KR101681045B1 - 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

무선통신 시스템에서 캘리브레이션 장치는, 1개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할지 2개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할지를 선택하고, 2개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할 시, I 채널과 Q 채널 중 하나를 선택하여, 선택된 채널로만 트레이닝 신호를 트랜시버로 제공하는 모뎀과, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 주파수 상향변환시켜 듀플렉서로 전송하는 상기 트랜시버와, 상기 트랜시버로부터 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 상기 듀플렉서를 포함하며, 상기 트랜시버는 상기 듀플렉서로부터 상기 피드백된 트레이닝 신호를 주파수 하향변환시켜 상기 모뎀으로 제공하고, 또한, 상기 모뎀은, 1개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할 시, I 채널과 Q 채널 모두에 트레이닝 신호를 상기 트랜시버로 제공하고, 상기 트랜시버는, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 I 채널과 Q 채널별로 주파수 상향변환시키고, 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 포락선 검출하여 상기 듀플렉서로 전송하고, 그리고 상기 듀플렉서로부터 피드백된 트레이닝 신호를 주파수 하향변환시켜 상기 모뎀으로 제공하고, 상기 듀플렉서는, 상기 트랜시버로부터 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백한다.

Description

무선통신 시스템에서 캘리브레이션 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATION IN WIRELESS COMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선통신 환경에서 수신부 회로의 캘리브레이션(calibration)에 관한 것으로, 특히, 다수의 종류의 캘리브레이션을 수행할 시 캘리브레이션 시간을 줄이기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선통신 수신기 내부의 RF회로의 비선형성적인 특성을 보완하기 위하여 여러 종류의 보정회로 및 알고리즘이 존재한다. 예를 들어, 상기 보정회로 및 알고리즘으로, 이득(Gain) 정정 캘리브레이션, DC 오프셋(Offset) 캘리브레이션, I/Q 불일치(imbalance) 캘리브레이션, 그리고 IIP2(2nd Input Intercept Point) 캘리브레이션 등등이 있다.

각각의 캘리브레이션 알고리즘을 간략히 살펴보면, 먼저 상기 IIP2 캘리브레이션은 송신신호를 누설경로(leakage path)를 통해 수신단으로 전달하여(loop back) 보정/처리하는 기술이 있다(미국특허 "ADPATIVE IIP2 CALIBRATION " (공개번호 US2010/0093298)). 상기 I/Q 불일치 캘리브레이션은 부가적인 룩백(loop-back) 제어 경로(path)를 사용하여 송신단과 수신단에서 발생하는 I/Q 불일치을 동시에 처리하는 기술이다(미국특허, I/Q CALIBRATION OF TRANSMIT AND RECEIVE PATHS IN OFDM FDD COMMUNICATION SYSTEMS(공개번호 US2010/0027689)). 상기 이득 캘리브레이션은 외부 장비를 이용하여 테스트 CW(Continuous wave)를 안테나단에 입력하면 모뎀에서 수신신호강도(Received Signal Strength Indication: RSSI)를 측정하여 보상하는 방법이다. 그리고 마지막으로, 상기 DC 오프셋 캘리브레이션은 RFIC 출력단에 양(Positive) 경로와 부 경로(Negative Path)의 DC값 자체를 모뎀에서 누적 평균시켜 서로 비교하여 그 차가 최소가 되는 레지스터 값을 검색하는 방법이다.

상기 I/Q 불일치 캘리브레이션과 상기 IIP2 캘리브레이션은 또한 외부 장비에 1 톤(tone)(I,Q) 또는 2 톤(tone)(IIP2)을 인가하고, 계산상에서 발생하는 CW 톤을 모뎀부에서 측정하여 그 값이 최소가 되게 하는 레지스터 값을 검색한다. 상기 외부장비를 이용한 보정 방법은 최종 검증과 양산과정에서 보정 시간을 많이 필요하게 되어 아래 RFIC자체에서 처리할 수 있게 여러 가지 룩백(Loop back) 방법이 제시되었다.

캘리브레이션을 수행하는 방법에는 외부장비를 이용한 방법(이하 팩토리(Factory ) 캘리브레이션)과 내부 회로를 통한 룩백(loop back) 방법이 있다.

한편, 종래에는 수신부의 캘리브레이션은 그 요구 조건에 따라, 룩백 방법과 팩토리 캘리브레이션 방법을 병행 처리하고 있다. 또한, 여러 종류의 캘리브레이션을 다양한 환경(채널/온도/샘플 등)에서 다양한 요구조건을 만족하기 위해서는 각 파라미터별 보정 방법 및 조건이 상이하다.

