KR20100063638A - 디지털 집약형 ｒｆ 수신장치 - Google Patents

디지털 집약형 ｒｆ 수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 집약형 RF 수신장치에 관한 것으로, RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제1 필터부; 상기 제1 필터부로부터의 RF 신호를 기설정된 크기로 증폭하는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부로부터의 RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제2 필터부; 기설정된 기준 주파수 신호를 생성하고, 이 기준 주파수 신호를 이용하여 RF 캐리어 주파수 보다 낮은 기설정된 주파수를 갖는 서브-샘플링 클럭을 생성하는 클럭 생성부; 상기 클럭 생성부로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 디지털 신호로 A/D 변환하고, 이러한 A/D 변환 과정에서, 상기 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누어 서브-샘플링하고, 상기 RF 신호에 포함된 복수의 서브-채널별로 노이즈 세이핑을 수행하는 서브-샘플링 A/D 변환부; 및 상기 클럭 생성부로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 생성된 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 처리부를 포함한다.
Figure P1020090063462
서브-샘플링(sub-sampling), 노이즈-세이핑(noise-shaping), A/D 변환, 디지털 처리

Description

디지털 집약형 ＲＦ 수신장치{DIGITAL INTENSIVE RF RECEIVER}
본 발명은 통신 시스템이나 방송 수신 시스템에 적용될 수 있는 디지털 집약형 RF 수신장치에 관한 것으로, 특히 서브-샘플링(Sub-sampling) A/D 변환을 통해 RF 신호를 IF 신호 또는 DC 중심의 주파수 대역 신호로 변환시, 희망대역의 협대역별로 노이즈 세이핑을 수행하는 디지털 집약형 RF 수신장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제 관리번호: 2008-F-008-01, 과제명: 차세대 무선 융합 단말용 Advanced Digital RF 기술개발]
일반적으로, 다중 대역 신호와 다중 응용 분야를 만족하는 RF 수신장치를 개발하는 경우, 기존의 아날로그 설계 방식을 이용하는 것은, 아날로그 신호 처리를 위해 많은 회로들 및 부품들이 필요하므로, 전력 소모, 칩의 면적, 빠른 시장 적응성 측면에서 단점이 상존하고 있다.
이에 비해 디지털 설계적 요소가 많이 포함된 RF 수신장치는, 아날로그 신호 처리를 위한 회로들 및 부품들이 필요없으므로, 아날로그 설계 방식이 가지는 단점을 많은 측면에서 보완할 수 있다.
그런데, 디지털 설계적 요소가 많이 포함된 RF 수신장치는, 여러 가지 측면에서 구현이 쉽지 않는데, 예를 들면, 높은 주파수 대역 신호를 직접 샘플링(sampling)하여야 하므로, A/D 변환기가 상당히 높은 주파수에서 동작하면서도 높은 비트 분해능(Bit resolution)을 가져야 하므로, 실제 구현이 어려운 실정이다.
종래 아날로그 설계 방식의 수신장치는, 높은 주파수 대역을 갖는 신호를 처리하기 위해서는, 믹서 등을 사용하여 신호 주파수를 충분히 낮추고, 채널 필터와 자동 이득 제어기를 이용하여 비트 분해능(Bit resolution)과 동작 속도의 부담을 감소시켜 A/D 변환기로 처리를 하는 아날로그 설계적 요소가 많은 구조이다.
그러나, 이러한 종래 아날로그 설계방식의 수신장치는, 믹서 등을 포함하는 RF 튜너가 필요하므로 디지털 설계에 적합하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은, 서브-샘플링(Sub-sampling) A/D 변환을 통해 RF 신호를 IF 신호 또는 DC 중심의 주파수 대역 신호로 변환시, 희망대역의 협대역별로 노이즈 세이핑을 수행함으로써, RF 튜너의 필요성을 제거할 수 있어 디지털 설계에 유리한 디지털 집약형 RF 수신장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제1 필터부; 상기 제1 필터부로부터의 RF 신호를 기설정된 크기로 증폭하는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부로부터의 RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제2 필터부; 기설정된 기준 주파수 신호를 생성하고, 이 기준 주파수 신호를 이용하여 RF 캐리어 주파수 보다 낮은 기설정된 주파수를 갖는 서브-샘플링 클럭을 생성하는 클럭 생성부; 상기 클럭 생성부로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 디지털 신호로 A/D 변환하고, 이러한 A/D 변환 과정에서, 상기 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누어 서브-샘플링하고, 상기 RF 신호에 포함된 복수의 서브-채널별로 노이즈 세이핑을 수행하는 서브-샘플링 A/D 변환부; 및 상기 클럭 생성부로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 생성된 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 처리부를 포함하는 디지털 집약형 RF 수신장치를 제안한다.
