KR20030079279A

KR20030079279A - 알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치

Info

Publication number: KR20030079279A
Application number: KR1020020018220A
Authority: KR
Inventors: 박봉혁; 정해원; 이형호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-10
Also published as: KR100433631B1

Abstract

본 발명은 알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치에 관한 것으로, 무선으로 신호를 송수신하기 위한 안테나와, 기저대역 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 IF 상향 변환부와, 상기 IF 상향 변환부로부터 출력된 상기 중간 주파수 신호를 RF 신호로 변환하여 안테나로 전송하는 RF 상향 변환부와, 상기 안테나로부터 수신된 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 RF 하향 변환부와, 상기 RF 하향 변환부로부터 출력된 상기 중간 주파수 신호를 기저대역 신호로 변환하는 IF 하향 변환부와, 선택된 변복조 방식에 따라 상기 IF 상향 변환부로부터의 중간 주파수 신호와 상기 RF 하향 변환부로부터의 중간 주파수 신호의 채널 대역폭을 선택하는 채널선택 필터부와, 상기 RF 상향 변환부에서 선택된 변복조 방식에 따라 상기 RF 신호를 생성하고, 상기 RF 하향 변환부에서 선택된 변복조 방식에 따라 상기 IF 신호를 생성할 수 있도록, 변복조 방식에 따라 선택된 채널 대역폭의 신호를 상기 RF 상향 변환부와 상기 RF 하향 변환부로 전송하는 RF 국부 신호 발생부를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 공통 RF를 이용하여 두 가지 변복조 방식을 모두 적용함으로써 구현 비용 및 시스템의 크기를 줄일 수 있고, 두 가지 변복조 방식간에 호환성이 이루어지게 할 수 있다.

Description

알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치{Dual modem high frequency transceiver with common RF}

본 발명은 무선 고주파 송수신 전송 장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는, 알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치에 관한 것이다.

도 4에 종래 기술에 따른 단일 변복조 시스템의 직접 변환 고주파 송수신 장치(400)가 도시되어 있다. 상기 장치(400)는 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 변복조 장치와 2.4GHz 대역을 이용한 것으로, 기저대역에서 들어온 디지털 신호는 D/A변환기(402,403)에서 아날로그 신호로 변환되고, 저역통과필터(404,405), 증폭기(406,407)를 거친 후 국부신호발생기(412)에서 발생한 신호와 상향 혼합기(408,409)에서 혼합되어 RF 신호로 만들어지고, 전력증폭기(410)에서 신호가 증폭되어 안테나를 거쳐 송신된다. 수신장치는 송신장치에서 보내진 신호를 안테나에서 수신하여 송신과는 반대방향으로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 단일 변복조 시스템의 직접 변환 고주파 송수신 장치는 변복조 방식이 고정되어 있다. 따라서, 예를 들어, GFSK 변조방식 또는 QPSK 변조방식중의 어느 하나로만 사용될 수 있고, 서로 다른 변조방식간에 호환이 이루어질 수 없는 문제점이 있다.

한편, 블루투스 기술은 근거리 내에서 하나의 무선 연결을 통해서 장치간에 필요한 여러 케이블 연결을 대신하게 해준다. 장치들을 케이블로부터 자유롭게 만들어 주는 것 뿐 아니라 블루투스 무선 기술은 기존의 데이터망과 주변장치들간의 인터페이스, 그리고 고정된 네트워크 하부구조로부터 멀리 떨어진 장치들간에 특별한 그룹을 형성시켜 주는 보편적인 다리 역할을 제공한다. 이러한 블루투스 무선 시스템은 사용허가가 필요치 않은 2.4GHz의 ISM 주파수대에서 작동한다.

최근 상용화되고 있는 블루투스1은 GFSK 변조방식을 사용하며 최대 데이터 전송 속도는 1Mb/s이며, 현재 개발중에 있는 블루투스2는 QPSK 변조방식을 사용하며 최대 데이터 전송 속도는 10Mb/s 이상을 목표로 하고 있다.

