KR100779106B1 - 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서 및 그 디지털 믹서를이용한 기저대역신호 생성 방법 - Google Patents

정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서 및 그 디지털 믹서를이용한 기저대역신호 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서와 그 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법은 시스템의 주클럭(main clock)을 입력받아 low-IF(중간 주파수)를 가지면서 서로 위상이 상이한 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 출력하는 클럭공급부; 상기 제1내지 제2클럭과 수신된 RF신호가 디지털변환된 데이터신호를 입력받아 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 출력하는 스위치; 및 상기 제1내지 제2기저대역신호를 각각 입력받아 고주파성분을 제거하여 출력하는 평균부;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 무선 통신 시스템에서 디지털 믹서의 sin, cos용 LUT을 사용하지 않고, 또 일반적인 저역통과 필터를 사용하지 않기 때문에 저전력으로 동작 하는 효과가 있다.
디지털 믹서, Low-IF, NCO, 저전력 통신, 무선통신 모뎀

Description

정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서 및 그 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법{Digital mixer without sine wave and method for generating baseband signal using the digital mixer}
도 1 은 일반적인 무선통신 시스템의 실시예 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2 는 상기 도 1의 무선통신 시스템에서 수신 RF부 및 디지털 믹서 블록의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3 본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 상세 블록도이다.
도 5는 도 4의 스위치부의 입력을 보여주는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법의 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서 및 그 디지털 믹서를 이용하여 기저대역신호를 생성하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서노드 모 뎀과 같이 저전력을 필요로하는 모뎀에서는 사용하기에 곤란한 NCO(Numerically Controlled Oscillator)와 저역통과필터대신 그 기능을 수행할 수 있는 디지털 믹서 및 그 디지털 믹서를 이용하여 기저대역신호를 생성하는 방법에 관한 것이다.
도 1 은 일반적인 무선통신 시스템의 실시예 구성을 보여주는 블록도이고, 도 2 는 상기 도 1의 무선통신 시스템에서 수신 RF부 및 디지털 믹서 블록의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 보면, MAC(medium access control,101), 변조부(102), 펄스쉐이핑부(pulse shaping filter,103), 송신 RF부(104), 수신 RF(Radio Frequency)부(105), 수신 RF내의 디지털 믹서부(106), 복조부(107)로 구성됨을 알 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, MAC(101)로부터 입력된 사용자 데이터는 변조부(102)에서 변조를 거치고, 변조된 신호는 펄스쉐이핑 필터(103)를 통해서 주파수 영역에서 옆 채널에 대한 영향을 최소화 하고, 이 신호를 송신 RF부를 통해서 송신된다. 일반적으로 RF 송신부(104)는 직접변환방식으로 기저대역 신호를 직접 천이시킨다.
RF로 전송된 데이터신호는 도 1에 도시된 수신 RF부(105)에서 수신되며, 이때 송신부와는 다르게 사용자 데이터가 실린 RF 신호는 기저대역이 아닌 low-IF(일반적으로 2MHz내외)대역으로 천이한다. 디지털 믹서(106)는 low-IF 대역 신호를 기저대역 신호로 변경시켜준다. 이렇게 변경된 기저대역 신호는 복조를 통해서 전송된 데이터로 변경되며 다시 MAC(101)으로 전송된다.
수신 RF부(105)에서 대역통과필터(201)는 사용되는 해당 RF 주파수만 걸러주는 역할을 하고, 이 RF신호를 low-IF로 천이하기 위해서 (사용된 반송파 주파수 - low IF 주파수)에 해당하는 VCO(voltage controlled oscillator)(203)의 출력신호와 대역통과필터(201)를 거친 신호를 믹서(202) 에서 곱한다. 이 결과 천이된 주파수를 가지는 신호는 다시 기저대역 통과필터(204)를 통과한다. 이렇게 필터링된 기저대역 신호는 디지털 믹서를 통과하는데, 디지털 믹서(106)는 A/D(Analog to Digital conversion, 205), NCO(207) 및 저역통과필터(208, 209)로 구성된다. 디지털 믹서는 Low-IF 주파수에 해당하는 sin 및 cos 부를 출력하는 NCO 모듈과 및 저역통과필터로 구성된다. NCO 모듈 및 저역통과필터는 다수의 LUT(look up table)와 곱셈기 및 지연소자가 필요하기 때문에 전력을 많이 소비하게 된다. 