상기 저잡음 증폭부는, 상기 RF 신호의 크기에 따라 이득을 가변하는 가변이득 저잡음 증폭기인 것을 특징으로 한다.
상기 클럭 생성부는, 상기 기준 주파수 신호를 생성하는 수정 발진기; 및 상기 수정 발진기로부터의 기준 주파수 신호로부터 서브-샘플링 클럭을 생성하는 클럭생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브-샘플링 클럭은, 단일 서브-샘플링 클럭과, 복수의 서로 다른 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭으로 이루어진 다중 서브-샘플링 클럭중 하나 이상의 서브-샘플링 클럭인 것을 특징으로 한다.
상기 서브-샘플링 A/D 변환부는, 상기 클럭 생성부로부터의 단일 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환하는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기를 포함하고, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기 각각은, 상기 클럭 생성부로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 서브-샘플링하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들간 간격과 동일한 간격으로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된 것을 특징 으로 한다.
또는, 상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 서로 동일한 주파수로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 처리부는, 상기 클럭 생성부로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 시스템 클럭을 생성하는 디지털 주파수 합성기; 및 상기 디지털 주파수 합성기로부터의 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 신호 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브-샘플링 A/D 변환부는, 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 기설정된 IF 신호와 DC 중심의 주파수 대역 신호중 어느 하나의 신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브-샘플링 A/D 변환부는 I패스용 서브-샘플링 A/D변환부 및 Q패스용 서브-샘플링 A/D변환부로 이루어지고, 기설정된 서로 직교 관계의 제1 및 제2 클럭 신호를 이용하여, 상기 RF신호를 서로 직교 관계인 I신호 및 Q신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 서브-샘플링(Sub-sampling) A/D 변환을 통해 RF 신호를 IF 신호 또는 DC 중심의 주파수 대역 신호로 변환시, 희망대역의 협대역 별로 노이즈 세이핑을 수행함으로써, RF 튜너의 필요성을 제거할 수 있어 디지털 설계에 유리하고, 보다 소형 및 저렴한 비용으로 설계할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 집약형 RF 수신장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 집약형 RF 수신장치는, RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제1 필터부(50)와, 상기 제1 필터부(50)로부터의 RF 신호를 기설정된 크기로 증폭하는 저잡음 증폭부(100)와, 상기 저잡음 증폭부(100)로부터의 RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제2 필터부(200)와, 기설정된 기준 주파수 신호를 생성하고, 이 기준 주파수 신호를 이용하여 RF 캐리어 주파수 보다 낮은 기설정된 주파수를 갖는 서브-샘플링 클럭을 생성하는 클럭 생성부(300)와, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 디지털 신호로 A/D 변환하고, 이러한 A/D 변환 과정에서, 상기 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누어 서브-샘플링하 고, 상기 RF 신호에 포함된 복수의 서브-채널별로 노이즈 세이핑을 수행하는 서브-샘플링 A/D 변환부(400)와, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 생성된 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(300)로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 처리부(500)를 포함한다.
상기 저잡음 증폭부(100)는, 상기 RF 신호의 크기에 따라 이득을 가변하는 가변이득 저잡음 증폭기로 이루어질 수 있다.
상기 클럭 생성부(300)는, 상기 기준 주파수 신호를 생성하는 수정 발진기(310)와, 상기 수정 발진기(310)로부터의 기준 주파수 신호로부터 서브-샘플링 클럭(CK)을 생성하는 클럭생성기(320)를 포함한다.
상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환하는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)를 포함한다.
그리고, 상기 디지털 처리부(500)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 시스템 클럭을 생성하는 디지털 주파수 합성기(510)와, 상기 디지털 주파수 합성기(510)로부터의 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(300)로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 신호 처리기(520)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 디지털 주파수 합성기(510)는, DDFS(direct digital frequency synthesizer)가 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 처리 대상인 RF 신호에 포함된 서브-채널 구조도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 처리대상인 RF 신호는, 희망채널의 대역폭(2*CBW)내에 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n)을 포함한다.
