KR100833203B1

KR100833203B1 - 다중 대역 송수신 장치

Info

Publication number: KR100833203B1
Application number: KR1020070085052A
Authority: KR
Inventors: 최윤호; 현석봉
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2008-05-28

Abstract

본 발명의 다중 대역 송수신기는, 기저 대역의 송신 신호와 수신 신호를 처리하는 기저대역 처리기, 상기 기저 대역의 송신 신호에서 제 1 크기 신호 및 제 1 위상 신호를 분리하고 상기 분리된 결과들을 이용하여 무선 송신 신호를 발생하는 송신부, 무선 수신 신호로부터 제 2 크기 신호를 검출하고 국부발진 신호를 이용하여 상기 무선 수신 신호로부터 제 2 위상 신호를 검출하고 상기 검출 결과들을 이용하여 상기 기저 대역의 수신 신호를 발생하는 수신부, 상기 무선 송신 신호를 전송하고 상기 무선 수신 신호를 받아들이는 안테나, 그리고 송수신 모드와 대역에 따라서 상기 송신부 및 상기 수신부를 상기 안테나에 연결하는 송수신/대역 스위치를 포함한다. 상기 송신부와 상기 수신부는, 송신 동작시 상기 제 1 위상 신호를 변조하고, 수신 동작시 상기 제 1 위상 신호에서 위상이 제거된 결과를 변조하여 상기 국부 발진 신호를 발생하는 위상변조기를 공유한다.

다중대역, 멀티밴드, 저전력, 폴라시스템, 무선 단말, 송수신단

Description

다중 대역 송수신 장치{MULTI BAND RECEIVER AND TRANCEIVER}

본 발명은 무선 송수신기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 복수의 주파수 대역에 대한 무선 데이터 송수신을 지원할 수 있는 다중대역 무선 송수신기에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-017-03, 과제명: 초전력 RF/HW/SW 통합 SoC].

무선 랜은 무선 전송 기술을 통해 복잡한 케이블 배선 기반의 유선 망이 갖는 단점을 극복하고, 사무실 내 유효 공간의 확장, 기존 유선망에서의 신속한 접속, 그리고 단말의 사용 범위의 확대 등과 같은 장점을 제공한다. 무선 랜의 초기 단계에서는 전송 매체를 단순히 무선으로 대체하는 형태였으나, 휴대용 컴퓨터의 이용이 확산 됨에 따라 단말의 이동성을 고려한 무선 정보망의 또 다른 실현 수단으로 부각되고 있다.

현재까지 상용화된 대표적인 무선 랜의 표준으로, IEEE 802.11 규격 시스템이 있다. IEEE 802.11 규격에는 다양한 종류가 있다. 예를 들면, IEEE 802.11a는 직교 주파수 다중 분할(Orthogonal Frequency Division Multiples ; OFDM) 변조 방식을 이용하는 표준 규격으로, 최대 54Mbps의 고속 데이터 통신을 지원한다. IEEE 802.11a의 주파수 대역은 5GHz대가 이용된다. IEEE 802.11a를 유럽에서 이용 가능하게 하기 위한 규격으로 IEEE 802.11h가 있다. IEEE802.11b는 직접 시퀀스 스펙트럼 확산(Direct Sequence Spread Spectrum ; DSSS) 방식을 따르는 표준 규격으로, 5.5Mbps, 11Mbps의 고속 통신을 지원하며, 무선 면허 없이 자유롭게 이용 가능한 2.4GHz의 산업, 과학 및 의료(Industrial, Scientific and Medica1 ; ISM) 대역에서 이용된다. IEEE 802.11g는 OFDM 변조 방식을 이용하는 표준 규격으로, 최대 54Mbps의 고속 데이터 통신을 지원하며 IEEE 802.11b와 마찬가지로 2.4GHz 대역에서 이용된다. IEEE 802.11n은 무선 랜에서 가장 단점으로 지적되어 온 유선 이더넷(Ethernet)에 비해 통신 속도가 느린 한계를 극복하기 위해 최대 540Mbps의 속도를 목표로 현재 표준화가 진행되고 있다.

무선 랜, W-CDMA(Wideband-Code Division Multiple Access) 등과 같은 무선통신이 발달함에 따라, 적어도 둘 이상의 주파수 대역에서 적어도 둘 이상의 동작 모드를 지원할 수 있는 다중대역(Multi Band)/다중모드(Multi Mode) 무선 단말이 요구되고 있다. 데이터 송수신 방식 중에서도 직접 변환 방식은, 무선(RF) 신호를 중간주파수(Intermediate Frequency)를 거치지 않고 직접 기저 대역(baseband) 주파수로 변환하기 때문에, 다중대역/다중모드 송수신기에 주로 사용되고 있다. 직접변환 방식의 송수신기에서 신호의 왜곡 없이 원하는 신호를 송수신하기 위해서는, 모든 시스템이 선형적인 특징을 가져야만 한다. 선형 시스템을 구성하는 부품들은 신호의 찌그러짐이 없이 풀 스윙(full swing)을 허용해야 하기 때문에, 소비 전력을 줄이는데에 한계가 있다. 또한, 기존의 직접변환 방식의 다중대역/다중모드 송수신기는, 각각의 모드와 각각의 주파수 대역마다(또는, 각각의 주파수 대역에 대응되는 각각의 채널마다) 독립적인 회로 블록들(또는 독립적으로 구성된 칩셋들)을 구비하여야만 한다. 따라서, 송수신기의 회로 구조가 복잡하고 단가가 비싸지는 문제점이 있다. 따라서, 하나의 칩셋으로 다중대역, 다중 모드를 지원할 수 있는 새로운 방식의 송수신기가 요구된다.

