05 02 Chap 5 - Egloospds24.egloos.com/pds/201204/02/35/05_02_Chap_5.pdf · 2012-04-02 · 1...

이상원

철도전기·정보통신학부

우송대학교

RF RF 송수신송수신 시스템시스템

1Sang-Won Lee, Ph.D.

ⅠⅠ. . 서서 론론

ⅡⅡ. . RF RF 송수신송수신 시스템의시스템의 구조구조 및및 특징특징

◈◈ 수신기수신기▶▶ Heterodyne ReceiverHeterodyne Receiver▶▶ HoHomomodyne Receiverdyne Receiver▶▶ Image Reject ReceiverImage Reject Receiver▶▶ Digital IF ReceiverDigital IF Receiver▶▶ SubSub--sampling sampling ReceiverReceiver

◈◈ 송신기송신기▶▶ Baseband/RF, Power Amplifier/Antenna InterfaceBaseband/RF, Power Amplifier/Antenna Interface▶▶ DirectDirect--conversion Transmitterconversion Transmitter

▶▶ TwoTwo--step Transmitterstep Transmitter

ⅢⅢ. . RF RF 송수신송수신 시스템의시스템의 주요주요 성능성능

ⅣⅣ. . RF RF 송수신송수신 시스템의시스템의 성능에성능에 영향을영향을 미치는미치는 요소요소

목차

I. 서 론


▣▣ Transceiver : Transceiver : Role of a TransmitterRole of a Transmitter

일반적인 개념

090

AD

AD

HPMX-2007

The lkhefw wlkhqwilehrwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrw

wklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwilu

wae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih q

wejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrw






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wklhjr qlih qilh q q3wih qwklhjr qlih qilh q q3wih q






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wklhjr qlih qilh q q3wih qwklhjr qlih qilh q q3wih q



wae.

Power Supply

Power Amplifier

Mixer

Oscillator

Baseband Processor

Modulator

bias

I Data

Q Data

1. Create carrier

2. Add data to carrier

4. Amplify to broadcast

3. Shift to high frequency

Information

Antenna

bias

uP/DSP


▣▣ Transceiver : Transceiver : Role of a ReceiverRole of a Receiver

일반적인 개념

090

AD

AD

HPMX-2007

The lkhefw wlkhqwilehrwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih q

The lkhefw wlkhqwilehrwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih q

wklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrwwklhjr qlih qilh q q3wih qwklhjr qlih qilh q q3wih qwejklh wajkhrqwiluwae.esjlkh qwh wlh lihewrw

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Power Supply

uP/DSP

Low Noise Amplifier

Mixer

Oscillator

Baseband Processor

De-Modulator

bias

I Data

Q Data

1. Amplify received signal with min. added noise

2. Shift to lower frequency (cost and/or performance)

3. LO for down conversion

4. Discard carrier and recover data

Information

bias bias

Antenna


▣▣ Mobile Phone Block DiagramMobile Phone Block Diagram

일반적인 개념

RX SAW

TX IF SAW

RX IF SAW

LNADownConv.

TX SAW

ANT

DPLX

Rx RFIC

AD

DA

AD

PAM AD

Up Conv. Σ

AD

Tx RFIC

AD

AD

Voice Codec

VideoCodec

MCU

UIM Card

RF/IF Control

EEPROM FLASH RAM

Synth

Synth

Synth

Rx IF IC

Tx IF IC

MODEM

ChannelDecode

SourceDecode

Demodulator

RakeReceive

Modulator

Mod.Spread

ChannelEncode

SourceEncode

VocoderCPU

Control

CIS+ISP

Camera

AGCLPF

System Interface

LCDw/LDI


▣▣ 송수신송수신 시스템의시스템의 설계시의설계시의 고려고려 사항사항

◈◈ 시스템의시스템의 복잡성복잡성(Complexity)(Complexity)

◈◈ 전력소모전력소모(Power Dissipation)(Power Dissipation)

◈◈ 가격가격

◈◈ 부품의부품의 수수

상기상기 조건을조건을 고려하여고려하여 구조를구조를 선택선택

시스템이시스템이 ICIC화화(System(System--onon--aa--chip)chip)되어되어 감에감에 따라따라 구조구조

선택의선택의 중요성은중요성은 더욱더욱 더더 커지고커지고 있음있음

일반적인 개념


▣▣ 송수신송수신 시스템시스템 구조구조

◈◈ 수신기수신기

▶▶ 헤테로다윈헤테로다윈(Heterodyne) (Heterodyne) 방식방식

▶▶ 호모호모 다윈다윈(Homodyne) (Homodyne) 방식방식

▶▶ 이미지제거이미지제거(Image(Image--rejection)rejection)방식방식

▶▶ 디지털디지털 중간주파수중간주파수(IF) (IF) 방식방식

▶▶ 서브샘플링서브샘플링((SubsamplingSubsampling))방식방식

◈◈ 송신기송신기

▶▶ 직접직접 변환변환(Direct Conversion) (Direct Conversion) 방식방식

▶▶ 22차차 주파수주파수 상향상향(Up(Up--conversion)conversion)방식방식

▣▣ 각각 송수신송수신 시스템의시스템의 구조와구조와 장단점을장단점을 살피는살피는 것은것은 다양한다양한 응응

용에용에 많은많은 도움이도움이 되리가되리가 생각됨생각됨

일반적인 개념


▣▣ 무선무선 통신통신 환경에서환경에서 RF RF 송수신기송수신기 설계시의설계시의 제한제한

사항사항

◈◈ 대역폭대역폭((스펙트럼스펙트럼))과과 송신송신 전력전력

▣▣ 제한제한 사항에사항에 의한의한 영향영향

◈◈ 전송전송 정보량의정보량의 제한을제한을 가져오고가져오고, , 비록비록 음성정보라고음성정보라고 할할

지 라 도지 라 도 복 잡 하 고복 잡 하 고 정 교 한정 교 한 코 딩코 딩 (Coding)(Coding) 과과 압 축압 축

(Compression) (Compression) 기술기술, , 변조변조(Modulation) (Modulation) 기술을기술을 요구요구

◈◈ 제한된제한된 대역폭은대역폭은 RF RF 시스템시스템 설계에도설계에도 영향을영향을 줌줌

일반적인 개념


▣▣ RF RF 시스템시스템 설계시에설계시에 제한된제한된 대역폭대역폭 해결해결 방안방안

◈◈ 송신기송신기

▶▶인접인접 채널로의채널로의 의사신호의사신호(Spurious Signal)(Spurious Signal)를를 막기막기 위해위해 제한된제한된

대역에서대역에서 변조변조, , 증폭증폭, , 필터링이필터링이 이루어져야이루어져야 함함

◈◈ 수신기수신기

▶▶인접채널의인접채널의 강한강한 간섭원들간섭원들(Interferers)(Interferers)을을 충분히충분히 제거해가면제거해가면

서서 원하는원하는 채널의채널의 신호를신호를 복원해복원해 내야내야 함함

일반적인 개념

무선송수신기무선송수신기 송신부와송신부와 수신부수신부 초단초단


▣▣ 900MHz900MHz대역에서대역에서 30kHz 30kHz 채널폭을채널폭을 갖는갖는 신호가신호가 있고있고 60kHz 60kHz 떨어진떨어진 곳에곳에 강강

한한 간섭원이간섭원이 있을있을 때때, , 이를이를 완전히완전히 제거하기제거하기 위해위해 채널채널 필터를필터를 사용한사용한 경우경우

◈◈ 22차차 LC LC 필터를필터를 이용하여이용하여 채널채널 중심에서중심에서 45kHz 45kHz 떨어진떨어진 곳에서곳에서 60dB 60dB 이상의이상의 감쇄를감쇄를 갖게갖게 하기하기 위위

해서는해서는 Q(Quality Factor)Q(Quality Factor)값이값이 101077 이상이이상이 되어야되어야 함함

◈◈ QQ값이값이 높은높은 표면탄성파표면탄성파(SAW : Surface Acoustic Wave) (SAW : Surface Acoustic Wave) 필터를필터를 사용하더라도사용하더라도 구현이구현이 힘들고힘들고, , 필터의필터의 구현에구현에 있어있어 QQ와와 삽입손실삽입손실 간에는간에는 상호상호 절충절충(Trade(Trade--off)off)이이 필요필요

◈◈ 높은높은 QQ를를 이용하여이용하여 대역외대역외(out(out--ofof--band)band)에서에서 큰큰 저지저지 특성을특성을 구현한구현한 필터는필터는 대역내대역내(In(In--band)band)에에서서 삽입삽입 손실이손실이 증가하게증가하게 되고되고, , 이는이는 시스템의시스템의 잡음지수잡음지수(Noise Figure)(Noise Figure)를를 증가시킴증가시킴

▶▶ 대역필터의대역필터의 삽입손실이삽입손실이 2dB2dB이고이고 저잡음저잡음 증폭기의증폭기의 잡음지수가잡음지수가 2 dB2 dB이면이면, , 전체전체 시스템의시스템의 잡음지수는잡음지수는 4dB4dB로로 증가증가

▶▶ 수신기수신기 초단의초단의 대역통과필터의대역통과필터의 선택에선택에 있어있어 대역대역 외외 저지특성보다는저지특성보다는 대역내에서의대역내에서의 삽입삽입 손실손실 특성을특성을 우선우선

적으로적으로 고려고려

일반적인 개념

수신기수신기 초단초단 대역통과필터의대역통과필터의 가상가상 대역대역 특성특성


▣▣ 주파수주파수 대역대역(Frequency Band)(Frequency Band)과과 채널채널(Channel)(Channel)의의 구분구분

◈◈ 주파수주파수 대역대역 : : 특정특정 표준안에서표준안에서 통신시통신시 사용하는사용하는 전전 스펙트럼스펙트럼

◈◈ 채널채널 : : 시스템에서시스템에서 한한 사용자가사용자가 사용하는사용하는 신호의신호의 대역폭대역폭

▣▣ 수신기수신기 초단의초단의 수신수신 대역대역 선택선택

◈◈ 수신기의수신기의 초단초단(Front(Front--end)end)에에 사용되는사용되는 필터필터

▶▶ 주어진주어진 대역내의대역내의 신호를신호를 모두모두 통과시키기는통과시키기는 대역통과대역통과 필터이기필터이기 때문에때문에 인접채널의인접채널의 신호도신호도

통과통과

▶▶ 필터의필터의 전달함수전달함수 특성을특성을 보면보면 유한한유한한 천이대역천이대역(Transition Bandwidth)(Transition Bandwidth)이이 있어있어 대역외의대역외의 신신

호가호가 어느어느 정도정도 통과통과

▶▶ 듀플렉서의듀플렉서의 대역통과대역통과 특성을특성을 보면보면, , 수신수신 대역에서대역에서 20MHz 20MHz 떨어진떨어진 곳에서의곳에서의 대역저지는대역저지는

30dB 30dB 정도로정도로 이는이는 이이 주파수에주파수에 존재하는존재하는 간섭원에간섭원에 대해대해 단지단지 30dB30dB정도의정도의 저지특성을저지특성을 갖는갖는

다는다는 것을것을 의미의미

일반적인 개념


▣▣ 수신기의수신기의 설계에설계에 미치는미치는 영향영향

◈◈ 매우매우 큰큰 신호가신호가 수신기의수신기의 초단초단 대역통과대역통과 필터를필터를 통과하여통과하여 그그 다음다음 단단 저잡음저잡음 증폭기증폭기

나나 믹서의믹서의 입력으로입력으로 들어오면들어오면 이들의이들의 비선형성비선형성 특성이특성이 매우매우 중요한중요한 파라미터가파라미터가 됨됨

◈◈ 그림과그림과 같이같이 강한강한 간섭원은간섭원은 저잡음저잡음 증폭기의증폭기의 비선형성으로비선형성으로 인해인해 상호변조상호변조

((IntermodulationIntermodulation))가가 발생하고발생하고 이중이중 주로주로 33차차 왜곡신호가왜곡신호가 원하는원하는 채널내에채널내에 들어오들어오

는는 일이일이 생김생김

◈◈ 33차차 왜곡성분왜곡성분 신호의신호의 영향이영향이 크기크기 때문에때문에 각각 단의단의 IP3(3rd order Intercept Point)IP3(3rd order Intercept Point)를를 충분히충분히 크게크게 하여하여 상호변조상호변조 신호의신호의 33차차 왜곡왜곡 성분이성분이 채널채널 내로내로 들어오는들어오는 것을것을 막막

아야아야 함함

◈◈ 채널채널 내에내에 들어온들어온 왜곡신호는왜곡신호는 진폭의진폭의 변화를변화를 주고주고, , 이이 영향은영향은 주파수나주파수나 위상위상 변조를변조를

사용한사용한 시스템이라시스템이라 할지라도할지라도 원하는원하는 신호의신호의 영점교차점영점교차점(Zero(Zero--crossing Point)crossing Point)을을 흔흔

들기들기 때문에때문에 중요중요

일반적인 개념


▣▣ 듀플렉서듀플렉서(Duplexer)(Duplexer)가가 송신송신 출력전력에출력전력에 미치는미치는 영향영향

◈◈ 송신송신 출력전력에출력전력에 손실을손실을 초래함초래함

◈◈ 전력증폭기가전력증폭기가 1W1W의의 신호를신호를 발생했다고발생했다고 하더라도하더라도, , 송신필터의송신필터의 삽입손삽입손

실이실이 2dB2dB라면라면 370mW370mW의의 열손실이열손실이 발생하고발생하고 이는이는 일반적으로일반적으로 수신부수신부

의의 전력소모보다전력소모보다 큰큰 수치임수치임

◈◈ 따라서따라서 송신부의송신부의 대역통과대역통과 필터는필터는 삽입손실을삽입손실을 최소화시켜면서최소화시켜면서 원하는원하는

대역외의대역외의 불요불요 방사파를방사파를 적절하게적절하게 제거하여야제거하여야 함함

◈◈ 이것은이것은 송신부의송신부의 대역통과대역통과 필터에필터에 의해서의해서 전력증폭기나전력증폭기나 믹서에서믹서에서 발발

생하는생하는 대역대역 외외 상호변조상호변조 왜곡왜곡 신호나신호나 스퓨리어스를스퓨리어스를 제거하기제거하기 힘들다힘들다

는는 것을것을 의미의미

◈◈ 그러므로그러므로 적당한적당한 변조변조 방식과방식과 선형선형 전력증폭기전력증폭기, , 선형선형 RF RF 회로를회로를 이용하이용하

여여 대역외대역외 상호변조상호변조 왜곡왜곡 신호와신호와 불요방사를불요방사를 최소화하여야최소화하여야 함함

일반적인 개념


▣▣ 수신부수신부 입력신호의입력신호의 동적동적 작동작동 범위범위(Dynamic Range)(Dynamic Range)◈◈ 다중경로에다중경로에 의한의한 페이딩이나페이딩이나 전파손실을전파손실을 고려하여고려하여 동적동적 작동작동 범위는범위는 일반적으로일반적으로

