KR100524326B1 - 직접변환 낮은 중간주파수 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

직접변환 낮은 중간주파수 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR100524326B1 KR10-2003-0088763A KR20030088763A KR100524326B1 KR 100524326 B1 KR100524326 B1 KR 100524326B1 KR 20030088763 A KR20030088763 A KR 20030088763A KR 100524326 B1 KR100524326 B1 KR 100524326B1
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    • H03D3/007—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by converting the oscillations into two quadrature related signals
    • H03D3/009—Compensating quadrature phase or amplitude imbalances

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 직접변환 낮은 중간주파수 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의하여 발생하는 동위상(I: In-phase)/직교(Q: Quadrature phase) 채널간 부정합(즉, 진폭 부정합 또는 위상 부정합)을, 송신 신호를 직접 이용하여 추출하고 보정함으로써, I/Q 채널간 부정합으로 발생하는 전송신호의 성능 저하를 개선하고 송신 신호에 포함되는 스퓨리어스 신호를 실시간으로 억압시킬 수 있는, 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 디지털 신호 처리부(DSP)와 직접변환 낮은 중간주파수(IF: Intermediate Frequency) 방식 상향변환 혼합기를 포함하는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서의 상기 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환 혼합기에 의한 동위상(I)/직교(Q) 채널간 부정합 추출 장치에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB)를 생성하기 위한 보정용 기저대역신호 생성 수단; 상기 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기의 출력단에 나타나는 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하기 위한 하향변환 기저대역신호 생성 수단; 및 상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I채널과 Q채널 간의 부정합을 추출하기 위한 부정합 추출 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 등에 이용됨.

Description

직접변환 낮은 중간주파수 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법{Apparatus for extracting the I/Q Mismatch caused by Up-conversion of direct conversion low IF scheme, and System and Method for Direct Conversion Digital Quadrature Transmission}
본 발명은 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직접 변환 낮은 IF 방식 송신 시스템에서 발생하는 동위상(I: In-phase)/직교(Q: Quadrature phase) 채널간 진폭/위상 부정합(불일치)을, 송신신호를 직접 이용하여 추출하고 보정함으로써, 전송신호의 성능 저하를 개선하고 송신 신호에 포함되는 스퓨리어스 신호를 실시간으로 억압시킬 수 있는, 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
무선통신 시스템에서는 특성의 우수성으로 인해 헤테로다인 방식의 송수신 구조가 많이 사용되어 왔으나, 최근 단말기의 소형화 및 저가격화 경향에 따라 직접 변환 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
헤테로다인 방식은 수신 감도 및 혼신 방지면에서는 우수한 특성을 나타내지만, 중간 주파수를 사용하고 있기 때문에 그에 따른 국부발진기, 필터 등 중간 주파수용 부품이 필요하다.
한편, 직접 변환 방식은 고주파 신호를 중간 주파수 신호로의 변화 과정없이 직접 기저 대역 신호로 주파수 변환하여 수신하고, 기저 대역 송신 신호를 직접 고주파 신호로 변환하므로 중간 주파수용 부품이 필요없어 소형화 및 저가격화에 유리하다.
그러나, 직접 변환 방식은 I/Q 채널의 부정합, 국부발진 신호의 역방향 누설 및 재유입, 저주파 잡음(1/f 잡음) 등에 의한 수신 신호 품질의 저하 및 높은 출력를 갖는 송신 신호에 의한 발진 회로에 대한 간섭에 의한 발진 신호의 불안정 및 I/Q 부정합에 의해 송신 신호 품질의 저하 등 해결해야 할 문제점이 많이 있다.
직접 변환 방식의 장점을 유지하면서 문제점을 보완하기 위한 방법으로 헤테로다인 구조를 사용하면서 낮은 주파수의 중간주파수를 사용하는 낮은(Low) IF 구조의 송수신 구조가 제안되어 사용되고 있다.
낮은(Low) IF 방식은 중간 주파수로 기저 대역 신호 대역폭 수준의 낮은 주파수를 채택하는 방식으로서, 중간 주파수 신호를 직접 아나로그-디지털 신호 변환하여 디지털 영역에서 처리함으로써 별도의 중간 주파수용 부품이 필요없어 소형화, 저가격화가 가능하다.
