KR20140128014A - 삽입 손실을 저감하기 위한 단말 장치 - Google Patents

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KR20140128014A KR1020130046596A KR20130046596A KR20140128014A KR 20140128014 A KR20140128014 A KR 20140128014A KR 1020130046596 A KR1020130046596 A KR 1020130046596A KR 20130046596 A KR20130046596 A KR 20130046596A KR 20140128014 A KR20140128014 A KR 20140128014A
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Abstract

본 발명은, 제 1 대역의 신호를 듀플렉싱하는 제 1 듀플렉서; 제 2 대역의 신호를 듀플렉싱하는 제 2 듀플렉서; 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호를 대역 분리하는 분리기; 상기 분리기의 출력단에 위치하는 출력 스위치; 상기 분리기의 입력단에 위치하고, 상기 제 1 듀플렉서를 통과한 상기 제 1 대역의 신호를 상기 분기기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나로 분기하는 제 1 입력 스위치; 및 상기 분리기의 입력단에 위치하고, 상기 제 2 듀플렉서를 통과한 상기 제 2 대역의 신호를 상기 분기기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나로 분기하는 제 2 입력 스위치를 포함하는 단말 장치를 개시한다.

Description

삽입 손실을 저감하기 위한 단말 장치{MOBILE TERMINAL FOR REDUCING AN INSERTION LOSS}
본 발명은 삽입 손실을 저감하기 위한 단말 장치에 관한 것이다.
근래에 이르러 고속의 데이터 전송을 위해 LTE-A (Long Term Evolution Advanced) 에 관한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 종래 LTE와 구분되는 LTE-A의 특징은 캐리어 집성(Carrier Aggregation, CA)를 통해 LTE 대비 2배 이상의 주파수를 동시에 사용함으로써 스루풋(throughput)을 확대 할 수 있다는 것이다.
LTE-A에서 소개되는 주파수 조합으로는 인터 밴드 비인접(Inter band non-contiguous) 형태의 조합, 인트라 밴드 인접(Intra band contiguous) 형태의 조합, 인트라 밴드 비인접(Intra band non-contiguous) 형태의 조합이 대표적인데, 이 중 인터 밴드 비인접 형태의 조합이 다수의 사업자에 의해 사용될 것으로 예견되고 있다.
인터 밴드 비인접 형태의 주파수 조합은, 통상 저대역(Low band) 주파수와 중간 대역(Mid band) 주파수(또는 고 대역(High band) 주파수)가 조합된 형태를 띄는데, 저대역 주파수는 1GHz 이하의 주파수를, 중간 대역 주파수는 1GHz 에서 2GHz 초 주파수 대역을 일컫는다.
3GPP (3rd Generation Partnership Project)에 의한 LTE-A의 표준화 단계에서는 아직까지 저대역 주파수들의 조합, 중간 대역 주파수들의 조합, 고대역 주파수들의 조합, 중간 대역 주파수 및 고대역 주파수의 조합에 대한 아키텍처(architecture) 및 각 조합에 대해 감내할 수 있는 손실의 정도가 결정되지 않았다. 다만, 열거된 조합들의 주파수들은 서로 인접 위치하고 있어, 열거된 조합들에 의해 수신되는 복수의 신호를 개별 신호로 분리하고자 하는 경우, 단말은 다이플렉서(Diplexer)나 디바이더(Divider) 등의 분배기를 구비할 필요가 있다. 다만, 단말에 분배기를 추가하는 경우, 다이플렉서의 추가로 인해 삽입 손실(Insertion Loss)이 발생하게 된다. 이에 따라, 저대역 주파수와 중간 대역 주파수(또는 고대역 주파수)에서 발생하는 손실에 비해(통상적으로, 1dB 이하), 더 많은 손실(예컨대 3~4 dB를 상회)이 발생할 수 있다.
만약, 단말 장치가 LTE-A의 진화된(evolved) 통신 방식과 함께, GSM, EDGE, CDMA, WCDMA, LTE 등 기존의(legacy) 통신 방식 중 적어도 하나 이상을 사용하는 멀티 모드 단말 장치라면, 삽입 손실은 동일한 경로(path)를 공유하는 레가시 통신 방식의 성능에 직접적이고 심각한 문제를 초래하게 될 것이다. 더구나 삽입 손실로 인한 영향은 수신 경로뿐만 아니라 송신 경로에서도 발생되어, 송신 성능 열화, 송신 성능 열화 및 파워 소모 증가 등의 다양한 문제를 야기시킬 수 있다.
