KR100219709B1 - 디지탈무선통신장치에있어서송수신신호처리회로 - Google Patents

디지탈무선통신장치에있어서송수신신호처리회로 Download PDF

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Abstract

디지털 무선 통신장치에 있어서 본 발명에 따른 송수신 신호처리회로에서는 송신부의 회로와 전력효율을 개선하고, 주파수 표류의 문제를 해결하기 위해 헤테로다인 루프를 채용하되, 제1중간주파수에서 직교형 복조방식을 채택함으로써 기준루프를 하나로 가능하게 하였고, 따라서 기준루프 자체는 절환할 필요가 없으므로 주파수 표류의 문제를 근본적으로 제거할 수 있는 잇점이 있다.

Description

디지털 무선 통신장치에 있어서 송수신 신호처리회로
본 발명은 디지털 무선 통신장치의 송수신 신호처리회로에 관한 것으로, 특히 고속절환용 헤테로다인(Heterodyne) 위상고착루프(Phase Locked Loop)로 구성된 주파수합성 국부발진기와 직교형복조기를 채택한 송수신 신호처리회로에 관한 것이다.
근래 일반화된 디지탈 무선 통신장치에 있어서, 1980년대 후반에 도입되었고, 1990년 초반에 이르러 대중에게 소개된 디지털 방식의 제2세대 무선전화기(CT2;2'nd generation Cordless Telephone)는 주파수분할 다중접속 시분할교신(Frequency Division Multiple Access-Time Division Duplex;이하 FDMA-TDD라 약함) 방식의 디지털 무선 전화기이다.
이러한 디지털 무선 전화기에 있어서, 송신주파수 혼합변환방식을 채택한 종래의 송수신 신호처리회로가 제1도에 도시되어 있다. 이 송수신 신호처리회로는 영국의 GPT 사가 채택하고 있고, 미국의 MOTOROLA 사는 이와 유사한 방식을 채택하고 있다.
제1도에 도시된 송수신 신호처리회로에서는 기준주파수 수정발진기(15), 송수신 주파수합성기(16), 전압제어발진기(17)로 구성된 단일 위상고착루프 주파수합성기를 송신기 및 수신기의 제1국부발진기로 이용하고 있다.
그러나 제1도에 도시된 송수신 신호처리회로에 있어서, 단일 위상고착루프 주파수합성기의 최대 위상비교주파수는 채널간격차주파수를 초과할 수 없고, 루프대역이 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 가드시간 내에 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 불가능해 지므로 송신시에는 송신주파수 혼합변환기(23)에서 송신 제2국부발진기(20)의 출력주파수와 송신중간주파수를 혼합하여 필요한 주파수의 신호로 변환해야 하는데 이때 송신주파수 혼합변환기(23)의 제한된 변환특성으로 인하여 송신전력증폭기(25)의 이득이 커야 하며, 따라서 다단 송신전력 증폭기를 사용시에는 전력소모가 커지는 문제가 발생한다.
또한, 송신주파수 혼합변환기(23)의 출력은 많은 고조파성분 및 고조파 혼변조성분 등을 포함하므로 감쇄특성이 큰 다단 대역여파기(24)인 경우 부담을 안게 되는 문제가 발생한다.
또한, 상술한 문제점들로 인한 고주파회로 부분의 부담은 반도체회로 집적화 효율을 저하시켜 생산성을 나쁘게 할 뿐 아니라 경량화하기 어렵고 비용면에서 비효율적인 문제가 있다.
한편, 제2도에는 디지털 무선 전화기에 있어서 송수신주파수 절환방식의 헤테로다인 이중 위상고착루프를 채택한 종래의 송수신 신호처리회로가 도시되어 있다. 이 송수신 신호처리회로는 영국의 Shaye 사가 채택하고 있다.
