KR20070088742A - 수신기 및 무선 통신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 수신기는 제1 발진 신호를 생성하는 제1 전압 제어 발진기와, 제1 위상을 가지는 제2 발진 신호를 생성하는 제2 전압 제어 발진기와, 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제1 위상 비교기와, 수신 신호의 복조 처리를 수행하고 제1 발진 신호에 포함되는 제2 위상의 타이밍 정보를 생성하는 복조기와, 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제2 위상 비교기와, 상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출되는 위상차에 기초하여 제2 전압 제어 발진기의 위상과 주파수를 제어하는 제1 제어 전압을 생성하는 제1 제어 전압 생성기를 구비한다.
수신기, 송신기, 전압 제어 발진기, 위상 비교기, 제어 전압 생성기

Description

수신기 및 무선 통신 장치{RECEIVER AND WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS}
본 발명은 위상 변조된 수신 신호를 복조하는 수신기 및 위상 변조 신호를 수신기에 송신하는 송신기를 구비하는 무선 통신 장치에 관한 것이다.
이동 전화와 같은 이동 무선 통신 분야에서, 많은 종류의 무선 주파수 송신/수신 체계가 제안되어왔다. 그러한 체계 중 하나는 오래전부터 실제로 사용되어온 슈퍼헤테로다인 체계이다. 슈퍼헤테로다인 체계에서, 수신된 무선 주파수 신호는 중간 주파수 신호로 변환되고, 그 후에 특정 채널 주파수 신호가 선택되어 직교 복조를 수행한다. 직교 복조된 신호는 저역 통과 필터 및 A/D 변환기를 순차적으로 통과해서 개별적인 처리를 수행하고, 그 후에 복조된다.
최근에, GSM 셀룰러 전화 시스템 등에서의 주류적인 체계는 직접 변환 체계이다(direct conversion scheme, 일본 특허 공개 공보 136045/1998 참조). 이러한 체계에서, 수신 신호는 무선 주파수 대역폭 필터를 통과하며, 그 후에 2개의 경로로 분리된다. 그 후에, 직교 복조기에 의해서, 분리된 신호가 서로 직교하는 위상을 가지는 국부 발진 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성한다. 기저 대역 신호는 복조되기 전에 저역 통과 필터와 A/D 변환기를 통과한다. 송신 신호는 수신 신호와는 역으로 처리된다.
슈퍼헤테로다인 체계와 직접 변환 체계는 모두 국부 발진기에 의해서 생성된 무선 주파수 신호를 중간 주파수로 변환하는 처리, 직교 복조 처리, A/D 변환 이후의 복조 처리 등을 수행하여야 한다. 따라서, 시스템의 구성이 복잡하다.
국부 발진 신호를 생성하기 위하여, TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)와 같은 몇몇 구성 요소는 외부적으로 부착되어야 한다. 따라서, 소형화(downsizing)가 어렵고, 구성 요소의 비용이 고가로 된다.
장래의 무선 시스템으로서, 디지털 처리에 의해서 채널 신호를 선택하고 복조하는 데에 반송파 주파수를 직접 이용하는 오버샘플링(oversampling) 체계에 의해서 A/D 변환이 수행되는 시스템이 제안되어 왔다.
그러나, 셀룰러 전화에서 이용되는 800MHz 내지 2GHz의 매우 높은 반송파 주파수에서는 오버샘플링에 의해서 A/D 변환을 수행하기 위해서는 매우 고속인 A/D 변환기가 제공되어야 한다. 따라서, 전력 소비가 수십 와트 이상 증가되어 그러한 A/D 변환기를 가까운 장래에 개발하는 것이 실제로는 어렵다.
