KR101334923B1 - 통신시스템에서 직교 변조를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

통신시스템에서 직교 변조를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신시스템에서 직교 변조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 송신기는, 차동신호인 I채널 및 Q채널 신호의 DC오프셋을 조정하는 조정부와, 상기 DC오프셋이 조정된 I채널 및 Q채널 신호를 국부발진(LO : Local Oscillator) 신호를 이용해 직교 변조하는 직교변조기와, 상기 직교변조기의 출력 신호를 메인 신호 경로 또는 보정 경로로 스위칭하는 스위치와, 상기 보정 경로에 구성되며, 상기 스위치로부터의 신호에서 국부발진 신호를 검출하고, 상기 검출된 국부발진 신호의 전력을 검출하는 검출부와, 상기 조정부로 DC오프셋 조정값을 발생하며, 상기 검출부로부터의 전력값들을 분석하여 최소 전력값을 찾고, 상기 최소 전력값에 해당하는 DC오프셋 값을 최적값으로 결정하는 계산부를 포함한다.
송신기, TDD, LO feedthrough, 보정 경로, DC 오프셋

Description

통신시스템에서 직교 변조를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD QUADRATURE MODULATION IN COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래기술에 따른 TDD 시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TDD 기반의 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직교변조기를 사용하는 송신기에서 LO 피드스루(feedthrough)를 최소화하기 위한 동작 절차를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 DC오프셋과 LO 피드스루 사이의 관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 통신시스템에서 직교변조기의 LO 피드스루(feedthrough)를 최소화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 통신시스템에서 보정경로를 통해 직교변조기의 입력단 DC오프셋을 자동으로 최적화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것 이다.
일반적으로, 무선 통신 시스템의 듀플렉싱 방식은 크게 FDD((Frequency Division Duplex)방식과 TDD(Time Division Duplex) 방식으로 나눌 수 있다. 상기 FDD 방식은 상향링크(uplink)와 하향링크(downlink)가 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 통신하는 방식이고, 상기 TDD 방식은 상향링크와 하향링크가 서로 다른 시간 대역을 사용하여 통신하는 방식이다.
특히, 상기 TDD방식은 FDD방식 보다 적은 타임슬롯(time slot)을 사용하여 동일한 전송속도로 지원이 가능하고, 타임 슬롯의 동적 할당으로 비대칭(asymmetric)이나 버스티(bursty)한 애플리케이션의 전송에 적합하여 저렴한 무선인터넷 서비스를 제공하고자 하는 통신사업자에게 매우 매력적인 기술로 연구 개발되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 TDD 시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다.
디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한후 RF신호로 변환하는 구성 위주로 나타낸 것으로, 디지털/아날로그 변환기(100), 국부발진기(102), 직교 변조기(102), 대역통과필터(104)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 먼저 디지털/아날로그 변환기(100)는 입력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 디지털/아날로그 변환기(100)에서 출력되는 신호는 I(inphase)채널 신호와 Q(Quadrature) 채널 신호로서, 각 채널신호는 도시된 바와 같이 차동 신호(differential signal)이다. 즉, I채널에 대해 I_p 신호와 I_n 신호를 출력하고, Q채널에 대해 Q_p와 Q_n 신호를 출력한다.
국부발진기(102)는 IF(Intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(BaseBand) 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하기 위한 국부발진(LO : Local Oscillator)주파수를 발생한다. 직교 변조기(104)는 상기 디지털/아날로그 변환기(100)로부터의 I채널 및 Q채널 신호를 상기 국부발진기(102)로부터의 국부발진 주파수 신호와 혼합하여 RF대역 신호로 변환하고, 상기 RF대역으로 변환된 I채널 신호와 Q채널 신호를 가산하여 출력한다.
대역통과필터(106)는 상기 직교변조기(104)로부터의 신호에서 원하는 대역의 신호만 통과시켜 출력한다. 상기 대역통과필터(106)에서 출력된 신호는 전력증폭기(도시하지 않음)에서 전력 증폭된후 안테나를 통해 송신된다.