한편, 상기 서브-샘플링 클럭은, 단일 서브-샘플링 클럭이 될 수 있고, 또는 복수의 서로 다른 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭으로 이루어진 다중 서브-샘플링 클럭이 될 수 있다.
이러한 서브-샘플링 클럭이 단일 서브-샘플링 클럭인지 다중 서브-샘플링 클럭인지의 여부에 따라 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 구현 예를 설명한다.
이하, 본 발명에 따른 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제1 구현예에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제1 구현예를 보이는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 클럭 생성부(300)의 클럭생성기(320)는, 상기 수정 발진기(310)로부터의 기준 주파수 신호로부터 단일 서브-샘플링 클럭(CK)을 생성한다.
이때, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 단일 서브-샘플링 클럭(CK)에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환한다.
도 4는 도 3의 서브-샘플링 A/D 변환부의 서브 샘플링 설명도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 A/D 변환과정에서, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 단일 서브-샘플링 클럭(CK)에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 서브-샘플링한다.
이때, 도 4에 도시한 바와같이, 단일 샘플링 클럭(CK)의 정수배 주파수(nFs, 여기서 n은 자연수)에 의해서, 상기 다수의 주파수 대역 각각의 정보는 동일한 주파수 위치로 다운 변환된다.
도 5는 도 3의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 노이즈-세이핑 설명도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널간 간격과 동일한 간격으로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된다.
이에 따라, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널별로 각각 노이즈-세이핑이 수행된다.
상기 서브-샘플링 A/D 변환부의 제1 구현예에서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환 부(400)는, 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 기설정된 IF 신호로 변환할 수 있고, 또는 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 DC 중심의 주파수 대역 신호로 직접 변환할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제2 구현예에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제2 구현예를 보이는 도면이다. 도 1, 도2 및 도 6을 참조하면, 상기 클럭 생성부(300)의 클럭 생성기(320)는, 상기 수정 발진기(310)로부터의 기준 주파수 신호로부터 복수의 서로 다른 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn)으로 이루어진 다중 서브-샘플링 클럭을 생성한다.
이때, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn) 각각에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환한다.
다른 한편, 본 발명의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제2 구현예에서, 서브-샘플링 클럭의 주파수와 서브-채널의 중심 주파수와의 동일 여부에 따라 제1 서브 샘플링과 제1 서브 샘플링으로 구분될 수 있다.
도 7은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제1 서브 샘플링 설명도이다.
도 1, 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 A/D 변환과정에서, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn) 각각에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 서브-샘플링할 수 있다.
이때, 도 7에 도시한 바와같이, 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn)의 정수배 주파수(nFs, 여기서 n은 자연수)에 의해서, 상기 다수이 주파수 대역 각각의 정보는 서로 다른 주파수 위치로 다운 변환된다.
도 8은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제1 노이즈-세이핑 설명도이다.
도 1, 도 2, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 서로 동일한 주파수로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된다.
이에 따라, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널별로 각각 노이즈-세이핑이 수행된다.
도 9는 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제2 서브 샘플링 설명도이다.
도 1, 도 2, 도 6 및 도 9를 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 A/D 변환과정에서, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn) 각각에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 서브-샘플링할 수 있다.
이에 따라, 도 9에 도시한 바와 같이, 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn)의 정수배 주파수(nFs, 여기서, n은 자연수)에 의해서, 상기 다수의 주파수 대역 각각의 정보는 서로 다른 주파수 위치로 다운 변환된다.
도 10은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제2 노이즈-세이핑 설명도이다. 도 1, 도 2, 도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n)간 간격과 동일한 간격으로 설정되고, 이때, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n) 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된다.
상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 서로 동일한 주파수로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들의 중심 주파수와 동일하다.
이에 따라, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널별로 각각 노이즈-세이핑이 수행된다.
본 발명의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제2 구현예에서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 기설정된 IF 신호로 변환할 수 있고, 또는 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 DC 중심의 주파수 대역 신호로 직접 변환할 수 있다.
