KR20050071644A - 오프셋 위상동기루프를 사용하는 통신 송신기 - Google Patents

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KR20050071644A
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Abstract

본 발명에 따른 변환루프 송신기는 기껏해야 하나의 위상동기루프(PLL) 회로를 사용하여 RF 신호를 발생한다. 일실시예에서, 하나의 PLL은 2개의 국부발진신호를 발생한다. 제 1 발진신호는 중간주파수 신호를 발생하기 위해 기저대역신호와 혼합된다. 제 2 발진신호는 전압제어 발진기를 소정의 반송파 주파수로 조절하기 위한 변환루프에 입력된다. 이런 타입의 변조를 수행하기 위해, 국부발진신호의 주파수는 상기 국부발진신호의 주파수가 상기 반송파 주파수에 대해 서로 고조파적인 관계가 있도록 설정된다. 다른 실시예는 단지 하나의 발진신호만을 발생한다. 이들 조건하에서, 중간주파수 신호는 발진신호를 사용하여 발생되고, 변환루프에서 주파수 분할기는 상기 전압제어 발진기를 반송파 주파수로 조절하기 위한 제어신호를 발생하는데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 송신기 신호는 어떠한 위상동기루프 회로를 사용하지 않고도 발생된다. 이는 수정 발진기를 사용하고, 그런 후 전압제어 발진기를 반송파 주파수로 조절하기 위한 제어신호를 발생하기 위해 피드백 루프 회로에서 주파수 분할기를 사용하여 중간주파수를 발생함으로써 수행된다. 송신기에서 위상동기루프 회로의 수를 최소화함으로써, 이동 송수화기의 크기, 비용 및 전력요건이 현저히 줄어들 수 있다.

Description

오프셋 위상동기루프를 사용하는 통신 송신기{Communication Transmitter Using Offset Phase-Locked-Loop}
본 발명은 일반적으로 신호처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는, 예를 들어, 통신 시스템내에 처리된 신호의 주파수를 변환시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통신 시스템내의 음성, 데이터 및 다른 타입의 기저대역신호를 전송하기 위해서는 많은 기능들이 수행되어야만 한다. 이들 기능은 상기 기저대역신호를 필터링하고, 증폭하며 그런 후 시스템 사양에 충분히 맞게 반송파 주파수로 변조하는 것을 포함한다. 수행된 이런 타입의 변조는 송신기를 분류하는 기초로서 사용된다. 기저대역신호의 변조(또는 업컨버젼(up-conversion))가 2단계로 수행되는 경우, 송신기는 이중변환(dual-conversion)구조를 갖는다 라고 한다. 그리고, 변조가 1단계로 수행되는 경우, 송신기는 직접변환(direct conversion)구조를 갖는다 라고 한다.
도 1은 종래 이중변환 구조를 갖는 송신기를 도시한 것이다. 이 송신기는 2단계로 기저대역신호의 업컨버젼을 수행하는 변조기를 포함한다. 제 1 단계에서, 기저대역신호의 I 및 Q 성분은 믹서(1 및 2)에 입력된 국부발진기 신호 LO1의 위상편이 형태(phase shifted versions)를 기초로 하여 중간주파수(IF)로 변환된다. 그런 후, IF 신호는 믹서(3)에 입력되는 제 2 국부발진기 신호 LO2를 기초로 하여 반송파 주파수에 조합되고 변환된다. 마지막으로, 결과적으로 발생한 RF 신호는 수신기에서 연이은 복조를 위해 안테나를 거쳐 필터되고, 증폭되어, 전송된다.
도 2는 종래 직접변환구조를 갖는 송신기이다. 이중변환 송신기와는 달리, 직접변환 송신기는 단지 한번의 변조단계를 사용하여 RF 송신신호를 발생시킨다. 변조에 앞서, I 및 Q 채널을 따르는 디지털신호가 DAC(4)에 의해 아날로그 신호로 변환되고, LPF(5)에서 필터되며, VGA(6)에 의해 증폭된다. 그런 후, 상기 신호는 각각 믹서(8 및 9)에서 국부발진기 신호 LO의 위상편이 형태와 함께 혼합함으로써 변조된다. 국부발진신호가 반송파 주파수로 설정되기 때문에 변조가 1단계에서 수행된다. 처리를 완료하기 위해, 상기 변조된 신호는 결합되고, 증폭되며, 필터되고 안테나를 거쳐 수신기에 전송된다. 이러한 고유 변조방식은 직접직교변조(direct-quadrature modulation)로 알려져왔다.
도 3은 변환루프(translational-loop) 또는 오프셋 위상동기루프(offset phase-locked-loop, OPLL)로 알려진 제 3의 종래 구조를 갖는 송신기를 도시한 것이다. 이중변환 송신기와 같이, 변환루프 송신기는 2개의 PLL 회로를 사용하여 RF 신호를 발생한다. 그러나, 변환루프 송신기는 매우 다른 방식으로 PLL 회로를 사용한다.
변환루프 송신기는 주파수 변환이 수행되는 방식에 의해 이중변환 송신기와는 다르다. 도 1의 구조에서, 중간주파수(IF) 신호는 상기 IF 신호를 제 2 국부발진신호와 혼합하는 믹서(3)에 의해 반송파 주파수로 변환된다. 변환루프 송신기에서, 이 믹서는 반송파 주파수로 변환을 수행하는 제어장치(20)로 대체된다.
