KR20110001399A

KR20110001399A - 아이큐 임밸런스 추정 및 보상 방법

Info

Publication number: KR20110001399A
Application number: KR1020090058919A
Authority: KR
Inventors: 김범진
Original assignee: (주)에프씨아이
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-06
Also published as: US8594241B2; US20100329397A1; KR101238877B1; CN101938445B; CN101938445A; TW201101775A; TWI592000B

Abstract

본 발명은 베이스밴드 샘플링을 채용하는 디지털 통신 수신기에서 디지털 시간 영역에서 IQ Imbalance를 추정하고 보상하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 Baseband Sampling 시스템에서, ADC 이후 누화이득추정기(Crosstalk Gain Estimator), Q-Path 이득 추정기, IQ Imbalance 보상기(Compensator), Lock Detector로 구성하여 IQ Imbalance 추정 및 보상을 수행하며, 실시간 Frequency Domain Estimator/Compensator 와는 달리 추가적인 메모리와 Processing Delay를 거의 필요로 하지 않아 추정 장치 및 방법 간편성을 제공하게 된다.

IQ 임밸런스, 보상, ADC

Description

아이큐 임밸런스 추정 및 보상 방법{Estimation and Compensation Method for IQ Imbalance}

본 발명은 베이스 밴드 샘플링을 채용하는 디지털 통신 수신기를 구성하는 디지털 시간 영역에서 IQ Imbalance를 추정하고 보상하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

베이스밴드 샘플링을 채용하는 디지털 통신 수신기에서는 아날로그 영역에서 RF 또는 IF 신호를 베이스밴드로 Down Conversion 한 후 이 베이스밴드 신호를 ADC(Analog-to-Digital Converter)에 의해 디지털 신호로 변환하게 된다. 이 경우, Baseband로 Down Conversion 할 때 Inphase와 Quadrature 신호로 분리하게 되는데 이를 위해 하나의 LO(Local Oscillator, 국부 발진기)로부터 Gain은 동일하고 Phase가 서로 90도 차이 나는 두 종류의 사인파(구체적으로는 Cosine, Sine Wave)를 사용한다.

그러나 이들 과정은 아날로그 영역에서 수행되기 때문에 오차가 날 수 밖에 없다. 특히 Down Conversion에 사용되는 코사인파, 사인파 간에는 서로 Gain과 Phase Error가 날 수 밖에 없으며 이 때 이들 오차가 수신기의 성능에 심각한 영향 을 미칠 수도 있다. 이를 IQ Imbalance라고 한다. 이 경우, 보통 Gain 차이는 1~5%, Phase Error는 1~5° 정도가 일반적이다.

이 때, IQ Imbalance는 I, Q 양 Path간 Gain이 서로 불균형이 되게 하고, I 또는 Q 어느 한쪽의 신호가 다른 쪽 신호에 Crosstalk Interference를 일으키게 되어 그 양이 클 경우 심각한 성능 저하를 불러 일으킨다.

특히 OFDM 수신기에서는 IQ Imbalance에 의한 영향이 Positive Frequency와 Negative Frequency에 서로 대칭인 위치에 있는 Subcarrier Data가 서로에게 Interference로 작용하게 되어 앞에서 언급한 통상적인 IQ Imbalance Level에도 성능 저하 문제가 심각한 문제로 대두되고 있다.

종래에도 IQ Imbalance를 추정하고 보상하는 여러 가지 기술들이 있다. 이를 설명하면, 추정하는 방식을 기준으로는 Data Aided Offline Estimator, 실시간 Frequency Domain Estimator, 실시간 Time Domain Estimator로 나눌 수 있다.

이 중, Data Aided Offline Estimator는 Sine Wave와 같은 미리 알고 있는 신호를 수신기에 입력하여 IQ Imbalance를 추정하는 방식인데 정확도는 매우 높은 반면 RF 소자별 또는 RF Chip별로 존재하는 Variation을 반영하기 위해 소자별 또는 Chip별 Calibration을 해야 하는 번거로움이 있다.

