KR100739102B1 - 다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정장치 및 그 방법 - Google Patents

다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

아주 작은 크기의 유효 신호도 검출하여 자동 이득 조정을 할 수 있는 다이나믹 레인지가 큰 자동이득제어장치 및 그 방법이 제안된다. 본 발명에 따르면, 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호에 대하여 증폭 이득을 자동으로 조정하고, 자동 조정된 신호들 중에서 유효 신호가 검출되면, 조정된 증폭 이득을 유효 신호의 증폭 이득으로 고정한다.
WLAN, 유효 신호, 잡음 신호, 자동이득조정

Description

다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정장치 및 그 방법{Auto gain controlling apparatus with large dynamic range and method thereof}
도 1은 종래의 자동 이득 조정방법을 설명하기 위한 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득조정장치의 기능 블럭도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동이득조정장치의 기능 블럭도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 신호 검출방법을 설명하기 위한 타이밍도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유효 신호 검출방법을 설명하기 위한 타이밍도, 그리고
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득조정방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
201: 수신부 203: 증폭부
205, 309: 검출부 207, 311: 자동이득제어부(AGC)
301: 저잡음 증폭기 303: 필터
305: 믹서 307: 가변이득증폭기
본 발명은 다이나믹 레인지가 큰 자동이득제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아주 작은 크기의 유효 신호도 검출하여 자동 이득 조정을 할 수 있는 다이나믹 레인지가 큰 자동이득제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무선 랜(Local Area Network)에서는, 통상적으로 신호의 세기에 따라서 수신되는 각각의 신호의 레벨을 보정(correcting)하기 위한 자동 이득 조정이 필요하다. 이러한 자동 이득 조정에 대하여, IEEE802.11a 표준은 각 수신되는 패킷 신호의 초기 부분, 즉 프리엠블 부분에서 수행되도록 하고 있다.
도 1은 종래의 자동 이득 조정방법을 설명하기 위한 도이다.
도 1을 참조하면, IEEE802.11a 무선 LAN의 PPDU(PHY protocol data units) 패킷은 프리엠블(101) 구간과 OFDM PLCP 헤더, PSDU(PHY sublayer Service DATA Unit), 테일(Tail) 비트 및 패드(Pad) 비트를 포함한다.
프리엠블(101) 구간은 10 개의 짧은 훈련 심볼로 구성된 쇼트 프리엠블(short preamble)과 2 개의 긴 훈련 심볼로 구성된 롱 프리엠블(long preamble)로 구성되며, PLCP 헤더(미도시)는 SIGNAL 필드와 SERVICE 필드로 구성된다. 또한, PLCP 헤더의 SERVICE 필드 이후, 즉 SERVICE 필드, PSDU, 테일 비트 및 패드 비트는 DATA구간으로 정의된다.
10개의 짧은 훈련 심볼로 구성된 쇼트 프리엠블은 자동이득제어(Auto Gain Control Convergence), 타이밍 획득 및 초기 주파수 획득을 위해 사용된다. 2개의 긴 훈련 심볼로 구성된 롱 프리엠블은 채널 추정과 미세 주파수 획득을 위해 사용되고, 인접 심볼 간섭을 피하기 위해 보호구간을 갖는다.
여기서, 프리엠블(101) 구간에서의 T1, T2는 유효 신호를 검출하는 시작점에 해당한다. 시작점을 검출한 기준으로 소정의 구간 동안 신호의 크기를 측정한 후, 측정된 신호의 크기를 바탕으로 증폭기의 증폭 이득을 조정한다.
