KR20020067636A - 자동 이득 제어를 갖는 수신 디바이스 - Google Patents

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빠뜨리세 히르뜨쯔랑
올리비에 모끄뀌아르
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톰슨 라이센싱 소시에떼 아노님
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Abstract

본 발명은, 위성으로부터 발생하고 시간에 걸쳐서 변동할 수 있는 전력 레벨을 나타내는 신호를 수신하는 구조 내에서 아날로그-디지털 컨버터의 크기를 크게 하는 것을 최소화기 위한 것이다. 본 발명은, 증폭된 신호와 관련된 잡음 레벨의 세팅을 처리하는 자동 이득 제어 기술을 제안한다. 자동 이득 제어는, 안테나가 수신한 신호를 중화하고, 수신된 신호를 중화하는 동안에 사전에 결정된 잡음 레벨이 수신 설비의 말단에서 얻어지게 될 때까지 이득을 조정함으로써 달성된다. 본 발명은 또한 본 방법을 구현하기 위한 수단을 포함하는 디바이스에 관한 것이다.

Description

자동 이득 제어를 갖는 수신 디바이스{RECEIVING DEVICE WITH AUTOMATIC GAIN CONTROL}
본 발명은 자동 이득 제어를 갖는 디바이스에 관한 것이다. 이러한 디바이스는 무선주파수 통신, 특히 위성 타입의 무선주파수 통신을 수신하기 위한 설비에 이용된다.
종래의 위성-기반 통신 시스템에서, 수신 입력단은 저잡음 증폭기, 예컨대 VLNA(Very Low Noise Amplifier : 초저잡음 증폭기) 타입의 저잡음 증폭기 주위에 설비된다. 안테나를 송신/수신 디바이스에 접속시키는 종래의 수신기 구조가 이후에 제공된다. 수신 경로에서, 제 1 단, 소위 VLNA 단은 잡음에 관한 안테나의 기여를 최소화하면서 안테나에 의해 출력된 유용한 신호를 증폭한다. 수신시에, 해결되어야할 한가지 주요한 문제는 자동이득 제어(이후 AGC)이며, 이것은, 수신 설비의 이득을 정밀하게 조정하여 아날로그-디지털 컨버터(이후 ADC)로의 입력 신호 진폭이 최적이 되게 할 수 있다. 그런 다음, 유용한 양자화 비트 수는 최소화되며, 이를 통해 제조를 가능케 한다, 즉 돕는다. 이러한 이득 제어 디바이스의 중요한 동작 방식은, 수신된 신호가 순시 전력 변동의 넓고 다이내믹한 스윙(wide dynamic swing)을 나타내는 경우에 강조되며, 이러한 경우로는 CDMA(코드 분할 다중 접근 : Code Division Multiple Access) 신호가 예컨대 상당히 많은 수의 코드를 결합하는 경우가 있는데, 이 CDMA 신호에 있어서 피크 전력 대 평균 전력의 비는 높게 된다. 특히, 이때, 요구되는 최소 양자화 비트 수는, 피크 전력 대 평균 전력의 비가 더 낮은 신호의 경우보다 더 클 것이다. 이러한 디바이스의 동작 제한은, 안테나 레벨에서 수신된 신호의 전력이 넓고 다이내믹한 범위 내에서 시간에 걸쳐서 매우 빨리 변동되기 쉬운 경우에 또한 강조되며, 이러한 경우로는 CDMA 신호가 예컨대 버스트 단위로(in bursts) 송신되는 경우가 있는데, 이 CDMA 신호에 있어서 사용된 코드의 수 및 코드 각자에 할당된 전력은 버스트마다 예측불가능한 방식으로 변동되기 쉽다.
종래의 연속-열(train) 신호 수신(전형적으로는 정지 위성을 통한 디지털 TV 수신)의 경우, 제기된 문제를 해결하기 위해 공통적으로 구현된 기술은 가변-이득 증폭기를 수신 설비에 삽입하는 것이다. 이 경우, 이득 제어는, 시간에 걸쳐서 매우 느리게 변하는 ADC의 입력에서 신호 전력을 슬레이브시킴으로써(slaving) 구현될 수 있다. 그런 다음, ADC의 출력에서 피크-클리핑(clipping) 확률, 전력, 진폭 분배의 연속적인 평가 후, 자동 이득 제어가 시작된다. 그런 다음, 수신 설비에 셋업된 가변-이득 요소(감쇄기 또는 증폭기)는 샘플링된 신호의 진폭이 최적이되는 방식으로 동작한다. 그런 다음, 디바이스는 수신 설비에서 이득의 산란(scatter) 및 동요(fluctuation) 뿐만 아니라 안테나 레벨에서 수신된 스트림의 변동(variation)을 보상한다. 도 1은 수신 설비에서 이때 구현된 디바이스를 간단하게 기술한다.
