KR20040021807A - 시공유 ｉ 채널 및 ｑ 채널을 가진 직접변환 수신기 및수신방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선통신 환경에서의 무선 단말기에서 사용되는 수신기에 관한 것으로, 특히 직접변환(direct conversion) 방식을 채용한 직접변환수신기(Direct Conversion Receiver)와 직접변환수신방법에 관한 것이다. 본 발명의 직접변환수신기(DCR)는 정현파 신호를 발생시키는 국부 발진기(LO); 신호를 입력받아 입력받은 신호와 상기 국부 발진기로부터 입력되는 상기 정현파 신호를 합성하는 믹서(mixer); 상기 믹싱한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그 디지털 변환기(ADC); 및 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기(LO)에 국부 발진기(LO)가 공급하여야 할 정현파의 위상정보를 송신하는 디지털 신호처리기(DSP)를 포함한다. 본 발명의 적접변환수신기(DCR)를 사용하여 I 채널과 Q 채널간의 불일치 문제를 해결하고, 높은 데이터 레이트(data rate)의 디지털 시스템에서의 좋은 효율 및 수율(yield)을 가져오는 효과가 있다.

Description

시공유 Ｉ 채널 및 Ｑ 채널을 가진 직접변환 수신기 및 수신방법{Time shared ＩＱ channels direct conversion receiver, and method therefor.}
본 발명은 무선통신 환경에서의 무선 단말기에서 사용되는 수신기에 관한 것으로, 특히 직접변환(direct conversion) 방식을 채용한 직접변환수신기(DirectConversion Receiver)와 직접변환 수신방법에 관한 것이다.
셀룰러 폰(cellular phone), PCS(Personal Communication Service) 폰 등의 이동전화기 및 무선전화기와 같은 무선 통신 단말기에서 사용되는 수신기는 일반적으로 헤테로다인 타입(heterodyne type)의 수신기이다.
도 1은 슈퍼 헤테로다인(super heterodyne) 방식을 설명한 도면이다.
슈퍼 헤테로다인 방식은 음성 또는 화상 등 실제 정보를 담은 저주파 대역의 신호를 중간 주파수(intermediate frequency)의 신호로 변환시킨 후 고주파 반송파(RF carrier)에 실어서 전송하는 방식을 말한다. 상기 슈퍼 헤테로다인 방식을 채용한 슈퍼 헤테로다인 수신기는 고주파(radio frequency) 신호를 중간 주파수(intermediate frequency) 신호로 변환하기 위한 주파수 변환기와, 중간 주파수 신호를 기저대역(baseband) 신호로 변환하기 위한 주파수 변환기 및 각 주파수 대역의 신호를 처리하기 위한 대역통과 필터(band pass filer)들이 요구된다.
상기 헤테로다인 수신기가 가지는 단점들을 해소하기 위해 무선 통신 단말기에 대한 많은 연구가 이루어져 왔는데, 이러한 연구 결과에 따른 수신기 중에 하나가 직접변환(direct conversion) 원리를 기반으로 하고 있다.
도 2는 직접변환(direct conversion) 방식을 설명한 도면이다.
직접변환(direct conversion) 방식은 음성 또는 화상 등 실제 정보를 담은 저주파 대역의 신호를 중간 주파수로 변환시키는 중간 단계 없이 직접 고주파 반송파에 실어서 전송하는 방식을 말한다.
직접변환(direct conversion) 방식을 채용한 직접변환수신기(directconversion receiver, DCR)는 안테나를 통해 수신된 고주파 신호와 동일한 주파수에서 국부 발진기(Local Oscillator, LO)가 동작하도록 하는 수신기로, 고주파 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 과정이 없어 바로 기저대역 신호로 변환하게 된다.
도 3은 국부 발진기(LO)의 누설 신호를 설명한 도면이다.
