KR20050066989A - 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기 및 이를포함하는 송수신장치 - Google Patents

초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기 및 이를포함하는 송수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기는, 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기와, 상호 위상차를 갖는 2개의 발진 신호들을 출력하는 고주파 발진기가 복수개로 배열되어 구성되는 국부 발진기 배열과, 포락선 신호들과 발진신호들을 입력받고, 입력된 포락선 신호와 발진 신호의 곱을 출력하는 곱셈기 배열과, 그리고 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더를 구비한다.

Description

초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기 및 이를 포함하는 송수신장치{Pulse signal generator for ultra-wide band radio transceiving and radio transceiver having the same}
본 발명은 초광대역(UWB; Ultra Wide-Band) 무선기기에 관한 것으로서, 특히 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기 및 이를 포함하는 송수신장치에 관한 것이다.
최근 초광대역 무선기술이 수백 Mbps 내지 1 Gbps급의 초고속 멀티미디어 데이터의 무선전송 성능과 고유한 위치인식(location awareness) 능력이 부각되면서 무선통신, 이미징, 센서 분야에서 매우 유망한 기술로 크게 주목받고 있다. 초광대역 무선기술을 이용한 반송파를 사용하지 않는 펄스 무선기기의 기본적인 구조 및 방법은 이미 공지되어 있다. 최근에는 통신분야의 상업적 이용이 허용됨에 따라 초광대역 무선기술을 근거리 무선 개인영역 네트워크(WPAN; Wireless Personal Area Network)용으로 활용하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다.
초광대역 무선기술은 크게 단일대역(single band)을 이용하는 기술과 다중대역(multi band)을 이용하는 기술로 분류할 수 있다. 단일대역을 이용하는 기술로는 반송파 없는 펄스기반(carrier-free impulse-based) 방식과 일정한 반송파를 사용하는 직접시퀀스 부호분할 다중접속(Direct Sequence Code Division Multiple Access; 이하 DS-CDMA) 방식이 있다. 다중대역을 이용하는 기술로는 주파수도약 직교주파수분할 다중화(Frequency-Hopping Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 FH-OFDM) 방식과 다중대역 펄스(multi-band pulsed) 방식이 있다.
도 1은 위와 같은 다양한 무선기술을 적용할 수 있는 일반적인 초광대역 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 초광대역 송수신장치는, 호스트 또는 주변기기에 연결되는 라디오 컨트롤러-미디어 접근 컨트롤러(RC-MAC; Radio Controller-Media Access Controller)(110)와, 송신라인(transmitting line)을 구성하는 부호기/변조기(encoder/modulator)(120) 및 초광대역 펄스신호 발생기(130)와, 스위치/듀플렉서(switch/duplexer)(140)와, 안테나(150)와, 수신라인(receiving line)을 구성하는 수신 전단부/상관기(receiver front-end/correlator)(160) 및 복호기/복조기/동기화기(decoder/demodulator/synchronizer)(170)와, 그리고 클락/타이밍 발생기(clock/timing generator)(180)를 포함하여 구성된다.
도 2는 일반적인 초광대역 송수신장치 중에서 종래의 DS-CDMA 방식을 채택한 초광대역 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 스크램블된 기저대역 비트스트림 데이터(scrambled baseband bitstream data)를 입력받아 RF 출력을 발생시키는 송신라인은, FFC(Forward Error Correction) 부호기(202), 프리앰블 프리펜더(preamble prepender)(204), 심볼 대응기(symbol mapper)(206), 부호집합 변조기(code set modulator)(208), RRC/LPF(210) 및 곱셈기(212)를 포함한다. RF 입력을 입력받아 복조된 비트스트림 데이터(demodulated bitstream data)를 발생시키는 수신라인은, 수신 전단부/상관기(216), 복조기(218), 동기화기/채널추정기(220), DFE(222), 디인터리버(deinterleaver)(224) 및 FEC 복호기(226)를 포함한다. 상기 초광대역 송수신장치는, 상기 송신라인 및 수신라인 외에도, 송신라인 및 수신라인에 클락신호 및 타이밍신호를 보내주는 클락/타이밍 발생기(214)를 포함한다.
도 3은 도 2의 초광대역 송수신장치에서 생성된 초광대역 임펄스신호를 나타내 보인 파형도이다. 그리고 도 4는 도 3의 초광대역 임펄스신호의 전력 스펙트럼을 나타내 보인 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, FEC 부호기(202) 및 프리앰블 프리펜더(204)를 거친 기저대역의 비트스트림 데이터는 심볼 대응기(206) 및 부호집합 변조기(208)를 통해 스펙트럼 확산된 칩신호(chip signal)(301)로 바뀌고, 이 칩신호(301)는 RRC/LPF(210) 및 곱셈기(212)를 포함하여 구성되는 펄스발생부에 의해 펄스 웨이브렛(pulse wavelet) 형태의 출력신호(302)로 출력된다.
이와 같은 송수신장치에 있어서 출력신호(302)의 펄스 웨이브렛의 형태에 따라 대역폭과 대역 외 방사수준(out-of-band spurious level)이 결정된다. 그런데 펄스폭이 매우 좁은 종래의 DS-CDMA 방식의 초광대역 모듈들이 수㎝ 이내로 근접해 있을 경우에는 간섭에 의한 성능저하현상이 발생할 수 있다. 한편 DS-CDMA 방식은 다중경로 페이딩에 의한 시간지역확산(delay spread)과 이로 인한 심볼간 간섭(inter-symbol interference)을 보상할 수 있는 등화기(도 2의 222)를 필요로 한다. 그러나 데이터 전송속도가 수백 Mbps 이상으로 높아지는 경우 등화기의 구현이 용이하지 않다는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실이다. 이와 같은 문제로 인하여 고속 멀티미디어 통신을 위한 이동통신에서는 DS-CDMA 방식보다는 OFDM 방식이나, 또는 OFDM 방식과 CDMA 방식을 결합한 MC-CDMA 방식이 채택되는 경향이 있으며, 이는 특히 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 우수한 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.
미국특허등록번호 6,026,125호에서는 파형적응형 초광대역 송신기(Waveform adaptive ultra-wideband transmitter) 구조에 대해 개시하고 있는데, 이 파형적응형 초광대역 송신기는 일정한 반송파신호를 생성하는 발진기와 저수준(low-level) 임펄스 생성기라 불리는 포락선 발생기로 구성되어 있어서 다중대역 펄스방식에 의한 송신기 구조와 매우 유사하다. 따라서 이와 같은 구조는 일정한 반송파를 사용하고 파형적응기의 필터특성에 따라 송신파의 대역폭을 임의로 조절할 수 있으며, 반송파를 생성하는 발진기의 주파수를 바꾸어 주파수 도약이 가능하다는 장점들을 제공한다.