전력이 시간의 함수로써 매우 급하고 예측 불가능하게 변동하는 신호를 수신하는 경우, 위에서 기술된 기술은 구현될 수 없다. 신호를 복조하기 위한 하나의 수단은, ADC의 크기를 정할 때(dimensioning) 가능한 전력 변동의 전체 다이내믹한 스윙을 (어떤 자동 제어도 없이) 고려하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 요구되는 양자화 비트 수의 크기를 상당히 크게 할 것이다. 특히, 넓은 온도 구간(span) 내에서 높은 이득으로 동작하는 수신 설비에서 이득의 산란은 매우 크다(considerable)(전형적으로는, 100℃의 온도 변화와 90dB의 이득의 경우 30dB보다 더 크다). 이러한 산란은 고정된 주파수와 일정한 온도의 공장에서 수신기를 교정(calibrating)함으로써 감소될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 여전히 20dB보다 클 것이다. 이러한 기여는 3개를 초과하는 추가 양자화 비트의 사용을 요구한다. 이러한 고려사항은 ADC의 샘플링 주파수가 높은 경우에 제조가 기술적으로 불가능하게 할 수 있다.
본 발명은, 시간에 걸쳐서 변동하는 전력 레벨을 보이는 신호를 수신하는 구조(framework) 내에서 ADC의 크기가 커지는 것을 최소화하기 위한 것이다. 본 발명은, 증폭된 신호와 관련되는 잡음 레벨의 세팅을 처리하는 자동 이득 제어 기술을 제안한다.
본 발명은 무선주파수 신호 수신 디바이스에서 자동 이득 제어 방법이며, 이 디바이스는, 수신 안테나 다음에 위치하는 적어도 하나의 제 1 저잡음 증폭단과, 수신 설비에 위치하는 적어도 하나의 가변-이득 디바이스를 포함한다. 이 방법은 안테나가 수신한 신호를 중화하는 단계와, 수신된 신호를 중화하는 동안에 사전에 결정된 잡음 레벨이 수신 설비의 말단에서 얻어질 때까지 이득을 조정하는 단계를 수행한다.
이러한 이득 제어 방법은 디바이스를 스위치 온하자마자 그리고 버스트의 수신 사이에 수행될 수 있다.
바람직하게는, 제조 비용을 줄이고자 한다. 따라서, 수신된 신호의 중화는 제 1 저잡음 증폭단으로의 공급을 차단함으로써 수행된다.
특정한 사용 조건 아래에서, 버스트 사이에 이득의 제어를 수행하는 것은 가능하지 않다. 따라서, 제 2 제어는, 수신 설비의 말단에서 잡음 전력을 추출하는 단계와, 사전에 결정된 잡음 레벨이 얻어질 때까지 이득을 조정하는 단계를 수행함으로써 신호를 수신하는 동안에 수행될 수 있다.
제 2 양상에 따라, 본 발명은 상기 방법의 구현에 필요한 수단을 포함하는무선주파수 신호 수신 디바이스이다.
제 3 양상에 따라, 본 발명은, 앞의 수신 디바이스를 포함하는 위성이 송신한 무선주파수 신호를 송신/수신하기 위한 디바이스이다.
첨부된 도면을 참조한 다음의 설명을 읽음으로써, 본 발명은 더 잘 이해될 것이며, 다른 특징 및 장점도 명백해질 것이다.
도 1은, 종래의 기술 수준에서 알려진 바와 같은, 연속-열 신호를 위한 예시적인 위성 단말기의 수신 설비를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 위성 단말기의 수신 설비를 도시한 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10：안테나 20 : LNB
30 : 튜너40 : ADC
도 2는 위성-기반 데이터 송신/수신 디바이스의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 2는 좀더 상세하게는 수신 설비를 세부적으로 나타낸 기능 블록도를 도시한다. 어떠한 타입의 송신 설비도 사용될 수 있으므로 송신 설비는 세부적으로 나타내지 않았다.
안테나(10)는, 약어 LNB로 더 잘 알려져 있는 저잡음 블록(20)에 연결된다. 안테나(10)는 예컨대 반사기 또는 렌즈와 같은 전파 집중 디바이스와 전파-전기 신호 변환 디바이스로 구성된다. 일반적으로 수신된 전파는 예컨대 10GHz를 초과하는 주파수를 갖는다. 듀플렉서(duplexer)는, 만약 송신/수신 디바이스가 풀 듀플렉스 모드로 동작한다면 안테나(10)와 LNB(20) 사이에 추가될 수 있다.
