KR20010081319A - Auto gain control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동 이득 제어 장치에 관한 것으로, 특히 위상 또는 레벨에 변조하여 전송된 신호를 수신하는 수신기에서 신호 결정 성능을 향상시키기 위한 자동 이득 제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic gain control apparatus, and more particularly, to an automatic gain control apparatus for improving signal determination performance in a receiver for receiving a signal transmitted by modulating phase or level.
일반적으로, 케이블을 이용한 신호 전송채널은 앞으로 실시될 디지털 방송 및 인터넷 등 다양한 컨텐츠(contents)의 전송에 적합한 채널 중의 하나로, 이와 같은 케이블 채널을 이용해 디지털 신호를 전송하기 위한 변조 방식으로는 구상 진폭 변조(QAM : Quadrature Amplitude Modulation) 방식이 널리 사용되고 있으며, 이는 신호의 위상뿐만 아니라 신호의 레벨에도 정보를 실어 전송하는 변조 방식이다.In general, a signal transmission channel using a cable is one of channels suitable for transmission of various contents such as digital broadcasting and the Internet in the future. As a modulation method for transmitting a digital signal using such a cable channel, spherical amplitude modulation is used. (QAM: Quadrature Amplitude Modulation) is widely used, and it is a modulation method that carries information not only on the signal phase but also on the signal level.
도1은 종래 디지털 구상 진폭 변조(QAM) 수신기의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 안테나(11)를 통해 수신되는 고주파 신호 중에서 선택된 채널의 신호만을 수신 및 복조하여 중간주파(IF : Intermediate Frequency) 대역의 신호로 바꾸어 출력하는 튜너부(12)와; 상기 중간주파 대역으로 낮추어진 신호를 필터링하고 신호의 크기를 증폭시키는 IF 증폭부(13)와; 상기 중간주파 대역의 신호를 기저대역으로 낮추고 심볼의 타이밍을 복구 하는 심볼 타이밍 복구부(14)와; 케이블 전송 채널에서 임피던스 부정합 등으로 발생하는 고스트 및 각종 채널 왜곡을 보상해 주는 채널 등화부(15)와; 튜너의 위상 지터(jitter) 등으로 인한 위상 오류를 검출하여 이를 보정해 주는 위상 보정부(16)와; 수신 신호의 전력과 기준 전력의 오차를 계산하여 이를 튜너부(12) 및 IF 증폭부(13)에 피드백 시켜주는 자동 이득 제어부(17)로 구성된다.FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a conventional digital spherical amplitude modulation (QAM) receiver. As shown in FIG. 1, only a signal of a channel selected from a high frequency signal received through an antenna 11 is received and demodulated and an intermediate frequency (IF: A tuner unit 12 for converting and outputting a signal of an intermediate frequency band; An IF amplifier 13 for filtering the signal lowered into the intermediate frequency band and amplifying the signal magnitude; A symbol timing recovery unit (14) for lowering the signal of the intermediate frequency band to the base band and restoring the timing of symbols; A channel equalizer 15 for compensating for ghost and various channel distortions caused by impedance mismatch in a cable transmission channel; A phase correction unit 16 which detects and corrects a phase error due to a phase jitter of the tuner; The automatic gain control unit 17 calculates an error between the power of the received signal and the reference power and feeds it back to the tuner unit 12 and the IF amplifier unit 13.
다음, 도2는 상기 도1에서 자동 이득 제어부의 상세 구성을 보인 블록도로서, 신호의 진폭 또는 전력을 검출하는 검파기(17a)와; 상기 검파기(17a)에서 출력된 진폭/전력에서 기준 진폭/전력을 감산하는 감산기(17b)와; 상기 감산기(17b)를 통해 출력된 진폭의 왜곡을 제어하는 루프 필터(17c)와; 상기 루프 필터(17c)에서 출력된 값에 따라 제어되어 입력신호를 증폭하는 증폭기(17d)로 구성된 것으로, 이하 상기와 같이 구성된 QAM 수신기의 동작을 설명하면 다음과 같다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of the automatic gain control unit in FIG. 1, which includes a detector 17a for detecting the amplitude or power of a signal; A subtractor 17b for subtracting a reference amplitude / power from the amplitude / power output from the detector 17a; A loop filter 17c for controlling the distortion of the amplitude output through the subtractor 17b; The amplifier 17d is controlled according to the value output from the loop filter 17c and amplifies the input signal. Hereinafter, the operation of the QAM receiver configured as described above will be described.
