KR100581063B1 - 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치 - Google Patents

주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 수신된 신호를 주파수 영역으로 변환한 후 상관 연산을 주파수 영역에서 처리함으로써, 아날로그/디지털 변환기의 처리 속도를 완화시키고 씨모스(CMOS)로 구현할 수 있는, 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치에 있어서, 안테나를 통하여 수신된 신호를 다수의 주파수 범위로 나누어 각각 증폭하기 위한 다수의 협대역 증폭수단; 상기 다수의 협대역 증폭수단으로부터 입력받은 각 신호를 주파수 영역 신호로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 주파수 영역 샘플링수단; 다경로 채널을 추정하여 상기 주파수 영역 샘플링수단으로부터 입력받은 주파수 영역 샘플들의 분산된 신호에 대하여 주파수 영역에서 상관 연산을 수행하기 위한 주파수 영역 상관연산 수단; 및 상기 주파수 영역 상관연산 수단으로부터 입력받은 신호를 결정하기 위한 심볼 결정수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 초광대역 시스템 등에 이용됨.
주파수 영역 신호 처리, 주파수 영역 샘플링, 주파수 영역 상관, 다경로 추정, 상관 연산, 씨모스(CMOS), 초광대역 시스템

Description

주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치{Apparatus of Ultra WideBand Receiver using Frequency Domain Signal Processing}
도 1 은 본 발명에 따른 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치의 일실시예 구성도.
도 2 는 도 1 의 주파수 영역 샘플러의 일실시예 상세 구성도.
도 3 은 도 2 의 k 번째 필터 뱅크 및 아날로그/디지털 변환기의 일실시예 상세 구성도.
도 4 는 수신부 시간 영역 신호 복원부의 일실시예 설명도.
도 5 는 도 4 에 따라 시간 영역으로 복원된 신호 파형과 원래 신호 파형에 대한 일실시예 설명도.
도 6 은 도 1 의 주파수 영역 상관부의 일실시예 상세 구성도.
도 7a 는 도 6 에 따른 채널 다경로 추정 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 7b 는 도 7a 의 채널 다경로 추정 방법에 따라 추정된 채널 임펄스 응답에 대한 일실시예 설명도.
도 8 은 본 발명에 따른 동적 탬플릿 신호 생성 방법에 대한 일실시예 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 안테나 102 : 제 1 저잡음 증폭기
103 : 제 2 저잡음 증폭기 104 : 제 N 저잡음 증폭기
105 : 주파수 영역 샘플러 106 : 주파수 영역 상관부
107 : 심볼 결정부
본 발명은 주파수 영역 신호처리를 이용한 초광대역 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신된 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한 후 상관 연산을 주파수 영역에서 처리함으로써, 아날로그/디지털 변환기의 처리 속도를 완화시켜 씨모스(CMOS)로 구현할 수 있는, 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치에 관한 것이다.
초광대역 통신(UWB : Ultra Wide Band, 이하 'UWB'라 한다.) 방식은 1950년대부터 주로 보안이 요구되는 국방관련 통신 시스템 및 레이더 등에 적용되어 사용되어왔다. 이후, 2002년 2월 미연방통신위원회(FCC : Federal Communications Commission)에서 3.1 GHz 이상의 주파수 대역에서 UWB 통신 방식의 사용을 허가함으로써 많은 업체, 연구기관, 학교 등지에서 UWB 통신 방식을 상용 시스템에 적용 하기 위한 연구가 활발히 이루어지게 되었다.
이러한 노력의 일환으로서 세계 각지의 연구기관에서는 저가격, 저소비 전력이 요구되는 UWB 시스템을 만들기 위해, UWB 수신기를 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하 'CMOS'라 한다.) 방식으로 구현하기 위한 연구가 진행중이다.
그러나 UWB 수신기를 CMOS 방식으로 구현하는데 있어서 가장 큰 문제가 되는 것은 UWB 시스템이 수백 MHz ~ 수 GHz의 주파수 대역을 사용한다는 것이다. 즉, UWB 시스템이 넓은 주파수 대역을 사용하기 때문에 아주 짧은 폭의 신호를 발생시키는 신호 발생기 및 고속의 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter)를 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
종래의 UWB 수신기는 아날로그 방식의 상관기(Correlator)를 사용하는 수신기, 병렬 아날로그/디지털 변환기 방식을 이용한 디지털 수신기 및 멀티 채널 아날로그/디지털 변환기 방식을 이용한 디지털 수신기 등이 있었다.
