KR20030044105A

KR20030044105A - 위상 잡음 측정장치

Info

Publication number: KR20030044105A
Application number: KR1020010074458A
Authority: KR
Inventors: 이성락
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-09

Abstract

본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치는, 펄스 변조된 RF신호와 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 1 위상차 신호와, 펄스 변조된 RF신호와 90˚ 위상 지연된 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 2 위상차 신호를 내보내는 위상차 출력부와; 상기 위상차 출력부에서 나오는 제 1, 제2 위상차 신호를 2개의 비디오 신호로 출력하고, 상기 제 1, 제 2 위상차 신호의 펄스구간을 N+1개로 샘플링 하는 위상차 변별부; 및 상기 위상차 변별부에서 얻어진 제 1, 제 2 위상차 신호의 샘플링 값을 비교하여 RF신호의 정확한 위상을 구하고, 상기 위상을 이용하여 일정한 알고리즘에 따라 실효치의 위상 잡음을 계산해내는 데이터 처리부; 를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 위상차 출력부는, 초고주파 대역의 펄스 변조된 RF신호를 중간 주파수 대역의 펄스 변조된 RF신호로 변환하여 출력하는 신호 변환기와; 국부 발진 신호를 발생시키는 신호 발생기와; 상기 신호 변환기와 신호 발생기로부터 출력되는 신호를 각기 두개의 경로로 분배하는 전력 분배기와; 상기 전력 분배기로부터 출력되는 신호를 서로 혼합하는 혼합기; 및 상기 혼합기의 출력중 위상차 신호만을 통과시키는 저대역 필터; 를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

Description

위상 잡음 측정장치{Device for measuring a noise of phase}

본 발명은 위상 잡음 측정장치에 관한 것으로, 특히 펄스(pulse)형태의 포락선(envelope)을 갖는 RF(Radio Frequency;RF)신호의 실효치 위상 잡음을 측정하는 위상 잡음 측정장치에 관한 것이다.

오늘날, 각종 전자기기들의 부품들이 소형화 첨단화됨에 따라 그 내부에서 유통되는 신호의 안정성이 중요하게 되었다. 이때, 신호의 안정성을 가늠하는 지표로서 위상잡음을 사용할 수 있는데, 이것은 신호 발생원의 물리적 특성에 관련되어 나타나는 여러 가지 현상에 의하여 반송파(carrier) 신호가 임의적으로 진폭 변조, 주파수 변조됨에 따라 중심 주파수를 기준으로 좌·우측대파(sideband)에 분포되어 나타나는 잡음이다. 이상적인 신호 발생원은 반송파 성분만 나타나고 측대파(sideband) 성분은 나타나지 않으나 실제상의 거의 모든 신호 발생원은 위상 잡음이 측대파에 분포되어 나타난다.

따라서, 각종 전자기기 내에서 유통되는 신호가 그 전자기기의 작동 특성에 맞는 안정된 신호인지 검토하기 위해서 유통신호의 위상 잡음을 측정해 볼 필요가 있다.

이하, 종래 기술에 따른 RF신호의 위상 잡음 측정장치에 대해 살펴보도록 한다.

도 1은 연속파 형태의 RF신호에 대한 스펙트럼(Spectrum)을 나타낸 것이고, 도 2는 펄스 변조된 RF신호에 대한 스펙트럼을 나타낸 것이다.

일반적으로, 연속파(Continuous Wave)형태의 RF신호에 대한 단측대파(single sideband) 위상잡음은 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)를 이용하여 측정하게 된다.

즉, RF신호의 스펙트럼을 분석하면, 도 1과 같이 중심 주파수를 기준으로 좌우로 측대파 신호가 분산되어 나타나는데, 이때, 중심 주파수(main carrier; 도 1의 (1))의 전력에 대한 오프셋 주파수(offset frequency; 도 1의 (2)) 전력의 상대적 크기를 측정 대역폭으로 나누고, 스펙트럼 분석기의 검파방식에 따른 오차를 보정해주면, 그 값이 바로 상기 RF신호의 단측대파 위상잡음이 된다.

