KR20070071607A - 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템의 자동이득제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 프리앰블 심볼(preamble symbol)을 이용하여 수신 신호 강도를 측정하고 그 결과에 기초하여 증폭기의 이득을 자동으로 조절하는 무선통신 시스템의 자동 이득제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 무선통신 시스템의 자동 이득제어 장치 및 방법은, 입력신호에 대하여 샘플 단위로 샘플 파워를 측정한 후 단위 심볼 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 구하고, 이렇게 구해진 샘플 파워 평균값에 대하여 하나의 프레임 구간 동안의 최대값을 검출하여 후, 이에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 자동이득제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선통신 시스템의 자동이득제어 장치 및 방법{Automatic gain control apparatus and method in wireless telecommunication system}
도 1은 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치의 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명에 이용될 수 있는 프레임의 구조를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치의 또다른 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법의 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110: 안테나 120: 저잡음 증폭기(LNA)
130: 이득제어 증폭기(GCA) 140: 아날로그/디지털 변환기(ADC)
150: 매칭 필터(Mached Filter) 160: 데시메이터(Decimator)
170, 200: 자동이득제어 모듈 180: RF/IF 인터페이스
210: 샘플 파워 측정부 220: 구간 평균부
230: 피크 검출부 240: 이득 조절값 산출부
250: AGC 루프 필터 260: 타이밍 컨트롤러
본 발명은 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대인터넷(Wibro : Wireless Broadband Internet) 시스템에 적용가능하도록 프리앰블 심볼(preamble symbol)을 이용하여 수신 신호 강도를 측정하고 그 결과에 기초하여 증폭기의 이득을 자동으로 조절하는 무선통신 시스템의 자동 이득제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선통신 시스템에서는 입력신호의 세기가 일정하게 유지되지 못하고 특정 범위 내에서 변동되는 특성을 가지는데, 이는 기지국과 단말기 사이의 거리의 변동, 장애물에 의한 간섭, 단말기의 움직임, 단말기 주변 환경의 변화 등에 기인한다. 이 경우 단말기의 기저대역 모뎀(baseband demodulator)으로 전달되는 신호의 세기를 일정하게 유지하기 위하여 RF(Radio Frequency)/IF(Intermediate Frequency) 모듈에서는 이득 조절이 가능한 증폭기를 사용하는데, 이 때 이득의 조절은 RF/IF 모듈 또는 기저대역 모뎀에서 현재의 입력신호의 세기를 측정하여 이를 기초로 이득 조절값을 결정함으로써 이루어진다.
도 1을 참조하여 종래기술에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치의 구조를 간단히 설명하면 다음과 같다. 안테나를 통해 수신된 신호는 RF 컴포넌트(components), 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier), 이득제어 증폭기(GCA; Gain Controlled Amplifier), IF 컴포넌트, 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter), 매칭 필터(Matched Filter), 데시메이터(Decimator) 등을 통해 기저대역 모뎀으로 전달된다. 그리고, 데시메이터에서 나온 신호는 자동이득제어를 위해 다시 자동이득제어(AGC; Automatic Gain Control) 모듈로 입력되며, 자동이득제어 모듈에서는 입력신호의 세기를 측정하여 이득 조절값을 결정하고, 상기 이득 조절값은 RF/IF 인터페이스(interface)를 통해 다시 저잡음 증폭기와 이득제어 증폭기로 입력되어 자동이득제어 루프(loop)가 형성된다. 그리고, 이러한 자동이득제어 루프는 크게 저잡음 증폭기, 이득제어 증폭기, 아날로그/디지털 변환기의 아날로그 부분과 매칭 필터, 데시메이터, 자동이득제어 모듈, RF/IF 인터페이스의 디지털 부분으로 세분될 수 있다.
