KR20120047271A - 동적으로 확장되는 대역폭에서 선택된 채널로부터 신호를 송신하고 수신하기 위한 광대역 송수신 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 임의의 성능의 감소 없이, 광대역 송수신 디바이스의 동작 주파수를 상당히, 그리고 동적으로 증가시키는 방법에 관한 것인데, 이는 사용자 단말기의 아날로그 및 디지털 서브 조립체에, 기술적 부담(strain)의 특정 아키텍처 및 적절한 분배를 구현하는 것에 기인한다.

Description

동적으로 확장되는 대역폭에서 선택된 채널로부터 신호를 송신하고 수신하기 위한 광대역 송수신 디바이스{WIDEBAND TRANSCEIVER DEVICE FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNALS FROM A CHANNEL SELECTED IN DYNAMICALLY SPREAD BANDWIDTH}
본 발명은 동적으로 확장되는 통과 대역에서 선택된 채널의 송신(emission) 및 수신을 가능케 하는 광대역 송/수신 디바이스에 관한 것이다.
무선 통신 분야에서, 표준(GSM, UMTS, WiFi, GPS, DVBT/H, WIMAX 등), 사용자 및 제안된 서비스의 개수의 증가는 무선 주파수 스펙트럼의 관리를 점점 더 어렵게 한다.
세계 다수의 경제 실체(economic entity)에 대해, 솔루션 중 하나는 소프트웨어 한정 무선 시스템의 출현을 가속화하는 것이다. 상호 운용(interoperability) 및 유연성에 대한 이 기술의 기대(promise)는 가까운 장래의 텔레커뮤니케이션 시스템에 대한 주요 진보를 나타낸다. 따라서, 무선 송수신 시스템은 시스템 자체를 실시간으로 적응시키고 재구성하여, 상기 시스템을 하나 이상의 주어진 애플리케이션에 적응시킬 수 있어야 한다.
현재 기술 자원은 이상적인 소프트웨어 무선 프로젝트를 수행할 수 없지만, 제조업자는 제한된 소프트웨어 한정 무선의 '소프트웨어 한정 무선(SDR : Software Defined Radio)'으로 알려진, 소프트웨어 솔루션을 개발하는데, 이 솔루션은 모든 애플리케이션이 기저 대역 처리가 프로그램 가능하여, 신호 처리에 전용된 처리기를 사용하는 사실을 이용하는 것을 가능케 한다. 그러므로, SDR 소프트웨어 솔루션은 목적이 다중-기능, 다중-표준, 그러므로 다중-서비스 단말기를 개발할 때 흥미롭다.
본 발명은 이러한 범주 내에 속하고, 특히 다중 애플리케이션 모바일 단말기의 경우에 속한다. 이들 애플리케이션을 위해 할당된 주파수 대역은 대륙마다, 심지어 국가마다 매우 가변적이고, 그러므로 사용자 단말기 또는 '하드웨어'를 변경하지 않고 넓은 주파수 영역에서 주파수를 선택하기 위한 유연성에 대한 관심 또한 매우 가변적이다.
도 1은 최신 기술을 도시한다. 이는 별개의 애플리케이션에 대응하는 수개의 주파수 대역(A, B 및 C)의 언급을 수반한다. 송수신 단말기는 따라서 수개의 수신 채널 즉, 병렬로 위치된 채널 1 내지 채널 3로 이루어지고, 채널 1 내지 채널 3의 각각에 대한 안테나 또는 안테나 어레이의 프론트-엔드 요소{(FE1 내지 FE3)(FE는 프론트 엔드를 나타냄)}와 결합된 대략 수개의 집적 RF 요소(RFIC1 내지 RFIC3)로 구성된다. 송/수신 신호는 기저 대역(BB) 처리 회로에 의해 처리된다. 조립체는 주어진 애플리케이션 전용이고, 제한된 주파수 대역(A, B 또는 C)을 커버한다. 집적 RF 요소(RFIC1 내지 RFIC3)는 각각이 기본 주파수 서브-대역을 커버하는 수개의 VCO 발진기를 통합한다. 그런 후에, 이들 기본 VCO 발진기는 RFIC 요소에 의해 어드레싱될 전체 대역을 커버하기 위해 스위칭되어 RF 구성 요소 뿐만 아니라, RF의 구현을 더 복잡하게 한다. 다수의 구성 요소가 구현되고, 따라서, 발진기의 위상 잡음 성능을 제한하거나, 단말기의 크기 및 복잡도, 비용 및 소비를 증가시킨다는 것이 주목되어야 한다.
