KR101022371B1

KR101022371B1 - Filter Bank Modulation Demodulation System

Info

Publication number: KR101022371B1
Application number: KR1020040007598A
Authority: KR
Inventors: 정인택; 최상태; 강명진
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2011-03-22
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: KR20050079670A

Abstract

본 발명은 필터 뱅크 변복조 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a filter bank modulation and demodulation system.

본 발명에서는, 디지털 입력 신호를 변조하여 출력하고, 출력된 신호를 복조하여 출력하는 필터뱅크 변복조 시스템에 있어서, 디지털 입력 신호를 샘플링하는 업 샘플러(UP-SAMPLER), 샘플링된 신호를 SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터를 통해 필터링한 후, 필터링된 신호를 카이저(KAISER) 윈도우를 통과시키는 송신 필터, 필터링된 신호를 가산하여 출력하는 신호 가산부, 출력된 신호를 SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터를 통해 필터링한 후, 필터링된 신호를 카이저 윈도우를 통과시키는 수신 필터 및, 필터링된 신호를 샘플링하여 출력하는 다운 샘플러(DOWN-SAMPLER)를 포함한다. 이때, 업 샘플러 및 송신 필터의 개수는 동일한 특성을 갖는다.In the present invention, a filter bank modulation and demodulation system for modulating and outputting a digital input signal, demodulating and outputting the output signal includes: an up-sampler for sampling a digital input signal, and a sampled signal for a SQUARE-ROOT RAISED After filtering through the COSINE filter, after filtering the filtered signal through the KAISER window, the signal adder that adds and outputs the filtered signal, and after filtering the output signal through the SQUARE-ROOT RAISED COSINE filter It includes a receive filter for passing the filtered signal through the Kaiser window, and a down sampler (DOWN-SAMPLER) for sampling and outputting the filtered signal. At this time, the number of up-sampler and transmission filter has the same characteristic.

이를 통하여, 나이퀴스트(Nyquist) 특성을 만족할 뿐만 아니라 통과 대역폭을 넓게 하여 성능 향상을 이룰 수 있다.Through this, not only satisfies the Nyquist characteristic but also improves the performance by widening the passband.

FMT, 변복조, SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터, 카이저(Kaiser) 윈도우FMT, Modulation Demodulation, SQUARE-ROOT RAISED COSINE Filter, Kaiser Window

Description

Filter Bank Modulation Demodulation System {FILTER BANK MODEM SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 FMT 변복조 기술이 적용된 VDSL 모뎀의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a VDSL modem to which a conventional FMT modulation and demodulation technique is applied.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템의 구성을 세부적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating in detail the configuration of a filter bank modulation and demodulation system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신 필터의 주파수 응답 특성을 도시한 도면이다.3 to 6 illustrate frequency response characteristics of a transmission and reception filter according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 필터 뱅크 변복조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FMT(Filtered Multi-Tone, 이하 'FMT' 라 함) 시스템의 성능 향상을 이룰 수 있는 필터 뱅크 변복조 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a filter bank modulation and demodulation system, and more particularly, to a filter bank modulation and demodulation system capable of improving the performance of a FMT (Filtered Multi-Tone) system.

도 1에 도시되어 있듯이, 직렬로 입력된 신호들은 인코더(Encoder)에서 각 부채널의 채널 조건에 따라, 정의된 비트 수를 해당 부채널에 병렬로 할당한다. 그 리고, 할당된 비트 수는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation : 직교 진폭 변조, 이하 'QAM' 이라 함) 성상도의 한 점인 복소수 QAM 심볼로 표현되어 IFFT 블록으로 전달된다. As shown in FIG. 1, the signals input in series allocate a defined number of bits to the corresponding subchannels in parallel according to channel conditions of each subchannel in an encoder. In addition, the allocated number of bits is expressed as a complex QAM symbol, which is a point of the QAM (Quadrature Amplitude Modulation), a QAM constellation, and is transmitted to the IFFT block.

그러면, IFFT 블록은 QAM 심볼을 시간 영역의 신호로 변형하며, 필터 뱅크는 시간 영역의 QAM 심볼을 주파수 영역에서 각 부채널간 간섭이 없도록 필터링한다. 이후, 필터링된 신호는 채널을 경유하여 수신부 필터뱅크로 전달된다. Then, the IFFT block transforms the QAM symbol into a signal in the time domain, and the filter bank filters the QAM symbol in the time domain such that there is no interference between subchannels in the frequency domain. Thereafter, the filtered signal is transmitted to the receiver filter bank via the channel.

