KR101249870B1 - 통신 시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 신호 송수신을 위해 시분할 듀플렉싱 방식과 주파수 분할 듀플렉싱 방식에 상응하는 신호를 송신 및 수신하는 송수신부와, 안테나를 통해 신호를 송수신하고, 송신 신호와 수신 신호를 분기하는 듀플렉서와, 상기 송수신부와 상기 듀플렉서를 연결하고, 상기 신호 송수신 장치에서 사용하는 신호 송수신 방식에 따라 송신 신호와 수신 신호의 경로를 제어하는 스위치부를 포함한다. 여기서 상기 스위치부는 각 신호 송수신 경로에 구성된 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 상기 스위치들을 제어하는 스위치 제어부를 통해 각 신호 송수신 경로에 구성된 상기 스위치의 제어를 수행하는 스위치 제어부를 포함한다.

시간 분할 듀플렉싱, 주파수 분할 듀플렉싱, 스위치, 스위치 제어부

Description

통신 시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHO FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 시분할 듀플렉싱(TDD: Time Division Duplexing) 방식을 사용하는 신호 송수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 일반적인 무선 통신 시스템에서 주파수 분할 듀플렉싱(FDD: Frequency Division Duplexing) 방식을 사용하는 신호 송수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송수신 장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 50ohm 접지에 따른 주파수 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에서 시분할 듀플렉싱(TDD: Time Division Duplexing, 이하 'TDD'라 칭하기로 한다) 방식과 주파수 분할 듀플렉싱(FDD: Frequency Division Duplexing, 이하 'FDD'라 칭하기로 한다) 방식을 동시에 적용한 신호 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 무선 통신 시스템에서는 듀플렉싱(duplexing) 방식을 사용한다. 이와 같은 듀플렉싱 방식은 크게 시간을 기준으로 신호의 송수신을 듀플렉싱하는 TDD 방식과 주파수를 기준으로 신호의 송수신을 듀플렉싱하는 FDD 방식으로 구분된다.

상기 TDD 방식은 시간을 사용하는 듀플렉싱 방식이다. 따라서 상기 TDD 방식을 사용하는 경우 신호의 송신과 신호의 수신에 사용되는 주파수는 동일하기 때문에 상기 신호를 송신하는 송신 시구간과 상기 신호를 수신하는 수신 시구간을 미리 구분하여 놓고, 상기 송신 시구간에서는 신호의 송신만을 수행하고 상기 수신 시구간에서는 신호의 수신만을 수행한다.

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 TDD 방식을 사용하는 신호 송수신 장치의 구조를 개략적으로 보이고 있다.

도 1을 참조하면, TDD 방식을 사용하는 신호 송수신 장치의 신호 송수신부는 신호의 송신을 담당하는 송신부와 신호의 수신을 담당하는 수신부로 구분할 수 있다. 이에 상기 신호 송수신 장치는 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)(101), 스위칭부(103), 대역 통과 필터(BPF: Band Pass Filter)(105), 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(107)를 포함한다.

상기 전력 증폭기(101)는 기저대역으로부터 무선 처리를 수행한 신호들을 입력으로 하고, 상기 입력된 신호를 증폭하여 출력한다. 따라서 상기 전력 증폭기(101)에 의해 출력되는 신호는 안테나를 통해 송신하기 위한 충분한 전력을 가진다.

상기 저잡음 증폭기(107)는 안테나를 통해 수신되는 신호를 입력으로 하고, 입력 신호에 포함된 무선 채널 상의 잡음이 증폭되는 것을 억제하면서 상기 입력 신호에 대한 증폭을 수행한다.

상기 대역 통과 필터(105)는 사기 전력 증폭되어 제공되는 신호로부터 송신을 원하는 주파수 대역의 신호만을 안테나로 출력하거나, 안테나를 통해 수신되는 수신 신호에서 수신을 원하는 주파수 대역의 신호만을 출력한다. 상기 TDD 방식의 송수신기는 동일 주파수 대역을 사용함에 따라서 송수신용 대역 필터 즉, 대역 통과 필터(105)를 하나만 사용하였다.

상기 스위치부(103)는 상기 전력 증폭기(101)에 의해 출력되는 신호를 상기 대역 통과 필터(105)로 전달하거나 상기 대역 통과 필터(105)로부터 출력되는 신호를 상기 저잡음 증폭기(107)로 전달한다.

상기 FDD 방식은 상기 TDD 방식과 달리 시간을 사용하는 것이 아니라 신호의 송수신에 서로 상이한 주파수를 사용하여 듀플렉싱 되는 방식이다.

도 2는 일반적인 무선 통신 시스템에서 TDD 방식을 사용하는 신호 송수신 장치의 구조를 개략적으로 보이고 있다.

도 2를 참조하면, FDD 방식을 사용하는 신호 송수신 장치 또한 신호의 송신을 담당하는 송신부와 신호의 수신을 담당하는 수신부로 구분할 수 있다.

