KR100871940B1 - 다중 캐리어 통신 시스템에서 수신기에 대한 이득 제어 - Google Patents

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Abstract

OFDM 통신 시스템의 수신기는 전력 검출기 및 이득 제어기를 포함한다. 전력 검출기는 예를 들어 ADC로부터 데이터 샘플들의 전력을 계산하고 전력을 평균함으로써 수신된 OFDM 신호의 총 수신 전력을 검출한다. 이득 제어기는 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 한 방향, 예를 들면 최저 이득 상태로부터 최고 이득 상태로 수신기의 이득을 조절한다. 이득 제어기는 수신기를 최저 이득 상태로 초기화한다. 이후에, 이득 제어기는 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하여 낮은 총 수신 전력을 검출한다. 이득 제어기는 낮은 총 수신 전력이 검출되는 경우에 더 높은 이득 상태로 변화하고, 그렇지 않으면 현재의 이득 상태를 유지한다.

Description

다중 캐리어 통신 시스템에서 수신기에 대한 이득 제어{GAIN CONTROL FOR A RECEIVER IN A MULTI-CARRIER COMMUNICATION SYSTEM}
본 출원은 2004년 5월 3일에 제출된 "큰 피크-대-평균 전력비를 가지는 OFDM 시스템에서 이득 스테핑을 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 임시 출원 번호 60/568,111의 우선권을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 통신에 관한 것이며, 특히 통신 시스템에서 수신기의 이득을 제어하기 위한 기술에 관한 것이다.
다중 캐리어 통신 시스템은 데이터 전송을 위해 다중 캐리어들을 사용한다. 상기 다중 캐리어들은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM), 이산 다중 톤(DMT) 또는 임의의 다른 다중 캐리어 변조 기술들에 의해 제공될 수 있다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 다수(K)의 직교 주파수 서브 대역들로 분할한다. 상기 서브 대역들은 톤들, 서브 캐리어들, 빈들 등등으로 불린다. 각각의 서브 대역들은 데이터와 함께 변조될 수 있는 개별 캐리어와 결합된다. K개의 서브 대역들에 대한 캐리어들은 독립적으로 데이터와 함께 변조될 수 있고, K개의 변조된 캐리어들은 함께 합산되어 OFDM 신호를 발생한다.
OFDM은 육상 통신 시스템에서 발생되는 다중 경로 영향들을 감소시키는 특정한 특성을 갖는다. 그러나, OFDM에서의 가장 큰 단점은 OFDM 신호에 대한 높은 피크-대-평균 전력비(PAPR) 즉, OFDM 신호에 대한 피크 전력 대 평균 전력비가 높을 수 있다는 것이다. 높은 PAPR은 모든 캐리어들이 독립적으로 데이터와 함께 변조될 때 모든 캐리어들에 대한가능한 동위상(또는 코히어런트) 합산으로 인해 초래된다. 사실상, 피크 전력은 OFDM에 대하여 평균 전력의 K배 이상까지 가능한 것으로 보여질 수 있다.
OFDM 신호에 대한 높은 PAPR은 일반적으로 수신기가 수신된 OFDM 신호의 전력에서 넓은 변동을 처리하기 위해 CDMA와 같은 다른 변조된 신호들에 대해서 보다 더 큰 동적 범위를 가질 것을 요구한다. 더 큰 동적 범위는 수신기의 설계를 복잡하게 할 수 있다. 높은 PAPR은 또한 수신된 OFDM 신호의 전력을 정확히 추정하는 것을 방해한다. 합리적으로 정확한 수신 전력 추정치는 우수한 성능을 달성하기 위해 적절한 이득 상태에서 수신기를 동작하도록 하는데 요구된다.
따라서 다중 캐리어 통신 시스템에서 수신기의 이득을 제어하는 기술이 요구된다.
다중 캐리어 통신 시스템에서 수신기의 이득을 제어하기 위한 기술이 본 명세서에 개시된다. 수신기 설계를 간단히 하기 위해, 수신기의 이득은 개별 이득 단계들에서 조절될 수 있다. 다수의 이득 상태들이 수신기에 대하여 정의된다. 각각의 이득 상태는 특정 개별 이득 단계 및 수신된 OFDM 신호에 대한 신호 레벨들의 특정 범위와 연관된다.
일 실시예에서, 수신기는 검출기 및 제어기를 포함한다. 검출기는 예를 들면, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로부터 데이터 샘플들의 전력을 계산하여 상기 전력을 평균함으로써 수신된 OFDM 신호의 총 수신 전력을 검출한다. 상기 총 수신 전력은 잡음 전력 및 신호 전력을 포함하며, 상기 신호 전력은 수신된 OFDM 신호가 잡음 플로어에 인접하거나 그 미만인 경우에 잡음 전력에 의해 마스킹될 수 있다. 총 수신 전력은 잡음 및 신호의 순간 전력 대신에 잡음 및 신호의 평균 전력이다. 일 실시예에서, 제어기는 검출된 총 수신 전력에 기초하여 수신기의 이득을 한 방향, 즉 최저 이득 상태에서 최고 이득 상태로 조절한다. 제어기는 수신기를 최저 이득 상태로 초기화한다. 이후에, 제어기는 예를 들어, 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하고 검출된 총 수신 전력이 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언함으로써 낮은 총 수신 전력을 검출한다. 제어기는 낮은 총 수신 전력이 검출되는 경우에 더 높은 이득 상태로 변화하고, 그렇지 않으면 현재 이득 상태를 유지한다.
