KR100742171B1 - 무선 통신 시스템에서 초기 타임슬롯 이득을 평가/제어하기위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
시분할 이중화(TDD) 시스템에 있어서, 기지국에서 자동 이득 제어기(AGC)에 적용 가능한 신뢰성 있는 초기화 방식은 신호 대 잡음 비(SIR), 확산 팩터 및 다른 파라미터 등 어떤 정보의 이용 가능성에 따라 다양한 형태로 구현 가능하다. 하나 이상의 타임슬롯에서 이득 조정 가능한 증폭기의 초기 제어 워드를 더 정확하게 평가할 수 있다. 이 방식은 TDD 시스템의 각 타임슬롯에서의 AGC 초기화에 적용 가능하지만, 제한없이 다른 전송 시스템에도 적용 가능하다.
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에서 사용하는 자동 이득 제어기(AGC : Automatic Gain Controller)에 관한 것으로, 특히 기지국(BS : Base Station)의 AGC에서 초기 타임슬롯 이득 제어 신호를 평가/제어하기 위한 신뢰성 있는 초기화 방식에 관한 것이다.
대부분의 무선 통신 시스템에서는, 수신기에서의 기저 대역 신호를 일련의 디지털 처리를 통해 유용한 정보를 복원할 수 있도록 아날로그 포맷에서 디지털 포맷으로 변환해야 한다. 이러한 변환을 달성하는 일반적인 장치로는 아날로그 디지털 변환기(ADC : Analog-Digital Converter)가 있다. ADC의 출력 비트수가 주어진 경우, 입력 신호의 전력이 너무 크다면, ADC의 출력은 포화될 수 있다. 이와 반대로, 입력 신호의 전력이 너무 작으면, 입력 신호가 심하게 양자화될 수 있다. 양자의 경우 모두, 수신측에서 복원되는 정보가 손실될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 일반적인 방법은 ADC의 입력 신호를 원하는 레벨로 유지할 수 있도록 ADC의 앞에 동적으로 조절 가능한 이득 증폭기를 배치하는 것이다.
통상적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, AGC(100)라고도 하는 폐루프 메커니 즘을 이용하여 조정 가능한 이득을 제어한다. AGC(100)는 2개의 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B), 2개의 ADC(110A, 110B), 디지털 신호 전력 평가기(115), 전력 비교기(120), 그리고 누산기(accumulator)(125)를 포함한다. 아날로그 신호로 이득 조정 가능한 증폭기를 제어하는 경우에는, 누산기(125)와 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B) 사이에 디지털 아날로그 변환기(DAC)(도시 생략)를 삽입하거나, DAC를 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B) 내에 통합할 수 있다.
이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)는 각각 인페이스(in-phase) 신호 I 및 콰드러처 기저 대역 신호 Q를 증폭 또는 감쇠시킨다. 신호 I는 이득 조정 가능한 증폭기(105A)의 입력(130)을 통해 수신되고, 신호 Q는 이득 조정 가능한 증폭기(105B)의 입력(135)을 통해 수신된다. ADC(110A, 110B)는 증폭 또는 감쇠된 아날로그 신호를 디지털 포맷으로 변환시킨다.
계속해서 도 1을 참조해 보면, 디지털 신호 전력 평가기(115)는 전력 평가기(115)의 출력에서 디지털 신호의 총 전력을 평가한다. 비교기(120)는 전력 평가기(115)로부터 출력되는 평가된 디지털 신호 입력 전력(140)을 전력 기준값 Pref(145)와 비교하여, 그 평가된 입력 신호 전력(140)과 전력 기준값 Pref(145) 간의 차를 나타내는 에러 신호(150)를 생성한다. 다음에, 누산기(125)가 그 에러 신호(150)를 누산한다. 누산기(125)는 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 이득 제어에 이용할 제어 워드 w를 갖는 이득 제어 신호(155)를 출력한다. 이 이득 제어 신호는 시간에 따라 누산된 전력 에러뿐만 아니라 누산기(125)의 초기값에도 의존한다.
