KR100295008B1 - 에프엠 무선 송신기의 반송파 주파수 보상 장치, 방법 및 제품 - Google Patents

에프엠 무선 송신기의 반송파 주파수 보상 장치, 방법 및 제품 Download PDF

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Abstract

반송파 주파수 에러에 대해 보상하기 위한 방법, 장치 및 제품이 개시된다. FM 신호는 안테나로부터 수신되고, 수신된 FM 신호는 수신기에 제공된다. 수신기는 반송파 주파수에서 FM 신호를 뽑아내고, 베이스밴드 신호를 출력한다. 이 베이스밴드 신호는 마이크로프로세서가 호스트 디바이스를 제공하는 데이터 스트림을 발생시키기 위하여 반송파 주파수 보상과 복호화를 제공하는 DSP에 의해 처리된다. FM 반송파 주파수와 FM 신호를 복조하는데 사용된 주파수 사이의 주파수 차는 베이스밴드 신호의 DC 바이어스 레벨을 시프트시킬 수 있다. DSP는 수신 보상치를 사용하고 수신 보상치를 각각의 수신된 신호 샘플에 적용함으로써 그러한 주파수 차에 대해 보상한다. 송신할 때, 송신될 데이터는 호스트 디바이스로부터 마이크로프로세서에 의해 DSP에 제공된다. DSP는 원하는 반송파 주파수에서 FM 신호를 발생시키기 위하여 베이스밴드 신호를 변조하는 송신기에 베이스밴드 신호를 제공하도록 데이터의 부호화 및 반송파 주파수 보상을 제공한다. 원하는 FM 반송파 주파수와 베이스밴드 신호를 변조하는데 사용된 주파수 사이의 주파수 차는 수신기 시스템에서 에러를 발생시킬 수 있다. DSP는 송신 보상치를 사용하고 송신 보상치를 각각의 부호화된 신호 샘플에 적용함으로써 그러한 주파수 차에 대해 보상한다.

Description

에프엠 무선 송신기의 반송파 주파수 보상 장치, 방법 및 제품{AN APPARATUS, METHOD AND ARTICLE OF MANUFACTURE FOR CARRIER FREQUENCY COMPENSATION IN AN FM RADIO TRANSMITTER}
대부분의 무선 모뎀(wireless modems)은 수정 제어 발진기(crystal controlled oscillator)를 사용하여, 안테나를 경유한 데이터 신호의 공중 인터페이스(air interface)와의 송수신에 사용되는 국부 발진기 주파수를 발생시킨다. 수정 제어 발진기는 법령에 따라 필요한 경우(예를 들면, 방송 및 민간 밴드 송신기(broadcast and citizens band transmitters))나, 소수의 주파수에 대한 동작만이 예상되는 경우나, 공간이 문제가 되는 경우(즉, 부피가 큰 동조 회로가 용이하게 사용될 수 없고 보다 컴팩트한 수정(crystal)으로 대체될 수 있는 경우) 사용된다. 수정 컴포넌트에 있어서의 변동으로 인하여, 일반적으로 특정한 수정 발진기 컴포넌트와 관련된 주파수 편향(deviation)이 있다.
FM 무선 송신기 및/또는 수신기가 대량 생산될 때, 수정 발진기 부품의 변동으로 인한 수정 주파수의 고유의 차 때문에 각각의 유닛의 반송파 주파수가 다르게 될 것이다. 송신기에서는 이로 인하여, 송신된 신호가 오프 주파수(off-frequency)가 된다. FM 무선 송신기를 사용하는 무선 데이터 모뎀에서는, 반송파 주파수 에러로 인하여 데이터 에러 마진이 상실되고 비트 에러율이 높아지며, 그 결과 보다 많은 데이터 프레임이 에러 상태로 전송되고 재시도(re-try) 회수가 많아지며 무선 데이터 모뎀의 사용자가 인식하는 처리율이 낮아지게 된다. 이러한 에러 마진의 상실은 RD-LAP와 같은 4 레벨 데이터 부호화 시스템에서 특히 현저해진다.
수신기에서는, 수신기의 주파수와 송신 기지국의 주파수 사이의 불일치로 인하여, 수신된 복조 신호가 dc 바이어스 오프셋을 갖는다. 주파수의 불일치는 송신기의 발진기 컴포넌트에서의 변동, 수신기 발진기 컴포넌트에서의 변동, 또는 송신기와 수신기의 발진기 컴포넌트에서의 변동의 조합에 의해 일어날 수 있다. FM 무선 수신기를 사용하는 무선 데이터 모뎀에서는, 반송파 주파수와 수신기의 국부 발진기 주파수 사이의 불일치로 인하여 데이터 에러 마진이 상실되고 비트 에러율이 높아지며, 그 결과 보다 많은 데이터 프레임이 에러 상태로 전송되고 재시도 회수가 많아지며 무선 데이터 모뎀의 사용자가 인식하는 처리율이 낮아지게 된다. 이러한 에러 마진의 상실은 RD-LAP와 같은 4 레벨 데이터 부호화 시스템에서 특히 현저해진다.
송신기에서는, 이 문제점은 전통적으로 하드웨어 기술을 사용하여 수정 발진기를 안정화시키고 일부 변경(stabilizing and tweaking the crystal oscillator)시키고/시키거나, 보다 작은 주파수 편향을 제공하는 보다 정확하고 보다 값비싼 발진기 부품을 지정함으로써 감소되었다. 마찬가지로, 수신기에서도, 이 문제점은 전통적으로 하드웨어 기술을 사용하여 수정 발진기를 안정화시키고 일부 변경시키고/시키거나 보다 작은 주파수 편향을 제공하는 보다 정확하고 보다 값비싼 발진기 부품을 지정함으로써 감소되었다. 일부 변경(tweaking)은 보통 수동으로 행해지며, 따라서 비용이 많이 들고 시간 소모적이며 에러가 발생하기 쉬운 프로세스이다. 또한 보다 작은 주파수 편향을 갖는 수정 발진기 컴포넌트를 사용하면, 수정 발진기 컴포넌트의 비용이 증가되고 이에 따라 무선 데이터 모뎀의 비용이 증가된다.
