KR101531041B1 - 광대역 주파수 복조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 주파수 복조방법에 관한 것으로, 믹서가 수신되는 RF(Radio Frequency) 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계, ADC(Analog to Digital Converter)가 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 제어부가 ADC를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하는지 판단하는 단계,제어부가 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하는 단계 및 제어부가 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계를 포함한다.

Description

광대역 주파수 복조방법 및 그 장치{METHOD FOR DEMODULATING WIDEBAND FREQUENCY AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 광대역 주파수 복조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광범위한 주파수 대역에서의 모든 신호를 감지하고 실제 변조 신호가 감지되는 주파수를 추출하여 복조함으로써, 수신되는 변조 신호의 주파수 편차 발생으로 인한 감지 누락을 방지하는 광대역 주파수 복조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

변조(Modulation)는 데이터 통신에서 디지털 신호를 반송파에 싣는 동작을 의미하는 것으로, 진폭 변조(Amplitude Modulation), 주파수 변조(Frequency Modulation), 위상 변조(Phase Modulation) 등의 방식이 있다.

변조에 대응하는 개념으로 송신단에서 변조된 신호를 다시 수신단에서 원래 신호로 되롤리는 동작을 복조(Demodulation)라고 한다.

이 중에서 주파수 변조는 반송파를 신호파의 크기에 따라 진폭은 일정하게 유지시키면서 주파수를 변화시키는 변조 방식이다.

주파수 변조는 변조한 파의 진폭을 일정하게 하여 송신하기 때문에 도중에 잡음이 섞여서 진폭이 변화하더라도 수신기에서 진폭을 다시 일정하게 조작함으로써 잡음을 제거할 수 있어 진폭 변조에 비해서 양질의 통신이 가능하다는 장점이 있으나, 변조한 파의 진동수 변화 범위가 넓어지는 즉 광대역의 주파수가 필요하다는 단점이 있다.

본 발명과 관련된 선행기술로는 한국 공개특허공보 제2000-0033092호(2000.06.15.공개, 발명의 명칭 : 주파수 복조 장치 및 방법)가 있다.

이러한 주파수 변조 방식 중 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying, FSK)가 있는데, FSK 변조는 반송파의 이산 주파수 변화를 통해 디지털 정보를 전송하는 방식이다.

즉, FSK 변조는 전송하고자 하는 디지털 신호가 0인지 1인지에 따라 반송파의 주파수를 다르게 하는 방식으로, 0과 1에 고주파수와 저주파수가 각각 할당되어 있기 때문에 FSK로 변조된 신호는 특정 간격으로 두 개의 주파수를 갖는다.

종래의 주파수 복조장치를 통해 FSK 방식으로 변조된 신호를 복조할 경우, 생성된 두 개의 주파수 중 미리 설정된 하나의 주파수를 중심으로, 미리 설정된 협대역에서 변조된 신호를 감지하고 있었다.

따라서 주파수 오차가 발생하여 미리 설정된 협대역을 벗어난 변조 신호가 입력되면 해당 신호를 정상적으로 감지하여 복조할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광범위한 주파수 대역에서의 모든 신호를 감지하고 실제 변조 신호가 감지되는 주파수를 추출하여 복조함으로써, 수신되는 변조 신호의 주파수 편차 발생으로 인한 감지 누락을 방지하는 광대역 주파수 복조방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광대역 주파수 복조방법은 믹서가 수신되는 RF(Radio Frequency) 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계; ADC(Analog to Digital Converter)가 상기 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 제어부가 상기 ADC를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하는지 판단하는 단계; 상기 제어부가 상기 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계를 포함한다.

본 발명은 신시사이저(Synthesizer)가 동작 클럭(Clock)을 생성하는 단계를 더 포함하되, 상기 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계 및 상기 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계는 상기 동작 클럭에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 미리 설정된 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 RF 변조 신호에 대응하여 미리 설정된 복조 방식으로 상기 신호를 복조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 미리 설정된 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계는, 상기 제어부가 정합 필터(Matched Filter)를 통해 상기 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계에서, 상기 믹서는 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조된 RF 변조 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 주파수 복조장치는 RF(Radio Frequency) 변조 신호를 수신하여 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 믹서(Mixer); 상기 믹서를 통해 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter); 및 상기 ADC를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하고, 상기 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 제어부를 포함한다.

