KR101156130B1 - 디지털-아날로그 변환기를 이용한 무선 송신 장치 및 그 방법 - Google Patents

디지털-아날로그 변환기를 이용한 무선 송신 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

디지털-아날로그 변환기를 이용하면서 출력 신호의 스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지 또는 신호 대 잡음 비를 요구되는 수준으로 충족시키는 무선 송신 장치 및 그 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치는, 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 장치에 있어서, 송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 디지털 신호 생성부와, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환부와, 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 주파수 대역 결정부와, 주파수 대역 결정부와 연결되어, 가변적으로 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 대역 통과 필터부 및 통과된 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 아날로그 송신부를 포함한다. 따라서 출력 신호의 스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지 또는 신호 대 잡음 비를 최대화하면서 동시에 아날로그 소자의 사용을 최소화할 수 있다.

Description

디지털-아날로그 변환기를 이용한 무선 송신 장치 및 그 방법{WIRELESS TRANSMISSION DEVICE AND METHOD USING DIGITAL-ANALOG CONVERTER}
본 발명은 무선 송신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털-아날로그 변환기를 이용한 무선 송신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지털-아날로그 변환기(digital-analog converter; DAC)를 이용한 무선 송신 장치는 DAC의 샘플링 주파수(sampling frequency)의 절반 이하의 대역폭(bandwidth)을 갖는 기저 대역(baseband)의 신호를 전송하기 위해서 여러 단의 상향 주파수 변환을 통하여 반송파(carrier)라고 하는 높은 주파수(radio frequency; RF) 대역(band)의 신호에 기저 대역의 신호를 실어서 보낸다.
상향 주파수 변환(frequency up-conversion) 방식은 주파수 생성기(또는 주파수 합성기), 믹서(mixer) 및 대역 통과 필터(band pass filter)를 필수적으로 요구하며, N단의 상향 주파수 변환을 이용할 경우 N개의 주파수 생성기(또는 주파수 합성기), N개의 믹서 및 N개의 대역 통과 필터 등 많은 아날로그 소자들을 필요로 한다.
이러한 많은 아날로그 소자들의 사용을 지양하기 위해 DAC의 특성 중 하나인 이미지 신호(image signal, image frequency)를 이용하는 방법이 제시되었다. 이미지 신호는 믹서에 의한 믹싱(mixing) 과정이나 DAC에 의한 보간(interpolation) 과정에서 국부발진(local oscillation; LO) 주파수나 DC점 등의 기준 주파수에 대칭으로 나타나는 주파수 성분을 의미한다. 이미지 신호는 대체로 잡음 성분으로서 송수신 성능을 저해하므로 억제되어야 할 대상이지만, 양측파대(double side band)등의 개념에 적용될 때에는 전송에 이용되는 주파수 성분이 되기도 한다.
하드웨어로 구현된 DAC는 기본적으로 샘플 앤드 홀드 방식(sample and hold, zero-order hold) 방식으로 동작하는데, 샘플 홀드 방식으로 동작하는 DAC의 출력 스펙트럼(S(f))은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010043114873-pat00001
여기서, f는 주파수, Fs는 샘플링 주파수, G(f)는 DAC 출력 신호(기저 대역 신호 및 이미지 신호), H(f)는 샘플 앤드 홀드 방식에 따른 감쇄 전달 함수이다.
샘플 앤드 홀드 방식에 따른 감쇄 전달 함수(H(f))는 다시 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010043114873-pat00002
여기서, Fs는 DAC의 샘플링 주파수, f는 주파수, j는 복소변수이다.
즉, DAC의 출력 스펙트럼(S(f))은 싱크 함수 sinc(x)(= sin(πx)/πx, 여기서 x = f / Fs)에 따라 감쇄한다. 그런데 이미지 신호의 차수가 증가할수록 스펙트럼의 감쇄는 더욱 커지기 때문에 결국 DAC의 출력 다이내믹 레인지(output dynamic range)가 줄어드는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 디지털-아날로그 변환기를 이용하면서 출력 신호의 스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지(spurious-free dynamic range; SFDR) 또는 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio; SNR)를 요구되는 수준으로 충족시키는 무선 송신 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치는, 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 장치에 있어서, 송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 디지털 신호 생성부와, 상기 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환부와, 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 주파수 대역 결정부와, 상기 주파수 대역 결정부와 연결되어, 가변적으로 상기 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 대역 통과 필터부 및 통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 아날로그 송신부를 포함한다.
