KR100325137B1

KR100325137B1 - 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치

Info

Publication number: KR100325137B1
Application number: KR1019990040468A
Authority: KR
Inventors: 이희곤
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신주식회사
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2002-02-25
Also published as: KR20010028291A

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서의 디지털 자동이득제어 장치를 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 무선가입자망 통신 시스템의 자동이득제어 장치에 있어서; 고주파 신호를 소정 레벨의 I와 Q 신호로 조절하여 출력하는 RF AGC부와; 상기 RF AGC부에서 출력되는 I와 Q 신호를 각각 입력받아 A/D 변환하여 출력하는 제1 및 제2 A/D 변환부와; 상기 제1 및 제2 A/D 변환부의 출력을 각각 입력받아 필터링하여 출력하는 제1 및 제2 필터부와; 상기 제1 및 제2 필터부에서 각각 필터링되어 출력되는 신호를 입력받고 분석된 승산율로 승산하여 출력하는 승산부와; 상기 승산부로부터 승산되어 각각 출력되는 I와 Q 신호의 일부를 검출하고 더하여 파워레벨 값을 출력하는 덧셈부와; 상기 덧셈부에서 출력되는 레벨을 기준신호의 레벨과 비교하여 해당 비교값을 출력하는 비교부와; 상기 비교부의 출력을 누적하여 상기 승산부를 제어하는 신호로 출력하는 누적부로 이루어지는 특징에 의하여 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡을 해결할 수 있게 된다.

Description

통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치 {Digital auto gain controller in communication system}

본 발명은 통신 시스템의 디지털 자동이득제어(Automatic Gain Control,AGC) 장치에 관한 것으로, 특히 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡을 해결하여 통신 시스템의 신뢰도를 향상시키기에 적당하도록 한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치에 관한 것이다.

광대역(Wideband) 무선가입자망(WLL)에서는 넓은 대역(Bandwidth)의 주파수 신호, 일 예로써, 10 MHz 대역의 주파수를 이용하여 다수 채널에 의한 통신 신호를 송수신하게 된다.상기와 같은 무선가입자망의 신호처리부에서는 광대역의 주파수 신호에 대하여 선형영역에서 동작하는 주파수 특성을 가지고 있어야 한다.그러나, 일반적인 회로, 특히 아날로그 회로는 선형영역에서 동작하는 주파수 특성이 한정되어 있고, 해당 주파수 영역을 벗어 나는 경우는 왜곡(Distortion)이 발생하게 된다.따라서, 광대역의 신호를 처리하는데 있어서 아날로그 AGC를 사용할 경우 연산증폭기(OP Amp)의 주파수 특성 제한에 따른 신호왜곡이 발생하는데, 이러한 연산증폭기의 제한된 주파수 특성은 특히, 광대역의 신호를 처리하는 경우 심각하게 신호 왜곡을 야기시킬 수 있다.

이하, 종래 기술의 아날로그 AGC 방식에 관한 것으로, 연산증폭기에 의하여 증폭된 신호를 A/D 변환기를 거치고, 비교기와 누산기를 거쳐 다시 D/A 변환을 통해 연산증폭기로 흘러가는 방식을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

종래 기술을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도1은 종래 통신 시스템의 아날로그 자동이득제어 장치의 기능 블록구성도이다.

상기 첨부된 도1 을 참조하면, 수신단으로부터 I(Inphase)와 Q(Quadrature) 신호를 입력받아 각각 증폭하는 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)와; 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)의 출력을 각각 A/D 변환하는 제1 및 제2 A/D 변환부(3)(4)와; 상기 제1 및 제2 A/D 변환부(3)(4)의 출력을 각각 필터링하는 제1 및 제2 필터부(5)(6)와; 상기 제1 및 제2 필터부(5)(6)의 출력을 더하는 덧셈부(7)와; 상기 덧셈부(7)의 출력레벨과 기준신호의 레벨을 비교하는 비교부(8)와; 상기 비교부의 비교결과를 누적하는 누적부(9)와; 상기 누적부의 출력을 D/A 변환하여 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)로 출력하는 D/A 변환부(10)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 종래 기술은, RF(Radio Frequency) AGC와 수신단 AGC 중에서, 수신단 AGC에 관한 것이다.

