KR102074286B1 - A modulation and demodulation method for on-off keying(OOK) using two-tone frequencies, and the wireless transceiver thereof - Google Patents

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김근목
최경식
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Abstract

The present invention relates to a two-tone frequency-based on on-off keying (OOK) modulation and demodulation method and a transmission and reception apparatus, wherein the transmission and reception apparatus transmits a signal having two frequencies (two-tone frequency) which are symmetrical about a center frequency when signal data to be transmitted is 1, and performs transmission without the signal when the signal data is 0, while performing modulation and demodulation in an OOK method. The transmission and reception apparatus comprises: an amplifier; a switch unit for turning on/off the amplifier according to a data signal composed of binary signals; and a frequency synthesizer for generating a signal (hereinafter, a two-tone signal) composed of two symmetric frequencies (hereinafter, a two-tone frequency) shifted around a center frequency by a shift frequency, and inputting the two-tone signal to the amplifier, wherein the two-tone signal is amplified by the amplifier and transmitted to an antenna. According to the method and the apparatus, a circuit for generating an I/Q signal occupying a very large portion of power consumption is not required by modulating a signal of a two-tone frequency symmetrical with respect to a center frequency, converting the modulated signal into an intermediate signal of a two-tone frequency through the center frequency, and demodulating the converted intermediate signal, thereby easily implementing an ultra-low power transceiver.

Description

투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법 및 송수신 장치 { A modulation and demodulation method for on-off keying(OOK) using two-tone frequencies, and the wireless transceiver thereof }A modulation and demodulation method for on-off keying (OOK) using two-tone frequencies, and the wireless transceiver

본 발명은 온오프 방식(OOK, on-off keying)으로 변복조를 하되, 전송할 신호 데이터가 1일 때 중심 주파수를 중심으로 대칭인 2개의 주파수(투톤 주파수)를 가지는 신호를 전송하고, 신호 데이터가 0일 때 신호 없이 전송하는, 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법 및 송수신 장치에 관한 것이다.According to the present invention, modulation and demodulation is performed by using on-off keying (OOK, on-off keying), and when a signal data to be transmitted is 1, a signal having two frequencies (two-tone frequencies) symmetric about a center frequency is transmitted, and the signal data is It relates to a two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation method and a transmission and reception device that transmits without a signal when 0.

일반적으로, OOK(on-off keying) 변조 방식은 반송파의 있음(on) 또는 없음(off)으로 디지털 데이터를 표시하는 변조 방식이다. 즉, 신호를 껐다 켜는 것으로 이진 신호(0/1)를 변조하는 방식을 의미한다. 온오프(OOK) 변조 방식은 진폭 편이 변조(ASK, amplitude shift keying)의 가장 단순한 변조 방식으로 알려져 있다.In general, an on-off keying (OOK) modulation scheme is a modulation scheme in which digital data is displayed on or off of a carrier. That is, a method of modulating a binary signal (0/1) by turning a signal off and on. On-off (OOK) modulation is known as the simplest modulation of amplitude shift keying (ASK).

도 1에서 보는 바와 같이, 전송할 디지털 신호가 1일 때 (a)와 같은 신호를 전송하고, 0일 때 (b)와 같은 신호를 전송한다. 즉, OOK 변조 방식의 송신 장치는 도 2와 같다. 입력단을 통해 OOK 데이터 신호를 입력받아 변조기(1)에서 이를 변조하여 출력하고, 안테나(ANT)를 통해 변조기(1)에서 출력되는 신호를 송신한다. OOK 데이터 신호가 "1"일 경우 전력 소모를 하고, OOK 데이터 신호가 "0"일 때 전류를 차단시킴으로써, 입력데이터에 따른 평균 전력소모량을 감소시켜, 결과적으로 저전력 구조의 송신 장치를 구현할 수 있다.As shown in FIG. 1, when the digital signal to be transmitted is 1, a signal such as (a) is transmitted, and when 0, a signal such as (b) is transmitted. That is, the transmission apparatus of the OOK modulation method is shown in FIG. The modulator 1 receives the OOK data signal through the input terminal, modulates the OOK data signal, and transmits the signal output from the modulator 1 through the antenna ANT. When the OOK data signal is "1", power is consumed and the current is cut off when the OOK data signal is "0", thereby reducing the average power consumption according to the input data, and as a result, a transmission apparatus having a low power structure can be implemented. .

또한, 대표적인 OOK 복조 방식의 수신 장치는 도 3과 같이 구성될 수 있다.In addition, the representative OOK demodulation type receiving apparatus may be configured as shown in FIG.

도 3에서 보는 바와 같이, 종래기술에 따른 OOK 복조 방식의 수신 장치(2)는 안테나(ANT)에서 수신한 신호를 저잡음 증폭기(LNA, 3)를 통해 잡음을 억제하고 수신 신호를 증폭한다. 증폭된 신호는 바로 포락선 검출기(envelope detector)(4)로 전달되어 포락선이 검출되고, 검출된 포락선이 비교기(comparator)(5)에 비교되어 0 또는 1의 신호(데이터 신호)를 추출한다.As shown in FIG. 3, the OOK demodulation receiving apparatus 2 according to the related art suppresses noise and amplifies the received signal through the low noise amplifier LNA 3 received from the antenna ANT. The amplified signal is passed directly to an envelope detector 4 to detect the envelope, and the detected envelope is compared to a comparator 5 to extract a zero or one signal (data signal).

그런데, 도 4와 같이, 안테나(ANT)에서 수신되는 신호의 주파수 fRF는 반송파의 주파수 fc로서 고주파 신호이다. 즉, 반송파의 신호를 바로 포락선 검출기(4)로 전달하여 복조시킨다. 즉, 이와 같은 수신 장치(2)는 중간 주파수(IF-주파수)의 변환을 통해 충분한 신호의 증폭을 거치지 않기 때문에, 노이즈 특성이 좋지 않는 포락선 검출기(4)에 신호를 바로 통과시킨다. 따라서 수신 감도 성능이 심각하게 열화 되는 단점이 있다.However, as shown in FIG. 4, the frequency f RF of the signal received by the antenna ANT is a high frequency signal as the frequency f c of the carrier wave. In other words, the carrier signal is directly transmitted to the envelope detector 4 for demodulation. That is, since the receiving device 2 does not undergo sufficient signal amplification through the conversion of the intermediate frequency (IF-frequency), the signal is passed directly to the envelope detector 4 having a poor noise characteristic. Therefore, there is a disadvantage in that the reception sensitivity performance is seriously degraded.

이러한 단점을 해결하기 위해, 도 5에서 보는 바와 같이, OOK 방식의 수신 장치에서, 믹서와 주파수 합성기를 사용하여 수신 신호를 중간 주파수로 하향 변환(down conversion)하고, 하향 변환된 신호를 대상으로 포락선 검출을 하는 방식이 많이 이용되고 있다. 이때, 중간 주파수로 하향하면서 발생될 수 있는 허상 주파수의 신호를 제거해야 한다.In order to solve this drawback, as shown in FIG. 5, in a OOK-type receiving apparatus, a mixer and a frequency synthesizer are used to downconvert the received signal to an intermediate frequency, and to envelope the downconverted signal. Detection is widely used. At this time, the signal of the virtual image frequency that may be generated while descending to the intermediate frequency should be removed.

즉, 안테나(ANT)에서 주파수 fRF인 입력 신호를 수신하면, 저잡음 증폭기(LNA)(11)를 통과시키고, 증폭된 신호에 다운 주파수(fc)를 혼합(mixing)하여, 중간 주파수(f1)로 하향 변환(down-conversion)한다.That is, when the antenna ANT receives an input signal having a frequency f RF , it passes through the low noise amplifier (LNA) 11, mixes the down frequency f c with the amplified signal, and then the intermediate frequency f. 1 ) down-conversion.