본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들이 하기에서 상세히 설명된다.
본 발명의 특징들 및 속성들은 하기의 도면을 참조로 하여 상세히 설명된다.
도 1은 OFDM 신호의 전력의 그래프를 도시한다.
도 2는 OFDM 시스템에서 수신기의 블럭 다이어그램을 도시한다.
도 3은 전력 검출기의 블럭 다이어그램을 도시한다.
도 4는 이득 제어기의 블럭 다이어그램을 도시한다.
도 5는 상향 메카니즘을 사용하여 수신기에 대한 이득 상태를 선택하는 프로세스를 도시한다.
본 명세서에서 용어 "예시적인"은 "일 예, 경우, 또는 설명으로 제공되는"을 의비한다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시예 또는 설계는 다른 실시예들 또는 설계들에서 바람직하거나 유리한 것으로 간주될 필요는 없다.
도 1은 OFDM 신호의 전력을 도시한다. 수평축은 시간을 표시하고 수직축은 전력을 표시한다. OFDM에 대하여, K개의 총 주파수 서브 대역에 대한 K개까지의 캐리어들은 독립적으로 데이터와 함께 변조될 수 있다. 변조된 캐리어들은 함께 합산되어 OFDM 신호를 형성한다. 변조된 캐리어들은 코히어런트하게(즉, 동위상에서) 합산되며, 상기 경우에 OFDM 신호는 큰 진폭을 가질 것이다. OFDM 신호의 피크 전력은 평균 전력의 다수 배 이상이 될 수 수 있다. PAPR의 정확한 값은 다양한 인자들에 따라 결정된다. 추가로, PAPR값은 절대 피크 값이 아니라 몇몇 통계적인 값이며, 예를 들어, PAPR값은 순간 전력이 시간의 99% 미만에서 유지될 때의 값이다. 본 명세서에서, 용어 "신호 레벨", "전력 레벨", "전력" 및 "진폭"은 교환가능하다.
OFDM 시스템의 수신기는 일반적으로 엄격한 동작 조건에서 동작하도록 요구된다. 먼저, 수신기는 일반적인 OFDM 시스템에 대하여 10 내지 15 데시벨(dB)이 될 수 있는 OFDM 신호의 상대적으로 높은 PAPR을 처리해야 한다. 두 번째로, 수신기는 종종 높은 신호대 간섭 및 잡음비(SNR)들을 필요로 하는 높은 데이터 레이트들을 지원해야 한다. 예를 들어, 최고 데이터 레이트는 25dB 또는 그 이상의 SNR을 요구할 수 있다. 세 번째로, 수신기는 예를 들면, -10dBm 내지 -100dBm 사이의 수신 신호 레벨들의 넓은 범위를 가지는 OFDM 신호를 수신할 수 있다. 네 번째로, 수신기는 양자화로 인한 열화를 경감하기 위해 ADC로부터의 양자화 잡음을 열잡음의 적어도 10dB 미만으로 유지해야 한다.
수신기는 종종 높은 PAPR, 높은 SNR 요구 조건, 넓은 수신 신호 범위 및 양자화 잡음과 같은 다양한 인자들을 처리하기 위해 넓은 동적 범위를 가지도록 요구된다. 동적 범위는 주어진 회로 블럭이 요구되는 성능을 처리 및 달성할 수 있는 최고 및 최저 신호 레벨들 사이의 차이를 지칭한다. 수신기 내의 서로 다른 회로 블럭들은 서로 다른 동적 범위 요구 조건들을 가질 수 있다. 수신기에 대한 전체 동적 범위(DPRtotal)는 하기와 같이 추정될 수 있다:
DPRtotal=△Signal+PAPR+SNRmax+△Noise, 식(1)
상기 △Signal은 수신된 신호 레벨들의 범위이고, SNRmax는 최고 데이터 레이트에 대하여 요구되는 SNR이며, △Noise는 열잡음 및 양자화 잡음 사이의 차이이다. △Signal=90dB, PAPR=15dB, SNRmax=25, 및 △Noise=10을 가지는 OFDM 시스템에 대하여, 수신기에 대한 전체 동적 범위(임의의 이득 제어 없이 ADC에 대하여 요구되는 동적 범위)는 최대 140dB 이다.
ADC는 일반적으로 수신기의 전체 동적 범위를 커버하기에 충분한 범위를 가지지는 않는다. 예를 들어, ADC는 40 내지 60dB의 동적 범위만을 가질 수 있다. 요구되는 ADC 범위를 감소시키기 위해 두 가지 기술들이 사용될 수 있다. 먼저, 수신된 OFDM 신호는 ADC 입력에서의 신호 레벨을 대략 일정하게 유지하기 위해 하나 또는 그 이상의 연속하는 가변 이득 증폭기들(VGAs)로 증폭될 수 있다. 연속하는 VGA들은 종종 설계하기에 복잡하며, 큰 이득 범위에서 선형성이 저하되고, 우수한 성능을 달성하기 위해 특성화되어야(예를 들면, 이득 대 제어 전력에 대하여) 할 수 있다. 두 번째로, 수신된 OFDM 신호는 ADC 입력에서의 신호 레벨을 전체 동적 범위의 일부분인 미리 결정된 범위 내로 유지하기 위해 하나 또는 그 이상의 개별 이득 블럭들로 증폭될 수 있다. ADC는 신호 변동을 미리 결정된 범위 내로 처리하는 것에 의존한다. 개별 이득 블럭들은 종종 연속하는 VGA들 보다 설계가 간단하고 동작이 용이하다.
