KR20110023981A

KR20110023981A - 송수신 신호 분리를 위한 결합장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR20110023981A
Application number: KR1020090081805A
Authority: KR
Inventors: 이진성
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-09
Also published as: US20110053525A1; JP2011055457A; US8412261B2; US20130222076A1; CN102006102A; CN102006102B; KR101083531B1; US9160047B2

Abstract

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 송신부와 수신부가 안테나를 공유하는 무선 통신 시스템에서 송신 신호가 수신부로 누설(leakage)되는 신호를 감소시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

본 발명에 따른 결합장치는 송신부와 수신부가 안테나를 공유하는 송수신기에서 RF(radio frequency) 송신 신호와 RF 수신 신호를 분배하는 제1 포트, 제2 포트, 제3 포트 및 제4 포트를 가지며, 제1 포트와 제2 포트 사이에 통과 경로(through path)가 형성되어 있고, 제1 포트로 입력된 신호는 제4 포트로 커플링(coupling)되며, 제2 포트로 입력된 신호는 제3 포트로 커플링되며, 제1 포트와 제4 포트 사이는 차단(isolation)되어 있고, 제2 포트와 제3 포트는 차단되어 있는 4포트 회로 및 제3 포트로부터 출력되는 신호를 감쇄시켜 출력하는 감쇄기(attenuator)를 포함하며, RF 송신 신호가 제1 포트로 입력되고, RF 수신 신호가 제2 포트로 입력되며, 감쇄기의 출력 및 제4 포트의 출력이 수신부로 제공된다.

본 발명에 의하면, 하나의 안테나를 공유하는 통신 시스템에서 송신부의 송신 신호가 수신부로 누설되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 감쇄기의 감쇄값을 적응적으로 변화시키면서 송신부에서 수신부로 누설되는 신호의 차단효과를 극대화할 수 있다.

결합기(Coupler), RFID, 차단(Isolation), RSSI, 누설(Leakage)

Description

송수신 신호 분리를 위한 결합장치 및 제어방법{METHOD AND COUPLING APPARATUS FOR DIVIDING RECEIVING AND TRANSMITTING SIGNAL}

송수신 신호의 통신 시스템의 일례로서 무선주파수식별(radio frequency identification; RFID) 시스템을 들 수 있다. RFID란 마이크로 칩을 내장한 태그(tag), 레이블(label), 카드 등에 저장된 데이터를 무선주파수를 이용하여 리더(reader)에서 자동 인식하는 기술을 의미한다.

RFID기술은 무선으로 RFID 태그의 정보를 RFID 인식기로 읽어오는 기술을 칭한다. 수동형 RFID 태그의 경우, RFID 태그 외부에 배터리와 같이, RFID 태그를 구동시키기를 위한 전원이 별도로 구비되어 있지 않다. 따라서 RFID 태그가 구동하기 위해서는 외부에서 RFID 태그 쪽으로 RF CW 신호를 지속적으로 공급해 주어야 RFID 태그가 구동에 필요한 전원을 생성할 수 있다. 하지만, 수동형 RFID 인식기에서 RFID 태그에서 발생되는 신호를 읽으려고 할 경우에도 RFID 인식기는 지속적으로 RF CW 신호를 발생해서 RFID 태그 쪽으로 전달해야 해주어야 한다. 이 경우 송신 신호와 RFID 태그에서 발생하여 RFID 인식기로 전달되는 신호와 혼합되어 RFID 인식기로 수신되므로, RFID 태그 신호를 판별하기에 어려움이 있다. 특히 안테나를 하나만 사용하는 경우, RFID 인식기에서 송신 신호가 수신 신호에 비해 그 세기가 매우 크기 때문에 송신부에서 송신되는 신호가 수신부로 누설되는 현상을 피할 수 없다. 송신 신호가 수신부로 누설됨으로써 수신 신호의 품질이 저하된다.

도 1은 RF(radio frequency) 신호를 송신, 수신하는 안테나(140), 기저대역 신호를 RF 송신 신호로(TX₁)로 변환하는 송신부(120), port 2의 출력을 입력 신호로 받아 기저대역 신호로 변환하는 수신부(130) 및 순환기(circulator, 110)를 사용하여 수신부(130)로 입력되는 신호에서 송신 신호의 누설 신호(150)를 분리하는 장치(100)를 나타낸다. 순환기(110)는 port 1 port 2, port 2 port 3, port 3 port 1 방향으로는 신호가 전달되지만 위 방향과 반대방향인 port 2 port 1, port 1 port 3, port 3 port 2 방향으로는 신호가 전달되지 않는 특성을 가진다. 강한 자기장에 의해서 비 상반성(non-reciprocity)을 가지기 때문이다. 이러한 비 상반성을 이용하면, 송신부(120)에서 수신부(130)로 누설되는 신호(150)를 차단(isolation)할 수 있다. 이 방법으로는 보통 25dB정도의 차단 성능을 얻을 수 있다. 다만 이 장치(100)에서 사용하는 주파수가 GHz보다 낮은 경우, 예를 들어 사용 주파수가 860MHz ~ 960MHz인 경우에는 순환기가 아주 크고, 가격도 비싸다는 단점이 있다.

