KR100703828B1 - 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치에 관한 것이다.
본 발명은 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블)에 대해서도 자동 이득 조정 장치가 제대로 동작하도록 자동 이득 조정 장치의 구조를 제공하는 데 특징이 있다.
본 발명에 의하면, 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블)를 수신하는 경우 아날로그 디지털 변환기의 입력 레벨에 적합하게 조정해줌으로써 자동 이득 조정 장치가 제대로 동작하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
자동 이득 조정 장치, AGC, 프리앰블, PAPR

Description

무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치{Auto Gain Controller Apparatus of Wireless Digital System}
도 1은 종래 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 자동 이득 조정 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 이득 조정 장치 중 이득 조정부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 구간을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호) 구간을 나타내는 도면이다.
본 발명은 자동 이득 조정 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로서, 특히 신호 지속 시간이 작은 신호를 이용하는 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조 정 장치에 관한 것이다.
종래의 자동 이득 조정 장치(Auto Gain Controller)는 무선 주파수(Radio Frequency) 수신기 또는 중간 주파수(Intermediate Frequency) 수신기에 장착되어 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter)에 입력되는 신호의 전력 레벨을 아날로그-디지털 컨버터의 입력 레벨에 유사하게 조정하는 장치이다.
도 1은 종래 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 자동 이득 조정 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
종래 발명의 실시예에 따른 자동 이득 조정 장치는 가변 이득 신호 증폭부(100), 아날로그 디지털 변환부(110), 신호 전력 측정 및 신호 제어부(120), 이득 조정부(130) 및 디지털 아날로그 변환부(140)를 포함한다.
가변 이득 신호 증폭부(100)는 수신되는 직교 주파수 다중 분할 신호를 증폭한다.
아날로그 디지털 변환부(110)는 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 신호 전력 측정 및 신호 제어부(120)는 프리앰블 심볼 구간 동안의 수신되는 신호 전력을 측정하며 이득 조정 과정을 제어하는 신호를 발생한다. 이득 조정부(130)는 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 제어한다. 디지털 아날로그 변환부(140)는 이득 조정부(130)로부터 계산된 제어 신호를 아날로그 신호로 변화시킨다.
종래 자동 이득 조정 장치는 신호의 전력 감쇄 및 페이딩 현상 등에 의한 신호의 전력 변화를 검출하여 신호의 전력 레벨이 변하더라도 아날로그 디지털 변환 기에 입력되는 신호의 전력 레벨을 일정하게 유지하기 위해 아날로그 디지털 변환기 앞단에 가변 이득 신호 증폭부(100)를 구성한다.
종래 자동 이득 조정 장치는 아날로그 디지털 변환기 앞단에 가변 이득 신호 증폭부(100)를 구성하여 입력되는 신호 레벨이 크면 신호를 조금만 증폭시키고, 입력되는 신호 레벨이 작으면 신호를 많이 증폭시키는 구조로 구성한다. 이러한 구조로 구성하려면 가변 이득 신호 증폭부(100)를 조정하는 제어 신호를 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환하여 입력하는 구조가 필요하다.
그러나 종래 자동 이득 조정 장치는 전술한 입력 신호 레벨을 조정하는 빈도 또는 주기를 지나치게 빠르게 하면 통신 시스템의 수신 성능을 열화 시키므로 수신되는 입력 신호의 전력 레벨이 빠르게 변화하더라도 그 신호의 전력 레벨의 변화 중 느리게 변하는 성분에 대해서만 동작하도록 구성한다.
이를 위해 가변 이득 신호 증폭부(100)는 내부에 아날로그 RC 필터를 구성하고 차단 주파수를 수 Hz에서 수백 Hz 사이로 구성한다. 그러므로, 현재 전력 변화에 대한 자동 이득 조정 장치의 응답은 수 ms ~ 수십 ms 후에 일어나게 된다.
