KR19990020269A - 무선통신시스템의 스퓨리어스 제거장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

국부발진신호와 입력신호를 혼합하는 혼합기를 구비하는 무선통신 시스템의 스퓨리어스 제거장치가, 혼합신호를 증폭하는 증폭기의 입력단에 결합기를 연결하고 출력단에 분배기를 연결하며, 분배기에서 출력되는 출력신호에서 스퓨리어스 성분을 여파한 후 역위상으로 변환하고, 변환된 역위상신호를 상기 혼합신호에 결합시켜 스퓨리어스 성분을 제거한다.

Description

무선통신 시스템의 스퓨리어스 제거장치 및 방법

본 발명은 무선통신 시스템의 송신장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 송신장치의 스퓨리어스 제거장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신 시스템은 혼합기에서 누설되는 국부발진신호 및 스퓨리어서(spurious)를 제거하기 위하여, 도 1과 너치필터(notch filter)121을 사용하거나 도 2와 같이 대역통과필터(Band Pass Filter)115를 사용하여 국부발진신호 및 스퓨리어스를 제거하였다.

상기 도 1과 같은 구성을 스퓨리어스를 제거하는 동작을 살펴보면, 혼합기(mixer)113은 중간주파수 신호 Fif와 국부발진기(Local Oscillator)111에서 출력되는 국부발진신호 Flo을 혼합하여 출력한다. 이때 상기 혼합기113에서 출력되는 주파수 Fo는 하기 수학식 1과 같다.

여기서 n=0,1,2,3,..., m=0,1,2,3,...이다.

상기 도 1과 같은 구성으로 스퓨리어스를 제거하는 장치는 상기 혼합신호 Fo에 포함된 국부발진신호 Flo를 제거하기 위하여 혼합기113의 출력단에 너치필터121을 연결한다. 이때 너치필터121의 특성은 도 5와 같은 주파수 스펙트럼 특성을 갖는다. 이때 상기 너치필터121의 주파수 특성은 하기 수학식 2와 같은 점에서 공진이 일어나며, 이 특성을 이용하여 누설된 국부발진신호를 제거한다.

도 2는 동일한 출력 Fo에 국부발진신호 Fo를 제거하기 위해 대역통과필터115를 사용하고, 증폭기117에 의해 이득을 가진 국부발진신호를 다시 대역통과필터119를 통해 제거하는 방식이다.

그러나 상기와 같은 스퓨리어스 제거 방식은 필터의 사용 주파수 대역이 넓어질수록 필터의 Q가 떨어져 대역외(out of band) 감쇄 특성이 나빠지며, 시스템에서 요구하는 출력 스펙트럼을 만족하기 위해서는 여러 단의 필터가 필요하게 되어 제품의 가격이 상승되고, 경박단소화에 어렵다. 즉, 상기와 같이 국부발진기의 누설신호 및 혼합기에 의해 발생하는 스퓨리어스 신호들의 제거를 위해 여러단의 필터를 사용하여야 단점이 있으며, 또한 주파수의 사용이 고주파수로 올라가고 넓은 주파수 대역을 사용하므로 인해 부품의 편차 등으로 인한 구현에 어려움이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 무선통신시스템의 스퓨리어스 성분을 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템의 송신기 출력에서 발생하는 스퓨리어스 신호를 출력단에서 역위상을 이용하여 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무선 송신기의 스퓨리어스 제거장치가, 입력신호와 국부발진신호를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기의 출력에서 송신 대역의 신호를 여파하여 출력하는 대역여파필터와, 상기 대역여파된 신호를 전력증폭하여 출력하는 증폭기와, 상기 증폭기의 출력단에 연결되어 출력신호를 분배하는 분배기와, 상기 분배기의 출력에서 스퓨리어스 대역의 신호를 여파 출력하는 대역여파필터와, 상기 여파된 스퓨리어스 성분을 역위상으로 변환하는 위상변조기와, 상기 증폭기의 입력단에 연결되며, 상기 역위상의 스퓨리어스 성분을 결합하여 제거하는 결합기로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 무선통신 시스템에서 스퓨리어스를 제거하는 장치의 구성을 도시하는 도면