제2도에 도시된 송수신 신호처리회로에서는, 위상비교기(38), 루프필터(39), 전압제어발진기(40), 완충증폭기(41), 주파수혼합기(42)와 저역여파기(42)로 구성되어 고속으로 송수신 주파수를 절환하는 헤테로다인 제2위상고착루프(200)를 채택하였다. 이 헤테로다인 위상고착루프방식은 이미 공개된 방식으로서, Roland E. Best에 의해 1984년도에 쓰여진 “Phase Locked Loop” 등 다수의 문헌에 수록되어 있다.
그러나, 이 헤테로다인 위상고착루프방식은 복조기(12)에서 0 Hz가 될 수 없는 제2중간주파수 신호자체를 90。 위상천이시킨 것과 곱하여 주파수복조하는 주파수변별방식을 채택하였기 때문에 필요한 송신주파수에서 수신 제2중간주파수 만큼의 오프셋이 발생하게 되는 문제가 있다.
이때 오프셋을 0 Hz로 하게 되면 체배기(26)에서 수정발진기(26)의 출력신호를 체배한 신호가 미약한 수신 제1중간주파수와 정확하게 겹치게 되므로 헤테로다인 하여 주파수 변별하는 복조방식에서는 큰 간섭신호로 작용하여 수신감도를 매우 저하시키게 되므로 실제 오프셋을 0 Hz로 하는 것은 불가능하다.
상술한 이유로 인하여 제2도에 도시된 송수신 신호처리회로에서는, 송신용 주파수합성기(31), 송신용 전압제어발진기(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 신호처리회로에서와 동일한 문제점들이 발생한다.
또한, 2개의 기준 위상고착루프를 사용해야 하므로 회로가 복잡하고, 송신과 수신 채널 분주율 데이터를 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 위하여 디지털 무선 통신장치에 있어서 헤테로다인 루프를 채용하되, 제1중간주파수에서 직교형 복조방식을 채택하여 송신부의 전력효율을 개선하고, 주파수 표류의 문제를 해결하기 위한 송수신 신호처리회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 디지털 무선 통신장치에 있어서 본 발명에 따른 송수신 신호처리회로는 단일 주파수 채널을 송신과 수신의 일정한 시간으로 분리하여 통신하는 시분할 방식을 사용하는 통신시스템에서 스피커를 통해 입력된 신호를 신호변한하여 안테나를 통해 전파로서 전송하기 위한 송신수단과, 안테나에서 수신된 신호를 신호변환하여 사용자에게 전송하는 수신수단을 구비한 디지털 무선 통신장치에 있어서,
수신 제2중간주파수 만큼의 오프셋을 0 Hz로 하여 송수신 모드에 따라 루프 자체 주파수를 절환하지 않는 채널변환용 기준주파수합성 제1위상고착루프와, 고속으로 송수신 주파수를 절환하기 위한 헤테로다인 제2위상고착루프로 구성되는 주파수합성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이어서 첨부한 도면을 첨부하여 디자탈 무선 통신장치에 있어서 본 발명에 따른 무선 송수신 신호처리회로의 일실시예를 설명하기로 한다.
제3도는 디지털 무선 전화기에 있어서 헤테로다인 단일 위상고착루프로 구성된 주파수합성 국부발진기와 직교형복조기를 채택한 본 발명에 의한 송수신 신호처리회로를 나타낸 블록도이다.
제3도에 도시된 블록도의 구성은, 제1도 및 제2도에 도시된 부분을 생략하고서 크게 수신 제2중간주파수 만큼의 오프셋을 0 Hz로 하여 송수신 모드에 따라 루프 자체 주파수를 절환하지 않는 채널변환용 기준주파수합성 제1위상고착루프(120)와, 고속으로 송수신 주파수를 절환하기 위한 헤테로다인 제2위상고착루프(130)로 구성되는 주파수 합성기로 이루어진다. 아울러, 헤테로다인 제2위상고착루프(130)의 기준주파수합성루프를 단일화하기 위한 직교형 복조기(63)를 더 구비한다.
그러면 제3도에 도시된 본 발명에 무선 송수신 신호처리회로의 동작을 설명하기로 한다.