이에 상기 신호 송수신 장치는 전력 증폭기(201), 듀플렉서(205), 저잡음 증폭기(203)를 포함한다.

상기 전력 증폭기(201)는 기저대역으로부터 무선 처리를 수행한 신호를 입력으로 하고, 상기 입력 받은 수신 신호를 안테나를 통해 송신하기 위해 충분한 전력을 가지도록 상기 수시 신호의 전력을 증폭한다.

상기 저잡음 증폭기(203)는 안테나를 통해 수신되는 신호를 입력으로 하고, 상기 입력 신호에 포함된 무선 채널 상의 잡음이 증폭되는 것을 억제하면서 상기 입력 신호를 증폭한다.

상기 듀플렉서(205)는 하나의 안테나를 송신부와 수신부가 함께 사용하면서 송신 신호와 수신 신호를 분기하는 역할을 수행한다. 상기 듀플렉서(205)는 송신과 수신에 따른 송수신 주파수 대역이 다르므로 각 송수신 경로 구분을 위해서 내부에 송신 대역 통과 필터(Tx BPF)(207)와 수신 대역 통과 필터(Rx BPF)(209)를 포함한다.

상기한 바와 같이 TDD 방식과 FDD 방식은 신호를 송수신하기 위한 송수신기의 구조가 서로 상이하다. 또한 상기 TDD 방식과 FDD 방식을 사용하는 신호 송수신기들 상호간에 통신을 수행하기 위해서는 각 신호 송수신기에서 하드웨어 구조가 변경되어야만 통신이 가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 시분할 듀플렉싱 방식 또는 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 모두 지원하는 신호 송수신 장치 및 방법을 제안함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 신호 송수신 장치는, 안테나와, 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호로부터 원하는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 두 개의 대역 통과 필터를 구비하여 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 분기하는 듀플렉서와, 상기 듀플렉서에 구비된 두 개의 대역 통과 필터 각각과 송신부에 구비된 전력 증폭기 및 수신부에 구비된 저잡음 증폭기 간의 송신 경로들과 수신 경로들 중 신호 송수신을 위해 사용할 하나의 송신 경로와 하나의 수신 경로를 설정하는 스위치부와, 사용할 신호 송수신 방식을 고려하여 상기 하나의 송신 경로와 상기 하나의 수신 경로를 설정하도록 상기 스위치부를 제어하는 스위치 제어부를 포함하며,
상기 스위치 제어부는,
상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식인 경우, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 수신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 상기 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 수신 경로 중 하나의 수신 경로를 선택하고, 상기 선택한 수신 경로의 설정을 위해 상기 스위치부를 제어하며, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 송신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 상기 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 송신 경로 중 하나의 송신 경로를 선택하고, 상기 선택한 송신 경로의 설정을 위해 상기 스위치부를 제어함을 특징으로 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 안테나와 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호로부터 원하는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 두 개의 대역 통과 필터를 구비하여 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 분기하는 듀플렉서를 포함하는 신호 송수신 장치에서의 신호 송수신 방법은, 사용할 신호 송수신 방식을 고려하여 상기 듀플렉서에 구비된 두 개의 대역 통과 필터 각각과 송신부에 구비된 전력 증폭기 및 수신부에 구비된 저잡음 증폭기 간의 송신 경로들과 수신 경로들 중 하나의 송신 경로와 하나의 수신 경로를 선택하는 과정과, 상기 사용할 신호 송수신 방식을 기반으로 상기 선택한 하나의 송신 경로를 통해 신호를 송신하고, 상기 선택한 하나의 수신 경로를 통해 신호를 수신하는 과정을 포함하며,
여기서, 상기 선택하는 과정은,
상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식인지를 판단하는 과정과, 상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식이라 판단될 시, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 수신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 수신 경로 중 하나의 수신 경로를 선택하고, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 송신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 상기 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 송신 경로 중 하나의 송신 경로를 선택하는 과정과, 상기 선택한 수신 경로와 상기 선택한 송신 경로를 설정하는 과정을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 TDD 방식과 FDD 방식을 모두 사용하는 신호 송수신 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에서는 상기 신호 송수신 방식에 따라서 신호 송수신부와, 듀플렉서, 상기 신호 송수신부와 듀플렉서 사이에 위치한 스위치부의 구성을 통해 TDD 방식과 FDD 방식을 모두 지원하는 신호 송수신 장치를 제안한다. 더욱이 본 발명에서 사용되는 신호 송수신 장치는 광대역 특성이 지원이 가능하도록 구성한 신호 송수신 장치를 제안한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 신호 송수신 장치는 TDD 방식과 FDD 방식의 동시 지원을 일 예로 설명하기로 하며, 상기한 TDD 방식과 FDD 방식의 동시 적용이 가능한 시스템의 신호 송수신장치에 적용되어 사용될 수 있음은 물론이다.

도 3에서는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 신호 송수신 장치의 구조를 개략적으로 보이고 있다.

