KR101364078B1

KR101364078B1 - 자동 이득 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101364078B1
Application number: KR1020100037035A
Authority: KR
Inventors: 조웅; 최현균; 오현서
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: KR20110068778A

Abstract

수신 장치의 자동 이득 제어 방법을 제공한다. 자동 이득 제어 방법은 제1 이득값을 이용하여 수신 신호를 저잡음 증폭하고, 상기 저잡음 증폭한 수신 신호를 제2 이득값으로 증폭하며, 상기 저잡음 증폭한 수신 신호의 세기를 이용하여 상기 제1 이득값을 결정하고, 상기 제2 이득값으로 증폭한 수신 신호를 이용하여 상기 제2 이득값을 결정한다. 따라서, 자동 이득 제어의 신뢰성을 보장할 수 있다.

Description

자동 이득 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLING AUTOMATIC GAIN}

본 발명은 자동 이득 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식에 따른 통신 환경에서의 자동 이득 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-F-039-01, 과제명: Vehicle Multi-hop Communication Technology Development(VMC 기술개발)].

통상적으로 신호를 처리하는 전기적 장치는 증폭단에서 발생하는 상호 변조현상을 줄이고 포화 현상을 방지하기 위해 자동 이득 제어(Automatic Gain Control, AGC)를 수행한다. 특히, 이동 통신 시스템의 수신 장치에서의 자동 이득 제어는 신호 레벨이 일정하지 않은 신호를 입력으로 하여 원하는 레벨의 신호를 얻기 위한 목적으로 사용된다. 즉, 입력 신호의 크기가 기준 값보다 크면 이득 값(Gain Value)를 낮추어 신호 포화를 방지하고, 입력 신호의 크기가 기준 값보다 작으면 이득 값을 높여서 일정한 크기의 신호가 출력되도록 조절하는 역할을 수행한다.

이러한 자동 이득 제어는 대부분의 이동 통신 시스템에서 이용되고, OFDM 방식을 따르는 무선랜(Wireless Local Access Network, WLAN) 시스템에서도 이용된다. 한편, 기존의 무선랜 시스템에서는 정지 상태 또는 저속으로 이동하는 상태에서의 자동 이득 제어를 고려하지만, 고속으로 이동하는 차량 내에 장착된 통신 장치가 신호를 수신하는 경우에도 자동 이득 제어가 필요하다. 이때, 통신 장치가 고속으로 이동하는 경우에는 수신 신호가 빠르게 변하는 문제가 있다. 따라서, 통신 장치가 고속으로 이동하는 경우에도 높은 신뢰성을 가지고 안정적으로 자동 이득 제어를 수행하는 방법이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 정지 상태 및 저속으로 이동하는 통신 환경뿐만 아니라 고속으로 이동하는 통신 환경에서도 자동 이득 제어의 신뢰성을 보장하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따른 수신 장치의 자동 이득 제어 방법은 제1 이득값을 이용하여 수신 신호를 저잡음 증폭하는 단계, 상기 저잡음 증폭한 수신 신호를 제2 이득값으로 증폭하는 단계, 상기 저잡음 증폭한 수신 신호의 세기를 이용하여 상기 제1 이득값을 결정하는 단계, 그리고 상기 제2 이득값으로 증폭한 수신 신호를 이용하여 상기 제2 이득값을 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 양태에 따른 자동 이득 제어 장치는 무선 주파수 신호를 수신하는 수신부, 제1 이득값을 이용하여 상기 신호를 증폭하는 저잡음 증폭부, 상기 저잡음 증폭부로부터 출력된 신호의 세기를 지시하는 신호 세기 지시부, 상기 저잡음 증폭부로부터 출력된 신호를 제2 이득값을 이용하여 증폭하는 가변 이득 증폭부, 그리고 상기 신호 세기 지시부로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 제1 이득값을 결정하고, 상기 가변 이득 증폭부로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 제2 이득값을 결정하는 자동 이득 제어부를 포함한다.

자동 이득 제어의 신뢰성을 보장할 수 있다. 특히, 차량에 장착되어 빠르게 이동하는 통신 장치가 신호를 수신하는 경우에도 안정적으로 자동 이득 제어 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 블록을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 장치를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 블록이 자동 이득 제어를 수행하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 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.