그러나, 종래기술에 따른 자동이득제어 기술을 시분할 무선통신 시스템(예컨대, 시분할 휴대인터넷 시스템)에 적용할 경우 입력신호의 세기를 계산하는데 사용되는 샘플 구간이 중요해지는데, 이는 시분할 휴대인터넷 시스템의 경우 하향링크 프레임(DL frame) 내에서 샘플 구간이 결정되어야 하며 하향링크 프레임 내에서 매 심볼마다 입력신호의 세기가 변동됨을 고려해야 하기 때문이다. 이러한 문제점은 특히 단말기의 동작 초기 시간에서 동기가 이루어지지 않았을 때 매우 심각한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 프리앰블 심볼을 이용하여 수신 신호 강도를 측정하고 그 결과에 기초하여 증폭기의 이득을 자동으로 조절하는 무선통신 시스템의 자동이 득제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 자동이득제어시 프레임 동기화 여부에 따른 AGC 모드 선택 신호와 프리앰블 앤드 타이밍 신호를 이용하여 프리앰블 심볼을 용이하게 검출할 수 있는 무선통신 시스템에서의 자동이득제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 자동이득제어 모듈에서 입력신호 세기에 대한 이득 조절값 산출시 사전에 미리 측정되어 산출된 이득 조절값 데이터가 ROM 테이블 형태로 내장된 AGC ROM을 이용하여 최적의 이득 조절값을 용이하게 산출할 수 있는 무선통신 시스템에서의 자동이득제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 위하여, 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치는, 안테나로부터 수신된 입력신호에 대하여 이득제어를 수행하는 이득제어 증폭기; 상기 이득제어 증폭기에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 디지털 신호를 필터링하여 신호대잡음비를 향상시키는 매칭 필터(matched filter); 상기 매칭 필터에서 출력된 오버샘플링(over-sampling)된 디지털 신호를 재샘플링(re-sampling)하는 데시메이터(decimator); 상기 데시메이터에서 출력된 샘플에 대하여 샘플 파워를 측정한 후 단위 심볼 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 계산하고, 하나의 프레임 구간 내에서 계산된 상기 샘플 파워 평균값 중 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 자동이득제어 모듈; 및 상기 자동이득제어 모듈에서 결정된 상기 이득 조 절값을 상기 이득제어 증폭기로 전송하는 RF/IF 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈은, 입력신호에 대하여 샘플 단위로 샘플 파워를 측정하는 샘플 파워 측정부; 상기 샘플에 대하여 소정 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 계산하는 구간 평균부; 상기 샘플 파워 평균값에 대하여 하나의 프레임 구간 동안의 최대값을 검출하는 피크 검출부; 및 상기 샘플 파워 평균값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 이득 조절값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 자동이득제어 모듈은 프레임 동기화 여부에 따른 AGC 모드 선택 신호를 상기 이득 조절값 산출부의 입력으로 제공하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고, 프레임 동기화 이전인 경우 샘플 파워 평균값 중 상기 검출된 최대값을 기초로 이득 조절값을 산출하고, 프레임 동기화 이후인 경우 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값에 기초하여 이득 조절값을 산출한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 무선통신 시스템의 수신 자동이득제어 방법은, a) 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; b) 상기 디지털 신호를 필터링하여 신호대잡음비를 향상시키는 단계; c) 오버샘플링(over-sampling)된 상기 디지털 신호를 재샘플링(re-sampling)하는 단계; d) 상기 재샘플링된 샘플에 대하여 샘플 파워를 측정한 후 단위 심볼 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 계산하는 단계; e) 상기 샘플 파워 평균값 중 하나의 프레임 구간 내 에서 검출된 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 단계; 및 f) 상기 산출된 이득 조절값에 기초하여 상기 안테나로부터 수신된 아날로그 신호에 대한 이득제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 따른 무선통신 시스템의 수신 자동이득제어 방법은, a) 입력신호에 대하여 샘플 단위로 샘플 파워를 측정하는 단계; b) 상기 샘플에 대하여 단위 심볼 구간동안 샘플 파워 평균값을 계산하는 단계; c) 상기 샘플 파워 평균값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 단계; 및 d) 상기 이득 조절값을 기초로 이득제어를 수행하는 단계를 포함하며, 특히, 상기 단계 c)는 프레임 동기화 이전인 경우 상기 샘플 파워 평균값 중 하나의 프레임 구간 내에서 검출된 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하고, 프레임 동기화 이후인 경우 상기 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였다.
