KR20070050466A

KR20070050466A - 무선 데이터 통신 장치

Info

Publication number: KR20070050466A
Application number: KR1020077005493A
Authority: KR
Inventors: 웨인 플리산트
Original assignee: 쉴드테크 시스템즈, 엘엘씨
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-05-15
Also published as: EP1776772A1; WO2006020838A1; TW200614757A; MX2007001801A; US20060035618A1; CA2576995A1; BRPI0515011A; CN101036309A; JP2008510391A

Abstract

무선 데이터 통신 장치가 제시된다. 제 1 중간 주파수 포트(intermediate frequency port), 제 2 기준 포트(reference port)와 밀리미터파 포트(millimeter wave port)를 가지는 밀리미터 대역의 믹서는 중간 주파수 무선 신호(intermediate frequency radio signal)를 수신한다. 로컬 발진기 소스(local oscillator source)는 기준 신호를 상기 믹서의 기준 포트에 제공하고, 상기 믹서의 밀리미터파 포트와 연결된 밀리미터파 필터를 이용하여, 중간 주파수 무선 신호가 밀리미터파 주파수 신호로 변환되며, 밀리미터파 주파수 신호는 중간 주파수 무선 신호로 변환된다.

Description

무선 데이터 통신 장치{WIRELESS DATA COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은 무선 근거리 통신망(Local Area Network, LAN) 장비와 같은 장치들의 작동 반송 주파수(operating carrier frequency)를 밀리미터파 주파수 대역으로 확장하고 이러한 확장에 필요한 구성요소들의 수를 감소시키는 저비용 무선 데이터 통신 장치에 관한 것이다.

개인용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 컴퓨터 단말, 개인 휴대용 정보 단말(PDA)과 기타 데이터 장치와 같은 컴퓨터 시스템들은 특정한 종류의 무선 데이터 망, 즉 무선 근거리 통신망(wireless LAN)을 통해 상호 접속될 수 있다. 그러한 구성에서, 단말 장치들은 데이터 처리 장치와 무선 트랜시버를 인터페이스하기 위하여 매체 접속 제어기(Media Access Controller, MAC)와 같은 통신 제어기를 내장한다. 상기 제어기는 무선 트랜시버가 작동하는 무선 채널을 선택하고, 상기 무선 근거리 통신망을 통해 전송 및 수신을 위해 데이터를 체계화하며, 에러 정정 및 기타 기능들을 수행한다.

통상적으로, 이러한 장치들이 무선 LAN을 통해 통신하기 위해 사용하는 상기 트랜시버는 슈퍼헤테로다인 무선 주파수(RF) 장치이다. 전통적인 트랜시버에서, 안테나는 신호를 수신하여 그 신호를 대역통과(bandpass) RF 필터, 또는 다이플렉 서(diplexer)에 제공하여 미리 설정된 목표 대역폭 내의 RF 신호와 무선 잡음(radio noise)만을 선택하게 된다. 상기의 미리 설정된 목적 대역폭을 벗어난 무선 잡음은 감쇄된다. 상기 선택된 RF 신호 및 잡음들은 상기 수신기 믹서에 의해 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF)로 변환되기에 앞서 잡음 증폭기에 의해 증폭된다.

전송시, 변환기는 신호들을 하나 이상의 출력 전송 필터로 전달한다. 이러한 필터들은 상기 다이플렉서(diplexer)의 "송신 측(transmit side)"으로도 알려져 있으며, 요구되는 미리 설정된 전송 대역폭 외의 상기의 신호들을 감쇄시킨다. 또한 전력 증폭기를 이용하여 신호들이 전송 필터들에 의해 수신되기 전후에 상기 신호들을 증폭할 수도 있다.

