KR101704688B1 - Millimeter wavelength range wireless transceiver - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고속 데이터 통신을 위한 밀리미터파 저 전력 송수신기 구조에 관한 것으로, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 송신주파수보다 낮은 제2주파수를 가지는 국부발진 신호를 생성하는 제1 국부발진기, 제1 국부발진기에 기준 신호를 전달하는 기준 주파수 신호 발생부, 및 제1 국부발진기에 의한 반송파에 디지털 I 데이터 및 Q 데이터를 실는 복수의 송신용 믹서들을 포함하되, 여기서 송신용 믹서들은 제2주파수보다 낮은 제1주파수, 제2주파수, 및 제2주파수와 동위상 및 직교 위상인 한 쌍의 제3주파수의 반송파를 통해 디지털 송신 데이터를 순차적으로 상향 변환하여 밀리미터파 대역의 송신 신호를 생성한다.The present invention relates to a millimeter-wave low-power transceiver structure for high-speed data communication, the millimeter-wave band wireless transceiver including a first local oscillator for generating a local oscillation signal having a second frequency lower than a transmission frequency, And a plurality of transmitting mixers for receiving digital I data and Q data on a carrier by a first local oscillator, wherein the transmitting mixers are arranged in a first Sequentially upconverts the digital transmission data through a carrier of a pair of third frequencies that are in phase and quadrature with the first frequency, the second frequency, and the second frequency to generate a transmission signal of a millimeter wave band.
Description
본 발명의 실시예들은 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속 데이터 통신을 위한 밀리미터파 저 전력 송수신기 구조에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a millimeter wave band wireless transceiver, and more particularly to a millimeter wave low power transceiver structure for high speed data communication.
현재 이동 통신은 영상, 데이터 등의 멀티미디어 서비스를 폭넓게 처리할 수 있도록 발전해 가고 있다. 이를 위해 초고속 무선 통신이 요구되며, 초고속 무선 통신에 대한 요구를 충족시킬 수 있는 방안으로서 밀리미터파 대역과 테라헤르츠 대역 통신 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.Currently, mobile communication is being developed to handle a wide range of multimedia services such as video and data. For this purpose, high-speed wireless communication is required, and millimeter-wave and terahertz-band communication systems are being studied to meet the demand for high-speed wireless communication.
도 1은 종래의 다이렉트 컨버젼(Direct Conversion) 형태의 송신기(Transmitter)와 수신기(Receiver)의 구조를 나타낸다. 도 1에서 Tx는 안테나를 통해 전송되는 송신신호, PA는 전력증폭기, PLL은 위상고정루프, DAC는 디지털 아날로그 컨버터, Rx는 안테나를 통해 수신되는 수신신호, LNA는 저잡음 증폭기, AGC는 자동 이득 제어기 그리고 ADC는 아날로그 디지털 컨버터를 각각 나타낸다.1 shows a structure of a conventional direct conversion type transmitter and a receiver. 1, Tx denotes a transmission signal transmitted through an antenna, PA denotes a power amplifier, PLL denotes a phase locked loop, DAC denotes a digital analog converter, Rx denotes a reception signal received through an antenna, LNA denotes a low noise amplifier, AGC denotes an automatic gain controller And the ADC represents an analog digital converter, respectively.
도 1의 (a) 및 (b)에서 송신기 구조(2)와 수신기 구조(4)는 상호 직교 신호인 I와 Q를 직접(Direct) 생성하기 때문에 기존 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 반송파(Carrier)를 사용하는 기존 통신 시스템(밀리미터파 대역보다 낮은 대역의 주파수를 이용하는 시스템)에서는 저 전력을 위한 송수신기 구조로 사용되고 있다.1 (a) and 1 (b), the
최근 표준으로 제정된 802.11ad의 고속 WiFi는 60㎓ 반송파를 사용하는 통신 방식이다. 이 방식을 이용하는 통신 시스템의 강점은 Gbps급 고속 데이터 통신이 가능하다는 점이다. 하지만, 도 1의 고속 통신용 밀리미터파 송수신기 구조는 다음과 같은 단점을 가진다.The 802.11ad high-speed WiFi, which was recently established as a standard, is a communication system using a 60 GHz carrier. The strength of the communication system using this method is that high-speed data communication at Gbps is possible. However, the millimeter-wave transceiver structure for high-speed communication of FIG. 1 has the following disadvantages.
첫째, 전력 소모가 굉장히 크다. 즉, 그것은 디지털 아날로그 컨버터(DAC)로부터의 Direct I/Q 신호를 60㎓ 주파수에서 생성해 내야하기 때문이다. 다시 말해서, 송수신기를 위한 위상고정루프(Phase-Locked Loop, PLL), 및 믹서(Mixer)에 신호를 전달해주는 국부발진기(예컨대, 전압제어발진기; Voltage-controlled Oscillator, VCO)의 파워 소모가 상당하여 전체 시스템 구성을 위한 로컬(Local) 주파수 생성 쪽에 파워 소모가 문제가 된다.First, power consumption is very large. That is, it must generate a Direct I / Q signal from a digital analog converter (DAC) at 60 GHz frequency. In other words, the power consumption of a phase-locked loop (PLL) for a transceiver and a local oscillator (e.g., a voltage-controlled oscillator, VCO) that delivers a signal to the mixer is significant Power consumption is a problem on the local frequency generation side for overall system configuration.
둘째, 밀리미터파 대역의 주파수에 적합한 고속의 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)를 필요로 하고, 그에 의해 기저대역 신호처리장치(예컨대, Digital Signal Processor, DSP)에서 상당한 전력 소모가 발생한다. 즉, 고속 데이터 통신을 위해서는 ADC의 샘플링(Sampling) 속도가 데이터 속도(Data Rate)의 2배 이상으로 동작하는 고속 ADC를 필요로 하며, 일반적으로 ADC의 속도가 2배 이상 증가하면 파워는 4배 이상 소모된다. 이와 같이, 데이터 속도가 빨라짐에 따라 ADC의 파워 소모가 상당히 증가하는 문제가 있다. 또한, ADC의 신호를 처리하는 DSP의 파워 소모도 상당하여 802.11ac 규격의 시스템에서는 도 1의 기존 구조로 개발할 때 보고된 최소 파워 소모가 거의 1W급에 달하는 문제가 있다.Second, a high-speed analog digital converter (ADC) suitable for the frequency of the millimeter wave band is required, thereby causing significant power consumption in the baseband signal processing device (e.g., Digital Signal Processor, DSP). In other words, for high-speed data communication, a high-speed ADC whose sampling rate of the ADC operates at twice the data rate is required. In general, when the speed of the ADC is increased more than twice, Or more. Thus, there is a problem that the power consumption of the ADC increases considerably as the data rate increases. In addition, the power consumption of the DSP for processing the ADC signal is also considerable, so that the minimum power consumption reported in the 802.11ac standard system when developed with the existing structure of FIG. 1 is almost 1W.
