KR101655314B1 - 신호 발생, 수신, 및 자기-교정을 위한 장치 및 방법들 - Google Patents

신호 발생, 수신, 및 자기-교정을 위한 장치 및 방법들 Download PDF

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Abstract

신호 발생, 수신, 및 직교 변조 및 주파수 변환을 수반하는 교정을 위한 장치 및 방법들. 본 발명의 실시예들은 매우 넓은 대역폭, 높은 스펙트럼 순도, 구성에서의 다용성 및 적응성, 및 교정의 용이함을 제공하고, 특히 집적 회로에서의 사용을 위해 잘-적응된다.

Description

신호 발생, 수신, 및 자기-교정을 위한 장치 및 방법들{APPARATUS AND METHODS FOR SIGNAL GENERATION, RECEPTION, AND SELF-CALIBRATION}
본 출원은 "신호 발생, 수신, 및 자기-교정을 위한 장치 및 방법들"이라는 명칭의, 2013년 9월 12일에 출원된, 미국 가 특허 출원 제61/876,949호에 대한 혜택을 주장하며, 그 개시내용이 본 출원에 의해 참조로서 원용되고 그 우선권이 본 출원에 의해 37 CFR 1.78(a) (4) 및 (5)(i)에 따라 주장된다.
광대역 직교-변조된 신호들을 발생시키는 것에는 넓은 대역폭 및 스펙트럼 순도를 달성하는 것, 파형을 형성하는 것, 전달된 신호에서 스퓨리어스 성분들 및 비-선형성을 제거하는 것, 및 직교 변조를 교정하는 것에서 많은 과제가 존재한다. 신호들을 수신하고 복조하는 것에는 특히 중간 주파수(IF) 에서의 국부 발진기(LO) 누설 및 허상 제거에 관한 주파수 변환의 경우, 유사한 과제들이 존재한다. 다른 이슈는 국부 발진기에서의 직교 불균형을 수반하고, 여기서 송신/수신 경로에서의 상이한 지점들에서 발생하는 불균형은 통상적으로 불가분하고 따라서 용이하게 정정가능하지 않다. 따라서, 넓은 대역폭 및 스펙트럼 순도를 가질 뿐만 아니라, 신호에서의 바람직하지 않은 결함들의 교정 및 제거의 용이함을 특징으로 하는 직교-변조된 신호들을 발생시키고 수신하기 위한 장치 및 방법들을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적은 본 발명의 실시예들에 의해 충족된다.
본 발명의 실시예는 유연한 상호접속을 위해 독립적으로-선택가능한 구성들을 갖는 다수의 신호 합성기 및 다수의 직교 변조기를 특징으로 하는 매우 넓은-대역 신호-발생 장치를 제공한다. 본 실시예에 따른 장치는 성능 및 스퓨리어스 신호 결함들의 제거를 최적화하기 위한 스펙트럼 구성요소들 및 필터들의 간편한 특성화를 가능하게 하기 위해 상이한 섹션들의 간편한 조합 및 분리를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 저역-통과 안티-얼라이징 필터들의 주파수-의존성을 보상하기 위해 내부 디지털 필터들을 갖는 직교 변조기들을 제공한다.
본 발명의 추가 실시예는 본 출원에 개시된 바와 같이 입력 파형을 신호 발생 장치에 적응시키기 위한 디지털 전-처리 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예들은 본 출원에 개시된 바와 같이 신호 발생 및 수신 장치의 아날로그 및 디지털 구성요소들의 자기-교정을 위한 방법들을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 특히 집적 회로들 내에 통합되기에 적절하다.
본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 추가 이점들은 온 더 플라이(on the fly)로 적응될, 그리고 특정 환경 및 작동 설정들에 따라 적응적으로 최적화될 구성들에 대한 능력을 포함한다. 따라서 본 발명의 실시예들은 성능, 스퍼 제거, 간섭 복원력, 신호-대-잡음비, 비트 에러율 등에 대한 다양한 자유도(예를 들어 주파수당)로 최적화될 수 있다.
본 발명이 레이더의 특정 영역에 제한되지 않는다는 것 및 또한 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니지만: 통신; 라디오 주파수(RF) 이미징; 다중 입력 - 다중 출력(MIMO) 통신 및 위상 어레이; 센서-기반 애플리케이션들(예를 들어 물질 분석 / 모니터링); 및 테스트 장비 구현, 예컨대 벡터 네트워크 분석기들(VNA)을 포함하여; 마이크로파 신호 필드의 다른 영역들에 적용가능하다는 것이 이해된다.
