KR20100044677A - 대역 및 대역폭 가변이 가능한 직접 변환 방식의 중계기 - Google Patents

대역 및 대역폭 가변이 가능한 직접 변환 방식의 중계기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중계기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 입력된 고주파 신호를 직접 기저대역으로 하향변환하여 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 생성하고, 생성한 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호의 필터링 주파수 대역과 폭을 조정하여 다양한 서비스 대역을 중계할 수 있는 방송용/통신용 중계기에 관한 것이다.
중계기, 직접 변환, 중간 주파수, 기저대역, 동위상 신호, 직교위상 신호, 서비스 대역

Description

대역 및 대역폭 가변이 가능한 직접 변환 방식의 중계기{Variable band and bandwidth repeater using direct conversion}
본 발명은 중계기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 입력된 고주파 신호를 직접 기저대역으로 하향변환하여 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 생성하고, 생성한 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호의 필터링 주파수 대역과 폭을 조정하여 다양한 서비스 대역을 중계할 수 있는 방송용/통신용 중계기에 관한 것이다.
방송용 또는 통신용으로 사용되는 중계기는 기지국으로부터 약한 세기의 고주파(Radio Frequency, RF) 신호를 수신하고 서비스 종류와 통신 방식에 따라 특정 고정 대역폭만을 선택적으로 필터링하고, 필터링된 고주파 신호를 증폭하여 증폭한 고주파 신호를 다시 방송용 또는 통신용 단말기로 송신하는 장치를 말한다.
실제 방송/통신 시스템에서 송수신하고자 하는 음성, 화상 등의 정보를 담고 있는 신호의 주파수는 수 KHz 에서 수 MHz의 범위에 있는 신호로서, 이를 통상적으로 기저대역(Baseband) 신호라고 한다. 이러한 기저대역 신호는 바로 수신자의 통신용/방송용 단말기로 송신되는 것이 아니라, 통신 방식과 서비스마다 구분된 서비 스 대역으로 주파수 상향 변환되어 송신된다. 기저대역의 신호를 서비스 대역의 주파수로 상향 변환하는데 사용되는 신호를 통상적으로 캐리어 주파수라고 한다. 방송용 또는 통신용 중계기에서 수신하는 고주파 신호는 기저대역 신호를 캐리어 주파수로 상향 변환한 신호를 의미한다.
방송용/통신용 중계기는 수신한 약한 세기의 고주파 신호에서 특정 서비스 대역만을 증폭하기 위하여, 수신한 고주파 신호를 중간 주파수(IF)로 변환하고 중간 주파수의 신호에서 특정 서비스 대역과 폭만을 필터링한다. 수신한 고주파 신호를 중간 주파수로 하향 변환하여 특정 서비스 대역을 필터링하고 필터링된 중간 주파수의 신호를 다시 고주파 신호로 상향 변환하여 수신한 고주파 신호를 증폭하는 방식의 중계기를 중간 주파수 변환 방식의 중계기라고 언급한다.
도 1은 종래 중간 주파수 변환 방식의 중계기의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 기지국(미도시)으로부터 송신된 약한 신호 세기의 고주파 신호는 중계기의 안테나(1)를 통해 수신된다. 안테나(1)를 통해 수신한 고주파 신호(RF)는 대역통과 필터(Band Pass filter, 11)를 통과하여 특정 주파수 대역의 신호만 필터링되며 필터링된 고주파 신호는 저잡음 증폭기(12)에서 증폭된다. 공기 중에서 수신된 고주파 신호에는 많은 잡음이 섞여 있으며 저잡음 증폭기(12)는 고주파 신호에 섞여 있는 잡음을 최대한 억제하며 수신한 고주파 신호를 증폭한다.
제1 국부발진부(13)는 고정 주파수 대역의 국부발진 신호를 생성하여 제1 믹 서부(14)와 제2 믹서부(16)로 각각 제공한다. 제1 믹서부(14)는 저잡음 증폭기(12)로부터 출력되는 고주파 신호와 제1 국부발진부(13)로부터 출력된 제1 국부발진 신호를 혼합하여 고주파 신호를 중간 주파수로 하향 변조한다. 중간 주파수로 하향 변조된 신호는 중계기의 서비스 대역에 따라 특정 주파수 대역과 폭을 가지는 대역 통과 필터(15), 예를 들어 SAW 필터에서 필터링된다. 필터링된 중간 주파수 신호는 제2 믹서부(16)에서 다시 제1 국부발진부(13)로부터 출력되는 제1 국부발진 신호와 혼합되어 입력된 고주파 신호와 동일한 주파수 대역의 고주파 신호로 상향 변조된다. 상향 변조된 고주파 신호는 대역통과 필터(17)에서 중계기의 서비스 대역의 특정 주파수 대역과 폭으로 필터링되며 전력 증폭기(18)에서 강한 신호 세기의 고주파 신호로 증폭된다. 전력 증폭기(18)에서 증폭된 고주파 신호는 다시 특정 주파수 대역과 폭으로 필터링되어 안테나(20)를 통해 통신용 또는 방송용 단말기(미도시)로 송신된다.