도 2는 OFDM 시스템에서 사용하기에 적합한 수신기(200)의 블럭 다이어그램을 도시한다. 수신기(200) 내에서, 저잡음 증폭기(LNA;212)는 입력된 무선 주파수(RF) 변조 신호를 수신하여 이득 제어기(234)에 의해 선택된 Glna의 이득으로 증폭한다. 대역 통과 필터(214)는 LNA(212)로부터의 신호를 필터링하여 관심 대역의 신호 성분들을 통과시키고, 대역 외 잡음 및 원하지않는 신호 성분들은 제거한다. 대역 통과 필터(214)는 표면 탄성파(SAW) 필터 또는 임의의 다른 필터로 구현될 수 있다. 가변 이득 증폭기(VGA;216)는 대역 통과 필터(214)로부터의 신호를 이득 제어기(234)에 의해 선택된 Gvga의 이득으로 증폭하여 증폭된 RF 신호를 제공한다.
수신기는 수퍼-헤테로다인 구조 또는 직접-기저대역(direct-to-baseband) 구조를 구현할 수 있다. 수퍼-헤테로다인 구조에서, 입력 RF 변조 신호는 다수의 단계들에서 주파수 하향 변환되며, 예컨데, 일 단계에서 RF로부터 중간 주파수(IF)로, 또다른 단계에서 IF로부터 기저대역으로 변환된다. 직접-기저대역 구조에서, 입력된 RF 변조 신호는 일 단계에서 RF로부터 기저대역으로 직접 주파수 하향 변환된다. 수퍼-헤테로다인 및 직접-기저대역 구조들은 서로 다른 회로 블럭들 및/또 서로다른 회로 요구조건들을 사용할 수 있다. 명확함을 위해, 하기의 설명은 직접-기저대역 구조에 대하여 설명된다.
믹서(218)는 VGA(216)로부터 증폭된 RF 신호를 수신하고, LO 발생기(220)로부터 로컬 오실레이터(LO) 신호로 주파수 하향 변환하여 하향변환된 신호를 제공한다. LO 신호의 주파수는 관심 있는 RF 채널의 신호 성분이 기저대역 또는 기저대역에 인접하게 하향 변환되도록 선택된다. 저역 통과필터(222)는 하향 변환된 신호를 필터링하여 관심 RF 채널의 신호 성분을 통과하도록 하고, 하향 변환 프로세스에 의해 발생될 수 있는 잡음 및 원하지 않는 신호를 제거한다. 증폭기(AMP;224)는 저역 통과 필터(222)로부터의 신호를 Gamp의 이득으로 증폭하여 아날로그 기저대역 신호를 제공한다. ADC(226)는 아날로그 기저대역 신호를 디지털화하여 데이터 샘플들을 디지털 신호 처리기(DSP;230)에 제공한다. DSP(230)는 시스템에 의해 특정된 것과 같이 데이터 샘플들에 디지털 신호 처리(예를 들면, OFDM 복조, 디코딩 등등)을 수행한다.
제 1 제어기(240)는 수신기(200) 내의 다양한 처리 유니트들의 동작을 지시한다. 메모리 유니트(242)는 제 1 제어기(240)에 대한 데이터 및 프로그램 코드들을 저장한다.
도 2는 수신기(200)에 대한 특정 설계를 도시한다. 일반적으로, 수신기는 도 2에 도시된 설계와 상이하게 배열될 수 있는 증폭기, 필터, 믹서 등등의 하나 또는 그 이상의 스테이지들을 사용하여 신호 조절을 수행할 수 있다. 추가로, 신호 조절을 위해 도 2에 도시되지 않은 다른 회로 블럭들을 사용할 수 있다.
전력 검출기(232) 및 이득 제어기(234)는 수신기(200) 내의 가변 이득 회로 블럭들의 이득들을 제어한다. 상기 가변 이득 회로 블럭들은 도 2에 도시된 것과 같이 LNA(212), VGA(216) 및 증폭기(224)를 포함할 수 있다. 서로 다른 및/또는 다른 회로 블럭들(예를 들면, 믹서(218))의 이득 또한 제어될 수 있다.
수신기(200)의 전체 이득은 자동 이득 제어(AGC) 루프에 기초하여 개별 이득 단계들에서 조절될 수 있다. 다수의(M) 이득 상태들이 수신기에 대하여 정의될 수 있다. 각각의 이득 상태는 수신기 내의 각각의 가변 이득 회로 블럭들을 위해 사용되는 특정 이득으로부터 획득된 서로 다른 전체 이득에 상응한다. 예를 들어, 수신기에 대한 전체 이득(Gtotal)은 하기와 같이 표현될 수 있다:
Gtotal=Glna+Gvga+Gamp+Gother , 식(2)
상기 Glna ,Gvga 및 Gamp는 각각 LNA(212), VGA(216), 증폭기(224)에 대한 이득들이고, Gother는 ADC(226) 이전의 수신 경로에서 모든 다른 회로 블럭들에 대한 이 득이다. 이득들은 식(2)에서 dB 단위로 주어진다.
