KR20020068384A

KR20020068384A - 캐리어 변조기, 송신기 및 송수신기

Info

Publication number: KR20020068384A
Application number: KR1020027008211A
Authority: KR
Inventors: 코르도바요세엘
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2002-08-27
Also published as: JP3970765B2; JP2004512770A; EP1293075B1; KR100809119B1; CN1258901C; WO2002035787A2; CN1446423A; US6671337B1; WO2002035787A3; EP1293075A2

Abstract

본 발명은 제 1 주파수에서 변조 신호를 제공하는 직교 변조기를 갖는 송신기에 관한 것이다. 송신기는 전압 제어 오실레이터가 위상 동기 루프의 위상 비교기 사이에 결합되는 위상 동기 루프를 갖고, 송신기의 전송 신호 경로 내에 전송 전력 증폭기를 더 구비한다. 위상 동기 루프는 전송 전력 증폭기의 출력 및 위상 비교기의 피드백 입력으로부 피드백 경로 내에 다운 컨버터를 더 갖는다. 전송은 다운 컨버터에 의해 제공된 피드백 신호 및 직교 변조 신호 내에 포함된 진폭 정보를 복원하는 진폭 복원 장치를 더 갖는다. 동작 중, 위상 동기 루프는 캐리어 주파수에서 직교 변조 신호 내에 포함된 각 정보를 복제하고, 진폭 복원 장치는 위상 비교기의 입력에서의 신호가 실질적으로 동일하도록 전송 전력 증폭기의 이득을 제어한다.

Description

캐리어 변조기, 송신기 및 송수신기{CARRIER MODULATOR FOR USE IN A TRANSMITTER OR TRANSCEIVER}

미국 특허 제 5,020,076 호는 디지털 및 아날로그 전송 회로를 모두 구비한 하이브리드 전화기(hybrid telephone)용 하이브리드 캐리어 변조기(a hybrid carrier modulator)를 개시한다. 하이브리드 변조기는 디지털 신호를 변조하는 제 1 변조기와 아날로그 신호를 변조하는 제 2 변조기를 갖는다. 제 1 변조기는 동위상(in-phase)(I) 벡터 소스 및 직교 위상(Q) 벡터 소스를 변조하는 π/4-시프트 DPSK(Different Quadrature Phase Shift Keying) 변조기이다. 변조 후, 직교 변조 신호(quadrature modulated signals)는 밸런싱 직교 믹서 섹션(a balanced quadrature mixer section) 내에서 오실레이터(an oscillator)에 의해 제공된 캐리어 주파수와 함께 혼합되는데, I-신호는 오실레이터 신호와 혼합되고, Q 신호는 90°시프트된 오실레이터 신호와 혼합된다. 그리고 나서, 이들 두 동작으로부터 초래된 신호는 캐리어 주파수를 공칭상 중심으로 하는 캐리어 변조 신호를 생성하기 위해 합산기(summer)에서 가산된다. 오실레이터는 변조기가 아날로그 모드로 동작하고 있을 때, FM(Frequency Modulation)용 전송 - 중간 주파수(IF)(Intermediate Frequency) 신호를 제공하기도 하는 PLL(Phase Locked Loop)의 VCO(Voltage Controlled Oscillator)의 일부분이다. 음성 신호(a voice signal)를 포함할 수 있는 아날로그 신호로 PLL을 변조함으로써, PLL은 FM 신호를 생성할 것이다. 따라서, 미국 특허 제 5,020,076 호에서 하이브리드 변조기에는 디지털 변조 직교 신호 또는 아날로그 전송 IF 신호를 변조하는 결합형 직교 캐리어 변조기(a combined quadrature carrier modulator)가 제공된다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 송신기 또는 송수신기용 범용 캐리어 변조기, 즉, 여러 변조 시스템에 적합한 변조기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 저비용이며 간단한 변조기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 진폭 복원 피드백 루프(an amplitude restoration feedback loop) 내에서 생성된 바람직하지 못한 고조파(harmonics) 및/또는 중간 주파수 직교 전송 믹서(an intermediate frequency quadrature transmit mixer) 내에 생성된 믹서 생성물(mixer products)을 막는 캐리어 변조기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라,

제 1 주파수에서 직교 변조 신호를 제공하도록 구성된 변조기와,

제 2 주파수에서 캐리어 변조기 출력 신호를 제공하는, 가변 이득을 가지는 전력 증폭기와,

위상 비교기 및 전술한 제 2 주파수에서 캐리어 신호를 생성하는 전송 로컬 오실레이터를 포함하되, 전술한 위상 비교기의 제 1 입력은 전술한 직교 변조기에 결합되고 전술한 전송 오실레이터는 전술한 위상 비교기와 전술한 전력 증폭기 사이에 결합되는 위상 동기 루프를 포함하며,

