KR100792236B1

KR100792236B1 - 이미지 신호제거 수신기

Info

Publication number: KR100792236B1
Application number: KR1020010088533A
Authority: KR
Inventors: 이세현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-12-29
Filing date: 2001-12-29
Publication date: 2008-01-07
Also published as: CN1204694C; KR20030058146A; CN1430336A; US20030125005A1; US7046979B2

Abstract

본 발명은 이미지 신호제거 수신기에 관한 것으로, 특히 위상변환기를 사용하지 않음으로써 상기 저항과 콘덴서에서 발생할 수 있는 변화에 의한 위상 불일치를 없애고 이에 의해 발생하는 이득 불일치를 제거할 수 있도록 한 이미지 신호제거 수신기에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 고주파 입력신호를 필터링하여 일정대역의 신호만을 출력하는 필터와; 상기 필터의 출력신호와 제1 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제1 혼합기와; 상기 필터와 제2 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제2 혼합기와; 상기 제1 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제1 저역통과 필터와; 상기 제2 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제2 저역통과 필터와; 상기 제1, 제2 저역통과 필터의 출력신호를 감산하여 출력하는 감산부와; 상기 감산부와 제3 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제3 혼합기와; 상기 제3 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제3 저역통과 필터로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

이미지 신호제거 수신기{RECEIVER OF ELIMINATING IMAGE SIGNAL}

도 1은 종래의 Hartley구조의 수신기를 보인 예시도.

도 2는 종래의 Weaver구조의 수신기를 보인 예시도.

도 3은 본 발명 이미지 신호제거의 수신기에 대한 구성을 보인 예시도.

도 4a~4c의 (a)~(f)는 도 3의 각 구성요소의 출력신호의 주파수 스펙트럼을 보인 예시도.

도 5는 본 발명 이미지 신호제거 수신기에 대한 다른 일실시예를 보인 예시도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

51: 대역통과 필터

52, 55, 60: 제1, 제2, 제3 혼합기

53, 56, 59: 제1, 제2, 제3 주파수 발진기

54, 57, 61: 제1, 제2, 제3 저역통과 필터

71: 저역통과 필터

58, 72: 감산기

본 발명은 이미지 신호제거 수신기에 관한 것으로, 특히 위상변환기를 사용하지 않음으로써 상기 저항과 콘덴서에서 발생할 수 있는 변화에 의한 위상 불일치를 없애고 이에 의해 발생하는 이득 불일치를 제거할 수 있도록 한 이미지 신호제거 수신기에 관한 것이다.

일반적으로, 수신기 구성은 헤테로다인 방식과 호모다인 방식으로 구분된다.

상기 헤테로다인 방식은 고주파수의 입력신호를 일정 대역주파수를 갖는 발진기와 중간주파수를 갖는 발진기로 두단계의 기저대역으로의 다운컨버팅한다.

여기서, 상기 고주파수는 대역주파수와 중간주파수의 합 또는 그 대역주파수에 중간주파수를 감산한 주파수를 나타낸다.

상기 호모다인은 직접 고주파수로 기저대역으로의 다운컨버팅하는 방식이다.

상기 헤테로다인 수신기 구조는 일반적으로 듀플렉서를 통과하고 저잡음 증폭기를 거쳐 증폭된 뒤 대역통과 필터를 통해 이미지 신호를 제거한 뒤 대역주파수로 혼합되어 중간주파수로 다운 컨버팅된다.

이후 대역통과 필터를 거쳐 채널 선택을 한뒤 중간주파수로 혼합되어 기저대역으로 컨버팅한뒤 저역통과필터를 통해 원하는 신호를 얻게된다.

상기 호모다인의 경우 헤테로다인에서의 대역주파수와 중간주파수 발진기 대신 직접 상기 고주파수 발진기를 이용해 기저대역으로 다운컨버팅하여 원하는 신호 를 얻게된다. 여기서는 이미지 신호가 생기지 않으므로 이를 제거하기 위한 상기 대역통과 필터가 사용되지 않는다.

