KR20000015151A

KR20000015151A - 4진 위상 편이 키잉 변조기

Info

Publication number: KR20000015151A
Application number: KR1019980034897A
Authority: KR
Inventors: 권순익
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신 주식회사
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-03-15

Abstract

본 발명은 4진 위상 편이 키잉(Quadrature Phase Shift Keying ; QPSK) 변조기(Modulator)에 관한 것으로, 특히 각 신호 들간에 정확한 90°의 위상차가 나도록 하며 베이스밴드(Baseband) 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency ; IF)로 변조(Modulation)할 때에 광대역(Wideband) 신호에 나타나는 국부 손실 (Local leakage) 신호를 신호 전력(Signal Power)보다 낮도록 하여 출력 신호인 중간 주파수의 리플(Ripple)을 줄이는 것이 가능한 4진 위상 편이 키잉(Quadrature Phase Shift Keying ; QPSK) 변조기(Modulator)에 관한 것이다.

본 발명에 따른 QPSK 변조기는 동 위상 직렬신호인 I채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)를 인가 받아 혼합시키는 제1 혼합부(Mixer)(60)와, 4진 위상 직렬신호인 Q채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력신호인 90°국부 발진신호(Lo_Q)를 인가 받아 혼합시키는 제2 혼합부(70)와, 140 MHz 보다 낮은 주파수를 갖는 국부 발진 주파수를 생성시키는 PLL부(80)와, 상기 PLL부(80)로부터 인가 받은 국부 발진주파수의 전력(Power)을 1/2로 분배시키고, 정확하게 90°의 위상차이를 갖는 2개의 신호로 분배시키는 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)와, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제1 캐패시터(Capacitor)(110)와, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력 신호인 90°국부 발진 신호(Lo_Q)의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제2 캐패시터(120)와, 상기 제1 혼합부(60)와 제2 혼합부(70)에서 혼합된 신호를 합성시켜 QPSK 신호 성분인 중간 주파수(IF Frequency)를 생성시키는 합성부(100)로 구성된다.

본 발명의 효과는 90°하이브리드 디지털 전력 분배부를 디지털 소자를 이용하여 구성시켜 국부 발진 주파수를 정확하게 90°의 위상차가 나도록 하여 정밀한 QPSK 신호 성분을 갖는 중간 주파수를 생성시킬 수 있고, 종래의 국부 발진 주파수인 140MHz를 사용하지 않고 140MHz 이하의 주파수 또는 시스템 클럭을 사용하기 때문에 광대역 신호를 사용할 경우에도 국부 손실 신호가 발생하지 않아 RF 리플을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

4진 위상 편이 키잉 변조기

본 발명은 4진 위상 편이 키잉(Quadrature Phase Shift Keying ; QPSK) 변조기(Modulator)에 관한 것으로서, 특히 각 신호들 간에 정확한 90°의 위상차가 나도록 하며, 베이스 밴드(Baseband) 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency ; IF)로 변조(Modulation)할 때에 광대역(Wideband) 신호에 나타나는 국부손실(Local leakage) 신호를 신호전력(Signal Power)보다 낮도록 하여 출력 신호인 중간 주파수의 리플(Ripple)을 줄이는 것이 가능한 4진 위상 편이 키잉(Quadrature Phase Shift Keying ; QPSK) 변조기(Modulator)에 관한 것이다.

일반적으로, 위상 편이 키잉(Phase Shift Keying ; PSK)은 디지털 변조 방식으로서 입력 디지털 신호에 따라 반송파의 위상을 변화시키는 방식이다. PSK는 데이터 전송에 적합한 방식으로서, 중속·고속의 변복조기에 많이 사용되며, 주파수 편이 키잉(Frequency Shift Keying ; FSK) 방식에 비해 같은 전송 대역에서도 고속의 데이터 전송이 가능하고, 일정한 진폭을 가지는 정진폭 특성을 가지고 있으며, 전송 선로의 신호 레벨 변동에 강하며, 변·복조 회로가 비교적 간단한 특징이 있다.