개시된 청구 대상은 다음 첨부 도면들과 읽을 때 이하 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다:
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 사전-정정된 디지털 입력들을 갖는 신호 발생기를 예시한다.
도 1b는 본 발명의 관련된 실시예에 따른, 도 1a의 신호 발생기에 대한 측파대 선택기 스위치를 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 발생기를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 신호 발생기를 예시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송수신기를 예시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직교 수신기를 예시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티스태틱 레이저 장치를 예시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3-채널 MIMO 송수신기를 예시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 신호 발생 블록의 출력에서의 스펙트럼 성분 측정 배열체를 예시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수신기-지원형 스펙트럼 성분 측정 배열체를 예시한다.
도 10a는 본 발명에 따른 제1 직교 변조 블록의 특성화를 위한 대칭된 수신기-지원형 스펙트럼 성부 측정 배열체를 예시한다.
도 10b는 본 발명에 따른 제2 직교 변조 블록의 특성화를 위한 대칭된 수신기-지원형 스펙트럼 성분 측정 배열체를 예시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-모듈 참조 기반 스케일링 배열체를 예시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 신호 발생기를 교정하는 방법의 흐름도이다.
예시의 단순화 및 명확성을 위해, 도면들에 도시되는 요소들이 반드시 일정한 축적으로 도시된 것은 아니고, 일부 요소들의 치수들은 다른 요소들에 관하여 확대될 수 있다. 또한, 참조 부호들은 대응하거나 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들 중에서 반복될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 사전-정정된 디지털 입력들(181 및 183)을 갖는 신호 발생기(100)를 예시한다.
직교 변조 블록(101)에서, 디지털-아날로그 변환기들(DAC)(103 및 107)은 각각, 디지털 입력들(181 및 183)을 수신하고 그에 대응하는 아날로그 신호들을 각각, 안티-얼라이징 저역-통과 필터들(LPF)(105 및 109)에 송신한다. 디지털 입력(181)은 사전-정정된 같은-위상의 입력(I C )인 반편, 디지털 입력(183)은 사전-정정된 직교 입력(Q C )이다. 안티-얼라이징 저역-통과 필터들(105 및 109)은 결과적으로 각각, 승산식 혼합기들("혼합기들")(111 및 113)에 출력 신호들을 출력한다. 90° 스플리터(115)는 합성기(121)로부터 합성된 주파수를 수신하여 위상이 90° 다른 두 개의 신호를 출력하며, 혼합기(113)에 대한 신호는 혼합기(111)에 대한 신호에 90° 지연된다. 혼합기(111) 및 혼합기(113)로부터의 혼합된 출력들은 가산 유닛(117)으로 입력된다.
직교 변조 블록(101)으로부터의 출력은 스위치(133A)에 입력되며, 이는 직교 변조 블록(101)의 직접 출력 또는 합성기(123)로부터의 합성된 주파수와 혼합기(131)에 의해 혼합되는 직교 변조 블록(101)의 출력을 전달하도록 선택적으로 스위칭될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 스위치(133A)의 방식과 유사한 방식으로 구성되는 스위치들을 특징으로 한다. 본 발명의 임의 실시예들은 이들 스위치들이 독립적으로 선택가능하게 스위칭가능함을 제공한다. 본 발명의 이들 실시예들에 따른 독립적인 스위칭가능함은 이하에서 상세하게 설명될 바와 같이, 장치를 구성하는 것에 있어서의 다용성을 제공할 뿐만 아니라, 장치의 교정에 있어서의 혜택들을 제공한다.
