KR20050074302A - 무선 링크를 제공하기 위한 변조 및 전송 방법들 및 무선링크를 제공하기 위한 송신기 회로 - Google Patents

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Abstract

사용자들로의 다운링크에서 초고속 전송률의 무선 링크를 실현할 수 있는 변조 방법, 전송 방법, 및 송신기 회로가 기술된다. 원하는 중간 신호를 얻도록 입력 신호를 변조하는 방법에서, 상기 중간 신호는 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 무선 링크를 통한 전송을 위해 처리된다. 상기 처리는, 상기 중간 신호에 대해 모호 전송 함수(ambiguous transfer function)를 나타내는 주파수 곱셈기 연산처리(frequency multiplier operation)를 받게 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 변조 방법에서, 입력 신호가 제공되고, 원하는 중간 신호에 적용가능한 신호 상태들의 한 세트가 발생되어, 주파수 곱셈기 연산처리에 따라 출력된 신호가 상기 원하는 중간 신호에 대해 실질적으로 비-모호한 관계(non-ambiguous relation)를 갖게 된다. 따라서, 입력 신호는, 상기 발생된 신호 상태들의 세트를 갖는 원하는 중간 신호를 얻도록 I 및 Q 기저 대역 신호들에 따라 변조될 수 있다.

Description

무선 링크를 제공하기 위한 변조 및 전송 방법들 및 무선 링크를 제공하기 위한 송신기 회로{MODULATION AND TRANSMISSION METHODS TO PROVIDE A WIRELESS LINK AND TRANSMITTER CIRCUIT FOR PROVIDING A WIRELESS LINK}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 링크들에 관한 것이다.
2003년 10월 16일, FCC(Federal Communications Commission)는 추가 경쟁력이 있는 광대역 배치 플랫폼의 개발을 활성화시키기 위한 노력으로 이전에 비어있던 스와쓰 스펙트럼(swath of spectrum)의 상업적 이용을 위한 서비스 규칙들을 채택하였다. 상기 영역(domain)은 집합적으로 'E-Band'로 공지되고, 최고 주파수들은 FCC에 의해 허가(license)되어온, 71 내지 76 기가헤르츠(GHz), 81 내지 86 GHz 및 92 내지 95 GHz의 주파수 대역들에 존재한다. 상기 고주파수 스와쓰 스펙트럼은 예를 들어, 고속, PTP(point-to-point) 무선 지역 네트워크들 및 동작들, 및 광대역 인터넷 액세스와 같은 혁신적인 제품들 및 서비스들의 폭넓은 범위를 제공하기 위해 결국 초고속 데이터 통신에 필수적이다.
방송 텔레비전 및 라디오, 이동 전화들, WiFi 컴퓨터 네트워크들 및 다른 유사한 무선 어플리케이션들은 1 GHz 내지 5 GHz 이하에서 동작한다. E-Band 신호들이 약 8분의 1 인치인 3 내지 5 밀리미터 길이인데 반해 상기 주파수들은 몇 피트 길이의 무선 파장들을 사용한다. 이러한 작은 밀리미터 파들은 E-Band를 사용하기 어려운 대역으로 만든다. 전송 범위는 엄격히 제한될 수 있고, 때때로 신호들은 비, 안개 또는 심지어 높은 습도에 의해 차단될 수도 있다. E-Band의 작은 파들은 오늘날 초당 약 1.25 기가비트의 막대한 용량의 데이터를 전송할 수 있고, 아마도 수년 내에 초당 10 기가비트를 전송할 수 있을 것이다. 이것은 오늘날의 고속의 홈 케이블 모뎀 및 DSL(Digital Subscriber Line) 서비스보다 1000 내지 10000배 빠른 것이다.
예를 들면, 압축되지 않은 두 시간 분량의 DVD-화질 영화는 초당 1 메가비트로 작동하는 케이블 모뎀을 통해 다운로드하는데 약 9시간이 걸리지만, E-Band 내에서 동작하는 1-기가비트 네트워크를 통해서는 약 30초가 걸릴 것이고, 10-기가비트 접속을 통해서는 단지 4초가 걸릴 것이다. 또한, E-Band 수신기들에 인접해서도 간섭을 야기시키지 않으면서 E-Band 무선파들을 한 포인트로부터 다른 포인트로 향할 수 있는 매우 협소한 '연필형 빔(pencil beam)'으로 초점을 맞추기 용이하다.
연필형 빔들은 상기 짧은 거리들을 통해 긴밀하게 초점이 맞추어진 상태를 유지하기 때문에, FCC는 단일 형태의 허가를 허용한다. AM 무선 방송국이 큰 대도시 지역 전체에 방송하기 위한 허가를 갖는 것과 같이 전체 범위를 포함하는 권리들을 인가하는 대신에, E-Band 허가들은 하나의 지리적인 지점에서 다른 지점까지 허가될 것이다. 빔들은 이웃하는 수신기들에 간섭을 야기하지 않기 때문에, 방송 경로들은 서로를 교차하도록 허용할 것이고, 어느 것도 E-Band 요청을 거부하기 않을 것이다.