또한, 실시간 Frequency Domain Estimator는 Frequency Domain에서 서로 대칭인 위치에 있는 Positive 주파수 성분과 Negative 주파수 성분이 서로 Interference를 일으킨다는 사실을 이용하여 이 Interference 양을 추정하는 방식이다. 그래서 IQ Imbalance Compensator도 이 추정된 Interference를 Frequency Domain에서 보상하는 방식을 택하는 것이 보통이다. 하지만 Time Domain에서 보상하는 방식도 있는데 이 경우에는 Gain과 Phase Error를 Hard Wired Logic으로 구현하기에는 비교적 복잡한 sqrt, arcsin 등의 연산을 필요로 한다. 실시간 Frequency Domain Estimator는 OFDM 수신기에서 주로 이용하는 방식인데 구현상 복잡도가 높다. 왜냐하면 Frequency Domain에서 추정할 때 정상적인 OFDM Symbol Data와, DC를 중심으로 Positive와 Negative Frequency Data를 대칭적으로 뒤바꾼 Data가 둘 다 필요하기 때문에 통상 OFDM 심볼 길이만큼의 메모리가 추가적으로 필요하고 한 OFDM Symbol 만큼의 추가 Delay가 필요하다.

기존의 실시간 Time Domain Estimator에는 Gain과 Phase Error를 직접 계산하여 구하는 방법과, Crosstalk과 Quadrature Path의 보상 Gain 값을 직접 계산하여 구하는 방법등이 있다. 이들은 충분한 양의 데이터를 이용하지 않는 경우 성능상 문제가 될 수 있고, Hard Wired Logic으로 설계할 때 비교적 복잡도가 높은 Division 또는 sqrt 등의 연산을 필요로 하는 단점이 있다.

본 발명에서는 실시간 Time Domain Estimation의 한 방법으로서 Gain과 Phase Error, 또는 Crosstalk과 Quadrature Path의 보상 Gain 값 등의 IQ Imbalance 보상에 필요한 값들을 직접 계산하여 구하지 않고 잔존 Crosstalk과 잔존 I, Q Gain Mismatch가 0이 되게 하는 적절한 Error Detector를 사용하여 Feedback Loop 통해 Crosstalk Gain과 Quadrature Path에 보상해야 할 Gain 값을 추적하는 Digital PLL(Phase-Locked Loop) Type의 추정기를 제시한다.

또한 본 발명에서는 Digital PLL Type의 실시간 Time Domain Estimator와 더불어 동작해야 할 Time Domain Compensator의 한 방법을 제시한다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OFDM 방식의 수신기를 포함한 일반적인 Baseband Sampling 디지털 통신 수신기에서, 디지털 Time Domain에서 실시간으로 IQ Imbalance를 추정하고 이를 보상하는 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명에서 제시하는 실시간 Time Domain Estimator와 Compensator는 실시간 Frequency Domain Estimator/Compensator와는 달리 추가적인 메모리와 Processing Delay를 거의 필요로 하지 않아 추정 장치 및 방법 간편성을 제공하는 데 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 본 발명에 따른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 Baseband Sampling 시스템에서 IQ imbalance 추정 및 보상 방법은, ADC 이후 누화이득추정기(Crosstalk Gain Estimator), Q-Path 이득 추정기, IQ Imbalance 보상기, Lock Detector로 구성하여 IQ Imbalance 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 누화이득추정기에서는, I Signal의 평균 전력과 Crosstalk Gain이 곱해진 값과, 상기 I, Q Signal의 교차상관(Cross Correlation) 값을 비교하여 이들의 비가 고한계가중치(High Threshold Weight) 보다 큰 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 누화이득(Crosstalk Gain)을 낮추어 Crosstalk Gain Register에 Update하고, 저한계가중치(Low Threshold Weight)보다 작은 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 누화이득을 높여 Crosstalk Gain Register에 Update 하고, 이 두 가지 모두에 해당되지 않는 경우에는 누화이득을 그대로 유지하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 I Signal의 평균 전력과 I, Q Signal의 교차상관값을 하기 수학식 2 및 3을 이용하여 구하는 것을 특징으로 한다.