한편, 통신용 또는 단말기(미도시)로부터 수신한 약한 신호 세기의 고주파 신호는 대역통과 필터(31), 저잡음 증폭기(32), 제2 국부발진부(33), 제3 믹서부(34), 대역통과 필터(35), 제4 믹서부(36), 대역통과 필터(37), 전력 증폭기(38), 대역통과 필터(39)를 통해 강한 신호 세기의 고주파 신호로 증폭되어 안테나(1)를 통해 기지국(미도시)로 송신된다.
수신한 고주파 신호, 제1 국부발진 신호 및 중간 주파수 신호 사이의 관계를 도시하고 있는 도 2를 참고로 살펴보면, 수신한 고주파 신호(RF)는 제1 믹서부(14)에서 제1 국부발진 신호(LO)에 의해 하향 변환되어 중간 주파수(IF) 신호로 변환되 며, 중간 주파수 신호(IF)는 제2 믹서부(16)에서 제1 국부발진 신호(LO)에 의해 상향 변조되어 고주파 신호(RF)로 변환된다. 제1 국부발진부(13)에서 생성된 제1 국부발진 신호의 주파수 대역은 대역통과 필터(15)에서 특정 주파수 대역을 필터링하도록 통상적으로 고정되어 있다. 따라서 제1 국부발진 신호와 고주파 신호로부터 생성되는 중간 주파수 신호의 주파수 대역도 고정된다. 여기서 중계기의 서비스 대역에 따라 제1 국부발진 신호의 주파수 대역이 결정되는데, 예를 들어 2GHz의 서비스 대역에 사용되는 중계기인 경우 수신한 고주파 신호에서 2GHz의 신호가 중간 주파수 대역에 위치하도록 제1 국부발진 신호의 주파수 대역을 설정한다.
위에서 설명한 중간 주파수 변환 방식의 중계기는 주파수 대역의 선택도(Selectivity), 민감도(Sensitivity), 반복성(Repeatability) 등의 이유로 수신한 고주파 신호를 중간 주파수로 변환하여 필터링, 증폭 등을 수행한다. 그러나 통신 장비는 점차 소형화, 간소화를 원하는 수요자의 요구에 따라 소요 부품의 수를 줄여 집적화가 요구된다. 그러나 위에서 설명한 종래 중간 주파수 변환 방식의 중계기는 증폭 특성을 향상시키기 위하여 중간 주파수로 변환하기 위한 부품이 추가로 필요하며, 전체 중계기가 고주파 신호와 중간 주파수 신호를 처리하도록 구성되어 조정 대역점이 많아져 아날로그 신호의 특성 변화에 따라 많은 간섭 영향을 받게 된다는 문제점을 가진다.