최저 이득 상태는 수신기에 대한 최저 전체 이득에 상응하며, LNA(212), VGA(216) 및 증폭기(224)에 대한 최저 이득 세팅들로 획득될 수 있다. 최고 이득 상태는 수신기에 대한 최고 전체 이득에 상응하며, LNA(212), VGA(216) 및 증폭기(224)에 대한 최고 이득 세팅들로 획득될 수 있다. 다른 이득 상태들은 LNA(212), VGA(216) 및 증폭기(224)에 대한 이득 세팅들의 서로 다른 조합들로 획득된 서로 다른 전체 이득들에 상응한다. 각각의 이득 상태에 대한 전체 이득은 일반적으로 선형성, 동적 범위, 민감도 등등과 관련하여 우수한 성능을 달성하는 방식으로 회로 블럭들에 분배된다. 각각의 이득 상태에 대하여 각각의 회로 블럭의 이득 세팅은 검색 테이블에 저장될 수 있다.
이득 상태들의 개수(M)는 예를 들면, 수신기에 대한 전체 동적 범위, ADC의 동적 범위, AGC 루프에 대하여 요구되는 동작 특성들과 같은 다양한 인자들에 의해 결정될 수 있다. ADC의 동적 범위는 사용을 위해 선택된 ADC의 종류와 설계에 의해 결정되며, 일반적으로 고정된다. 만약 전체 동적 범위가 ADC의 동적 범위와 비교할 때 매우 크다면(예를 들면, 전술된 예에서 140dB까지), 다수의 이득 상태들이 요구될 수 있다.
M개의 이득 상태들은 일반적으로 수신기에 대한 전체 동적 범위의 오버래핑 부분들을 커버하도록 정의된다. 예를 들어, 최고 이득 상태는 전체 동적 범위의 0dB 내지 40dB의 서브 범위를 커버하고, 다음의 더 낮은 이득 상태는 20dB 내지 60dB의 서브 범위를 커버하며, 다음의 더 낮은 이득 상태는 40dB 내지 80dB의 서브 범위를 커버하며, 최저 이득 상태는 전체 동적 범위의 100dB 내지 140dB의 서브 범위를 커버할 수 있다.
수신기는 임의의 주어진 순간에 M개의 이득 상태들 중 하나로 동작한다. 현재 이득 상태는 하기와 같이 선택될 수 있다. 전력 검출기(232)는 ADC(226)로부터 데이터 샘플들의 평균 전력을 결정하며, 평균 전력(Pagv)을 이득 제어기(234)로 제공한다. 이득 제어기(234)는 평균 전력 및 현재 이득 상태에 기초하여 수신기에 대한 적절한 이득 상태를 선택한다. 이득 제어기(234)는 현재 이득 상태에 대한 회로 블럭들에서 사용하기 위한 이득 세팅들을 결정하고(검색 테이블에 기초하여) 상기 회로 블럭들에 대한 이득들을 지정된 세팅들로 세팅하기 위해 적절한 제어들을 제공한다.
단방향 또는 양방향 이득 선택 메카니즘이 수신기에 대하여 적절한 이득 상태를 선택하는데 사용될 수 있다. 양방향 메카니즘은 현재 이득 상태로부터 더 높은 이득 상태 또는 더 낮은 이득 상태로 변화할 수 있다. 양방향 메카니즘에 대하여, 전력 검출기는 일반적으로 두가지 조건들에 대하여 검출한다:(1) 높은 신호 또는 포화상태 및 (2) 낮거나 존재하지 않는 신호. 양방향 메카니즘은 높은 신호/포화상태가 검출되는 경우에 낮은 이득 상태를 선택하고, 낮은/존재하지 않는 신호가 검출되는 경우에 높은 이득 상태를 선택하며, 그렇지 않으면 현재 이득 상태를 유지한다. 단방향 메카니즘은 현재 이득 상태로부터 특정 방향의 또다른 이득 상태로 변화할 수 있다. 하향 메카니즘에 대하여, 전력 검출기는 일반적으로 높은 신 호/포화 상태 조건에 대하여 검출한다. 하향 메카니즘은 높은 신호/포화 상태가 검출되는 경우에 낮은 이득 상태를 선택하고, 그렇지 않으면 현재 이득 상태를 유지한다. 상향 메카니즘에 대하여, 전력 검출기는 일반적으로 낮은/존재하지 않는 신호 조건에 대하여 검출한다. 상향 메카니즘은 낮은/존재하지 않는 신호가 검출되는 경우에 더 높은 이득 상태를 선택하며, 그렇지 않으면 현재 이득 상태를 유지한다. 단방향 메카니즘은 일반적으로 양방향 메카니즘 보다 신속한데, 이는 단방향 메카니즘에 대하여 단 하나의 조건만이 검출되는 반면 양방향 메카니즘에 대하여 2개의 조건들이 검출되기 때문이다.
단방향 및 양방향 메카니즘들에 대하여, 적절한 이득 상태를 선택하는데 요구되는 시간량은 대부분 원하는 조건(들)이 얼마나 빨리 정확히 검출될 수 있는지에 따라 결정된다. 다수의 시스템들에서, 높은 신호/포화 상태 조건의 검출은 낮은/존재하지 않는 신호 조건의 검출보다 훨씬 빨리 달성될 수 있다. 상기 이유는 원하는 신호가 잡음과 유사한 피크-대-평균 특성들을 갖는다고 가정할 때 신호의 부재시 잡음만이 검출되기 때문에 임의의 것의 부재를 결정하는 것이 임의의 것의 존재를 결정하는 것보다 어렵기 때문이다.