한편, 아주 미약한 신호를 수신하는 경우, 프리엠블(101) 구간에서의 T1, T2와 같은 시작점을 검출하지 못하거나 다른 지점을 찾는 경우, 패킷을 수신하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 동작할 수 있는 신호 크기의 범위가 제한된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요에 부응하기 위해 제안된 것으로서, 아주 작은 크기의 유효 신호도 검출할 수 있으며, 항상 자동 이득 조정을 함으로써, 유효 신호를 검출한 후에 쉽게 이득을 고정시켜 정확성을 높일 수 있는 유효 신호의 자동이득제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 수신기에 의해 수신되는 유효 신호의 자동이득조정장치에 있어서, 상기 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호를 증폭 이득에 따라 증폭하는 증폭부, 상기 증폭된 신호들 중에 포함된 유효 신호를 검출하는 검출부, 및, 상기 증폭 이득을 자동으로 조정하고, 상기 검출부에 의해 유효 신호가 검출되면, 상기 증폭 이득을 상기 유효 신호의 증폭 이득으로 고정하는 자동이득제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유효 신호는 프리엠블과 데이터로 구성되고, 상기 검출부는, 상기 프리엠블의 일부를 검출함으로써 상기 유효 신호를 검출하고, 상기 자동이득제어부는, 상기 프리엠블의 일부가 검출되면, 상기 검출된 프리엠블의 일부로부터 상기 데이터가 시작되기 직전까지, 증폭 이득을 자동으로 조정하고, 이렇게 조정된 증폭 이득을 상기 유효 신호의 이득으로 고정하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위해, 수신기에 의해 수신되는 유효 신호의 자동이득조정방법에 있어서, a) 상기 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호를 증폭 이득에 따라 증폭하는 단계, b) 상기 증폭된 신호들 중에 포함된 유효 신호를 검출하는 단계, 및, c) 상기 유효 신호가 검출되면, 상기 증폭 이득을 상기 유효 신호의 증폭 이득으로 고정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유효 신호는 프리엠블과 데이터로 구성되고, 상기 b) 단계는, 상기 프리엠블의 일부를 검출함으로써 상기 유효 신호를 검출하고, 상기 c) 단계는, 상기 프리엠블의 일부가 검출되면, 상기 검출된 프리엠블의 일부로부터 상기 데이터가 시작되기 직전까지 증폭 이득을 자동으로 조정하는 단계, 및, 상기 조정된 증폭 이득을 상기 유효 신호의 이득으로 고정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적 및 추가적인 특징은 첨부 도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 읽으면 명확해질 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득조정장치의 기능 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 자동이득조정장치는 수신부(201), 증폭부(203), 검출부(205), 및 자동이득제어부(이하 'AGC'라고 함: 207)를 포함한다.
자동이득조정장치는, 무선 수신기나 증폭기 입력 신호의 크기 변동을 검출하여 출력 신호의 크기가 항상 일정하게 유지되도록 증폭 이득을 자동으로 조절하는 장치이다.
수신부(201)는 통신채널로부터 유효 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 유효 신호는 원하는 데이터가 포함된 신호를 의미한다. 수신부(201)는 또한 의도하지 않은 신호, 즉 잡음 신호도 같이 수신한다. 잡음 신호는 유효 신호 이외의 모든 신호를 의미하며 예를 들면 백색 잡음일 수 있다. 백색 잡음이 아니라도 원하는 데이터가 아닌 다른 데이터가 포함된 신호도, 잡음 신호이다. 이러한 잡음 신호는, 통상적으로 모든 시간대에 수신된다.
증폭부(203)는 수신기(201)를 통해서 수신된 신호를 증폭한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(203)는 유효 신호와 잡음 신호를 구분함이 없이 모두 증폭한다. 증폭기(203)의 이득은, 수신기(201)를 통해서 수신된 신호의 크기에 기초하여, AGC(207)에 의해 자동 조정될 수 있다. 유효 신호는 프리엠블과 데이터로 구성될 수 있다. 프리엠블은 송신기와 수신기에서의 약속된 Short Training Symbol로써, 유효 신호의 시작 부분에 위치한다. 또한, 데이터는 프리엠블 다음에 위치하며, 정보를 담고 있다. 정보를 담고 있는 데이터 부분은 이득이 변하면 정보가 달라질 수 있으므로, 이득이 고정되는 것이 바람직하다. 따라서, 증폭부(203)는 데이터 부분의 신호를 증폭하는 경우에는 고정된 증폭이득을 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(203)는, AGC(207)의 제어하에, 잡음 신호와 프리엠블을 증폭하는 동안에는 시간적으로 변화되는 증폭이득을 가지며, 데이터 부분의 신호를 증폭하는 동안에는 고정된 증폭이득을 가진다.
검출부(205)는 증폭부(203)로부터 출력되는 신호들로부터 유효 신호를 검출할 수 있다. 검출부(205)는, 프리엠블의 적어도 일부를 검출함으로써 상기 유효 신호를 검출할 수 있다.
유효 신호의 검출 방법을 설명한다. 예를 들면, 1) 송신기와 수신기에서의 약속된 프리엠블을 매칭시켜 코릴레이션(correlation)하여 검출하는 방법, 2) 증폭된 신호의 크기가 갑자기 커지는 부분을 검출하는 방법, 및 3) 신호를 상호간에 딜레이 코릴레이션(Delay correlation)하여 검출하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 유효 신호를 검출할 수 있다. 따라서, 신호의 크기가 미약하더라도 소정의 크기로 증폭된 신호이기 때문에 유효 신호가 아주 미약하더라도 검출이 용이할 수 있다.
