KR20090054168A - 통신 시스템의 수신기 및 그것의 자동 이득 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 다중대역을 사용하는 통신 시스템의 자동 이득 제어 방법은, 수신 심볼들에 대한 신호 전력을 검출하는 단계; 상기 신호 전력의 검출에 응답하여 상기 수신 심볼들에 대한 개략 이득을 조정하는 제 1 자동 이득 제어 동작을 수행하는 단계; 그리고 상기 수신 심볼들이 전송되는 다중 대역들 각각에 대한 미세 이득을 조정하는 제 2 자동 이득 제어 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
상술한 자동 이득의 조정에 따르면, 짧은 프리앰블을 갖는 초광대역(UWB) 무선 통신 특히, 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신기에서 미세 심볼 타이밍 동기, 주파수 옵셋 추정과 같은 동작들을 위한 시간을 확보할 수 있다.

Description

통신 시스템의 수신기 및 그것의 자동 이득 제어 방법{RECEIVER OF COMMUNICATION SYSTEM AND AUTO GAIN CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 초광대역(UWB) 무선 통신 시스템의 수신기 및 그것의 자동 이득 제어 방법에 관한 것이다.
초광대역(Ultra-Wide Band: 이하, UWB) 무선 통신 기술은 매우 낮은 전력을 사용하여 초광대역의 주파수 대역으로 데이터를 전송하는 획기적인 차세대 무선 전송 기술이다. 현재 무선 통신 분야에서는 한정된 주파수 자원에 비해 주파수에 대한 수요는 급증하고 있다. 이러한 문제를 해결하는 한 방법으로 기존의 통신 시스템의 주파수 스펙트럼을 공유함으로써 주파수 자원을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있는 UWB 무선 통신 기술이 관심을 모으고 있다.
초광대역(UWB) 무선 통신 기술은 매우 낮은 전력으로 초고속, 고성능의 무선 네트워크를 구축할 수 있어 신뢰성 있는 시스템을 제공할 수 있다. 이러한 특성을 기반으로 초광대역(UWB) 무선 통신 기술은 비행체 등에 대한 충돌 방지 장비, 비행기와 다른 항공 시설에서 지상으로부터의 고도를 측정하는 고도계, 위치 추적 등의 특별히 고신뢰성이 요구되는 분야에서 사용되어 왔다. 뿐만 아니라, 초광대역(UWB) 무선 통신 기술은 환자의 상태 점검, 산모의 태아 상태 검진, 사람의 신체 상태 검진 등의 의학 분야에도 많은 영향을 가져올 수 있는 중요한 기술로 인식되고 있다. 그러나 초광대역(UWB) 무선 통신 기술은 초광대역을 쓰기 때문에, 위치 정보 시스템(Global Positioning System: GPS) 및 이동 통신 네트워크 등에서 사용되는 무선 주파수와 간섭을 일으킬 수 있다. 그러므로 미국연방통신위원회(Federal Communications Commission: FCC)는 초광대역(UWB)의 상업적 이용을 금지해 왔으나, 최근에 이 기술의 상업적 이용을 허용하기에 이르렀다.
미국연방통신위원회(FCC)에서 정의하고 있는 초광대역(UWB) 무선 통신 시스템은 중심 주파수 대비 대역폭이 20% 이상이거나 500 MHz 이상의 주파수 대역폭을 차지하는 통신 방식을 의미한다. 현재 미국연방통신위원회(FCC)는 통신용으로 3.1~10.6 GHz 주파수 대역에 대하여 송신 신호 전력의 한계를 규정하고 있다. 초광대역(UWB) 무선 통신 방식의 신호는 넓은 주파수 대역을 사용할 수 있으므로 주파수 영역에서의 아주 낮은 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectrum Density) 값을 가진다. 전력 스펙트럼 밀도가 낮기 때문에, 다른 통신 신호가 존재하는 주파수에 중첩되어 사용하더라도 간섭을 거의 주지 않는다. 초기에 제안된 초광대역(UWB) 방식 신호는 짧은 펄스(Pulse)를 사용함으로써 넓은 주파수 대역을 얻었으나 현재는 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM)과, 직접 시퀀스 초광대역(DS-UWB) 방식이 보편화되고 있다. 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM) 기술은 미연방통신위원회(FCC)에서 제시한 송신 신호 전력 규정을 만족하고, 전력 소모를 최소화하면서 다중 SOP(Simultaneous Operating Piconet)를 제공하기 위해 TF(Time Frequency) 도약 패턴을 이용한다. 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM) 방식은 각 OFDM 심볼마다 TF(Time Frequency) 도약 패턴에 따라 주파수를 변경해 주어야 하는 점이 기존 직교 주파수 분할 다중화 시스템(OFDM)과 다르다. 이 점을 제외하면 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM)은 기존 직교 주파수 분할 다중화 시스템(OFDM)의 전송 방식과 마찬가지로 각각의 직교성을 가지는 부반송파(Sub-carrier)에 데이터를 병렬로 고속 전송하는 통신 방식이다.
