KR100813238B1 - 전대역 듀플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 신호를 송수신하며, 송신 신호와 수신 신호가 동일한 주파수 대역의 신호인 경우에도 간섭 없이 안정적으로 송수신되도록 하는 전대역 듀플렉서에 관한 것이다.

본 발명의 전대역 듀플렉서는, 송신 신호를 커플링하는 방향성 결합기; 상기 커플링된 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 제1신호를 출력하는 송신 A/D 컨버터; 수신 신호를 디지털 신호로 변환한 제2신호를 출력하는 수신 A/D 컨버터; 상기 송신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제1신호와, 상기 수신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제2신호의 상관성을 이용하여 상기 제2신호에 포함된 간섭 신호를 제거하고, 간섭 신호가 제거된 타겟 수신 신호만을 출력하는 디지털 프로세싱부; 를 포함하여 구성됨에 기술적 특징이 있다.

전대역, 듀플렉서

Description

전대역 듀플렉서{Full Band Duplexer}

도 1은 종래 FDD 시스템에서의 주파수 대역 사용예를 나타낸 도면,

도 2는 종래 PIM 제거기를 활용하는 FDD 시스템에서의 주파수 대역 사용예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 주파수 대역 사용예를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전대역 듀플렉서의 구성도,

도 5는 디지털 프로세싱부의 제1실시예를 나타낸 도면,

도 6은 디지털 프로세싱부의 제2실시예를 나타낸 도면,

도 7은 디지털 프로세싱부의 제3실시예를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 전대역 듀플렉서 111 : 고출력 증폭기

112 : 송신 필터 113 : 방향성 결합기

121 : 수신 필터 122 : 저잡음 증폭기

123 : 수신 A/D 컨버터 124 : 송신 A/D 컨버터

125 : 디지털 프로세싱부

본 발명은 전대역 듀플렉서에 관한 것으로, 보다 자세하게는 디지털 필터링 기법을 적용하여 수신 신호로부터 송신 신호에 의한 노이즈를 제거함으로써 송수신 대역을 분리하지 않고 전대역을 활용할 수 있도록 한 전대역 듀플렉서에 관한 것이다.

이동통신 사업자는 양방향 통신 서비스를 제공하기 위해 송수신 채널을 분리하여야 하였고, 송수신 채널 분리 방식은 크게 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 방식과 시분할 듀플렉싱(TDD) 방식으로 구분되어 왔다.

그러나, 이러한 듀플렉싱 방법 및 분할 방식은 사전에 규약으로 정의되어 결정되면, 단말기와의 호환성 문제 등으로 인해 변경하는 것이 거의 불가능하였을뿐 아니라, 주파수, 시간 등 무선 자원의 효율적인 사용에 있어 제약이 되어 왔다.

특히, 주파수 분할 방식의 경우, 한 이동통신 사업자가 송수신 대역이 서로 상이한 대역이 아니라 송신 대역과 수신 대역이 연속된 대역을 사용할 경우 급전선, 분배기, 안테나 등의 수동소자에서 발생되는 3차의 수동 상호 간섭(Passive Inter-Modulation; PIM) 문제로 인해 도 1에 나타낸 바와 같이 송신 신호 대역 만큼의 보호 대역(Guard Band)를 가져야하는 불합리함을 갖고 있었다.

