KR101351589B1 - 다중 안테나 송수신 시스템 - Google Patents

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Abstract

신호를 수신하는 수신부 및 송신하는 송신부와 연결되어, 신호를 생성하여 상기 수신부 및 송신부에 제공하는 주파수 합성기는, 주파수 합성기와 연결되어 있는 기준 신호 발진기로부터 발생된 기준 신호와, 입력되는 출력 신호의 위상을 비교하여 하나의 신호를 전압 신호로 출력하는 위상 비교 및 신호 생성부와 위상 비교 및 신호 생성부가 출력한 전압 신호와 입력되는 주파수 신호의 위상을 비교하고, 비교 결과에 따라 출력 신호를 생성하여 위상 비교 및 신호 생성부로 출력하는 스위치부와, 스위치부로부터 출력되는 출력 신호의 전압에 따라 주파수 신호를 생성하고, 생성한 주파수 신호를 스위치부로 제공하는 복수의 전압 조정 발진기를 포함하는 전압 조정 발진기부를 포함한다.

Description

다중 안테나 송수신 시스템{System for multi antenna communication system}
본 발명은 다중 안테나 송수신 시스템에 관한 것이다.
최근 저탄소 발생 및 친환경 기지국 시설에 대한 요구가 늘어남에 따라, 이에 부응하기 위해 안테나와 무선 전단부(RF front end)가 통합된 기지국이 구현되고 있다. 동시에 고속으로 데이터를 전송하기 위해 빔 형성(beamforming) 및 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 방식의 다중 안테나 시스템을 채택하고 있다.
이에 대해 도 1을 참조로 설명한다.
도 1은 일반적인 다중 안테나 송수신기 시스템의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, N개의 경로를 가진 다중 안테나 송수신기 시스템의 무선 전단부(10)는, 신호의 주파수를 상향 변환하는 믹서인 주파수 변환기(11-1 ∼ 11-N)와 상향 변환된 신호를 증폭하는 전력 증폭기(12)를 포함한다. 또한 무선 전단부(10)는 필터(13-1 ∼ 13-N) 및 안테나(14-1 ∼ 14-N)를 통해 신호를 전송하는 송신부와, 안테나(14-1 ∼ 14-N)가 수신한 신호에서 잡음을 제거하기 위해 필터(13-1 ∼ 13-N)를 거친 후 저잡음 증폭기(LNA)(15)에서 증폭하고 믹서(16-1 ∼ 16-N)에서 주파수를 하향 변환하여 아날로그 회로로 입력하는 수신부를 포함한다.
이러한 다중 안테나 송수신기 시스템은 N개의 안테나(14-1 ∼ 14-N)를 통해 신호를 송수신을 위하여 N개의 송수신 경로(Path)를 가지고 있다. 그리고 각 경로에는 전압 조정 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)/위상 동기 루프(PLL: Phase Locked Loop)(17-1 ∼ 17-N)가 있어, 주파수를 변환하는 각각의 믹서(11-1 ∼ 11-N)에 국부 발진기 신호를 공급해주며, 각 VCO/PLL(17-1 ∼ 17-N)의 기준(reference) 신호는 기준 신호 발진기(19)로부터 생성되어 하나 또는 다수의 주파수 합성기(Frequency Synthesizer)(18)를 통해 공급된다.
이러한 기존 다중안테나 시스템에서 각 경로에 각각의 위상 동기 루프(PLL)를 구현할 경우 위상 동기 루프의 루프 필터(Loop Filter) 등을 위한 면적이 많이 요구되어, 다중 경로를 가진 차세대 안테나 시스템의 주된 애로사항으로 작용한다. 또한 각각의 위상 동기 루프 성능의 편차로 인하여, 각 경로상의 국부 발진기의 신호 특성에 편차가 생기게 되어, 안테나 MIMO/빔포밍 등의 특성에 오차를 유발한다.
따라서, 본 발명은 스위치 네트워크를 이용한 주파수 합성기를 통해 국부 발진기 신호를 생성하는 다중 안테나 송수신 시스템을 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 다중 안테나 송수신 시스템은,
신호를 수신하는 수신부 및 송신하는 송신부와 연결되어, 신호를 생성하여 상기 수신부 및 송신부에 제공하는 주파수 합성기를 포함하며, 상기 주파수 합성기는, 상기 주파수 합성기와 연결되어 있는 기준 신호 발진기로부터 발생된 기준 신호와, 입력되는 출력 신호의 위상을 비교하여 하나의 신호를 전압 신호로 출력하는 위상 비교 및 신호 생성부; 상기 위상 비교 및 신호 생성부가 출력한 전압 신호와 입력되는 주파수 신호의 위상을 비교하고, 비교 결과에 따라 출력 신호를 생성하여 상기 위상 비교 및 신호 생성부로 출력하는 스위치부; 및 상기 스위치부로부터 출력되는 출력 신호의 전압에 따라 주파수 신호를 생성하고, 상기 생성한 주파수 신호를 상기 스위치부로 제공하는 복수의 전압 조정 발진기를 포함하는 전압 조정 발진기부를 포함한다.