도 2는 공통적으로 사용되는 송/수신 단말기에 대한 아키텍처와, 프론트-엔드(FE) 요소에 결합되고, 수개의 주파수 대역을 커버하는 것을 가능케 하는 직접 변환 타입의 예시를 도시한다. 단일 국부 발진기(OL)가 사용되고, 모든 주파수 대역을 커버한다. 조정 가능한 저역-통과 필터링(F1, F2)은 샘플링 이전에 채널 필터링을 위해 RFIC 요소에 통합된다. 기저 대역 처리 회로는 수신을 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC), 송신을 위한 디지털-아날로그 변환기(DAC)와 결합된 기저 대역(BB) 처리 회로를 포함하고, 다수의 구성 요소가 구현된다는 것 또한 주목되어야 한다.
미국 특허 US7245882B1 또한 결정된 주파수 대역이 선택되는 것을 가능케 하는 무선 주파수 송수신 디바이스에 관한 것이다.
디바이스는 수개의 주파수 대역 중 주어진 주파수 대역을 동적으로 선택하도록 구성된 RF 필터링 회로를 포함한다. 필터링 회로는 기저 대역 필터로 이루어지고, 특히 간섭 문제를 최소화시키기 위해 안테나와 수신기 사이에 위치된다.
본 발명은 위에 서술된 디바이스의 단점을 개선하고, 명목 대역으로 알려진 결정된 주파수 대역에서 동작하는 송수신 디바이스의 동작 대역이 넓어질 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 선택된 채널에서 신호의 송신 또는 수신을 위한, 프론트-엔드 모듈, 주파수 변환 모듈, 그리고 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환 및 기저 대역 처리 모듈을 포함하는 송수신 디바이스이다.
프론트-엔드 모듈은, 적어도 제 1 저역 통과 필터, 제 2 고역 통과 필터 및, 필터들과, 조정 가능한 저역-통과 필터를 포함하는 RF 주파수 변환 모듈 사이의 스위칭 수단을 포함하는데, RF 주파수 변환 모듈은 선택된 채널의 주파수에 따라, 상기 명목 대역에 위치한 주파수에 대응하는 제 1 동작 모드, 또는 명목 대역의 양쪽에서 저주파 대역 또는 고주파 대역에 위치한 주파수에 대응하는 제 2 동작 모드가 결정되게 하는 것을 가능케 한다.
사용자 단말기의 송수신부의 새로운 아키텍처는 RF 주파수 변환 모듈의 동작 주파수 대역에 대응하는 하나의 명목 대역 주위의 매우 광범위한 주파수 대역이 성능의 감소 없이 어드레싱되게 하는 것을 가능케 한다.
제 1 실시예에 따라, 필터링 요소는 기저 대역 처리 모듈에 의해 송신된 제어 신호를 통해 스위칭 가능한 제 1 대역 통과 필터와, 제 2 저역 통과 필터 및 제 3 고역 통과 필터로 이루어지는데, 제어 신호는 제 1 동작 모드에서 동작을 위한 대역 통과 필터와, 제 2 동작 모드에서 동작을 위한 고역 통과 필터 또는 저역 통과 필터를 선택한다.
제 2 실시예에 따라, 필터링 요소는 기저 대역 처리 모듈에 의해 송신되고, 제 2 동작 모드에서 동작을 위한 필터를 선택하는 제어 신호에 의해 조정 가능하고, 신호(Sc1)에 의해 스위칭 가능한, 제 1 가변 저역 통과 필터와 제 2 가변 고역 통과 필터로 이루어진다.
바람직하게, RF 주파수 변환 모듈의 저역 통과 필터는 유용한 채널의 대역폭의 N배에 대응하는 가변 차단(cut-off) 주파수를 포함하는데, 여기서 N은 확장된 채널의 개수에 대응한다.
본 발명의 일 변형에 따라, 제 1 동작 모드에서 제 2 동작 모드로의 스위칭에 대응하는 높은 정지 주파수와 낮은 정지 주파수는, 기저 대역 처리 모듈에 의해 RF 주파수 변환 모듈의 동작 주파수 대역과 처리될 채널 주파수에 따라 결정된다.
첨부물로 첨부된 도면을 참조로 다음의 서술을 읽을 시, 전술한 본 발명의 특징 및 장점이 더 명확히 드러날 것이다.
