KR101573828B1 - 이중대역 송수신기 - Google Patents

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KR101573828B1
KR101573828B1 KR1020140072054A KR20140072054A KR101573828B1 KR 101573828 B1 KR101573828 B1 KR 101573828B1 KR 1020140072054 A KR1020140072054 A KR 1020140072054A KR 20140072054 A KR20140072054 A KR 20140072054A KR 101573828 B1 KR101573828 B1 KR 101573828B1
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김영진
송승환
이재경
장진욱
김진용
김준오
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한국항공대학교산학협력단
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    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

이중대역(2.4GHz, 5GHz)을 사용하는 무선 통신시스템(무선 랜 시스템)에서 낮은 국부발진주파수(LOF; Local Oscillator Frequency)를 사용하면서도 이중대역을 모두 커버할 수 있는 이중대역 송수신기에 관한 것으로서, 수신한 제1주파수 대역의 무선 신호를 저잡음 증폭하는 제1저잡음 증폭기; 수신한 제2주파수 대역의 무선 신호를 저잡음 증폭하는 제2저잡음 증폭기; 상기 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 신호를 처리하기 위한 국부발진주파수를 발생하는 위상동기루프; 및 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 제1저잡음 증폭기 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 무선 신호를 혼합하여 중간주파수를 추출하는 주파수 혼합기로 이중대역 송수신기의 주파수 하향 변환기를 구현하고, 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기를 통해 국부발진주파수를 발생한다.

Description

이중대역 송수신기{Dual-band transceiver}
본 발명은 이중대역 송수신기(Dual-band transceiver)에 관한 것으로, 특히 이중대역(2.4GHz, 5GHz)을 사용하는 무선 통신시스템(무선 랜 시스템)에서 낮은 국부발진주파수(LOF; Local Oscillator Frequency)를 사용하면서도 이중대역을 모두 커버할 수 있는 이중대역 송수신기에 관한 것이다.
케이블 연결에 기반한 근거리 컴퓨터 네트워크 방식인 랜(LAN: Local Area Network)은 1970년대부터 개발되어 1990년대에 이르러서는 완전히 대중화되었다. 하지만, 노트북, PDA과 같은 휴대용 컴퓨터 시스템의 보급이 늘어나면서 네트워크 연결에 케이블이 반드시 필요한 랜만으로는 활용성에 한계를 느끼게 되었다. 따라서 랜을 무선화하고자 하는 시도가 1990년대 초반부터 본격화되기 시작했다.
한편, 전기전자기술자협회(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 무선랜 표준을 제정, 1997년에 표준 무선랜의 첫 번째 규격인 'IEEE 802.11'을 발표했다. 이 IEEE 802.11 기술 규격의 브랜드명이 바로 'wireless fidelity'이며 줄여서 'Wi-Fi(와이-파이)'라고 읽는다. 2014년 현재, 대부분의 무선랜 기기들이 와이-파이 규격을 준수하고 있으므로, '와이-파이 = 무선랜'으로 인식되는 경우가 많다. 와이-파이 규격을 준수하는 기기는 종류가 다르더라도 서로 통신이 가능하다.
와이-파이는 기본적으로 근거리 네트워크 방식인 랜을 무선화한 것이기 때문에 사용 거리에 제한이 있다. AP 및 단말기의 성능에 따라 차이가 있긴 하지만 대체로 가정용 제품의 경우 20 ~ 30m 이내, 기업용 제품의 경우 100 ~ 200m 정도가 일반적이라고 할 수 있다. AP에서 멀어질수록 통신 속도가 점차 저하되며, 범위를 완전히 벗어나면 접속이 끊어진다.
하지만, 3G 이동통신이나 위성 통신 등에 비해 와이-파이는 AP의 설치가 수월하고 설치에 드는 비용도 저렴한 편이다. 게다가 데이터 전송 속도가 빠른 장점도 있다. 이런 이유로 점차 와이-파이의 보급이 늘어나는 추세이며 각 이동통신사에서는 유동인구가 많은 곳에 자사의 스마트폰으로 무료접속이 가능한 AP를 설치, 이를 광고하여 소비자들을 유인하기도 한다.
와이-파이는 처음 발표된 이후 지속적으로 새로운 버전이 개발되어 점차 데이터 전송 속도가 향상되었다. 1997년에 발표된 IEEE 802.11 규격은 최대 2Mbps의 속도였으나, 1999년에 나온 IEEE 802.11b 규격은 최대 11Mbps의 속도를 지원하고, IEEE 802.11a는 54Mbps를 지원하며, 2003년에 나온 IEEE 802.11g 규격은 최대 54Mbps의 속도를 지원한다.