무선 LAN 장비는 용이하게 구축가능한데 이는 케이블과 전선들을 각 네트워크 장치에 연결해야 할 필요성이 없기 때문이다. 따라서, 무선 랩톱들이 무선 LAN에 접속될 수 있을 뿐 아니라, 데스크톱과 기타 워크스테이션들을 구축하는 것 또한 용이하게 된다. 실제로, 무선 LAN 장비들의 인기가 급속히 늘어서 도심 지역에서는 둘 이상의 무선 LAB 신호들이 다수의 지점에서 흔히 서로 교차한다. 도심 지역에서는 타 회사들 또는 다른 사람들의 컴퓨팅 장비가 서로 근접하는데, 이러한 둘 이상의 무선 LAN 신호들의 상호 교차 현상은 더욱 빈번해지고 있다. 그러나, 무선 데이터 통신 장치들의 거리를 늘리기 위한 공지된 시스템들은 아직까지 고가의 네트워킹 구성요소들의 사용을 필요로 하였다. 따라서, 무선 통신의 실용적인 파장을 확장하면서도 나아가 상기 확장에 관련된 비용을 줄여주는 무선 네트워크 통신 장치에 대한 수요가 제기되었다.

본 발명은 상기 제시한 문제 및 다른 문제들을 해결하고, 이러한 종류의 공지 시스템들이 제공하지 않는 이점과 특징들을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 특징 및 이점에 대한 상세한 설명은 하기의 발명의 상세한 설명에서 도면들을 함께 참조하여 다루기로 한다.

본 발명은 이하에서 "트랜스컨버터(transconverter)"로 지칭하며 무선 LAN 트랜시버에 존재하는 최종단 무선 장치에 용이하게 연결되는 장치를 말한다. 상기 트랜스컨버터는 밀리미터파 주파수 대역으로 또는 상기 대역으로부터 송신되는 WLAN 신호들을 상향-변환(up-convert)하고 수신되는 WLAN 신호들을 하향-변환(down-convert) 한다. 그 결과로서 생성되는 무선 신호들은 종래의 비면허 무선 LAN 주파수 대역으로부터 멀리 벗어난 밀리미터파 주파수 대역에 위치하게 되어 다른 장치들로부터의 신호들과 간섭을 일으키지 않는다.

단일 발진기(oscillator), 주파수 체배기(frequency multiplier), 및 믹서의 조합이 송신 방향(transmit direction) 신호들과 수신 방향(receive direction) 신호들 모두를 처리하는데 이용된다. 이는 트랜스컨버터 장치의 송신 및 수신 기능에 대해 별도의 헤테로다인 단계를 이용하는 종래의 트랜스컨버터 설계비용에 비하여 상기 트랜스컨버터의 비용을 줄여준다.

상술하면, 상기 트랜스컨버터는 단일-종단(single-ended) 트랜시버 종류인 양방향 중간주파수 대 밀리미터파(IF-to-millimeter wave) 변환기를 이용한다. 명확히 말하면 이는 단일 평형 믹서(single balanced mixer)의 단자에 연결되는 국부 발진기 소스(local oscillator source)와 주파수 체배기(frequency multiplier)를 포함한다. 상기 평형 믹서의 나머지 두 단자들은 미리 변조된 IF 신호단과 밀리미터파 주파수 단에 연결된다. 상기 믹서와 관련된 필터가 이번에는 안테나에 연결되는 상기 밀리미터파 단에 연결된다. 선택적으로, 전력 증폭기 또는 저잡음 증폭기(low noise amplifier) 모듈이 상기 필터와 안테나 사이에 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 트랜스컨버터는 IEEE 802.11B 호환 입력 신호를 2.4GHz의 동작 대역으로부터 20GHz 대역의 밀리미터파 주파수 대역으로 이동시킨다. 그러나, 다른 주파수 대역과 체배 이동(multiply shift)이 이용될 수 있다. 802.11A 장치가 40GHz 또는 그 이상으로 트랜스컨버트 될 수 있다.

상기 전력 증폭기 또는 저잡음 증폭기 단은 몇가지 형태가 될 수 있다. 일 실시예로서, 저-이득(low-gain) 송신 신호가 밀리미터파 주파수에서는 이용가능한데, 순환기(circulator)가 저잡음 증폭기 경로와 전력 증폭기 경로를 분리하는데 이용될 수 있다. 그러나, 고전력 증폭기가 선호되는 상기의 실시예에서, 본 발명의 트랜스컨버터 설계를 이용하는 것이 유용하다. 특히, 이러한 실시예들은 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex, TDD) 시그널링 환경에서 이용될 수 있고, 여기에서 바이어스 신호들이 전력 증폭기 또는 저잡음 증폭기의 동작을 제어할 수 있다. 또한 바이-스태틱(bi-static) 모드를 이용하여 상기 송신 및 수신 신호 경로들을 물리적으로 분리시킬 수 있다.

