KR101573321B1 - 광대역 위성통신용 제로-아이.에프(ｉｆ) 변복조 장치 - Google Patents

Abstract

광대역 위성통신에 적합한 변복조 장치를 제공한다. 이를 위해 본 발명은, 변조부와 복조부를 포함하는 변복조 장치에서 상기 복조기로 신호를 전달하는 제2 디지털 VGA부와 상기 변조부 사이에서 I, Q 신호의 디씨 옵셋(DC offset) 전압 미스매치(mismatch)를 보정하는 16비트 디지털 아날로그 변환부(DAC)를 포함하는 광대역 위성통신용 변복조 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 장치의 전체 구성이 간단하고 가격 경쟁력을 갖는 광대역 위성통신용 변복조 장치를 구현할 수 있다.

Description

광대역 위성통신용 제로-아이.에프(ＩＦ) 변복조 장치{A broadband zero-IF modem for satellite communication system}

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차기 군(軍) 위성통신 및 고속, 광대역의 서비스가 요구되는 시스템에 사용 가능한 광대역 위성통신용 제로-IF(Direct-Conversion) 변복조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신 시스템은 민수용 이동통신 시스템과, 위성통신 시스템과 군용 위성통신 시스템으로 구분된다. 일반적으로 무선통신 시스템에 사용되는 RF 수신기는 크게 헤테로다인 방식과 제로-IF(혹은 Direct Conversion) 방식으로 나눌 수 있다. 헤테로다인 방식의 수신기는 과거 대부분의 수신기에서 채용했던 방식으로 RF 신호를 2 단계 이상에 걸쳐 기저대역 신호로 변환시키기 때문에 수신감도(Sensitivity)와 선택도(Channel Selectivity) 특성이 우수하다. 그러나 헤테로다인 방식은 기본적으로 2개의 국부발진기(Local Oscillator)가 필요하며, 다른 방식들에 비해 전력소모가 많고, 면적이 증가하는 단점이 있다. 또한 헤테로다인 방식의 수신기는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)로써 비싼 쏘우(SAW:Surface Acoustic Wave) 필터가 대부분 필요하고, 시스템 온 칩(SoC: System on Chip)을 통한 단일 칩으로 구현하기 어려운 문제점이 있다.

제로-IF(Direct Conversion) 방식은 RF 신호를 IF 주파수 대역을 거치지 않고 RF 신호에서 선택한 채널을 곧바로 기저 대역으로 변환하는 방식이다. 그러므로 제로-IF(Direct Conversion) 방식은 전체적인 시스템 구성이 간단해지고, 전력 소비가 낮으며, 칩 외부 소자가 필요 없기 때문에 비용이 낮아지고, 시스템 온 칩(SoC) 설계가 용이하여 단일 칩 구성을 위해 알맞은 방식이라고 할 수 있다. 하지만 변환된 신호의 I/Q 미스매치(Mismatch) 문제, DC(Direct Current) 옵셋(offset) 문제, 플리커 노이즈(Flicker noise), 국부발진기 라디에이션(Local oscillator radiation), 2차 왜곡 신호(Even-order distortion) 등과 같은 문제점이 있으나, 제로-IF 방식은 로우(low)-IF 방식에 비해 이미지 신호에 문제점이 없다는 장점이 있다.

