KR102088773B1 - 사이드밴드 신호를 억압한 멀티밴드 와이파이 액세스포인트 - Google Patents

Abstract

밴드 간 상호 간섭으로 인한 성능 저하를 방지할 수 있는 멀티밴드 와이파이 액세스포인트가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티밴드 와이파이 액세스포인트는, 안테나; 상기 안테나와 연결되어 N개의 주파수 신호를 분리하는 N 주파수 듀플렉서; 공통단자와 상기 공통단자와 선택적으로 연결되는 제1단자와 제2단자를 구비하며, 상기 공통단자가 상기 N 주파수 듀플렉서의 N개의 단자 중의 하나에 각각 연결되는 N개의 RF 스위치; N개의 와이파이 트랜시버; 상기 N개의 와이파이 트랜시버의 출력단에 각각 연결되는 N개의 주파수 가변 대역통과 필터; 입력단이 상기 N개의 주파수 가변 대역통과 필터의 출력단에 각각 연결되고 출력단이 상기 N개의 RF 스위치의 상기 제1단자에 연결되는 N개의 전력증폭기; 및 입력단이 상기 N개의 RF 스위치의 상기 제2단자에 연결되고 출력단이 상기 N개의 와이파이 트랜시버의 입력단에 각각 연결되는 N개의 저잡음 증폭기를 구비한다. 본 발명에 따르면, 멀티밴드 와이파이 액세스포인트에서 송신 채널의 와이파이 신호의 사이드밴드가 억압되므로 수신 중인 채널에 간섭을 일으키지 않는다.

Description

사이드밴드 신호를 억압한 멀티밴드 와이파이 액세스포인트 {Multi-band Wi-Fi Access Point which suppresses sideband signals}

본 발명은 멀티밴드 와이파이 액세스포인트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밴드 간 상호 간섭으로 인한 성능 저하를 방지할 수 있는 멀티밴드 와이파이 액세스포인트에 관한 것이다.

와이파이 액세스포인트(Wi-Fi Access Point)는 와이파이(Wi-Fi)를 이용한 관련 표준을 이용하여 무선 장치들을 유선 장치에 연결할 수 있게 하는 장치이다. 오늘날 대부분의 와이파이 기술은 IEEE 802.11 표준에 기반하고 있으며, 설치의 용이성으로 인해 널리 쓰이고 있다. 특히 스마트폰이나 노트북 컴퓨터를 사용하여 무선 인터넷에 접속하는 사용자가 급증하면서, 일반 가정뿐만 아니라, 커피숍과 같은 상업 시설, 병원, 공공기관 및 기업들도 와이파이 환경을 제공하고 있으며, 따라서 와이파이 액세스포인트에 대한 수요가 증가하고 있다.

와이파이 액세스포인트는 장비 자체의 가격보다는 설치 비용이 비싼 경우가 많다. 따라서, 설치 비용을 절감함과 아울러 설치 장소의 제약사항을 극복하기 위하여 하나의 액세스포인트에서 여러 개의 와이파이 밴드를 지원하도록 하여 서비스 용량을 증대시키는 형태가 선호되고 있다. 예를 들면, 5GHz 밴드 2개를 사용하는 것으로서, 마치 1층 버스를 2층 버스로 변경하는 것에 비유할 수 있을 것이다.

와이파이 액세스포인트에서는 IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ax 등과 같이 표준 규격에 따라 다양한 RF 신호가 사용되지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 대표적으로 802.11b 신호를 기준으로 설명 한다.

일반적으로 와이파이 액세스포인트는 크게 OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing) 기술과 CSMA(Carrier-sense multiple access) 기술을 이용한다.

와이파이 액세스포인트는 OFDM 기술을 사용하므로 와이파이 액세스포인트의 송신 RF 신호는 도 1의 OFDM 스펙트럼 마스크(Spectrum Mask)를 만족하여야 한다. 예를 들면 IEEE 802.11b 신호인 경우 와이파이 액세스포인트의 송신 RF 신호는 도 2와 같은 스펙트럼을 갖는다.