무선 통신 환경에서, 수신 신호의 세기는 수신단의 위치에 따라 달라진다. 특히, 수신단이 이동하는 통신 환경에서 수신 신호의 세기는 일정하지 않고, 주변 환경 및 이동 속도에 따라 수신 신호의 특성이 변화하게 된다. 따라서, 수신단은 수신 신호에 대하여 자동 이득 제어(Automatic Gain Control, AGC)를 수행할 필요가 있다. 자동 이득 제어를 수행하는 자동 이득 제어 장치 또는 자동 이득 제어 회로는 수신단에 입력되는 수신 신호의 세기에 관계없이 일정한 수준의 신호를 모뎀단으로 전달한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 장치의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 자동 이득 제어 장치(100)는 신호 수신부(110), 저잡음 증폭부(Low-Noise Amplifier, LNA, 120), 혼합부(Mixer, 130), 국부 발진부(Local Oscillator, LO, 140), 저역 통과 여파부(Low Pass Filter, LPF, 150), 수신 신호 세기 지시부(Received Signal Strength Indication, RSSI, 160), 수신 신호 가변 이득 증폭부(Received Signal Variable Gain Controller, Rx VGA, 170), 아날로그 디지털 변환부(Analog-Digital Converter, 180) 및 자동 이득 제어 블록(190)을 포함한다.

신호 수신부(110)는 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 신호를 수신하고, 수신한 RF 신호를 저잡음 증폭부(120)로 전달한다. 자동 이득 제어에 사용되는 RF 신호는 OFDM 신호의 프리앰블(preamble) 구간 동안의 짧은 훈련 심볼(short training symbol)일 수 있다. 저잡음 증폭부(120)는 LNA 이득값을 이용하여 수신한 RF 신호에 대한 저잡음 증폭을 수행한다. 혼합부(130)는 저잡음 증폭부(120)에서 출력되는 RF 신호와 국부 발진부(140)에서 공급하는 주파수를 혼합하여 기저 대역 신호로 변환한다. 기저 대역으로 변환된 RF 신호는 저역 통과 여파부(150)를 통과한다. 저역 통과 여파부(150)를 통과한 RF 신호는 수신 신호 가변 이득 증폭부(170)에서 VGA 이득값을 이용하여 증폭된다.

한편, 저역 통과 여파부(150)를 통과한 RF 신호는 수신 신호 세기 지시부(160)를 거쳐 자동 이득 제어 블록(190)으로 전달된다. 그리고, 수신 신호 가변 이득 증폭부(170)에서 증폭된 RF 신호는 아날로그 디지털 변환부(180)에서 디지털 값으로 변환되고, 자동 이득 제어 블록(190)으로 전달된다.

자동 이득 제어 블록(190)은 저잡음 증폭부(120)에서 저잡음 증폭된 RF 신호의 수신 신호 세기를 이용하여 LNA 이득값을 결정한다. 그리고, 자동 이득 제어 블록(190)은 수신 신호 가변 이득 증폭부(170)에서 증폭된 RF 신호를 이용하여 VGA 이득값을 결정한다.

이와 같이, 자동 이득 제어 장치(100)는 자동 이득 제어 블록(190)에서 출력된 LNA 이득값 및 VGA 이득값을 이용하여 수신 신호에 대한 자동 이득 제어를 수행한다. 따라서, 안정적이고 신뢰성있는 자동 이득 제어 결과를 얻을 수 있다. 자동 이득 제어 블록(190)이 자동 이득 제어를 수행하는 구체적인 방법에 대하여 아래에서 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 블록을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 장치를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 자동 이득 제어 블록(200)은 RSSI 신호 입력 유닛(210), LNA 이득 제어 유닛(220), LNA 이득값 출력 유닛(230), ADC 신호 입력 유닛(240), VGA 이득 제어 유닛(250) 및 VGA 이득값 출력 유닛(260)을 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, RSSI 신호 입력 유닛(210)이 수신한 RSSI 신호를 이용하여 LNA 이득 제어 유닛(220)은 LNA 이득 제어를 수행한다(S300). 이하, RSSI 신호는 도 1의 저잡음 증폭부(120)에서 증폭된 후 수신 신호 세기 지시부(160)를 거쳐 자동 이득 제어 블록(190)으로 전달된 수신 신호 세기 지시자를 의미한다. RSSI 신호는 전압 값으로 입력되고, 입력된 전압 값은 아날로그 디지털 변환 유닛(미도시)에서 디지털 값으로 변환된다. 디지털 값으로 변환된 RSSI 신호가 LNA 이득 제어를 위하여 사용된다.

