KR19980028594A - Iq복조장치 - Google Patents

Abstract

IQ 복조장치가, 스위치 제어신호를 발생하는 제어부와, 수신되는 입력신호를 90도 위상차를 갖는 제1입력신호 및 제2입력신호로 변환 출력하는 90도 위상차 전력분배기와, 제1입력신호 및 제2입력신호를 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제1스위치와, 로컬신호와 제1스위치에서 출력되는 입력신호 들을 혼합하여 제1중간신호 및 제2중간신호로 출력하는 주파수혼합기와, 제1중간신호 및 제2중간신호를 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제2스위치와, 제2스위치에서 출력하는 제1중간신호 및 제2중간신호 값을 다음 중간신호 주기 까지 유지하는 회로들로 구성된다.

Description

IQ복조장치

본 발명은 디지탈 통신시스템의 복조 장치 방법에 관한 것으로, 특히 IQ 복조장치 및 방법에 관한 것이다.

IQ 복조장치(IQ demodulator)는 디지탈 통신분야에서 네트웍 애널라이저(network analyzer)로 이용될 수 있는 대표적인 장치이다. 디지탈 통신분야에서 변조 방식의 일종인 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 같은 방식에 사용할 수 있으며, 상기 QAM 변조 방식은 위상 차이를 이용하여 신호의 캐패시티(capacity)를 보다 효과적으로 사용하는 변조 방식이다. 이런 변조 방식을 사용하는 시스템에서는 IQ 변조장치가 QAM 복조기로 동작하게 된다. 이때 위상 차이를 이낵하여 상대 위상차가 90°인 두 개의 신호 성분을 추출할 수 있다.

일반적으로 네트워크 애널라이저는 DUT(Device Under Test)의 전달 특성 및 반사계수를 측정하는 장치로서, 그 전달특성과 반사계수의 크기와 위상을 모두 측정하기 위하여 신호발생기와 IQ복조기로서 값싸게 만들 수 있다. 또한 상기 IQ복조기는 상대적인 위상 변화를 측정하는 장비로서 이용할 수 있다. 이는 혼합기(mixer)에 입력되는 두 개의 입력단 중 하나의 입력단 위상을 고정시키면, IQ복조기의 출력값 I 및 Q를 이용해 다른 하나의 입력단의 위상변화를 알 수 있다.

도 1은 상기와 같은 종래의 IQ복조기의 구성을 도시하고 있다. 상기 도 1을 참조하면, 2개의 주파수혼합기123, 124와, 동위상 전력분배기121과, 90°위상차 전력분배기122로 구성된다. 여기서 상기 주파수혼합기123, 124는 로컬주파수(Local Frequency: 이하 LF라 칭한다)와 입력신호(Radio Frequency: 이하 RF라 칭한다)를 결합하여 그 주파수 차와 합에 해당하는 중간주파수(Intermediate Frequency: 이하 IF라 칭한다)를 생성하는 기능을 수행한다. 동위상 전력분배기121은 단자111에서 입력되는 LF신호(또는 RF신호)를 n-dB 동위상으로 나누어 주파수 혼합기123, 124에 인가한다. 여기서 상기 동위상 전력분배기121은 3-dB 동위상 분배기로서 Wilkinson Power Divider를 사용할 수 있으며, 입력되는 신호는 LF신호라고 가정한다. 위상차 전력분배기122는 입력되는 RF신호(LF신호)는 90°위상차를 갖는 신호들로 전력 분배하여 주파수 혼합기123, 124의 RF(또는 LF)입력단자에 인가한다. 여기서 상기 위상차 전력분배기122는 Branch Line Coupler를 사용할 수 있으며, 입력되는 신호는 RF신호라 가정한다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 RF신호 V_RF는 위상차 전력분배기122를 통하면 신호의 크기가 각각이고, 위상은 서로 90° 차이를 갖는 두신호 V_RF1및 V_RF2로 나뉘어져 주파수 혼합기123 및 124의 RF 입력단자에 인가된다. 여기서 위상차θ는 RF신호의 LF신호에 대한 상대적인 위상차이다. 입력단자111을 통해 입력되는 LF신호는 3-dB 동위상 전력분배기121을 통해 크기와 위상이 동일한 신호 V_LF1및 V_LF2로 나뉘어 주파수 혼합기123 및 124의 LF 입력단자에 인가된다. 그러면 상기 주파수 혼합기123 및 124는 입력되는 상기 V_RF1및 V_RF2와 V_LF1및 V_LF2를 각각 혼합하여 V_IF1및 V_IF2를 발생한다. 이때 상기 주파수 혼합기123 및 124에서 출력되는 중간주파수 IF1 및 IF2는 RF신호의 크기에 대해 변환 손실 K₁및 K₂의 비율이 곱해진 크기를 가지며, 상기 IF신호의 주파수와 위상은 RF신호와 LF신호의 주파수와 위상에 의해 정해진다.