직교 변조는 통상적으로 스퓨리어스 허상-주파수 신호로 그리고 국부 발진기 피드-스루로 어려움을 겪는다. 이들 미비점들은 디지털 영역에서의 신호 사전-보상에 의해 상당히 감소될 수 있다. 사전-보상 또는 사전-정정 계수들의 설정은 상기 스퓨리어스 신호들의 측정을 가능하게 하는 피드백 메커니즘을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예는 이하와 같은 사전-정정을 제공한다. 수치-제어 발진기(NCO)(141)는 발진기의 주파수(f)를 설정하기 위해 주파수 신호(143)를, 그리고 초기 위상(
Figure 112016035130126-pct00001
)을 설정하기 위해 초기 위상 신호(143)를 수신한다. 수치-제어 발진기(141)는 복소 곱셈기(151)로 입력되는, 두 개의 신호, 사인파(147)(sin (f,
Figure 112016035130126-pct00002
)) 및 코사인파(149)(cos (f,
Figure 112016035130126-pct00003
))를 출력하며, 이의 다른 입력들은 같은-위상의 데이터 스트림(153)(I data (k)) 및 직교 데이터 스트림(155)(Q data (k))이다. 복소 곱셈기(151)의 복소 곱 출력들은 원하는 같은-위상의 데이터 파형(157)(I) 및 원하는 직교 데이터 파형(159)(Q)이다. 그러나, 직교 변조 블록(101)에 의해 수행될 직교 변조의 진폭 불균형과 같은 결과들을 보상하기 위해, 사전-정정이 요구되며, 이는 단측파대(SSB) 제거를 위한 필터들(163, 165, 167 및 169)을 포함하는, 행렬 곱셈기(161)에 의해 제공된다. 또한, 행렬 곱셈기(161)는 또한 각각, 가산 혼합기들(177 및 175) 내로의 직류 오프셋들(I DC 및 Q DC )을 가지고 국부 발진기 누설을 정정한다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따라, 가산 혼합기들(171 및 173)로 입력되는 디지털 필터들(163, 165, 167, 및 169)은 각각, 안티-얼라이징 저역 통과 필터들(105 및 109)의 주파수-의존성을 보상하기 위해 행렬 곱셈기(161)로 통합된다. 앞에서 언급한 바와 같이, 결과는 사전-정정된 같은-위상의 입력(181)(I C ) 및 사전-정정된 직교 입력(183)(Q C )이다.
도 1b는 본 발명의 관련된 실시예에 따른 측파대 선택기 구성 스위치(133B)를 예시한다. 측파대 선택기 구성 스위치(133B)는 각각 직교 변조 블록(101)의 직접 출력 및 각각, 상측파대 필터(135) 또는 하측파대 필터(137)에 의해 전달되는 바와 같은, 합성기(123)의 출력과 혼합기(131)를 통해 혼합되는 직교 변조 블록(101)의 출력의 상측파대, 또는 이의 하측파대 중 어느 하나 사이를 선택적으로 스위칭한다.
상기한 설명에서, 송신 신호 발생은 도 1a에 예시된 바와 같이 혼성으로 구성가능한 1/2 변환 프로세스이다. 상이한 상태들이 스위치(133A)의 설정에 따른 토폴로지 하에 이르렀고 이하와 같다:
광-대역 직교 변조기 블록(101)에 의해 직접적으로 변조되는, 주파수 합성기(121)에 기초한 직접 변환;
합성기(123)를 이용한 직교 변조기 블록(101)의 출력 간 혼합에 기초한 이중 변환 동작.
이러한 아키텍처는 본질적으로 낮은 스퓨리어스 신호 함유를 유지하면서 매우 넓은 주파수 커버리지(DC 내지 10s GHz)를 특징으로 한다. 특정한 경우들에서 합성기 주파수 범위는 디지털 디바이더들에 의해 감소된다. 이들 경우들에서, 잡음 최소화 및 안정성을 위해, 합성기들이 상이한 주파수들에서 작동하게 하기 위한 것에 관심이 있을 수 있다. 그러나 지털로 제산된 신호들은 통상적으로 높은 스퓨리어스 고조파 성분을 갖는다. 멀티-옥타브 주파수 범위에 따른 동작은 보통 이들 스퓨리어스 신호들을 억제하기 위해 복잡한 재-구성가능한 필터들 및 필터 뱅크들을 필요로 한다. 직접 변조된 신호의 헤테로다인 하향-변환에 의해, 넓은 주파수 커버리지가 대역-외에 놓이는 스퓨리어스 신호들로 실현될 수 있다.
주파수 커버리지 필요량이 넓어지면서, 합성기들 및 직접 변조기들로부터의 커버리지 필요량도 그러하다. 직접 및 이중 변환들 양자를 채용하는 것은 상기한 필요량을 완화할 수 있다. 예를 들어, 범위 4 GHz 내지 8 GHz를 커버하는 직교 변조기는 DC 내지 4 GHz를 커버하기 위해 추가적인 8 GHz 내지 12 GHz 합성기와, 그리고 8 GHz 내지 12 GHz 주파수 범위를 커버하기 위해 12 GHz 내지 16 GHz 합성기와 혼합될 수 있다. 보다 높은 주파수들은 하향-변환보다는 상향-변환을 사용함으로써 커버될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 다른 혜택은 주파수 커버리지 내 임의의 주파수에서 광-대역 파형(기저대역만큼 넓은)을 임의로 변조하는 성능이다. 이는 레이더 애플리케이션들, 통신 성상들 등에서의 펄스 압축을 위한 처프 / 의사-난수열(PRBS)과 같은 변조 기법들의 사용을 허용한다.
