KR20090010072A - 멀티-기가비트 무선 시스템용 수신기 어셈블리 및 방법 - Google Patents

멀티-기가비트 무선 시스템용 수신기 어셈블리 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아날로그 신호를 수신하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 수신기 어셈블리를 제공한다. 바람직하게, 수신기 어셈블리는 약 60GHz에서 동작하는 신호를 수신할 수 있다. 수신기 어셈블리는 필터, 다운 컨버터, 복조기, 래치, FIFO, 및 로직 회로를 포함한다. 또한 60GHz 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 방법이 개시된다.

Description

멀티-기가비트 무선 시스템용 수신기 어셈블리 및 방법{RECEIVER ASSEMBLY AND METHOD FOR MULTI-GIGABIT WIRELESS SYSTEMS}
본 발명은 통신 네트워크들에 관한 것으로, 특히 고속, 고주파수 무선 시스템용 아키텍쳐에 관한 것이다.
세계적으로 전자 디바이스들 및 휴대용 디바이스들에 대한 의존도가 증가함에 따라, 더욱 빠르고 보다 편리한 디바이스들에 대한 요구가 증가되었다. 따라서, 이러한 디바이스들의 제조자들은 소비자들의 조건을 충족시키기 위해 보다 빠르고, 이용이 보다 쉽고 비용면에서 효율적인 디바이스 생산에 노력하고 있다.
실제, 특히 다수의 새로운 멀티미디어 애플리케이션들의 출현으로 인해 초고속 데이터 레이트(ultra-high data rate) 무선 통신에 대한 요구가 증가되었다. 이러한 고속 데이터 레이트들에서의 일부 제한으로 인해, 초고속 개인 통신망(PAN) 및 점-대-점(point-to-point) 또는 점-대-다중점 데이터 링크들에 대한 조건이 중요해졌다.
종래의 무선 근거리 통신망(WLAN), 예를 들어, 802.11a, 802.11b 및 802.11g 표준은 최상의 경우, 단지 54Mb.s의 데이터 레이트로 제한된다. 다른 고속 무선 통신, 이를 테면 초광대역(UWB) 및 다중-입력/다중-출력(MIMO) 시스템들은 대략 100Mb/S로 데이터 레이트를 연장시킬 수 있다.
초당 기가비트(Gb/s) 스펙트럼을 달성하기 위해, 스펙트럼 효율성 또는 이용가능한 대역폭중 하나는 증가해야 한다. 결과적으로, 최근 밀리미터-파(MMW) 주파수에서 동작하는 시스템들 및 기술들에 대한 개발은 보다 빠른 속도에 대한 요구에 따라 증가했다.
다행히도, 정부는 60GHz 스펙트럼에서 이용가능한 몇 개의 GHz(기가헤르츠) 대역폭 비인가 산업용, 과학용 및 의료용(ISM;Instrumentation, Scientific, and Medical) 대역을 만들었다. 이를 테면, 미국은 미국연방통신위원회(FCC)를 통해, 미국에서 비인가 애플리케이션들에 대해 59-64GHz를 할당했다. 마찬가지로, 일본은 고속 데이터 통신을 위해 59-66Gz를 할당했다. 또한, 유럽은 모바일 광대역 및 WLAN 통신을 위해 59-62, 62-63 및 65-66GHz를 할당했다. 이러한 스펙트럼에서 주파수 이용가능성은 초고속 단거리 무선 통신을 위한 가능성을 제시한다.
이러한 높은 주파수 및 이러한 고속에서 아날로그를 디지털로 신호 전환은 현재 비용면에서 효율적이지 않다. 또한, 이러한 주파수 및 속도에서의 전송을 위해서는 가시선(Line-of-Sight)이 요구되어, 무선 통신에서의 장해는 통신 전송을 느리게 하거나 심지어 중단시킬 수 있다.
따라서, 아날로그 신호를 비용이 낮은 디지털 신호로 전환하기 위해 초고(ultra-high) 주파수들(대략 60GHz) 및 초고속(대략 10Gb/s)에 대한 어셈블리가 요구된다. 또한, 장해 또는 심각한 그림자가 발생할 때 동작하도록 구성된 디바이스가 요구된다. 본 발명은 주로 이러한 디바이스를 탐지한다.