상기한 모든 것들은, 유선의 광섬유(예컨대, E1/T1 백홀(backhaul) 또는 광섬유 케이블)를 사용하는 대신에, E-Band 링크를 통해 무선으로 하나의 건물로부터 다른 건물로 1 기가비트 광섬유 네트워크들을 확장하는 E-Band에 대해 가능한 제 1 어플리케이션을 설명할 수 있다. 광섬유 케이블은 저렴하다. 케이블을 폴(pole)들 상에 늘어놓거나(string), 케이블을 도랑(trench)에 묻는 것은 마일 당 약 $100,000 내지 $500,000에 이른다.
예를 들면, 직경이 4피트를 넘지 않고 1마일 이내의 거리에서 서로를 향하는, 두 E-Band 안테나 접시들은 폴들 또는 트렌치들에 대한 비용의 일부로 1-기가비트 링크를 확립할 수 있다. 1년 또는 2년 이내에, MercuryNews.com의 Mike Langberg에 의해 제목 "FCC move opening E-band could be telecom gold mine"인 기사로 2003년 10월 27일에 제안된 바와 같이, E-Band 링크를 제작하는 것은 단지 약 $20,000의 비용이 든다고 평가된다.
그러나, E-Band 링크를 지원하는 회로, 성분들 및 설비를 생산하기 위한 이러한 감소된 평가 비용들로도, 상기 비용은 E-Band 서비스들을 원하는 가정 내 사용자들에 대해 실용적인 옵션들(visible option)을 제공하지 않는다. 따라서, E-Band 무선 링크가 광섬유 연결에 대한 현실적인 대안이 되도록 기여할 수 있는 시스템들, 프로세스들, 회로 및/또는 성분들을 개발하여, 1-기가비트 인터넷 액세스와 같은 E-band 서비스들이 예를 들어, 소규모 사업 또는 가정 내 사용자에게 전달되기에 충분할 만큼 비용이 감소되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 다운링크에서 초고속 송신율로 서비스들을 전달하는 것에 대해 광섬유 T1/E1 백홀(backhaul)에 대한 대안인 무선 링크를 실현을 가능하게 하는 변조 방법, 전송 방법, 및 송신기 회로를 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 무선 링크를 통한 전송을 위해 처리될 원하는 중간 신호를 얻도록 입력 신호를 변조하는 방법에 관한 것이다. 상기 처리는, 원하는 중간 신호에 대해 모호 전송 함수(ambiguous transfer function)를 나타내는 주파수 곱셈기 연산처리를 받게 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법에서, 입력 신호가 제공되고, 반송파 주파수로 전송될 상기 처리에 따른 신호가 원하는 중간 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖도록, 원하는 중간 신호에 적용가능한 신호 상태들의 세트가 발생될 수 있다. 입력 신호는 상기 신호 상태들의 발생된 세트를 갖는 원하는 중간 신호를 얻도록 I 및 Q 기저 대역 신호들에 따라 변조될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예는 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 무선 링크를 통해 데이터를 송신하는 송신기 회로 및 방법에 관한 것이다. 주파수 신시사이저(frequency synthesizer)는 변조를 위해 사인곡선 신호(sinusoidal signal)를 입력할 수 있고, 디지털 프로세서는 원하는 변조된 기저 대역 신호에 적용가능한 신호 상태들의 세트를 발생할 수 있다. 사인곡선 신호는 발생된 신호 상태들의 세트를 갖는 원하는 변조된 기저 대역 신호를 얻도록 I 및 Q 기저 대역 신호들에 따라 I/Q 변조기에서 변조될 수 있다. 혼합기(mixer)는 상기 변조된 기저 대역 신호를, 이후 대역 외 성분들을 제거하도록 필터링될 수 있고 원하는 신호 레벨로 증폭될 수 있는 중간 주파수(IF) 신호로 업컨버팅(upconvert)할 수 있으며, 입력 신호를 주파수 곱셈기에 제공한다. 주파수 곱셈기에 의해 수행되는 주파수 곱셈기 연산처리는 모호 전송 함수로 특징되지만, 입력 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖고 따라서 원하는 변조된 기저 대역 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖는 출력 신호가 생성된다. 출력 신호는 무선 링크를 통해 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 송신될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 본 명세서에서 다음에 주어지는 상세 설명 및 첨부 도면들로부터 더욱 완벽히 이해되고, 동일한 구성요소들은 동일한 참조 번호들로 나타나며, 첨부 도면들은 설명적 방법으로만 주어지고 따라서 본 발명의 예시적인 실시예에 한정적이지 않다.