우선 도 1을 참조하여 본 발명과 관련된 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치의 개요를 설명하면 다음과 같다.
안테나(110)를 통해 수신된 신호는 RF 컴포넌트(components)를 지나 저잡음 증폭기(LNA; 120)로 전송되는데, 상기 저잡음 증폭기(120)는 단말기에서 발생되는 노이즈(noise)를 최소로 하기 위한 수신 경로(path) 상의 최초 증폭기이다. 그리 고, 저잡음 증폭기(120)에서 증폭된 신호는 RF 컴포넌트를 지나 이득제어 증폭기(GCA; 130)로 입력되는데, 상기 이득제어 증폭기(130)는 입력신호를 증폭하여 이득 조절 기능을 수행하는 증폭기이다. 한편, 이득제어 증폭기(130)에서 증폭된 신호는 IF 컴포넌트를 지나 아날로그/디지털 변환기(ADC; 140)로 입력되며, 여기서 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환된다. 그리고, 디지털 신호로 변환된 신호는 매칭 필터(150)에 입력되는데, 매칭 필터(150)는 수신된 신호에 대하여 최적의 신호대잡음비(SNR)를 나타내는 저대역 필터이다. 매칭 필터(150)에서 필터링된 신호는 데시메이터(160)로 입력되며, 데시메이터(160)는 오버샘플링(over-sampling)된 신호를 재샘플링(re-sampling)한다. 데시메이터(160)를 통과한 신호는 기저대역 복조 과정으로 진행되는 한편, 자동이득제어를 위하여 자동이득제어 모듈로 입력된다.
참고로, 도 1을 참고하여 본 명세서에 기재된 상기 RF 컴포넌트와 IF 컴포넌트는 각종 스위치, 필터, 복조기 등의 RF/IF 소자들을 통칭한 것으로, 본 발명의 핵심적인 기술적 특징과는 관련성이 적어 하나의 통합 블록으로 표현하였으며, 따라서 구체적 설명은 생략한다.
자동이득제어 모듈에서는 자동이득제어의 가장 중요한 동작인 입력신호의 세기 측정과 이득 조절값의 결정이 이루어지는데, 본 실시예에서 입력신호는 아날로그/디지털 변환기, 매칭 필터, 데시메이터를 차례로 통과한 신호가 사용되며, 자동이득제어 모듈에서 결정된 이득 조절값은 RF/IF 인터페이스를 통하여 저잡음 증폭기와 이득제어 증폭기로 적절하게 나누어 전달된다. 즉, 자동이득제어 모듈은 매 샘플 타이밍(sample timing)마다 데시메이터를 통해 입력되는 신호의 샘플 파워(sample power)를 측정하고 일정 구간동안 샘플 파워 결과의 평균을 취하여 입력신호의 세기를 측정한다. 그리고, 구해진 입력신호의 세기는 소정의 입력신호의 세기(기준 입력신호의 세기)와 비교되며, 그 차이를 보상할 수 있도록 이득 조절값이 결정된다. 마지막으로, RF/IF 인터페이스는 자동이득제어 모듈에서 결정한 제어 결과를 RF/IF 모듈로 전송하는 인터페이스이다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 자동이득제어 장치 및 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치의 세부 구성도로서, 도 2에 도시된 자동이득제어 모듈(200)은 자동이득제어 장치의 일반적 구조를 설명하기 위해 도시한 도 1의 자동이득제어 모듈(170)에 대응되면서도 본 발명을 구현하기 위한 구체적 구성요소를 포함한다. 참고로 도 2의 자동이득제어 모듈(200)은 도 1의 자동이득제어 모듈(170)과 구분하기 위하여 도면부호‘200’사용한다.
