송기술개발]
점차 높아지는 멀티미디어 데이터 통신 요구에 의해 네트워크 장비 속도는 수십 Gb/s급에 달하고 있다. 그런데 멀티미디어 데이터 수신 장치에서 수신되는 데이터에는 다양한 잡음들이 포함된다.
IEEE 802.3ba에서는 향후 초고속 데이터 통신 시스템의 경우에 다 채널방식으로 데이터를 전달하도록 표준화하고 있다. 예를 들어 40G 의 데이터 경우에 10Gb/s 속도를 갖는 4개의 라인(채널) 방식으로 데이터를 전달한다.
고속 멀티미디어 데이터 전송의 경우에, 기존 방식인 버스를 이용한 병렬 전 송 방식보다 케이블에 의한 고속 직렬 전송 방식이 시스템 성능 및 경제적 측면에서 월등히 유리하다.
그런데 데이터 전송 속도가 고속화됨에 따라 시스템 백플레인에서의 신호 손실과 크로스토크(NEXT, FEXT)등의 문제가 발생되고 있다. 이런 문제점을 해결하여 채널 성능을 개선하기 위해서는 데이터 전송 또는 수신 측에서 신호의 증폭이나 전송 과정에서 생기는 변형을 보정해야 한다.
구체적으로 통신 채널에서 심볼 간 간섭(ISI : Inter Symbol Interference)은 채널 임피던스의 불연속성, 선형증폭 및 위상 왜곡의 결과로부터 발생 된다. 이는 다른 인접 채널에 영향을 미치게 된다. 따라서 심볼 간 간섭을 최소화해야 하는데, 이를 제거하기 위해서 MSLD(Maximum likelihood sequence detector)또는 특성을 종합해서 균일화하는 등화기(equalizer)가 이용되고 있다.
본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로,이상적인 응답 필터를 설계하는 방법을 제공하여 필터의 탭 수와 연산량을 감소시키고, 판정 오류의 전파효과(propagation effect)를 감소시키는 등화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 초고속 데이터 링크를 위한 다중 래인(multiple lane)의 백플레인 채널을 이용하여 데이터를 분리하여 전송하고, 결합하여 수신함에 있어서, 반사, 크로스토크 및 채널 손상이 누적되는 것을 막고, 다채널 통신 방식의 경우에 인접 채널 간의 영향으로 인한 손실, 간섭으로 성능이 저하되는 것을 개선할 수 있는 백플레인 데이터 수신 등화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 수신되는 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위한 필터링부; 및 수신되는 신호의 영점 오프셋을 파악하고, 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 상기 필터링부의 동작 계수를 결정하는 영점 오프셋 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치에 의해 달성된다.
또한, 다채널 신호의 수신을 위한 백플레인 채널; 및 상기 백플레인 채널로부터 수신되는 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위한 필터링부와, 수신되는 신호의 영점 오프셋을 파악하고, 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 상기 필터링부의 동작 계수를 결정하는 영점 오프셋 제어부를 포함하는 다채널 등화기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치에 의해서 달성된다.
한편, 상기 기술적 과제는 수신되는 다채널 신호에 대한 영점 오프셋을 파악하는 단계; 상기 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 동작 계수를 결정하는 단계; 및, 상기 결정된 동작 계수에 따라 상기 수신된 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위해 등화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하는 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 백색 잡음 신호(AWGN)를 부가하여 에러 오프셋을 감소시킴으로써, 기존과는 달리 손실 및 잡음을 둔화시키는 응답 필터를 사용할 수 있고, 그 구조를 간단하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 데이터 송수신시에 초기에 실시간으로 채널의 특성을 추정하여 수신 채널 간섭 특성에 최적화된 등화기를 설계할 수 있다.
또한, 영점 오프셋 제어(zero offset control)에 의해 채널 입력에서 인가되는 각종 잡음 레벨을 최소화하고 동시에 기준 전압을 제공하는 방법을 사용하여 등화 속도 및 성능을 향상시킬 수 있다.
나아가 채널 임피던스의 불연속성 및 채널의 감쇄로 인해 발생되는 심볼 간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 특성을 극복하여 수신 성능을 개선할 수 있다.
