KR20010033953A - 직교 변조기와 복조기 - Google Patents

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Abstract

직교 변조기(210)와 복조기(310)는 전력 소비를 최소화하는 동시에 수행에 필요한 필수적인 레벨을 공급한다. 직교 변조기(210)에서, I, Q신호들은 두 쌍의 혼합기로 공급된다. 한 쌍의 혼합기들에서 각 혼합기는 I 또는 Q신호들을 각각의 동위상 또는 RF 시누소이드로 변조한다. 혼합기의 각 쌍으로부터 I 와 Q변조 신호들은 합산된다. 합산기들로부터 신호들은 제 3 쌍 혼합기들로 공급되고 각각 동위상과 직교 RF 시누소이드들로 변조된다. 제 3 쌍 혼합기들로 신호들은 가산되고 변조 신호로써 공급된다. 이러한 직교 변조기(210) 형태를 사용함으로써, 변조 신호의 진폭 균형과 위상 에러는 IF 및 RF 시누소이드를 생성하기 위해 사용되는 직교 분할기의 진폭 불균형 및/또는 위상 에러에 영향을 받지 않는다. 더욱이 혼합기들의 제 1 두 쌍들과 두 개의 다음 합산기들은 IF 주파수에서 작동되기 때문에, 이러한 구성요소들의 수행 요구 조건(예를 들면 기저대역 및 선형성)들은 더 작은 전력을 사용하는 동시에 확보될 수 있다. 본 발명의 개념은 직교 복조기(310)에서 사용로서 사용하기에 적합하다.

Description

직교 변조기와 복조기 {QUADRATURE MODULATOR AND DEMODULATOR}
많은 현대의 통신 시스템에 있어서, 디지털 전송은 전송에러를 발견하고 교정할 수 있는 개선된 능률과 능력 때문에 이용되었다. 전형적인 디지털 전송 포맷들은 이진위상천이 키잉(BPSK), 직교위상천이 키잉(QPSK), 오프셋직교위상천이 키잉(OQPSK), m-진수 위상 천이 키잉(m-PSK), 및 직교 진폭 변조(QAM)가 있다. 디지털 전송을 이용하는 전형적인 통신 시스템들은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템과 고선명 텔레비전(HDTV) 시스템을 포함한다. 다중 접속 통신 시스템에서 CDMA 기술의 사용은 "위성 또는 지상 중계기를 사용하는 스펙트럼 확산 다중 접속 통신 시스템"이라는 명칭을 가진 미합중국 특허 제 4,901,307호와 "CDMA 셀룰라 전화 시스템에서 신호 파형을 발생시키기 위한 시스템과 방법" 이라는 명칭을 가진 미합중국 특허 제 5,103,459호에 개시되어 있으며, 이들 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 여기에 참조된다. 전형적인 HDTV 시스템은 "적응 블록 크기 화상 압축 방법 및 시스템"이라는 명칭을 가진 미합중국 특허 제 5,452,104호, 특허 제 5,107,345호, 및 특허 제 5,021,891호, 그리고 "프레임간 비디오 인코딩 및 디코딩 시스템"이라는 명칭을 가진 미합중국 특허 제 5,576,767호에 개시되어 있으며, 모든 네 개의 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 여기의 참조에 통합된다.
CDMA 시스템에서 기지국은 하나 또는 그 이상의 원격 스테이션과 통신한다. 기지국은 전형적으로 고정 지역에 위치한다. 그러므로 전력 소비는 기지국의 설계에서 보다 덜 중요하게 간주된다. 원격 스테이션들은 전형적으로 대량으로 생산하는 소비자 유니트들이다. 그러므로, 비용과 신뢰도는 생산된 유니트들의 수 때문에 중요한 설계 사항들이다. 더욱이, CDMA 이동 통신 시스템과 같은 몇몇 응용분야에서, 원격 스테이션의 휴대할 수 있는 특징 때문에 전력 소비는 중요하다. 원격 스테이션들의 설계에 있어서 성능과 비용 그리고 전력 소비가 선택되어야 한다.
디지털 전송에서 디지털화된 데이터는 위에서 열거된 포맷들 중 하나를 사용하여 캐리어 시누소이드를 변조하기 위하여 사용된다. 변조된 파형은 더 처리되어(예를 들면 필터링, 증폭 및 업컨버팅 등) 수신지 디바이스로 전송된다. 수신지 디바이스에서는 수신기가 전송된 RF 신호를 받고 복조한다. QPSK, OQPSK, 및 QAM 신호들의 직교 변조를 위해 사용되는 종래의 전송기(100)의 블록도는 도 1a에 도시되어 있다. 전송기(100)는 기지국 또는 원격 스테이션에 사용될 수 있다. 전송기(100)의 직교 변조기(110a)안에서, 동위상(I)과 직교(Q) 신호들은 신호들을 동위상과 직교 중간 주파수(IF)로 변조하는 혼합기들(112a, 112b)로 각각 공급된다. 직교 분할기(splitter)(114)는 IF 시누소이드(IF LO)를 받고, 각각에 대하여 진폭은 동일하고 90의 위상차를 가진 동위상과 직교 IF 시누소이드들을 공급한다. 혼합기(112a, 112b)로부터의 변조된 I 및 Q 신호들은 합산기(116)에 공급되고 결합된다. 많은 적용에 있어, 합산기(116)의 신호는 라디오 주파수(RF) 시누소이드(RF LO)인 원하는 주파수로 신호를 변환하는 혼합기(118)로 공급된다. 간략화를 위하여 도 1a에서는 도시되지 않았을지라도, 필터링 및/또는 증폭은 합산기들과 혼합기들의 연속적인 스테이지들 사이에 끼워질 수 있다.
