KR20070046480A

KR20070046480A - 무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어적응형 루프 대역폭의 설정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070046480A
Application number: KR1020050103236A
Authority: KR
Inventors: 이정길; 류준상; 박수진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-03

Abstract

본 발명은 무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 방법 및 장치에 있어서, 상기 방법은, 수신된 신호를 디지털신호로 변화하여 일정 구간동안의 전력의 평균값을 구하는 과정과, 상기 전력의 평균값에서 원하는 전력 레벨과의 차이를 계산하여 전력에러를 출력하는 과정과, 미리 가지고 있는 이득 상수 테이블을 이용해서 매 순간 입력되는 상기 전력에러를 메모리 레지스터화하여, 상기 각기 다른 레지스터 값에 따라 적절한 이득 상수를 설정하여 출력하는 과정과, 상기 출력된 이득상수를 상기 전력에러와 곱하여 전력 이득 값을 출력하는 과정과, 상기 출력된 전력 이득값을 일정 기간동안 누적한 후, 업데이트 레이트 주기마다 일정 길이의 누적된 이득값을 출력하는 과정과, 상기 출력된 일정길이의 이득값을 이용하여 상기 수신된 신호의 이득을 조정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

AGC, Gain constant(loop filter gain), Loop filter BW selection

Description

무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 방법 및 장치{Setting up method and apparatus for AGC adaptive loop bandwidth at the variable wireless channel Environment}

도 1은 종래기술에 따른 무선통신 시스템의 AGC 블록을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따라 이득 상수 테이블을 이용하여 이득상수를 결정하는 경우의 루프 필터 대역폭 선택기의 블록을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따라 추출된 전력 에러를 이득상수로 직접 전환하는 경우의 루프필터 대역폭 선택기의 블록을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 루프 필터 대역폭 선택기의 동작을 도시한 흐름도.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 루프 필터 대역폭 선택기의 동작을 도시한 흐름도.

본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 이동통신 단말기의 자동 이득 제어기(Automatic Gain Controller, 이하 “AGC”라 칭함) 블록 중 전체 루프의 추적 대역폭을 결정하는 루프 필터 이득 값 설정에 관한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

통상적으로 이동 통신시스템의 내부에서는 수신 신호의 세기를 이용하여 송수신단의 이득을 자동으로 제어하는 AGC 기능이 수행된다. 이러한 상기 AGC 기능을 가지는 이동 통신시스템에 따르면, 송신시에는 다른 이동국 사용자들과의 상호 간섭에 의한 시스템의 성능 저하를 방지하기 위해 기지국으로부터 각 이동국마다 서로 다르게 송신된 송신전력 조정 명령에 의해 적절한 송신 전력으로 송신을 하기 위해 송신 전력증폭기의 이득을 적절히 조절한다. 이와는 달리, 수신시에는 기지국과의 거리 변화 및 차량이나 보행자의 이동에 다른 수신 전력의 시간적인 변화인 페이딩(fading) 현상을 보상하기 위해 수신 증폭기의 이득을 적절히 조절한다.

다시 말하자면, 무선 채널 환경에서 단말기로의 입력 신호 전력(power)은 채널 환경에 영향을 받아 짧은 시간동안 다양하게 변화할 수 있기 때문에, 이를 실시간으로 적절히 보상해 주지 않으면 디지털 기저대역(digital baseband)으로의 입력, 즉 아날로그 디지털 컨버터(ADC:analog to digital convertor)로의 입력이 유효하게 유지 되지 않기 때문에 기저대역 데이터 패스(Baseband data path)의 동작에 있어서 성능 저하를 유발하는 역할을 하게 되어 통신 시스템 전체의 성능 저하 요인으로 작용할 수 있다.

WCDMA(wide code division multiple access) 시스템에서의 AGC 동작의 예는 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Convertor, 이하 "ADC"라 칭함)에서 디지털방식으로 변환하여 상기 ADC로부터의 출력을 받아 일정 구간동안 전력의 평균을 구한 후, 이를 상기 시스템에서 원하는 전력 레벨과의 차이를 계산하게 되며, 상기 계산된 전력 에러는 전체 AGC의 추적 대역폭(tracking BW)을 결정하는 이득 상수(gain constant)와 곱을 한 후 무한 누적기로 입력된다.

