KR100224102B1 - 이중 대역 셀룰러 전화에 이용되는 중간주파수 선택장치 및 방법 - Google Patents

이중 대역 셀룰러 전화에 이용되는 중간주파수 선택장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

각각 송신과 수신을 위한 두 개의 국부발진기들, 무선 송수신 체인들 그리고 중간주파수 송수신 체인들을 구비한 이중대역 셀룰러 전화기에서, 송신 중간주파수를 선택하는 방법에 있어서, a) 상기 이중대역의 제1 및 제2대역에 대한 송신 무선 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 찾는 과정과, b) 상기 제1대역의 송신 중심 주파수와 상기 제2대역의 송신 중심 주파수 사이의 차를 계산하는 과정과, c) 상기 계산된 값을 스케일링 계수만큼 적절하게 배가함으로써 제2대역의 국부발진기 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 계산하는 과정과, d) 상기 제2대역의 국부발진기 스위프 범위의 중심 주파수에서 제2대역의 무선 주파수의 송신 중심 주파수를 감산함으로서 송신 중간 주파수를 결정하는 과정과, e) 제1대역의 송신 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산함으로써 제1대역용 송신 국부발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정과, f) 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써, 상기 제2대역용 송신 국부발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

이중대역 셀룰러 전화기에 이용되는 중간 주파수 선택장치 및 방법{INTERMEDIATE FREQUENCY SELECTION APPARATUS AND METHOD FOR DUAL BAND CELLULAR PHONE}
본 발명은 무선(wireless) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이중대역 셀룰러(dual band cellular) 시스템에 관한 것이다.
셀룰러 시스템(cellular system)에서 이중대역 단일모드 셀룰러 전화기(cellular telephone)는 두 상이한 대역들에서 동일 모드로 동작한다. 이중대역 단일모드 셀룰러 전화기는 이중대역 수신기와, 이중대역 송신기와, 모뎀유닛(modem unit) 및 기저대역(baseband)제어부를 구비하는 송수신기(transceiver)로 구성된다. 일반적인 이중대역 셀룰러 전화기는 상이한 대역들 사이에서 그 작동이 가능하도록 스위치 되는 RF(Radio Frequency: 이하 RF라 함.)부들을 가진다.
상기 RF부는 전송을 할 때 모뎀유닛으로부터 변조된 중간주파수(Intermediate Frequency: 이하 IF라 함.)부를 업컨버팅(upconverting)하고, 수신시 RF신호를 수신하며 수신된 신호를 모뎀 유닛에 수용 가능한 중간주파수로 다운컨버팅(downconverting)한다. 상기 RF부는 혼합기들과, 자동이득제어기들과, 필터들과, 국부발진기(local oscillator)들 및 다수의 증폭기들로 구성된다.
셀룰러 시스템의 송수신 주파수들은 각각 서로 상이하다. 송수신 주파수의 차이는 각 셀룰러 시스템에 따라 다르다. 예를 들면, 800MHz 범위에서 동작하는 CDMA 시스템은 45MHz의 주파수 차이를 가지며, 1,900MHz 범위에서 동작하는 PCS 시스템은 송수신시 80MHz의 주파수 차이를 가진다.
송수신시 IF들의 선택 방법은 많은 요인들에 좌우된다. 셀룰러 전화기를 설계하는 통상적인 방법은 하드웨어상의 단순함과 그에 따르는 비용을 고려하여 IF들의 송수신 주파수 차이가 RF의 송수신 주파수의 차이와 동일하도록 IF들을 선택하는 것이다. 이로써 송수신에 단일 국부발진기를 사용할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 단일 대역 셀룰러 전화기에 이용되는 중간 주파수 선택장치의 구성을 예시한 도면이다.
RF부는 안테나(101), 상기 안테나(101)와 접속되고 송수신 신호들을 구별하여 그 전달 경로를 스위칭하는 듀플렉서(duplexer)(102), 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(103), 송신 RF 대역통과(bandpass)필터(105), 전력증폭기(104), 송신 RF 대역통과필터(106), 혼합기들(107, 108), 수신 체인용 국부발진기(109), 수신 IF 대역통과필터(110), 수신 IF 자동이득제어기(112), 송신 IF 대역통과필터(111) 그리고 선택적 가변 이득증폭기(113)로 구성된다. 참조부호 100은 모뎀유닛을 나타낸다.