자동 주파수 추적(auto frequency tracking) 기능을 구현함으로써 수신기에서 반송파 주파수 에러의 문제점도 또한 감소되었다. 이 기술은 시간에 걸쳐서 수신된 신호의 내용을 분석하고, 수신기가 보상되도록 조정한다. 그러나, 트래커(tracker)가 수신된 반송파 주파수 신호를 자동 추적하거나(lock) 또는 수신된 반송파 주파수 신호에 안착하려고 시도하는 동안, 프레임의 개시 부분에 있는 데이터가 에러 상태로 수신되거나 또는 전혀 수신되지 않을 수 있기 때문에 문제점을 완전히 제거하지는 않는다. 따라서 초기 데이터 프레임은 손실되고 결과적으로 데이터 처리율이 더 낮아진다.
이러한 미결 문제점과 결함이 당해 기술 분야에서 인식되어 온 바, 이들이 본 발명에 의해 아래에 설명되는 방식으로 해결된다.
발명의 요약
위에서 언급된 필요성이 반송파 주파수 에러를 보상하기 위한 방법, 장치 및 제품을 제공함으로써 본 발명에 따라 충족되었다. FM 신호가 안테나에서 수신되고, 수신된 FM 신호가 수신기에 제공된다. 수신기는 반송파 주파수에서 FM 신호를 뽑아내고, 베이스밴드 신호를 출력한다. 그 다음, 이 베이스밴드 신호는 DSP에 의해 처리되며, DSP는 반송파 주파수 보상과 복호화를 제공함으로써, 마이크로프로세서가 호스트 디바이스에 제공할 데이터 스트림을 발생시킨다. FM 반송파 주파수와 FM 신호를 복조하는데 사용된 주파수 사이의 주파수 차에 의해, 발생된 베이스밴드 신호에서 시프트(a shift)가 생길 수 있다. DSP는 수신 보상치를 사용하여 이것을수신된 신호 샘플 각각에 적용함으로써 그러한 주파수 차에 대해 보상한다. 송신 시에 송신될 데이터는 호스트 디바이스로부터 마이크로프로세서를 경유하여 DSP에 제공된다. DSP는 데이터를 부호화하고 반송파 주파수 보상하여 베이스밴드 신호를 송신기로 제공하며, 송신기는 베이스밴드 신호를 변조하여 원하는 반송파 주파수의 FM 신호를 발생시킨다. 원하는 FM 반송파 주파수와 베이스밴드 신호를 변조하는데 사용된 주파수 사이의 주파수 차가 있으면 수신기 시스템에서 에러가 발생할 수 있다. DSP는 송신 보상치를 사용하고 사용된 송신 보상치를 부호화된 신호 샘플 각각에 적용함으로써 이러한 주파수 차에 대해 보상한다.
본 발명의 목적은 에러가 적게 발생하는 FM 통신을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 송신 재시행의 수를 감소시키는 FM 통신을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 더 높은 처리율을 갖는 FM 통신을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 무선 시스템이 보다 낮은 가격으로 설치될 수 있게 하는 반송파 주파수 에러 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 통신 시간 라인에 대해 최소한의 영향을 주는 FM 통신을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 자동 주파수 정정 메카니즘에 덜 의존하는 반송파 주파수 에러 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 자동 주파수 정정 메카니즘에 대해 덜 의존적으로됨으로써, 프레임의 개시 부분에 있는 데이터가 보다 적은 에러로 수신되도록 하는 반송파 주파수 에러 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 보다 큰 허용 오차를 갖는 저가의 부품으로 FM 무선 데이터 모뎀이 대량 생산될 수 있게 하는 반송파 주파수 에러 보상을 제공하는 것이다.
관련 출원
본 발명은 본 명세서에서 참조로서 인용된 "An Apparatus, Method and Article of Manufacture for Carrier Frequency Compensation in a FM Radio Receiver", 미국 특허 출원 제 08/653,571 호 filed 24 May 1996(한국 특허 출원 제 98-709519 호)과 연관되어 있다. 본 발명은 본 명세서에서 참조로서 인용된 "An Apparatus, Method and Article of Manufacture for Carrier Frequency Compensation in a FM Radio", 미국 특허 출원 제 08/655,331 호 filed 24 May 1996(한국 특허 출원 제 98-709521 호)과 연관되어 있다.
본 발명은 디지털 제어 무선 통신 장치(digitally controlled radio communication devices)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 FM 라디오의 반송파 주파수에서의 에러 보상(error compensation in the carrier frequency of an FM radio)에 관한 것이다.
본 발명에 대한 상기 목적, 측면 및 장점과 다른 목적, 측면 및 장점은 도면을 참고하여 아래의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 송신 및 수신 반송파 주파수 보상을 제공하는 무선 데이터 모뎀을 갖춘 컴퓨터 시스템을 도시한 도면.
도 2는 FM 무선 신호를 수신할 때 반송파 주파수 에러에 대한 보상을 도시한 도면.
도 3은 FM 무선 신호를 송신할 때 반송파 주파수 에러에 대한 보상을 도시한 도면.