와이-파이는 2.54GHz와 5GHz의 2개의 사용하는 데, 2개의 대역을 모두 사용하기 위해서는 위상동기루프(PLL) 내부의 전압제어발진기(VCO)가 넓은 주파수 범위를 커버해야 한다. 즉, 위상동기루프 내의 전압제어발진기에서 I/Q 발진기의 2배에 해당하는 국부발진주파수를 생성하였다.
도 1은 일반적인 direct-conversion 구조의 와이-파이 송신기의 개략 구성도이다. 여기서 PLL는 위상동기루프, /2는 주파수 분배기, LPF는 저역 필터, VGA는 가변이득증폭기, DA는 증폭기를 각각 나타낸다.
신디사이저(Synthesizer)의 위상동기루프(PLL)에 구비된 2개의 전압제어발진기(VCO)에서 발진주파수를 생성하고, 주파수 분배기에서 이를 분배하여 국부발진주파수(LO_I)(LO_Q)를 생성하여 믹서에 제공한다.
송신기(Transmitter)는 송신 신호를 저역 필터에서 저역 필터링하고, 가변이득증폭기에서 저역 필터링된 송신 신호를 설정되는 이득에 따라 증폭한다. 그리고 I신호 믹서 및 Q신호 믹서에서 상기 가변이득증폭기를 통해 출력되는 송신 신호와 상기 국부발진주파수(LO_I)(LO_Q)를 각각 혼합하여 송신 신호를 생성하고, 이렇게 생성되는 송신 신호는 증폭기에 의해 증폭된 후 출력된다.
하기의 <표1>은 도1의 일반적인 direct-conversion 구조의 와이-파이 송수신기에서 발생하는 주파수를 나타낸 것이다.
Frequency Mode Min Max
RF
 802.11g 2412 2500
802.11a 4900 5875
LO
 802.11g 2412 2500
802.11a 4900 5875
VCO
 802.11g 4824 5000
802.11a 9800 11750
상기와 같은 direct-conversion 구조의 와이-파이 송수신기는 LO주파수가 높기 때문에 LO 버퍼(LO duty generator 포함)의 전류 소모가 증가하는 단점이 있다. 아울러 LO주파수를 생성해주는 전압제어발진기(VCO) 주파수 또한 높아지기 때문에 PLL설계의 부담이 발생한다. 또한, 주파수 FTR(Frequency Tuning Range)이 넓기 때문에(4824 ~ 11750) 2개 이상의 전압제어발진기가 필요하다.
이러한 direct-conversion 구조에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해서 기존에 제안된 기술이 하기의 도 2와 같은 슬라이딩-믹서(Sliding-mixer) 구조이다(An 802.11a/b/g RF Transceiver in an SoC Infineon AG, Munich, Germany ISSCC 2007 1 SESSION 31/1 WLAN/BLUETOOTH/31 3).
도 2와 같은 슬라이딩-믹서 구조는 전압제어발진기(VCO)에서 6354 ~ 10000 범위의 발진주파수를 생성하고, 이를 주파수 분배기(/2)에서 분배한다. 그리고 국부발진주파수 생성기(LO)에서 상기 주파수 분배기(/2)에서 분배된 발진주파수를 3267 ~ 5000 범위의 국부발진주파수로 출력한다. 이렇게 발생하는 국부발진주파수는 최종 믹서에 전달됨과 동시에 주파수 분배기(/2)에서 다시 분배되어 I, Q 신호 처리 믹서에도 각각 전달된다. I신호처리 믹서는 입력되는 I신호와 상기 주파수 분배기에서 분배된 국부발진주파수를 혼합하여 I신호를 처리하게 되고, Q신호처리 믹서는 입력되는 Q신호와 상기 주파수 분배기에서 분배된 국부발진주파수를 혼합하여 Q신호를 처리하게 된다. 상기 I,Q 신호처리 믹서를 통과한 I, Q신호는 가산기에서 합해진 후 상기 최종 믹서에서 다시 국부발진주파수와 혼합되어 출력된다(LO).
상기와 같은 슬라이딩-믹서 구조를 이용하게 되면 상기 direct-conversion 구조에 비하여 주파수 FTR(Frequency Tuning Range)을 줄일 수 있으며, LO 주파수와 RF 주파수가 떨어져 있기 때문에 LO radiation이 direct-conversion 구조보다 줄어들게 되며, LO pulling 문제도 해결할 수 있다.
한편, 무선랜 시스템에 적용된 이중대역 송수신기에 대한 다른 종래기술이 하기의 <특허문헌 1> EP 출원번호 01112404호(2001.05.2.1. 출원)에 개시되었다.
