KR20070027480A - 통신 채널로부터 협대역 노이즈를 배제하기 위한 시스템 및방법 - Google Patents

통신 채널로부터 협대역 노이즈를 배제하기 위한 시스템 및방법 Download PDF

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KR20070027480A
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Abstract

기지국의 입력 스테이지 또는 리피터와 결합하여 이용될 수 있는 신호 필터링 시스템 및 방법이 제공된다. 이 시스템은, 수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역에서 상기 수신된 신호에 대응하는 데이터 스트림을 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터, 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 갖는 필터링 블록 - 상기 하나 이상의 필터 소자들의 각각은, 하나 이상의 통신 채널과 연관된 하나 이상의 세트들의 주파수 대역들을 필터링하도록 구성됨 -, 및 데이터베이스에 저장된 파라미터들 및/또는 모뎀을 통해 수신된 파라미터들에 기초하여, 상기 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 구성하는 제어기를 포함할 수 있다.
리피터, 필터링, 노이즈, 통신 채널, 컨버터

Description

통신 채널로부터 협대역 노이즈를 배제하기 위한 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR EXCLUDING NARROW BAND NOISE FROM A COMMUNICATION CHANNEL}
본 발명으로서 여겨지는 내용은 명세서의 결말 부분에 특정적으로 기재되고 명확하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 구성과 동작 방법, 및 그 목적, 특징, 및 이점이 첨부 도면들을 참조하여 하기의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1a는 특정한 지리적 영역에서 셀룰러 오퍼레이터에 의해 이용될 수 있는 4개의, 각각의, 통신 채널들의 4개의 다중-주파수 신호들을 예시한 스펙트럼 다이어그램으로서, 제2 통신 채널은 간섭 신호에 의해 손상되어 있는 스펙트럼 다이어그램.
도 1b는 특정한 지리적 영역에서 제2 무선 서비스 제공자/오퍼레이터에 의해 이용될 수 있는 5개의, 각각의, 통신 채널들의 5개의 다중-주파수 신호들을 예시한 스펙트럼 다이어그램으로서, 통신 채널들은 도 1a의 통신 채널들보다 대역폭이 작고, 2쌍의 채널이 서로 인접해 있는 스펙트럼 다이어그램.
도 2a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 디지털 필터들 및 디지털 주파수 시프터들을 구비한 양방향 리피터의 예를 도시한 블록도.
도 2b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 디지털 필터들, 제어 유닛, 성능 모니터 및 모뎀을 구비한 양방향 리피터의 예를 도시한 블록도.
도 3은 도 2a의 디지털 필터들 및 주파수 시프터들의 블록에 대한 하나의 가능한 실시예를 도시한 블록도.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 디지털 필터들(1400A 내지 1400D)의 주파수 응답들의 예들을 도시한 스펙트럼 다이어그램들.
도 4d는 시프트된 주파수에서의 디지털 사인파 신호의 주파수 도메인 표현의 예를 도시한 스펙트럼 다이어그램.
도 4e 및 도 4f는 주파수 시프트된 통신 채널들의 예들을 도시한 스펙트럼 다이어그램들.
도 5a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다중-채널 디지털 필터링 구성 또는 블록을 도시한 블록도.
도 5b는 도 5a의 다중-채널 디지털 필터링 블록의 업링크 경로에서의 구성 요소들에 의한 신호에의 예시적인 효과들을 도시한 일련의 스펙트럼 다이어그램.
도 5c는 도 5a의 다중-경로 디지털 필터링 구성의 다운링크 경로에서의 구성 요소들에 의한 신호에의 예시적인 효과들을 도시한 일련의 스펙트럼 다이어그램.
도 6a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 FFT(Fast Fourier Transform), 프로그래머블 프레임 정형(programmable frame shaping), 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통합한 대안적인 디지털 필터링 구성 또는 블록(140)을 도시한 블록도.
도 6b는 도 6a의 디지털 필터링 블록 내의 각 구성 요소에 의한 신호에의 예 시적인 효과들을 도시한 일련의 시간 도메인의 스펙트럼 다이어그램.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 디지털 필터들 및 디지털 주파수 시프터들을 구비한 양방향 리피터의 다른 예를 도시한 블록도로서, 디지털 필터 및 주파수 시프팅 파라미터들은 조정 및/또는 조절될 수 있는 블록도.
도 8은 기지국과 결합하여 동작하도록 구성되는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기지국 전단(front end)의 앞에서 예를 들어 TMA(Tower Mounted Amplifier) 또는 TTA(Tower Top Amplifier)와 함께 조합될 수 있는 디지털 필터링 시스템 및/또는 주파수 시프팅을 구비한 통신 채널을 도시한 블록도.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 디지털 필터링을 구현하는 방법을 설명하는 흐름도.
설명의 편의 및 명확성을 위해, 도면들에 도시된 구성 요소들은 반드시 축척하여 도시된 것은 아님을 알 것이다. 예를 들어, 일부 구성 요소들의 치수들은 명확성을 위해 다른 구성 요소들에 비해 확대될 수 있다. 또한, 적당한 경우에는, 대응하거나 유사한 구성 요소들을 지시하기 위해 도면들 중의 참조 번호들이 반복적으로 쓰일 수 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110U, 110D : 입력 RF 필터
120U : 다운 컨버터
120D, 160D, 160U : 업 컨버터
140U, 140D : 디지털 필터 + 주파수 시프터들
170D, 170U : 출력 RF 필터
본 발명은 일반적으로 통신 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 통신 채널의 디지털 필터링에 관한 것이다.
신호-대-잡음 비율("SNR")은 물론 비트 에너지 대 노이즈 비율("Eb/No") 또는 비트 에너지 대 간섭 비율("Eb/I") 또는 캐리어 대 간섭("C/I") 비율의 열화(degradation)는 수신기 입력에서 전송 매체(예를 들면, 동축, 차폐되지 않은 도전체, 도파관, 오픈 에어(open air), 혹은 심지어는 광섬유 또는 섬유 상의 RF(RF over fiber))를 따라 전달되는 소망의 수신 신호와 함께 통신 채널에서 전형적으로 나타나는 간섭에 기인하여 발생할 수 있다. 이들 열화 및 간섭은, 3G CDMA 2000 및 UMTS 규격 하에서 각각 동작하는, 예를 들면, CDMA, EVDO, 및 WCDMA는 물론, TDMA 및 GSM을 포함하는 통신 기술들에서 발생할 수 있다. 신호 품질 감쇠 및 그에 따른 Eb/I 열화는 전송 매체를 통한 대역폭을 제한할 수 있다. 통신 채널의 주파수 범위 내의 외부 신호들로부터의 간섭은 또한 채널의 Eb/I를 저하시킬 수 있고 채널이 전달할 수 있는 데이터의 양을 감소시킬 수 있고 및/또는 통신 채널 수신기를 차단 또는 포화시킬 수 있다. 어떤 경우에, 그것은 전체 주파수 채널의 손실을 초래할 수 있다. 또한, 어떤 경우에, 예컨대, 간섭 신호들로 인한 Eb/I 열화는 통신(트래픽 또는 제어) 채널이 동작하지 않게 할 수 있고 심지어는 기지국 용량을 열화시킬 수도 있다.
장거리에 걸쳐 전송되는 신호의 Eb/I를 향상시키고, 그에 따라서 전송 거리 및/또는 데이터 레이트를 증대시키기 위해, 전송 경로를 따라 띄엄띄엄 신호 리피터들이 배치될 수 있다. 리피터들은 잘 알려져 있고, 광학, 마이크로웨이브 및 무선 주파수(RF) 통신 시스템들용으로 이용될 수 있다. 리피터들은, 셀룰러 기지국과 셀룰러 핸드셋 사이의 커버리지 범위를 확장하기 위해, 셀룰러 전송 시스템의 일부로서 이용되어 왔다.
