KR101375729B1 - 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치에 있어서, 하나 이상의 무선경로부터 입력신호들의 전력을 각각 배분하여 더하는 1 커플러와, 상기 제 1 커플러로부터 커플링된 신호들을 분리하는 제 2 커플러를 포함하여, 두 개의 무선경로부터 두 개의 커플러와 두 개의 저잡음 증폭기로 다이버시티 처리함으로써, 부품을 반으로 줄일 수 있어 수신 회로 크기를 줄일 수 있다. 또한, 부품 수의 감소로 인해 비용을 절감시킬 수 있다.
Figure R1020070007366
무선통신 시스템, 다이버시티(diversity), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier:LAN), 커플러(coupler).

Description

무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIVERSITY RECEIVER IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 직교 커플러(Quadrature Coupler) 동작설명을 위한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 블록도 및,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 동작 흐름도.
본 발명은 무선통신 시스템에서 다이버시티(diversity) 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선통신 시스템에서 하나 이상의 무선경로로부터 신호들을 수신하여 커플링하는 다이버시티 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 무선통신 시스템에서 페이딩(fading)은 시간적 변화에 따라 신호의 수신세력이 시시각각 변화시켜 심각한 수신란을 초래하기 때문에 다이버시티(Diversity) 기법을 사용하여 상기 페이딩(Fading) 효과를 감소시키고 있다. 예를 들면, 두 개의 수신 안테나를 사용함으로써 전파를 수신하는 경로를 두 개로 만들게 되어, 즉, 신호의 전달 경로를 공간적/시간적/주파수적으로 분리하여 수신함으로써, 두 수신 신호의 차이를 비교하거나 적절한 신호만 검출하여 상기 페이딩 효과를 줄일 수 있다.
상기 다이버시티를 처리하기 위해 수신단에서 커플러를 사용하여 신호를 커플링한다. 상기 커플링은 독립된 공간 또는 선로간에서 전/자계적으로 교류신호 에너지가 상호 전달되는 현상이다. 여기서, 도 1을 참조하여, 수신단에 사용되는 커플러 동작에 대해 자세히 설명하기로 한다. 상기 커플러(100)는 4포트 대칭구조로서 구성되어 있고 입력포트(102)로 신호를 입력받아 상기 입력 신호의 전력을 -3dB(10*log(1/2))로 커플링한다. 즉, 상기 커플러(100)는 상기 입력신호의 전력을 반으로 줄여 출력포트(104)로 출력하고, 3dB(1/2) 작은 전력을 커플링된 출력포트(106)로 출력된다. 그리고 두 개의 균등한 출력신호는 λ/4(90°)의 위상차를 가진다. 다시 말해, 상기 커플러(100)는 상기 입력신호의 전력을 반반씩 배분하는 분배기의 개념으로 동작한다.
도 2는 종래기술에 따른 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 블록도를 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 다이버시티 수신 장치는 A 경로(208)의 신호를 수신하기 위해 제 1 커플러(200), 제 2 커플러(202), 제 1 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier:LNA), 제 2 저잡음 증폭기(206), 저항(210, 212)들을 포함하고, B 경로(209)의 신호를 수신하기 위해 제 1 커플러(201), 제 2 커플러(203), 제 1 저잡음 증폭기(205), 제 2 저잡음 증폭기(207), 저항(211, 213)들로 포함하여 구성된다.
상기 제 1 커플러(200)는 A 경로(208)로부터 유입되는 신호를 안테나를 통해 입력받아 상기 입력신호를 커플링한다. 즉, 상기 제 1 커플러(200)는 상기 입력신호의 전력을 1/2로 떨어뜨려 상기 입력신호(A/2로 칭함)를 제 2 LNA(206)로 출력하고, 커플링된 입력신호(상기 A 입력신호의 전력 1/2에 해당하고 90도 위상이 차이 나는 신호: 90°(A/2)로 칭함)를 제 1 LNA(204)로 출력한다. 상기 저항(210)는 커플링된 입력신호(A/2)가 입력포트로 출력되지 않도록 하는 격리(isolation) 역할을 수행한다. 상기 제 1 LNA(204)는 상기 제 1 커플러(200)로부터 90°(A/2) 입력신호를 증폭하여(90°(A/2)G) 제 2 커플러(202)로 출력한다. 마찬가지로, 상기 제 2 LNA(206)는 상기 제 1 커플러(200)로부터 A/2 입력신호를 증폭하여((A/2)G) 제 2 커플러(202)로 출력한다. 여기서, 상기 G는 이득(gain)이다. RF(Radio Frequency) 수신단에서 수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 매우 낮은 전력레벨을 갖고 있기 때문에, 상기 제 1 LNA(204), 상기 제 2 LNA(206)는 잡음을 최소화하여 신호를 증폭해야 한다.