(수학식 2)

(수학식 3)

또한, 상기 고한계가중치(High Threshold Weight)는 1보다 크게, 상기 저한계가중치(Low Threshold Weight)는 1보다 작게 두며, 상기 Gain을 낮추어야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 작게 설정하고, 상기 Gain Scaling 값은 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두며, 상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 작게 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 Gain을 높여야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보 다 크게 설정하고, 상기 Gain Scaling 값을 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두며, 상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 크게 설정하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 Q-Path Gain Estimator에서는, I Signal의 평균 전력과 Imbalance가 보상된 Q Signal의 평균 전력 값을 비교하여 이들의 비가 High Threshold Weight 보다 큰 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 Q-Path Gain을 높여 Q-Path Gain Register에 Update 하고, Low Threshold Weight 보다 작은 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 Q-Path Gain을 낮추어 Q-Path Gain Register에 Update 하고, 이 두 가지 모두에 해당되지 않는 경우에는 Q-Path Gain을 그대로 유지하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 I Signal의 평균 전력과 Q Signal의 평균 전력 값을 각각 하기 수학식 (2) 및 수학식 (5)에 의해 구하는 것을 특징으로 한다.

(수학식 5)

이 경우, 상기 High Threshold Weight는 1보다 크게, Low Threshold Weight는 1보다 작게 두며, 상기 Gain을 낮추어야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 작게 설정하고, 상기 Gain Scaling 값을 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두는 방식을 사용하며, 상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 작게 설정하며, 상기 Gain을 높여야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 크게 설정하고, 상기 Gain Scaling 값을 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두며, 상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 크게 설정하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 Lock Detector를, ‘Unlock’ 상태에서 ‘Locked’ 상태로 가기 위한 조건을, 상기 Crosstalk Gain Estimator에서 Crosstalk Gain이 Update 되지 않고 유지되고 동시에 상기 Q-Path Gain Estimator에서 Q-Path Gain이 Update 되지 않고 유지되면서 동시에 총 IQ Imbalance Measurement 시간이 미리 정해진 시간보다 길어야 하도록 하는 방식과, ‘Locked’ 상태에서 ‘Unlock’ 상태로는 시스템 Reset에 의해서만 가도록 하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’인 경우에는 Crosstalk Gain Register와 Q-Path Register 값을 Update 하는 방식을 사용한다.

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Locked’인 경우에는 Crosstalk Gain Register와 Q-Path Register 값을 Update 하는 방식을 사용할 수도 있고, Crosstalk Gain Register와 Q-Path Register 값을 더 이상 Update 하지 않는 방식을 사용할 수도 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 IQ Imbalance Compensator에서는, 먼저 Crosstalk Gain Register의 값과 I Signal의 값을 곱하여 얻은 Crosstalk 성분을 Q Signal로부터 빼고, 그런 후 Crosstalk이 제거된 Q Signal에 Q-Path Gain Register의 값을 곱하여 Q-Path의 Gain을 보상하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 IQ Imbalance Compensator를, 먼저 Q Signal에 Q-Path Gain Register의 값을 곱하여 Q-Path의 Gain을 보상한 후 Crosstalk Gain Register의 값과 I Signal의 값을 곱하여 얻은 Crosstalk 성분을 Gain 보상된 Q Signal로부터 빼어 이를 보상하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 IQ Imbalance Estimator와 Compensator를 ADC와 DC Offset Remover 다음에 두는 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 IQ Imbalance를 추정하고 보상하는 방법에 의할 경우에는, OFDM 방식의 수신기를 포함한 일반적인 Baseband Sampling 디지털 통신 수신기에서, 실시간 Time Domain Estimator와 Compensator는 실시간 Frequency Domain Estimator/Compensator와는 달리 추가적인 메모리와 Processing Delay를 거의 필요로 하지 않아 IQ Imbalance 추정 장치 및 방법 간편성을 제공하는 효과를 가진다.