LNB(20)는, 예컨대 VLNA 타입인 저잡음 증폭기(21)와, 하나 이상의 다른 저잡음 증폭기(22)와, 수신된 신호를 예컨대 500MHz와 2GHz사이에 놓이는 중간 주파수 대역으로 바꾸기 위한 수단(23)과, 하나 이상의 필터(24)를 포함하는 적어도 하나의 제 1 단을 포함한다. 이러한 모든 요소(21 내지 24)는 예컨대 도 2에 표시된 바와 같이 당업자에게 알려진 기술중 하나에 따라 위치한다. 그러나, 제 1증폭단(21)에는 수신된 신호를 중화할 수 있는 수단이 갖춰진다. 바람직하게, 중화 수단은 상대적으로 쉽게 구현되는 공급 스위칭 수단이다. 제 1 증폭단(21)이 제공되지 않을 때, 이제 수신 설비중 나머지 부분은 상기 설비를 구성하는 여러 요소와 관련된 잡음만을 송신한다.
LNB(20)의 출력은 튜너(30)에 링크되며, 예컨대 이 튜너가 내부 유닛에 위치하는 경우에는 동축케이블에 의해 링크된다. 튜너(30)는 가변-이득 디바이스(31)와, 믹서(32)와, 로컬 발진기(33)와, 증폭 및 필터링하는 가능한 다른 수단(34)을 포함하며, 이러한 요소는 예컨대 도 2에 표시된 바와 같이 연결된다. 가변-이득 디바이스(31)는 바람직하게는 증폭기이지만 또한 감쇄기일 수 있다. 로컬 발진기(33)는 중간 주파수 대역의 채널을 선택할 수 있는 제어된 발진기일 수 있다. 믹서(32)와 발진기(33)에 의해 수행된 변환은 예컨대 선택된 채널을 기저대역으로 바꾼다.
튜너(30)의 출력은 샘플링 수단과 아날로그-디지털 변환 수단을 포함하는 신호를 디지털화하기 위한 디바이스(40)에 연결되며, 이러한 아날로그-디지털 변환 수단은 튜너(30)가 출력한 신호를 n 비트로 코딩된 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 디지털 처리 디바이스(50)에 전달된다.
디지털 처리 디바이스(50)는 복조 및 디코딩 회로(51)를 포함하며, 이 회로(51)는 제 1 출력 상에서 복조되고 디코딩된 데이터 스트림을 사용자 디바이스(미도시)에 전달한다. 나아가, 복조 및 디코딩 회로는, 제 2 출력 상에서 잡음 없이 수신된 신호에 대응하는 변조된 신호를 전달하기 위해 상기 데이터를 다시 코딩하고 다시 변조하기 위한 수단을 포함한다.
제 1 전력 평가 회로(52)는 디지털 신호의 전력을 측정한다.
제 2 전력 평가 회로(53)는 변조된 신호의 전력을 측정한다.
관리(supervisory) 회로(55)는, 제 1 증폭단(21)으로의 공급을 제어하는 온/오프 2진 명령을 전달한다. 온/오프 2진 명령은 예컨대 동축케이블에 의해 중간 대역과는 떨어진 주파수를 갖는 반송파의 도움으로 송신될 수 있다. 나아가, 관리 회로(55)는 명령(미도시)을 회로의 다른 요소들에게 전달하며, 디지털 처리 디바이스(50)의 시퀀싱을 제공한다.
이득 정정 회로(54)는 온/오프 2진 신호뿐만 아니라 2개의 전력 평가 회로(52 및 53)로부터 발생된 전력 측정치를 수신하며, 이득 설정-포인트를 가변-이득 디바이스에 전달한다. 온/오프 2진 신호는 이득 설정-포인트가 공식화되게 하는 조건을 지시한다.
제 1 자동 이득 제어는 온/오프 2진 신호가 제 1 증폭단(21)을 중화할 때 수행된다. 중화는 시스템을 스위치 온하자마자 그리고 또한 버스트의 수신 사이에서 수행될 수 있다. 제 1 전력 평가 회로(52)는, 제 1 증폭단(21)은 별도로하고 전체 송신 설비의 잡음 전력을 전달한다. 이득 정정 회로(54)는 수신 설비에서 나오는 잡음 전력이 제 1 사전에 결정된 레벨로 복구되도록 가변-이득 디바이스(54)의 이득을 변경시킬 것이다. 사전에 결정된 레벨은,
- 제 1 증폭단(21)이 재활성화될 때, 아날로그-디지털 변환 수단의 입력에 복구된 잡음이 양자화 잡음에 의해 약하게 영향받아야하며,
- 아날로그-디지털 변환 수단에 의해 복구된 잡음과 결합된 유용한 신호의피크-클리핑이 최소화되어야 하도록 선택된다.