먼저, 상기 심볼 타이밍 복구부(14)는 디지탈 데이터 통신기술에서 그 시스템의 성능을 좌우하는 중요한 역할을 하는 것으로, 특히 전송되는 데이터의 시간적 위치를 수신한 신호로 부터 찾아내는 역할을 한다.First, the symbol timing recovery unit 14 plays an important role in determining the performance of the system in digital data communication technology. In particular, the symbol timing recovery unit 14 finds the temporal position of the transmitted data from the received signal.
다음, 자동 이득 제어부(17)는 다양한 원인에 의하여 많은 왜곡을 받아 입력되는 수신 신호의 진폭에 의해 수신기의 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해 이득을 자동 제어하는 것으로 즉, 수신 신호의 진폭 왜곡을 가능한 경감하여 수신 신호를 일정한 진폭 레벨로 유지시키는 기능을 수행한다.Next, the automatic gain control unit 17 automatically controls the gain in order to prevent the performance of the receiver from being deteriorated by the amplitude of the received signal which is subjected to a large amount of distortion due to various causes, that is, the amplitude distortion of the received signal is possible. It reduces and maintains a received signal at a constant amplitude level.
다시 말해, 입력신호는 증폭기(17d)의 특성 함수에 비례하여 증폭된 후 검파기(17a)를 통해 상기 증폭되어 출력되는 신호에서 진폭 또는 전력성분이 검출되어 감산기(17b)를 통해 기준 진폭 또는 전력과 비교되고 그 오차를 보상해 줄 수 있도록 이득을 조절하게 된다.In other words, after the input signal is amplified in proportion to the characteristic function of the amplifier 17d, the amplitude or power component is detected in the amplified and output signal through the detector 17a, and the subtractor 17b is used to determine the amplitude and power. The gain is adjusted to compare and compensate for the error.
이때, 신호의 평균 전력과 심볼단위로 변화하는 신호의 전력에는 큰 차이가 있기 때문에 자동 이득 제어부(17)는 출력단에서 일정한 평균 전력을 유지하기 위해서 많은 수의 심볼 전력을 평균하여 이득을 조절하게 된다.At this time, since there is a large difference between the average power of the signal and the power of the signal changing in the symbol unit, the automatic gain control unit 17 adjusts the gain by averaging a large number of symbol powers in order to maintain a constant average power at the output terminal. .
따라서, 자동 이득 제어부(17)의 루프 필터(17c)는 심볼간에 변하는 신호의 진폭에 둔감하도록 하기 위해 시상수를 크게 설계한다.Therefore, the loop filter 17c of the automatic gain control unit 17 designs the time constant large so as to be insensitive to the amplitude of the signal changing between symbols.
그리고, 진폭 왜곡이 극심한 경우에는 RF 및 IF 단계에서 다단의 자동 이득 제어를 적용하게 된다.And, if the amplitude distortion is severe, multi-stage automatic gain control is applied in the RF and IF stages.
그러나, 구상 진폭 변조(QAM) 또는 VSB(Vestigial Sideband)와 같이 신호의 레벨에 정보를 담아 변조하는 방식에서는 같은 평균전력을 가질 경우에(예를 들어, 64QAM과 256QAM의 평균전력이 같을 경우) 신호의 레벨수가 많아질수록 신호간 간격이 작아지기 때문에 수신 신호의 작은 진폭 변화에도 수신기의 마지막 단에서 많은 결정(decision) 오류를 만들어 내게 되는 문제점이 있었다.However, in the case of information modulation on the signal level such as spherical amplitude modulation (QAM) or VSB (Vestigial Sideband), the signal has the same average power (for example, when the average power of 64QAM and 256QAM are the same). As the number of levels increases, the interval between signals decreases, which causes a large number of decision errors in the last stage of the receiver even with a small amplitude change of the received signal.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 신호의 진폭 변화에 민감한 구상 진폭 변조(QAM) 방식에서 기존의 자동 이득 제어부에서 보상하지 못했던 이득 지터 즉, 작으면서 빠른 신호의 진폭을 정밀하게 보상해 주어 수신기 최종단에서의 결정 오류를 감소시킬 수 있도록 하는 자동 이득 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is a gain jitter, that is, a small and fast signal, which was not compensated by the conventional automatic gain controller in a spherical amplitude modulation (QAM) method that is sensitive to the amplitude change of the signal. It is an object of the present invention to provide an automatic gain control device that accurately compensates the amplitude of the signal and reduces the determination error at the receiver end.
