KR20030033992A

KR20030033992A - 진폭변조신호 수신회로

Info

Publication number: KR20030033992A
Application number: KR1020020064820A
Authority: KR
Inventors: 이토야스히로; 니시다야스아키; 안도다카시; 다이코쿠가즈히로; 호소야신이치
Original assignee: 닛폰 호소 교카이; 자이단 호진 엔 에이치 케이 엔지니어링 서비스; 아르콤 가부시키가이샤; 닛폰 캬스템 가부시키가이샤
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2003-05-01
Also published as: US6927623B2; EP1306969A2; EP1306969A3; US20030102906A1; JP2003133985A; JP3594921B2; CA2409718A1; CN1414713A

Abstract

AM 라디오파가 송신되는 형태를 변경함이 없이 복조신호의 품질을 개선하기 위해서, 수신된 진폭변조신호는 단측파대 신호로 변환되고 이 변환된 단측파대 신호의 위상항으로부터 정보신호가 복조된다.

Description

진폭변조신호 수신회로{AMPLITUDE-MODULATED SIGNAL RECEIVING CIRCUIT}

본 발명은 중주파수(중파) 대역 및 고주파수(단파) 대역에서 광범위하게 사용되는 AM(이하 양측파대 방사 반송파 진폭변조를 나타냄)신호를 수신 및 복조하기 위한 진폭변조신호 수신회로에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 복조신호의 품질을 개선시키기 위한 기술에 관한 것이다.

실용적인 AM 수신기가 이용가능하게 되었을 때의 기술 수준에서는, 그리고 정교한 복조회로를 필요로 하지 않는 간단하지만 경제적인 복조 회로에 대한 당시의 요구에서는, 채택된 복조방법은 가장 간단한 방법인 포락선 검파(복조)였다.

최근, AM 방송은 진폭변조를 사용하는 가장 대표적인 예이다. 전세계의 많은 사람들이 AM 방송을 수신 및 이용할 수 있기 때문에, 많은 수신기가 존재한다. 역사적으로 말하자면, 상기 검파(복조) 방법은 AM 방송이 실용적이게 되었을 때 확실하게 가장 이용가능하였다.

또한, AM신호는 포락선 검파에 의해 복조될 수 있기 때문에, 항공기 라디오에 응용함에 있어서, 그러한 복조가 라디오 장비의 주파수 안정도와 매우 독립적이라는 특성에 많은 중요성이 부여되었고, 그리하여 이러한 기술은 복조신호의 품질이 떨어짐에도 불구하고 오늘날 여전히 사용되고 있다.

종래 AM신호 복조 기술은 아래의 문제점들에 부딪혀 왔다.

1. AM신호가 전파되는 전파경로에서 발생하는 진폭 및 위상 요동으로 인해, 종래 복조 기술을 사용하여 고품질의 복조신호를 얻는 것은 어렵다. 그러한 진폭 및 위상 요동의 근원은, 예를 들면, 페이딩 등에 의해 야기되는 상승성 방해, 및 전원 잡음, 형광 잡음 및 도시 잡음을 포함한다.

2. 진폭변조 기술은 오랜 역사를 가지고 있고, 처음 실용화되었을 때 보급된 기술 수준은 변조회로가 이들 방해를 제거하여 고품질의 복조신호를 얻기 위한 수단을 사용하지 않은 그러한 것이었다.

3. AM 방송파는 0dB을 기준하여 400Hz로써, 1.5dB 내지 3dB내에서 유지되어 50Hz 내지 7500Hz 범위로써 송신된다. 그러나, 수신기의 대역통과 특성은 송신파의 그것보다 덜 평탄하고, 이들 대역통과 특성이 수신 및 복조 후에 음질에 대해 조절될지라도, 오디오 품질은 개선될 수 없다. 이러한 것들의 주된 이유는 종래 복조 기술이 AM신호에 영향을 미치는 상승성 잡음을 제거하기 위한 수단을 제공하고 있지 않기 때문이다. 또한, 신호는 상가성 잡음에 대해서도 영향을 받기 쉬우므로, AM 수신기는 더 잘 들을 수 있기 위해 단일-피크 수신 대역통과 특성을 갖도록 설계된다. 따라서, 충분히 넓은 대역폭에 걸쳐 평탄한 주파수 특성에 대한 필요성에도 불구하고, 현존 수신기는 음악과 같은 오디오 소스에 대해 아주 뛰어난음질을 보증할 수는 없다.

4. 자동 이득 제어회로가 수신된 입력 파워 레벨을 자동으로 제어하도록 사용되더라도, 이들 회로는 복조신호의 품질을 개선시키는데 충분하지는 않다.

따라서 본 발명의 목적은 AM 라디오파가 현재 송신되는 라디오 레귤레이션을 변경해야함 없이 AM신호를 수신하고 고품질의 복조신호를 얻을 수 있는 진폭변조신호 수신회로를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 블록선도;

도 2는 도 1에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있는 도;

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예를 나타내는, RZ SSB 복조 프로세싱이 더 낮은 주파수 영역에서 수행되는 구성의 블록선도;

도 4는 도 3에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있는 도;

도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 블록선도;

도 6은 도 5에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있는 도;

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 변형예를 나타내는, RZ SSB 복조 프로세싱이 더 낮은 주파수 영역에서 수행되는 구성의 블록선도;

도 8은 도 7에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있는 도;

도 9는 본 발명의 제 3 실시예의 블록선도;

도 10은 도 9에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있는 도;

도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 변형예를 나타내는, RZ SSB 복조 프로세싱이 더 낮은 주파수 영역에서 수행되는 구성의 블록선도; 및

도 12는 도 11에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있는 도.