그러나 통상적인 발진기의 출력주파수 가변범위는 고속무선 PAN표준에서 요구하는 주파수범위, 예컨대 3.1-10.6GHz를 전부 포함할 수 있을 정도로 넓지 못하며, 또한 발진기 주파수범위를 증가시킬수록 위상잡음(phase noise)이 증가하는 문제가 있다. 그리고 500Mbps급의 초고속전송을 위해서는 스펙트럼 사용효율(spectrum efficiency)이 가장 높은 위상변조방법을 사용하여야 하고, 신호의 복원을 위해서는 초광대역 신호의 중심주파수가 정확하게 정해져야 한다. 따라서 이를 위하여 위상동기루프(PLL; Phase Lock Loop)를 이용하여야 한다. 그러나 PLL은 주파수가 바뀌어 안정화되는 때가지 락타임(lock time)이라 불리는 일정한 시간이 필요하며, 이 시간은 통상적으로 수 마이크로초 이상이 소요되어 다중대역 펄스 또는 FH-OFDM 방식에서 요구되는 수 나노초 이내의 매우 빠른 주파수 도약 특성을 얻기 힘든 문제가 있다. 더욱이 다양한 형태의 펄스를 생성하지 못하고 고정된 형태의 펄스만을 생성할 수 있으며, 그 결과 하나의 송수신장치로서 초광대역 DS-CDMA 방식이나 또는 FH-OFDM 방식을 모두 수용할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다양한 형태의 펄스신호를 발생시킬 수 있도록 하는 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 펄스신호 발생기를 포함하는 송수신장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스신호 발생기는, 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기에 있어서, 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기; 상호 위상차를 갖는 2개의 발진 신호들을 출력하는 고주파 발진기가 복수개로 배열되어 구성되는 국부 발진기 배열; 상기 포락선 신호들과 발진신호들을 입력받고, 입력된 포락선 신호와 발진 신호의 곱을 출력하는 곱셈기 배열; 및 상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 포락선 신호들 중 적어도 어느 하나의 포락선 신호는 일정 주기로 일정한 형태를 갖는 포락선 파형을 적어도 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.
상기 포락선 신호의 개수는 사용하고자 하는 대역의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
상기 국부 발진기 배열은, 다수의 전압제어 발진기와 주파수 분주기를 포함하는 위상동기루프 방식의 주파수 합성기 배열로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 주파수 합성기 배열은, 일정한 주파수 간격을 갖는 2개 이상의 반송파를 출력하되, 인접한 반송파 사이의 주파수 간격은 수백 MHz 이상일 수 있다.
상기 곱셈기 배열은, 사용하고자 하는 대역의 개수의 2배에 해당하는 개수를 가지며 전기적 특성이 유사한 곱셈기들로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 I채널 애더로부터의 I채널 펄스신호 및 Q채널 애더로부터의 Q채널 펄스신호를 각각 송신라인 및 수신라인에 전송하는 제1 버퍼 및 제2 버퍼를 더 구비할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스신호 발생기는, 지연된 클락신호에 대응하여 만들고자 하는 펄스의 생성시점을 알려주는 신호를 발생하는 게이팅 로직; 상기 게이팅 로직의 출력신호에 대응하는 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기; 송신라인을 따라 전송되는 기저대역의 송신데이터신호와, 상기 게이팅 로직으로부터의 출력 신호와, 그리고 상기 포락선 발생기로부터의 포락선 신호들을 입력받고, 상기 송신데이터신호의 논리값에 대응되도록 위상 변조된 포락선 파형을 출력하는 위상 변조기; 일정 주파수의 삼각함수파를 출력하는 적어도 2개의 발진기로 구성된 국부발진기 배열; 상기 위상 변조기로부터 출력되는 포락선 파형들과 상기 국부발진기 배열로부터 출력되는 발진신호들을 입력받고, 입력된 신호들을 곱하여 출력하는 곱셈기 배열; 및 상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 송수신장치는, 클락을 발생시키는 클락 발생기; 상기 클락 발생기의 출력 신호를 입력받아서 일정 시간의 정수배만큼 시간지연된 신호를 출력하는 가변 시간지연기; 상기 시간지연기로부터의 시간지연된 신호에 따라 일정한 주기로 반복되는 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기; 상호 90°의 위상차를 갖는 2개의 발진 신호들을 출력하는 고주파 발진기가 복수개로 배열되어 구성되는 국부 발진기 배열; 상기 포락선 신호들과 발진신호들을 입력받고, 입력된 포락선 신호와 발진 신호의 곱을 출력하는 곱셈기 배열; 상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더; 기저대역의 송신 데이터신호와 상기 I채널 애더 및 Q채널 애더로부터의 펄스신호를 혼합하는 I채널 송신 믹서 및 Q채널 송신 믹서; 및 안테나를 통해 수신되는 수신신호와 상기 I채널 애더 및 Q채널 애더로부터의 펄스신호를 입력받아 기저대역의 신호를 출력하는 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 기저대역의 비트스트림 데이터를 복호하는 복호기와, 상기 복호기로부터의 출력신호를 변조하는 변조기와, 그리고 싱기 변조기로부터의 신호를 기저대역의 아날로그 신호로 변환하여 상기 I채널 송신믹서 및 Q채널 송신믹서로 전송하는 기저대역 아날로그를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 기저대역 아날로그는, 상기 변조기로부터 출력되는 신호를 아날로그 형태로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기와, 상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 출력신호에서 일정 대역의 신호를 필터링하여 출력하는 저역 통과 필터와, 그리고 상기 저역 통과 필터로부터의 출력신호의 출력레벨을 일정 수준까지 조절하여 출력하는 증폭기를 포함할 수 있다.
그리고 상기 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서의 출력신호를 처리하여 디지털 형태의 수신신호를 발생시키는 수신 기저대역 아날로그를 더 구비할 수 있다.
