KR20060112608A - 광대역 위상 편이 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 위상 편이(phase shift) 디바이스에 관한 것이다. 위상 편이(ψ)는 고정된 주파수의 국부 발진기 상에서 도입된다. 본 발명의 원리는 입력 신호의 이중 변환을 실현하는 것이다. 국부 발진기의 레벨에서 도입된 위상 변화는 변환된 신호 중 하나에 대해서는 양의 값을 가지고, 나머지 것에 대해서는 음의 값을 가진다. 이 신호는 합산기(summator)의 출력에서의 신호의 진폭을 최대가 되도록 2ψ의 위상차를 가진 수신 주파수에서 재결합된다.

Description

광대역 위상 편이 디바이스{WIDEBAND PHASE SHIFT DEVICE}

본 발명은, 광대역 위상 편이 디바이스, 특히 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 수신기와 같은 디지털 지상파 텔레비전의 프레임워크에서 사용된 수신기에 관한 위상 편이 디바이스에 관한 것이다.

DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 디지털 지상파 텔레비젼에 관한 표준 신호 수신 시스템에서, OFDM형의 변조가 가장 빈번히 사용된다. 이는 특히 로버스트한(robust) 변조이고 DVB-T 채널의 등주파수(isofrequency) 재송신이 가정 환경에서 가능하게 한다. 그러므로 DVB-T 신호는 충분한 레벨에 있는 환경에서의 한 점에서 포획될 수 있고, 이후 증폭되며 디지털 텔레비전 세트 또는 디지털 지상파 디코더를 구비한 아날로그 텔레비전 세트와 같은 "휴대할 수 있는(portable)" 디지털 수신기에 의해 이러한 재송신기로부터 동일하게 포획되는 환경에서 재송신된다. 이는 디지털 지상파 텔레비전(DTT)에 관해 계속 사용되는 원리이다.

그렇지만, 이러한 변조의 로버스트함에도 불구하고 휴대 가능한 수신에 있어 주목할 만한 수신 문제점이 발생한다.

현재, 좀더 로버스트한 수신을 얻기 위해 선호되는 해결책은 2개 위상 편이(통상 2개)의 안테나를 사용하는 것이다.

그러므로, 이러한 2개의 안테나는 동일한 송신 신호에 대응하는 2개의 상관되지 않은 수신 신호를 수신하도록 물리적으로 위치한다. 2개의 안테나 액세스에서의 신호가 상관되지 않도록 하는 거리는, 수신된 신호의 파장의 0.7배와 거의 같고, 대략 45㎝인 안테나 사이의 거리(difference)가 UHF 대역(470 내지 860㎒)에 관해 얻어진다. 그러므로 방사 소자의 크기로 인해 이러한 유형의 상대적으로 성가신 개념을 고려하는 것은 비현실적으로 보인다.

또 다른 기술은, 도 1a에 도시된 바와 같이 채널 중 하나에 대해 제어될 수 있는 광대역 위상 편이기(phase shifter)와, 수신된 신호의 결합을 사용하여 적어도 2개의 개별 RF(Radio frequency) 액세스에 의해 구성된 스마트(smart) 안테나 디바이스를 구현하는 것이다.

하지만 이들 2가지 기술의 구현은 고려되는 주파수 대역에서 쉽지 않은데, 이는 이 경우 고려된 상대적으로 낮은 주파수(470 내지 860㎒)에서의 기능의 정체 현상으로 인해 한 옥타브를 커버할 수 있게 하지 않기 때문이다. 게다가, 이들은 단일 구성 성분으로 통합될 수 없다.

또 다른 통합 가능한 접근은 단일 신호로부터의 2개의 직교(quadrature) 신호(사인 및 코사인)를 발생시키는 것으로 이루어진다. 그러한 통합 가능한 회로는 도 1b에 도시되어 있다. 그러므로 이들 신호 각각은 바이어스 회로(CP)에 의해 전압이 제어되는 가변 이득 증폭기(LNA1, LNA2)를 구동한다. 이러한 바이어스 회로의 특이성은 출력에서의 결과가 그 진폭이 일정하고, 출력에서의 그 결과 신호의 위상이 제어 전압에 따라 변한다는 점이다. 하지만 구성 성분에서의 이러한 통합 가능한 기술 또한 한 옥타브가 커버될 수 있게 하지 않는다.

본 발명의 목적은 이들 단점을 극복하는 것이다.