디지털 통신 수신기에서 보통 RX Front-End라고 하는 것은 Demodulator의 앞 단에 위치하는, Demodulator와는 별개로, 수신기의 성능을 개선하기 위한 모듈을 의미한다. 도 1은 일반적인 Baseband Sampling 디지털 수신기의 RX Front-End의 하나의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, DC Offset Remover, IQ Imbalance Estimator, IQ Imbalance Compensator, AFC, ACI(Adjacent Channel Interference) Rejection Filter, CCI(Co-Channel Interference) Rejection Filter 등이 포함될 수 있다.

여기에서, IQ Imbalance는 Baseband Sampling System에서만 발생하는데 Baseband Sampling System이란 Direct RF 수신기, Superheterodyne 수신기 등과 같이 중심 주파수가 0인 신호(Baseband 신호)를 A/D Conversion 하여 디지털 Demodulation하는 System을 말한다.

즉, Sampling 되기 직전의 Baseband 아날로그 신호인 ADC의 입력 신호는 Inphase와 Quadrature 두 신호로 구성되는데 IQ Imbalance는 이 두 신호가 만들어질 때 필요한 LO(Local Oscillator, 국부발진기)의 Gain과 Phase의 Imbalance에 의해 발생하는 것이다.

그리고, 이러한 Imbalance의 결과는 구체적으로 Inphase 신호가 Quadrature Path로 흘러 들어가 Interference로 작용하는 Crosstalk Interference와, Inphase 신호의 Gain에 대한 Quadrature 성분의 Gain Imbalance로 구성된다.

여기에서, Crosstalk Interference는, 도 2에서와 같이, LO의 Phase Imbalance에 의해 발생하고 Quadrature 성분의 Gain Imbalance는 LO의 Phase와 Gain Imbalance에 의해 발생한다

그리고, ADC의 입력 신호를 y(t)라고 하면 이것은 다음과 같이 표현된다.

수학식 (1)

여기에서 C는 Crosstalk Gain이고 G는 Quadrature Path Gain이다.

본 발명에서는 다음의 두 가지 가정하에서 Crosstalk Gain C와 Quadrature Path Gain G를 Time Domain에서 실시간으로 추정하고 보상하는 방법을 제시한다.

가정 1:

즉, Inphase와 Quadrature 성분의 평균 전력이 서로 동일하다

가정 2:

즉, Inphase와 Quadrature가 서로 Uncorrelated 되어 있다.

위의 두 가정은 대부분의 Quadrature Modulation 방식을 이용하는 통신 시스템에서 성립한다. 또한 대부분의 Quadrature Modulation + OFDM 방식을 이용하는 통신 시스템에서도 성립한다.

도 3은 본 발명이 제시하는 IQ Imbalance Estimator와 Compensator(330)를 나타내는데 A/D Conversion 후 디지털 Time Domain 영역에서 동작하며 통상 ADC, DC Offset Remover 직후에 위치한다. 이것은 Crosstalk Gain Estimator(320), Q-Path Gain Estimator(340), IQ Imbalance Compensator(330), Lock Detector(310)로 구성된다.

상기 Crosstalk Gain Estimator(320)는 수학식 (1)의 C를 추정하는 역할을 수행하고, Q-Path Gain Estimator(340)는 수학식 (1)의 G의 역수를 추정하는 역할을 수행하며 IQ Imbalance Compensator(330)는 추정된 C와 G-1를 이용하여 IQ Imbalance를 보상하는 역할을 수행한다.

