KR101098571B1 - 이득 제어 장치 및 신호 수신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이득 제어 장치 및 신호 수신 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이득 제어 장치는 무선 신호 중 빔 형성(beamforming)된 심볼 구간을 파악하는 맵 해석부, 상기 맵 해석부의 출력에 따라 빔 형성된 심볼의 평균 전력을 계산하는 전력 계산부, 상기 전력 계산부의 출력으로부터 이득 제어 신호를 산출하는 이득 계산부, 그리고 상기 이득 제어 신호로부터 이득을 출력하는 스위치를 포함하고, 상기 이득을 기초로 상기 무선 신호가 보정된다.
이득, AGC, MIMO, 다중안테나, OFDM

Description

이득 제어 장치 및 신호 수신 방법{DEVICE FOR GAIN CONTROL AND METHOD FOR RECEIVING SIGNAL}
본 발명은 이득 제어 장치 및 신호 수신 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템의 수신 장치는 수신한 무선 신호를 소정의 이득으로 증폭한다. 이때 이득이 크게 설정되어 아날로그 디지털 변환기의 동작 범위를 벗어나면 디지털 영역에서 신호가 왜곡되고, 이득이 작게 설정되면 양자화 잡음이 커져서 복조 성능이 저하된다. 따라서 입력 신호의 변동이 있어도 출력 신호가 일정한 값으로 유지하도록 하는 자동 이득 제어(automatic gain control)가 필요하다. 이러한 자동 이득 제어는 예를 들어, 프리앰블의 전력을 기준으로 제어 신호를 도출하여 이득을 제어한다.
한편, 안테나에서 전파를 원하는 특정 방향으로만 방사되도록 무선 통신 시스템의 무선 신호에 방향성을 갖는 전파 빔(beam)이 형성될 수 있다. 그런데 하나의 프레임에 빔 형성(beamforming)된 심볼(symbol) 및 빔 형성되지 않은 심볼이 혼재되어 있는 경우, 빔 형성 성능 및 채널 환경에 따라 빔 형성된 심볼 및 빔 형성되지 않은 심볼 사이에는 전력 차이가 발생한다. 이때 프리앰블의 전력을 기준으 로만 이득을 제어하면 빔 형성된 심볼의 전력을 고려하지 않는 것이므로, 정확한 이득 제어를 수행할 수 없다. 따라서 빔 형성된 심볼 및 빔 형성되지 않은 심볼이 혼재되어 있는 경우에는 빔 형성된 심볼의 전력을 고려한 별도의 이득 제어가 필요하다.
한편, 최근 무선 통신 시스템은 고속 통신을 위하여 다중 입출력을 갖는 다중 안테나(multiple input multiple output antenna, MIMO antenna) 기술을 사용하고 있는데, 이러한 경우 다중 안테나가 각각 수신하는 무선 신호에 대한 이득 제어가 별도로 수행될 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 하나의 프레임에 빔 형성된 심볼과 빔 형성되지 않은 심볼이 혼재되어 있는 경우 정확하고 빠른 이득 제어를 수행하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이득 제어 장치는 무선 신호 중 빔 형성(beamforming)된 심볼 구간을 파악하는 맵 해석부, 상기 맵 해석부의 출력에 따라 빔 형성된 심볼 구간의 평균 전력을 계산하는 전력 계산부, 상기 전력 계산부의 출력으로부터 이득 제어 신호를 산출하는 이득 계산부, 그리고 상기 이득 제어 신호로부터 이득을 출력하는 스위치를 포함하고, 상기 이득을 기초로 상기 무선 신호가 보정된다.
상기 무선 신호와 상기 이득을 곱하여 상기 무선 신호를 보정하는 곱셈기를 더 포함할 수 있다.
현재 프레임의 상기 무선 신호를 기준으로 도출한 상기 이득 제어 신호를 저장한 후 상기 이득 제어 신호를 다음 프레임에 상기 스위치로 제공하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 형성된 심볼의 평균 전력은 상기 빔 형성된 심볼 중 파일럿 부반송파의 평균 전력일 수 있다.
상기 스위치는 상기 빔 형성된 심볼 구간 동안에는 상기 이득 제어 신호를 상기 이득으로 설정하고, 상기 빔 형성된 심볼 구간 이외에는 1을 상기 이득으로 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 신호 수신 방법은 수신된 무선 신호를 이전 프레임의 제1 이득 제어 신호에 따라 제1 이득을 제어하여 증폭하는 단계, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 디지털 신호 중 기준 신호의 평균 전력을 고려하여 현재 프레임의 제1 이득 제어 신호를 도출하는 단계, 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계, 상기 주파수 영역의 신호 중 빔 형성된 심볼의 평균 전력을 고려하여 현재 프레임의 제2 이득을 도출하는 단계, 그리고 이전 프레임의 상기 제2 이득에 따라 상기 주파수 영역의 신호를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 제2 이득에 의해 빔 형성된 심볼 구간 동안의 상기 주파수 영역의 신호가 보정될 수 있다.