따라서, 종래 자동 이득 조정 장치는 전술한 느린 응답 속도를 가지고 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블)를 아날로그 디지털 변환기의 입력 레벨에 맞출 수 없는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 신호 지속 시간이 작은 신호 구간과 신호 지속 시간이 큰 신호 구간에 대하여 각각 다른 이득 및 차단 주파 수를 적용하는 자동 이득 조정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치는, 수신되는 입력 신호를 증폭하는 가변 이득 신호 증폭부; 상기 증폭된 입력 신호인 데이터 심볼 또는 프리앰블 심볼 구간 동안의 신호 전력을 측정하는 신호 전력 측정 및 신호 제어부; 상기 측정된 신호 전력을 기초로 첨두 전력과 평균 전력의 비를 계산하여 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 구간 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호) 구간을 구분하여 선택 제어 신호를 생성하는 피에이피알(Peak-to-Average Power Ratio) 측정부; 상기 계산된 첨두 전력과 평균 전력의 비에 따라 각각 다른 이득을 계산하여 수신되는 신호에 할당하고, 상기 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성하는 이득 조정부; 및 상기 선택 제어 신호에 기초하여 상기 피에이피알 측정부의 신호 전송 선로를 상기 이득 조정부의 신호 전송 선로로 스위칭 전환하며, 상기 이득 조정부의 신호 전송 선로를 상기 가변 이득 신호 증폭부의 신호 전송 선로로 스위칭 전환하는 스위치부를 포함한다.
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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사 한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동 이득 조정 장치는 가변 이득 신호 증폭부(100), 아날로그 디지털 변환부(110), 신호 전력 측정 및 신호 제어부(120), 피에이피알(Peak-to-Average Power Ratio: 이하 'PAPR'라 칭함) 측정부(200), 스위치부(210), 이득 조정부(220) 및 디지털 아날로그 변환부(140)를 포함한다.
가변 이득 신호 증폭부(100)는 공통 에미터 증폭기의 병렬 또는 직렬로 궤환 경로를 형성하여 가변 저항에 의해서 궤환되는 양을 조절하여 증폭기의 이득을 가변하거나 바이어스를 조절하여 증폭기의 이득을 조절한다. 따라서, 가변 이득 신호 증폭부(100)는 수신되는 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호)를 가변 이득으로 증폭한다.
아날로그 디지털 변환부(110)는 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호)를 이용하는 무선 통신 시스템에서 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
신호 전력 측정 및 신호 제어부(120)는 입력 신호로부터 샘플 단위로 윈도우를 이동하며 윈도우 구간 내의 샘플 단위의 신호 전력을 측정하고, 이득 조정을 목적으로 하나의 프리앰블 심볼 구간 동안의 수신되는 신호 전력을 측정하며 이득 조정 과정을 제어하는 신호를 발생하여 PAPR 측정부(200)로 전송한다.
PAPR 측정부(200)는 측정된 신호 전력을 이용하여 첨두 전력과 평균 전력의 비(PAPR)를 계산하고, 계산된 첨두 전력과 평균 전력의 비를 이용하여 신호 지속 시간이 작은 신호 구간(프리앰블) 또는 신호 지속 시간이 큰 신호 구간(데이터 신호)인지 여부를 판단한다. 여기서, 신호 지속 시간이 작은 신호 구간 또는 신호 지속 시간이 큰 신호 구간은 송신 전력이 같거나 유사하지만 평균 전력에서 크게 차이가 난다. 따라서, PAPR 측정부(200)는 첨두 전력과 평균 전력의 비를 이용하여 신호 지속 시간이 작은 신호 구간 또는 신호 지속 시간이 큰 신호 구간을 구분할 수 있는 것이다.
스위치부(210)는 PAPR 측정부(200)로부터 수신한 스위치 제어 신호에 따라 신호 지속 시간이 작은 신호 이득 경로 또는 신호 지속 시간이 큰 신호 이득 경로 중 하나의 신호 이득 경로를 선택한다.
스위치부(210)는 PAPR 측정부(200)로부터 수신한 스위치 제어 신호에 따라 PAPR 측정부(200)의 신호 전송 경로와 신호 지속 시간이 작은 신호 이득 경로 또는 신호 지속 시간이 큰 신호 이득 경로 중 하나의 신호 이득 경로로 스위칭 전환한다.
스위치부(210)는 디지털 아날로그 변환부(140)의 신호 전송 경로와 신호 지 속 시간이 작은 신호 이득 경로 또는 신호 지속 시간이 큰 신호 이득 경로 중 하나의 신호 이득 경로로 스위칭 전환한다.
