KR20070106626A

KR20070106626A - 차량 탑재 단말기를 위한 무선 신호 처리 장치

Info

Publication number: KR20070106626A
Application number: KR1020077020293A
Authority: KR
Inventors: 황광진; 이기훈; 최윤기; 염승기
Original assignee: 포스데이타 주식회사
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-11-02
Also published as: CN101138259A; KR100910022B1; WO2006096029A1

Abstract

본 발명은 무선 송수신 기능을 구비한 무선 신호 처리 장치에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 무선 신호 처리 장치는 송수신 신호 분리기, 무선 신호 송수신 모듈, 및 주파수 발생부를 포함하여 구성되며, 무선 신호 송수신 모듈을 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 칩으로 집적화하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 무선 신호 처리 장치의 주요 구성부를 반도체 기판 위에 일괄 공정으로 제작 가능한 MMIC 칩으로 집적화하여 구현함으로써, 무선 신호 처리 장치의 소형 경량화를 가능하게 함과 동시에, 반도체 제작 공정에 의한 저가격화를 이룰 수 있다.

Description

차량 탑재 단말기를 위한 무선 신호 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING A RADIO FREQUENCY SIGNAL FOR AN AUTOMOBILE BASED TERMINAL}

본 발명은 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 통신 기능을 구비한 무선 신호 처리 장치에 관한 것으로서, 구체적인 일례로서 전자 통행료 자동 징수 시스템(ETCS: Electronic Toll Collection System)을 구성하는 차량 탑재 단말기를 위한 무선 처리 장치에 관한 것이다. 특히, 무선 신호 송수신 모듈 부분을 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 칩으로 집적화하여 구성함으로써 단말기 소형 경량화 및 저가격화를 가능하게 한 차량 탑재 단말기(On Board Equipment)용 무선 신호 처리 장치가 제안된다.

최근에 차량 증가로 인해 교통이 혼잡해지면서 지능형 교통 시스템(ITS: Intelligent Transport System)이 제시되었는데, 이는 기존의 교통 시스템과 정보통신, 전자, 제어, 컴퓨터 등의 첨단기술을 접목시켜 교통의 이동성, 안정성, 효율성 및 교통환경을 혁신적으로 개선하기 위한 것이다.

이러한 지능형 교통 시스템의 일례로서 고속도로 등과 같은 유료 도로의 통행료나 도심지 혼잡 통행료 등의 자동 징수를 위하여 전자 통행료 자동 징수 시스템(ETCS: Electronic Toll Collection System)이 제시되었는데, 이는 요금소의 차 량 진출입로에 설치된 노변 기지국 장치와, 그 요금소를 통과하는 차량에 탑재된 단말기 간의 무선 통신에 의하여 자동으로 요금이 징수되도록 하는 구성을 갖는다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 전자 통행료 자동 징수 시스템은 사용 주파수 대역이 300MHz 수준으로 주파수 사용 효율이 낮다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 단거리 무선 통신망을 이용하여 주파수 이용률을 높이는 방안이 시도되고 있다.

한편 많은 분야에서 전기 전자 장비의 소형화, 경량화, 저가격화를 이룰 것이 요청되고 있으며, 이를 위한 방안으로서 각종 부품을 하나의 칩으로 집적하는 방법이 제시되고 있다. 그 대표적인 예가 하나의 반도체 칩에 시스템을 집적하는 SoC(System-on-a-Chip)이며, 반도체 공정 기술의 발달과 더불어 더욱 많은 분야에 적용되고 있다.

본 발명이 적용되는 기술 분야인 무선 통신 시스템의 경우, 고주파 대역의 신호를 처리하기 위한 장치를 설계하기 위해 매우 정밀한 반도체 공정 파라미터의 조절이 필요하다. 따라서 일반적인 장치에 비해 시스템을 단일 칩화하는 것이 기술적으로 더욱 어렵다고 할 수 있다.

이와 같은 시스템 단일 칩화의 움직임은 앞서 언급한 단거리 무선 통신망을 이용하는 전자 통행료 자동 징수 시스템에도 꾸준히 시도되어 왔다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 무선 신호를 처리하는 장치의 단일 칩화는 기술적인 어려움으로 인해 현재까지 부분적으로만 성공을 거두어 왔다.

전자 통행료 자동 징수 시스템을 비롯한 각종 통신 시스템에 이용되는 무선 신호 처리 장치는 일반적으로 수신부, 송신부, 및 제어부로 구성되어 있다. 종래 기술에 따르면, 수신부, 송신부, 및 제어부 각각을 단일 칩화하여 복수의 칩으로 구성된 장치를 구현한 바 있다. 이와 같이 무선 신호 처리 장치의 각 부분을 별개로 단일 칩화하는 것은 구현이 용이하다는 장점이 있는 반면에, 장치의 소형화, 경량화를 통한 응용 분야의 확대 및 저가격화를 통한 수요자의 확대에 기여하기에는 부족하다.