상기 주파수 대역 결정부는 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 상기 신호 대 잡음 비를 만족시키는 상기 이미지 신호를 포함하는 나이퀴스트 영역 및 상기 나이퀴스트 영역 내의 상기 주파수 대역을 결정할 수 있다.
상기 주파수 대역 결정부는 상기 나이퀴스트 영역의 중심 주파수로부터 소정 범위 내의 상기 주파수 대역을 결정할 수 있다.
상기 주파수 대역 결정부는 상기 디지털-아날로그 변환부의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비를 고려하여 상기 주파수 대역을 결정할 수 있다.
상기 디지털-아날로그 변환부의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비는, 상기 디지털-아날로그 변환부 출력 신호의 신호 대 잡음 비, 상기 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지 및 상기 미리 정해진 신호에 의하여 정의될 수 있다.
상기 디지털-아날로그 변환부의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비(Diffn , band)는, 아래의 수학식
Figure 112010043114873-pat00003
(여기서, SNRDAC는 디지털-아날로그 변환부 출력 신호의 SNR, DRoutput은 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지, SNRrequired는 출력 신호에 요구되는 SNR, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번임)
에 따라 정의될 수 있다.
상기 디지털-아날로그 변환부는 상기 기저 대역 디지털 신호를 상기 기저 대역 디지털 신호 주파수의 정수배인 샘플링 주파수(Fs)로 오버 샘플링함으로써 나이퀴스트 영역 쌍들로 이루어지는 출력 스펙트럼을 형성하되, 각각의 상기 나이퀴스트 영역 쌍은 (2n - 1)번째 나이퀴스트 영역 및 2n번째 나이퀴스트 영역(여기서 n은 1 이상의 정수)을 포함하고, 각각의 상기 나이퀴스트 영역 쌍의 중심 주파수는 Fs * (2n - 1) / 2일 수 있다.
상기 디지털 신호 생성부는, 생성된 상기 기저 대역 디지털 신호에 대해 CFR(crest factor reduction)을 수행하는 CFR부를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 방법은, 디지털-아날로그 변환기를 이용하여 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 방법에 있어서, 송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 단계와, 상기 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계와, 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 단계와, 가변적으로 상기 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 단계 및 통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 상기 신호 대 잡음 비를 만족시키는 상기 이미지 신호를 포함하는 나이퀴스트 영역 및 상기 나이퀴스트 영역 내의 상기 주파수 대역을 결정할 수 있다.
상기 결정하는 단계는 상기 나이퀴스트 영역의 중심 주파수로부터 소정 범위 내의 상기 주파수 대역을 결정할 수 있다.
상기 결정하는 단계는 상기 디지털-아날로그 변환기의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비를 고려하여 상기 주파수 대역을 결정할 수 있다.
상기 디지털-아날로그 변환기의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비는, 상기 디지털-아날로그 변환기의 신호 대 잡음 비, 상기 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지 및 상기 미리 정해진 신호에 의하여 정의될 수 있다.
상기 무선 송신 방법은, 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계 이전에, 생성된 상기 기저 대역 디지털 신호에 대해 CFR(crest factor reduction)을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 변환기를 이용하여 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 방법을 수행하는 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체는, 송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 단계와, 상기 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계와, 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 단계와, 가변적으로 상기 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 단계 및 통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 단계를 수행하는 프로그램을 기록한다.
상기와 같은 무선 송신 장치 및 그 방법에 따르면, 출력 신호의 스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지(spurious-free dynamic range; SFDR) 또는 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio; SNR)를 최대화하면서 동시에 아날로그 소자의 사용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 CFR부의 출력을 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 디지털 신호 생성부의 출력 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 디지털-아날로그 변환부의 출력 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 주파수 대역 결정부가 고려하는 디지털-아날로그 변환부의 출력 스펙트럼에서 (2n - 1)번째 나이퀴스트 영역의 이미지 신호를 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재되지 아니한 적어도 하나의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
우선 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 몇몇 용어들을 설명한다.
