KR100363760B1

KR100363760B1 - 국부발진기위상잡음제거변조기술을사용한데이타전송시스템

Info

Publication number: KR100363760B1
Application number: KR1019960704109A
Authority: KR
Inventors: 리 케치케일로 데이빗
Original assignee: 톰슨 콘슈머 일렉트로닉스, 인코포레이티드
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 2003-03-15
Also published as: TW333725B; WO1995021493A1; EP0742973B1; CN1143432A; KR970700959A; CN1080031C; MX9603195A; DE69521884T2; JPH09508769A; US5446421A; EP0742973A1; MY115333A; DE69521884D1

Abstract

데이타 신호 소스와, 상기 데이타 신호에 응답하여 상기 데이타 신호를 나타내는 제1 변조 신호와 상기 데이타 신호와 180도 위상차를 갖는 신호를 나타내는 제2 변조 신호를 생성하는 변조기를 포함하는 데이타 전송 시스템이 본 발명에 개시되어 있다. 상기 제1 및 제2 변조 신호는 전송 채널을 통해 전송된다. 제1 복조기(50, 100)는 전송된 제1 변조 신호를 복조시키고, 제2 복조기(50, 100)는 전송된 제2 변조 신호를 복조시킨다. 감산기(60, 70)는 상기 제1 및 제2 복조기에 응답하여 상기 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성한다.

Description

국부 발진기 위상 잡음 제거 변조 기술을 사용한 데이타 전송 시스템{LOCAL OSCILLATOR PHASE NOISE CANCELLING MODULATION TECHNIQUE}

임의의 데이타 전송 시스템에서 최종 신호 대 잡음비(이하, SNR)를 최대화하는 것이 바람직하다. 전송 반송파 데이타 전송 시스템에서 SNR을 제한하는 잡음이 주로 전송 변조기와 수신 복조기 양쪽에 있는 국부 발진기(이하, LO)의 위상 불안정때문인 것으로 밝혀졌다. 위상 불안정을 최소화하여 최종 SNR을 개선하는 한가지기술은 더 정확하게 제어되는 LO를 사용하는 것이다. 더 정확하게 제어되는 LO의 구성에는 더 안정적인 위상 특성을 갖는 신호를 생성하기 위해 더 복잡한 회로와 고성능의 부품이 사용된다. 그러나 이러한 LO는 복잡한 회로와 고성능의 부품을 사용하므로 그 가격이 통상의 LO보다 더 비싸다. 상기 시스템의 가격은 특히 소비재 전자 제품에서 최소화되는 것이 바람직하다. 따라서 불안정한 LO의 위상하에서 값비싼 고품질의 회로와 구성 부품을 사용하지 않고 최종 SNR을 개선시킬 수 있는 변조 기술이 바람직하다.

본 발명은 국부 발진기의 위상 잡음(local oscillator phase noise)을 제거하는 변조 기술에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전송기의 블록도.

도 2는 도 1에 도시되어 있는 전송기에 의해 생성되는 스펙트럼을 나타낸 주파수 다이어그램.

도 3은 도 1에 도시되어 있는 전송기와 결합하여 사용될 수 있는 본 발명에 따른 수신기의 블록도.

본 발명의 원리에 따르는 데이타 전송 시스템은 데이타 신호 소스(source)와 변조기를 포함하는데 상기 변조기는 상기 데이타 신호에 응답하여 상기 데이타 신호를 나타내는 제1 변조 신호와 상기 데이타 신호와 위상차가 180도인 신호(signal 180 out-of-phase)를 나타내는 제2 변조 신호를 생성한다. 상기 제1 및 제2 변조 신호는 전송 채널을 통해 전송된다. 제1 복조기는 전송된 제1 변조 신호를 복조시키고, 제2 복조기는 전송된 제2 변조 신호를 복조시킨다. 상기 제1 및 제2 복조기에 응답하여, 감산기가 상기 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성한다.