상기 위상 동기 루프는 전술한 제 1 주파수에서 전술한 캐리어 변조기 출력 신호를 피드백 신호 - 상기 피드백 신호는 전술한 위상 비교기의 제 2 입력에 결합되고, 그에 따라 전술한 위상 동기 루프는 전술한 제 2 주파수에서 전술한 직교 변조 신호 내에 포함되는 각 정보(angle information)를 복제함 - 로 다운 변환하도록 구성된 다운 컨버터(a down-converter)와,

전술한 직교 변조 신호와 전술한 피드백 신호로부터 전술한 직교 변조 신호 내에 포함된 진폭 정보를 복원하되, 전술한 피드백 신호가 실질적으로 전술한 직교 변조 신호와 같아질 때까지, 전술한 전력 증폭기에 가변 이득 제어 신호를 제공하는 증폭기 복원 장치를 더 포함하는 캐리어 변조기가 제공된다.

본 발명은 단순한 직교 변조기가 낮은 중간 주파수, 가령, 40-150 MHz에서 어떠한 변조 유형도 쉽게 생성하는데 사용될 수 있다는 고찰과, 통상의 캐리어 변조기가 고주파수, 가령 825 MHz에서 변조 신호 내의 각 및 진폭 정보의 분리에 의해 변조 신호를 복제할 수 있으며, 높은 캐리어 주파수에서 분리된 각을 복제하고진폭 정보를 복원할 수 있다는 고찰에 근거한다. 간단하게 변조된 신호는 피드백 루프를 위한 기준 신호를 형성한다는 것이 알려져 있다.

캐리어 주파수의 실시예에서, 위상 동기 루프는 캐리어 변조 출력 신호의 일부를 피드백 루프 내의 다운 컨버터에 결합되어, 종국에는 낮은 중간 주파수에서 변조 신호를 복원하기에 충분한 감쇄를 일으키는 신호 결합기(signal coupler)를 갖는다.

바람직한 실시예에서, 각각의 대역 통과 필터는 다운 컨버터의 출력과 위상 비교기의 피드백 입력 사이와, 직교 변조기와 위상 검출기의 입력 사이에 제공된다. 이로써, 다운 컨버터에 의해 생성된 바람직하지 못한 고조파는 거부되고, 직교 믹서에 의해 생성된 믹싱 생성물도 거부된다.

단순한 직교 변조기는 미국 표준 IS54/136에 규정된 것과 같은 TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템용 DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying) 변조기와 같은 전송 변조기, 유럽 GSM(Global System for Mobile Communication) 표준에 규정된 것과 같은 변조기, 3GEDGE(Enhanced Data Rate for Global Evolution) 표준에 규정된 것과 같은 8-DQPSK 변조기 중 임의의 유형 또는 저주파수에서의 직교 변조기 중 임의의 유형일 수 있다.

실시예에서, 증폭 복원 장치는 두 개의 엔벨로프 검출기(envelope detectors) - 엔벨로프 검출기 중 하나는 피드백 신호를 검출하고 엔벨로프 검출기 중 나머지 하나는 낮은 중간 주파수에서 단순히 생성된 변조를 검출함 - 와, 엔벨로프 검출기의 출력 신호를 비교하고 전송 전력 증폭기를 위해 이득 제어 신호를생성하는 비교기를 가진다. 이로써, 제어 피드백 루프(controlled feedback loop distortion)에서 전송 브랜치(transmit branch) 내의 왜곡은 제거되고 실질적으로 복제된 변조 신호가 캐리어 주파수에서 획득된다.

출력이 전송 전력 증폭기에 결합되는 전송 신호 경로 내에 전압 제어 오실레이터를 갖기 때문에, 전송 경로 내에 믹서는 더 이상 필요하지 않으며, 따라서, 직교 변조기와 전송 전력 증폭기 사이의 신호 경로 내에 전송 필터도 필요 없다. 그러한 또 다른 믹서 및 전송 필터는 통상의 캐리어 변조기에서는 필요했을 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 캐리어 변조기는 더 높은 칩 집적 레벨(chip integration level)을 초래할 수 있다. 그에 더하여, 보다 덜 심각한 선형 요구가 전송 전력 증폭기에 부가될 것이기 때문에, 전송 전력 증폭기는 더 저렴할 수 있고 보다 더 높은 효율로 동작할 수 있다. 높은 효율에서의 동작은 캐리어 변조기가 셀룰러 전화기와 같은 휴대용 장치 내에서 사용될 때, 매우 바람직한 배터리 전력의 감소를 초래한다.