그러나, 도 2에 나타난 바와 같이 펄스 변조된 RF신호에서는 변조 효과에 의해 중심 주파수를 기준으로 분산되어 나타나는 펄스신호의 스펙트럼(도 2의 (1))이 RF신호의 스펙트럼(도 2의 (2))보다 크게 나타나게 되므로, 측대파 영역에서 RF신호의 크기를 측정할 수 없다는 문제가 생긴다. 즉, 종래와 같은 스펙트럼 분석기는 펄스 변조된 RF신호의 위상 잡음을 측정할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 펄스 변조된 RF신호와 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링(filtering)하여 두 개의 위상차 신호를 만들고, 이를 샘플링한 후 비교하여 샘플링 시점에서의 RF신호의 정확한 위상을 구한 다음, 상기 위상 값을 이용하여 실효치의 위상 잡음을 계산하는 위상 잡음 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 연속파 형태의 RF신호에 대한 스펙트럼을 나타낸 도면이고,

도 2는 펄스 변조된 RF신호에 대한 스펙트럼을 나타낸 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치를 개략적으로 나타낸 블럭도 이고,

도 4는 본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치의 일실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

310: 위상차 출력부320: 위상차 변별부

330: 데이터 처리부411: 신호 변환기

412: 신호 발생기413a, 413b : 전력 분배기

414a, 414b : 혼합기415a, 415b : 저대역 필터

416a, 416b : 증폭기

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치는,

펄스 변조된 RF신호와 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 1 위상차 신호와, 펄스 변조된 RF신호와 90˚ 위상 지연된 국부 발진 신호를혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 2 위상차 신호를 내보내는 위상차 출력부와;

상기 위상차 출력부에서 나오는 제 1, 제2 위상차 신호를 2개의 비디오 신호로 출력하고, 상기 제 1, 제 2 위상차 신호의 펄스구간을 N+1개로 샘플링 하는 위상차 변별부; 및

상기 위상차 변별부에서 얻어진 제 1, 제 2 위상차 신호의 샘플링 값을 비교하여 RF신호의 정확한 위상을 구하고, 상기 위상을 이용하여 일정한 알고리즘에 따라 실효치의 위상 잡음을 계산해내는 데이터 처리부; 를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치의 일실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 위상 잡음 측정장치는, 펄스 변조된 RF신호와 국부발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 1 위상차 신호와, 펄스 변조된 RF신호와 90˚ 위상 지연된 국부 발진 신호를 합성한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 2 위상차 신호를 내보내는 위상차 출력부(310)와; 상기 위상차 출력부(310)에서 나오는 제 1, 제2 위상차 신호를 2개의 비디오 신호로 출력하고, 상기 제 1, 제 2 위상차 신호의 펄스구간을 N+1개로 샘플링 하는 위상차 변별부(320); 및 상기 위상차 변별부(320)에서 얻어진 제 1, 제 2 위상차 신호의 샘플링 값을 비교하여 RF신호의 정확한 위상을 구하고, 상기 위상을 이용하여 일정한 알고리즘에 따라 실효치의 위상 잡음을 계산해내는 데이터 처리부(330); 등으로 구성되어 있다.

한편 도 4를 참조하면, 상기 위상차 출력부(310)는, 초고주파 대역의 펄스 변조된 RF신호를 중간 주파수 대역의 펄스 변조된 RF신호로 변환하여 출력하는 신호 변환기(411)와, 상기 신호 변환기(411)에서 출력된 주파수와 동일한 주파수의 연속파(continuous wave) 신호를 발생시키는 신호 발생기(412)와, 상기 신호 변환기(411)와 신호 발생기(412)로부터 출력되는 신호를 각기 두 개의 경로로 분배하는 전력 분배기(413a)(413b)와, 상기 전력 분배기(413a)(413b)로부터 출력되는 신호를 서로 혼합하는 혼합기(414a)(414b)와, 상기 혼합기(414a)(414b)의 출력중 위상차 신호만을 통과시키는 저대역 필터(415a)(415b)와, 상기 저대역 필터(415a)(415b)로부터 나오는 신호의 크기를 신호 처리에 적합하게 키워주는 증폭기(416a)(416b) 등으로 구성되어 있다.