따라서, 각 항목에 대한 팩토리 캘리브레이션 처리를 최소화하며 시스템의 최종 검증 시간과 일정 수율을 위한 양산시간을 줄일 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.

본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 수신부의 여러 가지 다른 캘리브레이션 환경을 통일하고 외부장비를 연동하는 팩토리 캘리브레이션을 최소화되도록 하기 위한 룩백 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 장치에 있어서, 1개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할지 2개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할지를 선택하고, 2개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할 시, I 채널과 Q 채널 중 하나를 선택하여, 선택된 채널로만 트레이닝 신호를 트랜시버로 제공하는 모뎀과, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 주파수 상향변환시켜 듀플렉서로 전송하는 상기 트랜시버와, 상기 트랜시버로부터 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 상기 듀플렉서를 포함하며, 상기 트랜시버는 상기 듀플렉서로부터 상기 피드백된 트레이닝 신호를 주파수 하향변환시켜 상기 모뎀으로 제공하고, 또한, 상기 모뎀은, 1개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할 시, I 채널과 Q 채널 모두에 트레이닝 신호를 상기 트랜시버로 제공하고, 상기 트랜시버는, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 I 채널과 Q 채널별로 주파수 상향변환시키고, 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 포락선 검출하여 상기 듀플렉서로 전송하고, 그리고 상기 듀플렉서로부터 피드백된 트레이닝 신호를 주파수 하향변환시켜 상기 모뎀으로 제공하고, 상기 듀플렉서는, 상기 트랜시버로부터 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 방법에 있어서, 모뎀이, 1개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할지 2개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할지를 선택하는 과정과, 상기 모뎀이, 2개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할 시, I 채널과 Q 채널 중 하나를 선택하여, 선택된 채널로만 트레이닝 신호를 트랜시버로 제공하는 과정과, 트랜시버가, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 주파수 상향변환시켜 듀플렉서로 전송하는 과정과, 상기 듀플렉서가, 상기 트랜시버로부터 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 과정과, 상기 트랜시버가, 상기 듀플렉서로부터 상기 피드백된 트레이닝 신호를 주파수 하향변환시켜 상기 모뎀으로 제공하는 과정을 포함하며, 또한, 상기 모뎀이, 1개 톤 신호를 이용한 캘리브레이션을 수행할 시, I 채널과 Q 채널 모두에 트레이닝 신호를 상기 트랜시버로 제공하는 과정과, 상기 트랜시버가, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 I 채널과 Q 채널별로 주파수 상향변환시키는 과정과, 상기 트랜시버가, 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 포락선 검출하여 상기 듀플렉서로 전송하는 과정과, 상기 듀플렉서가, 상기 트랜시버로부터 상기 주파수 상향변환된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 과정과, 상기 트랜시버가, 상기 듀플렉서로부터 피드백된 트레이닝 신호를 주파수 하향변환시켜 상기 모뎀으로 제공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 4가지 캘리브레이션 경우를 하나의 정해진 룩백 환경에서 수행함으로써, 다양한 환경 변화에 따른 캘리브레이션 오류 및 셋업 시간을 줄임일 수 이는 이점이 있다. 또한, 수신단의 캘리브레이션 항목을 동일한 환경을 통하여 제어하여 모뎀단에서 1 Tone의 트레이닝(training) 신호만 발생한 후 특정 주파수만을 계산 복원하는 과정을 통하여 캘리브레이션 제어 알고리즘이 단순화된다. 그리고, 기존에 가장 시간이 많이 소요된 이득 캘리브레이션 경우, 하이브리드 이득 캘리브레이션 모드(Hybrid Gain Calibration Mode)로 구성, 즉 룩백 모드를 통하여 이득모드와 채널 변경의 차이 값을 이용하여 절대 값을 구한 캘리브레이션 포인트 개수를 줄여 전체 캘리브레이션 시간을 절감할 수 있다. 마지막으로, 톤 신호를 통한 DC 오프셋 캘리브레이션 과정은 종래의 DC 레벨을 누적 비교하는 과정보다 모뎀 신호처리가 획기적으로 줄어들어 요구되는 값에 따라 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 장치도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 2톤을 이용한 캘리브레이션 장치도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 1톤을 이용한 캘리브레이션 장치도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 방법을 위한 흐름도 및,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 하이브리드 이득캘리브레이션 방법을 위한 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 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 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명은 무선통신 시스템에서 룩백(look back)을 이용한 캘리브레이션 장치 및 방법에 관해 설명하기로 한다.

