KR0143023B1 - 디지탈 무선전화기의 송수신 신호처리 회로 - Google Patents

디지탈 무선전화기의 송수신 신호처리 회로

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KR0143023B1 KR1019940019179A KR19940019179A KR0143023B1 KR 0143023 B1 KR0143023 B1 KR 0143023B1 KR 1019940019179 A KR1019940019179 A KR 1019940019179A KR 19940019179 A KR19940019179 A KR 19940019179A KR 0143023 B1 KR0143023 B1 KR 0143023B1
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Abstract

본 발명은 단일 주파수 채널을 송신과 수신의 일정한 시간으로 분리하여 통신하는 시분할 방식을 사용하는 통신시스템에서 스피커를 통해 입력된 신호를 변환하여 안테나를 통해 전파로서 전송하기 위한 송신수단과, 안테나에서 수신된 신호를 변환하여 사용자에게 전송하는 수신수단을 구비한 디지탈 무선통신장치에 있어서, 수신 제2국부 발진신호원을 수신모드에서 헤테로다인 소스로 활용함으로서 송수신모드에 따라 루프자체 주파수를 절환하지 않는 채널변환용 기준주파수 합성 제1위상고정루프와, 상기 제1위상고정루프의 출력주파수의 출력주파수신호를 기준신호로 하고 소정의 헤테로다인 소스를 받아 고속으로 송수신 주파수를 절환하기 위한 송수신절환용 헤테로다인 제2위상고정루프로 구성되는 주파수 합성기와, 상기 시분할 방식에 의해 송신모드에서는 상기 기준주파수 수정발진기의 발진신호원을 상기 헤테로다인 소스로 연결하고 수신모드에서는 상기 제2국부발진신호원을 상기 헤테로다인 소스로 연결하는 절환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지탈 무선전화기의 송수신 신호처리 회로
제1도는 디지탈 무선전화기에 있어서 송신주파수 혼합변환방식을 채택한 종래의 송수신 신호처리 회로를 나타내는 블럭도.
제2도는 디지탈 무선전화기에 있어서 송수시주파수 전환방식의 헤테로다인 이중 위상 고정루프를 채택한 종래의 송수신 신호처리 회로를 나타내는 블럭도.
제3도는 디지탈 무선전화기에 있어서 헤테로다인 단일위상 고정루프로 구성된 주파수 합성기와 주파수 변별복조기를 채택한 본 발명에 의한 송수신 신호처리 회로를 나타내는 블럭도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:안테나 3:송수신 안테나절환기
4:수신저잡음 증폭기 5:반송파 대역여파기
6:수신 제1주파수 혼합기 7:제1중간주파수 대역여파기
141:수신 제1중간주파수 증폭기
142:수신 제2중갖주파수 혼합기
143,145:수신 제2중간주파수 대역여파기
144,146:수신 제2중간주파수 증폭기
147:90°이상기 148:승산기
45,47:저역여파기 46:데이타 복원기준전위 설정회로
47:데이타 복원기 150:체배기
151,137,56:증폭기
149:수신 제2국부발진기용 기본 신호발생기
140:헤테로다인 주파수 변별복조기
48:기준주파수 수정발진기 121,125:분주기
122,131:위상비교기 123,132:루프저역여파기
124,133:전압제어발진기 49,52:체배기
50,53:대역여파기 51:절환기
134:격리완충기 135:저주파수 변환 혼합기
136:저역여파기 54,55:송신전력증폭기
120:채널변환용 기준주파수 합성 제1위상고정루프
130:송수신절환용 헤테로다인 제2위상고정루프
본 발명은 디지탈 무선 통신장치의 송수신 신호처리 회로에 관한 것으로, 특히 고속절환용 헤테로다인(Heterodyne) 위상고정루프(Phase Locked Loop)로 구성된 주파수합성기와 헤테로다인 주파수 변별복조기를 채택한 송수신 신호처리 회로에 관한 것이다.
근래 일반화된 디지탈 무선 통신장치에 있어서 1980년대 후반에 도입되었고, 1990년 초반에 이르러 대중에게 소개된 디지탈 방식의 제2세대 무선전화기(CT2:2'nd generation Cordless Telephone)는 주파수 분할 다중접속 시분할교신(Frequency Division Multiple Access-Time Division Duplex:이하 FDMA-TDD라 약함) 방식의 디지탈 무선전화기이다.