혼합기(118)로부터의 변조된 신호는 원하지 않는 상들과 불요 신호들을 여과하는 필터(118)로 공급된다. 여과된 신호들은 원하는 신호 진폭을 생성하기 위해 신호를 증폭하는 증폭기(AMP)(132)로 공급된다. 증폭된 신호는 듀플렉서(134)를 통해 발송되고 안테나(136)로부터 수신지 디바이스로 전송된다.
전형적인 직접 직교 변조기(110b)의 블록도는 도 1b에 도시되었다. 직접 직교 변조기(110b)안에서 I 와 Q신호들은 신호들을 동위상과 직교 RF 시누소이드로 각각 변조하는 혼합기(152a, 152b)로 공급된다. 직교 분할기(154)는 직접 RF 시누소이드(direct RF LO)를 받고, 각각에 대하여 진폭은 같고 90도의 위상차를 가진 동위상(ILO)과 직교(QLO)시누소이드를 제공한다. 혼합기(152a, 152b)로부터의 변조된 I 및 Q 신호들은 합산기(156)에 공급되고 변조된 신호를 공급하기 위해 결합된다.
직교 변조기(110a)는 직교 변조가 IF 주파수에서 수행되고 원하는 RF 주파수로 업컨버팅되는 두 스텝 처리를 사용하는 변조를 수행한다. 직교 변조기(110a)는 몇 가지 장점이 있다. 첫째로, 직교 분할기(114)는 더 낮은 IF 주파수에서 원하는 규정에 만족하도록 쉽게 디자인되고 제조될 수 있다. 둘째로, 두 개의 시누소이드 디자인(IF LO 및 RF LO)은 주파수 계획에서 유동성과 필터링의 간략화를 제공한다.
직접 직교 변조기(110b)는 직교 변조기(110a)와 같은 기능들을 수행한다. 그러나 직접 직교 변조기(110b)는 단일 스텝 처리를 사용하여 원하는 RF 주파수에서 직접 변조를 수행하여 고주파수로의 변환 스텝을 제거한다. 변조기(110b) 디자인의 간략화는 직교 분할기(154)의 성능 요건에 의해 오프셋된다. 특히 더 높은 RF 주파수에서 원하는 진폭 평형과 직교 위상을 가지는 직교 분할기(154)를 설계하고 제작하기에는 더욱 더 힘들다.
원하는 성능을 가지며 RF 주파수에서 동위상과 직교 시누소이드를 발생시키기 위한 방법은 "직교 로컬(local) 발진기 네트워크"라는 명칭을 가진 미합중국 특허 제 5,412,351호로 개시되었으며, 여기 참조된다. 미합중국 특허 제 5,412,351호로 개시된 직교 로컬(local) 발진기 네트워크(170)의 블록도는 도 1c에 도시되었다. 직교 로컬 발진기 네트워크(170) 안에서, IF 시누소이드는 동위상과 직교 IF 시누소이드를 공급하는 직교 분할기(172)로 공급된다. 동위상 IF 시누소이드는 혼합기(176a, 176d)로 공급되고 직교 RF 시누소이드는 혼합기(176b, 176c)로 공급된다. 비슷하게 RF 시누소이드는 동위상과 직교 RF 시누소이드를 공급하는 직교 분할기(174)로 공급된다. 동위상 RF 시누소이드는 혼합기(176b, 176d)로 공급되고 직교 RF 시누소이드는 혼합기(176a, 176c)로 공급된다. 혼합기(176a, 176b)는 두 개의 입력 신호들을 혼합하고, 업컨버팅된 신호를 동위상 직접 시누소이드(I LO)를 공급하기 위해 신호를 결합하는 혼합기(178a)에 공급한다. 비슷하게 혼합기(176c, 176d)는 두 개의 입력 신호들을 혼합하고, 변환된 신호를 직교 직접 시누소이드(Q LO)에 공급하기 위해 신호를 결합하는 혼합기(178b)에 공급한다. 동위상과 직교 직접 시누소이드들은 도 1b에 도시되었듯이 혼합기(152a, 152b)로 각각 공급될 수 있다.
이상적으로는 위상 분할기로부터의 동위상과 직교 시누소이드들은 서로에 대하여 진폭이 같고 90도의 위상차를 가진다. RF 주파수에서 이것은 성사되기가 어렵다. 이상적인 직교 분할기(172, 174)(진폭 불균형과 위상 에러가 전혀 없는)를 위하여, 동위상(I LO)과 직교(Q LO) 시누소이드들은 각각에 대하여 정확하게 진폭이 동일하고 90도의 위상차를 가진다. 각각의 시누소이드는 차 주파수 (fRF-fIF)에서 단일 톤(tone)을 포함하고 다른 혼합된 텀(terms)을 가지지 않는다. I LO 및 Q LO는 다음과 같이 표현된다.
(1)
도 1c에서 직교 로컬 발진기 네트워크(170)가 차 주파수(fRF-fIF)에서 시누소이드들을 생성하도록 구성되지만, 네트워크(170)는 합 주파수(fRF+fIF)에서 시누소이드들을 생성하기 위해 역시 재구성될 수 있다.
