KR20010113878A - 디지털 ｇｍｓｋ 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GMSK-전송 시스템 내 반송 신호의 주파수 변조시 사용되는 디지털 GMSK 필터에 관한 것이다. 상기 GMSK 필터는 개별적으로 웨이팅(weighting)되는 전류값을 갖는 다수의 개별 전류원을 사용한다. 전류원들은 온도계 코드를 가진 시프트 레지스터의 사용 하에 하나의 제어 논리 모듈에 의해, 저항기에서 전압으로 변환되어 전압 제어 발진기(VCO)를 제어하는 전체 전류가 가우스형 특성 곡선 이상으로 발생하도록 제어된다. 필터는 양자화 오차가 거의 없는, 샘플링 값의 정확한 달성을 제공하며, 상기 필터를 구현하는 데에는 작은 칩 표면만 있으면 된다.

Description

디지털 ＧＭＳＫ 필터{DIGITAL GMSK FILTER}
오늘날의 무선 전화 시스템 또는 이동무선통신 시스템에는 GMSK 변조가 빈번하게 사용되고 있다. 직렬 연결된 가우스 필터를 이용한 상기 변조 시스템, 소위 GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)-변조 시스템에서는 캐리어 신호가 가우스 필터링된 디지털 데이터 신호에 의해 변조된다. 이 때 변조를 위해 주파수 변조(FM-변조) 또는 직각 변조가 사용된다. 직각 변조는 서로 정확히 일치하는 직선의 I 및 Q 경로에 추가로 하나의 이상기(移相器) 및 하나의 혼합 모듈을 필요로 하기 때문에, 구현하는데 비교적 비용이 많이 든다. 따라서 비용의 이유로 종종 간단하게 구현될 수 있는 FM-변조가 사용된다.
FM-변조의 경우 전압제어 발진기, 소위 VCO(Voltage Controlled Oscillator)가 사용된다. 변조를 위해 사용되는 디지털 데이터 신호는 먼저 가우스 필터에 의해 필터링된다. 가우스 필터는 고유의 데이터 신호를 나타내는 디지털 정현파 신호의 확실한 평활화(smoothing)를 위해 사용된다. 말하자면, 상기 가우스 필터는저역 통과 필터를 의미하며, 급격한 위상 편이(위상 도약)가 발생하지 않게 하는데 사용된다. 그로 인해 협대역 변조된 캐리어 신호가 얻어질 수 있다. 그러면 가우스 필터의 출력부에 공급된 신호는 전압제어 발진기(VCO)에 의해 제어된다. 가우스 필터는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 지멘스 사(社)의 무선 DECT-전화에서 구현된 것처럼, 예컨대 개별 부품을 가진 아날로그 필터 소자로서 설계될 수 있다. 또는 예컨대 필립스 및 NSC 사(社)의 무선 전화에서 구현된 것처럼 디지털 필터로서 형성될 수도 있다.
기존의 일반 GMSK 필터에서는 디지털 전처리(preprocessing)가 수행된 다음 X-비트 디지털-아날로그-변환기(D/A-변환기)에 의해 디지털-아날로그-변환이 이루어진다. 상기 디지털-아날로그-변환에서는, 여타의 디지털-아날로그-변환에서처럼, D/A-변환기의 계단함수(step function)에 의해 필연적으로 양자화 오차가 발생한다. 양자화 오차는 D/A-변환기에 나타나는 계단 형태를 축소시킴으로써 방지될 수 있으며, 이로써 상기 변환기의 해상도가 증가되고 그에 따라 비트폭이 증가된다.
전류원 원리에 따라 동작하는 일반 D/A-변환기는 이진 웨이팅된 전류원을 갖는다. 이 경우 개별 전류원은 기준 전류(Iref)의 이진 배수(binary multiple)를 나타내는 전류를 송출한다. 즉, 상기 전류는 Iref, 2*Iref, 4*Iref...2^N*Iref의 값을 갖는다. 그럼으로써 간단한 가산을 통해 각각의 디지털 값이 설정될 수 있다. 이러한 D/A-변환기의 경우, 최상위값의 비트(MSB)로의 전환시, 가장 큰 기준 전류를 제외한 모든 기준 전류의 총합이 가장 큰 기준 전류로 변환됨으로써 한 가지 문제가 발생한다. 현재 기준 전류가 정확히 조정되지 않는 경우, 이는 실제로 거의 항상 있는 경우인데, 변환기 특성 곡선에 급격한 도약이 나타난다. 그로 인해 전술한 측파대 억압에 유해한 고주파-측파대 신호가 발생할 수 있다.