본 발명에 따른 진폭변조신호 수신회로(이하 "AM신호 수신회로"라 함)는 수신된 진폭변조신호를 단측파대 전반송파 신호로 변환시키기 위한 변환수단, 및 변환된 단측파대 신호의 위상항으로부터 정보신호를 복조하기 위한 복조수단을 포함한다.

본 발명은 진폭변조신호의 위상항으로부터 정보신호를 복조한다. 이러한 접근법의 논리적 근거는 다음과 같다: 즉, 변조신호의 위상항에 존재하는 정보신호 성분은 외부의 상승성 또는 상가성 잡음에 쉽게 영향을 받지는 않으며 결과로서 우수한 송신 품질을 제공할 수 있다. 이러한 예로서, 주파수 변조 신호로써 정보신호 성분은 위상항에만 존재하고 위상항으로부터 복조되기 때문에 FM 방송의 수신 특성이 AM 방송의 수신 특성보다 더 낫다는 사실이다.

복조수단은 바람직하게는 단측파대 신호의 위상항-즉, 리얼 제로-으로부터 정보신호를 복조하기 위한 프로세싱 수단을 포함한다. 이러한 종류의 복조 프로세싱 기술은 리얼 제로 단측파대(RZ SSB) 변조 및 복조로서 알려져 있고, 복조 프로세싱 동안에, 외부 잡음으로 인한 진폭 왜곡을 제거할 수 있다. RZ SSB 변조 및 복조는 (일본 특허 제 1888866으로서 특허된) JP H06-018333 B에 상세히 개시되어 있다.

수신된 진폭변조신호를 단측파대 신호로 변환시키기 위한 변환수단은 바람직하게는, 수신된 진폭변조신호를 2개로 분파하고 하나의 분파된 신호의 진폭을 제한하고 다른 하나를 주파수변환한 후에 2개의 분파신호를 서로 곱함으로써, 예를 들어 위상항에 대한 전파 경로의 영향에 의해 또는 수신기내의 국부 발진기의 주파수 요동에 의해 야기되는 불요 위상 성분을 제거하기 위한 주파수변환수단을 포함한다. 그러한 수단이 중간 주파수 단계에 제공된다면, 고주파수 단계에서 국부 발진기의 주파수 안정도에 의해 영향받지 않고, 고품질의 복조신호가 얻어질 수 있다. 결과로서, 본 발명은 종래의 포락선 복조의 중요한 특성을 상실하지 않는다, 즉, 복조 특성은 주파수 요동과 독립적이다. 동시에, 송신된 정보신호의 주파수 특성을 정확하게 유지할 수 있다.

본 발명에 따라 진폭변조파는 상측파대 및 하측파대를 포함하기 때문에 수신된 진폭변조신호를 단측파대신호로 변환시키기 위한 변환수단은 바람직하게는 수신된 진폭변조신호와, 그 수신된 신호의 신호 주파수성분 분포를 주파수 영역에서 역으로 하여 얻은 신호를 중첩시키고 그 결과를 하나의 단측파대 신호로 변환시키기 위한 주파수 다이버시티 수단을 포함한다.

이러한 주파수 다이버시티 수단은 수신된 진폭변조 방사 반송파 신호를 2개로 분파시키기 위한 수단; 분파된 진폭변조 방사 반송파 신호 중 하나의 진폭을 제한하기 위한 진폭 제한기(하드 리미터); 국부 발진기 신호를 사용하여 다른 하나의 분파된 진폭변조 방사 반송파 신호를 주파수변환하고 차 주파수 성분 및 합 주파수 성분을 추출하기 위한 제 1 주파수변환 수단; 진폭 제한기(하드 리미터)의 출력을 사용하여 제 1 주파수변환 수단에 의해 추출된 차 주파수 성분을 주파수변환하고 결과로서 얻어진 합 주파수 성분을 추출하기 위한 제 2 주파수변환 수단; 진폭 제한기(하드 리미터)의 출력을 사용하여 제 1 주파수변환 수단에 의해 추출된 합 주파수 성분을 주파수변환하고 결과로서 얻어진 차 주파수 성분을 추출하기 위한 제 3 주파수변환 수단; 및 제 2 주파수변환 수단의 출력 및 제 3 주파수변환 수단의 출력을 가산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

바람직하게는 본 발명의 AM신호 수신회로는 값싼 회로에 의해 수신신호의 고성능 프로세싱이 수행될 수 있도록 디지털 신호 처리(DSP) 기술을 사용하여 구현된다. 그러한 기술을 사용함으로써 회로 조정이 필요없게 되고 DSP 프로세서를 사용할 수 있어서, 볼륨 산출 이득을 제공할 것으로 기대될 수 있다. 결과로서, 경제적인 수신기가 보증된다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특정 실시예가 단지 예로서 설명될 것이다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

AM 라디오 신호를 수신하기 위한 수신회로의 예가 본 발명을 구현하는 모드를 예시하도록 설명될 것이다. 이하의 실시예는 본 발명의 실체를 명확히 하기 위해 제공된다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.

제 1 실시예

본 발명의 제 1 실시예는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 제 1 실시예의 블록선도이다. 도 2에는 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예는 AM 송신기(100), 송신 안테나(101), AM 수신기의 수신 안테나(102), 프론트-엔드 증폭기(103), 주파수 변환기(104), 국부 발진기(105), 중간주파수(IF) 필터(106), 진폭 제한기(하드 리미터; 107), 주파수 변환기(108), 국부 발진기(109), IF필터(110), 주파수 변환기(111), IF필터(112), RZ SSB 복조 프로세서(113), 및 AM 복조신호 출력단자(114)를 포함한다.

