KR100251586B1 - 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어장치 - Google Patents

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Abstract

분할 다원 접속(Time Division Multiple Access) 방식의 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득을 자동으로 제어하는 장치에 관한 것이다. 상기의 이득 자동 제어 장치는, 버스트 단위로 수신되는 수신 신호의 페이딩을 보상하기 위한 중간 주파수 대역의 신호의 이득을 외부로부터 입력되는 이득 제어 신호의 입력에 의해 조절하는 이득 제어 증폭기와, 상기 이득 제어된 수신 신호를 국부 발진 신호 및 위상 천이된 신호와의 혼합에 의해 기저 대역의 동위상 성분 신호와 직교 위상 성분 신호로서 분리 복조하는 복조기와, 상기 복조된 동위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 각각 버스트 단위의 디지탈 신호로 변환하는 제1, 제2아날로그 디지탈 변환기와, 상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호 및 직교 위상 성분 디지탈 신호을 입력하여 절대치가 큰 피크값을 검출하는 피크 검출기와, 상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호, 직교 위상 성분 디지탈 신호 및 상기 검출된 피크값의 입력에 의해 수신 신호의 버스트 단위의 진폭 이득 평균값을 측정하여 출력하는 진폭 측정기와, 상기 연산된 진폭 이득 평균값의 이득을 계산하고, 이를 아날로그 신호로 변환하여 그에 대응된 전압을 상기 이득 제어 증폭기의 이득 제어 신호로 제공하는 이득 제어 신호 발생기를 포함하여 구성된다.

Description

디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치
본 발명은 디지탈 이동 통신 시스템에서의 이득 자동 제어 장치(Automatic Gain Control: 이하 "AGC"라 칭함)에 관한 것으로, 특히 시분할 다원 접속(Time Division Multiple Access : 이하 "TDMA"라 칭함) 방식의 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득을 자동으로 제어하는 장치에 관한 것이다.
통상적으로, TDMA방식의 이동 통신 시스템, 예를 들면, 이동 통신을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile Communications :GSM) 등에서의 송신 신호는 다중 경로 페이딩(Multi-path Fading)의 이동 통신 채널 환경을 통해서 시간 슬롯의 버스트 단위로 수신기에 수신된다. 다중 경로 페이딩에 의해 신호 진폭이 왜곡되어 수신되는 신호는 시스템의 성능(음성 및 데이터 서비스 품질-비트 에러율)의 저하 원인이 된다. 따라서 이러한 페이딩된 수신 신호의 이득 측정에 의한 이득 제어 증폭기를 제어함으로써 이동 통신 시스템의 서비스 품질을 개선하는 방향으로 개량되고 있다.
TDMA 방식의 디지탈 이동 통신 시스템에서는 기지국과 가입자 장치(이동 단말기)간의 통신 채널은 다중 경로 페이딩 특성이 있으며, 페이딩된 수신 신호의 이득 측정에 의한 이득 제어 증폭기의 제어를 행하는 종래의 구성은 하기 도 1과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치의 블럭도를 도시한 도면이다.
도 1에서, 수신 신호 r(t)는 기지국 혹은 가입자 장치에서 송신한 신호가 다중 경로를 통해서 페이딩된 신호로서, 이는 안테나(도시하지 않았음)와 RF 회로부(도시하지 않았음)를 통과한 중간 주파수(Intermediate Frequensy: 이하 "IF"라 칭함)대역 신호이다. 또한, 수신 신호 r(t)는 이동 통신에서 일반적으로 채택하는 위상 천이(Phase Shift Key)변조된 신호로써 동위상(Inphase)신호 성분 I와 직교 위상(Quadrature)신호 성분 Q가 혼재된 신호이다. 수신 신호 r(t)는 하기 수학식 1과 같은 방정식으로 표현되어 진다.
r(t)=Am(t)[cosω1t+Ψ(t)]+n(t)
상기 수학식 1에서 Am(t)는 수신 신호의 진폭으로써 다중 경로 페이딩에 의해 송신 신호 진폭으로부터 왜곡된 신호이며, Ψ(t) 는 시스템에서 채택한 위상 천이 변조 방식에 일치한 위상정보, n(t)는 백산 가산성 잡음(Additive White Gaussian Noise)이다.