상기 도 1과 같은 IQ 변조기(104)를 사용하는 송신기는, 회로 구성시 변조기의 특성을 고려하여 IQ 입력 단자에 적절한 DC(Direct Current) 전압을 인가한다. 이와 같이 고정 DC 전압을 사용하는 IQ 변조기는 온도 변화나 IQ 입력 신호의 전력 레벨 변화 등에 따른 LO 피드스루(feedthrough) 변화를 보상할 방법이 없어 송신신호가 열화되는 문제점이 있다. 다시 말해, LO 피드스루를 최소화하기 위해서는, 직교 변조기(104)로 입력되는 차동신호(I_p와 I_n, Q_p와 Q_n)의 DC 오프셋을 현재 상태에 맞게 최적화해야 한다. 수동으로 IQ 입력 단자에 인가하는 DC 전압을 변화시키면서 LO 피드스루를 확인할 수도 있는데, 이 방법은 수동 조작에 따른 어려움과 번거로운 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 발명은 통신시스템에서 직교변조기의 입력 단자에 인가하는 DC전압을 자동으로 최적화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 통신시스템에서 LO(Local Oscillator) 피드스루(feedthrough)를 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 TDD 기반의 통신시스템에서 수신 구간 동안 보정(calibration) 경로를 통해 직교변조기의 입력단자에 인가하는 DC전압을 최적화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 통신시스템에서 송신기 장치에 있어서, 차동신호인 I채널 및 Q채널 신호의 DC오프셋을 조정하는 조정부와, 상기 DC오프셋이 조정된 I채널 및 Q채널 신호를 국부발진(LO : Local Oscillator) 신호를 이용해 직교 변조하는 직교변조기와, 상기 직교변조기의 출력 신호를 메인 신호 경로 또는 보정 경로로 스위칭하는 스위치와, 상기 보정 경로에 구성되며, 상기 스위치로부터의 신호에서 국부발진 신호를 검출하고, 상기 검출된 국부발진 신호의 전력을 검출하는 검출부와, 상기 조정부로 DC오프셋 조정값을 발생하며, 상기 검출부로부터의 전력값들을 분석하여 최소 전력값을 찾고, 상기 최소 전력값에 해당하는 DC오프셋 값을 최적값으로 결정하는 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 통신시스템에서 LO(Local Oscillator) 피드스루(feedthrough) 최소화 방법에 있어서, 보정 모드시, 직교변조기로 입력되는 I채널 또는 Q채널 신호의 DC오프셋을 정해진 규칙에 따라 조정하는 과정과, 상기 직 교변조기의 출력 신호에서 국부발진 신호를 검출하는 과정과, 상기 검출된 국부발진 신호의 전력을 검출하는 과정과, 상기 검출된 전력값들을 분석하여 최소 전력값을 검색하는 과정과, 상기 최소 전력값에 해당하는 DC오프셋 값을 최적값으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 통신시스템에서 직교변조기(Quadrature modulator)의 입력단자에 인가되는 DC 전압을 자동으로 최적화하기 위한 방안을 제안하기로 한다.
이하 설명은 TDD 기반의 통신시스템을 예를 들어 설명하지만, FDD와 같은 다른 듀플렉싱 방식의 통신시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 만일, FDD 시스템과 같이 연속적으로 신호를 송신하는 시스템의 경우, 별도의 보정 시간구간을 두어 직교변조기(Quadrature modulator)의 입력단자에 인가되는 DC 전압을 최적화할 수 있 다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TDD 기반의 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다.
디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한후 RF신호로 변환하는 구성 위주로 나타낸 것으로, 디지털/아날로그 변환기(200), 국부발진기(210), 직교변조기(220), 스위치(230), 제1 대역통과필터(240), 제2 대역통과필터(250), 전력검출기(260), 아날로그/디지털 변환기(270), DC오프셋 계산부(280)를 포함하여 구성된다. 그리고, 본 발명에 따라 상기 디지털/아날로그 변환기(200)내 제어부(202)와 DC오프셋 조정부들(204,206)이 구성된다.
먼저, 실제로 신호가 송신되는 송신구간일 때의 동작을 살펴보면, 디지털/아날로그 변환기(200)는 입력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 디지털/아날로그 변환기(100)에서 출력되는 신호는 I(inphase)채널 신호와 Q(Quadrature) 채널 신호로서, 각 채널신호는 도시된 바와 같이 차동 신호(differential signal)이다. 즉, I채널에 대해 I_p 신호와 I_n 신호를 출력하고, Q채널에 대해 Q_p와 Q_n 신호를 출력한다. 이때, DC오프셋 조정부들(204,206)은 제어부(202)의 제어하에 미리 정해진 DC전압을 상기 I채널 및 Q채널 신호로 인가한다.
국부발진기(210)는 IF(Intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(BaseBand) 신호를 RF(RAdio Frequency) 신호로 변환하기 위한 국부발진(LO : Local Oscillator)주파수를 발생한다. 직교 변조기(220)는 상기 디지털/아날로그 변환기(200)로부터의 I채널 및 Q채널 신호를 상기 국부발진기(210)로부터의 국부발진 주파수 신호와 혼합하여 RF대역 신호로 변환하고, 상기 RF대역으로 변환된 I채널 신호와 Q채널 신호를 가산하여 출력한다.
스위치(230)는 DC 오프셋 계산부(280)로부터의 TDD 제어 신호에 의해 송신구간일 경우 상기 직교변조기(220)의 출력 신호를 메인 신호 경로(main signal path)로 스위칭하고, 수신 구간일 경우 상기 직교변조기(220)의 출력 신호를 보정 경로(cal path)로 스위칭한다.