그리고 CSMA 기술의 사용으로 인해 도 5 와 같이 와이파이 액세스포인트의 RF 채널은 송신과 수신 모두 동일한 주파수를 사용하므로, 와이파이 액세스포인트는 동시에 송/수신을 진행하지 않는다. 즉, 신호 송신 시에는 신호를 수신하지 않으며, 신호 수신 시에는 신호를 송신하지 않는다. 이것은 도 5의 스위치(RF 스위치)(40)를 사용하여 구현된다. 신호 송신시에는 스위치(40)가 도 5에 도시된 대로 연결되어 있어서, 와이파이 트랜시버(10)에서 출력되는 RF 신호가 전력증폭기(20)에서 증폭되어 스위치(40)를 통해 안테나에 연결되어 신호 송신이 이루어진다. 반대로 신호 수신시에는 스위치(40)가 아래쪽으로 연결되며, 안테나를 통해 수신되는 RF 신호가 스위치(40)를 통해 저잡음 증폭기(30)를 거쳐 와이파이 트랜시버(10)로 수신된다.

한편, 멀티밴드 와이파이 액세스포인트를 구현하기 위해서는 도 6과 같이 하나의 안테나로 두 개의 다른 주파수 채널(밴드)을 결합하기 위하여 듀플렉서(Duplexer)(50)를 사용하여 채널 결합을 한다. 듀플렉서는 채널 아이솔레이션(Channel isolation) 특성이 30~40dB 정도이며, 이러한 듀플렉서의 채널 아이솔레이션 특성으로 인하여 도 6에 점선으로 표시한 것처럼 채널1이 수신하고 채널2가 송신하는 경우에, 채널2의 송신 신호의 일부가 채널1의 수신 신호에 더해지는 문제가 있다.

이러한 경우에도 채널1의 주파수와 채널2의 주파수가 완전히 분리되어 있으면, 채널1의 수신 신호가 채널2의 송신 신호의 영향을 받지 않는다. 그러나 도 3에서 도시한 것과 같은 사이드밴드 반송파 간섭(Side Band Carrier Frequency Interference) 현상에 의해 송신채널2의 사이드밴드 로브(Side Band Lobe) 신호가 수신채널1의 수신 신호의 인밴드(In Band) 안으로 중첩되어 간섭을 야기시킨다.

종래에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 7과 같이 각 송신채널 스위치(41, 42) 후단에 대역통과 필터(BPF, Band Pass Filter)(61, 62)를 연결하고 있다. 송신 채널1에 연결된 BPF(61)는 채널1 주파수 밴드에 해당하는 BPF이며, 송신 채널2에 연결된 BPF(62)는 채널2 주파수 밴드에 해당하는 BPF로서, 모두 캐비티 필터(Cavity Filter)로 구성된다.

도 2에 도시한 것와 같은 스펙트럼 특성을 갖는 RF 송신 신호가 BPF를 통과하면, 도 4에 도시한 것처럼 사이드밴드 로브가 억압된 메인로브(Main lobe) RF 신호만이 출력된다.

따라서 도 7에서와 같이 듀플렉서(50)의 채널 아이솔레이션 특성 때문에 채널1이 수신하고 채널2가 송신하는 경우, 채널2의 송신 신호의 일부가 채널1의 수신 신호가 더해진다고 해도, BPF(61, 62) 덕분에 수신 채널1 주파수와 송신채널2 주파수가 완전히 분리되는 효과가 발생되어 더 이상 채널1의 수신 신호가 채널2의 송신 신호에 영향을 받지 않는다.

그러나, 도 7과 같은 구조를 갖는 종래의 멀티밴드 와이파이 액세스포인트는 다음과 같은 문제를 갖고 있다.

- 크기가 큰 RF 신호를 필터링 하기 위하여 BPF로서 일반적으로 캐비티 필터를 사용하지만, 캐비티 필터는 크기가 크고 비싸다.

- 또한 이로 인해 Tri-band(예를 들면, 하나의 2.4GHz 밴드, 두 개의 5GHz 밴드)를 초과하여 지원하는 것은 거의 불가능하다.