또한 제1 국부발진 신호의 주파수 대역이 고정되어 있으며, 대역통과 필터(15)에서 필터링되는 주파수 대역폭이 고정되어 종래 설명한 중간 주파수 변환 방식의 중계기는 제한된 주파수 대역과 대역폭만 중계할 수 있다는 문제점을 가진다. 이는 가까운 미래에 주파수를 재할당하거나 또는 주파수를 추가 할당하는 경우, 종래의 중계기를 사용하지 못하거나 종래 중계기에 장착되어 있는 하드웨어를 모두 수정해야 하는 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 목적은 위에서 설명한 중간주파수 변환 방식의 중계기가 가지는 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 먼저 본 발명이 이루고자 하는 목적은 하나의 중계기를 이용하여 다양한 주파수 대역의 서비스를 중계할 수 있는 중계기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 수신한 고주파 신호를 직접 기저대역으로 변환하고, 기저대역의 동위상 신호와 직교 위상 신호를 필터링하여 주파수 대역과 폭을 조절할 수 있는 중계기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 수신한 고주파 신호를 직접 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호로 변환하고, 변환한 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 디지털 필터부를 통해 주파수 대역과 폭을 제어하여 아날로그 잡음 및 간섭 신호의 유입을 최대한 줄일 수 있는 중계기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 수신한 낮은 주파수 대역의 고주파 신호를 제1 국부발진 신호의 주파수 대역으로 이동시켜 다양한 주파수 대역을 중계할 수 있는 중계기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 중계기는 입력된 고주파(RF) 신호를 기저대역으로 직접 하향변환하여 기저대역의 동위상 신호(I) 및 기저대역 동위상 신호와 90도의 위상 차이를 가지는 직교위상 신호(Q)를 생성하는 하향 변환부와, 디지털 필터의 주파수와 대역폭 사이의 비율 또는 탭수를 조절하여 생성한 기저대역 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)의 필터링 주파수 대역을 조정하는 디지털 필터부 및 조정된 주파수 대역으로 필터링된 기저 대역의 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)를 입력된 고주파 신호와 동일한 주파수의 신호로 직접 상향변환하는 상향 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 하향 변환부는 제1 국부발진 신호를 생성하는 제1 국부발진부와, 입력된 고주파 신호와 제1 국부발진 신호를 혼합하여 기저 대역으로 하향 변환하는 제1 믹서부와, 입력된 고주파 신호와 90도 위상 변환된 제1 국부발진 신호를 혼합하여 기저 대역으로 하향 변환하는 제2 믹서부와, 제1 믹서부와 제2 믹서부에서 출력되는 각 혼합 신호에서 기저대역의 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)를 필터링하는 하향 변환 필터부 및 필터링된 동위상 신호와 직교위상 신호를 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상향 변환부는 디지털 필터부에서 조정된 주파수 대역으로 필터링된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 아날로그로 변환하는 디지털-아날로그 변환부와, 아날로그로 변환된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 필터링하는 상향 변환 필터부와, 제1 국부발진 신호와 동일한 주파수의 제2 국부발진 신호를 생성하는 제2 국부발진부와, 필터링된 기저대역의 동위상 신호와 제2 국부발진 신호를 혼합하여 상환 변환하는 제3 믹서부와 필터링된 기저대역의 직교위상 신호와 90도 위상 변환된 제2 국부발진 신호를 혼합하여 상향 변환하는 제4 믹서부 및 3 믹서부와 제4 믹서부로부터 출력된 신호를 합하여 고주파 신호를 생성하는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 중계기는 제3 국부발진 신호를 생성하는 보조 발진부와, 제3 국부발진 신호와 입력된 고주파 신호를 혼합하여 입력된 고주파 신호를 제1 국부발진 신호의 주파수 대역으로 상향 변환하며 상향 변환된 고주파 신호를 제1 믹서부로 제공하는 제5 믹서부 및 제3 국부발진 신호와 합성부에서 출력 된 고주파 신호를 혼합하여 입력된 고주파 신호와 동일한 주파수 신호로 하향 변환하는 제6 믹서부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중계기는 종래 중간주파수 변환 방식의 중계기와 비교하여 다음과 같은 다양한 효과를 구비하고 있다.
첫째, 본 발명에 따른 중계기는 서비스에 따라 다양한 주파수 대역과 대역폭을 자유롭게 선택 및 조절함으로써, 중계기의 모델을 단순화시킬 수 있으며 이로 인한 중계기의 제조/생산 비용을 줄일 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 중계기는 디지털 필터부를 통해 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호에서 원하는 주파수 대역과 폭을 제어함으로써, 아날로그 잡음 또는 간섭 잡음을 최소화시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 중계기는 2중의 국부발진기를 이용함으로써, 수신한 광대역 주파수 대역의 고주파 신호를 직접 기저대역으로 변환할 수 있는 주파수 대역으로 이동시켜 다양한 주파수 대역을 중계할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 중계기에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 3을 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 안테나(100)를 통해 수신한 약한 신호 세기의 고주파 신호는 전처리 부(110)에서 광대역으로 필터링되며 필터링된 고주파 신호는 잡음을 최대한 억제하며 증폭된다.
하향 변환부(200)는 증폭된 고주파 신호를 기저대역으로 직접 하향변환하여기저대역의 동위상 신호(I) 및 기저대역 동위상 신호와 90도의 위상 차이를 가지는 직교위상 신호(Q)를 생성한다. 생성된 기저대역의 동위상 신호와 직교 위상 신호는 아날로그 신호로서, 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호는 샘플링 및 양자화되어 디지털 신호로 변환된다.