직교 로컬 발진기 네트워크(170)는 종래 기술의 다른 직교 분할기들에 의해 생성된 시누소이드들 보다 개선된 성능을 가진 동위상과 직교 시누소이드들을 발생시킨다. 특히, 직교 로컬 발진기 네트워크(170)는 직교 분할기(172, 174)에서 진폭 불균형 및/또는 위상 에러에 대한 출력 시누소이드들의 민감도를 감소시켰다. 직교 분할기(172, 174)에서의 진폭 불균형 및/또는 위상 에러는 출력 시누소이드들의 진폭 균형과 직교 위상에 거의 영향을 미치지 않는다. 대신에, 직교 분할기(172, 174)의 진폭 불균형과 위상 에러는 그들 스스로가 여과될 수 있는 불요 신호들로써 나타난다. 예를 들면, 직교 분할기(172, 174)의 출력에서 진폭 불균형 △에 의해 I LO 및 Q LO 시누소이드는 다음과 같이 표현될 수 있다.
(2)
본 명세서에서, 진폭 불균형 △은 직교 분할기로부터 하나의 출력 시누소이드는 1의 진폭을 가지고, 또 다른 출력 시누소이드는 (1+△)의 진폭을 가지는 것으로 표시된다. 방정식 (2)로부터, 네트워크(170)로부터의 각 출력은 원하는 시누소이드와 불요 신호를 포함한다. 불요 신호는 진폭 에러의 반(△/2)의 진폭을 가지고 희망 시누소이드로부터 2fIF에 위치한다. 이러한 불요 신호는 진폭이 작고 여과될 수 있다. 더욱 중요하게, 주의해야 하는 것은 네트워크(170)로부터 원하는 출력 시누소이드들은 여전히 균형 잡힌 진폭이고 서로에게 직교 위상이라는 것이다.
위상 분할기(172, 174)의 출력에서 위상 에러ψ에 의해 I LO 및 Q LO 시누소이드는 다음처럼 표현될 수 있다.
(3)
명세서에서, 위상 에러ψ는 직교 시누소이드의 위상이 동위상시누소이드의 위상에 대하여 (900+/-ψ)임을 나타낸다. 방정식 (3)으로부터, 위상 에러ψ는 원하는 시누소이드와 [1/2-cos(ψ)/2] 및 [sin(ψ)/2]의 진폭을 가지고 있으며 원하는 시누소이드로부터 2fIF에 위치되는 두 개의 불요 신호를 포함하는 네트워크(170)로부터의 각 출력임을 나타낸다. 작은 위상 에러 ψ에 대해서, 불요 신호들은 진폭에 있어 작다. 또한, 불요 신호들은 그들이 원하는 시누소이드로부터 2fIF에 위치하기 때문에 여과될 수 있다. 네트워크(170)로부터의 각 출력은 sin(ψ)/2의 진폭을 가지는 원하는 시누소이드의 작은 직교 성분을 포함한다. 이러한 직교 성분은 출력 시누소이드 위상에서 근소한 회전의 원인이 된다. 그러나 동위상과 직교 출력 시누소이드들은 샘플 진폭(sin(ψ)/2)을 가지는 직교 성분들을 포함하기 때문에, 출력 시누소이드들 사이에 90도 위상차는 유지된다.
직교 로컬 발진기 네트워크(170)가 요구 성능을 제공한다할지라도, 중요한 단점은 전력 소비다. 도 1c에서 모든 네 개의 혼합기(176)와 합산기(178)는 RF 주파수에서 작동함을 알 수 있다. RF 주파수에서 요구되는 회로 성능(예를 들면 대역폭 및 선형성 등)을 얻기 위해서는, 이러한 회로들은 높은 전류에서 바이어스된다. CDMA와 같은 통신 시스템과 같은 몇몇 응용에서, 전력 소비는 중요한 디자인 파라미터이다. 전력 소비를 최소화하면서 요구되는 레벨의 성능을 제공하는 직교 변조기와 복조기를 공급하는 필요성이 오랫동안 존재해왔다.
본 발명은 통신 장치들에 관련된 것이다. 더욱 상세히 하면, 본 발명은 신규하고 개선된 직교 변조기와 복조기에 관한 것이다.
도 1a는 QPSK, OQPSK 및 QAM 신호들의 직교 변조를 위해 사용되는 종래 기술의 전형적인 전송기에 대한 블록도.
도 1b는 종래 기술의 전형적인 직접 직교 변조기에 대한 블록도.
도 1c는 종래 기술의 직교 로컬 발진기 네트워크에 대한 블록도.
도 2는QPSK, OQPSK, QAM 및 주파수 변조(FM)를 포함하는 여러 가지 다른 변조 포맷들을 위해 사용되는 본 발명의 전형적인 직교 변조기에 대한 블록도.
도 3은 QPSK, OQPSK, QAM 및 FM을 포함하는 여러 가지 다른 변조 포맷들의 직교 복조를 위해 사용되는 본 발명의 전형적인 직교 복조기에 대한 블록도.
본 발명은 전력 소비를 최소화하면서 요구되는 레벨의 성능을 제공하는 새롭고 개선된 직교 변조기와 복조기를 제공한다. 본 발명의 직교 변조기에서, I 및 Q 신호들은 두 쌍의 혼합기에 공급된다. 한 쌍의 혼합기들 중 각 혼합기는 I 및 Q 신호들을 각각의 동위상과 직교 RF 시누소이드로 변조한다. 각 쌍의 혼합기로부터 변조된 I 및 Q 신호는 합산된다. 합산기들로부터의 신호들은 제 3 혼합기 쌍으로 공급되고 각각의 동위상과 직교 RF 시누소이드로 변조된다. 제 3 혼합기 쌍으로부터의 신호들은 합산되고 변조된 신호로써 공급된다.
