KR102242997B1 - Sdr 무전기의 적응형 자동이득제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SDR 무전기에서 선택된 웨이브폼에 따라 수신성능을 보장할 수 있도록 자동이득을 조절하는 적응형 자동이득제어장치에 관한 것이다.본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치는 SDR(Software Defined Radio) 무전기에서 다양한 웨이브폼 정보, 주파수, 온도, 대역폭 등의 파라미터에 따른 수신신호세기 보정값이 기설정된 제 1 룩업 테이블 기반 조정부; 다양한 웨이브폼 정보에 따라서 평균부 제어값, 이동평균부 제어값, AGC 주기 제어값이 기설정된 제 2 룩업 테이블 기반 조정부; 목표레벨과 수신신호세기의 차에 해당하는 감쇄량 제어정보가 기설정된 제 3 룩업 테이블 기반 조정부; IF 변환된 수신신호의 세기를 검출하고, 검출된 수신신호세기를 디지털신호로 변환해서 출력하는 파워검출기; FPGA를 사용하여 로직으로 구현되고, 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보를 제공받아서, 제 1,2,3 룩업 테이블 기반으로 수신신호의 자동이득조절을 수행하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치 및 방법{Device and method for adaptive gain controlling in communication system based on SDR}

본 발명은 SDR 무전기에서 선택된 웨이브폼에 따라 수신성능을 보장할 수 있도록 자동이득을 조절하는 적응형 자동이득제어장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

현재 군 운용환경에서 사용하고 있는 무전기는 하나의 웨이브폼을 지원하는 아날로그 방식의 무전기를 사용하고 있다. 그러나 기술의 발전과 시대적 요구에 따라서 군 운용환경에서도 디지털 방식의 음성과 고속의 데이터를 지원하고, 소프트웨어의 지원을 통해서 주파수, 변조방식, 전송속도, 대역폭 등의 특성이 가변될 수 있는 SDR(Software Defined Radio) 방식의 무전기를 요구하고 있다.

특히, 현대전은 디지털전으로 설명될 수 있고, 디지털 전장에서의 Netwk Centric Warfare 및 C2OTM(Command&Control On The Move)를 위한 네트워크 인프라로 고속 대용량 멀티미디어 정보를 실시간 유동시킬 수 있는 육/해/공 통합 종합정보통신체계의 구축이 현실화 되고 있다. 이와 같은 여건에서 네트워크 중심으로, 여단 및 대대급 이하 전술 C4I기반 통신단말기로 기동간 및 실시간 지휘통제를 위한 SDR(Software Defined Radio) 기반의 전투원간 무선 통신 무전기로 휴대용, 차량/헬기/함정용으로 개발이 요구되고 있다.

한편, 다중 웨이브폼 방식을 사용하는 무전기는 수신성능이 중요하게 작용한다. 다양한 웨이브폼 방식의 수신신호를 모뎀에서 신호처리가 가능한 목표레벨로 조정해야 하고, 이 기능제어를 위한 자동이득조절기는 무전기의 송신 및 수신 성능으로도 설명 가능하다.