100dB100dB를를 넘어야넘어야 함함

◈◈ 수신기의수신기의 최소감지최소감지 가능한가능한 신호의신호의 크기가크기가 ㎶㎶ 레벨레벨 정도로정도로 미약한미약한 신호이기신호이기 때문에때문에

수신기수신기 자체의자체의 잡음이나잡음이나 송신기에송신기에 의한의한 누화누화(Crosstalk)(Crosstalk)가가 매우매우 중요중요

▶▶ FDDFDD시스템에서시스템에서 송신단측송신단측 전력증폭기의전력증폭기의 1W1W의의 신호가신호가 5050ΩΩ의의 안테나를안테나를 통해통해 밖으로밖으로 전송될전송될

때때 안테나에서안테나에서 발생하는발생하는 신호의신호의 크기는크기는 20V20Vpppp이고이고 , , 듀플렉서를듀플렉서를 통과하면통과하면 수신단으수신단으

로로 30mV30mVpppp((--26dBm) 26dBm) 정도의정도의 신호가신호가 누설누설

▶▶ 만약만약 수신기의수신기의 저잡음저잡음 증폭기의증폭기의 11--dB dB 억제점억제점(P(P1dB1dB : 1dB Compression Point): 1dB Compression Point)이이 --25dBm 25dBm 근근처라면처라면 송신부에서송신부에서 누설된누설된 신호에신호에 의해의해 저잡음저잡음 증폭기가증폭기가 포화되고포화되고, , 이는이는 원하는원하는 신호의신호의 증증

폭을폭을 억제억제(Blocking)(Blocking)하여하여 수신부의수신부의 성능을성능을 현저히현저히 저하시키는저하시키는 원인원인

◈◈ 입력신호의입력신호의 동적동적 작동작동 범위에서범위에서 또또 다른다른 관심사는관심사는 수백수백 mVmV정도의정도의 큰큰 신호가신호가 들어올들어올

때때 수신기가수신기가 유효하게유효하게 동작을동작을 하는가하는가 하는하는 것것

▶▶ 자동이득조절자동이득조절(Automatic Gain Control)(Automatic Gain Control)회로를회로를 사용사용

일반적인 개념


▣▣ 전원으로전원으로 부터의부터의 잡음과잡음과 전압변동에전압변동에 주의주의

◈◈ RFRF시스템에서시스템에서 전력전력 소모를소모를 줄이기줄이기 위해서위해서 주주

기적으로기적으로 전력증폭기를전력증폭기를 On/Off On/Off 시킴시킴

◈◈ 수백수백 mAmA에서에서 수수 AA를를 사용하는사용하는 경우경우 순간적으순간적으

로로 큰큰 전류전류 변화를변화를 일으키고일으키고 이는이는 수백수백 mVmV의의 배배

터리터리 전압의전압의 변화를변화를 야기하므로야기하므로 각각 단의단의 설계시설계시

전원으로부터의전원으로부터의 노이즈에노이즈에 대한대한 영향이나영향이나 전압변전압변

동에동에 대한대한 대처가대처가 필요필요

일반적인 개념

II. RF 송수신 시스템의 구조 및 특징


▣▣ 헤테로다윈헤테로다윈(Heterodyne) (Heterodyne) 수신기수신기

◈◈ 주변의주변의 강한강한 간섭원으로간섭원으로 부터부터 원하는원하는 대역의대역의 신호만을신호만을 얻기얻기 위해서는위해서는 높은높은 QQ를를 갖는갖는 필터가필터가 필필

요한데요한데 고주파에서고주파에서 이를이를 구현하는구현하는 것이것이 쉽지쉽지 않음않음

◈◈ 헤테로다윈헤테로다윈 수신기는수신기는 원하는원하는 신호의신호의 반송반송(Carrier) (Carrier) 주파수를주파수를 낮추어서낮추어서 높은높은 QQ를를 갖는갖는 채널채널 필터필터

를를 이용하여이용하여 원하는원하는 신호를신호를 얻음얻음

◈◈ 그림과그림과 같이같이 고주파에서고주파에서 저주파로의저주파로의 주파수의주파수의 변환은변환은 주파수주파수 혼합기혼합기(Mixer)(Mixer)를를 통해통해 이루어진다이루어진다. . 중심주파수를중심주파수를 ωω11을을 ωω22로로 변환하기변환하기 위해위해 AA00coscosωω00t (t (여기서여기서 ωω00= = ωω22-- ωω11))를를 ωω11과과 곱하면곱하면, , ωω22와와

22ωω11-- ωω22 신호가신호가 발생하는데발생하는데, , 저역통과필터저역통과필터(LPF)(LPF)를를 이용하여이용하여 후자를후자를 제거제거

◈◈ 믹서는믹서는 일반적으로일반적으로 잡음지수가잡음지수가 높기높기 때문에때문에 전단에전단에 저잡음저잡음 증폭기를증폭기를 둠둠

◈◈ 하향변환을하향변환을 위해위해 사용되는사용되는 신호원을신호원을 국부국부 발진기발진기(Local Oscillator)(Local Oscillator)

◈◈ 하향하향 변환된변환된 주파수를주파수를 중간주파수중간주파수(IF)(IF)라고라고 부르는데부르는데, , 이이 주파수는주파수는 시스템의시스템의 성능에성능에 큰큰 영향을영향을 미미

치므로치므로 그그 선택에선택에 신중을신중을 기해야기해야 함함

수신기의 구조


▣▣ 중간주파수중간주파수 선택시선택시 고려해야고려해야 할할 사항사항

◈◈ 영상영상 주파수주파수(Image Frequency)(Image Frequency)

▶▶ 수신단을수신단을 설계할설계할 때때 수신수신 RF RF 주파수주파수 대역과대역과 디지털디지털 모뎀의모뎀의 동작동작 주파수주파수 범위가범위가 주어지면주어지면 그그

중간에중간에 국부국부 발진기의발진기의 주파수와주파수와 중간주파수를중간주파수를 결정결정

▶▶ coscosωω11tt 와와 coscosωω22tt 신호가신호가 믹서에믹서에 의해의해 곱해지고곱해지고 저역저역 필터를필터를 통과하면통과하면 cos(cos(ωω11--ωω22)t)t가가 되고되고, , cos(cos(ωω22--ωω11)t)t와와 같다고같다고 가정가정

▶▶ 수신주파수대역에서수신주파수대역에서 국부발진주파수국부발진주파수((ωωLOLO))에서에서 동일하게동일하게 중간주파수만큼중간주파수만큼 떨어진떨어진 양쪽양쪽 신호신호

는는 모두모두 중간주파수로중간주파수로 변환되는데변환되는데 이때이때 원하는원하는 신호신호 ωω11= = ωωLOLO-- ωωIFIF 외의외의 ωωimim= = ωωLOLO++ωωIFIF 신호를신호를

영상영상 주파수주파수

▶▶ 영상영상 주파수를주파수를 제거제거 : : 영상영상 제거제거 필터필터 사용사용(LNA(LNA와와 Mixer Mixer 사이사이))

▶▶ 영상영상 제거제거 필터는필터는 원하는원하는 신호에신호에 대해서는대해서는 적은적은 삽입손실을삽입손실을 갖고갖고 영상영상 신호에신호에 대해서는대해서는 큰큰

감쇄감쇄 특성을특성을 갖게갖게 하기하기 위해서는위해서는 22ωωIFIF를를 충분히충분히 크게크게 하여야하여야 함함

수신기의 구조


▣▣ 22ωωIFIF를를 얼마나얼마나 크게크게 해야해야 되나되나??◈◈ 헤테로다윈헤테로다윈 수신기는수신기는 고주파의고주파의 신호를신호를 충분히충분히 낮은낮은 주파수로주파수로 내려서내려서 즉즉, , 낮은낮은 중간주파수를중간주파수를 사용하여사용하여 높은높은 QQ의의

필터를필터를 구현하여구현하여 원하는원하는 신호를신호를 얻어야얻어야 하며하며, , 또또 한편으로는한편으로는 이미지이미지 주파수의주파수의 제거하기제거하기 위해서는위해서는 높은높은 중간주파중간주파

수를수를 사용해야사용해야 하는하는 모순모순

◈◈ 높은높은 중간주파수의중간주파수의 경우경우 : : 영상영상 주파수에주파수에 대해대해 충분한충분한 저지특성을저지특성을 얻을얻을 수수 있지만있지만, , 인접채널의인접채널의 강한강한 간섭원에간섭원에 대대

해서는해서는 충분한충분한 저지특성을저지특성을 가질가질 수수 없음없음

◈◈ 낮은낮은 중간주파수의중간주파수의 경우경우 : : 인접채널인접채널 간섭에간섭에 대해서는대해서는 충분한충분한 저지특성을저지특성을 가질가질 수수 있지만있지만 주변대역의주변대역의 영상영상 주파주파

수에수에 대해서는대해서는 충분한충분한 저지특성을저지특성을 가질가질 수수 없음없음

◈◈ 중간주파수의중간주파수의 선택에선택에 있어서는있어서는 영상영상 잡음의잡음의 양양, , 원하는원하는 주파수대역과주파수대역과 영상주파수의영상주파수의 간격간격,, 영상영상 제거제거 필터의필터의 삽삽

입손실입손실 사이에사이에 적절한적절한 상호절충이상호절충이 필요필요

◈◈ 영상영상 잡음의잡음의 양을양을 최소화최소화 하기하기 위해서는위해서는 중간주파수를중간주파수를 높이거나높이거나, Q, Q를를 증가시켜증가시켜 삽입손실이삽입손실이 커지더라도커지더라도 필터의필터의

감쇄감쇄 특성을특성을 좋게좋게 해야해야 되고되고, , 일반적으로일반적으로 저잡음저잡음 증폭기의증폭기의 이득이이득이 15dB 15dB 정도이므로정도이므로 필터의필터의 삽입삽입 손실은손실은 22--3dB3dB정도를정도를 넘지넘지 않는않는 범위범위 내에서내에서 영상영상 잡음과잡음과 중간주파수간의중간주파수간의 상호상호 절충이절충이 필요필요

수신기의 구조

높은 중간주파수와 낮은 중간주파수에서의 영상 제거와 간섭원의 억제


▶▶ 영상영상 잡음은잡음은 수신기의수신기의 감도감도(Sensitivity)(Sensitivity)를를 저하시키는저하시키는 요인이요인이 되고되고, , 인접채널인접채널 간섭원은간섭원은 수신기의수신기의

선택도선택도(Selectivity)(Selectivity)에에 영향을영향을 미치므로미치므로, , 중간주파수의중간주파수의 선택은선택은 수신기의수신기의 감도와감도와 선택도선택도 사이에서사이에서

상호상호 절충을절충을 하는하는 것것

▶▶ 중간주파수의중간주파수의 선택에선택에 있어서있어서 또또 다른다른 고려사항으로는고려사항으로는 채널채널 필터의필터의 구현상의구현상의 용이함과용이함과 물리적인물리적인 크크

기기

☞☞ 중간중간 주파수대역에서는주파수대역에서는 SAW SAW 필터나필터나 크리스탈크리스탈 필터가필터가 주로주로 사용되는데사용되는데, , 이미이미 상용화되어서상용화되어서 많이많이 사용되고사용되고

있는있는 대역의대역의 필터는필터는 가격이가격이 싸고싸고 구현이구현이 용이용이

☞☞ 휴대용시스템에휴대용시스템에 적용할적용할 경우에경우에 크기가크기가 작은작은 필터를필터를 사용해야사용해야 하고하고, , 이를이를 위해서는위해서는 높은높은 중간주파수를중간주파수를 이용하이용하

는는 것이것이 유리유리

▶▶ 헤테로다윈헤테로다윈 수신기는수신기는 영상영상 주파수를주파수를 제거하기제거하기 위해위해 영상영상 제거제거 필터를필터를 사용해야사용해야 하는하는 단점단점

☞☞ 일반적으로일반적으로 저잡음저잡음 증폭기와증폭기와 믹서믹서 사이에사이에 두는데두는데 이이 경우경우 LNA, LNA, 필터필터, , 믹서간의믹서간의 임피던스임피던스 정합정합, , 이득이득, , 잡음지잡음지

수수, , 안정성안정성, , 전력소모전력소모 등을등을 고려하여고려하여 설계설계

☞☞ FDD FDD 시스템의시스템의 경우에경우에 만약만약 높은높은 중간주파수를중간주파수를 선택한다면선택한다면 듀플렉서에듀플렉서에 의해의해 영상영상 주파수주파수 제거가제거가 가능하게가능하게

되고되고, , 저잡음저잡음 증폭기와증폭기와 믹서를믹서를 직접직접 연결해서연결해서 사용할사용할 수수 있게있게 됨됨

◈◈ 국부발진기의국부발진기의 주파수주파수 선택시선택시 고려고려 사항사항

▶▶ 주어진주어진 RF RF 대역보다대역보다 위쪽에위쪽에 또는또는 아래쪽에아래쪽에 택할택할 수수 있는데있는데 전자를전자를 ““HighHigh--side Injectionside Injection““, , 후자후자

를를 ””LowLow--side Injection"side Injection"이라고이라고 함함

▶▶ 국부발진기의국부발진기의 설계의설계의 용이함과용이함과 크기를크기를 고려하면고려하면 후자를후자를 선택하는선택하는 것이것이 유리유리

▶▶ 전자는전자는 원하는원하는 대역대역 위쪽에서위쪽에서 영상영상 주파수가주파수가 발생하고발생하고 후자는후자는 아래쪽에서아래쪽에서 발생하므로발생하므로 주변주변 주파수주파수

대역의대역의 특성을특성을 고려하여고려하여 영상영상 잡음이잡음이 작게작게 발생하도록발생하도록 선택선택

수신기의 구조


▣▣ 중간주파수중간주파수 선택시선택시 고려해야고려해야 할할 사항사항

◈◈ 1/2 1/2 중간주파수중간주파수 (Half IF)(Half IF)▶▶ 원하는원하는 주파수주파수((ωωinin))와와 1/2 1/2 중간중간 주파수주파수 간섭간섭 신호신호((ωωinin+ + ωωLOLO)/2)/2가가 동시에동시에 수신된다고수신된다고 가정가정

▶▶ 간섭원은간섭원은 하향하향 변환되는변환되는 과정에서과정에서 저잡음저잡음 증폭기나증폭기나 믹서의믹서의 비선형비선형 특성에특성에 의해의해 22차차 왜곡왜곡

(Second(Second--order Distortion) order Distortion) 성분성분 ((ωωinin+ + ωωLOLO))이이 발생하고발생하고 국부발진기의국부발진기의 22차차 하모닉하모닉

(Harmonic) (Harmonic) 성분성분 (2(2ωωLOLO))이이 곱해지면곱해지면, , 간섭신호는간섭신호는 중간주파수중간주파수((⏐⏐((ωωinin+ + ωωLOLO))--22ωωLO LO ⏐⏐==ωωIFIF))로로 변변

환되어환되어 잡음으로잡음으로 동작동작

▶▶ 또또 다른다른 가능성은가능성은 간섭신호가간섭신호가 국부발진기와국부발진기와 곱해져서곱해져서 ((ωωinin-- ωωLOLO)/2= )/2= ωωIFIF/2/2가가 발생하고발생하고 이이

