KR101502079B1 - 오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치 및 이를 이용한 자동이득 제어방법 - Google Patents

오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치 및 이를 이용한 자동이득 제어방법 Download PDF

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Abstract

오버샘플링을 이용한 자동 이득제어장치가 개시된다. 상기 자동 이득제어장치는 RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호를 이득값에 따라 조절하여 출력하는 이득조절기와 상기 이득조절기로부터 출력된 아날로그 신호를 상기 아날로그 신호의 주기보다 짧은 주기로 오버샘플링하고, 상기 오버샘플링한 결과값을 양자화한 디지털 신호로서 출력하는 ADC와 상기 ADC로부터 출력된 디지털 신호로부터 순시전력을 계산하여 출력하는 순시전력 측정모듈과 상기 순시전력 측정모듈로부터 출력된 순시전력으로부터 평균전력을 계산하여 출력하는 평균전력 측정모듈과 상기 평균전력 측정모듈로부터 출력된 평균전력의 크기에 따라 상기 이득값을 결정하여 출력하는 이득결정기 및 상기 이득 결정기로부터 출력된 상기 이득값을 아날로그 신호로 변환하여 상기 이득조절기로 전송하는 DAC를 포함한다.

Description

오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치 및 이를 이용한 자동이득 제어방법{Automatic Gain Controller Using Oversampling And Method Thereof}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 자동이득 제어장치에 관한 것으로, 특히 오버샘플링을 하여 수신되는 신호의 전력을 측정함으로써 매우 신속하게 수신 신호이득을 조절할 수 있는 자동이득 제어장치 및 이를 이용한 자동이득 제어방법에 관한 것이다.
디지털 통신에서는 수신된 아날로그 신호의 준위를 측정하고 아날로그 - 디지털 변환기(Analog - Digital Converter, ADC)로 입력하는 신호의 크기를 최대화하여야 디지털 샘플링 및 양자화에서의 양자화 잡음을 최소화시킬 수 있다. 이를 위해 아날로그 신호가 아날로그 디지털 변환기로 입력되기 전에 아날로그 단에서 수신된 신호의 크기를 일정 전력으로 조절해주는 자동이득 제어장치(Automatic Gain Control, AGC)가 사용되고 있다. 이러한 자동 이득조절장치는 조절 방법에 따라 아날로그 방식과 디지털 방식으로 구분된다. 이 중 아날로그 방식은 저역통과필터(Low Pass Filter, LPF)를 사용하여 입력되는 신호의 전력을 누적하여 측정한 결과를 이득 조절에 사용하는 방식이며, 디지털 방식은 수신된 신호를 디지털 샘플링 및 양자화한 뒤 이를 통하여 데이터의 값을 측정하여 아날로그 이득조절장치의 이득 값을 조절해주는 방식이다. 상기 아날로그 방식은 사용에 있어 적응 시간이 필요하고 정확한 이득 조절이 어렵다는 단점이 있어 현재에는 디지털 방식이 많이 이용되는 추세이다. 그러나 이러한 디지털 방식은 이득조정을 위해 이득조절기의 출력 값을 샘플링하고 양자화한 결과를 이용하여 전력을 측정하고 이를 이용하여 전력을 조절해야하므로 그 과정에서 매우 긴 시간이 소요된다, 즉, RF 수신단에서 출력되는 신호가 안정화되어서 입력되는 경우에도 상기 입력 신호를 신호 구간에 맞추어 샘플링하기 때문에 많은 수의 샘플을 얻기 위해 지연되는 시간이 매우 길다는 단점이 있다. 