<발명의 개요>
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 내부 구성을 단순화하고 전력 소비 및 부품 비용을 감소시켜 소형화가 가능하게 할 수 있는 수신기 및 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신기는,
위상 변조된 수신 신호에 포함된 특정 주파수 성분을 선택하여 제1 발진 신호를 생성하는 제1 전압 제어 발진기와,
제1 위상을 가지는 제2 발진 신호를 생성하는 제2 전압 제어 발진기와,
제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제1 위상 비교기와,
제1 위상 비교기에 의해서 검출된 위상차에 기초하여 수신 신호의 복조 처리를 수행하고, 제1 발진 신호에 포함되는 제2 위상의 타이밍 정보를 생성하는 복조기와,
복조기에 의해서 생성된 타이밍 정보에 기초하여 제1 발진 신호에 포함된 제2 위상 성분을 추출하여 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제2 위상 비교기와,
제2 위상 비교기에 의해서 검출되는 위상차에 기초하여 제2 전압 제어 발진기의 위상 및 주파수를 제어하는 제1 제어 전압을 생성하는 제1 제어 전압 생성기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치는,
위상 변조된 수신 신호를 수신하는 수신기와,
위상 변조된 송신 신호를 송신하는 송신기를 포함하고,
수신기는,
수신 신호에 포함되는 특정 주파수 성분을 선택하여 제1 발진 신호를 생성하는 제1 전압 제어 발진기와,
제1 위상을 가지는 제2 발진 신호를 생성하는 제2 전압 제어 발진기와,
제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제1 위상 비교기 와,
제1 위상 비교기에 의해서 검출되는 위상차에 기초하여 수신 신호의 복조 처리를 수행하고, 제1 발진 신호에 포함되는 제2 위상의 타이밍 정보를 생성하는 복조기와,
복조기에 의해서 생성되는 타이밍 정보에 기초하여 제1 발진 신호에 포함되는 제2 위상 성분을 추출하여 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제2 위상 비교기와,
제2 위상 비교기에 의해서 검출되는 위상차에 기초하여 제2 전압 제어 발진기의 위상 및 주파수를 제어하는 제1 제어 전압을 생성하는 제1 제어 전압 생성기를 포함하고,
송신기는,
송신을 위한 변조 신호를 생성하는 변조기와,
변조 신호를 아날로그 변조 데이터로 변환하는 D/A 변환기와,
아날로그 변조 데이터에 기초하여 위상 변조된 제3 발진 신호를 생성하는 제3 전압 제어 발진기와,
제3 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제3 위상 비교기와,
제3 비교기에 의해서 검출되는 위상차를 나타내는 신호를 디지털 변조 데이터에 더하여 위상 변조 데이터를 생성하는 가산기와,
가산기의 출력 신호에 기초하여 제3 발진 신호의 위상 및 주파수를 제어하는 제3 제어 전압을 생성하는 제3 제어 전압 생성기를 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 직교 좌표계에서의 I 신호와 Q 신호를 설명하는 도면.
도 3은 극 좌표계에서의 θ 신호와 r 신호를 설명하는 도면.
도 4는 θ 신호의 파형의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 위상차의 스위칭 시간과 디지털 신호 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.
아래에, 본 발명에 따른 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 기술될 것이다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1의 무선 통신 장치는 위상 변조/복조를 수행한다.
도 1의 무선 통신 장치는 안테나(1), 수신 신호로부터 송신 신호를 분리하는 듀플렉서(duplexer, 2), 수신기(3) 및 송신기(4)를 구비한다. 수신기(3)는 제1 전압 제어 발진기(Rx-VCO, 5), 저장 계산기(storage calculator, 제2 제어 전압 생성기)(6), 제1 위상 비교기(7), A/D 변환기(8), 복조기(9), 제2 전압 제어 발진기(Ref-VCO, 10) 및 제1 PLL 회로(Ref-PLL, 11)를 구비한다. Ref-PLL(11)은 제2 위상 비교기(12) 및 루프 필터(제1 제어 전압 생성기)(13)를 구비한다.
Rx-VCO(5)는 위상 변조된 수신 신호에 포함된 특정 주파수 성분을 선택하여 제1 발진 신호를 생성한다. Rx-VCO(5)는 공진 주파수를 가변적으로 변경할 수 있는 탱크 회로(tank circuit, 21) 및 탱크 회로(21)의 발진 신호(제1 발진 신호)를 증폭하는 증폭기(22)를 구비한다. 탱크 회로(21)는 병렬로 접속되는 인덕터(23) 및 가변 캐패시터(24)를 구비한다.
가변 캐패시터(24)의 캐패시턴스는, 예컨대 압전 구동되는(piezoelectric-driven) MEMS(Micro Electrical-Mechanical System) 구동 장치에 의해서 제어된다. 압전 구동되는 MEMS 구동 장치는 통상적인 가변 캐패시턴스의 10배 또는 그 이상에 달하는 가변 캐패시터 범위와 50 이상의 Q값을 가진다. 따라서, 탱크 회로(21)에 압전 구동되는 MEMS 구동 장치가 제공된다면, 통상적인 가변 캐패시터의 주파수 범위의 3배 또는 그 이상의 가변 주파수 범위가 획득되어, 통상적인 가변 캐패시터의 주파수 선택 성능보다 훨씬 뛰어난 주파수 선택 성능이 획득된다.
전술한 바와 같이, Rx-VCO(5)는 압전 구동되는 MEMS를 포함하기 때문에, 넓은 주파수 대역폭을 가지는 발진 신호를 생성하는 것이 가능하다. 또한, Ref-VCO(10)는 Rx-VCO(5)와 동일한 방식으로 구성된다.
가변 캐패시터(24)의 캐패시턴스는 저장 계산기(6)의 출력 전압에 의해서 제어된다. 가변 캐패시터(24)의 캐패시턴스가 변하는 때에, 탱크 회로(21)의 공진 주파수가 함께 변하여 제1 발진 신호의 주파수를 변경시킨다. 결과적으로, Rx-VCO(5)는 저장 계산기(6)의 출력 전압을 제어함으로써 주파수가 일정해지도록 제어된다.
