KR20020000895A - 통신 시스템 - Google Patents

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KR20020000895A
KR20020000895A KR1020017014781A KR20017014781A KR20020000895A KR 20020000895 A KR20020000895 A KR 20020000895A KR 1020017014781 A KR1020017014781 A KR 1020017014781A KR 20017014781 A KR20017014781 A KR 20017014781A KR 20020000895 A KR20020000895 A KR 20020000895A
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KR1020017014781A
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브루넬도미니크
Original Assignee
롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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    • H04B1/403—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency

Abstract

본 발명은 신호 처리 장치(120), 송신단(110), 처리 장치(120)과 송신단(110) 사이에 접속되는 변조기(130) 및 주파수 기준 신호를 송신단(110) 및 변조기(130)에 제공하는 수단(170, 173)을 포함하고, 주파수 변조를 갖는 무선파에 의한 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 다르면 제 1 및 제 2 주파수 기준 신호를 제공하는 전술한 수단은 하나의 국부 발진기(174)를 포함한다. 이동 전화기에 응용가능하다.

Description

통신 시스템{COMMUNICATION SYSTEM WITH FREQUENCY MODULATION AND WITH A SINGLE LOCAL OSCILLATOR}
첨부된 도 1은 알려진 유형의 통신 시스템의 단순화된 개략도이다. 특히, 도 1은 그러한 시스템의 전송 경로를 도시한다.
통신 시스템은 송신단(a transmission stage)(10), 신호 처리 장치(a signal processing unit)(20), 처리 장치(20)와 송신단(10) 사이에 접속되는 변조기(30)를 필수적으로 포함한다. 이들 세 요소는 이하 간단히 설명될 것이다.
이동 전화기의 경우, 신호 처리 장치(20)는 음향 신호를 전기 신호로 또는 그 역으로 변환할 수 있는 장치이다. 통상적으로 신호 처리 장치는 디지털 처리 장치이다. 따라서, 이는 디지털 아날로그 변환기(22)와 연관된다. 또 다른 응용에서는 신호 처리 장치(20)가 컴퓨터일 수도 있다.
도 1에 도시된 구체적 예에서는 처리 장치가 기저 대역 신호(baseband signal)라 지칭되는 출력 신호를 송신하는데, 출력 신호는 두 경로(24a, 24b)를 통해 송신된다. 두 경로는 각각 동위상 및 동위상 직교(in phase and in phase quadrature)로 신호를 송신한다. 이들 신호는 통상적으로 신호 I 및 Q라 지칭된다.
신호 I 및 Q는 그 신호들을 재결합하여 출력단에 동위상으로 변조된 신호를 제공하는 변조기(30)에 송신된다. 이 신호는 이하 간단히 "변조 제어 신호(modulated control signal)"라 지칭될 것이다. 이러한 동작을 수행하기 위해서는 변조기(30)가 중간 주파수(intermediate frequency)라 지칭되는 주파수에서 주파수 기준 신호(a frequency reference signal)를 수신해야 한다. 이 중간 주파수 신호는 변조기의 혼합기(mixers)(도시하지 않음)에 인가된다. 중간 주파수 신호는 이하 더 구체적으로 동작이 기술될 국부 발진기에 의해 제공된다.
송신단(10)은 송신 발진기(14), 혼합기(15), 위상 주파수 비교기(16) 및 저대역 통과 필터(17)를 실질적으로 포함하는 위상 동기 루프(phase-locked loop)(12) 근처에 구성된다.
송신 발진기(transmission oscillator)(14)는 송신 안테나(도시하지 않음)에접속되는 단자(8)에 송신 신호를 제공하는 전압 제어 발진기(a voltage controlled oscillator : VCO)이다. 송신 발진기(14)에 의해 송신되는 신호는 그 신호의 부가 또는 삭제를 통해 제 2 주파수 기준 신호와 혼합하는 혼합기에도 제공된다. 전술한 중간 주파수 신호와는 상이한 이러한 제 2 주파수 기준 신호는 제 2 국부 발진기에 의해 제공된다. 이 발진기는 이하 더 구체적으로 기술될 것이다.
위상 주파수 비교기(phase-frequency comparator)(16)는 혼합기(15)로부터 수신한 신호를 변조기(30)로부터 수신한 변조 제어 신호와 비교하고, 필터(17)를 통해 접속되는 발진기(14)를 제어한다. 필터(17)는 본래 발진기의 제어 입력으로부터의 중간 주파수에 대응하는 성분을 제거하는 역할을 한다.