그러나 종래의 아날로그 방식의 상관기(Correlator)는 안테나로부터 수신된 신호와 기준 신호(탬플릿 신호)를 혼합기(Mixer)에서 곱할때 정확한 상관(Correlation) 정보를 얻기 위해 동기를 제대로 맞추는 것이 힘들다는 단점이 있다.
또한, 종래의 디지털 상관기(Correlator)는 아날로그/디지털 변환기를 구현하는데 있어서 입력된 신호를 시간 영역 또는 주파수 영역의 신호로 변환한 후 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 속도를 줄이고자 하였으나, 실제 상관 (Correlation) 값을 얻는 과정은 시간 영역에서 수행된다.
한편, 종래의 디지털 상관기는 1 ns 간격의 수신 신호를 처리하기 위해 클럭 발생기를 수 ~ 수십 GHz로 동작시켜야 하는데, 현실적으로 상기와 같은 클럭 발생기의 구현이 어렵기 때문에 버퍼, 논리곱(AND) 게이트 및 논리합(OR) 게이트의 지연(Delay)을 계산한 후 이것들의 조합으로 수십 GHz의 해상도(Resolution)를 가지는 클럭 발생기를 구현하여 사용한다.
그러나 상기와 같은 방법으로 디지털 보드에 클럭 발생기를 구현한 후 아날로그 보드와 연결하여 동작시키는 경우에 클럭 해상도(Resolution)보다 지연 라인(Delay Line)의 차이를 작게 구현할 수 있는 기술이 필요하게 된다.
따라서 종래의 디지털 상관기(Correlator)의 구현 방식은 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 속도를 낮추는 대신 고속의 데이터 전송을 위해서 많은 수의 아날로그/디지털 변환기를 사용해야만 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수신된 신호를 주파수 영역으로 변환한 후 상관 연산을 주파수 영역에서 처리함으로써, 아날로그/디지털 변환기의 처리 속도를 완화시켜 씨모스(CMOS)로 구현할 수 있는, 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치에 있어서, 안테나를 통하여 수신된 신호를 다수의 주파수 범위로 나누어 각각 증폭하기 위한 다수의 협대역 증폭수단; 상기 다수의 협대역 증폭수단으로부터 입력받은 각 신호를 주파수 영역 신호로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 주파수 영역 샘플링수단; 다경로 채널을 추정하여 상기 주파수 영역 샘플링수단으로부터 입력받은 주파수 영역 샘플들의 분산된 신호에 대하여 주파수 영역에서 상관 연산을 수행하기 위한 주파수 영역 상관연산 수단; 및 상기 주파수 영역 상관연산 수단으로부터 입력받은 신호를 결정하기 위한 심볼 결정수단을 포함한다.
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.
먼저, 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 과정에 대하여 알아보기로 한다.
시간 구간
Figure 112003050079413-pat00001
에서 정의되는 임의의 함수는 하기의 [수학식 1]과 같이 무한개의 지수(Exponential) 함수의 합으로 표현될 수 있다.
Figure 112003050079413-pat00002
여기서, 상기의 상수
Figure 112003050079413-pat00003
는 하기의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112003050079413-pat00004
그리고 상기 [수학식 2]를
Figure 112006014129614-pat00005
,
Figure 112006014129614-pat00006
및
Figure 112006014129614-pat00007
를 이용하여 정리하면 하기의 [수학식 3]과 같다.
Figure 112003050079413-pat00008
그리고 상기 [수학식 3]을 싸인(sine) 함수와 코싸인(cosine) 함수의 주기적인 특성을 이용하여 정리하면 하기의 [수학식 4]와 같다.
Figure 112003050079413-pat00009
여기서, n, k 는 정수이고, α= n/k 로 정의된다.
상기 [수학식 3]은 두 신호(r(t)와
Figure 112003050079413-pat00010
)의 곱을 [0,Tp] 시간구간동안 적분한 형태이고, 상기 [수학식 4]는 t =
Figure 112003050079413-pat00011
에서 두 신호를 컨볼루션(Convolution) 한 형태이다.