그리고 수신신호를 신호처리가 가능한 목표레벨로 조정하기 위해서는 수신된 수신신호의 레벨을 정확하게 측정하는 과정이 수반되어야 한다. 따라서 다양한 방식의 웨이브폼을 사용하는 무전기에서 신뢰성 있는 수신성능을 확보하기 위해서는 수신레벨의 정확한 측정과 이를 이용한 자동이득제어를 필요로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 다양한 웨이브폼의 파라미터 특성을 탑재하고, 선택으로 사용되어서 어떠한 웨이브폼 수신신호에 대해서도 신뢰성있게 측정할 수 있는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 웨이브폼 특성을 고려한 특성 파라미터를 이용하여 현재 수신신호를 목표레벨까지 정확하고 빠르게 안정화할 수 있는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨이브폼을 구성하는 프리앰블 길이를 줄이고, 통신속도를 최적화할 수 있는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치는 SDR(Software Defined Radio) 무전기에서 다양한 웨이브폼 정보, 주파수, 온도, 대역폭 등의 파라미터에 따른 수신신호세기 보정값이 기설정된 제 1 룩업 테이블 기반 조정부; 다양한 웨이브폼 정보에 따라서 평균부 제어값, 이동평균부 제어값, AGC 주기 제어값이 기설정된 제 2 룩업 테이블 기반 조정부; 목표레벨과 수신신호세기의 차에 해당하는 감쇄량 제어정보가 기설정된 제 3 룩업 테이블 기반 조정부; IF 변환된 수신신호의 세기를 검출하고, 검출된 수신신호세기를 디지털신호로 변환해서 출력하는 파워검출기; FPGA를 사용하여 로직으로 구현되고, 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보를 제공받아서, 제 1,2,3 룩업 테이블 기반으로 수신신호의 자동이득조절을 수행하는 제어모듈을 포함하고, 제어모듈은, 제 1 룩업 테이블 기반 조정부의 보정값에 기초하여 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 1차 보정하고, 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보에 기반하여 제 2 룩업 테이블 기반 조정부의 평균 연산 횟수, 이동평균 연산 횟수, AGC 주기를 이용하여 각 웨이브폼에 따른 수신신호의 이득 조절을 수행하고, 목표레벨과 수신신호세기의 차신호를 AGC 주기만큼 누적하여, 제 3 룩업 테이블 기반 조정부의 조정값에 기초하여 수신신호를 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 현재 수신레벨이 목표레벨에 도달하지 않은 상태에서도 신호의 복조처리가 가능한 레벨에 도달하면, 제어모듈로 자동이득조절 수행을 멈추고, 현재 수신레벨을 유지 제어하는 신호를 출력하는 모뎀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 제어모듈은 제 1 룩업 테이블 기반 조정부의 보정값에 기초하여 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 1차 보정하고, 보정된 수신신호세기에 기반해서 RF신호의 이득을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 사용자 인터페이스로 입력되는 신호는 모뎀부를 통해서 SPI 통신으로 제어모듈에 전달되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 제어모듈은 수신신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 횟수만큼 평균 값을 산출하는 평균부; 수신신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 횟수만큼 이동 평균 값을 산출하는 이동평균부; 수신신호세기를 제 1 룩업 테이블 기반 조정부에 기반해서 보상하는 보정부; 보상된 수신신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 목표레벨과 비교하는 비교부; 비교부의 차신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 횟수만큼 누적하는 누산기; 제 3 룩업 테이블 기반 조정부에 기반해서 누산기의 값에 대응되는 감쇄량으로 IF신호의 이득을 조절하는 감쇄기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 제어모듈은 비교부의 차신호를 이용하여 RF신호 증폭을 위한 저잡음증폭기의 증폭경로를 제어하는 LNA 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법은 SDR(Software Defined Radio) 무전기에서 다양한 웨이브폼 정보, 주파수, 온도, 대역폭 등의 파라미터에 따른 수신신호세기 보정값을 저장하고 있는 제 1 룩업 테이블에 기반해서 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 보정하는 1단계; 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보에 기반하여 제 2 룩업 테이블에 저장된 평균 연산 횟수, 이동평균 연산 횟수, AGC 주기를 이용하여 각 웨이브폼에 따른 수신신호의 이득 조절을 수행하는 2단계; 및 목표레벨과 수신신호세기의 차신호를 AGC 주기만큼 누적하여, 제 3 룩업 테이블에 저장된 감쇄량 제어값에 기초하여 수신신호를 감쇄시키는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법은, FPGA를 사용하여 로직으로 구현되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 1단계에서 보정된 수신신호세기에 기반해서 RF신호의 이득을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 3단계의 감쇄량 제어는 RF신호와 IF신호를 같이 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치 및 방법은 주파수, 변조방식, 대역폭, 전송속도 등의 웨이브폼 특성을 고려하여 가변적으로 자동이득조절을 수행할 수 있도록 다양한 웨이브폼 및 그에 따른 파라미터 특성이 탑재되어 선택적으로 사용 가능하다. 따라서 본 발명은 어떠한 웨이브폼이 SDR 무전기에 사용되어도 수신신호레벨을 신뢰성있게 측정하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 현재 수신신호의 신호레벨을 목표레벨까지 정확하고 빠르게 안정화시키는 것이 가능하다. 이를 위해서 본 발명은 측정을 위하여 다양한 웨이브폼 특성을 고려한 특성 파라미터를 이용하여 수신신호세기를 신속하게 목표레벨까지 안정화시키는 효과를 얻는다.

본 발명은 빠른 자동이득조절 제어를 통해서 웨이브폼을 구성하는 프리앰블 길이를 줄이고, 데이터를 확장시키는 것이 가능하여 통신속도를 최적화할 수 있는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 전체적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치에서 수신신호세기를 검출하기 위한 파워검출기와 제어모듈의 관계에 따른 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치에서 검출된 수신신호세기를 이용하여 이득 조절을 수행하는 제어모듈과 이득조절모듈과의 관계에 따른 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치에서 필터부와 IF 처리부의 이득 조절을 위한 상세 구성도를 도시하고 있다.
도 6은 6개의 제어 비트를 입력하여 감쇄량을 제어하는 일 예시도를 도시하고 있다.
도 7은 종래의 방식에 따른 자동이득조절 수행시간을 프리엠블구간과 비교하여 나타낸 특성도이다.
도 8은 본 발명의 방식에 따라서 얻은 자동이득조절수행시간과 프리엠블구간의 비교 특성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 전체적인 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기는 RF신호를 수신하여, 자동이득제어를 위한 필요한 신호처리를 수행하고, 모뎀을 통해서 출력하는 구성을 포함한다. 또한 송신시에는 입력신호를 IF 신호처리 및 필터링 등의 과정에서 자동이득제어를 위한 필요한 신호처리를 수행하고, 증폭하여 안테나를 통해서 송신한다.

이를 위해서 본 발명의 SDR 무전기는 RF신호를 안테나를 통해서 수신하고, 증폭하는 증폭부를 포함한다. 증폭부는 송신시에는 필터부로부터 입력된 신호를 고출력으로 증폭하고 하모닉스를 억압하여 안테나로 전달하고, 수신시에는 안테나를 통해 수신된 RF신호를 필터부에 전달한다.