제1 대역통과필터(240)는 상기 스위치(230)로부터의 신호에서 송신대역의 신호만 통과시켜 출력한다. 상기 제1 대역통과필터(240)에서 출력된 신호는 전력증폭기(도시하지 않음)에서 전력 증폭된후 안테나를 통해 송신된다.
다음으로, 수신구간일 때의 동작을 살펴보면, DC오프셋 계산부(280)는 최적의 DC오프셋(또는 LO 피드스루)을 찾기 위해 DC오프셋 조정값을 제어부(202)로 제공한다. 그러면, 상기 제어부(202)는 상기 DC오프셋 조정값에 따라 DC오프셋 조정부(204, 206)를 제어한다. DC오프셋 보정은 I채널과 Q채널에 대해 순차로 수행되며, 보정 동작이 동일하므로 이하 설명은 I채널에 대한 보정 동작 위주로 살펴보기로 한다.
DC오프셋 조정부(204)는 상기 제어부(202)의 제어하에 직교변조기(220)로 입력되는 I채널 신호(I_p와 I_n)의 DC오프셋을 조정한다. 직교변조기(220)는 상기 디지털/아날로그 변환기(200)로부터의 I채널 신호와 Q채널 신호를 국부발진기(210)로 부터의 국부발진 주파수 신호를 이용해서 직교 변조하여 출력한다. 상기 스위치(230)는 수신구간이므로 상기 직교변조기(220)의 출력 신호를 보정 경로로 스위칭한다.
제2 대역통과필터(240)는 상기 스위치(230)로부터의 신호에서 LO 주파수 대역의 신호만 통과시켜 출력한다. 전력검출기(260)는 상기 제2 대역통과필터(240)로부터의 신호의 전력을 검출하여 출력한다. 아날로그/디지털 변환기(270)는 상기 전력검출기(260)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
상기 DC오프셋 계산부(280)는 DC오프셋 조정에 따른 LO 피드스루 값(전력 검출값)들을 비교 분석하고, LO 피드스루가 최소로 나타나는 DC오프셋 값을 최적값으로 상기 제어부(202)에 제공한다. 만일, 계속해서 DC오프셋 조정이 필요하다고 판단되면, 상기 DC오프셋 계산부(280)는 DC오프셋 값을 미리 설정된 값만큼 변경하고, 상기 변경된 값을 상기 제어부(202)로 제공하여 계속해서 보정 동작을 진행한다. 여기서, 상기 DC오프셋 계산부(280)는 FPGA(field-programmable gate array) 등으로 구현될 수 있다. 한편, 최적의 DC오프셋 값을 찾는 동작은 적어도 하나의 프레임 구간동안 수행될수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직교변조기를 사용하는 송신기에서 LO 피드스루(feedthrough)를 최소화하기 위한 동작 절차를 도시하고 있다. 특히, 도 3은 본 발명에 따른 보정 경로(calibration path)에 해당하는 동작을 상세히 나타낸 것이다. I채널 및 Q채널 모두 도 3과 같은 알고리즘을 통해 DC오프셋을 조정하며, 이 하 설명은 I채널을 예를 들어 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 먼저 송신기는 301단계에서 I채널의 DC오프셋 값을 '0'으로 초기화하고, 보정경로에서 LO신호의 전력을 검출한다. 즉, DC오프셋을 조정하지 않은 상태에서 누설(leakage) LO신호에 대한 초기 전력 측정을 수행한다. 여기서, DC오프셋이라 함은 I_p와 I_n 사이의 DC전압 레벨 차이를 나타낸다. 그리고, 상기 송신기는 303단계에서 상기 DC오프셋 값을 제1값(Vstep)만큼 크게 조정한다. 그리고, 상기 송신기는 305단계로 진행하여 보정 경로에서 LO신호를 검출하고, 상기 검출된 LO신호의 전력을 검출한다. 다시 말해, 직교변조기의 출력 신호를 대역통과 필터링하여 LO 신호(LO feedthrough)를 검출하고, 상기 검출된 LO 신호의 전력을 측정한다.
이후, 상기 송신기는 307단계에서 상기 검출된 이번 전력값과 바로 이전 검출된 전력값을 비교한다. 여기서, 상기 이전 검출된 전력값은 바로 이전 DC오프셋 조정 때 검출된 LO신호의 전력값을 나타낸다. 만일, 상기 이번 전력값이 상기 이전 전력값보다 작거나 같으면, 상기 송신기는 계속해서 DC오프셋 값을 크게 조정하기 위해 상기 303단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.