도 1에 도시된 제 1 실시예에서의 신호 흐름 및 컴포넌트 회로의 기능이 이하 간단히 설명될 것이다.

AM 송신기(100)의 출력은 진폭변조파로서 송신 안테나(101)에 의해 송신된다. 이러한 진폭변조파는 AM 수신기의 안테나(102)에 의해 수신되고, 프론트-엔드 증폭기(103)에 의해 증폭된 후에, 국부 발진기(105)로부터의 국부 발진기 신호를 사용하여 주파수 변환기(104)에 의해 IF신호-예를 들면 차 주파수 IF신호-로 변환되고, 그 후 필요한 IF신호가 IF필터(106)에 의해 추출된다.

이 신호는 2개로 분할되고, 하나는 진폭 제한기(하드 리미터; 107)에 공급되어 고정-진폭 신호로 변환된다. 다른 하나의 분할신호는 주파수 변환기(108)에 공급되고, 국부 발진기(109)의 출력을 사용하여 합 주파수 신호로 변환된다. 그 후 필요한 IF신호가 IF필터(110)에 의해 추출된다. IF필터(110)의 출력신호 및 진폭제한기(하드 리미터; 107)의 출력은 차 주파수 신호가 형성될 수 있는 방식으로 주파수 변환기(111)에 의해 변환된다. IF필터(112)는 하측파대 성분을 추출하는데, 이것은 얼마간의 불요잡음 성분이 제거된 신호이고 반송파를 수반하는 신호이다. IF필터(112)의 출력은 RZ SSB 복조 프로세서(113)에 공급되어 복조되고, 복조된 신호는 단자(114)로부터 출력된다.

수학적 표현을 사용하여 컴포넌트 회로의 동작이 이하 설명될 것이다. 정보신호를 g(t)로서 나타내면, 송신 안테나(101)로부터 송신될 진폭변조파는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

St1(t) = (1+g(t))cos(ω_ct)

여기서 ω_c는 송신파의 각주파수이다. 진폭변조파가 과변조되지 않도록 하기 위해 다음의 식이 필수적이다.

｜g(t)｜＜ 1

다음에, 식 1을 다음과 같이 변환할 수 있다.

St1(t) = cos(ω_ct)

+{g⁺(t)cos(ω_ct) - H(g⁺(t))sin(ω_ct)}/2

+{g^-(t)cos(ω_ct) + H(g^-(t))sin(ω_ct)}/2

여기서, H(g(t))는 g(t)의 힐버트 변환을 나타내고, g⁺(t) 및 g^-(t)는 송신된 파의 상측파대역 및 하측파대역에 존재하는 정보신호를 각각 나타낸다. 따라서,

g⁺(t) = g^-(t)

H(g⁺(t)) = H(g^-(t))

식 3에서의 제 1 항은 반송파 성분을 나타내고, 제 2 항은 상측파대 성분을 나타내고, 제 3 항은 하측파대 성분을 나타낸다. 과변조되지 않는 AM신호에 있어서-즉, 식 2에 의해 표현되는 조건을 만족시키는 AM신호에 있어서-반송파 성분은 측파대 성분보다 항상 6dB 높다는 것을 식 3으로부터 알 수 있다. 도 1 및 도 2에 있어서, 상측파대 성분 및 하측파대 성분이 구별될 수 있는 방식으로 신호가 표시되어 있다. 식 1 및 식 3은 수학적으로 등가이지만, 단측파대 성분이 고찰될 것이기 때문에, 특정 단측파대 성분, 즉, 특정하게 상측파대 성분 또는 하측파대 성분을 추출하는 것에 대해 논할 필요가 있을 때마다 식 3이 사용될 것이다.

송신 안테나(101)로부터 방사된 신호는 그 전파 동안에 랜덤 진폭 요동 및 위상 요동("랜덤 FM잡음"이라 불림)되고, 이들은 레일리 분포 규칙을 따르며 각각 ρ(t) 및 θ(t)로 표현될 수 있다. 이들 진폭 및 위상 요동은 상승성 방해로서 신호에 영향을 미친다. 따라서 AM 수신기 안테나(102)에 도달되는 신호는 다음과 같이 주어진다.

Sr1(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω_ct+θ(t))

바람직하게는 RSSI(수신전계강도)신호에 의해 증폭도를 변화시키는 프론트-엔드 증폭기(103)에 의해 수신신호가 증폭된 후에, 이 수신신호와 중심 각주파수(ω_c-ω₁) 및 각주파수 요동(δω)을 갖는 국부 발진기(105)로부터의 국부 발진기 신호 사이의 차 주파수가 주파수 변환기(104)에 의해 얻어진다. 결과로서, 수신신호는 중심 각주파수(ω₁)를 갖는 IF신호로 변환된다. 이 신호로부터 IF필터(106)는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다. 프론트-엔드 증폭기(103)에 의해 가산된 열잡음이 무시된다면, 추출된 신호는 식 4로부터 다음과 같이 쉽게 구할 수 있다.