디지털 필터부(300)는 디지털 신호로 변환된 기저대역의 동위상 신호와 직교 위상 신호를 디지털 필터를 이용하여 필터링하고자 하는 주파수 대역을 제한하며, 디지털 필터의 탭 수 조절하거나 또는 중심주파수와 주파수 대역폭 사이의 비율 등을 고려하여 필터링되는 주파수 대역폭을 조절할 수 있다. 바람직하게, 디지털 필터로 상승 코사인 필터(raised cosine filter)를 사용할 수 있으며, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다양한 종류의 디지털 필터가 사용될 수 있다.
상향 변환부(400)는 디지털 필터부(300)로부터 출력되는 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환한다. 상향 변환부(400)에서 변환된 아날로그 신호는 조정된 주파수 대역으로 필터링된 기저 대역의 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)로서, 상향 변환부(400)는 기저 대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 수신한 고주파 신호와 동일한 주파수의 신호로 직접 상향변환하여 고주파 신호를 생성한다.
후처리부(500)는 생성한 고주파 신호를 전력 증폭하고, 전력 증폭한 고주파 신호를 다시 대역 통과 필터링하여 안테나(600)로 출력한다. 안테나(600)는 후처 리부(500)로부터 출력된 고주파 신호를 방송용 또는 통신용 단말기(미도시)로 송신한다.
반대로 방송용 또는 통신용 단말기(미도시)로부터 안테나(600)를 통해 수신한 약한 신호 세기의 고주파 신호는 전처리부(115), 하향 변환부(250), 디지털 필터부(300), 상향 변환부(450) 및 후처리부(550)을 통과하여 강한 신호 세기의 고주파 신호로 증폭되며, 증폭된 고주파 신호는 안테나(100)를 통해 기지국(미도시)로 송신된다. 방송용 또는 통신용 단말기로부터 수신한 고주파 신호가 전처리부(115), 하향 변환부(250), 디지털 필터부(300), 상향 변환부(450) 및 후처리부(550)를 통해 증폭하는 과정은 앞서 설명한 전처리부(110), 하향 변환부(200), 디지털 필터부(300), 상향 변환부(400) 및 후처리부(500)과 동일하며, 이하 설명의 간소화를 위하여 자세한 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기를 구성하는 하향 변환부와 상향 변환부를 보다 구체적으로 설명하고 있는 기능 블록도이다.
도 4(a)를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변환부를 보다 구체적으로 살펴보면, 전처리부(110)로부터 출력된 고주파 신호는 제1 믹서부(210)와 제2 믹서부(215)로 입력된다. 한편, 제1 국부발진부(220)는 전처리부(110)로부터 출력된 고주파 신호를 직접 기저대역으로 하향 변환하기 위한 제1 국부발진 신호를 생성하고, 생성한 제1 국부발진 신호를 위상 변환부(230)로 출력한다. 제1 국부발진 신호는 중계하고자 하는 주파수 대역을 직접 기저대역으로 변환할 수 있는 주파수 대역을 가지는 신호이다. 바람직하게, 제1 국부발진 신호의 주파수 대역은 고주파 신호의 주파수 대역을 중심으로 일정 임계값 범위에서 가변될 수 있다.
제1 믹서부(210)는 전처리부(110)로부터 출력된 고주파 신호와 제1 국부발진 신호를 혼합함으로써 고주파 신호를 직접 기저대역으로 하향 변환하며, 저주파 필터부(240)는 하향 변환된 기저대역 신호를 필터링하여 기저대역의 동위상 신호(In Phase signal:I)를 생성한다. 또한, 제1 국부발진 신호는 위상 변환부(230)에서 90도 위상 변환되어 제2 믹서부(215)로 출력된다. 제2 믹서부(215)는 전처리부(110)로부터 출력된 고주파 신호와 90도 위상 변환된 제1 국부발진 신호를 혼합함으로써 고주파 신호를 직접 기저대역으로 하향 변환하며, 저주파 필터부(245)는 하향 변환된 기저대역 신호를 필터링하여 기저대역의 직교위상 신호(Quadrature phase signal:Q)를 생성한다. 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 합해야 위상 및 진폭의 정보가 포함되어 있는 기저대역 신호를 얻을 수 있다.