다음으로, ADC 신호 입력 유닛(240)이 수신한 ADC 신호를 이용하여 VGA 이득 제어 유닛(250)은 VGA 이득 제어를 수행한다(S310). 이하, ADC 신호는 도 1의 저잡음 증폭부(120)에서 증폭된 후 수신 신호 가변 이득 증폭부(170)에서 증폭되고 아날로그 디지털 변환부(180)에서 디지털 값으로 변환된 후 자동 이득 제어 블록(190)으로 전달된 RF 신호를 의미한다.

다음으로, LNA 이득값 출력 유닛(230) 및 VGA 이득값 출력 유닛(260)은 각각 LAN 이득값 및 VGA 이득값을 출력하고(S320), 자동 이득 제어 장치는 LAN 이득값 및 VGA 이득값을 이용하여 자동 이득 제어를 수행한다(S330).

여기서, RSSI 신호는 도 1의 수신 신호 가변 이득 증폭부(170)를 통과하지 않은 신호로, RSSI 신호의 전압 값의 범위가 넓지 않은 경우 정확한 신호 세기 추정은 힘들다. 따라서, RSSI 신호는 대략적으로 큰 이득값을 제어하는 LNA 이득값을 결정하는데 사용된다. 그리고, ADC 신호는 정밀한 ADC 소자를 통하여 고해상도의 전력값을 가질 수 있고, 가변 이득 증폭부는 미리 정의하는 정밀도에 따라 다양한 이득값을 가질 수 있다. 따라서, ADC 신호를 이용하여 정밀하게 VGA 이득값을 결정할 수 있다. 즉, 자동 이득 제어 장치는 RSSI 신호를 이용하여 코어스(coarse)한 이득 제어를 수행하고, ADC 신호를 이용하여 정밀한 이득 제어를 수행한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 자동 이득 제어 블록이 자동 이득 제어를 수행하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 자동 이득 제어 블록은 RSSI 신호를 수신하고(S400), RSSI 신호를 이용하여 LNA 이득을 제어한다(S410). 이때, RSSI 신호는 저잡음 증폭을 거친 수신 신호에 대한 수신 신호 세기 지시자일 수 있다. 한편, LNA 이득값은 서로 다른 크기를 가지는 소정 개수의 이득값 중 하나로 결정될 수 있다. 예를 들면, LNA 이득값은 고(High), 중(Medium), 저(Low) 중 하나의 값으로 세팅될 수 있다. 고(High)와 중(Medium) 사이의 이득 및 중(Medium)과 저(Low) 사이의 이득은 각각 20dB의 차이를 가질 수 있다.

RSSI 신호를 이용하여 LNA 이득을 제어하기 위하여, 예를 들면 LNA 이득값은 고(High)로 초기 설정될 수 있다. 수신 신호 세기 지시자를 미리 설정된 기준 신호 세기 1과 비교하고, 수신 신호 세기 지시자가 기준 신호 세기 1보다 크지 않으면 LNA 이득값을 유지하고 VGA 이득 제어를 수행하기 위한 단계로 넘어간다. 수신 신호 세기 지시자가 기준 신호 세기 1보다 크면 LNA 이득값을 중(Medium)으로 낮춘다. LNA 이득값이 한 단계 낮아진 경우, 수신 신호 세기 지시자를 미리 설정된 기준 신호 세기 2와 비교하고, 수신 신호 세기 지시자가 기준 신호 세기 2보다 크지 않으면 LNA 이득값을 유지하고 VGA 이득 제어를 수행하기 위한 단계로 넘어간다. 수신 신호 세기 지시자가 기준 신호 세기 2보다 크면 LNA 이득값을 저(Low)로 낮추고 VGA 이득 제어를 수행하기 위한 단계로 넘어간다.

다음으로, 자동 이득 제어 블록은 수신한 ADC 신호의 세기를 추정한다(S420). ADC 신호의 세기는 전력값을 가질 수 있다. 추정된 ADC 신호의 세기를 미리 정의된 데이터와 비교하고(S430), 비교 결과를 이용하여 VGA 이득을 제어한다(S440). 미리 정의된 데이터는 신호 세기에 대응하여 정의된 이득값을 포함한다. 따라서, 자동 이득 제어 블록은 ADC 신호 세기와 대응하는 신호 세기 및 이득값을 이용하여 VGA 이득을 제어한다.