예컨대, 종래의 디지털 방식의 이득조절 장치의 ADC는 신호 s(t)와 잡음 n(t)의 합으로 구성되는 신호 r(t)의 주기에 따라 입력 신호 r(t)를 샘플링한다. 이때, 신호 s(t)가 코히런스 시간(coherence time)보다 짧은 경우에는 신호 s(t)의 전력 변화는 무시할 만하지만, 잡음 n(t)는 샘플링 주기와는 상관없이 신호 s(t)와는 독립적인 백색잡음의 형태를 갖는다. 상기 잡음을 가산백색잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN)이라 하며, 상기 AWGN은 상기 샘플링 주기에 관계없이 모든 샘플마다 독립적인 통계 특성이 있다. 따라서 정확한 전력 측정을 위해서는 잡음 n(t)의 통계 특성을 없애주는 것이 필요하다. 한편, 신호대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 커질수록 전력을 예측하는데 필요한 샘플의 수는 줄어든다. 일반적인 무선통신 환경인 SNR이 10dB~20dB 인 경우를 예를 들면, 필요한 샘플의 수는 약 100 ~ 150개이다. 즉, 신호의 전력을 측정하기 위해서는 100 ~ 150개의 샘플이 필요한데 신호의 주기로 샘플링을 하거나 그것의 2 ~ 3배로 샘플링을 하는 경우에는 약 30 ~ 50개의 심볼이 전력 측정을 위한 시간으로 소요되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 오버샘플링을 이용하여 매우 짧은 시간에 충분한 전력 측정값을 산출함으로써 디지털 통신에서 채널환경이 급변할 때에도 매우 신속하게 수신 신호이득을 조절할 수 있는 자동이득 제어장치 및 이를 이용한 자동이득방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득 조절장치는 RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호를 이득값에 따라 조절하여 출력하는 이득조절기와 상기 이득조절기로부터 출력된 아날로그 신호를 상기 아날로그 신호의 주기보다 짧은 주기로 오버샘플링하고, 상기 오버샘플링한 결과값을 양자화한 디지털 신호로서 출력하는 ADC와 상기 ADC로부터 출력된 디지털 신호로부터 순시전력을 계산하여 출력하는 순시전력 측정모듈과 상기 순시전력 측정모듈로부터 출력된 순시전력으로부터 평균전력을 계산하여 출력하는 평균전력 측정모듈과 상기 평균전력 측정모듈로부터 출력된 평균전력의 크기에 따라 상기 이득값을 결정하여 출력하는 이득결정기 및 상기 이득 결정기로부터 출력된 상기 이득값을 아날로그 신호로 변환하여 상기 이득조절기로 전송하는 DAC를 포함한다.
상기 순시전력 측정모듈은 상기 ADC로부터 출력된 디지털 신호의 절대값에 자승을 취하여 상기 순시전력을 계산한다.
상기 평균전력 측정모듈은 상기 소정 시간이 상기 평균전력을 구하기 위한 누적시간으로 충분치 않다고 판단되는 경우, 상기 순시전력 측정모듈로부터 출력된 순시전력과 이전 평균전력 각각에 미리 설정된 비례 가중치 각각을 곱하여 상기 평균전력을 계산한다.
상기 이득 결정모듈은 상기 평균전력의 크기가 상기 ADC의 허용입력 최대치를 초과하거나 허용입력 최소치보다 작은 경우에는 이전 이득값에 소정의 비례 상수를 더하거나 빼서 상기 이득값을 결정하고, 상기 평균전력의 크기가 상기 ADC의 허용입력 내인 경우에는 상기 이전 이득값에 소정의 전력값 및 상기 이전 이득값의 역수를 곱하여 상기 이득값을 결정한다.
