KR20060005046A - 초광대역 송수신 시스템의 잡음 제거 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UWB 송수신 시스템에 관한 것으로서, UWB 송수신기에서 자신의 송신기에서 발사된 신호가 수신단으로 되먹임 되는 신호를 줄여 송수신기의 Noise를 감소시키고 SNR을 향상시키는 장치 및 방법을 제공한다. 송신기에서 발사된 신호와 수신기에 수신된 신호를 비교하여 두신호의 차이를 계산하고, 송신기 출력 신호의 시간지연과 크기의 계산하여 송신기의 출력신호의 위상과 시간지연, 크기를 결정한다. 이 결정된 신호는 수신기의 수신된 신호에서 감산되어 송신기에서 발생한 신호가 수신단으로 유입되는 것을 줄인다. 또한 UWB 송수신기에서 송신기의 사용 클럭과 수신기의 사용클럭 위상을 변화하거나 동작 시간을 다르게 하여 클럭에 의하여 발생한 노이즈를 각각의 송신기, 수신기에 영향을 주지 않도록 하여 노이즈를 줄일 수 있다.

UWB, 간섭, 피드백, 위상차, 진폭차, 잡음

Description

초광대역 송수신 시스템의 잡음 제거 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR NOISE ELIMINATION OF UWB TRANCEIVER SYSTEM}

도 1은 본 발명이 적용되는 UWB 송수신 시스템의 기본 구조를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 UWB 송수신 시스템의 수신 신호에 대한 아날로그-디지털 변환 특성을 도시한 도면.

도 3는 도 1에 도시된 UWB 송수신 시스템의 Rake 상관기의 세부 구성도.

도 4는 본 발명이 적용되는 UWB 송수신 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 송신 신호 피드백 장치의 구성도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 신호 피드백 장치의 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 수신기 및 송신기의 동작 클럭을 도시한 파형도.

도 8은 도 7에 도시된 동작 클럭에 따른 송수신 신호의 샘플링을 예시한 도면.

본 발명은 본 발명은, 초광대역(Ultra Wide Band)을 이용한 초광대역 무선송신기 및 초광대역 무선수신기와 초광대역 무선 통신 방법에 관한 것이다.

현재 무선 전자/통신 분야에서, 한정된 주파수 자원에 대한 사용 효율성을 극대화하기 위한 세계 각국의 노력에도 불구하고, 주파수 자원에 대한 문제는 매우 심각하다. 이를 해결하기 위하여, 최근에는 기존의 무선 시스템과 주파수 스펙트럼을 공유함으로써, 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 UWB 무선 시스템이 등장하였다.

UWB(Ultra Wide Band) 통신 방식은 500MHz 이상의 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템 또는 Fraction Bandwidth가 20%이상을 사용하는 무선 통신 방식으로 규정되며, RF(Radio Frequency) 반송파 대신 1㎱ 이하로 폭이 좁은 모노 펄스를 이용하여 정보를 전송하는 기술이다.

이러한 UWB 무선 시스템은, 펄스의 성질에 의해 광대역(0㎐∼ 수㎓)에 걸쳐 기저대역 잡음과 같이 낮은 전력 스펙트럼이 존재하기 때문에 현재 사용되고 있는 다른 무선 시스템에 간섭을 주지 않으며, 초광대역의 대역폭을 사용함으로, 일반적인 무선 시스템에 비하여 신호의 전송속도가 증가된다.

또한, UWB 무선 시스템은 기존의 무선 시스템에서 필수적으로 사용되었던 반송파를 사용하지 않으므로, 각각의 주파수대로 송신되는 데이터는 노이즈 정도의 강도밖에는 없게 되므로, 같은 주파수대를 사용하는 무선기기와 혼신(混信)되는 일이 없으며, 송신 장치 및 수신 장치의 소모 전력을 현저하게 감소시킬 수 있다.

더욱이, UWB 무선 시스템은 기저대역 신호를 상향 변조 없이 안테나를 통해 직접 송신하고, 상기와 같이 송신된 신호를 직접 복조하기 때문에 송신 장치 및 수신장 치를 간소하게 구현할 수 있다.

아울러, 펄스 방식의 UWB 송수신기는 단거리에서 초고속의 데이터 전송특성을 가지며, 전송을 이용되는 펄스의 폭이 아주 짧아 고정밀의 위치를 판별할 수 시스템에 응용할 수 있다.

