KR100438064B1

KR100438064B1 - 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치

Info

Publication number: KR100438064B1
Application number: KR10-2001-0042447A
Authority: KR
Inventors: 윤장섭; 이장현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2004-07-02
Also published as: KR20030006610A

Abstract

본 발명은 지능형 교통 시스템의 근거리 무선 통신 기지국에 있어서, 특히 국부 발진 장치를 채널 스캔이 가능한 PLL 타입을 적용한 것에 관한 것으로, 본 발명에 따른 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치는, 차량 단말과의 통신시 송신 및 수신 모드에 따라 경로를 선택해 주는 고주파 스위치와; 수신 고주파 신호를 근거리 무선 주파대로 수신한 후 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수로 변환하고, 수신 데이터를 복조하는 수신부와; 송신 데이터를 국부 발진 신호로 변조한 후 전력 증폭하고 상기 고주파 스위치를 통해 출력하는 송신부와; 단일 경로 상에 PLL 방식을 적용하여 고속 락킹 타임으로 송신 및 수신 주파수의 발생 및 발생된 주파수의 체배를 통해 근거리 무선 통신 주파수대의 국부 발신 신호를 발생시켜 출력하는 국부 발진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 같은 본 발명에 의하면, 단일 경로 상에 PLL 방식을 적용한 국부 발진부를 갖고, PLL 모듈이 고속 락킹 타임으로 송신 및 수신 발진 주파수 발생하고 이를 체배하여 송신 및 수신 국부 발진 신호로 송수신 되는 데이터를 동조시킬 수 있도록 함으로써, 채널 스캔 및 변경이 용이한 근거리 무선 통신 기지국을 제공함에 있다.

Description

근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치{Appliance for radio frequency of Road Side Equipment of Dedicated Short Range Communication}

본 발명은 근거리 무선 통신 기지국의 국부 발진장치에 있어서, 특히 단일 경로 상에 수정 발진기 및 PLL 모듈을 갖고 송신 및 수신 국부 발진 신호를 발생시켜 송수신 신호에 동조시켜 줄 수 있도록 한 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치에 관한 것이다.

지능형 교통 시스템(ITS: Intelligent Transport System)은 기존의 교통 체계를 정보통신, 전자, 제어, 컴퓨터 등의 첨단기술과 접목시켜 교통의 이동성, 안정성, 효율성 및 교통 환경을 개선하는 신 교통체계로서, 교통 혼잡 완화, 교통 사고의 감소, 대중 교통의 이용 확대 및 물류비 절감을 위한 것이다.

이러한 지능형 교통 시스템 서비스를 제공하기 위해 도입된 새로운 근거리 무선 통신 수단(DSRC: Dedicated Short Range Communication)은 도로변에 위치한 노변 기지국과 차량에 탑재된 차량 단말로 양방향 통신하는 시스템이다.

상기 근거리 무선 통신 수단은 통신 거리가 100M 이하이고, 전송 속도가 1Mbps인 5.8GHz 대역의 TDMA/TDD 방식을 지원하는 소 출력 장치로, 자동요금징수시스템(ETC) 서비스뿐만 아니라 교통정보 및 제어시스템의 제반 ITS 서비스를 수용하고 있다.

도 1은 종래 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 안테나(100)를 통해 차량 단말과 통신시 송신모드 및 수신모드 경로를 스위칭 선택하는 고주파 스위치(110)과, 수신모드시 고주파 스위치(110)로부터 수신되는 주파수를 중간 주파수로 변환하고 데이터 신호를 복조하는 수신부(120)와, 전송 데이터를 변조하여 상기 고주파 스위치(110)를 통해 출력하는 송신부(130) 및, 데이터 송수신시 상기 수신부(120) 및 송신부(130)의 주파수 동조를 위한 국부 발신 신호를 출력하는 국부 발진부(140)로 구성된다.

여기서, 상기 수신부(120)는 수신 주파수의 5.8GHz 대역을 필터링하는 제 1밴드패스 필터(121)와, 상기 필터링된 주파수 신호의 저 잡음 신호를 증폭하는 저 잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(122)와, 상기 저 잡음 증폭기(122)의 출력 주파수를 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수를 변환하는 주파수 변환기(123)와, 중간 주파수 대역을 필터링하는 제 2밴드패스 필터(124)와, 상기 중간 주파수 신호를 증폭하는 중간주파 증폭기(125)와, 상기 증폭된 중간주파 신호로부터 데이터 신호를 복조하는 복조기(126)로 구성된다.