제1 위상 비교기(7)는 Rx-VCO(5)에 의해서 생성되는 제1 발진 신호와 Ref-VCO(10)에 의해서 생성되는 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출한다. 제2 발진 신호의 위상은 항상 일정하다. 따라서, 제1 위상 비교기(7)에 의해서 검출되는 위상차에 기초하여, 수신 신호에 포함되는 위상차, 즉 위상 변조 성분을 추출하는 것이 가능하다.
제1 위상 비교기(7)에 의해서 검출되는 위상차 신호는 A/D 변환기(8)에 의해서 디지털 신호로 변환되며, 그러한 디지털 신호는 복조기(9)에 입력된다. 복조기(9)는 위상 변조된 수신 신호의 위상 결정을 수행하여 복조 처리를 수행한다. 복조기(9)는 위상 결정 결과에 기초하여, 예컨대 위상 0과 같은 특정 위상의 타이밍 정보를 제2 위상 비교기(12)에 공급한다.
제2 위상 비교기(12)는 복조기(9)로부터 공급되는 특정 위상의 타이밍 정보에 기초하여 제1 발진 신호에 포함되는 특정 위상 성분만을 추출한다. 예컨대, 제2 발진 신호의 위상이 0인 때에, 복조기(9)는 위상 0의 타이밍을 제2 위상 비교기(12)에 공급한다. 제2 위상 비교기(12)는 제1 발진 신호에 포함되는 위상 0의 성분만을 추출하여 추출된 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출한다. 검출된 위상차는 루프 필터(13)에 입력되어 불필요한 주파수 성분을 제거한다.
Ref-VCO(10)는 가변 캐패시터(24)를 가지는 탱크 회로(21)를 구비한다. 가변 캐패시터(24)의 캐패시턴스는 루프 필터(13)의 출력 전압에 의해서 제어된다. 그러한 제어를 통해서, Ref-VCO(10)는 특정 위상에서의 제1 발진 신호와 제2 발진 신호의 위상차에 따라 제2 발진 신호의 주파수 및 위상을 제어한다. 따라서, 특정 위상 및 특정 주파수를 가지도록 제2 발진 신호가 제어된다.
이러한 방식으로, 제1 위상 비교기(7)는 특정 위상 및 특정 주파수를 기준 신호로서 가지는 제2 발진 신호를 이용하여 위상차를 검출한다. 따라서, 제1 발진 신호의 위상과 주파수를 정확하게 동조하는 것이 가능하다. 일단 제1 발진 신호의 위상 및 주파수가 동조되면, 제1 위상 비교기(7)는 위상차를 계속해서 검출한다. 검출된 결과에 기초하여, A/D 변환기(8), 복조기(9), Ref-PLL(11) 및 저장 계산기(6)는 계속해서 Rx-VCO(5) 및 Ref-VCO(10)를 제어한다. 따라서, 제1 및 제2 발진 신호는 원하는 위상 및 주파수에 고정된다.
루프 필터(13)의 출력은 저장 계산기(6)에 입력된다. 저장 계산기(6)는 제2 위상 비교기(12)에 의해서 검출되는 위상차와 Rx-VCO(5) 내의 가변 캐패시터(24)의 설정 전압사이의 관계를 나타내는 테이블을 가진다. 이러한 테이블은 제1 발진 신호의 주파수를 일정하게 유지하는 데에 필요한 설정 전압과 관련된 정보를 기록한다.
위상차 신호가 루프 필터(13)에서 저장 계산기(6)로 입력되는 때에, 위상차 신호에 대응하는 설정 전압이 저장 계산기(6)로부터 판독되어 그 전압을 Rx-VCO(5)에 공급한다. 따라서, 제1 발진 신호가 특정 주파수가 되도록 Rx-VCO(5)가 주파수 제어를 수행한다.
반면에, 송신기(4)는 변조기(31), D/A 변환기(32), 제2 PLL 회로(Tx-PLL, 33), 제3 전압 제어 발진기(Tx-VCO, 34) 및 전력 증폭기(35)를 구비한다. Tx-PLL(33)은 주 주파수 분배기(36), 기준파 주파수 분배기(37), 제3 위상 비교기(38), 가산기(39) 및 루프 필터(40)를 구비한다. Tx-VCO(34)는 Rx-VCO(5)와 동일한 방식으로 구성된다.
제3 위상 비교기(38)는 Tx-VCO(34)에 의해서 생성되는 제3 발진 신호를 주 주파수 분배기(36)를 이용하여 분배함으로써 얻어지는 주파수 분배된 신호와 Ref-VCO(10)에 의해서 생성되는 제2 발진 신호를 기준파 주파수 분배기(37)를 이용하여 분배함으로써 얻어지는 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출한다. 위상차 신호는 가산기(39)에 입력된다.
