KR101132628B1 - 안테나 다이버시티 수신기, 모바일 단말기 및 통신 방법 - Google Patents

Abstract

안테나 다이버시티 수신기는 로우-IF 수신 모드와 다이버시티 선택 모드를 가지며, 그리고 수신 모드시에 안테나들 중의 하나의 안테나를 IF 채널에 연결하며 그리고 선택 모드시에 각각의 채널을 안테나들 중의 상이한 것에 연결하는 스위치 장치를 갖는다. 다이버시티 제어기는 선택 모드 시에 상이한 안테나로부터 동시에 수신되는 신호의 품질을 비교하며 보다 나은 안테나를 사용하여 수신 모드시에 스위치 장치를 제어한다. 품질 측정은 원하는 신호에 대한 프리앰블이 수신되기 전에 캐리어의 수신 동안 수행되고, 그에 따라 보다 나은 신호 품질 측정치를 얻고 시간 경과에 따른 보다 나은 평균화를 가능하게 하는데 있어 시간은 충분하다. 채널들은 그 사이에 스위칭가능한 교차 연결을 갖는 다상 필터를 가지며, 그에 따라 다상 필터는 선택 모드시에 두개의 독립적인 로우 패스 필터로서 동작하게 된다.

Description

안테나 다이버시티 수신기, 모바일 단말기 및 통신 방법{LOW-IF PRE-PREAMBLE ANTENNA DIVERSITY RECEIVER}

본 발명은 안테나 다이버시티 수신기, 그 수신기를 포함하는 단말기 및 상기 단말기를 통해 통신 서비스를 작동시키는 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 종종 다경로 전파의 영향으로 어려움을 겪으며, 이로 인해 송신되는 신호는 송신기로부터 다수의 별도의 경로를 통해 수신기에 도달하게 된다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 안테나 다이버시티인데, 이 방안은 수신기를 위해 하나 이상의 수신 안테나를 제공한다. 하나의 안테나에서 수신되는 신호가 다른 안테나에 의해 수신되는 신호와 실질적으로 상관되지 않도록 안테나들이 충분히 분리되게 제공된다면, 하나의 안테나가 무효로 될 경우 다른 안테나는 아마도 양질의 신호를 수신할 수가 있을 것이다. 안테나 다이버시티를 이용하는 무선 통신 시스템의 일예가 블루투스 특정 관심 그룹(Bluetooth Special Interest Group)에 의해 규정되는 스펙(specification)에 따라 동작하는 블루투스 네트워크이다. 그러한 네트워크는 저비용과, PC들, 모바일 폰 및 휴대여부에 상관없은 기 타 장치들 간의 단거리 무선 링크를 제공하고 있다. 블루투스 네트워크에서의 통신은 2.45GHz의 비인가 ISM 대역에서 발생한다. 그러한 주파수에서, 수 센티미터 정도의 안테나 분리면 성공적인 다이버시티 동작을 위해 충분하다.

가령 미국 특허 제 5,940,452호에서 개시되는 안테나 다이버시티 수신기에서, 다이버시티 제어기는 통상적으로 RSSI(수신 신호 세기 표시)인 신호 품질 측정치에 따라 최상의 신호를 제공하는 안테나를 선택한다. 다른 채널 품질 측정치, 가령 체크섬(checksum)이 DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunication) 시스템에서 소정의 경우에 사용된다. 데이터가 패킷으로 송신되는 무선 통신 시스템에서, 다이버시티 제어기가 패킷마다 최적의 안테나를 선택하는 것이 선호된다. 이러한 것은 특히 블루투스와 같은 주파수 호핑 시스템(frequency-hopping system)의 경우인데, 그 이유는 일련의 패킷들은 그의 특성들이 상관되지 않을 상이한 주파수로 송신될 것이기 때문이다.

그러나, 패킷 단위로 안테나 다이버시티를 구현하게 되면, (일반적으로 실용적이지 못하게, 만약 다수의 수신기가 제공되지 않는다면) 각각의 안테나로부터 번갈아서 신호 품질의 측정이 요구된다. 따라서, 공지된 수신기에서 사용되는 순차적인 RSSI 측정 프로세스는 특히 각각의 패킷에 대한 프리앰블이 짧은 경우(가령, 블루투스에서 단지 4마이크로초만큼의 길이)에 매우 장시간이 소요될 수 있다. 따라서, 특허 출원 제 WO 0203570에서 다수의 수신기를 요구하지 않고도 두개의 안테나로부터 신호 품질의 동시적인 비교를 가능하게 하는 안테나 다이버시티 수신기를 제공하는 것을 제안했다. 이는 제 1 안테나 혹은 제 2 안테나로부터 신호를 선택 하여 그 신호를 동위상 채널 및 직교 채널에 연결하는 스위치를 변형하는 것을 포함한다. 그 변형된 스위치는 그 신호를 제 1 안테나로부터 채널들 중의 하나로 라우팅하고 제 2 안테나로부터의 신호를 그 채널들 중의 다른 채널로 라우팅할 수 있다. 최종 신호는 제로 주파수 근처에서 폴딩되며(folded), 따라서 변조될 수 없지만 각각의 안테나에 대해 유효한 신호 세기 측정치가 취해질 수 있다. 다이버시티 제어기는 송신되는 데이터 내의 프리앰블 동안 두개의 안테나로부터의 신호의 품질들을 비교하며 그 데이터의 나머지를 위해 어떠한 안테나를 사용할 것인지를 결정할 수 있다.