본 발명은 성능의 감소 없이 광대역 송/수신 디바이스의 동작 주파수를 두드러지게, 그리고 동적으로 증가시키는 것을 가능케 한다.
도 1은 이미 서술된 바와 같이, 종래 기술에 따른 다중-대역 단말기를 도시하는 도면.
도 2는 이미 서술된 바와 같이, 직접 변환을 이용한 종래 기술의 송수신 디바이스에 따른 표준 아키텍처를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 송/수신 디바이스의 아키텍처를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 디바이스의 상이한 동작 모드를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 송/수신 디바이스의 일 변형을 도시하는 도면.
도 6은 수신 모드에서 본 발명에 따른 디바이스의 상이한 동작 모드를 도시하는 도면.
서술을 단순화하기 위해, 상기 도면에서 동일한 기능을 수행하는 요소를 지정하는데 동일한 참조 부호가 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 송/수신 디바이스의 아키텍처를 도시하고, 수신기의 동작 주파수 대역, 또는 명목 대역 각각을 높은 주파수 및 낮은 주파수로 확장하기를 원할 때, 스위칭된 저역 통과 또는 고역 통과 필터의 RFIC(50)의 추가적인 업스트림(upstream)을 기초로 제안된 개념을 도시한다.
본 발명에 따른 이러한 송/수신 디바이스의 아키텍처는 도 2로 도시되고 서술된 직접 변환을 이용한 송/수신 디바이스의 표준 아키텍처를 기초로 한다. 추가적인 필터링 요소는 프론트-엔드(FE) 모듈에 통합된다. 이러한 필터링 요소는 병렬로 연결되고, 필터 중 하나의 필터만 스위칭하기 위해 수개의 위치를 갖는 스위치(33, 34)에 연결된 대역 통과 필터(30)와, 저역 통과 필터(31) 및 고역 통과 필터(32)로 형성된 조립체로 이루어진다.
필터링 요소는 RF 주파수 변환 모듈(50)에 의해 고속 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 연결된다. 조정 가능한 저역 통과 필터링(40-43)은 샘플링 이전에 채널 필터링을 위한 RF 주파수 변환기 모듈(50)에 통합되어, 기저 대역(BB) 처리기에 의해 수신된 정보를 처리하게 된다.
이러한 방식에서, 수신 채널의 주파수에 따라, 이러한 처리기는, 제어 신호(Sc1)를 통해, 스위치(33 및 34), 및 저역 통과 필터(40-43)에 동작이 명목 대역 내에서{대역 내(in-band)} 이루어지거나, 또는 명목 대역을 넘어서{대역 외(out-of-band)} 이루어지는 지를 지시할 것이다. 게다가 제어 신호(Sc1)는 통과 대역이 명목 대역의 주파수보다 더 높은 주파수 내에 있다는 것을 의미하는 대역 외 고역 통과 대역과, 통과 대역이 명목 밴드의 주파수보다 더 낮은 주파수 내에 있다는 것을 의미하는 대역 외 저역 통과 대역을 구분하는 것을 가능하게 한다.
그러므로, 본 발명의 원리는 다음 3개의 명백한 동작 모드를 기초로 한다:
? 명목 대역 내에서 동작을 위한 정상 모드, 즉 '대역 내' 동작
? 명목 통과 대역의 주파수보다 높은 주파수 내에서 동작을 위한 고주파 확장 모드
? 명목 통과 대역의 주파수보다 낮은 주파수 내에서 동작을 위한 저주파 확장 모드.
제 1 동작 모드, 즉, 정상 모드 또는 '대역 내' 모드에서 제 2 동작 모드, 즉 확장 모드 또는 '대역 외' 모드로의 스위칭에 대응하는 높은 정지 주파수 및 낮은 정지 주파수는 사용자 단말기의 동작 주파수에 의존하는 처리기에 의해 송신된 지시에 따라 기저 대역(BB) 처리 모듈에 의해 결정된다.
도 4a는 이들 다양한 동작 모드를 도시한다. 라인(A, B 및 C)에 대응하는 도면에 의해 도시된 정상 모드 또는 '대역 내' 동작은 RF 대역에서, 그런 후에 기저 대역에서의 동작과, 도면에서 실선 화살표로 나타나는 바와 같이, 이후에 기저 대역(BB)에서 RF 선택 채널을 직접 변환하는, 수신 측에서의 디지털 처리를 나타낸다.