신호가신호가 중간주파수중간주파수 대역에서대역에서 비선형비선형 증폭기나증폭기나 다른다른 요인에요인에 의해의해 22차차 왜곡이왜곡이 생기면생기면 ωωIFIF가가

되어되어 잡음으로잡음으로 동작동작

▶▶ 1/2 1/2 중간주파수중간주파수 문제를문제를 해결하기해결하기 위해서는위해서는 RFRF에서에서 IFIF로의로의 변환변환 과정에서과정에서 22차차 왜곡을왜곡을 최소최소

화하여야화하여야 하고하고, , 국부발진기의국부발진기의 22차차 하모닉하모닉 성분을성분을 최소화하여야최소화하여야 함함

▶▶ 또한또한 이미지이미지 제거제거 필터에필터에 의해의해 ((ωωinin+ + ωωLOLO)/2 )/2 신호가신호가 충분히충분히 저지되도록저지되도록 시스템을시스템을 설계설계

수신기의 구조


◈◈ DualDual--IF IF 수신기수신기▶▶ 높은높은 중간주파수를중간주파수를 선택하면선택하면 영상영상 주파수에주파수에 대한대한 저지를저지를 충분히충분히

할할 수수 있으나있으나 원하는원하는 채널만의채널만의 선택에는선택에는 어려움이어려움이 있음있음

☞☞ 한번의한번의 주파수주파수 하향이하향이 아닌아닌 여러번의여러번의 주파수주파수 하향변환을하향변환을 사용하고사용하고, , 각각각각

의의 하향하향 시시 필터링과필터링과 증폭을증폭을 함함

▶▶ 그림과그림과 같이같이 점차적으로점차적으로 주파수를주파수를 내리면서내리면서, , 적절한적절한 QQ의의 필터를필터를

이용하여이용하여 점진적으로점진적으로 원하는원하는 채널을채널을 필터링필터링

▶▶ 오늘날의오늘날의 대부분의대부분의 수신기는수신기는 22번의번의 하향변환을하향변환을 사용하는데사용하는데 이를이를

““DualDual--IF"IF"라고라고 함함

☞☞ 영상영상 주파수주파수 문제는문제는 여전히여전히 존재존재

▶▶ 22차차 하향하향 변환변환 수신기처럼수신기처럼 각각 단이단이 종속직렬로종속직렬로 연결되어연결되어 있을있을 경경

우에우에 각각 단의단의 잡음지수와잡음지수와 IP3IP3와와 이득에이득에 따라따라 시스템의시스템의 성능이성능이 좌좌

우되고우되고, , 시스템의시스템의 초단은초단은 잡음지수에잡음지수에 중점을중점을 두어두어 설계하고설계하고 시스시스

템템 후반부는후반부는 선형성에선형성에 중점을중점을 두어두어 설계설계

☞☞ 그림과그림과 같이같이 AA에서에서 GG까지의까지의 이득이이득이 40dB40dB라고라고 하면하면 22차차 중간주파수중간주파수 증증

폭기는폭기는 LNALNA의의 IP3IP3에에 비해비해 40dB40dB이상의이상의 특성을특성을 가져야가져야 되며되며, , 시스템의시스템의

전원이전원이 점점점점 낮아지는낮아지는 상황에서상황에서 적당한적당한 이득과이득과 전력소모를전력소모를 유지하면서유지하면서

선형성을선형성을 이루는이루는 것은것은 어려운어려운 일일

☞☞ 실제로는실제로는 각단의각단의 필터가필터가 주변의주변의 강한강한 인접인접 간섭원을간섭원을 충분히충분히 제거하는제거하는

역할을역할을 하기하기 때문에때문에 각단의각단의 증폭기의증폭기의 선형성의선형성의 유지에유지에 큰큰 역할을역할을 함함

수신기의 구조


▶▶직교직교 하향하향 변환변환

☞☞22차차 하향하향 변환이변환이 일어날일어날 때때 신호의신호의 복조가복조가 이루어짐이루어짐

☞☞FM FM 시스템의시스템의 경우경우 22차차 하향하향 변환회로로변환회로로 주파수주파수 변별기변별기(Discriminator)(Discriminator)가가사용되어사용되어 아날로그아날로그 기저대역기저대역 신호가신호가 생성생성

☞☞디지털디지털 변조변조 시스템의시스템의 경우경우 22차차 하향하향 변환이변환이 될될 때때 그림과그림과 같은같은 직교직교

((QuadratureQuadrature) ) 회로가회로가 사용되어사용되어 I(InI(In--phase)phase)와와 Q(QuadratureQ(Quadrature) ) 신호로신호로 나나

뉘어져뉘어져 기저대역기저대역 신호로신호로 변환변환

▶▶헤테로다윈헤테로다윈 수신기는수신기는 중간주파수에중간주파수에 따라따라 수신기의수신기의 감도와감도와 선택도를선택도를 상상

호호 절충을절충을 해야해야 하며하며, 2, 2차차 이상의이상의 하향하향 변환을변환을 할할 경우경우 시스템이시스템이 복잡해복잡해

지고지고 주변주변 부품의부품의 수도수도 늘어나지만늘어나지만 아직까지아직까지 가장가장 많이많이 사용되는사용되는 수신수신

기술기술

수신기의 구조


▣▣ 호모다윈호모다윈(Homodyne) (Homodyne) 수신기수신기◈◈ RFRF신호를신호를 중간주파수를중간주파수를 거치지거치지 않고않고 바로바로 기저기저 대역으로대역으로 하향변환하는하향변환하는 구조로구조로 호모다윈호모다윈, , 직접직접

변환변환(Direct Conversion) (Direct Conversion) 혹은혹은 Zero IF Zero IF 수신기라고수신기라고 부름부름

◈◈ 호모다윈호모다윈 수신기는수신기는 국부국부 발진기의발진기의 주파수를주파수를 입력입력 반송주파수와반송주파수와 동일하게동일하게 하는하는 것것

◈◈ 채널채널 선택을선택을 위해서는위해서는 비교적비교적 저지저지 특성이특성이 좋은좋은 저역통과저역통과 필터만이필터만이 필요필요

◈◈ 단순한단순한 호모다인호모다인 수신기는수신기는 입력신호가입력신호가 하향변환되면서하향변환되면서 입력신호의입력신호의 상측파상측파 대역과대역과 하측파하측파 대역대역

이이 중첩이중첩이 일어나므로일어나므로 DoubleDouble--sideband AMsideband AM의의 수신에수신에 적합하고적합하고, , 주파수나주파수나 위상변조된위상변조된 신호에신호에

대해서는대해서는 직교직교 복조복조((QuadratureQuadrature Demodulation)Demodulation)를를 하여하여 신호의신호의 손실을손실을 막아야막아야 함함

▶▶ FM FM 변조나변조나 QPSK QPSK 변조변조 스펙트럼은스펙트럼은 양측이양측이 서로서로 다른다른 정보를정보를 포함하고포함하고 있어서있어서, , 기저대역으로기저대역으로 변환될변환될 때때 서서

로로 분리하여야분리하여야 함함

◈◈ 호모다윈호모다윈 수신기의수신기의 장점장점

▶▶ ωωIFIF =0=0이기이기 때문에때문에 영상영상 주파수주파수 문제를문제를 피할피할 수수 있으므로있으므로, , 영상영상 제거용제거용 필터가필터가 필요치필요치 않음않음

▶▶ 중간주파수용중간주파수용 표면탄성파표면탄성파 필터나필터나 추가적인추가적인 하향변환하향변환 시스템이시스템이 저역저역 통과통과 필터와필터와 기저대역기저대역 증폭기로증폭기로 대치대치

되므로되므로 단일단일 ICIC화가화가 가능가능

수신기의 구조

단순한 호모다인 수신기 직교하향 변환 회로를 갖는 호모다인 수신기


▣▣ 호모다윈호모다윈 수신기의수신기의 문제점문제점

◈◈ 채널채널 선택선택

▶▶ 인접채널의인접채널의 간섭원의간섭원의 제거를제거를 위해위해 저지특성이저지특성이 좋은좋은 능동능동 저역저역 필터를필터를 사용할사용할 경우에경우에 수동수동

저역저역 필터에필터에 비해비해 어려운어려운 점이점이 있음있음

▶▶ 능동능동 필터를필터를 구현할구현할 때때 잡음잡음--선형성선형성--전력소비전력소비 간의간의 상호절충이상호절충이 필요필요

▶▶ 그림은그림은 직교하향직교하향 변환변환 수신기의수신기의 I I 와와 Q Q 각단의각단의 채널선택을채널선택을 위한위한 기저대역기저대역 프로세스프로세스 과정과정

☞☞ (a)(a)는는 저역저역 통과통과 필터에필터에 의해의해 인접채널인접채널 간섭을간섭을 제거하고제거하고,, 선형선형, , 고이득의고이득의 증폭기를증폭기를 통과한통과한 다음다음 44--88비트의비트의 적당한적당한 동작동작 범위에서범위에서 A/D A/D 변환이변환이 이루어지는데이루어지는데, , 이이 경우경우 저역통과저역통과 필터에필터에 잡음과잡음과 선형성간선형성간

의의 상호절충상호절충 문제가문제가 발생발생

☞☞ (b)(b)는는 저역저역 통과통과 필터의필터의 잡음잡음 특성을특성을 완만하게완만하게 한한 대신에대신에 고성능의고성능의 증폭기증폭기 특성이특성이 요구되는데요구되는데 선형선형

차동차동 증폭기를증폭기를 이용하여이용하여 채널채널 필터링을필터링을 하기하기 전에전에 적당한적당한 이득을이득을 제공하는제공하는 것으로것으로 또또 다른다른 증폭기증폭기

를를 필터와필터와 A/D A/D 변환기변환기 사이에사이에 두어두어 A/D A/D 변환기의변환기의 잡음잡음 특성을특성을 개선개선

☞☞ (c)(c)는는 디지털디지털 영역에서영역에서 채널채널 필터링을필터링을 하는하는 것으로것으로, A/D , A/D 변환기변환기 회로는회로는 인접인접 채널의채널의 간섭원에간섭원에 대해대해

서도서도 최소한의최소한의 상호변조를상호변조를 일으키며일으키며, , 열잡음이나열잡음이나 양자화양자화 잡음속에서잡음속에서 수수 ㎶의㎶의 약한약한 신호에신호에 대해서도대해서도

동작해야하는동작해야하는 고선형고선형 특성이특성이 요구요구

수신기의 구조



◈◈ DC OffsetsDC Offsets▶▶ 그림그림 (a)(a)에서에서 처럼처럼 믹서의믹서의 LOLO--RFRF단의단의 격리도격리도(Isolation)(Isolation)와와 LNALNA의의 SS12 12 특성이특성이 무한대가무한대가 아니기아니기 때문에때문에 국부발진기국부발진기

의의 약간의약간의 신호가신호가 저잡음저잡음 증폭기의증폭기의 전단전단 AA나나 믹서의믹서의 입력단입력단 BB에에 흘러들어가는데흘러들어가는데 이를이를 ““LO LO 누설누설 (Leakage)"(Leakage)"라고라고 하하

며며, , 이이 신호는신호는 기판기판(Substrate)(Substrate)을을 통해서도통해서도 커플링되고커플링되고, , 이이 잡음은잡음은 다시다시 국부발진국부발진 신호와신호와 믹서에서믹서에서 곱해지고곱해지고 이는이는 CC에에 DCDC를를 발생시키는데발생시키는데 이러한이러한 현상을현상을 ””SelfSelf--mixing"mixing"이라고이라고 부름부름

▶▶ 그림그림 (b)(b)는는 (a)(a)와와 비슷한비슷한 현상으로현상으로 저잡음저잡음 증폭기나증폭기나 믹서를믹서를 통과한통과한 큰큰 간섭원이간섭원이 국부국부 발진기로발진기로 흘러들어가서흘러들어가서 다시다시 믹믹

서에서서에서 서로서로 곱해져곱해져 CC에서에서 DCDC를를 발생발생

▶▶ 안테나에서안테나에서 A/DA/D변환기변환기 전단전단 XX까지의까지의 이득은이득은 수㎶의수㎶의 낮은낮은 신호를신호를 A/D A/D 변환기의변환기의 동작영역까지동작영역까지 증폭하기증폭하기 위해서위해서 8080--100dB 100dB 정도가정도가 필요필요

☞☞ 저잡음증폭기저잡음증폭기//믹서에서믹서에서 25dB25dB에서에서 30dB30dB정도의정도의 이득을이득을 가져야가져야 함함

☞☞ 그림그림 (a)(a)에서에서 국부발진기의국부발진기의 신호의신호의 크기가크기가 0.63V0.63Vpppp( ~0dBm@50( ~0dBm@50ΩΩ 시스템시스템))이고이고 AA까지의까지의 격리도가격리도가 60dB60dB라고라고 가정가정

☞☞ 만약만약 저잡음증폭기저잡음증폭기//믹서단의믹서단의 이득이이득이 30dB30dB라면라면, , 믹서믹서 다음단에다음단에 발생하는발생하는 DC DC 오프셋은오프셋은 10mV10mV정도이고정도이고, , 이때이때 원하는원하는 신호의신호의 크기는크기는

수십수십 ㎶정도로㎶정도로 DC DC 오프셋에오프셋에 의해의해 큰큰 영향을영향을 받음받음

☞☞ DC DC 오프셋으로오프셋으로 발생한발생한 10mV10mV정도의정도의 신호는신호는 5050--70dB70dB의의 이득을이득을 갖는갖는 다음단다음단 회로를회로를 포화시켜포화시켜 원하는원하는 신호가신호가 증폭되는증폭되는 것을것을 방해방해

▶▶ DC DC 오프셋의오프셋의 변화가변화가 시간에시간에 따라따라 변한다면변한다면 매우매우 심각한심각한 문제가문제가 발생발생

☞☞ 국부발진부의국부발진부의 신호가신호가 안테나로안테나로 누설되어누설되어 방사되고방사되고 주변의주변의 움직이는움직이는 물체에물체에 의해의해 반사되어반사되어 다시다시 수신되는수신되는 경우경우 발생발생

☞☞ 빠르게빠르게 움직이는움직이는 차에서는차에서는 반사되는반사되는 신호가신호가 시간에시간에 따라따라 변하고변하고 이렇게이렇게 발생한발생한 DC DC 오프셋오프셋 신호를신호를 원하는원하는 신호와신호와 구별구별

하는하는 것은것은 어려운어려운 일임일임

수신기의 구조

(a) LO 신호에 의한 Self-mixing (b) 강한 간섭원에 의한 Self-mixing



◈◈ DC OffsetDC Offset의의 제거제거 기술기술

▶▶ 고역고역 통과통과 필터를필터를 사용사용

☞☞ DC DC 부근의부근의 정보의정보의 일부를일부를 잃을잃을 수수 있는있는 문제점이문제점이 발생발생

☞☞ DCDC를를 차단하기차단하기 위해위해 큰큰 용량의용량의 캐패시터를캐패시터를 사용할사용할 경우에는경우에는 빠른빠른 오프셋의오프셋의 변화에는변화에는 대처하기대처하기 힘힘

