KR100737746B1 - 적응적 자동이득제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

채널변화에 적응적으로 가변 이득 증폭기의 증폭율을 제어하는 적응적 자동이득제어 방법 및 장치를 제공한다.
적응적 자동이득제어 방법 및 장치는 수신채널이득의 변화량을 추정하고, 변화량에 기초하여 이득제어 동작모드를 설정하고, 수신 신호의 전력을 측정하며, 설정된 이득제어 동작모드에 따라 상기 전력 측정 결과를 기초로 신호 증폭율을 설정한다.
무선 수신기, 가변 이득 증폭기, 채널이득, 자동 이득 제어기

Description

적응적 자동이득제어 방법 및 장치{Method and apparatus for automatic gain control}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 이동통신 수신기의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득제어장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 4의 이득제어 동작모드 설정 과정을 보다 상세히 보여주는 흐름도이다.
도 5는 OFDM 방식으로 전송되는 프레임의 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 종래의 자동이득제어장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
본 발명은 무선 수신기의 가변 이득 증폭 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수신채널의 상태에 따라 적응적으로 가변 이득 증폭기를 제어하는 자동이득 제어 방법 및 이를 위한 자동이득제어 장치에 관한 것이다.
무선 이동통신에서 사용되는 자동이득제어 장치의 목표는 수신 신호의 전력이 일정한 목표 범위 이내가 되도록 가변 이득 증폭기를 제어하는 것이다. 아날로그디지털 변환기에 의해서 입력 신호가 디지털 신호로 변환될 때 입력 신호가 아날로그디지털 변환기의 입력 범위 이내에 있을 때 무선 수신기의 성능이 가장 좋게 된다.
도 6은 종전의 자동이득제어 장치를 보여준다.
가변 이득 증폭기(610)는 수신 신호를 증폭하고, 증폭된 수신 신호는 기저대역 프로세서(620)로 제공된다.
자동이득제어 장치(630)는 가변 이득 증폭기(610)의 증폭율을 설정한다. 이를 위하여 가변이득제어 장치(630)는 전력 측정기(631)와 전력 비교기(632)와 루프 필터(633) 및 이득 조정기(634)를 포함한다.
전력 증폭기(631)는 가변 이득 증폭기(610)의 출력 신호(증폭된 수신 신호)의 전력 레벨을 측정하고, 전력 비교기(632)는 측정된 전력 레벨을 기준 전력과 비교한다.
루프 필터(633)는 전력 비교기(632)의 출력 값(전력 비교 값)을 필터링하고, 필터링된 전력 비교 값을 이득 조정기(634)에 제공한다.
이득 조정기(634)는 필터링된 전력 비교 값을 기준으로 가변 이득 증폭기(610)의 이득을 조정한다.
이러한 자동이득제어 장치(630)의 동작은 연속적으로 수행된다. 다시 말하 면 증폭된 수신 신호의 전력 레벨 변화에 따라 가변 이득 증폭기의 증폭율을 수시로 조정한다.
최근 다양한 통신 시스템에서 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하, OFDM이라 함)을 채용하고 있다. 예를 들어, Wibro나 T-DMB와 같은 휴대 인터넷 혹은 방송 규격은 OFDM을 채용하고 있다. 또한 IEEE 802.11a를 비롯한 무선 랜에서도 OFDM을 채용하고 있다.
하나의 OFDM 심볼에는 서로 직교하는 매우 많은 수의 서브채널 신호들을 포함되어 있고, OFDM 심볼간의 시간적 간격은 다른 변조 방식의 신호에 비해 비교적 긴 특성을 갖는다. 한 OFDM 심볼 구간 내에서 수신채널의 이득(가변 이득 증폭기의 증폭율을 포함)이 변하게 되면 OFDM 심볼에 포함된 서브채널 신호들이 손상되게 된다.
한편, TDD(Time Division Duplex) 방식의 통신 시스템에서 송신 신호와 수신 신호는 동일한 주파수 대역에서 시간을 달리해 전송된다. 따라서 TDD 방식의 통신 시스템에서 가변 이득 증폭기의 특성을 제어하는 프레임 구간 단위일 필요가 있다.