상기 제2 이득 제어 신호를 도출하는 단계는, 상기 빔 형성된 심볼 구간을 파악하는 단계, 상기 빔 형성된 심볼의 평균 전력을 계산하는 단계, 상기 빔 형성된 심볼의 평균 전력으로부터 제2 이득 제어 신호를 도출하는 단계, 그리고 상기 제2 이득 제어 신호와 1의 조합으로 이루어진 제2 이득을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔 형성된 심볼 구간의 평균 전력은 상기 빔 형성된 심볼 중 파일럿 부반송파의 평균 전력일 수 있다.
상기 제2 이득 제어 신호를 도출하는 단계는, 복수의 안테나가 수신한 무선 신호 각각의 빔 형성된 심볼의 평균 전력 중 가장 큰 값과 기준값의 차이로부터 도출할 수 있다.
상기 제2 이득 제어 신호를 도출하는 단계는, 복수의 안테나가 수신한 무선 신호 각각의 빔 형성된 심볼의 평균 전력의 평균값과 기준값의 차이로부터 도출하는 신호 수신 방법.
본 발명에 따르면 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 하나의 프레임에 빔 형성된 심볼과 빔 형성되지 않은 심볼이 혼재되어 있는 경우 정확하고 빠른 이득 제어를 수행할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 이동국(Mobile Station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 기지국(base station, BS)은, 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB, eNodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제 도면을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치 및 신호 수신 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치가 수신하는 무선 신호의 프레임(frame) 구조의 한 예를 도시하는 도면이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 신호의 한 프레임(Tf)은 양방향 통신이 가능하도록 하향 링크(downlink) 구간(DL) 및 상향 링크(uplink) 구간(UL)을 포함한다. 하향 링크 구간(DL) 및 상향 링크 구간(UL)은 전송/수신 전이 구간(TTG: transmit/receive transition gap) 및 수신/전송 전이 구간(RTG: receive/transmit transition gap)을 사이에 두고 서로 격리되어 있을 수 있다.
하향 링크 구간(DL)은 프리앰블(preamble), 프레임 제어 헤더(frame control header, FCH), 하향 링크 맵(DL-MAP), 상향 링크 맵(UL-MAP) 및 하향 링크 버스트(DL burst1, DL burst2, DL burst3, DL burst4, DL burst5, DL burst6)를 포함할 수 있다. 상향 링크 구간(UL)은 레인징 부채널(ranging subchannel) 및 상향 링크 버스트(UL burst1, UL burst2, UL burst3, UL burst4, UL burst5)를 포함할 수 있다.
하향 링크 맵(DL-MAP)에는 하향 링크 버스트(DL burst1-6)에 대한 정보가 포함되어 있으며, 상향 링크 맵(UL-MAP)에는 상향 링크 버스트(UL burst1-5)에 대한 정보가 포함되어 있다.
각 버스트(DL burst1-6, UL burst1-5)는 무선 신호의 실제 데이터를 이루는 복수의 심볼(symbol)을 포함한다.
다중 입출력(multiple input multiple output, MIMO) 안테나(antenna)를 사용하는 경우에 각 버스트(DL burst1-6, UL burst1-5)는 임의의 그룹별로 다중 입출력 전송 기술이 특정될 수 있다. 즉, 각 버스트(DL burst1-6, UL burst1-5)를 이루는 각 심볼은 빔 형성(beamforming)이 되어 있을 수도 있고 빔 형성이 되어 있지 않을 수도 있다. 빔 형성은 각 버스트(DL burst1-6, UL burst1-5) 단위로 이루어질 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치는 안테나(100), 아날로그 전단부(analog front end, AFE)(200), 푸리에 변환부(300), 부반송파 디맵퍼(subcarrier demapper)(400) 및 이득 제어부(500, 600)를 포함한다.
안테나(100)는 무선 통신 시스템의 송신 장치로부터 방사 주파수 신호(Si1,…Sin)를 수신한다. 신호 수신 장치는 다중 입출력을 위하여 n 개의 안테나(1001,…100n)를 포함한다.
아날로그 전단부(200)는 안테나(100)를 통해 수신된 신호(Si1,…Sin)를 필터링, 변환, 증폭 등의 처리를 하여 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 신호 수신 장치는 n 개의 안테나(1001,…100n)에 대응되는 n 개의 아날로그 전단부(2001,… 200n)를 포함한다.
