KR0133338B1 - 위성중계기용 디지털 자동이득제어장치 - Google Patents

위성중계기용 디지털 자동이득제어장치

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KR0133338B1 KR1019940034754A KR19940034754A KR0133338B1 KR 0133338 B1 KR0133338 B1 KR 0133338B1 KR 1019940034754 A KR1019940034754 A KR 1019940034754A KR 19940034754 A KR19940034754 A KR 19940034754A KR 0133338 B1 KR0133338 B1 KR 0133338B1
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Abstract

본 발명은 위성중계기용 디지탈 자동이득 제어장치에 관한 것으로, 특히 검파 다이오드(25)로 부터 검파된 미약한 RF 검파신호를 온도 보상 신호의 차이 만큼 증폭하는 비디오 증폭수단(26) 상기 비디오 증폭수단(26)으로 부터 출력된 증폭된 RF 검파신호를 입력 받아 원격명령(Telecommand)의 내용에 따라 출력 레벨값을 조정하는 제어수단(29) 상기 제어수단(29)에 의해 레벨 조정된 데이터 신호를 D/A변환한 후, 전류/전압 변환하여 증폭하는 변환수단(36) 및 상기 변환수단(36)의 출력 전압을 전압/전류 변환하여 Pin 다이오드 감쇠기(24)를 구동하는 전압/전류 변환수단(40)을 구비하여, 자동이득 제어를 프로그램을 통해 신축적이고 신뢰성있게 구현할 수 있다.