저주파 필터부(240, 245)에서 각각 필터링된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호는 증폭부(250, 255)에서 각각 증폭되어 아날로그-디지털 변환부(260, 265)로 출력된다. 증폭부(250)에서 증폭된 기저대역의 동위상 신호는 아날로그 신호이며, 아날로그-디지털 변환부(260)는 입력된 아날로그의 기저대역의 동위상 신호를 표본화 및 양자화하여 디지털 신호로 변환한다. 이와 동일하게, 증폭부(255)에서 증폭된 기저대역의 직교위상 신호는 아날로그 신호이며, 아날로그-디지털 변환부(265)는 입력된 아날로그의 기저대역의 직교위상 신호를 표본화 및 양자화하여 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호로 변환된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호는 디지털 필터부(300)로 출력된다.
도 4(b)를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 변환부를 보다 구체적으로 살펴보면, 디지털 필터부(300)로부터 출력된 기저대역의 동위상 신호와 직교 위상 신호는 각각 디지털-아날로그 변환부(410, 415)에서 다시 아날로그의 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호로 변환된다. 변환된 아날로그의 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호는 각각 저주파 필터부(420, 425)에서 필터링되어 제3 믹서부(430)와 제4 믹서부(435)로 출력된다. 한편, 제2 국부발진부(440)는 저주파 필터부(420, 425)로부터 출력된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 직접 고주파 신호로 상향 변환하기 위한 제2 국부발진 신호를 생성하고, 생성한 제2 국부발진 신호를 위상 변환부(450)로 출력한다. 바람직하게, 일반적으로 동일한 입력과 출력 주파수를 갖는 중계기의 경우에는 제2 국부발진 신호의 주파수 대역은 제1 국부발진 신호의 주파수 대역과 동일하게 조정되지만 다른 입력과 출력 주파수를 갖는 중계기의 경우에는 제2 국부발진 신호의 주파수 대역은 제1 국부발진 신호의 주파수 대역과 다르게 조정될 수 있다.
제3 믹서부(430)는 저주파 필터부(420)로부터 출력된 기저대역의 동위상 신호와 제2 국부발진 신호를 혼합함으로써 직접 기저대역의 동위상 신호를 고주파 신호의 주파수 대역으로 상향 변환한다. 또한, 제2 국부발진 신호는 위상 변환부(450)에서 90도 위상 변환되어 제4 믹서부(435)로 출력된다. 제4 믹서부(435)는 저주파 필터부(425)로부터 출력된 기저대역의 직교위상 신호와 90도 위상 변환된 제2 국부발진 신호를 혼합함으로써 직접 기저대역의 직교위상 신호를 고주파 신호의 주파수 대역으로 상향 변환한다. 합성부(460)는 제3 믹서부(430)에서 상향 변 환되어 출력된 동위상의 고주파 신호와 제4 믹서부(435)에서 상향 변환되어 출력된 직교위상의 고주파 신호를 합하여 수신한 고주파 신호와 동일한 주파수 대역의 고주파 신호를 생성한다.
도 3과 도 4를 참고로 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기는 제1 국부발진기 또는 제2 국부발진기에서 생성되는 제1 국부발진 신호 또는 제2 국부발진 신호의 주파수 대역을 서비스 종류에 따라 가변할 수 있으며, 디지털 필터부에서 디지털 필터의 탭 수 또는 중심주파수와 대역폭 사이의 비율 등을 조절하여 필터링하고자 하는 대역과 대역폭을 가변할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 5를 참고로 본 발명에 따른 중계기의 다른 실시예를 보다 구체적으로 살펴보면, 안테나(1000)를 통해 수신한 약한 신호 세기의 고주파 신호는 전처리부(1100)에서 광대역 필터링되며 필터링된 고주파 신호는 잡음을 최대한 억제하며 증폭된다.
하향 변환부(1300)는 제1 국부발진 신호와 증폭된 고주파 신호를 혼합하여 기저대역으로 직접 하향변환하며 기저대역의 동위상 신호(I) 및 상기 기저대역 동위상 신호와 90도의 위상 차이를 가지는 직교위상 신호(Q)를 생성한다. 생성된 기저대역의 동위상 신호와 직교 위상 신호는 아날로그 신호로서, 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호는 표본화 및 양자화되어 디지털 신호로 변환된다.