AGC(207)는, 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호에 대하여, 그 신호 크기에 기초하여 증폭 이득을 자동으로 조정할 수 있다. 또한, AGC(207)는, 검출부(205)에 의해 유효 신호가 검출되면, AGC(207)에 의해 조 정된 상기 증폭부(203)의 증폭 이득을 상기 유효 신호의 증폭 이득으로 고정시킬 수 있다. 바람직하게는 AGC(207)는, 검출부(205)가 유효 신호속에 포함된 프리엠블을 검출하면, 프리엠블 부분이 종료되고 데이터 부분이 시작 되기 전까지 증폭부(203)의 증폭 이득을 계속 조정하며, 데이터 부분이 시작되면 마지막으로 조정된 증폭이득을 증폭부(203)가 가지도록 제어한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동이득조정장치의 기능 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 자동이득조정장치는 저잡음 증폭기(301), 필터(303), 믹서(305), 증폭기(307), 검출부(309), 및 AGC(311)을 포함한다.
저잡음 증폭기(301)는 공기중의 전자기파 신호를 수신되는 도선상의 전기적 변화로 전달해준 안테나에 의해 수신된 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 신호를 잡음까지 증폭되는 것을 억제하면서 신호가 증폭될 수 있도록 할 수 있다. 저잡음 증폭기(301)가 가지는 증폭 이득은 AGC(311)에 의해 자동 조정된다.
필터(303)는 저잡음 증폭기(301)에 의해 증폭된 신호 중에서 원하는 주파수 를 선택할 수 있다. 여기서, 필터는 BPF(Band Pass Filter)일 수 있으며, 원하는 주파수대역을 정확하게 선택한다. 수신기에서는 수많은 잡음 주파수 중에서 필요한 주파수를 정확히 선택해야 하기 때문에 특성과 어플리케이션(application)에 따라 매우 다양한 형태의 필터로 구현될 수 있다.
믹서(305)는 주파수 선택된 신호를 주파수 변환할 수 있다. 믹서(305)는 신호가 담고 있는 정보는 그대로 유지한 채 주파수만 변환한다. 여기서, 변환하는 주파수는 신호의 중심주파수(center frequency)이다.
가변이득증폭기(307)는 주파수 변환된 신호를 신호간섭에 대한 왜곡이 작으며 이득도 조절 가능하게 다시 한번 증폭할 수 있다. 이는 저잡음 증폭기(301)에서 증폭된 신호의 크기는 충분히 크지 않기 때문에 다시 증폭해 주어 충분히 큰 신호로 만들어 주어야 한다.
검출부(309)는 AGC(311)에 의해 이득이 조정된 신호들 중에 포함된 유효 신호를 검출할 수 있다. 검출부(309)는 상술한 도 2의 검출부(205)와 유사한 기능을 수행한다.
AGC(311)는 안테나에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호에 대하여 증폭 이득을 자동으로 조정할 수 있다. 상세하게는, 저잡음 증폭기(301)와 증폭기(307)의 증폭이득을 자동으로 조정한다. 안테나가 수신하는 신호의 크기에 기초하여 증폭 이득이 조정되도록, AGC(311)는 증폭기(301)와 가변이득증폭기(307)를 제어한다. AGC(311)은 상술한 도 2의 AGC(207)과 유사한 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 신호 검출방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 신호의 프리엠블 구간 동안 이득은 연속적으로 변하지만 유효 신호가 검출되면 이득이 고정되기 위한 일정 딜레이(400)를 가진 후, 증폭 이득이 고정된다. 여기서, 일정 딜레이(400)는, 유효 신호가 검출된 후, 증폭 이득이 유효 신호의 증폭 이득으로 고정되는데 걸리는 시간이다. 이러한, 일정 딜레이(400)는 가지는 것이 바람직하지만, 반드시 필요한 것은 아니다.
