KR101380248B1 - Apparatus and method for digital phase-shift using mixed hilbert and square-root method - Google Patents

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KR101380248B1 KR1020130050137A KR20130050137A KR101380248B1 KR 101380248 B1 KR101380248 B1 KR 101380248B1 KR 1020130050137 A KR1020130050137 A KR 1020130050137A KR 20130050137 A KR20130050137 A KR 20130050137A KR 101380248 B1 KR101380248 B1 KR 101380248B1
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정봉식
강재현
정재훈
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동아대학교 산학협력단
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a device and a method for digital phase shift mixing a Hilbert method and a square root method for digital input signals operating in a wide frequency range. The device and the method for digital phase shift shifts the phase of an input signal to 90 degrees by an algorithm mixing a Hilbert conversion method and a square root method as a digital 90 degree phase shift algorithm regardless of a sinusoidal wave and a non-sinusoidal wave; and shifts the input signal to 90 degrees without discrete time by applying the square root method even though the input signal having only a basic frequency component or a relatively large basic frequency component than a high order frequency component is converted into random frequency in a wide frequency range. [Reference numerals] (300) 90 degrees phase shifter; (310) Hilbert conversion unit; (320) Square root conversion unit; (400) Digital phase shifter; (AA) Sampling process unit; (BB) High order component comparison unit

Description

힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치 및 방법{Apparatus and method for digital phase-shift using mixed Hilbert and square-root method}Apparatus and method for digital phase-shift using mixed Hilbert and square-root method}

본 발명은 넓은 주파수 범위에서 동작하는 디지털 위상천이 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 넓은 주파수 범위에서 입력주파수가 가변되는 디지털 입력신호의 위상을 천이시키는 디지털 위상천이 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a digital phase shifting device and method that operates in a wide frequency range, and more particularly, to a digital phase shifting device and method for shifting the phase of a digital input signal whose input frequency is variable in a wide frequency range.

최근 이동통신과 위성통신에서는 소형화, 빠른 처리속도, 높은 이득을 요구함에 따라 수신신호를 실시간으로 추적할 수 있는 스마트 안테나에 대한 요구가 증가하고 있다. 이때, 스마트 안테나는 여러 개의 배열 안테나를 통해 수신된 신호로부터 방향 벡터를 추정하여 안테나의 복사패턴을 실시간으로 가변시켜 간섭효과를 최소화함으로써 통신품질과 시스템 채널 용량을 높이는 시스템이다. 특히, 디지털 스마트 안테나는 아날로그 스마트 안테나에 비해 부피가 작으며 더 빠른 처리가 가능하다.Recently, as the mobile communication and satellite communication require miniaturization, fast processing speed, and high gain, there is an increasing demand for a smart antenna capable of tracking a received signal in real time. At this time, the smart antenna is a system that increases the communication quality and system channel capacity by minimizing the interference effect by estimating the direction vector from the signals received through multiple array antennas in real time. In particular, digital smart antennas are smaller in volume and allow faster processing than analog smart antennas.

이러한 디지털 스마트 안테나는 넓은 주파수 범위의 신호를 처리할 수 있는 디지털 빔 형성기를 필요로 하는데, 이때, 디지털 빔 형성기는 ADC(Analog-Digital Converter)를 이용한 디지털 위상천이 장치와 전력 분배 장치로 구성된다. 즉, 디지털 위상천이 장치의 성능에 따라 디지털 빔 형성기의 주파수 범위와 천이위상 범위를 결정하게 된다.Such a digital smart antenna requires a digital beamformer capable of processing signals in a wide frequency range. In this case, the digital beamformer includes a digital phase shifter and a power distribution device using an analog-digital converter (ADC). That is, the frequency range and the transition phase range of the digital beam former are determined according to the performance of the digital phase shifter.

또한 디지털 위상천이 방법 중에는 힐버트 변환(Hilbert transform) 방식이 있다. 힐버트 변환방식은 입력신호의 모든 주파수 성분을 동시에 90도 위상천이 시켜준다는 장점이 있는 반면, 입력신호에 대한 많은 샘플링 포인트를 가져야 하며 변환 시점과 종점에서 오차가 발생하는 단점이 있다.In addition, one of the digital phase shift methods is the Hilbert transform method. The Hilbert transform method has the advantage of simultaneously shifting all the frequency components of the input signal by 90 degrees. However, the Hilbert transform method has a large number of sampling points for the input signal and an error occurs at the conversion point and the end point.

그리고 기존의 90도 위상천이 방식에는 힐버튼 변환(Hilbert transform) 방식뿐만 아니라, 길이가 1/4 파장 차이가 나는 2개의 전송선로 혹은 90도 하이브리드를 이용하거나, 제곱근 함수를 이용하여 입력신호의 위상을 90도 천이시키는 방식이 있다. 이처럼 길이가 다른 전송선로를 이용하면 전송선로의 전기적인 길이차가 입력신호의 동작파장의 1/4이 될 때 두 전송선로의 출력단으로 나오는 두 신호의 위상차는 90도가 된다. In addition to the Hilbert transform method, the conventional 90 degree phase shift method uses two transmission lines or a 90 degree hybrid with a quarter-wave length difference or a phase of the input signal using a square root function. There is a way to shift by 90 degrees. In this case, when the transmission lines of different lengths are used, when the electrical length difference of the transmission lines becomes 1/4 of the operating wavelength of the input signal, the phase difference between the two signals coming out of the output ends of the two transmission lines becomes 90 degrees.

이 방식은 입력신호의 동작파장이 일정하다면 두 신호가 90도의 위상차를 유지하지만, 동작파장이 가변되면 전송선로의 전기적인 길이가 변하게 되어 90도의 위상차를 유지하지 못한다. 그러므로 이 방식은 입력신호의 동작파장이 일정할 때, 즉 입력주파수가 일정할 때 사용하는 방법이다.In this method, if the operating wavelength of the input signal is constant, the two signals maintain the phase difference of 90 degrees, but if the operating wavelength is variable, the electrical length of the transmission line is changed, and thus the phase difference of 90 degrees cannot be maintained. Therefore, this method is used when the operating wavelength of the input signal is constant, that is, when the input frequency is constant.