도 4는 일반적인 DSP에서 디지털 신호 처리할 때의 좀더 상세한 도면을 도시한 도면.
도 5는 FM 무선 신호를 수신하고 송신할 때 반송파 주파수 에러 보상을 제공하는 FM 무선 데이터 모뎀을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따라 FM 신호를 수신하는 방법을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따라 FM 신호를 송신하는 방법을 도시한 도면.
도 8은 FM 라디오에 대한 보상치를 결정하고 저장하기 위한 구성을 도시한 도면.
도 9는 국부 발진기 수정의 주파수 에러를 도시한 도면.
도 10은 반송파 주파수와 베이스밴드 신호 시프트 사이의 관계를 도시한 도면.
호스트 디바이스(100)와 무선 모뎀(101) 시스템의 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 무선 모뎀(101)은 컴퓨터 또는 다른 디바이스가 외부 자원으로 데이터를 전송하고 외부 자원으로부터 데이터를 수신할 수 있게 한다는 점에 있어서 유선 모뎀과 유사하다. 호스트 디바이스(100)는 랩탑(a laptop), 팜탑(palm top), PDA(personal digital assistant), PC, 메인프레임(mainframe), 기지국, 스위치 또는 기타 처리 장치 등의 컴퓨터일 수 있다. 무선 모뎀(101)은 PCMCIA와 같은 어댑터 카드(adapter card)나 슬롯(slot)으로서 설치될 수 있으며, 또한 독립 하우징에 패키징될 수도 있다. 본 발명은 무선 통신에서 사용되는 반송파 주파수에 주파수 보상을 제공한다. 주파수 보상은 무선 모뎀이 신호를 송신하고/하거나 수신할 때 적용될 수 있다. 본 발명은 셀룰러 디지털 패킷 데이터(CDPD; Cellular Digital Packet Data), AMPS 데이터, 셀룰러 데이터, 무선 데이터 링크 액세스 프로토콜(RDLAP; Radio Data Link Access Protocol) 및 모토롤라 데이터 통신(MDC;Motorola Data Communication)을 포함하되 여기에 한정되지는 않는 어떠한 FM 무선 시스템과도 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 무선 모뎀은 세 가지 주요 컴포넌트 즉, 마이크로프로세서(103), 디지털 신호 프로세서(DSP; a digital signal processor)(105), 안테나를 포함하는 라디오(107)로 구성된다. 마이크로프로세서(103)는 메모리(즉, 바람직한 실시예에서 스태틱 랜덤 액세스 메모리 RAM(SRAM) 및/또는 플래시 메모리 및/또는 DRAM) 및 관련 회로를 포함하며, 데이터를 송수신하기를 원하는 호스트 컴퓨터(100)나 또는 다른 디바이스와 인터페이스하는 것을 담당한다. 마이크로프로세서(103)는 버퍼링, 모뎀 관리 기능, DSP 구성 및 부팅(booting) 또는 시동, 라디오 구성 및 부팅 또는 시동, 메시징 및 프로토콜 관리와 같은 기타 기능을 제공할 수 있다. 마이크로프로세서는 또한 RF 신호의 변조와 복조에 필요한 주파수의 신호를 제공하기 위해 수정을 사용하는 주파수 신디사이저 또는 주파수 발생기의 채널 및 주파수 할당을 제어할 수 있다. 마이크로프로세서는 CDPD MAC(media access control) 계층과 같은 프로토콜 스택의 추가적인 계층과, RD-LAP 서비스 부계층(Service Sublayer)도 또한 제공할 수 있다. 마이크로프로세서 인터페이스는 모뎀이 호스트 디바이스로부터 데이터 및 커맨드를 수신할 수 있게 하고 데이터 및 상태 정보를 호스트 디바이스에 제공할 수 있게 한다.
DSP(105)는 전송될 신호의 부호화 및 반송파 주파수 보상을 포함하는 송신 기능을 제공한다. DSP(105)는 수신될 신호의 복호화 및 반송파 주파수 보상을 포함하는 수신 기능을 제공한다. 바람직한 실시예에서, DSP(105)는 송신되는 신호와수신된 신호에 대해 반송파 주파수 보상을 제공하는 처리를 제공한다. DSP 기능은 DSP 파이프라인(pipeline) 내 데이터 또는 데이터 스트림에 대하여 DSP에 의해 실행되는 하나 또는 그 이상의 인스트럭션이다. DSP와 관련된 메모리 또는 무선 모뎀과 관련된 메모리로부터 이러한 인스트럭션을 얻을 수 있다. 마이크로프로세서는 비휘발성 메모리로부터 휘발성 메모리 또는 DSP 메모리로 DSP 인스트럭션을 적재하는 것을 도울 수 있고 호스트 디바이스로부터 인스트럭션을 적재할 수도 있다. DSP 인스트럭션은 따라서 소프트웨어 인스트럭션을 운반하는 어떠한 매체를 통해서도 분배될 수 있다. DSP 인스트럭션은 무선 모뎀의 보드 위, DSP 내 및/또는 ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 DSP에 의해 액세스할 수 있는 다른 메모리 디바이스와 같은 메모리 디바이스에 저장될 수 있다. DSP(105)의 기능은 아래에서 상세히 논의된다.