그런데 이중대역 셀룰러 전화기의 경우에는 송수신시 RF 분리(separation)가 다르다. 또한 각 대역들에서 IF들의 구별이 동일하지 않다. 그래서 통상적으로는 세 개의 국부발진기들을 필요로 한다. 즉, 특정 세트(set)의 IF들을 선택함으로써 한 대역의 송수신 체인들을 위해서는 단일의 국부발진기를 사용할 수 있지만, 나머지 대역에서는 송신 체인과 수신 체인 각각에 적합한 두 개의 국부발진기들이 요구된다. 또한 RF 송수신 체인들은 다른 주파수 범위에서 동작하는 다른 셀룰러 시스템들에 대응하여 이중화된다. 이렇게 되면 셀룰러 전화기의 복잡성과 크기와 비용 및 다른 다양한 요인들이 증가된다.
따라서 본 발명의 목적은 이중대역 셀룰러 전화기의 하드웨어적 복잡성과 크기 및 비용을 현저하게 줄이면서 송수신 체인들에서 IF 주파수들을 선택하기 위한 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 두 개의 국부발진기들이 적절하게 프로그래밍(programming)되고 스위칭(switching)됨으로써 상이한 셀룰러 전화기 시스템들을 자동으로 동작시키는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 단일 대역 셀룰러 전화기에 이용되는 중간 주파수 선택장치의 구성을 예시한 도면
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이중대역 단일모드 셀룰러 전화기에 이용되는 중간 주파수 선택장치의 구성을 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이중대역 단일모드 셀룰러 전화기에서 요구되는 국부발진주파수들을 발생하는 국부발진기의 구성을 나타내는 도면
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 중간 주파수 선택장치는 두 개의 국부발진기들과, IF 송신 체인 및 IF 수신 체인으로 구성되어 IF들을 선택한다. RF 송신 체인과 RF 수신 체인들은 동작 대역에 따라 이중화되고 스위칭된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이중대역 단일모드 셀룰러 전화기에 이용되는 IF 선택장치의 구성을 나타내는 도면이다.
IF들은 소정의 동조(slightly fine tuned)를 통해 주파수합성기에서 적합한 스텝 사이즈(step size)를 얻게 된다.
상기 도 2를 참조하면, RF부는 이중대역 안테나(101), 두 대역의 송수신 신호를 분리하는 쿼드루플렉서(quadruplexer)(202), 이중대역 저잡음증폭기(103)와 선택 가능한 스위치인 수신 RF 대역통과필터들(205, 206), 이중대역 전력증폭기(104), 선택 가능한 스위치인 수신 RF 대역통과필터들(207, 208), 혼합기들(107, 208), 수신 체인용 제1국부발진기(211), 송신 체인용 제2국부발진기(212), 수신 IF 대역통과필터(110), 수신 IF 자동이득제어부(112), 송신 IF 대역통과필터(111) 그리고 선택적 가변 이득증폭부(113)로 구성된다. 참조부호 100은 모뎀유닛을 나타낸다.
예를 들어, 800MHz 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: 이하 CDMA라 함.)대역인 제1대역과 1900MHz 개인 휴대 통신시스템(Personal Communication System: 이하 PCS라 함.)대역인 제2대역에서 동작하는 이중대역 셀룰러 전화기에 대하여 설명하면 다음과 같다.
CDMA대역의 송신 주파수 범위는 824∼849MHz이고, 수신 주파수 범위는 869∼894MHz이다. 또한 PCS대역의 송신 주파수 범위는 1850∼1910MHz이고, 수신 주파수 범위는 1930∼1990MHz이다. 그러므로 제1대역에서는 RF 주파수의 차이가 45MHz인 반면, 제2대역에서는 RF 주파수의 차이가 80MHz 이다. 이럴 경우 종래에는 IF를 선택하기 위해 세 개[한 대역(예: 제1대역)에 이용되는 단일 국부발진기와 나머지 대역(예: 제2대역)에 이용되는 두 개의 국부발진기들]을 필요로 했지만, 본 실시 예에서는 두 개의 국부발진기들을 필요로 한다. 다시 말해서, 필요로 하는 국부발진기들의 개수를 하나 줄인 구성을 제공한 것이다.
본 실시 예에서는 송신 체인용 제2국부발진기(212)와 수신 체인용의 제1국부발진기(211)를 사용한다. 상기 제2국부발진기(212)는 두 대역의 송신 체인에 사용되고, 상기 제1국부발진기(211)는 상기 두 대역의 수신 체인에 사용된다. 원하는 대역을 선택하기 위해 상기 두 국부발진기(211, 212)에는 스위치가 사용된다. IF들은 상기 제1국부발진기(211)의 주파수가 제2대역을 위해 사용되고, 상기 제1국부발진기(211)의 주파수의 반(LO1 ÷ 2)이 제1대역을 위해 사용되도록 선택된다. 상기 스위치의 제어와 반송파의 정확한 주파수는 셀룰러 전화기의 기저대역 제어부에 의해 프로그램 된다. 원하는 대역에 따라 상기 스위치가 원하는 경로를 선택하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이중대역 단일모드 셀룰러 전화기에서 요구되는 국부발진주파수들을 발생하는 국부발진기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2의 제1 혹은 제2국부발진기(211, 212)는 기준주파수발생기(301)와 주파수합성기 및 상기 주파수합성기의 출력을 선택된 대역에 따라 제1경로(path1) 혹은 제2경로(path2)를 통해 출력시키기 위한 스위치들(305, 306) 및 상기 제2경로(path2) 상에 있는 프리스케일러(prescalar, ÷2)(307)로 구성된다. 상기 제1경로(path1)는 제2대역용 직접 경로이고, 제2경로(path2)는 제1대역용 경로이다.