상기 스위치부는, 외부로부터 입력되는 스위치 제어 신호의 제어에 따라, 상기 위상 비교 및 신호 생성부로부터 출력되는 전압 신호를 상기 전압 조정 발진기부에 포함된 복수의 전압 조정 발진기 중 어느 하나의 전압 조정 발진기로 입력되도록 스위칭하는 상기 제1 스위치; 및 상기 스위치 제어 신호의 제어에 따라, 상기 복수의 전압 조정 발진기 중 어느 하나의 전압 조정 발진기로부터 출력되는 출력 신호만을 수신하여 상기 위상 비교 및 신호 생성부로 출력도록 스위칭하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
상기 위상 비교 및 신호 생성부는, 상기 기준 신호 발진기로부터 발생된 기준 신호를 주파수별로 분주하는 기준 신호 주파수 분주기; 상기 제2 스위치로부터 출력되는 출력 신호를 미리 설정된 형태로 분주하여 분주 신호로 출력하는 분배기; 상기 기준 신호 주파수 분주기가 분주한 기준 신호와 상기 분배기가 출력한 분주 신호를 입력받아, 두 신호의 차이에 해당하는 펄스 신호를 생성하는 위상 주파수 검출기; 상기 위상 주파수 검출기가 생성한 펄스 신호의 펄스 폭에 비례하는 전류 신호를 출력하는 전하 펌프; 및 상기 전하 펌프에서 출력된 전류 신호에 고주파 잡음을 제거하고, 고주파 잡음이 제거된 전류 신호에 대응하는 전압 신호로 변환하여 상기 제1 스위치로 출력하는 루프 필터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위상 동기 루프를 공유하는 구조를 통해 시스템 모듈 크기를 축소할 수 있으며, 위상 동기 루프간 성능 편차가 없어지므로 각 경로 성능이 동일하게 유지된다.
도 1은 일반적인 다중 안테나 송수신기 시스템의 예시도이다.
도 2는 일반적인 주파수 합성기의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기를 포함한 다중 안테나 시스템의 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 국부 발진기 신호 발생 시스템에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 대해 설명하기 앞서, 일반적인 주파수 합성기의 구조에 대해 도 2를 참조하여 먼저 설명한다.
도 2는 일반적인 주파수 합성기의 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 주파수 합성기(18)는 기준 신호 발진기(19)로부터 생성된 기준 신호를 기준 신호 주파수 분주기(18-1)가 수신하여 주파수별로 나눈다. 위상 주파수 탐지기(18-2)는 기준 신호 주파수 분주기(18-1)에서 분주된 신호와 분배기(18-6)에서 출력되는 주파수의 위상을 감지하여, 그 차이에 해당하는 펄스를 출력한다.
전하 펌프(18-3)는 위상 주파수 탐지기(18-2)로부터 출력되는 펄스 신호에 따라 그 신호 폭에 해당하는 만큼의 전하량을 출력하고, 저역 통과 필터로 구성되는 루프 필터(18-4)는 전하 펌프(18-3)로부터 출력되는 전하를 축적하면서 전압을 조절하여, 저주파 성분의 전압을 출력한다. 전압 조정 발진기(18-5)는 루프 필터(18-4)로부터 출력하는 전압에 따라 특정 주파수를 출력하고, 분배기(18-6)는 전압 조정 발진기(18-5)로부터 출력되는 주파수가 기준 주파수와 실질적으로 동일하도록 주파수를 분배한 후 위상 주파수 탐지기(18-2)로 출력한다.
이러한 일반적인 주파수 합성기(18)가 포함된 다중 안테나 시스템은 각 경로에 각각의 위상 동기 루프(PLL)를 구현할 경우 위상 동기 루프의 루프 필터 등을 위한 면적이 많이 요구되며, 각각의 위상 동기 루프 성능의 편차로 인하여 각 경로상의 국부 발진기의 신호 특성에 편차가 생기므로, 안테나 MIMO/빔포밍 등의 특성에 오차를 유발한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 다중 안테나 시스템의 성능과 컴포넌트 개수를 최적화할 수 있는 주파수 합성 발진 신호 생성 시스템을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 합성기(100)는 위상 비교 및 신호 생성부(110), 복수의 스위치를 포함하는 스위치부(120) 및 복수의 전압 조정 발진기를 포함하는 전압 조정 발진기부(130)를 포함한다.