90도 하이브리드는 4단자 회로망으로 단자 1로 신호가 입력되면 단자 2와 3으로 출력되는 두 신호는 90도의 위상차를 갖는다. 이 방식도 동작파장의 변화가 작은 경우에만 90도 위상천이 장치로 동작하기 때문에 넓은 주파수 범위에서 입력주파수가 가변되는 경우에는 위상천이 오차가 크게 생긴다.A 90-degree hybrid is a four-terminal network. When a signal is input to terminal 1, the two signals output to terminals 2 and 3 have a phase difference of 90 degrees. This method also operates as a 90-degree phase shifter only when the change in operating wavelength is small, resulting in a large phase shift error when the input frequency varies over a wide frequency range.

한편, 힐버트 변환 방식과 제곱근 방식은 샘플링 된 입력신호를 90도 위상천이 시킬 수 있는 방식이다. 힐버트 방식은 힐버트 변환을 이용하며 입력신호에 포함되어 있는 모든 주파수 성분의 위상을 90도 천이시키는 방식으로 입력주파수가 변하더라도 항상 90도 위상천이가 가능하다. 힐버트 변환은 FFT 변환과 IFFT 변환을 순차적으로 수행하는 것으로 대체된다.On the other hand, the Hilbert transform method and the square root method are methods that can phase shift the sampled input signal by 90 degrees. The Hilbert method uses a Hilbert transform and shifts the phase of all frequency components included in the input signal by 90 degrees. Therefore, even if the input frequency changes, the phase shift is always possible. The Hilbert transform is replaced by performing the FFT transform and the IFFT transform sequentially.

FFT 변환은 FFT 포인트 수만큼의 샘플링 포인트를 이용하여 계산되므로 FFT 포인트 수와 샘플링 간격의 곱에 해당하는 시간만큼의 출력파형의 불연속이 존재하며, 위상천이 오차를 줄이기 위해서는 충분한 포인트를 사용해야 한다. 제곱근 방식은 3개의 샘플링 포인트만으로 90도 위상천이가 가능하므로 힐버트 방식에 비해 알고리즘이 단순하고 시간적인 불연속을 크게 줄일 수 있다. 그러나 이 방식은 입력신호가 정현파 형태가 되어야 하고, 또한 정현파 입력신호의 진폭을 모르면 위상천이 결과에 오차가 많이 포함되는 문제점이 있다.Since the FFT transform is calculated using the number of sampling points as many as the number of FFT points, there is a discontinuity of the output waveform corresponding to the product of the number of FFT points and the sampling interval, and sufficient points must be used to reduce the phase shift error. Since the square root method allows 90-degree phase shifts using only three sampling points, the algorithm is simpler and the temporal discontinuity is greatly reduced compared to the Hilbert method. However, this method has a problem that the input signal must be in the form of a sinusoidal wave, and the phase shift results include a large amount of errors if the amplitude of the sinusoidal input signal is not known.

본 발명의 목적은 넓은 주파수 범위에서 동작하는 디지털 입력신호에 대해서 힐버트 방식과 제곱근 방식을 혼합한 디지털 위상천이 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a digital phase shifting device and method in which a Hilbert method and a square root method are mixed for a digital input signal operating in a wide frequency range.

본 발명의 다른 목적은 넓은 주파수 범위에서 입력주파수가 가변되는 디지털 입력신호에 대해서 힐버트 방식과 제곱근 방식을 혼합하여 효율적인 위상천이가 가능하도록 디지털 위상천이 방법을 개선하기 위한 위상천이 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a phase shifting device and method for improving a digital phase shifting method to enable efficient phase shifting by mixing the Hilbert method and the square root method for a digital input signal whose input frequency varies in a wide frequency range. The purpose is.

본 발명의 또 다른 목적은 디지털 입력신호와 디지털 90도 위상천이 장치의 출력신호는 디지털 위상천이 장치를 통해 임의의 위상각으로 위상천이 되며, 또한 디지털 90도 위상천이 장치와 디지털 위상천이 장치로 구성된 디지털 모든 형성기를 통해 이웃하는 2개 이상의 출력단자 사이에 일정한 위상차를 갖는 출력단자 수만큼의 모드신호를 출력할 수 있는 위상천이 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is still another object of the present invention that the digital input signal and the output signal of the digital 90 degree phase shift device are phase shifted at an arbitrary phase angle through the digital phase shift device, and also composed of the digital 90 degree phase shift device and the digital phase shift device. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a phase shifting device and method capable of outputting a mode signal equal to the number of output terminals having a constant phase difference between two or more neighboring output terminals through all digital formers.

본 발명의 또 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Still other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치의 특징은 입력신호를 샘플링하는 샘플링 처리부와, 상기 샘플링 처리된 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분 중 고차성분을 검색하는 고차성분 비교부와, 상기 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 기반으로 힐버트 방식 및 제곱근 방식 중 어느 하나를 이용하여 실수부인 입력신호(I 신호) 및 허수부인 90도 위상천이 신호(Q 신호)를 각각 산출하는 90도 위상천이부와, 상기 산출된 I 신호 및 Q 신호를 이용하여 입력신호의 위상을 미리 설정된 위상만큼 위상천이시켜 안테나의 입력포트에 인가하는 디지털 위상천이부를 포함하여 구성되는데 있다.A feature of the digital phase shift device using the Hilbert and square root mixing method according to the present invention for achieving the above object is a sampling processing unit for sampling the input signal, and the fast Fourier transform (Sample) processing the sampled sampling value (Fast Fourier Transform: A higher order component comparator for searching for higher order components among the fundamental frequency components in the spectrum of the signal calculated by FFT, and a real part using either the Hilbert method or the square root method based on the magnitudes of the found higher order components and the fundamental frequency components. The phase of the input signal is phased by a predetermined phase using a 90 degree phase shifter for calculating an input signal (I signal) and an imaginary 90 degree phase shift signal (Q signal), respectively, and the calculated I and Q signals. It is configured to include a digital phase shifter to apply a transition to the input port of the antenna.