통상 FDMA-TDD 방식은 송신과 수신의 양방향 통신을 시간으로 분리하는 주파수채널분할 다중접속방식으로서, 송신 및 수신시의 무선 반송파주파수가 같으므로 수신기는 헤테로다인 방식으로 하고, 송신기는 주파수혼합의 변환과정이 없이 송수신 제1국부발진기로 사용되는 전압제어발진기(85)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 주파수절환이 안정화되기 위해서는 전압제어발진기(85)를 구성하는 주파수합성기를 고속절환이 가능한 것을 필요로 한다.
이를 위해 본 발명에서는 위상비교기(81), 루프저역여파기(83), 전압제어발진기(85), 격리완충기(87), 저주파변환혼합기(89)와 저역여파기(91)로 구성된 헤테로다인 제2위상고착루프 주파수합성기 (130)를 채택하였는데 위상고착루프의 잠금 안정화시간은 위상비교기(81)에서 비교되는 주파수의 역수에 비례하므로 필요한 최소한의 주파수를 설정해야 한다.
그러나 FDMA-TDD 방식에서는 전압제어발진기(85)의 출력주파수가 채널간격 만큼의 분해능을 최소한으로 가져야 하므로 역으로 위상비교기(81)에서 비교될 수 있는 주파수가 낮은 쪽으로 제한된다.
따라서 소정간격의 주파수를 만들어 내기 위해서는 주프 주파수 자체는 절환하지 않는 별도의 위상고착루프 등에 의한 주파수합성기가 필요하게 된다. 이 주파수합성기는 기준주파수 분주기(71), 위상비교기(73), 루프 저역여파기(75), 전압제어발진기(77)와 분주기(79)로 구성된다.
헤테로다인 제2위상고착루프 주파수합성기(130)의 위상비교기(81)에서 비교되는 주파수 f를 만들기 위해 전압제어발진기(85)의 출력이 격리완충기(87)를 거쳐 저주파변환혼합기(89)에서 기준주파수 수정발진기(69)의 기준주파수를 체배기 (93, 97)에서 채배한 신호와 혼합한 후 혼합주파수성분 중 최저주파수인 f를 저역여파기(91)에서 여파하여 위상비교기(81)에 인가하고, 이와 동일한 f 의 기준신호를 채널변환 주파수합성 제1위상고착루프 주파수합성기(120)에 인가하여 출력되는 주파수를 위상비교기(81)에 인가하고 비교하여 고속절환이 가능한 루프를 만든다.
이때 원하는 채널간격으로 주파수 f를 만들어 주면 전압제어 발진기(85)의 출력은 제1도에 도시된 단일 위상고착루프 주파수합성기와 동일한 분해능으로 주파수를 만들어 수신주파수 혼합기(59)와 송신전력증폭기(99)로 공급할 수 있게 된다.
이렇게 변화하는 주파수 f를 만들기 위하여 전압제어발진기(77)의 출력은 채널변환주파수합성 제1위상고착루프 주파수합성기(120)에 의해 원하는 분해능으로 합성된다.
설명을 돕기 위해 기준주파수 수정발진기(69)의 주파수를 f라 하고, 체배기(93)의 채배율을 I, 채배기(97)의 송신기의 채배율을 m, 송수신 문선 반송파주파수를 f, 수신주파수혼합기(59)로 입력되어야 할 제1국부발진주파수를 f(LO1), 수신제1중간주파수를 f(IF1), 대역여파기(95)를 거쳐 직교형복조기(63)에 입력되어야 하는 제2국부발진신호의 주파수를 f(LO2)라 가정하자.