제어장치는 송신기의 순방향 신호경로(forward signal path)를 따라 위상 및 주파수 검출기와 클록주파수(PFD&CF)장치(22), 필터(24), 및 위치한 전압제어 발진기(26), 그리고 피드백 경로를 따라 위치한 믹서(27) 및 필터(28)를 포함한다. 제어회로가 주파수 변환을 수행하는 방식을 설명한다. 먼저, 전송되는 정보를 포함하는 기저대역신호가 제 1 믹서(10)에 입력된다. 기저대역신호는 가우스 최소편이방식(Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK) 데이터의 형태일 수 있고, 믹서는 종래 이중변환 송신기의 제 1 믹서와 유사한 믹서일 수 있다. 도시된 바와 같이, 믹서(10)는 위상동기루프 회로 PLL2에 의해 발생된 국부발진신호 FLO2를 사용하여 기저대역 주파수로부터의 GMSK 데이터를 중간주파수로 변환시킨다. 일단 혼합된 후에, IF신호는 원하지 않는 성분 또는 소위 미러주파수(mirror frequency) 성분을 제거하기 위해 대역통과필터(15)에 의해 필터된다.
제어회로는 다음 단계들에 따라 중간 주파수 신호를 반송파 주파수로 변환시킨다. 먼저, 전압제어 발진기(VCO)는 기 설정된 주파수 FVCO로 신호를 출력한다. 믹서(27)는 상기 신호를 위상동기루프 PLL1에 의해 발생된 제 2 국부발진신호 FLO1와 혼합한다. 믹서의 출력은 2개의 미러 주파수 FVCO + FLO1 및 FVCO - FLO1를 포함한다. 기저대역필터(28)는 고주파수 신호를 제거하고 저주파수 신호를 PFD & CF장치에 입력한다.
상기 PFD & CF장치는 필터(15)에서 출력된 IF 신호의 주파수가 필터(28)에서 출력된 신호의 주파수와 정합(match)하는 지를 결정한다. 이들 신호가 부정합(mismatch)하면, 상기 PFD & CF장치는 존재하는 주파수 부정합의 양을 나타내는 차신호(difference signal)를 발생한다. 이러한 차신호는 필터(22)에 의해 필터되고 상기 필터(28)로부터 출력된 주파수가 상기 IF 신호 주파수와 정합하도록 FVCO의 주파수를 제어하기 위해 VCO에 입력된다. 따라서, 상기 VCO는 필터(28)의 출력(FVCO - FLO1)이 FLO2와 정합할 때까지 조절되기 때문에, 상기 IF 신호를 기준신호라고 한다.
주파수 정합이 이들 신호들 사이에 있으면, 상기 PFD & CF장치는 필터(28)에서 출력된 신호의 위상과 IF 신호의 위상을 비교한다. 부정합이 있으면, 상기 PFD & CF장치는 상기 필터(28)에서 출력된 신호의 위상이 상기 IF 신호의 위상과 정합할 때까지 VCO 출력을 조절하는 차신호를 출력한다. 필터(28)의 출력 주파수 및 위상이 IF 신호와 정합하면, VCO의 주파수는 소정의 반송파 주파수로 설정되어 진다. 그런 후 VCO는 소정의 반송파 주파수로 변조된 기저대역신호를 전송하기 위해 안테나로 출력한다.
상술한 각각의 송신기는 이점과 단점을 가지고 있다.
협대역 필터링과 이득제어는 중간주파수(IF) 단계에서 효율적으로 수행될 수 있기 때문에, 이중변환 송신기가 바람직하다. 또한, 송신신호를 발생하기 위해 2개의 국부발진 주파수를 사용함으로써, 이중변환 송신기는 주로 직접변환 송신기에서 발생하는 현상인 인젝션 풀링(injection pulling)으로 알려진 문제를 피한다. 이중변환 송신기는 또한 다른 타입의 RF 송신기보다 비교적 문제가 덜 한 것으로 증명되었다.
이들 이점에도 불구하고, 이중변환 송신기는 몇몇 예에서는 바람직하지 못한 결점을 가지고 있다. 가장 현저한 것으로, 이중변환 송신기는 예를 들어 직접변환 송신기보다 더 많은 하드웨어를 필요로 한다. 이 하드웨어의 대부분은 기저대역신호의 제 1 업컨버젼(또는 IF)을 수행하기 위해 사용된 필터 및 발진회로의 형태이다. 이중변환 송신기는 또한 업컨버젼을 위해 필요로 하는 발진신호를 발생하기 위해 위상동기루프(PLL)회로를 사용한다. 이들 결점은 비용 및 복잡도 면에서 상당한 것으로 판명되었으나, 현재 사용되는 많은 부호분할 다중접속(code division multiple access, CDMA) 및 시분할 다중접속(time division multiple access, TDMA) 이동전화시스템은 이런 타입의 송신기를 사용한다.
직접변환 송신기는 종종 이중변환 및 변환루프 송신기가 구현할 수 없는 이점을 제공한다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 직접변환 송신기는 하나의 국부발진 주파수만이 송신신호를 발생하는데 사용되기 때문에 이중변환 송신기보다 더 적은 하드웨어를 사용한다. 따라서, 단지 하나의 PLL만이 필요하다. 이러한 동일한 이점이 변화루프 송신기에 대해서도 존재하며, 상기 변화루프 회로도 또한 RF 신호 발생을 위해 2개의 PLL을 사용한다. 직접변환 송신기는 또한 변환루프 송신기에서 발견되는 피드백 루프를 필요로 하지 않는다. 따라서, 직접변환 송신기는 더 적은 하드웨어를 사용하며, 따라서, 송수화기(handset) 및 다른 고집적 애플리케이션에 사용하는데 더 적합하다.
