KR20150121946A - 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기 - Google Patents

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KR20150121946A
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Abstract

본 발명에 따른 벡터 변조기는 송수신기의 벡터 변조기로서, 입력 신호가 일단에 전달되는 가변 저항; 상기 입력 신호가 일단에 전달되고 상기 가변 저항에 병렬로 구성되는 가변 캐패시터; 및 상기 가변 저항의 타단의 신호 및 상기 가변 캐패시터의 타단의 신호를 결합하는 결합 회로를 포함한다.

Description

벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기 {VECTOR MODULATOR AND TRANSCEIVER INCLUDING THE SAME}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 통신 시스템에서 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기에 관한 것이다.
송신부와 수신부가 동시에 켜지는 시스템에서는 송신부로부터의 신호가 수신부로 입력되어 수신감도를 저해하는 문제가 있다. 이와 같은 시스템의 예로서 송신부와 수신부가 안테나를 공유하는 RFID(Radio-Frequency Identification) 송수신기를 들 수 있다. RFID 기술은 무선으로 RFID 태그(tag)의 정보를 RFID 인식기로 읽어오는 기술을 지칭한다.
일반적으로 수동형 RFID 태그의 경우 이를 구동시키기 위한 전원이 별도로 구비되어 있지 않다. 따라서, RFID 송수신기는 수동형 RFID 태그에 에너지를 공급하기 위해서 RFID 송수신기의 송신부에서 RF CW(Continuous Wave) 신호를 지속적으로 송신한다. 이와 동시에 RFID 송수신기에 포함된 수신부는 RFID 태그로부터의 데이터를 수신한다. 이로 인하여 RFID 송수신기의 송신부의 출력 신호의 일부가 누설 신호로서 수신부로 들어와 수신부의 수신감도를 저해하는 문제점이 있다.
RFID 송수신기의 수신부에 입력되는 송신부 누설 신호를 제거하기 위한 하기의 기술이 적용되었다. 1) RFID 송수신기의 송신부와 수신부 각각에 직교(orthogonal)로 배치된 두 개의 안테나를 사용하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 기법은 비용이 높아지며 RFID 송수신기의 크기가 커지는 단점이 있다. 2) RFID 송수신기의 송신부와 수신부가 하나의 안테나를 공유하되 송신부와 수신부 사이에 순환기(circulator) 또는 방향성 결합기(directional coupler)와 같은 격리(isolation) 소자를 사용하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 격리 소자를 사용하더라도 격리 소자의 유한한 격리 비율(20~30dB)과 외부 환경에 따라 변화하는 안테나의 반사율(reflection ratio)의 변화로 인하여 수신부의 입력단에 들어오는 송신부 누설 신호의 크기는 일반적으로 0dBm보다 크다. 따라서 여전히 RFID 송수신기의 수신감도가 저해된다.