상기 수학식 1과 같은 수신 신호 r(t)는 IF 대역에서 동작하는 이득 제어 증폭기 10에서 소정의 이득으로 증폭되어진 후, 두 개의 믹서 12, 14, 국부 발진기 16과 위상 천이기 18로 구성되는 IF대역 복조기에 의해 복조되어 동위상(Inphase)성분 I(t)와 직교위상(Quadrature Phase)성분 Q(t)의 기저 대역의 신호로 분리되어 출력된다. 상기와 같이 분리 복조된 동위상 성분 I(t)와 직교 위상 성분 Q(t)들은 각각은 아날로그 디지탈 변환기(Analog to Digital Converter) 20, 22에 의해 디지탈 신호 Ii및 Qi로 변환되어 출력된다. 이와 같은 경우에 의해 디지탈 신호로 변환된 동위상 신호 성분 Ii와 Qi들은 자동 이득 제어를 위한 전력 측정기 24로 공급된다.
상기 전력 측정기 24는 상기 디지탈 변환된 동위상 신호 성분 Ii와 Qi들의 전력 레벨을 측정하고, 상기 측정된 전력 레벨의 신호를 이득 조정기 26에 공급하여 소정의 이득으로 조절되게 한다. 상기 이득 조절기 26에 의해 이득 조절된 전력 측정 신호는 아날로그 디지탈 변환기(Digital to Analog Converter) 28에 의해 아날로그 신호로 변환된후 저역 통과 필터(Low Pass Filter) 30에 의해 저역 필터링되어 직류화되어 이득 제어 증폭기 10의 이득 제어 신호로서 공급된다. 따라서, 상기 이득 제어 증폭기 10은 상기와 같은 제어 경로에 의해 구하여진 이득 제어 신호에 일치하는 이득으로 제어되어 수신 신호 r(t)의 페이딩에 대한 이득을 자동 제어하여 IF대의 복조단으로 입력된다.
일반적으로, 상기와 같은 이득 제어를 위해서 사용하는 전력 측정기 24는 하기 수학식 2와 같은 방정식으로 계산을 수행한다.
Figure 1019970080592_B1_M0001
수학식 2에서 PL(k)는 k번째 버스트에서 수신된 수신 신호 r(t)의 전력 레벨이며, N은 시분할 다원 접속 방식의 송수신시에 이용되는 시간 슬롯 단위의 버스트(Burst)내의 비트 길이, i는 해당 버스트내의 한 비트에 해당하는 시간 인덱스를 표현하고 있다. 즉 유럽 방식의 디지탈 이동 통신 시스템인 GSM의 경우 예를 들면, 버스트 길이 N = 148이며 시간 인덱스 i = 1 ~ 148이다.
디지탈 이동 통신 시스템의 이득 자동 제어 장치를 위한 도 1에서 도시된 아날로그 디지탈 변환기 20, 22 및 전력 측정기 24등은 디지탈 신호 처리기(Digital Signal Processor)를 이용하여 디지탈 영역에서 신호 처리를 수행하는게 일반적이다. 즉 수신 버스트의 전력 측정을 Ii와 Qi신호의 자승연산을 이용하는 상기 수학식 2를 이용할 경우 아래와 같은 문제가 있을 수 있다.
첫째, 신호와 잡음을 구별하기 힘든 낮은 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)에서는 잡음의 자승 형태로되어 잡음이 증가되는 효과를 갖는다. 즉, 잡음이 많아지는 문제가 야기된다. 둘째, 디지탈 신호 처리기로서는 정확한 자승곱 수행의 어려워 연산이 정확하지 않다. 셋째, 자승곱을 위한 곱셈기(Multipler)의 소요와 자승 연산 수행에 따른 전력 손실 증가를 가져오는 문제가 야기될 수 있다.