Hartley와 Weaver는 헤테로다인방식에서 SSB(Single sideband)변조기법을 응용하여 이미지 제거필터를 사용하지 않고 이미지를 제거할 수 있는 구조를 제안하였다.

상기 Hartley구조는 신호를 I와 Q로 분리한 뒤 그 Q신호를 위상 변환기로 통과시킨 뒤 상기 I와 Q신호를 조합하여 이미지를 제거하는 구조이다.

반면, Weaver구조는 주파수가

인 두개의 발진기와 저역통과 필터 또는 대역통과 필터를 이용하여 이미지를 제거하는 구조로 위상 변환기 대신

인 발진기를 이용한 것이 상기 Hartley구조와 다른점이다.

도 1은 종래의 Hartley구조의 수신기를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 대역주파수 발진기(15)의 신호를 입력받아 위상을 변환시켜 출력하는 제1 위상변환부(16)와; 상기 제1 위상변환부(16)의 출력신호와 고주파수 신호를 혼합하여 출력하는 제1 혼합기(11)와; 상기 대역주파수 발진기(15)의 출력신호와 상기 고주파수 신호를 혼합하여 출력하는 제2 혼합기(12)와; 상기 제1 혼합기(11)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제1 저역통과 필터(13)와; 상기 제2 혼합기(12)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제2 저역통과 필터(14)와; 상기 제1 저역통과 필터(13)의 출력신호의 위상을 변환하여 출력하는 제2 위상변환부(17)와; 상기 제2 위상변환부(17)와 제2 저역통과 필터(14)의 출력신호를 가산하여 출력하는 가산기(18)와; 상기 가산기(18)와 중간주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출 력하는 제3 혼합기(19)와; 상기 제3 혼합기(19)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제3 저역통과 필터(21)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고주파수 입력신호(RF input)가 입력되면 대역주파수 발진기(LO OSC, 15)와 제1 위상 변환부(16)를 이용해 I(cosine)와 Q(sine) 성분으로 신호을 나누어 중간주파수로 다운 컨버팅한다.

각 경로(I, Q)에 대해 제1, 제2 저역통과 필터(13, 14)를 통과시켜 고주파수 성분을 제거하면 중간주파수로 다운 컨버팅된 신호와 이미지 신호가 존재하게 된다.

상기 제1 저역통과 필터(13)를 거친 상기 Q신호는 제2 위상 변화부(17)를 통해 90도 위상변환을 갖게 되고, 상기 제2 저역통과 필터(13)를 통과한 상기 I신호와 함께 가산기(18)에 입력되어 가산하여 출력된다.

이를 통해 상기 I와 Q신호는 가산되어 상기 이미지 신호를 제거한다.

상기 가산기(18)의 출력신호는 중간주파수 발진기(IF OSC, 30)의 출력신호와 함께 제3 혼합기(19)를 통해 혼합되어 다운 컨버팅되고, 그 제3 혼합기(19)의 출력신호는 제3 저역통과 필터(21)에 의해 저역만을 통과시켜 출력한다.

이에 의해, 상기 제3 저역통과 필터(21)는 기저대역신호를 출력한다.

즉, 상기와 같은 과정에 의해 각 구성요소마다 출력되는 신호는 아래의 수학식 1과같은 수식에 의해 출력된다.

여기서,

는 원하는 신호의 크기,

은 이미지 신호의 크기를 나타낸다.

다음은 종래의 Weaver구조에 대해 설명하면 도 2는 종래의 Weaver구조의 수신기를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이

제1 주파수 발진기(25)의 신호를 입력받아 위상을 변환시켜 출력하는 제1 위상변환부(16)와; 상기 제1 위상변환부(16)의 출력신호와 고주파수 신호를 혼합하여 출력하는 제1 혼합기(21)와; 상기 제1 주파수 발진기(25)의 출력신호와 상기 고주파수 신호를 혼합하여 출력하는 제2 혼합기(22)와; 상기 제1 혼합기(21)의 출력신호중 일정 대역만을 통과시켜 출력하는 제1 대역통과 필터(23)와; 상기 제2 혼합기(22)의 출력신호중 일정 대역만을 통과시켜 출력하는 제2 대역통과 필터(24)와; 제2 주파수 발진기(29)의 신호를 입력받아 위상을 변환시켜 출력하는 제2 위상변환부(30)와; 상기 제2 위상변환부(30)와 상기 제1 대역통과 필터(23)의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제3 혼합기(27)와; 상기 제2 주파수 발진기(29)와 상기 제2 대역통과 필터(24)의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제4 혼합기(28)와; 상기 제3 혼합기(27)와 제4 혼합기의 출력을 감산하여 출력하는 감산기(31)와; 상기 감산기(31)와 중간주파수 발진기(34)의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제5 혼합기(32)와; 상기 제5 혼합기(32)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 저역통과 필터(33)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