도 2는 종래의 무선통신 시스템에서 스퓨리어스를 제거하는 장치의 다른 구성을 도시하는 도면

도 3은 무선통신 시스템에서 본 발명의 실시예에 따라 스퓨리어스를 제거하는 장치의 구성을 도시하는 도면

도 4는 도 3과 같은 스퓨리어스 제거장치의 상세 구성을 도시하는 도면

도 5는 도 3 및 도 4에서 혼합기의 하모닉 주파수 스펙트럼을 도시하는 도면

도 6은 도 5와 같은 하모닉 주파수 스펙트럼의 역위상 주파수 스펙트럼을 도시하는 도면

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 시간 영역에서 스퓨리어스 신호를 제거하는 과정을 도시하는 도면

도 8은 출력단에서 발생되는 주파수 스펙트럼을 도시하는 도면

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퓨리어스 제거장치의 구성을 도시하는 도면으로서, 혼합기213은 입력신호 Fif와 국부발진기211에서 출력되는 국부발진신호 Flo를 혼합하여 출력한다. 대역통과필터215는 상기 혼합신호 Fo를 입력하여 신호 대역으로 여파 출력한다. 증폭기217은 상기 대역통과필터215에서 출력을 증폭하여 출력한다. 증폭기221은 상기 증폭기217의 출력을 증폭하여 출력신호를 발생한다. 분배기(divider)223은 상기 증폭기221의 출력을 분배한다. 밴드제거필터(Band Stop Filter)225는 상기 분배기223에서 출력되는 순수 신호 대역의 신호만을 제거하고 스퓨리어스 성분을 출력한다. 위상변조기(phase shifter)227은 상기 밴드제거필터225에서 출력되는 스퓨리어스 신호의 위상을 역위상을 변환 출력한다. 결합기(coupler)219는 상기 위상변조기227에서 출력되는 역위상신호를 상기 증폭기217의 출력에 결합시켜 스퓨리어스를 제거한다.

상기 도 3을 참조하면, 무선통신 시스템의 송신기에서 중간주파수 Fif와 국부발진신호 Flo를 입력하는 혼합기213은 두 입력신호를 혼합하여 출력한다. 이때 상기 혼합기213에서 출력되는 혼합신호 Fo는 상기 수학식 1과 같다. 그러면 상기 대역통과필터215는 상기 혼합신호 Fo에서 불필요한 신호를 감쇄시키고, 증폭기217은 상기 신호를 적정 레벨로 증폭시킨다. 전력증폭기(power amp)221은 상기 증폭기217에서 출력되는 신호를 전력 증폭 출력한다. 그러면 분배기223은 상기 전력증폭기221의 출력신호를 적정 레벨로 분배하며, 밴드제거필터225는 상기 분배된 신호에 순수 신호 성분을 제거하고 스퓨리어스 신호 성분을 통과시키고, 위상변조기227은 상기 밴드제거필터225에서 출력되는 스퓨리어스 신호의 위상을 역위상으로 변환 출력한다. 그러면 결합기219는 상기 위상변조기227에서 출력되는 역위상의 스퓨리어스 신호를 상기 전력증폭기221의 입력단에 결합시킨다. 따라서 상기 송신증폭기217의 출력에 포함된 스퓨리어스 신호 성분은 상기 결합기219에 의해 결합되는 역위상의 스퓨리어스 신호에 의해 제거된 후 전력증폭기221에 인가된다.

도 4는 상기 도 3과 같은 스퓨리어스 제거 장치의 상세 구성을 도시하고 있다. 상기 도 4의 구성에서 상기 밴드제거필터225는 두 개의 대여통과필터311 및 312로 구현한다. 여기서 상기 대역통과필터311은 상기 국부발진기211에서 출력되어 혼합기213에서 누설 출력되는 국부발진누설신호를 통과시키는 필터이고, 대역통과필터312는 상기 혼합기213에서 혼합시 발생되는 스퓨리어스 성분을 통과시키는 필터이다. 그리고 위상변조기227에서 313 및 314는 각각 상기 대역통과필터311 및 312에서 각각 출력되는 국부발진누설신호 및 스퓨리어스 성분을 역위상으로 변환하는 기능을 수행한다.