본 발명은 삽입 손실을 저감하기 위한 단말 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 삽입 손실을 저감함으로써, 송신 및 수신 성능을 향상시킬 수 있는 단말 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 단말 장치는 제 1 대역의 신호를 듀플렉싱하는 제 1 듀플렉서; 제 2 대역의 신호를 듀플렉싱하는 제 2 듀플렉서; 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호를 대역 분리하는 분리기; 상기 분리기의 출력단에 위치하는 출력 스위치; 상기 분리기의 입력단에 위치하고, 상기 제 1 듀플렉서를 통과한 상기 제 1 대역의 신호를 상기 분기기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나로 분기하는 제 1 입력 스위치; 및 상기 분리기의 입력단에 위치하고, 상기 제 2 듀플렉서를 통과한 상기 제 2 대역의 신호를 상기 분기기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나로 분기하는 제 2 입력 스위치를 포함할 수 있다.
이때, 상기 단말 장치가 캐리어 집성(Carrier Aggregation, CA)를 지원하는 제 1 무선 통신 방식을 사용하는 경우, 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호가 상기 분리기를 통과하도록, 상기 제 1 및 제 2 입력 스위치는 상기 분리기로 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호가 입력되도록 설정되고, 상기 출력 스위치는 상기 분리기를 통과한 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호를 입력 받도록 설정될 수 있다.
이와 달리, 상기 단말 장치가 상기 제 1 대역에서 캐리어 집성을 지원하지 않는 제 2 무선 통신 방식을 사용하는 경우, 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호가 상기 분리기를 통과하지 않도록, 상기 제 1 입력 스위치는 상기 출력 스위치로 상기 제 1 대역의 신호가 입력되도록 설정되고, 상기 출력 스위치는 상기 제 1 입력 스위치로부터 상기 제 1 대역의 신호를 입력 받도록 설정될 수 있다.
여기서, 상기 분리기는 다이플렉서(Diplexer) 및 분배기(Divider) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 출력 스위치는 상기 분리기, 상기 제 1 및 제 2 입력 스위치 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 SP3T(Single Pole Triple Throw) 스위치일 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 입력 스위치는 상기 분리기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치일 수 있다.
상기 출력 스위치, 상기 분리기 및 상기 제 1 및 제 2 입력 스위치는 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.
본 발명은 단말 장치의 삽입 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은 단말 장치의 삽입 손실을 저감함으로써, 송신 및 수신 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 일반적인 멀티모드 멀티밴드 단말 장치에 적용될 수 있는 RF 프론트-엔드(Front-end) 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 다이플렉서를 구비한 복수의 저대역 신호(L2/L3)가 처리되는 RF 프론트-엔드 구조를 예시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 단말 장치에 적용될 수 있는 RF 프론트-엔드의 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 단말 장치에 적용될 수 있는 RF 프론트-엔드의 블록도이다.
도 7은 셀 반경 관점에서 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때와 그렇지 않을 때를 비교한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에 개시된 상세한 설명에서 문장 부호 '/'은 '및'과 '또는'의 의미를 모두 포함하는 중의적 의미를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 나아가, 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, IEEE 802.16 시스템, 3GPP의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말 장치(또는 단말)는 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다.
본 발명에서 캐리어 집성(Carrier Aggregation, CA)를 설명함에 있어서, RF(Radio Frequency) 칩이 수신할 수 있는 최대 대역폭 범위를 시스템 대역폭(System Bandwidth)라 칭하고, 시스템 대역폭에 대한 캐리어를 CC(Component Carrier)라 칭하기로 한다.
본 발명에서 멀티모드 단말 장치는 진화된 통신 방식과 기존의 통신 방식을 모두 지원하는 단말 장치를 의미하고, 멀티밴드 단말 장치는 캐리어 집성(CA)를 지원하는 단말 장치를 의미하는 것일 수 있다. 이에 따라, 멀티모드 멀티밴드 단말 장치는 진화된 통신 방식과 기존의 통신 방식을 모두 지원하면서 캐리어 집성 또한 지원하는 단말 장치인 것으로 이해될 수 있을 것이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, CA를 지원하는 LTE-A를 진화된 통신 방식이라 가정하고, CA를 지원하지 않는 GSM, EDGE, CDMA, WCDMA, LTE 등을 기존의 통신 방식이라 가정한다.