이와 같은 반복 루프(loop) 수행 중, 상기 이번 전력값이 상기 이전 전력값보다 크게 되면, 상기 송신기는 309단계로 진행하여 현재 DC오프셋 값을 제2값(예: 2Vstep)만큼 작게 조정한다. 상기 DC오프셋값을 작게 조정한후, 송신기는 311단계로 진행하여 보정 경로에서 LO신호를 검출하고, 상기 LO신호의 전력을 검출한다.
이후, 상기 송신기는 313단계에서 상기 검출된 이번 전력값과 바로 이전 검 출된 전력값을 비교한다. 만일, 상기 이번 전력값이 상기 이전 전력값보다 작거나 같으면, 상기 송신기는 DC오프셋 값을 크게 조정하기 위해서 상기 303단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다. 반면, 상기 이번 전력값이 상기 이전 전력값보다 크면, 상기 송신기는 315단계로 진행하여 바로 이전 DC오프셋 값을 최적의 DC오프셋 값으로 결정한다.
이후 송신시, 상기 송신기는 상기 최적의 DC오프셋 값을 이용해서 직교변조기로 입력되는 I채널의 DC오프셋을 제어한다.
도 4는 본 발명에 따른 DC오프셋과 LO 피드스루 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 DC오프셋 값을 크게 또는 작게 조정하면서 LO 피드스루(누설 LO 신호의 전력값)를 관찰하고, 상기 LO 피드스루가 최소라고 판단되는 DC오프셋 값(a)을 최적의 값으로 결정한다.
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 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 직교변조기를 사용하는 송신기에서 온도 변화, IQ 입력신호의 레벨 변화 등 주위 환경 변화에 따른 변조기의 출력 신호 열화를 능동적으로 보상할 수 있는 이점이 있다. 특히, 본 발명은 TDD 시스템의 특징을 이용해서 별도의 장치를 추가하지 않고 보정 경로를 구성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

  1. 통신시스템에서 송신기 장치에 있어서,
    차동신호인 I채널 및 Q채널 신호의 DC오프셋을 조정하는 조정부와,
    상기 DC오프셋이 조정된 I채널 및 Q채널 신호를 국부발진(LO : Local Oscillator) 신호를 이용해 직교 변조하는 직교변조기와,
    상기 직교변조기의 출력 신호를 메인 신호 경로 또는 보정 경로로 스위칭하는 스위치와,
    상기 보정 경로에 구성되며, 상기 스위치로부터의 신호에서 국부발진 신호를 검출하고, 상기 검출된 국부발진 신호의 전력을 검출하는 검출부와,
    상기 조정부로 DC오프셋 조정값을 발생하며, 상기 검출부로부터의 전력값들을 분석하여 최소 전력값을 찾고, 상기 최소 전력값에 해당하는 DC오프셋 값을 최적값으로 결정하는 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 스위치로부터의 신호에서 국부발진 주파수 대역만 통과시키는 대역통과필터와,
    상기 대역통과필터로부터의 신호의 전력을 측정하는 전력검출부와,
    상기 전력검출부로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    TDD(Time Division Duplexing) 기반의 시스템일 경우, 상기 보정 경로는 수신구간 동안 동작되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최적값을 찾는 동작은 적어도 하나의 프레임 구간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    TDD 기반의 시스템일 경우, 상기 스위치는 송신구간 동안 상기 직교변조기의 출력 신호를 메인 신호 경로로 스위칭하고, 수신구간 동안 상기 직교변조기의 출력 신호를 보정 경로로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치로부터의 신호에서 송신대역의 신호만 통과시키는 대역통과필터와,
    상기 대역통과필터로부터의 신호를 전력 증폭하는 전력증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 차동신호인 I채널 및 Q채널 신호를 발생하는 아날로그/디지털 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 통신시스템에서 LO(Local Oscillator) 피드스루(feedthrough) 최소화 방법에 있어서,
    보정 모드시, 직교변조기로 입력되는 I채널 또는 Q채널 신호의 DC오프셋을 정해진 규칙에 따라 조정하는 과정과,
    상기 직교변조기의 출력 신호에서 국부발진 신호를 검출하는 과정과,
    상기 검출된 국부발진 신호의 전력을 검출하는 과정과,
    상기 검출된 전력값들을 분석하여 최소 전력값을 검색하는 과정과,
    상기 최소 전력값에 해당하는 DC오프셋 값을 최적값으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보정 모드는, TDD 기반의 시스템일 경우 수신구간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 최적값을 찾는 동작은 적어도 하나의 프레임 구간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    TDD 기반의 시스템일 경우, 상기 직교변조기의 출력 신호는 송신구간 동안 메인 신호 경로로 스위칭되고, 수신구간 동안 보정 경로로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 I채널 및 Q채널 신호는 차동신호(differential signal)인 것을 특징으로 하는 방법.
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