S11(t) = ρ(t)(1+g(t))cos((ω₁±δω)t+θ(t))

이러한 실시예에서는, AM 수신기(즉, 중주파수 또는 고주파수 AM 방송용 AM 수신기)에서 통상의 주파수변환이 고찰된다. 수신된 중주파수 또는 고주파수 신호는 상대적으로 낮은 주파수 성질에 의하기 때문에, 수신신호 주파수(ω_c)보다 더 높은 주파수를 국부 발진기 주파수(ω_L1)로서 사용하여 중간주파수(ω_IF1)로 변환되기도 한다. 이것은 IF 주파수 영역내로 스퓨리어스 (불요) 신호가 혼합되는 것을 방지한다. 이렇게 된 때 수신신호의 측파대를 관찰하면, 상측파대 및 하측파대가 역으로 되어 보인다. 그렇게 얻어진 IF 주파수(ω_IF1)가 더 낮은 IF 주파수(ω_IF2)로변환되고 이러한 제 2 주파수변환이 IF 주파수(ω_IF1)보다 더 높은 주파수를 사용하여 마찬가지로 수행된다면, 측파대는 다시 역으로 되어서 그 원래의 배열로 회복된다. 실제로 이러한 2중 변환이 수행될 것을 가정하지만, 본 실시예에서는, 간단화를 위해 상기 절에서 약술한 종류의 단일-단계 주파수변환이 설명되었다. 그러나, 본 발명은 그러한 예에 국한되지 않는다. 동일한 간이 버전의 주파수변환이 본 발명의 다음 실시예에서 설명된다.

식 5에 의해 표현되는 신호는 2개로 분할된다. 2개의 분할 부분 중 하나는 진폭 제한기(하드 리미터; 107)에 공급되어 고정-진폭 신호로 변환된다;

S1lim = cos((ω₁±δω)t+θ(t))

위에서 랜덤 진폭 요동 성분(ρ(t))은 제거되었다. 신호의 다른 하나의 분할된 부분은 각주파수(ω₂)를 갖는 국부 발진기(109)를 사용하여 주파수 변환기(108)에 의해 합 주파수를 형성함으로써 중심 각주파수(ω₁+ω₂)를 갖는 IF신호로 변환된다. 그 후 IF필터(110)는 다음에 주어지는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다.

S12(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(((ω₁±δω)+ω₂)t+θ(t))

식 6에 의해 표현되는 진폭 제한기(하드 리미터; 107)의 출력 및 식 7에 의해 표현되는 IF필터(110)의 출력이 주파수 변환기(111)에 입력되고 그 차 주파수 성분이 추출되면, 얻어지는 신호는 다음과 같다.

S13(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω₂t)

다시 말하면, 위상항에 존재하던 랜덤 방해 성분(θ(t)) 및 각주파수 요동(δω)이 완벽하게 제거될 수 있다. 동시에, 반송파 성분의 각주파수가 ω₂로 변환된다. 결과적으로, 다음의 복조 프로세싱에서의 주파수 안정도는 국부 발진기(109)에만 의존한다. 결과로서, 각주파수(ω₂)가 낮다면, 주파수 안정도는 실제 문제가 되지 않는다. 첨예한 IF필터(112)는 하측파대 신호를 추출하도록 이용되는데, 이것은 어느 정도의 불요잡음 성분이 제거된 신호이고 반송파 성분이 가산된 신호이다. 수학적 표현식으로부터 나머지 잡음 성분을 생략하고 식 3을 얻는데 사용된 변환을 사용하면, 이 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.

S14(t) = ρ(t){(1+g^-(t)/2)cos(ω₂t)+(H(g^-(t))/2)sin(ω₂t)}

이것은 송신된 파의 하측파대에 대응하는 성분이 추출된 것을 나타낸다. 식 9에 의해 표현되는, 반송파 신호가 더해진 하측파대는 상기한 바와 같이 정보신호의 최대값보다 6dB 더 높은 반송파 성분을 갖기 때문에, RZ SSB 신호로서 사용될 수 있다. RZ SSB 복조 프로세서의 사용은 랜덤 진폭 성분(ρ(t))이 제거될 수 있게 함으로써 고품질의 복조 정보신호를 제공한다.

IF필터(106) 후의 신호 프로세싱은 DSP 회로에 의해서 수행될 수 있다. 상기한 바와 같이, 가산된 반송파 성분을 갖는 하측파대 신호가 추출되는 때, 주파수 안정도는 국부 발진기(109)에 의해서만 결정되고, 따라서 바람직하게는 첨예한 컷-오프 특성을 갖는 필터가 IF필터(112)로서 사용된다. DSP 회로에 의해 구현되는 필터의 다른 이점은 온도 특성 등이 고려될 필요가 없다는 것이다.

도 1에 도시된 회로가 DSP 디바이스를 사용하여 구현된다면, DSP 전력소비를 감소시키기 위해, RZ SSB 복조 프로세서의 샘플링 주파수를 낮출 필요가 있다. 주파수 변환기(111)의 출력에 주파수 변환기를 삽입시킴으로써 프로세싱 주파수를 더 낮은 주파수 영역으로 편이시키는 것이 가능하다. 그러한 프로세싱의 예가 이하 설명될 것이다.

도 3은 도 1에 도시된 수신회로의 신호 프로세싱 주파수가 더 감소된 예를 도시하는 블록선도이다. 도 4에는 도 3에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있다. 도 3에 도시된, 제 1 실시예의 변형 버전은 도 1에 도시된 IF필터(112) 대신에 IF필터(120), 주파수 변환기(121), 국부 발진기(122), 및 IF필터(123)를 포함한다.

도 3에 도시된 회로의 동작에 대해서 간단히 설명될 것이다. IF필터(120)는 주파수 변환기(111)의 출력으로부터 각주파수(ω₂)를 갖는 AM신호를 추출하는 데 사용된다. 이것은 각주파수(ω₂-ω₃)를 갖는 국부 발진기(122)의 출력을 사용하여 주파수 변환기(121)에 의해 더 낮은 주파수로 변환되고, IF필터(123)는 각주파수(ω₃)를 갖는 반송파 성분이 가산된 하측파대 신호를 추출한다. 프로세싱이 수행되어야 하는 주파수 영역이 이러한 방식으로 낮아진다면, 불필요한 프로세싱이 더 적게 수행되어, 전력소비를 감소시키는 데 상당히 기여한다.