위상 비교 및 신호 생성부(110)는 기준 신호 발진기(200)로부터 발생된 기준 신호와 스위치부(120)로부터 출력되는 출력 신호를 이용하여, 두 신호의 위상을 비교한 후 하나의 전압 신호를 스위치부(120)로 출력한다. 위상 비교 및 신호 생성부(110)의 자세한 구성에 대해서는 이후 도 4를 참조로 설명한다.
스위치부(120)는 위상 비교 및 신호 생성부(110)로부터 출력되는 전압 신호와 이후 설명할 전압 조정 발진기부(130)에 포함된 복수의 전압 조정 발진기 중 어느 하나의 전압 조정 발진기로부터 입력되는 주파수 신호에 대한 위상을 비교하고, 비교한 결과에 따라 출력 신호를 위상 비교 및 신호 생성부(110)로 입력한다. 이때 복수의 스위치 각각은 외부로부터 입력되는 스위치 제어 신호를 통해 제어된다.
전압 조정 발진기부(130)는 스위치부(120)로부터 출력되는 출력 신호의 전압에 따라 특정 주파수 신호를 생성하여 출력한다. 전압 조정 발진기부(130) 내에는 복수의 전압 조정 발진기가 포함되어 있으며, 각각의 전압 조정 발진기로부터 출력되는 주파수 신호는 스위치 제어 신호의 제어를 통해 스위치부(120)로 입력된다.
이러한 주파수 합성기의 구조에 대해 도 4를 참조로 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 구조도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기(100)는 기준 신호 주파수 분주기(111), 위상 주파수 검출기(112), 전하 펌프(113), 루프 필터(114) 및 분배기(115)를 포함하는 위상 비교 및 신호 생성부(110)와, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 포함하는 스위치부(120), 복수의 전압 조정 발진기(131-1 ∼ 131-N)를 포함하는 전압 조정 발진기부(130)를 포함한다. 그리고 주파수 합성기(100)는 기준 신호 발진기(200)와 연동한다.
기준 신호 주파수 분주기(111)는 기준 신호 발진기(200)가 생성한 기준 신호를 주파수별로 분주한다. 기준 신호 주파수 분주기(111)가 기준 신호를 분주하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.
위상 주파수 검출기(112)는 기준 신호 주파수 분주기(111)가 분주한 기준 신호와 분배기(115)로부터 입력되는 분주 신호를 비교하여, 두 신호의 차이에 해당하는 펄스 열을 생성한다. 즉, 두 신호의 위상차 및 주파수 차에 따라 펄스 신호를 생성하여 출력한다.
전하 펌프(113)는 위상 주파수 검출기(112)가 출력한 펄스 신호의 펄스 폭에 비례하는 전류 신호를 출력한다.
루프 필터(114)는 전하 펌프(113)에서 출력된 전류 신호에 고주파 잡음을 제거하고, 고주파 잡음이 제거된 전류 신호에 상응하는 전압 신호로 변환, 생성하여 출력한다.
분배기(115)는 제2 스위치(122)로부터 출력된 신호를 분주 신호로 위상 주파수 검출기(112)로 출력하여 기준 신호와 비교할 수 있도록 한다.
제1 스위치(121)는 루프 필터(114)에서 출력된 전압 신호를 복수의 전압 조정 발진기(130-1 ∼ 130-N) 중 어느 하나의 전압 조정 발진기에 연결되도록 스위칭한다. 이때, 제1 스위치(121)는 외부로부터 입력되는 스위치 제어 신호의 제어에 따라 루프 필터(114)에서 출력된 신호를 복수의 전압 조정 발진기(130-1 ∼ 130-N) 중 어느 하나의 전압 조정 발진기에 연결되도록 스위칭한다.
본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 스위치 제어 신호가 첫 번째 전압 조정 발진기(130-1)로부터 N번째 전압 조정 발진기(130-N)까지 순차적으로 연결되도록 제1 스위치(121)를 제어하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 여기서 스위치 제어 신호는 주파수 합성기(100)를 포함하는 디지털 로직 회로에서 임의로 생성된 신호로, 스위치 제어 신호를 생성하는 방법은 여러 방법이 있을 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 예로 한정하여 설명하지 않는다.
제2 스위치(122)는 전압 조정 발진기부(130)에서 출력되는 주파수 신호를 스위치 제어 신호의 제어를 통해 분배기(115)로 출력한다. 이는 복수의 전압 조정 발진기(130-1 ∼ 130-N)는 루프 필터(114)로부터 출력되는 신호를 제1 스위치(121)를 통해 연결 상태로 되지 않더라도 각각 전압 조정 발진기의 기능을 수행하고 있기 때문에, 스위치 제어 신호의 제어에 따라 제1 스위치(121)와 제2 스위치(122)가 동시에 제어되고 그에 따라 복수의 전압 조정 발진기(130-1 ∼ 130-N) 중 어느 하나의 전압 조정 발진기로부터의 출력만을 제2 스위치(122)가 입력받도록 한다.