든든 단점단점

▶▶ 송신시송신시 DC DC 부근에부근에 정보가정보가 거의거의 없도록없도록 인코딩하여인코딩하여 보내는보내는 것것

☞☞ ““DC Free CodingDC Free Coding”” 이라고이라고 하는데하는데, , 이는이는 광대역광대역 채널에서채널에서 적합적합

▶▶ 무통화무통화(Idle) (Idle) 시간시간 대역을대역을 설정하여설정하여, , 그그 시간에시간에 DC DC 오프셋을오프셋을 제거하는제거하는 것것

☞☞ TDMA TDMA 버스트버스트 사이에사이에 DC DC 오프셋을오프셋을 제거할제거할 수수 있는있는 시간을시간을 두는두는 것으로것으로 캐패시터와캐패시터와 스위치를스위치를 이용이용

하여하여 DC DC 오프셋을오프셋을 제거제거

▶▶ DC DC 오프셋을오프셋을 제거하는데제거하는데 있어있어 어려운어려운 점은점은 오프셋과오프셋과 함께함께 간섭원이간섭원이 캐패시터에캐패시터에 저장됨저장됨

☞☞ 간섭원은간섭원은 LO LO 신호가신호가 누설되어누설되어 안테나를안테나를 통해통해 방사되어방사되어 주변주변 물체에물체에 반사되어반사되어 들어오는들어오는 신호로신호로

DC DC 오프셋오프셋 제거시에제거시에 간섭원에간섭원에 의한의한 영향을영향을 경감시키기경감시키기 위해서위해서 여러여러 차례차례 샘플링하고샘플링하고 평균값을평균값을 취취

하는하는 방법을방법을 사용사용

수신기의 구조



◈◈ DC OffsetDC Offset의의 제거제거 기술기술

▶▶ TDD TDD 방식의방식의 예예

☞☞ TDD TDD 송수신송수신 특성특성 및및 커패시터의커패시터의 충방전을충방전을 이용하여이용하여 DC DC 오프셋을오프셋을 제거하는제거하는 방법방법

☞☞ TDMA TDMA 버스트버스트 사이에사이에 DC DC 오프셋을오프셋을 제거할제거할 수수 있는있는 시간을시간을 두는두는 것것

☞☞ 캐패시터와캐패시터와 스위치를스위치를 이용하여이용하여 DC DC 오프셋을오프셋을 제거제거

»» 스위치스위치 SS11에에 의해의해 발생되는발생되는 열잡음이열잡음이 캐패시터에캐패시터에 kTkT/C/C의의 잡음으로잡음으로 저장되므로저장되므로 큰큰 캐패시터캐패시터

값을값을 사용하는사용하는 것을것을 유리유리

»» 예를예를 들어들어 1uV1uVrmsrms 신호가신호가 안테나를안테나를 통해통해 들어오고들어오고, DC , DC 오프셋오프셋 제거제거 회로회로 전단까지의전단까지의 이득이이득이

30dB 30dB 이면이면, C, C11은은 적어도적어도 200pF 200pF 이상이어야이상이어야 (kT/C)(kT/C)0.50.5 잡음의잡음의 레벨이레벨이 신호레벨보다신호레벨보다 15dB 15dB 낮낮게게 유지할수유지할수 있음있음

☞☞ 차동회로를차동회로를 갖는갖는 I/QI/Q채널을채널을 사용할사용할 경우경우 44개의개의 큰큰 캐패시터가캐패시터가 필요필요

☞☞ 전치전치 증폭기를증폭기를 두고두고 DC DC 오프셋오프셋 회로를회로를 구현하면구현하면 캐패시터의캐패시터의 용량을용량을 줄일줄일 수수 있음있음

수신기의 구조


▶▶ FDD FDD 방식의방식의 예예

☞☞ DC DC 오프셋의오프셋의 영향을영향을 최소화하기최소화하기 위한위한 방법으로방법으로 그림과그림과 같이같이 고역통과고역통과 필터필터(HPF)(HPF)를를 사용사용

☞☞ 고역통과고역통과 필터링에필터링에 의해서의해서 DCDC에서에서 수수 kHzkHz까지까지 데이터의데이터의 손실을손실을 가져오게가져오게 되는데되는데, , 만약만약 이것이이것이 협협

대역대역 통신통신 시스템에서시스템에서 사용사용 된다면된다면, , 필터링에필터링에 의한의한 손실이손실이 수신수신 데이터의데이터의 복구에복구에 큰큰 영향을영향을 미치게미치게

됨됨

☞☞ 광대역광대역 통신통신 시스템에서는시스템에서는 필터링에필터링에 의한의한 데이터의데이터의 손실이손실이 그다지그다지 수신수신 데이터의데이터의 복구에복구에 영향을영향을 미미

치지치지 않기않기 때문에때문에 광대역광대역 통신통신 시스템에서는시스템에서는 이와이와 같은같은 방법이방법이 적합적합

☞☞ 고역고역 통과통과 필터의필터의 차단차단 주파수는주파수는 데이터의데이터의 전송전송 속도속도(Data Rate)(Data Rate)의의 0.1% 0.1% 이내로이내로 설계를설계를 해야해야 복조복조

단에서단에서 필터링되어필터링되어 손실된손실된 원래의원래의 데이터로데이터로 복원할복원할 수수 있음있음

☞☞ 고려할고려할 사항사항

»» 그림처럼그림처럼 DC DC 오프셋이오프셋이 0Hz0Hz에에 고정되어고정되어 있기도있기도 하지만하지만, , 도플러도플러 효과로효과로 인하여인하여 DC DC 오프셋이오프셋이 시간적으로시간적으로 변화를변화를

가지게가지게 되므로되므로, 0Hz, 0Hz에에 고정적인고정적인 DC DC 오프셋은오프셋은 위와위와 같은같은 필터링의필터링의 방법으로방법으로 해결할해결할 수수 있지만있지만, , 시간적으로시간적으로 변하변하

는는 DC DC 오프셋은오프셋은 고역고역 통과통과 필터의필터의 차단주파수를차단주파수를 넘어서게넘어서게 되면되면 해결할해결할 수가수가 없게없게 되는되는 문제점이문제점이 발생발생

수신기의 구조



◈◈ I/Q I/Q 부정합부정합(Mismatch) (Mismatch) ▶▶ RF RF 신호나신호나 LO LO 신호를신호를 9090°° 위상위상 천이하는천이하는 회로가회로가 필요필요

▶▶ RF RF 신호를신호를 9090°° 천이하는천이하는 것은것은 잡음잡음--전력전력--이득사이에이득사이에 상호상호 절충이절충이 필요필요

▶▶ LO LO 경로상의경로상의 직교직교 위상위상 변환변환 방식과방식과 같은같은 구조가구조가 많이많이 사용사용

▶▶ 9090°° 위상천이위상천이 때의때의 위상에러위상에러, I/Q , I/Q 신호간의신호간의 진폭이나진폭이나, , 위상의위상의 부정합은부정합은 하향하향 변환되는변환되는 신신

호에호에 왜곡을왜곡을 주고주고 이는이는 비트비트 오율을오율을 증가시킴증가시킴

수신기의 구조

RF 경로, LO 경로상의 직교위상 변환


▶▶ I/Q I/Q 경로상의경로상의 이득과이득과 위상의위상의 부정합에부정합에 의한의한 에러에러

▶▶수신된수신된 신호가신호가 xxinin(t(t)=)=acosacosωωcctt ++bsinbsinωωcctt 라고라고 가정가정

▶▶ aa나나 bb는는 --1 1 또는또는 11을을 갖고갖고, , 국부발진기와국부발진기와 9090°° 위상위상 천이기에천이기에 의해의해 I/QI/Q에에 입력되입력되

는는 신호의신호의 위상에러를위상에러를 θθ 라라 하고하고, , 이득에러를이득에러를 εε 이라고이라고 하면하면 입력신호입력신호 xxinin(t(t)) 가가

LOLO의의 두두 위상에위상에 의해의해 곱해지고곱해지고 그그 결과를결과를 저역통과저역통과 필터를필터를 통과시키면통과시키면 다음과다음과

같은같은 기저대역기저대역 신호를신호를 얻어짐얻어짐

수신기의 구조

,

,

( ) 1 cos 1 sin2 2 2 2

( ) 1 sin 1 cos2 2 2 2

BB I

BB Q

x t a b

x t a b

ε θ ε θ

ε θ ε θ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + − +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − − + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠


▶▶ 시간축에서의시간축에서의 이득과이득과 위상의위상의 부정합으로부정합으로 인한인한 신호신호 파형의파형의 변화변화

☞☞ 이득의이득의 부정합에부정합에 의한의한 에러는에러는 단순히단순히 I/Q I/Q 데이타의데이타의 전체전체 진폭이진폭이 달라지는달라지는 것것

☞☞ 위상의위상의 부정합에부정합에 의한의한 에러는에러는 각각의각각의 비트비트 데이타의데이타의 진폭을진폭을 변화시켜변화시켜 SNR(Signal to Noise Ratio)SNR(Signal to Noise Ratio)을을 저하시킴저하시킴

▶▶ 실질적으로실질적으로 변조방식에변조방식에 따라따라 다르지만다르지만, , 이득의이득의 부정합은부정합은 1dB 1dB 미만으로미만으로 위상의위상의 부정합은부정합은 55°° 이하가이하가 되도록되도록

해야해야 함함

▶▶ 헤테로다윈헤테로다윈 방식의방식의 수신기에서도수신기에서도 마지막마지막 단에서단에서 직교변환을직교변환을 하지만하지만, , 호모다윈호모다윈 방식에방식에 비해비해 위상위상//이득의이득의

부정합에부정합에 둔감둔감

☞☞ 첫째로첫째로 주파수가주파수가 낮기낮기 때문에때문에 진폭이나진폭이나 위상의위상의 변화가변화가 호모다윈호모다윈 방식에방식에 비해비해 적음적음

☞☞ 둘째로둘째로 I/QI/Q로로 분리되기분리되기 전단까지전단까지 50dB50dB에서에서 60dB60dB의의 충분한충분한 이득을이득을 가질가질 수수 있기있기 때문에때문에 위상위상//이이

득의득의 부정합에부정합에 둔감둔감

▶▶ 헤테로다윈헤테로다윈 방식은방식은 I/QI/Q의의 부정합을부정합을 해결하기해결하기 위해위해 디지털디지털 영역에서영역에서 ICIC로로 구현하여구현하여 직교변환을직교변환을 많이많이 시도시도

하고하고 있으나있으나, , 호모다윈호모다윈 방식은방식은 동작동작 주파수가주파수가 높아서높아서 디지털디지털 영역에서의영역에서의 처리는처리는 어렵고어렵고 최근에최근에 MMICMMIC화하화하

여여 부정합을부정합을 줄이고줄이고 있음있음

수신기의 구조

복조된 QPSK 파형의 I/Q 부정합 영향 (a)이득 에러 (b) 위상 에러



◈◈ EvenEven--Order Distortion Order Distortion ▶▶ 저잡음저잡음 증폭기가증폭기가 두개의두개의 강한강한 간섭원에간섭원에 대해대해 y(t)=ay(t)=a11x(t)+ax(t)+a22xx22(t) (t) 와와 같은같은 비선형비선형 특성을특성을 갖갖

는다고는다고 가정가정

☞☞ 저잡음저잡음 증폭기에증폭기에 x(t)=Ax(t)=A11coscosωω11t + At + A22coscosωω22tt의의 신호가신호가 입력으로입력으로 들어가면들어가면 y(t)y(t)는는 우수우수 차수차수 왜왜

곡으로곡으로 인해인해 저주파수의저주파수의 간섭원간섭원 aa22AA11AA22((coscosωω11--coscosωω22)t )t 이이 존재존재

☞☞ 이이 신호가신호가 그그 다음다음 단의단의 믹서에서믹서에서 일반적으로일반적으로 RFRF--IFIF의의 격리도가격리도가 무한대가무한대가 아니므로아니므로 IFIF단으로단으로 흘러흘러

들어가게들어가게 되어되어 원하는원하는 신호에신호에 잡음으로잡음으로 동작동작

▶▶ 수신기에수신기에 입력되는입력되는 신호가신호가 주파수나주파수나 위상변조위상변조 신호의신호의 경우라도경우라도 송신부의송신부의 필터나필터나 전파과정전파과정

중의중의 페이딩에페이딩에 의해의해 약간의약간의 진폭변조진폭변조 성분을성분을 포함하고포함하고 있음있음

☞☞ 만약만약, , xxinin(t(t)=()=(A+A+εεcoscosωωimimt)(acost)(acosωωcctt ++bsinbsinωωcctt)) ((여기서여기서, , εεcoscosωωimimtt 는는 저주파저주파 진폭변조진폭변조 성분에성분에 의한의한 에에

러항러항))가가 우수우수 차수차수 왜곡되면왜곡되면 (a(a22+b+b22)(A)(Aεεcoscosωωimimtt) ) 의의 성분이성분이 발생하고발생하고, , 이이 신호는신호는 기저대역으로기저대역으로 전달전달

되어되어 원하는원하는 신호에신호에 큰큰 영향을영향을 끼침끼침

수신기의 구조



◈◈ EvenEven--Order Distortion Order Distortion ▶▶저잡음저잡음 증폭기뿐만증폭기뿐만 아니라아니라 믹서도믹서도 동일한동일한 우수우수 차수차수 왜곡을왜곡을 일으킴일으킴

▶▶우수우수 차수차수 왜곡의왜곡의 대표적인대표적인 파라미터는파라미터는 IP2 (2IP2 (2차차 인터셉트점인터셉트점))로로, , 입력신호에입력신호에 대대

한한 우수차수우수차수 왜곡왜곡 신호신호 값을값을 외삽하여외삽하여 만나는만나는 점을점을 나타냄나타냄

▶▶우수차수우수차수 왜곡을왜곡을 없애기없애기 위해위해 저잡음저잡음 증폭기와증폭기와 믹서를믹서를 차동차동 방식으로방식으로 할할 수수 있있

을까을까??☞☞ 안테나와안테나와 듀플렉서는듀플렉서는 SingleSingle--endedended로로 구성되어구성되어 있어있어 차동차동 방식을방식을 쓰기쓰기 위해서는위해서는 변변

환회로가환회로가 필요하고필요하고 이는이는 고주파에서는고주파에서는 많은많은 손실을손실을 초래초래

☞☞ 저잡음저잡음 증폭기를증폭기를 차동차동 방식으로방식으로 설계할설계할 경우경우 동일한동일한 잡음특성을잡음특성을 갖게갖게 하기하기 위해서는위해서는

SingleSingle--endedended에에 비해비해 많은많은 전력전력 소모가소모가 필요필요

수신기의 구조



◈◈ Flicker NoiseFlicker Noise▶▶ 호모다윈호모다윈 수신기의수신기의 경우경우 저잡음저잡음 증폭기와증폭기와 믹서의믹서의 초단에서초단에서 30dB30dB정도의정도의 이득을이득을 가지므로가지므로