본 발명이 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득 조절방법은, 이득조절기가 RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호를 이득값에 따라 조절하여 ADC로 전송하는 단계와 상기 ADC가 상기 이득조절기로부터 전송된 신호를 상기 RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호의 주기보다 짧은 주기로 오버샘플링하는 단계와 상기 ADC가 상기 오버샘플링한 결과값을 양자화하고, 상기 양자화한 결과값을 순시전력 측정모듈로 전송하는 단계와 상기 순시전력 측정모듈이 상기 ADC로부터 전송된 양자화한 결과값에 대한 순시전력을 계산하여 평균전력 측정모듈로 전송하는 단계와 상기 평균전력 측정모듈이 상기 순시전력 측정모듈로부터 전송된 순시전력에 대한 평균전력을 계산하여 이득결정기로 전송하는 단계 및 상기 이득결정기가 상기 평균전력 측정모듈로부터 전송된 평균전력의 크기에 따라 상기 이득값을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명이 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득조절장치 및 이를 이용한 자동 이득조절 방법은 오버샘플링을 통하여 입력된 신호의 이득 값을 신속히 연산하고 측정된 현재의 평균 이득 값을 이용하여 입력되는 신호의 이득을 자동으로 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득제어장치의 내부 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이득결정기가 이득을 결정하는 방법을 구체적 수치로서 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 1에 도시된 자동 이득제어장치에 대한 이득값 조정 시뮬레이션 결과를 나타내는 참고도이다.
도 5는 도 1에 도시된 자동 이득제어장치가 40개의 샘플링 수에 상응하여 평균전력을 측정하는 예를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 도 1에 도시된 자동 이득제어장치가 20개의 샘플링 수에 상응하여 평균 전력을 측정하는 예를 설명하기 위한 참고도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득제어장치의 내부 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치(10)는 이득조절기(100), 아날로그 - 디지털 변환기(ADC, 200), 순시전력 측정모듈(300), 평균전력 측정모듈(400), 이득결정기(500) 및 디지털 - 아날로그 변환기(DAC, 600)를 포함한다.
이득조절기(100)는 RF 수신단으로부터 입력된 신호 x(t)의 이득을 조절하여 출력신호 x1(t)로서 출력하며, 실시 예에 따라 이득조절기(100)는 가변이득증폭기(Variable Gain Amplifier, VGA)로 구현될 수 있다.
즉, 이득조절기(100)는 상기 RF 수신단으로부터 수신된 입력 신호 x(t)를 하기 수학식 1과 같이 조절하여 출력한다.
Figure 112011051272957-pat00001
이때, 상기 G는 상기 RF 수신단으로부터 수신된 입력 신호 x(t)의 크기를 조절하기 위한 이득값을 나타낸다.
아날로그 - 디지털 변환기(200)는 이득조절기(100)로부터 출력된 신호 x1(t)를 상기 RF 수신단으로부터 입력된 신호 x(t)의 주기보다 빠른 주기로 오버샘플링한다.
즉, 아날로그 - 디지털 변환기(200)는 이득조절기(100)로부터 출력된 신호 x1(t)를 하기 수학식 2와 같이 오버샘플링한다.
Figure 112011051272957-pat00002
이때, 상기 x[n]은 오버샘플링된 신호의 출력값, 상기 k는 정수, 상기 T는 샘플링 주파수인 fs의 역수, 즉 T = 1/fs, fs>>fsymbol이며, 상기 fsymbol은 디지털 통신의 심볼 전송시간의 역수이고, 상기 심볼 전송시간은 일반적으로 무선 통신 주파수 대역의 역수이다.
아날로그 - 디지털 변환기(200)는 상기와 같이 이득조절기(100)로부터 출력된 신호 x1(t)를 오버샘플링한 후, 오버샘플링한 결과값인 x[n]를 b - 비트로 양자화(Quantization)하여 순시전력 측정모듈(300)로 출력한다.
즉, 아날로그 - 디지털 변환기(200)는 오버 샘플링한 결과값 x[n]를 하기 수학식 3과 같이 양자화하고, 그 결과값인 양자화값 xq[n]을 순시전력 측정모듈(300)로 출력한다.
Figure 112011051272957-pat00003
이때, 상기 Q(x[n])은 상기 오버샘플링한 출력 신호 x[n]를 상기 b - 비트로 양자화(Quantization)하는 양자화기의 출력값 또는 양자화 함수의 출력값을 나타낸다.
순시전력 측정모듈(300)은 아날로그 - 디지털 변환기(200)로부터 출력된 양자화값 xq[n]으로부터 순시전력(Instantaneous power)을 계산하고, 계산된 순시 전력값 p[n]을 평균전력 측정모듈(400)로 출력한다.