현재의 기술 발전 추세를 감안할 때, 앞으로의 다중 대역 시스템은 사용자의 요구에 따라 서로 다른 대역의 서비스를 제공할 수 있어야 할 것이다. 이에 따라 전력소모 및 시스템의 크기가 핵심문제로 대두되고 있으며, 특히, 시스템에서 전체 전력소모의 약 70% 이상을 차지하는 송수신기의 구조 변화에 대한 필요성이 증가하고 있다.

종래의 다중 대역 송수신기는 선형성을 만족시켜야 하는 직접 변환 방식의 송수신기가 주로 사용되고 있기 때문에, 소비 전력을 줄이는데 한계를 가지고 있다. 또한, 종래의 직접 변환 방식의 다중 대역 송수신기는 각각의 주파수 대역마다(즉, 각각의 채널마다) 독립적인 회로 블록들을 구비해야 하기 때문에 칩의 면적이 크고 단가가 비싸지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 소비 전력을 줄일 수 있는 다중대역 송수신기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 칩의 구성을 단순하게 하면서도 점유 면적을 줄일 수 있는 다중 대역 송수신기를 제공하는데 있다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 다중 대역 송수신기는, 기저 대역의 송신 신호와 수신 신호를 처리하는 기저대역 처리기; 상기 기저 대역의 송신 신호에서 제 1 크기 신호 및 제 1 위상 신호를 분리하고, 상기 분리된 결과들을 이용하여 무선 송신 신호를 발생하는 송신부; 무선 수신 신호로부터 제 2 크기 신호를 검출하고, 국부발진 신호를 이용하여 상기 무선 수신 신호로부터 제 2 위상 신호를 검출하고, 상기 검출 결과들을 이용하여 상기 기저 대역의 수신 신호를 발생하는 수신부; 상기 무선 송신 신호를 전송하고, 상기 무선 수신 신호를 받아들이는 안테나; 그리고 송수신 모드와 대역에 따라서 상기 송신부 및 상기 수신부를 상 기 안테나에 연결하는 송수신/대역 스위치를 포함하며; 상기 송신부와 상기 수신부는, 송신 동작시 상기 제 1 위상 신호를 변조하고, 수신 동작시 상기 제 1 위상 신호에서 위상이 제거된 결과를 변조하여 상기 국부 발진 신호를 발생하는 위상변조기를 공유하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 위상변조기는 상기 수신 동작시 상기 제 1 위상 신호의 위상을 제거하는 위상 제거기; 상기 제 1 위상 신호 및 상기 위상 제거 결과 중 어느 하나를 변조하는 전압 제어 발진기; 그리고 상기 송신 동작시 상기 제 1 위상 신호를 상기 전압 제어 발진기로 제공하고, 그리고 상기 수신 동작시 상기 위상 제거 결과를 상기 전압 제어 발진기로 제공하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 위상 제거기는 상기 송신 동작시 비활성화되는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 전압 제어 발진기는 대역에 따라 인덕턴스 값이 가변되는 L-C 오실레이터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 수신부는 상기 무선 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 증폭된 신호로부터 상기 제 2 크기 신호를 검출하는 포락선 검출기; 상기 국부 발진 신호에 응답해서 상기 증폭된 신호로부터 상기 제 2 위상 신호를 검출하는 위상 검출기; 상기 제 2 크기 신호 및 상기 제 2 위상 신호를 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 그리고 상기 디지털 형태의 제 2 크기 신호 및 상기 제 2 위상 신호를 기저대역 신호로 변환하는 제 1 디지털 신호 처리기 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 위상 검출기는 상기 국부 발진 신호와 상기 증폭된 신호를 혼합하여 중간 주파수의 신호로 다운 커버젼하는 주파수 혼합기; 그리고 상기 중간 주파수의 신호의 크기를 소정의 크기로 제한하는 리미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 송신 신호와 수신 신호 모두를 위상 신호와 크기 신호로 분리하여 송수신할 수 있게 된다. 이와 같은 송수신 방식에 따르면 각각의 주파수 대역마다 독립적인 회로 블록들을 구비하지 않아도 되기 때문에, 회로 블록들의 개수가 줄어들게 되어 칩의 점유 면적이 감소되고, 전력 소모도 줄어들게 된다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 신규한 다중 대역 송수신기는 폴라 송수신 방식을 이용하여 송신 신호와 수신 신호 각각을 위상 신호와 크기 신호로 분리하여 처리한다. 그 결과, 각각의 주파수 대역마다 독립적인 회로 블록들을 필요로 하지 않게 되어, 칩의 점유 면적이 감소되고, 전력 소모도 줄어들게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 송수신기(1000)의 전체 구성을 보여주는 블록도이다. 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)는 RF 프론트-엔드(Front-end)를 구성한다. 여기서 RF 프론트-엔드는 저전력의 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식, 예컨대 802.11a/b/g/n 등의 어플리케이션들을 모두 지원하는 무선랜에 이용될 수 있다. 본 발명에서는 다중 대역 송수신기(1000)가 802.11a/b/g/n 등의 TDMA 어플리케이션에 적용되는 경우를 예로 설명될 것이다. 그러나, 이는 본 발명이 적용되는 일 예에 불과하며, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)는 일부 신호 및 주파수의 조절을 통해 WCDMA 어플리케이션 등에도 적용될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 다중 대역 송수신기(1000)의 구조는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 형태로 변경 및 변형될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)는 기저대역 처리기(Baseband Processor ; 100), 송신부(200), 수신부(300), 송수신/대역 스위치(Tx/Rx & Band Switch ; 400), 그리고 안테나(500)로 구성된다. 아래에서 상세히 설명되겠지만, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)는 송신부(200) 및 수신부(300)를 이용하여 송신 신호(Tx(t)) 및 수신 신호(Rx(t))를 크기 신호(amplitude signal ; Rtx(t), Rrx(t))와 위상 신호(phase signal ; θtx(t), θrx(t))로 각각 분리하여 처리한다. 이와 같은 송수신 방식을 폴라 송수신 방식이라 한다. 폴라 송수신 방식에 따르면 대역에 상관없이 단일 채널을 통하여 다중 대역의 데이터를 송수신할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)에 적용되는 폴라 송수신 방식의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 2에는 기저 대역(Baseband)에서 입력되는 I(Inphase) 신호 및 Q(Quadature) 신호의 양자화(Quantization) 결과가 도시되어 있다. 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)는 각각이 크기 정보와 위상 정보를 모두 갖는 I(Inphase) 신호 및 Q(Quadature) 신호를 대신하여, 크기 신호(R(t)) 및 위상 신호(θ(t))를 각각 발생한다. 그리고 나서, 크기 신호(R(t)) 및 위상 신호(θ(t))는 각각 서로 다른 신호 경로들(예를 들면, 크기 신호 경로, 위상 신호 경로)을 통하여 증폭 및 변조된다. 변조된 크기 신호(R(t)) 및 위상 신호(θ(t))는 송수신기의 종단에서 합쳐진다. 따라서, 다중 대역 송수신기(1000)를 구성하는 각각의 구성 요소들이 비선형적이라 하더라도 종래의 다중 대역 송수신기와 동일한 출력 신호를 얻을 수 있게 된다. 이는 대역마다 선형의 무선/아날로그(RF/Analog) 회로 블록들을 구비할 필요성을 없게 만든다. 그러므로, 각각의 대역마다 선형의 무선/아날로그 회로 블록들을 독립적으로 구비해야 하는 종래의 송수신기에 비해, 칩의 점유 면적 및 전력 소모가 현저히 줄어들게 된다.