그러나, OFDM 신호는 종종 잡음의 PAPR보다 훨씬 큰 PAPR을 갖는다. OFDM 신호의 순간 전력은 큰 폭으로 변화한다. 따라서, 높은 신호/포화 상태 조건을 검출하기 위해, 전력 검출기는 일반적으로 높은 신호/포화상태를 확실하게 선언하기 전에 OFDM 신호의 다수의 데이터 샘플들을 평균해야 한다. 다른 한편으로, OFDM 신호가 존재하지 않는 경우에, 전력 검출기는 단순히 잡음 레벨을 측정한다. 전력 검출기는 열잡음의 PAPR이 OFDM 신호의 PAPR 보다 훨씬 작기 때문에 잡음 전력을 검출하기 위해 더 적은 수의 데이터 샘플들을 평균할 수 있다.
OFDM에 대하여, 전력 검출기는 예를 들면, ADC로부터의 데이터 샘플들에 기초하여 수신된 OFDM 신호의 총 수신 전력을 검출할 수 있다. 상기 총 수신 전력은 잡음 전력 및 신호 전력을 포함하며, 상기 신호 전력은 수신된 OFDM 신호가 잡음 플로어에 인접하거나 미만인 경우에 잡음 전력에 의해 마스킹될 수 있다. 상기 총 수신 전력은 또한 잡음 및 신호의 순간 전력 대신에 잡음 및 신호의 평균 전력이다. 전력 검출기는 총 수신 전력을 미리 결정된 임계치와 비교하여 총 수신 전력이 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언한다. 임계치는 잡음 플로어를 짧은 거리만큼 초과하는 값으로 세팅되며, 따라서 전력 검출기는 OFDM 신호가 상기 임계치에 인접할 때 OFDM 신호의 높은 PAPR이 총 수신 전력을 임계치 이상으로 쉽게 밀어올리기 때문에 잡음(또는 낮은/존재하지 않는 신호 조건)을 검출하도록 한다.
일 실시예에서, 상향 단방향 이득 선택 메카니즘이 수신기에 대하여 적절한 이득 상태를 선택하는데 사용된다. 상기 상향 메카니즘은 최저 이득 상태에서 시작하여 낮은 총 수신 전력 조건에 대하여 검출하며, 상기 조건이 검출될 때마다 더 높은 이득 상태로 변화하고, 리셋 조건이 검출될 때마다 최저 이득 상태로 리셋한다. 상향 메카니즘은 낮은 총 수신 전력이 OFDM 시스템에서 높은 신호/포화 상태의 검출보다 빨리 달성될 수 있기 때문에 적절한 이득 상태를 선택하는데 요구되는 시간량을 감소시킬 수 있다. 상향 메카니즘의 일 실시예가 하기에 설명된다.
도 3은 전력 계산 유니트(310), 필터(320) 및 래치(330)를 포함하는 전력 검출기(232)의 일 실시예에 대한 블럭 다이어그램을 도시한다. 유니트(310)는 각각 ADC(226)로부터의 복소 값 데이터 샘플들의 동위상 및 직교 성분들인 동위상 샘플들(DI) 및 직교 샘플들(DQ)을 수신한다. 유니트(310) 내에서, 제곱기(312a)는 각각 동위상 샘플을 제곱하고, 제곱기(312b)는 각각 직교 샘플들을 제곱한다. 합산기(314)는 제곱기(312a, 312b)의 출력을 합산하여 각각의 샘플 주기에 대한 전력 값을 제공하며, 다음과 같이 표현될 수 있다:
P(n)=DI 2(n)+DQ 2(n), 식(3)
상기 DI(n) 및 DQ(n)는 각각 샘플 주기 n에 대한 동위상 및 직교 샘플들이며, P(n)은 샘플 주기 n에 대한 전력 값이다.
도 3에 도시된 실시예에 대하여, 필터(320)는 1차 무한 임펄스 응답(IIR) 필터로 구현된다. 필터(320) 내에서, 합산기(322)는 유니트(310)로부터의 전력값을 수신하고 지연 유니트(326)의 출력과 합산하여 필터링된 값을 제공한다. 이득 유니트(324)는 필터링된 값을 K의 이득으로 스케일링하여 스케일링된 값을 지연 유니트(326)에 제공한다. 지연 유니트(326)는 스케일링된 값을 저장하고 하나의 샘플 주기의 지연을 제공한다. z-영역에서 필터(320)의 응답은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112006089419944-pct00001
. 식(4)
상기 0<K<1이다. 이득 K은 필터 대역폭을 결정하고, 요구되는 평균량을 제공하도록 선택된다.
일반적으로, 필터(320)는 임의의 형태의 필터 및 임의의 필터 차수로 구현될 수 있고, 임의의 대역폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 필터(320)는 IIR 필터, 유한 임펄스 응답(FIR) 필터, 또는 임의의 다른 필터가 될 수 있다. 필터(320)는 도 3에 도시된 것과 같이 1차 필터 또는 더 높은 차수의 필터가 될 수 있다.