그렇기 때문에 센서노드와 같은 저전력이 요구되는 모뎀에서는 일반적인 NCO 및 저역통과 필터를 사용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 센서노드 모뎀과 같이 저전력이 요구되는 모뎀에서는 일반적인 NCO 및 저역통과필터는 전력을 많이 사용하기 때문에 사용할 수 없으므로, 같은 기능을 하면서 낮은 전력을 사용하는 디지털 믹서 및 그 디지털 믹서를 이용하여 기저대역신호를 생성하는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서는 시스템의 주클럭(main clock)을 입력받아 기저대역 주파수를 가지면서 서로 상이한 위상을 가지는 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 출력하는 클럭공급부; 상기 제1내지 제2클럭과 수신된 Low-IF 주파수를 갖는 RF신호가 디지털변환된 데이터신호를 입력받아 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 출력하는 스위치; 및 상기 제1내지 제2기저대역신호를 각각 입력받아 고주파성분을 제거하여 출력하는 평균부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 클럭공급부는 상기 제1클럭과 제2클럭의 위상차가 90도를 가지도록 출력하는 것이 바람직하다
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 제1기저대역신호는 I성분(In Phase)의 신호이고, 상기 제2기저대역의 신호는 Q성분(Q-Phase)의 신호인 것이 바람직하다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 디지털변환된 데이터신호는 Low-IF 주파수를 가지는 것이 바람직하다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 평균부는 상기 제1내지 제2기저대역신호의 각 평균값을 구하여 상기 고주파 성분을 제거하는 것이 바람직하다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 스위치는 다중화기(multiplexer)인 것이 바람직하다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법은 시스템의 주클럭(main clock)을 입력받아 기저대역 주파수를 가지면서 서로 상이한 위상을 가지는 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 생성하는 단계; 상기 제1내지 제2클럭을 기초로 수신된 RF신호가 디지털 변환되어 Low-IF 주파수를 가지는 데이터신호를 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 변환하는 단계; 및 상 기 제1내지 제2기저대역신호에서 고주파성분을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 제1클럭과 제2클럭을 생성하는 단계는 상기 제1클럭과 제2클럭의 위상차가 90도를 가지도록 생성하는 것이 바람직하다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 제1기저대역신호는 I성분(In Phase)의 신호이고, 상기 제2기저대역의 신호는 Q성분(Q-Phase)의 신호인 것이 바람직하다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 고주파성분을 제거하는 단계는 상기 제1내지 제2기저대역신호의 각 평균값을 구하여 상기 고주파 성분을 제거하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 설명의 편의와 이해의 용이함을 위하여 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다. 한편 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 3 본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서의 구성을 보여주는 블록도이고, 도 4는 도 3의 상세 블록도이며, 도 5는 도 4의 스위치부의 입력을 보여주는 타이밍도이다. 그리고 도 6은 본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디 지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법의 과정을 보여주는 흐름도이다.
먼저 도 3과 도6을 살펴본다. 클럭공급부(301)은 본 발명에 의한 디지털 믹서가 사용되는 시스템의 주클럭을 입력받아 기저대역 주파수를 가지면서 서로 상이한 위상을 가지는 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 출력한다(S601단계). 스위치(3020는 상기 제1내지 제2클럭과 상기 시스템(예를들면, 센서노드)에 의하여 수신된 RF신호가 디지털로 변환된 데이터신호를 입력받아 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 출력하게 된다. 이 때 스위치(302)는 I성분과 Q성분 신호를 각각 입력받는다(S602단계).
마지막으로 평균부(303)는 상기 제1내지 제2기저대역신호를 각각 입력받아 고주파성분을 제거하여 출력하게 된다(S603단계).
이제 도 4와 도 5를 참조하면서 보다 상세하게 살펴본다.
도 4는 샘플링 클럭이 6MHz 이고, 기저대역 주파수가 1.5MHz인 디지털 믹서를 스위치 및 평균부 블록으로 구성한 일실시예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1내지 제2A/D(analog to digital converter;411,412), 주 클럭을 수신하여 2분주하는 2분주회로(401,402), 폴링에지에서 동작하는 D/FF(D-flip flop, 403), 인버터회로(404), I-phase 신호를 위한 제1스위치(405), q-phase 신호를 위한 제2스위치(406), 그리고 제1내지 제2평균부(407,408), 마지막으로 복조부(409)로 구성된다.
