KR101002872B1

KR101002872B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 자동 이득 조정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101002872B1
Application number: KR1020050011193A
Authority: KR
Inventors: 송용철; 구영모; 김민구
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2010-12-21
Also published as: EP1689077A1; US20060176093A1; EP1689077B1; US7822153B2; KR20060090379A

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 수신 신호를 일정하게 유지하여 주도록 하는 자동 이득 조정(AGC : Automatic Gain Control)을 위한 장치 및 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명의 자동 이득 조정 장치는, OFDMA 시스템에서 무선 이동 단말의 자동 이득 조정 장치에 있어서, 수신된 아날로그 심볼들의 증폭 이득을 조정하는 이득 증폭기와, 상기 수신된 아날로그 심볼들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 퓨리에 변환기와, 상기 주파수 영역에서 부반송파 단위로 전력을 측정하는 전력 측정부와, 신호가 실린 부반송파를 검출하여 해당 전력값을 누적하는 부반송파 전력 누적기와, 상기 누적된 전력값으로부터 부반송파당 송신된 평균 전력값을 추정하는 부반송파 평균 전력 측정부와, 상기 추정된 평균 전력값을 기준 전력값과 비교하여 상기 이득 증폭기의 이득을 조정하는 제어 신호를 출력하는 제어 수단을 포함함을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면, OFDMA 시스템에서 유효한 부반송파를 이용한 전력 추정을 수행하는 방식으로 송신 전력의 차이에 의한 영향을 제거하여 채널 변화만을 이득 조정에 반영할 수 있다.

송신 전력, 주파수 영역, 전력 추정, OFDMA, 파일럿, 이득 증폭기.

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 자동 이득 조정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF AUTOMATIC GAIN CONTROL IN AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}

도 1은 일반적인 OFDMA 시스템에서 송신 및 수신을 위한 물리계층의 블록 구성을 도시한 도면,

도 2는 일반적인 자동 이득 조정 회로의 내부 구성도,

도 3은 일반적인 OFDMA 프레임 구조를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 주파수 영역에서 전력 추정을 수행하는 자동 이득 조정 회로의 내부 구성도,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부반송파 전력 누적기의 내부 구성도,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 심볼 레이트의 자동 이득 조정 회로를 사용할 경우의 아날로그/디지털 변환기로 입력되는 전력을 나타내는 도면,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 레이트의 자동 이득 조정 회로를 사용할 경우의 아날로그/디지털 변환기로 입력되는 전력을 나타내는 도면.

본 발명은 통신 시스템의 자동 이득 조정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식의 무선 통신 시스템에서 수신 신호를 일정하게 유지하여 주도록 자동 이득 조정(AGC : Automatic Gain Control)을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전통적인 무선 통신 시스템은 음성 서비스를 기반으로 하는 이동통신 시스템이 대표적이다. 이러한 무선 통신 시스템은 통신 산업의 발달과 인터넷 서비스에 대한 사용자 요구의 증가로 인하여 고속으로 데이터를 전달할 수 있는 시스템이 속속 등장하여 상용화에 박차를 가하고 있다. 그러나, 상기 음성 서비스를 주목적으로 개발된 무선 통신 시스템은 데이터 전송 대역폭 및 자원의 고갈로 인하여 보다 많은 데이터를 전송함에 있어 한계에 다다르고 있다. 따라서 음성 서비스보다 대용량의 데이터를 고속으로 전송할 수 있는 시스템이 요구되는 현대 사회에서 기존 부호분할 다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식을 사용하는 이동통신 시스템으로는 이러한 요구를 충분히 수용하기 어렵다는 문제를 가진다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 대두되고 있는 방법 중 하나가 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 이용하는 것이다. 그러면 OFDM 기술에 대하여 이하에서 살펴보기로 한다.

상기 OFDM 방식은 다중 반송파를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(symbol)열을 병렬로 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파(sub-carrier)들로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(MCM: Multi-Carrier Modulation) 방식의 일종이다. 상기 OFDM 방식은 상기 주파수 선택적 페이딩에 강하다는 장점 이외에도 링크 적응(link adaptation) 방식을 사용하여 전송량(throughput)을 최대화시킬 수 있다는 장점을 가진다.

한편, 상기 OFDM 방식을 기반으로 한 다중 접속(multiple access) 방식이 OFDMA 방식이며, 상기 OFDMA 방식은 전체 부반송파들 중 일부 부반송파들을 부채널(sub-channel)로 재구성하고, 상기 부채널을 특정 가입자 단말기(SS: Subscriber Station)에게 할당하는 방식이다.

여기서, 상기 부채널이라 함은 적어도 1개 이상의 부반송파들로 구성된 채널을 나타낸다. 상기 OFDMA 방식을 사용할 경우에는 무선 채널의 페이딩 특성에 따라 특정 가입자 단말기에게 할당되는 부채널을 동적으로 할당할 수 있는 동적 자원 할당(dynamic resource allocation)이 가능하고, 가입자 단말기들의 개수가 증가함에 따라, 즉 사용자들이 증가함에 따라 '다중 사용자 다이버시티 이득(multiuser diversity gain)'이 증가된다.

