KR20080078161A - 통신시스템에서 자동레벨제어를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

통신시스템에서 자동레벨제어를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신시스템에서 자동레벨제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수신 장치는, 수신신호 레벨에 따른 전압신호를 발생하는 검출기와, 캐패시터 양단에 스위치들이 구성되며, 상기 검출기로부터의 전압신호를 적분하여 감쇄 레벨을 출력하는 스위칭 적분기와, 상기 스위칭 적분기로부터의 감쇄 레벨에 따라 수신신호의 레벨을 조정하여 출력하는 조정기와, 시간적으로 비수신 구간인지를 판단하고, 상기 비수신 구간일 경우 상기 스위치들을 오픈(open)시키는 제어기를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 신호가 수신되지 않을 경우 이전 수신신호의 ALC레벨을 유지시킴으로써, ALC가 기동할 때 발생하는 신호 왜곡을 제거할 수 있다.
수신기, ADC, ALC, TDD, OFDM, 적분기

Description

통신시스템에서 자동레벨제어를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC LEVEL CONTROL IN COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래기술에 따른 ALC의 적용예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 2의 스위칭 적분기(214)의 상세 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 ALC 동작시 적분기의 감쇄 레벨(attenuation level)을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템에서 수신기의 동작 절차를 도시한 도면.
본 발명은 통신시스템에서 자동 레벨 제어(ALC : Automatic Level Control) 수행 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 TDD나 FDD를 기반으로 하는 시스템에서 시 간적으로 수신신호가 없을 경우 이전 수신신호의 ALC 레벨을 유지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 통신시스템은 음성 서비스 위주로 발전해왔으며, 점차 음성뿐만 아니라 데이터 서비스 및 다양한 멀티미디어 서비스도 가능한 통신시스템으로 발전하고 있다. 그러나 음성 위주의 통신시스템은 전송 대역폭이 비교적 작고, 사용료가 비싸므로 급증하는 사용자들의 서비스 욕구를 충족시키지 못하였다. 게다가 통신 산업의 발달과 멀티미디어 서비스에 대한 사용자의 요구 증가로 인하여 멀티미디어 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 통신시스템에 대한 필요성이 증대되었다. 이에 따라 광대역 무선통신 시스템에 도입되었다.
상기 광대역 무선통신시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용한다. 상기 OFDM 방식은 복수의 직교 부반송파를 사용하여 데이터를 병렬로 전송하고, 간단한 단일 탭 등화기로 채널을 보상하기 때문에 고속 멀티미디어 데이터 전송 시스템에 적합한 방식이다.
일반적으로, 무선통신시스템은 안테나를 통해 수신된 RF(Radio Frequency)대역의 신호를 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)를 통해 증폭하고, IF(intermediate frequency) 또는 기저대역(Baseband) 신호로 변환하며, ADC(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환하여 기저대역처리부로 전달한다. 이때, ADC에서 처리할 수 있는 비트수가 제한되어 있기 때문에, 모든 크기의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 없다. 즉, 상기 ADC는 입력 신호의 최소/최대 크기가 제한되는 일정한 다이나믹 레인지(dynamic range)를 갖는다. 따라서, 적절한 크기의 입력신호가 ADC로 입력되어야 상기 ADC가 포화(saturation)되지 않고 정상 동작을 수행할 수 있다. 이러한 이유로, 무선통신시스템의 수신기는 수신 신호의 크기에 따라 이득을 변화시킬 수 있는 자동 레벨 제어(ALC : Automatic Level Control)가 필요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 ALC의 적용예를 도시한 도면이다.
(a)는 연속적인 신호에 대한 ALC 적용후의 신호 레벨을 나타낸 것이다. 이와 같이, 수신신호가 시간축으로 연속적인 FDD(Frequency Division Duplexing) 시스템의 경우, ALC가 기동하는 첫 번째 프레임의 앞구간에서만 신호 왜곡이 발생하기 때문에 ALC에 따른 성능 열화가 거의 발생하지 않는다.