상기 도면에서 보는 바와 같이 RF 주파수를 바로 베이스밴드(baseband)로 내리다 보면 RF 주파수와 국부 발진기(LO) 주파수가 같게 된다. 이때 아무 신호가 실리지 않은 국부 발진기(LO) 주파수의 누설(leakage)(310)이 발생할 수 있는데, 특히 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(320) 등을 거쳐서 증폭된 국부 발진기(LO)(330)의 누설(leakage) 신호가 믹서(mixer)(340)에서 원래의 국부 발진기(LO)(330) 주파수와 믹싱 되면, 아무런 의미 없는 DC 신호 성분이 출력된다. 중간에 필터(350)가 존재하기는 하지만 RF 주파수와 국부 발진기(LO)의 주파수가 동일하여 누설(leakage)을 줄이는데 한계가 있다.
도 4는 간섭 누설(interference leakage)을 설명한 도면이다.
외부에서 다른 주파수의 강한 신호가 입력되면, 국부 발진기(LO)(430)에 누설(leakage)을 일으켜서 믹서(mixer)(440)에서 또 다른 DC 오프셋(offset) 성분을 생성시킬 수 있다. 이렇게 발생한 DC 오프셋 신호는 원래 복조되어야 할 신호 중간에서 신호의 정보를 망가뜨린다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 기존의 여러 가지 방법이 존재한다. 지에스엠(GSM, Global System for Mobile communication)과 같이 타임 슬롯(timeslot)을 이용하는 펄스 모드(pulsed mode) 통신에서는 통신이 이루어지지 않는 시간 중에 DC 전하를 방전시키는 방법으로 해결한다. 무선랜에서는 DC 주파수 영역에 아예 신호를 싣지 않도록 고안된 직교 주파수분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식을 이용하여 해결하고, 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access, CDMA)의 경우는 변조방법이 더욱 복잡하기 때문에 난해한 자가보정(self-calibration) 방법 등이 사용된다.
일반적으로 직접변환수신기(DCR)는 수신기에서 I 채널과 Q 채널과 같이 두개의 처리 채널을 가지고 있다. 각각의 채널은 각자의 믹서(mixer)와 베이스 밴드 필터(baseband filter) 및 베이스 밴드 증폭기(baseband amplifier)를 가지고 있다. 실제적으로 I 채널과 Q 채널에서 사용되는 이러한 구성요소들은 완전히 동일하지는 않다. 이러한 사실 때문에 상기 구성요소는 베이스 밴드(baseband) 주파수 영역에서 서로 다른 이득반응(gain response) 및 위상반응(phase response)을 가지고 있다.
미국특허 4,321,549에서는 0/90도에서의 구적(quadrature) 신호를 가지고 동작하는 스위칭 구적 감지기(switching quadrature detector)가 개시되어 있다. 상기 스위칭 구적 감지기(switching quadrature detector)는 특히 국부 발진기(LO)의 기본 주파수(fundamental frequency) 신호를 가지고 동작한다. 따라서 국부 발진기 누설(local oscillator leakage)을 줄이는데 효과적이지 못하다.
그리고, 미국특허 5,678,222에서는 시간공유에 의한 변조 및 주파수 변환방법이 개시되어 있으나 본 발명의 직접변환수신기(DCR)와는 차이가 있다.
또한, 국부 발진기(LO) 주파수의 하모닉스(harmonics) 상에서 동작하는 주파수 변환기는 잘 알려져 있다. 하모닉스를 생성하고 그 하모닉스에서의 적절한 변환 이득(conversion gain)을 제공하기 위해서 여러가지 다른 방법들이 사용될 수 있다. 국부 발진기(LO)의 신호를 왜곡시키고 특정 하모닉 변환을 강조하기 위한 특별 바이어싱(biasing)은 국부 발진기(LO)의 하모닉스 상에서의 변환을 강요하기 위하여 반병렬 다이오드 쌍을 사용하는 것으로 미국특허 5,446,923에서 개시되어 있다.
도 5는 종래의 직접변환수신기의 블록도이다.
