KR100869919B1 - Ｉｑ 불일치, 반송파 누설 및 ｄｃ 옵셋 교정 장치 및 방법 - Google Patents

Ｉｑ 불일치, 반송파 누설 및 ｄｃ 옵셋 교정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RF(radio frequency) 송수신부에서 발생하는 IQ 불일치(IQ imbalance), 반송파 누설(carrier leakage) 및 DC 옵셋(DC offset) 등의 오차를 교정하는 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로, 온도의 변화에 따라 교정(calibration)을 다시 수행함으로써, 더 정확하게 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋을 보상할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 발명이다.
본 발명은 무선 송신 및 무선 수신 중 적어도 어느 하나를 수행하는 정상 동작 기간에, 송신 디지털 신호를 송신 RF 신호로 상향 변환하여 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터 전달된 수신 RF 신호를 수신 디지털 신호로 하향 변환하는 RF 송수신부; 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 RF 송수신부의 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋 중 적어도 어느 하나의 교정을 수행하는 디지털 신호 처리부를 구비하는 RF 송수신부 오차 교정 장치를 제공한다.

Description

ＩＱ 불일치, 반송파 누설 및 ＤＣ 옵셋 교정 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING IQ MISMATCH, CARRIER LEAKAGE AND DC OFFSET}
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋을 교정할 수 있는 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 TDD 방식의 RF 송수신부의 송신 시간, 수신 시간 및 보호 시간이 도시된 도면이다.
도 3은 DC 옵셋을 교정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 반송파 누설을 교정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 6은 IQ 불일치를 교정하는 방법의 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 또는 DC 옵셋의 교정 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 RF(radio frequency) 송수신부에서 발생하는 IQ 불일치(IQ imbalance), 반송파 누설(carrier leakage) 및 DC 옵셋(DC offset) 등의 오차를 교 정하는 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로, 온도의 변화에 따라 교정(calibration)을 다시 수행함으로써, 더 정확하게 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋을 보상할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 발명이다.
IQ 믹서(mixer)를 사용하여 기저 대역 신호(base band signal) 또는 중간 주파수 신호(intermediate frequency signal)를 무선 주파수 신호(radio frequency signal, 이하 간략히 RF 신호라 함)로 변환하거나, RF 신호를 기저 대역 신호 또는 중간 주파수 신호로 변환하는 기술은 무선 통신 분야에서 널리 사용되고 있다.
그러나, 실제의 IQ 믹서에는 IQ 불일치가 발생한다. IQ 불일치는 국부 발진기에서 IQ 믹서에 전달되는 동위상 신호(in-phase signal) 및 직각 신호(quadrature signal)의 크기가 동일하지 아니하므로 발생하는 이득 불일치(gain imbalance) 및 동위상 신호 및 직각 신호가 상호 90°의 위상차를 가지지 못하므로 발생하는 위상 불일치(phase imbalance)를 포함하는 개념이다. 이러한 IQ 불일치가 발생하는 경우, IQ 믹서의 출력에는 원하지 않는 잡음 성분이 존재하여 신호대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 저하시킨다는 문제점이 있다.
또한, 실제의 IQ 믹서에는 반송파 누설 및 DC 옵셋이 발생한다. 반송파 누설은 국부 발진기(local oscillator)에서 생성된 LO 신호가 믹서의 출력단으로 누설됨으로써 발생하는 현상이다. 반송파 누설은 주로 상향 변환 IQ 믹서에서 문제가 된다. DC 옵셋은 LO 신호가 IQ 믹서의 입력단으로 누설됨으로써 발생하는 현상으로서, IQ 믹서의 입력단으로 누설된 LO 신호와 국부 발진기에서 IQ 믹서로 전달된 LO 신호의 곱에 해당하는 DC 성분(DC 옵셋)이 IQ 믹서에서 출력된다. DC 옵셋은 주로 하향 변환 IQ 믹서에서 문제가 된다. 이러한 반송파 누설 및 DC 옵셋이 발생하는 경우, 믹서의 출력에는 원하지 않는 잡음 성분이 존재하여 신호대 잡음 비를 저하시킨다는 문제점이 있다.
또한, IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋은 온도에 따라 그 특성이 변경되므로, IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 교정을 칩 제작시 또는 턴-온 시에만 수행하는 경우에는 온도의 변화에 따른 특성 변화를 반영할 수 없다는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 온도의 변화에 따라 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 교정을 다시 수행함으로써, 온도의 변화에 따른 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 특성 변화를 반영할 수 있는 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋 교정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은 무선 송신 및 무선 수신 중 적어도 어느 하나를 수행하는 정상 동작 기간에, 송신 디지털 신호를 송신 RF 신호로 상향 변환하여 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터 전달된 수신 RF 신호를 수신 디지털 신호로 하향 변환하는 RF 송수신부; 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 RF 송수신부의 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋 중 적어도 어느 하나의 교정을 수행하는 디지털 신호 처리부를 구비하는 RF 송수신부 오차 교정 장치를 제공한다.
본 발명의 제2 측면은 (a) 온도 센서가 온도를 측정하는 단계; (b) 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 RF 송수신부의 IQ 불일치의 교정이 필요한지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 교정이 필요한 것으로 판단되는 경우에, 상기 교정을 수행하는 단계; 및 (d) 수행된 상기 교정의 결과를 반영하여 IQ 불일치를 보상하는 단계를 포함하는 IQ 불일치 교정 방법을 제공한다.
