KR101435431B1 - Ｉ／ｑ 타이밍 스큐 보정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이렉트 컨버전 방식을 사용하는 통신 시스템에서 FIR 필터를 사용하여 I/Q 타이밍 스큐를 정확하게 보정하는 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치는 사전에 측정된 I/Q 타이밍 스큐 τ를 이용하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터계수 간에 시간 차가 있는 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 생성하는 디지털 FIR 필터계수 연산부 및 I상 데이터와 Q상 데이터 각각에 대해 상기 디지털 FIR 필터계수 연산부에서 계산된 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 적용한 디지털 필터링을 수행하는 I상 디지털 필터 연산부와 Q상 디지털 필터 연산부를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 디지털 FIR 필터계수 연산부는 시스템의 기본 샘플링 레이트의 M(정수)배만큼 오버샘플링된 샘플링 레이트를 기준으로 디지털 FIR 필터계수를 미리 생성하여 저장하는 오버샘플 필터계수 저장부; 사전 측정된 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 상기 M배 오버 샘플링된 클록을 기준으로 한 샘플 수로 변환하는 시간지연 샘플계산부 및 상기 오버샘플 필터계수 저장부에 저장된 필터계수와 상기 시간지연 샘플계산부에서 계산된 I/Q 성분간 타이밍 스큐의 샘플 수를 이용하여 필터계수의 다운샘플 과정을 통해 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수를 생성하는 다운샘플 필터계수 생성부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

Ｉ／Ｑ 타이밍 스큐 보정 장치{apparatus for correcting I/Q timing skew}

본 발명은 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치에 관한 것으로, 특히 다이렉트 컨버전 방식을 사용하는 통신 시스템에서 I/Q 타이밍 스큐를 정확하게 보정하는 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치에 관한 것이다.

많은 통신 시스템에서 다이렉트 컨버전(direct conversion) 또는 호모다인 컨버전(homodyne conversion) 방식은 하드웨어 상의 간편성과 가격 면에서의 장점으로 인해 많이 사용되는 변환 기술의 하나이다. 그러나 다이렉트 컨버전 방식은 아날로그 소자인 I/Q 모듈레이터의 특성으로 인해 동위상(In-phase)(이하 'I상'이라 한다) 성분과 직교위상(Quadrature-phase)(이하 'Q상'이라 한다) 성분 간의 위상이 90도가 안 되는 위상 불균형(phase imbalance) 및 I상 성분과 Q상 성분 간의 이득(gain)이 달라지는 이득 불균형(gain imbalance)을 일으키며 이로 인해 심각한 성능 열화를 보이는 단점을 갖는다.

따라서 이러한 다이렉트 컨버전 시스템에서는 전술한 I상 성분 및 Q상 성분(이하 이를 통칭하여 'I/Q' 성분이라 한다) 간의 위상 및 이득 불균형에 의한 성능 열화를 줄이기 위해 이러한 위상 및 이득 불균형을 보정하는 많은 기술이 연구되고 있다. 그러나 최근까지도 I/Q 성분 간의 DAC(Digital to Analog Conversion) 또는 ADC(Analog to Digital Conversion) 타이밍과 피씨비(PCB) 또는 케이블 길이 차이로 인해 발생하는 I/Q 성분간 시간 지연 차이에 의한 I/Q 타이밍 스큐(timing skew)를 측정하고 보정하는 기술은 많이 연구되지 않고 있다.

이에 따라 최근에 활발하게 사용되고 있는 WLAN, WiMAX 또는 LTE 통신 시스템과 같이 광대역을 사용하는 통신 시스템에서는 그동안 고려되지 않았던 I/Q 성분간 타이밍 스큐의 영향이 무시될 수 없을 만큼 많은 성능 열화를 가져오는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다이렉트 컨버전 방식을 사용하는 통신 시스템에서 FIR 필터를 사용하여 I/Q 타이밍 스큐를 정확하게 보정하는 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치는 사전에 측정된 I/Q 타이밍 스큐 τ를 이용하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터계수 간에 시간 차가 있는 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 생성하는 디지털 FIR 필터계수 연산부 및 I상 데이터와 Q상 데이터 각각에 대해 상기 디지털 FIR 필터계수 연산부에서 계산된 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 적용한 디지털 필터링을 수행하는 I상 디지털 필터 연산부와 Q상 디지털 필터 연산부를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 디지털 FIR 필터계수 연산부는 시스템의 기본 샘플링 레이트의 M(정수)배만큼 오버샘플링된 샘플링 레이트를 기준으로 디지털 FIR 필터계수를 미리 생성하여 저장하는 오버샘플 필터계수 저장부; 사전 측정된 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 상기 M배 오버 샘플링된 클록을 기준으로 한 샘플 수로 변환하는 시간지연 샘플계산부 및 상기 오버샘플 필터계수 저장부에 저장된 필터계수와 상기 시간지연 샘플계산부에서 계산된 I/Q 성분간 타이밍 스큐의 샘플 수를 이용하여 필터계수의 다운샘플 과정을 통해 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수를 생성하는 다운샘플 필터계수 생성부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 M은 100 이상인 것을 특징으로 한다.