도 1은 일반적인 멀티모드 멀티밴드 단말 장치에 적용될 수 있는 RF 프론트-엔드(Front-end) 구조를 설명하기 위한 예시도이다. 도 1에서 멀티모드 멀티밴드 단말 장치는 각각 3개씩의 저대역(Low band 1-3, L1-3), 중간 대역(Mid band 1-3, M1-3) 및 고대역(High band 1-3, H1-3) 신호를 처리할 수 있는 것으로 예시되었다.
도 1을 참조하면, RF(Radio Frequency) 칩(chip)에 의해 저대역, 중간대역 및 고대역에 대한 복수의 신호가 생성되면, 저대역의 L2/L3 신호는 다이플렉서(11)를 통과하고, 안테나 스위치(21)를 통해 L1 신호 및 L2/L3 신호 중 어느 하나가 선택적으로 안테나(30)를 통해 송출될 수 있다.
중대역/고대역 신호도 이와 마찬가지로, M2/M3 밴드, M3/H2 밴드, H2/H3 밴드가 서로 다른 다이플렉서(13, 15, 17)를 통과하고, 안테나 스위치(23)를 통해 M1, M2/M3, M3/H2, H1, H2/H3 중 어느 하나가 선택적으로 안테나를 통해 송출(30)될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서와 같이, 인접 대역(예컨대, L2/L3, M2/M3, H2/H3, M3/H2)에 위치한 신호는 동일한 다이플렉서를 통과하여야 한다. 이는 LTE-A의 특성상 동시간에 2개의 CC를 처리할 수 있도록 하기 위함이다.
이에 따라, 진화된 통신 방식과 기존의 통신 방식을 모두 지원하는 멀티모드 단말에서는 진화된 통신 방식의 CA를 지원하기 위한 다이플렉서가 구비되어야 할 것이다. 다만, 기존의 통신 방식으로 발생하는 복수의 신호까지 다이플렉서를 경유하여야 한다면, 삽입 손실로 인한 성능 열화를 피할 수 없다. 도 2를 참조하여 다이플렉서를 경유함으로써 발생되는 통신 성능 열화에 대해 더욱 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 다이플렉서를 구비한 복수의 저대역 신호(L2/L3)가 처리되는 RF 프론트-엔드 구조를 예시한 것이다. 레가시 통신 방식이 도 2에 도시된 RF 프론트-엔드 구조에 적용된다고 가정하면, 송신 경로 및 수신 경로가 다이플렉서(40)를 경유하도록 설정되어 있으므로, 송신(Tx) 경로 및 수신(Rx) 경로 모두에서 성능 열화가 발생할 것을 예상할 수 있다. 구체적으로, 다이플렉서로 인한 삽입 손실 증가로 Rx 및 Tx 성능은 약 4dB 정도 감소될 수 있다. 이는 망 관점에서 4dB 만큼의 셀 반경이 줄어드는 것을 야기시키고, 셀 능력(Cell capacity) 감소로 인한 빈번한 핸드오버를 유발하게 된다. 단말 장치 입장에서도 열화된 성능을 상쇄하고자 Tx 파워를 올리게 된다면, 송신 선형성이 나빠지고, 파워 소모가 급증하여 단말 장치의 사용 시간이 단축된다는 문제가 유발된다.