따라서, 전술한 바와 같이, 송신단(10) 및 변조기(30)는 각각의 주파수 기준 신호를 필요로 한다.
그러한 신호는 무선 주파수 루프(radio frequency loop)라 지칭되는 제 1 위상 동기 루프(42)에 의해 송신단(10)에 제공된다. 무선 주파수 루프는 VCO 유형의 제 1 국부 발진기(44), 비 N를 갖는 제 1 주파수 분할기(49), 위상 주파수 비교기(46) 및 저대역 통과 필터(47)를 필수적으로 포함한다. 도면에 도시된 예에서는 그러한 요소들이 루프 내에서 전술한 순서로 접속된다.
위상 주파수 비교기(46)는 국부 발진기의 발진 주파수를 수정 장치(a quartz device)(60)에 의해 제공되는 기준 주파수와 비교함으로써 국부 발진기(44)를 제어한다. 수정 장치의 주파수는 비 R을 갖는 제 2 주파수 분할기(62)를 통해 비교기에 인가될 수 있다. 제 2 주파수 분할기는 단순한 방법으로 기준 주파수를 위상주파수 비교기(46)에 필요한 주파수에 적합하게 하는 것을 가능하게 한다.
제 1 주파수 분할기(49)는 송신 주파수 및 그에 따른 송신 채널을 선택하는 것을 가능하게 한다. 분할비 N은 정수비(integer ratio)일 수 있다. 주파수 분할기는 가령, 송신 대역에 대응하는 정수값을 갖는 주파수 점프(frequency jump)를 할 수 있다.
비교기(46)에 의해 제어되는 국부 발진기(44)는 그 주파수 기준 신호를 송신 단의 혼합기(15)에 제공한다. 이 신호는 무선 주파수 신호라 지칭된다.
제 1 루프(42)와는 구별되는 제 2 위상 동기 루프(52)는 중간 주파수 신호를 변조기에 제공하기 위해 제공된다.
제 1 루프의 방식과 비교하면, 제 2 루프(52)는 제 2 국부 발진기(54), 제 3 주파수 분할기(59), 위상 주파수 비교기(56) 및 필터(57)를 순서대로 포함한다. 또한, 위상 주파수 비교기(56)는 제 2 분할기(62)의 비 R과 상이한 비 R'를 갖고 삽입되는 제 4 주파수 분할기와 함께 수정 장치(60)로부터 기준 신호를 수신한다.
예를 들어, 위상 주파수 비교기(56)에 접속되는 분할기와 같은 제 3 주파수 분할기(59)는 변조기(30)를 제어하는 데 필요한 중간 주파수로 루프(52)를 튜닝하는 것을 가능하게 한다. 이 주파수는 제 2 국부 발진기(54)에 의해 변조기에 제공된다.
도 1에 따른 송신 경로는 몇 가지 문제를 야기한다. 특히, 송신단의 기생 응답(parasitic response)은 두 개의 국부 발진기(44, 54)에 의해 송신되는 중간 주파수 신호 및 무선 주파수 신호의 복수개의 가능한 결합으로부터 초래될 수 있다.
더욱이, 송신단의 저대역 통과 필터(17)에 의해 이 주파수의 성분을 제거하도록 매우 높은 중간 주파수에서 변조기가 동작하게 하는 것이 필요하다. 이는 송신 주파수도 매우 높기 때문에 더욱 어렵다.
마지막으로, 본 장치는 송신단의 송신 발진기(14)에 부가하여 각각의 위상 동기 루프와 연관된 두 개의 국부 발진기(44, 54)를 포함한다는 것이 알려wu 있다.
이동 전화기의 응용과 같은 소정의 응용에 대해, 매우 많은 발진기와 위상 동기 루프가 벌크 및 고전력 소모(bulk and high power consumption)를 일으킨다. 이러한 제약은 장치의 소형화에 대한 요구에 부합하지 못한다.
종래 기술의 또 다른 기술은 상세한 설명의 끝에 기재되는 문서 (1) 내지 (4)에서 알 수 있다. 이들 문서는 통신 시스템의 다양한 부재의 동작뿐만 아니라 그러한 시스템의 구현 가능성을 나타낸다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 전술한 문제를 포함하지 않는 송신기 유형 또는 송신기 및 수신기 유형의 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 벌크 및 전기 전력 소비가 줄어들 수 있는 그러한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 송신 주파수와 일치하고 그에 따라 송신단을 간섭하는 무선 주파수 신호와 중간 주파수 신호 사이의 소정의 기생 조합을 피하는 것이다.