제1내지 제2A/D(analog to digital converter;411,412)는 수신RF부(105)로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경해주며, 이때 사용되는 클럭은 주 클럭과 동기된 클럭을 사용한다. 주클럭은 이후 모뎀(위에서는 시스템으로 표현되었음)의 복조에서도 사용된다. 왜냐하면 디지털 믹서의 클럭과, 모뎀은 동기를 위해서 서로 같은 클럭을 사용해야 하기 때문이다. 2분주 회로(401,402)는 예로 설정한 기저대역 주파수 1.5MHz를 만들기 위한 분주 회로이다. 폴링에지(falling edge)에서 동작하는 D/FF(403) 및 인버터회로(404)는 도 5의 501,502 클럭을 발생하기 위한 것이다. 501,502 클럭은 low-IF 주파수 주기와 같고, cos과 sin의 형태를 갖고 있는 사각형 파형이다. 일반적인 NCO 블록은 cos 및 sin 값을 출력해야 되지만 ,도 5의 501,502 클럭과 같이 사각 파형을 사용하면 low-IF 주파수 대역의 신호인 제1내지 제2스위치의 입력신호 제1내지 제2스위치를 거치면 기저대역신호로 주파수 천이는 이루어지지만, 고주파 성분이 추가적으로 생기기 때문에 기저대역 신호는 왜곡이 되는 문제가 생길 수 있다. 그러나 왜곡되어진 파형에 저역통과 필터를 사용함으로써 원래 cos값 발생 모듈과 sin값 발생 모듈을 사용했던 것과 같은 효과를 볼 수 있게 한다. 이 때 일반적인 저역통과 필터는 시간영역의 임펄스 응답계수 만큼의 지연소자 및 곱셈기가 필요하다. 그러나 제1내지 제2평균부(407, 408)간단히 입력값의 평균값을 구함으로써 쉽게 저역통과 필터를 구현할 수 있다. 여기서 입력값의 평균값은 일반적으로 많이 사용하는 이동평균(moving average)를 사용하는 것이 바람직하다. 여러 가지 이동평균 기법이 있으나, 단순 이동평균을 사용하는 것이 바람직하다. 간단히 설명하면, 평균구간을 N으로 설정했다고 가정하였을 때, 단순이동평균은 N개의 입력 데이터를 덧셈하고 그 결과값을 N으로 나누는 방식이다. N을 짝수로 설정하면 나눗셈을 단순 좌쉬프트(left-shift)연산으로 계산할 수 있 다. 예를 들어 N을 4로 설정하고, 4개의 입력 데이터의 덧셈값이 24d(11000b)일 때 한번 좌쉬프트 하면 01100(b)가 되고 다시 한번 더 좌쉬프트를 하면 00110(b)가 되어서 6d가 된다. 즉, 출력값은 10진수 6이 되는 것이다.
본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용하여 기저대역신호를 생성하는 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이타 저장장치등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를들면 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다. 또한 본 발명에 의한 폰트 롬 데이터구조도 컴퓨터로 읽을 수 있는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이타 저장장치등과 같은 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또 는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서와 그 디지털 믹서를 이용하여 기저대역신호를 생성하는 방법은 무선 통신 시스템에서 디지털 믹서의 sin, cos용 LUT을 사용하지 않고, 또 일반적인 저역통과 필터를 사용하지 않기 때문에 저전력으로 동작하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 센서노드 모뎀과 같은 낮은 전력 소모를 요구하는 시스템에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 시스템의 주클럭(main clock)을 입력받아 low-IF(중간 주파수)를 가지면서 서로 위상이 상이한 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 출력하는 클럭공급부;
    수신된 Low-IF(중간주파수)를 갖는 RF신호가 디지털변환된 데이터신호와 상기 제1내지 제2클럭을 입력받아 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 출력하는 스위치; 및
    상기 제1내지 제2기저대역신호를 각각 입력받아 고주파성분을 제거하여 출력하는 평균부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클럭공급부는
    상기 제1클럭과 제2클럭의 위상차가 90도를 가지도록 출력하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1기저대역신호는 I성분(In Phase)의 신호이고, 상기 제2기저대역의 신호는 Q성분(Q-Phase)의 신호인 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디지털변환된 데이터신호는
    Low-IF 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 평균부는
    상기 제1내지 제2기저대역신호의 각 평균값을 구하여 상기 고주파 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스위치는
    다중화기(multiplexer)인 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서.
  7. (a) 시스템의 주클럭(main clock)을 입력받아 low-IF(중간 주파수)를 가지면서 서로 위상이 상이한 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 생성하는 단계;
    (b) 수신된 RF신호가 디지털 변환되어 Low-IF 주파수를 가지는 데이터신호를상기 제1내지 제2클럭을 기초로 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 변환하는 단계; 및
    (c) 상기 제1내지 제2기저대역신호에서 고주파성분을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (a)단계는
    상기 제1클럭과 제2클럭의 위상차가 90도를 가지도록 생성하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1기저대역신호는 I성분(In Phase)의 신호이고, 상기 제2기저대역의 신호는 Q성분(Q-Phase)의 신호인 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 (c)단계는
    상기 제1내지 제2기저대역신호의 각 평균값을 구하여 상기 고주파 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법.
  11. (a) 시스템의 주클럭(main clock)을 입력받아 low-IF(중간 주파수)를 가지면서 서로 위상이 상이한 제1클럭과 제2클럭으로 각각 분주하여 생성하는 단계;
    (b) 수신된 RF신호가 디지털 변환되어 Low-IF 주파수를 가지는 데이터신호를상기 제1내지 제2클럭을 기초로 제1기저대역신호와 제2기저대역신호로 변환하는 단계; 및
    (c) 상기 제1내지 제2기저대역신호에서 고주파성분을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정현파를 사용하지 않는 디지털 믹서를 이용한 기저대역신호 생성 방법을 컴퓨터에서 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990019196A (ko) * 1997-08-29 1999-03-15 전주범 디지털 복조시스템의 직접 중간주파수 신호 샘플링 방법

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