이들 이점에도 불구하고, 직접변환 송신기는 많은 중대한 결점을 갖는다. 예를 들어, 직접변환 송신기는 듀플렉스 필터(duplex filters)를 사용하여 통신 시스템의 수신대역에서 잡음감소를 위한 사양을 충족시킨다. 이들 필터는 전력 증폭기로부터의 추가적인 전력에 의해 보상되어야만 하는 수 dB의 손실이 송신기에서 발생하게 한다. 이러한 소위 "백오프(back-off)" 전력은 통화시간을 현저히 줄인다. 따라서, 직접변환 송신기는 많은 이동 애플리케이션(mobile applications)에 대해 최적인 선택이 아니다. 예를 들어, (듀플렉스 필터를 사용하지 않는) 변환회로 필터가 일반적으로 직접변환 구조를 통해 TDMA 애플리케이션(예를 들어, GSM)에 사용되어 왔다.
변환루프 송신기는 앞서 2가지 타입의 송신기 중 어느 것도 달성할 수 없는 이점을 제공한다. 피드백 루프에 사용된 PLL은, 예를 들어, 추적 협대역, 대역통과 필터와 같이 동작함으로써 외부 필터링을 최소화한다. 이는 변환루프 송신기가 비용 및 소비전력 요건을 줄이기 위해 GSM 송수화기에 사용되는데 바람직하게 한다.
변환루프 송신기는 또한 저잡음 플로어(low noise floor)를 구현한다. 이는 직접변환 구조에 사용된 듀플렉스 필터가 간단한 스위치로 대체되게 한다. 그 결과, 듀플렉스 필터와 관련된 삽입손실이 제거되며, 이로써 송신기에서 전력 증폭기가 저출력 전력으로 동작하게 한다. 많은 다른 송신기 구조에서와는 달리, 양호한 전력부가효율(power-added efficiency)을 제공하는 C급 전력 증폭기가 이에 따라 사용될 수 있다. 이는 변조가 일정한 엔벨로프 신호(constant envelope signal)인 GSM 시스템에서 특히 중요하다.
변환루프 시스템의 또 다른 이점은 VCO가 존재할 수 있는 임의의 잔여 진폭변조(AM) 성분을 제거한다는 것이다. 이는 C급 증폭기가 더 심하게 구동되게 함으로써, 전력부가효율의 부가적인 측정을 제공한다.
이러한 이점에도 불구하고, 변환루프 송신기는 이동통신 시스템에 적용될 때 최적의 효율을 내지 못하게 하는 많은 결점을 가지고 있다. 가장 현저한 것으로, 이들 송신기는 기저대역신호를 반송파 주파수로 변환하는데 필요한 발진신호를 발생하기 위해 다중 PLL회로를 사용해야만 한다. 이들 추가적인 발진기는 물리적 치수와 송수화기 비용 뿐만 아니라 전력요건(power requirement)을 증가시킨다. 그 결과, 종래 변환루프 송신기는 소정의 비율보다 더 빠르게 송수화기의 배터리에 저장된 전하를 고갈시킨다.
따라서, 변환루프 송신기에서 신호를 변조하기 위한 향상된 시스템 및 방법, 및 더 구체적으로는 종래 변환루프 송신기에 비하여 더 경제적이고 전력효율이 더 높은 방식으로 그리고, 예를 들어, 이동 송수화기(mobile handset) 내부에 통합될 때 공간이 덜 드는 더 고집적 구조를 사용하여 변조된 신호를 발생하는 시스템 및 방법이 필요하다.
동일한 참조번호는 동일한 요소를 나타내는 아래의 도면을 참조로 본 발명이 상세히 설명된다:
도 1은 종래 이중변환 송신기를 예시하는 개략도이다;
도 2는 종래 직접변환 송신기를 예시하는 개략도이다;
도 3은 종래의 변환루프(또는 오프셋 위상동기루프) 송신기를 예시하는 개략도이다;
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 변환루프 송신기의 변조부분을 예시하는 개략도로서, 상기 변조부분은 국부발진기 발생을 위해 하나의 PLL을 사용한다.
도 5는 도 4에 도시된 LO 신호 발생기의 예시적인 구성을 나타내는 개략도이다;
도 6은 본 발명의 방법의 실시예에 포함된 단계를 나타내는 흐름도이다;
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 변환루프 송신기의 변조부분을 예시하는 개략도이다;
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 변환루프 송신기의 변조부분을 예시하는 개략도이다; 그리고
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 변환루프 송신기의 변조부분을 예시하는 개략도이다.