도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 다중 대역 송수신기(1000)에서 발생되는 크기 신호(Rtx(t), Rrx(t)) 및 위상 신호(θ'tx(t), θrx(t))의 파형과, LO(Local Oscillator) 신호의 파형, 그리고 송수신 신호(Tx(t), Rx(t))의 파형을 각각 보여주는 파형도이다. 도 1과, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000)의 상세 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.

기저 대역 처리기(100)는 송신 동작시 송신될 데이터를 인코딩하여 디지털 형태의 베이스밴드 송신 신호 Itx(n), Qtx(n)를 발생한다. 기저 대역 처리기(100)로부터 발생된 송신 신호 Itx(n), Qtx(n)는 송신부(200)로 제공된다. 그리고, 기저 대역 처리기(100)는 수신 동작시 수신부(300)로부터 디지털 형태의 베이스밴드 수신 신호 Itx(n), Qtx(n)를 받아들여 디코딩을 수행한다. 비록 도면에는 도시되어 있지 않지만, 기저 대역 처리기(100) 내부에는 제어 로직이 구비되어 있어, 다중 대역 송수신기(1000)의 제반 동작을 제어한다.

송신부(200)는 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor ; DSP)(210), 크기 변조기(amplitude modulator ; 220), 디지털-아날로그 변환기(DAC ; 230), 위상 변조기(240), 그리고 전력 증폭기(280)로 구성된다. 도 3에는 송신부(200) 내부에서 발생되어 전력 증폭기(280)로 제공되는 위상신호 θ'tx(n)의 파형과, 크기신호 Rtx(n)의 파형, 그리고 위상신호 θ'tx(n)와 크기신호 Rtx(n)에 응답해서 전력 증폭기(280)에서 발생되는 RF 송신 신호 Tx(t)의 파형이 각각 도시되어 있다.