도 1은 본 발명에 따르는 데이타 전송기의 블록도이다. 도 1에서 데이타 신호(x(t))의 소스(도시 생략)가 상기 데이타 전송기의 입력 단자(5)에 결합된다. 입력 단자(5)는 구형파 전압 제어 발진기(VCO)(10)의 주파수 제어 입력 단자에 결합된다. VCO(10)의 출력 단자는 혼합기(20)의 제1 입력 단자에 결합된다. 혼합기(20)의 출력 단자는 상기 데이타 전송기의 출력 단자(15)에 결합된다. 상기 출력 단자(15)는 전송 채널(도시 생략)의 근단부(near end)에 결합되는데 상기 전송 채널은 고주파 전송이나 광전송, 또는 아래에서 상세히 기술되는 바와 같이 출력 단자(15)에서 수신기로 신호를 전송하는 임의의 다른 전송 방법을 포함할 수 있는 채널이다. 전송 반송파 국부 발진기(LO)(30)는 혼합기(20)의 제2 입력 단자에 결합된다.

도 2는 도 1에 도시되어 있는 전송기의 동작을 이해하는 데 유용한 주파수 다이어그램이다. 주파수가 f_s인 구형화의 양면 스펙트럼은 주파수 ±f_s에서의 기본 성분과 기본 주파수 f_s의 홀수 고조파(harmonics)에서 예를 들어, ±3f_s, ±5f_s...에서 진폭이 감소하는 추가 성분으로 이루어진 것으로 공지되어 있다. 또한, 정스펙트럼(positive spectrum)과 부스펙트럼(negative spectrum)의 대응 부분이 서로 180°위상차가 있다고 공지되어 있다. 동작시에 데이타 신호(x(t))는 상기 VCO(10)에 의해 생성된 구형파 신호를 주파수 변조한다. 상기 구형파의 각 성분은 상기 데이타 신호(x(t))에 의해 변조되고 독자적으로 x(t)로부터의 모든 정보를 반송하는 FM 반송파로서 동작한다. 상기 FM 변조에 대한 최대 주파수 편차는 각각의 구형파 성분 주위의 측파대들(sidebands)이 상대적으로 폭이 좁아서 서로 중복되지 않도록 선택된다.

상기 측파대 성분을 모두 포함하는 FM 변조 구형파 신호는 혼합기(20) 및 LO(30)에 의해 공지 방법으로 전송 반송파 주파수 f_a로 상향 변환된다(up-converted). 도 2에 도시되어 있는 상기 신호의 스펙트럼 Y(f)는 그 중심이 주파수 f_a(2) 주위에 있다. 상측파대에서 제1 에너지 대역(4)은 f_a+ f_s주위에 중심이 있고, 제2 에너지 대역(6)은 f_a+ 3f_s주위에 중심이 있다. 하측파대에서 제1 에너지 대역(7)은 f_a- f_s주위에 중심이 있고, 제2 에너지 대역(9)은 f_a- 3f_s주위에 중심이 있다. 다른 에너지 대역도 존재하지만 도시하지 않는다. 에너지 대역(4)과 에너지 대역(7), 에너지 대역(6)과 에너지 대역(9)은 각각 서로 180도의 위상차가 있다. 이러한 위상차는 에너지 대역(4) 및 (6) 아래에 "+" 부호로 표시되고, 에너지 대역(7) 및 (9) 아래에 "-" 부호로 표시되어 있다. 상기 "+" 및 "-" 부호는 주파수 대역으로 표시되는 대응 신호들 사이에 180도의 위상차가 있음을 나타내는 것이지 어떤 절대적인 산술 관계가 있음을 나타내지는 않는다.

모든 측파대 성분(도 2의 4-9)으로 이루어진 FM 변조 구형파 신호가 혼합기(20)에서 단일 유닛으로 주파수 상향 변환된다. 따라서, LO(30)에 의해 생성된 반송파 신호내의 임의의 위상 불안정이 FM 변조 구형파 신호의 각 측파대 성분에게 정확히 동일한 방식으로 영향을 미칠 것이다. 상기 LO(30)내의 임의의 위상 불안정에 의해 생성되는 잡음은 FM 변조된 구형파 신호를 이루는 측파대 세트의 위상 변조로 나타난다. 각각의 측파대 성분은 동일 방법으로 위상 변조될 것이고, 따라서 상기 위상 변조는 상측파대 및 하측파대 양쪽의 모든 에너지 대역(4-9)에서 동상(in-phase)에 있게 될 것이다. 상기한 LO(30)에서의 위상 불안정이 변조 신호에 잡음을 야기시키고 SNR을 감소시킨다.

