KR20160047376A - RF front end 단에서의 자기간섭 신호를 제거하기 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 RF front end 단에서의 자기간섭 신호를 제거하기 위한 장치는, 수신된 신호를 송신안테나 및 감쇠기로 분배하여 전송하는 송신신호 분배기; 상기 감쇠기로 분배된 송신 신호에 소정의 감쇠 인자를 적용하는 감쇠기; 상기 감쇠 인자가 적용된 신호를 소정의 위상만큼 위상 지연을 수행하는 위상 지연기; 및 상기 위상 지연된 신호를 소정의 시간만큼 시간 지연을 시켜서 시간 지연기를 포함할 수 있다.

Description

RF front end 단에서의 자기간섭 신호를 제거하기 방법 및 이를 위한 장치{Apparatus and method for self-interference cancellation in a RF front end}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 RF front end 단에서의 자기간섭 신호를 제거하기 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

Full duplex radio (FDR) 혹은 Full duplex communication (전이중 통신) 방식은 하나의 단말에서 같은 자원을 이용하여 송수신을 동시에 지원하는 통신 방식을 의미한다. 이때 같은 자원이란 같은 시간, 같은 주파수를 의미한다. FDR 통신 혹은 전이중 통신은 양방향 통신이라고 불린다.

도 1은 FDR을 지원하는 단말과 기지국의 개념도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, FDR을 지원하는 네트워크 상황에서는 3종류의 간섭이 존재하게 된다. 첫 번째로 Intra-device self- interference 이다. Intra-device self- interference는 하나의 기지국에서 혹은 단말에서 송신 안테나에서 송신하는 신호가 수신 안테나로 수신되어 간섭으로 작용하는 것을 의미한다. 송신 안테나로부터 송신되는 신호 큰 파워로 송신되며 송신 안테나와 수신 안테나 간의 거리가 짧기 때문에 송신되는 신호는 감쇠가 거의 없이 수신 안테나로 수신되므로 원하는 신호(desired signal)보다 매우 큰 파워로 수신되게 된다. 두 번째로, UE to UE inter-link interference가 있다. FDR를 지원하는 네트워크에서는 UE to UE inter-link interference가 증가하게 된다. 단말이 송신한 상향링크 신호가 인접하게 위치한 단말에게 수신되어 간섭으로 작용하는 것을 의미한다. 세 번째로, BS to BS inter-link interference 가 있다. 마찬가지로, FDR 지원하는 네트워크 상황에서는 BS to BS inter-link interference가 증가한다. 기지국간 혹은 HetNet 상황에서의 이종 기지국간(Pico, femto, relay) 송신하는 신호가 다른 기지국의 수신 안테나로 수신되어 간섭으로 작용하는 것을 의미한다.