도 1은 무선통신 시스템에서 룩백을 이용한 캘리브레이션 장치를 도시하고 있다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 장치는 RFIC 트랜시버(수신기 & 송신기)(150), 모뎀(100), 전력증폭기(Power Amplifier: PA)(160), 듀플렉서(170)를 포함하여 구성된다.

상기 모뎀(100)은 변복조장치로써 해당 통신방식을 기반으로 데이터를 처리한다. 예를 들어, CDMA(Code Division Multiple Access) 통신방식일 경우 확산코드를 이용하여 전송하려는 신호의 대역폭보다 훨씬 넓은 대역폭으로 신호를 확산시킨다. 고속의 전송률을 갖는 데이터열을 낮은 전송률을 갖는 많은 수의 데이터열로 나누고, 이들을 다수의 부반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것이다. 즉, OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 통신방식일 경우, 데이터열을 여러 개의 부채널(Sub-channel)로 동시에 나란히 전송하도록 하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform) 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Tramsform) 연산을 수행한다.

특히, 본 발명에 더하여, 상기 모뎀(100)은 전반적인 캘리브레이션 동작을 제어한다. 예를 들어, 캘리브레이션 항목에 따라 해당 톤 신호(1톤 혹은 2톤)를 생성하여 상기 RFIC 트랜시버(150)로 제공한 후, 이득 정정 캘리브레이션/DC-오프셋 캘리브레이션/IQ 불일치 캘리브레이션/IIP2 캘리브레이션 알고리즘을 통해 보정 값을 측정하거나 저장하거나 적용한다.

한편, 상기 모뎀(100)은 전반적인 캘리브레이션 동작을 제어하기 위해, DSP(Digital Signal Processor)(107) A/D 변환기(103), SPI(102), D/A 변환기(101), 전력측정기(105), 톤 발생기(104), 데이터 저장/비교/선택기(106)를 포함하여 구성된다.

상기 DSP(Digital Signal Processor)(107)는 디지털 신호를 처리하는 프로세서로써, 캘리브레이션을 위한 톤 신호 생성 및 보정 값을 제어한다.

상기 톤 발생기(104)는 상기 DSP(Digital Signal Processor)(107)의 제어하에, 톤 신호를 생성하여 상기 D/A(Digital to Analog) 변환기(101)로 제공한다. 상기 톤 신호는 사인(sin) 함수 혹은 코사인(cos) 함수 같은 정현파일 수 있다(이하 트레이닝 신호라 칭함). 여기서, 상기 톤 신호는 1톤을 이용한 캘리브레이션 동작을 할 시, I 채널(혹은 경로)과 Q 채널(혹은 경로)로 모두 전달되지만, 2톤을 이용한 캘리브레이션 동작을 할 시, I 채널(혹은 경로)과 Q 채널(혹은 경로) 중 어느 한 채널로만 전달된다.

상기 A/D(Analog to Digital) 변환기(103)는 상기 RFIC 트랜시버(150)로부터의 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 전력측정기(105)로 제공한다. 상기 SPI(Serial Parallel interface)(102)는 상기 모뎀(100)과 상기 RFIC 트랜시버(150) 사이에, 직렬 데이터를 병렬로 구성된 레지스터에 기록/저장하는 인터페이스를 제공한다. 상기 D/A(Digital to Analog) 변환기(101)는 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 상기 RFIC 트랜시버(150)로 제공한다. 상기 전력측정기(105)는 상기 A/D(103)로부터의 디지털 신호를 분석하여 보정 값을 측정한 후, 그 결과를 상기 데이터 저장/비교/선택기(106)로 제공한다. 상기 데이터 저장/비교/선택기(106)는 상기 전력측정기(105)로부터의 측정결과를 저장하거나, 필요시 상기 DSP(107)로 보정 값들을 제공한다.

상기 RFIC 트랜시버(150)는 기저대역의 신호를 RF 신호로 변환하여 안테나를 통해 상기 RF 신호를 전송하거나(이하 송신경로라 칭함), 상기 안테나로부터 수신된 RF 신호를 기저대역으로 변환하여 상기 모뎀(100)으로 제공한다(수신경로라 칭함). 특히, 본 발명에 더하여, 상기 RFIC 트랜시버(150)는 상기 모뎀(100)으로부터 톤 신호 혹은 트레이닝 신호를 제공받아, 상기 송신경로에서 상기 수신경로로 톤 신호를 룩백시킨다(이하, 룩백 모드(loop back mode)라 칭함).

