KR20040052770A

KR20040052770A - 티디디 방식의 중계기용 스위칭 제어장치 및 그에 따른제어방법

Info

Publication number: KR20040052770A
Application number: KR1020040030922A
Authority: KR
Inventors: 김태회; 현능제; 이성섭
Original assignee: 김태회; 현능제; 이성섭
Priority date: 2004-05-03
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2004-06-23

Abstract

본 발명은 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 스위칭 제어장치 및 그에 따른 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스위칭 제어장치는, 수신되는 다운링크 신호의 포락선을 검출한 검출신호를 출력하고, 상기 검출신호의 노이즈 레벨과 상기 검출신호를 비교하여 소정 주파수의 레퍼런스 신호를 발생시키는 레퍼런스 신호 발생부와, 인가되는 전압에 따라 소정의 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호와 스위칭 제어부에서 제어된 레퍼런스 신호의 위상이 동기되도록 하는 위상고정루프와, 상기 고주파 신호에 응답하는 카운터의 카운트 값을 디코딩하여 내부제어신호를 발생시켜 상기 저주파 신호 및 상기 레퍼런스 신호를 제어하며, 상기 위상고정루프에서 위상이 동기된 경우에 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 발생시키는 스위칭 제어부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 다운링크 신호와 업링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭이 가능해진다.

Description

티디디 방식의 중계기용 스위칭 제어장치 및 그에 따른 제어방법{Switching control apparatus for use in TDD repeater and control method therefore}

본 발명은 개인 휴대 통신 등의 TDD 통신 방식에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 TDD방식의 중계기용 스위칭 제어장치 및 그에 따른 제어방법에 관한 것이다.

최근의 이동통신 시스템에서는 음성서비스 뿐만 아니라, 데이터 서비스도 가입자들이 폭발적으로 이용할 것으로 기대되는 데, 특히 무선 인터넷서비스에 대한 이용률이 가장 높을 것으로 기대되고 있다.

이러한 무선 인터넷 서비스를 포함하는 무선 통신 시스템에서는 기지국과 단말기 사이에 중계기(repeater)가 필요하게 된다. 이러한 중계기에 있어서, 종래에는 FDD(Frequency Division Duplex)방식의 중계기가 많이 사용되어 왔다. 이러한 FDD방식의 중계기는, 단말기에서 기지국 방향의 업링크와 기지국에서 단말기 방향의 다운링크에 사용되는 채널로 일정한 간격으로 떨어져 있는 서로 다른 두 개의 주파수 채널을 각각 사용하게 된다. 따라서, 업링크 신호와 다운링크신호의 주파수가 다르므로 듀플렉서(duplexer)를 사용하여 업링크 신호와 다운링크 신호를 분리할 수 있게 된다. 그러나 이러한 FDD 방식은 동일한 대역폭을 가지는 송신 주파수와 수신주파수를 각각 두 개 사용하게 되므로 주파수 이용효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

이를 개선하기 위하여 다운링크와 업링크 채널로 동일한 하나의 주파수 채널을 사용하고, 이를 시분할 방식으로 다운링크와 업링크로 사용하는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 제안되었다. 이러한 TDD방식의 중계기에서는 다운링크 신호와 업링크 신호의 주파수가 동일한 반면 시간상으로는 분리되어 있다. 따라서 업링크 신호와 다운링크 신호가 동일한 주파수대를 사용하게 되므로 이를 적절히 분리할 수 있는 방법이 필요하게 된다.

도 1은 일반적인 TDD방식의 중계기의 구현형태를 나타내는 블록도이다.

일반적인 TDD방식의 중계기에서는 다운링크 신호기간 동안에는 다운링크 경로인 저잡음 증폭기(16),다운링크 신호처리부(18), 전력 증폭기(20)로 연결되고, 업링크 신호시간동안에는 업링크 경로인 저잡음 증폭기(28), 업링크 신호 처리부(26), 전력 증폭기(24)로 연결되도록 듀플렉서 대신 스위치를 사용하여야 하며, 이 스위치가 전환되는 시각은 정확하게 다운링크 신호와 업링크 신호에 일치되도록 동기되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기지국에서 송신한 신호는 안테나(12)로 수신되어스위치(14)를 거쳐 저잡음 증폭기(LNA;Low Noise Amplifier,16), 다운링크 신호 처리부(Down-link,18), 전력증폭기(20), 스위치(22) 및 서비스 안테나(30)를 통해 전송되어야 한다. 이때, 스위치(14,22)는 다운링크(16,18,20)만을 연결시키고 업링크경로(28,26,24)를 단절시켜야만 신호가 제대로 단말기 방향으로 증폭되어 전달되게 된다. 또한, 역으로 단말기에서 기지국 방향의 업링크 신호를 전송하기 위해서는 스위치(14,22)가 업링크 경로(28,26,24)를 통하여 업링크 신호만을 증폭하도록 동작되고 다운링크 경로(16,18,20)는 신호가 전달되지 않도록 차단시켜야만 한다.