수신된 신호는 필터링되고, 후에 샘플링 주파수(FECH)에서 샘플링되도록, RF 대역에서 기저 대역으로 교차된다(transposed). 따라서, 샘플링된 신호는 이후에, 디지털 처리 유닛에 의해 처리된다.
라인(A)에 대응하는 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수(FOL)는 정상 동작 대역의 중앙 값 내에 있다.
라인(B)에 대응하는 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수(FOL)는 정상 동작 대역의 최소인, 최소 값의 FOL min이다.
라인(C)에 대응하는 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수(FOL)는 정상 동작 대역의 최대인, 최대 값의 FOL max이다.
이들 3개의 경우에 대해, 인접한 채널은 조정 가능한 저역 통과 필터(40 및 41)에 의해 필터링 되고, 또한, 스위치(33 및 34)의 스위칭을 위한 제어 신호(Sc1)는 저역 통과 필터(40 내지 41)가 선택되게 하는 것을 가능케 한다.
도 4b는 라인(D 및 E)을 통해, '대역 외'로 알려진 확장 모드 또는 동작을 도시한다.
라인(D)에 대응하는 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수는 정상 동작 대역의 최소인, 최소 값의 FOL min이다. 저역 통과 필터링은 원치 않는 이미지 주파수 대역을 억제하도록 구현된다. 제어 신호(Sc1)는 저역 통과 필터(31)를 포함하는 채널 상에서 스위치(33 및 34)의 스위칭을 허용하고, 또한 저역 통과 필터(40 및 41)가 선택되게 하는 것을 가능케 한다.
그런 후에, 기저 대역에서 저역 통과 필터링은 억제되지 않는다(de-inhibit). 이 경우, 샘플링은 높은 속도로 이루어지고, 디지털 처리는 샘플링된 채널 중, 유용한 채널을 선택하고 처리할 수 있게 한다.
라인(E)에 대응하는 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수는 정상 동작 대역의 최대 값의 FOL max이다. 고역 통과 필터링은 원치 않는 이미지 주파수 대역을 억제하도록 구현된다. 제어 신호(Sc1)는 고역 통과 필터(32)를 포함하는 채널 상에서 스위치(33 및 34)의 스위칭을 허용한다. 또한, 기저 대역에서의 고역 통과 필터링은 억제되지 않고, 샘플링은 또한 고속으로 이루어지며, 디지털 처리는 샘플링된 채널 중, 유용한 채널을 선택하고 처리하는 것을 허용한다.
고역 통과 및 저역 통과 RF 필터링 및, 프론트 엔드(FE) 모듈의 레벨에서 스위칭의 원리와 동일한 원리로의 송신 시, 듀얼 동작이 수행될 수 있다. 이러한 경우, 이미지 대역을 분리하기 위해 오버샘플링 및 보간 필터를 이용한 고해상도의 아날로그 대 디지털 변환 디바이스가 구현된다.
제안된 개념은 또한, 예를 들어, 휴대 전화의 경우에 수신 주파수가 송신 주파수와 다른 경우 적용된다.
도 5에서 제안되고 도시된 일 변형은 프론트-엔드(FE) 모듈에서 필터링 요소를, 요구된 채널 중심 주파수에 따라, BB 처리기에 의해 개별적으로 조정가능하고, 제어되는 저역 통과 필터(36) 및 고역 통과 필터(35)를 포함하는 다른 필터링 요소로 대체시키는 것이다. 기저 대역 처리기로부터의 2개의 제어 신호(Sc2 및 Sc3)는 이들 필터가 조정되게 하는 것을 가능케 한다. 제어 신호(Sc1)는 스위치(33 및 34)의 스위칭을 허용한다.
또한, 본 발명은 국부 발진기(OL)의 동일한 필터링 및 주파수 구성을 사용함으로써 전송 시 듀얼 방식으로 구현될 수 있다. 신호는 기저 대역(BB) 처리기에 의해 생성되고, 그런 후에, 주파수 교차되며, RF에서 필터링된다. 또한, 도 6에 의해 도시된 바와 같이 3개의 동작 모드가 존재한다.
라인(F)의 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수(FOL)는 정상 동작 대역 내에 있다.
라인(G)의 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수(FOL)는 정상 동작 대역의 최소 값이다.
라인(H)의 경우, 국부 발진기(OL)의 주파수(FOL)는 정상 동작 대역 또는 명목 대역의 최대 값이다.