본 발명은 동작 클럭(Clock)을 생성하는 신시사이저(Synthesizer)를 더 포함하되, 상기 믹서 및 ADC는 상기 동작 클럭에 기초하여 동작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 RF 변조 신호에 대응하여 미리 설정된 복조 방식으로 상기 신호를 복조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 정합 필터(Matched Filter)를 통해 상기 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 믹서는 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조된 RF 변조 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 광범위한 주파수 대역에서의 모든 신호를 감지하고 의미있는 신호가 감지되는 주파수를 중심으로 하는 주파수 대역을 설정하여 변조 신호를 추출하고 복조함으로써, 수신되는 변조 신호에 주파수 편차가 발생한 경우에도 누락없이 정상적으로 신호를 복조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조방법 및 그 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조장치의 기능 블록도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조장치는 믹서(10), ADC(30), 제어부(50) 및 신시사이저(70)를 포함한다.

믹서(Mixer)(10)는 주파수 변조장치(미도시)로부터 RF(Radio Frequency) 변조 신호를 수신하여 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환한다.

즉, 주파수 변조장치는 변조된 신호의 원거리 전송을 위해 낮은 주파수의 신호를 RF와 같은 높은 주파수로 변경하여 전송하기 때문에, 믹서(10)는 수신되는 RF 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환한다.

본 실시예에서는 광대역의 신호를 모두 감지하고 후술하는 제어부(50)가 의미있는 신호를 감지함으로써 변조 신호를 추출하는데, 구체적으로 광대역은 변조된 신호가 주로 송신되는 RF 범위내의 6Mhz 정도의 대역을 의미한다.

믹서(10)가 변조 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 기술은 이미 공지된 기술이므로 보다 구체적인 구현 과정에 대한 설명은 생략하기로 한다.

ADC(Analog to Digital Converter)(30)는 믹서(10)를 통해 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환한다.

구체적으로 본 실시예에서 믹서(10)는 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조된 RF 변조 신호를 수신하여 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 것을 특징으로 한다.

FSK는 넓은 의미에서 주파수 변조(Frequency Modulation)의 한 형태로, 디지털 신호를 아날로그 신호로 전송하기 위해 사용하는 변조 방식이다.

FSK 변조 방식에 의하면 중심 주파수를 삽입한 고주파수와 저주파수에 0과 1이 각각 대응되고, 전송하고자 하는 신호에 고주파수와 저주파수를 각각 대응시킨 신호의 형태로 두 개의 주파수가 생성된다.

즉, FSK 변조에 의해 종래의 디지털 신호가 아날로그 신호로 송신되었기 때문에 본 실시예에서는 ADC(30)가 아날로그 형태의 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환한다.

제어부(50)는 ADC(30)를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하고, 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조한다.

이와 같이, 본 실시예에서는 광대역의 주파수 범위에서 입력되는 모든 신호를 모니터링하되, 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 입력되면 해당 신호를 복조하기 위해 기준 주파수 대역에 해당하는 신호에 대한 복조를 수행한다.

즉, 종래의 주파수 복조 기술에 따르면 협대역으로 미리 설정되어 있는 주파수 대역의 신호만을 선택적으로 감지하고, 해당 주파수 대역의 신호가 감지되면 이 신호를 복조하였기 때문에 변조 장치의 오류 또는 전송 과정의 오류 등으로 변조 신호가 목적으로 하는 주파수 대역을 벗어난 경우에는 이를 감지할 수 없다는 문제가 있었다.