도 2는 종래의 밀리미터파 대역 무선 송수신기(Transceiver) 구조를 나타낸다. 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 송신기 구조(6)와 수신기 구조(8)를 포함하는 종래의 밀리미터파 대역 무선 송수신기는 통상 최종 출력 주파수를 X라고 할 때, 위상고정루프(PLL)가 X의 2/3배 주파수를 만들고 그것을 2분주한 1/3X 주파수를 만들어 전체 송수신기 시스템을 구성한다. 이렇게 구성함으로써 위상고정루프의 동작 주파수와 믹서를 구동(Driving)하는 국부발진기의 전력을 줄일 수 있었다. 하지만, 도 2에 도시한 종래의 밀리미터파 대역 무선 송수신기는 아날로그 디지털 컨버터를 사용하고 있어서 여전히 저 전력 구조로서는 적합하지 않다.Figure 2 shows a conventional millimeter wave band wireless transceiver structure. As shown in Figures 2 (a) and 2 (b), a conventional millimeter waveband radio transceiver, including a
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에서는 더 낮은 위상고정루프의 동작 주파수를 갖춤으로써 반송파를 생성하는데 필요한 파워 소모를 최적화할 수 있는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치를 제공하고자 한다.In order to solve the above technical problem, an embodiment of the present invention is to provide a millimeter wave band wireless transceiver capable of optimizing power consumption required to generate a carrier wave by having an operating frequency of a lower phase locked loop.
본 발명의 다른 실시예에서는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 사용하지 않음으로써 ADC 파워 소모를 생략하고 디지털신호처리 장치(DSP)의 파워 소모를 줄일 수 있는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention provides a millimeter wave band wireless transceiver capable of omitting ADC power consumption and reducing power consumption of a digital signal processor (DSP) by not using an analog digital converter (ADC).
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 송신주파수보다 낮은 제2주파수를 가지는 국부발진 신호를 생성하는 제1 국부발진기; 국부발진기에 기준 신호를 전달하는 기준 주파수 신호 발생부; 및 제1 국부발진기에 의한 반송파에 디지털 I 데이터 및 Q 데이터를 실는 복수의 송신용 믹서들을 포함하되, 여기서 송신용 믹서들은 제2주파수보다 낮은 제1주파수의 반송파, 제2주파수의 반송파, 및 제2주파수의 반송파와 동위상 및 직교 위상인 한 쌍의 반송파를 통해 디지털 송신 데이터를 순차적으로 상향 변환하여 밀리미터파 대역의 송신 신호를 생성한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a millimeter wave band wireless transceiver including a first local oscillator for generating a local oscillation signal having a second frequency lower than a transmission frequency; A reference frequency signal generator for transmitting a reference signal to the local oscillator; And a plurality of transmit mixers for receiving digital I data and Q data on a carrier by a first local oscillator, wherein the transmit mixers are configured to receive a carrier of a first frequency, a carrier of a second frequency, And upconverts the digital transmission data sequentially through a pair of carriers that are in phase and quadrature with the carrier of the second frequency to generate a transmission signal of the millimeter wave band.
일실시예에서, 송신용 믹서들은, 제2주파수보다 낮은 제1주파수의 반송파에 I 데이터와 Q 데이터를 각각 실어 상향 변환하는 두 개의 1단 믹서; 제2주파수의 반송파에 두 개의 1단 믹서의 출력을 혼합하여 상향 변환하는 2단 믹서; 발진주파수와 동위상의 주파수를 가지는 국부발진 I-신호와 발진주파수와 직교 위상인 주파수를 가지는 국부발진 Q-신호를 2단 믹서의 출력과 혼합하여 상향 변환하는 3단 믹서를 포함할 수 있다.In one embodiment, the transmitting mixers include two first-stage mixers for up-converting I data and Q data to a carrier of a first frequency lower than the second frequency, respectively; A two-stage mixer for mixing up the outputs of two one-stage mixers to a carrier of a second frequency and up-converting the outputs; A local oscillation I-signal having a frequency that is equal to the oscillation frequency and a local oscillation Q-signal having a frequency that is quadrature with the oscillation frequency may be mixed with the output of the two-stage mixer to up-convert the three-stage mixer.
일실시예에서, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 제1 국부발진기로부터 국부발진 신호를 받고 제2주파수의 국부발진 신호를 3분주하여 두 개의 1단 믹서에 각각 전달하는 분주기; 및 제1 국부발진기로부터 국부발진 신호를 받고 국부발진 신호를 동위상의 국부발진 I-신호와 직교 위상의 국부발진 Q-신호로 변환하여 3단 믹서에 전달하는 PP(Poly phase) 필터를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the millimeter waveband wireless transceiver includes: a frequency divider receiving a local oscillation signal from a first local oscillator and dividing the local oscillation signal of a second frequency by three and delivering the local oscillation signal to two first stage mixers, respectively; And a polyphase (PP) filter for receiving a local oscillation signal from the first local oscillator and converting the local oscillation signal to a local oscillation I-signal on the same phase and a local oscillation Q-signal on a quadrature phase and delivering the local oscillation signal to a three- .
일실시예에서, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 제1 PP 필터와 동일한 주파수의 국부발진 I-신호와 국부발진 Q-신호를 이용하여 안테나로부터 수신되는 수신신호를 복조하는 수신부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the millimeter waveband wireless transceiver may further comprise a receiver for demodulating the received signal received from the antenna using a local oscillation I-signal and a local oscillation Q-signal of the same frequency as the first PP filter have.
일실시예에서, 수신부는, 안테나에서 수신되는 수신신호를 받는 제1 하향 믹서; 기준 주파수 신호 발생부로부터 기준 신호를 받고 수신신호의 수신주파수보다 낮은 제2주파수를 가지는 국부발진 신호를 생성하는 제2 국부발진기; 제2 국부발진기로부터 제2주파수의 국부발진 신호를 받고 국부발진 신호를 동위상의 국부발진 I-신호와 직교 위상의 국부발진 Q-신호로 변환하여 제1 하향 믹서에 전달하는 제2 PP(Poly phase) 필터; 제1 하향 믹서의 출력과 국부발진 신호를 하향 변환하여 제1주파수의 수신신호를 출력하는 제2 하향 믹서; 및 제2 하향 믹서에서 출력되는 제1주파수의 수신신호를 아날로그 처리하여 I 데이터와 Q 데이터를 복조하는 아날로그 신호처리부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the receiver comprises: a first down-mixer receiving the received signal received at the antenna; A second local oscillator that receives a reference signal from the reference frequency signal generator and generates a local oscillation signal having a second frequency lower than a reception frequency of the reception signal; A second PP (Polyphase) which receives the local oscillation signal of the second frequency from the second local oscillator and converts the local oscillation signal to a local oscillation I-signal of the same phase and a local oscillation Q- ) filter; A second down-mixer for down-converting the output of the first down-mixer and the local oscillation signal to output a received signal of the first frequency; And an analog signal processing unit for analog-processing the reception signal of the first frequency outputted from the second down-mixer to demodulate the I data and the Q data.