<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 복수의 기준 주파수를 제공하는 제1 및 제3 전압 제어 발진기(VCO1 ~ VCO3), 복수의 주파수 합성수단, 주파수 채배기, 복수의 믹서, 주파수 혼합기 등으로 이루어진, 디지털 무선 통신을 위한 이중대역 송수신기를 제공한다.
EP 출원번호 01112404호(2001.05.2.1. 출원)
그러나 상기와 같은 종래 슬라이딩-믹서 구조를 적용한 이중대역 송수신기는 주파수 분배기를 다수 이용해야하는 단점이 있으며, 일반적인 direct-conversion 구조에 비해서는 낮은 주파수 범위를 사용하지만 그래도 주파수 범위가 넓어(3267 ~ 10000) 전압제어발진기를 복수로 사용해야하는 단점이 있다.
또한, 종래기술도 전압제어발진기를 복수로 사용하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 일반적인 무선랜 시스템에 적용된 슬라이딩-믹서 구조의 이중대역 송수신기 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 이중대역(2.4GHz, 5GHz)을 사용하는 무선 통신시스템(무선 랜 시스템)에서 낮은 국부발진주파수(LOF; Local Oscillator Frequency)를 사용하면서도 이중대역을 모두 커버할 수 있는 이중대역 송수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1개의 전압제어발진기를 이용하여 이중대역을 모두 커버할 수 있는 국부발진주파수를 생성할 수 있도록 한 이중대역 송수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이중대역 처리를 위한 국부발진주파수를 발생하는 전압제어발진기의 개수를 최소화하여 이중대역 송수신기의 구조를 단순화하고, 이중대역 송수신기 구현 비용을 절감할 수 있도록 한 이중대역 송수신기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중대역 송수신기는 수신한 제1주파수 대역의 무선 신호를 저잡음 증폭하는 제1저잡음 증폭기; 수신한 제2주파수 대역의 무선 신호를 저잡음 증폭하는 제2저잡음 증폭기; 상기 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 신호를 처리하기 위한 국부발진주파수를 발생하는 위상동기루프; 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 제1저잡음 증폭기 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 무선 신호를 혼합하여 중간주파수를 추출하는 주파수 혼합기를 포함하고,
상기 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기를 통해 국부발진주파수를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수로 출력하는 국부발진주파수 생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제1주파수 대역은 5GHz 주파수 대역이고, 제2주파수 대역은 2.54GHz 주파수 대역인 것을 특징으로 한다.
상기에서 주파수 혼합기는 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 제1저잡음 증폭기에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호를 혼합하는 서브 하모닉 믹서; 상기 서브 하모닉 믹서에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 I중간주파수신호 및 Q중간주파수신호를 추출하는 패시브 믹서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 패시브 믹서부는 상기 서브 하모닉 믹서에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 I중간주파수신호를 추출하는 제1패시브 믹서; 상기 서브 하모닉 믹서에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 Q중간주파수신호를 추출하는 제2패시브 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중대역 송수신기는 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 무선 신호를 송신하기 위한 국부발진주파수를 발생하는 위상동기루프; 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 I중간주파수 및 Q중간주파수를 혼합하여 제1주파수 대역 및 제2 주파수 대역 송신신호를 출력하는 주파수 혼합기; 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호를 증폭하여 출력하는 제1증폭기; 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 신호를 증폭하여 출력하는 제2증폭기를 포함하고,
상기 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기를 통해 국부발진주파수를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수로 출력하는 국부발진주파수 생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제1주파수 대역은 5GHz 주파수 대역이고, 제2주파수 대역은 2.54GHz 주파수 대역인 것을 특징으로 한다.