예를들면, 상기 RF신호가 LF신호의 주파수가 동일한 경우, 주파수 혼합기123 및 124의 IF 출력주파수는 직류 성분 DC와 RF의 정수배 주파소로 나타나게 된다. 이를 수식적으로 표현하면 하기와 같다.

[수 식1]

그리고 상기와 같은 IF₁과 IF₂가 저역여파기125 및 126을 각각 통과하면, 상기 V_IF1과 V_IF2는 다음 수식2와 같은 값을 갖는다.

[수 식2]

즉, 상기 두 IF신호들은 90°위상차를 가지게 된다.

그러나 상기 도 1과 같은 IQ복조기는 두 개의 주파수 혼합기를 사용하므로, 서로의 변환 손실이 틀리게 되어 정확한 위상 비교를 수행할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 또한 상기 LF신호와 RF신호의 입력을 모두 3-dB 분배기들을 이용하여 주파수 혼합기 들에 인가하므로, 상기 주파수 혼합기 들에 입력되는 전력이 작아지는 문제가 야기되었다.

따라서 본 발명의 목적은 하나의 주파수 혼합기를 사용하여 정확한 위상 비교를 수행할 수 있는 IQ 복조장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 주파수 혼합기가 전력 분배되지 않은 신호를 직접 입력하여 전력 효율을 향상시킬 수 있는 IQ 복조장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 IQ 복조장치가, 스위치 제어신호를 발생하는 제어부와, 수신되는 입력신호를 90도 위상차를 갖는 제1입력신호 및 제2입력신호로 변환 출력하는 90도 위상차 전력분배기와, 상기 제1입력신호 및 제2입력신호를 상기 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제1스위치와, 로컬신호와 상기 제1스위치에서 출력되는 입력신호 들을 혼합하여 제1중간신호 및 제2중간신호로 출력하는 주파수혼합기와, 상기 제1중간신호 및 제2중간신호를 상기 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제2스위치와, 상기 제2스위치에서 출력하는 제1중간신호 및 제2중간신호 값을 다음 중간신호 주기 까지 유지하는 회로들로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 IQ 복조장치의 구성을 도시하는 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IQ 복조장치의 구성을 도시하는 도면

도2는 본 발명의 실시예에 따른 IQ 복조장치의 구성을 도시하는 도면으로서, 제어부227은 본 발명의 실시예에 따라 위상차가 90°인 중간 주파수신호들을 발생하기 위한 제어신호 들을 발생하는 역할을 한다. 상기 제어부227은 발진기(oscillator)로 구현할 수 있으며, 이때 발생되는 제어신호1 및 제어신호2는 동일한 신호 형태를 가질 수 있다. 위상차 전력분배기221은 입력단자212에 인가되는 RF(또는 LF)신호를 90°위상차를 갖는 V_RF1및 V_RF2(또는 V_LF1및 V_LF2)를 발생한다. 스위치222는 제1입력단자가 상기 위상차 전력분배기221의 제1출력V_RF1(또는 V_LF1)을 입력하고 제2입력단자가 상기 위상차 전력분배기221의 제2출력V_RF2(또는 V_LF2)을 입력하며, 상기 제어부227의 제어신호1에 의해 스위칭 출력한다. 주파수 혼합기223은 상기 입력단자211에서 인가되는 입력신호V_LF(또는 V_RF)와 상기 스위치222에서 스위칭 출력되는 V_RF1및 V_RF2(또는 V_LF1및 V_LF2)을 주파수 혼합하여 V_IF1및 V_IF2신호를 발생한다. 스위치224는 상기 혼합기223에서 출력되는 상기 V_IF1및 V_IF2신호를 입력하며, 상기 제어부227의 제어신호2에 의해 스위칭 출력한다. 정류회로225는 상기 스위치224에서 출력되는 V_IF1신호를 출력하며, 이 신호를 다음 V_IF1신호가 수신될 때 까지 유지한다. 정류회로226은 상기 스위치224에서 출력되는 V_IF2신호를 출력하며, 이 신호를 다음 V_IF2신호가 수신될 때 까지 유지한다.