기저대역에서의기저대역에서의 신호레벨은신호레벨은 수십수십 ㎷정도의㎷정도의 값을값을 갖는데갖는데, , 이때이때 기저대역의기저대역의 입력입력 잡음은잡음은 신신

호에호에 큰큰 영향을영향을 미칠미칠 수수 있음있음

▶▶ 호모다윈호모다윈 수신기의수신기의 기저기저 대역신호는대역신호는 DC DC 근처에근처에 존재하므로존재하므로 기저대역기저대역 증폭회로의증폭회로의 1/f 1/f 잡음잡음

에에 의해의해 신호가신호가 영향을영향을 받음받음

▶▶ MOSMOS로로 구성된구성된 회로에서는회로에서는 더욱더욱 더더 심각심각

▶▶ RFRF단에서단에서 보다보다 높은높은 이득을이득을 갖도록갖도록 하기하기 위해위해 수동수동 믹서보다는믹서보다는 능동능동 믹서를믹서를 사용사용

◈◈ LO Leakage LO Leakage ▶▶ 국부국부 발진부의발진부의 LO LO 신호가신호가 누설되어누설되어 안테나를안테나를 통해통해 방사되어방사되어 자신의자신의 수신수신 시스템에시스템에 DC DC 오오

프셋을프셋을 발생시키는발생시키는 것것 외에외에 다른다른 수신수신 시스템에시스템에 영향을영향을 미칠미칠 수수 있음있음

▶▶ FCC(Federal Communications Commission)FCC(Federal Communications Commission)에서의에서의 표준안에는표준안에는 LOLO의의 방사량이방사량이 자기자기 대역내대역내

에서에서 --50dBm50dBm에서에서 --80dBm 80dBm 정도를정도를 유지하도록유지하도록 규정규정

수신기의 구조


▣▣ 이미지이미지 제거제거 수신기수신기(Image(Image--reject Receiver)reject Receiver)◈◈9090°° 위상위상 천이천이 방법방법

▶▶ 좁은좁은 대역의대역의 신호에신호에 대해서는대해서는 9090도도 위상천이를위상천이를 한다는한다는 것은것은 원신호의원신호의 스펙트럼에스펙트럼에 G(G(ωω)= )= --jsgnjsgn((ωω)) 을을 곱하는곱하는 것것 : : jsgnjsgn((ωω))는는 사인사인(sign) (sign) 함수함수

▶▶ sinsinωω t t 는는 --coscosωω tt 로로 바뀌고바뀌고 coscosωω tt 는는 sinsinωω tt 로로 바뀌는바뀌는 것으로것으로, , 시간축에서는시간축에서는 tt를를 tt--T/4 T/4 로로 바꾸는바꾸는 것것 : T: T는는 신호의신호의 주기주기

▶▶ 간단한간단한 9090도도 위상천이위상천이 방법으로는방법으로는 그림과그림과 같이같이 RCRC--CR CR 회로를회로를 이용하는이용하는 것것

☞☞ 주파수주파수 CC 의의 신호가신호가 RCRC--CR CR 에에 입력될입력될 때때 VVout1out1(t)(t)와와 VVout2out2(t) (t) 의의 결과는결과는 ππ/2/2--tantan--11(RC(RCωω ))와와

--tantan--11(RC(RCωω )) 로로 전전 주파수주파수 대역에서대역에서 9090도의도의 위상차를위상차를 갖음갖음

▶▶ 영상영상 제거의제거의 원리는원리는 원원 신호와신호와 영상신호를영상신호를 분리하여분리하여 영상영상 신호만을신호만을 제거제거

수신기의 구조

시간 영역과 주파수 영역에서의 90° 위상 천이90° 위상 천이 회로

−90°ωtsin ( ) ωtωt cos90sin −=°−


▣▣ 이미지이미지 제거제거 수신기수신기(Image(Image--reject Receiver)reject Receiver)◈◈하틀리하틀리(Hartley) (Hartley) 구조구조

▶▶ 입력신호를입력신호를 두개의두개의 I/QI/Q의의 LO LO 신호신호 sinsinωωLOLOtt와와 coscosωωLOLOtt와와 곱하고곱하고 저역통과저역통과 필터링을필터링을 한한 다다

음음 한한 신호를신호를 9090도도 위상천이를위상천이를 하여하여 더하는더하는 구조구조

▶▶ x(t)=x(t)=AARFRFcoscosωωRFRFtt+A+Aimimcoscosωωimimtt 가가 입력된다고입력된다고 생각하면생각하면 첫번째항은첫번째항은 원하는원하는 신호이고신호이고 두번째두번째

항은항은 영상영상 주파수주파수 신호신호

▶▶ 하향하향 변환변환 구조가구조가 Low Side Injection Low Side Injection 구조구조((ωωRFRF--ωωLOLO= = ωωLOLO--ωωimim))라고라고 가정하여가정하여 입력신호와입력신호와

LO LO 신호를신호를 곱하고곱하고, , 저역통과저역통과 필터를필터를 통과한통과한 후후 AA와와 B, CB, C에서의에서의 신호는신호는 다음과다음과 같음같음

▶▶ IF IF 신호는신호는 xxBB(t(t))와와 xxCC(t(t))를를 합한합한 AARFRFcos(cos(ωωRFRF--ωωLOLO)t)t : : 영상영상 주파수가주파수가 없는없는 신호신호

▶▶ 구조의구조의 원리는원리는 BB와와 CC에서에서 원하는원하는 신호는신호는 같은같은 부호를부호를 영상영상 신호에신호에 대해서는대해서는 반대부호를반대부호를 갖갖

도록도록 하는하는 것것

수신기의 구조

( ) sin( ) sin( )2 2

( ) sin( ) cos( )2 2

( ) cos( ) cos( )2 2

imRFA LO RF LO im

imRFB LO RF LO im

imRFC RF LO LO im

AAx t t t

AAx t t t

AAx t t t

ω ω ω ω

ω ω ω ω

ω ω ω ω

= − + −

= − + −

= − − −



▶▶ 입력신호에입력신호에 sinsinωωLOLOtt와와 coscosωωLOLOtt와와 곱하고곱하고 저역저역 통과통과 필터링을필터링을 한한 AA점과점과 BB점에서의점에서의 주파수주파수

영역신호는영역신호는 각각각각 XXAA((ωω))와와 XXBB((ωω))이고이고, X, XAA((ωω))를를 9090도도 위상천이를위상천이를 하면하면 XXCC((ωω))가가 되고되고, ,

XXBB((ωω))와와 XXCC((ωω))를를 더하면더하면 원하는원하는 신호는신호는 남고남고 영상영상 신호는신호는 서로서로 상쇄되어상쇄되어 사라짐사라짐

수신기의 구조



▶▶ I/Q I/Q 경로상의경로상의 부정합에부정합에 민감하게민감하게 반응하며반응하며 만약만약 LO LO 신호의신호의 위상차가위상차가 정확하게정확하게

9090도가도가 아니거나아니거나, I/Q , I/Q 경로상에경로상에 이득이나이득이나 위상의위상의 차가차가 발생하면발생하면 영상영상 신호가신호가

남게되어남게되어 원하는원하는 신호에신호에 영향을영향을 미침미침

▶▶영상영상 제거율은제거율은 얼마가얼마가 적당할까적당할까? ? ☞☞ 대부분의대부분의 RFRF시스템에서는시스템에서는 전체전체 이미지이미지 제거율이제거율이 60dB60dB에서에서 70dB70dB정도정도 되어야되어야 함함

☞☞ 전체전체 시스템에서는시스템에서는 IF IF 주파수가주파수가 높다면높다면 수신기수신기 초단의초단의 필터에필터에 의해서도의해서도 충분한충분한 영상영상

제거율을제거율을 가질가질 수수 있음있음

▶▶하틀리하틀리 회로를회로를 ICIC화화

☞☞ 저역저역 통과통과 필터의필터의 구현구현

☞☞ 더하기더하기 회로의회로의 선형성선형성

☞☞ 잡음과잡음과 전력의전력의 상호절충상호절충 문제문제

☞☞ 9090도도 위상천이기의위상천이기의 손실과손실과 잡음잡음 문제도문제도 해결해결

수신기의 구조


▣▣ 이미지이미지 제거제거 수신기수신기(Image(Image--reject Receiver)reject Receiver)◈◈위버위버(Weaver) (Weaver) 구조구조

▶▶하틀리구조는하틀리구조는 I/Q I/Q 직교변환직교변환 회로와회로와 9090도도 위상위상 천이기를천이기를 이용하여이용하여 원하는원하는 신호신호

에에 대해서는대해서는 같은같은 부호의부호의 신호를신호를 만들어만들어 내고내고, , 이미지이미지 신호에신호에 대해서는대해서는 반대의반대의

부호를부호를 갖는갖는 신호를신호를 만들어내어만들어내어 제거하는제거하는 회로이고회로이고, , 위버위버 구조는구조는 9090도도 위상천이위상천이

기기 대신에대신에 한번한번 더더 직교직교 하향변환을하향변환을 하여하여 이미지를이미지를 제거제거

수신기의 구조

1 1

2 2

2 2

2

cos cos,

( ) sin( ) sin( )2 2

( ) cos( ) cos( )4 4

( ) cos( ) cos( )4 4

cos( )2

in RF RF im im

R RF I im

RF RFA R I

imRFC R I

imRFD R I

RFout R

RF A t A t

A Ax t t t

AAx t t t

AAx t t t

AIF t

ω ωω ω ω ω ω ω

ω ω

ω ω ω ω

ω ω ω ω

ω ω

= +

= − = −

⎡ ⎤= − +⎢ ⎥⎣ ⎦

= − − + −

= + − + −

= −



▶▶동작동작 원리원리 해석해석

☞☞ XXAA((ωω))는는 j[j[δδ((ωω++ωω22))--δδ((ωω--ωω22)]/2)]/2 와와 컨벌루션되어컨벌루션되어 CC가가 되고되고 BB의의 신호는신호는 coscosωω22tt 와와 곱해져서곱해져서 즉즉

XXBB((ωω))는는 [[δδ((ωω++ωω22)+)+δδ((ωω--ωω22)]/2)]/2 와와 컨벌루션되어컨벌루션되어 DD가되고가되고, C, C와와 DD의의 차를차를 구하면구하면 원하는원하는 신호는신호는 그대그대

로로 있고있고 영상영상 신호가신호가 제거되지만제거되지만, , 두번째두번째 직교하향직교하향 변환회로에서변환회로에서 또또 다른다른 영상영상 신호신호 ωω22++ωωIFIF와와 --ωω22--ωωIFIF 가가 존재하므로존재하므로 출력신호에출력신호에 원하는원하는 신호만을신호만을 위한위한 저역통과저역통과 필터가필터가 필요필요

수신기의 구조



▶▶22번째번째 직교하향직교하향 변환회로에변환회로에 의한의한 ““22차차 이미지이미지””문제점문제점 해결해결 방안방안

☞☞ LPFLPF를를 BPFBPF로로 교체교체

☞☞ 호모다윈호모다윈 수신기에서처럼수신기에서처럼 11차차 IF IF 신호가신호가 기저대역기저대역((ωωIFIF=0=0 ))으로으로 변환되도록변환되도록 LOLO를를 설정설정 : :

ωωII ±± ωω22 ==ωωinin

☞☞ ωωII을을 입력신호입력신호 ωωinin에에 비해비해 충분히충분히 떨어지게떨어지게 하면하면, , 첫번쩨첫번쩨 LOLO의의 누설에누설에 의한의한 영향을영향을 덜덜 받게받게

되고되고 SelfSelf--mixingmixing에에 의한의한 DC DC 오프셋도오프셋도 대역통과대역통과 필터를필터를 이용하여이용하여 제거할수제거할수 있으며있으며, , 이이 필터필터

는는 또한또한 신호신호 경로상에경로상에 발생하는발생하는 우수차수왜곡에우수차수왜곡에 의한의한 저주파저주파 성분을성분을 제거할제거할 수수 있고있고, IF, IF단단

과과 22차차 믹서에믹서에 충분한충분한 이득을이득을 갖도록갖도록 하면하면 기저대역에서의기저대역에서의 1/f1/f잡음을잡음을 무시할무시할 수수 있음있음

수신기의 구조


▣▣ 디지털디지털 중간주파수중간주파수(IF) (IF) 수신기수신기

◈◈ DualDual--IF IF 헤테로다윈헤테로다윈 수신기에서수신기에서 22차차 하향변환을하향변환을 위해위해 사용되는사용되는 22차차 믹서나믹서나 필터와필터와

같이같이 저주파에서저주파에서 동작하는동작하는 회로는회로는 디지털로디지털로 보다보다 효율적으로효율적으로 구현할구현할 수수 있음있음

◈◈ 다음다음 그림은그림은 첫번째첫번째 IFIF신호가신호가 A/D A/D 변환기에변환기에 의해의해 디지털로디지털로 바뀌어바뀌어 디지털디지털 사인회로사인회로

와와 디지털디지털 직교하향직교하향 변환기에변환기에 의해의해 곱해지고곱해지고 디지털디지털 저역통과에저역통과에 의해의해 필터링되어필터링되어 기기

저대역저대역 신호로신호로 변화되는변화되는 것을것을 보여주는데보여주는데 이러한이러한 변환을변환을 ““디지털디지털 IF IF 구조구조””라고라고 함함 : : I/QI/Q의의 부정합에부정합에 의한의한 문제를문제를 피할피할 수수 있음있음

◈◈ ““Sampling IF"Sampling IF"는는 A/D A/D 변환기의변환기의 성능의성능의 제한제한 때문에때문에 약간약간 아래의아래의 레이트로레이트로 샘플링을샘플링을

하여하여 신호를신호를 하향하향 변환시킨변환시킨 구조의구조의 수신기로수신기로 많은많은 채널을채널을 동시에동시에 처리할처리할 수수 있는있는 장장

점점 때문에때문에 기지국에서기지국에서 사용하고사용하고 있음있음

수신기의 구조

디지털 IF 수신기 샘플링 IF 구조


▣▣ SubSub--sampling sampling 수신기수신기◈◈ 지금까지의지금까지의 수신기의수신기의 첫번째첫번째 LO LO 주파수는주파수는 RF RF 대역대역 부근의부근의 값을값을 갖으므로갖으므로, , 좁은좁은 대역대역 신호는신호는 한한

케리어케리어 사이클에서사이클에서 다음다음 케리어케리어 사이까지사이까지 변화가변화가 적기때문에적기때문에 RF RF 입력신호를입력신호를 매우매우 낮은낮은 레이트레이트

로로 샘플링하여샘플링하여 정보를정보를 복원할복원할 수수 있는있는 방법을방법을 ““SubSub--sampling"sampling"이라고이라고 부름부름

◈◈ 동작동작 원리는원리는 ΔΔff의의 대역특성을대역특성을 갖는갖는 신호는신호는 22ΔΔff 이상의이상의 레이트로레이트로 샘플링하면샘플링하면 기저대역으로기저대역으로 변환변환

할할 수수 있는있는 것것

◈◈ 그림과그림과 같이같이 이상적인이상적인 샘플링을샘플링을 위해서는위해서는 주파수영역에서주파수영역에서 중첩중첩(Aliasing)(Aliasing)이이 없어야없어야 하고하고, , 서브샘서브샘

