KR101070130B1 - 위상오차 및 구적오차 식별장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR101070130B1
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Abstract

위상오차 및 구적오차 식별장치 및 그 방법이 개시된다. 위상오차 및 구적오차 식별장치는, 기준신호를 발생하는 발진부, 반송파 동기신호를 출력하는 반송파 동조부, 상기 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I(In-phase)신호를 생성하는 I신호 생성부, 상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하는 위상 천이부, 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q(Quadrature-phase)신호를 생성하는 Q신호 생성부 및 상기 I신호 및 상기 Q신호로부터 위상오차 및 구적오차를 식별하는 판별부를 포함한다.
위상오차, 구적오차, 기준신호, 위상 천이기, 반송파 동조회로

Description

위상오차 및 구적오차 식별장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR DETECTING PHASE ERROR AND QUADRATURE ERROR}
위상오차 및 구적오차 식별장치 및 그 방법에 관한 것으로 특히, 에러벡터의 위상변화를 위상오차와 구적오차로 구분하고, 이를 각각 추정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 정보통신표준 개발지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-P1-30-06F82, 과제명: 광대역 RF 안테나 측정기술 표준개발].
측정시스템, 통신시스템 등에 있어서, 반송파 동기회로에서는 위상오차가 발생할 수 있고, 위상 천이기에서는 구적오차가 발생할 수 있다.
종래 측정시스템 또는 통신시스템에서는 반송파 동기회로 및 π/2 위상 천이기에서 각각 발생되는 위상오차와 구적오차를 구분하지 않고, 측정된 신호의 에러 벡터로부터 측정된 위상변화만을 이용하여 보상하는 방법 및 장치를 이용하였다.
그러나, 위상오차와 구적오차를 구분하여 측정하지 않는 경우, 보다 정확한 오차보정 및 RF 성능 개선에 어려운 점이 있었다.
따라서, 에러 벡터의 위상변화를 위상오차와 구적오차로 구분하고, 이를 각각 추정하는 새로운 위상오차 및 구적오차 식별장치 및 방법을 제공하기 위한 기술이 절실히 요구된다.
본 발명은 기준신호에 대한 I/Q 성상도를 통해 반송파 동기회로의 위상오차 및 위상 천이기의 구적오차를 추정하는 모델을 제시함으로써, 위상오차 및 구적오차를 구분하여 측정하는 위상오차 및 구적오차 식별장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 위상오차 및 구적오차를 구분하여 측정하는 방법 및 장치를 제시함으로써, 보다 정확한 오차측정을 통하여 RF 성능 향상시키는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 위상오차 및 구적오차 식별장치는, 기준신호를 발생하는 발진부, 반송파 동기신호를 출력하는 반송파 동조부, 상기 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I(In-phase)신호를 생성하는 I신호 생성부, 상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하는 위상 천이부, 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q(Quadrature-phase)신호를 생성하는 Q신호 생성부 및 상기 I신호 및 상기 Q신호로부터 위상오차 및 구적오차를 식별하는 판별부를 포함한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 발진부는, 아래 [수학식 2]에 의해 표현되는 2개의 기준신호를 생성할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112008087402485-pat00001
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 반송파 동기신호(
Figure 112008087402485-pat00002
) 및 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호(
Figure 112008087402485-pat00003
)는, 아래 [수학식 3]에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112008087402485-pat00004
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 I신호 및 상기 Q신호는, 아래 [수학식 4]에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112008087402485-pat00005
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 판별부는, 아래 [수학식 5]를 이용하여 상기 위상오차 및 상기 구적오차를 식별할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112008087402485-pat00006
본 발명의 일실시예에 따른 위상오차 및 구적오차 식별방법은, 기준신호를 생성하는 단계, 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I(In-phase)신호를 생성하는 단계, 상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하고 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q(Quadrature-phase)신호를 생성하는 단계 및 상기 I신호 및 상기 Q신호로부터 위상오차 및 구적오차를 식별하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기준신호에 대한 I/Q 성상도를 통해 반송파 동기회로의 위상오차 및 위상 천이기의 구적오차를 추정하는 모델을 제시함으로써, 위상오차 및 구적오차를 구분하여 측정하는 위상오차 및 구적오차 식별장치 및 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상오차 및 구적오차를 구분하여 측정하는 방법 및 장치를 제시함으로써, 보다 정확한 오차측정을 통하여 RF 성능 향상시키는 장치 및 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상오차 및 구적오차 식별장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 위상오차 및 구적오차 식별장치(100)는, 발진부(110), I신호 생성부(120), Q신호 생성부(130), 반송파 동조부(140), 위상 천이기(150), 및 판별부(160)를 포함한다.
