KR100715205B1 - System and method for digital multi-band transceiver of the wireless communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 통신 시스템의 다중 대역 디지털 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-band digital transceiver and method thereof in a wireless communication system.
무선 통신 시스템에서 다수개의 주파수 대역 신호를 하나의 송신 장치 및 수신 장치를 통하여 송신하거나 수신한다. 송신 장치는 다중 대역의 기본 대역 디지털 변조 신호를 디지털 필터를 이용하여 서로 다른 주파수를 갖는 중간 주파수 대역의 신호로 변환한 후 이를 합쳐서 전체 하나의 신호로 생성하여 송신한다. 수신 장치는 다중 대역이 혼합되어 수신된 아날로그 무선 신호를 수신하고 이를 디지털 필터를 이용하여 각 대역의 신호로 분리한다.In a wireless communication system, a plurality of frequency band signals are transmitted or received through one transmitter and a receiver. The transmitting apparatus converts a multi-band basic band digital modulated signal into a signal of an intermediate frequency band having different frequencies by using a digital filter, combines them, and generates and transmits a single signal as a whole. The receiving device receives an analog radio signal which is mixed with multiple bands and separates the received analog radio signal into signals of each band by using a digital filter.
따라서, 디지털 필터와 디지털 발진기를 이용하여 디지털 방식의 다중 대역 송수신 장치를 구현함으로써, 각 대역별로 신호를 처리하기 위한 회로를 개별적으로 구성하지 않아도 하나의 디지털 회로를 통하여 각 대역별 신호를 처리할 수 있다.Therefore, by implementing a digital multi-band transceiver using a digital filter and a digital oscillator, it is possible to process signals for each band through a single digital circuit without having to individually configure a circuit for processing signals for each band. have.
다중 대역, 송수신 장치, 중간 주파수, 디지털 필터, 디지털 발진기 Multiband, Transceiver, Intermediate Frequency, Digital Filter, Digital Oscillator
Description
도 1a 및 도 1b는 일반적인 헤테로다인 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이다.1A and 1B are structural diagrams of a general heterodyne transmitter and receiver.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 단일 대역 디지털 IF 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이다.2A and 2B are structural diagrams of a general single band digital IF transmitter and receiver.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역의 송신 장치를 위한 구조도이다.3 is a structural diagram for a multi-band transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역의 수신 장치를 위한 구조도이다.4 is a structural diagram for a multi-band receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신에서 기본 대역 신호와 IF 대역 신호간의 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating a relationship between a spectrum between a baseband signal and an IF band signal in transmission and reception according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 무선 통신 시스템의 다중 대역 디지털 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 다중 대역의 주파수 대역 신호를 하나의 시스템에서 송수신할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-band digital transmission and reception apparatus and method thereof of a wireless communication system, and more particularly, to an apparatus capable of transmitting and receiving a multi-band frequency band signal in one system.
통신 시스템용 송신 장치 및 수신 장치는 시스템에 주어진 대역 및 대역폭 내에서 여러 대역의 다수의 신호 중 한 신호를 또는 동시에 여러 대역의 신호를 송수신할 수 있도록 설계된다. 이러한 통신 시스템용 송수신 장치에는 헤테로다인(Heterodyne) 송수신 장치와 디지털 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency, 이하 IF라 지칭) 송수신 장치가 있다. The transmitting device and the receiving device for a communication system are designed to transmit and receive a signal of a plurality of bands or signals of several bands at the same time within a band and bandwidth given to the system. The transceiver for a communication system includes a heterodyne transceiver and a digital intermediate frequency (IF) transceiver.
헤테로다인 수신 장치는 입력 신호의 주파수를 IF 신호로 변환시킨다. 이 변환은 입력 신호가 국부 발진기에 의해 발생된 신호와 결합되는 혼합기에서 실현되며, 이때 결합된 결과가 IF 신호이다.The heterodyne receiver converts the frequency of the input signal into an IF signal. This conversion is realized in a mixer where the input signal is combined with the signal generated by the local oscillator, where the combined result is the IF signal.
IF 신호는 다시 IF 국부 발진기에서 발생된 신호와 결합하여 기본 대역 신호로 변환된다. 기본 대역 신호는 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog-Digital Conversion, 이하 ADC라 지칭)에서 샘플링을 수행하여 디지털 신호로 변환되어 복조 회로로 전송된다. 송신의 경우에도 동일한 구성으로 처리된다. 이와 같은 방법으로 신호를 처리하는 헤테로다인 송수신 장치에 대하여 도 1a 및 도 1b를 참조하여 자세히 설명한다.The IF signal is in turn combined with the signal generated by the IF local oscillator and converted into a baseband signal. The baseband signal is sampled in an analog-to-digital converter (ADC), converted into a digital signal, and transmitted to a demodulation circuit. In the case of transmission, the same configuration is handled. A heterodyne transceiver for processing a signal in this manner will be described in detail with reference to FIGS. 1A and 1B.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 헤테로다인 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이다.1A and 1B are structural diagrams of a general heterodyne transmitter and receiver.