도 2는 RF 신호를 송신, 수신하는 하나의 안테나(140)와 방향성 결합기(directional coupler, 210)를 사용하여 수신부(130)로 입력되는 신호에서 송신부(120)에서 출력된 송신 신호의 누설 신호를 분리하는 분리 장치(200)를 나타낸다. 도면 2의 방향성 결합기(210)는 port1 port 2 방향으로는 신호 통과 경로(through path)를 가지고, port 1 port 3방향으로는 신호 차단 경로(isolation path)를 가지며, port 1 port 4 방향으로는 결합(coupling)에 의한 신호 커플링 경로(coupling path)를 가진다. 그리고 각 포트는 나머지 다른 포트에 대해서 상반성(reciprocity)을 가진다. port 1 port 3의 관계는 차단 경로가 되어서 송신부(120)의 송신 신호(TX₁)가 수신부(130)가 접속된 포트(port 3)로 전달되는 것이 차단되지만 일부는 누설되어 누설 신호(TX₃)가 되어 수신부(130)에 입력된다. 이러한 경우에 보통 25dB정도의 차단 성능을 얻을 수 있다.

위에서 설명된 두 가지 장치(100, 200)가 송신 신호(TX₁)와 수신 신호(RX₂)를 분리하기 위해서 일반적으로 RFID에서 사용되는 장치이다. 위의 두 가지 경우에도 RF 송신 신호(TX₁)가 RFID 인식기의 수신부(130)로 누설되는 현상을 완벽하게 차단하지 못한다. 송신 신호의 세기가 커질수록 누설되는 신호의 세기도 커지게 된다.

도 3은 하나의 안테나(140), 2개의 방향성 결합기(210), 균형 발진 기(balanced oscillator, 320) 및 윌킨슨 전력 결합기(wilkinson power combiner, 330)를 사용하여 송신 신호의 차단 성능을 개선시키는 장치(300)를 나타낸다. 균형 발진기(320)는 하나의 결합기(210)에 송신 신호와 위상이 같은 신호를 넣어주고, 다른 결합기(210)에는 송신 신호와 위상이 180도 다른 차동 신호(differential signal)를 넣어준다. 윌킨슨 전력 결합기 (330)에서 위상이 180도 다른 차동 신호는 서로 상쇄(cancel out)되어 안테나(140)에서 수신된 송신 신호를 제거하여 원하는 수신 신호만을 분리할 수 있다. 그러나 이 장치(300)는 송신 신호의 반만을 송신에 사용하고 나머지 반은 단순하게 수신부(130)로 누설된 신호를 상쇄하기 위해 사용된다. 즉, 송신 전력의 낭비가 발생한다.

도 4는 벡터 모듈레이터(vector modulator, 430)를 사용하여 위상이 180도 다른 신호를 만들어 송신 신호를 제거하는 기술을 나타낸 도면이다. 송신부(120)와 접속된 결합기(210)를 통해 송신 신호(471)의 일부가 벡터 모듈레이터(430)에 전달되고 벡터 모듈레이터(430)는 순환기(110)에서 누설된 송신 신호(450)와 크기는 동일하고 위상은 180도 다른 상쇄 신호(cancellation signal, 490)를 생성하고 결합기(210)에 제공한다. 상쇄신호(490)를 제공받은 결합기(210)는 생성된 상쇄 신호(490)와 안테나(140)로 수신된 수신 신호(460) 및 누설된 송신 신호(450)를 합산하여 누설 송신 신호(450)를 제거한다. 위 방법은 누설된 송신 신호(450)와 크기가 동일하며, 위상 차이가 180도인 상쇄 신호(490)를 만들어야 하기 때문에 벡터 모듈레이터(430)를 정확하게 구현하여야 하는데, 이는 어렵고 복잡하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안테나를 공유하는 통신 시스템에서송신부의 송신 신호가 수신부로 누설되는 것을 차단할 수 있는 결합장치 및 이를 이용한 송수신기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가변형 감쇄기의 감쇄값을 적응적으로 변화시키면서 송신부에서 수신부로 누설되는 신호의 차단효과를 극대화할 수 있는 결합장치 및 감쇄값 제어방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 결합장치는 송신부와 수신부가 안테나를 공유하는 송수신기에서 RF 송신 신호와 RF 수신 신호를 분배하는 제1 포트, 제2 포트, 제3 포트 및 제4 포트를 가지며, 제1 포트와 제2 포트 사이에 통과 경로가 형성되어 있고, 제1 포트로 입력된 신호는 제4 포트로 커플링(coupling)되며, 제2 포트로 입력된 신호는 제3 포트로 커플링되며, 제1 포트와 제4 포트 사이는 차단되어 있고, 제2 포트와 제3 포트는 차단되어 있는 4포트 회로 및 제3 포트로부터 출력되는 신호를 감쇄시켜 출력하는 감쇄기(attenuator)를 포함하며, RF 송신 신호가 제1 포트로 입력되고, RF 수신 신호가 제2 포트로 입력되며, 감쇄기의 출력 및 제4 포트의 출력이 수신부로 제공된다.

제4 포트의 출력 신호에서 감쇄기의 출력 신호를 감산하고 감산된 출력이 수 신부로 제공되는 감산기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기인 것이 바람직하다.