전술한 바와 같은 송수신기 칩 외부에서 송신부와 수신부의 격리율을 높이는 방법 이외에도 송수신기 칩 내부에서도 추가적인 송신부 누설 신호 제거 기법이 요구되고 있다. 추가적인 송신부 누설 신호의 제거 기법으로는 하기의 기술이 적용되었다. 1) 송신부 출력 신호에 대해서 위상 천이기(polar phase)를 이용하여 신호의 위상을 조절하고 위상이 조절된 신호에 대해서 가변 증폭기(variable amplifier)를 이용하여 크기(amplitude)를 조절하여 수신부에 들어오는 송신부 누설 신호를 상쇄할 수 있는 신호를 출력하는 위상 변조기(polar modulator)가 이용될 수 있다. 위상 변조기에는 도1a에 도시된 바와 같이 송신 신호의 위상을 조절하기 위한 위상 천이기와 크기를 조절하기 위한 가변 증폭기가 이용된다. 이때, 위상 천이기와 가변 증폭기의 순서는 바뀌어도 무방하다. 위상 천이기는 일반적으로 전류를 조절하거나 캐패시터의 크기를 조절하여 신호의 지연(delay)를 조절함으로써 위상을 조절할 수 있다. 2) 송신부의 출력 신호를 이용하여 90° 위상 차이를 갖는 2개의 신호를 얻은 뒤, 각 신호의 크기를 조절하여 결합함으로써 수신부에 들어오는 송신부 누설 신호를 상쇄할 수 있는 신호를 출력하는 벡터 변조기(vector modulator)가 이용될 수 있다. 일반적인 벡터 변조기는 도1b에 도시된 바와 같이 두 개의 직교하는 신호 생성을 위한 RC-CR 회로와 폴리페이즈(polyphase) 필터(filter), 그리고 크기 조절을 위한 가변 증폭기를 이용한다. 3)수신부에 입력되는 신호를 클램핑(clamping)함으로써 입력 신호에서 송신부 누설 신호의 성분을 추출하여 입력 신호로부터 제거하는 방법인 활성 블록커 리젝션(active blocker rejection) 기법이 이용될 수 있다. 활성 블록커 리젝션 기법에서는 도1c에 도시된 바와 같이 저잡음 증폭기(LNA: Low-Noise Amplifier)와 병렬로 연결된 클램핑 회로(limiter)에서 누설된 송신 신호 성분을 추출하므로 수신부로 입력되는 누설 송신 신호와 추출된 누설 송신 신호 사이의 위상 차이가 거의 없으므로 추가적인 위상 조절없이 크기 조절만으로서 누설된 송신 신호를 제거할 수 있다. 하지만, 클램핑 회로를 통한 복제 신호의 크기를 조절하는 부분에서 전류 소모가 큰 단점을 가지며 태그 신호와 누설 신호의 상대적인 위상 차이에 따라 태그 신호의 일부가 같이 제거되어 잡음 지수(noise figure) 특성을 저해할 수 있다. 4) MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)이 임계전압(Vth)에 따라 온/오프(on/off)되는 성질을 이용하여 수신부에 입력되는 신호의 포락선(envelope) 부분만을 증폭하여 송신부 누설 신호를 제거하는 방법이 이용될 수 있다. 이 기법에서는 도1d에 도시된 바와 같이 태그 신호와 송신부 누설 신호를 포함하는 수신부 입력 신호의 포락선 부분에 대해서만 증폭기가 켜져 동작하므로 전류 소모가 상대적으로 작은 장점이 있으나, 이 또한 태그 신호와 누설된 송신 신호의 상대적인 위상 차이에 따라 태그 신호의 일부가 제거되므로, 위상 차이에 따른 잡음 지수 특성이 저해되는 현상이 발생한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 기존의 추가적인 송신부 누설 신호 제거 기법은 자체적인 문제점을 구비하며 또한 위상 천이기 및/또는 증폭기와 같은 능동 소자를 포함하여 구현되고 있다. 따라서, 이러한 능동 소자를 이용함에 따른 큰 전류 소모를 포함하여 다양한 문제점이 야기되고 있다. 따라서, 구조가 간단하고 전력 소모를 최소화하면서 RFID 송수신기에서 송신부 누설 신호를 제거할 수 있는 기법이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점 및 요구에 대응하여 안출된 것으로, 송수신기에서 송신부 누설 신호로 인한 수신부의 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전력 소모가 낮은 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 벡터 변조기는 송수신기의 벡터 변조기로서, 입력 신호가 일단에 전달되는 가변 저항; 상기 입력 신호가 일단에 전달되고 상기 가변 저항에 병렬로 구성되는 가변 캐패시터; 및 상기 가변 저항의 타단의 신호 및 상기 가변 캐패시터의 타단의 신호를 결합하는 결합 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 송수신기는 송신 신호를 생성하는 송신부; 안테나를 통해 데이터 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 송신 신호를 입력받아 90°위상 차이를 갖는 제1신호 및 제2신호를 생성함과 동시에 상기 제1신호 및 상기 제2신호의 크기를 조절하여 상기 수신부에 입력되는 상기 송신 신호의 누설 신호를 상쇄하기 위한 신호를 출력하는 벡터 변조기;를 포함한다.