일반적으로는 가변 이득 증폭기에 증폭된 수신 신호의 목표 전력 레벨은 수신 신호의 크기가 허용 가능한 최대가 되도록 하는 것이 가장 수신 신호 품질이 좋지만, 채널이 빠르게 변화하는 상황에서는 증폭된 수신 신호 크기가 목표 전력 레벨을 초과할 경우에 수신 신호가 손상되어 신호 품질은 오히려 나빠진다.
이와 같은 채널 변화를 고려하면 목표 전력 레벨을 허용 가능한 최대 레벨보다 일정 정도로 수준 낮게 설정해 두어야 한다. 하지만 이렇게 되면 채널 변화가 없거나 거의 없는 경우에 얻을 수 있는 최고 품질의 신호에 비해 양자화 잡음비가 약 6dB 까지 떨어질 수 있다.
한편, 도 6과 같은 구조의 자동이득제어 장치에 포함된 루프 필터는 측정된 증폭된 수신 신호의 전력과 기준 전력과의 차이를 필터링하여 안정적인 신호 증폭율을 얻을 수 있게 한다. 루프 필터의 응답 속도가 느린 경우, 신호 증폭율은 보다 안정적이 되며 수신 신호의 전력 측정에서 발생하는 오류도 필터링을 통해 대부분 제거할 수 있다. 그렇지만 채널 변화 속도가 빠른 경우 이득 조정 속도가 느려서 수신 신호 전력 레벨을 목표 기준 전력 레벨로 맞추지 못하게 될 수 있다. 이로 인해 목표 기준 전력 레벨에서 약 5~10dB까지 이르는 이득 제어 오차가 발생할 수 있다. 반대로 응답 속도가 빠른 경우 신호 증폭율은 다소 불안정해질 수 있고 수신 신호의 전력 측정에서 발생하는 오류도 완전히 제거되지 못할 수 있으나 빠른 채널 변화에도 신속하게 증폭기의 신호 증폭율을 조정하여 목표 기준 전력 레벨로 맞추는 데는 더 효과적이다.
도 6과와 같은 기존의 자동이득 제어장치들에서는 기준 전력도 미리 설정된 값을 사용하고 루프 필터도 고정된 필터를 사용하기 때문에 미리 최악의 상황을 고려하여 목표 전력 레벨 및 루프 필터를 설정해야 했다. 이러한 고정된 설정을 사용하는 방식은 안정적인 동작을 위해 평균적으로 성능 저하를 감수해야 한다.
채널 변화속도의 정보를 이용할 수 있다면 채널 변화가 심할 때에는 그에 맞는 낮은 목표 기준 전력 및 응답이 빠른 루프 필터 설정을 사용하고, 변화가 거의 없을 때에는 높은 목표 기준 전력 및 응답이 느린 루프 필터를 사용하는 식으로 매 순간 최적의 설정을 사용할 수 있으므로 보다 효율적으로 보다 나은 수신 신호 품질을 얻을 수 있는 자동이득제어 장치를 구현할 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수신채널이득의 변화에 따라 적응적으로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 제어할 수 있는 적응적 자동이득제어 방법 및 이를 위한 적응적 자동이득제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 수신채널이득의 변화에 따라 적응적으로 신호 증폭율을 결정할 수 있는 무선 수신기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
이상의 목적들은 예시적인 것으로, 본 발명은 이상의 목적들에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 자동이득제어 방법은 수신채널이득의 변화량을 추정하는 단계와, 상기 수신채널이득의 변화량에 기초하여 기준 전력 또는 루프필터의 응답속도를 조정하기 위한 설정 값을 나타내는 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계와, 이득 조정구간 단위로 수신 신호의 전력을 측정하는 단계 및 상기 설정된 이득제어 동작모드에서, 상기 전력 측정 결과를 기초로 신호 증폭율을 설정하는 단계를 포함한다.
상기 신호 증폭율을 설정하는 단계는 상기 전력 측정 결과와 상기 기준 전력을 비교하는 단계와, 상기 전력 비교 값을 상기 루프필터를 이용하여 필터링하는 단계 및 상기 필터링된 전력 비교 값을 이용하여 상기 신호 증폭율을 조정하는 단계를 포함한다.