일반적인 헤테로다인의 송수신 장치는 디지털-아날로그 변환기(DAC: Digital-Analog Conversion, 이하 DAC라 지칭)(10) 또는 ADC(110), LPF(Low-Pass Filter)(20), 증폭기(30), 주파수 혼합기(Mixer)(40), LO(Local Oscillator, 이하 국부 발진기라 지칭)(50), 위상 천이기(Phase shifter)(60), BPF(Band-Pass Filter)(70), HPA(High Power Amplifier, 고출력 증폭기)(80) 또는 LNA(Low noise Amplifier, 저잡음 증폭기)(90) 및 AGC(Auto Gain Control)(100)를 포함하여 구성된다.A typical heterodyne transceiver includes a digital-to-analog converter (DAC) (10) or an ADC (110), a low-pass filter (LPF) 20, an
먼저 도 1a를 살펴보면, 송신 장치에서는 기본 대역 디지털 복소수 신호인 동위상 신호/직각위상 신호(In-phase/Quadrature-phaser, 이하 I/Q 신호라 지칭)를 DAC(10)에서 아날로그 신호가 변환된 뒤 LPF(20)를 이용하여 기준 주파수보다 낮은 주파수 영역의 신호만을 통과시키고, 낮은 주파수 영역의 아날로그 신호를 AMP(30)로 증폭한다. 증폭된 신호는 주파수 혼합기(40)에서 AMP(30)에서 증폭된 아날로그 신호와 국부 발진기(50)를 통해 출력된 국부 발진기 신호를 혼합하여 IF 대역 신호인 IF 신호로 변환한다.First, referring to FIG. 1A, a transmission apparatus converts an analog signal from a
이때, 한 신호는 위상 천이기(60)에서 위상을 90도 변환시킨다. 이 두 신호를 결합하여 하나의 신호로 만든 뒤 BPF(70)를 통해 특정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 통과시키고, RF 국부 발진기(50) 신호와 혼합하여 RF 신호로 변환시킨 후 HPA(80)에서 신호를 증폭하여 안테나로 방사한다.At this time, one signal converts the phase by 90 degrees in the
다음 도 1b에 도시된 수신 장치의 안테나에서, 수신된 신호는 LNA(90)를 거쳐 국부 발진기(50) 신호와 혼합되어 RF 신호가 IF 신호로 변환된다. IF 신호는 다시 두 번째 국부 발진기(50) 신호와 혼합되어 기본 대역 신호가 된다. 이 때, 국부 발진기(50) 신호를 위상 천이기(60)에서 90도 위상 변환시킨 신호와 혼합시켜 I/Q 신호를 분리한다. 이 기본 대역 I/Q 신호는 ADC(110)에서 샘플링되어 디지털 신호가 된다. Next, in the antenna of the receiving device shown in FIG. 1B, the received signal is mixed with the
그러나 헤테로다인 송수신 장치는 모든 처리가 아날로그 소자를 사용하여 이루어지며 국부 발진기, 혼합기 등의 소자가 사용되는데, 이들의 특성에 따라 오차가 발생하여 성능이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한, 다중 대역 신호를 처리하는 과정에서는 모든 대역에 대하여 해당 아날로그 소자를 사용하기 때문에 원가가 추가된다는 문제점도 있다.However, in the heterodyne transceiver, all processing is performed using analog elements, and local oscillators, mixers, and the like are used. Errors occur depending on their characteristics, resulting in a problem in that performance is degraded. In addition, in the process of processing a multi-band signal, there is a problem that the cost is added because the corresponding analog device is used for all bands.
또한, 개발 과정이나 이후 전송 방식의 변화 등으로 주파수와 대역폭 등의 시스템 파라미터가 변경될 경우 모든 소자를 다른 것으로 변경해야 하는 문제점도 있다. 그러므로 헤테로다인 수신 장치는 주로 단일 대역만을 사용하며, 저전력이 요구되는 단말기에서 이용되는 한계가 있다.In addition, when system parameters such as frequency and bandwidth are changed due to the development process or a change in transmission method, there is a problem that all devices must be changed to other ones. Therefore, the heterodyne receiver mainly uses only a single band and has a limitation that is used in a terminal requiring low power.
또 다른 통신 시스템용 송수신 장치인 디지털 IF 송수신 장치 구조에 대해서 도 2a 및 도 2b의 일반적인 단일 대역 디지털 IF 송신 장치 및 수신 장치의 구조도를 참고하여 설명한다.A structure of a digital IF transceiver, which is a transceiver for another communication system, will be described with reference to the structural diagrams of a general single band digital IF transmitter and receiver of FIGS. 2A and 2B.
도 2a는 단일 대역 디지털 IF 송신 장치 구조를, 도 2b는 단일 대역 디지털 IF 수신 장치 구조를 나타낸 것으로, LPF(20), 디지털 구형파 발생기(120), 곱셈기(130), DAC(10) 혹은 ADC(110), 증폭기(30) 또는 AGC(100), BPF(70), 주파수 혼합기(40), 국부 발진기(50) 및 HPA(80) 또는 LNA(90)를 포함하여 구성된다.2A illustrates a structure of a single band digital IF transmitter, and FIG. 2B illustrates a structure of a single band digital IF receiver. An
도 2a에 도시한 송신 장치와 같이, 단일 대역 디지털 IF 수신 장치는 헤테로다인 송수신 장치에서 수행된 절차와 같이 IF 대역 신호를 ADC(110)를 통해 아날로그-디지털 변환을 거쳐 디지털 신호를 생성한 후, 디지털 구형파 발생기(120)를 이용하여 디지털 I/Q 신호를 분리시킨다. 도 2b에 도시한 송신 장치에서도 마찬가지 로 디지털 I/Q 신호를 디지털 IF 신호로 생성한 후, DAC(10)를 통해 아날로그 신호로 생성한다. 생성된 아날로그 신호를 주파수 혼합기(40)에서 국부 발진기(50)를 통해 출력된 신호와 혼합하여 RF 신호로 변환한 후, HPA(80)를 거쳐 안테나를 통해 방사하게 된다.As shown in FIG. 2A, the single band digital IF receiver generates a digital signal through an analog-to-digital conversion of the IF band signal through the
그러나 이와 같은 디지털 IF 송수신 장치는 고속, 고성능의 ADC 또는 DAC와 디지털 회로를 필요로 한다는 문제점이 있다.However, such a digital IF transceiver has a problem in that it requires a high speed, high performance ADC or DAC and a digital circuit.