제 2 실시예

본 발명의 제 2 실시예가 도 5 및 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 도 5는 제 2 실시예의 블록선도이고, 도 6에는 도 5의 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 제 2 실시예는 AM 송신기(200), 송신 안테나(201), AM 수신기의 수신 안테나(202), 프론트-엔드 증폭기(203), 주파수 변환기(204), 국부 발진기(205), IF필터(206), 진폭 제한기(하드 리미터; 207), 주파수 변환기(208), 국부 발진기(209), IF필터(210), 주파수 변환기(211), IF필터(212), RZ SSB 복조 프로세서(213), 및 AM 복조신호 출력단자(214)를 포함한다.

도 5에 도시된 제 2 실시예에서의 신호 흐름 및 컴포넌트 회로의 기능이 이하 간단히 설명될 것이다.

AM 송신기(200)의 출력은 진폭변조파로서 송신 안테나(201)에 의해 송신된다. 이러한 진폭변조파는 AM 수신기의 안테나(202)에 의해 수신되고, 프론트-엔드 증폭기(203)에 의해 증폭된 후에, 주파수 변환기(204) 및 국부 발진기(205)에 의해차 주파수 신호로 변환되고, 필요한 IF신호가 IF필터(206)에 의해 추출된다. 이 신호는 2개로 분할되고, 하나는 진폭 제한기(하드 리미터; 207)에 공급되어 고정-진폭 신호로 변환된다. 신호의 다른 하나의 분할 부분은 이 입력 신호와 국부 발진기(209)의 출력 사이의 차 주파수를 형성하는 주파수 변환기(208)에 공급된다. 그 후 이러한 차 주파수 신호는 IF필터(210)에 의해 추출된다. 주파수 변환기(211)는 IF필터(210)의 출력 및 진폭 제한기(하드 리미터; 207)의 출력을 사용하여 합 주파수 성분을 형성한다. IF필터(212)는 하측파대 성분을 추출하는데, 이것은 얼마간의 불요잡음 성분이 제거된 신호이고 반송파를 수반하는 신호이다. IF필터(212)의 출력은 RZ SSB 복조 프로세서(213)에 공급되어 복조되고, 복조된 신호는 단자(214)로부터 출력된다.

수학적 표현을 사용하여 컴포넌트 회로의 동작이 이하 설명될 것이다. 정보신호를 g(t)로서 나타내면, 송신 안테나(201)로부터 송신될 AM 방송파는 다음과 같다.

St2(t) = (1+g(t))cos(ω_ct)

이 식에서 ω_c는 송신파의 각주파수이다. AM파가 과변조되지 않도록 하기 위해 다음의 식이 필수적이다.

｜g(t)｜＜ 1

송신 안테나(201)로부터 방사된 신호는, 그 전파 동안에, 진폭 및 위상항에서 ρ(t) 및 θ(t)로 각각 표현될 수 있는 상승성 방해를 받게 된다. 따라서 AM 수신기 안테나(202)에 도달되는 신호는 다음과 같이 주어진다.

Sr2(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω_ct+θ(t))

프론트-엔드 증폭기(203)에 의해 수신신호가 증폭된 후에, 이 수신신호와 중심 각주파수(ω_c-ω₁) 및 각주파수 요동(δω)을 갖는 국부 발진기(205)로부터의 국부 발진기 신호 사이의 차 주파수가 주파수 변환기(204)에 의해 얻어진다. 결과로서, 수신신호는 중심 각주파수(ω₁)를 갖는 IF신호로 변환된다. 이 신호로부터 IF필터(206)는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다. 추출된 신호는 식 12로부터 다음과 같이 구해진다.

S21(t) = ρ(t)(1+g(t))cos((ω₁±δω)t+θ(t))

프론트-엔드 증폭기(203)에 의해 더해지는 열잡음은 무시되었다.

식 13에 의해 표현되는 신호는 2개로 분할된다. 2개의 분할 부분 중 하나는 진폭 제한기(하드 리미터; 207)에 공급되어 다음과 같이 주어지는 고정-진폭 신호로 변환된다.

S2lim = cos((ω₁±δω)t+θ(t))

신호의 다른 하나의 분할된 부분은 각주파수(ω₂)를 갖는 국부 발진기(209)를 사용하여 주파수 변환기(208)에 의해 차 주파수를 형성함으로써 중심 각주파수(ω₂-ω₁)를 갖는 IF신호(제 2 중간 주파수)로 변환된다. 그 후 IF필터(210)는 다음에 주어지는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다.

S22(t) = ρ(t)(1+g(t))cos((ω₂-(ω₁±δω))t-θ(t))

ω₂＞ω₁이라 가정된다. 식 14에 의해 표현되는 진폭 제한기(하드 리미터; 207)의 출력 및 식 15에 의해 표현되는 IF필터(210)의 출력이 주파수 변환기(211)에 입력되고 그 합 주파수 성분이 추출되면, 얻어지는 신호는 다음과 같다.

S23(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω₂t)

다시 말하면, 위상항에 존재하던 방해 성분(θ(t)) 및 각주파수 요동(δω)이 완벽하게 제거될 수 있다. 동시에, 반송파 성분의 각주파수가 ω₂로 변환된다. 결과적으로, 다음의 복조 프로세싱에서의 주파수 안정도는 국부 발진기(209)에만 의존한다. 결과로서, 각주파수(ω₂)가 낮다면, 주파수 안정도는 실제 문제가 되지 않는다. 첨예한 IF필터(212)는 하측파대 신호를 추출하도록 이용되는데, 이것은 어느 정도의 불요잡음 성분이 제거된 신호이고 반송파 성분이 가산된 신호이다.수학적 표현식으로부터 나머지 잡음 성분을 생략하고 식 3을 얻는데 사용된 변환을 사용하면, 이 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.