다음의 설명이 802.11, CDMA(3G-1ｘEV-DO, 3G-1ｘEV-DV) 및/또는 UMTS 기술들에 기초하는 무선 통신 네트워크들 또는 시스템들에서의 T1/E1과 같은 광섬유 링크의 대안으로서 계획된 무선 PTP(point-to-point) 또는 PTM(point-to-multipoint) 링크에 대한 것이고, 본 예시적 컨텍스트에서 설명된다고 할지라도, 본 명세서에서 기술되고 도시되는 예시적 실시예들은 단지 설명적 의미일 뿐 어떠한 방법으로도 제한적이지 않음을 유의한다. 상기한 바와 같이, 앞으로 상기 네트워크들 또는 시스템들을 대체하거나 함께 사용되도록 의도되고, 다양한 개발 단계들에 있는 상기한 것 이외의 기술들에 기초하는 무선 통신 시스템들 및 네트워크들에 대한 어플리케이션을 위한 다양한 변형들이 당업자들에게 명백해진다.
본 발명의 예시적인 실시예들은, 적어도 초당 10 메가비트(Mbps)부터 10 기가비트(Gbps) 이상의 속도까지도 가능한 데이터 전송률로 다운링크 사용자들에게 데이터를 제공하도록 E1/T1 백홀 링크들을 대체할 수 있는 E-band 무선 링크들을 제공하기 위해, 76 내지 77 GHz에서 동작하는 자동차용 레이더 시장에서 사용되는 다기능 W-band 송수신기와 같이 기존의 다기능 송수신기의 변형을 계획한다. 따라서, 일 동기는 비용 절감적인 E-band 무선 링크를 실현하기 위해 상기 자동차용 레이더 형태의 시스템들 또는 어플리케이션들로부터의 회로 성분들과 같은 기존 상용 성분들을 사용하기 위한 것이다.
변형된 다기능 송수신기는 상술된 W-band 송수신기로부터 기존의 수신기 구조를 사용할 수 있지만, 변형된 송신기 회로와 함께 구성된다. 따라서, 변형된 송신기 회로는 실질적으로 측정된 비용보다 감소된, 예를 들어 약 $700의 비용으로 제조될 수 있는, 제안된 E-band 송수신기 시스템의 부분으로서 제작될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 무선 링크를 제공할 수 있는 송수신기를 위한 예시적인 송신기 회로의 블록도이다. 단지 예시적 목적으로, 발생된 신호들은 다음의 예시적 주파수들 및 전력들에서 설명되고, 상기 신호들은 당업자들의 지식과 일관되게 다른 주파수들 및 전력들에서 획득될 수 있음이 이해된다.
도 1을 참조하여, 전송기 회로(100)는 다양한 디지털 데이터 처리들을 수행할 수 있는 디지털 프로세서(105)를 포함한다. 디지털 프로세서(105)는 예를 들어, 디지털 신호 프로세서 및 디지털 로직으로서, 하나 이상의 ASIC(application specific integrated circuits)로서 또는 당업자에게 공지된 디지털 데이터의 어떠한 다른 프로세서들로서 구성될 수 있다.
단지 예시적 목적으로, 도 1은 E-band 내의 반송파 주파수로 송신 신호를 출력하도록 기저 대역 신호를 변조하고, 따라서 적어도 초당 10 메가비트(Mbps)에서 아마도 초당 10 기가비트(Gbps) 이상의 속도까지 가능한 데이터 전송률로 다운링크 사용자들에게 데이터를 제공하기 위해 무선 링크를 제공하는 것에 대해 설명된다. 상기 예에서, 반송파 주파수는 예시적인 18 dBm의 전력으로 76.5 GHz의 신호 주파수가 될 수 있고, 예시적 실시예들은 E-band 내의 다른 반송파 수파수들 및 심지어 더 높은 주파수들에서 송신 신호들을 발생하는 것을 계획한다는 것이 이해된다. 76.5 GHz 반송파 주파수의 직접 변조는 실질적으로 (거의 보상될 수 없는) 높은 변환 손실과 함께 수행되기 때문에, 도 1은 두 병렬 모듈 체인들이 (또한 원하는 중간 신호로서 나타나는) 변조된 기저 대역 신호(125)를 두 체인들로부터의 변조된 기저 대역 신호들이 가산기(summer; 120)에서 가산된 결과로서 제공하는 변형된 수퍼 헤테로다인(super heterodyne)식의 접근을 도시한다.