고주파수 신호가 입력되면 제1 주파수 발진기(25)와 제1 위상 변환부(26)를 이용해 I(cosine) 와 Q(sine) 성분으로 신호를 나누어 (RF-w1)주파수로 다운 컨버팅한다. 각 패스에 대해 제1, 제2 대역통과 필터(23, 24)(또는 저역통과 필터)를 통과 시킨다. 이는 제1, 제2 주파수 발진기(25, 29)의 제1, 제2 주파수(w1, w2)에 의해 생기는 2차적인 이미지 신호를 제거하기 위함이다.

여기서, 상기 2차적인 이미지 신호는 상기 제1, 제2 주파수(W₁, W₂)로 다운 컨버팅함에 따라 상기 제2 주파수(W₂)에 대한 원하는 신호 주파수에 위치하게 되는 이미지 신호를 말한다.

이후 각 경로의 신호을 제2 주파수 발진기(29)로 다운 컨버팅한뒤 (RF-w1-w2)주파수에 대한 이미지를 제거하기 위해 제3, 제4 혼합기(27, 28)의 출력신호는 감산기(31)로 입력되어 감산되어 출력된다.

상기 감산기(31)의 출력은 중간주파수 발진기(34)의 출력신호와 함께 제5 혼합기(32)로 입력되어 중간주파수로 다운 컨버팅되어 저역통과 필터(33)를 통과한다.

이에 의해, 상기 저역통과 필터(33)는 기저대역신호를 출력한다.

즉, 상기와 같은 과정에 의해 각 구성요소마다 출력되는 신호는 아래의 수학식 2와같은 수식에 의해 출력된다.

여기서,

은 이미지 신호의 크기,

는 이미지 신호에 대한 이미지 신호의 크기를 나타낸다.

그러나, 종래의 Hartley구조에서는 저항과 콘덴서를 이용하여 90도의 위상 변환을 구현하는데 이때, 주파수나 주변 환경에 대해 변하는 상기 저항과 콘덴서의 값에 따라 위상 발란스가 맞지 않게 되고, 이에 따라 이득도 일치하지 않게되어 이미지를 정확히 제거할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 Weaver구조에서는 90도 위상 변환을 이용하지 않기 때문에 이에 대한 문제점은 없으나 2차 이미지가 생기는 문제점이 있고, 저역통과 필터단 통과이후의 혼합기에서의 비선형성에 의한 하모닉에 의해 위상이나 크기의 정확한 매 칭이 있지 않을수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 저항과 콘덴서로 구성된 위상변환기를 사용하지 않음으로써 상기 저항과 콘덴서에서 발생할 수 있는 변화에 의한 위상 불일치를 없애고 이에 의해 발생하는 이득 불일치를 제거할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 비선형 소자인 혼합기의 수를 줄임으로써 비선형성으로부터 발생하는 하모닉영향을 줄인 수 있도록 한 이미지 신호제거 수신기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고주파 입력신호를 필터링하여 일정대역의 신호만을 출력하는 필터와; 상기 필터의 출력신호와 제1 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제1 혼합기와; 상기 필터와 제2 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제2 혼합기와; 상기 제1 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제1 저역통과 필터와; 상기 제2 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제2 저역통과 필터와; 상기 제1, 제2 저역통과 필터의 출력신호를 감산하여 출력하는 감산부와; 상기 감산부와 제3 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제3 혼합기와; 상기 제3 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제3 저역통가 필터로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 이미지 신호제거 수신기에 대한 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 고주파 입력신호를 필터링하여 일정대역의 신호만을 출력하는 필터(51)와; 상기 필터(51)의 출력신호와 제1 주파수 발진기(53)의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제1 혼합기(52)와; 상기 필터(51)와 제2 주파수 발진기(56)의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제2 혼합기(55)와; 상기 제1 혼합기(52)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제1 저역통과 필터(54)와; 상기 제2 혼합기(55)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제2 저역통과 필터(57)와; 상기 제1, 제2 저역통과 필터(54, 57)의 출력신호를 감산하여 출력하는 감산부(58)와; 상기 감산부(58)와 제3 주파수 발진기(59)의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제3 혼합기(60)와; 상기 제3 혼합기(60)의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제3 저역통과 필터(61)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 Hartley구조에서 나타날 수 있는 위상변환기에서의 저항, 콘덴서값의 변화에 의한 위상, 이득의 불일치를 없애기 위해 상기 위상변환기를 사용하지 않고 Weaver구조에서의 혼합기의 비선형성 영향을 줄이기 위해 상기 혼합기의 갯수를 줄였다.