따라서, 도 1의 중계기가 제대로 동작되기 위해서는 기지국에서 단말기 방향으로 전파를 송신하는 다운링크 시간대에는 스위치(14,22)가 다운링크 경로(16,18,20)만을 연결하고, 단말기에서 기지국으로 전파를 송신하는 업링크 시간대에는 스위치가 업링크 경로(28,26,24)만을 연결하는 것이 중요하다. 그러나, 현실적으로 기지국과 중계기는 시간정보를 공유할 수 없다. 따라서, 정확하게 다운링크 신호와 업링크 신호에 동기되도록 스위칭하는 것이 중요한 문제로 대두되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 문제점을 극복할 수 있는 TDD방식의 중계기용 스위칭 제어장치 및 그에 따른 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 TDD방식의 중계기에 있어서 다운링크 신호와 업링크 신호에 정확하게 동기되는 스위칭을 제공하는 TDD방식의 중계기용 스위칭 제어장치및 그에 따른 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 주파수를 사용하여 다운링크 신호와 업링크 신호를 정확하게 동기되는 스위칭 동작을 통해 주파수의 효율적인 이용을 도모할 수 있는 TDD방식의 중계기용 스위칭 제어장치 및 그에 따른 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라, 본 발명에 따른 스위칭 제어장치는, 다운링크 신호와 업링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭을 제공하는 TDD 방식의 중계기용 스위칭 제어장치에 있어서, 수신되는 다운링크 신호의 포락선을 검출한 검출신호를 출력하고, 상기 검출신호의 노이즈 레벨과 상기 검출신호를 비교하여 소정 주파수의 레퍼런스 신호를 발생시키는 레퍼런스 신호 발생부와, 인가되는 전압에 따라 소정의 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호와 스위칭 제어부에서 제어된 레퍼런스 신호의 위상이 동기되도록 하는 위상고정루프와;

상기 고주파 신호에 응답하는 카운터의 카운트 값을 디코딩하여 내부제어신호를 발생시켜 상기 저주파 신호 및 상기 레퍼런스 신호를 제어하며, 상기 위상고정루프에서 위상이 동기된 경우에 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 발생시키는 스위칭 제어부를 구비한다.

상기 레퍼런스 신호 발생부는, 안테나로 수신되는 신호중 일정대역의 신호만을 통과시켜 수신하는 제1밴드패스필터와, 수신감도 개선을 위해 일정한 이득을 가지는 저잡음 증폭기와, 고주파의 수신신호를 일정한 중간주파수로 낮추기 위한 다운컨버터와, 상기 변환된 수신신호중 일정대역 만을 통과시키는 제2밴드패스필터와, 상기 제2밴드패스필터를 통과한 수신신호의 포락선을 검출하여 레퍼런스 신호를 발생시키는 레퍼런스 검출기를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 레퍼런스 검출기는, 입력되는 수신신호의 포락선을 검출하여 출력하는 로그 검출기와, 상기 로그 검출기의 출력을 입력으로 하여 수신신호의 노이즈 레벨을 설정하는 노이즈 플로어 검출기와, 상기 로그 검출기의 출력과 상기 노이즈 플로어 검출기의 출력을 비교하여 레퍼런스 신호를 발생시키는 비교기를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 위상 고정 루프는, 상기 저주파 신호와 상기 제어된 레퍼런스 신호의 위상을 비교하여 펄스를 출력하는 위상검출기와, 상기 위상검출기에서 출력된 펄스를 전압의 형태로 변환하는 전압 변환기와, 상기 저역 통과 필터에서 출력되는 전압에 대응되는 소정의 고주파 신호를 발생시키는 전압제어발진기와, 상기 전압제어발진기에서 발생된 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호를 상기 위상검출기에 인가하는 분주기를 포함한다. 또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 고주파 신호에 응답하여 카운트 값을 출력하는 카운터와, 상기 카운터의 카운트 값을 디코딩하여 내부제어신호 및 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 상태 디코더를 포함할 수 있으며, 상기 위상고정루프에서의 위상의 동기여부를 검출하여, 위상의 동기가 이루어지지 않은 경우 위상의 동기가 이루어지도록 제어신호를 출력하는 언락 센서와, 업링크 신호에의 동기여부를 검출하여, 업링크 신호에 동기된 경우에 다운링크 신호에 동기되도록 제어하는 신호를 출력하는 업링크 센서를 더 포함할 수 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따라, 본 발명에 따른 스위칭 제어방법은, 다운링크 신호와 업링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭을 제공하는 TDD 방식의 중계기용 스위칭 제어방법에 있어서, 수신되는 다운링크 신호의 포락선을 검출하여 검출신호를 출력하고, 상기 검출신호의 노이즈 레벨과 상기 검출신호를 비교하여 소정 주파수의 레퍼런스 신호를 발생시키는 단계와, 소정의 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호를 상기 레퍼런스 신호를 제어한 신호와 동기시키는 단계와, 상기 동기된 저주파 신호에 대응되는 고주파 신호에 응답하여 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 단계를 포함한다.