본 발명의 제3 측면은 (a) 온도 센서가 온도를 측정하는 단계; (b) 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 RF 송수신부의 반송파 누설의 교정이 필요한지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 교정이 필요한 것으로 판단되는 경우에, 상기 교정을 수행하는 단계; 및 (d) 수행된 상기 교정의 결과를 반영하여 반송파 누설을 보상하는 단계를 포함하는 반송파 누설 교정 방법을 제공한다.
본 발명의 제4 측면은 (a) 온도 센서가 온도를 측정하는 단계; (b) 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 RF 송수신부의 DC 옵셋의 교정이 필요한지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 교정이 필요한 것으로 판단되는 경우에, 상기 교정을 수행하는 단계; 및 (d) 수행된 상기 교정의 결과를 반영하여 DC 옵셋을 보상하는 단계를 포함하는 DC 옵셋 교정 방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋을 교정할 수 있는 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 장치는 RF 송수신부(RF trasnsceiver, 10), 디지털 신호 처리부(digital signal processing unit, 30) 및 온도 센서(50)를 구비한다.
RF 송수신부(10)는 기저대역 또는 중간 주파수의 송신 디지털 신호(Tx_BB_I, Tx_BB_Q)를 송신 RF 신호(Tx_RF)로 상향 변환하고, 수신 RF 신호(Rx_RF)를 기저대역 또는 중간 주파수의 수신 디지털 신호(Rx_BB_I, Rx_BB_Q)로 하향 변환한다. 상기 중간 주파수는 기저 대역에 인접한 낮은 중간 주파수(일명 low IF)일 수 있다. 바람직하게, RF 송수신부(10)는 TDD(time division duplex) 방식의 RF 송수신부이다. TDD 방식의 RF 송수신부는 일반적으로 도면에 표현된 바와 같이 1개의 국부 발진기(19)에서 생성된 LO 신호(Tx_LO_I, Tx_LO_Q, Rx_LO_I, Rx_LO_Q)가 상향 변환 IQ 믹서(12) 및 하향 변환 IQ 믹서(16)에 전달된다. 바람직하게, RF 송수신부(10)는 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)를 하향 변환 IQ 믹서(16)에 전달하는 피드백 패쓰(20)를 가진다. 이 경우, 교정부(33)에 의한 IQ 불일치 및 반송파 누설은 피드 백 패쓰(20)에 의하여 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)가 하향 변환 IQ 믹서(16)에 전달되는 기간에 수행된다. IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 교정에 의하여, 송신 보상부(31) 및 수신 보상부(32)의 동작에 필요한 계수가 변경된다.
RF 송수신부(10)는 일례로 IQ DAC(IQ digital-to-analog converter, 11), 상향 변환 IQ 믹서(up-conversion IQ mixer, 12), 전력 증폭기(power amplifier, 13), 저잡음 증폭기(low noise amplifier, 14), 피드백 스위치(feedback switch, 15), 하향 변환 IQ 믹서(down-conversion IQ mixer, 16), IQ 필터(17), IQ ADC(IQ analog-to-digital converter, 18) 및 국부 발진기(local oscillator, 19)를 구비한다.
IQ DAC(11)는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I, Tx_BB_Q)를 아날로그 신호로 변환한다. IQ DAC(11)는 2개의 DAC를 구비하며, 그 중 하나는 I 채널용 DAC이며, 나머지 하나는 Q 채널용 DAC이다. 본 명세서에서는 이와 같이 I 채널용 DAC와 Q 채널용 DAC를 구비한 회로를 IQ DAC(11)라 한다. 같은 방식으로, 본 명세서에서는 I 채널용 믹서와 Q 채널용 믹서를 구비한 회로를 IQ 믹서(12, 16)이라 하며, I 채널용 필터와 Q 채널용 필터를 구비한 회로를 IQ 필터(17)이라 하며, I 채널용 ADC와 Q 채널용 ADC를 구비한 회로를 IQ ADC(18)라 한다. 상향 변환 IQ 믹서(12)는 IQ DAC(11)에서 출력되는 아날로그 신호를 송신 RF 신호(Tx_RF`)로 상향 변환한다. 이를 위하여 상향 변환 IQ 믹서(12)는 IQ DAC(11)에서 출력되는 아날로그 신호를 국부 발진기(19)에서 출력되는 제1 LO 신호(Tx_LO_I, Tx_LO_Q)와 곱한다. 전력 증폭기(13)는 상향 변환 IQ 믹서(12)에서 출력되는 송신 RF 신호(Tx_RF`)를 증폭하여 출력한다. 저잡음 증폭기(14)는 수신 RF 신호(Rx_RF)를 저잡음 증폭한다. 피드백 스위치(15)는 송신 패쓰(path)와 수신 패쓰 사이의 피드백 루프(feedback loop)를 형성하는 기능을 수행한다. 