본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 임의적인 디지털 변조의 추가 사용은 디지털 영역에서의 미세한-주파수 오프셋을 가능하게 한다. 이는 동일한 주파수 분해능 필요량에 대해 이들의 위상 잡음 성능을 개선하면서, 합성기들에서의 보다 조악한 주파수 스텝들을 허용한다.
본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 다른 혜택은 수 개의 상이한 구성을 통해 특정한 출력 주파수에 이르는 능력이다. 비-제한적인 예에서, 합성기를 보다 높은 주파수로 스텝핑하고 그에 따라 기저대역 주파수를 보다 낮은 주파수로 스텝핑함으로써 출력 주파수는 변하지 않는다. 이는 그것이 주파수 변경에 따라 특정한 위상을 유지하지 않을지라도, 모든 합성기 주파수에 걸쳐 균일한 주파수 커버리지를 생성하는데 있어서 중요하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 발생기를 예시하며, 여기서 제2 직교 변조 블록(203)이 제2 변환을 위해 국부 발진기를 생성하기 위해 합성기(123)를 직접적으로 변조하는데 이용된다. 이는 변환 노드를 위해 국부 발진기를 발생시키는데 있어서 임의적인 주파수를 획득하게 하기 위해 직교 변조 불균형 대 위상 잡음의 트레이드오프를 가능하게 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 신호 발생기를 예시한다. 주파수 합성기(301)는 직교 변조 블록들(303 및 305)에 입력하고, 주파수 합성기(351)는 직교 변조 블록들(353 및 355)에 입력한다. 선택기 스위치들(311, 331, 361, 및 381)은 선택기 스위치(133A)(도 1)에 대해 앞에서 설명한 바와 같이 작동하고, 각각 직교 변조 블록들(303, 305, 353, 및 355)의 직접 출력, 및 각각, 혼합기들(313, 333, 363, 및 383)의 출력들 사이를 선택가능하게 스위칭하며, 이들 모두는 주파수 합성기(391)로부터 입력을 수신한다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예는 독립적으로 스위칭가능할 선택기 스위치들(311, 331, 361, 및 381)을 제공한다.
도 3에 예시된 배열체는 병렬로 다수의 마이크로파 신호에 대한 요구가 존재하는 레이더 통신 시스템들에서 유용하다. 그러한 요구들의 비-제한적인 예들은 다음을 포함한다:
송신 신호의 그리고 수신 국부 발진기 신호의 동시 발생;
다중 입력 - 다중 출력(MIMO) 및 위상/트루 지연 어레이 시스템들에서의 다수의 송신 신호의 발생; 및
직교 하향 변환의 사인 및 코사인 국부 발진기 신호들의 발생.
예를 들어, 단거리 주파수-변조된 지속파(FM-CW) 레이더 시스템에서의 송신 신호 및 수신 국부 발진기 신호를 디지털로 변조함으로써, 근접-DC 신호들을 핸들링하는 것을 회피하기 위해 의도적인 주파수 오프셋을 도입할 수 있다(도 4 참조). 이러한 아키텍처의 고유한 특성은 수 개의 직접 변환 블록들 및 헤테로다인 변환기들이 동일한 합성기들로부터 입력될 수 있고, 이로써 앞서 언급한 요구를 자연스럽게 충족할 수 있다는 것이다. 이는 위상 잡음의 트랙킹뿐만 아니라, 상이한 마이크로파 신호들 간 트랙킹을 가능하게 한다.
이러한 아키텍처의 다른 이점은 송신 안테나들/수신기들 등과 같은, 많은 노드 중에 발생된 신호를 분배하는 것이다. 이는 "멀티스태틱 레이더"와 같은 애플리케이션들을 가능하게 한다(아래 참조).
본 발명의 추가 실시예들은 임의로 이격된 주파수들에서 동시에 다수의 신호를 발생시키기 위해, (도 3에서와 같이) 다수의 합성기를 제공하고, 이들 중 일부는 변조되고 일부는 변조되지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송수신기를 예시한다. 주파수 합성기(401)는 각각, 선택기 스위치들(411 및 431)(이들은 각각, 직교 변조기 블록들로부터의 직접 출력 및 그 양자는 주파수 합성기(407)로부터 입력을 수신하는, 혼합기들(413 및 433)의 출력들 사이를 선택한다)을 갖는 직교 변조기 블록들(403 및 405)에 입력한다. 선택기 스위치(411)의 출력은 증폭기(451)로 입력하며, 이는 결과적으로 송신을 위한 안테나(455)에 대한 안테나 스위치/서큘레이터(453)에 입력한다. 안테나(455)로부터 수신되는 신호들(송신된 신호의 반사들에 의한 것과 같은)은 혼합기(457)에 입력되며, 이는 스위치(431)로부터 입력을 수신한다. 혼합기(457)의 출력은 안티-얼라이징 저역-통과 필터(459)에 그리고 거기에서 아날로그-디지털 변환기(461)(ADC)에 입력된다.