그러나, 주파수 스펙트럼 범위("동작 대역")(예컨대, 800㎒, 900㎒, PCS, 공안(Public Safety), 또는 임의의 다른 네트워크 동작 대역) 내의 하나 이상의 주파수에서 하나 이상의 채널에 대한 광대역 리피터(broadband repeater)(예컨대, 패스 와이드 레인지(pass wide range)의 동작 주파수들)의 이용은 네트워크에 대한 노이즈 간섭을 생성할 수 있다. 더욱이, 리피터의 부근에, 및 중계(repeat)될 통신 채널들 중 하나의 주파수 범위 내에 존재하는 간섭 신호들 또한 리피터에 의해 중계되고 증폭되어, 중계될 통신 채널의 Eb/I를 효과적으로 저하시킬 수 있다. 간섭 신호들은 또한 기지국 수신기에, 예를 들어, CDMA 셀 축소(cell shrink)를 초래할 수 있고, 또는 기지국 용량을 저하시킬 수 있는 간섭들을 도입시킬 수 있다. 이제 도 1a를 참조하면, CDMA 채널에서의 "동작 대역"의 주파수 범위 내에서 이용될 수 있는 제1 셀룰러 오퍼레이터의 주파수 대역들 또는 채널들(예컨대 각각 1.25 MHz)을 예시하는 스펙트럼 다이어그램이 도시되어 있다. 또한 도 1a에는 상기 제1 셀 룰러 오퍼레이터의 제2 통신 채널의 주파수 범위 내에, 어떤 외부 소스에 의해 도입된, 예를 들어, 25 KHz의 협대역 간섭 신호도 도시되어 있다. 이 간섭 신호들은 하나 이상의 통신 채널의 Eb/I를 저하시킬 수 있고, 종래의 리피터의 이용은 간섭 신호를 증가(boost)시키고 그것이 간섭하고 있는 통신 채널의 Eb/I를 저하시키는 구실을 할 수 있다. 리피터들은, 셀룰러 네트워크 시스템의 일부로서, 전형적으로 기지국 커버리지로부터 지리적으로 먼 곳에 설치된다. 간섭은 리피터 수신기 호라이즌(repeater receiver horizon)의 근처에서 또는 기지국 수신기 호라이즌의 근처에서 나타날 수 있고, 그 호라이즌으로부터 기지국 수신기까지 문제를 일으킬 수 있다. 리피터들 및/또는 기지국들은 일반적으로 이들 문제를 해결할 능력이 없다.
도 1b는 도 1a의 제1 셀룰러 오퍼레이터의 위치와 동일한 지리적 위치에서 제2 셀룰러 오퍼레이터가 이용할 수 있는 가능한 채널 주파수 대역들을 예시하는 스펙트럼 다이어그램을 도시하고 있다. 그러나, 도 1b의 제2 오퍼레이터는, 도 1a의 제1 오퍼레이터에 의해 사용되는 것보다 더 좁은 대역폭(예로, 200KHz)을 갖는 통신 채널들을 사용할 수 있기도 하고, 요구되는 트래픽 성능을 산출하기 위해 인접주파수 대역들을 갖는 두 개 또는 그 이상의 통신 채널들을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 한 개의 채널이 트래픽에 주로 사용될 수 있고, 그 외의 채널들이 액세스를 위해 주로 사용될 수 있다. 모든 채널들이, 통신이 적절히 수행될 수 있도록 일반적으로 동작가능할 필요가 있다. 이런 시나리오는, 예를 들어 스테이트들(states), 나라들 간의 더 넓은 에어리어들에서, 또는 호수들 및 바다들과 같은 물에 근접한 에어리어들에서 전형적으로는 일어날 수 있다. 수원지(water source) 에 근접 배치된 기지국들은 원거리 기지국들로부터 또는 심지어 멀리 있는 나라들로부터 바라지 않는 신호를 수신할 수 있는데, 이는 물이 RF 파의 뛰어난 컨덕터이기 때문이다. 그에 따라, 도 1a에 도시된 대로, 오퍼레이터 B의 주파수 대역들, 예로 도 1b의 제3 채널은, 오퍼레이터 A의 주파수 대역들과, 예를 들어 도 1a의 제2 채널과 중첩하고 간섭할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 1b에 도시된 대로, 오퍼레이터 A의 주파수 대역들, 예를 들어 도 1a의 제4 채널은 오퍼레이터 B의 주파수 대역들과, 예를 들어 도 1b의 제6 채널과 중첩하고 간섭할 수 있다.
리피터를 사용하지 않고 통신하는 또 다른 예시적 시나리오는 외부 환경 하에서 일어날 수 있다. 외부 환경에서, 동작하고 있는 기지국 수신기에 간섭이 있을 수 있는데, 예를 들어 TV 방송국 또는 그 밖의 셀룰러 오퍼레이터들로부터 오는 것과 같은 간섭 신호들이 있을 수 있다. 이런 간섭들은 기지국에 영향을 주어서 예를 들어 셀의 축소 및/또는 기지국 성능의 저하로 귀결될 수 있다. 예를 들어 도 1a 또는 도 1b에 도시된 대로 간섭 신호를 갖는 통신 채널이 셀룰러 기지국에 의해 수신될 때, 간섭 신호는 기지국 수신기에게 나쁜 효과를 끼칠 수 있다. 수신기가 채널로부터 데이터를 추출할 수 없을 수도 있고, 또는 몇몇 경우에 수신기가 수신기 성능 또는 제어 채널을 완전히 차단할 수도 있다.
간섭 신호는 비교적 고정된 주파수들 및 진폭들을 갖는 고정적 성질을 가질 수 있다. 다르게는, 간섭 신호는 단속적이면서 비 안정적인 속성을 가질 수도 있다.
도 1a 및 도 1b로부터 명백히 알 수 있는 것처럼, 주어진 지리적 위치에서 하나 또는 그 이상의 무선 서비스 오퍼레이터/제공자에 의해 사용되는 통신 채널들의 중심 주파수 및 주파수 대역 크기는 실질적으로 가변할 수 있고, 따라서 각각의 채널은 리피터를 통해서 및/또는 기지국의 입력단에서 통과해 나아갈 때 상당히 다른 필터링 조건들을 가질 수 있다.
채널 중심 주파수를 조정하는 것을 포함하여, 통신 채널의 디지털 필터링을 가능하게 하는 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 시스템 및 방법은, 예를 들면, 개별 통신 채널들 및/또는 통신 채널들의 그룹들과 연관된 주파수들을 분리하는 것을 가능하게 할 수 있고, 어떤 경우에는 협대역 잡음, 또는 통신 채널로부터의 간섭과 연관된 주파수들을 추출 또는 제외하는 것을 가능하게 할 수 있다. 통신 채널의 중심 주파수가 드리프트할 수 있는, 또는 통신 채널의 대역 사이즈 또는 대역폭이 확장 또는 수축할 수 있는 가능성 및 잡음의 동적 특성이 주어지면, 상기 시스템 및 방법은, 예를 들어, 채널 중심 주파수를 조정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 기지국에서 수신된 통신 신호들을 필터링하고, 및/또는 기지국이나 리피터에서 협대역 잡음/간섭을 제외시킴으로써, 리피터의 동작을 용이하게 하는 하나 이상의 통신 채널들의 디지털 필터링에 관한 것이다.
본 발명의 일부 실시예들은 특정 주파수에서 어떤 통신 채널과 연관된 신호를 수신할 수 있는 수신기에 관한 것이다. 아날로그 디지털 컨버터는 수신된 신호와 상관된(correlated) 디지털 신호를 생성할 수 있고 디지털 신호는 디지털 신호 를 필터링하고 통신 채널의 특정의 주파수의 주파수 또는 그 근처의 주파수 성분을 통과시키도록 구성된 디지털 필터를 통하여 통과될 수 있다. 디지털 아날로그 컨버터는 필터링된 디지털 신호와 상관된 아날로그 신호를 생성할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 아날로그 신호는 기지국 수신기로 직접 또는 간접적으로 입력되거나 통과될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 송신기는 아날로그 신호를 기지국, 핸드셋 또는 리피터로 재송신(retransmit)할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제2 통신 채널과 연관된 제2 주파수, 또는 그 근처의 주파수 성분들을 통과시키도록 구성된 제2 디지털 필터가 포함될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 다운컨버트하는 다운컨버터(down-converter)가 포함될 수 있다. 대안적으로, 다운컨버터는 수신된 신호를 원하는 무선 주파수 신호로 다운컨버트할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 필터링된 디지털 신호와 상관된 아날로그 신호를 송신 주파수로 업컨버트하는 업컨버터(up-converter)가 포함될 수 있다.
본 발명의 몇몇 추가적인 실시형태들에 따르면, 디지털 필터는 간섭 신호를 필터링하도록 구성될 수도 있다. 이러한 디지털 필터는 노치 (notch) 필터 또는 부분적으로 중첩하는 대역 통과 특성을 갖는 2 개의 필터들의 조합 중 하나일 수도 있다.