상기 수신채널의 변화량을 측정하는 단계는 복수의 채널 추정 값들을 제공하는 단계 및 상기 채널 추정 값들에 기초하여 수신채널이득의 변화량을 계산하는 단계를 포함한다. 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들의 분산일 수 있다. 또한 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들 중 최대 값과 최소 값의 차이일 수 있다.
상기 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계는 상기 수신채널이득의 변화량과 채널변화 기준을 비교하는 단계와, 상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준을 초과하는 경우에 상기 이득제어 동작모드를 빠른 채널 모드로 설정하는 단계 및 상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준보다 작은 경우에 상기 이득제어 동작모드를 느린 채널 모드로 설정하는 단계를 포함한다.
상기 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계는 상기 기준 전력을 상기 빠른 채널 모드일 때 상기 느린 채널 모드일 때 보다 작은 값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계는 상기 루프필터의 응답 속도가 상기 빠른 채널 모드일 때 상기 느린 채널 모드일 때보다 빠르게 되도록 상기 루프필터의 필터 계수를 설정하는 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 증폭율을 조정하는 단계는 상기 전력 비교 값에 상기 루프필터의 필터 계수를 곱한 값과 현재 이득 조정구간의 신호 증폭율을 더하여 다음 이득 조정구간의 신호 증폭율을 계산한다.
상기 수신 신호의 전력을 측정하는 단계는 현재 이득 조정구간의 신호 증폭 율에 따라 증폭된 수신 신호에 대하여 상기 현재 이득 조정구간 동안의 평균전력을 계산하여 상기 현재 이득 조정구간의 전력 측정 결과를 얻는 단계를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 자동이득제어 장치는 수신채널이득의 변화량을 추정하는 채널변화 추정기와, 상기 수신채널이득의 변화량에 기초하여 기준 전력 또는 루프필터의 응답속도를 조정하기 위한 설정 값을 나타내는 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 동작모드 제어기와, 이득 조정구간 단위로 수신 신호의 전력을 측정하는 전력 측정기 및 상기 설정된 이득제어 동작모드에서, 상기 전력 측정 결과를 기초로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 설정하는 이득 제어기를 포함한다.
상기 이득 제어기는 상기 전력 측정 결과와 상기 기준 전력을 비교하여 전력 비교 값을 계산하는 전력 비교기와, 상기 전력 비교 값을 필터링하는 상기 루프필터 및 상기 필터링된 전력 비교 값을 이용하여 상기 신호 증폭율을 조정하는 이득 조정기를 포함한다.
상기 채널변화 추정기는 복수의 채널 추정 값들에 기초하여 수신채널이득의 변화량을 계산한다. 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들의 분산일 수 있다. 또한 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들 중 최대 값과 최소 값의 차이일 수도 있다.
상기 동작모드 제어기는 상기 수신채널이득의 변화량과 채널변화 기준을 비교하고, 상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준을 초과하는 경우에 상기 이득제어 동작모드를 빠른 채널 모드로 설정하며, 상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준보다 작은 경우에 상기 이득제어 동작모드를 느린 채널 모드 로 설정한다.
상기 동작모드 제어기는 상기 빠른 채널 모드일 때 상기 전력 비교기가 사용하는 상기 기준 전력을 상기 느린 채널 모드일 때 보다 작은 값으로 설정할 수 있다. 또한 상기 동작모드 제어기는 상기 빠른 채널 모드일 때 상기 루프필터의 응답 속도가 상기 느린 채널 모드일 때보다 빠르게 되도록 상기 루프필터의 필터 계수를 설정할 수도 있다.
상기 이득 조정기는 상기 전력 비교 값에 상기 루프필터의 필터 계수를 곱한 값과 현재 이득 조정구간의 증폭율을 더하여 다음 이득 조정구간의 신호 증폭율을 계산한다.
상기 전력 측정기는 현재 이득 조정구간에서 신호 증폭율에 따라 상기 가변이득 증폭기에 의해 증폭된 수신 신호의 평균전력을 계산하여 상기 현재 이득 조정구간의 전력 측정 결과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 수신기는 무선 채널을 통해 전송되는 RF 신호를 수신하여 기저 대역 신호를 제공하는 RF 신호 처리기와, 상기 기저 대역 신호를 증폭하는 가변 이득 증폭기와, 상기 증폭된 기저 대역 신호를 처리하는 기저대역 프로세서 및 상기 가변 이득 증폭기의 증폭율을 결정하는 적응적 자동이득제어 장치를 포함한다.