개선된 성능을 가진 직교 변조기를 공급하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명에서 동위상과 직교 IF 시누소이드들 및 동위상과 직교 RF 시누소이드들은 두개의 직교 분할기들에 의해 공급된다. 각 직교 분할기들은 진폭 불균형 및/또는 위상 에러를 가질 수 있는 동위상과 직교 시누소이드들을 만들어낸다. 본 발명의 직교 변조기 형태를 사용하면, 변조 신호의 진폭 균형과 직교 위상은 직교 분할기의 진폭 불균형 및/또는 위상 에러에 영향을 받지 않는다. 이것은 직교 분할기들의 요구 조건들을 완화시키는 반면, 직교 변조기의 개선된 성능을 가져온다.
본 발명의 또 다른 목적은 필요한 레벨의 성능을 제공함과 동시에, 최소한의 전력을 사용하는 직교 변조기를 제공하는 것이다. 본 발명의 직교 변조기에서, 첫번째 두 쌍의 혼합기 및 다음의 두 개의 합산기들은 IF 주파수에서 작동한다. IF 주파수에서 이러한 구성 요소들의 회로 성능 요구사항(예를 들면 대역폭과 선형성)들은 더 낮은 전력을 이용하면서 확보될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 변조 신호의 중심 주파수가 IF 시누소이드 주파수 또는 RF 시누소이드 주파수와 같은 주파수에 있지 않는 직교 변조기를 제공하는 것이다. 이러한 특징는 IF 또는 RF 시누소이드들로부터 변조 신호 출력으로 시누소이드를 과다하게 소모되는 것과 관련된 문제들을 줄일 수 있다.
본 발명의 독창적인 개념은 직교 복조기로서 사용하기에 적합하다. 이러한 실시예에서, RF 신호를 동위상과 직교 RF 시누소이드들로 하향 변환시키는 두 혼합기들로 RF 신호가 공급된다. 각 혼합기로부터 신호는 신호를 동위상과 직교 IF 시누소이드들로 복조하는 한 쌍의 혼합기로 공급된다. 대응하는 혼합기 쌍으로부터의 복조된 신호들은 복조 I 또는 Q 기저 대역 신호를 제공하기 위하여 신호를 결합하는 합산기로 공급된다. 직교 복조기는 동위상 및 직교 IF 와 RF 시누소이드들을 발생시키기 위해 사용되는 직교 분할기에 의한 진폭 불균형 및 위상 에러에 대한 민감도를 최소화하는 동시에, 서로에 대해 균형 잡힌 진폭을 가지며 직교하는 복조 신호들을 공급한다. 더욱이, 소비 전력은 네 개의 혼합기와 두 개의 가산기가 IF 주파수에서 작동하기 때문에 최소화된다.
본 발명은 도면은 참조로 하여 이하에서 더 상세히 설명한다.
도면을 참조하면 QPSK, OQPSK, QAM 및 FM을 포함하는 여러 가지 다른 변조 포맷들의 직교 변조를 위해 사용되는 본 발명의 전형적인 직교 변조기(210)에 대한 블록도는 도 2에 도시되었다. 직교 변조기(210)는 CDMA 전송 시스템과 같은 어떠한 전송 시스템에라도 통합될 수 있다. 직교 변조기(210)안에서 I 신호(I IN)는 혼합기(212a, 212c)로 공급되고 Q 신호(Q IN)는 혼합기(212b, 212d)로 공급된다. 전형적인 실시예에서 Q IN 신호는 I IN에 대하여 직교한다(90도 위상 오프셋). 혼합기(212a, 212d)는 동위상 IF 시누소이드를 받고 혼합기(212b, 212c)도 역시 직교 IF 시누소이드를 받는다. 각 혼합기(212)는 각각의 입력 신호를 각각의 I 또는 Q 변조 신호를 생성하는 각 시누소이드로 변조한다. 혼합기(212a, 212b)로부터 변조된 I 및 Q 신호들은 각각 합산기(214a)로 공급되고 결합된다. 혼합기 (212c, 212d)로부터 변조된 I 및 Q 신호들은 각각 Q 변조 신호를 I 변조 신호로부터 추출하는 합산기(214b)로 공급된다. 합산기(214b)에 의해 수행되는 차는 역시 합산기(214b)의 두 입력들을 합산함으로써, 그리고 Q 신호를 혼합기(212d)로 인버팅하거나 또는 동위상 시누소이드를 혼합기(212d)로 인버팅함으로써 역시 얻어질 수 있다. 합산기(214a, 214b)로부터의 신호들은 각각 혼합기(216a, 216b)로 공급된다. 혼합기(216a, 216b)도 역시 직교 분할기(232)로부터 각각 동위상과 직교 RF 시누소이드들을 받고 입력 신호들을 각 시누소이드들로 업컨버팅한다. 혼합기(216a, 216b)로부터 업컨버팅된 신호들은 변조된 신호들을 공급하기 위한 신호들을 결합하는 합산기(218)로 공급된다. 도 2에서 간략화를 위해 도시되지 않았을지라도 필터링 및/또는 증폭은 원하는 신호 컨디셔닝을 제공하는 연속하는 혼합기들과 합산기들 사이에 제공될 수 있다.