이러한 문제점 이외에도, 상기에서 설명한 통신 시스템용 송수신 장치를 이용하면 다중 대역의 신호를 송수신할 수는 있으나, 서로 다른 대역과 대역폭의 신호에 대해 각각 별도의 독립적인 송수신 장치를 이용할 수 있도록 구성되어야 하고, 이러한 구성은 대역의 수가 늘어남에 따라 복잡해지며, 송수신 장치 추가에 따른 원가가 추가되는 문제가 있다. 또한, 공통의 송수신 장치를 사용할 수 있는 경우, 스위치를 사용하여 대역을 선택하도록 구성되어 있기 때문에 동시에 다수의 신호를 송수신해야 하는 경우에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.In addition to the above problems, the above-described communication system transceiver may transmit and receive signals in multiple bands, but should be configured to use a separate independent transceiver for signals of different bands and bandwidths, This configuration is complicated by the increase in the number of bands, there is a problem that the cost is added by the addition of a transceiver. In addition, when a common transmission / reception device can be used, since a band is selected using a switch, there is a problem that cannot be used when a plurality of signals must be transmitted and received at the same time.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 여러 주파수 대역의 송수신 신호를 하나의 디지털 회로를 이용하여 처리할 수 있는 디지털 IF 방식의 다중 대역 디지털 송수신 장치 및 그 방법을 제공한다. Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and provides a digital IF multi-band digital transceiver apparatus and method capable of processing the transmission and reception signals of several frequency bands using a single digital circuit. do.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 송수신 장치는, 통신 시스템에서 서로 다른 대역의 다수의 신호들--상기 신호는 동위상 신 호와 직각위상 신호의 쌍을 포함함--을 송신하는 송신 장치에 있어서,According to an aspect of the present invention, there is provided a transmission / reception apparatus including a plurality of signals of different bands in a communication system, the signal including a pair of in-phase signals and quadrature signals. A transmitting device for transmitting-
상기 다수의 신호들에 각각 포함된 동위상 신호들을 하나의 디지털 동위상 신호로 출력하는 제1 가산부; 상기 다수의 신호들에 각각 포함된 직각위상 신호들을 하나의 디지털 직각위상 신호로 출력하는 제2 가산부; 상기 제1 가산부로부터 출력된 상기 하나의 디지털 동위상 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 제1 중간 주파수 생성부; 상기 제2 가산부로부터 출력된 상기 하나의 디지털 직각위상 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 제2 중간 주파수 생성부; 및 상기 제1 중간 주파수 생성부로부터 출력된 상기 하나의 디지털 동위상 신호와 상기 제2 중간 주파수 생성부로부터 출력된 상기 하나의 디지털 직각위상 신호를 결합하여 하나의 아날로그 중간 주파수 신호로 출력하는 아날로그 신호 생성부를 포함한다.A first adder configured to output in-phase signals included in each of the plurality of signals as one digital in-phase signal; A second adder configured to output quadrature signals included in the plurality of signals as one digital quadrature signal; A first intermediate frequency generator converting the one digital in-phase signal output from the first adder into an intermediate frequency signal and outputting the intermediate frequency signal; A second intermediate frequency generator for converting the one digital quadrature signal output from the second adder into an intermediate frequency signal and outputting the intermediate frequency signal; And an analog signal which combines the one digital in-phase signal output from the first intermediate frequency generator and the one digital quadrature signal output from the second intermediate frequency generator to output one analog intermediate frequency signal. It includes a generation unit.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 통신 시스템에서 송신 장치로부터 전송되는 하나의 신호--상기 신호는 서로 다른 대역의 다수의 신호들로 이루어지며, 상기 다수의 신호들은 각각 동위상 신호와 직각위상 신호의 쌍을 포함함--를 수신하는 수신 장치에 있어서,One signal transmitted from a transmitting device in a communication system which is another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention--the signal is composed of a plurality of signals of different bands, the plurality of signals In a receiving device for receiving a pair of in-phase signals and quadrature signals, respectively,
상기 수신한 하나의 신호에 대해 디지털 변환 및 주파수 하향 변환을 수행하여, 중간 주파수의 하나의 동위상 신호와 하나의 직각위상 신호로 각각 출력하는 디지털 중간 주파수 신호 생성부; 상기 디지털 중간 주파수 신호 생성부에서 출력된 하나의 동위상 신호를 주파수 하향 변환하여 하나의 대역 동위상 신호로 출력하는 제1 대역 신호 생성부; 상기 디지털 중간 주파수 신호 생성부에서 출력된 하나의 직각위상 신호를 주파수 하향 변환하여 하나의 대역 직각위상 신호로 출력하는 제2 대역 신호 생성부; 상기 제1 대역 신호 생성부로부터 출력된 하나의 대역 동위상 신호를 다수의 대역에 부합하도록 인접 대역의 신호를 제거하여, 다수개의 기본대역 동위상 신호로 출력하는 제1 기본대역 신호 생성부; 및 상기 제2 대역 신호 생성부로부터 출력된 하나의 대역 직각위상 신호를 다수의 대역에 부합하도록 인접 대역의 신호를 제거하여, 다수개의 기본대역 직각위상 신호로 출력하는 제2 기본대역 신호 생성부를 포함한다.A digital intermediate frequency signal generator which performs digital conversion and frequency downconversion on the received one signal, and outputs one in-phase signal and one