KR100546388B1 - 무선 통신 시스템의 다중-대역 송수신기 - Google Patents
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Abstract
로컬 발진 신호 발생기 및 상기 로컬 발진 신호 발생기를 구비하는 다중-대역 송수신기가 개시된다. 상기 다중-대역 송수신기는 기준신호를 수신하고 상기 기준신호에 위상 동기된 발진신호를 출력하는 분수 분주 위상 동기루프; 상기 발진신호를 수신하고, 수신된 상기 발진신호를 제1값으로 분주한 제1분주신호와 수신된 상기 발진신호를 제2값으로 분주한 제2분주신호를 각각 출력하는 로컬 발진신호 발생기; 및 입력신호들을 수신하고 상기 제1분주신호와 상기 제2분주신호에 기초하여 다음과 같은 수학식에 기초한 송신신호를 발생하는 송신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기:
분수 분주 위상 동기루프
Description
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송수신기의 블락도를 나타낸다.
본 발명은 다중-대역 송수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 사용되는 다중-대역 송수신기 및 상기 다중-대역 송수신기에 사용되는 로컬 발진 신호들을 발생하는 로컬 발진신호 발생기에 관한 것이다.
GSM 핸드 셋(global system for mobile communication handset)의 송수신기는 오프셋 위상 동기루프(offset Phase Locked Loop)를 구비하고, 오프셋 위상 동기루프는 주파수 자동 중계 루프(frequency translational loop)라고도 불린다.
오프셋 위상 동기루프(Offset PLL)는 송신 로컬 발진신호 또는 수신 로컬 발진신호로부터 임의의 오프셋을 갖는 다른 신호들을 발생시킬 수 있다. 그러나 오프셋 위상 동기루프의 가장 큰 문제는 스퓨리어스 신호들(Spurious Signals)이 많이 발생한다는 것이다.
특히 GSM이나 블루투스(Bluetooth) 등의 고정 포락선 변조방식(constant envelope modulation), 특히 가우스 필터 최소 편이 변조(Gaussian filtered Minimum Shift Keying; GMSK)를 사용하는 어플리케이션에서는 오프셋 위상 동기루프를 사용하여 기저대역신호(baseband signal)를 주파수 업-변환(frequency up-converting)한다.
이러한 오프셋 위상 동기루프는 중간 주파수(intermediate frequency; IF)의 범위를 상대적으로 좁게 할 수 있으므로 직교 변조기(Quadrature modulator)를 설계하는 경우 진폭과 위상을 매우 정확하게 설계할 수 있다.
송수신기에서 로컬 발진 신호들을 발생시키기 위해 주파수 합성기로서 위상 동기 루프를 사용한다. 최근에는 상기 위상 동기 루프에 사용되는 전압 제어 발진기를 온-칩으로 많이 구현하므로, 상기 전압 제어 발진기의 설계를 용이하게 하기 위해서 상기 전압 제어 발진기의 주파수 튜닝 범위(tuning range)는 작아야 한다.
일반 패킷 라디오 서비스(General Packet Radio Service; GPRS)에 사용되는 어플리케이션의 위상동기 루프로서 분수 분주 위상 동기루프(Fractional-N PLL)가 많이 사용된다. 분수 분주 위상 동기루프를 사용하는 오프셋 위상 동기루프(주파수 자동 중계 루프)에서의 주파수 계획(frequency plan)은 전압 제어 발진기의 주파수 튜닝 범위와 중간 주파수 범위를 동시에 최소로 되게 하면서 분수 스퓨리어스 신호들(fractional Spurious Signals)의 영향을 거의 제거해야 한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 위상동기 루프에 사용되는 전압제어 발진기를 용이하게 설계하기 위하여 상기 전압제어 발진기의 주파수 튜닝 범위를 최소화한 다중-대역 송수신기를 제공하는 것이다.
또한, 상기 다중-대역 송수신기에 사용되는 로컬 발진 신호들을 발생하는 로컬 발진신호 발생기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 소정의 주파수 범위를 갖는 발진신호 (fVCO)를 수신하고, 수신된 발진신호에 기초하여 다중-대역 송수신기에서 사용되는 로컬 발진신호를 발생하는 로컬 발진신호 발생기는 상기 수신된 발진신호를 다음의 수학식으로 분주하고, , 분주된 신호를 출력하는 제1주파수 분주기 및 상기 수신된 발진신호를 다음의 수학식으로 분주하고, 분주된 신호신호를 출력하는 제2주파수 분주기를 구비한다. DCS와 PCS에서 k는 1이고, GSM와 EGSM에서 k는 2인 것이 바람직하다.