그러나 도 6과 같이, 입력 신호(fRF)는 믹서(14a,14b)에 의해 다운 변환하기 때문에, 이미지 주파수(fIM)의 간섭 신호를 제거해주어야 한다. 즉, 이미지 주파수인 fIM(fc-f1)의 간섭 신호가 믹서(14a,14b) 뒷 단에서 원하는 주파수인 fRF(fc+f1)과 동일하게 f1으로 떨어지게 된다. 따라서 이러한 간섭신호를 I/Q 신호와 이미지 필터부(15)를 통해 제거해야 한다. 이미지 주파수의 간섭 신호를 제거 하지 않으면, 이 이미지 주파수의 간섭 신호와 원하는 신호가 겹치게 되어 수신기의 성능이 심각하게 열화된다.However, as shown in FIG. 6, since the input signal f RF is down-converted by the mixers 14a and 14b, the interference signal of the image frequency f IM should be removed. That is, the interference signal of the image frequency f IM (f c -f 1 ) drops to f 1 at the rear end of the mixers 14a and 14b in the same manner as the desired frequency f RF (f c + f 1 ). Therefore, such an interference signal should be removed through the I / Q signal and the image filter unit 15. If you do not remove the interference signal at the image frequency, the interference signal at this image frequency overlaps with the desired signal, which seriously degrades the performance of the receiver.

특히, 이미지 주파수인 fIM(fc-f1)의 간섭 신호와, 원하는 주파수인 fRF(fc+f1) 간의 주파수 간격이 다운 변환시키는 주파수(fc)에 비해 매우 작다. 따라서 믹서 전단에서 간섭 신호를 제거하기 위한 필터를 이용하려면 매우 높은 Q를 가지는 필터가 필요하다. 그런데 이를 집적 회로로 구현하는 것이 사실상 불가능하다. 따라서 위상(phase)이 90도 차이가 나는 I/Q 신호로 만든 다상 필터(polyphase filter)를 이용하여 이미지(image) 신호를 제거해야 한다.In particular, the frequency interval between the interference signal of the image frequency f IM (f c -f 1 ) and the desired frequency f RF (f c + f 1 ) is very small compared to the frequency f c down-converted. Therefore, to use the filter to remove the interference signal in front of the mixer, a filter with a very high Q is required. However, it is virtually impossible to implement this as an integrated circuit. Therefore, the image signal must be removed using a polyphase filter made of I / Q signals with 90 degrees of phase difference.

따라서 I/Q 생성기(12)에서 다운 주파수(fc)를 가지는 I신호와 Q신호를 생성하여 출력시킨다. 이때, 위상고정루프(PLL, Phase Locked Loop)(13)를 구비하여, I신호 또는 Q신호의 위상 또는 주파수가 흔들리지 않도록 고정시켜준다. 출력된 I신호 및 Q신호는 각각 제1 믹서(14a)와 제2 믹서(14b)에서 입력 신호(fRF)와 혼합된다. 그 결과, 제1 및 제2 믹서(14a,14b)는 하향 변환된 중간 주파수(f1)를 가지는 신호를 출력된다. 또한, 이미지 필터부(15)에서 이미지 주파수의 간섭 신호를 제거하기 위하여 필터링된다.Accordingly, the I / Q generator 12 generates and outputs an I signal and a Q signal having the down frequency f c . At this time, a phase locked loop (PLL) 13 is provided to fix the phase or frequency of the I signal or the Q signal so as not to shake. The output I and Q signals are mixed with the input signal f RF at the first mixer 14a and the second mixer 14b, respectively. As a result, the first and second mixers 14a and 14b output signals having downconverted intermediate frequencies f 1 . In addition, the image filter unit 15 is filtered to remove the interference signal of the image frequency.

또한, 이미지 필터링(image rejection)된 중간 주파수(f1)의 신호들은 각각 제1 및 제2 필터증폭부(16a,16b)에 의해 저대역 필터링되고 증폭된다. 제1 및 제2 필터증폭부(16a,16b)는 저대역 통과 필터(LPF, low pass filter)와 프로그래머블 이득 증폭기(PGA, programable gain amplifier)로 구성된다.In addition, the signals of the image rejected intermediate frequency f 1 are low band filtered and amplified by the first and second filter amplifiers 16a and 16b, respectively. The first and second filter amplifiers 16a and 16b include a low pass filter (LPF) and a programmable gain amplifier (PGA).

제1 및 제2 필터증폭부(16a,16b)에서 통과된 신호들은 복조부(17)에서 복조된다. 복조부(17)는 포락선 검출기(envelope detector)와 비교기(comparator)로 구성되어, 0 또는 1의 이진 데이터 신호를 추출한다.The signals passed by the first and second filter amplifiers 16a and 16b are demodulated by the demodulator 17. The demodulator 17 is composed of an envelope detector and a comparator to extract a binary data signal of zero or one.

그런데 이와 같은 수신 장치는 I/Q 신호를 만드는 데에 전력(power)이 많이 필요하여, 초저전력 수신기에 적합하지 않다. 또한 I/Q 신호 패스에서 모두 필터증폭 회로(LPF+PGA)가 필요하고, 이러한 구성 요소 또한 수신기의 소모 전력을 증가 시키는 요소로 작용한다.However, such a receiving device requires a lot of power to produce an I / Q signal, which is not suitable for an ultra low power receiver. In addition, filter amplifier circuits (LPF + PGA) are required in both I / Q signal paths, and these components also increase the power consumption of the receiver.

X. Huang, P. Harpe, G. Dolmans, H. De Groot, and J. R. Long, “A 780-950 MHz, 64-146 μw power-scalable synchronized-switching OOK receiver for wireless event-driven applications,” JSSC, vol. 49, no. 5, pp. 1135?1147, May 2014. X. Huang, P. Harpe, G. Dolmans, H. De Groot, and JR Long, “A 780-950 MHz, 64-146 μw power-scalable synchronized-switching OOK receiver for wireless event-driven applications,” JSSC, vol. 49, no. 5, pp. 1135-1147, May 2014.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온오프 방식(OOK, on-off keying)으로 변복조를 하되, 전송할 신호 데이터가 1일 때 중심 주파수를 중심으로 대칭인 2개의 주파수(투톤 주파수)를 가지는 신호를 전송하고, 신호 데이터가 0일 때 신호 없이 전송하는, 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법 및 송수신 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and modulates demodulation by using on-off keying (OOK, on-off keying). To provide a two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation method and a transmission and reception device for transmitting a signal having a two-tone frequency, and when the signal data is zero.

특히, 본 발명의 목적은 수신 장치에서 투톤 주파수의 신호를 포함하는 입력 신호를 수신하면, 입력 신호에 중심 주파수를 혼합하여 중간 신호를 추출하고, 중간 신호를 대상으로 포락선을 검출하여 복조하는, 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법 및 송수신 장치를 제공하는 것이다.In particular, an object of the present invention, when receiving an input signal containing a signal of two-tone frequency in the receiving device, to extract the intermediate signal by mixing the center frequency to the input signal, to detect and demodulate the envelope for the intermediate signal, two-tone It is to provide a frequency-based on-off modulation and demodulation method and a transceiver.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치에 관한 것으로서, 증폭기; 이진 신호로 구성된 데이터 신호에 따라 상기 증폭기를 온/오프 시키는 스위치부; 및, 중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)를 발생시키고 상기 투톤 신호를 상기 증폭기로 입력시키는 주파수 합성기를 포함하고, 상기 투톤 신호는 상기 증폭기에 의해 증폭되어 안테나로 송신되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation transmission device, an amplifier; A switch unit for turning on / off the amplifier according to a data signal composed of a binary signal; And a frequency synthesizer for generating a signal (hereinafter referred to as a two-tone signal) composed of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as a two-tone frequency) shifted by a shift frequency about a center frequency and inputting the two-tone signal to the amplifier. The signal is amplified by the amplifier, characterized in that transmitted to the antenna.

