KR101054215B1 - 위상 변조기 및 환경 변화에 따른 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법 - Google Patents

위상 변조기 및 환경 변화에 따른 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르는 위상 변조기는 위상 변조 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(VCO), 상기 전압 제어 발진기를 통해 제1 위상 변조 신호를 피드백받는 믹서(Mixer), 및 상기 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하여, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어하는 기저대역 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
폴라 송신기, 위상 변조, 전압 제어 발진기, PLL

Description

위상 변조기 및 환경 변화에 따른 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법{Method for modulating phase of compensated performance change according to environment change and Phase modulation}
본 발명은 전압 제어 발진기를 통해 피드백되는 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하여, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어함으로써, 위상 변조기의 환경 변화에 따른 성능 변화를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-001-01, 과제명: 이동통신 무선접속방식의 환경 적응형 자율제어 기술 연구].
멀티밴드(multi-band) 및 멀티모드(multi-mode)를 지원하는 송수신기는 주파수 자원의 제약을 효과적으로 해결할 수 있는 방법중의 하나이다. 멀티밴드 및 멀티모드 송수신기를 구현하기 위한 송신기의 구조로 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 것이 폴라 변조기(Polar Modulator)를 이용한 송신기이다.
폴라 변조기는 크기변조(amplitude modulation)와 위상변조(phase modulation)로 구성되며, 오픈 루프(open loop) 형태로 구성되어 있다. 따라서, 폴라 변조기는 외부 환경의 변화 또는 aging 등에 의해서 시스템 성능이 변화하더라도 성능의 변화를 알 수 없다는 단점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 폴라 변조기를 이용한 송신기의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 폴라 변조기를 이용한 송신기는 RF와 베이스밴드가 직접 연동되며, 선형이고, 구조가 간단하다는 장점 때문에, 최근에는 멀티밴드 및 멀티모드를 구현하기 적합한 구조로 많은 연구개발이 진행되고 있다. 이러한, 송신기의 증폭기로 입력되는 위상 변조된 신호는 등포락선을 갖는 신호이기 때문에, 증폭기로 비선형증폭기를 이용할 수 있으며, 효율이 좋은 송신기의 구현이 가능하다. 즉, 도 1에서는 위상 변조 방법으로 변조 신호를 미분한 다음 주파수 변조하는 암스트롱의 간섭 위상 변조 방법을 이용하고 있다.
도 2는 종래기술에 따른 위상 변조기의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 위상 변조기는 베이스밴드 변조 신호를 미분기와, 디지털 주파수 합성기(Direct Digital Frequency Synthesizer)로 입력하여, 미분기로부터 출력되는 신호가 DA 변환기, 필터를 거쳐 Adder로 입력되고, 디지털 주파수 합성기로부터 출력되는 신호는 비교기, 루프필터를 거쳐 Adder로 입력되어, 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)로 인가되게 된다.
도 3은 종래기술에 따른 전압 제어 발진기의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 전압 제어 발진기는 바렉터(varactor)로 구성된 공진부와 부성저항을 갖는 능동회로로 구성된다. 전압 제어 발진기의 출력 주파수는 제어전압에 따라 바랙터의 캐패시턴스 값의 변화에 의해서 가변된다.
도 3의 전압 제어 발전기를 사용한 도 2의 위상 변조기는 변조 신호를 미분한 다음, 전압 제어 발진기를 구동하기 때문에, 전형적인 간접 위상 변조 방법임을 알 수 있다. 그러나, 위상 변조기의 전압 제어 발진기 또는 Adder의 특성이 변화하는 경우, 변조 신호에 따라서 원하는 위상 변조가 되지 않을 수도 있음을 알 수 있다. 또한, 변조 신호에 의해서 원하는 위상 변조가 되었는지 확인할 수도 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전압 제어 발진기를 통해 피드백되는 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하여, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어함으로써, 외부 환경이나 aging 등에 의해 변경되는 위상 변조기의 위상 변조값을 교정할 수 있는 위상 변조기 및 환경 변화에 따른 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 설정된 위상정보에 따라 변조된 제1 위상 변조 신호를, 기준 위상 변호 신호와 비교하여, 상기 제1 위상 변조 신호가 원하는 위상 변조값을 가지는지 여부를 확인함으로써, 위상 변조기의 위상정보를 제어할 수 있는 위상 변조기 및 환경 변화에 따른 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변조기는 위상 변조 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(VCO), 상기 전압 제어 발진기를 통해 제1 위상 변조 신호를 피드백받는 믹서(Mixer), 및 상기 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하여, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어하는 기저대역 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법은, 전압 제어 발진기에서 위상 변조 신호를 생성하는 단계, 믹서에서 상기 전압 제어 발진기를 통해 제1 위상 변조 신호를 피드백받는 단계, 상기 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하는 단계, 및 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전압 제어 발진기를 통해 피드백되는 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하여, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어함으로써, 외부 환경이나 aging 등에 의해 변경되는 위상 변조기의 위상 변조값을 교정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 설정된 위상정보에 따라 변조된 제1 위상 변조 신호를, 기준 위상 변호 신호와 비교하여, 상기 제1 위상 변조 신호가 원하는 위상 변조값을 가지는지 여부를 확인함으로써, 위상 변조기의 위상정보를 제어할 수 있다.