이는 2개의 개별 안테나를 사용하고 합산 전에 신호의 점진적인 위상 편이를 도입하는 전기 제어에 의해 채널 각각에 대해 제어된 고정 주파수 가변 위상 편이를 도입하는 것에 기초한 새로운 개념을 제안한다. 이는 또한 수신된 신호의 파괴적인 결합 효과를 방지하고 신호 전력이 최대화되는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 목적은 광대역 위상 편이 디바이스, 좀더 구체적으로는 디지털 신호 수신기용의 광대역 위상 편이 디바이스를 제공하는 것이다. 이러한 편이 디바이스는 2개의 안테나에 의해 수신된 제 1 입력 신호를 2개의 신호로 변환하기 위해 복수의 혼합기(mixer)에 의해 형성된 변환 수단을 포함한다. 이는 또한 각 혼합기에 대한 국부 발진 신호를 보내기 위한 발진 수단을 포함한다.

이 발진 수단은 위상 편이기에 의해 제 1 직렬 혼합기에 연결되고 제 2 직렬 혼합기에 직접 연결되어 이중 주파수 변환 동안 상이한 입력 신호 사이의 위상 편이를 보상하는 국부 고정 주파수 발진기를 포함한다.

본 발명은 각 채널 상에서 위상 편이를 도입하는 장점을 가진다. 이 위상 편이는 매우 넓은 주파수 대역에 걸쳐 양호하게 제어되는데, 이는 그것이 고정 주파수 국부 발진기 상에서 도입된 위상 편이로부터 생기기 때문이다.

본 발명은 또한 위상 편이기가 간단히 실현된다는 장점을 가지는데, 이는 위상 편이기가 첫 번째는 고정 주파수에서 동작하고, 두 번째는 요구되는 위상 변화가 적어도 반감되기 때문이다.

일 실시예에서, 위상 편이기는 입력 신호 중 하나에 대해서는 양의 위상 편이를 도입하고, 나머지 입력 신호에 대해서는 음의 위상 편이를 도입하여, 중간 주파수 신호 사이의 위상 편이기에 의해 도입된 위상 편이를 2배로 하게 된다.

또 다른 실시예에서, 혼합기는 중간 주파수 신호 사이의 위상 편이기에 의해 도입된 위상 편이를 4배로 할 수 있는 저조파(subharmonic) 혼합기이다.

우선적으로, 광대역 위상 편이 디바이스는 한 구성 성분으로 통합될 수 있다.

첨부된 도면을 참조하는 후속하는 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명은 더 잘 이해되고, 다른 특정 특징과 장점이 분명해진다.

도 2는 본 발명에 따른 광대역 위상 편이 디바이스의 일 실시예에 대응한다.

광대역 위상 편이 디바이스(10)는 안테나(A1, A2)에 의해 수신된 신호를 수신하기 위한 시스템의 일부이다. 안테나의 개수가 2인 경우에 대한 설명이 주어진다. 하지만, 더 많은 개수의 안테나가 고려될 수 있다. 이러한 수신 시스템은 안테나(A1, A2)에 각각 연결된 LNA(Low Noise Amplifier) 증폭기(1, 2)와, 대역 통과 필터(3, 4)가 연결되는 위상 편이 디바이스(10), 위상 편이 디바이스의 출력에 연결된 합산기(summator)(6), 수신 채널의 선택을 위한 튜너(5), 선택된 채널의 신호를 복조하기 위한 복조기(7)를 포함한다. 이러한 수신 시스템은 또한 위상 편이 디바이스(10)의 위상 편이가 제어되는 것을 허용하는 위상 편이 제어 블록(8)을 포함한다.

위상 편이 디바이스(10)는 기본적으로, 예를 들어 1.98㎓에서 신호(OL)를 전달하는 고정 주파수 국부 발진기(16)와, 위상 편이 제어 블록(8)으로부터의 신호에 의해 전압 제어된 위상 편이기(15)로 구성되는 발진 수단을 포함한다. 위상 편이 디바이스(10)는 또한 이중 주파수 변환을 실현하기 위해, 필터에 의해 제 2 직렬 혼합기(13, 14)에 연결된 제 1 직렬 혼합기(11, 12)를 포함한다. 필터는 디바이스의 일부가 아니라는 점이 주목되어야 한다. 이 디바이스는 이들 필터를 더 쉽게 연결하기 위한 연결부를 포함한다.

