KR20100096324A

KR20100096324A - 무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기 구조 및 동작 방법

Info

Publication number: KR20100096324A
Application number: KR1020090015152A
Authority: KR
Inventors: 정종욱; 황선호; 최원석; 박한규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-02
Also published as: WO2010098578A3; US20100215124A1; EP2401818A4; WO2010098578A2; EP2401818A2

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기 구조 및 동작 방법에 관한 것으로서, 원하는 신호가 존재하는 주파수 대역에 대한 정보를 출력하는 디지털 신호 처리부와, 상기 주파수 대역에 대한 정보를 제공받고, 상기 주파수 대역을 이용하여 고주파 아날로그 신호에 대한 필터링을 수행한 후 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하여, 수신기에서 디지털로 처리되는 부분을 늘려 칩 면적과 가격적인 측면에서 이득을 확보할 수 있으며, 다중 밴드 다중 모드를 유연성있게 지원할 수 있고, 아날로그 디지털 변환기의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.

수신기, 수신구조, ADC, 멀티밴드(multi band)

Description

무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기 구조 및 동작 방법{OPERATING MEHTOD AND APPARATUS FOR DIGITAL RADIO FREQUENCY RECEIVER IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선통신 시스템에서 디지털 알에프(Digital RF) 수신기의 구조 및 동작 방법에 관한 것으로서, 특히 다중 밴드 다중 모드(multi band multi mode)를 지원하는 디지털 알에프 수신기의 구조 및 동작 방법에 관한 것이다.

최근, 여러 종류의 통신 기술들이 제공되면서 네트워크 운영자는 상기 여러 종류의 통신기술을 동시에 지원할 수 있는 통합형 수신기를 제공해야할 필요성을 느끼게 되었다. 이에 따라, 최근에는 여러 통신 기술을 통합하여 사용할 수 있는 수신기 즉, 멀티 밴드형 수신기를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래에 제공된 수신기는 믹서(mixer)를 통해 RF 신호를 IF 신호로 하향 변환한 후, IF단에서 필터링(filtering)을 수행하는 구조이거나 RF 단에서 필터링을 한 후 혼합기를 이용하여 IF 신호로 하향 변환하는 구조를 이용하고 있다.

도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 수신기 구조를 도시하고 있다.

상기 도 1 및 도 2는 서브 샘플링을 이용한 수신기의 구조로서, 먼저 도 1의 수신기 구조를 살펴보면, 수신기는 샘플링에 따른 잡음 문제를 해결하기 위하여 샘플 및 고정부(sample & hold block)(106)를 통해 샘플링을 수행하기 이전에 복수의 RF BPF(Band Pass Filter)(100, 102 104)들을 통해 필터링을 수행하고, 상기 샘플링 수행 후에 기저대역(baseband) 근처의 IF 신호에 대해 ADC(108)를 수행한다. 이후, 디지털 믹서(digital mixer)(110, 112)를 이용하여 I채널과 Q채널로 분리된 기저대역 신호를 만든 후, 디지털 LPF(Low Pass Filter)(114, 116)를 이용하여 하향 변환되면서 생긴 주변의 불필요한 신호를 제거 한다. 다음으로, 상기 도 2의 수신기 구조를 살펴보면, 수신기는 상기 도 1과 같이 I채널과 Q 채널 각각에서 디지털 믹서를 구비하는 대신 샘플 및 고정부(200, 202)를 하나씩 구비하고, 각각의 경로에서 LPF(204, 206)를 이용하여 필터링을 수행함으로써, 기저대역에서 생길수 있는 에일리에이징(aliasing)을 감소시킨다.

상기 도 1 및 도 2에 나타낸 두 수신기는 아날로그 믹서를 사용하지 않기 때문에 칩(chip) 면적, 전력 소모 및 가격적인 측면에서 이득이 있으나, ADC가 IF단에 있어 RF 단에서 아날로그 필터들이 사용되므로, 상기 다중 밴드 다중 모드를 지원하기 위한 유연성이 부족하다.