이와 같은 UWB 무선 시스템은 미합중국 특허 제4,641,317호(1987년 2월 3일자 등록), 제4,813,057호(1989년3월 14일자 등록), 제4,979,186호(1990년 12월 18일자 등록), 제5,363,108호(1994년 11월 8일자 등록), 제4,743,906호(1988년 5월 10일자 등록) 및 제5,687,169호(1997년 11월 11일자 등록) 등에 개시되어 있다.

UWB 무선 시스템에서는 데이터 송수신을 위하여 일반적으로 각 비트에 대해 소정 수의 임펄스를 송신하는 반복 부호를 이용하고 있다. 시간주기 T마다 시간을 구획을 나눔으로써 기준시점을 정하고, 이 기준시점으로부터 의사랜덤시간(T1, T2, T3,T4)만큼 떨어진 시간에 있어서, 펄스를 송신한다.

데이터 1을 송신하는 경우, 의사 랜덤 시간 T1에 펄스를 송신하고, 데이터 0을 송신하는 경우, T1+TS(TS는 미리 정해진 시간임)에 펄스를 송신한다. 수신기는, 기준시점으로부터 시간 T1만큼 떨어진 시간에 있어서 펄스를 수신한 경우, 데이터 1을 복조하고, 시간 T1+TS만큼 떨어진 시간에 있어서 펄스를 수신한 경우, 데이터 0을 복조한다.

그런데, UWB 무선 시스템에서 전송을 위해 송신기에서 발생한 신호가 자신의 수신단으로 입력되어 수신 신호와 더해져 수신 신호와의 혼선과 간섭을 발생하며, 경우에 따라 자신의 송신기에 발생된 신호가 수신된 신호보다 커질 수 있다. 이러한 현상은 수신 신호의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 낮게 하고 시 스템의 성능을 열화 시킨다. 또한 송신기가 송출한 신호가 반사되어 일정의 시간 지연을 겪고 되돌아와 수신단의 안테나를 통하여 수신되는 수신 신호의 복원을 방해하여 전송속도의 저하를 가져오는 경우도 발생한다.

UWB 통신 방식과 같이 아주 짧은 펄스파를 이용하는 경우 신호의 펄스의 폭이 아주 짧고 사용되는 신호의 크기가 제한되어 있어 에너지를 얻는 데 한계를 가지고 있으므로, 간섭과 잡음없는 신호의 수신이 성능 향상의 중요한 요소가 된다. 간섭 또는 잡음 등이 작다면, 짧은 펄스를 이용하여 아주 짧은 간격으로 보내는 것이 용이하며, 단위 시간당 많은 펄스 전송이 가능하여 전송 속도를 높일 수 있다.

이러한 UWB 송수신 시스템에서 잡음의 주요 원인은 다음과 같다. 아날로그 회로와 디지털 회로를 동일한 실리콘을 사용할 경우 상호 회로에서 발생한 노이즈 성분이 영향을 미쳐 노이즈의 발생을 증가한다. 한편으로는 송수신기 내부에 사용되는 클럭이나 오실레이터, 내부의 line, 안테나 등에서 신호를 방사하여 혼선과 노이즈를 발생하며, 송신 신호에 의한 수신 신호의 간섭도 상당한 영향을 미친다.

송신 신호의 간섭 문제를 제거 위해 송신기가 신호를 전송할 때에는 수신기는 수신을 하지 않거나 송수신 신호의 대역을 다르게 사용하는 방법을 취할 수 있다. 즉, 송신시에는 수신기의 동작을 꺼서 수신기의 동작을 정지하거나 동작을 최소화하여 수신신호가 송신기에 미치는 영향을 최소화 하고, 데이터의 수신시 송신기의 동작을 최소화하거나 동작을 정지하여 송신기에 의한 영향을 최소화 할 수 있다.

그러나 이러한 방법은 신호전송을 위해 이용되는 한 대역을 분할하지 않고 동시에 사용하는 풀 듀플렉스 방식을 포기하는 것이므로 UWB 송수신 시스템의 성능을 과도하게 제한하게 된다.

본 발명은 UWB 송수신 시스템에서 잡음 성분을 감소시켜 UWB 송수신 시스템의 성능을 향상시키기 위하여, 수신 신호의 잡음에 큰 영향을 미치는 송신 신호의 간섭 현상을 제거 또는 감소시키는 데 있다.