디지털 프로세서(105)는 한 쌍의 변조기 체인들의 각각에 대해 디지털 클록 신호(106) 및 시리얼 데이터 버스 신호(107)를 발생한다. 디지털 클록 신호(106)는 각각의 체인에서 디지털 주파수 신시사이저(110a/110b)에 대한 주파수 표준으로서 사용되고, 예를 들어, 송신기 회로 성분들을 포함하는 칩에서 데이터에 대한 클록들을 설정하도록 사용된다. 시리얼 데이터 버스 신호(107)는, 원하는 주파수에 대해 주파수 신시사이저(110a 또는 110b)로부터의 주파수 출력을 설정하도록 대응하는 디지털 주파수 신시사이저(110a 또는 110b)를 프로그래밍하기 위해 사용될 수 있다. 디지털 주파수 신시사이저(110a 또는 110b)는 예를 들어, Analog Devices, Inc.의 모델 ADF4213 주파수 신시사이저와 같은 상용 성분에 적용가능할 수 있다. 따라서, 각각의 주파수 신시사이저(110a 또는 110b)는 원하는 주파수로 사인곡선 신호를 출력한다.
각각의 체인은 상술된 디지털 신시사이너(110a 또는 110b) 및 I/Q 변조기(115a 또는 115B)를 포함한다. 디지털 프로세서(105)는 디지털 클록 신호들 및 시리얼 데이터 버스 신호들을 각각의 디지털 신시사이저(105A/105B)에 입력하는 것 외에도, I 및 Q 기저 대역 변조 신호들을 각각의 I/Q 변조기들(115a 및 115b)에 제공한다. 송신기 회로(105)는 디지털 클록(106), 데이터 버스 신호(107) 및 기저 대역 I 및 Q 신호들을 독립적으로 발생하도록 (둘 이상의 ASIC들, 디지털 로직 성분들 등과 같은) 다중 디지털 프로세서들(105)과 함께 구성될 수 있음을 이해한다. I/Q 변조기(115a 또는 115b)는 예를 들어, ATMEL에 의해 제작된 모델 T0790 700-2700 MHz Direct Quadrature Modulator와 같은 상용 디바이스일 수 있다.
I/Q 변조기들(115a 및 115b)의 출력인 변조된 기저 대역 신호들은 변조된 기저 대역 신호(원하는 중간 신호)를 제공하기 위해 가산기(120)에서 가산된다. 상기 예에서 변조된 기저 대역 신호는 예를 들어, 2.1 MHz의 주파수 및 7 dBm의 전력에 있을 수 있고, 이것은 단지 예시적인 기저 대역 신호들이고 다른 주파수들 및 전력들이 이용될 수 있음을 이해한다.
변조된 기저 대역 신호(125)는 혼합기(130)에서 중간 주파수(IF; 132)로 업컨버팅될 수 있다. 상기 예시적인 실시예에서, 혼합기(130)의 출력인 IF 신호(132)는 예를 들어, 38.25 GHz의 주파수 및 -14 dBm의 전력에 있을 수 있고, UMS(United Monolithic Semiconductor)의 CHV2240, S.A.S에 대해, 2.1 MHz의 변조된 기저 대역 신호(125)를 갖는 지역 발진기(local oscillator; 135)로부터의 지역 발진 신호(local oscillation signal)를 36.15 GHz에서 혼합함으로써 획득될 수 있다. 혼합기(130)는 예를 들어, TLC Procision Wafer Technologies, Inc.에 의해 제작된, 모델 TLCMR 2981와 같은 상용 성분일 수 있다.
혼합기(130)로부터 출력된 IF 신호(132)는 대역 외 신호 성분들이 억제되도록 적용가능한 대역 통과 필터(BPF; 140)에 입력될 수 있다. 상기 예에서, 대역 통과 필터(band pass filter)는, 필터링된 IF 신호를 출력하도록 38.25 GHz의 대역 통과 주파수 및 대역폭(△f = 2 GHz)에 있을 수 있다. BPF(140)와 같은 것은 예를 들어, 인쇄 회로 기술로 실현될 수 있다. 선택적으로, 저역 통과 필터는 예를 들어, 가산기(120)와 혼합기(130) 또는 그 외에도 BPF(140)의 사이에 위치할 수 있다. 대안적으로, BPF(140)는 전력 증폭기(150) 뒤에 위치할 수 있다.
혼합기(130) 및 가산기(120)로 인한 손실들을 보상하기 위해, 전력 증폭기(150)는 통합 주파수 곱셈기(160)에 제공하기 위해 필요한 신호 레벨을 발생할 수 있다. 전력 증폭기(150)는 UMS의 모델 CHA2094b 36 내지 40 GHz Low Noise High Gain Amplifier와 같은 상용 성분들일 수 있다. 상기 예에서, 주파수 곱셈기(160)는 주파수 더블러(frequency doubler)일 수 있다. 주파수 곱셈기는 UMS의 모델 CHU3277 W-band Multi-function Multiplier와 같이 칩 형태로 구성될 수 있다. CHU3277은 출력에서 병렬로 결합된 두 W-band 체인들 및 입력 버퍼/전력 디바이더를 통합하는 W-band 모놀리식 다기능(monolithic multifunction)이다. 각각의 체인은 변조된 반송파에 대해 송신 전력을 제공하도록 주파수 곱셈기 및 4-단계 중간 전력 증폭기를 포함한다.
