KR100895886B1 - 이중 대역 ｇｐｓ/ｇａｌｉｌｅｏ 위성 신호 수신기 - Google Patents

이중 대역 ｇｐｓ/ｇａｌｉｌｅｏ 위성 신호 수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일의 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 이용하여 위성으로부터 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 ＧＰＳ/ＧＡＬＩＬＥＯ 위성 신호 수신기에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 이중 대역 ＧＰＳ/ＧＡＬＩＬＥＯ 위성 신호 수신기는 저잡음 증폭기, 제1 대역 통과 필터, 제2 대역 통과 필터, 제1 고주파 증폭기, 제2 고주파 증폭기, 제1 하향 변환기, 제2 하향 변환기, 제1 저대역 통과 필터, 제2 저대역 통과 필터, 제1 AD 컨버터, 제2 AD 컨버터 및 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 위성 신호 수신기 회로의 복잡도를 개선하고, 또한 전력 소모를 절감할 수 있는 효과가 있다.
GPS, GALILEO, LNA, MIXER, PLL-VCO

Description

이중 대역 ＧＰＳ/ＧＡＬＩＬＥＯ 위성 신호 수신기{A DUAL BAND GPS/GALILEO SATELLITE RECEIVER}
본 발명은 위성 신호 수신기에 관한 것으로, 특히 지피에스(Global Positioning System : GPS)와 갈릴레오 시스템(Galileo System)의 위성 신호를 수신할 수 있는 이중 대역 위성 신호 수신기에 관한 것이다.
일반적으로, 지상 위치 탐색 시스템(Global Positioning System: GPS)는 지구상에서 위치를 판독하기 위한 시스템으로써 우주 부분, 사용자 부분, 통제 부분으로 구성된다. 우주 부분은 GPS 시스템의 가장 핵심부로서 미 국방성 소속의 인공위성이 높이가 약 20,200㎞인 6개의 궤도 평면에 분포되어 있다.
또한, 사용자 부분은 위성으로부터 메시지를 입력 받아 현 위치를 계산하고 목적에 맞는 데이터를 이용한다. 통제 부분은 MCS(Master Control Station)와 MS(Monitor Station)으로 구성되고, 각각의 위성 신호를 분석하고, 위성의 위치를 제어하며, 상태를 확인한다.
GPS 위성들은 BPSK(Binary Phase Shift Keying)신호로 변조된 L1대역(fL1=1575.42MHz) 및 L2 대역(fL2=1227.6MHz) 신호를 송신하며, 추후 GPS 현대화 계획에 의해 L5대역(fL5=1176.45MHz)신호를 송신할 예정이다.
이러한 GPS는 초창기 미국에서 주도한 것으로, 이에 따른 미국의 독점적인 지위를 방지하기 위해 유럽에서는 갈릴레오 시스템을 추진하고 있다. 갈릴레오 시스템은 기본적으로 상업용으로 사용하기 위한 것으로, GPS보다 더욱 정확한 위치 정보를 제공함을 목표로 하고 있다. 이를 위해 갈릴레오 시스템은 고도 2만 3600 km에 30개의 위성을 운영하여, 위치 정보가 1m이내로 오차를 갖는 정밀도를 제공할 것을 계획하고 있다.
현재 GPS는 L1, L2, L5의 주파수 대역을 사용하며, 갈릴레오 시스템은L1F ,E1, E2, E5a, E5b, E6의 주파수 대역을 사용한다. 이중 GPS의 L1, L5 주파수 대역은 각각 갈릴레오 시스템의 L1F 대역(1575.42 MHz), E5a 대역(1176.45 MHz)과 동일하므로, 상기 주파수 대역을 수신하는 경우, 동시에 GPS와 갈릴레오 시스템의 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
현재 GPS와 갈릴레오 시스템의 위성 신호를 수신할 수 있는 이중 대역 수신기가 제안되고 있는 추세이다. 이 중 본 출원인이 출원한 국내특허(P2007-0115088)에서도 개시되어 있다.
이러한 종래 이중 대역 수신기 구조에서의 주파수 플랜은 L1/L1F 대역 영역과 L5/E5a 대역 영역에 각각 하나씩 위성 고정 루프-전압 조정 발진기(Phase Locked Loop-Voltage Controlled Oscillator : PLL-VCO) 블록을 구비한다. 여기서 상기 각 이중 대역의 위성 신호를 중간 주파수로 변환하기 위해서는 2개의 PLL-VCO를 사용하였다.