송신기에서 발생한 신호가 수신기에 미치는 영향을 제거하기 위하여 송신기와 수신기의 사이에 연결을 만들어 수신 신호에 위상이 반전된 송신 신호를 더하여 감소시킬 수 있다. 그러나 UWB 송수신기에서 신호의 시간간격이 아주 짧으므로 이 신호의 제거에 정확한 시간과 위상, 크기 조정이 필요하다. 또한 송신기에서 송출되는 송신 신호가 물체에 의해 반사되는 수신단에 입력되는 신호는 그 신호의 크기를 감안하여 수신단에서 제거하여야 좋은 성능을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은 송신 신호의 위상 및/또는 진폭을 보상하는 제어 수단과, 상기 제어 수단에 의해 보상된 송신 신호를 상기 수신 신호에서 감산하는 감산 수단을 포함하는 UWB 송수신 시스템에서 송신 신호에 의한 수신 신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 송신 신호와 수신 신호의 진폭차를 구하는 진폭차 및/또는 위상차 검출 수단과, 상기 검출 수단의 결과에 따라 송신기의 출력신호 진폭을 보상하는 제1 보상 수단과, 송신기 출력신호가 수신단에 입력되는 통계적 특성을 저 장하고 송신 신호의 발생시 시간의 변화에 따라 상기 저장된 값 중 하나를 선택하여 출력하는 메모리와, 상기 메모리로부터의 출력값에 따라 상기 송신기의 송신 신호의 진폭 및/또는 위상을 변화시키는 제2 보상 수단과, 접지와 상기 제1 및 제2 보상 수단으로부터의 출력 중 하나를 선택하여 수신단으로 전달하는 스위칭 수단을 포함하는 UWB 송수신 시스템에서 송신 신호를 수신단으로 피드백하는 피드백 장치를 제공한다.

아울러 본 발명은 무선 통신을 위한 송신기 및 수신기를 포함하는 UWB 송수신 시스템에 있어서, 상기 수신기의 동작 클럭을 생성하는 제1 클럭 발생기와, 상기 송신기의 동작 클럭을 생성하는 제2 클럭 발생기를 포함하고, 상기 제1 클럭 발생기의 출력 클럭과 상기 제2 클럭 발생기의 출력 클럭은 항상 소정의 위상차를 가지며 동작하는 UWB 송수신 시스템을 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 적용되는 UWB 송수신 시스템의 구성과, 본 발명에 따라 송신 신호에 의한 잡음 발생을 억제하기 위한 피드백 장치 및 잡음 제거 장치에 대하여 상세히 설명한다.

UWB 송수신 시스템은 데이터 전송을 위해 신호의 형태를 변환하고 이에 따른 펄스 신호를 송수신한다.

송신단에서는 전송될 데이터가 수신기에서 신호의 수신시 에러를 복원하기 위하여 FEC 에러 정정기에 보내져 부호화 된 후, 순간적으로 발생하는 외부의 영향에 강하게 하기 위해 신호들의 순서를 변환하는 인터리버(interleaver)에 전달된다. 인터리버로부터의 출력은 적절한 변조 방식에 의해 변조되며, 변조 방식의 예 로는 PPM(Pulse Position Modulation), BPSK(Biphase Phase Shift Keying), AM(Amplitude Modulation) 등이 있다. 변조기에서 변조된 신호는 대역을 확산하기 위하여 변조기의 출력속도 보다 같거나 수 십배 빠른 확산 코드에 의해 대역이 확산된다. 이 확산된 신호의 발생에 따라 펄스 신호를 발생시켜 안테나에 입력되고 공중으로 방사된다.

수신단에서는 안테나를 통하여 원하는 대역으로 제한한 후 노이즈 성분은 억압하고 신호는 크게 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)에 보내져 증폭된 후 상관기에 입력되어 수신기에 정해진 PN코드와 비교하여 수신된 신호의 전력을 얻는다. 상관기의 출력은 블록 디인터리버를 통과하여 한 후 비터비 디코더 입력신호로 이용되어 복호과정을 거치고 정보 데이터들을 생성해낸다.