이때, 순시전력 측정모듈(300)은 상기 순시전력을 계산하기 위하여 양자화값 xq[n]의 절대값에 자승(Square)을 취하여 하기의 수학식 4와 같이 순시전력값 p[n]을 계산한다.
Figure 112011051272957-pat00004
즉, 순시전력 측정모듈(300)은 아날로그 - 디지털 변환기(200)로부터 출력된 양자화값 xq[n]의 절대값에 자승을 취하여 순시전력 값 p[n]을 계산하고, 계산된 순시전력 값 p[n]을 평균전력 측정모듈(400)로 출력한다.
한편, 본 명세서에 모듈(module)이라 함은 본 발명의 실시 예에 따른 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적 또는 구조적 결합을 의미할 수 있다.
예컨대, 상기 모듈은 소정의 프로그램 코드와 상기 프로그램 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적 또는 기능적 단위를 의미할 수 있으며 반드시 물리적으로 연결된 프로그램 코드를 의미하거나 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아니다.
평균전력 측정모듈(400)은 순시전력 측정모듈(300)로부터 출력된 순시전력값 p[n]으로부터 평균전력(Average power)을 하기의 수학식 5와 같이 계산하고, 계산한 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00005
을 이득결정기(500)로 출력한다.
Figure 112011051272957-pat00006
이때, 상기
Figure 112011051272957-pat00007
은 시간 간격 N에 대한 순시전력값 P[n]의 평균을 나타낸다.
실시 예에 따라 평균전력 측정모듈(400)은 하기 수학식 6과 같이 가중치를 부가하여 상기 N이 충분치 않은 누적시간인 경우라 판단되는 경우에도 적절한 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00008
을 구할 수 있다.
Figure 112011051272957-pat00009
이때, 상기
Figure 112011051272957-pat00010
은 종전의 평균전력값을 나타내고, 상기 β는 비례상수로서 현재의 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00011
과 종전의 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00012
에 대한 가중치로 작용하며, 상기 β는 사용자에 의해 0에서 1의 값을 갖도록 설정될 수 있다.
이득결정기(500)는 평균전력 측정모듈(400)로부터 출력된 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00013
에 따라 디지털 - 아날로그 변환기(600)로 공급하기 위한 이득값 G(n)을 결정하고, 결정된 이득값 G(n)을 디지털 - 아날로그 변환기(600)로 출력한다.
이득결정기(500)가 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00014
에 따라 이득값 G(n)을 결정하는 과정은 다음과 같다.
예컨대, 평균전력 측정모듈(400)로부터 출력된 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00015
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최대치 이상인 경우에 이득결정기(500)는 하기의 수학식 7에 따라 이득값 G(n)을 결정한다.
Figure 112011051272957-pat00016
이때, 상기 G(n-1)은 종전의 이득값을 나타내고, 상기 α는 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00017
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최대치 내에 들어갈 수 있도록 하기 위한 양의 상수를 나타낸다.
또한, 평균전력 측정모듈(400)로부터 출력된 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00018
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 허용 입력 내인 경우에 이득결정기(500)는 하기 수학식 8에 따라 이득값 G(n)을 결정한다.
Figure 112011051272957-pat00019
이때, 상기 Pd는 원하는 전력값을 나타내며, 종전의 이득값 G(n-1)에 원하는 전력값 Pd 및 이전 이득값의 역수 1/G(n-1)를 곱하여 이득값 G(n)을 결정한다.
즉, 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00020
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 허용 입력 내인 경우에 이득결정기(500)는 이전 이득값의 역수 1/G(n-1)와 원하는 전력값 Pd를 종전의 이득값 G(n-1)에 곱하여 현재의 이득값 G(n)을 결정한다.
또한, 평균전력 측정모듈(400)로부터 출력된 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00021
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최소치보다 작은 신호레벨인 경우, 이득결정기(500)는 하기 수학식 9에 따라 이득값 G(n)을 결정한다.