바람직하게 상기 90도 위상천이부는 고차성분 비교부에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하여 기본주파수 성분이외에 고차성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가지면 힐버트 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 힐버트 변환부와, 고차성분 비교부에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하여 기본주파수 성분에 비해 상대적으로 매우 작은 값을 가지거나 기본주파수 성분만 존재하면 제곱근 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 제곱근 변환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the 90-degree phase shifter compares the magnitudes of the higher order components and the fundamental frequency components searched by the higher-order component comparator, and if there are many higher-order components other than the fundamental frequency components or have higher values of the higher-order components, the input signal is a real part through the Hilbert method. The Hilbert transform unit that calculates the I and the imaginary 90 degree phase shift signal Q, and compares the magnitudes of the higher order components and the fundamental frequency components searched by the higher order component comparator with relatively smaller values or fundamental frequencies If only the component is present, it characterized in that it comprises a square root conversion unit for calculating the input signal I as a real part and the 90-degree phase shift signal Q is an imaginary part through the square root method.

바람직하게 상기 힐버트 변환부는 입력신호의 푸리에 변환식 X(f)와 1+SGN(f)을 역변환 하는 것으로 역변환 결과에서 실수부는 입력신호(I)에 해당하고 허수부는 90도 위상천이 신호(Q)에 해당하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the Hilbert transform unit inversely transforms the Fourier transform equations X (f) and 1 + SGN (f) of the input signal. The real part corresponds to the input signal I and the imaginary part corresponds to a 90 degree phase shift signal Q. It is characterized by the corresponding.

바람직하게 상기 제곱근 변환부는 입력신호의 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분의 크기(진폭)를 산출하는 진폭 산출부와, 상기 산출된 입력신호의 진폭을 기반으로 입력신호의 샘플링 값을 제곱근 연산하여 제곱근 신호를 산출하는 제곱근 신호 산출부와, 상기 산출된 제곱근 신호에서 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 90도 위상천이 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the square root transform unit includes an amplitude calculating unit calculating a magnitude (amplitude) of fundamental frequency components in a spectrum of a signal calculated by fast Fourier transform (FFT) of a sampling value of an input signal, and the calculated input signal. Square root signal calculation unit for calculating the square root signal by calculating the square root of the sampling value of the input signal based on the amplitude of the; Characterized in that it comprises a phase shift calculation unit.

바람직하게 상기 디지털 위상천이부는 90도 위상천이부에서 산출된 I 신호에 cos

Figure 112013039392183-pat00001
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00002
를 곱한 후 더하면
Figure 112013039392183-pat00003
만큼 위상천이된 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the digital phase shifter cos to the I signal calculated from the 90 degree phase shifter.
Figure 112013039392183-pat00001
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00002
Multiply by and add up
Figure 112013039392183-pat00003
It is characterized in that for outputting the phase shifted signal.

바람직하게 상기 디지털 위상천이부는 I 신호에 cos

Figure 112013039392183-pat00004
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00005
를 곱한 후 그 값을 서로 더하여 출력되는 위상천이된 신호가 서로 다른 2개 이상의 위상(
Figure 112013039392183-pat00006
1~
Figure 112013039392183-pat00007
4)별로 선택적으로 다수의 위상천이된 신호(A1~A4)가 출력될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the digital phase shifter cos to an I signal.
Figure 112013039392183-pat00004
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00005
Multiply by and add the values together to output two or more phases with different phase shifted signals (
Figure 112013039392183-pat00006
1 to
Figure 112013039392183-pat00007
4 ) it is characterized in that it is configured to output a plurality of phase shifted signals (A 1 ~ A 4 ) selectively for each.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 방법의 특징은 (A) 샘플링 처리된 입력신호의 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분 중 고차성분을 검색하는 단계와, (B) 상기 검색된 고차원성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하는 단계와, (C) 상기 비교결과, 기본주파수 성분이외에 고차성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가지면 힐버트 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 단계와, (D) 상기 비교결과, 기본주파수 성분에 비해 상대적으로 매우 작은 값을 가지거나 기본주파수 성분만 존재하면 제곱근 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 단계와, (E) 상기 생성된 I 신호에 cos

Figure 112013039392183-pat00008
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00009
를 곱한 후 더하여 미리 설정된 위상(
Figure 112013039392183-pat00010
)만큼 위상천이된 신호를 생성하여 위상천이된 신호를 안테나의 입력포트에 인가하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.The characteristics of the digital phase shift method using the Hilbert and square root mixing method according to the present invention for achieving the above object (A) is calculated by fast Fourier transform (FFT) the sampling value of the sampled input signal Searching for higher order components of the fundamental frequency components in the spectrum of the received signal; (B) comparing the magnitudes of the searched high-dimensional components and the fundamental frequency components; and (C) as a result of the comparison, higher order components other than the fundamental frequency components Calculating a real input part I and a imaginary part 90 degree phase shift signal Q by using the Hilbert method when there are many or higher order components, and (D) the comparison result, which is relatively small compared to the fundamental frequency component. If there is a value or only a fundamental frequency component, the square root method calculates the real input signal I and the imaginary 90-degree phase shift signal Q. And a step, (E) cos I signal to the generated
Figure 112013039392183-pat00008
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00009
Multiply by and add the preset phase (
Figure 112013039392183-pat00010
And generating a phase shifted signal by applying the phase shifted signal to an input port of the antenna.

바람직하게 상기 (C) 단계는 입력신호의 푸리에 변환식 X(f)와 1+SGN(f)을 역변환 하는 것으로 역변환 결과에서 실수부를 입력신호(I)로, 허수부를 90도 위상천이 신호(Q)로 정의하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the step (C), the Fourier transform equation X (f) and 1 + SGN (f) of the input signal are inversely transformed. The real part is the input signal I, and the imaginary part is a 90 degree phase shift signal Q. It is characterized by.