여기서, 4포트 회로는 방향성 결합기(directional coupler) 및 고주파 변성기(high frequency transformer)중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 송수신기는 송신부, 수신부 및 앞서 제안된 결합 장치를 포함하며 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기이고, 수신부는 제4 포트의 출력 신호에서 감쇄기의 출력 신호를 감산하여 증폭하는 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA), 저잡음 증폭기의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(received signal strength indicator, RSSI)를 측정하는 신호강도측정부 및 측정된 RSSI값에 따라 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 제어부를 포함한다. 결합 장치의 제2 포트에 접속되는 안테나를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 송수신기는 송신부, 수신부 및 제1항에 따른 결합 장치를 포함하며 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기이고, 수신부는 제4 포트의 출력 신호에서 감쇄기의 출력 신호를 감산하여 증폭하는 저잡음 증폭기, 저잡음 증폭기의 출력 신호를 하향 변환하는 믹서(mixer), 믹서의 출력의 저주파 성분만 통과시키는 저대역 필터(low pass filter, LPF), 저대역 필터의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하는 신호강도측정부 및 측정된 RSSI값 에 따라 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 제어부를 포함한다. 결합 장치의 제2 포트에 접속되는 안테나를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 4포트 회로는 방향성 결합기 및 고주파 변성기중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 송수신기에서, 제어부가 가변형 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 방법은 가변형 감쇄기의 감쇄값을 미리 설정된 최소값으로 설정하는 제1단계, RF 신호를 수신하며 제4 포트의 출력이 가변형 감쇄기에 입력되고 가변형 감쇄기의 출력과 제3 포트의 출력이 감산기에 의해 감산되는 제2단계, 감산기의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하는 신호강도 측정하는 제3단계, 가변형 감쇄기의 감쇄 값을 순차적으로 높이며 감산기의 출력의 RSSI값을 측정하는 제4단계 및 측정된 RSSI값 중 가장 낮은 RSSI값일 때의 감쇄값을 가변형 감쇄기의 감쇄값으로 설정하는 제5단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 안테나를 공유하는 통신 시스템에서 송신부의 송신 신호가 수신부로 누설되는 것을 차단할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 감쇄기의 감쇄값을 적응적으로 변화시키면서 송신부에서 수신부로 누설되는 신호의 차단효과를 극대화할 수 있다.

도 5는 본 발명에 사용되는 4포트 회로(500)를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이 4포트 회로(500)는 4개의 포트(port 1, port 2, port 3, port 4)를 갖는다. 각 포트간의 관계를 보면, 제1 포트(port 1)에 송신 신호(TX₁)가 입력되면 삽입 손실(Insertion loss)에 의해 감쇄된 신호(TX₂)가 제2 포트(Port 2)로 출력되는데(식1), 이런 경우에 제1 포트(port 1)와 제2 포트(port 2) 사이에 통과 경로(through path)가 형성되어 있다고 하기로 한다. 제1 포트(port 1)로 입력된 송신 신호(TX₁)는 결합(coupling)에 의하여 제4 포트(port 4)로 출력(TX₄)되는데(식2), 이런 경우에 제1 포트(port 1)와 제4 포트(port 4)는 커플링되어 있다고 하기로 한다. 제1 포트(port 1)로 입력된 송신 신호(TX₁)의 일부는 누설에 의하여 제3 포트(port 3)로 출력(TX₃)되는데(식3). 이런 경우에 제1 포트(port 1)와 제4 포트(port 4) 사이는 차단 경로(isolation path)가 형성되어 있다고 하기로 한다. 또한 본 발명에 사용되는 4포트 회로는 각 포트에 대해서 상반성을 가진다.

(식1)

(식2)

(식3)

따라서 제2 포트(port 2)에 수신 신호(RX₂)가 인가될 경우 제1 포트(port 1)에서 삽입 손실에 의해 감쇄된 신호(RX₁)가 출력되며(식4), 제3 포트(port 3)에서 결합 신호(RX₃)가 출력되며(식5), 제4 포트(port 4)에서 누설 신호(RX₄)가 출력된다(식6).

(식4)

(식5)

(식6)

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결합장치(600)를 포함하는 RF 송수신기(601)의 블록도이다. 도면에 나타난 RF 송수신기(601)는 RF 신호를 송신, 수신하는 안테나(140), 기저대역 신호를 RF 송신 신호(TX₁)로 변환하는 송신부(120), 결합 장치(600), 결합장치(600)의 출력을 입력 신호로 받아 기저대역 신호로 변환하는 수신부(130) 및 기저대역 신호를 처리하는 베이스 밴드부(660)를 포함한다. 결합 장치(600)는 감쇄기(630), 4포트 회로(500) 및 감산기(670)를 포함한다.

4포트 회로(500)의 4개의 포트 사이의 관계는 도 5에서 설명한 관계와 같다. 제1 포트(port 1)는 송신부(120)에서 전달된 송신 신호(TX₁)가 입력되고, 제4 포트(port 4)에서는 송신 신호(TX₁)가 커플링된 신호(TX₄) 및 안테나(140)를 통해 유입되는 수신 신호(RX₂)의 누설 신호(RX₄)가 함께 출력된다(식7).

(식7)

제3 포트(port 3)에서는 안테나(140)를 통해서 제2 포트(port 2)로 유입되는 수신 신호(RX₂)가 커플링된 신호(RX₃) 및 제1 포트(port 1)로 입력된 송신 신호(TX₁)의 누설된 신호(TX₃)가 함께 출력된다(식8).

