KR20160093373A

KR20160093373A - 디지탈 알에프 중계기

Info

Publication number: KR20160093373A
Application number: KR1020150014283A
Authority: KR
Inventors: 김영진; 장대영; 김용희
Original assignee: 주식회사 지에스인스트루먼트
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-08

Abstract

본 발명은 디지탈 RF 중계기에 관한 것으로, 도너 ANT로부터 기지국 신호를 입력받고, 입력된 RF 신호를 LNA를 이용해 저잡음 증폭하고, RF 하향변환기에서 중간주파수(IF)로 변환하는 디지탈 RF 중계기에 있어서, 상기 RF 하향변환기는 RF IC에서 만든 Local 신호를 사용해 주파수 변환을 수행하고, IF 신호를 AD 변환기를 이용해 디지탈 신호로 변환하고, FPGA에서 DSP처리를 수행하고, DSP처리된 디지탈 I/Q 신호를 RF IC를 이용해 RF 변환하고, Power AMP에서 신호를 증폭하고, Duplex Filter를 통해 service ANT로 출력하되, 상기 RF IC는 최종 출력이 되기 전 CPL를 통해 일정 감쇄된 신호를 피드백(F/B)하여 RFIC의 F/B 경로에 연결하며, 이후 상기 DSP 처리를 수행하여 동일 주파수/90도 위상천이된 2개의 신호를 FFT 블록을 통해 시간영역의 신호를 주파수 영역으로 신호로 변환하고, 변환된 데이터를 MCU에 전달하고, GUI에 디스플레이하여 파형 감시 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지탈 알에프 중계기{Digital RF Repeater}

본 발명은 디지탈 알에프 중계기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RF IC에서 Local 신호를 생성하므로 별도의 오실레이터 및 PLL(Phase Locked Loop) 사용이 필요없고, 이로 인해 사용 부품 수가 감소하고 회로 사이즈가 축소되고, 제작가공비용이 줄어들며, PCB(Printed Circuit Board) 설계시 배선의 단순화 및 local 신호선에서의 신호 누화 및 간섭이 최소화되며, DA 변환기 출력에서 이미지 신호 제거를 위한 필터를 별도로 사용해야 하는 기존 방식과 달리 이미지 신호 감쇄를 위한 필터를 별도로 사용할 필요가 없는 디지탈 알에프 중계기에 관한 것이다.

현재 중계기 분야에서 디지탈 RF 중계기가 사용되고 있다.

도 1은 종래 기존 디지탈 RF 중계기를 개략적으로 나타낸 블럭구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 도너 ANT로부터 기지국 신호를 입력받는다. 입력된 RF 신호를 LNA를 이용해 저잡음 증폭한다.이후 RF 하향변환기에서 중간주파수(IF)로 변환한다. 이때 중간주파수 변환을 위한 Local신호 발생을 위해서 별도의 오실레이터(Oscillator)와 피엘엘(PLL)을 사용한다.

이때, IF 주파수는 일반적으로 수십 MHz~250MHz이다.

IF 신호를 AD 변환기를 이용해 디지탈 신호로 변환한다. 이후 FPGA에사 DSP처리를 수행한다. 이후 DA 변환기를 이용해 IF 주파수로 변환한다. 이때, IF 주파수는 하향변환기의 주파수와 동일하다. 이후 RF 상향변환기에서 RF로 변환한다. 이때 RF 주파수는 LNA 입력 주파수와 동일하다.

이후 Power AMP에서 신호를 증폭한다. 이후 Duplex Filter를 통해 service ANT로 출력한다.

이와 같은 종래의 디지탈 RF 중계기는 오실레이터와 피엘엘등의 부품이 많이 소요되고 제작비용이 많이 드는 문제점이 있었고, 또한 회로 구조가 복잡하여 제작이 어려운 문제점이 있었다.

또한 DA 변환기 출력에서 이미지 신호 제거를 위한 필터를 별도로 사용해야 하는 문제점이 있었다.

[선행기술문헌]

대한민국특허등록(등록번호 제10-0427701호, 2004년04월07일 등록, 디지탈 광중계기)

본 발명의 목적은 별도의 RF 상향 변환기 회로 구성이 필요없는 새로운 형태의 디지탈 RF 중계기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 회로구성이 간단하고 이미지 신호 감쇄를 위한 필도를 별도로 사용할 필요가 없는 새로운 형태의 디지탈 RF 중계기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,

디지탈 RF 중계기는

도너 ANT로부터 기지국 신호를 입력받고, 입력된 RF 신호를 LNA를 이용해 저잡음 증폭하고, RF 하향변환기에서 중간주파수(IF)로 변환하는 디지탈 RF 중계기에 있어서,