상기 적응적 자동이득제어 장치는 수신채널이득의 변화량을 추정하는 채널변화 추정기와, 상기 수신채널이득의 변화량에 기초하여 기준 전력 또는 루프필터의 응답속도를 조정하기 위한 설정 값을 나타내는 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 동작모드 제어기와, 이득 조정구간 단위로 상기 증폭된 기저 대역 신호의 전력을 측정하는 전력 측정기 및 상기 설정된 이득제어 동작모드에서, 상기 전력 측정 결과를 기초로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 설정하는 이득 제어기를 포함한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 설명의 편의상 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 이동통신 수신기의 구성을 보여주는 블록도이다. 설명의 편의상 수신 신호는 OFDM 방식으로 변조된 신호인 것으로 설명한다.
무선 수신기(100)는 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하는 RF 신호 처리기(110)와 기저대역 신호를 증폭하는 가변 이득 증폭기(120)와 증폭된 기저대 역 신호를 처리하는 기저대역 프로세서(130) 및 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 제어하는 자동이득제어 장치(140)를 포함한다.
RF 신호 처리기(110)는 무선 채널을 통해 전송되는 RF 신호를 수신하는 안테나(111)와, 수신된 RF 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(112)와, 증폭된 RF 신호를 필터링하는 필터(113)와, 필터링된 신호로부터 기저대역 신호를 얻는 직교복조기(114)를 포함한다.
통상적으로 OFDM 변조 방식에서 하나의 OFDM 심볼에 포함된 복수의 서브채널 신호들은 QAM 방식으로 변조된 신호이다. 따라서 QAM 방식으로 변조된 서브채널 신호들을 포함한 OFDM 심볼을 복조했을 때 얻어지는 기저대역 신호는 I(In-phase) 채널 신호와 Q(Quadrature-phase) 채널 신호로 나누어진다. 따라서 직교복조기(114)는 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 포함하는 기저대역 신호를 출력한다.
가변 이득 증폭기(120)는 직교복조기(114)에서 출력한 기저대역 신호를 증폭한다.
기저대역 프로세서(130)는 증폭된 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 처리한다.
자동이득제어 장치(140)는 가변 이득 증폭기(120)의 신호 증폭율을 결정한다. 자동이득제어 장치(140)는 이득제어 동작모드를 설정하고, 설정된 이득제어 동작모드에 따라 이득 조정구간 단위로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 설정한다. 자동이득제어 장치에 대한 보다 상세한 설명은 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 자동이득제어 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
자동이득제어장치(140)는 수신채널이득의 변화량을 추정하는 채널변화 추정기(210)와, 상기 수신채널이득의 변화량에 따라 이득제어 동작모드를 설정하는 동작모드 제어기(220)와 수신 신호의 전력을 측정하는 전력 측정기(230) 및 설정된 이득제어 동작모드에서 전력 측정 결과를 기초로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 설정하는 이득 제어기(240)를 포함한다.
채널변화 추정기(210)는 소정의 구간 동안 수신채널이득의 변화량을 추정한다. 채널변화 추정기(210)는 예를 들어, 한 프레임 구간 동안 계산된 복수의 채널 추정 값들에 기초하여 수신채널이득의 변화량을 계산한다. 통상의 이동 통신 단말의 경우에 채널 추정기를 포함하고 있는데 채널 추정 값들을 채널 추정기로부터 얻도록 채널변화 추정기(210)를 구현할 수 있고, 채널변화 추정기(210)가 채널 추정 값들을 계산하도록 채널변화 추정기(210)를 구현할 수도 있다.
채널변화 추정기(210)는 한 프레임 구간 동안 계산된 채널 추정 값들의 분산을 수신채널이득의 변화량으로 사용할 수 있지만, 계산을 간단하게 하기 위하여 한 프레임 구간 동안 계산된 채널 추정 값들 중에서 최대 값과 최소 값의 차이를 수신채널이득의 변화량으로 사용할 수도 있다.
동작모드 제어기(220)는 수신채널이득의 변화량을 이용하여 이득제어 동작모드를 설정한다.