본 발명의 목적은 미리 정해진 시간 슬롯내의 버스트 단위로 전송되어 다중 경로 채널에 의해 페이딩된 수신 신호내의 동위상 신호 성분 및 직교 위상 신호 성분의 진폭을 측정하여 증폭 이득을 자동 제어하는 수신 신호의 이득 자동 제어 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 디지탈 신호 처리기로서 구현이 용이한 함수를 이용하여 디지탈 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득을 자동 제어 하는 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수신 신호 전력 측정에 이용되는 동위상 신호 성분 I와 직교 위상 신호 성분 Q의 자승 연산을 이용하지 않는 진폭 측정에 의한 이득 자동 제어 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치에 있어서, 버스트 단위로 수신되는 수신 신호의 페이딩을 보상하기 위한 중간 주파수 대역의 신호의 이득을 외부로부터 입력되는 이득 제어 신호의 입력에 의해 조절하는 이득 제어 증폭기와, 상기 이득 제어된 수신 신호를 국부 발진 신호 및 위상 천이된 신호와의 혼합에 의해 기저 대역의 동위상 성분 신호와 직교 위상 성분 신호로서 분리 복조하는 복조기와, 상기 복조된 동위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 각각 버스트 단위의 디지탈 신호로 변환하는 제1, 제2아날로그 디지탈 변환기와, 상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호 및 직교 위상 성분 디지탈 신호을 입력하여 절대치가 큰 피크값을 검출하는 피크 검출기와, 상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호, 직교 위상 성분 디지탈 신호 및 상기 검출된 피크값의 입력에 의해 수신 신호의 버스트 단위의 진폭 이득 평균값을 측정하여 출력하는 진폭 측정기와, 상기 연산된 진폭 이득 평균값의 이득을 계산하고, 이를 아날로그 신호로 변환하여 그에 대응된 전압을 상기 이득 제어 증폭기의 이득 제어 신호로 제공하는 이득 제어 신호 발생기로 구성함을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치의 블럭도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디지잘 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치의 블럭도를 도시한 도면.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 또한, 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서 전술한 도면에 도시된 구성요소들고 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호가 사용되고 있음에도 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디지잘 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치의 블럭도를 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
시분할 다원 접속 방식의 디지탈 이동 통신 시스템에서 미리 정해진 시간슬롯(Time Slot)내의 버스트 단위로 전송되는 정보는 이미 기술된 바와 같이 다중 경로 채널에 의해 페이딩(Fading)된 상태로 수신기(기지국 혹은 가입자 단말기)에 수신된다.
도 2에 나타난 수신된 수신 신호 r(t)는 버스트 단위로 수신되는 것이며, 이는 안테나와 RF회로를 통하여 RF 캐리어가 제거된 IF(중간주파수) 대역의 수신 신호로서, 전술한 수학식 1과 같다.
상기 수학식 1과 같은 수신 신호 r(t)는 다중 경로 채널에 의해 페이딩된 수신 신호의 이득 제어를 위한 이득 제어증폭기 10로 입력되어 소정의 이득으로 증폭된다. 상기 이득 제어 증폭된 수신 신호 r(t)는 IF 대역에서 동위상 성분 신호 I와 직교 위상 성분 신호 Q를 기저대역으로 분리 복조하기 위한 위한 믹서(Mixer) 12, 14로 각각 입력된다.
이때, 상기 믹서 12와 14에는 국부 발진기 16에서 발진되는 국부 발진신호와 위상 천이기 18에 의해 90도 위상 천이된 국부 발진신호가 각각 입력된다. 따라서, 상기 믹서 12와 14는 이득 제어된 수신 신호 r(t)와 상기 국부 발진신호 및 위상 천이된 신호를 믹싱하여 동위상(Inphase)성분 I(t)와 직교위상(Quadrature Phase)성분 Q(t)의 기저 대역의 신호로 복조 분리되어 출력된다.