보다 구체적으로, 피드백 스위치(15)는 정상 동작 기간에는 수신 RF 신호(Rx_RF`)만이 하향 변환 믹서(16)로 입력되도록 하고, IQ 불일치 및 반송파 누설을 교정하는 기간에는 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)가 하향 변환 믹서(16)로 피드백되도록 하고, DC 옵셋을 교정하는 기간에는 수신 RF 신호(Rx_RF`) 및 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)가 하향 변환 믹서(16)로 전달되지 아니하도록 하는 기능을 수행한다. 도면에는 피드백 패쓰(20)가 전력 증폭기(13)의 입력단과 저잡음 증폭기(14)의 출력단 사이에 형성되어 있으나, 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)가 하향 변환 IQ 믹서(16)로 전달될 수만 있으면 다양한 변형이 가능하다. 일례로, 피드백 패쓰(20)가 전력 증폭기(13)의 출력단과 저잡음 증폭기(14)의 입력단 사이에 형성될 수도 있다. 피드백 스위치(15)는 교정부(33)에서 출력되는 제어신호(Test_En)에 의하여 제어된다. 하향 변환 IQ 믹서(16)는 피드백 스위치(15)에서 전달되는 RF 신호를 기저 대역 또는 중간 주파수의 아날로그 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 하향 변환 IQ 믹서(16)는 피드백 스위치(15)에서 전달되는 RF 신호를 제2 LO 신호(Rx_LO_I, Rx_LO_Q)와 곱한다. IQ 필터(17)는 하향 변환 IQ 믹서(16)와 IQ ADC(18) 사이에 위치하며, 저대역 통과 필터(low pass filter) 또는 대역 통과 필터(band pass filter)일 수 있다. IQ ADC(18)는 IQ 필터(17)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호(Rx_BB_I, Rx_BB_Q)로 변환하는 기능을 수행한다. 국부 발진기(19)는 상향 변환 IQ 믹서(12) 에 제1 동위상 신호(Tx_LO_I) 및 제1 직교 신호(Tx_LO_Q)를 공급하고, 하향 변환 IQ 믹서(16)에 제2 동위상 신호(Rx_LO_I) 및 제2 직교 신호(Rx_LO_Q)를 공급한다. 바람직하게, 정상 동작 기간, 반송파 누설 교정 기간 및 DC 옵셋 교정 기간에는 제1 동위상 신호(Tx_LO_I)와 제2 동위상 신호(Rx_LO_I)는 동일하며, 제1 직각 신호(Tx_LO_Q)와 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)는 동일하다.
디지털 신호 처리부(30)는 온도 변화에 따라 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 교정을 수행한다. 디지털 신호 처리부(30)가 교정을 다시 수행함에 의하여, 송신 보상부(31) 및 수신 보상부(32)의 보상에 사용되는 계수가 변경된다. 디지털 신호 처리부(30) IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 교정을 수행하는 교정부(33)를 구비한다. '온도 변화에 따라' 교정을 수행한다는 것은, 교정을 다시 수행할지 여부가 온도센서(50)에서 측정된 온도에 의하여 영향을 받음을 의미한다. 일례로, 복수의 임계값들(일례로, -50, -40, -30, -20, ..., 140, 150 ℃)을 정하고, 측정된 온도가 상기 임계값들 중 어느 한 임계값을 통과하면(일례로, 측정된 온도가 59℃에서 61℃로 변하는 경우) 교정을 수행할 수 있다. 다른 예로, 소정의 임계값(일례로, 20℃)을 두고, 이전 교정 수행 시의 온도와 현재 온도와의 차(difference)가 임계값을 초과하면 교정을 수행할 수 있다.
피드백 패쓰(20)를 이용하여 교정을 수행하는 경우에는, 무선 송신 및 무선 수신 중 적어도 어느 하나가 수행되는 기간에 교정을 수행할 수 없으므로, 교정은 보호 시간(guard time)에 수행됨이 바람직하다. 여기에서 보호 시간이란 TDD 방식의 RF 송수신기에 있어서, 송신 시간과 수신 시간 사이에 위치한 시간(송신 및 수 신 중 어느 하나도 수행되지 아니하는 기간)을 의미한다. 송신 시간, 수신 시간 및 보호 시간이 도 2에 표현되어 있다.
송신 보상부(31)는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)의 반송파 누설 및 송신 IQ 불일치(상향 변환 IQ 믹서(12)에 의한 IQ 불일치)를 보상하는 기능을 수행한다. 송신 IQ 불일치의 보상은 일례로, 수학식 1과 같은 방식으로 수행될 수 있다.
Tx_BB_I_tmp = (Tx_BB_I` × (1 - Tx_DG)) - (Tx_BB_Q` × Tx_DP)
Tx_BB_Q_tmp = (Tx_BB_Q` × (1 + Tx_DG)) - (Tx_BB_I` × Tx_DP)
상기 수학식에서, Tx_BB_I_tmp 및 Tx_BB_Q_tmp는 송신 IQ 불일치가 보상된 송신 디지털 신호를 의미한다. Tx_DG는 송신 IQ 불일치에 의한 이득 오차(gain error)에 해당하며, Tx_DP는 송신 IQ 불일치에 의한 위상 오차(phase error)에 해당한다. Tx_DG 및 Tx_DP는 송신 IQ 불일치를 보상하기 위한 계수에 해당된다. 수학식 1에 표현된 송신 IQ 불일치 보상은, 상향 변환 IQ 믹서(12) 중 I 채널 믹서에서 +Tx_DG의 이득 오차, -Tx_DP의 위상 오차가 발생하고, Q 채널 믹서에서, -Tx_DG의 이득 오차, +Tx_DP의 위상 오차가 발생하는 것으로 가정한 경우에, 도출된 보상 방법의 일례를 나타내는 것이다. 반송파 누설의 보상은 일례로, 수학식 2와 같은 방식으로 수행될 수 있다.