주파수 곱셈기(160)로부터의 신호 출력은 예를 들어, 18 dBm의 예시적인 송신 전력으로, 76.5 GHz의 반송파 주파수로 전송을 위해 적용가능한 안테나 또는 혼(horn; 170)에 직접적으로 제공될 수 있는 변조된 반송파이다. 안테나(170)는 FCC 방출 기준(emissions regulations)에 따르는 수단으로 링크 거리를 통해 변조된 반송파를 송신할 수 있는 어떠한 평면, 등각(conformal) 또는 안테나 형태일 수 있다. 상기 안테나들은 예를 들어, 원형 혼들(circular horns), 프라임 포커스, 오프셋 파라볼라 안테나들 및 평면 슬롯 어레이들을 포함할 수 있다. 한 개의 안테나가 송신 및 수신 동작들의 양측에 대해 사용되거나, 복수개의 안테나들이 단일 송수신에서 예를 들어, 공간 다이버시티를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 송신기 회로 내에서 주파수 곱셈기 연산처리(frequency multiplier operation)를 받게될 수 있는 원하는 중간 신호를 얻기 위한 입력 신호의 변조 방법을 도시하는 위상도이다. 도 2는 일반적으로 주파수 곱셈기의 사용으로 인한 심각한 신호 일그러짐이 어떻게 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 감소되거나 회피될 수 있는지를 도시하도록 설계되었다.
디지털 프로세서(105)는 원하는 변조된 기저 대역 신호(125)에 적용가능한 신호 상태들의 세트를 발생할 수 있다. 예를 들면, 디지털 프로세서(105)는 상기 신호들을 I 및 Q 기저 대역 신호 입력들로서 I/Q 변조기들(115a/115b)에 송신하기에 앞서, 주어진 (제 1) 변조 방식의 디지털 신호 상태들을 다음의 (제 2) 상위 변조 방식의 이용가능한 신호 상태들 중 적어도 일부의 상태들로 매핑하도록 사용될 수 있다. 이것에 대한 우선적인 고려사항은 원하는 변조된 기저 대역 신호(125)(원하는 중간 신호)를 얻도록, 신호 위상 상태들 상의 주파수 곱셈기(160)의 영향들이 고려되어야 한다는 것이다. 바꾸어 말하면, 디지털 프로세서(105)는 원하는 변조된 기저 대역 신호(125)에 대해 적용가능한 신호 상태들의 세트를 발생하도록 여기될(excited) 필요가 있는 (때때로 다음에서 신호 상태들로서도 나타나는) 다른 위상 상태들을 결정하기 위한 비교적 단순한 방식 또는 알고리즘을 반복(iterate)할 수 있다.
증폭된 IF 신호에 대해 주파수 곱셈기 연산처리를 받게 하는 주파수 곱셈기(160)는 '모호' 전송 함수로 특징된다. 따라서, 변조는 주파수 곱셈기(160)의 변조된 반송파 출력이 원하는 변조된 기저 대역 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖는 것과 같이 수행되어야 한다. 이것은 다음에, 주파수 곱셈기(160)에 의해 나타나는 모호 전송 함수 특징 및 전송 함수들을 일반적으로 설명하기 위한 다음의 설명 이후에 설명된다.
일반적으로, 전송 함수는 시스템, 보조시스템, 또는 설비의 전송 특징들을 설명하는 수학적 문장(statement)이다. 전송 함수는 전송 특징들에 대한 시스템, 보조시스템, 또는 설비의 입력과 출력 사이의 관계로서 특징될 수 있다. 전송 함수가 입력 상에서 동작할 때, 출력이 획득된다. 이러한 세 엔티티들 중 어떠한 둘은 주어지고, 제 3 엔티티는 획득될 수 있다. 단순 전송 함수들의 예들은 전압 이득들, 반사 계수들(reflection coefficients), 전송 계수들, 및 효율비들(efficiency ratios)이다. 복합 전송 함수의 예는 포락선 지연 일그러짐(envelope delay distortion)이다.