플링플링 수신기는수신기는 낮은낮은 레이트로레이트로 하향변환하기하향변환하기 때문에때문에 국부발진기와국부발진기와 주파수주파수 합성기합성기 부분의부분의 설계가설계가

간단간단

◈◈ 서브샘플링서브샘플링 수신기는수신기는 RF RF 믹서를믹서를 사용하는사용하는 것에것에 비해비해 큰큰 장점이장점이 있지만있지만 잡음이잡음이 중첩되는중첩되는 치명적치명적

인인 단점이단점이 있음있음

수신기의 구조

(a) 샘플러의 등가회로

(b) 서브샘플링에서의 잡음의 겹침


▣▣ RF RF 송신기의송신기의 구성구성

◈◈변조변조(Modulation)(Modulation)

◈◈상향변환상향변환(Up(Up--conversion)conversion)

◈◈전력전력 증폭을증폭을 하는하는 회로회로

▣▣ RF RF 송신기의송신기의 구조구조

◈◈수신기에수신기에 대해서는대해서는 많은많은 연구가연구가 이루어져이루어져 왔으나왔으나, , 송신기는송신기는

단지단지 몇몇 가지의가지의 구조만구조만 있음있음

▶▶송신기는송신기는 잡음잡음, , 인접인접 간섭의간섭의 제거제거, , 선택도선택도, , 감도감도 등을등을 고려해야고려해야

하는하는 수신기에수신기에 비해비해 고려해야고려해야 할할 부분이부분이 적기적기 때문임때문임

송신기의 구조


▣▣ 기저대역과기저대역과 RFRF부분과의부분과의 인터페이스인터페이스

◈◈ 아날로그아날로그//디지탈디지탈 FM FM 시스템의시스템의 인터페이스인터페이스

▶▶ 기저대역의기저대역의 신호가신호가 전압전압 제어제어 발진기발진기(VCO:Voltage Controlled Oscillator)(VCO:Voltage Controlled Oscillator)가가 만들어내는만들어내는

반송반송 주파수에주파수에 직접직접 변조를변조를 가하여가하여 FM FM 변조변조 신호가신호가 발생발생

▶▶ 그림에서그림에서 기저대역기저대역 신호와신호와 VCOVCO의의 중간에중간에 위치한위치한 파형파형 변환변환(Signal Conditioning) (Signal Conditioning) 회로는회로는 필필

터와터와 이득변환이득변환 증폭기로증폭기로 구성되어구성되어 있으며있으며, VCO, VCO의의 제조상의제조상의 파라미터파라미터 변동을변동을 보상하고보상하고 FM FM 변조지수를변조지수를 변화하여변화하여 출력출력 스펙트럼을스펙트럼을 조절하는조절하는 역할역할

☞☞ VCOVCO의의 주파수는주파수는 시간과시간과 온도에온도에 따라따라 변화하므로변화하므로, PLL(Phase Locked Loop), PLL(Phase Locked Loop)을을 이용한이용한 주파수주파수 합성합성

기를기를 이용하여이용하여 안정화시킴안정화시킴

◈◈ 디지털디지털 위상변조위상변조 시스템의시스템의 인터페이스인터페이스

▶▶ 신호간의신호간의 간섭과간섭과 스펙트럼의스펙트럼의 제한을제한을 위해서위해서 펄스로펄스로 된된 기저대역기저대역 데이타데이타 파형을파형을 정형정형

(Shaping)(Shaping)

▶▶ 저주파저주파 대역에서의대역에서의 파형정형은파형정형은 아날로그아날로그 필터를필터를 이용하거나이용하거나, , 디지털디지털//아날로그아날로그 기술을기술을 이용이용

송신기의 구조


▣▣ 전력증폭기전력증폭기//안테나안테나 인터페이스인터페이스

◈◈ 송신부에서송신부에서 안테나를안테나를 통해통해 출력되는출력되는 신호와신호와 안테나를안테나를 통해통해 수신기로수신기로 입력되는입력되는 신호신호

를를 구분하기구분하기 위해서위해서 FDDFDD시스템에서는시스템에서는 듀플렉서를듀플렉서를 TDD TDD 시스템에서는시스템에서는 스위치를스위치를 사사

용용

◈◈ 듀플렉서듀플렉서 필터필터

▶▶일반적으로일반적으로 22--3dB3dB의의 손실을손실을 갖고갖고 있어있어 전력증폭기의전력증폭기의 출력출력 전력의전력의 3030--50%50%정도정도

를를 열로열로 소모소모

▶▶만약만약 전력증폭기가전력증폭기가 1W1W의의 출력을출력을 발생한다면발생한다면, 300mW, 300mW이상이이상이 필터에서필터에서 열로열로 소소

모되는모되는 것것

▶▶전력증폭기의전력증폭기의 효율이효율이 50%50%를를 갖기갖기 힘들기힘들기 때문에때문에 전원전원((배터리배터리))으로으로 부터부터 온온

600mW 600mW 이상의이상의 전력이전력이 소모되는소모되는 것것

▶▶이이 양은양은 전체전체 단말기의단말기의 나머지나머지 소모소모 전력과전력과 비슷한비슷한 수치수치

◈◈ TDDTDD시스템에서시스템에서 사용하는사용하는 스위치스위치

▶▶손실은손실은 0.50.5--1dB 1dB 정도정도

▶▶TDD TDD 시스템은시스템은 FDD FDD 시스템에시스템에 비해서는비해서는 높은높은 전력전력 효율을효율을 갖음갖음

송신기의 구조


▣▣ 직접변환직접변환 송신기송신기(Direct(Direct--Conversion Transmitter)Conversion Transmitter)◈◈ 송신송신 반송주파수와반송주파수와 국부발진기의국부발진기의 주파수가주파수가 같은같은 구조로구조로 변조와변조와 상향변환이상향변환이 동시에동시에 일어나는일어나는 것것

◈◈ 변조기변조기 다음다음 단에단에 전력증폭기전력증폭기--정합회로정합회로--안테나를안테나를 배치배치

▶▶ 정합회로는정합회로는 최대의최대의 전력이전력이 안테나를안테나를 통해통해 방출되도록방출되도록 하고하고, , 원하는원하는 채널외의채널외의 스퓨리어스를스퓨리어스를 제거하는제거하는 역할역할

◈◈ 직접직접 변환변환 방식의방식의 단점단점

▶▶ 전력증폭기의전력증폭기의 강한강한 신호에신호에 의해의해 국부발진기의국부발진기의 VCOVCO가가 영향을영향을 받을수받을수 있음있음

▶▶ 전력증폭기의전력증폭기의 출력신호의출력신호의 중심주파수와중심주파수와 국부발진기의국부발진기의 VCOVCO의의 주파수가주파수가 같기같기 때문에때문에 출력신호의출력신호의 변조된변조된

스펙트럼이스펙트럼이 VCOVCO에에 영향을영향을 주어주어 위상잡음을위상잡음을 더할더할 수수 있는데있는데, , 이러한이러한 현상을현상을 ““Injection Pulling" Injection Pulling" 또또

는는 ””Injection Locking"Injection Locking"이라고이라고 하며하며, , 전력증폭기가전력증폭기가 전력소모를전력소모를 줄이기줄이기 위해위해 주기적으로주기적으로 ON/OFFON/OFF를를 할할 경경

우우 더욱더욱 더더 심각한심각한 영향을영향을 미침미침

▶▶ LO Pulling LO Pulling 현상은현상은 전력증폭기의전력증폭기의 출력출력 스펙트럼이스펙트럼이 국부발진기의국부발진기의 주파수에주파수에 비해비해 훨씬훨씬 높거나높거나 낮으면낮으면 줄어드줄어드

므로므로, , 직접변조직접변조 방식에서방식에서 LO PullingLO Pulling의의 영향을영향을 줄이기줄이기 위해위해 LOLO의의 주파수를주파수를 서로서로 다른다른 22개의개의 주파수의주파수의 합과합과

차를차를 이용하여이용하여 생성생성

송신기의 구조

직접 변환 송신기 전력증폭기 출력의 발진기로의 누설


▣▣직접변환직접변환 송신기송신기(Direct(Direct--Conversion Transmitter)Conversion Transmitter)◈◈오프셋오프셋 국부발진기를국부발진기를 갖는갖는 직법변환직법변환 송신기송신기

▶▶ωω11++ωω22의의 국부발진기국부발진기 주파수주파수(=(=송신송신 반송주파수반송주파수))를를 구현하기구현하기 위위

해해 22개의개의 VCOVCO와와 믹서를믹서를 이용하여이용하여 각각각각 ωω11과과 ωω22의의 주파수를주파수를 발발

생하여생하여 송신송신 반송주파수에반송주파수에 의해의해 LOLO단의단의 VCOVCO가가 영향을영향을 받는받는 것것

을을 피한피한 구조구조

송신기의 구조


▣▣ 22단단 상향변환상향변환 송신기송신기(Two(Two--Step Transmitter)Step Transmitter)◈◈ 송신기의송신기의 LO PullingLO Pulling의의 문제를문제를 해결하기해결하기 위한위한 또또 다른다른 방법으로방법으로 기저대역의기저대역의 신호를신호를 22단단 혹은혹은 그그

이상이상 상향변환을상향변환을 함으로써함으로써, PA, PA의의 출력스펙트럼과출력스펙트럼과 각각의각각의 LOLO의의 VCOVCO의의 주파수를주파수를 멀리멀리 떨어뜨리떨어뜨리

는는 것것

◈◈ ωω11에서에서 직교변조를직교변조를 하고하고 믹서와믹서와 ωω2 2 의의 22차차 국부발진기국부발진기 그리고그리고 BPFBPF를를 통해통해 ωω11++ωω2 2 의의 신호를신호를 만들만들

어내는어내는 구조구조

◈◈ 그림에서그림에서 첫번째첫번째 BPFBPF는는 직교변조시직교변조시 발생하는발생하는 하모닉을하모닉을 제거하고제거하고, , 두번째두번째 BPFBPF는는 믹서에믹서에 의해의해 발발

생하는생하는 ωω11--ωω2 2 를를 제거제거

◈◈ 22단단 상향상향 송신기의송신기의 어려움은어려움은 22번째번째 상향상향 변환시변환시 사용되는사용되는 BPFBPF가가 5050--60dB60dB의의 저지저지 특성을특성을 가지가지

고고 주변의주변의 스퓨리어스를스퓨리어스를 제거해야제거해야 하는하는 것것

▶▶ 단순히단순히 믹서를믹서를 이용한이용한 상향변환회로에서는상향변환회로에서는 원하는원하는 측의측의 신호와신호와 원하지원하지 않는않는 측의측의 신호가신호가 같은같은 크기를크기를 갖갖

고고 생성되기생성되기 때문때문

송신기의 구조

III. RF 송수신 시스템의 주요 성능


▣ Wireless Communication System Block Diagram

Ant.

DuplexFilter/Switch

PowerAmp.

Tx RFFilter

Up-Conv.Mixer

IFFilter

LNA Rx RFFilter

Down-Conv.Mixer

IFFilter

RxAGC

TxAGC

+/-45

AD

AD

+/-45

DA

DA

RFVCO(Synthesizer)

RxVCO

TxVCO

LPF

LPF

LPF

LPF

MODEM

RF: Radio Freq. IF: Intermediate Freq. BB: Base band Digital signal


▣▣ 이동통신이동통신 단말기단말기 RF RF 회로의회로의 발전발전 추이추이 및및 전망전망

◈◈ 요구되는요구되는 특성특성

▶▶ Low CostLow Cost

▶▶ Small form FactorSmall form Factor

▶▶ Low PowerLow Power

◈◈ 현재의현재의 RF RF 연구와연구와 설계설계 방향방향

▶▶ 저저 가격화가격화 기술의기술의 연구연구

▶▶ 송수신기송수신기 구조에구조에 대한대한 연구연구

▶▶ 전력전력 소비에소비에 대한대한 기본적인기본적인 제한제한

▶▶ 용량과용량과 전송률의전송률의 한계한계 확장확장

▶▶ 다수의다수의 RF RF 전송전송 표준에표준에 적합한적합한 것것


▣▣ RF RF 단말기단말기 설계시설계시 고려고려 사항사항

◈◈ ReceiverReceiver▶▶ Sensitivity Sensitivity

☞☞ Noise Noise …… Noise FigureNoise Figure

☞☞ Gain/Insertion LossGain/Insertion Loss

☞☞ Distortion & IntermodulationDistortion & Intermodulation

▶▶ SelectivitySelectivity☞☞ Distortion & Distortion & IntermodulaitonIntermodulaiton

☞☞ Blocking PerformanceBlocking Performance

☞☞ Phase Noise PerformancePhase Noise Performance

☞☞ Image RejectionImage Rejection

◈◈ TransmitterTransmitter▶▶ Power OutputPower Output

▶▶ LinearityLinearity

▶▶ Coupling & IsolationCoupling & Isolation


▣▣ System RequirementsSystem Requirements

Maximum Noise FigureMaximum Noise FigureMinimum Input IP3 (Due to IM Spec.)Minimum Input IP3 (Due to IM Spec.)Minimum Input IP3 of LNAMinimum Input IP3 of LNAVCO Phase Noise (@ offset frequency)VCO Phase Noise (@ offset frequency)Single Tone SensitivitySingle Tone SensitivityAdjacent Channel SelectivityAdjacent Channel SelectivityAlternate Channel SelectivityAlternate Channel SelectivityMinimum Input IP2 (Due to half IF Minimum Input IP2 (Due to half IF rejection)rejection)Image Frequency SelectivityImage Frequency Selectivity

ReceiverReceiverFrequencyFrequencyChannel BandwidthChannel BandwidthMax. Output PowerMax. Output PowerMin. Output PowerMin. Output PowerAdjacent Channel Power RatioAdjacent Channel Power RatioWaveform QualityWaveform QualityFrequency ErrorFrequency ErrorTransmit Time ErrorTransmit Time ErrorConducted Spurious Conducted Spurious Radiated Spurious Radiated Spurious

Transmitter Transmitter


▣▣ SensitivitySensitivity◈◈ 수신기가수신기가 얼마나얼마나 작은작은 신호까지신호까지 충분한충분한 QualityQuality를를 가지게가지게 복원해복원해 내는가내는가??