상기 송신경로는 기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)(152), 송신 믹서기(153), 구동증폭기(Driver Amplifier: DA)(154)로 구성되며, 상기 수신경로는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(155), 수신 믹서기(156), 기저대역 PGA(157)로 구성된다.

상기 기저대역 PGA(152)는 I/Q 채널을 통해 기저대역의 트레이닝신호를 입력받아, 별도의 입력(통상 디지털 값)에 의해 이득을 조절하여 송신 믹서기(153)로 제공한다. 상기 송신 믹서기(153)는 상기 기저대역 PGA(152)으로부터의 출력신호를 주파수 상향 변환시켜 상기 구동증폭기(154)로 제공한다. 이때 상향 변환되는 주파수는 기존의 송신 국부발진기(Tx LO(Local Oscillator)) 대신에 수신 국부발진(Rx LO)을 인가하여 수신기로 입력되는 트레이닝 신호의 주파수를 수신부 주파수로 사용하게 하기 위함이다. 상기 구동증폭기(154)는 상기송신 믹서기(153)로부터의 출력신호를 전력증폭기(160)가 증폭할 수 있도록 하기 위해서 일정 레벨 증폭시킨다.

이후, 상기 송신경로로 통해 발생된 수신 주파수(RxLO)의 트레이닝 신호는 듀플레서(170)에서 안테나 스위칭 혹은 필터 등의 외부부품을 통해 누설(leakage) 형태로 상기 수신경로에 인가하게 된다. 즉, 상기 듀플렉서(170)는 송수신 주파수를 구분하여 수신신호를 수신경로(Rx path)로 제공하거나 송신경로(Tx path)로부터의 신호를 안테나로 제공한다. 특히, 본 발명에 더하여, 상기 듀플렉서(170)는 송신경로를 통해 전송되는 해당 톤 신호를 수신경로로 누설시킨다.

위에서 설명된 트레이닝 신호는 수신경로에 인가될 시, 상기 저잡음 증폭기(155)는 상기 트레이닝 신호(혹은 톤 신호)의 잡음을 억제하여 증폭한 후, 상기 수신 믹서기(156)로 출력한다. 상기 수신 믹서기(156)는 수신 국부발진기(Rx LO) 이용하여 상기 트레이닝 신호를 하향변환한 후, 상기 기저대역 PGA(157)으로 출력한다. 상기 기저대역 PGA(157)는 상기 수신 믹서기(156)로부터의 출력신호에 대해, 별도의 입력(통상 디지털 값)에 의해 이득을 조절하여 상기 모뎀(100)으로 제공한다.

여기서, 상기 모뎀(100)에 전달된 트레이닝 신호는 각각의 캘리브레이션 항목에 대하여 정해진 알고리즘을 통해 특정 주파수 성분으로 계산되며, RFIC 트랜시버(150)를 제어하여 계산된 값이 최소로 되는 제어 레지스터를 찾는 과정 혹은 이득 모드에 따른 차이 값을 찾는 과정 등의 보정과정을 수행한다.

하지만, 기존의 외부장비에서 제공된 절대적인 값의 전력이 인가되지 않고 모두 상대적인 값으로만 처리해야 하는 제약 상황이 발생한다. 송신경로를 통하여 수신주파수 신호를 인가하기 때문에 정확한 이득 상태를 판단할 수 없고 외부 부품 소자에 대한 누설전력 값도 일정하지 않기 때문이다. 또한 송신경로의 비 선형적인 특성이 트레이닝 신호를 왜곡해 일부 캘리브레이션 항목에는 이를 보상해야 하는 선행 조건 등의 제약도 발생한다.

수신 캘리브레이션 항목에는 크게 4가지로 분류할 수 있으며 각 경우에 요구되는 조건은 하기 <표 1>과 같다.

캘리브레이션 항목	요구되는 톤 개수	요구되는 주파수
DC 오프셋 캘리브레이션	1 혹은 2	Don't care
I/Q 불일치 캘리브레이션	1	Don't care
이득 정정 캘리브레이션	1	Rx frequency
IIP2 캘리브레이션	2	Don't care

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 2톤을 이용한 캘리브레이션 장치를 도시하고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 장치의 구성요소들은 상기 도 1의 구성요소와 동일하므로, 각 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

DC 오프셋 및 IIP2 캘리브레이션 과정은 2 톤을 필요로 하며, 이를 위하여 인위적으로 I 혹은 Q 경로에만 기저대역 트레이닝 신호를 인가하여 이미지(image) 성분과 원 신호 성분 두 개의 톤(Tone)을 발생시킨다. 이상적인(ideal) 경우 근접하기 위해서는 이득 정정 캘리브레이션과 I/Q 불일치 캘리브레이션 과정에서 정정된 송신 DC 캘리브레이션 값을 적용하면 반송파 누설(Carrier leakage) 신호가 제거된 2 톤이 발생한다.