S24(t) = ρ(t){(1+g⁺(t)/2)cos(ω₂t)+(H(g⁺(t))/2)sin(ω₂t)}

이것은 송신된 파의 상측파대에 대응하는 성분이 추출된 것을 나타낸다. 식 3에 주어진 AM 수신신호의 표현을 참조하면, 식 17의 측파대 성분과 식 9의 측파대 성분 사이의 관계는 상측파대와 하측파대 사이의 관계에 대응함을 알 수 있다.

제 1 실시예에서 상기한 바와 같이, 식 17에 표현된 형태로 추출된 하측파대 신호는 RZ SSB 신호로서 사용될 수 있음이 명백하다. 따라서, RZ SSB 복조 프로세서의 사용은 방해 성분(ρ(t))이 제거될 수 있게 함으로써 고품질의 복조 정보신호를 제공한다.

도 5에 도시된 회로가 DSP 디바이스를 사용하여 구현된다면, DSP 전력소비를 감소시키기 위해, RZ SSB 복조 프로세서의 샘플링 주파수를 낮출 필요가 있다. 주파수 변환기(211)의 출력에 주파수 변환기를 삽입시킴으로써 프로세싱 주파수를 더 낮은 주파수 영역으로 편이시키는 것이 가능하다. 그러한 프로세싱의 예가 이하 설명될 것이다.

도 7은 도 5에 도시된 수신회로의 변형예를 도시하는 블록선도이다. 도 8에는 도 7에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있다. 도 7에 도시된, 제 2 실시예의 변형 버전은 도 5에 도시된 IF필터(212) 대신에 IF필터(220), 주파수 변환기(221), 국부 발진기(222), 및 IF필터(223)를 포함한다.

도 7에 도시된 회로의 동작에 대해서 간단히 설명될 것이다. IF필터(220)는 주파수 변환기(211)의 출력으로부터 각주파수(ω₂)를 갖는 AM신호를 추출하는 데 사용된다. 이것은 각주파수(ω₂-ω₃)를 갖는 국부 발진기(222)의 출력을 사용하여 주파수 변환기(221)에 의해 더 낮은 주파수로 변환되고, IF필터(223)는 반송파 성분이 가산된 하측파대 신호를 추출한다. 프로세싱이 수행될 주파수 영역이 이러한 방식으로 낮아진다면, 불필요한 프로세싱이 더 적게 수행되어, 전력소비를 감소시키는 데 상당히 기여한다.

제 3 실시예

본 발명의 제 3 실시예가 도 9 및 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 도 9는 제 3 실시예의 블록선도이고, 도 10에는 도 9의 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있다. 도 9에 도시된 제 3 실시예는 AM 송신기(300), 송신 안테나(301), AM 수신기의 수신 안테나(302), 프론트-엔드 증폭기(303), 주파수 변환기(304), 국부 발진기(305), IF필터(306), 진폭 제한기(하드 리미터; 307), 주파수 변환기(308), 국부 발진기(309), IF필터(310), IF필터(311), 주파수 변환기(312), 주파수 변환기(313), 가산기(314), IF필터(315), RZ SSB 복조 프로세서(316), 및 AM 복조신호 출력단자(317)를 포함한다.

도 9에 도시된 제 3 실시예에서의 신호 흐름 및 컴포넌트 회로의 기능이 이하 간단히 설명될 것이다.

AM 송신기(300)의 출력은 진폭변조파로서 송신 안테나(301)에 의해 송신된다. 이러한 진폭변조파는 AM 수신기의 안테나(302)에 의해 수신되고, 프론트-엔드 증폭기(303)에 의해 증폭된 후에, 주파수 변환기(304) 및 국부 발진기(305)에 의해 차 주파수 신호로 변환되고, 필요한 IF신호가 IF필터(306)에 의해 추출된다. 이 신호는 2개로 분할되고, 하나는 진폭 제한기(하드 리미터; 307)에 공급되어 고정-진폭 신호로 변환된다. 신호의 다른 하나의 분할 부분은 국부 발진기(309)의 출력신호에 관하여 합 및 차 주파수를 형성하는 주파수 변환기(308)에 공급된다. 합 주파수 신호는 IF필터(310)에 의해 추출되고, 차 주파수 신호는 IF필터(311)에 의해 추출된다. 주파수 변환기(312)는 진폭 제한기(하드 리미터; 307)의 출력을 사용하여, IF필터(310)로부터 출력되는 신호로부터 차 주파수 성분을 형성한다. 주파수 변환기(313)는 진폭 제한기(하드 리미터; 307)의 출력을 사용하여, IF필터(311)로부터 출력되는 신호로부터 합 주파수 성분을 형성한다. 주파수 변환기(312) 및 주파수 변환기(313)의 출력은 가산기(314)에 의해 가산되고, IF필터(315)는 하측파대 성분을 추출하는데, 이것은 얼마간의 불요잡음 성분이 제거된 신호이고 반송파 성분을 수반하는 신호이다. IF필터(315)의 출력은 RZ SSB 복조 프로세서(316)에 공급되어 복조되고, 복조된 신호는 단자(317)로부터 출력된다.

수학적 표현을 사용하여 컴포넌트 회로의 동작이 이하 설명될 것이다. 정보신호를 g(t)로서 나타내면, 송신 안테나(301)로부터 송신될 AM 방송파는 다음과 같다.