입력 대역 통과 신호는 RF 입력단에서 수신되고 나서 RF 필터(510)와 사전 선택기 필터(520) 및 저잡음 증폭기(LNA)(530)를 통과한다. 사전 선택기 필터(520)는 원하는 신호는 통과시키고 대역을 벗어난 의사(spurious)의 신호를 거절하도록 간단히 설계된 대역 통과 필터이다.
사전선택기 필터(520)를 통과한 후에 신호는 분리되어 두 개의 믹서(mixer)(540)(550)를 통해 전송된다, 상부 믹서(540)에서 신호는 반송파 주파수와 동일한 주파수로 동조된 정현파와 혼합된다. 하부 믹서(550)에서 신호는 상부 믹서와 동일하지만 90도의 위상차이를 가진 정현파와 혼합된다. 상기 정현파는 국부 발진기(LO)(555)에 의해서 만들어진다. 그리고, 이들 두 개의 믹서(540)(550)는 기저대역(baseband)으로 그리고 두 배의 반송 주파수로 중심화 된 희망 신호의 동위상 및 직교성분을 발생시킨다. 고주파수 성분은 필터(IF filter)(560)(570)에 의해 제거되고 동위상 및 직교신호는 최종적으로 증폭기(580)(590)에 의해 증폭되어 I 채널 신호 및 Q 채널 신호로 분리된다.
그러나, 상기 선행기술들 중에서 슈퍼 헤테로다인 수신기는 구성요소가 많아서 점차적으로 소형화의 추세에 있는 무선 통신 단말기, 특히 이동전화기에는 적합하지 않다. 게다가, 이러한 슈퍼 헤테로다인 수신기는 요구되는 부품의 수가 많기 때문에 생산 원가가 비싸다는 단점이 있다. 또한 이동 전화기는 음성통화 뿐만 아니라 멀티미디어(multimedia) 서비스를 제공하는 형태로도 발전하고 있는데, 이러한 추세에 맞추기 위해서는 부품의 소형화 및 회로의 단순화가 선행될 필요가 있어 상기의 슈퍼 헤테로다인 수신기를 사용하는 것에는 한계가 있다.
또한, 종래의 직접변환 수신기는 중간 주파수 신호를 처리하는 구성요소들을 포함하고 있지 않기 때문에 소형화 및 단순화 추세에 있는 이동전화기에 적합하다고는 할 수 있으나, 중간 주파수를 사용하는 방식은 중간 주파수 변환 단계에서 사용하는 각종 필터와 증폭기, 주변회로들로 인해서 통신 시스템의 단가가 높아진다는 단점이 있다. 그리고, 엄밀히 말하면 원래 통신 방식은 이러한 캐리어 - 베이스 밴드(carrier - baseband)간에 바로 변환하는 방식으로 가야 하는데, 이러한 직접변환 방식은 여러 가지 문제점이 존재하므로 성능을 개선하는데 있어 한계가 있다. 즉, 직접변환수신기(DCR)는 수신기 구조는 간단하지는 장점이 있는 반면에 발진문제, 선택도 문제, 특히 DC 오프셋(offset)과 같은 문제점을 야기한다.
그리고, I채널에서의 이득과 Q 채널에서의 이득에서의 차이와 위상반응은 IQ 불일치 문제를 발생시킨다. 그러므로, 직접변환수신기(DCR)에서의 이러한 IQ 불일치는 수신된 신호의 역 스펙트럼을 완전하게 감소시키지 못하는 결과를 가져오고, 따라서 간섭비(interference ratio)의 중요한 손실을 가져온다. 이러한 손실은 비트 에러율(Bit Error Rate, BER)을 크게 증가시키는 결과를 가져온다.
상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는, IQ 불일치를 감소시키기 위한 새로운 직접변환수신기(DCR)를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 직접변환수신기(DCR)의 구성요소로서 국부 발진기(LO)의 3차 하모닉스(third harmonics) 상에서 동작하는 주파수 변환기(frequency converter)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 슈퍼 헤테로다인(super heterodyne) 방식을 설명한 도면.
도 2는 직접변환(direct conversion) 방식을 설명한 도면.