이에 따라 수신기의 성능 열화를 현저히 개선할 수 있고, 초기 영점 오프셋 기능으로 판정 오류의 전파 효과도 감소시킬 수 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수신 장치의 블록도이다.
백플레인 채널(10)로 수신되는 입력 신호가 멀티 채널일 경우에, 단일 채널 형태로 수신될 때의 잡음 성분보다 인접 채널 간 누화 손실(NEXT,FEXT), 반사 손실(Return loss)등이 더욱 증가하게 된다.
따라서 멀티 채널 전송 형태에서 발생될 수 있는 누적된 잡음 성분을 입력단에서 제거함으로써 판정 에러 확률을 줄이고 채널 추정의 정확성을 높여야 할 필요가 있다. 또한, 클럭 데이터 복구 장치(20, CDR)는 다채널 등화기(30)의 전단 혹은 후단에 설치될 수 있으며, 클럭 데이터를 복구하기 위해 구비된다. 이 후에 다채널 수신 등화기(30)로부터 출력되는 신호는 채널 디코더로 전송된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백플레인 채널을 포함하는 통신 수신 장치에서 크로스토크 설명을 위한 예시도이다.
초고속 데이터 통신 시스템에서 전송 데이터가 통신망을 거쳐서 시스템 백플레인 채널(10)을 통과하면, 백플레인 내부의 다수 채널 간에 삽입손실, 반사 손실, 크로스토크 등이 누적된다. 이를 효과적으로 제거하기 위해서는 수신 측에 다채널 수신 등화기(30)를 구현하여 수신 신호의 성능을 개선해야 한다.
이때 다채널 수신 등화기(30)는 전력소모, 복잡도, 성능(BER : Bit Error Rate) 면에서 DFE, MLSE(Maximum likelihood sequence estimation)과 같은 기존 방식보다 더 개선되도록 설계해야 할 필요가 있다.
데이터 송수신에 있어서, 송신 신호는 채널에 왜곡되어 인접 심볼 간의 간섭(ISI : inter-symbol interference)을 발생시키므로 수신기가 올바른 신호인지를 판별하기 위해서는 등화 장치(equalizer)를 통해 왜곡된 신호를 보상할 필요가 있다.
이더넷 네트워크와 같은 10Gb/s급 이상의 고속 데이터 통신환경에서 채널에 의한 신호의 왜곡이 심할 경우에, 개선된 ISI를 갖는 신호를 수신하기 위해서 비선형 등화장치로 결정 궤환 등화기(DEF)가 많이 사용되고 있다.
결정 궤환 등화기(DFE)는 채널이 심하게 왜곡된 경우에 이를 보상하기 위한 것으로 순방향 필터(FFF : Feed-Forward Filter)와 역방향 필터(FBF : Feed-Back Filter)로 구성되어 있는데, 순방향 필터(FFF)는 pre-cursor ISI 성분을 제거하고, 역방향 필터(FBF)는 post-cursor ISI 성분을 제거한다. 즉, 역방향 필터는 이전에 판정(decision)된 신호에 의해 생긴 현재 심볼의 ISI를 제거하고, 순방향 (feedfoward) 필터는 판정되기 이전의 신호에 의한 현재 심볼의 ISI를 제거한다.
순방향 필터(FFF)를 통과한 후의 나머지 Post-cursor ISI 성분은 이미 수신된 심볼들을 이용하여 역방향 필터(FBF)에 의해 제거된다. Pre-cursor ISI 성분과, Post-cursor 성분을 제거하기 위해서는 역방향 필터가 요구되는데 많은 수의 역방향 필터 탭을 이용할 경우에, 역방향 필터 탭의 수에 비례하여 연산량이 증가하게 된다는 문제가 발생된다. 또한 등화기의 등화기 계수가 적절한 값으로 수렴하도록 하기 위한 시간이 증가하게 되고, 판별 오류 전파가 증가하게 된다. 따라서, 채널응답을 효과적으로 줄임으로써 역방향 필터의 탭의 수를 줄여서 연산량을 줄이고, 판정 오류의 전파 효과를 감소시키기 위한 방안이 필요하다.