상기와 같이 분리 복조된 동위상 성분 신호 I(t)와 직교 위상 성분 신호 Q(t)들은 각각은 아날로그 디지탈 변환기(Analog to Digital Converter) 20, 22에 의해 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호 Ii및 직교 위상 성분 디지탈 신호 Qi로 변환되어 출력된다. 이와 같은 경우에 의해 디지탈 신호로 변환된 동위상 신호 성분 Ii와 Qi들은 자동 이득 제어를 위한 피크 검출기(Peak Detector) 32 및 진폭 측정기 34로 입력된다.
상기 피크 검출기 32는 하기 수학식 3에 의해 입력된 두신호중 절대치가 큰 신호 값을 가지는 신호 Mi를 선택하여 출력한다.
Figure 1019970080592_B1_M0002
상기 수학식 3에서, i는 하나의 버스트 내에 수신되는 비트의 시간 인덱스이다. 예를 들어, 유럽형 이동 통신 시스템인 GSM(Global System for Mobile)인 경우, 버스트 단위내의 비트수는 148비트로 i값의 범위는 1 ~ 148이다.
상기 진폭 측정기 34는 입력되는 디지탈 신호 Ii와 Qi,그리고 피크 검출기 32의 출력 신호 Mi를 이용하여 하기 수학식 4의 연산에 의해 수신 신호 r(t)의 버스트 단위의 진폭 이득 평균값을 측정한다.
Figure 1019970080592_B1_M0003
상기 진폭 측정기 34에 의해 수학식 4와 같이 연산된 현재 수신된 버스트의 측정된 평균 진폭 이득값인 GC(k)는 이득 계산기 26로 공급된다. 이득 계산기 26은 하기 수학식 5와 같은 연산에 의해 얻어진 이득신호 G(k+1)을 디지탈 아날로그 변환기 28로 공급한다.
G(K+1) = G(k)+GC(k)
상기 수학식 5에서, G(k)는 바로 직전에 수신된 버스트로부터 측정된 이득계산 값이며, G(k+1)은 G(k)를 현재 버스트로 측정된 이득 GC(k)를 가산하여 다음 수신된 버스트의 이득 제어를 위해 발생된 값을 의미한다.
상기와 같은 구성중, 피크 검출기 32, 진폭 측정기 34 및 이득 계산기 26드은 디지탈 영역의 신호로서 본 발명의 원리를 이해한 자라면 원칩의 디지탈 신호 처리기의 프로그래밈 기법에 의한 신호 처리로서 용이하게 구현할 수 있다.
상기 수학식 5와 같이 얻어진 이득값 G(k)는 디지탈 아날로그 변환기 28에 의해 아날로그 신호로 변환되어 저대역 통과 필터 30에 제공된다. 이때 상기 디지탈 아날로그 변환기 28로부터 출력된 아날로그 값의 잡음과 직류 오프셋(DC offset) 등을 제거하기 위해 저대역 통과 필터(23)를 이용한다. 상기 저대역 통과 필터 30은 상기 아날로그 신호를 필터링하여 아날로그 신호에 포함된 잡음을 제거하여 소정의 레벨을 갖는 이득 제어 신호를 이득 제어 증폭기 10의 제어 단자로 궤환 입력시킨다.
