KR100677296B1

KR100677296B1 - 다이버시티 수신 장치

Info

Publication number: KR100677296B1
Application number: KR1020020016803A
Authority: KR
Inventors: 이원필
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2007-02-05
Also published as: CN100379173C; KR20030077851A; CN1447534A; US20030186660A1; US7363016B2; JP2003298482A

Abstract

본 발명은 다이버시티 수신 장치에 관한 것으로, 특히 두 개의 수신 신호의 위상 차이 정보에 대한 코사인과 사인의 값을 검출하고 위상 시프트 후의 코사인과 사인의 값을 사용하여 두 개의 수신 신호의 크기 비율을 계산하고 크기 비율에 따라 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 선택 사용하여 보다 빠른 위상 보상을 통해 수신되는 신호의 크기 및 수신감도를 신속히 향상시키는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 다이버시티 안테나의 수신 신호의 위상을 소정 각도로 변환시켜 출력하는 위상 변환기와; 위상 변환된 수신 신호와 주 안테나의 수신 신호의 위상차에 대한 코사인과 사인의 값을 출력하는 위상 검출기와; 상기 위상 검출기의 코사인과 사인의 값을 이용하여 두 개의 수신 신호간 크기 비율을 계산하여 크기 비율을 합성기/선택기로 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 크기 비율의 값을 레벨 비교하여 상기 두 개의 수신 신호를 위상 결합한 신호 혹은 레벨 비교한 신호 중 하나를 선택하여 출력하는 합성기/선택기로 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 두 개의 수신 신호의 크기 비율을 적은 계산량으로 구하여 크기 비율에 따라 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 선택하여 신호 합성/선택을 신속히 처리함으로써 위상이 빠르게 변화하는 실제 전파환경에 적용하기에 용이하고, 계산 처리 능력이 다소 떨어지는 프로세서에도 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 적용하여 다이버시티의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Description

다이버시티 수신 장치{DIVERSITY RECEIVER}

도 1은 종래 위상 보상을 이용한 다이버시티 수신 장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 실제 전파 환경을 보인 예시도.

도 3은 본 발명 다이버시티 수신 장치의 구성을 보인 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 R=0.5인 경우 수신된 신호의 위상 차이를 보인 예시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

31 : 다이버시티 안테나 32 : 주 안테나

36 : 위상 변환기 38 : 위상 검출기

44 : 합성기/선택기

본 발명은 다이버시티 수신 장치에 관한 것으로, 특히 두 개의 수신 신호의 위상 차이 정보에 대한 코사인과 사인의 값을 검출하고 위상 시프트 후의 코사인과 사인의 값을 사용하여 두 수신 신호의 크기 비율을 계산하고 크기 비율에 따라 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 선택 사용하여 보다 빠른 위상 보상을 통해 수신되는 신호의 크기 및 수신감도를 신속히 향상시킨 자동 제어 위상 보상을 이용한 다이버시티 수신 장치에 관한 것이다.

종래 기술의 일실시예로서 대한민국 공개특허공보 특1996-0016194호(명칭: 위상 보상을 이용한 다이버시티 수신 장치)는 위상 보상을 하는 방법에 있어서 수신되는 신호의 크기를 위상을 변화시켜 가면서 측정하여 가장 크게 수신되는 위상에 대해 그 위상 변환을 이용하여 신호를 수신하는 장치로, 무선 전화기와 같은 단말기로부터 송신된 신호를 수신하기 위한 두 개의 안테나(11a, 11b)와; 그 공통접점의 상기 안테나 중 제1안테나(11a)에 접속되고 소정각도 간격으로 위치하는 다수위상(예를 들면, 0°, 90°, 180°, 270°)중의 어느 한 위상을 제공하도록 하는 다수의 스위치 접점(a1,a2,a3,a4)을 갖는 위상절환스위치(12)와; 위상절환 스위치(12)의 각 스위치 접점에 접속되어 상기 제1안테나(11a)에 수신된 신호를 그 접점에 해당하는 위상 변환값, 예를 들면, 0°, 90°, 180°, 270°의 위상 변한 신호로 바꾸는 위상변환기(13)와; 상기 위상변환기(13)에서 출력된 신호와 상기 안테나 중의 제2안테나(11b)에서 출력된 신호를 각각 입력받아 이들 신호를 합성하고 그 합성된 신호를 상기 동조기(18)에 입력시키는 합성기(14)를 구비한다.