한편, 싸인(sine) 함수와 코싸인(cosine) 함수의 라플라스(Laplace) 변환된 형태는 하기의 [수학식 5]와 같다.
Figure 112003050079413-pat00012
여기서,
Figure 112006014129614-pat00013
은 라플라스(Laplace) 변환을 나타낸다. 그리고 상기 [수학식 3] 내지 [수학식 5]로부터 r(k)의 k 번째 주파수 성분에 해당하는
Figure 112006014129614-pat00014
는 하기의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112003050079413-pat00015
여기서, r(s)는 r(t)의 라플라스(Laplace) 변환된 형태를 말한다.
다음으로, 주파수 영역에서의 상관(Correlation) 연산에 대해 살펴보기로 한다.
수신된 신호(r(t))와 탬플릿 신호(
Figure 112003050079413-pat00016
)간의 상관(Correlation) 값을 구할 때 시간 영역에서 처리하는 대신 주파수 영역으로 변환하여 처리하는 부분에 대한 수식을 정리하면 하기의 [수학식 7] 내지 [수학식 9]와 같다.
상기 수신된 신호 r(t)와 탬플릿 신호
Figure 112003050079413-pat00017
의 상관(Correlation) 값은 하기 의 [수학식 7]과 같다.
Figure 112003050079413-pat00018
상기 [수학식 7]의 스펙트럼을 푸리에 변환(Fourier Transform)하면 하기의 [수학식 8]과 같다.
Figure 112003050079413-pat00019
여기서, 수신된 신호 r(t)가 실수이면 r(-f) = r*(-f)이므로 R(τ)는 하기의 [수학식 9]와 같다.
Figure 112003050079413-pat00020
여기서,
Figure 112003050079413-pat00021
은 역 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)을 의미한다.
도 1 은 본 발명에 따른 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치는, 초광대역 신호를 수신하기 위한 안테나(101), 상기 안테나(101)로부터 수신한 신호를 N 개(N은 자연수)의 주파수 범위로 나누어 각각 증폭하기 위한 다수(N)의 협대역 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(102 내지 104), 상기 다수의 협대역 저잡음 증폭기(102 내지 104)로부터 입력받은 각 신호를 주파수 영역 신호로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 주파수 영역 샘플러(Frequency-domain sampler)(105), 다경로 채널을 추정하여 상기 주파수 영역 샘플러(105)로부터 입력받은 주파수 영역 샘플들의 분산된 신호에 대하여 주파수 영역에서 상관 연산을 수행하기 위한 주파수 영역 상관부(106), 및 상기 주파수 영역 상관부(107)로부터 입력받은 신호를 결정하기 위한 심볼 결정부(107)를 포함한다.
여기서, 씨모스(CMOS)로 UWB 수신기를 구현하는데 있어서 하나의 광대역 저잡음 증폭기를 사용하여 설계하기 어려우므로, 본 발명에서는 상기 주파수 영역 샘플러(105) 내부의 N 개의 필터 뱅크(21 내지 23) 앞단에 각각의 협대역 저잡음 증폭기(102 내지 104)를 사용하였다.
여기서, 협대역 저잡음 증폭기(102 내지 104)의 개수는 회로의 복잡도와 씨모스(CMOS) 방식으로의 구현 가능 여부에 따라 조절이 가능하다.
도 2 는 도 1 의 주파수 영역 샘플러의 일실시예 상세 구성도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 주파수 영역 샘플러(105)는 다수의 필터 뱅크(Filter bank)(21 내지 23)와 아날로그/디지털 변환기(24)를 포함한다. 상기 다수의 필터 뱅크(21 내지 23)는 상기 다수의 협대역 저잡음 증폭기(102 내지 104)로부터 일대일로 상응하여 전달받은 신호의 주파수 성분
Figure 112006014129614-pat00022
(k=0,1,...,N-1)에 해당되는 값을 필터링한다.
한편, 상기 다수의 필터 뱅크(21 내지 23)의 개수는 시간창의 크기(Time Window Size : Tp)에 의해 결정된다. 즉, 시간창을 넓게 설정하면 다경로(Multipaths)로부터 수신된 신호를 더 많이 검색한 후 신호 처리를 할 수 있는 반면에, 구현해야 할 필터 뱅크의 개수가 늘어나므로 하드웨어 설계시 복잡도가 커진다.
