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VLBI 관측데이터 초고속 전송을 위한 VSI 광변환 송수신 장치의 설계 및 개발
Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yeom, Jae-Hwan,Jung, Jin-Seung,Jung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi,Harada, Keniichi 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.4
본 논문에서는 VLBI 관측데이터를 광신호로 변환하여 전송할 수 있는 광변환 송수신 장치의 설계 개발과 성능시험에 대해 기술한다. 대전상관기에서 고속재생기(Mark5B, VERA2000)와 동기재생처리장치(RVDB) 사이, RVDB와 VLBI상관서브시스템(VCS) 사이에는 80라인의 구리선으로 구성된 VSI 케이블이 사용되고 있는데, 관측데이터를 LVDS 신호로 전송하며 유효길이는 최대 5m이다. 대전상관기는 16관측국의 자료처리를 수행할 예정이며, 향후 14대의 RVDB 시스템이 도입될 예정이다. 그리고 VSI 케이블의 연결단자의 접속 오류로 인해 데이터 손실도 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 VSI 케이블의 접촉오류로 인한 데이터 손실, RVDB와 VCS 사이의 공간 활용과 시스템의 증설계획, 그리고 장거리 데이터 전송(e-VLBI) 등을 고려하여 VLBI 관측데이터를 광신호로 변환하여 데이터를 효율적으로 송수신할 수 있는 장치를 개발하였다. 본 논문에서는 개발한 광변환 송수신 장치의 성능을 확인하기 위해 고속재생기와 RVDB 사이의 데이터 전송시험을 수행하였으며, 시험결과에서 데이터의 손실 없이 전송되는 것을 확인하였다. This paper describes the design and development of VSI (VLBI standard interface) optical adapter for transmitting VLBI(Very long baseline interferometry) observation data with optical signal. VSI cable comprised of 80-line is being used for observed data transmission with maximum length of 5-meter between playbacks (Mark5B, VERA2000) and raw VLBI data buffer (RVDB), RVDB and VLBI correlation subsystem (VCS) in Daejeon correlator. It has a plan to conduct the data processing for 16-stations and introduce the 14 RVDB systems in near future. And data loss frequently occurred because of trouble of VSI cable MDR80 connector. By considering the data loss by connector error of VSI cable, RVDB system extension plan, effective space usage and long distance data transmission(e-VLBI), the VSI optical adapter was proposed and developed for effectively transmitting and receiving VLBI data through optical signal. In order to confirming the performance of developed VSI optical adapter, the experiments for data transmission was conducted between playback and RVDB system, and confirmed that data transmission was clearly done without any data loss.
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상관결과의 왜곡 방지를 위한 재양자화 방법에 관한 연구
Yeom, Jae-Hwan,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Oyama, Tomoaki,Kawaguchi, Noriyuki,Kobayashi, Hideyuki,Kawakami, Kazuyuki,Onuki, Hirofumi,Ozeki, Kensuke 한국천문학회 2012 天文學論叢 Vol.27 No.5
In this paper, we propose a new re-quantization method after FFT processing to prevent the distortion of correlation result of VCS (VLBI Correlation Subsystem). The re-quantization is used to rearrange the data bit so as to reduce the data rate processed as 16-bit of FFT result of VCS. Having done this procedure, we found that the distorted spectrum of correlation result occurred in the delay tracking experiments by the re-quantization method introduced for initial design of VCS. In order to solve this, two kinds of re-quantization method, that is, the comparison and selection-type, are proposed. The first is to re-quantize the FFT result as a valid-bit by comparing with the input data after determining the adequate threshold. The second is manually to select the valid-bit of FFT result after finding the valid-field of data according to the bit-distribution of input data. We confirmed that the second is more effective compared with the first through the experimental result, and it will be implemented without so much modification of applied method in the condition of the limited resource of FPGA. The re-quantization is, however, carried out with 4-bit in the proposed second method for FFT result, and then the distortion of correlation result is also appeared. To fix this problem, the bit for re-quantization is extended to 8-bit. The proposed 8-bit selection-type is effectively verified so that the distortion of correlation result disappeared by applying to VCS in consequence of the simulation and correlation experiments.
