직교 주파수 분할 다중 수신기에서 아이/큐 불균형파라미터를 추정하는 장치 및 방법 document_id A220623055924

대부분의 무선 통신 단말기는 수신 신호를 여러 개의 믹서를 통과하여 여러단의 IF단을 거쳐 기저대역(Baseband)이나 낮은 중간주파수(IF)단으로 하향변환(down-conversion)하는 아날로그 헤테로다인(heterodyne) 수신방식을 채택하여 사용되어 왔으며 현재도 널리 사용되고 있다. 그러나, 다수의 아날로그의 부품을 사용하는 기존의 수신구조는 그 회로가 복잡하여 하나의 칩으로 집적화(integration)하기 어려우며, 또한 수신기 부피가 커지게 되는 단점이 있다. 더욱이 전력소모도 많아지게 되어 PDA나 무선단말기 같은 소형화 및 이동성을 중요시하는 개인 이동통신기기에 적합하지 않다. 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 현재의 단말기에는 직접변환(direct-conversion)방식을 수신기의 기본 구조로 채택하고 있으며, 앞으로 이 구조는 더욱 널리 사용될 것이다. 이런 방식은 하나의 믹서를 사용하여 단 한번의 주파수 하향변환을 수행하게 되므로 RF부분을 최소화시킬 수 있는 장점이 있고 하드웨어 측면에서 헤테로다인 방식보다 좀 더 유연한(flexible) 특징을 지닌다. 그러므로 소프트웨어의 기능이 중요시되는 차세대 통신기술인 software-defined radio(SDR)개념에 더욱 근접하는 수신기 구조라고 할 수 있다. 상기 SDR시스템은 하드웨어 교체 없이 소프트웨어의 변경만으로 새로운 통신표준을 수용할 수 있는 시스템이므로 시스템 유연성(flexibility) 및 재구성이 가장 중요한 요소이기 때문이다. 따라서, 이러한 SDR을 구현하기 위해서 먼저 RF부분의 최소화, 즉 ADC(analog-to-digital converter)를 안테나에 최대한 가깝게 설계하여야 한다. 그러나 이상적인 SDR 시스템은 현재 기술로는 아직까지 불가능하기 때문에 하나의 믹서를 사용하는 직접변환 방식이 좀 더 현실적이라고 할 수 있다. 하지만, 이러한 직접변환 방식은 국부 발진기의 주파수의 누설(leakage)에 의한 DC옵셋 문제와 1/f 잡음이라고도 불리는 플리커(flicker)잡음을 포함한 DC대역 부근에서 발생되는 잡음에 의해 큰 영향을 받는다. 또한 I채널과 Q채널 사이의 위상 및 진폭이 서로 어긋나 발생하는 I/Q 불균형 문제도 발생한다. 이 문제들 중에서 DC부근의 잡음들은 최근에 회로 및 칩 기술의 발달로 인해 상당한 진전이 이루어지고 있다. 그러나, I/Q 불균형 문제는 믹서 통과 후 I채널과 Q채널의 서로 다른 증폭기 및 필터를 사용하므로 불균형이 전체 수신기 성능을 열화시키는 요소로서 여전히 작용하므로 이를 보상하는 회로 또는 신호처리가 반드시 요구된다. 이러한 I/Q 불균형은 자기 신호의 스펙트럼이 반전되고 complex conjugate된 신호가 기저대역 수신신호에 간섭으로 작용하게 되어 악영향을 미치게 된다. 다시 말하면 RF부분의 쿼드러쳐 믹싱(quadrature mixing) 구조는 수신된 RF 신호를 믹서에 의하여 하향변환이 되어 직접 기저대역으로 이동시키지만, 이러한 쿼드러쳐 구조는 아날로그 회로이기 때문에 완전하게 이상적이지 못해 I/Q 불균형이 조금이나마 남아 있게 된다. 상기 불균형에 의해 음의 주파수 대역의 RF신호의 일부가 오히려 상향 변환(up-conversion)되어 기저대역으로 이동하게 된다. 즉, 이 신호가 우리가 원하는 하향변환된 신호와 간섭을 일으키게 되는 것이다. 더욱이 이 불균형 정도가 커질수록 상향 변환된 신호의 성분이 더욱 크게 증가되어, 수신신호 복구가 불가능한 상태에 이르게 될 수도 있다. 또한, 이러한 I/Q 불균형은 수신신호의 성상점(constellation)도 크게 회전시켜, 결과적으로 비트에러율(BER)성능을 크게 떨어뜨린다. 상기 I/Q 불균형을 보상하는 가장 일반적인 방법에는 단말을 제작한 후 최종 테스트 할 때 적절한 test tone을 발생시켜 I/Q 불균형을 직접 측정한 후 교정하여 공장에서 출하하는 방법을 사용한다. 이 방법은 I/Q 불균형에 의해 발생하는 이미지 tone을 검출하여 I/Q 불균형 보상기에 적용하는 방법이다. 또한 디지털 영역에서 I/Q 불균형을 보상하는 방법에는 LMS(least mean square)나 RLS(recursive least square)같은 적응신호처리 방식이나 SAD(symmetric adaptive decorrelation)기법 등의 DSP 신호처리방식을 사용하고 있다. 최근에는 OFDM 시스템에서도 I/Q불균형을 제거하는 여러 방식들이 제안되고 있으나, 상기 OFDM 시스템에서도 위와 같은 적응신호 처리 방식을 채택하고 있거나, 다수의 OFDM 심볼로부터 I/Q 불균형값을 추정하여 보상하는 방법을 사용하고 있어 3GPP LTE나 Mobile WiMAX등의 표준에 적합하지 않으며 정현파인 테스트 톤(test tone)을 칩 내부에서 발생시켜 I/Q 불균형을 보상하는 방법은 실제 데이터 송수신시 테스트 톤을 발생하게 되면 데이터와 충돌이 발생하기 때문에 I/Q를 교정하는 것이 불가능하다. 그러므로, 이 방식은 온도 변화등 환경에 따른 영향에 적응적으로 대처하기가 매우 어렵다. 또한, 실시간으로 교정이 가능한 DSP 신호처리 방식은 반복 및 수렴 과정들을 포함하고 있으므로 여러 개의 훈련심볼과 많은 계산시간을 필요로 하는 단점이 있다. 또한, 상기 OFDM 방식에서도 I/Q 불균형을 제거하는 방식들이 제안되고 있으나 이러한 방식에서도 마찬가지로 상기와 같은 수렴과정이 필요하거나, I/Q 불균형 추정만을 위한 특정한 파일럿 구조가 요구된다. 또한, 정확한 추정을 위해 다수의 OFDM preamble로부터 I/Q 불균형값을 얻어서 보상하는 방법도 제안되고 있지만 이러한 프리앰블 구조나 방식들이 현재의 표준인 3GPP LTE나 Mobile WiMAX에 적용하기 힘든 점과 구현이 복잡한 문제가 있다.