도 1은 일반적인 OFDM 시스템에서 송신 및 수신을 위한 물리계층의 블록 구성을 도시한 도면으로서, 도 1에서 참조번호 102 내지 107은 송신기의 구성을 도시한 것이고, 참조번호 121 내지 127은 수신기의 구성을 도시한 것이다.

송신하고자 하는 입력 비트 스트림(101)은 부호기(102)로 입력된다. 상기 부호기(120)는 입력 비트 스트림(101)을 미리 결정된 방식에 따라 부호화 한 후 이를 직/병렬 변환기(103)로 출력한다. 상기 직/병렬 변환기(103)는 부호화되어 입력되는 직렬의 비트 스트림을 병렬 데이터로 변환하여 출력한다. 상기 직/병렬 변환기(103)에서 직렬 비트 스트림을 병렬의 비트 스트림으로 변환하는 것은 역고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)을 수행하기 위함이다. 따라서 상기 직/병렬 변환기(103)에서 출력된 병렬의 비트 스트림은 역고속 퓨리에 변환기(104)로 입력된다. 이때, 병렬의 비트 스트림은 N개의 심볼들이라 가정한다. 이와 같이 N개의 심볼들을 수신하는 것으로 가정한 이유는 상기 역고속 퓨리에 변환기(104)가 입력 스트림들을 N개의 단위로 역고속 퓨리에 변환을 수행하기 때문이다.

따라서 상기 역고속 퓨리에 변환기(104)는 병렬로 수신된 N 개의 심볼들을 수신하여 전송할 심볼들을 역고속 퓨리에 변환함으로써 주파수 영역의 심볼들을 시간 영역의 심볼들로 변환한다. 이와 같이 시간 영역으로 변환된 심볼들은 병/직렬 변환기(105)로 입력된다. 상기 병/직렬 변환기(105)는 병렬로 입력되는 N개의 시간 영역 심볼들을 직렬의 즉, 순차적인 N개의 비트 스트림으로 변환하여 출력한다. 이와 같이 상기 순차적으로 출력된 N개의 비트 스트림을 이하에서 "OFDM 심볼"이라 칭한다.

상기 OFDM 심볼은 CP 부가기(Cyclic Prefix Adder)(106)로 입력된다. 상기 CP 부가기(106)는 입력된 OFDM 심볼 중 마지막 비트부터 역으로 소정 개수만큼의 비트들을 복사하고, 이를 OFDM 심볼의 최초 비트 앞에 삽입한다. 이와 같이 CP를 부가하는 이유는, 다중경로 채널의 영향을 제거하기 위함이다. 상기 CP가 부가된 OFDM 심볼은 디지털-아날로그 변환기(107)로 입력된다. 그러면 상기 디지털-아날로그 변환기(107)는 입력된 디지털 심볼들을 아날로그 심볼들로 변환하여 수신기로 전송한다.

상기와 같이 전송되는 아날로그 심볼들은 다중 경로를 가지는 소정의 채널(110)을 거쳐 수신기로 입력된다. 그러면 계속해서 수신기의 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

수신기의 아날로그-디지털 변환기(121)는 상기 채널(110)을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이와 같이 아날로그-디지털 변환기(121)에서 디지털 신호로 변환된 신호들은 CP 제거기(122)로 입력된다. 상기 CP 제거기(122)는 다중경로의 영향으로 오염된 시클릭 프리픽스 즉, CP들을 제거한다. 상기 CP 제거기(122)에서 CP들이 제거된 신호는 직렬의 신호이다. 따라서 CP들이 제거된 신호는 역고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 위해 직/병렬 변환기(123)로 입력된다. 상기 직/병렬 변환기(123)는 직렬로 입력된 심볼들을 N개 단위로 병렬 변환하여 출력한다.

상기한 바와 같이 직렬로 입력된 심볼들을 N개의 단위로 병렬 변환하여 출력하는 것은 송신측에서 N개 단위로 역고속 퓨리에 변환이 이루어졌기 때문이다. 따라서 상기 고속 퓨리에 변환기(124)는 N개 단위의 병렬 데이터를 수신하고, 그 신호들을 고속 퓨리에 변환한다. 즉, 고속 퓨리에 변환기(124)는 시간 영역의 심볼들을 주파수 영역의 심볼들로 변환한다. 주파수 영역으로 변환된 심볼들은 등화기(Equalizer)(125)로 입력된다. 상기 등화기(125)는 주파수 영역으로 변환되어 입력된 심볼들로부터 채널(110)의 영향을 상쇄하여 출력한다. 상기 등화기(125)로부터 출력된 심볼들은 병/직렬 변환기(126)에서 병렬의 입력 심볼들을 다시 직렬의 심볼들로 변환하여 출력한다. 따라서 상기 병/직렬 변환기(126)에서 직렬로 변환되는 심볼들의 단위는 N개의 심볼들이 된다. 이와 같이 N개의 단위로 직렬 변환된 심볼들은 최종적으로 복호기(127)로 입력되어 복호된다. 상기 복호기(127)는 입력된 심볼들을 복호하여 출력 비트 스트림(128)을 출력한다.