(식8)

제3 포트(port 3)에서 출력되는 송신 신호(TX₁)로부터 누설된 송신 신호(TX₃)는 (식8)의 우측 두 번째 항인 Tx₁/P_Isolation이며, 본 발명의 실시예의 하나인 방향성 결합기의 경우 이 값(Tx₁/P_Isolation)은 일반적으로 25dB 정도이다.

결합 장치(600)의 제4 포트(port 4)에 접속된 감쇄기(630)의 감쇄값을 (P_coupling/P_Isolation)로, 즉 4포트 회로(500)의 결합되는 정도와 차단되는 정도의 비로 설정하면, 감쇄기(630)의 출력 신호(TX₅, RX₅)는 다음 아래 식과 같이 나타낼 수 있다(식9).

(식9)

이와 같은 비로 감쇄된 출력(TX₅, RX₅) 및 제3 포트(port 3)에서의 출력 신호(TX₃, RX₃)가 결합 장치(600)에 포함된 감산기(670)로 전달되고 감산기(670)는 제3 포트(Port 3)의 출력(TX₃, RX₃)에서 감쇄기(630)의 출력(TX₅, RX₅)을 감산하여 수신부(640)로 출력(RX₆)한다. 감산기(670)의 출력(RX₆)은 식10과 같이 나타낼 수 있다.

(식10)

위 식10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 감산기(670)의 출력(RX₆)은 송신 신호(TX₁)성분은제거되고 수신 신호(RX₂)성분만으로 구성된다. 즉 송신부(120)로부터 입력된 송신 신호(TX₁)의 누설 신호(TX₃)가 제거 되어 수신부(130)로 전달된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 결합기의 경우, P_Isolation값이 P_Coupling와10 dB이상의 차이가 나므로 식10의 우변의 두 번째 항은 첫 번째 항에 비해서 크기가 매우 작아 무시할 수 있다.

본 발명과 도 2에 나타난 종래 기술을 비교해보면, 도 2에 나타낸 방향성 결합기(210)의 제3 포트(Port 3)에서 출력되어 수신부(130)에 전달되는 신호(TX₃, RX₃)와 달리 도 6에 나타낸 발명의 수신부(130)로 전달되는 신호(RX₆)에는 제1 포트(Port 1)로 입력된 송신 신호(TX₁)의 누설된 신호(TX₃)가 제거되어 있음을 알 수 있다. 즉 송신 신호의 차단 특성이 더 높아진다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 결합장치(700)를 포함하는 RF 송수신기(701)의 블록도이다. 도면에 나타난 RF 송수신기(701)는 RF 신호를 송신 수신하는 안테나(140), 기저대역 신호를RF 송신 신호(TX₁)로 변환하는 송신부(120), 결합 장치(700), 결합장치(700)의 출력을 입력 신호로 받아 감산 기능을 수행하고 기저대역 신호로 변환하는 수신부(740) 및 기저대역 신호를 처리하는 베이스 밴드부(660)를 포함한다. 결합 장치(700)는 4포트 회로(500), 감쇄기(630)를 포함한다. 도 6의 RF 송수신기(601)와 도 7의 RF 송수신기(701)의 차이점은 도 7의 수신부(740)가 감산기(670)를 포함한다는 점이다.

감쇄값을 (P_Coupling/P_Isolation)로, 즉 4포트 회로(500)의 결합되는 정도와 차단되는 정도의 비로 설정하면 감쇄기(630)의 출력 신호(TX₅, RX₅)는 위 식과 같이 나타낼 수 있다(식9). 감쇄된 출력(TX₅, RX₅) 및 제3포트(Port 3)에서의 출력 신 호(TX₃, RX₃)가 수신부(740)에 포함된 감산기(670)로 제공되고 감산기(670)는 제3 포트(Port 3)의 출력(TX₃ RX₃)에서 감쇄기(630)의 출력(TX₅, RX₅)을 감산한다. 감산기(670)의 출력(RX₆)은 위 식(식10)과 같다 감산기(670)의 출력(RX₆)은 수신부(740)에 포함된 기저대역 변환부(742)에서 기저대역 신호로 변환되어 베이스 밴드부(660)에 제공된다.

위 식10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 송신 신호(TX₁)성분은제거되고 수신 신호(RX₂)만으로 구성된 신호(RX₆)가 기저대역 변환부(742)에 전달된다. 즉 송신부(120)로부터 입력된 송신 신호(TX₁)의 누설 신호(TX₃)가 제거 되어 기저대역 변환부(742)로 전달된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 결합기의 경우, P_Isolation값이 P_Coupling와10 dB이상의 차이가 나므로 식10의 우변의 두 번째 항은 첫 번째 항에 비해서 크기가 매우 작아 무시할 수 있다.

본 발명과 도 2에 나타난 종래 기술을 비교해보면, 도 2에 나타낸 방향성 결합기(210)의 제3 포트(Port 3)에서 출력되어 수신부(130)에 전달되는 신호(TX₃, RX₃)와 달리, 도 7의 발명에서 기저대역 변환부(742)로 전달되는 신호(RX₆)에는 제1포트(Port 1)로 입력된 송신 신호(TX₁)의 누설된 신호(TX₃)가 제거되어 있음을 알 수 있다. 즉 송신 신호의 차단 특성이 더 높아진다.