상기 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 단계 전에, 상기 위상의 동기여부를 검출하여, 동기되지 않았을 경우 동기시키기 위한 제어신호를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 업링크 신호에 동기되었는 지 여부를 검출하여, 업링크 신호에 동기 되었을 경우에 다운링크 신호에 동기시키기 위한 제어신호를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 장치적ㆍ방법적 구성에 따르면, 다운링크 신호 및 업링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 일반적인 TDD 중계기의 블록도

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어장치를 나타낸 블록도

도 3은 도 2의 레퍼런스 검출기를 나타내는 블록도

도 4는 도 3의 레퍼런스 검출기의 각 노드별 출력 신호를 나타낸 그래프

도 5는 도 2의 전압제어발진기에 입력되는 전압의 변화를 나타낸 그래프

도 6은 도 2의 스위칭 제어부의 구체적인 구성을 나타내는 블록도

도 7은 도 6의 상태 디코더의 출력을 나타낸 표

도 8은 도 6의 분주기의 구성을 나타낸 회로도

도 9는 도 6의 레퍼런스 신호 제어기의 구성을 나타낸 회로도

도 10은 레퍼런스 신호 발생에 따른 도 9의 출력을 단계별로 나타낸 표

도 11은 업링크 신호에 동기된 경우 및 다운링크 신호에의 동기된 경우를 나타낸 표

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 제1밴드패스필터 112 : 저잡음 증폭기

114 ; 다운컨버터 118 : 제2밴드패스필터

120 : 레퍼런스 검출기 130 : 위상고정루프

132 : 위상 검출기 134 : 전압변환기

136 : 전압제어발진기 140 : 스위칭 제어부

150 : 레퍼런스 신호 발생부

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 도 2 내지 도 11을 참조로 설명되어질 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어장치의 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 제어장치는, 레퍼런스 신호 발생부(150), 위상고정루프(130) 및 스위칭 제어부(140)로 구성된다.

TDD 방식의 중계기에서는, 다운링크 신호는 기지국이 동작하는 한 항상 존재하지만 중계기 주변에 가입자가 없으면 업링크 신호는 존재하지 않을 수 도 있다. 그러므로, TDD방식의 시스템에서는 다운링크 신호를 기준으로 중계기가 동기되어야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어장치도 다운링크 신호를 기준으로 스위칭을 제어하도록 구성된다.

상기 레퍼런스 신호 발생부(150)는 일정대역 이외의 신호를 억제하여 일정대역의 신호만을 수신할 수 있는 제1밴드패스필터(band pass filter;110), 수신감도 개선을 위해 일정한 이득을 가지는 저잡음 증폭기(LNA,112), 고주파의 수신신호를 일정한 중간주파수로 낮추기 위한 다운컨버터(114)와 제2밴드패스필터(118) 및 상기 변환된 수신신호의 포락선을 검출하여 레퍼런스 신호를 발생시키는 레퍼런스 검출기(120)로 구성될 수 있다.

상기 위상고정루프(PLL;Phase Locked Loop,130)는 인가되는 전압에 따라 소정의 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호와 스위칭 제어부에서 제어된 레퍼런스 신호의 위상이 동기되도록 한다.

상기 스위칭 제어부(140)는 상기 고주파 신호에 응답하는 카운터의 카운트값을 디코딩하여 내부제어신호를 발생시켜 상기 저주파 신호 및 상기 레퍼런스 신호를 제어하며, 상기 위상고정루프에서 위상이 동기된 경우에 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 발생시킨다.

이중에서 상기 위상고정루프(130)는 전압제어 발진기(136), 분주기(145), 위상 검출기(132) 및 전압변환기(134)로 구성된다.

상기 전압제어 발진기(VCXO ; Voltage Controlled X-tal Oscillator,136)는 높은 주파수 안정도를 갖는 고주파 발진기로서 인가되는 전압에 대응되는 고주파 신호를 출력한다. 상기 전압제어 발진기(136)의 주파수는 설계의 편리성을 위해 심볼 레이트(symbol rate)가 11.42MHz(57,100개/5ms), 프레임 주파수가 200Hz인 경우를 가정하고, 상기 심볼 레이트와 같은 11.42MHz의 주파수를 상기 고주파 신호의 주파수로 설정할 수 있다.

상기 분주기(divider,145)는 상기 전압제어발진기(136)에서 발생된 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호를 상기 위상검출기(132)에 인가한다. 예를 들면, 상기 전압제어발진기(136)의 주파수인 11.42MHz의 주파수를 1/57,100의 배수로 분주하여 200Hz의 주파수로 출력하여 상기 위상검출기(132)에 인가한다. 상기 분주기(145)는 사용되는 주파수에 따라서 분주비의 변경이 가능하도록 설정될 수 있으며 스위칭 제어부(140)의 내부 제어신호에 의해 제어된다. 이에 대한 동작은 스위치 제어부의 동작 설명시 같이 하기로 한다.