그리고, 상기 송신부(130)는 데이터를 일정 대역 신호로 필터링하는 데이터 필터(131)와, 상기 필터링된 데이터 신호를 국부 발진 신호로 변조하는 ASK(Amplitude Sequence Keying) 변조부(132)와, 상기 ASK 변조된 신호를 5.8GHz 대역으로 필터링하는 제 3밴드패스 필터(133)와, 상기 제 3밴드패스 필터(133)에 의해 필터링된 신호를 전력 증폭하는 전력 증폭기(134)로 구성된다.

그리고, 상기 국부 발진부(140)는 5.8GHz 대 수신 주파수를 발생하는 제 1유전체 공진 발진기(DRO: : Dielectric Resonator Oscillator)(141)와, 수신 주파수를 증폭하여 상기 주파수 변환기(123)에 국부 발진신호로 출력하는 제 2 구동 증폭기(142)와, 5.8GHz 대 송신 주파수를 발생하는 제 2유전체 공진 발진기(143)와, 상기 발생된 송신 주파수를 증폭하여 국부 발진신호로 ASK 변조부(132)에 출력하는 제 2구동 증폭기(144)로 구성된다.

상기와 같은 종래의 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 송신 모드시에 고주파 스위치(110)는 수신부 측으로 스위칭 전환되어, 차량 단말로부터 전송된 신호가 안테나(100)에 수신되면, 수신된 신호(5.8GHz)를 수신부(120)로 출력된다.

수신부(120)는 상기 수신 주파수를 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수(IF)로 만들고, 수신 데이터로 복조하게 된다.

이를 위해서, 수신부(120)의 제 1밴드패스 필터(121)는 수신되는 주파수를 5.8GHz 대 주파수로 필터링하고 그 이외의 대역 신호는 제거한다. 저잡음 증폭기(122)는 저 잡음을 증폭하여 잡음 특성을 좋게 하고, 주파수 변환기(123)는 상기 저잡음 증폭기(LNA)(122)로부터 출력된 주파수를 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수(즉, 70MHz)로 변환하며, 제 2밴드패스 필터(124)는 상기 중간 주파수 대역만을 필터링한다. 중간주파 증폭기(125)는 상기 필터링된 중간 주파수를 증폭하고 복조기(126)는 중간 주파수로부터 수신 데이터 신호를 복조해 낸다.

그리고, 송신 모드시 송신부(130)의 데이터 필터(131)는 입력 데이터 신호를 필터링하고, ASK 변조부(132)는 상기 데이터 신호를 국부 발진 신호로 5.8GHz 대 주파수로 변조하며, 제 3밴드패스 필터(133)는 상기 ASK 변조부(132)에서 변조된 주파수 중에 필요한 5.8GHz 대 주파수로 필터링하고 전력 증폭기(134)로 전력 증폭하여 출력한다.

그러면, 상기 송신부(130)의 전력 증폭기(134)로부터 출력된 송신 신호는 송신 모드에 따라 연동하는 고주파 스위치(110)의 스위칭 전환으로 안테나(100)를 통해서 차랑 단말로 송출된다.

한편, 국부 발진부(140)는 송수신 모드에 따라 송신 및 수신 국부 발진 신호를 발생시켜 수신부(120) 및 송신부(130)에 각각 출력하는데, 제 1유전체 공진 발진기(DRO)(141)는 5.8GHz 대 수신 주파수(즉, 5.87GHz)를 발생하고, 구동 증폭기(142)는 상기 수신 주파수를 증폭하여 수신 국부 발진 신호로 주파수 변환기(123)에 출력해 준다. 그러므로, 수신 중간 주파수 신호는 수신 국부 발진신호(5.87GHz)에서 수신 신호(5.8GHz)를 뺀 70MHz 주파수 성분이 된다.

그리고, 제 2유전체 공진 발진기(DRO)(143)는 5.8GHz대 송신 주파수(즉, 5.8GHz)를 발생하고, 제 2구동 증폭기(144)는 상기 송신 주파수를 증폭한 후 국부 발진 신호로 ASK 변조부(132)에 출력하므로 송신 데이터를 변조시켜 준다.

그러나, 종래에는 국부 발진부(140)에서 발진 주파수를 발생하는 유전체 공진 발진기(141,143)를 서로 다른 송신 및 수신 경로에 설치하고, 5.8GHz 대 주파수를 발생하고 있으나, 유전체 공진 발진기(141,143)는 그 부피가 크고, 공장 출하시 세팅된 고정된 채널만을 이용할 수 있고, 채널 스캔 및 변경이 불 가능하여 항상 고정된 채널만 이용할 수 있다.