또한, 본 발명에서 제시하는 IQ Imbalance Estimator와 Compensator(330)는 C와 G-1 값을 직접 계산하여 구하지 않고 적절한 Error Detector에 의해 잔존 Crosstalk과 Quadrature 신호의 Gain Mismatch 값을 구하여 Feedback Type으로 C와 G-1 값을 Tracking 한다.

그리고, 본 발명에서 제시하는 IQ Imbalance Estimator와 Compensator(330)의 입력 신호를 y(n)이라고 하고 이것은 xI(n) + j{CxI(n) + GxQ(n)} (n은 디지털 Time Index) 형태로 표현된다고 하자.

도 4는 본 발명이 제시하는 IQ Imbalance Estimator에서의 Crosstalk Gain Estimator(320)를 나타낸다. PI는 I Signal Average Power Estimator(321)에 의해 추정된 I Signal의 평균 전력 값인데 이를 구하는 하나의 예로서 추정기 입력 신호인 y(n)의 Real Part를 제곱한 다음 시간축상에서 누적하여 평균을 구하는 방법이 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다:

수학식 (2)

여기에서, CIQ는 I/Q Cross Correlation Estimator(322)와 절대값을 구하는 ABS 모듈에 의해 I Signal과 Q Signal의 Cross Correlation을 추정한 값인데 이를 구하는 하나의 예로서 추정기 입력 신호 y(n)의 Real Part와 Imaginary Part를 서로 곱한 후 시간축상에서 누적하여 평균을 구하고 다시 이것의 절대값을 취하는 방 법이 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다:

수학식 (3)

여기에서, 만약 Im{y(n)}에 Crosstalk 성분이 존재한다면 가정 2에 의해 수학식 (3)이 다음과 같이 된다.

수학식 (4)

그러므로 Crosstalk Gain C가 올바로 추정되었다면 CPI와 CIQ 값이 동일해야 한다. 본 발명에서 제시하는 Crosstalk Gain Estimator의 Error Detector는 바로 이 성질을 이용한 것이다.

본 발명에서 제시하는 Crosstalk Gain Estimator(320)에서 Up/Down Gain Controller(324)는 Error Detector의 출력 CU, CD 값을 입력으로 받아 Crosstalk Gain 값을 올려주거나 내려주기 위해 필요한 Gain 값을 출력하는 역할을 수행한다.

이 중 CPI값이 High Threshold TH보다 큰 경우에 CD 값은 1, CU 값은 0이 되고 Gain Down을 시키기 위해 1보다 작은 GD,UL 또는 GD,L을 출력한다. 그렇지 않고 Low Threshold TL보다 작은 경우에는 CD 값은 0, CU 값은 1이 되고 Gain Up을 시키기 위해 1보다 큰 GU,UL 또는 GU,L을 출력한다.

만약 이 두 가지의 경우에 모두 해당되지 않는다면 CU와 CD 값 모두 0이 되고 Crosstalk Gain은 변하지 않고 그대로 유지된다. 여기에서 Threshold를 두어 Gain을 조정하는 이유는 Up/Down Gain Controller(324)의 입력인 PI, CIQ 값이 단순 추정 오차에 의해 작게 흔들릴 경우에 Gain을 조정하지 않기 위해서이다.

이 때 GU,UL과 GD,UL은 도 2에 있는 Lock Detector(310)의 상태가 ‘Unlock’일 때 사용되는 값으로서 Gain 조정 폭을 비교적 크게 하기 위한 것이고 GU,L과 GD,L은 ‘Locked’일 때 사용되는 값으로서 Gain 조정 폭을 비교적 작게 하기 위한 것이다.

