KR100595272B1 - 호모다인 수신 장치 및 이를 이용한 신호 수신 방법 - Google Patents

호모다인 수신 장치 및 이를 이용한 신호 수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수신 신호에 특정 주파수 성분을 믹싱(mixing)하는 제 1 믹싱부와, 상기 제 1 믹싱부에서 믹싱된 신호로부터 기저대역 신호를 추출하는 제 1 여파부와, 상기 수신 신호에 상기 특정 주파수 및 기저대역 신호의 대역폭에 따른 주파수 성분을 믹싱하는 제 2 믹싱부와, 상기 제 2 믹싱부에서 믹싱된 신호로부터 기저대역 신호를 추출하는 제 2 여파부 및 상기 제 1 여파부에서 출력된 신호 성분에서 상기 제 2 여파부에서 출력된 신호 성분을 제거하는 신호 감산부를 포함하여 이루어지는 호모다인(Homodyne) 수신 장치에 관한 것으로, 호모다인 방식이 적용되는 수신 장치에 있어서 발생하는 직류 오프셋을 제거함으로써, 수신 신호를 보다 정확하게 수신할 수 있도록 하는 효과가 있다.
호모다인 수신기(Homodyne Receiver), 직류 오프셋(DC Offset)

Description

호모다인 수신 장치 및 이를 이용한 신호 수신 방법{Apparatus for Homodyne Receiver and Method Therefor}
도 1 은 호모다인 방식 수신기를 나타낸 일실시예 구성도.
도 2 및 도 3 은 호모다인 방식 수신기에 있어서, 간섭 누설을 설명하기 위한 나타낸 일실시예 설명도.
도 4 는 직류 오프셋 제거 기능을 구비한 호모다인 방식 수신기를 나타낸 일실시예 구성도.
도 5 내지 도 8 은 직류 오프셋을 제거하는 과정을 주파수 영역(Frequency Domain)에서 설명하기 위한 일실시예 설명도.
본 발명은 호모다인 방식 수신 장치 및 이를 이용한 신호 수신 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 호모다인 수신 방법에 있어서 불필요하게 발생되는 직류 오프셋을 제거하기 위한 호모다인 수신 장치 및 이를 이용한 신호 수신 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수신기(Receiver)는 헤테로다인(heterodyne) 방식 혹은 호모다 인(homodyne) 방식으로 구현할 수 있다. 헤테로다인 방식의 신호 수신 방식은 다음과 같다. 먼저, 무선 주파수(Radio Frequency; 이하 'RF') 신호를 로컬 오실레이터(Local Oscillator; 이하 'LO') 주파수를 가지는 오실레이터를 이용하여 중간주파수(Intermediate Frequency; 이하 'IF') 대역으로 주파수 하향 변환(Down Conversion)을 수행한다. 그리고, 중간 주파수를 가지는 오실레이터를 이용하여 기저대역(Base Band) 주파수로 주파수 하향 변환을 수행한다.
한편, 호모다인 방식은 RF 수준의 주파수를 가지는 LO 를 이용하여, 중간 주파수로의 주파수 하향 변환을 수행하지 않고, 직접 기저 대역으로 주파수 하향 변환을 수행한다.
헤테로다인 수신기에 있어서, 수신된 RF 신호는 먼저 듀플렉서(Duplexer)를 통과하고, 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; 이하 'LNA')를 거쳐 증폭된 뒤, 대역 통과 여파기(Band Pass Filter; 이하 'BPF')를 통해 영상 신호를 제거한다. 그리고, LO 주파수로 믹싱(mixing)되어, IF 주파수로 주파수 하향 변환이 수행되고, BPF를 통해 채널 선택(Channel Selection)을 수행한다.
또한, IF 주파수로 믹싱되어 기저대역으로 주파수 하향 변환시에 위상 정합(In Phase) 성분과 직교(Quadrature) 성분으로 분리된다. 그리고, 저역 통과 여파기(Low Pass Filter; 이하 'LPF')를 통해 원하는 기저대역 신호를 얻는다.