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유효 비트수 확장을 이용한 대전상관기의 상관 정밀도 개선에 관한 연구
염재환,노덕규,오세진,오충식,정진승,정동규,윤영주,김용현,황철준,Yeom, Jae-Hwan,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Yun, Young-Joo,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi,Kim, Yong-Hyun,Hwang, Cheol-Jun 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.4
본 논문에서는 대전상관기의 상관결과 정밀도 향상을 위해 FFT 모듈의 유효비트 확장에 관해 고찰한다. FPGA를 기반으로 하는 대전상관기는 데이터처리의 고속화를 위해 FFT 연산을 고정소수점으로 구현하였다. 그러나 상관결과에서 연산비트의 부족으로 인해 대역폭의 낮은 주파수 영역에서 위상의 0도 집중현상이 발생하고 있다. 이 현상은 관측천체를 분석할 때 위상 집중현상을 제외시키기 때문에 데이터 손실과 같은 효과를 주어 상관결과의 정밀도에 영향을 주고 있다. 따라서 상관결과의 정밀도 향상을 위해 FPGA의 주어진 리소스 범위 내에서 기존 FFT 모듈의 16비트 연산보다 비트수를 확장할 수 있는지에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통하여 사용한 FPGA 리소스 범위 내에서 FFT 모듈의 유효비트 수는 확장할 수 있으며, FFT 모듈의 20-bit 연산비트가 실험결과의 비교를 통하여 상관결과의 정밀도를 향상시키는데 유효한 것으로 확인되었다. In this paper, we propose the effective bit expansion of FFT module for improving the accuracy of correlation result of the Daejeon correlator. The Daejeon correlator based on FPGA was implemented in order to fast data processing with the fixed-point of FFT operation. In correlation result, however, the phenomenon of phase concentration to 0 degree was appeared in lower frequency area of bandwidth due to lack of operational bit. This phenomenon has an affect on the accuracy of correlation result by introducing the effect of data loss because of excluding phase concentration during analysis of observed radio source. In order to improving the accuracy of correlation result we carried out the simulation by expanding bit-number than 16-bit operation of previous FFT module within given resource limits of FPGA. Through the simulation results, the effective bit number for FFT module within used FPGA resource limits is able to expand, and we confirmed that the operational 20-bit of FFT module is effective for improving accuracy of correlation result by comparing with experimental result.
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대전 상관기의 상관 결과에 나타난 유사 DC 성분과 위상 집중 현상에 대한 원인 분석과 해결 방법
노덕규,오세진,염재환,오충식,정진승,정동규,윤영주,오야마 토모아키,오제키 켄스케,오누키 히로푸미,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Yun, Young-Joo,Oyama, Tomoaki,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.3
In this paper, we investigated the correlation outputs of Daejeon correlator at the viewpoints of the buffer memory setting related to the fine delay tracking and the under/overflow issue in FFT modules, in order to eliminate DC-like component and phase concentration to 0 degree. As the ring buffer memory is being used for the fine delay tracking, the DC-like component in correlation outputs is generated by improper setting of data read/write address, and then that address setting method is modified to exclude a polluted FFT segment in correlation processing when crossing the port/stream boundary. The phase concentration to 0 degree at beginning of bandpass is caused by inadequate scaling factors, which may be the origins of under/overflow occurred at internal computation of FFT stage. With the revised method of the ring buffer memory setting and the scaling factors in FFT, we could obtain higher signal-to-noise ratio and flux density, compared to the previous method, through the correlation processing of true observational data. 본 논문에서는 대전상관기의 상관결과에 나타난 유사 DC 성분과 위상의 0도 집중현상을 해결하기 위해 정교한 지연추적을 담당하는 메모리설정과 FFT 계산모듈의 under/overflow 문제를 살펴보는 실험결과를 고찰하였다. 상관기의 정교한 지연추적에는 링버퍼 메모리가 사용되고 있는데, 이 메모리의 데이터 읽기/쓰기 주소의 부적절한 설정으로 인해 상관출력에서 강한 유사 DC 성분이 생성되는 것을 확인하였으며, 포트/스트림이 변경될 때의 1 세그먼트 데이터를 상관처리에 사용하지 않도록 메모리 설정을 수정하였다. 그리고 상관결과에서 대역폭 시작채널의 위상이 0도에 집중되는 현상은 FFT 모듈의 스케일링 값이 적절하지 않았을 때 발생하는 under/overflow의 효과임을 시험을 통해 확인하였으며, 이 문제의 개선방법에 대해 논하였다. 정교한 지연추적의 메모리 설정을 수정하고 적절한 값의 FFT 스케일링 값을 사용하여, 실제 전파천문 관측데이터에 대하여 상관처리 시험을 수행한 결과, 이전보다 개선된 신호대잡음비(SNR)와 향상된 전파세기를 얻을 수 있었다.
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