도 3은 도 1에 도시되어 있는 전송기에 대응하는 데이타 수신기의 블록도이다. 도 3에서 전송 채널(도시 생략)의 원단부가 데이타 수신기의 입력 단자(35)에결합된다. 입력 단자(35)는 흔합기(20')의 제1 입력 단자에 결합된다. 중간 주파수(IF) LO(30')는 혼합기(20')의 제2 입력 단자에 결합된다. 혼합기(20')의 출력 단자는 대역 통과 필터(BPF) 회로(40)의 입력 단자에 결합된다. BPF(40)의 출력 단자는 제1 위상 고정 루프(phase locked loop)(50)와 제2 위상 고정 루프(100)의 각각에 결합된다. 상기 제1 위상 고정 루프는 위상 검출기(52), 루프 필터(54) 및 전압 제어 발진기(56)가 공지의 방법으로 배열되어 이루어져 있고, 상기 제2 위상 고정 루프는 위상 검출기(102), 루프 필터(104) 및 전압 제어 발진기(106)가 공지의 방법으로 배열되어 이루어져 있다. 제1 위상 고정 루프(50)의 출력 단자는 가산기(60)의 반전 입력 단자에 결합되고, 제2 위상 고정 루프(100)의 출력 단자는 가산기(60)의 비반전 입력 단자에 결합된다. 가산기(60)의 출력 단자가 저대역 필터(LPF)(80)의 입력 단자에 결합된다. LPF(80)의 출력 단자는 데이타 수신기(45)의 출력 단자에 결합된다. 상기 데이타 수신기의 출력 단자(45)는 상기 전송된 데이타 신호(t)를 이용하는 회로(도시 생략)에 결합된다.

동작시에 입력 단자(35)는 전송된 변조 신호(t)를 수신하고, 혼합기(20')와 주파수가 f_a- f_b인 IF LO(30')를 사용하여 수신한 상기 변조 신호를 전송 반송파 주파수 f_a근처에서 IF 주파수(중간 주파수) f_b로 하향 변환시킨다. 상기 주파수 하향 변환된 신호의 스펙트럼은 중심 주파수(2)가 도 2애 도시된 f_a대신에 f_b인 것을 제외하고는 도 2에 도시되어 있는 스펙트럼과 동일하다 따라서, 측파대(4)에대응하는 IF 측파대는 f_b+ f_s에 중심이 있고, 측파대(7)에 대응하는 IF 측파대는 f_b- f_s에 중심이 있다. 기타 측파대의 중심도 f_a대신에 f_b인 것을 제외하고는 양 스펙트럼이 동일하다.

대역통과 필터(40)는 f_b의 중심 주파수(center frequency)와 측파대(4) 및(7)만 통과시키기에 적절한 대역폭을 갖는다. 상기한 바와 같이 상기 측파대의 각 성분들은 독자적으로 FM 변조 데이타 신호 x(t)를 나타낸다. PLL(50)의 VCO(56)는 중심 주파수가 f_b+ f_s이고, PLL(50)은 상측파대(4)에 의해 반송된 데이타 신호를 검출 및 복조시킨다. PLL(100)의 VCO(106)는 중심 주파수가 f_b- f_s이고, PLL(100)은 하측파대(7)에 의해 반송된 데이타 신호를 검출 및 복조시킨다. PLL(50)로부터 검출된 데이타 신호와 PLL(100)로부터 검출된 데이타 신호가 상기한 바와 같이 180도의 위상차가 있기 때문에, 상기 데이타 신호들은 가산기(60)의 출력에서 보강되고, 상기 전송기 LO(30)와 수신기 LO(30')에 의해 도입된 임의의 위상 잡음이 상기한 바와 같이 측파대(4) 및 (7)에서 동상이기 때문에, 상기 잡음 성분은 가산기(60)의 출력에서 소거된다. 상기 LPF(80)는 잡음이 소거된 수신 데이타 신호(t)를 생성한다.