낮은 IF 방식에서 해결해야 할 문제점 중의 하나는 수신부 이미지 신호에 의한 신호 품질의 저하와 송신부 스퓨리어스(spurious) 신호에 의한 채널 간섭이다.
이미지 신호 또는 스퓨리어스 신호를 제거하기 위하여 이미지 제거형 주파수 혼합기를 사용하고 있으며, 위버 구조의 이미지 제거형 주파수 혼합기가 광대역 특성으로 인해 가장 많이 채택되고 있다.
이미지 제거형 주파수 혼합기는 I 채널과 Q채널의 경로간 증폭도가 같고 채널간 위상이 90˚차이가 나야 하지만, I/Q 채널의 부정합에 의해 이미지 또는 스퓨리어스 신호 제거 능력이 저하된다.
수신부의 경우에는 I/Q 채널상의 부정합 정도를 수신된 기저 대역 신호를 분석하여 보정하는 방법과 특정한 신호를 따로 입력하여 보정하는 방법이 있으며, 송신부의 경우에는 보정용 특정 형식의 기저 대역 신호를 주파수 혼합기에 입력하여 주파수 변환하고 그 주파수 변환된 고주파 신호를 다시 기저대역신호로 주파수 변환하여 분석함으로써 부정합 정도를 추출한 다음 송신하고자 하는 신호를 부정합 정도에 따라 변형시켜 송신함으로써 보정할 수 있다.
종래의 기술로는 도 1 과 도 2 에 도시된 바와 같은 두 가지 방법이 있다.
도 1 은 종래의 위버구조의 낮은IF 방식 상향변환 혼합기를 갖는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템의 구성도를 나타내고, 도 2 는 종래의 특정한 보정 신호를 이용하여 스퓨리어스 신호를 제거하기 위한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템의 구성도를 나타낸다.
첫번째 방법은 위버구조를 갖는 방법으로서, 도 1 에 나타낸 바와 같이 송신하고자 하는 기저 대역 신호를 적절한 필터를 통과시킨 후 디지털 영역에서 IF신호로 상향 변환한다. IF신호의 주파수는 기저 대역 신호의 최대 주파수 성분의 수 배 정도이므로 디지털 영역에서 충분히 처리 가능하다.
기저대역 I/Q 채널 신호에 IF 주파수의 sin 성분과 cos 성분을 각각 곱하고(101, 102, 104, 105)적절히 조합한 후(103, 106), 고주파 국부발진기 신호의 sin성분과 cos성분을 곱하여(107, 108) 더함으로써(109), 이미지성분이 서로 상쇄되도록 한다.
두번째 방법은 도 2 에 나타난 바와 같이 송신 시스템의 출력단의 고주파 신호 RFout를 별도의 국부발진기(200)와 혼합기(201)를 갖는 구조에 의해 낮은(low) IF신호로 변환한 후, 아나로그-디지털 변환기(ADC)(202)를 이용하여 디지털 신호로 변환하고 국부 발진기 신호의 sin성분과 cos성분을 곱하여(203, 204) 기저대역 I/Q 채널 신호로 변환한다.
진폭/위상 부정합 추정부(205)는 변환된 기저대역 I 채널 신호를 제곱하고 변환된 기저대역 Q 채널 신호를 제곱하여 더하고, 미리 삽입된 진폭-부정합과 위상-부정합을 독립적으로 변화시켜 가면서 최적의 조건을 찾아낸다.
부정합 보상부(207)에서 이렇게 찾아낸 최적의 조건을 이용하여 진폭-부정합과 위상-부정합값으로 DSP(206)에 의하여 미리 삽입된 I/Q 채널 신호를 보정하면, 스퓨리어스 신호를 제거하는 위버구조의 낮은 IF방식 상향변환 혼합기 (Mixer)(208)에서는 고주파 I/Q 채널신호간 진폭-부정합과 위상-부정합을 보정한다.
그러나, 첫번째 방법은 이미지 제거형 주파수 혼합기의 I 채널과 Q채널은 증폭도가 같고 위상이 90˚차이가 나야 하지만, I/Q 채널의 부정합에 의해 이미지 또는 스퓨리어스 제거능력이 저하된다는 문제점이 있었다.
