KR100301574B1 - 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로 - Google Patents

이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간단한 아날로그 회로 소자를 이용하여 자동이득 조정회로를 구현함으로써 기저대역의 I신호와 Q신호의 이득을 자동으로 조정할 수 있도록 한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로에 관한 것으로, 입력되는 아날로그 IF신호를 기저대역의 I신호와 Q신호로 복조하여 직류전압으로 변환시킨 후 소정 레벨 증폭하고, 이 증폭된 직류성분의 출력전압을 궤환 입력하여 각각의 I신호와 Q신호의 레벨을 검출하며, 이 검출된 각각의 I신호와 Q신호의 레벨을 아날로그 써밍한 후 증폭한 다음 기준전압과 비교하여 VCA를 제어하기 위한 제어전압을 출력하고, 이후 신호 안정화 단계를 거친 상기 출력된 제어전압에 따라 입력되는 아날로그 IF신호의 크기가 작은 경우 IF신호를 증폭시켜 각각의 I신호와 Q신호를 증폭시키고, 아날로그 IF신호의 크기가 큰 경우 IF신호를 감쇄시켜 각각의 I신호와 Q신호를 감쇄시킴으로써 입력신호의 레벨 변동에도 기저대역의 I신호와 Q신호의 출력전압이 항상 일정하게 유지되도록 함을 특징으로 하며, 이와 같이 신호 레벨 검출기 다음단에 아날로그 써밍 및 증폭을 위한 비반전 증폭기를 구성하여 설계자가 VCA에 입력되는 제어전압을 조절하여 이득을 쉽게 가변조정할 수 있으며, 이에 따라 사용이 간단함은 물론 종래에 사용되었던 기저대역 신호의 자동이득 조정회로보다 그 구성이 간단하여 많은 부품 수를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로 {Analog auto gain control circuit in the mobile communication system}
본 발명은 이동통신 시스템의 기지국 또는 이동 단말국 등의 시스템에 있어서, 간단한 아날로그 회로 소자를 이용하여 자동이득 조정회로를 구현함으로써 기저대역(Baseband)의 I(Inphase)신호와 Q(Quadrature)신호의 이득을 자동으로 조정할 수 있도록 한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 시스템의 기지국 또는 이동 단말국에는 수신되는 아날로그 입력신호의 이득을 조정하기 위한 자동이득 조정회로가 구비되어 있으며, 이러한 자동이득 조정회로는 입력되는 아날로그 신호의 레벨이 변동하여도 항상 일정한 출력을 유지할 수 있도록 하여 수신신호를 안정화시킴은 물론 안정된 통신을 수행할 수 있도록 하고 있다.
종래의 아날로그 자동이득 조정회로는 도 1에 도시된 바와 같이 VCA(Voltage Control Attenuator)(1), AMP(AMPlifier)(2), 검출부(Detector)(3), 루프 필터(Loop Filter)(4), 선형(Linear) 회로부(5)로 구성되어, VCA(1)가 선형 회로부(5)에서 출력되는 제어전압에 따라 입력되는 아날로그 IF(Intermediate Frequency)신호의 크기를 증폭 또는 감쇄시키고, 이어 AMP(2)가 상기 VCA(1)를 거친 아날로그 IF신호를 소정 증폭하여 출력하게 되는데, 이때 상기 VCA(1)로 입력되는 아날로그 IF신호의 변동에도 일정한 출력을 유지하기 위해 검출부(3)가 AMP(2)를 통과한 증폭된 아날로그 IF신호의 레벨을 검출하여 루프 필터(4)를 통해 필터링시킨 후, 선형 회로부(5)를 통해 검출부(3)에서 검출한 신호 레벨에 따른 제어전압을 상기 VCA(1)로 출력하여 VCA(1)의 감쇄동작을 제어한다.
그러나, 상기와 같이 동작하는 종래의 아날로그 자동이득 조정회로는 회로적 구성을 상세히 기재하지는 않았지만 기능적으로나 회로적으로 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 실제 회로 설계에 있어서도 많은 어려움이 있으며, 특히 검출부(3)의 회로가 더욱 복잡하여 이용하기가 쉽지 않으며, 구성이 복잡한 만큼 부품이 많이 소용된다라는 문제점이 있었다.