변조기(31)에 의해서 생성되는 변조 신호를 D/A 변환기(32)를 이용하여 D/A 변환함으로써 얻어지는 디지털 변조 신호가 가산기(39)에 입력된다. 가산기(39)는 위상차 신호를 디지털 변조 신호에 더함으로써 얻어지는 위상 변조 신호를 생성하고, 그 위상 변조 신호를 루프 필터(40)에 공급한다. 루프 필터(40)는 위상 변조 신호에서 불필요한 주파수 대역폭의 신호 성분을 제거함으로써 얻어지는 제어 전압을 생성하고, 그 제어 전압을 Tx-VCO(34)에 공급한다.
Tx-VCO(34)는 루프 필터(40)에 의해서 생성되는 제어 전압에 기초하여 제3 발진 신호의 위상 및 주파수를 제어한다. 보다 구체적으로, Tx-VCO(34)는 제3 발진 신호의 위상 및 주파수를 제어하여 제3 발진 신호의 위상이 기저 대역 싸이클 내에서 일정하게 되도록 하고, 제3 발진 신호는 기저 대역 싸이클이 변하는 순간에 후속하는 위상에 고정된다. 제3 발진 신호는 전력 증폭기(35)에 의해서 증폭되며, 그 후에 듀플렉서(2)를 통해서 안테나(1)로 송신된다.
다음으로, 도 1에서의 무선 통신 장치의 동작이 아래에 기술될 것이다. 본 실시예에 따른 무선 통신 장치는 위상 변조 및 위상 복조를 수행하며, 이들은 각각 극 변조기(polar modulator, 9) 및 극 복조기(polar demodulator, 31)로도 불린다. 무엇보다도, 극 변조기(9) 및 극 복조기(31)의 동작 원리가 일례로서 셀룰러 전화 등에 이용되는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)을 이용하여 기술될 것이다. 도 4에 도시된 것과 같이, QPSK에서는 반송파 주파수의 위상이 기저 대역 신호에 따라 4개의 값, 즉 0, π/2, π, 3π/2 중 하나로 변조된다. 통상적인 직교 변조 체계에서는, 4개의 값을 가지는 위상 변조 신호는 도 2에 도시된 것과 같이 직교 좌표계의 I 및 Q 성분으로 대체된다. 변조 및 복조는 I 및 Q 성분의 진폭에 기초하여 수행된다. 반면에, 도 3에 도시된 바와 같이 극 변조 및 극 복조에서는, 4개의 값을 가지는 위상 변조 신호는 4개의 값을 가지는 θ 신호로 직접 대체된다. 변조 시간에 대역폭을 좁게 하도록 진폭 성분 "r"이 제어된다.
도 1의 안테나(1)에 의해서 수신된 수신 신호는 Rx-VCO(5)에 입력되고 동조되어 반송파의 특정 채널 주파수와 동일한 주파수에서 발진하며, 발진 동작은 위상 정보를 유지하는 동안 수행되어 제1 발진 신호를 생성한다. 반면에, Ref-VCO(10)에 의해서 생성되는 제2 발진 신호는 특정 위상에 동기화되어 고정되는 기준 신호이다.
제1 위상 비교기(7)는 제1 발진 신호와 제2 발진 신호(기준 신호) 사이의 위상 비교를 수행하여 위상차 신호를 생성한다. 도 5는 위상차 신호의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 타입, 즉 3π/2, π, π/2, 0의 위상차가 존재한다. 이러한 위상차는 각각의 기저 대역 싸이클에 대하여 스위칭된다.
제1 위상 비교기(7)는 수신 신호의 반송파 주파수와 동일한 주파수에서 위상 비교를 수행할 필요는 없지만, 수신 신호의 주파수보다 낮은 주파수에서 위상 비교를 수행할 수 있을 것이다. 제1 위상 비교기(7)는 기저 대역의 주파수보다 높은 주파수에서 위상 비교를 수행하여야 한다. 따라서, 수신기(3) 내의 제1 위상 비교기(7) 이후의 단계에서 주파수를 낮추어 회로 구성을 단순하게 하고 잡음으로부터 쉽게 영향받지 않도록 하는 것이 가능하다.
A/D 변환기(8)는 제1 위상 비교기(7)에 의해서 검출되는 위상차 신호를 4개의 값을 가지는 디지털 신호로 변환한다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 위상차 3π/2는 11로 변환되고, π는 10으로 변환되고, π/2는 01로 변환되고, 0은 00으로 변환된다. 위상차 신호는 변조 신호에 직접 대응하기 때문에, 디지털 신호 자체는 변조 신호를 표현한다. 따라서, 복조기(9)는 복조 처리를 용이하게 수행할 수 있다. 즉, 기저 대역 싸이클 간에 위상차의 변화가 존재하는 경우에는 복조기(9)는 변조된 신호로서 인식하고, 복조 처리를 수행한다.