상기 제 1 커플러(200)는 제 1 LNA(204)로부터 90°(A/2) 신호와 제 1 LNA(206)로부터 (A/2) 신호를 커플링하여 AG(90°(A/2)G + 90°(A/2)G = AG) 신호를 출력한다. 상기 저항(212)는 상기 제 1 LNA(204)로부터 제 2 커플러(212)로 90°(A/2)G입력신호가 출력되지 않도록 하는 격리(isolation) 역할을 수행한다.
마찬가지로, 별도로 B 경로(209)의 신호도 상기 제 1 커플러(201), 상기 제 2 커플러(203), 제 1 LNA(205), 제 2 LNA(207), 격리(isolation) 저항(211, 213)들을 통해 처리된다. 상기 동작은 상기 A 경로(208)와 비슷하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이처럼, 종래 기술의 경우에 다이버시티 수신을 하기 위해 무선경로별로 두 개의 커플러와 두 개의 저잡음 증폭기가 사용되어 수신기 크기가 커지고 부품사용이 많아져 비용이 증가한다.
따라서, 부품사용을 줄여 비용 절감을 하기 위한 다이버시티 수신 장치 및 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 비용절감을 위한 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치에 있어서, 하나 이상의 무선경로부터 입력신호들의 전력을 각각 배분하여 더하는 1 커플러와, 상기 제 1 커플러로부터 커플링된 신호들을 분리하는 제 2 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 방법에 있어서, 하나 이상의 무선경로부터 입력신호들의 전력을 각각 배분하여 더하는 과정과, 상기 제 1 커플러로부터 커플링된 신호들을 분리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치 블록도를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 다이버시티 수신 장치는 제 1 커플러(301), 제 2 커플러(303), 제 1 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier:LNA)(305), 제 2 저잡음 증폭기(307)들을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 커플러(301)는 A 경로(311)로부터 유입되는 신호와 B 경로(309)로부터 유입되는 신호를 커플링하여 두 개의 출력포트를 통해 각각 상기 제 1 LNA(305), 상기 제 2 LNA(307)로 출력한다. 여기서, A 경로(311)의 신호 전력을 반으로 감소시킨 신호(A/2)와 B 경로(309)의 신호 전력을 반으로 감소시켜 90°위상차이를 가지는 신호(90°(B/2))가 합해져서 상기 제 1 LNA(305)로 출력된다. B 경로(309)의 신호 전력을 반으로 감소시킨 신호(B/2)와 A 경로(311)의 신호 전력을 반으로 감소시켜 90°위상차이를 가지는 신호(90°(A/2))가 합해져서 상기 제 1 LNA(305)로 출력된다.
상기 제 1 LNA(305)는 상기 제 1 커플러(301)로부터 (A/2)+90°(B/2) 입력신호를 증폭하여 (A/2)G+90°(B/2)G 신호를 제 2 커플러(202)로 출력한다. 마찬가지로, 상기 제 2 LNA(307)는 상기 제 1 커플러(301)로부터 90°(A/2)+(B/2) 입력신호를 증폭하여 90°(A/2)G+(B/2)G 신호를 제 2 커플러(202)로 출력한다. 여기서, 상기 G는 이득(gain)이다. RF(Radio Frequency) 수신단에서 수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 매우 낮은 전력레벨을 갖고 있기 때문에, 상기 제 1 LNA(305), 상기 제 2 LNA(307)는 잡음을 최소화하여 신호를 증폭해야 한다.
상기 제 2 커플러(303)는 제 1 LNA(305)로부터 (A/2)G+90°(B/2)G 신호와 90°(A/2)G+(B/2)G 신호를 커플링하여 각각 A 출력포트로 BG((A/2)G + 90°(B/2)G + 180°(A/2)G+ 90°(B/2)G = 90°BG = BG))를 출력하고, B 출력포트로 AG(90°(A/2)G + 180°(B/2)G + 90°(A/2)G + (B/2)G = 90°AG = AG))를 출력한다. 여기서, 위상이 180˚차이가 나며 크기가 같은 신호는 서로 상쇄된다. 상기 A 경로, 상 기 B 경로 신호의 성분이 서로 반대로 출력되지만 모뎀(Modem)단에서 구분하여 인식하면 되므로 문제가 되지 않는다. 그리고 위상이 90˚돌아간 것은 신호가 물리적인 경로를 지나가면서 위상이 변하는 현상과 같으므로 고려할 필요가 없는 사항이다.
따라서, 수신된 2개의 신호(A,B)는 두 개의 커플러와 두 개의 저잡음 증폭기만으로 다이버시티 수신된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 수신기는 400 단계에서 각각의 무선경로로부터 A 신호와 B 신호를 한 개 커플러의 두 입력 포트로 수신한다.
