KR20030096331A - 시분할 듀플렉스 수신기에 대한 자동 이득 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 TDD 통신 시스템의 자동 이득 제어(AGC) 방법 및 시스템에 관한 것이다. 여기에서 통신 신호의 각 타임 슬롯은 타임 슬롯의 개시부에 위치하는, 2진 위상 시프트 키잉(BPSK) 포맷의 프리엠블을 포함한다. 프리엠블이 AGC가 신속하게 신호의 강도를 추정하고 그에 따라 이득을 조정할 수 있게 하기 때문에, 수신기에 의한 채널 추정이 개선된다. 이것은 프리엠블 뒤에 오는 데이터 버스트 내에 있는 모든 데이터 기호가 정확하게 수신되게 하고, 미드엠블 채널 추정값을 훨씬 더 정확하게 한다. 그것은 또한 TDD 수신기 내의 AGC 회로를 상당히 단순화시킨다.

Description

시분할 듀플렉스 수신기에 대한 자동 이득 제어{AUTOMATIC GAIN CONTROL FOR A TIME DIVISION DUPLEX RECEIVER}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 시분할 듀플렉스(TDD), 시분할 다중 액세스(TDMA) 또는 시분할-코드분할 다중 액세스(TD-CDMA) 수신기에 대한 자동 이득 제어(AGC) 회로의 개선에 관한 것이다. 위 수신기를 간단하게 말하면, TDD 스루아웃(throughout)이라고 한다.
타임 슬롯에서 데이터 전송 속도의 변화 또는 활동 중인 사용자 수의 변화로 인하여, 전력이 TDD 프레임의 인접하는 타임 슬롯 사이에서 현저하게 변화한다는 것은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 정확한 AGC 이득을 결정하기 위하여, AGC 회로는 첫번째 N개의 기호(symbol)들이 수신됨에 따라 그것들의 기호 전력을 추정한다. 이러한 추정 처리 과정 중에 데이터 추정을 위하여 기호(들)이 소실될 수 있다. 왜냐하면, 그 때의 이득 제어가 불완전하기 때문이다. 또한, 이 추정 처리 절차는 이득 추정을 초기값의 정확도에 의존하기 때문에, 오래 걸릴 수도 있다.
전형적인 TDD 프레임은 일반적으로 15개의 타임 슬롯을 포함한다. 각각의 타임 슬롯은 미드엠블(midamble)에 의해서 분리되는 2개의 데이터 버스트를 포함하고, 이에 뒤따라서 프레임의 후단부를 형성하는 가드 피리어드(guard period)가 있다. 데이터 버스트는 원하는 데이터를 전송하고, 미드엠블은 채널 추정을 수행하는데 사용된다. 미드엠블이 채널 추정을 수행하는데 사용되기 때문에, 정확한 채널 추정을 얻기 위해서는 전체 타임 슬롯에 걸쳐서 이득이 일정해야 한다.
종래 기술에 따른 AGC 방법에는 단점이 있다. 코드의 수와 수신된 TDD 프레임에서의 그 상대적인 전력값을 모두 알지 못하기 때문에, AGC 회로는 정확한 이득 레벨을 조정하기 위하여 불필요하게 시간이 많이 걸리게 된다. 추정 기호를 결정하기 위하여, 수신기는 데이터에 대한 타임 슬롯의 값을 수신하고, 미드엠블에 기초하여 채널 추정을 수행한다. 채널 추정에는 이득이 일정하고, 추정 처리 중에 전력 기호를 알고 있다고 가정한다. 만약 미드엠블 또는 어느 하나의 데이터 버스트에서 AGC가 활성이면, 채널 추정에 대한 방해가 발생할 수 있다. 첫번째 데이터 기호들 중 적은 수의 몇 개가 TDD 프레임 내의 나머지 기호들보다 신호 강도가 상당히 작다면, 그 데이터 기호들은 강도가 약하기 때문에, 적절하게 수신되지 않을 수도 있다. 따라서, 위 종래의 AGC 방법에 따른 채널 추정은 결국 느리고 정확하지도 않게 된다.