상기 무한 누적기는 일정 기간(제어 업데이트 주기 = N * 전력 에러 입력 주기)동안 전력 에러를 누적한 후 업데이트 레이트(update rate) 주기마다 일정 길이의 데이타를 펄스 밀도 변조(Pulse Density Modulation, 이하 “PDM”이라 칭함) 블럭 혹은 시리얼DAC(Digital to Analog Convertor, 이하 "DAC"라 칭함)로 출력한다. 상기 PDM 혹은 DAC를 통해(상기 PDM의 경우는 다시 RC-Register와 Capacitor 누적 필터를 거쳐 출력된다) 변환된 직류전압(DC voltage)은 이득 제어 증폭기(Gain Control Amplifier, 이하 “GCA”라 칭함)로 전달하여 이득을 조정하게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 무선통신 시스템의 AGC 블록을 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 AGC 블록은 ADC(110)와, 전력 측정기(120)와, 전력 에러 검출기(Power error detector)(130)와 루프필터 대역폭 선택기(140)와 무한 누적기(150)와, DAC 혹은 PDM(Pulse Density Modulation)(160)와 이득제어 증 폭기(Gain Control Amplifier, 이하 “GCA”라 칭함)(170)로 구성된다.

상기 AGC블럭의 동작절차는, 수신 신호 I, Q신호가 각각 협대역 필터를 거치고 A/D 컨버터(110)를 거쳐 AGC 블럭으로 입력된다. 전력 측정기(power measurements)(120)는 일정구간동안의 전력 평균을 계산하고, 이를 에러 검출기(130)로 입력한다. 상기 에러 검출기(130)는 무선통신 시스템에서 결정한 전력 레벨과의 차이를 검출하고, 상기 검출된 에러는 이득 제어 루프필터 대역폭 선택기(gain control loop filter BW selector)(140)에서 이득 상수(루프 필터 이득:loop filter gain)를 곱한 후, 출력된 전력 이득값은 에러 누적기(accumulator)(150)로 입력된다.

상기 에러 누적기(150)는 제어 업데이트 주기에 따라 상기 에러 누적기(150)의 상위 일정 길이의 누적된 이득값을 PDM & RC 필터 혹은 시리얼 DAC(160)로 입력한다. 상기 PDM 혹은 DAC(160)는 직렬전압 출력을 GCA(170)에 인가하며, 상기 GCA(170)의 동작에 의해 수신 신호의 전력을 적절히 보상하게 되어 ADC(110)로의 유효한 전력 입력을 유도하게 되고, 이에 따라 기준 전력 레벨과의 전력 에러를 줄이게 된다.

하기 <수학식 1>은 AGC 루프의 시간 상수(time constant)를 결정하는 수식이다.

여기에서, T_F는 AGC 루프의 업데이트 주기이며, K_F는 적분기 출력에 대한 이득을 가리키며(- K_F로 표시), A_R은 기준전력을 표시한다.

G₁은 GCA 이득 특성의 dB 상에서의 선형적인 기울기를 결정하는 값이다. 마지막으로, K_D는 A/D 변환되어 입력되는 신호로부터 입력신호의 크기를 추출하는 검출기 부분의 이득을 의미하며, 이 값을 최종 결정하는 즉, AGC 루프의 BW를 결정하는 것이 이득상수이다. 상기 <수학식 1>은 상기 도 1에서 ADC(110)로부터 루프 필터 대역폭 선택기(140)까지의 동작을 의미한다.

상기와 같은 AGC의 동작은 포착(acquisition) 단계와 추적(tracking) 단계로 나뉜다. 상기 포착 단계에서는 빠른 시간 내에 일정한 전력에러가 오차 범위 내로 들어가야 하므로 이득 제어 루프필터의 대역폭을 크게 한다. 반면, 상기 추적 단계에서는 잡음에 의한 영향을 줄이기 위해 이득 제어 루프필터의 대역폭을 작게 하여 전력 에러를 줄이게 된다.