직교 분할기(230)는 IF 시누소이드(IF LO)를 받고 서로에 대해서 진폭이 같고 90도 위상차를 가지는 동위상과 직교 IF 시누소이드들을 공급한다. 비슷하게 직교 분할기(232)는 RF 시누소이드(RF LO)를 받고 서로에 대해서 진폭이 같고 90도 위상차를 가지는 동위상과 직교 RF 시누소이드들을 공급한다. 직교 분할기(230, 232)는 많은 실시예에서 실행될 수 있다. 예를 들면 직교 분할기는 결합(coupled) 전송 라인(전술한 미합중국 특허 제 5,412,351호로 개시된), 윌킨슨 구조, 또는 종래 기술에서 알려진 다른 분류된 기술을 사용하는 회로보드에서 에칭된 엘리먼트로써 실행될 수 있다. 직교 분할기는 역시 상업적으로 유용한 하이브리드 커플러와 같은 럼프 엘리먼트들을 사용하는 데에도 실행될 수 있다. 직교 분할기는 역시 위상 에러 및/또는 동위상과 직교 시누소이드들의 진폭 불균형이 피드백 루프에 의해 최소화되는 위상 잠금 루프를 사용하는 데에도 실행될 수 있다. 전술된 실시예에서 직교 분할기(230, 232)는 능동 디바이스들을 사용하는 데에도 실행될 수 있다. 능동 디바이스들을 사용하는 직교 분할기의 전형적인 디자인은 "능동 위상 분할기"라는 명칭을 가진 1997년 5월 22일 출원된 미합중국 특허출원번호 제 08/862,094호로 개시되었으며, 이들 특허는 본 발명의 양도인에게 양도되었으며 여기에 참조된다.
비슷하게 혼합기(212, 216)는 많은 실시예들에서 실행된다. 혼합기는 종래 기술에서 알려진 다이오드를 사용하는 단일 평형 또는 이중 평형 혼합기로써 실행될 수 있다. 대체적으로 혼합기는 능동 디바이스를 사용하는 길버트 셀 멀티플라이어에 실행될 수 있다. 일반적으로 혼합기는 어떠한 비선형 디바이스와 적당한 필터링에도 실행된다. 그러므로 혼합기(212, 216)의 여러 가지 실행들은 예견될 수 있고 본 발명의 범위 안에 들 수 있다.
합산기(214, 218)는 수동 가산 엘리먼트(저항 네트워크처럼) 또는 능동 회로들(가산 증폭과 같이)로 실행될 수 있다. 전술된 실시예에서, 합산기(214, 218)는 혼합기(212,216)의 적당한 디자인으로 각각 혼합기(212, 216)안에 통합된다. 예를 들면, 혼합기(212, 216)는 길버트 셀 멀티플라이어들에 실행될 수 있고 한 쌍의 대응하는 멀티플라이어 쌍의 전류 출력들은 결합된 출력을 제공하기 위해 함께 교차 접속되어 있다. 한 쌍의 길버트 셀 멀티플라이어를 사용하는 혼합기 쌍(예를 들면 212a, 212b)과 합산기(예를 들면 214a)의 구현은 앞에서 언급된 미합중국 특허 제 5,412,351호에 개시되었다.
어떠한 진폭 불균형과 위상 에러도 없는 이상적인 직교 분할기(230, 232)에 대해서 직교 변조기(210)로부터의 변조 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
(4)
I 및 Q 신호들이 차주파수(fRF-fIF)로 변조됨을 알 수 있다. 직교 변조기(210)는 역시 합주파수(fRF+fIF)에서 변조된 신호를 생성하기 위해 형성될 수 있다. 이것은 각 혼합기(212, 216)에 각각의 동위상 또는 직교 시누소이드를 공급하고 각 합산기(214, 218)에 의한 I 와 Q 변조 신호들(예를 들면 신호들을 첨가하거나 또는 그 차이를 추출하는 것)의 적당한 결합을 통해 성취될 수 있다.
본 발명의 직교 변조기(210)의 수행은 직교 분할기(230, 232)에 의해 삽입된 진폭 불균형과 위상 에러에 대한 양(quantity)이 될 수 있다. 직교 분할기(230, 232)의 출력에서 진폭 불균형 △에 대해 변조 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
(5)
방정식(5)로부터 변조된 신호는 진폭 에러의 반(△/2)의 진폭을 가지는 불요 신호들을 포함하며 원하는 신호로부터 2ωIF에 위치한다. 직교 분할기(230)에서 △의 진폭 에러는 변조 신호의 직교 성분에서 -Q(△/2)sin(ωIF+ωIF)t의 불요 신호가 되며 직교 분할기(232)에서 △의 진폭 에러는 Q(△/2)sin(ωIF+ωIF)t의 불요 신호가 된다. 이러한 차이는 방정식(5)에서 -/+항(term)에 의해 표시된다. 불요 신호들은 진폭(△/2)에서 작고 필터링될 수 있는 것은 그것들이 원하는 신호로부터 fIF에 위치하고 있기 때문이다. 더욱 중요한 것은 차주파수에서 원하는 성분들은 여전히 균형 잡힌 진폭으로 있으며 서로에게 직교한다.