여기서, 상기 주파수 영역 샘플러(105)는 상기 N 개의 필터 뱅크(21 내지 23)마다 실수부 및 허수부 신호 추출을 위해 2N 개의 아날로그/디지털 변환기(24)를 사용할 수도 있고, 전체적으로 실수부 및 허수부 신호 추출을 위해 2 개의 아날로그/디지털 변환기(24)를 사용할 수도 있다.
한편, 상기 주파수 영역 샘플러(105)의 아날로그/디지털 변환기(24)의 처리속도는 수신 신호의 폭과 오버샘플링률(Over Sampling Rate)에 관계가 있는 것이 아니라, 신호 반복 간격(PRI : Pulse Repetition Interval)과 관계가 있다.
따라서 상기 주파수 영역 샘플러(105)에서 요구되는 아날로그/디지털 변환기(24)의 처리 속도가 종래의 UWB 시스템에 사용하는 아날로그/디지털 변환기의 처리 속도보다 낮기 때문에 상기 아날로그/디지털 변환기(24)를 씨모스(CMOS)로 구현할 수 있다.
도 3 은 도 2 의 k 번째 필터 뱅크 및 아날로그/디지털 변환기의 일실시예 상세 구성도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 수신 신호의 k 번째 주파수 성분에 해당하는 값을 구하는 필터 뱅크(31)는 공진회로(311), 미분기(312) 및 증폭기(313)를 포함하고, 아날로그/디지털 변환기는 실수부 샘플러(32) 및 허수부 샘플러(33)를 포함한 다.
상기 [수학식 4] 내지 [수학식 6]에서 설명한 바와 같이, 수신 신호 r(t)의 k 번째 주파수 성분에 해당되는 실수값(34)은 전달함수가
Figure 112003050079413-pat00023
인 필터 뱅크의 출력을
Figure 112003050079413-pat00024
일 때 샘플링(32)하여 얻은 값이다. 마찬가지로, 수신 신호 r(t)의 k 번째 주파수 성분에 해당되는 허수값(35)은 전달함수가
Figure 112003050079413-pat00025
인 필터 뱅크의 출력을
Figure 112003050079413-pat00026
일 때 샘플링(33)하여 얻은 값이다.
일반적으로, 전달함수가
Figure 112003050079413-pat00027
인 필터는 LC 공진회로(Resonance Circuit)(311)로 구현될 수 있고, 분자항의 's'는 미분기(312)로 '
Figure 112003050079413-pat00028
'는 증폭기(313)로 구현될 수 있다.
참고적으로 도 4 및 도 5 를 참조하여 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 복원한 결과를 살펴보면 오차가 거의 없음을 알 수 있다.
도 4 는 수신부 시간 영역 신호를 복원하는 과정에 대한 일실시예 설명도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 주파수 영역 샘플러(105)에서 샘플링한 특정 주파수 성분의 값(
Figure 112003050079413-pat00029
,(k=0,1,...,N-1))에 적당한 개수의 제로(Zero)를 추가하고(Padding)(41), 시간 영역에서 실수 값을 얻기 위해 공액 복소수(Complex Conjugate)를 복제한 후(Duplicate)(42), 역 푸리에 변환(IFFT)(43)을 수행하면 수 신 신호의 시간 영역에 해당하는 샘플값을 복원할 수 있다.
이때, 추가되는 제로(Zero)의 개수는 수행하고자 하는 역 푸리에 변환(IFFT) 연산의 크기에 따라 달라진다. 즉, M 포인트(M-point) 역 푸리에 변환 연산을 한다고 가정할 경우에 필요한 제로(Zero)의 개수는 M-N 개이다.
도 5 는 도 4 에 따라 시간 영역으로 복원된 신호 파형과 원래 신호 파형에 대한 일실시예 설명도이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 두 신호는 원래 신호 파형(51)과 128 포인트 역 푸리에 변환(IFFT)을 수행하여 시간 영역으로 복원된 신호 파형(52)을 나타낸다.
복원된 시간영역 신호(52)는 원래 신호(51)와 거의 비슷하며, 특히 신호의 중심 부분은 거의 정확하게 복원됨을 알 수 있다.
여기서, 시간창(Time Window)의 크기는 1 ns, 필터 뱅크의 개수는 7 개, 사용된 제로(Zero)의 개수는 114 개이다.