수신부 필터뱅크는 해당 부채널의 신호 성분만을 추출하여 FFT 블록으로 전달하며, FFT 블록는 다시 주파수 영역의 신호로 변환한다. 이 주파수 영역의 신호는 채널로부터 ISI 성분과 잡음 성분을 포함하고 있어 등화기에서 이 성분들을 제거한다. The receiver filter bank extracts only the signal components of the corresponding subchannel and transfers them to the FFT block, and the FFT block converts the signal into a frequency domain signal. Signals in this frequency domain contain ISI and noise components from the channel, removing them from the equalizer.

이후, 등화기로부터 복원된 각 부채널의 QAM 심볼들은 디코더(Decoder)에서 송신부에서 할당된 비트 수로 다시 표현된다. 이와 동시에 등화기는 각 부채널별 SNR(Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR' 이라 함)를 평가하여 비트할당 알고리즘 블록으로 전달한다. Then, the QAM symbols of each subchannel recovered from the equalizer are represented again by the number of bits allocated by the transmitter in the decoder. At the same time, the equalizer evaluates the signal-to-noise ratio (SNR) of each subchannel and transfers it to the bit allocation algorithm block.

그러면, 비트할당 알고리즘 블록은 시스템의 성능과 전송 속도를 만족할 수 있도록 채널 환경에 따라 각 부채널별 비트 수를 계산하여 메모리에 저장한다. 그리고 이 정보는 상향 전송채널을 통하여 송신부의 인코더로 전달한다. 인코더에서는 이 비트 수로 각 부채널에 비트를 다시 할당한다.Then, the bit allocation algorithm block calculates the number of bits for each subchannel according to the channel environment and stores them in memory to satisfy the performance and transmission speed of the system. This information is transmitted to the encoder of the transmitter through the uplink transmission channel. The encoder reassigns bits to each subchannel with this number of bits.

이러한 구성 및 동작 과정에 따른 VDSL 모뎀은 초고속 인터넷 망과 같이 인접한 채널에 의한 간섭이 심할 뿐만 아니라, 인접한 전송로를 갖는 가입자로부터 발생되는 간섭 신호에 대처하기 어렵다는 특징이 있다.According to the configuration and operation of the VDSL modem, the interference by adjacent channels, such as high-speed Internet network, is not only severe but also difficult to cope with interference signals generated from subscribers having adjacent transmission paths.

따라서, 향상된 성능의 FMT 원형필터 설계 및 필터뱅크의 구조개발 뿐만 아니라, 각 부채널별 등화기의 효율적인 설계가 절실히 필요한 실정이다. Therefore, there is an urgent need for efficient design of equalizers for each subchannel as well as design of FMT circular filter and filter bank with improved performance.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나이퀴스트(Nyquist) 특성을 만족할 뿐만 아니라 통과 대역폭을 넓게 할 수 있는 필터 뱅크 변복조 시스템을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to solve such a problem, to provide a filter bank modulation and demodulation system that can satisfy the Nyquist characteristics and widen the pass bandwidth.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템은, 디지털 입력 신호를 변조하여 출력하고, 상기 출력된 신호를 복조하여 출력하는 필터뱅크 변복조 시스템에 있어서, 상기 디지털 입력 신호를 샘플링하는 업 샘플러(UP-SAMPLER); 상기 샘플링된 신호를 SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터를 통해 필터링한 후, 상기 필터링된 신호를 카이저(KAISER) 윈도우를 통과시키는 송신 필터; 상기 필터링된 신호를 가산하여 출력하는 신호 가산부; 상기 출력된 신호를 SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터를 통해 필터링한 후, 상기 필터링된 신호를 카이저(KAISER) 윈도우를 통과시키는 수신 필터; 및 상기 필터링된 신호를 샘플링하여 출력하는 다운 샘플러(DOWN-SAMPLER)를 포함한다.A filter bank modulation and demodulation system according to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the filter bank modulation and demodulation system for demodulating and outputting a digital input signal, and demodulating and outputting the output signal, sampling the digital input signal; An up sampler (UP-SAMPLER); A transmission filter for filtering the sampled signal through a SQUARE-ROOT RAISED COSINE filter and then passing the filtered signal through a KAISER window; A signal adder which adds and outputs the filtered signal; A reception filter for filtering the output signal through a SQUARE-ROOT RAISED COSINE filter and then passing the filtered signal through a KAISER window; And a down sampler for sampling and outputting the filtered signal.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템의 원형 필터는, SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터를 통해 필터링한 후, 상기 필터링된 신호를 카이저(KAISER) 윈도우를 사용하여 필터링하며, 상기 SQUARE-ROOT RAISED COSINE 필터 는, 아래의 수학식 In addition, the circular filter of the filter bank modulation and demodulation system according to another aspect of the present invention, after filtering through a SQUARE-ROOT RAISED COSINE filter, the filtered signal is filtered using a Kaiser window, the SQUARE-ROOT The RAISED COSINE filter is

을 따르며, 상기 카이저 윈도우는, 아래의 수학식 In accordance with, the Kaiser window,

을 따르는 것을 특징으로 한다.It is characterized by following.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.