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치에 있어서, 상기 주파수 합성기는, 중심 주파수 및 변이 주파수를 갖는 신호를 발생시키는 주파수 합성기; 및, 상기 주파수 합성기에 의해 발생된 변이 주파수의 신호에, 상기 주파수 합성기에 의해 발생된 중심 주파수의 신호를 혼합시키는 믹서를 포함하고, 상기 믹서의 출력 신호를 합성기의 출력 신호로 출력시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a two-tone frequency-based on-off demodulation type transmission apparatus, the frequency synthesizer, the frequency synthesizer for generating a signal having a center frequency and a shift frequency; And a mixer for mixing the signal of the shift frequency generated by the frequency synthesizer with the signal of the center frequency generated by the frequency synthesizer, and outputting the output signal of the mixer as an output signal of the synthesizer. do.

또한, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치에 관한 것으로서, 이진 데이터 신호에 따라 구형파의 펄스 신호를 출력하는 베이스밴드; 중심 주파수의 신호 및 변이 주파수의 신호를 발생시키는 주파수 합성기; 상기 베이스밴드 신호와 상기 변이 주파수의 신호를 혼합시키는 제1 믹서; 상기 제1 믹서의 출력과, 상기 중심 주파수의 신호를 혼합시키는 제2 믹서; 및, 상기 제2 믹서의 출력을 증폭시키는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation transmission apparatus, comprising: a baseband for outputting a square wave pulse signal according to a binary data signal; A frequency synthesizer for generating a signal of a center frequency and a signal of a shift frequency; A first mixer for mixing the baseband signal and the signal of the shift frequency; A second mixer for mixing the output of the first mixer with the signal of the center frequency; And an amplifier for amplifying the output of the second mixer.

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치에 있어서, 상기 중심 주파수는 고주파 대역의 주파수이고, 상기 변이 주파수는 저주파 대역의 주파수인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a two-tone frequency-based on-off demodulation type transmission apparatus, wherein the center frequency is a frequency of the high frequency band, the shift frequency is characterized in that the frequency of the low frequency band.

또한, 본 발명은 온오프 변조 방식으로 변조된 수신 신호를 수신하되, 중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)가 온(on)일 때의 신호로서 수신되는, 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치에 관한 것으로서, 상기 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 중심 주파수를 생성하여 출력하는 주파수 합성기; 증폭된 수신 신호에 상기 중심 주파수를 혼합시켜 중간 신호를 출력하는 믹서; 상기 중간 신호를 저대역 필터링하고 증폭시키는 필터증폭부; 및, 상기 필터링되고 증폭된 중간 신호를 이진 데이터 신호로 복조하는 복조모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention receives the received signal modulated by the on-off modulation method, the signal consisting of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as a two-tone frequency) is shifted by the shift frequency around the center frequency (hereinafter referred to as a two-tone signal) on (on) A two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation type reception device, which is received as a signal when the signal is received, comprising: a low noise amplifier for amplifying the received signal; A frequency synthesizer for generating and outputting the center frequency; A mixer for mixing the center frequency with the amplified received signal and outputting an intermediate signal; A filter amplifier for low band filtering and amplifying the intermediate signal; And a demodulation module for demodulating the filtered and amplified intermediate signal into a binary data signal.

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치에 있어서, 상기 복조 모듈은, 상기 중간 신호에 대해 포락선을 검출하는 포락선 검출기; 및, 검출된 포락선을 기준치와 비교하여, 비교 결과에 이진 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a two-tone frequency-based on-off demodulation method receiving apparatus, wherein the demodulation module comprises: an envelope detector for detecting an envelope with respect to the intermediate signal; And a comparator for comparing the detected envelope with a reference value and outputting a binary signal in the comparison result.

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치에 있어서, 상기 필터 증폭부는 저대역 통과 필터(LPF)와 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation method receiving apparatus, characterized in that the filter amplifier is composed of a low pass filter (LPF) and a programmable gain amplifier (PGA).

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치에 있어서, 상기 중심 주파수는 고주파 대역의 주파수이고, 상기 변이 주파수는 저주파 대역의 주파수인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a two-tone frequency-based on-off demodulation method receiving apparatus, wherein the center frequency is a frequency of the high frequency band, the shift frequency is characterized in that the frequency of the low frequency band.

본 발명은 이진 데이터 신호를 송수신하는 송신 장치 및 수신 장치에 의해 수행되는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 송신 장치는 상기 이진 데이터 신호가 "1"인 경우, 중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)를 전송하고, 상기 이진 데이터 신호가 "0"인 경우, 신호 없이 전송하는 단계; (b) 상기 수신 장치는 수신한 수신 신호에 중심 주파수를 혼합(mixing)하여 중간 신호로 변환하고, 상기 중간 신호를 이진 데이터 신호로 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation method performed by a transmitter and a receiver for transmitting and receiving binary data signals, wherein (a) when the binary data signal is " 1 " Transmitting a signal (hereinafter referred to as a two-tone signal) consisting of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as a two-tone frequency) shifted by a shifted frequency to a center, and transmitting the signal without a signal when the binary data signal is "0"; (b) the receiving apparatus includes mixing a center frequency with the received received signal, converting the center frequency into an intermediate signal, and demodulating the intermediate signal into a binary data signal.

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 중간 신호에서 포락선(envelope)을 검출하고 포락선을 기준치와 비교하여 이진 데이터 신호로 복조하는 것을 특징으로 한다.In the two-tone frequency-based on-off demodulation method, in the step (b), an envelope is detected in the intermediate signal, and the envelope is compared with a reference value to demodulate the binary data signal.

또, 본 발명은 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법에 있어서, 상기 중심 주파수는 고주파 대역의 주파수이고, 상기 변이 주파수는 저주파 대역의 주파수인 것을 특징으로 한다.In the two-tone frequency-based on-off demodulation method, the center frequency is a frequency of a high frequency band, the shift frequency is characterized in that the frequency of the low frequency band.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법 및 송수신 장치에 의하면, 중심 주파수에 대칭인 투톤 주파수의 신호로 변조하고 중심 주파수를 통해 투톤의 중간신호로 변환하여 복조함으로써, 전력소모에서 매우 큰 부분을 차지하는 I/Q 신호를 만드는 회로를 필요로 하지 않으므로 초-저전력 송수신기를 용이하게 구현할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the two-tone frequency-based on-off demodulation method and the transmission and reception apparatus according to the present invention, the power consumption by modulating the two-tone frequency signal symmetrical to the center frequency, and converts the two-tone intermediate signal through the center frequency to demodulate, Because no circuit is needed to create an I / Q signal that occupies a very large portion of the circuit, the effect is to easily implement an ultra-low power transceiver.