동일 특허 출원에 의하면, 로우 패스 필터보다는 다상 필터를 사용하는 로우-IF(중간 주파수) 아키텍처에서 다상 필터에 전달되기 전에 각각의 I 및 Q 채널로부터 신호를 추출하기 위한 추가의 회로가 요구될 것이다. 추출된 각각의 신호들은 다음에 별도의 채널 필터를 통해 전달되어 신호 품질 측정치가 만들어지기 전에 인접한 채널 신호를 필터링하여 제거할 것이다. 이는 비용 및 복잡도를 증가시킨다. 여하튼, 사용할 안테나를 선택하는 것은 여전히 어려운데, 그 이유는 프리앰블이 너무 짧아 그 선택은 프리앰블 동안 랜덤 노이즈에 심하게 영향을 받기 때문이다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하는 개선된 장치 또는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 제 1 특징에 의하면, 두개 이상의 안테나와 함께 사용하며 로우-IF 수신 모드 및 다이버시티 선택 모드로 동작하도록 배열된 안테나 다이버시티 수신기가 제공되는데, 이는 IF 채널과, 수신 모드에 있을 때 안테나들 중의 하나를 채널들에 연결하는 스위치 장치와, 다이버시티 선택 모드 동안 상이한 안테나들로부터 동시에 수신된 신호들의 품질을 비교하고 그 비교에 따라 수신 모드에서의 상기 스위치 장치에 의한 선택을 제어하는 다이버시티 제어기를 포함하며, 상기 수신기는 원하는 신호에 대한 프리앰블이 수신되기 전에 캐리어의 수신동안 선택 모드에서 동작하도록 배열된다.

단지 하나의 프리앰블보다는 측정치에 대해 변조될 수 없는 캐리어를 사용하게 되면 보다 나은 신호 품질 측정치를 얻는데 보다 많은 시간이 소요될 것이다. 시간이 많으면 많을 수록 시간에 따른 보다 나은 평균화가 가능하며 따라서 노이즈에 대한 영향력은 감소한다. 또한 시간이 많으면 많을 수록 보다 저속 혹은 낮은 허용오차의 컴포넌트들이 사용가능하여 비용이 보다 절감된다.

제로-IF 수신기는 이를 동일한 방식으로는 달성할 수 없는데, 그 이유는 비변조 캐리어는 두개의 채널 필터의 출력에 나타날 원하지 않는 DC 오프셋과는 적절히 구별될 수 없는 DC 수신 신호를 생성할 것이다.

특히, 모든 안테나로부터의 신호들은 동시에 측정될 수 있는데, 이는 하나의 안테나 다음에는 다른 안테나로 순차적으로 측정하는 기존의 방안에 비해 장점이 된다. 이는 전체적으로 소요되는 시간이 감소, 전형적으로 반으로 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 것의 결과로서, 전력 소비가 감소될 수 있는데, 이는 특히 소형 배터리 전원형 수신기에서 특히 중요하다. 또한, 동시에 측정을 행하게 되면, 전체 시간의 비율로서 각각의 신호에 대한 측정 시간은 증가하게 되며, 따라서 측정치는 장시간에 걸쳐 평균화될 수 있고 이는 노이즈에 대한 면역성을 높여주며, 만약 신호 세기가 시간에 따라 변동하는 경우 정확도를 보다 더 높여줄 수 있다. 또한, 동시에 측정을 행하게 되면, 측정 동안 가변하는 모든 안테나 내로의 신호 세기에 의해 야기되는 부정확성은 없게 된다.

특히, 측정이 프리앰블 이전에 완료되어야 하는 것이 필수는 아니다. 만약 프리앰블 이전에 가장 큰 신호 세기를 갖는 안테나를 결정할 수 없다면, 프리앰블 동안 측정은 지속될 수 있다. 물론, 이는 프리앰블(혹은 신호의 임의의 부분)의 수신이 수신기가 수신 모드로 스위칭될 때까지는 확인될 수 없다는 것을 의미한다.

일부 실시예의 추가적인 특징은 수신 모드에서 비대칭적으로 필터링된 채널 신호를 출력하기 위해 채널들 간에 교차 연결을 갖는 복합 필터를 구비한 채널로서, 상기 다이버시티 제어기는 선택 모드에서의 비교를 위해, 채널들 간의 연결 없이도 독립적인 로우 패스 필터링된 채널을 사용하도록 배열된다.

비록 원칙적으로는 비교를 위해 다른 필터 장치 혹은 다른 신호를 사용할 수 있지만, 그것은 편의성이 부족하며 따라서 구현하기에는 비용이 더 많이 소요될 것이다.

일부 실시예에서의 추가의 특징은 상기 필터가 로우-IF 근처에서 센터링되는 비대칭성 주파수 응답을 갖는 복합 필터 형태의 다상 필터가 되는 것으로, 채널들 간에 제어가능한 교차 연결이 가능하며, 상기 제어기는 선택 모드 동안 억제되는 교차 연결을 갖는 다상 필터의 출력을 사용하도록 배열된다.

이러한 것은 특히 추가의 회로의 양을 낮게 유지할 수 있어서 비용 및 사이즈를 낮게 유지할 수 있으므로 유용하다. 이는 만약 교차 연결이 선택 모드 시에 파워 다운된다면 다상 필터에서의 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 다상 필터의 비연결 부분이 로우 패스 특성을 가지므로, 비교를 위해 사용되는 채널 신호에 대해 더 이상 별도의 로우 패스 필터링을 제공할 필요는 없다.

일부 실시예의 추가의 특징은 다이버시티 제어기가 수신 모드에서 선택된 안테나로부터 수신된 신호의 신호 품질을 측정하도록 배열된다는 것이다. 이는 선택 모드시에 비변조된 캐리어 상에서 행해진 측정을 확인하는데 사용될 수 있다.