상기. 다운샘플 필터계수 생성부는 상기 오버샘플 필터계수 저장부에 저장되어 있는 필터계수를 상기 M 샘플만큼 다운 생플링한 두 종류의 필터계수를 만들되, 상기 두 종류의 필터계수 중 첫 번째 필터계수는 상기 오버샘플 필터계수 저장부의 필터계수에서 첫 번째 샘플부터 시작하여 M 샘플씩 다운 샘플링한 필터계수(h1)라고 하고, 상기 두 종류의 필터계수 중 두 번째 필터계수는 상기 시간지연 샘플 계산부에서 계산된, I/Q 성분간 타이밍 스큐에 해당하는 샘플 수 Z에 가장 가까운 샘플부터 시작하여 M 샘플씩 다운 샘플링한 필터계수(h2)라고 할 때,

에서 타이밍 스큐 τ가 양수인 경우에는 I상 경로의 필터계수를 h2로 지정하고 Q상 경로의 필터계수를 h1로 지정하여 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수로 출력하는 반면에 상기 타이밍 스큐 τ가 음수인 경우에는 I상 경로의 필터계수를 h1로 지정하고 Q상 경로의 필터계수를 h2로 지정하여 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 장치는 다이렉트 컨버전 방식의 통신 시스템에 적용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치에 따르면, 다이렉트 컨버전 방식을 사용하는 통신 시스템에서 FIR 필터를 사용하여 I/Q 타이밍 스큐를 정확하게 보정할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치의 블록 구성도.
도 2는 도 1에서 디지털 FIR 필터계수 연산부의 상세 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에서 디지털 FIR 필터계수 연산부의 상세 블록 구성도이다.

먼저 본 발명에서는 시스템의 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 사전에 측정하여 알고 있다고 가정한다. I/Q 성분간 타이밍 스큐는 I상 성분 경로 및 Q상 성분 경로 간의 상대적인 시간 차이므로 I/Q 성분간 타이밍 스큐가 존재하는 시스템은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

위의 수학식 1과 같이 I/Q 성분간 타이밍 스큐가 존재하는 경우 이를 보정하는 방법은 아래의 수학식 2와 같이 I상 성분 경로 또는 Q상 성분 경로에 인위적으로 시간 지연 τ를 추가함으로써 I상 성분과 Q상 성분 간의 시간 차를 제거하는 것이다. 본 발명에서는 I상 성분 경로와 Q상 성분 경로 간의 시간 차를 보정하기 위해 시간 지연된 디지털 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 사용하는 방법을 이용한다.

도 1은 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치의 블록 구성도로서, (a)는 송신단에서의 구성이고, (b)는 수신단에서의 구성이다. 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 다이렉트 컨버전 방식을 사용하는 통신 시스템의 송신단의 기저대역 모듈은 I상 및 Q상에 대한 기저대역 신호를 생성하는 기저대역 신호생성부(100), 사전에 측정된 I/Q 타이밍 스큐를 이용하여 필터계수 간에 시간 차가 있는 I상 경로의 필터계수(이하 간단히 'I상 필터계수'라 한다)와 Q상 경로의 필터계수(이하 간단히 'Q상 필터계수'라 한다)를 생성하는 디지털 FIR 필터계수 연산부(200), 기저대역 신호처리부(100)에서 출력된 I상 데이터와 Q상 데이터 각각에 대해 디지털 FIR 필터계수 연산부(200)에서 계산된 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 적용한 디지털 필터링을 수행하는 I상 디지털 필터 연산부(300)와 Q상 디지털 필터 연산부(400)를 포함하여 이루어진다.

