KR101733016B1 - 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명이 제공하는 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치는, Ku 대역 FDMA 방식의 데이터 송신 및 수신을 위한 장치로서, 송신 데이터가 포함된 상향 주파수 신호를 생성하여 출력하는 상향 주파수 변환 모듈; 상기 상향 주파수 변환 모듈이 출력한 상향 주파수 신호를 증폭하여 송출하는 상향 주파수 송출 모듈; 수신 데이터가 포함된 하향 주파수 신호를 수신하여 증폭하는 하향 주파수 수신 모듈; 상기 하향 주파수 수신 모듈이 증폭한 하향 주파수 신호에서 수신 데이터를 추출하는 하향 주파수 변환 모듈; 및 상기 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 생성하여 상기 하향 주파수 수신 모듈에 입력하여 줌으로써 상기 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되어 상기 하향 주파수 수신 모듈로 누설되는 상향 주파수 신호가 감쇄되도록 해주는 노이즈 감쇄 모듈; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치{Ku Band FDMA Transmitter/Receiver Enhancing Isolation Between Tx and Rx}

본 발명은 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 이용하여 하향 주파수 수신 모듈로 누설되는 상향 주파수 신호를 감쇄 시키도록 구성된 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치에 관한 것이다.

종래 Ku 대역을 포함한 X 대역 이상의 FDMA 적용 송수신 장치는 별도의 도파관 타입의 필터를 적용하지 않을 경우 송신단에서 출력되는 송신신호가 20~30dB 정도의 서큘레이터(Circulator) 송수신 포트 아이솔레이션(Port Isolation) 특성 정도만 감쇄된 상태로 수신단으로 유입되는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제로 인하여 [도 1]에 나타난 것과 같이 별도의 도파관 타입의 필터(1)가 송신단 및 수신단에 적용되는데, 도파관 타입의 필터(1)는 크기가 상대적으로 클 뿐만 아니라 삽입손실 증가에 따른 수신잡음지수 악화를 유발하여 수신감도 및 송신단 출력을 저하시키는 문제를 발생시킨다.

또 한편, 송신 주파수와 수신 주파수 대역이 근접할 경우 고차수의 도파관 타입 필터를 적용하더라도 수신단에서 -100dBm/KHz 이하로 리젝션(Rejection) 시키기가 어려워지고, 삽입손실이 더욱 증가되기 때문에 종래 Ku 대역을 포함한 X 대역 이상의 FDMA 적용 송수신 장치는 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역의 근접을 통한 주파수 효용성의 확보가 어려웠다.

이와 같은 문제점들로 인해 Ku 대역을 포함한 X 대역 이상의 FDMA 적용 송수신 장치는 효율적인 시스템의 구현이 어려운 것으로 여겨지고 있는 실정이다. 따라서 종래 도파관 타입의 필터도 사용하지 않으면서 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역의 근접도 가능하게 해주는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.

등록특허 제10-0811907호 “주파수-도약된 IFDMA 통신 시스템”, 2008. 03. 10. 등록특허 10-0904533 “전송 타이밍 조절 방법, 연속적인 패킷 전송 방법 및 이동통신 단말”, 2009. 06. 25.

