KR0138972B1 - 자동 주파수 제어를 사용한 페이징 수신기 - Google Patents

자동 주파수 제어를 사용한 페이징 수신기

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KR0138972B1
KR0138972B1 KR1019930701353A KR930701353A KR0138972B1 KR 0138972 B1 KR0138972 B1 KR 0138972B1 KR 1019930701353 A KR1019930701353 A KR 1019930701353A KR 930701353 A KR930701353 A KR 930701353A KR 0138972 B1 KR0138972 B1 KR 0138972B1
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리 데이비스 월터
페르난데츠 써지오
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시위아크 카지미에르츠
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토마스 지.베리
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Abstract

수신된 신호(408)의 주파수를 결정하며 수신된 신호로 부터 주파수 에러(410)를 계산하는 자동 주파수 제어기가 수신된(200)내에 포함되어 있다. 상기 주파수 에러는 결정된 에러에 응답하여 발진기(308)의 주파수(412)조절에 사용되는 보정 인자(316)를 계산하는데 이용된다.

Description

[발명의 명칭]
자동주파수 제어를 사용한 페이징 수신기
[발명의 분야]
본 발명은 통상적으로 자동 주파수 제어, 더욱 특정하자면 자동 주파수 제어를 하는 수신기에 관한 것이다.
[발명의 배경]
이용가능한 저주파수스펙트럼(즉, 900MHz 이하의 스펙트럼)의 대부분이 이미 정해졌기 때문에, 무선 통신 장비의 확산은 스펙트럼의 이용가능성에 심각한 부담을 주고 있다. 보다 좋은 통신 시스템에 대한 요구가 증가함에 따라, 설계자들은 보다 높은 주파수에 대해 시스템을 설계하고 설치해야 한다. 그러나, 보다 높은 주파수에 대한 설계는 기준 발전기의 안정성 및 정확성과 같은 새로운 문제점을 초래한다.
제1도에는 일반적인 이중 변환 수신기의 블럭도가 도시되며, 상기 수신기의 동작 및 부품들은 당업자에게 잘 공지되어 있다. 제1도는 보다 높은 주파수 시스템에서 처리할 필요가 있는 몇몇 문제점들을 보여주기 위해 참고된다. 일반적으로, 중간 주파수(intermediate frequency, IF)필터(112, 118, 122)의 대역폭은 수신된 높은 주파수 신호와 비교하여 작다. 그러므로, 적절한 동작을 유지하기 위해, 제1국부 발진기 (108)에 대한 요구사항들은 온도계수 및 주파수 안정성에 있어서 극단적인 것이 된다. 예를 들어, 상기 IF필터(112)의 대역폭이 12KHz이고 한측의 신호 편차가 5KHz이면, 신호가 IF 통과 대역 밖으로 드리프트 되는 것을 방지하기 위해서는 주파수 드리프트가 ±2KHz보다 적게 유지하는 것이 바람직한 일이다.
예를 들어, 제1주입 신호가 855MHz 라면 이 신호는 ±2KHz내에서 일정하게 유지되어야만 하며, 그 결과 대략 ±2.5파트 퍼밀리언 (parts per million : ppm)결정 안정성이 된다.
한편, 그러한 고주파수 수정 발진기를 구입할 수는 있지만 그에 대한 가격은 종종 지나치게 비싸며, 전체 발진기 회로의 안정성을 제어하기 위한 온도 보상 회로를 필요로 한다.
높은 안정성 기준 수정 발진기를 사용하는 것에 대한 대안은 자동 주파수 제어(Automatic Frequency : AFC)설계이다. 종래의 AFC설계는 통상 연속파 (contin uous wave : CW)신호를 반송파(carrier)에 고정시키는 것을 요구한다. 또한 AFC회로는 피드백 제어 회로를 이용하며, 이 회로는 동작 온도 범위에 걸쳐 루프 안정성을 이루도록 신중하게 설계되어야 하고, 의사 신호 (spurious signals)로부터의 간섭에도 잘 견뎌야 한다.