상기 PSK 방식의 2진(1 또는 0) 디지털 신호 2개를 하나의 비트로 묶어서 2²=4 개의 위상으로 분할시킨 방식이 QPSK로서, QPSK는 주파수가 같고, 위상이 90°로 서로 다른 2개의 반송파를 각각 2진 위상 편이 키잉(Binary Phase Shift Keying ; BPSK) 변조시킨 후 합성하는 방식이다.

도1 은 종래 QPSK 변조기의 구성을 나타내는 구성도로서 도시된 바와 같이, 동위상 직렬 신호(Inphase DC signal)인 I채널과 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)를 인가 받아 혼합시키는 제1 혼합기(Mixer)(10)와, 4진 위상 직렬 신호(Quadrature phase DC signal)인 Q채널과 90°하이브리드 전력분배기(40)의 타측 출력 신호인 90°국부 발진 신호(Lo_Q)를 인가 받아 혼합시키는 제2 혼합기(20)와, 국부 발진 주파수(Local oscillation frequency)를 생성시키는 PLL(Phase Locked Loop)(30)과, 상기 국부 발진 주파수를 인가 받아 전력(Power)을 1/2로 분배시키고, 서로간의 위상 차이가 90°가 나는 2개의 신호로 분배시키는 아날로그 소자로 구성된 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(90°hybrid analog power divider)(40)와, 상기 제1 혼합기(10)와 제2 혼합기(20)에서 혼합된 신호를 합성하여 QPSK 신호 성분인 중간 주파수(IF Frequency)를 생성시키는 합성기(50)로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 QPSK 변조기의 작용은 다음과 같다.

먼저, I채널과 Q채널은 베이스 밴드(baseband)신호를 사용하여 생성된 신호로서 I채널은 동 위상 직렬 신호이고 Q채널은 4진 위상 직렬 신호이므로 서로 90°의 위상차가 나게 된다.

상기 I채널의 동위상 직렬신호는 PLL(30)로부터 생성된 국부 발진 주파수를 인가 받아 전력을 반으로 분배하고, 90°의 위상차가 나도록 하는 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 일측 출력 신호인 0°반전력 국부 발진 주파수(Lo_I)와 제1 혼합기(10)에서 혼합되며, 상기 Q채널의 4진 위상 직렬 신호는 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 타측 출력 신호인 90°반전력 국부 발진 주파수(Lo_Q)와 제2 혼합기(20)에서 혼합된다. 이때, 상기 PLL(30)에서 발진되는 국부 발진 주파수는 일반적으로 140 MHz가 사용되고 있다.

여기에서 I채널의 주파수와 Q채널의 주파수는 서로 90°의 위상 차이가 있고, 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 일측 출력 신호인 0°반전력 국부 발진 주파수(Lo_I)와 상기 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 타측 출력 신호인 90°반전력 국부 발진 주파수(Lo_Q)도 서로 90°의 위상 차이가 발생하게 된다. I채널과 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 일측 출력 신호인 0°반전력 국부 발진 주파수(Lo_I)는 서로 위상이 같은 것이 아니고, 90°의 위상 차이가 있으며, Q채널과 상기 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)의 타측 출력 신호인 90°반전력 국부 발진 주파수(Lo_Q)도 서로 90°의 위상 차이가 있다. 즉, 각 주파수 사이에는 상대적으로 90°의 위상차가 있게 된다.

상기 제1 혼합기(10)와 제2 혼합기(20)에서 혼합된 신호를 합성기(50)에서 인가 받아 합성 하므로서, 생성되어 출력되는 중간 주파수가 QPSK 신호가 된다.