본 발명은 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 이용하여 하향 주파수 수신 모듈로 누설되는 상향 주파수 신호를 감쇄 시키도록 구성된 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위해 본 발명이 제공하는 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치는, Ku 대역 FDMA 방식의 데이터 송신 및 수신을 위한 장치로서, 송신 데이터가 포함된 상향 주파수 신호를 생성하여 출력하는 상향 주파수 변환 모듈; 상기 상향 주파수 변환 모듈이 출력한 상향 주파수 신호를 증폭하여 송출하는 상향 주파수 송출 모듈; 수신 데이터가 포함된 하향 주파수 신호를 수신하여 증폭하는 하향 주파수 수신 모듈; 상기 하향 주파수 수신 모듈이 증폭한 하향 주파수 신호에서 수신 데이터를 추출하는 하향 주파수 변환 모듈; 및 상기 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 생성하여 상기 하향 주파수 수신 모듈에 입력하여 줌으로써 상기 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되어 상기 하향 주파수 수신 모듈로 누설되는 상향 주파수 신호가 감쇄되도록 해주는 노이즈 감쇄 모듈; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 노이즈 감쇄 모듈은, 상기 상향 주파수 송출 모듈에서 송출되는 상향 주파수 신호를 증폭하는 증폭소자; 상기 증폭소자가 증폭한 상향 주파수 신호의 위상을 역위상으로 변환하여 역변환 상향 주파수 신호를 생성하는 위상조정소자; 상기 위상조정소자에 의해 생성된 역변환 상향 주파수 신호를 감쇄 시키는 감쇄기; 및 상기 감쇄기에 의해 감쇄된 역변환 상향 주파수 신호를 지연시켜 상기 피드백 역위상 신호를 생성하는 지연소자; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 이 경우 상기 감쇄기는 상기 상향 주파수 변환 모듈의 출력 레벨에 따라 가변 제어되도록 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치에 의하면 Ku 대역 FDMA 송수신에 있어서 종래의 도파관 타입의 필터를 사용하지 않고도 송신단에서 출력되는 송신신호의 수신단 유입으로 인한 노이즈를 제거할 수 있게 된다. 그에 따라 종래 수신잡음지수 악화에 따른 수신감도 및 송신단 출력의 저하를 해결할 수 있게 되고, 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역을 근접을 통한 효율성 향상도 도모할 수 있게 된다.

[도 1]은 도파관 타입의 필터가 적용된 종래 Ku 대역 FDMA 송수신 장치의 블록 구성도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치의 블록 구성도이다.
[도 3]은 [도 2]에서 상향 주파수 송출 모듈, 하향 주파수 수신 모듈 및 노이즈 감쇄 모듈을 상세하게 나타낸 것이다.
[도 4]는 일정 조건으로 시뮬레이션을 실시할 때 [도 3]의 A지점에서 검출되는 송신 신호를 나타낸 그래프이다.
[도 5]는 노이즈 감쇄 모듈을 적용하지 않고 시뮬레이션을 실시한 결과 [도 3]의 B지점에서 검출되는 수신 신호를 나타낸 그래프이다.
[도 6]은 노이즈 감쇄 모듈을 적용하고 시뮬레이션을 실시한 결과 [도 3]의 B지점에서 검출되는 수신 신호를 나타낸 그래프이다.
[도 7]은 노이즈 감쇄 모듈을 적용하지 않고 시뮬레이션을 실시한 결과 [도 3]의 A지점에서 B지점에 이르는 수신경로 상에서 측정되는 잡음지수를 나타낸 그래프이다.
[도 8]은 노이즈 감쇄 모듈을 적용하고 시뮬레이션을 실시한 결과 [도 3]의 A지점에서 B지점에 이르는 수신경로 상에서 측정되는 잡음지수를 나타낸 그래프이다.
[도 9] 및 [도 10]은 각각 일정 조건으로 시뮬레이션을 수행한 결과 [도 3]의 C지점 및 D지점에서 검출된 신호 파형의 그래프이다.

이하에서는 본 발명에 따른 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치에 관하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

[도 2]의 블록 구성도에 나타난 것처럼 본 발명에 따른 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치는, Ku 대역 FDMA 방식의 데이터 송신 및 수신을 위한 장치로서, 송신 데이터가 포함된 상향 주파수 신호를 생성하여 출력하는 상향 주파수 변환 모듈(10); 상기 상향 주파수 변환 모듈(10)이 출력한 상향 주파수 신호를 증폭하여 송출하는 상향 주파수 송출 모듈(20); 수신 데이터가 포함된 하향 주파수 신호를 수신하여 증폭하는 하향 주파수 수신 모듈(30); 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)이 증폭한 하향 주파수 신호에서 수신 데이터를 추출하는 하향 주파수 변환 모듈(40); 및 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 생성하여 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)에 입력하여 줌으로써 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되어 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 누설되는 상향 주파수 신호가 감쇄되도록 해주는 노이즈 감쇄 모듈(50);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 상향 주파수 변환 모듈(10)은 모뎀에 입력된 송신 데이터를 송신하기 위해 송신 데이터가 포함된 상향 주파수 신호를 생성하여 출력하는 역할을 수행한다. Ku 대역 FDMA 방식의 송신을 위해 상향 주파수 변환된 상향 주파수 신호가 상기 상향 주파수 변환 모듈(10)에 의해 출력된다.