상기에서 주파수 혼합기는 I중간주파수와 Q중간주파수를 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 제2주파수 대역의 무선 송신신호를 출력하는 패시브 믹서부; 상기 패시브 믹서부에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 송신신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 제1주파수 대역의 무선 송신신호를 출력하는 서브 하모닉 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 패시브 믹서부는 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 I중간주파수를 혼합하여 제1주파수 대역의 I신호를 발생하는 제1패시브 믹서; 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 Q중간주파수를 혼합하여 제2주파수 대역의 Q신호를 발생하는 제2패시브 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 이중대역(2.4GHz, 5GHz)을 사용하는 무선 통신시스템(무선 랜 시스템)에서 1개의 전압제어발진기(VCO)를 이용하고, 낮은 국부발진주파수(LOF; Local Oscillator Frequency)를 발생하여 이중대역을 모두 커버할 수 있으므로, 국부발진주파수를 생성하는 PLL의 설계 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전압제어발진기의 개수를 줄임으로써 이중대역 송수신기의 구조를 단순화할 수 있으며, 이로 인해 이중대역 송수신기 구현 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 Direct-conversion 구조를 적용한 무선 랜 시스템의 송신기 회로도,
도 2는 종래 슬라이딩-믹서 구조를 적용한 주파수 혼합기의 회로도,
도 3은 본 발명에서 패시브 믹서와 서브-하모닉 믹서를 이용한 주파수 혼합기의 회로도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이중대역 송수신기의 주파수 하향 변환기의 회로도,
도 5a 및 도 5b는 도 1의 운영 예시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이중대역 송수신기의 주파수 상향 변환기의 회로도,
도 7a 및 도 7b는 도 3의 운영 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이중대역 송수신기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 이중대역 송수신기 구현을 위한 주파수 혼합기(주파수 상향 변환기)의 개념 도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 전압제어발진기(VCO)에서 3266 ~ 5000 범위의 발진주파수를 생성하고, 이를 주파수 분배기(/2)에서 분배한다. 그리고 국부발진주파수 생성기(LO)에서 상기 주파수 분배기(/2)에서 분배된 발진주파수를 1633 ~ 2500 범위의 국부발진주파수로 출력한다. 이렇게 발생하는 국부발진주파수는 서브-하모닉 믹서에 전달됨과 동시에 I, Q 신호 처리를 위한 패시브 믹서에도 각각 전달된다. I신호처리 패시브 믹서는 입력되는 I신호와 상기 국부발진주파수 생성기(LO)에서 출력되는 국부발진주파수를 혼합하여 I신호를 처리하게 되고, Q신호처리 패시브 믹서는 입력되는 Q신호와 상기 국부발진주파수 생성기(LO)에서 출력되는 국부발진주파수를 혼합하여 Q신호를 처리하게 된다. 상기 I,Q 신호처리 패시브 믹서를 통과한 I, Q신호는 가산기에서 합해진 후 상기 서브-하모닉 믹서에서 다시 국부발진주파수와 혼합되어 송신신호로 출력된다(3LO).
하기의 <표2>는 기존 Direct-conversion 구조와 Sliding-mixer 구조 및 본 발명에서 제안한 구조(Proposed) 의 주파수를 비교한 것이다.
Frequ-ency
 Mode
 Direct-conversion Sliding-Mixer Proposed
Range
(MHz)		 FTR
(%)		 Range
(MHz)		 FTR
(%)		 Range
(MHz)		 FTR
(%)
RF
 802.11g 2412~2500 3.6 2412~2500 3.6 2412~2500 3.6
802.11a 4900~5875 18.1 4900~5875 18.1 4900~5875 18.1
LO 802.11a/g 2412~5875 83.6 3267~5000 42.0 1633~2500 42.0
VCO 802.11a/g 4824~11750 83.6 6534~10000 42.0 3266~5000 42.0
본 발명에서 제안한 구조에 따르면, 기존 슬라이딩-믹서 구조의 장점은 그대로 활용하면서도 LO, VCO의 주파수를 낮출 수 있으며, 패시브 믹서로 들어가는 주파수 분배기를 제거할 수 있는 장점이 있다.
이러한 본 발명의 제안한 구조를 실제 이중대역 송수신기에 적용한 실시 예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이중대역 송수신기에서 주파수 하향 변환기의 회로도이고, 도 5a는 및 도 5b는 도 4에 도시된 상기 주파수 하향 변환기의 운영 예시 도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중대역 송수신기 중 주파수 하향 변환기는 제1 및 제2 저잡음 증폭기(10)(20), 위상동기루프(30) 및 주파수 혼합기(40)를 포함한다.
상기 제1저잡음 증폭기(10)는 수신한 제1주파수 대역(5.41GHz)의 무선 신호(fRF , IN1)를 저잡음 증폭하여 출력하는 역할을 하며, 상기 제2저잡음 증폭기(20)는 수신한 제2주파수 대역(2.41GHz)의 무선 신호(fRF , IN2)를 저잡음 증폭하는 역할을 한다.
상기 위상동기루프(30)는 상기 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 신호를 처리하기 위한 국부발진주파수(LOF)를 발생하는 역할을 한다. 이러한 위상동기루프(30)는 단일의 전압제어발진기(VCO)를 통해 국부발진주파수를 발생하며, 내부의 국부발진주파수 생성기를 이용하여 단일의 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)로 출력한다.
상기 주파수 혼합기(40)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)와 상기 제1저잡음 증폭기(10) 또는 상기 제2저잡음 증폭기(20)에서 출력되는 무선 신호를 혼합하여 중간주파수(fIF)를 추출하는 역할을 한다.