도1은 종래 디지털 구상 진폭 변조(QAM) 수신기의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional digital spherical amplitude modulation (QAM) receiver.
도2는 상기 도1에서 자동 이득 제어부의 상세 구성을 보인 블록도.FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the automatic gain control unit in FIG.
도3은 본 발명에 의한 자동 이득 제어기를 부가하여 구성한 QAM 수신기의 구성도.3 is a configuration diagram of a QAM receiver configured by adding an automatic gain controller according to the present invention.
도4는 상기 도3에서 결정 지향 자동 이득 제어기의 상세 구성을 보인 블록도.4 is a block diagram showing a detailed configuration of the decision-directed automatic gain controller in FIG.
도5는 상기 도4에서 이득 제어부의 상세 구성을 보인 블록도.5 is a block diagram showing a detailed configuration of a gain control unit in FIG.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
100 : 결정 지향 자동 이득 제어기 101 : 슬라이서부100 decision-oriented automatic gain controller 101 slicer portion
102 : 이득 제어부 103 : 곱셈기102: gain control unit 103: multiplier
102a : 전력 계산부 102b : 기준 전력 계산부102a: power calculator 102b: reference power calculator
102c : 전력 비교부 102d : 카운터부102c: power comparison unit 102d: counter unit
102e : 리미터부102e: limiter
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 위상 또는 레벨에 변조하여 전송된 신호를 수신하는 수신기에 있어서, 수신기의 신호 결정 성능을 향상시킬 수 있도록 수신기 최종단에서 결정되어 출력되는 신호(I/Q)를 입력받아 성상도상에서 유클리디안 거리가 가장 가까운 신호를 결정하여 출력하는 슬라이서부와; 상기 슬라이서부에서 결정된 신호와 상기 수신기 최종단에서 출력되는 신호의 전력을 비교하여 그 비교된 값에 의해 이득 제어 신호를 출력하는 이득 제어부와; 상기 이득 제어부에서 출력된 이득 제어 신호를 채널 등화부 출력 신호에 곱하여 출력시키는 곱셈기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a receiver for receiving a signal modulated to a phase or a level and receiving a signal (I / Q) which is determined and output at a receiver end to improve the signal determination performance of the receiver. A slicer unit for receiving a signal and determining and outputting a signal having the nearest Euclidean distance in the constellation diagram; A gain controller which compares the power determined by the slicer unit with the power of the signal output from the receiver terminal and outputs a gain control signal based on the compared value; And a multiplier configured to multiply the gain control signal output from the gain control unit to a channel equalizer output signal.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일단, 도3은 본 발명에 의한 QAM 수신기 최종단에서의 결정 오류를 보상해 줄 수 있도록 하는 자동 이득 제어 장치를 부가하여 구성한 QAM 수신기의 구성을 보인 블록도로서, 도1과 같이 구성된 종래 QAM 수신기에 있어서 그 최종단의 위상 보정부(16)에서의 결정 오류를 보상하기 위해 위상 보정부(16)의 출력과 그것의 결정 신호의 전력을 비교하여 앞단 채널 등화부(15)의 출력 이득을 조절하는 결정 지향 자동 이득 제어기(100)를 더 포함하여 구성되어 있다.3 is a block diagram showing a configuration of a QAM receiver configured by adding an automatic gain control device capable of compensating for a determination error at a final stage of a QAM receiver according to the present invention. To adjust the output gain of the leading channel equalizer 15 by comparing the output of the phase correction unit 16 with the power of its decision signal to compensate for the determination error in the phase correction unit 16 at its final stage. It further comprises a decision-directed automatic gain controller 100.