한편, 도 3 및 도 4는 종래 기술에 따라 다중 밴드 다중 모드를 유연성있게 지원하기 위하여 디지털 부분을 늘린 수신기의 구조를 도시하고 있다.

상기 도 3 및 도 4의 수신기는 RF 단에서 ADC(300, 310, 400, 410)를 이용하 여 디지털 신호로 변환한 후에 LPF(302, 312, 402, 412)와 데시메이션(304, 314, 404)을 거쳐 I채널과 Q채널로 분리(306, 404)시키고 부가적인 디지털 절차(digital process)(308, 406)를 수행한다. 상기 도 3 및 도 4와 같은 수신기는 상기 RF단에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킴으로써, 다중 밴드 대중 모드를 지원하기 위한 유연성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

하지만, 상기 도 3및 도 4의 수신기에서는 안테나를 통해 수신된 신호가 LNA와 RF 대역 통과 필터만을 통과한 후 바로 ADC로 입력되기 때문에, 수신 대역 외부의 간섭 신호는 제거할 수 있으나, 수신 대역 내에 존재하는 in-band blocker(interferer)는 제거할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 상기 수신 대역 내에 존재하는 in-band blocker는 그대로 상기 ADC로 입력되게 된다. 따라서, 상기 ADC는 상기 in-band에서 높은 파워의 blocker(interferer)와의 원하는 신호(wanted signal)를 동시에 수신하여야 하므로 충분한 동적 범위(dynamic range)를 확보 해야하며, 동시에 RF 신호의 입력으로 인해 높은 샘플링 레이트(sampling rate)를 가져야 한다. 이를 상기 ADC의 입장에서 보면, 상기 샘플링 레이트가 증가함에 따라 소모 전력이 증가하게 되며 상기 동적 범위가 1 비트(dir 6dB) 증가할 때마다 소모 전력이 약 두 배 증가한다. 따라서, 상기 ADC의 전력 소모 측면에서 볼때 상기 도 3 및 도 4와 같은 수신기 구조는 사용 가능한 전력이 제한된 단말에 적합하지 않은 기술적 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 디지털 알에프(Digital RF) 수신기 구조 및 동작 방법을 제공함에 있다

본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 다중 밴드 다중 모드(multi band multi mode)를 지원하는 디지털 알에프 수신기 구조 및 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 디지털 필터링을 수행하는 아날로그 디지털 변환기를 이용한 디지털 알에프 수신기 구조 및 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 RF단에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하면서 전력 소모를 감소시키기 위한 수신기 구조 및 동작 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기는, 원하는 신호가 존재하는 주파수 대역에 대한 정보를 출력하는 디지털 신호 처리부와, 상기 주파수 대역에 대한 정보를 제공받고, 상기 주파수 대역을 이용하여 고주파 아날로그 신호에 대한 필터링을 수행한 후 디 지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기의 동작 방법은, 원하는 신호가 존재하는 주파수 대역에 대한 정보를 출력하는 과정과, 아날로그 디지털 변환기에서 상기 주파수 대역을 이용하여 고주파 아날로그 신호에 대한 필터링을 수행한 후 디지털 신호로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 무선통신 시스템의 수신기에서 디지털 필터링을 수행하는 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 RF단에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함으로써, 디지털로 처리되는 부분을 늘려 칩 면적과 가격적인 측면에서 이득을 확보할 수 있으며, 다중 밴드 다중 모드를 유연성있게 지원할 수 있고, 아날로그 디지털 변환기의 전력 소모를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명에서는 무선통신 시스템에서 다중 밴드 다중 모드(multi band multi mode)를 지원하는 디지털 알에프 수신기 구조 및 동작 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 수신기 구조를 도시하고 있다.

상기 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수신기는 저잡음 증폭기(LNA:low Noise Amplifier)(500), 아날로그-디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)(510), 디지털 신호 프로세서(Digital signal processor)(520)를 포함하여 구성되며, 특히 상기 아날로그-디지털 변환기(510)는 샘플 및 홀딩부(Sample & Hold Unit)(512), 디지털 채널 필터(Digital Channel Filter)(514) 및 양자화부(Quantization Unit)(516)를 포함하여 구성된다.

