KR20030068677A - 두개의 아날로그 디지탈 변환기를 이용한 디지털하향변환방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법에 관한 것이다. 본 디지털 하향변환방법은 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 검출함에 있어서, 한 쌍의 저속 아날로그·디지탈변환기(A-D Converter)를 이용하여 두 ADC 사이에 위상차를 주어 기저대역 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다. 이와같이, 본 발명인 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법은 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 얻어내기 위한 방법으로 ADC 클럭의 지터에 의한 기저대역 신호의 왜곡을 현저히 줄임으로서 모뎀의 성능향상에 큰 효과가 있을 뿐만아니라, 클럭의 속도가 낮아짐으로 인해 시스템의 설계가 쉬워지며, 값비싼 고속 ADC 대신 저속 ADC를 사용함으로서 시스템의 단가를 줄일 수 있어 사용자의 사용상 효율성을 극대화 한다.

Description

두개의 아날로그 디지탈 변환기를 이용한 디지털 하향변환방법{Method for digital down conversion using double A-D Converter}

본 발명은 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법에 관한 것으로써, 좀더상세하게 설명하면, 한 쌍의 저속 아날로그·디지탈변환기(A-D Converter)를 사용하여 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 검출하는 디지털 다운컨버젼에 관한 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법에 관한 것이다.

일반적으로, 아날로그인 중간주파 신호로부터 디지털적으로 기저대역신호를 얻어내기 위해서 ADC(A-D Converter)를 이용하여 중간주파 신호를 샘플링(표본화)하고 양자화한다. 샘플링과 양자화를 거친 신호는 디지털 신호가 되고, 샘플링 순서에 따라 I와 Q의 기저대역 신호가 되며, 이를 각각 I샘플, Q샘플이라 한다.

상기의 샘플링 주파수인 AD변환속도는 중간주파 신호의 중심주파수에 비해 4배 이상으로 하며, 이때, AD변환속도는 상당히 높은 주파수이다. 모뎀의 복조기에서는 샘플율에 해당하는 주기로 I, Q샘플 쌍을 선택해 사용한다. 여기서 샘플율은 AD변환속도의 1/2이하이며, 대게 심볼율의 4배 이상이다. 즉, AD변환속도는 샘플율의 2배 또는 샘플율의 8배 이상이다.

예를들어, 샘플율이 10MHz이고 중간주파 신호의 중심주파수가 40MHz이면, 필요한 AD변환속도는 160MHz이며 이는 샘플율의 16배가 된다.

상기에서 설명한 바와 같이 AD변환속도는 중간주파신호의 중심주파수에 의해 결정되며, 샘플율 보다 높다.

그러나, 디지털 모뎀에서 디지털 다운컨버젼을 사용할 경우, 변환속도가 높은 ADC를 사용함으로써 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 중간주파 신호의 중심주파수가 높아짐에 따라 사용되는 ADC의 변환 속도도 높아야 하는데, 상용 ADC의 변환속도에 한계가 있다.

둘째, ADC의 변환속도가 높을수록 AD변환을 위한 클럭의 지터가 커지고, 클럭의 지터는 기저대역 신호에 왜곡을 일으키므로, 모뎀 성능의 열화가 생긴다.

셋째, 높은 주파수의 클럭을 사용함으로써 PCB기판의 설계가 까다로워진다.

마지막으로, 빠른 변환속도를 갖는 ADC는 상대적으로 고가이다.

위와 같은 문제점으로 인해 쿼드레처 변조를 사용하는 디지털 모뎀의 성능이 열화되고 제조 단가가 상승한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 얻어내기 위한 방법으로 디지털 다운컨버젼 기술을 사용할 때, 상대적으로 낮은 변환속도의 ADC를 사용하는 방법을 제공하여 디지털 모뎀의 성능을 향상시키고, 디지털 모뎀의 설계를 쉽게 하며, 단가를 줄일 수 있는 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적은 본 발명에 따라, 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 검출함에 있어서, 한 쌍의 저속 아날로그·디지탈변환기(A-D Converter)를 이용하여 두 ADC 사이에 위상차를 주어 기저대역 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 두 ADC의 변환속도는 샘플율과 같게 하며 두 ADC의 변환 클럭간의 위상차는 중간주파 신호의 중심주파수 주기의 1/4과 동일하게 하는 것이 바람직하다.