이 경우 상기 수신 기저대역 아날로그는, 상기 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서의 출력신호의 일정 대역을 필터링하여 출력하는 저역 통과 필터와, 상기 저역 통과 필터의 출력 신호를 일정 수준까지 조절하여 출력하는 증폭기와, 상기 증폭기로부터의 출력신호를 리셋 신호에 의해 결정되는 시간간격동안 누적시키는 적분기와, 그리고 상기 적분기로부터의 출력신호를 디지털 형태로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초광대역 송수신장치는, 클락을 발생시키는 클락 발생기; 상기 클락 발생기의 출력 신호를 입력받아서 일정 시간의 정수배만큼 시간지연된 신호를 출력하는 가변 시간지연기; 상기 가변 시간지연기로부터의 출력신호에 대응하여 만들고자 하는 펄스의 생성시점을 알려주는 신호를 발생하는 게이팅 로직; 상기 게이팅 로직의 출력신호에 대응하는 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기; 송신라인을 따라 전송되는 기저대역의 송신데이터신호와, 상기 게이팅 로직으로부터의 출력 신호와, 그리고 상기 포락선 발생기로부터의 포락선 신호들을 입력받고, 상기 송신데이터신호의 논리값에 대응되도록 위상 변조된 포락선 파형을 출력하는 위상 변조기; 일정 주파수의 삼각함수파를 출력하는 적어도 2개의 발진기로 구성된 국부발진기 배열; 상기 위상 변조기로부터 출력되는 포락선 파형들과 상기 국부발진기 배열로부터 출력되는 발진신호들을 입력받고, 입력된 신호들을 곱하여 출력하는 곱셈기 배열; 상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더; 기저대역의 송신 데이터신호를 부호화하고 변조화하여 상기 위상 변조기로 전송하는 송신라인; 및 안테나를 통해 수신되는 수신신호와 상기 I채널 애더 및 Q채널 애더로부터의 펄스신호를 입력받아 기저대역의 신호를 출력하는 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 가변 시간지연기는, 상기 클락 발생기로부터의 클락 신호의 정수배로 지연된 다수의 신호를 출력하는 지연위상루프와, 상기 지연위상푸르의 출력신호 중에서 일부를 선택하는 클락다중화기를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스신호 발생기와 이를 포함하는 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다. 그리고 도 6은 도 5의 펄스신호 발생기 내의 곱셈기 배열의 일 예를 나타내 보인 도면이다. 또한 도 7은 도 5의 펄스신호 발생기 내에서 발생하는 신호의 파형들을 나타내 보인 파형도이며, 도 8은 도 7의 신호들 중 출력신호의 전력 스펙트럼을 나타내 보인 도면이다.
먼저 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 펄스신호 발생기(570)은, 일정 주기로 일정한 형태를 갖는 파형을 적어도 하나 이상 발생시키는 포락선 발생기(envelope generator)(571)와, 복수개의 발진기들을 포함하여 서로 다른 주파수를 갖는 발진 신호들을 발생시키는 국부 발진기 배열(local oscillator array)(572)와, 그리고 포락선 발생기(571)로부터의 파형과 직교위상 주파수 합성기(572)로부터의 발진 신호들을 곱하여 출력하는 곱셈기 배열(multiplier array)(573)을 포함하여 구성된다.
구체적으로 포락선 발생기(envelope generator)(571)는 복수개, 예컨대 m개의 포락선 신호들을 발생시키는데, 각각의 포락선 신호는 펄스폭이 1ns로 비교적 긴 다수의 파형을 포함할 수 있다. 포락선 발생기(571)로부터 출력되는 포락선 신호들의 개수는 사용하는 대역수와 동일하다. 예컨대 3개의 주파수 대역을 사용하는 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, 포락선 발생기(570)는 3개의 포락선 신호들(En1, En2, En3)을 발생시킨다. 이 포락선 신호들(En1, En2, E n3)의 각각은, 일정 주기(Ts)와 일정 폭(Tc)을 갖는 포락선 파형을 가질 수 있다. 여기서 주기(Ts)는 다중대역 펄스모드에서의 한 개의 칩신호, 또는 OFDM 모드에서의 한 개의 심볼의 주기 또는 주파수 도약 순서(sequence)의 반복 주기를 나타내고, 폭(Tc)은 칩 신호 또는 심볼의 지속시간(duration time)을 나타낸다. 이와 같은 포락선 파형은 요구되는 송신 스펙트럼의 형태에 따라 구형파(square wave) 등과 같은 여러 가지 형태로 결정될 수 있다. 그러나 인접한 측대역(side-band)으로의 바람직하지 않는 방사(spurious emission)을 줄이기 위해서는 삼각함수파, 예컨대 정류된 코사인파(rectified cosine wave) 또는 가우시안파(Gaussian wave)를 사용하는 것이 바람직하다. 포락선 파형의 일 예를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 1과 같다.
여기서 Enk,0(t)는 일정한 주기(Ts)로 반복되는 포락선 신호의 한 주기 내에 있는 기본적인 포락선 파형을 시간 영역에서 나타낸 것이다.
m개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기(571)에 있어서, 모든 포락선 신호가 포락선 파형을 가져야 하는 것은 아니다. 즉 송수신장치가 단일대역 DS-CDMA방식을 사용하는 경우, 하나의 반송파 주파수만을 생성하면 되므로, 하나의 포락선 신호만이 포락선 파형을 가지면 되고, 나머지 포락선 신호들은 포락선 파형을 가질 필요가 없다. 따라서 포락선 파형이 없는 나머지 포락선 신호들은 전 시간 영역에서 크기가 0이다. 송수신장치가 다중대역 FH-OFDM 방식 또는 다중대역 펄스 방식을 사용하는 경우에는, 주파수 대역의 개수와 동일한 개수의 포락선 신호들이 포락선 파형을 가지며, 이때 포락선 파형의 주기와 형태에 따라 다양한 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.
다음에 국부 발진기 배열(572)는, 다중대역 방식에서 사용되는 각각의 부대역(subband)의 반송파 주파수 신호들(fLO1, …, fLOm)을 생성한다. 이와 같은 반송파 주파수 신호들(fLO1, …, fLOm) 중 하나의 반송파 주파수 신호(fLO1)를 도 7에 예시적으로 나타내었다. 상기 반송파 주파수 신호들(fLO1, …, fLOm)을 생성하는 각각의 발진기(571-1, 572-2, 572-3, …)는 상호 90°의 위상차를 갖는 I신호 및 Q신호를 생성한다. 상호 90°의 위상차를 갖는 I신호 및 Q신호를 생성하기 위하여, 국부 발진기 배열(572)은, 복수개의 전압제어 발진기들(571-1, 572-2, 572-3, …)을 단순히 배열하는 구조로 구성될 수 있고, 또는 보다 안정적이고 정확한 제어가 가능하도록 각각의 전압제어 발진기를 PLL과 연결하는 방식의 주파수 합성기 배열(frequency synthesizer array) 구조로 배열할 수도 있다. 각각의 발진기가 PLL가 연결되는 구조인 경우, 위상동기루프(PLL)는 주파수 분주기와 PFD(Phase-Frequency Detector), 차지 펌프(charge pump), 루프 필터(loop filter)로 구성되며, 펄스신호 발생기 밖의 클락/타이밍 발생기(590)에서 생성되는 기준 신호에 따라서 매우 일정하고 안정된 주파수 신호를 출력할 수 있다.
다음에 곱셈기 배열(573)은, 포락선 발생기(571)로부터의 복수개의 포락선 신호들(En1, En2, En3, …, Enm)을 입력받으며, 동시에 국부 발진기 배열(572)로부터 복수개의 주파수 신호들(fLO1, …, fLOm)을 입력받는다. 입력된 포락선 신호들과 주파수 신호들은 곱셈기 배열(573) 내에서 곱해져서 출력되는데, 이를 위하여 상기 곱셈기 배열(573)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 복수개의 곱셈기들, 즉 I채널 곱셈기들(573-1i, 573-2i, 573-3i, …) 및 Q채널 곱셈기들(573-1q, 573-2q, 573-3q, …)이 배열되는 구조로 이루어진다. I채널 곱셈기들(573-1i, 573-2i, 573-3i, …) 및 Q채널 곱셈기들(573-1q, 573-2q, 573-3q, …)은 각각 상호 90°의 위상차를 갖는 I 국부발진신호 및 Q 국부발진신호를 처리하기 위한 것이다. 따라서 곱셈기들의 개수는 다중대역 방식에서 사용하는 부대역 개수의 두 배가 된다. 곱셈기들 각각은 서로 동일한 특성을 가지며, 예컨대 길버트 믹서(Gilbert mixer)와 같은 아날로그 믹서회로일 수도 있다.