본 발명에 따르면 송신부 누설 신호로 인한 수신부의 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전력 소모가 낮은 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 송신부 누설 신호로 인한 수신부의 수신 성능 저하 문제, 즉 RF 블록의 포화 문제, 송신단 위상 잡음으로 인한 SNR(Signal to Noise Ratio) 저하 문제, DC 오프셋 등으로 인한 민감도 성능 저하 문제 등을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 수동 소자만으로 벡터 변조기를 구현하여 능동 소자를 사용함으로써 발생할 수 있는 전력 소모 문제가 해결될 수 있다. 예컨대, 위상 조절기(phase shifter) 또는 증폭기(amplifier)와 같은 능동 소자에 따른 전력 소모 문제가 해소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 위상이 다른 두 개의 신호를 생성함과 동시에 상기 두 개의 신호 각각의 크기를 조절할 수 있는 구조가 간단한 벡터 변조기 및 이를 포함하는 송수신기를 제공할 수 있다.
도1a 내지 도1d에는 송신부 누설 신호의 제거를 위한 종래의 다양한 구조를 예시한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기를 포함하는 송수신기의 구성을 예시하는 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기를 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기에 포함되는 가변 저항을 예시한다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기에 포함되는 가변 캐패시터를 예시한다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기에서 생성되는 두 개의 직교하는 신호를 예시한다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기를 통한 송신단 누설 신호의 상쇄 범위를 예시한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 표시됨을 유의해야 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도2은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 포함하는 송수신기(400)의 구성을 예시하는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 포함하는 송수신기(400)는 송신부(210), 수신부(220) 및 안테나(300)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)는 벡터 변조기(100)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)는 송신부(210)의 누설 신호를 1차적으로 제거할 수 있도록 하는 격리 소자로서 서큘레이터(230)를 포함하는 것이 예시되나, 이는 단지 예시일 뿐이며 다른 격리 소자를 이용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)는 송신부(210)와 수신부(220)가 동시에 켜짐으로써 송신부(210)의 송신 신호가 수신부(220)로 누설될 수 있는 송수신기(400)일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)는 송신부(210)와 수신부(220)가 하나의 안테나(300)를 공유하는 송수신기로서 RFID 송수신기일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)는 송신부(210)와 수신부(220)가 안테나를 따로 사용하는 송수신기이 수 있다. 즉, 송신부(210)와 수신부(220)는 각각의 안테나를 따로 구비하는 송수신기(400)로서 송신 신호가 누설되어 수신부(220)에 입력되는 경우에는 본 발명의 누설 신호 제거 구성 및 기법이 적용될 수 있다. 예컨대, 2개의 안테나가 이용되는 경우에도 보드(board)를 통한 커플링(coupling) 또는 직교 안테나(orthogonal antenna)의 유한한 격리율로 인해 송신부(210)의 송신 신호의 일부가 누설되어 수신부(210)로 입력될 수 있다. 이하에서는 도2를 참조하여 송신부(210)와 수신부(220)가 하나의 안테나(300)를 공유하는 송수신기(400)를 예로 들어 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)에서 송신부(210)는 기저대역 신호를 RF 송신 신호(TX signal)로 변환하여 안테나(300)를 통해 외부로 전송할 수 있다. 수신부(220)는 안테나(300)를 통해 들어오는 외부 신호, 예컨대 RFID 태그로부터의 데이터 신호를 수신할 수 있다. 순환기(230)는 안테나(300)를 통해 수신부(220)로 입력되는 신호에 송신 신호의 누설 신호가 입력되는 것을 일부 차단할 수 있다. 일반적으로 순환기(230)와 같은 격리 소자는 유한한 격리율(isolation ratio)을 가지므로, 격리 소자를 통해 송신 누설 신호의 입력을 100% 차단하는 것은 용이하지 않다.