또한, 유전체 공진 발진기(141,143)의 외형적인 크기로 인해 고주파부(RF부)의 사이즈가 커지고, 전체 기지국으로 보면 제어부와 고주파부를 분리하게 되는 중요 요인으로 작용하고 있다는데 그 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단일 경로 상에 수정 발진기와 PLL 모듈을 갖는 국부 발진부에 의해 송수신 신호를 동조시켜 줄 수 있도록 한 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 PLL 모듈의 고속 락킹 타임으로 송수신 모두에 따라 송신 주파수와 수신 주파수를 각각 발생할 수 있도록 하는 한편, 발생된 송수신 주파수를 체배하여 근거리 무선 통신 대역의 주파수로 만들어 줄 수 있도록 한 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치를 나타낸 블록 구성도.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치를 나타낸 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,200...안테나 110,210...고주파 스위치

120,220...수신부 130,230...송신부

140,240...국부 발진부 141,143...DRO

142,144,243,246...증폭기 241...온도보상 수정발진기

242...PLL모듈 245...밴드패스 필터

247...출력 스위치

상기한 목적 달성을 위한, 본 발명 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치는,

차량 단말과의 통신시 송신 및 수신 모드에 따라 경로를 선택해 주는 고주파 스위치와;

수신 고주파 신호를 근거리 무선 주파대로 수신한 후 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수로 변환하고, 수신 데이터를 복조하는 수신부와;

송신 데이터를 국부 발진 신호로 변조한 후 전력 증폭하고 상기 고주파 스위치를 통해 출력하는 송신부와;

단일 경로 상에 PLL 방식을 적용하여 고속 락킹 타임으로 송신 및 수신 주파수의 발생 및 발생된 주파수의 체배를 통해 근거리 무선 통신 주파수대의 국부 발신 신호를 발생시켜 출력하는 국부 발진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 국부 발진부는 단일 경로 상에, PLL 기준 주파수를 발생하는 수정 발진기와, 송신 및 수신 모드에 따라 상기 PLL 기준 주파수에 의해 동작하고, 고속 PLL 락킹 타임에 의해 송신 및 수신 주파수를 발생하는 PLL 모듈과, 상기 발생된 주파수를 증폭하는 고주파 증폭기와, 상기 증폭된 발진 주파수를 체배하는 체배기와, 상기 체배 주파수를 필터링하는 밴드패스 필터와, 상기 밴드패스 필터링된 필요 주파수를 증폭하는 구동 증폭기와, 송수신 모드에 따라 전환되어 구동 증폭기에 의해 증폭된 국부 발진 신호를 출력하는 출력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 PLL 모듈의 고속 락킹 타임은 30uS로 하여 송수신 절체가 순간적으로 가이드 타임(Guide time) 이내에 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 제 1실시 예에 따른 근거리 무선 통신 기지국의 국부 발진장치를 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 안테나(200)를 통해 차량 단말과 송수신되는 근거리 무선 데이터의 송수신 경로를 전환하는 고주파 스위치(210)와, 수신되는 고주파 신호를 국부 발진 신호에 의해 중간 주파수로 변환하고 수신 데이터를 복조하는 수신부(220)와; 송신 데이터를 국부 발진 신호로 변조하여 5.8GHz 대 주파수로 전력 증폭한 후 상기 고주파 스위치(210)로 출력하는 송신부(230)와; 단일 경로 상에 송신 및 수신 모드에 따라 온도보상 수정 발진기(241) 및 PLL 모듈(242), 체배기(244)를 이용하여 송수신 국부 발진 신호를 출력하는 국부 발진부(240)를 포함한 구성이다.

여기서, 상기 국부 발진부(240)는 PLL 기준 주파수를 발생하는 온도보상 수정 발진기(TCXO, 241)와, 송신 및 수신 모드에 따라 상기 PLL 기준 주파수에 의해 동작하고, 고속 PLL 락킹 타임에 의해 송신 및 수신 주파수를 발생하는 PLL 모듈(242)과, 상기 발생된 주파수를 증폭하는 고주파 증폭기(243)와, 상기 증폭된 주파수를 2체배하는 체배기(244)와, 상기 체배 주파수를 5.8GHz대 주파수로 필터링하는 밴드패스 필터(245)와, 상기 밴드패스 필터링된 필요 주파수를 증폭하는 구동 증폭기(246)와, 송수신 모드에 따라 전환되어 구동 증폭기(246)에 의해 증폭된 국부 발진 신호를 출력하는 출력 스위치(247)를 포함하는 구성이다.