본 발명은 송신기(a transmitter) 또는 송수신기(a transceiver)용 변조기(a modulator)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다중 변조 시스템(multiple modulation system)용 변조기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 송신기의 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 송신기의 중간 주파수에서의 직교 변조 신호,

도 3은 직교 변조 신호에서의 주파수 스펙트럼.

도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 위해 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 송신기(1)의 블록도이다. 송수신기의 경우, 수신기(여기서는 상세히 도시하지 않음)도 제공된다. 수신기는 소정의 적절한 유형의 수신기일 수 있다. 송신기(1)는 베이스 밴드 처리 수단(3)과 결합하여 베이스 밴드 처리 수단(3)에 의해 제공된 직교 전송 신호 Tx_I 및 Tx_Q의 쌍으로부터 낮은 중간 주파수, 예컨대, 40-150 MHz에서 직교 변조 신호(M)를 생성하도록 구성된 직교 변조기(2)를 포함한다. 따라서, 변조기(20)는 직교 변조기일 수 있다. 도 1에서, 직교 믹서(4, 5)의 쌍과 90°상대 위상 시프팅 네트워크(relative phase shifting network)(6)를 갖는다. 위상 시프팅 네트워크(6)는 기준 오실레이터(a reference oscillator)(7)의 출력 신호의 주파수를 승산하는 주파수 체배기(a frequency multiplier)(8)를 통해 기준 오실레이터(7)에 결합된다. 출력 쪽에서, 직교 변조기(2)는 직교 변조기(2)에 의해 생성된 바람직하지 못한 믹서 생성물을 거부하는 대역 통과 필터(10)에 결합된다. 송신기(2)는 가변 이득 증폭기(a variable gain amplifier)(11)와 위상 비교기(a phase comparator)(13) 및 위상 비교기(13)의 출력과 전송 전력 증폭기(11)의 출력 사이에 결합된 전송 로컬 오실레이터(a transmit local oscillator)(14)(TxVCO)를 포함하는 고속 위상 동기 루프(12)를 더 포함한다. 실시예에서, 전송 전력 증폭기는 안테나(15)에 캐리어 변조 신호를 제공한다. 위상 동기 루프(12)는 위상 비교기(13)의 출력과 TxVCO(14)의 제어 입력 사이에 결합된 루프 필터(16), 다운 컨버터(17), 감쇄기(18) 및 신호 결합기(19)를 더 포함한다. 신호 결합기(19)는 캐리어 변조기 출력 신호(C)를 다운 컨버터(17)의 입력에 결합시킨다. 감쇄기(18)는 낮은 중간 주파수에서 재구성된 직교 변조 신호가 위상 동기 루프(12)에 의해 위상 비교기(13)에 제공되는 피드백 경로 내에서 획득되도록 캐리어 변조기 출력 신호의 결합 부(coupled part)를 충분히 감쇄시킨다.

송신기(1)는 직교 변조 신호(M) 및 다운 컨버터(17)의 출력과 위상 비교기(13)의 피드백 입력 사이에 결합된 대역 통과 필터(21)에 의해 제공된, 직교 변조 신호(M) 내에 포함된 진폭 정보의 피드백 신호(F)로부터 복원하는 진폭 복원 장치(20)를 더 포함한다. 실시에에서, 진폭 복원 장치(20)는 엔벨로프 검출기(22, 23) 및 엔벨로프 검출기(22, 23)에 의해 생성된 출력 신호를 비교하고 가변 이득 제어 신호(VG)를 전송 전력 증폭기(11)의 가변 이득 제어 입력에 제공하는 비교기(24)를 포함한다.

도 2는 예컨대, 도시한 바와 같이 진폭 및 위상 정보을 포함하는 신호와 같은 QPSK 신호로서 생성된, 필터링된 직교 변조 신호(M')을 도시한다.

도 3은 신호(M')의 주파수 스펙트럼과 제어 피드백 루프 내의 피드백 신호(F)의 스펙트럼을 도시한다. 제어 피드백 루프에서, 피드백 신호(F)는 실질적으로 신호(M')와 동일하다.