한편, 두번째 방법은 전송 신호와는 다른 보정을 위한 별도의 보정 신호를 송신하여야 하며, 송신기에서 요구 전송 신호를 전송하기 전에 보정 신호를 송신하여 I/Q 채널 부정합을 보정함으로써 보정시간이 필요하다는(즉, 실시간 보정을 할 수 없다는) 문제점이 있었다.
또한, 송신 고주파 신호를 낮은 IF 신호로 주파수 변환하는 별도의 국부발진기를 필요로 하는 구조이며, 동작중에 온도의 변화등에 의해 상태가 바뀌었을 때 보정 능력이 떨어져 스퓨리어스가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의하여 발생하는 I/Q 채널간 부정합(즉, 진폭 부정합 또는 위상 부정합)을, 송신 신호를 직접 이용하여 추출하는, 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명은, 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의하여 발생하는 I/Q 채널간 부정합을, 송신 신호를 직접 이용하여 추출하고, 그 추출된 I/Q 채널간 부정합값을 이용하여 기저대역 송신 I/Q채널 신호를 보정함으로써, I/Q 채널간 부정합으로 발생하는 전송신호의 성능 저하를 개선하고 송신 신호에 포함되는 스퓨리어스 신호를 실시간으로 억압시킬 수 있는, 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출을 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디지털 신호 처리부(DSP)와 직접변환 낮은 중간주파수(IF: Intermediate Frequency) 방식 상향변환 혼합기를 포함하는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서의 상기 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환 혼합기에 의한 동위상(I: In-phase)/직교(Q: Quadrature phase)채널간 부정합 추출 장치에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB)를 생성하기 위한 보정용 기저대역신호 생성 수단; 상기 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기의 출력단에 나타나는 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하기 위한 하향변환 기저대역신호 생성 수단; 및 상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I채널과 Q채널 간의 부정합을 추출하기 위한 부정합 추출 수단을 포함한다.
한편, 본 발명은, 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에 있어서, 송신데이터를 처리하여 기저대역 송신 I/Q채널 신호로 출력하고, 부정합 추출 수단에 의하여 추출된 I채널과 Q채널 간의 부정합을 이용하여 상기 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호의 부정합을 제거하기 위한 디지털 신호 처리 수단; 상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호를 송신 고주파 신호로 직접변환하기 위한 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합 수단; 상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB)를 생성하기 위한 보정용 기저대역신호 생성 수단; 상기 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기의 출력단에 나타나는 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하기 위한 하향변환 기저대역신호 생성 수단; 및 상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I채널과 Q채널 간의 부정합을 추출하기 위한 부정합 추출 수단을 포함한다. 한편, 상기 본 발명은, 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환을 수행하는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에 적용되는 디지털 직교 송신 방법에 있어서, 송신데이터를 디지털신호처리하여 기저대역 송신 I/Q채널 신호로 변환하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 변환된 기저대역 송신 I/Q채널 신호를 송신 고주파 신호로 직접변환하는 제 2 단계; 상기 제 1 단계에서 변환된 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB)를 생성하는 제 3 단계; 상기 제 2 단계에서 직접변환된 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하는 제 4 단계; 상기 제 3 단계에서 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 제 4 단계에서 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I/Q채널 간의 부정합을 추출하여 제 5 단계; 및 상기 제 5 단계에서 추출된 I/Q채널 간의 부정합을 이용하여 상기 제 1 단계에서 변환된 기저대역 송신 I/Q채널 신호의 부정합을 제거하는 제 6 단계를 포함한다.
본 발명은 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서 발생하는 I/Q 채널간 진폭/위상 부정합을 보정하기 위하여, 송신되고 있는 고주파 신호를 직접 이용하여 주파수 하향변환하고, 그 하향변환된 송신 신호와 보정용 기저대역 신호를 비교함으로써 송신장치의 I/Q채널간 부정합을 추출/보정하여, 직접 변환 낮은IF 방식의 송신 시스템에서 발생하는 I/Q 채널 부정합으로 인한 전송 신호 성능 저하를 개선하고 송신 출력 신호에 포함되는 스퓨리어스 신호를 실시간적으로 억압하는 기술에 관한 것이다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법에 대한 일실시예 설명도로서, I/Q 채널간 부정합을 추출/보정하고 이를 통하여 송신 출력 신호의 스퓨리어스를 억압하는 과정을 나타낸다.