일실시예에서, 아날로그 신호처리부는, 제1주파수의 수신신호를 받고 전압조정기로부터 제1주파수의 I-신호를 받는 제1 루프 믹서; 제1 루프 믹서의 출력을 필터링하는 제1 저역통과필터; 제1 저역통과필터의 출력을 기설정 레벨로 제한하여 I 데이터를 출력하는 제1 리미터; 제1주파수의 수신신호를 받고 전압조정기로부터 제1주파수의 Q-신호를 받는 제2 루프 믹서; 제2 루프 믹서의 출력을 필터링하는 제2 저역통과필터; 제2 저역통과필터의 출력을 기설정 레벨로 제한하여 Q 데이터를 출력하는 제2 리미터; 제1 리미터의 출력과 제2 저역통과필터의 출력을 혼합하는 제3 루프 믹서; 제2 리미터의 출력과 제1 저역통과필터의 출력을 혼합하는 제4 루프 믹서; 제3 루프 믹서의 출력과 제4 루프 믹서의 출력을 비교하는 에러검출기; 및 에러검출기에서 출력되는 에러 신호에 따라 전압조정기의 입력전압을 조정하는 루프 필터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the analog signal processing unit comprises: a first loop mixer receiving a received signal at a first frequency and receiving an I-signal at a first frequency from a voltage regulator; A first low pass filter for filtering the output of the first loop mixer; A first limiter for limiting the output of the first low-pass filter to a predetermined level and outputting I data; A second loop mixer receiving a received signal of the first frequency and receiving a Q-signal of the first frequency from the voltage regulator; A second low pass filter for filtering the output of the second loop mixer; A second limiter for limiting the output of the second low-pass filter to a predetermined level to output Q data; A third loop mixer for mixing the output of the first limiter and the output of the second low pass filter; A fourth loop mixer for mixing the output of the second limiter and the output of the first low pass filter; An error detector for comparing the output of the third loop mixer with the output of the fourth loop mixer; And a loop filter for adjusting an input voltage of the voltage regulator according to an error signal output from the error detector.
본 발명의 다른 측면에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 디지털 I 데이터와 Q 데이터를 밀리미터파 대역의 송신주파수로 변조한 송신신호를 안테나에 전달하는 송신부; 안테나에서 수신되는 밀리미터파 대역의 수신주파수의 수신신호를 복조하여 디지털 I 데이터와 Q 데이터를 출력하는 수신부; 및 송신부의 제1 국부발진기와 수신부의 제2 국부발진기에 기준 신호를 전달하는 기준 주파수 신호 발생부를 포함하며, 여기서 송신부, 수신부 또는 송신부와 수신부는, 송신주파수 또는 수신주파수의 0.3배 주파수를 가지는 국부발진 신호를 사용할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a millimeter wave band wireless transceiver including: a transmitter for transmitting a transmission signal modulated with digital I data and Q data at a transmission frequency of a millimeter wave band to an antenna; A receiver for demodulating a reception signal of a reception frequency of a millimeter wave band received from the antenna and outputting digital I data and Q data; And a reference frequency signal generator for transmitting a reference signal to a first local oscillator of the transmitter and a second local oscillator of the receiver, wherein the transmitter, receiver, An oscillation signal can be used.
일실시예에서, 송신부의 믹서들은, 제2주파수보다 낮은 제1주파수로서 송신주파수의 0.1배 주파수의 반송파와 디지털 I 데이터 및 Q-데이터를 1차 상향 변환하는 두 개의 1단 믹서; 제2주파수의 반송파와 두 개의 1단 믹서의 출력을 2차 상향 변환하는 2단 믹서; 및 제2주파수의 반송파와 동위상인 국부발진 I-신호 및 상기 제2주파수의 반송파와 직교 위상인 국부발진 Q-신호를 상기 2단 믹서의 출력과 상향 변환하는 3단 믹서를 포함할 수 있다.In one embodiment, the mixers of the transmitter include two first-stage mixers for first up-converting the carrier of the frequency 0.1 times the transmit frequency and the digital I data and the Q-data as a first frequency lower than the second frequency; A two-stage mixer for up-converting the outputs of the two first-stage mixers and the carrier of the second frequency; And a three-stage mixer for up-converting the local oscillation I-signal that is in phase with the carrier of the second frequency and the local oscillation Q-signal that is orthogonal to the carrier of the second frequency to the output of the two-stage mixer.
일실시예에서, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 국부발진 신호를 생성하는 적어도 하나의 국부발진기; 적어도 하나의 국부발진기에 기준 신호를 전달하는 기준 주파수 신호 발생부; 및 수신부에 연결되는 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the millimeter waveband wireless transceiver includes at least one local oscillator for generating a local oscillation signal; A reference frequency signal generator for transmitting a reference signal to at least one local oscillator; And an analog-to-digital converter connected to the receiver.
본 발명에 의하면, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 있어서 더 낮은 위상고정루프의 동작 주파수를 갖춤으로써 반송파를 생성하는데 필요한 파워 소모를 최적화할 수 있다.According to the present invention, in the millimeter wave band wireless transceiver, the power consumption required to generate the carrier wave can be optimized by having the operating frequency of the lower phase locked loop.
또한, 본 발명에 의하면, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 있어서 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 사용하지 않음으로써 ADC 파워 소모를 생략하고 디지털신호처리 장치(DSP)의 파워 소모를 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention, since the analog-to-digital converter (ADC) is not used in the millimeter wave band wireless transceiver, the power consumption of the ADC can be reduced and the power consumption of the digital signal processor (DSP) can be reduced.
또한, 본 발명에 의하면, 극 저전력 밀리미터파 통신이 가능하게 되어 근접 고속 통신 시장의 새로운 제품군을 형성하는데 기여할 수 있다.Further, according to the present invention, extremely low-power millimeter wave communication becomes possible, which can contribute to formation of a new product group in the proximity high-speed communication market.
도 1은 종래의 다이렉트 컨버젼 구조의 무선 송수신기 구조의 블록도
도 2는 종래의 밀리미터파 대역 무선 송수신기 구조의 블록도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치의 블록도
도 4는 도 3의 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 채용가능한 아날로그 신호 처리부에 대한 블록도
도 5는 도 3의 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 결합가능한 아날로그 디지털 컨버터에 대한 블록도1 is a block diagram of a radio transceiver structure of a conventional direct conversion structure
Figure 2 is a block diagram of a conventional millimeter wave band wireless transceiver architecture.
3 is a block diagram of a millimeter wave band wireless transceiver according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of an analog signal processing unit usable in the millimeter wave band wireless transceiver of FIG.