다이플렉서를 삽입함으로써 유발되는 삽입 손실을 최소화하기 위해, 본 발명에 따른 단말 장치는 다이플렉서의 입력, 출력에 스위치를 두어 기존의 통신 방식을 따르는 복수의 신호가 다이플렉서를 경유하지 않고 입/출력 될 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 구체적인 설명은 후술되는 도면을 참조하기로 한다. 후술되는 도면에서는 설명의 편의를 위해, Tx 경로를 기준으로 다이플렉서의 입력단과 출력단을 구분한다. 즉, 듀플렉서를 거친 신호를 입력받는 쪽을 다이플렉서의 입력단인 것으로 가정하고, 안테나로 신호를 출력하는 쪽을 다이플렉서의 출력단인 것으로 가정한다. 나아가, 듀플렉서의 입력단에 연결된 스위치를 입력 스위치라 호칭하고, 듀플렉서의 출력단에 연결된 스위치를 출력 스위치라 호칭하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 단말 장치에 적용될 수 있는 RF 프론트-엔드의 블록도이다. 도 3은 단말 장치가 진화된 통신 방식을 사용하고 있을 때를 설명하기 위한 것이고, 도 4는 단말 장치가 기존의 통신 방식을 사용하고 있을 때를 설명하기 위한 것이다. 설명의 편의를 위해, 도 3 및 도 4에서는 단말 장치가 2개의 저대역(L2 및 L3) 신호를 처리할 수 있는 것으로 가정한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 단말 장치의 RF 프론트-엔드는 다이플렉서(110), 다이플렉서의 출력단 및 안테나와 연결되는 출력 스위치(120), 출력 스위치 및 다이플렉서의 입력단과 연결되는 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134), 제 1 입력 스위치(132)와 연결되는 제 1 듀플렉서(142) 및 제 2 입력 스위치(134)와 연결되는 제 2 듀플렉서(144)를 포함할 수 있다.
듀플렉서(duplexer)(142,144)는 하나의 안테나를 송신과 수신에 공동으로 사용하기 위하여 송신할 때에는 송신 출력으로부터 수신기를 보호하고, 수신할 때에는 반향 신호를 수신기에 공급하도록 하는 장치이다. 제 1 듀플렉서(142)는 RF 칩에서 출력되는 특정 대역(예를 들어, L2) 신호와 안테나로부터 수신되는 특정 대역(예를 들어, L2)에 해당하는 수신 신호를 듀플렉싱하고, 제 2 듀플렉서(144)는 RF 칩에서 출력되는 특정 대역(예를 들어, L4) 신호와 안테나로부터 수신되는 특정 대역(예를 들어, L4)에 해당하는 수신 신호를 듀플렉싱한다.
다이플렉서(diplexer)(110)는 2개의 회로에서 별도로 나오는 신호를 상호 영향을 미치지 않으면서 하나의 회로로 전달하는 장치이다. 주로 주파수가 다른 두 신호를 동시에 보내고 받기 위해 사용되는 분기용 필터 소자를 말하는데, 주파수 차이가 분명한 두 신호를 단지 대역 분리만 해도 되기 때문에 일반적으로 낮은 주파수 신호가 통과되는 저대역 통과 필터(LPF)와 높은 주파수 신호가 통과되는 고대역 통과 필터(HPF)를 결합시킨 간단한 구조로 되어 있다. 다이플렉서(110)는 제 1 듀플렉서(142)를 통과한 L2 신호와 제 2 듀플렉서(144)를 통과한 L4 신호를 대역 분리하여 출력 스위치(120)로 전달할 수 있다.
출력 스위치(120)는 다이플렉서(110), 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134) 중 어느 하나로 선택적으로 연결되고, 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134)는 다이플렉서(110) 및 출력 스위치(120) 중 어느 하나와 선택적으로 연결될 수 있다. 출력 스위치(120)는 3개의 접점 중 어느 하나를 선택할 수 있는 SP3T(Single Pole Triple Throw) 스위치이고, 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134)는 2개의 접정 중 어느 하나를 선택할 수 있는 SPDT(Single Pole Triple Throw) 스위치 일 수 있다.
먼저, 단말 장치가 CA를 지원하는 진화된 통신 방식을 사용하는 경우, 복수의 CC의 동시 처리를 위해, 제 1 듀플렉서(142)의 출력(즉, L2 신호) 및 제 2 듀플렉서(144)의 출력(즉, L3 신호)은 다이플렉서(110)로 향하여야 한다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134)는 다이플렉서의 입력단과 연결되도록 설정될 수 있다(즉, S22와 S31을 선택). 출력 스위치(120)는 다이플렉서(110)로부터 출력되는 복수의 신호를 입력받기 위해, 다이플렉서(110)의 출력단과 연결되도록 설정될 수 있을 것이다(즉, S12를 선택).
반면, 단말 장치가 L2 대역의 기존의 통신 방식을 사용하는 경우, 다이플렉서(110)로부터 유발되는 삽입 손실의 영향을 줄이기 위해, 제 1 듀플렉서(142)의 출력(즉, L2 신호)은 다이플렉서(110)를 거치지 않도록 설정될 수 있다. 이를 위해, 제 1 입력 스위치(132)는 출력 스위치(120)와 연결되도록 설정되고(즉, S21을 선택), 출력 스위치(120)는 제 1 입력 스위치(132)와 연결되도록 설정될 수 있다(즉, S11을 선택). 이로써, L2 신호는 다이플렉서(110)를 통과하는 경로를 회피하게 되므로, 다이플렉서(110)의 삽입 손실이 적용되지 않고, 이보다 작은 입력(132), 출력 스위치(120)의 삽입 손실이 적용된다.