(b)는 불연속 구간이 존재하는 신호에 대한 ALC 적용후의 신호 레벨을 나타낸 것이다. 시간을 분할해서 하향링크(DL : Downlink) 프레임과 상향링크(UL : Uplink) 프레임으로 사용하는 TDD 시스템의 경우, 도시된 바와 같이 매 프레임마다 ALC가 기동하기 때문에 매 프레임마다 신호 왜곡이 발생한다.
(c)는 프레임 사이에 아주 짧은 불연속 구간이 발생하는 신호에 대한 ALC 적용후의 신호 레벨을 나타낸 것이다. FFT 사이즈가 정수배를 갖지 않는 FDD 시스템일 경우, 프레임 사이에 불연속 구간이 발생하는데, 이 경우에도 도시된 바와 같이 매 프레임마다 ALC가 기동하고 그에 따른 신호 왜곡이 발생한다.
이와 같이, 수신신호가 불연속으로 수신되면, 비수신 구간에서 적분기의 캐패시터가 완전 방전하게 되고, 이후 신호가 수신될 경우 다시 ALC를 기동해야 하기 때문에 ALC 반응 시간 동안 신호 왜곡이 발생한다. 특히, 도 1의 (b)와 (c)와 같이 시스템의 경우, 매 수신 때마다(매 프레임마다) ALC 반응 시간동안 신호 왜곡이 발생하므로, 전반적으로 수신 성능이 열화되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 무선통신시스템에서 수신신호가 없을 경우 이전 수신신호의 ALC 레벨을 유지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 ALC처리부내 적분기의 방전을 단속하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 프레임 간 갭(gap)이 존재하는 무선통신시스템에서 수신신호가 없을 경우 이전 프레임의 ALC 레벨을 유지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 무선통신시스템에서 수신 장치에 있어서, 수신신호 레벨에 따른 전압신호를 발생하는 검출기와, 캐패시터 양단에 스위치들이 구성되며, 상기 검출기로부터의 전압신호를 적분하여 감쇄 레벨을 출력하는 스위칭 적분기와, 상기 스위칭 적분기로부터의 감쇄 레벨에 따라 수신신호의 레벨을 조정하여 출력하는 조정기와, 비수신 구간인지를 판단하고, 상기 비수신 구간일 경우 상기 스위치들을 오픈(open)시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 무선통신시스템에서 수신 방법에 있어서, 수신신호 레벨에 따른 전압신호를 발생하는 과정과, 스위칭 적분기가, 상기 발생되는 전압신호를 적분하여 감쇄 레벨을 발생하는 과정과, 상기 감쇄 레벨에 따라 수신신호의 레벨을 조정하는 과정과, 비수신 구간인지를 판단하는 과정과, 상기 비수신 구간일 경우, 상기 스위칭 적분기의 캐패시터 양단에 구성된 스위치들을 오픈(open)시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 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.
이하 본 발명은 무선통신시스템에서 수신신호가 없을 경우 이전 수신신호의 ALC레벨을 유지하기 위한 방안을 제안하기로 한다. 본 발명은 신호가 불연속적으로 수신되는 모든 통신시스템에 적용될 수 있으며, 이하 설명은 도 1의 (c)와 같은 시스템을 예를 들어 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템에서 수신기의 구성을 도시 하고 있다.
도시된 바와 같이, RF(Radio Frequency)단 위주로 도시한 것으로, 저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(200), 대역통과필터(202), 증폭기(204), 국부발진기(206), 혼합기(208), ALC처리부(210), 대역통과필터(222), 아날로그/디지털 변환기(ADC : Analog to Digital Converter)(224)를 포함한다. 본 발명에 따라 상기 ALC처리부(210)는 커플러(212), 검출기(214), 스위칭 적분기(216), 감쇄기(218) 및 제어기(220)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 먼저 안테나(ANT)는 공기중의 전자기파(electromagnetic wave) 신호를 수신하여 도선상의 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 저잡음증폭부(200)는 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 잡음을 억제하면서 증폭하여 출력한다. 대역통과필터(202)는 상기 저잡음증폭부(200)에서 증폭된 신호 중에서 치명적인 이미지 주파수(image frequency)가 믹서로 전달되는 것을 막기 위해 대역통과 필터링을 수행한다. 부가적으로 스퓨리어스(spurious) 주파수들을 제거하고, RF단과 IF단을 분리하여 수신부의 안정성을 도모하는 기능을 수행한다.