상기 도 3 및 도 4를 참조하면, 혼합기213의 출력 주파수 스펙트럼은 도 5와 같다. 상기 혼합기213에서 출력되는 국부발진신호 Flo의 누설 신호 및 혼합신호 Fo에 포함된 2차, 3차의 하모닉은 대역통과필터215에의해 감쇄되지만, 완전하게 제거되지는 않는다. 상기와 같이 대역통과필터215에서 통과되는 국부발진신호Flo의 누설신호 및 혼합신호 Fo에 포함된 하모닉 성분은 증폭기의 증폭 이득 만큼 다시 커지게 된다.

상기 혼합기213의 출력인 혼합신호 Fo는 상기 수학식 1과 같다. 이때 상기 혼합기213의 출력단 A점에 나타내는 국부발진신호 Flo의 레벨, 즉 국부발진기211의 RF에 나타나는 국부발진기의 누설신호의 크기 Floi는 하기 수학식 3과 같다.

상기 A 점에 나타나는 스퓨리어스 성분에서 가장 큰 값이 국부발진기211의 누설 신호이며, 나머지 성분들도 증폭기217을 통해 증폭되어 전력 증폭기 출력단에서 매우 높은 레벨로 나타나게 된다. 상기 전력증폭기221의 출력단인 E점에 나타나는 스퓨리어스 성분들은 분배기223에 의해 적절한 레벨로 분배되어 C점에 나타는 신호의 레벨 크기와 대역통과필터311, 312 및 위상변조기313, 314를 통해 발생되는 손실량 만큼 더해진 크기로 F점에 입력된다.

상기 F점에 입력되는 스퓨리어스 신호들은 큰 대역통과필터311 및 312를 통해 선택되어지고, 선택된 신호들은 위상변조기313 및 314를 통해 상기 C 점에 나타나는 스퓨리어스 신호들의 역위상을 발생된다. G점에 나타나는 역위상을 가진 신호의 스펙트럼은 도 6과 같다. 실제 E 점에 사용되는 분배기223은 캐패시터 또는 마이크로 스트립 라인(microstripe line)으로 구성하여 적절한 값 또는 신호선과 스트립 라인의 거리를 적절하게 유지하므로써, F 점에서 요구되어지는 신호의 세기를 조절한다. 상기 대역통과필터311, 312는 스트립 라인으로 구성되며, 상기 분배기223를 통해 입력된 신호의 세기를 삽입 손실을 이용하여 제어도 할 수 있다. 상기 위상변조기313, 314의 구성 역시 스트립 라인이 길이를 이용하여 G점에서 C점에 나타나는 신호와 역위상이 되도록 위상을 조절한다. 상기 위상 조절은 D 점에 나타나는 스퓨리어스의 감쇄량을 보며 제어를 하면 된다.

통신시스템에서 이와같이 스퓨리어스 성분들은 시스템의 부품 및 주파수가 결정되면 항상 동일한 성분들이 나타나게 되므로, 이 성분들 중 출력 스펙트럼 규격에 위배되는 신호들만 결합하여 감쇄시키면 된다.

상기 분배기223의 입력에 나타나는 신호들의 스펙트럼은 도 5 및 도 6과 같으며 결합기에서 나타나는 현상을 시간축에 살펴보면 도 7과 같다. 즉, 상기 전력증폭기221에서 출력되는 신호는 분배기223에서 전력분배되어 대역통과필터311 및 312에 인가된다. 그러면 상기 대역통과필터311은 상기 출력신호에서 701과 같은 국부발진신호를 여파하며, 위상변조기313은 상기 701과 같은 국부발진누설신호를 역위상으로 변환하여 702와 같이 출력한다. 또한 상기 대역통과필터312는 상기 출력신호에서 703과 같은 스퓨리어스신호를 여파하며, 위상변조기314는 상기 703과 같은 스퓨리어스신호 성분을 역위상으로 변환하여 704와 같이 출력한다. 그리고 사이 702 및 704와 같은 역위상 신호는 결합기219를 통해 C 점에서 결합되어 705와 같이 상쇄된다.