직접변환 디지털 직교 송신 시스템은 크게 송신장치(300, 310)와 부정합 추출 장치(320, 330, 350)로 구성되며, 여기서 송신장치는 송신데이터를 처리하는 디지털 신호처리부(300) 및 위버(weaver)구조의 낮은(low)IF방식 상향변환 혼합기 (Mixer)(310)로 구성되고; 부정합 추출 장치는 보정용 기저대역 신호(DA, DB) 생성부(320), 하향변환 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ) 생성부(330), 및 부정합 추출부 (350)로 구성되며, 그 구체적인 기능은 다음과 같다.
보정용 기저대역 신호(DA, DB) 생성부(320)는 디지털 신호 처리부(300)의 출력신호인 DI, DQ를 이용하여 보정용 기저대역 신호 DA 및 DB 를 생성하고, 하향변환 기저대역 I/Q 채널 신호(SI, SQ) 생성부(330)는 위버구조의 낮은IF방식 상향변환 혼합기(Mixer)(310)의 출력단에 나타나는 고주파 신호(즉, RFout)를 고주파 혼합기 (Mixer)(331)에 공급하여 제곱함으로써 얻어지는 하향 변환된 기저대역 I채널 신호 SI 및 기저대역 Q채널 신호 SQ를 생성한다.
이하, 보정용 기저대역 신호(DA, DB) 생성부(320)가 디지털 신호 처리부 (300)의 출력신호인 DI, DQ를 이용하여 보정용 기저대역 신호 DA 및 D B를 생성하는 과정을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
하나의 보정용 기저대역신호(DA)는 아래의 (수학식 1)과 같이, 기저대역 송신 I채널 신호의 제곱과 기저대역 송신 Q채널 신호의 제곱의 감산과정을 통하여 생성한다.
즉, "321" 혼합기가 기저대역 송신 I채널 신호(DI)를 제곱하고 "322" 혼합기가 기저대역 송신 Q채널 신호(DQ)를 제곱한 후, "324"의 감산기가 제곱된 두 신호를 감산하면, 보정용 기저대역신호(DA)가 생성된다.
한편, 또 다른 보정용 기저대역신호(DB)는 아래의 (수학식 2)와 같이, 기저대역 송신 I채널 신호와 기저대역 송신 Q채널 신호의 곱셈과정을 통하여 생성한다.
즉, "323" 혼합기가 기저대역 송신 I채널 신호(DI)와 기저대역 송신 Q채널 신호(DQ)를 곱하면, 보정용 기저대역신호(DB)가 생성된다.
여기서, DI와 DQ는 각각 I 채널의 기저대역 신호와 Q 채널의 기저대역 신호를 나타내며, 송신에 사용된 신호이므로 이미 알고 있는 값이다.
다음은, 하향변환 기저대역 I/Q 채널 신호(SI, SQ) 생성부(330)가 위버구조의 낮은IF방식 상향변환 혼합기(Mixer)(310)의 출력단에 나타나는 고주파 신호(즉, RFout)를 이용하여 하향 변환된 기저대역 I채널 신호 SI 및 기저대역 Q채널 신호 S Q를 생성하는 과정을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
송신 장치(300, 310)의 출력단에서 송신되고 있는 고주파 신호 RFout을 주파수 혼합기(M7)(331)의 두 입력 단자에 연결하여(즉, 별도의 국부발진기없이 송신 고주파 신호 RFout 자체를 제곱하여) 낮은 주파수로 변환시킨 후, 아나로그-디지털 변환기(ADC)(332)를 이용하여 디지털 신호로 변환한 다음 대역통과필터(BPF)(333)로 필터링한다.
이후, 대역통과필터(BPF)(333)의 출력신호는 두 배의 IF 주파수 성분의 sin파와 cos파와 혼합(Mixing)되어, 결국에는 기저대역신호인 SI 신호와 SQ 신호가 된다.