즉, I/Q 선 왜곡(Pre distortion)은 상기 모뎀(100)으로부터 트레이닝 신호를 I/Q 경로 중 어느 하나(I 경로 혹은 Q 경로)로만 전달한다. 여기서, 상기 트레이닝 신호는 Fa 주파수 성분을 갖는다고 가정한다.

이때, 해당 기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)(202, 203)는 기저대역의 트레이닝신호에 대해, 별도의 입력(통상 디지털 값)에 따라 이득을 조절하여, 해당 믹서기(204, 205)로 출력한다. 예를 들어, I 경로로만 기저대역의 트레이닝신호가 유입될 시, 상기 기저대역의 트레이닝신호는 믹서기(204)로 출력된다. 반면, Q 경로로만 상기 기저대역의 트레이닝신호가 유입될 시, 상기 기저대역의 트레이닝신호는 믹서기(205)로 출력된다.

상기 믹서기(204) 혹은 상기 믹서기(205)는 Fr+n*Fa 주파수 성분을 이용하여 Fa 주파수 성분의 트레이닝신호를 주파수 상향변환한 후, 구동증폭기(Driver Amplifier: DA)(206)로 출력한다. 상기 구동증폭기(206)는 상기 상향변환된 트레이닝신호가 전력증폭기(210)에서 증폭되도록 하기 위해서, 일정 레벨까지 증폭한다. 여기서, Fr+n*Fa 주파수 성분을 이용하는 상기 믹서기(204) 혹은 상기 믹서기(205)의 출력신호는 Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호와 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호가 출력된다. Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호는 이미지 성분이고 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호는 원 신호 성분이다.

이후, 2개의 톤 신호(Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호와 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호)는 듀플렉서(220)를 통해 수신단으로 유입된다(이하 누설신호 라칭함).

저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(207)는 상기 누설신호의 잡음을 억제하여 증폭한 후, 믹서기(209)로 출력한다. 상기 믹서기(209)는 Fr+(n+b)*Fa 주파수 성분을 이용하여 상기 누설신호를 하향변환한 후, 기저대역 PGA(209)으로 출력한다.

I/Q 불일치를 이용하여 발생된 2개의 톤 신호는, 송신경로(202-204-206-210 혹은 203-205-206-210)에서 주파수 상향변환과정에 발생한 국부발진기(Fr+n*Fa)를 중심으로 구성되기 때문에 실제 수신경로(207-208-209)는 주파수 상향변환과정에서 발생한 LO와 일정간격의 이격된 주파수로 인가하여 2톤의 캘리브레이션 과정을 수행할 수 있다.

장비 사용을 제거한 룩백 모드 자체에도 캘리브레이션의 소요시간을 절감하지만 모뎀에서 제어하는 환경을 일치하는 것도 시간을 절감하는데 많은 도움이 된다. 다시 말해서, 상기 룩백 모드에서 2개의 톤을 발생시켜 DC 오프셋 및 IIP2 캘리브레이션을 동시에 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 1톤을 이용한 캘리브레이션 장치를 도시하고 있다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 장치의 구성요소들은 상기 도 1 혹은 상기 도 2의 구성요소와 동일하므로, 각 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

I/Q 불일치 캘리브레이션, 이득 정정 캘리브레이션 과정을 살펴보면, 먼저, I/Q 선 왜곡(Pre distortion)은 상기 모뎀(100)으로부터 트레이닝 신호를 I/Q 경로 모두 전달한다. 여기서, 상기 트레이닝 신호는 Fa 주파수 성분을 갖는다고 가정한다.

이때, 해당 기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)(302, 303)는 각각 기저대역의 트레이닝신호에 대해 별도의 입력(통상 디지털 값)에 따라 이득을 조절하여, 해당 믹서기(304, 305)로 출력한다.

상기 믹서기(304) 및 상기 믹서기(305)는 Fr+n*Fa 주파수 성분을 이용하여 Fa 주파수 성분의 트레이닝신호를 주파수 상향변환한 후, 구동증폭기(Driver Amplifier: DA)(306)로 출력한다. 상기 구동증폭기(306)는 상기 상향변환된 트레이닝신호가 전력증폭기(320)에서 증폭되도록 하기 위해서, 일정 레벨까지 증폭한다. 여기서, Fr+n*Fa 주파수 성분을 이용하는 상기 믹서기(304) 및 상기 믹서기(305)의 출력신호는 Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호와 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호가 출력된다(340). Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호는 이미지 성분이고 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호는 원 신호 성분이다.