상기 위상 검출기(Phase detector,132)는 상기 분주기(도 6의 145)를 통하여 인가되는 저주파 신호와 스위칭 제어부(140)에서 인가되는 제어된 레퍼런스 신호의 위상을 비교하여 위상차에 의한 펄스를 출력한다. 상기 위상 검출기(132)는 위상 동기가 입력되는 신호의 듀티 사이클(duty cycle)에 관계없이 입력신호가 하이 레벨로 상승된다고 판단되는 시점인, 라이징 에지(rising edge) 시점에 맞도록 설계된 J-K 플립 플롭(flip flop) 위상 검출기인 74HC7046이 사용될 수 있다.

상기 전압변환기(134)는 상기 위상 검출기(132)에서 출력된 펄스를 전압의 형태로 변환하여 상기 전압제어 발진기(136)에 인가하는 역할을 수행한다. 상기 전압변환기(134)는 댐핑 팩터(damping factor)가 1이고 대역폭이 10Hz인 로우패스필터로서 구현될 수 있다.

도 3은 상기 도 2의 레퍼런스 검출기(120)의 구체적인 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 레퍼런스 검출기(120)는 로그 검출기(log detector,121), 네거티브 피크 검출기(negative peak detector,122), 가우시안 로우패스필터(gaussian low pass filter,123) 및 비교기(comparator,124)로 구성될 수 있다.

상기 로그 검출기(121)는, 예를 들면, 95dB 다이나믹 레인지(dynamic range)에 노이즈 플로어(noise floor)가 -95dBm/10MHz인 로그 검출기 AD8310 이 사용될 수 있으며, 주파수 신호를 직류성분으로 변환하는 역할을 한다. 또한. 상기 네거티브 피크 검출기(122) 및 가우시안 로우패스필터(123)는 노이즈 플로어 검출기의 역할을 한다.

상기 레퍼런스 신호 발생부(150)에서의 동작을, 도 2 내지 도 3을 참고로 하여 살펴보면 다음과 같다.

우선, 안테나를 통하여 수신된 다운링크 신호는 제1밴드패스필터(110)를 통하여 일정대역(예를 들면, 2.3GHz 내지 2.4GHz)에 한해 여파된 후 저잡음 증폭기(112)로 인가된다. 상기 저잡음 증폭기(112)는, 예를 들면 25dB의 이득을 가지는 저잡음 증폭기로서 상기 인가된 신호의 수신 감도를 개선한다. 상기 저잡음 증폭기(112)를 거친 신호는 다운 컨버터(114)로 인가되어 국부발진기(116)의 출력에 의해 주파수 변환(예를 들면, 70MHz)이 이루어진다. 상기 주파수 변환 신호는 일정한 대역(예를 들면, 65MHz내지 75MHz)의 신호에 한해 여파되는 제2밴드패스필터(118)를 통과하여 레퍼런스 검출기(120)로 인가된다.

상기 제2밴드패스필터(118)를 통과한 신호는 레퍼런스 검출기(120)를 구성하는 로그 검출기(121)로 인가된다. 상기 로그 검출기(121)에서는 인가되는 신호의 포락선을 검출하여 네거티브 피크 검출기(122)와 가우시안 로우패스필터(123)로 구성된 노이즈 플로어 검출기(125)로 인가한다. 상기 노이즈 플로어 검출기(125)에서는 인가되는 신호의 가장 낮은 전압 파형을 출력한다. 비교기(124)에서는 상기 로그 검출기(121)의 출력과 상기 노이즈 플로어 검출기(125)의 출력 신호인 노이즈 레벨보다 일정 데시벨(dB)이상 높으면 하이 레벨을 가지고, 일정 데시벨 이하이면 로우레벨을 가지는 펄스를 출력하게 된다. 상기 펄스는 일정 주기를 가지는 파형으로 위상고정루프(130)에서 레퍼런스 신호(output)로 사용되게 된다. 상기 레퍼런스 신호는 이후 스위칭 제어부(140)로 인가된다.

도 4는 상기 레퍼런스 검출기(120)의 각 노드에서의 출력을 하나의 예로서나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, AD8310으로 구성된 로그 검출기(121)의 출력 신호(125)가 1.0V 내지 4.0V의 전압을 가지는 범위의 파형이라고 한다면, 노이즈 플로어 검출기의 출력 파형(126)은 상기 로그 검출기(121)의 출력중 가장 낮은 전압, 즉 1V의 전압을 가지는 노이즈 파형(126)을 출력하게 된다. 상기 비교기(124)에서는 상기 노이즈 플로어 검출기(125)의 출력파형(126)보다 0.24V(약 10dB) 높은 파형(128)을 상기 비교기(124)의 레퍼런스 전압으로 사용한다. 상기 비교기(124)에서는 인가되는 상기 로그 검출기(121)의 출력신호(125)가 상기 레퍼런스 전압(128)보다 높으면 5V, 낮으면 0V를 출력하게 되고, 이 출력 신호는 5ms 주기와 200Hz의 주파수를 가지는 펄스가 된다.

도 5는 상기 전압제어 발진기(136)에 입력되는 컨트롤 전압의 특성을 알아보기 위한 컴퓨터 시물레이션 결과를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가로축은 시간변화를 나타내고 세로축은 전압변화를 나타내도록 하여, 시간에 따라서 얼마나 안정적인 특성을 가지는지 시뮬레이션 한 데이터를 나타내는 그래프로서 1초(1s) 이후부터 오버슈트(overshoot)없이 안정적으로 상기 전압제어 발진기(136)를 제어함을 알 수 있다.