GSM에서 M은 24와 36이고, EGSM에서 M은 24와 40이고, DCS에서 M은 24와 16이고, PCS에서 M은 12와 16인 것이 바람직하다. 상기 발진신호의 소정의 주파수 범위는 2190MHz 내지 2620MHz이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 다중-대역 송수신기는 기준신호를 수신하고 상기 기준신호에 위상 동기된 발진신호를 출력하는 분수 분주 위상 동기루프; 상기 발진신호를 수신하고, 수신된 상기 발진신호를 제1값으로 분주한 제1분주신호와 수신된 상기 발진신호를 제2값으로 분주한 제2분주신호를 각각 출력하는 로컬 발진신호 발생기; 및 입력신호들을 수신하고 상기 제1분주신호와 상기 제2분주신호에 기초하여 다음과 같은 수학식에 기초한 송신신호를 발생하는 송신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기:
여기서 fTX는 상기 송신신호의 주파수를 나타내고, fVCO는 상기 발진신호의 주파수를 나타내고, 3k는 상기 제1값을 나타내고, M은 상기 제2값을 나타낸다.
상기 기준신호의 주파수가 13MHz 또는 26MHz인 경우 상기 발진신호의 주파수 범위는 범위는 2190MHz 내지 2620MHz이다. DCS와 PCS에서 k는 1이고 GSM와 EGSM에서 k는 2이고, 상기 GSM에서 M은 24와 36이고, 상기 EGSM에서 M은 24와 40이고, 상기 DCS에서 M은 24와 16이고, 상기 PCS에서 M은 12와 16이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송수신기의 블락도를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 송수신기(10)는 GSM, EGPS, GPRS, CDMA, WCDMA, DCS, PCS, 또는 블루투스(bluetooth) 등의 다중-대역 무선 통신 어플리케이션(application)에서 사용될 수 있다.
송수신기(10)는 송신기(20), 분수-분주 위상 동기루프(FNPLL; 52) 및 로컬 발진 신호 발생기(58)를 구비한다.
FNPLL(52)는 기준신호(fREF)를 수신하고, 기준신호(fREF)에 위상 동기된 발진신호(fVCO)를 출력한다. 기준신호(fREF)의 주파수는 13MHz 또는 26MHz인 것이 바람직하고, FNPLL(52)의 전압제어 발진기(미 도시)로부터 발생된 발진신호(fVCO)의 주파수 범위는 2190MHz 내지 2620MHz인 것이 바람직하다.
로컬 발진신호 발생기(58)는 송신기(20) 및 수신기(미 도시)에서 필요한 로컬 발진신호들(fIF 및 fLO)을 발생시키기 위한 다수개의 주파수 분주기들(60, 62, 72, 및 74) 및 스위치(64)를 구비한다.
주파수 분주기(60)는 FNPLL(52)로부터 출력되는 발진신호(fVCO)를 수신하고, 이를 2분주한다. 주파수 분주기(62)는 주파수 분주기(60)의 출력신호를 수신하고, 이를 3분주한다. 주파수 분주기(72)는 FNPLL(52)로부터 출력되는 발진신호(fVCO)를 수신하고, 이를 3분주한다. 다수개의 주파수 분주기들(60, 62, 72)은 로컬 발진신호 (fLO)를 발생시키기 위한 하나의 주파수 분주 블락을 구성한다.
스위치(64)는 주파수 분주기(62)의 출력신호와 주파수 분주기(72)의 출력신 호 중에서 하나의 신호를 수신기(미 도시)와 믹서(51)로 출력한다.
스위치(64)의 출력신호(fLO)는 수학식 1로 표현된다.
스위치(64)의 출력신호(fLO)에 기초하여 GSM에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기(미 도시)의 수신 주파수 범위는 869MHz 내지 895MHz이고, EGSM에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 925MHz 내지 960MHz이고, DCS에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 1805MHz 내지 1880MHz이고, 상기 PCS에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 1930MHz 내지 1990MHz로 될 수 있다.