이러한, 종래의 QPSK 변조기는 I채널과 Q채널을 생성시키기 위한 신호로서 협대역 신호를 사용할 경우에는 국부 손실 신호(Local leakage signal)가 발생하지 않지만, 광대역 신호를 사용할 경우에는 국부 손실 신호가 발생하여 무선주파수(RF; Radio Frequency) 리플(Ripple)을 줄일 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 90°하이브리드 아날로그 전력 분배기(40)는 아날로그(Analog) 소자로 구성되었기 때문에 아날로그 소자 특성으로 인하여 국부 발진 주파수 서로간에 90°의 위상차가 정확하지 않고, 약 1°정도의 위상차가 발생하므로 정밀한 중간 주파수를 생성시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로, 국부 발진 주파수를 정밀하게 90°의 위상차가 나는 2개의 신호로 분배시키고, 국부 손실 신호의 전력을 줄이므로서, RF 리플을 줄일 수 있도록 한 QPSK 변조기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1 은 종래 QPSK 변조기의 구성을 나타내는 구성도 이고,

도2 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기의 구성을 나타내는 구성도 이고,

도3a 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기에 있어서, 90°하이브리드 디지털 전력 분배부의 상세 구성을 나타내는 상세 구성도 이고,

도3b 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기에 있어서, 90°하이브리드 디지털 전력 분배부의 출력 신호의 타이밍 관계를 나타내는 타이밍 차트 이고,

도4a 는 광대역 신호를 사용하여 변조시키는 종래의 QPSK 변조기의 출력 신호를 나타내는 도표 이고,

도4b 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기의 출력 신호를 나타내는 도표 이고,

도5 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기에 있어서 국부 발진 주파수에 대한 전력 레벨을 상호 비교하여 나타낸 도표 이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

60 : 제1 혼합부 70 : 제2 혼합부

80 : PLL부 90 : 90°하이브리드 디지털 전력분배부

100 : 합성부 110 : 제1 캐패시터(Capacitor)

120 : 제2 캐패시터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동 위상 직렬 신호인 I채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호가 제1 캐패시터에서 직렬 오프셋이 제거된 신호를 인가 받아 혼합시키는 제1 혼합부와, 4진위상 직렬 신호인 Q채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부의 타측 출력 신호인 90°국부 발진 신호가 제2 캐패시터에서 직렬 오프셋이 제거된 신호를 인가 받아 혼합시키는 제2 혼합부와, 140 MHz 보다 낮은 주파수를 갖는 국부 발진 주파수를 생성시키는 PLL부와, 상기 국부 발진 주파수를 인가 받아 전력을 1/2로 분배시키고 정확하게 90°의 위상차이가 있는 2개의 신호로 분배시키는 90°하이브리드 디지털 전력 분배부와, 상기 제1 혼합부와 제2 혼합부에서 혼합된 신호를 합성시켜 중간 주파수인 QPSK 신호 성분을 생성시키는 합성부와, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제1 캐패시터와, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부의 타측 출력 신호인 90°국부 발진 신호의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제2 캐패시터로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기의 구성을 나타내는 구성도 이고, 도3a 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기에 있어서, 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 상세 구성을 나타내는 상세 구성도 이고, 도3b 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기에 있어서, 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 출력 신호의 타이밍 관계를 나타내는 타이밍 차트 이고, 도4a 는 광대역 신호를 사용하여 변조시키는 종래의 QPSK 변조기의 출력 신호를 나타내는 도표 이고, 도4b 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기의 출력 신호를 나타내는 도표 이고, 도5 는 본 발명에 따른 QPSK 변조기에 있어서 국부 발진 주파수에 대한 전력 레벨을 상호 비교하여 나타낸 도표 이다.