푸리에 변환부(300)는 아날로그 전단부(200)로부터 출력된 디지털 신호를 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환한다. 신호 수신 장치는 n 개의 안테나(1001,…100n)에 각각 대응하는 n 개의 푸리에 변환부(3001,…300n)를 포함한다.
부반송파 디맵퍼(400)는 주파수 영역으로 변환된 신호를 재정렬한다. 신호 수신 장치는 n 개의 안테나(1001,…100n)에 각각 대응하는 n 개의 부반송파 디맵퍼 (4001,…400n)를 포함한다.
이득 제어부(500)는 아날로그 전단부(200)에서 출력된 신호의 평균 전력으로부터 이득(Vc1,…Vcn)을 도출하여 아날로그 전단부(200)의 증폭 수행 시 이득을 제어한다. 신호 수신 장치는 n 개의 안테나(1001,…100n)에 각각 대응하는 n 개의 이득 제어부(5001,…500n)를 포함한다.
이득 제어부(600)는 부반송파 디맵퍼(400)의 출력 신호의 평균 전력으로부터 이득(G1,…Gn)을 도출하여 버스트의 빔 형성 여부에 따라 신호 수신 장치의 출력 신호(So1,…Son)의 이득을 제어한다.
이제 도 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 아날로그 전단부(200) 및 이득 제어부(500)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 아날로그 전단부(200) 및 이득 제어부(500)를 도시하는 블록도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 아날로그 전단부(200)는 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA)(210), 대역 통과 필터(band pass filer, BPF)(220), 주파수 변환기(230), 증폭기(250), 주파수 변환기(260), 저역 통과 필터(low pass filter, LPF)(270) 및 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter, ADC)(280)를 포함한다.
저잡음 증폭기(210)는 잡음을 최소화하면서 안테나(100)를 통해 수신된 신호(Si1,…Sin)를 증폭한다.
대역 통과 필터(220)는 대역 통과 필터(210)로부터 증폭된 신호에서 필요한 특정 대역의 주파수를 선택하여 통과시킨다.
주파수 변환기(230)는 대역 통과 필터(220)의 출력 신호를 방사 주파수(radio frequency) 형태에서 중간 주파수(intermediate frequency) 형태로 변환한다.
대역 통과 필터(240)는 중간 주파수 형태로 변환된 신호에서 필요한 특정 대역의 주파수를 선택하여 통과시킨다.
증폭기(250)는 이득 제어부(500)로부터 이득 제어 신호(Vc)를 수신하고 이득 제어 신호(Vc)에 따라 이득을 변환하여 변환된 이득에 따라 대역 통과 필터(240)의 출력 신호를 소정 크기의 신호로 증폭하여 출력한다.
주파수 변환기(260)는 증폭기(250)로부터 증폭되어 출력된 신호를 기저 대역 주파수로 변환한다.
저역 통과 필터(270)는 주파수 변환기(260)의 출력 신호 중에서 특정 주파수 이하의 신호를 통과시킨다.
아날로그 디지털 변환기(280)는 아날로그 형태의 저역 통과 필터(270)의 출력 신호를 디지털 형태로 변환한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이득 제어부(500)는 전력 계산부(510) 및 가산기를 포함한다.
전력 계산부(510)는 아날로그 디지털 변환기(280)의 출력 신호의 평균 전력으로부터 이득 제어 신호(Vp)를 도출하며, 아날로그 디지털 변환기(280)의 출력 신호의 평균 전력은 프리앰블을 기준 신호로 하여 이의 평균 전력으로 구할 수 있다.
가산기(530)는 이득 제어 신호(Vp)를 입력 받아 기준값(Vr)과의 차이를 출력하며, 이 출력 신호는 필터링 되어 이득(Vc)으로서 출력된다.
이제, 도 4를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 이득 제어부(600)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 이득 제어부(600)를 도시하는 블록도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 이득 제어부(600)는 맵 해석부(map interpreter)(610), 전력 계산부(620), 이득 계산부(630), 메모리(640), 스위치(650) 및 곱셈기(660)를 포함한다. 이득 제어부(600)는 n 개의 안테나(1001,… 100n)에 각각 대응하는 n 개의 전력 계산부(6201,…620n), n 개의 메모리(6401,…640n), n 개의 스위치(6501,…650n) 및 n 개의 곱셈기(6601,…660n)를 포함할 수 있다.
맵 해석부(610)는 부반송파 디맵퍼(400)로부터 재정렬된 신호를 입력 받아 수신된 해당 프레임의 하향 링크 맵(DL MAP) 정보를 분석하여 수신 프레임 내에서 빔 형성된 심볼과 빔 형성되지 않은 심볼의 위치를 해석한다.