또한, IF단이나 RF(Radio Frequency)단에서는 하나의 경로에 대해서만 자동이득 조정회로를 구현하는 것이 보통이었으나, IF신호를 기저대역 신호로 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조하는 경우에는 I신호와 Q신호로 나누어지기 때문에 2개의 기저대역 신호에 대한 자동이득 조정회로 구성이 더욱더 복잡하고 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 입력되는 아날로그 기저대역의 I신호와 Q신호의 레벨을 그대로 AC/DC 변환시키는 2개의 신호 레벨 검출기를 구비하고, 신호 레벨 검출기에서 출력되는 각각의 I신호와 Q신호를 아날로그 써밍(Summing)하여 증폭하는 간단한 회로 소자로 구성되는 증폭기 및 비교기를 더 구비하여 자동이득 조정회로를 구현함으로써 아날로그 기저대역의 I신호와 Q신호의 이득을 자동으로 조정할 수 있도록 한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로를 제공하는 데에 있다.
도 1은 종래 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 I신호 및 Q신호 레벨 검출부의 회로 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 아날로그 써밍 증폭부의 회로 구성도,
도 5는 본 발명에 의한 비교부의 회로 구성도,
도 6은 본 발명에 의한 신호 안정화부의 회로 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : VCA
20-1,20-2 : I신호 및 Q신호 복조부
30-1,30-2 : I신호 및 Q신호 AMP
40-1,40-2 : I신호 및 Q신호 레벨 검출부
50 : 아날로그 써밍 증폭부
60 : 비교부
70 : 신호 안정화부
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로는, 입력되는 아날로그 IF신호를 기저대역의 I신호와 Q신호로 QPSK 복조하여 직류전압으로 변환시킨 후 소정 레벨 증폭하고, 이 증폭된 직류성분의 출력전압을 궤환 입력하여 각각의 I신호와 Q신호의 레벨을 검출하며, 이 검출된 각각의 I신호와 Q신호의 레벨을 아날로그 써밍한 후 소정 레벨 증폭한 다음 기준전압과 비교하여 VCA를 제어하기 위한 제어전압을 출력하고, 이후 신호 안정화 단계를 거친 상기 출력된 제어전압에 따라 입력되는 아날로그 IF신호의 크기가 작은 경우 IF 신호를 증폭시켜 각각의 I신호와 Q신호를 증폭시키고, 아날로그 IF신호의 크기가 큰 경우 IF신호를 감쇄시켜 각각의 I신호와 Q신호를 감쇄시킴으로써 입력신호의 레벨 변동에도 기저대역의 I신호와 Q신호의 출력전압이 항상 일정하게 유지되도록 함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로의 블록 구성도로서, 신호 안정화부를 통해 입력되는 제어전압에 따라 입력되는 아날로그 IF신호의 크기가 작은 경우 IF신호를 QPSK 복조한 각각의 I신호와 Q신호를 증폭하여 출력하고, 크기가 큰 경우 각각의 I신호와 Q신호를 감쇄하여 출력하도록하는 VCA(10)와, 상기 VCA(10)에서 출력되는 아날로그 IF신호를 QPSK 복조하여 I신호와 Q신호를 각각 출력하는 I신호 복조부(20-1) 및 Q신호 복조부(20-2)와, 상기 I신호 복조부(20-1) 및 Q신호 복조부(20-2)에서 출력되는 I신호와 Q신호를 소정 레벨 증폭하여 출력하는 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)와, 상기 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 증폭된 후 출력되는 I신호와 Q신호를 궤환 입력하여 신호 레벨을 검출하는 각각의 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)와, 상기 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)에서 검출된 I신호와 Q신호의 레벨을 아날로그 써밍한 후 소정 레벨 증폭하는 아날로그 써밍 증폭부(50)와, 상기 아날로그 써밍 증폭부(50)에서 증폭된 아날로그 써밍신호의 크기를 기준전압과 비교하는 비교부(60)와, 상기 비교부(60)의 비교 결과에 따라 출력되는 전압을 상기 VCA(10)에서 사용 가능한 제어전압으로 변환하여 VCA(10)로 출력하는 신호 안정화부(70)로 구성된다.
상기 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)는 입력되는 아날로그 IF신호를 QPSK 복조한 I신호 및 Q신호의 크기에 따라 출력 레벨이 정해지게 되는데, 즉 입력신호 레벨이 작으면 출력신호 레벨도 작게 나타나고 입력신호 레벨이 크면 출력신호 레벨도 크게 나타난다.