이에, 본 발명에서는 무선 신호 처리 장치를 보다 효율적으로 구성하고, 주요 구성부를 단일 칩화하여 소형화, 경량화, 및 저가격화를 이룰 수 있는 새로운 기술을 제안하고자 한다.

기술적 과제

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 무선 신호 처리 장치의 주요 구성부인 무선 신호 수신부, 무선 신호 송신부, 및 주파수 발생부를 단일한 반도체 공정을 통해 고주파 단일 집적 회로(MMIC) 형태로 집적함으로써 무선 신호 처리 장치의 소형화, 경량화를 이루는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 신호 처리 장치의 주요 구성 부분으로서 송수신 신호 분리기를 포함함으로써 하나의 안테나를 통해 송수신 기능을 겸비하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 듀플렉서 또는 RF 스위치를 이용하여 송수신 신호 분리기를 구성함으로써 FDD 또는 TDD 방식으로 송수신 신호를 이중화(Duplexing)할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 수신 신호를 중간 주파수 신호로 변환하고, 이를 다시 복조기 입력으로 출력함으로써, 높은 수신 효율을 갖는 슈퍼헤테로다인 방식의 수신기를 구현하는 것을 그 목적으로 한다.

또 달리, 본 발명은 ASK 변조된 무선 수신 신호를 직접 기저 대역의 신호로 변환하고, 리미팅 증폭기와 비교기를 통해 수신 신호의 디지털 값을 추출함으로써, 저비용으로 직접 변환(Direct Conversion) 방식의 수신기를 구현하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 주파수 합성을 위해 필요한 장치들 중 TCXO와 PLL을 제외한 VCO 및 분주기만을 MMIC 형태로 집적화함으로써, 구현 용이성을 증대시키고 개발 기간을 단축할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 신호 처리 장치, 특히 전자 통행료 자동 징수 시스템의 차량 탑재 단말기를 저비용, 고효율로 생산하고, 소형 경량화함으로써 그 이용 범위를 넓히고 수요자의 요구에 부응하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

기술적 해결방법

상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 무선(RF: Radio Frequency) 신호 처리 단말기는, 무선 송신 신호와 무선 수신 신호를 분리하는 송수신 신호 분리기, 무선 수신 신호를 기저 대역 신호로 하향 변환하거나 기저 대역 신호를 무선 송신 신호로 상향 변환하는 무선 신호 송수신 모듈, 및 상기 무선 신호 송수신 모듈과 연결되어 주파수 변환을 위한 상향 또는 하향 주파수 신호를 생성하여 무선 신호 송수신 모듈에 입력하는 주파수 제어부을 포함하고, 상기 무선 신호 송수신 모듈은 다시 무선 신호를 하향 주파수 신호와 혼합함으로써 기저 대역의 수신 신호로 변환하는 무선 신호 수신부, 기저 대역의 신호를 상향 주파수 신호와 혼합함으로써 무선 송신 신호로 변환하는 무선 신호 송신부, 및 VCO와 분주기로 구성된 주파수 발생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 위와 같이 구성된 무선 신호 송수신 모듈을 고주파 단일 집적 회로(MMIC: Monolithic Microwave Integrated Circuit)로 집적화하여 구성하는 것이 본 발명의 특징이다.

또한, 본 발명에 따른 무선 신호 처리 장치의 주요 구성 요소인 무선 신호 송수신 모듈은 하향 및 상향 주파수 변환을 위해 VCO에 의해 생성된 하향 및 상향 주파수 신호를 필요로 하며, 상기 VCO는 무선 신호 송수신 모듈에 연결된 PLL에 의해 제어되고, 상기 PLL은 TCXO에 의해 생성된 기준 주파수(Reference Frequency) 신호에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 무선 신호 처리 기능을 구비한 일반적인 통신 단말기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 도 1에 있어, 무선 신호의 처리를 담당하는 RF 처리부의 상세한 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치의 내부 구성을 도시 한 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 신호 처리 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.

발명의 실시를 위한 형태

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무선 신호 처리 장치에 대해 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 신호 처리 장치는 능동형의 단거리 전용 무선 통신(DSRC: Dedicated Short Range Communication)을 이용하는 전자 통행료 자동 징수 시스템에 있어서, 도로 상에 설치된 노변 기지국 장치와 통신하도록 구성될 수 있다. 참고로, 본 발명이 적용되는 DSRC 시스템은 신호의 송수신을 위해 5.8 GHz 대역의 주파수를 이용할 수 있다. 이처럼 본 발명은 높은 주파수 대역을 이용하여 신호를 송수신함으로 더 많은 채널을 확보할 수 있고, 이에 따라 주파수 이용률을 높일 수 있다.

본 발명은 무선 신호 처리 장치의 주요 구성부인 무선 신호 송수신 모듈을 반도체 기판 위에 일괄 공정으로 제작 가능한 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 칩으로 구현하는 것을 그 목적으로 한다. 이와 관련하여 일반적인 차량 탑재 단말기의 구성은 첨부한 도면 도 1과 같다.