바람직한 실시예에서, 라디오(107)는 신호를 변조하기 위한 송신기와 신호를 복조하기 위한 수신기로 구성된다. 송신기와 수신기는 듀플렉서(a duplexer)에 의해 공통 안테나(109)를 공유할 수 있다. 송신기는 베이스밴드 신호와 국부 발진기 신호를 사용하여 반송파 주파수에서 FM 신호를 발생시키는 것을 담당한다(즉, 베이스밴드 신호에 따라 반송파 주파수를 변조한다). 수신기는 국부 발진기 신호를 사용하여 FM 신호로부터 베이스밴드 신호를 발생시키는 것을 담당한다(즉, 가변 반송파 주파수를 사용하여 FM 신호를 복조함으로써 베이스밴드 신호를 제공한다). 라디오(107) 또는 통신 회로는 네트워크 또는 접속부(즉, 바람직한 실시예의 무선 또는 셀룰러 네트워크)에 물리적 액세스를 제공한다. 셀룰러 모뎀에 있어서 흔히 그러한 바와 같이, 라디오(107)는 자체 배터리를 가질 수 있다. 안테나는 공중 인터페이스로부터 전자기 통신 신호를 송수신하는데 사용된다. 송신기 및 수신기는 아래에 상세히 논의된다.
바람직한 실시예에서, 무선 모뎀은 호스트 디바이스의 PCMCIA 슬롯에 들어 맞는다. 도 5는 모뎀에 외부 인터페이스를 제공하기 위한 PCMCIA 커넥터 및 PCMCIA 인터페이스 로직을 구비하는 무선 모뎀을 도시하고 있다. 모뎀의 여러 컴포넌트(즉, 배터리, 안테나, 라디오)는 PCMCIA 카드의 외부에 배치될 수도 있음을 주목하자. 수신기와 송신기 모두에서, 지정된 주파수의 국부 발진기 신호가 도 2 및 도 3에 도시됨을 주목하자. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 주파수 및 채널용 국부 발진기 신호를 발생시키는 데 신호 수정(signal crystal)이 사용될 수도 있음을 유의하자. 또한, 본 발명이 단일 RF 단(RF stage)만을 갖는 것으로 도시되었지만, 가령 슈퍼헤테로다인 수신기에서 흔히 그러한 바와 같이 복수의 단이 사용될 수도 있음을 유의하자. 따라서, IF 단, 필터, 증폭기는 도시되거나 논의되지 않는다.
주파수 변조(FM)는 채널이 멀티플렉싱될 경우 반송파 주파수 또는 중간 주파수를 베이스밴드 신호의 평균치에 비례적으로 변경시킨다. FM의 경우, 반송파 주파수는 베이스밴드 신호로 변조된다. 대부분의 무선 모뎀은 수정 제어 발진기를 사용하여, 안테나를 통해 공중 인터페이스로 송수신되는 데이터 신호를 송신 또는 수신하는 데 사용되는 국부 발진기 주파수를 발생시킨다. 수정 컴포넌트에 있어서의 변동으로 인하여, 일반적으로 특정한 수정 발진기 컴포넌트와 관련된 주파수 편향이 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 소정의 수정 컴포넌트는 △C로 나타내어진 주파수 편향을 갖는다. 수정 컴포넌트는 많은 주파수의 신호를 발생시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 여러 주파수의 다수의 국부 발진기 신호를 지원하는데 하나의 수정이 사용될 수 있다. 주파수 편향을 최소화하기 위하여 동조 가능 컴포넌트를 갖는 회로가 설치되어, 주파수 편향을 최소화하도록 회로가 수동으로 동조될 수 있다. 이는 각각의 디바이스의 각각의 수정에 대해 주파수 편향이 상이한 대량 생산 FM 라디오 컴포넌트에 의거하여 행해진다. 수정 컴포넌트의 비용은 편향의 크기(즉, △C의 크기)에 직접적으로 의존한다. △C가 작으면 작을수록 보다 많은 비용이 든다. 수정 컴포넌트의 원가뿐만 아니라, 노동 집약적인 소수 변경 프로세스가 동조 가능 컴포넌트의 비용에 부가되어야 한다.
수신된 신호에 대한 반송파 주파수 보상
본 발명은 FM 신호를 변조하는데 사용된 주파수와 FM 신호를 복조하는데 사용된 주파수 사이의 어떠한 차에 대해서도 보상한다. 따라서, 수신된 FM 신호의 반송파 주파수와 무선 모뎀의 국부 발진기 주파수 사이의 차에 대한 보상이 제공된다. 도 2는 FM 신호의 수신을 위한 신호 경로를 도해한다. FM 신호는 안테나(109)에서 수신되고, 수신된 FM 신호는 수신기(201)에 제공된다. 수신기(201)는 반송파 주파수에서 FM 신호를 얻고, 베이스밴드 신호를 출력한다. 이러한 베이스밴드 신호는 DSP(105)에 의해 처리되어, 마이크로프로세서(103)가 호스트 디바이스에 제공하는 데이터 스트림을 발생시킨다. 수신기(201)는 반송파 주파수에서 FM 신호를 얻고, 베이스밴드 신호를 출력한다. 이때 도 2에 도시된 바와 같이 혼합기(mixer) 및 국부 발진기를 사용한다. 도 2에서는 간단하게 하기 위해 증폭기와 필터는 생략하였다. 수신된 FM 변조 신호(received FM modulated signal)로부터 베이스밴드 신호를 발생시키기 위하여 다른 기술이 사용될 수 있다. 따라서, 다수의 혼합기 단이 하나 또는 그 이상의 베이스밴드 신호를 발생시킬 수 있는 중간 주파수(IF) 프로세싱과 함께 사용될 수 있다. 명료하게 하기 위하여 IF 단, 증폭기, 필터는 생략된다.