도 8a는 본 발명에 따른 감쇄기(630)를 저항을 통해 나타낸 도면이다. 감쇄 기(630)는 종래의 다양한 기술을 이용하여 구성할 수 있다. 그 일례로서 도 8a에 나타낸 바와 같이 저항 연결로 감쇄기를 구성할 수도 있다. 도 8a의 (a), (b), (c)는 각각 저항(R1 ~ R10)을 이용하여 구성한 예시적인 감쇄기를 나타낸다. 각각 입력단자(in)와 출력단자(out)를 포함한다. 입력단자(in)로 입력된 신호는 입력단자(in)와 출력단자(out) 사이에 연결된 저항값만큼 감쇄된 신호가 출력단자(out)로 출력되어 원하는 정도의 신호의 감쇄를 얻을 수 있다. 당업자는 도 8a에 나타낸 회로 구조 외에도 다양한 공지기술을 이용하여 감쇄기를 구성할 수 있을 것이다.

도 8b는 본 발명에 따른 도 6의 결합장치(600)를 모의실험에 사용한 회로도(800)를 나타낸다. 도 6의 수신부(130), 송신부(120) 및 안테나(140)와 대응하는 도 8b의 수신부(840), 송신부(850) 및 안테나(860)는 각각 50 Ohm의 저항으로 구성했으며, 모의실험에 사용된 회로(800)는 감쇄기(630), 감산기로서 발룬(BALUN, 671) 및 4포트 회로(500)로서 방향성 결합기(210)를 포함한다. 방향성 결합기(210)는 결합도가 10 dB, 차단 정도가 22 dB인 이상적인 결합기(210)이다. 유전율이 10인 일반적인 세라믹 결합기의 물리적인 크기는 유전율이 10일 경우의 900MHz 대역의 파장인 10.512cm 보다 아주 작아서 경로의 차이에 의한 위상 변화는 거의 없다고 가정했다.

도 9a는 도 8b에 나타낸 회로(800)의 차단 특성의 모의실험 결과를 나타낸 도면이다. 감쇄기(630)의 감쇄 정도에 따라서 차단 특성의 변화를 나타낸다. 감쇄기(630)의 감쇄값을 결합 특성과 차단 특성의 차이인 12 dB 로 설정(910)한 경우, 실험에 사용된 방향성 결합기(210) 자체의 차단 특성은 22 dB 이지만, 결합장 치(600)의 차단 특성은 56 dB(920)로 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 9b는 도 8b에 나타낸 회로(800)의 결합 특성의 모의실험 결과를 나타낸 도면이다. 감쇄기(630)의 감쇄 정도에 따라서 결합 특성의 변화를 나타낸다. 감쇄기(630)의 설정 값을 결합 특성과 차단 특성의 차이인 12 dB 로 설정(910)한 경우, 실험에 사용된 방향성 결합기(210) 자체의 결합 특성은 10 dB 이지만, 결합장치(600)의 결합 특성은 14 dB(930)로 나빠지는 것을 확인 할 수 있다.

그러나 RF 송수신기(601)의 성능은 결합기의 결합 특성보다는 차단 특성이 더 큰 영향을 미치므로 본 발명에 따른 결합 장치(600)를 사용하면 수신 성능의 개선효과를 얻을 수 있다. 제안된 본 발명인 RFID 송수신기(601)를 제품에 적용하여 RFID 태그의 인식 거리를 측정하였다. 아래 실험결과와 같이 인식 거리가 증가되었음을 알 수 있다.

	송신기 출력	인식 거리
적용전	24 dBm	150 cm
적용후	24 dBm	100 cm

도 10과 도 11은 결합장치(610, 620)를 포함한 RF 송수신기(602, 603)의 2가지 실시예를 나타낸 도면이다. 도 10과 도 11의 RF 송수신기(601)는 결합 장치(600), 안테나(140), 4포트 회로(500), 감쇄기(630) 및 베이스 밴드부(660)를 공통으로 포함한다. 도 10의 결합장치(610)는 감산기(670)로서 발룬(671)을 포함한다. 도 11은 결합장치(620)는 감산기(670)로서 차동 증폭기(differential amplifier, 672)를 포함한다.

당업자는 그 밖에도 다양한 공지기술을 이용하여 도 6의 감산기(670)를 구성 하여 본 발명인 RF 송수신기(601)의 다양한 변형예를 구성할 수 있을 것이며 그러한 변형예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 의도된다.

제1 실시예의 변형예 1

도 12는 본 발명의 4포트 회로(500)의 실시예로 방향성 결합기(210) 대신 고주파 변성기(211)를 사용하여 구성한 결합장치(610)를 포함하는 RF 송수신기(604)를 나타낸 도면이다.

도 12의 결합장치(610)는 고주파 변성기(211), 감쇄기(630) 및 감산기(670)를 포함한다. 고주파 변성기(211)는 4개의 포트(port 1, port 2, port 3, port 4)를 갖는다. 각 포트간의 관계를 살펴보면, 도 5에 나타낸 것과 같다. 제1 포트(port 1)와 제2 포트(port 2)는 통과 경로를 형성하고 하므로, 제1 포트(port 1)에 송신부(120)로부터 송신 신호(TX₁)가 입력되면 삽입 손실에 의해 감쇄된 신호(TX₂)가 제2 포트(port 2)로 출력된다(식1). 제1 포트(port 1)와 제4 포트(port 4)는 커플링되어 있으므로, 송신부(120)로부터 송신 신호(TX₁)가 입력되면 제4 포트(port 4)로 커플링된 신호(TX₄)가 출력된다(식2). 제1 포트(port 1)와 제4 포트(port 4)는 차단 경로를 형성하고 있으므로, 송신부(120)로부터 제1 포트(port 1)로 입력된 송신신호(TX₁)의 누설신호(TX₃)가 제3 포트(port 3)로 출력된다(식3). 또한 본 발명에 사용되는 고주파 변성기(211)는 각 포트에 대해서 상반성을 가진 다.