도 3은 국부 발진기(LO)의 누설 신호를 설명한 도면.
도 4는 간섭 누설(interference leakage)을 설명한 도면.
도 5는 종래의 직접변환수신기의 블록도.
도 6a는 본 발명의 직접변환수신기의 블록도.
도 6b는 본 발명의 직접변환수신기의 다른 블록도.
도 7은 본 발명의 직접변환수신기에서 사용되는 믹서내의 주파수 변환기(frequency converter)의 블록도.
도 8은 본 발명의 직접변환수신방법을 나타낸 플로우차트.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 정현파 신호를 발생시키는 국부 발진기; 신호를 입력받아 입력받은 신호와 상기 국부 발진기로부터 입력되는 상기 정현파 신호를 합성하는 믹서; 상기 믹싱한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그 디지털 변환기; 및 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기에 국부 발진기가 공급하여야 할 정현파의 위상정보를 송신하는 디지털 신호처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기를 제공한다.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 수신할 신호에 합성할 정현파 신호를 획득하는 단계; 신호를 입력받아 상기 정현파 신호와 합성하는 단계; 상기 합성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계; 및 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기에 국부 발진기가 공급하여야 할 정현파의 위상정보를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는직접변환수신방법을 제공한다.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, RF 수신 신호를 입력받아 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭하는 단계; 상기 증폭한 신호에 합성할 정현파 신호를 획득하는 단계; 상기 증폭된 수신신호와 상기 정현파 신호를 합성하는 단계; 상기 합성된 신호를 베이스밴드 영역에서 증폭시키는 단계; 상기 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 단계; 상기 저주파 성분의 잡음이 제거된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계; 및 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기에 국부 발진기가 공급하여야 할 정현파의 위상정보를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법을 제공한다.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 6a는 본 발명의 직접변환수신기(DCR)의 블록도이다.
본 발명의 직접변환수신기(DCR)는 RF 입력을 받아 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)(610)와 믹서(mixer)(620), 국부 발진기(LO)(630), 단일의 베이스 밴드 필터(baseband amplifier)(640), 단일의 베이스 밴드 저주파 필터(baseband low pass filter)(650), 아날로그 신호를 디지털로 변환시키기 위한 단일의 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter, ADC)(660) 및 I채널과 Q 채널을 분리하기 위한 디지털 신호처리기(Digital Signal Processor, DSP)(670)를 구비하고 있다.
본 발명의 I 채널과 Q 채널은 가상적(virtual)이라고 할 수 있다. 하나의 채널에 I 채널과 Q 채널의 신호가 함께 들어 있기 때문이다. 스위칭에 의해서 국부 발진기의 위상을 0도 또는 90도 중에서 스위칭 할 수 있다. 또는 국부 발진기의 위상을 0도 또는 30도 중에서 스위칭 할 수 있다. 그리고, 신호 스펙트럼에서 가장 높은 주파수(Fspect)보다 최소한 2배 더 높은 주파수를 가지고 스위칭을 수행하여야 한다. 스위칭 신호는 구불구불하고(meander) 디지털 신호처리기(DSP)에 의해 동기되어 있다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 샘플링을 수행하고 디지털 신호처리기(DSP)는 결과 데이터 흐름을 I와 Q 데이터 흐름으로 분리한다. 그리고 나서 디지털 신호처리기(DSP)는 이 흐름을 I와 Q 데이터 스트림으로 처리한다. ADC 샘플링은 Fs=4Fspect보다 높은 주파수에서 처리한다.
저잡음 증폭기(LNA)(610)는 입력된 수신신호에서 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭하는 기능을 수행한다.
믹서(mixer)(620)는 증폭된 RF 신호와 국부 발진기(LO)(630)로부터 입력되는 정현파 신호를 합성하는 기능을 수행한다.