도 3을 참조하면, 송수신 장치는 신호 송수신부(300), 스위치부(350), 듀플렉서(370)를 포함한다.

상기 신호 송수신부(300)는 신호의 송신을 담당하는 송신부와 신호의 수신을 담당하는 수신부로 구분할 수 있다. 상기 송신부는 송신 신호 처리를 통해 신호의 송신을 수행하고, 상기 신호 수신부는 수신 신호 처리를 통해 신호의 수신을 수행한다.

이에 상기 송신부는 일 예로 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)(310)를 포함하고, 상기 수신부는 일 예로 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(330)를 포함한다.

그리고 상기 듀플렉서(370)는 하나의 안테나를 송신부와 수신부가 함께 사용하면서 송신 신호와 수신 신호를 분기하는 역할을 수행한다. 상기 듀플렉서(370)는 서로 다른 주파수 대역을 필터링하는 제 1 필터(371)와 제 2 필터(373)를 포함한다. 예컨대 상기 필터로는 대역 통과 필터(BPF: Band Path Filter)가 사용될 수 있다. 이 경우 상기 필터는 신호의 송수신 동작에 따라서 특정 주파수 대역의 신호를 필터링한다.

상기 스위치부(350)는 상기 신호 송수신부(300)와 상기 듀플렉서(370)사이에 연결된다. 즉 상기 스위치부(350)는 상기 전력 증폭기(310)과 연결된 제 1 포트, 상기 저잡음 증폭기(330)와 연결된 제 2 포트, 상기 제 1 필터(371)와 연결된 제 3 포트, 상기 제 2 필터(373)와 연결된 제 4 포트를 포함한다.

또한, 상기 스위치부(350)는 스위치 제어부(switch controller)(351), 제 1 서큘레이터(circulator)(353), 제 2 서큘레이터(359), 제 1 스위치(switch, SPDT 1)(355), 제 2 스위치(SPDT 2)(341), 제 3 스위치(SPST)(357)를 포함한다.

본 발명에서는 스위치를 사용하여 신호의 송수신 경로를 제어하며, 마이크로웨이브 모놀리식 집적 회로(MMIC: Microwave Monolithic integrated circuit)의 일종인 단일 폴 이중 쓰로우(SPDT: Single Pole Double Throw, 이하 'SPDT'라 칭하기로 한다) 스위치, 단일 폴 단일 쓰로우(SPST: Single Pole Single Throw, 이하 'SPST'라 칭하기로 한다) 스위치 또는 핀 다이오드(PIN diode)를 사용한다.

예컨대 상기 제 1 스위치(355)와 상기 제 2 스위치(341)은 SPDT 스위치를 사용하여 구현할 수 있으며, 상기 제 3 스위치(357)는 SPST 스위치 또는 핀 다이오드를 사용하여 구현할 수 있다. 특히, 상기 제 1 스위치(355)와 상기 제 2 스위치(341) 즉, 상기 SPDT 스위치는 신호가 송수신이 가능하도록 스위칭 동작을 수행하거나 특정 옴(ohm) 값을 갖는 접지단에 연결되도록 스위칭 동작을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 상기 특정 옴 값을 50옴(ohm)이라 가정하기로 한다. 하지만 상기 옴 값은 시스템 특성이나 사용자 설정 등에 따라 얼마든지 가변적용이 가능한 값이다.

상기 서큘레이터들(353, 359)은 세 개의 입/출력 포트를 포함하고 있으며, 입력되는 신호를 한쪽 방향으로만 전송한다. 일 예로 상기 서큘레이터의 포트들 중에서 한 포트가 오픈(open) 즉, 무한대의 임피던스 값을 갖는다고 가정한다. 이러한 경우, 상기 서큘레이터는 상기 무한대의 임피던스 값을 갖는 포트를 통해 신호를 전송하지 못하며, 상기 서큘레이터의 회전 방향을 따라 다음 방향에 위치한 포트를 통해서 신호를 전송한다.

상기 제 1 서큘레이터(353)는 상기 스위치부(350)에 구비된 제 1 포트와 제 3 포트 사이에 위치한다. 상기 제 2 서큘레이터(359)는 상기 스위치부(350)에 구비된 제 2 포트와 제 4 포트 사이에 위치한다. 이에 상기 제 1 스위치(355)는 상기 제 1 서큘레이터(353)와 상기 제 3 포트 사이에 위치하고, 상기 제 2 스위치(341)는 상기 제 2 서큘레이터(359)와 상기 제 4 포트 사이에 위치한다.

그리고 상기 SPST 스위치(357)는 상기 제 1 서큘레이터(353)와 상기 제 2 서큘레이터(359)를 연결하며, 온/오프(ON/OFF) 동작을 통해 상기 제 1 서큘레이터(353)와 상기 제 2 서큘레이터(359)를 통해 생성되는 신호의 경로를 제어한다.

