KR19980039835A - 이중 대역 셀룰러 전화에 이용되는 중간주파수 선택장치 및 방법 - Google Patents

이중 대역 셀룰러 전화에 이용되는 중간주파수 선택장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

셀룰러 시스템(cellular system)에서 이중 대역 단일모드 셀룰러 전화(cellular telephone)는 두 상이한 대역들에서 동일 모드로 동작한다. 이중 대역 단일모드 셀룰러 전화는 이중 대역 수신기와, 이중 대역 송신기와, 모뎀부 및 기저대역(baseband)제어부를 구비하는 송수신기(transceiver)로 구성된다. 일반적인 이중 대역 셀룰러 전화는 상이한 대역들 사이에서 그 작동이 가능하도록 스위치되는 RF(Radio Frequency)부들을 가진다. 셀룰러 시스템의 송수신 주파수들은 각각 서로 상이하다. 송수신 주파수의 차이는 각 셀룰러 시스템에 따라 다르다. 예를 들면, 800MHz 범위에서 동작하는 CDMA 시스템은 45MHz의 주파수 차이를 가지며, 1,900MHz 범위에서 동작하는 PCS 시스템은 송수신시 80MHz의 주파수 차이를 가진다. 셀룰러 전화를 설계하는 통상적인 방법은 상기 중간 주파수들의 송수신 주파수 차이가 무선 주파수의 송수신 주파수의 차이와 동일하도록 중간 주파수들을 선택하는 것이다. 이로써 송수신에 단일 국부발진기(LO)를 사용할 수 있게 된다. 하지만 상기 이중 대역 시스템의 경우 송수신시 무선 주파수 분리(separation)가 다르다. 그래서 통상적인 시스템은 세개의 국부 발진기와, 중간 주파수 송신 체인과, 중간 주파수 수신 체인의 구성을 요구한다. 그러나 상기 무선 송수신 체인들은 다른 주파수 범위에서 동작하는 다른 셀룰러 시스템들에 대응하여 이중화 된다. 이렇게 되면 셀룰러 전화의 복잡성과, 크기와, 비용 및 다른 다양한 요인들이 증가된다. 본 발명에 따른 중간 주파수 선택장치는 상기의 요소들이 감소되는 방법들을 제시한다.
본 발명에 따른 중간 주파수 선택장치는 두개의 국부발진기들과, 중간 주파수 송신 체인 및 중간 주파수 수신 체인으로 구성되어 중간 주파수들을 선택한다. 상기한 바와 같이 RF 체인들은 동작대역에 따라 이중화되고 스위치된다.

Description

이중 대역 셀룰러 전화에 이용되는 중간 주파수 선택장치 및 방법
본 발명은 무선(wireless) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이중 대역 셀룰러(dual band cellular) 시스템에 관한 것이다.
셀룰러 전화는 RF부와 모뎀(MODEM)부 및 기저대역(baseband)제어부로 구성된다. 상기 RF부는 전송시 모뎀유닛(unit)으로부터 변조된 중간주파수(Intermediate Frequency: 이하 IF라 함.)부를 업컨버팅(upconverting)하고, 수신시 RF신호를 수신하며 수신된 신호를 모뎀유닛에 수용 가능한 중간주파수로 다운컨버팅(downconverting)한다. 상기 RF부는 혼합기들과, 자동이득제어기들과, 필터들과, 국부발진기(Local Oscillator)들 및 다수의 증폭기들로 구성된다.
셀룰러 시스템에서 송, 수신 RF는 서로 상이하다. 상기 주파수들을 구별하는 방법은 시스템마다 다양하다. 송수신시 상기 중간 주파수들의 선택방법은 많은 요인들에 좌우된다. 하드웨어상의 단순함과 그에 따르는 비용때문에 송수신시 IF들의 선택은, IF들 사이의 주파수 분리(separation)가 RF에서의 그 분리와 정확하게 일치하도록 이루어져야 한다. 이로 인해 단일 국부발진기가 사용될 수 있다. 공용 국부 발진기의 구현으로 동일한 국부발진기가 상기 송수신 체인들에 사용될 수 있게 된다. 상기 RF의 나머지 부분들은 IF 전송 체인과, IF 수신 체인, RF 전송 체인 및 RF 수신 체인으로 구성된다.
도 1은 종래의 단일 대역 셀룰러 전화의 구성을 나타내는 도면이다. 블럭(100)은 모뎀부를 나타낸다. RF부는 안테나(101)와, 송수신 신호들을 구별하는 듀플렉서(duplexer)(102)와, 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(103)와 RF 대역통과(bandpass) 필터(105)와, 전력증폭기(104)와, 전송 RF 대역통과필터(106)와, 혼합기들(107, 108), 수신 체인용 국부발진기(109)와, IF 수신 대역통과필터(110)와, 수신 IF 자동이득제어기(112)와, IF 전송 대역통과필터(111)와 및 선택적 가변 이득 증폭기(113)으로 구성된다. 상기 시스템에서 단일 국부발진기는 상기 체인들에 모두 이용 가능하다.
따라서 본 발명의 목적은 이중 대역 셀룰러 전화의 하드웨어적 복잡성과 크기 및 비용을 현저하게 줄일 수 있는 송수신 체인들에서 IF 주파수들을 선택하기 위한 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 두개의 국부 발진기들이 적절하게 프로그래밍(programming)되고 스위칭(switching)됨으로써 상이한 셀룰러 전화 시스템들을 자동으로 동작시키는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 단일 대역 셀룰러 전화의 구성을 나타내는 도면
도 2는 본 발명에 따른 이중 대역 단일모드 셀룰러 전화의 구성을 나타내는 도면
도 3은 이중 대역 셀룰러 전화에서 요구되는 주파수들을 발생하는 국부 발진기의 구성을 나타내는 도면
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 이중 대역 셀룰러 전화의 복잡성과 크기 그리고 비용 및 다양한 다른 요인들을 감소시키는 방법을 제공하고 있다. 본 발명에 따른 시스템에서는 국부 발진기의 개수를 하나 줄인다. 단일 대역에서 동작하는 종래의 셀룰러 전화는 하나의 국부발진기를 필요로 한다. 셀룰러 전화는 송수신체인들에 적합한 단일 주파수 합성기를 구비한다. 공용 국부발진기의 구현은 적절한 IF 주파수들을 선택함으로써 이루어질 수 있다.
유사한 이론에 따르면, 종래의 이중 대역 시스템은 세개의 국부발진기들을 필요로 한다. IF 주파수들의 구별이 상기 대역들에서 동일하지 않으므로 세개의 국부발진기들이 요구된다. 그러므로 특정 쌍(set)의 IF 주파수들을 선택함으로써 셀룰러 전화는 한 대역의 체인들 모두에 단일 주파수 합성기를 사용할 수 있다. 그러나 나머지 대역에서는 송수신 체인들에 적합한 두개의 주파기 합성들이 요구된다.
본 발명은 이중 대역 셀룰러 전화가 단지 두개의 주파수 합성기를 구비하도록 설계하는 방법을 제시한다. 도 2는 이와 같은 본 발명에 따른 이중 대역 단일모드 셀룰러 전화의 구성을 나타내는 도면이다. IF 주파수들의 적정값은 후술하는 알고리즘을 이용하여 결정된다. 상기 IF 주파수들은 소정의 동조(slightly fine tuned)를 통해 상기 주파수 합성기에서 적합한 스텝 사이즈(step size)를 얻게 된다.
상기 도 2를 참조하면, 블럭(200)은 모뎀부를 나타낸다. RF부는 이중 대역 안테나(101)와, 두 대역의 송수신 신호를 분리하는 쿼듀플렉서(quadruplexer)(202)와, 이중 대역 저잡음증폭기(103)와 선택가능한 스위치인 수신 RF 대역통과필터들(205, 206)과, 이중대역 전력증폭기(204)와 선택가능한 스위치인 수신 RF 대역통과필터들(207, 208)과, 혼합기들(209, 210)과, 수신 체인용 국부발진기(201)와, 송신 체인용 국부발진기(212)와, IF 수신 대역통과필터(110)와, 수신 IF 자동이득제어기(112)와, IF 송신 대역통과필터(114) 및 선택적 가변 이득증폭기(113)로 구성된다.
예를 들어 800MHz CDMA 대역(대역1)와 1900MHz PCS(Punch Card System:펀치 카드 시스템) 대역(대역2)에서 동작하는 이중대역 셀룰러 전화에 대하여 설명하면 다음과 같다. CDMA는 824-849MHz의 송신주파수와 869-894MHz 수신주파수를 가진다. PCS(Personal Communication System)대역은 1850-1910MHz의 송신주파수와 1930-1990MHz의 수신주파수를 가진다. 대역1에서 RF 주파수의 차이가 45MHz인 반면, 대역2에서 RF 주파수의 차이는 80MHz이다. 종래에는 상기 IF 주파수를 선택하는 데 한 대역(대역1)에 이용되는 단일 주파수 합성기와, 나머지 대역(대역2)에 이용되는 두개의 주파수합성기가 필요했다.
본 실시예에서는 송신 체인용 주파수합성기(212)와 수신 체인용의 다른 주파수합성기(201)를 사용한다. 상기 주파수합성기(212)는 두 대역의 송신 체인에 사용되고, 상기 다른 주파수합성기(201)는 상기 두 대역의 수신 체인에 사용된다. 원하는 대역을 선택하기 위해 상기 주파수합성기에 스위치가 사용된다. 상기 IF 주파수들은 상기 주파수합성기(201)의 주파수가 대역2를 위해 사용되고, 상기 주파수합성기(201)의 주파수의 반(LO1÷2)이 대역1을 위해 사용되도록 선택된다. 스위치의 제어와 반송파의 정확한 주파수는 셀룰러 전화의 기저대역 제어부에 의해 프로그램된다. 원하는 동작대역에 따라 상기 스위치는 원하는 경로를 선택한다. 이는 제3도에 도시되어 있다. 제1경로(path1)는 대역2용 직접 경로이고, 제2경로(path2)는 상기 대역1용 경로이다. 상기 스위치 제어로 인하여 전압제어발진기 신호를 분배하여 적정신호 LO1(제어발진기÷2)를 제공하는 분배기로 신호가 통과된다. 수신 체인에서도 주파수합성기에서 상기와 같은 과정이 수행된다.
하기의 알고리즘은 적절한 IF의 선택시 이용되고, 이때 단지 두개의 주파수 합성기들이 사용될 수 있다. 이중대역 셀룰러 전화의 송신체인에서 IF 주파수를 선택하는 경우에 대하여 설명하면 다음과 같다. 대역1의 송신 RF 범위의 중심 주파수를 X1으로, 대역2의 중심주파수는 X2로 가정한다. 상기 두 대역에 대한 공통 IF 주파수는 Y로 가정한다. 국부발진기 주파수들은, 한 대역(대역2)의 국부발진기가 다른 대역(대역1)의 국부발진기에 이중으로 오버랩(overlap)된다. 이와 같은 주파수 오버랩 방법에는 전압제어발진기(304)의 낮은 주파수 범위가 요구된다. 상기 범위는 단일 대역의 동작에 요구되었던 범위와 거의 동일하게 된다. 이로써 주파수합성기의 위상 잡음 감소없이 이중대역 범위가 얻어지고, 다음과 같은 수학식1 및 2가 성립된다.
[수학식 1]
Z = X2 + Y
[수학식 2]
Z/2 = X1 + Y
Z = 2*X1 + 2*Y
상기 수학식1 및 2를 풀어 보면 다음 수학식 3 및 4와 같이 된다.
[수학식 3]
Z = 2 * (X2 ∼ X1)
[수학식 4]
Y = Z - X1
여기서, X1은 대역1의 RF 주파수 범위의 중심 주파수를 나타낸다. X2는 대역2의 RF 주파수 범위의 중심 주파수를 나타낸다. Y는 상기 두 대역의 중간 주파수를 나타낸다. Z는 대역2의 상기 국부발진기 주파수 범위의 중심 주파수를 나타낸다. 상기 Z/2값은 대역1에 이용되는 상기 국부발진기 주파수 범위의 중심 주파수를 제공한다. 상기 중심 주파수값과 특별한 대역의 주파수 범위로부터 상기 국부발진기의 시작(start) 주파수와 정지(stop) 주파수가 결정된다. 그러므로 상기 이중 대역 셀룰러 시스템의 수신 체인에 대한 유사한 이론이 잇따른다. 여기에서 두 대역들의 국부발진기들의 범위가 오버랩됨이 명확하게 관찰될 수 있다. 대역2에 대한 국부발진기는 대역1의 (2*LO)에 오버랩된다. 상기 대역1에 대해서, 상기 국부발진기의 경로에 프리스칼라(prescalar)를 사용함으로써 상기 대역에 적절한 주파수가 제공된다. 상기 국부발진기 주파수에의 오버랩은 상기 국부발진기들을 위한 낮은 스위프(sweep) 범위의 전압제어발진기를 요구한다. 상기 스위프 범위는 상기 대역들중의 한 대역(대역2)의 스위프 범위와 대략 일치된다. 이로써 상기 이중대역 셀룰러 시스템에서 상기 국부발진기 위상 잡음들은 감소되지 않게 된다.
제3도는 국부발진기 신호의 발생 방법을 나타내는 도면으로, 기준 발생기 (302)와, 주파수 합성기 칩(302)과, 루프(loop) 필터(303)와, 전압제어발진기(304)와, 각각 다른 대역들에 따라 적절한 신호를 선택하기 위한 스위치(305, 306)들 및 프리스칼라(÷2)(307)로 구성된다. 특별한 대역(대역2)가 선택될 때 상기 신호는 상기 직접 경로를 따른다. 다른 대역(대역1)가 선택될 때 상기 신호는 상기 프리스칼라(307)를 통해서 상기 경로를 따른다. 다른 대역들의 시작 주파수와 스텝 사이즈는 동일하지 않으므로, 주파수 합성기는 적절한 주파수를 발생하기 위하여 프로그램밍된다. 한 대역의 경우(대역1), 상기 신호는 상기 전압제어발진기를 통과한 후 프리스칼라를 통과한다. 그러므로 상기 주파수의 두배가 상기 전압제어발진기에서 발생되고, 상기 전압제어발진기에서의 스텝 사이즈 또한 두배가 된다. 이로써 위상동기루프는 상기 스텝 사이즈가 두배인 기준 주파수를 갖게 된다. 그러므로 루프 대역폭은 더욱 높아지고[락(lock)시간은 더욱 빨라지고, 기준 스퓨리어스(spurious)의 감쇄는 더욱 커지는 잇점이 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 이중 대역 셀룰러 전화의 하드웨어적 복잡성과 크기 및 비용을 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 안테나와, 전력 증폭기와, RF 송수신 체인들과, 국부발진기들과, IF 송수신 체인들로 구성된 두개의 상이한 대역에서 셀룰러 전화 통화로 통신하는 셀룰러 전화에서 송신 중간주파수를 선택하는 방법에 있어서:
    a) 상기 이중대역 셀룰러 전화 시스템의 두 대역의 송신 무선 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 찾는 과정과;
    b) 제1대역의 송신 중심 주파수와 제2대역의 송신 중심 주파수 사이의 차를 계산하는 과정과;
    c) 상기 계산된 값을 스케일링 계수만큼 적절하게 배가함으로써 상기 국부 발진기의 주파수 스위프 범위에서 중심 주파수를 계산하는 과정과;
    d) 국부 발진기 스위프 범위의 중심 주파수에서 무선 주파수의 상기 송신 중심 주파수를 감산함으로서 상기 송신 중간 주파수를 결정하는 과정과;
    e) 제1대역의 송신 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산함으로써 상기 제1대역용 송신 국부 발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정과;
    f) 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써, 상기 제2대역용 국부 발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 송신 중간 주파수 선택방법.
  2. 안테나와, 전력 증폭기와, 무선송수신 체인들과, 국부발진기들 및 중간 주파수 송수신 체인들로 구성된 두개의 상이한 대역에서 셀룰러 전화 통화로 통신하는 셀룰러 전화에서 수신 중간주파수를 선택하는 방법에 있어서:
    a) 상기 이중대역 셀룰러 전화 시스템의 두 대역들의 수신 무선 주파수 스위프 범위의 중심 주파수를 찾는 과정과;
    b) 제1대역의 수신 중심 주파수와 제2대역의 수신 중심 주파수 사이의 차를 계산하는 과정과;
    c) 상기 계산된 값을 스케일링 계수만큼 적절하게 배가함으로써 상기 국부 발진기의 주파수 스위프 범위에서 중심 주파수를 계산하는 과정과;
    d) 국부 발진기 스위프 범위의 중심 주파수에서 무선 주파수의 수신 중심 주파수를 감산함으로서 상기 수신 중간 주파수를 결정하는 과정과;
    e) 제1대역의 수신 무선 주파수 범위의 시작 주파수와 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산함으로써 상기 제1대역용 수신 국부 발진기의 시작 주파수와 정지 주파수를 결정하는 과정과;
    f) 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수와 상기 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써, 상기 제2대역용 국부발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 (e)과정에서 상기 제1대역은 상기 무선주파수의 더 높은 값을 가지는 대역임을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (e)과정에서 상기 제2대역은 상기 무선 주파수의 더 낮은 값을 가지는 대역임을 특징으로 하는 수신 중간 주파수 선택방법.
  5. 안테나와, 전력 증폭기와, 무선 송수신 체인들과, 국부발진기들과, 중간 주파수 송수신 체인들로 구성되며, 제1대역의 송신 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산함으로써 상기 제1대역용 송신 국부 발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하고 제2대역의 무선 주파수 범위의 시작 및 정지 주파수에 상기 중간 주파수를 가산하고 스케일링 계수만큼 배가함으로써 상기 제2대역용 국부 발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하는, 두개의 상이한 셀룰러 무선 전화 통화로 통신하는 셀룰러 전화에서 두 대역에서 국부발진기신호를 발생하는 장치에 있어서,
    a) 송신 합성기에, 상기 제1 및 제2대역용 국부 발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하기 위한 계산시 상기 주파수들을 커버하는 범위 이상의 주파수들을 발생하는 전압제어발진기를 구비한 위상동기루프와,
    b) 수신 합성기에, 상기 제1 및 제2대역용 국부 발진기의 시작 및 정지 주파수를 결정하기 위한 계산시 상기 주파수들을 커버하는 범위 이상의 주파수들을 발생하는 전압제어발진기를 구비한 위상동기루프와,
    c) 더 높은 국부발진기 주파수들을 요구하는 대역에 대해 직접 경로(선택가능 스위치)를 가지는 상기 전압제어발진기의 출력과,
    d) 더 낮은 국부 발진기 주파수를 요구하는 대역에 대해 프리스칼라(선택가능 스위치)를 통해서 간접 경로를 가지는 상기 전압제어발진기의 출력으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
  6. 두개의 상이한 대역에서 셀룰러 전화 통화로 통신하는 셀룰러 전화에 있어서,
    안테나와,
    전력 증폭기와,
    무선 송수신 체인들과,
    국부발진기들과 중간 주파수 송수신체인들과,
    상기 국부발진기의 소정 주파수가 상기 두 대역에 적합한 소정 스텝 사이즈로 얻어질 정도로 프로그램되는 주파수 합성기들로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
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