도 1은 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM)에서의 송신 신호를 보여주는 파형도이다. 도 1을 참조하면, 3개 대역을 통해서 심볼이 전송되는 3-OFDM 방식의 송신 신호의 파형이 예시적으로 도시되었다. 각 대역에서 신호가 집중된 부분이 하나의 직교 주파수 분할 다중화 시스템(OFDM)의 심볼에 대응한다. 심볼 (1)에서부터 심볼 (24)까지의 심볼들은 수신기의 패킷 또는 프레임의 동기에 사용되는 수열이다. 그리고 이후에는 채널 추정 수열에 대응하는 6개의 심볼들과 송신되는 데이터 정보를 담고 있는 헤더 및 페이로드 수열에 대응하는 심볼들이 뒤따른다. 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM)에서 각 심볼들의 길이는 통신 방식에 따라 가변적이다. 심볼 (1)은 대역 1을 통해서 전송되고, 심볼 (2)는 대역 2를 통해서, 그리고 심볼 (3)은 대역 3을 통해서 전송된다. 이러한 심볼들의 도약 패턴(Hopping Pattern)은 일반적으로 의사 잡음 부호(Pseudo-Noise Code: PN Code)로 제공될 수 있다. 그러나 설명의 간략화를 위하여 대역 번호의 도약이 (1-2-3-1-2-3-…)과 같은 규칙적인 경우라 가정하여 도시되었다.
상술한 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 방식을 채택한 초광대역(UWB) 무선 통신 시스템에서는 상대적으로 짧은 길이의 프리앰블을 갖는 패킷 구조를 갖는다. 따라서, 프리앰블의 수신 구간에서 반드시 수행되어야 하는 미세 심벌 타이밍(Fine Symbol Timing)이나 주파수 옵셋 추정(Frequency Offset Estimation)을 위한 시간 확보가 요원하다. 결국, 짧은 프리앰블 구간 이내에서 정확하면서도 고속으로 수렴되는 자동 이득 제어 기술에 대한 요구가 절실한 실정이다.
본 발명은 최소한의 심볼들을 사용하여 정확한 자동 이득 제어 동작을 수행할 수 있는 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM) 수신기와 그것의 자동 이득 제어 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중대역을 사용하는 통신 시스템의 자동 이득 제어 방법은, 수신 심볼들에 대한 신호 전력을 검출하는 단계; 상기 신호 전력의 검출에 응답하여 상기 수신 심볼들에 대한 개략 이득을 조정하는 제 1 자동 이득 제어 동작을 수행하는 단계; 그리고 상기 수신 심볼들이 전송되는 다중 대역들 각각에 대한 미세 이득을 조정하는 제 2 자동 이득 제어 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기는, 수신 심볼들을 개략 이득에 따라 조정하는 가변 이득 증폭기; 상기 가변 이득 증폭기에 의해서 증폭된 심볼들을 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 상기 디지털 형태로 변환된 심볼들을 을 참조하여 상기 개략 이득을 추정 및 제공하는 제 1 자동 이득 조정 동작과, 다중대역들 각각에 대한 미세 이득을 추정하여 제공하는 제 2 자동 이득 조정 동작을 수행하는 자동 이득 제어부; 및 상기 디지털 형태로 변환된 수신 심볼들과 상기 미세 이득을 곱하는 믹서를 포함한다.
이상의 본 발명에 따른 자동 이득 제어 방법 및 수신기에 따르면, 다중대역 으로부터 수신되는 심볼들의 이득을 고속 및 높은 정확도로 추정할 수 있다.
이상의 구성을 통한 본 발명에 따른 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템(MB-OFDM) 수신기는 다중대역 각각에 대해 최적화된 자동 이득 제어 동작을 고속으로 수행하여 미세 시간 조정 또는 주파수 옵셋의 추정 등의 동작을 위한 시간 여유를 제공할 수 있다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 이득 제어 동작을 수행하는 수신기(100) 구조를 간략히 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 수신기(100)는 수신 신호 r(t)를 제공받아 일차적으로 대역에 관계없이 아날로그 방식으로 개략 자동 이득 조정을 수행하고, 그 이후에 다중 대역들 각각에 대한 미세 자동 이득 조정을 수행하는 자동 이득 제어부(150)를 포함한다. 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
안테나(105)로부터 획득된 미약한 수신 신호 r(t)는 저잡음 증폭기(110)에 의해서 증폭된다. 수신 신호 r(t)의 수신 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮을 수밖에 없다. 또한, 수신 신호 r(t)는 또한 이미 채널에서 많은 잡음과 혼합되어 수신된 신호이기 때문에 무엇보다도 잡음을 최소화하여 증폭해야 한다. 따라서, 낮은 잡음지수(Noise Figure: NF)를 가지는 트랜지스터를 사용하거나 열잡음 소자(예를 들면, 저항)를 적게 사용하면서 소모 전류가 작은 소자들로 설계되어야 한다. 일반적으로 수신 신호 r(t)로부터 다중대역들(대역 1, 대역 2, 대역 3)의 신호를 선택하기 위한 대역 통과 필터(Band Pass Filter: BPF)가 삽입된다. 그러나 대역 통과 필터(BPF)와 같은 필터 구성은 본 발명의 기능적 설명과는 거리가 있으므로 설명의 간략화를 위하여 생략하기로 한다.