발진부(110)는, 위상오차 및 구적오차의 식별을 위한 기준신호를 생성할 수 있다. 상기 기준신호는 가우시안 잡음을 무시할 수 있는 높은 에너지를 가진 신호일 수 있다.
반송파 동조부(140)는, 위상오차 φ가 존재하는 불완전한 반송파 동기신호를 출력할 수 있다.
I신호 생성부(120)는, 상기 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I(In-phase)신호를 생성할 수 있다. 즉, 발진부에서 생성된 상기 기준신호의 I채널 신호와 위상오차 φ가 존재하는 상기 불완전한 반송파 동기신호를 곱셈연산하고 적분하여 I신호를 생성할 수 있다.
위상 천이기(150)는, 상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트할 수 있다. 일예로, π/2 위상 천이기의 경우, 상기 반송파 동기신호를 위상각도 π/2만큼 쉬프트할 수 있다.
Q신호 생성부(130)는, 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q(Quadrature-phase)신호를 생성할 수 있다. 즉, 발진부에서 생성된 상기 기준신호의 Q채널 신호와 위상 천이기에서 쉬프트된 반송파 동기신호를 곱셈연산하고 적분하여 Q신호를 생성할 수 있다.
판별부(160)는, 상기 I신호 및 상기 Q신호로부터 위상오차 및 구적오차를 식별할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 있어서, 위상오차 및 구적오차 식별장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 위상오차 및 구적오차 식별장치는 발진기(210), I신호 생성부(220), Q신호 생성부(230), 반송파 동조회로(240), 위상 천이기(250), 및 판별부(260)를 포함할 수 있다.
발진기(210)는 주변의 가우시안 잡음을 무시할 수 있는 수준의 높은 에너지를 가지는 2개의 기준신호를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 기준신호는 아래 [수학식 1]에 의해 표현되는 2개의 기준신호일 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112008087402485-pat00007
여기서, Es 는 신호 에너지, Tb 는 신호 전송구간, ωc 는 반송파, θi 는 각각 0과 π/2 값을 가지는 위상각도를 의미할 수 있다. 또한, 측정시스템 또는 통신시스템의 수신부에 입력되는 기준신호 r(t)는 아래 [수학식 2]와 같은 벡터로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112008087402485-pat00008
; i=1, 2
Figure 112008087402485-pat00009
이고,
Figure 112008087402485-pat00010
일 수 있다.
반송파 동조회로(240)는 위상오차가 존재하는 반송파 동기신호를 출력할 수 있다. 여기서, 위상오차가 존재하는 반송파 동기신호
Figure 112008087402485-pat00011
는
Figure 112008087402485-pat00012
로 표현될 수 있다.
I신호 생성부(220)는 상기 반송파 동기신호
Figure 112008087402485-pat00013
및 기준신호
Figure 112008087402485-pat00014
를 이용하여 I신호를 생성할 수 있다. 여기서, I신호 생성부(220)는 제1 곱셈기(221) 및 제1 적분기(222)를 포함할 수 있다.
즉, I신호 생성부(220)는 기준신호
Figure 112008087402485-pat00015
및 상기 반송파 동기신호
Figure 112008087402485-pat00016
를 제1 곱셈기(221)에서 믹싱하고, 제1 적분기(222)에서 적분하여 I신호를 출력할 수 있다.
위상 천이기(250)는 입력된 신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하며, 구적오차 ψ가 존재할 수 있다. 일예로, π/2 위상 천이기를 사용하는 경우, 상기 반송파 동기신호를 위상각도 π/2 쉬프트할 수 있다.
Q신호 생성부(230)는 구적오차 ψ가 존재하는 위상 천이기(250)에서 기설정된 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호
Figure 112008087402485-pat00017
및 기준 신호
Figure 112008087402485-pat00018
를 이용하여 Q신호를 생성할 수 있다. 여기서, Q신호 생성부(230)는 제2 곱셈기 및 제2 적분기를 포함할 수 있다.
즉, Q신호 생성부(230)는 기준신호
Figure 112008087402485-pat00019
및 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호
Figure 112008087402485-pat00020
를 제2 곱셈기(231)에서 믹싱하고, 제2 적분기(232)에서 적분하여 Q신호를 출력할 수 있다.
판별부(260)는 상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 위상오차 및 구적오차를 식별할 수 있다. 여기서, 판별부(260)에 입력되는 I신호 와 Q신호는 아래 [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112008087402485-pat00021
이때, Es 는 신호 에너지,
Figure 112008087402485-pat00022
는 위상오차,
Figure 112008087402485-pat00023
는 구적오차를 각각 의미할 수 있다.
여기서, 구적오차가 없고 위상오차만 있는 경우 기준신호의 위상변화를 도 3을 참고하여 이하에서 살펴본다.
우선, 구적오차가 없고 위상오차만 있는 경우 2개의 전송 위상각도 θi∈{0, π/2}에 대한 (Ii, Qi)는 아래 [표 1]과 같이 표현될 수 있다.
[표 1]
θi (Ii, Qi)
θ1=0
θ2=π/2
Figure 112008087402485-pat00024