주파수 곱셈기(160)와 같은 주파수 곱셈기들에서, 그것에 입력된 신호들은 비선형 또는 '모호' 전송 함수들에 인가된다. 비선형 전송 함수와 같은 것은 a, b, c, d,...들이 푸리에 계수들인, y' = a＋b*y＋c*y2＋d*y3＋...의 푸리에 확장에 의해 표현될 수 있다. 입력 신호 진폭은 상기 계수들의 가중치를 결정한다. 예를 들면, 상기한 주파수 더블러 칩과 같은 주파수 곱셈기(160)는 y' = c*y2 의 2차적 특성(quadratic characteristic)을 갖는다. y = sin(2πft)는 주파수(f) 및 위상(p)과 함께 입력 사인곡선 신호로서 더블러 칩의 전송 함수에 인가되고, 출력 신호는 y' = c*sin2(2πft＋p)=1/2*c*(1－cos(2πftㆍ2ft)＋2p))가 된다. 일반적으로 필터(140)와 같은 고속 필터에 의해 필터링되는 상수 부분과는 별개로, 더블링된 주파수의 나머지 사인곡선 신호가 중요하다. 본 명세서의 입력 신호는 당연히 이후 상기한 업컨버팅, 필러링 및 증폭 처리들을 받게 하는 변조된 기저 대역 신호(125)이다. 상기 동작에 의해 더블링되는 주파수 외에도, 위상 제한(phase limitation)(0 내지 360˚)으로 인해 그 자체가 모호 동작인 입력 신호의 위상각이 더블링된다. 따라서, 주파수 곱셈기(160)의 전송 함수는, p 또는 p+180˚가 전송 함수로 처리되었는지에 대한 정보가 더블러 칩에 의해 수행되는 동작에서 분실되기 때문에 모호해진다.
따라서, 주파수 곱셈기(160)는 송신기 회로(100)에서 비선형 디바이스이므로, 종래 변조 방식들의 어플리케이션은 실질적으로 제한된다. 진폭 편이 방식 변조(amplitude shift keying modulation)만이 생각한 바와 같이, 심한 신호 일그러짐을 받지 않고 통과할 수 있다. 디지털 무선 전송 링크들에 대해 원하는 변조 방식들인 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK(8-ary Phase Shift Keying) 또는 잡음 레벨에 따라 X가 64, 128, 등인 X-QAM(X-Quadrature Amplitude Modulation)와 같은 다른 변조 방식들에 대해, 송신 체인에서의 (주파수 더블러와 같은) 주파수 곱셈기(160)의 사용은 신호 상태의 회복-불가 일그러짐들에 이르게 한다.
그러나, 본 발명자들은 상기 문제점이 일 변조 방식의 디지털 신호 상태들을 다음의 더 높은 변조 방식의 이용가능한 신호 상태들 중 절반의 상태들로 사전-매핑함으로써 해결될 수 있음을 발견했다. 이것은 QPSK 변조에 대한 매핑 기술과 같은 것을 도시하는 도 2를 참조하여 설명된다.
이제 도 2를 참조하면, 각각의 점(dot)은 송신될 디지털 데이터의 데이터 포인트를 나타낸다. 예를 들면, 각각의 점은 두 디지털 비트들(즉, 11)을 나타낸다. 도 2에서, 짙은 점들(solid dots)은 입력 기저 대역 신호(즉, 상기한 업컨버팅, 필터링 및 증폭 처리들 이후 변조된 기저 대역 신호(125))의 디지털 데이터에 대한 신호 상태들을 나타내고 옅은 점들(hollow dots)은 이후 주파수 곱셈기(160)를 통과하는 디지털 데이터에 대해 이용가능한 신호 상태들을 나타낸다(즉, 변조된 반송파). 송신될 디지털 워드(즉, 송신되어야 하는 비트들)에 따라, 원하는 변조된 기저 대역 신호(125)는 도 2에 도시된 바와 같이, 0도, 45도, 90도, 또는 135도의 위상 상태들로 가정한다. 상기 위상 상태들은 신호가 주파수 곱셈기(160)에 도달하기 전까지 변화되지 않고 남겨진다. 상기 예에서, 곱셈기(160)는 주파수 더블러로서 구성된다.
더블러는 2차적 특성을 가지므로, 모든 위상값들은 주파수를 더블링하는 업-컨버팅 처리에서 더블링되고, 그 결과 종래 QPSK 위상 상태들(옅은 점들 참조)에 투입(project on)된다. 따라서, 전송에 대해 원하는 신호는 그 결과로 종래 QPSK 수신기 구조들과 함께 복구될 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 2에 도시된 바와 같이 매핑은 주파수 곱셈기(160)의 출력인 변조된 반송파가 입력 기저 대역 신호에 대해 실질적으로 비-선형 관계를 갖도록 반송파 주파수로 안테나(170)를 통해 송신될 수 있도록 하고, 따라서 원하는 변조된 기저 대역 신호(125)가 그 결과로 종래 변조 방식들을 사용함으로써 발생될 심한 일그러짐에 대한 문제를 극복할 수 있도록 한다.