디지털 신호 처리기(210)는 기저 대역 처리기(100)로부터 발생된 송신 신호 Itx(n), Qtx(n)를 디지털 형태의 크기신호 Rtx(n)와, 디지털 형태의 위상신호 θtx(n)로 각각 변환한다. 도 1에는 디지털 신호 처리기(210)가 기저 대역 처리기(100) 외부에 구비된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 회로의 구성에 따라서 디지털 신호 처리기(210)는 기저 대역 처리기(100) 내부에 구비될 수도 있다.

디지털 신호 처리기(210)로부터 발생된 크기 신호 Rtx(n)와 위상 신호 θtx(n)는 각각 서로 다른 신호 경로를 통하여 처리된다. 크기 신호 Rtx(n)는 크기 변조기(220)을 통하여 아날로그 신호로 증폭된다. 크기 변조기(220)을 통하여 아날로그 신호로 증폭된 크기 신호 Rtx(t)의 예시적인 형태는 도 3의 (b)에 도시된 파 형과 같다. 크기 변조기(220)에 의해 증폭된 크기 신호 Rtx(t)는 전력 증폭기(280)로 입력되어, 전력증폭기(280)의 출력 신호의 크기를 제어하는데 사용된다.

한편, 위상 신호 θtx(n)는 디지털-아날로그 변환기(230)를 통하여 아날로그 위상 신호 θtx(t)로 변환된다. 다중 대역 송수신기(1000)의 송신 동작시, 아날로그 위상 신호 θtx(t)는 위상 변조기(240)를 통해 위상이 변조된 후, 전력 증폭기(280)의 신호 입력부로 제공된다. 위상이 변조된 위상 신호 θ'tx(t)의 예시적인 형태는 도 3의 (a)에 도시된 파형과 같다. 이와 달리 다중 대역 송수신기(1000)가 수신 동작을 수행할 경우, 아날로그 위상 신호 θtx(t)는 위상 변조기(240)에서 직접 변조되지 않고 위상이 먼저 제거된 후에 변조된다. 수신 동작시 위상 변조기(240)에서 변조된 결과는 수신부(300)에게 국부발진(Local Oscillator ; LO)신호(이하, LO 신호라 칭함)로서 제공된다. LO 신호의 예시적인 형태는 도 4의 (a)에 도시된 파형과 같다.

위상 변조기(240)는 위상 제거기(phase canceller ; 250), 스위치(260), 그리고 전압 제어 발진기(voltage control oscillator ; VCO)(270)로 구성된다. 본 발명에 따른 다중 대역 송수신기(1000)는, 송신부(200) 및 수신부(300)가 하나의 전압 제어 발진기(270)를 공유하는 구성을 갖는다. 송신 동작과 수신 동작시 전압 제어 발진기(270)에서 출력되는 발진 신호는 위상 제거기(250)와 스위치(260)의 동작에 의해 제어된다. 위상 제거기(250)와 스위치(260)의 동작은 다중 대역 송수신기(1000)가 송신 모드로 동작을 하는지, 또는 수신 모드로 동작을 하는지의 여부에 따라서 달라지게 된다. 비록 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 다중 대역 송수신 기(1000)가 송신 모드로 동작할 때와 수신 모드로 동작할 때, 위상 제거기(250)와 스위치(260)에서 수행되는 동작은 기저 대역 처리기(100) 내부에 구비된 제어 로직의 제어에 의해 수행된다. 송신 동작 및 수신 동작시 위상 변조기(240)에서 수행되는 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

송신 동작시, 스위치(260)는 디지털-아날로그 변환기(230)의 출력 θtx(t)이 전압 제어 발진기(270)로 제공되도록 스위칭 된다. 이 경우, 위상 제거기(250)는 비활성화된다. 송신 동작시 전압 제어 발진기(270)는 디지털-아날로그 변환기(230)로부터 제공된 아날로그 위상 신호 θtx(t)의 출력 위상을 변조한다. 전압 제어 발진기(270)의 위상 변조 결과로 발생된 위상 신호 θ'tx(t)는 전력 증폭기(280)의 신호 입력부로 제공된다. 전압 제어 발진기(270)를 통하여 변조된 위상 신호 θ'tx(t)의 예시적인 파형은 도 3의 (a)에 도시되어 있다.