즉, 대역통과필터(BPF)(333)의 출력신호는 주파수 혼합기(M8)(335)에서 국부발진기(334)의 출력신호와 혼합된 후, 저역통과필터(LPF)(336)에 의하여 기저대역신호로 필터링되고 이득조정되어(337) 하향변환된 기저대역 I채널신호(SI)가 된다.
한편, 대역통과필터(BPF)(333)의 출력신호는, 주파수 혼합기(M9)(339)에서, 국부발진기(334)에서 출력되어 위상변이기(338)에 의하여 위상이 90˚변이된 신호와 혼합된 후, 저역통과필터(LPF)(340)에 의하여 기저대역신호로 필터링되고 이득조정되어(341) 하향변환된 기저대역 Q채널신호(SQ )가 된다.
상기와 같은 과정을 통하여 구해진 기저대역 신호 SI와 SQ신호는 각각 다음의 (수학식 3) 및 (수학식 4)와 같다. 여기서, 계산의 편의상, 사용된 모든 소자의 이득은 "1"로 하여 계산하였다.
여기서, DA와 DB는 위에서 설명한 (수학식 1)과 (수학식 2)와 같다. DI 와 DQ는 각각 I 채널의 기저대역 신호와 Q 채널의 기저대역 신호를 나타내고, ΔA와 Δθ는 진폭-부정합 및 위상-부정합을 나타낸다.
한편, 부정합 추출부(350)는 수정 기저대역 신호(DA, DB) 생성부(320)의 출력인 DA, DB 와 하향 변환된 기저대역 I/Q 채널 신호(SI, SQ ) 생성부(330)의 출력인 SI, SQ로부터 (수학식 3)과 (수학식 4)를 이용하여, 송신 신호에 포함되는 스퓨리어스 신호를 억압하고 또한 I/Q 채널 신호간의 위상/진폭 부정합값을 추출하여 디지털 신호 처리부(DSP)(300)로 보낸다. 그러면, 디지털 신호 처리부(DSP)(300)는 송신데이터에서 부정합을 제거하게 된다.
즉, 부정합 추출부(350)는 송신되고 있는 고주파 신호로부터 얻어진 SI, SQ를 보정용 기저 대역 송신 신호 DA, DB와 비교하여 상관 관계를 알아봄으로써, 송신장치에서 발생한 진폭-부정합(ΔA)과 위상-부정합(Δθ)을 추출할 수 있다.
수학식 유도 과정에서는 모든 소자의 이득을 "1"로 두고 계산하였으나, 실제로는 어떤 소자가 사용될 지 알 수 없으므로 이때 구해진 진폭-부정합과 위상-부정합의 크기는 의미없으며, 부호만 의미가 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 진폭-부정합과 위상-부정합의 부호를 독립적으로 추출할 수 있으며, 그 추출된 부호를 이용하여 보정하여 줌으로써 보정 시간을 따로 둘 필요가 없으며 실시간으로 스퓨리어스를 제거할 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 디지털 신호 처리부(DSP)와 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기(Mixer)를 포함하는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에 적용되는 상기 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기(310)의 부정합 추출 방법을 나타낸다.
보정용 기저대역신호 생성부(320)는 디지털 신호 처리부(300)에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB)를 생성한다(400).
여기서, 보정용 기저대역신호 중에서 하나(DA)는 (수학식 1)과 같이, 기저대역 송신 I채널 신호의 제곱과 기저대역 송신 Q채널 신호의 제곱의 감산과정을 통하여 생성하고; 다른 하나(DB)는 (수학식 2)와 같이, 기저대역 송신 I채널 신호와 기저대역 송신 Q채널 신호의 곱셈과정을 통하여 생성한다.
한편, 하향변환 기저대역신호 생성부(330)는 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기(310)의 출력단에 나타나는 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고(401), 그 변환된 낮은IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파(즉, 90˚의 위상차를 갖는 두 정현파)를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성한다(402).
부정합 추출부(350)는 "400"에서 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 "402"에서 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계(즉, 수학식 3 또는 수학식 4)를 이용하여 스퓨리어스 신호를 억압하고 I채널과 Q채널 간의 진폭/위상 부정합을 추출한다(403).
한편, 위에서 설명한 본 발명에 따른 부정합 추출 방법을 시뮬레이션을 이용하여 검증하면, 다음과 같다.