이러한 상기 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)는 도 3에 도시된 바와 같이 두 개의 다이오드(D1,D2)와 캐패시터(C1,C2)로 이루어지는 전파 배전압 정류회로로 구성되어 상기 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 출력되는 기저대역의 I신호와 Q신호를 직류전압으로 변환시킨다.
상기 아날로그 써밍 증폭부(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)에서 출력되는 I신호와 Q신호를 써밍하기 위한 구성으로, 저항(R,R1,R2)과 가변저항(VR) 및 OP 앰프(A1)로 이루어지는 비반전 증폭회로로 구성된다.
상기 비교부(60)는 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 저항(R1,R2,R3,R4)과 OP 앰프(A1)로 구성되며, 상기 신호 안정화부(70)는 도 6에 도시된 바와 같이 저항(R)으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, VCA(10)에서는 입력되는 아날로그 IF신호를 신호 안정화부(70)를 통해 출력되는 비교부(60)의 제어전압에 따라 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 출력되는 기저대역의 I신호 및 Q신호의 출력전압이 일정하게 유지되도록 증폭 또는 감쇄시켜 다시 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)로 출력한다.
그러면, I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서는 다음단(도시하지 않음)으로의 출력을 위해 VCA(10)에서 출력된 IF신호를 각각 QPSK 복조하는 I신호 복조부(20-1) 및 Q신호 복조부(20-1)에서 출력되는 I신호 및 Q신호의 레벨을 다시 일정 레벨 증폭시킨다.
상기와 같이 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 증폭되어 출력되는 I신호 및 Q신호가 IF신호의 입력레벨 변동에도 항상 일정하게 유지되도록 하기 위해서 I신호 레벨 검출부(40-1)와 Q신호 레벨 검출부(40-2)는 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 출력되는 I신호와 Q신호를 각각 궤환 입력하여 그 신호 레벨을 검출한다.
이때, 상기 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 증폭되어 출력되는 QPSK 복조된 기저대역의 I신호 및 Q신호는 피크 투 피크(Peak To Peak) 1V 정도의 신호의 레벨을 갖는다.
즉, I신호 레벨 검출부(40-1)와 Q신호 레벨 검출부(40-2)에서는 도 3에 도시된 전파 배전압 정류회로를 이용하여 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 출력되는 I신호와 Q신호의 크기를 DC전압으로 변환시킨다.
이때, 입력되는 신호의 레벨이 크면 큰 DC전압이 출력되고 입력되는 신호의 레벨이 작으면 작은 DC전압이 출력되어 입력되는 신호의 크기에 따라 DC전압의 크기가 변화하게 된다.
여기서, 보다 상세한 동작을 살펴보면, 사인파 형태의 증폭된 I신호 및 Q신호가 입력되는 경우, 입력신호의 첫 번째 +반주기가 입력되는 동안에는 다이오드(D1)가 도통되고 캐패시터(C1)에 입력 최대 전압인 Vin까지 충전되며, 나머지 다이오드(D2)는 차단 상태가 되어 동작하지 않는다.
그런 다음, 입력신호의 -반주기가 입력되면 다이오드(D1)는 차단 상태가 되고 다이오드(D2)는 도통되며 캐패시터(C2)에는 Vin의 전압이 충전되어 최종 출력은 입력 전압의 2배가 되는 직류전압이 출력된다.
이러한 방식을 통해 I신호 레벨 검출부(40-1)와 Q신호 레벨 검출부(40-2)는아주 작은 미소 신호까지도 검출할 수 있다.
이후, 아날로그 써밍 증폭부(50)에서는 상기 I신호 레벨 검출부(40-1)와 Q신호 레벨 검출부(40-2)에서 출력되는 I신호와 Q신호를 아날로그 써밍하고, 이 써밍된 신호의 DC전압이 매우 작게 출력될 경우 그 DC전압을 소정 레벨 증폭하여 비교부(60)에서 기준전압과의 비교가 용이해질 수 있도록 한다.
즉, 입력신호의 크기가 아주 작은 경우 I신호 레벨 검출부(40-1)와 Q신호 레벨 검출부(40-2)의 출력도 아주 작게 되어 나중에 비교부(60)에서 비교하는데 애로가 발생하므로 I신호 레벨 검출부(40-1)와 Q신호 레벨 검출부(40-2)의 출력신호의 크기를 어느 정도 증폭시켜주어야 하는 것이다.
이에 따라, 비반전 증폭회로를 이용하여 가변저항(VR) 조정에 따라 입력신호를 소정 레벨 증폭하며, 이때의 증폭에 따른 입출력 관계식은 아래 수식 1과 같다.