증폭기(204)는 상기 대역통과필터(202)로부터의 신호를 증폭하여 출력한다. 국부발진기(206)는 RF신호를 중간주파수(IF : Intermediate frequency)신호로 변환하기 위한 국부발진(LO : Local Oscillator)주파수를 발생한다. 혼합기(208)는 상기 증폭기(204)로부터의 신호와 상기 국부발진기(206)에서 발생된 국부발진 주파수를 혼합하여 RF신호를 IF대역으로 하향 변환하여 출력한다.
ALC처리부(210)는 수신신호의 레벨을 검출하고, 상기 수신신호의 레벨이 소 정 기준(ALC 동작 레벨)보다 작으면 상기 합성기(208)로부터의 신호를 그대로 통과시킨다. 반면, 상기 수신신호의 레벨이 상기 소정 기준보다 크면 ALC를 동작시켜 상기 합성기(208)로부터의 신호를 감쇄시켜 출력한다.
구체적으로 살펴보면, 커플러(212)는 상기 합성기(208)의 출력 신호 중 일부를 커플링하여 검출기(214)로 제공한다. 상기 검출기(214)는 상기 커플러(212)로부터의 신호 크기(수신신호 레벨)와 소정 기준을 비교하고, 상기 소정 기준보다 클 경우 상기 신호 크기에 따른 전압(Voltage) 신호를 스위칭 적분기(216)로 제공한다. 즉, 수신 신호 크기가 소정 기준보다 클 경우, ALC를 동작시킨다. 스위칭 적분기(216)는 상기 검출기(214)로부터의 전압 신호를 일정 시간 동안 적분하여 감쇄 레벨(attenuation level)을 출력한다. 상기 검출기(214)의 출력 신호는 수시로 변하는 수신신호 크기에 따라 계속적으로 변화하는 값이다. 즉, 수시로 변하는 수신신호 크기에 감쇄기(218)가 너무 빨리 반응하지 않도록, 상기 스위칭 적분기(216)는 상기 검출기(214)로부터의 전압을 일정 시간 동안 적분하여 출력한다. 상기 감쇄기(218)는 상기 스위칭 적분기(216)로부터의 감쇄 레벨에 따라 상기 커플러(212)로부터의 신호를 감쇄시켜 출력한다. 여기서, 본 발명에 따라 상기 스위칭 적분기(218)의 캐패시터가 완전히 방전되는 것을 방지한다. 여기서, 상기 감쇄기(analog attenuator)(218) 대신에 VGA(Voltage Control Amplifier) 등을 구성할 수도 있다.
도 3은 상기 스위칭 적분기(214)의 상세 구성을 도시한 것으로, 캐패시터(C1) 양단에 스위치들(300-1, 300-2)이 구성된다. 제어기(220)는 입력되는 프레 임 동기 신호를 모니터링하며, 신호가 수신되지 않는 구간(이하 "비수신 구간"이라 칭함)이라고 판단될 경우 상기 스위칭 적분기(216)로 스위칭 오픈(open) 신호를 제공한다. 그러면, 상기 스위칭 적분기(214)의 스위치들(300-1,300-2)은 상기 스위칭 오픈 신호에 의해 오픈된다. 즉, 상기 스위칭 적분기(214)의 캐패시터(C1)가 방전되지 않도록 제어한다. 만일, 신호가 수신되는 구간이라고 판단되면, 상기 제어기(220)는 상기 스위치들(300-1,300-2)로 스위칭 단락(short) 신호를 제공한다. 그러면, 상기 스위칭 적분기(214)의 스위치들(300-1,300-2)은 상기 스위칭 단락 신호에 의해 단락된다. 이와 같이, 스위칭 적분기(214)의 스위치들을 제어하여 신호가 수신되지 않더라도 이전 수신신호의 ALC 레벨을 유지시킨다. 한편, 상기 제어기(220)는 FPGA(field-programmable gate array), CPU(central processing unit) 또는 DSP(digital signal processer) 등으로 구현할 수 있다.