주파수 편이에 의해 동일한 합성기(407)에 의해 입력되는, 직교 변조 블록들(403 및 405)을 변조함으로써, 송신 신호 및 임의적인 중간 주파수(IF) 수신기에 대한 국부 발진기 드라이브 양자가 생성된다. 수신된 신호는 직교 변조 블록들(403 및 405) 간 변조 주파수의 오프셋에 대응하는 중간 주파수로 하향-변환된다.
임의적인 파형 변조-기반 수신기 국부 발진기 발생의 다른 예는 확산-스펙트럼 레이더에 대한, 의사-난수열(PRBS) 변조에 의한 변조이다.
임의로-구성가능한 복조의 추가 예는 멀티-톤 복조이다. 그러한 구성은 예를 들어, 수 개의 스펙트럼 성분을 별개의 중간 주파수들로 하향-변환함으로써, 이들을 동시 측정하는 것에 있어서 유용하다. 스펙트럼 성분들의 진폭들 및 위상들 양자가 측정될 수 있다.
수 개의 구성에서의 출력 주파수를 획득하기 위한 신호 발생기의 상기한 성능은, 전체 주파수 범위(즉 국부 발진기를 포함하는)에 걸쳐 관련된 측정들 및 측정된 위상로(path phase)를 가능하게 한다. 관련된 실시예에 따라, 이는 상이한 국부 발진기 주파수 간 측정치들을 오버랩함으로써 달성되며, 여기서 기저대역 주파수들이 측정치들 간 국부 발진기 주파수 오프셋에 대한 설명에 적응된다. 이러한 위상-관련 측정은 해당 기술분야의 일반적 실시와 상이하며, 여기서, 국부 발진기가 커버리지 범위에 걸쳐 전환되면서, 설명되지-않은 위상 변화들이 발생한다. 본 실시예에 따라 상대적인 위상을 획득하는 것은 본 발명의 벡터 네트워크 분석기(VNA) 실시예에서의 비-선형 파라미터들을 특성화하는 것에 있어서 중요하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직교 수신기를 예시한다. 스위치(511) 및 스위치(531)는, 0° 국부 발진기(541) 및 90° 국부 발진기(543)(증폭기(551)에 의해 증폭되는 안테나(555)에 의해 수신되는 신호로 변환하기 위해, 각각, 혼합기들(561 및 563)에 입력되는)를 발생시키기 위해, 공통 선택기(533)에 의해 집단으로 행동한다. 두 개의 중간 주파수 신호가 각각, 아날로그-디지털 변환기들(573 및 577)에 의해 복조될, 안티-얼라이징 저역-통과 필터들(571 및 575)로 입력된다.
도 5에 예시된 구성은 종래의 아날로그 기술들과 비교할 때, 그리고 디지털 디바이더들을 사용할 때 발생하는, 실질적인 스퓨리어스 고조파 성분을 도입하지 않고, 넓은 주파수 범위에 걸쳐 90° 스플리트의 발생을 가능하게 한다.
본 발명의 관련된 실시예들에 따라, 교정 기술들이 직교 채널들 간 상대적인 위상 및 고도를 조절하는데 사용될 수 있다. 비-제한적인 예들에서: 하향-변환된 지속파 신호의 같은-위상(I) 및 직교(Q) 성분들 간 위상 및 진폭을 측정하는 것; 수 개의 신호에 대한 위상 및 진폭을 동시에 측정하는 것; 및 I 및 Q 아암들 간 교차-상관 측정들.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티스태틱 레이저 장치를 예시한다. 많은 경우에서, 발생된 신호가 송신 안테나들/수신기들 등과 같은, 많은 노드 중에 분배되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3-채널 다중 입력 - 다중 출력(MIMO) 송수신기를 예시한다. 이 실시예에서, 상기-설명된 균일한 임의적인 변조 토폴로지가 병렬 구조와 함께 사용된다(즉 모든 직교 변조 블록이 동일한 합성기에 의해 입력되고 서로에 대해 균일하다). 이러한 구성은 위상-어레이 안테나들의 상황하에서와 같이 능동적인 빔포밍을 가능하게 한다. 현재 구현예들은 협-대역 어레이들에서 주로 사용가능하고, 여기서 캐리어 주파수들은 마이크로파 레짐에 이르고 아날로그 지연-유발된 위상 편이들이 사용된다. 본 발명의 본 실시예는 디지털 상대적 지연 수단에 의한 트루 빔-포밍을 제공한다. 빔-포밍은 서로에 관해 균일한 채널들의 기저대역 변조에 의해 달성되고, 송수신기 어레이의 광대역 특성을 저해하지 않는다. 또한, 본 실시예는 디지털 정확성을 갖는 구현의 용이함을 제공한다. 임의의 기저대역 주파수에서 획득가능한 상대적인 위상이 디지털-아날로그 변환기 분해능에 의해 주로 제한되면서, 그것이 사실상 임의적인 것이기 때문에, 조종 분해능 및 위상 균일성은 매우 정밀하다.