상기 저잡음 증폭기(500)는 안테나(미도시)를 통해 수신되는 신호를 저잡음 증폭하여 상기 아날로그-디지털 변환기(510)로 출력한다. 여기서, 상기 저잡음 증폭기(500)에서 상기 아날로그-디지털 변환기(510)로 출력되는 신호는 상기 수신기가 수신할 수 있는 수신 대역에 포함된 신호로서, 상기 수신 대역의 외부 대역에 존재하는 신호는 상기 아날로그-디지털 변환기(510)로 입력되기 전에 필터링을 통해 제거된다. 즉, 상기 안테나(미도시)를 통해 수신되는 신호는 상기 수신 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 거친 후, 상기 저잡음 증폭기(500)로 입력된다.

상기 아날로그-디지털 변환기(510)는 상기 저잡음 증폭기(500)로부터 입력되 는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 디지털 신호 처리부(520)로 제공한다. 특히, 상기 아날로그-디지털 변환기(510)는 상기 디지털 신호 처리부(520)의 제어에 따라 해당 대역폭의 신호만을 필터링하여 디지털 신호로 변환한다. 즉, 상기 아날로그-디지털 변환기(510)는 샘플 및 홀딩부(512)와 디지털 채널 필터(514) 및 양자화부(516)를 포함함으로써, 입력되는 아날로그 신호를 샘플링한 후, 상기 디지털 신호 처리부(520)로부터 제공되는 채널 대역 정보에 따라 해당 채널 대역의 신호만을 필터링하여 양자화를 수행한다.

상기 아날로그-디지털 변환기(510)를 자세히 살펴보면, 상기 아날로그-디지털 변환기(510)는 샘플 및 홀딩부(512)를 이용하여 상기 저잡음 증폭기(500)로부터 입력되는 아날로그 신호를 일정한 간격으로 샘플링하고, 상기 아날로그 신호의 전압을 일정하게 유지한다. 여기서, 상기 상기 아날로그 신호의 전압을 유지하는 것은 상기 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되는 동안에 상기 아날로그 신호의 전압이 변동하여 출력 신호가 불확실해지는 것을 방지하기 위함이다.

상기 디지털 채널 필터(514)는 상기 디지털 신호 프로세서(520)로부터 제공되는 채널 대역 정보에 따라 상기 샘플 및 홀드부(512)로부터 입력되는 신호를 필터링한다. 즉, 상기 디지털 채널 필터(514)는 상기 샘플 및 홀드부(512)로부터 입력되는 신호 중 상기 채널 대역에 해당하는 신호만을 통과시켜 상기 양자화부(514)로 제공한다. 여기서, 상기 디지털 채널 필터(514)는 이산 시간 대역통과 필터(discrete time bandpass filter)를 의미한다.

상기 양자화부(516)는 상기 디지털 채널 필터(514)로부터 필터링된 신호를 제공받고, 제공받은 신호의 펄스의 진폭 크기를 디지털 양으로 변환하여 출력한다.

상기 디지털 신호 처리부(520)는 상기 아날로그-디지털 변환기(510)로부터 제공된 디지털 신호를 복조, 복호하는 등과 같은 추가적인 처리를 수행한다. 즉, 상기 디지털 신호 처리부(520)는 디지털 신호를 이용하여 처리할 수 있는 절차를 처리한다. 상기 디지털 신호 처리부(520)는 믹서 기능을 수행할 수도 있다. 특히, 상기 디지털 신호 처리부(520)는 본 발명에 따라 상기 수신기가 지원할 수 있는 채널 대역 정보를 미리 알고 있으며, 통신 모드에 따라 상기 수신기가 지원해야 채널 대역 정보를 상기 디지털 채널 필터(512)로 제공한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신기의 동작 절차를 도시하고 있다.