Figure 5 is a block diagram of an analog to digital converter capable of being coupled to the millimeter waveband wireless transceiver of Figure 3;
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 형태들에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서 구성요소의 크기는 설명을 위해 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 도면의 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention. In addition, the size of the constituent elements in the drawings may be exaggerated for explanatory purposes and does not mean a size actually applied. In the following description, like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a millimeter wave band wireless transceiver according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치(이하, 간략히 무선 송수신기라고 함)(10)는, 송신부(11), 수신부(12) 및 기준 주파수 신호 발생부(13)를 포함한다. 기준 주파수 신호 발생부(13)는 송신부(11) 및 수신부(12)와 별도의 구성요소일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 구현에 따라서 송신부(11)에 포함되거나, 수신부(12)에 포함되거나, 송신부(11)와 수신부(12)에 각각 포함될 수 있다.Referring to FIG. 3, a millimeter wave band wireless transmitting / receiving device (hereinafter simply referred to as a wireless transceiver) 10 according to the present embodiment includes a transmitting
각 구성부를 구체적으로 설명하면, 먼저 송신부(11)는 두 개의 1단 믹서(First stage Mixers; 111, 112), 2단 믹서(Second stage Mixer, 113) 및 3단 믹서(Third stage Mixer, 114)를 포함한다. 또한, 송신부(111)는 국부발진기(Local Oscillator 또는 LO, 115), 분주기(116) 및 PP 필터(Polyphase Filter, 117)를 포함한다. 또한, 송신부(111)는 전력 증폭기(Power Amplifier: PA, 118)를 포함한다. 송신부(11)는 디지털 I 데이터(I Data)와 Q 데이터(Q Data)를 상대적으로 낮은 주파수를 이용하여 생성한 반송파에 실어 안테나(119)를 통해 외부로 방사한다.The
송신부(11)에 있어서, 두 개의 1단 믹서 중 제1믹서(111)는 밀리미터파 대역의 기설정 반송파에 실어 외부로 전송할 I 데이터(I Data)를 입력받는다. 기설정 반송파는 송신주파수(이하, X라 함)를 구비하는 송신신호에 대응한다. 기저대역의 I 데이터는 소정의 증폭기를 통해 증폭되어 제1믹서(111)에 입력될 수 있다. In the
또한, 제1믹서(111)는 분주기(116)로부터 국부발진기(115)의 기설정 발진주파수를 3분주한 주파수(이하, 분주주파수라 함)를 갖는 I 신호를 입력받는다. 여기서, 발진주파수는 송신주파수(X)의 0.3배의 주파수로 설정되며, 따라서 분주주파수(Divided Frequency)는 송신주파수(X)의 0.1배가 된다. 본 실시예에서, 제1믹서(111)는 송신주파수(X)의 0.1배인 분주주파수를 갖는 반송파에 I 데이터를 실어 송신주파수(X)의 0.1배의 주파수를 갖는 I-송신신호를 출력한다.The
두 개의 1단 믹서 중 제2믹서(112)는 Q 데이터(Q Data)를 입력받는 것을 제외하고 제1믹서(111)와 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제2믹서(112)는 송신주파수(X)의 0.1배인 분주주파수를 갖는 반송파에 Q 데이터를 실어 송신주파수(X)의 0.1배의 주파수를 갖는 Q-송신신호를 출력한다. 여기서, Q-송신신호의 분주주파수는 송신주파수(X)의 0.3배인 발진주파수를 3분주한 값을 가지며, 따라서 Q-송신신호는 송신주파수(X)의 0.1배의 주파수를 갖게 된다.The
2단 믹서(113)는 제1믹서(111)로부터 I-송신신호를 받고, 제2믹서(112)로부터 Q-송신신호를 받는다. 또한, 2단 믹서(113)는 국부발진기(115)로부터 송신주파수(X)의 0.3배의 주파수를 갖는 국부발진 신호를 받는다. 본 실시예에서 2단 믹서(113)는 I-송신신호 및 Q-송신신호와 국부발진 신호를 상향 컨버젼(Up conversion)하여 2단(Second stage) 송신신호를 출력한다. 2단 송신신호의 주파수는 송신주파수(X)의 0.1배인 주파수의 I-송신신호 및 Q-송신신호와 송신주파수(X)의 0.3배인 주파수의 국부발진 신호의 합으로서 송신주파수(X)의 0.4배가 된다.The two-
3단 믹서(114)는 2단 믹서(113)로부터 2단 송신신호를 받는다. 또한, 3단 믹서(114)는 하모닉 믹서로도 지칭될 수 있으며, PP 필터(117)로부터 독립된 두 개의 반송파인 국부발진 I-신호(LOI)와 국부발진 Q-신호(LOQ)를 받는다. 국부발진 I-신호(LOI)는 송신주파수(X)의 0.3배의 주파수를 갖는 국부발진 신호와 동일한 주파수의 동위상(In-phase) 신호로 설정되고, 국부발진 Q-신호(LOQ)는 송신주파수(X)의 0.3배의 주파수를 갖는 국부발진 신호와 동일한 주파수의 직각 위상(Quadrature) 신호로 설정된다.The three-
본 실시예에서 3단 믹서(114)는 한 쌍의 국부발진 I-신호(LOI) 및 국부발진 Q-신호(LOQ)와 2단 송신신호를 상향 컨버젼하여 3단 송신신호를 출력한다. 3단 송신신호는 전력 증폭기(118)로 전달되는 믹서 블록의 최종 송신신호로서, 3단 송신신호의 주파수는 송신주파수(X)의 0.4배의 주파수를 갖는 2단 송신신호와 송신주파수(X)의 0.3배의 주파수를 각각 갖는 두 개의 국부발진 I-신호(LOI) 및 국부발진 Q-신호(LOQ)의 합으로서 송신주파수(X)와 동일한 주파수가 된다.In this embodiment, the three-
국부발진기(115)는 국부발진 신호를 생성하여 출력하는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 지칭한다. 국부발진 신호는 소정 주파수 예를 들어 안테나(19)를 통해 송출하고자 하는 송신신호의 주파수(송신주파수, X)의 0.3배의 주파수를 갖는 사인(sine) 파형의 신호일 수 있다. 국부발진기(115)는 송신부(11)에 설치되며 제1 국부발진기로 언급될 수 있다.The
또한, 국부발진기(115)는 트랜지스터(Transistor, Tr)를 이용한 트랜지스터 발진기, 다이오드(Diode)를 이용한 다이오드 발진기 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 국부발진기(115)는 송수신 장치(10)가 복수의 송신주파수를 이용하는 경우 가변의 송신주파수(X)에 따라 송신주파수(X)의 0.3배의 주파수를 갖는 국부발진 신호를 생성하여 출력하는 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)로 구현될 수 있다.The
또한, 국부발진기(115)는 기준 주파수 신호 발생부(13)에 연결되어 기준 신호를 받고, 기준 신호를 이용하여 국부발진 신호를 보정하거나 안정화시킬 수 있다. 구현에 따라서, 국부발진기(115)는 기준 주파수 신호 발생부(13)의 특정 파트(Part)의 가변에 따라 국부발진 신호의 주파수를 원하는 주파수로 가변하도록 작동되거나 구현될 수 있다.The
분주기(116)는 주파수 분배기 혹은 주파수 분주기(Frequency Divider)를 지칭하는 것으로, 국부발진기(115)로부터 국부발진 신호를 받고, 국부발진 신호의 주파수(입력 주파수)를 1/3배 되는 주파수(출력 주파수)로 변환한다. 분주기(116)는 디지털 카운터 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 분주기(116)는 고정 분주기(Pre-scaler) 혹은 가변 분주기로 구현될 수 있다.The
