Recently, the highly complex modulation scheme becomes more popular to raise datarate, such as M-QAM, M-PSK, OFDM for the WLAN and WiMAX. Those of modulation have high peak-to-average ratio (PAR) which has fluctuation in their RF envelope, requiring high linear RF component to accommodate of sufficient back-off.
Reflection type I/Q vector modulator has unique characteristic of which LO input and RF output are linear. Thus, since it can operate not only with very low LO power but also very high LO power, the linearity of the reflection-type I/Q vector modulator is much higher than the other commercial I/Q modulators.
But in spite of the advantage of the high linearity of the reflection-type I/Q vector modulator, the so far, reflection generator of the reflection-type I/Q vector modulator generates only discrete reflection, such as open, short, termination which only can modulate rectangular baseband signal. This is because the reflection is not linear to the control voltage of the reflection generator. As a result pulse shaping is hard to be adapted in the reflection-type I/Q vector modulator.
In this study, this nonlinear characteristic between reflection and the control voltage is pre-computed and stored in the look-up table (LUT), enabling pulse shaping with reflection-type I/Q vector modulator. With this approach, pulse shaping and the arbitrary RF amplitude can be generated, with the advantages of the reflection-type I/Q vector modulator. This modulator can be operated by very low LO power, even below -20 dBm, and has 16 dBm of P1dB, consuming 6 mA
최근 무선통신은 이동통신을 중심으로 이용이 급격히 확대됨으로 인해 부품과 디지털 신호 처리 기술의 발달을 이루었고 이로 인해 다양한 무선 통신 기술이 상용화 되고 있다. 하지만 다양한 무선 통신 서비스의 출현으로 각각 다른 많은 통신 표준들이 생겨나게 되었다.
현재 사용되고 있는 변조방식은 데이터 전송대역폭을 높이기 위해 QPSK, GMSK, 등의 낮은 복잡성을 가지는 방식에서 16QAM, OFDM등과 같은 복잡한 변조방식으로 점점 바뀌고 있다. 하지만 이렇게 변조 방식이 복잡해지면 신호레벨이 일정하지 않고 낮은 신호레벨부터 높은 신호레벨까지를 모두 지원해야 하기 때문에 전체적인 송신부의 선형성의 요구사항이 까다로워진다.
현재 상용되고 있는 5GHz 이내의 I/Q변조기는 다이오드나 FET와 같은 소자를 사용하여 Gilbert cell을 사용하는 구조가 많이 사용되고 있다. 이는 이 구조의 I/Q변조기는 I/Q 부정합, LO-to-RF 격리도 등에서 5GHz 이내의 주파수에서 만족할만한 성능을 가지고 쉽게 CMOS 등으로 집적이 가능하기 때문이다. 하지만 이러한 다이오드나 FET와 같은 소자를 사용한 변조기의 최대의 단점으로는 국부발진기의 공급전력이 0 dBm 정도로 높아야 동작하며, 변조기의 최대 출력레벨이 0 dBm 정도로 제한된다는 단점이 있다. 또한 국부발진기의 공급전력이 0 dBm 정도 이지만 이는 출력레벨과 관계없기 때문에 작은 기저대역의 입력에도 0dBm 정도의 국부발진기가 공급되어야 하며, 따라서 전체적인 효율이 나빠지게 된다. 반사종단을 사용한 벡터 변조기는 본래 수십 GHz 이상의 밀리미터파 영역에서 사용되던 구조이다. 그 이유는 변조기의 특성상 분포소자인 방향성 결합기(coupler)와 윌킨슨 분배기/결합기(Wilkinson)등이 사용되며, 이러한 소자들은 주파수가 낮아지면 그 사이즈가 커지고 이미 5GHz 이하의 대역에서는 Gilbert Cell 구조의 Mixer가 많이 사용되었기 때문이다. 하지만 그 구조를 살펴보면 국부발진기 전력에 상관 없이 동작하며, 기저대역의 신호는 단순히 이러한 국부 발진기의 신호를 크기와 위상을 바꿔주는 역할만 한다. 따라서 전체적인 신호의 측면에서 살펴보았을 때 RF 신호의 크기가 국부발진기의 입력에 비례하여 효율성이 증가하며 변조기의 최대출력전력 또한 기존의 변조기보다 높아지게 된다. 또한 일반적인 변조기의 경우에는 변조정확도와 출력전압역시 기저대역 신호의 DC offset과 신호크기 등으로 결정되어 국부발진기의 자유도가 거의 없는 반면, 이러한 벡터변조기의 경우는 변조정확도는 기저대역의 신호에서, 출력전압은 국부발진기의 크기에 관계되기 때문에 일반적인 변조기의 경우보다 자유도가 하나 더 늘어나는 셈이 된다.
하지만 이러한 벡터 변조기들의 기존의 주파수 대역이 수십GHz 이상의 높은 주파수 대역이다 보니 주파수 효율성, 즉 주파수 대역을 넉넉하게 확보하고 사용할 수 있었기 때문에 펄스 성형을 하여 주파수 효율성을 높이지 않고 사용하였다. 따라서 반사종단을 -1,1로 이산적인 값만 갖도록 하였으나 이러한 벡터 변조기를 5GHz 이내의 주파수대역에서 사용하기 위해서는 반드시 펄스성형을 통해서 주파수 효율성을 높여야만 하며 거의 모든 표준에서 스펙트럼 마스크라는 항목으로 이를 규제하고 있다. 따라서 이렇게 펄스 성형을 하기 위해서는 반사종단이 -1,1의 이산적인 값 이외에도 -1과 1 사이의 모든 값을 가져야 하며, 이러한 반사종단의 값은 기저대역 신호가 제어하게 된다.
이러한 반사종단은 보통의 경우 HBT, P-HEMT와 같은 소자를 사용하는데, 기저대역의 제어신호에 대해 반사계수가 선형적으로 변하는 경우가 이상적이라 할 수 있지만, 실제로는 그렇지 않다. 따라서 이러한 반사종단을 이용한 벡터변조기를 사용하여 펄스성형을 위해서는 제어신호인 기저대역신호가 이상적인 경우에 가깝도록 미리 보정을 해주는 것이 반드시 필요하며 본 논문에서는 기저대역 신호와 반사종단의 반사계수 사이의 맵핑을 위해서 DSP에서 룩업 테이블 형식으로 구현하였으며, 주파수 스펙트럼상의 마스크를 만족시키는 것을 확인하였다.