본 발명은 수신기 어셈블리를 제공한다. 수신기 어셈블리는 약 60GHz의 대역폭에서 동작하도록 구성된 다수의 안테나들을 갖는 N-에레이 안테나 어셈블리; 각각의 안테나에 의해 수신되는 신호를 증폭시키기 위해 N-어레이 안테나 어셈블리의 다수의 안테나들 각각의 안테나와 통신하는 다수의 증폭기들; 다수의 증폭기들 각각의 증폭기에 의해 방출되는 증폭기 신호의 주파수 전환을 수행하는 다운 컨버터; 데이터 및 클록 신호들을 회복하도록 구성된 복조기; 클록 신호들을 재조정하며 클록 신호의 비트 레이트를 기초로하는 래치; 클록 신호를 구성하고 복구하는 선입/선출 회로; 및 신호의 에러들을 교정하기 위해 공지된 시퀀스들을 상관시키는 로직 회로를 포함한다.
로직 회로는 디지털 신호를 방출할 수 있으며, 수신기 어셈블리는 아날로그 신호를 수신하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환한다. 다수의 필터들은 저잡음 증폭기들일 수 있다. 선입/선출 회로는 직렬화/병렬화(SERDES : serializer/deserializer) 아키텍쳐를 포함할 수 있다. 또한 수신기 어셈블리는 클록킹 디바이스를 포함할 수 있다.
다수의 안테나들 각각의 안테나는 대략 10dB의 이득, 대략 60도 방위의 3dB 빔폭, 및 약 30 내지 35도 범위 고도(elevation)의 3dB 빔폭을 제공할 수 있어, 바람직한 동작 주파수에서 예상치 못한 결과를 산출할 수 있다.
다수의 안테나들 각각의 안테나는 상이한 배향을 포함할 수 있다.
N-어레이 안테나는 수평 평면(azimuth plane)에서 약 60도의 섹터(sectored) 커버리지를 제공할 수 있다. 또한, N-어레이 안테나는 수직 평면(elevation plane)에서 약 180도의 섹터 커버리지를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 방법을 제공한다. 상기 방법은 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 것으로, 아날로그 신호는 약 60GHz의 대역폭을 가지며, 상기 방법은 다수의 안테나들을 이용하여 약 60GHz에서 동작하는 아날로그 신호를 수신하는 단계; 다수의 안테나들로부터 수신되는 아날로그 신호를 필터에 공급하는 단계; 클린 신호(clean signal)가 생성되도록 아날로그 신호를 필터링하는 단계; 클린 신호를 다운 컨버팅(down converting)함으로써 클린 신호의 주파수를 전환하는 단계; 신호를 복조하는 단계; 신호를 동기화시키는 단계; 및 공지된 시퀀스와 신호를 상관시키는 단계를 포함한다.
신호를 동기화시키는 단계는 또 다른 신호로 상기 신호를 지연시킴으로써 신호를 지연시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적들, 특징 및 장점들은 첨부되는 도면을 참조로 하기 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 수신기 어셈블리의 블록 다이아그램이다.
본 발명의 원리들 및 특징들의 이해를 돕기 위해, 이후 예시적인 실시예의 구현을 참조로 설명한다. 특히, 본 발명은 초고(ultra-high) 주파수들에서의 동작 및 초고 데이터 통신 속도를 위한 무선 수신기 어셈블리와 관련하여 개시된다.
본 발명의 다양한 부재들을 구성하는 것으로 개시되는 물질들은 예시적인 것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 개시되는 물질들과 동일한 또는 유사한 기능을 수행하는 다수의 적절한 물질들이 본 발명의 범주내에서 사용될 수 있다. 제한되는 것은 아니지만, 본 발명에서 개시되지 않는 이러한 다른 물질들은 예를 들어, 본 발명의 개발 이후 개발되는 물질들을 포함할 수 있다.
본 발명은 수신기 어셈블리(100)를 제공한다. 수신기 어셈블리(100)는 N-어레이 안테나 어셈블리(110), 다운 컨버터(120), 복조기(130), 래치(140), 선입/선출(FIFO) 회로(150), 및 로직(160)을 포함한다. 수신기 어셈블리(100)는 대기(air)로부터 아날로그 신호를 얻는다. 수신기 어셈블리(100)를 통해 공급되는 아날로그 신호는 디지털 신호로 전환된다. 이러한 아날로그 대 디지털 전환의 달성은 높은 주파수 및 빠른 데이터 속도에서 쉬운 업무가 아니다.
본 발명은 안테나 다이버시티(diversity), 선택 다이버시트(SD), 및 최대비 합성(MRC)의 3가지 최중요(over-arching) 개념들의 조합을 통해 달성된다. 본 발명은, 바람직하게 대략 60GHz, 즉 54 내지 56GHz 및 대략 10Gb/s에서 동작한다.
