Fourth generation (4G) wireless communications need the integration of various systems. So, the need of multi-standard RF front-end is increasing. To make multi-standard transceiver, the RF receiver is designed using reconfigurable mixer method that consists of two LNAs and wide-band mixer using flexible input matching network. They can be operated at 2.1 ~ 2.5 GHz and 5.8 GHz. Because recent wireless standards use these frequency bands, proposed receiver can support these wireless standards and be used for software defined radio (SDR) application. The receiver consists of LNA bank and reconfigurable RF/analog block. The reconfigurable RF/analog block can support 2~6 GHz for multi-standard. In this paper we design multi-standard receiver that can support both WCDMA and IEEE 802.11a/b/g standards. Moreover, to verify the multi-architecture supporting, we implement multi-standard receiver that can support WCDMA and IEEE 802.11b/g using reconfigurable mixer method.
4 세대 이동통신(4G)은 여러 무선 통신 시스템의 통합을 요구하고 있으며 이를 구현하기 위한 방법으로 SDR 을 지원하는 multi-standard 송수신기가 활발하게 연구되고 있다. 그러나 SDR 의 지원을 위해서는 모든 주파수 대역에서 사용 가능한 송수신기가 필요한데 주파수에 민감한 RF front-end의 특성상 이는 현실적으로 불가능하다. 이를 극복하기 위해서 최근에 많이 사용되고 있는 주파수 대역을 지원하는 수신기를 제안한다. 즉 WCDMA, IEEE 802.11a/b/g, Bluetooth, ZigBee, WiBro, ADSRC 와 같은 최근의 무선통신 표준들이 2.1~2.5 GHz 와 5.8 GHz 를 사용하고 있으므로 위 대역을 동시에 지원하는 수신기를 구현하고 이를 검증하였다.
Multi-standard receiver 를 구현을 위한 여러 방법들 중 하나의 reconfigurable mixer와 여러 개의 LNA를 사용하는 reconfigurable mixer 방식을 채택하였다. 기존의 reconfigurable mixer 방식은 두 가지 이상의 표준을 지원하면서 광 대역을 실현하기 어려웠으나 제안하는 수신기는 flexible input matching network 을 이용하여 2~6 GHz 전 대역을 수용할 수 있는 mixer 를 사용하여 reconfigurable RF/analog block 을 구성하여 광 대역을 지원하면서 2 가지 이상의 표준도 수용 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한 variable filter 가 없이 bandwidth 가 다른 여러 표준을 지원하기 위해 넓은 대역폭의 표준들은 direct conversion 방식을, 좁은 대역폭의 표준은 low-IF 방식을 사용할 수 있도록 하였다.
2.1~2.5 GHz, 5.8 GHz를 동시 수용하는 receiver의 구현을 위해서는 두 개의 LNA 를 필요로 한다. 이를 위해 0.25 um CMOS 공정을 이용하여 2 GHz 용 variable gain LNA 와 5.8 GHz 용 LNA 를 설계한다. 특히 2 GHz LNA는 여러 표준을 동시에 수용하기 위해 feedback loop control을 이용한 variable gain block을 포함하고 있다. Feedback loop control을 이용하여 구현한 LNA는 기존의 variable gain LNA 구현 방범에 비해 높은 gain 변화 특성과 적은 noise figure 변화 특성을 가진다.
설계된 두 개의 LNA 와 reconfigurable mixer, 그리고 상용부품들을 이용하여 block level simulation을 수행하여 설계된 receiver가 2.1 GHz 대역에서 WCDMA 의 spec.을 2.4 GHz 에서 IEEE 802.11b/g 표준을 그리고 5.8 GHz에서 IEEE 802.11a 표준을 만족시킴을 검증하였다.
최종적으로 reconfigurable mixer 방식으로 구현된 multi-standard receiver 가 direct conversion 과 low-IF 두 가지 구조를 모두 지원할 수 있는지를 검증하기 위해 상용부품을 이용하여 WCDMA 와 802.11b/g 를 지원하는 수신기를 구현하였다.
구현된 수신기는 direct conversion 의 DC offset 문제를 해결하기 위해 high pass filter를 사용하고 있으며 I/Q mismatch를 줄이기 위해 mixer 이후의 block을 최대한 simple하게 구성 하였다. 제작된 수신기를 이용하여 측정한 결과 24 mV 의 DC offset 제거 특성을 가지고 있으며 매우 작은 I/Q mismatch 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. 또한 low-IF 의 구현을 위해 최적화된 IF 를 결정하기 위해 각각의 IF 에 대해 output SNR 을 구하여 7 MHz IF를 사용시 최적의 output SNR을 가진다는 것을 보였다.
본 논문에서는 위 작업들을 통해 2.1 ~ 2.5 GHz와 5.8 GHz를 동시 수용할 수 있는 수신기를 설계하고 설계된 구조를 이용하여 direct conversion 과 low-IF 구조를 동시에 수용할 수 있음을 보였다.
