KR100947520B1

KR100947520B1 - 나이키스트 폴딩 주파수 변조를 수행하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100947520B1
Application number: KR1020020052697A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 로웰 맥닐리
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2010-03-12
Also published as: JP4099021B2; EP1294089A2; KR20030024572A; BR0203662A; MY134256A; US7072418B2; JP2003115885A; US20030053551A1; MXPA02009138A; EP1294089A3; CN1409525A

Abstract

본 발명은 나이키스트 폴딩 주파수 변조 기술을 사용하여 RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법 및 장치(102)에 관한 것이다. 상기 방법은 {1, -1, 1, -1...}의 디지털 시퀀스를 사용하여 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 변조하는데, 여기서 RF 반송파 변조 신호의 중심 주파수는 제 1 주파수이고, 변조 신호의 샘플 속도는 제 2 주파수이다. 제 2 주파수가 제 1 주파수의 4배일때, 디지털 변조 처리의 출력은 소스 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼-반전된 복사물이다. 모든 다른 주파수에 대해서, 재변조된 RF 반송파 변조 신호는 반송파 주파수에서 변조 신호의 샘플 속도의 절반을 뺀 것과 동일한 중심 주파수를 갖는다. 다음으로, 스펙트럼 반전이 소스 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼을 재생성하기 위해서 수행되고, 상기 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼은 이제 다른 중심 주파수에 위치한다. 본 장치(102)는 변조 신호 소스(112)와 디지털 변조기(108)를 포함한다. 재샘플러(106)와 스펙트럼 반전기(110)가 필요시 사용될 수 있다.

Description

나이키스트 폴딩 주파수 변조를 수행하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING NYQUIST FOLDING FREQUENCY MODULATION}

도 1은 본 발명의 원리에 따라 나이키스트 폴딩 주파수 변조기에 연결되는 디지털화된 RF 신호 소스의 기능 블록도.

도 2는 본 발명의 원리에 따라 나이키스트 폴딩 주파수 변조를 수행하기 위한 방법의 z-평면도를 나타내는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

104 : RF 반송파 변조 신호 소스 106 : 재샘플러

108 : 디지털 변조기 110 : 스펙트럼 반전기

112 : 변조 신호 소스

본 발명은 무선 주파수(RF) 반송파 신호를 위한 변조 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 주파수(RF) 반송파 변조 신호를 상향-변환 및 하향-변환시키는 것은 RF 수신기 및 송신기에서 사용되는 통상적인 일이다. 그러한 상향-변환 및 하향-변환 은 RF 반송파 변조 신호가 다른 RF 반송파 주파수로 재변조되는 것을 필요로 한다. 이러한 처리는 다음과 같은 몇 가지 기술들 중 하나에 의해서 수행된다;

(1) RF 변조 신호는 간단히 기저대역으로 복조된 후 다른 RF 반송파 주파수를 사용하여 재변조될 수 있다.

(2) 실수 변조 신호를 복소 변조 신호로 변환하고 그런 후에 복소 반송파를 갖는 신호를 원하는 반송파 주파수로 변조하기 위해서 힐버트 변환 처리가 사용된다.

(3) 복소 곱셈기가 제 1 변조를 수행하여 복소 형태로 신호를 유지하기 위해서 사용될 수 있고, 연속적인 변조는 반송파 주파수를 변경시킬 것이며, 최종 변조의 실수부는 원하는 재변조 신호를 생성한다.

(4) 일예로 반송파 f₀인 실수 변조 신호 반송파를 일예로 f₁±f₀인 실수 반송파를 사용하여 재변조하기 위해서 아날로그 처리가 사용될 수 있고, 필터링 처리를 사용함으로써 f₁±(-f₀)에서 불필요한 이미지를 제거할 수 있다.

(5) 디지털 RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 두 가지 기술이 공동 양도되어진 1999년 8월 24일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/382,232호 및 1999년 8월 24일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/382,234호에 개시되어 있는데, 두 특허 출원 모두는 참조문헌으로서 병합된다.

RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 이러한 기술들 각각은 아날로그 도메인에서 동작하거나, 디지털 도메인에서 재변조 처리를 구현하기 위해 복소 회로 를 필요로 한다.

그러므로, RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위해 간단한 디지털 처리가 해당 기술분야에서 요구된다.