대역통과필터(222)는 상기 ALC처리기(210)로부터의 신호에서 원하는 주파수 대역의 신호만 통과시켜 출력한다. 아날로그/디지털 변환기(224)는 상기 대역통과필터(222)로부터의 아날로그 신호를 샘플링(Sampling) 및 양자화(Quantization)를 통해 디지털(Digital) 신호로 변환한다. 이렇게 디지털 신호로 변환된 신호는 기저대역 처리부(또는 모뎀)로 제공된다.
도 4는 본 발명에 따른 ALC 동작시 적분기의 감쇄 레벨(attenuation level)을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 수신신호 레벨이 ALC 동작 레벨보다 클 경우, 스위칭 적분 기(214)는 ALC 동작 레벨 이상만큼의 감쇄 레벨을 발생한다. 그러면, 감쇄기(218)는 상기 스위칭 적분기(214)로부터의 감쇄 레벨에 따라 수신된 프레임 신호를 감쇄한다. 그리고, 프레임 신호가 없는 구간동안은 상기 스위칭 적분기(214)의 스위치들(300-1,300-2)을 오픈(open)시킴으로써, 이전 프레임의 감쇄 레벨을 유지시킨다. 즉, 다음 프레임이 수신될 경우, 스위칭 적분기(214)는 충전 동작 없이 바로 이전 프레임의 감쇄 레벨을 상기 감쇄기(218)로 제공할 수 있다. 이와 같이, 스위칭 적분기(214)의 스위치들(300-1,300-2)을 제어하기 위해서는 프레임 시간 정보(또는 프레임 동기 정보)가 필요하며, 이러한 정보는 상위 제어기에서 제공되는 것으로 가정하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템에서 수신기의 동작 절차를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 파워 온(power on)되면, 수신기는 501단계에서 계속적으로 수신신호 레벨(Prx)을 검출한다. 상기 수신신호 레벨 검출은 RF(Radio Frequency)단 또는 IF(Intermediate frequency)단에서 실시할 수 있으며, 본 발명에서는 IF단에서 검출하는 것으로 가정하기로 한다.
이후, 상기 수신기는 503단계에서 상기 검출된 수신신호 레벨(Prx)이 ALC 동작 레벨(PALC) 보다 큰지를 검사한다. 상기 수신신호 레벨(Prx)이 ALC 동작 레벨(PALC)보다 작거나 같으면, 상기 수신기는 515단계로 진행하여 ALC(Automatic Level Control) 동작을 디스에이블(disable)시킨다. 다시 말해, 상기 수신기는 스위칭 적분기(216)로 제공되는 전압신호를 차단한다.
반면, 상기 수신신호 레벨(Prx)이 ALC 동작 레벨(PALC)보다 크면, 상기 수신기는 505단계로 진행하여 ALC 동작을 인에이블(enable)시킨다. 다시 말해, 상기 수신기는 상기 스위칭 적분기(216)로 수신신호 레벨에 따른 전압 신호를 제공한다.
이와 같이, ALC가 동작되는 동안, 상기 수신기는 507단계에서 프레임 동기(frame sync) 신호를 모니터링한다. 그리고, 상기 수신기는 509단계에서 현재 시점이 신호가 수신되지 않는 구간에 해당되는지를 검사한다. 즉, 프레임과 프레임 사이에 존재하는 비수신 구간인지를 검사한다.
만일, 상기 비수신 구간이라고 판단되면, 상기 수신기는 511단계로 진행하여 상기 스위칭 적분기(216)의 캐패시터 양단에 구성된 스위치들(300-1,300-2)을 오픈(open)시킨후 상기 507단계로 되돌아간다. 즉, 상기 캐패시터가 방전되는 것을 방지함으로써, 이전 프레임의 감쇄 레벨을 그대로 유지시킨다. 반면, 상기 비수신 구간이 아니라고 판단되면, 상기 수신기는 513단계로 진행하여 상기 스위칭 적분기(216) 내부의 스위치들(300-1,300-2)을 단락(short)시킨후 상기 507단계로 되돌아간다.