디지털 셀룰러 시스템(digital cellular system; DCS) 또는 개인 휴대통신 (personal communication service; PCS)의 경우 k는 1이고, 전 지구적 이동 통신 시스템(Global System for Mobile Communications; GSM) 또는 강화된 GSM (Enhanced GSM)의 경우 k는 2이다. DCS/PCS에서 스위치(64)의 단자들(68과 70)이 접속되고, GSM/EGSM에서 스위치(66과 68)이 접속된다.
주파수 분주기(74)는 FNPLL(52)로부터 출력되는 발진신호(fVCO)를 수신하고, 이를 M(M은 자연수)분주한다. 여기서 M값은 응용 밴드(GSM, ESGM, DCS, PCS)에 따라 다르고, 동일한 응용 밴드에서도 M값은 분수 스퓨리어스 신호들을 고려하여 두 가지 값을 갖는다. 또한, 믹서(31과 35)에 의하여 발생된 로컬 발진신호들이 서로 다른 네가지 위상을 갖는 신호들로 되기 위하여 M값은 4의 배수가 되어야 한다. M값은 표 1과 같다.
응용 밴드 | M | |
GSM | 24 | 36 |
EGSM | 24 | 40 |
DCS | 16 | 24 |
PCS | 12 | 16 |
따라서 주파수 분주기(74)의 출력주파수(fIF)는 수학식 2와 같이 표현된다.
송신기(20)는 I-Q 모듈레이터(30), 대역 통과 필터들(40과 41), 리미터들( 42와 44), 위상 검출기(46), 루프 필터(48), 전압제어 발진기(50), 믹서(51)를 구비한다.
I-Q 모듈레이터(30)는 두 개의 믹서들(31과 35), 위상 쉬프터(33) 및 가산기 (37)을 구비한다. 두 개의 믹서들(31과 35)각각은 주파수 분주기(74)의 출력신호 (fIF)의 고조파들(harmonics)을 제거하기 위한 고조파 제거 믹서(harmonoc rejection mixer; HRM)로 구현되는 것이 바람직하다.
위상 쉬프터(33)는 주파수 분주기(74)의 출력신호(fIF)를 수신하고, 수신된 신호(fIF)의 위상을 90°쉬프트시키고, 위상 쉬프트된 신호를 각 HRM(31과 35)로 출 력한다.
HRM(31)은 제1입력신호(Txi)와 위상 쉬프터(33)의 출력신호를 수신하고, 이들을 혼합(mixing)하고, 그 결과를 가산기(37)로 출력한다. HRM(35)은 제2입력신호 (TxQ)와 위상 쉬프터(33)의 출력신호를 수신하고, 이들을 혼합(mixing)하고, 그 결과를 가산기(37)로 출력한다. 제1입력신호(Txi)위상과 제2입력신호(TxQ)의 위상은 90°차이가 있다.
가산기(37)는 HRM(31)의 출력신호 및 HRM(35)의 출력신호를 수신하고, 이들을 더하고, 그 결과를 대역 통과 필터(40)로 출력한다.
믹서(51)는 로컬 발진신호 발생기(58)의 출력신호(fLO)가 믹서(51)의 출력신호에 영향을 주는 것을 방지하기 위하여 부-고조파 믹서(Sub-Harmonic Mixer; SHM)로 구현되는 것이 바람직하다.
SHM(51)은 전압제어 발진기(50)의 출력신호(fVCO)와 로컬 발진신호 발생기 (58)의 출력신호(fLO)를 수신하고, 이들(fVCO와 fLO)을 혼합하고, 그 결과(f
IF)를 대역 통과 필터(41)로 출력한다. 이때 SHM(51)의 출력신호(fIF)는 수학식 3과 같이 표현된다.
이때 주파수 분주기(74)의 출력신호(fIF)와 SHM(51)의 출력신호(fIF)는 동일 하다. 따라서 수학식 1 내지 수학식 3을 참조하여 전압제어 발진기(50)의 출력신호 (fTX)를 계산하면 수학식 4와 같다.