도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 QPSK 변조기는 동 위상 직렬 신호(Inphase DC signal)인 I채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)가 제1 캐패시터(110)에서 직렬오프셋(DC Offset)이 제거된 신호를 각각 인가 받아 혼합시키는 제1 혼합부(Mixer)(60)와, 4진 위상 직렬 신호(Quadrature phase DC signal)인 Q채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력 신호인 90°국부발진신호(Lo_Q)가 제2 캐패시터(120)에서 직렬 오프셋이 제거된 신호를 각각 인가 받아 혼합시키는 제2 혼합부(70)와, 140 MHz 보다 낮은 주파수를 갖는 국부 발진 주파수를 생성시키는 PLL부(80)와, 상기 국부 발진 주파수를 인가 받아 전력(Power)을 1/2로 분배시키고 서로간의 위상 차이가 정확하게 90°가 나는 2개의 신호로 분배시키는 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90°hybrid digital power divider)(90)와, 상기 제1 혼합부(60)와 제2 혼합부(70)에서 혼합된 신호를 합성시켜 QPSK 신호 성분인 중간 주파수(IF)를 생성시키는 합성부(100)와, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제1 캐패시터(Capacitor)(110)와, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력 신호인 90°국부 발진 신호(Lo_Q)의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제2 캐패시터(120)를 포함하여 구성된다.

도3a에 도시된 바와 같이, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)는 PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 클럭으로 인가 받고, 자체 출력 신호를 인버팅한 후 궤환된 신호를 데이터로 인가 받아 래치시키는 제1 디플립플롭(91)과, PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 클럭으로 인가 받고 제1 디플립플롭(91)의 인버팅된 출력 신호를 데이터로 인가 받아 래치시키는 제2 디플립플롭(92)과, PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수의 인버팅된 신호를 클럭으로 인가 받고 제1 디플립플롭(91)의 인버팅된 출력 신호를 데이터로 인가 받아 래치시키는 제3 디플립플롭(93)과, 상기 제1 디플립플롭(91)의 출력 신호를 인가 받아 인버팅 시키는 제1 인버터(94)와, 상기 PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 인가 받아 인버팅 시키는 제2 인버터(95)와, 상기 PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 인가 받아 버퍼링시키는 버퍼(96)로 구성된다.

상기 PLL부(80)는 140 MHz 보다 낮은 국부 발진 주파수를 생성시키기 위한 것으로서, PLL부(80)를 사용하지 않을 경우는 시스템 클럭을 국부 발진 주파수로 사용할 수도 있다. 다만, 시스템 클럭이 140 MHz 보다 낮은 주파수 이어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 QPSK 변조기는 다음과 같이 작용한다.

먼저, I채널과 Q채널은 광대역(Wideband)신호를 사용하여 생성된 신호로서 I채널은 동위상 직렬 신호이고 Q채널은 4진 위상 직렬 신호이므로 서로 90°의 위상차가 나게 된다.

상기 동 위상 직렬신호인 I채널은 PLL부(80)로부터 생성된 140 MHz 보다 낮은 국부 발진 주파수를 인가 받아 90°의 위상차 및 1/2의 위상차를 갖는 주파수를 각각 발생하는 기능의 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 출력 중 일측 출력 신호인 0°반전력 국부 발진 주파수(Lo_I)와 제1 혼합부(60)에서 혼합되며, 상기 4진 위상 직렬신호인 Q채널은 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력 신호인 90°반전력 국부 발진 주파수(Lo_Q)와 제2 혼합부(70)에서 혼합된다.

상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)는 종래의 아날로그 소자로 구성되어 위성의 오차가 발생할 경우 위상 편이기를 튜닝하여 위상차를 수정해야 하는 것과는 달리, 본 발명에서는 디지털 소자로 구성되어 있어, 정확한 90°의 위상차가 나게 된다.

도3b 는, 상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 출력 신호의 타이밍 차트이며, 국부 발진 주파수를 2분주한 Lo_I 신호와 Lo_Q 신호는 정확한 90°의 위상차를 나타내게 된다.

상기 제1 혼합부(60)와 제2 혼합부(70)에서 혼합된 신호를 합성부(100)에서 인가 받고, 합성시켜 QPSK 신호 성분인 중간 주파수를 생성시켜 출력시키게 된다.