QPSK에 대한 상기 매핑(사전-매핑) 특징은 또한 상위 변조 방식들에 대해서도 작용한다. 예를 들면, m-PSK 변조는 2m-PSK 신호 상태들의 제 1 절반을 제공함으로써 발생될 수 있다. 게다가, X-QAM 변조 방식들은 진폭 상태들이 또한 원하는 고조파(harmonic)에 대해 푸리에 계수(예컨대, c=f(y))에 따른 입력 신호 레벨에 따라 사전-매핑될 수 있는 경우에 생각될 수 있다. 이것은 예를 들어, 종속성(c=f(y))을 평가 또는 측정함으로써 완료될 수 있다.
따라서, 상기한 W-band 송수신기와 같은 다기능 송수신기는 송신기 회로(100)를 포함하도록 구성될 수 있다. 송신기 회로(100)는 71 내지 76 GHz, 81 내지 86 GHz 및 92 내지 95 GHz 대역들 중 하나 이상의 대역들로 무선 링크를 제공하도록 상기한 예시적 변조 방법에서 설명한 바와 같이 입력 신호를 변조하는 것에 대해 적응된다.
본 명세서에서 설명한 변조 및 전송 방법들은 주파수 곱셈기들과 관련하여 사용되는 이용가능한 변조 방식들을 통해 몇몇의 이점들을 제공할 수 있다. ASK 변조 방식들에 비교하면, 2PSK 변조 방식은 잡음비에 대해 3dB 증가된 신호를 제공한다. 상위 변조 방식들은 동일한 스펙트럼 대역폭 내에서 더 많은 정보가 송신될 수 있음을 의미하는, 더 높은 스펙트럼 효율을 제공한다.
본 명세서에서 상기한 방법들 및 회로 구조는, T1/E1에 대해 75 GHz에서 무선 링크 수행을 제공하고 기상 요인들에 따라 1.25 Gbps 전이중(full duplex) 대역폭들 및 적어도 2 마일의 범위에서의 E-band에서 더욱 뛰어난, 가격 경쟁력있는 무선 링크 솔루션을 실현가능하게 한다.
따라서 설명되는 본 발명의 예시적 실시예들에서 동일한 것이 많은 방법들로 다양화될 수 있음이 명백하다. 상기 변형들은 본 발명의 예시적인 실시예들의 의도 및 범위를 벗어날 것으로 의도되지 않고, 당업자들에 명백해지는 바와 같이 모든 상기 변형들이 다음 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
오늘날의 고속의 홈 케이블 모뎀 및 DSL(Digital Subscriber Line) 서비스를 개선할 수 있는, 고주파수 스와쓰 스펙트럼은 예를 들어, 고속, PTP 무선 지역 네트워크들 및 동작들, 및 광대역 인터넷 액세스와 같은 혁신적인 제품들 및 서비스들의 폭넓은 범위를 제공하기 위해 결국 초고속 데이터 통신에 필수적이지만, E-Band 링크를 지원하는 회로, 성분들 및 설비를 생산하기 위한 이러한 감소된 평가 비용으로도, E-Band 서비스들을 원하는 가정 내 사용자들에 대해 실용가능한 옵션들을 제공하지 않는다.
본 발명을 통해, E-Band 무선 링크가 광섬유 연결에 대한 현실적인 대안이 되도록 기여할 수 있는 시스템들, 프로세스들, 회로 및/또는 성분들을 개발하여, 1-기가비트 인터넷 액세스와 같은 E-band 서비스들이 예를 들어, 소규모 사업 또는 가정 내 사용자에게 전달되기에 충분할 만큼 비용이 감소되도록 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 무선 링크를 제공할 수 있는 송수신기를 위한 예시적인 송신기 회로의 블록도.
도 2는 도 1의 송신기 회로 내에서의 주파수 곱셈기 연산처리(frequency multiplier operation)를 받게될 원하는 중간 신호를 얻도록 입력 신호를 변조하는 방법을 도시하는 위상도.

Claims (10)

  1. 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 무선 링크를 통한 전송을 위해 처리될 원하는 중간 신호를 얻도록 입력 신호를 변조하는 방법으로서,
    상기 처리는 상기 원하는 중간 신호에 대해, 모호 전송 함수(ambiguous transfer function)를 나타내는 주파수 곱셈기 연산처리(frequency multiplier operation)를 받게 하는 단계를 포함하는, 상기 입력 신호 변조 방법에 있어서:
    변조를 위해 입력 신호를 제공하는 단계;
    상기 처리에 따른 상기 반송파 신호가 상기 원하는 중간 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖도록, 상기 원하는 중간 신호에 적용가능한 한 세트의 신호 상태들을 발생하는 단계; 및
    상기 발생된 신호 상태들의 세트를 갖는 상기 원하는 중간 신호를 얻도록 I 및 Q 기저 대역 신호들에 따라 상기 입력 신호를 변조하는 단계를 포함하는, 입력 신호 변조 방법.