본 발명의 한가지 목적은 변환루프 송신기에서 신호를 변조하기 위한 향상된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 변환루프 송신기에 비하여 더 경제적이고 전력효율이 더 높은 방식으로 변조된 신호를 발생함으로써 상술한 목적을 달성하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 변환루프 송신기에에 사용되는 것보다 더 작은 수의 발진회로 및/또는 더 복잡하지 않은 하드웨어를 사용함으로써 상술한 목적을 달성하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이런 타입의 종래 송신기 보다 더 고도로 집적되고, 이에 따라, 예를 들어, 이동 송수화기내에 집적될 때 공간이 덜 드는 변환루프 송신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환루프 변조기에서 주파수 변환을 수행하기 위해 발진신호를 발생하는 향상된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 이점은 기껏해야 하나의 위상동기루프 회로를 사용하여 송신기 신호를 발생하는 시스템 및 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 시스템은 기준발진신호를 발생하는 위상동기루프장치와, 상기 기준발진신호로부터 제 1 발진신호 및 제 2 발진신호를 발생하는 국부발진기 신호발생기를 구비한다. 상기 제 1 및 제 2 발진신호는 소정의 반송파 주파수에 대해 고조파적인 관계가 있고, 이들 주파수는 이들 주파수의 합이 반송파 주파수와 동일함이 보장하도록 선택된다. 송신기 신호를 발생하기 위해, 제 1 발진신호는 중간주파수 신호를 형성하기 위해 기저대역신호와 혼합되고, 상기 제 2 발진신호는 상기 IF 신호를 반송파 주파수로 변환시키기 위한 기초로서 사용되는 변환루프에 입력된다.
본 발명의 시스템의 제 2 실시예는 발진신호를 발생하는 제 1 발진기, 중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 발진신호를 입력신호와 혼합하는 믹서, 피드백 신호를 발생하기 위해 제 2 발진신호의 주파수를 분할하는 분할기, 및 차신호(difference signal)를 발생하기 위해 상기 피드백 신호를 상기 중간주파수 신호와 비교하고, 상기 차신호를 기초로 하여 소정의 반송파 주파수로 상기 제 2 발진기를 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 비교기(comparator)를 구비한다. 상기 분할기와 비교기는 송신기의 변환루프에 포함될 수 있다. 이들 상황하에서, 제 1 발진기의 주파수가 N/M FC이면, 분할기는 제 2 발진기의 주파수에 N/M을 곱하도록 설정되고, 여기서, N 및 M은 정수이다. 상기 제 1 발진기는 위상동기루프 장치이고, 상기 제 2 발진기는 전압제어 발진기일 수 있다.
본 발명의 시스템의 제 3 실시예는 제 1 발진기가 N/M FC의 주파수로 설정되면, 주파수 분할기는 상기 제 1 발진기의 출력에 1/M을 곱하고, 상기 제 2 발진기의 주파수에는 비율 1/N이 곱해지는 것을 제외하고는 제 2 실시예와 동일하다. 이들 파라미터가 주어지면, 송신기의 변환루프는 소정의 반송파 주파수로 변조된 신호를 출력한다.
본 발명의 시스템의 제 4 실시예는 위상동기루프를 전혀 사용함이 없이 발진신호를 발생한다. 이 시스템은 수정발진신호(crytsal oscillation signal)를 발생하는 제 1 발진기, 중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 발진신호와 입력신호를 혼합하는 믹서, 피드백 신호를 발생하기 위해 제 2 발진기의 주파수를 분할하는 분할기, 및 차신호를 도출하기 위해 상기 피드백 신호와 상기 중간주파수 신호를 비교하고, 상기 차신호를 기초로 하여 상기 제 2 발진기를 소정의 반송파 주파수로 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 비교기를 구비한다. 상기 분할기는 상기 피드백 신호의 주파수가 상기 중간주파수 신호의 주파수와 동일하게 하는 값으로 상기 제 2 발진기의 주파수를 나눈다. 그리고, 상기 제 2 발진기는 전압제어 발진기일 수 있다.
본 발명의 방법의 여러가지 실시예들이 상술한 시스템의 기능을 수행한다. 이러한 시스템 및 방법을 사용하여, 종래 변환루프 송신기에서 사용된 위상동기루프회로의 수가 상당히 감소되거나 완전히 제거될 수 있다. 이는 이동 송수화기의 크기 및 전력요건이 줄어들게 함으로써, 소형화를 향상시키고 배터리 수명을 더 길게한다.
본 발명은 통신 시스템에서 신호를 변조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 무선통신시스템의 변환루프 송신기(다르게는 오프셋 위상동기루프로서 알려짐)에서 신호를 변조하는데 매우 적합하나, 당업자는 본 발명이 이러한 응용에 국한되지 않음을 인식할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 일정한 엔벨로프 변조(envelope modulation)를 사용하여 무선 통신시스템에서, 또는 변조된 신호가 사용되는 임의의 다른 시스템에서 신호를 변조하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 변조된 신호를 발생하는 단계에 국한되지 않고, 오히려 주파수 변환이 필요로 하는 임의의 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 필요하다면, 본 발명은 통신 수신기에서 신호를 복조하기 위한 국부발진기 신호를 발생하는데 사용될 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 본 발명은 변환루프 송신기내에서의 응용에 대해 이하에 설명된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 신호 변조용 시스템은 하나의 발진장치(40)를 사용하여 변환루프 송신기에서 국부발진기 신호를 발생한다. 발진장치는 국부발진(LO) 신호 발생기(42)에 연결된 위상동기루프(PLL)장치(41)를 포함한다(송신기의 나머지 부분은 도 3과 동일하며, 따라서 동일한 참조번호가 적용될 수 있게 사용되었다).