본 발명에 따른 자동이득제어 모듈(200)은 크게 샘플 파워 측정부(Sample power calculation part; 210), 구간 평균부(Moving averaging part; 220), 피크 검출부(peak detection part; 230), 이득 조절값 산출부(Automatic Gain Control value production part; 240), AGC 루프 필터(AGC loop filter; 250)로 구성된다.
샘플 파워 측정부(210)는 데시메이터(160)를 통해 수신되는 샘플 단위의 입력신호에 대하여 순간 샘플 파워를 측정한다(S510). 예컨대, 샘플 파워 측정부 (210)의 입력신호를 rI(n), rQ(n) 이라고 할 경우, 그 출력은 하기 수학식 1과 같다.
Figure 112005078388160-PAT00001
여기서, rI(n)은 n번째 샘플의 정 위상(In-phase) 신호이고, rQ(n)은 n번째 샘플의 직각 위상(Quadrature-phase) 신호를 의미한다.
구간 평균부(220)는 현재 샘플 시점으로부터 소정 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 구하는데(S520), 이 때 평균값 계산에 대한 누적 구간은 "단위 심볼 구간"으로 설정한다. 누적 구간을 단위 심볼 구간과 동일한 길이로 하는 이유는 프리앰블 심볼(preamble symbol)에 해당하는 구간만을 입력신호의 세기 측정에 사용하기 위함으로, 이것이 종래기술과 구별되는 본 발명의 주요 기술적 특징 중에 하나이다. 만약 프리앰블이 2 이상의 심볼로 구성되는 경우, 상기 누적 구간은 단위 심볼 구간으로 설정될 수 있으며, 다른 방안으로 프리앰블을 구성하는 심볼들의 구간과 동일하도록 구현할 수도 있다. 누적 구간이 프리앰블을 구성하는 심볼들의 구간(즉, 단위 심볼 구간의 n배, 여기서 n은 2 이상의 정수) 길이와 동일하게 설정되는 경우, 단위 심볼 구간으로 설정되는 경우보다 더 정확한 자동이득제어를 수행할 수 있다.
상기 수학식 1을 구간 평균부(220)의 입력으로 가정할 경우, 그 출력은 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112005078388160-PAT00002
이하에서는 도 3을 참조하여 시분할 이중화 방식(TDD; Time Division Duplexing)의 휴대인터넷(Wibro; Wireless Broadband Internet) 시스템에 사용되는 프레임 구조를 간단히 살펴본다.
시분할 이중화 방식은 시분할 전송 방식에서 하나의 프레임 내부를 시간적으로 송신용과 수신용으로 분할하여 사용하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임을 하향링크(Downlink) 프레임(310)과 상향링크(Uplink) 프레임(320)으로 분할하여 동일한 주파수로 양방향 통신을 수행한다. 하나의 프레임은 다수개의 샘플들로 구성되는데, 도 3에서는 하나의 프레임이 Nfrm개의 샘플들로 구성되고, 하향링크 프레임(310)은 NDL개의 샘플들로 구성되며, 상향링크 프레임(320)은 NUL개의 샘플들로 구성된 것을 보여준다. 그리고 하향링크 프레임(310)과 상향링크 프레임(320) 사이에는 TTG(Transmit/receive Transition Gap) 구간(330)이 존재하고, 프레임의 마지막에는 현재의 상향링크 프레임(320)과 다음의 하향링크 프레임(310)을 구별하기 위하여 RTG(Receive/transmit Transition Gap) 구간(340)이 존재한다. 한편 하향링크 프레임(310)과 상향링크 프레임(320)에서 Nsymb개의 샘플들이 모여 하나의 심볼을 형성하게 되는데, 이러한 관점에서 하나의 프레임은 다수의 심볼로 구성되어 있다.