Tx_BB_I = Tx_BB_I_tmp - CL_I
Tx_BB_Q = Tx_BB_Q_tmp - CL_Q
상기 수학식에서, CL_I 및 CL_Q는 반송파 누설을 보상하기 위한 계수에 해당한다. 송신 보상부(31)에서 사용되는 계수(Tx_DP, Tx_DG, CL_I, CL_Q)는 제어부(33)의 제어에 의하여 변경될 수 있다. 도면에는 송신 보상부(31)가 디지털 신호 처리부(30)에 포함된 것으로 표현되어 있으나, 송신 보상부(31)는 RF 송수신부(10)에 포함될 수도 있다.
수신 보상부(32)는 수신 디지털 신호(Rx_BB_I, Rx_BB_Q)의 DC 옵셋 및 수신 IQ 불일치(하향 변환 IQ 믹서(16)에 의한 IQ 불일치)를 보상하는 기능을 수행한다. DC 옵셋의 보상은 일례로, 수학식 3과 같은 방식으로 수행될 수 있다.
Rx_BB_I_tmp = Rx_BB_I - DC_I
Rx_BB_Q_tmp = Rx_BB_Q - DC_Q
상기 수학식에서, DC_I 및 DC_Q는 DC 옵셋을 보상하기 위한 계수에 해당한다. 수신 IQ 불일치의 보상은 일례로, 수학식 4와 같은 방식으로 수행될 수 있다.
Rx_BB_I` = (Rx_BB_I_tmp × (1 - Rx_DG)) - (Rx_BB_Q_tmp × Rx_DP)
Rx_BB_Q` = (Rx_BB_Q_tmp × (1 + Rx_DG)) - (Rx_BB_I_tmp × Rx_DP)
상기 수학식에서, Rx_DG는 수신 IQ 불일치에 의한 이득 오차에 해당하며, Rx_DP는 수신 IQ 불일치에 의한 위상 오차에 해당한다. Rx_DG 및 Rx_DP는 수신 IQ 불일치를 보상하기 위한 계수에 해당한다. 수학식 4에 표현된 수신 IQ 불일치 보상은, 하향 변환 IQ 믹서(16) 중 I 채널 믹서에서 +Rx_DG의 이득 오차, -Rx_DP의 위상 오차가 발생하고, Q 채널 믹서에서, -Rx_DG의 이득 오차, +Rx_DP의 위상 오차가 발생하는 것으로 가정한 경우에, 도출된 보상 방법의 일례를 나타내는 것이다. 수신 보상부(32)에서 사용되는 계수(Rx_DP, Rx_DG, DC_I, DC_Q)는 제어부(33)의 제어에 의하여 변경될 수 있다. 도면에는 수신 보상부(32)가 디지털 신호 처리부(30)에 포함된 것으로 표현되어 있으나, 수신 보상부(32)는 RF 송수신부(10)에 포함될 수도 있다.
디지털 신호 처리부(30)는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)를 생성하고, 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 처리하는 기능을 수행할 수도 있다. 이를 위하여 디지털 신호 처리부(30)는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)를 생성하고 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 처리하는 기저대역 처리부(34)를 구비할 수 있다.
온도 센서(50)는 측정된 온도를 디지털 신호 처리부(30)에 제공한다. RF 송 수신부(10)의 온도를 더욱 정확히 측정하기 위하여, 온도 센서(50)는 RF 송수신부(10)와 동일 패키지 내에 위치함이 바람직하다.
도 3은 DC 옵셋을 교정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 3을 참조하여 DC 옵셋을 교정하는 방법을 설명하면, DC 옵셋을 교정하는 기간에는 수신 RF 신호(Rx_RF`) 및 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)가 하향 변환 믹서(16)로 전달되지 아니하도록 교정부(33)가 피드백 스위치(15)를 제어한다. 이때의 수신 디지털 신호의 DC 값(DC_I`, DC_Q`)이 도 3의 (a) 및 (b)에 표현되어 있다. 이 상태에서, 측정된 수신 디지털 신호의 DC 값(DC_I`, DC_Q`)이 최소가 되도록 하는 계수(DC_I, DC_Q)를 구한다. 이 계수(DC_I, DC_Q)가 정상 동작 기간에 수신 보상부(32)에 의하여 사용된다.
도 4는 반송파 누설을 교정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 4를 참조하여 반송파 누설을 교정하는 방법을 설명하면, 반송파 누설을 교정하는 기간에는 송신 RF 신호(Tx_RF 또는 Tx_RF`)가 하향 변환 믹서(16)로 전달되도록 즉 피드백 패쓰가 형성되도록 교정부(33)가 피드백 스위치(15)를 제어한다. 또한, 수신 보상부(32)가 DC 옵셋을 보상하도록 교정부(33)가 수신 보상부(32)를 제어한다. 또한, 도 4의 (a) 및 (b)에 표현된 바와 같이, 교정부(33)는 아무런 신호도 상향 변환 믹서(12)로 전달되지 아니하도록 하는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)를 송신 보상부(31)로 전달한다. 그럼에도 불구하고, 도 4의 (c)에 표현 된 바와 같이 송신 RF 신호(Tx_RF`)는 반송파 주파수(ωLO)에 위치하는 송신 반송파 누설로 인한 신호를 출력한다. 이러한 송신 반송파 누설로 인한 신호로 인하여, 도 4의 (d) 및 (e)에 표현된 DC 오차(CL_I`, CL_Q`)가 발생한다. 이 상태에서, 측정된 DC 오차(CL_I`, CL_Q`)가 최소가 되도록 하는 계수(CL_I, CL_Q)를 구한다. 이 계수(CL_I, CL_Q)가 정상 동작 기간에 송신 보상부(31)에 의하여 사용된다. 이와 같이, 피드백 패쓰(20)를 사용하여 반송파 누설을 교정하는 경우에는, 반송파 누설의 교정을 위한 별도의 구성요소(그 예로서, 별도의 ADC 등)를 필요로 하지 아니한다는 장점이 있다.