전압 출력부를 가진 D/A-변환기에서는 기준 전압이 가산된다. 전압은 버퍼를 통해 능동적으로, 또는 저항에 의해 수동적으로 가산된다. 그러나 수동 버전의 경우 출력 저항이 일정치 않고 비교적 높은 임피던스를 나타낸다. 또한 저항은 구현하는데 있어서 많은 면적을 필요로 하기 때문에 집적화하기에는 그리 적절치 못하다. 따라서 일반적으로 전압은 버퍼에 의해 가산된다. 버퍼는 충분히 높은 대역폭(여기서는 10 MHz)을 가져야 한다. 그러나 그러한 버퍼는 구현에 있어서 비교적 큰 면적을 필요로 하며, 많은 전류를 소비한다.
추가적으로 일반적인 D/A-교환기는 디지털 필터를 필요로 한다. 상기 디지털 필터는 종종 판독 전용 메모리(ROM) 내에 저장된 표로서 구현된다.
사용된 GMSK 필터는 전기 기기가 계속해서 소형화되어감에 따라 작은 면 위에 구현되어야 한다. 그러나 동시에 상기 필터는 가능한 한 큰 정확도를 나타내야 한다.
본 발명은 직렬 연결된 가우스 필터를 이용한 주파수 편이 방식(FSK)의 일반적인 변조 시스템, 소위 GMSK-변조 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 상기 GMSK-변조 시스템을 위한 개선된 GMSK 필터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 GMSK 필터의 개략도이고,
도 2는 전류원 및 상기 전류원들의 상호 접속으로부터 얻어진 전체 전류의 설계를 표로 나타낸 것이며,
도 3은 본 발명에 따른 GMSK 필터가 사용되는 GMSK 변조기의 출력 신호를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 GMSK 필터의 경우 값 0011을 가진 변조 시퀀스에서 어느 전류원이 차례로 접속되는지를 표로 나타낸 것이며,
도 5는 본 발명에 따른 GMSK 필터의 경우 값 00101을 가진 변조 시퀀스에서 어느 전류원이 차례로 접속되는지를 표로 나타낸 것이고,
도 6은 전류원 제어용 시프트 레지스터의 시프트 방향의 조정을 표로 나타낸 것이며,
도 7은 전류원 제어용 시프트 레지스터의 긴 루프를 통과할 것인지, 및 짧은 루프를 통과할 것인지의 선택을 표 형태로 나타낸 것이다.
본 발명의 목적은 작은 면 위에 구현될 수 있고, 가능한 한 높은 정확도를 나타내는 GMSK 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따른 디지털 GMSK 필터에 의해 달성된다. 상기 필터는 D/A-변환기를 위해 전류 출력부를 갖는 병렬 D/A-변환기를 사용한다. 이 때 아날로그 출력 신호는 개별 전류원들의 개별 전류의 가산된 합으로부터 얻어지는 전체 전류로 형성된다.
본 발명에 따른 필터에 사용된 전류원으로는 소위 차동 전류원이 있다. 여기서 "차동 전류원"이라는 명칭은, 상기 차동 전류원이 변환기 특성 곡선의 하나의 단으로부터 다음 단으로 이동하는데 필요한 전류를 공급한다는 것을 암시한다. 필터의 구현을 위해 필요한 칩 면적은 전류원의 개수에 의해 정해지는 것이 아니라 최대 총 전류에 의해 정해진다.
차동 전류원의 개별 전류는 외부 저항 내에서 VCO의 제어를 위해 필요한 제어전압으로 직접 변환될 수 있기 때문에, 종래 기술에 공지된 D/A-변환기와는 달리 출력 버퍼가 필요하지 않다.
차동 전류원의 전류값은 선형 웨이팅되지 않고 가우스 형태로 웨이팅된다. 그로 인해 디지털 필터링이 생략될 수 있다.
특히 버랙터가 사용되는 경우, 전압제어 발진기(VCO)의 동작 파라미터가 크게 분산된다. 따라서 VCO의 미리 정해진 주파수 편이를 달성하기 위해서는 제조시 제어 전압이 보정되어야 한다. 이러한 변조 진폭 보정은 본 발명에 따른 GMSK 필터의 경우 차동 전류원의 기준 전류를 조정함으로써 수행된다.
종합해보면 본 발명에 따른 디지털 GMSK 필터는 최대 총 전류에 의해서만 정해지는 작은 칩 표면상에 구현될 수 있는 필터를 실현시킨다. 상기 필터는 출력 버퍼를 필요로 하지 않는다. 차동 전류원의 전류의 가우스형 웨이팅을 통해 디지털 필터링이 생략될 수 있다. 또한 그로 인해 정확한 가우스형 변환기 특성 곡선이 구현될 수 있다.