바람직하게 상기 (D) 단계는 기본주파수 성분의 크기(진폭)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 입력신호의 진폭을 기반으로 입력신호의 샘플링 값을 제곱근 연산하여 제곱근 신호를 산출하는 단계와, 상기 산출된 제곱근 신호에서 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (D) includes calculating a magnitude (amplitude) of the fundamental frequency component, calculating a square root signal by calculating a square root of a sampling value of the input signal based on the calculated amplitude of the input signal, and Calculating an input signal I as a real part and a 90 degree phase shift signal Q as an imaginary part in the calculated square root signal.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.Digital phase shifting apparatus and method using the Hilbert and square root mixing method according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, 힐버트 방식과 제곱근 방식을 혼합한 디지털 위상천이 방법을 적용함으로써 입력신호에 기본주파수만 있거나 고차성분이 존재하더라도 기본주파수 성분의 크기에 비해 작은 값을 가질 때에는 3개의 샘플링 포인트만으로도 위상천이가 가능하기 때문에 빠른 위상천이와 시간 불연속을 최소화한 출력파형을 얻을 수 있다.First, by applying the digital phase shifting method that combines the Hilbert method and the square root method, even if there is only a fundamental frequency or a higher order component in the input signal, the phase shift is possible with only three sampling points when it has a smaller value than the magnitude of the fundamental frequency component. Therefore, it is possible to obtain an output waveform which minimizes fast phase shift and time discontinuity.

둘째, 정현파와 비정현파 구분없이 입력신호의 90도 위상천이가 가능하며, 입력주파수를 모르더라도 위상천이가 가능하기 때문에 넓은 주파수 범위에서 입력주파수가 랜덤하게 가변되는 입력신호에 대해서도 위상천이를 가능하게 한다.Second, the phase shift of the input signal is possible 90 degrees without distinguishing the sinusoidal wave from the non-sinusoidal wave. Since the phase shift is possible even if the input frequency is not known, the phase shift is possible even for an input signal having a randomly variable input frequency over a wide frequency range. do.

셋째, 위상천이 장치를 칩형태로 제작할 수 있는 알고리즘이기 때문에 입력포트의 수가 증가하더라도 위상천이 장치를 사용하는 모드 형성기의 크기를 줄일 수 있다.Third, since the phase shifting device can be manufactured in a chip form, the size of the mode generator using the phase shifting device can be reduced even if the number of input ports is increased.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치의 구성을 나타낸 구성도
도 2 는 도 1의 힐버트 변환부의 구성을 상세히 나타낸 구성도
도 3 은 도 1은 제곱근 변환부의 구성을 상세히 나타낸 구성도
도 4 는 도 1의 디지털 위상천이부의 구성의 다른 실시예를 나타낸 구성도
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 6 은 도 1의 디지털 위상천이부의 출력파형을 나타낸 그래프1 is a block diagram showing the configuration of a digital phase shift device using a Hilbert and square root mixing method according to an embodiment of the present invention
FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the configuration of the Hilbert transform unit of FIG. 1. FIG.
3 is a configuration diagram showing in detail the configuration of the square root transform unit 1
4 is a block diagram showing another embodiment of the configuration of the digital phase shifter of FIG.
5 is a flowchart illustrating a digital phase shift method using a Hilbert and square root mixing scheme according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating an output waveform of the digital phase shifter of FIG.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of a digital phase shift device and method using a Hilbert and square root mixing scheme according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a digital phase shift device using a Hilbert and square root mixing method according to an embodiment of the present invention.

도 1과 같이, 위상천이 장치는 입력신호 Asin

Figure 112013039392183-pat00011
를 샘플링하는 샘플링 처리부(100)와, 상기 샘플링 처리부(10)에서 처리된 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분 중 고차성분을 검색하는 고차성분 비교부(200)와, 상기 고차성분 비교부(200)에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 기반으로 힐버트 방식 및 제곱근 방식 중 어느 하나를 이용하여 실수부인 입력신호(I 신호) 및 허수부인 90도 위상천이 신호(Q 신호)를 각각 산출하는 90도 위상천이부(300)와, 상기 90도 위상천이부(300)에서 산출된 I 신호 및 Q 신호에 이용하여 입력신호의 위상을 미리 설정된 위상만큼 위상천이시켜 안테나의 입력포트에 인가하는 디지털 위상천이부(400)를 포함한다. 이때, 상기 정현파 입력신호 Asin
Figure 112013039392183-pat00012
에서 A는 정현파 신호의 진폭이고, 상기
Figure 112013039392183-pat00013
는 ωt로서 각 주파수와 시간의 곱이다. As shown in FIG. 1, the phase shifting device uses the input signal Asin.
Figure 112013039392183-pat00011
A high order component for searching for a higher order component among fundamental frequency components in a spectrum of a signal calculated by fast Fourier transform (FFT) of a sampling processing unit 100 for sampling a signal and a sampling value processed by the sampling processor 10. The input unit (I signal), which is a real part, and an imaginary part, using any one of a Hilbert method and a square root method, based on the comparator 200 and the magnitudes of the higher order components and the fundamental frequency components retrieved by the higher order comparator 200. The phase of the input signal is preset by using the 90 degree phase shifter 300 for calculating the 90 degree phase shift signal (Q signal) and the I and Q signals calculated by the 90 degree phase shifter 300, respectively. And a digital phase shifter 400 for phase shifting the phase and applying the phase shift to the input port of the antenna. At this time, the sinusoidal input signal Asin
Figure 112013039392183-pat00012
Where A is the amplitude of the sinusoidal signal,
Figure 112013039392183-pat00013
Ωt is the product of each frequency and time.