에러 발생률이 충분히 작다면 판정된 심볼에는 잡음 성분이 들어있지 않기 때문에 DEF 등화기는 바른 채널 적응 속도와 우수한 비트 오율(BER)을 가지고, 심볼간 간섭(ISI)을 크게 개선될 수 있다.
일반적으로 등화기는 추적 모드와 직접 판정 모드로 동작한다. 추적 모드에서 전송 장치는 기 설정된 훈련 순열(training sequence)을 보내고, 등화기는 훈련 순열을 수신하여 탭 계수를 초기화하고, 탭 계수가 수렴(convergence) 되면, 직접 판정 모드로 전환된다. 그리고 훈련 순열이 대신 판정 데이터로 채널의 잔존 오류를 보상한다. 등화기의 탭 계수는 채널에 등화기가 적응할 수 있도록 하는 값으로 채널의 특성에 따라 알고리즘에 의해 조정될 수 있다.
순방향 필터(FFF)는 선형 필터로 유한 임펄스 응답(FIR :Finite Impulse Response)필터 또는 TDL(Tapped Delay Line) 필터로 구현되며, 10G 링크를 위해 T/2=50ps 의 탭 스페이스(Tap space)를 갖는다.
디모듈레이트 된 펄스에서 ISI(Inter-Symbol Interference)를 제거하는 비선형 이퀄라이저 DEF(Decision Feedback Equlizer)는 등화 장치의 한 예로 노이즈 없이 퀀텀화 된 수준의 동작을 지원해, 출력 값의 채널 노이즈가 거의 없다는 장점을 가지고 있다.
상세하게, 결정 궤환 등화장치(DEF)는 궤환 루프에서 제공되는 한 주기와 두 주기 전의 판별된 데이터 값에 따라 현재의 신호에서 과거에 발생했던 채널간 간섭(ISI)을 제거할 수 있다.
이를 식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008088096519-pat00001
여기서, a1, a2는 등화기 계수로서 제거해야할 ISI를 나타내고 Vin(nT)는 수신단 입력 신호, Y(nT)는 ISI가 제거된 등화 장치의 출력 전압이다. 등화 장치의 계수는 채널의 특성, 칩의 특성에 따라 달라질 수 있는 것으로, 이 같은 변화 요소를 감안하여 결정되어야 한다.
유선 채널에서 데이터 수신 수행하는 등화 장치의 경우에, 채널 왜곡 현상을 개선하기 위해서 아래와 같은 전달 함수를 가져야 하며, 채널의 특성과 길이에 따라 가변적으로 적응하여 동작을 수행하는 것이 가능해야 한다.
백플레인 PCB 패턴의 전달 함수는 다음과 같다.
Figure 112008088096519-pat00002
여기서, L은 채널의 길이, a는 채널의 특성 상수이다. 즉, 패턴의 길이, 폭, 특성 상수값에 따라 손실이나 잡음을 극복하기 위한 채널 특성이 달라진다. 일반적으로 수신기의 입력 신호에 따라 등화기 계수를 조절한다. 이 방식에 따라 등화기 계수를 가변시키는 것이 적응형 등화 장치(Adaptive Equalizer)이다. 등화기 계수가 적절한 값에 수렴하면 에러는 0 에 가까워진다.
본 발명에 따르면, 데이터 송수신기에 있어서 채널을 통해 전달되는 왜곡된 전송신호를 수신장치에서 보상하기 위한 등화기 구조 및 방법을 제공할 수 있다. 나아가 데이터 전송 후 시스템에 전달되는 과정에서 백플레인 채널에 존재하는 손실을 줄여 기존의 오프셋 에러를 최소화하는 동시에 이로 인한 잡음 전력 손실을 최소화하는 등화기를 설계하는 것이 가능하다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 장치의 블록도이다.
본 발명에 따른 다채널 등화기는 기본적으로 결정 궤환 등화기(DFE) 형태를 기반으로 한다. 본 발명에 따른 다채널 등화기는 수기가(Gb/s) 링크에서 케이블(cable), 화이버(fiber) 통신 채널에 저역 통과 및 분산적 특성을 보상한다.