특히, 본 발명에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법 및 송수신 장치에 의하면, 변조시 중심 주파수를 통해 투톤의 중간신호를 이용함으로써, 별도의 이미지 필터링을 하지 않아도 되므로 소비 전력을 절감하는 동시에, 저주파인 중간신호로 복조하므로 수신감도 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다. 이를 통해, 수신감도 성능이 좋은 초저전력 수신기를 구현할 수 있다.In particular, according to the two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation method and the transmission and reception apparatus according to the present invention, by using the two-tone intermediate signal through the center frequency at the time of modulation, it is not necessary to perform separate image filtering, while reducing power consumption, Demodulation to an intermediate signal provides an effect of improving reception sensitivity. Through this, it is possible to implement an ultra low power receiver with good reception sensitivity.

도 1은 종래기술에 따른 OOK 방식의 전송 신호의 주파수를 나타낸 그래프.
도 2는 종래기술에 따른 OOK 방식의 송신기의 구성에 대한 블록도.
도 3은 종래기술에 따른 OOK 방식의 수신기의 제1 구성에 대한 블록도.
도 4는 종래기술에 따른 OOK 방식의 수신기의 제1 구성에서 사용되는 입력 신호의 주파수를 나타낸 그래프.
도 5는 종래기술에 따른 OOK 방식의 수신기의 제2 구성에 대한 블록도.
도 6은 종래기술에 따른 OOK 방식의 수신기의 제2 구성에서 발생되는 간섭 신호의 이미지 주파수를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치에서 전송되는 신호의 주파수를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방식의 송신 장치의 구성에 대한 블록도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방식의 송신 장치의 구성에 대한 블록도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방식의 수신 장치의 구성에 대한 블록도.1 is a graph showing the frequency of the transmission signal of the OOK method according to the prior art.
Figure 2 is a block diagram of the configuration of a transmitter of the OOK method according to the prior art.
3 is a block diagram of a first configuration of a receiver of the OOK method according to the prior art.
Figure 4 is a graph showing the frequency of the input signal used in the first configuration of the receiver of the OOK system according to the prior art.
Figure 5 is a block diagram of a second configuration of a receiver of the OOK method according to the prior art.
Figure 6 is a graph showing the image frequency of the interference signal generated in the second configuration of the receiver of the OOK system according to the prior art.
7 is a graph showing the frequency of a signal transmitted from a transmitting device according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a configuration of a transmission apparatus of a two-tone frequency-based on-off modulation scheme according to a first embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a configuration of a two-tone frequency-based on-off modulation transmission device according to a second embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of a configuration of a receiving apparatus of a two-tone frequency-based on-off modulation scheme according to a third embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, specific contents for the practice of the present invention will be described with reference to the drawings.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In addition, in describing this invention, the same code | symbol is attached | subjected and the repeated description is abbreviate | omitted.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방법에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.First, a two-tone frequency-based on-off modulation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.

도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명은 전송할 디지털 데이터(또는 신호 데이터)가 "1"일 때 (a)와 같은 투톤 주파수를 갖는 신호를 전송하고, 신호 데이터가 "0"일 때 (b)와 같이 신호 없이 변조한다. 즉, 신호 데이터가 1일 때 신호(fc-f1,fc+f1) 전송을 온(on) 시키고, 반송파 또는 신호 전송을 오프(off)시킨다.As shown in Fig. 7, the present invention transmits a signal having a two-tone frequency such as (a) when the digital data (or signal data) to be transmitted is "1", and (b) when the signal data is "0". Modulate without signal together. That is, when the signal data is 1, the signal f c -f 1 , f c + f 1 is turned on and the carrier or signal transmission is turned off.

이때, 투톤(two-tone) 신호는 중심 주파수 fc를 중심으로 서로 대칭인 2개의 주파수 fc-f1, fc+f1 를 가지는 신호이다. 즉, 투톤 주파수는 중심 주파수 fc를 중심으로 양측으로 변이 주파수 f1 만큼 이동한 2개의 톤(tone)을 가지는 주파수이다.At this time, two-tone (two-tone) signal is a signal having a center frequency f c of each other symmetrical with respect to the two frequencies f c -f 1, f c + f 1. That is, the two-tone frequency is a frequency having two tones shifted to both sides by the center frequency f c by the shift frequency f 1 .

한편, 중심 주파수(fc)는 반송파에 이용되는 고주파 대역이고, 변이 주파수(f1)는 통상 중간 주파수에 사용되는 저주파 대역이다.On the other hand, the center frequency f c is a high frequency band used for a carrier wave, and the shift frequency f 1 is a low frequency band normally used for an intermediate frequency.

다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방식의 송신 장치를 도 8을 참조하여 설명한다.Next, a two-tone frequency-based on-off modulation transmission device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8.

도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 장치(30)는 입력단(31)의 데이터 신호에 따라 베이스밴드 신호를 출력하는 베이스밴드(32), 중심 주파수 또는 변이 주파수를 갖는 신호를 발생시키는 주파수 합성기(34), 베이스밴드 신호와 변이 주파수를 혼합(mixing)하는 제1 믹서(35), 제1 믹서(35)의 혼합 주파수와 중심 주파수를 혼합(mixing)하는 제2 믹서(36), 및, 신호를 증폭하여 안테나(ANT)로 출력하는 증폭기(37)로 구성된다.As shown in FIG. 8, the transmission device 30 according to the first embodiment of the present invention has a baseband 32, a center frequency, or a shift frequency, which outputs a baseband signal according to a data signal of the input terminal 31. A frequency synthesizer 34 for generating a signal, a first mixer 35 for mixing a baseband signal and a shift frequency, and a second mixer for mixing a mixing frequency and a center frequency of the first mixer 35. 36, and an amplifier 37 for amplifying the signal and outputting the signal to the antenna ANT.

먼저, 전송할 신호 데이터는 0과 1로 구성된 이진 디지털 데이터이다. 상기 신호 데이터는 입력단(31)을 통해 입력된다.First, the signal data to be transmitted is binary digital data consisting of zeros and ones. The signal data is input through the input terminal 31.

다음으로, 베이스밴드(32)는 입력단(31)을 통해 입력되는 이진 신호에 따라 베이스밴드 신호를 출력한다. 바람직하게는, 베이스밴드(32)는 신호 데이터에 따라 2개의 전압 레벨을 갖는 구형파의 펄스 신호로 변환하여 출력한다. 즉 0일 때는 0 전압 레벨을, 1일 때는 소정의 전압 레벨로 출력한다.Next, the baseband 32 outputs the baseband signal according to the binary signal input through the input terminal 31. Preferably, the baseband 32 converts and outputs a pulse signal of a square wave having two voltage levels according to the signal data. That is, when 0, 0 voltage level is output, and when 1, it is output at a predetermined voltage level.

다음으로, 주파수 합성기(34)는 주파수 제어단(33)의 제어 입력에 따라 중심 주파수(fc) 또는 변이 주파수(f1)의 신호를 발생시킨다. 바람직하게는, 주파수 합성기(34)는 국부 발진기(LO, local oscillator)와 위상고정루프(PLL)로 구성되어 위상 또는 주파수가 흔들리지 않도록 고정된 주파수, 즉, 안정적인 주파수를 가지는 신호를 출력시킨다. 즉, 주파수 합성기(34)는 통상의 주파수 합성기로서, 제어 입력에 따라 해당하는 주파수의 신호를 발생시킨다.Next, the frequency synthesizer 34 generates a signal of the center frequency f c or the shift frequency f 1 according to the control input of the frequency control stage 33. Preferably, the frequency synthesizer 34 is composed of a local oscillator (LO) and a phase locked loop (PLL) to output a signal having a fixed frequency, that is, a stable frequency so that the phase or frequency does not shake. That is, the frequency synthesizer 34 is a conventional frequency synthesizer and generates a signal having a corresponding frequency in accordance with the control input.