일반적으로 IQ 복조기에 입력되는 LF신호의 전력은 상대적으로 RF 전력 보다 상당히 높다. 따라서 상기 LF신호가 3-dB 전력분배기221에 의해 전력이 낮아지는 것을 방지하기 위하여 LF신호를 주파수혼합기223에 직접 인가하므로서 전력 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 상기 RF신호가 원하는 값 보다 낮은 전력으로 입력되는 경우에는 상기 RF신호를 전력분배기221에 입력시키지 않고 바로 주파수혼합기223에 입력시키고 LF신호를 전력분배기221을 통해 주파수혼합기223에 입력시킬 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 도 2에서 입력단자211에 입력되는 신호는 LF신호()라 가정하며, 입력단자212에 입력되는 신호는 RF신호()라 가정한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 IQ 복조기의 동작을 살펴보면, 높은 입력 전력을 요구하는 주파수 혼합기223의 LF신호 입력단자211에 LF신호()가 입력되고, RF신호 입력단자212에 상기 RF신호()가 입력된다. 그러면 90°위상차 전력분배기221은 상기 RF신호를 90°위상차를 갖도록 분배하여 V_RF1및 V_RF2를 발생한다. 따라서 상기 전력분배기221을 출력하는 V_RF1및 V_RF2는 90°의 위상차를 가지며 동일한 크기의 전력으로 분배된 신호가 된다. 여기서 상기 위상차 전력분배기221은 BRANCH LINE COUPLER를 사용할 수 있다.

그러면 스위치222는 상기 V_RF1및 V_RF2를 상기 제어부227에서 발생되는 제어신호에 의해 스위칭되어 상기 주파수혼합기223에 교대로 인가한다. 이때 상기 스위치222는 흡수형 RF스위치를 사용할 수 있으며, 이런 경우 상기 스위치222로 단락된 신호는 스위치222를 통해 흡수된다. 따라서 상기 스위치222에서 반사되어 상기 위상차 전력분배기221의 입력단으로 인가되는 신호의 세기는 매우 미약한 신호가 된다.

그러면 상기 주파수혼합기223은 상기 입력단자211을 통해 입력되는 LF신호(V_LF)와 상기 스위치222에서 교대로 출력되는 90°위상차를 갖는 V_RF1및 V_RF2를 입력하며, 상기 V_LF1신호와 교대로 입력되는 V_RF1및 V_RF2신호 들을 각각 혼합하여 V_IF1과 V_IF2를 발생한다. 이때 상기 주파수혼합기223의 주파수 변환 손실을 k라 하면, 상기 주파수혼합기223에 혼합되어 출력되는 중간주파수V_IF1과 V_IF2는 모두 동일한 변환 손실 값을 갖는다. 따라서 상기 중간주파수V_IF1과 V_IF2의 출력 값으로 정확한 위상 비교를 수행할 수 있다. 여기서 상기 V_IF1과 V_IF2는 상기 (수식2)와 같은 값을 갖는다.

그리고 상기 주파수혼합기223에 혼합된 중간주파수 V_IF1과 V_IF2는 스위치224에서 다시 두 개의 경로로 나뉘어져 출력한다. 이때 상기 스위치224도 역시 상기 제어부227에 의해 제어된다. 따라서 상기 RF스위치222와 저주파스위치224의 동기는 상기 제어부227에서 발생하는 제어신호에 의해 맞춰지게 되며, 따라서 상기 두 스위치222 및 224의 스위칭 동작은 동시에 이루어짐을 알 수 있다.