반송파 주파수에서 FM 신호를 수신할 때 FM 반송파 주파수와 국부 발진기 주파수 사이의 차는 두 주파수 사이의 차에 비례하는 전압을 발생시킴을 유의하자. FM 신호를 복조하면, FM 신호의 가변 반송파 주파수로부터 베이스밴드 신호가 회복된다. 이는 FM 변조이다. 그러나, 수신 측의 국부 발진기 주파수(즉, 복조하는데 사용된 주파수)가 송신 측의 국부 발진기에 의해 사용된 주파수(즉, 변조하는데 사용된 주파수)와 동일한 주파수가 아닐 경우, 베이스밴드 신호에서 의도되지 않은 차 또는 시프트가 발생하며, 이 차는 송신기의 국부 발진기와 수신기의 국부 발진기 사이의 주파수 차와 비례한다. 이는 도 10에 도시되어 있다. 반송파 주파수 fC에서의 FM 신호(즉, 송신기의 국부 발진기에 의해 fC에서 발생된 FM 신호)를 가정하면, 수신기의 국부 발진기 주파수에 따라 FM 수신기에 의해 발생된 베이스 밴드 신호는 시프트될 수 있다(즉, 의도되지 않은 DC 바이어스를 가질 수 있다). 도 10에도시된 바와 같이, fLO= fC일 경우, 베이스밴드 신호 C가 발생된다. fLO= fC+△C/2일 경우, 베이스밴드 신호는 A로 도시된 바와 같이 시프트된다. fLO= fC-△C/2일 경우, 베이스밴드 신호는 B로 도시된 바와 같이 시프트된다. 송신기의 국부 발진기 신호와 수신기의 국부 발진기 신호 사이의 주파수 차는 베이스밴드 신호에서 DC 바이어스 오프셋을 발생시킨다(즉, 베이스밴드 신호를 시프트한다).
본 발명은 이러한 시프트에 대해 보상한다. 바람직한 실시예에서, 이는 수신 보상치를 사용함으로써 DSP에서 성취된다. DSP는 반송파 주파수와 수신기의 국부 발진기 주파수 사이의 주파수 에러에 대해 조정한다. 수신 보상치는 DSP나 또는 DSP와 관련된 메모리 또는 DSP에 의해 액세스할 수 있는 NVM 메모리에 저장될 수 있다. 수신 보상치의 결정은 아래에서 논의된다. 도 4는 반송파 주파수 보상을 행하면서 FM 신호를 송수신하기 위한 DSP 기능을 도시함을 주목하자. 도 4에 도시된 바와 같이, 수신기로부터의 베이스밴드 신호는 A/D 변환기(415)에 의해 하나 또는 그 이상의 디지털 샘플로 변환된다. 디지털 샘플은 임의의 비트 길이로 이루어질 수 있지만 전형적으로 8비트 또는 16비트이며, 수신 보상치에 의해 조정된다. 수신 보상치는 무선 모뎀에서 사용된 수정의 특징에 따라 각각의 샘플의 값에 가산되거나 또는 각각의 샘플의 값으로부터 감산될 수 있다. 임의의 유형의 이진 연산이 조정을 행하는데 사용될 수 있음을 유의하자. 이러한 조정은 수신된 FM 신호를 복조하는데 사용된 국부 발진기 주파수와 FM 신호를 변조하는데 사용된 국부 발진기 주파수 사이의 어떠한 주파수 차와도 관계없이, 베이스밴드 신호를 원하는 범위(즉, 도 10의 C)로 시프트하는 것으로 간주될 수 있다. 보상된 디지털 샘플은 도 4의 복호화기(419)에 도시된 바와 같이 표준 복호화 기능을 사용하여 복호화된다. 심볼 클럭(421)과 Rx 획득 및 정상 상태부(423)는 함께 작업하여, 디바이스의 심볼 클럭을 기지국의(송신기의) 심볼 클럭과 동기화시킨다. DC 추정기(425)는 수신된 신호를 추적하고, 시간에 걸쳐서 평균 dc 바이어스 레벨을 제공한다. 검출기(429)는 디지털 데이터와, 무선 송신을 위해 부가되었던 순방향 에러 정정 부호화 및 프레이밍 정보를 출력한다. 디지털 데이터는 이후 임의의 송신 에러를 제거하도록 처리된다. 데이터는 그 다음에 마이크로프로세서에 의해 호스트 디바이스에 제공된다.
FM 신호 수신 및 처리 방법이 도 6에 도시되어 있다. 단계(601)에서, 반송파 주파수를 갖는 FM 신호가 국부 발진기 신호를 사용하여 베이스밴드 신호를 발생시키도록 복조된다. 단계(603)에서, 베이스밴드 신호가 하나 또는 그 이상의 디지털 샘플로 디지털화되거나 또는 변환된다. 단계(605)에서, 각각의 디지털 신호가 수신 보상치에 의해 조정된다. 단계(607)에서, 보상된 디지털 샘플 스트림이 디지털 데이터 스트림을 출력하도록 복호화된다.
송신된 신호에 대한 반송파 주파수 보상
수신된 FM 신호의 반송파 주파수 보상은 위에서 논의되었다. 송신된 FM 신호에 대해 반송파 주파수 보상이 또한 제공될 수 있다. 통상, 송신기에 공급되는 베이스밴드 신호의 dc 바이어스 레벨은 설계 포인트나 원하는 레벨에서 고정된다.그러나, DC 바이어스 레벨은 국부 발진기와 송신된 FM 신호의 원하는 반송파 주파수 사이의 주파수 차를 기반으로 하여 조정될 수 있다. 도 3은 본 발명의 FM 무선 모뎀을 통하여 FM 신호를 송신하기 위한 신호 경로를 도시한다. 송신될 데이터는 호스트 디바이스로부터 마이크로프로세서나 또는 마이크로컨트롤러(103)에 전달되어 무선 모뎀에 제공된다. 마이크로프로세서(103)는 이 데이터를 DSP(301)에 제공한다. 마이크로프로세서는 메시지 포매팅 및 프레이밍 기능(message formatting and framing functions)을 제공할 수 있다. DSP(301)는 부호화 및 반송파 주파수 보상 기능을 수행하여 아날로그 베이스밴드 신호를 발생시킨다. 송신기(303)는 국부 발진기 주파수의 아날로그 베이스밴드 신호를 국부 발진기 신호와 변조 또는 혼합하여, 안테나(109)를 경유하여 방사되는 FM 신호를 반송파 주파수에서 발생시킨다.