국부 발진기(LO)(630)는 주파수 합성을 위한 국부 주파수 신호, 즉 정현파 신호를 발생시켜 공급해 주는 기능을 수행한다. 즉, RF 시스템에서 믹서(mixer)(620)에 기준 주파수원을 공급하기 위한 주파수원의 역할을 한다. 국부발진기(LO)에서는 0도 또는 30도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시킨다. 그리고 또한 국부 발진기(LO)는 0도 또는 90도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시킬 수도 있다. 여기서 말하는 위상차는 입력 RF 신호와의 위상차를 의미한다. 만일 0도 또는 30도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키도록 되어 있는 국부 발진기(LO)는 0도의 위상차를 갖는 정현파를 만들 것인지, 30도의 위상차를 갖는 정현파를 만들 것인가는 후술하는 디지털 신호 처리기(DSP)(670)에서 출력되는 제어신호에 의해서 결정된다.
베이스밴드 증폭기(Baseband Amplifier)(640)는 저잡음 증폭기(LNA)(610)에서 증폭된 신호가 충분하지 않기 때문에 다시 한번 베이스밴드(Baseband) 영역에서 신호를 증폭하는 기능을 수행한다.
베이스밴드 저주파 필터(Baseband Low Pass Filter, BB LPF)(650)는 베이스밴드 증폭기(640)에서 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 기능을 수행한다. 베이스밴드 저주파 필터(BB LPF)(650)는 최소한 2Fspect의 컷오프(cut off) 주파수를 가져야 한다. 상기 컷오프 주파수와 관련된 파라미터는 요구되는 심벌간 간섭(Inter Symbol Interference, ISI) 레벨과 선택성 레벨(selectivity level)의 관점에서 선택되어야 한다. 부가적인 선택성(selectivity)은 디지털 신호처리(DSP)에 기반을 둔 디지털 필터에 의해 만들어질 수 있다. 베이스밴드 저주파 필터(BB LPF)(650)는 Fspect/2 주파수에서 엘리어싱(aliasing)을 줄이기 위해 -37dB의 손실을 가져야 한다.
아날로그 디지털 변환기(ADC)(660)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 기능을 수행한다.
디지털 신호처리기(DSP)(670)는 I채널과 Q 채널을 분리하여 출력하고, 또 상기 국부 발진기(LO)(630)에 국부 발진기(LO)(630)가 발생하여야 할 정현파의 위상차를 결정하는 위상제어신호를 전달하는 기능을 수행한다. 즉, 본 발명의 직접변환수신기(DCR)는 시공유에 의해서 I 채널과 Q채널의 신호를 처리하기 때문에 상기 국부 발진기(LO)(630)는 처음 일정시간 동안에는 0도의 위상차를 갖는 정현파 신호를 만들어 입력신호와 믹싱할 수 있도록 하고, 다음 일정시간 동안에는 90도의 위상차를 갖는 정현파 신호를 만들어 입력신호와 믹싱할 수 있도록 한다. 이때 상기 국부 발진기(LO)(630)에게 어느 위상차의 신호를 생성할 것인가를 결정하는 위상제어신호를 상기 디지털 신호처리기(DSP)(670)에서 만든다.
도 6b는 본 발명의 직접변환수신기의 다른 블록도이다.
즉, 필수구성요소인 믹서(680), 국부 발진기(681), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(682) 및 디지털 신호처리기(DSP)(683)만으로도 본 발명의 직접변환수신기를 구현할 수 있다. 각 구성요소의 기능은 상술한 바와 같다.
도 7은 본 발명의 직접변환수신기에서 사용되는 믹서내의 주파수 변환기(frequency converter)의 블록도이다.
길버 곱셈 셀(Gilber multiplying cell)로 구성되는 주파수 변환기는 국부 발진기(LO)의 3차 하모닉(third harmonic) 상에서 동작하며, 길버 셀(Gilber cell)의 국부 발진기(LO) 입력의 비대칭성(anti-symmetry)에 기인한 국부 발진기(LO) 신호의 우하모닉스(even harmonics) 상에서의 억제된 변환(suppressed conversion)을 가져온다.