고주파 변성기(211)의 제2 포트(port 2)는 안테나(140)와 접속되고, 제4 포트(port 4)는 감쇄기(630)와 접속되고, 제1 포트(port 1)는 송신부(120)와 접속되며, 제3 포트(port 3)의 출력 및 감쇄기(630)의 출력은 감산기(670)로 제공되며, 감산기(670)는 감산된 출력을 수신부(130)에 제공한다.

도 12와 같이 4포트 회로(500)의 실시예로 고주파 변성기(211)을 사용한 RF 송수신기(604)의 자세한 설명은 도 6의 RF 송수신기(601)과 동일하므로 생략한다.

변형예 1에 앞서 살펴보았던 본 발명의 실시예에 사용된 4포트 회로는 방향성 결합기(210)이지만 방향성 결합기(210)를 고주파 변성기(211)로 대체하여도 같은 목적과 효과를 낸다. 각 포트간의 관계가 위와 같은 고주파 변성기(211)는 당업자에게 주지한 기술로서 자세한 설명은 생략한다. 또한 고주파 변성기(211)를 제외한 모든 구성요소인 안테나(140), 감쇄기(630), 감산기(670), 수신부(130), 송신부(120) 및 베이스 밴드부(660)는 앞서 설명한 방향성 결합기가 사용된 제1 실시예들과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

제2 실시예 - Attenation 값의 적응적 변화

도 13 및 도 14는 RF 송수신기(1300, 1400)로서, 감쇄기(1330)의 감쇄값을 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기(1330)를 사용할 경우를 나타낸 도면이다. 가변형 감쇄기(1330)를 사용할 경우 4포트 회로(500)나 PCB와 같은 다른 부품의 특성이 변경되어도 일정하게 원하는 정도의 차단 성능을 얻을 수 있다. 도 13 및 도 14의 도면에 나타난 RF 송수신기(1300, 1400)는 RF 신호를 송신, 수신하는 안테나(140), 기저대역 신호를 RF 송신 신호로(TX₁)로 변환하는 송신부(120), 결합 장치(1301), 결합장치(1301)의 출력을 입력 신호로 받아 기저대역 신호로 변환하는 수신부(1340, 1440) 및 기저대역 신호를 처리하는 베이스 밴드부(660)를 포함한다. 결합 장치(1301)는 4포트 회로(500) 및 감쇄값이 제어 가능한 가변형 감쇄기(1330)를 포함한다.

도13 및 도 14의 수신부(1340, 1440)는 입력된 신호를 감산 및 증폭 하는 저잡음 증폭기(1341), 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하는 신호강도측정부(1342), 측정된 RSSI값을 바탕으로 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 제어하는 감쇄기 제어부(1343)를 공통적으로 포함한다.

도 13과 도14의 RF 송수신기(1300, 1400)의 차이점은 아래에서 별도로 살펴본다.

실시예 2-1

도 13에 나타낸 RF 송수신기(1300)는 송신부(120), 수신부(1340), 결합장치(1301), 안테나(140) 및 베이스 밴드부(660)를 포함한다.

결합 장치(1301)는 4포트 회로(500) 및 감쇄값이 제어 가능한 가변형 감쇄기(1330)를 포함한다.

수신부(1340)는 저잡음 증폭기(1341), 신호강도 측정부(1342) 및 측정된 RSSI값에 따라 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 제어하는 감쇄기 제어부(1343)를 포함한다.

4포트 회로(500)의 제1 포트(port 1)로 송신부(120)에서 제공된 송신 신호(TX₁)가 입력되고, 제2 포트(port 2)에 안테나(140)가 접속되며, 제4 포트(port 4)는 가변형 감쇄기(1330)의 입력단에 접속된다. 수신부(1340)에 포함된 저잡음 증폭기(1341)는 제3 포트(port 3)의 출력(TX₃, RX₃) 및 가변형 감쇄기(1330)의 출력(TX₅, RX₅)을 입력 받아 감산, 증폭기능을 수행하고, 신호강도측정부(1342)는 저잡음 증폭기(1341)의 출력(RX₆)에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하고 측정된 RSSI값을 감쇄기 제어부(1343)에 전달한다. 감쇄기 제어부(1343)는 측정된 RSSI값을 바탕으로 가장 낮은 RSSI값을 가지도록 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 제어하여 송신 신호의 차단 효과를 극대화할 수 있다. 수신부(1340)의 출력은 베이스 밴드부(660)로 입력된다.

실시예 2-2

도 14에 나타낸 바와 같이, RF 송수신기(1400)는 결합장치(1301), 안테나(140), 송신부(120), 수신부(1440) 및 베이스 밴드부(660)를 포함한다.

수신부(1440)는 저잡음 증폭기(1341), 신호강도 측정부(1342), 기저대역 변 환부(1444) 및 측정된 RSSI값에 따라 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 제어하는 감쇄기 제어부(1343)를 포함한다.