도 5는 IQ 불일치를 교정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 5를 참조하면, IQ 불일치를 교정하는 방법은 [송신 IQ 불일치 + 수신 IQ 불일치]를 측정하는 단계(S11), [송신 IQ 불일치 - 수신 IQ 불일치]를 측정하는 단계(S12) 및 송신 IQ 불일치 및 수신 IQ 불일치를 계산하는 단계(S13)를 구비한다.
S11 단계에서, 교정부(33)는 송신 RF 신호(Tx_RF` 또는 Tx_RF)가 하향 변환 IQ 믹서(16)에 전달되도록 피드백 스위치(15)를 제어한다. 또한, 교정부(33)는 제1 동위상 신호(Tx_LO_I)와 제2 동위상 신호(Rx_LO_I)가 동일하고, 제1 직각 신호(Tx_LO_Q)와 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)가 동일하도록 국부 발진기(19)를 제어한다. 또한, 교정부(33)는 소정 각주파수(△ω)를 가지는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)를 출력한다. 이를 위하여 교정부(33)는 회전부(미도시)를 구비할 수 있 다. 회전부는 수학식 5와 같은 연산을 수행한다.
Tx_BB_I` = (Test_I × cos(△ω×t)) + (Test_Q × sin(△ω×t))
Tx_BB_Q` = (Test_Q × cos(△ω×t)) - (Test_I × sin(△ω×t))
상기 수학식에서, Test_I 및 Test_Q 중 적어도 어느 하나는 0 이외의 값을 가진다. 또한, 교정부(33)는 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 △ω만큼 역회전시킨 신호 및 -△ω만큼 역회전시킨 신호를 구한다. 이를 위하여 교정부(33)는 역회전부(미도시)를 구비할 수 있다. 역회전부는 수학식 6과 같은 연산을 수행한다.
Rev_I_P` = (Rx_BB_I` × cos(-△ω×t)) + (Rx_BB_Q` × sin(-△ω×t))
Rev_Q_P` = (Rx_BB_Q` × cos(-△ω×t)) - (Rx_BB_I` × sin(-△ω×t))
Rev_I_N` = (Rx_BB_I` × cos(△ω×t)) + (Rx_BB_Q` × sin(△ω×t))
Rev_Q_N` = (Rx_BB_Q` × cos(△ω×t)) - (Rx_BB_I` × sin(△ω×t))
상기 수학식에서, Rev_I_P` 및 Rev_Q_P`는 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 △ω만큼 역회전시킨 신호(-△ω만큼 회전시킨 신호)에 해당하며, Rev_I_N` 및 Rev_Q_N`는 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 -△ω만큼 역회전시킨 신호(△ω만큼 회전시킨 신호)에 해당한다. 또한, 교정부(33)는 역회전부에서 출력되는 신호(Rev_I_P`, Rev_Q_P`, Rev_I_N` 및 Rev_Q_N`)의 DC 성분만을 추출할 수 있다. 이를 위하여 교정부(33)는 누산기(미도시, accumulator)를 구비할 수 있다. 또한, 교정부(33)는 누산기에서 출력되는 신호(Rev_I_P, Rev_Q_P, Rev_I_N 및 Rev_Q_N)로부터 [송신 이득 오차 + 수신 이득 오차] 및 [송신 위상 오차 + 수신 위상 오차]를 수학식 7과 같이 구할 수 있다.
SUM_DG = (Tx_DG + Rx_DG)
= ([Rev_I_N, Rev_Q_N]·[Rev_I_P, -Rev_Q_P])/(Rev_I_P2 + Rev_Q_P2)
SUM_DP = (Tx_DP + Rx_DP)
= ([Rev_I_N, Rev_Q_N]·[Rev_Q_P, Rev_I_P])/(Rev_I_P2 + Rev_Q_P2)
상기 수학식에서 ·은 내적을 의미하고, SUM_DG는 [송신 이득 오차 + 수신 이득 오차]를 의미하고, SUM_DP는 [송신 위상 오차 + 수신 위상 오차]를 의미한다.