Figure 112011051272957-pat00022
이때, 상기 χ는 평균전력
Figure 112011051272957-pat00023
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최소치보다 높아지도록 더해주는 양의 상수를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 이득결정기가 이득을 결정하는 방법을 구체적 수치로서 예시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 이득결정기(500)가 평균전력
Figure 112011051272957-pat00024
에 따라 이득값 G(n)을 결정하는 과정을 구체적인 수치를 예로 들어 설명한다.
예컨대, 입력신호 x1(t)가 16 - bit로 양자화되어 출력된 경우에 목표로 하는 전력값 Pd를 78.3dB로 조절하는 경우를 가정하여 설명한다.
이때, 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최대치(Pmax)는 87.3dB이고 입력 최소치(Pmin)는 5dB이다.
Case 1은 입력된 신호의 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00025
이 입력 최대치인 87.3dB를 초과하여 클리핑(clipping)이 되는 경우를 나타내며, 이 경우 이득결정기(500)는 수학식 7에 따라 이전 이득값 G(n-1)에서 15dB에 해당하는 양의 상수 α를 빼서 현재 이득값 G(n)으로 결정한다.
Case 2 및 Case 3은 입력된 신호의 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00026
이 입력 최대치((Pmax)인 87.3dB를 초과하거나 입력 최소치(Pmin)인 5dB 보다 적지는 않지만 원하는 전력값 Pd(78.3dB)보다 크거나 작은 경우를 각각 나타내며, 이 경우 이득결정기(500)는 수학식8에 따라 종전의 이득값 G(n-1)에 원하는 전력값 PdPd(78.3dB) 및 이전 이득값의 역수 1/G(n-1)를 곱하여 이득값 G(n)을 결정한다.
Case 4는 입력된 신호의 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00027
이 입력 최소치(Pmin)인 5dB 보다 적어 신호와 잡음과 양자화 잡음이 섞여있어 전력 측정이 원활하지 않은 경우를 나타내며, 이러한 경우 이득결정기(500)는 수학식 9에 따라 이전 이득값 G(n-1)에서 15dB에 해당하는 양의 상수 χ를 더하여 현재 이득값 G(n)으로 결정한다.
한편, 디지털 - 아날로그 변환기(600)는 이득결정기(500)로부터 출력된 현재 이득값 G(n)을 아날로그 신호인 G로 변환하여 이득조절기(100)로 출력한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오버샘플링을 이용한 자동 이득제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 이득조절기(100)는 RF 수신단으로부터 입력된 신호 x(t)를 디지털 - 아날로그 변환기(600)로부터 출력된 이득값 G에 따라 조절하여 출력신호 x1(t)로서 출력한다(S10).
아날로그 - 디지털 변환기(200)는 이득조절기(100)로부터 출력된 신호 x1(t)를 상기 RF 수신단으로부터 입력된 신호 x(t)의 주기보다 빠른 주기(1/fs)로 오버샘플링한다(S30).
또한 아날로그 - 디지털 변환기(200)는 상기 오버샘플링 과정(S30) 이후에 오버샘플링한 결과값 x[n]를 b - 비트로 양자화하고 양자화값 xq[n]을 순시전력 측정모듈(300)로 출력한다(S50).
순시전력 측정모듈(300)은 아날로그 - 디지털 변환기(200)로부터 출력된 양자화값 xq[n]의 절대값에 자승(Square)을 취하여 순시전력값 p[n]을 계산하고, 상기 계산된 순시전력값 p[n]을 평균전력 측정모듈(400)로 출력한다(S70).
평균전력 측정모듈(400)은 순시전력 측정모듈(300)로부터 출력된 순시전력값 p[n]으로부터 평균전력 상기 수학식 5와 같이 계산하고, 계산한 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00028
을 이득결정기(500)로 출력한다(S90).