스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지, 신호 대 잡음 비
일반적으로 스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지(spurious-free dynamic range; SFDR)는 스퓨리어스가 없는 동작 대역(전력 범위)을 의미하고, 스퓨리어스란 목적하는 주파수 대역 밖으로 나오는 신호 성분을 의미한다. 따라서 SFDR 값이 크다는 것은 수신기가 넒은 전력 범위를 유효하게 다룰 수 있다는 것을 의미한다. 한편, 일반적으로 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio; SNR)는 신호과 잡음 간의 레벨 차이를 의미한다.
CFR( crest factor reduction )
일반적으로 CFR(crest factor reduction)은 다수의 주파수 성분을 갖는 신호가 합쳐질 때 발생하는 피크 전력(peak power) 성분을 신호 특성의 저하 없이 감소시키는 기법으로서, 이를 통해 저 용량 설계로 동일 레벨의 출력 신호를 서비스할 수 있다.
상술한 바와 같이, 샘플 앤드 홀드 방식으로 동작하는 DAC의 출력 스펙트럼은 싱크 함수(sinc(x))에 따라 변화하므로 1차 나이퀴스트 영역(Nyquist Zone)의 기저 대역 신호에 대한 SFDR 값 또는 양자화 잡음(quantization noise, quantization error)에 대한 SNR 값은 이미지 신호의 차수가 증가할수록 감소하는 문제가 발생한다.
본 발명은 여러 단의 상향 주파수 변환을 통하여 반송파에 기저 대역 신호를 실어서 전송하는 종래 무선 송신 장치에 있어서 DAC를 이용하여 상향 주파수 변환 과정을 생략하고 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는 기저 대역 신호를 전송하는 방법을 제안한다. 특히 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 SFDR 또는 신호 대 양자화 잡음 비(signal to quantization noise ratio; SQNR)가 출력 신호의 SNR을 결정하는 중요한 파라미터라는 점에 착안하여 수퍼 나이퀴스트 영역 스펙트럼을 이용하는데 있어서 SFDR 또는 SQNR이 최대가 되도록 결정한다.
구체적으로 본 발명은, 디지털소스 신호가 CFR 과정을 거친 후 DAC로 입력되도록 함으로써 입력 다이내믹 레인지를 최대한 확장하는 방법, 이미지 신호를 이용하는 전송에서 출력 신호의 SNR를 목적하는 수준 이상으로 맞출 수 있는 수퍼 나이퀴스트 영역 스펙트럼의 선택 방법 및 수퍼 나이퀴스트 영역 내의 대역 선택 방법을 제안한다.
이하에서, 출력 신호의 SFDR 또는 SNR을 요구되는 수준으로 충족시키는 나이퀴스트 영역에서 신호를 전송하는 무선 송신 장치 및 그 방법의 실시예를 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치는 디지털 신호 생성부(110), 디지털-아날로그 변환부(130), 대역 통과 필터부(150), 주파수 대역 결정부(170, 아날로그 송신부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 무선 송신 장치가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 무선 송신 장치가 구현될 수도 있다.
구체적으로, 디지털 신호 생성부(110)는 전송될 데이터에 대한 디지털 신호를 생성하여 이를 디지털 아날로그 변환부(130)에 제공한다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 디지털 신호 생성부(110)는 외부 장치 또는 무선 송신 장치가 포함하는 다른 구성요소(예를 들어, 제어부, 중앙 처리 장치, 프로세서 등)로부터 전송되어야 하는 데이터를 제공 받을 수 있다.
디지털 신호 생성부(110)는 디지털 소스 신호 생성부(111) 및 CFR부(113)를 포함할 수 있다. 디지털 소스 신호 생성부(111)는 전송될 데이터에 대한 기저 대역 디지털 신호(baseband digital signal)를 생성하는데, 상기 기저 대역 디지털 신호는 디지털-아날로그 변환부(130)의 샘플링 주파수(Fs))의 절반 이하의 대역폭을 가지며, 적절한 디지털 신호 처리(digital signal processing)가 추가적으로 수행될 수 있다. CFR부(113)는 생성된 기저 대역 디지털 신호의 출력 다이내믹 레인지를 조절하는데, 특히 입력 다이내믹 레인지에 비하여 출력 다이내믹 레인지가 작은 경우 출력 신호의 클리핑(clipping)이 발생하지 않도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 CFR부의 출력을 설명하는 그래프이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 디지털 신호 생성부의 출력 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 출력 신호에 비하여 출력 다이내믹 레인지가 작은 경우 클리핑 문턱값(clipping threshold) 레벨에서 클리핑이 발생한다. CFR부(113)는 출력 신호의 크기를 클리핑 문턱값 이하가 되도록 조절하여 클리핑이 발생하지 않도록 하면서 가능한 원래 출력 신호의 특성을 보존한다.