구체적으로 FSK 방식으로 변조된 RF 변조 신호는 특정 간격으로 두 개의 주파수를 포함하여 형성되는데, 종래의 주파수 복조 기술에서는 두 개의 주파수 중 하나의 주파수를 미리 설정되어 있는 협대역을 통해서 감지하였기 때문에 오류 발생시 해당 신호를 감지하지 못하는 경우가 발생하였다.

이를 해결하기 위해서, 본 실시예에서 제어부(50)는 RF 대역 내의 6Mhz 정도에 해당하는 광대역의 주파수 범위에서 입력되는 모든 신호를 모니터링하되, 그 중에서 의미있는 신호를 찾기 위해서 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하는지 판단한다.

이 때, 임계치는 변조장치에서 송신한 의미있는 신호로 인정될 수 있는 신호의 세기의 최소값을 의미하는 것으로, 노이즈 신호의 최대값보다 큰 값으로 설정되는 것이 타당하다.

그리고 제어부(50)는 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하면 해당 신호의 주파수를 추출하고, 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조한다.

이 때, 기준 주파수 대역은 종래의 주파수 복조장치에서 신호를 감지하기 위해 설정된 주파수 대역과 동일한 대역으로 설정되어도 무관하다.

즉, 본 실시예에서는 광대역 범위의 모든 신호로부터 실제 의미있는 신호를 감지하고 해당 신호의 주파수가 포함된 주파수 대역에 해당하는 변조 신호를 복조하는 것이기 때문에, 기준 주파수 대역은 종래와 같이 협대역으로 설정되어도 정상적으로 신호를 복조할 수 있다.

구체적으로 제어부(50)는 믹서(10)를 통해 수신되는 RF 변조 신호에 대응하여 미리 설정된 복조 방식으로 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조한다.

즉, RF 변조 신호를 변조한 방식에 대응되는 방식으로 해당 신호를 복조해야 해당 신호에 포함된 정보를 손상없이 추출할 수 있으므로, 제어부(50)는 수신할 RF 변조 신호에 대응하여 미리 설정된 복조 방식으로 신호를 복조한다.

구체적으로 FSK 방식으로 변조된 RF 변조 신호에 대해서 제어부(50)는 동일한 방식으로 해당 변조 신호를 복조할 수 있다.

주파수 신호에 대한 다양한 복조 방법은 이미 공지된 기술이므로 구체적인 구현 방법에 대한 설명은 생략하기로 하며, 본 실시예에서는 변조 방식에 대응되는 다양한 복조 방식을 이용하여 의미있는 것으로 판단되는 신호를 복조할 수 있다.

추가로 제어부(50)는 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하기 전에 정합 필터(Matched Filter)를 통해 필터링할 수 있다.

즉, 정합 필터는 신호대 잡음비(SNR)가 최대화되도록, 의미있는 신호는 강조시키고 잡음은 억제시켜 잡음으로 인한 오류 확률을 감소시키고 2진 신호를 정확히 판별하도록 필터링하는 필터이므로, 본 실시예에서는 정합 필터를 통해 보다 정확하게 복조해야 하는 신호만을 걸러낸다.

본 실시예에 따른 제어부(50)는 실제 회로상으로 FPGA(Field Programmable Gate Array)와 임베디드 처리기(Embedded Processor)를 포함하여 구현될 수 있고, FPGA와 임베디드 처리기는 신호 처리를 나누어 수행함으로써 다량의 데이터에 대한 신호 처리를 지연없이 정상적으로 수행할 수 있다.

추가로 본 실시예는 동작 클럭을 생성하는 신시사이저(Synthesizer)(70)를 더 포함하고, 믹서(10) 및 ADC(30)는 신시사이저(70)를 통해 생성되는 동작 클럭에 기초하여 동작을 수행한다.

즉, 전술한 바와 같이 광대역의 모든 신호를 감지하여 의미있는 신호를 추출하기 위해서 믹서(10)는 광대역의 RF 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환해야 하고, ADC(30)는 광대역의 아날로그 형식의 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환해야 한다.