포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호들(En1, En2, En3, …, En m)의 각각은 I채널 곱셈기(573-1i, 573-2i, 573-3i, …) 및 Q채널 곱셈기(573-1q, 573-2q, 573-3q, …)에 동시에 입력된다. 즉 포락선 신호(En1)는 I채널 곱셈기(573-1i) 및 Q채널 곱셈기(573-1q)에 입력된다. 마찬가지로 포락선 신호(En2)는 I채널 곱셈기(573-2i) 및 Q채널 곱셈기(573-2q)에 입력되며, 나머지 포락선 신호들(En3, …, Enm)도 동일한 방식으로 입력된다. 국부 발진기 배열(572)로부터의 I채널 주파수 신호들(fLO1i, fLO2i, fLO3i, …)의 각각은 I채널 곱셈기(573-1i, 573-2i, 573-3i, …)에 입력되고, Q채널 주파수 신호들(fLO1q, fLO2q, fLO3q, …)의 각각은 Q채널 곱셈기(573-1q, 573-2q, 573-3q, …)에 입력된다. 즉 I채널 주파수 신호(fLO1i)와 Q채널 주파수 신호(fLO1q)는 각각 I채널 곱셈기(573-1i) 및 Q채널 곱셈기(573-1q)에 입력된다. 마찬가지로 주파수 신호(fLO2i)와 Q채널 주파수 신호(fLO2q)는 각각 I채널 곱셈기(573-2i) 및 Q채널 곱셈기(573-2q)에 입력된다.
따라서 I채널의 곱셈기(573-1i)는 포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호(En1)와 국부 발진기 배열(572)로부터의 I채널 주파수 신호(fLO1i)를 입력받아 I채널의 펄스 신호(P1i)를 발생시킨다. 그리고 Q채널의 곱셈기(573-1q)는 포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호(En1)와 국부 발진기 배열(572)로부터의 Q채널 주파수 신호(fLO1q)를 입력받아 Q채널의 펄스 신호(P1q)를 발생시킨다. 마찬가지로 I채널의 곱셈기(573-2i)는 포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호(En2)와 국부 발진기 배열(572)로부터의 I채널 주파수 신호(fLO2i)를 입력받아 I채널의 펄스 신호(P2i)를 발생시킨다. 그리고 Q채널의 곱셈기(573-2q)는 포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호(En2)와 국부 발진기 배열(572)로부터의 Q채널 주파수 신호(fLO2q)를 입력받아 Q채널의 펄스 신호(P2q)를 발생시킨다. 또한 I채널의 곱셈기(573-3i)는 포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호(En3)와 국부 발진기 배열(572)로부터의 I채널 주파수 신호(fLO3i)를 입력받아 I채널의 펄스 신호(P3i)를 발생시킨다. 그리고 Q채널의 곱셈기(573-3q)는 포락선 발생기(571)로부터의 포락선 신호(En3)와 국부 발진기 배열(572)로부터의 Q채널 주파수 신호(fLO3q)를 입력받아 Q채널의 펄스 신호(P3q)를 발생시킨다.
이와 같이 만들어진 I채널의 펄스 신호들(P1i, P2i, P3i, …)은 I채널 애더(adder)(574)로 전송되고, Q채널의 펄스 신호들(P1q, P2q, P3q, …)은 Q채널 애더(575)로 전송된다. I채널 애더(574)는 입력된 I채널의 펄스 신호들(P1i, P2i, P 3i, …)을 모두 더하여 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)를 발생시키고, 마찬가지로 Q채널 애더(575)도 입력된 Q채널의 펄스 신호들(P1q, P2q, P3q, …)을 모두 더하여 Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)를 발생시킨다. 도 7에는 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)가 예시적으로 도시되어 있다. 도 7에 나타낸 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)에 따르면, 서로 다른 주파수를 갖는 3개의 주파수신호들이 서로 다른 위치의 3개의 포락선 파형에 각각 대응되어 나타난다. 즉 제1 포락선 신호(En1)의 포락선 파형이 존재하는 시점에 제1 주파수, 즉 도 8에 나타낸 바와 같이 대략 3.2-3.7GHz의 주파수 신호가 나타나고, 제2 포락선 신호(En2)의 포락선 파형이 존재하는 시점에서는 제2 주파수, 즉 도 8에 나타낸 바와 같이 대략 4.2-4.7GHz의 주파수 신호가 나타나며, 그리고 제3 포락선 신호(En3)의 포락선 파형이 존재하는 시점에서는 제3 주파수, 즉 도 8에 나타낸 바와 같이 대략 3.7-4.2GHz의 주파수 신호가 나타나는 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)가 발생한다. Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)의 경우에도 동일한 방식이 적용되므로 중복되는 설명은 생략한다.
이와 같이 만들어진 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)와 Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)는 제1 버퍼(576) 및 제2 버퍼(577)를 통해 각각 송신라인 및 수신라인으로 전송된다. 제1 버퍼(576) 및 제2 버퍼(577)는 송신라인의 신호가 안테나를 통하지 않고 곧바로 수신라인으로 누설되는 스퓨리어스 성분을 차단하기 위한 것이다. 특히 송신용인 제1 버퍼(576)는 제1 애더(574) 및 제2 애더(575)로부터의 출력신호를 송신라인의 믹서(541, 542)가 처리하기에 적당한 전력수준으로 증폭하거나 순방향 신호 크기를 유지시키는 역할을 수행하며, 또한 역방향 이득을 매우 낮게 하여 송신라인으로부터 수신라인으로의 신호 누설이 억제되도록 한다.
상기와 같이 처리된 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)와 Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)를 수식으로 표현하면 다음의 수학식 2 및 3과 같다.
이하에서는 이와 같은 펄스신호 발생기를 포함하는 초광대역 송수신장치를 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 송신라인은 부호기(encoder)(510), 변조기(modulator)(520), 기저대역 아날로그(baseband analog)(530), 송신 믹서(transmitting mixer)(541, 542) 및 송신 전단부(transmitting front-end)(550)가 순차적으로 배치되는 구조로 이루어진다. 송신 전단부(550)는 스위치/필터(switch/filter)(560)를 통해 안테나(562)와 연결된다. 수신라인은, 수신 전단부(receiving front-end)(600), 직교위상 믹서(quadrature mixer)(611, 612), 수신 기저대역 아날로그/혼성회로부(receiver baseband analog/mixed)(620), 복조기(demodulator)(630), 채널추정기/동기화기(channel estimator/synchronizer)(640) 및 복호기(decoder)(650)를 포함하여 구성된다. 이 외에 가변 시간지연기(variable time-delay)(580) 및 클락/타이밍 발생기(590)를 더 포함한다.