이때, 단말 장치가 L2 대역의 기존의 통신 방식을 사용하는 동안 L3 대역은 사용되지 않으므로, 제 2 입력 스위치(134)는 어느 쪽으로 연결 되어도 무방하다(즉, S31, S32 어느 쪽과 연결되어도 상관없음).
만약 단말 장치가 L3 대역의 기존의 통신방식을 사용하는 경우, 제 2 입력 스위치(134)는 출력 스위치(120)와 연결되도록 설정되고(즉, S32를 선택), 출력 스위치(120)는 제 2 입력 스위치(134)와 연결되도록 설정될 수 있을 것이다(즉, S13을 선택). 그리고, L2 대역은 사용되지 않으므로, 제 1 입력 스위치(132)는 어느 쪽으로 연결 되어도 무방하다 할 것이다.
CA를 지원하는 멀티모드 멀티밴드 단말 장치는 경우에 따라 다이플렉서 대신 디바이더(Divider)를 채택하여 사용할 수도 있다. 예컨대, 주파수 대역 #2(Band 2, B2)와 주파수 대역 #4(Band 4, B4)가 사용되는 경우, B4의 Rx 주파수는 B2의 Rx 주파수보다 높은 반면, Tx 주파수는 B2의 Tx 주파수보다 낮아, 낮은 주파수와 높은 주파수로 명확히 분리되어야만 하는 다이플렉서를 사용하기 어렵다. 이에 따라, B2/B4 밴드를 사용하는 이동 단말기는 다이플렉서를 대체하여 디바이더를 사용할 수 있다. 다이플렉서 대신 디바이더를 사용하는 경우에도, 본 발명에 따른 단말 장치는 도 3 및 도 4를 통해 설명한 스위치들이 그대로 적용될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5 및 도 6을 참조하기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 단말 장치에 적용될 수 있는 RF 프론트-엔드의 블록도이다. 도 5는 단말 장치가 진화된 통신 방식을 사용하고 있을 때를 설명하기 위한 것이고, 도 6은 단말 장치가 기존의 통신 방식을 사용하고 있을 때를 설명하기 위한 것이다. 설명의 편의를 위해, 도 5 및 도 6에서는 단말 장치가 B2/B4 밴드의 신호를 처리할 수 있는 것으로 가정한다.
출력 스위치(120)는 디바이더(112), 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134) 중 어느 하나로 선택적으로 연결되고, 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134)는 디바이더(112) 및 출력 스위치(120) 중 어느 하나와 선택적으로 연결될 수 있다.
먼저, 단말 장치가 CA를 지원하는 진화된 통신 방식을 사용하는 경우, 복수의 CC의 동시 처리를 위해, 제 1 듀플렉서(142)의 출력(즉, B4 신호) 및 제 2 듀플렉서(144)의 출력(즉, B2 신호)은 디바이더(112)로 향하여야 한다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 입력 스위치(132,134)는 디바이더(112)의 입력단과 연결되도록 설정될 수 있다(즉, S22와 S31을 선택). 출력 스위치(120)는 디바이더(112)로부터 출력되는 복수의 신호를 입력받기 위해, 디바이더(112)의 출력단과 연결되도록 설정될 수 있을 것이다(즉, S12를 선택).
반면, 단말 장치가 B4 대역의 기존의 통신 방식을 사용하는 경우, 디바이더(112)로부터 유발되는 삽입 손실의 영향을 줄이기 위해, 제 1 듀플렉서(142)의 출력(즉, B4 신호)은 디바이더(112)를 거치지 않도록 설정될 수 있다. 이를 위해, 제 1 입력 스위치(132)는 출력 스위치(120)와 연결되도록 설정되고(즉, S21을 선택), 출력 스위치(120)는 제 1 입력 스위치(132)와 연결되도록 설정될 수 있다(즉, S11을 선택). 이로써, B4 신호는 디바이더(112)를 통과하는 경로를 회피하게 되므로, 디바이더(112)의 삽입 손실이 적용되지 않고, 이보다 작은 입력, 출력 스위치(120)의 삽입 손실이 반영된다.