따라서, 제 1 채널 상에서 안테나(A1)에 의해 수신되고 증폭기(1)에 의해 증폭된 입력 신호(Vant1)는 요구되는 바대로 광대역 위상 편이 디바이스(10)에 인가된다. 혼합기(11)의 입력 중 하나에 인가된 입력 신호(Vant1)는, 국부 발진기(16)로부터의 고정 주파수 국부 발진 신호가 곱해지고 위상 편이기(15)에 의해 위상 편이된다. 위상 편이기(15)는 제어 블록(8)으로부터의 신호에 의해 전압 제어되어 중간 주파수로 변환된다. 따라서 이 주파수의 합과 차가 생성된다. 필터(3)에 의해 실현된 필터링에 의해, 높은 대역(2270 내지 2660㎒)이 선택되어 수프라다인(supradyne) 모드 변환을 허용한다. 변환된 신호(IF1)는 입력 신호에 대해 +ψ만큼 위상 편이된다. 이러한 위상 편이기에 의해 변환된 신호로 도입된 위상 편이(+ψ)은 입력 신호 사이에서 위상 편이(2ψ)의 절반이 보상될 수 있게 한다는 것이 또한 보여진다. 필터(3)에 의해 필터링된 후, 높은 주파수로 변환된 위상 편이된 신호는 혼합기(13)의 입력에 인가된다. 이는 이러한 중간 주파수 위상 편이된 신호를 초기 주파수 대역에서의 제 2 신호(Vout1)로의 새로운 주파수 변환을 허용하는 국부 발진기(16)로부터의 고정 주파수 신호와 혼합된다.

이와 함께, 제 2 채널에서는 안테나(A2)에 의해 수신되고 증폭기(2)에 의해 증폭된 입력 신호(Vant2)가 요구된 바대로 광대역 위상 편이 디바이스(10)에 인가된다. 혼합기(12)의 입력 중 하나에 인가된 이 신호(Vant2)에는 국부 발진기(16)로부터의 고정 주파수 국부 발진 신호가 곱해지고 제어 블록(8)으로부터의 신호에 의해 전압 제어된 위상 편이기(15)에 의해 위상 편이되어, 중간 주파수로 변환된다. 따라서 이러한 주파수의 합과 차가 생성된다. 필터(4)에 의해 실현된 필터링에 의해, 940 내지 1330㎒와 같은 낮은 대역이 선택되어 인프라다인(infradyne) 모드 변환을 허용한다. 변환된 신호(IF2)는 입력 신호에 대해 -ψ만큼 위상 편이된다. 변환된 신호로 위상 편이기에 의해 도입된 이러한 위상 편이(-ψ)는 위상 편이(2ψ)의 절반이 입력 신호 사이에서 보상될 수 있게 한다. 필터(4)에 의해 필터링된 후, 낮은 주파수로 변환된 이러한 위상 편이된 신호는 혼합기(14)의 입력에 인가된다. 이는 국부 발진기(16)로부터의 고정 주파수 신호와 혼합되어, 초기 주파수 대역에서의 제 2 신호로 이러한 중간 주파수 위상 편이된 신호의 새로운 주파수 변환을 허용한다.

이 디바이스는 이러한 디바이스의 2개 채널 상의 입력 신호를 다시 위상 조정한다(re-phase).

2ψ인 이들 입력 신호의 위상 편이로 인해, 제어 회로는 제 1 채널 상에서는 위상 편이기(15)에 의해 +ψ의 위상 편이를, 제 2 채널 상에서는 -ψ의 위상 편이를 도입한다.

그러므로 입력 신호 사이의 2ψ의 위상 편이는 보상되고, 위상 편이 디바이스의 2개의 채널의 출력 신호는 동 위상이 된다. 각 채널 상에 도입된 위상 편이는 고정 주파수 국부 발진기 상에 도입된 위상 편이로부터 생기므로 매우 넓은 주파수 대역에 걸쳐 양호하게 제어된다.

이후 2개의 출력 신호(Vout1, Vout2)는 합산기(6)에 의해 더해져서, 동위상인 출력 신호(Vout1, Vout2)의 합인 출력에서 신호(IF3)를 제공하여, 재저장된 신호(IF3)의 진폭을 최대화한다.

위상 편이기(8)의 제어 수단은 위상 편이기의 제어 신호를 제공한다. 이 신호는, 예를 들어 튜너(5)의 출구에서 채널에 있는 신호 전력의 측정으로부터 발생한다. 이 제어 신호는 또한, 또 다른 실시예에서, 수신 품질을 최적화하기 위해 복조기(7)로부터의 수신 품질 정보일 수 있다. 따라서, 위상 편이는 그것이 언제나 수신 신호에 의존하므로 점진적으로 이루어진다.

이 디바이스의 이해를 명확히 하기 위해, 2개의 안테나의 출력에서의 신호가 반대 위상에 있는 극단적인 경우를 고려할 수 있다. 그러므로 입력 신호 사이의 위상 차(2ψ)는 π와 같다. 이러한 위상 편이 디바이스는 채널 중 하나에 대한 신호가 +ψ=+π/2만큼 위상 편이하고, 다른 채널에 대해서는 -ψ=-π/2만큼 위상 편이기(15)에 의해 도입된 위상 편이를 허용한다. 그러므로 2개의 신호(Vout1, Vout2)는 동위상이 된다. 그러므로 합산기(6)로부터의 신호는 최대화된다.