즉 종래의 수신기 구조는 각 대역의 위성 신호를 처리하기 위해 2개의 PLL-VCO를 구비하고 있어야 하므로, 복잡도 및 소모 전류가 높아 구현상 어려움이 있다. 향후 위성 신호 수신기는 점점 소형화가 되어 가며, 전력을 보다 적게 소비하는 방향으로 진행하기 때문에 복잡도 및 소모 전류를 낮출 수 있는 위성 신호 수신기의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 위성 신호 수신기의 회로 복잡도를 개선하고, 또한 전력 소모를 절감하는 이중 대역 ＧＰＳ/ＧＡＬＩＬＥＯ 위성 신호 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 위성 신호 수신기는 위성으로부터 전송되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 위성 신호 수신기로서, 상기 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하여 잡음지수를 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 증폭된 신호에 대해 상기 L1/L1F 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력하는 제1 대역 통과 필터; 상기 증폭된 신호에 대해 상기 L5/E5a 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력하는 제2 대역 통과 필터; 상기 제1 대역 신호를 증폭하는 제1 고주파 증폭기; 상기 제2 대역 신호를 증폭하는 제2 고주파 증폭기; 상기 제1 고주파 증폭기의 출력 신호에 제1 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제1 중간 주파수 대역 신호로 하향변환시키는 제1 하향 변환기; 상기 제2 고주파 증폭기의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제2 하향 변환기; 상기 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제1 저대역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF); 상기 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제2 저대역 통과 필터; 상기 제1 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 컨버터(Analog to Digital Converter : ADC); 상기 제2 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 컨버터; 및 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제1 하향 변환기로 전달하고, 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제2 하향 변환기로 전달하는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함한다. 여기서, 상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는, 수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하는 위상 고정 루프; 상기 위상 고정 루프의 출력 주파수를 이용하여 기본 주파수(fo)의 2328배의 주파수를 생성하는 전압 조정 발진기; 1/(1.5)의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 분주기; 및 1/2의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제2 주파수 분주기 를 포함한다. 여기서, 상기 기본 주파수(fo)는 1.023MHz이고, 상기 제1 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 12fo이고, 상기 제2 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 14fo이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이중 대역 위성 신호 수신기는 위성으로부터 전송되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 위성 신호 수신기로서, 상기 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하여 잡음지수를 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 증폭된 신호에 대해 상기 L1/L1F 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력하는 제1 대역 통과 필터; 상기 증폭된 신호에 대해 상기 L5/E5a 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력하는 제2 대역 통과 필터; 상기 제1 대역 신호를 증폭하는 제1 고주파 증폭기; 상기 제2 대역 신호를 증폭하는 제2 고주파 증폭기; 상기 제1 고주파 증폭기의 출력 신호에 제1 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제1 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제1 하향 변환기; 상기 제2 고주파 증폭기의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제2 하향 변환기; 상기 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제1 저대역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF); 상기 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제2 저대역 통과 필터; 상기 제1 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 컨버터(Analog to Digital Converter : ADC); 상기 제2 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 컨버터; 및 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제1 하향 변환기로 전달하고, 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제2 하향 변환기로 전달하는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함한다. 여기서, 상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는, 수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하는 위상 고정 루프; 상기 위상 고정 루프의 출력 주파수를 이용하여 기본 주파수(fo)의 4656배의 주파수를 생성하는 전압 조정 발진기; 1/3의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 분주기; 및 1/4의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제2 주파수 분주기를 포함한다. 