시뮬레이션 과정에서, 기저 대역 I/Q 채널신호로는 1 Mbps의 서로 다른 임의의 신호를 사용하였으며, 기저 대역 여과기로는 계수가 0.26인 레이지드 코사인 필터를 사용하였다.
도 5 는 디지털 신호 처리부(300)의 출력인 송신데이터로부터 계산된 수정된 기저대역 신호의 파형도로서, 송신 데이터 DI,DQ 를 이용하여 계산한 DA ,DB를 나타낸다.
도 6 은 I/Q 채널간 진폭-부정합이 0.4dB인 경우의 기저 대역 신호의 파형도로서, 0.4 dB의 진폭-부정합만 있을 경우에 송신되고 있는 고주파 신호로부터 얻어진 SI와 SQ를 나타낸다.
(수학식 3)과 (수학식 4)에서 예상된 바와 같이, SI, SQ는 각각 DA, D B와 위상이 반대임을 알 수 있다.
따라서, 진폭-부정합의 부호는 양(+)이며, SI, SQ가 0이 될 때까지 연속적으로 기저대역 신호를 조정하면 스퓨리어스를 제거할 수 있다.
도 7 은 I/Q 채널간 위상-부정합이 -20dB인 경우의 기저 대역 신호의 파형도로서, 위상-부정합이 2˚ 있을 경우에 얻어진 SI와 SQ를 보여준다.
SI는 DB와 역위상이며 SQ는 DA와 동위상이다. 따라서, 위상-부정합의 부호는 양(+)이며, 진폭-부정합의 경우와 마찬가지로 SI, SQ가 0이 될 때까지 연속적으로 기저대역 신호를 조정하면 스퓨리어스를 제거할 수 있다.
실제 구현에 있어서는 진폭-부정합과 위상-부정합의 부호는 SI, SQ 신호와 DA,DB 신호와의 상관 관계를 통하여 결정해야 하며, (수학식 3)과 (수학식4)에서 알 수 있듯이, 하나의 식만을 사용하여도 진폭-부정합과 위상-부정합의 부호를 독립적으로 구할 수 있으므로, 본 발명에서는 SI만을 사용하여 상관 관계를 구해 보았다.
상관 관계를 구하기 위해서는 기저 대역 송신 신호로부터 계산한 DA, DB와 송신되고 있는 신호로부터 얻은 신호 SI간의 시간 지연을 알아야 하는데, 이는 DA, DB신호를 지연시켜 가면서 상관 계수를 구해 최대값이 되는 시간을 택하면 된다.
본 발명에서는 상관 계수를 계산해본 결과 9 μsec 정도의 지연이 생겼으며 이는 시뮬레이션에 사용된 필터에 의해 발생한 것이다.
도 8 은 I/Q 채널간 진폭-부정합을 보상하기 위한 상관 계수에 대한 설명도로서, 진폭-부정합의 정도에 따른 SI와 DA, DB 신호의 상관 계수를 나타낸다.
진폭-부정합이 없을 경우 SI와 DA 신호의 상관 계수가 "0"이며, 주파수 혼합기의 Q 채널(즉, sin(ωLO1t)가 곱해지는 채널)의 진폭이 상대적으로 커지면 상관 계수는 음(-)으로 커지고, Q채널의 진폭이 상대적으로 작아지면 상관 계수가 양(+)으로 커지므로, 부호를 이용하여 어느 채널의 진폭이 큰지를 판단할 수 있다.
또한, 위상-부정합은 없는 것으로 하여 시뮬레이션하였으므로 SI와 DB 신호간에는 상관 계수가 "0"이 되어야 하지만, 미세하게 나타남을 볼 수 있다. 이러한 현상에 대해서는 다음에 설명할 위상-부정합에 따른 상관 계수와 연관지어 판단한다면 결과적으로 부정합 보정은 가능하다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 9 는 I/Q 채널간 위상-부정합을 보상하기 위한 상관 계수에 대한 설명도로서, 위상-부정합의 정도에 따른 SI와 DA, DB 신호의 상관 계수를 나타낸다.