상기 스위치 제어부(351)는 상기 신호 송수신 장치에서 사용할 신호 송수신 방식 일 예로, FDD 방식 또는 TDD 방식 중 하나를 결정하면, 상기 결정된 신호 송수신 방식에 상응하여 신호를 송수신 하도록 신호의 송수신 경로를 제어한다. 상기 스위치 제어부(351)는 상기 신호의 송수신 경로를 제어하기 위해 상기 제 1 스위치(355), 상기 제 2 스위치(341), 상기 제 3 스위치(357)의 동작을 제어한다.

본 발명에서는 상기 신호 송수신 방식에 따라 예를 들어, 상기 제 1 포트와 상기 제 3 포트를 연결하는 제 1 경로와, 상기 제 4 포트와 상기 제 2 포트를 연결하는 제 2 경로와, 상기 제 1 포트와 상기 제 4 포트를 연결하는 제 3 경로와, 상기 제 3 포트와 상기 제 2 포트를 연결하는 제 4 경로를 사용하여 신호를 송수신 하는 것이 가능하다. 이에 도 3에서는 각 송수신 경로를 a(제 1 경로), b(제 2 경로), c(제 3 경로), d(제 4 경로)로 도시하였다.

상기 스위치 제어부(351)는 신호 송수신 제어에 따라서 상기 저잡음 증폭기(330)의 동작을 온/오프하여 수신단으로 유입되는 잡음 신호를 차단할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나 상기 스위치 제어부(351)는 상기 전력 증폭기(310)의 동작을 온/오프하도록 제어할 수도 있다. 상기 스위치 제어부(351)는 신호 송수신 장치가 송신 동작을 수행하는 경우에는 상기 전력 증폭기(310)가 온 동작하여 신호를 송신하도록 제어할 수 있으며, 신호 송수신 장치가 수신 동작을 수행하는 경우에는 상기 저잡음 증폭기(330)가 온 동작하여 신호를 수신하도록 제어할 수 있다.

먼저 FDD 방식에 따른 신호 송수신 동작을 살펴보면, FDD 방식을 사용하는 경우 신호의 송신과 수신에 서로 다른 주파수 대역의 신호를 사용한다. 이에 듀플렉서(370)의 제 1 필터(371)와 제 2 필터(373) 각각은 신호를 송신하거나 수신하기 위해 사용된다. 상기 FDD 방식은 신호의 송신과 수신을 동시에 하는 것이 가능하며, 이에 신호의 송신 시에는 제 1 경로를 사용하고, 신호의 수신 시에는 제 2 경로를 사용한다.

상기 스위치부(350)은 FDD 방식을 지원하기 위해서 제 1 경로와 제 2 경로를 사용하여 신호를 송수신한다. 따라서 상기 스위치 제어부(351)는 제 1 스위치(355)와 제 2 스위치(341)를 온 동작하도록 제어하고, 제 3 스위치(357)를 오프(OFF) 동작하도록 제어한다.

즉 상기 FDD 방식을 사용하는 경우에 상기 스위치부(350)는 상기 제 1 경로를 통해 신호를 송신하고, 상기 제 2 경로를 통해 신호를 수신한다.

따라서 상기 FDD 방식을 사용하여 신호를 송신하는 경우, 상기 전력 증폭기(310)는 송신 신호를 제 1 포트를 통해 제 1 서큘레이터(353)로 제공한다.

상기 제 1 서큘레이터(353)는 상기 전력 증폭기(310)에 의해 제공된 송신 신호를 상기 제 1 스위치(355)로 출력한다. 상기 제 1 스위치(355)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 1 서큘레이터(353)에서 출력된 송신 신호는 상기 제 3 포트를 통해 상기 듀플렉서(370)의 제 1 필터(371)로 전달된다.

상기 제 1 필터(371)에 입력된 송신 신호는 상기 제 1 필터(371)에 의해 제 1 주파수 대역의 신호가 필터링 된 후 안테나를 통해 송신된다.

한편 상기 FDD 방식을 사용하여 신호를 수신하는 경우, 듀플렉서(370)의 제 2 필터(373)는 안테나를 통해 수신된 신호를 제공 받는다. 상기 제 2 필터(373)는 상기 안테나를 통해 제공받은 신호에서 제 2 주파수 대역의 신호를 필터링한 후 상기 필터링된 수신 신호를 제 4 포트를 통해 제 2 스위치(341)로 출력한다.

상기 제 2 스위치(341)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 4 포트를 통해 출력된 수신 신호를 제 2 서큘레이터(359)로 전달한다. 상기 제 2 서큘레이터(359)는 상기 제2스위치(341)에 의해 전달된 수신 신호를 제 2 포트를 통해 저잡음 증폭기(330)로 출력한다.

상기한 바와 같이 신호 송수신 장치가 FDD 방식을 사용하는 경우, 상기 스위치부(350)는 제 1 경로와 제 2 경로를 모두 사용하는 것이 가능하다. 즉 상기 제 1 경로를 사용하여 신호를 송신하고, 상기 제 2 경로를 통해서 신호를 수신한다.