이와 같이, 자동 이득 제어 블록은 첫번째 단계에서 RSSI 신호를 이용하여 LNA 이득값을 코어서하게 제어하고 두번째 단계에서 ADC 신호를 이용하여 VGA 이득값을 정밀하게 제어하여 안정적이고 신뢰성있는 자동 이득 제어를 수행할 수 있다.

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 권리범위는 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.

Claims

수신 장치의 자동 이득 제어 방법에 있어서,
제1 이득값을 이용하여 수신 신호를 저잡음 증폭하는 단계,
제2 이득 값을 이용하여 상기 저잡음 증폭한 수신 신호를 증폭하는 단계,
상기 저잡음 증폭한 수신 신호의 세기를 이용하여 상기 제1 이득값을 결정하는 단계, 그리고
상기 제2 이득값을 통해 증폭한 수신 신호를 이용하여 상기 제2 이득값을 결정하는 단계
를 포함하는 자동 이득 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 이득값을 결정하는 단계는,
상기 저잡음 증폭한 수신 신호의 수신 신호 세기 지시자를 결정하는 단계, 그리고
상기 수신 신호 세기 지시자를 이용하여 상기 제1 이득값을 제어하는 단계
를 포함하는 자동 이득 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 이득값을 제어하는 단계는,
상기 수신 신호 세기 지시자와 기준 신호 세기를 비교하는 단계, 그리고
상기 수신 신호 세기 지시자가 상기 기준 신호 세기보다 크면 상기 제1 이득값을 낮추고, 상기 수신 신호 세기 지시자가 상기 기준 신호 세기보다 크지 않으면 상기 제1 이득값을 유지하는 단계
를 포함하는 자동 이득 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 이득값은 서로 다른 크기를 가지는 소정 개수의 이득값 중 어느 하나로 결정되는 자동 이득 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 이득값을 결정하는 단계는,
상기 제1 이득값을 제어하는 단계 전에, 상기 수신 신호 세기 지시자를 디지털 값으로 변환하는 단계
를 더 포함하는 자동 이득 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 이득값을 결정하는 단계 전에, 상기 제2 이득값으로 증폭한 수신 신호를 디지털 값으로 변환하는 단계
를 더 포함하는 자동 이득 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 이득값을 결정하는 단계는,
상기 제2 이득값으로 증폭한 수신 신호를 미리 정의된 데이터와 비교하여 상기 제2 이득값을 제어하는 단계
를 포함하는 자동 이득 제어 방법.
무선 주파수 신호를 수신하는 수신부,
제1 이득값을 이용하여 상기 신호를 증폭하는 저잡음 증폭부,
상기 저잡음 증폭부로부터 출력된 신호의 세기를 지시하는 신호 세기 지시부,
상기 저잡음 증폭부로부터 출력된 신호를 제2 이득값을 이용하여 증폭하는 가변 이득 증폭부, 그리고
상기 신호 세기 지시부로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 제1 이득값을 결정하고, 상기 가변 이득 증폭부로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 제2 이득값을 결정하는 자동 이득 제어부
를 포함하는 자동 이득 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 자동 이득 제어부는 상기 신호 세기 지시부로부터 출력된 신호를 기준 신호 세기와 비교하고, 상기 신호 세기 지시부로부터 출력된 신호가 상기 기준 신호 세기보다 크면 상기 제1 이득값을 낮추고, 상기 신호 세기 지시부로부터 출력된 신호가 상기 기준 신호 세기보다 크지 않으면 상기 제1 이득값을 유지하는 자동 이득 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 이득값은 서로 다른 크기의 소정 개수의 이득값 중 어느 하나로 결정되는 자동 이득 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 신호 세기 지시부로부터 출력된 신호는 디지털 값으로 변환된 후 상기기준 신호 세기와 비교되는 자동 이득 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 자동 이득 제어부에서 상기 제2 이득값을 결정하기 전에, 상기 가변 이득 증폭부로부터 출력된 신호를 디지털 값으로 변환시키는 아날로그 디지털 변환부
를 더 포함하는 자동 이득 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 자동 이득 제어부는 상기 가변 이득 증폭부로부터 출력된 신호를 미리 정의된 데이터와 비교하여 상기 제2 이득값을 결정하는 자동 이득 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 무선 주파수 신호는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호의 프리앰블 구간 동안의 훈련 심볼(training symbol)인 자동 이득 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 저잡음 증폭부에서 출력된 신호를 국부 발진부에서 공급하는 주파수를 혼합하여 기저 대역 신호로 변환하는 혼합부를 더 포함하는 자동 이득 제어 장치.