또한 종래의 AFC는 복조기의 출력에 연결되어 있으므로, 그 동작은 온도 변화에 대해 비선형적이 된다. 그러므로, 선형 AFC회로에 특별한 온도보상 회로가 일반적으로 요구된다. 이것 또한 임의의 선형 AFC의 정확성에 대해 기본적인 제한을 설정한다. 이런 방법으로 AFC를 사용하면 비용이 많이 들며, 특히 선택적 호출 수신기(selective call receiver)와 같은 값싼 전자 장비에서 더욱 그러하다. 결과적으로, AFC시스템은 선택적 호출 수신기에 대해서는 비용면에서 효과적인 해결책이 되지 못한다.
그러므로, 고도로 안정된 기준 수정 발진기를 요구하지 않고도 선택적 호출 수신기의 전체적인 안정성을 증가시키는 경제적인 AFC설계를 필요로 한다.
[발명의 개요]
본 발명에 따르면, 선택적 호출 수신기는 자동 주파수 제어기를 구비하며, 이것은 수신된 신호의 주파수를 결정하고 수신된 신호로부터 주파수 에러를 계산한다. 상기 주파수 에러는 측정된 에러에 응답하여 발진기의 주파수를 조절하는데 사용되는 보정 인자를 계산하는데 이용된다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 기준 수정 발진기를 사용한 종래의 수신기의 블럭도이다.
제2도는 본 발명에 사용하는데 적절한 선택적 호출 수신기의 블럭도이다.
제3도는 본 발명에 따른 수신기의 블럭도이다.
제4도는 본 발명에 따라 제3도의 수신기 동작을 설명하는 흐름도이다.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 수신기의 블럭도이다.
제6도는 본 발명의 제3실시예에 따른 수신기의 블럭도이다.
[발명의 상세한 설명]
제2도를 참고로 하면, 선택적 호출 무선 수신기(200))예를 들면, 페이저)는 안테나(202)를 포함하며 이는 수신기 모듈(204)내에 포함된 국부 발진기신호와 믹싱되는 무선 주파수(RF)반송파 신호를 제공한다. 상기 수신기 모듈(204)은 당업자에게 잘 공지된 방법으로 디코더(206)에 의해 처리되기에 적합하게 복구된 신호를 발생한다. 상기 디코더(206)는 상기 신호를 어드레스로 변환한다. 제어기(212)는 디코드된 어드레스를 메모리(208)에 포함된 하나 이상의 소정의 어드레스와 비교한다. 어드레스가 실질적으로 비슷하면, 신호가 수신되었음을 음성 경보(예를 들면, 스피커)(214) 또는 촉각 경보(예를 들면, 진동판)(216)중 하나에 의해 사용자에게 경보된다. 상기 수신된 신호는 어떤 선택 호출 수신기로 향하는 선택적 메시지 데이타를 포함하기도 한다. 또한 만약 선택적 호출 수신기에 선택적 음성 출력이 포함되어 있다면, 수신된 R. F. 신호중에는 복구된 음성 성분들이 존재할 수 있다. 메시지 또는 음성의 선택적 호출 수신기에 대해서는, 상기 회복된 메시지 또는 음성 출력이 출력 모듈(210)에 의한 나중의 재생(playback)을 위해 메모리(208)내에 기억된다. 상기 출력 모듈(210)은 제어부(218)에 의해 수동적으로 선택되거나 자동적으로 디스플레이에 메시지가 표시되는 것과 같이 메시지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 제3도는 전자기장 에너지를 R.F. 증폭기(304)에 의해 증폭되는 전기적 에너지로 변환하기 위해 상기 안테나(202)로부터 신호를 수신하는 수신기(204)를 도시한다. 사전 선택기 필터[preselector filter, (306)]는 불필요한 신호가 제1믹서(310)에 도달하지 못하도록 영상 주파수 방지를 제공한다. 주파수 합성기(308)로부터의 신호와 함께 상기 제1믹서(310)는 당업자에게 공지된 방법으로 입력 신호를 IF신호로 헤테로다인한다. 상기 주파수 합성기(308)는 수정 발진기(도시되지 않았음)를 구비하여 이로부터 계수기(336)에 연결되는 높은 안정성 기준 신호(340)가 유도된다. 제1 IF필터(312)는 원하지 않는 신호를 제거하며, 수신기의 대역폭을 제어하고, 필요한 인접 채널 감도를 갖는 신호를 제공한다. 이 신호는 상기 제1믹서(310)의 작동과 유사한 방법으로 제2믹서(314)에 의해 제2IF주파수로 변환된다. 제2IF필터 셋트(318, 322)는 상기 제1IF필터(312)와 유사하게 대역폭과 인접 채널 선택도를 제어한다. 제2 IF증폭기/리미터(320, 324) 셋트는 수신기 이득을 제공하며 수신된 신호가 복조기(326)에 도달하기 전에 임의의 진폭 변조(amplitude modulated : AM)신호를 제거한다. 상기 복조기 (326)는 IF 신호를 데이타 리미터(328)에 보내는 음성 전압으로 변환하여, 이것은 상기 복조 신호를 디지탈 레벨들로 인코드한다.