이때, 단말 장치가 B4 대역의 기존의 통신 방식을 사용하는 동안 B2 대역은 사용되지 않으므로, 제 2 입력 스위치(134)는 어느 쪽으로 연결되어도 무방하다(즉, S31, S32 어느 쪽과 연결되어도 상관없음).
만약 단말 장치가 B2 대역의 기존의 통신방식을 사용하는 경우, 제 2 입력 스위치(134)는 출력 스위치(120)와 연결되도록 설정되고(즉, S32를 선택), 출력 스위치(120)는 제 2 입력 스위치(134)와 연결되도록 설정될 수 있을 것이다(즉, S13을 선택). 그리고, B4 대역은 사용되지 않으므로, 제 1 입력 스위치(132)는 어느 쪽으로 연결되어도 무방하다 할 것이다.
도 3 및 도 4에서는 단말 장치가 L2/L4 대역의 신호를 처리하고, 도 5 및 도 6에서는 단말 장치가 B2/B4 대역의 신호를 처리할 수 있는 것으로 예시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도시된 주파수 대역의 조합예 이외에도 다양한 주파수 대역의 조합 예가 본 발명에 적용될 수 있다. 그 중에서도 본 발명은 삽입 손실이 상대적으로 큰 주파수 대역의 조합에서 보다 유리할 것이다.
표 1은 인터 밴드 비인접 형태의 조합 중 삽입 손실이 상대적으로 큰 예를 열거한 것이다.
Band 구성 Inter Band 적용 예정 통신사
Low + Low 5+17 ATT
5+12 USC
20+8
Mid+Mid 2+4 TMO
1+21 DCM
1+11 SB,KDDI
High+High 38+40 China Mobile
Mid+High 3+7 VF,Telia
1+7 China Telecom
다이플렉서의 삽입 손실은 사용 주파수와 CC간 주파수 간격이 얼마만큼인지에 따라 차이가 발생한다. 일예로, 저주파 대역의 주파수 대역 #17과 #5가 조합되었을 경우, 약 2.5dB 수준의 삽입 손실이 발생하고, 고주파 대역의 주파수 대역 #38과 #40이 조합되었을 경우, 약 4dB 수준의 삽입 손실이 발생한다.
도 3 내지 도 6에 도시된 예에서와 같이, 다이플렉서를 경유하지 않도록 스위치를 채택하여 사용하는 경우, 스위치를 경유함으로써 발생하는 삽입 손실은 다이플렉서를 경유함으로써 발생하는 삽입 손실에 비해 작다. 일예로, 1GHz 이하의 저대역에서는 약 0.3dB 수준의 삽입 손실이 발생하고, 1GHz~2GHz 초반의 중간 대역에서는 약 0.5dB 수준의 삽입 손실이 발생하며, 2.3GHz 이상의 고대역에서는 약 0.7dB 수준의 삽입 손실이 발생한다. 이에 따라, 스위치를 채택하여 사용하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 삽입 손실의 발생 정도를 줄일 수 있다.
일예로, 표 2는 LTE-A에서의 주파수 조합별 다이플렉서(또는 디바이더)로 인해 발생하는 삽입 손실 및 스위치로 인해 발생하는 삽입 손실을 비교한 도표이다.
구 분 B17+B5
(Low+Low)		 B2+B4
(Mid+Mid)		 B38+B40
(High+High)		 B1+B7
(Mid+High)		 B2+B4
(Mid+Mid)
Diplexer(or Divider) 2.5dB 4.5dB (Multiplexer) 4dB 1.5dB 4dB (Divider)
Switch
(입출력 합)		 0.6dB
(0.3dB+0.3dB)		 1.0dB
(0.5dB+0.5dB)		 1.4dB
(0.7dB+0.7dB)		 1.2dB
(0.5dB+0.7dB)		 1.0dB
(0.5dB+0.5dB)
삽입 손실 차 -1.9 -3.5 -2.6 -0.3 -3.0
삽입 손실의 감소와 더불어, 스위치를 채택하여 사용하는 경우, 다이플렉서만을 사용하는 경우보다 수신 성능의 향상도 기대할 수 있다.