송신라인에서의 신호처리과정을 구체적으로 설명하면, 스크램블된 기저대역의 비트스트림 데이터는 부호기(510)에 의해 부호화되어 출력된다. 이 신호는 변조기(520)에 의해 변조되어 출력되는데, 이때 변조기(520)에 의해 변조되어 출력되는 신호는 I채널과 Q채널로 분리된 디지털 신호들(Tx_DI, Tx_DQ)이다. 이 I채널과 Q채널로 분리된 디지털 신호들(Tx_DI, Tx_DQ)은 기저대역 아날로그(530)로 입력되고, 기저대역 아날로그(530)는 입력된 신호들을 처리하여 기저대역 데이터 신호들(BB_I, BB_Q)을 출력시킨다.
도 9에는 상기 기저대역 아날로그(530)의 구성의 일 예가 도시되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기저대역 아날로그(530)는 디지털/아날로그 변환기(DAC)(531i, 531q), 저역 통과 필터(LPF)(532i, 532q) 및 증폭기(533i, 533q)들을 순차적으로 배치시킴으로써 구성할 수 있다. 즉 변조기(520)에 의해 I채널과 Q채널로 분리된 디지털 신호들(Tx_DI, Tx_DQ)은 각각 I채널 및 Q채널별로 디지털/아날로그 변환기(DAC)(531i, 531q)에 의해 기저대역의 아날로그 신호로 변환되고, 이어서 저역 통과 필터(LPF)(532i, 532q)에 의해 스퓨리어스 신호와 고조파 성분이 필터링되며, 그리고 증폭기(533i, 533q)에 의해 출력신호 레벨을 일정한 수준까지 유지한다. 상기 증폭기(533i, 533q)로는 가변 이득 증폭기를 사용할 수 있다. 기저대역 아날로그(530)로부터 출력되는 기저대역 데이터 신호들(BB_I, BB_Q) 중 I채널의 기저대역 데이터 신호(BB_I)를 도 7에 예시적으로 나타내었다. 도 7에서 알 수 있듯이, I채널의 기저대역 데이터 신호(BB_I)의 천이(transition) 시점은 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)의 천이 시점과 실질적으로 일치한다.
기저대역 아날로그(530)로부터 출력되는 기저대역 데이터 신호들(BB_I, BB_Q)은 송신 믹서(541, 542)로 입력된다. I채널의 기저대역 데이터 신호(BB_I)는 I채널의 송신 믹서(541)로 입력되고, Q채널의 기저대역 데이터 신호(BB_Q)는 Q채널의 송신 믹서(542)로 입력된다. I채널의 송신 믹서(541)로는 펄스신호 발생기(570)로부터 발생된 I채널의 기준 펄스 신호(Ref_I)도 입력된다. 마찬가지로 Q채널의 송신 믹서(542)로는 펄스신호 발생기(570)로부터 발생된 Q채널의 기준 펄스 신호(Ref_Q)도 입력된다. I채널의 송신 믹서(541)는 입력되는 I채널의 기저대역 데이터 신호(BB_I)와 I채널의 기준 펄스 신호(Ref_I)를 곱하고, 그 결과 나타나는 신호를 송신 전단부(550)에 입력시킨다. Q채널의 송신 믹서(542)도, 입력되는 Q채널의 기저대역 데이터 신호(BB_Q)와 Q채널의 기준 펄스 신호(Ref_Q)를 곱하고, 그 결과 나타나는 신호는 송신 전단부(550)와 스위치/필터(560)를 통해 안테나(562)로 전송된다.
한편 이와 같은 과정에 있어서, 클락/타이밍 발생기(590)는 클락신호를 발생시켜 송신라인의 부호기(510) 및 변조기(520)와 수신 라인의 채널추정기/동기화기(640) 및 복호기(650)에 입력시킨다. 송신 라인의 부호기(510) 및 변조기(520)와 수신 라인의 채널추정기/동기화기(640) 및 복호기(650)는 입력된 클락신호에 동기되어 동작된다. 이 외에 클락/타이밍 발생기(590)는 일정한 주기의 이진 신호를 가변 시간지연기(580)로 입력시킨다.
상기 가변 시간지연기(580)는 라디오 컨트롤러의 명령에 따라 입력되는 이진 신호를 일정한 시간만큼 지연시킨 파형을 발생시키고, 이 파형을 펄스신호 발생기(570) 내의 포락선 발생기(571)에 입력시킨다. 통상적으로 수신상태 초기에는 동기화가 이루어지기 전이며, 따라서 후속 과정에서 동기를 획득(acquisition)하는 모드를 거쳐야 한다. 이를 위해서는 상관값의 최대치를 ??을 때까지 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I) 및 Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)의 직교위상 믹서(611, 612)로의 입력을 계속 지연시켜야 한다. 즉 시간 영역에서의 두개의 입력 신호인 수신된 초광대역 신호와 펄스신호 발생기에서 생성된 기준 신호의 시작 시간이 서로 일치하여야 하는데, 이를 위해서는 경로에 의한 지연 및 회로에 의한 지연효과가 포함된 수신 신호에 맞도록 펄스신호 발생기로부터의 기준 신호를 시간지연할 필요가 있다. 이 시간지연 기능을 수행하는 것이 가변 시간지연기(580)이다. 가변 시간지연기(580)는 전원전압의 변동이나 칩 내부 스위칭 잡음 영향을 적게 받고 정확한 시간지연값을 제공할 수 있는 지연 동기 루프(Delay Locked Loop; DLL)와 지연동기루프의 출력신호 중에서 일부를 선택하는 클락 다중화기(clock muliplexer)를 사용하여 구현될 수 있다.
다음에 수신라인에서의 신호처리과정을 구체적으로 설명하면, 먼저 수신 전단부(600)는 송수신 장치가 수신 상태에 있을 때 활성화되는데, 입력받은 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와 저잡음 증폭기의 이득 제어부를 포함하여 구성된다. 따라서 안테나(562)를 통해 수신되는 신호는 스위치/필터(560)와 수신 전단부(600)를 통해 제1 및 제2 직교위상 믹서(611, 612)로 입력된다. 수신 전단부(600)의 출력신호 중 I채널 신호는 제1 직교위상 믹서(611)로 입력되고, Q채널 신호는 제2 직교위상 믹서(612)로 입력된다. 제1 직교위상 믹서(611)에는 수신 전단부(600)로부터의 I채널 신호 외에도 펄스신호 발생기(570)로부터의 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)도 입력된다. 제2 직교위상 믹서(612)에도 수신 전단부(600)로부터의 Q채널 신호 외에도 펄스신호 발생기(570)로부터의 Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)가 함께 입력된다. 제1 직교위상 믹서(611)는 입력된 I채널 신호 및 I채널 기준 펄스 신호(Ref_I)를 곱하여 I채널의 수신 신호(Rx_I)를 발생시키고, 제2 직교위상 믹서(612)는 입력된 Q채널 신호 및 Q채널 기준 펄스 신호(Ref_Q)를 곱하여 Q채널의 수신 신호(Rx_Q)를 발생시킨다. 이와 같이 발생된 I채널의 수신 신호(Rx_I)와 Q채널의 수신 신호(Rx_Q)는 수신 기저대역 아날로그/혼성회로부(620)에 의해 I채널 디지털 수신 신호(Rx_DI) 및 Q채널 디지털 수신 신호(Rx_DQ)로 전환된다.