또한, 백플레인 채널의 주파수 의존 손실을 보상하고, 데이터 복구를 용이하게 하기 위해서 프로그램 가능한 다채널 수신 등화기가 수용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 등화 장치는 순방향 필터(300), 역방향 필터(310), 영점 오프셋 제어부(320), 채널 평가부(330) 및 슬라이서(340)를 포함한다.
일 실시예에 본 발명에 따른 수신 등화기는 순방향 필터(300)와, 역방향 필 터(310), 채널 평가부(330) 이렇게 3개의 필터를 포함한다.
순방향 필터(FFF)는 계산된 필터 계수에 의해 설정된다. 조정 가능한 역방향 필터(310)는 슬라이서(340)와 계수를 설정하는 계산된 값을 갖는다.
여기서, 필터 설정 계수와 등화기 설정 계수는 비트오율(BER : Bit Error Rate)이 최소가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 가산기(350)는 순방향 필터가 필터링한 신호와 역방향 필터에 의해 필터링된 피드백 신호를 감산하여 슬라이서(340)로 출력한다. 슬라이서(340)는 판정회로(decision making device)이다. 본 실시예에 있어서 슈미트 트리거 회로로 구현될 수 있다.
이후에 슬라이서(340)에서 출력된 데이터들은 추가적인 처리를 위해 채널 디코더로 제공된다.
순방향 필터(300)에서 필터링된 결과 A와 역방향 필터(310)에서 필터링 된 결과E는 가산기(350)를 통해 그 연산 결과 C로 출력된다. 슬라이서는 C신호로부터 D신호를 생성한다. 동시에 슬라이서(340) 입출력 값의 차이에서 에러 함수를 생성하고, 채널 평가부(330)로 보내진 에러 함수는 평가 후 영점 오프셋 제어부(320)로 전달된다. C는 슬라이서(340) 구조에 적용하여 판정된 신호를 다시 궤환시켜 현재 입력되는 신호들 상호 간 간섭을 제거, 적응 성능을 향상시킨다.
영점 오프셋 제어부(320)는 제어라인 SL1을 통해 순방향 필터(300) 계수를 설정하고, 제어 라인 SL2를 통해 역방향 필터(310) 계수를 설정한다. 본 실시예에 따른 등화장치는 내부 데이터 라인을 통해 수신 신호(A)를 수신하고, 필터 계수와 등화기 계수를 설정하기 위하여 등화한다.
순방향 필터(300)의 차수는 N이고, 순방향 필터(300)의 하드웨어 구조에 의해 관리된다.
본 실시예에 있어서, 등화 장치로의 입력 신호 A는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008088096519-pat00003
여기서, L은 모델링된 전송 채널 필터의 차수, hi는 모델링된 전송채널 계수, Sk는 전송된 신호 심볼, nk는 노이즈이다.
이때, 차수가 N인 순방향 필터(300)의 전체 필터 계수는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112008088096519-pat00004
여기서, Pi는 탭 수가 i인 순방향 필터(300) 계수이고, Xk -1은 수신 신호이다.
또한, 역방향 필터(310)는 슬라이서(340)에 의해 판정된 신호를 입력받아 필터링을 수행한다. 이때 역방향 필터의 식은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112008088096519-pat00005
여기서 gi는 필터 계수, Sk-N은 채널 평가부의 출력, L은 역방향 필터(310)의 차수(order)이다.
그리고, 역방향 필터(310)의 출력(E)은 슬라이서 출력(D)과 영점 오프셋 제어부(320)로부터의 제어신호(SL2)의 합이다.
또한, 슬라이서의 입력신호(C)는 순방향 필터 계수 FFF에서, 역방향 필터 계수 FBF를 뺀 값이다. 슬라이서 입력 신호(C)는 가능한 전송신호 시퀀스 Sk -n과 일치한다. 따라서, Sk -n와 C의 차이만큼이 슬라이서(340)에서 불일치되는 값이다.
채널 평가부(330)에서의 오프셋 에러 F는 슬라이서의 입력신호(C)와 슬라이서의 출력신호(D)의 차이다.
채널 평가부(330)에서의 오프셋 벡터(F)는 다음과 같다.