상기 RF 하향변환기는 RF IC에서 만든 Local 신호를 사용해 주파수 변환을 수행하고,

IF 신호를 AD 변환기를 이용해 디지탈 신호로 변환하고,

FPGA에서 DSP처리를 수행하고,

DSP처리된 디지탈 I/Q 신호를 RF IC를 이용해 RF 변환하고,

Power AMP에서 신호를 증폭하고, Duplex Filter를 통해 service ANT로 출력하되,

상기 RF IC는 최종 출력이 되기 전 CPL를 통해 일정 감쇄된 신호를 피드백(F/B)하여 RFIC의 F/B 경로에 연결하며,

이후 상기 DSP 처리를 수행하여 동일 주파수/90도 위상천이된 2개의 신호를 FFT 블록을 통해 시간영역의 신호를 주파수 영역으로 신호로 변환하고, 변환된 데이터를 MCU에 전달하고, GUI에 디스플레이하여 파형 감시 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지탈 RF 중계기에 의하면, RF IC에서 Local 신호를 생성하므로 별도의 오실레이터 및 PLL(Phase Locked Loop) 사용이 필요없고, 이로 인해 사용 부품 수가 감소하고 회로 사이즈가 축소되는 효과가 있고, 제작가공비용이 줄어들며, PCB(Printed Circuit Board) 설계시 배선의 단순화 및 local 신호선에서의 신호 누화 및 간섭이 최소화되는 효과가 있다.

또한, RF IC의 출력이 RF이므로 별도의 RF 상향 변환기 회로 구성이 필요없게 되어 회로가 단순화되고 이로인해 회로 사이즈가 축소되는 효과가 있다.

또한, DA 변환기 출력에서 이미지 신호 제거를 위한 필터를 별도로 사용해야 하는 기존 방식과 달리 이미지 신호 감쇄를 위한 필터를 별도로 사용할 필요가 없는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 디지탈 RF 중계기를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 디지탈 RF 중계기를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 DSP 블록부분을 상세하게 표시한 상세 블록구성도이다.
도 4 내지 도 8은 도 3에서 ADC된 데이터를 캡처한 파형그래프이다.

이하 본 발명에 따른 디지탈 RF 중계기를 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 디지탈 RF 중계기를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 상세 블록구성도이다.

도 2를 참조하면, 도너 ANT로부터 기지국 신호를 입력받는다. 입력된 RF 신호를 LNA를 이용해 저잡음 증폭한다.이후 RF 하향변환기에서 중간주파수(IF)로 변환한다. RF IC에서 만든 Local 신호를 사용해 주파수 변환을 수행한다. 이때, IF 주파수는 일반적으로 수십 MHz~250MHz이다.

IF 신호를 AD 변환기를 이용해 디지탈 신호로 변환한다. 이후 FPGA(DSP 혹은 DSP 블록을 나타냄)에서 DSP처리를 수행한다. DSP처리된 디지탈 I/Q 신호를 RF IC를 이용해 RF 변환한다. 이때,RF 주파수는 LNA 입력 주파수와 동일하다.

본 발명에 따른 디지탈 RF 중계기에 의하면, RF IC에서 Local 신호를 생성하므로 별도의 오실레이터 및 PLL(Phase Locked Loop) 사용이 필요없고, 이로 인해 사용 부품 수가 감소하고 회로 사이즈가 축소되며, 제작가공비용이 줄어들며, PCB(Printed Circuit Board) 설계시 배선의 단순화 및 local 신호선에서의 신호 누화 및 간섭이 최소화된다.

또한, RF IC의 출력이 RF이므로 별도의 RF 상향 변환기 회로 구성이 필요없게 되어 회로가 단순화되고 이로인해 회로 사이즈가 축소된다.

또한, DA 변환기 출력에서 이미지 신호 제거를 위한 필터를 별도로 사용해야 하는 기존 방식과 달리 이미지 신호 감쇄를 위한 필터를 별도로 사용할 필요가 없다.

도 3을 참조하면, 하향변환기를 통과해 RF에서 IF로 변환된 RF 신호가 ADC(c)로 인가되고, ADC clk으로 디지탈 신호로 생성된다. 생성된 디지탈 신호를 DSP 블록내에 FIFO(d)에 저장이 된다. ADC clk로 저장된 데이터는 DSP 내부 클록(Clock)으로 동작하기 위해 저장된 데이터를 DSP 모듈(60) 내부 Clock으로 출력시키게 된다. DDC(Digital Down Converter)블록은 ADC된 데이터를 DSP내부에서 필터링하기 위한 주파수로 하향 변환하기 위해 NCO(f)주파수를 생성하고, 입력된 신호와 NCO에서 생성된 주파수를 곱해주는 블록이다.