도 10에는 상기 수신 기저대역 아날로그/혼성회로부(620)의 구성의 일 예가 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 수신 기저대역 아날로그/혼성회로부(620)는, 저역 통과 필터(LPF)(621i, 621q), 증폭기(622i, 622q), 적분기(Integ)(623i, 623q) 및 아날로그/디지털 변환기(ADC)(624i, 624q)를 순차적으로 배치시킴으로써 구성할 수 있다. 즉 제1 직교위상 믹서(611) 및 제2 직교위상 믹서(612)로부터 입력되는 I채널 수신 신호(Rx_I) 및 Q채널 수신 신호(Rx_Q)는 저역 통과 필터(621i, 621q)에 의해 고주파 성분이 제거되고, 이어서 증폭기(622i, 622q)에 의해 진폭이 일정수준까지 증폭 또는 감쇄되며, 이어서 적분기(Integ)(623i, 623q)에 의해 일정시간 구간동안 누적 처리되며, 그리고 아날로그/디지털 변환기(ADC)(624i, 624q)에 의해 디지털 형태로 변환되어 각각 I채널 디지털 수신 신호(Rx_DI) 및 Q채널 디지털 수신 신호(Rx_Q)로서 출력된다. 적분기(Integ)(623i, 623q)가 입력되는 신호를 누적하는데 있어서, 누적구간은 리셋 신호에 의해 정해진다. 그리고 아날로그/디지털 변환기(ADC)(624i, 624q)에 의한 아날로그/디지털 변환은 아날로그/디지털 샘플링 클락에 동기되어 이루어진다.
도 11은 도 5의 송수신 장치의 수신 라인에서의 신호들의 파형들을 나타내 보인 파형도이다. 도 11에서는 2개의 대역만을 사용하는 다중대역 펄스모드로 동작하는 경우를 예를 들어 나타낸 것이며, 3개보다 많은 대역을 사용하는 경우에도 동일한 설명이 적용된다.
도 11을 참조하면, 동기화가 완료된 후 데이터를 복원하는 단계인 추적 모드(tracking mode)에서, 안테나(562), 스위치/필터(560) 및 수신 전단부(600)를 통과한 수신신호(RS1)은 서로 다른 주파수 파형(fLO0, fLO1)이 교대로 나타나는 신호이다. 각 주파수 파형(fLO0, fLO1)의 폭은 예컨대 3.8ns이고 간격은 예컨대 7.6ns이다. 이 수신신호(RS1)가 직교위상 믹서(611, 612) 및 저역 통과 필터(621i, 621q)를 통과하면 반송파 신호가 제거된 기저대역 신호(RS2)가 된다. 이 반송파 신호가 제거된 기저대역 신호(RS2)는, 적분기(623i, 623q)에 의해, 기저대역 신호(RS2)의 펄스가 없는 시간동안에는 일정한 값을 유지하다가, 다음 펄스가 입사되기 전에 입력되는 리셋신호(Tr1, Tr2, Tr3)에 의해 0으로 된다. 이와 같은 적분기(623i, 623q)로부터의 출력신호(RS3)는 아날로그/디지털 변환기(624i, 624q)에 의해 디지털 형태로 변환되는데, 이때 아날로그/디지털 변환기(624i, 624q)에 입력되는 아날로그/디지털 샘플링 클락 신호는 적분기(623i, 623q)의 리셋 신호(Tr1, Tr2, Tr3)가 인가되기 바로 직전에 인가되도록 조정한다. 이와 같은 과정에 의해 전송되는 I채널 디지털 수신 신호(Rx_DI) 및 Q채널 디지털 수신 신호(Rx_DQ)는 복조기(630)에 의해 복조되고, 복호기(650)에 의해 복호되어 복조된 비트스트림 데이터를 생성한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스신호 발생기와 이를 포함하는 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다. 도 12에서 도 5와 동일한 참조부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 펄스신호 발생기(770)는 내부에서 변조기능까지 수행한다는 점에서 도 5를 참조하여 설명한 펄스신호 발생기(570)와 상이하다. 구체적으로 설명하면, 상기 펄스신호 발생기(770)는, 연속 포락선 발생기(771), 게이팅 로직(gating logic)(772), I채널 위상 변조기(773), Q채널 위상 변조기(774), 직교위상 주파수 합성기(775), 곱셈기 배열(776), I채널 애더(777i), Q채널 애더(777q), I채널 버퍼(778i) 및 Q채널 버퍼(778q)를 포함하여 구성된다.
연속 포락선 발생기(771)는 주기적이고 연속적인 포락선 신호를 생성하는데, 일 예로서 도 14에 나타낸 바와 같이, 주기가 수 나노초 이상으로 비교적 긴 삼각함수, 특히 코사인파(COS)를 생성하여 출력한다. 게이팅 로직(772)은 가변 시간지연기(580)에 의해 일정한 시간만큼 지연된 이진신호들을 입력받고, 그 중에서 특정 이진신호 하나를 선택하여 출력한다. 이와 같은 게이팅 로직(772)은, 다중대역 펄스방식에서는 임의의 시간에 선택되어야 할 대역과 펄스의 온-오프 시간을 결정하고, 단일대역 펄스방식에서는 펄스의 온-오프 시간만을 결정한다. 예컨대 도 14에 나타낸 바와 같이, 2개의 대역을 사용하는 다중대역 펄스방식에서는 2개의 펄스신호(D0, D1)를 발생시킨다.
I채널 위상 변조기(773) 및 Q채널 위상 변조기(774)는 각각 연속 포락선 발생기(771)로부터의 포락선 신호(COS), 게이팅 로직(772)으로부터의 출력 이진신호(D0, D1), 송신라인의 변조기(520)로부터의 기저대역의 송신 데이터 신호를 입력받아서 송신 데이터의 논리값에 따라 위상 변조된 포락선 파형을 출력시킨다. 여기서 송신 데이터 신호는 2진 NRZ(Non Return-to-Zero) 또는 3진(ternary) 데이터신호를 포함한다. 예를 들어 송신 데이터신호의 논리값이 1이고, 출력하고자 하는 주파수 대역이 1번 대역인 경우, D0×cos(ωet)(여기서 ωe는 포락선 파형의 각주파수)와 같은 신호가 출력되고, 데이터신호가 논리 0인 경우에는 -D0×cos(ωet)와 같은 신호가 출력된다.