휴대인터넷 시스템에서, 하향링크 프레임의 첫번째 심볼(350)은 프리앰블이며, 특정 [PN] 랜덤 코드가 주파수 축 상에서 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조되어 전송된다. 프리앰블 심볼은 초기 동기, 셀(cell) 탐색, 주파수 오프셋 및 채널 추정 등에 사용되는데, 일반적으로 모든 심볼들 중 프리앰블 심볼의 전송 파워가 가장 크다. 프리앰블 심볼 이외의 심볼들의 경우 기지국에서 할당되는 데이터 양에 따라 상이한 입력신호 세기를 나타내게 되는데, 따라서 이들은 자동이득제어의 인자(factor)로 사용하기 부적합하다. 그러므로, 본 발명은 샘플 파워 평균값 계산시 누적 구간을 단위 심볼 구간과 동일한 길이로 설정함으로써 프리앰블 심볼을 용이하게 검출하며, 이렇게 검출된 프리앰블 심볼에 해당하는 구간만을 입력신호의 세기 측정에 사용한다.
다시 도 2를 참조하면, 구간 평균부(220)에서 계산된 샘플 파워 평균값은 피크 검출부(230)로 입력되며, 여기서 최대 샘플 파워 평균값을 검출하여 자동이득제어에 사용한다. 이를 상술하면, 단말기 동작 초기 시간동안 프레임 동기(frame synchronization)가 이루어지기 이전에는 프리앰블의 위치를 알 수 없는데, 피크 검출부(230)는 심볼 구간 동안 측정된 입력신호 세기의 평균값(샘플 파워 평균값)이 한 프레임 구간 내에서 가장 큰 시점을 검출하며, 이를 프리앰블 심볼에 해당하는 값으로 가정한다.
상기 수학식 2을 피크 검출부(230)의 입력으로 가정할 경우, 그 출력은 하기 수학식 3와 같다.
Figure 112005078388160-PAT00003
한편, 단말기의 프레임 동기가 이루어진 이후에는 굳이 피크 검출부(230)를 이용할 필요가 없으며, 샘플 파워 평균값의 결과 중 프리앰블 앤드 타이밍(preamble end timing) 설정 위치에 해당하는 값을 자동이득제어에 사용한다.
이를 위해 본 발명에 따른 자동이득제어 모듈은 AGC 모드 선택 신호를 이용하여 이득 조절값 산출부(240)로 입력되는 신호를 제어한다. 예컨대, 프레임 동기화 이전일 경우 AGC 모드 선택 신호는 '0'으로 설정되며(S530), 구간 평균부에서 출력된 샘플 파워 평균값은 피크 검출부(230)를 지나 이득 조절값 산출부(240)로 입력되도록 스위칭된다(S540). 반대로, 프레임 동기화 이후일 경우에는 프리앰블 심볼 앤드 타이밍을 알 수 있으므로 AGC 모드 선택 신호는 '1'로 설정되고(S530), 이 때 피크 검출부(230)와 이득 조절값 산출부(240)는 개방(open)되며 구간 평균부에서 출력된 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값이 이득 조절값 산출부(230)로 입력되도록 스위칭된다(S550).
도 2는 피크 검출부(230)와 이득 조절값 산출부(240) 사이에 스위치가 구비되어 타이밍 컨트롤러(260)에서 출력되는 AGC 모드 선택 신호에 따라 스위칭이 수행되는 것을 도시한다. 한편, 도 4에 도시된 바와 같이, AGC 모드 선택 신호가 제어하는 스위치는 구간 평균부(220)와 피크 검출부(230) 사이에 구비되도록 구현될 수도 있다. 물론 이 경우에는 피크 검출부(230)의 출력이 '0'이 되거나 피크 검출 부와 이득 조절값 산출부(240)가 개방(open)되도록 구현될 수 있다.