여기서, 상기 결정 지향 자동 이득 제어기(100)는 도4에 도시한 바와 같이 위상 보정부(16)에서 출력되는 신호(I/Q)를 입력받아 성상도(constellation)상에서 유클리디안(Euclidean) 거리가 가장 가까운 신호를 결정하여 출력하는 슬라이서부(101)와; 상기 슬라이서부(101)에서 결정된 신호와 상기 위상 보정부(16)에서 출력되는 신호의 전력을 비교하여 그 비교된 값에 의해 이득 제어 신호를 출력하는 이득 제어부(102)와; 상기 이득 제어부(102)에서 출력된 이득 제어 신호를 채널 등화부(15)에서 출력된 신호에 곱하여 조절된 이득 신호를 출력시키는 곱셈기(103)를 포함하여 구성한다.Here, the decision-directed automatic gain controller 100 receives the signal I / Q output from the phase correction unit 16 as shown in FIG. 4 and has an Euclidean distance on the constellation. A slicer unit 101 for determining and outputting the nearest signal; A gain controller (102) for comparing the power of the signal determined by the slicer unit (101) with the signal output from the phase correction unit (16) and outputting a gain control signal based on the compared value; And a multiplier 103 for multiplying the gain control signal output from the gain control unit 102 with the signal output from the channel equalizer 15 and outputting the adjusted gain signal.
이때, 상기 이득 제어부(102)는 도5에 도시된 바와 같이 위상 보정부(16)에서 출력되는 신호(I/Q)의 전력()을 계산하는 전력 계산부(102a)와; 슬라이서부(101)를 통해 결정된 신호()의 전력()을 계산하는 기준전력 계산부(102b)와; 상기 전력 계산부(102a)와 기준전력 계산부(102b)에서 출력된 전력을 비교하여 카운터 제어신호를 출력하는 전력 비교부(102c)와; 상기 전력 비교부(102c)에서 출력된 카운터 제어신호에 의해 이득 제어값을 업/다운하는 카운터부(102d)와; 상기 카운터부(102d)에서 업/다운되어 출력되는 이득 제어값의 상한과 하한폭을 제한하여 과도한 이득 제어값의 출력을 방지하여 출력하는 리미터부(102e)로 구성한 것으로, 이하 상기와 같이 구성된 결정 지향 자동 이득 제어 장치(100)의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.At this time, the gain control unit 102 is the power of the signal (I / Q) output from the phase correction unit 16 as shown in FIG. A power calculation unit 102a for calculating); The signal determined through the slicer unit 101 Power of) A reference power calculation unit 102b for calculating); A power comparison unit (102c) for outputting a counter control signal by comparing the power output from the power calculation unit (102a) and the reference power calculation unit (102b); A counter unit (102d) which up / downs a gain control value by a counter control signal output from the power comparison unit (102c); The limiter 102e is configured as a limiter 102e for limiting the upper limit and the lower limit of the gain control value output up / down by the counter part 102d to prevent excessive output of the gain control value. The operation of the directed automatic gain control device 100 will be described in more detail.
먼저, 이득 제어부(102)는 QAM 수신기 최종단의 위상 보정부(16)로부터 출력되는 신호(I/Q)의 전력을 전력 계산부(102a)에 의해 계산한다.First, the gain control unit 102 calculates the power of the signal I / Q output from the phase correction unit 16 at the final stage of the QAM receiver by the power calculation unit 102a.
다음, 슬라이서부(101)에서 결정한 신호()의 전력을 기준전력 계산부(102b)를 통해 계산한 후 그 크기를 비교한다.Next, the signal determined by the slicer unit 101 ) Is calculated through the reference power calculator 102b and then the magnitude of the power is compared.
이에 따라, 슬라이서부(101)에서 결정한 신호의 전력보다 위상 보정부(16)의 출력신호 전력이 작으면 이득을 높이기 위해 카운터 값을 업(UP)시키고, 슬라이서부(101)에서 결정한 신호의 전력보다 위상 보정부(16)의 출력 신호 전력이 크면 이득을 낮추기 위해 카운터 값을 다운(DOWN)시키게 된다.Accordingly, when the output signal power of the phase correction unit 16 is smaller than the power of the signal determined by the slicer 101, the counter value is increased to increase the gain, and the power of the signal determined by the slicer 101 is increased. If the output signal power of the phase correction unit 16 is larger, the counter value is lowered to lower the gain.
물론, 두 신호의 전력값이 같을 경우에는 적정한 이득을 그대로 유지하기 위해 카운터값을 홀드(HOLD)시킨다.Of course, when the power values of the two signals are the same, the counter value is held to maintain the proper gain.
여기서, 카운터부(102d)는 루프 필터에 해당하는 것으로 이에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Here, the counter 102d corresponds to a loop filter, which will be described in more detail as follows.