도 2에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템(100)은 제1 내지 제M 업 샘플러(up-sampler, 110)와 제1 내지 제M 송신 필터(120), 송신 신호 가산부(130), 제1 내지 제M 수신 필터(140), 제1 내지 제M 다운 샘플러(down-sampler, 150)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the filter bank modulation and demodulation system 100 according to an embodiment of the present invention includes a first to Mth up-sampler 110, a first to Mth transmission filter 120, and a transmission signal. The adder 130 includes a first to M-th reception filter 140 and a first to M-th down-sampler 150.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템(100)은 데이터 입력부인 A_K(0), …, A_K(M-1)의 개수와 업 샘플러(110) 및 송신 필터(120)의 개수(M)가 모두 동일하다.In addition, the filter bank modulation and demodulation system 100 according to the embodiment of the present invention is A _K (0),... , A _K (M-1) and the number (M) of the up sampler 110 and the transmission filter 120 are all the same.

여기서, 업 샘플러(110) 변수(K)가 데이터 입력라인 수(M)보다 큰 경우 추가대역폭을 갖는 제곱근 상승 여현(square-root raised cosine) 필터와 같은 특성을 사용할 수 있어 인접한 채널간 오버랩(overlap)이 발생하지 않으며, 주파수응답 특성 또한 향상된 송수신 필터를 사용할 수 있다.Here, when the upsampler 110 variable K is larger than the number of data input lines M, a characteristic such as a square-root raised cosine filter having an additional bandwidth may be used to overlap the adjacent channels. ), And the frequency response characteristics can also be improved transmit and receive filters.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템(100)은 초고속 인터넷 망과 같이 인접한 채널에 의한 간섭을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 인접한 전송로를 갖는 가입자로부터 발생되는 간섭 신호에 대해 용이하게 대처할 수 있다. 이는 곧, 시스템의 성능 향상을 이룰 수 있다.Accordingly, the filter bank modulation and demodulation system 100 according to an embodiment of the present invention not only reduces interference by adjacent channels, such as a high-speed Internet network, but also easily copes with interference signals generated from subscribers having adjacent transmission paths. Can be. This, in turn, can lead to improved system performance.

자세히 설명하면, 먼저 제1 내지 제M 업 샘플러(up-sampler, 110)는 입력된 신호에 업 샘플러 변수(K)에 따라 K-1개의 '0' 을 삽입하며, 제1 내지 제M 송신 필터(120)는 업 샘플러의 출력신호를 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 수학식을 통해 필터링한다.In more detail, first, the first to M th up-samplers 110 insert K-1 '0's according to the up sampler variable K into the input signal, and the first to M th transmission filters. 120 filters the output signal of the up-sampler through first and second equations according to an embodiment of the present invention.

송신 신호 가산부(130)는 제1 내지 제M 송신 필터(120)를 통해 필터링된 후 주파수 천이된 각각의 신호들을 가산하여 수신측으로 전송한다. The transmission signal adding unit 130 adds each of the signals which have been frequency shifted after being filtered through the first to Mth transmission filters 120 and transmits them to the receiver.

제1 내지 제M 수신 필터(140) 역시 수신측으로부터 수신된 신호를 주파수 천이한 후 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 수학식을 통해 필터링한다. The first to M th reception filters 140 also perform frequency shifting on the signal received from the receiving side and then filter the first and second equations according to the embodiment of the present invention.

제1 내지 제M 다운 샘플러(down-sampler, 140)는 필터링된 신호에서 다운 샘플러 변수(K)에 따라 매 K번째 샘플만을 취하여 출력한다.The first to Mth down samplers 140 take down and output every K th sample according to the down sampler variable K in the filtered signal.

그러면 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 수학식에 대해 첨부한 도면을 통해 알아본다.Then, with reference to the accompanying drawings for the first and second equations according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신 필터의 주파수 응답 특성을 도시한 도면이다.5 illustrates frequency response characteristics of a transmission and reception filter according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서는 송신 및 수신 필터(120, 140)가 높은 주파수 특성을 갖도록 하기 위해 아래의 [수학식 1]과 같은 추가 대역폭을 갖으며 부엽(side lobe)이 작은 특징의 제곱근 상승 여현(square-root raised cosine) 필터를 이용한다. In an embodiment of the present invention, in order for the transmit and receive filters 120 and 140 to have a high frequency characteristic, the square root rising cosine of the feature having an additional bandwidth and a small side lobe as shown in Equation 1 below. square-root raised cosine) filter.