다음으로, 제1 믹서(35)는 베이스밴드(32)의 출력신호에, 주파수 합성기(34)에서 출력된 변이 주파수(f1)의 신호를 혼합(mixing)하여 출력한다. 제1 믹서(35)는 2개의 입력 신호를 곱하여 또다른 주파수의 출력 신호를 만드는 통상의 혼합기(mixer)로 구성된다.Next, the first mixer 35 mixes an output signal of the baseband 32 with a signal of the shift frequency f 1 output from the frequency synthesizer 34 and outputs the mixed signal. The first mixer 35 consists of a conventional mixer which multiplies two input signals to produce an output signal of another frequency.

베이스밴드 신호가 0일 때는, 제1 믹서(35)의 출력은 0 신호가 출력된다. 또한, 베이스밴드 신호가 소정의 전압일 때는 제1 믹서(35)는 변이 주파수(f1)의 신호를 출력한다.When the baseband signal is zero, the zero signal is output to the output of the first mixer 35. In addition, when the baseband signal is a predetermined voltage, the first mixer 35 outputs a signal of the shift frequency f 1 .

즉, 제1 믹서(35)는 베이스밴드 신호 또는 신호 데이터에 따라 변이 주파수(f1)의 신호를 차단하거나 출력하는 역할을 한다.That is, the first mixer 35 serves to block or output the signal having the shift frequency f 1 according to the baseband signal or the signal data.

다음으로, 제2 믹서(36)는 제1 믹서(35)의 출력 신호에, 주파수 합성기(34)에서 출력된 중심 주파수(fc)의 신호를 혼합(mixing)하여 출력한다. 제2 믹서(36)도 2개의 입력 신호를 곱하여 또다른 주파수의 출력 신호를 만드는 통상의 혼합기(mixer)로 구성된다.Next, the second mixer 36 mixes the signal of the center frequency f c output from the frequency synthesizer 34 with the output signal of the first mixer 35 and outputs the mixed signal. The second mixer 36 also consists of a conventional mixer which multiplies two input signals to produce an output signal of another frequency.

제1 믹서(35)의 출력은 0 신호가 출력되는 경우, 제2 믹서(36)의 출력도 0 신호가 출력된다. 또한, 제1 믹서(35)의 출력이 변이 주파수(f1)의 신호를 출력하는 경우, 제2 믹서(36)는 변이 주파수(f1)의 신호를 중심 주파수(fc)로 혼합(mixing)하여 출력한다. 이때, 출력되는 신호는 중심 주파수(fc)에 변이 주파수(f1) 만큼 변이된 2개의 대칭되는 투톤 주파수(fc-f1, fc+f1)의 신호를 출력한다.When the output of the first mixer 35 outputs a zero signal, the output of the second mixer 36 also outputs a zero signal. In addition, when the output of the first mixer 35 outputs a signal of the shift frequency f 1 , the second mixer 36 mixes the signal of the shift frequency f 1 to the center frequency f c . And print it out. At this time, the output signal outputs a signal of two symmetrical two-tone frequencies f c- f 1 , f c + f 1 that are shifted by the shift frequency f 1 at the center frequency f c .

즉, 제2 믹서(36)는 데이터 신호가 1일 때는 투톤 주파수(fc-f1, fc+f1)의 신호를 출력하고, 데이터 신호가 0일 때 투톤 주파수의 신호 발생을 차단한다.That is, when the data signal is 1, the second mixer 36 outputs a signal of two-tone frequency (f c -f 1 , f c + f 1 ), and blocks the generation of a signal of two-tone frequency when the data signal is 0. .

다음으로, 증폭기(PA, power amplifier)(37)는 제2 믹서(36)의 출력 신호를 증폭시키고, 증폭된 신호는 안테나(ANT)를 통해 송신된다.Next, a power amplifier (PA) 37 amplifies the output signal of the second mixer 36, and the amplified signal is transmitted through the antenna ANT.

결과적으로, 데이터 신호가 1일 때에는 투톤 주파수(fc-f1, fc+f1)의 신호가 송신되고, 데이터 신호가 0일 때에는 투톤 주파수의 신호 전송이 차단된다.As a result, when the data signal is 1, the signal of the two-tone frequency f c -f 1 , f c + f 1 is transmitted, and when the data signal is 0, the signal transmission of the two-tone frequency is interrupted.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방식의 송신 장치를 도 9를 참조하여 설명한다.Next, a two-tone frequency-based on-off modulation transmission apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신 장치(40)는 증폭기(41), 데이터 신호에 따라 증폭기(47)를 온/오프 시키는 스위치부(42), 투톤 주파수의 신호를 생성하는 투톤신호 생성기(43)로 구성된다. 바람직하게는, 투톤신호 생성기(43)는 중심 주파수 또는 변이 주파수를 갖는 신호를 발생시키는 주파수 합성기(44) 및, 변이 주파수의 신호에 중심 주파수의 신호를 혼합시키는 제3 믹서(45)로 구성된다.As shown in FIG. 9, the transmitting device 40 according to the second embodiment of the present invention includes an amplifier 41, a switch unit 42 for turning on / off the amplifier 47 according to a data signal, and a signal having a two-tone frequency. It consists of a two-tone signal generator 43 for generating a. Preferably, the two-tone signal generator 43 is composed of a frequency synthesizer 44 for generating a signal having a center frequency or a shift frequency, and a third mixer 45 for mixing a signal of the center frequency with a signal of the shift frequency. .

먼저, 증폭기(PA, power amplifier)(41)는 투톤신호 생성기(43)의 출력 신호(또는 투톤 주파수의 신호)를 증폭시키고, 증폭된 신호는 안테나(ANT)를 통해 송신된다.First, a power amplifier (PA) 41 amplifies an output signal (or a signal of two-tone frequency) of the two-tone signal generator 43, and the amplified signal is transmitted through the antenna ANT.

이때, 증폭기(PA, power amplifier)(41)는 스위치부(42)에 의해 온(on)/오프(off)된다. 즉, 스위치부(42)가 온(on)일 때는 투톤 주파수의 신호(또는 투톤 신호)를 증폭하여 출력하고, 스위치부(42)가 오프(off)일 때는 동작되지 않아 신호 출력을 차단한다.At this time, the power amplifier (PA) 41 is turned on / off by the switch unit 42. That is, when the switch unit 42 is on, it amplifies and outputs a signal of two-tone frequency (or two-tone signal), and when the switch unit 42 is off, it does not operate to block signal output.

다음으로, 스위치부(42)는 데이터 신호에 따라 온/오프 되고, 그 결과 증폭기(47)를 온/오프 시킨다. 데이터 신호는 전송할 데이터로서 0과 1로 구성된 이진 디지털 데이터이다. 상기 신호 데이터는 입력단(42a)을 통해 입력된다.Next, the switch section 42 is turned on / off according to the data signal, and as a result, the amplifier 47 is turned on / off. The data signal is binary digital data consisting of zeros and ones as data to be transmitted. The signal data is input through the input terminal 42a.

다음으로, 투톤신호 생성기(43)는 중심 주파수(fc)를 중심으로 변이 주파수(f1)만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(fc-f1, fc+f1)의 신호를 생성한다. 이때, 2개의 주파수(fc-f1, fc+f1)를 가지는 신호가 투톤 주파수의 신호 또는 투톤 신호이다.Next, the two-tone signal generator 43 is mutated by mutation frequency (f 1) around the center frequency (f c) generating a signal of a symmetric two frequencies (f c -f 1, f c + f 1) do. At this time, a signal having two frequencies (f c -f 1 , f c + f 1 ) is a two-tone signal or a two-tone signal.