이러한 주파수 혼합기(40)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)와 상기 제1저잡음 증폭기(10)에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호(fRF , IN1)를 혼합하는 서브 하모닉 믹서(41); 상기 서브 하모닉 믹서(41)에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기(20)에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)를 혼합하여 I중간주파수신호(fIF _I) 및 Q중간주파수신호(fIF _Q)를 추출하는 패시브 믹서부(42)를 포함한다.
상기 패시브 믹서부(42)는 상기 서브 하모닉 믹서(41)에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기(20)에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2)를 혼합하여 I중간주파수신호(fIF _I)를 추출하는 제1패시브 믹서(42a); 상기 서브 하모닉 믹서(41)에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기(20)에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO3, fLO4)를 혼합하여 Q중간주파수신호(fIF _Q)를 추출하는 제2패시브 믹서(42b)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이중대역 송수신기 중 주파수 하향 변환기의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 이중대역의 와이-파이 무선 신호를 수신하는 수신 단에서 수신된 무선 신호가 5GHz대역의 제1주파수 대역 신호인지, 아니면 2.54GHz대역의 제2주파수대역 신호인지를 검출한다. 그리고 검출한 주파수 대역에 따라 무선신호 수신 단을 도 5a 또는 도 5b와 같이 주파수 대역에 따라 동작시켜 무선 신호를 수신한다.
예컨대, 수신한 와이-파이 무선 신호가 5GHz에 해당하는 제1주파수 대역 신호일 경우, 도 5a에 도시한 바와 같이 제1저잡음 증폭기(10)만 동작을 하고, 제2저잡음 증폭기(20)는 동작하지 않는 상태가 된다. 여기서 특정 대역의 신호만을 처리하기 위한 모드로 주파수 하향 변환기를 동작시키기 위해서, 상기와 같이 저잡음 증폭기의 구동을 제어하거나 저잡음 증폭기에 수신 신호를 인가하는 전단 버퍼의 동작을 제어하는 방식을 이용할 수 있다. 도 2a에서 fRF,IN1은 5.41GHz이고, fLO는 1.8GHz이며, fIF는 10MHz이다.
제1저잡음 증폭기(10)에서 증폭된 제1주파수 대역의 무선 신호는 주파수 혼합기(40)에 입력된다. 주파수 혼합기(40)는 입력되는 수신 신호와 위상동기루프(30)에서 출력되는 국부발진주파수와 적절히 혼합하여 I, Q 중간주파수를 추출한다.
여기서 중간주파수(IF) 추출을 위해 위상동기루프(30)에서는 국부발진주파수(LOF)를 발생한다. 이때, 본 발명의 위상동기루프(30)는 단일의 전압제어발진기(VCO)를 통해 국부발진주파수를 발생하며, 내부의 국부발진주파수 생성기를 이용하여 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)로 출력한다.
도 4의 하단에 도시된 타이밍 도는 상기 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수의 타이밍을 나타낸 것이다. 여기서 fLO1은 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 0°위상 차를 갖는 국부발진주파수이고, fLO2는 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 180°위상 차를 갖는 국부발진주파수이며, fLO3은 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 90°위상 차를 갖는 국부발진주파수이고, fLO4는 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 270°위상 차를 갖는 국부발진주파수를 나타낸다.
다음으로, 주파수 혼합기(40)의 서브 하모닉 믹서(41)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)와 상기 제1저잡음 증폭기(10)에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호(fRF , IN1)를 혼합하여, 제1주파수 대역의 신호를 처리한다. 여기서 서브 하모닉 믹서(41)를 통해 출력되는 수신신호는 fLO1,IN1 - 2fLO가 된다. 이렇게 신호 처리된 수신 신호는 패시브 믹서부(42)에 입력되며, 패시브 믹서부(42) 내의 제1패시브 믹서(42a)를 통해 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2)와 혼합되어 I중간주파수신호(fIF _I)가 추출된다. 아울러 제2패시브 믹서(42b)를 통해 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO3, fLO4)와 혼합되어 Q중간주파수신호(fIF _Q)가 추출된다. 여기서 제1패시브 믹서(42a)에는 0°및 180°위상 차를 갖는 제1주파수 대역의 I신호가 입력되고, 상기 제2패시브 믹서(42b)에는 90°및 270°위상 차를 갖는 제1주파수 대역의 Q신호가 입력된다.