본 발명은 인접 밴드간 채널 간섭을 최소화할 수 있는 멀티밴드 와이파이 액세스포인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 크기가 작고, 가격이 싸며, 특히 채널 주파수가 가변 되었을 때도 사용 가능한 멀티밴드 와이파이 액세스포인트를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티밴드 멀티밴드 와이파이 액세스포인트는, 안테나; 상기 안테나와 연결되어 N개의 주파수 신호를 분리하는 N 주파수 듀플렉서; 공통단자와 상기 공통단자와 선택적으로 연결되는 제1단자와 제2단자를 구비하며, 상기 공통단자가 상기 N 주파수 듀플렉서의 N개의 단자 중의 하나에 각각 연결되는 N개의 RF 스위치; N개의 와이파이 트랜시버; 상기 N개의 와이파이 트랜시버의 출력단에 각각 연결되는 N개의 주파수 가변 대역통과 필터; 입력단이 상기 N개의 주파수 가변 대역통과 필터의 출력단에 각각 연결되고 출력단이 상기 N개의 RF 스위치의 상기 제1단자에 연결되는 N개의 전력증폭기; 및 입력단이 상기 N개의 RF 스위치의 상기 제2단자에 연결되고 출력단이 상기 N개의 와이파이 트랜시버의 입력단에 각각 연결되는 N개의 저잡음 증폭기를 구비한다.

일 실시예에서, 상기 N개의 주파수 가변 대역통과 필터는 각각, RF 신호를 수신하고, 그 수신 신호로부터 RF 중심 주파수(center frequency)를 검출하여 RF 중심 주파수로 동기시키는 PLL(Phase Locked Loop); 상기 동기된 주파수 신호와 상기 RF 신호는 믹싱하는 믹서(mixer); 상기 믹서에서 출력된 신호에서 저주파수 신호만을 통과시켜 베이스밴드 신호를 출력하는 제1 저역통과 필터; 상기 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 변환된 디지털 신호에서 사이드밴드 신호를 억압하기 위하여 필터링하는 디지털 필터; 사이드밴드 신호가 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 아날로그 신호에서 저주파수 신호만을 통과시켜서 사이드밴드 신호가 억압된 아날로그 베이스밴드 신호가 출력하는 제2 저역통과 필터; 및 상기 사이드밴드 신호가 억압된 아날로그 베이스밴드 신호와 상기 PLL에서 출력된 RF 동기 주파수 신호를 믹싱하여 사이드밴드가 억압된 RF 신호를 출력하는 믹서를 구비한다. 일 실시예에서, 상기 와이파이 트랜시버는 802.11b 와이파이 트랜시버이다.

본 발명에 따르면, 멀티밴드 와이파이 액세스포인트에서 송신 채널의 와이파이 신호의 사이드밴드가 억압되므로 수신 중인 채널에 간섭을 일으키지 않는다.

또한 본 발명에 따르면, 종래 기술에서 사용되는 캐비티 필터와는 다르게 믹서, PLL, A/D, D/A, LPF, 디지털 필터 등 구성 부품의 크기가 작을 뿐만 아니라, 캐비티 필터에 비해 가격도 저렴하다.

또한, 와이파이 액세스포인트의 주파수가 가변 된다고 하더라도 주파수 가변(Frequency Variable) BPF 내부에 있는 PLL이 그 가변 주파수에 동기가 되므로 Wi-Fi 사이드밴드를 억압할 수 있다.