PP 필터(117)는 디지털 신호 처리에 있어서 타임 도메인에서 타임 시프트(Time-shift)와 주파수 도메인에서 위상 시프트(Phase-shift)의 가역 변환을 수행할 수 있는 필터를 지칭한다. 본 실시예에서 PP 필터(117)는 국부발진기(115)로부터 국부발진 신호를 받고, 국부발진 신호를 동위상의 국부발진 I-신호(LOI)와 직교 위상의 국부발진 Q-신호(LOQ)로 변환한다. 즉, 3단 믹서(114)는 PP 필터(117)에 의해 송신주파수의 0.3배 주파수의 국부발진(LO) 신호를 90도 위상 차이가 나는 국부발진 I-신호(LOI)와 국부발진 Q-신호(LOQ)로 전환된 신호를 입력으로 받아서 입력 신호의 주파수에 국부발진기(115)의 주파수의 2배를 혼합(Mixing)하는 특성을 구비한다. 본 실시예에서 PP 필터(117)는 제1 PP 필터로 언급될 수 있다.The
전력 증폭기(118)는 입력 전류나 전압에 비례하여 출력 전류나 전압을 증폭하는 소자로서 BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 본 실시예에서 전력 증폭기(118)는 3단 믹서(114)의 3단 송신신호를 입력받아 기설정된 이득으로 증폭하여 안테나(119)로 출력한다.The
전술한 바와 같이, 송신부(11)는 디지털 아날로그 컨버터(DAC)를 사용하지 않는 디지털(Digital) I-경로(I-Path)와 Q-경로(Q-path) 그리고 I/Q 변조(Modulation)를 수행하는 복수의 믹서들(Mixers)을 포함한다. 최종 송신주파수가 X라고 하면, 복수의 믹서들에 대한 최초 입력은 송신주파수(X)의 0.1배 주파수가 된다. 이렇게 낮은 주파수로 I/Q 데이터를 생성함으로써 더 정교한 I/Q 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 1단 믹서에서 상향 변환(Up conversion)된 송신주파수의 0.1배 주파수의 신호는 다시 상향 믹서(2단 믹서)를 만나게 된다. 이때, 2단 믹서는 송신주파수의 0.3배 주파수의 국부발진(LO) 신호를 받는다. 따라서, 2단 믹서에서는 0.4배 주파수의 출력이 생성되고, 생성된 0.4배 주파수의 출력은 다시 상향 믹서(3단 믹서 또는 하모닉 믹서)를 만나게 된다. 이때, 하모닉 믹서(Hamonic mixer)는 송신주파수의 0.3배 주파수를 각각 갖는 한 쌍의 국부발진 I-신호 및 국부발진 Q-신호를 입력받는다. 따라서, 하모닉 믹서에서 출력되는 반송파(Carrier)의 주파수는 송신주파수(X)와 동일한 주파수가 된다.As described above, the transmitting
전술한 송신부 구조에 의하면, 우선 다이렉트 변조(Direct Modulation)를 사용함으로써 DAC를 제거할 수 있고, 송신주파수(X)의 0.1배 주파수를 사용하여 정교한 I/Q 데이터 생성이 가능하며, 기준 주파수 신호 발생부에 사용되는 위상고정루프(Phase Locked Loop, PLL)의 주파수가 송신부의 동작주파수 또는 송신주파수의 0.3배밖에 되지 않아 굉장히 작은 파워로 송신 장치나 송수신 장치를 설계할 수 있다는 강점이 있다. 또한 동작 주파수가 낮기 때문에 위상고정루프의 위상 잡음 또한 송신주파수와 동일한 주파수를 생성하는 것보다 훨씬 유리한 강점이 있다.According to the structure of the transmitter described above, the DAC can be eliminated by using direct modulation, and it is possible to generate sophisticated I / Q data using a frequency of 0.1 times of the transmission frequency (X) The frequency of a PLL (Phase Locked Loop) used in the PLL is only 0.3 times the operating frequency or the transmission frequency of the transmitter, so that the transmitter and the transmitter / receiver can be designed with extremely small power. In addition, since the operating frequency is low, the phase noise of the phase locked loop is also more advantageous than generating the same frequency as the transmitting frequency.
다시 도 3을 참조하면, 수신부(12)는 저잡음 증폭기(121), 제1 하향 믹서(122), 제2 하향 믹서(123), 아날로그 신호처리부(Analog Signal Processor: ASP, 124), 국부발진기(125) 및 PP 필터(126)를 포함한다. 수신부(12)는 밀리미터파 대역의 특정 주파수(예컨대, X ㎓)의 수신신호를 안테나(120)를 통해 수신하고, 수신신호를 처리하여 디지털 I 데이터(I Data)와 Q 데이터(Q Data)를 생성한다.3, the
수신부(12)에 있어서, 저잡음 증폭기(121)는 안테나(120)가 잡은 미약한 신호를 증폭한다. 저잡음 증폭기(121)는 전송선로에서의 감쇠를 줄이기 위해 안테나 가까이에 설치될 수 있다. 또한, 저잡음 증폭기(121)는 파라메트릭(Parametric) 증폭기, 전계효과 트랜지스터(FET) 증폭기, 터널 다이오드(Tunnel Diode) 증폭기, 저잡음 진행파관증폭기(TWTA) 등으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서 저잡음 증폭기(121)에서 증폭되고 밀리미터파 대역의 특정 수신주파수(X)를 갖는 수신신호는 제1 하향 믹서(122)로 전달된다.In the receiving
제1 하향 믹서(122)는 하모닉 믹서(Harmonic Mixer)로서 PP 필터(126)에 의해 수신주파수(X)의 0.3배 주파수의 국부발진(LO) 신호를 90도 위상 차이가 나는 국부발진 I-신호(LOI)와 국부발진 Q-신호(LOQ)로 전환된 신호를 각각 입력으로 받으며, 이러한 구성을 통해 안테나(120)를 통해 입력되는 수신신호의 주파수(수신주파수, X)에 국부발진기(125)의 주파수(발진주파수)의 2배를 혼합(Mixing)한다. 본 실시예에서 제1 하향 믹서(122)에서 하향 변환(Down conversion)되고 수신주파수(X)의 0.4배 주파수를 갖는 1단 수신신호는 제2 하향 믹서(123)로 전달된다.The first down-
제2 하향 믹서(123)는 제1 하향 믹서(122)로부터 수신주파수(X)의 0.4배의 주파수를 갖고 1단 수신신호를 받고, 1단 수신신호와 국부발진기(125)의 국부발진 신호를 혼합하여 하향 변환한 후, 수신주파수(X)의 0.1배의 주파수를 갖는 2단 수신신호를 출력한다.The second down-
아날로그 신호처리부(124)는 수신주파수(X)의 0.1배의 주파수를 갖는 수신신호(2단 수신신호)에 실린 I 데이터와 Q 데이터를 낮은 전력 소모로 효과적으로 변조하기 위한 것이다. 본 실시예에서 아날로그 신호처리부(124)는 아날로그 방식의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 복조 회로인 코스타스 루프(Costas Loop)를 이용하나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 본 실시예의 아날로그 신호처리부(124)는 기존의 코스타스 루프에 리미터(Limiter)를 설치하여 디지털 I 데이터와 Q 데이터를 추출하도록 구현되나, 이에 한정되지는 않는다. 다시 말해서, 본 실시예에서는 저역통과필터(Lowpass Filter, LPF)를 통해 얻은 복조된 신호(ZI, ZQ)를 리미터를 통과시킴으로써 디지털 I 데이터와 Q 데이터를 용이하게 추출할 수 있으며, 구현에 따라서 복조된 신호를 별도의 아날로그 디지털 컨버터에 입력하여 다양한 방식의 복조를 수행하는 것도 가능하다.The analog
국부발진기(125)는 수신부(12)에 사용되는 것을 제외하고, 송신부(11)에 사용되는 국부발진기(115)와 실질적으로 동일할 수 있다. 본 실시예에서, 국부발진기(125)는 송수신 장치(10)의 안테나(120 혹은 119)로 수신되는 수신신호의 수신주파수(X)의 0.3배의 주파수의 국부발진 신호를 믹서 그룹(믹서 어레이 등)에 공급하도록 구현된다. 국부발진기(125)는 제2 국부발진기로 언급될 수 있다.The