Description

위성중계기용 디지털 자동이득제어장치
제1도는 종래의 아날로그 자동이득제어장치의 구성도.
제2도는 본 발명에 따른 디지털 자동이득제어장치의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
24:핀(PIN) 다이오드 감쇠기 25:검파 다이오드
26:비디오 증폭부 29:마이크로프로세서부
36:변환부 41:데이타 전송부
본 발명은 위성중계기용 디지털 자동이득제어장치에 관한 것으로, 특히 위성용으로 사용할 수 있도록 인증된 마이크로프로세서를 사용하여 자동이득제어 기능을 디지털로 구현한 위성중계기용 디지털 자동이득제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정지궤도상에서 운용되고 있는 대부분의 통신위성은 지상의 통신 시스템간의 단순 중계 기능을 수행하는 위성중계기를 탑재하고 있으며, 이는 지상으로부터 수신된 미약한 신호를 증폭하여 지상으로 재송신하는 역할을 한다.
위성중계기는 크게 안테나부, 수신부, 채널부 및 송신부로 나눌 수 있는데, 송신부는 위성중계기의 수명을 좌우하는 전력증폭기를 포함하고 있다. 전력증폭기의 전단에는 전력증폭기를 적절한 동작점에서 구동하기 위한 채널증폭기가 설치되어 있다.
그러나, 상향링크(Uplink)상에 페이딩(Fading)이 존재하는 경우에, 채널증폭기에 의한 이득조정에 따른 동작점의 조정은 소정의 지점에 고정되어 있는 동작점을 이동시킬 수 있으므로 항상 바람직한 것은 아니다.
이를 보완하기 위하여 채널증폭기에는 입력전력 레벨이 변하더라도 항상 출력을 일정하게 유지하는 기능 즉, 자동이득제어(Automatic gain control)기능을 부가하고 있다. 따라서, 채널증폭기의 출력레벨은 원격명령에 의하여 원하는 레벨로 조정된다. 이러한 경우에 전력증폭기의 동작점은 항상 조정된 레벨로 고정되어 있어 동작점의 이동을 방지할 수 있다. 이때, 이득조정기능으로 동작되는 모드를 고정이득모드(Fixed gain mode), 자동출력 제어기능으로 동작되는 모드를 자동이득 제어모드(Automatic gain control mode)라 하며, 이들 모드는 원격명령에 의하여 선택된다.
종래에는 제1도와 같이 아날로그 제어 기술을 이용하여 상기와 같은 자동이득제어장치를 구성하였다.
제1도는 종래의 아날로그 자동이득제어장치의 구성을 나타낸 것으로, 비디오 증폭기(12)는 검파 다이오드(Detector Diode)(11)에서 검파된 RF(Radio Freauency) 채널의 -15dBm(0.316 uW)-2dBm(6.310 uW) 출력전력범위의 미약한 RF 신호를 증폭한다. 비디오 증폭기(12)의 이득을 50으로 선택하면 검파 다이오드(HP5082-2765,6.6mV/uW)(11)에서 검파된 신호는 비디오 증폭기(12)에서 증폭되어 비디오 증폭기(12) 후단에서의 검파전압은 -15dBm에서는 0.104[V], -2dBm에서는 2.082[V]가 된다.
대수증폭기(13)는 비디오 증폭기(12)의 전단에서 RF신호를 검파하는 검파 다이오드(11)의 특성을 교정하여 대수 특성으로 바꾸어 주는 대수 증폭기능을 수행한다. 이 대수증폭기(Logarithmic Amplifier)(13)로는 는AD759N이 사용되며, 전달함수가 Vout=-log(Vin/0.1)이므로 출력전압은 0.104[V]에서 -0.017[V], 2.082[V]에서 -1.318[V]가 된다.
선형증폭부(14)는 양전압의 제어전압을 사용하기 위하여 이득이 -1인 증폭기를 사용하는 기능 블록으로, -1 증폭기로 선형 증폭기(15)와 루프필터(16)를 사용하였다. 루프필터(16) 즉, 적분형 여파기의 양전압 단자에 제어전압을 인가하면 제어전압 범위는 0.017[V]에서 +1.318[V]가 되어 +0.017[V]에서는 출력전력을 -15dBm으로 고정할 수 있고, +1.318[V]에서는 -2dBm으로 고정할 수 있다.
반-대수증폭기(22)는 핀(PIN) 다이오드(HP5082-3340)의 반-대수(Antilogarithmic) 특성을 교정하여 선형특성으로 바꾸어준다. 반-대수증폭기(22)로는 AD759N이 사용된다. 이때, AD759N의 전달함수가 Vout=0.1*10-Vin이므로 적분형 여파기의 출력전압이 적분형 여파기의 출력단과 병렬로 연결되어 있는 제너 다이오드(Zenner diode)에 의하여 -2∼+2[V]로 제한된다고 가정하면, 출력전압은 -2[V]에서 10[V], 0[V]에서 0.1[V], 2[V]에서 0.001[V]가 된다.
핀(PIN) 다이오는 감쇠기(10)의 구동특성이 전류구동형 소자이므로, 전압/전류 변환기(23)는 반대수증폭기(22)의 출력전압을 전류로 바꾸기 위한 기능을 수행한다. 전압/전류 변환기(23)로는 AD694가 사용된다. 이 AD694의 전달함수가 Iout=0.5Vin[mA]이므로 전압/전류 변환기(22)의 출력전류는 10[V]에서 5[mA](20dB감쇠), 0.001[V]에서 0.005[mA](0.5dB감쇠)가 된다.
원격명령/원격신호 처리부(17)는 원격명령(Telecommand) 신호에 따라 자동이득제어장치의 제어전압(Control voltage)을 조정한다. 지상관제장치로부터 자동이득제어 기능 모드의 온/오프(Mode On/Off), 전력레벨의 증가(Up)/감소(Down), 리셋(Reset) 등의 원격명령이 입력되면 2진 카운터(18)가 동작하게 된다. 2진 카운터(18)는 해당 비트에 상당하는 데이터를 디지털/아날로그(D/A) 변환기(19)로 입력하고, 이에따라 디지털/아날로그(D/A) 변환기는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전류/전압 변환기(20)로 출력하고, 전류/전압 변환기(20)는 전류신호를 전압신호로 변환하여 루프 필터(16)로 출력하여 그 후단의 증폭기 이득만큼 증폭되도록 한다. 이후의 전압은 2진 카운터(18)의 출력이 1비트씩 변할때 마다 약 1dB정도의 출력을 변화시킬 수 있도록 조정된다. 이 전압을 선형증폭부(14), 즉 루프 필터(16)인 적분형 여파기의 양전압 단자에 인가하면 제어전압의 레벨이 변동하게 된다. 또한, 원격명령에 따른 2진 카운터(18)의 출력이 디지털/아날로그(D/A) 변환기(19)에 인가됨과 동시에 2진 카운터(18)의 출력신호는 전력레벨에 대한 원격측정 신호로서 지상관제장치로 전송된다.