한편, 호모 다인의 경우에는, 헤테로다인 구조에서 사용된 중간 주파수 오실레이터 및 믹서 와 이미지 제거용 BPF 를 구비하지 않으며, 대산 RF LO 오실레이터 및 믹서를 이용하여 직교(Quadrature) 주파수 하향 변환을 수행하고, LPF 를 이용 하여 기저대역 신호를 얻는다.
상기 호모다인 방식에서 발생할 수 있는 일반적인 문제점은 다음과 같다. 먼저, LNA 에서 강한 간섭 누설(Interference Leakage) 또는 LO 누설(Local Oscillator Leakage)가 믹서에서 자체 믹싱(self mixing)을 일으켜 상당한 직류 오프셋(DC offset)을 발생시킨다. 또한, 직류 오프셋에 따라 증폭기가 포화(Saturation) 되면, 원하는 신호를 제대로 증폭시킬 수가 없으므로, 아날로그-디지털 변환기(Analogue to Digital Converter; 이하 'ADC')의 작동 영역(Dynamic range)를 벗어날 수도 있다.
본 발명은, 수신된 신호를 중간 주파수로 변환하지 않고 직접 기저대역으로 변환하는 호모다인 수신기에 있어서, 직류 오프셋을 제거하고, 증폭기를 정상적으로 작동시킴으로서 보다 향상된 성능의 호모다인 방식 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수신 신호에 특정 주파수 성분을 믹싱(mixing)하는 제 1 믹싱부와, 상기 제 1 믹싱부에서 믹싱된 신호로부터 기저대역 신호를 추출하는 제 1 여파부와, 상기 수신 신호에 상기 특정 주파수 및 기저대역 신호의 대역폭에 따른 주파수 성분을 믹싱하는 제 2 믹싱부와, 상기 제 2 믹싱부에서 믹싱된 신호로부터 기저대역 신호를 추출하는 제 2 여파부 및 상기 제 1 여파부에서 출력된 신호 성분에서 상기 제 2 여파부에서 출력된 신호 성분을 제거하는 신 호 감산부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 수신 신호에 특정 주파수 성분을 믹싱(mixing)하는 제 1 믹싱 단계와, 상기 제 1 믹싱 단계에서 믹싱된 신호에 대해 저역 통과 여파(Low Pass Filtering)를 수행하는 제 1 여파 단계와, 상기 수신 신호에 상기 특정 주파수 및 기저대역 신호의 대역폭에 따른 더미(Dummy) 주파수 성분을 믹싱하는 제 2 믹싱 단계와, 상기 제 2 믹싱 단계에서 믹싱된 신호에 대해 저역 통과 여파를 수행하는 제 2 여파 단계 및 상기 제 1 여파 단계에서 출력된 신호 성분에서 상기 제 2 여파 단계에서 출력된 신호 성분을 제거하는 신호 감산 단계를 포함하여 이루어진다.
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 1 은 호모다인 방식 수신기를 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 1 을 참조하면, 듀플렉서를 통과한 RF 신호는 LNA(101)에 입력되어 증폭되고, RF 대역에서 RF 오실레이터(107) 및 LO 믹서(102)를 이용하여 위상 정합(In Phase) 성분과 직교(Quadrature) 성분으로 분리되고, 기저대역으로 주파수 하향 변환이 수행된다. 분리된 각각의 신호에 대해서, LPF(103)를 이용하여 통해 채널 선택(Channel Selection) 및 잡음(Noise) 제거를 수행한다.
LPF(103)을 통과한 각 신호는 증폭기(104) 에서 증폭되고, ADC(105)로 입력된다. ADC(105)에서 디지털로 변환된 신호는 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing; 이하 'DSP') 장치(106)에서 기저대역 신호 처리가 수행된다.