많은 기존의 디지털 통신 시스템에서, AGC의 입력 신호는 연속되고 매끄러운 신호 파형을 갖는다. 입력 신호의 전력 변동은 일반적으로 채널 페이딩이나 전력 제어에 기인하며, 따라서 그러한 전력 변동은 AGC 루프의 변화(dynamics)에 비해 느리다. 이러한 조건 하에서, AGC 루프는 중단 없이 연속적으로 동작하게 되므로 누산기의 초기값은 중요하지 않다.
시분할 이중화(TDD : Time Division Duplex) 기술을 이용한 디지털 통신 시스템의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 슬롯 간에 잠재적으로 큰 수신 전력의 변동이 있다. 이러한 슬롯 간 전력 변동은 TDD 기술을 이용한 시스템이 시간에 따라, 상이한 코드로 확산되어 각 타임슬롯에서 서로 중첩되는 데이터 버스트수를 유연하게 변화시킬 수 있다는 것이 주된 원인이다. 이러한 전력 변동 때문에, AGC(100)는 ADC(110A, 110B)의 앞에서 이득을 신속 정확하게 설정할 수 있어야 한다. 그렇지 않은 경우에는, 포화나 심한 양자화로 인해서 타임슬롯 초기의 데이터가 손실될 수도 있다. 그러한 요건을 충족시키기 위해서는, 초기 이득 제어 신호가 각 타임슬롯 초기에 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)에 제공되도록 누산기(125)를 정확한 초기값으로 재개시해야 한다. 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 초기 이득값은 누산기(125)가 제공하는 초기값에 직접적으로 의존한다.
따라서, 기지국에서 이용 가능한 정보의 레벨에 기초하여 기지국에서 각 업링크 타임슬롯 초기에 누산기(125)의 초기값을 정확하게 판정하는 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명은 AGC에 적용 가능한 신뢰성 있는 초기화 방식을 제공한다. 그 방식은 신호 대 간섭잡음 비(SIR : Signal-to-Interference Ratio), 확산 팩터 및 다른 파라미터 등 어떤 정보의 이용 가능성에 따라 다양한 형태로 구현 가능하다.
바람직하게는, 본 발명은 자동 이득 제어기(AGC)를 포함하는 무선 통신 시스템에서 구현된다. 슬롯 클록과 프레임 클록에 의해 설정되는 k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서 이득 조정 가능한 증폭기에 초기 입력 신호를 입력함으로써 초기 타임슬롯 이득을 평가/제어한다. 그리고, 각각의 k번째 프레임은 복수의 j번째 타임슬롯을 포함한다. (k-1)번째 프레임의 j번째 타임슬롯 말기에 상기 이득 조정 가능한 증폭기에 제어 워드 를 인가한다. 입중(incoming) 타임슬롯으로부터 사라질 코드 신호의 전력을 제거하고 입중 타임슬롯에 도착할 새로운 코드 신호의 전력을 부가함으로써, 이전의 프레임 k-1의 타임슬롯 j에서의 전력 측정값에 기초하여, 초기 입력 전력을 평가한다.
첨부한 도면을 참조하면 예로서 주어진 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명으로부터 본 발명을 더욱 상세하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 AGC의 구성을 도시한 도면.
도 2는 TDD 무선 프레임 구조 및 전력 프로파일을 도시한 도면.
도 4는 도 3의 AGC가 실행하는 방법의 단계들을 도시한 흐름도.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 설명할 것인데, 여기서 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 다음의 설명은 그러한 정보를 이용하여 초기 전력 제어 신호를 평가하는, 상이한 수준의 가정에 따른 알고리즘을 제시한다.
다음의 설명은 특히 TDD 및 시분할 동기 방식의 코드 분할 다중 접속(TDS CDMA : Time Division Synchronous Code-Division Multiple Access)에 적용 가능한 것으로 하여 본 발명을 설명하였지만, 넓은 형태의 본 발명은 제한없이 다른 전송 시스템에도 적용 가능하다는 것을 알아야 한다.