quadrature signal of intermediate frequency, respectively; A first band signal generator for down-converting one in-phase signal output from the digital intermediate frequency signal generator to output one band in-phase signal; A second band signal generator for down-converting one quadrature signal output from the digital intermediate frequency signal generator to output one band quadrature signal; A first baseband signal generator for outputting a plurality of baseband in-phase signals by removing signals of adjacent bands so that one band in-phase signal output from the first band signal generator corresponds to a plurality of bands; And a second baseband signal generator for outputting a plurality of baseband quadrature signals by removing adjacent band signals so that one band quadrature signal output from the second band signal generator corresponds to a plurality of bands. do.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 통신 시스템에서 다수의 대역 신호를 송수신하는 방법에 있어서,In the method for transmitting and receiving a plurality of band signals in a communication system which is another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,
(a) 다수개의 대역에서 송신하고자 하는 다수의 디지털 신호에서 인접 대역의 간섭을 제거하기 위하여 필터링을 수행하는 단계; (b) 상기 필터링이 수행된 다수의 디지털 신호를 중간 주파수로 주파수 상향변환하여 다수의 디지털 중간 주파수 신호를 출력하는 단계; (c) 상기 다수의 디지털 중간 주파수 신호를 이용하여 동위상 신호/직각위상 신호 쌍을 생성하는 단계; (d) 상기 생성된 동위상 신호/직각위상 신호 쌍을 하나의 신호로 합친 후, 하나의 아날로그 중간 주파수 신호로 변환하는 단계 및 (e) 상기 아날로그 중간 주파수 신호를 무선 주파수 신호로 변환하여 상기 수신 장치로 송신하는 단계를 포함한다.(a) performing filtering to remove interference of adjacent bands in the plurality of digital signals to be transmitted in the plurality of bands; (b) outputting a plurality of digital intermediate frequency signals by up-converting the plurality of digital signals on which the filtering is performed to an intermediate frequency; (c) generating an in-phase signal / quad phase signal pair using the plurality of digital intermediate frequency signals; (d) combining the generated in-phase signal / quadrature signal pair into one signal, and then converting the analog in-phase signal into one analog intermediate frequency signal; and (e) converting the analog intermediate frequency signal into a radio frequency signal to receive the signal. Transmitting to the device.
이때, 상기 (e) 단계 이후에, (ⅰ) 다수의 대역이 합쳐져서 하나의 대역으로 수신된 상기 무선 주파수 신호를 하나의 아날로그 중간 주파수 신호로 변환한 후 하나의 디지털 중간 주파수 신호로 변환하는 단계; (ⅱ) 상기 하나의 디지털 중간 주파수 신호를 다수의 대역별로 주파수 하향 변환하여 다수의 기본 대역 동위상 신호/직각위상 신호로 생성하는 단계 및 (ⅲ) 상기 다수의 기본 대역 동위상 신호/직각위상 신호에서 다수의 인접 대역의 신호를 제거한 후, 각각 대역의 중심 주파수가 0인 신호를 생성하는 단계를 포함한다.At this time, after step (e), (i) converting the radio frequency signal received in one band by combining a plurality of bands into one analog intermediate frequency signal and then into one digital intermediate frequency signal; (Ii) down-converting the one digital intermediate frequency signal for each of a plurality of bands to generate a plurality of base band in-phase signals / quad phase signals; and (iii) the plurality of base band in-phase signals / quad phase signals. And removing the signals of the plurality of adjacent bands, and generating a signal in which the center frequency of the band is zero.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역의 송신 장치를 위한 구조도이다.3 is a structural diagram for a multi-band transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 살펴보면, 다중 대역의 송신 장치는 기본대역 디지털 필터(300), LPF(310), 주파수 혼합기(320, 325), 디지털 발진기(Numerically controlled Oscillator, NCO)(330, 335), 가산기(340, 345), BPF(350, 355), DAC(360), RF 업 컨버터(Up converter)(370)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 3, the multi-band transmitter includes a baseband
이때, 기본대역 디지털 필터(300), LPF(310), 주파수 혼합기(320), 디지털 발진기(330)는 대역의 개수만큼 구성되며, 가산기(340), BPF(350, 355), 주파수 혼합기(325) 및 디지털 발진기(355)는 I 신호와 Q 신호 처리를 위하여 각각 두 개씩 구성된다. 그러나 도면에는 대표적인 하나의 구성 요소에만 도면 부호를 표기하도록 한다.At this time, the baseband
기본대역 디지털 필터(300)는 잡음이 섞여 있는 디지털 신호에서 필요 성분인 디지털 신호만을 추출하는 기능을 수행하는 것으로서, 디지털 신호 처리에 의해 정형 특성을 얻을 수 있다. 디지털 필터는 아날로그 필터에 비해 수치 계산에 의해 얻어지기 때문에 정밀도가 높은 신호를 얻을 수 있으며, 필터 계수 값의 수정이 용이하여 필터 특성을 쉽게 수정할 수 있다. 또한, 하드웨어로 구현시 LSI(Large Scale Intergrated, 고밀도 집적) 화가 용이하다. 이러한 디지털 필터는 FIR(Finite Impulse Response) 필터, IIR(Infinite Impulse Response) 필터 등 다양한 필터를 이용하여 구성될 수 있다.The baseband
LPF(310)는 저지대역 주파수를 가지고 특정 주파수 이하만 통과시키는 필터로, 고주파 잡음 제거용으로 사용된다. BPF(350, 355)는 통과시작 주파수와 저지대역 주파수를 가지고 특정 대역만 통과시키는 필터로, 무선 통신에서 채널을 구분하기 위한 용도 및 이미지 제거 등의 용도로 사용된다.