일부 실시예의 추가의 특징은 다이버시티 제어기가 수신 모드에서의 신호 품질이 임계치 미만이라면 스위칭 장치로 하여금 다른 안테나를 채널에 연결하도록 배열된다는 것이다. 이는 수신된 신호 상에서 행해진 측정이 캐리어 상의 측정보다는 간섭이 더욱 용이한 경우에 유용하다.

일부 실시예의 추가의 특징은 다상 필터의 통과 대역이 선택 모드에서 넓어진다는 것이다. 이는 측정의 정확도가 측정되기 이전의 필터에 의해서는 억제되는 신호의 부분에 의해서는 감소되지 않는다는 것을 보장하는데 유용하다. 이는, 가령 플리앰블 이전의 캐리어가 상수 "1"로 변조되기 전이거나 혹은 중간 주파수가 신호의 대역폭보다 훨씬 더 높은 극단적인 경우에 발생할 수가 있다.

일부 실시예의 추가의 특징은 다이버시티 제어기가 사전결정된 시간 간격에 따라 선택 모드와 수신 모드 사이에서 스위칭을 제어하도록 배열된다는 것이다. 이러한 것은 통상적으로 수신기의 타입에 따른 표준에 일치하도록 배열된다. 원칙적으로, 대안이나 추가 사항이 수신된 신호로부터 타이밍을 결정한다.

일부 실시예의 추가의 특징은 수신기가 블루투스 표준과 호환가능하다는 것이다. 이는 통상적으로 중요한 표준들 중의 하나이다.

일부 실시예의 추가의 특징은 제어기가 각각의 신호에 대한 수신된 신호 세기 표시를 결정하도록 배열된다는 것이다. 이는 통상적으로 사용되는 적절한 방안이 된다.

일부 실시예의 추가의 특징은 각각의 안테나로부터 신호를 증폭하는 증폭기가 수신 모드에서 안테나의 미사용 안테나에 대응하는 증폭기로 스위칭 오프될 수 있도록 배열된다는 것이다. 이는 전력 소비를 낮게 유지할 수 있도록 하며, 특히 소형 모바일 배터리 전원형 단말기에 중요하다.

일부 실시예의 추가의 특징은 안테나로부터 신호와 직교 혼합하는 국부 발진기를 갖는다는 것으로, 상기 국부 발진기는 선택 모드에 대해 상이한 주파수를 가지도록 배열되어 제로-IF 동작을 가능하게 한다. 이는 필터의 교차 연결을 분리시키는 대안이지만, 속도가 저하되고 보다 많은 회로를 필요로 하여 비용이 더욱 높아질 수 있다는 단점을 갖는다. 다른 대안으로서는 교차 연결과 연계하여 선택 모드 시 하위 국부 발진기 주파수(a lower local oscillator)를 사용하는 것으로, 두개의 안테나로부터의 신호는 선택 모드에 있을 때 두개의 로우 패스 필터의 대역폭 내에서 최적으로 통과하게 된다. 수신 모드 동안, 보다 높은 중간 주파수는 보다 높은 국부 발진기 주파수와 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예의 추가의 특징은, 상기 제어기가 필터에 앞서 채널 신호를 사용하여 그 각각의 신호에 대해 로우 패스 필터링을 적용하여 신호 품질을 결정하도록 배열된다는 것이다. 이러한 것은 교차 연결을 분리하는 또다른 대안이지만, 보다 많은 회로를 필요로 하는 단점을 갖는다.

일부 실시예의 추가의 특징은, 수신기가 하나 이상의 집적 회로로 구성된다는 것이다.

본 발명의 다른 특징은, 안테나와, 상기 안테나에 연결된 선행 청구항의 수신기와, 상기 수신기에 연결되어 수신기에 의해 수신되는 데이터를 처리하는 프로세서를 포함하는 모바일 단말기를 제공하는 것이다. 이는 수신기 컴포넌트 단독의 가치보다는 가치가 매우 큰 보다 우수한 단말기를 제공하도록 하는 이점이 제공되므로 명시적으로 청구되고 있다.

본 발명의 다른 특징은 그 단말기를 사용하여 통신 서비스를 제공하는 방법을 제공한다. 이는 다시 수신기 컴포넌트 단독의 가치보다는 가치가 매우 크게 부가되는 개선된 서비스를 제공하는 이점이 제공되므로 명시적으로 청구된다.

임의의 추가적인 특징은 본 발명의 임의의 특징과 함께 조합될 수 있는데, 이는 당업자에게는 명백할 것이다. 당업자에게는 다른 이점도 명백할 것으로, 특히 그 이점은 본 발명자에게 알려지지 않은 다른 종래 기술보다 우수하다.

본 발명의 실시예들은 첨부하는 도면을 참조하면서 일예를 통해 기술될 것이다.

도 1은 무선 링크 및 네트워크와 함께 사용하기 위한 수신기의 실시예를 도시한 도면이다.

도 2는 수신기의 동작을 도시한 도면이다.

도 3은 선택 모드일 경우 수신기의 실시예를 도시한 도면이다.

도 4는 선택 모드에서 스위칭가능한 다상 필터의 주파수 응답을 그래프로 도시한 도면이다.

도 5는 수신 모드일 경우 수신기의 실시예를 도시한 도면이다.

도 6은 수신 모드일 경우 다상 필터의 주파수 응답을 그래프로 도시한 도면이다.

도 7은 다상 필터의 예를 도시한 도면이다.