본 발명은 나이키스트 폴딩 주파수 변조 기술을 사용하여 RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법은 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 {1, -1, 1, -1,...}의 디지털 시퀀스를 사용하여 변조하는데, 여기서 RF 반송파 변조 신호의 중심 주파수는 제 1 주파수에 있고, 디지털 시퀀스의 샘플 속도는 제 2 주파수에 있다. 제 2 주파수가 제 1 주파수의 4배일 때, 디지털 변조 처리의 출력은 소스 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼-반전된 복사물이다(반송파 주파수는 바뀌지 않는다). 제 2 주파수(즉, 샘플 속도)의 다른 선택을 위해서, 반송파 주파수는 제 1 주파수로부터 제 1 주파수(본래 반송파)와 제 2 주파수(샘플 속도)의 절반 사이의 차이와 동일한 제 3 주파수로 이동한다. 만약 스펙트럼 반전이 필요하지 않다면, 제 2 스펙트럼 반전이 변조 처리 이전이나 그 이후에 수행된다. RF 반송파 변조 신호의 중심 주파수를 변경하는 나이키스트 폴딩 주파수 변조기는 재샘플러, 디지털 변조기, 및 스펙트럼 반전기를 사용하여 형성된다.

위에서 언급된 본 발명의 특징이 달성되고 상세히 이해될 수 있도록 하는 방식을 위해서, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 더 상세한 설명이 첨부된 도면에 예시된 본 발명의 실시예를 참조하여 이루어질 수 있다.

그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단순히 전형적인 실시예를 예시하는 것이 므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하고, 본 발명에 대해서 다른 동일하게 효과적인 실시예가 허용될 수 있다는 것이 주지되어야 한다.

도 1은 RF 반송파 변조 신호 소스(104)에 연결되는 나이키스트 폴딩 주파수 변조기(102)의 기능 블록도를 나타낸다. 소스(104)는 한정된 대역폭과 반송파 주파수(f₀)에 그 중심 주파수를 갖는 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 제공한다. RF 반송파 변조 신호는 나이키스트 폴딩 주파수 변조기(102)의 포트(118)에 연결된다. 나이키스트 폴딩 주파수 변조기(102)는 재샘플러(106), 디지털 변조기(108), 스펙트럼 반전기(110), 및 변조 신호 소스(112)를 포함한다. 재샘플러(106)는 RF 반송파 변조 신호의 샘플링 속도를 바꾼다. 재샘플러(106)의 출력에서의 샘플 속도는 원하는 RF 중심 주파수(주파수 3)와 현재의 RF 중심 주파수(주파수 1)의 합의 두 배이다. 재샘플링 처리는 RF 반송파 변조 신호의 반송파 주파수를 변경하지 않고 오히려 RF 신호를 나타내는 샘플의 밀도를 변경한다. 만약 재샘플러(106)로의 입력의 샘플링 속도가 재샘플러(106)의 출력에서 필요한 샘플 속도와 같다면, 재샘플러는 필요하지 않고 경로(114)로 표시된 바와 같이 바이패스될 것이다. 또한, 만약 RF 반송파 변조 신호가 아날로그 신호라면, 재샘플러는 필요한 샘플링 속도로 RF 반송파 변조 신호를 샘플링하는 아날로그-디지털 변환기일 수 있다.

샘플링된 RF 반송파 변조 신호(재샘플링되었는지 여부에 상관없음)는 디지털 변조기(108)에 연결된다. 변조 신호 소스(112)는 재샘플러 출력 샘플 속도와 동일 한 샘플 속도(f_s)로 제공되는 {1, -1, 1, -1,...}의 반복적인 디지털 시퀀스를 제공한다. 디지털 변조기(108)로부터의 출력 신호의 중심 주파수는 RF 반송파 변조 신호의 반송파 주파수(f₀)와 샘플 속도(f_s) 사이의 관계에 의존한다. 만약 샘플 속도(f_s)가 정확하게 반송파 주파수(f₀)의 4배라면, 출력 신호의 중심 주파수는 반송파 주파수(f₀)와 동일하다. 다음으로, 디지털 변조기(108)의 출력은 f₀의 반송파 주파수에서 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼이다. 그러나, 이런 특별한 변조 신호를 사용하는 디지털 변조기(108)는 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼이 반전되도록 야기한다.

만약 샘플 속도(f_s)가 반송파 주파수(f₀)의 4배가 아니라면, 출력 신호의 중심 주파수는 샘플 속도의 절반에서 본래의 RF 반송파 주파수를 뺀 것, 즉 f_s/2-f₀과 동일한 반송파 주파수(f₁)로 이동된다. 다음으로, 디지털 변조기(108)의 출력은 RF 반송파 변조 신호에 대해 반전된 스펙트럼을 갖는 f₁의 반송파 주파수에서 RF 반송파 변조 신호의 스펙트럼이다.

스펙트럼 반전기(110)는 RF 신호 스펙트럼을 반전시켜 반송파를 f₀또는 f₁에 두기 위해 적용된다. 포트(120)에서의 출력은 f₀또는 f₁의 주파수를 갖는 반송파에서의 소스 RF 반송파 변조 신호이다.