도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 수신한 고주파 신호(RF)의 주파수 대역이 낮음으로 인하여 하향 변환부(1300)의 제1 국부발진 신호의 주파수 대역을 이용하여 수신한 고주파 신호를 직접 기저대역으로 변환할 수 없는 경우, 수신한 고주파 신호의 주파수 대역이 제1 국부발진 신호를 이용하여 직접 기저대역으로 변환될 수 있도록 수신한 고주파 신호의 주파수 대역을 조절해 주어야 한다. 이를 위해, 보조 발진부(1210)는 제3 국부발진 신호를 생성하여 제5 믹서부(1200)로 출력한다. 제5 믹서부(1200)는 전처리부(1100)로부터 출력된 고주파 신호와 제3 국부발진 신호를 혼합함으로써 수신한 고주파 신호가 제1 국부발진 신호를 이용하여 직접 기저대역으로 변환될 수 있는 주파수 대역으로 1차 상향 변환한다.
도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 제5 믹서부(1200)에서 수신한 고주파 신호(RF)와 제3 국부발진 신호(LO3)을 혼합하여 상향 변환하는 경우, 고주파 신호 또는 제3 국부발진 신호의 각 정수배 주파수들이 상호작용하여 다양한 주파수 스펙트럼의 신호(IF)를 발생한다. "고주파 신호(RF)의 주파수보다 더 높은 주파수를 가지는 주파수 스펙트럼의 신호(IF) 신호를 얻기 위하여 고주파(RF) 신호와 주파수 스펙트럼 신호(IF)보다 더 높은 주파수를 가지는 제3 국부발진 신호(LO3)를 고주파 신호(RF)와 혼합 함"이라는 조건을 만족하는 고주파 신호와 제3 국부발진 신호를 혼합하면, 예를 들어 2100 MHz의 고주파 신호(RF)를 4500MHz의 제3 국부발진 신호(LO3)와 혼합하면, 즉 아래의 수학식 (1)과 같이 다양한 주파수 스펙트럼의 신호(IF)를 발생한다.
[수학식 1]
Figure 112008077073512-PAT00001
여기서 m과 n은 자연수이다.
발생한 다양한 주파수 스펙트럼의 신호(IF)들은 그 사이 대역이 넓어서 대역 사이의 간섭이 적을 뿐만 아니라, 발생한 다양한 주파수 스펙트럼의 신호(IF)들 중 고주파 신호(RF)가 포함된 주파수 스펙트럼의 신호들, 예를 들어 2400MHz, 6600MHz, 6900MHz, 11100MHz의 신호들은 모두 중계할 고주파 신호의 정보를 포함하고 있다. 따라서 고주파 신호가 포함된 주파수 스펙트럼의 신호들 중 하나를 선택하여 직접 제1 국부발진 신호를 이용하여 기저대역으로 하향변환할 수 있다.
디지털 필터부(1400)는 디지털 신호로 변환된 기저대역의 동위상 신호와 직교 위상 신호를 디지털 필터로 필터링하여 주파수 대역폭을 조절한다. 바람직하게, 디지털 필터의 탭 수를 조절하거나 또는 중심주파수와 주파수 대역폭 사이의 비율 등을 고려하여 필터링되는 주파수 대역폭을 조절할 수 있다.
상향 변환부(1500)는 디지털 필터부(1400)로부터 출력되는 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환한다. 상향 변환부(1500)에서 변환된 아날로그 신호는 조정된 주파수 대역으로 필터링된 기저 대역의 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)로서, 상향 변환부(1500)는 제2 국부발진 신호와 기저대역의 신호를 혼합하여 제2 국부발진 신호의 주파수 대역으로 직접 상향변환한다. 바람직하게, 일반적으로 동일한 입력과 출력 주파수를 갖는 중계기의 경우에는 제2 국부발진 신호의 주파수 대역은 제1 국부발진 신호의 주파수 대역과 동일하게 조정되지만 다른 입력과 출력 주파수를 갖는 중계기의 경우에는 제2 국부발진 신호의 주파수 대역은 제1 국부발진 신호의 주파수 대역과 다르게 조정될 수 있다.
상향 변환부(1500)에서 제2 국부발진 신호의 주파수 대역으로 상향 변환된 신호는 다시 수신한 고주파 신호의 주파수 대역으로 하향 변환시켜야 한다. 제6 믹서부(1230)는 보조 발진부(1210)에서 출력된 제3 국부발진 신호와 제2 국부발진 신호의 주파수 대역으로 상향 변환된 신호를 혼합하여 수신한 고주파 신호의 주파수 대역으로 하향변환한다.