상기 D 점에서 나타나는 출력 스펙트럼은 도 8과 같다. 상기 도 8에서 나타난 신호는 전력증폭기221을 통해 시스템에서 요구하는 출력 레벨로 증폭되어 안테나로 전송이 된다.

상술한 바와 같이 무선통신 시스템의 송신기에서 송신 스펙트럼 마스크 규정을 만족하기 위해 다단의 대역 통과 필터를 사용하지 않고 용이하게 요구 규격을 맞출 수 있으며, 스트립 라인을 이용하는 구조이므로 원가를 절감할 수 있다.

Claims (5)

1. 국부발진신호와 입력신호를 혼합하는 혼합기를 구비하는 무선통신 시스템의 스퓨리어스 제거장치에 있어서,

   상기 혼합신호를 증폭하는 증폭기의 입력단에 결합기를 연결하고 출력단에 분배기를 연결하며, 상기 분배기에서 출력되는 출력신호에서 스퓨리어스 성분을 여파한 후 역위상으로 변환하고, 변환된 역위상신호를 상기 혼합신호에 결합시켜 스퓨리어스 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 스퓨리어스 제거장치.
2. 무선 송신기의 스퓨리어스 제거장치에 있어서,

   입력신호와 국부발진신호를 혼합하는 혼합기와,

   상기 혼합기의 출력에서 송신 대역의 신호를 여파하여 출력하는 대역여파필터와,

   상기 대역여파된 신호를 전력증폭하여 출력하는 증폭기와,

   상기 증폭기의 출력단에 연결되어 출력신호를 분배하는 분배기와,

   상기 분배기의 출력에서 스퓨리어스 대역의 신호를 여파 출력하는 대역여파필터와,

   상기 여파된 스퓨리어스 성분을 역위상으로 변환하는 위상변조기와,

   상기 증폭기의 입력단에 연결되며, 상기 역위상의 스퓨리어스 성분을 결합하여 제거하는 결합기로 구성된 것을 특징으로 하는 스퓨리어스 제거장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 대역여파필터가 상기 국부발진기의 누설신호를 여파하는 제1대역여파필터와, 상기 혼합기의 하모닉 대역을 여파하는 제2대역여파필터로 구성된 것을 특징으로 하는 스퓨리어스 제거장치.
4. 입력신호와 국부발진신호를 혼합하여 상승변환한 후 전력증폭하여 공중에 전파하는 무선 송신기의 스퓨리어스 제거방법에 있어서,

   상기 전력증폭된 신호를 분배하여 스퓨리어스 대역의 신호를 여파한 후 역위상으로 변환하며, 역위상의 스퓨리어스 신호 성분을 전력증폭기의 전단에 결합하여 스퓨리어스 성분을 제거함을 특징으로 하는 특징으로 하는 스퓨리어스 제거방법.
5. 무선 송신기의 스퓨리어스 제거방법에 있어서,

   입력신호와 국부발진신호를 혼합하는 과정과,

   상기 혼합신호에서 송신 대역의 신호를 여파하여 출력하는 과정과,

   상기 대역여파된 신호를 전력증폭하여 출력하는 과정과,

   상기 증폭된 출력신호를 분배하는 과정과,

   상기 분배 신호에 스퓨리어스 대역의 신호를 여파 출력하는 과정과,

   상기 여파된 스퓨리어스 성분을 역위상으로 변환하는 과정과,

   상기 상기 역위상의 스퓨리어스 성분을 상기 혼합신호에 결합하여 스퓨리어스 성분을 제거하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 스퓨리어스 제거방법.