도 13은 도 12의 펄스신호 발생기의 위상 변조기를 구성하는 회로의 일 예를 나타내 보인 회로도이다. 도 13에 도시된 회로도는 2개의 대역을 사용하는 다중대역 펄스방식에 적합하도록 구현된 회로도로서, 더 많은 대역을 사용하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
도 13을 참조하면, 게이팅 로직(772)로부터의 출력 이진신호(D0, D1)는 N-채널형 모스트랜지스터(M5, M6)의 게이트 단자에 각각 입력된다. 그리고 포락선 발생기(771)로부터의 포락선 신호(COS)는 차동 신호 형태로 N-채널형 모스트랜지스터(M1, M2, M3, M4)의 게이트 단자에 각각 입력된다. 즉 차동증폭기로 구성된 N-채널형 모스트랜지스터(M1, M2)의 게이트 단자에 각각 포락선 신호(COS)가 차동 신호 형태로 입력되며, 마찬가지로 N-채널형 모스트랜지스터(M1, M2)와 나란하게 차동증폭기로 구성된 N-채널형 모스트랜지스터(M3, M4)의 게이트 단자에도 각각 포락선 신호(COS)가 차동 신호 형태로 입력된다. N-채널형 모스트랜지스터(M1)의 소스 단자와 N-채널형 모스트랜지스터(M2)의 소스 단자는 각각 N-채널형 모스트랜지스터(M5)의 드레인 단자 및 소스 단자에 연결된다. 마찬가지로 N-채널형 모스트랜지스터(M3)의 소스 단자와 N-채널형 모스트랜지스터(M4)의 소스 단자는 각각 N-채널형 모스트랜지스터(M6)의 드레인 단자 및 소스 단자에 연결된다.
도 14는 도 13의 위상 변조기 회로에 인가되는 신호의 파형들을 나타내 보인 파형도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 위상 변조기 회로로부터 출력되는 위상 변조된 펄스신호를 보면, 게이팅 로직(772)로부터의 출력 이진신호(D0)가 논리 1일 때 중심 주파수를 제1 주파수로 하는 펄스신호가 출력되고, 출력 이진신호(D1)가 논리 1일 때는 중심 주파수를 제2 주파수로 하는 펄스신호가 출력되며, 이때 출력되는 펄스신호의 포락선은 코사인파의 형태가 된다.
도 15는 도 14의 위상 변조된 펄스 신호의 전력 스펙트럼을 나타내 보인 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 출력 이진신호(D0)에 의한 펄스신호의 중심 주파수인 제1 주파수는 대략 2GHz이고, 출력 이진신호(D1)에 의한 펄스신호의 중심 주파수인 제2 주파수는 대략 2.5GHz임을 알 수 있으며, 전체적으로 다중대역 펄스방식에서 송신파의 스펙트럼이 초광대역 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 초광대역 송수신장치의 응용 예를 설명하기 위하여 나타내 보인 블록도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 초광대역 송수신장치(813)는 안테나(803) 및 집적된 디지털 모뎀(integrater digital modem)(820)에 연결될 수 있다. 집적된 디지털 모뎀(820)에는, 본 발명에 따른 초광대역 송수신장치(813) 외에도 다른 송수신장치들, 즉 셀룰러 송수신장치(811) 및 WLAN(Wireless LAN) 송수신장치(812)도 함께 연결된다. 셀룰러 송수신장치(811) 및 WLAN 송수신장치(812)에는 각각 안테나(801, 802)가 연결된다. 본 발명에 따른 초광대역 송수신장치(813)를 포함하는 여러 송수신장치들에 연결되는 집적된 디지털 모뎀(820)은 집적된 MAC(830)와의 데이터 통신이 가능하며, 이 집적된 MAC(839)는 호스트 또는 사용자 인터페이스와의 데이터 통신이 가능하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기 및 이를 포함하는 송수신장치에 따르면, 펄스신호 발생기 내의 여러 파라메타들, 예컨대 주기, 폭, 파형 등을 조절함으로써 단일대역 DS-CDMA, 다중대역 펄스방식, 다중대역 FH-OFDM 방식 등 다양한 방식에 적합한 펄스 파형들을 발생할 수 있으며, 이에 따라 하나의 송수신장치를 사용하여 다양한 방식의 초광대역 통신이 가능해진다. 또한 이와 같은 송수신장치의 구성 요소 모두를 저전압 CMOS 또는 SiGe 회로로 구현가능하며, 그 결과 초광대역 송수신장치의 고집적, 저전력, 저가격 구현을 용이하게 할 수 있다. 그 외에도 펄스신호 발생기 내의 곱셈기 배열 및 직교위상 주파수 합성기를 이용하여 반송파 주파수 전이시간이 1ns 이하인 매우 빠른 주파수 도약 특성을 얻을 수 있으며, 임의의 주파수 대역을 선택적으로 제거시켜서 협대역 무선통신 시스템과의 간섭에 의한 성능저하 현상을 방지할 수 있고, 초광대역 주파수의 규제 변화에 능동적으로 대응할 수 있다는 효과를 제공한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 일반적인 초광대역 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 2는 DS-CDMA 방식을 채택한 초광대역 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 3은 도 2의 초광대역 송수신장치에서 생성된 초광대역 임펄스신호를 나타내 보인 파형도이다.
도 4는 도 3의 초광대역 임펄스신호의 전력 스펙트럼을 나타내 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스신호 발생기와 이를 포함하는 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 6은 도 5의 펄스신호 발생기 내의 곱셈기 배열의 일 예를 나타내 보인 도면이다.
도 7은 도 5의 펄스신호 발생기 내에서 발생하는 신호의 파형들을 나타내 보인 파형도이다.
도 8은 도 7의 신호들 중 출력신호의 전력 스펙트럼을 나타내 보인 도면이다.
도 9은 도 5의 송수신장치 내의 기저대역 아날로그의 일 예를 나타내 보인 블록도이다.
도 10은 도 5의 송수신장치 내의 기저대역 아날로그/혼성신호부의 일 예를 나타내 보인 블록도이다.
도 11은 도 5의 송수신장치의 수신라인에서의 신호들의 파형들을 나타내 보인 파형도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스신호 발생기와 이를 포함하는 송수신장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 13은 도 12의 송수신장치의 위상 변조기를 구성하는 회로의 일 예를 나타내 보인 회로도이다.
도 14는 도 13의 위상 변조기 회로에 인가되는 신호의 파형들을 나타내 보인 파형도이다.
도 15는 도 14의 신호들 중 출력신호의 전력 스펙트럼을 나타내 보인 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 초광대역 송수신장치의 응용 예를 설명하기 위하여 나타내 보인 블록도이다.