수신 동작시, 스위치(260)는 디지털-아날로그 변환기(230)의 출력 θtx(t)이 전압 제어 발진기(270)로 제공되는 것을 차단하고, 위상 제거기(250)의 출력이 전압 제어 발진기(270)로 제공되도록 스위칭된다. 수신 동작시 위상 제거기(250)는 활성화된다. 위상 제거기(250)는 디지털-아날로그 변환기(230)의 출력 θtx(t)에 존재하는 위상정보를 제거하는 기능을 수행한다. 위상 제거기(250)에 의해 위상이 제거된 신호는 전압 제어 발진기(270)를 통해서 위상의 변화와 상관없이 일정하게 출력되는 LO 신호로서 발생된다. LO 신호의 예시적인 파형은 도 4의 (a)과 같다.

만일, 본 발명의 위상 변조기(240)와 같이 다중 대역 송수신기(1000)의 송신 동작과 수신 동작에 따라서 위상 신호 θtx(t)의 변조 경로를 제어하지 않고 송신 부(200)의 위상신호 θtx(t)를 그대로 변조하여 LO 신호를 발생하게 된다면, 위상의 변화에 영향을 받게 되어 수신부(300)의 출력 신호가 왜곡될 것이다. 본 발명에서는 이와 같은 문제를 방지하고 위상 변화없이 일정하게 출력되는 LO 신호를 발생하기 위해, 수신 동작시에는 위상 제거기(250)에 의해 위상이 제거된 신호를 변조하여 LO 신호를 발생한다. 그 결과, 수신 동작시 전압 제어 발진기(270)는 안정된 레벨의 LO 신호를 수신부(300)로 제공할 수 있게 되며, 송신부(200)와 수신부(300)가 하나의 전압 제어 발진기(270)를 공유하는 것이 가능해 진다.

전력 증폭기(280)는 송신 동작시 전압 제어 발진기(270)에 의해 변조된 위상 신호 θ'tx(t)와, 크기 변조기(220)를 통하여 아날로그 신호로 증폭된 크기 신호 Rtx(t)를 받아들여, 위상신호 θ'tx(t)와 크기신호 Rtx(t)가 합쳐진 RF(Ridio Frequency) 송신 신호 Tx(t)를 발생한다. 전력 증폭기(280)로부터 발생된 송신 신호 Tx(t)의 예시적인 파형은 도 3의 (c)에 도시되어 있다.

전력 증폭기(280)는 비선형 증폭기로 구성되며, 바람직하게는 다이나믹 레인지가 큰 스위칭 전력증폭기로서 구성될 수 있다. 전력 증폭기(280)로부터 발생된 RF 송신 신호 Tx(t)는 송수신/대역 스위치(400) 및 안테나(500)를 통해 송신된다. 송수신/대역 스위치(400)는 송신 모드와 수신 모드에 따라서 안테나(500)를 송신부(200)와 수신부(300)에 선택적으로 연결하는 스위치로서의 기능과, 송신 신호 및 수신 신호의 주파수 대역을 선택하는 선택기로서의 기능을 수행한다. 이러한 송수신/대역 스위치(400)의 기능은, 비록 도 1에는 도시되어 있지 않지만 기저 대역 처리기(100) 내부에 구비된 제어 로직의 제어에 의해 수행된다.

수신부(300)는 광대역의 저잡음 증폭기(310), 포락선 검출기(envelope detector ; 320), 주파수 혼합기(330), 리미터(limitter; 340) 및 디지털 신호 처리기(360)를 포함한다. 수신부(300)는 별도의 전압 제어 발진기를 구비하지 않고, 송신부(200)에 구비된 전압 제어 발진기(270)를 공유하여 LO 신호를 제공받는다. 수신부(300)의 수신 동작은 다음과 같다.

안테나(500) 및 송수신/대역 스위치(400)를 통해 수신된 RF 수신 신호 Rx(t)는 저잡음 증폭기(310)를 통해 증폭된다. 수신 신호 Rx(t)의 예시적인 파형은 도 4의 (b)에 도시되어 있다. 저잡음 증폭기(310)는 수신된 RF 신호 Rx(t)에 포함된 잡음이 증폭되는 것을 최대한 억제하면서 수신된 RF 신호 Rx(t)를 증폭한다. 저잡음 증폭기(310)에서 증폭된 RF 신호는 포락선 검출기(220)를 통과하면서 크기 신호 Rrx(t)가 검출된다. 검출된 크기 신호 Rrx(t)의 예시적인 파형은 도 4의 (c)에 도시되어 있다.

한편, 저잡음 증폭기(310)에서 증폭된 RF 신호는 주파수 혼합기(330) 및 리미터(340)를 통과하면서 위상 신호 θrx(t)가 검출된다. 주파수 혼합기(330) 및 리미터(340)는 증폭된 RF 신호로부터 위상 신호 θrx(t)를 검출하는 위상 검출기로서의 동작을 수행한다. 검출된 위상 신호 θrx(t)의 예시적인 파형은 도 4의 (d)에 도시되어 있다. 주파수 혼합기(330) 및 리미터(340)의 구체적인 동작을 살펴보면, 주파수 혼합기(330)는 저잡음 증폭기(310)로부터 증폭된 신호와 송신부(200)에 구비된 전압 제어 발진기(270)로부터 제공된 LO 신호를 혼합하여, 처리 가능한 중간 주파수의 신호로 다운 커버젼(down conversion)한다. 리미터(340)는 주파수 혼합 기(330)의 변환 결과의 진폭(즉, 출력 신호의 크기)을 제한한다. 여기서, 여기서 주파수 혼합기(330)을 구동하는데 필요한 LO 신호는 송신부(200)의 전압 제어 발진기(270)의 출력을 이용하거나, 또는 별도의 전압 제어 발진기(도시되어 있지 않음)의 출력을 이용할 수 있다.