이와 같이 현재 보급되어 상용화되어 있는 블루투스1과 개발중에 있는 블루투스2 사이의 호환을 가능하게 하기 위해서는 GFSK 변조방식과 QPSK 변조방식에 모두 적용될 수 있는 고주파 송수신 장치의 필요성이 대두된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 동일한 RF로 서로 다른 변복조 방식의 신호를 모두 전송 가능하도록 하는 이중 변복조 고주파 송수신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 변복조 고주파 송수신 장치 구성의 일 예의 블럭도,

도 2는 도 1에 도시된 송수신 장치의 세부적인 구성도,

도 3은 도 1에 도시된 스위치 구동기의 일 예를 도시하는 도면,

도 4는 종래기술의 단일 변복조 RF 송수신 장치의 블럭도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : GFSK & QPSK 기저대역 신호 제어부

20: RF 하향 변환부 30: RF 국부 신호 발생부

40: RF 상향 변환부 50: 채널 선택 필터부

60: IF 하향 변환부 70: IF 국부 신호 발생부

80: IF 상향 변환부 12,32,35,53,54,102: 스위치

13,14,15,16,17: 스위치 구동기 18: 수신신호강도검출기(RSSI)

19: 피크 검출기 23: 이득증폭기

24: 하향 혼합기 31,75: 위상비교기

33,34,74: 루프 필터 36,73: 국부 신호 발생기

37: 국부 증폭기 41: 전력증폭기

42: 구동증폭기 44: 상향 혼합기

51,52: 채널선택필터 61,81: 자동 이득 증폭기

62,66: I/Q 복조기 63,67,83,86: 저역통과필터

64,68: 증폭기 65,69: A/D 변환기

71: 위상 변위기 72: 2배기

82,85: I/Q 변조기 84,87: D/A 변환기

91,92: NOT 게이트

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징은, 알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치가, 무선으로 신호를 송수신하기 위한 안테나와, 기저대역 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 IF 상향 변환부와, 상기 IF 상향 변환부로부터 출력된 상기 중간 주파수 신호를 RF 신호로 변환하여 안테나로 전송하는 RF 상향 변환부와, 상기 안테나로부터 수신된 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 RF 하향 변환부와, 상기 RF 하향 변환부로부터 출력된 상기 중간 주파수 신호를 기저대역 신호로 변환하는 IF 하향 변환부와, 선택된 변복조 방식에 따라 상기 IF 상향 변환부로부터의 중간 주파수 신호와 상기 RF 하향 변환부로부터의 중간 주파수 신호의 채널 대역폭을 선택하는 채널선택 필터부와, 상기 RF 상향 변환부에서 선택된 변복조 방식에 따라 상기 RF 신호를 생성하고, 상기 RF 하향 변환부에서 선택된 변복조 방식에 따라 상기 IF 신호를 생성할 수 있도록, 변복조 방식에 따라 선택된 채널 대역폭의 신호를 상기 RF 상향 변환부와 상기 RF 하향 변환부로 전송하는 RF 국부 신호 발생부를 포함하는 것이다.

바람직하게는, 상기 IF 상향 변환부는, 수신된 기저대역 신호 I, Q 신호를 디지털신호에서 아날로그신호로 변환하는 D/A 변환기와, 상기 D/A 변환기로부터 출력된 상기 아날로그 신호의 고주파 성분의 신호를 제거하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터로부터 출력된 신호를 IF 국부 신호와 혼합하여 IF 신호를 생성하는 I/Q 변조기와, 상기 I/Q 변조기로부터 출력된 IF 신호의 크기를 조절하는 제1 자동이득 증폭기를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 송수신 장치는 상기 제1 자동 이득 증폭기의 동작범위를 제어하기 위해 상기 RF 상향 변환부로부터 출력된 신호의 최대값을 검출하는 피크 검출기를 더 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 IF 하향 변환부는, 수신장치의 선형 동작을 유지하기 위해서 상기 중간 주파수 신호의 이득 범위를 조절하는 제 2자동 이득 증폭기와, 상기 자동 이득 증폭기로부터 출력된 신호와 IF 국부 신호를 혼합하여 기저대역 신호로 변환하는 I/Q 복조기와, 상기 I/Q 복조기로부터 출력된 기저대역 신호에서 고주파 성분의 신호를 제거하는 저역통과필터와, 상기 저역통과필터로부터 출력된 신호의 크기를 크게 하는 증폭기와, 상기 증폭기로부터 출력된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 송수신 장치는 상기 제2 자동 이득 증폭기의 동작범위를 제어하기 위해 상기 RF 하향 변환부로부터 출력된 신호의 강도를 검출하는 수신신호 강도 검출기를 더 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 채널선택 필터부는, 서로 다른 채널 대역폭을 가지는 채널선택필터와, 변복조 방식에 따라 상기 채널선택필터를 선택하는 스위치를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 RF 국부 신호 발생부는, 기준 클럭 발생기에서 발생한 신호와 국부 신호 발생기에서 발생한 신호가 비교되는 위상비교기와, 서로 다른 분주비에 따라 결정되는 루프필터와, 변복조 방식에 따라 상기 루프필터를 선택하는 스위치를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 송수신 장치는, 변복조 방식 선택신호를 수신하여 상기 스위치를 구동하는 스위치 구동기를 더 포함한다.

