KR100311383B1

KR100311383B1 - 멀티레벨복조기의이득제어신호발생장치

Info

Publication number: KR100311383B1
Application number: KR1019980056459A
Authority: KR
Inventors: 이석래
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-12-19
Filing date: 1998-12-19
Publication date: 2001-11-15
Also published as: KR20000040740A

Abstract

본 발명은 멀티레벨 복조기의 이득 제어신호 발생장치에 관한 것으로, 종래의 장치에 있어서는 펄스폭 변조부에 잡음성분뿐 아니라 신호성분이 같이 포함되어 있기 때문에 실제로 포함된 잡음성분 만큼을 보정하는 제어신호를 출력하지 못하고 오차가 발생되어 정확한 이득 제어가 되지 않는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 신호전력 계산부와, 에러 검출부와, 루프필터와, 펄스폭 변조부로 구성된 자동이득조절 제어신호 발생장치에 있어서, 상기 신호 전력 계산부에서 출력되는 신호 전력(Signal_power)을 입력받아 시프팅 시키는 시프트 레지스터와; 상기 시프트된 값을 모두 합하는 덧셈부와; 상기 덧셈부에 의해 더해진 값을 시프트 레지스터의 단수(N)로 나누어 평균을 구하여 출력하는 평균치 계산부로 구성된 신호/잡음 분리부를 더 포함하여 신호성분과 잡음성분이 분리된 값을 에러 검출부로 출력하도록 구성함으로써, 멀티레벨을 가지는 모뎀에서 신호의 레벨차에 영향을 받지 않고, 단지 노이즈에 의해 자동이득조절 레벨을 조절함으로써 안정된 신호의 레벨을 유지시켜 QAM 등의 멀티레벨 모뎀에서 타이밍 복구나 반송파 복구등이 잘 동작하여 원하는 신호를 복원할 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티레벨 복조기의 이득 제어신호 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING GAIN CONTROL SIGNAL OF MULTILEVEL DEMODULATOR}

본 발명은 멀티레벨 신호 전송장치에서 복조기에 입력되는 신호의 레벨을 조절하는 장치에 관한 것으로, 특히 아날로그 중간 주파 변환부(front end)에서 신호의 이득을 조절하는데 필요한 제어신호를 발생하는 멀티레벨 복조기의 이득 제어신호 발생장치에 관한 것이다.

전송 장치에 있어서 복조기(demodulator)의 입력신호의 레벨을 조절하는 것은 타이밍 복원(timimg recovery)과 반송파 복원(carrier recovery) 및 기타 전송신호의 복원을 위하여 필수적이다.

즉, 이득 조절 장치(AGC : Auto Gain Control)는 수신부와 A/D변환기의 입력 다이나믹 레인지(Dynamic Range)수신된 신호의 레벨을 일정하게 유지시켜 줌으로서 전송신호의 복원에 필요한 정보의 추출을 쉽게 한다.

도1은 종래 이득을 제어하기 위한 제어신호 발생장치의 개략적인 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 나이키스트 필터링 된 동상신호(In Phase(real))와 직교신호(Quadrature Phase(imag))를 각각 제곱하여 신호 전력(Signal_Power)을 출력하는 신호전력 계산부(1)와; 상기 신호전력 계산부(1)에서 출력된 신호 전력(Signal_Power)에 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)을 더하여 에러성분(cntr_val)을 구하는 에러 검출부(2)와; 상기 에러 검출부(2)에서 구한 에러성분(cntr_val)을 저역 통과 필터링하는 루프필터(3)와; 상기 루프필터(3)에서필터링된 신호를 펄스폭 변조하여 이득 조절 제어신호를 출력하는 펄스폭 변조부(4)로 구성된 종래 장치의 동작 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일단, 신호 전력 계산부(1)에서는 나이키스트 필터링된 신호(real,imag)를 입력받아 다음 수학식 1과 같이 각각 제곱하여 더함으로써 신호의 전력(Signal_Power)을 구한다.