Figure 112008088096519-pat00006
여기서 ρ는 알고리즘 스텝의 크기이다.
영점 오프셋 제어부(320)는 채널 입력신호(A)로부터 기준전압 정보를 입력받은 후, 채널 평가부(330)로부터 채널 파라미터가 평가된 에러 함수를 받아서, 순방향 필터(300)와 역방향 필터(310)에 제공할 기준 전압값을 감산하도록 보정함으로써, 옵셋 에러를 신속하게 최소화할 수 있다. 이를 지속적으로 반복 수행함으로써, 채널 입력신호(A)의 기준 전압값은 최저값으로 유지될 수 있다.
결정 궤환 등화기(DEF)의 순방향 필터(300)와 역방향 필터(310)의 계수는 예 를들어 LMS(Least Mean Square)와 같은 적응 알고리즘에 따라 반복적으로 적응될 수 있다.
채널 경로를 통하여 등화기로 수신되는 신호는 물리적 다채널 경로, 전송 필터 및 수신 필터를 포함한 채널 임펄스 응답, 천체 채널 길이, 크로스토크(crosstalk), 삽입 손실(Insertion loss), 반사손실(Return loss), 백색 가우시안 잡음(White noise) 등을 포함한다.
즉, 등화기를 통해 수신되는 신호를 식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008088096519-pat00007
여기서, rn 은 시간 nT에서 샘플링된 수신 신호이고, xn은 시간 nT에서 샘플링된 전송신호이다. 또한, hk는 물리적 채널 경로, 전송 필터 및 수신 필터를 포함한 채널 임펄스 응답이고, nc는 전체 채널길이이고, Ln은 크로스토크(crosstalk), 삽입 손실(Insertion loss), 반사손실(Return loss)이다. 백색 가우시안 Wn은 채널 입력에서 제거된다.
슬라이서(340)로의 입력신호 C는 전송 신호 열에 일치하는 필터 계수를 갖는 순방향 필터(FFF)와 역방향 필터(FBF)가 서로 세트가 된다.
전송 신호 채널 임펄스 응답 계수 및 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)가 최소가 되도록 순방향 필터(FFF) 계수와 역방향 필터(FBF) 계수를 계산한다.
순방향 필터(FFF)는 채널을 통해 입력되는 입력 신호(A)를 수신한다. 본 실시예에 있어서, 순방향 필터(300)는 채널의 찌그러짐 효과를 보상하기 위해 수신 신호에 대한 등화를 수행하도록 신호를 처리한다. 결정 궤환 등화기(DFE) 구조의 경우에는 입력되는 신호가 입력되는 순방향 필터(300)와, 판정된 신호가 궤환되어 입력되기 위한 역방향 필터(310)가 필요하기 때문이다. ISI와 같은 불필요한 채널 효과를 감소시키기 위해서 순방향 필터(FFF)의 필터 계수를 결정해야 한다. 순방향 필터(FFF)의 계수 값은 결정 궤환 등화기(DEF)가 요구하지 않는 에러 전파와 잡음 증가를 최소화하는 동안에, 채널 효과를 감소하여 채널의 신호 일그러짐 효과를 최소화하도록 결정되어야 한다.
순방향 필터(300)의 출력 신호는 가산기(350)로 제공된다. 가산기(350)는 순방향 필터(300)로부터의 출력 신호에서 채널 평가부(330)로부터 받은 궤환 에러 신호를 감한다. 이에 따라 피드백 신호를 감함으로써 결과적으로 ISI와 상관 노이즈(correlated noise)등을 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 구성을 보다 상세히 도시한 블록도이다.
채널간 간섭(ISI)을 제거하기 위해서 검출된 심폴의 판정값을 궤환시키는 궤환쇠로를 갖는다. 에러 출력 값 F는 탭 계수를 선택한다. 본 실시예에 있어서, 3개의 순방향 필터를 포함하는, 예를 들어 3단 FIR 구조로 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 순방향 필터 구조에서 곱셈기(C0, C1, C2) 대신 룩업 테이블 을 적용하여 가장 최근에 수신된 비트의 모든 가능한 결합을 생성하고, FFE 계수와 룩업 테이블의 알고리즘에 의해 반복적으로 적응 동작을 수행함으로써 이득 제어를 할 수도 있다. 채널 평가부(330)는 채널 환경에 따라 선택적으로 알고리즘을 적용할 수 있다.