또한, 상기 송수신 장치에서, 상기 변복조 방식은 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 GFSK 변복조방식은 블루투스1에 이용되고, 상기 QPSK 변복조방식은 블루투스2에 이용될 수 있다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치의 블록 구성도의 일 예이다.

상기 이중 변복조 고주파 송수신 장치(100)는 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) & QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 기저대역신호 제어부(10)와, RF(Radio Frequency) 하향 변환부(20)와, RF 국부신호발생부(30)와, RF 상향 변환부(40)와, 패널 선택 필터부(50)와, IF 하향 변환부(60)와, IF(Intermediate Frequency) 국부신호발생부(70)와, IF 상향 변환부(80)와, 대역통과필터(11)와, 스위치(12)와, 스위치 구동기(13,14,15,16,17)와, 수신신호강도 검출기(18)와, 피크 검출기(19)를 포함한다.

도 1에 도시된 이중 변복조 고주파 송수신 장치(100)의 더욱 세부적인 구성을 도시한다.

상기 송신장치는 기저대역에서 들어온 디지털 신호가 D/A(Digital to Analog)변환기(84,87)에서 아날로그 신호로 변환되고, D/A변환기(84,87)에서 출력된 I(In-phase),Q(Quadrature-phase) 신호는 저역통과필터(83,86)에서 고주파 성분의 신호가 제거되고, I/Q 변조기(82,85)로 입력된다.

IF 국부 신호 발생부(70)는 기준 클럭 주파수 발생기에서 발생한 신호가 위상 비교기(75)에서 비교되어 루프필터(74)를 거치면서 전압으로 바뀌어 국부신호발생기(73)를 제어하여 중심주파수 70MHz의 신호가 발생되는데, 상기 신호는 2배기(72)를 거치면서 주파수의 크기가 2배가 되어 140MHz의 신호를 발생하고, 상기 신호는 위상 변위기(71)를 통과하여 동일위상과 90도 차이의 위상을 가지는 두 개의 신호로 분리되고, 상기 두 개의 신호는 I/Q 변조기(82,85)로 각각 입력된다. 따라서, I/Q 변조기(82,85)에서는 IF 국부 신호 발생부(70)에서 발생한 신호와 저역통과필터(83,86)에서 출력된 신호가 혼합되어 중심주파수가 140MHz인 IF 신호로 변환된다. IF 신호로 변환된 신호는 자동 이득 증폭기(81)로 입력되고, 자동 이득 증폭기(81)는 입력된 IF 신호의 크기를 조절하여 송신장치의 포화를 방지한다. 상기 자동 이득 증폭기(81)의 구동범위는, 후술하는 피크 검출기(19)에서 검출된 신호의 최대값을 수신한 제어장치의 제어신호를 받아서 조절가능해진다.

중심 주파수 140MHz의 IF 신호는 채널 선택 필터부(50)에서 각 변복조 방식에 따라 스위치 구동기(16,17)가 각각 스위치(53,54)를 구동시켜 서로 다른 대역폭을 가지는 채널선택필터(51,52)를 선택하여 RF 상향 변환부(40)에 전달된다.

본 발명에 따른 스위치 구동기(16,17)의 일 예가 도 3에 도시되어 있다. 도3에 도시된 스위치 구동기는 2개의 NOT 게이트(91,92)로 이루어지며, 제어장치 즉, 기저대역신호 제어부(10)로부터 예를 들어, QPSK 또는 GFSK 변조방식에 따른 제어신호를 수신하여 선택된 변복조 방식에 따라 채널선택필터(51) 또는 채널선택필터(52)를 선택한다.

이와 같이 도 3에 도시된 스위치 구동기의 구성은 스위치 구동기(13,14,15)에도 적용된다.

RF 국부 신호 발생부(30)는, 기준 클럭 발생기에서 발생한 신호와 국부 신호 발생기(36)에서 발생한 신호가 비교되는 위상 비교기(31), 서로 다른 분주비를 가지는 루프 필터(33,34), 서로 다른 루프 필터를 선택하는 스위치(32,35), 상기 스위치를 구동시키는 스위치 구동기(14,15)를 포함한다. 이와 같은 구성에 의해 RF 국부 신호 발생부(30)는 기저대역신호 제어부(10)로부터 예를 들어, QPSK 또는 GFSK 변조방식에 따른 제어신호를 수신하여 선택된 변복조 방식에 따른 채널 대역폭에 따라 스위치 구동기(14,15)를 구동시켜 루프 필터(33,34)를 선택하고, 선택된 루프 필터의 분주비에 따라서 발생된 고주파 대역 신호가 상향 혼합기(44)에 입력된다.