이득 조정부(220)는 PAPR 측정부(200)에서 계산된 첨두 전력과 평균 전력의 비에 따라 각각 다른 이득을 계산하여 수신되는 신호에 할당하고, 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성한다.
디지털 아날로그 변환부(140)는 이득 조정 수단(제1 신호 이득 조정부(232), 제2 신호 이득 조정부(242) 등)에서 생성된 제어 신호를 아날로그 신호로 변환한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 이득 조정 장치 중 이득 조정부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이득 조정부(220)는 신호 지속 시간이 큰 신호에 대한 신호 이득을 원하는 세기로 조정하는 데이터 이득 조정부(230) 및 신호 지속 시간이 작은 신호에 대한 신호 이득을 원하는 세기로 조정하는 프리앰블 이득 조정부(240)를 포함한다.
데이터 이득 조정부(230)는 제1 신호 이득 조정부(232) 및 제1 디지털 필터부(234)를 포함한다.
제1 신호 이득 조정부(232)는 PAPR 측정부(200)로부터 입력되는 수신 신호가 신호 지속 시간이 큰 경우, 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성한다.
제1 신호 이득 조정부(232)는 PAPR 측정부(200)에서 측정한 평균 전력이 아 날로그 디지털 변환부(110) 입력에 최적인 기준 전력과 비교하여 측정된 신호의 전력이 크면 기준 전력과 일치하도록 이득을 줄인다. 또한, 제1 신호 이득 조정부(232)는 PAPR 측정부(200)에서 측정한 평균 전력이 아날로그 디지털 변환부(110) 입력에 최적인 기준 전력과 비교하여 측정된 신호의 전력이 작으면 기준 전력과 일치하도록 이득을 크게 한다.
제1 디지털 필터부(234)는 PAPR 측정부(200)로부터 입력되는 수신 신호가 신호 지속 시간이 큰 경우, 입력되는 수신 신호를 차단 주파수가 작은 필터를 통과시킨다.
여기서, 제1 디지털 필터부(234)의 차단 주파수는 기준 주파수(수백 Hz)보다 낮은 주파수를 의미한다.
프리앰블 이득 조정부(240)는 제2 신호 이득 조정부(242) 및 제2 디지털 필터부(234)를 포함한다.
제2 신호 이득 조정부(242)는 PAPR 측정부(200)로부터 입력되는 수신 신호가 신호 지속 시간이 작은 경우, 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성한다.
제2 신호 이득 조정부(242)는 PAPR 측정부(200)에서 측정한 평균 전력이 아날로그 디지털 변환부(110) 입력에 최적인 기준 전력과 비교하여 측정된 신호의 전력이 크면 기준 전력과 일치하도록 이득을 줄인다. 또한, 제2 신호 이득 조정부(242)는 PAPR 측정부(200)에서 측정한 평균 전력이 아날로그 디지털 변환부(110) 입력에 최적인 기준 전력과 비교하여 측정된 신호의 전력이 작으면 기준 전력과 일 치하도록 이득을 크게 한다.
제2 디지털 필터부(234)는 PAPR 측정부(200)로부터 입력되는 수신 신호가 신호 지속 시간이 작은 경우, 입력되는 수신 신호를 차단 주파수가 큰 필터를 통과시킨다.
여기서, 제2 디지털 필터부(234)의 차단 주파수는 전술한 제1 디지털 필터부(234)의 차단 주파수보다 상대적으로 큰 주파수를 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 구간을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호) 구간을 나타내는 도면이다.
PAPR 측정부(200)는 신호 전력 측정 및 신호 제어부(120)에서 측정된 신호 전력을 기초로 첨두 전력과 평균 전력의 비를 계산하여 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 구간 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호) 구간을 구분하여 선택 제어 신호를 생성한다.
스위치부(210)는 PAPR 측정부(200)로부터 신호 지속 시간이 작은 신호 구간을 나타내는 선택 제어 신호를 수신하는 경우, 수신된 입력 신호가 이득 조정부(220)의 제2 신호 이득 조정부(242) 및 제2 디지털 필터부(244)를 통과하는 신호 이득 경로를 선택한다.