즉, 전자 통행료 자동 징수 시스템에 있어서의 차량 탑재 단말기는 도 1에 도시한 바와 같이, 안테나(ANT)를 통해 노변 기지국 장치와 통신하여 통행료를 자동 징수하기 위해 필요한 정보가 되는 무선 신호를 송수신 처리하는 RF 처리부 (101)와, 일련의 구동 전원을 공급해 주는 전원 처리부(102)와, 카드 거래내역과 차량 정보 등을 저장하고 있는 메모리부(103)와, 메뉴 및 카드 거래내역 등을 표시해 주기 위한 디스플레이부(104)와, 통행료 자동 징수와 관련하여 일련의 절차 및 처리 결과 등을 음성 안내해 주기 위한 스피커부(105)와, 사용자 선택 사항을 입력받거나 스마트 카드를 이용한 통행료 징수를 위한 인터페이스를 제공하는 사용자 정보 인터페이스부(106)와, 차량 탑재 단말기의 전체적인 동작을 제어 관리하며, RF 처리부(101)를 통해 노변 기지국 장치와 무선 신호를 송수신하여 통행료 자동 징수 기능을 수행하는 동작도 제어하는 주 제어부(107)를 구비하고 있다.

도 1의 RF 처리부(101)에 대하여 첨부한 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, RF 처리부(101)는 무선 송신 신호와 무선 수신 신호를 분리하는 역할을 하는 송수신 신호 분리기(200)와, 무선 수신 신호를 기저 대역 신호로 하향 변환하거나 기저 대역 신호를 무선 송신 신호로 상향 변환하는 무선 신호 송수신 모듈(201, 202, 205), 및 상기 무선 신호 송수신 모듈과 연결되어 주파수 변환을 위한 상향 주파수 신호 또는 하향 주파수 신호를 생성하여 상기 무선 신호 송수신 모듈에 입력하는 주파수 제어부(210)를 포함하여 구성된다.

상기 무선 신호 송수신 모듈은 다시 무선 수신 신호를 하향 주파수 신호와 혼합함으로써 기저 대역의 신호로 변환하는 무선 신호 수신부(201), 기저 대역의 신호를 상향 주파수 신호와 혼합함으로써 무선 송신 신호로 변환하는 무선 신호 송신부(202), 및 상향 또는 하향 주파수 신호를 생성하기 위한 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)와 VCO로부터 생성된 파형을 정수배로 분주 하여 PLL로 피드백 입력하는 분주기(Prescaler)를 포함하는 주파수 발생부(205)로 구성된다.

무선 신호 수신부(201)에 의해 수신되어 기저 대역으로 변환된 신호는 복조기(204)에 입력되어 송신 전 원래의 신호 형태로 복원된다. 또한, 무선 신호 송신부(202)에 입력되는 기저 대역의 신호는 기저 대역 증폭기(203)를 통해 한 차례 증폭된 뒤에 고주파 신호로 변환되는 것이 일반적인 구성이다.

무선 신호 송수신 모듈의 주요 구성 부분인 주파수 발생부(205)는 외부에 연결되어 있는 PLL(206)에 의해 제어되며, PLL(206)은 다시 TCXO(207)가 출력하는 기준 주파수(Reference Frequency) 신호에 의해 동작한다. PLL을 동작시키기 위한 피드백 제어 신호는 주파수 발생부(205)로부터 다시 얻어지는데, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 구성되는 무선 신호 처리 장치의 주요 구성 부분인 무선 신호 송수신 모듈을 MMIC 칩 형태로 집적화하는 데에 그 기술적 특징이 있다. 즉, 무선 신호 송신부(202), 무선 신호 수신부(201), 및 주파수 합성과 관련된 부분을 각각 별개의 칩으로 구현했던 종래 기술과 비교하여, 본 발명은 무선 신호 송신부(202) 및 무선 신호 수신부(201), 및 주파수 발생부(205)를 하나의 칩으로 집적화함으로써 더 높은 수준의 소형화, 경량화를 이룰 수 있다. 즉, 종래에 복수의 칩 형태로 구현되던 구성 요소들을 하나의 칩으로 집적화함으로써, 공간 활용도를 높일 수 있고, 상당한 비용 절감 및 수요자 범위 확대에 기여할 수 있다.

MMIC화한 무선 신호 송수신 모듈을 포함하는 무선 신호 처리 장치의 일례가 도 3에 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 전력 증폭기(Power Amplifier)(301)와 상향 주파수 혼합기(UMIX: Up-conversion Mixer)(302), 저잡음 증폭기(303), 하향 주파수 혼합기(DMIX: Down-conversion Mixer)(304) 및 중간 주파수 증폭기(Intermediate Frequency Amplifier)(305)의 기능과, 상향 주파수 혼합기(302) 및 하향 주파수 혼합기(304)에 필요한 기준 주파수를 제공하기 위한 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)(306)와 분주기(Prescaler)(307)의 기능을 하나의 무선 신호 송수신 모듈(310)로 집적하는 구성을 가지며, 기존의 주파수 합성기 대신에 무선 신호 송수신 모듈(310)에 구성된 VCO(306)에서 출력되는 주파수가 외부 환경 변화에 영향받지 않고 일정 정확도를 가지도록 하는 위상 동기 루프(PLL: Phase Locked Loop)(308)와, PLL(308)이 주파수 변별을 할 수 있는 기본 레퍼런스(Reference)나 클럭으로 사용되는 MHz 단위 이하의 저주파를 발진해 주는 온도 보상 수정 발진기(TCXO: Temperature Compensation Crystal Oscillator)(309)를 연동하는 구성을 가진다.

