KR100817023B1

KR100817023B1 - 채널 대역이 가변적인 ｏｆｄｍ 시스템의 ｐｌｌ 장치 및그 동작 방법

Info

Publication number: KR100817023B1
Application number: KR1020070013852A
Authority: KR
Inventors: 고윤수; 김성민; 이광천
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-03-27

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치 및 그 동작 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템에서 PLL(Phase Locked Loop) 모듈의 루프 필터를 가변하여 PLL 모듈이 채널 대역별 서로 다른 위상잡음 특성을 갖도록 함으로써, 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 OFDM 시스템의 RF 성능을 향상시키기 위한, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치 및 그 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치에 있어서, 전압제어 발진 수단의 출력 신호를 분주하기 위한 주파수 분주 수단; 상기 주파수 분주 수단으로부터 분주된 분주신호와 기준신호의 위상 차를 검출하여 위상 오차신호를 출력하기 위한 위상 검출 수단; 상기 위상 검출 수단으로부터 출력된 위상 오차신호를 필터링하기 위한 가변루프필터; 상기 가변루프필터에서 필터링된 전압 제어신호에 따라 발진 신호를 출력하기 위한 상기 전압제어 발진 수단; 및 각 채널 대역에 따라 상기 가변루프필터의 필터링 대역을 가변시키기 위한 가변루프필터 제어 수단을 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 OFDM 시스템 등에 이용됨.

OFDM 시스템, RF 성능, 가변루프필터, PLL, 채널 대역

Description

채널 대역이 가변적인 ＯＦＤＭ 시스템의 ＰＬＬ 장치 및 그 동작 방법{PLL apparatus and its operating method in scalable bandwidth OFDM system}

도 1 은 종래의 채널 대역이 고정적인 OFDM 시스템의 PLL 장치의 일실시예 구성도,

도 2 및 도 3은 종래의 채널 대역이 고정적인 OFDM 시스템의 PLL 장치의 위상잡음 특성을 나타내는 예시도,

도 4 는 본 발명에 따른 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치의 일실시예 구성도,

도 5 는 본 발명에 따른 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치의 위상잡음 특성을 나타내는 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

41 : 레퍼런스 오실레이터 42 : 위상 검출기

43 : 가변루프필터 44 : 전압제어 발진기

45 : 주파수 분주기 46 : 가변루프필터 제어기

본 발명은 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템에서 PLL(Phase Locked Loop) 모듈의 루프 필터를 가변하여 PLL 모듈이 채널 대역별 서로 다른 위상잡음 특성을 갖도록 함으로써, 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 OFDM 시스템의 RF 성능을 향상시키기 위한, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 서브 캐리어 간 직교하는 성질을 이용하는 시스템으로, 서브 캐리어 간 직교성이 감소하면 시스템 성능이 저하된다. RF(Radio Frequency) 관점에서 이러한 시스템 성능 저하의 원인은 국부발진기를 포함하는 PLL 모듈의 주파수 옵셋 또는 위상잡음에 기인한다.

주파수 옵셋의 경우 시스템상의 자동 주파수 컨트롤 등에 의해 보정이 가능하지만, 위상잡음은 한번 구현되면 보정이 불가능하기 때문에 더욱 중요하다. OFDM 시스템에서는 서브캐리어 간격에서의 위상잡음이 특히 중요하다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 채널 대역이 고정적인 OFDM 시스템의 PLL 장치에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 OFDM 시스템은 고정된 하나의 채널 대역만을 사용하기 때문에 서브캐리어 간격이 불변하고, 도 2에 도시된 바와 같이 PLL 모 듈의 위상잡음을 서브캐리어 옵셋에서 최소가 되도록 구현하여 시스템의 성능 저하를 방지한다.