프레임 동기화 여부에 따른 AGC 모드 선택 신호 및 프리앰블 앤드 타이밍 신호는 타이밍 컨트롤러(260)에서 출력된다. 본 발명에서 사용하는 타이밍 컨트롤러(260)는 AGC 모드 선택 신호 및 프리앰블 앤드 타이밍 신호 출력하는 컨트롤러이며, 비록 도 2 및 도 4에서는 자동이득제어 모듈(200)에 포함되는 것으로 도시되었지만 반드시 자동이득제어 모듈 내부에 구비될 필요는 없다. 다시 말하면, 타이밍 컨트롤러(250)는 단말기 전체의 타이밍 신호를 관장하는 컨트롤러가 사용될 수도 있으며, 또한 AGC 모드 선택 신호 및/또는 프리앰블 앤드 타이밍 신호는 반드시 하나의 타이밍 컨트롤러(260)에서 직접적으로 출력되어야 하는 것이 아니라, 기타 다른 구성요소나 논리소자로부터 간접적으로 출력될 수도 있다.
이득 조절값 산출부(240)는 피크 검출부(230) 또는 구간 평균부(220)에서 출력된 샘플 파워 평균값에 근거하여 이득 조절값을 산출한다(S560). 이득 조절값 산출부(240)는 ROM 형태로 구현되는 것이 바람직하며, 이때 측정한 입력신호의 세기(샘플 파워 평균값)를 ROM의 입력 어드레스로 사용하고 사전에 미리 측정되어 산출된 이득 조절값 데이터를 ROM 테이블(table) 형태로 내장시킴으로써 용이하게 이득 조절값을 얻을 수 있다.
한편, 임의의 프레임에서 결정한 자동이득제어 결과값(이득 조절값)을 다음 프레임에 직접 적용하여 사용할 경우 오버댐핑(over-damping) 현상이 발생하여 성능에 악영향을 미칠 수 있으므로, 본 발명은 이를 방지하기 위하여 이득 조절값 산출부(240)에서 출력되는 이득 조절값을 직접 적용하지 않고 AGC 루프 필터(250)를 통과한 출력을 적용할 수 있다. 즉, AGC 루프 필터(250)는 특정 루프 이득을 적용하여 적절한 루프 대역폭(loop bandwidth)을 설정함으로써 자동이득제어 루프의 적응속도를 결정할 수 있다.
AGC 루프 필터(250)의 출력은 RF/IF 인터페이스(180)를 지나 저잡음 증폭기(120) 및/또는 이득제어 증폭기(130)로 입력되어 자동이득제어가 이루어진다.
마지막으로, 도 5는 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법의 흐름도이다. 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법은 도 2 내지 도 4를 참조하여 앞에서 상세히 설명하였으므로, 이하에서는 도 5와 관련된 내용만을 구제척으로 설명한다.
도 5에 도시된 흐름도는 무선통신 시스템의 자동이득제어 전체 과정 중 자동이득제어 모듈에서 수행되는 과정을 도시한 것이다.
우선, 단계 S510에서는, 입력신호에 대하여 샘플 타이밍마다 샘플 단위로 샘플 파워를 측정한다. 그리고, 단계 S520에서는, 현재 샘플 시점으로부터 이전으로 단위 심볼 구간에 해당하는 시간 동안의 샘플들에 대한 샘플 파워 평균값을 계산한다. 구해진 샘플 파워 평균값은 이득 조절값 산출의 기초가 되는데, 이 때 모든 샘플 파워 평균값이 이용되는 것이 아니라 특정의 샘플 파워 평균값(구체적으로는 프리앰블 심볼 구간에 해당하는 샘플 파워 평균값)만이 이득 조절값 산출에 이용된다. 이 경우, 프레임 동기화 여부에 따라 그 검출 방식이 상이해 지며, 프레임 동기화 여부는 타이밍 컨트롤러로부터 입력되는 신호에 의하여 알 수 있다.
단계 S530에서는 프레임 동기화 여부가 판단되며, 프레임 동기화 이전인 경 우에는 프리앰블 심볼 구간을 알 수 없으므로, 단계 S540으로 진행되어 샘플 파워 평균값 중 최대값을 이득 조절값 산출에 사용한다. 반대로, 프레임 동기화 이후인 경우에는 프리앰블 심볼 구간을 알 수 있으므로, 단계 S550으로 진행되어 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값을 이득 조절값 산출에 사용한다. 단계 S560에서는, 앞서 결정된 샘플 파워 평균값에 기초하여 이득 조절값을 산출한다. 마지막으로, 단계 S570에서는 산출된 이득 조절값에 기초하여 증폭기 이득을 제어함으로써 자동이득제어가 수행된다.