한편, 수신한 와이-파이 무선 신호가 2.54GHz에 해당하는 제2주파수 대역 신호일 경우, 도 5b에 도시한 바와 같이 제2저잡음 증폭기(20)만 동작을 하고, 제1저잡음 증폭기(10)는 동작하지 않는 상태가 된다. 여기서 특정 대역의 신호만을 처리하기 위한 모드로 주파수 하향 변환기를 동작시키기 위해서, 상기와 같이 저잡음 증폭기의 구동을 제어하거나 저잡음 증폭기에 수신 신호를 인가하는 전단 버퍼의 동작을 제어하는 방식을 이용할 수 있다. 도 2b에서 fRF,IN2는 2.41GHz이고, fLO는 2.4GHz이며, fIF는 10MHz이다.
제2저잡음 증폭기(20)에서 증폭된 제2주파수 대역의 무선 신호는 주파수 혼합기(40)에 입력된다. 주파수 혼합기(40)는 입력되는 수신 신호와 위상동기루프(30)에서 출력되는 국부발진주파수와 적절히 혼합하여 I, Q중간주파수를 추출한다.
여기서 중간주파수(IF) 추출을 위해 위상동기루프(30)에서는 국부발진주파수(LOF)를 발생한다. 이때, 본 발명의 위상동기루프(30)는 단일의 전압제어발진기(VCO)를 통해 국부발진주파수를 발생하며, 내부의 국부발진주파수 생성기를 이용하여 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)로 출력한다.
주파수 혼합기(40)의 패시브 믹서부(42)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)와 상기 제2저잡음 증폭기(20)에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 신호(fRF , IN2)를 혼합하여, 제2주파수 대역의 신호를 처리한다. 여기서 팩시브 믹서부(42)를 통해 출력되는 중간주파수신호는 fLO1,IN2 - fLO가 된다. 즉, 패시브 믹서부(42) 내의 제1패시브 믹서(42a)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2)와 제2주파수 대역의 무선 신호를 혼합하여 I중간주파수신호(fIF _I)를 추출한다. 아울러 제2패시브 믹서(42b)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO3, fLO4)와 제2주파수 대역의 무선 신호를 혼합하여 Q중간주파수신호(fIF _Q)를 추출한다. 여기서 제1패시브 믹서(42a)에는 0°및 180°위상 차를 갖는 제2주파수 대역의 I신호가 입력되고, 상기 제2패시브 믹서(42b)에는 90°및 270°위상 차를 갖는 제2주파수 대역의 Q신호가 입력된다.
도 6은 본 발명에 따른 이중대역 송수신기 중 주파수 상향 변환기의 회로도이고, 도 7a 및 도 7b는 상기 주파수 상향 변환기의 운영 예시 도이다.
본 발명에 따른 이중대역 송수신기 중 주파수 상향 변환기는 위상동기루프(30), 주파수 혼합기(50), 제1증폭기(60) 및 제2 증폭기(70)를 포함한다.
상기 위상동기루프(30)는 제1주파수 대역(5GHz) 및 제2주파수 대역(2.54GHz)의 무선 신호를 송신하기 위한 국부발진주파수(LOF)를 발생하는 역할을 한다. 이러한 위상동기루프(30)는 단일의 전압제어발진기(VCO)를 통해 국부발진주파수를 발생하며, 내부의 국부발진주파수 생성기를 이용하여 단일의 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)로 출력한다.
상기 주파수 혼합기(50)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수와 I중간주파수(fIF _I) 및 Q중간주파수(fIF _Q)를 혼합하여 제1주파수 대역 및 제2 주파수 대역 송신신호를 출력하는 역할을 한다. 이러한 주파수 혼합기(50)는 I중간주파수와 Q중간주파수를 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 제2주파수 대역의 무선 송신신호를 출력하는 패시브 믹서부(51); 상기 패시브 믹서부(51)에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 송신신호와 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 제1주파수 대역의 무선 송신신호를 출력하는 서브 하모닉 믹서(52)를 포함한다.
여기서 패시브 믹서부(51)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 I중간주파수(fIF _I)를 혼합하여 제1주파수 대역의 I신호를 발생하는 제1패시브 믹서(51a); 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 Q중간주파수(fIF _Q)를 혼합하여 제2주파수 대역의 Q신호를 발생하는 제2패시브 믹서(51b)를 포함한다.
상기 제1증폭기(60)는 상기 주파수 혼합기(50)에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호(fRF,OUT1)를 증폭하여 출력하는 역할을 하고, 상기 제2증폭기(70)는 상기 주파수 혼합기(50)에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 신호(fRF,OUT2)를 증폭하여 출력하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이중대역 송수신기 중 주파수 상향 변환기의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 이중대역의 와이-파이 무선 신호를 송신하는 송신 단에서 송신할 무선 신호가 5GHz대역의 제1주파수 대역 신호인지, 아니면 2.54GHz대역의 제2주파수대역 신호인지를 검출한다. 그리고 검출한 주파수 대역에 따라 무선신호 송신 단을 도 7a 또는 도 7b와 같이 주파수 대역에 따라 동작시켜 무선 신호를 송신한다.