상기 시스템은 LO 위상 잡음 제거 시스템으로 기술되었으나, 동일 시스템으로 수정을 조금하면 2 개의 데이타 신호를 전송하는데 사용될 수 있다. 도 1에서 제2 데이타 신호 z(t)의 소스가 데이타 전송기의 제2 입력 단자(25)에 결합된다.입력 단자(25)는 가상선(phantom)으로 도시되어 있는 바와 같이 LO(30)의 주파수 제어 입력 단자에 결합된다. 제2 데이타 신호가 LO 신호를 FM 변조한다. 전송기의 나머지 부분은 전술했던 방법으로 동작한다. 제2 FM 변조 데이타 신호에 기인한 스펙트럼은 도 2에 가상선으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 각 측파대(4-9)는 상기 FM 변조된 제2 데이타 신호 성분(3)을 포함하는 혼합 신호이다. 상기 제2 데이타 신호 성분은 모든 측파대(4-9)에서 동상이다. 도 2에는 전술한 바 있는 에너지 대역(4-9)에 대해 표시한 것과 유사한 방법으로 모든 에너지 대역(4-9)에서 FM변조된 제2 데이타 신호 성분(3) 아래에 "+" 부호가 표시되어 있다.

도 3의 수신기가 전술했던 방법으로 동작하여 LO 위상 잡음과 제2 데이타 신호가 함께 제거된 수신 데이타 신호(t)를 생성한다. 또한 PLL(50)과 PLL(100)의 출력 단자는 가상선으로 도시되어 있는 것처럼 가산기(70)의 비반전 입력 단자에 각각 결합된다. PLL(50)로부터 나온 제1 데이타 신호와 PLL(100)로부터 나온 제1 데이타 신호들은 전술한 바와 같이 180도의 위상차가 있기 때문에 이들 신호들은 가산기(70)의 출력에서 소거된다. 그러나, PLL(50) 및 (100)로부터 나온 제2 데이타 신호 및 임의의 LO 위상 잡음 성분은 동상이기 때문에 이들 신호들은 합산기(70)의 출력에서 보강된다. 저역 필터(LPF)(90)는 가상선으로 도시된 것처럼 합산기(70)의 출력 단자에 결합되어 수신된 제2 데이타 신호(t)와 LO 위상 잡음 성분을 통과시킨다.

상기 제2 데이타 신호 경로에서는 LO 위상 잡음 제거가 없으므로 높은 SNR을요구하는 데이타 신호에 대해서는 고성능 LO가 사용되어야 한다. 이와 선택적으로 최종 SNR이 낮아도 사용될 수 있는 신호에 대해서만 제2 데이타 신호 경로를 사용할 수 있다.

Claims

데이타 전송 시스템에 있어서,

a) 데이타 신호 소스(source)(5, 25);

b) 상기 데이타 신호에 응답하여 상기 데이타 신호를 나타내는 제1 변조 신호와, 상기 데이타 신호와 180도의 위상차를 갖는 신호를 나타내는 제2 변조 신호를 생성하는-여기서 상기 제1 및 제2 변조 신호는 FM 변조된 것임-변조기(20);

c) 상기 제1 및 제2 변조 신호를 전송하는 전송 채널;

d) 상기 전송 채널에 결합되어 상기 전송된 제1 변조 신호를 복조하는 제1 복조기(50);

e) 상기 전송 채널에 결합되어 상기 전송된 제2 변조 신호를 복조하는 제2 복조기(100); 및

f) 상기 제1 및 제2 복조기의 각각에 결합되어 상기 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성하는 제1 및 제2 감산기(60, 70)

를 포함하는 데이타 전송 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 복조기(50, 100)는