본 발명은 불필요한 신호를 필터링하는 필터부를 포함한다. 필터부는 송신시에는 입력신호를 증폭 및 필터링하여 증폭조립체(도시하지 않음)에 전달한다. 그리고 필터부는 수신시에는 증폭조립체(도시하지 않음)를 통해서 입력되는 신호를 저잡음증폭기 또는 디지털 감쇄기를 통과시켜서 신호의 크기를 조절하고, 선택된 주파수와 대역 이외의 신호는 억압하여 필터링하여 전달한다.

본 발명은 IF신호 처리하는 IF처리부를 포함한다. IF처리부는 제어모듈로부터 전달받은 웨이브폼 특성정보에 따라서 IF처리부의 이득조절을 수행한다. IF처리부는 송신시에는 모뎀으로부터 수신한 IF신호를 RF 주파수로 합성 및 변환하여 필터부로 전달한다. IF처리부는 수신시에는 필터부로부터 수신된 RF주파수 신호를 IF주파수로 주파수 합성 및 변환하여 출력한다. 그리고 웨이브폼 정보에 기반해서 파워검출기에서 검출한 수신신호의 세기를 계산하고, 이를 기반으로 필터부의 저잡음증폭기와 디지털 감쇄기의 감쇄량을 제어한다. 이러한 과정을 통해서 필터부로부터 수신신호세기를 개략적으로 조절한 후 IF처리부에 입력한다. 이후 입력된 RF신호는 IF신호 처리하고, 수신신호의 세기를 목표레벨로 조정한 후에 모뎀부로 전송한다.

본 발명은 모뎀부를 포함한다. 모뎀부는 송신시에는 SDR 무전기의 전면에 구성되고 있는 사용자 인터페이스(입출력부)를 통해서 데이터 또는 음성을 입력하고, 입력된 신호를 IF 주파수로 변조하여 IF 처리부로 전송한다. 모뎀부는 수신시에는 IF 처리부에서 IF신호처리된 수신신호를 복조하고, 입출력부를 통해서 수신신호의 상태정보를 표시하거나 데이터 및 음성정보를 출력한다.

본 발명은 입출력부를 포함한다. 입출력부는 SDR 무전기의 전면에 장착되고 있는 사용자 인터페이스의 구성이다. 입출력부는 키패드 또는 터치패드, 마이크, 스피커 등을 포함한다. 입출력부를 통해서 운용자가 입력하는 웨이브폼의 종류, 주파수, 대역폭, 전송속도 등의 정보가 모뎀부로 전송될 수 있고, 모뎀부는 입력된 웨이브폼 특성 정보를 SPI 통신을 이용하여 제어모듈로 전달한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기는 필터부와 IF 처리부에서의 신호처리를 수행함에 있어서, 제어모듈의 제어하에 자동이득조절이 이루어진다. 즉, 본 발명에서 설명하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치는 제어모듈을 FPGA(Field Programmable Gate Array) 로직으로 구성하고, 필터부와 IF처리부의 이득조절을 파워검출기의 출력레벨 검출에 기초해서 제어하는 것을 특징으로 한다. FPGA는 PLD(Programmable Logic Device)의 한 종류로서 디지

털 회로를 프로그램할 수 있는 것을 의미하고, 일 예로 다양한 웨이브폼에 따른 룩-업 테이블 정보를 사용환경에 따라서 갱신하는 것도 가능하다. 따라서 이하에서는 이 부분에 대해서 중점적으로 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치의 구성도이다. 본 발명의 구성은 SDR 무전기를 이용하여 송신시와 수신시에 공용으로 이용된다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해서 수신의 경우를 일 예로 설명한다.

본 발명은 RF신호를 입력하는 RF신호 입력부(10)를 포함한다. RF신호 입력부(10)는 안테나를 통해서 수신된 RF신호를 증폭하여 필터 모듈(12)에 전달한다.

필터 모듈(12)은 RF신호를 입력하고, 해당 주파수 및 해당 대역 외의 불필요한 신호를 필터링하여, 수신성능의 열화를 방지한다. 필터부 이득조절모듈(14)은 저잡음증폭기와 디지털 감쇄기로 구성되고, 필터 모듈(12)을 통과한 필터링된 RF신호를 증폭하거나 감쇄하여 신호세기를 1차적으로 조절한다. 필터부 인터페이스(16)는 제어모듈(26)의 제어신호가 필터 모듈(12)과 필터부 이득조절모듈(14)에 전달되도록 인터페이스한다.

IF변환모듈(18)은 필터부 이득조절모듈(14)에서 1차 이득 조절된 RF신호를 모뎀에서 신호처리가 가능한 IF주파수 신호로 변환한다. 파워 검출기(20)는 수신신호의 신호세기를 검출하고, 검출된 신호세기를 12비트의 디지털신호로 변환하여 제어모듈(26)로 제공한다. IF처리부 이득조절모듈(22)은 3개의 디지털 감쇄기로 구성되고, 각각의 디지털 감쇄기는 조절 가능한 dB 단위와 범위가 다르게 구성되며, 3개의 디지털 감쇄기의 감쇄량을 조합하여 수신신호에 대한 신호세기 조절을 추가적으로 제어한다.