도 1 은 전술한 송수신 동작을 수행하는 UWB 송수신기의 기본 구성도로서, 도시된 UWB 송수신 시스템은 대역 통과 필터(Band Pass Filter; BFP), LNA, 상관기, 타이밍 생성기, 펄스 발생기 & 파형 쉐이퍼, 아날로그-디지털 변환기, 직접 대역 확산기(Direct Spread Spectrun)과 신호 처리기를 포함한다. 이하, UWB 송수신기의 각 구성 요소의 구체적인 동작에 대해 설명한다.

가. 대역 통과 필터(Band Pass Filter; BPF)

대역 통과 필터는 UWB 송신기가 사용하는 대역에 맞게 송신 신호의 대역을 제한하여 안테나를 통하여 신호를 방사하는데 사용되며, 아울러 수신기에서 안테나를 통하여 수신된 신호에서 UWB 펄스신호의 대역 외 불요 잡음을 제거하여 원하는 대역의 신호만을 필터링하는 역할을 수행한다.

나. 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)

안테나로부터 펄스 형태의 아날로그 UWB 펄스를 수신하여 신호의 크기를 증폭한다. 수신된 신호 중에 신호의 성분은 증폭을 하며 노이즈 성분의 가능한 억압하여 신호성분의 크기를 크게 한다. UWB 펄스 신호는 잡음에 가장 민감하므로 LNA를 사용하여 잡음지수를 최소한으로 낮게 한다. LNA내에서 초단 증폭기의 잡음은 아래 나타낸 것처럼 시스템에 그대로 전달된다.

여기서,

은 입력 신호대 잡음전력비,

은 출력 신호 대 잡음전력 비이다.

다. 상관기(Correlator), 타이밍 생성기(Timing Generator)

수신기에 수신된 신호는 상관기를 통하여 신호의 에너지가 구해지는데, 에너지는 송신된 신호와 수신된 신호의 동기가 맞추어져야 최대값을 갖게 되며 최대의 수신 전력을 얻을 수 있다. 정확한 동기는 신호간의 간섭를 방지하고 SNR를 크게하여 에러를 감쇄한다.

라. 펄스 발생기 & 파형 쉐이퍼(Shaper )

확산코드에 의해 확산된 신호에 따라 펄스를 발생한다. 코드들은 안테나를 통하여 공중으로 발사된다. 변조된 펄스들은 펄스 쉐이핑 필터(pulse shaping filter)를 통과하여 칩(chip) 사이의 간섭을 방지한다. 예를 들어 30%의 초과대 역을 갖는 root raised cosine LPF를 이용할 수 있다. 필터 컷 오프 주파수(-3dB)는 Fchip/2이다. root raised cosine 필터의 주파수 전달함수는 다음과 같다.

펄스 생성기는 시퀀스 생성기(Sequence generator)와 클럭 제어기(Clock controller)의 클럭을 이용하여 펄스의 발생 시간을 정하며 좁은 시간폭의 펄스를 생성한다. 시퀀스 생성기(Sequence generator)는 PN 생성기이다.

마. ADC(Analog Digital Converter)

대역제한된 아날로그 신호는 나이키스트 샘플링 주파수 이상의 샘플링 주파수로 동작하는 A/D 변환기를 거쳐 샘플링 및 양자화된 디지털 출력신호를 발생시킨다. 도 1에는 ADC가 상관기 후단에 배치된 것으로 도시되었으나, ADC의 위치는 상관기의 전단에도 배치될 수 있다. 즉, 상관기가 아날로그 형이면 도 1에서와 같이 상관기의 후단에 배치되고, 상관기가 디지털 형이면 상관기의 전단에 배치된다.

A/D 변환에서 아날로그 신호를 양자화를 시킬 때 입력신호

와 양자화된 출력신호

간에 아래와 같이 양자화 잡음

이 발생된다.

따라서, A/D 변환을 할 때는 도 2에 도시된 바와 같이 입력신호의 동적 구간(dynamic range)를 양자화기의 동적 구간에 맞추기 위해 앞단에 자동 이득 제어기(Automatic Gain Controller; AGC)를 삽입하여 사용한다.

바. 직접 대역 확산기(Direct Spread Spectrum)

전송 되어질 심볼은 PN-code와 곱셈되어 신호의 대역이 확산된다. 입력된 신호 심볼 속도는 수배 내지 수십배 빠른 속도의 신호를 출력하게 된다.