도 2 및 도 3 은 호모다인 방식 수신기에 있어서, 간섭 누설을 설명하기 위한 나타낸 일실시예 설명도이다. 도 2 및 도 3 을 참조하면, 호모다인 방식 수신기에 있어서는, 중간주파수 변환을 거치지 않고 직접 기저대역으로 주파수 하향 변환을 수행하므로, LNA(201)로부터 발생하는 강한 간섭 누설(Interference Leakage)이 믹서(202)에 영향을 주거나, 혹은 LO(306)으로부터 발생하는 LO 누설이 믹서(202) 영향을 주게 되고, 이에 따라 직류 오프셋을 발생시키므로 증폭기(204)가 정상적으로 동작하기 어렵다.
도 4 는 직류 오프셋 제거 기능을 구비한 호모다인 방식 수신기를 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 4 를 참조하여 직류 오프셋 제거 기능을 구비한 호모다인 방식 수신기를 설명하면 다음과 같다. 듀플렉서를 통과한 신호는 LNA(401)에서 증폭된다. LNA(401)에서 증폭된 신호는 수학식 1 과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005007842099-pat00001
수학식 1 에서, A 는 경로이득(Path Gain), I(t)는 위상 정합 신호(In Phase Signal), Q(t)는 직교 신호(Quadrature Signal)을 의미한다.
LNA(401)에서 증폭된 신호는 제 1 믹서(402a), 제 2 믹서(402b), 제 3 믹서(410a) 및 제 4 믹서(410b)로 각각 입력된다. 제 1 믹서(402a)는 LNA(401)를 통해 증폭된 신호를 제 1 LO(408)에서 출력된 주파수와 믹싱한다. 한편, 제 2 믹서(402b)는 상기 LNA(401)를 통해 증폭된 신호를 제 2 LO(409)에서 출력된 주파수와 믹싱한다.
제 1 LO(408) 에서는
Figure 112005007842099-pat00002
를 발진(generating) 하고, 제 2 LO(409) 에서는
Figure 112005007842099-pat00003
를 발진한다. 여기서, 제 1 LO(408)는 기저대역 신호를 얻기 위해 사용되고, 제 2 LO(409)는 입력 신호에서 직류 성분을 추출하기 위해 사용되는 직류 추정기(DC Estimator)로 사용된다.
상기 제 1 믹서 및 제 2 믹서에서 믹싱이 수행된 신호는 제 1 LPF(403a) 및 제 2 LPF(403b)로 각각 입력된다. 그리고, 아날로그 감산기(404)를 이용하여 제 1 LPF(403a)에서 출력되는 신호로부터 제 2 LPF(403b)에서 출력되는 신호를 제거한다. 즉, 제 1 LPF(403a)를 통과한 신호는 직류 오프셋 및 기저대역 신호를 포함하고 있으나, 제 2 LPF(403b)를 통과한 신호는 직류 오프셋만을 가지고 있으므로, 제 1 LPF(403a)를 통과한 신호로부터 제 2 LPF(403b)를 통과한 신호 성분을 제거하면, 위상 정합 신호(In Phase Signal)에 대해서, 직류 오프셋이 제거된 기저대역 신호를 얻을 수 있다. 여기서, 제 1 믹서 및 제 2 믹서의 특성은 동일하다고 가정한다.
직교 위상 신호(Quadrature Phase Signal)에 대해서 직류 오프셋이 제거된 기저대역 신호를 얻기 위한 방법은 상기한 위상 정합 신호(In Phase Signal)에 대해서, 직류 오프셋이 제거된 기저대역 신호를 얻는 방법과 유사하다.
즉, 제 3 믹서(410a)는 LNA(401)를 통해 증폭된 신호를 제 1 LO(415)에서 출력된 주파수와 믹싱한다. 한편, 제 4 믹서(410b)는 상기 LNA(401)를 통해 증폭된 신호를 제 2 LO(416)에서 출력된 주파수와 믹싱한다.
제 3 LO(415) 에서는
Figure 112005007842099-pat00004
를 발진(generating) 하고, 제 4 LO(416) 에서는
Figure 112005007842099-pat00005
를 발진한다. 여기서, 제 3 LO(415)는 기저대역 신호를 얻기 위해 사용되고, 제 2 LO(416)는 입력 신호에서 직류 성분을 추출하기 위해 사용되는 직류 추정기(DC Estimator)로 사용된다.