그리고, 상기 합성기(14)에 접속되어 안테나(11a, 11b)로부터 수신된 신호 중에서 원하는 신호를 선택하는 동조기(18)와; 상기 동조기(18)로부터 출력되는 동조 신호를 증폭하는 제1증폭기(15)와; 국부 발진주파수를 생성하는 국부 발진기(23)와; 상기 국부 발진기(23) 및 제1증폭기(15)에서 출력되는 신호를 혼합하여 중간 주파수 신호를 출력하는 믹서(19)와; 믹서(19)에서 출력되는 중간주파수 신호를 증폭하는 중간 증폭기(16)와; 중간 증폭기(16)의 출력단에 접속되어 상기 안테나(11a, 11b)에서 수신된 수신신호의 전계강도를 검출하는 수신신호 전계강도 검출기(20)와; 수신신호 전계강도 검출기(20)에서 출력되는 결과를 소정의 기준치와 비교판정하는 제어부(21)와; 제어부(21)에서 수행된 비교판정값에 기초하여 상기 위상 절환 스위치(12)의 스위치 접점(a1, a2, a3, a4)을 변화시키는 스위치제어신호를 출력하는 논리회로부(22)를 구비하여 구성된다.

두 개의 안테나로부터 신호를 수신하는 경우 멀티-패스 페이딩 같은 시간 지연이나 위상 지연에 의해 두 개의 수신신호가 달라 결합시에 신호가 커지는 것이 아니라 작아질 수가 있다.

극단적인 예로서 하나의 수신장치와 다른 수신장치의 신호가 역위상(180°)의 위상 차이로 들어올 경우 신호가 거의 사라지는 경우가 발생하게 된다. 즉, 결합시에 위상이 맞아야 신호의 크기가 커지고 감도가 개선된다.

이를 위해 한 개의 수신장치에는 위상 보상 장치를 사용하여 이 위상 보상 장치를 통하여 위상을 변화시키며, 위상이 동일한 경우 결합 후의 신호의 크기가 커진다는 원리를 이용하여 신호의 크기를 비교해 위상이 동일한지를 확인하게 된 다.

즉, 동일한 위상인 것을 확인하기 위해 결합 후의 신호의 크기를 기준레벨과 비교하여 신호의 크기가 기준 레벨보다 작을 경우 위상을 변화시켜서 기준레벨보다 큰 경우로 위상을 보상하게 되는데, 이렇게 신호가 기준레벨 이상인 경우 위상이 동일하게 된다고 추측할 수 있으므로 이러한 방식에 의해 수신신호의 크기와 감도를 개선시킨다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 두 개의 수신신호의 위상이 같을 때 가장 큰 신호가 수신되지만 이와 같이 위상이 동일하게 된다고 해도 동일한 크기로 결합하는 등이득결합(Equal gain combining) 방법에는 문제점이 있다.

즉, 두 개의 수신신호 중에 한 개의 수신신호가 매우 작을 경우 이 신호가 실제 수신되는 노이즈보다 작을 경우가 발생하는데 이러한 경우 신호를 결합하는 위상 비교 결합 방법보다 두 개의 수신신호 중에 큰 신호를 선택하는 레벨 비교 다이버시티 방법이 더 유리하다.

또한, 위상을 비교하면서 가장 큰 신호가 되는 위치를 검색하므로, 최대 4번 위상을 변화시켜가면서 신호의 크기를 측정한다. 이러한 이유로 측정 시간이 많이 걸리게 되는데 이에 따라 위상 보상에 걸리는 시간이 상당히 긴 문제점이 있다.

또한, 실제 전파 환경은 도 2에 도시된 바와 같이 레일레이 페이딩 같은 현상이 발생하며, 이와 같이 급속히 변하는 환경이므로 빠른 신호 보상이 필요하다.