이와 같은 3가지 간섭 중에서 Intra-device self-interference (이하, 자기 간섭(Self-interference)이라고 함)는 FDR에서만 발생하는 간섭의 영향이다. FDR을 운영하기 위해 가장 먼저 해결해야 할 문제점이 바로 자기 간섭의 제거이다. 그러나, 아직까지 사용자 기기의 RF front end에서 FDR 상황에서의 자기 간섭을 효율적으로 제거하기 위한 방법들이 구체적으로 논의된 바가 없었다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 RF front end 단에서 자기간섭 신호를 제거하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 RF front end 단에서 자기간섭 신호를 제거하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, RF front end 단에서 자기간섭 신호를 제거하는 방법에 있어서, 수신된 신호를 송신안테나 및 감쇠기로 분배하여 전송하는 단계; 상기 감쇠기로 분배된 송신 신호에 소정의 감쇠 인자를 적용하는 단계; 상기 감쇠 인자가 적용된 신호를 소정의 위상만큼 위상 지연을 수행하는 단계; 상기 위상 지연된 신호를 소정의 시간만큼 시간 지연을 시키는 단계; 상기 시간 지연된 신호를 수신단의 LNA (Low Noise Amplifier)로 전송하는 단계; 및 수신안테나로부터 수신된 신호 중에서 자기간섭 신호를 빼내어 상기 LNA로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 소정의 감쇠 인자는 상기 송신 안테나로부터 송신된 신호가 수신안테나로 수신되면서 감쇠된 영향을 고려하여 결정된 값이다. 상기 소정의 위상은 상기 자기간섭 신호와 상기 시간 지연된 신호와의 합이 미리설정된 값 이하가 되도록 결정될 수 있다. 상기 소정의 시간은 상기 송신 안테나로부터 송신한 신호가 수신안테나로 수신되기까지 걸리는 시간을 고려하여 결정된 값이다. 상기 송신안테나로 전송되는 신호는 상기 감쇠기로 전송되는 신호에 대해 소정의 위상값만큼 지연시킨 신호에 해당한다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, RF front end 단에서의 자기간섭 신호를 제거하기 위한 장치는, 수신된 신호를 송신안테나 및 감쇠기로 분배하여 전송하는 송신신호 분배기; 상기 감쇠기로 분배된 송신 신호에 소정의 감쇠 인자를 적용하는 감쇠기; 상기 감쇠 인자가 적용된 신호를 소정의 위상만큼 위상 지연을 수행하는 위상 지연기; 및 상기 위상 지연된 신호를 소정의 시간만큼 시간 지연을 시켜서 시간 지연기를 포함할 수 있다. 상기 장치는, 수신안테나로부터 수신된 신호 중 자기간섭 신호를 추출하는 수신신호 공제기를 더 포함할 수 있다. 상기 수신신호 공제기는 90도 방향성 결합기(directional coupler)에 해당한다. 상기 송신신호 분배기는 90도 방향성 결합기(directional coupler)에 해당한다. 상기 소정의 감쇠 인자는 상기 송신 안테나로부터 송신된 신호가 수신안테나로 수신되면서 감쇠된 영향을 고려하여 결정된 값이다. 상기 소정의 위상은 상기 자기간섭 신호와 상기 시간 지연된 신호와의 합이 미리설정된 값 이하가 되도록 결정된 위상일 수 있다. 상기 소정의 시간은 상기 송신 안테나로부터 송신한 신호가 수신안테나로 수신되기까지 걸리는 시간을 고려하여 결정된 값일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, RF front end 단에서 시간지연회로의 레졸루션을 낮추면서 동시에 자기간섭 신호를 효율적으로 제거할 수 있다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 FDR을 지원하는 단말과 기지국의 개념도를 나타낸다.
도 2는 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 사용자 기기(user equipment)의 기존 기준 자기간섭 신호 발생 장치와 자기간섭 신호 제거 개념도(시간 도메인 표기)를 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자기간섭 신호를 제거하기 위한 사용자 기기의 RF front-end 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 주파수에 따른 자기간섭 신호의 위상을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시한 단말의 RF front-end 구조에서와 같이 시간 지연 회로와 위상 지연 회로의 조합에 따른 주파수 위상 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 시간 지연 회로에 필요한 레졸루션(a) 및 위상 지연 회로를 추가하였을 때의 자기간섭신호 제거 성능(b)을 도시한 도면이다.
도 8은 크기(Amplitude)가 똑같고 지연이 다른 자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호를 위상 지연(phase shift)해서 2.5 GHz 에서 최대 자기간섭 신호 제거(SIC)가 일어나도록 설정했을 때 SIC vs frequency를 도시한 도면이다.
도 9는

일 때, SI REF 지연이 변화할 때, 에서 SIC가 최대가 되도록 phase shifter를 재조정 했을 시, SIC < -30 dB인 BW의 그래프를 도시하고 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다. 본 명세서에서는 IEEE 802.16 시스템에 근거하여 설명하지만, 본 발명의 내용들은 각종 다른 통신 시스템에도 적용가능하다.

이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

도 2는 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.

무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)(D2D 단말을 포함)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.

하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.

단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다.

기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.

한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.

단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.

본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.

본 발명은 전 이중 무선통신 (FDR)에 사용되는 자기간섭 신호 제거 기술에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 어떤 FDR RF front-end 구조에서도 사용될 수 있는 기준 자기간섭 신호 발생 장치를 제안하고자 한다.