4포트 회로(500)의 제1 포트(port 1)로 송신부(120)에서 제공된 송신 신호(TX₁)가 입력되고, 제2 포트(port 2)에 안테나(140)가 접속되며, 제4 포트(port 4)는 가변형 감쇄기(1330)의 입력단에 접속된다. 수신부(1440)에 포함된 저잡음 증폭기(1441)는 제3 포트(port 3)의 출력(TX₃, RX₃) 및 가변형 감쇄기(1330)의 출력(TX₅, RX₅)을 입력 받아 감산, 증폭기능을 수행하고 감산, 증폭된 출력(RX₆)을 기저대역 변환부(1444)로 전달한다.

도 14에 나타낸 RF 송수신기(1400)는 도 13의 RF 송수신기(1300)와 달리 별도의 기저대역 변환부(1444)를 수신부(1440)에 포함한다. 기저대역 변환부(1444)는 수신부(1440)에 포함된 저잡음 증폭기(1341)과 신호강도 측정부(1342)사이에 접속되어 저잡음 증폭기(1341)에서 출력된 신호(RX₆)를 입력 받아 BB_I 및 BB_Q의 출력을 베이스 밴드부(660)에 제공하고, Leak_I 및 Leak_Q의 출력을 신호강도측정부(1342)에 전달한다. 기저대역 변환부(1444)는 믹서(mixer, 1445)와 저대역필터(low pass filter, 1446)를 포함한다.

신호강도 측정부(1342)는 기저대역 변환부(1444)에서 출력된 신호(Leak_I, Leak_Q)의 신호강도(RSSI)를 측정하고 측정된 RSSI값을 감쇄기 제어부(1343)에 전달한다. 감쇄기 제어부(1343)는 측정된 RSSI값을 바탕으로 가장 낮은 RSSI값을 가지도록 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 제어하여 송신 신호의 차단 효과를 극대화 할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 송수신기(1300)에서 수행되는 송신 신호의 차단 효과를 극대화하는 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 찾는 방법을 나타내는 순서도이다.

먼저 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 미리 설정된 최소값으로 설정한다(S1).

그 후 RF 신호를 수신하며, 제4 포트(port 4)의 출력 신호가 가변형 감쇄기(1330)에 입력되고 가변형 감쇄기(1330)의 출력과 제3 포트(port 3)의 출력이 감산기(670)에 입력되고 감산된 신호가 출력된다(S2).

그 후 감산기(670)의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정한다(S3).

그 후 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값을 순차적으로 높이며 RSSI값을 측정한다(S4).

그 후 측정된 RSSI값 중에서 가장 낮은 RSSI값일 때의 감쇄값을 가변형 감쇄기(1330)의 감쇄값으로 설정한다(S5).

제안된 새로운 결합장치는 이상 설명한 실시예에만 국한된 것이 아니고, 하나의 안테나를 공유하여 신호를 송신 및 수신하는 무선 통신 시스템에서, 수신되는 신호에서 송신 신호의 누설된 신호를 분리하는 모든 무선 통신 시스템에 적용이 가능함을 명시한다.

이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 순환기(110)를 사용하여 수신부(130)로 입력되는 신호에서 송신 신호의 누설 신호(150)를 분리하는 장치(100)을 나타낸 도면.

도 2는 방향성 결합기(210)를 사용하여 수신부(130)의 입력 신호에서 송신부(120)에서 출력된 송신 신호의 누설 신호를 분리 장치(200)을 나타낸 도면.

도 3은 안테나(140), 2개의 방향성 결합기(210), 균형 발진기(balanced oscillator, 320) 및 Wilkinson power combiner(330)를 사용하여 송신 신호의 차단 성능을 개선시키는 장치(300)를 나타낸 도면.

도 4는Vector Modulator를 사용하여 위상이 다른 신호를 만들어 송신 신호를 제거하는 기술을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 사용되는 4포트 회로(500)를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결합장치(600)를 포함하는 RF 송수신기(601)의 블록도.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 결합장치(700)를 포함하는 RF 송수신기(701)의 블록도.

도 8a는 본 발명에 따른 감쇄기(630)를 저항을 통해 나타낸 도면.

도 8b는 본 발명에 따른 도 6의 결합장치(600)를 모의실험하기 위해 사용한 회로도(800)를 나타낸 도면.

도 9a는 도 8b에 나타낸 회로(800)의 차단 특성의 모의실험 결과를 나타낸 도면.

도 9b는 도 8b에 나타낸 회로(800)의 결합 특성의 모의실험 결과를 나타낸 도면.

도 10은 결합장치(610, 620)를 포함한 RF 송수신기(602, 603)의 2가지 실시예를 나타낸 것으로, 신호의 감산을 위한 감산기(670)를 발룬(671)을 이용하여 나타낸 도면.

도 11은 결합장치(610, 620)를 포함한 RF 송수신기(602, 603)의 2가지 실시예를 나타낸 것으로, 신호의 감산을 위한 감산기(670)를 차동 증폭기(672)를 이용하여 나타낸 도면.

도 12는 4포트 회로(500)의 실시예로 방향성 결합기(210) 대신 고주파 변성기(211)를 사용하여 구성한 결합장치(610)를 포함하는 RF 송수신기(604)를 나타낸 도면.

도 13은 RF 송수신기(1300)로서, 감쇄기(1330)의 감쇄값을 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기(1330)를 사용할 경우를 나타낸 도면.