제안된 바와 같은 가변 위상 디바이스는 제 1 혼합기와 제 2 혼합기의 레벨에서 제어된 위상 편이를 도입하여, 합산기의 출력에서 복구된 신호의 진폭을 최대화한다. 따라서 이는 수신 품질이 주목할 정도로 개선되는 것을 가능하게 한다.

이러한 개념은 예를 들어 전술한 위상 편이기의 구현예에 기초하여 하나의 구성성분(필터링을 제외)으로 완전히 통합될 수 있다.

도 3은 구현될 주파수와 필터링 변환 동작을 예시한다.

제 1 안테나(A1)의 입력 신호의 RF1 대역은 국부 발진기(16)로부터의 신호에 의해 높은 대역으로 변환되고, 위상 편이(+ψ)를 가진 중간 주파수 대역(IF1)을 얻기 위해 위상 편이된다(+ψ).

제 2 안테나(A1)의 입력 신호의 RF2 대역은, 국부 발진기(16)로부터의 신호에 의해 낮은 대역으로 변환되고, 위상 편이(-ψ)를 가진 중간 주파수 대역(IF2)을 얻기 위해 위상 편이된다(-ψ).

중간 주파수 대역(IF1, IF2)은 국부 발진기(16)로부터의 신호에 의해 다시 변환되고, 이후 더해져 그 결과 주파수(IF3)를 얻는다.

따라서 2개의 채널 사이의 그 결과 위상 편이(2ψ)는, 위상 편이기에 의해 양으로 또는 음으로 도입된 위상 편이(ψ)에 대해 2배가 된다.

만약 혼합기가 저조파라면, 2개의 채널 사이의 위상 편이는 4배가 된다. 실제로, 주파수(2f)에서의 고조파는 2ψ의 위상 편이를 가지게 되고, 한 채널에 대해서는 양으로, 다른 채널에 대해서는 음으로 혼합기(11, 12)에 인가되어, 변환된 신호(IF1, IF2) 사이에서 4ψ의 위상 편이를 허용한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은, 광대역 위상 편이 디바이스, 특히 OFDM 수신기와 같은 디지털 지상파 텔레비전의 프레임워크에서 사용되는 수신기에 관한 위상 편이 디바이스에 이용 가능하다.

도 1a와 도 1b는 종래 기술에 따른 위상 편이 블록을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 광대역 위상 편이 디바이스의 개략도.

도 3은 구현된 상이한 주파수와 필터링 변환 동작을 예시하는 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1, 2: LNA 증폭기 3, 4: 대역 통과 필터

5: 튜너 6: 합산기

7: 복조기 8: 위상 편이 제어 블록

10: 위상 편이 디바이스 11, 12: 제 1 직렬 혼합기

13, 14: 제 2 직렬 혼합기 15: 위상 편이기

16: 고정 주파수 국부 발진기

Claims (5)

1. 광대역 위상 편이 디바이스(10)로서,

   2개의 안테나(A1, A2)에 의해 수신된 제 1 입력 신호를 2개의 신호로 위치를 바꾸기 위해 복수의 혼합기(11, 12, 13, 14)에 의해 형성된 변환 수단과,

   각 혼합기 상에서 국부 발진 신호를 보내기 위한 발진 수단(15, 16)을 포함하는 광대역 위상 편이 디바이스(10)에 있어서,

   상기 발진 수단(15, 16)은 위상 편이기(15)에 의해 제 1 직렬 혼합기(11, 12)에 연결되고 제 2 직렬 혼합기(13, 14)에 직접 연결되어, 이중 주파수 변환 동안 상이한 인입 신호 사이의 위상 편이를 보상하는 단일 국부 고정 주파수 발진기(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광대역 위상 편이 디바이스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 위상 편이기(15)는 국부 발진기로부터의 고정 주파수 신호가 점진적으로 위상 편이되고 상기 제 1 직렬 혼합기에 인가될 수 있게 하는 제어 수단(8)으로부터의 신호에 의해 전압 제어되는, 광대역 위상 편이 디바이스.
3. 제 2항에 있어서, 상기 위상 편이기(15)는 신호 중 하나에 대해서는 양의 위상 편이를, 그리고 나머지 입력 신호에 대해서는 음의 위상 편이를 도입하여 중간 주파수 신호 사이에 있는 위상 편이기에 의해 도입된 위상 편이를 2배로 하는, 광대역 위상 편이 디바이스.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 혼합기(11, 12, 13, 14)는 중간 주파수 신호 사이의 위상 편이기에 의해 도입된 위상 편이를 4배로 하는 하위 고조파(subharmonic) 혼합기인, 광대역 위상 편이 디바이스.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광대역 위상 편이 디바이스는 집적 가능한 것을 특징으로 하는, 광대역 위상 편이 디바이스.