상기 저주파스위치224를 통해 출력되는 출력되는 V_IF1과 V_IF2신호는시간 타이밍을 이용하여 그 값을 측정할 수 있으며, 이 출력은 정류회로225 및 226을 통해 다음 신호가 입력될 때 까지 유지된다. 따라서 출력단자213은 상기 정류회로225에서 출력되는 V_IF1신호의 출력을 유지하고, 출력단자214는 상기 정류회로226에서 출력되는 V_IF2신호의 출력을 유지하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 하나의 주파수 혼합기를 사용하여 IF신호를 발생하므로, 상기 주파수혼합기에서 발생되는 두 개의 IF신호들은 동일한 크기의 변환 손실 값을 가지므로, IF신호의 출력 값으로 정확한 위상 비교를 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 주파수혼합기223에 LF신호를 바로 입력하고 RF신호를 90°위상차 전력분배기221에 입력하는 예를 가정하여 설명하고 있다. 그러나 상기한 바와 같이 RF신호를 상기 주파수혼합기223에 입력시키고 상기 LF신호를 90°위상차 전력분배기221에 연결하고, 흡수형 RF스위치222를 통해 주파수혼합기223에 입력하여도 동작의 효과는 동일함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 IQ 복조기에서 하나의 주파수혼합기를 사용하므로서 중간주파수의 변환손실을 동일한 크기로 발생할 수 있으며, 이로인해 IF신호 값으로 정확한 위상비교를 수행할 수 있다. 또한 상대적으로 전력이 낮은 LF신호를 주파수혼합기에 직접 입력시키고 전력이 높은 RF신호를 전력분배기를 통해 주파수혼합기에 입력시키므로서, LF신호의 전력을 적게 입력시킬 수 있는 이점이 있다. 또한 상기 RF신호의 전력이 LF신호에 비해 상대적으로 낮은 경우에는 반대로 입력시켜도 동일한 효과를 가질 수 있다.

Claims (10)

1. IQ 복조장치에 있어서,

   스위치 제어신호를 발생하는 제어부와,

   수신되는 입력신호를 90도 위상차를 갖는 제1입력신호 및 제2입력신호로 변환 출력하는 90도 위상차 전력분배기와,

   상기 제1입력신호 및 제2입력신호를 상기 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제1스위치와,

   로컬신호와 상기 제1스위치에서 출력되는 입력신호 들을 혼합하여 제1중간신호 및 제2중간신호로 출력하는 주파수혼합기와,

   상기 제1중간신호 및 제2중간신호를 상기 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제2스위치와,

   상기 제2스위치에서 출력하는 제1중간신호 및 제2중간신호 값을 다음 중간신호 주기 까지 유지하는 회로들로 구성된 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부가 발진기인 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 90도 위상차 전력분배기가 3dB 브랜치 라인 커플러인 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1스위치가 흡수형 RF스위치인 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
5. IQ 복조장치에 있어서,

   스위치 제어신호를 발생하는 제어부와,

   로컬신호를 입력하여 90도 위상차를 갖는 제1로컬신호 및 제2로컬신호로 변환 출력하는 90도 위상차 전력분배기와,

   상기 제1로컬신호 및 제2로컬신호를 상기 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제1스위치와,

   입력신호와 상기 제1스위치에서 출력되는 로컬신호 들을 혼합하여 제1중간신호 및 제2중간신호로 출력하는 주파수혼합기와,

   상기 제1중간신호 및 제2중간신호를 상기 스위치 제어신호에 의해 스위칭 출력하는 제2스위치와,

   상기 제2스위치에서 출력하는 제1중간신호 및 제2중간신호 값을 다음 중간신호 주기 까지 유지하는 회로들로 구성된 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어부가 발진기인 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 90도 위상차 전력분배기가 3dB 브랜치 라인 커플러인 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1스위치가 흡수형 RF스위치인 것을 특징으로 하는 IQ 복조장치.
9. IQ 복조방법에 있어서,

   입력신호를 90도 위상차를 갖는 제1입력신호 및 제2입력신호로 변환 출력하는 과정과,

   상기 제1입력신호를 선택하여 로컬신호와 주파수 혼합하여 1중간신호를 발생 및 출력하고 다음 제1중간신호가 입력될 때 까지 유지하는 과정과,

   상기 제1중간신호 발생 후 상기 제2입력신호를 선택하여 로컬신호와 주파수 혼합하여 제2중간신호를 발생 및 출력하고 다음 제2중간신호가 입력될 때 까지 유지하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 IQ 복조 방법.
10. IQ 복조방법에 있어서,

    로컬신호를 90도 위상차를 갖는 제1로컬신호 및 제2로컬신호로 변환 출력하는 과정과,

    상기 제1로컬신호를 선택하여 입력신호와 주파수 혼합하여 1중간신호를 발생 및 출력하고 다음 제1중간신호가 입력될 때 까지 유지하는 과정과,

    상기 제1중간신호 발생 후 상기 제2로컬신호를 선택하여 입력신호와 주파수 혼합하여 제2중간신호를 발생 및 출력하고 다음 제2중간신호가 입력될 때 까지 유지하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 IQ 복조 방법.