(도 1;네트워크에 연결된 수신기의 실시예)

도 1은 임의의 타입의 장치 내에 포함될 수 있는 다른 무선 단말기(3)에 무선 링크를 통해 연결되는 수신기(60)의 실시예를 도시한다. 이 링크는 블루투스 링크 타입일 수 있거나 다른 타입일 수 있다. 다른 단말기는 단독의 장치 내에 존재할 수 있거나 네트워크(90)에 연결될 수 있다. 하나의 특정 애플리케이션은 보이스 서비스(voice service) 혹은 정보 서비스와 같이, 네트워크를 통해 조작자에 의해 제공되는 통신 서비스에 관련된 데이터를 수신하는 것이다. 이 예에서의 수 신기는 모바일 단말기(70) 내에 포함되지만, 원칙적으로는 베이스 스테이션 내에 제공될 수 있다. 모바일 단말기는 공간적으로 다양한 수신을 위한 한 쌍의 안테나(1,2)를 포함한다. 사용자 인터페이스, 데이터 혹은 보이스 처리 기능부 등과 같은 모바일 단말기의 다른 부분은 부분(80)에 의해 제공된다. 수신기는 임의의 타입의 단말기에 적용될 수 있다. 전형적으로, 상기 수신기는 트랜시버 내에 포함될 수 있지만 송신기 부분은 명료화를 위해 도시되지 않는다.

수신기는 스위치 장치(10), I 및 Q 채널(20,30) 및 다이버시티 제어기(50)를 포함한다. 선택적으로, 채널의 베이스밴드 처리와 같이, 도시되지 않은 수신기의 다른 부분들이 존재한다. 수신기의 특징은 두개의 채널(통상 I 및 Q)이 통상의 수신을 위해 요구되지만 각각의 채널에는 신호 품질 측정 및 비교 기간 동안 상이한 신호가 제공될 수 있다. 스위치는 하나의 안테나가 수신 모드에서 모든 채널에 연결되도록 안테나를 연결시킨다. 선택 모드에서, 각각의 안테나로부터의 신호는 각각의 신호 품질이 동시에 측정되어 비교되도록 별도로 처리된다. 보다 나은 품질을 갖는 안테나는 수신 모드에 사용된다. 다이버시티 제어기는 특히 모바일 단말기가 이동하는 경우 수신 조건이 변화하게 되면 선택을 갱신하기에 충분한 선택 모드로 진입하게 된다. 이러한 것은 각각의 패킷에 앞서 혹은 가령 패킷의 시퀀스에 앞서 반복될 수 있다.

수신 모드에서 사용되는 동일한 I 및 Q 채널은 스위칭되어 도시된 바와 같이 신호 품질 측정치를 획득하도록 신호를 처리하는데 사용될 수 있다. 대안으로서, 원칙적으로는 이중 채널이 사용될 수 있지만 이는 회로와 비용을 추가하게 될 것이 다. 수신기는 집적 회로로 구현될 수 있다.

(도 2; 수신기 동작)

도 2는 도 1의 수신기의 동작의 단계를 도시한 도면이다. 좌측 열에서, 안테나에서의 신호의 상태가 도시된다. 중앙 열에서, 스위칭 장치의 상태가 도시된다. 우측 열에서, 다이버시티 제어기의 동작이 도시된다. 제 1 행에서, 수신된 신호는 비변조된 캐리어 신호이거나 다른 원하지 않은 신호이거나 원하는 신호들 간의 신호이다. 다이버시티 제어기는 스위치 장치를 제어하여 상이한 채널에 상이한 안테나 신호를 제공하도록 동작한다. 상기 제어기는 신호를 측정하여 신호 품질을 비교한다. 이러한 측정은 결정이 평균 품질에 기반을 두는 시간 동안 수행되어 후속의 원하는 신호를 수신하는데 어떠한 안테나를 사용할 것인지에 관한 결정에 도달하게 된다. 원하는 신호는 도 2의 제 2 열에 도시된 바와 같은 프리앰블에 의해 처리될 수 있다. 여하튼 프리앰블 이전이나 프리앰블 동안, 신호 품질 측정이 행해진 후, 그 제어기는 선택 모드에서 수신 모드로 모드를 변경한다. 프리앰블은 타이밍 동기 및 수신기에서의 원하는 신호 인식을 목적으로 수신 신호의 정보 부분에 앞서는 수신 신호의 시퀀스로서 정의될 수 있다.

제 2 열에 도시된 바와 같은 스위치 장치는 이전의 선택 모드의 결과로서 선택된 하나의 안테나가 모든 채널에 연결되도록 변경된다. 프리앰블은 공기 인터페이스 표준(air interface standard)에 따라 복조된 신호의 실제 신호 세기가 측정될 수 있도록 충분한 시간을 제공할 수 있다. 이는 블루투스 혹은 다른 무선 스펙 에서 정의되는 바와 같은 RSSI 단위로 측정될 수 있거나, 다른 임의의 신호 세기의 측정치가 다이버시티 제어기를 구동하는데 사용될 수 있거나 원한다면 원하는 RSSI 포맷으로 변환될 수 있다. 선택적으로, 이는 제어기에 의해 수행될 수 있으며, 임계치와 비교된다. 만약 너무 낮다면, 제어기는 원하는 신호가 도달하기 전에 다른 안테나로의 스위칭을 시도할 수 있다. 제 3 열은 안테나에 도달하는 통신 서비스에 관한 데이터 패킷의 형태의 원하는 신호를 나타낸다. 다이버시티 제어기는 수신기가 수신될 패킷의 모든 비트를 수신하는 것에 맞추어 수신 모드에 있게 된다. 스위치 장치는 선택된 안테나를 모든 채널에 연결하도록 세트된다. 패킷이나 패킷의 스트링 이후, 제어기는 선택 모드로 복귀할 수 있다.