본 발명에 따르면, 상기 복조기(326)전의 신호는 저 주파수 기준 수정 발진기(332)(즉, 1.5MHz 이하의 값)에 의해 제어되는 마이크로컴퓨터(330)에 의해 계수될 수 있는 주파수로 존재한다. 상기 마이크로컴퓨터(330)는 상기 IF신호의 순시 주파수를 측정하는데 사용되는 계수기(336)를 제어한다. 상기 계수기(336)는 상기 데이타 리미터(328)로부터의 출력신호에 의해 스트로브되는(클럭되는) 마이크로 컴퓨터에 입력을 제공한다. 이런 방식으로, 상기 마이크로 컴퓨터(330)는 수신된 신호의 전이를 추적하여[예를 들어 주파수 천이키잉(frequency shift keying : FSK)신호의 마크 및 스페이스르 결정하여], 그에 따라 상기 신호의 주파수를 계산하기 위해 사용되기 위해 소정의 시구간에 걸쳐 계수가 얻어지도록 한다. 이 계수는 고신호 및 저신호(즉, 각각의 디지탈 레벨과 관계된 신호)를 카운트하고 신호의 주파수를 결정하기 위해 상기 값을 평균하는 종래의 방식으로 실현된다. 상기 고신호(마크) 및 저신호(스페이스)간의 평균은 상기 주파수 합성기(308)에 피드백되는 보정 인자를 종래의 기술을 통하여 계산하기 위해 마이크로컴퓨터(330)에 의해서 사용된다. 주파수합성기 블록 앞에서 상기 보정인자는 디지탈 대 아날로그 변환기[digital - to -Analog converter : (D/A), (334)]에 보내지는데 여기서 상기 주파수 합성기(308)의 기준 스텝수(number of reference steps)를 변화할 수 있는 아날로그 신호를 인가한다. 이런 방식으로, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 수신기의 IF측에서 주파수 계수를 얻으며, 얻어진 계수안에 있는 주파수 에러에 의존하는 보정 인자를 계산한다. 그후 상기 보정 인자는 수신된 신호를 정정하는 삽입 주파수를 변화시키기 위해 상기 수신기(204)의 RF부 내에서 상기 주파수 합성기(308)로 피드백이 된다. 이런 방법은 수신기(204)로 하여금 마치 양호한 온도 안정성을 갖는 매우 정확한 수정 발진기에 의해 제어되는 것처럼 동작할 수 있게 한다.