본 발명에서의 주파수 변환기는 국부 발진기(LO)의 기하모닉(odd harmonic)에서 동작하는 비대칭(anti-symmetry) 구조의 길버 셀(Gilber cell)을 사용한다. 상기 비대칭(anti-symmetry) 구조는 국부 발진기(LO)의 기하모닉스(odd harmonic) 상에서의 채널신호를 줄이도록 만든다.
국부 발진기(LO) 신호가 반대의 위상(counter-phase)으로 도 7의 트랜지스터 V1(710), V2(720), V3(730), V4(740)에 입력된다. 그리고, 트랜지스터 V4(740)와 V5(750)에는 0도의 위상의 신호가 입력되고, 트랜지스터 V3(730)과 V6(760)에는 180도의 위상을 가진 신호가 입력되는데, 이는 우하모닉스(even harmonics)상에서 무시할 수 있으며 기본적인(fundamental) 기하모닉스(odd harmonic)상에서의 높은 변환 이득(conversion gain)을 발생시킨다. 이러한 효과는 국부 발진기(LO) 입력에 대한 트랜지스터 V3(730), V4(740), V5(750), V6(760) 에서의 비대칭(anti-symmetry) 스위칭 구조에 기인한다.
이러한 비대칭(anti-symmetry)성은 트랜지스터 V3(730), V4(740), V5(750), V6(760)의 베이스를 통과하여 흐르는 기본전류(fundamental current)의 기하모닉스(odd harmonic)의 발생을 야기한다. 또한 이것은 이러한 기하모닉스(odd harmonic)상에서의 높은 변환 이득(conversion gain)을 발생시키기도 한다. 이론적으로 전류의 우하모닉스(even harmonics)는 이 주파수 변환회로에서는 발생되지 않으며 따라서 국부 발진기(LO)의 우하모닉스(even harmonics) 상에서의 변환이득(conversion gain)은 크지 않다.
본 발명의 직접변환수신기(DCR)에서의 상술한 믹서(mixer)는 다음의 기능을 수행한다.
직접변환수신기(DCR)는 국부 발진기(LO)의 기하모닉(odd harmonic)상에서 동작할 수 있다. 변환이득(conversion gain)은 하모닉(harmonic)의 수가 증가할수록 떨어진다. 3차 하모닉(third harmonic)이 적절하다. 국부 발진기(LO)의 하모닉(harmonic) 상에서의 동작을 사용하여 매체(medium)를 둘러싼 국부 발진기(LO) 신호의 방사(emission)를 줄일 수 있다.
우하모닉스(even harmonics) 상에서의 변환을 줄이는 것은 적은 수의 스퓨리어스 채널(spurious channel)을 발생시키는 결과를 가져온다. 이웃 하모닉스(harmonics)에 대한 변환채널(conversion channel)의 부재는 RF 필터에 대한 요구사항을 단순화시킨다(예를 들어, 3차 하모닉 변환 채널, 2차 및 4차 하모닉 채널은 없음).
그리고, 0도-90도 위상 쉬피터(phase shifter)는 이 주파수 변환기를 기초로 하여 IQ 믹서의 설계시에 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 직접변환수신방법을 나타낸 플로우차트이다.
우선, 저잡음 증폭기(LNA)가 입력된 수신신호에서 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭한다(810), 그리고, 국부 발진기(LO)가 주파수 합성을 위한 정현파 신호를 발생시켜 출력한다(820). 이때의 정현파는 수신되는 입력신호와 0도 또는 30도의 위상 차이를 가진 정현파이다.
믹서(mixer)는 상기 증폭된 수신신호와 상기 국부 발진기(LO)로부터 입력되는 상기 정현파 신호를 합성한다(830). 그리고 나서, 베이스밴드 증폭기(baseband amplifier)가 상기 합성된 신호를 베이스 밴드(baseband) 영역에서 증폭시킨다(840).
