KR100841401B1 - Ａｍ,ｆｍ,ｆｍ 스테레오 통합 변조 장치 및 방법 - Google Patents

Ａｍ,ｆｍ,ｆｍ 스테레오 통합 변조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 AM, FM, FM 스테레오 변조를 통합적으로 이행하면서도 구성이 간소한 변조 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 변조 장치는, AM 및 FM 및 FM 스테레오 변조 모드 중 선택된 변조 모드에 따라 입력 신호를 스케일링한 후에 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 및 출력 진폭 중 하나를 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하는 마이크로 프로세서; 상기 마이크로 프로세서의 제어에 따라 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 또는 출력 진폭이 가변되는 출력 신호를 생성하는 DDS를 포함하는 것을 특징으로 한다.
변조, DDS, 마이크로 프로세서

Description

ＡＭ,ＦＭ,ＦＭ 스테레오 통합 변조 장치 및 방법{AM, FM, FM STEREO INTEGRATION MODULATION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 변조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간소화된 구성으로 AM, FM, FM 스테레오 변조를 이행하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 변조(MODULATION)란 일정한 형태의 반송파에 따라 음성, 화상, 데이터의 크기, 주파수, 위상 등을 변형하는 것을 일컫는다.
이러한 변조 방식에는 AM 변조 방식과 FM 변조 방식, FM 스테레오 변조 방식이 있다.
상기 AM 변조 방식은 변조파로 반송파의 진폭을 가변하는 변조 방식으로, 라디오의 중파, 단파 방송이나 텔레비전 방송 등에 널리 사용되고 있는 변조 방식이며, FM 변조 방식과 비교한 경우 변복조 회로가 간단하고 점유 대역이 좁다는 이점이 있지만 전송 경로의 잡음에 약하다는 단점이 있다.
상기 FM 변조 방식은 변조파로 반송파의 주파수를 가변하는 변조 방식으로, 라디오의 FM 방송이나 텔레비전 방송의 음성신호, 무선 마이크로폰, 각종 업무용 무선 등에 많이 사용되고 있으며, AM 변조 방식고 비교한 경우 전송 경로에서 발생하는 진폭성 잡음에 강한 이점이 있으나, 광대역 신호를 전송하는 경우에는 넓은 주파수 대역을 요구하는 단점이 있다.
그리고 상기 FM 스테레오 변조 방식은 좌측 신호와 우측 신호로 나누어 동시에 출력시키는 방식으로, 우리 나라의 FM 스테레오 방식은 파일럿 톤 방식에 따라 좌측 신호와 우측 신호를 합 신호(L+R)와 차 신호(L-R)로 나누고 파일럿 신호를 사용하여 하나의 전파로 송신하는 것이다.
상기한 바와 같이 다양한 변조 방식이 혼용 사용됨에 따라 다양한 방식의 변조를 통합적으로 이행하면서도 구성이 간소한 변조 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 AM, FM, FM 스테레오 변조를 통합적으로 이행하면서도 구성이 간소한 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치는, AM 및 FM 및 FM 스테레오 변조 모드 중 선택된 변조 모드에 따라 입력 신호를 스케일링한 후에 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 및 출력 진폭 중 하나를 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하는 마이크로 프로세서; 상기 마이크로 프로세서의 제어에 따라 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 또는 출력 진폭이 가변되는 출력 신호를 생성하는 DDS를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명은 다양한 방식의 변조를 통합적으로 이행하면서도 구성이 간소하여, 다양한 방식의 변조 방식이 혼용되는 시스템에서 기기의 크기를 감소시킴은 물론이며 비용 절감의 효과를 야기할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치의 블럭 구성도이다.
상기 변조 장치는 ADC(Analog to Digital Converter)(100), 마이크로 프로세 서(102), DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)(104), 전력증폭기(106), 발진기(108)로 구성된다.