◈◈ 수신감도에수신감도에 영향을영향을 주는주는 것에는것에는 Thermal Noise, Channel Bandwidth, Thermal Noise, Channel Bandwidth, SNR , MultiSNR , Multi--User Noise, User Noise, TxTx Leakage Noise Leakage Noise 등등

◈◈ Noise FigureNoise Figure

▶▶ F_in : Stage GainF_in : Stage Gain과과 Noise FigureNoise Figure로로 부터부터 기인기인

▶▶ F _image noise : Image NoiseF _image noise : Image Noise로로 부터부터 기인기인

▶▶ F_LO noise : Wideband LO NoiseF_LO noise : Wideband LO Noise로로 부터부터 기인기인

◈◈ Cascade Noise FigureCascade Noise Figure

Receiver Performance

Sensitivity = l0*Sensitivity = l0*log(kTlog(kT) + 10*log(BW) + SNR_min + NF + ) + 10*log(BW) + SNR_min + NF + Ntx_lkgNtx_lkg

NF = 10*log F (dB), F = (SNR)NF = 10*log F (dB), F = (SNR)inin/(SNR)/(SNR)outout

F = F_in + F_image noise + F_LO noiseF = F_in + F_image noise + F_LO noise

F_in = F1 + (F2F_in = F1 + (F2--1)/G1 + (F31)/G1 + (F3--1)/(G1*G2) + 1)/(G1*G2) + …… + (Fn+ (Fn--1)/(G1*G2*1)/(G1*G2*……*Gn*Gn--1)1)


▣▣ SelectivitySelectivity◈◈ 인접인접 채널채널 주파수에서의주파수에서의 원치원치 않는않는 신호를신호를 제거할제거할 수수 있는있는 수신기의수신기의 능력능력

◈◈ Adjacent Channel SelectivityAdjacent Channel Selectivity은은 LNALNA와와 MixerMixer의의 Linearity(Intercept Point), IF Linearity(Intercept Point), IF & BB Filter& BB Filter의의 StopStop--band Rejection, band Rejection, 그리고그리고 VCOVCO의의 Phase Noise Phase Noise 특성에특성에 영향을영향을 받받

음음

◈◈ OutOut--ofof--band Blocker Rejectionband Blocker Rejection은은 RF, IF FilterRF, IF Filter의의 선택도선택도, Blocker, Blocker에에 의한의한 LNALNA와와

MixerMixer의의 Desensitization, LODesensitization, LO의의 Phase NoisePhase Noise의의 영향을영향을 받음받음

◈◈ Phase NoisePhase Noise

◈◈ Reciprocal Mixing : Reciprocal Mixing : 원하는원하는 신호가신호가 Interferer Interferer 신호의신호의 Phase Noise tailPhase Noise tail에에 의해의해 심심

한한 NoiseNoise를를 타는타는 현상현상


PN(dBcPN(dBc/Hz) = Noise /Hz) = Noise Power(dBmPower(dBm) ) –– Carrier Carrier Power(dBmPower(dBm) ) –– 10*log(BW) (Hz)10*log(BW) (Hz)


▣▣ Dynamic RangeDynamic Range◈◈ Dynamic Range (DR) : Minimum Detection SignalDynamic Range (DR) : Minimum Detection Signal에서에서 부터부터 수신기가수신기가 문제없이문제없이 처처

리리 할할 수수 있는있는 가장가장 큰큰 신호간의신호간의 PowerPower의의 차이를차이를 의미의미

◈◈ Blocking Dynamic Range (BDR) : Upper BoundBlocking Dynamic Range (BDR) : Upper Bound는는 P1dBP1dB이며이며, BDR, BDR은은 수신기가수신기가

DesensitizationDesensitization이이 일어나지일어나지 않고않고 신호를신호를 처리할처리할 수수 있는있는 Blocking SignalBlocking Signal의의 범위범위

◈◈ Spurious Free Dynamic Range (SFDR) : Upper BoundSpurious Free Dynamic Range (SFDR) : Upper Bound는는 Two ToneTwo Tone에에 의해의해

Intermodulation ProductIntermodulation Product가가 Noise FloorNoise Floor와와 같아지는같아지는 점점

◈◈ Intercept Point (IP) Intercept Point (IP) –– Intermodulation (IM)Intermodulation (IM)


BDR = P_1dB BDR = P_1dB –– P_noise floor P_noise floor –– SNR_minSNR_min

SFDR = 2/3*( IIP3 SFDR = 2/3*( IIP3 –– P_noise floor ) P_noise floor ) –– SNR_minSNR_min


◈◈ Intercept Point (IP) Intercept Point (IP) –– Intermodulation (IM)Intermodulation (IM)


Output 3Output 3rdrd Intercept Point : Intercept Point : IP3_out = P_out + RR3_out/2IP3_out = P_out + RR3_out/2

33rdrd Rejection Ratio : Rejection Ratio : RR3_out = P_out RR3_out = P_out –– P_distortionP_distortion


◈◈ Gain CompressionGain Compression

▶▶ P_in > P_1dBP_in > P_1dB☞☞ 원하는원하는 신호가신호가 출력에서출력에서 왜곡이왜곡이 발생발생

☞☞ AMAM에서에서 PM PM 변조가변조가 발생발생

☞☞ 만일만일 P_inP_in이이 위상위상 변조되면변조되면, AM, AM--toto--PM PM 변환에변환에 의해의해 원하지원하지 않는않는 위상위상 천이가천이가 발생발생

☞☞ 검출검출 오류오류 저하를저하를 야기시킴야기시킴

▶▶ P_blocker > P_1dBP_blocker > P_1dB☞☞ P_blockerP_blocker의의 왜곡은왜곡은 시스템시스템 성능에성능에 영향을영향을 미치지미치지 않음않음

☞☞ P_blockerP_blocker는는 LNA LNA 또는또는 MixerMixer에에 지나친지나친 부담을부담을 줄줄 수수 있음있음

☞☞ 원하는원하는 신호의신호의 Gain CompressionGain Compression을을 일으킴일으킴 IF IF 잡음잡음 증가증가



▣▣ Spurious Response RejectionSpurious Response Rejection◈◈ Heterodyne Heterodyne 수신기들은수신기들은 요구된요구된 채널을채널을 제외한제외한 다른다른 주파수에주파수에 대해서도대해서도 응답할응답할 수수

있는있는 잠재성이잠재성이 있음있음

◈◈ IF IF 주파수의주파수의 적절한적절한 선택과선택과 RF FilterRF Filter의의 선택선택 에에 의해의해 최소화가최소화가 가능가능

◈ Common Receiver Spurious Response (m,n) : 믹서믹서 회로의회로의 비선형비선형 소자소자 때문에때문에 발생발생

하는하는 원하지원하지 않은않은 다른다른 mixing termmixing term들로들로 Spurious ResponseSpurious Response라라 부르고부르고, , 믹서의믹서의 RF RF 입력입력 포트와포트와 IF IF 주파수주파수 응답의응답의 원하지원하지 않은않은 신호가신호가 원인임원인임

◈◈ LO Spurious (1,n)LO Spurious (1,n) : Spurious created in the receiver. LO: Spurious created in the receiver. LO의의 Harmonics.Harmonics.

(Solution) Protection has to be provided by (Solution) Protection has to be provided by FrontFront--end Selectivity and LO filter.end Selectivity and LO filter.


F_F_RF RF = ( = ( nn*F_*F_LOLO +/+/-- F_F_IFIF ) / ) / mm

F_rxF_rx image = n*F_image = n*F_LOLO +/+/-- F_F_IFIFF_result = F_result = F_rxF_rx image image --/+ n*F_/+ n*F_LO LO = F_= F_IFIF

- m=Positive Integer multiplier of RF frequency

- n=Positive Integer multiplier of LO frequency


◈◈ Rx Image (1,1)Rx Image (1,1) : Spurious created in the receiver.: Spurious created in the receiver.

(Solution) Protection has to be provided by (Solution) Protection has to be provided by FrontFront--end Selectivityend Selectivity

◈◈ Half IF Image (2,2)Half IF Image (2,2) : Spurious created in the receiver.: Spurious created in the receiver.

(Solution) Protection has to be provided by (Solution) Protection has to be provided by FrontFront--end Selectivityend Selectivity and and Mixer Mixer

IP2IP2

◈◈ PhantomPhantom : : 수신기수신기 믹서에믹서에 도달한도달한 TxTx 주파수가주파수가 혼합되어진혼합되어진 TxTx 주파수로주파수로 부터부터 IF IF 간간격에서의격에서의 신호신호

(Solution) (Solution) 수신기에서수신기에서 송신송신 전력을전력을 줄임줄임 TxTx 주파수와주파수와 Phantom Phantom 주파수의주파수의 감쇠는감쇠는

DuplexerDuplexer에서에서 담당담당


F_rxF_rx image = F_image = F_LOLO + F_+ F_IFIF (High Injection type)(High Injection type)F_result = F_result = F_rxF_rx image image –– F_F_LO LO = F_= F_IFIF

F_rxF_rx image = F_image = F_LOLO + + ½½ F_F_IFIF (High Injection type)(High Injection type)F_result = 2*F_result = 2*F_rxF_rx image image –– 2*F_2*F_LO LO = F_= F_IFIF

F_F_phantomphantom = F_= F_TXTX +/+/-- F_F_IF IF F_spur = F_F_spur = F_phantomphantom -- F_F_TXTX = F_= F_IFIF


◈◈ Duplex ImageDuplex Image : : 전력증폭기의전력증폭기의 두번째두번째 고조파와고조파와 혼합된혼합된 Rx Rx 주파수주파수 반대쪽반대쪽 위에위에 있있

는는 TxTx--Rx Rx 간격으로부터의간격으로부터의 신호신호

(Solution) (Solution) 전력증폭기로전력증폭기로 부터부터 도달된도달된 외부외부 신호나신호나 수신기에수신기에 도달된도달된 합성합성 신호를신호를

방지방지. Rx . Rx 주파수나주파수나 이중이중 영상영상 주파수의주파수의 감쇠는감쇠는 Image ProtectionImage Protection을을

증가시킴증가시킴

◈◈ Half Duplex ImageHalf Duplex Image : : 전력증폭기전력증폭기 소자의소자의 기본주파수와기본주파수와 혼합된혼합된 Rx Rx 주파수의주파수의 반대반대

쪽쪽 위의위의 TxTx 주파수로주파수로 부터부터 절반의절반의 TxTx--Rx Rx 간격에간격에 있는있는 신호의신호의 두번째두번째 고조파고조파

(Solution) (Solution) 이이 SpuriousSpurious는는 전력증폭기전력증폭기 소자의소자의 전력전력 Intercept PointIntercept Point의의 함수로함수로, Rx , Rx 주주파수에서파수에서 감쇠는감쇠는 Image ProtectionImage Protection을을 증가시킴증가시킴


F_F_duplex imageduplex image = F_= F_TXTX –– ( F_( F_RX RX -- F_F_TXTX ))F_spur = 2*F_F_spur = 2*F_TXTX –– F_F_duplex imageduplex image = F_= F_RXRX

F_F_half duplex imagehalf duplex image = F_= F_TXTX –– ½½ ( F_( F_RX RX -- F_F_TXTX ))F_spur = 2*F_F_spur = 2*F_half duplex imagehalf duplex image –– F_F_TXTX = F_= F_RXRX


◈◈ Self Self QuietersQuieters : : 내부에서내부에서 발생된발생된 간섭간섭, , 수신기는수신기는 내부에서내부에서 생성된생성된 약간의약간의 신호를신호를 갖갖

고고 있기있기 때문에때문에 미약한미약한 수신수신 신호를신호를 수신할수신할 수수 없을없을 때도때도 있음있음

(Solution) (Solution) 적합한적합한 IF IF 선택선택, Self, Self--quieterquieter로로 부터부터 보호하기보호하기 위해위해 Clock ShifterClock Shifter는는 특특

정정 채널에채널에 대한대한 RF RF 통과대역에서통과대역에서 벗어난벗어난 Clock HarmonicClock Harmonic을을 천이하는천이하는 것을것을 제공제공, , 클클럭의럭의 사각사각 에지를에지를 둥글게둥글게 하면하면 고차고차 하모닉에하모닉에 포함된포함된 전력을전력을 줄일줄일 수수 있으므로있으므로 약간약간

은은 보호가보호가 됨됨


m*F_m*F_reference reference xx--taltal on Rx_on Rx_IFIF, , Tx_Tx_IFIF , Rx_, Rx_RFRF and and Tx_Tx_RFRFm*F_m*F_TX IF LOTX IF LO on Rx_on Rx_RFRF and and Tx_Tx_RFRFm*F_m*F_RX IF LORX IF LO on Rx_on Rx_RFRF and and Tx_Tx_RFRFm*F_m*F_RX IF LO RX IF LO ++ n*F_n*F_RF LO RF LO on Rx_on Rx_IFIF and Rx_and Rx_RFRFm*F_m*F_RX IF LO RX IF LO ++ n*F_n*F_RX RF RX RF on Rx_on Rx_IF IF m*F_m*F_RF LO RF LO ++ n*F_n*F_RX RF RX RF on Rx_on Rx_IF IF Cross receiver spurious responseCross receiver spurious responsem*F_m*F_TX IF LO TX IF LO + n*F_+ n*F_RF LO RF LO on Rx_on Rx_IF IF and Rx_and Rx_RFRFm*F_m*F_TX IF LO TX IF LO ++ n*F_n*F_RX RF RX RF on Rx_on Rx_IFIFm*F_m*F_RF LO RF LO ++ n*F_n*F_TX RF TX RF on Rx_on Rx_IF IF and Rx_and Rx_RFRF

IV. RF 송수신 시스템의 성능에 영향을미치는 요소


▣▣ SignalSignal--toto--Noise Ratio(SNR)Noise Ratio(SNR)

수신기 성능에 영향을 미치는 요소

⎩⎨⎧

+==

==ainout

inout

out

outout

in

inin NGNN

GSSNSSNR

NSSNR where ,


▣▣ Noise Factor(F) & Noise Figure(NF)Noise Factor(F) & Noise Figure(NF)◈◈ 잡음에잡음에 의해서의해서 시스템이나시스템이나 시스템을시스템을 구성하는구성하는 각각의각각의 소자의소자의 SNRSNR이이 저하되고저하되고, , 또또

한한 시스템시스템 및및 각각 부품의부품의 입력입력 부분에부분에 잡음의잡음의 존재존재 여부에여부에 따라서따라서 시스템의시스템의 감도가감도가

제한을제한을 받기받기 때문때문

◈◈ 각각 부품이나부품이나 시스템에서시스템에서 잡음의잡음의 양이양이 얼마나얼마나 되는지되는지 고려하고고려하고 그것이그것이 시스템에시스템에 얼얼

마나마나 영향을영향을 미치는지미치는지 나타내는나타내는 지표로지표로 사용되는사용되는 것이것이 잡음잡음 지수지수

◈◈F=1 (or NF=0 dB) for noiseless system, and F=1 (or NF=0 dB) for noiseless system, and SNRSNRoutout ≤≤ SNRSNRinin

in generalin general


( )1

log10 and 1

−=

=+==

FGNN

FNFGNN

SNRSNRF

ina

in

a

out

in


▣▣ NF in Cascaded Nonlinear StagesNF in Cascaded Nonlinear Stages◈◈전체적인전체적인 수신기수신기 Noise FigureNoise Figure에에 영향을영향을 주는주는 성분성분

◈◈Best receiver noise performance (NFBest receiver noise performance (NFRXRX))▶▶Small NFSmall NFLNALNA

▶▶Large GLarge GLNALNA


1110log

( )( )