상기 수신단 AGC는, 입력되는 I(Inphase) 신호와 Q(Quadrature) 신호를 제1 연산증폭부(1)와 제2 연산증폭부(2)에서 각각 입력받아 증폭한 후에 출력하면, 제1 및 제2 A/D 변환부(3,4)에 의하여 디지털 신호로 변환 한 후, 각각 해당 되는 제1 필터부(5)와 제2 필터부(6)에 의하여 잡음성분 신호가 여파되며, 상기 덧셈부(7)에 인가되어 각 I와 Q의 신호가 곱해지고 더해져서 I²+ Q²의 값으로 합성된다.

상기와 같이 합성된 신호는 비교부(8)에 인가되어 특정한 기준 값과 그 크기가 부합되는지의 여부가 판단되어진다. 여기서 비교부(8)는 입력된 신호값의 크기가 정하여진 기준값과 비교해 그 크기가 크다면 -1을, 작다면 +1의 제어신호를 누적부(9)로 출력하게 된다.

상기 누적부(9)는 해당 디지털 제어신호를 D/A 변화부(10)에 출력하므로써, 아날로그 신호로 변환하고, 상기와 같이 아날로그 신호로 변환된 제어신호는 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)에 인가되어 증폭율을 조정하게 된다.

상기와 같은 과정을 계속적으로 반복함으로써 일정한 크기 또는 레벨의 신호를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 장치에서, 아날로그 방식의 연산증폭기(1,2)는 일정한 주파수 대역에서 선형으로 동작하고 그 이외의 대역에서는 특성을 달리하는 비선형으로 동작하므로, 광대역일 경우 문제가 발생하게 된다. 그 문제점은 신호의 왜곡이라는 현상으로 나타나고, 이것은 통화 또는 통신의 품질에 크게 영향을 주게 된다. 즉, 상기 연산증폭기(1,2)가 선형으로 동작하는 주파수의 구간에서는 원하는 주파수를 제어된 증폭율로 증폭하게 되지만, 비선형 구간에서는 해당 주파수 신호를 제대로 인식하지 못하는 동시에 동일한 레벨로 증폭하지 못하는, 신호 왜곡현상이 발생하므로 인하여 광대역(Wideband) 주파수 신호를 사용하는 통신 체계에서는 아날로그 AGC 방식의 동작에 심각한 통신오류의 문제가 발생하게 된다.

즉, 광대역 무선가입자망(W-WLL: Wideband - Wireless Local Loop)의 경우 대략 10MHz 정도의 주파수 대역을 사용하므로 이러한 문제점이 크게 나타날 수 있게 된다.

상기와 같은 종래 장치의 동작을 좀더 상세히 설명해 보자.

먼저 수신단 AGC에 입력되는 전력은 다음의 식1과 같이 기술될 수 있다.

여기서는 In-phase 데이터이고,는 Quadrature-phase 데이터이다. 그리고 식1은 다음의 식2와 같이 쓸 수 있다.

상기와 같은 수신단 AGC는 식2의 파워, 즉의 값이 일정한 값이 되도록 하는 것이다. 상기한 바와 같이신호 값은 비교부(8)로 가서 기준이 되는 크기의 값과 비교되므로써 그 크기를 조절하는 해당 제어신호를 누적부(9)에 출력하고 상기 누적부(9)는 해당 신호를 D/A 변화부(10)에 출력하므로써, 아날로그의 제어신호는 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1, 2)에 출력된다.상기 제1 및 제2 연산증폭부(1, 2)는 도면에 상세히 도시되지 않은 저항과 캐패시터에 의한 전압신호에 증폭율 또는 게인(Gain)이 조절되는 것으로써, 상기의 D/A 변화부(10)로부터 출력되는 제어용 전압신호에 의하여 증폭율 또는 게인이 조절된다. 상기 연산증폭부(1)(2)는 입력되는 주파수 신호의 레벨을 변환하는 것으로써, 입력되는 주파수 마다 증폭 특성(게인 값)이 다르기 때문에 주파수 대역이 넓은 경우에 증폭된 신호에 왜곡(Distortion) 현상이 생기게 된다. 즉, 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1,2)가 입력되는 주파수 신호에 대하여 일정한 증폭율을 갖는 선형 구간에서는 증폭 특성이 좋기 때문에 연산증폭기(1,2)로서의 기능을 충분히 수행하지만, 광대역 주파수를 사용하는 무선가입자망(W-WLL) 시스템에서는 상기 아날로그 방식 연산증폭기에 의하여 왜곡이 발생함을 확인할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 종래의 아날로그 AGC 방식은 연산증폭기의 주파수 특성에 의하여, 광대역의 주파수 신호가 입력되는 경우, 연산증폭기의 비선형 구간에서 신호 왜곡 현상이 발생하는 문제점이 있게 된다.그러므로, 상기와 같은 신호 왜곡 현상은 10 MHz의 주파수 대역을 사용하는 W-WLL의 경우 통신신호의 품질에 큰 영향을 주게 되며, 광대역의 주파수 신호를 왜곡없이 증폭율을 제어할 AGC 알고리즘의 개발이 필요하게 된다.