도 14는 RF 송수신기(1400)로서, 감쇄기(1330)의 감쇄값을 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기(1330)를 사용할 경우를 나타낸 도면.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 송수신기(1300)에서 수행되는 송신 신호의 차단 효과를 극대화하는 가변형 감쇄기의 감쇄값을 찾는 방법을 나타내는 순서도.

**********도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**********

120: 송신부

130: 수신부

140: 안테나

210: 방향성 결합기

500: 4포트 회로

600: 결합장치

630: 감쇄기

670: 감산기

660: 베이스 밴드부

Claims

송신부와 수신부가 안테나를 공유하는 송수신기에서 RF(radio frequency, 무선주파수) 송신 신호와 RF 수신 신호를 분배하는 결합(coupling) 장치로서,

제1 포트, 제2 포트, 제3 포트 및 제4 포트를 갖는 4포트 회로로서,

상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 통과 경로(through path)가 형성되어 있고, 상기 제1 포트로 입력된 신호는 상기 제4 포트로 커플링(coupling)되며, 상기 제2 포트로 입력된 신호는 상기 제3 포트로 커플링되며, 상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이는 차단(isolation)되어 있고, 상기 제2포트와 상기 제3 포트는 차단되어 있는 4포트 회로; 및

상기 제3 포트로부터 출력되는 신호를 감쇄시켜 출력하는 감쇄기(attenuator)를 포함하고,

상기 RF 송신 신호가 상기 제1 포트로 입력되고, 상기 RF 수신 신호가 상기 제2 포트로 입력되며, 상기 감쇄기의 출력 및 상기 제4 포트의 출력이 상기 수신부로 제공되는 결합장치.
제1항에 있어서,

상기 제4 포트의 출력 신호에서 상기 감쇄기의 출력 신호를 감산하는 감산기를 더 포함하고,

상기 감산기의 출력이 상기 수신부로 제공되는, 결합장치.
제1항 있어서,

상기 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기임을 특징으로 하는, 결합장치.
제2항 있어서,

상기 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기임을 특징으로 하는, 결합장치.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 4포트 회로는 방향성 결합기(directional coupler) 및 고주파 변성기(high frequency transformer)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 결합장치.
송신부, 수신부 및 제1항에 따른 결합 장치를 포함하는 송수신기에 있어서,

상기 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기이고,

상기 수신부는 상기 제4 포트의 출력 신호에서 상기 감쇄기의 출력 신호를 감산하여 증폭하는 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA);

상기 저잡음 증폭기의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(received signal strength indicator; RSSI)를 측정하는 신호강도측정부; 및

상기 측정된 RSSI값에 따라 상기 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 제어부를 포함 하는, 송수신기.
제6항에 있어서,

상기 결합 장치의 제2 포트에 접속되는 안테나를 더 포함하는, 송수신기.
송신부, 수신부 및 제2항에 따른 결합 장치를 포함하는 송수신기에 있어서,

상기 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기이고,

상기 감산기는 상기 제4 포트의 출력 신호에서 상기 감쇄기의 출력 신호를 감산하고,

상기 수신부는 감산기의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하는 신호강도측정부; 및

상기 측정된 RSSI값에 따라 상기 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 제어부를 포함하는 송수신기.
제8항에 있어서,

상기 결합 장치의 제2 포트에 접속되는 안테나를 더 포함하는, 송수신기.
송신부, 수신부 및 제1항에 따른 결합 장치를 포함하는 송수신기에 있어서,

상기 감쇄기는 감쇄 정도를 가변적으로 제어 가능한 가변형 감쇄기이고,

상기 수신부는 상기 제4 포트의 출력 신호에서 상기 감쇄기의 출력 신호를 감산하여 증폭하는 저잡음 증폭기;

상기 저잡음 증폭기의 출력 신호를 하향 변환하는 믹서(Mixer);

상기 믹서의 출력의 저주파 성분만 통과시키는 저대역 필터(low pass filter, LPF);

상기 저대역 필터의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하는 신호강도측정부; 및

상기 측정된 RSSI값에 따라 상기 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 제어부를 포함하는 송수신기.
제10항에 있어서,

상기 결합 장치의 제2 포트에 접속되는 안테나를 더 포함하는, 송수신기.
제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 제10항 또는 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 4포트 회로는 방향성 결합기 및 고주파 변성기중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 송수신기.
제6항, 제8항 또는 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 송수신기에서 상기 제어부가 상기 가변형 감쇄기의 감쇄값을 제어하는 방법으로서,

상기 가변형 감쇄기의 감쇄값을 미리 설정된 최소값으로 설정하는 단계;

RF 신호를 수신하며 제4 포트의 출력이 상기 가변형 감쇄기에 입력되고 상기 가변형 감쇄기의 출력과 제3 포트의 출력이 상기 감산기에 의해 감산되는 단계;

상기 감산기의 출력에서 송신누설신호의 신호강도(RSSI)를 측정하는 신호강도측정단계;

상기 가변형 감쇄기의 감쇄값을 순차적으로 높이며 감산기의 출력의 RSSI값을 측정하는 단계; 및

측정된 RSSI값 중 가장 낮은 RSSI값일 때의 감쇄값을 가변형 감쇄기의 감쇄값으로 설정하는 단계를 포함하는 감쇄값 제어방법.