한편, 도 2는 일반적인 자동 이득 조정(AGC) 회로의 내부 구성도로서, 상기와 같은 OFDM 방식에 기반하여 다중 접속을 지원하는 OFDMA 송/수신기의 설계시 도 2에 도시한 바와 같이, 채널의 시간축상의 변화에 대해서 ADC(Analog to Digital Converter, 121)의 앞 단에서는 수신 신호 세기를 일정하게 유지시켜주는 자동 이득 조정 루프(automatic gain control loop, AGC loop)를 구비하여야 한다. 상기 자동 이득 조정(AGC) 회로는 ADC(210), 전력 측정부(220), 누적기1(230), 루프 필터(240), 로그 맵 테이블(250), 누적기 2(260), AGC 인터페이스(270) 및 가변 이득 증폭기(200)를 포함하는 회로이다.

종래의 AGC 루프는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 전력 측정부(220)는 상기 ADC(210)로부터 시간축상에서 샘플링(sampling)된 신호를 입력받아 상기 샘플링된 신호의 놈(norm)을 누적하여, 일정 시간 동안의 평균 전력을 측정한다. 상기 누적기1(230)는 전력 측정부(220)에서 측정된 평균 전력을 임의의 시간 동안 누적하고, 루프 필터(loop filter, 240)는 누적된 평균 전력을 루프 필터링한다. 그리고, 로그 맵 테이블(250)은 상기 루프 필터(240)에서 출력된 평균 전력을 소정의 ADC 입력 기준 전력값과 비교하여 대응되는 비교값을 출력하고, 누적기 2(260)는 상기 비교값을 계속 누적한다. AGC 인터페이스(270)는 상기 누적된 비교값을 이용하여 아날로그 단의 가변 이득 증폭기(200)의 이득을 조절한다. 이때, AGC 인터페이스(interface)(270)는 상기 누적된 비교값으로부터 얻어진 디지털 값을 가변 이득 증폭기(200)가 입력받는 형태로 변환해 준다.

이하에서는, OFDMA 방식의 무선 통신 시스템에서 통상적으로 송수신되는 프레임 구조를 도 3을 참조하여 살펴보도록 한다. 도 3은 일반적인 OFDMA 프레임 구조를 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, OFDMA 프레임은 하나의 프레임 내에 업(up)/다운(down) 링크 정보를 모두 포함하며, 상기 업(up) 링크와 다운(down) 링크 정보 사이에 TTG(Transmit Time Gap) 및 RTG(Receive Time Gap) 정보를 포함한다. 도 3에서 프레임의 좌측에는 다운 링크를 위한 서브 프레임(DL sub-frame)을 포함하고, 프레임의 우측에는 업-링크를 위한 서브 프레임(UL sub-frame)을 포함하며, 각 프레임들은 하나씩의 프리엠블(preamble)(301)과 맵(MAP) 정보로 UL-맵(UP MAP, 303) 및 DL-맵(DL MAP, 302)을 포함한다. 상기 DL-맵/UL-맵(302, 303)은 다운-링크(down-link)/업-링크(up-link)를 위한 서브 프레임(DL sub-frame/UL sub-frame)을 여러 개의 구간으로 나누고 각 구간의 위치 정보와 각 구간에 대한 CID(Connection ID) 및 DIUC(Downlink Interval Usage Code)/UIUC(Uplink Interval Usage Code)를 부여한다. 여기서, 상기 CID는 가입자 식별 코드로서 해당 구간이 어느 가입자 단말을 위한 데이터를 전송하고 있는 지를 나타내고, 상기 DIUC/UIUC는 사용용도, 변조 방식(modulation type) 및 인코딩-코드(FEC: Frame Error Control Code)를 나타내는 값으로서 해당 구간의 데이터가 어떤 용도로 사용되며 어떤 변조 방식으로 변조되고 어떤 FEC 코드 (Frame Error Control Code)로 인코딩 되었는지를 나타낸다.

상기와 같은 OFDMA 방식에서 할당된 부채널에는 파일럿 신호와 함께 데이터가 일정 전력 수준으로 전송되지만 할당되지 않은 부채널에는 파일럿 신호만을 전송하고, 송신단에서 송신 전력은 부채널 할당 정보에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, IEEE802.16e에서 정의된 PUSC(Partial Usage of Subchannels)와 같은 경우 부채널 할당 내용에 따라 전력이 최대 6.4 dB까지 차이가 난다. 도 3에 나타낸 바와 같이, IEEE 802.16e의 OFDMA 한 프레임을 살펴보면, i, j, k 번째 심볼(symbol)들의 전력을 각각 Psym,i, Psym,k이라 했을 때 도 3의 예에서 각 심볼들의 전력의 크기는 Psym,i > Psym,i > Psym,k와 같이 부채널 할당 내용에 따라 달라지게 된다. 상기와 같이, OFDMA 시스템은 부채널 할당 내용에 따라 송신 전력이 달라지는 무선 통신 환경을 가지며, 채널을 통해 신호가 수신될 때 시간축 상에서의 수신 전력의 변화는 채널 변화뿐만 아니라 송신 전력의 차이 모두를 포함하게 된다. 그러나, 주파수 영역상의 신호 크기에 실려 있는 정보를 복원하기 위해서는 채널의 변화만을 보상하도록 AGC 루프가 동작해야 하며, 이를 위해서는 송신 전력의 차이에 대한 부분이 AGC 루프에 반영되지 않도록 정규화 되어야만 한다.