상기와 같은 종래의 자동이득 제어장치는 오랜기간 엔지니어링되고 있으며, 소비전력 측면에서 다소 유리한 면을 가지고 있으나, 아날로그 방식의 사용에 따른 문제점을 가지고 있다. 즉, 노이즈에 약하고 미약한 신호를 증폭하는 과정에서 오는 상대적인 에러를 피할 수 없다. 따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 더욱 신뢰성있는 개별소자와 보호회로 등을 이용하여 끊임없이 성능 향상을 시도하고 있으나, 아날로그 회로를 구성하고 있는 개별소자의 변경시 또는 부가회로 추가시에 발생하는 2차적인 기생효과를 해결할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 또한 우주환경과 같은 특수환경에서는 더욱 노이즈에 강하고 신뢰성있게 동작하는 자동이득제어장치가 필요하다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 신뢰성 있는 마이크로프로세서를 이용하여 여러 단의 미약한 신호의 처리과정을 생략하고, 입/출력 특성을 종래의 아날로그 자동이득제어장치의 입/출력 특성과 동일하게 처리하므로서 종래의 자동이득제어장치와 동일한 기능을 수행할 수 있는 위성중계기용 디지털 자동이득제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부의 검파기로부터 입력되는 검파신호와 온도 보상 신호의 차이만큼 상기 검파신호를 증폭하기 위한 증폭 수단; 상기 증폭 수단으로부터 출력되는 아날로그 검파신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 후에 외부의 관제장치로부터 입력되는 원격명령(Telecommand)에 따라 출력 레벨값을 조정하기 위한 제어 수단; 상기 제어 수단으로부터 출력되어 래치된 어드레스에 따라 상기 제어 수단으로부터 출력되는 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 수단; 및 상기 데이터 전송수단으로부터 출력되는 디지탈 데이터 신호를 아날로그 신호로 변환한 후에 외부의 감쇠기를 구동할 수 있는 구동전류로 변환하기 위한 변환 수단을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 위성중계기용 디지털 자동이득 제어장치의 구성을 나타낸 것으로, 비디오 증폭부(26)는 검파 다이오드(25)에서 검파된 위성중계기 RF 채널의 미약한 RF 검파신호를 증폭한다. 즉, 검파 다이오드(25)에서 검파된 미약한 RF 신호와 온도 보상용 다이오드(28)로부터 얻어진 온도 보상 신호의 차이만큼을 비디오 증폭기(27)에서 증폭한다. 비디오 증폭기(27)의 이득을 50으로 선택하면, -15-2dBm의 위성중계기의 출력전력에 따라 0.104[V]∼2.082[V] 범위의 전압을 얻을 수 있다.
마이크로프로세서부(29)는 비디오 증폭부(26)로부터 출력되는 증폭된 RF 검파신호를 입력받아 원격명령에 따라 출력 레벨값을 조정한다. 즉, 마이크로프로세서부(29)는 비디오 증폭부(26)로부터 출력되는 증폭된 RF 검파신호를 입력받아 아날로그/디지털(A/D) 변환기(30)를 통해 아날로그/디지털(A/D) 변환한 후에, 중앙처리기(32)와 입/출력 포트(33)를 통하여 원격측정(Telemetry) 신호에 실어 지상관제장치로 전송한다. 이에 따라 지상 관제장치에서는 원격측정 신호를 분석하여 RF 채널의 출력레벨을 인지하게 되고, RF 채널의 출력레벨을 증가(Up), 감소(Down) 및 리셋(Reset)시키고자 하는 경우에는 증가, 감소 및 리셋 신호를 원격명령(Telecommand) 신호에 실어 위성으로 전송하게 된다. 따라서, 마이크로프로세서부(29)는 입/출력 포트(33)를 통해 원격명령(Telecommand) 신호를 입력받아 메모리(31)에 상주하고 있는 입/출력 변환 테이블의 프로그램을 통해 출력레벨의 증가, 감소 및 리셋에 해당하는 데이터 신호를 출력하게 된다. 이때, 마이크로프로세서부(29)는 입/출력 특성에 따른 신호처리를 소프트웨어적으로 수행하게 된다. 본 실시예에서는 상기 마이크로 프로세서부(29)에 인텔(Intel) 80C960 계열의 중앙처리기(CPU)를 사용한다.
마이크로프로세서부(29)로부터 출력된 어드레스 신호는 어드레스 래치(34)에 래치되고, 데이터 전송부(41)의 데이터 드라이버(35)는 상기 어드레스 래치(34)가 지정하는 변환부(36)내의 디지털/아날로그(D/A) 변환기(37)로 마이크로프로세서부(29)의 출력데이타를 전달한다.
변환부(36)는 마이크로프로세서부(29)로부터 출력되는 데이터 신호를 디지털/아날로그(D/A) 변환기(37)에서 아날로그 값으로 변환하여 약 2.1∼4.2[mA]의 전류를 얻는다. 이 전류는 PIN 다이오드 감쇠기(24)를 구동하기에는 미약한 전류이므로 신호 증폭을 하여야 한다. 따라서, 디지털/아날로그(D/A) 변환기(37)의 출력전류는 전류/전압 변환기(38)에 의해 전압으로 변환되어 핀(PIN) 다이오드 감쇠기(24)를 구동할 수 있는 아날로그 구동전압을 얻게 된다.
전압/전류 변환기(40)는 변환부(36)내의 전류/전압 변환기(38)의 출력 전압을 입력받아 핀(PIN) 다이오드 감쇠기(24)를 구동할 수 있는 구동전류로 변환한다. 즉, 핀(PIN) 다이오드 감쇠기(24)는 그 구동특성이 전류구동형 소자이므로 전압/전류 변환기(40)는 전류/전압 변환기(38)의 출력전압을 전류로 변환한다. 따라서, 전압/전류 변환기(40)에서 출력되는 구동전류에 따라 핀(PIN) 다이오드 감쇠기(24)가 동작하며, 그 동작 형태는 마이크로프로세서부(29)로 입력되는 원격명령(Telemetry)의 증가, 감소 및 리셋 신호에 따라 메모리(31)에 상주하고 있는 입/출력 변환 테이블의 프로그램에 의해 출력되는 데이터 신호로 결정된다.
상기와 같이 본 발명은 위성중계기의 자동이득제어장치를 마이크로프로세서를 사용한 디지털 방식으로 구성하므로써 자동이득제어를 프로그램에 의해 신축적이고 신뢰성있게 구현할 수 있다.