이하, 용어 "무선 송수신 유닛(WTRU : Wireless Transmit/Receive Unit)"은 사용자 장치, 이동국, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 페이저, 무선 환경에서 동작 가능한 모든 종류의 장치를 포함하며, 이것에 한정되지 않는다. 또한, 용어 "기지국"은 기지국, 노드 B, 사이트 컨트롤러, 액세스 포인트, 무선 환경에서의 모든 종류의 인터페이싱 장치를 포함하며, 이것에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따라 동작하는 AGC(300)를 도시하고 있다. AGC(300)는 슬롯 클록(305), 프레임 클록(310) 및 초기값 생성기(315)를 더 포함한다는 것을 제외하고는 도 1의 AGC(100)와 유사하다. 슬롯 클록(305)은 각 타임슬롯 초기에 리셋 신호(325)를 생성하여 누산기(125)에 제공한다. 이 리셋 신호(325)는 누산기(125)의 메모리에 존재하는 데이터를 초기값 생성기(315)가 새롭게 계산하여 누산기(125)에 제공하는 새로운 값으로 대체하도록 누산기(125)에게 시그널링하기 위한 것이다.
도 4는 AGC(300)가 실행하는 방법(400)의 흐름도이다. 단계 405에서, 슬롯 클록(305)이 현재의 타임슬롯의 인덱스(j)(300)를 생성한다. 단계 410에서, 프레임 클록(310)이 현재의 프레임의 인덱스(k)(335)를 생성한다. 초기값 생성기(315)는 리셋 신호(325)에 응답하여 슬롯 클록(305)으로부터의 인덱스(j)와 프레임 클록(310)으로부터의 인덱스(k)를 수신하여 초기 제어 워드 를 계산한다. j번째의 타임슬롯이 업링크 타임슬롯인 것으로 한다.
일반적으로, 슬롯 클록(305)의 레이트는 프레임 클록(310)의 레이트보다 N배나 높다(여기서, N은 프레임 당 타임슬롯수이다). 이들 인덱스를 이용하여, k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 초기 제어 워드를 로 표시한다. 단계 415에서, k-1번째 및 k번째 프레임의 현재의 (j번째) 타임슬롯과 관련된 시스템 정보 및 기존의 측정값(320)을 초기값 생성기(315)에 입력한다. 각 타임슬롯 초기에, 초기값 생성기(315)가 그 시스템 정보 및 기존의 측정값(320)에 기초하여 누산기(125)의 초기값을 계산하는데(단계 420), 이것은 현재의 (k번째) 프레임의 현재의 (j번째) 타임슬롯에서의 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 초기 제어 워드 와 동일하다. 단계 425에서, 새로운 초기 제어 워드 가 이용 가능한 것이라면, 그것을 누산기(125)에 제공한다. 누산기(125)는 리셋 신호(325)를 수신하면 그 새로운 초기 제어 워드 를 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)에 출력한다. 다음에, 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 이득값을 리셋한다(단계 430). 이상적으로는, 그 초기 제어 워드 를 정확하게 계산하였다면, 타임슬롯 초기에서의 초기 출력 전력은 기준 전력 Pref(145)에 매우 가까워질 것이다. 그 결과, 이 타임슬롯 기간 동안에는 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)에서는 최소한의 조정만이 요구된다. 이러한 희망 조건을 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 Pref는 ADC(110A, 110B)의 기준 전력(또는 원하는 출력 전력)이고, GADC는 ADC(110A, 110B)의 전력 이득이며, 는 k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 앞에서의 초기 입력 신호 전력이고, 는 k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 초기 제어 워드 w이며, 10bw+α는 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 모델이다. 변수 b, α는 일반적으로 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 제조자가 그들 각각의 단위 규격의 일부로서 제공하는 특성 파라미터이다.
수학식 2의 우측에서는, 초기 입력 신호 전력 만이 미지수이다. 본 발명은 초기 입력 신호 전력 을 평가하는 방법을 제공한다. 평가된 를 로 표시한다. 그러면, 수학식 2는 다음과 같이 된다.