상기 도 6을 참조하면, 상기 수신기는 601단계에서 안테나를 통해 신호를 수신하고, 603단계로 진행하여 저잡음 증폭기(500)를 통해 상기 수신된 신호를 저잡음 증폭시킨다.

이후, 상기 수신기는 605단계에서 샘플 및 홀드부(512)를 통해 상기 저잡음 증폭된 신호를 일정한 간격으로 샘플링하고, 전압을 고정시킨 후, 607단계에서 디지털 채널 필터(514)를 통해 디지털 신호 처리부(516)의 피드백 정보에 따라 상기 샘플링된 신호에 대한 필터링을 수행한다. 즉, 상기 수신기는 디지털 신호 처리부(516)를 통해 현재 지원하는 통신 모드에 해당하는 주파수 대역을 확인하고, 상기 디지털 채널 필터(514)의 필터링 주파수 대역을 상기 확인된 주파수 대역으로 조절하여 상기 샘플링 신호를 필터링함으로써, 상기 확인된 주파수 대역에 대한 신호만을 통과시킨다. 이때, 상기 필터링되는 주파수 대역은 상기 수신기가 지원하는 통신 모드에 따라 달라질 수 있다.

이후, 상기 수신기는 607단계에서 상기 필터링된 신호에 대한 양자화를 수행하여 디지털 신호로 변환하고, 609단계에서 상기 디지털 신호 처리 수행한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 수신기는 RF단에서 저잡음 증폭기로부터 출력되는 신호를 아날로그-디지털 변환기로 출력하고, 상기 아날로그-디지털 변환기에서 상기 수신기가 지원하는 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 디지털 신호로 변환시킨다.

일반적으로, 수신기는 기 설정된 수신 대역(receive band)의 신호 중 원하는 신호를 포함하는 특정 채널 대역(channel band)에 대한 신호를 추출하기 위하여, 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기에 앞서 필터링을 수행한다. 하지만, 상기와 같이 아날로그-디지털 변환에 앞서 수행되는 필터링은 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 상기 수신 대역 이외의 대역 즉, 외부 대역에서 미치는 간섭 양을 감소시킬 수 있으나, 상기 수신 대역 내에 존재하는 간섭의 양을 감소시킬 수 없게 된다. 이때, 상기 ADC가 충분히 큰 동적 범위를 가지지 않으면 상기 수신 대역 내에 존재하는 간섭 신호(strong in-band interferer)가 원래 신호(wanted signal)와 함께 입력으로 들어왔을 때, 상기 원래 신호의 감도가 줄어들어(desensitized) 상 기 원래 신호를 상기 간섭 신호 즉, 잡음으로부터 분리하는 것이 어려워진다. 따라서, 상기 ADC는 큰 동적 범위를 가져야 하며, 디지털 수신기의 경우 Gsps급의 속도가 요구되므로, 고속으로 동작해야 한다. 하지만, 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 대역통과 필터링을 수행한 후에 상기 ADC에서 채널 필터링을 수행하면, 작은 동적 범위를 갖는 ADC에서도 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 수신 대역 내부의 간섭 신호를 감소시킬 수 있게 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 수신기 구조를 도시하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 수신기 구조를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신기의 동작 절차를 도시하는 도면,

도 7은 일반적인 무선통신 시스템에서 수신기의 필터링을 나타내는 도면.

Claims

무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기에 있어서,

원하는 신호가 존재하는 주파수 대역에 대한 정보를 출력하는 디지털 신호 처리부와,

상기 주파수 대역에 대한 정보를 제공받고, 상기 주파수 대역을 이용하여 고주파 아날로그 신호에 대한 필터링을 수행한 후 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
무선통신 시스템에서 디지털 알에프 수신기의 동작 방법에 있어서,

원하는 신호가 존재하는 주파수 대역에 대한 정보를 출력하는 과정과,

아날로그 디지털 변환기에서 상기 주파수 대역을 이용하여 고주파 아날로그 신호에 대한 필터링을 수행한 후 디지털 신호로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.