DSP(301)는 원하는 송신 반송파 주파수와 국부 발진기 주파수 사이의 주파수 에러에 대한 조정을 제공한다. 송신 보상치는 DSP 또는 DSP와 관련된 메모리나, DSP 또는 마이크로컨트롤러에 의해 액세스할 수 있는 NVM 메모리에 저장될 수 있다. 송신 보상치를 결정하는 것은 아래에서 논의된다. 위에서 지적된 바와 같이, 반송파 주파수에서 FM 신호를 송신할 때, 송신되는 실제 FM 반송파 주파수와 채널의 원하는 FM 주파수 사이의 어떠한 차도 수신기 시스템에서의 두 주파수 사이의 차와 비례하는 전압을 발생시킬 수 있다. 따라서, 수신기 시스템이 fC에서 반송파 주파수를 예상하지만 송신기가 fC+△ 또는 fC-△에서 송신할 경우(즉, 이들 주파수에서 국부 발진기를 사용하여), 수신기에서는 에러 또는 에러 마진의 손실이 유발된다. 수신기가 반송파 주파수 에러 보상을 제공할 경우에도 이와 같이 될 수 있는데, 이는 데이터가 손실되는 동안 수신 보상이 반응하는데 시간이 걸리기 때문이다.
그러나, 송신기의 국부 발진기 주파수가 원하는 반송파 주파수와 동일한 주파수가 아닐 경우, 아날로그 베이스밴드 신호의 DC 바이어스 값은 원하는 주파수에서 송신을 제공하도록 조정될 수 있다. 베이스밴드 신호를 송신기의 국부 발진기 주파수와 원하는 반송파 주파수 사이의 주파수 차에 비례하게 시프트시킴으로써, FM 신호는 원하는 반송파 주파수에서 발생된다. 이는 도 10에 예시된다. 따라서, 송신기가 원하는 송신기 주파수와 동일한 국부 발진기 주파수를 사용할 경우, fLO= fC가 되고 베이스밴드 신호 C는 어떠한 보상이나 시프트 없이 사용된다. 송신기가 원하는 송신 반송파 주파수보다 높은 국부 발진기 주파수를 사용할 경우, fLO= fC+△C/2가 된다. 이 경우, 베이스밴드 신호는 A로 도시된 바와 같이 하향 시프트되고, 따라서 베이스밴드 신호의 DC 바이어스는 감소되며 발생된 FM 신호는 예상 반송파 주파수를 갖는다. 송신기가 원하는 송신 반송파 주파수보다 낮은 국부 발진기 신호(즉, fLO= fC-△C/2)를 사용할 경우, 베이스밴드 신호는 B로 도시된 바와 같이 상향 시프트되고 따라서 베이스밴드 신호의 DC 바이어스는 증가되며 발생된 FM 신호는 예상 반송파 주파수를 갖는다. DC 바이어스 신호를 가산하거나 또는 감산함으로써 베이스밴드 신호를 시프트시켜, 송신된 반송파 주파수에서 주파수 시프트를 발생시킨다.
바람직한 실시예에서, 반송파 주파수 보상은 송신 보상치를 사용함으로써 DSP에서 성취된다. 송신 보상치를 결정하기 위한 한 가지 방법과 함께 송신 보상치가 아래에서 논의된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 송신을 위한 데이터가 마이크로프로세서로부터 부호화기(400)에 제공된다. 도 4에 도시된 부호화기는 헤더(a header) 및 순환 중복 코드(CRC; cyclical redundancy codes)가 데이터에 부가되게 하는 프레이밍부(401)를 포함한다. 심볼 sync 및 프레임 sync와 같은 고정된 패턴이 부가되어, 수신기에서 복호화를 도울 수 있다. 채널 상태 데이터가 데이터에 삽입될 수도 있다. (리드 솔로몬(Reed Solomon)과 같은) 순방향 에러 정정부(403)가 사용될 수 있거나 또는 다른 에러 검출 및/또는 정정 정보가 데이터/심볼 스트림에 부가될 수 있다. 원하는 통신 프로토콜에 따라 트렐리스(Trellis) 또는 콘볼루션(convolution) 코딩 및 다른 코딩 방안이 사용될 수 있다. 디지털 필터(405)는 데이터/심볼 스트림에 적용되어 원하는 파형 모양을 만들어낸다. 다음으로 디지털 샘플이 보상기(409)에서 송신 보상치에 의해 조정된다. 디지털 샘플은 전형적으로 8 비트 혹은 16 비트이지만, 임의의 길이를 가질 수도 있다. 송신 보상치는 무선 모뎀에서 사용된 수정의 특성에 따라서 각각의 샘플의 값에 가산되거나 또는 각각의 샘플의 값에서 감산될 수 있다. 임의의 유형의 이진 연산이 조정을 행하는데 사용될 수 있음을 유의하자. 이러한 조정은 국부 발진기와 원하는 송신기 반송파 주파수 사이의 주파수 차를 기반으로 하여 베이스밴드 신호를 원하는 범위로 시프트시키는 것으로 간주될 수 있다. 디지털 샘플은 D/A 변환기(411)에 제공된다. 보상된 디지털 샘플은 원하는 송신 반송파 주파수를 발생시키기에 적절한 DC 바이어스 레벨을 갖는 아날로그 베이스밴드 신호로 변환된다. 그리고 나서 베이스밴드 신호는 국부 발진기 신호를 사용하여 송신기에 의해 변조된다. 이렇게하여 원하는 반송파 주파수의 FM 신호가 생성되어 안테나에 의해 방사된다.