상기와 같은 ALC 동작 중에도 501단계 및 503단계는 계속 수행되며, 만일 수신신호 레벨((Prx)이 ALC 동작 레벨(PALC)보다 작아지면, 상기 수신기는 515단계로 진행하여 상기 ALC 동작을 디스에이블시킨다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 신호가 불연속적으로 수신되는 모든 통신시스템에서 신호가 수신되지 않을 경우 이전 수신신호의 ALC레벨을 유지시킴으로써, ALC가 기동할 때 발생하는 신호 왜곡을 제거할 수 있는 이점이 있다. 특히, 본 발명은 TDD 기반의 시스템 및 FFT사이즈가 정수배가 아닌 OFDM 시스템에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 스위치를 이용해 캐패시터의 방전을 단속하기 때문에 비용 증가를 최소화할 수 있으며, 구현이 용이한 이점이 있다.

Claims (14)

  1. 무선통신시스템에서 수신 장치에 있어서,
    수신신호 레벨에 따른 전압신호를 발생하는 검출기와,
    캐패시터 양단에 스위치들이 구성되며, 상기 검출기로부터의 전압신호를 적분하여 감쇄 레벨을 출력하는 스위칭 적분기와,
    상기 스위칭 적분기로부터의 감쇄 레벨에 따라 수신신호의 레벨을 조정하여 출력하는 조정기와,
    비수신 구간인지를 판단하고, 상기 비수신 구간일 경우 상기 스위치들을 오픈(open)시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신신호의 일부를 커플링하여 상기 검출기로 제공하는 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커플러는 IF(Intermediate frequency)단의 신호를 커플링하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조정기는 감쇄기(attenuator) 또는 전압제어증폭기(Voltage Control Amplifier)인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감쇄기로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 수신신호 레벨이 소정 기준보다 클 경우 상기 스위칭 적분기로 전압신호를 발생하고, 그렇지 않으면 상기 스위칭 적분기로 발생되는 전압신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상위 제어기로부터의 프레임 동기 신호에 의해 상기 비수신 구간을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 무선통신시스템에서 수신 방법에 있어서,
    수신신호 레벨에 따른 전압신호를 발생하는 과정과,
    스위칭 적분기가, 상기 발생되는 전압신호를 적분하여 감쇄 레벨을 발생하는 과정과,
    상기 감쇄 레벨에 따라 수신신호의 레벨을 조정하는 과정과,
    비수신 구간인지를 판단하는 과정과,
    상기 비수신 구간일 경우, 상기 스위칭 적분기의 캐패시터 양단에 구성된 스위치들을 오픈(open)시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전압신호 발생 과정은,
    수신신호의 일부를 커플링하는 과정과,
    상기 커플링된 신호를 이용해서 수신신호 레벨을 검출하는 과정과,
    상기 검출된 수신신호 레벨에 따라 전압신호를 발생하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 커풀링은 IF(Intermediate frequency)단에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 조정 과정은,
    감쇄기(attenuator) 또는 전압제어증폭기(Voltage Control Amplifier)를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 조정된 신호를 디지털 신호로 변환하여 기저대역 처리부로 제공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 전압신호 발생 과정은,
    상기 수신신호 레벨이 소정 기준보다 클 경우 상기 스위칭 적분기로 전압신호를 발생하는 과정과,
    상기 수신신호 레벨이 소정 기준보다 작거나 같을 경우, 상기 스위칭 적분기로 발생되는 전압신호를 차단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 비수신 구간은 상위 제어기로부터 제공되는 프레임 동기 신호에 판단되는 것을 특징으로 하는 방법.
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KR1020070017848A KR20080078161A (ko) 2007-02-22 2007-02-22 통신시스템에서 자동레벨제어를 위한 장치 및 방법

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