감쇄테이블(30)은 감쇄량에 따른 디지털 감쇄기의 제어를 위한 룩 업 테이블이 저장되고, 필터부 이득조절모듈(14)과 IF 처리부 이득조절모듈(22)은 감쇄테이블(30)에 저장된 룩 업 테이블 값에 기초하여 이득조절을 빠르게 수행하는 것이 가능해진다.

신호세기 보정테이블(28)은 웨이브폼 종류, 주파수, 온도, 대역폭 등에 따른 수신신호 세기 보정값이 룩-업 테이블 값에 기초하여 저장되어 있다. 신호세기 보정테이블(28)에 저장된 값은, 파워검출기(20)에서 검출된 수신신호세기를 보정하는데 이용되어진다. 신호세기 보정테이블(28)은, SDR 무전기가 운용되는 외부 요인에 대해서 수신신호의 보정을 위한 구성이다. 즉, SDR 무전기가 운용될 수 있는 여러 환경의 외부 요인들에 대해서 보상값을 기설정하고, 현재 운용되는 조건에 따라서 수신신호세기를 보상한다.

제어모듈(26)은 FPGA를 이용한 로직으로 구현되고, 모뎀부(24)로부터 전달받은 웨이브폼 정보에 기반해서 주파수, 대역폭, 변조방식 등의 제어 파라미터를 결정한다. 그리고 결정된 제어 파라미터를 이용하여 필터부와 IF 처리부의 구성을 제어한다. 특히, 제어모듈(26)은 웨이브폼 종류별로 평균부 제어값, 이동평균부 제어값, AGC 주기 제어값 등이 기설정된 룩-업 테이블에 기반해서 운용자가 선택한 웨이브폼 정보에 대응하여 수신신호의 이득이 조절을 제어한다.

모뎀부(24)는 수신시에는 IF 처리부 이득조절모듈(22)에서 IF 신호 처리된 신호를 입력하고, 복조하여 입출력부를 통해서 사용자에게 제공한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 다음과 같이 제어된다.

본 발명에서 SDR 무전기는 군 운용 환경에서 사용되는 일 실시예를 설명하고 있다. 따라서 SDR 무전기를 이용하여 정보를 송수신하는 운용자 사이에서는 미리 약속된 방식으로 SDR 무전기의 통신을 제어하게 된다. 이때 약속된 방식에는 웨이브폼에 대한 정보도 포함되어진다.

따라서 SDR 무전기의 모뎀부(24)를 통해서 송수신되는 신호에 대한 웨이브폼이 선택되어서 제어모듈(26)에 제공된다. 제어모듈(26)은 모뎀부(24)로부터 전달받은 웨이브폼 정보를 토대로 주파수, 대역폭, 변조방식 등의 제어 파라미터를 결정하여 필터부와 IF처리부의 구성을 제어한다. 이 과정에서 제어모듈(26)은 룩-업 테이블(도시하지 않음)의 정보에 기반해서 선택된 웨이브폼에 대한 제어 파라미터 결정을 제어한다. 이때 선택된 웨이브폼에 대한 평균부의 제어 횟수, 이동평균부의 제어횟수, 누산기(AGC 주기)의 누적횟수 등도 결정되어진다.

RF신호 입력부(10)를 통해서 RF신호가 수신되면, 필터부와 IF변환모듈(18)을 통해서 전달된 수신신호가 파워검출부(20)에서 수신신호에 대한 레벨 검출이 이루어진다. 검출된 수신신호레벨은 디지털신호로 변환되어서 제어모듈(26)에 제공되고, 제어모듈(26)은 검출된 수신신호레벨에 기초해서 필터부 인터페이스(16)를 통해서 필터부 이득조절모듈(14)에 입력되는 수신신호에 대한 1차적인 이득조절을 제어한다.

이 과정에서 파워검출부(20)에서 검출된 수신신호레벨은 외부요인 등에 의한 보상이 이루어진다. 일 예로 주파수, 웨이브폼, 변조방식, 온도 등에 따른 보상치가 기결정된 룩-업 테이블을 저장하고 있는 신호세기 보정테이블(28)에 기반해서 수신신호세기의 보상이 행해진다.

필터부에서 1차 이득조절이 행해진 수신신호는 IF변환모듈(18)에서 IF신호로 변환이 이루어지고, 이 과정에서 파워 검출기(20)은 계속해서 수신신호에 대한 레벨 검출을 수행한다. 제어모듈(26)은 1차 이득 조절이 행해진 수신신호세기와 목표레벨의 차를 비교하고, 감쇄테이블(30)에 저장된 값에 기반해서 수신신호세기가 목표레벨에 도달할 수 있도록 감쇄량을 결정한다. 여기서 목표레벨도 웨이브폼 종류에 따라서 다르게 설정될 수 있다.

그리고 결정된 감쇄량으로 제어모듈(26)은 IF 처리부 이득조절모듈(22)의 IF신호 이득을 조절한다. 이 과정에서 제어모듈(26)은 계속해서 파워검출기(20)에서 검출되는 수신신호세기를 모니터링하고, 수신신호세기가 목표레벨을 유지할 수 있도록 필터부 이득조절모듈(14)과 IF 처리부 이득조절모듈(22)의 이득제어를 수행한다.