분리된 크기 신호 Rrx(t)와 위상 신호 θrx(t)는, 아날로그-디지털 변환기(350)에 입력되어 각각 디지털 크기 신호 Rrx(n)와 디지털 위상 신호 θrx(n)로 변환된다. 변환된 디지털 크기 신호 Rrx(n)와 디지털 위상 신호 θrx(n)는 디지털 신호 처리기(360)를 통해 기저 대역의 신호 Itx(n), Qtx(n)로 변환된다. 디지털 신호 처리기(360)에서 발생된 기저 대역의 신호 Itx(n), Qtx(n)는 기저 대역 처리기(100)로 제공된다. 도 1에는 디지털 신호 처리기(360)가 기저 대역 처리기(100) 외부에 구비된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 회로의 구성에 따라서 디지털 신호 처리기(360)는 기저 대역 처리기(100) 내부에 구비될 수도 있다. 그리고, 송신부(200)에 구비된 디지털 신호 처리기(210)와, 수신부(300)에 구비된 디지털 신호 처리기(360)는 하나의 회로로 구성될 수도 있고, 각각 별개의 회로로 구분될 수도 있다.

도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 크기 변조기(220)의 구성 예를 보여주는 블록도이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 크기 변조기(220)는 레벨 쉬프터(level shifter ; 221)와, 대역통과 필터(bandpass filter ; 223)로 구성된다. 디지털 신호 처리기(210)로부터 발생된 디지털 형태의 크기 신호 Rtx(n)는 레벨 쉬프터(221)를 통해 레벨이 증가된 후, 대역통과 필터(223)를 통하여 고주파 및 저주파 성분이 제거된 아날로그 크기 신호 Rtx(t)로 변조된다. 이와 같은 구성에 따르면, 적은 구성 요소를 가지고 원하는 아날로그 크기 신호 Rtx(t)를 생성할 수 있게 된다. 변조된 아날로그 크기 신호 Rtx(t)는 전력 증폭기(280)로 제공되어, 전력 증폭기(280)의 출력(즉, RF 송신 신호 Tx(t))의 크기를 조절하는데 사용된다.

도 6은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(270)의 구성 예를 보여주는 회로도이다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(270)는 L-C 오실레이터로 구성된다. 그러나 전압 제어 발진기(270)의 구성이 반드시 L-C 오실레이터에 국한될 필요는 없다. 도 6에 도시된 본 발명의 전압 제어 발진기(270)는 다중 대역에 적용 가능하도록 인덕턴스 값이 가변되는 다중 다역 전압 제어 발진기이다.

전압 제어 발진기(270)는 송신 동작시 디지털-아날로그 변환기(230)로부터 제공된 위상 신호 θtx(t)를 변조한다. 이때, 전압 제어 발진기(270)에서 변조된 위상 신호 θ'tx(t)는 전력 증폭기(280)의 신호 입력부로 제공된다. 전압 제어 발진기(270)로부터 발생된 위상 신호 θ'tx(t)의 예시적인 파형은 도 3의 (a)와 같다. 한편, 전압 제어 발진기(270)는 수신 동작시 위상 제거기(250)로부터 제공된 신호를 변조하여 위상의 변화에 영향을 받지 않는 LO 신호를 발생한다. 이 경우, 전압 제어 발진기(270)로부터 발생된 LO 신호의 예시적인 파형은 도 4의 (a)와 같다.

L-C 오실레이터로 구성된 전압 제어 발진기(270)는 기본적으로 인덕턴스 값을 고정시킨 상태에서 배랙터(Varactor ; 271)를 통하여 커패시턴스 값을 가변하여 발진 신호를 생성한다. 그러나, 이와 같은 구조에서 변화될 수 있는 커패시턴스의 값의 범위는 제한적이기 때문에, 넓은 범위의 발진 주파수가 생성되기 어렵다. 이에 따라 본 발명의 전압 제어 발진기(270)는 인덕턴스 값을 가변시키도록 구현된다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 전압 제어 발진기(270)는 선택적으로 병렬로 연결되는 제 1 인덕터(L1) 및 제 2 인덕터(L2)를 구비한다. 제 2 인덕터(L2)는 스위치(273)의 스위칭 동작에 따라서 제 1 인덕터(L1)에 선택적으로 연결된다. 제 2 인덕터(L2)가 제 1 인덕터(L1)에 연결되는지의 여부에 따라, 발진 주파수가 달라지게 된다.