구체적으로, 투톤신호 생성기(43)는 중심 주파수(fc) 및 변이 주파수(f1)를 갖는 신호를 발생시키는 주파수 합성기(44) 및, 변이 주파수(f1)의 신호에 중심 주파수의 신호(fc)를 혼합시키는 제3 믹서(45)로 구성된다.Specifically, the two-tone signal generator 43 includes a frequency synthesizer 44 for generating a signal having a center frequency f c and a shift frequency f 1 , and a signal of the center frequency in response to the signal of the shift frequency f 1 . f c ) and a third mixer 45 for mixing.

즉, 주파수 합성기(44)는 주파수 제어단(46)의 제어 입력에 따라 중심 주파수(fc) 및 변이 주파수(f1)의 신호를 발생시킨다. 주파수 합성기(44)는 통상의 주파수 합성기로서, 제어 입력에 따라 해당하는 주파수의 신호를 발생시킨다.That is, the frequency synthesizer 44 generates a signal of the center frequency f c and the shift frequency f 1 according to the control input of the frequency control terminal 46. The frequency synthesizer 44 is a conventional frequency synthesizer and generates a signal having a corresponding frequency in accordance with a control input.

다음으로 제3 믹서(45)는 주파수 합성기(44)에서 출력되는 변이 주파수(f1)에 중심 주파수의 신호(fc)로 혼합(mixing)하여 출력한다. 이때, 출력되는 신호는 중심 주파수(fc)에 변이 주파수(f1) 만큼 변이된 2개의 대칭되는 투톤 주파수(fc-f1, fc+f1)의 신호를 출력한다.Next, the third mixer 45 mixes and outputs the signal f c of the center frequency to the shift frequency f 1 output from the frequency synthesizer 44. At this time, the output signal outputs a signal of two symmetrical two-tone frequencies f c- f 1 , f c + f 1 that are shifted by the shift frequency f 1 at the center frequency f c .

본 발명의 제2 실시예에 따른 송신 장치(40)의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the transmitting device 40 according to the second embodiment of the present invention will be described below.

즉, 투톤신호 생성기(43)에서 투톤 주파수를 가지는 신호를 발생시켜 증폭기(41)에 입력한다. 이때, 증폭기(41)는 스위치부(42)에 의해 온/오프 되는데, 스위치부(42)는 데이터 신호에 따라 온/오프 된다. 따라서 데이터 신호에 따라 증폭기(41)는 온(on)되거나, 오프(off)된다. 따라서 데이터 신호가 "1"일 경우 투톤 주파수의 신호가 출력되고, 데이터 신호가 "0"일 때, 투톤 주파수의 신호가 차단된다.That is, the two-tone signal generator 43 generates a signal having a two-tone frequency and inputs it to the amplifier 41. At this time, the amplifier 41 is turned on / off by the switch unit 42, the switch unit 42 is turned on / off according to the data signal. Therefore, the amplifier 41 is turned on or off in accordance with the data signal. Therefore, when the data signal is "1", the signal of the two-tone frequency is output, and when the data signal is "0", the signal of the two-tone frequency is cut off.

따라서 데이터 신호가 "1"일 경우 전력 소모를 하고, 데이터 신호가 "0"일 때 전류를 차단시킴으로써, 입력 데이터에 따른 평균 전력소모량을 감소시켜, 결과적으로 저전력 구조의 송신 장치를 구현할 수 있다.Therefore, when the data signal is "1", power is consumed, and when the data signal is "0", the current is cut off, thereby reducing the average power consumption according to the input data, and as a result, a transmission apparatus having a low power structure can be implemented.

다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 투톤 주파수 기반 온오프 변조 방식의 수신 장치를 도 10을 참조하여 설명한다.Next, a two-tone frequency-based on-off modulation scheme receiving apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 10에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 수신 장치(50)는 안테나(ANT)에서 수신한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(51), 중심 주파수(fc)를 생성하여 출력하는 주파수 합성기(53), 증폭된 수신 신호(fRF)에 중심 주파수(fc)를 혼합(mixing)시켜 중간 신호를 출력하는 믹서(54), 중간 신호를 저대역 필터링하고 증폭시키는 필터증폭부(55), 및 필터링/증폭된 중간 신호를 이진 데이터 신호로 복조하는 복조모듈(56)로 구성된다.As shown in FIG. 10, the receiver 50 according to the present invention includes a low noise amplifier 51 for amplifying a signal received from an antenna ANT, and a frequency synthesizer 53 for generating and outputting a center frequency f c . A mixer 54 for outputting an intermediate signal by mixing the center frequency f c with the amplified received signal f RF , a filter amplifier 55 for low band filtering and amplifying the intermediate signal, and filtering And a demodulation module 56 for demodulating the amplified intermediate signal into a binary data signal.

먼저, 저잡음 증폭기(51)는 통상의 저잡음 증폭기(LNA)로서, 안테나(ANT)에서 주파수 fRF인 입력 신호를 수신하면, 수신 신호에서 잡음 증폭을 억제하고 신호만 증폭시킨다. 이때, 수신되는 수신 신호(fRF)는 투톤 주파수(fc-f1, fc+f1)를 가지는 신호이다.First, the low noise amplifier 51 is a conventional low noise amplifier (LNA). When the antenna ANT receives an input signal having a frequency f RF , the low noise amplifier 51 suppresses noise amplification in the received signal and amplifies only the signal. In this case, the received reception signal f RF is a signal having a two-tone frequency f c -f 1 , f c + f 1 .

다음으로, 주파수 합성기(53)는 주파수 제어단(52)의 제어 입력에 따라 중심 주파수(fc)의 신호를 발생시킨다. 주파수 합성기(53)는 통상의 주파수 합성기로서, 제어 입력에 따라 해당하는 주파수의 신호를 발생시킨다.Next, the frequency synthesizer 53 generates a signal of the center frequency f c according to the control input of the frequency control stage 52. The frequency synthesizer 53 is a conventional frequency synthesizer and generates a signal having a corresponding frequency in accordance with a control input.

다음으로, 믹서(54)는 수신 신호(fRF)에 중심 주파수(fc)의 신호로 다운 변환(down conversion)시켜 변이 주파수(f1)를 갖는 중간 신호를 출력시킨다.Next, the mixer 54 down converts the received signal f RF into a signal of the center frequency f c and outputs an intermediate signal having the shift frequency f 1 .

앞서 설명한 바와 같이, 수신 신호(fRF)는 투톤 주파수(fc-f1, fc+f1)를 가지는 신호이다. 투톤 주파수 중 주파수 fc-f1 와 중심 주파수(fc)의 차이 주파수는 fc 이다. 또한, 투톤 주파수 중 주파수 fc+f1 와 중심 주파수(fc)의 차이 주파수는 fc 이다. 따라서 다운 변환(down conversion)되어 출력되는 중간 신호는 변이 주파수(f1)를 갖는다.As described above, the received signal f RF is a signal having a two-tone frequency f c -f 1 , f c + f 1 . Of the two-tone frequencies, the difference frequency between the frequencies f c -f 1 and the center frequency f c is f c . In addition, the difference frequency of the two-tone frequency frequency f c + f 1 as the center frequency (f c) of which is f c. Therefore, the intermediate signal output after down conversion has a transition frequency f 1 .

다음으로, 필터증폭부(55)는 다운 변환된 중간 신호에 대해 저대역 필터링을 수행하고 증폭시킨다. 필터증폭부(55)는 저대역 통과 필터(LPF)와 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)로 구성된다.Next, the filter amplifier 55 performs low band filtering on the down-converted intermediate signal and amplifies it. The filter amplifier 55 is composed of a low pass filter (LPF) and a programmable gain amplifier (PGA).