본 발명의 마지막 목적은 중간 주파수가 송신단의 루프 내에서 재생성되는 것을 막는 것이다.
이러한 목적들을 달성하는 본 발명은, 더 상세하게는,
- 신호 처리 장치와,
- 변조된 제어 신호 및 제 1 주파수 기준 신호에 응답하여 송신 신호를 송신하는 송신단과,
- 처리 장치의 출력 신호 및 제 2 주파수 기준 신호에 응답하여 변조 제어 신호를 형성하기 위해 처리 장치와 송신단 사이에 접속되는 변조기와,
- 제 1 주파수 기준 신호는 송신단에 제공하고 제 2 주파수 기준 신호는 변조기에 제공하는 수단을 포함하는 주파수 변조를 갖는 무선 파에 의한 통신 시스템과 관한 것이다.
본 발명에 따라서 제 1 및 제 2 주파수 기준 신호를 제공하는 수단은 하나의 국부 발진기를 포함한다.
하나의 국부 발진기와 그에 따른 하나의 위상 동기 루프를 사용하는 덕분에 시스템의 벌크 및 전력 소비를 줄이는 것이 가능하다.
더욱이, 송신단 및 변조기를 위한 주파수 기준 신호가 하나의 동일한 발진기로부터 획득되기 때문에 바람직하지 못한 주파수의 조합이 더 이상 송신단을 방해할 수 없다.
마지막으로, 국부 발진기에 대해 비교적 높은 값을 갖는 하나의 주파수를 선택하면 적절한 저대역 통과 필터를 이용하여 이러한 주파수를 송신단으로부터 더 용이하게 제거할 수 있다.
국부 발진기는 예를 들어, 제 1 기준 주파수를 선택하기 위한 제 1 주파수 분할기를 포함하는 위상 동기 루프와 연관될 수 있다.
주파수 분할기는 정수 또는 바람직하게 유리수, 즉 비정수 비인 분할 비를 갖는 분할기일 수 있다. 유리수 비는 이하 상세한 설명에서 더 분명해 지겠지만 송신 주파수 내에 정수 값의 점프(jump)를 획득하는 것을 가능하게 한다.
송신단 및 변조기에 필요한 제 1 및 제 2 기준 주파수는 제 2 기준 주파수를 위상 동기 루프 밖에 위치하는 하나 또는 몇몇 적절한 주파수 분할기에 결합함으로써 하나의 국부발진기로부터 획득될 수 있다.
이하 기술된 구체적 실시에에서는 국부 발진기가 송신단에 직접 접속될 수도 있고 제 2 주파수 분할기를 통해 변조기에 접속될 수도 있다.
본 발명에 따른 통신 시스템은 단순한 송신기 또는 송신기 수신기 유형일 수 있다. 송신기 수신기 유형의 경우에서는 수신 신호를 처리 장치에 제공하는 수신단을 더 포함한다.
수신단은 주파수 기준 신호가 제공되는 복조기를 포함할 수도 있다.
이러한 신호는 자율 국부 발진기(an autonomous local oscillator)에 의해 제공된다. 그러나, 본 발명에서 특히 이로운 특성에 따르면 복조기의 주파수 기준 신호도 하나의 변조기 및 수신단용 국부 발진기에 의해 제공될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 주어진 후속의상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 상세한 설명은 순수하게 설명에 의해 제시되고 비한정적이다.
본 발명은 주파수 변조를 갖는 무선파(radio wave)에 의한 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 시스템은 통신 신호를 위한 단순한 송신기 시스템이거나 송신기 및 수신기 시스템일 수 있다.
본 발명은 임의의 데이터 유형의 송신용으로 사용될 수도 있지만, 특히 이동 전화기의 구현에 이용가능하다.
모뎀(modems)이 제공되는 다른 유형의 장치에도 똑같이 응용 가능하다.
도 1은 알려진 유형의 통신 시스템의 송신 경로를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 통신 시스템의 구체적 실시예를 도시한 개략도.
도 2의 기술을 단순화하기 위해, 도 1의 요소과 동일, 유사 또는 등가인 도면의 요소에는 100으로 표시된 동일한 참조 번호가 주어졌다.