한편, 제어모듈(26)의 제어하에 필터부 이득조절모듈(14)과 IF 처리부 이득조절모듈(22)의 이득제어를 수행하는 가운데, 모뎀부(24)를 통해서 이득조절을 정지시키는 신호가 입력될 수 있다. 앞서 언급하고 있는 바와 같이, 본 발명의 SDR 무전기는 군 운용환경에서 사용되는 실시예이다. 따라서 신속한 정보 전달을 중요시하는 군 운용환경에서, 모뎀부(24)에서 현재의 수신신호세기가 신호처리에 충분한 크기로 판단되면, 자동이득 조절을 정지하도록 제어모듈(26)에 신호를 제공할 수 있다. 제어모듈(26)은 자동이득 정지신호가 입력되면, 수신신호가 목표레벨에 도달하지 않은 상태일지라도 자동이득조절을 멈추고 현재 수신레벨을 유지하도록 수신신호를 제어할 수 있다. 이때 모뎀부(24)는 IF 신호를 이용하여 복조 가능여부를 통해서 자동이득조절의 정지 여부를 판단할 수 있다.

다음, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치에서 수신신호세기를 검출하기 위한 파워검출기와 제어모듈의 관계에 따른 상세 구성도이다.

파워검출기(20)는 IF 신호를 입력하고 그 세기를 검출하여 디지털신호로 변환하는 커플러(40)와 아날로그/디지털 변환기(42)를 포함한다. 커플러(40)는 RSSI 신호를 검출하고, 아날로그/디지털 변환기(42 ; ADC)에 전달한다. 아날로그/디지털 변환기(42)는 검출된 수신신호세기를 12비트의 디지털신호로 변환해서 출력한다.

파워검출기(20)에서 검출된 수신신호세기는 제어모듈(26)에 입력된다. 제어모듈(26)은 dBm 변환부(50), N차 평균부(52), M차 이동 평균부(54), 보정부(56)와 AGC 제어 블록(58)을 포함하여 구성된다.

dBm 변환부(50)는 디지털로 변환된 수신신호세기를 입력하고, dBm으로 변환해서 출력한다. N차 평균부(52)는 수신신호를 이용하여 평균치를 산출하여 출력하되, N횟수의 평균치 산출이 이루어진다. M차 이동 평균부(54)는 수신신호를 이용하여 이동 평균치를 산출하여 출력하되, M횟수의 이동 평균치 산출이 이루어진다.

평균부와 이동 평균부는 수신신호의 자기상관(auto-correlation) 값을 계산한다.

이동 평균부(54)의 출력신호는 보정부(56)에서 보정된다.

여기서 평균부(52)의 평균을 취하는 횟수와 이동 평균부(54)의 이동 평균을 취하는 횟수는 현재 선택된 웨이브폼에 따라서 기결정된 특성정보값에 기반하여 이루어진다.

그리고 디지털 변환된 수신신호세기를 이용하여 평균과 이동평균을 이용하여 수신신호크기를 계산하는 것은 SDR 무전기가 사용되는 군용 환경이 여러가지 주변환경 요인에 의해서 수신신호가 불규칙하기 때문이다. 또한 여러가지 변조방식을 이용하는 수신신호의 성능을 최적화하기 위해서는, 특정 한 순간의 신호의 레벨 크기만을 이용한 이득조절보다는 시간차를 갖는 여러 수신신호의 세기를 검출하는 것이 바람직하기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 웨이브폼 특성을 기반으로 평균과 이동평균에 적용되는 횟수를 가변적으로 조절하여, 수신신호의 세기를 측정한다. 그리고 앞서 언급한 바와 같이, SDR 무전기에서 수신 가능한 다양한 웨이브폼에 따른 특성 정보에 기반한 값은 룩-업 테이블로 미리 결정되어 저장하고 있다.

또한 이동평균부(54)에서 출력되는 수신신호를 보정하는 보정부(56)는 신호세기 보정테이블(28)에 저장되어 있는 값에 기반해서 보정을 수행한다. 신호세기 보정테이블(28)에는 주파수, 온도, 변조방식, 기타 다양한 파라미터에 따른 신호세기 보정치를 기결정하여 저장하고 있다. 신호세기 보정테이블(28)은 안정적인 신호세기 검출이 이루어질 수 있도록 각 주파수 및 온도별로 보상해주기 위한 dB 단위의 값을 저장하고 있다. 따라서 보정부(56)를 통해서 결정된 수신신호세기는 AGC 제어블록(58)에 제공된다.

다음, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치에서 검출된 수신신호세기를 이용하여 이득 조절을 수행하는 제어모듈과 이득조절모듈과의 관계에 따른 상세 구성도이다.

AGC 제어 블록(58)은 선택된 웨이브폼에 기반해서 기설정되고 있는 특성정보를 확인한다. 이때 확인한 특성정보에는 선택된 웨이브폼에 해당하는 수신신호세기의 목표레벨이 포함된다. AGC 제어 블록(58)은 보정부(56)에서 보정된 수신신호세기를 입력하고(60), 비교부(61)에서 기설정된 목표레벨과 비교하고, 그 차신호의 절대치만큼 AGC 동작 제어가 이루어질 수 있도록 누산기(62)에 누적한다.