그러나, 종래의 OFDM 시스템에서 가변적인 채널 대역을 사용하는 경우, 서브캐리어 간격이 가변적이기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이 채널 대역에 상관없이 일정한 위상잡음 특성을 갖는 PLL 모듈을 사용하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 PLL 모듈의 위상잡음이 인접 서브캐리어에 노이즈로 작용하여 서브캐리어간 직교성을 악화시켜 시스템 OFDM 성능을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템에서 PLL(Phase Locked Loop) 모듈의 루프 필터를 가변하여 PLL 모듈이 채널 대역별 서로 다른 위상잡음 특성을 갖도록 함으로써, 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 OFDM 시스템의 RF 성능을 향상시키기 위한, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치 및 그 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치에 있어서, 전압제어 발진 수단의 출력 신호를 분주하기 위한 주파수 분주 수단; 상기 주파수 분주 수단으로부터 분주된 분주신호와 기준신호의 위상 차를 검출하여 위상 오차신호를 출력하기 위한 위상 검출 수단; 상기 위상 검출 수단으로부터 출력된 위상 오차신호를 필터링하기 위한 가변루프필터; 상기 가변루프필터에서 필터링된 전압 제어신호에 따라 발진 신호를 출력하기 위한 상기 전압제어 발진 수단; 및 각 채널 대역에 따라 상기 가변루프필터의 필터링 대역을 가변시키기 위한 가변루프필터 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 방법은, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 동작 방법에 있어서, 발진 신호를 분주하는 단계; 상기 분주된 분주신호와 기준신호의 위상 차를 검출하여 위상 오차신호를 출력하는 단계; 상기 출력된 위상 오차신호를 필터링하는 필터링 단계; 및 상기 필터링된 전압 제어신호에 따라 발진 신호를 출력하는 단계를 포함하되, 상기 필터링 단계는, 각 채널 대역에 상응하는 제어신호에 따라 가변된 필터링 대역으로 상기 위상 오차신호를 필터링하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 인접 서브캐리어에서 PLL 모듈의 위상잡음이 최소가 되도록 하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템에서 기존의 위상잡음특성이 채널 대역에 상관없이 고정된 PLL 모듈을 사용하는 대신, PLL 모듈의 루프 필터를 가변하여 PLL 모듈이 채널 대역별 서로 다른 위상잡음 특성을 갖도록 PLL 모 듈을 구현함으로써 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 시스템 성능을 향상시킨다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4 는 본 발명에 따른 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치의 일실시예 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치는, IF 신호 또는 기저대역 신호를 RF 신호로 상향 변환하거나 RF 신호를 IF신호 또는 기적대역 신호로 하향 변환한다.

채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템에서는 채널 대역이 바뀔 경우 서브캐리어간 간격이 변하게 되고, 이때 가변 루프 필터의 대역을 가변하여 인접 서브캐리어에서의 PLL 모듈의 위상잡음이 최소가 되도록 하면 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 시스템 성능을 향상시킨다.

이를 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 PLL 장치는 기준신호를 생성하기 위한 레퍼런스 오실레이터(41), 상기 레퍼런스 오실레이터(41)에서 생성한 기준신호와 주파수 분주기(45)로부터 분주된 분주신호의 위상 차를 검출하여 위상 오차신호를 출 력하기 위한 위상 검출기(42), 상기 위상 검출기(42)로부터 출력된 위상 오차신호를 필터링하기 위한 가변루프필터(43), 상기 가변루프필터(43)에서 필터링된 전압 제어신호에 따라 발진 신호를 출력하기 위한 전압제어 발진기(44), 상기 전압제어 발진기(44)의 출력 신호를 분주하기 위한 주파수 분주기(45), 및 채널 대역에 따라 상기 가변루프필터(43)의 필터링 대역을 가변시키기 위한 가변루프필터 제어기(46)를 포함한다.

여기서, 상기 가변루프필터 제어기(46)는 가변루프필터(43)를 가변하기 위해 별도의 제어 신호를 기저 대역으로부터 직접 받거나, 기저대역에서 RF의 채널 대역을 제어하는 신호를 공유하여 사용한다.

기본적으로 채널대역 가변적인 시스템에서 채널 대역의 선정은 기저대역에서 이뤄지고, 기저대역에서 선정된 채널대역에 대한 정보는 RF 시스템으로 전달되어 RF의 채널 대역을 제어하는데 이용된다.

실제 시스템 구현시, 규격에 따라 가변적인 채널 대역에서 소정 개수의 채널을 정하고 그에 따른 서브캐리어 간격도 정한다.

따라서, 필요한 가변루프필터(43)의 가변 대역을 정하고, 기저대역에서 선택된 채널에 따른 가변루프필터(43)의 제어 신호를 가변루프필터(43)가 받아 설정된 대역 중 하나의 가변 필터의 대역을 선택한다.

일예로, 가변루프필터(43)를 구현하는 방식은, 필요한 대역별로 각 필터를 모두 구현하고 필터의 입/출력에 스위치를 위치시켜 제어 신호에 따라 스위치가 동작하여 원하는 필터를 선택하는 방식을 이용할 수 있다.

즉, IEEE P802.16-REVd/D5-2004의 WirelessMAN-OFDM 물리계층에서, 일예로 채널 대역을 1.75MHz, 3.5MHz, 7MHz, 3MHz, 5.5MHz, 10MHz로 설정하고, 각 채널 대역별 서브캐리어 간 간격을 각각 7.8125kHz, 15.625kHz, 31.25kHz, 13.375kHz, 24.6875kHz, 45kHz로 설정한다.