상기 제 3 믹서 및 제 4 믹서에서 믹싱이 수행된 신호는 제 3 LPF(411a) 및 제 4 LPF(411b)로 각각 입력된다. 그리고, 아날로그 감산기(412)를 이용하여 제 3 LPF(411a)에서 출력되는 신호로부터 제 4 LPF(411b)에서 출력되는 신호를 제거한다. 즉, 제 3 LPF(411a)를 통과한 신호는 직류 오프셋 및 기저대역 신호를 포함하고 있으나, 제 4 LPF(411b)를 통과한 신호는 직류 오프셋만을 가지고 있으므로, 제 3 LPF(411a)를 통과한 신호로부터 제 4 LPF(411b)를 통과한 신호 성분을 제거하면, 직교 위상 신호(Quadrature Phase Signal)에 대해서, 직류 오프셋이 제거된 기저대역 신호를 얻을 수 있다. 여기서, 제 3 믹서(410a) 및 제 4 믹서(410b)의 특성은 동일하다고 가정한다.
도 5 내지 도 8 은 직류 오프셋을 제거하는 과정을 주파수 영역(Frequency Domain)에서 설명하기 위한 일실시예 설명도이다. 도 5 는 LNA(401) 출력의 양측 대역 스펙트럼(Double Side Band Spectrum)을 나타낸 것이다.
Figure 112005007842099-pat00006
는 반송파(carrier)의 중심주파수(Center Frequency)를 의미한다. LNA(401)를 거친 신호는(51)는 도 5 에 도시된 바와 같다.
도 6 은 위상 정합 경로에 구비된 제 1 믹서(402a)와, 직교 위상 경로에 구비된 제 3 믹서(410a)를 거친 신호의 양측 대역 스펙트럼을 나타낸 것이다.
Figure 112005007842099-pat00007
는 기저대역 신호의 대역폭을 의미한다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 제 1 믹서(402a) 또는 제 3 믹서(410a)를 거친 신호에 대해, 각각 저역 통과 필터(403a, 411a)(62)를 통해 반송파 주파수 성분에 의해 변조된 고주파(±2*
Figure 112005007842099-pat00008
)성분(61)을 제거한다. 따라서, 저역통과 필터(62)를 통과한 신호는 기저대역 신호(63) 및 직류 오프셋(64)이 된다.
도 7 은 위상 정합 경로에 구비된 제 2 믹서(402b)와, 직교 위상 경로에 구비된 제 4 믹서(410b)를 거친 신호의 양측 대역 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 제 2 믹서(402b) 또는 제 4 믹서(410b)를 거친 신호에 대해, 각각 저역 통과 필터(403b, 411b)(72)를 통해 반송파 주파수 성분에 의해 변조된 고주파(±(2*
Figure 112005007842099-pat00009
+2*
Figure 112005007842099-pat00010
)성분(71) 및 더미 주파수(Dummy Frequency) 성분(2*
Figure 112005007842099-pat00011
)(73)을 제거한다. 따라서, 저역통과 필터(72)를 통과한 신호는 직류 오프셋(72)이 된다.
도 8 은 아날로그 감산기(404, 412)를 통해 직류 오프셋이 제거된 신호를 나타낸 양측 대역 스펙트럼을 나타낸 것이다. 아날로그 감산기(404, 412)를 이용하여 도 6 에 나타낸 신호에서 도 7 에 나타낸 신호를 제거하면, 결국 직류 오프셋이 제거된 기저대역 신호(81)를 얻는다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것 이 아니다.