다시 도 1을 참조하면, 디지털-아날로그 변환부(130)는 디지털 신호 생성부(110)가 제공한 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 디지털-아날로그 변환부의 출력 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
수학식 1 및 수학식 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 이미지 신호를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 출력 스펙트럼은 싱크 함수(sinc(x))에 따라 감쇄한다. 도 4에 이러한 디지털-아날로그 변환부(130)의 출력 스펙트럼의 (2n - 1) 번째 나이퀴스트 영역들이 나타나 있다.
도 4의 Diffn은 첫 번째 나이퀴스트 영역의 최대 출력 전력과 (2n - 1) 번째 나이퀴스트 영역 및 2n 번째 나이퀴스트 영역의 최대 출력 전력의 차이(dB)를 의미하는데, Diffn의 정확한 정의는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다(여기서, n은 2 이상의 정수). 즉, Diffn은 주파수가 0 Hz일 때의 DAC 출력 전력과 주파수가 (Fs * (2n - 1) / 2) Hz일 때의 DAC 출력 전력의 차이로 정의된다.
Figure 112010043114873-pat00004
여기서, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번이다.
상기 수학식 3에 따르면, 도 4에서 3 번째 나이퀴스트 영역과 4 번째 나이퀴스트 영역의 중간 주파수에서의 Diff2는 13.46 dB, 5 번째 나이퀴스트 영역과 6 번째 나이퀴스트 영역의 중간 주파수에서의 Diff3은 17.90 dB이다.
다시 도 1을 참조하면, 주파수 대역 결정부(150)는 기저 대역 아날로그 신호를 별도의 상향 주파수 변환 없이 출력 SNR을 유지하면서 전송할 수 있는 나이퀴스트 영역 및 중심 주파수(또는 주파수 대역)를 선택한다.
이하에서 먼저 주파수 대역 결정부(150)가 나이퀴스트 영역을 선택하는 과정에 대해 설명한다. 이를 위하여 Diffn , band를 아래의 수학식 4와 같이 정의한다.
Figure 112010043114873-pat00005
여기서, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번, Fn , lowerlow는 n번째 이미지(또는 기저대역) 신호의 하측(lower)의 왼쪽 끝 주파수, Fs는 DAC의 샘플링 주파수이다.
Fn , lowerlow는 다시 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010043114873-pat00006
여기서, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번, Fs는 DAC의 샘플링 주파수, Ftr은 천이주파수로서 이미지 신호의 중심 주파수와 차단 주파수(Fn , lowerhigh)의 차, Fn , lowerlow는 n번째 이미지(또는 기저대역) 신호의 하측(lower)의 오른쪽 끝 주파수, BW는 기저 대역 신호의 대역폭이다.
한편, 차단 주파수(Fn , lowerhigh)는 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010043114873-pat00007
여기서, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번, Fs는 DAC의 샘플링 주파수, Ftr은 천이주파수로서 이미지 신호의 중심 주파수와 차단 주파수(Fn , lowerhigh)의 차이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치의 주파수 대역 결정부가 고려하는 디지털-아날로그 변환부의 출력 스펙트럼에서 (2n - 1)번째 나이퀴스트 영역의 이미지 신호를 설명하는 그래프이다. 상기 수학식 5 및 상기 수학식 6에서의 차단 주파수(Fn , lowerhigh, Fn , lowerhigh), BW, Ftr, (2n - 1)번째 나이퀴스트 영역의 중심 주파수(Fs * (2n - 1) / 2) 등이 나타나 있다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치가 충족시켜야 하는 출력 SNR(SNRrequired)은 아래의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010043114873-pat00008
여기서, SNRrequired는 출력 신호에 요구되는 SNR, SNRDAC는 디지털-아날로그 변환부 출력 신호의 SNR, DRoutput은 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지, Diffn , band는 상기 수학식 4에 따른 값, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번이다.