따라서 FDD 방식으로 동작할 시에 스위치 제어부(351)는 저잡음 증폭기(330)와 전력 증폭기(310)를 온 동작하도록 제어할 수 있다.

다음으로 TDD 방식에 따른 신호 송수신 동작을 살펴본다. 이 경우 신호의 송신과 수신에 사용되는 주파수는 동일하며, 신호의 송신과 수신은 서로 다른 시구간을 통해서 수행한다. 따라서 신호의 송신 시에는 제 1 경로 또는 제 3 경로를 사용하고, 신호의 수신 시에는 제 2 경로 또는 제 4 경로를 사용한다. 상기 TDD 방식은 신호의 송신과 수신에 동일한 주파수 대역을 사용하므로, 듀플렉서(370)의 제 1 필터(371)와 제 2 필터(373) 각각을 신호를 송신하거나 수신하는데 사용하는 것이 가능하다.

스위치부(350)는 TDD 방식을 지원하기 위해서 제 1 경로 내지 제 4 경로를 모두 사용하는 것이 가능하다.

따라서 상기 스위치부(350)가 제 1 필터(371)를 사용하여 신호를 송신하는 경우, 제 1 경로 (a)를 사용한다. 상기 스위치부(350)가 제 1 필터(371)를 사용하여 신호를 수신하는 경우, 제 4 경로 (d)를 사용한다.

이에 반해, 상기 스위치부(350)가 제 2 필터(373)를 사용하여 신호를 송신하는 경우, 제 3 경로 (c)를 사용한다. 상기 스위치부(350)가 제 2 필터(373)를 사용하여 신호를 수신하는 경우, 제 2 경로 (b)를 사용한다.

첫 번째로, 신호 송수신 장치가 TDD 방식을 사용함에 따라, 스위치부(350)가 제 1 경로를 사용하여 신호를 송신하는 동작을 살펴보기로 한다.

제 1 경로를 사용하여 신호를 송신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 제 1 스위치(355)를 온 동작하도록 제어하고, 제 2 스위치(341)의 입력이 접지단에 연결되도록 제어한다. 그리고 스위칭 제어부(351)는 제 3 스위치(357)를 오프 동작하도록 제어한다.

상기 전력 증폭기(310)는 송신 신호를 제 1 포트를 통해 제 1 서큘레이터(353)로 출력한다.

상기 제 1 서큘레이터(353)는 상기 전력 증폭기(310)로부터 제공되는 송신 신호를 제 1 스위치(355)로 출력한다. 상기 제 1 스위치(355)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 1 서큘레이터(353)에서 출력된 송신 신호는 제 3 포트를 통해 듀플렉서(370)의 제 1 필터(371)로 전달된다.

상기 제 1 필터(371)에 입력된 송신 신호는 제 1 주파수 대역의 신호가 필터링 된 후 안테나를 통해 송신된다.

한편 상술한 동작에 따라 TDD 방식에서 제 1 필터(371)를 사용하여 신호를 송신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 저잡음 증폭기(330)의 동작을 오프 동작하도록 제어하여 신호의 유입을 막는다. 상기 스위치 제어부(351)는 상기 전력 증폭기(330)를 온 동작하도록 제어할 수 있다.

두 번째로, 신호 송수신 장치가 TDD 방식을 사용함에 따라 스위치부(350)가 제 4 경로를 사용하여 신호를 수신하는 동작을 살펴보기로 한다.

제 4 경로를 사용하여 신호를 수신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 제 1 스위치(355)를 온 동작하도록 제어하고, 제 2 스위치(341)의 입력이 접지단에 연결되도록 제어한다. 그리고 스위칭 제어부(351)는 제 3 스위치(357)를 온 동작하도록 제어한다.

듀플렉서(370)의 제 1 필터(371)는 안테나를 통해 신호를 수신한다. 상기 제 1 필터(371)는 상기 안테나를 통해 수신한 신호로부터 제 1 주파수 대역의 신호를 필터링한 후 상기 필터링된 수신 신호를 제 3 포트를 통해 제 1 스위치(355)로 출력한다.

상기 제 1 스위치(355)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 3 포트를 통해 출력된 수신 신호는 제 1 서큘레이터(353)로 전달된다. 상기 제 1 서큘레이터(353)는 상기 전달받은 수신 신호를 제 3 스위치(357)로 출력한다.

상기 제 3 스위치(357)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 1 서큘레이터(353)를 통해 출력된 수신 신호를 제 2 서큘레이터(359)로 출력한다.

상기 제 2 서큘레이터(359)는 상기 제 1 서큘레이터(353)를 통해 출력된 수신 신호를 제 2 포트를 통해 저잡음 증폭기(330)로 출력한다.