이때, 가변루프필터(43)는 상기 서브캐리어 간 간격에 컷 오프(cut-off) 주파수를 갖는 필터들을 구비한다.

또한, LC(인덕터/커패시터) 필터 형태에서 C(커패시터)에 바랙터 다이오드를 적용하고, 바랙터 다이오드의 인가 전압을 가변하여 필터링 대역을 가변하는 방식을 이용할 수도 있다.

이때, 바랙터 다이오드는 역방향 전압에 따라 다이오드가 갖는 용량이 변화하는 특징을 갖는 부품으로, 역방향의 전압을 높이면 C값이 작아진다. 이 바랙터 다이오드를 이용하여 LC 또는 RC 필터를 구현하고, 제어 전압을 높임에 따라 C값이 작아져 필터의 컷 오프(Cut-off) 주파수를 감소시키는 가변 필터를 구현하거나, 제어 전압을 낮춤에 따라 C값이 증가하여 필터의 컷 오프 주파수를 증가시키는 가변 필터를 구현한다.

또한, OTA(Operational Transconductance Amplifier)를 이용한 필터에서 'Transconductance' 인가 전류를 제어하여 필터링 대역을 가변하는 방식을 이용할 수도 있다.

이때, OTA는 입력에 일정전류가 흐르면 'transconductance' 만큼 증폭된 출력전류가 흐르도록 하는 엠프로서, 이 OTA를 이용하여 LC 또는 RC 필터를 구현하고 OTA bias 전류를 제어하면 이에 비례하는 transconductance가 가변되어 극(pole)과 0(zero)의 위치가 변하는 가변 필터를 구현할 수 있다.

이러한 PLL 장치는 채널 대역이 바뀌어도 도 5에 도시된 바와 같이, 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 시스템 OFDM 성능을 향상시킨다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템에서 PLL(Phase Locked Loop) 모듈의 루프 필터를 가변하여 PLL 모듈이 채널 대역별 서로 다른 위상잡음 특성을 갖도록 함으로써, 서브캐리어간 직교성을 유지시켜 OFDM 시스템의 RF 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치에 있어서,

전압제어 발진 수단의 출력 신호를 분주하기 위한 주파수 분주 수단;

상기 주파수 분주 수단으로부터 분주된 분주신호와 기준신호의 위상 차를 검출하여 위상 오차신호를 출력하기 위한 위상 검출 수단;

상기 위상 검출 수단으로부터 출력된 위상 오차신호를 필터링하기 위한 가변루프필터;

상기 가변루프필터에서 필터링된 전압 제어신호에 따라 발진 신호를 출력하기 위한 상기 전압제어 발진 수단; 및

각 채널 대역에 따라 상기 가변루프필터의 필터링 대역을 가변시키기 위한 가변루프필터 제어 수단

을 포함하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가변루프필터는,

각 채널 대역에 상응하는 필터링 대역을 가지는 다수의 필터; 및

상기 위상 검출 수단과 상기 다수의 필터 중 하나의 필터를 연결하기 위한 스위치를 포함하되,

상기 스위치는,

상기 가변루프필터 제어 수단의 제어 신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가변루프필터 제어 수단은,

각 채널 대역에 따라 상기 가변루프필터에 인가되는 전압을 가변하여 필터링 대역을 가변시키는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가변루프필터 제어 수단은,

각 채널 대역에 따라 상기 가변루프필터에 인가되는 전류를 가변하여 필터링 대역을 가변시키는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 장치.
채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 동작 방법에 있어서,

발진 신호를 분주하는 단계;

상기 분주된 분주신호와 기준신호의 위상 차를 검출하여 위상 오차신호를 출력하는 단계;

상기 출력된 위상 오차신호를 필터링하는 필터링 단계; 및

상기 필터링된 전압 제어신호에 따라 발진 신호를 출력하는 단계

를 포함하되,

상기 필터링 단계는,

각 채널 대역에 상응하는 제어신호에 따라 가변된 필터링 대역으로 상기 위상 오차신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 동작 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 필터링 단계는,

각 채널 대역에 상응하는 제어신호에 따라 상기 위상 검출 수단과 각 채널 대역에 상응하는 다수의 필터 중 해당 필터를 연결하여 상기 위상 오차신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 동작 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 필터링 단계는,

각 채널 대역에 상응하는 전압에 따라 필터링 대역을 가변하여 상기 위상 오차신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 동작 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 필터링 단계는,

각 채널 대역에 상응하는 전류에 따라 필터링 대역을 가변하여 상기 위상 오차신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 채널 대역이 가변적인 OFDM 시스템의 PLL 동작 방법.