한편, 상기 90도 위상천이부(300)는 고차성분 비교부(200)에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하여 기본주파수 성분이외에 고차성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가지면 힐버트 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 힐버트 변환부(310)와, 고차성분 비교부(200)에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하여 기본주파수 성분에 비해 상대적으로 매우 작은 값을 가지거나 기본주파수 성분만 존재하면 제곱근 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 제곱근 변환부(320)를 포함한다.On the other hand, the 90-degree phase shifter 300 compares the magnitudes of the higher order components and the fundamental frequency components searched by the higher order component comparator 200, and if there are many higher order components in addition to the fundamental frequency components or have higher values, Hilbert transform unit 310 for calculating the real part input signal I and the imaginary 90 degree phase shift signal Q through the method, and compares the magnitude of the higher order component and the fundamental frequency component retrieved by the higher order comparator 200 to the fundamental frequency. It includes a square root converter 320 that calculates a real-valued input signal I and a imaginary 90-degree phase shift signal Q by using a square root method when the element has a relatively small value or only a fundamental frequency component.

이처럼 상기 90도 위상천이부(300)는 입력신호의 90도 위상천이 신호(Q 신호)를 산출하기 위한 구성으로서, 입력신호의 위상을

Figure 112013039392183-pat00014
만큼 천이하면, 위상천이 신호는 Asin(
Figure 112013039392183-pat00015
+
Figure 112013039392183-pat00016
)이고, 다음 수학식 1과 같이 표현된다.As described above, the 90 degree phase shift unit 300 is a component for calculating a 90 degree phase shift signal (Q signal) of the input signal.
Figure 112013039392183-pat00014
By shifting the phase shift signal to Asin (
Figure 112013039392183-pat00015
+
Figure 112013039392183-pat00016
), And is expressed as in Equation 1 below.

Figure 112013039392183-pat00017
Figure 112013039392183-pat00017

상기 수학식 1에서 보는바와 같이, 입력신호 Asin

Figure 112013039392183-pat00018
를 위상천이하기 위해서는 입력신호와 위상차가 90도인 Asin
Figure 112013039392183-pat00019
를 알고 있어야 한다. 이때, 입력주파수가 일정한 경우에는 Asin
Figure 112013039392183-pat00020
를 알 수 있지만, 넓은 주파수 범위에서 입력주파수가 시간에 따라 변하는 경우에는 Asin
Figure 112013039392183-pat00021
를 알 수 없으므로 입력신호로부터 힐버트 방식 혹은 제곱근 방식 등의 방식을 이용하여 구해야 한다. 즉, 상기 고차성분 비교부(200)에서 검색된 입력신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분만 존재하거나 기본주파수 성분에 배해 고차성분이 상대적으로 매우 작은 값을 가질 때는 제곱근 방식을 적용하고, 기본주파수 성분이외에 고차원성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가질 때는 힐버트 방식을 적용하여 입력신호의 90 위상천이 신호를 산출한다.As shown in Equation 1, the input signal Asin
Figure 112013039392183-pat00018
To shift the phase, Asin is 90 degrees out of phase with the input signal.
Figure 112013039392183-pat00019
You should know At this time, if input frequency is constant, Asin
Figure 112013039392183-pat00020
However, if the input frequency changes over time over a wide frequency range, Asin
Figure 112013039392183-pat00021
Since is not known, it must be obtained from the input signal using a method such as the Hilbert method or the square root method. That is, when only the fundamental frequency component exists in the spectrum of the input signal searched by the higher-order component comparator 200 or when the higher-order component has a relatively small value based on the fundamental frequency component, the square root method is applied, and the high-order component other than the fundamental frequency component is applied. When many components exist or the higher order components have large values, the Hilbert method is applied to calculate a 90 phase shift signal of the input signal.

상기 힐버트 변환부(310)는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, FFT 변환부(311), IFFT 변환부(312), 부호 적응부(313)로 구성되며, 다음 수학식 2에서 나타내고 있는 것과 같이 입력신호의 푸리에 변환식 X(f)와 1+SGN(f)을 역변환 하는 것으로 역변환 결과에서 실수부는 입력신호(I)에 해당하고 허수부는 90도 위상천이 신호(Q)에 해당한다.As shown in FIG. 2, the Hilbert transform unit 310 includes an FFT transform unit 311, an IFFT transform unit 312, and a code adaptation unit 313, as shown in Equation 2 below. The Fourier transform equation X (f) and 1 + SGN (f) of the input signal are inversely transformed. The real part corresponds to the input signal I and the imaginary part corresponds to a 90 degree phase shift signal Q in the inverse transform result.

Figure 112013039392183-pat00022
Figure 112013039392183-pat00022

상기 제곱근 변환부(320)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 입력신호의 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 신호의 스펙트럼을 구한 후, 기본주파수 성분의 크기(진폭)를 산출하는 진폭 산출부(322)와, 상기 진폭 산출부(20)에서 산출된 입력신호의 진폭을 기반으로 입력신호의 샘플링 값을 제곱근 연산하여 제곱근 신호를 산출하는 제곱근 신호 산출부(323)와, 상기 제곱근 신호 산출부에서 산출된 제곱근 신호에서 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 90도 위상천이 산출부(324)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the square root transform unit 320 obtains a spectrum of a signal by performing fast Fourier transform (FFT) on a sampling value of an input signal, and then calculates a magnitude (amplitude) of a fundamental frequency component. An amplitude calculator 322 for calculating a square root signal calculator 323 for calculating a square root signal by calculating a square root of a sampling value of the input signal based on the amplitude of the input signal calculated by the amplitude calculator 20; The square root signal calculated by the square root signal calculation unit is composed of a 90-degree phase shift calculator 324 for calculating the input signal I as a real part and the 90-degree phase shift signal Q as an imaginary part.

즉, 상기 제곱근 변환부(320)는 입력신호의 i번째 샘플링 값을 제곱근 연산한 후 부호를 적용하면 수학식 3과 같이 i번째 90도 위상천이 신호를 얻게 된다.That is, the square root converter 320 obtains the i-th 90 degree phase shift signal as shown in Equation 3 when the square root operation is performed on the i-th sampling value of the input signal.

Figure 112013039392183-pat00023
Figure 112013039392183-pat00023

상기 si는 i 번째 Asin

Figure 112013039392183-pat00024
i 값의 부호를 의미하며, A는 진폭 산출부(322)에서 산출된 입력신호의 진폭을 의미한다. S i is the i th Asin
Figure 112013039392183-pat00024
It means the sign of the value of i , A means the amplitude of the input signal calculated by the amplitude calculator 322.