이득결정기(500)는 상기 평균전력 측정모듈(400)로부터 출력된 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00029
을 수신하고 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00030
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최대치(Pmax) 이상인지 판단한다(S100).
평균전력값
Figure 112011051272957-pat00031
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최대치 이상인 경우, 이득결정기(500)는 상기 수학식 7에 따라 이득값 G(n)을 결정한다(S110).
상기 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00032
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최대치(Pmax) 이상이 아닐 경우, 이득결정기(500)는 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00033
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최소치(Pmin)보다 작은 신호레벨인지 판단한다(S120).
평균전력값
Figure 112011051272957-pat00034
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 입력 최소치(Pmin) 이하인 경우, 이득결정기(500)는 상기 수학식 9에 따라 이득값 G(n)을 결정한다(S130).
한편, 상기 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00035
이 아날로그 - 디지털 변환기(200)의 허용 입력 범위 내인 경우, 이득결정기(500)는 상기 수학식 8에 따라 이득값 G(n)을 결정한다(S150).
도 3에서는 상기 평균전력값
Figure 112011051272957-pat00036
이 입력 최대치(Pmax) 이상인지, 입력 최소치(Pmin) 이하인지, 허용 입력 범위 내인지의 순서로 이득값 G(n)을 결정하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 설계에 따라 다양한 순서로 이득값 G(n)을 결정할 수 있다.
디지털 - 아날로그 변환기(600)는 이득결정기(500)로부터 출력된 현재 이득값 G(n)을 아날로그 신호인 G로 변환하여 이득조절기(100)로 출력한다(S200).
도 4는 도 1에 도시된 자동 이득제어장치에 대한 이득값 조정 시뮬레이션 결과를 나타내는 참고도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 자동 이득제어장치(10)는 변화하는 10㎒ 샘플링 주파수(fs)에 따라 신호 주기(1/fsymbol)가 25㎑인 입력 신호 v(t)의 이득값 G를 자동으로 조절하는 예를 나타내는 도이다.
도 4의 녹색 선은 변화하면서 들어오는 입력신호 v(t)이고 상기 청색 선은 이득값 G가 조절된 출력신호 v1(t)이다.
도 5는 도 1에 도시된 자동 이득제어장치가 40개의 샘플링 수에 상응하여 평균전력을 측정하는 예를 설명하기 위한 참고도이고, 도 6은 도 1에 도시된 자동 이득제어장치가 20개의 샘플링 수에 상응하여 평균 전력을 측정하는 예를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5 및 도 6을 비교해보면, 서로 신호대 잡음비가 0dB로 동일하게 낮은 경우 평균전력 연산을 위한 샘플링 수를 40에서 20으로 크게 낮추어도 그 시뮬레이션 결과는 크게 다르지 않다는 것을 알 수 있다.
일반적으로 신호대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 커질수록 전력을 예측하는데 필요한 샘플의 수는 줄어든다.
종래의 무선통신 환경인 SNR이 10dB~20dB 인 경우, 신호의 전력을 측정하기 위해서는 100 ~ 150개의 샘플이 필요하였으며, 상기 신호의 주기로 샘플링을 하거나 그것의 2 ~ 3배로 샘플링을 하는 경우에는 약 30 ~ 50개의 심볼이 전력 측정을 위한 시간으로 소요되었다.