상기 상향 주파수 송출 모듈(20)은 상기 상향 주파수 변환 모듈(10)이 출력한 상향 주파수 신호를 증폭하여 송출하는 역할을 수행한다. [도 2]에 나타난 상향 주파수 송출 모듈(20)을 살펴보면 상기 상향 주파수 변환 모듈(10)에서 출력된 신호가 커플러(21)를 거쳐 증폭소자(22)에 의해 증폭되어 또 다른 커플러(23)로 진행하게 되어 있다.

상기 하향 주파수 수신 모듈(30)은 수신 데이터가 포함된 하향 주파수 신호를 수신하여 증폭하는 역할을 수행한다. 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)에 입력된 신호는 커플러(31)와 증폭기(32)를 거쳐 상기 하향 주파수 변환 모듈(40)로 진행하게 된다.

상기 하향 주파수 수신 모듈(30)에는 수신 데이터가 포함된 하향 주파수 신호만이 수신되는 것이 바람직하지만 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되어 누설된 상향 주파수 신호가 유입되기도 한다. 이러한 상향 주파수 신호는 노이즈로서 수신잡음지수 악화를 유발하게 된다.

상기 하향 주파수 변환 모듈(40)은 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)이 증폭한 하향 주파수 신호에서 수신 데이터를 추출하는 역할을 수행한다. 상기 하향 주파수 변환 모듈(40)에서 수신 데이터의 정확한 추출이 이루어지기 위해서는 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되어 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 누설된 상향 주파수 신호의 제거가 필요하다.

상기 노이즈 감쇄 모듈(50)은 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 생성하여 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)에 입력하여 줌으로써 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되어 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 누설되는 상향 주파수 신호가 감쇄되도록 해주는 역할을 수행한다.

[도 2] 및 [도 3]을 보면, 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)은, 상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되는 상향 주파수 신호를 증폭하는 증폭소자(51), 상기 증폭소자(51)가 증폭한 상향 주파수 신호의 위상을 역위상으로 변환하여 역변환 상향 주파수 신호를 생성하는 위상조정소자(52), 상기 위상조정소자(52)에 의해 생성된 역변환 상향 주파수 신호를 감쇄 시키는 감쇄기(53) 및 상기 감쇄기(53)에 의해 감쇄된 역변환 상향 주파수 신호를 지연시켜 상기 피드백 역위상 신호를 생성하는 지연소자(54)를 포함하여 구성되어 있다. 이 때, 상기 감쇄기(53)는 상기 상향 주파수 변환 모듈의 출력 레벨에 따라 가변 제어되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 효과를 검증하고자 [도 2] 및 [도 3]에 나타난 바와 같이 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치를 구성하여 시뮬레이션을 실시하였다.

[도 4]에는 시뮬레이션의 조건과 [도 3]의 A지점에서 검출되는 송신 신호를 나타낸 그래프가 나타나 있는데, Ku 대역의 14GHz에서 QPSK Modulation, 25W(단일톤 기준의 P1dB)로 증폭되는 파형을 보여준다.

이와 같은 송신 신호를 가질 때 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)이 적용되지 않을 경우 [도 3]의 B지점에서 검출되는 수신 신호의 그래프가 [도 5]에 나타나 있는데, 누설된 상향 주파수 신호가 LNA 이득(약 20dB) 만큼 증폭되어 신호 레벨이 22dBm으로 나타나고 있다.

또한, 이와 달리 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)을 적용하였을 경우 [도 3]의 B지점에서 검출되는 수신 신호의 그래프가 [도 6]에 나타나 있는데, 누설되어 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 입력된 상향 주파수 신호가 거의 제거되어 노이즈 바닥(Noise Floor) 레벨까지 형성되는 것을 확인할 수 있다. 구체적인 데이터를 보면 LNA 후단으로 -130dBm/KHz 이하로 분석되며, LNA 전단에는 -150dBm/KHz 이하로 상쇄가 일어난다.

한편, 시뮬레이션을 통해 수신단의 잡음지수의 향상 여부도 확인하였는데, [도 7]에는 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)을 적용하지 않고 시뮬레이션을 실시한 결과 [도 3]의 A지점에서 B지점에 이르는 수신 경로 상에서 측정되는 잡음지수를 나타낸 그래프가 나타나 있고, [도 8]에는 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)을 적용하고 시뮬레이션을 실시한 결과 [도 3]의 A지점에서 B지점에 이르는 수신 경로 상에서 측정되는 잡음지수를 나타낸 그래프가 나타나 있다.