저잡음 증폭기(110)에 의해서 증폭된 수신 신호 R(t)는 다중대역들 중 어느 하나가 선택되도록 믹서(115)에 전달된다. 믹서(115)는 수신 신호 R(t)에 포함되는 복수의 대역들 중 도약 패턴에 따라 어느 하나의 대역 신호를 선택한다. 도약 패턴은 규칙적인 대역 번호 시퀀스로 구현된다. 즉, 믹서(115)는 전력 검출부(170)로부터 제공되는 동기화된 도약 패턴에 따라 다중대역에 포함되는 어느 하나의 대역 신호를 선택한다.
믹서(115)에 의해서 선택된 신호는 동위상 성분(In-phase)과 직교위상 성분(Quadrature-Phase)으로 역다중화된다. 상호 직교 관계(Orthogonal)인 2개의 역다중화된 직교 신호(I, Q)는 이후 각각 독립적으로 처리되나, 이후의 설명에서는 하나의 성분으로 설명하기로 한다. 역다중화를 위해서는 선택된 신호와 각각 -90°위상을 갖는 반송파 주파수의 발진 신호들(cosωt, sinωt)이 믹서들(120, 125)을 통해서 곱셈 변조된다.
곱셈 변조를 통해서 획득된 직교 신호(I, Q)는 가변 이득 증폭기(130, 135)로 각각 제공된다. 가변 이득 증폭기(130, 135)는 자동 이득 제어부(150)와 디지털-아날로그 컨버터(155)로부터 피드백되는 개략 이득(Coarse Gain: Gco)에 따라 아날로그 직교 신호(I, Q)를 증폭한다. 개략 이득(Gco)은 아날로그 직교 신호(I, Q)의 대역에 상관없이 순차적으로 전달되는 심볼들을 통해서 획득된다. 가변 이득 증폭기(130, 135)는 패킷/프레임의 최초 심볼에 대해서는 이전 패킷/프레임을 통해서 조정 및 수렴된 이득을 적용하여 증폭하게 된다. 또는, 가변 이득 증폭기(130, 135)는 패킷/프레임의 최초 심볼에 대해서는 최대 이득을 적용하여 증폭할 수도 있다. 그러나, 현재 수신되는 심볼들을 통해서 검출된 개략 이득(Gco)이 자동 이득 제어부(150) 및 디지털-아날로그 컨버터(155)를 통해 전달되는 순간부터는 현재의 개략 이득(Gco)을 적용하여 아날로그 직교 신호(I, Q)를 증폭한다.
가변 이득 증폭기(130, 135)에 의해서 증폭된 직교 신호(I, Q)는 아날로그-디지털 컨버터(140, 145)에 의해서 각각 디지털 직교 신호(Id, Qd)로 변환된다. 가변 이득 증폭기(130, 135)에 의해서 개략적으로 조정된 이득에 따라 가변 이득 증폭기(130, 135)의 증폭율이 제어되는 동작을 이하에서는 개략 자동 이득 조정(Coarse AGC)이라 칭하기로 한다. 개략 자동 이득 조정에서는 아날로그 직교 신호(I, Q)의 대역에 관계없이 이득이 반복적으로 제어된다. 개략 자동 이득 조정에 의해서 1차적으로 신호 레벨이 안정화되고, 아날로그-디지털 컨버터(140, 145)에 의해서 안정화된 아날로그 직교 신호(I, Q)는 디지털 직교 신호(Id, Qd)로 변환된 다.
자동 이득 제어부(150)는 디지털 직교 신호(Id, Qd)를 제공받아 개략 자동 이득 조정(Coarse AGC)과 개략 자동 이득 조정 이후에 수행되는 미세 자동 이득 조정(Fine AGC)을 순차적으로 수행한다. 개략 자동 이득 조정(Analoue AGC) 동작 동안, 자동 이득 제어부(150)는 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)에 응답하여 전달되는 심볼들에 대한 개략 이득(Gco)을 추정한다. 그리고 계산된 개략 이득(Gco)이 디지털-아날로그 컨버터(155) 및 가변 이득 증폭기(130, 135)로 제공됨으로써 개략 자동 이득 조정이 이루어진다. 만일, 개략 자동 이득 조정이 정상적으로 수행되지 못하여 아날로그 직교 신호(I, Q)의 진폭이 지나치게 클 경우에는 클리핑 오류(Clipping Error)가 발생한다. 반대로, 아날로그 직교 신호(I, Q)의 진폭이 너무 작을 경우에는 양자화 오류(Quantization Error)가 발생하여 수신 성능을 악화시킨다. 자동 이득 제어부(150)는 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)에 응답하여 수신된 직교 신호(I, Q)에 대한 개략 이득(Gco)을 대역에 상관없이 매 심볼마다 추정(Estimation)한다. 그리고 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)가 비활성화되면, 개략 자동 이득 조정을 종료하고 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득을 최후에 추정된 개략 이득(Gco)으로 고정시킨다.