(도 3 및 4; 선택 모드에서의 수신기의 실시예)

도 3에는 선택 모드에서의 수신기의 실시예의 개략적인 블럭도가 도시된다. 이 실시예는 수신 모드일 경우 도 5에 대응하는 참조 부호를 사용하여 도시된다. 수신기는 도 1의 수신기의 예이거나 다른 수신기일 수 있다. 무선 주파수(RF) 신호는 제 1 및 제 2 안테나(100,110)에 의해 수신되어 안테나 필터(120,130)를 통해 전달되고 각각의 로우 노이즈 증폭기(LNA)(170,160)에 의해 증폭된다. 이 단계에서, RF 신호는 원하는 신호를 포함하는 제 1 주파수 대역을 포함하는 반면, 제 2 및 제 3 주파수 대역은 원하지 않는 인접 채널 신호를 포함한다.

LNA의 출력은 수신된 신호 품질을 비교하는 다이버시티 제어기(DC)(230)에 의해 제어되는 제 1 및 제 2 양방향 스위치(180,190)의 형태의 스위칭 장치를 통해 직교 관련 혼합기(220,210)에 연결된다. 상기 DC는 또한 LNA에 연결되어, 수신 모드에서 미사용되는 임의의 LNA로의 전력을 스위칭 오프시킨다. 모든 스위치가 도 5에 도시되는 바와 같이 "상부" 위치에 있을 때, 수신기는 종래의 로우-IF 수신기와 동일한 방식으로 동작하여 제 1 안테나로부터 신호를 수신하고 처리한다. 마찬가지로, 모든 스위치가 "하부" 위치에 있을 때, 제 2 안테나로부터만 신호가 수신된다. 두개의 안테나가 도시되지만, 가령 다중 비교를 수행하기 위한 다중 방식 스위치 및 보다 복잡한 DC와 함께 2개 이상의 안테나를 사용할 수가 있다.

직교 관련 혼합기의 쌍에는 각각 동위상(I) 및 직교(Q) 국부 발진기(LO) 신호가 공급된다. LO 신호는 전압 제어 발진기(VCO)(200)에 의해 생성되고, 안정한 기준 신호원(140)을 갖는 주파수 합성기(SYN)(150)에 의해 구동된다. LO 신호는 원하는 신호를 포함하는 주파수 대역의 중심으로부터 오프셋되고, 그에 따라 혼합기는 신호를 중간 주파수와 혼합한다. 이 신호들은 원하는 신호를 포함하는 주파수 대역을 가지며, 위와 아래의 다른 주파수 대역은 인접한 채널 신호를 포함한다.

I 및 Q 혼합기로부터의 출력 신호는 IF 증폭기(250,240)에 의해 증폭되고, 다상 I 및 Q 채널 필터(260)에 의해 필터링된다. 이러한 필터는 수신 모드에서 채널 필터로서 동작하며, 선택 모드에서는 한 쌍의 로우 패스 필터로서 동작한다. 다상 필터는 도 6에 도시된 바와 같이, 낮은 중간 주파수 근처에서 중심을 갖는 비대칭성 주파수 응답을 갖는 복합 능동 필터이다. 그것은, 단지 수신된 신호를 ac 연결하는 캐패시터를 배치함으로써 복조기의 출력에서 원하지 않는 DC 오프셋을 차단하는 로우-IF 수신기에 사용될 경우에 유용하다. 이는 통상적으로 제로-IF 수신 기에서 DC 리셋 회로보다는 구현이 더욱 더 용이하다(혹은 DC 오프셋을 허용하는 것보다 더 양호하다). 다상 필터는 전형적으로 도 7에 도시된 바와 같이 연산 증폭기 및 저항으로 혹은 자이레이터 및 캐패시터로 구현된다. 모든 경우에, 다상 필터는 각각의 I 및 Q 경로의 실제 로우 패스 필터로 구성되며, 또한 I 내지 Q 및 Q 내지 I를 교차 연결하기 위한 컴포넌트로 구성된다. 이는 두개의 실제의 로우 패스 필터의 사이즈를 단복보다 배가시킨다. 원하는 IF에 대한 주파수 응답을 시프트하는 것은 교차 연결이다. 만약 교차 연결이 도 4에 도시된 바와 같이 분리되거나 파워 다운된다면, 패스 밴드의 중심 주파수는 제로-IF로 시프트하며, 대역폭은 아래에 기술되는 바와 같이 변경되지 않는다면 동일하게 유지된다.

제 1 스위치(180)가 "상부" 위치에 있고 제 2 스위치(190)가 "하부" 위치에 있을 때 동시적인 신호 품질 측정(혹은 비교)이 행해질 수 있다. 제 1 안테나로부터의 신호는 I 혼합기(220)로 공급되고 아래의 IF 주파수와 혼합되고 필터링된다. 최종의 신호는 복조되지 않지만, 유효 신호 세기 측정치가 여전히 취해질 수 있다. 마찬가지로, 제 2 안테나로부터의 신호는 Q 혼합기(210)로 공급되며 필터링 이후에 측정된 세기를 가질 수 있다. 제 1 안테나로부터의 신호가 동위상 LO 신호와 혼합되고 제 2 안테나로부터의 신호가 직교 LO 신호와 혼합된다는 사실은 중요한 것이 아닌데, 그 이유는 측정된 신호 세기에 대한 영향을 미치지 않기 때문이다.

다이버시티 제어기는 두개의 안테나로부터의 신호 품질을 송신되는 데이터 내의 프리앰블 이전에 비교하고 그 데이터의 나머지를 위해 어떠한 안테나가 사용되는지를 결정할 수 있다. 선택 모드에서 수신 모드로의 모드 변경의 타이밍은 공 기 인터페이스 표준에 따른 사전결정된 기간에 따라 세트될 수 있다. 블루투스의 경우, 수신기는 소정의 허용오차 내에서 패킷을 언제 기대하는지와 패킷에 앞서 프리앰블의 지속기간을 알고 있다. 이러한 타이밍은 DC에 의해 모니터링된다. 만약 비교가 제시간에 완료되지 않으면, DC는 프리앰블 내로 선택 모드를 지속하는 것을 선택할 수 있다.