따라서, 상기와 같은 경로에 의해 발생된 이득 제어 신호에 의해 이득 제어 증폭기 10은 상기 제어 신호에 일치한 이득으로 수신 신호 r(t)의 이득을 조절하여 다음에 수신되는 버스트를 증폭하여 수신함으로써 이동 통신의 다중 경로 페이딩 채널 특성에 의해 왜곡되어 수신되는 신호의 진폭을 보상하여 수신할 수 있게된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치는 수신 신호 전력 측정에 이용되는 I와 Q신호 및 이들 신호의 피크값을 이용하여 버스트 단위의 진폭 이득 평균값을 측정하여 이득 제어 증폭기를 제어하므로써 낮은 신호 대 잡음비(SNR) 통신환경하에서 잡음의 자승 증가효과 제거할 수 있고, 연산을 매우 간단하게 할 수 있어 원칩의 디지탈 신호 처리기로서 간단하게 할 수 잇어 복잡한 함수의 계산에 따른 전력 소모를 감소 시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치에 있어서,
    버스트 단위로 수신되는 수신 신호의 페이딩을 보상하기 위한 중간 주파수 대역의 신호의 이득을 외부로부터 입력되는 이득 제어 신호의 입력에 의해 조절하는 이득 제어 증폭기와,
    상기 이득 제어된 수신 신호를 국부 발진 신호 및 위상 천이된 신호와의 혼합에 의해 기저 대역의 동위상 성분 신호와 직교 위상 성분 신호로서 분리 복조하는 복조기와,
    상기 복조된 동위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 각각 버스트 단위의 디지탈 신호로 변환하는 제1, 제2아날로그 디지탈 변환기와,
    상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호 및 직교 위상 성분 디지탈 신호을 입력하여 절대치가 큰 피크값을 검출하는 피크 검출기와,
    상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호, 직교 위상 성분 디지탈 신호 및 상기 검출된 피크값의 입력에 의해 수신 신호의 버스트 단위의 진폭 이득 평균값을 측정하여 출력하는 진폭 측정기와,
    상기 연산된 진폭 이득 평균값의 이득을 계산하고, 이를 아날로그 신호로 변환하여 그에 대응된 전압을 상기 이득 제어 증폭기의 이득 제어 신호로 제공하는 이득 제어 신호 발생기로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피크 검출기는 하기 수학식의 연산에 의해 입력 신호중 절대치가 큰 피크값 Mi를 검출함을 특징으로 하는 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치.
    Figure 1019970080592_B1_M0004
    여기서, I는 복조된 동위상 성분 신호이며, Q는 복조된 기저 대역의 직교 위상 성분 신호이고, i는 i는 해당 버스트내의 한 비트에 해당하는 시간 인덱스임.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진폭 측정기는 상기 버스트 단위의 동위상 성분 디지탈 신호, 직교 위상 성분 디지탈 신호 및 상기 검출된 피크값을 하기 수학식에 의해 계산하여 수신 신호의 버스트 단위의 진폭 이득 평균값을 측정하여 출력함을 특징으로 하는 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치.
    Figure 1019970080592_B1_M0005
    여기서, N은 시분할 다원 접속 방식의 송수신시에 이용되는 시간 슬롯 단위의 버스트(Burst)내의 비트 길이, i는 해당 버스트내의 한 비트에 해당하는 시간 인덱스, I는 복조된 동위상 성분 신호이며, Q는 복조된 기저 대역의 직교 위상 성분 신호임.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이득 계산기는 상기 측정된 진폭 이득 평균값을 하기 수학식에 의해 연산하여 버스트 단위의 수신 신호의 이득 제어 신호를 발생함을 특징으로 하는 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치.
    G(K+1) = G(k)+GC(k)
    여기서, G(k)는 바로 직전에 수신된 버스트로부터 측정된 이득계산 값이며, G(k+1)은 G(k)를 현재 버스트로 측정된 이득 GC(k)를 가산하여 다음 수신된 버스트의 이득 제어를 위해 발생된 값임.
  5. 제4항에 있어서, 상기 피크 검출기와 진폭 측정기 및 이득 계산기들은 디지탈 영역의 신호로서 원칩의 디지탈 신호 처리기내에서 프로그래밍에 의해 구현됨을 특징으로 하는 디지탈 이동 통신 시스템에서의 수신 신호의 이득 자동 제어 장치.
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