동작시, PLL 장치는 LO 신호 발생기에 기준발진신호를 공급하며, 상기 LO 신호 발생기는 기준신호로부터 2개의 국부발진기 신호를 발생한다. LO 신호 발생기의 예시적인 구성이 도 5에 되시되어 있다. 도 5에서, LO 신호 발생기는 제 1 분할기(51)와 제 2 분할기(52)를 포함하는 것으로 나타나 있다. 제 1 분할기는 믹서(10)에 입력되는 국부발진신호 FLO2를 발생하여 신호 GMSK 데이터의 주파수가 기저대역 주파수로부터 중간주파수로 변환될 수 있게 한다. 일측면 업컨버젼이 중간 주파수를 얻는데 필요하기 때문에, 직교신호 발생기가 바람직하다. 제 2 분할기는 변환루프 송신기의 제 2 변조부분의 피드백 루프 부분에 있는 믹서(27)에 입력되는 국부발진주파수 FLO1을 발생한다. 이 발진주파수 FLO1은 필터(15)로부터 출력된 중간주파수 신호를 소정의 반송파 주파수로 변환시키는 VCO(26)를 조절하기 위한 제어신호를 발생하는데 사용된다.
LO 신호 발생기는 비율제어장치(ratio control unit)(53)로부터의 제어신호에 따라 국부발진신호 FLO1 및 FLO2를 발생한다. 동작시에, 이 제어장치는 주파수 FLO1 및 FLO2가 반송파 주파수에 대해 고조파적으로 관계가 있도록 분할기 장치의 값을 설정한다. 특히, FLO1은 N1/M1 FC와 동일하도록 발생되고, FLO2는 N2/M2 FC와 동일하도록 발생되며, 여기서 FC는 송신기의 소정의 반송파 주파수이다. 이런 타입의 신호를 발생하기 위해, 비율제어장치는 하기 식을 만족하도록 장치(51 및 52)의 분할 인자를 제어한다:
, 여기서, M1 및 N1은 정수
, 여기서, K는 정수
, 여기서, S와 R은 정수
국부발진신호 FLO1 및 FLO2는 반송파 주파수(fc)의 다른 비율을 나타내고, 이들 비율은 더하여 1이 되어야 하는 것이 식(1) 및 식(4)로부터 명백하다. 식(2)는 어떠한 비율도 1의 정수배일 수 없음을 명백히 한다(예를 들어, 정수 2를 곱할 때 결과가 1이기 때문에, 어떠한 비율도 1/2일 수 없다). 이는 어떠한 고조파 관계가 있는 국부발진신호도 고조파 혼합 및 스퓨리어스 누설을 감소시키는데 사용되지 않는 것을 보장하는 것이 바람직하다.
식(3)은 발진신호 사이의 관계를 더욱더 명백히 한다. 예를 들어, S<R이면, 발진신호 FLO2는 FLO1보다 반송파 주파수의 더 큰 비율이다. FLO1 및 FLO2가 송신기의 반송파 주파수에 대해 비고조파적인 관계가 있을 수 있는 몇가지 가능한 방식이 아래 표에 나타나 있다.
FLO1 FLO2 합
(3/5)fc (2/5)fc fc
(4/7)fc (3/7)fc fc
(5/9)fc (4/9)fc fc
(7/9)fc (2/9)fc fc
상기 식이 주어지면, FLO1=3/5fC 및 FLO2=2/5fC인 예시적인 상황이 발생할 수 있다. 이러한 상황설정하에서, 본 발명에 따른 발진신호를 수신하도록 구성된 변환루프 송신기는 하기와 같이 동작될 수 있다. 본 발명의 방법의 제 1 실시예에 포함된 단계들을 나타내는 도 6을 참조로 설명된다.
초기 단계에서, PLL(41)은 기준발진신호를 LO신호 발생기(42)에 출력한다. LO 신호 발생기에서 비율제어장치(53)는 분할기 장치(51 및 52)가 상기 식(1) 내지 식(4)를 만족하는 방식으로 송신기의 소정의 반송파 주파수에 대해 비고조파적인 관계가 있는 발진신호 FLO1 및 FLO2를 출력하도록 (기준신호의 크기에 따른) 분할인자를 입력한다(블록 60). 이 예에서, FLO1=3/5fC 및 FLO2=2/5fC이다.
변조단계에서, 믹서(10)는 2/5fC로 중간주파수 신호를 발생하기 위해 LO신호 발생기로부터 출력된 발진신호 FLO2와 들어오는 기저대역신호를 혼합한다. 그런 후, 이 신호는 원하지 않는(예를 들어, 미러(mirror)) 주파수 성분을 제거하기 위해 대역통과필터(15)에 의해 필터된다.
주파수 변환단계에서, 중간주파수 신호는 발진신호 FLO1를 사용하여 반송파 주파수로 변환된다. 이러한 변환을 수행하는데 있어, 중간주파수 신호는 전압제어 발진기(26)의 출력전압을 제어하기 위한 기준주파수로서 사용된다. 이는 다음 단계에 따라 수행된다. 먼저, 전압제어 발진기(VCO)는 기 설정된 주파수 FVCO로 신호를 출력하고, 믹서(27)가 이 신호를 LO 신호 발생기로부터 출력된 국부발진신호 FLO1=3/5fc와 혼합한다(블록 62). 믹서의 출력은 2개의 미러 주파수 FVCO + FLO1 및 FVCO - FLO1을 포함한다. 대역통과필터(28)는 더 높은 주파수신호를 제거하고 더 낮은 주파수신호를 PFD & CP장치(22)에 입력한다(블록 63).
PFD & CP장치는 필터(15)에서 출력된 IF 신호의 주파수가 필터(28)에서 출력된 신호의 주파수와 정합하는지를 결정한다(블록 64). 이들 신호가 정합하지 않으면, PFD & CP장치는 주파수가 정합하지 않는 양을 나타내는 차신호를 발생한다. 이러한 차신호는 필터(22)에 의해 필터되고 FVCO의 주파수를 제어하기 위해 VCO에 입력되어 필터(28)에서 출력된 주파수가 IF 신호 주파수와 정합시키게 한다; 즉, FVCO - FLO1이 FLO2와 같게 한다(블록 65).