본 발명은 이득 추정을 위한 프리엠블(preamble)을 포함하는 개선된 TDD 프레임 구조에 관한 것이고, 그 개선된 TDD 프레임을 사용한 방법 및 장치를 포함한다. 프리엠블은 AGC 회로가 신속하게 수신된 신호의 전력 레벨을 추정할 수 있게 하고, 그에 따라 이득 레벨을 조정할 수 있게 한다. 그것은 데이터 버스트 내의 모든 데이터 기호가 정확하게 수신될 수 있게 하고, 결과적으로 미드엠블 채널 추정을 훨씬 더 정확하게 한다. 그것은 또한, TDD 수신기 내의 AGC 회로를 상당히 단순하게 만든다. 또한, 2진 위상 시프트 키잉(BPSK) 포맷을 지니는 프리엠블을 사용하여 더 개선될 수 있다.
도 1은 프리엠블을 지니는 개선된 TDD 통신 버스트를 도시한다.
도 2는 도 1의 통신 버스트를 처리하는 AGC 회로의 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 회로를 사용하여 채널 추정을 하는 플로우 차트이다.
도 1은 프리엠블(11), 2개의 데이터 버스트(12, 16), 미드엠블(14), 2개의 전송 포맷 조합 인디케이터(TFCI) 피리어드(15, 17) 및 가드 피리어드(18)를 포함하는 개선된 TDD 통신 버스트(10)를 도시한다. 도시하는 바와 같이, 통신 버스트(10)는 TDD 신호 구조의 타임 슬롯을 포함한다. 2개의 데이터 버스트(12, 16)는 미드엠블(14)과 2개의 TFCI 피리어드(15, 17)에 의하여 분리된다.
각각의 TDD 통신 버스트(10) 부분은 서로 다른 기능을 지원한다. 미드엠블(14)은 전송 채널의 추정을 용이하게 한다. 2개의 데이터 버스(12, 16)는 통신 버스트(10)의 데이터 전송 부분을 포함하고, 원하는 데이터를 전송하는데 사용된다. 통신 시스템의 관리 기능은 전송 세트를 사용하여 조절된다. TFCI 피리어드(15, 17)는 그 전송 세트와 관련된 정보 비트를 저장하고, 데이터가 통신 버스트(10) 내에서 어떻게 분할될 것인지를 수신기에 명령한다. 가드 피리어드(18)는 무효(void) 정보이고, 연속적인 타임 슬롯 사이에서 경계 간극으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 프리엠블(11)은 하나 또는 그 이상의 기호를 포함한다. 프리엠블(11)은 반드시 그럴 필요는 없지만, 2진 위상 시프트 키잉(BPSK) 포맷인 것이 바람직하다. BPSK 기호 포맷을 사용하는 것이 바람직한 것은 전력 추정이 BPSK 신호를 제곱함으로써 간단하게 결정되기 때문이다. 통신 버스트(10)의 나머지는 구상(quadrature) 위상 시프트 키잉(QPSK) 신호로 포맷된다. 프리엠블(11)을 포함하는 것은 신호의 전력 레벨을 더 쉽게 추정할 수 있게 해준다. 프리엠블(11)은 랜덤하게 발생하고 고정된 시퀀스로 유지되는 의사-랜덤 시퀀스인 것이 바람직하다. 의사-랜덤 시퀀스가 모든 타임 슬롯에 대하여 동일하기 때문에, 시스템에 단 하나의 상관기만을 설치함으로써 동기화가 간단하게 된다. 의사-랜덤 신호는 또한 최대 스프레딩을 제공한다. 그렇게 해서, 좋지 않은 전력의 집중을 피할 수 있다. 더욱이, 의사-랜덤 신호를 사용하면 신호에 DC 바이어스를 사용하지 않아도 된다.