이때, 상기 Asin

Figure 112013039392183-pat00025
i는 양과 음의 값을 모두 가질 수 있지만, 제곱근 연산 결과는 양의 값만 가지므로 Asin
Figure 112013039392183-pat00026
i의 부호 si를 구해야 한다. 상기 si는 입력신호의 샘플링 값으로부터 구할 수 있으며, i번째 부호 si는 다음 수학식 4와 같이 i-1번째 샘플링 값 xi-1과, i+1번째 샘플링 값 xi-1의 크기를 비교하여 구한다.At this time, the Asin
Figure 112013039392183-pat00025
i can have both positive and negative values, but Asin results only have positive values, Asin
Figure 112013039392183-pat00026
to obtain a code s i of the i. The s i may be obtained from the sampling value of the input signal, and the i th code s i is the magnitude of the i-1 th sampling value x i-1 and the i + 1 th sampling value x i-1 as shown in Equation 4 below. Obtain by comparing

Figure 112013039392183-pat00027
Figure 112013039392183-pat00027

즉, i-1번째 샘플링 값이 i+1번째 샘플링 값보다 크면(xi-1 < xi+1) 음의 부호를 갖는다.That is, when the i-1 th sampling value is larger than the i + 1 th sampling value (x i-1 <x i + 1 ), the negative sign is obtained.

따라서 상기 제곱근 방식은 i번째 입력신호로부터 부호가 항상 양인 제곱근 신호

Figure 112013039392183-pat00028
를 구하고, 직전 및 직후 샘플링 값(xi-1, xi+1)으로부터 부호 si를 구함으로써, i번째 90도 위상천이 신호 yi를 구할 수 있다. 즉, xi-1 > xi+1인 영역에서는 제곱근 신호의 부호를 음(-)으로 바뀌고 있음을 볼 수 있다. Therefore, the square root method is a square root signal whose sign is always positive from the i th input signal.
Figure 112013039392183-pat00028
Is obtained, and the i- th 90 degree phase shift signal y i can be obtained by obtaining the sign s i from the immediately preceding and immediately after sampling values (x i-1 , x i + 1 ). That is, it can be seen that the sign of the square root signal is changed to negative in the region where x i-1 > x i + 1 .

그래서 90도 위상천이부(300)는 정현파 신호 및 비정현파 신호에 대해서도 적용할 수 있는 힐버트 방식과 제곱근 방식을 혼합한 방식을 사용하고 있다. 이 방식은 위상천이 오차를 최소화하고 또한 단일주파수 성분만을 가지는 정현파 신호에 대해서 제곱근 방식을 사용함으로써 시간 불연속을 크게 줄일 수 있는 이점을 갖는다.Therefore, the 90 degree phase shifter 300 uses a Hilbert method and a square root method that can be applied to sinusoidal signals and non-sinusoidal signals. This method has the advantage of minimizing phase shift error and greatly reducing time discontinuity by using the square root method for sinusoidal signals having only a single frequency component.

상기 디지털 위상천이부(400)는 90도 위상천이부(300)에서 산출된 I 신호에 cos

Figure 112013039392183-pat00029
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00030
를 곱한 후 더하면
Figure 112013039392183-pat00031
만큼 위상천이된 신호가 출력된다. 그리고 상기 디지털 위상천이부(400)의 다른 실시예로서, 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 위에서 설명하고 있는 구성으로 I 신호에 cos
Figure 112013039392183-pat00032
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00033
를 곱한 후 그 값을 서로 더하여 출력되는 위상천이된 신호가 서로 다른 2개 이상의 위상(
Figure 112013039392183-pat00034
1~
Figure 112013039392183-pat00035
4)별로 선택적으로 다수의 위상천이된 신호(A1~A4)가 출력될 수 있도록 구성함으로써, 천이위상을 자유롭게 조절할 수 있으며, 입력 주파수에 무관하게 동작하는 장점이 있다.The digital phase shifter 400 cos the I signal calculated by the 90 degree phase shifter 300.
Figure 112013039392183-pat00029
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00030
Multiply by and add up
Figure 112013039392183-pat00031
The phase shifted signal is output. As another embodiment of the digital phase shifter 400, as shown in FIG.
Figure 112013039392183-pat00032
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00033
Multiply by and add the values together to output two or more phases with different phase shifted signals (
Figure 112013039392183-pat00034
1 to
Figure 112013039392183-pat00035
4 ) By selectively configuring a plurality of phase shifted signals A 1 to A 4 for each output, the transition phase can be freely adjusted and has an advantage of operating independently of the input frequency.

도 6 은 잡음이 포함되지 않은 정현파 입력신호를 도 4에서 도시하고 있는 4암 디지털 위상천이기(400)에 인가하여 생성된 모드 1의 출력 파형으로 입력신호의 진폭 A가 1이고 기본주파수만을 가지는 경우이다. 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 디지털 위상천이기(400)의 출력파형으로부터 이웃하는 출력단자간의 신호 위상차가 90ㅀ로서 모드 1의 특성을 가지고 있음을 보여준다.
FIG. 6 is an output waveform of mode 1 generated by applying a sinusoidal input signal including no noise to a four-arm digital phase shifter 400 shown in FIG. 4, wherein the amplitude A of the input signal is 1 and has only a fundamental frequency. If it is. As shown in FIG. 6, the signal phase difference between neighboring output terminals from the output waveform of the digital phase shifter 400 is 90 kHz, which shows the characteristic of Mode 1. FIG.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 4와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다. Referring to the accompanying drawings, the operation of the digital phase shift device using the Hilbert and square root mixing scheme according to the present invention configured as described above will be described in detail as follows. 1 to 4 denote the same members performing the same function.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 힐버트 및 제곱근 혼합 방식을 이용한 디지털 위상천이 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a digital phase shift method using a Hilbert and square root mixing scheme according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하여 설명하면 먼저, 샘플링 처리부(100)를 통해 입력신호를 샘플링한 후(S10), 샘플링 처리된 입력신호의 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분 중 고차성분을 검색한다(S20).Referring to FIG. 5, first, an input signal is sampled through the sampling processor 100 (S10), and then a sample value calculated by fast Fourier transform (FFT) of a sampled input signal is calculated. Search for higher order components among the fundamental frequency components in the spectrum (S20).