도 1은 IEEE 802.11에 규정된 OFDM 스펙트럼 마스크(Spectrum Mask) 규격을 보여준다.
도 2는 일반적인 802.11b Wi-Fi 신호 스펙트럼을 보여준다.
도 3은 인접 채널의 사이드밴드 신호가 본 채널의 신호에 간섭을 주는 사이드밴드 반송파 간섭(Side Band Carrier Frequency Interference)을 보여준다.
도 4는 일반적인 802.11b Wi-Fi 신호의 사이드밴드 신호를 억압하기 위해, 802.11b Wi-Fi 신호를 BPF에 통과 했을 때의 신호 스펙트럼을 보여주는 BPF 통과후 스펙트럼 마스크(Spectrum Mask with Band Pass Filter) 도면이다.
도 5는 종래의 와이파이 액세스포인트 AP의 RF 채널 구성도이다.
도 6은 하나의 안테나로 두 개의 다른 주파수 채널을 결합하기 위하여 듀플렉서를 사용하여 채널 결합을 시킨 멀티밴드 와이파이 액세스포인트의 RF 2채널 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 BPF를 사용하여 사이드밴드 로브를 억압한 Wi-Fi RF 2 밴드 구성도 도면이다.
도 8은 BPF를 사용하여 사이드밴드 로브를 억압한 Wi-Fi RF N 밴드 구성도 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수 가변 BPF를 사용하여 사이드밴드 로브를 억압한 멀티밴드 와이파이 액세스포인트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10은 주파수 가변 BPF의 내부 구성의 한가지 예를 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티밴드 와이파이 액세스포인트의 구성을 보여주는 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티밴드 와이파이 액세스포인트는, 안테나; 상기 안테나와 연결되어 N개의 주파수 신호를 분리하는 N 주파수 듀플렉서(151); 공통단자와 상기 공통단자와 선택적으로 연결되는 제1단자와 제2단자를 구비하며, 상기 공통단자가 상기 N 주파수 듀플렉서(151)의 N개의 단자 중의 하나에 각각 연결되는 N개의 RF 스위치(140A, 140B, .., 140N); N개의 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N); 상기 N개의 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)의 출력단에 각각 연결되는 N개의 주파수 가변 대역통과 필터(170A, 170B, .., 170N); 입력단이 상기 N개의 주파수 가변 대역통과 필터(170A, 170B, .., 170N)의 출력단에 각각 연결되고 출력단이 상기 N개의 RF 스위치(140A, 140B, .., 140N)의 상기 제1단자에 연결되는 N개의 전력증폭기(120A, 120B, .., 120N); 및 입력단이 상기 N개의 RF 스위치(140A, 140B, .., 140N)의 상기 제2단자에 연결되고 출력단이 상기 N개의 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)의 입력단에 각각 연결되는 N개의 저잡음 증폭기(130A, 130B, .., 130N)를 구비한다.

도 9의 예는 셋 이상의 802.11 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)를 구비하는 액세스 포인트를 보여준다. 각 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)의 송신단에는 주파수 가변(Frequency Variable) BPF(170A, 170B, .., 170N)가 연결되어 있어서, 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)에서 출력되는 RF 신호가 대역통과 필터링된다.

각 주파수 가변 BPF(170A, 170B, .., 170N)는 도 10에 도시된 것과 같은 구성을 갖는다. 도 10을 참조하면, 주파수 가변 BPF(170)는 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)로부터 RF 신호를 수신하고, 그 수신 신호로부터 RF 중심 주파수(center frequency)를 검출하여 PLL(Phase Locked Loop)(178)을 RF 중심 주파수로 동기시킨다. 동기된 주파수 신호와 와이파이 트랜시버(110A, .., 110N)로부터 수신된 RF 신호는 믹서(mixer)(171)에서 믹싱(복조)된다. 믹서(171)에서 출력된 신호를 LPF(Low Pass Filter)(172)로 입력시키면, 그 LPF 출력 신호는 와이파이 액세스포인트의 베이스밴드 신호가 된다. 이 베이스밴드 신호는 A/D(Analog to Digital Converter)(173)에서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 디지털 신호는 Wi-Fi 사이드밴드 신호를 억압하기 위하여 디지털 필터(174)로 필터링된다. 사이드밴드 신호가 필터링된 디지털 신호는 D/A(digital to Analog Converter)(175)에서 아날로그 신호로 변환되고, 이 신호가 LPF(176)를 통과하면 Wi-Fi 사이드밴드 신호가 억압된 와이파이 액세스포인트의 아날로그 베이스밴드 신호가 출력된다. 이 아날로그 베이스밴드 신호와 PLL(178)에서 출력된 RF 동기 주파수 신호를 믹서(177)에서 믹싱(변조)하면 Wi-Fi 사이드밴드가 억압된 와이파이 액세스포인트의 RF 신호가 출력된다.