한편 상술한 동작에 따라 TDD 방식에서 제 1 필터(371)를 사용하여 신호를 수신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 저잡음 증폭기(330)의 동작을 온 동작하도록 제어한다. 그리고 상기 스위치 제어부(351)는 상기 전력 증폭기(330)를 오프 동작하도록 제어할 수 있다.

세 번째로, 신호 송수신 장치가 TDD 방식을 사용함에 따라 스위치부(350)가 제 3 경로를 사용하여 신호를 송신하는 동작을 살펴보기로 한다.

제 3 경로를 사용하여 신호를 송신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 제 1 스위치(355)의 출력이 접지단에 연결되도록 제어하고, 제 2 스위치(341)를 온 동작하도록 제어한다. 그리고 상기 스위치 제어부(351)는 제 3 스위치(357)를 온 동작하도록 제어한다.

전력 증폭기(310)는 송신 신호를 제 1 포트를 통해 제 1 서큘레이터(353)로 출력한다.

상기 제 1 서큘레이터(353)는 상기 전력 증폭기(310)로부터 출력된 송신 신호를 제 3 스위치(357)로 출력한다.

상기 제 3 스위치(357)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 1 서큘레이터(353)를 통해 출력된 송신 신호를 제 2 서큘레이터(359)로 전달한다.

상기 제 2 서큘레이터(359)는 상기 제 3 스위치(357)에 의해 전달되는 송신 신호를 상제 2 스위치(341)로 출력한다. 상기 제 2 스위치(341)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 2 서큘레이터(359)에서 출력된 송신 신호를 제 4 포트를 통해 상기 듀플렉서(370)의 제 2 필터(373)로 출력한다.

상기 제 2 필터(373)에 입력된 송신 신호는 제 2 주파수 대역의 신호가 필터링 된 후 안테나를 통해 송신된다.

한편 상술한 동작에 따라 TDD 방식에서 제 2 필터(373)를 사용하여 신호를 송신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 저잡음 증폭기(330)의 동작을 오프 동작하도록 제어하여 신호의 유입을 막는다. 그리고 상기 스위치 제어부(351)는 상기 전력 증폭기(330)를 온 동작하도록 제어할 수 있다.

네 번째로, 신호 송수신 장치가 TDD 방식을 사용함에 따라 스위치부(350)가 제 2 경로를 사용하여 신호를 수신하는 동작을 살펴보기로 한다.

제 2 경로를 사용하여 신호를 수신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 제 1 스위치(355)의 출력이 접지단에 연결되도록 제어하고, 제 2 스위치(341)를 온 동작하도록 제어한다. 그리고 상기 스위치 제어부(351)는 제 3 스위치(357)를 오프 동작하도록 제어한다.

듀플렉서(370)의 제 2 필터(373)는 안테나를 통해 신호를 수신한다. 상기 제 2 필터(373)는 상기 안테나를 통해 수신한 신호로부터 제 2 주파수 대역의 신호를 필터링한 후 상기 필터링된 수신 신호를 제 4 포트를 통해 제 2 스위치(341)로 출력한다.

상기 제 2 스위치(341)는 온 동작을 수행하고 있으므로, 상기 제 4 포트를 통해 출력된 수신 신호는 제 2 서큘레이터(359)로 전달된다. 상기 제 2 서큘레이터(359)는 상기 전달받은 수신 신호를 제 2 포트를 통해 저잡음 증폭기(330)로 출력한다.

한편 상술한 동작에 따라 TDD 방식에서 제 2 필터(370)를 사용하여 신호를 수신하는 경우, 스위치 제어부(351)는 저잡음 증폭기(330)의 동작을 온 동작하도록 제어한다. 그리고 상기 스위치 제어부(351)는 상기 전력 증폭기(330)를 오프 동작하도록 제어할 수 있다.

하기 <표 1>은 신호 송수신 장치의 신호 송수신 방식에 따른 스위치부(350)와 신호 송수신부(300)의 각 모듈들, 일 예로, 전력 증폭기(310), 저잡음 증폭기(330), 제 1 스위치(355), 제 2 스위치(341), 제 3 스위치(357)의 동작을 보이고 있다.

상기 <표 1>에서는 신호 송수신 장치의 FDD 방식과 TDD 방식에 상응한 각 모듈들의 동작을 나타내었다. 여기서 50옴(ohm)은 모듈들이 50옴 값을 갖는 접지단에 연결된다는 것을 의미한다. 그리고 상기 <표 1>에 나타난 동작들은 도 3에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

그리고 본 발명에서 제안하는 신호 송수신 장치는 동일한 구성을 통해서 광대역의 신호의 송수신이 가능하다. 즉 광대역 특성을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 스위치부가 서큘레이터들, 스위치들(SPDT, SPST)을 포함함으로써, 모든 신호 송수신 장치가 광대역 특성을 지원할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 신호 송수신 장치는 일 예로, 통신 시스템의 기지국(BS: Base Station) 등에 적용할 수 있으며, 광대역 특성을 사용하여 각 단말기(MS: Mobile Station)들에게 서비스를 제공하는 것이 가능하다. 또한, TDD 모드에서는 스위치들을 고 전력 50옴의 종단 즉, 50옴 접지를 통해 듀플렉서에 포함된 필터, 일 예로 대역 통과 필터들의 평탄도를 유지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 50ohm 접지에 따른 주파수 특성을 개략적으로 보이고 있다.