상기된 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 AGC 동작에서는 이득제어 루프필터 대역폭을 결정하는 이득 상수를 1개 혹은 2개의 값을 가지고 모든 채널 상황 에서 동일하게 사용하게 된다. 이럴 경우 포착 모드(초기 AGC의 대략적인 전력 추적 과정에서는 이득 상수로 추적 모드보다 3~4배 큰 값을 사용하는 것이 보통이다.)과정을 거쳐 안정 구간에서의 추적시 갑자기 변화하는 채널 상황에는 능동적으로 대처하지 못하게 되어 ADC로의 적절한 입력 전력 레벨(input power level)을 일정 기간 유지하지 못하게 될 수 도 있다. 이는 결국 데이터 패스(data path)가 적절한 전력 범위(power range)에서 동작하지 못하도록 하여, 성능 저하를 유발할 수 있는 원인이 된다.

실제로 추적 모드에서 사용하는 이득 상수를 이용한 초기 포착 과정은, 보통 사용되는 포착 모드의 이득 상수를 이용할 경우 1/2 슬롯(slot)(WCDMA 334usec) 이내에서 완료되는 것과는 달리 4 슬롯 이상의 시간 동안을 소모하게 된다. 이 경우 적절하지 못한 아날로그 전력을 이용한 ADC 의 출력을 받게 되는 데이터 경로에서는 성능 저하가 유발될 수 있게 된다.

또한 채널 상황에 너무 민감한 AGC의 경우도 성능의 저하에 영향을 미치지만, 그렇지 못한 경우 역시 성능 저하를 유발하게 된다. AGC의 지나친 민감함은 평균 전력 측정률(average power measurement rate)과 누적기의 덤프 레이트(dump rate)가 1:4 정도로 차이가 나도록 함으로써 상쇄시키고 있으나, 순간적인 채널 상황의 큰 변화에 대한 실시간 대처를 위한 방안은 없는 상태이다.

AGC는 포착 단계에서는 빠른 시간 내에 일정한 전력 레벨로 조절해 주어야 하므로 이득제어 루프 필터의 대역폭을 크게하는 반면, 추적 단계에서는 작은 채널 변화에 의한 영향을 줄이기 위해 이득제어 루프 필터의 대역폭을 작게하여 전류 전력 에러를 줄이게 된다. 포착단계와 추적단계는 각 단계마다 대역폭 조절을 위해 일정한 이득(루프필터 이득)을 고정하게 된다. 포착단계에서 일정 시간 후에 추적단계로 넘어가게 되는데 루프의 대역폭이 작기 때문에 이런 경우에는 도심지역의 건물 사이를 고속으로 이동할 때와 같이, 급격한 전력의 변화가 있을 경우, 단말기는 ADC에 대한 안정적인 전력 입력에 영향을 받을 가능성이 크다는 문제점이 있었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 무선통신 시스템의 AGC 추적단계에서 최적의 성능을 유지할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 무선통신 시스템에서 AGC 추적단계에서의 이득 상수(루프필터 이득) 설정시 입력 신호의 전력 에러를 이용한 능동적 이득 상수의 결정방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예는, 무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 방법에 있어서, 수신된 신호를 디지털신호로 변화하여 일정 구간동안의 전력의 평균값을 구하는 과정과, 상기 전력의 평균값에서 원하는 전력 레벨과의 차이를 계산하여 전력에러를 출력하는 과정과, 미리 가지고 있는 이득 상수 테이블을 이용해서 매 순간 입력되는 상기 전력에러를 메모리 레지스 터화하여, 상기 각기 다른 레지스터 값에 따라 적절한 이득 상수를 설정하여 출력하는 과정과, 상기 출력된 이득상수를 상기 전력에러와 곱하여 전력 이득 값을 출력하는 과정과, 상기 출력된 전력 이득값을 일정 기간동안 누적한 후, 업데이트 레이트 주기마다 일정 길이의 누적된 이득값을 출력하는 과정과, 상기 출력된 일정길이의 이득값을 이용하여 상기 수신된 신호의 이득을 조정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는, 무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 장치에 있어서, 수신된 신호를 디지털신호로 변화하여 일정 구간동안의 전력의 평균을 구하는 전력 측정기와, 입력된 전력에서 원하는 전력 레벨과의 차이를 계산하여 전력에러를 출력하는 에러검출기와, 미리 가지고 있는 전력 에러 대비 이득 상수 테이블을 이용해서 매 순간 입력되는 상기 전력에러를 메모리 레지스터화하여, 상기 각기 다른 레지스터 값에 따라 적절한 이득 상수들을 설정하여 출력하고, 상기 출력된 이득상수를 상기 전력에러와 곱하여 전력 이득값을 출력하는 루프 필터 대역폭 선택기와, 상기 루프 필터 대역폭 선택기로부터 출력된 전력 이득값을 일정 기간동안 누적한 후 업데이트 레이트 주기마다 일정 길이의 누적된 이득값을 출력하는 누적기와, 상기 누적기로부터 출력된 일정길이의 이득값을 이용하여 상기 수신된 신호의 이득을 제어하는 이득제어 증폭기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