예로서 GU,UL과 GD,UL은 각각 0.8, 1.2로 둘 수 있고 GU,L과 GD,L은 각각 0.99, 1.01로 둘 수 있다. High Threshold와 Low Threshold 값은 CIQ에 각각 High Threshold Weight와 Low Threshold Weight 값을 곱하여 구한다. 이 때의 High Threshold Weight는 1보다 큰 값이고 Low Threshold Weight는 1보다 작은 값이다. 예로서 High Threshold Weight를 1.15, Low Threshold Weight를 0.85로 둘 수 있다.

만약 IQ Imbalance 보상 결과가 완벽하다면 가정 1에 의해 I Signal과 Q Signal의 평균 전력은 서로 동일해야 한다. 본 발명에서 제시하는 Q-Path Gain Estimator(340)의 Error Detector는 바로 이 성질을 이용한 것이다(도 5). 도 5에서 PQ,C는 IQ Imbalance가 보상된 후의 Q Signal의 평균 전력을 Q Signal Average Power Estimator에 의해 측정한 값인데 이를 구하는 하나의 예로서 추정기 입력 신호인 yC(n)의 Imaginary Part를 제곱한 다음 시간축 상에서 누적하여 평균을 구하는 방법이 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다:

수학식 (5)

본 발명에서 제시하는 Q-Path Gain Estimator(340)에서 Up/Down Gain Controller(343)는 Error Detector의 출력 QU, QD값을 입력으로 받아 Q-Path Gain 값을 올려주거나 내려주기 위해 필요한 Gain 값을 출력하는 역할을 수행한다.

이 때, PI값이 High Threshold TH보다 큰 경우에 QU 값은 1, QD값은 0이 되고 Gain Up을 시키기 위해 1보다 큰 GU,UL 또는 GU,L을 출력한다. 반면에 Low Threshold TL보다 작은 경우에는 QU 값은 0, QD 값은 1 이 되고 Gain Down을 시키기 위해 1보다 작은 GD,UL 또는 GD,L을 출력한다.

만약 이 두 가지의 경우에 모두 해당되지 않는다면 QU와 QD 값 모두 0이 되고 Q-Path Gain은 변하지 않고 그대로 유지된다. 여기에서 Threshold를 두어 Gain을 조정하는 이유는 상기 Up/Down Gain Controller(343)의 입력인 PI, PQ,C 값이 단순 추정 오차에 의해 작게 흔들릴 경우에는 Gain을 조정하지 않기 위해서이다.

이 때 GU,UL과 GD,UL은 도 2에 있는 Lock Detector(310)의 상태가 ‘Unlock’일 때 사용되는 값으로서 Gain 조정 폭을 비교적 크게 하기 위한 것이고 GU,L과 GD,L은 ‘Locked’일 때 사용되는 값으로서 Gain 조정 폭을 비교적 작게 하기 위한 것이다. 예로서 GU,UL과 GD,UL은 각각 0.8, 1.2로 둘 수 있고 GU,L과 GD,L은 각각 0.99, 1.01로 둘 수 있다.

또한 이들 네 가지 값들을 Crosstalk Gain Estimator(320)에서의 Up/Down Gain Controller(324)의 경우와 동일하게 사용할 수도 있고 다르게 사용할 수도 있다. 이 경우, High Threshold와 Low Threshold 값은 PQ,C에 각각 High Threshold Weight와 Low Threshold Weight 값을 곱하여 구한다. 이 때의 High Threshold Weight는 1보다 큰 값이고 Low Threshold Weight는 1보다 작은 값이다. 예로서 High Threshold Weight를 1.15, Low Threshold Weight를 0.85로 둘 수 있다. 또한 이들 두 가지 값들을 Crosstalk Gain Estimator(320)의 경우와 동일하게 사용할 수도 있고 다르게 사용할 수도 있다.

본 발명에서 제시하는 Lock Detector(310)는 IQ Imbalance Estimator와 Compensator(330)가 안정적으로 동작하는 Steady-state에 이르렀는지를 판단하는 모듈이다(도 6).