일예로, 표 3 및 표 4는 수신 성능 관점에서 저대역 주파수들의 조합 및 10Mhz 대역폭을 가정하였을 때, 다이플렉서만을 사용하는 경우와 스위치를 채택하여 사용하는 경우의 잡음 지수(Noise Figure, NF)를 비교한 도표이다. 표 3은 다이플렉서만을 사용하였을 때의 잡음 지수이고, 표 4는 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때의 잡음 지수이다.
구 분 Diplexer Switch Diplexer(L/L) Duplexer RFIC NF
Gain -0.3 -0.3 -2.5 -2.2 90
F(dB) 0.3 0.3 2.5 2.2 3 8.3
구 분 Diplexer Switch Switch(in/out) Duplexer RFIC NF
Gain -0.3 -0.3 -0.6 -2.2 90
F(dB) 0.3 0.3 0.6 2.2 3 6.4
표 3 및 표 4에 기재된 바와 같이, 다이플렉서만을 사용하였을 때의 잡음 지수는 8.3dB, 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때의 잡음 지수는 6.4dB로 약 1.9dB의 잡음 지수가 감소하는 효과가 발생함을 알 수 있다.
잡음 지수의 감소로 인해, 민감도(Sensitivity)에서도 성능 향상을 기대할 수 있다. 일예로, 다이플렉서만을 사용하였을 때의 민감도는 -99.16dBm/10MHz (구체적으로, -174+10log(9MHz)+8.3-3=-99.16dBm) 인 반면, 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때의 민감도는 -101.06dBm/10MHz (구체적으로, -174+10log(9MHz)+6.4-3=-101.06dBm) 로 약 1.9dB의 민감도가 감소하는 효과가 발생함을 알 수 있다.
다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 경우, Tx 성능 역시 향상될 수 있다. RF 전처리부에서 최대 전력으로 23dBm을 출력할 수 있는지를 고려하여 보면, 디플렉서만을 사용하는 RF 전처리부에서의 손실이 5.3dB라 하면, PAM(Power Amp Mudule)에서의 출력 파워는 28.3dBm (23dBm+5.3dBm)을 출력할 수 있어야 한다. 이와 달리, 디플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용한 RF 전처리부에서의 손실이 3.4dB라 하면, PAM에서의 출력 파워는 26.4dBm을 출력할 수 있어야 한다.
일반적인 PAM의 최대 출력은 27.5dBm을 넘지 않으므로, 다이플렉서만을 적용하였을 때 요구되는 PAM의 출력 28.3dBm은 현실적으로 달성하기 어렵다. 이에 따라, 전처리부에서의 최대 전력은 0.8dBm 만큼 하향되어야 하고, 이는 셀 반경을 0.8dBm 만큼 축소하는 문제점을 야기시킨다. 이에 반해, 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때 요구되는 PAM의 출력 26.4dBm은 일반적인 PAM을 이용해 구현 가능하므로, 요구되는 23dBm의 되대 전력을 만족할 수 있다.
만약, PAM의 출력을 28.3dBm 까지 높일 수 있다 하더라도, PAM의 출력을 높이기 위해서는 더 많은 전류의 소모가 야기되므로 이로 인한 전력 소모가 증가된다는 문제점이 발생하게 된다. 구체적으로, 27dBm 수준을 출력하는데 약 350mA의 전류를 소모하는 PAM이 28.3dBm을 출력 할 수 있도록 설계되어야 한다면, 약 100mA 수준의 전류가 추가적으로 소모되어야 할 것이다. 이에 따라, 다이플렉서만을 적용하였을 때 요구되는 PAM의 출력 28.3dBm을 출력하기 위해 소모되는 전력은 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때 요구되는 전력에 비해 높은 수준을 유지할 것이다.
즉, 다이플렉서만을 적용하였을 경우보다 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하는 경우 단말 장치의 소모 전력량을 줄일 수 있다는 이점도 견지할 수 있다.
도 7은 셀 반경 관점에서 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때와 그렇지 않을 때를 비교한 것이다. 저대역 중 주파수 대역 #17에 대해, 자유 공간 손실(Free Space Path Loss, PSPL)을 적용하고, 10MHz의 대역폭 및 기지국의 민감도 레벨을 -100mBm/10MHz라 가정하면, 다이플렉서만을 적용하였을 때 단말 장치의 출력은 21.9dBm, 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때 단말 장치의 출력은 23dBm으로 시뮬레이션될 수 있다. 이에 따라, 다이플렉서만을 적용하였을 때 셀 반경은 약 8km인 반면, 다이플렉서의 입/출력단에 스위치를 적용하였을 때 셀 반경은 약 10km일 수 있다.