본 발명의 몇몇 추가적인 실시형태들에 따르면, 제어 유닛은 필터 파라미터 데이터베이스에 저장된 디지털 필터 파라미터들 및/또는 계수들에 따라, 제 1 및/ 또는 제 2 디지털 필터들을 프로그램할 수도 있다. 또한, 이러한 제어기는 모뎀을 통해 원격 위치로부터 디지털 필터 파라미터들 및/또는 계수들을 수신할 수도 있다.
신호 지연, 위상 시프트, 이득, 및 잡음/간섭의 존재와 같은 성능 파라미터들을 나타내는 본 발명에 따른 시스템의 하나 이상의 성능 모니터들로부터 신호들을 수신할 수도 있다. 이러한 성능 모티터 신호들에 응답하여, 제어기는 시스템 성능을 동작 요건 내로 가져오기 위하여, 하나 이상의 디지털 필터의 디지털 필터 파라미터들 및/또는 계수들을 조정하거나 바꿀 수도 있다.
본 발명의 몇몇 추가적인 실시형태에 따르면, 필터링 이전 또는 이후에, 디지털 신호는 시프팅된 주파수 Fshift 에서 디지털 사인 신호와 믹싱될 수도 있다. 시프팅된 주파수는, 성능 모니터 신호들에 응답하거나 모뎀을 통해 수신된 명령에 기초하여, 제어기에 의해 설정 및 조정될 수도 있다.
본 발명의 몇몇 추가적인 실시형태에 따르면, 디지털 대 아날로그 컨버터에 의해 생성된 아날로그 신호는 기지국 수신기의 입력에 제공될 수도 있다.
본 발명의 몇몇 추가적인 실시형태에 따르면, 하나 이상의 필터 요소들은 시간 영역 대 주파수 영역 변환 엔진, 프레임 정형 (shaping) 유닛, 및 주파수 영역 대 시간 영역 변환 엔진을 포함할 수도 있다. 주파수 영역 변환 엔진 및 이러한 엔진을 동작시키는 방법은 통신 채널 트래픽을 모니터링하는 능력을 제공할 수도 있고, 간섭 특성을 검출할 수 있게 할 수도 있다. 기존의 간섭 및 그 특성 상의 데이터는, 예를 들어 통신 채널이 간섭으로부터 손상받을 수 있을지 여부를 결정하 는 툴 (tool) 을 고객에게 부여할 수도 있다.
다음의 상세한 설명에 있어서, 본 발명의 충분한 이해를 제공하기 위해 많은 특정적인 상세한 사항들이 설명된다. 그러나, 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자라면 이러한 특정 사항들이 없이도 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 경우들에 있어서, 본 발명을 불명확하게 하지 않기 위해, 공지된 방법, 프로시져, 컴포넌트 및 회로들은 상세히 설명되지 않을 것이다.
달리 특정적으로 기재되지 않는다면, 다음의 설명으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 명세서를 통해 "프로세싱", "컴퓨팅", "계산", "결정" 등의 용어들을 이용한 논의들은, 컴퓨터 혹은 컴퓨팅 시스템, 혹은 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 액션 및/또는 프로세스를 일컫는 것으로 이해되어야 하고, 상기 컴퓨터 혹은 컴퓨팅 시스템, 혹은 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스는 컴퓨팅 시스템의 레지스터 및/또는 메모리 내의 전자적 양들과 같은 물리적 양들로서 표현된 데이터를 컴퓨팅 시스템의 메모리, 레지스터, 또는 정보 저장, 전송, 혹은 디스플레이 디바이스들 내의 물리적 양들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 처리 및/또는 변환한다.
본 발명의 실시예들은 본 명세서에 기재된 동작들을 수행하기 위한 장치들을 포함할 수도 있다. 이 장치들은 원하는 목적을 위해 특별히 구성될 수도 있고, 또는 컴퓨터 내에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨터를 포함할 수도 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램은 플로피 디스크, 광 디스크, CD-ROM, 자기 광 디스크를 포함하는 임의의 타입의 디스크, 판독 전용 메모리(ROMs), 랜덤 액세스 메모리(RAMs), 전기적 프로그램가능 판독 전용 메모 리(EPROMs), 전자적 소거 및 프로그램가능 판독 전용 메모리(EEPROMs), 자기 혹은 광 카드, 또는 전자적 명령을 저장하기에 적합하고, 컴퓨터 시스템 버스에 연결될 수 있는 임의의 다른 타입의 매체 등의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에 저장될 수도 있으나, 이들로만 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에 제시된 프로세스 및 디스플레이는 임의의 특별한 컴퓨터 또는 다른 장치와 고유하게 관련된다. 다양한 범용 시스템이 본 명세서에 기재된 발명의 요지에 따라 프로그램들을 가지고 이용될 수 있으며, 또는 원하는 방법을 수행하기 위해 보다 특수화된 장치를 구성하는 것이 편리할 수도 있다. 이 시스템들의 다양성을 위한 바람직한 구조들이 아래의 설명으로부터 나타날 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들은 임의의 특별한 프로그래밍 언어를 참조하여 기술되지는 않는다. 다양한 프로그래밍 언어들이 본 명세서에 기술된 본 발명의 내용을 실시하기 위해 이용될 수 있음을 알 것이다.
이제 도 2a를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디지털 필터 및 주파수 시프터 불럭(140U)을 구비한 양방향 리피터(100)의 블록도가 도시되어 있다. 양방향 리피터(100)는 두 개의 기본적인 섹션을 포함할 수 있는데, (A) 모바일 디바이스(예를 들면, 셀 폰)로부터 신호를 수신하여 신호를 기지국에 재송신하는 업스트림 혹은 업-링크 섹션과, (B) 기지국 또는 업스트림 리피터로부터 신호를 수신하여 신호를 모바일 디바이스 또는 다운스트림 리피터에 재송신하는 다운스트림 혹은 다운-링크 섹션이 그들이다.
도 2a의 좌측으로부터 업-링크 섹션 (A)를 먼저 살펴보면, 입력 필터(110U) 가 있는데, 본 예에서 입력 필터(110U)는 무선 주파수("RF") 필터일 수 있으며, 또는 더 구체적으로, 예를 들면 800㎒ 내지 830㎒의 동작 대역의 범위 내의 주파수들을 통과시키도록 튜닝된 필터일 수도 있다. 입력 RF 필터(110U)는 안테나로부터 신호를 수신할 수 있고 중계될 하나 이상의 통신 채널들의 주파수 범위 내의 주파수들을 다운 컨버터(120U)로 통과시킬 수도 있다. 다운 컨버터(120U)는 수신된 신호를 소정의 주파수의 사인 또는 코사인 신호와 믹싱하여 수신된 신호가 중간 주파수("IF") 신호로 다운-컨버트되도록 할 수도 있다. 입력 RF 필터(110U)나 다운 컨버터(120U)는 신호 증폭기(도 2에는 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(130U)는 IF 신호를 예를 들어 60M 샘플/초의 속도로 샘플링할 수 있고, 샘플링된 IF 신호를 나타내는 디지털 신호를 생성할 수 있다. IF 신호를 나타내는 디지털 신호는 디지털 필터 및 주파수 시프터 블록(140U)에 입력될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 예를 들어 디지털 필터(1400A 내지 1400D), 믹서(146A 및 146B), 및 디지털 사인 곡선 발생기(144A 및 144B)를 포함하는 디지털 필터 및 주파수 시프터 블록(140U)의 예시적인 실시예의 블록도가 도시되어 있다. 디지털 필터 및 주파수 시프터 블록(140U)에서 구현되는 주파수 시프터는 디지털일 수도 있다. 디지털 신호 입력 블록(140U)은 복수의 디지털 필터(1400A 내지 1400D) 각각에 의해 필터링될 수도 있고 디지털 필터들 각각의 출력은 가산기(142) 또는 기능적으로 동등한 디바이스에 의해 결합될 수도 있다. 디지털 필터(140U) 내의 필터들 각각은 분리된 개별적인, 즉 독립적으로 정의되는 주파수 응답을 가질 수도 있다. 디지털 필터들(140U 및/또는 140D)은 많은 디지털 필터들 및/또는 필터들의 결합을 포함할 수도 있고, 도 3의 4개의 디지털 필터들(1400A 내지 1400D)은 단지 일례로서 개시되고 있다.