PP 필터(126)는 수신부(12)에 사용되는 것을 제외하고, 송신부(11)에 사용되는 PP 필터(126)와 실질적으로 동일할 수 있다. 본 실시예에서, PP 필터(126)는 국부발진기(125)의 국부발진 신호를 동위상의 국부발진 I-신호와 직교 위상의 국부발진 Q-신호로 변환하여 제1 하향 믹서(123)에 공급하도록 구현된다. PP 필터(126)는 제2 PP 필터로 언급될 수 있다.The
전술한 수신부 구조에 의하면, 앞서 설명한 송신부(11)의 구조에서와 마찬가지로 수신부(12)에 기준 주파수 신호를 공급하는 기준 주파수 신호 발생부(13)의 위상고정루프(PLL)는 수신주파수(X)의 0.3배의 주파수로 동작하기 때문에 전력 소모를 극소화할 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 아날로그 신호처리부(ASP)라는 블록을 사용해서 아날로그 방식으로 I/Q 데이터를 복조하기 때문에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)와 ADC의 출력 신호를 처리하는 디지털 신호처리부(Digital Signal Processor, DSP)를 생략할 수 있어 그만큼의 파워 소모를 줄일 수 있는 강점이 있다.The phase locked loop PLL of the reference frequency
다시 도 3을 참조하면, 기준 주파수 신호 발생부(13)는 국부발진기(115, 125)에서 생성하는 국부발진 신호의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 기준 신호를 생성한다. 기준 주파수 신호 발생부(13)는 기준 주파수를 가지는 기준 신호를 국부발진기(115, 125)에 공급하여 국부발진기(115, 125)가 주변 환경(온도 등)에 따라 국부발진 신호의 발진 주파수가 변화하는 것을 최소화하도록 동작한다. 물론 구현에 따라서 기준 주파수 신호 발생부(13)는 국부발진 신호의 주파수를 원하는 주파수(발진 주파수)로 가변하도록 구현될 수 있다.Referring again to FIG. 3, the reference
또한, 본 실시예에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치(10)는 송신 동작과 수신 동작 시 안테나들 사이를 연결하는 적어도 하나의 스위치(14)를 이용하여 다중 송신 안테나 또는 다중 수신 안테나를 이용하도록 동작할 수 있다.In addition, the millimeter wave band
즉, 본 실시예에서는 송신부(11)와 수신부(12)에 독립적인 안테나(119, 120)를 설치할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 송수신 장치(10)의 동작 모드(송신 모드 또는 수신 모드)에 따라 송신부(11) 측의 제1안테나(119)를 수신부(12) 측으로 연결하거나 수신부(12) 측의 제2안테나(120)를 송신부(11) 측으로 연결하도록 제1 및 제2 안테나들(119, 120) 사이에 설치되는 스위치(14)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 그 경우, 송신 모드와 수신 모드에 따라 복수의 안테나를 접속 제어하여 송수신 장치가 다중 입력 다중 출력(Multi-Input Multi-Output, MIMO) 방식으로 동작하도록 구현될 수 있다.That is, in this embodiment, the
도 4는 도 3의 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 채용가능한 아날로그 신호처리부에 대한 블록도이다.4 is a block diagram of an analog signal processing unit employable in the millimeter wave band wireless transceiver of FIG.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 아날로그 신호처리부(124)는, 제1 루프믹서(1241), 제2 루프 믹서(1242), 제1 저역통과필터(Lowpass Filter: LPF, 1243), 제2 저역통과필터(1244), 제1 리미터(Limiter, 1245), 제2 리미터(1246), 제3 루프 믹서(1247), 제4 루프 믹서(1248), 에러검출기(1249), 루프필터(Loop Filter, 1250) 및 전압조절발진기(1251)를 포함한다.4, the analog
아날로그 신호처리부(124)에 있어서, 제1 루프 믹서(1241), 제1 저역통과필터(1243), 제1 리미터(1245), 제3 루프 믹서(1247), 에러검출기(1249), 루프필터(1250) 및 전압조절발진기(1251)는 아날로그 신호처리부(124)에 입력되고 수신주파수(X)의 0.1배 주파수를 구비한 수신신호에서 I 데이터(I Data) 또는 복조된 I 신호(ZI)를 추출하기 위한 제1루프를 형성한다. 이와 유사하게, 제2 루프 믹서(1242), 제2 저역통과필터(1244), 제2 리미터(1246), 제4 루프 믹서(1248), 에러검출기(1249), 루프필터(1250) 및 전압조절발진기(1251)는 아날로그 신호처리부(124)에 입력되고 수신주파수(X)의 0.1배 주파수를 구비한 수신신호에서 Q 데이터(Q Data) 혹은 복조된 Q 신호(ZQ)를 추출하기 위한 제2루프를 형성한다.The
제1 리미터(1245) 및 제2 리미터(1246)는 입력 신호의 전압(교류 전압)을 미리 설정된 레벨로 제한하거나 정현파를 구형파로 바꾸는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 지칭한다. 본 실시예에서 제1 리미터(1245)는 제1 저역통과필터(1243)를 통해 변조된 신호를 미리 설정된 레벨로 제한하여 I 데이터를 출력하도록 동작한다. 이와 유사하게, 제2 리미터(1246)는 제2 저역통과필터(1244)를 통해 변조된 신호를 미리 설정된 레벨로 제한하여 Q 데이터를 출력하도록 동작하다.The
제3 루프 믹서(1247)는 제1 리미터(1245)의 출력 신호를 받고 제2 저역통과필터(1244)의 출력 신호를 받고 이 출력 신호들을 혼합한다. 이와 유사하게, 제4 루프 믹서(1248)는 제2 리미터(1246)의 출력 신호를 받고 제1 저역통과필터(1243)의 출력 신호를 받고 이 출력 신호들을 혼합한다.The
에러검출기(1249)는 제3 루프 믹서(1247)의 출력 신호와 제4 루프 믹서(1248)의 출력 신호를 받고, 이들의 차이를 출력한다. 에러검출기(1249)는 위상 검출기(Phase Detector) 또는 비교기로 불릴 수 있다. 에러검출기(1249)는 두 개의 주파수 신호 입력을 받아 두 개의 신호에서 얼마나 주파수 혹은 위상 차이가 있는지 알아내는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부로 구현될 수 있다.The
루프 필터(1250)는 에러검출기(1249)로부터 입력되는 에러(Er) 차이에 따라 후단의 전압조정기(1251)의 출력 전압을 소정 전압만큼 상승시키거나 하강시키도록 동작한다. 루프 필터(1250)는 선로 상에 병렬 연결되는 캐패시터, 선로 상에 병렬 연결되는 저항과 캐패시터의 직렬 회로, 또는 이들의 조합을 포함하는 LPF(Lowpass Filter) 형태의 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 캐패시터에 축적되는 전하량에 따라 캐패시터 양단간의 전압이 바뀌고, 이에 따라 전압조정기의 입력단자부의 전압이 비례적으로 가변될 수 있다. 에러검출기(1249)의 구현에 따라 루프 필터(1250)는 펄스를 전압으로 변환하기 위하여 입력단에 차지 펌프를 구비할 수 있다.The
전압조정기(1251)는 소정 전압의 신호를 출력하는 전압제어발진기일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 본 실시예에서 전압조정기(1251)는 수신부(12)의 수신주파수(X)의 0.1배 주파수의 전압조정 신호를 출력한다. 즉, 전압조정기(1251)는 수신부(11)에서 수신되는 수신신호의 위상과 동일한 위상(I)의 전압조정 신호를 제1 루프 믹서(1241)로 출력하고, 수신신호의 위상과 직교 위상(Q)인 전압조정 신호를 제2 루프 믹서(1242)로 출력한다.The
본 실시예의 아날로그 신호처리부(124)의 작동 원리를 수식을 이용하여 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the analog
고주파 입력(RF Input)으로 들어오는 신호(Vrf)를 나타내면 다음의 수학식 1과 같다.A signal (Vrf) input to a high frequency input (RF Input) is represented by the following Equation (1).