교정
교정은 중요한 역할을 하며, 여기서 직교 변조 불균형, 국부 발진기 누설 및 수신기 및 송신기 경로들의 응답은 송수신기의 필수 성능을 획득하는 것에 있어서 핵심적인 팩터들을 구성한다.
직교 변조 불균형 및 국부 발진기 누설 교정들은 통상적으로 광대역 포락선 검출기를 통과한 후 최소한으로 곱들을 혼합함으로써 수행된다. 직교 변조기는 주파수(f BB )에서의 복소 사인파에 의한 변조에 적용된다. 포락선 검출기의 출력에서, 검출된 전력은 원하는 신호 및 스퓨리어스 신호들 간 주파수 오프셋과 관련된 주파수들에서 변동을 거듭한다(직교 변조 허상에 대한 2 f BB 또는 국부 발진기 누설에 대한 f BB 중 어느 하나). 전력 변동들은 통상적으로 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 측정된다. 높은 f BB 가 사용되면 전력 변동들을 캡처하고 수량화하기 위해 높은 속도의 ADC가 요구됨을 주의하는 것이 중요하다(ADC 대역폭은 양 스펙트럼 성분을 캡처하기 위해 기저대역 대역폭의 적어도 두 배일 것이 요구된다).
현재 기술들은 측정될 수량들에 속하는 혼합된 결과물들 및 스퓨리어스 신호들과 연관된 고유한 어려움들을 겪는다. 예로서, 2f signal 　-　2f LO 로부터의 혼합된 결과물들은 직교-변조된 허상과 연관된 측정될 주파수에 속한다: f signa l　-　 f image . 따라서, 측정치들이 독립적이지 않다. 본 발명의 실시예들은 아키텍처의 복잡도를 증가시키지 않고, 직교 변조 불균형 및 국부 발진기 누설에 대한 교정을 용이하게 한다.
직교 변조 불균형 및 국부 발진기 누설의 보상에 대한 정정 조치가 해당 기술분야에 널리 공지되어 있다. 직교 변조 불균형 보상은 정정 계수들의 행렬에 의한 I 및 Q 성분들을 미리-곱하는 것을 수반한다. 국부 발진기 누설의 보상은 통상적으로 I 및 Q 성분들에 DC 계수들을 더하는 것을 수반한다. 이 절차의 어려운 부분은 사용할 계수들의 값들을 결정하는 것이다. 이는 국부 발진기 누설의 스펙트럼 성분들 및 이미지의 강도의 피드백 측정을 수반한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 신호 발생 블록의 출력에서의 스펙트럼 성분 측정 배열체를 예시한다. 여기서, 두 개의 직교 변조 블록이 단일, 공통, 합성기에 의해 입력된다. 이미지 또는 국부 발진기 누설을 측정하는 방법은 관심있는 스펙트럼 성분에 관한 주파수 오프셋에서 제2 합성기 - 신호를 기저대역으로 변환하는데 사용되는 -를 배치하는 것에 의한다.
f image 　=　 f Sa 　- f IQa1 에 위치된, 이미지를 측정하기 위해, f IF 변환 후, 원래 이미지 크기가 선형일, f Sb 　=　 f image 　-　 f IF 에 제2 합성기를 배치하자. 제2 합성기 - 직교 변조 블록의 출력의 변환을 유도하는 - 의 출력에서 원하는 주파수에 이르기 위해 미세한 주파수 선택이 합성기 출력의 직교 변조 및 분수 N 합성기의 이용 중 어느 하나 또는 양자에 의해 용이하게 될 수 있다. 단지 단일 채널(하나의 직교 변조기, 두 개의 합성기)이 상기 기법을 위해 요구된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수신기-지원형 스펙트럼 성분 측정 배열체를 예시한다.
도 10a는 본 발명에 따른 제1 직교 변조 블록의 특성화를 위한 대칭된 수신기-지원형 스펙트럼 성부 측정 배열체를 예시한다.