스펙트럼 반전은 상향-변조 연쇄에서 짝수 번의 나이키스트 폴딩 주파수 변 조를 수행함으로써 달성될 수 있다. 이로써, 재샘플링 및 디지털 변조는 비-반전된 RF 반송파 변조 신호 출력을 획득하기 위해 스펙트럼 반전기(110) 내에서 반복될 것이다. 스펙트럼 반전을 수행하기 위한 또 다른 기술이 재변조에 앞서 적용될 수 있다(즉, 기저대역 신호가 반송파 상에서 처음으로 변조되었을 때 적용될 수 있다). 그러한 기술은 복소 기저대역 신호의 "허수" 성분의 부호를 반전시키거나 제 1 변조 복소 반송파의 주파수의 부호를 변경(사인 성분을 반전)하는 것을 포함한다. 추가적인 스펙트럼 반전은 또한 나이키스트 폴딩 주파수 변조기(102)의 앞이나 뒤에 종종 상주하는 아날로그 RF 처리에서 적용될 수 있다.

몇 가지 유형의 RF 반송파 변조 신호에 대해서, 스펙트럼 반전은 관련이 없는 것으로서 단순히 무시될 수 있다. 일예로, 진폭 변조(AM)에 대해서, 스펙트럼 반전은 아무런 효과가 없다.

신호 반전이 요구되는 본 발명의 대안적인 실시예에서는, 스펙트럼 반전기(110)는 점선(116)으로 표시된 바와 같이 나이키스트 폴딩 주파수 변조기(102)로부터 배제될 수 있다.

도 2는 본 발명의 나이키스트 폴딩 주파수 변조를 수행하는 방법의 z-평면도(200)를 나타낸다. RF 반송파 변조 신호는 복소 반송파(208)로 컨벌브된(convolved) 기저대역 신호(206)의 실수부로 표시되어 있다. 이러한 처리는 참조 번호 202로 표시되어 있다. 폴딩 주파수 변조 기술은 주파수 도메인에서 샘플링된 데이터가 선형적으로는 주기적이라는 사실을 이용한다. 주기적인 주파수 중 가장 높은 주파수는 나이키스트 폴딩 주파수{샘플링 속도(f_s)의 절반임}로 지칭된다. z-평면도에서, 단위 원의 원주를 따라 있는 각각의 점은 다른 복소 반송파{

}에 대응하는데, 여기서 π는 나이키스트 폴딩 주파수에 대응하는 표준화된 라디안 주파수이다.

이러한 반송파 중 하나는 그것이 실수인 ε^j·π·n=Cos(π·n)이라는 점에서 특이하다. 연속적인 시간 비한정 주파수 도메인(continuous time unbounded frequency domain)에서는 어떠한 대응하는 복소 반송파도 없다. 이러한 특정 반송파가 샘플 속도 변환(시간 스케일 변경)과 조합될 때, 재변조가 종래 기술분야의 다양한 방법의 수반되는 가외의 처리 없이 수행될 수 있다. 각각의 3D 그래프는 신호의 z-평면 주파수 도메인을 도해한다. 비록 다중 반복이 일부 응용에서 유리하게 사용될 수 있지만, 재변조의 한 스테이지만이 도 2에 도해되어 있다. 도 2에서 확인가능한 세 개의 평면(214, 218 및 220)(명확성을 위해서, 평면들은 기저대역 신호(206)의 표현에 대해서 단지 라벨 지정되어 있다)은 다음과 같다:

1) 바닥 평면(214)은 원주 상에 있는 각각의 점이 상이한 복소 주파수를 나타내는 단위 원(216)을 나타낸다.

2) 우측 평면(218)은 바닥 평면(214)과 교차하며, 바닥 평면(214)에 수직할 뿐만 아니라 주파수=0에 대응하는 단위 원(216) 상의 점에서 접한다.

3) 좌측 평면(220)은 바닥 평면(214)과 교차하며,

인 주파수에 대응하는 단위 원(220)의 점,

에 접하는데, 여기서 f_s는 변조 신호의 샘플링 속도이다.

정해진 주파수에서 주파수 응답의 크기는 각각의 3-차원 그래프에서 단위 원 위로의 높이에 의해 주어진다. 주기적인 주파수 도메인에서의 컨벌루션(convolution)은 선형의 비한정 샘플링 시간 도메인에서의 곱셈에 대응하고, 따라서, 도 2의 방법은 다음과 같이 진행한다.