전술한 본 발명의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, I패스용 서브-샘플링 A/D변환부 및 Q패스용 서브-샘플링 A/D변환부로 이루어질 수 있고, 이 경우, 기설정된 서로 직교 관계의 제1 및 제2 클럭 신호를 이용하여, 상기 RF신호를 서로 직교 관계인 I신호 및 Q신호로 변환할 수 있다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 디지털 집약형 RF 수신장치에 대해 설명하면, 먼저 도 1에서, 본 발명의 디지털 집약형 RF 수신장치는, 제1 필터부(50)와, 저잡음 증폭부(100), 제2 필터부(200), 클럭 생성부(300)와, 서브-샘플링 A/D 변환부(400) 및 디지털 처리부(500)를 포함한다.
상기 제1 필터부(50)는, RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과 시킨다.
구체적으로는, 상기 제1 필터부(50)는, 상기 기설정된 주파수 대역을 통과 대역으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 텔레비전 주파수 대역에 해당되는 50MHz~900MHz이 통과 대역으로 설정될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 필터부(50)는 기설정된 주파수 대역을 통과시키는 앤티-앨리어싱 필터(anti-aliasing)로서, 서브-샘플링 과정에서 발생될 수 있는 데이터 앨리어싱을 방지할 수 있다.
상기 저잡음 증폭부(100)는, 상기 제1 필터부(50)로부터의 RF 신호를 기설정된 크기로 증폭하여 상기 제2 필터부(200)로 출력한다. 예를 들어, 상기 저잡음 증폭부(100)가 가변이득 저잡음 증폭기로 이루어지는 경우에는 상기 RF 신호의 크기에 따라 이득을 가변할 수 있다.
또한, 상기 제2 필터부(200)는, 상기 저잡음 증폭부(100)로부터의 RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시켜 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)로 출력할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 필터부(200)도, 전술한 제1 필터부(50)와 동일하게, 상기 기설정된 주파수 대역을 통과 대역으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 텔레비전 주파수 대역에 해당되는 50MHz~900MHz이 통과 대역으로 설정될 수 있다.
상기 클럭 생성부(300)는, 기설정된 기준 주파수 신호를 생성하고, 이 기준 주파수 신호를 이용하여 RF 캐리어 주파수 보다 낮은 기설정된 주파수를 갖는 서브-샘플링 클럭을 생성한다.
예를 들어, 상기 클럭 생성부(300)는, 수정 발진기(310) 및 클럭생성기(320)를 포함하는 경우, 상기 수정 발진기(310)는, 상기 기준 주파수 신호를 생성하여 상기 클럭생성기(320)에 제공한다. 상기 클럭생성기(320)는, 상기 수정 발진기(310)로부터의 기준 주파수 신호로부터 서브-샘플링 클럭(CK)을 생성하여 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)에 공급한다.
여기서, 상기 서브-샘플링 클럭의 주파수는, 데이터 앨리어싱을 최소로 할 수 잇는 주파수로 결정될 수 있으며, RF 신호의 희망밴드폭(2*CBW)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어 상기 서브-샘플링 주파수는, 대략 희망 대역폭(20MHz)의 2배의 주파수(2*20MHz = 40MHz)로 결정할 수 있으며 잡음 특성을 만족하기 위해서 2배 이상이 될 수 있다.
다음, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 디지털 신호로 A/D 변환하고, 이러한 A/D 변환 과정에서, 상기 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누어 서브-샘플링하고, 상기 RF 신호에 포함된 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널별로 노이즈 세이핑을 수행한다.
예를 들어, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 높은 주파수를 갖는 입력 신호 대역을 낮은 중간 주파수 또는 DC 대역으로 낮추는 기능과 원하는 어떤 협대역 주파수 대역의 신호에 대해서 노이즈 세이핑(Noise shaping) 기능을 갖는다.
따라서, 본 발명의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)를 이용하면, 높은 신호 주파수를 가지면서 광대역에 걸친 신호일지라도 노이즈 세이핑(Noise shaping)된 협대역 신호로 분리하여 처리할 수 있으므로 높은 비트 해상도(Bit resolution)를 유지하면서도 낮은 동작 주파수를 갖는 ADC를 이용해 설계가 가능해지므로 현재 반도체 제작 기술로도 수신기 성능을 얻을 수 있다.