도 3A에서 처럼, I/Q 불일치 캘리브레이션, 이득 정정 캘리브레이션 과정 시, 수신경로에서 반송파 누설(Carrier leakage)과 I/Q 불일치에 의한 이미지 성분이 발생한다(350).

따라서, 수신경로에서 발생하는 반송파 누설과 I/Q 불일치에 의한 이미지 성분을 최소화해야 한다. 이를 위해 기존의 송신경로의 비선형적인 특성을 제거하는 피크 검출기(peak detector)(306)의 방법을 통하여 송신 비선형성을 제거한 후, 1 톤의 트레이닝 신호를 발생하여 누설경로(leakage path)를 통하여 수신부에 인가하여 기존에 사용한 방법으로 캘리브레이션 과정을 수행한다.

즉, 상기 피크 검출기(peak detector)(306)는 상기 믹서기(304, 305)로 출력되는 신호의 포락선을 검출하여 기저대역 PGA(310)으로 제공한다.

여기서, 포락선 검출을 통해, Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호, Fr+n*Fa 주파수 성분의 신호 그리고 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호 중 Fr+<n-1>Fa 주파수 성분의 신호, Fr+n*Fa 주파수 성분의 신호는 제거되어 Fr+<n+1>Fa 주파수 성분만 남는다(360).

한편, 1개의 톤 신호(Fr+<n+1>Fa 주파수 성분의 신호)는 듀플렉서(330)를 통해 수신단으로 유입된다(이하 누설신호 라칭함). 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(308)는 상기 누설신호의 잡음을 억제하여 증폭한 후, 믹서기(309)로 출력한다. 상기 믹서기(309)는 Fr+(n+b)*Fa 주파수 성분을 이용하여 상기 누설신호를 하향변환한 후, 기저대역 PGA(310)으로 출력한다. 그리고, 상기 기저대역 PGA(310)는 포락석 검출 결과를 이용하여 상기 믹서기(309)로부터의 신호를 증폭한다.

따라서, 도 3B에서처럼, 피크검출기(307)에서 송신경로의 비선형적인 특성을 제거한 후, 누설경로를 통해 톤 신호를 제공함으로써, 반송파 누설과 I/Q 불일치에 의한 이미지 성분을 최소화할 수 있다(370).

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 캘리브레이션 방법을 위한 흐름도를 도시하고 있다.

상기 도 4를 참조하면, 모뎀(100)은 400단계에서 캘리브레이션 항목을 선택한다. 즉, 상기 모뎀(100)은 이득 정정 캘리브레이션, DC 오프셋 캘리브레이션, I/Q 불일치 캘리브레이션, 그리고 IIP2(2nd Input Intercept Point) 캘리브레이션 중 하나는 선택한다.

이후, 상기 모뎀(100)은 420단계에서 상기 선택된 캘리브레이션 항목이 1톤 신호를 이용하는 캘리브레이션인지 2톤 신호를 이용하는 캘리브레이션인지를 판단하여, 2톤을 이용하는 캘리브레이션인 경우 404단계, 406단계를 수행한다. 반면, 1톤을 이용하는 캘리브레이션인 경우 410단계, 412단계, 414단계 그리고 416단계를 수행한다.

상기 DC 오프셋 캘리브레이션은 1톤을 이용하는 캘리브레이션 방식이고, 상기 I/Q 불일치 캘리브레이션은 1톤을 이용한 캘리브레이션 방식 혹은 2톤을 이용한 캘리브레인션 방식이다. 그리고, 상기 이득 정정 캘리브레이션과 상기 IIP2 캘리브레이션은 2톤을 이용한 캘리브레인션 방식이다.

상기 모뎀(100)은 404단계에서 트레이닝 신호를 I 경로 혹은 Q 경로 중 하나의 경로만을 이용하여 RFIC 트랜시버(150)로 제공한다.

이후, 상기 RFIC 트랜시버(150)는 406단계에서 송신경로를 통해 상기 트레이닝 신호를 2개의 톤 신호로 변환한 후, 상기 2개의 톤 신호를 수신단으로 보내고, 상기 모뎀(100)은 상기 이득 정정 캘리브레이션과 상기 IIP2 캘리브레이션에 필요한 보정 값을 측정하거나 저장하거나 적용한다.