이러한 디지탈 무선전화기에 있어서, 송신주파수 혼합 변환방식을 채택한 종래의 송수신 신호처리 회로가 제1도에 도시되어 있다. 이 송수신 신호처리 회로는 영국의 GPT사가 채택하고 있고, 미국의MOTOROLA사는 이와 유사한 방식을 채택하고 있다.
제1도에 도시된 송수신 신호처리 회로에서는 기준주파수 수정발진기(15), 송수신 주파수합성기(16), 전압제어발진기(17)로 구성된 단일 위상고정루프 주파수합성기를 송신기 및 수신기의 제1국부발진기로 이용하고 있다.
그러나, 제1도에 도시된 송수신 신호처리 회로에 있어서, 단일 위상고정루프 주파수 합성기의 최대 위상 비교주파수는 채널간격차 주파수를 초과할 수 없고, 루프 대역이 이보다 훨씬 작으며(대개 1/10이하) 잠금(Lock-up)시간은 루프대역의 역수에 비례하게 되어 느려진다. 즉, 잠금시간은 FDMA-TDD 방식의 송신과 수신 사이의 가드(Guard) 시간에 비하여 훨씬 많이 소요되므로 송수신 절환에 의한 부하변동으로 인하여 불필요한 주파수 천이성분을 가드시간내에 복원할 수 없게 되고, 따라서 송/수신 완충증폭기(19,18)의 부담이 커져서 고주파회로에 적합하지 않을 뿐만 아니라 전력효율이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 상술한 문제로 인하여 주파수절환이 불가능해지므로 송신시에 송신주파수 혼합변환기(23)에서 송신 제2국부발진기(20)의 출력주파수와 송신 중간주파수를 혼합하여 필요한 주파수의 신호로 변환해야 하는데 이때 송신주파수 혼합변환기(23)의 제한된 변환특성으로 인하여 송신전력증폭기(25)의 이득이 커야 하며, 따라서 다단 송신전력증폭기를 사용시에는 전력소모가 커지는 문제가 발생한다.
또한, 송신주파수 혼합변환기(23)의 출력은 많은 고조파성분 및 고조파 혼변조성분 등을 포함하므로 감쇄특성이 큰 다단 대역여파기(24)를 써야하는 부담을 안게되는 문제가 발생한다.
또한, 상술한 문제점들로 인한 고주파회로 부문의 부담은 반도체회로 집적화 효율을 저하시켜 생산성을 나쁘게 할 뿐 아니라 경량화 하기 어렵고 비용면에서 비효율적인 문제가 있다.
한편, 제2도에는 디지탈 무선전화기에 있어서 송수신주파수 절환방식의 헤테로다인 이중 위상고정루프를 채택한 종래의 송수신 신호처리 회로가 도시되어 있다. 이 송수신 신호처리 회로는 영국의 Shaye사가 채택하고 있다.
제2도에 도시된 송수신 신호처리 회로에서는, 위상비교기(38), 루프저역여파기(39), 전압제어발진기(40), 완충증폭기(41), 주파수혼합기(42)와 저역여파기(43)로 구성되어 고속으로 송수신 주파수를 절환하는 헤테로다인 제2위상고정루프(200)를 채택하였다. 이 헤테로다인 위상고정루프방식은 이미 공개된 방식으로서, Roland E. Best에 의해 1984년도에 쓰여진 Phase Locked Loop등 다수의 문헌에 수록되어 있다.
그러나, 이 헤테로다인 위상고정루프방식은 복조기(11)에서 0Hz가 될 수 없는 제2중간주파수 신호자체를 90°위상천이 시킨 것과 곱하여 주파수 복조하는 주파수 변별방식을 채택하였기 때문에 필요한 송신주파수에서 수신 제2중간주파수 만큼의 오프셋이 발생하게 되는 문제가 있다.
이때 오프셋을 0Hz로 하게 되면 체배기(28)에서 수정발진기(26)의 출력신호를 체배한 신호가 미약한 수신 제1중간주파수와 정확하게 겹치게 되므로 헤테로다인하여 주파수 변별하는 복조방식에서는 큰 간섭신호로 작용하여 수신감도를 매우 저하시키게 되므로 실제 오프셋을 0Hz로 하는 것은 불가능하다.
상술한 이유로 인하여 제2도에 도시된 송수신 신호처리 회로에서는, 송신용 주파수합성기(31), 송신용 전압제발진기(32)와 완충증폭기(33)로 구성된 송신용 기준루프(100)와, 수신용 주파수합성기(34), 수신용 전압제어발진기(35)와 완충증폭기(36)로 구성된 수신용 기준루프(110)를 별도로 구성한 후에 송수신 절환기(37)로 헤테로다인 루프의 기준신호를 송수신 절환하였다. 이때 상기 두 기준신호는 일반적인 단일 루프 주파수합성기이고 송수신 절환기(37)에 의해 절환되므로 제1도에 도시된 송수신 신호처리 회로에서와 동일한 문제점들이 발생한다.