또한, 이러한 문제점을 해결하고자 도 2에서와 같이 송수신 대역 간 이격 주 파수를 좁히고, 그에 따라 발생되는 수동 상호 간섭(PIM)을 PIM 제거기를 활용하여 제거함으로써 주파수 효율을 높이는 방법도 제안된 바 있으나, 이 역시 어느 정도의 보호 대역을 필요로 한다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수신 대역 내에서 발생되는 송신 신호 및 송신 신호로 인한 잡음을 제거하여, 별도의 보호 대역 없이 전대역을 사용할 수 있도록 하고, 시간 분할을 필요로하지 않는 전대역 듀플렉서를 제공하며, 이를 통해 무선 자원의 효율을 크게 증대시킬 수 있도록 함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명은 디지털 필터링 기술을 이용하여 송신 신호와 수신 신호 간 상관성을 이용하여 송신 신호 및 송신 신호로 인한 잡음을 제거하도록 하며, 송신 신호를 커플링하여 수신 신호에의 송신 신호 간섭을 효과적으로 제거하도록 하는 전대역 듀플렉서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선 신호를 송수신하며, 송신 신호와 수신 신호가 간섭 없이 안정적으로 송수신되도록 하는 듀플렉서에 있어서, 송신 신호를 커플링하는 방향성 결합기; 상기 커플링된 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 제1신호를 출력하는 송신 A/D 컨버터; 수신 신호를 디지털 신호로 변환한 제2 신호를 출력하는 수신 A/D 컨버터; 상기 송신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제1신호와, 상기 수신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제2신호의 상관성을 이용하여 상기 제2신호에 포함된 간섭 신호를 제거하고, 간섭 신호가 제거된 타겟 수신 신호만을 출력하는 디지털 프로세싱부; 를 포함하는 전대역 듀플렉서를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선 신호를 송수신하며, 송신 신호와 수신 신호가 간섭 없이 안정적으로 송수신되도록 하는 듀플렉서에 있어서, 송신 신호를 커플링하는 방향성 결합기; 상기 커플링된 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 제1신호를 출력하는 송신 A/D 컨버터; 수신 신호를 디지털 신호로 변환한 제2신호를 출력하는 수신 A/D 컨버터; 상기 송신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제1신호 및 상기 수신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제2신호를 입력으로 하여, 보정된 제1신호와 상기 제2신호와의 평균 제곱 오차가 최소화되도록 상기 제1신호를 보정하고, 보정된 제1신호와 상기 제2신호를 결합하여 타겟 수신 신호를 출력하는 디지털 프로세싱부; 를 포함하는 전대역 듀플렉서를 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 3은 본 발명의 주파수 대역 사용예를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 전대역 듀플렉서는 수신 신호로부터 송신 신호 및 송신 신호에 의한 간섭을 제 거함으로써, 송신 대역과 수신 대역으로서 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 전대역 듀플렉서는 방향성 결합기를 이용하여 송신 신호를 커플링하고, 그 커플링된 신호를 이용하여 수신 안테나로 유입된 송신 신호 및 그에 의한 잡음을 제거하며, 잡음 제거를 위해 디지털 필터링 기법을 활용한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전대역 듀플렉서의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 전대역 듀플렉서(100)는 기지국 또는 중계기 등 무선 통신 장치의 송신단으로부터 입력되는 송신 신호를 처리하기 위한 구성으로서 고출력 증폭기(111), 송신 필터(112), 방향성 결합기(113)를 포함하며, 무선으로 수신되는 신호를 처리하여 수신단으로 입력하기 위한 구성으로서 수신 필터(121), 저잡음 증폭기(122), 수신 A/D 컨버터(123), 송신 A/D 컨버터(124), 디지털 프로세싱부(125)를 포함한다.

고출력 증폭기(111)는 송신 신호를 증폭시켜 송신 필터(112)로 입력하며, 송신 필터(112)는 증폭된 신호에서 송신 대역 외 주파수를 제거한 후 상기 방향성 결합기(113)로 입력한다.

방향성 결합기(113)는 상기 송신 필터(112)를 거쳐 입력되는 신호를 커플링하여 송신 A/D 컨버터(124)로 입력함과 아울러, 안테나를 통해 무선 송출한다.

수신 필터(121)는 안테나를 통해 수신되는 신호에서 수신 대역 외 주파수를 제거하여 출력하며, 저잡음 증폭기(122)는 수신 필터(121)의 출력 신호를 증폭시키 고 상기 수신 A/D 컨버터(123)로 입력한다.

한편, 송신 A/D 컨버터(124)는 방향성 결합기(113)에 의해 커플링된 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 제1신호를 디지털 프로세싱부(125)로 입력하며, 수신 A/D 컨버터(123)는 상기 수신 필터(121)를 거쳐 출력되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환한 제2신호를 디지털 프로세싱부(125)로 입력한다.

디지털 프로세싱부(125)는 상기 송신 A/D 컨버터(124)로부터 출력되는 제1신호와, 상기 수신 A/D 컨버터(123)로부터 출력되는 제2신호를 입력으로 하여, 디지털 필터링 기법을 활용하여 수신 신호로부터 송신 신호(제1신호) 및 그에 의한 간섭 신호를 제거한다. 디지털 필터링 기법으로는 두 신호의 상관성을 활용하는 방법 및 필터링 방법이 있으며, 도 5 내지 도 7을 통해 설명하면 다음과 같다.

도 5는 디지털 프로세싱부의 제1실시예를 나타낸 도면으로서, 신호의 상관성을 이용하는 디지털 필터링 기법에 관한 것이다.