이와 관련하여 OFDM 방식의 무선 통신 시스템에서 데이터 송신 시 송신단에서의 평균 전력은 확률적으로 일정하기 때문에 수신단에서의 시간축 상에서 평균 전력을 구하면 기준 전력과의 차이는 채널의 변화를 반영하게 된다. 그러나, OFDMA 방식에서는 부채널 할당 내용에 따라 송신단으로부터의 송신 전력이 평균적으로 일정하지 않는다.

따라서, 수신단에서 도 2와 같이 평균 전력을 구하게 되면, 채널 변화뿐만 아니라 송신 전력의 차이도 함께 반영되는 문제점이 발생된. 이러한 문제점은 수신단에서 주파수 영역의 신호 크기에 실려 있는 정보를 복원하는 과정에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

따라서 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신단에서 송신 전력의 차이를 고려하여 채널 변화를 이득 조정에 정확히 반영하는 이득 조정 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신단에서 주파수 영역에서 전력 추정을 수행하는 이득 조정 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 유효한 부반송파에 대한 전력 추정을 수행하여 송신 전력의 차이에 의한 영향을 제거하는 이득 조정 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신단에서 주파수 영역의 각 부반송파의 전력을 일정하게 유지하여 각 부반송파의 유효 비트 정확도(bit-precision)를 일정하게 유지하는 자동 이득 조정 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 장치는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 무선 이동 단말의 자동 이득 조정 장치에 있어서, 수신된 아날로그 심볼들의 증폭 이득을 조정하는 이득 증폭기와, 상기 수신된 아날로그 심볼들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 퓨리에 변환기와, 상기 주파수 영역에서 부반송파 단위로 전력을 측정하는 전력 측정부와, 신호가 실린 부반송파를 검출하여 해당 전력값을 누적하는 부반송파 전력 누적기와, 상기 누적된 전력값으로부터 부반송파당 송신된 평균 전력값을 추정하는 부반송파 평균 전력 측정부와, 상기 추정된 평균 전력값을 기준 전력값과 비교하여 상기 이득 증폭기의 이득을 조정하는 제어 신호를 출력하는 제어 수단을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 무선 이동 단말의 이득 증폭기를 위한 자동 이득 조정 방법에 있어서, 상기 수신된 아날로그 심볼들을 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 과정과, 상기 주파수 영역에서 부반송파 단위로 전력을 측정하고 측정된 부반송파 중에서 신호가 실린 부반송파를 검출하여 해당 전력값을 누적하는 과정과, 상기 누적된 전력값으로부터 부반송파당 송신된 평균 전력값을 추정하는 과정과, 상기 추정된 평균 전력값을 기준 전력값과 비교하여 상기 이득 증폭기의 이득을 조정하는 제어 신호를 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따 라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저 본 발명의 기본 개념을 설명하면, OFDMA 시스템에서 송신 전력의 차이는 할당되지 않은 부채널의 존재 유무에 의해 결정된다. 즉, 주파수 영역에서 각 부반송파에 신호가 존재하는지에 따라 송신 전력이 차이가 난다. 그러므로, 주파수 영역에서 신호가 존재하는 부반송파만의 평균 전력을 구하여 자동 이득 제어를 하게 된다면 주파수 영역에서 각 부반송파의 평균 전력을 일정하게 유지시킬 수 있게 되어 각 부반송파에 실려 있는 신호는 동일한 유효 비트 정도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

이와 같이 각 부반송파의 유효 비트 정도를 일정하게 유지하기 위해서는 주파수 영역에서 파일럿 신호의 전력을 측정하여 파일럿 신호의 전력을 일정하게 유지하도록 루프를 유지시킬 수도 있다. 하지만, IEEE 802.16e에서 채택하고 있는 OFDMA 방식에서 시스템은 OFDM 프레임 내의 맵(MAP) 정보를 통해서 부채널 할당 정보 및 프레임 내의 부채널 할당 방법 등을 단말로 알려 주지만, 상기 OFDM 프레임을 수신한 단말은 시스템으로부터 수신된 맵 정보를 디코딩(decoding)하기 전까지 부채널 할당 정보를 알 수 없음은 물론 해당 파일럿 신호의 위치도 알 수 없다.