도 6 은 도 1 의 주파수 영역 상관부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 주파수 영역 상관부(106)는 다경로(Multipaths)를 추정(분석)하여 채널 임펄스 응답을 얻기 위한 다경로 추정기(Multipath Resolving)(61), 상기 다경로 추정기(61)로부터 전달받은 채널 임펄스 응답을 사용하여 전송 채널 및 신호에 적합한 주파수 영역의 동적 탬플릿 신호를 생성하기 위한 탬플릿 신호 생성기(Templet Construction)(62), 및 상기 탬플릿 신호 생성기(62)에서 생성한 주파수 영역의 동적 탬플릿 신호와 상기 주파수 영역 샘플러(105)에서 샘플링한 샘플 신호를 상관 연산하기 위한 주파수 영역 상관기(Frequency Domain Correlator)(63)를 포함한다.
상기 다경로 추정기(61)(Multipath Resolving)(61)에서 다경로에 대한 분석을 한 후에, 탬플릿 신호 생성기(62)가 이로부터 수신 신호에 적합한 탬플릿 신호를 주파수 영역에서 만들어 낸다. 이렇게 만들어진 주파수 영역의 탬플릿 신호와 주파수 영역 샘플러(105)를 통과한 샘플 신호를 상관 연산(correlation)시킴으로써 수신된 신호로부터 송신 신호를 추정한다.
전술한 바와 같이, 상기 주파수 영역 상관부(106)는 다경로(Multipath)에 의해 분산된 신호에 대하여 주파수 영역에서 상관 연산을 수행하는 기능을 하며, 이 기능은 협대역 통신에서 사용되는 레이크(Rake) 수신기의 기능과 비슷한 기능이다. 따라서 상기 주파수 영역 상관부(Energy harvester)(106)가 기존에 사용되는 레이크(Rake) 수신기의 역할을 대신할 수 있을 것이다.
그러나 상기 주파수 영역 상관부(106)는 주파수 영역에서 신호를 처리하기 때문에 기존에 사용되는 레이크(Rake) 수신기 구조보다 간단하게 하드웨어로 구현이 가능하다.
도 7a 는 도 6 의 다경로 추정기에서의 채널 다경로 추정 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
상기 다경로 추정기(61)에서의 전송 채널의 다경로 추정 방법은 하기와 같은 상관(Correlation) 연산에 의해 이루어진다.
우선, 송신 장치로부터 미리 수신하여 알고 있는 신호로부터 얻은 동적 탬플릿 신호와 상기 협대역 저잡음 증폭기(102 내지 104) 및 상기 주파수 영역 샘플러(105)를 통하여 수신된 신호를 상기 [수학식 9]에서 언급한 바와 같이 주파수 영역에서 상관(Correlation) 연산을 수행한다. 이후, 상기 상관 연산으로부터 얻은 결과값에 적당한 개수의 제로(Zero)를 사용하여 역 푸리에 변환(IFFT) 연산을 수행한다.
여기서, M-포인트 역 푸리에 변화(IFFT) 연산을 한다고 가정할 때, 필터 뱅크의 크기가 N 이면, 필요한 제로(Zero)의 개수는 M-N 이다.
이때, 시간 영역에서 상관(Correlation) 함수(71)를 얻게 되는데, 얻어진 상관(Correlation) 값이 임계값(72) 이상인 경우에 다경로 채널(73, 74)로 간주하고, 상기 다경로 채널(73, 74)로부터 채널 임펄스 응답(75, 76)을 추정한다.
도 7b 는 도 7a 의 채널 다경로 추정 방법에 따라 추정된 채널 임펄스 응답에 대한 일실시예 설명도이다.
도 7b 에 도시된 바와 같이, 상기 채널 임펄스 응답(75, 76)은 도 7a 에서의 상기 다경로 채널(73, 74)로부터 추정된 것이다.
도 8 은 본 발명에 따른 동적 탬플릿 신호 생성 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 시간 영역에서의 동적 탬플릿 신호(Dynamic Template Signal)(84)는 도 7a 에서 언급한 방법과 같이 상기 다경로 추정기(61)로부터 추정한 채널 임펄스 응답 신호(81)와 이미 (송신단으로부터 수신하여) 알고 있는 정적 탬플릿 신호(Static Template Signal)(82)를 컨볼루션(Convolution)(83)하여 생성한다.