여기서,
이후, 비교부(60)에서는 아날로그 써밍 증폭부(50)를 통해 증폭되어 출력되는 전압()과 기준전압()을 비교하게 되는데, 이때 비교부(60)에서 출력되는 전압()은 입력전압()에 반비례하여 출력하게 된다.
즉, 출력전압()은 기준전압()에서 입력전압()을 뺀 전압으로서, 입력신호가 작은 경우 비교부(60)에서 큰 전압이 출력되고, 입력신호가 큰 경우비교부(60)에서 작은 전압이 각각 출력되게 된다.
비교부(60)에서의 입출력 전압 관계식은 아래 수식 2와 같다.
이면,
마지막으로, 비교부(60)에서 출력되는 전압은 신호 안정화부(70)를 통해 VCA(10)에서 사용하는 전압으로 알맞게 조절되어 VCA(10)에 제어전압으로서 출력된다.
그러면, VCA(10)에서는 신호 안정화부(70)를 통해 출력되는 비교부(60)의 제어전압에 따라 입력되는 아날로그 IF신호의 크기를 증폭 또는 감쇄한다.
즉, 입력되는 IF신호가 작은 경우 비교부(60)에서 큰 제어전압이 출력되어 VCA(10)가 IF신호를 증폭시켜 기저대역의 I신호와 Q신호를 증폭시키고, 입력되는 IF신호가 큰 경우 비교부(60)에서 작은 제어전압이 출력되어 VCA(10)가 IF신호를 감쇄시켜 기저대역의 I신호와 Q신호를 감쇄시키게 된다.
이상, 상기 설명에서와 같이 본 발명은 신호 레벨 검출기 다음단에 아날로그 써밍을 위한 비반전 증폭기를 구성하여 설계자가 VCA에 입력되는 제어전압을 조절하여 이득을 쉽게 가변조정할 수 있으며, 이와 같이 사용이 간단함은 물론 종래에 사용되었던 기저대역 신호에 대한 자동이득 조정회로보다 그 구성이 간단하여 많은부품 수를 줄일 수 있어 경제적인 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 이동통신 시스템의 아날로그 IF신호를 QPSK 복조한 기저대역의 I신호 및 Q신호에 대한 자동이득 조정회로에 있어서,
    제어전압에 따라 입력되는 아날로그 IF신호의 크기가 작은 경우 IF신호를 QPSK 복조한 각각의 I신호와 Q신호를 증폭하여 출력하고, 크기가 큰 경우 각각의 I신호와 Q신호를 감쇄하여 출력하도록 하는 VCA(10)와,
    상기 VCA(10)에서 출력되는 아날로그 IF신호를 QPSK 복조하여 I신호와 Q신호를 각각 출력하는 I신호 복조부(20-1) 및 Q신호 복조부(20-2)와,
    상기 I신호 복조부(20-1) 및 Q신호 복조부(20-2)에서 출력되는 I신호와 Q신호를 소정 레벨 증폭하여 출력하는 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)와,
    두 개의 다이오드(D1,D2)와 캐패시터(C1,C2)로 이루어지는 전파 배전압 정류회로로 구성되어 상기 I신호 AMP(30-1) 및 Q신호 AMP(30-2)에서 증폭된 후 출력되는 I신호와 Q신호를 궤환 입력하여 신호 레벨을 검출하는 각각의 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)와,
    저항(R,R1,R2)과 가변저항(VR) 및 OP 앰프(A1)로 이루어지는 비반전 증폭회로로 구성되어 상기 I신호 레벨 검출부(40-1) 및 Q신호 레벨 검출부(40-2)에서 검출된 I신호와 Q신호의 레벨을 아날로그 써밍한 후 소정 레벨 증폭하는 아날로그 써밍 증폭부(50)와,
    다수의 저항(R1,R2,R3,R4)과 OP 앰프(A1)로 구성되어 상기 아날로그 써밍 증폭부(50)에서 증폭된 아날로그 써밍신호의 크기를 기준전압과 비교하는 비교부(60)와,
    저항(R)으로 구성되어 상기 비교부(60)의 비교 결과에 따라 출력되는 전압을 상기 VCA(10)에서 사용 가능한 제어전압으로 변환하여 상기 VCA(10)로 출력하는 신호 안정화부(70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서의 아날로그 자동이득 조정회로.
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