도 10b는 본 발명에 따른 제2 직교 변조 블록의 특성화를 위한 대칭된 수신기-지원형 스펙트럼 성분 측정 배열체를 예시한다.
기저대역 필터 특성
기저대역 필터 특성들은 제품에 따라 달라질 수 있다. 집적 회로 구현의 경우, 필터 대역폭 및 형상이 프로세스, 온도 및 전압에 따를 수 있다. 송신 및 수신 체인들에서의 기저대역 필터들의 특성들은 신호-대-잡음비, 심볼-간 간섭, 전력 저하, 마스크 합치 등에 관한 시스템 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서 필터들을 특성화하고 원하는 특성들과의 이들의 편차를 보상하는 것이 바람직하다. 보상의 예들은 직접적으로 필터를 조절하는 것 및 디지털 보상을 수행하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들의 하드웨어 아키텍처는 복잡도를 추가로 증가시키지 않고 필터 특성들의 측정을 용이하게 한다.
송신 필터를 특성화하기 위해, f BB 가 관심있는 범위에 걸쳐 스캔된다. 각 f BB 에 대해 합성기의 주파수들(f sa , f sb )이 그 결과로 생긴 중간 주파수가 일정하도록 조절되고; 그에 따라 수신 필터 응답 변화를 회피한다(f BB 마다 상이한 중간 주파수들에서 측정할 때).
수신기는 얼라이징된 주파수(± f BB 　+　N· f sample )(여기서 f sample 은 디지털-아날로그 변환기 샘플링 주파수이다)에 대응하는 주파수로 동조될 수 있다. 그렇게 함으로써, 송신 경로에서의 저역 통과 필터가 디지털-아날로그 변환기의 나이퀴스트 주파수를 너머 특성화될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같은 그리고 도 8 및 도 10a 및 도 10b에 도시된 본 발명의 실시예들은 신호 발생 블록의 출력을 디지털화함으로써, 위에서 설명된 바와 같이 기저대역 주파수를 스캔하기 위한 두 개의 유사한 기법을 예시한다.
수신기 필터를 측정하는 것은 송신 필터의 응답을 이해하는 것에 의한, 송신기 필터 응답의 선행 지식으로부터의 혜택들을 제외하고, 개념적으로 상기한 기법들과 유사하나, 직교 변조 주파수는 수신기 필터의 주파수들을 스캔하도록 동조될 수 있다. 대안적으로, 먼저 송신 필터를 특성화하지 않고 별도로 수신기 필터를 측정하는 것이 가능하다. 그렇게 하기 위해, 직교 변조가 일정한 주파수에서 이루어지고(응답 변화를 초래하기 않기 위해) 수신기 주파수들은 합성기의 주파수들을 동조함으로써 스캔된다.
중간 주파수는 수신 안티-얼라이스 저역-통과 필터가 입력 중간 주파수에 반응하도록 아날로그-디지털 변환기의 나이퀴스트 주파수를 너머 동조될 수 있는 한편, 디지털화된 출력은 얼라이징된 주파수(± f BB 　+　N· f sample )(여기서 f sample 은 아날로그-디지털 변환기 샘플링 주파수이다)에 있다. 그렇게 함으로써, 수신 경로에서의 저역 통과 필터가 아날로그-디지털 변환기의 나이퀴스트 주파수를 너머 특성화될 수 있다.
위상 잡음의 자기-특성
제2 합성기에 의해 하향 변환된, 제1 합성기의 디지털화는 두 개의 합성기 간 상대적인 위상 잡음을 특성화하는 것을 가능하게 한다. 이러한 측정은 자기-테스트 목적들 또는 성능 최적화들, 예컨대 위상 잡음을 최적화하기 위해 위상-고정 루프 파라미터들을 설정하는 것 중 어느 하나를 위해 사용될 수 있다. 그러한 파라미터의 예는 위상 검출기에서의 차지 펌프 전류의 설정이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-모듈 참조 기반 스케일링 배열체를 예시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 합성기의 신호 발생기를 교정하는 방법의 흐름도(1200)이다. 단계(1201)에서 제1 주파수 합성기가 원하는 테스트 주파수로 설정된다. 단계(1203)에서 제1 수치-제어 발진기가 원하는 테스트 주파수 오프셋으로 설정되는, 외측 루프가 시작된다. 단계(1205)에서, 제2 주파수 합성기 및 제2 수치-제어 발진기가 원하는 수신 중간 주파수를 획득하도록 설정된다.