전력 증폭기(301)와 상향 주파수 혼합기(302)는 도 2의 무선 신호 송신부(202)의 구성 요소이며, 저잡음 증폭기(303)와 하향 주파수 혼합기(304), 및 중간 주파수 증폭기(305)는 도 2의 무선 신호 수신부(201)를 구성한다. 한편, VCO(306)와 분주기(307)는 도 2의 주파수 발생부(205)에 해당하며, PLL(308)과 TCXO(309)는 앞서 설명한 바와 같이 주파수 제어부(210)에 포함된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 분주기(307)는 VCO에 의해 생성된 파형을 4배의 정수배로 분주하는 분주기로 구성될 수 있다. 정수배가 4인 분주기의 성능은 실험을 통해 확인되었으며, 이와 같이 구성된 분주기는 일반적인 무선 주파수 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다.

본 실시예에 따른 무선 신호 처리 장치는 안테나(ANT)와 연결되어 무선 송신 및 수신 신호를 분리해 주는 송수신 신호 분리기(200)와, 무선 신호에 대한 송수신을 처리하는 무선 신호 송수신 모듈(310)과, 무선 신호 송수신 모듈(310)에서 처리되는 무선 송신 및 수신 신호에 대한 대역 통과 필터링을 각각 수행하는 대역 통과 필터(311, 312)와, 무선 신호 송수신 모듈(310)의 상향/하향 주파수 혼합을 위해 제공되는 기준 주파수가 일정 주파수로 출력되도록 제어하는 PLL(308)과, 그 PLL(308)에 필요한 저주파 신호를 발진해 주는 TCXO(309)를 구비하여 이루어진다.

여기서, 무선 신호 송수신 모듈(310)은 안테나 및 송수신 신호 분리기(200)를 통해 수신된 무선 신호를 저잡음 증폭한 후에 외부 대역 통과 필터(312)를 통해 대역 필터링하고, 그 대역 필터링된 무선 수신 신호를 하향 주파수 혼합을 통해 중간 주파수로 변환한 후, 이를 증폭하여 복조기(209)로 전달해 주는 무선 신호 수신부와, 주 제어부(107)로부터 기저 대역 증폭기(208)를 통해 출력되는 중간 주파수 송신 신호를 상향 주파수 혼합을 통해 무선 송신 신호로 변환한 후에 외부 대역 통과 필터(311)를 통해 대역 필터링하고, 그 대역 필터링된 무선 송신 신호를 전력 증폭하여 송수신 신호 분리기(200)로 출력해 주는 무선 신호 송신부를 포함한다.

그리고, PLL(308)은 주 제어부(107)의 제어에 따라 무선 신호 송수신 모듈 (310)의 무선 신호 및 중간 주파수 신호의 주파수 변환을 위한 상향 주파수 혼합 및 하향 주파수 혼합시에 사용되는 기준 주파수가 외부 환경 변화에 영향받지 않고 일정 주파수를 유지하도록 제어하며, TCXO(309)는 온도 변화에 대하여 고유 진동 주파수가 거의 변화하지 않는 발진기로서, PLL(308)에서 주파수 변별을 할 수 있는 기본 레퍼런스나 클럭으로 사용되는 MHz 이하의 저주파를 발진시켜 준다.

또한, 상술한 무선 신호 송수신 모듈(310)에 있어서, 무선 신호 송신 처리를 위한 전력 증폭기(301) 및 상향 주파수 혼합기(302)와, 무선 신호 수신 처리를 위한 저잡음 증폭기(303), 하향 주파수 혼합기(304) 및 중간 주파수 증폭기(305)는 기존과 동일한 기능을 수행하며, 그 이외에 전압 제어 발진기(306)와 분주기(307)의 기능을 포함하는데, 전압 제어 발진기(306)는 외부 PLL의 제어에 따라 무선 신호 및 중간 주파수 신호의 주파수 변환을 위한 상향 주파수 혼합 및 하향 주파수 혼합시에 사용되는 기준 주파수를 생성해 주며, 분주기(307)는 전압 제어 발진기(306)의 출력 주파수를 정수배로 분주하여 외부 PLL(308)의 높은 주파수 안정도에 필요한 저주파수 신호를 출력해 준다.