직교 분할기(230, 232)의 출력에서 위상 에러ψ에 대해 변조 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
(6)
방정식(6)에서, 몇몇 항들은 +/-지정에 의해 표시되며 한 항(term)은 -/+지정에 의해 표시된다. 이러한 지정들의 상부 사인(sign)은 직교 분할기(230)에서 위상 에러ψ와 관련된 항들의 사인을 표시하며, 하부 사인은 직교 분할기(232)에서 위상 에러ψ와 관련된 항의 사인을 표시한다. 그러므로 직교 위상기(230, 232)중 어느 하나에서의 위상 에러ψ은 같은 불요 신호들의 원인이 된다. 그러나 몇몇 불요 신호들의 사인은 위상 에러ψ가 직교 분할기(230 또는 232) 중 어느 것에 의하느냐에 따라 다르다.
몇몇 결과들은 방정식(6)으로부터 만들어질 수 있다. 첫째로, 위상 에러ψ는 [1/2-cos(ψ)/2] 및 [sin(ψ)/2]의 진폭들을 가지고 있는 네 개의 불요 신호 성분을 포함하는 변조 신호가 되며, 원하는 신호로부터 2fIF에 위치된다. 작은 위상 에러ψ에 대해서 이러한 불요 신호들은 진폭에 있어 작다. 또한, 이러한 불요 신호들은 원하는 신호의 주파수로부터 2fIF에 위치하기 때문에 여과될 수 있다. 변조 신호들 역시 sin(ψ)/2의 진폭을 가지고 있는 원하는 신호들의 작은 불요 직교 성분들을 포함한다. 이러한 불요 직교 성분들은 변조 신호 상에서 I 및 Q 성분의 위상에서 근소한 회전의 원인이 된다. 그러나 이러한 불요 직교 성분들은 같은 양의 진폭을 가지고 서로에게 직교하기 때문에 I, Q 성분들의 진폭 균형과 직교 위상은 유지된다.
직교 변조기(210)의 전형적인 응용은 셀룰라 및/또는 개인 통신 서비스(PCS) 밴드에서 작동하도록 디자인된 CDMA 통신 시스템들을 위한 것이다. 전형적인 실시예에서 IF 시누소이드는 위상 로크 루프를 사용하는 데에 생성되고 130MHz의 가칭 주파수에서 고정된다. IF 시누소이드가 다른 주파수에서 실현될 수 있고 본 발명의 범위 안에 있다는 것은 쉽사리 알 수 있다. 전형적인 실시예에서 직교 변조기(210)는 차주파수(fRF-fIF)에서 변조된 신호를 생성하기 위하여 배열되어 있다. 그러나 직교 변조기(210)도 역시 합주파수(fRF+fIF)에서 변조된 신호를 생산하기 위해 재배열될 수 있고 이것은 본 발명의 범위 안에 있다. 직교 변조기(210)는 셀룰라 밴드(824MHz에서 849MHz) 또는 PCS 밴드(1850MHz에서 1910MHz)에서 작동하기 위해 디자인되었다. 전형적인 실시예에서, RF 시누소이드의 주파수는 원하는 출력 주파수fO와 IF 시누소이드의 주파수의 합(fO+fIF)에서 선택된다. 이 결과로 원하는 출력 주파수 fO에서 변조된 신호가 된다.
QPSK, OQPSK, QAM 및 FM을 포함하는 여러 가지 다른 변조 포맷들의 직교 복조에 사용되는 본 발명의 전형적인 직교 복조기(310)의 블록도는 도 3에서 도시된다. 직교 복조기(310)는 CDMA 통신 시스템들을 위한 것들처럼 어떠한 수신 시스템에서도 통합된다. 직교 복조기(310)안에서, 수신된 RF 신호는 혼합기(312a, 312b)에 공급된다. 혼합기(312a)는 역시 동위상 RF 시누소이드를 받고, RF 신호를 다운컨버팅하며, 다운컨버팅된 신호를 혼합기(314a, 314b)에 제공한다. 비슷하게, 혼합기(312b)도 역시 직교 RF 시누소이드를 받고, RF 신호를 다운컨버팅하며, 다운컨버팅된 신호를 혼합기(314c, 314d)에 공급한다. 혼합기(314b, 314c)도 역시 동위상 IF 시누소이드를 받고, 혼합기(314a, 314d)도 역시 직교 IF 시누소이드를 받는다. 각 혼합기(314)는 각 IF 시누소이드로 입력 신호를 복조한다. 입력 신호를 각 혼합기(314b, 314d)로부터 복조된 신호들은 I 출력을 공급하기 위해 신호를 결합하는 합산기(316a)에 공급된다. 혼합기(314a, 314c)로부터 Q 출력을 공급하기 위해 혼합기(314a)로부터의 신호로부터 혼합기(314c)로부터 신호를 추출하는 합산기(316b)로 공급된다.
직교 분할기(320)는 RF 시누소이드(RF LO)를 받고 서로에 대하여 진폭이 거의 같고 90도 위상차를 가진 동위상과 직교 RF 시누소이드들를 공급한다. 비슷하게, 직교 분할기(322)는 IF 시누소이드(IF LO)를 받고, 각각에 대하여 진폭이 같고 90도 위상차를 가진 위상과 직교 IF 시누소이드들을 공급한다. 혼합기(312,314), 합산기(316), 및 직교 분할기(320, 322)는 위에서 설명된 방법으로 디자인되고 수행된다. 위에서 진술되었듯이 필터를 및/또는 증폭기들은 원하는 신호 컨디셔닝을 제공하는 연속하는 혼합기들과 합산기들의 스테이지 사이에 끼워진다.