개략 자동 이득 조정에 따라 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득이 고정되면, 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)가 제공된다. 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 자동 이득 제어부(150)는 개략 자동 이득 조정 때보다 높은 해상도를 가지는 미세 자동 이득 조정(Fine AGC) 동작을 수행한다. 미세 자동 이득 조정 동작 동안, 자동 이득 제어부(150)는 디지털 신호(Id, Qd)를 제공받아 다중대역들 각각에 대한 미세 이득(Fine Gain: Gfine)을 계산한다. 자동 이득 제어부(150)에 의해서 계산된 미세 이득(Gfine)은 믹서들(160, 165)에 제공되어 디지털 직교 신호(Id, Qd)에 곱해진다. 미세 자동 이득 조정 동작에 의해서 이득이 조정된 디지털 직교 신호(Id′, Qd′)는 이후에 배이스 밴드 처리부(미도시됨)에 제공되어 복조 처리될 것이다.
믹서들(160, 165)은 자동 이득 제어부(150)가 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 추정한 미세 이득(Gfine)을 제공받아 디지털 직교 신호(Id, Qd)와 곱셈 변조한다. 믹서들(160)에 의해서 고해상도의 미세 이득(Gfine)으로 곱셈 처리된 디지털 직교 신호(Id, Qd)는 안정적인 신호 레벨을 갖는 디지털 직교 신호(Id′, Qd′)로 조정된다. 믹서들(160, 165)에 대한 명칭으로 곱셈 변조기 또는 곱셈기 등으로도 기술될 수 있음은 이 분야에서 통상의 지식을 습득한 자들에게는 자명하다.
전력 검출부(170)는 미세 자동 이득 조정의 결과로 출력되는 디지털 직교 신호(Id′, Qd′)로부터 신호 전력을 검출한다. 전력 검출부(170)는 디지털 직교 신호(Id′, Qd′)에 포함되는 심볼들의 신호 전력을 감지하여 수신 신호의 존재 여부를 검출한다. 전력 검출부(170)는 신호 전력이 검출되는 시점을 참조하여 적절한 타이밍 정보를 획득한다. 타이밍 정보에 따라 수신 신호의 타이밍 동기가 수행되며, 결과적으로 타이밍 동기가 이루어진 도약 패턴(Hopping Pattern)이 믹서(115)에 제공된다. 전력 검출부(170)는 신호 전력의 검출에 따라 수신 신호의 타이밍 정 보를 제공하기 위한 검출 신호(PD)를 AGC 구동부(180)에 제공한다.
AGC 구동부(180)는 전력 검출부(170)로부터 제공되는 검출 신호(PD)에 응답하여 상술한 자동 이득 제어부(150)의 개략 자동 이득 조정과 미세 자동 이득 조정 동작을 제어한다. 먼저, 미디어 접근 제어(Media Access Control: MAC, 미도시됨) 계층으로부터 물리 계층(PHY 계층, 미도시됨)으로 수신기 인에이블 신호가 전달되면, 상술한 전력 검출부(170)의 신호 전력의 검출에 의한 개략적 시간 동기가 수행된다. 그러면, AGC 구동부(180)는 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득을 조정하도록 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)를 활성화한다. AGC 구동부(180)는 개략 이득 조정 동작이 완료되는 소정의 시간 후에 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)를 활성화한다. 이때, 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득은 이전에 수행된 개략 자동 이득 조정 동작에 의해서 고정된다. 그리고, 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 자동 이득 제어부(150)는 각 대역별 미세 이득(Gfine)을 산출하여 믹서들(160, 165)로 출력한다. AGC 구동부(180)는 미리 설정된 클록 횟수 동안 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)와 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)를 출력한다. 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)와 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)의 출력 횟수는 수렴되는 이득의 정확도와 수렴 속도를 모두 고려하여 결정되어야 할 것이다. 즉, 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)의 출력 횟수가 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)의 출력 횟수보다 지나치게 클 경우에는 정확도가 감소될 것이다. 반대로, 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)가 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)보다 클 경우, 수렴되 는 이득의 정확도는 높아지지만 수렴 속도는 감소할 것이다. 따라서, 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)와 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)의 출력 횟수는 수렴 속도와 정확도 간의 트레이드 오프(Trade-off)를 고려하여 결정되어야 할 것이다.