일 실시예에 있어서, 동작모드 제어기(220)는 이득제어 동작모드를 빠른 채 널 모드 또는 느린 채널 모드로 설정한다. 이를 위하여 동작모드 제어기(220)는 미리 설정된 채널변화 기준과 수신채널이득의 변화량을 비교한다. 동작모드 제어기(220)는 수신채널이득의 변화량이 채널변화 기준보다 큰 경우에는 이득제어 동작모드를 빠른 채널 모드로 설정하고, 그렇지 않은 경우에 느린 채널 모드로 설정한다. 그렇지만 이는 예시적인 것으로, 이득제어 동작모드는 2개가 아닌 3개 이상의 동작 모드를 포함하도록 자동이득제어 장치(140)를 구현할 수도 있다.
빠른 채널 모드일 때, 동작모드 제어기(220)는 전력 비교기(241)에서 사용되는 기준 전력을 느린 채널 모드일 때보다 작은 값으로 설정하도록 구현될 수 있다. 또한 빠른 채널 모드일 때, 동작모드 제어기(220)는 루프필터(242)의 응답 속도가 느린 채널 모드일 때보다 빠르게 되도록 필터 계수를 설정하도록 구현될 수 있다. 한편, 동작모드 제어기(220)는 기준 전력과 필터 계수를 모두 설정하도록 구현될 수 있다.
전력 측정기(230)는 이득 조정구간 단위로 가변 이득 증폭기(120)의 출력 신호(증폭된 수신 신호)의 전력을 측정한다. 일 실시예에 있어서, 전력 측정기(230)는 이득 조정구간 단위로 증폭된 수신 신호의 평균전력을 계산한다.
연속적으로 가변 이득 증폭기(120)의 신호 증폭율이 바뀔 때 발생될 수 있는 수신 신호의 품질 저하를 방지하기 위하여 도 2의 적응적 자동이득제어 장치(140)는 이득 조정구간 단위로 수신 신호의 전력을 측정하고, 이득 조정구간 단위로 가변 이득 증폭기(120)의 신호 증폭율을 조정한다. 이득 조정구간은 수신 신호를 구성하는 하나의 심볼 구간이라고 할 수 있다. 예를 들어, 수신 신호가 OFDM 신호인 경우에 이득 조정구간은 하나의 OFDM 심볼 구간이 될 수 있다. 그렇지만 이득 조정구간은 2개 이상의 OFDM 심볼 구간이 될 수도 있다.
출력 신호의 전력(Pin)은 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112006060909307-pat00001
L은 전력측정을 위해 사용하는 미리 정해진 샘플 구간의 크기를 의미하고, I와 Q는 각각 증폭된 수신 신호에 포함된 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 의미한다.
도 5를 참조하여 OFDM 신호에 대해 살펴본다.
OFDM 신호는 프레임들(510, 520, 530)로 구성될 수 있고, 하나의 프레임(520)에는 복수의 OFDM 심볼들(521,522, 523, 524, 525)이 포함된다. 하나의 OFDM 심볼은 의미있는 정보가 담겨있는 유효구간과 심볼간 간섭을 막기 위한 보호구간(도 5에서는 CP(Cyclic Prefix) 구간)을 포함한다.
하나의 OFDM 심볼에는 서브채널의 수만큼의 변조된 신호가 포함된다. 서브채널 신호는 PSK(Phase Shift Keying) 변조된 신호일 수 있고, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조된 신호일 수도 있다.
도 2의 적응적 자동이득제어 장치(140)는 소정의 시간 단위(모드 제어 간격)로 이득제어 동작모드를 제어할 수 있다. 예를 들어, 모드 제어 간격은 한 프레임 구간일 수 있다. 이 때 프레임(520)이 현재 수신되는 프레임이라면 프레임(520)이 수신되는 구간(현재 프레임 구간)의 이득제어 동작모드는 프레임(510)이 수신되는 구간(이전 프레임 구간)의 수신채널이득 변화량에 기초하여 계산된다. 마찬가지로 프레임(530)이 수신되는 구간(다음 프레임 구간)의 이득제어 동작모드는 현재 프레임 구간의 수신채널이득 변화량에 기초하여 계산된다. 그렇지만 모드 제어 간격으로 2 프레임 구간을 사용할 수도 있고, 1/2 프레임 구간을 사용할 수도 있다. 다만, OFDM 수신기에서 모드 제어 구간은 정수개의 OFDM 심볼 구간이 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 적응적 자동이득제어 장치(140)는 구간 단위로 이득제어 동작 모드를 제어하지 않고 연속적으로 이득제어 동작모드를 제어하도록 구현할 수도 있다. 이 경우에 이득제어 동작 모드는 현재 시점부터 과거의 일정한 시간 내에 포함된 수신채널이득의 변화량에 따라 결정될 수 있다. 이하에서, 설명의 편의 상 모드 제어 간격은 프레임 단위의 구간인 것을 기준으로 설명한다.