여기서, 상기 기본 주파수(fo)는 1.023MHz이고, 상기 제1 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 12fo이고, 상기 제2 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 14fo이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이중 대역 위성 신호 수신기는, 위성으로부터 전송되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 위성 신호 수신기로서, 상기 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하여 잡음지수를 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 증폭된 신호에 대해 상기 L1/L1F 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력하는 제1 대역 통과 필터; 상기 증폭된 신호에 대해 상기 L5/E5a 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력하는 제2 대역 통과 필터; 상기 제1 대역 신호를 증폭하는 제1 고주파 증폭기; 상기 제2 대역 신호를 증폭하는 제2 고주파 증폭기; 상기 제1 고주파 증폭기의 출력 신호에 제1 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제1 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제1 하향 변환기; 상기 제2 고주파 증폭기의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제2 하향 변환기; 상기 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제1 저대역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF); 상기 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제2 저대역 통과 필터; 상기 제1 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 컨버터(Analog to Digital Converter : ADC); 상기 제2 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 컨버터; 및 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제1 하향 변환기로 전달하고, 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제2 하향 변환기로 전달하는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함한다. 여기서, 상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는, 수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하는 위상 고정 루프; 상기 위상 고정 루프의 출력 주파수를 이용하여 기본 주파수(fo)의 1550배의 주파수를 갖는 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 전압 조정 발진기; 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 1/4의 분주율로 주파수 분주하여 출력하는 주파수 분주기; 상기 제1 국부 발진 주파수 신호와 상기 주파수 분주기의 출력 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 1162.5fo의 주파수를 갖는 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 혼합기(Mixer)를 포함한다. 여기서, 상기 기본 주파수(fo)는 1.023MHz이고, 상기 제1 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 10fo이고, 상기 제2 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 12.5fo이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 위성 신호 수신기에서, 상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는, 1/48의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 샘플링 클럭 주파수를 생성하여 상기 제1 AD 컨버터 및 상기 제2 AD 컨버터에 제공하는 제3 주파수 분주기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이중 대역 위성 신호 수신기에서, 상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는, 1/96의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 샘플링 클럭 주파수를 생성하여 상기 제1 AD 컨버터 및 상기 제2 AD 컨버터에 제공하는 제3 주파수 분주기를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 위성 신호 수신기 회로의 복잡도를 개선하고, 또한 전력 소모를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 IF회로를 용이하게 구현할 수 있는 효과도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일례에 따른 이중 대역 위성 신호 수신기를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 주파수를 정의한다.
기본 주파수(f0)는 1.023 MHz이고, L1/L1F(이하,"제1 고주파 대역 신호")는 1540fo(1575.42MHz)이고, L5/E5a(이하," 제2 고주파 대역 신호")는 1150fo(1176.45MHz)인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 대역 ＧＰＳ/ＧＡＬＩＬＥＯ 위성 신호 수신기를 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 위성 신호 수신기(100)는 저잡음 증폭기(LNA; 110), 제1 대역 통과 필터(BPF; 111), 제1 고주파 증폭기(RFA; 112), 제1 하향 변환기(113), 제1 저대역 통과 필터(LPF; 115), 제1 AD 컨버터(ADC; 117), 제2 대역 통과 필터(BPF; 121), 제2 고주파 증폭기(RFA; 122), 제2 하향 변환기(123), 제2 저대역 통과 필터(LPF; 125), 제2 AD 컨버터(ADC; 127) 및 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(PLL-VCO; 130)를 포함한다.
저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)(110)는 위성으로부터 수신되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호의 잡음지수를 최소화하여 증폭한다.
제1 대역 통과 필터(BPF; Band Pass Filter)(111)는 저잡음 증폭기(110)로부터 주파수 대역 별로 수신된 증폭 신호에 대해 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력한다.
제1 고주파 증폭기(RFA; Radio Frequency Amplifier)(112)는 제1 대역 통과 필터(111)로부터 입력된 제1 대역 신호를 증폭한다.
제1 하향 변환기(113)는 제1 고주파 증폭기(112)의 출력 신호에 제1 국부 발진(LO; Local Oscillator)주파수를 시간 영역에서 곱셈 연산을 수행하여 제1 중간 주파수(IF; Intermediate Frequency)대역 신호로 하향변환 시킨다. 여기서, 제1 중간 주파수 대역은 12fo인 것이 바람직하다.
제1 저대역 통과 필터(LPF; Low Pass Filter)(115)는 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링한다.
제2 대역 통과 필터(121)는 저잡음 증폭기(110)로부터 주파수 대역 별로 수신된 증폭 신호에 대해 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력한다.
제2 고주파 증폭기(122)는 제2 대역 통과 필터(121)로부터 입력된 제2 대역 신호를 증폭한다.
제2 하향 변환기(123)는 제2 고주파 증폭기(122)의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수를 시간 영역에서 곱셈 연산을 수행하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향변환 시킨다. 여기서, 제2 중간 주파수 대역은 4fo인 것이 바람직하다.
