직접 변환 방식 수신기법은 SDR기반 미래 광대역 또는 다중 대역 무선통신 시스템을 위한 중요한 해의 하나로 인식되고 있다. 본 논문에서는 광대역의 대역폭을 가지면서도 시스템의 유연성을 극대화할 수 있도록 SDR기반 직접 변환 수신기에 적용가능한 I 및 Q 신호의 생성에 관하여 연구하였다. 먼저 실제의 SDR 기반 통신 환경을 고려한 직접 변환 SDR 시스템을 모델링하고, 수신기에서의 위상 오류의 영향을 분석하며 이에 따른 I/Q 채널의 준최적 재생 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 실시간 early-late compensator 구조를 통하여 송신단과 수신단의 위상 오류를 실시간으로 보정하고 랜덤한 채널 잡음환경에서도 보다 안정된 성능을 유지하게 한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여, $45{\~}55$도의 랜덤 위상 오류가 난 경우, 제안된 시스템은 기존 시스템과 비교하여 약 4dB이상의 성능 개선이 있음을 확인하였다.
최근 무선통신시스템에서 직접변환 트랜시버 또는 IF 샘플링 SDR 기반 수신기가 일반적인 트랜시버 구조에 상응하여 설계되어지고 있다. 일반적인 AFC/APC 보상 회로가 기저 대역에서 RF 입력 신호와 국부발진 신호의 주파수 및 위상 오차를 보정할지라도 직접변환 수신 구조에서는 주요한 열화요소로 작용한다. 일반적인 보상 회로의 제한적인 동작 영역과 기저 대역에서의 1/Q 채널의 불평형을 용이하게 보상할 수 있도록 RF 입력 신호단에서 주파수 및 위상 오차를 보정하는 방법을 본 논문에서 제안한다. RF 입력단에서 고정된 주파수 및 위상 오차 이외에 변화하는 주파수 및 위상 오차를 제안된 early-late 보상기에 의해 효과적으로 보상할 수 있다. RF 입력단에서의 주파수 및 위상 오차의 보정으로 직접변환 수신기의 기저 대역에서의 기존 주파수 및 위상 오차 보정 회로는 간단히 설계할 수 있으며 미세한 오차 보정 구조로 용이하게 이용할 수 있다.
본 논문에서는 직접변환방식을 이용한 CDMA 기지국용 멀티캐리어 디지털 송신기를 설계하고 시뮬레이션을 통해 그 성능을 검증해 보았다. 먼저, 멀티캐리어 송신기를 설계하기 위해 필요한 새로운 기술들을 검토해보고, 이 새로운 기술을 적용하여 멀티캐리어 송신기를 설계하고 시뮬레이션 하였다. 설계와 시뮬레이션은 Agilent Technologies사의 RF 시뮬레이션 S/W인 ADS (Advanced Design System)을 사용하였으며, 디지털 블록과 아날로그 블록으로 나누어 설계한 후 두 블록을 co-simulation하여 결과를 분석하였다. 결과에 의하면, 직접변환방식을 이용하여 멀티캐리어 디지털 송신기를 구현한 경우 최종 아날로그출력이 시스템의 요구조건 (IS-97 & 3G TS 25.104) 인 스펙트럼 마스크 특성을 만족하였다. 이것은 제안한 멀티캐리어 디지털 송신기의 성능이 CDMA 기지국에 적용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 논문에서 제안한 직접변환방식을 이용한 멀티캐리어 디지털 송신기는 향후 CDMA 기지국에 적용되어 구현될 때, 가격적으로나 기술적으로 한 단계 발전된 시스템을 구현할 수 있다.
본 논문에서는 six-port 위상 상관기와 신호 검파부 그리고 I 및 Q 채널 신호를 복조하는 간단한 구조를 갖는 six-port 직접 변환 QPSK 수신기를 설계하고 제작하였다. Six-port 위상 상관기의 출력 단자간 출력 위상 신호를 해석하고, 출력 단자 신호 간 $90^{\circ}C$ 위상 관계로부터 QPSK신호를 복조하는 간단한 회로의 직접 변환 수신기 구조를 갖는다. Six-port 위상 상관기는 $90^{\circ}C$ 하이브리드 branch line 및 전력 분배기를 가지며, $11.7{\sim}12.0\;GHz$ 주파수 대역에서 설계된 six-port 위상 상관기의 출력 신호는 $^{\circ}$ 이내의 양호한 위상 오차 특성을 갖는다. 또한 직접 변환 수신기 구성 소자간 양호한 정합도 및 진폭 특성에 의해 약 $5^{\circ}$ 이내의 위상 오차를 갖는 I, Q 데이터를 복원하였다.
일반적으로 문자와 영상이 갖는 특성이 서로 다르기 때문에 문자 압축 기법들을 영상 압축에 직접 사용하지 않는다. 최근 문자 압축에 뛰어난 결과를 얻을 수 있는 블록 정렬 알고리즘인 BW 변환이 소개되었으나 BW 변환을 직접 영상에 적용하면 만족할 만한 결과를 얻을 수가 없다. 따라서 BW 변환을 영상에 적용할 때 무손실 압축성능 개선을 위한 새로운 방법을 제안한다. 제안한 방법의 구성은 3단계로 나누어지며 SSKF 필터에 의한 10개 영역으로 계층적 대역 분할을 하고 BW 변환에 의한 블록 정렬 알고리즘을 수행하여 적응적 산술 부호화에 의한 중복성를 제거한다. 실험 결과 제안한 방법이 무손실 JPEG 표준안과 LZ계열의 PKZIP 보다 뛰어난 압축 성능을 가졌다.