주파수 혼합기(320, 325)는 디지털 발진기(330, 335)에서 출력된 주파수와 LPF(310)를 통해 출력된 주파수를 더하여 다중 대역의 신호를 인접하게 배치하거나, LPF(310)를 통해 출력된 주파수를 중간 주파수로 상향 변환하는 기능을 수행한다. 즉, 비선형성을 이용하여 두 주파수의 혼변조된 신호를 추출해내는 회로로써, 두 개의 주파수 F1과 F2를 섞으면 F1+F2 혹은 F1-F2 등의 2차 혼변조 성분들이 발생하여 생성된 주파수를 출력해낸다.The
가산기(340, 345)는 다수의 대역에서 입력된 신호를 하나의 신호로 묶어주는 기능을 수행한다. The
이러한 구조로 이루어지는 송신 장치의 동작에 대하여 설명한다.The operation of the transmitting device having such a structure will be described.
동작 설명의 편의를 위해 제1 가산부, 제2 가산부, 제1 중간 주파수 생성부, 제2 중간 주파수 생성부 및 아날로그 신호 생성부로 구분하여 설명한다. 제1 가산부 및 제2 가산부의 기능을 수행하기 위하여 기본 대역 디지털 필터(300), LPF(310), 주파수 혼합기(320) 및 가산기(340)를 블록화하며, BPF(350, 355), 디지털 발진기(335) 및 주파수 혼합기(325)는 제1 중간 주파수 생성부 및 제2 중간 주파수 생성부로 블록화한다. For convenience of explanation of the operation, a description will be made of a first adder, a second adder, a first intermediate frequency generator, a second intermediate frequency generator, and an analog signal generator. The baseband
또한, 가산기(345), DAC(360) 및 무선 주파수 업 컨버터(370)는 아날로그 신호 생성부로 블록화한다. 여기서, 가산부와 중간 주파수 생성부를 각각 두 개씩 블록화한 이유는, 신호가 동위상 신호와 직각위상 신호의 쌍으로 이루어져 있기 때문이며, 각각의 블록에서 따로 신호처리되는 것을 나타내기 위함이다.In addition, the
기본대역 디지털 필터(300)는 인접 채널에 대한 간섭을 없애는 필터링의 기능을 수행한다. 본 발명의 실시예에서는 다중 대역을 하나의 IF 신호로 묶어주는 기능을 수행하기 때문에, 인접채널간의 간섭을 없애는 것이 중요하다. 원 신호 자체의 스펙트럼이 인접 채널에 대한 간섭에 대한 규정 값 이하일 경우 필터링을 생략할 수도 있다.The baseband
제1 가산부 및 제2 가산부의 기본 대역 디지털 필터(300)를 통해 필터링된 송신 신호들은 LPF(310)를 통과하여 고주파 잡음이 제거된 상태로 주파수 혼합기(320)에 입력된다. 이 때 디지털 발진기(330)에서 출력된 주파수(도면에서는 "cosωkt"와 "-sinωkt"로 지칭(k = 1…n, k는 대역 수))와 LPF(310)를 통해 출력된 주파수를 더하여 각각의 송신 신호들은 최종 대역에서의 중심 주파수 차이만큼의 서 로 다른 중심 주파수를 갖도록 각각의 송신 신호들을 인접 배치한다.The transmission signals filtered through the baseband
인접 배치된 다중 대역의 신호들은 가산기(340)를 통해 I 신호 혹은 Q 신호별로 합쳐져서 하나의 I 또는 Q 신호로 생성되어 제1 주파수 생성부 및 제2 중간 주파수 생성부로 입력된다. 하나의 I 또는 Q 신호로 생성된 신호들은 BPF(350)를 통과하여 대역이 결합되는 과정을 거친다. 주파수 혼합기(320)를 통과한 신호는 원하는 주파수와 원하지 않는 이미지 주파수가 생성되는데, BPF(350)는 원하지 않는 이미지 주파수를 제거하는 기능을 수행한다. Adjacently arranged multi-band signals are combined into I or Q signals through the
BPF(350)를 통과하여 대역에서 원하는 주파수만이 생성된 하나의 I 또는 Q 신호는 중간 주파수로 상향 변환되기 위하여 주파수 혼합기(325)를 통과한다. 이때, 디지털 발진기(335)에서 출력된 주파수와 합쳐져 IF로 상향 변환되며, BPF(335)를 통과하여 대역에서 원하지 않는 이미지 주파수가 제거된 뒤 대역 결합 과정을 거친다.One I or Q signal passing only through the
이후 하나의 I 또는 Q 신호는 가산기(345)에서 하나의 I/Q 신호 쌍으로 생성된다. 이때, I 신호와 Q 신호 간의 중심 주파수가 다르므로 이들 스펙트럼은 서로 겹쳐지지 않는다. 최종적으로 하나의 신호로 합쳐진 I/Q 신호는 아날로그 신호 생성부로 입력되고, DAC(360)에서 아날로그 IF 신호로 변환된다. 이 과정은 여러 단을 거쳐서 여러 개의 IF 생성 단계를 거쳐 최종 디지털-아날로그 변환이 일어나는 IF 신호로 생성될 수도 있는데, 이 경우에는 I/Q 결합과 상향 변환, 대역 결합 과정은 구현에 따라 그 순서가 변경될 수도 있다.One I or Q signal is then generated in the
즉, I/Q 별로 따로 각 대역별로 상향 변환과 대역 결합을 거친 후 I/Q로 결 합될 수도 있고, I/Q 결합이 수행된 후 상향 변환이나 대역 결합이 나중에 수행될 수도 있다. 이 과정에서 필요에 따라 필터를 통과시켜 스펙트럼의 불필요한 부분을 제거하고 원하는 신호 성분만 남기도록 하며, 주파수 상승에 따라 필요한 인터폴레이션 필터(Interpolation filter)에서 인터폴레이션을 수행할 수도 있다.That is, I / Q may be combined by I / Q separately after I / Q, and may be combined by I / Q. After I / Q combining is performed, up-conversion or band combining may be performed later. In this process, if necessary, the filter may be passed to remove unnecessary portions of the spectrum, leaving only desired signal components, and interpolation may be performed in an interpolation filter required as the frequency rises.