수학식 1에서와 같이, I 데이터와 Q 데이터가 실린 신호가 다음의 수학식 2와 같으므로, 복조된 신호(ZI 및 ZQ)는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.As shown in Equation (1), since the signal carrying the I data and the Q data is expressed by Equation (2), the demodulated signals (ZI and ZQ) can be expressed by Equation (3).
수학식 3에 나타낸 바와 같은 복조된 신호(ZI 및 ZQ)를 리미팅(Limiting)한 출력 파형(LI 및 LQ)은 다음의 수학식 4와 같이 I 데이터인 I(t)와 Q 데이터인 Q(t)로 근사화될 수 있다.The output waveforms LI and LQ obtained by limiting the demodulated signals ZI and ZQ as shown in Equation (3) are I (t) and Q (t ). ≪ / RTI >
또한, 아날로그 신호처리부(124)에서 에러검출기(1249)에서 나오는 신호(er)를 나타내면 다음의 수학식 5와 같다.The signal er from the
즉, 수학식 5에 나타낸 바와 같이, 에러검출기(1249)에서의 신호(er)가 0이 되도록 네거티브 피드백(Negative Feedback)에 의해 0.1배 주파수의 입력 신호(수신신호)의 위상이 자동 조절될 수 있다.That is, as shown in Equation (5), the phase of the input signal (received signal) of 0.1 times frequency can be automatically adjusted by negative feedback so that the signal er in the
본 실시예에 의하면, 밀리미터파 대역의 수신신호에 실린 I(t)와 Q(t)의 데이터를 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 사용하지 않고 검출할 수 있다. 따라서, ADC나 DSP를 사용하지 않고 디지털 I/Q 데이터를 뽑을 수 있기 때문에 상당히 적은 적력으로 고속의 데이터 통신을 가능케 한다.According to the present embodiment, data of I (t) and Q (t) contained in a reception signal of a millimeter wave band can be detected without using an analog-to-digital converter (ADC). Therefore, digital I / Q data can be extracted without using an ADC or a DSP, thus enabling high-speed data communication with considerably less power.
도 5는 도 3의 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치에 결합가능한 아날로그 디지털 컨버터에 대한 블록도이다.5 is a block diagram of an analog to digital converter that can be coupled to the millimeter waveband wireless transceiver of FIG.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치는, 송신부, 수신부 및 기준 주파수 신호 발생부에 더하여 수신부에 연결되는 아날로그 디지털 컨버터(15)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the millimeter wave band wireless transceiver according to the present embodiment may further include an analog-to-
본 실시예에서 아날로그 디지털 컨버터(15)는 종래의 밀리미터파 대역 무선 송수신기에 설치되는 아날로그 디지털 컨버터(15)와 달리 도 3 및 도 4를 참조하여 앞서 설명한 아날로그 신호처리부(124)의 저역통과필터(1243, 1244) 후단에 연결될 수 있다.The analog
즉, 아날로그 디지털 컨버터(15)는 아날로그 신호처리부에서 복조된 신호(ZI 및 ZQ)를 입력받고, 복조된 신호를 기존의 다양한 복조 방식 중 적어도 어느 하나의 기설정 복조 방식에 따라 복조하여 디지털 신호를 추출할 수 있다. 기준의 다양한 복조 방식은 QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying), FSK(Frequency Shift Keying) 등을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다.That is, the analog-to-
본 실시예에 의하면, 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치의 수신부를 통해 간단히 디지털 I 데이터와 Q 데이터를 추출하는 것에 더하여 기존의 다양한 복조 방식으로 수신신호에 실린 정보 데이터를 복조하는 것이 가능하다. 따라서, 다양한 변복조 방식을 이용하는 송수신 장치에 용이하게 적용할 수 있고 그에 의해 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치의 고속 데이터 통신과 저 전력화에 크게 기여할 수 있는 강점이 있다.According to this embodiment, in addition to extracting digital I data and Q data simply through the receiver of the millimeter wave band wireless transceiver, it is possible to demodulate the information data contained in the received signal in various existing demodulation schemes. Accordingly, the present invention can be easily applied to a transmitting / receiving apparatus using various modulation / demodulation schemes, thereby contributing greatly to high-speed data communication and low power consumption of a millimeter wave band wireless transmitting / receiving apparatus.
이상에서와 같이 바람직한 실시 형태들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be apparent to those skilled in the art that various combinations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the technical contents related to the modifications and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention are included in the present invention.
10: 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치
11: 송신부
12: 수신부
13: 기준 주파수 신호 발생부
14: 스위치
15: ADC(Analog Digital Converter)10: Millimeter wave band wireless transceiver
11: Transmitter
12: Receiver
13: Reference frequency signal generator
14: Switch
15: ADC (Analog Digital Converter)
Claims (10)
상기 국부발진기에 기준 신호를 전달하는 기준주파수신호발생부; 및
상기 제1 국부발진기에 의한 반송파와 디지털 I 데이터 및 Q 데이터를 혼합하는 복수의 송신용 믹서들;
을 포함하되,
상기 송신용 믹서들은,
상기 제2주파수보다 낮은 제1주파수의 반송파에 상기 I 데이터와 상기 Q 데이터를 각각 실어 상향 변환하는 두 개의 1단 믹서;
상기 제2주파수의 반송파에 상기 두 개의 1단 믹서의 출력을 혼합하여 상향 변환하는 2단 믹서; 및
상기 제2주파수와 동위상의 주파수를 가지는 국부발진 I-신호와 상기 제2주파수와 직교 위상인 주파수를 가지는 국부발진 Q-신호를 상기 2단 믹서의 출력과 혼합하여 상향 변환하는 3단 믹서;
를 포함하는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.A first local oscillator for generating a local oscillation signal having a second frequency lower than the transmission frequency;
A reference frequency signal generator for transmitting a reference signal to the local oscillator; And
A plurality of transmission mixers for mixing digital I data and Q data with a carrier by the first local oscillator;
≪ / RTI >
The transmission mixers may comprise:
Two first-stage mixers for up-converting the I data and the Q data to a carrier having a first frequency lower than the second frequency, respectively;
A two-stage mixer for mixing up the outputs of the two one-stage mixers to a carrier of the second frequency and up-converting the mixed outputs; And
Stage mixer that mixes a local oscillation I-signal having a frequency equal to the second frequency and a local oscillation Q-signal having a frequency that is orthogonal to the second frequency with the output of the two-stage mixer and up-converts the output;
Gt; and / or < / RTI > the millimeter wave band wireless transceiver.