디지털 필터들은 통신 분야에서 공지되어 있다. 디지털 필터 뱅크의 구현은 예를 들어 디지털 신호 프로세서("DSP")와 같은, 단일 프로세서 또는 다수의 프로세서를 이용하여 실행될 수 있거나, 또는 예를 들어 필드 프로그램가능 디지털 필터들과 같은, 단일 또는 다수의 전용 디지털 필터링 회로들 상에서 구현될 수도 있다. 도 3의 예에서, 5개의 개별적인 디지털 필터 회로들이 도시되어 있다. 본 발명의 일부 실시예들의 부분으로서, 디지털 필터들(1400A 내지 1400D)은 FPDF(field programmable digital filters)일 수 있다. 즉, 각 필터의 전달 함수는, 그것의 주파수 응답과 함께, 필요한 경우 프로그램되거나, 재프로그램되거나, 조절될 수 있다.
이제 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 도 3의 디지털 필터들(1400A 내지 1400C)의 가능한 주파수 응답들의 예들이 도시되는데, 여기서 디지털 필터들(1400A 내지 1400C)은 도 1a에 예시된 제1 내지 제4 통신 채널에 각각 대응할 수 있다. 즉, 각각의 디지털 필터(1400A 내지 1400C)에 대한 임펄스 응답 또는 주파수 전달 특성은 필터의 해당 통신 채널의 반송/중심 주파수 또는 그 부근의 디지털 신호의 주파수 성분들을 통과시키도록, 개별적으로 설정되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 디지털 필터(1400A)는 도 1a에 도시된 제1 통신 채널의 반송 주파수 또는 그 부근에서 피크를 갖는 대역 통과 주파수 응답을 갖는 전달 함수로 프로그램될 수 있다. 디지털 필터(140C)는 도 1b에 도시된 제3 통신 채널의 반송/중심 주파수에서 또는 그 부근에서 피크를 갖는 대역 통과 주파수 응답을 갖는 전달 함수로 프로그램될 수 있고, 도 1a에 도시된 채널들보다 도 1b에 도시된 채널들이 더 좁기 때문에 필터(1400A)보다 대역폭이 작을 수 있다.
도 3의 디지털 필터(1400B1 및 1400B2)는 직렬로 배열될 수 있고, 각각은 도 4b에 도시된 바와 같이, 다른 것과 부분적으로 중첩하는 대역 통과 주파수 응답을 가지도록 프로그램될 수 있다. 결합된 필터들의 결과적인 주파수 응답의 응용은 도 1a에서의 오퍼레이터 A의 제2 채널에 도시된 신호와 같은 간섭 신호들을 배제하는 것일 수 있다. 간섭 신호가 통신 채널의 주파수 대역 내에 존재하면, 필터들은 간섭 신호의 주파수 또는 그 부근에서, 2개의 하위 대역들 또는 노치(notch)나 정지(stop) 대역을 갖는 주파수 응답을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 통신 채널(제2 통신 채널)은 예를 들어 824 Mhz 및 849 Mhz(셀룰러 주파수 대역으로 알려짐) 사이의 주파수 성분들, 및 예를 들어 인접 국가로부터의 텔레비젼 신호와 같은 간섭 신호를 가질 수 있고, 예를 들어 839 Mha 내지 840 Mhz의 주파수 대역을 가질 수 있다. 필터들(1400B1 및 1400B2)은 셀룰러 필터 대역 사이의 주파수 성분들의 대부분을 통과시키고 예를 들어 839 Mhz 내지 840 Mhz 사이의 주파수 성분들을 배제 또는 억제하는 주파수 응답을 생성하도록 구성될 수 있고, 이로써 디지털 필터(140U)를 통해 간섭 신호가 전파하는 것을 방지하고 다수의 필터 설계들, 예를 들어, 노치 필터, 정지 대역 필터, 2개의 하위 대 역 필터, 또는 임의의 다른 적절한 필터 및/또는 필터들의 조합이 반복 또는 재전송되는 것을 사용하여 선택된 주파수 응답을 생성할 수 있다. 예를 들어, 선택된 주파수 응답은 통신 채널의 주파수 성분들의 대부분을 통과시키고 통신 채널의 주파수 대역 내에서 간섭 신호의 주파수 성분들을 억제하거나 배제하는 속성을 가질 수 있다. 따라서, 간섭 신호에 대한 주파수 응답은 인접 국가로부터의 텔레비젼 신호와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 미리 정해진, 즉 예상되는 간섭 패턴에 기초할 수 있으며, 또는 미리 공지되지 않았을 수 있는 실제의 수신된 간섭 신호, 즉 일시적인 랜덤 신호에 응답할 수 있다.
원하는 전송 기능을 갖는 디지털 필터의 물리적 설계는 종래 기술에 잘 공지되어 있다. 특정 필터 및 전송 기능이 상술되어 있지만, 현재 알려져 있거나 또는 미래에 고안될 수 있는 임의의 디지털 필터 및 전송 기능의 조합이 본 발명의 일부로서 사용될 수 있다. 또한, 디지털 필터 또는 필터들은 종래 기술에 잘 알려져 있고, 간섭 신호의 주파수 구성에서의 시프트에 응하여 재프로그래밍될 수 있는 ASIC 및 FPGA 및/또는 DSP 엔진을 포함할 수 있다. 즉, 간섭 신호의 주파수 대역이 변하면, 디지털 필터 또는 필터는 수동으로 또는 자동으로 재프로그래밍되어 노치를 시프트하거나 또는 간섭 신호의 주파수 대역에 대응하도록 대역 영역을 멈추게 할 수 있다. 노치 필터 성능은 채널 성능을 최적화하기 위해 변경될 수 있다. 이러한 채널 성능의 최적화는, 예를 들어 필터 대역폭, 감쇠, 지연과 같은 각종 매개변수를 재프로그래밍하거나 및/또는 변경함으로써, 필터 슬로프를 변경함으로써, 또는 선형상 및 최소 인/아웃 대역 지연 편차 등을 제공함으로써 달성될 수 있다.
도 3에 또한 세 개의 디지털 주파수-시프트 유닛이 도시되어 있다. 제1주파수-시프트 유닛은 예를 들어, 시프트된 주파수 Fshift1에서 숫자 제어 진동기와 같은 디지털 사인 신호를 생성하는 디지털 사인 신호 생성기(144A)와, 디지털 사인 신호와 디지털 필터(144D)와 같은 디지털 필터의 출력을 혼합하는 디지털 믹서(146A)를 포함할 수 있다. 제2 주파수-시프트 유닛은 예를 들어, 시프트된 주파수 Fshift2에서 디지털 사인 신호를 생성하는 디지털 사인 신호 생성기(144B)와, 디지털 사인 신호와 디지털 신호 가산기(142)의 출력을 혼합하는 디지털 믹서(146B)를 포함할 수 있다. 제3 주파수-시프트 유닛은 예를 들어, 시프트된 주파수 Fshift3에서 디지털 사인 신호를 생성하는 디지털 사인 신호 생성기(144C)와, 디지털 사인 신호와 디지털 필터(1400C)로의 입력을 혼합하는 디지털 믹서(146C)를 포함할 수 있다. 신호 시프트 유닛들은, 그 각각의 디지털 사인 발생기에 의해 생성된 디지털 사인 신호의 주파수에 의해 적용된 것으로 신호의 주파수를 시프트할 수 있다. 도 4d는 디지털 사인 신호가 신호의 주파수(Fshift)에서의 임펄스로 보이는 디지털 사인 신호의 스펙트럼도를 도시한다. 도 4e는 디지털 필터(140)의 주파수 시프터를 입력 또는 출력 둘 중 하나에 인가함으로써 기인할 수 있는 단일 통신 채널의 주파수 성분에서의 시프트를 도시하는 스펙트럼도이다. 도 4f는 디지털 주파수 시프터를 디지털 신호 가산기(142)의 출력에 인가함으로써 기인할 수 있는 몇몇 통신 채널의 주파수 성분에서의 시프트를 도시하는 스펙트럼도이다.
일반적으로, 디지털 신호와 디지털 사인 신호를 혼합하는 것은 사인 신호의 주파수에 의해 디지털 신호의 주파수 성분의 시프트를 일으킬 수 있다. 이 변이는 주파수에서의 업 및 다운 둘 다 일수 있고, 고조파가 이 공정에 의해 생성될 수 있다. 따라서 원하는 주파수 밴드를 분리시키기 위해 필터가 사용될 수 있다. 원하는 경우, 믹서(146A 및 146B)의 출력으로부터 고조파를 제거하기 위해 디지털 필터를 이용할 수 있다.