반면, 상기 모뎀(100)은 410단계에서 송신경로 캘리브레이션을 수행되었는지 판단하여, 송신경로 캘리브레이션이 수행되었을 시 412단계로 진행하여 1톤을 이용한 캘리브레이션을 수행한다. 만약, 송신경로 캘리브레이션을 수행되지 않았을 시, 414단계로 진행하여 트레이닝 신호를 I/Q 경로로 모두 입력한다.

이후, 상기 RFIC 트랜시버(150)는 416단계에서 피크 검출을 통해 송신경로 캘리브레이션을 수행한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 하이브리드 이득캘리브레이션 방법을 위한 흐름도를 도시하고 있다.

상기 도 5를 참조하면, 모뎀(100)은 500단계에서 해당 RF 채널을 선택하고 502단계에서 이득 모드를 측정한다.

이후, 504단계에서 모든 채널에 대해서 이득모드 측정이 수행되었는지를 확인하여, 모든 채널에 대해서 이득모드 측정이 수행되지 않을 시 500단계로 진행하고, 모든 채널에 대해서 이득모드 측정이 수행되었을 시 506단계로 진행한다.

이후, 상기 모뎀(100)은 506단계에서 기준이득 값과 이득모드별 상대값을 이용하여 RSSI 보정 값을 결정한다. 상기 기준 이득 값과 상기 이득모드별 상대값은 외부장비를 통해 측정된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 이득 정정 캘리브레이션 과정은 기존의 장비를 이용한 교정 방법 대신에 하이브리드 정정(Hybrid correction) 방법을 제안한다. 즉, 기존에는 외부장비를 통해 RF 주파수 성분의 절대 전력 값을 인가받아 그 값을 채널과 이득모드에 따라 기록/보정하는 방법을 사용한다. 하지만, 2~3개의 이득모드와 2~3개의 채널에 모든 조합된 경우를 제어하고 보정하는 과정은 상당한 시간이 소요된다. 본 발명에서는 두 가지 경우로 나누어 채널과 모드에 변화 값을 먼저 룩백 캘리브레이션을 통하여 기록하고 기준모드(reference mode)와 기준 채널의 경우만 외부장비를 통하여 기록 두 가지의 측정 결과를 결합하여 최종 이득정정 결과로 활용한다.

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

100: 모뎀, 150: RFIC 트랜시버, 160: 전력증폭기, 170" 듀플렉서.

Claims (14)

1. 무선통신 시스템에서 캘리브레이션(calibration) 장치에 있어서,
   수행할 캘리브레이션 종류에 따라 몇 개의 톤(tone) 신호를 이용하는 캘리브레이션인지 판단하고, 상기 판단된 톤 신호의 개수에 따라 I 채널과 Q 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 채널을 통하여 트랜시버(transceiver)로 트레이닝 신호를 전송하는 모뎀과,
   상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 듀플렉서(duplexer)로 전송하는 상기 트랜시버와,
   상기 송신경로를 통해 수신된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 상기 듀플렉서를 포함하고,
   상기 트랜시버는, 상기 피드백된 트레이닝 신호를 상기 수신경로를 통해 상기 모뎀으로 전송하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 판단된 톤 신호의 개수가 2개인 경우,
   상기 선택된 적어도 하나의 채널은, 상기 I 채널과 상기 Q 채널 중 어느 하나만을 포함하고,
   상기 판단된 톤 신호의 개수가 1개인 경우,
   상기 선택된 적어도 하나의 채널은, 상기 I 채널과 상기 Q 채널을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 판단된 톤 신호의 개수가 1개인 캘리브레이션은, DC 오프셋(Offset) 캘리브레이션, I/Q 불일치(imbalance) 캘리브레이션 그리고 이득(Gain) 정정 캘리브레이션 중 하나인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 모뎀은, 상기 수행할 캘리브레이션 종류에 따라, 상기 트랜시버로부터 수신된 트레이닝 신호를 처리하고, 상기 처리된 트레이닝 신호를 기반으로, 해당 파라미터 값이 최소가 되도록 상기 트랜시버의 파라미터 값을 교정하거나 이득 모드에 따른 차이 값을 검색하여 저장하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 판단된 톤 신호의 개수가 2개인 캘리브레이션은, DC 오프셋(Offset) 캘리브레이션 그리고 IIP2(2nd Input Intercept Point) 캘리브레이션 중 하나인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 트랜시버는,
   상기 선택된 적어도 하나의 채널을 통해 기저대역의 트레이닝 신호를 입력받아, 별도의 입력에 의해 이득을 조절하는 기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)와,
   수신 국부발진기(Local Oscillator: LO)를 이용하여, 상기 기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)로부터의 출력신호를 상기 선택된 적어도 하나의 채널별로 주파수 상향 변환시키는 송신 믹서기와,
   전력증폭기(Power Amplifier: PA)가 증폭할 수 있도록, 상기 송신 믹서기로부터의 출력신호를 일정 레벨 증폭하는 구동증폭기(Driver Amplifier: DA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 트랜시버는,
   상기 듀플렉서로부터 누설신호의 잡음을 억제하여 증폭하는 저잡음 증폭기와,
   수신 국부발진기(Local Oscillator: LO)를 이용하여, 상기 저잡음 증폭기로부터의 출력신호를 하향변환하는 수신 믹서기와,
   상기 수신 믹서기로부터의 출력신호에 대해, 별도의 입력에 따라 이득을 조절하는 기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
   