도 2는 본 발명에 따라 제작된, 프리엠블(11)을 이용하는 자동 이득 제어(AGC) 회로를 단순하게 나타낸 도면이다. AGC 회로(30)는 전압 가변 감쇠기(VVA)(39), 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(34), 스위치(41), 전력 추정 장치(35), 기준 전력 장치(47), 가산기(36), 피드백 필터(37) 및 디지털-아날로그(D/A) 컨버터(38)를 포함한다. 스위치(41), 전력 추정 장치(35), 기준 전력 신호(32), 가산기(36), 피드백 필터(37) 및 D/A 컨버터(38)는 함께 피드백 루프(43)를 형성한다.
VVA(39)는 입력 신호를 수신하고 수신기의 그 다음 처리를 위하여 일정한 출력 신호 레벨을 유지할 수 있도록 증폭기 이득을 조정하기 위한 AGC 회로에 사용되는 표준 전자 장치이다. A/D 컨버터(34)는 VVA(39)로부터 출력된 아날로그 신호를 수신하고 디지털 신호(33)를 출력한다. 전력 추정 장치(35)는 디지털 신호(33)를 수신하고, 소정의 알고리즘을 사용하여 그 디지털 신호에 대한 수치 연산 처리를 수행한다. 그것은 통신 버스트(10)를 형성하는 기호 시퀀스의 전력 레벨을 평균화하기 위한 것이다. 전력은 아래 식을 사용하여 추정되는 것이 바람직하다.
위 평균 전력 레벨은 전력 추정 신호(43)로 가산기(36)의 제1 입력에 제공된다. 가산기(36)는 2개의 신호 입력, 즉 1) 전력 추정 장치(35)에서 출력된 전력 추정 신호(43)와, 2) 전력 기준 장치(47)에서 출력된 전력 기준 신호(32)를 단순히 합산한다. 전력 기준 장치(47)에서 출력된 전력 기준 신호(32)는 네가티브 값을 지니는 것이 바람직하기 때문에, 전력 기준 신호(32)는 기본적으로 전력 추정 신호(43)로부터 감해져서 에러 신호(40)를 발생한다. 에러 신호(40)는 그 후 피드백 필터(37)에 입력된다. 피드백 필터(37)는 적분기, 또는 대체 장치로서 저대역 필터가 될 수 있다. 피드백 필터(37)는 에러 신호(40)의 안정성을 보장하고 변동을 평탄하게 하기 위하여 피드백 루프의 시간을 일정하게 설정한다. 필터링된 출력 신호(48)는 스위치(41)로 입력된다.
스위치(41)는 필터링된 출력 신호(48)가 소정의 허용 한계 범위 내에 있는지 여부를 결정한다. 만약 한계 범위 내에 있다면, 스위치(41)는 필터링된 출력신호(48)를 유지하고, 스위치가 개방되었을 때 필터링된 출력 신호(48)와 동일한 레벨로 스위치 출력 신호(49)를 유지한다. 만약, 필터링된 출력 신호(48)가 소정의 허용 한계 범위 내에 있지 않다면, 필터링된 출력 신호(48)는 스위치(41)에 의하여 그 전에 피드백 필터(37)를 통과한 신호로부터 변동될 수 있다. 스위치 출력 신호(49)는 그 후 D/A 컨버터(38)에 의하여 아날로그 신호(50)로 변환되고, 그 아날로그 신호(50)는 VVA(39)의 이득을 조정하기 위하여 제어 신호로 사용된다. A/D 및 D/A 컨버터(34, 38)는 공지의 장치이고, 본 기술 분야에서 널리 사용되고 있는 것이므로, 여기에서는 더 이상의 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 바람직한 방법(100)이 도시되어 있다. 본 방법은 통신 버스트(31)가 단계(101)에서 VVA(39)를 최초로 통과한 후 다시 A/D 컨버터(34)에서 디지털 신호로 컨버트될 경우에 개시된다. 디지털 신호(33)는 피드백 루프(43)로 들어가고, 단계(102)에서는 전력 추정 장치(35)에서 상기 신호에 대한 후속 처리가 행해진다. 단계(103)에서는 가산기(36)에서 위 전력 추정값에 네가티브 값의 소정의 전력 기준 신호(32)가 더해지고, 결과적으로 에러 신호(40)를 생성한다. 에러 신호(40)는 단계(104)에서 피드백 필터(37)에 의하여 평균화된다. 결정 단계(105)에서는 에러 신호(40)가 채널 추정 처리를 완성할 수 있을 정도로 충분히 낮은지(즉, 한계 범위보다 낮은지) 여부를 결정한다. 만약 에러 신호(40)가 에러 한계 범위보다 더 낮다면, 채널 추정 처리가 완료되고, 피드백 루프(43)는 단계(106)에서 스위치(41)에 의하여 나머지 타임 슬롯에 대한 VVA(39) 제어 신호가 일정하게 되도록 설정된다.