즉, 아래의 [수학식 1]은 제곱근 상승 여현(square-root raised cosine) 필터의 추가 대역폭(α)은 업 샘플러 변수(K)와 데이터 입력 라인(M)과의 α=(K/M-1)에 의해 결정된다.In other words, Equation 1 below shows that the additional bandwidth α of the square-root raised cosine filter is α = (K / M−) between the upsampler variable (K) and the data input line (M). Determined by 1).

본 발명의 실시예에서는 부채널 개수 즉, 입력 라인은 M=60, 업·다운 샘플러 변수는 K=72 그리고 추가 대역폭은 α= 0.125로 설정했을 경우의 전달 함수에 대한 표시예가 첨부한 도 3이다.In the exemplary embodiment of the present invention, the number of subchannels, that is, an input line of M = 60, an up / down sampler variable of K = 72 and an additional bandwidth of α = 0.125 are shown in FIG. 3. .

이후, 송신 및 수신 필터(120, 140)는 [수학식 1]을 통해 필터링된 결과값을 아래의 [수학식 2]와 같은 카이저(Kaiser) 윈도우를 사용하여 주파수 특성을 개선한다.Thereafter, the transmission and reception filters 120 and 140 improve the frequency characteristics by using a Kaiser window as shown in Equation 2 below with the resultant filtered through Equation 1.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예로 각각 [수학식 1]에 의해 발생된 필터의 주파수 특성과 [수학식 2]에 의해 발생된 카이저 윈도우의 특성을 도시한 도면이다.3 and 4 are diagrams illustrating frequency characteristics of a filter generated by Equation 1 and characteristics of a Kaiser window generated by Equation 2, respectively, according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 매개 변수가 클수록 송신 및 수신 필터(120, 140)의 임펄스 응답과 스펙트럼의 부엽(side lobe)은 작아지나 대역폭은 증가한다. As shown in FIG. 5, the larger the parameter, the smaller the impulse response and the side lobe of the spectrum of the transmit and receive filters 120 and 140, but the bandwidth increases.

그리고, 이러한 대역폭 증가는 인접한 부채널간의 ICI(Inter Channel Interference : 채널간 간섭) 성분을 증가시킨다. In addition, this increase in bandwidth increases the ICI (Inter Channel Interference) component between adjacent subchannels.

상기한 [수학식 2]에 따라 필터링된 신호의 특성으로 구성된 각 부채널들의 전체 주파수 특성에 대한 표시예가 첨부한 도 6이다.A display example of the overall frequency characteristic of each subchannel configured as the characteristic of the filtered signal according to [Equation 2] is shown in FIG. 6.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신 필터의 주파수 응답 특성을 도시한 도면이다. 6 illustrates frequency response characteristics of a transmission and reception filter according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신 필터(120, 140)는 주엽은 인접한 부채널과 약 31dB에서 겹치며, 부엽은 약 48dB에서 인접한 부채널에 영향을 준다. As shown in FIG. 6, in the transmit and receive filters 120 and 140 according to an embodiment of the present invention, a main lobe overlaps an adjacent subchannel at about 31 dB, and a sublobe affects an adjacent subchannel at about 48 dB.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신 필터(120, 140)는 나이퀴스트(Nyquist) 특성을 만족함과 동시에, 다른 원형 필터들에 비해 더 넓은 통과대역폭을 갖는다. 이는 곧, 필터뱅크 변복조 시스템의 성능 향상을 이룰 수 있다.As such, the transmit and receive filters 120 and 140 according to the embodiment of the present invention satisfy the Nyquist characteristic and have a wider passband than other circular filters. This, in turn, can result in improved performance of the filterbank modulation and demodulation system.

도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings and detailed description of the invention are merely exemplary of the invention, which are used for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or in the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 따른 필터 뱅크 변복조 시스템은 제1 수학식에 따른 필터를 발생한 후, 발생된 필터에 제2 수학식과 같은 카이저(Kaiser) 윈도우를 통과시킴으로써, 나이퀴스트(Nyquist) 특성을 만족할 뿐만 아니라 통과 대역폭을 넓게 할 수 있는 효과가 있다.The filter bank modulation and demodulation system according to the present invention generates a filter according to the first equation, and then passes the Kaiser window as the second equation through the generated filter, thereby satisfying the Nyquist characteristic as well as passing the generated filter. This has the effect of widening the bandwidth.

Claims

A filter bank modulation and demodulation system for modulating and outputting a digital input signal and demodulating and outputting the output signal,

An up sampler (UP-SAMPLER) for sampling the digital input signal;

A transmission filter for filtering the sampled signal through a SQUARE-ROOT RAISED COSINE filter and then passing the filtered signal through a KAISER window;

A signal adder which adds and outputs the filtered signal;

A reception filter for filtering the output signal through the square root rising cosine filter and passing the filtered signal through a KAISER window; And

A down sampler for sampling and outputting the filtered signal;

The square root rising cosine filter, the following equation