도 2의 적응적 자동이득제어 장치(140)는 이득 조정구간 단위로 가변 이득 증폭기(120)의 신호 증폭율을 결정한다. 예를 들어, 이득 조정구간의 길이가 OFDM 심볼 길이인 경우에 대해 살펴본다. OFDM 심볼(523)이 현재 수신되는 OFDM 심볼이라면 OFDM 심볼(523)이 수신되는 구간(현재 이득 조정구간)의 신호 증폭율은 OFDM 심볼(522)이 수신되는 구간(이전 이득조정 구간)의 전력 측정 결과에 기초하여 계산된다. 마찬가지로 OFDM 심볼(524)이 수신되는 구간(다음 이득 조정구간)의 이득제어 동작모드는 현재 이득 조정구간의 전력 측정 결과에 기초하여 계산된다.
수신 신호가 OFDM 신호인 경우에 이득 조정구간의 길이는 OFDM 심볼 길이가 되거나 OFDM 심볼 길이의 자연수배 길이가 되는 것이 바람직하다.
이득 제어기(240)는 전력 비교기(241)와 루프필터(242) 및 이득 조정기(243)를 포함한다.
전력 비교기(241)는 전력 측정 결과와 기준 전력을 비교하여 전력 비교 값을 계산한다. 일 실시예에 있어서, 전력 비교기(241)는 수학식 2에 의해 전력 비교 값을 계산한다.
[수학식 2]
Figure 112006060909307-pat00002
여기서, Perr는 전력 비교 값이고, Pref는 기준 전력이며, Pin은 전력 측정 결과이다.
Perr는 dB 단위를 갖는다.
루프 필터(242)는 전력 비교 값을 필터링한다. 필터링된 전력 비교 값은 이득 조정기(243)로 제공된다.
이득 조정기(243)는 필터링된 전력 비교 값을 이용하여 가변 이득 증폭기(120)의 신호 증폭율을 조정한다. 일 실시예에 있어서, 이득 조정기(243)는 수학식 3에 의해 신호 증폭율을 조정한다.
[수학식 3]
Figure 112006060909307-pat00003
여기서, Gold는 현재 이득 조정구간의 신호 증폭율이고, Gnew는 다음 이득 조정구간의 신호 증폭율이며, Aloop는 루프필터(242)의 필터 계수이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
현재 신호 증폭율에 따라 수신 신호를 증폭한다(S310). 수신 신호를 증폭한 후에 프레임 구간 단위로 수신채널이득의 변화를 추정한다(S320). 수신채널의 변화량은 현재 프레임 구간에서 계산된 복수의 채널 추정 값들에 기초하여 계산한다. 예를 들어, 현재 프레임 구간에서 채널 추정 값들의 분산을 수신채널이득의 변화량으로 정의할 수 있고, 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 현재 프레임 구간에서 상기 채널 추정 값들 중 최대 값과 최소 값의 차이를 수신채널이득의 변화량으로 정의할 수도 있다.
수신채널이득의 변화량이 추정되면, 이득 제어 동작 모드를 설정한다(S330). 이득 제어 동작 모드를 설정하는 과정은 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 수신 신호를 증폭한 후에 증폭된 수신 신호의 전력을 이득 조정구간 단위로 측정한다(S340). 수신 신호의 전력은 증폭된 수신 신호에 대하여 이득 조정구간 동안의 평균전력을 계산한다.
수신 신호의 전력이 측정되면 설정된 이득제어 동작모드에서, 전력 측정 결과를 기초로 다음 이득 조정구간의 신호 증폭율을 설정한다(S350).