본 발명에 따른 필터링 요소 중 하나의 소개 이후, 2.3 - 2.7GHz의 가능한 동작에 대응하는 '정상 동작 주파수의 예시는 2 내지 3GHz의 범위인 대역으로 확장될 수 있다. 그러면 확장은 0.6GHz이다. 채널의 통과 대역은 예를 들어, 20MHz이다.
이 경우, 구현될 저역 통과 및 고역 통과 RF 필터의 차단 주파수는 각각 2.3 및 2.7 GHz이다. 정상 동작 주파수 대역(경우 A)에서, 대역 통과 필터링이 구현된다. 그러면, 저역 통과 필터(40, 41, 42)의 조정가능한 차단 주파수는 10MHz이다.
수신시, '확장' 모드에서, 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 샘플링 주파수는 600MHz(2*300MHz)보다 높아야 하고, RFIC에 통합된 기저 대역(BB)에서의 필터링은 후에 비활성화된다.
전송시, '확장' 모드에서, RFIC에 통합된 기저 대역(BB)에서의 필터링은 또한 비활성화되고, DAC의 샘플링 주파수는 적어도 600MHz여야 한다. ADC 변환기가 0으로 중심이 맞춰진 기저 대역 신호를 생성하면, 2.3 내지 2.7GHz의 '정상' 동작 대역에 덧붙여, 가장 진보된 모드는 2 내지 2.3GHz 및 2.7 내지 3GHz에 위치한 주파수를 갖는 임의의 유용한 채널이 어드레싱 되게 하는 것을 가능케 한다.
33, 34 : 스위치 40 내지 43 : 저역 통과 필터
50 : RF 주파수 변환기 모듈(50) Sc1 : 제어 신호

Claims (5)

  1. 송/수신 디바이스로서, 선택된 채널에서 신호의 송신 또는 수신을 위해 프론트-엔드(FE) 모듈, RF 주파수 변환 모듈(RFIC) 및 기저 대역(BB) 처리 모듈을 포함하는, 송/수신 디바이스에 있어서,
    상기 프론트 엔드(FE) 모듈은 적어도 하나의 제 1 저역 통과 필터(31, 36), 제 2 고역 통과 필터(32, 35)와, 그리고 필터링 요소(33, 34)와 상기 RF 주파수 변환 모듈(RFIC) 사이의 스위칭 수단(33, 34)을 포함하는 필터링 요소(30, 36)를 포함하고,
    상기 RF 주파수 변환 모듈(RFIC)은 조정 가능한 저역 통과 필터(40-43)를 포함하여, 상기 선택된 채널의 주파수에 따라, 상기 명목 대역에 위치한 상기 주파수에 대응하는 제 1 동작 모드, 또는 상기 명목 대역의 양쪽에서, 저주파 대역 또는 고주파 대역에 위치한 주파수에 대응하는 상기 명목 밴드를 벗어난 제 2 동작 모드를 결정하는 것을 가능케 하는 것을 특징으로 하는, 송/수신 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필터링 요소{(30-32, 35, 36)(30, 36)}는 상기 기저 대역 처리 모듈에 의해 송신된 제어 신호(Sc1)에 의해 스위칭 가능한 제 1 대역 통과 필터(30)와, 제 2 저역 통과 필터(31)와 제 3 고역 통과 필터(32)로 이루어지고, 상기 제어 신호는 상기 제 1 동작 모드에서 동작을 위한 상기 대역 통과 필터와, 상기 제 2 동작 모드에서 동작을 위한 상기 고역 통과 필터 또는 상기 저역 통과 필터를 선택하는 것을 특징으로 하는, 송/수신 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터링 요소(30 내지 36)는 상기 기저 대역 처리 모듈에 의해 송신되고, 상기 제 2 동작 모드에서 동작을 위한 상기 필터를 선택하는 제어 신호(Sc2 및 Sc3)에 의해 조정가능하고, 신호(Sc1)에 의해 스위칭 가능한 제 1 가변 저역 통과 필터(36) 및 제 2 가변 고역 통과 필터(35)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 송/수신 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저역 통과 필터(40, 41, 42, 43)는 사용 채널의 대역폭의 N배에 대응하는 가변 차단 주파수를 포함하는데, N은 확장된 채널의 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는, 송/수신 디바이스.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제 1 동작 모드에서 상기 제 2 동작 모드로의 스위칭에 대응하는 높은 정지 주파수 및 낮은 정지 주파수는 상기 RFIC 회로의 동작 주파수 대역에 따라, 그리고 처리될 상기 채널의 주파수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 송/수신 디바이스.
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