본 발명의 직교 변조기와 복조기는 위에서 설명된 것들이 있는 많은 실시예를 사용하는 데에 수행될 수 있다. 전술된 예에서 직교 변조기와 복조기는 능동 디바이스들을 사용하는 응용 주문형 집적 회로(ASIC)에 수행된다. 능동 디바이스들은 바이폴라 접합형 트랜지스터(BJT), 헤테로 접합형 바이폴라 트랜지스터(HBT), 금속 산화막 반도체 전계 효과(MOSFET), 갈륨 비소 전계 효과 트랜지스터(GaAsFET), P-채널 디바이스들, 또는 다른 능동 반도체 디바이스들이 될 수 있다.
앞에 전술한 실시예의 설명은 어떠한 당업자라도 본 발명을 만들거나 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예에 대한 여러 가지 변형들은 이미 당업자에겐 명백할 것이다. 그리고 여기에 정의된 일반적인 원칙들은 발명적 능력의 사용 없이도 다른 실시예에 적용될 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기 실시예에 제한되는 것이 아니라 여기에서 개시된 원칙들과 신규한 형태들로 일관된 가장 넓은 범위에 일치되는 것이다.

Claims (37)

  1. 제 1시누소이드를 수신하고 제 1동위상 시누소이드와 제 1직교 시누소이드를 공급하는 제 1직교 분할기;
    제 2시누소이드를 수신하고 제 2동위상 시누소이드와 제 2직교 시누소이드를 공급하는 제 2직교 분할기;
    상기 제 1동위상 직교 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 제 1데이터 신호를 수신하고 제 1변조 신호를 공급하는 제 1혼합기;
    상기 제 1직교 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 제 2데이터 신호를 수신하고 제 2변조 신호를 공급하는 제 2혼합기;
    상기 제 1직교 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 상기 제 1데이터 신호를 수신하고 제 3변조 신호를 공급하는 제 3혼합기;
    상기 제 1동위상 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 상기 제 2데이터 신호를 수신하고 제 4변조 신호를 공급하는 제 4혼합기;
    상기 제 1 및 2혼합기들에 접속된 제 1가산기;
    상기 제 3 및 4혼합기들에 접속된 제 2가산기;
    상기 제 1가산기 및 상기 제 2직교 분할기에 접속되고, 상기 제 2동위상 시누소이드를 수신하고 제 5변조 신호를 공급하는 제 5혼합기;
    상기 제 2가산기 및 상기 제 2직교 분할기에 접속되고, 상기 제 2직교 시누소이드를 수신하고 제 6변조 신호를 공급하는 제 6혼합기; 및
    상기 제 5 및 제 6혼합기에 접속되고, 최종 변조 신호를 공급하는 제 3가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 2데이터 신호들은 I 및 Q신호들을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 직교 분할기들은 능동 디바이스들로 수행하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 능동 디바이스들은 MOSFET들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 능동 디바이스들은 양극성 트랜지스터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 직교 분할기들은 위상 천이 커패시터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 혼합기들은 길버트 셀 멀티플라이어들로 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 변조기,
  8. 제 7항에 있어서, 상기 길버트 셀 멀티플라이어들은 MOSFET들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 길버트 셀 멀티플라이어들은 양극성 트랜지스터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 합산기들은 상기 길버트 셀 멀티플리어들의 교차-결합 출력들에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  11. 제 1항에 있어서, 직교 분할기들, 혼합기들, 및 합산기들은 능동 디바이스들을 사용함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  12. 제 1항에 있어서, 직교 분할기들, 혼합기들, 및 합산기들은 ASIC내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 변조기.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 최종 변조 신호들은 QPSK 변조 신호임을 특징으로 하는 직교 변조기.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 최종 변조 신호들은 OQPSK 변조 신호임을 특징으로 하는 직교 변조기.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 최종 변조 신호들은 QAM 변조 신호임을 특징으로 하는 직교 변조기.
  16. 제 1시누소이드를 수신하고 제 2시누소이드 및 제 3시누소이드를 공급하는 제 1직교 분할기;
    제 4시누소이드를 수신하고 제 5시누소이드 및 제 6시누소이드를 공급하는 제 2직교 분할기;
    상기 제 2시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 제 1데이터 신호를 수신하며 제 1변조 신호를 공급하는 제 1혼합기;
    상기 제 3시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 제 2데이터 신호를 수신하며 제 2변조 신호를 공급하는 제 2혼합기;
    상기 제 3시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 상기 제 1 데이터 신호를 수신하며 제 3변조 신호를 공급하는 제 3혼합기;
    상기 제 2시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고, 상기 제 2 데이터 신호를 수신하며 제 4변조 신호를 공급하는 제 4혼합기;
    상기 제 1 및 2혼합기들에 접속된 제 1가산기;
    상기 제 3 및 4혼합기들에 접속된 제 2가산기;
    상기 제 1가산기 및 상기 제 2직교 분할기에 접속되고 상기 제 5시누소이드를 수신하며 제 5변조 신호를 공급하는 제 5혼합기;
    상기 제 2가산기 및 상기 제 2직교 분할기에 접속되고 상기 제 6시누소이드를 수신하며 제 6변조 신호를 공급하는 제 6혼합기; 및
    상기 제 5 및 제 6혼합기들에 접속되고 최종 변조 신호를 공급하는 제 3가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조기.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3시누소이드들은 90도 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 변조기.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 제 5와 제 6시누소이드들은 90도 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 변조기.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 제 2, 3, 5, 및 6시누소이드들은 상기 최종 변조 신호가 상기 제 1 및 제 4시누소이드들의 차주파수에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 변조기.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 제2, 3, 5, 및 6시누소이드들은 상기 최종 변조 신호가 상기 제 1 및 제 4시누소이드들의 합주파수에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 변조기.