일반적으로 프리앰블 이전에 수신된 신호는 전형적으로 프리앰블보다 훨씬 더 길며, 아마도 패킷보다도 더 길며, 적어도 블루투스 신호에 대한 것이다. 이는 송신 국부 발진기를 허용된 오차 내의 원하는 주파수로 고정하는데 장시간이 소요되며 수신기 내의 전력 증폭기를 파워업하게 되면 국부 발진기는 오프 주파수로 되기 때문으로서, LO는 동조될 필요는 있지만 PA는 온 주파수로 되며 결과적으로 이러한 시간 동안 무언가를 송신하며 수신기는 그 신호를 볼 수 있다.

(도 5 및 6; 수신 모드에서의 수신기의 실시예)

도 5는 수신 모드에 있을 때 도 3의 것과 동일한 실시예를 도시한다. 안테나로부터의 신호의 비교가 완료되고 결정이 이루어지면, DC는 도 5에 도시된 바와 같이 수신 모드로 진입하고, 그에 따라 스위치를 세트하고, 다상 필터를 제어하여, 수신기는 통상의 로우-IF 수신기로서 동작하게 된다. DC는 또한 미사용되는 안테나에 연결된 LNA가 데이터 수신 동안 스위치 오프되도록 LNA를 제어하여 수신기 전력 소비를 최소화한다. DC의 기능은 종래의 회로에서 수신기의 다른 부분과 동일한 집적 회로 상에서 아날로그 및 디지털 부분으로 구현된다.

수신 모드에서, 다상 필터로부터의 출력 신호는, I 및 Q 단일-비트 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(330,320)에 의해 디지털 신호로 변환되기 전에 캐패시터(290,280)에 의해 I 및 Q 리미터(300,310)에 연결된다. 리미터는 ADC에 대한 입력에 앞서 진폭 정보를 제거한다. 디지털 신호는 다음에 베이스밴드 처리 블럭(BB)(340)으로 전달되어 복조된다. 스펙트럼 폴딩(spectrum folding)의 효과는 I 및 Q의 채널을 사용한 베이스벤드 처리에 의해 제거될 수 있다.

종래의 로우-IF 수신기와 비교하여, 도시된 실시예의 수신기는 단지 소량의 여분의 회로(도시된 실시예에서의 하나의 LNA 및 두개의 스위치)만을 필요로 하며 특히 여분의 LNA가 위에서 제안한 바대로 데이터 수신 동안 스위칭 오프된다면 수신기의 전력 소비를 단지 소량으로 증가시킨다.

수신기에 대한 대안의 구조는 가령 고안가능하며, 신호는 복조되어 베이스밴드부로 전달된다. 리미터, ac 연결 및 ADC와 같은 부분은 모두 원하는 구현예에 따라 선택가능하다.

(도 7; 다상 필터)

도 7은 전술한 실시예 및 다른 실시예에 사용하기 위한 다상 필터의 예이다. 그 다상 필터는 자이레이터 및 캐패시터를 사용하는 두개의 로우 패스 필터 장치로부터 형성되는데, 그 장치들 간에 교차 연결을 갖는다. 자이레이터는 인덕턴스를 시뮬레이팅하기 위해 널리 알려져 있으며, 그리고 트랜지스터 및 캐패시터로 구성되는데, 그것은 인덕터와는 달리 집적 회로 내에서 용이하게 형성될 수 있다. 이 러한 예에서, 각각의 로우 패스 필터 장치는 각각의 자이레이터의 입력에 걸쳐 병렬 연결된 캐패시터(450)를 갖는 자이레이터(400)의 체인으로부터 형성된다. 교차 연결은 다른 장치인 경우 그 체인 내의 대응 부분과 각각의 자이레이터의 입력을 연결하는 링크에 의해 제공된다. 또다른 자이레이터(420)는 각각의 교차 연결 링크 내에 제공된다. 각각의 체인의 입력은 신호원(430)과 입력 임피던스(440)를 나타낸다. 체인의 길이는 확립된 원리를 따르는 원하는 필터 특성에 따라 선택될 수 있다. 다상 필터를 스위칭가능하게 하기 위해, 교차 연결을 억제하기 위한 메카니즘이 제공된다. 이는 간단히 교차 연결 내에서 자이레이터(420)에 대한 전력 공급을 감소시키거나 제거함으로써 달성되거나 혹은 링크 내의 스위치 같은 다른 수단에 의해 달성될 수 있다.

필터의 주파수 응답은 전술한 바와 같이 도 4 및 도 6에 도시된다. 하나의 다른 개선점은 선택 모드를 위한 통과 대역을 넓게 하기 위해 주파수 응답을 변경하는 것이다. 이는 프리앰블 이전의 신호가 상수 "1"로 변조되는 것과 같이 극단적인 경우의 문제를 다루는데 유용하다. 이것은 현재의 로우 패스 필터의 대역을 제거할 수 있으며, 결과적으로 세기가 감소되고 그에 따라 측정치는 덜 정확해질 것이다. 모든 안테나에 대해 동일한 현상이 발생함에 따라, 비교는 여전히 유효할 것이다. 또한, 측정가능한 RSSI는 유용하게 복조될 수 있는 신호 레벨 훨씬 아래에 있으며, 따라서 비록 가령 16dB만큼 감소되더라도, 여전히 측정에는 충분하다. 그럼에도 불구하고, 필터의 대역폭을 넓게 할 뿐만 아니라 선택 모드에서 로우 패스시킴으로써, 이 문제를 방지할 수 있다. 전형적으로, 대역폭을 변화시키기 위한 준비가 내부에 마련되어 그 대역폭은 프로세스 스프레드를 위해 최적으로 동조가능하게 된다. 이는 필터의 내부 혹은 외부의 컴포넌트를 스위칭하고 다음에 확립된 설계 원칙에 따라 행해진다.