하기에는 도면을 참고로 본 발명에 따른 디지털 GMSK 필터가 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 GMSK 필터의 개략도이다. GMSK 필터의 상부에 14개의 개별 전류원(I1 내지 I14)이 제공된다. 상기 전류원들의 각각 상이한 전류값은기준 전류(Iref)에 의해 발생된다. 상기 전류원들은 총 14개의 스위치(b1 내지 b14)를 통해 각각 하나의 공통 라인에 접속될 수 있다. 여기서 도면 부호 VDDTXDA는 전류원을 위한 공급 전압을 나타낸다.
도 1의 하단부에는 개별 전류원들의 스위칭을 위한 제어 로직 모듈이 도시되어있다. 상기 제어 로직 모듈은 개별 셀들로 도시되어있는 시프트 레지스터로 이루어져있다. 전류원의 스위칭을 위한 상기 로직은 18비트 온도계-코드로 동작한다. 이 때 왼쪽으로부터 "논리적 1"이, 그리고 오른쪽으로부터 "논리적 0"이 시프트 레지스터 내로 이동되고, 이는 도면에서 시프트 레지스터의 좌측에 "1"로, 그리고 시프트 레지스터의 우측에 "0"으로 표시되어있다. 시프트 방향은 "정지", "왼쪽" 및 "오른쪽" 간에 전환될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예의 경우 시프트 클럭은 10.368 MHz에 달하며, 여기서 로직 모듈의 좌측에 도시된 바와 같이, 외부로부터 제어 논리 모듈에 전송된다. 시프트 레지스터의 정확한 기능은 도 4 및 도 5에 따라 하기에 더 자세히 설명된다. 모듈의 좌측에서 볼 수 있듯이, 제어 로직 모듈에는 특히 송신될 비트열을 나타내는 신호(TXDAQ), 1.152 MHz의 클럭, 즉 송신될 비트에 도달되게 하는 클럭, 및 이미 전술한 10.368 MHz의 시프트 클럭이 공급된다. 또한 상기 제어 로직 모듈은 RESETQ-입력부를 포함하며, 상기 RESETQ-입력부에 의해 상기 제어 로직 모듈이 정해진 출력 상태로 리세팅될 수 있다. 상기 신호(TXDA)는 시점 n 뿐만 아니라 n+1에서도 필요하기 때문에, 제어 로직 모듈에서는 시프트 레지스터 아래에 하나의 메모리가 더 표시되어있다.
도 2는 전류원의 크기 및 상기 전류원들의 상호 접속에 의해 얻어지는 전체전류의 크기를 표로 나타낸 것이다. 왼쪽 열에는 여기서 사용된 14개의 전류원(I1 내지 I14)이 열거되어있다. 가운데 열에는 각각의 개별 전류원의 전류값이 명시되어있다. 개별 전류원의 전류값은, 상기 전류값에 의해 전류원이 교대로 상호 접속됨으로써 가능한 한 오류없이 가우스 변환기 특성 곡선이 달성될 수 있도록 선택된다. 오른쪽 열에는 개별 전류원의 부분 전류를 연속적으로 가산하여 얻어진 전체 전류가 명시되어있다. 지시된 전류로는 상대값, 즉 전체 전류값 1.0에 대해 표준화된 값이 고려된다.
도 3은 본 발명에 따른 GMSK 필터가 사용된 GMSK 변조기의 출력 신호를 나타낸다. 상부 가장자리에는 변조를 위해 사용되어야 하는 이진값의 열이 표시되어있다. 여기서는 열, 001010011에 관해 설명하고 있다. 하부 수평축은 시간의 축이고, 왼쪽의 수직축은 상대 전체 전류값을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 GMSK 필터의 경우 값 0011을 가진 변조 시퀀스에서 어느 전류원이 차례로 접속되는지를 표로 나타낸 것이다. 이진 변조값의 0011 시퀀스에서는 온도계-코드를 갖춘 시프트 레지스터의 소위 긴 루프가 통과된다.
도 5는 본 발명에 따른 GMSK 필터의 경우 값 00101을 가진 변조 시퀀스에서 어느 전류원이 차례로 접속되는지를 표로 나타낸 것이다. 여기에 도시된 00101 시퀀스에서는 온도계-코드를 갖춘 시프트 레지스터의 소위 짧은 루프가 통과된다.