일반적으로, 백색 가우시안 잡음 채널에서는 슬라이서부(101) 출력의 전력이 클 확률과 작을 확률은 서로 같게 되는데, 백색 가우시안 잡음에 대하여 이득 제어부(102)가 둔감하게 하기 위해서 카운터부(102d)의 최하위(LSB) M비트를 버리고, 나머지 최상위(MSB) N비트를 이득으로 사용한다.In general, in the white Gaussian noise channel, the probability that the power of the output of the slicer unit 101 is large and small is equal to each other. LSB) Discard M bits and use the remaining most significant (MSB) N bits as a gain.
다시 말해, 결정 지향 자동 이득 제어기(100)가 작동하는 초기에 카운터부(102d)는 이득 1에 해당하는 값을 카운터 초기값으로 설정하고, 이 이득 제어 루프가 추적할 수 있는 루프 대역폭은 카운터부(102d)의 비트수(M,N) 및 업/다운할 때의 크기로 조절하게 되는데, 이에 따라 같은 크기로 카운터를 업/다운하는 경우에 M의 값이 커서 이득 1에 해당하는 값이 클수록 이득의 변화는 작아지게 되고, 또한 N의 값이 크수록 실제 카운터부(102d)의 출력 이득에 영향을 주기까지 시간이 많이 소요되므로 루프의 대역폭은 줄어들게 된다.In other words, at the beginning of the operation of the decision-oriented automatic gain controller 100, the counter section 102d sets the value corresponding to gain 1 as the counter initial value, and the loop bandwidth that the gain control loop can track is the counter section. The number of bits (M, N) of (102d) and the size when up / down are adjusted. Accordingly, when the counter is up / down with the same size, the value of M is larger and the value corresponding to gain 1 is larger. The change in gain becomes smaller, and the larger the value of N, the longer it takes to affect the output gain of the actual counter 102d, so that the bandwidth of the loop is reduced.
이러한 방식은 신호의 평균 전력과 시간적으로 큰 폭으로 변하는 신호 전력을 비교하는 것이 아니고, 수신 신호의 전력과 결정된 신호의 전력을 비교하므로 심볼 단위로 볼 때에도 전력차이가 크지 않아 루프 필터의 시상수를 작게 할 수 있다.This method does not compare the average power of the signal with the signal power that varies greatly in time, but compares the power of the received signal with the power of the determined signal. can do.
이와 같은 결정 지향 자동 이득 제어기(100)가 효과적으로 동작하여 수신기의 성능을 향상시키기 위해서는 먼저, 디지털 QAM 수신기가 어느 정도 결정 지향 오류가 적어야 한다.In order for the decision-oriented automatic gain controller 100 to operate effectively to improve the performance of the receiver, first, the digital QAM receiver must have a small amount of decision-directed errors.
따라서, 상기 결정 지향 자동 이득 제어기(100)를 작동 시키는 시점은 위상 보정부(16)에서 결정 지향 오류를 계산하여 즉, 잡음의 전력을 계산하여 임계치에 비교함으로써 결정할 수 있으며, 고스트가 있는 채널이라도 채널 등화기가 앞단에서 이를 보상해 주기 때문에 결정 지향 자동 이득 제어기(100)가 동작하는 데는 별 지장을 주지 않게 된다.Therefore, the timing of operating the decision-directed automatic gain controller 100 can be determined by calculating the decision-directed error in the phase correction unit 16, that is, calculating the power of noise and comparing it to a threshold value, even in a channel with ghosts. Since the channel equalizer compensates for this at the front, it does not interfere with the operation of the decision-oriented automatic gain controller 100.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 자동 이득 제어 장치는 신호의 진폭 변화에 민감한 구상 진폭 변조(QAM) 방식에서 기존의 자동 이득 제어부에서 보상하지 못했던 이득 지터 즉, 작으면서 빠른 신호의 진폭을 정밀하게 보상해 주어 수신기 최종단에서의 결정 오류를 감소시킬 수 있도록 하여 수신기의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the automatic gain control device of the present invention precisely compensates the gain jitter, that is, the small and fast signal amplitude, which was not compensated by the conventional automatic gain controller in the QAM method sensitive to the amplitude change of the signal. It is possible to reduce the decision error at the receiver end, thereby improving the performance of the receiver.
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |