KR20040014949A - 주파수 오프셋 다이버시티 수신기 - Google Patents

Abstract

주파수 오프셋 다이버시티 수신기는 제 1 RF 수신 브랜치(10)와, 제 2 RF 수신 브랜치(12)와, 제 1 및 제 2 입력(11,13)━상기 제 1 및 제 2 입력에 각기 상기 제 1 수신 브랜치 및 제 2 수신 브랜치가 접속됨━과 출력을 갖는 RF 신호 결합 수단(14)과, 상기 제 2 수신 브랜치(12) 내에 존재하여 수신된 신호 주파수를 적어도 하나의 채널 밴드폭 만큼 시프트하는 주파수 시프팅 수단(26)과, 상기 신호 결합 수단(14)의 출력에 접속되어 상기 결합된 RF 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 중간 주파수(IF) 스테이지(28,30)와, 상기 제 1 및 제 2 브랜치(10,12)에 의해 수신된 RF 신호들에 대응하도록 상기 베이스밴드 신호들을 복원하는 주파수 디멀티플렉싱 수단(36)과, 상기 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하여 출력 신호(44)로 제공하는 베이스밴드 신호 결합 수단(42)을 포함한다. 일 일시예에서 상기 베이스밴드 신호 결합 수단은 적어도 하나의 MIMO 스테이지를 포함한다.

Description

주파수 오프셋 다이버시티 수신기{FREQUENCY OFFSET DIVERSITY RECEIVER}

주파수 오프셋 다이버시티 수신기는 Tatsuro Masamura에 의한, IEEE Transctions on Vehicular Technology, Vol. VT-36, No. 2, May 1987, beginning at page 63의 "Frequency Offset Receiver Diversity for Differential MSK"에서 알려져 있다. 이 문헌의 수신기 다이버시티 방식은 고품질 이동 위성 통신 시스템에서의 MSK(Minimum Shift Keying)의 차동 검출을 위한 것이다. 상기 수신기는 각 브랜치가 자신의 안테나를 갖는 두 개의 수신 브랜치를 포함한다. 각 수신 브랜치로부터의 신호는 상이한 중간 주파수(IF) 신호로 변환된다. 이 IF 신호들은 합산되고 공통 차동 검출기에 의해 검출된다. 다수의 신호가 위상 조절기, 신호 품질 측정 회로 또는 스위칭 제어기 없이 IF 스테이지에서 결합된다. IF 신호들은 반송 주파수 오프셋 f_s만큼 주파수 차이를 갖는다. 주파수 오프셋은 믹싱(mixing)의 결과로서 발생하는 임의의 간섭 성분들이 상기 차동 검출기 뒤에 오는 저역 통과 필터에 의해 억제될 수 있도록 충분하게 크게 선택된다. 각 수신 브랜치는 두 개의 완성된 수신기 체인을 효과적으로 포함하지만, 상기 체인은 구성 요소의 개수를 증가시켜 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 손으로 휴대하는 장치에서는 바람직하지 못한 전력 소비량 증가를 야기한다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 주파수 오프셋 다이버시티 수신기 내의 구성 요소의 개수를 줄이는 것이다.

본 발명에 따라서, 적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호를 결합하여 단일 RF 오프셋 다이버시티 신호를 형성하는 수단과, 상기 단일 RF 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 수신 체인과, 상기 베이스밴드 신호를 주파수 디멀티플렉싱하여(frequency demultiplexing) 각각의 변조된 베이스밴드 신호들을 제공하는 수단과, 상기 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하여 출력 신호로 제공하는 수단을 포함하는 주파수 오프셋 다이버시티 수신기가 제공된다.

본 발명은 또한 적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호의 각각의 신호를 픽업(pick up)하는 공간 다이버시티 수단(spatial diversity means)과, 상기 공간 다이버시티 수단에 접속된 신호 입력 및 출력을 갖는 RF 신호 결합 수단과, 하나의변조된 RF 입력 신호를 제외한 모든 RF 입력 신호의 신호 경로 내에 존재하여 각각의 RF 입력 신호를 상기 하나의 변조된 RF 신호를 포함하는 주파수 채널에 인접하는 각각의 주파수 채널들 내부로 시프트하는 RF 오프셋 다이버시티 수단과, 상기 신호 결합 수단에 접속되어 상기 결합된 신호들을 베이스밴드로 다운 믹스(mix down)하는 중간 주파수(IF) 스테이지와, 상기 IF 스테이지에 접속되어 상기 각각의 베이스밴드 변조된 신호들을 복원하는 주파수 디멀티플렉싱 수단과, 상기 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하여 출력 신호로 제공하는 수단을 포함하는 주파수 오프셋 다이버시티 수신기를 제공한다.

서두에서 언급된 알려진 타입의 수신기와는 달리, 본 발명에서는, 입력 신호들이 결합될 때 상기 입력 신호들은 반드시 RF로 존재하며, 이로써 수신기의 RF 섹션에서 구성 요소들을 두 배로 증가시킬 필요가 없게 되며 이에 따라 비용 증가도 방지된다. 베이스밴드로의 주파수 다운 변환은 공통 스테이지에서 수행되며, 이후에 디지털화된 신호가 주파수 디멀티플렉싱 단계를 거치게 되고 이로써 차후에 결합되는 원래의 수신 신호가 복원된다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 기술될 것이다.

도면에서, 동일한 참조 부호는 대응하는 특징부를 지칭한다.

본 발명은 주파수 오프셋 다이버시티 수신기(a frequency offset diversity receiver)에 관한 것이며, 특히 HIPERLAN 2 시스템과 같은 다중 출력 다중 입력(MIMO) 시스템 및 안테나 다이버시티를 사용하는 수신기 시스템에서 사용되지만 여기에만 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 주파수 오프셋 다이버시티 수신기의 블록도,

도 2는 MIMO 수신기의 블록도.

도 1에 도시된 수신기는 결합기(14)의 각각의 입력(11,13)에 접속된 제 1 및 제 2 RF 수신 브랜치(10,12)를 포함한다. 제 1 수신 브랜치(10)는 결합기(14)의 입력(11)에 접속된 제 1 안테나(16)를 포함한다. 제 2 브랜치(12)는 제 1 안테나(16)로부터 공간적으로 분리되어 있고 스위치(20)에 의해 필터(22)에 접속되는 제 2 안테나(18)를 포함한다. 필터(22)의 출력은 믹서(26)의 제 1 입력(23)에 접속된다. 주파수 FREQ.A를 갖는 국부 발진기 신호는 믹서(26)의 입력(24)에 공급되어 제 1 입력(23) 상의 신호를 제 1 수신 브랜치(10) 내의 신호에 의해 점유된 채널에 인접하는 주파수 채널로 시프트한다. 믹서(26)의 출력은 결합기(14)의 입력(13)에 제공된다.

결합기(14)의 결합된 신호 출력은 RF 믹서(28) 및 IF 믹서(30)를 포함하는 두 개의 헤테로다이닝 스테이지(two heterodyning stages)에서 베이스밴드로 주파수 다운 변환되며, 여기서 상기 RF 믹서(28)는 적당한 소스로부터 RF 국부 발진기 주파수 FREQ.B를 수신하여 상기 결합된 RF 신호를 IF 신호로 주파수 다운 변환하며, 상기 IF 믹서(30)는 IF 국부 발진기 IFLO 주파수를 수신하여 그의 다른 입력 상의 IF 신호를 베이스밴드로 주파수 다운 변환한다.

선택사양적으로, 단일 믹서(도시되지 않음)가 두 개의 믹서(28,30) 대신 사용될 수 있으며, 이 경우에 그의 국부 발진기 주파수는 상기 결합된 RF 신호를 베이스밴드로 변환하도록 선택된다.

아날로그 대 디지털 변환기(ADC)(32)는 믹서(30)로부터의 베이스밴드 신호를디지털화하며, 이 디지털화된 신호를 베이스밴드 프로세싱 스테이지(34)에 제공한다. 상기 스테이지(34)는 제 1 및 제 2 브랜치(10,12)에서 수신된 개개의 원래의 변조 신호를 복원하여 이 복원된 신호들을 개개의 출력(38,40) 상에서 제공하는 주파수 디멀티플렉서(36)를 포함한다. 상기 출력(40) 상의 신호는 믹서(26)에 의해 생성된 주파수 시프트가 역전되게 한다. 이들 출력(38,40)은 출력(44) 상에서 단일의 최대로 결합된 신호를 제공하는 위상 정렬 및 결합 스테이지(42)에 접속된다.

베이스밴드 프로세싱 스테이지(34)는 ADC(32)의 출력에 접속된 입력을 갖는 스캔 인접 채널 스테이지(46)를 포함한다. 스테이지(46)는 세 개의 출력(48,50,52)을 갖는다. 출력(48)은 스위치(20)를 선택적으로 동작시키는데 사용되며, 출력(50)은 제 2 수신 브랜치(12) 내의 RF 신호의 주파수를 시프트하는데 사용되는 주파수 FREQ.A를 제공하며, 출력(52)은 주파수 FERQ.B를 RF 믹서(28)의 국부 발진기 입력에 제공한다.

도시된 수신기의 동작은 삽입된 파형도(P,Q,R,S,T,V,W,X)를 참조하여 설명될 것이다. 이 파형도에서, 가로축은 주파수를 나타내며 세로축은 전력을 나타낸다.

파형도 P는 제 1 안테나(16)에 의해 수신된 단일 채널 신호를 나타내며, 파형도 Q는 제 2 안테나(18)에 의해 수신된 단일 채널 신호를 나타낸다. 양 채널은 모두 5.2 GHz 상에서 그의 중심이 존재한다. 파형도 R은 제 1 안테나(16) 상의 신호에 의해 점유되는 채널에 인접하는 채널 내에 존재하도록 +20 MHz 만큼 주파수시프트된, 제 2 안테나(18)에 의해 수신되었던 신호를 나타낸다. 스테이지(14)로부터 결합된 신호들은 파형도 S에서 도시되며, 상기 파형도는 인접하는 주파수 다이버시티 채널들에 존재하는 상기 신호들을 나타낸다.

파형도 T는 베이스밴드로 주파수 다운 변환된 상기 결합된 신호들을 도시한다. 파형도 V 및 W은 주파수 디멀티플렉서(36)로부터 제공된 각각의 출력(38,40)을 도시한다. 파형도 W의 경우에, 신호는 주파수 시프트 백(shift-back)되어 파형도 Q에 도시된 신호와 유사하다. 마지막으로, 파형도 X는 파형도 V 및 W에서 도시된 신호들을 위상 정렬하여 하나의 크게 왜곡되지 않은 펄스로 결합한 결과를 도시한다.

바람직한 동작 모드에서, 두 인접하는 채널들은 비어 있는 상태이며 이 경우에 스위치(20)는 폐쇄되어 있고 두 신호 모두 사용된다. 그러나, 인접하는 두 채널 모두 점유되면, 수신기는 두 주파수 멀티플렉스된 신호들과는 동작할 수 없으며 스위치(20)가 개방되어 수신기는 안테나 다이버시티를 갖는 구형 수신기와 유사한 안테나 스위칭을 여전히 사용하는 통상적인 수신기로서 동작한다.

두 채널 중 오직 하나의 채널만이 점유되는 경우, 수신기는 여전히 주파수 멀티플렉싱을 사용하지만 주파수 멀티플렉스된 신호가 손상되지 않도록 주파수 FREQ.A 및 FREQ.B를 조절해야 한다.

도시된 수신기는 베이스밴드 프로세싱에 의해 상기 인접하는 채널들의 상태를 검사할 수 있다. 이를 위해서, 스위치(20)는 개방되고 디멀티플렉스된 신호들의 신호 강도들이 비교된다. 다른 인접하는 채널를 검사하기 위해, 주파수FREQ.A 및 FREQ.B가 조절되어야 한다.

본 발명에 따른 수신기의 도시되지 않은 변형의 경우에, 주파수 멀티플렉싱은 IF 채널 필터링 이후에 IF로 수행될 수 있다. 이로써 인접하는 채널들이 언제나 비어 있는 상태가 된다. 이 도시되지 않은 변형예는 두 개의 RF 대 IF 주파수 다운 변환기를 필요로 하지만 오직 하나의 IF 대 베이스밴드 주파수 다운 변환기를 필요로 한다.

제 2 수신 브랜치(12) 내의 신호는 하나의 채널 간격 이상의 간격 만큼 시프트될 수 있다. 이 경우에, IF 스테이지 및 ADC(36)는 보다 큰 주파수 범위에 걸쳐서 동작해야 한다.

도 2는 MIMO 시스템에서 사용되는 주파수 오프셋 수신기의 실시예를 도시한다. 도시된 MIMO 수신기는 다수의 채널 또는 다수의 브랜치를 갖는, 도 1에 도시된 수신기로부터 여러 측면에서 파생된 실시예이다. 4 개의 수신 브랜치가 도 2에서 도시되었지만, MIMO 브랜치의 총 개수에 대해 충분한 브랜치를 제공하도록 상기 수는 반복된다.

도 2에 도시된 수신기는 결합기(14)의 각각의 입력(11,13a,13b,13c)에 접속된 4 개의 수신 브랜치(또는 수신 채널)(10,12a,12b,12c)를 포함한다. 수신 브랜치의 제 1 브랜치(10)는 결합기(14)의 입력(11)에 접속된 제 1 안테나(16)를 갖는다. 남아있는 세 개의 수신 브랜치(12a,12b,12c)의 아키텍쳐는 실질적으로 동일하며 설명의 편리성을 위해 오직 제 2 브랜치(12a)만이 설명된다. 제 3 및 제 4 브랜치(12b,12c)의 대응하는 특징부는 옆의 괄호로 표시된다.

제 2 브랜치(12a)는 필터(22a)(22b,22c)에 접속된 안테나(18a)(18b,18c)를 포함한다. 필터(22a)(22b,22c)의 출력은 믹서(26a)(26b,26c)의 제 1 입력(23a)(23b,23c)에 접속된다. 주파수 FREQ.A(FREQ.C 및 FREQ.D)를 갖는 국부 발진기 신호는 믹서(26a)(26b,26c)의 입력(24a)(24b,24c)에 공급되어 제 1 입력(23a)(23b,23c) 상의 신호를 상기 제 1 수신 브랜치(10) 내의 신호에 의해 점유된 채널에 인접하는 주파수 채널로 시프트한다. 믹서(26a)(26b,26c)의 출력은 결합기(14)의 각각의 입력(13a)(13b,13c)에 접속된다. 예시적으로, 제 1 채널(10)은 5.2 GHz 상에서 그의 중심 주파수를 가지며 믹서(26a)(26b,26c)의 입력(24a)(24b,24c)에 인가된 각각의 국부 발진기 신호는 결합기(14)의 입력(13a)(13b,13c)에 인가된 각각의 신호가 [5.25GHz+(1*20MHz)], [5.25GHz+(2*20MHz)], [5.25GHz-(1*20MHz)]가 되도록 형성된다.

4 개의 인접하는 주파수 채널 내의 신호를 포함하는 결합기(14)의 결합된 신호 출력은 두 헤테로다이닝 스테이지들에서 베이스밴드로 주파수 다운변환되며, 상기 스테이지들은 적당한 소스로부터 RF 국부 발진기 주파수 FREQ.B를 수신하여 상기 결합된 RF 신호를 IF 신호로 주파수 다운 변환하는 RF 믹서(28)와, IF 국부 발진기 주파수를 수신하여 그의 다른 입력 상의 IF 신호를 베이스밴드 신호로 주파수 다운 변환하는 IF 믹서(30)를 포함한다.

선택사양적으로, 단일 믹서(도시되지 않음)가 두 믹서(28,30) 대신에 사용될 수 있으며, 이 경우에 그의 국부 발진기 주파수는 결합된 RF 신호를 베이스밴드 신호로 변환하도록 선택된다.

아날로그 대 디지털 변환기(ADC)(32)는 믹서(30)로부터 제공된 베이스밴드 신호를 디지털화하며 이 디지털화된 신호를 베이스밴드 프로세싱 스테이지(34)에 공급한다. 스테이지(34)는 4 개의 브랜치(10,12a,12b,12c)에 의해 수신된 개개의 원래의 변조 신호를 복원하여 이 복원된 신호들을 각각의 출력(38,40a,40b,40c) 상에서 제공하는 주파수 디멀티플렉서(36)를 포함한다. 출력(40a,40b,40c) 상의 신호들은 믹서(26a,26b,26c)에 의해 생성된 주파수 시프트가 역전되게 한다. 상기 출력들(38,40a,40b,40c)은 제 1 MIMO 스테이지(MIMO1)에 접속된다. MIMO1 스테이지는 다음과 같은 요소들 또는 기능들의 일부를 또는 전체를 수행할 수 있다.

(a) 무선 채널 추정(상기 기능은 채널을 성능을 나타내는 M*N 행렬의 계수를 결정하며, 여기서 M은 송신기의 개수이며, N은 수신기의 개수이다. 상기 기능은 트레이닝 시퀀스(training sequences) 또는 코딩 기술을 사용하여 성취될 수 있다.)

(b) 무선 채널 행렬 변환.

(c) 용량 추정.

(d) 널링(nulling) 또는 빔 형성(beam forming).

(e) 간섭 소거.

(f) SNR 최대화.

(g) 에러 검출 및 보정.

MIMO1 스테이지의 출력(58,60a,60b,60c)은 제 2 MIMO 스테이지(MIMO2)의 각각의 입력에 접속되며, 상기 제 2 MIMO 스테이지는 개별 데이터 스트림들을 출력(44) 상에서 공급될 공통 스트림으로 재결합하는 멀티플렉서이다.

베이스밴드 프로세싱 스테이지(34)는 ADC(32)의 출력에 접속된 입력을 갖는 스캔 인접 채널 스테이지(46)를 포함한다. 스테이지(46)는 4 개의 출력(50,52,54,56)을 갖는다. 출력(50)은 제 2 수신 브랜치(12a) 내의 RF 신호의 주파수를 시프트하는데 사용되는 주파수 FREQ.A를 제공하며, 출력(52)은 주파수 FREQ.B를 RF 믹서(28)의 국부 발진기 입력에 제공하며, 출력(54,56)은 각기 제 3 및 제 4 수신 브랜치(12b,12c) 내의 RF 신호들의 주파수를 시프트하는데 사용되는 주파수 FREQ.C 및 FREQ.D를 제공한다.

도 1과 도 2를 비교하면, 도 2에서는 브랜치(12a,12b,12c)에서 어떤 스위치도 존재하지 않는데, 그 이유는 MIMO의 다중 브랜치 구조가 MIMO가 동작하는데 있어서 언제나 이용 가능하기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 몇 개의 인접하는 채널들이 점유되고 송신기에게 알려질 필요가 있는 경우가 존재한다. 이는 역방향 채널(reverse channel)에 의해 성취될 수 있으며 송신기는 이에 응답하여 자신이 사용하고 있는 MIMO 증가도를 제한할 수 있다.

본 명세서 및 청구 범위에서 "포함한다"라는 용어는 리스트된 요소 및 단계 이외의 요소 및 단계의 존재를 배제하지 않는다.

무선 수신 장치.

Claims (10)

1. 주파수 오프셋 다이버시티 수신기에 있어서,

   적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호를 결합하여 단일 RF 오프셋 다이버시티 신호를 형성하는 수단과,

   상기 단일 RF 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 수신 체인과,

   상기 베이스밴드 신호를 주파수 디멀티플렉싱하여(frequency demultiplexing) 각각의 변조된 베이스밴드 신호들을 제공하는 수단과,

   상기 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하여 출력 신호로 제공하는 수단을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호들을 결합하는 수단은 상기 적어도 두 개의 입력 신호들 중 적어도 하나의 신호의 주파수를 상기 적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호들 중 다른 신호의 채널에 인접하는 채널로 시프트하는 수단을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호들을 픽업(pick-up)하는 공간 다이버시티 수단(spatial diversity means)을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주파수 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하는 수단은 위상 정렬 수단을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어는 한 항에 있어서,

   상기 결합 수단은 상기 적어도 두 개의 입력 신호를 단일 출력으로 결합하는 제 1 MIMO 스테이지를 포함하며,

   제 2 MIMO 스테이지는 상기 주파수 디멀티플렉싱 수단과 상기 제 1 MIMO 스테이지 간에 접속되는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
6. 주파수 오프셋 다이버시티 수신기에 있어서,

   적어도 두 개의 변조된 RF 입력 신호의 각각의 신호를 픽업(pick up)하는 공간 다이버시티 수단(spatial diversity means)과,

   상기 공간 다이버시티 수단에 접속된 신호 입력 및 출력을 갖는 RF 신호 결합 수단과,

   하나의 변조된 RF 입력 신호를 제외한 모든 RF 입력 신호의 신호 경로 내에 존재하여 각각의 RF 입력 신호를 상기 하나의 변조된 RF 신호를 포함하는 주파수 채널에 인접하는 각각의 주파수 채널들 내부로 시프트하는 RF 오프셋 다이버시티 수단과,

   상기 신호 결합 수단에 접속되어 상기 결합된 신호들을 베이스밴드 신호로 다운 믹스(mix down)하는 중간 주파수(IF) 스테이지와,

   상기 IF 스테이지에 접속되어 상기 각각의 베이스밴드 변조된 신호들을 복원하는 주파수 디멀티플렉싱 수단과,

   상기 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하여 출력 신호로 제공하는 수단을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 주파수 디멀티플렉싱된 신호들을 결합하는 수단은 위상 정렬 수단을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 결합 수단은 상기 적어도 두 개의 입력 신호를 단일 출력으로 결합하는 제 1 MIMO 스테이지를 포함하며,

   제 2 MIMO 스테이지는 상기 주파수 디멀티플렉싱 수단과 상기 제 1 MIMO 스테이지 간에 접속되는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 RF 오프셋 다이버시티 수단들 각각에 접속된 스위칭 수단과,

   상기 적어도 두 개의 인접하는 주파수 채널들이 이미 사용 중임을 검출하고 이에 응답하여 상기 스위칭 수단을 동작시켜 신호 경로를 차단하는 수단을 포함하는

   주파수 오프셋 다이버시티 수신기.
10. 제 6 항에 있어서,

    인접하는 주파수 채널들의 상태를 검출하여, 상기 RF 주파수 오프셋 다이버시티 수단과 상기 IF 스테이지로 하여금 상기 채널들의 주파수들을 조절하게 하여 결합된 신호의 손상을 방지하는 수단을 포함하는

    주파수 오프셋 다이버시티 수신기.