시프트 레지스터에서 사용된, 개별 전류원 제어용 코드를 온도계-코드라고 부르는데, 그 이유는 상기 코드를 수은 기둥이 상하로 움직이는 온도계처럼 생각할 수 있기 때문이다. 즉, "논리적 1"보다 1 비트 더 크거나, 1 비트 더 작게 된다.이 때 모든 하위 비트는 "논리적 1"의 레벨을 갖는다. 여기서 사용되는, 온도계-코드를 가진 시프트 레지스터는 1 개의 짧은 루프 및 1 개의 긴 루프를 포함한다. 010 또는 101 비트열의 경우 짧은 루프가 통과되고, 그에 비해 0011 또는 1100 비트열의 경우에는 긴 루프가 통과된다. 짧은 루프가 통과되느냐, 아니면 긴 루프가 통과되느냐의 선택은 전류원(I7)의 스위칭시 이루어진다. 긴 루프에서는 시프트 레지스터가 항상 완전히 "논리적 1"로 채워지거나, 완전히 비어있게 된다. 즉, 전체적으로 "논리적 0"으로 채워진다. 짧은 루프에서는 시프트 방향이 위치 5 및 위치 13에서 변경되고, 한 클럭동안 시프트가 억제된다. 긴 루프에서는 변조 클럭(여기서는 1.152 MHz)의 각각의 상승 에지에 의해 시프트 방향이 변경될 수 있다. 시프트 방향은 바로 다음에 변조될 비트에 따라 좌우된다.
시프트 방향의 선택에 대해서는 도 6에서 다시 표로 설명된다.
도 7에는 긴 루프를 통과할 것인지 또는 짧은 루프를 통과할 것인지의 선택이 표 형태로 도시되어있다.
상기 두 도면에서 TXDA(n)은 시점 n에서의 변조 비트를, 더 정확히 말하면 변조 비트의 값을 나타내고, TXDA(n+1)은 시점 n+1에서의 변조 비트의 값을 나타낸다.
종합해보면 본 발명은, "필터링"이 이미 전류원의 비선형 웨이팅(weighting)에 의해 이루어지기 때문에 별도의 디지털 필터를 필요로 하지 않는 디지털 GMSK 필터를 제공한다. 온도계-코드를 갖는 시프트 레지스터에 의해 전류원이 제어됨에 따라 항상 각각 하나의 전류원만 접속 또는 차단되기 때문에, 항상 출력 전류의 단조 증가 또는 단조 감소가 달성된다. 각각의 전류원이 개별적으로 가중됨으로써 샘플링 값이 실제로 양자화 오차없이 얻어질 수 있다. 전류가 부하 저항내에 간단하게 가산될 수 있기 때문에 출력 버퍼는 필요없다.

Claims (8)

  1. GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) 전송 시스템에서 캐리어 신호의 주파수 변조시 사용되는 디지털 GMSK 필터에 있어서,
    고유 전류값을 갖는 다수의 개별 전류원(차동 전류원 I1 내지 I14)을 포함하고, 상기 전류원들은 각각 변조될 디지털 신호에 따라 하나의 제어 로직 모듈에 의해 제어되며, 전체 전류는 출력 저항을 통해 전압값으로 변환되어 전압제어 발진기(VCO)를 제어하며, 그로 인해 캐리어 신호의 주파수가 변조되는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개별 전류원들(I1 내지 I14)의 각각의 전류값이 비선형 웨이팅되는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 개별 전류원들(I1 내지 I14)의 각각의 전류값의 웨이팅은, 각각의 전류원의 추가 접속 또는 차단에 의해 전체 전류로서 가우스형 특성 곡선이 나타나도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개별 전류원들(I1 내지 I14)의 제어는 제어 로직 모듈 내에서 시프트 레지스터에 의해 온도계-코드를 사용하여 수행됨에 따라, 항상 단 하나의 개별 전류원만 접속 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 시프트 레지스터의 한 쪽에서는 변조 비트의 값 "논리적 1"이, 반대쪽에서는 변조 비트의 값 "논리적 0"이 기록되는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  6. 제 4항 또는 5항에 있어서,
    상기 시프트 레지스터의 시프트 방향은 정지, 왼쪽 및 오른쪽 사이에서 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  7. 제 4항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시프트 레지스터는, 상기 시프트 레지스터가 항상 완전히 "논리적 1" 또는 "논리적 0"으로 채워지는 소위 긴 루프, 및 상기 시프트 레지스터의 특정 위치에서 시프트 방향이 바뀌고 한 클럭동안 시프트가 억제되는 소위 짧은 루프를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 시프트 레지스터의 긴 루프에서는 시프트 방향이 바로 다음에 변조될 비트에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 디지털 GMSK 필터.
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