St3(t) = (1+g(t))cos(ω_ct)

｜g(t)｜＜ 1

송신 안테나(301)로부터 방사된 신호는, 그 전파 동안에, 진폭 및 위상항에서 ρ(t) 및 θ(t)로 각각 표현될 수 있는 상승성 방해를 받게 된다. 따라서 AM 수신기 안테나(302)에 도달되는 신호는 다음과 같이 주어진다.

Sr3(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω_ct+θ(t))

프론트-엔드 증폭기(303)에 의해 수신신호가 증폭된 후에, 이 수신신호와 중심 각주파수(ω_c-ω₁) 및 각주파수 요동(δω)을 갖는 국부 발진기(305)로부터의 국부 발진기 신호 사이의 차 주파수가 주파수 변환기(304)에 의해 얻어진다. 결과로서, 수신신호는 중심 각주파수(ω₁)를 갖는 IF신호로 변환된다. IF필터(306)는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다. 추출된 신호는 식 20으로부터 다음과 같이 구해진다.

S31(t) = ρ(t)(1+g(t))cos((ω₁±δω)t+θ(t))

프론트-엔드 증폭기(303)에 의해 더해지는 열잡음은 무시되었다.

식 21에 의해 표현되는 신호는 2개로 분할된다. 2개의 분할 부분 중 하나는 진폭 제한기(하드 리미터; 307)에 공급되어 다음과 같이 주어지는 고정-진폭 신호로 변환된다.

S3lim = cos((ω₁±δω)t+θ(t))

각주파수(ω₂)를 갖는 국부 발진기(309)를 사용하여, 신호의 다른 하나의 분할 부분을 중심 각주파수(ω₂+ω₁)를 갖는 IF신호로 변환하도록 주파수 변환기(308)의 합 주파수 형성 기능이 이용된다. 그 후 IF필터(310)는 다음에 주어지는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다.

S32(t) = ρ(t)(1+g(t))cos((ω₂+(ω₁±δω))t+θ(t))

본 실시예에서도 ω₂＞ω₁인 주파수 관계가 사용된다. 또한, 신호의 다른 하나의 분할 부분을 중심 각주파수(ω₂-ω₁)를 갖는 IF신호로 변환하도록, 주파수 변환기(308)의 차 주파수 형성 기능과 함께, 각주파수(ω₂)를 갖는 국부발진기(309)가 사용된다. 그 후 IF필터(311)는 다음에 주어지는 필요한 IF신호 성분만을 추출한다.

S33(t) = ρ(t)(1+g(t))cos((ω₂-(ω₁±δω))t-θ(t))

식 22에 의해 표현되는 진폭 제한기(하드 리미터; 307)의 출력 및 식 23에 의해 표현되는 IF필터(310)의 출력이 주파수 변환기(312)에 입력되고 그 차 주파수 성분이 추출되면, 얻어지는 신호는 다음과 같다.

S34(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω₂t)

= ρ(t)cos(ω₂t)

+ ρ⁺(t){g⁺(t)cos(ω₂t)-H(g⁺(t))sin(ω₂t)}/2

+ ρ^-(t){g^-(t)cos(ω₂t)+H(g^-(t))sin(ω₂t)}/2

다시 말하면, 위상항에 존재하던 방해 성분(θ(t)) 및 각주파수 요동(δω)이 완벽하게 제거될 수 있다. 동시에, 반송파 성분의 각주파수가 ω₂로 변환된다. 기호(ρ⁺(t) 및 ρ^-(t))는 상측파대 및 하측파대 영역에 각각 존재하는 랜덤 진폭 요동을 나타낸다.

마찬가지로, 식 22에 의해 표현되는 진폭 제한기(하드 리미터; 307)의 출력및 식 24에 의해 표현되는 IF필터(311)의 출력이 주파수 변환기(313)에 입력되고 그 합 주파수 성분이 추출되면, 얻어지는 신호는 다음과 같다.

S35(t) = ρ(t)(1+g(t))cos(ω₂t)

= ρ(t)cos(ω₂t)

+ ρ⁺(t){g⁺(t)cos(ω₂t)+H(g⁺(t))sin(ω₂t)}/2

+ ρ^-(t){g^-(t)cos(ω₂t)-H(g^-(t))sin(ω₂t)}/2

다시 말하면, 위상항에 존재하던 방해 성분(θ(t)) 및 각주파수 요동(δω)이 완벽하게 제거될 수 있다. 동시에, 반송파 성분의 각주파수가 ω₂로 변환된다.

주파수 변환기(312) 및 주파수 변환기(313)의 출력은 가산기(314)에 의해 가산되고, IF필터(315)는 각주파수(ω₂)를 갖는 반송파 성분을 수반하는 하측파대 성분을 추출한다. 다음의 복조 프로세싱에서의 주파수 안정도는 국부 발진기(309)에만 의존한다. 결과로서, 각주파수(ω₂)가 낮다면, 주파수 안정도는 실제 문제가 되지 않는다. 첨예한 IF필터(315)는 하측파대 신호를 추출하도록 이용되는데, 이것은 어느 정도의 불요잡음 성분이 제거된 신호이고 반송파 성분이 가산된 신호이다.

식 25 및 식 26의 수학적 표현식으로부터 나머지 잡음 성분을 생략하면, IF필터(315)에 의해 추출된 신호는 다음과 같이 구해진다.