입력 전력 의 평가 정확도는 시스템 및 측정값 정보(320)의 이용도에 의존한다. 다음의 설명은 시스템 및 측정값 정보(320)의 이용도에 관한 상이한 수준의 가정에 따른 알고리즘을 제시한다.
바람직한 제1 실시예에 있어서, AGC(300)를 포함하는 수신기(예컨대, 기지국(BS)에서)는 새롭게 취득하는 데이터와 다가오는 타임슬롯에서 사라질 데이터에 관한 모든 정보를 알고 있는 것으로 한다. AGC(300)가 TDD 통신 시스템의 BS에 위치하기 때문에, BS에서 예컨대 도착하는 데이터 및 사라지는 데이터에 관한 확산 코드 및 SIR 등의 정보를 알 수 있다. 상기 가정을 이용하여, 본 발명은 (1) 프레임 k의 입중(incoming) 타임슬롯 j로부터 사라질 신호의 전력을 제거하고 (2) 프레임 k의 입중 타임슬롯 j에 도착할 새로운 신호의 전력을 부가함으로써, 이전의 프레임 k-1의 타임슬롯 j에서의 전력 측정값에 기초하여, 초기 입력 전력을 평가한다.
예컨대, 나타나는 새로운 코드의 개수를 N1이라고 하자. 을 타겟 SIR이라고 하자. 을 k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 그들 코드에 대한 확산 팩터라고 하자. 사라진 이전 확산 코드의 개수를 N2라고 하자. 를 측정된 SIR이라고 하자. 을 (k-1)번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 그들 코드에 대한 확산 팩터라고 하자. 또한, 를 (k-1)번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 ADC(110)의 출력에서의 평균 전력 측정값, 그리고 를 (k-1)번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 채널 평가 알고리즘의 출력인 간섭 전력 평가값이라고 하자. 그러면, k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 평가된 입력 전력은 다음과 같다.
(프레임 k-1의 타임슬롯 j에서의 입력 전력의 평가값)
(새롭게 도착한 신호의 입력 전력의 평가값)
(사라진 신호의 입력 전력의 평가값)
여기서 는 (k-1)번째 프레임의 j번째 타임슬롯 말기에 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)에 인가하는 제어 워드이고, C는 가능한 전력 오프셋의 밸런싱을 위해서 WTRU 전송 전력 계산에 이용되는 상수항이다. 수학식 4를 수학식 3에 대입하면, 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 적절한 초기 제어 워드를 다음과 같이 구할 수 있다.
AGC(300)는 본 발명에 따라 동작하는데, 여기서 는 k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서의 이득 조정 가능한 증폭기(105A, 105B)의 앞에서의 초기 입력 신호 전력이다. 바람직한 제2 실시예에 있어서는, BS가 필요한 모든 정보를 알지 못하는 것으로 한다. 예컨대, BS는 다음과 같은 정보를 사전에 알지 못할 수도 있다.
a) 사라질 코드
b) 새롭게 도착하는 코드에 대한 신호 이득 팩터 C의 실제값, 그러나 그 팩터의 최대값 Cmax는 알고 있음
ADC(110)의 포화를 방지하기 위해서 입력 전력을 과평가하는 것이 바람직하므로, 평가된 입력 전력을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이제 상기 평가된 입력 전력을 수학식 3에 대입하면, 그 결과를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
또한, 수학식 8도 입력 전력을 과평가한 것이다. 이것은 이득 조정 가능한 증폭기의 초기 이득값을 더 작게 생성시킬 것이고, 따라서 각 타임슬롯 초기에 ADC(110)가 포화되는 것을 방지할 수 있다.