본 실시예는 무선 수신 신호를 먼저 중간 주파수로 변환한 뒤에 증폭, 복조 등의 과정을 수행하는, 이른바 슈퍼헤테로다인(Superheterodyne) 방식의 수신기 구조를 보이고 있다. 슈퍼헤테로다인 방식은 반송파 주파수의 신호를 직접 증폭할 때 나타날 수 있는 발진 등의 문제점을 해결하기 위해 널리 사용되는 방식으로서, 비교적 낮은 중간 주파수에서 증폭을 수행하기 때문에 증폭이 쉽고 높은 수신 효율을 얻을 수 있다는 장점을 지니고 있다. 본 실시예는 이처럼 널리 이용되는 슈퍼헤테 로다인 방식의 수신기 구조를 채택하여 MMIC화함으로써 좋은 수신 성능을 보장하면서도 무선 신호 처리 장치를 소형화하는 것을 가능하게 하였다.

본 발명에서 무선 신호 처리 장치를 무선 신호 송수신 모듈로 구성한 경우의 무선 신호 처리 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량 탑재 단말기가 노변 기지국 장치로부터 정보를 수신할 때에는 안테나를 통해 입력된 무선 신호는 송수신 신호 분리기(200)에 의해 수신 주파수 신호만 분리된 후에 MMIC화된 무선 신호 송수신 모듈(310)로 입력되며, 이렇게 하여 무선 신호 송수신 모듈(310)로 일련의 무선 신호가 수신되면, 그 무선 신호 송수신 모듈(310) 내에 구현된 저잡음 증폭기(303)는 수신 무선 신호에 대한 저잡음 증폭을 수행한 후에 모듈 외부에 구현된 대역 통과 필터(312)로 전달함으로써 대역 필터링시킨 후에 다시 무선 신호 송수신 모듈(310) 내에 구현된 하향 주파수 혼합기(304)로 전달받게 된다.

그러면, 무선 신호 송수신 모듈(310)의 하향 주파수 혼합기(304)는 수신 무선 신호를 전압 제어 발진기(306)로부터 제공되는 주파수를 기준으로 중간 주파수 신호로 변환하고, 그 중간 주파수 신호를 중간 주파수 증폭기(305)에서 일정 신호 레벨 즉, 중간 주파수로 증폭한 후에 모듈 외부의 복조기(209)로 전달하여 그 복조기(209)로 하여금 디지털 신호로 변환하여 주 제어부(107)로 전달하게 함으로써 무선 신호의 수신 처리가 이루어진다.

다음으로, 차량 탑재 단말기에서 노변 기지국 장치로 정보를 송신할 때에는 주 제어부(107)에서 출력되는 송신 신호를 기저 대역 증폭기(208)에서 증폭하여 일 련의 중간 주파수 송신 신호를 무선 신호 송수신 모듈(310)로 전달하면, 그 무선 신호 송수신 모듈(310) 내에 구현된 상향 주파수 혼합기(302)는 중간 주파수 송신 신호를 전압 제어 발진기(306)로부터 제공되는 주파수를 기준으로 송신 무선 신호로 변환한 후에 모듈 외부에 구현된 대역 통과 필터(311)로 전달함으로써 대역 필터링시킨 후에 다시 무선 신호 송수신 모듈(310) 내에 구현된 전력 증폭기(301)로 전달받게 된다.

그러면, MMIC 칩으로 집적된 무선 신호 송수신 모듈(310)의 전력 증폭기(301)는 송신 무선 신호를 전력 증폭한 후에 송수신 신호 분리기(200)로 전달하게 되고, 송수신 신호 분리기(200)에서 그 무선 송신 신호를 분리하여 안테나를 통해 노변 기지국 장치 측으로 송출함으로써 무선 신호의 송신 처리가 이루어지게 된다.

송수신 신호 분리기(200)는 하나의 안테나로 무선 신호의 송신과 수신을 동시에 수행하기 위해 필요한 장치이다. 송수신 신호 분리기(200)는 무선 수신 신호와 무선 송신 신호의 이중화(Duplexing) 방식에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 일례로서, 수신 신호와 송신 신호에 서로 다른 주파수를 가지는 반송파(Carrier)를 할당하는 주파수 분할 이중화(FDD: Frequency Division Duplexing) 방식을 채택할 경우, 송수신 신호 분리기는 듀플렉서(Duplexer)를 이용하여 구성될 수 있다. 이 경우, 무선 수신 신호와 무선 송신 신호의 주파수가 상이한 경우에는, 하나의 중심 주파수에 대하여 인접한 두 개의 주파수를 사용하므로 하나의 안테나를 사용하여 송/수신 신호를 분리할 수 있다.

또 달리, 무선 신호의 수신과 송신 동작에 각각 서로 다른 시간 단위(Time Slot)를 할당하여, 전체적으로 수신과 송신이 동시에 이루어지는 것처럼 보이게 하는 시분할 이중화(TDD: Time Division Duplexing) 방식의 시스템은 송수신 신호 분리기(200)를 RF 스위치의 형태로 구성할 수 있다. 즉, RF 스위치를 통해 매우 짧은 시간 단위별로 송신 및 수신 회로가 각각 안테나에 연결되도록 스위칭함으로써 수신 신호와 송신 신호를 분리할 수 있는 것이다.