출력 신호에 요구되는 SNR(SNRrequired)을 계산하는 과정을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 전송하고자 하는 신호의 대역폭(BW)이 50 MHz, DAC의 샘플링 주파수(Fs)가 210 MHz, 대역 통과 필터의 천이 영역(Ftr)이 10MHz, DAC의 SNR(SNRDAC)이 70 dB, 출력 신호에 요구되는 SNR(SNRrequired)이 30 dB, 입력 다이나믹 레인지가 30 dB, 출력 다이나믹 레인지(DRoutput)가 10 dB라고 가정하면, 11 번째(n = 6) 나이퀴스트 영역의 이미지 신호에 대한 Diffn , band는 27.7 dB로서 DAC의 출력 신호에 요구되는 SNR(SNRrequired)은 32.3 dB이다.
상기 수학식 6에 나타난 바와 같이, SNRDAC와 DRoutput은 디지털-아날로그 변환부(130)의 특성값으로 주어지므로, SNRrequired는 Diffn , band에 따라 결정되며, 다시 Diffn , band는 n에 따라 결정되는 것으로 이해할 수 있다. 따라서 주파수 대역 결정부(150)는 출력 신호에 요구되는 SNR이 주어지면 그 주어진 SNR을 만족시키는 n 값, 즉, 주어진 SNR을 만족시키는 나이퀴스트 영역을 상기 수학식 4 및 상기 수학식 6에 따라 결정할 수 있다. 이와 같이 결정된 나이퀴스트 영역의 이미지 신호를 이용하면 요구되는 출력 다이내믹 레인지 또는 요구되는 SNR을 만족하는 출력 신호를 출력단에서 사용할 수 있게 된다.
이상에서 주파수 대역 결정부(150)가 나이퀴스트 영역을 선택하는 과정에 대해 설명하였다. 다음으로 주파수 대역 결정부(150)가 나이퀴스트 영역 내 중심 주파수(또는 주파수 대역)를 선택하는 과정에 대해 이하에서 설명한다.
도 5 및 수학식 1에서 알 수 있듯이, 주파수가 Fs * (2n - 1) / 2 Hz인 근처(나이퀴스트 영역의 중심 주파수 근처)에서 해당 나이퀴스트 영역의 감쇄값이 가장 작다. 즉, 기저 대역 신호가 최대한 Fs * (2n - 1) / 2 Hz에 가까워질수록 (2n - 1) 번째(n >= 2) 또는 2n 번째(n >= 2) 나이퀴스트 영역에 나타나는 이미지 신호의 감쇄가 작아진다. 따라서 주파수 대역 결정부(150)는 선택된 (2n - 1) 번째 또는 2n 번째 나이퀴스트 영역 내에서 Fs * (2n - 1) / 2 Hz에 최대한 근접한 주파수 대역을 선택한다.
대역 통과 필터부(170)는 주파수 대역 결정부(150)가 선택한 대역의 아날로그 신호를 통과시킨다. 대역 통과 필터부(170)는 Ftr의 천이 영역을 가지며, 이미지 신호의 감쇄가 작은 중심 주파수(Fs * (2n - 1) / 2 Hz) 대역에 근접할수록 앨리어싱(aliasing)으로 인하여 필터 특성이 좋아야 한다.
한편, 종래 DAC를 이용한 무선 송신 장치가 저역 통과 필터(low pass filter)를 사용하는 것에 반하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치는 대역 통과 필터(band pass filter)를 사용하는 점에서 차이가 있다.