이제 도 2a를 참조해보면, 디지털 필터와 주파수 시프터 블록(140U) 바로 뒤에, 디지털-아날로그 컨버터("D/A")(150U)가 도시되어 있다. 이 D/A(150U)는 블록(140U)의 디지털 신호 출력을 아날로그 신호로 변환할 수 있고, 이것은 업-컨버터(160U)에 의한 입력 RF 필터(110U)에서 수신된 원래의 주파수로의 업변환일 수 있다. 출력 필터(170U)는 업-컨버터(160U)에 의해 신호에 도입될 수 있는 고조파를 제거하는 데에 사용된다. 업-컨버터(160U) 및 출력 RF 필터(170U) 둘 중 하나 또는 그 둘 모두는 신호 증폭기(도 2a에 도시 생략)를 포함할 수 있다. 필터링된 신호는 전송 안테나로 또는 그로부터 전파될 수 있다.
양방향 리피터(100)의 하향 또는 다운링크(B) 섹션은 상술한 상향 섹션(A)과 거의 동일할 수 있다. 한가지 차이점은, 입력 RF 필터(110D), 디지털 필터 및 디지털 주파수 시프터 블록(140D), 및 출력 RF 필터(170D)가, 상향 통신 채널의 또는 상향 통신 채널 부근의 주파수를 통과시키는 것이 아니라, 하향의 주파수를 수신 및 통과시키도록 튜닝될 수 있다는 점일 수 있다. 필터들 각각이 설정되는 특정 주파수 대역은, 오퍼레이터가 특정 지리적 영역 내에서 중계되기를 원하는 통신 채널, 상향 및 하향의 특정 주파수에 의존할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 주 파수들은 그러한 통신 주파수들의 예시들일 뿐이다. 도 2a에서는 상향과 하향 간에 어떠한 구별도 없다. 그러나, 당업자라면, 셀룰러 시스템이나 임의의 다른 송수신용 무선 통신 시스템에서 각각의 하향 통신 채널에 대응하는 상향 통신 채널이 존재할 수 있음을 알 것이다. 상향 채널 주파수와 하향 채널 주파수 간의 관계는 고정될 수 있고, 또는 각각이 모바일 장치와 기지국 간에서 협상되거나 따로 설정될 수 있다.
이제 도 2b를 보면, 디지털 필터(140U 및 140D)에 접속된 제어 유닛(200)을 포함하고, 성능 모니터(180)로부터 성능 데이터를 수신하는 본 발명의 일 실시예의 블록도가 도시되어 있다. 제어 유닛(200)은 디지털 필터(140U 및 140D) 중 하나에 있는 디지털 필터들(1400A 내지 1400D) 각각에 대하여, 구성 및 파라미터를 프로그래밍 및/또는 조절하고, 그에 따라 특성을 필터링한다. 제어 유닛(200)은 파라미터 데이터베이스(210A 및 210B)에 저장된 파라미터에 기초하여, 원격으로(예를 들어 모뎀 또는 다른 외부 소스를 통하여) 수신된 명령어들에 기초하거나 성능 모니터(180)로부터 수신된 성능 신호에 응답하여, 각각의 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D)를 프로그래밍 또는 조절한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제어 유닛(200)은 특정 통신 채널 또는 통신 채널 세트에 관련된 동작 또는 성능 조건을 수용하기 위하여, 특정 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D) 또는 집한적으로는 디지털 필터(140U 및 140D)의 파라미터 및/또는 디지털 필터 계수들을 프로그래밍 또는 조절한다. 예를 들어, 제어 유닛(200)은 디지털 필터들(1400A-1400D) 중에서, 도 1a의 제1 통신 채 널의 주파수 대역에 대응하는 필터를 프로그래밍할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(200)은, 도 1a의 제1 통신 채널의 중심 주파수 및 대역폭에 일치하는 대역 통과 주파수 응답 특성으로 되는 디지털 필터 구성 및 계수로 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D)를 제조 또는 생성할 수 있다. 제어 유닛(200)은 도 1a의 제2 통신 채널의 중심 주파수 및 대역폭에 일치하는 대역 통과 주파수 응답 특성을 갖고 또한 대역 통과 영역 내에 노치를 갖는 제2 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D)를 생성하기 위한 구성 및 계수로 제2 디지털 필터를 프로그래밍 또는 조절할 수 있다.
마찬가지로, 바로 앞에서 언급한 제1 및 제2 디지털 필터 내에 있는 것과 동일한 디지털 필터(140U 또는 140D) 내에서, 제어 유닛(200)은 단일의 통신 협대역(예를 들어, 도 1b에 도시된 제5 채널) 또는 인접한 협대역 채널들의 세트(예를 들어, 도 1b에 도시된 제3 및 제4 채널)를 필터링하도록 제3 디지털 필터를 프로그래밍할 수 있다. 각각의 디지털 필터(1400A-1400D)는 고유의 독립적인 구성 및 계수로 프로그래밍될 수 있으며, 디지털 필터(140U 또는 140D) 내에 있는 다른 필터들 중 임의의 필터로부터 완전히 독립적인 주파수 응답을 가질 수 있다.
제어 유닛(200)은 성능 모니터(180)로부터의 신호에 응답하여 필터의 구성 및/또는 계수를 조정할 수 있다. 성능 모니터(180)는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 하나 이상의 필터 및/또는 하나 이상의 다른 컴포넌트에 걸친 신호 지연, 위상 시프트, 및 이득과 같은 파라미터를 감시할 수 있다. 예를 들어, 성능 모니터(180)는 필터(1400A 내지 1400D) 중 하나에 걸친 신호 지연, 위상 시프트, 및 신 호 손실이 임계치를 초과하는 것을 제어기에 지시하면, 제어 유닛(200)은 디지털 필터의 구성을 이에 따라 보상하기 위해 조절 또는 변경시킬 수 있다. 일반적으로, 복합 필터 구성은 상대적으로 단순한 구성보다 더 잘 정의되고 향상된 필터링 파라미터를 제공할 수 있으나, 이런 향상된 파라미터는 필터 전역에 걸친 시간 지연과 위상 시프트를 댓가로 하여 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 제어 유닛(200)이 특정 필터(1400A 내지 1400D)가 과도한 지연 및/또는 위상 시프트를 갖는 것으로 판단되면, 제어기는 그 특정 필터를 단순한 구성으로 재프로그램하거나 조절할 수 있다. 이런 재프로그래밍은 수동으로 및/또는 자동으로 구현될 수 있다. 비록 단순한 필터 구성이 필터의 대역 에지에서 보다 작고, 덜 정의된 슬롭과 같은 불량한 특성을 나타낼 수 있지만, 이런 구성의 지연 및/또는 위상 시프트값은 상당히 개선될 수 있다. 다른 예에서, 제어 유닛(200)은 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D)를 다수의 인접한 통신 채널, 예를 들어, 도 1b의 제3 및 제4 채널의 주파수 성분을 통과시키기에 충분한 대역폭을 갖도록 프로그램할 수 있다. 두 개의 통신 채널이 하나의 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D)를 사용하여 필터링될 때와 같은 동작 상황 하에서는, 디지털 필터의 구성 및 계수를 광대역 통과 영역 및/또는 덜 정의된 슬롭을 갖도록 적응시키는 것이 유리할 수 있다.
당업자라면, 제어 유닛(200)이 필터(1400A 내지 1400D) 중 임의의 것의 구성 및 계수를, 데이터베이스(210A 및 210B) 내에 저장된 데이터, 또는 원격 소스로부터, 예를 들어, 모뎀(220)을 통해 수신된 데이터, 또는 다운링크 변환에 관련된 데 이터를 저장할 수 있는 데이터베이스(210A) 및 업링크 변환에 관련된 데이터를 저장할 수 있는 데이터베이스(210B)의 조합에 기초하여 동적으로 변경할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제어기는 모뎀(220)을 통해 단지 하나의 통신 채널만을 통과하도록 현재 구성된 필터-현재는 두 개의 통신 채널을 통과하도록 구성됨-의 대역폭을 재구성하도록 하는 명령어를 수신할 수 있다. 제어 유닛(200)은 데이터베이스(210A 및 210B) 내의 데이터에 기초히여 필터를 재구성하도록 지시를 받을 수 있으며/있거나 모뎀(220)을 통해 새로운 구성 및 계수 데이터를 제공받을 수 있다. 또한, 새로운 필터 구성 및 계수 데이터는 우선 원격 소스로부터, 예를 들어, 모뎀(220)을 통해 데이터베이스(210A 및 210B)로 업로드될 수 있으며, 이어서 제어 유닛(200)은 새로운 데이터에 기초하여 필터(1400A, 1400B, 1400C 및/또는 1400D)를 재구성하라는 명령어를 수신할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 성능 모니터(180)로부터 나온 성능 감시 데이터는 모뎀(220)을 통해 제어 유닛(200)에 전송될 수 있다.