따라서, 단말은 수신되는 OFDM 프레임을 버퍼링(buffering)하여 맵 정보를 디코딩하는 시점까지 전력 추정을 미루지 않으면, 파일럿 신호를 이용하여 전력을 추정하는 방법이 사용 불가능하다. 또한, 디코딩 시점까지 전력 추정을 미룬다면, 심볼 레이트(symbol-rate)로 동작할 때 전력 추정 시점과 AGC 루프 반영 시점의 지연에 의해 정상적 루프 동작이 이루어지지 않는다. 후술할 본 발명의 실시예에서는 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 구체적인 방안을 제시한다.

이하 본 실시예에서는 OFDMA 시스템에서 주파수 영역에서 전력 추정을 수행하고, 파일럿 신호를 이용한 전력 추정과 신호가 실리는 유효한 부반송파를 이용한 전력 추정을 병행하여 이를 통해 송신 전력의 차이에 의한 영향을 제거하여 채널 변화만을 이득 조정에 반영하는 이득 조정 장치 및 방법에 대해 살펴보기로 한다.

그러면, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따라 주파수 영역에서 전력 추정을 수행하는 사용한 자동 이득 조정 회로의 내부 구성에 대하여 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 폐 루프(closed-loop)로 구성된 자동 이득 조정 회로는 이득 증폭기(400)와, 이득 증폭기(400)로부터 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 ADC(410), 상기 ADC(410)로부터 입력되는 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위한 FFT(420), 주파수 영역에서 입력되는 신호의 전력을 심볼 단위로 측정하기 위한 전력 측정부(430), 전송 신호가 실리는 유효한 부반송파를 검출하여 그 신호 전력을 누적하는 부반송파 전력 누적기(440), 부채널이 할당된 영역의 부반송파당 송신된 평균 전력을 추정하는 부반송파 평균 전력 측정부(450)를 구비함은 물론 상기 추정된 평균 전력을 기준 전력값과 비교하여 이득 증폭기(400)의 이득을 조정하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 수단으로서 도 2의 대응되는 구성과 동일한 기능을 수행하는 루프 필터(460), 로드 맵 테이블(470), 누적기(480), 및 AGC 인터페이스(490)를 구비한다.

도 4의 각 구성을 상세히 설명하면, 상기 ADC(410)은 수신한 아날로그 심볼을 시간 샘플 데이터로 변환하여 출력한다. 이때 상기 샘플 데이터는 CP가 부가된 OFDM 심볼이며, 도시되지 않은 CP 제거기를 통해 다중 경로의 영향으로 오염된 CP가 제거된다. 그리고, FFT(420)는 입력되는 시간 샘플 데이터를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 신호로 변환한 후 전력 측정부(430)로 출력한다. 이때 FFT(420)의 출력은 부반송파당 하나씩 순차적으로 출력된다고 가정한다. 또한, FFT(420)출력이 전체 부반송파를 한번에 출력하는 구조이더라도 결국 시분할 처리에 의해 부반송파 하나씩 순차적으로 처리될 수 있다.

상기 전력 측정부(430)는 주파수 영역에서 FFT(420)로부터 출력되는 각 부반송파 신호의 놈(norm)을 계산하여 부반송파당 하나씩 순차적으로 전력을 추정하고, 추정된 부반송파 전력을 부반송파 전력 누적기(440)로 출력한다.

그러면, 부반송파 전력 누적기(440)는 아래 기술한 것처럼 파일럿 신호의 위치 정보를 아는 경우와 파일럿 신호의 위치 정보를 알지 못하는 경우에 따라 각기 다른 방식으로 주파수 영역에서 해당 부반송파를 검출하고, 그 신호 전력을 누적한다.

즉, 본 발명이 적용되는 IEEE802.16e의 OFDMA 시스템의 경우 파일럿 신호의 배치를 달리 하는 경우가 한 프레임 내에서도 존재한다. 한 프레임 내에서 부채널 할당 방법을 변경할 수 있으며, 파일럿의 위치 정보를 포함하는 부채널 할당 정보는 맵(MAP)을 디코딩(decoding)한 이후에 알 수 있게 된다. 따라서 본 발명에서는 각 심볼의 파일럿의 위치를 놈(norm)을 계산하는 시점에 맵 디코딩이 완료되어 알 수 있는 경우에는 파일럿의 위치 정보를 사용하여 주파수 영역의 전력 추정을 수행한다. 그러나, 맵 디코딩 이전의 심볼에 대하여는 미리 정해진 임계치값을 사용하여 모든 부반송파를 스캐닝하는 방법으로 주파수 영역의 전력 추정을 수행한다.

이하에서는, 상기한 부반송파 전력 누적기(440)의 내부 구성 및 동작에 대하여 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

부반송파 전력 누적기(440)는 부반송파 검출부(500), 파일럿 신호 검출부(510), 누적기(520) 그리고 스위치(530)를 포함하고, 상기 스위치(530)는 맵을 디코딩한 정보로부터 파일럿의 위치 정보를 알 수 있는 경우 출력되는 파일럿 유효 신호(Pilot available)의 입력 여부에 따라 부반송파 검출부(500) 또는 파일럿 신호 검출부(510)로 스위칭된다. 여기서 상기 파일럿 유효 신호는 수신기내 도시되지 않은 제어기로부터 입력될 수 있다. 즉, 본 발명에서 상기 스위치(530)는 상기 파일럿 유효 신호가 입력되면 파일럿의 위치 정보를 사용하여 파일럿 신호를 검출하는 파일럿 신호 검출부(510)로 스위칭되고, 파일럿 유효 신호가 입력되지 않으면 미리 정해진 임계치 값을 사용하여 모든 부반송파를 스캐닝하는 방식으로 유효한 부반송파를 검출하는 부반송파 검출부(500)로 스위칭된다.