스위치부(210)는 PAPR 측정부(200)로부터 신호 지속 시간이 큰 신호 구간을 나타내는 선택 제어 신호를 수신하는 경우, 수신된 입력 신호가 이득 조정부(220)의 제1 신호 이득 조정부(232) 및 제1 디지털 필터부(234)를 통과하는 신호 이득 경로를 선택한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자동 이득 조정 장치는 수신되는 입력 신호가 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호)인지 판단하여 각각 다른 신호 이득 경로를 통과한다. 따라서, 자동 이득 조정 장치는 각각 다른 이득 조정과 각각 다른 차단 주파수를 갖는 디지털 필터를 사용하여 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호)를 각각 아날로그 디지털 변환부(110) 입력 레벨에 적합하게 입력 신호 레벨을 자동으로 조절한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블)를 수신하는 경우 아날로그 디지털 변환기의 입력 레벨에 적합하게 조정해줌으로써 자동 이득 조정 장치가 제대로 동작하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 구간과 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호) 구간을 구분하여 각각 다른 이득을 계산하여 할당함으로써 전체 시스템 성능의 열화없이 자동 이득 조정 장치의 기능을 제대로 발휘하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치에 있어서,
    수신되는 입력 신호를 증폭하는 가변 이득 신호 증폭부;
    상기 증폭된 입력 신호인 데이터 심볼 또는 프리앰블 심볼 구간 동안의 신호 전력을 측정하는 신호 전력 측정 및 신호 제어부;
    상기 측정된 신호 전력을 기초로 첨두 전력과 평균 전력의 비를 계산하여 신호 지속 시간이 작은 신호(프리앰블) 구간 또는 신호 지속 시간이 큰 신호(데이터 신호) 구간을 구분하여 선택 제어 신호를 생성하는 피에이피알(Peak-to-Average Power Ratio) 측정부;
    상기 계산된 첨두 전력과 평균 전력의 비에 따라 각각 다른 이득을 계산하여 수신되는 신호에 할당하고, 상기 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성하는 이득 조정부; 및
    상기 선택 제어 신호에 기초하여 상기 피에이피알 측정부의 신호 전송 선로를 상기 이득 조정부의 신호 전송 선로로 스위칭 전환하며, 상기 이득 조정부의 신호 전송 선로를 상기 가변 이득 신호 증폭부의 신호 전송 선로로 스위칭 전환하는 스위치부
    를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이득 조정부는 신호 지속 시간이 작은 신호에 대한 신호 이득을 원하는 세기로 조정하는 프리앰블 이득 조정부와 신호 지속 시간이 큰 신호에 대한 신호 이득을 원하는 세기로 조정하는 데이터 이득 조정부를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 데이터 이득 조정부는,
    입력되는 수신 신호가 신호 지속 시간이 큰 경우, 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성하는 제1 신호 이득 조정부; 및
    상기 입력되는 수신 신호를 기준 주파수보다 작은 차단 주파수를 가진 필터를 통과시키는 디지털 필터
    를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 프리앰블 이득 조정부는,
    입력되는 수신 신호가 신호 지속 시간이 작은 경우, 수신되는 신호의 이득을 원하는 세기로 조정하여 제어 신호를 생성하는 제2 신호 이득 조정부; 및
    상기 입력되는 수신 신호를 기준 주파수보다 큰 차단 주파수를 가진 필터를 통과시키는 디지털 필터
    를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
  5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 제1 신호 이득 조정부 및 상기 제2 신호 이득 조정부는 상기 피에이피알 측정부에서 측정한 평균 전력이 아날로그 디지털 변환부 입력에 최적인 기준 전력과 일치하도록 이득을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 이득 조정 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 선택 제어 신호에 기초로 상기 신호 지속 시간이 큰 신호 이득 경로 또는 신호 지속 시간이 작은 신호 이득 경로 중 하나의 신호 이득 경로를 선택하는 것을 특징으로 하는 자동 이득 조정 장치.
KR1020060050718A 2005-12-08 2006-06-07 무선 디지털 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치 KR100703828B1 (ko)

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