S12 단계에서, 교정부(33)는 송신 RF 신호(Tx_RF` 또는 Tx_RF)가 하향 변환 IQ 믹서(16)에 전달되도록 피드백 스위치(15)를 제어한다. 또한, 교정부(33)는 제1 동위상 신호(Tx_LO_I), 제1 직각 신호(Tx_LO_Q) 및 제2 동위상 신호(Rx_LO_I)는 정 상 동작 기간과 동일하게 유지되고, 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)는 제1 직각 신호(Tx_LO_Q)의 음수에 해당하도록(즉 Rx_LO_Q = -Tx_LO_Q), 국부 발진기(19)를 제어한다. 또한, 교정부(33)는 소정 각주파수(-△ω)를 가지는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)를 출력한다. 상기 △ω는 S11 단계의 △ω와 동일하지 아니할 수 있다. 또한, 교정부(33)는 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 △ω만큼 역회전시킨 신호(Rev_I_P`, Rev_Q_P`) 및 -△ω만큼 역회전시킨 신호(Rev_I_N`, Rev_Q_N`)를 구한다. 또한, 교정부(33)는 역회전부에서 출력되는 신호(Rev_I_P`, Rev_Q_P`, Rev_I_N` 및 Rev_Q_N`)의 DC 성분만을 추출할 수 있다. 또한 교정부(33)는 DC 성분만이 추출된 신호(Rev_I_P, Rev_Q_P, Rev_I_N 및 Rev_Q_N)로부터 [송신 이득 오차 - 수신 이득 오차] 및 [송신 위상 오차 - 수신 위상 오차]를 수학식 8과 같이 구할 수 있다.
DIF_DG = (Tx_DG - Rx_DG)
= ([Rev_I_N, Rev_Q_N]·[Rev_I_P, -Rev_Q_P])/(Rev_I_P2 + Rev_Q_P2)
DIF_DP = (Tx_DP - Rx_DP)
= ([Rev_I_N, Rev_Q_N]·[Rev_Q_P, Rev_I_P])/(Rev_I_P2 + Rev_Q_P2)
상기 수학식에서 DIF_DG는 [송신 이득 오차 - 수신 이득 오차]를 의미하고, DIF_DP는 [송신 위상 오차 - 수신 위상 오차]를 의미한다.
S12 단계에 있어서, 제1 동위상 신호(Tx_LO_I), 제1 직각 신호(Tx_LO_Q) 및 제2 동위상 신호(Rx_LO_I)가 정상 동작 기간과 동일하게 유지되고, 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)가 제1 직각 신호(Tx_LO_Q)의 음수에 해당하도록(즉 Rx_LO_Q = -Tx_LO_Q) 설정하는 것을 대신하여, 제1 동위상 신호(Tx_LO_I), 제1 직각 신호(Tx_LO_Q) 및 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)가 정상 동작 기간과 동일하게 유지되고, 제2 동위상 신호(Rx_LO_I)가 제1 동위상 신호(Tx_LO_I)의 음수에 해당하도록(즉 Rx_LO_I = -Tx_LO_I) 설정하여도 무방하다.
S13 단계에서, S11 단계에서 구한 [송신 IQ 불일치 + 수신 IQ 불일치] 및 S12 단계에서 구한 [송신 IQ 불일치 - 수신 IQ 불일치]로부터 송신 IQ 불일치(Tx_DG, Tx_DP) 및 수신 IQ 불일치(Rx_DG, Rx_DP)를 수학식 9와 같이 구한다.
Tx_DG = (SUM_DG + DIF_DG)/2
Tx_DP = (SUM_DP + DIF_DP)/2
Rx_DG = (SUM_DG - DIF_DG)/2
Rx_DP = (SUM_DP - DIF_DP)/2
이와 같이, 피드백 패쓰(20)를 사용하여 IQ 불일치를 교정하는 경우에는, IQ 불일치의 교정을 위한 별도의 구성요소(그 예로서, 별도의 ADC, DAC 등)를 필요로 하지 아니한다는 장점이 있다.
도 6은 IQ 불일치를 교정하는 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 6을 참조하면, IQ 불일치를 교정하는 방법은 [송신 IQ 불일치 + 수신 IQ 불일치]를 측정하는 단계(S21), [수신 IQ 불일치 - 송신 IQ 불일치]를 측정하는 단계(S22) 및 송신 IQ 불일치 및 수신 IQ 불일치를 계산하는 단계(S23)를 구비한다.
S21 단계는 S11 단계와 동일하므로, 설명의 편의상 S21 단계에 대한 설명은 생략하도록 한다.
S22 단계에서, 교정부(33)는 송신 RF 신호(Tx_RF` 또는 Tx_RF)가 하향 변환 IQ 믹서(16)에 전달되도록 피드백 스위치(15)를 제어한다. 또한, 교정부(33)는 제1 동위상 신호(Tx_LO_I), 제2 동위상 신호(Rx_LO_I) 및 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)는 정상 동작 기간과 동일하게 유지되고, 제1 직각 신호(Tx_LO_Q)는 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)의 음수에 해당하도록(즉 Tx_LO_Q = -Rx_LO_Q), 국부 발진기(19)를 제어한다. 또한, 교정부(33)는 소정 각주파수(-△ω)를 가지는 송신 디지털 신호(Tx_BB_I`, Tx_BB_Q`)를 출력한다. 상기 △ω는 S21 단계의 △ω와 동일하지 아니할 수 있다. 또한, 교정부(33)는 수신 디지털 신호(Rx_BB_I`, Rx_BB_Q`)를 △ω만큼 역회전시킨 신호(Rev_I_P`, Rev_Q_P`) 및 -△ω만큼 역회전시킨 신호(Rev_I_N`, Rev_Q_N`)를 구한다. 또한, 교정부(33)는 역회전부에서 출력되는 신호(Rev_I_P`, Rev_Q_P`, Rev_I_N` 및 Rev_Q_N`)의 DC 성분만을 추출할 수 있다. 또한 교정부(33)는 DC 성분만이 추출된 신호(Rev_I_P, Rev_Q_P, Rev_I_N 및 Rev_Q_N) 로부터 [수신 이득 오차 - 송신 이득 오차] 및 [수신 위상 오차 - 송신 위상 오차]를 수학식 10과 같이 구할 수 있다.