RF 상향 변환부(40)의 상향 혼합기(44)에서 선택된 변복조 방식에 따라서 RF 국부 신호 발생부(30)에서 발생한 신호와 채널선택필터부(50)에서 출력된 신호가 혼합되어 2.4GHz대역의 RF 신호로 변환된다. 상향 혼합기(44)에서 상기 변환된 RF 신호는 대역통과필터(43)에서 잡음신호가 제거되고, 구동증폭기(42)를 거치면서 신호가 증폭되어 전력증폭기(41)를 구동시킬 만한 충분한 전력으로 만들어진 후 전력증폭기(41)에서 신호가 증폭된다.

상기 증폭된 신호는 스위치(12)와 대역통과필터(11)를 거쳐 안테나를 통과한 후 무선환경으로 전파된다. 또한, 전력증폭기(41)를 통과한 신호는 스위치(12)와는 별개의 경로인 피크 검출기(19)를 거쳐 신호의 최대 값을 검출한 후 제어장치(10)로 보내어져 자동 이득 증폭기(81)의 동작 범위를 조절한다.

상기 수신장치는 안테나에서 들어온 신호를 대역통과필터(11)에서 잡음신호를 제거하고 송수신분리 스위치(12)에서 수신장치 측으로 제어를 한 다음, RF 하향 변환부(20)의 저잡음 증폭기(21)로 전달된다. 저잡음 증폭기(21)는 시스템의 전체 잡음지수를 고려하여 2dB 이하의 잡음지수를 가져야 하고, 저잡음 증폭기(21)를 통과한 신호는 대역통과필터(22)에서 이미지 신호가 제거되고 이득증폭기(23)에서 신호가 커진 후 하향 혼합기(24)로 전달된다. 하향 혼합기(24)로 전달된 상기 신호는 RF 국부 신호 발생부(30)에서 발생한 신호와 혼합되어 140MHz의 IF 신호로 변환된다. 상기 하향 혼합기(24)로 전달되는 RF 국부 신호 발생부(30)로부터 출력되는 신호 또한 그 변복조 방식에 따라 선택된 채널 대역의 신호이다.

또한, 상기 하향 혼합기(24)에서 변환된 140MHz의 IF 신호는, 송신에서와 마찬가지동작에 의해, 선택된 변복조 방식에 따라 채널선택필터(51,52)를 거친 후 두 가지 경로로 분산된다. 첫 번째 경로는 IF 하향 변환부(60)의 자동 이득 증폭기(61)를 통과하여 IF 국부 신호 발생부(70)에서 발생한 140MHz의 신호와 I/Q 복조기(62,66)에서 혼합되어 동일위상과, 90도 위상차가 나는 신호로 분리되어 저역통과필터(63,67)에서 고주파 신호가 제거되고, 증폭기(64,68)에서 신호가 증폭되어 A/D 변환기(65,69)를 거친 후 디지털 신호로 변환되어 기저대역(10)으로 전달된다. 두 번째 경로는 수신신호강도검출기(18)로 전달되어 수신신호의 크기를 검출한 후 제어장치(10)로 보내어져 자동 이득 증폭기(61)의 구동범위(Dynamic Range)를 조절 가능하게 한다.

상기 고주파 송수신 장치(100)는 민감도를 향상시키기 위해서 RF 부분을 일정한 IF를 갖는 헤테로다인 방식을 사용하고, 송수신, 루프필터, 채널선택필터의 선택을 용이하게 하기 위해 스위치 구동기(13,14,15,16,17)를 부가하며, 변복조 방식에 따라 채널 대역폭을 선택할 수 있는 채널선택 필터부(70)를 구비한다. RF 국부 신호 발생부 또한 변복조 방식에 따른 채널 대역폭에 따라 루프필터(33,34)를 스위치(14,15)를 이용하여 선택할 수 있도록 한다. 2.4GHz 대역의 일반적인 고주파 송수신 장치의 규격은 다음 표와 같다.