  2. 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 무선 링크를 통해 데이터를 송신하는 방법에 있어서:
    변조를 위해 사인곡선 신호(sinusoidal signal)를 입력하는 단계;
    원하는 변조된 기저 대역 신호에 적용가능한 한 세트의 신호 상태들을 발생하는 단계;
    상기 발생된 신호 상태들의 세트를 갖는 상기 원하는 변조된 기저 대역 신호를 얻도록 I 및 Q 기저 대역 신호들에 따라 상기 사인곡선 신호를 변조하는 단계;
    상기 원하는 변조된 기저 대역 신호에 기초하여 입력 신호를 형성하는 단계;
    상기 입력 신호에 대해 실질적으로 비-모호(non-ambiguous) 관계를 갖는 상기 반송파 주파수로 출력 신호를 생성하도록, 상기 입력 신호에 대해 모호 전송 함수로 특징되는 주파수 곱셈기 연산처리를 받게 하는 단계; 및
    상기 무선 링크를 통해 상기 원하는 주파수 대역 내의 상기 반송파 주파수로 상기 출력 신호를 송신하는 단계를 포함하는, 데이터 송신 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원하는 주파수 대역은 71 내지 76 GHz, 81 내지 86 GHz 및 92 내지 95 GHz 대역들의 주파수 스펙트럼을 포함하는, 입력 신호 변조 또는 데이터 송신 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발생 단계는, I 및 Q 변조 신호 입력들을 상기 변조 단계에 제공하도록 제 1 변조 방식의 신호 상태들을 제 2 상위 변조 방식의 다수의 이용가능한 신호 상태들 중 적어도 일부분의 상태들로 매핑하는 단계를 포함하는, 입력 신호 변조 또는 데이터 송신 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 변조 단계는 상기 입력 신호를 직각(quadrature)으로 변조하는 단계를 더 포함하는, 입력 신호 변조 또는 데이터 송신 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 변조 단계는 상기 입력 신호를 위상 및 진폭으로 변조하는 단계를 포함하는, 입력 신호 변조 또는 데이터 송신 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 곱셈기에 입력되는 상기 원하는 중간 신호의 신호 상태들에 실질적으로 대응하는, 상기 주파수 곱셈기로부터 출력되는 상기 송신될 신호의 신호 상태들에 의해 명백하게, 상기 송신될 신호는 상기 원하는 중간 신호에 대해 실질적으로 비-모호(non-ambiguous) 관계를 갖는, 입력 신호 변조 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 주파수 곱셈기에 입력되는 상기 입력 신호의 신호 상태들에 실질적으로 대응하는, 상기 주파수 곱셈기로부터 출력되는 상기 신호의 신호 상태들에 의해 명백하게, 상기 출력 신호는 상기 원하는 변조된 기저 대역 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖는, 데이터 송신 방법.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 형성 단계는:
    상기 변조된 기저 대역 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 업컨버팅(upconvert)하는 단계;
    대역 외 성분들(out-of-band components)을 제거하도록 상기 IF 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 입력 신호를 제공하도록 상기 필터링된 IF 신호를 원하는 신호 레벨로 증폭하는 단계를 포함하는, 데이터 송신 방법.
  10. 원하는 주파수 대역 내의 반송파 주파수로 무선 링크를 통해 데이터를 송신하기 위한 송신기 회로(100)에 있어서:
    변조를 위해 사인곡선 신호를 입력하기 위한 적어도 하나의 주파수 신시사이저(frequency synthesizer; 110a);
    원하는 변조된 기저 대역 신호에 대해 적용가능한 한 세트의 신호 상태들을 발생하기 위한 디지털 프로세서(105);
    상기 발생된 신호 상태들의 세트를 갖는 상기 원하는 변조된 기저 대역 신호(125)를 얻도록 I 및 Q 기저 대역 신호들에 따라 상기 사인곡선 신호를 변조하기 위한 적어도 하나의 변조기(115a);
    상기 변조된 기저 대역 신호를 중간 주파수(IF) 신호(132)로 업컨버팅하기 위한 혼합기(mixer; 130);
    대역 외 성분들을 제거하도록 상기 IF 신호를 필터링하기 위한 필터(140);
    입력 신호를 제공하도록 상기 필터링된 IF 신호를 원하는 신호 레벨로 증폭하기 위한 증폭기(150);
    상기 입력 신호에 대해 실질적으로 비-모호 관계를 갖는 상기 반송파 주파수로 출력 신호를 생성하도록, 상기 입력 신호에 대해 모호 전송 함수로 특징되는 주파수 곱셈기 연산처리를 받도록 하는 주파수 곱셈기(160); 및
    상기 원하는 주파수 대역 내의 상기 반송파 주파수로 상기 무선 링크를 통해 상기 출력 신호를 송신하기 위한 안테나(170)를 포함하는, 송신기 회로.
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