도 6 내지 도 11은 상기 도 2의 스위칭 제어부(140)의 구체적인 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도 및 시간 구간을 나타내는 표이다. 이하에서는 상기 스위칭 제어부(140)의 구성 및 동작을 도 6 내지 도 11을 참조로 하여 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스위칭 제어부(140)는 카운터(141), 상태 디코더(state decoder,142), 레퍼런스 신호 제어기(Ref_200,146), 업링크 센서(143), 언락 센서(144) 및 페일 센서(147)로 구성된다.

상기 카운터(141)는 상기 전압제어 발진기(도 2의 136)의 고주파 신호 클럭에 응답하여 카운트 값을 출력한다.

예를 들면, 상기 카운터(141)에서는 예를 들면, 전압제어 발진기(136)로부터의 출력되는 11.42MHz의 클럭에 응답하여 57,100(0 ~ 57,099)의 카운트 값을 가지도록 카운트하여 카운트 값을 상기 상태 디코더(142)로 인가한다. 또한, 상기 카운터(141)에서는 상기 업링크 센서(143)와 언락 센서(144)로부터의 제어신호(up_link_reset, unlock_reset)에 응답하여 상기 카운트 값을 0으로 리셋시킨다. 상기 카운터(141)는 고속 동기가 가능한 20bit 카운터(high speed synchronous 20bit counter)가 사용될 수 있다.

상기 상태 디코더(142)는 상기 카운터(141)의 카운트 값을 디코딩하여 내부제어신호(state0,window,cleaning) 및 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)를 출력한다.

상기 상태 디코더(142)의 디코딩 예를 도 7에 도시하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상태 디코더(142)는 상기 카운터(141)로부터의 카운트 값이 0 ~ 42,751의 값을 가지면 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)구간, 카운트 값이 42,814 ~ 56,869의 값을 가지면 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)구간, 카운트 값이 0 ~ 229 의 값을 가지면 내부제어신호인 스테이트 신호(state0)구간, 카운트 값이 13,056 ~ 13,516 의 값을 가지면 내부제어신호인 윈도우신호(window)구간 및 카운트 값이 43,814 ~ 50,456 이면 내부제어신호인 클리닝 신호(cleaning)구간을 각각 설정하고 이에 대응되는 신호를 각각 출력한다. 또한, 상기 위상고정루프에서 위상이 고정(lock), 즉 동기되었을 경우에 카운트 값이 50,457 ~ 56869이면 클리닝 신호(cleaning)구간을 추가로 설정하여 신호를 출력한다.

상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)는 중계기의 다운링크 경로 및 업링크 경로로의 스위칭를 제어한다.

도 8은 위상고정루프(130)을 구성하는 분주기(145)의 일 예를 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분주기(145)는 간단한 플립 플롭(flip-flop) 구조로 구현될 수 있다. 상기 분주기(145)는 스위칭 제어부(140)를 구성하는 상태 디코더(142)로부터 출력되는 제어신호인 스테이트 신호(state0)신호 및 인버터(145b)를 통하여 인가받는 클리닝 신호(cleaning)신호를 입력으로 하여 분주된 저주파를 출력하는 D-플립 플롭(145a)으로 구성될 수 있다. 상기 상태 디코더(142)에서 발생되는 내부제어신호인 스테이트 신호(state0)와 클리닝 신호(cleaning)는 상기 분주기(145)를 제어한다.

상기 분주기(145)에서는 스위칭 제어부(140)의 내부제어신호인 스테이트 신호(state0)의 라이징 에지(rising edge)에 트리거(trigger)되어 하이(high) 레벨이 되고, 클리닝 신호(cleaning)가 하이 레벨이 될 때 로우(low) 레벨이 된다. 이는상기 전압제어 발진기(136)의 주파수인 11.42MHz의 주파수의 신호를 1/57,100배 분주한 200Hz의 저주파 펄스로써 위상고정루프(130)를 구성하는 위상 검출기(132)에서 레퍼런스 신호 제어기(146)의 출력(Ref_200)과 위상을 비교하게 된다.

상기 레퍼런스 신호 제어기(146)는 상기 레퍼런스 검출기(120)에서 출력되는 레퍼런스 신호(Ref)를 제어하여 상기 위상고정루프(130)을 구성하는 위상 검출기(132)에 인가한다.

상기 레퍼런스 신호 제어기(146)의 일 예가 도 9에 도시되어 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 레퍼런스 신호 제어기(146)는 상기 레퍼런스 검출기(120)의 출력신호인 레퍼런스 신호(Ref)를 입력으로 하고, 클리닝 신호(cleaning)와 딜레이회로(DELAY,146d)를 통과한 레퍼런스 신호(Ref)를 앤드 게이트(146c)및 인버터(146b)를 통하여 입력으로 하는 D-플립 플롭(146a)으로 구현될 수 있다. 상기 D-플립 플롭에서 출력되는 제어된 레퍼런스 신호(Ref_200)는 상기 위상고정루프를 구성하는 위상 검출기(132)로 인가된다.