상기 제1 국부발진기로부터 상기 국부발진 신호를 받고 상기 제2주파수의 국부발진 신호를 3분주함으로써상기제2주파수보다 낮은 제1주파수의 반송파를상기 두 개의 1단 믹서에 각각 전달하는 분주기; 및
상기 제1 국부발진기로부터 상기 국부발진 신호를 받고 상기 국부발진 신호를 동위상의 국부발진 I-신호와 직교 위상의 국부발진 Q-신호로 변환하여 상기 3단 믹서에 전달하는 제1 PP(Poly phase) 필터;
를 더 포함하는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.The method according to claim 1,
A frequency divider for receiving the local oscillation signal from the first local oscillator and dividing the local oscillation signal of the second frequency by three and delivering a carrier of a first frequency lower than the second frequency to the two first stage mixers; And
A first polyphase (PP) circuit for receiving the local oscillation signal from the first local oscillator and converting the local oscillation signal to a local oscillation I-signal of the same phase and a local oscillation Q-signal of a quadrature phase to deliver the local oscillation signal to the three- filter;
Further comprising: an antenna for transmitting the radio frequency signal.
상기 제1 PP 필터와 동일한 주파수의 국부발진 I-신호와 국부발진 Q-신호를 이용하여 안테나로부터 수신되는 수신신호를복조하는수신부를 더 포함하는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.The method of claim 3,
And a receiver for demodulating a received signal received from the antenna using a local oscillation I-signal and a local oscillation Q-signal having the same frequency as the first PP filter.
상기 수신부는,
상기 안테나에서 수신되는 수신신호를 받는 제1 하향 믹서;
상기 기준 주파수 신호 발생부로부터 상기 기준 신호를 받고 상기 수신신호의 수신주파수보다 낮은 제2주파수를 가지는 국부발진 신호를 생성하는 제2 국부발진기;
상기 제2 국부발진기로부터 상기 제2주파수의 국부발진 신호를 받고 상기 국부발진 신호를 동위상의 국부발진 I-신호와 직교 위상의 국부발진 Q-신호로 변환하여 상기 제1 하향 믹서에 전달하는 제2 PP(Poly phase) 필터;
상기 제1 하향 믹서의 출력과 상기 국부발진 신호를 하향 변환하여 상기 제1주파수의 수신신호를 출력하는 제2 하향 믹서; 및
상기 제2 하향 믹서에서 출력되는 상기 제1주파수의 수신신호를 아날로그 처리하여 I 데이터와 Q 데이터를 복조하는 아날로그 신호처리부;
를 포함하는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.The method of claim 4,
The receiver may further comprise:
A first down-mixer receiving a received signal received at the antenna;
A second local oscillator that receives the reference signal from the reference frequency signal generator and generates a local oscillation signal having a second frequency lower than a reception frequency of the reception signal;
A second local oscillator for receiving the local oscillation signal of the second frequency and converting the local oscillation signal into a local oscillation I-signal of the same phase and a local oscillation Q-signal of a quadrature phase and delivering the local oscillation signal to the first down- A poly phase (PP) filter;
A second down-mixer for down-converting the output of the first down-mixer and the local oscillation signal to output a received signal of the first frequency; And
An analog signal processing unit for analog-processing the reception signal of the first frequency outputted from the second down mixer to demodulate I data and Q data;
Gt; and / or < / RTI > the millimeter wave band wireless transceiver.
상기 아날로그 신호처리부는,
상기 제1주파수의 수신신호를 받고 전압조정기로부터 제1주파수의 I-신호를 받는 제1 루프 믹서;
상기 제1 루프 믹서의 출력을 필터링하는 제1 저역통과필터;
상기 제1 저역통과필터의 출력을 기설정 레벨로 제한하여 I 데이터를 출력하는 제1 리미터;
상기 제1주파수의 수신신호를 받고 상기 전압조정기로부터 제1주파수의 Q-신호를 받는 제2 루프 믹서;
상기 제2 루프 믹서의 출력을 필터링하는 제2 저역통과필터;
상기 제2 저역통과필터의 출력을 기설정 레벨로 제한하여 Q 데이터를 출력하는 제2 리미터;
상기 제1 리미터의 출력과 상기 제2 저역통과필터의 출력을 혼합하는 제3 루프 믹서;
상기 제2 리미터의 출력과 상기 제1 저역통과필터의 출력을 혼합하는 제4 루프 믹서;
상기 제3 루프 믹서의 출력과 상기 제4 루프 믹서의 출력을 비교하는 에러검출기; 및
상기 에러검출기에서 출력되는 에러 신호에 따라 상기 전압조정기의 입력전압을 조정하는 루프 필터;
를 포함하는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.The method of claim 5,
Wherein the analog signal processor comprises:
A first loop mixer receiving a received signal of the first frequency and receiving an I- signal of a first frequency from a voltage regulator;
A first low pass filter for filtering the output of the first loop mixer;
A first limiter for limiting the output of the first low-pass filter to a predetermined level and outputting I data;
A second loop mixer receiving the received signal of the first frequency and receiving the Q-signal of the first frequency from the voltage regulator;
A second low pass filter for filtering the output of the second loop mixer;
A second limiter for limiting the output of the second low-pass filter to a predetermined level and outputting Q data;
A third loop mixer for mixing the output of the first limiter and the output of the second low pass filter;
A fourth loop mixer for mixing the output of the second limiter and the output of the first low pass filter;
An error detector for comparing an output of the third loop mixer with an output of the fourth loop mixer; And
A loop filter for adjusting an input voltage of the voltage regulator according to an error signal output from the error detector;
Gt; and / or < / RTI > the millimeter wave band wireless transceiver.
상기 제2주파수는 상기 송신주파수의 0.3배의 주파수인 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.The method of claim 3,
And the second frequency is 0.3 times the transmission frequency.
상기 제2주파수보다 낮은 제1주파수의 반송파는 상기 분주기에 의해 상기 제2주파수의 국부발진 신호를 3분주하는 것에 의해 상기 송신 주파수의 0.1배 주파수를 갖는 밀리미터파 대역 무선 송수신 장치.
The method of claim 7,
Wherein the carrier of the first frequency lower than the second frequency has a frequency of 0.1 times the transmission frequency by dividing the frequency of the local oscillation signal of the second frequency by the frequency divider.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020112257A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Intel Corporation | Apparatus and method for operating with a radio frequency circuitry and wireless transmission and reception in a millimeter wave range |
KR20210151601A (en) | 2020-06-05 | 2021-12-14 | 영남대학교 산학협력단 | Millimeter wave transceiver with asymmetric switch |
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