이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 제어 발진기의 구조를 도시한 도면 이다.
도시한 바와 같이, 전압 제어 발진기는 제어전압 인가단자 및 위상정보 입력단자를 구비하고, 바렉터(varactor)로 구성된 공진부와 부성저항을 갖는 능동회로로 구성될 수 있다. 즉, 상기 전압 제어 발진기는 상기 제어전압 인가단자를 통해 입력되는 제어전압을 조정하여 원하는 주파수를 갖는 신호를 생성할 수 있다.
도 4의 전압 제어 발진기는 공진부의 바랙터의 캐패시턴스를, PLL(Phase Locked Loop)를 구성하는 제어전압과 상기 위상정보 입력단자에 입력되는 위상전압의 차에 따라 가변시킬 수 있다. 따라서, 도 4와 같이 구성되는 전압 제어 발진기를 위상 변조기에 적용한다면, Adder를 사용하지 않고 위상 변조기를 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 VCO를 이용한 위상 변조기의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, VCO를 이용한 위상 변조기(500)는 위상정보를 DA 변환기(510), 저역 통과 필터(520)을 통해 전압 제어 발진기(550)로 입력하고, 채널정보를 비교기(530), 루프필터(540)를 통해 전압 제어 발진기(550)로 입력하여 위상 변조할 수 있다. 이때, 도 4의 전압 제어 발진기를 이용한 위상 변조기(500)는 Adder 없이 저역 통과 필터(520), 루프필터(540)로부터 출력되는 신호를 전압 제어 발진기(550)로 입력할 수 있다.
그러나, 도 5의 VCO를 이용한 위상 변조기(500)는 종래의 위상 변조기 구성을 간단하게 하였을 뿐, 변조신호에 따라 정확하게 위상 변조가 되었는지 확인할 수 없고, 환경 변화에 따라 위상 변조값이 변화되었는지 알 수 없다.
이하, 도 6의 위상 변조기는 도5의 문제점을 해결하였다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 VCO를 이용한 위상 변조기의 구조를 도시한 도면이다.
VCO를 이용한 위상 변조기(600)는 위상정보를 인가한 DA 변환기, 저역 통과 필터(LPF)를 거쳐 전압 제어 발진기(VCO, 610)로 신호가 인가되고, 채널정보를 인가한 디지털 주파수 합성기(Direct Digital Frequency Synthesizer), 비교기(Phase Detector), 루프필터(Loop Filter)를 통해 전압 제어 발진기(610)로 신호가 인가됨을 알 수 있다.
전압 제어 발진기(610)는 상기 인가된 신호를, 제어전압 인가단자 및 위상정보 입력단자를 통해 입력되는 제어전압, 위상전압에 따라 원하는 주파수를 갖는 제1 위상 변조 신호를 생성할 수 있다. 상기 생성된 제1 위상 변조 신호는 믹서(Mixer, 620)의 LO와 RF 단자에 인가될 수 있다.
믹서(620)는 상기 제1 위상 변조 신호를 인가받고, 상기 인가된 제1 위상 변조 신호는 저역 통과 필터(LPF: Low-Pass Filter, 630), AD 변환기(640)를 거쳐 기저대역 신호처리부(650)로 입력되게 된다.
기저대역 신호처리부(650)는 상기 제1 위상 변조 신호와 기준 위상 변조 신호를 비교하여, 위상 변조기(600)에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상정보를 제어할 수 있다.
즉, 상기 기준 위상 변조 신호는 상기 제1 위상 변조 신호의 변조 시점보다 이전 변조 시점에 위상 변조된 신호이며, 상기 제2 위상 변조 신호는 상기 제1 위상 변조 신호를 변조한 이후에 생성되는 신호일 수 있다.
저역 통과 필터(630)는 믹서(620)로부터 출력되는 제1 위상 변조 신호를 저역 통과시키며, 상기 저역 통과된 제1 위상 변조 신호는 AD 변환기(640)를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다. 상기 저역 통과된 제1 위상 변조 신호의 위상정보는 상기 피드백된 상기 제1 위상 변조 신호의 위상정보보다 2배인 것을 특징으로 한다.
기저대역 신호처리부(650)는 상기 변환된 디지털 신호와, 상기 기준 위상 변조 신호를 비교함으로써, 환경 변화에 따른 위상 변조기(600)의 성능 변화를 보상할 수 있다.
종래의 위상 변조기는 주위 환경 변화에 따라 위상 변조값과 성능이 변화되어 항상 동일한 위상 변조값을 갖는 위상 변조 신호를 생성할 수 없다는 문제점이 있었다(도 2 참조).
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 위상 변조기(600)는 상기 제1 위상 변조 신호가 선정된 위상 변조값을 가지는지, 만약, 환경에 따라 위상 변조값이 변경되어 상기 제1 위상 변조 신호가 선정된 위상 변조값을 가지지 않는 경우, 위상정보를 변화시켜 선정된 위상 변조값을 가지는 제2 위상 변조 신호를 생성해낼 수 있도록 한다.
이를 위해, 기저대역 신호처리부(650)는 전압 제어 발진기(610)로부터 생성되는 제1 위상 변조 신호를, 믹서(620), 저역 통과 필터(630), AD 변환기(640)을 거쳐 변환된 디지털 신호의 위상 변조값이 선정된 위상 변조값을 가지는지 확인할 수 있다. 만약, 상기 디지털 신호의 위상 변조값이 선정된 위상 변조값을 가지는 경우, 기저대역 신호처리부(650)는 위상정보를 현 상태로 유지하고, 상기 디지털 신호의 위상 변조값이 선정된 위상 변조값을 가지지 않는 경우, 위상 변조기(600)의 위상정보를 변경시킬 수 있다.
실시예로, 기저대역 신호처리부(650)는 상기 디지털 신호의 위상 변조값과 상기 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값을 비교하여, 위상 변조값이 차이가 나는 경우, 그 차이값에 기초하여 위상 변조기(600)의 위상정보를 변경시킬 수 있다. 이후, 상기 제2 위상 변조 신호는 선정된 위상 변조값을 가진, 즉, 올바른 위상 변조값을 가진 위상 변조 신호로서 생성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로 그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 폴라 변조기를 이용한 송신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 위상 변조기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 종래기술에 따른 전압 제어 발진기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 제어 발진기의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 VCO를 이용한 위상 변조기의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 VCO를 이용한 위상 변조기의 구조를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
600: 위상 변조기
610: 전압 제어 발진기
620: 믹서
630: 저역 통과 필터
640: AD 변환기
650: 기저대역 신호처리부