Rx-VCO(5)는 발진 동작을 연속적으로 수행하거나, 발진 동작을 간헐적으로 수행할 수 있을 것이다. 발진 동작이 연속적으로 수행되는 경우에, Rx-VCO(5)의 루프 이득은 1, 또는 1 보다 약간 작은 값으로 설정되며, 자가 발진이 일어나지 않는다는 가정하에 수신 신호는 연속적으로 발진된다. 발진 동작이 간헐적으로 수행되는 경우에, Rx-VCO(5)의 루프 이득은 1 보다 큰 값으로 설정되고, 수신 신호는 간헐적으로 입력되고 기저 대역 신호의 주파수보다 큰 주파수가 획득되는 타이밍에서 발진된다. 이러한 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이 스위치(SW)가 Rx-VCO(5)의 입력 단자와 듀플렉스(2) 사이에 제공될 수 있을 것이며, 이러한 스위치(SW)는 턴 온/오프 되어 수신 신호를 간헐적으로 입력할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 제1 실시예에 따르면 수신 신호에 포함되는 특정 주파수에서 발진하는 제1 발진 신호를 생성하는 Rx-VCO(5)와, 기준을 위한 제2 발진 신호를 생성하는 Ref-VCO(10)가 제공된다. 제2 발진 신호의 위상을 고정하는 상태에서, 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차가 검출되어 복조 처리를 수행한다. 따라서, 국부 발진기, 혼합기, 직교 복조기 등이 불필요하게 되어 내부 구성을 상당히 단순화할 수 있다. 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차는 수신 신호의 싸이클보다 긴 싸이클에서 검출될 수 있다. 제1 위상 비교기(7) 이후의 단계에서 동작 주파수를 낮추어 회로 구성을 단순화하고 잡음에 의해서 쉽게 영향받지 않도록 하는 것이 가능하다.
(제2 실시예)
제2 실시예에서, 수신기(3) 내의 Ref-PLL(11a)의 동작은 제1 실시예에서의 동작과는 상이하다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 6에서는 도 1과 공통되는 구성 요소에는 동일한 참조 부호가 붙여졌다. 아래에서는 도 1과 상이한 점이 주로 기술될 것이다.
도 6의 무선 통신 장치의 수신기(3)는 도 1의 Ref-PLL과는 상이한 구성을 가지는 Ref-PLL(11a)를 가진다. 이에 덧붙여, 도 6의 수신기(3)는 복조기(9)에 의해 위상을 결정함으로써 획득되는 위상 정보를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기(41)를 가진다. D/A 변환기(41)는 4개 타입의 상이한 위상에 대응하는 전압을 출력한다.
제1 실시예에서, 도 1의 복조기(9)는 제2 발진 신호의 위상과 동일한 위상을 가지는 타이밍 정보를 출력한다. 제2 실시예는 도 6의 복조기(9)가 위상 0과 같은 제2 발진 신호의 위상과는 상이한, 위상 π/2와 같은 특정 위상의 타이밍 정보를 출력하는 것으로 가정한다.
Ref-PLL(11a)은 제2 위상 비교기(12)와 루프 필터(13)에 부가하여 가산기(42)를 가진다. 제1 실시예에 따른 제2 위상 비교기(12)는 특정 위상에 대한 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출한다. 제2 실시예에 따른 제2 위상 비교기는 제1 발진 신호의 위상에는 관계없이 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출한다. 따라서, 발진 신호의 위상이 서로 다를 경우에는 위상의 이동(displacement)이 부가되어 출력된다. 따라서, 가산기(42)가 제공되어 제1 및 제2 발진 신호의 위상의 이동을 소거한다. 결과적으로, 제1 실시예와 유사하게 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차, 예컨대 위상 0이 검출된다.
예컨대, 제2 발진 신호의 위상이 0이며, 복조기(9)는 위상 π/2의 타이밍 정보를 출력하는 것이 가정된다. 이러한 경우에, 제2 위상 비교기(12)는 제1 발진 신호에 포함되는 위상 π/2의 성분을 추출하여 위상차를 검출한다. 따라서, 제2 위상 비교기(12)에 의해서 검출되는 위상차는 π/2가 된다. D/A 변환기(41)는 복조기(9)의 출력에 기초하여 미리 위상 (-π/2)의 위상차 신호를 생성하고, 가산기(39)는 제2 위상 비교기(12)의 출력을 D/A 변환기(41)의 출력에 더한다. 따라서, 제2 위상 비교기(12)의 출력과 유사하게 위상차 0을 가지는 신호가 생성된다.
전술한 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 제2 위상 비교기(12)가 특정 위상이 나타날 때에 특정 타이밍에 동조되어 제1 발진 신호와 제2 발진 신호 사이의 위상차를 비교할 필요가 없다. 따라서, 제1 실시예에서보다 타이밍 제어가 용이하다. 즉, 제2 실시예에 따르면, 제2 위상 비교기(12)가 위상 비교를 수행하는 때에, 제1 발진 신호의 위상과 제2 발진 신호의 위상이 서로 다른 경우에도, 어떠한 불이익도 초래하지 않고서 제1 발진 신호의 위상 및 주파수의 동조와 제2 발진 신호의 위상 및 주파수의 동조를 수행하는 것이 가능하다.