도 3을 참조하여 도 4를 설명한다. 검출부(309)가 프리엠블(STS0, STS1, STS2, STS3)을 검출하기 전까지, AGC(311)의 제어하에 안테나에 의해 수신되는 모든 신호를 저잡음 증폭기(301)는 증폭한다. 도 4를 참조하면, 프리엠블이 수신되기 전에는 잡음 신호만이 수신될 것이므로, 신호의 크기가 작아서 증폭이득이 큼을 알 수 있다. 이러한 상태에서, 프리엠블의 첫번째 부분(STS0)가 수신되면, 그 프리엠블의 크기가 잡음 보다는 크므로, 도4에 나타난 것처럼 이득이 떨어지면서 프리엠블의 신호 크기에 맞도록 증폭 이득이 조정된다. 이후, 검출부(309)가 프리엠블을 검출하면, 소정 시간 동안 AGC(311)는 저잡음 증폭기(301)와 가변이득증폭기(307)의 증폭 이득을 조정한 후, 증폭 이득을 고정시킨다. 도 3에서는, 프리엠블의 마지막 부분에서 프리엠블이 검출되는 것을 나타내었다. 이와 달리 프리엠블 검출 방법에 따라서 프리엠블 처음 부분이나 중간의 어느 부분을 검출하는 경우에는, 데이터의 시작과 동시에 증폭 이득이 고정될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유효 신호 검출방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5를 참조하면, 유효 신호를 검출하기 전까지 증폭기의 이득은 신호의 크기에 따라 시간 연속적으로 변하게 된다. A 이득은 그 크기가 연속적인 값을 가지고 변화하는 경우를 나타내고, B 이득은 그 크기가 불연속적으로 이득이 변화하는 경우를 나타낸다. 당업자가 AGC(207, 311)를 설계함에 있어서, A 이득 또는 B 이득을 가지도록 할 수 있다. 도 5를 참조하면, 유효 신호가 검출되면 이득이 고정되기 위한 일정 딜레이(500)를 가진 후, 증폭 이득이 고정된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동이득조정방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 2를 참조하면, 수신부(201)는 수신기로부터 잡음 신호 및 유효 신호를 포함한 신호를 수신하고, 증폭부(203)는 상술할 AGC(207)의 제어하에 수신한 신호를 증폭한다(601). 검출부(205)는 AGC(207)에 의해 이득이 조정된 신호들 중에 포함된 유효 신호를 검출한다(603). AGC(207)는 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호에 대하여 증폭 이득을 자동으로 조정하고, 또한, AGC(207)는, 검출부(205)에 의해 유효 신호가 검출되면, AGC(207)에 의해 조정된 증폭 이득을 상기 유효 신호의 증폭 이득으로 고정한다(605).
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동이득제어장치 및 그 방법에 따르면, 아주 작은 크기의 유효 신호도 검출하여 자동 이득 조정을 할 수 있으므로 다이나믹 레인지가 크다.
비록 실시 예가 첨부된 도면을 참고로 설명되었지만 본 방법은 상술한 실시예에 국한되지 않고 다양한 다른 변화 및 변경이 당업자에 의해 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있을 것이다. 그러한 모든 변화 및 변경은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되도록 한다.

Claims (4)

  1. 수신기에 의해 수신되는 유효 신호의 자동이득조정장치에 있어서,
    상기 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호를 증폭 이득에 따라 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭된 신호들 중에 포함된 유효 신호를 검출하는 검출부; 및,
    상기 증폭 이득을 자동으로 조정하고, 상기 검출부에 의해 유효 신호가 검출되면, 상기 증폭 이득을 상기 유효 신호의 증폭 이득으로 고정하는 자동이득제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유효 신호는 프리엠블과 데이터로 구성되고,
    상기 검출부는, 상기 프리엠블의 일부를 검출함으로써 상기 유효 신호를 검출하고,
    상기 자동이득제어부는, 상기 프리엠블의 일부가 검출되면, 상기 검출된 프리엠블의 일부로부터 상기 데이터가 시작되기 직전까지 증폭 이득을 자동으로 조정하고, 이렇게 조정된 증폭 이득을 상기 유효 신호의 이득으로 고정하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정장치.
  3. 수신기에 의해 수신되는 유효 신호의 자동이득조정방법에 있어서,
    a) 상기 수신기에 의해 수신되는 잡음 신호와 유효 신호를 포함한 모든 신호를 증폭 이득에 따라 증폭하는 단계;
    b) 상기 증폭된 신호들 중에 포함된 유효 신호를 검출하는 단계; 및,
    c) 상기 유효 신호가 검출되면, 상기 증폭 이득을 상기 유효 신호의 증폭 이득으로 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유효 신호는 프리엠블과 데이터로 구성되고,
    상기 b) 단계는, 상기 프리엠블의 일부를 검출함으로써 상기 유효 신호를 검출하고,
    상기 c) 단계는, 상기 프리엠블의 일부가 검출되면, 상기 검출된 프리엠블의 일부로부터 상기 데이터가 시작되기 직전까지 증폭 이득을 자동으로 조정하는 단계; 및,
    상기 조정된 증폭 이득을 상기 유효 신호의 이득으로 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지가 큰 자동이득조정방법.
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