그러므로, 본 발명은 높은 주파수의 신호를 낮은 주파수로 변환하기 위하여 서브-샘플링(Sub-sampling) 기법을 사용한 것과 두번째로 광대역의 신호를 처리하기 위하여 광대역의 신호를 여러 개의 서브-채널로 나누어 노이즈 세이핑(Noise shaping) 기능을 조합한 것이다.
게다가, 원래 광대역의 RF 신호를 서브-샘플링(Sub-sampling) 하더라도 신호 대역 자체가 넓으면 샘플링(Sampling) 주파수가 높게 된다. 그런데, 본 발명에서는 밴드-패스(Band-pass) A/D 변환을 이용하여 원하는 협대역 신호 각각에 대해서 노이즈 세이핑(Noise shaping)을 수행하여 디지털 영역에서 다시 처리하는 방식이므로, 서브-샘플링(Sub-sampling) 주파수를 상당히 낮출 수 있는 것이다.
이러한 A/D 변환 후, 상기 디지털 처리부(500)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 생성된 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(300)로부터의 디지털 신호를 처리한다.
즉, 상기 디지털 처리부(500)에서는, 높은 신호대 잡음 비를 갖는 협대역 디지털 신호를 처리할 수 있다. 또한 발명된 구조의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 넓은 입력 신호의 크기(high input dynamic range)를 받아들 일 수 있고, 디지털 영역에서 간섭(interferer)들을 처리할 수 있다.
따라서, 기존의 채널 필터 기능을 디지털 단으로 옮길 수 있으므로 채널 주파수를 합성하는 RF 주파수 합성기의 역할도 제거할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 디지털 처리부(500)는, 디지털 주파수 합성기(510)와, 디지털 신호 처리기(520)를 포함하는 경우, 상기 디지털 주파수 합성기(510)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 시스템 클럭을 생성하여 상기 디지털 신호 처리기(520)에 공급한다.
상기 디지털 신호 처리기(520)는, 상기 디지털 주파수 합성기(510)로부터의 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(300)로부터의 디지털 신호를 처리한다.
도 2는 본 발명의 처리 대상인 RF 신호에 포함된 서브-채널 구조도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 처리대상인 RF 신호는, 희망채널의 대역폭(2*CBW)내에 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n)을 포함한다.
도 2에서, BW는 수신되는 전체 신호 대역을 나타내고 CBW는 채널 대역폭(channel bandwidth)으로, 최종적으로 원하는 신호 대역을 말한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제1 구현예에 대해 설명한다.
도 1에서, 상기 클럭 생성부(300)는, 수정 발진기(310)와 클럭생성기(320)를 포함할 수 있고, 이때, 상기 클럭생성기(320)의 수정 발진기(310)는 상기 기준 주파수 신호를 생성하여 상기 클럭생성기(320)에 제공한다. 상기 클럭생성기(320)는, 상기 수정 발진기(310)로부터의 기준 주파수 신호로부터 상기 단일 서브-샘플링 클럭(CK)을 생성한다.
이때, 도 3에서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상 기 클럭 생성부(300)로부터의 단일 서브-샘플링 클럭(CK)에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 단일 서브-샘플링 클럭(CK)에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 서브-샘플링한다.
이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 단일 서브-샘플링 클럭(CK)의 정수배 주파수(nFs)에 의해서, 상기 다수의 주파수 대역 각각의 정보는 동일한 주파수 위치로 다운 변환된다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수(f sub IF-1, f sub IF-2 ,..., f sub IF-n,) 각각은, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n)간 간격과 동일한 간격으로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n) 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된다.
도 4 및 도 5에서, 단일 클럭을 사용하여 전체 신호 대역(BW)을 중간 주파수로 변환하고, 각각의 A/D 변환에 의해 노이즈 세이핑(Noise shaping) 되는 주파수 대역을 서브-채널 간격으로 배열한 구조이다.
이에 따라, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널별로 각각 노이즈-세이핑이 수행된다.
이하, 도 1, 도 2 및 도 6을 참조하여 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제2 구현예에 대해 설명한다.
도 1에서, 상기 클럭 생성부(300)는, 수정 발진기(310)와 클럭 생성기(320)를 포함하는 경우, 상기 수정 발진기(310)는, 상기 기준 주파수 신호를 생성하여 상기 클럭 생성기(320)에 제공한다. 상기 클럭 생성기(320)는, 상기 수정 발진기(310)로부터의 기준 주파수 신호로부터 복수의 서로 다른 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn)을 생성한다.