(다른 변형 및 결론)

수신기 설계에 관한 변동이 가능하다. 가령, 리미터는 제거될 수 있으며, 단일-비트 ADC는 멀티-비트 ADC에 의해 대체되어 수신기의 디지털 부분으로부터 직접 신호 세기 측정이 행해지게 된다. 위에서 개시되는 실시예는 직접 변환 수신기로서, RF 신호는 아래의 중간 주파수에 직접 혼합된다. 그러나, 본 발명은 2-단계 다운-변환을 이용하는 것과 같은 다른 로우-IF 아키텍처에 적용가능하다. 체인의 채널은 도시된 엘리먼트의 체인의 모두 혹은 도시된 그 부분에 의해 구현될 수 있다.

실시예들은 블루투스 스펙을 참조하여 기술되었지만, 가령 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System), GSM(Global System for Mobile communications) 혹은 DECT와 같이 안테나 다이버시티가 사용될 수 있는 다른 통신 시스템에 적용가능하다는 것이 명백할 것이다.

기술된 다상 필터에서의 하나의 실제 발생가능한 단점은 두개의 로우-패스 필터로서 동작하도록 스위칭될 때 그것은 네가티브 인접 채널에서 더 이상 간섭 신호를 제거하지 않는다는 것이다. 만약 네가티브 인접 신호가 존재한다면 안테나 선택은 원하는 신호와 간섭 신호의 조합에 기반할 것이다. 만약 간섭 신호의 세기 가 원하는 신호보다 훨씬 더 세다면, 그 원하는 신호에 대한 최상의 안테나는 간섭자(interferer)의 RSSI를 평가함으로써 선택될 것이며 따라서 고장이 발생할 수 있다. 일반적으로 간섭자는 변조될 것이며, 원하는 신호는 변조되지 않으며, 따라서 간섭자는 그 세기가 필터에 의해 원하는 신호의 세기보다 더 감소될 것이다. 79개의 블루투스 채널이 주어지는 경우 블루투스 수신기에 문제를 일으킬 간섭자의 가능성은 낮으며, 발생될 최악의 문제는 최적화되지 않은 안테나가 때때로 선택된다는 것이다. 블루투스에 대해 예상된 도달 시간은 ±10마이크로초만큼의 오차가 발생할 수 있으며 따라서 그 시스템은 (수신 모드에서, 즉 단일 안테나 IQ 모드에서)적어도 10마이크로초만큼 조기에 준비되어야 한다. 만약 강한 네가티브 인접 간섭자로 인한 고장난 안테나가 선택되었고, 그리고나서 원하는 신호를 적절히 수신할 경우, 측정된 RSSI는 강하될 것이다. 만약 RSSI가 감지 레벨 아래로 강하된다면, 그 신호는 수신될 수 없다. 만약 블루투스 신호가 조기에 도달하지 않고 RSSI를 측정할 시간이 여전히 존재하고 그리고 그것이 너무 낮지 않다면, 다른 안테나로의 스위칭이 더 바람직할 것이다. 이러한 개선은 간섭 문제를 경감시키는데 도움을 줄 수가 있다.

추가의 옵션은 '수동 다상 필터'이다. 이는 또다른 타입의 다상 필터로서 전류를 사용하지 않는 단지 수동 컴포넌트만을 사용한다. 그것은 로우-패스 주파수 응답을 갖지 않는다. 대신, 그것은 네가티브 주파수를 제거하며 모든 포지티브 주파수를 전달한다. 따라서, 만약 선택 혹은 수신 모드에서 임의의 상이한 것을 수행하지 않고도 능동 다상 필터의 전 혹은 후의 수동 다상 필터를 통해 신호가 전 달된다면, 그것은 (아마도 열악한 IQ 불균형으로부터 발생하는 이미지를 감소시키는데 도움을 주는 것을 제외하고는) 수신 모드에서는 영향을 미지지 않고, 선택 모드에서는 그것은 네가티브 인접 채널을 거절하고, 강한 네가티브 인접 간섭자에 기반하여 안테나 선택을 행하는 문제를 제거할 것이다. 그것은 이를 구현하는데 보다 많은 회로를 필요로 하지만, 적어도 여분의 전류를 필요로 하지는 않는다.

기술된 바와 같이, 안테나 다이버시티 수신기는 로우-IF 수신 모드와 다이버시티 선택 모드를 가지며, 그리고 수신 모드시에 안테나들 중의 하나의 안테나를 IF 채널에 연결하며 그리고 선택 모드시에 각각의 채널을 안테나들 중의 상이한 것에 연결하는 스위치 장치를 갖는다. 다이버시티 제어기는 선택 모드 시에 상이한 안테나로부터 동시에 수신되는 신호의 품질을 비교하며 보다 나은 안테나를 사용하여 수신 모드시에 스위치 장치를 제어한다. 품질 측정은 원하는 신호에 대한 프리앰블이 수신되기 전에 캐리어의 수신 동안 수행되고, 그에 따라 보다 나은 신호 품질 측정치를 얻고 시간 경과에 따른 보다 나은 평균화를 가능하게 하는데 있어 시간은 충분하다. 채널들은 그 사이에 스위칭가능한 교차 연결을 갖는 다상 필터를 가지며, 그에 따라 다상 필터는 선택 모드시에 두개의 독립적인 로우 패스 필터로서 동작하게 된다. 본 발명의 영역 내의 다른 변형 및 예는 당업자에게 명백한 것이다.