최근들어 제로-IF 방식의 문제점이었던 I/Q 미스매치(Mismatch) 문제, 위상 오차, DC(Direct Current) 오프셋(offset) 문제 등이 개선된 변/복조 소자가 등장하면서, 엘. 티. 이(LTE: long term evolution) 등 이동통신 시스템을 주축으로 그 사용이 크게 확대되고 있다. 하지만 현재 소개된 변/복조 소자는 협대역에 적합한 것으로, 차기 군 위성통신 시스템이나 고속의 광대역 서비스가 요구되는 시스템에 사용이 어려운 문제가 있다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제는, 광대역에서 이득 불균형(gain imbalance), 위상 불균형(phase imbalance) 및 디.시 옵셋 미스매치(DC Offset mismatch) 문제를 해결하여 내부에서 불요파 발생을 제거하여 차기 군 위성통신 시스템과 같이 광대역이 요구되는 위성통신 시스템에 적용할 수 있는 제로-IF 변복조 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 의한 광대역 위성통신용 제로-IF 변복조 장치는, 입력된 신호를 차동 신호로 변환하는 제1 밸런(BALUN)과, 상기 제1 밸런과 연결되어 입력된 신호를 차동 I신호와 Q신호로 각각 변환하는 복조부와, 상기 복조부 자체의 I 신호와 Q 신호의 이득을 서로 동일하게 조정하는 제1 디지털 브이. 지. 에이(Digital VGA)부와, 상기 제1 디지털 브이. 지. 에이부에 연결되어 상기 복조기의 국부 발진 누설 신호를 제거하여 신호를 디지털 신호 처리부로 전달하는 제1 저주파 통과 필터(LPF)와, 상기 디지털 신호처리부의 불요파를 제거하기 위한 제2 저주파 통과 필터와, 상기 디지털 신호 처리부에서 발생된 이득 불균형을 보정하는 제2 디지털 브이. 지. 에이(Digital VGA)부와, 상기 제2 디지털 브이. 지. 에이부와 연결되어 전달받은 신호를 국부 발진기의 중심주파수와 동일한 중심주파수를 갖는 신호로 변조하는 변조부 및 상기 제2 디지털 브이. 지. 에이부와 상기 변조부 사이에서 I, Q 신호의 디씨 옵셋 전압 미스매치(mismatch)를 보정하는 16비트 디지털 아날로그 변환부(DAC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1 저주파 통과 필터는, 상기 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 신호를 전송하는 경로 및 상기 제2 저주파 통과 필터는, 상기 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 신호를 수신하는 경로를 더 구비하는 것이 적합하다.

또한, 본 발명의 실험적인 실시예에 의하면, 상기 복조부는, 내부의 국부 발진기 신호를 차동 신호로 변환시킬 수 있는 제2 밸런(BALUN)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

이와 함께 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 변조부는, 내부의 국부 발진기 신호를 차동 신호로 변환시킬 수 있는 제3 밸런(BALUN)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

따라서, 상술한 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 복조기로 신호를 전달하는 제2 디지털 VGA부와 상기 변조부 사이에서 I, Q 신호의 디씨 옵셋(DC offset) 전압 미스매치(mismatch)를 보정하는 16비트 디지털 아날로그 변환부(DAC)를 적용함으로써, 첫째 군 위성통신 및 고속, 광대역의 위성통신에 적합한 변복조 장치를 구현할 수 있다. 둘째, 본 발명에 의한 변복조 장치는, 출력되는 신호가 서비스하고자 하는 신호 대역폭에 1/2로 감소되어 광대역의 디지털 신호처리가 가능하고, IF 컨버젼 (Conversion)방식에 비해 장치의 구성이 간단하고, 가격 경쟁력을 갖는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 변복조 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 변복조 장치에서 신호의 흐름을 설명하기 위한 플루차트(flowchart)이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "연결되어" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 연결되어 있다고" 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에" 와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 예컨대 "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 변복조 장치의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 변복조 장치(100)는, 변복조 장치(100)의 복조부(Demodulator, 104)로 입력된 신호를 차동 신호(Differential signal)로 1:1 변환(transform)하는 제1 밸런(BALUN: Balanced to Unbalanced)이 입력단에 마련되어 있다. 또한 복조부(104)의 후단에는 국부 발진기 신호를 차동신호로 변환하는 제2 밸런(106)이 설치되어 있다. 따라서 상기 복조기(104)는 입력신호의 중심주파수와 동일한 주파수를 갖는 국부발진기 신호가 제2 밸런(102)을 통해 차동 신호로 변환된 후, 직각 위상 분상기(Quadature Phase Splitter)를 통해 위상이 90도 차이가 나게 변환된 후, 다시 I-믹서(Mixer)와 Q-믹서(Mixer)로 공급되어, 직류(DC)에 중심주파수를 갖는 차동 I 신호와 Q 신호로 각각 변환시킨다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 변복조 장치(100)는, 상기 복조부(104) 자체의 이득 불균형에 의한 이미지 발생을 제거하기 위해 상기 I 신호와, Q 신호의 이득을 서로 동일하게 맞추는 역할을 수행하는 제1 디지털 VGA부(108)가 상기 복조부(104) 후단에 마련되어 있다. 상기 제1 디지털 VGA부(108)의 후단에는 상기 복조부(104)의 국부발진기에 의한 누설 신호를 제거하기 위한 제1 저주파 통과 필터(LPF: Low Pass Filter, 110)가 마련되어 있다. 상기 제1 저주파 통과 필터(110)를 통과한 신호는 본 발명에 의한 변복조 장치(100)와 연결된 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC, 111)로 신호를 전송하는 경로로 들어간다. 한편, 상기 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC, 113)에서 출력된 신호는, 상기 디지털 신호 처리부에서 발생된 불요파를 제거하기 위한 제2 저주파 통과 필터(LPF, 112)를 통과한다.