상기와 같은 본 발명 실시 예에 따른 근거리 무선통신 기지국의 고주파 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 차량 단말과 근거리 무선 통신을 위해서 고주파 스위치(210)는 안테나(200)를 통해 송신되는 신호와 수신되는 신호는 송수신 모드에 따라 전환되어 수신부(220) 및 송신부(230)로 연결된다.

수신 모드시에는 차량 단말의 송신 신호가 안테나(200)를 통해 수신되며, 수신된 고주파 신호는 고주파 스위치(210)를 통해서 수신부(220)로 인가되고, 수신부(220)는 상기 고주파 신호를 제 1밴드패스 필터(221)에서 밴드패스 필터링시키고, 저 잡음 증폭기(222)로 저 잡음 증폭한다.

그리고, 주파수 변환기(223)는 수신 고주파 신호를 국부 발진 주파수와 혼합하여 중간 주파수를 변환하고, 주파수 변환기(233)에 의해 변환된 중간 주파수는 밴드패스 필터(234)에 의해 중간 주파수 성분만 필터링되고, 중간 주파증폭기(235)에 의해 증폭된 후 복조기(236)를 통해서 수신 데이터(1Mbps)로 복조된다.

그리고, 송신 모드시에는 송신 데이터가 송신부(230)에서 국부 발진 주파수로 변조된 후 상기 고주파 스위치(210) 및 안테나(200)를 통해 차량 단말로 송신된다.

이러한 수신부(230)의 데이터 필터(231)는 전송하고자 하는 디지털 데이터(1Mbps)를 필터링하고, ASK 변조부(232)는 송신 데이터를 상기 국부 발진 신호로 변조한 후, 제 3밴드패스 필터(233)는 변조된 주파수 중 5.8GHz 대역만 밴드패스 필터링하고, 전력 증폭기(234)는 상기 밴드패스 필터링된 주파수를 전력 증폭하여, 상기 고주파 스위치(210)로 출력한다.

한편, 국부 발진부(240)는 상기 송수신부(220,230)의 송신 및 수신 신호에 동조시켜 주기 위한 국부 발진 신호를 발생하는데, 단일 경로 상에 송수신 모드에 따라 송수신 국부 발진 신호를 각각 발생한다.

국부 발진부(240)는 온도 보상 수정발진기(TCXO)(241), PLL(Phase Lock Loop) 모듈(242), 고주파 증폭기(243), 체배기(244), 밴드패스 필터(BPF)(245), 구동 증폭기(246), 출력 스위치(247)로 구성된다.

상기 온도 보상 수정발진기(241)는 수정 응용 제품의 하나로서, PLL을 동작시키기 위한 기준 주파수를 발생하고, PLL 모듈(242)은 PLL 기준 주파수와 발진 주파수의 위상을 비교하여 그 차이를 이용하여 주파수를 찾아 원하는 송신 및 수신 주파수를 각각 출력한다. 이러한 PLL 모듈(242)은 양방향 통신시 TDD(TimeDivision Duplex) 통신을 위한 송신 및 수신 경로(TX, RX) 상에 각각 존재한다.

상기 PLL 모듈(242)은 동작 주파수 변경(송신 및 수신)시 걸리는 시간(PLL locking time)을 30us 이내에서 순간적으로 가이드 타임 이내에서 절체되도록 구현한다. 즉, TDD 방식에서 서로 다른 송신 주파수와 수신 주파수로의 주파수 발생을 고속 락킹 타임에 의해 빠른 변경이 가능해 진다.

이러한 PLL은 기준 발진기의 기준 주파수와 전압제어 발진기(VCO: Voltage Control Oscillator)의 발진 주파수의 위상을 비교하여 그 차이를 이용하여 주파수를 주파수를 찾아 가는데, 락 타임(Lock Time)과 위상 노이즈(Phase Noise)의 관계 및 주파수의 변화량(Frequency Shift)은 각각 반비례 관계를 가지고 있다. 즉, 최적의 상태에서 PLL 락 타임을 짧게 하면 위상 노이즈 특성은 비례적으로 악화되고, 주파수 변화량이 클수록 PLL 락 타임이 길어지게 된다.

이러한 PLL 모듈(242)에서 송신 주파수(2.9GHz) 및 수신 주파수(2.935GHz)를 송수신 모드에 따라 각각 발생하기 때문에 송신, 수신 주파수용 PLL 모듈을 별도로 사용하지 않고 공유할 수 있으며, 발생된 주파수를 전환시켜 주기 위한 별도의 스위칭 수단이 필요하지 않게 된다.