여기서, 자동 이득 제어부(150)에서 산출된 미세 이득(Gfine)은 가변 이득 증폭기(130, 135)에 전달되어 아날로그 방식으로 이득 제어 동작이 수행될 수도 있다. 단, 이 경우에는 가변 이득 증폭기(130, 135)의 반응 및 수렴 시간이 충분히 고속일 때만 가능하다. 상술한 도면에서는 일반적인 반응 및 수렴 시간을 갖는 가변 이득 증폭기(130, 135)를 가정하여 미세 이득의 적용이 디지털 단에서 피드백(Feed-back) 방식이 아닌 피드 포워드(Feed-forward) 방식으로 이루어지는 것으로 기술되었다. 그러나, 본 발명에 따른 미세 이득(Gfine)의 추정 방식 및 적용 방식의 권리범위는 디지털 단에서 이루어지는 방식에만 국한되지는 않는다.
이상에서 기술된 본 발명의 자동 이득 제어 동작을 수행하는 수신기(100)에 따르면, 짧은 프리앰블 길이를 갖는 패킷 구조에서도 높은 정확도와 고속의 자동 이득 제어가 가능하다.
도 3은 상술한 도 2의 자동 이득 제어부(150)의 동작을 간략히 보여주는 도면이다. 도 3은 다중대역을 통해서 제공되는 심볼들의 시간 분포와, 프리앰블 이내에서 수행되는 개략 자동 이득 조정 동작 및 계략 자동 이득 제어 동작을 간략히 보여주는 타이밍도이다. 도 3은 도약 패턴이 대역 시퀀스 (1-1-3-3-2-2…)에 대응하는 수신 신호에 대한 본 발명의 자동 이득 제어부(150)의 동작을 보여준다. 자동 이득 제어부(150)의 상세한 동작이 이하에서 상술한 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
전력 검출부(170)에서 최초 신호 전력이 검출되면, 프리앰블의 심볼 (1) 또는 심볼 (7)이 수신되었음의 의미한다. 여기서는 심볼 (1)의 수신 시점서 신호 전력이 검출되는 것으로 가정한다. 이러한 가정이 도면에서는 인용 부호 (200)으로 표시되었다. 신호 전력이 검출되면, 전력 검출부(170)로부터 신호 전력의 검출을 지시하는 검출 신호(PD)가 AGC 구동부(180)로 전달된다. 그러면, AGC 구동부(180)는 검출 신호(PD)를 통해서 개략적인 타이밍 동기가 이루어진 이득 조정 인에이블 신호들(AGC_EN1, AGC_EN2)을 순차적으로 출력한다. 먼저, AGC 구동부(180)는 개략적(Coarse)으로 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득을 조정하기 위한 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)을 개략 이득 추정 구간(T1) 동안 출력한다. 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)에 응답하여, 자동 이득 제어부(150)는 대역에 상관없이 심볼들의 개략 이득(Gco)을 산출한다. 도면에서는 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)가 6회의 상승 에지(Rising Edge) 형태로 자동 이득 제어부(150)에 전달되는 것으로 도시되었다. 개략 이득 추정 구간(T1) 동안 추정된 개략 이득(Gco)은 디지털-아날로그 컨버터(155)에 전달되어 가변 이득 증폭기(130, 135)의 증폭율을 조정한다. 상술한 방식으로 개략 이득 추정 구간(T1) 동안, 매 심볼들에 대한 개략 이득이 추정되고 반복적으로 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득이 조정된다. 그리고 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)의 마지막 클록에서 조정된 개략 이득(Gco)은 이후로는 고정된다.
개략 이득 추정 구간(T1)에 이어서 미세 이득 추정 구간(T2)이 시작된다. 미세 이득 추정 구간(T2)이 시작되면, AGC 구동부(180)는 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)를 출력한다. 여기서, 심볼 (7)로부터 미세 이득의 추정이 시작된다. 자동 이득 제어부(150)는 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 각 대역별 미세 이득(Gfine)을 조정한다. 즉, 자동 이득 제어부(150)는 심볼 (7)과 심볼 (8)을 통해서 대역 1의 미세 이득(Gfine)을 추정한다. 대역 1에 대한 미세 이득의 추정 동작은 타이밍도에서 미세 이득 추정 인에이블 신호(AGC_EN2)의 2개 펄스들(210)이 제공되는 구간에 대응한다. 대역 1의 미세 이득 추정이 완료되면, 자동 이득 제어부(150)는 심볼 (9) 및 심볼 (10)이 수신되는 2개의 심볼 구간 동안 대역 3에 대한 미세 이득 추정 동작을 진행한다. 대역 3에 대한 미세 이득의 추정 동작은 2개의 펄스들(220)이 제공되는 구간에 대응한다. 대역 3의 미세 이득 추정이 완료되면, 자동 이득 제어부(150)는 심볼 (11) 및 심볼 (12)가 수신되는 2개의 심볼 구간 동안 대역 2에 대한 미세 이득 추정 동작을 진행한다. 대역 2에 대한 미세 이득의 추정 동작은 도면에서 2개의 펄스들(230)이 제공되는 구간에 대응한다. 자동 이득 제어부(150)에 의해서 수행되는 미세 이득 조정 동작에 따라, 대역별로는 각각 2개의 심볼을 통해서 2회의 미세 이득의 추정이 이루어진다. 추정된 미세 이득(Gfine)은 믹서들(160, 165)을 통해서 디지털 직교 신호(Id, Qd)에 직접 곱해짐으로써 미세 조정된 이득이 적용된다. 여기서 설명된 미세 이득 추정 동작은 도약 패턴이 대역 시퀀스 (1-1-3-3-2-2-…)에 대한 예시적인 실시예일 뿐이다. 즉, 다른 도약 패턴에서는 대역 1에 대한 미세 이득 추정 동작이 비연속적으로 수행될 수 있 다. 각 대역들에 대한 미세 이득의 추정이 종료되면, 추정된 미세 이득(Gfine)은 고정된다. 그리고, 시간 구간 (T3) 동안은 고정된 개략 이득(Gco) 및 고정된 미세 이득(Gfine)이 제공된다.