래치(330)는 필터(320)로부터 필터링된 값을 수신하여 스트로브 신호에 기초하여 필터링된 값을 래치한다. 래치(330)의 출력은 데이터 샘플들에 대한 평균 전력(Pavg)이고, ADC(226)의 출력에서의 전체 전력의 표시이다. 평균 전력은 스트로브 신호가 활성화될 때마다 업데이트된다. 데이터 샘플들의 전력이 평균화되는 시간 간격은 예를 들어, 데이터가 시스템에서 전송되는 방식과 같이 다양한 인자들에 기초하여 AGC 루프 등에 대하여 요구되는 세팅 시간으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 평균 전력이 각각의 패킷 내의 데이터 샘플들에 기초하여 계산될 수 있고, 데이터 샘플들은 각각의 프레임 또는 타임 슬롯 등등으로 수신될 수 있다.
도 3은 데이터 샘플들의 평균 전력을 결정하기 위한 특정 실시예를 도시한다. 평균 전력은 다른 방식들로 추정될 수 있다. 예를 들어, 데이터 샘플들은 임계값과 비교될 수 있고, 임계값 미만인 데이터 샘플들의 개수가 계산될 수 있다. 임계값 미만의 데이터 샘플들의 퍼센트율은 평균 전력의 대략의 추정치로서 사용될 수 있다. 평균 전력을 추정하는 상기 방법은 적은 계산을 요구하며, 충분히 정확 할 수 있다.
도 4는 이득 제어기(234)의 일 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한다. 이득 제어기(234) 내에서, 낮은 총 수신 전력 검출기(412)는 전력 검출기(232)로부터의 평균 전력을 수신하고, 상기 평균 전력을 미리 결정된 임계치와 비교하여 평균 전력이 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언한다. 이득 상태 선택기(414)는 검출기(412)로부터 출력을 수신하고, 현재 이득 상태를 유지할지를 결정하여 다음의 더 높은 이득 상태로 변화하거나 최저 이득 상태로 리셋한다. 선택기(414)는 하기에 설명되는 것과 같이 수신기에 대한 적절한 이득 상태를 선택하기 위해 상태 기계를 구현할 수 있다. 이득 검색 테이블(416)은 선택기(414)로부터 현재 이득 상태를 수신하여 가변 이득 회로 블럭들(예를 들면, 도 2의 LNA(212), VGA(216), 증폭기(224))에 대한 적절한 이득 제어를 제공한다.
도 5는 상향 메카니즘을 사용하여 수신기에 대한 적절한 이득 상태를 선택하는 프로세스(500)를 도시한다. 프로세스(500)는 도 2에 도시된 전력 검출기(232) 및 이득 제어기(234)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 최저 이득 상태가 수신기에 대하여 선택된다(블럭 512). 각각의 업데이트 간격(예를 들면, 각각의 데이터 패킷 또는 각각의 프레임 또는 타임 슬롯)에 대하여, 데이터 샘플들의 전력이 계산되어 데이터 샘플들에 대한 평균 전력을 획득하기 위해 평균된다(블럭 514). 수신기를 최저 이득 상태로 리셋할 지의 여부가 결정된다(블럭 516). 최저 이득 상태는 만약 예를 들어, 특별히 큰 신호가 검출되는 경우에(예를 들어, 데이터 샘플들의 미리 결정된 퍼센트율 또는 그 이상이 임계치를 초과하면) 선택되며, 수신기는 또다른 송신기 등으로부터 데이터를 수신하도록 스위칭한다. 만약 블럭 516에 대한 대답이 "예"이면, 프로세스는 블럭 512으로 복귀하여 최저 이득 상태가 수신기에 대하여 선택된다. 그렇지 않으면, 만약 블럭 516에 대한 대답이 "아니오"이면, 낮은 총 수신 전력이 검출되는지의 결정이 수행된다(블럭 518). 상기 조건은 평균 전력이 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 선언될 수 있다. 만약 블럭 518에서 낮은 총 수신 전력이 검출되면, 다음의 더 높은 이득 상태가 수신기에 대하여 선택되고(블럭 520), 프로세스는 블럭(514)으로 복귀한다. 그렇지 않으면, 만약 낮은 총 수신 전력이 블럭 518에서 검출되지 않으면, 현재 이득 상태는 유지되고 프로세스는 블럭(514)으로 복귀한다.
상향 메카니즘은 대부분의 경우에 OFDM 신호에 대한 양방향 및 하향 메카니즘보다 더 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다. 장점이 예로서 설명될 수 있다. 상기 예에서, 수신기는 5개의 이득 상태들을 갖는다. 전력 검출기는 T초 내에 부가의 가우시안 백색 잡음을 검출할 수 있다. 샘플 전력 검출기는 대략 3T초 내에 13dB의 PAPR을 가지는 OFDM 신호에 대한 높은 신호/포화상태를 검출할 수 있다. 상향 메카니즘은 최대 4T초 내에 정확한 이득 상태에 도달할 수 있다. 이는 수신기가 최저 이득 상태에서 시작하여 최고 이득 상태에 도달해야 하고, 매 T초 마다 다음의 더 높은 이득 상태로 변화한다고 가정한다. 양방향 메카니즘은 최대 6T초 내에 정확한 이득 상태에 도달한다. 이는 수신기가 중간 이득 상태에서 시작하여 최고 또는 최저 이득 상태에 도달해야 하고, 매 3T초마다 다음의 더 높은 또는 더 낮은 이득 상태로 변화할 수 있다고 가정한다. 하향 메카니즘은 최대 12T초 내에 정확한 이득 상태로 도달할 수 있다. 이는 수신기가 최고 이득 상태에서 시작하여 최저 이득 상태에 도달해야 하고, 매 3T초마다 다음의 더 낮은 이득 상태로 변화할 수 있다고 가정한다. 상향 메카니즘에 의해 달성되는 시간 절약은 더 큰 이득 상태를 발생한다.