이러한 본 발명의 구성요소의 출력신호를 수학식 및 도 3의 예시도를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고주파수 입력신호(RF input)는 아래의 수학식과 도 4의 (i)에 도시된 바와 같다.

I:

여기서,

는 원하는 신호의 크기,

은 이미지신호의 크기를 나타내며

는 이미지신호에 대한 이미지의 크기를 나타낸다.

상기 고주파수 입력신호(RF input)는 대역통과 필터(51)를 통해 일정대역의 신호만이 출력된다.

이때, 상기 대역통과 필터(51)의 출력신호(A)는 아래의 수학식 4와 도 4의 (a)와 같이 2W₁-W_RF와 W_RF에 대한 신호의 대역을 감싸는 대역통과 필터를 통과시켜 4W₁-3W_RF를 중심으로 한 이미지 신호의 이미지신호를 걸러낸다.

상기 대역통과 필터(51)의 출력신호(A)는 제1, 제2 혼합기(52, 55)로 입력된다.

이에, 상기 제1 혼합기(52)는 상기 대역통과 필터(51)의 출력신호(A)와 제1 주파수(3W₁-2W_RF) 발진기(53)의 출력신호를 혼합하여 주파수가 하향조정된 출력신호(B)를 출력한다.

또한, 상기 제2 혼합기(55)는 상기 대역통과 필터(51)의 출력신호(A)와 제2 주파수(W1) 발진기(56)의 출력신호를 혼합하여 주파수가 하향조정된 출력신호(C)를 출력한다.

상기 제1 혼합기(52)와 제2 혼합기의 출력신호(B, C)는 아래의 수학식 5와 6과 같고, 이는 도 4의 (b), (c)와 같다.

여기서, 3W₁-2W_RF의 주파수를 가지는 제1 주파수 발진기(크기는 1로 가정)와 W₁의 주파수를 갖는 제2 주파수 발진기(크기는 1로 가정)는 상기 대역통과 필터(51)의 출력신호(A)와 혼합되어 고주파수 성분과 저주파수 성분의 신호를 출력한다.

이러한 상기 제1, 제2 혼합기(52, 55)의 출력(B, C)은 제1, 제2 대역통과 필터()를 통해 저역만을 통과시켜 출력하는데 이때의 출력신호(D, E)는 아래의 수학식 7, 8에 명시한 바와 같고, 도 4의 (d), (e)와 같다.

여기서, 상기 제1, 제2 저역통과 필터(54, 57)의 출력신호(D, E)를 좀더 상 세히 설명하자면 W_RF-W₁주파수성분(저주파수 성분)만을 걸러내기 위해 저역통과 필터를 사용하여 얻은 출력신호로서, 주파수의 범위가 위와 같은 이유는 우선 원하는 신호(Desired Signal)의 주파수가 상기 제1 주파수(3W₁-2W_RF) 발진기(53)의 주파수보다 큰 신호로 가정했기 때문에(low side injection) W₁이 W_RF보다 작고, 이미지 신호(Image Signal)에 대한 이미지 신호의 주파수는 주파수 영역에서 0보다 큰 영역에서 의미가 있으므로 상기 이미지 신호에 대한 이미지 신호의 주파수 4W₁-3W_RF가 0보다 크다는 조건이 필요하기 때문이다.