본 발명에 의한 변복조 장치(100)는, 상기 제2 저주파 통과 필터(112)를 통과한 신호에서 상기 디지털 신호 처리부에서 발생된 이득 불균형(Gain Imbalance)을 보정하기 위한 제2 디지털 VGA부(114)를 포함하며, 상기 제2 디지털 VGA부(114)에서 출력된 신호는, 후속단에 마련된 변조부(Modulator, 120)로 입력된다.

본 발명에 의한 변복조 장치(100)는, 복조부(104)의 I, Q 경로와, 변조부의 I, Q 경로에서 발생된 I/Q 직류 옵셋(DC Offset) 전압 미스매칭(mismatching)을 보정하여 캐리어 피드-쓰루(carrier feed-through)를 제거하기 위한 16 비트 디지털 아날로그 변환부(DAC, 116)가 상기 변조부(120)와 제2 VGA부(114) 사이에 마련되어 있다. 상기 16비트 디지털 아날로그 변환부(116)는, 상기 제1 및 제2 VGA부(108, 114)와 함께 소자(Device)의 인터페이스, 즉 직류 옵셋(DC Offset), 임피던스(impeddance) 정합, 스윙 레벨(Swing Level)을 광대역에 부합하게 설계할 수 있도록 해주는 중요한 역할을 한다.

본 발명에 의한 변복조 장치(100)의 변조부(120)는, 국부 발진기 신호를 차동 신호로 변환하는 제3 밸런(118)이 연결되어 있으며, 직각 위상 분상기(Quadature Phase Splitter)를 통해 위상이 각각 90도 차이가 나게 변환된 후, I-믹서(Mixer)와 Q-믹서(Mixer)로 공급되어 국부 발진기의 중심 주파수와 동일한 중심 주파수를 가지는 신호로 변조하여 출력한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 변복조 장치에서 신호의 흐름을 설명하기 위한 플로차트(flowchart)이다.

도 2를 참조하면, 복조기로 신호가 입력(S100)되면, 밸런(BALUN)을 통해 차동 신호로 변환된 후, I-믹서(Mixer)와, Q-믹서(Mixer)로 신호가 각각 입력된다. 이때, 복조기 입력신호의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 국부발진기 신호가 밸런을 통해 차동 신호로 변환된 후, 직각 위상 분상기(Quadature Phase Splitter)를 통해 위상이 각각 90도 차이가 나게 변환된다. 직각 위상 분상기에서 출력된 신호가 I-믹서(Mixer)와, Q-믹서(Mixer)로 공급되어 직류(DC)에 중심주파수를 갖는 차동 I 신호와 Q 신호로 각각 변환된다. 이때 I/Q 신호의 대역폭은 복조기 입력 대역폭의 1/2 수준으로 감소하게 된다.

복조기 출력 신호에는 복조기 자체의 이득 불균형이 존재하여 불필요한 이미지 신호의 발생 원인이 된다. 이를 제거하기 위해 제1 디지털 VGA부(S200)에서 I/Q 신호의 이득을 서로 동일하게 맞추어 이미지 성분을 제거한다. 제1 디지털 VGA부의 출력신호는 제1 저주파 통과 필터(LPF)로 입력(S300)되는데, 여기서 복조기의 국부발진 누설신호가 제거된다. 상기 제1 저주파 통과 필터(LPF)에서 출력된 신호는, 본 발명에 의한 변복조 장치와 연결된 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 입력(S400)된다.