단계(1207)에서 직교 변조 불균형 정정 계수값들의 설정을 구성하기 위한 내측 루프가 시작되고, 단계(1209)에서 불균형-관련된 크기가 측정된다. 결정 지점(1211)에서, 계수 설정이 배출되지 않았다면, 방법은 단계(1207)로 돌아간다. 그 외, 설정이 배출되면, 단계(1207)에서 시작된 루프가 종료되고 방법은 최적의 정정 계수들이 계산되는, 단계(1213)로 진행된다.
결정 지점(1215)에서, 제1 수치 제어 발진기 주파수들이 배출되지 않는 경우, 방법은 단계(1203)으로 돌아간다. 그 외, 주파수들이 배출되는 경우, 단계(1203)에서 시작된 루프가 종료되고, 방법은 최적의 주파수-의존 정정 계수들이 계산되는, 단계(1217)로 마무리된다.

Claims (5)

  1. 신호-발생 장치로서,
    직교 변조 블록으로서:
    같은-위상(in-phase)의 파형 성분에 대응하는 디지털 신호들을 수신하기 위한 제1 디지털-아날로그 변환기;
    직교 파형 성분에 대응하는 디지털 신호들을 수신하기 위한 제2 디지털-아날로그 변환기;
    상기 제1 디지털-아날로그 변환기의 출력을 수신하는 제1 안티-얼라이징 저역-통과 필터(anti-aliasing low-pass filter);
    상기 제2 디지털-아날로그 변환기의 출력을 수신하는 제2 안티-얼라이징 저역-통과 필터;
    상기 제1 안티-얼라이징 저역-통과 필터의 출력을 수신하는 제1 혼합기;
    상기 제2 안티-얼라이징 저역-통과 필터의 출력을 수신하는 제2 혼합기;
    입력, 상기 제1 혼합기에서 혼합하기 위한 같은-위상의 출력, 및 상기 제2 혼합기에서 혼합하기 위한 직교 출력을 갖는 90° 스플리터;
    상기 90° 스플리터의 상기 입력에 대한 출력을 갖는 제1 주파수 합성기;
    상기 제1 혼합기의 출력을 상기 제2 혼합기의 출력과 가산하기 위한 가산 유닛을 포함하는, 상기 직교 변조 블록; 및
    상기 직교 변조 블록의 상기 가산 유닛의 출력을 수신하는 제3 혼합기;
    상기 제3 혼합기에 대한 출력을 갖는 제2 주파수 합성기; 및
    상기 가산 유닛의 상기 출력 및 상기 제3 혼합기의 출력 사이를 선택가능한 출력을 갖는 스위치를 포함하는, 신호-발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 혼합기에 대한 상기 제2 주파수 합성기의 상기 출력에 연결되는 제2 직교 변조 블록을 더 포함하는, 신호-발생 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    복수의 직교 변조 블록을 더 포함하고, 이들의 각 직교 변조 블록은 대응하는 혼합기에 대한 그리고 대응하는 상기 직교 변조 블록의 상기 출력 및 대응하는 상기 혼합기의 출력 사이를 독립적으로 선택가능한 출력을 갖는 스위치에 대한 출력을 갖는, 신호 발생 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 혼합기 및 상기 스위치의 출력에 연결되는 적어도 하나의 필터를 더 포함하는, 신호 발생 장치.
  5. 송수신기로서,
    출력을 갖는 제1 주파수 합성기;
    상기 제1 주파수 합성기의 상기 출력을 수신하고 제1 혼합기에 대한 출력을 갖는 제1 직교 변조 블록;
    상기 제1 직교 변조 블록의 상기 출력 및 상기 제1 혼합기의 출력 사이를 선택가능한 출력을 갖는 제1 스위치;
    상기 제1 주파수 합성기의 상기 출력을 수신하고 제2 혼합기에 대한 출력을 갖는 제2 직교 변조 블록;
    상기 제1 혼합기에 대한 그리고 상기 제2 혼합기에 대한 출력을 갖는 제2 주파수 발생기;
    상기 제2 직교 변조 블록의 상기 출력 및 상기 제2 혼합기의 출력 사이를 선택가능한 국부 발진기 출력을 갖는 제2 스위치;
    상기 제1 스위치로부터의 입력을 수신하고 안테나 스위치-서큘레이터에 대한 출력을 갖는 증폭기;
    상기 안테나 스위치-서큘레이터로부터의 입력 및 상기 제2 스위치로부터의 상기 국부 발진기 출력의 입력을 수신하고, 안티-얼라이징 저역-통과 필터에 대한 출력을 갖는 제3 혼합기; 및
    상기 안티-얼라이징 저역-통과 필터의 상기 출력을 수신하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하고;
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 독립적으로 선택가능한, 송수신기.
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