예를 들어, 낮은 주파수의 발진 주파수가 필요한 경우 스위치(273)는 턴오프된다. 그 결과, 제 2 인덕터(L2)는 제 1 인덕터(L1)와 전기적으로 단락된다. 이 경우, 발진 주파수는 배랙터(271)에 의해 조절되는 커패시턴스 값과, 제 1 인덕터(L1)의 인덕턴스 값에 따라 결정된다. 반면에 높은 주파수의 발진 주파수가 필요한 경우 스위치(273)는 턴온 된다. 그 결과, 제 2 인덕터(L2)는 제 1 인덕터(L1)에 전기적으로 연결된다. 이 경우, 발진 주파수는 배랙터(271)에 의해 조절되는 커패시턴스 값과, 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 인덕터들(L1,L2)의 인덕턴스 값에 따라 결정된다.

배럭터(271)는 반도체 소자로 구성되며 인가전압에 따라 커패시턴스 값이 변하는 가변 커패시터로서의 기능을 수행한다. 배랙터(271)는 제어신호(Control)에 응답하여 커패시턴스 값을 가변시킨다. 여기서 제어신호(Control)는 송수신 신호의 대역에 따라 적절하게 발생될 것이다. 비록 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제어신호(Control)는 기저 대역 처리기(100) 내부에 구비된 제어 로직으로부터 발생된다. 한편, 높은 인덕턴스의 Q(Quality factor) 값을 위하여, 제 2 인덕터(L2)는 오프칩 인덕터 혹은 와이어-본딩(wire-bonding) 인덕터로 대체될 수 있다. 여기서 Q 값은 특정한 주파수 대역의 신호만을 분리하는 능력을 의미한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 대역 송수신기(2000)의 전체 구성을 보여주는 블록도이다. 도 7에 도시된 다중 대역 송수신기(2000)는 송신부(600)에서 디지털 형태의 크기 신호 Rtx(n)를 아날로그 형태로 변조하는 구성(620, 630)을 제외하면, 도 1에 도시된 다중 대역 송수신기(1000)의 구조와 사실상 동일하다. 따라서, 중복되는 설명을 피하기 위해 동일한 기능을 수행하는 블록에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1에 도시된 다중 대역 송수신기(1000)의 경우, 디지털 신호 처리기(210)로부터 발생된 디지털 형태의 크기 신호 Rtx(n)는, 크기 변조기(220)를 통하여 아날로그 형태로 변조된다. 그러나, 크기 신호 Rtx(n)는 반드시 크기 변조기(220)를 통하여 변조되도록 국한될 필요는 없다. 그러므로, 아래에서는 도 7을 참조하여 디지털 형태의 크기 신호 Rtx(n)를 아날로그 형태로 변조하는 다른 실시예가 설명된다.

도 7을 참조하면, 송신부(600)의 디지털 신호 처리기(210)로부터 발생된 디 지털 형태의 크기 신호 Rtx(n)는, 디지털-아날로그 변환기(630)를 통해 아날로그 형태의 크기 신호 Rtx(t)로 변환된 후, 증폭기(620)를 거쳐 소정의 크기만큼 증폭된다. 증폭기(620)에 의해 증폭된 크기 신호 R'tx(t)는, 도 1에 도시된 크기 변조기(220)의 출력(즉, 도 3의 (b)에 도시된 크기신호 Rtx(t)의 파형)에 대응된다. 증폭기(620)에 의해 증폭된 크기 신호 R'tx(t)는 전력 증폭기(280)로 전달된다. 전력 증폭기(280)는 송신 동작시 증폭기(620)로부터 제공된 크기 신호 R'tx(t)와, 전압 제어 발진기(270)에 의해 변조된 위상 신호 θ'tx(t)를 받아들여, 위상신호 θ'tx(t)와 크기신호 R'tx(t)가 합쳐진 RF 송신 신호 Tx(t)를 발생한다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는 송수신 신호를 크기 신호와 위상 신호로 각각 분리하여 처리하는 폴라 송수신 방식을 따른다. 따라서, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는 주파수 대역에 상관없이 단일 채널을 통하여 다중 대역의 신호를 송수신할 수 있다. 단일 채널을 통하여 다중 대역의 신호를 송수신하는 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는, 하나의 전력 증폭기(280), 하나의 광대역 저잡음 증폭기(310), 그리고 하나의 주파수 혼합기(330)만을 사용하게 된다. 따라서, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는, 각각의 대역마다 독립적으로 전력 증폭기, 저잡음 증폭기, 주파수 혼합기 등을 구성해야 하는 종래의 다중 대역 송수신기에 비해 현저히 줄어든 회로 구성을 갖게 된다. 따라서, 칩의 점유 면적 및 소비 전력이 줄어들게 된다.