상기 ADC(100)는 입력 신호에 대해 AD 변환을 이행하여 마이크로 프로세서(102)에 입력한다. 상기 마이크로 프로세서(102)는 AM, FM, FM 스테레오 변조 방식 중 설정된 변조 방식에 따라 DDS(104)에 대한 제어명령을 생성함과 아울러 상기 AD 변환된 입력신호를 미리 정해둔 레벨의 신호로 스케일링한 후에 DDS(104)에 제공한다.
상기 DDS(104)는 상기 마이크로 프로세서(102)의 제어에 따라 상기 스케일링된 입력신호를 AM, FM, FM 스테레오 변조방식 중 어느 한 변조 방식에 따라 변조하여 출력한다.
상기 전력 증폭기(106)는 상기 변조된 신호를 증폭하여 출력신호로서 출력한다.
상기 발진기(108)는 상기 DDS(104)의 변조 동작을 위한 레퍼런스 신호를 생성하여 상기 DDS(104)에 제공한다.
상기한 변조 장치의 동작을 AM, FM, FM 스테레오 변조별로 나누어 상세히 설명한다.
< AM 변조 >
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치의 동작 중 AM 변조 과정을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 변조 장치가 AM 변조 모드로 설정되는지를 체크한다(200단계). 상기 모드 설정은 미도시된 사용자 인터페이스를 통해 이행될 수 있다.
상기 AM 변조 모드로 설정되면, 상기 마이크로 프로세서(102)는 DDS(104)의 주파수 레지스터의 값을 반송파 주파수로 설정하는 제어 명령을 상기 DDS(104)로 제공한다(204단계).
이후 상기 마이크로 프로세서(102)는 ADC(100)를 통해 AD 변환된 입력신호를 입력받아, 최대값 1에서 최소값 -1 사이가 되도록 스케일링을 이행하고, 상기 스케일링된 입력 신호(S(n))를 DDS(104)로 제공한다(206단계). 상기 스케일링된 입력 신호(S(n))를 도시한 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 AD 변환된 입력신호(S(n))는 1에서 -1 사이의 값으로 스케일링된다.
또한 상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 DDS(104)의 진폭 레지스터의 값을 하기 수학식 1에 따라 산출한 후에 상기 산출 값을 상기 진폭 레지스터의 값으로 설정하는 제어 명령을 상기 DDS(104)로 제공한다(208단계).
진폭 레지스터 = (FULL scale/2)+(Full scale/2)*S(n)*변조지수
여기서, S(n)은 베이스밴드(BASEBAND) 신호를 AD 컨버터(Converter)로 샘플링하여 얻어진 스케일링된 입력 신호이고, FULL scale은 진폭 레지스터의 최대값이고, 변조지수(modulation index)는 각도 변조파에서 변조의 정도를 표시하는 값으로, 위상 변조파에서는 최대 위상 편이(偏移)를 말하며 주파수 변조파에서는 최대 주파수 편이를 변조 신호 주파수로 나눈 값을 말한다.
상기한 바와 같은 마이크로 프로세서(102)의 제어 명령을 제공받은 DDS(104)는 상기 반송파 주파수에 따라 진동하는 정현파를 생성하며, 상기 정현파의 진폭은 상기 수학식 1에 따라 변화되게 한다. 이로서, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 반송파 주파수를 가지며 상기 입력 신호의 진폭에 따라 가변하는 AM 변조 신호가 생 성된다. 상기 DDS(104)의 출력 신호는 전력 증폭기(106)에 의해 전력 증폭되어 출력된다.
<FM 변조>
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치의 동작 중 FM 변조 과정을 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 변조 장치가 FM 변조 모드로 설정되는지를 체크한다(400단계). 상기 모드 설정은 미도시된 사용자 인터페이스를 통해 이행될 수 있다.
상기 FM 변조 모드로 설정되면, 상기 마이크로 프로세서(102)는 ADC(100)를 통해 AD 변환된 입력신호를 입력받아, 최대값 1에서 최소값 -1 사이가 되도록 스케일링을 이행한다(404단계).