자동이득 제어기는 ADC로의 적절한 크기의 신호 입력을 위해 데이터패스에서 설정한 기준 신호 크기와의 차이를 보정하기 위하여 사용되는데 포착단계와 추적단계로 나뉜다. 포착 단계에서는 빠른 시간 내에 일정한 전력레벨까지 들어가야 하므로 AGC의 이득 상수를 크게 한다. 반면, 추적 단계에서는 짧은 시간 동안 적은 양으로 변하는 전력에 의한 영향을 줄이기 위해 AGC 의 이득 상수를 작게 하여 잔류 전력 에러를 줄이게 된다.

이에 본 발명은 AGC 추적단계에서의 이득 상수(루프 필터 이득) 설정시 입력 신호의 전력 에러를 이용한 능동적 이득 상수 결정방식을 제시한다. 상기 능동적 이득 상수 결정방식은 순간적으로 속도 변화량이 클 경우에도 추적단계에서 이득 상수를 입력 전력 에러의 변화에 따라 조절할 수 있고, 이에 따라 전체 제어 루프의 대역폭을 채널 상황에 따라 다양하게 설정 할 수 있어, 여러 채널 상황에서는 안정적인 ADC 입력을 보장할 수 있다.

상기와 같이 이동통신 시스템 단말용 자동 이득 제어기의 전력에러 제어루프의 추적모드에서 이득 상수를 측정된 전력에러의 크기에 따라 다르게 적용하도록 구성하기 위한 두가지 방식의 실시예가 있다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

<제 1실시예>

도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따라 이득 상수 테이블을 이용하여 이득상수를 결정하는 경우의 루프 필터 대역폭 선택기의 블록을 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 이득 상수 선택기(210)는 미리 가지고 있는 일종의 ROM 형태의 전력 에러(204) 대비 이득 상수 테이블(gain constant table)을 이용해서 매 순간 입력되는 전력에러(240)를 메모리레지스터(memory register)(220)화하여 적절한 이득 상수(230)들을 설정하게 된다. 물론 ROM 형태의 테이블에는 다양한 전력변화에 대응하기 위해 시뮬레이션을 통해 결정된 유효한 수 개의 이득 상수(230)들이 결정될 것이며, 이들은 순간순간 변화하는 전력 에러(240)에 매번 반응하게 되어 발생하게 되는 불안정성을 2 스텝 이상의 히스테리시스 스텝을 가진다.

<제 2실시예>

도 3은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따라 추출된 전력 에러를 이득상수로 직접 전환하는 경우의 루프필터 대역폭 선택기의 블록을 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 이득 상수 변환기(310)의 경우는 전력 에러 (a)에 일 정한 가중치(weight)(1/N)를 곱하여 전력 에러를 이득 상수화 하며, 곱셈기(320)에서 상기 이득 상수화된 값을 전력에러 (a)에 다시 곱하도록 한다. 이때 최종적으로 전력 에러와 곱해지는 이득 상수는 (a/N)의 절대값을 사용하여, 입력 신호의 제곱으로 인해 부호가 바뀌는 것을 방지하게 되며, 충분한 시뮬레이션을 통해 상기 도 2의 이득 상수 테이블에 해당하는 이득 상수를 도출할 수 있는 값으로 결정되어야 한다. 이에 따라 상기 도 3의 제 2실시예는 매 순간 계산된 전력에러에 즉각적으로 이득 제어 루프 대역폭을 결정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 루프 필터 대역폭 선택기의 동작을 도시한 흐름도이다.