Signal_Power = Real × Real ＋ Imag × Imag

다음, 에러 검출부(2)에서는 상기와 같이 구한 신호 전력(Signal_Power)과 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)을 더하여 그 차이값(에러값)을 구한다.

여기서, 상기 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)의 계산 방법을 도2와 도3을 참조로 좀더 구체적으로 설명한다.

일단, 도2는 16QAM(Quadrature amplitude modulation)의 경우에 신호의 맵핑(Mapping) 상태를 나타낸 것으로 (S1,S2,∼,S15,S16)의 16개의 점은 총 보낼 수 있는 신호의 개수를 나타내며 (-3,-1,1,3)은 신호의 크기를 나타낸다.

이때 S7인 신호를 변조하여 보내기 위해서는 Real축과 Imag축을 모두 '1'의 크기로 하면 되고 그 때의 신호 전력 계산부(1)에서 출력되는 신호 전력(Signal_Power)은 원점에서 신호점(S7)까지의 거리(d₇(=))의 제곱이 된다.

상기 방법(16QAM)을 이용하여 전송된 신호의 평균 전력 레벨은 다음 수학식 2와같이 매핑된 16개의 모든 신호점들의 크기를 더하고 이를 다시 16으로 나눔으로써 그평균전력 레벨(Avg_Power_Ref)을 계산할 수 있다.

Avg_Power_Ref = [(1²＋1²)×4＋(1²+3²)×8＋(3²＋3²)×4]/16

= 160/16 = 10

즉, 상기 수학식 2는 크기가인 신호점(S6,S7,S10,S11) 4개와 크기(원점과 신호점과의 거리)가인 신호점(S2,S3,S5,S9,S14,S15,S12,S8) 8개와 크기가인 신호점(S1,S13,S16,S4) 4개를 모두 더한후 총 신호점의 수 16으로 나누어 구하게 된다.

이와 같이 구한 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)의 윤곽(Contour)은 도3과 같이 원점으로 부터의 거리가인 원이 만들어 진다.

그러나, 상기와 같은 장치에서는 신호(Real,Imag)가 평균 신호전력()과 다른 즉, 크기가인 신호점(S1,S4,S13,S16)과 크기가인 신호점(S6,S7,S10,S11)들 이 수신 되었다면, 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)과 상당한 차이가 발생되므로 정상적인 신호인데도 에러로 인식되어 정상신호가 에러신호와 같이 루프 필터(3)에 입력됨으로써 그에 따른 제어신호가 출력되어 이득 조절 성능을 저하시킨다.

이를 수학식 3을 참조하여 설명한다.

여기서, S는 신호점이고 N은 평균이 0인 잡음이다.

즉, 상기 수학식 3은 수학식 1과 같지만 다만 신호성분(S)에 잡음성분(N)이 포함된 것으로 이 전력(S^2 + N^2 + 2SN)이 에러 검출부(2)를 통과하여 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)과 더하여져 출력되는 신호(cntr_val)는 다음 수학식 4와 같이 된다.

cntr \_val = S^2 + N^2 + 2SN - (Avr \_Power \_Ref)

이와 같이 에러 검출부(2)에서 출력되는 신호(cntr_val)가 루프필터(3)에 입력되면 루프필터(3)는 수학식 5와 같은 결과를 출력한다.(단, 여기서 M = Avg_Power_Ref 이다.)

여기서, (α,β)는 루프필터(3)의 계수이다.

이때, 그 결과 중 alpha (S^2 + 2SN-M)은 잡음에 의해 생긴 신호 레벨의 변화가 아니라 신호점의 차이에 의해 생긴 오류이다.

따라서, 이득 조절 성능이 저하된다. 그러므로 자동이득조절기(AGC)의 성능을 향상시키기 위해서는 위와 같이 신호 성분이 포함되는 문제가 해결되어야만 한다.

참고로, 도4는 루프필터(3)의 개략적인 내부 구성을 보인 블록도로서, 에러 검출부(2)에서 출력되는 신호(cntr_val)를 입력받아 일측 채널을 통해서는 계수 α를 곱해주고, 다른 일측 채널을 통해서는 메모리(3a)에 의해 누적되고 계수 β를 곱해진 후 서로 더해져서 상기와 같이 신호성분(S)이 포함된 루프필터(3)의 출력이 펄스폭 변조부(4)로 입력된다.