그러나, 가장 큰 신호를 얻기 위해 다수의 위상변환기를 사용한 경우 위상을 최대 4번까지 변화시켜가면서 가장 큰 신호의 출력이 결합되는 위상을 조사해야 한다. 이러한 경우 시간이 많이 소요되므로 실제 수신단에 적용하기에 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 두 개의 수신 신호의 위상 차이 정보에 대한 코사인과 사인의 값을 검출하고 위상 시프트 후의 코사인과 사인의 값을 사용하여 두 수신 신호의 크기 비율을 계산하고 크기 비율에 따라 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 선택 사용하여 다이버시티의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동 제어 위상 보상을 이용한 다이버시티 수신 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 등이득결합 방법의 문제점인 두 개의 수신신호 중에 한 개가 매우 작아서 실제 수신되는 노이즈보다 작을 경우에 레벨 비교 다이버시티 방법이 더 우수하므로 본 발명은 신속히 큰 수신신호를 선택하는 레벨 비교 다이버시티 방법을 사용함으로써 다이버시티의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동 제어 위상 보상을 이용한 다이버시티 수신 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다이버시티 안테나의 수신 신호의 위상을 소정 각도로 변환시켜 출력하는 위상 변환기와; 위상 변환된 수신 신호와 주 안테나의 수신 신호의 위상차에 대한 코사인과 사인의 값을 출력하는 위상 검출기와; 상기 위상 검출기의 코사인과 사인의 값을 이용하여 두 개의 수신 신호간 크기 비율을 계산하여 크기 비율을 합성기/선택기로 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 크기 비율의 값을 레벨 비교하여 상기 두 개의 수신 신호를 위상 결합한 신호 혹은 레벨 비교한 신호 중 하나를 선택하여 출력하는 합성기/선택기로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 다이버시티 수신 장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 수신만이 가능한 다이버시티 안테나(31)와; 송신 및 수신 기능을 수행하는 주 안테나(32)와; 상기 주 안테나(32)에 송신 및 수신 회로를 접속시키는 듀플렉서(34)와; 상기 듀플렉서(34)의 수신 출력을 증폭하여 믹서(41)에 출력하는 제1저잡음 증폭기(37)와; 상기 다이버시티 안테나(31)로부터 수신된 신호에서 소정 수신대역 밖의 의사 수신된 신호를 제거하는 대역 통과 필터(33)와; 상기 대역 통과 필터(33)의 수신 출력을 증폭하는 제2저잡음 증폭기(35)와; 상기 제2저잡음 증폭기(35)로부터 출력되는 신호의 위상을 소정 각도 간격으로 변환시켜 믹서(42)로 출력하는 위상 변환기(36)와; 국부 발진기(42)에서 출력되는 신호와 상기 제1저잡음 증폭기(37)의 출력신호 그리고 상기 위상 변환기(36)의 출력신호를 각각 믹서(41),(42)에 의해 중간 주파수 신호로 출력시킨 후 이 출력 신호를 결합하는 합성기/선택기(44)와; 상기 합성기/선택기(44)로부터 출력되는 신호를 복조하여 복조 신호를 출력하는 복조부(45)와; 상기 제1저잡음 증폭기(37)의 출력신호와 상기 위상 변환기(36)의 출력 신호에 대해 위상 차이를 검출하는 위상검출기(38)와; 상기 위상검출기(38)로부터 출력되는 신호를 제어부에 전달하기 위해 아날로그/디지털 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환기와; 상기 합성기/선택기(44)의 출력단에 접속되어 상기 주 안테나(32)와 다이버시티 안테나(31)에서 수신된 수신신호의 전계강도를 검출하는 수신전계감도검출기(51)와; 상기 수신전계감도검출기(51)에서 출력되는 결과를 소정의 기준치와 비교판정하는 제어부(52)와; 상기 제어부(52)에서 수행된 비교판정값에 기초하여 상기 위상 변환기(36)의 위상 변환을 제어하는 논리회로부(53)로 구성한 것으로 본 발명의 일실시예를 설명한다.

주 안테나(32)와 다이버시티 안테나(31)는 서로 다른 안테나 이득 패턴을 같도록 물리적으로 격리 및 배향된다.

다이버시티 안테나(31)는 수신 안테나로만 가능하며 주 안테나(32)는 송신 및 수신 기능 양자를 수행한다.

수신 장치는 신호를 송수신하는 주 안테나(32) 및 수신만 하는 다이버시티 안테나(31)를 이용한다.

듀플렉서(34)는 송신 및 수신 회로를 주 안테나(32)에 접속시킨다. 송신 회로는 전력 증폭기를 거쳐 듀플렉서(34)에 접속된다.