Figure 112008087402485-pat00025
여기서, 측정시스템 또는 통신시스템에서 기준신호
Figure 112008087402485-pat00026
에 대응되게 관측된 신호를
Figure 112008087402485-pat00027
라고 하고,
Figure 112008087402485-pat00028
의 위상을
Figure 112008087402485-pat00029
라고 하고, 도 3을 참고하여, 상기 [표 1]에 기초한 기준신호의 위상변화를 살펴보면 위상오차는 두 개의 기준신호 r1(t)와 r2(t)의 위상을 모두 변화시킨다. 즉, r1(t)에 대응되게 관측된 신호 z1(310) 및 r2(t)에 대응되게 관측된 신호 z2(320)모두 위상이 변화하였다.
또한, 위상오차가 없고 구적오차만 있는 경우 기준신호의 위상변화를 도 4를 참고하여 이하에서 살펴본다.
위상오차가 없고 구적오차만 있는 경우 2개의 전송 위상각도 θi∈{0, π/2}에 대한 (Ii, Qi)는 아래 [표 2]과 같이 표현될 수 있다.
[표 2]
Θi (Ii, Qi)
θ1=0
θ2=π/2
Figure 112008087402485-pat00030

Figure 112008087402485-pat00031
도 4를 참고하여, 상기 [표 2]에 기초한 기준신호의 위상변화를 살펴보면 구적오차는 기준신호 r1(t)의 위상만을 변화시킨다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, r2(t)에 대응되게 관측된 신호 z2(420)는 위상변화가 없고, r1(t)에 대응되게 관측된 신호 z1(410)의 경우만 위상이 변화하였다.
따라서, 불완전한 반송파 동기회로의 위상오차는 z2(t)의 위상 δ2를 변화시키지만, π/2 위상 천이기의 구적오차는 z2(t)의 위상 δ2를 변화시키지 않는다. 따라서, 판별부(260)는 아래 [수학식 5]를 사용하여 위상오차 및 구적오차를 추정할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112008087402485-pat00032
여기서,
Figure 112008087402485-pat00033
는 위상오차,
Figure 112008087402485-pat00034
는 구적오차, δi(i =1,2)는 ri(t)(i =1,2) 에 대응되게 관측된 신호 zi(t)(i =1,2)의 위상을 각각 의미한다.
상기와 같이, 위상오차 및 구적오차가 두 개의 기준신호의 위상을 변화시키는지 여부를 이용하여 위상오차 및 구적오차를 구분하여 추정함으로써, 보다 정확한 오차의 측정이 가능할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상오차 및 구적오차 식별방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 단계(S510)에서는 위상오차 및 구적오차를 식별하기 위한 기준신호를 생성할 수 있다. 여기서, 기준신호는 가우시안 잡음을 무시할 수 있을 정도로 높은 에너지를 가지는 신호를 사용할 수 있다.
단계(S520)에서는 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I신호를 생성할 수 있다. 여기서, I신호를 생성하기 위해, 상기 기준신호의 I채널 신호 및 반송파 동기신호를 곱셈연산하고, 곱셈 연산된 신호를 다시 적분하여 I신호를 생성할 수 있다.
단계(S530)에서는 상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하고 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q신호를 생성할 수 있다. 여기서, Q신호를 생성하기 위해, 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하고, 상기 쉬프트된 신호 및 상기 기준신호의 I채널 신호를 곱셈 연산한 후, 곱셈 연산된 신호를 다시 적분하여 Q신호를 생성할 수 있다.
단계(S540)에서는 상기 I신호 및 상기 Q신호로부터 위상오차 및 구적오차를 식별할 수 있다. 이때, 위상오차는 두 개의 기준신호 r1(t)와 r2(t)의 위상을 모두 변화시키고, 구적오차는 r1(t)의 위상만을 변화시키는 사실에 기초하여 위상오차 및 구적오차를 추정할 수 있다.
즉, 위상오차(
Figure 112008087402485-pat00035
)는 z2(t)의 위상 δ2에서 π/2를 뺀 값을 이용하여 산출할 수 있고, 구적오차(
Figure 112008087402485-pat00036
)는 z1(t)의 위상 δ1에서 상기 위상오차(
Figure 112008087402485-pat00037
)를 뺀 값을 이용 하여 산출할 수 있다.
상기와 같이, 위상오차 및 구적오차를 구분하여 측정하는 방법 및 장치를 위상변화를 보상하는 기능이 있는 측정시스템, 통신시스템 등에 적용함으로써, 보다 정확한 오차측정을 통해 RF 성능을 향상 시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상오차 및 구적오차 식별장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 있어서, 위상오차 및 구적오차 식별장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상오차만 있는 경우 기준신호의 위상변화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 구적오차만 있는 경우, 기준신호의 위상변화를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상오차 및 구적오차 식별방법을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 발진부
120 : I신호 생성부
130 : Q신호 생성부
140 : 반송파 동조부
150 : 위상 천이기
160 : 판별부