그러나, 만약 에러 신호(40)가 허용 한계보다 크다면, 필터(37)로부터의 제어 신호는 D/A 컨버터(38)에 의하여 변환되고, 단계(107)에서 VVA(39)에 대한 제어 신호로 사용되며, 채널 추정 처리가 반복된다. 전력 추정 및 감쇠 조정 처리는, 에러가 허용 가능한 레벨로 감소되고 스위치(41)가 활성화될 때까지 프리엠블의 두번째 또는 그 이상의 기호에 대하여 반복될 수 있다. VVA(39)에 의하여 제공된 감쇠값이 단계(106)에서 나머지 타임 슬롯에 대하여 고정된다. 이 프로세스는 각 타임 슬롯에 대하여 반복되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 프리엠블 사용의 장점은 하드웨어에 있어서 A/D 컨버터(34)의 소요 크기를 감소시킨다는 것이다. 본 발명에 따른 A/D 컨버터(34)의 전형적인 크기는 필요에 따라 6 내지 10 비트이다.

Claims (4)

  1. CDMA 통신 신호 수신기에 의하여 사용되는 개선된 타임 슬롯 구성으로서, 상기 수신기가 자동 이득 제어 회로를 지니고, 상기 통신 신호가 연속적인 타임 슬롯으로 분할되고, 그 각 타임 슬롯이 섹션으로 서브분할되는, 개선된 타임 슬롯 구성의 시스템에 있어서,
    상기 자동 이득 제어 회로에 전력 레벨 정보를 제공하기 위하여, 상기 타임 슬롯의 개시부에 위치하고, 2진 위상 시프트 키잉(BPSK) 포맷으로 구성되는 프리엠블과,
    채널 추정을 위하여 타임 슬롯의 중앙에 위치하는 미드엠블과,
    한 쌍의 데이터 버스트 섹션과,
    상기 미드엠블과 상기 데이터 버스트 섹션들 중 어느 하나 사이에 각각 위치하는, 2개의 전송 포맷 조합 인디케이터(TFCI) 섹션
    을 포함하는 것인 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리엠블은 의사-랜덤이고 모든 타임 슬롯에서 동일한 시퀀스인 것인 시스템.
  3. 타임 슬롯 구조에서 통신 신호를 수신하는 CDMA 통신 수신기의 자동 이득 제어(AGC) 방법에 있어서,
    상기 타임 슬롯의 개시부에 위치하는 프리엠블의 BPSK 기호의 전력 레벨을 검출하는 단계와,
    전력 추정값을 결정하기 위하여 제1 기간 동안 기호 전력 레벨을 평균화하는 단계와,
    상기 신호의 전력 추정값을 소정의 전력 기준값과 비교하는 단계와,
    상기 비교에 기초하여 에러 신호를 계산하는 단계와,
    상기 통신 신호의 감쇠를 조정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프리엠블은 의사-랜덤이고 모든 타임 슬롯에서 동일한 시퀀스인 것인 방법.
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