도 2의 송신단(110)은 송신 발진기(114), 혼합기(115), 위상 주파수 비교기(116) 및 저대역 통과 필터(117)를 순서대로 포함하는 송신 위상 동기 루프(112) 주변에 구성된다.
VCO(Voltage-Controlled Oscillator) 유형의 송신 발진기(114)는 위상 주파수 비교기(116)에 의해 제어되고 출력 단자(108)에서 주파수 fTX를 갖는 송신 신호를 전송한다. 출력 단자는 안테나에 접속된다(도시하지 않음).
또한, 주파수 fTX를 갖는 신호가 혼합기(115)에 인가된다. 혼합기는 이하 후속하여 기술될 하나의 국부 발진기(174)로부터 가령, 무선 주파수 유형의 제 1 기준 주파수 기준 신호를 더 수신한다. 주파수 fl0을 갖는 기준 신호는 송신 신호와혼합되어 주파수 fTX-fl0를 갖는 혼합된 신호를 위상 주파수 비교기(116)에 제공한다.
위상 주파수 비교기(116)는 변조기(130)으로부터 변조 제어 신호를 더 수신한다. 변조기의 신호는 변조기에 제공되는 주파수 기준 신호에 의해 고정되는 주파수를 갖는다. 그러나, 주파수 기준 신호는 하나의 국부 발진기(174)로부터 기원하여 주파수 분할기(173)를 분할비 Z로 통과한다. 따라서, 위상 주파수 변조기(116)에 인가되는 기준 신호의 주파수 및 변조 신호의 주파수는 fl0/Z이다. 가령, GHz 단위인 주파수 fl0은 성분 fl0/Z가 송신 신호를 제거하지 하지 않고 저대역 통과 필터(117) 내에서 필터링될 수 있도록 비 Z를 선택할 수 있게 하기 위해 충분히 높다.
주파수 기준 신호가 주파수 분할기(173)를 통과한 후에 변조기(130)의 두 혼합기(132a, 132b)에 인가된다는 것이 도 2로부터 명백해진다. 90도 위상 시프트 장치(134)는 주파수 기준 신호를 두 개의 혼합기에 각각 동위상 및 동위상 직교로 인가하는 것을 가능하게 한다. 혼합기(132a, 132b)는 신호 처리 장치(120)의 두 개의 출력 경로(124a, 124b)를 통해 전송되는 신호 I 및 Q의 재결합을 가능하게 한다.
참조 번호 122는 출력 경로 내에 직렬로 접속되는 디지털 아날로그 변환기 회로 및 신호 성형 회로(signal-shaping circuit)를 일반적으로 나타낸다.
국부 발진기의 동작은 상세하게 검토하지는 않을 것이다.
국부 발진기(174)는 국부 발진기 외에도 가변 비 N을 갖는 주파수 분할기(179), 위상 주파수 비교기(176) 및 저대역 통과 필터(177)을 포함하는 위상 동기 루프(170) 내에 접속된다. 이들 요소는 전술한 순서대로 루프 내에서 접속된다.
VCO 유형의 국부 발진기(174)는 국부 발진기(174)의 주파수를 수정 발진기(160)에 의해 주어지는 기준 주파수와 비교하는 위상 주파수 비교기(176)에 의해 제어된다.
수정에 의해 제공되는 기준 주파수는 주파수 분할기(162)(루프(170)의 주파수 분할기(179)와는 상이함)를 통해 위상 주파수 비교기(176)에 인가될 수도 있다.
위상 동기 루프(170)의 주파수 분할기(179)는 주파수 선택기(171)에 의해 조정가능한 분할 비 N을 갖는다. 분할 비 N을 변경함으로써 위상 동기 비교기(176)의 입력단에 인가되는 주파수를 변경하고 그에 따라 국부 발진기의 발진 주파수 fl0를 변경하는 것이 가능하다. 이제, 국부 발진기의 신호가 송신단에 인가되기 때문에 주파수 fl0의 변경도 송신 채널의 변화를 가능하게 한다. 비 N의 변화는 증가 또는 감소, 예를 들어, N 부터 N+1 또는 N-1까지 변화를 통해 발생하고 Δfl0로 참조되는 국부 발진기(174)의 주파수의 변화를 초래한다.
이러한 변화는 ΔfTX로 참조되는 송신 주파수의 변화를 초래한다.
주파수 변화 Δfl0및 ΔfTX는 후속하는 상호관계를 갖는데, Z는 국부발진기(174)와 변조기(130) 사이에 접속되는 주파수 분할기의 분할비이다(이 식은 루프(170)가 인프라다인 연산(infradyne operation)인 경우에는 "+"부호로 판독되고 수프라다인 연산(supradyne operation)인 경우에는 "-"로 판독됨).