사. 신호처리부

1)변조기, 복조기

입력신호를 전송하기 위하여 입력 데이터의 따라 신호의 크기를 이용하여 변조하는 AM(amplitude modulation), 신호의 시간을 이용하여 변조하는 PPM(Pulse Position Modulation), 위상을 이용하여 변조하는 PM(Phase Modulation), 주파수를 변이시키는 FSK(Frequency Shift Keing), 및 이들을 혼합하여 신호를 변조하는 방식이 있다. 복조는 변조의 역 수순으로 실행하여 수신된 위상, 크기, 등으로부터 전송한 신호를 복원한다.

2) 채널 추정기(Channel estimator)

채널 추정기는 입력신호를 이용하여 채널의 위상과 이득을 예측하여 예측 값들을 Rake 상관기로 보내준다.

채널 추정 기법은 여러 가지가 있으나, 그 중 파일롯 심볼 이용(Pilot Symbol Assisted; PSA) 채널 추정 기법을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 하나의 슬롯은 N(=Np+Nd)개의 심볼로 구성되는데, 앞부분에 Np개의 파일럿 심볼을 삽입 하고 나머지 Nd개를 데이터 심볼을 삽입하며, 미리 알고 있는 Np개의 파일럿 심볼을 이용하여 수신부에서 각 경로의 채널계수를 예측한다.

L개의 다중경로가 존재하는 채널에서의 각 경로의 채널계수가

일때 수신신호를 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서, s(t)는 송신신호,

는 잡음신호를 나타낸다.

수신기에서, l번째 경로의 n번째 슬롯에 대한 채널예측 계수

는 Np개의 수신 파일롯 심볼을 아래의 수학식 5를 이용하여 평균화함으로서 구할 수 있다.

여기서

은 n번째 슬롯의 m번째 심볼에 대한 matched filter출력 신호이다.

3) Rake 상관기

Rake 상관기는 채널 추정기에서 보내는 채널의 주파수와 위상정보를 이용하여 수신된 UWB 펄스와 템플릿 펄스 생성기로부터 생성되는 템플릿 펄스를 동기시켜 두 신호간의 상관 값을 계산해낸다. Rake 상관기는 W[Hz]의 대역폭을 가지는 PN 코드로 주파수 확산된 광대역 신호를 1/W (=TC)의 시간차로 상관기를 통해 수신하게 되면 독립적으로 채널에 영향을 받은 협대역 신호들을 얻을 수 있다. Rake 상관기는 이렇게 얻은 각 경로의 신호들을 최대비 합성(Maximal Ratio Combining; MRC) 을 함으로써 판정기에서 신호 대 잡음비를 최대로 해줄 수 있다.

상관을 취할 때 시퀀스 동기를 맞추어야 하는데, 시퀀스 동기 방식 중 단일적분 직렬 동기 획득 방식의 예를 들어 보면, 도 3에 도시된 바와 같이 수신기에 수신신호와 수신기의 시퀀스를 곱한 다음, 이것을 LTc만큼 적분하고나서 임계치와 비교하는 방식을 취한다. 이때, 적분된 값이 임계치보다 크게 되면 동기획득이 선언되고, 그렇지 않으면 다음 시퀀스의 위상으로 탐색을 진행한다. 이때, 탐색시간은 Tmax=2NcLTc이고, Nc는 시퀀스의 길이를 나타낸다.

4) 템플릿 펄스 생성기(Template pulse generator)

템플릿 펄스 생성기는 클록 제어기, 시퀀스 생성기에 의해 제어되어 수신기의 상관신호로 이용되는 펄스를 생성해낸다.

5) 디인터리버

Rake 상관기로부터의 출력은 디인터리버를 통과하여 심볼열들을 출력해낸다. 컨벌루션 디인터리버는 송신기의 컨벌루션 인터리버의 역의 과정을 수행하도록 구성한다.

6) 비터비 디코더

비터비 디코더는 송신기의 컨벌루션 인코더에 대응되며, 디인터리버 출력을 비터비 디코더 입력신호로 이용하여 비터비 알고리즘에 의한 복호과정을 거치고 데이터 비트들을 복원해낸다.

7) 디스크램블러(Descrambler)

디스크램블러는 송신부에서 사용한 스크램블러와 동일한 생성 다항식을 갖는 PRBS 발생기를 이용하여 스크램블 동작의 역의 과정을 수행하여 Rb[bps] 정보 데이터를 복원해낸다.