본 발명은 호모다인 방식이 적용되는 수신 장치에 있어서 발생하는 직류 오프셋을 제거함으로써, 수신 신호를 보다 정확하게 수신할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 수신 신호에 특정 주파수 성분을 믹싱(mixing)하는 제 1 믹싱부;
    상기 제 1 믹싱부에서 믹싱된 신호로부터 기저대역 신호를 추출하는 제 1 여파부;
    상기 수신 신호에 상기 특정 주파수 및 기저대역 신호의 대역폭에 따른 주파수 성분을 믹싱하는 제 2 믹싱부;
    상기 제 2 믹싱부에서 믹싱된 신호로부터 기저대역 신호를 추출하는 제 2 여파부; 및
    상기 제 1 여파부에서 출력된 신호 성분에서 상기 제 2 여파부에서 출력된 신호 성분을 제거하는 신호 감산부
    를 포함하여 이루어지는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1 믹싱부는, 상기 특정 주파수 신호를 발생시키는 국부발진기(LO; Local Oscillator); 및
    상기 국부 발진기에서 발생된 신호와 상기 수신 신호를 믹싱하는 믹서(mixer)
    를 포함하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 국부 발진기에서 발생되는 주파수 신호는,
    Figure 112005007842099-pat00012
    인 것을 특징으로 하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 국부 발진기에서 발생되는 주파수 신호는,
    Figure 112005007842099-pat00013
    인 것을 특징으로 하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 2 믹싱부는, 상기 특정 주파수로부터 기저대역 신호의 2 배 만큼 높은 주파수 신호를 발생시키는 더미(Dummy) 국부발진기(LO; Local Oscillator); 및
    상기 국부 발진기에서 발생된 신호와 상기 수신 신호를 믹싱하는 믹서(mixer)
    를 포함하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 더미 국부 발진기에서 발생되는 주파수 신호는,
    Figure 112005007842099-pat00014
    인 것을 특징으로 하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 더미 국부 발진기에서 발생되는 주파수 신호는,
    Figure 112005007842099-pat00015
    인 것을 특징으로 하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 여파부에서 출력된 신호 성분은, 기저대역 신호 및 직류 오프셋(DC offset) 성분이고, 상기 제 2 여파부에서 출력된 신호 성분은 직류 오프셋 성분인 것을 특징으로 하는 호모다인(Homodyne) 수신 장치.
  9. 수신 신호에 특정 주파수 성분을 믹싱(mixing)하는 제 1 믹싱 단계;
    상기 제 1 믹싱 단계에서 믹싱된 신호에 대해 저역 통과 여파(Low Pass Filtering)를 수행하는 제 1 여파 단계;
    상기 수신 신호에 상기 특정 주파수 및 기저대역 신호의 대역폭에 따른 더미(Dummy) 주파수 성분을 믹싱하는 제 2 믹싱 단계;
    상기 제 2 믹싱 단계에서 믹싱된 신호에 대해 저역 통과 여파를 수행하는 제 2 여파 단계; 및
    상기 제 1 여파 단계에서 출력된 신호 성분에서 상기 제 2 여파 단계에서 출력된 신호 성분을 제거하는 신호 감산 단계
    를 포함하여 이루어지는 호모다인(homodyne) 수신 장치를 이용한 신호 수신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 믹싱 단계는, 상기 수신 신호에
    Figure 112005007842099-pat00016
    를 믹싱하는 것을 특징으로 하는 호모다인 수신 장치를 이용한 신호 수신 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 믹싱 단계는, 상기 수신 신호에
    Figure 112005007842099-pat00017
    를 믹싱하는 것을 특징으로 하는 호모다인 수신 장치를 이용한 신호 수신 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 믹싱 단계는, 상기 수신 신호에
    Figure 112005007842099-pat00018
    를 믹싱하는 것을 특징으로 하는 호모다인 수신 장치를 이용한 신호 수신 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 믹싱 단계는, 상기 수신 신호에
    Figure 112005007842099-pat00019
    를 믹싱하는 것을 특징으로 하는 호모다인 수신 장치를 이용한 신호 수신 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 여파 단계에서 출력된 신호 성분은, 기저대역 신호 및 직류 오프 셋(DC offset) 성분이고, 상기 제 2 여파 단계에서 출력된 신호 성분은 직류 오프셋 성분인 것을 특징으로 하는 호모다인 수신 장치를 이용한 신호 수신 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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