위상-부정합이 없을 경우 SI와 DB 신호의 상관계수가 "0"이며, 주파수 혼합기의 Q 채널의 위상이 상대적으로 빨라지면 상관계수는 양(+)으로 커지고, Q채널의 위상이 상대적으로 느려지면 상관계수가 음(-)으로 커지므로, 부호를 이용하여 어느 채널의 위상이 빠른지 느린지를 판단할 수 있다.
진폭-부정합의 경우(도 8 참조)와는 다르게 SI와 DA 신호의 상관계수는 위상에 관계없이 "0"으로 나타나기 때문에, 위상-부정합이 없을 때 SI와 DA 신호의 상관계수가 나타났다 하더라도 진폭-부정합이 보정되고 나면 위상-부정합이 보정될 수 있어 전체적으로는 두가지 부정합을 모두 보정할 수 있다.
도 10 은 위상-부정합 및 진폭-부정합에 따른 송신 출력 신호의 스퓨리어스 억압율에 대한 설명도이다.
통신 시스템의 한 예인 이동 통신 시스템에서 요구하는 스퓨리어스 억압율(40 dB)을 만조하기 위해서는, 진폭-부정합의 경우에는 ±0.4 dB 이내로, 진폭-부정합의 경우에는 ±0.8 dB 이내로 부정합을 보정하여야 한다.
따라서, I/Q 채널의 부정합을 보정하여 스퓨리어스 신호를 억압하는 본 발명을 이용하면, 이동통신 시스템에서 요구하는 스퓨리어스 제거율 40 dB 이상을 간단히 만족시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 위성통신 및 이동 통신 시스템 분야의 I/Q 변조 송신기의 성능 열화 보정과 송신 출력 신호의 스퓨리어스 신호를 억압하여야 하는 직접 변환 송신 시스템을 비롯한 디지털 통신 송신 시스템 등에 적용가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 낮은 IF 위버구조 송신 시스템이 동작 중 온도의 변화나 채널 변화등에 의해 상태가 변해도 전송 신호를 직접 이용하여 전송 시간중에 실시간으로 직접 변환 송신 시스템의 I/Q채널간 진폭-부정합과 위상-부정합을 보정함으로써, I/Q 채널의 불일치로 발생하는 전송 신호의 품질 저하를 보정하고 전송 신호의 스퓨리어스 신호를 억압하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 위버 구조를 갖는 낮은 IF 구조의 직접 변환 송신 시스템의 I/Q 채널간 부정합을 보정하고, 또한 종래 기술에서 제시한 낮은 IF 영역으로 주파수 변환하기 위한 별도의 국부발진기가 필요없는 간단한 구조를 제시함과 동시에 I/Q채널간 부정합 보정을 위한 별도의 보정 신호와 보정 시간을 사용하지 않는 간단한 구조를 제시하는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 위버구조의 낮은 중간주파수(IF) 방식 상향변환 혼합기를 갖는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템의 구성도.
도 2 는 종래의 특정한 보정 신호를 이용하여 스퓨리어스 신호를 제거하기 위한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템의 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 장치와 그를 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템 및 그 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 4 는 본 발명에 따른 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 동위상채널과 직교채널간 부정합 추출 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 5 는 디지털 신호 처리부의 출력인 송신데이터로부터 계산된 수정된 기저대역 신호의 파형도.
도 6 은 I/Q 채널간 진폭-부정합이 0.4dB인 경우의 기저 대역 신호의 파형도.
도 7 은 I/Q 채널간 위상-부정합이 -2˚dB인 경우의 기저 대역 신호의 파형도.
도 8 은 I/Q 채널간 진폭-부정합을 보상하기 위한 상관 계수에 대한 설명도.
도 9 는 I/Q 채널간 위상-부정합을 보상하기 위한 상관 계수에 대한 설명도.