동작에 있어서, 본 발명은 계수기(336), 디지탈 대 아날로그 변환기(334) 및 마이크로컴퓨터(330)를 내장하고 있으며, 이들은 함께 고정밀 수정 발진기에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 상기 계수기(336)는 상기 IF 신호를 계수하며, 그동안 상기 마이크로컴퓨터(330)는 상기 데이타 리미터(328)다음에 얻어지는 상기 신호의 1과 0패턴을 추적한다. 복조기 (326)앞에서 얻어진 IF계수를 결합하고 이를 상기 리미터(328)다음에 얻어진 상기 1 및 0 패턴과 비교함으로써, 상기 마이크로컴퓨터(330)는 안테나에 나타나는 신호의 데이타 패턴(즉, 스위칭 정보)을 결정할 것이다. 예를 들어, 수신된 데이타가 5개의 1(즉, 고) 및 4개의 0(즉, 저)를 포함하면, 다음과 같이 가정할 수 있다.
즉,
ones = f0 + 4KHz,
zeros = f0 - 4kHz,
여기서 f0는 기준 주파수이며 주파수 편차는 4KHz이다.
전송된 주파수(ftx)는 다음과 같이 계산된다 :
ftx = (5*(f0 + 4KHz) + 4*(f0 - 4KHz))/9
상기 ftx는 대략 다음과 같이 쓸 수 있다 :
ftx = f0 + (4KHz)/9
그러므로, 이제 기준 주파수 f0가 아닌 전송 주파수 ftx가 기준 송신기 주파수로서 사용되고 있다.
상기 마이크로컴퓨터(330)는 상기 수신된 신호의 주파수를 측정할 시기 (즉, 수신된 신호가 소정의 신호 대 잡음비(S/N)임계값 이상일 때)를 결정하기 위해 종래의 수신 신호 세기 표시기(Recieved Signal Strength Indicator : RSSI)(도시되지 않음)를 내장하고 있다. RSSI는 수신된 신호의 신호 세기를 측정하는 통상적인 전자 장비이다. 이런 방식으로, 상기 신호의 고 및 저순시 주파수를 계수함으로써 주파수가 통상적인 방식으로 측정되며, 편차 에러를 제거함으로써 (평균함으로써) 정확한 공칭 주파수의결정이 이루어진다.
그러므로, 주파수가 RF신호의 주파수보다 상당히 낮은 수신기의 IF부분에서 신호를 측정함으로써, 높은 허용 오차 수정 발진기 대신에 비교적 낮은 허용 오차 및 저 정확도의 수정 발진기가 사용될 수 있다. 예를 들어, IF주파수 및 타임 베이스 수정(332) 둘다가 100KHz에서 동작한다면, ±100 ppm의 수정은 ±10Hz편차를 발생할 것이다. 이 변화는 상기 수신기(204)의 전단부로 변환될 때, 대략 ±0.01 ppm의 편차를 초래한다.
또한, 상기 IF주파수가 예를 들어 10KHz이면, ±100ppm수정은 ±1Hz편차를 발생할 것이다. 상기 변화는 상기 수신기(204)의 전단부로 변환 될 때, 대략±0.001ppm편차를 초래한다. 이런 방식으로, 온도 보상 회로를 사용하지 않고도 매우 높은 정확도의 수정 발진기의 성능을 얻는데 저 허용오차 수정 발진기가 사용될 수 있다. 또한, 상기 IF주파수의 선택은 상기 수정 발진기의 실제 안정성을 증가시키지 않고도 안정성 개선을 추가로 제공한다.