이때, 도 6을 참조하면, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)는, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn) 각각에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환할 수 있다.
이와 같이, 도 6에 도시한 바와 같이, 다중 클럭을 사용하면 같은 A/D 변환 기를 설계하여 동작 주파수만 달리하여 설계할 수 있는 장점이 있다.
도 1,도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 A/D 변환 과정에서, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn) 각각에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 서브-샘플링할 수 있다.
이에 따라, 도 7에 도시한 바와 같이, 복수의 제1, 제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn)의 정수배 주파수(nFs)에 의해서, 상기 다수의 주파수 대역 각각의 정보는 서로 다른 주파수 위치로 다운 변환된다.
도 1, 도 2, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 서로 동일한 주파수로 설정되어 있고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정되어 있다.
이때, 복수의 제1, 제2 내지 제n 서브-채널별로 각각 노이즈-세이핑이 수행된다.
또한, 도 8을 참조하면, 서브-채널(SC: sub-channel) 간격만큼을 갖는 다중 클럭을 이용하여 서브-채널(SC)의 중간 주파수가 같도록 떨어뜨린 것이다. 서브-채 널은 원하는 신호 채널 대역(CBW)을 다시 n개로 구분하여 표시한 것이다.
이때 A/D 변환은 중간 주파수에서 협대역 서브-채널(Sub-channel)에 대해 노이즈-세이핑(Noise shaping) 기능을 가지게 되므로, 원하는 서브-채널(sub-channel)에서 높은 비트-해상도(bit resolution)를 얻을 수 있다.
도 9는 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제2 서브 샘플링 설명도이고, 도 10은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제2 노이즈-세이핑 설명도이다.
도 1, 도 2, 도 6 및 도 9를 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n) 각각은, 상기 A/D 변환과정에서, 상기 클럭 생성부(300)로부터의 복수의 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭(CK1,CK2,...,CKn) 각각에 따라 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 서브-샘플링할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기(400-1,400-2,...,400-n)의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n)간 간격과 동일한 간격으로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널(SC-1,SC-2,..., SC-n) 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된다.
또한, 도 9를 참조하면, 각각의 A/D 변환기별로 원하는 신호 주파수 대역을 모두 DC로 떨어뜨리는 방법을 도시한 것으로, 신호를 I/Q로 분리함으로써 복소(Complex)신호 변환을 함으로써 구현할 수 있다.
전술한 도 7 및 도 9의 서브-샘플링(Sub-sampling) A/D 변환에 있어서 구체적 예를 들어보면 델타-시그마(Delta-sigma) A/D 변환을 사용할 수 있다. 이때, 델타-시그마(Delta-sigma) A/D 변환은 로우 패스(Low pass) 타입과 밴드 패스(Band pass) 타입을 사용할 수 있고, 델타-시그마(Delta-sigma) A/D 변환의 루프-필터(Loop Filter) 기능으로 입력 신호 및 잡음에 대해 필터링(Filtering) 기능을 수행시킬 수 있으며 양자화 잡음을 피드백에 의하여 세이핑(shaping)기능을 수행할 수 있다.
이렇게 원하는 대역의 신호 대 잡음 비를 개선한 것을 디지털 신호 처리기(520)에서 신호 처리할 수 있게 된다. 신호 대 잡음 비가 개선된 신호 대역은 협대역이므로 각각 협대역 신호 처리를 할 수도 있고 각각의 협대역 신호들을 다시 합쳐 신호 처리 할 수도 있다.
전술한, 본 발명의 서브-샘플링 A/D 변환부(400)의 제1 및 제2 구현예에서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부(400)는, 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 기설정된 IF 신호로 변환할 수 있고, 또는 상기 제2 필터부(200)로부터의 RF 신호를 DC 중심의 주파수 대역 신호로 직접 변환할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 집약형 RF 수신장치의 블럭도.
도 2는 본 발명의 처리 대상인 RF 신호에 포함된 서브-채널 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 서브-샘플링 A/D 변환부의 제1 구현예를 보이는 도면.
도 4는 도 3의 서브-샘플링 A/D 변환부의 서브 샘플링 설명도.