고주파인 입력 신호(fRF)를 저주파인 변이 주파수(f1)의 중간 신호로 변환한 후, 저대역 필터링을 통해 고주파 잡음을 제거하고 증폭하기 때문에 노이즈 특성이 좋아진다.Since the high frequency input signal f RF is converted into an intermediate signal of the low frequency transition frequency f 1 , the low frequency filtering removes and amplifies high frequency noise, thereby improving noise characteristics.

한편, 믹서(54)에서 다운 변환할 때 발생되는 이미지 주파수(2fc-f1, 2fc+f1) 신호도 저대역 통과 필터(LPF)에 의해 필터링된다.On the other hand, the image frequency (2f c- f 1 , 2f c + f 1 ) signal generated when down-converting in the mixer 54 is also filtered by the low pass filter (LPF).

배경기술에 설명한 바와 같이, 종래기술에 따른 OOK 복조 방식의 수신 장치는 I/Q 신호와 이미지 필터를 필요로 한다. 그 이유는, 이미지 주파수인 fIM(fc-f1)의 간섭 신호와, 원하는 주파수인 fRF(fc+f1) 간의 주파수 간격이, 다운 변환시키는 주파수(fc)에 비해 매우 작기 때문에, I/Q 신호에 의한 다상 필터(polyphase filter)를 이용하여 이미지(image) 신호를 제거해야 한다.As described in the background art, a conventional OOK demodulation receiver requires an I / Q signal and an image filter. The reason is that the frequency interval between the interference signal of the image frequency f IM (f c -f 1 ) and the desired frequency f RF (f c + f 1 ) is very small compared to the frequency f c down-converted. Therefore, the image signal must be removed using a polyphase filter by the I / Q signal.

그러나 본 발명은 투톤 주파수를 사용하기 때문에, fIM(fc-f1)를 가지는 이미지 신호에 대한 문제를 고려할 필요가 없다. 따라서 본 발명에 따른 수신 장치는 I/Q 신호에 의한 다상 필터가 필요없다. 즉, 전력소모에서 매우 큰 부분을 차지하는 I/Q 신호를 만드는 회로를 필요로 하지 않으므로 초-저전력 송수신기를 용이하게 구현할 수 있다.However, since the present invention uses a two-tone frequency, there is no need to consider the problem with an image signal having f IM (f c -f 1 ). Therefore, the receiving device according to the present invention does not require a polyphase filter by the I / Q signal. This eliminates the need for circuits to create I / Q signals that occupy a very large portion of power consumption, making it easy to implement ultra-low power transceivers.

다음으로, 복조모듈(56)은 필터링된 중간 신호로부터 이진 신호를 복조한다. 바람직하게는, 복조모듈(56)은 필터링된 중간 신호에 대해 포락선을 검출하고, 검출된 포락선의 크기(또는 진폭)를 비교하여, 비교 결과에 따라 이진 신호(0 또는 1)를 출력한다. 출력된 디지털 이진 신호는 출력단(59)으로 출력된다.Next, the demodulation module 56 demodulates the binary signal from the filtered intermediate signal. Preferably, the demodulation module 56 detects an envelope with respect to the filtered intermediate signal, compares the magnitude (or amplitude) of the detected envelope, and outputs a binary signal (0 or 1) according to the comparison result. The output digital binary signal is output to the output terminal 59.

바람직하게는, 복조모듈(56)은 중간 신호에 대해 포락선(envelope)을 검출하는 포락선 검출기(envelope detector)(57)와, 검출된 포락선을 기준치와 비교하는 비교기(comparator)(58)로 구성된다.Preferably, the demodulation module 56 comprises an envelope detector 57 for detecting an envelope with respect to the intermediate signal, and a comparator 58 for comparing the detected envelope with a reference value. .

중간 신호는 저주파인 변이 주파수(f1)를 갖는 신호이고, 저주파 대역 필터링을 통해 노이즈를 제거하고 증폭된 신호이다. 따라서, 포락선 검출기(57)는 수신 감도 성능이 심각하게 열화되는 것을 방지할 수 있다.The intermediate signal is a signal having a transition frequency f 1 , which is a low frequency, and is a signal amplified by removing noise through low frequency band filtering. Thus, the envelope detector 57 can prevent the reception sensitivity performance from being severely degraded.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.

이 특허은 2018년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 정보통신기술진흥센터의 지원을 받아 수행된 연구임 (No.2018-0-00772, 새로운 Two-Tone OOK 변조 방식 기반의 초소형 IoT용 초저전력(500uW) 장거리 래디오 기술 개발)This patent was funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning in 2018 and supported by the Information and Communications Technology Promotion Center (No.2018-0-00772, Ultra-low power for ultra-small IoT based on the new Two-Tone OOK modulation method. 500uW) Long range radio technology development)

30,40 : 송신 장치 31 : 입력단
32 : 베이스밴드 33 : 주파수 제어단
34 : 주파수 합성기 35 : 제1 믹서
36 : 제2 믹서 37 : 증폭기
40 : 송신 장치 41 : 증폭기
42 : 스위치부 43 : 투톤신호 생성기
44 : 주파수 합성기 45 : 제3 믹서
46 : 주파수 제어단
50 : 수신 장치 51 : 저잡음 증폭기
52 : 주파수 제어단 53 : 주파수 합성기
54 : 믹서 55 : 필터증폭부
56 : 복조모듈 57 : 포락선 검출부
58 : 비교기 59 : 출력단30,40: transmitting device 31: input terminal
32: baseband 33: frequency control stage
34: frequency synthesizer 35: first mixer
36: second mixer 37: amplifier
40: transmitting device 41: amplifier
42: switch unit 43: two-tone signal generator
44: frequency synthesizer 45: third mixer
46: frequency control stage
50: receiver 51: low noise amplifier
52: frequency control stage 53: frequency synthesizer
54 mixer 55 filter amplifier
56 demodulation module 57: envelope detection unit
58: comparator 59: output stage

Claims (11)