아날로그 송신부(190)는 송신 안테나를 통해 아날로그 신호를 송신한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 먼저 송신될 데이터에 대한 기저 대역 디지털 신호를 생성한다(S211). 그리고 생성된 상기 기저 대역 디지털 신호에 대해 CFR(crest factor reduction)을 수행할 수 있다(S213). 다음으로 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다(S215). 그리고 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정한다(S217). 상기 아날로그 신호 중 상기 주파수 대역에 속하는 신호를 통과시킨 후(S219), 통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신한다(S221). 상기 과정은 전송될 데이터가 입력됨에 따라 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 방법에 대하여는 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 유사하게 이해될 수 있으므로 이하 설명을 생략한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 디지털 신호 생성부 111: 디지털 소스 신호 생성부
113: CFR부 130: 디지털-아날로그 변환부(DAC)
150: 주파수 대역 결정부 170: 대역 통과 필터부
190: 아날로그 송신부

Claims (15)

  1. 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 장치에 있어서,
    송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 디지털 신호 생성부;
    상기 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환부;
    상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 주파수 대역 결정부;
    상기 주파수 대역 결정부와 연결되어, 가변적으로 상기 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 대역 통과 필터부; 및
    통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 아날로그 송신부를 포함하는 무선 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 대역 결정부는 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 상기 신호 대 잡음 비를 만족시키는 상기 이미지 신호를 포함하는 나이퀴스트 영역 및 상기 나이퀴스트 영역 내의 상기 주파수 대역을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 대역 결정부는 상기 나이퀴스트 영역의 중심 주파수로부터 소정 범위 내의 상기 주파수 대역을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 대역 결정부는 상기 디지털-아날로그 변환부의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비를 고려하여 상기 주파수 대역을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 변환부의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비는, 상기 디지털-아날로그 변환부 출력 신호의 신호 대 잡음 비, 상기 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지 및 미리 정해진 신호에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 변환부의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비(Diffn , band)는, 아래의 수학식
    Figure 112010043114873-pat00009

    (여기서, SNRDAC는 디지털-아날로그 변환부 출력 신호의 SNR, DRoutput은 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지, SNRrequired는 출력 신호에 요구되는 SNR, n은 자연수이며 1일 때는 기저대역 신호, 1보다 클 때는 이미지 신호의 순번임)
    에 따라 정의되는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 변환부는 상기 기저 대역 디지털 신호를 상기 기저 대역 디지털 신호 주파수의 정수배인 샘플링 주파수(Fs)로 오버 샘플링함으로써 나이퀴스트 영역 쌍들로 이루어지는 출력 스펙트럼을 형성하되,
    각각의 상기 나이퀴스트 영역 쌍은 (2n - 1)번째 나이퀴스트 영역 및 2n번째 나이퀴스트 영역(여기서 n은 1 이상의 정수)을 포함하고,
    각각의 상기 나이퀴스트 영역 쌍의 중심 주파수는 Fs * (2n - 1) / 2인 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 신호 생성부는, 생성된 상기 기저 대역 디지털 신호에 대해 CFR(crest factor reduction)을 수행하는 CFR부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  9. 디지털-아날로그 변환기를 이용하여 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 방법에 있어서,
    송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 단계;
    상기 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계;
    상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 단계;
    가변적으로 상기 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 단계; 및
    통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 단계를 포함하는 무선 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 상기 신호 대 잡음 비를 만족시키는 상기 이미지 신호를 포함하는 나이퀴스트 영역 및 상기 나이퀴스트 영역 내의 상기 주파수 대역을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 나이퀴스트 영역의 중심 주파수로부터 소정 범위 내의 상기 주파수 대역을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 디지털-아날로그 변환기의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비를 고려하여 상기 주파수 대역을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 변환기의 기저 대역 주파수에 대한 출력 전력과 상기 주파수 대역의 차단 주파수에 대한 출력 전력의 비는, 상기 디지털-아날로그 변환기의 신호 대 잡음 비, 상기 디지털-아날로그 변환부의 출력 다이내믹 레인지 및 미리 정해진 신호에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 무선 송신 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계 이전에,
    생성된 상기 기저 대역 디지털 신호에 대해 CFR(crest factor reduction)을 수행하는 단계를 더 포함하는 무선 송신 방법.
  15. 디지털-아날로그 변환기를 이용하여 상향 주파수 변환 없이 무선 신호를 송신하는 무선 송신 방법을 수행하는 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,
    송신될 데이터에 대한, 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수의 절반 이하의 대역폭을 갖는, 기저 대역 디지털 신호를 생성하는 단계;
    상기 디지털-아날로그 변환 샘플링 주파수에 따라 상기 기저 대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계;
    상기 아날로그 신호의 출력 스펙트럼에서 소정의 신호 대 잡음 비를 만족시키는 이미지 신호의 주파수 대역을 결정하는 단계;
    가변적으로 상기 주파수 대역에 속하는 아날로그 신호를 통과시키는 단계; 및
    통과된 상기 아날로그 신호를 송신 안테나를 통하여 송신하는 단계를 수행하는 프로그램을 기록한 기록 매체.
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