송수신 장치
파라미터	요구조건
사용주파수	2400 ~ 2483.5 MHz
채널 대역폭	GFSK	1 MHz
채널 대역폭	QPSK	4 MHz
최소 수신 민감도(BER=0.1%)	-70 dBm

이상 상술한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 2.4GHz 대역에서 이중 변복조 방식의 사용시 공통 RF를 이용하여 두 가지 변복조 방식을 모두 적용함으로써 구현 비용 및 시스템의 크기를 줄일 수 있고, 두가지 변복조 방식 특히, GFSK와 QPSK 변복조방식간에 호환성이 이루어지게 할 수 있다.

Claims

알에프를 공통으로 하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치에 있어서,

무선으로 신호를 송수신하기 위한 안테나와,

기저대역 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 IF 상향 변환부와,

상기 IF 상향 변환부로부터 출력된 상기 중간 주파수 신호를 RF 신호로 변환하여 안테나로 전송하는 RF 상향 변환부와,

상기 안테나로부터 수신된 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 RF 하향 변환부와,

상기 RF 하향 변환부로부터 출력된 상기 중간 주파수 신호를 기저대역 신호로 변환하는 IF 하향 변환부와,

선택된 변복조 방식에 따라 상기 IF 상향 변환부로부터의 중간 주파수 신호와 상기 RF 하향 변환부로부터의 중간 주파수 신호의 채널 대역폭을 선택하는 채널선택 필터부와,

상기 RF 상향 변환부에서 선택된 변복조 방식에 따라 상기 RF 신호를 생성하고, 상기 RF 하향 변환부에서 선택된 변복조 방식에 따라 상기 IF 신호를 생성할 수 있도록, 변복조 방식에 따라 선택된 채널 대역폭의 신호를 상기 RF 상향 변환부와 상기 RF 하향 변환부로 전송하는 RF 국부 신호 발생부를 포함하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제1항에 있어서,

상기 IF 상향 변환부는,

수신된 기저대역 신호 I, Q 신호를 디지털신호에서 아날로그신호로 변환하는 D/A 변환기와,

상기 D/A 변환기로부터 출력된 상기 아날로그 신호의 고주파 성분의 신호를 제거하는 저역통과필터와,

상기 저역통과필터로부터 출력된 신호를 IF 국부 신호와 혼합하여 IF 신호를 생성하는 I/Q 변조기와,

상기 I/Q 변조기로부터 출력된 IF 신호의 크기를 조절하는 제1 자동 이득 증폭기를 포함하는, 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 자동 이득 증폭기의 동작범위를 제어하기 위해 상기 RF 상향 변환부로부터 출력된 신호의 최대값을 검출하는 피크 검출기를 더 포함하는, 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제1항에 있어서,

상기 IF 하향 변환부는,

수신장치의 선형 동작을 유지하기 위해서 상기 중간 주파수 신호의 이득 범위를 조절하는 제 2자동 이득 증폭기와,

상기 자동 이득 증폭기로부터 출력된 신호와 IF 국부 신호를 혼합하여 기저대역 신호로 변환하는 I/Q 복조기와,

상기 I/Q 복조기로부터 출력된 기저대역 신호에서 고주파 성분의 신호를 제거하는 저역통과필터와,

상기 저역통과필터로부터 출력된 신호의 크기를 크게 하는 증폭기와,

상기 증폭기로부터 출력된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기를 포함하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제4항에 있어서,

상기 제2 자동 이득 증폭기의 동작범위를 제어하기 위해 상기 RF 하향 변환부로부터 출력된 신호의 강도를 검출하는 수신신호 강도 검출기를 더 포함하는, 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제1항에 있어서,

상기 채널선택 필터부는,

서로 다른 채널 대역폭을 가지는 채널선택필터와,

변복조 방식에 따라 상기 채널선택필터를 선택하는 스위치를 포함하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제1항에 있어서,

상기 RF 국부 신호 발생부는,

기준 클럭 발생기에서 발생한 신호와 국부 신호 발생기에서 발생한 신호가 비교되는 위상비교기와,

서로 다른 분주비에 따라 결정되는 루프필터와,

변복조 방식에 따라 상기 루프필터를 선택하는 스위치를 포함하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,

변복조 방식 선택신호를 수신하여 상기 스위치를 구동하는 스위치 구동기를 더 포함하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제1항에 있어서,

상기 변복조 방식은 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 포함하는 이중 변복조 고주파 송수신 장치.
제9항에 있어서,

상기 GFSK 변복조방식은 블루투스1에 이용되고, 상기 QPSK 변복조방식은 블루투스2에 이용되는, 이중 변복조 고주파 송수신 장치.