후처리부(1600)는 생성한 고주파 신호를 전력 증폭하고, 전력 증폭한 고주파 신호를 저주파 필터링하여 수신한 고주파 신호와 동일한 주파수 대역의 신호만을 필터링한다. 제6 믹서부(1230)를 이용하여 제2 국부발진 신호의 주파수 대역에서 수신한 고주파 신호의 주파수 대역으로 하향 변환시, 믹서의 특징으로 인하여 제6 믹서부(1230)는 도 9에 도시되어 있는 것과 같은 다양한 주파수 스펙트럼의 신호를 발생한다. 발생한 다양한 주파수 스펙트럼의 신호들 중에서 수신한 고주파 신호(RF)는 가장 낮은 주파수의 신호이므로 저주파 필터링을 통해 원하는 신호만을 필터링할 수 있다. 후처리부(1600)에서 증폭 및 필터링된 고주파 신호는 안테나(1700)를 통해 방송용 또는 통신용 단말기(미도시)로 송신된다.
반대로 방송용 또는 통신용 단말기(미도시)로부터 안테나(1700)를 통해 수신한 약한 신호 세기의 고주파 신호는 전처리부(1150), 제 7믹서부(1205), 보조발진부(1240), 하향 변환부(1350), 디지털 필터부(1400), 상향 변환부(1550), 제8 믹서부(1235) 및 후처리부(1650)을 통과하여 강한 신호 세기의 고주파 신호로 증폭되며, 증폭된 고주파 신호는 안테나(1000)를 통해 기지국(미도시)로 송신된다. 방송용 또는 통신용 단말기로부터 수신한 고주파 신호가 전처리부(1150), 제 7믹서 부(1205), 보조발진부(1240), 하향 변환부(1350), 디지털 필터부(1400), 상향 변환부(1550), 제8 믹서부(1235) 및 후처리부(1650)를 통해 증폭하는 과정은 앞서 설명한 전처리부(1100), 제5 믹서부(1200), 보조발진부(1210), 하향 변환부(1300), 디지털 필터부(1400), 상향 변환부(1500). 제6 믹서부(1230) 및 후처리부(1600)와 동일하며, 이하 설명의 간소화를 위하여 자세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기에 구비되어 있는 보조 발진부를 보다 구체적으로 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 7을 참고로 살펴보면, 보조 발진부(1210, 1240)는 제3 국부발진 신호를 생성하는 제3 국부발진부(1211), 제3 국부발진 신호의 n차 고조파를 생성하는 고조파 생성부(1213) 및 생성된 제3 국부발진 신호의 다수의 n차 고조파 신호들 중 하나를 선택하고 선택한 제3 국부발진 신호의 n차 고조파 신호를 제5 믹서부 또는 제6 믹서부로 제공하는 선택부(1215)를 구비하고 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 제3 국부발진부(1211)는 수신한 고주파 신호를 제1 국부발진 신호의 주파수 대역으로 직접 변환할 수 있도록 제3 국부발진 신호를 생성한다. 제3 국부발진부(1211)는 능동소자로서, 제3 국부발진 신호를 생성함에 있어 제3 국부발진 신호의 기본주파수 신호와 제3 국부발진 신호의 고조파 신호를 함께 생성한다. 이하 설명의 편의를 위하여 기본 주파수 신호를 1차 고조파 신호로 언급한다. 고조파 생성부(1213)는 생성된 제3 국부발진 신호에 포함되어 있는 다수의 고조파 신호들을 각 고조파별로 분리하여 필터링하여 각 고조파 신호를 생성한다. 예를 들어, 필터 1은 1차 고조파 신호의 주파수 대역을 필터링하여 제3 국부발진 신호의 1차 고조파 신호를 생성하며 필터 2는 2차 고조파 신호의 주파수 대역을 필터링하여 제3 국부발진 신호의 2차 고조파 신호를 생성한다. 선택부(1215)는 고조파 생성부(1213)에서 생성된 다수의 고조파 신호들 중 필요한 주파수 대역의 고조파 신호를 선택하여 제5 믹서부(1200) 또는 제6 믹서부(1230)로 제공한다.