도 4를 참조하면, 50옴 종단의 주파수에 대한 S11 특성을 나타낸 것입니다. 상기 S11 특성은 임피던스 정합 상태를 나타낸 것으로, 소자의 한 포트에서 입력된 신호에 대해서 반사된 출력 신호 량을 로그 스케일(log scale)로 나타낸 값이다. 예를 들어, '1'이라는 입력신호에 대해서 반사되는 신호가 0 (

)인 경우에는 정합은 100%된 것입니다. 이때 로그(log) 값은

가 된다. 즉, '- (음의 값)'이 클수록 임피던스 정합이 잘 되어 있는 것이다. 이에 도 4는 0GHz에서 4GHz의 주파수 범위의 S11 특성을 도시하였다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 본 발명의 신호 송수신 장치는 시분할 듀플렉싱 방식 또는 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 모두 지원한다는 이점을 갖는다. 그리고, 높은 전력을 사용하는 시분할 듀플렉싱 시스템과 주파수 분할 듀플렉싱 시스템에서 송수신 경로간에 큰 고립도(isolation)를 갖도록 한다는 이점을 갖는다. 그리고 상기 신호 송수신 방식의 변경에 따라 하드웨어적인 구조의 변경 없이 소프트웨어적인 제어로 시스템 방식을 변경하여 시스템 효율을 높이고 시스템 변경 시 제작비용을 감소하는 것이 가능하다는 이점을 갖는다. 더욱이 본 발명에서는 상기 스위치와 서큘레이터의 사용을 통해서 광대역 신호를 송수신이 가능하도록 하는 것이 가능하다는 이점을 갖는다.

Claims (29)

1. 통신 시스템에서의 신호 송수신 장치에 있어서,

   안테나와,

   상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호로부터 원하는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 두 개의 대역 통과 필터를 구비하여 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 분기하는 듀플렉서와,

   상기 듀플렉서에 구비된 두 개의 대역 통과 필터 각각과 송신부에 구비된 전력 증폭기 및 수신부에 구비된 저잡음 증폭기 간의 송신 경로들과 수신 경로들 중 신호 송수신을 위해 사용할 하나의 송신 경로와 하나의 수신 경로를 설정하는 스위치부와,

   사용할 신호 송수신 방식을 고려하여 상기 하나의 송신 경로와 상기 하나의 수신 경로를 설정하도록 상기 스위치부를 제어하는 스위치 제어부를 포함하며,

   상기 스위치 제어부는,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식인 경우, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 수신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 상기 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 수신 경로 중 하나의 수신 경로를 선택하고, 상기 선택한 수신 경로의 설정을 위해 상기 스위치부를 제어하며,

   상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 송신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 상기 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 송신 경로 중 하나의 송신 경로를 선택하고, 상기 선택한 송신 경로의 설정을 위해 상기 스위치부를 제어함을 특징으로 하는 신호 송수신장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위치 제어부는,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 주파수 분할 듀플렉싱 방식인 경우, 상기 전력 증폭기를 연결하는 제1포트를 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 하나를 연결하는 제3포트로 연결하여 송신 경로를 형성하고, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 나머지 하나를 연결하는 제4포트를 상기 저잡음 증폭기를 연결하는 제2포트로 연결하여 수신 경로를 형성하도록 상기 스위치부를 제어함을 특징으로 하는 신호 송수신장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 스위치 제어부는,

   상기 선택한 하나의 송신 경로와 상기 선택한 하나의 수신 경로가 동시에 형성되지 않도록 상기 스위치부를 제어함을 특징으로 하는 신호 송수신장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 스위치부는,

   상기 스위치 제어부의 제어에 의해 동작하는 두 개의 서큘레이터와, 세 개의 스위치를 포함하며,

   상기 두 개의 서큘레이터 중 제1 서큘레이터는 상기 스위치 제어부의 제어에 의해 상기 전력 증폭기로부터 상기 제1포트를 통해 제공되는 신호를 상기 세 개의 스위치 중 제1 스위치 또는 제3 스위치로 전달하거나 상기 제1 스위치로부터 제공되는 신호를 상기 제3 스위치로 전달하고,

   상기 두 개의 서큘레이터 중 제2 서큘레이터는 상기 스위치 제어부의 제어에 의해 상기 세 개의 스위치 중 제2 스위치로부터 제공되는 신호를 상기 저잡음 증폭기 또는 상기 제3 스위치로 전달하거나 상기 제3 스위치로부터 제공되는 신호를 상기 저잡음 증폭기 또는 상기 제2 스위치로 전달하고,