도 10 은 위상-부정합 및 진폭-부정합에 따른 송신 출력 신호의 스퓨리어스 억압율에 대한 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
300: 디지털 신호 처리부(DSP)
310: 위버구조의 낮은IF 방식 상향변환 혼합기
320: 보정용 기저대역 신호 생성부
330: 하향변환 기저대역 I/Q채널 신호 생성부
350: 부정합 추출부

Claims (6)

  1. 디지털 신호 처리부(DSP)와 직접변환 낮은 중간주파수(IF: Intermediate Frequency) 방식 상향변환 혼합기를 포함하는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에서의 상기 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환 혼합기에 의한 동위상(I: In-phase)/직교 (Q: Quadrature phase)채널간 부정합 추출 장치에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB )를 생성하기 위한 보정용 기저대역신호 생성 수단;
    상기 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기의 출력단에 나타나는 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하기 위한 하향변환 기저대역신호 생성 수단; 및
    상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I채널과 Q채널 간의 부정합을 추출하기 위한 부정합 추출 수단
    을 포함하는 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정용 기저대역신호 생성 수단의 보정용 기저대역신호 생성 과정은,
    하나의 보정용 기저대역신호(DA)는 상기 기저대역 송신 I채널 신호의 제곱과 상기 기저대역 송신 Q채널 신호의 제곱의 감산과정을 통하여 생성하고, 다른 보정용 기저대역신호(DB)는 상기 기저대역 송신 I채널 신호와 상기 기저대역 송신 Q채널 신호의 곱셈과정을 통하여 생성하는 것을 특징으로 하는 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부정합 추출 수단의 부정합 추출 과정은,
    아래의 (수학식 1)과 같이, 상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 I채널 신호(SI)와의 상관관계를 이용하여 진폭 부정합(ΔA)과 위상 부정합(Δθ)을 추출하는 것을 특징으로 하는 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출 장치.
    (수학식 1)
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부정합 추출 수단의 부정합 추출 과정은,
    아래의 (수학식 2)와 같이, 상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 Q채널 신호(SQ)와의 상관관계를 이용하여 진폭 부정합(ΔA)와 위상 부정합(Δθ)을 추출하는 것을 특징으로 하는 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출 장치.
    (수학식 2)
  5. 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에 있어서,
    송신데이터를 처리하여 기저대역 송신 I/Q채널 신호로 출력하고, 부정합 추출 수단에 의하여 추출된 I채널과 Q채널 간의 부정합을 이용하여 상기 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호의 부정합을 제거하기 위한 디지털 신호 처리 수단;
    상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호를 송신 고주파 신호로 직접변환하기 위한 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합 수단;
    상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB )를 생성하기 위한 보정용 기저대역신호 생성 수단;
    상기 직접변환 낮은IF 방식 상향변환 혼합기의 출력단에 나타나는 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하기 위한 하향변환 기저대역신호 생성 수단; 및
    상기 보정용 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 하향변환 기저대역신호 생성 수단에 의하여 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I채널과 Q채널 간의 부정합을 추출하기 위한 상기 부정합 추출 수단
    을 포함하는 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출을 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 시스템.
  6. 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환을 수행하는 직접변환 디지털 직교 송신 시스템에 적용되는 디지털 직교 송신 방법에 있어서,
    송신데이터를 디지털신호처리하여 기저대역 송신 I/Q채널 신호로 변환하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 변환된 기저대역 송신 I/Q채널 신호를 송신 고주파 신호로 직접변환하는 제 2 단계;
    상기 제 1 단계에서 변환된 기저대역 송신 I/Q채널 신호(DI, DQ)를 서로 혼합하여 I/Q 채널 부정합 신호 보정을 위한 보정용 기저대역 신호(DA, DB)를 생성하는 제 3 단계;
    상기 제 2 단계에서 직접변환된 송신 고주파 신호를 제곱하여 낮은 IF 신호로 변환하고, 상기 변환된 IF 신호에 서로 다른 위상의 두 정현파를 곱하여 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)를 생성하는 제 4 단계;
    상기 제 3 단계에서 생성된 보정용 기저대역 신호(DA, DB)와 상기 제 4 단계에서 생성된 기저대역 I/Q채널 신호(SI, SQ)와의 상관관계를 이용하여 I/Q채널 간의 부정합을 추출하여 제 5 단계; 및
    상기 제 5 단계에서 추출된 I/Q채널 간의 부정합을 이용하여 상기 제 1 단계에서 변환된 기저대역 송신 I/Q채널 신호의 부정합을 제거하는 제 6 단계
    를 포함하는 직접변환 낮은 IF 방식 상향변환에 의한 I채널과 Q채널간 부정합 추출을 이용한 직접변환 디지털 직교 송신 방법.
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