일단 주파수가 이들 2개의 주파수 사이에 존재하면, 상기 PFD & CP장치는 필터(28)에서 출력된 신호의 위상과 IF 신호의 위상을 비교한다(블록 66). 부정합이 있으면, 상기 PFD & CP장치는 필터(28)에서 출력된 신호의 위상이 IF 신호의 위상과 정합할 때까지 VCO출력을 조절하는 차신호를 출력한다(블록 67). 필터(28)의 출력 주파수 및 위상이 IF 신호의 동일 파라미터와 정합하면, VCO의 주파수는 소정의 반송파 주파수 fC로 설정된다. 이는 VCO가 FLO1 + FLO1 =(2/5+3/5)fC = fC인 주파수를 출력하는 것이 분명한 식(4)로부터 명백하다. 따라서, VCO는 반송파 주파수로 변조된 기저대역신호를 송신용 안테나에 출력한다(블록 68).
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 신호변조용 시스템은 2가지 측면에서 제 1 실시예와 다르다. 첫째 차이는 국부발진기 신호가 만들어지는 방식에 관한 것이다. 제 1 실시예와는 달리, 제 2 실시예는 기저대역신호를 소정의 반송파 주파수로 변조시키기 위해 단지 하나의 국부발진신호만을 발생한다. 이 발진신호는 위상동기루프(PLL)장치(75)에 의해 발생되며, 상기 PLL은 연이어 대역통과필터(15)에 의해 필터되는 중간주파수 신호를 발생하기 위해 발진신호 FLO를 믹서(10)에 출력한다.
둘째 차이는 반송파 주파수로 올리는 주파수 변환이 수행되는 방식에 관한 것이다. 제 1 실시예와는 달리, 이 주파수 변환은 국부발진신호에 기초하여 수행되지 않는다. 대신에, 도 4에서의 믹서(27)는 주파수 분할기 장치(78)로 대체된다. 주파수 분할기는 필터(28)가 필터(15)에서 출력된 IF 신호의 주파수와 동일한 신호를 출력하게 하는 양만큼 VCO 주파수 FVCO의 출력을 분할하도록 설정된다. 따라서, 발진신호 FLO가 반송파 주파수 FC의 N/M 비율이면, 분할기(78)는 전압제어 발진기의 출력을 동일한 양 N/M으로 나누도록 설정된다.
도 7의 실시예를 사용하여 소정의 반송파 주파수를 변조하기 위해, 하기의 추가식이 만족되어야만 한다:
여기서, K는 정수이고, fB는 기저대역에서 나온 원래의 정보를 포함한 신호를 나타내며, fIF,IN은 오프셋 PLL에서 믹서의 입력중 하나인 중간신호를 나타낸다.
도 7에서 압축된 GMSK 데이터로서 라벨이 붙여지는 입력신호가 발생하는 소정의 압축으로 인해 상기 조건이 충족되어야만 한다. 피드백 경로에서 주파수 분할기(78)는 GMSK 변조된 입력신호를 압축하기 때문에, 기저대역 모뎀으로부터 들어오는 데이터는 식(5)에서 언급한 인자만큼 미세한 해상도(fine resolutoin)를 가지도록 예측될 수 있다. 피드백 인자가 현저하게 크지 않으면, 주파수변환은 어려움 없이 수행될 수 있다. 대역통과필터(28)의 출력주파수는 N/M, N/M fVCO로 분할되는 VCO의 출력이 되고, 대역필터(15)의 출력은 N/M fC+ N/M fB가 된다. 위상 및 주파수 검출기(22)는 2개의 입력신호의 위상 및 주파수를 정합하시키도록 하기 때문에, 대역통과필터(15) 및 대역통과필터(28)의 출력이 동일하게 된다. 이는 하기 식을 의미한다:
식(8)로부터, 변조된 반송파 신호가 분할인자의 적절한 설계로 달성될 수 있음이 명백하다.
식(6)의 요건은 본 발명의 제 1 실시예의 식(2)와 유사하다. 이 조건이 위반되는 것을 방지하고 이에 따라 고조파의 가능한 손상을 방지하기 위해, 주파수 분할기의 분자 N은 1이 아니어야 한다. 또한, 식(6)을 만족하기 위해, LO 신호의 어떠한 고조파 성분도 소정의 반송파 신호로 되지 않아야 한다. 따라서, 주파수 분할기(78)는 주파수 발생 뿐만 아니라 주파수 분할용으로 사용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 신호를 변조하기 위한 시스템은 2가지를 제외하고는 제 2 실시예와 유사하다. 첫째, 가동되는 주파수 분할기(85)는 위상동기루프(PLL)(75)와 믹서(10) 사이에 포함된다. 이 분할기는 PLL(75)(FLO = N/M FC)에서 출려된 주파수를 1/N 비율로 분할하도록 설정된다. 따라서, 주파수 분할기(85)로부터 출력된 발진신호는 FLO = 1/M FC이다.