3차 비선형 광학 현상을 이용한 파장변환에 대한 연구는 1960년대 초 비선형 광학 연구가 시작된 이래 최근까지 연구자들로부터 큰 관심을 끌지 못하였다. 1963년 Terhune 등이 방해석을 이용한 3차 조화파 발생의 첫 연구결과를 보고하였으나, 일반적으로 직접적인 3차 파장변환 효율은 2차의 경우에 비해 현저히 낮기 때문에, 2차 파장변환 과정을 두 번 이용하여 3차에 해당하는 파장변환을 얻는 방법이 널리 활용되어 왔다. (중략)
본 논문에서는 지연시간 최소화를 위한 고속 데이터 광 전송용 ADC 개발에 관한 연구를 진행하였다. 기존 광 중계기의 전송 방식은 데이터 신호 변환에서 $6{\mu}s$이상의 지연시간을 갖고 있어 고속 데이터 전송 및 신호 변환에 제한을 받고 있으므로 이를 직접 변환 방식을 이용하여 데이터 신호 변환 시 지연시간을 $2{\mu}s$ 이내로 줄이는 새로운 기술의 개발이 요구된다. 이동통신 LTE, LTE advanced 등의 서비스 전송망 구축에 필요한 신호변환 부품 핵심기술의 발전이 요구되고 있으므로, 본 논문에서는 신호변환 단계에서 지연시간을 획기적으로 줄일 수 있는 기술을 적용하여 $3{\mu}s$의 지연시간을 갖는 ADC를 개발하였다.
본 논문에서는 직접 변환 방식을 사용하는 RF 중계기에서 I/Q 불균형을 유발하는 파라미터를 분석하고 이를 추정하기 위한 방법에 대하여 연구하였다. 중계기에서는 RF 신호를 기저 대역으로 변환하는 수신단에서 실수부와 허수부의 진폭, 위상 불일치 및 필터 불일치가 발생하며 기저 대역 신호를 RF 신호로 변환하는 송신단에서 진폭과 위상의 불일치가 발생하게 된다. 이에 따라 중계기 구조에서 I/Q 불균형이 발생하는 요소를 순서대로 모델링 하고, 해당 파라미터를 추정하기 위한 송신단에서 수신단으로의 피드백 시험 구조를 제안하였다. 시험 송신 신호와 수신 신호의 비교를 통해 각 실수부와 허수부 신호 성분이 섞이면서 발생한 I/Q 불균형 요소를 추정할 수 있음을 기술하였으며, 추정한 파라미터를 이용하여 직접 변환 RF 중계기에서 I/Q 불균형 현상이 적절히 보상되었음을 확인하였다.
본 연구에서는 RF 수신단에 적용할 수 있는 직접 변환 방식의 주파수 혼합기를 설계하였다. 직접 변환 방식의 주파수 혼합기는 기존의 헤테로다인 방식에 비해 고집적화가 가능하고 저전력 및 저가의 설계가 가능한 구조이다. 제안된 주파수 혼합기는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정을 이용한 2.4GHz대에서 동작하는 RF CMOS 주파수 혼합기로써, HSPICE를 이용하여 시뮬레이션 하였고, 레이아웃은 멘토사의 IC Station을 이용하여 수행하였다. 기본 single-balanced Gilbert Cell의 출력단에 추가 변환을 수행하였고, 각 변환단의 전달 컨덕턴스 값을 조절하여 결과적으로 출력단에 나타나는 2차 혼변조 성분이 differential 출력에 의해 충분히 개선되도록 하였다. 3.3V의 공급전압으로 29dB의 높은 전압이득을 얻었고 3.5mA의 전류소모가 발생하였다. 2차 혼변조 성분을 줄이기 위한 구조적인 변화를 통해 63dBm의 IIP2 값을 얻었다.
본 논문에서는 초고출력용 X-band 협대역 안테나 시스템으로부터 초고출력 에너지를 최대 지향성으로 방사할 수 있도록 확장된 원형 도파관의 입력 $TM_{01}$ 모드를 출력 $TE_{11}$ 모드로 직접 변환하는 장치를 설계하고 그특성을 고찰하였다. 제안된 모드 변환기는 1차 미분 커플링 방정식으로부터 $TM_{01}$와 $TE_{11}$ 모드 사이에 최대 커플링 효과를 갖도록 non-constant serpentine 형태의 비선형 함수에 대한 근사 설계법을 제안하고, X-band 10 GHz의 동작 주파수에서 200 mm의 전체 길이와 95% 이상의 변환 효율 특성을 갖도록 구현되었으며, 기존의 $TM_{01}-TE_{11}$ 직접 모드 변환기와 비교, 분석을 통해 소형, 고효율의 특성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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