그럼, 상기와 같은 구성을 갖는 위상 잡음 측정장치의 동작에 대해 도 4를참조하여 살펴보기로 한다.

먼저, 상기 위상차 출력부(310) 내의 신호 변환기(411)에서 중간 주파수 대역의 펄스 변조된 RF신호를 출력한다. 상기 신호 변환기(411)는 초고주파 대역의 RF신호를 중간 주파수 대역의 RF신호로 변환시키는 장치이다.

한편, 신호 발생기(412)에서는 펄스 변조된 RF신호의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 연속파 형태의 국부 발진 신호를 출력한다. 상기 신호 발생기(412)는 위상 정보를 추출하기 위한 기준 신호이므로, 위상 잡음 특성이 매우 좋은 수정 발진기 등을 사용한다.

이후, 상기 신호 변환기(411)와 신호 발생기(412)로부터 출력되는 신호는 각각의 전력 분배기(413a)(413b)에 의해 두 개의 경로로 분배되어 각기 다른 두 개의 혼합기(414a)(414b)에 입력되는데, 이때 신호 발생기(412)에서 출력되는 신호 중 하나는 90˚ 위상이 지연되어 혼합기(413b)에 입력된다. 즉, 펄스 변조된 RF신호는 원래의 국부 발진 신호 및 90˚위상이 지연된 국부 발진 신호와 각각 혼합된다.

이에 따라, 혼합기(414a)(414b)에서는 입력된 두 신호의 주파수를 더하고, 빼는 과정을 수행한다. 따라서, 혼합기(414a)(414b)에서는 국부 발진 신호와 펄스 변조된 신호의 위상차에 의해 형성되는 직류성분(이하 '위상차 성분'라 함)과, 국부 발진신호의 주파수에 펄스 변조된 신호의 주파수가 더해진 2체배 주파수 성분이 혼합되어 출력된다.

그런데, 상기 혼합기(414a)(414b)의 출력 신호는 이후 저대역 필터(415a)(

415b)와 증폭기(416a)(416b)를 통과하게 되는데, 상기 출력 신호에 실려있는 2체배주파수 성분은 저대역 필터(415a)(415b)에서 차단되므로, 증폭기(416a)(416b)에서 종국적으로 출력되는 신호에는 위상차 성분만이 실려있게 된다. 즉, I-채널과 Q-채널에서는 각각 제 1, 제 2 위상차 성분 신호(이하 '위상차 신호'라 함)가 출력된다.

다음으로, 위상차 변별부(320)에서는 상기 위상차 출력부에서 나오는 제 1, 제2 위상차 신호를 2개의 비디오 신호로 출력하고, 상기 제 1, 제 2 위상차 신호의 펄스구간을 N+1개로 나누어 샘플링 하고, 그 값을 데이터 처리부(330)로 보낸다 .

이후, 데이터 처리부(330)에서는 상기 위상차 변별부(320)에서 얻어진 제 1, 제 2 위상차 신호의 샘플링 값을 비교하여, 샘플링 시점에서의 RF신호의 정확한 위상을 구하고, 상기 위상을 이용하여 일정한 알고리즘에 따라 위상 잡음을 계산하게 된다.

그럼, 여기서 상기 데이터 처리부의 동작과 내부 알고리즘에 대해 수식을 이용하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 데이터 처리부(330)에서는 상기 위상차 변별부(320)에서 구한 I-채널과 Q-채널에 대한 샘플링 값을 읽어 들인다.

이후, 수학식 1과 같이 I-채널의 샘플링 값을 Q-채널의 샘플링 값으로 나누고, 그 값을 arctan에 대입하여 위상(θ)을 구한다. 이때, 수학식 2를 참고하면 4사분면상의 위상을 정확히 알 수 있다.