FM 신호를 송신하는 방법이 도 7에 도시되어 있다. 단계(701)에서는, 송신될 데이터가 입력된다. 단계(703)에서는, 데이터가 부호화되어 신호 샘플을 발생시킨다. 단계(705)에서는, 각각의 샘플이 송신 보상치에 의해 보상된다. 단계(707)에서는 샘플이 아날로그 베이스밴드 신호로 변환된다. 단계(709)에서는, 베이스밴드 신호가 국부 발진기 신호를 변조하는데 사용되고, 단계(711)에서는, FM 신호가 송신된다.
송수신기 동작
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 FM 신호를 송수신할 때 반송파 주파수 차를 보상하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 FM 신호를 송수신하는 동안 반송파 주파수 보상을 제공하는 무선 모뎀에서 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 이들 모두를 행하기 위한 DSP가 도 4에 도시되어 있다. 하나의 안테나가 듀플렉서를 사용하여 공유될 수도 있고, 또한 송신기와 수신기가 별개의 안테나를 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 반송파 주파수 보상은 송신된 신호와 수신된 신호 모두에 대해 제공된다. 반송파 주파수 보상치들(즉, 수신 보상치와 송신 보상치)은 바람직한 실시예에서 서로 상이하다.
보상치의 결정
FM 통신 신호를 송수신하기 위해 보상치를 사용하는 것이 위에서 설명되었다. 이러한 값을 결정하여 그 값을 무선 모뎀에 저장하기 위한 한 가지 기술이 본 명세서에서 설명된다.
도 8은 보상치를 결정하여 보상치를 무선 모뎀에 저장하기 위한 테스트 셋업을 도시하고 있다. 테스트 환경은 송수신기(801)와, 바람직한 실시예에서 적절히 설치된 PC인 테스트 제어기(805)로 구성된다. 테스트 제어기(805)는 무선 모뎀의 메모리에 정보를 기록하고 무선 모뎀의 메모리로부터 정보를 판독할 수 있으며, 호스트 디바이스로서 데이터를 송수신할 수 있다. 도시된 바와 같이, 테스트 제어기(805)는 또한 송수신기(801)를 제어하는데 사용될 수 있다. 송수신기(801)는 테스트 중인 디바이스(DUT; device under test)(803)에 대한 FM 신호를 발생시키고 DUT(803)로부터 FM 무선 신호를 수신하는데 사용된다.
DUT가 FM 신호를 송신할 때 사용할 송신 보상치를 결정하기 위하여, 다음의 절차가 사용된다.
1) 테스트 제어기는 DUT가 테스트 신호를 송신하도록 지시하고,
2) 테스트 수신기는 DUT 반송파 주파수를 측정하며,
3) 송신 주파수가 올바르다는 것을 테스트 수신기가 검출할(또는 테스트 제어기에 표시하거나 결정할) 때까지 테스트 제어기는 DUT의 DSP에서 송신 보상치를변경시키며,
4) 다음으로 테스트 제어기는 DUT의 비휘발성 메모리에 송신 보상치를 저장한다.
DUT가 FM 신호를 수신할 때 사용할 수신 보상치를 결정하기 위하여 다음의 절차가 사용된다.
1) 테스트 송신기는 테스트 반송파 주파수에서 FM 신호를 발생시키고,
2) 테스트 제어기는 DUT의 DSP에서 DC 추정기로부터 정정치를 판독하며,
3) 테스트 제어기는 판독된 정정치가 널(null)이 될 때까지 DUT의 DSP에서 수신 보상치를 변경하며,
4) 테스트 제어기는 DUT의 비휘발성 메모리에 수신 보상치를 저장한다.
알 수 있는 바와 같이, 캘리브레이션(calibration) 및 보상 결정 절차는 모뎀이 제조될 때 무선 모뎀에 유익하게 적용될 수 있다. 주파수 에러를 결정한 후, 보상치가 결정되어 DSP가 액세스하도록 저장된다. 보상치(즉, DC 바이어스 레벨)는 제조된 각각의 유닛에 대해 결정될 수 있다. 보상치는 각각의 라디오의 반송파 주파수에서 에러나 오프셋을 보상하는데 사용된다. 따라서, 본 발명은 보다 적은 반송파 주파수 변동을 갖는 무선 모뎀을 제공한다. 또한, 주파수 에러 보상이 보다 큰 주파수 범위에 걸쳐서 동작하는 발진기 컴포넌트에 의해 이러한 방식으로 행해질 수 있기 때문에, 보다 낮은 비용의 발진기 컴포넌트가 사용될 수 있다. 이 기술은 덜 정확하고 덜 비싼 수정 발진기 컴포넌트를 사용하더라도, 보다 정확한 제품이 대량으로 제조될 수 있게 한다. 더욱이, 이는 반송파 주파수의 소스(즉,송신기)에서, 또는 수신지(즉, 수신기)에서, 또는 모두(송신기와 수신기)에서 반송파 주파수 변동을 없앤다. 올바른 주파수로 송신함으로써, 수신기에서 자동 주파수 정정 메카니즘에 덜 의존하며, 송신된 프레임의 개시 부분에서 데이터가 더 적은 에러 상태로 수신된다. 마찬가지로, 어떠한 주파수 에러에 대해서도 수신된 신호를 보상함으로써 수신기에서 자동 주파수 정정 메카니즘에 덜 의존하며, 송신된 프레임의 시작 부분에서 데이터가 보다 적은 에러로 수신된다.