DAC(360)를 통해 디지털-아날로그 변환된 아날로그 IF 신호는 다중 대역이 각 주파수 별로 떨어진 채로 하나로 합쳐진 형태의 신호이며, 이 신호는 각각 대역의 대역폭이 합쳐진 대역폭을 갖는 신호가 된다. 이 신호는 IF를 무선 주파수로 천이하는 기능을 수행하는 RF 업 컨버터(370)에서 아날로그 신호의 필터링과 국부 발진기의 혼합을 거쳐 RF 신호로 변환된 후 고출력 증폭기에서 증폭되어 안테나를 통해 전송된다.The analog IF signal digitally-analog-converted through the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역의 수신 장치를 위한 구조도이다.4 is a structural diagram for a multi-band receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4를 살펴보면, 다중 대역의 수신 장치는 RF 다운 컨버터(Down converter)(400), 기본대역 디지털 필터(300), LPF(310), 주파수 혼합기(320, 325), 디지털 발진기(330, 335), BPF(350, 355) 및 ADC(410)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 4, the multi-band receiver includes an RF down
이 때, 기본대역 디지털 필터(300), LPF(310), 주파수 혼합기(320), 디지털 발진기(330)는 대역의 개수만큼 구성되며, BPF(350, 355), 주파수 혼합기(325) 및 디지털 발진기(355)는 I 신호와 Q 신호 처리를 위하여 각각 두 개씩 구성된다. 그러나 도면에는 대표적인 하나의 구성 요소에만 도면 부호를 표기하도록 한다.At this time, the baseband
이와 같이 구성된 수신 장치의 동작 설명시 편의를 위해 수신 장치를 중간 주파수 신호 생성부, 제1 대역 신호 생성부, 제2 대역 신호 생성부, 제1 기본대역 신호 생성부 및 제2 기본대역 신호 생성부로 구분하여 설명한다. 이 때, 디지털 중간 주파수 신호 생성부의 기능을 수행하기 위해 RF 다운 컨버터(400), ADC(410) 및 BPF(355)로 블록화하고, 주파수 혼합기(325) 및 BPF(350)는 제1 대역 신호 생성부 및 제2 대역 신호 생성부로 블록화한다. For convenience in describing the operation of the reception device configured as described above, the reception device is moved to an intermediate frequency signal generator, a first band signal generator, a second band signal generator, a first baseband signal generator, and a second baseband signal generator. Explain separately. At this time, in order to perform the function of the digital intermediate frequency signal generator, the RF down
또한, 주파수 혼합기(320), 디지털 발진기(330), LPF(310) 및 기본대역 디지털 필터(300)는 제1 기본대역 신호 생성부 및 제2 기본대역 신호 생성부로 블록화한다. 여기서, 대역 신호 생성부와 기본대역 신호 생성부를 각각 두 개씩 블록화 한 이유는, 신호가 동위상 신호와 직각위상 신호의 쌍으로 이루어져 있기 때문이며, 각각의 블록에서 따로 신호처리되는 것을 나타내기 위함이다.In addition, the
RF 다운 컨버터(400)는 수신된 RF 신호를 IF 혹은 기본대역 주파수로 낮추는 기능을 수행한다. 일반적으로는 주파수 하향 변환을 위한 주파수 혼합기(320, 325)의 회로부를 RF 다운 컨버터(400)라 지칭하며, 입력 신호에 디지털 발진기(330, 335)의 신호(도면에서는 "cosωkt"와 "-sinωkt"로 지칭(k = 1…n, k는 대역 수))를 합치면 두 신호 주파수의 차에 해당하는 IF 또는 기본대역 주파수 신호가 발생된다.The RF down
디지털 발진기(330, 335)는 대역별로 다수개 구성되며, 각각 다른 주파수의 국부발진 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 이때 하나의 디지털 발진기에서 생성되는 국부발진 신호의 주파수는 다른 디지털 발진기에서 생성되는 국부발진 신호의 주파수와 다르게 된다. 즉, 복수개 구비된 디지털 발진기에서 발진되는 국부발진 신호의 주파수는 디지털 발진기 수만큼 되는 것이다.A plurality of