전술한 점을 제외한 제2 실시예에 따른 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하다. 따라서, 제 2 실시예는 제1 실시예와 유사하게 위상 변조 및 위상 복조를 단순화된 구성으로 정확하게 수행할 수 있다.
(제3 실시예)
제1 및 제2 실시예는 제1 발진 신호의 주파수를 제2 발진 신호의 주파수와 일치시켰다. 양 발진 신호의 주파수를 일치시킬 필요가 없다면, 보다 유연성을 가지는 장치를 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 제3 실시예는 제1 및 제2 발진 신호의 주파수가 서로 다른 것으로 가정한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 7에서, 도 1과 공통되는 구성 요소에는 동일한 참조 부호가 붙여졌다. 아래에서는 도 1과 상이한 점이 주로 기술될 것이다.
도 7에 따른 무선 통신 장치는 도 1에서와는 상이한 구성을 가지는 Ref-PLL(11b)을 수신기(3) 내에 구비하며, 도 1의 무선 통신 장치에는 제공되지 않는 수신 PLL 회로(51)를 구비한다. Rx-VCO(5)에 의해서 생성되는 제1 발진 신호의 주파수는 Ref-VCO(10)에 의해서 생성되는 제2 발진 신호의 주파수와는 상이하다. 송신기(4)의 구성은 도 1에서와 동일하다.
수신 PLL 회로(51)는 제1 발진 신호의 주파수를 분배하는 주 주파수 분배기(제1 주파수 분배기, 52)와, 제2 발진 신호의 주파수를 분배하는 기준파 주파수 분배기(제2 주파수 분배기, 53)와, 주 주파수 분배기(52)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호와 기준파 주파수 분배기(53)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하는 제1 위상 비교기(7)와, 제1 위상 비교기(7)에 의해서 검출되는 위상차 신호에 포함되는 불필요한 주파수 성분을 제거하는 루프 필터(54)와, 위상차 신호를 루프 필터에 공급할지 여부를 스위칭하는 스위치(55)를 구비한다.
주 주파수 분배기(52)와 기준파 분배기(53) 사이의 주파수 분배비는 주 주파수 분배기(52)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호의 주파수가 기준파 분배기(53)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호의 주파수와 동일하도록 설정된다.
Ref-PLL(11b)는 제1 발진 신호의 주파수를 분배하는 수신 신호 주파수 분배기(56)와, 제2 발진 신호의 주파수를 분배하는 주 주파수 분배기(57)와, 수신 신호 주파수 분배기(제3 주파수 분배기, 56)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호와 주 주파수 분배기(57)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하는 제2 위상 비교기(12)와, 제2 위상 비교기(12)에 의해서 검출되는 위상차 신호에 포함되는 불필요한 주파수 성분을 제거하는 루프 필터(13)를 구비한다.
수신 신호 주파수 분배기(56)와 주 주파수 분배기(제4 주파수 분배기, 57) 사이의 주파수 분배기는 수신 신호 주파수 분배기(56)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호의 주파수가 주 주파수 분배기(57)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호의 주파수와 동일하도록 설정된다.
이러한 방식으로, 제1 발진 신호의 발진 주파수와 제2 발진 신호의 발진 주파수가 서로 상이한 경우에도, 주 주파수 분배기(52, 57), 기준파 주파수 분배기(53) 및 수신 신호 주파수 분배기(56)의 주파수 분배비를 조정함으로써, 제1 및 제2 위상 비교기(12)에 입력되는 주파수 분배된 신호의 주파수를 일치시키고, 제1 실시예와 유사한 피드백 제어를 수행하는 것이 가능하다.
도 7의 무선 통신 장치의 전력이 온(ON)이거나, 장치가 리셋(reset)되거나, 안테나(1)가 일시적으로 수신된 동작을 중지하는 때에, 수신 PLL 회로(51) 내의 스위치(55)는 턴 온되어 자가 발진을 수행한다. 제1 위상 비교기(7)에 의해서 검출되는 위상차 신호가 루프 필터(54)에 송신되어 제1 발진 신호의 주파수가 일정하도록 피드백 제어를 수행한다. 그 후에, 제1 발진 신호의 주파수가 안정적이고 제1 위상 비교기(7)가 복조 처리를 위하여 위상차의 검출을 수행하는 동안에, 스위치가 턴 오프되고, 위상차 신호를 이용하는 제1 발진 신호의 피드백 제어가 수행되지 않는다.
Ref-PLL(11b) 내의 제2 위상 비교기(12)는 수신 신호 주파수 분배기(56)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호와 주 주파수 분배기(57)에 의해서 생성되는 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하여, 위상차 신호에 기초하여 Ref-VCO(10)의 위상 및 주파수를 제어하여 제2 발진 신호를 특정 위상에 설정한다.