제2 저대역 통과 필터(125)는 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링한다.
제1 AD 컨버터(ADC; Analog to Digital Converter)(117)는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)으로부터 샘플링 클럭 주파수를 수신하고, 제1 저대역 통과 필터(115)에서 필터링된 제1 중간 주파수 대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F)를 출력한다.
제2 AD 컨버터(127)는 제2 저대역 통과 필터(125)에서 필터링된 제2 중간 주파수 대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 제2 고주파 대역 신호(L5/E5a)를 출력한다.
위상 고정 루프 전압 조정 발진기(PLL-VCO)(130)는 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 제1 하향 변환기(113)로 전달하고, 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 제2 하향 변환기(123)로 전달한다.
본 발명에 따르면, 위성 신호 수신기(100)는 하나의 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)를 이용하여 제1 AD 컨버터(117) 및 제2 AD 컨버터(127)로 샘플링 클럭 주파수를 제공한다.
또한, 외부의 수정 발진기(TCXO)를 통해 제1 하향 변환기(113)에 제1 국부 발진 주파수를 제공하고, 제2 하향 변환기(123)에 제2 국부 발진 주파수를 제공한다.
따라서 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)의 주파수 계획이 중요하다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 제1 하향 변환기(113)에 1552fo의 제1 국부 발진 주파수를 제공하여 12fo의 제1 중간 주파수 대역 신호를 출력한다. 또한 제2 하향 변환기(123)에 1164fo의 제2 국부 발진 주파수를 제공하여 14fo의 제2 중간 주파수 대역 신호를 출력한다.
또한, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 제1 AD 컨버터(117) 및 제2 AD 컨버터(127)에 48.5fo의 샘플링 클럭 주파수를 제공한다.
이를 위하여, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는, 제1 하향 변환기(113), 제2 하향 변환기(123), 프랙셔널 위상 고정 루프(Fractional N PLL)(131), 전압 조정 발진기(135), 제1 주파수 분주기(137), 제2 주파수 분주기(138), 및 제3 주파수 분주기(139)를 포함한다.
제1 하향 변환기(113)는 제1 주파수 분주기(137)에서 출력된 1552fo의 국부 발진 주파수를 이용하여 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F)를 12fo의 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시킨다.
제2 하향 변환기(123)는 제2 주파수 분주기(138)에서 출력된 1164fo의 국부 발진 주파수를 이용하여 제2 고주파 대역 신호(L5/E5a)를 14fo의 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시킨다.
프랙셔널 위상 고정 루프(131)는 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F) 및 제2 고주파 대역 신호(L5/E5a)를 분수로 나눈다. 또한, 수정 발진기에서 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하고, 필요한 전압을 전압 조정 발진기(135)에 제공한다. 본 발명에 따르면, 프랙셔널 위상 고정 루프(131)는 주파수 합성기(Frequency Synthesizer)를 포함할 수 있다.
전압 조정 발진기(135)는 프랙셔널 위상 고정 루프(131)의 출력 주파수를 이용하여 2328fo의 출력 주파수를 생성한다.
제1 주파수 분주기(137)는 전압 조정 발진기(135)로부터 입력된 2328fo의 출 력 주파수를 1/(1.5)의 분주율로 분주하여 1552fo의 국부 발진 주파수를 출력한다.
제2 주파수 분주기(138)는 전압 조정 발진기(135)로부터 입력된 2328fo의 출력 주파수를 1/2의 분주율로 분주하여 1164fo의 국진 발진 주파수를 출력한다.
제3 주파수 분주기(139)는 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F)를 1/48의 분주율로 분주하여 샘플링 클럭 주파수를 제1 AD 컨버터(117)로 전송한다. 또한, 제2 고주파 대역 신호(L5/E4a)를 1/48의 분주율로 분주하여 샘플링 클럭 주파수를 제2 AD 컨버터(127)로 전송한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 12fo의 제1 중간 주파수 대역 신호 및 14fo의 제2 중간 주파수 대역 신호와 유사한 대역의 주파수를 출력한다.