상기한 것은 본 발명에 따른 초기화 방식의 바람직한 일례를 설명한 것이다. 본 발명은 특히 바람직한 실시예를 가지고 설명하였지만, 당업자라면 전술한 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변형할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
Claims (13)
- 자동 이득 제어기(AGC)를 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서 상기 AGC에서 초기 타임슬롯 이득을 평가/제어하기 위한 방법으로서,(a) k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서 이득 조정 가능한 증폭기의 앞에 초기 입력 신호를 입력하는 단계와;(c) (i) 입중(incoming) 타임슬롯으로부터 사라질 코드 신호의 전력을 제거하고 (ii) 입중 타임슬롯에 도착할 새로운 코드 신호의 전력을 부가함으로써, 이전의 프레임 k-1의 타임슬롯 j에서의 전력 측정값에 기초하여, 초기 입력 전력을 평가하는 단계를 포함하는 초기 타임슬롯 이득의 평가/제어 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 AGC는 기지국에 위치하는 것인 초기 타임슬롯 이득의 평가/제어 방법.
- 아날로그 디지털 변환기(ADC)와 통신하는 적어도 하나의 이득 조정 가능한 증폭기를 구비한 자동 이득 제어기(AGC)를 포함하고 특정 코드 관련 정보에 액세스 할 수 없는 무선 통신 시스템에 있어서 상기 이득 조정 가능한 증폭기의 이득을 제어하기 위한 방법으로서,를 포함하며,
- 제3항에 있어서, 상기 AGC는 기지국에 위치하는 것인 이득 조정 가능한 증폭기의 이득 제어 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 특정 코드 관련 정보는 어떤 기존의 코드가 다음의 타임슬롯에서 더 이상 나타나지 않을 것인지를 나타내는 것인 이득 조정 가능한 증폭 기의 이득 제어 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 특정 코드 관련 정보는 새롭게 도착하는 코드에 대한 신호 팩터의 실제값을 포함하는 것인 이득 조정 가능한 증폭기의 이득 제어 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 특정 코드 관련 정보는 새롭게 도착하는 코드에 대한 확산 팩터를 포함하는 것인 이득 조정 가능한 증폭기의 이득 제어 방법.
- 아날로그 디지털 변환기(ADC)에 연결된 적어도 하나의 이득 조정 가능한 증폭기를 구비한 자동 이득 제어기(AGC)를 포함하고 특정 코드 관련 정보에 액세스할 수 없는 무선 통신 시스템에 있어서 상기 이득 조정 가능한 증폭기의 이득을 제어하기 위한 방법으로서,(1) 입중 타임슬롯으로부터 사라질 신호의 전력을 제거하고 (2) 입중 타임슬롯에 도착할 새로운 신호의 전력을 부가함으로써, 이전의 프레임 k-1의 타임슬롯 j에서의 전력 측정값에 기초하여, 상기 이득 조정 가능한 증폭기에 대한 초기 입력 전력을 평가하는 단계를 포함하는 이득 조정 가능한 증폭기의 이득 제어 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 AGC는 기지국에 위치하는 것인 이득 조정 가능한 증폭기의 이득 제어 방법.
- 무선 통신 시스템에 위치하고 초기 타임슬롯 이득을 평가/제어하기 위한 자동 이득 제어기(AGC)에 있어서,(a) 적어도 하나의 이득 조정 가능한 증폭기와;(b) 상기 이득 조정 가능한 증폭기에 연결된 아날로그 디지털 변환기와;(c) k번째 프레임의 j번째 타임슬롯에서 상기 이득 조정 가능한 증폭기의 앞에 초기 입력 신호를 입력하는 수단과;(e) (i) 입중 타임슬롯으로부터 사라질 코드 신호의 전력을 제거하고 (ii) 입중 타임슬롯에 도착할 새로운 코드 신호의 전력을 부가함으로써, 이전의 프레임 k-1의 타임슬롯 j에서의 전력 측정값에 기초하여, 초기 입력 전력을 평가하는 수단을 포함하는 자동 이득 제어기(AGC).
- 제11항에 있어서, 상기 초기값 생성기는 시스템 및 측정값 정보를 수신하는 것인 자동 이득 제어기(AGC).
- 제10항에 있어서, 상기 AGC는 기지국에 위치하는 것인 자동 이득 제어기(AGC).
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