도 5는 도 3의 서브-샘플링 A/D 변환부의 노이즈-세이핑 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 서브-샘플링 A/D 변환부의 제2 구현예를 보이는 도면.
도 7은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제1 서브 샘플링 설명도.
도 8은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제1 노이즈-세이핑 설명도.
도 9는 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제2 서브 샘플링 설명도.
도 10은 도 6의 서브-샘플링 A/D 변환부의 제2 노이즈-세이핑 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
50 : 제1 필터부 100 : 저잡음 증폭부
200: 제2 필터부 300 : 클럭 생성부
310 : 수정 발진기 320 : 클럭생성기
400 : 서브-샘플링 A/D 변환부
400-1,400-2,...,400-n : 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기
500 : 디지털 처리부 510 : 디지털 주파수 합성기
520 : 디지털 신호 처리기 CK : 단일 서브-샘플링 클럭
CK1,CK2,...,CKn : 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭
SC-1,SC-2,..., SC-n : 제1,제2 내지 제n 서브-채널

Claims (10)

  1. RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제1 필터부;
    상기 제1 필터부로부터의 RF 신호를 기설정된 크기로 증폭하는 저잡음 증폭부;
    상기 저잡음 증폭부로부터의 RF 신호중 기설정된 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제2 필터부;
    기설정된 기준 주파수 신호를 생성하고, 이 기준 주파수 신호를 이용하여 RF 캐리어 주파수 보다 낮은 기설정된 주파수를 갖는 서브-샘플링 클럭을 생성하는 클럭 생성부;
    상기 클럭 생성부로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 디지털 신호로 A/D 변환하고, 이러한 A/D 변환 과정에서, 상기 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누어 서브-샘플링하고, 상기 RF 신호에 포함된 복수의 서브-채널별로 노이즈 세이핑을 수행하는 서브-샘플링 A/D 변환부; 및
    상기 클럭 생성부로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 생성된 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 처리부
    을 포함하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저잡음 증폭부는,
    상기 RF 신호의 크기에 따라 이득을 가변하는 가변이득 저잡음 증폭기인 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 클럭 생성부는,
    상기 기준 주파수 신호를 생성하는 수정 발진기; 및
    상기 수정 발진기로부터의 기준 주파수 신호로부터 서브-샘플링 클럭을 생성하는 클럭생성기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 서브-샘플링 클럭은,
    단일 서브-샘플링 클럭과, 복수의 서로 다른 제1,제2 내지 제n 서브-샘플링 클럭으로 이루어진 다중 서브-샘플링 클럭중 하나 이상의 서브-샘플링 클럭인 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부는,
    상기 클럭 생성부로부터의 단일 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 다수의 주파수 대역으로 나누고, 이 나누어진 주파수 대역의 RF 신호 각각을 디지털 신호로 A/D 변환하는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기를 포함하고,
    상기 복수의 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기 각각은,
    상기 클럭 생성부로부터의 서브-샘플링 클럭에 따라 상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 서브-샘플링하는 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은
    상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들간 간격과 동일한 간격으로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1,제2 및 제n 서브-샘플링 A/D 변환기의 복수의 노이즈 세이핑 주파수 각각은
    서로 동일한 주파수로 설정되고, 상기 서브-샘플링된 신호에 포함되는 복수의 제1,제2 및 제n 서브-채널들 각각의 중심 주파수와 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 디지털 처리부는,
    상기 클럭 생성부로부터의 기준 주파수 신호를 이용하여 시스템 클럭을 생성하는 디지털 주파수 합성기; 및
    상기 디지털 주파수 합성기로부터의 시스템 클럭에 따라, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부로부터의 디지털 신호를 처리하는 디지털 신호 처리기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부는,
    상기 제2 필터부로부터의 RF 신호를 기설정된 IF 신호와 DC 중심의 주파수 대역 신호중 어느 하나의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF 수신장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 서브-샘플링 A/D 변환부는
    I패스용 서브-샘플링 A/D변환부 및 Q패스용 서브-샘플링 A/D변환부로 이루어지고,
    기설정된 서로 직교 관계의 제1 및 제2 클럭 신호를 이용하여, 상기 RF신호를 서로 직교 관계인 I신호 및 Q신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 집약형 RF수신장치.
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