이하, 상기 파일럿 유효 신호의 입력 여부에 따라 구분되는 부반송파 전력 누적 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 파일럿 유효 신호가 입력되면, 파일럿의 위치 정보를 사용하여 파일럿 신호를 검출하도록 스위치(530)는 파일럿 신호 검출부(510)로 스위칭된다. 이 경우 전력 측정부(430)로부터 측정된 전력신호는 누적기(520)와 파일럿 신호 검출부(510)로 입력된다. 그러면 파일럿 신호 검출부(510)는 상기 파일럿의 위치 정보에 따라 파일럿 신호를 검출하여 누적기(520)로 인에이블 신호를 출력하고, 누적기(520)는 상기 인에이블 신호가 입력된 경우 부채널이 할당된 영역에서 파일럿 신호만의 전력을 누적한다.

한편, 파일럿 유효 신호가 입력되지 않으면, 미리 정해진 임계치 값을 기준으로 유효한 부반송파를 검출하도록 스위치(530)는 부반송파 검출부(500)로 스위칭된다. 이 경우 전력 측정부(430)로부터 측정된 전력 신호는 누적기(520)와 부반송파 검출부(500)로 입력된다. 그러면, 부반송파 검출부(500)는 미리 정해진 임계치값(threshold)을 넘는 부반송파에 대하여만 인에이블 신호를 누적기(520)로 출력하고, 누적기(520)는 상기 인에이블 신호가 입력된 경우 해당 부반송파에 대하여 전력을 누적 한다. 즉, 미리 정해진 임계치값을 넘지 못하는 부반송파에는 부채널이 할당되지 않았다고 판단하는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 부채널이 할당되지 않은 부반송파는 평균 전력 계산 시에 제외하는 방식으로 이득 조정 시 송신 전력의 차이에 대한 영향을 제거하도도록 도 5의 부반송파 전력 누적기(440)에서 부채널이 할당된 부반송파의 전력을 누적한다.

한편, 부반송파 전력 누적기(440)로부터 출력되는 한 심볼(symbol)에 대해서 부반송파 평균 전력 측정부(450)는 상기의 부반송파 전력 누적기(440)에서 누적된 전력을 부반송파의 개수로 최종 나누어 부채널이 할당된 영역의 부반송파당 송신된 평균 전력을 추정한다.

즉, 도 4의 부반송파 평균 전력 측정부(450)에서는 각 부반송파당 송신된 평균 전력을 얻기 위해 부반송파 전력 누적기(440)에서 누적된 전력값을 누적에 사용된 부반송파의 개수로 나누어주어야 한다. 상기 부반송파 평균 전력 측정부(450)는 도 4와 같이 카운터(451)와 쉬프트 레지스터(452)를 사용하여, 항상 2의 지수승 개의 부반송파의 누적 순시 전력값을 저장하고, 각 심볼당 부반송파의 평균 전력을 계산할 때 쉬프트 연산만으로 나누기 계산을 용이하게 수행하도록 하드웨어 구성을 간소화한 것이다.
따라서, 상기 부반송파 평균 전력 측정부(450)는 하드웨어 형태에 따라 다양하게 구성하는 것이 가능하다.
본 실시예에서 상기 카운더(451)의 초기값은 "0", 쉬프트 레지스터(452)의 초기값은 "1"로 설정되며, 카운터(451)는 순시 전력값을 누적할 때마다 그 카운트 값을 1씩 증가시킨다. 다음 카운터(451)의 카운트 값이 쉬프트 레지스터(452)의 저장된 값과 일치될 때 쉬프트 레지스터(452)는 1비트씩 왼쪽으로 이동하여 2배로 값을 증가시키고 카운터(451)는 0으로 리셋된다. 상기한 방식으로 쉬프트 레지스터(452)의 저장된 값과 카운터(451)의 카운트 값이 일치할 때의 누적 순시 전력값을 레지스터(453)에 새로 저장한다. 이렇게 함으로써 부반송파 평균 전력 측정부(450)는 항상 2의 지수승 개의 부반송파의 누적 순시 전력값을 측정할 수 있고 한 심볼에 대해서 순시 전력의 누적이 끝났을 때 나눌 값은 그 때의 쉬프트 레지스터(452) 저장된 값으로부터 알 수 있다.

이후, 부반송파 평균 전력 측정부(450)로부터 출력되는 주파수 영역에서의 부반송파의 평균 전력 값은 루프 필터(460)를 통해 필터링된다.