바람직한 실시예로서, 본 발명의 상기 트랜스컨버터는 하우징(housing) 내에 편리하게 패키지화된다. 상기 하우징은 PCMCIA-형 회로기판들에 패키지화되는 것과 같이 표준 802.11 무선 LAN 장치를 포함할 수 있다. 상기 하우징은 트랜스컨버터 전자소자들 뿐 아니라 밀리미터파 안테나와 데이터 처리기 인터페이스 포트(data processor interface port)를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징과 이점들은 하기의 도면들과 함께 후술하는 실시예를 통해 명확해 질 것이다.

본 발명을 이해하기 위하여, 첨부된 도면들을 참조하여 이하 실시예로써 기술된다.

도 1은 상기 트랜스컨버터의 블록 다이어그램(block diagram)으로서, 본 발명에 따른 무선 LAN 트랜시버와 연결되어 있다.

도 2A, 2B 및 2C는 본 발명의 다양한 실시예를 나타내며, 여기서 밀리미터파 주파수 신호들은 저전력 신호들이다.

도 2D 및 2E는 고전력 동작이 요구되는 경우에 본 발명의 가능한 설계 구성을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 트랜스컨버터의 기계적 구성을 나타내는 등축도이다.

본 발명이 다양한 형태의 실시예의 여지가 있는 반면, 도면과 본 명세서에 기재된 본 발명의 구체적인 바람직한 실시예들이 제시되었는데, 본 발명의 명세는 발명의 사상의 예시로 보아야 하며, 본 발명의 폭넓은 형태를 기술된 실시예들에 한정하고자 하는 것은 아니라는 점을 고려하여야 한다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따라 구성된 트랜스컨버터(10)를 설명하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 상기 트랜스컨버터(10)는 바람직하게는 국부 발진기 소스(local oscillator source)(100), 주파수 체배기(frequency multiplier)(102), 평형 믹서(balanced mixer)(104), 필터(106)와 안테나(110)로 구성된다. 또한 선택적으로 전력 증폭기/저잡음 증폭기 (PA/LNA) (108)가 상기 트랜스컨버터(10)에 연결될 수 있다.

트랜스컨버터(10)는 양방향 컨버터로서 중간 주파수(intermediate frequency) 신호를 상기 믹서(104)의 한 입력단에서 수신한다. 상기 신호는 상기 필터(106)에 의해 고주파수로 변환되고, 안테나(110)에 전달된다. 따라서, 상기 트랜스컨버터(10)는 입력 표준 파장 무선 주파수 신호(input standard wavelength radio frequency signal)를 밀리미터 대역의 고주파수 신호로 변환할 수 있다.

역으로, 상기 트랜스컨버터(10)는 안테나(110)를 통해 비표준 밀리미터파 대역 무선 신호(non-standard millimeter range wavelength radio signal)를 수신한다. 상기 신호는 필터(106)를 통해 걸러지고, 상기 평형 믹서(104)를 거쳐 표준파 신호로 하향 변환된다. 따라서, 트랜스컨버터(10)는 입력 밀리미터 대역 신호를 표준 파장 무선 주파수 신호로 변환할 수 있다.

평형 믹서(104)는 3 단자(terminal)를 갖는 장치로서 제 1 단자 (A)는 중간 주파수 신호 포트와 결합 되고, 제 2 단자(B)는 로컬 기준기필터(106)의 밀리미터파 포트와 결합 된다. 상기 믹서(104)의 포트 (A)에 들어가는 중간주파수 신호는 미리 변조된 신호이다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 트랜스컨버터(10)는 IEEE 802.11B 호환 환경과 같이, 예컨대 표준 신호의 대역이 2.4 내지 2.483GHz 내에 존재하는 무선 근거리 통신망 장치와 함께 동작한다. 802.11A 호환 환경 하에서, 상기 신호는 대체로 5.8GHz 근처가 된다.