상기 레퍼런스 신호 제어기(146)의 출력신호인 제어된 레퍼런스 신호(Ref_200)는 상기 레퍼런스 신호(Ref)의 라이징 에지 시점에 트리거되어 하이 레벨이 되고 상기 클리닝 신호(cleaning)가 하이 레벨이 될 때 로우 레벨이 된다.

상기 레퍼런스 신호 제어기(146)는 상기 레퍼런스 신호(Ref)의 노이즈(noise) 등을 제거하기 위한 것으로, 상기 레퍼런스 신호(Ref)의 라이징 에지 때부터 상기 클리닝 신호(cleaning)의 로우레벨로 인정되는 시점인 폴링 에지(falling edge)까지의 시간동안 외부로부터 유입되는 노이즈 등을 제거하여 위상고정루프가 외부 노이즈 등에 의해 동기가 무너지는 것을 막아준다. 또한, 상기 위상고정루프가 고정(lock)되어 있는 경우, 즉 위상이 동기되어 있는 경우에는 상기 상태 디코더(142)에서 클리닝 신호(cleaning)를 추가로 출력하므로 최대한으로 노이즈 등의 제거시간을 늘릴 수 있으며, 상기 위상고정루프(130)가 언락(unlock)된 경우, 즉 위상이 동기되지 않은 경우에는 최대한 빨리 위상이 동기되도록 클리닝 신호(cleaning)가 추가로 출력되지 않아 노이즈 등의 제거시간을 줄여주게 된다.

도 10은 레퍼런스 신호(Ref) 발생에 따른 상기 레퍼런스 신호 제어기(146)의 출력(Ref_200)을 단계별로 나타낸 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, A단계, B단계, C단계의 경우에는 다운링크 구간(DOWN LINK 구간)에 레퍼런스 신호(Ref)가 입력되어 레퍼런스 신호 제어기()의 출력(Ref_200)이 발생되는 경우를 나타내고 있다.

만약의 경우에, D단계와 같이, 위상고정루프(130)가 위상이 동기되지 않아서 상기 레퍼런스 신호(Ref)의 노이즈 등의 제거시간 동안(Cleaning 구간)에 레퍼런스 신호(Ref)가 인가되면, 상기 클리닝 신호(cleaning)가 하이레벨의 상태를 가지고 있기 때문에, 상기 레퍼런스 신호 제어기(146)는 아무런 출력도 발생되지 않게 된다. 이러한 상태는 위상고정루프를 구성하는 위상 검출기(132)의 입력 신호의 부재로 인하여 위상동기가 일어날 수 없는 상태를 유발한다. 따라서, E 단계에서와 같이 상기 노이즈 등의 제거기간 동안에 레퍼런스 신호(Ref)가 입력되면 짧은 시간동안이라도 강제적으로 상기 레퍼런스 신호 제어기(146)의 출력신호(Ref_200)를 만들어 주기 위하여, 상기 레퍼런스 신호 제어기(146)에 딜레이 회로(146d)가 부가된다. 상기 딜레이 회로(146d)는 안정적인 펄스를 인가하기 위하여, 예를 들면, 8.76㎲ 의 딜레이 시간을 가질 수 있다.

상기 업링크 센서(143)는 업링크 신호에의 동기여부를 검출하여, 업링크 신호에 동기된 경우에, 다운링크 신호에 동기되도록 제어하기 위해 카운터(141)를 리셋시키는 제어신호(up_link_reset)를 출력한다.

일반적인 TDD 방식의 중계기에서 업 링크 신호와 다운링크 신호의 주파수가 동일하기 때문에, 업링크 신호가 상대적으로 강하게 입력될 경우 레퍼런스 신호(Ref)는 업링크 신호를 바탕으로 하여 발생될 수 있으므로, 위상고정루프가 업링크 신호에 위상이 동기되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에 위상동기가 다운링크 신호에 동기되도록 강제로 이동(Phase jump)할 필요성이 발생하게 된다.

도 11은 업링크 신호에 위상고정루프가 동기된 경우와 다운링크 신호에 위상고정루프가 고정된 경우의 레퍼런스 신호(수신 reference) 및 다운링크 스위칭 제어신호(Down_link) 및 업링크 스위칭 제어신호(Up_link)를 비교하여 나타낸 예이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 위상고정루프가 다운링크 신호에 동기된 경우(A)에는 문제가 없다. 상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_link) 및 업링크 스위칭 제어신호(Up_link)가 상기 수신 신호(수신 reference)와 정확히 동기되어 나타난다. 즉 동기된 경우에는 다운링크 스위칭 제어신호(Down_link)는 레퍼런스 신호의 라이징 에지 시점에 발생되며, 이후 업링크 스위칭 제어신호(Up_link)가 발생되게 된다.