상기와 같이 필터링 된 부반송파의 평균 전력 값은 로그 맵 테이블(470)로 입력되고, 로그 맵 테이블(470)은 입력된 부반송파의 평균 전력 값을 미리 결정된 ADC 입력 기준 전력과 비교하여 가변 이득 증폭기(400)의 동작을 제어하기 위한 디지털 값을 계산한 후 대응되는 비교값을 누적기(480)로 출력한다. 그러면, 누적기(480)는 상기 로그 맵 테이블(470)에서 출력된 비교값을 정해진 시간 동안 누적한다. 상기 비교값이 누적되는 시간은 임의로 설정하는 것이 가능하며, 예를 들어 복수의 심볼들이 전송되는 하나의 프레임 구간이 될 수 있다.

이후, AGC 인터페이스(490)는 상기 누적된 비교값을 이용하여 아날로그 단의 가변 이득 증폭기(200)를 조절한다. 이때 AGC 인터페이스(490)는 상기 누적된 비교값으로부터 얻어진 디지털 값을 가변 이득 증폭기(400)가 입력받는 형태로 변환한다.

상기의 도 4에서와 같이 주파수 영역에서의 전력 추정 방법을 사용하여 심볼 레이트(symbol-rate) 또는 프레임 레이트(frame-rate)로 가변 이득 증폭기를 조정할 수 있다. 프레임 레이트 AGC 루프(loop)는 심볼 단위의 전력 추정값을 일정 심볼 동안 다시 누적하여 프레임 단위로 이득 증폭기를 조절하는 것으로 상기에서 설명한 방법을 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 심볼 레이트로 가변 이득 증폭기(400)를 조절하면, 도 6과 같이, 아날로그/디지털 변환기(410)로 심볼 단위로 평균 전력이 일정 전력 수준으로 입력되도록 조정된다. 또한, 프레임 레이트로 가변 이득 증폭기(400)를 조절하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 아날로그/디지털 변환기(410)는 프레임 단위로 평균 전력이 일정 전력 수준으로 입력되도록 조정된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, OFDMA 시스템에서 유효한 부반송파를 이용한 전력 추정을 수행하는 방식으로 송신 전력의 차이에 의한 영향을 제거하여 채널 변화만을 이득 조정에 반영할 수 있다.
또한, 본 발명은 주파수 영역에서 파일럿 신호를 이용한 전력 추정과 유효한 부반송파를 이용한 전력 추정을 병행하여 채널 변화만을 이득 조정에 반영할 수 있다.
또한, 본 발명은 OFDMA를 적용하는 시스템의 자동 이득 조정 장치에 적용가능 하며, 특히 IEEE802.16e기반의 WiBro 시스템 또는 IEEE802.16e의 기저 시스템인 IEEE802.16d에 사용 가능하다. 또한, 송신 전력이 상황에 따라 달라지는 OFDMA 시스템에서 시간축 상의 채널 변화를 보상하여 OFDMA 수신기 성능을 최적화 할 수 있는 이점이 있다.

Claims

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 수신된 신호의 전력을 유지하기 위한 자동 이득 조정 장치에 있어서,

상기 수신된 신호를 증폭하는 이득 증폭기와,

상기 증폭된 신호의 전력을 부반송파 별로 측정하는 전력 측정부와,

상기 수신된 신호가 실린 적어도 하나의 부반송파를 검출하여 상기 적어도 하나의 부반송파의 전력값을 누적하는 부반송파 전력 누적기와,

상기 누적된 전력값으로부터 평균 전력값을 추정하는 부반송파 평균 전력 측정부와,

상기 추정된 평균 전력값을 기준 전력값과 비교하여 상기 이득 증폭기의 증폭 이득을 조정하는 제어 수단을 포함하는 자동 이득 조정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전력 측정부는

상기 수신된 신호 중 각 부반송파 신호의 놈(norm)을 계산하여 부반송파당 하나씩 순차로 전력을 추정하는 자동 이득 조정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 부반송파 전력 누적기는

디코딩된 파일럿 신호의 위치 정보를 이용하여 상기 수신 신호로부터 파일럿 신호를 검출하고, 상기 전력 측정부로부터 측정된 전력값 중 상기 검출된 파일럿 신호의 전력값을 누적하도록 구성되는 자동 이득 조정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 부반송파 전력 누적기는

상기 전력 측정부로부터 측정된 전력값 중 미리 정해진 임계값을 넘는 부반송파에 대한 전력값을 누적하도록 구성되는 자동 이득 조정 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 파일럿 신호의 위치 정보는

시스템으로부터 전송되는 맵(MAP) 정보를 디코딩하여 얻은 부채널 할당 정보로부터 획득되는 자동 이득 조정 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 파일럿 신호의 위치 정보는

상기 맵 정보의 디코딩이 상기 전력 측정부에서 상기 파일럿 신호에 대한 놈(norm)을 계산하는 시점까지 완료된 경우 획득되는 자동 이득 조정 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 부반송파 전력 누적기는

상기 파일럿 신호의 위치 정보를 이용하여 상기 파일럿 신호를 검출한 경우 상기 검출된 파일럿 신호를 출력하는 파일럿 신호 검출기와,

상기 검출된 파일럿 신호가 인가된 경우 상기 파일럿 신호의 전력값을 누적하는 누적기를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 부반송파 전력 누적기는