기본적으로 제2 고주파 대역 신호(L5/E5a)의 주파수 대역폭(Band Width)은 20MHz 정도이다. 따라서, 제2 고주파 대역 신호의 경우 중간 주파수 대역 신호는 최소한 10MHz 이상이 되어야 한다. 반면, 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F)의 주파수 대역 대역폭은 2MHz 정도이므로, 중간 주파수 대역 신호는 최소한 2MHz 이상이 되어야 한다. 따라서, 제1 고주파 대역 신호 및 제2 고주파 대역 신호의 중간 주파수 대역 신호의 대역 폭이 유사하므로, 양 대역의 중간 주파수 관련 구성을 단일의 회로에 용이하게 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 이용한 주파수 시뮬레이션 과정을 도시한 도면이다.
먼저, 도면부호(301)는 주파수 분주기의 분주율이고, 도면부호(303) 및 도면 부호(305)는 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F)의 주파수 분주율에 따른 국부 발진 주파수이고, 도면부호(307) 및 도면부호(309)는 제2 고주파 대역 신호(L5/E4a)의 주파수 분주율에 따른 국부 발진 주파수이다.
도 3을 참조하면, 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F) 및 제2 고주파 대역 신호(L5/E4a)의 RF 입력 주파수, 중간 주파수 대역 신호의 출력 주파수는 고정된다. 따라서, 국부 발진 주파수를 한 개의 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)를 이용하여 조정하기 위해서는 공통된 주파수 분주율을 찾아야 한다.
이를 위하여, 본 발명은 주파수 분주기의 분주율(301)을 0.5배식 증가시키면서 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F) 및 제2 고주파 대역 신호(L5/E4a)에 공통적으로 적용 가능한 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)의 주파수 분주율(2328fo)을 탐색하는 시뮬레이션을 진행하였다.
그 결과, 도면부호(311)와 같이, 1.5 및 2의 주파수 분주율이 제1 고주파 대역 신호(L1/L1F) 및 제2 고주파 대역 신호(L5/E4a)에 공통적으로 적용 가능함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 주파수 분주기(137)는 1/(1.5)의 분주율, 제2 주파수 분주기(138)는 1/48의 분주율, 및 제3 주파수 분주기(139)는 1/2의 분주율이 적용된다. 그러나, 주파수 분주기의 분주율을 달리하여 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 제1 하향 변환기(113)에 1552fo의 국부 발진 주파수를 제공하여 12fo의 중간 주파수 대역 신호를 출력하고, 제2 하향 변환기(123)에 1164fo의 국부 발진 주파수를 제공하여 14fo의 중간 주파수 대역 신호를 출력한다. 또한, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 제1 AD 컨버터(117) 및 제2 AD 컨버터(127)에 48.5fo의 샘플링 클럭 주파수를 제공한다. 본 발명에 따르면, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성한다.
전압 조정 발진기(435)는 프랙셔널 위상 고정 루프(431)로부터 입력된 출력 주파수를 이용하여 4656fo의 출력 주파수를 생성한다.
제1 주파수 분주기(437)는 전압 조정 발진기(435)의 출력신호인 2328fo를 1/3의 분주율로 분주하여 1552fo로 변환시킨다.
제2 주파수 분주기(438)는 전압 조정 발진기(435)의 출력신호 2328fo를 1/4의 분주율로 분주하여 1552fo로 변환시킨다.
제3 주파수 분주기(439)는 전압 조정 발진기(435)의 출력신호 2328fo를 1/96의 분주율로 분주하여 샘플링 클럭 주파수를 생성하고, 상기 샘플링 클럭 주파수를 제1 AD 컨버터(117) 및 제2 AD 컨버터(127)에 제공한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 주파수 분주기의 분주율을 달리 적용하여 구현할 수 있다. 즉, 전압 조정 발진기(435)의 출력 주파수를 2배로 높이고, 주파수 분주기의 분주율을 1/2 배로 낮춤으로써 다양하게 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2 실시예의 위상 고정 루프 전압 조정 발진 기(130)는 전압 조정 발진기(435)의 출력 주파수에 대해 제1 주파수 분주기(437) 및 제2 주파수 분주기(438)를 이용하여 주파수 대역별로 하향 변환기(113, 123)에 국부 발진 주파수를 제공한다. 이와 달리, 제3 실시예에서는 단일의 주파수 분주기 및 혼합기(Mixer)를 이용하여 주파수 대역별로 하향 변환기에 국부 발진 주파수를 제공한다. 이를 위하여, 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 10fo 대역의 제1 중간 주파수 대역 신호를 출력하고, 12.5fo 대역의 제2 중간 주파수 대역 신호를 출력한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 제3 실시 예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)는 프랙셔널 위상 고정 루프(531), 전압 조정 발진기(535), 주파수 분주기(537) 및 혼합기(Mixer)(539)를 포함한다.