8. 무선통신 시스템에서 캘리브레이션(calibration) 방법에 있어서,
   모뎀이, 수행할 캘리브레이션 종류에 따라 몇 개의 톤(tone) 신호를 이용하는 캘리브레이션인지 판단하는 과정과,
   상기 모뎀이, 상기 판단된 톤 신호의 개수에 따라 I 채널과 Q 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 과정과,
   상기 모뎀이, 상기 선택된 적어도 하나의 채널을 통하여 트랜시버(transceiver)로 트레이닝 신호를 전송하는 과정과,
   상기 트랜시버가, 상기 트레이닝 신호를 송신경로를 통해 듀플렉서(duplexer)로 전송하는 과정과,
   상기 듀플렉서가, 상기 송신경로를 통해 수신된 트레이닝 신호를 수신경로로 피드백하는 과정과,
   상기 트랜시버가, 상기 피드백된 트레이닝 신호를 상기 수신경로를 통해 상기 모뎀으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 판단된 톤 신호의 개수가 2개인 경우,
   상기 선택된 적어도 하나의 채널은, 상기 I 채널과 상기 Q 채널 중 어느 하나만을 포함하고,
   상기 판단된 톤 신호의 개수가 1개인 경우,
   상기 선택된 적어도 하나의 채널은, 상기 I 채널과 상기 Q 채널을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 판단된 톤 신호의 개수가 1개인 캘리브레이션은, DC 오프셋(Offset) 캘리브레이션, I/Q 불일치(imbalance) 캘리브레이션 그리고 이득(Gain) 정정 캘리브레이션 중 하나인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 모뎀이,
    상기 수행할 캘리브레이션 종류에 따라, 상기 트랜시버로부터 수신된 트레이닝 신호를 처리하는 과정과,
    상기 처리된 트레이닝 신호를 기반으로, 해당 파라미터 값이 최소가 되도록 상기 트랜시버의 파라미터 값을 교정하거나 이득 모드에 따른 차이 값을 검색하여 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
    
12. 제 9항에 있어서,
    상기 판단된 톤 신호의 개수가 2개인 캘리브레이션은, DC 오프셋(Offset) 캘리브레이션 그리고 IIP2(2nd Input Intercept Point) 캘리브레이션 중 하나인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
    
13. 제 8항에 있어서,
    상기 트랜시버가, 상기 트레이닝 신호를 상기 송신경로를 통해 상기 듀플렉서로 전송하는 과정은,
    기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)가, 상기 선택된 적어도 하나의 채널을 통해 기저대역의 트레이닝신호를 입력받아, 별도의 입력에 의해 이득을 조절하는 과정과,
    송신 믹서기가, 수신 국부발진기(Local Oscillator: LO)를 이용하여, 상기 기저대역 PGA로부터의 출력신호를 상기 선택된 적어도 하나의 채널별로 주파수 상향 변환시키는 과정과,
    구동증폭기(Driver Amplifier: DA)가, 전력증폭기(Power Amplifier: PA)가 증폭할 수 있도록, 상기 송신 믹서기로부터의 출력신호를 일정 레벨 증폭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
    
14. 제 8항에 있어서,
    상기 트랜시버가, 상기 피드백된 트레이닝 신호를 상기 수신경로를 통해 상기 모뎀으로 전송하는 과정은,
    저잡음 증폭기가, 상기 듀플렉서로부터 누설신호의 잡음을 억제하여 증폭하는 과정과,
    수신 믹서기가, 수신 국부발진기(Local Oscillator: LO)를 이용하여, 상기 저잡음 증폭기로부터의 출력신호를 하향변환하는 과정과,
    기저대역 PGA(Programable Gain Amplifier)가, 상기 수신 믹서기로부터의 출력신호에 대해, 별도의 입력에 따라 이득을 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
    
    

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