도 8을 살펴보면, 종래 셀룰러 기지국, 종래 리피터, 또는 수신기를 갖는 임의 다른 통신 시스템에 대해 입력 단으로서 적합한 본 발명의 실시예가 도시되어 있다. 도 8에 도시된 실시예는, 예를 들어, 저 잡음 증폭기("LNA") 및 감쇄기를 포함할 수 있는 사전-필터링 단(115)일 수 있다. RF 유닛(125)은 다운 컨버터를 포함할 수 있으며, 사전-필터링 단의 출력을 중간 주파수("IF") 신호로 하향 변환시킬 수 있다. A/D 컨버터(도시 안됨)가 RF 유닛(125)에 또는 디지털 필터 블록(140U)에 포함될 수 있다. 하향 변환된 신호는 A/D 컨버터에 의해 디지털 신호 로 변환될 수 있으며, 디지털 신호는 상술된 디지털 필터 블록(140U) 내의 디지털 필터에 의해 필터링될 수 있다(도 2a, 도 3, 및 도 4a 내지 도 4f에서 업링크 부분을 참조바람).
당업자라면, 충분히 높은 샘플링 레이트를 갖는 A/D 컨버터를 사용할 경우에는 중간 주파수로의 아날로그 신호의 하향 변환은 필요치 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 전형적으로, 아날로그 신호의 정확한 디지털 표현을 얻기 위해, 아날로그 신호에서 최고 주파수 성분의 2배의 샘플링 레이트가 필요로 된다. 따라서, 중간 주파수로의 하향 변환은 보다 저속이고 경제적인 A/D 컨버터를 사용할 수 있지만, 본질적인 것은 아니다.
일단 수신된 아날로그 신호를 표현하는 디지털 신호가 생성되면, 간섭 신호의 필터링 및 통신 채널의 주파수 시프팅이 도 3 및 도 4a 내지 도 4f를 참조하여 상술한 바와 같이 수행될 수 있다. 디지털 필터(1400A, 1400B, 1400C 또는 1400D)는 협대역 간섭 신호의 노치 필터링을 포함하여, 다수의 전송 특성 또는 주파수 응답 중 임의 하나를 생성하도록 구성될 수 있다.
일단 디지털 신호가 필터링되면, 디지털 신호는 D/A 컨버터(도시 안됨)를 사용하여 아날로그 신호로 다시 변환될 수 있다. D/A 컨버터의 출력은, 예를 들어, 디지털화하기 전에 대응하는 하향 변환 단계가 이전에 사용되었으면, 상향 변환될 수 있다. D/A 컨버터는 디지털 필터 블록(140U)의 일부이거나 또는 RF 유닛(125)의 일부일 수 있다. 상향 컨버터는, 사용될 경우에는, RF 유닛(125)의 일부가 될 수 있다.
본 발명의 전술한 실시예의 아날로그 출력은, 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 기지국의 RF 입력단에 공급되거나, 종래의 리피터의 입력단에 공급되거나 RF 통신 시스템의 일부로서 사용되는 임의의 기타 수신기에 공급될 수 있다.
이제, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 도 8의 블록(140U)의 다중-경로 디지털 필터링 구성의 블록도가 도시되어 있다. 도 5a의 필터링 구성은 다중 병렬 신호 경로를 구비하며, 여기에서 각각의 신호 경로는 다중 필터링 엘리먼트를 유도할 수 있다. 제1 및 제2 신호 경로는 디지털 다운 컨버터, 기저대역 디지털 필터 및 디지털 업 컨버터를 포함할 수 있다. 도 5a의 다중-경로 디지털 필터링 블록의 상위 경로에서 엘리먼트에 의한 입력 신호 상의 예시적 영향을 나타내는 일련의 스펙트럼 다이어그램를 도시하는 도 5b를 참조하고, 도 5a의 다중-경로 디지털 필터링 블록의 하위 경로에서 엘리먼트에 의한 입력 신호 상의 예시적 영향을 나타내는 일련의 스펙트럼 다이어그램를 도시하는 도 5c를 참조한다. 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 디지털 다운 컨버터는 디지털 신호의 주파수 성분을, 예를 들면, 제1 디지털 정현 소스가 제공하는 제1 디지털 정현 신호(FDDC)의 주파수만큼 다운방향으로 시프트할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 디지털 기저 대역 필터를 사용하여 다운-컨버트되거나 다운 시프트된 디지털 신호를 필터링하고, 디지털 업 컨버터는 디지털 기저 대역 필터의 출력의 주파수 대역을, 예를 들면, 제1 또는 제2 디지털 정현 소스가 제공하는 디지털 정현 신호(FDUC)의 주파수만큼 업-컨버트하거나 시프트 업할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 각각의 디지털 다운 컨버터 및 각각의 디지털 업 컨버터는 개별 디지털(예를 들면, 정현) 신호 소스와 관계될 수 있고, 여기에서, 각각의 디지털 신호 소스는 개별적으로 제어되어 상기 소스의 동작 범위 내에서 임의의 주파수의 개별 디지털 신호를 제공한다. 각각의 기지국 대역 디지털 필터는 개별 구성 및/또는 필터 계수로 프로그래밍될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 디지털 컨버터, 디지털 업 컨버터, 이들과 관계된 디지털 소스 및 각각의 디지털 기저 대역 필터는 제어 유닛(200)에 의해 개별적으로 조정되거나 제어될 수 있다.
이제, 도 6a를 참조하면, 대안적인 디지털 필터링 블록(140)의 블록도가 도시되어 있으며, 여기에서, 신호 필터링은 데이터 프레임화 유닛(1401), 스펙트럼 분석기(예컨대, 고속 퓨리에 변환("FFT") 엔진)(1402), 프로그래머블 프레임 정형 유닛(1403) 및 역 고속 퓨리에 변환("IFFT") 엔진(1404)을 이용하여 이루어질 수도 있고, 도 6b는 도 6a의 디지털 필터링 블록 내 각 엘리먼트가 신호에 미치는 예시적인 영향을 나타내는 일련의 시간 도메인 및 스펙트럼 다이어그램을 도시한다.
도 6a의 예시적인 필터링 시스템에 따르면, 샘플링된 데이터 스트림은 데이터 프레임화 유닛(1401)에 의해 데이터의 개별 프레임으로 분리될 수도 있다. 프레임은 부분적으로 중첩될 수도 있고, 또는 중첩되지 않을 수도 있으며, 각 프레임은 고속 퓨리에 변환 엔진(1402)을 통해 다른 시간 도메인 대 주파수 도메인 변환 블록으로 진행할 수도 있다. FFT 엔진(1402)에 의해 출력된 데이터의 각 프레임은 프로그래머블 FFT 프레임 정형 블록(1403)을 통과할 수도 있다. 프레임 정형 블록 이 프로그램되어, 원하지 않는 주파수 성분과 관련된 프레임의 일부분을 억제 또는 제거(notch out)할 수도 있고, 중요한 주파수와 관련된 프레임 내의 엘리먼트에 영향을 주거나, 선택적으로 승압할 수도 있다. IFFT 엔진(1404)은 프레임 정형 유닛 또는 블록을 통과한 주파수 도메인 프레임을 시간 도메인 프레임으로 다시 변환하는 데 사용한다. 그러면, 프레임은 디지털 데이터 스트림으로 재결합되어 시간 도메인 내에 본래의 데이터 스트림을 나타낼 수도 있지만, 불필요한 주파수 성분은 제거되고, 원하는 주파수 성분은 손상되지 않거나, 강화된다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 프로그래머블 FFT 프레임 정형 유닛(1403)은 제어 유닛(200)에 의해 프로그램될 수도 있다. 불필요한 주파수 성분은 제어 유닛(200)에 프로그램된 명령에 따라 프로그래머블 FFT 프레임 정형 유닛에 의해 수동 또는 자동으로 제거될 수도 있다. 게다가, 제어 유닛(200)은 불필요한 주파수 성분을 원격에서 제거하거나, 제어 유닛(200)을 원격에서 프로그램하는 원격 액세스를 가능하게 하는 모뎀을 포함할 수도 있다.