이후, 상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 스케일링된 신호(S(n))을 수학식 2에 따라 처리하여 입력 신호(S(n))를 FM 변조한 출력 신호를 생성한다(406단계).
출력 신호의 주파수 = 반송파 주파수+(S(n)*FM 편차)
여기서, S(n)은 베이스밴드(BASEBAND) 신호를 AD 컨버터(Converter)로 샘플링하여 얻어진 스케일링된 입력 신호이고, FM 편차는 FM 편차(deviation) 주파수이다.
상기한 바와 같은 주파수를 가지는 출력 신호는 입력 신호를 FM 변조 방식에 따라 변조한 신호이다.
이후 상기 마이크로 프로세서(102)는 상기한 주파수를 가지는 출력 신호의 출력을 위해 상기 DDS(104)의 주파수 레지스터의 값을 수학식 3에 따라 산출하고, 상기 산출된 값으로 DDS(104)의 주파수를 설정하도록 하는 제어 명령을 상기 DDS(104)로 제공한다(408단계).
주파수 레지스터 = (출력 신호의 주파수/레퍼런스 주파수)*2n
여기서, 레퍼런스 주파수는 DDS의 시스템 클럭(system clock) 주파수이고, 2n 은 DDS 주파수 레지스터(Frequency register) 길이로서, 32bits DDS의 경우에는 상기 n이 32가 되어 DDS 주파수 레지스터는 232 가 된다.
상기 DDS(104)는 상기 주파수 레지스터에 기록되는 주파수에 대응되는 출력 신호를 최종 출력 신호를 출력하며, 상기 최종 출력 신호는 전력 증폭기(106)에 의해 전력 증폭되어 출력된다.
<FM 스테레오 변조>
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치의 동작 중 FM 변조 과정을 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 변조 장치가 FM 스테레오 변조 모드로 설정되는지를 체크한다(500단계). 상기 모드 설정은 미도시된 사용자 인터페이스를 통해 이행될 수 있다.
상기 FM 스테레오 변조 모드로 설정되면, 상기 마이크로 프로세서(102)는 ADC(100)를 통해 샘플링 주파수 44.1kHz로 AD 변환된 제1 및 제2입력 신호(S_L(n), S_L(n))를 입력받는다.
상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 제1 및 제2입력 신호(S_L(n), S_L(n)) 를 가산하여 제1값(S_L(n)+S_L(n))을 생성한다(504단계).
또한 상기 마이크로 프로세서(102)는 19KHz의 파일럿 반송파, 즉 최대 레벨의 9%의 크기를 가지는 파일럿 반송파를 샘플링 주파수 132.3kHz로 샘플링하여 제2값(S_19k(n))을 생성한다(506단계).
또한 상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 제1 및 제2입력신호(S_L(n), S_L(n))를 감산하고, 상기 감산 결과에 38kHz의 샘플링 주파수를132.3kHz로 샘플링한 값을 곱하여 제3값((S_L(n)- S_L(n))*S_38k(n))을 생성한다(508단계).
이후 상기 마이크로 프로세서(102)는 상기 제1 내지 제3값을 모두 가산하여 스테레오 변조된 신호(FFMST)를 생성한다(510단계).
상기 스테레오 변조된 신호(FFMST) 생성식은 수학식 4에 따른다.
FFMST=S_L(n)+S_L(n) + S_19k(n) + (S_L(n)- S_L(n))*S_38k(n)
상기 스테레오 변조된 신호(FFMST)이며, 상기 스테레오 변조된 신호(FFMST)를 도 4에 도시한 FM 변조방식에 따라 변조함으로써(512~516단계), 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FM 스테레오 변조가 완료된다.
즉, 상기 마이크로 프로세서(102)는 수학식 5에 따라 스테레오 변조된 신호(FFMST)에 FM 편차(38kHz)를 곱한 후에 반송파 주파수(Fcarrier)를 곱하여 생성된 주파수를 가지는 출력 신호(FOUT)를 생성한다(512단계).