또한, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는 송신 동작시 전력 증폭기(280)를 통해 크기 신호 및 위상 신호를 합치는 구성을 갖기 때문에, 비선형 전 력 증폭기를 이용하여 전력 증폭기(280)를 구성할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는 소비 전력을 줄이는데에 한계가 있는 선형 증폭기 대신, 높은 효율을 갖는 비선형 증폭기를 사용하기 때문에 소비 전력을 줄일 수 있게 된다. 다중 대역 송수신기(1000, 2000)를 구성하는 각각의 구성 요소들이 비선형적이라 하더라도, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는 폴라 송수신 방식을 따르기 때문에, 결국은 선형 시스템으로 구성된 종래의 다중 대역 송수신기와 동일한 출력 신호를 얻을 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)를 구성하는 대다수의 구성 요소들은 디지털 회로로 구성된다. 따라서, 소비 전력이 감소하게 된다. 특히, 본 발명의 다중 대역 송수신기(1000, 2000)는 송신부(200 또는 600)와 수신부(300)가 하나의 전압 제어 발진기(270)를 공유하기 때문에, 칩의 점유 면적 및 전력 소모가 더욱 감소하게 된다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 송수신기의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 다중 대역 송수신기에 적용되는 폴라 송수신 방식의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 3 내지 및 도 4는 도 1에 도시된 다중 대역 송수신기에서 발생되는 크기 신호 및 위상 신호의 파형과, LO 신호의 파형, 그리고 송수신 신호의 파형을 각각 보여주는 파형도이다.

도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 크기 변조기의 구성 예를 보여주는 블록도이다.

도 6은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전압 제어 발진기의 구성 예를 보여주는 회로도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 대역 송수신기의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 기저대역 처리기 200, 600 : 송신부

210, 360 : 디지털 신호 처리기 220 : 크기 변조기

230, 630 : 디지털-아날로그 변환기 240 : 위상 변조기

250 : 위상 제거기 270 : 전압 제어 발진기

280 : 전력 증폭기 300 : 수신부

310 : 저잡음 증폭기 320 : 포락선 검출기

330 : 주파수 혼합기 340 : 리미터

400 : 송수신/대역 스위치 500 : 안테나

1000, 2000 : 다중 대역 송수신기

Claims

기저 대역의 송신 신호와 수신 신호를 처리하는 기저대역 처리기;

상기 기저 대역의 송신 신호에서 제 1 크기 신호 및 제 1 위상 신호를 분리하고, 상기 분리된 결과들을 이용하여 무선 송신 신호를 발생하는 송신부;

무선 수신 신호로부터 제 2 크기 신호를 검출하고, 국부발진 신호를 이용하여 상기 무선 수신 신호로부터 제 2 위상 신호를 검출하고, 상기 검출 결과들을 이용하여 상기 기저 대역의 수신 신호를 발생하는 수신부;

상기 무선 송신 신호를 전송하고, 상기 무선 수신 신호를 받아들이는 안테나; 그리고

송수신 모드와 대역에 따라서 상기 송신부 및 상기 수신부를 상기 안테나에 연결하는 송수신/대역 스위치를 포함하며;

상기 송신부와 상기 수신부는, 송신 동작시 상기 제 1 위상 신호를 변조하고, 수신 동작시 상기 제 1 위상 신호에서 위상이 제거된 결과를 변조하여 상기 국부 발진 신호를 발생하는 위상변조기를 공유하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 송수신기.
제 1 항에 있어서,

상기 위상변조기는,

상기 수신 동작시 상기 제 1 위상 신호의 위상을 제거하는 위상 제거기;

상기 제 1 위상 신호 및 상기 위상 제거 결과 중 어느 하나를 변조하는 전압 제어 발진기; 그리고

상기 송신 동작시 상기 제 1 위상 신호를 상기 전압 제어 발진기로 제공하고, 그리고 상기 수신 동작시 상기 위상 제거 결과를 상기 전압 제어 발진기로 제공하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 송수신기.
제 2 항에 있어서,

상기 위상 제거기는 상기 송신 동작시 비활성화되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 송수신기.
제 2 항에 있어서,

상기 전압 제어 발진기는 대역에 따라 인덕턴스 값이 가변되는 L-C 오실레이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 송수신기.
제 1 항에 있어서,

상기 수신부는,

상기 무선 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기;

상기 증폭된 신호로부터 상기 제 2 크기 신호를 검출하는 포락선 검출기;

상기 국부 발진 신호에 응답해서 상기 증폭된 신호로부터 상기 제 2 위상 신호를 검출하는 위상 검출기;

상기 제 2 크기 신호 및 상기 제 2 위상 신호를 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 그리고

상기 디지털 형태의 제 2 크기 신호 및 상기 제 2 위상 신호를 기저대역 신호로 변환하는 제 1 디지털 신호 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 송수신기.
제 5 항에 있어서,

상기 위상 검출기는,

상기 국부 발진 신호와 상기 증폭된 신호를 혼합하여 중간 주파수의 신호로 다운 커버젼하는 주파수 혼합기; 그리고

상기 중간 주파수의 신호의 크기를 소정의 크기로 제한하는 리미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 송수신기.