도 3은 사용자 기기(user equipment)의 기존 기준 자기간섭 신호 발생 장치와 자기간섭 신호 제거 개념도(시간 도메인 표기)를 설명하기 위한 예시적 도면이다.

도 3을 참조하면, RF front-end 구조는 송신단의 파워 증폭기(Power Amplifier, PA), 송신신호 분배기 (Tx divider) 및 송신안테나와, 수신단의 수신 안테나, 수신신호 공제기(Rx Substacter), LNA를 포함하며, 감쇠기(Attenuator)와 시간 지연기(True time delayer)를 포함할 수 있다. 도 3에서 왼쪽에 도시된 안테나가 송신단에서 신호를 송신하기 위한 송신안테나이고 오른쪽에 도시된 안테나가 수신단에서 신호를 수신하기 위한 수신안테나이다.

도 3은 기존 FDR RF front-end 구조에서 자기간섭 신호 제거를 위해서 자기간섭 채널과 똑 같은 신호를 만들고 수신 단(receiver)의 LNA (Low Noise Amplifier) 앞에서 자기간섭 신호 제거를 하는 방식을 예시하고 있다.

도 3에서 자기간섭 신호 제거를 위해, 아날로그 제거 기법의 일 예를 나타내었다. 아날로그 제거 기법은 송신 단으로부터 출력되는 신호를 Tx divider 소자를 통해 분기하고, 송신 안테나로부터 송신한 신호가 수신안테나로 수신되기까지 걸리는 시간을 반영하기 위한 실제 시간 지연 회로 실제 시간 지연 회로(true time delay)(혹은 시간 지연기) 와 송신 안테나로부터 송신된 신호가 수신안테나로 수신되면서 감쇠된 영향을 반영하기 위한 및 감쇠기(attenuator)를 이용하여 자기 간섭 신호와 동일하게 만든 후, 수신단에서 LNA (Low Noise Amplifier)부 이전에 차감한다.

도 3에서는 PA (Power Amplifier) 앞에서 송신신호 분배기(Tx divider) 의해 송신 신호를 나누거나 LNA 앞에서 신호를 수신 신호+자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호를 합치는 장치는 구조마다 다를 수 있으나 RF 단에서의 자기간섭 신호 제거 기술은 모두 이와 같은 방식이다.

도 3에서 송신신호 분배기(TX divider)는 PA에서 나오는 송신신호(TX signal) 을 조금 떼내어 기준 자기간섭 신호 발생 장치로 보내기 위해서 사용되며 90도 방향성 커플러(directional coupler)를 사용한다. 수신신호 공제기(RX subtracter)의 경우, 수신 안테나로 들어오는 수신신호와 자기간섭 신호에서 자기간섭 신호를 빼내기 위해서 사용되며 마찬가지로 90도 directional coupler를 사용한다. 따라서, 자기간섭 신호와 기준 자기간섭신호는 LNA 앞에서 위상이 180도 차이 나게 되어 상쇄된다. 이때, 자기간섭 신호가 도 3과 같이 감쇠 인자(attenuation factor) A, T 만큼의 시간 지연으로 모델링이 된다면 기준 자기간섭 신호 발생장치는 감쇠기(attenuator)와 시간 지연 회로로 구성되어야 하며 자기간섭 채널과 똑 같은 감쇠(attenuation), 시간 지연을 만들어야 한다.

송신신호 분배기(TX divider)로 PA에서 송신안테나(TX ANT)로 가는 신호와, PA에서 기준 자기간섭 신호 발생장치로 가는 신호의 위상 차이를 180도를 만들어내는 발런(balun)을 사용할 수 있으며 이 경우에 수신신호 공제기(RX subtracter)는 2개의 입력과 출력간에 간에 위상 차이가 없는 파워 결합기(power combiner)(혹은 파워 분배기(power divider))를 사용해야 한다.