이어 상기 검색된 고차원성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교한다(S30).Then, the size of the searched high-dimensional component and the fundamental frequency component is compared (S30).

상기 비교결과(S30), 기본주파수 성분이외에 고차성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가지면 힐버트 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하고(S40), 기본주파수 성분에 비해 상대적으로 매우 작은 값을 가지거나 기본주파수 성분만 존재하면 제곱근 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출한다(S50). As a result of the comparison (S30), if there are many higher-order components other than the fundamental frequency components or have higher values of the higher-order components, a real part input signal I and a imaginary part 90 degree phase shift signal Q are calculated through the Hilbert method (S40). If a relatively small value or only a fundamental frequency component exists compared to the frequency component, the square root method calculates the real input signal I and the imaginary 90 degree phase shift signal Q (S50).

이때, 상기 힐버트 방식은 상기 수학식 2에서 나타내고 있는 것과 같이, 입력신호의 푸리에 변환식 X(f)와 1+SGN(f)을 역변환 하는 것으로 역변환 결과에서 실수부는 입력신호(I)에 해당하고 허수부는 90도 위상천이 신호(Q)에 해당한다. 그리고 상기 제곱근 방식은 상기 수학식 3에서 나타내고 있는 것과 같이, 기본주파수 성분의 크기(진폭)를 산출한 후, 산출된 입력신호의 진폭을 기반으로 입력신호의 샘플링 값을 제곱근 연산하여 제곱근 신호를 산출한다. 그리고 산출된 제곱근 신호에서 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출한다.In this case, as shown in Equation 2, the Hilbert method inversely transforms the Fourier transform equations X (f) and 1 + SGN (f) of the input signal, and the real part corresponds to the input signal I and the imaginary number in the inverse transform result. Negative corresponds to a 90 degree phase shift signal Q. The square root method calculates the magnitude (amplitude) of the fundamental frequency components as shown in Equation 3, and then calculates the square root signal by calculating the square root of the sampling value of the input signal based on the calculated amplitude of the input signal. do. The calculated square root signal calculates an input signal I which is a real part and a 90 degree phase shift signal Q which is an imaginary part.

위와 같이, 샘플링된 입력신호로부터 산출된 입력신호 I 및 90도 위상천이 신호 Q를 생성한 후(S60), 생성된 I 신호에 cos

Figure 112013039392183-pat00036
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00037
를 곱한 후 더하여 미리 설정된 위상(
Figure 112013039392183-pat00038
)만큼 위상천이된 신호를 생성한다(S70). As described above, after generating the input signal I and the 90 degree phase shift signal Q calculated from the sampled input signal (S60), cos is generated to the generated I signal.
Figure 112013039392183-pat00036
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00037
Multiply by and add the preset phase (
Figure 112013039392183-pat00038
In step S70, a signal shifted by phase is generated.

그리고 생성된 위상천이된 신호를 안테나의 입력포트에 인가한다(S80).The generated phase shifted signal is applied to the input port of the antenna (S80).

이처럼, 본 발명은 정현파 신호 및 비정현파 신호에 대해서도 적용할 수 있는 힐버트 방식과 제곱근 방식을 혼합한 디지털 90ㅀ 위상천이 방식을 제안함으로써, 위상천이 오차를 최소화하고 또한 단일주파수 성분만을 가지는 정현파 신호에 대해서 제곱근 방식을 사용함으로써 시간 불연속을 크게 줄일 수 있다.
As such, the present invention proposes a digital 90-Hz phase shifting method in which the Hilbert method and the square root method are applied to the sinusoidal signal and the non-sinusoidal signal, thereby minimizing the phase shifting error and providing a sinusoidal signal having only a single frequency component. By using the square root method, the time discontinuity can be greatly reduced.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (6)