Claims (5)

  1. 외부의 검파기로부터 입력되는 검파신호와 온도 보상 신호의 차이만큼 상기 검파신호를 증폭하기 위한 증폭 수단; 상기 증폭 수단으로부터 출력되는 아날로그 검파신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 후에 외부의 관제장치로부터 입력되는 원격명령(Telecommand)에 따라 출력 레벨값을 조정하기 위한 제어 수단; 상기 제어 수단으로부터 출력되어 래치된 어드레스에 따라 상기 제어 수단으로부터 출력되는 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 수단; 및 상기 데이터 전송 수단으로부터 출력되는 디지털 데이터 신호를 아날로그 신호로 변환한 후에 외부의 감쇠기를 구동할 수 있는 구동전류로 변환하기 위한 변환 수단을 포함하여 이루어진 디지털 자동이득제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증폭 수단은, 온도 보상 신호를 출력하는 온도 보상 수단; 및 상기 검파기로부터 출력되는 검파신호와 상기 온도 보상 수단으로부터 출력되는 온도 보상 신호와의 차이만큼 상기 검파기로부터 출력되는 검파신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함하여 이루어진 디지털 자동이득제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 증폭 수단으로부터 출력되는 아날로그 검파신호를 입력받아 디지털신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단; 상기 관제장치로부터 원격명령을 입력받고 원격측정신호를 상기 관제장치로 전송하기 위한 입출력 수단; 상기 아날로그/디지털 변환 수단으로부터 출력되는 데이터를 원격명령(Telecommand)에 따라 처리하여 출력레벨을 조정하기 위한 입/출력 변환 테이블을 저장하고 있는 저장 수단; 및 상기 아날로그/디지털 변환 수단으로부터 출력되는 신호가 상기 입출력 수단을 통해 상기 관제장치로 전송되고 상기 입출력 수단으로부터 출력되는 원격명령이 상기 저장 수단으로 출력되도록 처리하기 위한 중앙 처리 수단을 포함하여 이루어진 디지털 자동이득제어장치.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 마이크로프로세서를 사용하여 구현한 것을 특징으로 하는 디지털 자동이득제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전송 수단은, 상기 제어 수단으로부터 출력되는 어드레스를 래치하기 위한 래치 수단; 및 상기 래치 수단으로부터 출력되는 어드레스로 상기 제어 수단으로부터 출력되는 데이터를 전송하기 위한 데이터 구동 수단를 포함하여 이루어진 디지털 자동이득제어장치.
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