제 2 자동 이득 제어는 데이터의 수신동안에 다이내믹하게 수행된다. 제 1 증폭단(21)이 활성화될 때, 디지털 신호는 한편으로는 수신된 신호를 포함하며, 다른 한편으론 잡음을 포함한다. 잡음 전력의 평가치를 얻기 위해, 몇 가지 기술이 가능하다. 한가지 기술로는 한편으론 디지털 신호의 전력을 측정하며, 다른 한편으론 바로 그 신호에서 잡음을 뺀 신호에 대응하는 변조된 신호의 전력을 측정하는 것이 있다. 그런 다음, 이러한 두 전력에 기초하여, 이득 제어 회로(54)는 잡음 전력을 계산한다. 이득 정정 회로(54)는 잡음 전력이 제 2 사전에 결정된 레벨로 유지되도록 가변-이득 디바이스(31)를 관리한다.
제 2 사전에 결정된 잡음 레벨은 제 1 사전에 결정된 잡음 레벨과 동일하지 않으며, 이는 제 1 사전에 결정된 잡음 레벨이 제 1 증폭단(21)의 잡음을 고려하기 때문이다. 제 2 사전에 결정된 레벨을 얻기 위한 간단한 기술은, 제 1 단(21)이 재활성화되어(일반적으로 수 ms동안) 제 1 자동 이득 제어를 수행하는 것이며, 신호가 여기에 동기화될 때, 측정된 잡음은 제 2 사전에 결정된 레벨로 저장되어, 그에 따라 스위치-온하는 동안에 제 1 단(21)의 잡음을 고려하게 된다.
제 2 자동 이득 제어는 이득의 느린 이동(drifting)을 보상하기 위해 상보적인 명령을 생성하게 하며, 이러한 이득의 느린 이동은 특히 온도 변동 때문이다.
본 발명의 성능에 관한 예로서, 저궤도 위성으로부터 수신하는 경우, 아날로그-디지털 변환 수단의 입력에서 잡음 전력의 변동은, 일단 제 1 단(21)이 재활성화되어지면, 7dB(심하게는 VLNA의 출력에 복구된 잡음으로부터의 기여가 있는 경우)에 달할 수 있다. 5dB은 안테나의 출력에서 관측되는 잡음 기여의 변동때문이며, 2dB은 VLNA 이득의 불확실성{성분 산란(component scatter) 및 온도 이동} 때문이다. 가장 호의적이지 않은 경우 7dB인 이러한 불확실성의 범위는 종래의 기술 수준에 따라 제조된 전체 수신 설비에서 이전에 고려된 20dB에 비교할 때 두드러진 개선을 보인다. 이 경우, 아날로그-디지털 컨버터의 크기를 정하는 것에 대한 영향은 상당히 더 작아진다(3 비트가 아닌 1개의 추가 비트).
많은 변형이 가능하다. 바람직한 실시예는 제 1 및 제 2 이득 제어 단계를 포함하며, 여기서 제 1 단계는 "정적"이며, 제 2 단계는 "다이내믹"하다. 두 단계의 결합은 수신 설비의 이득을 연속해서 제어할 수 있게 한다. 그러나, 특정한 사용의 경우, 연속해서 제어하는 것은 불필요하다. 예로, 전적으로 수신기에 전달되는 데이터를 송신하기 위한 시스템에서 그리고 송신이 여러 수신기로 향하는 연속적인 버스트의 도움으로 수행되는 경우에, 이때 관련 수신기로 향하게되는 두 버스트 사이에서 제 1 이득 제어를 수행하는 것은 가능하며, 이러한 제 1 제어는 아마도 예컨대 매 초마다 수행된다. 이 경우, 제 2 제어는 불필요하다.
바람직한 실시예에서, 제 1 단(21)의 중화는 공급을 차단함으로써 수행된다. 이러한 간단하고 효과적인 해결책은 다른 중화 디바이스에 의해 대체될 수 있다. 그러나, 제 1 단(21)을 통과한 신호가 매우 높은 주파수인 것으로 간주된다면, 그 공급만 저비용인 수단의 도움으로 차단될 수 있다. 제 1 단을 중화하는 것은 또한 가능하지 않으며, 중요한 것은, 전체 수신 설비를 재활성한 후 증폭된 잡음 레벨에 관한 불확실성을 최소화하도록 수신 설비에서 가능한 먼 업스트림까지 안테나로부터 수신된 신호를 중화하는 것이다.