또한 비교부(61)를 통과한 차신호는 LNA 제어부(63)에 입력된다. LNA 제어부(63)는 입력된 차신호가 기결정된 값보다 낮으면 필터부 이득조절모듈(14)에 포함된 저잡음증폭기에서 증폭할 수 있도록 제어한다. 반대로 LNA 제어부(63)는 입력된 차신호가 기결정된 값보다 높으면 필터부 이득조절모듈(14)의 저잡음증폭기를 바이패스시키는 제어를 수행한다.

감쇄기제어부(64)는 누산기(62)의 저장값에 기반해서 감쇄테이블(30)에 기결정된 감쇄량을 읽어온다. 감쇄기제어부(64)는 결정된 감쇄량만큼의 제어를 위해서 필터부 이득조절모듈(14)과 IF처리부 이득조절모듈(22)의 디지털 감쇄기의 감쇄량을 제어한다.

여기서 누산기(62)의 누적을 취하는 횟수는 현재 선택된 웨이브폼에 따라서 기결정된 특성정보값에 기반하여 이루어진다. 즉, AGC 제어 블록(58)은 선택된 웨이브폼에 따른 수신신호의 빠른 이득 제어를 위하여, 평균부(52)와 이동 평균부(54)의 평균 산출 횟수를 조절하고, 또한 누산기(62)의 누적 횟수를 제어한다. 이 제어값은 각 웨이브폼의 기설정된 목표레벨로 도달하기까지 소요되는 최적의 값이고, 실험치에 의해서 결정된 값이다.

다음, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치에서 필터부와 IF 처리부의 이득 조절을 위한 상세 구성도를 도시하고 있다.

필터부 이득조절모듈(14)은 두개의 스위치(70,72)와 저잡음증폭기(71) 그리고 디지털 감쇄기(73)를 포함한다.

IF처리부 이득조절모듈(22)은 두개의 국부발진기(74,75)와, 두개의 믹서(76,78), 세개의 디지털 감쇄기(77,79,80)를 포함하고, 수신신호세기검출기(81)와 아날로그디지털변환기(82, ADC)로 연결되어진다.

LNA 제어부(63)에서 수신신호레벨과 목표레벨을 비교한 차신호가 기결정된 값보다 낮을 때, 스위치1(70)는 저잡음증폭기(71)와 연결되도록 제어한다. 따라서 수신신호에 대한 저잡음증폭기(71)의 신호 증폭이 이루어진다.

반대로 수신신호레벨과 목표레벨을 비교한 차신호가 기결정된 값보다 높을 때, LNA 제어부(63)는 저잡음증폭기(71)를 바이패스시킨다. 그리고 스위치1(70)와 스위치2(72)가 연결되도록 제어하여, 수신신호가 디지털 감쇄기(73)로 전달되도록 한다. 그리고 디지털 감쇄기(73)에서 기결정된 만큼의 감쇄량 제어가 이루어지도록 한다. 디지털 감쇄기(73)의 감쇄량 제어는, 수신신호세기에 따라서 감쇄테이블(30)에 저장된 값에 기초해서 이루어진다.

필터부 이득조절모듈(14)에서 1차 신호이득이 조절된 수신신호는 IF처리부 이득조절모듈(22)에서 정밀한 신호이득 조절이 수행되어진다.

먼저 디지털 감쇄기(73)의 출력신호는 국부발진기(74)의 발진신호와 믹서(76)에서 혼합되어서 IF 주파수 변환되어서 디지털 감쇄기(77)에 입력된다. 디지털 감쇄기(77)는 기결정된 감쇄량만큼 IF 주파수 신호의 감쇄를 제어한다. 디지털 감쇄기(77)의 출력은 믹서(78)에서 국부발진기(75)의 발진신호와 혼합되고, 연속해서 두개의 디지털 감쇄기(79,80)를 통해서 신호의 감쇄량 제어가 이루어진다.

한편, 본 발명에서 디지털 감쇄기들의 감쇄량 제어는, 감쇄 테이블(30)에서 기결정된 량으로 제어하고 있다. 그러나 IF 처리부 이득조절모듈(22)에 포함되고 있는 세개의 디지털 감쇄기는, 각각 다른 감쇄량 제어가 이루어지도록 구성된다. 일 예로서 세개의 디지털 감쇄기 중에서 적어도 하나의 디지털 감쇄기는, 도 6에 도시되고 있는 감쇄량 제어가 가능하도록 구성된다.

도 6은 6개의 제어 비트를 입력하여 감쇄량을 제어하는 일 예시도를 도시하고 있다. 도시하고 있는 바와 같이, 6개의 제어비트로 제어신호를 구성하고, 각각의 제어비트의 감쇄단위를 다르게 설정하고 있다. 일 예로서 필요한 감쇄량이 14.5dB일 때, 제어 비트는 011101(C16,C8,C4,C2,C1,C0)로 설정되어진다.

이와 같이 IF 처리부에 포함되고 있는 각각의 디지털 감쇄기는, 다른 감쇄량 제어가 가능하도록 구성되고, 각 디지털 감쇄기는 다수의 dB 감쇄단위를 포함하도록 로직이 구현되어진다. 따라서 감쇄 테이블(30)에서 기결정된 감쇄량에 기초하여 세개의 디지털 감쇄기(77,79,80)의 감쇄량 제어가 이루어지나, 조절되는 dB 단위가 다르게 구성 가능하므로 더욱 정밀한 감쇄 제어가 이루어진다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 SDR 무전기의 적응형 자동이득조절장치의 동작은 다음과 같이 제어가 이루어진다.