슬라이서(340)로부터의 출력신호는 수신된 입력 신호로부터 잡음 제거를 위해 차이 신호를 처리하도록 전달 함수를 포함할 수 있다. DFE 입력과 출력 신호의 에러 신호를 기반으로 하여 영점 오프셋 제어부(320)에서 오프셋을 제거한다. 동시에 탭 계수를 생성하여 채널을 추정한다. 이때 채널을 추정하는 것은 채널 추정 알고리즘을 이용하여 탭 계수의 갱신을 함으로써 수행될 수 있다.
에러 발생율이 충분히 작다면, 판정된 심볼에는 잡음 성분이 거의 들어있지 않기 때문에 결정 궤환 등화기(DFE)는 채널 적응 속도가 빨라질 수 있고, 비트오율(BER) 및 채널 간섭(ISI)이 크게 개선될 수 있다.
순방향 필터(300) 내부의 채널 추정부는 입력신호를 수신하여 상관 알고리즘을 적용하여 채널을 추정하고, 추정한 채널의 노이즈를 제거한다. 그리고 수신한 신호와 노이즈가 제거된 채널에 알고리즘을 적용하여 채널을 추정하고 이 추정된 채널 중 기준 탭을 선택한다.
영점 오프셋(Zero offset) 제어부(320)는 채널로부터 입력 신호를 수신하여 평가하고, 순방향 필터(300)와 역방향 필터(310)의 필터 계수를 결정한다. 영점 오프셋 제어부(320)는 제어 라인(SL1)을 통해 순방향 필터(300)의 계수를 설정하고 내부 제어 라인(SL2) 을 통해 역방향 필터 계수를 설정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영점 오프셋 제어부를 더 상세히 도시한 블록도이다.
영점 오프셋 제어부(320)는 샘플링부(500), 저역 통과 필터(510) 및 계수 설정부(520)를 포함한다.
샘플링부(500)는 백플레인 채널을 통해 입력되는 입력 신호와, 오프셋 데이터를 입력받아 샘플링한다. 본 실시예에 있어서, 샘플링부(500)는 입력 신호가 입력되지 않을 때, 채널에 자체적으로 존재하는 누화 잡음, 반사손실, 삽입 손실, AWGN등 의 잡음 성분을 샘플링한다. 이때 샘플링된 샘플링 값에 의해 오프셋 기준 값이 설정될 수 있다. 오프셋 기준 값은 저역 통과 필터(510)에 의해 보상될 수 있다. 저대역 통과 필터(LPF)는 입력신호에서 거의 직류에 가까운 맥류 신호 형태의 고주파 리프 성분과 대역 외 성분을 감쇄시킨다. 그리고 다시 적절한 수준까지 이득을 증폭시킨다.
이 후에 입력 신호의 입력이 있으면, 계수 설정부(520)는 외부 전송 채널로부터 수신되는 입력신호로부터 설정된 오프셋 기준값을 제외한 정상적인 신호 성분을 추정한다. 그리고 계수 설정부(520)는 이에 따라 순방향 필터(300)와 역방향 필터(310)의 필터 계수를 설정할 수 있다. 계수 설정부(520)는 각각 제어 라인 SL1, SL2를 통해 순방향 필터(300)와 역방향 필터(310)로 산출된 계수를 전송한다.
본 실시예에 있어서, 영점 오프셋 제어부(320)는 디텍터를 더 포함하여 클럭에 의해 내부에서 발생하는 시퀀스 순서를 디지털 값으로 출력한다. 그리고 디지털 변환된 데이터를 지속적으로 내부 메모리에 기록하고, 처음 입력되는 데이터와 후속적으로 입력되는 신호 레벨을 비교하여 제어하는 방식으로 신호의 제로점 근처에서 동작점을 유지하도록 할 수 있다.