프랙셔널 위상 고정 루프(531)는 수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성한다.
전압 조정 발진기(535)는 프랙셔널 위상 고정 루프(531)의 생성 주파수를 이용하여 1550fo의 출력 주파수를 제1 하향 변환기(113)에 제공한다. 또한, 전압 조정 발진기(535)는 주파수 분주기(537) 및 혼합기(539)의 출력 주파수를 제2 하향 변환기(123)에 제공한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 주파수 분주기(537)는 전압 조정 발진기(535)의 출력 주파수(1550fo)를 1/4의 분주율로 분주하여 387fo의 주파수로 출력한다. 다음 으로, 혼합기(539)는 상기 출력된 387fo의 주파수 및 전압 조정 발진기(535)의 출력 주파수 1550fo를 시간 영역에서 곱셈 연산을 하여 1162.5fo의 국부 발진 주파수를 생성한다. 따라서, 단일의 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)를 이용하여 제1 하향 변환기(113) 및 제2 하향 변환기(123)에 국부 발진 주파수를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 단일의 위상 고정 루프 전압 조정 발진기(130)가 복수의 주파수 분주기에서 입력된 주파수를 처리함으로써 두 개의 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 사용하는 수신기보다 전류의 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 외부소자를 감소시켜 회로의 복잡도를 개선할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 대역 ＧＰＳ/ＧＡＬＩＬＥＯ 위성 신호 수신기를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 이용한 주파수 시뮬레이션 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100 :이중 대역 위성 신호 수신기
110 :저잡음 증폭기, 121 :제2 대역 통과 필터
111 :제1 대역 통과 필터, 122 :제2 고주파 증폭기
112 :제1 고주파 증폭기, 123 :제2 하향 변환기
113 :제1 하향 변환기, 125 :제2 저대역 통과 필터
115 :제1 저대역 통과 필터, 127 :제2 AD 컨버터
117 :제1 AD 컨버터, 130 :위상 고정 루프 전압 조정 발진기

Claims (6)

  1. 위성으로부터 전송되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 위성 신호 수신기에 있어서,
    상기 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하여 잡음지수를 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기;
    상기 증폭된 신호에 대해 상기 L1/L1F 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력하는 제1 대역 통과 필터;
    상기 증폭된 신호에 대해 상기 L5/E5a 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력하는 제2 대역 통과 필터;
    상기 제1 대역 신호를 증폭하는 제1 고주파 증폭기;
    상기 제2 대역 신호를 증폭하는 제2 고주파 증폭기;
    상기 제1 고주파 증폭기의 출력 신호에 제1 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제1 중간 주파수 대역 신호로 하향변환시키는 제1 하향 변환기;
    상기 제2 고주파 증폭기의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제2 하향 변환기;
    상기 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제1 저대역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF);
    상기 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제2 저대역 통과 필터;
    상기 제1 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 컨버터(Analog to Digital Converter : ADC);
    상기 제2 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 컨버터; 및
    상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제1 하향 변환기로 전달하고, 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제2 하향 변환기로 전달하는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함하고,
    상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는,
    수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하는 위상 고정 루프;
    상기 위상 고정 루프의 출력 주파수를 이용하여 기본 주파수(fo)의 2328배의 주파수를 생성하는 전압 조정 발진기;
    1/(1.5)의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 분주기; 및
    1/2의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제2 주파수 분주기
    를 포함하며,
    상기 기본 주파수(fo)는 1.023MHz이고,
    상기 제1 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 12fo이고,
    상기 제2 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 14fo인,
    이중 대역 위성 신호 수신기.