그러나, 업링크 신호에 동기된 경우(B)에는, 일반적으로 업링크 신호는 다운링크 신호보다 시간 구간이 짧게 설정되기 때문에, 일정한 심볼(symbol, 예를 들어 13,286심볼) 경과 후에는 다운링크 신호의 라이징 에지가 존재하게 된다. 따라서, 일정한 카운터 값(예를 들면, 13,286)을 전후로 하여 230심볼(20.1㎲)씩 여유를 주어 13,056 ~ 13,516 값의 범위를 윈도우로 정의하고, 상태 디코더(142)에서는 이 범위 내에서 내부제어신호인 윈도우 신호(window)를 출력하게 된다. 상기 윈도우 신호(window)가 발생된 상태에서 레퍼런스 신호의 라이징 에지가 8번이상 검출되면 현재상태는 업링크에 위상고정루프(130)가 동기되어 있는 것으로 간주하고 다음 번 레퍼런스 신호의 라이징 에지 순간에 짧은 펄스인 카운터(141)를 리셋시키는 제어신호(up_link_reset)를 출력하여 다운링크 신호에 동기되도록 강제로 이동(phase jump)시킨다.

상기 언락 센서(144)는 상기 위상고정루프(130)에서의 위상의 동기여부를 검출하여, 위상의 동기가 이루어지지 않은 경우 위상의 동기가 이루어지도록 제어하는 제어신호(unlock_reset, unlock)를 출력한다.

예를 들면, 상기 언락 센서(144)에서는 위상 검출기(132)를 구성하는 74HC7046 의 LD(1번 핀)이 1.0 ㎲의 시간이상 로우 상태를 유지하면 언락, 즉 위상이 동기되지 않은 것으로 판단하고 제어신호(unlock)를 출력하여 상태 디코더(142)를 초기화시키고 페일 센서(147)에서 제어신호(sync_fail)가 발생되도록 한다.

또한, 위상이 동기되지 않은 것으로 판단되면, 위상동기가 빠른 시간내에 일어나도록 레퍼런스 신호의 라이징 에지 시점에 짧은 펄스인 제어신호(unlock_reset)를 출력하여 카운터(141)를 0으로 리셋시킨다. 상기 카운터를 리셋시키는 제어신호(unlock_reset)의 출력 후에는 위상동기가 일어나기 위한 시간이 필요하므로, 위상 동기가 일어나지 않았더라도 위상동기 여부를 다시 판단하지 않고 일정시간(약 100ms)동안 기다린 후 제어신호(unlock)를 로우레벨로 해제한다

상기 페일센서(147)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어장치의 정상동작 여부를 판단하는 데 사용된다.

위상이 동기되지 않았을 경우에 언락 센서(144)에서 출력되는 제어신호(unlock)가 입력되면 상기 페일 센서(147)에서는 제어신호(sync_fail)를 발생시키고, 1초이상 위상이 동기되지 않는 상태, 즉 언락 상태가 계속되지 않으면 상기 제어신호(sync_fail)를 로우 레벨로 해제한다. 이 신호(sync_fail)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어장치의 정상동작여부를 판단하는 데 사용될 수 있으며, 상기 신호(sync_fail)에 의해 중계기나 시스템이 판단하여 송신 출력을 차단하는 등의 조치가 가능하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어장치의 구성 및 동작에 대한 설명은 상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)의 발생 후 중계기의 스위칭 동작이 행해지기까지의 지연시간을 고려하지 않은 경우를 가정한 것이다.

그러나, 일반적으로 상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)의 발생부터 스위칭 동작이 행해지기까지는 일정한 지연시간이 존재하게 된다. 이러한 지연시간은 정확한 스위칭을 행하는 데 방해가 될 수 있다.

따라서, 상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)에 응답하여 스위칭 동작이 실제로 행해지기까지 일정한 지연(delay)시간이 존재하는 경우를 고려하여, 도면에서는 도시되지는 않았지만, 상기 상태디코더(도 6의 142)는 상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)의 출력시점을 제어하는 보상회로를 추가로 포함하여 구성될 수 있다.

상기 보상회로에서는 상기 다운링크 스위칭 제어신호(Down_Link)와 업링크 스위칭 제어신호(Up_Link)의 출력시점이 상기 위상이 동기되는 시점보다 상기 지연시간 만큼 미리 앞당겨지도록 제어하게 된다. 상기 보상회로는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 이미 널리 알려져 있는 보상회로로 구성될 수 있다. 또한, 상기 지연시간은 미리 계산된 값으로 고정되어 설정되거나 상기 보상회로에서 자체적으로 계산되어 설정될 수 있다.

상기 보상회로에 의해 스위칭 동작에 소요되는 지연시간에도 불구하고 정확한 타이밍을 갖는 스위칭이 가능해질 수 있다.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다. 예컨대, 사안이 다른 경우에 회로의 내부 구성을 변경하거나, 회로의 내부 구성 소자들을 다른 등가적 소자들로 대치할 수 있음은 명백하다. 또한, 시스템에 따라 일부 구성요소가 추가되거나 제거될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, TDD 방식의 중계기에 있어서, 다운링크 신호와 업링크 신호에 정확하게 일치, 동기되도록 스위칭을 제어하는 것이 가능해지며, 하나의 주파수를 사용하므로 주파수를 효율적으로 이용할 수 있게 된다.