또한, 향후 데이터 통신의 수요가 더욱 증가함에 따라서 사용하는 주파수 대역폭도 점차 광대역화로 나아가는 추세이므로, 연산증폭기를 사용하는 종래의 아날로그 방식 AGC 알고리즘으로는 신호의 왜곡 현상을 피할 수 없고, 신호의 특성을 유지하면서 AGC 알고리즘을 수행할 수 있는 디지털 AGC 알고리즘의 발명이 반드시 필요하게 된 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡 현상을, 디지털 방식으로 처리하므로써, 광대역 주파수 신호 특성에 의한 왜곡현상이 발생하지 않도록 하는 동시에 무선가입자망 통신 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 디지털 자동이득제어 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

도1은 종래 통신 시스템의 아날로그 자동이득제어 장치의 블록구성도이고,

도2는 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치의 블록구성도이며,

도3은 도2의 신호레벨 조정을 보인 파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : RF AGC부 12, 13 : A/D 변환부

14, 15 : 필터부 16 : 승산부

17 : 덧셈부 18 : 비교부

19 : 누적부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치는,

무선가입자망 통신 시스템의 자동이득제어 장치에 있어서; 고주파 신호를 소정 레벨의 I와 Q 신호로 조절하여 출력하는 RF AGC부와; 상기 RF AGC부에서 출력되는 I와 Q 신호를 각각 입력받아 A/D 변환하여 출력하는 제1 및 제2 A/D 변환부와; 상기 제1 및 제2 A/D 변환부의 출력을 각각 입력받아 필터링하여 출력하는 제1 및 제2 필터부와; 상기 제1 및 제2 필터부에서 각각 필터링되어 출력되는 신호를 입력받고 분석된 승산율로 승산하여 출력하는 승산부와; 상기 승산부로부터 승산되어 각각 출력되는 I와 Q 신호의 일부를 검출하고 더하여 파워레벨 값을 출력하는 덧셈부와; 상기 덧셈부에서 출력되는 레벨을 기준신호의 레벨과 비교하여 해당 비교값을 출력하는 비교부와; 상기 비교부의 출력을 누적하여 상기 승산부를 제어하는 신호로 출력하는 누적부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명에 의한 것으로, 광대역 무선가입자망(W-WLL) 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치를 첨부된 도면을 참조하여 일 실시예로써 설명하면 다음과 같다.

광대역 무선가입자망(W-WLL)에서는 처리되는 신호의 레벨(Level)을 자동조정하는 AGC 알고리즘에 있어서, 일반적으로 RF 단에서의 AGC와 수신단에서의 AGC 알고리즘으로 나누어 두 가지로 분류할 수 있다. 본 발명은 이 중에서 수신단에서의 AGC 알고리즘에 관한 것으로 특히, 디지털 방식을 이용하는 AGC 알고리즘에 관한 것이다.

본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도2는 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치 기능 블록구성도이다.