도 4는 도 3의 이득제어 동작모드 설정 과정을 보다 상세히 보여주는 흐름도이다.
이득제어 동작모드를 설정하기 위해서는 먼저 채널이득 변화량과 채널변화 기준을 비교하고(S410), 채널이득 변화량이 채널변화 기준보다 큰지 여부를 판단한 다(S420).
채널이득 변화량이 채널변화 기준보다 큰 경우에 이득제어 동작모드를 빠른 채널 모드로 설정하고(S430), 채널이득 변화량이 채널변화 기준보다 작거나 같은 경우에 이득제어 동작모드를 느린 채널 모드로 설정한다(S440).
빠른 채널 모드일 때의 기준 전력은 느린 채널 모드일 때의 기준 전력보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 또한 빠른 채널 모드일 때의 루프필터의 응답속도가 느린 채널 모드일 때의 루프필터의 응답속도보다 빠르도록 필터 계수가 설정될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 적응적 자동이득제어 방법 및 적응적 자동이득제어 장치는 수신채널의 변화 정도에 따라 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 적응적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 적응적 자동이득제어 방법 및 적응적 자동이득제어 장치는 수신채널의 환경이 급변할 때 기준 전력을 낮게 설정하여 증폭된 수신 신호가 포화되는 것을 방지하고, 수신채널의 환경이 일정하거나 서서히 변할 경우에 기준 전력을 높게 설정하여 수신 신호의 품질을 좋게 한다.
본 발명의 실시예에 따른 적응적 자동이득제어 방법 및 적응적 자동이득제어 장치는 수신채널의 환경이 급변할 때 루프필터의 반응속도가 빠르게 되도록 필터 계수를 설정함으로써 수신 신호의 품질을 높일 수 있고, 수신채널의 환경이 일정하거나 서서히 변할 경우에 루프필터의 반응속도가 느리게 되도록 필터 계수를 설정 함으로써 수신 신호의 전력 측정에서 발생될 수 있는 오류나 노이즈에 가변 이득 증폭기가 영향을 적게 받도록 한다.
수신채널 환경의 변화에 따라 적응적으로 이득제어 동작모드를 설정할 수 있는 적응적 자동이득제어 기술을 채용함으로써 무선 수신기는 수신채널의 환경에 따라 높은 신호 품질의 수신 신호를 수신할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 수신채널이득의 변화에 따라 적응적으로 신호 증폭율을 결정할 수 있는 무선 수신기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
이상에서의 실시예들은 모두 예시적인 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 수신채널이득의 변화량을 추정하는 단계;
    상기 수신채널이득의 변화량을 기초하여 기준 전력 또는 루프필터의 응답속도를 조정하기 위한 설정 값을 나타내는 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계;
    이득 조정구간 단위로 수신 신호의 전력을 측정하는 단계; 및
    상기 설정된 이득제어 동작모드에서, 상기 전력 측정 결과를 기초로 신호 증폭율을 설정하는 단계를 포함하는 적응적 자동이득제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 증폭율을 설정하는 단계는
    상기 전력 측정 결과와 상기 기준 전력을 비교하는 단계;
    상기 전력 비교 값을 상기 루프필터를 이용하여 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 전력 비교 값을 이용하여 상기 신호 증폭율을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신채널의 변화량을 측정하는 단계는
    복수의 채널 추정 값들을 제공하는 단계; 및
    상기 채널 추정 값들에 기초하여 상기 수신채널이득의 변화량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들의 분산인 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들 중 최대 값과 최소 값의 차이인 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계는
    상기 수신채널이득의 변화량과 채널변화 기준을 비교하는 단계;
    상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준을 초과하는 경우에 상기 이득제어 동작모드를 빠른 채널 모드로 설정하는 단계; 및
    상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준보다 작은 경우에 상기 이득제어 동작모드를 느린 채널 모드로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계는 상기 기준 전력을 상기 빠른 채널 모드일 때 상기 느린 채널 모드일 때 보다 작은 값으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 단계는 상기 루프필터의 응답 속도가 상기 빠른 채널 모드일 때 상기 느린 채널 모드일 때보다 빠르게 되도록 상기 루프필터의 필터 계수를 설정하는 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 신호 증폭율을 조정하는 단계는 상기 전력 비교 값에 상기 루프필터의 필터 계수를 곱한 값과 현재 이득 조정구간의 신호 증폭율을 더하여 다음 이득 조정구간의 신호 증폭율을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수신 신호의 전력을 측정하는 단계는 현재 이득 조정구간의 신호 증폭율에 따라 증폭된 수신 신호에 대하여 상기 현재 이득 조정구간 동안의 평균전력을 계산하여 상기 현재 이득 조정구간의 전력 측정 결과를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 방법.