도5는 펄스폭 변조부(4)의 개략적인 내부 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 펄스폭 변조부(4)는 루프 필터(3)에서 출력되는 신호(cntr_pwm)를 누적하여 2^N-1을 합하여 출력되는 신호(V)의 값이 2^N보다 크면 자동이득조절기의 이득을 증가(혹은 감소)시키기 위하여 그 출력(pwm_out)을 '1'로, 2^N보다 작으면 자동이득조절 증폭기의 이득을 감소(혹은 증가) 시키기 위하여 그 출력(pwm_out)을 '0'으로 출력하여 최종적으로 자동 이득 조절기(AGC)의 이득을 제어하는 신호가 출력된다.

이와 같이, 상기 종래의 장치에 있어서는 펄스폭 변조부에 잡음성분뿐 아니라 신호성분이 같이 포함되어 있기 때문에 실제로 포함된 잡음성분 만큼을 보정하는 제어신호를 출력하지 못하고 오차가 발생되어 정확한 이득 제어가 되지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 자동이득조절 제어신호 발생기가 QAM(Quadrature amplitude modulation)과 같이 멀티레벨의 신호점을 갖는 경우 신호에 의한 영향을 최소화하고, 단지 노이즈(noise)에 의한 영향만으로 이득을 제어하기 위한 멀티레벨 복조기의 자동이득조절 제어신호 발생장치를 제공 하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 이득을 제어하기 위한 제어신호 발생장치의 개략적인 구성도.

도2는 16QAM(Quadrature amplitude modulation)의 경우에 신호의 맵핑도.

도3은 도2의 맵핑도에 의한 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)의 윤곽도.

도4는 도1에서 루프필터의 개략적인 내부 구성을 보인 블록도.

도5는 도1에서 펄스폭 변조부의 개략적인 내부 구성을 보인 블록도.

도6은 본 발명에 의한 멀티레벨 복조기의 자동이득조절 제어신호 발생장치의 구성도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 신호/잡음 분리부 10a : 시프트 레지스터

10b : 덧셈부 10c : 평균치 계산부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 나이키스트 필터링 된 동상신호(In Phase)와 직교신호(Quadrature Phase)로 부터 신호 전력(Signal_Power)을 출력하는 신호전력 계산부와; 상기 신호전력 계산부에서 출력된 신호 전력에 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)을 더하여 에러성분을 구하는 에러 검출부와; 상기 에러 검출부에서 구한 에러성분을 저역 통과 필터링하는 루프필터와; 상기 루프필터에서 필터링된 신호를 펄스폭 변조하여 이득 조절 제어신호를 출력하는 펄스폭 변조부로 구성된 자동이득조절 제어신호 발생장치에 있어서, 상기 신호 전력 계산부에서 출력되는 신호 전력(Signal_power)을 입력받아 시프팅 시키는 시프트 레지스터와; 상기 시프트된 값을 모두 합하는 덧셈부와; 상기 덧셈부에 의해 더해진 값을 시프트 레지스터의 단수(N)로 나누어 평균을 구하여 출력하는 평균치 계산부로 구성된 신호/잡음 분리부를 더 포함하여 신호성분과 잡음성분이 분리된 값을 에러 검출부로 출력하도록 구성함으로써 달성되는 것으로, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도6은 본 발명에 의한 멀티레벨 복조기의 자동이득조절 제어신호 발생장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 나이키스트 필터링 된 동상신호(real)와 직교신호(imag)를 각각 제곱하여 신호 전력(Signal_Power)을 출력하는 신호전력 계산부(1)와; 상기 신호전력 계산부(1)에서 출력된 신호 전력(Signal_Power)에 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)을 더하여 에러성분(cntr_val)을 구하는 에러 검출부(2)와; 상기 에러 검출부(2)에서 구한 에러성분(cntr_val)을 저역 통과 필터링하는 루프필터(3)와; 상기 루프필터(3)에서 필터링된 신호를 펄스폭 변조하여 이득 조절 제어신호를 출력하는 펄스폭 변조부(4)로 구성된 자동이득조절 제어신호 발생장치에 있어서, 상기 신호 전력 계산부(1)에서 출력되는 신호 전력(Signal_power)을 입력 받아서 합한 값을 평균하여 신호성분과 잡음성분이 분리된 값을 에러 검출부(2)로 출력하는 신호/잡음 분리부(10)를 더 포함하여 구성한다.