상기 주파수합성기는 위상동기루프(Phase Locked Loop: 이하 PLL이라 함.)(302), 루프(loop) 필터(303) 및 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator: 이하 VCO라 함.)(304)로 이루어진다. 상기 스위치들(305, 306)의 제어로 인하여 상기 VCO(304)에서 출력된 신호가 통과하는 경로가 바뀐다.
예를 들어 제2대역이 선택된 경우, 상기 VCO(304)에서 출력된 신호는 상기 직접 경로(제1경로)를 통과한다. 제1대역이 선택된 경우, 상기 VCO(304)에서 출력된 신호는 프리스케일러(307)를 통과하는 경로(제2경로)를 거치게 된다.
다른 대역들의 시작 주파수와 스텝 사이즈는 동일하지 않으므로, 상기 주파수합성기는 적절한 주파수를 발생할 수 있도록 프로그래밍 된다. 한 대역의 경우(예: 제1대역), 신호는 상기 VCO(304)를 통과한 후 프리스케일러(307)를 통과한다. 그러므로 상기 주파수의 두 배가 상기 VCO(304)에서 발생되고, 상기 VCO(304)에서의 스텝 사이즈 또한 두 배가 된다. 이로써 PLL(302)은 스텝 사이즈가 두 배인 기준 주파수를 갖게 된다. 그러므로 루프 대역폭은 더욱 높아지고[락(lock) 시간은 더욱 빨라지고], 기준 스퓨리어스(spurious)의 감쇠는 더욱 커진다.
이중대역 셀룰러 전화기의 송신 체인에서 IF를 선택하는 경우에 대하여 설명하면 다음과 같다. 제1대역의 RF 주파수 범위의 중심(center) 주파수를 X1로, 제2대역의 RF 주파수 범위의 중심 주파수는 X2로 가정한다. 또한 상기 두 대역에 대한 공통 IF는 Y로 가정한다. Z는 제2대역의 국부발진기 주파수 범위의 중심 주파수를 나타낸다고 가정한다. Z/2값은 제1대역에 이용되는 국부발진기 주파수 범위의 중심 주파수를 제공한다.
한 대역의 국부발진기 주파수는 다른 대역의 국부발진기 주파수에 오버랩(overlap)된다. 본 실시 예에 따르면, 제2대역에 대한 국부발진기 주파수는 제1대역에 대한 국부발진기 주파수(2 * LO1)에 오버랩 된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제1대역에 대해서는 주파수합성기의 VCO(304) 출력이 전달되는 경로에 프리스케일러(307)를 사용함으로써 상기 제1대역에 적절한 주파수가 제공되도록 한다.
이와 같은 주파수 오버랩을 위해서는 VCO(304)의 주파수 스위프(sweep) 범위가 낮을 필요성이 있다. 상기 범위는 단일 대역의 동작에 요구되었던 범위와 거의 동일하다. 즉, 상기 대역들 중의 한 대역(제2대역)의 스위프 범위와 대략 일치된다. 이로써 국부발진기의 위상 잡음 감소 없이 이중대역 범위가 얻어지고, 다음과 같은 수학식 1 및 2가 성립된다.
Z = X2 + Y
Z/2 = X1 + Y 혹은
Z = 2 * X1 + 2 * Y
상기 수학식 1 및 2를 풀어 보면, 다음 수학식 3 및 4와 같이 된다.
Z = 2 * (X2 - X1)
Y = Z - X2
구체적으로, CDMA대역의 송신 주파수는 824∼849MHz이고 PCS대역의 송신 주파수는 1850∼1910MHz이므로 상기 X1은 836.5MHz이고 X2는 1880MHz가 된다. 그러므로 'X2 - X1'은 1043.5MHz가 되고, 이 값에 스케일링 계수(scaling coefficient) '2'를 곱한 값(Z)은 2087MHz가 되며, Y는 207MHz가 된다.