동작 중, 고속 위상 동기 루프(12)는 각 정보, 즉, 신호(M') 내의 주파수 및/또는 위상 정보를 추적하고, TxVCO(14)의 출력과 안테나(15)에서 추적된 각 정보(angle information)를 복제한다. 진폭 복원 장치(20)는 양 신호(M', F)로부터 진폭 정보를 획득하고 신호(F)가 신호(M')와 매칭(match)되도록 전송 전력증폭기(11)의 이득을 제어한다. 제어된 상태에서 신호(M', F)가 실질적으로 동일한 진폭을 가지도록, 감쇄기(18)가 감쇄를 제공하거나, 피드백 경로에서의 감쇄가 충분해야 한다. PLL(12)의 대역폭 및 복원 장치(20)에 의해 형성된 진폭 루프는 스펙트럼 재성장(re-growth)을 피하기 위해 원하는 신호의 모든 중요한 주파수 성분을 포함할 만큼 충분히 커야 한다. 바람직하게, 전송 신호는 주파수 루프 내의 소정의 진폭 대 위상 변조를 보상하기 위해 전송 전력 증폭기(11) 뒤에서 샘플링된다.

송신기(1)는 주파수 합성기(26), 필터(27) 및 VCO(28)로 이루어진 통상의 주파수 생성 수단(25)을 더 포함한다. 그러한 통상의 주파수 생성 수단(25)은 소정의 적절한 수단일 수 있다.

요컨대, 본 발명은 매우 낮은 주파수에서 생성된 단순한 캐리어 변조기의 출력 신호의 캐리어 주파수에서 복제하여 주파수 루프 및 진폭 루프를 사용함으로써 캐리어 주파수에서 변조의 소정의 유형을 쉽게 생성할 수 있는 캐리어 변조기를 제공한다.

전술한 설명을 감안할 때, 이하 첨부된 청구항에 의해 규정된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것과 본 발명이 제시된 예에 한정되지 않는다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. "포함한다"는 단어는 청구항에 기술된 것 이외의 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다는 것을 의미한다.

Claims

캐리어 변조기로서,

제 1 주파수에서 직교 변조 신호(M)를 제공하도록 구성된 변조기(2)와,

제 2 주파수에서 캐리어 변조 출력 신호(C)를 제공하는, 가변 이득을 갖는 전력 증폭기(11)와,

위상 비교기(15) 및 상기 제 2 주파수에서 캐리어 신호를 생성하는 전송 로컬 오실레이터(14)를 포함하는 위상 동기 루프를 포함하되,

상기 위상 비교기(13)의 제 1 입력은 상기 직교 변조기(13)에 결합되고,

상기 전송 오실레이터(14)는 상기 위상 비교기(13)와 상기 전력 증폭기(11) 사이에 결합되는

캐리어 변조기.
재 1 항에 있어서,

상기 위상 동기 루프는 상기 캐리어 변조기 출력 신호(C)의 일부를 상기 다운 컨버터(17)에 결합시키는 하나의 결합기(19)를 더 포함하는

캐리어 변조기.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 결합기(19)는 감쇄기(18)를 더 포함하는

캐리어 변조기.
제 1 항에 있어서,

상기 다운 컨버터(17)에 제공되는 로컬 오실레이터 신호를 생성하는 주파수 생성기(25)를 더 포함하는

캐리어 변조기.
제 4 항에 있어서,

기준 오실레이터 신호를 상기 주파수 생성기(25)에 제공하는 기준 오실레이터(7)를 더 포함하는

캐리어 변조기.
제 5 항에 있어서,

주파수 체배기(8)를 더 포함하되,

상기 직교 변조기(2)는 직교 믹서(4, 5)의 쌍을 포함하고,

상기 주파수 멀티플라이어(8)는 상기 기준 오실레이터(7)와 상기 직교 믹서의 쌍(4, 5) 사이에 결합되는

캐리어 변조기.
제 1 항에 있어서,

상기 직교 변조기(2)와 상기 위상 비교기(13) 사이에 결합된 제 1 대역 통과 필터(10)를 포함하는

캐리어 변조기.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 동기 루프는 상기 다운 컨버터(17)과 상기 위상 비교기(13) 사이에 결합된 제 2 대역 통과 필터(21)와 상기 위상 비교기(13)와 상기 전송 로컬 오실레이터(14) 사이에 배치된 루프 필터(16)를 포함하는

캐리어 변조기.
제 1 항에 있어서,

상기 진폭 복원 장치는 상기 직교 변조 신호(M)를 검출하는 제 1 엔벨로프 검출기(22)와,

상기 피드백 신호(F)를 검출하는 제 2 엔빌로프 검출기(23)와,

상기 제 1 및 제 2 엔벨로프 검출기(22, 23)에 결합되어 상기 가변 제어 신호를 제공하는 비교기(24)를 포함하는

캐리어 변조기.
제 1 항 내지 제 9 항에 따른 캐리어 변조기를 구비한 송신기(1).
제 1 항 내지 제 9 항에 따른 캐리어 변조기를 구비한 송수신기.