  2. 위성으로부터 전송되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 위성 신호 수신기에 있어서,
    상기 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하여 잡음지수를 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기;
    상기 증폭된 신호에 대해 상기 L1/L1F 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력하는 제1 대역 통과 필터;
    상기 증폭된 신호에 대해 상기 L5/E5a 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력하는 제2 대역 통과 필터;
    상기 제1 대역 신호를 증폭하는 제1 고주파 증폭기;
    상기 제2 대역 신호를 증폭하는 제2 고주파 증폭기;
    상기 제1 고주파 증폭기의 출력 신호에 제1 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제1 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제1 하향 변환기;
    상기 제2 고주파 증폭기의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제2 하향 변환기;
    상기 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제1 저대역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF);
    상기 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제2 저대역 통과 필터;
    상기 제1 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 컨버터(Analog to Digital Converter : ADC);
    상기 제2 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 컨버터; 및
    상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제1 하향 변환기로 전달하고, 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제2 하향 변환기로 전달하는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함하고,
    상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는,
    수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하는 위상 고정 루프;
    상기 위상 고정 루프의 출력 주파수를 이용하여 기본 주파수(fo)의 4656배의 주파수를 생성하는 전압 조정 발진기;
    1/3의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 분주기; 및
    1/4의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 제2 주파수 분주기
    를 포함하며,
    상기 기본 주파수(fo)는 1.023MHz이고,
    상기 제1 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 12fo이고,
    상기 제2 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 14fo인,
    이중 대역 위성 신호 수신기.
  3. 위성으로부터 전송되는 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하는 이중 대역 위성 신호 수신기에 있어서,
    상기 L1/L1F 및 L5/E5a 항법 신호를 수신하여 잡음지수를 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기;
    상기 증폭된 신호에 대해 상기 L1/L1F 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제1 대역 신호를 출력하는 제1 대역 통과 필터;
    상기 증폭된 신호에 대해 상기 L5/E5a 항법 신호의 주파수 대역 이외의 신호를 제거하는 필터링 과정을 수행하여 제2 대역 신호를 출력하는 제2 대역 통과 필터;
    상기 제1 대역 신호를 증폭하는 제1 고주파 증폭기;
    상기 제2 대역 신호를 증폭하는 제2 고주파 증폭기;
    상기 제1 고주파 증폭기의 출력 신호에 제1 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제1 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제1 하향 변환기;
    상기 제2 고주파 증폭기의 출력 신호에 제2 국부 발진 주파수 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 제2 중간 주파수 대역 신호로 하향 변환시키는 제2 하향 변환기;
    상기 제1 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제1 저대역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF);
    상기 제2 중간 주파수 대역 신호에 대하여 이득 제어 및 필터링하는 제2 저대역 통과 필터;
    상기 제1 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 컨버터(Analog to Digital Converter : ADC);
    상기 제2 저대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 컨버터; 및
    상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제1 하향 변환기로 전달하고, 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하여 상기 제2 하향 변환기로 전달하는 위상 고정 루프 전압 조정 발진기를 포함하고,
    상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는,
    수정 발진기에 의해 발생된 발진 주파수를 이용하여 소정 주파수를 생성하는 위상 고정 루프;
    상기 위상 고정 루프의 출력 주파수를 이용하여 기본 주파수(fo)의 1550배의 주파수를 갖는 상기 제1 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 전압 조정 발진기;
    상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 1/4의 분주율로 주파수 분주하여 출력하는 주파수 분주기;
    상기 제1 국부 발진 주파수 신호와 상기 주파수 분주기의 출력 신호를 시간 영역에서 곱셈 연산하여 1162.5fo의 주파수를 갖는 상기 제2 국부 발진 주파수 신호를 생성하는 혼합기(Mixer)
    를 포함하며,
    상기 기본 주파수(fo)는 1.023MHz이고,
    상기 제1 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 10fo이고,
    상기 제2 중간 주파수 대역 신호의 중심 주파수는 12.5fo인,
    이중 대역 위성 신호 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는,
    1/48의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 샘플링 클럭 주파수를 생성하여 상기 제1 AD 컨버터 및 상기 제2 AD 컨버터에 제공하는 제3 주파수 분주기를 더 포함하는,
    이중 대역 위성 신호 수신기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 위상 고정 루프 전압 조정 발진기는,
    1/96의 분주율을 가지며, 상기 전압 조정 발진기의 출력신호를 입력받아 샘플링 클럭 주파수를 생성하여 상기 제1 AD 컨버터 및 상기 제2 AD 컨버터에 제공하는 제3 주파수 분주기를 더 포함하는,
    이중 대역 위성 신호 수신기.
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