송수신 신호 분리기(200)를 통한 무선 수신 신호와 무선 송신 신호의 분리는 능동형 DSRC에 있어서, 노변 기지국이 일방적으로 차량 탑재 단말기 쪽으로 신호를 전송하는 것이 아니라, 차량 탑재 단말기 쪽에서 노변 기지국으로 많은 정보가 전송되어야 하므로 양방향 통신 기능을 필요로 한다. 따라서, 송수신 신호 분리기(200)는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치가 능동형 DSRC 시스템에서 동작하기 위해 필요한 구성 요소이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 신호 처리 장치의 구성이 도 4에 나타나 있다. 앞서 도 3과 관련하여 언급한 실시예와 마찬가지로, 본 실시예도 무선 수신 신호와 무선 송신 신호를 구분하기 위한 송수신 신호 분리기(200)를 포함하며, 무선 신호 송신부(202)는 전력 증폭기(401), 상향 주파수 혼합기(402), 및 기저 대역 필터(413)를 포함하여 구성된다. 마찬가지로, 무선 신호 수신부(201)는 저잡음 증폭기(403), 하향 주파수 혼합기(404), 대역 통과 필터(408), 리미팅 증폭기(409), 및 비교기(410)를 이용하여 구성된다.

도 3과 관련한 실시예의 경우와 마찬가지로, 도 2의 주파수 발생부(205)는 VCO와 분주기로 이루어져 있으며, 기준 주파수 공급을 위해 VCO에 연결되어 있는 주파수 제어부(210)은 각각 PLL(206)과 TCXO(207)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 무선 신호 처리 장치의 구성과 기능을 도 4를 통해 설명하도록 한다. 도 4에 도시된 실시예는 무선 수신 신호가 진폭 편이 방식(ASK: Amplitude Shift Keying)으로 변조된 경우, 무선 수신 신호의 수신과 복조 과정을 일괄적으로 처리하기 위한 무선 신호 처리 장치다. 먼저, 무선 신호의 수신 과정을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치는 안테나(ANT)를 통해 무선 신호를 수신한다. 수신된 무선 신호는 송수신 신호 분리기(200)를 통해 무선 송신 신호와 분리되고, MMIC 칩으로 집적된 무선 신호 송수신 모듈(420)의 저잡음 증폭기(403)로 입력된다. 저잡음 증폭된 신호는 다시 하향 주파수 혼합기(404)로 입력된다. 하향 주파수 혼합기(404)에 의해 하향 주파수 신호와 혼합된 무선 수신 신호는 대역 통과 필터(408)를 통과하면서 기저 대역의 수신 신호로 변환된다. 리미팅 증폭기(409)는 이와 같이 기저 대역으로 주파수 변환된 수신 신호를 일정한 크기의 신호로 변환하여 출력한다. 리미팅 증폭기가 출력하는 신호는 아날로그 신호임에도 불구하고 마치 디지털 신호와 같이 일정한 크기의 신호값을 가진다. 리미팅 증폭기(409) 후단에 연결된 비교기(410)는 리미팅 증폭기(409)의 출력 신호를 기준 전압(Reference Voltage)와 비교하여 그 결과에 따라 '1' 또는 '0'의 값으로 판단하여 출력하는 역할을 한다.

ASK 변조의 경우 전송 데이터의 값에 따라 반송파가 서로 다른 진폭을 가지도록 하는 방식으로 전송 신호를 변조한다. 따라서 ASK 변조된 신호를 수신하는 측 에서는 수신된 신호의 크기 정보를 이용하여 전송 데이터의 디지털 값을 추출하는 것이다. 따라서 도 4에 도시된 것처럼 대역 통과 필터(408)와 리미팅 증폭기(409), 및 비교기(410)를 이용하여 간단히 복조 기능을 구현하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예에 따르면, 이와 같이 구현된 복조 기능을 무선 신호 송수신 모듈(420)에 포함시켜 함께 MMIC화함으로써 외부에 복조기를 추가로 연결할 필요가 없게 되어, 장치 구성에 필요한 물리적 공간과 비용을 절약할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 무선 신호 처리 장치의 무선 신호 송신부(202)는 전력 증폭기(401), 상향 주파수 혼합기(402), 및 가변 증폭기(405)를 포함하여 구성될 수 있다. 주 제어부(107)는 전송하려는 기저 대역의 신호를 기저 대역 필터(414)를 통과시켜 무선 신호 송수신 모듈(420)의 가변 증폭기(405)로 입력한다. 이 때 무선 신호 송수신 모듈(420)은 MMIC 칩으로 집적되어 있다. 가변 증폭기는 외부 제어 전압에 따라 임의의 이득값(Gain Value)으로 신호를 증폭시키는 장치를 말한다. 참고로, 본 실시예에 포함된 가변 증폭기(405)는 본 발명의 구성을 설명하기 위한 하나의 예에 불과하며, 이와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는, MMIC 집적화 가능한 모든 형태의 증폭기로 대체하여 구성할 수 있다.