기존에 상관 알고리즘을 이용하여 채널을 추정하고, 필터 계수를 설정하는 것은 상관 노이즈 때문에 그만큼 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 채널에 수렴할 때까지 연속적으로 훈련 심볼(training symbol)을 제공하는 기존의 방식과는 달리 데이터 유무에 따른 채널의 데이터 신호로부터 노이즈 성분과 정상 신호의 성분을 추정하고, 이후에 입력되는 입력 신호 즉, 실제 데이터에 대해 제로 오프셋 레벨을 보상함으로써, 통신 환경에 따른 적응력이 우수한 노이즈 필터 기능을 수행할 수 있다. 즉, 채널 추정의 정확성을 더 높이고, 채널 수렴을 보다 신속하게 수행할 뿐 아니라, 수렴을 위한 채널 탭 계수를 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 등화 장치의 블록도이다.
도 6 에 도시된 등화 장치는 비선형 등화기의 구조로서, 종래의 결정 궤환 등화기(DFE)와, MLSE를 혼합한 형태의 다채널 등화 장치의 예시도이다.
본 실시예에 따른 등화 장치는 채널의 전달 함수 특성을 이용하여 증폭 이득을 제어할 수 있다. 채널 평가부(610)의 입력과 출력 특성을 비교하여 적응 알고 리즘을 결정하고, 이 적응 알고리즘에 따라 필터의 증폭 특성을 제어함으로써 수렴 과정을 수행한다.
순방향 필터(600)는 필터 구조와 증폭 이득을 결정하는 피드백 구조에 의해 성능이 좌우된다. 따라서, 단순히 결정 궤환 등화기(DFE) 형태로만 구현되는 것보다 간단하다. 탭 수는 사용자가 프로그램하여 전력 소비에 관한 성능을 설정할 수 있고, FFE 계수가 알고리즘에 의해 반복적으로 적응(adopt)하도록 구현될 수 있다.
진폭 제어부(620)는 높은 이득 값을 가지며, 출력 신호의 진폭을 제어한다. 진폭 제어부(620)에서 출력되는 신호는 채널 평가부(610)로 피드백되거나, 디코더(640)에서 디코딩 처리 후에 역방향 필터(630)로 피드백된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 방법의 플로우차트이다.
먼저 입력 신호가 수신되면(S100), 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 장치는 수신된 신호 샘플에 대해서 채널 평가를 수행한다(S110). 이때 채널은 임의의 수신데이터에 대해 평가될 수 있다.
반면, 입력 신호가 없는 경우에 오프셋 기준값이 산출된다(S115). 입력신호가 수신되지 않는 경우에는, 채널에 자체적으로 존재하는 누화 잡음, 반사손실, 삽입 손실, AWGN등 의 잡음 성분을 샘플링하고, 샘플링 값에 의해 오프셋 기준 값을 산출할 수 있다. 즉, 영점 옵션을 갖는 기준 전압을 평가한다.
먼저, 이 같이 초기 DFE 계수를 결정하고 이 후 프로세서, DSP 또는 기타 수신 장치 소자를 통해 후속 동작을 수행한다.
채널 평가 이후에 평가 결과를 기반으로 순방향 필터 계수가 결정된다(S120). 이 후에 결정된 순방향 필터 계수와 채널 평가를 기반으로 역방향 필터 계수를 결정한다(S130). 이때, 순방향 필터를 계수를 결정하는 단계(S120)와, 역방향 필터 계수를 결정하는 단계(S130)에서 영점 오프셋을 갖는 기준 전압 값에 기초하여, 계수를 결정한다.
그리고 결정된 필터링 계수가 적용된다(S140). 이후에 필터링 계수가 적용된 순방향 필터와 역방향 필터에 의해 샘플링된 수신 신호의 채널 영향을 제거하기 위해서 등화 할 수 있다. 이때 채널 평가에 의해 필터링 계수들은 지속적으로 재 설정된다. 이에 따라 실시간 채널 평가 정보를 반영한 적응형 등화 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영점 오프셋 제어동작의 플로우차트이다.
다채널 백플레인에서는 단일 채널 전송의 경우에 비해 채널간 누화, 간섭, 반사와 같은 채널 간 간섭(ISI) 요인이 더 많다.