따라서 이러한 신호 처리가 가능하도록 본 실시예에서 신시사이저(70)는 고속의 동작 클럭을 생성하여 믹서(10) 및 ADC(30)로 공급한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 복조방법의 구현 과정을 살펴보면, 먼저 믹서(10)는 주파수 변조장치로부터 수신되는 광대역의 범위를 갖는 RF 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환한다(S10).

즉, 주파수 변조장치는 변조된 신호의 원거리 전송을 위해 낮은 주파수의 신호를 RF와 같은 높은 주파수로 변경하여 전송하기 때문에, 믹서(10)는 수신되는 RF 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환한다.

그리고 ADC(30)는 믹서(10)를 통해 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하고(S20), 제어부(50)는 ADC(30)를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하는지 판단한다(S30).

즉, 본 실시예에서는 6Mhz 정도의 광대역의 주파수 범위에서 입력되는 모든 신호를 모니터링하되, 그 중에서 의미있는 신호를 찾기 위해서 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하는지 판단한다.

이 때, 임계치는 변조장치에서 송신한 의미있는 신호로 인정될 수 있는 신호의 세기의 최소값을 의미하는 것으로, 일반적인 노이즈 신호의 최대값보다 큰 값으로 설정되는 것이 타당하다.

전술한 판단(S30) 결과, 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하면 제어부(50)는 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하고(S40), 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하고 복조한다(S50).

즉, 본 실시예에서는 광대역 범위의 모든 신호로부터 실제 의미있는 신호를 감지하고 의미있는 신호가 감지되면 해당 신호의 주파수 근처의 협대역에 해당하는 신호를 복조함으로써, 의미있는 신호를 정상적으로 감지하여 추출할 수 있다.

특히, 전술한 단계(S50)에서, 제어부(50)는 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 정합 필터(Matched Filter)를 통해 필터링함으로써 보다 정확하게 복조해야 하는 신호만을 걸러낼 수 있다.

본 실시예에 따르면, 광범위한 주파수 대역에서의 모든 신호를 감지하고 의미있는 신호가 감지되는 주파수를 중심으로 하는 주파수 대역을 설정하여 변조 신호를 추출하고 복조함으로써, 수신되는 변조 신호에 주파수 편차가 발생한 경우에도 누락없이 정상적으로 신호를 복조할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 믹서
30: ADC
50: 제어부
70: 신시사이저

Claims (10)

1. 믹서가 수신되는 RF(Radio Frequency) 변조 신호를 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계;
   ADC(Analog to Digital Converter)가 상기 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
   제어부가 상기 ADC를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호가 존재하는지 판단하는 단계;
   상기 제어부가 상기 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계를 포함하되,
   상기 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계는, 상기 제어부가 정합 필터(Matched Filter)를 통해 상기 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   신시사이저(Synthesizer)가 동작 클럭(Clock)을 생성하는 단계를 더 포함하되, 상기 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계 및 상기 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계는 상기 동작 클럭에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 RF 변조 신호에 대응하여 미리 설정된 복조 방식으로 상기 신호를 복조하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조방법.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 단계에서, 상기 믹서는 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조된 RF 변조 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조방법.
   
6. RF(Radio Frequency) 변조 신호를 수신하여 신호 처리가 가능한 주파수 대역으로 하향 변환하는 믹서(Mixer);
   상기 믹서를 통해 하향 변환된 RF 변조 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter); 및
   상기 ADC를 통해 변환되는 디지털 신호 중 미리 설정된 임계치 이상의 세기를 갖는 신호의 주파수를 추출하고, 상기 추출된 주파수를 중심으로 미리 설정된 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 복조하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 정합 필터(Matched Filter)를 통해 상기 기준 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   동작 클럭(Clock)을 생성하는 신시사이저(Synthesizer)를 더 포함하되, 상기 믹서 및 ADC는 상기 동작 클럭에 기초하여 동작하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조장치.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 RF 변조 신호에 대응하여 미리 설정된 복조 방식으로 상기 신호를 복조하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조장치.
   
9. 삭제
10. 제 6항에 있어서,
    상기 믹서는 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조된 RF 변조 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 복조장치.

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