이후 상기 마이크로 프로세서(102)는 상기한 주파수를 가지는 출력 신호(FOUT)의 출력을 위해 상기 DDS(104)의 주파수 레지스터의 값을 수학식 6에 따라 산출하고, 상기 산출된 값으로 DDS(104)의 주파수를 설정하도록 하는 제어 명령을 상기 DDS(104)로 제공한다(514단계).
주파수 레지스터 = (출력 신호의 주파수/레퍼런스 주파수)*2n
여기서, 레퍼런스 주파수는 DDS의 시스템 클럭(system clock) 주파수이고, 2n 은 DDS 주파수 레지스터(Frequency register) 길이이다.
상기 DDS(104)는 상기 주파수 레지스터에 기록되는 주파수에 대응되는 출력 신호를 최종 출력 신호를 출력하며, 상기 최종 출력 신호는 전력 증폭기(106)에 의해 전력 증폭되어 출력된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM 변조 방법의 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치의 동작 파형도.
도 4는 본 발명은 바람직한 실시예에 따른 FM 변조 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FM 스테레오 변조 방법의 흐름도.

Claims (12)

  1. AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치에 있어서,
    AM 및 FM 및 FM 스테레오 변조 모드 중 선택된 변조 모드에 따라 입력 신호를 스케일링한 후에 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 및 출력 진폭 중 하나를 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하는 마이크로 프로세서;
    상기 마이크로 프로세서의 제어에 따라 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 또는 출력 진폭이 가변되는 출력 신호를 생성하는 DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 AM 변조 모드의 선택에 따라 상기 DDS의 출력 주파수를 반송파 주파수로 설정하며, 상기 DDS의 진폭 레지스터의 값을 수학식 6에 따라 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 DDS에 제공함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치.
    진폭 레지스터 = (FULL scale/2)+(Full scale/2)*S(n)*변조지수
    여기서, S(n)은 베이스밴드(BASEBAND) 신호를 AD 컨버터(Converter)로 샘플링하여 얻어진 스케일링된 입력 신호이고, FULL scale은 진폭 레지스터의 최대값이고, 변조지수(modulation index)는 각도 변조파에서 변조의 정도를 표시하는 값으로, 위상 변조파에서는 최대 위상 편이(偏移)를 말하며 주파수 변조파에서는 최대 주파수 편이를 변조 신호 주파수로 나눈 값을 말함.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 FM 변조 모드의 선택에 따라 출력신호의 주파수를 수학식 7에 따라 생성하며, 상기 DDS의 주파수 레지스터의 값을 수학식 8에 따라 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 DDS에 제공함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치.
    출력 신호의 주파수 = 반송파 주파수+(S(n)*FM 편차)
    여기서, S(n)은 베이스밴드(BASEBAND) 신호를 AD 컨버터(Converter)로 샘플링하여 얻어진 스케일링된 입력 신호이고, FM 편차는 FM 편차(deviation) 주파수임.
    주파수 레지스터 = (출력 신호의 주파수/레퍼런스 주파수)*2n
    여기서, 레퍼런스 주파수는 DDS의 시스템 클럭(system clock) 주파수이고, 2n 은 DDS 주파수 레지스터(Frequency register) 길이임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 FM 스테레오 변조 모드의 선택에 따라 제1 및 제2입력신호를 가산하여 제1값을 생성하고,
    파일럿 신호를 샘플링하여 제2값을 생성하고,
    상기 제1 및 제2입력신호를 감산하고, 그 감산결과에 반송파를 샘플링한 값을 곱하여 제3값을 생성하고,
    상기 제1 내지 제3값을 가산하여 스테레오 변조 신호의 주파수를 생성하고,
    상기 스테레오 변조신호의 주파수에 FM 편차를 곱한 후에 반송파 주파수를 가산하여 출력 신호의 주파수를 생성하고,
    상기 DDS의 주파수 레지스터의 값을 수학식 9에 따라 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 DDS에 제공함을 특징으로 하는 변조 장치.