Claims (15)

1. 두 개 이상의 안테나와 함께 사용하며 로우-IF 수신 모드 및 다이버시티 선택 모드로 동작하도록 구성된 안테나 다이버시티 수신기로서,

   IF 채널들과,

   상기 로우-IF 수신 모드에 있을 때 상기 두 개 이상의 안테나 중의 하나를 상기 IF 채널들에 연결하도록 선택하기 위한 스위치 장치와,

   상기 다이버시티 선택 모드 동안에 상이한 안테나들로부터 동시에 수신되는 신호들의 품질을 비교하고, 그 비교값에 따라 상기 로우-IF 수신 모드에서 상기 스위치 장치에 의한 상기 선택을 제어하는 다이버시티 제어기를 포함하며,

   상기 안테나 다이버시티 수신기는 원하는 신호에 대한 프리앰블이 수신되기 전 캐리어의 수신 동안 상기 다이버시티 선택 모드에서 동작하도록 구성되는

   안테나 다이버시티 수신기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 IF 채널들은, IF 채널들 간에 교차 연결을 가져 상기 로우-IF 수신 모드에서 비대칭적으로 필터링된 채널 신호들을 출력하기 위한 복합 필터를 가지며, 상기 다이버시티 제어기는 상기 다이버시티 선택 모드시의 비교를 위해, 상기 IF 채널들간의 연결이 없이도 독립의 로우 패스 필터링된 채널 신호를 사용하도록 구성된

   안테나 다이버시티 수신기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 복합 필터는 상기 IF 채널들 간에 제어가능한 교차 연결을 가지면서 로우-IF가 중심이 되는 비대칭적 주파수 응답을 갖는 복합 필터 형태의 다상 필터이며, 상기 다이버시티 제어기는 상기 다이버시티 선택 모드 동안 억제되는 교차 연결을 갖는 다상 필터의 출력을 사용하도록 구성되는

   안테나 다이버시티 수신기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이버시티 제어기는 상기 로우-IF 수신 모드에서 상기 선택된 안테나로부터 수신되는 신호의 신호 품질을 측정하여 상기 다이버시티 선택 모드에서 비변조된 캐리어 상에서 행해진 측정을 확인하도록 구성되는

   안테나 다이버시티 수신기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 다이버시티 제어기는, 상기 로우-IF 수신 모드에서의 신호 품질이 임계치 미만이라면 상기 스위칭 장치로 하여금 상기 두 개 이상의 안테나 중 또다른 안테나를 상기 IF 채널들에 연결하기를 선택하게 하도록 구성되는

   안테나 다이버시티 수신기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 다상 필터의 통과 대역은 상기 다이버시티 선택 모드 동안 넓어지는

   안테나 다이버시티 수신기.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 다이버시티 제어기는 사전결정된 시간 간격에 따라 상기 다이버시티 선택 모드와 상기 로우-IF 수신 모드 간의 스위칭을 제어하도록 구성되는

   안테나 다이버시티 수신기.
8. 제 1 항에 있어서,

   블루투스 표준과 호환 가능한

   안테나 다이버시티 수신기.
9. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 또는 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 다이버시티 제어기는 각각의 신호에 대한 수신된 신호 세기 표시(RSSI)를 결정하도록 구성되는

   안테나 다이버시티 수신기.
10. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 또는 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    각각의 안테나로부터의 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하되,

    상기 안테나 다이버시티 수신기는 상기 로우-IF 수신 모드에서 상기 두 개 이상의 안테나 중의 미사용된 안테나들에 대응하는 증폭기들을 스위칭 오프시키도록 구성되는

    안테나 다이버시티 수신기.
11. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 또는 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 안테나로부터의 신호를 직교 혼합하기 위한 국부 발진기를 포함하며, 상기 국부 발진기는 제로-IF 동작을 가능하게 하도록 상기 다이버시티 선택 모드 동안 상이한 주파수를 가지도록 구성되는

    안테나 다이버시티 수신기.
12. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 다이버시티 제어기는 상기 복합 필터 전의 상기 채널 신호를 사용하며 신호 품질을 결정하기 위해 그 채널 신호의 각각에 대해 로우 패스 필터링을 적용하도록 구성되는

    안테나 다이버시티 수신기.
13. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 또는 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    하나 이상의 집적 회로로서 구현되는

    안테나 다이버시티 수신기.
14. 두 개 이상의 안테나와,

    상기 안테나에 연결된 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 또는 제 8 항 중의 어느 한 항의 안테나 다이버시티 수신기와,

    상기 안테나 다이버시티 수신기에 연결되어 상기 안테나 다이버시티 수신기에 의해 수신되는 데이터를 처리하기 위한 프로세서를 포함하는

    모바일 단말기.
15. 두 개 이상의 안테나 및 안테나 다이버시티 수신기를 구비한 이동 단말기를 이용하여 통신하는 방법으로서,

    상기 안테나 다이버시티 수신기는 로우-IF 수신 모드 및 다이버시티 선택 모드에서 동작하도록 구성되고,

    상기 방법은,

    상기 로우-IF 수신 모드에 있을 때 상기 두 개 이상의 안테나 중 하나의 안테나로부터 수신된 신호를 상기 안테나 다이버시티 수신기의 IF 채널에 전송하도록 스위칭 장치에 의해 선택하는 단계와,

    다이버시티 제어기에 의해, 상기 다이버시티 선택 모드 동안 상이한 안테나들로부터 동시에 수신된 신호들의 품질을 비교하고, 그 비교값에 따라 상기 로우-IF 수신 모드에서 상기 스위치 장치에 의한 선택을 제어하는 단계를 포함하되,

    상기 안테나 다이버시티 수신기는 원하는 신호에 대한 프리앰블이 수신되기 전 캐리어의 수신 동안 상기 다이버시티 선택 모드에서 동작하는

    통신 방법.

Images