상기 중심 주파수값과 특별한 대역의 주파수 범위로부터 상기 국부발진기의 시작(start) 주파수와 정지(stop) 주파수가 결정된다. 예를 들면, CDMA대역의 송신 주파수가 824∼849MHz이므로 상기 824MHz를 시작 주파수라 하고 849MHz를 정지 주파수라 하면, 각각에 수학식 4에서 구한 IF값(Y) 207MHz를 가산하면 1031MHz와 1056MHz라는 값이 얻어진다. 상기 1031MHz와 1056MHz는 국부발진기의 시작 주파수와 정지 주파수이다.
이중대역 셀룰러 전화기의 수신 체인에서 IF를 선택하는 경우에도 상기와 마찬가지로 동작한다.
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 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 이중대역 셀룰러 전화기의 하드웨어적 복잡성과 크기 및 비용을 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 각각 송신과 수신을 위한 두 개의 국부발진기들, 무선 송수신 체인들 그리고 중간주파수 송수신 체인들을 구비한 이중대역 셀룰러 전화기에서, 송신 중간주파수를 선택하는 방법에 있어서,
    a) 상기 이중대역의 제1 및 제2대역에 대한 송신 무선 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 찾는 과정과,
    b) 상기 제1대역의 송신 중심 주파수와 상기 제2대역의 송신 중심 주파수 사이의 차를 계산하는 과정과,
    c) 상기 계산된 값을 스케일링 계수만큼 적절하게 배가함으로써 제2대역의 국부발진기 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 계산하는 과정과,
    d) 상기 제2대역의 국부발진기 스위프 범위의 중심 주파수에서 제2대역의 무선 주파수의 송신 중심 주파수를 감산함으로서 송신 중간 주파수를 결정하는 과정과,
    e) 제1대역의 송신 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산함으로써 제1대역용 송신 국부발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정과,
    f) 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써, 상기 제2대역용 송신 국부발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 송신 중간 주파수 선택방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (e)과정에서 상기 제1대역은 상기 무선주파수의 더 높은 값을 가지는 대역임을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (e)과정에서 상기 제2대역은 상기 무선 주파수의 더 낮은 값을 가지는 대역임을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  4. 각각 송신과 수신을 위한 두 개의 국부발진기들, 무선 송수신 체인들 그리고 중간주파수 송수신 체인들을 구비한 이중대역 셀룰러 전화기에서, 수신 중간주파수를 선택하는 방법에 있어서,
    a) 상기 이중대역의 제1 및 제2대역에 대한 수신 무선 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 찾는 과정과,
    b) 상기 제1대역의 수신 중심 주파수와 상기 제2대역의 수신 중심 주파수 사이의 차를 계산하는 과정과,
    c) 상기 계산된 값을 스케일링 계수만큼 적절하게 배가함으로써 제2대역의 국부발진기 주파수 스위프 범위에서 중심 주파수를 계산하는 과정과,
    d) 상기 제2대역의 국부발진기 스위프 범위의 중심 주파수에서 제2대역의 무선 주파수의 수신 중심 주파수를 감산함으로서 수신 중간 주파수를 결정하는 과정과,
    e) 제1대역의 수신 무선 주파수 범위의 시작 주파수와 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산함으로써 상기 제1대역용 수신 국부발진기의 시작 주파수와 정지 주파수를 결정하는 과정과,
    f) 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수와 상기 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써, 상기 제2대역용 수신 국부발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (e)과정에서 상기 제1대역은 상기 무선 주파수의 더 높은 값을 가지는 대역임을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 (e)과정에서 상기 제2대역은 상기 무선 주파수의 더 낮은 값을 가지는 대역임을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  7. 제1대역의 송신 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 중간 주파수를 가산함으로써 제1대역용 국부발진기 시작 및 정지 주파수를 결정하고, 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써 제2대역용 국부발진기 시작 및 정지 주파수를 결정하는 이중대역 셀룰러 전화기에 있어서, 각 대역들에 대한 국부발진기 신호들을 발생하는 장치가,
    a) 송신 합성기에, 상기 제1 및 제2대역용 국부발진기 시작 및 정지 주파수를 결정하기 위한 계산시 상기 주파수들을 커버하는 범위 이상의 주파수들을 발생하는 전압제어발진기를 구비한 위상동기루프와,
    b) 수신 합성기에, 상기 제1 및 제2대역용 국부발진기 시작 및 정지 주파수를 결정하기 위한 계산시 상기 주파수들을 커버하는 범위 이상의 주파수들을 발생하는 전압제어발진기를 구비한 위상동기루프와,
    c) 상기 전압제어발진기의 출력이, 상기 두 대역중 상대적으로 더 높은 국부발진기 주파수들을 요구하는 대역에 대해서는 직접 경로를 통해 제공되도록 하고, 더 낮은 국부발진기 주파수를 요구하는 대역에 대해서는 프리스케일러가 연결된 간접 경로를 통해 제공되도록 하는 스위치 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
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