바람직한 실시예로서, 상기 트랜스컨버터(10)는 무선 근거리 통신망 모뎀(20)과 교신한다. 상기 모델(20)은 데이터 처리기 인터페이스(data processor interface)(202), 인코더(204), 디코더(206), 변조기(210), 복조기(212), 다이플렉서(diplexer)(214) 및 제어기(208)를 포함한다. 상기 모뎀(20)이 송신할 때, 신호들은 데이터 프로세싱 인터페이스(data processing interface)(202)로부터 수신되고 상기 신호 인코더(204)로 들어가며, 그리고 나서 변조기(210)로 들어간다. 이 신호는 이후 상기 다이플렉서(214)를 통해 중간 주파수 포트로 들어가며, 일반적으로 무선 네트워크 안테나로 흘러간다.

상기 모뎀(20)이 무선 신호들을 수신할 때, 상기 신호는 상기 안테나 포트로부터 상기 다이플렉서(214)로, 이후 상기 변조기(212)로, 그리고 상기 디코더(206)로, 그리고 상기 인터페이스(202)로 전달된다. 상기 제어기(208)는 인코더(204)와 디코더(206) 및 상기 인터페이스(202)를 제어하여 신호들을 요구되는 형식으로 예컨대 개인용 컴퓨터 내에 위치한 데이터 처리 장치(data processing equipment)에 제공한다. 예를 들어, 상기 인터페이스(202)는 Ethernet-10 Base T port, 100 Base T, Gigabit Ethernet 또는 다른 적절한 데이터 처리 인터페이스일 수 있다.

상기 트랜스컨버터(10)는 단일 평형 믹서(104)를 이용하여 표준 파장 신호들 을 밀리미터 대역 파장으로의 변환, 그리고 밀리미터파 대역 신호를 표준 파장 신호로의 변환 모두를 수행한다. 상기 발진기(100)와 체배기(102)가 중간 주파수와 밀리미터 주파수 대역 상호 간에 요구되는 시프트(shift)를 제공한다. 상기 구성요소들을 이용하여 필요에 따라 신호들의 상향-변환(up-conversion) 및 하향-변환(down-conversion)을 함으로써, 상기 트랜스컨버터(10)는 상기 변환과 관련된 비용을 감소시키며 헤테로다인 믹서, 필터, 또는 기타 고가의 밀리미터파 소자의 필요를 없애준다.

입력 신호가 고주파 신호로 변환되는 데 이용되는 특정 인수 N은 입력과 출력 신호들 사이의 파장에 대해 요구되는 분리도에 따라 선택한다. 예를 들어, 만일 배율 인수(multiply factor) N이 2라면, 12.9GHz의 입력 주파수 신호는 25.8GHz의 출력 신호로 변환될 수 있다. 상기 믹서는 28.2 내지 28.28GHz 범위에서 출력 밀리미터 파 신호를 생성한다. 다른 배율 인수들이 입력 및 출력 신호를 시프트하는데 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고도 이용될 수 있음을 고려하여야 한다.

도 2A를 보면 추가적인 구성요소 없이 무선 신호가 제시되어 있고, 이는 보통 필터(106)와 무선 주파수 안테나 사이에서 송신된다. 도 2B에서, 순환기(circulator)(122), (124)가 각각 전력 증폭기(130)의 입력 포트 및 출력 포트에 연결된다. 순환기(122), (124)는 상기 안테나로 전송되는 신호를 상기 안테나에 의해 수신되는 신호와 분리시키는데 이용된다. 도 2C에서 저전력 증폭기(132)가 순환기(122),(124) 사이의 신호 수신경로에 위치할 수 있다. 이러한 실시예들은 상기 트랜스컨버터(10)가 요구되는 파장범위 내에서 수신기 및 송신기 모두로 기능할 수 있게 하여 준다.

도 2D를 보면, 본 발명에 있어 신호 경로들이 분리된 고출력 모드 동작을 제공하기 위한 시스템의 다이어그램이 제시되어 있다. 이 시스템을 통해서, 시분할 이중화(Time Division Duplex) 모드에서의 동작은 각각 전력 증폭기(130)와 저잡음 증폭기(132)에 연결된 바이어스 단자들(134), (136)을 이용함으로써 지원된다. 대안적으로, 도 2E에 제시된 바와 같이, 전력 증폭기(130)의 출력 포트와 저잡음 증폭기(132)의 입력 포트가 연결되지 않을 수도 있다. 이 실시예에서는 안테나에 별도의 수신 및 송신 포트가 있고/또는 송신 및 수신에 별도의 안테나가 있다고 가정한다.