전력 계산부(620)는 맵 해석부(610)로부터 빔 형성 심볼의 위치에 대한 정보를 전달받아 빔 형성된 심볼 전체 구간에 대한 평균 전력(P1,…Pn)을 구한다. 이 때 계산량을 줄이기 위하여, 모든 부반송파의 평균 전력 대신, 파일럿 부반송파의 평균 전력을 구할 수 있다. 각 n 개의 전력 계산부(6201,…620n)의 모든 출력(P1,…Pn) 즉, 각 안테나(1001,…100n) 수신 경로 별로 계산된 빔 형성 심볼의 평균 전력은 이득 계산부(630)로 입력된다.
이득 계산부(630)는 각 전력 계산부(6201,…620n)의 출력(P1,…Pn)으로부터 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)을 도출한다. 이득 계산부(630)는 각 전력 계산부(6201,…620n)의 출력(P1,…Pn) 중 가장 큰 값과 기준값(Pr)의 차이로부터 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)를 도출하거나, 각 전력 계산부(6201,…620n)의 출력(P1,…Pn)의 평균값과 기준값(Pr)의 차이로부터 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)를 도출할 수 있다.
메모리(640)는 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)를 입력 받아 저장하고, 현재 프레임의 입력 프레임을 이용하여 계산된 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)를 다음 프레임의 빔 형성 심볼 구간에 출력한다. 이때, 메모리(640)는 맵 해석부(610)로부터 빔 형성 심볼 구간에 대한 정보를 전달받아 동작한다.
스위치(650)는 메모리(640)로부터 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)를 입력 받아 이득(G1,…Gn)을 출력한다. 이득(G1,…Gn)은 빔 형성 심볼 구간 동안에는 이득 제어 신호(Gp1,…Gpn)와 같으며, 그 외의 구간 동안에는 "1"과 같다. 이때 스위치(650) 역시 맵 해석부(610)로부터 빔 형성 심볼 구간에 대한 정보를 전달받아 동작한다.
곱셈기(660)는 현재 프레임의 부반송파 디맵퍼(400) 출력과 이전 프레임에서 계산된 이득(G1,…Gn)을 곱하여 신호 수신 장치의 출력 신호(SO1,…SOn)를 내보낸다.
이와 같이 신호 수신 장치의 출력 신호(SO1,…SOn)는 이득 제어부(500)을 통해 프리앰블을 기준으로 하는 평균 전력을 고려하여 증폭의 이득이 제어된 후, 이득 제어부(600)을 통해 빔 형성된 심볼의 평균 전력을 고려하여 보정됨으로써 이득이 제어된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치가 수신하는 무선 신호의 프레임(frame) 구조의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 아날로그 전단부 및 이득 제어부를 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 수신 장치의 또 다른 이득 제어부를 도시하는 블록도이다.

Claims (11)

  1. 다중 입출력을 위한 다중 안테나(multiple input multiple output antenna, MIMO antenna)에 포함된 복수의 안테나에 각각 대응되는 복수의 이득 제어부를 포함하는 이득 제어 장치로서,
    상기 복수의 이득 제어부 각각은,
    무선 신호 중 빔 형성(beamforming)된 심볼 구간을 파악하는 맵 해석부,
    상기 맵 해석부의 출력에 따라 빔 형성된 심볼 구간의 평균 전력을 계산하는 전력 계산부,
    상기 전력 계산부의 출력으로부터 이득 제어 신호를 산출하는 이득 계산부, 그리고
    상기 이득 제어 신호로부터 이득을 출력하는 스위치
    를 포함하고,
    상기 이득을 기초로 상기 무선 신호가 보정되는 이득 제어 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 무선 신호와 상기 이득을 곱하여 상기 무선 신호를 보정하는 곱셈기를 더 포함하는 이득 제어 장치.
  3. 제2항에서,
    현재 프레임의 상기 무선 신호를 기준으로 도출한 상기 이득 제어 신호를 저장한 후 상기 이득 제어 신호를 다음 프레임에 상기 스위치로 제공하는 메모리를 더 포함하는 이득 제어 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 빔 형성된 심볼의 평균 전력은 상기 빔 형성된 심볼 중 파일럿 부반송파의 평균 전력인 이득 제어 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 스위치는 상기 빔 형성된 심볼 구간 동안에는 상기 이득 제어 신호를 상기 이득으로 설정하고, 상기 빔 형성된 심볼 구간 이외에는 1을 상기 이득으로 설정하는 이득 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에서,
    상기 이득 계산부는 상기 전력 계산부의 출력 신호 중 가장 큰 값과 기준값의 차이로부터 상기 이득 제어 신호를 산출하는 이득 제어 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 이득 계산부는 상기 전력 계산부의 출력 신호의 평균값과 기준값의 차이로부터 상기 이득 제어 신호를 산출하는 이득 제어 장치.
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