가변 증폭기(405)를 통해 기저 대역에서 증폭된 송신 신호는, 상향 주파수 혼합기(402)에서 상향 주파수 신호와 혼합되어 무선 송신 신호로 변환된다. 무선 송신을 위해 마지막으로 증폭을 하기에 앞서, 변환된 무선 송신 신호는 대역 통과 필터(413)에 의해 불필요한 대역의 신호 성분을 제거하는 과정을 거친다. 필터링을 거친 무선 송신 신호는 전력 증폭기(401)에 의해 증폭된 뒤에 송수신 신호 분리기 (200)를 통해 기지국으로 전송된다.

무선 신호 송신부에 연결된 대역 통과 필터(413)는 고주파로 변환된 송신 신호를 위한 필터로서, 예컨대 5.8 GHz 대역의 통과 대역을 가지는 필터이다. 이와 달리, 무선 신호 수신부에 포함된 대역 통과 필터(408)는 예컨대 1 MHz 부근의 통과 대역을 갖는 기저대역 신호를 위한 필터이다. 따라서 후자의 대역 통과 필터(408)는 전자의 대역 통과 필터(413)에 비해 비교적 용이하게 MMIC 칩으로 집적화할 수 있다. MMIC 집적화가 비교적 용이한 구성 요소를 선택적으로 무선 신호 송수신 모듈에 포함시킴으로써, 구현 용이성을 높이고 개발 기간을 단축시킬 수 있다.

역시 같은 이유로 주파수 합성을 위해 필요한 구성 요소들 중 일부인 VCO(406)와 분주기(407)는 MMIC 칩으로 집적화하고, PLL(411) 및 TCXO(412)는 MMIC 칩 외부에 연결하여 동작하도록 구성할 수 있다. MMIC화되는 전자를 주파수 발생부(205)라고 하고, MMIC화되지 않는 후자를 주파수 제어부(210)라고 한다. 대역 통과 필터들을 선택적으로 MMIC화한 것처럼 주파수 합성에 이용되는 구성 요소들 중 주파수 발생부(205)에 해당하는 부분만을 MMIC화함으로써, 현재의 반도체 공정 기술 수준에서 실시할 수 있는 보다 실질적인 형태의 장치 구성이 가능하다.

본 실시예에 따른 무선 신호 처리 장치는 무선 수신 신호를 직접 기저 대역 신호로 변환하여 증폭 및 복조를 수행한다. 이와 같은 수신기 구조를 직접 하향 변환(Direct Down-conversion) 방식이라고 한다. 도 3과 관련하여 설명한 슈퍼헤테로다인 방식의 실시예는 좋은 성능을 보장하는 반면에, 비교적 구성이 복잡하고 가격도 비싸다는 단점이 있다. 따라서 본 실시예와 같이 직접 하향 변환 방식을 채택함 으로써 MMIC화에 따른 비용 절감 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 도 3에 나타나 있는 바와 같이 무선 신호 송신부(202)에서는 송신 데이터를 중간 주파수를 거치지 않고 변환하여 직접 상향 변환(Direct Up-conversion) 방식으로 전송하는데 반하여 무선 신호 수신부(201)에서는 50∼70 MHz 정도의 중간 주파수를 가지는 슈퍼헤테로다인 방식을 사용할 경우 송/수신 신호의 국부 발진기(LO: Local Oscillator) 주파수에 50∼70 MHz 정도의 차이가 발생하여 송/수신간 전환시 LO 주파수도 전환시켜주어야 한다. 이 때 상용 PLL의 주파수 고정 시간에 비해 LO 주파수 전환에 소요되는 마스킹 시간이 매우 짧아 PLL의 안정성(Stability)에 영향을 주게 된다. 그러나 본 실시예와 같이 하향 주파수를 변화시킬 필요가 없는 직접 하향 변환 방식은 LO 주파수의 전환을 요하지 않아 안정적인 PLL 성능을 담보할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안으로 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

본 발명에 따른 무선 신호 처리 장치에 의하면, 무선 신호 처리 장치의 구성 요소들 중 무선 신호 수신부, 무선 신호 송신부, 및 주파수 발생부를 MMIC 칩으로 집적함으로써, 종래 기술에 비해 높은 수준으로 장치의 소형화, 경량화를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 신호 처리 장치에 의하면, 송수신 신호 분리기를 통하여 TDD 또는 FDD 방식으로 하나의 안테나로 무선 송신 신호와 무선 수신 신호를 모두 처리할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치에 의하면, 무선 수신 신호를 중간 주파수 신호로 변환하고, 중간 주파수에서 증폭, 변조 등을 수행하는 슈퍼헤테로다인 수신기 구조를 채택함으로, 높은 수신 효율을 얻으면서 장치를 소형화, 경량화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치에 의하면, 무선 수신 신호를 직접 기저 대역의 신호로 변환하여, 증폭 및 복조까지 MMIC 칩 내에서 수행하도록 함으로써, 구성이 간단하고 비용이 저렴한 직접 변환 방식의 수신기를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신호 처리 장치에 의하면, 주파수 합성과 관련된 구성 요소 및 대역 통과 필터들을 선택적으로 MMIC 집적화함으로써, 구현 용이성을 확보함과 동시에 개발 기간을 단축할 수 있다. 즉, 현재의 반도체 기술에 의해 적절한 비용으로 구현 가능한 구성 요소들을 선택함으로써, 보다 실질적인 구조의 무선 신호 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims

안테나를 통하여 수신하는 제1 무선 신호와 상기 안테나를 통하여 송신하는 제2 무선 신호를 분리하는 송수신 신호 분리기;

상기 제1 무선 신호를 제1 기저 대역 신호로 하향 변환하거나 또는 제2 기저 대역 신호를 상기 제2 무선 신호로 상향 변환하는 무선 신호 송수신 모듈; 및

상기 무선 신호 송수신 모듈과 연결되어 주파수 변환을 위한 상향 주파수 신호 또는 하향 주파수 신호를 생성하여 상기 무선 신호 송수신 모듈에 입력하는 주파수 제어부를 포함하고,

상기 무선 신호 송수신 모듈은 상기 제1 무선 신호를 상기 하향 주파수 신호와 혼합함으로써 상기 제1 기저 대역 신호로 변환하는 무선 신호 수신부;

상기 제2 기저 대역 신호를 상기 상향 주파수 신호와 혼합함으로써 상기 제2 무선 신호로 변환하는 무선 신호 송신부; 및

상기 상향 주파수 또는 상기 하향 주파수를 생성하기 위한 전압 제어 발진기, 및 상기 전압 제어 발진기에 의해 생성된 파형을 정수배로 분주하여 상기 주파수 제어부에 입력하는 분주기(Prescaler)를 포함하는 주파수 발생부를 포함하며,

상기 무선 신호 송수신 모듈은 고주파 단일 집적 회로(MMIC: Monolithic Microwave Integrated Circuit)로 집적화하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 주파수 제어부는 온도 보상 수정 발진기를 포함하고, 상기 주파수 제어부는 상기 온도 보상 수정 발진기에 의해 생성된 기준 주파수 신호를 이용하여 상기 상향 주파수 신호 또는 상기 하향 주파수 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 무선 신호 수신부는 상기 제1 무선 신호를 증폭하여 저잡음 증폭 신호를 생성하는 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭 신호를 대역 통과 필터링한 제1 필터 신호를 상기 하향 주파수 신호와 혼합하여 중간 주파수 신호로 변환하는 하향 주파수 혼합기, 및 상기 중간 주파수 신호를 증폭하여 출력하는 중간 주파수 증폭기를 포함하고,

상기 무선 신호 송신부는 상기 제2 기저 대역 신호를 증폭하여 상기 상향 주파수와 혼합함으로써 무선 신호로 변환하는 상향 주파수 혼합기, 및 상기 무선 신호를 대역 통과 필터링한 제2 필터 신호를 증폭하여 제2 무선 신호를 출력하는 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 송수신 신호 분리기는 상기 제1 무선 신호 및 상기 제2 무선 신호를 주파수 분할 이중화(FDD: Frequency Division Duplexing)하는 것을 특징으로 하는 무 선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 무선 신호는 진폭 편이 방식에 의해 변조된 신호인 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제5항에 있어서,

상기 무선 신호 수신부는 상기 제1 무선 신호를 증폭하여 저잡음 증폭 신호를 생성하는 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭 신호를 상기 하향 주파수와 혼합하여 하향 주파수 혼합 신호를 생성하는 하향 주파수 혼합기, 상기 하향 주파수 혼합 신호로부터 기저 대역 신호만을 추출하기 위한 대역 통과 필터, 상기 추출된 기저 대역 신호를 일정한 크기의 신호로 변환하여 출력하는 리미팅 증폭기, 및 상기 리미팅 증폭기에 의해 출력된 신호를 기준 전압과 비교하여 그 디지털 신호값을 판단하는 비교기를 포함하고, 상기 무선 신호 송신부는 상기 제2 기저 대역 신호를 임의의 이득값으로 증폭하기 위한 가변 증폭기, 상기 가변 증폭기에 의해 증폭된 신호를 상기 상향 주파수와 혼합하여 무선 신호로 변환하는 상향 주파수 혼합기, 및 상기 무선 신호를 대역 통과 필터를 이용해 필터링한 뒤, 상기 대역 통과 필터 출력 신호를 증폭하여 상기 제2 무선 신호를 출력하는 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 송수신 신호 분리기는 상기 제1 무선 신호 및 상기 제2 무선 신호를 시분할 이중화(TDD: Time Division Duplexing)하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 무선 신호 및 상기 제2 무선 신호는 5.8 GHz 대역의 신호인 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 분주기는 입력 파형의 주기를 4 배로 분주하여 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 처리 장치.