  11. 수신채널이득의 변화량을 추정하는 채널변화 추정기;
    상기 수신채널이득의 변화량에 기초하여 기준 전력 또는 루프필터의 응답속도를 조정하기 위한 설정 값을 나타내는 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 동작모드 제어기;
    이득 조정구간 단위로 수신 신호의 전력을 측정하는 전력 측정기; 및
    상기 설정된 이득제어 동작모드에서, 상기 전력 측정 결과를 기초로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 설정하는 이득 제어기를 포함하는 적응적 자동이득제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이득 제어기는
    상기 전력 측정 결과와 상기 기준 전력을 비교하여 전력 비교 값을 계산하는 전력 비교기;
    상기 전력 비교 값을 필터링하는 상기 루프필터; 및
    상기 필터링된 전력 비교 값을 이용하여 상기 신호 증폭율을 조정하는 이득 조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 채널변화 추정기는
    계산된 복수의 채널 추정 값들에 기초하여 수신채널이득의 변화량을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들의 분산인 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 수신채널이득의 변화량은 상기 채널 추정 값들 중 최대 값과 최소 값의 차이인 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 동작모드 제어기는
    상기 수신채널이득의 변화량과 채널변화 기준을 비교하고, 상기 수신채널이 득의 변화량이 상기 채널변화 기준을 초과하는 경우에 상기 이득제어 동작모드를 빠른 채널 모드로 설정하며, 상기 수신채널이득의 변화량이 상기 채널변화 기준보다 작은 경우에 상기 이득제어 동작모드를 느린 채널 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 동작모드 제어기는
    상기 빠른 채널 모드일 때 상기 전력 비교기가 사용하는 상기 기준 전력을 상기 느린 채널 모드일 때 보다 작은 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 동작모드 제어기는
    상기 빠른 채널 모드일 때 상기 루프필터의 응답 속도가 상기 느린 채널 모드일 때보다 빠르게 되도록 상기 루프필터의 필터 계수를 설정하는 하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  19. 제12항에 있어서, 상기 이득 조정기는 상기 전력 비교 값에 상기 루프필터의 필터 계수를 곱한 값과 현재 이득 조정구간의 증폭율을 더하여 다음 이득 조정구간의 신호 증폭율을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 전력 측정기는 현재 이득 조정구간에서 신호 증폭율 에 따라 상기 가변이득 증폭기에 의해 증폭된 수신 신호의 평균전력을 계산하여 상기 현재 이득 조정구간의 전력 측정 결과를 얻는 것을 특징으로 하는 적응적 자동이득제어 장치.
  21. 무선 채널을 통해 전송되는 RF 신호를 수신하여 기저 대역 신호를 제공하는 RF 신호 처리기;
    상기 기저 대역 신호를 증폭하는 가변 이득 증폭기;
    상기 증폭된 기저 대역 신호를 처리하는 기저대역 프로세서; 및
    상기 가변 이득 증폭기의 증폭율을 이득 조정구간 단위로 결정하는 적응적 자동이득제어 장치를 포함하며,
    상기 적응적 자동이득제어 장치는
    수신채널이득의 변화량을 추정하는 채널변화 추정기;
    상기 수신채널이득의 변화량에 기초하여 기준 전력 또는 루프필터의 응답속도를 조정하기 위한 설정 값을 나타내는 이득제어 동작모드를 복수의 채널 모드들 중 하나의 채널 모드로 설정하는 동작모드 제어기;
    이득 조정구간 단위로 상기 증폭된 기저 대역 신호의 전력을 측정하는 전력 측정기; 및
    상기 설정된 이득제어 동작모드에서, 상기 전력 측정 결과를 기초로 가변 이득 증폭기의 신호 증폭율을 설정하는 이득 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기.
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