제4도의 흐름도는 AFC를 갖는 선택적 호출 수신기의 동작을 도시한다. 본 발명에 따르면, 신호가 수신된 후에 단계(402)에서 동기화가 시도된다. 만약 동기화를 얻을 수 없다면, D/A변환기는 단계(406)에서 공칭값으로 초기화되고 단계(414)에서 동작을 종료한다. 그렇지 않고 동기화가 얻어지면, 유효하게 주소 지정된 신호가 수신되었느지 여부를 결정하기 위해 단계(404)에서 비트 패턴이 검사된다. 만일 상기 비트 패턴이 인식되지 않는 것이라면, 동작은 단계(414)에서 종료된다. 그러나, 유효 어드레스가 수신되자마자 고주파수(마크) 및 저주파수(스페이스)의 순시 주파수가 단계(408)에서 측정된다. 단계(410)에서 두 측정값의 평균으로부터 주파수 에러가 측정되며 보정인자가 발생된다. 상기 보정인자는 그후 단계(412)에서 수신된 주파수를 변화시키기 위하여 주파수 합성기에 연속적으로 송신된다. 이런 방식으로 상기 주파수는 상기 신호의 고 및 저 순시 주파수를 계수함으로써 측정되고 편차 에러를 제거함으로써 (즉 평균함으로써)공칭 주파수에 대한 정밀한 결정이 행해진다. 더욱이, 고 및 저 측정을 평균함에 의해 상기 주파수 측정은 상당히 빠르게 측정될 수 있어, 예를 들어 적어도 두개의 측정 값이면 평균 주파수를 내기에 충분할 수 있다. 그러므로 상기 수신기의 IF부분에서의 필요한 보정을 판별하고 상기 수신기의 RF부분으로 상기 보정을 피드백함으로써, 상기 수신기는 마치 양호한 온도 안정성을 갖는 매우 정확한 수정 발진기에 의해 제어되는 것처럼 동작한다.
제5도를 참고하여, 본 발명의 제2실시예가 설명되어 있다. 동작은 제3도에 도시된 동작과 유사하지만, 제1실시예에 설명된 바와 같이, 상기 주파수 합성기(308)의 주파수를 변화시키기 위해 상기 마이크로컴퓨터(330)에 의해 측정되는 보정 인자를 사용하는 대신에, 상기 보정 인자는 상기 IF필터(318a, 322a)및 복조기(326a)의 중심 주파수들을 변화시키는데 사용된다. 이렇게 하기 위해서 상기 마이크로컴퓨터는 상기 수신된 신호의 주파수 에러를 측정해야 하고, IF필터들(318a, 322a)로 하여금 보정 전압(316)에 응답하여 자신의 동작 주파수를 변화시키게 하는 보정 전압을 보내야 한다. 이런 방식으로 고주파수 안정성이 이루어지는데, 이는 상기 IF 신호의 주파수를 결정함으로써 상기 수신기의 제2IF부분의 주파수에 민감한 성분이 결정된 수신 주파수에 대하여 재배열될 수 있기 때문이다. 그러므로 상기 수신기의 IF부분내에서 필요한 보정을 판별하고 수신된 신호에 대하여 IF성분의 중심 주파수를 변화시키므로써, 수신기는 마치 양호한 온도 안정성을 갖는 매우 정확한 수정 발진기에 의해 제어되는 것처럼 동작한다.
제6도를 참고로, 본 발명에 따른 제3실시예가 설명되어 있다. 이번 경우도 동작은 제3도의 제1실시예에 설명된 것과 비슷하다. 차이점으로는 상기 D/A 변환기(334)로부터의 출력에 삽입된 바렉터(340)와, 상기 주파수 합성기(308)와 연결된 디지탈 레벨을 갖는 출력 신호(338)를 포함한다. 상기 바렉터(40)는 정정 전압을 수신하자마자 주파수내에서 최소 이동을 발생하기 위해 통상적인 방법으로 상기 주파수 합성기(308)를 조절한다. 상기 구성은 고정확도의 AFC를 생성한다.
동작에 있어서, 상기 바렉터(340)는 상기 D/A변환기(334)에 의해 제어되면, 상기 주파수 합성기 (308)를 조절하는데 사용된다.
첫째로, 마이크로컴퓨터(330)로부터 얻어지는 상기 디지탈 신호(338)는 수신된 신호의 에러를 포함하고 있으며, 가장 인접한 사전 규정 단계로 상기 주파수 합성기(308)를 조정하는데 사용된다(대략적인 조정). 다음으로, 상기 D/A 변환기(334)의 출력은 상기 주파수 합성기(308)를 미세하게 동조시키기(tune)위해 사용되는 바렉터(340)로 전달된다. 상기 AFC는 대략적인 합성기 단계 조정 및 미세 동조 보정 단계(기준 발전기를 왜곡하는 바렉터)를 구비하고 있다. 상기 주파수 합성기(308)가 상기 바렉터(340)에 연결된 수정 발진기에 의해 대체될 수 있다는 것은 당업자에게 공지되어 있다. 이런 방식으로, 수정 발진기 허용 오차를 참조하지 않는 상기 AFC에 있어서 상기 수신된 주파수는 ±0.1 내지 0.03ppm범위내의 정확도를 가진 주파수를 얻기 위하여 두 단계의 과정으로 보정될 수 있다. 상기 두 단계 과정은 거의 완전한 주파수 정정을 이루기 위해 대략적 및 미세한(coarse and fine) 동조 기술을 사용함으로써 보다 정확한 주파수를 발생한다.