본 발명에 따른 보조 발진부(1210, 1240)는 제3 국부발진부(1211)에서 생성된 다수의 고조파를 선택적으로 이용함으로 인하여, 넓은 주파수 대역으로 수신되는 고주파 신호를 직접 제1 국부발진 신호의 주파수 대역으로 상향 변환 또는 하향 변환시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 중계기는 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래 중간 주파수 변환 방식의 중계기의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 2는 수신한 고주파 신호, 제1 국부발진 신호 및 중간 주파수 신호 사이의 관계를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기를 구성하는 하향 변환부와 상향 변환부를 보다 구체적으로 설명하고 있는 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 6은 낮은 주파수 대역의 고주파 신호와 제1 국부발진 신호의 관계를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기에 구비되어 있는 보조 발진부를 보다 구체적으로 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 8은 제5 믹서부에서 상향 변환된 신호의 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 9는 제6 믹서부에서 하향 변환된 신호의 스펙트럼을 도시하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100, 600, 1000, 1700 : 안테나
110, 1100: 전처리부 200, 1200: 하향 변환부
300, 1300: 디지털 처리부 400, 1500: 상향 변환부
500, 1600: 후처리부 1210: 보조 발진부
1200: 제5 믹서부 1230: 제6 믹서부
1211: 제3 국부발진부 1213: 고조파 생성부
1215: 선택부

Claims (7)

  1. 입력된 고주파(RF) 신호를 기저대역으로 직접 하향변환하여 기저대역의 동위상 신호(I) 및 상기 기저대역 동위상 신호와 90도의 위상 차이를 가지는 직교위상 신호(Q)를 생성하는 하향 변환부;
    디지털 필터의 중심주파수와 대역폭 사이의 비율 또는 탭수를 조절하여 상기 생성한 기저대역 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)의 필터링 주파수 대역폭을 조정하는 디지털 필터부; 및
    상기 조정된 주파수 대역으로 필터링된 상기 기저 대역의 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)를 상기 입력된 고주파 신호와 동일한 주파수의 신호로 직접 상향변환하는 상향 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 변환부는
    제1 국부발진 신호를 생성하는 제1 국부발진부;
    상기 입력된 고주파 신호와 상기 제1 국부발진 신호를 혼합하여 기저 대역으로 하향 변환하는 제1 믹서부;
    상기 입력된 고주파 신호와 90도 위상 변환된 상기 제1 국부발진 신호를 혼합하여 기저 대역으로 하향 변환하는 제2 믹서부;
    상기 제1 믹서부와 제2 믹서부에서 출력되는 각 혼합 신호에서 기저대역의 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)를 필터링하는 하향 변환 필터부; 및
    상기 필터링된 동위상 신호와 직교위상 신호를 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상향 변환부는
    상기 디지털 필터부에서 조정된 주파수 대역으로 필터링된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 아날로그로 변환하는 디지털-아날로그 변환부;
    상기 아날로그로 변환된 기저대역의 동위상 신호와 직교위상 신호를 필터링하는 상향 변환 필터부;
    상기 제1 국부발진 신호와 동일한 주파수의 제2 국부발진 신호를 생성하는 제2 국부발진부;
    상기 필터링된 기저대역의 동위상 신호와 상기 제2 국부발진 신호를 혼합하여 상환 변환하는 제3 믹서부;
    상기 필터링된 기저대역의 신호와 90도 위상 변환된 상기 제2 국부발진 신호를 혼합하여 상환 변환하는 제4 믹서부; 및
    상기 3 믹서부와 제4 믹서부로부터 출력된 신호를 합하여 고주파 신호를 생성하는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 중계기는
    입력된 고주파 신호를 대역 필터링하고 상기 대역 필터링된 고주파 신호에서 잡음을 억제하며 상기 대역 필터링된 고주파 신호를 증폭하는 전처리부; 및
    상기 상향 변환된 고주파 신호를 증폭하는 후처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중계기는
    제3 국부발진 신호를 생성하는 보조 발진부;
    상기 제3 국부발진 신호와 상기 입력된 고주파 신호를 혼합하여 상기 입력된 고주파 신호를 제1 국부발진 신호의 주파수 대역으로 변환하며, 상기 변환된 고주파 신호를 상기 제1 믹서부로 제공하는 제5 믹서부; 및
    상기 제3 국부발진 신호와 상기 합성부에서 출력된 고주파 신호를 혼합하여 상기 입력된 고주파 신호와 동일한 주파수 신호로 변환하는 제6 믹서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보조 발진부는
    제3 국부발진 신호를 생성하는 제3 국부발진부;
    상기 제3 국부발진부에서 생성되는 상기 제3 국부발진 신호의 n차 고조파를 생성하는 고조파 생성부; 및
    상기 생성된 제3 국부발진 신호의 다수의 n차 고조파 신호들 중 하나를 선택하고 상기 선택한 제3 국부발진 신호의 n차 고조파 신호를 상기 제5 믹서부 또는 제6 믹서부로 제공하는 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제6 믹서부를 통해 하향 변환된 신호에서
    상기 입력된 고주파 신호와 동일한 주파수 신호는 제일 낮은 주파수 대역에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 중계기.
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