이상의 도 3의 타이밍도에 따르면, 본 발명에 따른 자동 이득 제어부(150)는 개략 이득 추정 구간(T1) 동안에는 대역에 상관없이 개략적인 자동 이득 조정 동작을 수행하고, 미세 이득 추정 구간(T2) 동안에는 각 대역별로 미세 이득을 조정한다. 상술한 이득 조정 방법에 의하여 자동 이득 제어 동작의 정확도 및 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이득 조정 이후에 수행되는 미세 타이밍 동기 및 주파수 옵셋 조정과 같은 동작들을 짧은 프리앰블 내에서 수행할 수 있는 시간적인 여유를 제공할 수 있다.
도 4는 상술한 자동 이득 제어부(150)의 구성 및 동작을 간략히 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 자동 이득 제어부(150)는 디지털 직교 신호(Id, Qd)를 제공받아, 2가지 이득 조정 인에이블 신호들(AGC_EN1, AGC_EN2)에 응답하여 동작한다. 즉, 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)에 응답하여 대역에 상관없이 모든 심볼들에 대해 동일한 이득을 추정하는 개략 이득(Gco)의 추정을 수행한다. 그리고, 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 다중 대역들 각각에 대해서 최적의 이득을 제공하기 위한 미세 이득(Gfine)의 추정을 수행한다. 개략 이득(Gco)의 추정과 미세 이득(Gfine)의 추정이 완료되면, 추정된 이득이 고정된다. 이러한 동작을 위하여 자동 이득 제어부(150)는 샘플 전력 검출부(151), 샘플 전력 합산부(152) 및 이득 계산부(153)를 포함한다. 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
개략적 타이밍 동기가 이루어진 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)가 입력되면, 샘플 전력 검출부(151)는 디지털 직교 신호(Id, Qd)를 전달받아 심볼에 포함되는 샘플(Sample)들 각각의 전력을 측정한다. 샘플 전력 검출부(151)에 의해서 계산된 샘플들 각각에 대한 전력은 샘플 전력 합산부(152)에 전달된다.
샘플 전력 합산부(152)는 전달된 샘블들의 전력을 심볼 단위로 누산(Accumulation)한다. 누산된 샘플들의 전력은 프리앰블을 구성하는 심볼들 각각의 전력에 대응한다. 샘플 전력 합산부(152)로부터 제공되는 심볼 전력은 이득 계산부(153)에 제공된다.
이득 계산부(153)는 입력되는 심볼 전력을 참조하여 개략 이득(Gco) 및 미세 이득(Gfine)을 계산한다. 이득 계산부(153)는 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)에 응답하여 대역에 상관없이 매 심볼들에 대한 조정된 개략 이득(Gco)을 추정하여 출력한다. 도 3에서는 개략 이득 추적 구간(T1)에 수행되는 이득 추정 동작에 해당된다. 이득 계산부(153)는 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 대역들 각각에 대한 이득을 추정한다. 도 3과 같이 부반송파들이 3개의 대역을 도약하는 3-OFDM 방식에서는 3개의 대역들 각각에 대한 미세 이득이 계산될 것이다. 따라서, 이득 계산부(153)는 각각의 대역에 대한 미세 이득을 일시적으로 저장하기 위한 메모리가 제공되어야 할 것이다. 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)와 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)의 입력이 종료되면, 추정된 개략 이득(Gco) 및 미세 이득(Gfine)은 고정된다. 고정된 이득에 따라, 수신기는 미세 타이밍 동기나 주파수 옵셋 조정과 같은 추가적인 동작을 수행할 것이다. 여 기서, 이득 계산부(153)의 이득 계산 방법의 한 예로는 계산된 심볼 전력의 역수를 이득으로 취하는 것이다. 만일 수신되는 신호의 진폭이 지나치게 높을 경우, 심볼의 전력은 높게 계산되며, 그 역수를 취하여 조정된 이득으로 제공하여 수신 신호의 진폭을 조정할 수 있을 것이다. 그러나, 이득 계산 알고리즘이 상술한 방식에만 국한되지 않음은 이 분야에서 통상의 지식을 습득한 자들에게는 자명하다.