이와 같은 기능을 포함하고 있는 다중 대역의 신호 수신 장치는, 상기 도 3에서 방사된 RF 신호를 안테나를 이용하여 수신받는다. 디지털 중간 주파수 신호 생성부로 수신된 RF 신호는 RF 다운 컨버터(400) 내부의 저전력 증폭기에서 증폭된 후 필터링 과정과 디지털 발진기와의 혼합을 거쳐 아날로그 IF 신호로 변환되어 출력된다. The multi-band signal receiving apparatus including such a function receives the RF signal radiated from FIG. 3 using an antenna. The RF signal received by the digital intermediate frequency signal generator is amplified by a low power amplifier in the RF down
출력된 신호는 ADC(410)에서 샘플링(Sampling)을 통해 디지털 신호로 변환된다. 이때 샘플링은 신호가 샘플링하고자 하는 신호의 주파수보다 2배 이상의 주파수로 샘플링되는 오버-샘플링(Over-sampling) 혹은 정보를 싣고 있는 캐리어(carrier) 주파수보다 낮은 주파수로 샘플링하는 언더-샘플링(Under-sampling) 중 어느 하나가 될 수도 있기 때문에, 샘플링 과정 후에 어느 특정 주파수 대역에서 각 대역의 대역폭을 합친 대역폭의 스펙트럼을 갖는 하나의 디지털 IF 신호가 된다.The output signal is converted into a digital signal through sampling in the
하나의 디지털 IF 신호는 BPF(355)를 통과하여 특정한 두 주파수 사이에 있는 주파수 대역의 신호만이 통과되며, 하향 변환과 I/Q 신호의 분리를 통해 기본 대역의 I 신호와 기본 대역의 Q 신호로 생성된다. 이 과정에서 각 대역별로 각 대역에서 원하는 신호가 기본 대역의 신호가 되도록 디지털 발진기(335)를 각 대역별로 각각 구성한다. One digital IF signal passes through the
생성된 기본 대역 신호는 제1 대역 신호부 및 제2 대역 신호부로 각각 입력되어 주파수 혼합기(325)에서 BPF(355)를 통과한 신호와 혼합되어 하향 변환을 수 행하도록 한다. 이때 대역의 수만큼 기본 대역 신호의 I 신호와 Q 신호가 생성되며 해당 대역의 신호는 기본 대역에서 중심 주파수가 0이 되며, 나머지 대역의 신호들은 그 대역에서 일정 부분 떨어져서 주파수를 갖게 된다. 이와 관련하여 기본 대역 신호와 IF 대역 신호 간의 스펙트럼 관계를 세 가지 대역으로 예를 들어 하기 도 5a 및 도 5b에서 상세히 설명한다.The generated base band signal is input to the first band signal part and the second band signal part, respectively, and mixed with the signal passing through the
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신에서 기본 대역 신호와 IF 대역 신호간의 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating a relationship between a spectrum between a baseband signal and an IF band signal in transmission and reception according to an embodiment of the present invention.
도 5a에 도시된 바와 같이, 기본 대역에서는 각 대역별로 중심 주파수가 0인 기본 대역의 신호가 각각 존재하며, IF 대역에서는 이들 세 신호가 어느 정도의 주파수 간격으로 떨어진 채로 이어져서 IF를 중심 주파수로 하고 세 대역의 대역폭을 합친 것을 전체 대역폭으로 하는 스펙트럼을 갖는 하나의 신호가 된다.As shown in FIG. 5A, in the base band, there are signals of the base band having a center frequency of 0 for each band, and in the IF band, these three signals are spaced apart at a certain frequency interval so that IF is converted into the center frequency. The sum of the bandwidths of the three bands results in a signal having a spectrum of the total bandwidth.
예를 들어, 각각의 대역폭이 k이고 첫 번째 대역에 존재하는 신호의 중심 주파수는 f1, 두 번째 대역에 존재하는 신호의 중심 주파수는 f2, 세 번째 대역에 존재하는 신호의 중심 주파수가 f3인 세 신호가 n 대역폭 간격으로 떨어진 채로 이어진다고 가정하면, 송신 장치에서는 세 대역의 신호가 합쳐진 후의 중심 주파수는 f1+f0, f2+f0, f3+f0이며(여기서 f0는 세 신호가 이어져 생성된 IF의 중심 주파수이다.), 이 신호의 대역폭은 3k+2n이 된다.For example, if each bandwidth is k and the center frequency of the signal in the first band is f1, the center frequency of the signal in the second band is f2, and the center frequency of the signal in the third band is f3. Assuming that the signals are followed by n bandwidth intervals, in the transmitting device, the center frequencies after the three bands have been combined are f1 + f0, f2 + f0, f3 + f0 (where f0 is the sum of the IFs generated by the three signals). Center frequency), and the bandwidth of this signal is 3k + 2n.