DIF_DG = (Rx_DG - Tx_DG)
= ([Rev_I_N, Rev_Q_N]·[Rev_I_P, -Rev_Q_P])/(Rev_I_P2 + Rev_Q_P2)
DIF_DP = (Rx_DP - Tx_DP)
= ([Rev_I_N, Rev_Q_N]·[Rev_Q_P, Rev_I_P])/(Rev_I_P2 + Rev_Q_P2)
상기 수학식에서 DIF_DG는 [수신 이득 오차 - 송신 이득 오차]를 의미하고, DIF_DP는 [수신 위상 오차 - 송신 위상 오차]를 의미한다.
S22 단계에 있어서, 제1 동위상 신호(Tx_LO_I), 제2 동위상 신호(Rx_LO_I) 및 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)가 정상 동작 기간과 동일하게 유지되고, 제1 직각 신호(Tx_LO_Q)가 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)의 음수에 해당하도록(즉 Tx_LO_Q = -Rx_LO_Q) 설정하는 것을 대신하여, 제1 직각 신호(Tx_LO_Q), 제2 동위상 신호(Rx_LO_I) 및 제2 직각 신호(Rx_LO_Q)가 정상 동작 기간과 동일하게 유지되고, 제1 동위상 신호(Tx_LO_I)가 제2 동위상 신호(Rx_LO_I)의 음수에 해당하도록(즉 Tx_LO_I = -Rx_LO_I) 설정하여도 무방하다.
S23 단계에서, S21 단계에서 구한 [송신 IQ 불일치 + 수신 IQ 불일치] 및 S22 단계에서 구한 [수신 IQ 불일치 - 송신 IQ 불일치]로부터 송신 IQ 불일치(Tx_DG, Tx_DP) 및 수신 IQ 불일치(Rx_DG, Rx_DP)를 수학식 11과 같이 구한다.
Tx_DG = (SUM_DG - DIF_DG)/2
Tx_DP = (SUM_DP - DIF_DP)/2
Rx_DG = (SUM_DG + DIF_DG)/2
Rx_DP = (SUM_DP + DIF_DP)/2
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 또는 DC 옵셋의 교정 방법을 나타내는 도면이다. 도 1 및 7을 참조하여 IQ 불일치, 반송파 누설 또는 DC 옵셋의 보상 방법을 설명하면, 우선 온도 센서(50)가 온도를 측정한다(S31). 디지털 신호 처리부(30)는 온도 센서(50)로부터 전달받은 측정된 온도에 따라 교정이 필요한지 여부를 판단한다(S32). 판단 결과, 교정이 불필요한 경우에는 온도 측정부터 다시 수행되며(S31), 교정이 필요한 경우에는 디지털 신호 처리부(30)가 보호 시간에 IQ 불일치, 반송파 누설 또는 DC 옵셋의 교정을 수행한다(S33). 디지털 신호 처리부(50)는 교정된 결과를 반영하여 IQ 불일치, 반송파 누설 또는 DC 옵셋의 보상을 수행한다(S34).
본 발명에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋 교정 장치 및 방법은 온도의 변화에 따라 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋의 특성을 다시 측정함으로써 보다 정확한 보상을 가능하게 한다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋 교정 장치 및 방법은 보호 시간에 교정을 수행함으로써, 교정에 의하여 RF 송수신이 방해받지 아니한다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 IQ 불일치, 반송파 누설 및 DC 옵셋 교정 장치 및 방법은 송신 RF 신호를 피드백하여 교정을 수행함으로써, 별도의 테스트 신호를 필요로 하지 아니하며, 별도의 ADC나 DAC를 필요로 하지 아니한다는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 무선 송신 및 무선 수신 중 적어도 어느 하나를 수행하는 정상 동작 기간에, 송신 디지털 신호를 송신 RF 신호로 상향 변환하여 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터 전달된 수신 RF 신호를 수신 디지털 신호로 하향 변환하는 RF 송수신부;
    온도 센서; 및
    상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 RF 송수신부의 IQ 불일치의 교정을 수행하는 디지털 신호 처리부
    를 구비하는 IQ 불일치 교정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 RF 송수신부는 상기 IQ 불일치의 교정을 수행하는 기간에 상향 변환 IQ 믹서의 출력을 하향 변환 IQ 믹서의 입력으로 피드백하는 피드백 패쓰를 구비하며,
    상기 상향 변환 IQ 믹서는 상기 정상 동작 기간에 상기 송신 디지털 신호를 상기 송신 RF 신호로 상향 변환하는데 사용되며,
    상기 하향 변환 IQ 믹서는 상기 정상 동작 기간에 상기 수신 RF 신호를 상기 수신 디지털 신호로 하향 변환하는데 사용되는 IQ 불일치 교정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리부는 상기 IQ 불일치의 교정을 보호 시간-상기 보호 시간은 TDD 방식의 상기 RF 송수신부에 있어서, 송신 시간과 수신 시간 사이에 위치하여 상기 무선 송신 및 상기 무선 수신이 수행되지 아니하는 시간임-에 수행하는 IQ 불일치 교정 장치.