상기 첨부된 도2를 참조하면, 광대역 무선가입자망(W-WLL) 통신 시스템의 자동이득 제어장치에 있어서, 고주파 신호를 소정 레벨의 I와 Q 신호로 저정 또는 조절하여 출력하는 RF AGC부(11)와;상기 RF AGC부(11)로부터 출력되는 I와 Q의 아날로그 신호를 각각 입력받아 n 비트의 디지털 신호로 A/D 변환하여 출력하는 제1 및 제2 A/D 변환부(12)(13)와;상기 제1 및 제2 A/D 변환부(12)(13)로부터 출력되는 n 비트의 디지털 출력 신호를 각각 입력받아 필터링하여 출력하는 제1 및 제2 필터부(14)(15)와;상기 제1 및 제2 필터부(14)(15)에서 잡음성 신호가 필터링된 n 비트의 디지털 신호를 입력받고 가장중요한(MSB: Most Significant Bit) k 비트를 분리하여 분석하므로써 증폭율을 확인하고, 상기 확인된 증폭율에 의하여 상기 입력된 n 비트의 신호를 증폭 또는 승신하여 출력하는 승산부(16)와;상기 승산부(16)로부터 증폭 또는 승산되어 각각 출력되는 I와 Q 신호의 일부를 검출하고, 상기 일부 검출된 I와 Q 신호를 각각 제곱하여 더하므로써 파워레벨을 구하여 출력하는 덧셈부(17)와;상기 덧셈부(17)로부터 출력된 신호의 레벨을 기준신호(REF)의 레벨과 비교하여, 상기 기준신호(REF)보다 낮은 레벨인 경우는 +1의 제어신호를, 높은 레벨인 경우는 -1의 제어신호를 출력하는 비교부(18)와;상기 비교부(18)로부터 출력되는 신호를 누적하여 상기 승산부(16)로 출력하는 누적부(19)로 구성된다.

상기에서 승산부(16)는, 제1 및 제2 필터부(14)(15)에서 필터링된 n 비트의 디지털 신호 중 가장 중요하다고(MSB) 미리 설정한 k 비트의 특정 데이터 비트를 추출하여 분석하므로써, 증폭율을 확인하는 것으로써, 일 예로, 상기 k 비트가 5 비트인 경우, 첫번째 비트는 + 증폭 또는 - 증폭을 나타내고, 두번째 비트는 1의 값에 해당하는 증폭율, 세번째 비트는 1/2의 값에 해당하는 증폭율, 네번째 비트는 1/4의 값에 해당하는 증폭율, 다섯번째 비트는 1/8에 해당하는 증폭율을 나타내도록 하고, 상기와 같은 k 비트의 분석 값에 의하여 입력되는 n 비트의 디지털 신호를 해당 값만큼 증폭 또는 승산하여 출력하게 된다.

상기와 같이 RF 단의 AGC인 RF AGC부(11)로부터 출력된 신호가 아날로그-디지털 변환부(12,13)에 의하여 n 비트의 디지털 신호로 변환되고, 필터부(14,15)를 통하여 잡음성 신호가 여파되며, 승산부에 의하여 MSB의 k 비트를 분석하므로써, 확인된 증폭율에 의하여 상기 입력된 n 비트의 디지털 신호를 증폭 또는 승산되어 출력되는 신호가 덧셈부(17)에 인가되어 파워 값을 구하게 된다.상기와 같이 덧셈부(17)에 의하여 구하여진 파워 값의 레벨은 비교부(18)에 인가되어 기준이 되는 값(REF)의 레벨과 비교되어 해당 제어신호가 출력되고, 상기 비교부(18)에서 비교하여 출력된 해당 제어신호는 상기 누적부(19)로 입력 된다. 상기 누적부(19)는 상기 비교부(18)로부터 입력된 신호를 누적한 후에 상기 승산부(16)에 출력하므로써, 상기 승산부(16)가 증폭 또는 승산하는 크기가 제어된다. 즉, 디지털 AGC 알고리즘은 종개 기술과 같이 연산증폭기를 사용하지 않기 때문에 주파수 대역이 넓다고 하더라도 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호 왜곡이 생기지 않게 된다. 다만, 상기 RF AGC부(11)에서 고주파 신호의 레벨을 어느 정도 조정한 후에 출력하여야 되는데 이것은 다시 설명하기로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 RF AGC부(11)에서 출력되는 고주파부에서의 AGC 신호는, 신호의 레벨을 일정 수준으로 조절하는 것이다. 이 과정이 없으면 디지털 AGC는 손상된 신호가 입력되어 결국 완전한 신호로 복원을 할 수 없게 된다.