기존의 송신신호 분배기(TX divider)와 수신신호 공제기(RX subtracter)로 사용되는 90도 방향성 커플러(directional coupler)는 완벽한 90도 위상 차이를 만들기 힘들어, 결과적으로 자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호의 위상 차이를 정확히 180로 만들어 내기 힘들다는 점이다. 자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호의 위상이 정확하게 180도 차이가 나지 않으면 자기간섭 신호 제거 성능은 떨어질 수 밖에 없다. 실제로 발런(balun)을 사용할 경우에는 상용 칩 balun 기준으로 출력간 위상 불균형(phase imbalance)를 180±5도 정도의 성능을 제공하며 위상 불균형을 임의로 제어할 수 없는 단점이 있다. 또한, 자기간섭 신호가 단순히 감쇠(attenuation) A, 시간지연 T로 모델링되지 않는 다는 것이다. 자기간섭 신호의 시간 지연이 모든 송신 주파수 내에서 T로 일정하다는 것은 자기간섭 신호의 위상이 주파수에 따라 선형적으로 지연이 된다는 뜻이며 실제 자기간섭 신호의 위상은 이와 같이 모델링 되지 않는다. 또한, 기준 자기간섭신호 발생 장치를 구성하는 시간 지연 회로의 레졸루션(resolution)이 매우 높아야 한다는 점이다.

본 발명에서는 기존의 이러한 문제점들을 해소하기 위해, 감쇠기와 시간 지연 회로로 구성된 기존의 기준 자기간섭 신호 발생 장치에 위상 지연 회로(Phase shifter)(혹은 위상 지연기)를 추가하여 자기간섭 신호 제거하는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 자기간섭 신호를 제거하기 위한 사용자 기기의 RF front-end 구조를 도시한 도면이다.

송신신호 분배기(TX divider)와 수신신호 공제기(RX subtracter)로 사용되는 90도 방향성 커플러(directional coupler)는 완벽한 90도 위상 차이를 만들기 힘들기 때문에, 자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호의 위상 차이를 정확히 180로 만들어 내기 힘들다. 이를 위해, 도 4에 도시한 바와 같이 감쇠기(attenuator)와 시간 지연 회로(true time delay)로 구성된 기준 자기간섭 신호 발생 장치에 위상 천이 회로(Phase shifter)(혹은 위상 천이기)를 추가하는 것을 고려할 수 있다. 시간 지연 회로(true time delay)란 신호를 시간 영역에서 보았을 때 모든 시간에 걸쳐 평행하게 신호를 이동시키는 회로를 뜻한다. 주파수 영역에서 보았을 때는 신호의 위상을 주파수에 걸쳐서 선형적으로 이동(위상 대 주파수의 기울기를 변화)시키는 회로를 뜻한다. 위상 지연 회로(Phase shifter)란 신호의 위상을 주파수 영역에서 보았을 때 모든 주파수에서 평행하게 위상을 이동시키는 회로를 뜻한다.

도 4에서는 위상 지연 회로가 감쇠기와 시가 지연 회로 사이에 위치하여, 송신신호 분배기(Tx divider)로부터 오는 신호에 감쇠를 적용한 후 위상 지연을 시키고, 그리고 위상 지연된 신호에 시간 지연을 시켜서 수신단으로 보내게 된다. 그러나, 위상 지연 회로의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 위상 지연을 적용하는 위상 지연값은 상기 위상 지연값을 적용한 기준 자기간섭 신호와 자기간섭 신호의 합이 소정의 값 이하 (예를 들어, -30dB)가 되도록 하는 값으로 결정될 수 있다.

도 5는 주파수에 따른 자기간섭 신호의 위상을 나타낸 그래프이다.

도 5에서와 같이 자기간섭 신호의 위상은 주파수에 따라서 선형적으로 변화하지 않는다. 시간 지연 회로는 주파수에 따라 오직 선형적인 위상 변이 밖에 만들어 내지 못하기 때문에 자기간섭 신호와 같은 위상 변화를 만들어 낼 수 없기 때문에 제어 가능한 위상 지연 회로(Phase shifter)를 추가함으로써 높은 자기간섭 신호 제거 성능을 위해 시간 지연 회로가 가져야 하는 레졸루션(resolution) 의 부담을 덜고 좀 더 정확히 자기간섭 신호를 모델링 할 수 있다.