따라서, 먼저 수신 신호 데이터 입력이 없을 때 노이즈를 포함하는 제로 전압에 대한 채널 파라미터를 측정하는데(S200), 이때 적어도 3회 이상 측정하도록 한다(S210, S215). 3회 이상 다수 측정한 측정값에 대해서는 기준 전압에 포함된 채널 노이즈를 제거하고(S220), 영점 오프셋을 갖는 기준 전압값을 산출한다(S230). 그리고 산출된 기준 전압값에 기초하여 탭 계수를 결정하여 순방향 필 터와, 역방향 필터로 제공한다(S240). 이렇게 다채널 신호의 수신이라는 점을 감안하여, 여러 번 채널 파라미터를 측정하고, 이에 기초하여 영점 오프셋을 갖는 기준 전압값에 의해 필터 계수를 측정함으로써 하드웨어적으로 에러 전파(error propagation)를 최소화할 수 있고, 이에 따라 고속 등화가 가능하다는 효과가 도출될 수 있다.
한편, 전술한 왜곡된 수신 신호를 보상하는 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.
이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수신 장치의 블록도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 백플레인 채널을 포함하는 통신 수신 장치에서 크로스토크 설명을 위한 예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 장치의 블록도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 구성을 보다 상세히 도시한 블록도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 영점 오프셋 제어부를 더 상세히 도시한 블록도,
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 등화 장치의 블록도,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 등화 방법의 플로우차트,
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 영점 오프셋 제어동작의 플로우차트이다.

Claims (14)

  1. 수신되는 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위한 필터링부; 및
    입력 신호가 없는 경우에 채널에 존재하는 노이즈 신호로부터 샘플링된 데이터 값을 오프셋 기준값으로 하여 수신되는 신호의 영점 오프셋을 파악하고, 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 상기 필터링부의 동작 계수를 결정하는 영점 오프셋 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영점 오프셋 제어부는 상기 필터링부에서 발생하는 손실값을 반영하여 상기 영점 오프셋을 파악하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 등화 장치는 결정 궤환 등화기(DEF : Decision Feedback Equlizer)인 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 필터링부는,
    입력 신호의 서두 간섭(Pre-cursor ISI) 성분을 제거하기 위한 순방향 필터; 및
    상기 입력 신호의 말미 간섭(Post-cursor ISI) 성분을 제거하기 위한 역방향 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터링부는 입력과 출력 특성을 비교하여 상기 영점 오프셋 제어부로 적응 알고리즘 정보를 제공하는 채널 평가부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 영점 오프셋 제어부는,
    입력 신호를 샘플링하는 샘플링부; 및
    상기 샘플링된 정보에 기초하여 상기 필터링부의 동작 계수를 설정하는 계수 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하기 위한 등화 장치.
  8. 다채널 신호의 수신을 위한 백플레인 채널; 및
    상기 백플레인 채널로부터 수신되는 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위한 필터링부와, 수신되는 신호의 영점 오프셋을 파악하고, 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 상기 필터링부의 동작 계수를 결정하는 영점 오프셋 제어부를 포함하는 다채널 등화기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    클럭 데이터를 복구하기 위한 클럭 데이터 복구장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 클럭 데이터 복구 장치는 상기 다채널 등화기의 전단에 위치하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 클럭 데이터 복구장치는 상기 다채널 등화기의 후단에 위치하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신장치.
  12. 입력 신호가 없는 경우에 채널에 존재하는 노이즈 신호로부터 샘플링 된 데이터 값을 오프셋 기준값으로 하여 수신되는 다채널 신호에 대한 영점 오프셋을 파악하는 단계;
    상기 파악된 영점 오프셋 결과를 반영하여 동작 계수를 결정하는 단계; 및,
    상기 결정된 동작 계수에 따라 상기 수신된 다채널 신호의 심볼 간 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위해 등화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12항에 있어서, 상기 등화하는 단계는,
    입력된 다채널 신호의 서두 간섭(Pre-cursor ISI) 성분을 제거하는 단계; 및
    상기 서두 간섭(Pre-cursor ISI) 성분이 제거된 신호에서 궤환 에러 신호를 더 감하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡된 수신 신호를 보상하는 방법.
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