둘째, PFD & CP 장치에 입력되는 IF 신호를 정합시키기 위해, 1/M의 분할인자를 갖는 정수 분할기(88)가 제어장치(80)의 피드백 루프에 포함된다. 이 분할기의 한가지 이점은 상당히 더 복잡하게 되는 분수 분할기가 아니라 간단한 정수-N 분할기로서 설계될 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 높은 스펙트럼 누설을 갖는 VCO 주파수는 반송파 주파수와 고조파적인 관계에 있지 않으며, 따라서 본 발명의 이러한 이점이 유지될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 신호를 변조하기 위한 시스템은 기저대역신호를 소정의 반송파 주파수로 변조하기 위한 위상동기루프회로를 사용하지 않는다. 신호변조를 수행하는데 있어, 발진기(91)는 기저대역신호를 중간주파수 신호로 변환시키기 위해 수정기준주파수 Fref의 형태로 국부발진신호를 믹서(10)에 입력한다. 이 경우, 유효한 압축비가 증가되고, 따라서 필요로 하는 변조 정확도를 충족시키기 위해 더 정확한 기저대역신호가 요구된다.
더 정확한 기저대역신호를 제공하기 위해, 시그마-델타 디지털-아날로그 변환기(92)를 사용하여 디지털 형태의 신호(GMSK 데이터)를 아날로그 신호로 변환시킬 수 있다. 이런 타입의 변환기는 매우 큰 고해상도를 가지고 따라서 수정기준주파수를 사용하여 적절한 변조를 달성하는데 필요로 하는 정확도로 기저대역신호를 출력할 수 있기 때문에 바람직하다. 믹서에 입력되기 전에, 아날로그 신호는 원하지 않는 양자화 잡음(quantization noise)을 제거하기 위해 능동적인 저역통과필터(low pass filter)(93)에 의해 필터될 수 있다.
믹서(10)는 수정 발진기의 기준주파수로 중간주파수 신호를 출력한다. 이 주파수는 26MHz로 나타나지만, 당업자는 다른 수정 발진기 주파수도 용이하게 사용될 수 있음을 인식할 수 있다. 본 발명에서, 국부신호발생용 PLL은 더이상 필요하지 않을 수 있다. 이는 시스템을 실행하는데 필요로 하는 하드웨어의 수량 및 관련된 전류소비를 현저히 감소시킨다. PLL 대신에, 국부발진신호를 발생하기 위해 수정 발진주파수를 사용하는 것이 높은 안정도와 높은 Q인자로 인해 이롭다.
중간주파수 신호가 발생된 후에, 대역통과필터(15)에 의해 필터되고 그리고 나서 상기 신호를 반송파 주파수로 변환시키는 제어장치(90)로 입력된다. 이 기능을 수행하기 위해, 주파수 분할기(98)가 전압제어 발진기의 주파수를 중간주파수 신호의 주파수와 동일한 값으로 줄이도록 피드백 루프에 사용된다. 이는 FVCO/N = 수정 발진주파수이도록, 이 경우에 26MHz이도록, 분할기의 인자 N을 소정 값으로 설정함으로써 수행된다.
요컨대, 본 발명은 소수의 위상동기루프 회로를 사용하여 기저대역신호를 반송파 주파수로 변조시키는데 필요로 하는 국부발진신호를 발생하기 때문에 종래 변환루프 송신기를 넘어선 상당한 향상을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이런 타입의 종래 송신기는 2개의 PLL 회로를 사용하여 기저대역신호를 반송파 주파수로 변환시키는데 필요로 하는 발진신호를 만들어 낸다. 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예는 하나의 PLL을 사용하여 이 기능을 수행하고, 제 4 실시예는 어떠한 PLL을 사용함이 없이 기저대역신호를 변조한다. 그 결과, 본 발명은 물리적 치수, 이동 송수화기의 비용 및 전력요건을 줄일 수 있으므로, 소형화되고 배터리 수명을 더 길게한다.
본 발명에 대한 다른 변형 및 변경도 상술한 개시내용으로부터 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 소정의 실시예를 특별히 본 명세서에서 설명하였으나, 많은 변형들도 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 명백하다.

Claims (26)

  1. 기준발진신호로부터 제 1 발진신호를 발생하는 단계; 및
    상기 기준발진신호로부터 제 2 발진신호를 발생하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 발진신호는 소정의 신호에 대해 상기 제 2 발진신호와 고조파적인 관계가 있는 발진신호 발생방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 신호는 소정의 반송파 주파수인 발진신호 발생방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발진신호는 N1/M1 FC이고, 제 2 발진신호는 N2/M2 FC이며, 여기서, FC는 상기 소정의 반송파 신호이고,
    , 여기서, Mi 및 Ni는 정수,
    , 여기서 K는 정수, 그리고
    , 여기서 S 및 R은 정수,
    인 발진신호 발생방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 제 2 발진신호를 기저대역신호와 혼합하는 단계; 및
    상기 제 1 발진신호를 기초로 변환루프(trnanslational-loop)에 전압제어 발진기의 주파수를 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 전압제어 발진기의 주파수는 상기 소정의 반송파 주파수에 해당하는 발진신호 발생방법.
