The $3^{rd}$ generation cellular system, W-CDMA system that adds broadband data to support video, Internet access, and other high-speed services is being stated. The service is to offer seamless wideband services across a variety of environments. As is typical for mobile communication systems standardization, sufficient RF performance has been assumed and most efforts have been put to digital baseband issues. This is especially true for the mobile phone transceivers, but the RF part is still the bottleneck of the entire system. So, in the RF concept engineering of today's commercial products, an accurate prediction of the needed RF performance by using RF system simulation is indispensable.
In this thesis, an experimental RF transceiver has been designed and built on printed circuit board (PCB) for a FDD mode W-CDMA user equipment. To accomplish this work, systematic design procedure with top-down approach from system level to circuit level was used. At first, RF transceiver standard in 3G TS 34.121 [4] for W-CDMA is analyzed and RF specifications are extracted by using receiver noise equation for receiver and spectrum emission requirement for transmitter. Then from the system specification, total transceiver is simulated and designed. To implement RF circuits of building blocks, various consideration for circuit design on PCB are discussed. The equivalent model to interface fixture like SMA connector and microstrip line are constructed and verified. Then, RF building blocks are simulated and implemented with off-the-shelf commercial components based on de-embedding procedure by using the equivalent model to interface fixture. Finally, the building blocks are measured and from the measured data, performances of receiver and transmitter are analyzed. The evaluated receiver has dynamic range of 90 dB, NF of 6.9 dB and IIP3 of -12 dBm. And transmitter has dynamic range of 88 dB, maximum output power of 23.8 dBm. So, these results satisfy almost the system requirements of W-CDMA UE. These activities give an accurate prediction of the needed RF system performance and can be a guideline for systematic and effective design of RF transceiver.
3세대 셀룰라 시스템인 W-CDMA 시스템은 비디오, 인터넷 서비스와 같은 고속의 데이터 서비스를 위한 광대역 데이터의 전송을 지원하며, 이러한 서비스는 지금 시작되어지고 있다. 또한 여러 환경에서 국제적인 로밍 서비스를 지원하기도 한다. 일반적으로, 단말기를 이용한 무선통신 시스템 표준에서는 충분한 RF 송수기의 성능이 가정되어, 대부분의 성능 향상 노력이 베이스밴드 부분에 관심을 두고있다. 이러한 방향이 단말기의 시스템에 있어 합당할지 모르나, 여전히 고성능의 데이터 전송을 위해서는 전체 단말기 시스템에 있어서 RF 부분은 전체 시스템의 한계를 결정짓는 부분이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 좀 더 정확한 RF 시스템의 성능 예측과 검증이 필수 불가결한 과정이 되고 있다.
본 논문에서는 FDD 방식의 W-CDMA 단말을 위한 실험적인 RF 송수신기를 PCB 보드상에 설계, 제작하였다. 이 연구를 수행하기 위해 전체적인 설계 접근방식으로, Top-down 방식의 일관성을 가지는 방향으로 설계를 행하였다. 처음과정으로, RF 시스템의 요구조건을 W-CDMA 표준문서를 기반으로 수신기를 수신기 잡음 방정식을 이용하고, 송신기는 불요파 방사조건을 이용하여 RF 송수신기의 여러 요구조건을 도출하였다. 그리고 이를 바탕으로 각 RF 기능 블록의 요구조건을 분배, 최적화하였다. 이를 검증하기 위해 시뮬레이션 과정이 추가되었다. 그 다음 단계로 여러 RF 블록을 PCB상에 설계, 구현하기위해 고려되어야 할 사항들을 정리, 분석하였다. 정확한 RF 부품들의 S-parameter들을 추출하기 위해, SMA 커넥터와 마이크로 스트립 전송라인과 같은 인터페이스들의 등가 모델을 만들고 이를 이용하여 de-emdedding을 수행했다. 이러한 절차를 거쳐 RF 기능블럭들이 설계, 구현, 측정되었다. 또한 S-parameter 설계를 기본으로 하지않는 주파수 발생기(frequency synthesizer)와 같은 기능 블록들도 이론과 실제 정확한 예측모델을 이용하여 구현, 검증되어졌다. 마지막으로, 이러한 측정된 각각의 RF 블록의 성능 값을 이용하여 W-CDMA RF 송수신기의 성능을 예측, 분석하였다.
수신기의 성능은 90 dB의 dynamic range와 6.9 dB의 잡음지수 그리고 -12dBm의 IIP3이 예측되었다. 송신기는 불요방사파 조건을 만족시키면서 88dB의 dynamic range와 최대 23.8dBm의 출력을 나타낸다. 이러한 성능은 표준문서에서 제시하는 송수신기의 요구조건에 거의 만족시키는 결과이며, 이러한 연구가 실제적인 RF 송수신기의 설계와 구현에 효과적인 방법이라 생각하고, 또한 RF 부분의 성능 예측에도 좋은 방법론이 될 것이라 기대된다.