그리고, 베이스밴드 저주파 필터(baseband low pass filter)가 상기 베이스밴드 증폭기(baseband amplifier)에서 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거한다(850). 베이스밴드 저주파 필터(BB LPF)는 최소한 입력신호 스펙트럼 주파수의 두 배의 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가지고 동작한다. 이때 컷오프 주파수는 심벌간 간섭(Inter Symbol Interference) 레벨과 선택성(selectivity) 레벨을 바탕으로 선택된다.
저주파 성분의 잡음이 제거된 아날로그 신호를 아날로그 디지털 변환기(ADC)가 디지털 신호로 변환시킨다(860).
마지막으로 디지털 신호처리기(DSP)가 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기(LO)에 국부 발진기(LO)가 공급하여야 할 정현파의 위상제어신호를 전달한다(870).
그리고, 상기 단계에서 저잡음 증폭기(LNA)가 입력된 수신신호에서 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭하는 단계(810), 베이스밴드 증폭기(baseband amplifier)가 상기 합성된 신호를 베이스 밴드(baseband) 영역에서 증폭시키는 단계(840) 및 베이스밴드 저주파 필터(baseband low pass filter)가 상기 베이스밴드 증폭기(baseband amplifier)에서 증폭된 신호에서 저주파 성분의잡음을 제거하는 단계(850)는 본 발명의 필수 구성요소가 아니므로 생략되어 구현될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 단일 믹서(mixer), 단일 베이스밴드 필터(baseband filter), 단일 베이스밴드 증폭기(baseband amplifier), 단일 아날로그 디지털 변환기(AD converter) 및 디지털 신호 처리기(DSP)를 사용하고 단일채널을 통한 직접변환(direct conversion) 방식을 사용함으로써, I 채널과 Q 채널간의 불일치 문제를 해결하고, 높은 데이터 레이트(data rate)의 디지털 시스템에서의 높은 효율과 좋은 수율(yield)을 가져오는 효과가 있다.

Claims (26)

  1. 정현파 신호를 발생시키는 국부 발진기;
    신호를 입력받아 입력받은 신호와 상기 국부 발진기로부터 입력되는 상기 정현파 신호를 합성하는 믹서;
    상기 믹싱한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그 디지털 변환기; 및
    상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기에 국부 발진기가 공급하여야 할 정현파의 위상을 결정하는 위상제어신호를 상기 국부 발진기로 전달하는 디지털 신호처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    입력된 수신신호에서 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합성된 신호를 베이스밴드 영역에서 증폭시키는 베이스밴드 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스밴드 증폭기에서 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 베이스밴드 저주파 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  5. 제1항에 있어서,
    입력된 수신신호에서 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기;
    상기 합성된 신호를 베이스밴드 영역에서 증폭시키는 베이스밴드 증폭기; 및
    상기 베이스밴드 증폭기에서 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 베이스밴드 저주파 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 베이스밴드 저주파 필터는
    상기 입력된 신호의 스펙트럼에서 가장 높은 주파수보다 최소 두 배의 주파수를 가진 컷오프 주파수를 가지고 동작하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 베이스밴드 저주파 필터는
    상기 입력된 신호의 스펙트럼에서 가장 높은 주파수의 반의 주파수에서 엘리어싱을 줄이기 위해 -37dB의 손실을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진기는
    상기 디지털 신호 처리기에서의 위상제어신호에 의하여, 입력되는 수신신호와 0도 또는 30도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진기는
    상기 디지털 신호 처리기에서의 위상제어신호에 의하여, 입력되는 수신신호와 0도 또는 90도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 믹서는
    상기 국부 발진기의 기하모닉에서 동작하는 비대칭 구조의 길버 셀을 사용하는 주파수 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 주파수 변환기는
    상기 국부 발진기의 기하모닉 신호를 입력받아 동작하는 비대칭 구조의 길버 셀을 사용하는 주파수 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 주파수 변환기는
    상기 국부 발진기의 3차 기하모닉 신호를 입력받아 동작하고, 상기 국부 발진기의 우하모닉 신호를 입력받아 생기는 변환채널을 감소시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  13. 제10항에 있어서, 상기 주파수 변환기는
    수신되는 입력신호와 0도의 위상차를 가진 RF 신호를 입력받는 제1트랜지스터;
    수신되는 입력신호와 180도의 위상차를 가진 RF 신호를 입력받는 제2트랜지스터;
    수신되는 입력신호와 0도의 위상차를 가진 상기 국부 발진기의 정현파 신호를 입력받고 상기 제1트랜지스터와 연결된 제3트랜지스터;
    수신되는 입력신호와 0도의 위상차를 가진 상기 국부 발진기의 정현파 신호를 입력받고 상기 제2트랜지스터와 연결된 제3트랜지스터;
    수신되는 입력신호와 180도의 위상차를 가진 상기 국부 발진기의 정현파 신호를 입력받고 상기 제1트랜지스터와 연결된 제5트랜지스터; 및
    수신되는 입력신호와 180도의 위상차를 가진 상기 국부 발진기의 정현파 신호를 입력받고 상기 제2트랜지스터와 연결된 제6트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신기.