또한, 2개의 기준 위상고정루프를 사용해야 하므로 회로가 복잡하고, 송신과 수신 채널 분주율 데이타를 별도로 입력해야 하는 번거로움이 따르는 문제가 있다.
또한, 제2중간주파수만큼 근접한 2개의 기준신호 발생 전압제어발진기(32,35)가 서로 혼변조(Beating)를 일으키기 쉬운 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 송수신 신호처리 회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 송신부의 회로와 전력효율을 개선하고, 주파수 표류의 문제를 해결할 수 있는 송수신 신호처리회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 디지탈 무선통신장치에 있어서 본 발명에 따른 송수신 신호처리 회로는 송신모드와 수신모드에서 단일 주파수 채널을 일정한 시간으로 분할하여 통신하는 시분할 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 변조신호에 따라 기준주파수를 발생하는 기준주파수 수정발진기를 구비하고 마이크를 통해 입력된 신호를 신호 변환하여 안테나를 통해 전파로서 전송하기 위한 송신수단과, 제2중간주파수를 발생하기 위한 수신 제2국부발진신호원을 발생하는 수신 제2국부발진기용 기본 신호발생기를 구비하고 상기 안테나에서 수신된 신호를 신호 변환하여 사용자에게 전송하는 수신수단을 구비한 디지탈 무선통신장치에 있어서:루프 자체 주파수를 절환하지 않는 채널 변환용 기준주파수 합성 제1위상고정루프(120)와, 상기 제1위상고정루프(120)의 출력주파수신호를 기준신호로 하고, 송신모드에서는 기준주파수발진기(48)에서 발생한 기준주파수를 체배기(49)에서 체배한 후 대역여파기(50)에서 원하는 체배성분만 여파하여 송신모드스위치(S201)에 연결되고 수신모드스위치(S202)는 개방되는 절환기(51)를 거쳐 체배기(52)에서 다시 체배하고 대역여파기(53)를 거쳐 원하는 체배성분만 여파하여 저주파 변환 혼합기(135)에 인가함으로써 헤테로다인 소스로 이용하고, 수신모드에서는 수신 제2국부발진기용 기본 신호발생기(149)에서 발생한 주파수를 체배(150)하여 증폭(151)한 후 수신모드스위치(S202)에 연결되고 송신모드스위치(S201)는 개방되는 절환기(51)를 거친 후 체배기(52)와 대역여파기(53)를 거쳐 저주파 변환 혼합기(135)에 인가함으로써 헤테로다인 소스로 이용하여 고속으로 송수신 주파수를 가변하기 위한 헤테로다인 제2위상고정루프(130)로 구성되는 주파수 합성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이어서 첨부한 도면을 참고하여 디지탈 무선통신장치에 있어서 본 발명에 다른 무선송수신 신호처리회로의 일실시예를 설명하기로 한다.
제3도는 디지탈 무선전화기에 있어서 헤테로다인 단일 위상제어루프로 구성된 주파수 합성기와 주파수 변별복조기를 채택한 본 발명에 의한 송수신 신호처리 회로를 나타낸 블럭도이다.
제3도에 도시된 블럭도의 구성은, 송수신모드에 따라 루프자체 주파수를 절환하지 않는 채널변환용 기준주파수 합성 제1위상고정루프(120)와, 고속으로 송수신 주파수를 절환하기 위한 헤테로다인 제2위상고정루프(130)로 구성되는 주파수 합성기로 이루어진다.
아울러, 상기한 제2도에서는 송신용 기준루프(100)와 수신용 고정루프(110)와 같이 기준루프를 달리하지만 본 발명에서는 헤테로다인 제2위상고정루프(130)의 기준주파수 합성루프(120)를 단일화하기 위해 주파수 변별복조기(140)의 제2국부발진신호원(149)의 체배성분(150,52)을 수신모드용 헤테로다인 소스로 구비한다.
제3도에 도시된 본 발명의 무선송수신 신호처리회로의 동작을 설명하기로 한다.