한편, 상기 동적 탬플릿 신호(84)를 보다 간단하게 생성하기 위해 주파수 영역 신호 처리 방법을 사용한다. 즉, 상기 다경로 추정기(61)에서 추정된 채널 임펄 스 응답(81)을 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 주파수 영역의 값으로 변환한 후에 주파수 영역의 정적 탬플릿 신호값과 곱하면 주파수 영역의 동적 탬플릿 신호값을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 주파수 영역에서 신호를 처리하여 아날로그/디지털 변환기의 속도를 완화시키고, 하나의 광대역 저잡음 증폭기(LNA)를 사용하는 대신 다수의 협대역 저잡음 증폭기(LNA)를 사용함으로써, UWB 수신기 구조를 씨모스(CMOS)로 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수신된 신호로부터 특정한 주파수 성분에 해당되는 값들을 추출한 후에 이 값을 이용해서 주파수 영역에서 신호를 처리함으로써, UWB와 같이 다중경로 왜곡이 심한 환경에 적합한 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치에 있어서,
    안테나를 통하여 수신된 신호를 다수의 주파수 범위로 나누어 각각 증폭하기 위한 다수의 협대역 증폭수단;
    상기 다수의 협대역 증폭수단으로부터 입력받은 각 신호를 주파수 영역 신호로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 주파수 영역 샘플링수단;
    다경로 채널을 추정하여 상기 주파수 영역 샘플링수단으로부터 입력받은 주파수 영역 샘플들의 분산된 신호에 대하여 주파수 영역에서 상관 연산을 수행하기 위한 주파수 영역 상관연산 수단; 및
    상기 주파수 영역 상관연산 수단으로부터 입력받은 신호를 결정하기 위한 심볼 결정수단
    을 포함하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 샘플링수단은,
    상기 다수의 협대역 증폭수단으로부터 일대일로 상응하여 입력받은 신호로부터 특정한 주파수 성분에 해당되는 값들을 추출하기 위한 다수의 필터 뱅크; 및
    상기 다수의 필터 뱅크로부터 입력받은 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단
    을 포함하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 샘플링수단은,
    실수부 및 허수부 신호의 샘플링을 위해, 상기 다수의 필터 뱅크마다 두개씩의 아날로그/디지털 변환기를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 샘플링수단은,
    전체적으로 실수부 및 허수부 신호의 샘플링을 위해 2 개의 아날로그/디지털 변환기를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 주파수 영역 상관연산 수단은,
    다경로를 추정하여 채널 임펄스 응답을 얻기 위한 다경로 추정기;
    상기 다경로 추정기로부터 전달받은 채널 임펄스 응답을 사용하여 전송 채널 및 신호에 적합한 주파수 영역의 동적 탬플릿 신호를 생성하기 위한 탬플릿 신호 생성기; 및
    상기 탬플릿 신호 생성기에서 생성한 주파수 영역의 동적 탬플릿 신호와 상기 주파수 영역 샘플링수단에서 샘플링한 샘플 신호를 상관 연산하기 위한 주파수 영역 상관기
    를 포함하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다경로 추정기는,
    이미 알고 있는 신호로부터 얻은 동적 탬플릿 신호와 상기 주파수 영역 샘플링수단을 통하여 수신된 신호를 주파수 영역에서 상관(Correlation) 연산하여 얻은 결과를 역 푸리에 변환(IFFT)하여 얻은 시간 영역에서의 상관 값이 임계값 이상인 경우에 다경로 채널로 간주하여 채널 임펄스 응답을 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탬플릿 신호 생성기는,
    시간 영역의 정적 탬플릿 신호와 상기 다경로 추정기에서 추정한 채널 임펄스 응답 신호를 콘볼루션(Convolution) 연산하여 시간 영역의 동적 탬플릿 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 탬플릿 신호 생성기는,
    상기 다경로 추정기에서 추정한 채널 임펄스 응답 신호를 푸리에 변환(FFT)하여 얻은 값을 주파수 영역의 정적 탬플릿 신호값과 곱해서 주파수 영역의 동적 탬플릿 신호값을 얻는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 신호 처리를 이용한 초광대역 수신 장치.
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