Claims (10)

  1. 기준신호를 발생하는 발진부;
    반송파 동기신호를 출력하는 반송파 동조부;
    상기 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I(In-phase)신호를 생성하는 I신호 생성부;
    상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하는 위상 천이부;
    상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q(Quadrature-phase)신호를 생성하는 Q신호 생성부; 및
    위상오차 및 구적오차가 상기 기준신호의 위상을 변화시키는지 여부를 상기 I신호 및 상기 Q신호를 통해 식별하여 상기 위상오차 및 상기 구적오차를 식별하는 판별부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발진부는,
    아래 [수학식 2]에 의해 표현되는 2개의 기준신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
    [수학식 2]
    Figure 112008087402485-pat00038
    여기서,
    i=1, 2
    Figure 112008087402485-pat00039
    ,
    Figure 112008087402485-pat00040
    ,
    Es 는 신호 에너지,
    Tb 는 신호 전송구간,
    ωc 는 반송파,
    θi 는 각각 0과 π/2 값을 가지는 위상각도
    를 각각 의미함.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반송파 동기신호(
    Figure 112008087402485-pat00041
    ) 및 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호(
    Figure 112008087402485-pat00042
    )는,
    아래 [수학식 3]에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
    [수학식 3]
    Figure 112008087402485-pat00043
    여기서,
    Figure 112008087402485-pat00044
    ,
    Figure 112008087402485-pat00045
    ,
    Figure 112008087402485-pat00046
    는 위상오차,
    Figure 112008087402485-pat00047
    는 구적오차
    를 각각 의미함.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 I신호 및 상기 Q신호는,
    아래 [수학식 4]에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
    [수학식 4]
    Figure 112008087402485-pat00048
    여기서,
    Es 는 신호 에너지,
    Figure 112008087402485-pat00049
    는 위상오차,
    Figure 112008087402485-pat00050
    는 구적오차
    를 각각 의미함.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판별부는,
    아래 [수학식 5]를 이용하여 상기 위상오차 및 상기 구적오차를 식별하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
    [수학식 5]
    Figure 112008087402485-pat00051
    여기서,
    Figure 112008087402485-pat00052
    는 위상오차,
    Figure 112008087402485-pat00053
    는 구적오차,
    δi(i =1,2)는 ri(t)(i =1,2) 에 대응되게 관측된 신호 zi(t)(i =1,2)의 위상
    을 각각 의미함
  6. 제1항에 있어서,
    상기 I신호 생성부는,
    상기 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 곱하는 제1 믹서; 및
    상기 제1 믹서에서 생성된 신호를 적분하는 제1 적분기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Q신호 생성부는,
    상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 곱하는 제2 믹서; 및
    상기 제2 믹서에서 생성된 신호를 적분하는 제2 적분기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별장치.
  8. 기준신호를 생성하는 단계;
    반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 I(In-phase)신호를 생성하는 단계;
    상기 반송파 동기신호를 기설정된 위상각도 쉬프트하고 상기 위상각도 쉬프트된 반송파 동기신호 및 상기 기준신호를 이용하여 Q(Quadrature-phase)신호를 생성하는 단계; 및
    위상오차 및 구적오차가 상기 기준신호의 위상을 변화시키는지 여부를 상기 I신호 및 상기 Q신호를 통해 식별하여 상기 위상오차 및 상기 구적오차를 식별하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 I신호 및 상기 Q신호는,
    아래 [수학식 4]에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별방법.
    [수학식 4]
    Figure 112008087402485-pat00054
    여기서,
    Es 는 신호 에너지,
    Figure 112008087402485-pat00055
    는 위상오차,
    Figure 112008087402485-pat00056
    는 구적오차
    를 각각 의미함.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 식별하는 단계는,
    아래 [수학식 5]를 이용하여 상기 위상오차 및 상기 구적오차를 식별하는 것을 특징으로 하는 위상오차 및 구적오차 식별방법.
    [수학식 5]
    Figure 112008087402485-pat00057
    여기서,
    Figure 112008087402485-pat00058
    는 위상오차,
    Figure 112008087402485-pat00059
    는 구적오차,
    δi(i =1,2)는 ri(t)(i =1,2) 에 대응되게 관측된 신호 zi(t)(i =1,2)의 위상을 각각 의미함
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WO2003023950A2 (en) * 2001-09-08 2003-03-20 Semiconductor Ideas To The Market (Itom) B.V. Receiver
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