듀플렉서(34)의 수신 출력은 제1저잡음 증폭기(37)에 의해 증폭되며 다이버시티 안테나(31)로부터 수신된 신호는 소정 수신대역 밖의 의사 수신된 신호를 제거하기 위해 대역 통과 필터(33)를 거친 후 제2저잡음 증폭기(35)에 의해 증폭되고, 위상 변환기(36)에 의해 위상이 소정 각도 간격으로 변환된다.

위상 변환기(36)로부터 출력되는 신호는 국부 발진기(43)에서 출력되는 신호와 믹서(42)에 의해 중간 주파수 신호로 변환되고 상기 제1저잡음 증폭기(37)로부터 출력되는 신호도 믹서(41)에 의해 중간 주파수 신호로 변환되어 합성기/선택기(44)에 입력된다.

합성기/선택기(44)로부터 출력되는 신호는 복조부(45)에 의해 복조되어 복조 신호가 되고 음성신호처리기에 입력된다.

또한, 상기 제1저잡음 증폭기(37)와 위상 변환기(36)로부터 출력되는 신호는 위상 검출기(38)에 입력되어 두 RF 신호의 위상 차이가 검출된다.

상기 위상 검출기(38)의 한 가지 예로서 쿼드러쳐 믹서를 사용할 수 있는데, 이 장치의 출력은 위상 차이를 확인하기 위해 폴라(polar) 그래프를 통해 확인해 보면 cosθ와 sinθ로서 표현되며, θ가 위상 차이가 된다.

상기 위상 검출기(38)로부터 출력되는 신호인 cosθ와 sinθ는 아날로그/디지털 변환기를 통해 제어부와 소정 메모리에 전달되고, 제어부는 이 신호를 통해 현재 주 안테나(32)와 다이버시티 안테나(31)의 두 개의 수신 신호의 위상차에 대한 코사인과 사인의 값을 검출한다.

다이버시티 방법에는 여러 방법이 제안되고 있으며 이 중 레벨 비교 다이버시티 방법과 위상 비교 결합 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.

레벨 비교 다이버시티 방법은 두 개의 수신신호를 비교하여 단순히 큰 신호를 선택하여 큰 신호를 수신하는 방법이며, 이때 작은 신호는 무시된다.

이 방법의 장점은 시스템 구조가 간단하며 레일리 페이딩(Reyleigh Fading) 같은 환경에서 상대적으로 효율적이며, 단일의 안테나 시스템보다 우수하다.

그러나, 정상 환경에서는 이 방법이 단일의 안테나 시스템보다 어떤 이점도 제공하지 못한다. 이러한 점을 보완하기 위해 위상 비교 결합 방법이 제안되었는데 위상 비교 결합 방법의 경우 두 개의 수신신호의 크기가 비슷할 경우 이득으로 작용하지만 두 개중 한 개의 신호가 다른 한 개의 신호보다 매우 작을 경우 단일의 안테나 시스템보다 성능이 떨어질 가능성이 있다.

본 발명은 이러한 두 가지 방법의 장단점을 모두 이용하기 위해 두 개의 방법을 모두 사용한다.

즉, 두 개의 신호의 크기가 비슷할 경우 위상 비교 결합 방법을 이용하고, 신호의 크기가 많이 차이날 경우 레벨 비교 다이버시티 방법을 이용한다.

상기 위상 검출기(38)에서 출력된 cosθ와 sinθ의 값을 가지고, 두 개의 신호의 크기의 비율을 계산할 수 있는데 이러한 방법을 통해 빠르게 두 개의 신호 크기의 차이를 알아낼 수 있으며, 이 차이로 레벨 비교 다이버시티 방법을 사용할 것인지 아니면 위상 비교 결합 방법을 사용할 것인지를 결정하게 된다.

본 발명에서 사용한 위상 비교 결합 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같 다.

검출된 위상 정보에 대해 cosθ₁와 sinθ₁의 값을 위상 검출기로부터 읽어서 이때의 값을 각각 a, b라고 가정하자. 그리고, 위상을 90° 시프트시킨 후에 위상 검출기(38)로부터 다시 cosθ₂와 sinθ₂의 값을 읽어서 이때의 값을 각각 c, d라고 가정하고, 두 개의 입력 신호의 크기의 비를 R이라고 하면 다음과 같은 수학식이 성립한다.