8) 확산코드 발생기

확산코드 발생기는 트롤 클럭에 동기되어 랜덤한 신호를 발생한다. 발생된 코드는 각 코드사이에 직교성을 가지며 자기 상관시에는 최대의 전력값을, 교차 상관시에 신호는 잡음과 같은 전력특성을 갖는다.

이상 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명이 적용되는 UWB 송수신 시스템에 대하여 설명하였으며, 이하에서 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 특징적 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따라 송신 신호와 수신 신호의 간섭에 의한 잡음 발생을 제거 또는 감소시키기 위하여 송신 신호의 위상을 180° 반전하여 수신단에 공급하여 감산할 때 수신 잡음 제거 효과를 최대화하기 위하여, 송신 신호와 수신 신호 간의 위상차와 진폭차를 정확히 구하여 수신단에 공급되는 송신 신호의 위상과 진폭을 보상하는 펄스 제어기(100)를 포함한 구성을 도시하고 있다.

기본적으로 송신기의 출력파형을 수신단으로 피듯백시켜 송신기에서 발생한 신호를 수신기의 수신된 신호에서 감산하므로써 수신단의 노이즈를 감소시킬 수 있다. 이때 수신단의 수신단에 입력되거나 부가되는 송신기의 출력신호는 시간차이가 발생하고, 시간에 따라 크기 또한 변화하게 되므로 송신기의 출력신호의 변화를 예 측하고 이를 반영하여 피드백하면 수신단의 송신기측에서 유임된 에러신호 제거가 더 정확해질 것이다.

펄스 제어기(100)는 이러한 역할을 수행하는 것으로서, 예측은 송신기의 출력신호와 수신단의 신호를 비교하여 시간차와 진폭차를 계산하여 신호의 감쇄 및 정확한 시점을 계산한다. 또는 이들의 송신기의 신호가 수신단에 미치는 영향을(시간, 크기 등의 변화) 예측한 데이터를 메모리에 저장하여 수신단에서 감산되어질 신호의 크기, 시간을 조정한다. 도 5 및 도 6은 이러한 펄스 제어기(100)의 세부 구성도이며, 이하에서 상술한다.

도 5에 도시된 펄스 제어기는 송수신 신호의 진폭차 및 위상차를 모두 검출하는 펄스 제어기(100)의 상세도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 펄스 제어기(100)는 3가지 모드로 동작한다.

즉, 송수신 신호의 위상차 및 진폭차를 모두 검출하고 이를 토대로 피드백용 송신 신호를 보상하는 모드(110)와, 각 송신 신호의 전송 속도, 진폭, 주기 등에 따라 통계적으로 정해진 보상값을 사전에 저장하여 별도의 연산없이 이 저장값에 기초하여 현재의 송신 신호의 보상값을 결정하는 모드(120), 그리고 보상 동작을 하지 않는 모드가 있다.

위상차 및 진폭차 검출 보상 모드(110)는 수신 신호와 송신 신호가 승산되고 그 결과가 적분기(111), 평균기(112), 루프 필터(113)를 거치며 위상차와 진폭차가 검출되고 이에 기초하여 진폭 제어기(Amp. controller)(114) 및 지연 제어기(Delay controller)(115)에 의해 송신 신호(Tx Signal)을 보상하여 그 결과가 스위치(150) 를 통해 도 4에 도시된 감산기(200)에 전달되어 수신 신호에서 감산됨으로써 송신 신호로 인한 수신 신호의 잡음을 최소화할 수 있다. 송신 신호는 펄스 제어기(100) 내에서 반복적으로 피드백되어 수신신호와의 위상차 및 진폭차를 고려하여 보상된다.

통계치 이용 보상 모드(120)는 사전에 송신 신호가 수신단에 입력되는 통계적 특성을 메모리(121)에 저장하고 각 경우의 송신 신호에 따라 메모리(121)에 저장된 특성값들 중 하나를 선택하여 지연 제어기(122)에 및 진폭 제어기(123)에 공급하여 송신 신호를 보상하는 방식이다.