여기서 일정 수준으로 조절한다는 것은, 도3의 파형도의 (a) 정도의 신호 레벨을 도3의 (B) 정도의 신호 레벨로 조절한다는 것이다. 만약 이 과정이 없다면 일정 레벨 이상의 신호는 잘려져 나가기 때문에 제1 및 제2 A/D 변환부(12)(13)에 의해 아날로그-디지털 변환을 수행하여 생긴 디지털 신호가 완전한 상태가 될 수가 없게 된다. 따라서 본 발명의 RF AGC부(11)는 반드시 필요한 구성요소가 된다.

일단 RF AGC부(11)에서 레벨이 어느 정도 조절된 신호가 입력되면, 상기 입력된 신호는 아날로그-디지털 변환을 거쳐 디지털화된다. 이렇게 변환된 디지털 신호가 총 N 비트라면, 그 중에서 가장 중요한(MSB: Most Significant Bit) K 비트 만을 추출하여 분석하므로써, 증폭율 또는 승산율을 확인하게 되고, AGC에 이용하는 신호로써, 상기 확인된 승산율에 의하여 증폭된 신호는 덧셈부(17)에 입력되어 다음의 식3과 같이 계산되므로써, 파워를 계산하게 되고, 상기와 같이 계산된 파워 값은 비교부(18)로 입력되게 된다.

상기 비교부(18)에서는 기준이 되는 값(REF)과 상기 덧셈기(17)로부터 입력되는 파워 값을 비교하여 출력을 제어하는 +1 또는 -1의 제어신호를 누적부(19)로 출력한다.

상기 누적부(19)는 비교부(18)로부터 입력받은 신호들의 값을 누적시켰다가 상기 승산부(16)(Multiplier)로 출력하므로써, 얻고자 하는 레벨의 신호를 얻는다. 상기와 같은 과정에는 아날로그 AGC에서 존재하는 연산증폭기가 없어, 디지털 신호에서 바로 AGC 알고리즘을 실행하기 때문에 연산증폭기에 의한 광대역 주파신호의 왜곡을 해결할 수 있다. 따라서 사용하는 주파수가 광대역일 경우에는 신호의 왜곡 없이 AGC를 실행할 수 있는 것이다.

이처럼 본 발명은 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡을 해결하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명에 의한 것으로, 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치는 수신되는 신호의 레벨을 일정하게 하는 AGC 알고리즘에 관한 것으로, 종래의 아날로그 AGC 알고리즘을 사용할 경우 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 비선형 구간이 발생하여 주파수 대역이 광대역일 경우 심하게 신호의 왜곡 현상이 생기게 되는 데, 디지털 AGC 알고리즘을 이용하여 이를 해결하여 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

(정정)무선가입자망 통신 시스템의 자동이득제어 장치에 있어서,

고주파 신호를 소정 레벨의 I와 Q 신호로 조절하여 출력하는 RF AGC부와;

상기 RF AGC부에서 출력되는 I와 Q 신호를 각각 입력받아 A/D 변환하여 출력하는 제1 및 제2 A/D 변환부와;

상기 제1 및 제2 A/D 변환부의 출력을 각각 입력받아 필터링하여 출력하는 제1 및 제2 필터부와;

상기 제1 및 제2 필터부에서 각각 필터링되어 출력되는 신호를 입력받고 분석된 승산율로 승산하여 출력하는 승산부와;

상기 승산부로부터 승산되어 각각 출력되는 I와 Q 신호의 일부를 검출하고 더하여 파워레벨 값을 출력하는 덧셈부와;

상기 덧셈부에서 출력되는 레벨을 기준신호의 레벨과 비교하여 해당 비교값을 출력하는 비교부와;

상기 비교부의 출력을 누적하여 상기 승산부를 제어하는 신호로 출력하는 누적부로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치.
(정정)제 1항에 있어서, 상기 승산부는,

상기 제1 및 제2 필터부에서 필터링된 n 비트의 디지털 신호 중에서 k 비트의 MSB 비트를 추출하고 분석하여 그에 해당하는 승산율을 확인한 후, 상기 입력된 n 비트의 신호를 상기 확인된 승산율로 승산하여 출력하는 동시에 상기 누적부로부터 인가되는 제어신호 값에 의하여서도 승산하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치.