여기에서, 상기 중간 주파수는 I채널과 Q채널이 서로 90°의 위상차가 나고 Lo_I 신호와 Lo_Q 신호가 서로 간에 90°의 위상차가 나는 QPSK 신호가 되는데, 도4a와 도4b 에서 도시된 바와 같이, 종래의 QPSK 변조기에 의한 출력 신호는 주파수 스펙트럼 분석기로 관찰할 때 140 MHz의 국부 발진 주파수는 대역폭에 의해 한정된 전력 레벨을 초과하게 되므로서, RF 리플을 줄일 수 없지만, 본 발명에 따른 QPSK 변조기는 국부 발진 주파수로 140 MHz 이하의 주파수를 사용하거나 또는 140 MHz 이하인 시스템 클럭을 사용하므로 국부 발진 주파수는 대역폭에 의해 한정된 전력 레벨을 만족시키게 되므로 RF 리플을 줄일 수가 있게 된다.

또한, 도5 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 QPSK 변조기의 RF 리플 특성은 국부발진 주파수로서, 종래의 140 MHz를 사용할 경우보다 32 MHz를 사용할 경우에 전력 개선효과가 19dB 만큼 더 좋게 나타났다.

상기한 바와 같이 본 발명은 90°하이브리드 디지털 전력 분배부를 디지털 소자를 이용하여 구성시켜 국부 발진 주파수를 정확하게 90°의 위상차가 나도록 하여 정밀한 QPSK 신호 성분을 갖는 중간 주파수를 생성시킬 수 있고, 종래의 국부 발진 주파수인 140MHz를 사용하지 않고 140MHz 이하의 주파수 또는 시스템 클럭을 사용하기 때문에 광대역 신호를 사용할 경우에도 국부 손실 신호가 발생하지 않아 RF 리플을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

동 위상 직렬신호인 I채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)를 인가 받아 혼합시키는 제1 혼합부(Mixer)(60)와,

4진 위상 직렬신호인 Q채널과 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력신호인 90°국부 발진신호(Lo_Q)를 인가 받아 혼합시키는 제2 혼합부(70)와,

140 MHz 보다 낮은 주파수를 갖는 국부 발진 주파수를 생성시키는 PLL부(80)와,

상기 PLL부(80)로부터 인가 받은 국부 발진주파수의 전력(Power)을 1/2로 분배시키고, 정확하게 90°의 위상차이를 갖는 2개의 신호로 분배시키는 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)와,

상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 일측 출력 신호인 0°국부 발진 신호(Lo_I)의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제1 캐패시터(Capacitor)(110)와,

상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)의 타측 출력 신호인 90°국부 발진 신호(Lo_Q)의 직렬 오프셋을 제거시키기 위한 제2 캐패시터(120)와,

상기 제1 혼합부(60)와 제2 혼합부(70)에서 혼합된 신호를 합성시켜 QPSK 신호 성분인 중간 주파수(IF Frequency)를 생성시키는 합성부(100)로 구성되는 것을 특징으로 하는 4진 위상 편이 키잉 변조기.
제1 항에 있어서,

상기 90°하이브리드 디지털 전력 분배부(90)는 PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 클럭으로 인가 받고, 자체 출력 신호를 인버팅하여 궤환된 신호를 데이터로 인가 받아 래치시키는 제1 디플립플롭(91)과,

PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 클럭으로 인가 받고 제1 디플립플롭(91)의 인버팅된 출력 신호를 데이터로 인가 받아 래치시키는 제2 디플립플롭(92)과,

PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수의 인버팅된 신호를 클럭으로 인가 받고 제1 디플립플롭(91)의 인버팅된 출력 신호를 데이터로 인가 받아 래치시키는 제3 디플립플롭(93)과,

상기 제1 디플립플롭(91)의 출력 신호를 인가 받아 인버팅 시키는 제1 인버터(94)와,

상기 PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 인가 받아 인버팅 시키는 제2 인버터(95)와,

상기 PLL부(80)가 발생한 국부 발진 주파수를 인가 받아 버퍼링시키는 버퍼(96)로 구성된 것을 특징으로 하는 4진 위상 편이 키잉 변조기.