  14. (a) 수신할 신호에 합성할 정현파 신호를 획득하는 단계;
    (b) 신호를 입력받아 상기 정현파 신호와 합성하는 단계;
    (c) 상기 합성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계; 및
    (d) 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기에 국부 발진기가 공급하여야 할 정현파의 위상을 결정하는 위상제어신호를 상기 국부 발진기로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    수신 신호를 입력받아 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭한 후에 정현파 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 위상제어신호에 의하여, 입력되는 수신신호와 0도 또는 30도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 위상제어신호에 의하여, 입력되는 수신신호와 0도 또는 90도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 정현파 신호를 발생시키는 상기 국부 발진기의 기하모닉에서 동작하는 비대칭 구조의 길버 셀을 사용하는 주파수 변환기가 3차 기하모닉스에서 동작하도록 하고, 상기 국부 발진자의 우하모닉스상에서 동작하는 변환채널을 감소시키도록 하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 합성된 신호를 베이스밴드 영역에서 증폭시키는 단계 및 상기 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 단계를 더 수행한 후에 상기 합성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 저주파 성분의 잡음을 제거하는 단계는
    상기 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 베이스밴드 저주파 필터는 상기 입력된 신호의 스펙트럼에서 가장 높은 주파수보다 최소 두 배의 주파수를 가진 컷오프 주파수를 가지고 동작하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  21. (a) RF 수신 신호를 입력받아 잡음신호의 증폭은 억제하면서 수신한 신호를 증폭하는 단계;
    (b) 상기 증폭한 신호에 합성할 정현파 신호를 획득하는 단계;
    (c) 상기 증폭된 수신신호와 상기 정현파 신호를 합성하는 단계;
    (d) 상기 합성된 신호를 베이스밴드 영역에서 증폭시키는 단계;
    (e) 상기 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 단계;
    (f) 상기 저주파 성분의 잡음이 제거된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계; 및
    (d) 상기 변환된 디지털 신호를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 출력하고, 상기 국부 발진기에 국부 발진기가 공급하여야 할 정현파의 위상을 결정하는 위상제어신호를 상기 국부 발진기로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 위상제어신호에 의하여, 입력되는 수신신호와 0도 또는 30도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 위상제어신호에 의하여, 입력되는 수신신호와 0도 또는 90도의 위상 차이를 가진 정현파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 정현파 신호를 발생시키는 상기 국부 발진기의 기하모닉에서 동작하는비대칭 구조의 길버 셀을 사용하는 주파수 변환기가 3차 기하모닉스에서 동작하도록 하고, 상기 국부 발진자의 우하모닉스상에서 동작하는 변환채널을 감소시키도록 하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 (e) 단계는
    상기 증폭된 신호에서 저주파 성분의 잡음을 제거하는 베이스밴드 저주파 필터는 상기 입력된 신호의 스펙트럼에서 가장 높은 주파수보다 최소 두 배의 주파수를 가진 컷오프 주파수를 가지고 동작하는 것을 특징으로 하는 직접변환수신방법.
  26. 제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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