도 3 및 도 5a에 도시한 디지털 필터링 구성 또는 블록과는 대조적으로, 도 6a의 필터링 구성은, 예를 들어 3개 처리 엘리먼트, 즉 FFT 엔진(1402), 프로그래머블 FFT 프레임 정형 유닛(1403) 및 IFFT 엔진(1404)을 이용하여 실행되는 인접하지 않은 수많은 통신 채널의 필터링, 예컨대 대역폭 및 중심 주파수를 변경할 수도 있다. 2개 필터링 방법론 간의 또 다른 차이점은, 종래의 디지털 필터는 순전히 시간 도메인에서 작동하는 반면, 도 6a의 필터링 블록은 디지털 시간 도메인 신호를 주파수 도메인으로 변환한 후, 불필요한 주파수 성분에 대응하는 값을 제거 또 는 무효화한다는 점에 있다. 디지털 시간 도메인 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 프로세스는 일반적으로는 상당한 계산을 요구하여 긴 지연이 도입될 수도 있기 때문에, 그러한 프로세스는 이전에는 실시간 디지털 신호 필터링을 위해서는 고려되지 않았었다. 그러한 프로세스는, 예를 들어 반복하는 간섭 패턴 오프 라인을 검출 및/또는 식별하는 본 발명의 환경에서는 유용하고, 가치가 있으므로, 그러한 예상되는 패턴은 전술한 바와 같이 다음에 고려할 수도 있다. 검출 및/또는 식별되는 예상 패턴의 히스토리는 나중에 참조하기 위하여 메모리에 기록 또는 저장할 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 주파수 도메인 변환 엔진 및 이 엔진을 동작시키는 방법은 통신 채널 트래픽을 모니터링하는 능력을 제공할 수 있고, 간섭 특성을 검출하도록 할 수 있다. 기존의 간섭을 갖는 데이터 및 그 특성은 말단 사용자, 예를 들어, 소비자에게 통신 채널이 그 간섭으로 인해 손상될 수 있는 지를 결정하는 툴을 제공할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 양방향 리피터(100)의 또 다른 가능한 실시예가 도시된다. 도 2a 및 2b의 양방향 리피터에서와 같이, (A) 업스트림 또는 업-링크 섹션 및 (B) 다운스트림 또는 다운-링크 섹션의 2개의 섹션이 존재한다. 또한, 도 2의 실시예에서와 마찬가지로, 이 업-링크 및 다운-링크 섹션은, 통과 및 재송신되도록 튜닝되는 주파수를 제외하고는 실질적으로 서로 대칭(mirror)될 수 있다.
도 7의 양방향 리피터(100)의 다운스트림 또는 다운-링크 섹션(B)에서 보면, 입력 RF 필터(110D)를 포함한 듀플렉서가 있을 수 있다. 입력 RF 필터(110D)는 낮은 소음 증폭기("LNA;low noise amplifier") 및 감쇠기를 포함할 수 있는 프리-필터링 스테이지(115D)로 연결될 수 있다. 프리-필터링 블록(115D)의 출력은, 이 출력을 다운 컨버트할 수 있고 또한 A/D 컨버터를 포함할 수 있는 RF 유닛(125D)에 입력될 수 있다. 디지털 블록(140D) 내의 디지털 필터 및 주파수 시프터(shifter)는 도 2a, 2b, 3 또는, 4a 내지 4c에 기술된 것과 유사할 수 있으며, 또는 본 발명에 적합한 임의의 다른 디지털 필터 또는 주파수 시프터일 수 있다. 디지털 필터 블록(140D)의 출력은, 이 출력을 업컨버트할 수 있고 D/A 컨버터를 또한 포함할 수 있는 RF 유닛(125D)에 입력될 수 있다. 전력 증폭기 블록(145D)은 예를 들어, 감쇠기, 고-전력 증폭기, 및 전력 모니터를 포함할 수 있다. 자동 이득 제어 회로("AGC;automatic gain control circuit")는 전력 증폭기 블록(145D)으로부터의 출력 신호가 실질적으로 일정하게 유지되도록 감쇠기를 조정할 수 있다. AGC는 자동화된 이득 설정, 자동화된 이득 밸런싱(balancing) 및/또는 자동화된 발진 보호를 가능하게 할 수 있다. 전력 증폭기 블록(145D)의 출력 신호는 출력 필터(170D)를 포함한 듀플렉서로 전파되고, 이 듀플렉서를 통해 전파될 수 있다.
도 2a 및 2b에 도시된 양방향 리피터(100)에 있어서, 도 7의 양방향 리피터(100)는 특정 반송파/중심 주파수에서 또는 그 근방에서 업스트림 방향으로 통신 채널의 특정 세트를 전하고/전하거나, 특정 반송파 주파수 또는 그 근방에서 다운스트림 방향으로 통신 채널의 특정 세트를 전하도록 구성될 수 있을 것이다. 디지털 블록(140U,140D) 내의 디지털 필터 및 디지털 주파수 시프터는 관련 통신 채널 의 반송파 주파수에서 또는 그 근방에서의 주파수만을 통과시키도록 조정될 수 있을 것이다. 하나 이상의 통신 채널들의 주파수 성분은 디지털 주파수 시프터를 이용하여 변이될 수 있을 것이다. 업 컨버트 또는 다운 컨버트에 기인하는 반송파 주파수 오프셋이 고려되어 디지털 필터 내에서 보상될 수 있을 것이다. 더욱이, 본 발명의 양방향 리피터(100)는 통신 채널 주파수 대역 내의 협대역 노이즈 간섭을 제거하도록 조정될 수 있을 것이다.
또한, 도 7에는 업스트림 및 다운스트림 신호 경로를 따르는 다양한 지점에 접속된 성능 모니터(180)가 도시되어 있다. 모니터(180)는 개별적인 디지털 필터를 포함하는, 리피터(100)의 다양한 요소의 이득, 시간 지연 및 위상과 같은 특성을 트랙킹하는 데에 이용될 수 있을 것이다. 모니터(180)는 모니터링된 특성을 나타내는 신호를 제어기(200)에 전송할 수 있을 것이며, 제어기는 모니터 신호에 응답하여 개별적인 디지털 필터 및 주파수 시프터(140U)를 포함하는 리피터(100)의 다양한 엘리먼트를 조정할 수 있을 것이다. 제어기(200)는 데이터베이스(210A,210B)에 저장된 데이터와, 모뎀(22)을 통하여 수신된 인스트럭션 또는 데이터에 근거하여 필터 구성 및 계수를 변화시킬 수 있을 것이다. 성능 모니터링 데이터는 모뎀(220)을 통해서 원격 위치로 전송될 수 있을 것이다.
본 기술 분야의 당업자는 전술한 본 발명이, 예컨대 협대역 간섭이 제거되어야 하고/제거되어야 하거나, 위상 선형성 및 필터 파라미터가 소프트웨어 프로그램가능하고/프로그램가능하거나, 통신 채널에서 간섭이 발생할 수 있는 타워 마운티드 증폭기(Tower Mounted Amplifier), 무선, 유선, 케이블 또는 파이버 서버를 포 함하는(이에 한정되지 않음) 다양한 타입의 무선 또는 유선 통신 시스템에서 이용될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 신호 필터링 방법이 제공된다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 블록(90)에서, 수신된 신호는 샘플링될 수 있고, 시간 도메인에서의 수신된 신호에 대응하는 데이터 스트림이 생성될 수 있다. 블록(91)에서, 스트림은 하나 이상의 제각각의 통신 채널과 연관된 주파수 대역의 하나 이상의 세트에 따라 필터링될 수 있다. 블록(92)에서, 하나 이상의 통신 채널은 하나 이상의 선택된 파라미터를 토대로 구성될 수 있다. 본 방법은, 블록(93)에서, 아날로그-디지털 컨버터에 의해 샘플링에 앞서 수신된 신호를 중간 주파수로 다운 컨버트하고, 블록(94)에서, 디지털-아날로그 컨버터로부터의 출력을 무선 주파수 필터의 출력으로 업 컨버트하는 것을 더 포함할 수 있다. 본 방법은, 블록(95)에서, 필터링 블록의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 필터링은, 블록(96)에서, 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 데이터 스트림을 변환하고, 데이터 스트림의 프레임을 정형하고, 주파수 도메인으로부터 시간 도메인으로 데이터 스트림을 역변환하는 것을 포함할 수 있다.