상술한 바와 같이, 다이플렉서(또는 디바이더)만을 적용한 경우보다 다이플렉서(또는 디바이더)의 입/출력단에 스위치를 적용하는 경우, 단말 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 6에 도식화된 2개의 입력 스위치, 다이플렉서(또는 디바이더) 및 1개의 출력 스위치는 기능적 관점에서 삽입 손실을 최소화할 수 있다. 다만, 각 기능부들이 별개의 소자로 채택되는 경우, 상당한 면적을 차지하여 단말 장치와 관련된 크기 조절 문제를 유발시킬 수 있다. 이에 다라, 도 3 내지 6에 도식화된 2개의 입력 스위치, 다이플렉서(또는 디바이더) 및 1개의 출력 스위치는 하나의 집적화된 모듈로 설계될 수도 있다.
도 7 및 도 8은 집적화된 모듈을 설명하기 위해 예시한 도면이다. 2개의 입력 스위치, 다이플렉서(또는 디바이더) 및 1개의 출력 스위치가 별개의 소자인 경우, 도 7 및 도 8에 도시된 예에서와 같이, 2개의 입력 스위치 및 1개의 출력 스위치 각각은 접촉점을 제어하기 위한 제어/전력 블록을 포함하여야 한다. 그에 반해, 2개의 입력 스위치, 다이플렉서(또는 디바이더) 및 1개의 출력 스위치를 집적화된 모듈로 설계하는 경우, 스위치 3개의 제어/전력 블록을 하나로 구현할 수 있어 더 작은 사이즈로 동일한 기능을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
110 : 다이플렉서
112 : 디바이더
120 : 출력 스위치
132 : 제 1 입력 스위치
134 : 제 2 입력 스위치
142 : 제 1 듀플렉서
144 : 제 2 듀플렉서

Claims (7)

  1. 제 1 대역의 신호를 듀플렉싱하는 제 1 듀플렉서;
    제 2 대역의 신호를 듀플렉싱하는 제 2 듀플렉서;
    상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호를 대역 분리하는 분리기;
    상기 분리기의 출력단에 위치하는 출력 스위치;
    상기 분리기의 입력단에 위치하고, 상기 제 1 듀플렉서를 통과한 상기 제 1 대역의 신호를 상기 분기기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나로 분기하는 제 1 입력 스위치; 및
    상기 분리기의 입력단에 위치하고, 상기 제 2 듀플렉서를 통과한 상기 제 2 대역의 신호를 상기 분기기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나로 분기하는 제 2 입력 스위치
    를 포함하는 단말 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말 장치가 캐리어 집성(Carrier Aggregation, CA)를 지원하는 제 1 무선 통신 방식을 사용하는 경우, 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호가 상기 분리기를 통과하도록,
    상기 제 1 및 제 2 입력 스위치는 상기 분리기로 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호가 입력되도록 설정되고, 상기 출력 스위치는 상기 분리기를 통과한 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호를 입력 받도록 설정되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말 장치가 상기 제 1 대역에서 캐리어 집성을 지원하지 않는 제 2 무선 통신 방식을 사용하는 경우, 상기 제 1 대역의 신호 및 상기 제 2 대역의 신호가 상기 분리기를 통과하지 않도록,
    상기 제 1 입력 스위치는 상기 출력 스위치로 상기 제 1 대역의 신호가 입력되도록 설정되고, 상기 출력 스위치는 상기 제 1 입력 스위치로부터 상기 제 1 대역의 신호를 입력 받도록 설정되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리기는 다이플렉서(Diplexer) 및 분배기(Divider) 중 적어도 하나를 포함하는 단말 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 스위치는 상기 분리기, 상기 제 1 및 제 2 입력 스위치 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 SP3T(Single Pole Triple Throw) 스위치인 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 입력 스위치는 상기 분리기 및 상기 출력 스위치 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치인 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 스위치, 상기 분리기 및 상기 제 1 및 제 2 입력 스위치는 하나의 칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
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KR20190104874A (ko) * 2018-03-01 2019-09-11 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 고주파 프론트 엔드 회로 및 그것을 포함하는 통신 장치
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