상기 제2 저역통과 필터(57)의 출력신호(E)는 W_RF-W₁ 주파수 성분(저주파수 성분)만을 걸러내기 위해 사용되며 이를 통과한 결과이다.

상기 제1, 제2 저역통과 필터(54, 57)의 출력신호는 감산기(58)를 통해 감산되어 도 4의 (e)와 같은 결과를 얻게 된다.

이에 따라, 상기 감산기(58)와 제3 주파수(W_RF-W₁) 발생기의 출력신호가 제3 혼합기(60)에 의해 혼합되어 제3 저역통과 필터(61)로 출력되고, 그 제3 저역통과 필터에 의해 저역만을 통과시켜 기저대역 신호(B.B Output)를 출력한다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 과정에서 여러 W₁범위에 대해 제1 주파수(3W₁-2W_RF) 발진기의 주파수가 +/-로서 부호가 바뀔수 있으며 이에 대해 고주파 입력신호(RF input)단 구조도 본 발명의 다른 일실시예를 도시한 도 5와 같이 (5/8)W_RF< W₁<(3/4) W_RF 의 W₁인 경우에 대해 수정이 가능하며 이 때 주파수 스펙트 럼은 도 6과 같이 나타난다.

즉, 이전에 오른쪽 분면(양의 주파수 영역)에 있었던 이미지 신호의 이미지 신호가 왼쪽 분면(음의 주파수 영역)으로 이동한 것처럼 나타난다. 이때의 상기 이미지 신호의 이미지 신호를 미리 저역통과 필터(71)를 이용해 통과 시키면 도 6의 (a)에 도시한 바와 같다.

이에 의해, 상기 저역통과 필터(71)와 상기 고주파 입력신호(RF input)는 감산기(72)에 의해 도 6(b)와 같은 출력신호(B)를 출력한다.

결국, 상기 감산기의 출력신호는 제1, 제2 혼합기(52, 55)로 출력하고, 이에, 상기 제1 혼합기(52, 55)는 제1 주파수(3W₁-2W_RF) 발진기(53)와 상기 감산기(72)의 출력신호를 혼합하여 상기 도 2와 같은 과정을 통해 기저대역의 출력신호(B.B output)를 출력하고, 상기 제2 혼합기(55)는 제2 주파수(W₁) 발진기(56)와 상기 감산기(72)의 출력신호를 혼합하여 다운 컨버젼된 신호를 출력한다.

따라서, 본 발명은 Quadrature SSB modulation기법을 응용한 이미지 신호제거의 수신기에서 발생할 수 있는 이득과 위상 오차에 따른 불일치의 영향을 제거하고, 비선형 소자인 혼합기의 수를 줄임으로써 비선형성으로부터 발생하는 하모닉영향을 줄이며 상기 이미지 신호를 제거하여 신호를 수신하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 저항과 콘덴서로 구성된 위상변환기를 사용하지 않음으로써 상기 저항과 콘덴서에서 발생할 수 있는 변화에 의 한 위상 불일치를 없애고 이에 의해 발생하는 이득 불일치를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 비선형 소자인 혼합기의 수를 줄임으로써 비선형성으로부터 발생하는 하모닉영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

고주파 입력신호를 필터링하여 일정대역의 신호만을 출력하는 필터와; 상기 필터의 출력신호와 제1 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제1 혼합기와; 상기 필터와 제2 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제2 혼합기와; 상기 제1 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제1 저역통과 필터와; 상기 제2 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제2 저역통과 필터와; 상기 제1, 제2 저역통과 필터의 출력신호를 감산하여 출력하는 감산부와; 상기 감산부와 제3 주파수 발진기의 출력신호를 혼합하여 출력하는 제3 혼합기와; 상기 제3 혼합기의 출력신호중 저역만을 통과시켜 출력하는 제3 저역통과 필터로 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 신호제거 수신기.