그러면, 고주파 증폭기(Amp, 243)는 발생된 송수신 발진 주파수 성분을 증폭하고, 체배기(244)는 증폭된 발진 주파수를 2체배하여 5.8GHz 대로 출력한다.

그러면, 밴드패스 필터(245)는 상기 증폭된 신호 중 필요한 5.8GHz대 주파수 대역만을 필터링하여 출력하고, 구동 증폭기(246)는 상기 밴드패스 필터링된 5.8GHz 필요 주파수를 증폭한다.

그러면, 상기 고주파 스위치(210)와 연동하는 출력 스위치(247)는 송수신 모드에 따라 송신측 또는 수신측으로 연결된 상태이므로, 구동 증폭기(246)에 의해 증폭된 주파수를 수신부(210) 또는 송신부(220)에 국부 발진 신호(5.87GHz/5.8GHz)로 출력한다. 여기서 출력 스위치(247)는 송수신 주파수를 TDD(Time Division Duplex) 통신을 위해서 빠른 시간 내에 스위칭 전환한다.

그러면, 국부 발진부(240)의 출력 스위치(247)로부터 출력된 수신 국부 발진 주파수(5.87GHz)는 수신부(220)에 수신된 고주파 신호와 동조되어 중간 주파수로 변조되며, 송신 국부 발진 신호(5.8GHz)는 송신부(230)의 송신 데이터를 근거리 무선 주파수대로 변조해 준다.

이와 같이 본 발명은, ITS 근거리 무선 통신용 기지국에 PLL 타입을 적용하여 공장에서 출하된 고정된 채널만이 아니라, 채널 스캔이 가능하므로, 채널 변경 용이 및 다양한 서비스에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 센터(Center)에서 기지국 채널의 원격 제어가 가능해 진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 근거리 무선통신 기지국의 국부 발진 장치에 의하면, 단일 경로 상에 PLL 타입 적용하여 기존에 DRO 타입보다 저 가격 및 설치된 기지국에서의 채널 스캔 및 채널 변경이 용이하여 다양한 서비스에 대응할 수 있는 효과가 있다.

또한, PLL 모듈의 고속 락킹 타임에 의한 송신 및 수신 주파수의 발생함으로써, 발생된 주파수의 체배를 통해 근거리 무선 통신 대역의 국부 발진 신호로 출력할 수 있어, 부품 절감으로 가격 경쟁력 향상 및 국부 발생 장치의 외형 사이즈가 작아질 수 있는 효과가 있다.

Claims

차량 단말과의 통신시 송신 및 수신 모드에 따라 경로를 선택해 주는 고주파 스위치와;

수신 고주파 신호를 근거리 무선 주파대로 수신한 후 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수로 변환하고, 수신 데이터를 복조하는 수신부와;

송신 데이터를 국부 발진 신호로 변조한 후 전력 증폭하고 상기 고주파 스위치를 통해 출력하는 송신부와;

단일 경로 상에 PLL 방식을 적용하여 고속 락킹 타임으로 송신 및 수신 주파수를 발생하고, 상기 발생된 송신 및 수신 주파수의 체배를 통해 근거리 무선 통신 주파수대의 국부 발신 신호를 발생시켜 상기 송신부 또는 수신부로 출력하는 국부 발진부를 포함하며,

상기 국부 발진부는 단일 경로 상에, PLL 기준 주파수를 발생하는 수정 발진기와; 송신 또는 수신 모드에 따라 상기 PLL 기준 주파수에 의해 동작하고, 고속 PLL 락킹 타임에 의해 송신 또는 수신 주파수를 각각 발생하는 PLL 모듈과; 상기 발생된 발진 주파수 성분을 증폭하는 고주파 증폭기와; 상기 증폭된 발진 주파수를 체배하는 체배기와; 상기 체배 주파수 중에 필요한 근거리 무선 통신 주파수 대역으로 필터링하는 밴드패스 필터와; 상기 밴드패스 필터링된 필요 주파수를 증폭하는 구동 증폭기와; 송수신 모드에 따라 전환되어 구동 증폭기에 의해 증폭된 국부 발진 신호를 상기 송신부 또는 수신부로 출력하는 출력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 PLL 모듈의 고속 락킹 타임은 30uS로 하여 송수신 절체가 가이드 타임 이내에 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 기지국의 고주파 장치.