각각 제1 및 제2 위상을 가지는 제1 및 제2 위상 고정 루프 FM 검출기-각 검출기는 상기 전송된 변조 신호에 반응하는 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자를가짐-;

상기 제1 및 제2 위상 검출기에 각각 결합되어 복조 데이터 신호를 생성하는 제1 및 제2 루프 필터(54, 104); 및

상기 제1 및 제2 루프 필터에 각각 결합되는 주파수 제어 입력 단자와 상기 제1 및 제2 위상 검출기 각각의 제2 입력 단자에 결합되는 출력 단자를 각각 가지는 제1 및 제2 전압 제어 오실레이터(56, 106)

를 포함하는 데이타 전송 시스템.
제2항에 있어서,

상기 변조기(20)는 제1 주파수에 중심을 두고 있는 상기 제1 FM 변조 신호와, 제2 주파수에 중심을 두고 있는 상기 제2 FM 변조 신호를 생성하고;

상기 제1 복조기의 상기 제1 전압 제어 발진기(56)의 중심 주파수(center frequency)는 상기 제1 주파수이고;

상기 제2 복조기의 상기 제2 전압 제어 발진기(106)의 중심 주파수는 상기 제2 주파수인

데이타 전송 시스템.
제1항에 있어서,

상기 감산기에 결합되어 상기 데이타 신호를 표시하는 신호를 통과시키는 저역 필터(80, 90)를 더 포함하는 데이타 전송 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전송 채널과 상기 제1 및 제2 복조기 사이의 직렬 커플링(coupling),

상기 전송된 제1 및 제2 변조 신호를 각각 제1 및 제2 중간 주파수로 변환하는 주파수 하향 변환기(down converter)(20'), 그리고

상기 변조기(20)로부터의 상기 변환된 제1 및 제2 변조 신호를 통과시키는 통과대역을 갖는 대역통과 필터(40)를

더 포함하는 데이타 전송 시스템.
제1항에 있어서,

상기 변조기(20)는 상기 데이타 신호 소스에 결합되는 주파수 제어 입력 단자를 갖는 전압 제어 구형파 발진기(10)를 포함하고;

상기 변조기(20)는 상기 구형파 발진기에 결합되는 주파수 상향 변환기(up-converter)를 더 포함하는 데이타 전송 시스템.
데이타 수신기에 있어서,

a) 데이타 신호를 나타내는 제1 변조 신호와, 상기 데이타 신호와 위상차가 180°인 신호를 나타내는 제2 변조 신호의 소스(source)(35);

b) 상기 제1 변조 신호를 복조하는 제1 복조기(50):

c) 상기 제2 변조 신호를 복조하는 제2 복조기(100); 및

d) 상기 제1 및 제2 복조기에 응답하여 상기 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성하는 제1 및 제2 감산기(60, 70)를 포함하며,

여기서, 상기 소스는 상기 제1 및 제2 변조 신호에 응답하여 상기 제1 및 제 2 변조 신호를 각각 제1 및 제2 중간 주파수로 변환하는 주파수 하향 변환기(20')와, 상기 주파수 하향 변환기(20')에 결합하여 상기 변환된 제1 및 제2 변조 신호를 통과시키는 통과 대역을 가진 대역 통과 필터(40)를 포함하는

데이타 수신기.
제7항에 있어서,

상기 소스(35)는 상기 제1 및 제2 변조 신호-FM 변조된 상태임-를 생성하고;

상기 제1 및 제2 복조기(50, 100)는 각각 제1 및 제2 위상 고정 루프 FM 검출기를 포함하고, 상기 제1 및 제2 위상 고정 루프 FM 검출기는 각각 상기 대역 통과 필터(40)에 결합되는 제1 입력 단자와 제2 입력 단자를 갖는 제1 및 제2 위상 검출기(52, 102)와, 각각 상기 제1 및 제2 위상 검출기(52, 102)에 결합되어 복조데이터 신호를 생성하는 제1 및 제2 루프 필터(54, 104)와, 그리고 상기 루프 필터의 각각에 결합되는 주파수 제어 입력 단자와 상기 위상 검출기의 제2 입력 단자에 결합되는 출력 단자를 가지는 제1 및 제2 전압 제어 발진기(56, 106)를 포함하며;