도 5의 디지털 프로세싱부(125-1)는 역위상 결합기에 의해 구현되고, 역위상 결합기는 수신되는 신호(수신 신호+잡음)와 잡음 신호(본 발명의 송신 신호)를 입력으로 하여 잡음 신호가 제거된 타겟 수신 신호만을 출력한다. 즉, 역위상 결합기는 송신 A/D 컨버터(124)로부터 출력되는 제1신호와, 수신 A/D 컨버터(123)로부터 출력되는 제2신호의 상관성을 이용하여 간섭을 제거하기 위해 상기 제2신호에 포함된 간섭 신호(제1신호)의 역위상 신호를 생성하고, 생성된 역위상 신호와 상기 제2신호를 결합함으로써 타겟 수신 신호를 추출하며, 이를 수신단으로 제공함으로써 송신 신호에 의한 간섭을 억제한다.

다음, 도 6은 디지털 프로세싱부의 제2실시예를 나타낸 도면이고, 도 7은 디지털 프로세싱부의 제3실시예를 나타낸 도면으로서, 필터링 기법을 이용하는 실시예를 나타낸 것이다.

도 6의 디지털 프로세싱부(125-2)는 위너 필터를 이용하여 구현된다. 위너 필터(Wiener Filter)는 입력을 원하는 출력과 가능한 한 매우 근사하게 변환시켜주는 필터로서, 여기서 '가능한 한 매우 근사하게'의 의미는 두 입력 신호의 차의 제곱의 합이 최소가 된다는 의미이며, 이에 따라 최소자승 필터라고도 한다.

즉, 위너 필터는 입력단에 신호와 잡음이 공존하는 경우 잡음 성분과의 차의 제곱을 최소화하는 알고리즘으로서, 주로 시간불변 시스템에 많이 적용되며, 본 발명에서 상기 위너 필터는 보정된 제1신호와 수신 A/D 컨버터(123)로부터 출력되는 제2신호와의 평균 제곱 오차가 최소화되도록 하는 계수값(W)을 이용하여 송신 A/D 컨버터(124)로부터 출력되는 제1신호(잡음)를 필터링한다.

따라서, 본 실시예의 디지털 프로세싱부(125-2)는 이와 같이 위너 필터에 의해 필터링된 신호 즉, 보정된 제1신호와 수신 A/D 컨버터(123)로부터 출력되는 제2신호(타겟 신호+잡음)를 결합함에 의해 잡음이 최대한 제거된 타겟 신호(타겟 수신 신호)를 출력하게 된다.

한편, 본 발명의 경우 무선 통신 장치에 적용되는 것이므로, 안테나가 옥외 등으로 설치되며, 이에 따라 주변의 이동체로 인한 도플러 효과가 발생하게 된다. 따라서, 위너 필터보다 시간 변화에 적합한 적응 필터(Adaptive Filter)를 사용하 여 디지털 프로세싱부를 구현할 수 있으며, 이를 도 7에 도시하였다.

도 7의 디지털 프로세싱부(125-3)는 적응 필터에 의해 구현되며, 적응 필터는 보정된 제1신호와 수신 A/D 컨버터(123)로부터 출력되는 제2신호와의 평균 제곱 오차가 최소화되도록 하는 계수값(W)을 이용하여 송신 A/D 컨버터(124)로부터 출력되는 제1신호(잡음)를 필터링하는 부분에서 위너 필터와 동일하고, 위너 필터의 경우 어느 정도의 시간 간격을 두고 계수값을 결정하는 반면, 적응 필터는 신호 샘플 단위로 계수값을 결정함으로써 시간 변화에 대해 적응적인 필터링을 수행한다.

그리고, 본 실시예의 디지털 프로세싱부(125-3)도, 도 6의 실시예에서와 마찬가지로 적응 필터에 의해 필터링된 신호와 수신 A/D 컨버터(123)로부터 출력되는 제2신호(타겟 신호+잡음)를 결합함에 의해 잡음이 최대한 제거된 타겟 신호(타겟 수신 신호)를 수신단으로 제공한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 발명의 전대역 듀플렉서에 의하면, 수신 대역 내에서 발생되는 송신 신호 및 송신 신호로 인한 잡음을 제거하기 때문에, 별도의 보호 대역을 필요로 하지 않으며, 주파수 분할이나 시간 분할할 필요 없이 전대역에 사용될 수 있다는 장점이 있고, 이에 따라 무선 자원의 효율을 크게 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 송신 신호를 커플링하여, 이를 수신 신호로부터의 잡음 제거에 활용하기 때문에 송신 신호에 의한 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다는 효과가 있으며, 주파수 사용의 효율 향상 및 통신 사업자의 서비스 품질 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (11)