한편, I상 디지털 필터 연산부(300)와 Q상 디지털 필터 연산부(400)에서 출력된 디지털 데이터는 이후 각각의 D/A 컨버터(410),(420)를 통해 아날로그 신호로 변환되어 출력된다.

다음으로 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 다이렉트 컨버전 방식을 사용하는 통신 시스템의 수신단의 기저대역 모듈 역시 사전에 측정된 I/Q 타이밍 스큐를 이용하여 필터계수 간에 시간 차가 있는 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 생성하는 디지털 FIR 필터계수 연산부(200), I상 및 Q상 각각에 대한 A/D 컨버터(430),(440)를 통해 변환된 디지털 데이터에 대해 디지털 FIR 필터계수 연산부(200)에서 계산된 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 적용한 디지털 필터링을 수행하여 얻어진 I상 데이터와 Q상 데이터를 기저대역 신호처리부(100)로 출력하는 I상 디지털 필터 연산부(300)와 Q상 디지털 필터 연산부(400)를 포함하여 이루어진다.

도 2는 도 1에서 디지털 FIR 필터계수 연산부의 상세 블록 구성도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 디지털 FIR 필터계수 연산부(200)는 해당 통신 시스템의 기본 샘플링 레이트(sampling rate)에서 정수인 M배만큼 오버샘플링(over sampling)된 샘플링 레이트를 기준으로 디지털 FIR 필터계수를 미리 생성하여 저장하는 오버샘플 필터계수 저장부(210), 시간 단위인, 사전 측정된 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 M배 오버 샘플링된 클록을 기준으로 한 샘플 수로 변환하는 시간지연 샘플계산부(220) 및 오버샘플 필터계수 저장부(220)에 저장된 필터계수와 시간지연 샘플계산부(220)에서 계산된 I/Q 성분간 타이밍 스큐의 샘플 수를 이용하여 필터계수의 다운샘플 과정을 통해 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수를 생성하는 다운샘플 필터계수 생성부(230)를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, M 값은 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 보정하기 위한 분해능 시간(resolution time)에 따라 결정되며, 바람직하게는 100 이상의 값으로 주어질 수 있다. M 값이 클수록 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 보다 정확히 보정할 수 있다.

한편, 오버 샘플링된 샘플링 레이트에서 생성된 필터의 탭수(차수)는 디지털 FIR 필터계수 연산부(200)의 출력인 I상 경로 필터와 Q상 경로 필터에서 사용하는 필터 탭수의 M 배가 되도록 필터계수를 생성한다. 즉, 디지털 FIR 필터계수 연산부(200)의 출력인 I상 경로 필터와 Q상 경로 필터가 N개의 필터 탭을 사용한다면 오버샘플 필터계수 저장부(220)에서 생성된 필터 탭수가 N*M-1 개가 되도록 필터를 설계한다.

시간지연 샘플계산부(210)에서는 I/Q 성분간 타이밍 스큐에 해당하는 샘플 수를 계산하는데, M배 오버 샘플링된 클럭을 X[㎒], 사전 측정된 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 Y[sec]라고 하면 I/Q 성분간 타이밍 스큐에 해당하는 샘플 수 Z는 아래의 수학식 3과 같다.

다음으로 다운샘플 필터계수 생성부(230)는 오버샘플 필터계수 저장부(220)에 저장되어 있는 필터계수와 시간지연 샘플계산부(210)에서 계산된 I/Q 성분간 타이밍 스큐의 샘플 수를 이용하여 필터계수의 다운 샘플 과정을 통해 I상 경로 및 Q상 경로의 필터계수를 생성한다.

도 3은 본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 다운샘플 필터계수 생성부(230)는 도 3에 도시한 바와 같이 오버샘플 필터계수 저장부(220)에 저장되어 있는 필터계수를 M 샘플만큼 다운 생플링(decimation)한 두 종류의 필터계수를 만든다. 첫 번째 필터계수는 오버샘플 필터계수 저장부(220)의 필터계수에서 첫 번째 샘플부터 시작하여 M 샘플씩 다운 샘플링(decimation)한 필터계수로써 이 필터계수를 'h1'이라고 표시한다.