GSM에서 상기 출력신호의 주파수 범위는 824MHz 내지 850MHz이고, 상기 EGSM에서 상기 출력신호의 주파수 범위는 880MHz 내지 915MHz이고, 상기 DCS에서 상기 출력신호의 주파수 범위는 1710MHz 내지 1785MHz이고, 상기 PCS에서 상기 출력신호의 주파수 범위는 1850MHz 내지 1910MHz인 것이 바람직하다.
리미터(42)는 대역 통과 필터(40)에 의하여 대역 통과 필터링된 신호를 수신하고, 수신된 신호가 소정의 범위를 유지하도록 한다. 리미터(44)는 대역 통과 필터(41)에 의하여 대역 통과 필터링된 신호를 수신하고, 수신된 신호가 소정의 범위를 유지하도록 한다.
위상 검출기(46)는 리미터들(42와 44)의 출력신호들을 수신하고, 수신된 신호들사이의 위상차이를 검출하고, 그 검출결과를 루프 필터(48)로 출력한다. 루프 필터(48)는 저역 통과 필터로 구현될 수 있다. 루프 필터(48)는 위상 검출기(46)의 출력신호를 필터링하고, 그 결과를 전압제어 발진기(50)로 출력한다. 전압제어 발진기(50)는 루프 필터(48)의 출력전압에 기초하여 주기적인 출력신호(fTX)를 발생한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 다중-대역 송수신기는 분수-분주 방식 위상동기루프의 주파수 튜닝 범위 및 중간 주파수 범위를 동시에 최소로 하면서 분수 스퓨리어스 신호들의 영향을 거의 제거할 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- 제1항에 있어서, DCS와 PCS에서 k는 1이고, GSM와 EGSM에서 k는 2인 것을 특징으로 하는 로컬 발진 신호 발생기.
- 제1항에 있어서,GSM에서 M은 24 또는 36이고, EGSM에서 M은 24 또는 40이고, DCS에서 M은 24또는 16이고, PCS에서 M은 12 또는 16인 것을 특징으로 하는 로컬 발진신호 발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 발진신호의 소정의 주파수 범위는 2190MHz 내지 2620MHz인 것을 특징으로 하는 로컬 발진신호 발생기.
- 다중-대역 송수신기에 있어서,기준신호를 수신하고 상기 기준신호에 위상 동기된 발진신호를 출력하는 분수-분주 위상 동기루프;상기 발진신호를 수신하고, 수신된 상기 발진신호를 제1값으로 분주한 제1분주신호 및 수신된 상기 발진신호를 제2값으로 분주한 제2분주신호를 각각 출력하는 로컬 발진신호 발생기; 및입력신호들을 수신하고 상기 제1분주신호와 상기 제2분주신호에 기초하여 다음과 같은 수학식에 기초한 송신신호를 발생하는 송신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기:여기서 fTX는 상기 송신신호의 주파수를 나타내고, fVCO는 상기 발진신호의 주파수를 나타내고, 3k는 상기 제1값을 나타내고, M은 상기 제2값을 나타낸다.
- 제5항에 있어서,상기 기준신호의 주파수가 13MHz 또는 26MHz인 경우 상기 발진신호의 주파수 범위는 범위는 2190MHz 내지 2620MHz인 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기.
- 제5항에 있어서,DCS와 PCS에서 k는 1이고 GSM와 EGSM에서 k는 2이고,상기 GSM에서 M은 24와 36이고, 상기 EGSM에서 M은 24와 40이고, 상기 DCS에서 M은 24와 16이고, 상기 PCS에서 M은 12와 16인 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기.
- 제5항에 있어서,GSM에서 상기 송신신호의 주파수 범위는 824MHz 내지 850MHz이고,EGSM에서 상기 송신신호의 주파수 범위는 880MHz 내지 915MHz이고,DCS에서 상기 송신신호의 주파수 범위는 1710MHz 내지 1785MHz이고,PCS에서 상기 송신신호의 주파수 범위는 1850MHz 내지 1910MHz인 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기.
- 제8항에 있어서,상기 GSM에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 869MHz 내지 895MHz이고,상기 EGSM에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 925MHz 내지 960MHz이고,상기 DCS에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 1805MHz 내지 1880MHz이고,상기 PCS에서 상기 다중-대역 송수신기의 수신기의 수신 주파수 범위는 1930MHz 내지 1990MHz인 것을 특징으로 하는 다중-대역 송수신기.
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