본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)는 벡터 변조기(100)를 포함할 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 송신부(210)와 접속된 결합기(240)를 통해 송신 신호(261)의 일부가 벡터 변조기(100)로 입력될 수 있다. 또한, 안테나(300)의 유한한 반사계수(reflection coefficient)로 인해 송신부(210)의 송신 신호(261)가 안테나(300)로부터 반사되어 수신부(220)로 입력될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)의 출력 신호(264)는 격리 소자(230, 예컨대 서큘레이터)에서 누설되어 수신부(220)로 입력되는 누설 신호(262) 및 안테나(300)에서 반사되어 수신 신호와 함께 수신부(220)에 입력되는 누설 신호(263)를 포함하는 누설 송신 신호를 상쇄할 수 있는 크기와 위상을 가진 신호일 수 있다. 상쇄 신호인 출력 신호(264)는 또 다른 결합기(250)에 제공되어 수신부(220)로 입력되는 신호에서 누설 송신 신호(262 및 263)를 제거할 수 있다. 여기서, 결합기(250)는 합산기(adder)와 감산기(subtractor)를 포함하는 개념일 수 있다. 이에 따라, 누설된 송신 신호(262 및 263)가 제거된 후, 안테나(300)를 통한 데이터를 포함하는 수신 신호가 수신부(220)에 전달될 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)는 가변 저항(120), 상기 가변 저항(120)에 병렬로 연결된 가변 캐패시터(130), 및 상기 가변 저항(120)의 통과 신호 및 상기 가변 캐패시터(130)의 통과 신호를 입력받아 결합하는 결합 회로(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
벡터 변조기(100)의 입력단(110)을 통해 입력 신호가 벡터 변조기(100)로 전달될 수 있다. 이때, 입력 신호는 본 발명의 실시예에 따른 송수신기(400)의 송신부(210)로부터의 송신 신호일 수 있다. 입력단(110)을 통해 입력된 입력 신호가 가변 저항(120)의 일단에 전달될 수 있다. 이와 마찬가지로, 입력단(110)을 통해 입력된 입력 신호가 가변 캐패시터(130)의 일단에 전달될 수 있다.
가변 저항(120)의 타단 및 가변 캐패시터(130)의 타단 각각은 결합 회로(140)에 연결되어 있다. 따라서, 입력 신호가 가변 저항(120)을 통과한 제1신호(VM,I) 및 입력 신호가 가변 캐패시터(130)를 통과한 제2신호(VM,Q) 각각이 결합 회로(140)에 전달될 수 있다. 결합 회로(140)는 이 두 신호를 결합함으로써 송신부(210) 누설 신호를 상쇄할 수 있는 출력 신호를 출력단(150)을 통해 수신부(220)에 전달할 수 있다. 예컨대, 도2에 도시된 바와 같이 결합기(250)에서 누설 송신 신호(262 및 263)를 제거하도록 결합 회로(140)의 출력 신호가 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)는 송신부(210)의 누설 송신 신호의 복제(replica) 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이때, 복제 신호는 누설 송신 신호와 크기는 같고 동일한 위상 또는 반대의 위상을 갖는 신호일 수 있다. 이때, 위상의 부호는 결합기(250)가 합산기인지 감산기인지에 따라 달라질 수 있다. 벡터 변조기(100)의 입력단(110)으로 입력되는 입력 신호가 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)를 각각 통과하면서 90°위상 차이가 있는 두 개의 직교한 벡터 신호가 생성될 수 있다. 이때, 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130) 각각의 값을 조절함으로써 상기 두 개의 벡터 신호의 크기 또한 동시에 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 도3에 도시된 바와 같이 벡터 변조기(100)에 입력된 입력 신호가 가변 저항(120)을 통과한 후의 제1신호(VM,I)는 벡터 변조기(100)에 입력되는 신호(VTX)와 동일한 위상을 가질 수 있으며 전압 또는 전류의 형태를 가질 수 있다. 제1신호(VM,I)가 전류의 형태인 경우 IVM,I=VTX/RVM으로 표현될 수 있다. VTX는 송신부(210)의 송신 신호로서 전압 신호일 수 있다. 벡터 변조기(100)에 입력된 입력 신호가 가변 캐패시터(130)을 통과한 후의 제2신호(VM,Q)는 벡터 변조기(100)에 입력되는 신호(VTX)와 90°의 위상 차이를 나타낼 수 있으며 전압 또는 전류의 형태를 가질 수 있다. 제2신호(VM,Q)가 전류의 형태인 경우 IVM,Q=VTX X jωCVM으로 표현될 수 있다. 따라서, 가변 저항(120)을 통과한 신호(VM,I)와 가변 캐패시터(130)를 통과한 신호(VM,Q)는 서로 직교(orthogonal)한 특성을 지닌다.