특정 동작의 경우에, 하향 메카니즘 또는 양방향 메카니즘을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 하향 메카니즘은 (1) 더 낮은 PAPR을 가지는 시스템, (2) 낮은 PAPR을 가지도록 지정된 전송(예를 들면, 파일럿 전송)에 기초한 이득 제어 등등에서 사용될 수 있다. 양방향 메카니즘은 예를 들어, 정규 이득상태가 도달된 후에, 하향 메카니즘이 사용될 수 있는 모든 또는 다수의 경우들에 대하여 사용될 수 있다. 하향의 양방향 메카니즘들에 대하여, 이득 제어기는 예를 들면 전력 검출기로부터의 평균 전력에 기초하여 높은 총 수신 전력 조건에 대하여 검출할 수 있다. 이득 제어기는 평균 전력을 높은 임계치와 비교하여 평균 전력이 높은 임계치를 초과하는 경우에 높은 총 수신 전력을 선언할 수 있다. 평균 전력은 sd은 총 수신 전력이 검출될 때 대부분의 신호 전력을 포함한다. 이득 제어기는 높은 총 수신 전력이 검출될 때마다 낮은 이득 상태를 선택할 수 있다.
도 2 내지 5는 데이터 샘플들의 전력이 계산되어 평균 전력을 획득하기 위해 평균되는 특정 실시예를 도시한다. 상기 평균 전력은 ADC 출력에서 총 전력을 표시한다. 상기 실시예는 전력 계산 및 평균이 데이터 샘플에서 디지털로 수행될 수 있기 때문에 바람직하다. 일반적으로, 이득 제어될 변조 신호의 총 수신 전력은 LNA로부터 ADC로의 수신 경로의 임의의 포인트에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 전력 검출기는 도 2에서 저역 통과 필터(222)의 출력에서 필터링된 신호의 총 수신 전력, ADC(226)에서의 아날로그 기저대역 신호등을 측정할 수 있다.
본 명세서에 개시된 이득 제어 기술들은 다양한 수단들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 기술들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에서 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 대하여, 이득 제어를 수행하기 위해 사용되는 처리 유니트들(예를 들면, 도 2에서 전력 검출기(232) 및 이득 제어기(234))는 하나 또는 그 이상의 애플리케이션용 집적 회로들(ASICs), 디지털 신호 처리기들(DSPs), 디지털 신호 처리 디바이스들(DSPDs), 프로그램가능한 로직 디바이스들(PLDs), 현장 프로그램 가능한 게이트 어레이들(FPGAs), 프로세서들, 제어기들, 마이크로-제어기들, 마이크로프로세서들, 전자 장치들, 본 명세서에 개시된 기능들을 수행하기 위한 다른 전자 유니트들 또는 이들의 조합에서 구현될 수 있다.
소프트웨어 구현에 대하여, 기술들은 본 명세서에 개시된 기능들을 수행하는 모듈들(예를 들면, 절차들, 기능들 등등)로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유니트(예를 들면, 도 2의 메모리 유니트(242))에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들면, 제 1 제어기(240))에 의해 실행될 수 있다. 메모리 유니트는 프로세서 내부 또는 프로세서 외부에 구현될 수 있다.
개시된 실시예들의 전술된 설명은 당업자가 본 발명을 수행 또는 사용하도록 제공된다. 상기 실시예들에 대한 다양한 변경들은 당업자에게 명백할 것이며, 본 명세서에 개시된 일반적인 원칙들은 본 발명의 영역 또는 사상으로부터 벗어남 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예들에 한정 되는 것이 아니라, 개시된 신규한 특징들 및 원칙들에 부합하는 최광의 영역에 따른다.