ΔfTX= ΔfTX(Z±1)/Z
Δfl0및 ΔfTX사이의 관계에 관해, 분할 비 N 중 적어도 하나를 위해 그리고/또는 fTX의 값의 정수 변화를 얻기 위해 분수, 즉 비 정수 값을 선택하는 것이 가능하다.
주파수 기준 신호를 수신단에 제공하기 위해 국부 발진기(174)가 사용되는 이하 기술될 구체적 실시예에서는 바람직하게 분수비 N이 위상 동기 루프(170)의 분할기를 위해 선택된다. 비 Z의 경우에서는 2 또는 4의 배수와 같은 정수로 선택되어 변조기(130)의 직교내의 주파수 기준 신호의 형성을 용이하게 한다.
도 2의 예에서는 수신단(190)이 안테나 신호를 수신하는 단자(108)과 신호 처리 장치(120) 사이에 접속되는 직접 변환을 갖는 변조기(192)를 필수적으로 포함한다. 참조 번호(126)는 신호 성형 및 변조기에 의해 송신되고 처리 장치(120)로 전송되는 신호의 아날로그 디지털 변환을 위한 회로를 나타낸다. 알려진 바와 같이 직접 변환을 위한 변조기는 "0 IF" 또는 "낮은 IF"라 지칭된다("0 중간 주파수에서의 복조" 또는 "낮은 중간 주파수에서의 복조"). 이는 가령, (2) 및 (4)의 인용 문서 내에 기술된다.
복조기(192)는 주파수 기준 신호 fl0를 국부 발진기(174)로부터 직접적으로수신한다. 따라서, 주파수 분할기(179)의 분할비의 복조는 송신 주파수뿐만 아니라 수신 주파수의 변화를 초래한다. 전술한 바와 같이 분수 분할비는 송신 빛 수신 주파수 내의 정수값의 점프를 얻는 것을 가능하게 한다.
참조 문서
(1) WO-A-99 27 689
(2) WO-A-96 38 924
(3) US-A-5 065 408
(4) JP-A-10 164 164

Claims (10)

  1. 주파수 변조를 갖는 무선파(radio wave)에 의한 통신 시스템에 있어서,
    신호 처리 장치(120)와,
    변조된 신호 및 제 1 주파수 기준 신호에 응답하여 송신 신호를 송신하는 송신단(110)과,
    상기 처리 장치(120)의 출력 신호 및 제 2 주파수 기준 신호에 응답하여 상기 처리 장치(120)와 상기 변조 제어 신호를 형성하는 송신단(110) 사이에 접속되는 변조기(130)와,
    상기 제 1 주파수 기준 신호를 상기 송신단(110)에 제공하고 상기 제 2 주파수기준 신호를 상기 변조기(130)에 제공하는 수단
    을 포함하고,
    상기 제 1 및 상기 제 2 주파수 기준 신호는 하나의 국부 발진기(174)를 제공하는 상기 수단은 포함하는 것을 특징으로 하는
    통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부 발진기(174)는 상기 제 1 기준 주파수를 선택하기 위한 제 1 주파수 분할기(179)를 포함하는 위상 동기 루프(170)와 연관되는
    통신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 분할기(179)는 분수 분할 비 N을 갖는
    통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부 발진기(174)는 상기 송신단(110)에 직접적으로 접속되는
    통신 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부 발진기(174)는 제 2 주파수 분할기(173)를 통해 상기 제 2 변조기에 접속되는
    통신 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 송신단(110)은 저대역 통과 필터(117)을 갖는 위상 동기 루프(112)를 갖고,
    상기 제 2 주파수 분할기는 상기 제 2 주파수 기준 신호가 상기 필터 내에서 제거되도록 분할비 Z를 갖는
    통신 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    수신 신호를 상기 처리 장치(120)에 제공하는 수신단(190)을 더 포함하는
    통신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    안테나 신호 및 제 3 주파수 기준 신호에 응답하여 상기 수신 신호를 제공하는 직접 변환기를 갖는 복조기(190)를 포함하는
    통신 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 국부 발진기(174)는 상기 제 3 주파수 기준 신호를 상기 복조기에 제공하는 복조기(190)에 더 접속되는
    통신 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서의 통신 시스템을 사용하는 이돈 전화기.
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