Lock State Register(315)는 ‘Unlock’ 상태와 ‘Locked’ 상태 두 가지를 나타내는 역할을 한다. ‘Unlock’ 상태에서만 ‘Locked’ 상태로 변할 수 있고 ‘Locked’ 상태에서는 시스템 Reset에 의하지 않고서는 ‘Unlock’ 상태로 되돌아 올 수는 없다.

‘Unlock’ 상태에서 ‘Locked’ 상태로 가기 위한 조건은 Crosstalk Gain Estimator와 Q-Path Gain Estimator의 Error Detector의 출력 CU, CD, QU, QD값들이 모두 0이어야 하고 총 수행한 Measurement 시간이 미리 정해진 일정 시간 TM보 다 길어야 하는 것이다. ‘Locked’ 상태에서는 더 이상 Crosstalk Gain과 Q-Path Gain을 Update 하지 않고 사용할 수도 있고 계속 Update 해 가면서 사용할 수도 있다.

도 7은 본 발명이 제시하는 IQ Imbalance Estimator의 출력인 Crosstalk Gain과 Q-Path Gain을 이용한 IQ Imbalance Compensator(320)를 나타내는데 이에는 Method I, Method II 두 가지 방법이 있다. Method I은 먼저 Crosstalk을 보상한 후 Q-Path Gain을 보상하는 것이고 Method II는 이와는 반대로 Q-Path Gain을 먼저 보상한 후 Crosstalk Gain을 보상하는 것이다.

이상에서는 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 고안은 상술한 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 이러한 변형 실시들은 본 고안의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 일반적인 Baseband Sampling 디지털 수신기의 RX Front-End의 예시도

도 2는 IQ Imbalance 발생 모델 예시도

도 3은 본 발명에서 제시하는 IQ Imbalance Estimator와 Compensator 구성도

도 4는 본 발명이 제시하는 IQ Imbalance Estimator에서의 Crosstalk Gain Estimator 구성도

도 5는 Q-Path Gain Estimator 구성도

도 6은 Lock Detector 구성도

도 7은 본 발명이 제시하는 IQ Imbalance Estimator의 출력인 Crosstalk Gain과 Q-Path Gain을 이용한 IQ Imbalance Compensator 구성도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

310: Lock Detector 320: Crosstalk Gain Estimator

323: ABS 324: Crosstalk Gain Up/Down Controller

325: Crosstalk Gain Register

330: IQ Imbalance Estimator 340: Q-Path Gain Estimator

343: Q-Path Gain Up/Down Controller

345: Q-Path Gain Register

Claims

Baseband Sampling 시스템에서 IQ imbalance 추정 및 보상 방법에 있어서,

ADC 이후 누화이득추정기(Crosstalk Gain Estimator), Q-Path 이득 추정기, IQ Imbalance 보상기, Lock Detector로 구성하여 IQ Imbalance 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 1항에 있어서,

상기 누화이득추정기에서는, I Signal의 평균 전력과 Crosstalk Gain이 곱해진 값과, 상기 I, Q Signal의 교차상관(Cross Correlation) 값을 비교하여 이들의 비가 고한계가중치(High Threshold Weight) 보다 큰 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 누화이득(Crosstalk Gain)을 낮추어 Crosstalk Gain Register에 Update하고, 저한계가중치(Low Threshold Weight)보다 작은 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 누화이득을 높여 Crosstalk Gain Register에 Update 하고, 이 두 가지 모두에 해당되지 않는 경우에는 누화이득을 그대로 유지하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 2항에 있어서,

상기 I Signal의 평균 전력과 I, Q Signal의 교차상관값을 하기 수학식 2 및 3을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법

(수학식 2)

(수학식 3)
제 2항에 있어서,

상기 고한계가중치(High Threshold Weight)는 1보다 크게, 상기 저한계가중치(Low Threshold Weight)는 1보다 작게 두는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 2항에 있어서,

상기 Gain을 낮추어야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 크게 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 5항에 있어서,