  5. 기준발진신호를 발생하는 위상동기루프장치; 및
    상기 기준발진신호로부터 제 1 발진신호 및 제 2 발진신호를 발생하는 국부발진기 신호발생기를 구비하고,
    상기 제 1 발진신호는 소정의 반송파 주파수에 대해 상기 제 2 발진신호와 고조파적인 관계가 있는 발진신호 발생시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 발진신호는 N1/M1 FC이고, 제 2 발진신호는 N2/M2 FC이며, 여기서, FC는 상기 소정의 반송파 신호이며,
    , 여기서, Mi 및 Ni는 정수,
    , 여기서 K는 정수, 그리고
    , 여기서 S 및 R은 정수,
    인 발진신호 발생시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 제 2 발진신호를 기저대역신호와 혼합하는 제 1 믹서; 및
    상기 제 1 믹서의 출력을 수신하는 변환루프를 구비하고,
    상기 변환루프는 상기 제 1 발진신호를 기초로 하여 설정된 주파수를 갖는 전압제어 발진기를 포함하며, 상기 전압제어 발진기의 주파수는 상기 소정의 반송파 주파수에 해당하는 발진신호 발생시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 변환루프는
    피드백 신호를 발생하기 위해 전압제어 발진기의 출력을 상기 제 1 발진신호와 혼합하는 제 2 믹서; 및
    상기 전압제어 발진기를 상기 소정의 반송파 주파수로 설정하기 위한 제어신호를 도출하도록 상기 피드백 신호와 상기 중간주파수를 비교하는 위상/주파수 검출기를 구비하는 발진신호 발생시스템.
  9. 발진신호를 발생하는 단계;
    중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 발진신호를 입력신호와 혼합하는 단계;
    피드백 신호를 발생하기 위해 전압제어 발진기의 주파수를 분할하는 단계;
    상기 피드백 신호와 상기 중간주파수 신호를 비교하는 단계; 및
    상기 비교단계의 결과를 기초로 상기 전압제어 발진기를 소정의 반송파 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 송신기 신호발생방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 발진신호의 주파수는 N/M FC이고, 상기 분할단계는 상기 전압제어 발진기의 주파수에 N/M을 곱하는 단계를 포함하며, 여기서, N 및 M은 정수이고, FC는 상기 소정의 반송파 신호에 해당하는 송신기 신호발생방법.
  11. 제 11 항에 있어서,
    상기 중간주파수 신호의 주파수는 를 만족하며,
    , 여기서 K는 정수,
    인 송신기 신호발생방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 발진신호는 위상동기루프 회로에 의해 발생되는 송신기 신호발생방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    기준발진신호를 분할함으로써 상기 발진신호를 발생하는 단계를 더 포함하고,
    상기 기준발진신호는 주파수가 N/M FC이고, 상기 분할단계는 상기 전압제어 발진기의 주파수에 1/M을 곱하는 단계를 포함하며, 상기 발생단계는 상기 기준발진신호에 1/N을 곱하는 단계를 포함하는 송신기 신호발생방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기준발진신호는 위상동기루프 장치에 의해 발생되는 송신기 신호발생방법.
  15. 발진신호를 발생하는 제 1 발진기;
    중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 발진신호를 입력신호와 혼합하는 믹서;
    피드백 신호를 발생하기 위해 제 2 발진신호의 주파수를 분할하는 분할기; 및
    차신호(difference signal)를 발생하기 위해 상기 피드백 신호를 상기 중간주파수 신호와 비교하고, 상기 차신호를 기초로 하여 소정의 반송파 주파수로 상기 제 2 발진기를 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 비교기(comparator)를 구비하는 송신기 신호발생시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 발진기는 위상동기루프 회로인 송신기 신호발생시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 발진기는 전압제어 발진기인 송신기 신호발생시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 발진신호의 주파수는 N/M FC이고, 상기 분할기는 상기 제 2 발진기의 주파수에 N/M을 곱하며, 여기서, N 및 M은 정수이고 FC는 상기 소정의 반송파 주파수에 해당하는 송신기 신호발생시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 중간주파수 신호의 주파수는 를 만족하며,
    , 여기서 K는 정수,
    인 송신기 신호발생시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 발진기는
    기준발진신호를 발생하는 위상동기루프; 및
    상기 기준발진신호를 분할하는 제 2 분할기를 포함하고,
    상기 기준발진신호는 주파수가 N/M FC이고, 상기 분할기는 상기 제 2 발진기의 주파수에 1/M을 곱하며, 상기 제 2 분할기는 상기 기준발진신호의 주파수에 1/N을 곱하는 송신기 신호발생시스템.
  21. 수정 발진신호를 발생하는 단계;
    중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 수정 발진신호를 입력신호와 혼합하는 단계;
    피드백 신호를 발생하기 위해 제 2 발진기의 주파수를 분할하는 단계;
    상기 피드백 신호를 상기 중간주파수 신호와 비교하는 단계; 및
    상기 비교단계의 결과를 기초로 하여 상기 제 2 발진기를 소정의 반송파 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 송신기 신호발생방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 분할단계는 상기 피드백 신호의 주파수가 상기 중간주파수 신호의 주파수와 동일하게 하는 값으로 상기 제 2 발진기의 주파수를 나누는 단계를 포함하는 송신기 신호발생방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 발진기는 전압제어 발진기인 송신기 신호 발생방법.
  24. 수정발진신호(crytsal oscillation signal)를 발생하는 제 1 발진기;
    중간주파수 신호를 발생하기 위해 상기 수정발진신호와 입력신호를 혼합하는 믹서;
    피드백 신호를 발생하기 위해 제 2 발진기의 주파수를 분할하는 분할기; 및
    차신호를 도출하기 위해 상기 피드백 신호와 상기 중간주파수 신호를 비교하고, 상기 차신호를 기초로 하여 상기 제 2 발진기를 소정의 반송파 주파수로 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 비교기를 구비하는 송신기 신호발생시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 분할기는 상기 피드백 신호의 주파수가 상기 중간주파수 신호와 동일하게 하는 값으로 상기 제 2 분할기의 주파수를 나누는 송신기 신호 발생시스템.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2 발진기는 전압제어 발진기인 송신기 신호 발생시스템.
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