도 5에 도시된 자동이득제어 과정은 도 2 내지 도 4을 참조하여 설명한 자동이득제어 모듈에서 수행되는 과정을 참조할 수 있지만, 전술한 단계들이 반드시 자동이득제어 모듈의 샘플 파워 측정부, 구간 평균부, 피크 검출부, 이득 조절값 산출부 등으로 구분되어 수행될 필요가 없음은 물론이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 무선통신 시스템 특히 휴대인터넷 시스템의 수신 자동이득제어를 수행할 경우 시분할 시스템에서 우려되는 측정구간 문제를 해결하여 최적의 자동이득제어를 수행할 수 있는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따르면, 프레임 동기화 이전의 단말기 동작 초기 시간동안에도 프리앰블 심볼에 해당하는 구간에 대한 입력신호의 세기를 측정하여 이득 조절값 산출에 반영함으로써 프레임 동기화 여부에 관계없이 최적의 자동이득제어를 수행할 수 있는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따르면, 입력신호 세기에 대한 이득 조절값 산출시, 측정된 입력신호의 세기(샘플 파워 평균값)를 ROM의 입력 어드레스로 사용하고 사전에 미리 측정되어 산출된 이득 조절값 데이터를 ROM 테이블(table) 형태로 내장시킴으로써 용이하게 이득 조절값을 얻을 수 있으며, 또한 내장된 ROM 테이블 값을 변경함으로써 입력신호 세기에 대한 이득 조절값을 용이하게 변경할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (21)

  1. 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치로서,
    안테나로부터 수신된 입력신호에 대하여 이득제어를 수행하는 이득제어 증폭기;
    상기 이득제어 증폭기에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기;
    상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 디지털 신호를 필터링하여 신호대잡음비를 향상시키는 매칭 필터(matched filter);
    상기 매칭 필터에서 출력된 오버샘플링(over-sampling)된 디지털 신호를 재샘플링(re-sampling)하는 데시메이터(decimator);
    상기 데시메이터에서 출력된 샘플에 대하여 샘플 파워를 측정한 후 단위 심볼 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 계산하고, 하나의 프레임 구간 내에서 계산된 상기 샘플 파워 평균값 중 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 자동이득제어 모듈; 및
    상기 자동이득제어 모듈에서 결정된 상기 이득 조절값을 상기 이득제어 증폭기로 전송하는 RF/IF 인터페이스를 포함하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    프레임 동기화 여부에 따른 AGC 모드 선택 신호를 상기 자동이득제어 모듈로 전송하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 자동이득제어 모듈은, 상기 AGC 모드 선택 신호에 의해 프레임 동기화 이전으로 판단될 경우 상기 샘플 파워 평균값 중 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하고, 상기 AGC 모드 선택 신호에 의해 프레임 동기화 이후로 판단될 경우 상기 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안테나로부터 수신된 입력신호에 대하여 노이즈를 감소시켜 상기 이득제어 증폭기로 전송하는 저잡음 증폭기를 더 포함하고,
    상기 RF/IF 인터페이스는 상기 이득 조절값을 상기 저잡음 증폭기로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단위 심볼 구간은 프리앰블 심볼 구간과 동일한 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무선통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식 및 시분할 이중화(TDD) 방식 중 적어도 하나의 방식을 이용한 휴대인터넷 시스템인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 장치.