이후, 상기 수신기는 402 단계에서 A 신호와 B 신호를 입력으로 두 신호를 커플링한다. 여기서, 상기 커플링된 신호는 A 경로의 신호 전력을 반으로 감소시킨 신호(A/2)와 B 경로의 신호 전력을 반으로 감소시켜 90°위상차이를 가지는 신호(90°(B/2))가 합해진 신호와 B 경로의 신호 전력을 반으로 감소시킨 신호(B/2)와 A 경로의 신호 전력을 반으로 감소시켜 90°위상차이를 가지는 신호(90°(A/2))가 합해진 신호가 각각 출력된다.
이후, 상기 수신기는 404 단계에서 (A/2) + 90°(B/2) 신호와 90°(A/2) + (B/2) 신호를 잡음을 최소화하여 각각 증폭한다. 여기서, 증폭된 신호는 (A/2)G + 90°(B/2)G 신호와 90°(A/2)G + (B/2)G 신호이다.
이후, 상기 수신기는 400 단계에서 (A/2)G + 90°(B/2)G 신호와 90°(A/2)G + (B/2)G 신호를 커플링하여 A 출력포트로 BG((A/2)G + 90°(B/2)G + 180°(A/2)G + 90°(B/2)G = 90°BG = BG))를 출력하고, B 출력포트로 AG(90°(A/2)G + 180°(B/2)G + 90°(A/2)G + (B/2)G = 90°AG = AG))를 출력한다. 여기서, 위상이 180˚차이가 나며 크기가 같은 신호는 서로 상쇄된다.
이후, 상기 수신기는 400 단계에서 신호전력을 분리하여 출력한다. 여기서, 서로 반대로 출력된 상기 A 경로, 상기 B 경로 신호를 구분하여 출력한다.
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 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 두 개의 무선경로부터 두 개의 커플러와 두 개의 저잡음 증폭기로 다이버시티 처리함으로써, 부품을 반으로 줄일 수 있어 수신 회로 크기를 줄일 수 있다. 또한, 부품 수의 감소로 인해 비용을 절감시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 장치에 있어서,
    하나 이상의 무선경로부터 입력신호들의 전력을 각각 배분하여 더하는 1 커플러와,
    상기 제 1 커플러로부터 커플링된 신호들을 분리하는 제 2 커플러를 포함하되,
    상기 제 1 커플러는 제 1 경로를 통해 유입된 입력신호의 전력을 반으로 줄이고, 제 2 경로를 통해 유입된 입력신호를 90도 위상회전시켜 전력을 반으로 줄여 상기 두 신호를 합하고,
    상기 제 1 커플러는 제 1 경로를 통해 유입된 입력신호를 90도 위상회전시켜 전력을 반으로 줄이고, 제 2 경로를 통해 입력신호의 전력을 반으로 줄여 상기 두 신호를 합하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 커플러는 180도 위상차가 있는 신호들을 상쇄하고 위상차가 없는 신호들을 더해서 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 커플러의 제 1 경로에 대응하는 입력신호는 제 2 경로에 대응하는 출력신호로 나타나고,
    상기 제 2 커플러의 제 2 경로에 대응하는 입력신호는 제 1 경로에 대응하는 출력신호로 나타나는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 커플러와 상기 제 2 커플러 사이에 잡음을 최소화하여 증폭하는 저잡음 증폭기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 무선통신 시스템에서 다이버시티 수신 방법에 있어서,
    제 1 커플러가, 하나 이상의 무선경로부터 입력신호들의 전력을 각각 배분하여 더하는 과정과,
    제 2 커플러가, 상기 제 1 커플러로부터 커플링된 신호들을 분리하는 과정을 포함하되,
    상기 제 1 커플러는 제 1 경로를 통해 유입된 입력신호의 전력을 반으로 줄이고, 제 2 경로를 통해 유입된 입력신호를 90도 위상회전시켜 전력을 반으로 줄여 상기 두 신호를 합하고,
    상기 제 1 커플러는 제 1 경로를 통해 유입된 입력신호를 90도 위상회전시켜 전력을 반으로 줄이고, 제 2 경로를 통해 입력신호의 전력을 반으로 줄여 상기 두 신호를 합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 커플러는 180도 위상차가 있는 신호들을 상쇄하고 위상차가 없는 신호들을 더해서 출력하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 커플러의 제 1 경로에 대응하는 입력신호는 제 2 경로에 대응하는 출력신호로 나타나고,
    상기 제 2 커플러의 제 2 경로에 대응하는 입력신호는 제 1 경로에 대응하는 출력신호로 나타나는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 커플러와 상기 제 2 커플러 사이에 잡음을 최소화하여 증폭하는 과정을 더 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
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