통상 FDMA-TDD방식은 송신과 수신의 양방향 통신을 시간으로 분리하는 주파수 채널분할 다중접속방식으로서, 송신 및 수신시의 무선반송파 주파수가 같으므로 수신기는 헤테로다인 방식으로 하고, 송신기는 주파수 혼합의 변환과정이 없이 송수신 제1국부발진기로 사용되는 전압제어발진기(133)로부터 바로 필요한 주파수로 송신하기 위해서는 반드시 일정한 가드시간과 정해진 주기로 송신과 수신을 교대로 반복하는 교신방식에 있어서, 송신과 수신시에 각각 수신 제1중간주파수의 차만큼 교신주기로 절환되어야 한다. 이때 주어진 짧은 가드시간내에 주파수 절환이 안정화 되기 위해서는 전압제어발진기(133)를 구성하는 주파수합성기는 고속절환이 가능한 것을 필요로 한다.
이를 위해 본 발명에서는 위상비교기(131), 루프저역여파기(132), 전압제어발진기(133), 격리완충기(134), 저주파수 변환 혼합기(135), 저역여파기(136), 저역증폭기(137)로 구성된 헤테로다인 제2위상고정루프(130)를 채택하였는데 위상고정루프의 잠금안정화 시간은 위상비교기(131)에서 비교되는 주파수의 역수에 비례하므로 필요한 최소한의 주파수를 설정해야 한다.
그러나 FDMA-TDD 방식에서는 전압제어발진기(133)의 출력주파수가 채널간격만큼의 분해능을 최소한으로 가져야 하므로 역으로 위상비교기(131)에서 비교할 수 있는 주파수가 낮은 쪽으로 제한된다.
따라서 소정 간격의 주파수를 만들어내기 위해서는 루프 주파수 자체는 절환하지 않는 별도의 위상고정루프들에 의한 주파수 합성기가 필요하게 된다. 이 주파수 합성에는 기준주파수 분주기(121), 위상비교기(122), 루프저역여파기(123), 전압제어발진기(124)와 분주기(125)로 구성된다.
헤테로다인 제2위상고정루프(130)의 위상비교기(131)에서 비교되는 주파수 fh를 만들기 위해 전압제어발진기(133)의 출력이 격리완충기(134)를 거쳐 저주파수 변환 혼합기(135)에서 기준주파수 수정발진기(48)의 기준주파수를 체배기(49,52)에서 체배한 신호와 혼합한 후 혼합주파수 성분 중 최저주파수인 fh를 저역여파기(136)에서 여파하여 위상비교기(131)에 인가하고, 이와 동일한 fh의 기준신호를 내는 채널 변환용 기준주파수 합성 제1위상고정루프(120)에서 출력되는 주파수를 위상비교기(131)에 인가하고 비교하여 고속절환이 가능한 루프를 만든다.
이때 원하는 채널간격으로 주파수 fh를 만들어 주면 전압제어발진기(133)의 출력은 제1도에 도시된 단일 위상고정 루프 주파수합성기와 동일한 분해능으로 주파수를 만들어 수신 제1주파수 혼합기(6)와 송신전력증폭기(54,55)로 공급할 수 있게 된다.
이렇게 변화하는 주파수 fh를 만들기 위하여 전압제어발진기(124)의 출력은 채널변환용 기준주파수 합성 제1위상 고정루프(120)에 의해 원하는 분해능으로 합성된다.
설명의 이해를 돕기 위해 기준주파수 수정발진기(48)의 주파수를 fx, 체배기(49)의 체배율을 i, 체배기(52)의 체배율을 송신시에 m, 수신시에 n, 송수신 무선반송파 주파수를 fc, 수신 제1주파수 혼합기(6)로 입력되는 제1국부 발진 주파수를 f(L01), 수신 제1중간 주파수를 f(IF1), 수신 제2중간주파수 혼합기(142)에 입력되는 제2국부발진주파수를 f(L02), 체배기(150)의 체배율을 W, 수신 제2국부발진기용 기본신호 발생기(149)의 주파수를 fx2, 저역증폭기(137)와 전압제어발진기(124)의 출력 주파수를 fh라 가정하자.
헤테로다인 제2위상고정루프(130)에서 전압제어발진기(133)가 송신모드에서는 fc, 수신모드에서 f(L01)로 발진하도록 제어한다. 전압제어발진기(124)와 저역증폭기(137)의 출력주파수 fh는 송신모드에서 fh=fc-［fx×i×m］, 또는 fh=［fx×i×m］-fc가 되고, 수신모드에서는 fh=f(L01)-［fx2×W×n］ 또는 ［fx2×W×n］-f(L01)가 된다. 수신 제2중간주파수를 f(IF1)라 하면 f(IF2)=f(IF1)-f(L02)=f(IF1)-(fx2×W), 또는 f(IF2)=f(L02)-f(IF1)=(fx2×W)-f(IF1)가 된다.