이어서 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력(S500)된 신호는 변조부에 있는 제2 저주파 통과 필터(LPF)로 입력(S600)되어 불요파를 제거하게 된다. 그리고 상기 제2 저주파 통과 필터(LPF)를 통과한 신호는 제2 VGA부(S700)로 입력되어 상기 디지털 신호 처리부에서 발생된 이득 불균형이 보정되어 이미지 성분이 제거된다. 그 후, 신호는 복조기 입력신호의 중심주파수와 동일한 주파수를 갖는 국부발진기 신호가 밸런을 통해 차동 신호로 변환된 후, 직각 위상 분산기를 통해 위상이 각각 90도 차이 나게 변환된다. 상기 직각 위상 분상기에서 출력된 신호가 I-믹서(Mixer)와, Q-믹서(Mixer)로 공급되어 국부발진기의 중심주파수와 동일한 중심주파수를 가지는 신호로 변조되어 출력(S900)된다.

한편, 본 발명에 바람직한 실시예에 의하면, 제2 디지털 VGA부에서 출력된 신호는, 상기 변조기로 입력되기 전에, 복조부의 I, Q 경로와 변조부의 I/Q 경로에서 각각 발생된 I/Q DC 옵셋 전압 미스매칭(Mismatching)을 보정하여 캐리어 피드-쓰루(Carrier Feed-through)를 제거하는 기능을 수행하는 16비트 디지털 아날로그 컨버터(DAC)가 운용(S800)된다. 이에 따라 각각의 소자(Device)간 인터페이스, 즉 DC 옵셋(offset), 임피던스 정합 및 스윙 레벨을 광대역에 부합되도록 설계할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.

100: 변복조 장치, 102: 제1 밸런(BALUN),
104: 복조부, 106: 제2 밸런(BALUN),
108: 제1 VGA부, 110: 제1 저주파 통과 필터(LPF),
111: 신호처리부의 ADC, 112: 제2 저주파 통과 필터(LPF),
113: 신호처리부의 ADC, 114: 제2 VGA부,
116: 16비트 DAC, 118: 제3 밸런(BALUN),
120: 변조부.

Claims (5)

1. 입력된 신호를 차동 신호로 변환하는 제1 밸런(BALUN);
   상기 제1 밸런과 연결되고 내부의 국부 발진기 신호를 차동 신호로 변환시킬 수 있는 제2 밸런을 구비하고, 입력된 신호를 차동 I신호와 Q신호로 각각 변환하는 복조부;
   상기 복조부 자체의 I 신호와 Q 신호의 이득을 서로 동일하게 조정하는 제1 디지털 브이. 지. 에이(Digital VGA)부;
   상기 제1 디지털 브이. 지. 에이부에 연결되어 상기 복조부의 국부 발진 누설 신호를 제거하여 신호를 디지털 신호처리부로 전달하는 제1 저주파 통과 필터(LPF);
   상기 디지털 신호처리부의 불요파를 제거하기 위한 제2 저주파 통과 필터;
   상기 디지털 신호처리부에서 발생된 이득 불균형을 보정하는 제2 디지털 브이. 지. 에이(Digital VGA)부;
   상기 제2 디지털 브이. 지. 에이부와 연결되어 전달받은 신호를 국부 발진기의 중심주파수와 동일한 중심주파수를 갖는 신호로 변조하고 내부의 국부 발진기 신호를 차동 신호로 변환시킬 수 있는 제3 밸런을 구비하는 변조부; 및
   상기 제2 디지털 브이. 지. 에이부와 상기 변조부 사이에서 I,Q 신호의 디씨 옵셋 전압 미스매치(mismatch)를 보정하는 16비트 디지털 아날로그 변환부(DAC)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 위성통신용 제로-IF 변복조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 저주파 통과 필터는,
   상기 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 신호를 전송하는 경로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 위성통신용 제로-IF 변복조 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 저주파 통과 필터는,
   상기 디지털 신호처리부의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 신호를 수신하는 경로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 위성통신용 제로-IF 변복조 장치.
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