요약하면, 선택적 호출 수신기(200)에는 수신된 신호의 주파수를 측정하고 상기 수신된 신호로부터 주파수 에러를 계산하는 자동 주파수 제어기가 포함되어 있다. 상기 주파수 에러는 판별된 에러에 응답하여 발진기의 주파수 조절에 사용되는 보정 인자를 계산하는데 이용된다. 이런 방식으로, 회로의 주파수 안정성은 상기 수정 발진기의 안정성에 대한 추가적인 개선 없이도 상기 IF주파수를 변화시킴으로써 개선된다.

Claims (6)

  1. 페이징 수신기에 있어서, 적어도 하나의 페이저 어드레스를 포함하는 페이징 신호를 수신하는 수단 (202, 204)과, 상기 페이징 신호에 포함된 상기 페이저 어드레스를 메모리(208)에 기억된 적어도 하나의 어드레스와 비교하는 수단(212)과, 상기 비교 수단에 응답하여, 상기 페이징 신호에 포함된 상기 페이징 어드레스가 상기 메모리에 기억된 적어도 하나의 어드레스와 상호 관련이 있을때(correlates)상기 수신된 페이징 신호의 주파수를 결정하고, 상기 수신된 신호의 주파수 에러에 관련된 보정 인자를 결정하는 자동 주파수 제어기(330)와, 상기 페이징 신호에 포함된 상기 페이징 어드레스가 상기 메모리(208)에 기억된 상기 적어도 하나의 어드레스와 상호 관련이 있을 때 상기 자동 주파수 제어기에 의해 제공된 상기 보정 인자에 응답하여 발진기 주파수를 조절하는 발진기 제어수단(308)과, 상기 비교 수단에 응답하여, 상기 페이징 신호에 포함된 상기 페이징 어드레스가 상기 메모리에 기억된 상기 적어도 하나의 어드레스와 상호관련이 있을 때, 상기 페이징 신호의 수신 표시를 제공하는 경보 수단(214)을 구비하는 페이징 수신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신(202, 204)수단은 상기 페이징 신호에 동기화하는 수단(310, 314)을 구비하며 상기 발진기 제어수단(308)은 동기화가 이루어지지 않았을 때 공칭값(nominal value)에 응답하여 상기 발진기 주파수를 조절하기 위해 상기 자동 주파수 제어기(330)에 응답하는 페이징 수신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신 수단(202, 204)은 상기 페이징 신호에 동기화하는 수단(310, 314)을 구비하며 조절 가능 필터 수단(318a, 322a)은 동기화가 이루어지지 않았을 때 공칭값에 응답하여 상기 페이징 신호의 필터링을 변화시키기 위해 상기 자동 주파수 제어기(330)에 응답하는 페이징 수신기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 페이징 수신기는 상기 페이징 메세지에 포함된 메세지 데이타를 표시하는 수단(210)을 구비하는 페이징 수신기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 페이징 수신기는 상기 페이징 메세지에 포함된 음성 메세지를 기억하는 수단(208)과 상기 페이징 수신기의 사용자에게 제공하기 위해 상기 기억된 음성 메세지를 재생하는 수단(210)을 구비하는 페이징 수신기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 페이징 신호의 주파수는 상기 페이징 신호의 마크 및 스페이스 전환(mark and space transition)을 측정하는 수단(336)에 의해 결정되는 페이징 수신기.
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