Claims (10)

  1. 제1 위상 변조 신호를 생성하는 전압 제어 발진기;
    상기 제1 위상 변조 신호를 피드백받는 믹서(Mixer); 및
    상기 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값과 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값을 비교하여, 상기 비교 결과에 따라, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상 변조값을 제어하는 기저대역 신호처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 믹서로부터 출력되는 제1 위상 변조 신호를 저역 통과시키는 저역 통과 필터(LPF: Low-Pass Filter)
    더 포함하고,
    상기 기저대역 신호처리부는,
    상기 저역 통과된 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값과 상기 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값을 비교하는 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저역 통과된 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값은,
    피드백된 상기 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값의 2배인 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 제어 발진기는,
    제어전압 인가단자 및 위상정보 입력단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 제어 발진기(VCO)는,
    바랙터(Varactor)의 캐패시턴스를, PLL(Phase Locked Loop)을 구성하는 상기 제어전압 인가단자에 인가되는 제어전압과, 상기 위상정보 입력단자에 인가되는 위상전압의 차에 따라 가변하는 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기저대역 신호처리부는,
    상기 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값이 상기 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값과 동일하지 않는 경우, 상기 전압 제어 발진기를 제어하여, 상기 제2 위상 변조 신호의 위상 변조값이 선정된 위상 변조값을 가지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 믹서로부터 출력되는 제1 위상 변조 신호를 저역 통과시키는 저역 통과 필터; 및
    상기 저역 통과된 제1 위상 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환기
    를 더 포함하고,
    상기 기저대역 신호처리부는,
    상기 디지털 신호의 위상 변조값과 상기 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값을 비교하는 것을 특징으로 하는 위상 변조기.
  8. 전압 제어 발진기에서 제1 위상 변조 신호를 생성하는 단계;
    믹서에서 상기 생성된 제1 위상 변조 신호를 피드백받는 단계;
    상기 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값과 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라, 상기 전압 제어 발진기에서 상기 제1 위상 변조 신호 이후 생성하는 제2 위상 변조 신호의 위상 변조값을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전압 제어 발진기에 구비된 바랙터의 캐패시턴스를, PLL을 구성하는 제어전압 인가단자에 인가되는 제어전압과, 상기 위상정보 입력단자에 인가되는 위상전압의 차에 따라 가변하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상 변조 신호의 위상 변조값이 상기 기준 위상 변조 신호의 위상 변조값과 동일하지 않는 경우, 상기 전압 제어 발진기를 제어하여, 상기 제2 위상 변조 신호의 위상 변조값이 선정된 위상 변조값을 가지도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 변화를 보상하는 위상 변조 방법.
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