본 발명이 본 발명의 일정한 바람직한 실시예에 따라서 본 명세서에 상세히 설명되었지만, 당업자에 의해 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구 범위에 의해 본 발명의 정신과 범위에 속하는 모든 그러한 수정과 변형을 커버하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 무선 데이터 모뎀에 있어서,
    ① 디지털 입력 스트림을 입력하고, 상기 디지털 입력 스트림을 부호화하여 디지털 샘플의 스트림을 발생시키며, 상기 각각의 디지털 샘플을 송신 보상치로 보상하며, 상기 디지털 샘플 스트림을 아날로그 베이스밴드 신호로 변환시키는 디지털 신호 프로세서와,
    ② 국부 발진기 주파수를 발생시키는 국부 발진기와,
    ③ 상기 아날로그 베이스밴드 신호로 상기 국부 발진기 주파수를 변조하여 FM 신호를 제공하는 송신기를 포함하며,
    상기 디지털 신호 프로세서에 의해 제공되는 상기 보상은 상기 국부 발진기 주파수와 상기 반송파 주파수 사이의 차를 보상하는
    무선 데이터 모뎀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 FM 신호는 할당된 송신 주파수 범위를 갖도록 할당된 주파수 채널에 송신되는 무선 데이터 모뎀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 FM 신호는 상기 송신기에 접속된 안테나에 의해 방사되는 무선 데이터 모뎀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부 발진기 주파수는 다수의 주파수를 발생시키기 위해 수정을 사용하는 프로그래머블 주파수 신디사이저에 의해 제공되는 무선 데이터 모뎀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 입력 스트림을 부호화하는 것은 프레이밍, 순방향 에러 정정 및 필터링을 포함하는 무선 데이터 모뎀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 프로세서에 접속되어, 상기 디지털 데이터 스트림을 상기 디지털 신호 프로세서에 제공하는 무선 데이터 모뎀.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 무선 모뎀으로부터 외부 디바이스로의 인터페이스를 제공하는 무선 데이터 모뎀.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 PCMCIA 인터페이스를 제공하는 무선 데이터 모뎀.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부 발진기는 수정을 사용하는 무선 데이터 모뎀.
  10. 제 1 항에 있어서,
    안테나로부터 수신된 FM 신호를 복조하고, 수신 아날로그 베이스밴드 신호를 제공하기 위하여 수신 국부 발진기 주파수를 발생시키는 수신 국부 발진기를 사용하여 수신 아날로그 베이스밴드 신호를 발생시키는 수신기를 더 포함하되, 상기 디지털 신호 프로세서는 상기 아날로그 베이스밴드 신호를 디지털 샘플의 스트림으로 변환시키고, 상기 디지털 샘플 스트림을 복호화하여 수신 디지털 데이터 스트림을발생시키는 무선 데이터 모뎀.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나는 듀플렉서에 의해 상기 수신기와 상기 송신기 사이에서 멀티플렉싱되는 무선 데이터 모뎀.
  12. 송신 방법에 있어서,
    ① 디지털 데이터 스트림을 부호화하여 부호화된 데이터 샘플의 스트림을 발생시키는 단계와,
    ② 송신 보상치로 상기 각각의 부호화된 데이터 샘플을 보상하는 단계―상기 송신 보상치는 국부 발진기의 주파수와 원하는 반송파 주파수 사이의 차에 비례함―와,
    ③ 상기 보상된 부호화 데이터 샘플을 아날로그 베이스밴드 신호로 변환시키는 단계와,
    ④ 국부 발진기 주파수에서 국부 발진기 신호로 상기 아날로그 베이스밴드 신호를 변조하여 주파수 변조 신호를 발생시키는 단계와,
    ⑤ 상기 주파수 변조 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는
    송신 방법.
  13. DSP에 의해 사용 가능한 매체에서 구체화된, DSP에 의해 판독 가능한 프로그램을 구비하는 상기 DSP 사용 가능 매체를 포함하는 제품에 있어서,
    DSP 판독 가능 프로그램은 DSP 에서 실행될 때 DSP로 하여금
    ① 디지털 데이터 스트림을 부호화하여 부호화된 데이터 샘플 스트림을 발생시키도록 하고,
    ② 송신 보상치로 상기 각각의 부호화된 데이터 샘플을 보상하며―상기 송신 보상치는 국부 발진기의 주파수와 원하는 반송파 주파수 사이의 차와 관계됨―,
    ③ 상기 보상된 부호화 데이터 샘플을 아날로그 베이스밴드 신호로 변환시키게 하는 제품.
  14. 제 8 항에 있어서,
    안테나로부터 수신된 FM 신호를 복조하고, 수신 아날로그 베이스밴드 신호를 제공하기 위하여 수신 국부 발진기 주파수를 발생시키는 수신 국부 발진기를 사용하여 수신 아날로그 베이스밴드 신호를 발생시키는 수신기를 더 포함하되, 상기 디지털 신호 프로세서는 상기 아날로그 베이스밴드 신호를 디지털 샘플 스트림으로 변환시키고, 상기 디지털 샘플 스트림을 복호화하여 수신 디지털 데이터 스트림을 발생시키는 무선 데이터 모뎀.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 안테나는 듀플렉서에 의해 상기 수신기와 상기 송신기 사이에서 멀티플렉싱되는 무선 데이터 모뎀.
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