N-어레이 안테나 어셈블리(110)는 N(넘버) 팬 빔 시리즈 어레이 안테나(112)를 포함한다. 즉, N-어레이 안테나 어셈블리(110)는 다수의 안테나들(112)을 포함한다. 도 1에 도시된 것처럼, 5개의 어레이 안테나(12)가 제공되며, 당업자들은 다수의 안테나들(112)이 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 각각의 안테나(112)는 대략 10bBi의 이득, 약 60도의 빔폭을 가지는 약 3dB의 방위(즉, H-평면), 및 약 30 내지 35도의 빔폭을 가지는 약 3dB의 고도(elevation)(즉, E-평면)를 제공하도록 설계되며, 이들의 조합은 예상치 못한 결과를 제공할 수 있다. 바람직하게, 수신기 어셈블리(100)에 대해 선택된 N 팬 빔 안테나들(112)은 서로 상이하며, 이를 테면 안테나들(112)은 상이한 이득, 방사 패턴, 형상, 크기, 및 안테나들(112) 간에 서로 다른 특성들을 갖는다.
또한, 안테나들(112)은 상이한 고도 빔 배향을 갖도록 설계될 수 있다. 상이한 N 안테나들(112)의 협력은 수평 평면에서 약 60도, 수직 평면에서 약 180도를 포함할 수 있다. 이를 테면, N-어레이 안테나 어셈블리(110)는 3개의 안테나들(112)을 포함하며, 안테나들(112)은 적어도 2개 평면에서 대략 180개를 포함할 수 있다. 안테나(112)는 아날로그 신호(105)를 수신하도록, 바람직하게 약 60GHz에서 동작하게 설계될 수 있다.
방향 지시로 인해, 각각의 안테나(112)는 다중-경로 작용에 덜 민감하다. 부가적으로, 안테나(112)의 상이한 빔 배향으로 인해, 각각의 안테나(112)는 바람직하게 시선 신호(line of sight signal) 또는 선택적으로 (이를 테면 무선 중계기로부터의) 반사 신호를 수신할 수 있다. N-어레이 안테나 어셈블리(110)의 다수의 안테나들(112) 및 안테나들(112)의 배열은 다양한 각도를 허용할 수 있으며, 수신기 어셈블리(100)는 다수의 상이한 신호들, 또는 상이한 세기의 동일한 신호를 수신할 수 있다.
각각의 안테나(112)는 증폭기(114)와 접속된다. 바람직하게, 증폭기(114)는 저잡음 증폭기(LNA)이다. 각각의 안테나(112)로부터의 신호(115)가 안테나(112)를 통해 전송됨에 따라, 선택 다이버시티 개념은 최고 신호-대-잡음 비율(SNR)을 제공 또는 나타내는 안테나들(112)을 선택하는데 적용될 수 있다. 즉, 선택 다이버시티 포맷은 최상의 신호를 계산할 수 있다. 최상의 신호를 제공하는 안테나(112)는 안정된 신호를 갖는 반면, 약한 신호는 제거된다.
증폭기(114)는 신호(117)를 방출할 수 있다. 증폭기(114)로부터 방출된 신호(117)는 다운 컨버터(120)로 공급될 수 있다. 다운 컨버터(120)는 낮은 주파수 대역으로의 주파수 전환을 수행하도록 구성될 수 있다.
다운 컨버터(120)는 신호(125)를 방출할 수 있다. 다음 다운 컨버터(120)로부터 방출된 신호(125)는 바람직하게 복조기(130)로 공급된다. 복조기(130)는 다운 컨버터(120)로부터의 신호(125)를 기저대 신호로 전환할 수 있다. 실제로, 복조기(130)는 신호(125)를 복구하도록 구성되며 또한 신호(125)로부터의 데이터를 복구하여, 바람직한 아날로그 기술들에 의해 신호(125)가 개선된다.
바람직한 실시예에서, 복조기(130)는 클록-복구 기술(132) 및 데이터-복구 기술(134)를 포함한다. 클록-복구(132) 및 데이터-복구(134)는 다운 컨버터(120)로부터 방출되는 신호(125)에 적용된다. 클록-복구(132) 및 데이터-복구(134)의 적용은 래치 기능과 동기화될 수 있는 비트들의 스트림들을 생성한다.
다음 비트들의 스트림들 또는 신호(135)는 래치(140)에 삽입된다. 래치(140)는 비트 레이트와 관련되는 신호(135)를 재조정할 수 있다. 신호 패치에서의 지연은 래치(140)에서 재조정될 수 있다. 래치(140)는 신호(135) 보다 (시간이) 뒤쳐질 수는 있지만, 수신기 어셈블리를 통해 상이한 안테나로부터 수신 및 공 급될 수 있는 복조기(130)로부터의 또 다른 신호(137)로부터 정렬되도록 신호(135)를 취해 예정된 시간 동안 보유할 수 있다. 또한 재조정은 비트 레이트와 관련된다.