추가 실시예들에 있어서, 신호 필터링 방법은 신호 흐름 특성을 모니터링하고, 이러한 신호 흐름 특성을 제어기에 표시하고, 신호 흐름 특성이 소정 범위를 벗어난다면 하나 이상의 필터링 요소를 재구성하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 신호 흐름 특성의 모니터링은 신호를 획득하고, 신호를 지연시키고, 신호의 위상을 시프트하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 모니터링은 모뎀을 통해 신호 흐름 특성을 원격 위치로 전송하는 것을 포함한다.
추가 실시예들에서, 신호 필터링 방법은 자동 획득 설정을 구현하고, 자동 획득 균형을 구현하고, 및/또는 진동 제어를 구현하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 본 방법은 트래픽 로드를 분석하는 것을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일정한 특징에 대해 예시 및 설명하였지만, 당업자들이라면, 이에 대해 많은 수정, 대체, 변경 및 치환을 할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에서 그러한 수정 및 변경 모두를 커버하고자 한다는 것이 이해된다.
본 발명에 의하면, 통신 채널로부터 협대역 노이즈를 배제하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims (35)

  1. 신호 필터링 시스템에 있어서,
    수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역에서 상기 수신된 신호에 대응하는 데이터 스트림을 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 수신된 신호의 스펙트럼 분석을 실행하는 디지털 신호 처리 유닛;
    상기 스펙트럼 분석의 결과에 기초하여 상기 데이터 스트림을 필터링하는 필터링 서브시스템 - 상기 필터링 서브시스템은 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 가지며, 각각의 필터링 소자는 하나 이상의 각각의 통신 채널들과 연관된 하나 이상의 세트들의 주파수 대역들을 필터링하도록 구성됨 - ; 및
    하나 이상의 선택된 파라미터들에 기초하여 상기 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 구성하는 제어기
    를 포함하는 신호 필터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 컨버터에 의한 샘플링 전에 상기 수신된 신호를 중간 주파수로 다운 컨버트하는 다운 컨버터를 더 포함하는 신호 필터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 컨버터에 의한 샘플링 전에 상기 수신된 신호를 원하 는 무선 주파수로 다운 컨버트하는 다운 컨버터를 더 포함하는 신호 필터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터링 블록의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 컨버터를 더 포함하는 신호 필터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 컨버터로부터 출력 무선 주파수 필터로의 출력을 업 컨버트하도록 구성된 업 컨버터를 더 포함하는 신호 필터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필터 소자들 중 하나 이상은 프로그램가능한 디지털 필터를 포함하는 신호 필터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필터 소자들 중 하나 이상은 시간 영역-주파수 영역 변환 엔진, 프레임 정형 유닛, 및 주파수 영역-시간 영역 변환 엔진을 포함하는 신호 필터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주파수 영역 변환 엔진은 고속 퓨리에 변환 엔진인 신호 필터링 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 주파수 영역-시간 영역 변환 엔진은 역 고속 퓨리에 변환 엔진인 신호 필터링 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시스템을 통한 신호 흐름 특성을 모니터하여 상기 신호 흐름 특성을 상기 제어기에 나타내는 성능 모니터링 유닛을 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 신호 흐름 특성이 소정의 범위 내에 있지 않으면 상기 하나 이상의 필터링 소자들을 재구성하도록 구성되는 신호 필터링 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모니터된 신호 흐름 특성은 신호 이득, 신호 지연, 및 신호 위상 시프트로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 신호 필터링 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 신호 흐름 특성을 모뎀을 통해 원격 위치로 송신할 수 있는 신호 필터링 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 신호 흐름 특성이 소정의 범위 내에 있지 않으면 상기 하나 이상의 필터링 소자들을 원격으로 재구성하도록 구성된 이득 제어 유닛을 더 포함하는 신호 필터링 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 신호 흐름 특성이 소정의 범위 내에 있지 않으면 상기 하나 이상의 필터링 소자들을 자동으로 재구성하도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 자동 이득 제어를 실행하도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 이득 밸런싱을 자동으로 실행하도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 발진 보호(oscillation protection)를 실행하도록 구성된 신 호 필터링 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 트래픽 부하를 분석하도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 필터 소자들 중 하나 이상은 하나 이상의 선택된 주파수 대역을 통과시키도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 필터 소자들 중 하나 이상은 하나 이상의 선택된 주파수 대역을 차단시키도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 필터 소자들 중 하나 이상은 간섭 신호의 하나 이상의 선택된 주파수 대역 또는 그 대역 부근에서 노치(notch)하도록 구성된 신호 필터링 시스템.
  22. 신호 필터링 방법에 있어서,
    수신된 신호를 샘플링하여 상기 시간 영역에서 상기 수신된 신호에 대응하는 데이터 스트림을 생성하는 단계;
    하나 이상의 각각의 통신 채널들과 연관된 하나 이상의 세트들의 주파수 대역들에 따라서 상기 스트림을 필터링하는 단계; 및
    하나 이상의 선택된 파라미터들에 기초하여 상기 하나 이상의 통신 채널들을 구성하는 단계
    를 포함하는 신호 필터링 방법.
  23. 제30항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 컨버터에 의한 샘플링 전에 상기 수신된 신호를 중간 주파수로 다운 컨버트하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  24. 제30항에 있어서,
    상기 필터링 블록의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  25. 제32항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 컨버터로부터 출력 무선 주파수 필터로의 출력을 업 컨버트하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  26. 제30항에 있어서,
    상기 필터링하는 단계는,
    상기 데이터 스트림을 상기 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하는 단계;
    상기 데이터 스트림의 프레임을 정형하는 단계; 및
    상기 데이터 스트림을 상기 주파수 영역에서 상기 시간 영역으로 재변환하는 단계
    를 포함하는 신호 필터링 방법.
  27. 제30항에 있어서,
    신호 흐름 특성을 모니터하는 단계;
    상기 신호 흐름 특성을 상기 제어기에 나타내는 단계; 및
    상기 신호 흐름 특성이 소정의 범위 내에 있지 않으면 상기 하나 이상의 필터링 소자들을 재구성하는 단계
    를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  28. 제35항에 있어서,
    신호 흐름 특성을 모니터하는 단계는,
    신호를 취득하는 단계;
    상기 신호를 지연시키는 단계; 및
    상기 신호의 위상을 시프트하는 단계
    를 포함하는 신호 필터링 방법.
  29. 제35항에 있어서,
    상기 모니터하는 단계는 상기 신호 흐름 특성을 모뎀을 통해 원격 위치로 송신하는 단계를 포함하는 신호 필터링 방법.
  30. 제22항에 있어서,
    자동 이득 설정을 실행하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  31. 제22항에 있어서,
    자동 이득 밸런싱을 실행하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  32. 제22항에 있어서,
    발진 제어를 실행하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  33. 제22항에 있어서,
    트래픽 부하를 자동으로 분석하는 단계를 더 포함하는 신호 필터링 방법.
  34. 셀룰러 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    상기 기지국은,
    수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역에서 상기 수신된 신호에 대응하는 데이터 스트림을 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 수신된 신호의 스펙트럼 분석을 실행하는 디지털 신호 처리 유닛;
    상기 데이터 스트림을 필터링하는 필터링 서브시스템 - 상기 필터링 서브시스템은 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 가지며, 각각의 필터링 소자는 하나 이상의 각각의 통신 채널들과 연관된 하나 이상의 세트들의 주파수 대역들을 필터링하도록 구성됨 - ; 및
    하나 이상의 선택된 파라미터들에 기초하여 상기 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 구성하는 제어기
    를 포함하는 기지국.
  35. 셀룰러 통신 시스템용 리피터에 있어서,
    상기 리피터는,
    수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역에서 상기 수신된 신호에 대응하는 데이터 스트림을 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 수신된 신호의 스펙트럼 분석을 실행하는 디지털 신호 처리 유닛;
    상기 데이터 스트림을 필터링하는 필터링 서브시스템 - 상기 필터링 서브시스템은 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 가지며, 각각의 필터링 소자는 하나 이상의 각각의 통신 채널들과 연관된 하나 이상의 세트들의 주파수 대역들을 필터링하도록 구성됨 - ; 및
    하나 이상의 선택된 파라미터들에 기초하여 상기 하나 이상의 디지털 필터 소자들을 구성하는 제어기
    를 포함하는 리피터.
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