Claims (15)

  1. 초광대역 송수신을 위한 펄스신호 발생기에 있어서,
    복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기;
    상호 위상차를 갖는 2개의 발진 신호들을 출력하는 고주파 발진기가 복수개로 배열되어 구성되는 국부 발진기 배열;
    상기 포락선 신호들과 발진신호들을 입력받고, 입력된 포락선 신호와 발진 신호의 곱을 출력하는 곱셈기 배열; 및
    상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더를 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포락선 신호들 중 적어도 어느 하나의 포락선 신호는 일정 주기로 일정한 형태를 갖는 포락선 파형을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포락선 신호의 개수는 사용하고자 하는 대역의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 국부 발진기 배열은, 다수의 전압제어 발진기와 주파수 분주기를 포함하는 위상동기루프 방식의 주파수 합성기 배열로 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주파수 합성기 배열은, 일정한 주파수 간격을 갖는 2개 이상의 반송파를 출력하되, 인접한 반송파 사이의 주파수 간격은 수백 MHz 이상인 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 곱셈기 배열은, 사용하고자 하는 대역의 개수의 2배에 해당하는 개수를 가지며 전기적 특성이 유사한 곱셈기들로 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 I채널 애더로부터의 I채널 펄스신호 및 Q채널 애더로부터의 Q채널 펄스신호를 각각 송신라인 및 수신라인에 전송하는 제1 버퍼 및 제2 버퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  8. 지연된 클락신호에 대응하여 만들고자 하는 펄스의 생성시점을 알려주는 신호를 발생하는 게이팅 로직;
    상기 게이팅 로직의 출력신호에 대응하는 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기;
    송신라인을 따라 전송되는 기저대역의 송신데이터신호와, 상기 게이팅 로직으로부터의 출력 신호와, 그리고 상기 포락선 발생기로부터의 포락선 신호들을 입력받고, 상기 송신데이터신호의 논리값에 대응되도록 위상 변조된 포락선 파형을 출력하는 위상 변조기;
    일정 주파수의 삼각함수파를 출력하는 적어도 2개의 발진기로 구성된 국부발진기 배열;
    상기 위상 변조기로부터 출력되는 포락선 파형들과 상기 국부발진기 배열로부터 출력되는 발진신호들을 입력받고, 입력된 신호들을 곱하여 출력하는 곱셈기 배열; 및
    상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더를 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스신호 발생기.
  9. 클락을 발생시키는 클락 발생기;
    상기 클락 발생기의 출력 신호를 입력받아서 일정 시간의 정수배만큼 시간지연된 신호를 출력하는 가변 시간지연기;
    상기 시간지연기로부터의 시간지연된 신호에 따라 일정한 주기로 반복되는 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기;
    상호 90°의 위상차를 갖는 2개의 발진 신호들을 출력하는 고주파 발진기가 복수개로 배열되어 구성되는 국부 발진기 배열;
    상기 포락선 신호들과 발진신호들을 입력받고, 입력된 포락선 신호와 발진 신호의 곱을 출력하는 곱셈기 배열;
    상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더;
    기저대역의 송신 데이터신호와 상기 I채널 애더 및 Q채널 애더로부터의 펄스신호를 혼합하는 I채널 송신 믹서 및 Q채널 송신 믹서; 및
    안테나를 통해 수신되는 수신신호와 상기 I채널 애더 및 Q채널 애더로부터의 펄스신호를 입력받아 기저대역의 신호를 출력하는 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서를 구비하는 것을 특징으로 하는 초광대역 송수신장치.
  10. 제9항에 있어서,
    기저대역의 비트스트림 데이터를 복호하는 복호기;
    상기 복호기로부터의 출력신호를 변조하는 변조기; 및
    싱기 변조기로부터의 신호를 기저대역의 아날로그 신호로 변환하여 상기 I채널 송신믹서 및 Q채널 송신믹서로 전송하는 기저대역 아날로그를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기저대역 아날로그는,
    상기 변조기로부터 출력되는 신호를 아날로그 형태로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기;
    상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 출력신호에서 일정 대역의 신호를 필터링하여 출력하는 저역 통과 필터; 및
    상기 저역 통과 필터로부터의 출력신호의 출력레벨을 일정 수준까지 조절하여 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서의 출력신호를 처리하여 디지털 형태의 수신신호를 발생시키는 수신 기저대역 아날로그를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수신 기저대역 아날로그는,
    상기 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서의 출력신호의 일정 대역을 필터링하여 출력하는 저역 통과 필터;
    상기 저역 통과 필터의 출력 신호를 일정 수준까지 조절하여 출력하는 증폭기;
    상기 증폭기로부터의 출력신호를 리셋 신호에 의해 결정되는 시간간격동안 누적시키는 적분기; 및
    상기 적분기로부터의 출력신호를 디지털 형태로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 송수신장치.
  14. 클락을 발생시키는 클락 발생기;
    상기 클락 발생기의 출력 신호를 입력받아서 일정 시간의 정수배만큼 시간지연된 신호를 출력하는 가변 시간지연기;
    상기 가변 시간지연기로부터의 출력신호에 대응하여 만들고자 하는 펄스의 생성시점을 알려주는 신호를 발생하는 게이팅 로직;
    상기 게이팅 로직의 출력신호에 대응하는 복수개의 포락선 신호들을 발생시키는 포락선 발생기;
    송신라인을 따라 전송되는 기저대역의 송신데이터신호와, 상기 게이팅 로직으로부터의 출력 신호와, 그리고 상기 포락선 발생기로부터의 포락선 신호들을 입력받고, 상기 송신데이터신호의 논리값에 대응되도록 위상 변조된 포락선 파형을 출력하는 위상 변조기;
    일정 주파수의 삼각함수파를 출력하는 적어도 2개의 발진기로 구성된 국부발진기 배열;
    상기 위상 변조기로부터 출력되는 포락선 파형들과 상기 국부발진기 배열로부터 출력되는 발진신호들을 입력받고, 입력된 신호들을 곱하여 출력하는 곱셈기 배열;
    상기 곱셈기 배열의 출력 신호들 중에서 동일한 위상 성분의 출력 신호들을 더하여 I채널 및 Q채널의 펄스 신호를 출력하는 I채널 애더 및 Q채널 애더;
    기저대역의 송신 데이터신호를 부호화하고 변조화하여 상기 위상 변조기로 전송하는 송신라인; 및
    안테나를 통해 수신되는 수신신호와 상기 I채널 애더 및 Q채널 애더로부터의 펄스신호를 입력받아 기저대역의 신호를 출력하는 I채널 직교위상 믹서 및 Q채널 직교위상 믹서를 구비하는 것을 특징으로 하는 초광대역 송수신장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가변 시간지연기는, 상기 클락 발생기로부터의 클락 신호의 정수배로 지연된 다수의 신호를 출력하는 지연위상루프와, 상기 지연위상푸르의 출력신호 중에서 일부를 선택하는 클락다중화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 송수신장치.
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