도 6은 도 4에 도시한 단말의 RF front-end 구조에서와 같이 시간 지연 회로와 위상 지연 회로의 조합에 따른 주파수 위상 변화를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 실제로 정해진 대역폭 내에서는 낮은 레졸루션(resolution)을 가지는 시간 지연 회로(도 6의 (a))와 위상 지연 회로(도 6의 (b))의 조합으로 높은 레졸루션(resolution)을 가지는 시간 지연 회로(도 6의 (c))가 가지는 위상 변화를 만들어 낼 수 있다.

기준 자기간섭 신호 발생 장치에 위상 지연 회로를 추가할 경우에 기존의 문제점 3가지를 모두 해결할 수 있다. 첫 번째 문제, 송신신호 분배기(TX divider), 수신신호 공제기(RX subtracter)로 사용되는 장치에서 발생하는 위상 불균형(phase imbalance)를 보상할 수 있으며, 두 번째 문제인 자기간섭 신호의 선형적이지 않은 주파수에 따른 위상 변화를 1차적으로 모델링 가능하다. 세 번째 문제인, 위상 지연 회로를 추가하면 시간 지연 회로가 가져야 하는 높은 레졸루션(resolution)의 부담을 덜 수 있다.

도 7은 시간 지연 회로에 필요한 레졸루션(a) 및 위상 지연 회로를 추가하였을 때의 자기간섭신호 제거 성능(b)을 도시한 도면이다.

도 7은 위상 지연 회로가 없을 때에 최적의 상태(실선 그래프)와 비교하여 시간 지연을 다르게 했을 시 자기간섭 신호 제거의 성능이 얼마나 달라지는지, 또한 위상 지연 회로를 제어함으로써 최적의 상태와 같은 자기간섭신호제거 성능을 보상할 수 있는지 보여준다.

도 7에서 최적의 상태와 시간지연이 1psec만 달라져도(점선) 자기간섭 신호 제거 성능이 약 10 dB가량 감소되는 것을 볼 수 있다. 이는 종래 기술의 구조에서 시간 지연 회로의 레졸루션 이 적어도 1psec 내외에 있어야 한다는 것을 뜻한다. 그러나, 도 7의 (b)그래프에서 볼 수 있듯이 본 발명에서는 위상 지연 회로를 추가하여 위상 지연을 359도로 보상했을 때에 다시 최적의 자기간섭 신호 제거 성능을 가질 수 있음을 보인다.

상기 도 4에서, 위상 지연 회로에서 적용할 위상 값(θ 혹은

)을 결정하는 내용에 대해 살펴본다. 예를 들어, 자기간섭 신호의 크기(magnitude) = A, 자기간섭 신호의 시간 지연 =

, 기준 자기간섭 신호의 시간 지연 =

, 기준 자기간섭 신호의 위상 값=

이라고 가정하자.

그러면, 자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호는 주파수 도메인에서 다음과 같이 표현될 수 있다.

자기간섭(SI) 신호 =

기준 자기간섭 신호 =

자기간섭 신호 및 기준 자기간섭 신호의 합(Sum) =

만약, 기준 자기간섭 신호 발생 장치(SI reference generator)의 시간 지연회로의 레졸루션이 부족하여

라면, 원하는 주파수

에서

를 조정하여 상기 자기간섭 신호 및 기준 자기간섭 신호의 합(Sum) 신호를 narrow band에서 -30 dB를 없앨 수 있다(cancel). 이 때 필요한

는 다음과 같이 표현된다.

자기간섭 신호 제거(SIC)를 -30 dB 이상 달성할 수 있는 대역폭은 아래 수학식 1을

에 대해서 풀면 얻을 수 있다.

도 8은 크기(Amplitude)가 똑같고 지연이 다른 자기간섭 신호와 기준 자기간섭 신호를 위상 지연(phase shift)해서 2.5 GHz 에서 최대 자기간섭 신호 제거(SIC)가 일어나도록 설정했을 때 SIC vs frequency를 도시한 도면이다.