입력신호를 샘플링하는 샘플링 처리부와,
상기 샘플링 처리된 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분 중 고차성분을 검색하는 고차성분 비교부와,
상기 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 기반으로 힐버트 방식 및 제곱근 방식 중 어느 하나를 이용하여 실수부인 입력신호(I 신호) 및 허수부인 90도 위상천이 신호(Q 신호)를 각각 산출하는 90도 위상천이부와,
상기 산출된 I 신호 및 Q 신호에 이용하여 입력신호의 위상을 미리 설정된 위상만큼 위상천이시켜 안테나의 입력포트에 인가하는 디지털 위상천이부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 위상천이 장치.A sampling processor for sampling an input signal,
A higher-order component comparator for searching for higher-order components of fundamental frequency components in a spectrum of a signal calculated by fast Fourier transform (FFT) of the sampled sampled values;
90 degrees for calculating a real part input signal (I signal) and an imaginary part 90 degree phase shift signal (Q signal) by using any one of the Hilbert method and the square root method based on the magnitudes of the found higher order components and fundamental frequency components. Phase transition part,
And a digital phase shifter for shifting the phase of the input signal by a predetermined phase by using the calculated I and Q signals and applying it to an input port of the antenna. 제 1 항에 있어서, 상기 90도 위상천이부는
고차성분 비교부에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하여 기본주파수 성분이외에 고차성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가지면 힐버트 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 힐버트 변환부와,
고차성분 비교부에서 검색된 고차성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하여 기본주파수 성분에 비해 상대적으로 매우 작은 값을 가지거나 기본주파수 성분만 존재하면 제곱근 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 제곱근 변환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 위상천이 장치.According to claim 1, wherein the 90 degree phase shift unit
Compare the magnitudes of the higher order components and the fundamental frequency components searched by the higher-order component comparator, and if there are many higher-order components other than the fundamental frequency components or if the higher-order components have a large value, the input signal I and the imaginary part are 90 degrees phase shifted through the Hilbert method. A Hilbert transform section for calculating a signal Q,
Compare the magnitudes of the higher order components and the fundamental frequency components searched by the higher order component comparator, and if they have a relatively small value compared to the fundamental frequency components or only the fundamental frequency components exist, the input signal I and the imaginary part, 90 degrees And a square root converter for calculating a phase shift signal Q. 제 2 항에 있어서, 상기 제곱근 변환부는
입력신호의 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분의 크기(진폭)를 산출하는 진폭 산출부와,
상기 산출된 입력신호의 진폭을 기반으로 입력신호의 샘플링 값을 제곱근 연산하여 제곱근 신호를 산출하는 제곱근 신호 산출부와,
상기 산출된 제곱근 신호에서 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 90도 위상천이 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 위상천이 장치.The method of claim 2, wherein the square root conversion unit
An amplitude calculator for calculating the magnitude (amplitude) of fundamental frequency components in a spectrum of a signal calculated by fast Fourier transform (FFT) of a sampling value of an input signal;
A square root signal calculator for calculating a square root signal by calculating a square root of a sampling value of the input signal based on the calculated amplitude of the input signal;
And a 90 degree phase shift calculator for calculating an input signal I as a real part and a 90 degree phase shift signal Q as an imaginary part from the calculated square root signal. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 위상천이부는
I 신호에 cos
Figure 112013039392183-pat00039
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00040
를 곱한 후 그 값을 서로 더하여 출력되는 위상천이된 신호가 서로 다른 2개 이상의 위상(
Figure 112013039392183-pat00041
1~
Figure 112013039392183-pat00042
4)별로 선택적으로 다수의 위상천이된 신호(A1~A4)가 출력될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 위상천이 장치.The method of claim 1, wherein the digital phase shifter
Cos on I signal
Figure 112013039392183-pat00039
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00040
Multiply by and add the values together to output two or more phases with different phase shifted signals (
Figure 112013039392183-pat00041
1 to
Figure 112013039392183-pat00042
4 ) The digital phase shifter, characterized in that configured to output a plurality of phase shifted signals (A 1 ~ A 4 ) selectively for each. (A) 샘플링 처리된 입력신호의 샘플링 값을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform : FFT)하여 산출된 신호의 스펙트럼에서 기본주파수 성분 중 고차성분을 검색하는 단계와,
(B) 상기 검색된 고차원성분과 기본주파수 성분의 크기를 비교하는 단계와,
(C) 상기 비교결과, 기본주파수 성분이외에 고차성분이 많이 존재하거나 고차성분이 큰 값을 가지면 힐버트 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 단계와,
(D) 상기 비교결과, 기본주파수 성분에 비해 상대적으로 매우 작은 값을 가지거나 기본주파수 성분만 존재하면 제곱근 방식을 통해 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 단계와,
(E) 상기 생성된 I 신호에 cos
Figure 112013039392183-pat00043
를 곱하고, Q 신호에 sin
Figure 112013039392183-pat00044
를 곱한 후 더하여 미리 설정된 위상(
Figure 112013039392183-pat00045
)만큼 위상천이된 신호를 생성하여 위상천이된 신호를 안테나의 입력포트에 인가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 위상천이 방법.(A) searching for a higher order component of fundamental frequency components in a spectrum of a signal calculated by fast Fourier transform (FFT) of a sampled input signal;
(B) comparing the magnitudes of the searched high-dimensional components and fundamental frequency components;
(C) calculating a real part input signal I and an imaginary part 90 degree phase shift signal Q by using the Hilbert method when there are many higher order components or a higher order component other than the fundamental frequency component as a result of the comparison;
(D) calculating the input signal I as a real part and the 90 degree phase shift signal Q as an imaginary part by a square root method if the comparison result has a relatively small value or only a fundamental frequency component compared to the fundamental frequency component;
(E) cos to the generated I signal
Figure 112013039392183-pat00043
Multiply by and sin to the Q signal
Figure 112013039392183-pat00044
Multiply by and add the preset phase (
Figure 112013039392183-pat00045
And generating a phase shifted signal by applying the phase shifted signal to an input port of the antenna. 제 5 항에 있어서, 상기 (D) 단계는
기본주파수 성분의 크기(진폭)를 산출하는 단계와,
상기 산출된 입력신호의 진폭을 기반으로 입력신호의 샘플링 값을 제곱근 연산하여 제곱근 신호를 산출하는 단계와,
상기 산출된 제곱근 신호에서 실수부인 입력신호 I 및 허수부인 90도 위상천이 신호 Q를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 위상천이 방법.6. The method of claim 5, wherein step (D)
Calculating the magnitude (amplitude) of the fundamental frequency component,
Calculating a square root signal by calculating a square root of a sampling value of the input signal based on the calculated amplitude of the input signal;
And calculating a real part input signal I and an imaginary part 90 degree phase shift signal Q from the calculated square root signal.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07141324A (en) * 1993-11-17 1995-06-02 Seishichi Kishi Digital wide band 90-degree phase shifter
JP2001255124A (en) 2000-03-07 2001-09-21 Kyowa Electron Instr Co Ltd Optical fiber interference sensor, signal processing system thereof, signal processing method and recording medium
JP2002100987A (en) 2000-09-21 2002-04-05 Nissin Electric Co Ltd Phase correction device between input channels in digital-filtering device
KR20090097959A (en) * 2007-01-05 2009-09-16 콸콤 인코포레이티드 High performance station

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07141324A (en) * 1993-11-17 1995-06-02 Seishichi Kishi Digital wide band 90-degree phase shifter
JP2001255124A (en) 2000-03-07 2001-09-21 Kyowa Electron Instr Co Ltd Optical fiber interference sensor, signal processing system thereof, signal processing method and recording medium
JP2002100987A (en) 2000-09-21 2002-04-05 Nissin Electric Co Ltd Phase correction device between input channels in digital-filtering device
KR20090097959A (en) * 2007-01-05 2009-09-16 콸콤 인코포레이티드 High performance station

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