무동작 모드는 스위치(150)가 접지(GND)에 연결되어 있을 때이며, 이 경우에는 펄스 제어기(100)는 송신 신호 보상 동작을 하지 않고, 송신단의 송신 신호가 그대로 수신단에 피드백되어 감산된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스 제어기(100)의 상세도이다. 도 6의 펄스 제어기는 송수신 신호의 위상차만을 고려하여 동작하는 것으로서, 역시 3가지 모드로 작동할 수 있다.

위상차 검출 보상 모드(130)는 PLL(Phase Locked Loop) 방식을 이용하여 기준 신호와 수신 신호의 위상차를 구하는 방식으로서, 수신 신호(Rx)를 두 개의 경로로 분할하고 한 경로에 180° 위상 반전된 기준 신호를 승산하여 BPF(132)를 통하게 하고, 다른 경로에서 기준 신호를 승산하여 BPF(133)를 통하게 하고 BPF(132, 133)의 출력을 가산기(134)에서 비교하여 기준 신호와 수신 신호의 위상차를 검출한다. 여기서 기준 신호는 최초에는 송신 신호이고 검출된 위상차에 의해 보상된 후에는 보상된 송신 신호이다.

통계치 이용 보상 모드(140)는 도 5의 통계치 이용 보상 모드(120)과 유사하나 다만 진폭차에 대한 고려를 하지 않는 것이 다를 뿐이다.

이상에서 펄스 제어기(100)의 각 동작 모드에 대해 설명하였으나, 도 5 및 도 6에 도시된 구성처럼 하나의 펄스 제어기(100)에 3가지 모드가 모두 구현될 필요는 없는 것이며, 전술한 펄스 제어기(100)는 총 5 가지의 모드 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있음은 물론이며, 그 조합도 다양할 수 있음은 자명하다.

예컨대 통계치 이용 보상 모드(120, 140)는 정확성이 다소 떨어질 수 있으나 적분기, 평균기, 루프 제어기 등이 필요 없으므로, 단순한 필터 제어기를 구현하고자 할 때에는 통계치 이용 보상 모드만으로 동작하는 필터 제어기를 채택할 수도 있을 것이다.

모드 선택 기준은 수신 신호의 SNR 및/또는 동작 속도에 기초하여 SNR이 나쁘거나 동작 속도가 빠를수록 보다 정교한 보상 모드에 따라 동작되는 것이 바람직하다. 모드 선택은 자동적으로 이루어 질 수도 있고 사용자의 판단하에 수동적으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따라, 송신 신호에 의하여 수신 신호에 미치는 영향을 제거하기 위한 다른 방식을 설명한다.

즉 본 방식은 송신기와 수신기에 사용하는 각각 다른 위상차를 갖는 클럭으로 분리하여 서로 반전된 신호를 사용함으로써, 송신기 및 수신기의 클럭에 의한 상호간 간섭을 일으켜 발생하는 잡음이 송신기, 수신기 각각에 부가되는 것을 방지 한다.

도 7은 위상이 반전된 송수신기의 각 클럭을 도시한 것으로서 송신기용 클럭발생기와 수신기용 클럭 발생기를 각각 별도로 두고, 송신기용 클럭과 수신기용 클럭이 항상 소정의 위상차(예컨대, 180°)가 나도록 제어함으로써 송신기 및 수신기 상호간의 영향을 최소화할 수 있다.

이와는 달리, 송신기 및 수신기가 동일한 하나의 클럭 발생기를 송신기에 사용하면서, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 클럭의 상승 구간과 하강 구간에 각각 송신기 및/또는 수신기가 작동하도록 함으로써 송신 신호와 수신 신호의 간섭을 억제할 수 있다.

즉 전술한 방식은 송신 신호와 수신 신호가 동시에 샘플링되지 않도록 하고, 소정의 스위치로서 잡음의 공진 발생을 방지하여 잡음을 감소시키는 것이다.

이상 첨부 도면과 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 구체적으로 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 당업자라면 다양한 변형과 변경을 용이하게 행할 수 있을 것이다. 예컨대, 따라서 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위의 해석에 의하여 정하여져야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 UWB 송수신 시스템에서 송신 신호와 수신 신호의 간섭으로 인한 잡음을 효율적으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 SNR을 향상시키며 동작 속도를 높임으로써 UWB 송수신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