1. 무선 신호를 송수신하며, 송신 신호와 수신 신호가 간섭 없이 안정적으로 송수신되도록 하는 듀플렉서에 있어서,

   송신 신호를 커플링하는 방향성 결합기;

   상기 커플링된 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 제1신호를 출력하는 송신 A/D 컨버터;

   수신 신호를 디지털 신호로 변환한 제2신호를 출력하는 수신 A/D 컨버터;

   상기 송신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제1신호와, 상기 수신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제2신호의 상관성을 이용하여 상기 제2신호에 포함된 간섭 신호를 제거하고, 간섭 신호가 제거된 타겟 수신 신호만을 출력하는 디지털 프로세싱부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 디지털 프로세싱부는,

   상기 송신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제1신호와, 상기 수신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제2신호의 상관성을 검출하여 상기 제2신호에 포함된 간섭 신호의 역위상 신호를 생성하고, 생성된 역위상 신호와 상기 제2신호를 결합함으로써 타겟 수신 신호를 출력하는 역위상 결합기인 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 디지털 프로세싱부는,

   상기 타겟 수신 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하거나, 디지털 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전대역 듀플렉서는,

   송신 신호를 증폭하는 고출력 증폭기;

   상기 증폭된 신호에서 송신 대역 외 주파수를 제거한 후 상기 방향성 결합기로 입력하는 송신 필터;

   를 더 포함하고,

   상기 방향성 결합기는, 상기 송신 필터를 거쳐 입력되는 신호를 커플링하여 상기 송신 A/D 컨버터로 입력하고, 안테나를 통해 무선 송출하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전대역 듀플렉서는,

   안테나를 통해 수신되는 신호에서 수신 대역 외 주파수를 제거하여 출력하는 수신 필터;

   상기 수신 필터의 출력 신호를 증폭시키고 상기 수신 A/D 컨버터로 입력하는 저잡음 증폭기;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
6. 무선 신호를 송수신하며, 송신 신호와 수신 신호가 간섭 없이 안정적으로 송수신되도록 하는 듀플렉서에 있어서,

   송신 신호를 커플링하는 방향성 결합기;

   상기 커플링된 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한 제1신호를 출력하는 송신 A/D 컨버터;

   수신 신호를 디지털 신호로 변환한 제2신호를 출력하는 수신 A/D 컨버터;

   상기 송신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제1신호 및 상기 수신 A/D 컨버터로부터 출력되는 제2신호를 입력으로 하여, 보정된 제1신호와 상기 제2신호와의 평균 제곱 오차가 최소화되도록 상기 제1신호를 보정하고, 보정된 제1신호와 상기 제2신호를 결합하여 타겟 수신 신호를 출력하는 디지털 프로세싱부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
7. 제6항에 있어서,

   상기 디지털 프로세싱부는,

   보정된 제1신호와 상기 제2신호와의 평균 제곱 오차를 최소로 하는 위너 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
8. 제6항에 있어서,

   상기 디지털 프로세싱부는,

   보정된 제1신호와 상기 제2신호와의 평균 제곱 오차를 최소로 하는 필터 계수를 샘플 단위로 계산하는 적응 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 디지털 프로세싱부는,

   상기 타겟 수신 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하거나, 디지털 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전대역 듀플렉서는,

    송신 신호를 증폭하는 고출력 증폭기;

    상기 증폭된 신호에서 송신 대역 외 주파수를 제거한 후 상기 방향성 결합기로 입력하는 송신 필터;

    를 더 포함하고,

    상기 방향성 결합기는, 상기 송신 필터를 거쳐 입력되는 신호를 커플링하여 상기 송신 A/D 컨버터로 입력하고, 안테나를 통해 무선 송출하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.
11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전대역 듀플렉서는,

    안테나를 통해 수신되는 신호에서 수신 대역 외 주파수를 제거하여 출력하는 수신 필터;

    상기 수신 필터의 출력 신호를 증폭시키고 상기 수신 A/D 컨버터로 입력하는 저잡음 증폭기;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전대역 듀플렉서.

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