예컨대, 송신할 와이-파이 무선 신호가 5GHz에 해당하는 제1주파수 대역 신호일 경우, 도 7a에 도시한 바와 같이 제1증폭기(60)만 동작을 하고, 제2증폭기(70)는 동작하지 않는 상태가 된다. 여기서 특정 대역의 신호만을 처리하기 위한 모드로 주파수 상향 변환기를 동작시키기 위해서, 상기와 같이 증폭기의 구동을 제어하거나 주파수 혼합기에 무선 신호를 인가하는 전단 버퍼의 동작을 제어하는 방식을 이용할 수 있다. 도 4a에서 fIF는 10MHz이고, fLO는 1.8GHz이며, fRF,OUT1은 5.41GHz이다.
주파수 혼합기(50)의 패시브 믹서부(42) 내의 제1패시브 믹서(51a)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2)와 입력되는 I중간주파수신호(fIF _I)를 혼합하여 전송할 무선 송신 신호를 생성한다. 여기서 전송할 무선 송신 신호는 fIF+fLO 가 된다. 아울러 제2패시브 믹서(51b)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO3, fLO4)와 입력되는 Q중간주파수신호(fIF _Q)를 혼합하여 전송할 무선 송신 신호를 생성한다. 여기서 전송할 무선 송신 신호는 fIF+fLO 가 된다.
상기에서 제1패시브 믹서(51a)에는 0°및 180°위상 차를 갖는 제1주파수 대역 의 I신호가 입력되고, 상기 제2패시브 믹서(51b)에는 상기 I신호와 90°및 270°위상 차를 갖는 제1주파수 대역의 Q신호가 입력된다.
상기 제1패시브 믹서(51a) 및 제2패시브 믹서(51b)에서 각각 처리된 무선 송신 신호는 서브 하모닉 믹서(52)에 입력된다. 서브 하모닉 믹서(52)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)와 상기 제1패시브 믹서(51a) 및 제2패시브 믹서(51b)에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호(fIF+fLO)를 혼합하여, 제1주파수 대역의 무선 송신 신호를 생성한다. 이렇게 생성되는 제1주파수 대역의 무선 송신신호는 제1증폭기(60)를 통해 소정 레벨로 증폭된 후 송신 신호(fRF,OUT1)로 출력된다, 여기서 제1증폭기(60)에서 출력되는 송신신호는 fIF + 3fLO가 된다.
여기서 제1주파수 대역의 무선 송신 신호를 생성하기 위해 위상동기루프(30)에서는 국부발진주파수(LOF)를 발생한다. 이때, 본 발명의 위상동기루프(30)는 단일의 전압제어발진기(VCO)를 통해 국부발진주파수를 발생하며, 내부의 국부발진주파수 생성기를 이용하여 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)로 출력한다.
도 6의 하단에 도시된 타이밍 도는 상기 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수의 타이밍을 나타낸 것이다. 여기서 fLO1은 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 0°위상 차를 갖는 국부발진주파수이고, fLO2는 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 180°위상 차를 갖는 국부발진주파수이며, fLO3은 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 90°위상 차를 갖는 국부발진주파수이고, fLO4는 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수와 270°위상 차를 갖는 국부발진주파수를 나타낸다.
한편, 송신한 와이-파이 무선 신호가 2.54GHz에 해당하는 제2주파수 대역 신호일 경우, 도 7b에 도시한 바와 같이 제2증폭기(70)만 동작을 하고, 제1증폭기(60)는 동작하지 않는 상태가 된다. 여기서 특정 대역의 신호만을 처리하기 위한 모드로 주파수 하향 변환기를 동작시키기 위해서, 상기와 같이 증폭기의 구동을 제어하거나 주파수 혼합기에 무선 신호를 인가하는 전단 버퍼의 동작을 제어하는 방식을 이용할 수 있다. 도 4b에서 fIF는 10MHz이고, fLO는 2.4GHz이며, fRF,OUT2는 2.41GHz이다.
주파수 혼합기(50)의 패시브 믹서부(51)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2, fLO3, fLO4)와 입력되는 제2주파수 대역의 중간주파수(fIF _I)(fIF_Q)를 혼합하여 송신할 무선 신호를 생성한다.