변조된 신호는 일반적으로 f₀의 복소 반송파 주파수를 갖는 제로 주파수 반송파(208)와 복소 기저대역 신호(206)의 시간 도메인 곱(product)의 실수 부분으로 생성된다. 이러한 신호의 실수 부분은 그래프(204)로 표시되어 있다. 단계(210)에서, 신호(204)는 미리 정해진 샘플 속도로 재샘플링되고, f₁인 주파수에서 반송파를 가진 RF 반송파 변조 신호를 산출하는 샘플 속도(f_s)에서 반복 시퀀스(1, -1, 1, -1,...)에 의해 변조된다. 제 2 변조의 부작용(side effect)은 사인 성분이 이러한 동작에 의해서 반전된다는 점이다. 이러한 반전은 위에서 설명된 바와 같이 반대로 될 수 있다. 디지털 RF의 출력 주파수는 그래프(212)에 도시된 바와 같이 반송파(f₀)와 샘플링 속도(f_s)의 절반의 차이 주파수(f₁)이다.

비록 앞서 말한 것은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예가 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않는 한 안출될 수 있고, 본 발명의 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위해서 간단한 디지털 처리를 제공한다.

Claims

삭제
신호를 재변조하기 위한 방법으로서,

제 1 주파수의 중심 주파수를 갖고 제 2 주파수로 시간 샘플링된 RF 반송파 변조 신호를, 중심 주파수가 제 3 주파수인 재변조된 RF 반송파 변조 신호를 생성하기 위해서, 상기 제 2 주파수의 샘플 속도를 갖는 {1, -1, 1, -1, ...}의 반복 샘플 시퀀스를 사용하여 변조하는 단계를 포함하며,

상기 제 2 주파수가 상기 제 1 주파수의 4배인 경우에만, 상기 제 3 주파수는 상기 제 1 주파수와 동일하게 되는 것을 특징으로 하는, 신호를 재변조하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 변조 단계에 앞서서 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 재샘플링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호를 재변조하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 재변조된 RF 반송파 변조 신호의 사인 성분(sine component)을 반전시키는 단계를 더 포함하는, 신호를 재변조하기 위한 방법.
삭제
RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법으로서,

제 1 주파수의 반송파 주파수를 갖는 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 형성하기 위해서 아날로그 RF 반송파 변조 신호를 샘플링하는 단계와;

재변조된 RF 반송파 변조 신호를 생성하기 위해서 제 2 주파수의 샘플 속도를 갖는 {1, -1, 1, -1, ...}의 반복 시퀀스를 사용하여 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 변조하는 단계와;

상기 재변조된 RF 반송파 변조 신호의 사인 성분을 반전시키는 단계

를 포함하며,

상기 재변조된 RF 반송파 변조 신호는 상기 제 1 주파수에서부터 상기 제 2 주파수의 절반값을 뺀 것과 동일한 반송파 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는, RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 샘플링은 아날로그-디지털 변환기에 의해 수행되는, RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법.
삭제
RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법으로서,

제 1 주파수의 반송파 주파수를 갖는 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 형성하기 위해서 디지털 RF 반송파 변조 신호를 재샘플링하는 단계와;

재변조된 RF 반송파 변조 신호를 생성하기 위해서 제 2 주파수의 샘플 속도를 갖는 {1, -1, 1, -1, ...}의 반복 시퀀스를 사용하여 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 변조하는 단계와;

상기 재변조된 RF 반송파 변조 신호의 사인 성분을 반전시키는 단계

를 포함하며,

상기 재변조된 RF 반송파 변조 신호는 상기 제 1 주파수에서부터 상기 제 2 주파수의 절반값을 뺀 것과 동일한 반송파 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는, RF 반송파 변조 신호를 재변조하기 위한 방법.
삭제
신호를 재변조하기 위한 장치로서,

제 2 주파수의 샘플 속도를 갖는 {1, -1, 1, -1, ...}의 반복적인 디지털 시퀀스를 제공하는 변조 신호 소스(112)와;

반송파가 제 3 주파수인 재변조된 RF 반송파 변조 신호를 생성하기 위해서, 상기 디지털 시퀀스를 사용하여 제 1 주파수의 중심 주파수를 갖는 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 샘플링하기 위한 디지털 변조기(108)

를 포함하며,

상기 제 2 주파수가 상기 제 1 주파수의 4 배인 경우에만, 상기 제 3 주파수는 상기 제 1 주파수와 동일하게 되는 것을 특징으로 하는, 신호를 재변조하기 위한 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 디지털 변조기 앞에서 상기 디지털화된 RF 반송파 변조 신호를 재샘플링하기 위한 재샘플러(106)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호를 재변조하기 위한 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 재변조된 RF 반송파 변조 신호의 사인 성분을 반전시키기 위한 스펙트럼 반전기(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호를 재변조하기 위한 장치.