   상기 제1 스위치는 상기 스위치 제어부의 제어에 의해 상기 제1 서큘레이터로부터의 출력 신호를 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 제1 대역 통과 필터로 전달하거나 상기 제1 대역 통과 필터로부터의 출력 신호를 상기 제1 서큘레이터로 전달하고,

   상기 제2 스위치는 상기 스위치 제어부의 제어에 의해 상기 제2 서큘레이터로부터의 출력 신호를 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 제2 대역 통과 필터로 전달하거나 상기 제2 대역 통과 필터로부터의 출력 신호를 상기 제2 서큘레이터로 전달하며,

   상기 제3 스위치는 상기 스위치 제어부의 제어에 의해 상기 제1 서큘레이터로부터의 출력 신호를 상기 제2 서큘레이터로 전달하거나 상기 제2 서큘레이터로부터의 출력 신호를 상기 제1 서큘레이터로 전달함을 특징으로 하는 신호 송수신장치.
5. 안테나와 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호로부터 원하는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 두 개의 대역 통과 필터를 구비하여 상기 안테나로 출력하거나 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 분기하는 듀플렉서를 포함하는 신호 송수신 장치에서의 신호 송수신 방법에 있어서,

   사용할 신호 송수신 방식을 고려하여 상기 듀플렉서에 구비된 두 개의 대역 통과 필터 각각과 송신부에 구비된 전력 증폭기 및 수신부에 구비된 저잡음 증폭기 간의 송신 경로들과 수신 경로들 중 하나의 송신 경로와 하나의 수신 경로를 선택하는 과정과,

   상기 사용할 신호 송수신 방식을 기반으로 상기 선택한 하나의 송신 경로를 통해 신호를 송신하고, 상기 선택한 하나의 수신 경로를 통해 신호를 수신하는 과정을 포함하며,

   여기서, 상기 선택하는 과정은,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식인지를 판단하는 과정과,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식이라 판단될 시, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 수신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 수신 경로 중 하나의 수신 경로를 선택하고, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호 송신을 위해 사용할 대역 통과 필터를 고려하여 상기 스위치부에 의해 설정될 수 있는 두 개의 송신 경로 중 하나의 송신 경로를 선택하는 과정과,

   상기 선택한 수신 경로와 상기 선택한 송신 경로를 설정하는 과정을 포함하는 신호 송수신방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 주파수 분할 듀플렉싱 방식인지를 판단하는 과정과,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 주파수 분할 듀플렉싱 방식인 경우, 상기 전력 증폭기를 연결하는 제1포트를 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 하나를 연결하는 제3포트로 연결하여 송신 경로를 형성하고, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 나머지 하나를 연결하는 제4포트를 상기 저잡음 증폭기를 연결하는 제2포트로 연결하여 수신 경로를 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 신호 송수신방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 선택한 하나의 송신 경로와 상기 선택한 하나의 수신 경로가 동시에 형성되지 않음을 특징으로 하는 신호 송수신방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 하나의 수신 경로를 선택하는 과정은,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식일 경우, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호를 수신하기 위해 사용할 하나의 대역 통과 필터를 선택하는 과정과,

   상기 두 개의 대역 통과 필터 중 제1 대역 통과 필터를 선택할 시, 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식에 의해 신호를 송신하는 경로에 위치하는 제1서큘레이터를 제어하여 상기 제1 대역 통과 필터의 출력을 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식에 의해 신호를 수신하는 경로에 위치하는 제2서큘레이터로 전달하고, 상기 제2서큘레이터를 제어하여 상기 전달 받은 신호를 저전력 증폭기로 제공하는 과정과,

   상기 두 개의 대역 통과 필터 중 제2 대역 통과 필터를 선택할 시, 상기 제2서큘레이터를 제어하여 상기 제2 대역 통과 필터의 출력을 상기 저전력 증폭기로 제공하는 과정을 포함하는 신호 송수신방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 하나의 송신 경로를 선택하는 과정은,

   상기 사용할 신호 송수신 방식이 시분할 듀플렉싱 방식일 경우, 상기 두 개의 대역 통과 필터 중 신호를 수신하기 위해 사용할 하나의 대역 통과 필터를 선택하는 과정과,

   상기 두 개의 대역 통과 필터 중 제1 대역 통과 필터를 선택할 시, 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식에 의해 신호를 송신하는 경로에 위치하는 제1서큘레이터를 제어하여 전력 증폭기의 출력을 제1 대역 통과 필터로 제공하는 과정과,

   상기 두 개의 대역 통과 필터 중 제2 대역 통과 필터를 선택할 시, 상기 제1서큘레이터를 제어하여 상기 전력 증폭기의 출력을 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식에 의해 신호를 수신하는 경로에 위치하는 제2서큘레이터로 전달하고, 상기 제2서큘레이터를 제어하여 상기 전달 받은 신호를 상기 제2 대역 통과 필터로 제공하는 과정을 포함하는 신호 송수신방법.
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