Claims

다운링크 신호와 업링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭을 제공하는 TDD 방식의 중계기용 스위칭 제어장치에 있어서:

수신되는 다운링크 신호의 포락선을 검출한 검출신호를 출력하고, 상기 검출신호의 노이즈 레벨과 상기 검출신호를 비교하여 소정 주파수의 레퍼런스 신호를 발생시키는 레퍼런스 신호 발생부와;

인가되는 전압에 따라 소정의 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호와 스위칭 제어부에서 제어된 레퍼런스 신호의 위상이 동기되도록 하는 위상고정루프와;

상기 고주파 신호에 응답하는 카운터의 카운트 값을 디코딩하여 내부제어신호를 발생시켜 상기 저주파 신호 및 상기 레퍼런스 신호를 제어하며, 상기 위상고정루프에서 위상이 동기된 경우에 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 발생시키는 스위칭 제어부를 구비함을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 레퍼런스 신호 발생부는,

안테나로 수신되는 신호중 일정대역의 신호만을 통과시켜 수신하는 제1밴드패스필터와;

수신감도 개선을 위해 일정한 이득을 가지는 저잡음 증폭기와;

고주파의 수신신호를 일정한 중간주파수로 낮추기 위한 다운컨버터와;

상기 변환된 수신신호중 일정대역 만을 통과시키는 제2밴드패스필터와;

상기 제2밴드패스필터를 통과한 수신신호의 포락선을 검출하여 레퍼런스 신호를 발생시키는 레퍼런스 검출기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 레퍼런스 검출기는,

입력되는 수신신호의 포락선을 검출하여 출력하는 로그 검출기와;

상기 로그 검출기의 출력을 입력으로 하여 수신신호의 노이즈 레벨을 설정하는 노이즈 플로어 검출기와;

상기 로그 검출기의 출력과 상기 노이즈 플로어 검출기의 출력을 비교하여 레퍼런스 신호를 발생시키는 비교기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제3항에 있어서, 상기 노이즈 플로어 검출기는,

인가되는 신호의 가장 낮은 전압 파형을 출력하는 네거티브 피크 검출기와;

상기 네거티브 피크 검출기의 출력 중 저 대역의 신호를 출력하는 로우패스필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 위상 고정 루프는,

상기 저주파 신호와 상기 제어된 레퍼런스 신호의 위상을 비교하여 펄스를 출력하는 위상검출기와;

상기 위상검출기에서 출력된 펄스를 전압의 형태로 변환하는 전압 변환기와;

상기 전압 변환기에서 출력되는 전압에 대응되는 소정의 고주파 신호를 발생시키는 전압제어 발진기와;

상기 전압제어 발진기에서 발생된 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한 저주파 신호를 상기 위상검출기에 인가하는 분주기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는,

상기 고주파 신호에 응답하여 카운트 값을 출력하는 카운터와;

상기 카운터의 카운트 값을 디코딩하여 내부제어신호 및 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 상태 디코더를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제6항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는,

상기 위상고정루프에서의 위상의 동기여부를 검출하여, 위상의 동기가 이루어지지 않은 경우 위상의 동기가 이루어지도록 제어신호를 출력하는 언락 센서와;

업링크 신호에의 동기여부를 검출하여, 업링크 신호에 동기된 경우에 다운링크 신호에 동기되도록 제어하는 신호를 출력하는 업링크 센서를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
제7항에 있어서,

상기 상태디코더는 상기 중계기의 스위칭 동작에 소요되는 지연시간을 보상하기 위하여 상기 다운링크 스위칭 제어신호 및 상기 업링크 스위칭 제어신호의 출력시점을 제어하는 보상회로를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 제어장치.
다운링크 신호와 업링크 신호에 정확히 동기되는 스위칭을 제공하는 TDD 방식의 중계기용 스위칭 제어방법에 있어서:

수신되는 다운링크 신호의 포락선을 검출한 검출신호를 출력하고, 상기 검출신호에서 검출되는 노이즈 레벨과 상기 검출신호를 비교하여 소정 주파수의 레퍼런스 신호를 발생시키는 단계;

소정의 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호를 소정배수로 분주한저주파 신호와 상기 레퍼런스 신호를 제어한 신호를 동기시키는 단계; 및

상기 동기된 저주파 신호에 대응되는 고주파 신호에 응답하여 다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 스위칭 제어방법.
제9항에 있어서,

다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 단계 전에, 상기 위상의 동기여부를 검출하여, 동기 되기 않았을 경우 동기시키기 위한 제어신호를 발생시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 스위칭 제어방법.
제9항에 있어서,

다운링크 스위칭 제어신호와 업링크 스위칭 제어신호를 출력하는 단계 전에, 업링크 신호에 동기되었는 지 여부를 검출하여, 업링크 신호에 동기 되었을 경우에 다운링크 신호에 동기시키기 위한 제어신호를 발생시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 스위칭 제어방법.