전술한 바와 같이, 제3 실시예에 따르면 제1 및 제2 발진 신호의 주파수는 주파수 분배기에 의해서 분배되며, 그 후에 위상 비교가 수행된다. 따라서, 제1 및 제2 발진 신호의 주파수를 미리 일치시키는 것이 불필요해져서, Rx-VCO(5) 및 Ref-VCO(10)의 구성을 단순화한다.
수신기(3) 및 송신기(4)를 구비하는 무선 통신 장치가 전술한 제1 내지 제3 실시예에서 기술되었다. 본 발명은 송신기(4)를 구비하지 않는 수신기에도 적용가능하다. 이러한 경우에, 전술한 수신기(3)를 구비하는 수신 장치가 제공될 수 있을 것이다.
전술한 제1 내지 제3 실시예에서, Rx-VCO(5), Ref-VCO(10) 및 Tx-VCO(34)의 내부 구성은 전술한 구성에 한정되지 않는다. 위상차 신호에 기초하여 주파수 및 위상이 피드백되는 경우에는 특정 회로 구성에 한정되지 않는다.

Claims (18)

  1. 위상 변조된 수신 신호에 포함된 특정 주파수 성분을 선택하여 제1 발진 신호를 생성하는 제1 전압 제어 발진기와,
    제1 위상을 가지는 제2 발진 신호를 생성하는 제2 전압 제어 발진기와,
    상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제1 위상 비교기와,
    상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차에 기초하여 상기 수신 신호의 복조 처리를 수행하고 상기 제1 발진 신호에 포함되는 제2 위상의 타이밍 정보를 생성하는 복조기와,
    상기 복조기에 의해서 생성된 상기 타이밍 정보에 기초하여 상기 제1 발진 신호에 포함된 제2 위상 성분을 추출하여 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제2 위상 비교기와,
    상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차에 기초하여 상기 제2 전압 제어 발진기의 위상 및 주파수를 제어하는 제1 제어 전압을 생성하는 제1 제어 전압 생성기
    를 포함하는 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출된 위상차와 상기 제1 발진 신호의 주파 수를 미리 일정하게 유지하기 위한 제어 전압 사이의 관계를 저장하는 제어 정보 저장 유닛에 기초하여 제2 제어 전압을 생성하는 제2 제어 전압 생성기를 더 포함하고,
    상기 제1 전압 제어 발진기는 상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차에 따라 상기 제어 정보 저장 유닛으로부터 판독되는 상기 제2 제어 전압에 기초하여 상기 제1 발진 신호의 주파수를 제어하는 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전압 제어 발진기는 공진 주파수를 상기 제2 제어 전압과 가변적으로 변경할 수 있는 제1 탱크 회로(tank circuit)를 구비하고,
    상기 제2 전압 제어 발진기는 공진 주파수를 상기 제1 제어 전압과 가변적으로 변경할 수 있는 제2 탱크 회로를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 탱크 회로 각각은
    인덕터 소자와,
    MEMS(Micro Electrical-Mechanical System) 구동 장치에 의해서 구동되는 가변 캐패시터를 포함하는 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위상 비교기는 상기 타이밍 정보에 기초하여 매 사전결정된 시간 주기마다 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 수 신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차의 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기를 더 포함하고,
    상기 복조기는 상기 디지털 데이터에 기초하여 다수의 종류의 위상을 결정하여 상기 복조를 수행하는 수신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복조기에 의해서 검출된 다수의 종류의 위상을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기를 더 포함하고,
    상기 제2 위상 비교기는,
    상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 위상 비교기와,
    상기 아날로그 신호를 상기 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차를 나타내는 신호에 더하여 상기 제2 위상에서의 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 계산하는 가산기
    를 포함하는 수신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발진 신호의 주파수를 분배하여 제1 주파수 분배된 신호를 생성하는 제1 주파수 분배기와,
    상기 제2 발진 신호의 주파수를 분배하여 상기 제1 주파수 분배된 신호의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 제2 주파수 분배된 신호를 생성하는 제2 주파수 분배기와,
    상기 제1 발진 신호의 주파수를 분배하여 제3 주파수 분배된 신호를 생성하는 제3 주파수 분배기와,
    상기 제2 발진 신호의 주파수를 분배하여 상기 제3 주파수 분배된 신호의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 제4 주파수 분배된 신호를 생성하는 제4 주파수 분배기를 더 포함하고,
    상기 제1 위상 비교기는 상기 제1 주파수 분배된 신호와 상기 제2 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하고,
    상기 제2 위상 비교기는 상기 제3 주파수 분배된 신호와 상기 제4 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하는 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차가 상기 제2 제어 전압 생성기에 공급될지 여부를 스위칭하는 스위칭 회로를 더 포함하는 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전압 제어 발진기의 동작이 안정된 이후에, 상기 스위칭 회로는 상기 제1 위상 비교기와 상기 제2 제어 전압 생성기 사이의 경로를 폐쇄하여 상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차가 상기 제2 제어 전압 생성기에 공급되는 것을 방지하는 수신기.