Claims (28)

  1. 변조된 신호의 총 수신 전력을 검출하도록 동작하는 검출기; 및
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 수신기의 최저 이득으로부터 수신기의 최고 이득으로의 상향(upward) 방향으로 수신기의 이득을 조절하도록 동작하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 리셋 조건을 검출하면, 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 리셋하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 변조 신호에 대한 데이터 샘플들의 전력을 계산하고 상기 데이터 샘플들의 전력을 평균하여 상기 검출된 총 수신 전력을 획득하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 최저 이득 단계를 가지는 수신기의 최저 이득 상태로부터 최고 이득 단계를 가지는 수신기의 최고 이득 상태로의 상향 방향으로 상기 수신기의 이득을 조절하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어기는 낮은 총 수신 전력을 검출하여 낮은 총 수신 전력이 검출된 경우에 현재 이득 상태보다 더 높은 이득 상태로 변화하고, 낮은 총 수신 전력이 검출되지 않는 경우에 상기 현재 이득 상태를 유지하도록 동작하며,
    상기 제어기는 상기 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하여 상기 검출된 총 수신 전력이 상기 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  5. 삭제
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제어기는 시작시에 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 초기화하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 변조된 신호는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 사용하여 발생되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  9. 변조된 신호의 총 수신 전력을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 수신기의 최저 이득으로부터 수신기의 최고 이득으로의 상향 방향으로 수신기의 이득을 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 수신기 이득 조절 단계는 리셋 조건 검출시에 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 리셋하는 단계를 포함하는, 통신 시스템의 이득 제어 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 수신기 이득 조절 단계는,
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 최저 이득 단계를 가지는 수신기의 최저 이득 상태로부터 최고 이득 단계를 가지는 수신기의 최고 이득 상태로의 상향 방향으로 상기 수신기의 이득을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 이득 제어 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 각 이득 단계별로 상기 수신기 이득 조절 단계는,
    낮은 총 수신 전력을 검출하는 단계,
    낮은 총 수신 전력이 검출된 경우에 현재 이득 상태보다 더 높은 이득 상태로 변화하는 단계, 및
    낮은 총 수신 전력이 검출되지 않는 경우에 현재 이득 상태를 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 낮은 총 수신 전력 검출 단계는,
    상기 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하는 단계, 및
    상기 검출된 총 수신 전력이 상기 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 이득 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 변조된 신호의 총 수신 전력을 검출하는 수단; 및
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 수신기의 최저 이득으로부터 수신기의 최고 이득으로의 상향 방향으로 수신기의 이득을 조절하는 수단을 포함하며,
    상기 수신기의 이득 조절 수단은 리셋 조건 검출시에 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 리셋하도록 동작하는, 통신 시스템의 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 수신기 이득 조절 수단은,
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 최저 이득 단계를 가지는 최저 이득 상태로부터 최고 이득 단계를 가지는 최고 이득 상태로의 상향 방향으로 상기 수신기의 이득을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 각 이득 단계별로 상기 수신기 이득 조절 수단은,
    낮은 총 수신 전력을 검출하는 수단,
    낮은 총 수신 전력이 검출된 경우에 현재 이득 상태보다 더 높은 이득 상태로 변화하는 수단, 및
    낮은 총 수신 전력이 검출되지 않는 경우에 현재 이득 상태를 유지하는 수단을 포함하며,
    상기 낮은 총 수신 전력 검출 수단은,
    상기 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하는 수단, 및
    상기 검출된 총 수신 전력이 상기 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  16. 삭제
  17. 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 사용하여 발생되고 높은 피크-대-평균 전력비(PAPR)를 가지는 변조된 신호의 총 수신 전력을 검출하도록 동작하는 검출기; 및
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 수신기의 최저 이득으로부터 수신기의 최고 이득으로 상향 방향으로 수신기의 이득을 조절하도록 동작하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 리셋 조건 검출시에 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 리셋하도록 동작하는, 통신 시스템의 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제어기는 낮은 총 수신 전력을 검출하여 낮은 총 수신 전력이 검출되는 경우에 현재 이득 단계 보다 더 높은 이득 단계를 선택하고, 낮은 총 수신 전력이 검출되지 않는 경우에 현재 이득 단계를 유지하도록 동작하며,
    상기 제어기는 검출된 총 수신 전력을 미리 결정된 임계치에 비교하여, 검출된 총 수신 전력이 상기 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언하는, 통신 시스템의 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 사용하여 발생되고 높은 피크-대-평균 전력비(PAPR)를 가지는 변조된 신호의 총 수신 전력을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 수신기의 최저 이득으로부터 수신기의 최고 이득으로 상향 방향으로 수신기의 이득을 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 수신기 이득 조절 단계는 리셋 조건 검출시에 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 리셋하는 단계를 포함하는, 통신 시스템의 이득 제어 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 각 이득 단계별로 상기 수신기 이득 조절 단계는,
    낮은 총 수신 전력을 검출하는 단계,
    낮은 총 수신 전력이 검출되는 경우에 현재 이득 단계 보다 더 높은 이득 단계를 선택하는 단계, 및
    낮은 총 수신 전력이 검출되지 않는 경우에 현재 이득 단계를 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 낮은 총 수신 전력 검출 단계는,
    상기 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하는 단계, 및
    상기 검출된 총 수신 전력이 상기 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언하는 단계를 포함하는 것을 징으로 하는 통신 시스템의 이득 제어 방법.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 사용하여 발생되고 높은 피크-대-평균 전력비(PAPR)를 가지는 변조된 신호의 총 수신 전력을 검출하는 수단; 및
    상기 검출된 총 수신 전력에 기초하여 각 이득 단계별로 수신기의 최저 이득 으로부터 수신기의 최고 이득으로 상향 방향으로 수신기의 이득을 조절하는 수단을 포함하며,
    상기 수신기 이득 조절 수단은 리셋 조건 검출시에 상기 수신기를 상기 최저 이득 상태로 리셋하도록 동작하는, 통신 시스템의 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 각 이득 단계별로 상기 수신기 이득 조절 수단은,
    낮은 총 수신 전력을 검출하는 수단,
    낮은 총 수신 전력이 검출되는 경우에 현재 이득 단계 보다 더 높은 이득 단계를 선택하는 수단, 및
    낮은 총 수신 전력이 검출되지 않는 경우에 상기 현재 이득 단계를 유지하는 수단을 포함하며,
    상기 낮은 총 수신 전력 검출 수단은,
    상기 검출된 총 수신 전력과 미리 결정된 임계치를 비교하는 수단, 및
    상기 검출된 총 수신 전력이 상기 미리 결정된 임계치 미만인 경우에 낮은 총 수신 전력을 선언하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 장치.
  27. 삭제
  28. 삭제
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