다시 도 9로 돌아가서, 주파수 가변 BPF(170)에서 출력되는 신호를 다시 전력증폭기(Power Amplifier)(120A, 120B, .., 120N)와 RF 스위치(140A, 140B, .., 140N)를 통과시키면 도 7에 도시한 것과 같은 종래의 멀티밴드 와이파이 액세스포인트의 출력 신호와 같은 형태의 Wi-Fi 사이드밴드가 억압된 RF 신호가 출력된다. 도 9에서는 와이파이 트랜시버 #1(110A)가 수신 중이고 와이파이 트랜시버 #2~#N(110B~110N)가 송신 중인 경우를 도시하고 있다. 즉, 도 9에서는 스위치(140B, .., 140N)에서 Wi-Fi 사이드밴드가 억압된 RF 신호가 출력되며, Wi-Fi 사이드밴드가 억압되어 있으므로 수신 중인 와이파이 트랜시버 #1(110A)에 간섭을 일으키지 않는다.

도 9와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 도 7과 같은 구성을 갖는 종래 기술에서 사용되는 캐비티 필터와는 다르게 믹서, PLL, A/D, D/A, LPF, 디지털 필터 등 구성 부품의 크기가 작을 뿐만 아니라, 캐비티 필터에 비해 가격도 싸고, 특히 와이파이 액세스포인트의 주파수가 가변 된다고 하더라도 주파수 가변(Frequency Variable) BPF 내부에 있는 PLL이 그 가변 주파수에 동기가 되므로 Wi-Fi 사이드밴드를 억압할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 몇가지 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 또는 프로세서가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터 또는 프로세서에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110A~110N 와이파이 트랜시버,
120 파워 증폭기,
130 저잡음 증폭기,
140 RF 스위치,
151 N 주파수 듀플렉서,
170 주파수 가변 대역통과필터.

Claims (2)

1. 삭제
2. 안테나;
   상기 안테나와 연결되어 N개(N>2)의 주파수 신호를 분리하는 N 주파수 듀플렉서;
   공통단자와 상기 공통단자와 선택적으로 연결되는 제1단자와 제2단자를 구비하며, 상기 공통단자가 상기 N 주파수 듀플렉서의 N개의 단자 중의 하나에 각각 연결되는 N개의 RF 스위치;
   N개의 와이파이 트랜시버;
   상기 N개의 와이파이 트랜시버의 출력단에 각각 연결되는 N개의 주파수 가변 대역통과 필터;
   입력단이 상기 N개의 주파수 가변 대역통과 필터의 출력단에 각각 연결되고 출력단이 상기 N개의 RF 스위치의 상기 제1단자에 연결되는 N개의 전력증폭기;
   입력단이 상기 N개의 RF 스위치의 상기 제2단자에 연결되고 출력단이 상기 N개의 와이파이 트랜시버의 입력단에 각각 연결되는 N개의 저잡음 증폭기
   를 구비하며,
   상기 N개의 주파수 가변 대역통과 필터는 각각,
   RF 신호를 수신하고, 그 수신 신호로부터 RF 중심 주파수(center frequency)를 검출하여 RF 중심 주파수로 동기시키는 PLL(Phase Locked Loop);
   상기 동기된 주파수 신호와 상기 RF 신호는 믹싱하는 믹서(mixer);
   상기 믹서에서 출력된 신호에서 저주파수 신호만을 통과시켜 베이스밴드 신호를 출력하는 제1 저역통과 필터;
   상기 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;
   변환된 디지털 신호에서 사이드밴드 신호를 억압하기 위하여 필터링하는 디지털 필터;
   사이드밴드 신호가 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기;
   상기 아날로그 신호에서 저주파수 신호만을 통과시켜서 사이드밴드 신호가 억압된 아날로그 베이스밴드 신호가 출력하는 제2 저역통과 필터;
   상기 사이드밴드 신호가 억압된 아날로그 베이스밴드 신호와 상기 PLL에서 출력된 RF 동기 주파수 신호를 믹싱하여 사이드밴드가 억압된 RF 신호를 출력하는 믹서
   를 구비하는 멀티밴드 와이파이 액세스포인트.
   
   
   

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