  10. 무선 통신 장치로서,
    위상 변조된 수신 신호를 수신하는 수신기와,
    위상 변조된 송신 신호를 송신하는 송신기를 포함하고,
    상기 수신기는,
    상기 수신 신호에 포함된 특정 주파수 성분을 선택하여 제1 발진 신호를 생성하는 제1 전압 제어 발진기와,
    제1 위상을 가지는 제2 발진 신호를 생성하는 제2 전압 제어 발진기와,
    상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제1 위상 비교기와,
    상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차에 기초하여 상기 수신 신호의 복조 처리를 수행하고 상기 제1 발진 신호에 포함되는 제2 위상의 타이밍 정보를 생성하는 복조기와,
    상기 복조기에 의해서 생성된 상기 타이밍 정보에 기초하여 상기 제1 발진 신호에 포함된 제2 위상 성분을 추출하여 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제2 위상 비교기와,
    상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차에 기초하여 상기 제2 전압 제어 발진기의 위상 및 주파수를 제어하는 제1 제어 전압을 생성하는 제1 제어 전압 생성기를 포함하고,
    상기 송신기는,
    송신을 위한 변조 신호를 생성하는 변조기와,
    상기 변조 신호를 아날로그 변조 데이터로 변환하는 D/A 변환기와,
    상기 아날로그 변조 데이터에 기초하여 위상 변조된 제3 발진 신호를 생성하는 제3 전압 제어 발진기와,
    상기 제3 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 제3 위상 비교기와,
    상기 제3 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차를 나타내는 신호를 상기 디지털 변조 데이터에 더하여 위상 변조 데이터를 생성하는 가산기와,
    상기 가산기의 출력 신호에 기초하여 상기 제3 발진 신호의 위상 및 주파수를 제어하는 제3 제어 전압을 생성하는 제3 제어 전압 생성기를 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출된 위상차와 상기 제1 발진 신호의 주파수를 미리 일정하게 유지하기 위한 제어 전압 사이의 관계를 저장하는 제어 정보 저장 유닛에 기초하여 제2 제어 전압을 생성하는 제2 제어 전압 생성기를 더 포함하고,
    상기 제1 전압 제어 발진기는 상기 제2 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차에 따라 상기 제어 정보 저장 유닛으로부터 판독되는 상기 제2 제어 전압에 기초하여 상기 제1 발진 신호의 주파수를 제어하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전압 제어 발진기는 공진 주파수를 상기 제2 제어 전압과 가변적으로 변경할 수 있는 제1 탱크 회로(tank circuit)를 구비하고,
    상기 제2 전압 제어 발진기는 공진 주파수를 상기 제1 제어 전압과 가변적으로 변경할 수 있는 제2 탱크 회로를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 탱크 회로 각각은
    인덕터 소자와,
    MEMS(Micro Electrical-Mechanical System) 구동 장치에 의해서 구동되는 가변 캐패시터를 포함하는 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 위상 비교기는 상기 타이밍 정보에 기초하여 매 사전결정된 시간 주기마다 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차의 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기를 더 포함하고,
    상기 복조기는 상기 디지털 데이터에 기초하여 다수의 종류의 위상을 결정하여 상기 복조를 수행하는 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 복조기에 의해서 검출된 다수의 종류의 위상을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기를 더 포함하고,
    상기 제2 위상 비교기는,
    상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 검출하는 위상 비교기와,
    상기 아날로그 신호를 상기 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차를 나타내는 신호에 더하여 상기 제2 위상에서의 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호 사이의 위상차를 계산하는 가산기
    를 포함하는 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 발진 신호의 주파수를 분배하여 제1 주파수 분배된 신호를 생성하는 제1 주파수 분배기와,
    상기 제2 발진 신호의 주파수를 분배하여 상기 제1 주파수 분배된 신호의 주 파수와 동일한 주파수를 가지는 제2 주파수 분배된 신호를 생성하는 제2 주파수 분배기와,
    상기 제1 발진 신호의 주파수를 분배하여 제3 주파수 분배된 신호를 생성하는 제3 주파수 분배기와,
    상기 제2 발진 신호의 주파수를 분배하여 상기 제3 주파수 분배된 신호의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 제4 주파수 분배된 신호를 생성하는 제4 주파수 분배기를 더 포함하고,
    상기 제1 위상 비교기는 상기 제1 주파수 분배된 신호와 상기 제2 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하고,
    상기 제2 위상 비교기는 상기 제3 주파수 분배된 신호와 상기 제4 주파수 분배된 신호 사이의 위상차를 검출하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차가 상기 제2 제어 전압 생성기에 공급될지 여부를 스위칭하는 스위칭 회로를 더 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전압 제어 발진기의 동작이 안정된 이후에, 상기 스위칭 회로는 상기 제1 위상 비교기와 상기 제2 제어 전압 생성기 사이의 경로를 폐쇄하여 상기 제1 위상 비교기에 의해서 검출된 상기 위상차가 상기 제2 제어 전압 생성기에 공급 되는 것을 방지하는 장치.
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