본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)에서 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)의 크기를 각각 조절하여 상기 두 개의 신호 크기를 각각 조절할 수 있다. 결합 회로(140)에서는 상기 두 개의 신호를 결합함으로써 송신부(210)의 누설 송신 신호의 복제 신호를 생성할 수 있다. 벡터 변조기(100)의 출력 신호는 결합 회로(140)로부터의 결합 신호일 수 있으며, 이러한 결합 신호는 수신부(220)에 공급되어 누설 송신 신호를 제거하는데 이용될 수 있다. 이때, 벡터 변조기(100)의 출력 신호는 전압 또는 전류의 형태일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)에 포함되는 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130) 각각은 그 값을 조절할 수 있는 형태로 구현될 수 있다. 이때, 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)의 값 조절은 아날로그(analog) 또는 디지털(dgital) 제어를 통해서 이루어질 수 있다. 도4 및 도5에서 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)의 크기를 용이하게 조절할 수 있는 구조가 예시된다. 다만, 이는 예시일 뿐이며 실시예에 따라 다른 형태의 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)가 이용될 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)에 포함되는 가변 저항(120)을 예시한다. 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 저항(120)은 R-2R 래더(ladder) 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 벡터 변조기(100)에 입력되는 입력 신호는 도4에 도시된 R-2R 래더 구조로 형성된 가변 저항(120)의 125로 표시된 부분에 입력될 수 있다. 이때, 126 및 127 단자는 모두 출력 노드일 수 있으며 이 경우 하나는 (+)단자 그리고 나머지 하나는 (-)단자로 이용될 수 있다. 또한, 126과 127 단자 중 한쪽만 출력 노드로 이용되고 나머지 하나는 그라운드(ground)로 연결하여 단일 출력으로도 이용될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 R-2R 래더 구조의 가변 저항(120)은 TIA(Trans-Impedance Amplifier: 미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있으며 R-2R 래더 구조로부터의 신호는 TIA를 통과하여 출력될 수 있다. 이하에서는, 127노드는 그라운드로 연결되고 126노드는 TIA의 부입력단(inverting input)에 입력되는 가상 그라운드(virtual ground)로 가정하여 본 발명의 실시예에 따른 R-2R 래더 구조의 가변 저항(120)의 동작 원리를 간단히 설명한다.