또한, 도 5b와 같이 하나의 신호로 이어진 세 대역의 신호를 각각의 대역별로 분리하고자 할 때 수신 장치에서는, 세 개의 대역 신호가 합쳐져 있으며, IF 대역에서의 각 대역의 주파수가 f1, f2, f3라고 가정하면, 디지털 발진기의 주파수도 f1, f2, f3가 된다. 디지털 발진기를 거치고 나면, 첫 번째 경로에서 세 신호의 중심 주파수는 0, f2-f1, f3-f2가 되고, 두 번째 경로에서의 세 신호 중심 주파수는 f1-f2, 0, f3-f2가 되며, 세 번째 경로에서의 세 신호 중심 주파수는 f1-f3, f2-f3, 0이 된다. 세 신호의 중심 주파수가 결정된 후 중심 주파수가 0인 신호만을 남겨두고 인접 대역의 신호들은 제거한다.In addition, when a signal of three bands connected to one signal is to be separated for each band as shown in FIG. 5B, in the receiving apparatus, three band signals are combined, and the frequency of each band in the IF band is f1, f2, and f3. Assume that the frequency of the digital oscillator is also f1, f2, f3. After going through the digital oscillator, the center frequencies of the three signals in the first path are 0, f2-f1, f3-f2, and the three signal center frequencies in the second path are f1-f2, 0, f3-f2, The three signal center frequencies in the third path are f1-f3, f2-f3, and 0. After the center frequencies of the three signals are determined, the signals in the adjacent bands are removed, leaving only the signals having a center frequency of zero.
이와 같은 과정이 여러 단에 걸쳐서 여러 IF 생성 단계를 수행할 수도 있다. 도 5a 및 도 5b와 같이 각각의 신호에 IF가 결정되는 과정 후에, IF 결정 과정에서 필요한 필터링과 주파수 하강과 같은 데시메이션이 데시메이션 필터(420)에서 수행된다. 최초로 RF 다운 컨버터(400)에 수신된 아날로그 중간 주파수 신호를 아날로그-디지털 변환할 때에는 I, Q 신호가 합쳐져 있기 때문에 높은 샘플링 주파수에서 변환이 요구되지만, I/Q 분리 또는 하향 변환을 거치면서 낮은 샘플링 비율로 표본화하고 부호화하여도 신호의 품질에 손실이 없기 때문에 데시메이션을 수행한다.Such a process may perform several IF generation steps in multiple stages. 5A and 5B, after the IF is determined for each signal, decimation such as filtering and frequency drop required in the IF decision process is performed in the
데시메이션이 수행된 후 다수의 대역 신호를 인접되게 배치하기 위하여 제1 기본대역 신호 생성부 및 제2 기본대역 신호 생성부의 주파수 혼합기(320)를 통과한다. 주파수 혼합기(320)에서 다수의 대역 신호들은 디지털 발진기(330)에서 출력된 신호와 합쳐져 인접 대역과 어느 정도의 주파수가 떨어진 채로 배치된다. After the decimation is performed, the first baseband signal generator and the second baseband signal generator pass through the
마지막으로 각각의 신호들은 LPF(310)를 통과한 후 각 대역의 기본 대역 신호만이 통과될 수 있도록 기본 대역 디지털 필터(300)를 통과시키면, 인접 대역의 신호는 제거되고 중심 주파수가 0인 각 대역에서 원하는 신호만이 통과되어 기본 대역 신호로 생성된다. 그 후 각 기본 대역별로 복조 과정을 거친다.Finally, when each signal passes through the
여기서, 전술한 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체 역시 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.Here, a program for realizing a function corresponding to the configuration of the above-described embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded is also included in the scope of the present invention.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
전술한 실시예에 따르면, 다중 대역의 송수신 장치를 디지털 방식에서 디지털 필터와 디지털 발진기를 이용하여 구현함으로써, 각 대역별로 별도의 회로를 구성하지 않고서도 하나의 디지털 회로로 구현할 수 있다.According to the above-described embodiment, by implementing a multi-band transceiver device using a digital filter and a digital oscillator in a digital manner, it can be implemented as a single digital circuit without configuring a separate circuit for each band.
또한, 필터와 발진기가 디지털로 구현되기 때문에 성능의 오차가 없이 정확한 구현이 가능하다.In addition, the digital implementation of the filter and oscillator ensures accurate implementation without compromising performance.
또한, 이와 같이 구현된 디지털 회로는 ASIC 등으로 구현 가능함으로써 원가를 절감하고 복잡도를 감소시킬 수 있다.In addition, the digital circuit implemented as described above can be implemented as an ASIC, thereby reducing cost and complexity.
또한, 프로그램 변경에 따라 주파수와 대역폭의 변경이 가능하기 때문에 시스템 구성에 융통성이 있으며, 변경에 따른 추가 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, because the frequency and bandwidth can be changed according to the program change, the system configuration is flexible, and the additional cost of the change can be reduced.
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