전압 조정 발진기부(130)는 제1 스위치(121)를 통해 출력된 신호의 전압에 따라 특정 주파수 신호를 출력한다. 그리고 출력된 특정 주파수 신호는 국부 발진기 신호로 출력됨과 동시에, 제2 스위치(122)로도 입력된다.
이상에서 설명한 주파수 합성기를 포함한 다중 안테나 시스템의 예에 대해 도 5을 참조로 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기를 포함한 다중 안테나 시스템의 예시도이다.
도 5는 N개의 안테나와 N개의 송수신 경로를 가지는 다중 안테나 시스템 구조의 일부를 도시한 것으로, 다중 안테나 시스템은 N개의 안테나와 송수신 전환기(duplexer) 또는 대역 통과 필터(Band Pass Filter)(300)를 포함한다.
그리고 편의상 송신부는 주파수 변환기와 전력 증폭기만 나타내며, 수신부는 저잡음 증폭기, 주파수 변환기, 필터, 가변 이득 증폭기(VGA: Variable Gain Amplifier) 및 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog Digital Converter)만을 나타내었다. 또한 송신부 또는 수신부의 디지털 처리부는 디지털 빔포밍 & MIMO 프리코딩이라 나타내었다.
도 5에 도시된 바와 같이 각각의 송수신단에 VCO/PLL을 구비하지 않고, 위상 비교 및 신호 생성부(110), 스위치부(120) 및 전압 조정 발진기부(130)를 포함하는 주파수 합성기(100)를 통해 복수의 송수신단에 동일한 주파수의 신호를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 다중 안테나 송수신 시스템에 있어서,
    신호를 수신하는 수신부 및 송신하는 송신부와 연결되어, 신호를 생성하여 상기 수신부 및 송신부에 제공하는 주파수 합성기를 포함하며,
    상기 주파수 합성기는,
    상기 주파수 합성기와 연결되어 있는 기준 신호 발진기로부터 발생된 기준 신호와, 입력되는 출력 신호의 위상을 비교하여 하나의 신호를 전압 신호로 출력하는 위상 비교 및 신호 생성부;
    상기 위상 비교 및 신호 생성부가 출력한 전압 신호와 입력되는 주파수 신호의 위상을 비교하고, 비교 결과에 따라 출력 신호를 생성하여 상기 위상 비교 및 신호 생성부로 출력하는 스위치부; 및
    상기 스위치부로부터 출력되는 출력 신호의 전압에 따라 주파수 신호를 생성하고, 상기 생성한 주파수 신호를 상기 스위치부로 제공하는 복수의 전압 조정 발진기를 포함하는 전압 조정 발진기부
    를 포함하는 다중 안테나 송수신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    외부로부터 입력되는 스위치 제어 신호의 제어에 따라, 상기 위상 비교 및 신호 생성부로부터 출력되는 전압 신호를 상기 전압 조정 발진기부에 포함된 복수의 전압 조정 발진기 중 어느 하나의 전압 조정 발진기로 입력되도록 스위칭하는 상기 제1 스위치; 및
    상기 스위치 제어 신호의 제어에 따라, 상기 복수의 전압 조정 발진기 중 어느 하나의 전압 조정 발진기로부터 출력되는 출력 신호만을 수신하여 상기 위상 비교 및 신호 생성부로 출력도록 스위칭하는 제2 스위치
    를 포함하는 다중 안테나 송수신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상 비교 및 신호 생성부는,
    상기 기준 신호 발진기로부터 발생된 기준 신호를 주파수별로 분주하는 기준 신호 주파수 분주기;
    상기 제2 스위치로부터 출력되는 출력 신호를 미리 설정된 형태로 분주하여 분주 신호로 출력하는 분배기;
    상기 기준 신호 주파수 분주기가 분주한 기준 신호와 상기 분배기가 출력한 분주 신호를 입력받아, 두 신호의 차이에 해당하는 펄스 신호를 생성하는 위상 주파수 검출기;
    상기 위상 주파수 검출기가 생성한 펄스 신호의 펄스 폭에 비례하는 전류 신호를 출력하는 전하 펌프; 및
    상기 전하 펌프에서 출력된 전류 신호에 고주파 잡음을 제거하고, 고주파 잡음이 제거된 전류 신호에 대응하는 전압 신호로 변환하여 상기 제1 스위치로 출력하는 루프 필터
    를 포함하는 다중 안테나 송수신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 합성기는 동일한 주파수 및 위상을 갖는 복수의 신호를 생성하는 다중 안테나 송수신 시스템.
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KR20170007283A (ko) * 2014-05-15 2017-01-18 퀄컴 인코포레이티드 캐리어 어그리게이션 트랜시버 내의 다수의 합성기들을 가지는 멀티-웨이 다이버시티 수신기
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