이상에서 설명된 바에 따르면, 신호 전력이 검출되면 자동 이득 제어부(150)는 대역에 상관없이 개략 이득(Gco)을 계산하여 가변 이득 증폭기(130, 135)의 이득을 조정한다. 그리고 개략 이득(Gco)이 수렴되면, 자동 이득 제어부(150)는 다중 대역들 각각에 대한 미세 이득(Gfine)을 조정한다. 대역에 상관없이 이루어지는 개략 이득 추정 동작과 다중 대역들 각각에 대해서 별도의 미세 이득을 추정하는 미세 이득 추정 동작에 따라 고속 및 정확한 이득의 설정이 가능하다.
도 5는 상술한 도 3의 이득 제어 방법을 간략히 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 패킷/프레임의 프리앰블로부터 최초 신호 전력의 검출에 뒤따른 본 발명의 자동 이득 조정 동작이 간략히 설명된다.
전력 검출부(170)는 수신되는 신호를 측정하여 신호 전력의 검출 여부를 모니터링한다. 신호 전력이 검출되면 전력 검출부(170)는 수신 신호의 존재와 타이밍 정보를 포함하는 검출 신호(PD)를 AGC 구동부(180)로 제공한다(S10). 검출 신호(PD)에 응답하여 AGC 구동부(180)는 개략 이득의 조정을 위한 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)를 출력한다. 개략 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN1)에 응답하여 자동 이득 제어부(150)는 대역에 관계없이 모든 심볼들에 대해서 개략 이 득(Gco)을 추정한다. 추정된 개략 이득(Gco)은 디지털-아날로그 컨버터(140)를 경유하여 가변 이득 증폭기(130, 135)로 제공된다(S20). 개략 이득(Gco)의 조정이 완료되면, AGC 구동부(180)는 미세 이득(Gfine)의 조정을 위한 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)를 출력한다. 자동 이득 제어부(150)는 미세 이득 조정 인에이블 신호(AGC_EN2)에 응답하여 각 대역들에 대응하는 미세 이득(Gfine)을 추정하여 믹서들(160, 165)에 제공한다. 믹서들(160, 165)에 의해서 디지털 직교 신호(Id, Qd)는 미세 이득(Gfine)과 곱해져 미세 조정된 디지털 직교 신호(Id′, Qd′)로 출력된다. 이와 같은 미세 이득(Gfine)의 조정은 다중 대역들 각각에 대해서 개별적으로 수행된다(S30). 대역들 각각에 대한 미세 이득의 조정이 완료되면, 프리앰블 이내에서 수행되는 본 발명에 따른 개략 이득 조정 동작(or 아날로그 이득 조정 동작)과 미세 이득 조정 동작(또는, 디지털 이득 조정 동작)이 모두 완료된다. 이득 조정 동작이 완료되면, 개략 이득 및 미세 이득은 수렴된 고정값을 지속적으로 유지하게 된다.
이상의 이득 추정 방법에 따르면, 대역에 상관없이 이루어지는 개략 이득 추정 동작과 다중 대역들 각각에 대해서 별도의 미세 이득을 추정하는 미세 이득 추정 동작에 따라 고속 및 정확한 이득의 설정이 가능하다. 따라서, 초광대역 무선 통신(UWB) 방식의 시스템에서 이득 조정 이후에 수행되어야 하는 주파수 옵셋 조정이나 타이밍 동기 동작을 수행할 수 있는 충분한 여유를 제공할 수 있다.