예컨대, 팩시브 믹서부(51)의 제1패시브 믹서(51a)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO1, fLO2)와 제2주파수 대역의 I중간주파수신호(fIF _I)를 혼합하여 송신할 무선 신호(I신호)를 생성한다. 마찬가지로 제2패시브 믹서(51b)는 상기 위상동기루프(30)에서 발생하는 국부발진주파수(fLO3, fLO4)와 제2주파수 대역의 Q중간주파수신호(fIF_Q)를 혼합하여 송신할 무선 신호(Q신호)를 생성한다. 여기서 제1패시브 믹서(51a)에는 0°및 180°위상 차를 갖는 제2주파수 대역의 I신호가 입력되고, 상기 제2패시브 믹서(51b)에는 상기 I신호와 90°및 270°위상 차를 갖는 제2주파수 대역의 Q신호가 입력된다.
이렇게 생성되는 제2주파수 대역의 무선 송신신호는 제2증폭기(70)를 통해 소정 레벨로 증폭된 후 송신 신호(fRF,OUT2)로 출력된다, 여기서 제2증폭기(70)에서 출력되는 송신신호는 fIF + fLO가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 위상동기루프 내에 하나의 전압제어발진기(VCO)를 이용하고, 이중대역 와이-파이 무선 신호를 처리하기 위해 낮은 국부발진주파수를 생성함으로써, PLL의 설계에 부담을 줄이고, 전압제어발진기의 개수를 줄여 전체적인 송수신기의 구조를 단순화함은 물론 송수신기의 구현 비용을 절감할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 이중대역 와이-파이 무선 통신 시스템에서 위상동기루프에서 국부발진주파수를 생성하는 기술에 효과적으로 적용된다.
10, 20: 제1 및 제2 저잡음증폭기
30: 위상동기루프
40, 50: 주파수 혼합기
41, 52: 서브 하모닉 믹서
42, 51: 패시브 믹서부

Claims (10)

  1. 수신한 제1주파수 대역의 무선 신호를 저잡음 증폭하는 제1저잡음 증폭기;
    수신한 제2주파수 대역의 무선 신호를 저잡음 증폭하는 제2저잡음 증폭기;
    상기 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 신호를 처리하기 위한 국부발진주파수를 발생하는 위상동기루프; 및
    상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 제1저잡음 증폭기 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 무선 신호를 혼합하여 중간주파수를 추출하는 주파수 혼합기를 포함하고,
    상기 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기를 통해 국부발진주파수를 발생하며,
    상기 주파수 혼합기는 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 제1저잡음 증폭기에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호를 혼합하는 서브 하모닉 믹서; 상기 서브 하모닉 믹서에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 I중간주파수신호 및 Q중간주파수신호를 추출하는 패시브 믹서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수로 출력하는 국부발진주파수 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1주파수 대역은 5GHz 주파수 대역이고, 제2주파수 대역은 2.54GHz 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 패시브 믹서부는 상기 서브 하모닉 믹서에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 I중간주파수신호를 추출하는 제1패시브 믹서; 상기 서브 하모닉 믹서에서 출력되는 제1주파수 대역의 수신 신호 또는 상기 제2저잡음 증폭기에서 출력되는 제2주파수 대역의 수신 신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 Q중간주파수신호를 추출하는 제2패시브 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  6. 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 무선 신호를 송신하기 위한 국부발진주파수를 발생하는 위상동기루프;
    상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 I중간주파수 및 Q중간주파수를 혼합하여 제1주파수 대역 및 제2 주파수 대역 송신신호를 출력하는 주파수 혼합기;
    상기 주파수 혼합기에서 출력되는 제1주파수 대역의 무선 신호를 증폭하여 출력하는 제1증폭기; 및
    상기 주파수 혼합기에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 신호를 증폭하여 출력하는 제2증폭기를 포함하고,
    상기 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기를 통해 국부발진주파수를 발생하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 위상동기루프는 단일의 전압제어발진기에서 발생한 국부발진주파수를 0°, 180°, 90°및 270°의 위상 차를 갖는 복수의 국부발진주파수로 출력하는 국부발진주파수 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 제1주파수 대역은 5GHz 주파수 대역이고, 제2주파수 대역은 2.54GHz 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 주파수 혼합기는 I중간주파수와 Q중간주파수를 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 제2주파수 대역의 무선 송신신호를 출력하는 패시브 믹서부; 상기 패시브 믹서부에서 출력되는 제2주파수 대역의 무선 송신신호와 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수를 혼합하여 제1주파수 대역의 무선 송신신호를 출력하는 서브 하모닉 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 패시브 믹서부는 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 I중간주파수를 혼합하여 제1주파수 대역의 I신호를 발생하는 제1패시브 믹서; 상기 위상동기루프에서 발생하는 국부발진주파수와 상기 Q중간주파수를 혼합하여 제2주파수 대역의 Q신호를 발생하는 제2패시브 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역 송수신기.

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