이때 f(IF1)=fc-f(L01)=f(L01)-fc이다.
체배기(52)의 출력은 m체배성분과 n체배성분이 모두 존재하므로 절환의 필요가 없고, 송신모드에서는 절환기(51)의 송신모드스위치(S201)가 대역여파기(50)에 연결되고, 전압제어발진기(133)는 fc대역으로 발진하도록 발진대역을 가변해주고, 수신모드에서는 절환기(51)의 수신모드스위치(S202)가 대역증폭기(151)에 연결되고, 전압제어발진기(133)는 f(L01)대역으로 발진하도록 발진대역을 가변해준다.
그리고 도시되어 있지는 않지만 상기 절환기(51)와 상기 전압제어발진기(133)의 송수신모드에 따른 절환은 통상적으로 시스템의 제어부에서 FDMA-TDD방식에 따라 이루어진다.
상기한 바와 같은 방법에서 송신모드와 수신모드의 헤테로다인 소스가 서로 달라 송신과 수신사이의 간섭문제가 근본적으로 제거된다. 헤테로다인 루프의 고주파가 삽입되어 있는 격리완충기(134), 저주파수 변환 혼합기(135)는 단지 주파수만 fh로 낮추는 역할을 하므로 적은 전력과 간단한 회로로 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 디지탈 무선통신장치에 있어서 본 발명에 따른 송수신 신호처리 회로에서는 송신부의 회로와 전력효율을 개선하고, 주파수 표류의 문제를 해결하기 위해 헤테로다인 루프를 채용하되, 헤테로다인 소스가 송신모드와 수신모드에서 서로 달라야 함으로 주파수 변별복조기(140)의 제2국부발진 신호원을 수신모드의 헤테로다인 소스로서 활용하여 기준루프를 하나로 가능하게 하였고, 따라서 기준루프 자체는 절환할 필요가 없으므로 주파수 표류의 문제를 근본적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 단일의 기준루프이므로 복수개의 기준루프에 비하여 혼변조를일으키지 않는 이점이 있다.
또한 단일 기준루프이므로 상용회로의 이용이 용이하고, 신호간의 간섭현상이 제거되므로 주파수 변별복조기등과 단일집적 회로화가 가능할 뿐아니라 송신모드에서는 오로지 기준주파수 수정발진기(48)에 의해서만 필요한 모든 주파수가 생성되므로 주파수 관리가 용이한 이점이 있다(일반적으로 송신부의 주파수 오차가 해당규격에 의해 제한된다.).
또한, 채널 변환용 기준주파수 합성루프가 하나이므로 데이타 입력이 간단하여 채널변환시간이 단축되므로 배터리 구동단말기의 경우 수신대기상태의 전력소모를 줄일 수 있다는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 송신모드와 수신모드에서 단일 주파수 채널을 일정한 시간으로 분할하여 통신하는 시분할 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 변조신호에 따라 기준 주파수를 발생하는 기준주파수 수정발진기와, 제2중간주파수를 발생하기 위한 수신 제2국부발진신호원을 발생하는 수신 제2국부발진기용 기본 신호발생기를 구비한 디지탈 무선통신장치에 있어서:상기 기준주파수에 따라 채널 변환용 기준주파수를 합성하여 발진하는 제1위상고정루프와, 상기 제1위상고정루프의 출력주파수시호를 기준신호로 하고, 소정의 헤테로다인 소스를 받아 송수신 주파수를 가변하여 발진하는 헤테로다인 제2위상고정루프로 구성되는 주파수 합성기와, 상기 시분할 방식에 의해 송신모드에서는 상기 기준주파수를 상기 헤테로다인 소스로 연결하고, 수신모드에서는 상기 제2국부발진신호원을 상기 헤테로다인 소스로 연결하는 절환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호처리 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤테로다인 제2위상고정루프가, 소정의 제어를 받아 상기 송수신 주파수를 가변하여 발진하는 전압제어발진기와, 송수신모드에 따라, 상기 전압제어발진기로부터 입력된 송수신 주파수와 상기 헤테로다인 소스를 혼합하여 저주파수를 출력하는 저주파수 변환 혼합기와, 상기 제1위상고정루프의 출력주파수신호를 기준신호로 하고, 상기 저주파수 변환 혼합기로부터 저주파수를 입력하여 비교하며 그 결과를 상기 전압제어발진기로 출력하는 위상비교기로 이루어짐을 특징으로 하는 송수신 신호처리 회로.
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