도4에서 서로 쌍을 이루는 두 개의 스위치(123a 및 123b)는 한번에 하나는 온(on) 그리고 나머지 하나는 오프(off) 상태가 되도록 동작할 수 있다. 즉, 두 개의 스위치(123a_1 및 123b_1)는 각각 상보적으로 온 및 오프 상태가 될 수 있다. 이와 마찬가지로 나머지 스위치 쌍도 동작할 수 있다. 이때, 123a 스위치가 온이 되면 해당 스위치(123a)를 통해 흐르는 신호는 127노드에 연결된 그라운드를 통해 버려지게 된다. 123b 스위치가 온이 되면 해당 스위치(123b)를 통해 흐르는 신호는 126노드에 연결된 TIA의 부입력단에 연결될 수 있다. 이때, 스위치(123b)를 통해서 TIA에 입력되는 전류값은 수학식(1)과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식(1)
수학식(1)에서 1/2R 항목에 곱해진 b1은 스위치(123b_1)가 온 상태인 경우 1의 값을 가지고 오프 상태인 경우 0의 값을 가진다. 이와 마찬가지로 1/4R 항목에 곱해진 b2은 스위치(123b_2)가 온 상태인 경우 1의 값을 가지고 오프 상태인 경우 0의 값을 가진다. 이는 나머지 항목에도 유사하게 적용될 수 있다. 즉, bi의 값은 스위치(123b_i)가 온 상태인 경우 1의 값을 가지고 오프 상태인 경우 0의 값을 가진다.
이때, 가변 저항(120)을 통과한 신호(IVM,I)의 크기는 IVM,I=VTX*(1/R)*D/Dmax로 계산될 수 있다. 수학식(1)을 살펴보면, 가변 저항(120)의 출력 전류(IVM,I)는 VTX/R의 제1항목에
Figure pat00002
의 제2항목을 곱한 값을 갖는다. 스위치 쌍의 개수가 N개인 경우 제2항목은 의 형태를 갖는다. 여기서 k는 각 스위치(123b)의 온 및 오프에 따라서 1 내지 2N-1 범위의 값을 갖고 Dmax는 2N의 값을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이, 송신부(210) 누설 송신 신호를 제거하기 위해서 필요한 신호(IVM,I)의 크기를 위해서 스위치(123) 각각의 온 및 오프를 조절하여 k값을 변경시킴으로써 가변 저항(120)의 값을 조절할 수 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)에 포함되는 가변 캐패시터(130)를 예시한다. 저항(R)이 캐패시터(C)로 대체된 것을 제외하면 가변 캐패시터(130)의 동작 원리는 도4에 관련하여 설명된 가변 저항(120)의 동작 원리와 유사하며 이하에서는 중복되는 설명은 생략한다. 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 캐패시터(130)은 C-2C 래더(ladder) 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 벡터 변조기(100)에 입력되는 입력 신호는 도5에 도시된 C-2C 래더 구조로 형성된 가변 캐패시터(130)의 135로 표시된 부분에 입력될 수 있다. 이때, 서로 쌍을 이루는 두 개의 스위치(133a 및 133b)는 한번에 하나는 온(on) 그리고 나머지 하나는 오프(off) 상태가 되도록 동작할 수 있다.
이때, 가변 캐패시터(130)을 통과한 신호(IVM,Q)의 크기는 IVM,Q=VTX*(jωC)*D/Dmax로 계산될 수 있다. 여기서, 스위치 쌍의 개수가 N개인 경우 D/Dmax는 마찬가지로 의 형태를 가지며, k는 각 스위치(133b)의 온 및 오프에 따라서 1 내지 2N-1 범위의 값을 갖고 Dmax는 2N의 값을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이, 송신부(210) 누설 송신 신호를 제거하기 위해서 필요한 신호(IVM,Q)의 크기를 위해서 스위치(133) 각각의 온 및 오프를 조절하여 k값을 변경시킴으로써 가변 캐패시터(130)의 값을 조절할 수 있다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 저항(120) 및 가변 캐패시터(130)를 R-2R 래더 구조 및 C-2C 래더 구조로 구성하는 경우, 스위치(123, 133)의 조작에 따라 가변 저항(120) 및 가변 캐패시터(130)의 크기가 변하더라도 벡터 변조기(100)의 입력단으로 보이는 임피던스가 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭(impedance matching)에 유리한 장점이 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 R-2R 래더 구조를 이용할 경우 스위치(123)의 온/오프와 무관하게, 송신부(210)에서 볼 때 벡터 변조기(100)의 입력단으로 보이는 저항은 항상 R이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 C-2C 래더 구조를 이용할 경우 스위치(133)의 온/오프와 무관하게, 송신부(210)에서 볼 때 벡터 변조기(100)의 입력단으로 보이는 임피던스는 항상 C이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 래더 구조의 가변 저항(120) 및 가변 캐패시터(130)를 포함하는 벡터 변조기(100)를 이용할 경우 송신부(210)와의 임피던스 매칭이 유리하다. 