상기 제1 복조기의 상기 제1 전압 제어 발진기의 중심 주파수는 상기 제1 중간 주파수이며; 그리고

상기 제2 복조기의 상기 제2 전압 제어 발진기의 중심 주파수는 상기 제2 중간 주파수인

데이타 수신기.
데이타 신호를 나타내는 제1 변조 신호와, 상기 데이타 신호와 180° 위상차를 갖는 신호를 나타내는 제2 변조 신호를 생성하는 데이타 송신기에 있어서;

a) 상기 데이타 신호 소스(5, 25); 및

b) 상기 데이타 신호 소스에 결합되는 주파수 제어 입력 단자를 갖는 전압제어 구형파 발진기(10)

를 포함하는 데이타 송신기.
제9항에 있어서,

상기 구형파 발진기(10)에 결합되는 주파수 상향 변환기(up-converter)(20)를 더 포함하며, 상기 주파수 상향 변환기는

a) 송신기 국부 발진기(30); 및

b) 상기 구형파 발진기(10)와 상기 국부 발진기(30)에 결합되어 상기 제1 및 제2 변조 신호를 생성하는 혼합기(20)를 포함하는

데이타 송신기.
이중(dual) 데이타 신호 전송 시스템에 있어서,

a) 제1 데이타 신호 소스(5, 25);

b) 제2 데이타 신호 소스(5, 25);

c) 상기 제1 데이타 신호 및 제2 데이타 신호에 응답하여, 상기 제1 데이타 신호 및 제2 데이타 신호의 혼합(composite) 신호를 나타네는 제1 변조 신호와, 상기 제2 데이타 신호 및 상기 제1 데이타 신호와 180도 위상차를 갖는 신호의 혼합 신호를 나타내는 제2 변조 신호를 생성하는 변조기(20);

d) 상기 제1 및 제2 혼합 변조 신호를 전송하는 전송 채널;

e) 상기 전송 채널에 결합되어 상기 전송된 제1 혼합 변조 신호를 복조하는 제1 복조기(50, 100);

f) 상기 전송 채널에 결합되어 상기 전송된 제2 혼합 변조 신호를 복조하는 제2 복조기(50, 100);

g) 상기 제1 및 제2 복조기에 결합되어 상기 제1 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성하는 감산기(60, 70); 및

h) 상기 제1 및 제2 복조기에 결합되어 상기 제2 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성하는 가산기(60, 70)

를 포함하는 이중 데이타 신호 전송 시스템.
데이타 수신기에 있어서,

a) 제1 및 제2 데이타 신호의 혼합(composite) 신호를 나타내는 제1 변조 신호와, 상기 제2 데이타 신호 및 상기 제1 데이타 신호와 180도 위상차를 갖는 신호의 혼합 신호를 나타내는 제2 변조 신호의 소스(5, 25);

b) 상기 제1 혼합 변조 신호를 복조하는 제1 복조기(50, 100);

c) 상기 제2 혼합 변조 신호를 복조하는 제2 복조기(50, 100);

d) 상기 제1 및 제2 복조기에 결합되어 상기 제1 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성하는 감산기(60, 70); 및

e) 상기 제1 및 제2 복조기에 결합되어 상기 제2 데이타 신호를 나타내는 신호를 생성하는 가산기(60, 70)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이타 수신기.
제12항에 있어서,

상기 소스는

a) 상기 제1 및 제2 혼합 변조 신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 변조 신호를 각각 제1 및 제2 중간 주파수로 변환하는 주파수 하향 변환기(20'); 및

b) 상기 주파수 하향 변환기에 결합되어 상기 변환된 제1 혼합 변조 신호 및 제2 혼합 변조 신호를 통과시키는 통과대역을 갖는 대역통과 필터(40)를 포함하는 데이타 수신기.