1. UWB 송수신 시스템에서 송신 신호에 의한 수신 신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거 장치에 있어서,

   상기 송신 신호의 위상 및/또는 진폭을 보상하는 제어 수단과,

   상기 제어 수단에 의해 보상된 송신 신호를 상기 수신 신호에서 감산하는 감산 수단

   을 포함하는 잡음 제거 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은

   상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 위상차를 구하는 위상차 검출 수단과,

   상기 위상차 검출 수단의 결과에 따라 송신기의 출력신호를 지연시키는 위상차 보상 수단

   을 포함하는 잡음 제거 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 위상차 검출 수단은 PLL 회로에 의하여 기준 신호와 상기 수신 신호의 위상차를 검출하는 것인 잡음 제거 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 기준 신호는 상기 보상 수단에 의해 보상된 송신 신호인 것인 잡음 제거 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 위상차 검출 수단은 송신기 출력신호가 수신단에 입력되는 통계적 특성을 저장하고 송신 신호의 발생시 시간의 변화에 따라 상기 저장된 값 중 하나를 선택하여 출력하는 메모리인 것인 잡음 제거 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은

   상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 위상차 및 진폭차를 구하는 검출 수단과,

   상기 검출 수단의 결과에 따라 송신기의 출력신호를 지연시키고 진폭을 조정하는 보상 수단

   을 포함하는 잡음 제거 장치.
7. UWB 송수신 시스템에서 송신 신호를 수신단으로 피드백하는 피드백 장치로서,

   상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 진폭차를 구하는 진폭차 및/또는 위상차 검출 수단과,

   상기 검출 수단의 결과에 따라 송신기의 출력신호 진폭을 보상하는 제1 보상 수단과,

   송신기 출력신호가 수신단에 입력되는 통계적 특성을 저장하고 송신 신호의 발생시 시간의 변화에 따라 상기 저장된 값 중 하나를 선택하여 출력하는 메모리 와,

   상기 메모리로부터의 출력값에 따라 상기 송신기의 송신 신호의 진폭 및/또는 위상을 변화시키는 제2 보상 수단과,

   접지, 상기 제1 및 제2 보상 수단으로부터의 출력 중 하나를 선택하여 수신단으로 전달하는 스위칭 수단

   을 포함하는 송신 신호 피드백 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 스위치 수단으로부터의 출력을 상기 수신 신호로부터 감산하는 감산기를 더 포함하는 송신 신호 피드백 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 스위치는 수신 신호를 처리하는 신호처리부에서 결정한 모드에 따라 선택 동작을 수행하는 것인 송신 신호 피드백 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 스위치는 수신 신호의 동작 속도 및 신호대잡음비 중 적어도 하나에 따라 선택 동작을 수행하는 것인 송신 신호 피드백 장치.
11. 무선 통신을 위한 송신기 및 수신기를 포함하는 UWB 송수신 시스템에 있어서,

    상기 수신기의 동작 클럭을 생성하는 제1 클럭 발생기와,

    상기 송신기의 동작 클럭을 생성하는 제2 클럭 발생기를 포함하고,

    상기 제1 클럭 발생기의 출력 클럭과 상기 제2 클럭 발생기의 출력 클럭은 항상 소정의 위상차를 가지며 동작하는 UWB 송수신 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 소정의 위상차는 180° 인 UWB 송수신 시스템.
13. 클럭 신호를 발생하는 하나의 클럭 발생기와 무선 통신을 위한 송신기 및 수신기를 포함하는 UWB 송수신 시스템에 있어서,

    상기 송신기 및 수신기는 상기 클럭 발생기로부터의 클럭의 각각 상이한 구간에서 동작하는 것인 UWB 송수신 시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 수신기는 상기 클럭의 상승 에지(rising edge)에서 동작하고, 상기 송신기는 상기 클럭의 하강 에지(falling edge)에서 동작하는 것인 UWB 송수신 시스템.
15. 제13항에 있어서,

    상기 수신기는 상기 클럭의 하강 에서 동작하고, 상기 송신기는 상기 클럭의 하강 에지에서 동작하는 것인 UWB 송수신 시스템.
16. UWB 송수신 시스템에서 송신 신호에 의한 수신 신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거 방법에 있어서,

    상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 위상차 및/또는 진폭차를 검출하는 단계와,

    상기 검출 단계의 결과에 따라 송신기의 출력신호의 위상 및/또는 진폭을 조정하는 단계와,

    상기 조정된 송신 신호를 상기 수신 신호에서 감산하는 단계

    를 포함하는 잡음 제거 방법.

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