  4. 무선 송신 및 무선 수신 중 적어도 어느 하나를 수행하는 정상 동작 기간에, 송신 디지털 신호를 송신 RF 신호로 상향 변환하여 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터 전달된 수신 RF 신호를 수신 디지털 신호로 하향 변환하는 RF 송수신부;
    온도 센서; 및
    상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 RF 송수신부의 DC 옵셋-상기 DC 옵셋은 상기 수신 RF 신호를 상기 수신 디지털 신호로 하향 변환하는 과정에 발생함-의 교정을 수행하는 디지털 신호 처리부
    를 구비하는 DC 옵셋 교정 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리부는 상기 DC 옵셋의 교정을 보호 시간-상기 보호 시간은 TDD 방식의 상기 RF 송수신부에 있어서, 송신 시간과 수신 시간 사이에 위치하여 상기 무선 송신 및 상기 무선 수신이 수행되지 아니하는 시간임-에 수행하는 DC 옵셋 교정 장치.
  6. 무선 송신 및 무선 수신 중 적어도 어느 하나를 수행하는 정상 동작 기간에, 송신 디지털 신호를 송신 RF 신호로 상향 변환하여 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터 전달된 수신 RF 신호를 수신 디지털 신호로 하향 변환하는 RF 송수신부; 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 RF 송수신부의 반송파 누설의 교정을 수행하는 디지털 신호 처리부를 구비하는 반송파 누설 교정 장치에 있어서,
    상기 RF 송수신부는 상기 반송파 누설의 교정을 수행하는 기간에 상향 변환 IQ 믹서의 출력을 하향 변환 IQ 믹서의 입력으로 피드백하는 피드백 패쓰를 구비하며,
    상기 상향 변환 IQ 믹서는 상기 정상 동작 기간에 상기 송신 디지털 신호를 상기 송신 RF 신호로 상향 변환하는데 사용되며,
    상기 하향 변환 IQ 믹서는 상기 정상 동작 기간에 상기 수신 RF 신호를 상기 수신 디지털 신호로 하향 변환하는데 사용되는 반송파 누설 교정 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리부는 상기 반송파 누설의 교정을 보호 시간-상기 보호 시간은 TDD 방식의 상기 RF 송수신부에 있어서, 송신 시간과 수신 시간 사이에 위치하여 상기 무선 송신 및 상기 무선 수신이 수행되지 아니하는 시간임-에 수행하는 반송파 누설 교정 장치.
  8. (a) 온도 센서가 온도를 측정하는 단계;
    (b) 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 RF 송수신부의 IQ 불일치의 교정이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 교정이 필요한 것으로 판단되는 경우에, 상기 교정을 수행하는 단계; 및
    (d) 수행된 상기 교정의 결과를 반영하여 IQ 불일치를 보상하는 단계를 포함하는 IQ 불일치 교정 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 송신 RF 신호를 하향 변환 IQ 믹서로 전달하는 피드백 패쓰 가 형성된 상태에서 수행되며, 보호 시간-상기 보호 시간은 TDD 방식의 상기 RF 송수신부에 있어서, 송신 시간과 수신 시간 사이에 위치하여 송신 및 수신이 수행되지 아니하는 시간임-에 수행되는 IQ 불일치 교정 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    (c1) [송신 이득 오차 + 수신 이득 오차]에 대응하는 제1 값 및 [송신 위상 오차 + 수신 위상 오차]에 대응하는 제2 값을 측정하는 단계;
    (c2) [상기 송신 이득 오차 - 상기 수신 이득 오차]에 대응하는 제3 값 및 [상기 송신 위상 오차 - 상기 수신 위상 오차]에 대응하는 제4 값을 측정하는 단계; 및
    (c3) 상기 제1 내지 제4 값들로부터 상기 송신 이득 오차, 상기 수신 이득 오차, 상기 송신 위상 오차 및 상기 수신 위상 오차를 구하는 단계를 포함하는 IQ 불일치 교정 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    (c1) [수신 이득 오차 + 송신 이득 오차]에 대응하는 제1 값 및 [수신 위상 오차 + 송신 위상 오차]에 대응하는 제2 값을 측정하는 단계;
    (c2) [상기 수신 이득 오차 - 상기 송신 이득 오차]에 대응하는 제3 값 및 [상기 수신 위상 오차 - 상기 송신 위상 오차]에 대응하는 제4 값을 측정하는 단계; 및
    (c3) 상기 제1 내지 제4 값들로부터 상기 송신 이득 오차, 상기 수신 이득 오차, 상기 송신 위상 오차 및 상기 수신 위상 오차를 구하는 단계를 포함하는 IQ 불일치 교정 방법.
  12. (a) 온도 센서가 온도를 측정하는 단계;
    (b) 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 RF 송수신부의 DC 옵셋의 교정 이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 교정이 필요한 것으로 판단되는 경우에, 상기 교정을 수행하는 단계; 및
    (d) 수행된 상기 교정의 결과를 반영하여 DC 옵셋을 보상하는 단계를 포함하는 DC 옵셋 교정 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 보호 시간-상기 보호 시간은 TDD 방식의 상기 RF 송수신부에 있어서, 송신 시간과 수신 시간 사이에 위치하여 송신 및 수신이 수행되지 아니하는 시간임-에 수행되는 DC 옵셋 교정 방법.
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