    주파수 레지스터 = (출력 신호의 주파수/레퍼런스 주파수)*2n
    여기서, 레퍼런스 주파수는 DDS의 시스템 클럭(system clock) 주파수이고, 2n 은 DDS 주파수 레지스터(Frequency register) 길이임.
  5. 제1항에 있어서,
    입력 신호를 AD 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 제공하는 ADC를 더 포함함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DDS의 출력 신호를 전력 증폭하는 전력 증폭기를 더 구비함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 장치.
  7. AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법에 있어서,
    마이크로 프로세서가 AM 및 FM 및 FM 스테레오 변조 모드 중 선택된 변조 모드에 따라 입력 신호를 스케일링한 후에 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 및 출력 진폭 중 하나를 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하는 단계;
    상기 마이크로 프로세서의 제어에 따라 DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)가 상기 스케일링된 신호에 따라 출력 주파수 또는 출력 진폭이 가변되는 출력 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 AM 변조 모드의 선택에 따라 상기 DDS의 출력 주파수를 반송파 주파수로 설정하며, 상기 DDS의 진폭 레지스터의 값을 수학식 10에 따라 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 DDS에 제공함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법.
    진폭 레지스터 = (FULL scale/2)+(Full scale/2)*S(n)*변조지수
    여기서, S(n)은 베이스밴드(BASEBAND) 신호를 AD 컨버터(Converter)로 샘플링하여 얻어진 스케일링된 입력 신호이고, FULL scale은 진폭 레지스터의 최대값이고, 변조지수(modulation index)는 각도 변조파에서 변조의 정도를 표시하는 값으로, 위상 변조파에서는 최대 위상 편이(偏移)를 말하며 주파수 변조파에서는 최대 주파수 편이를 변조 신호 주파수로 나눈 값을 말함.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 FM 변조 모드의 선택에 따라 출력신호의 주파수를 수학식 11에 따라 생성하며, 상기 DDS의 주파수 레지스터의 값을 수학식 12에 따라 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 DDS에 제공함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법.
    출력 신호의 주파수 = 반송파 주파수+(S(n)*FM 편차)
    여기서, S(n)은 베이스밴드(BASEBAND) 신호를 AD 컨버터(Converter)로 샘플링하여 얻어진 스케일링된 입력 신호이고, FM 편차는 FM 편차(deviation) 주파수임.
    주파수 레지스터 = (출력 신호의 주파수/레퍼런스 주파수)*2n
    여기서, 레퍼런스 주파수는 DDS의 시스템 클럭(system clock) 주파수이고, 2n 은 DDS 주파수 레지스터(Frequency register) 길이임.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 FM 스테레오 변조 모드의 선택에 따라 제1 및 제2입력신호를 가산하여 제1값을 생성하고,
    파일럿 신호를 샘플링하여 제2값을 생성하고,
    상기 제1 및 제2입력신호를 감산하고, 그 감산결과에 반송파를 샘플링한 값을 곱하여 제3값을 생성하고,
    상기 제1 내지 제3값을 가산하여 스테레오 변조 신호의 주파수를 생성하고,
    상기 스테레오 변조신호의 주파수에 FM 편차를 곱한 후에 반송파 주파수를 가산하여 출력 신호의 주파수를 생성하고,
    상기 DDS의 주파수 레지스터의 값을 수학식 13에 따라 가변하도록 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 DDS에 제공함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법.
    주파수 레지스터 = (출력 신호의 주파수/레퍼런스 주파수)*2n
    여기서, 레퍼런스 주파수는 DDS의 시스템 클럭(system clock) 주파수이고, 2n 은 DDS 주파수 레지스터(Frequency register) 길이임.
  11. 제7항에 있어서,
    입력 신호를 AD 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 제공하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 DDS의 출력 신호를 전력 증폭하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 AM, FM, FM 스테레오 통합 변조 방법.
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KR20030043787A (ko) 2000-04-17 2003-06-02 아트멜 코포레이숀 직교 진폭 변조 복조기에 내장된 직접 디지털 합성 회로

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