I_i> 0, Q_i> 0 : θ_i= θtemp_i[ ˚]

I_i> 0, Q_i< 0 : θ_i= θtemp_i+ 180 [ ˚]

I_i< 0, Q_i< 0 : θ_i= θtemp_i+ 180 [ ˚]

I_i< 0, Q_i> 0 : θ_i= θtemp_i+ 360 [ ˚]

그런 다음, 샘플링 횟수(i)에 대한 샘플링 시간(X_i)과 상기 위상 값(Y_i)을 이용하여 표 1과 같은 테이블(table)을 만든다.

i	X_i(ns)	Y_i(˚)
1	0	θ1
2	Δt	θ2
:	:	:
N	Δt×(N-1)	θN
N+1	Δt×N	θ(N+1)

이후, 표 1과 같은 테이블을 이용하여 상기 위상차 신호의 펄스구간에서의 위상-시간 곡선의 평균 기울기(a)와 평균 위상(b)을 구한다. 이때, 평균 기울기는 그 구간의 대표 주파수(a)가 되며 상기 대표 주파수(a)와 평균위상(b)은 수학식 3과 같은 연립 방정식을 풀어 구할 수 있다.

여기서, X_i는 샘플링 시간이고, Y_i는 측정 위상 값이 된다. 그리고, a는 대표주파수이고, b는 펄스구간내의 평균위상이다.

한편, 대표 주파수(a)와 평균 위상(b)을 구하면, 이를 수학식 4에 대입하여 실제 측정위상(Y_i)과의 편차(Δθ_i)를 계산한다.

이후, 상기와 같은 편차에 수학식 5와 같이 실효치(root mean square; rms)를 취하면, 이는 곧 실효치의 위상 잡음이 된다.

이와 같은 내부 알고리즘을 통해 데이터 처리부(330)에서는 펄스 변조된 RF신호의 실효치의 위상 잡음을 계산한다.

이상, 전술한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경, 개량, 대체 및 부가 등이 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 이하 첨부되는 특허청구의 범위에 의하여 정하여야만 한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 위상 잡음 측정장치는, 종래와 같이 RF신호를 스텍트럼 분석하여 위상 잡음을 측정하는 것이 아니라, RF신호와 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 두 개의 위상차 신호를 만들고, 이를 샘플링한 후 비교하여 샘플링시점에서의 신호의 정확한 위상을 구한 다음, 상기 위상을 이용하여 실효치의 위상 잡음을 계산한다. 따라서, 펄스 변조시 스펙트럼이 분산되어도 RF신호의 위상 잡음을 측정할 수 있는 장점이 있다.

Claims

펄스 변조된 RF신호와 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 1 위상차 신호와 펄스 변조된 RF신호와, 90˚ 위상 지연된 국부 발진 신호를 혼합한 후 저대역 필터링하여 얻어진 제 2 위상차 신호를 내보내는 위상차 출력부와;

상기 위상차 출력부에서 나오는 제 1, 제2 위상차 신호를 2개의 비디오 신호로 출력하고, 상기 제 1, 제 2 위상차 신호의 펄스구간을 N+1개로 샘플링 하는 위상차 변별부; 및

상기 위상차 변별부에서 얻어진 제 1, 제 2 위상차 신호의 샘플링 값을 비교하여 RF신호의 정확한 위상을 구하고, 상기 위상을 이용하여 일정한 알고리즘에 따라 실효치의 위상 잡음을 계산해내는 데이터 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 위상차 출력부는, 초고주파 대역의 펄스 변조된 RF신호를 중간 주파수 대역의 펄스 변조된 RF신호로 변환하여 출력하는 신호 변환기와; 국부 발진 신호를 발생시키는 신호 발생기와; 상기 신호 변환기와 신호 발생기로부터 출력되는 신호를 각기 두개의 경로로 분배하는 전력 분배기와; 상기 전력 분배기로부터 출력되는 신호를 서로 혼합하는 혼합기; 및 상기 혼합기의 출력중 위상차 신호만을 통과시키는 저대역 필터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 측정장치.
제 2항에 있어서,

상기 신호 발생기는, 상기 신호 변환기에서 출력되는 펄스 변조된 RF신호의 주파수와 동일한 주파수의 연속파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 전력 분배기가 상기 국부 발진 신호를 두개의 경로로 분배하여 출력함에 있어서, 그 중 하나의 경로에는 90˚ 위상 지연된 국부 발진 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 측정장치.