수신 설비는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 상당한 정도로 변형될 수 있다. 모든 타입의 수신 설비를 사용하는 것이 가능하다. LNB(20)는 예컨대 튜너를 포함할 수 있는 다소 복잡한 외부 유닛으로 대체될 수 있다. 가변-이득 디바이스(31)는, 수신된 신호의 중화 포인트와 수신 설비의 말단 사이의 수신 설비의 전체 부분(length)에 걸쳐서 이동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 자동 이득 제어를 가지며, 무선주파수 통신, 특히 위성 타입의 무선주파수 통신을 수신하기 위한 설비에 이용된다.

Claims (9)

  1. 수신 안테나 다음에 위치한 적어도 하나의 제 1 저잡음 증폭단과, 수신 설비에 위치한 적어도 하나의 가변-이득 디바이스를 포함하는 무선주파수 신호 수신 디바이스에서 이득을 자동으로 제어하는 방법으로서, 다음의 단계,
    - 상기 안테나가 수신한 상기 신호를 중화(neutralization)하는 단계와,
    - 상기 수신된 신호를 중화하는 동안에, 사전에 결정된 잡음 레벨이 상기 수신 설비의 말단에서 얻어질 때까지 상기 이득을 조정하는 단계가,
    수행되는 것을 특징으로 하는, 자동 이득 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수신된 신호의 중화는 상기 제 1 저잡음 증폭단으로의 공급을 차단함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 자동 이득 제어 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 신호를 수신하는 동안에, 다음의 단계,
    - 상기 수신 설비의 상기 말단에서 잡음 전력을 추출하는 단계와,
    - 사전에 결정된 잡음 레벨이 얻어질 때까지 상기 이득을 조정하는 단계가,
    수행되는 것을 특징으로 하는, 자동 이득 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수신 설비의 상기 말단에서 상기 잡음 전력을 추출하는 단계는, 다음의 단계,
    - 상기 수신 설비의 상기 말단에서 상기 신호를 샘플링하고 디지털화하는 단계와,
    - 상기 디지털화된 신호를 디지털방식으로 복조하는 단계와,
    - 상기 복조된 신호를 변조하는 단계와,
    - 상기 변조된 신호와 상기 디지털화된 신호로부터 상기 잡음 전력을 계산하는 단계를,
    수행함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는, 자동 이득 제어 방법.
  5. 수신 안테나 다음에 위치한 적어도 하나의 제 1 저잡음 증폭단과, 수신 설비에 위치한 적어도 하나의 가변-이득 디바이스를 포함하는 무선주파수 신호 수신 디바이스로서,
    - 상기 안테나가 수신한 상기 신호를 중화하기 위한 수단과,
    - 상기 수신 설비의 말단에서 상기 잡음 레벨의 함수로 상기 가변-이득 디바이스를 조정하기 위한 수단을,
    포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 신호 수신 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 수신된 신호를 중화하기 위한 상기 수단이 상기 제 1 증폭단의 공급을 스위칭하는 스위칭 수단인 것을 특징으로 하는, 무선주파수 신호 수신 디바이스.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    - 상기 신호를 수신하는 동안에 상기 잡음 전력을 추출하기 위한 수단과,
    - 상기 추출된 잡음 레벨의 함수로 상기 가변-이득 디바이스를 조정하기 위한 수단을,
    더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 신호 수신 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 수신하는 동안에 상기 잡음 전력을 추출하기 위한 상기 수단은,
    - 샘플링 수단과, 상기 수신 설비의 상기 말단에서의 상기 신호를 디지털화된 신호로 변환하기 위한 수단과,
    - 상기 신호의 디지털 방식의 복조를 수행하고, 복조된 신호를 얻기 위한 수단과,
    - 상기 복조된 신호를 변조하고, 변조된 신호를 얻기 위한 디지털 변조 수단과,
    - 상기 변조된 신호와 상기 디지털화된 신호로부터 상기 잡음 전력을 계산하기 위한 수단을,
    포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 신호 수신 디바이스.
  9. 제 5항 내지 제 8항중 어느 하나에 기재된 수신 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위성이 송신한 무선주파수 신호를 송신/수신하기 위한 디바이스.
KR1020020007513A 2001-02-16 2002-02-08 자동 이득 제어를 갖는 수신 디바이스 KR20020067636A (ko)

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