사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보가 모뎀부(24)를 통해서 제어모듈(26)에 입력되면, 제어모듈은 기설정되고 있는 룩업 테이블 기반 조정부에 기반해서 선택된 웨이브폼 특성에 따라 정의된 파라미터를 평균부(52)와 이동평균부(54) 그리고 누산기(62)에 적용한다. 이 외에도 선택된 웨이브폼 특성에 따라서 필터부와 IF변환부의 각 구성을 제어한다.

그리고 파워검출기(20)에서 수신신호세기가 검출되면, SDR(Software Defined Radio) 무전기에서 다양한 웨이브폼 정보, 주파수, 온도, 대역폭 등의 파라미터에 따른 수신신호세기 보정값이 기설정된 룩업 테이블에 기반해서 검출되는 수신신호에 대한 보상이 이루어진다.

보정부(56)에서 수신신호세기 보상이 이루어진 신호는 AGC 제어 블록(58)에 입력되고, 결정된 AGC 주기 제어만큼 목표레벨과의 비교에 따른 차신호가 누적되어진다. 그리고 누적된 차신호에 대해서 기설정된 룩업 테이블에 기반해서 감쇄량 제어정보가 결정된다.

이와 같이 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보를 제공받아서, 룩업 테이블 기반으로 필터부와 IF 처리부의 수신신호의 자동이득조절이 수행된다.

이 과정에서 제어 모듈(26)은, FPGA를 사용하여 로직으로 구현되고, 룩업 테이블 보정값에 기초하여 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 1차 보정한다. 또한 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보에 기반하여 룩업 테이블에 기반해서 평균 연산 횟수, 이동평균 연산 횟수, AGC 주기를 이용하여 각 웨이브폼에 따른 수신신호의 이득 조절을 수행한다. 마지막으로 목표레벨과 수신신호세기의 차신호를 AGC 주기만큼 누적하여, 룩업 테이블에 기반해서 감쇄량 제어가 이루어진다.

한편, 본 발명의 적응형 자동이득조절은 군운용 환경에서 SDR 무전기에 적용되는 실시예를 보여주고 있다. AGC 제어블록(58)에서 충분한 자동이득제어가 이루어지지 않았을 경우, 계속해서 수신레벨을 목표레벨만큼 도달시키기 위한 제어가 이루어지게 된다. 그러나 신속한 정보 전달을 요구하는 군운용환경에서 목표레벨에 도달하지 않은 신호일지라도 신호를 복조하기에 충분하다고 판단한 모뎀부에서 자동이득조절 제어과정을 중단 제어할 수 있다.

본 발명에서 AGC 소요시간은 아날로그디지털변환시간, 평균 횟수(이동 평균 횟수 포함), AGC 주기(누산기 파라미터 값)을 이용하여 결정된다.

일 실시예로 A 웨이브폼에 대해서, 자동이득제어를 위하여 평균횟수 1회, 이동평균 횟수 2회, AGC 주기 8회를 수행한 결과, AGC시간은 00usec가 소요되었. 그리고 안정에 도달하는 시간도 00usec를 얻을 수 있었다.

다른 실시예로 B 웨이브폼에 대해서, 자동이득제어를 위하여 평균횟수 2회, 이동평균 횟수 2회, AGC 주기 8회를 수행한 결과, AGC시간은 00usec가 소요되었다. 그리고 안정에 도달하는 시간도 00usec를 얻을 수 있었다.

다른 실시예로 C 웨이브폼에 대해서, 자동이득제어를 위하여 평균횟수 32회, 이동평균 횟수 5회, AGC 주기 32회를 수행한 결과, AGC시간은 00msec가 소요되었고, 안정에 도달하는 시간도 00msec를 얻을 수 있었다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 빠른 자동이득제어시간과 빠르게 목표레벨을 유지하는 것이 가능함을 확인할 수 있다.

다음, 도 7은 종래 기술에 따른 자동이득조절 수행시간을 프리엠블구간과 비교하여 나타낸 특성도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 얻어진 자동이득조절수행시간과 프리엠블구간의 비교 특성도이다.

특성도에서 X축은 신호의 크기, Y축은 시간을 나타낸다. 도시되고 있는 특성도에서 자동이득제어의 성능 기준 판단은, 자동이득제어 수행시간과 수신신호세기의 안정이 유지되는 구간으로 판단된다.

종래, 도 7에 도시되고 있는 특성도에서 노란색 부분의 신호는 필터부로 입력된 RF신호이고, 녹색 부분의 신호는 RF신호가 자동이득 제어되어 신호크기가 목표레벨로 조정되어 유지되는 상태를 나타내고 있다.

도시되는 특성도에서 자동이득조절 수행시간은 프리엠블구간시간과 거의 동일하게 나타나고 있다. 수신신호는 프리엠블신호와 데이터신호로 구분되는데, 프리엠블신호 구간 전체적으로 자동이득조절 수행이 이루어지면서, 목표레벨에 도달하는 자동이득조절 수행시간이 긴 것을 확인할 수 있다.