상기 Gain Scaling 값은 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 6항에 있어서,

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 2항에 있어서,

상기 Gain을 높여야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 8항에 있어서,

상기 Gain Scaling 값을 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 8항에 있어서,

상기 Gain Scaling 값을 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 1항에 있어서,

상기 Q-Path Gain Estimator에서는, I Signal의 평균 전력과 Imbalance가 보상된 Q Signal의 평균 전력 값을 비교하여 이들의 비가 High Threshold Weight 보 다 큰 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 Q-Path Gain을 높여 Q-Path Gain Register에 Update 하고, Low Threshold Weight 보다 작은 경우에는 미리 정해진 Gain Scaling 값만큼 Q-Path Gain을 낮추어 Q-Path Gain Register에 Update 하고, 이 두 가지 모두에 해당되지 않는 경우에는 Q-Path Gain을 그대로 유지하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 2항에 있어서,

상기 I Signal의 평균 전력과 Q Signal의 평균 전력 값을 각각 하기 수학식 (2) 및 수학식 (5)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법

(수학식 2)

(수학식5)
제 11항에 있어서,

상기 High Threshold Weight는 1보다 크게, Low Threshold Weight는 1보다 작게 두는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 11항에 있어서,

상기 Gain을 낮추어야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 14항에 있어서,

상기 Gain Scaling 값을 상기 Lock Detector의 상태에 따라 다르게 두는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 15항에 있어서,

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 작게 설정하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 11항에 있어서,

상기 Gain을 높여야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 작게 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 11항에 있어서,

상기 Gain을 높여야 하는 경우의 미리 정해진 Gain Scaling 값을 1보다 작게 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 18항에 있어서,

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’일 때의 Gain Scaling 값을 ‘Locked’일 때의 Gain Scaling 값보다 더 크게 설정하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 1항에 있어서,

상기 Lock Detector를, ‘Unlock’ 상태에서 ‘Locked’ 상태로 가기 위한 조건을, 상기 Crosstalk Gain Estimator에서 Crosstalk Gain이 Update 되지 않고 유지되고 동시에 상기 Q-Path Gain Estimator에서 Q-Path Gain이 Update 되지 않고 유지되면서 동시에 총 IQ Imbalance Measurement 시간이 미리 정해진 시간보다 길어야 하도록 하는 방식과, ‘Locked’ 상태에서 ‘Unlock’ 상태로는 시스템 Reset에 의해서만 가도록 하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 20항에 있어서,

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Unlock’인 경우에는 Crosstalk Gain Register와 Q-Path Register 값을 Update 하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 20항에 있어서,

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Locked’인 경우에는 Crosstalk Gain Register와 Q-Path Register 값을 Update 하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 20항에 있어서,

상기 Lock Detector의 상태가 ‘Locked’인 경우에는 Crosstalk Gain Register와 Q-Path Register 값을 더 이상 Update 하지 않는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 1항에 있어서,

상기 IQ Imbalance Compensator에서는, 먼저 Crosstalk Gain Register의 값과 I Signal의 값을 곱하여 얻은 Crosstalk 성분을 Q Signal로부터 빼고, 그런 후 Crosstalk이 제거된 Q Signal에 Q-Path Gain Register의 값을 곱하여 Q-Path의 Gain을 보상하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 1항에 있어서,

상기 IQ Imbalance Compensator를, 먼저 Q Signal에 Q-Path Gain Register의 값을 곱하여 Q-Path의 Gain을 보상한 후 Crosstalk Gain Register의 값과 I Signal의 값을 곱하여 얻은 Crosstalk 성분을 Gain 보상된 Q Signal로부터 빼어 이를 보상하는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법
제 1항에 있어서,

상기 IQ Imbalance Estimator와 Compensator를 ADC와 DC Offset Remover 다음에 두는 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 IQ imbalance 추정 및 보상 방법