S36(t) = 2ρ(t)cos(ω₂t)

+ ρ⁺(t){g⁺(t)cos(ω₂t)+H(g⁺(t))sin(ω₂t)}/2

+ ρ^-(t){g^-(t)cos(ω₂t)+H(g^-(t))sin(ω₂t)}/2

원래 식 27의 제 2 항 및 제 3 항은 각각 송신파에서의 상측파대 및 하측파대이기 때문에, 전파 동안에 2개의 측파대는 다른 저하도를 겪을 것이므로, 다이버시티 효과가 예상될 수 있다. 제 1 실시예에서 상기한 바와 같이, 식 27에 주어진 하측파대 신호는 RZ SSB 신호로서 사용될 수 있음이 명백하다. 따라서, RZ SSB 복조 프로세서의 사용은 방해 성분(ρ(t))이 제거될 수 있게 하고, 다이버시티 효과와 결합되어, 고품질의 복조 정보신호를 얻을 수 있게 한다.

도 9에 도시된 회로가 DSP 디바이스를 사용하여 구현된다면, DSP 전력소비를 감소시키기 위해, RZ SSB 복조 프로세서의 샘플링 주파수를 낮출 필요가 있다. 가산기(314)의 출력에 주파수 변환기를 삽입시킴으로써 프로세싱 주파수를 더 낮은 주파수 영역으로 편이시키는 것이 가능하다. 그러한 프로세싱의 예가 이하 설명될 것이다.

도 11은 도 9에 도시된 수신회로의 신호 프로세싱 주파수가 더 낮춰진 예를 도시하는 블록선도이다. 도 12에는 도 11에 도시된 AM신호 수신회로에서 주파수변환이 일어나는 동안에 측파대 및 반송파 성분의 주파수 영역에서의 전형적인 배열이 도시되어 있다. 도 11에 도시된, 제 3 실시예의 변형 버전은 도 9에 도시된 IF필터(315) 대신에 IF필터(320), 주파수 변환기(321), 국부 발진기(322), 및 IF필터(323)를 포함한다.

도 11에 도시된 회로의 동작에 대해서 간단히 설명될 것이다. IF필터(320)는 가산기(314)의 출력으로부터 각주파수(ω₂)를 갖는 AM신호를 추출하는 데 사용된다. 이것은 각주파수(ω₂-ω₃)를 갖는 국부 발진기(322)의 출력을 사용하여 주파수 변환기(321)에 의해 더 낮은 주파수로 변환되고, IF필터(323)는 가산된 반송파 성분을 갖는 하측파대 신호를 추출한다. 프로세싱이 수행되어야 하는 주파수 영역이 이러한 방식으로 낮아진다면, 불필요한 프로세싱이 더 적게 수행되어, 전력소비를 감소시키는 데 상당히 기여한다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 이하의 이점을 제공한다.

1. 송신파의 주파수 특성에 충실한 주파수 특성을 갖는 복조신호가 얻어지고, 복조신호의 품질이 종래 수신회로로써 얻어지는 품질보다 더 좋다.

2. 페이딩 등으로부터 초래되는 외부의 상승성 잡음에 대해 저항력 있는 수신 특성을 가지며, 따라서 복조신호의 품질이 개선된다.

3. 본 발명은, 종래 AM 수신기의 장점을 유지하면서, 얻어진 복조신호가 수신기에서의 주파수 요동에 독립적인 수신회로를 제공하도록 구성된다. 결과로서, 값싼 수신기가 제조될 수 있다.

4. AM 변조에 의해 얻어진 상측파대 및 하측파대 양자를 사용함으로써 주파수 다이버시티 효과가 얻어지도록 수신회로를 구성하여서 복조 품질이 개선된다.

Claims

진폭변조신호를 수신 및 복조하기 위한 진폭변조신호 수신회로에 있어서,

수신된 진폭변조신호를 단측파대 전반송파 신호로 변환하기 위한 변환수단; 및

변환된 단측파대 신호의 위상항으로부터 정보신호를 복조하기 위한 복조수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신회로.
제 1 항에 있어서, 상기 변환수단은 상기 수신된 진폭변조신호를 2개로 분파하여 하나의 상기 분파된 신호의 진폭을 제한하고 다른 하나의 분파된 신호를 주파수변환시킨 후에 2개의 분파된 신호를 함께 곱함으로써 예를 들면 위상항에서의 전파경로의 영향 또는 수신기에서의 국부 발진기의 주파수 요동에 의해 야기되는 불요 위상 성분을 제거하기 위한 주파수-변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신회로.
제 1 항에 있어서, 상기 변환수단은 상기 수신된 진폭변조신호와 이 수신된 신호의 신호 주파수 성분 분포를 주파수 영역에서 역으로 하여 얻은 신호를 중첩시키고 상기 결과를 하나의 단측파대 신호로 변환하기 위한 주파수 다이버시티 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신회로.
제 3 항에 있어서, 상기 주파수 다이버시티 수단은

수신된 진폭변조신호를 2개로 분파하기 위한 수단;

상기 분파된 진폭변조신호 중 하나의 진폭을 제한하기 위한 진폭 제한기;

국부 발진기 신호를 사용하여 다른 하나의 분파된 진폭변조신호를 주파수변환시키고 차 주파수 성분 및 합 주파수 성분을 추출하기 위한 제 1 주파수-변환수단;

상기 제 1 주파수-변환수단에 의해 추출된 차 주파수 성분을 상기 진폭 제한기의 출력을 사용하여 주파수변환시키고 결과로서 얻어진 합 주파수 성분을 추출하기 위한 제 2 주파수-변환수단;

상기 제 1 주파수-변환수단에 의해 추출된 합 주파수 성분을 상기 진폭 제한기의 출력을 사용하여 주파수변환시키고 결과로서 얻어진 차 주파수 성분을 추출하기 위한 제 3 주파수-변환수단; 및

상기 제 2 주파수-변환수단의 출력과 상기 제 3 주파수-변환수단의 출력을 가산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신회로.