  6. 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈로서,
    입력신호에 대하여 샘플 단위로 샘플 파워를 측정하는 샘플 파워 측정부;
    상기 샘플에 대하여 소정 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 계산하는 구간 평균부;
    상기 샘플 파워 평균값에 대하여 하나의 프레임 구간 동안의 최대값을 검출하는 피크 검출부; 및
    상기 샘플 파워 평균값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 이득 조절값 산출부를 포함하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    프레임 동기화 여부에 따른 AGC 모드 선택 신호를 상기 이득 조절값 산출부의 입력으로 제공하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 이득 조절값 산출부는 상기 AGC 모드 선택 신호에 따라 스위칭되어, 프레임 동기화 이전인 경우 상기 피크 검출부에서 출력되는 샘플 파워 평균값에 기초하여 이득 조절값을 산출하고, 프레임 동기화 이후인 경우 상기 구간 평균부에서 출력되는 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    프레임 동기화 여부에 따른 AGC 모드 선택 신호를 상기 피크 검출부의 입력으로 제공하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 피크 검출부는 상기 AGC 모드 선택 신호에 따라 스위칭되어, 프레임 동기화 이전인 경우 샘플 파워 평균값에 대하여 상기 검출된 최대값을 상기 이득 조절값 산출부로 전송하고, 프레임 동기화 이후인 경우 상기 이득 조절값 산출부로 출력신호를 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산출된 이득 조절값에 소정 루프 이득을 적용하여 루프 대역폭을 설정함으로써 자동이득제어 루프의 적응속도를 결정하는 AGC 루프 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 구간은 단위 심볼 구간의 n배이며, 상기 n은 자연수인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 구간은 프리앰블 심볼 구간과 동일한 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  12. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이득 조절값 산출부는, 상기 샘플 파워 평균값을 입력 어드레스로 하고 상기 이득 조절값을 출력값으로 하는 ROM인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 모듈.
  13. 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법으로서,
    a) 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    b) 상기 디지털 신호를 필터링하여 신호대잡음비를 향상시키는 단계;
    c) 오버샘플링(over-sampling)된 상기 디지털 신호를 재샘플링(re-sampling)하는 단계;
    d) 상기 재샘플링된 샘플에 대하여 샘플 파워를 측정한 후 단위 심볼 구간 동안의 샘플 파워 평균값을 계산하는 단계;
    e) 상기 샘플 파워 평균값 중 하나의 프레임 구간 내에서 검출된 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 단계; 및
    f) 상기 산출된 이득 조절값에 기초하여 상기 안테나로부터 수신된 아날로그 신호에 대한 이득제어를 수행하는 단계를 포함하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계 f)는,
    상기 수신된 아날로그 신호에 대하여 노이즈를 감소시키는 저잡음 증폭기를 제어함으로써 이득제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 단위 심볼 구간은 프리앰블 심볼 구간과 동일한 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 무선통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식 및 시분할 이중화(TDD) 방식 중 적어도 하나의 방식을 이용한 휴대인터넷 시스템인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  17. 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법으로서,
    a) 입력신호에 대하여 샘플 단위로 샘플 파워를 측정하는 단계;
    b) 상기 샘플에 대하여 단위 심볼 구간동안 샘플 파워 평균값을 계산하는 단계;
    c) 상기 샘플 파워 평균값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 단계; 및
    d) 상기 이득 조절값을 기초로 이득제어를 수행하는 단계를 포함하는 무선통신 시스템의 수신 자동이득제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 단계 c)는,
    c-1) 프레임 동기화 이전인 경우 상기 샘플 파워 평균값 중 하나의 프레임 구간 내에서 검출된 최대값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 단계; 및
    c-2) 프레임 동기화 이후인 경우 상기 샘플 파워 평균값 중 프리앰블 앤드 타이밍 설정 위치에 해당하는 값에 기초하여 이득 조절값을 산출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단계 c)에서,
    프레임 동기화 여부 판단은 타이밍 컨트롤러로부터 전송되는 AGC 모드 선택 신호에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 d)는,
    상기 이득 조절값에 소정 루프 이득을 적용하여 루프 대역폭을 설정함으로써 자동이득제어 루프의 적응속도를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
  21. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 심볼 구간은 프리앰블 심볼 구간과 동일한 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 자동이득제어 방법.
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