투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치에 있어서,
증폭기;
이진 신호로 구성된 데이터 신호에 따라 상기 증폭기를 온/오프 시키는 스위치부; 및,
중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)를 발생시키고 상기 투톤 신호를 상기 증폭기로 입력시키는 투톤신호 생성기를 포함하고,
상기 투톤 신호는 상기 증폭기에 의해 증폭되어 안테나로 송신되고,
상기 데이터 신호가 "1"인 경우 상기 투톤 주파수로 구성된 투톤 신호가 전송되고, 상기 데이터 신호가 "0"인 경우 상기 투톤 신호가 차단되고,
상기 투톤 신호는 송신 장치에서 상기 중심 주파수의 신호로 다운 변환되는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치.
In the two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation transmission device,
amplifier;
A switch unit for turning on / off the amplifier according to a data signal composed of a binary signal; And,
A two-tone signal generator for generating a signal (hereinafter referred to as a two-tone signal) composed of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as a two-tone frequency) shifted by a shift frequency about a center frequency and inputting the two-tone signal to the amplifier,
The two-tone signal is amplified by the amplifier and transmitted to an antenna,
When the data signal is "1", a two-tone signal composed of the two-tone frequency is transmitted. When the data signal is "0", the two-tone signal is blocked.
The two-tone signal is down-converted to a signal of the center frequency in a transmitting device Two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation transmission apparatus, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 투톤신호 생성기는,
중심 주파수 및 변이 주파수를 갖는 신호를 발생시키는 주파수 합성기; 및,
상기 주파수 합성기에 의해 발생된 변이 주파수의 신호에, 상기 주파수 합성기에 의해 발생된 중심 주파수의 신호를 혼합시켜, 상기 투톤 신호를 출력하는 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치.
The method of claim 1, wherein the two-tone signal generator,
A frequency synthesizer for generating a signal having a center frequency and a shift frequency; And,
And a mixer for mixing the signal of the shift frequency generated by the frequency synthesizer with the signal of the center frequency generated by the frequency synthesizer and outputting the two-tone signal. Transmitting device.
투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치에 있어서,
이진 신호로 구성된 데이터 신호에 따라 구형파의 펄스 신호를 출력하는 베이스밴드;
중심 주파수의 신호 및 변이 주파수의 신호를 발생시키는 주파수 합성기;
상기 베이스밴드 신호와 상기 변이 주파수의 신호를 혼합시켜서, 상기 베이스밴드 신호에 따라 상기 변이 주파수의 신호를 차단하거나 출력하는 제1 믹서;
상기 제1 믹서의 출력과, 상기 중심 주파수의 신호를 혼합시키는 제2 믹서; 및,
상기 제2 믹서의 출력을 증폭시키는 증폭기를 포함하고,
상기 데이터 신호가 "1"인 경우, 중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)가 출력되고, 상기 데이터 신호가 "0"인 경우, 상기 투톤 신호의 발생이 차단되고,
상기 투톤 신호는 송신 장치에서 상기 중심 주파수의 신호로 다운 변환되는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치.
In the two-tone frequency-based on-off modulation and demodulation transmission device,
A baseband outputting a pulse signal of a square wave according to a data signal composed of a binary signal;
A frequency synthesizer for generating a signal of a center frequency and a signal of a shift frequency;
A first mixer which mixes the baseband signal and the signal of the shift frequency and cuts or outputs the signal of the shift frequency according to the baseband signal;
A second mixer for mixing the output of the first mixer with the signal of the center frequency; And,
An amplifier for amplifying the output of the second mixer,
When the data signal is "1", a signal (hereinafter referred to as a two-tone signal) composed of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as a two-tone frequency) is shifted by a shift frequency around a center frequency, and the data signal is "0". If the two-tone signal is generated,
And the two-tone signal is down-converted from the transmitting device to the signal of the center frequency.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중심 주파수는 고주파 대역의 주파수이고, 상기 변이 주파수는 저주파 대역의 주파수인 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 송신 장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And a center frequency is a frequency of a high frequency band, and the shift frequency is a frequency of a low frequency band.
온오프 변조 방식으로 변조된 수신 신호를 수신하되, 중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)가 온(on)일 때의 신호로서 수신되는, 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치에 있어서,
상기 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기;
상기 중심 주파수를 생성하여 출력하는 주파수 합성기;
증폭된 수신 신호에 상기 중심 주파수를 혼합시켜 다운 변환하여 중간 신호를 출력하는 믹서;
상기 중간 신호를 저대역 필터링하고 증폭시키는 필터증폭부; 및,
상기 필터링되고 증폭된 중간 신호를 이진 데이터 신호로 복조하는 복조모듈을 포함하고,
상기 수신 신호는, 이진 데이터 신호가 "1"인 경우 투톤 신호로 전송되는 신호와, 이진 데이터 신호가 "0"인 경우 상기 투톤 신호 없이 전송되는 신호로 구성된 신호로서 수신되는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치.
A signal when a received signal modulated by the on-off modulation method is received, and a signal composed of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as two-tone frequencies) is shifted by a shift frequency around a center frequency (hereinafter referred to as a two-tone signal). In the receiving apparatus of the two-tone frequency-based on-off demodulation scheme, which is received as,
A low noise amplifier for amplifying the received signal;
A frequency synthesizer for generating and outputting the center frequency;
A mixer configured to down-convert and mix the center frequency with an amplified received signal to output an intermediate signal;
A filter amplifier for low band filtering and amplifying the intermediate signal; And,
A demodulation module for demodulating the filtered and amplified intermediate signal into a binary data signal,
The received signal is received as a signal consisting of a signal transmitted as a two-tone signal when the binary data signal is "1", and a signal transmitted without the two-tone signal when the binary data signal is "0". Receiving device based on on-off modulation and demodulation method.
제5항에 있어서, 상기 복조 모듈은,
상기 중간 신호에 대해 포락선을 검출하는 포락선 검출기; 및,
검출된 포락선을 기준치와 비교하여, 비교 결과에 이진 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치.
The method of claim 5, wherein the demodulation module,
An envelope detector for detecting an envelope with respect to the intermediate signal; And,
And a comparator for outputting a binary signal in the comparison result by comparing the detected envelope with a reference value.
제5항에 있어서,
상기 필터 증폭부는 저대역 통과 필터(LPF)와 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)로 구성되는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치.
The method of claim 5,
The filter amplification unit is a low-pass filter (LPF) and a programmable gain amplifier (PGA) characterized in that the two-tone frequency-based on-off demodulation method receiving apparatus.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중심 주파수는 고주파 대역의 주파수이고, 상기 변이 주파수는 저주파 대역의 주파수인 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방식의 수신 장치.
The method according to any one of claims 5 to 7,
And the center frequency is a frequency of a high frequency band, and the shift frequency is a frequency of a low frequency band.
이진 데이터 신호를 송수신하는 송신 장치 및 수신 장치에 의해 수행되는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법에 있어서,
(a) 상기 송신 장치는 상기 이진 데이터 신호가 "1"인 경우, 중심 주파수를 중심으로 변이 주파수 만큼 변이되어 대칭인 2개의 주파수(이하 투톤 주파수)로 구성된 신호(이하 투톤 신호)를 전송하고, 상기 이진 데이터 신호가 "0"인 경우, 신호 없이 전송하는 단계;
(b) 상기 수신 장치는 수신한 수신 신호에 중심 주파수를 혼합(mixing)하여 중간 신호로 다운 변환하고, 상기 중간 신호를 이진 데이터 신호로 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법.
In the two-tone frequency-based on-off demodulation method performed by a transmitting device and a receiving device for transmitting and receiving binary data signals,
(a) when the binary data signal is "1", the transmission apparatus transmits a signal (hereinafter referred to as a two-tone signal) composed of two symmetrical frequencies (hereinafter referred to as a two-tone frequency) shifted by a shift frequency around a center frequency, If the binary data signal is "0", transmitting without a signal;
(b) the receiving apparatus includes mixing and converting a center frequency into a received signal, down converting the received signal into an intermediate signal, and demodulating the intermediate signal into a binary data signal; Modulation and demodulation method.
제9항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 상기 중간 신호에서 포락선(envelope)을 검출하고 포락선을 기준치와 비교하여 이진 데이터 신호로 복조하는 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법.
The method of claim 9,
In (b), the two-tone frequency-based on-off demodulation method characterized in that for detecting the envelope (envelope) in the intermediate signal and demodulating the envelope to a binary data signal compared to the reference value.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 중심 주파수는 고주파 대역의 주파수이고, 상기 변이 주파수는 저주파 대역의 주파수인 것을 특징으로 하는 투톤 주파수 기반 온오프 변복조 방법.

The method according to claim 9 or 10,
The center frequency is a frequency of a high frequency band, the shift frequency is a two-tone frequency-based on-off demodulation method, characterized in that the frequency.

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WO2024123222A1 (en) * 2022-12-07 2024-06-13 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Spectrally efficient ultra low power transmitter

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KR20120092634A (en) * 2009-11-20 2012-08-21 주식회사 케이엠더블유 Signal transmission and reception apparatus using on-off modulation

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