NCO(f)에서 생성되는 주파수는 2가지로 동일 주파수이고, 위상이 90도 천이된 직교 위상 신호를 생성한다.

DDC 블록을 통과한 신호는 동일 주파수(0Hz)이며, 90도 위상 천이된 신호가 데시메이션(decimation)(g) 단계로 넘어가게 된다.

데시메이션(Decimation)(g)에 인가되는 신호의 샘플링 Rate는 FIFO(d)에서 출력되는 Rate와 동일하다.

데시메이션(g)은 샘플링 Rate를 낮추기 위해 사용되어진다. 샘플링 Rate가 높게 되면, 다음 Fir 필터(h)단에서 많은 coefficient를 사용할 수 없게 되며, 이는 filter rejection에 영향을 주게 된다.

데시메이션을 통해 Fir의 구동 클록을 낮춤으로써 날카롭고, 급격한 필터를 구현할 수 있다. 또한 FPGA의 용량을 적게 사용이 가능하다.

0 Hz로 내린 모듈레이션(modulation)된 신호 외에 unwanted신호를 제거한 후, 사용자가 원하는 만큼 게인(gain)을 올렸다 내렸다 할 수 있는 게인 블록(gain block)(h)을 통과하게 된다.

이는 MCU로부터 SPI통신을 통해 제어 값을 받아 이득을 조절할 수 있고, 이는 중계기 서비스의 커버리지를 정한다.

데시메이션된 신호를 원래의 샘플링 속도로 복원하기 위해 인터폴레이션(Interpolation)/FIR을 통과하게 된다.

사용자에 의해 이득 변환된 신호를 다시 DUC(Digital Up Converter)를 통해 상향 변환하게 된다.

변환된 신호는 가산기(n)를 통해 동일 주파수, 90도 위상 천이된 신호를 더하여 DA(o)로 신호를 보내게 된다.

RFIC(50)에 내장된 Mixer(p)를 통해 RF신호로 변환이 되고, PA(r)를 통해 무선 전송된다.

최종 출력이 되기 전 CPL(q)를 통해 일정 감쇄된 신호를 피드백(F/B)(s)하여 RFIC의 F/B 경로에 연결하게 된다.

a~h까지 동일한 과정(routine)을 통과하게 된다.

동일 주파수/90도 위상천이된 2개의 신호를 FFT 블록(k)을 통해 시간-->주파수 영역의 신호로 변환한다.

이 데이터를 MCU에 전달하고, GUI에 디스플레이하여 파형 감시 기능을 구성할 수 있다.

도 4 내지 도 8은 도 3에서 ADC된 데이터를 캡처한 파형그래프이다.

도 4는 ADC된 데이터로서 Fs/2만큼 캡처링된 파형그래프이다.

도 5는 도 3에서 Fs/2 만큼 역전된(reversed) ADC된 데이터를 캡처한 파형그래프이다.

도 6은 ADC된 데이터를 NCO를 통해 기저대역(Base Band)로 내렸을 경우, Fs/2주기로 발생되는 동일한 신호가 같이 기저대역으로 내려오는 상태를 나타낸 파형그래프이다.

도 7 및 도 8은 기저대역으로 내려온 신호를 필터후에 원하는 신호만 남아있는 상태를 나타내 파형그래프이다.

50: RFIC
60: DSP 모듈
610: DDC
620: DUC

Claims

도너 ANT로부터 기지국 신호를 입력받고, 입력된 RF 신호를 LNA를 이용해 저잡음 증폭하고, RF 하향변환기에서 중간주파수(IF)로 변환하는 디지탈 RF 중계기에 있어서,
상기 RF 하향변환기는 RF IC에서 만든 Local 신호를 사용해 주파수 변환을 수행하고,
IF 신호를 AD 변환기를 이용해 디지탈 신호로 변환하고,
FPGA에서 DSP처리를 수행하고,
DSP처리된 디지탈 I/Q 신호를 RF IC를 이용해 RF 변환하고,
Power AMP에서 신호를 증폭하고, Duplex Filter를 통해 service ANT로 출력하되,
상기 RF IC는 최종 출력이 되기 전 CPL를 통해 일정 감쇄된 신호를 피드백(F/B)하여 RFIC의 F/B 경로에 연결하며,
이후 상기 DSP 처리를 수행하여 동일 주파수/90도 위상천이된 2개의 신호를 FFT 블록을 통해 시간영역의 신호를 주파수 영역으로 신호로 변환하고, 변환된 데이터를 MCU에 전달하고, GUI에 디스플레이하여 파형 감시 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 디지탈 RF 중계기.