헤테로다인 제2위상고착루프 주파수합성기(130)에서 전압제어발진기(85)가 송신 모드에서는 f 수신모드에서는 f(LO1)로 제어되도록 한다. 즉, 제2위상고착루프 주파수합성기(130)에서, 송신모드에서는이 되고, 수신모드에서는이 되는데 체배기(97)의 출력은 m 체배성분과 (m±1) 체배성분이 모두 존재하므로 체배기(97)의 절환의 필요가 없고, 단지 전압제어발진기(85)가 송신모드에서는 f 대역으로, 수신모드에서는 f(LO1) 대역으로 발진하도록 발진대역을 절환해 준다. 이때 f 와 f(LO1)의 주파수차는가 되고,이 된다. 여기서 f(IF1)을 다시 헤테로다인하여 주파수변별복조를 하는 것은 불가능하므로가 되는 직교형복조기(63)를 이용하여 주파수 변조성분을 기저대역의 신호로 복조해 낸다. 이때 제2중간주파수는 0 Hz가 된다.
따라서 대역여파기(95)를 거쳐 직교형 복조기(63)에 입력되는 제2국부발진주파수는가 되므로 이 신호는 체배기(97)의 출력에서 분배하여 쓸 수 있게 된다.
직교형 복조기(63)는 입력신호와 국부발진신호의 주파수가 같은 호모다인(Homodyne) 방식이므로 제2도에 도시된 헤테로다인 방식과는 달리 f 의 체배신호가 간섭신호의 역할을 하지 않게 되어 근본적인 간섭문제가 제거될 수 있다.
헤테로다인 루프의 고주파가 삽입되어 있는 체배기(97), 격리완충기(87)와 저주파변환혼합기(89)는 단지 주파수만 로 낮추는 역할을 하므로 적은 전력가 간단한 회로로 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 디지털 무선 통신장치에 있어서 본 발명에 따른 송수신 신호처리회로에서는 송신부의 회로와 전력효율을 개선하고, 주파수 표류의 문제를 해결하기 위해 헤테로다인 루프를 채용하되, 제1중간주파수에서 직교형 복조방식을 채택함으로써 기준루프를 하나로 가능하게 하였고, 따라서 기준루프 자체는 절환할 필요가 없으므로 주파수 표류의 문제를 근본적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 직교형 복조방식을 채택함으로써 기준주파수 수정발진기의 체배성분에 의한 수신 중간주파수로의 간섭문제를 근본적으로 배제하였을 뿐 아니라 단일의 기준루프이므로 복수개의 기준루프에 비하여 혼변조현상을 일으키지 않는 잇점이 있다.
또한, 단일 기준루프이므로 상용회로의 이용이 용이하고, 신호간의 간섭현상이 제거되므로 직교형 변조기 등과 직접회로화가 가능할 뿐 아니라 하나의 기준주파수 수정발진기를 이용하여 필요한 모든 주파수를 생성하므로 비용면에서 저렴하고, 주파수관리가 용이한 이점이 있다.
또한, 채널주파수 합성용 루프가 하나이므로 데이터 입력이 간단하여 채널변환시간이 단축되므로 배터리 구동 단말기의 경우 수신대기상태의 전력소모효율을 높일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 단일 주파수 채널을 송신과 수신의 일정한 시간으로 분리하여 통신하는 시분할 방식을 사용하는 통신시스템에서 스피커를 통해 입력된 신호를 신호변환하여 안테나를 통해 전파로서 전송하기 위한 송신수단과, 안테나에서 수신된 신호를 신호변환 하여 사용자에게 전송하는 수신수단을 구비한 디지털 무선 통신장치에 있어서,
    수신 제2중간주파수에 대응하는 오프셋을 0 Hz로 하여 송수신 모드에 따라 루프 자체 주파수를 일정하게 유지하기 위한 채널변환용 기준주파수합성 제1위상고착루프와, 상기 제1위상고착루프의 출력주파수를 기준신호로 설정하여 고속으로 송수신 주파수를 절환하기 위한 헤테로다인 제2위상고착루프를 구비하는 주파수합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호처리회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1위상고착루프에서 유래된 중간주파수 신호를 수신하여 상기 중간주파수 신호를 복조하는 직교형 복조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호처리회로.
    3. 제1항에 있어서,
    상기 제2위상고착루프 내에 있는 국부발진기의 주파수는 상기 제1위상고착루프의 루프주파수를 변경시킴이 없이 변경되는 것을 특징으로 하는 송수신 신호처리회로.
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