라고 하면,

θ₁+θ₂=90°이므로,

cosθ₁=-sinθ₂, sinθ₁=cosθ₂

대입하여 다시 정리하면,

다시 전개하여 정리하면

이와 같은 방법으로 두 개의 입력 신호의 비를 구할 수 있다.

예를 들어 R=0.5인 경우에 폴라(polar) 그래프에 두 수신 신호를 나타내면 도 4에 도시된 바와 같다.

가령, 현재 두 개의 수신 신호의 위상 차이를 위상 검출기를 통해 측정했을 때, 그 값이 a=0.5, b=-0.43일 경우 그리고 현재 R값이 0.5라고 가정할 경우, R이 1인 경우에 대해 근사시키면 이때의 각은 -40.89°가 된다.

하지만, R은 0.5이므로 θ₁을 계산하면 -60°가 되고, 90° 위상 시프트 후에 측정 데이터가 c=0.86, d=0.25가 되면 R=1인 경우에 대해 근사시키면 16.1°가 되고 이 값은 R=0.5인 경우에 θ₂가 30°가 된다.

이를 통하여 현재 수신된 두 개의 신호에 대해 위상 검출기에서 얻은 값과 이 값을 90°위상 변화시킨 후의 위상 검출기에서 얻어진 값을 통해 두 신호의 크기의 비를 알 수 있으며 이것을 통해 θ₁, θ₂의 값을 계산하고, 신호 결합시에 가장 큰 신호를 얻을 수 있는 각도로 위상을 변화시키면 매우 빠른 속도로 다이버시티의 효과를 볼 수 있다.

또한, 여기서 얻어진 신호의 크기의 비를 비교하여 그 차이가 일정비 이상 차이날 경우 즉, 두 개의 수신 신호의 크기 차가 클 경우 레벨 비교 다이버시티 방법을 사용하여 성능을 개선시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 두 개의 수신 신호의 크기 비율을 적은 계산량으로 구하여 크기 비율에 따라 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 선택하여 신호 합성/선택을 신속히 처리함으로써 위상이 빠르게 변화하는 실제 전파환경에 적용하기에 용이하고, 계산 처리 능력이 다소 떨어지는 프로세서에도 위상 결합, 레벨 비교의 다이버시티를 적용하여 다이버시티의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

다이버시티 안테나의 수신 신호의 위상을 소정 각도로 변환시켜 출력하는 위상 변환기와;

위상 변환된 수신 신호와 주 안테나의 수신 신호의 위상차에 대한 코사인과 사인의 값을 출력하는 위상 검출기와;

상기 위상 검출기의 코사인과 사인의 값을 이용하여 두 개의 수신 신호간 크기 비율을 계산하여 크기 비율을 합성기/선택기로 출력하는 제어부와;

상기 제어부의 크기 비율의 값을 레벨 비교하여 상기 두 개의 수신 신호를 위상 결합한 신호 혹은 레벨 비교한 신호 중 하나를 선택하여 출력하는 합성기/선택기로 구성된 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 위상 검출기에서 수신된 두 개의 수신신호의 위상차에 대해 얻은 코사인 값과 사인 값과, 두 개의 수신신호 중 하나의 수신신호를 90도 위상 변화시킨 후의 위상 검출기에서 얻어진 코사인 값과 사인 값을 수학식 1에 대입하여 두 개의 수신신호의 크기 비율을 계산하여 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 장치.

[수학식1]

여기서, R은 두 개의 수신신호의 크기 비율이고, a와 b는 두 개의 수신신호의 위상차에 대해 얻은 코사인 값과 사인 값이고, c와 d는 두 개의 수신신호 중 하나의 수신신호를 90도 위상 변화시킨 후의 위상 검출기에서 얻어진 코사인 값과 사인 값이다.
제1항에 있어서, 상기 합성기/선택기는 상기 두 개의 수신신호의 크기 비율과 소정 임계치를 비교하여 두 개의 수신신호의 크기 차이가 일정비율 이상 차이가 나면 두 개의 수신신호 중 큰 신호를 선택하여 출력하고 일정비율 미만이면 두 개의 수신신호를 위상 결합하여 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 장치.
제1항에 있어서, 상기 위상 변환기는 상기 수신 신호의 위상을 90도만큼 시프트시켜 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 장치.