여기서, 개략 이득(Gco) 및 미세 이득(Gfine)을 조정하는 방법을 설명하기 위하여 다중대역을 사용하는 통신 시스템을 예시적으로 기술하였다. 그러나, 본 발 명에 따른 단계별 이득 조정 방법은 다중대역을 사용하지 않는 시스템에서도 동일하게 적용될 수 있음은 이 분야에서 통상의 지식을 습득한 자들에게는 자명하다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 다중대역 신호의 파형을 간략히 보여주는 신호 파형도;
도 2는 본 발명에 따른 수신기 구조를 간략히 보여주는 블록도;
도 3은 본 발명의 자동 이득 제어 동작을 보여주는 타이밍도;
도 4는 도 2의 자동 이득 제어부의 구성을 간략히 보여주는 블록도;
도 5는 본 발명의 자동 이득 제어 동작을 보여주는 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
105 : 안테나 110 : 저잡음 증폭기
115, 120, 125, 160, 165 : 믹서 130, 135 : 가변 이득 증폭기
140, 145 : 아날로그-디지털 컨버터 150 : 자동 이득 증폭기 151 : 샘플 전력 검출부 152 : 샘플 전력 합산부
153 : 이득 계산부 155 : 디지털-아날로그 컨버터
170 : 전력 검출부 180 : AGC 구동부

Claims (18)

  1. 다중대역을 사용하는 통신 시스템의 자동 이득 제어 방법에 있어서:
    수신 심볼들에 대한 신호 전력을 검출하는 단계;
    상기 신호 전력의 검출에 응답하여 상기 수신 심볼들에 대한 개략 이득을 조정하는 제 1 자동 이득 제어 동작을 수행하는 단계; 그리고
    상기 수신 심볼들이 전송되는 다중 대역들 각각에 대한 미세 이득을 조정하는 제 2 자동 이득 제어 동작을 수행하는 단계를 포함하는 자동 이득 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 전력의 검출에 응답하여, 상기 수신 심볼들을 수신하기 위한 도약 패턴이 상기 수신 심볼들과 동기되는 것을 특징으로 자동 이득 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자동 이득 제어 동작시, 상기 개략 이득은 상기 수신 심볼들의 대역에 관계없이 추정 및 조정되는 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자동 이득 제어 동작은 상기 개략 이득을 아날로그 형태의 상기 수신 심볼들에 적용하는 피드백(Feed-back) 방식인 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 자동 이득 제어 동작 이후에는, 상기 개략 이득이 적용된 상기 수신 심볼들을 디지털 형태로 전환하기 위한 아날로그-디지털 변환 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 자동 이득 제어 동작은 상기 디지털 형태의 수신 심볼들로부터 상기 미세 이득을 추정하고, 추정된 상기 미세 이득을 상기 디지털 형태의 수신 심볼들에 곱하는 피드-포워드(Feed-forward) 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미세 이득을 추정은,
    상기 수신 심볼들 각각에 포함되는 샘플들의 전력을 검출하는 단계;
    검출된 상기 샘플들의 전력을 심볼 단위로 합산하는 단계; 및
    상기 심볼 단위로 합산된 전력을 이용하여 상기 미세 이득을 결정하는 단계를 포함하는 자동 이득 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미세 이득은 상기 심볼 단위로 합산된 전력의 역수에 대응하는 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 개략 이득의 추정은 상기 미세 이득의 추정 방식과 동일한 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 심볼들은 상기 통신 시스템에 대응하는 패킷 데이터의 프리앰블에 포함되는 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 시스템은 초광대역(Ultra-Wide Band: UWB) 통신 방식의 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 시스템인 것을 특징으로 하는 자동 이득 제어 방법.
  12. 수신 심볼들을 개략 이득에 따라 조정하는 가변 이득 증폭기;
    상기 가변 이득 증폭기에 의해서 증폭된 심볼들을 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 디지털 형태로 변환된 심볼들을 참조하여 상기 개략 이득을 추정 및 제공하는 제 1 자동 이득 조정 동작과, 다중대역들 각각에 대한 미세 이득을 추정하여 제공하는 제 2 자동 이득 조정 동작을 수행하는 자동 이득 제어부; 및
    상기 디지털 형태로 변환된 수신 심볼들과 상기 미세 이득을 곱하는 믹서를 포함하는 수신기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 심볼들의 신호 전력을 검출하여 상기 수신 심볼들의 타이밍 동기 또는 상기 다중대역들에 대한 도약 패턴을 동기시키기 위한 전력 검출부를 더 포함하는 수신기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호 전력의 검출에 응답하여 상기 제 1 자동 이득 조정 동작을 활성화하기 위한 개략 이득 조정 인에이블 신호를 생성하고, 상기 제 1 자동 이득 조정 동작이 완료되면 상기 제 2 자동 이득 조정 동작을 활성화하기 위한 미세 이득 조정 인에이블 신호를 생성하는 자동 이득 제어(AGC) 구동부를 더 포함하는 수신기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 자동 이득 제어부는,
    상기 수신 심볼들 각각에 포함되는 샘플들의 전력을 검출하는 샘플 전력 검 출부;
    검출된 상기 샘플들의 전력을 심볼 단위로 합산하는 샘플 전력 합산부; 및
    상기 심볼 단위로 합산된 전력을 이용하여 상기 개략 이득 또는 미세 이득을 결정하는 이득 계산부를 포함하는 수신기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이득 계산부는 상기 심볼 단위로 합산된 전력의 역수값을 상기 개략 이득 또는 상기 미세 이득으로 제공하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 심볼들은 상기 수신기에 대응하는 패킷 또는 프레임의 프리앰블에 포함되는 것을 특징으로 하는 수신기.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 심볼들은 초광대역(Ultra-Wide Band: UWB) 통신 방식의 다중대역 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 신호인 것을 특징으로 하는 수신기.
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