이러한 비트들의 스트림들, 총체적으로 신호(145)는 FIFO(선입/선출)(150)에 공급된다. FIFO(150)는 SERDES(직렬화/병렬화) 아키텍쳐를 사용할 수 있다. SERDES는 직렬 데이터 스트림 및 병렬 데이터 스트림으로부터/스트림으로 신호(145)를 전환할 수 있다.
FIFO(150)로부터의 신호(155)는 로직 회로(160)에 공급될 수 있다. 로직(160)은 비트들의 공지된 시퀀스와의 상관을 위한 코딩을 포함할 수 있다. 바람직하게, 로직(160)은 에러 검출 알고리즘(162) 및 에러 교정 알고리즘(164)을 포함할 수 있다. 특히, 로직(160) 내에서의 에러 검출(162) 코딩은 데이터의 스트림들과 상관될 수 있다. 또한, 최대 비율은 신호들의 가중치들(weights) 또는 선호도들을 교정 및 할당하기 위해 상이한 입력 신호들을 취해 조합될 수 있다. 아날로그 신호 대 잡음 비율(166)은 신호의 가중치를 결정하는데 이용될 수 있다.
로직(160)으로부터 방출되는 신호(165)는 디지털 신호이다. 신호가 수신기 어셈블리를 통과함에 따라 하나 이상의 안테나들에 의해 수신되는 아날로그 신호(105)는 디지털 신호로 전환된다.
본 발명은 본 발명의 바람직한 형태로 개시되었지만, 당업자들은 하기 특허청구항들에 개시되는 본 발명의 범주 및 사상을 이탈하지 않고 다양한 변형, 추가 및 삭제 및 본 발명의 등가물들을 고안할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 수신기 어셈블리로서,
    약 60GHz의 대역폭에서 동작하도록 구성된 다수의 안테나들을 가지는 N-어레이 안테나 어셈블리;
    다수의 증폭기들 - 상기 다수의 증폭기들중 하나는 각각의 안테나에 의해 수신된 신호를 증폭시키기 위해 상기 N-어레이 안테나 어셈블리의 상기 다수의 안테나들중 하나의 안테나와 통신함 -;
    상기 다수의 증폭기들의 각각의 증폭기에 의해 방출되는 증폭기 신호의 주파수 전환을 수행하는 다운 컨버터;
    상기 다운 컨버터로부터의 클록 신호들을 복구하고 데이터를 복구하도록 구성된 복조기;
    상기 복조기로부터의 클록 신호들을 재조정하는 래치 - 상기 래치는 상기 복조기로부터의 클록 신호의 비트 레이트를 기초로함 - ;
    상기 래치로부터의 클록 신호를 구성하고 복구하는 선입/선출 회로; 및
    상기 선입/선출 회로로부터의 신호의 에러들을 교정하도록 구성된 로직 회로
    를 포함하는, 수신기 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로직 회로는 디지털 신호를 방출하며, 상기 수신기 어셈블리는 아날로 그 신호를 수신하며 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 증폭기들은 저잡음 증폭기들인 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선입/선출 회로는 직렬화/병렬화(SERDES) 아키텍쳐를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기 어셈블리에 클록 신호를 생성하는 클록킹 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나들의 각각의 안테나는 약 10dBi 이득, 약 60도 방위의 3dB 빔폭, 및 약 30 내지 35도 범위의 고도 3dB 빔폭을 제공하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나들의 각각의 안테나는 상이한 배향을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 N-어레이 안테나 어셈블리는 수평 평면(azimuth plane)에서 약 60도의 섹터 커버리지를 제공하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 N-어레이 안테나 어셈블리는 수직 평면(elevation plane)에서 약 180도의 섹터 커버리지를 제공하는 것을 특징으로 하는 수신기 어셈블리.
  10. 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 방법으로서,
    상기 아날로그 신호는 약 60GHz의 대역폭을 가지며, 상기 방법은,
    다수의 안테나들을 이용하여 약 60GHz에서 동작하는 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 다수의 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호를 증폭기에 공급하는 단계;
    클린 신호를 생성하기 위해 상기 아날로그 신호를 증폭시키는 단계;
    상기 클린 신호를 다운 컨버팅함으로써 상기 클린 신호의 주파수를 전환하는 단계;
    다운 컨버팅된 신호를 복조시키는 단계;
    복조된 신호를 동기화시키는 단계; 및
    상기 신호를 공지된 시퀀스와 상관시키는 단계
    를 포함하는, 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호를 동기화시키는 단계는 상기 신호를 제 2 신호로 지연시킴으로써 상기 신호를 지연시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013028013A3 (en) * 2011-08-24 2013-05-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for selecting beam in wireless communication system
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