상기 도 4를 참조하면, 루프 필터 대역폭 선택기는 410단계에서 에러 검출기로부터 출력된 전력 에러를 입력받아 이득 상수 선택기로 전달하고 상기 이득 상수 선택기는 420단계에서 미리 가지고 있는 일종의 ROM(Read only memory) 형태의 전력 에러 대비 이득 상수 테이블을 이용해서 매 순간 입력되는 전력에러를 메모리 레지스터화하며, 다양한 전력에러에 따라 각기 다른 레지스터값이 나오므로 상기 각기 다른 레지스터 값에 따라 적절한 이득 상수들을 설정하며, 하나의 이득상수에 하나 이상의 레지스터가 대응될 수 있다.

이후 430단계에서 상기 레지스트 값에 따라 설정된 이득상수를 출력하고, 440단계에서 상기 410단계의 전력에러와 출력된 이득 상수를 곱하여 전력 이득값을 출력한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 루프 필터 대역폭 선택기의 동작을 도시한 흐름도이다.

상기 도 5를 참조하면, 루프 필터 대역폭 선택기는 510단계에서 에러 검출기로부터 출력된 전력 에러를 입력받아 이득 상수 변환기로 전달하고, 상기 이득상수 변환기는 520단계에서, 상기 전력 에러에 일정한 가중치(1/N)를 곱하여 전력 에러를 이득 상수로 변환한다. 530단계에서는 상기 변환된 이득상수를 출력하여, 540단계에서 상기 510단계의 전력에러와 변환된 이득 상수를 곱하여 전력 이득값을 출력한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, AGC 추적단계의 이득 상수(루프 필터 이득)를 전력 에러의 크기에 따라 능동적으로 변화시킬 수 있어, 채널환경의 순간적인 변화에 따른 신호 레벨의 큰 변화 속에서도 추적단계에서 이득 상수를 조절할 수 있고, 이에 따라 전체 루프의 대역폭을 늘려서 안정된 전력 레벨의 입력을 보장할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 무선 통신 시스템에서의 AGC 추적단계에서 최적의 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 방법에 있어서,

수신된 신호를 디지털신호로 변화하여 일정 구간동안의 전력의 평균값을 구하는 과정과,

상기 전력의 평균값에서 원하는 전력 레벨과의 차이를 계산하여 전력에러를 출력하는 과정과,

미리 가지고 있는 이득 상수 테이블을 이용해서 매 순간 입력되는 상기 전력에러를 메모리 레지스터화하여, 상기 각기 다른 레지스터 값에 따라 적절한 이득 상수를 설정하여 출력하는 과정과,

상기 출력된 이득상수를 상기 전력에러와 곱하여 전력 이득 값을 출력하는 과정과,

상기 출력된 전력 이득값을 일정 기간동안 누적한 후, 업데이트 레이트 주기마다 일정 길이의 누적된 이득값을 출력하는 과정과,

상기 출력된 일정길이의 이득값을 이용하여 상기 수신된 신호의 이득을 조정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 출력된 전력 에러에 일정한 가중치를 곱하여, 상기 전력 에러를 이득 상수화하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 방법.
무선채널의 변화에 따라 능동적으로 대응하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 장치에 있어서,

수신된 신호를 디지털신호로 변화하여 일정 구간동안의 전력의 평균을 구하는 전력 측정기와,

입력된 전력에서 원하는 전력 레벨과의 차이를 계산하여 전력에러를 출력하는 에러검출기와,

미리 가지고 있는 전력 에러 대비 이득 상수 테이블을 이용해서 매 순간 입력되는 상기 전력에러를 메모리 레지스터화하여, 상기 각기 다른 레지스터 값에 따라 적절한 이득 상수들을 설정하여 출력하고, 상기 출력된 이득상수를 상기 전력에러와 곱하여 전력 이득값을 출력하는 루프 필터 대역폭 선택기와,

상기 루프 필터 대역폭 선택기로부터 출력된 전력 이득값을 일정 기간동안 누적한 후 업데이트 레이트 주기마다 일정 길이의 누적된 이득값을 출력하는 누적기와,

상기 누적기로부터 출력된 일정길이의 이득값을 이용하여 상기 수신된 신호의 이득을 제어하는 이득제어 증폭기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 자 동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 장치.
제 3항에 있어서, 상기 루프 필터 대역폭 선택기는,

상기 에러검출기로부터 출력된 전력 에러에 일정한 가중치를 곱하여, 상기 전력 에러를 이득 상수화하는 것을 특징으로 하는 자동이득제어 적응형 루프 대역폭의 설정 장치.