즉, 종래의 자동 이득제어장치는 신호대 잡음비가 낮을 때 전력 측정에 오차가 있어서 짧은 시간에 정확한 전력 값을 측정하기 매우 어려웠지만, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득제어장치 및 이를 이용한 자동이득제어 방법은 매우 짧은 시간 내에 원하는 이득값으로 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 오버샘플링을 이용한 자동 이득제어장치
100: 이득조절기
200: ADC
300: 순시전력 측정모듈
400: 평균전력 측정모듈
500: 이득결정기
600: DAC

Claims (5)

  1. RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호를 이득값에 따라 조절하여 출력하는 이득조절기;
    상기 이득조절기로부터 출력된 아날로그 신호를 상기 아날로그 신호의 주기보다 짧은 주기로 오버샘플링하고, 상기 오버샘플링한 결과값을 양자화한 디지털 신호로서 출력하는 ADC;
    상기 ADC로부터 출력된 디지털 신호로부터 순시전력을 계산하여 출력하는 순시전력 측정모듈;
    상기 순시전력 측정모듈로부터 출력된 순시전력으로부터 소정 시간 동안의 평균전력을 계산하여 출력하는 평균전력 측정모듈;
    상기 평균전력 측정모듈로부터 출력된 평균전력의 크기에 따라 상기 이득값을 결정하여 출력하는 이득결정기;
    상기 이득 결정기로부터 출력된 상기 이득값을 아날로그 신호로 변환하여 상기 이득조절기로 전송하는 DAC를 포함하고,
    상기 평균전력 측정모듈은,
    상기 소정 시간이 상기 평균전력을 구하기 위한 누적시간으로 충분치 않다고 판단되는 경우, 현재의 평균전력값에 β의 가중치를 가하고 상기 소정 시간 이전의 종전의 평균전력값에 대하여 (1-β)의 가중치를 가하고, β의 가중치를 가한 현재의 평균전력값과 (1-β)의 가중치를 가한 종전의 평균전력값을 합산하여 평균전력을 계산하도록 구성되며,
    상기 β는,
    0 보다 크고 1보다 작은 값을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 순시전력 측정모듈은,
    상기 ADC로부터 출력된 디지털 신호의 절대값에 자승을 취하여 상기 순시전력을 계산하는 오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 이득 결정모듈은,
    상기 평균전력의 크기가 상기 ADC의 허용입력 최대치를 초과하거나 허용입력 최소치보다 작은 경우에는 이전 이득값에 소정의 비례 상수를 더하거나 빼서 상기 이득값을 결정하고,
    상기 평균전력의 크기가 상기 ADC의 허용입력 내인 경우에는 상기 이전 이득값에 소정의 전력값 및 상기 이전 이득값의 역수를 곱하여 상기 이득값을 결정하는 오버샘플링을 이용한 자동이득 제어장치.
  5. 이득조절기가 RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호를 이득값에 따라 조절하여 ADC로 전송하는 단계;
    상기 ADC가 상기 이득조절기로부터 전송된 신호를 상기 RF 수신단으로부터 입력된 아날로그 신호의 주기보다 짧은 주기로 오버샘플링하는 단계;
    상기 ADC가 상기 오버샘플링한 결과값을 양자화하고, 상기 양자화한 결과값을 순시전력 측정모듈로 전송하는 단계;
    상기 순시전력 측정모듈이 상기 ADC로부터 전송된 양자화한 결과값에 대한 순시전력을 계산하여 평균전력 측정모듈로 전송하는 단계;
    상기 평균전력 측정모듈이 상기 순시전력 측정모듈로부터 전송된 순시전력에 대한 소정 시간의 평균전력을 계산하여 이득결정기로 전송하는 단계;
    상기 이득결정기가 상기 평균전력 측정모듈로부터 전송된 평균전력의 크기에 따라 상기 이득값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 평균전력 측정모듈이 상기 순시전력 측정모듈로부터 전송된 순시전력에 대한 소정 시간의 평균전력을 계산하여 이득결정기로 전송하는 단계는,
    상기 소정 시간이 상기 평균전력을 구하기 위한 누적시간으로 충분치 않다고 판단되는 경우, 현재의 평균전력값에 β의 가중치를 가하고 상기 소정 시간 이전의 종전의 평균전력값에 대하여 (1-β)의 가중치를 가하고, β의 가중치를 가한 현재의 평균전력값과 (1-β)의 가중치를 가한 종전의 평균전력값을 합산하여 평균전력을 계산하도록 구성되며,
    상기 β는,
    0 보다 크고 1보다 작은 값을 갖도록 구성되는 오버샘플링을 이용한 자동이득 제어방법.
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