따라서, 가변 저항(120) 및 가변 캐패시터(130)의 크기를 조절하더라도 송신부(210)에서 바라본 벡터 변조기(100)의 임피던스는 동일하므로 송신부(210)의 출력이 불필요하게 변화하는 것이 방지되어 전력의 효율적인 사용이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)는 결합 회로(140: summing circuit)를 포함할 수 있다. 이때, 결합 회로(140)는 가변 저항(120)을 통과한 제1신호 및 가변 캐패시터(130)를 통과한 제2신호를 결합하도록 구현된다. 이때, 결합 회로(140)는 제1신호 및 제2신호를 합산 또는 감산할 수 있다. 이때, 제1신호와 제2신호는 전류 또는 전압의 형태로 합산 및 감산이 가능하도록 결합 회로(140)가 구현될 수 있다. 예컨대, 결합 회로(140)는 수동 소자를 이용한 전압의 수퍼포지션(superposition)을 이용하거나 또는 트랜스-임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier)를 이용하여 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 결합 회로(140)는 수신부(220)의 입력단의 RF 증폭기, 예컨대 LNA(Low Noise Amplifier)의 형태로 병합되어 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 포함하는 송수신기(400)에서 누설 송신 신호를 제거하는 기법은, 송수신기(400)의 수신부(220)에서 누설 송신 신호에 따라 생성되는 제어 신호가 벡터 변조기(100)에 전달되고 이러한 제어 신호에 따라 벡터 변조기(100)에 포함된 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)의 값을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제어 신호는 수신부(220) 내부의 임의의 위치 또는 수신부(220)의 출력단으로부터 벡터 변조기(100)에 전달될 수 있다. 즉, 수신부(220)에 입력되는 송신부(210) 누설 송신 신호의 변화에 따라 벡터 변조기(100)가 자동적으로 누설 송신 신호의 복제 신호를 생성하도록 하여 해당 누설 송신 신호를 제거될 수 있다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기에서 생성되는 두 개의 직교하는 신호를 예시한다. 도6에서는 제1신호(VM_I로 표시)와 제2신호(VM_Q로 표시)가 90°의 위상 차이로 서로 직교하는 것이 확인된다. 도6에서는 제1신호의 벡터 크기 변화 범위 및 제2신호의 벡터 크기 변화 범위가 표시되어 있다. 이와 같이 본 발명의 벡터 변조기(100)를 이용함으로써 제1신호의 벡터 크기 및 제2신호의 벡터 크기를 각각 조절함으로써 최종적으로 요구되는 결합 신호가 생성될 수 있다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 통한 누설된 송신 신호의 상쇄 범위를 예시한다. 누설된 송신 신호를 벡터로 나타낼 경우(크기와 위상으로 표시) 누설된 송신 신호가 도7의 빗금으로 표시된 사각형 영역 내에 표기된다면, 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 통해 해당 누설된 송신 신호가 상쇄할 수 있다. 도7의 시뮬레이션에서는 최대 +10dBm의 크기 및 0~360°에 해당하는 모든 누설된 송신 신호가 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100)를 통한 상쇄 범위에 포함됨이 표시된다. 이때, 상쇄 가능한 크기는 실시예 및 설계에 따라 증가 또는 감소할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조기(100) 및 이를 포함하는 송수신기(400)를 이용하는 경우, 수신부(220)에 입력되는 송신부(210)의 누설 송신 신호를 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 수신부(220)에 입력되는 송신부(210)의 누설 송신 신호로 인한 수신부(220)의 수신 성능이 제한되는 문제점이 해결될 수 있다. 