FilterMIXRX LNA

LNA LNA MIX

LNALNA

LNA

FFNF F

G G GSNR Out

where FSNR In

⎡ ⎤−−= + + + • • •⎢ ⎥×⎣ ⎦

=


▣▣ Minimum Detectable Signal(MDS)Minimum Detectable Signal(MDS)◈◈ 수신기에수신기에 원하는원하는 신호와신호와 많은많은 잡음잡음 성분이성분이 동시에동시에 수신되는데수신되는데 , , 이이 경우경우 수신수신 가능한가능한 최소최소

한의한의 전력전력 레벨을레벨을 의미하는의미하는 파라미터파라미터

◈◈ MDSMDS는는 잡음지수에잡음지수에 의해서의해서 결정되어질결정되어질 수수 있을있을 뿐만뿐만 아니라아니라, , 수신신호와수신신호와 MDSMDS의의 관계를관계를통해서통해서 신호의신호의 수신수신 여부와여부와 함께함께 최대최대 잡음잡음 레벨을레벨을 확인할확인할 수수 있음있음

▶▶ 수신기에수신기에 입력된입력된 신호가신호가 최소한최소한 잡음잡음 레벨보다는레벨보다는 커야커야 신호를신호를 감지하여감지하여 처리할처리할 수수 있음있음

◈◈ 입력된입력된 신호레벨이신호레벨이 MDSMDS보다보다 작으면작으면 신호가신호가 잡음에잡음에 억압되어억압되어 있기있기 때문에때문에 신호를신호를 수신하수신하여도여도 처리를처리를 할할 수수 없게없게 되고되고, MDS, MDS보다보다 신호레벨이신호레벨이 크면크면 신호를신호를 원활하게원활하게 수신하고수신하고 처리처리할할 수수 있음있음


( )174 / 10logout aMDS N G dBm Hz NF BW= − = − + +


▣▣ Nonlinear SystemNonlinear System◈◈전력항에전력항에 의해의해 모델화된모델화된 일반적인일반적인 비선형비선형 시스템시스템

◈◈각각 다항식의다항식의 aa11, a, a22, a, a33의의 의미는의미는 시스템의시스템의 11stst, 2, 2ndnd, 3, 3rdrd

order order 응답응답


33

221 )()()()( txatxatxaty ++=

20 log Aout

20 log Ain A1-dB

Weakly Nonlinear Region


▣▣ Gain CompressionGain Compression◈◈신호의신호의 진폭이진폭이 증가하면증가하면 이득도이득도 증가하기증가하기 시작시작


기본주파수 성분의 증폭도3

1 3 1 3

31 3 1 3

3( ) ( 0) :43( ) ( 0) :4

A A A if Gain Expansion

A A A if Gain Compression

α α α α

α α α α

+ > >

+ < <

( ) cosx t A tω=

2 2 3 31 2 3

3 32 23 32 2

1

( ) cos cos cos

3( )cos cos 2 cos32 4 2 4

y t A t A t A t

A AA AA t t t

α ω α ω α ω

α αα αα ω ω ω

= + +

= + + + +

Nonlinear


▣▣ PP1dB1dB (1dB Gain Compression Point)(1dB Gain Compression Point)◈◈ 최대최대 전력점을전력점을 표현하는표현하는 사양으로사양으로, , 포화되지포화되지 않는다고않는다고 가정한가정한 전력과전력과 실제로실제로 포화되포화되

기기 시작한시작한 곡선과의곡선과의 차이가차이가 1dB1dB되는되는 출력출력 전력전력

◈◈ 능동소자나능동소자나 22단자망이단자망이 선형적으로선형적으로 동작할동작할 수수 있는있는 최대최대 전력점전력점

◈◈ 실제실제 능동소자의능동소자의 선형적인선형적인 동작영역을동작영역을 고려할고려할 때에는때에는 최대최대 전력점인전력점인 PP1dB1dB보다보다 약약3dB 3dB 정도정도 낮은낮은 영역을영역을 동작영역으로동작영역으로 정하여정하여 선형성을선형성을 유지유지 : Back: Back--OffOff


1dB

20 log Aout

20 log Ain A1-dB

P1dB


▣▣ IntermodulationIntermodulation◈◈ 다른다른 주파수인주파수인 두개의두개의 신호가신호가 비선형비선형 시스템에시스템에 공급될공급될 때때, , 일반적인일반적인 출력은출력은 입력입력 주주

파수의파수의 고조파고조파 성분이성분이 아닌아닌 몇몇의몇몇의 성분이성분이 나타남나타남

◈◈ 시스템이나시스템이나 소자에소자에 두개의두개의 신호가신호가 입력되었을입력되었을 때때, , 두두 입력입력 신호에신호에 대한대한 합과합과 차에차에대한대한 성분이성분이 나타남으로서나타남으로서 기준기준 신호에신호에 얼마만큼의얼마만큼의 영향을영향을 주는지주는지 평가하기평가하기 위해서위해서사용사용

◈◈ 시스템의시스템의 잡음잡음 레벨이레벨이 증가하게증가하게 되고되고 유효유효 채널의채널의 수를수를 감소감소


1ω 2ω 1ω 2ω2 12ω ω−1 22ω ω−1 1

2 2

coscos

A tA t

ωω

23 1 2

1 2

23 2 1

2 1

3 cos(2 )4

3 cos(2 )4

A A t

A A t

α ω ω

α ω ω

−

−

3 21 1 3 1 3 1 2 1

3 21 2 3 2 3 2 1 2

3 3( ) cos4 23 3( ) cos4 2

A A A A t

A A A A t

α α α ω

α α α ω

+ +

+ +


▣▣ Intermodulation Distortion(IMD)Intermodulation Distortion(IMD)◈◈ IntermodulationIntermodulation에에 의해의해 발생한발생한 왜곡왜곡 신호의신호의 크기크기

◈◈ FundamentalFundamental과과 IM3IM3의의 차이차이

◈◈ IMDIMD의의 차이가차이가 클수록클수록 유리유리



▣▣ IP3(Third Order Intercept Point)IP3(Third Order Intercept Point)◈◈ 기본주파수의기본주파수의 출력전력을출력전력을 선형이라선형이라 가정하였을가정하였을 때때 기본주파수의기본주파수의 출력전력출력전력

과과 22ωω11±ω±ω22 주파수의주파수의 출력전력이출력전력이 일치하는일치하는 점점

◈◈ 신호신호 전력을전력을 1dB 1dB 증가시키면증가시키면 IM3IM3는는 3dB 3dB 증가증가


Power

Frequency

Fundamental

IM3

Power

Frequency

Fundamental

IM3

Power

Frequency

Fundamental

IM3

Power

Frequency

Fundamental

IM3

포화되지 않은다는 가정하에 전력이 증가하면 Fundamental과 IM3의 크기가 동일


▣▣ IP3(Third Order Intercept Point)IP3(Third Order Intercept Point)◈◈ 전력전력 증폭기와증폭기와 같이같이 출력측의출력측의 선형성이선형성이 중요한중요한 경우는경우는 OIP3OIP3를를 고려하고고려하고, ,

저잡음저잡음 증폭기와증폭기와 같이같이 입력측의입력측의 선형성을선형성을 중요시하는중요시하는 소자의소자의 경우는경우는 IIP3IIP3를를 고려고려

◈◈ IMDIMD는는 기본주파수와기본주파수와 IM3 IM3 전력과의전력과의 차차

◈◈ 이득은이득은 입력입력 전력과전력과 출력출력 전력과의전력과의 차차

◈◈ IP3IP3와와 기본주파수기본주파수 전력과의전력과의 차는차는 IMD/2IMD/2


Input Power

Output Power

IIP3

IP3OIP3

P1dB

IMD/2

IM3

IMD

GainOIP3= IIP3+Gain


▣▣ IP3(Third Order Intercept Point)IP3(Third Order Intercept Point)◈◈ IP3IP3는는 포화되지포화되지 않는다는않는다는 가정하에가정하에 산출된산출된 값이므로값이므로 실제실제 측정을측정을 통해서통해서

도출할도출할 수수 있는있는 값이값이 아니므로아니므로 계산에계산에 의해서의해서 도출도출

◈◈ IP3IP3는는 PP1dB1dB와와 어느어느 정도의정도의 상관상관 관계를관계를 갖는데갖는데 일반적으로일반적으로 OIP3OIP3는는 이론적이론적으로으로 PP1dB1dB보다보다 약약 7~10dB 7~10dB 정도정도 높은높은 지점에지점에 존재존재


Power

Frequency

Fundamental

IM3

IMD

IMD/2OIP3

OIP3= OutputPower + IMD/2IIP3 = OIP3-Gain


▣▣ IP3 in Cascaded Nonlinear StagesIP3 in Cascaded Nonlinear Stages◈◈RF RF 필터가필터가 모든모든 수신기수신기 채널을채널을 통과시킨통과시킨 이후의이후의

IntermodulationIntermodulation DistortionDistortion은은 LNALNA와와 MixerMixer에에 치명적치명적인인 요인이요인이 됨됨

◈◈Best receiver 3rdBest receiver 3rd--order intercept (IP3order intercept (IP3RXRX))▶▶Small GSmall GLNALNA

▶▶IP3IP3LNALNA > IP3> IP3mixmix/G/GLNALNA


1 13 3 3 3

LNA LNA MIX

RX LNA MIX Filter

G G GIP IP IP IP

⎡ ⎤×= + + + •••⎢ ⎥⎣ ⎦


▣▣ Phase NoisePhase Noise◈◈ 단위단위 구간구간(1Hz)(1Hz)에서에서 신호의신호의 불규칙한불규칙한 주파수주파수 변동으로변동으로 정의정의

◈◈ 원하는원하는 신호로부터신호로부터 주어진주어진 주파수만큼주파수만큼 떨어진떨어진 지점에서지점에서 1Hz 1Hz 대역폭대역폭 당당 신신호호 전력과전력과 잡음잡음 전력의전력의 비율로비율로 표현표현

◈◈ SNRSNR에에 제한을제한을 주고주고, , 수신기의수신기의 감도의감도의 감소와감소와 원치않는원치않는 간섭의간섭의 원인원인


( / ) ( ) ( )10log( )

Phase Noise dBc Hz Noise Power dBm Carrier Power dBmBW

= −−


▣▣ Reciprocal MixingReciprocal Mixing◈◈ 원하는원하는 신호신호 근처에근처에 강한강한 간섭간섭 신호신호(Blocker)(Blocker)가가 존재할존재할 때때, , 이이 두두 신호는신호는 위위

상잡음을상잡음을 갖는갖는 국부국부 발진기발진기 신호와신호와 혼합되어혼합되어 하향변환하향변환

◈◈ 하향하향 변환된변환된 신호는신호는 LOLO의의 위상잡음의위상잡음의 영향을영향을 받아받아 주파수주파수 영역에서영역에서 겹쳐겹쳐진진 형태로형태로 나타나게나타나게 되는데되는데 이러한이러한 현상이현상이 ““Reciprocal MixingReciprocal Mixing””

◈◈ 수신기의수신기의 블록킹블록킹 특성에특성에 가장가장 큰큰 영향을영향을 미침미침

▶▶수신기의수신기의 Noise FloorNoise Floor를를 높여높여 시스템의시스템의 신호신호 대대 잡음잡음 비비(SNR)(SNR)를를 감소시킴감소시킴



▣▣ Spurious EmissionSpurious Emission◈◈ 송신되는송신되는 전력이전력이 자신의자신의 채널이채널이 아닌아닌 인접인접 채널로채널로 흘러흘러

들어가는들어가는 현상현상

◈◈ 비선형비선형 시스템에시스템에 의한의한 Spectral Spectral RegrowthRegrowth▶▶ 신호가신호가 전력전력 증폭기를증폭기를 통과하게통과하게 되면되면, , 전력전력 증폭기의증폭기의 비선형비선형 특특

성에성에 의해서의해서 신호의신호의 증폭과증폭과 함께함께 주파수주파수 스펙트럼이스펙트럼이 넓게넓게 퍼지퍼지는는 현상현상

◈◈ 다른다른 채널의채널의 SNR SNR 악화악화


Freq

Gain

Freq

Gain

FreqFreq

PA

Spectral Spectral RegrowthRegrowth 현상현상


▣▣ Adjacent Channel Power Ratio(ACPR)Adjacent Channel Power Ratio(ACPR)◈◈ 송신단의송신단의 RF RF 전력전력 증폭기증폭기(PA)(PA)의의 혼변조혼변조 왜곡왜곡(IMD)(IMD)특성을특성을 평가하기평가하기 위해서위해서 사용사용

◈◈ 전력전력 증폭기의증폭기의 출력출력 신호가신호가 다른다른 채널의채널의 신호에신호에 얼마만큼의얼마만큼의 간섭을간섭을 일으키는지를일으키는지를 나나타내는타내는 것으로서것으로서 선형성의선형성의 지표가지표가 됨됨

◈◈ 신호가신호가 전력전력 증폭기를증폭기를 통과하게통과하게 되면되면, , 전력전력 증폭기의증폭기의 비선형비선형 특성에특성에 의해서의해서 신호의신호의증폭과증폭과 함께함께 주파수주파수 스펙트럼이스펙트럼이 넓게넓게 퍼지는퍼지는 ““Spectral Spectral RegrowthRegrowth”” 현상이현상이 나타나고나타나고, , 그그 결과결과 송신송신 전력이전력이 자기자기 채널이채널이 아닌아닌 인접인접 채널에채널에 흘러흘러 들어가들어가 다른다른 채널의채널의 SNRSNR을을악화시키는악화시키는 결과를결과를 가져오게가져오게 됨됨

◈◈ 송신기에서는송신기에서는 ACPRACPR을을 통해서통해서 이러한이러한 영향을영향을 평가하여평가하여 고려하는고려하는 것이것이 중요중요

송신기 성능에 영향을 미치는 요소

30kHz

30kHz

30kHz

1.23MHz

885kHz 885kHz

1.98MHz 1.98MHz

30kHz

30kHz

30kHz

1.23MHz

885kHz 885kHz

1.98MHz 1.98MHz

12 3

Power Spectral Density inThe MainChannelACPRPower Spectral Density inTheOffset MainChannel or

=


▣▣ Max. & Min. RF Output Power Max. & Min. RF Output Power ◈◈통신통신 규격에규격에 따라따라 각각각각 다르기다르기 때문에때문에 각각의각각의 표준안에표준안에 명시되어명시되어 있있

는는 것을것을 따름따름

◈◈표준안에표준안에 명시되어명시되어 있는있는 최대최대 출력출력 전력을전력을 넘어서게넘어서게 되면되면, , 인접인접 채채널에널에 원치원치 않는않는 간섭을간섭을 일으키게일으키게 되므로되므로 충분한충분한 선형성을선형성을 유지하면유지하면서서 최대최대 출력출력 전력을전력을 구동시키는구동시키는 것이것이 필수적필수적

◈◈전력전력 증폭기의증폭기의 특성에특성에 의해서의해서 결정결정 되는되는 것으로서것으로서 위와위와 같은같은 선형성선형성을을 위해서위해서 PP1dB1dB와와 동작동작 영역영역(DR)(DR)이이 충분히충분히 큰큰 전력전력 증폭기가증폭기가 요구됨요구됨

송신기 성능에 영향을 미치는 요소

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