상기 전력 측정부로부터 측정된 전력값이 미리 정해진 임계값 보다 큰 경우 해당 부반송파의 부반송파 신호를 검출하여 출력하는 부반송파 검출기와,

상기 검출된 부반송파 신호가 인가된 경우 해당 부반송파의 전력값을 누적하는 누적기를 더 포함하는 자동 이득 조정 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 부반송파 전력 누적기는

상기 파일럿 신호의 위치 정보가 부채널 할당 정보로부터 입력되는 경우, 상기 파일럿 신호 검출기의 출력단을 상기 누적기로 연결하고, 상기 파일럿 신호의 정보가 상기 부채널 할당 정보로부터 입력되지 않은 경우, 상기 부반송파 검출기의 출력단을 상기 누적기로 연결하는 스위치를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 부반송파 평균 전력 측정부는

상기 누적된 전력값을 누적에 사용된 부반송파의 개수로 나누어 상기 평균 전력값을 추정하는 자동 이득 조정 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 부반송파 평균 전력 측정부는

상기 누적에 사용된 부반송파의 개수를 카운트하는 카운터와,

상기 누적된 전력값을 2의 지수승개의 부반송파 별로 쉬프트 연산하여 상기 평균 전력값을 계산하는 쉬프트 레지스터를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은

상기 평균 전력값을 필터링하는 루프 필터와,

상기 평균 전력값을 상기 기준 전력값과 비교하여 상기 이득 증폭기의 동작 제어를 위한 디지털값을 계산하고 상기 디지털값에 대응되는 비교값을 출력하는 로그 맵 테이블과,

상기 비교값을 정해진 시간 동안 누적하는 누적기와,

상기 누적된 비교값을 상기 이득 증폭기가 입력받을 수 있도록 제어신호로 변환하여 출력하는 인터페이스를 포함하는 자동 이득 조정 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 비교값이 누적되는 정해진 시간은

하나의 프레임 구간임을 특징으로 하는 자동 이득 조정 장치.
직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 수신된 신호의 전력을 균일하게 유지하기 위한 자동 이득 조정 방법에 있어서,

상기 수신된 신호의 전력을 부반송파 별로 측정하는 과정과,

상기 측정된 부반송파들 중에서 신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 부반송파를 검출하는 과정과,

상기 적어도 하나의 검출된 부반송파의 전력으로부터 평균 전력값을 추정하는 과정과,

상기 평균 전력값에 따라서 상기 수신된 신호의 증폭 이득을 조정하는 이득 증폭기의 이득을 조정하는 과정을 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 전력을 측정하는 과정은

상기 부반송파 신호의 놈(norm)을 계산하여 부반송파당 하나씩 순차로 전력을 추정하는 과정을 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부반송파를 검출하는 과정은

디코딩된 파일럿의 위치 정보를 이용하여 파일럿 신호를 검출하는 과정과,

상기 측정된 전력값 중 상기 검출된 파일럿 신호의 전력값을 누적하는 과정을 더 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부반송파를 검출하는 과정은

상기 측정된 전력값 중 미리 정해진 임계값을 넘는 부반송파에 대한 전력값을 누적하는 과정을 더 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 파일럿 신호의 위치 정보는

시스템으로부터 전송되는 맵(MAP) 정보를 디코딩하여 입력된 부채널 할당 정보로부터 상기 파일럿의 위치 정보를 알 수 있는 경우 외부로부터 입력되는 자동 이득 조정 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 파일럿 신호의 위치 정보는

상기 맵 정보의 디코딩이 상기 파일럿 신호에 대한 놈(norm)을 계산하는 시점까지 완료된 경우 입력되는 자동 이득 조정 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 평균 전력값을 추정하는 과정은

상기 적어도 하나의 검출된 부반송파의 전력을 누적하고, 상기 누적된 전력값을 누적에 사용된 부반송파의 개수로 나누어 상기 평균 전력값을 추정하는 과정을 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 평균 전력값을 추정하는 과정은

상기 누적에 사용된 부반송파의 개수를 카운트하는 과정과,

상기 누적된 전력값을 2의 지수승개의 부반송파 별로 쉬프트 연산하여 상기 평균 전력값을 계산하는 과정을 더 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 이득 증폭기의 이득을 조정하는 과정은

상기 평균 전력값을 필터링하는 과정과,

상기 평균 전력값을 기준 전력값과 비교하여 상기 이득 증폭기의 동작 제어를 위한 디지털값을 계산하고 상기 디지털값에 대응되는 비교값을 출력하는 과정과,

상기 비교값을 정해진 시간 동안 누적하는 과정과,

상기 누적된 비교값을 상기 이득 증폭기가 입력받을 수 있도록 제어신호로 변환하여 출력하는 과정을 포함하는 자동 이득 조정 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 비교값이 누적되는 정해진 시간은

하나의 프레임 구간임을 특징으로 하는 자동 이득 조정 방법.