반면에 본 발명의 실시예를 통해서 얻어진 도 8에 도시되고 있는 특성도에서 녹색신호는 필터부로 입력된 RF신호이고, 노란색신호는 입력된 RF신호가 자동이득 제어되어 신호크기가 목표레벨로 조정되어 유지되고 있는 특성을 보여주고 있다. 즉, 도시되는 특성도에서는 필터부로 입력된 수신신호가 프리엠블신호와 데이터신호로 구분되는 것을 가정할 때, 프리엠블구간의 약 60% 정도에서 자동이득조절이 완료되어 수신신호세기가 목표레벨에서 안정적으로 유지되고 있음을 확인 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 종래보다 빠른 자동이득조절 수행이 이루어짐을 확인할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : RF신호 입력부 12 : 필터모듈
14 : 필터부 이득조절모듈 16 : 필터부 인터페이스
18 : IF변환모듈 20 : 파워검출기
22 : IF처리부 이득조절모듈 24 : 모뎀부
26 : 제어모듈 28 : 신호세기 보정테이블
30 : 감쇄 테이블

Claims (10)

1. SDR(Software Defined Radio) 무전기에서 주파수, 온도, 대역폭의 웨이브폼 정보에 따른 수신신호세기 보정값이 기설정된 제 1 룩업 테이블 기반 조정부;
   웨이브폼 정보에 따라서 평균부 제어값, 이동평균부 제어값, AGC 주기 제어값이 기설정된 제 2 룩업 테이블 기반 조정부;
   목표레벨과 수신신호세기의 차에 해당하는 감쇄량 제어정보가 기설정된 제 3 룩업 테이블 기반 조정부;
   IF 변환된 수신신호의 세기를 검출하고, 검출된 수신신호세기를 디지털신호로 변환해서 출력하는 파워검출기;
   FPGA를 사용하여 로직으로 구현되고, 사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보를 제공받아서, 제 1,2,3 룩업 테이블 기반으로 수신신호의 자동이득조절을 수행하는 제어모듈을 포함하고,
   제어모듈은, 제 1 룩업 테이블 기반 조정부의 보정값에 기초하여 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 1차 보정하고,
   사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보에 기반하여 제 2 룩업 테이블 기반 조정부의 평균 연산 횟수, 이동평균 연산 횟수, AGC 주기를 이용하여 각 웨이브폼에 따른 수신신호의 이득 조절을 수행하고,
   목표레벨과 수신신호세기의 차신호를 AGC 주기만큼 누적하여, 제 3 룩업 테이블 기반 조정부의 조정값에 기초하여 수신신호를 감쇄시키는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   현재 수신레벨이 목표레벨에 도달하지 않은 상태에서도 신호의 복조처리가 가능한 레벨에 도달하면, 제어모듈로 자동이득조절 수행을 멈추고, 현재 수신레벨을 유지 제어하는 신호를 출력하는 모뎀부를 포함하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   제어모듈은 제 1 룩업 테이블 기반 조정부의 보정값에 기초하여 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 1차 보정하고,
   보정된 수신신호세기에 기반해서 RF신호의 이득을 제어하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   사용자 인터페이스로 입력되는 신호는 모뎀부를 통해서 SPI 통신으로 제어모듈에 전달되는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   제어모듈은 수신신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 횟수만큼 평균 값을 산출하는 평균부;
   수신신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 횟수만큼 이동 평균 값을 산출하는 이동평균부;
   수신신호세기를 제 1 룩업 테이블 기반 조정부에 기반해서 보상하는 보정부;
   보상된 수신신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 목표레벨과 비교하는 비교부;
   비교부의 차신호를 웨이브폼에 따라서 결정된 횟수만큼 누적하는 누산기;
   제 3 룩업 테이블 기반 조정부에 기반해서 누산기의 값에 대응되는 감쇄량으로 IF신호의 이득을 조절하는 감쇄기 제어부를 포함하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   제어모듈은 비교부의 차신호를 이용하여 RF신호 증폭을 위한 저잡음증폭기의 증폭경로를 제어하는 LNA 제어부를 포함하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어장치.
   
7. SDR(Software Defined Radio) 무전기에서 주파수, 온도, 대역폭의 웨이브폼 정보에 따른 수신신호세기 보정값을 저장하고 있는 제 1 룩업 테이블에 기반해서 파워검출기를 통해서 검출된 수신신호세기를 보정하는 1단계;
   사용자 인터페이스를 통해서 선택된 웨이브폼 정보에 기반하여 제 2 룩업 테이블에 저장된 평균 연산 횟수, 이동평균 연산 횟수, AGC 주기를 이용하여 각 웨이브폼에 따른 수신신호의 이득 조절을 수행하는 2단계; 및
   목표레벨과 수신신호세기의 차신호를 AGC 주기만큼 누적하여, 제 3 룩업 테이블에 저장된 감쇄량 제어값에 기초하여 수신신호를 감쇄시키는 3단계를 포함하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법은, FPGA를 사용하여 로직으로 구현되는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   1단계에서 보정된 수신신호세기에 기반해서 RF신호의 이득을 제어하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    3단계의 감쇄량 제어는 RF신호와 IF신호를 같이 제어하는 SDR 무전기의 적응형 자동이득제어방법.
    
    

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