위의 방법으로 두 개의 저속 ADC를 이용하여, 하나의 고속 ADC를 이용한 샘플링 회로에서 얻어진 결과와 같은 기저대역 신호를 얻을 수 있다.

이하, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 실제 예를 본 발명의 구성을 실제 예를 들어 상세하게 설명하면 다음과 같다.

쿼드레처 변조를 사용하는 통신시스템에서 디지털 모뎀의 송신기에서는 기저대역 신호 I, Q를 각각 코사인 캐리어와 사인 캐리어에 실어 보내게 된다. 이때, 코사인 캐리어와 사인 캐리어는 더해져서 전송되며 이 신호를 중간주파 신호라고 명한다. 디지털 모뎀의 수신기에서는 수신된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호 I, Q를 얻어내어 정보 복조에 사용한다.

상기 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 얻어내는 방법인 디지털 다운컨버젼 방식은 ADC를 이용하여 중간주파 신호를 샘플링(표본화)하고 양자화 하여 기저대역 신호를 얻어낸다.

예를들어, 중간주파 신호의 중심주파수가 40MHz이고 샘플율이 10MHz이면, 한 샘플 간격 동안의 중간주파 신호는 그림1과 같다. 그림1에서 I와 Q 다음의 숫자는 샘플을 의미한다.

그림 1 중간주파 신호

일반적으로 그림1과 같은 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 얻기 위해서 변환속도가 160MHz인 ADC를 사용하여 그림2와 같이 샘플링한다. 이렇게 얻어진 샘플중와가 각각 I, Q의 샘플로 사용된다.

그림 2 고속 ADC를 이용한 160MHz 샘플링

본 발명에서 사용된 방법으로 중간주파 신호를 샘플링 하면 그림3과 같다. 두 ADC의 변환속도는 10MHz로 샘플율과 같다. 두 ADC 클럭 사이의 위상차는 중간주파 신호의 중심주파수 주기의인 6.25ns이다. 본 발명에서 얻어진 샘플와는 각각 I, Q의 샘플로서 160MHz의 고속 ADC를 사용하여 얻어진 것과 같은 샘플을 얻을 수 있다.

그림 3 두 개의 저속 ADC를 이용한 10MHz 샘플링

주파수에 따른 기저대역신호의 왜곡을 알아보기 위하여 샘플링 클럭의 지터와 에러전압을 살펴보면 다음과 같다. 정현파의 최대 변화점은 영점을 지날때이며, 정현파의 슬루레이트(slew rate)는 영점에서 정현 함수의 일차 미분으로 정의된다. 식1은 정현파를 나타내고, 식2는 정현파의 일차 미분이다.

(1)

(2)

t=0 에서 식2는 최대가 되며 식3과 같다.

(3)

슬루레이트(slew rate)는 입력신호가 영점을 지날 때 얼마나 빨리 변하는지를 나타낸다.

샘플링 클럭의 지터는 에러전압을 야기하는데, 에러전압은 slew rate와 지터의 곱으로 나타나며 식4와 같다.

V_error= Slew Rate ×t_Jitter[V] (4)

클럭이 높을수록 지터가 크게되며 위에서 본 바와 같이 지터에 비례하는 에러전압도 크게 되어 기저대역 신호에 왜곡을 일으킨다.

또한 slew rate은 중간주파 신호의 중심주파수에 비례하며, slew rate이 클수록 지터에 의한 에러전압도 크게되어 기저대역 신호의 왜곡이 커진다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명인 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법은 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 얻어내기 위한 방법으로 ADC 클럭의 지터에 의한 기저대역 신호의 왜곡을 현저히 줄임으로서 모뎀의 성능향상에 큰 효과가 있을 뿐만아니라, 클럭의 속도가 낮아짐으로 인해 시스템의 설계가 쉬워지며, 값비싼 고속 ADC 대신 저속 ADC를 사용함으로서 시스템의 단가를 줄일 수 있어 사용자의 사용상 효율성을 극대화 하는 매우 훌륭한 발명이다.

Claims (2)

1. 쿼드레처 변조된 중간주파 신호로부터 기저대역 신호를 검출함에 있어서,

   한 쌍의 저속 아날로그·디지탈변환기(A-D Converter)를 이용하여 두 ADC 사이에 위상차를 주어 기저대역 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 두 ADC의 변환속도는 샘플율과 같게 하며 두 ADC의 변환 클럭간의 위상차는 중간주파 신호의 중심주파수 주기의 1/4과 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 두개의 ADC를 이용한 디지털 하향변환방법.