이제 도 3을 보면, 본 발명의 기술적 사상에 따라 트랜스컨버터(10)를 위한 하우징(housing)이 제시된다. 하우징(300)이 세워지고 내부에 트랜스컨버터(10)가 위치한다. 바람직하게는, 상기 하우징(300)은 밀리미터파 안테나(110)를 위해 기계적인 지원을 제공한다. 바람직하게는, 상기 하우징(300)은 연결자(coupler)(310)를 가지며 연결자는 기계적으로 또는 전기적으로 배열되어 무선 LAN 카드(320)를 수용할 수 있다. 예컨대, 상기 LAN 카드(320)는 PCMCIA-형태의 네트워크 카드가 될 수 있다. 선택적으로, 상기 하우징(300)은 또한 데이터 신호 인터페이스(202)와 조합된 커넥터(300)를 수용하여 상기 데이터 처리 장치로 및 데이터 처리 장치로부터의 신호들을 전달한다.

상기의 특정한 실시예들이 예시되고 기술되었지만, 본 발명의 기술적 사상으 로부터 두드러지게 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능하다는 점을 염두에 두어야 하며, 보호범위는 오로지 첨부한 청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims

무선 데이터 통신 장치로서:

제 1 중간 주파수 포트, 제 2 기준 포트 및 제 3 밀리미터파 포트를 갖는 밀리미터 대역 믹서(millimeter range mixer);

기준 신호를 상기 믹서의 기준 포트에 제공하는 발진기; 및

입력 중간 주파수 무선 신호(input intermediate frequency radio signal)를 밀리미터파 무선 신호로 변환하고 밀리미터파 무선 신호를 출력 중간 주파수 무선 신호로 변환하는 상기 믹서의 밀리미터파 포트에 연결되는 밀리미터파 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 데이터 통신 장치.
상기 제 1 항에 있어서,

상기 무선 신호의 강도를 증폭하기 위한 전력 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 데이터 통신 장치.
상기 제 1 항에 있어서,

입력 무선 신호의 강도를 증폭하기 위한 저잡음 필터(low noise filter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 데이터 통신 장치.
상기 제 1 항에 있어서,

무선 신호를 송수신하기 위한 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 데이터 통신 장치.
상기 제 1 항에 있어서,

상기 기준 신호를 조정하기 위한 체배기(multiplier)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 데이터 통신 장치.
무선 신호를 변환하는 방법으로서:

믹서의 입력 무선 신호 포트에서 입력 무선 신호를 수신하는 단계;

발진기로부터 기준 신호를 상기 믹서의 기준 포트에 제공하는 단계;

상기 입력 무선 신호가 중간 주파수 무선 신호이면 밀리미터파 무선 신호(millimeter wave radio signal)를 출력하고, 상기 입력 무선 신호가 밀리미터파 무선 신호이면 중간 무선 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 신호 변환 방법.
상기 제 6 항에 있어서,

상기 출력 밀리미터파 무선 신호의 출력을 증폭시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 변환 방법.
상기 제 6 항에 있어서,

상기 입력 무선 신호를 저잡음 증폭기를 통해 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 변환 방법.
상기 제 6 항에 있어서,

안테나로부터 상기 입력 무선 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 변환 방법.
상기 제 6 항에 있어서,

상기 출력 밀리미터파 무선 신호를 안테나로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 변환 방법.
상기 제 6 항에 있어서,

상기 기준 신호를 체배기(multiplier)를 통해 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 변환 방법.
무선 데이터 통신 장치로서:

제 1 중간 주파수 포트, 제 2 기준 포트 및 제 3 밀리미터파 포트를 갖는 밀리미터 대역 믹서(millimeter range mixer);

기준 신호를 상기 믹서의 기준 포트에 제공하는 발진기;

입력 중간 주파수 무선 신호(input intermediate frequency radio signal)를 밀리미터파 무선 신호로 변환하고 입력 밀리미터파 무선 신호를 중간 주파수 무선 신호로 변환하는 상기 믹서의 밀리미터파 포트에 연결되는 밀리미터파 필터;

중간 주파수 무선 신호와 밀리미터파 무선 신호 모두를 송수신하기 위한 안테나;

상기 무선 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기; 및

상기 무선 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 데이터 통신 장치.