  21. 제 1 쌍의 변조 신호를 공급하기 위해 제 1데이터 신호를 상기 제 1동위상과 직교 시누소이드들로 변조하는 단계;
    제 2 쌍의 변조 신호를 공급하기 위해 제 2데이터 신호를 상기 제 1동위상과 직교 시누소이드들로 변조하는 단계;
    한 쌍의 혼합 신호들을 공급하기 위해 상기 제 1 쌍의 변조 신호들 및 상기 제 2쌍의 변조 신호들의 쌍을 선택적으로 결합하는 단계;
    제 3 쌍의 변조 신호들을 공급하기 위해 상기 결합된 신호들의 쌍을 각각의 제 2동위상과 직교 시누소이드들로 업컨버팅하는 단계; 및
    최종 변조 신호를 공급하기 위해 상기 제 3 쌍의 변조 신호들을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 직교 변조 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 변조 및 결합 단계는 제 1 및 제 2 시누소이드들의 차주파수에서 상기 최종 변조 신호를 공급하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 변조 및 결합 단계는 제 1 및 제 2 시누소이드들의 합주파수에서 상기 최종 변조 신호를 공급하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 최종 변조 신호는 QPSK 변조 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 최종 변조 신호가 OQPSK 변조 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 1쌍의 변조 신호를 공급하기 위해 제 1데이터 신호를 제 1동위상과 직교 시누소이드들로 변조하는 단계;
    제 2쌍의 변조 신호를 공급하기 위해 제 2데이터 신호를 상기 제 1동위상과 직교 시누소이드들로 변조하는 단계;
    한 쌍의 결합 신호를 공급하기 위해 상기 제 1쌍의 변조 신호 및 상기 제 2 쌍의 변조 신호들을 선택적으로 결합하는 단계;
    제 3 쌍의 변조 신호를 공급하기 위해 각각의 제 2동위상과 직교 시누소이드들로 상기 결합 신호 쌍을 업컨버팅하는 단계; 및
    최종 변조 신호를 공급하기 위해 상기 제 3쌍의 변조 신호들을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDMA 신호 직교 변조 방법.
  27. 제 1 시누소이드를 수신하고 제 1동위상 시누소이드 및 제 1직교 시누소이드를 공급하는 제 1직교 분할기;
    제 2 시누소이드를 수신하고 제 2동위상 시누소이드 및 제 2직교 시누소이드를 공급하는 제 2직교 분할기;
    상기 제 1동위상 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고 입력 신호를 수신하며 제 1복조 신호를 공급하는 제 1 혼합기;
    상기 제 1직교 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 1직교 분할기에 접속되고 상기 입력 신호를 수신하며 제 2복조 신호를 공급하는 제 2혼합기;
    상기 제 2직교 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 2직교 분할기 및 상기 제 1복조 신호를 수신하는 상기 제 1혼합기에 접속되고 제 3복조 신호를 공급하는 제 3혼합기;
    상기 제 2동위상 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 2직교 분할기 및 상기 제 1복조 신호를 수신하는 상기 제 1혼합기에 접속되고 제 4복조 신호를 공급하는 제 4혼합기;
    상기 제 2동위상 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 2직교 분할기 및 상기 제2 복조 신호를 수신하는 상기 제 2혼합기에 접속되고 제 5복조 신호를 공급하는 제 5혼합기;
    상기 제 2직교 시누소이드를 수신하기 위해 상기 제 2 직교 분할기 및 상기 제 2복조 신호를 수신하는 상기 제 2혼합기에 접속되고 제 6복조 신호를 공급하는 제 6혼합기;
    상기 제 4와 제 6복조 신호들을 수신하기 위해 상기 제 4와 6혼합기들에 접속되고 동위상 출력을 공급하는 제 1합산기; 및
    상기 제 3과 제 5복조 신호들을 수신하기 위해 상기 제 3과 5혼합기들에 접속되고 직교 출력을 공급하는 상기 제 2합산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 직교 분할기들은 능동 디바이스들로 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  29. 제 28항에 있어서 상기 능동 디바이스들은 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 능동 디바이스들은 양극성 트랜지스터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  31. 제 27항에 있어서, 상기 직교 분할기들은 위상 천이 커패시터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  32. 제 27항에 있어서, 상기 혼합기들이 길버트 셀 멀티플라이어들로 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 길버트 셀 멀티플라이어들은 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  34. 제 32항에 있어서, 상기 길버트 셀 멀티플라이어들은 양극성 트랜지스터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  35. 제 32항에 있어서, 상기 합산기들은 상기 길버트 셀 멀티플라이어들의 상호 결합 출력들에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  36. 제 27항에 있어서, 상기 직교 분할기들, 혼합기들, 그리고 합산기들은 능동 디바이스들을 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 복조기.
  37. 제 27항에 있어서, 상기 직교 분할기들, 혼합기들, 가산기들은 ASIC안에서 구현되는 것을 특징으로 하는 직교 분할기.
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