도 8에서, 일 예로서,

일 때, 필요한 위상 지연(phase shift)

이며 이때 자기간섭 신호 제거 크기(SIC magnitude)는 이론적으로 다음과 같다. SIC 30 dB 이상인 대역폭은 각각 2.466 - 2.533 GHz = 66 MHz, 2.45 - 2.55 GHz = 100 MHz, 2.4 - 2.6 GHz = 200 MHz 가 된다. 도 8에서 세로축은 SIC 크기(dB)를 나타내고 있고, 가로축은 주파수 (

)를 나타내고 있다.

도 9는

일 때, SI REF 지연이 변화할 때,

에서 SIC가 최대가 되도록 phase shifter를 재조정 했을 시, SIC < -30 dB인 BW의 그래프를 도시하고 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (12)

1. RF front end 단에서 자기간섭 신호를 제거하는 방법에 있어서,
   수신된 신호를 송신안테나 및 감쇠기로 분배하여 전송하는 단계;
   상기 감쇠기로 분배된 송신 신호에 소정의 감쇠 인자를 적용하는 단계;
   상기 감쇠 인자가 적용된 신호를 소정의 위상만큼 위상 지연을 수행하는 단계;
   상기 위상 지연된 신호를 소정의 시간만큼 시간 지연을 시키는 단계;
   상기 시간 지연된 신호를 수신단의 LNA (Low Noise Amplifier)로 전송하는 단계; 및
   수신안테나로부터 수신된 신호 중에서 자기간섭 신호를 빼내어 상기 LNA로 전송하는 단계를 포함하는, 자기간섭 신호 제거 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 소정의 감쇠 인자는 상기 송신 안테나로부터 송신된 신호가 수신안테나로 수신되면서 감쇠된 영향을 고려하여 결정된 값인, 자기간섭 신호 제거 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 소정의 위상은 상기 자기간섭 신호와 상기 시간 지연된 신호와의 합이 미리설정된 값 이하가 되도록 결정되는, 자기간섭 신호 제거 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 소정의 시간은 상기 송신 안테나로부터 송신한 신호가 수신안테나로 수신되기까지 걸리는 시간을 고려하여 결정된 값인, 자기간섭 신호 제거 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 송신안테나로 전송되는 신호는 상기 감쇠기로 전송되는 신호에 대해 소정의 위상값만큼 지연시킨 신호에 해당하는, 자기간섭 신호 제거 방법.
6. RF front end 단에서의 자기간섭 신호를 제거하기 위한 장치에 있어서,
   수신된 신호를 송신안테나 및 감쇠기로 분배하여 전송하는 송신신호 분배기;
   상기 감쇠기로 분배된 송신 신호에 소정의 감쇠 인자를 적용하는 감쇠기;
   상기 감쇠 인자가 적용된 신호를 소정의 위상만큼 위상 지연을 수행하는 위상 지연기; 및
   상기 위상 지연된 신호를 소정의 시간만큼 시간 지연을 시켜서 시간 지연기를 포함하는, 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   수신안테나로부터 수신된 신호 중 자기간섭 신호를 추출하는 수신신호 공제기를 더 포함하는, 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 수신신호 공제기는 90도 방향성 결합기(directional coupler)에 해당하는, 장치.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 송신신호 분배기는 90도 방향성 결합기(directional coupler)에 해당하는, 장치.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 소정의 감쇠 인자는 상기 송신 안테나로부터 송신된 신호가 수신안테나로 수신되면서 감쇠된 영향을 고려하여 결정된 값인, 장치.
11. 제 6항에 있어서,
    상기 소정의 위상은 상기 자기간섭 신호와 상기 시간 지연된 신호와의 합이 미리설정된 값 이하가 되도록 결정된 위상인, 장치.
12. 제 6항에 있어서,
    상기 소정의 시간은 상기 송신 안테나로부터 송신한 신호가 수신안테나로 수신되기까지 걸리는 시간을 고려하여 결정된 값인, 장치.

Images