두 번째 필터계수는 시간지연 샘플 계산부(210)에서 계산된 Z에 가장 가까운 샘플부터 시작하여 M 샘플씩 다운 샘플링(decimation)한 필터계수로써 이 필터계수를 'h2'라고 표시한다. 위의 수학식 1에서 τ가 양수인 경우, 즉 I상 경로 대비 Q상 경로가 뒤로 시간 지연이 되어 있으면 I상 경로의 필터계수를 h2로 지정하고 Q상 경로의 필터계수를 h1로 지정하여 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수로 출력한다. 반대로 위의 수학식 1에서 τ가 음수인 경우, 즉 I상 경로 대비 Q상 경로가 앞으로 시간 지연된 경우 I상 경로의 필터계수를 h1로 지정하고 Q상 경로의 필터계수를 h2로 지정하여 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수로 출력한다.

마지막으로, 디지털 FIR 필터계수 연산부(200)에서 계산된 서로 다른 시간 차를 갖는 I상 성분 경로와 Q상 경로의 필터계수를 이용하여 각각의 디지털 필터 연산부(300),(400)에서 I상 신호와 Q상 신호를 필터링하게 되면 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수 간의 시간 차에 의해 I/Q 성분간 타이밍 스큐가 보정된다.

본 발명의 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

100: 기저대력 신호처리부, 200: 디지털 FIR 필터계수 연산부,
210: 시간지연 샘플 계산부, 220: 오버샘플 필터계수 저장부,
230: 다운샘플 필터계수 생성부, 300, 400: 디지털 필터 연산부,
410, 420: D/A 컨버터, 430, 440: A/D 컨버터

Claims (5)

1. 사전에 측정된 I/Q 타이밍 스큐(τ)를 이용하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터계수 간에 시간 차가 있는 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 생성하되, 시스템의 기본 샘플링 레이트의 M(정수)배만큼 오버샘플링된 샘플링 레이트를 기준으로 디지털 FIR 필터계수를 미리 생성하여 저장하는 오버샘플 필터계수 저장부와, 사전 측정된 I/Q 성분간 타이밍 스큐를 상기 M배 오버 샘플링된 클록을 기준으로 한 샘플 수로 변환하는 시간지연 샘플계산부와, 상기 오버샘플 필터계수 저장부에 저장된 필터계수와 상기 시간지연 샘플계산부에서 계산된 I/Q 성분간 타이밍 스큐의 샘플 수를 이용하여 필터계수의 다운샘플 과정을 통해 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수를 생성하는 다운샘플 필터계수 생성부를 포함하는 디지털 FIR 필터계수 연산부와;
   I상 데이터와 Q상 데이터 각각에 대해 상기 디지털 FIR 필터계수 연산부에서 계산된 I상 필터계수와 Q상 필터계수를 적용한 디지털 필터링을 수행하는 I상 디지털 필터 연산부와 Q상 디지털 필터 연산부;를 포함하여 이루어진 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 정수 M은 100 이상인 것을 특징으로 하는 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 다운샘플 필터계수 생성부는 상기 오버샘플 필터계수 저장부에 저장되어 있는 필터계수를 상기 정수 M 샘플만큼 다운 샘플링한 두 종류의 필터계수를 만들되,
   상기 두 종류의 필터계수 중 첫 번째 필터계수는 상기 오버샘플 필터계수 저장부의 필터계수에서 첫 번째 샘플부터 시작하여 M 샘플씩 다운 샘플링한 필터계수(h1)라고 하고,
   상기 두 종류의 필터계수 중 두 번째 필터계수는 상기 시간지연 샘플 계산부에서 계산된, I/Q 성분간 타이밍 스큐에 해당하는 샘플 수 Z에 가장 가까운 샘플부터 시작하여 M 샘플씩 다운 샘플링한 필터계수(h2)라고 할 때,
   

   

   에서 타이밍 스큐 τ가 양수인 경우에는 I상 경로의 필터계수를 h2로 지정하고 Q상 경로의 필터계수를 h1로 지정하여 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수로 출력하는 반면에
   상기 타이밍 스큐 τ가 음수인 경우에는 I상 경로의 필터계수를 h1로 지정하고 Q상 경로의 필터계수를 h2로 지정하여 I상 경로와 Q상 경로의 필터계수로 출력하는 것을 특징으로 하는 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치.
5. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치는 다이렉트 컨버전 방식의 통신 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는 I/Q 타이밍 스큐 보정 장치.

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