예컨대, 수신부(220)에 포함되는 RF 블록의 포화 문제, 송신부 위상 잡음으로 인한 수신부의 SNR의 저하 문제, DC 오프셋 등으로 인한 수신부의 민감도 성능 저하 문제 등이 해결될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 벡터 변조기(100)를 수동 소자만을 사용하여 구성하므로 능동 소자를 이용함으로써 발생하는 문제점이 해소될 수 있다. 예컨대, 능동 소자를 이용함으로써 발생하는 상대적으로 큰 신호의 처리에 따른 포화 문제, 플리커 잡음 업-컨버전(flicker noise up-conversion) 문제, CMRR(Commom Mode Rejection Ratio) 저하 문제, 출력단에 커먼 잡음(Common Noise)이 나타나는 등의 설계 문제 없이 벡터 변조기(100)의 구현이 가능하다. 또한, 능동 소자의 사용에 따른 전력 소모의 증가가 해소될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 벡터 변조기(100)에 포함된 가변 저항(120)과 가변 캐패시터(130)를 R-2R 래더 구조 및 C-2C 래더 구조로 구현함으로써 입력 임피던스가 가변 저항(120) 및 가변 캐패시터(130)의 값이 변화하더라도 일정하게 유지되므로 임피던스 매칭에 유리하다.
이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 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.
100: 벡터 변조기
120: 가변 저항
130: 가변 캐패시터
140: 결합 회로
210: 송신부
220: 수신부
300: 안테나
400: 송수신기

Claims (12)

  1. 송수신기의 벡터 변조기로서,
    입력 신호가 일단에 전달되는 가변 저항;
    상기 입력 신호가 일단에 전달되고 상기 가변 저항에 병렬로 구성되는 가변 캐패시터; 및
    상기 가변 저항의 타단의 신호 및 상기 가변 캐패시터의 타단의 신호를 결합하는 결합 회로를 포함하는, 벡터 변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항은 R-2R 래더 구조를 갖는, 벡터 변조기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 캐패시터는 C-2C 래더 구조를 갖는, 벡터 변조기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호는 상기 송신부의 송신 신호인, 벡터 변조기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결합 회로의 출력 신호는 상기 수신부에 입력되는, 벡터 변조기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항 및 상기 가변 캐패시터의 값은 상기 수신부에 입력되는 상기 송신부의 누설된 송신 신호에 따라 조절되는, 벡터 변조기.
  7. 송신 신호를 생성하는 송신부;
    안테나를 통해 데이터 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신 신호를 입력받아 90°위상 차이를 갖는 제1신호 및 제2신호를 생성함과 동시에 상기 제1신호 및 상기 제2신호의 크기를 조절하여 상기 수신부에 입력되는 상기 송신 신호의 누설 신호를 상쇄하기 위한 신호를 출력하는 벡터 변조기;를 포함하는, 송수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벡터 변조기는:
    상기 송신 신호가 일단에 전달되는 가변 저항;
    상기 송신 신호가 일단에 전달되고 상기 가변 저항에 병렬로 구성되는 가변 캐패시터; 및
    상기 제1신호와 상기 제2신호를 결합하는 결합 회로를 포함하며,
    상기 제1신호는 상기 가변 저항의 타단의 신호이고 상기 제2신호는 상기 가변 캐패시터의 타단의 신호인,
    송수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가변 저항은 R-2R 래더 구조를 갖는, 송수신기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가변 캐패시터는 C-2C 래더 구조를 갖는, 송수신기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 결합 회로의 출력 신호는 상기 수신부에 입력되는 상기 송신 신호의 누설 신호를 상쇄하기 위한 신호인, 송수신기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 가변 저항 및 상기 가변 캐패시터의 값은 상기 수신부에 입력되는 상기 송신 신호의 누설 신호에 따라 조절되는, 송수신기.
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