[도 7]을 보면 수동소자인 서큘레이터(circulator, 2), 커플러(32)의 삽입손실과 LNA 소자의 잡음지수가 그대로 더해져서 A지점에서 B지점 사이의 수신경로 상의 잡음지수가 2.25dB로 나타나고 있는 반면, 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)이 적용된 결과인 [도 8]을 살펴보면 A지점에서 B지점 사이의 수신경로 상의 잡음지수가 1.85dB로 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 노이즈 피겨(Noise Figure)가 감소하는 현상이 나타난다.

위와 같은 시뮬레이션 결과 확인되는 누설 상향 주파수 신호의 감쇄와 잡음지수의 향상은 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)을 적용하여 시뮬레이션을 실시할 때 [도 3]의 C지점 및 D지점에서 검출된 신호 파형의 그래프들인 [도 9] 및 [도 10]을 통해 그 원리를 확인할 수 있다.

[도 9]에 나타난 C지점의 신호 파형은 셔큘레이터(Circulator)의 수신포트로 누설된 상기 상향 주파수 신호의 파형이고, [도 10]에 나타난 D지점의 신호 파형은 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)의 지연소자(54)에서 출력된 피드백 역위상 신호의 파형인데, 이 둘을 비교하여 보면 거의 반대의 위상을 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)의 작동 결과 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 누설된 상향 주파수 신호와 상기 피드백 역위상 신호의 파형은 거의 반대의 위상을 가지게 된다. 따라서 상기 상향 주파수 신호와 상기 피드백 역위상 신호가 합쳐지게 되면 송출 과정에서 누설되어 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 입력되는 상향 주파수 신호를 효율적으로 상쇄시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.

10: 상향 주파수 변환 모듈
20: 상향 주파수 송출 모듈
30: 하향 주파수 수신 모듈
40: 하향 주파수 변환 모듈
50: 노이즈 감쇄 모듈
51: 증폭소자 52: 위상조정소자
53: 감쇄기 54: 지연소자

Claims (3)

1. Ku 대역 FDMA 방식의 데이터 송신 및 수신을 위한 장치로서,
   송신 데이터가 포함된 상향 주파수 신호를 생성하여 출력하는 상향 주파수 변환 모듈(10);
   상기 상향 주파수 변환 모듈(10)이 출력한 상향 주파수 신호를 증폭하여 송출하는 상향 주파수 송출 모듈(20);
   수신 데이터가 포함된 하향 주파수 신호를 수신하여 증폭하는 하향 주파수 수신 모듈(30);
   상기 하향 주파수 수신 모듈(30)이 증폭한 하향 주파수 신호에서 수신 데이터를 추출하는 하향 주파수 변환 모듈(40); 및
   상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되는 상향 주파수 신호를 역위상으로 변환한 피드백 역위상 신호를 생성하여 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)에 입력하여 주는 노이즈 감쇄 모듈(50);을 포함하고,
   상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되어 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)로 누설되는 상향 주파수 신호와 상기 노이즈 감쇄 모듈(50)로부터 입력되는 상기 피드백 역위상 신호는 상기 하향 주파수 수신 모듈(30)에서 합쳐져 상기 누설된 상향 주파수 신호가 감쇄되며,
   상기 노이즈 감쇄 모듈(50)은,
   상기 상향 주파수 송출 모듈(20)에서 송출되는 상향 주파수 신호를 증폭하는 증폭소자(51);
   상기 증폭소자(51)가 증폭한 상향 주파수 신호의 위상을 역위상으로 변환하여 역변환 상향 주파수 신호를 생성하는 위상조정소자(52);
   상기 위상조정소자(52)에 의해 생성된 역변환 상향 주파수 신호를 감쇄시키는 감쇄기(53); 및
   상기 감쇄기(53)에 의해 감쇄된 역변환 상향 주파수 신호를 지연시켜 상기 피드백 역위상 신호를 생성하는 지연소자(54);을 포함하여 구성된 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 감쇄기(53)는 상기 상향 주파수 변환 모듈(10)의 출력 레벨에 따라 가변 제어되도록 구성된 것을 특징으로 하는 송수신 격리도 개선형 Ku 대역 FDMA 송수신 장치.

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