여기서, 상기 신호/잡음 분리부(10)는 신호 전력 계산부(1)에서 출력되는 신호 전력(Signal_Power)을 입력받아 시프팅 시키는 시프트 레지스터(10a)와; 상기 시프트된 값을 모두 합하는 덧셈부(10b)와; 상기 덧셈부(10b)에 의해 더해진 값을 시프트 레지스터(10a)의 단수(N)로 나누어 평균을 구하여 출력(SN_Power)하는 평균치 계산부(10c)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용을 설명한다.

일단, 신호 전력 계산부(1)는 종래와 마찬가지로 입력된 신호(Real, Imag)를 각각 제곱한 후 합하여 신호 전력(Signal_Power)을 구한다.

이때의 신호와 잡음과의 관계는 상기 수학식 3과 같다.

위의 결과(S^2 + N^2 + 2SN)를 신호/잡음 분리부(10)를 통과 시키면 다음 수학식 6과 같은 결과를 얻을 수 있다.

여기서, N은 시프트 레지스터(10a)의 단수를 나타내고, SP는 평균 신호전력, NP는 평균 잡음전력이다.

이와 같이 신호/잡음 분리부(10)에서 출력되는 신호(SN_Power)가 에러 검출부(2)에 입력되면 에러 검출부(2)에서는 종래와 마찬가지로 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)과 더해져 그 차이값(cntr_lpf)이 다음 수학식 7과 같이 출력되어 루프필터(3)에 입력 된다.

따라서, 도5에서 루프필터(3)의 입력으로는 단지 잡음 성분(NP) 뿐이다.

이에 따라 루프필터(3)는 잡음성분(NP)을 계수(α,β)를 이용하여 저역통과 필터링 시킨 후 펄스폭 변조(PWM)에 적용하여 이득 제어 신호를 발생시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 멀티레벨 복조기의 자동이득조절제어신호 발생장치는 멀티레벨을 가지는 모뎀에서 신호의 레벨차에 영향을 받지 않고, 단지 노이즈에 의해 자동이득조절 레벨을 조절함으로써 안정된 신호의 레벨을 유지시켜QAM 등의 멀티레벨 모뎀에서 타이밍 복구나 반송파 복구등이 잘 동작하여 원하는 신호를 복원할 수 있는 효과가 있다.

Claims

나이키스트 필터링 된 동상신호(In Phase)와 직교신호(Quadrature Phase)로 부터 신호 전력(Signal_Power)을 출력하는 신호전력 계산부와; 상기 신호전력 계산부에서 출력된 신호 전력에 평균 신호전력 레벨(Avg_Power_Ref)을 더하여 에러성분을 구하는 에러 검출부와; 상기 에러 검출부에서 구한 에러성분을 저역 통과 필터링하는 루프필터와; 상기 루프필터에서 필터링된 신호를 펄스폭 변조하여 이득 조절 제어신호를 출력하는 펄스폭 변조부로 구성된 자동이득조절 제어신호 발생장치에 있어서, 상기 신호 전력 계산부에서 출력되는 신호 전력(Signal_power)을 입력받아 시프팅 시키는 시프트 레지스터와; 상기 시프트된 값을 모두 합하는 덧셈부와; 상기 덧셈부에 의해 더해진 값을 시프트 레지스터의 단수(N)로 나누어 평균을 구하여 출력하는 평균치 계산부로 구성된 신호/잡음 분리부를 더 포함하여 신호성분과 잡음성분이 분리된 값을 에러 검출부로 출력하도록 구성한 것을 특징으로 하는 멀티레벨 복조기의 이득 제어신호 발생장치.