KR930007287B1 - 진폭 변조 신호용 동기 복조기 - Google Patents

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내용 없음.

Description

진폭 변조 신호용 동기 복조기

제1도는 본 발명에 따른 동기 복조기의 한 실시예를 도시한 블럭도.

제2도 내지 제8도는 복조기 내의 신호 형태를 도시한 도면.

제9도는 본 발명에 따른 동기 복조기의 다른 실시예를 도시한 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 및 2 : 비트회로 3 : 위상 전이기

4 및 5 : 고역 통과 필터 6 : 정류자

7 : 정보 검출기 8 : 제어 회로

9 : 단일 대역 통과 필터 10 및 11 : 저역 통과 필터

본 발명은 진폭 변조 신호용 동기 복조기에 관한 것이다.

진폭 변조 신호의 동기 복조는 공지되어 있고, 종래 기술에 종종 사용된다. 이는 예를들어 맥그로 힐(McGraw Hill)사가 발행한 에이취. 타우(H.Taub) 및 디.쉴링(D.Schilling)저 "통신 시스템의 원리"란 책자에 기술되어 있다.

일반적인 이론에서 진폭 변조 신호는 다음 식으로 표현된다.

S(t) = A(1+m sinω_mt)(sinω_ct)

여기서,

ω_m=2πf_m

ω_c=2πf_c

f_m= 변조 주파수

f_c= 반송 주파수

m = 변조율 (0＜m＜1)

A = 반송파 진폭이다.

동기 복조는 주파수 f_b가 상술한 변조 신호의 반송파 주파수와 동일한(예를들어, 정형파) 신호를 갖고 있는 변조 신호를 "비트(beat)"화함으로써 즉, 증배시킴으로써 달성된다. "비트"용으로 사용된 신호는 다음과 같이 주어진다.

S_b=sin(ω_ct+ø_b)

여기서, ø_b는 S_b와 S(t)의 반송파 사이의 위상차이고, 신호 S_b의 진폭은 일정하다고 가정하자.

체배기(multipier) 또는 비트 회로의 출력은 다음과 같이 주어진다.

S_m(t)=sin(ω_ct+ø_b)·A(1+m sinω_mt)(sinω_ct)=-1/2

A(1+m sinω_mt)[cos(2ω_c+ø_b)-cosø_b]

최고 주파수 f_m을 차단하는 필터(예를 들면, 중심주파수가 f_m과 동일한 저역 통과 필터 또는 대역 통과필터)를 체배기 출력에 배열시킴으로써, 주파수가 2f_c와 동일한 신호 부분은 차단되어, 결국 대체 성분이 변조 신호의 주파수와 동일한 주파수를 갖고 있는 복조 신호가 판독된다.

그러나, 복조 신호의 진폭은 cosø_b의 값, 즉 변조 신호와 비트용으로 사용된 신호 사이의 위치상에 따라변한다. ø_b가 0이면(즉, 위상차가 0이면), 복조 신호의 진폭이 최대로 되고, 반대로 ø_b가 90˚이면(즉, 비트용으로 사용된 반송파와 신호가 동상으로 교차하면), 복조 신호의 진폭은 0으로 된다. 상술한 설명으로부터, ø_b=0으로 될 필요가 있다. 즉, 비트용으로 사용된 신호는 주파수가 동일할 뿐만 아니라 변조 신호의 반송파와도 동상이다.

때때로, 변조 신호의 반송파 주파수는 비트용으로 사용된 신호의 주파수와 정확히 동일하지 않거나, 2개중 1개가 일정하지 않지만, 소정의 범위 내에서 변화한다. 이러한 경우에, 반송파 주파수 f_c와 비트용으로 사용된 신호의 주파수 f_b는 값 δf_c만큼 서로 약간 다르다.

이때의 신호 S_b(t)는 다음과 같이 된다.

S_b=sin[(ω_c+δω_c)t+ø_b=sin[ω_ct+( δω_ct+ø_b)]

여기서, δω_c= 2πδf_c이다.

그러나, 이 주파수 차이는 시변 위상차를 발생시키는데, 이 위상차는 나타난 신호의 변조 종류로 차례로 변환되고, 이 나타난 신호는 저역 통과 필터에서 필터링된 후, 다음과 같이 된다.

S_d'(t)=A/2(1+sin ω_mt)[cos(ø_b+δω_ct)]

수학적으로, 이것은 가변 진폭 및 주파수 f_m에서의 (정현파가 아닌) 신호를 주파수 δf_c에서의 다른 신호상에 중첩시키는 것에 대응한다.

신호 S_d'(t)의 저주파 성분 δf_c은 고역 통과 필터를 통해 필터링될 수 있으므로, 다음과 같은 출력 신호 S_d"(t)가 얻어진다.

S_d"(t)=A/2·m sin ω_mt cos[(ø_b+ δω_ctt)]

또한, ø_b= 0으로 되는 것과 같은 방법으로 동작되었다고 가정하면, 이러한 신호는 바람직한 결과, 즉 초기 변조 신호에 정확히 대응하는 신호를 나타내지 않게 되는데, 그 이유는 일정한 값 대신에 시변 진폭 피크를 갖고 있기 때문이다.

이것은 이러한 신호의 검출, 더욱 정확히 말하면 정보 내용(예를들어, 주파수)의 복조가 매우 어렵고 신뢰성이 좋지 않다는 것을 의미하는데, 이는 최소치의 진폭 피크를 가진 기간으로 말미암아 검출기 장치에서는 검출의 손실과 결국 정보의 손실을 포함할 수 있기 때문이다. 다시 말하면, 아주 낮은 값의 최소 피크가 검출될 수 없고, 결국 예를들어, 전송된 정보에 대응하는 주파수와 상이한 주파수를 나타나게 하는 오차(error)를 검출기에서 발생시킬 수 있다는 것이다. 이는 결국 동일한 정보가 잘못 재생되게 한다.

상술한 관점에서, 본 발명의 목적은 변조 신호 반송파의 비트로 신호 사이의 주파수 차이가 거의 없을때, 복조 신호 내에 포함된 정보를 확실히 검출할 수 있는 진폭 변조 신호용 동기 복조기를 구현시킨 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 복조될 변조 신호가 공급되는 제1입력과 상기 변조 신호의 반송파와 동일한 주파수를 갖는 신호가 공급되는 제2입력을 갖고 있는 제1비트 회로, 상기 변조 신호가 공급되는 제1입력과 위상차가 90˚인 위상 전이기를 통하여 동일한 주파수를 갖는 상기 신호가 공급되는 제2입력을 갖고 있는 제2비트 회로, 상기 제1 및 제2비트 회로의 출력을 복조기의 공통 출력에 선택적으로 접속시키기 위한 정류자(commutator) 및 상기 비트 회로들의 출력 신호의 진폭에 따라 상기 정류자의 정류를 제어하기 위한 동작 임계값을 갖고 있는 제어 회로를 포함하는 동기 복조기에 의해 달성된다.

다시 말하면, 본 발명에 따른 동기 복조기는 제1비트의 최소 피크가 제2비트의 최대 피크와 시간적으로 일치하되(이 역도 성립한다). 동일하지만 90˚이상의 진폭차를 갖고 있는 동일한 다수의 신호 S_d"(t)를 발생시키도록, 1개의 비트가 아니라 교차하는 동상의 2개의 비트를 동작시킨다는 사실에 기초를 두고 있다(적절한 임계값 검출기로 구성된). 각각의 제어 회로의 제어 하에서 정류자는 최대 피크를 갖고 있는 신호를 매번 선택하게 하여 동일한 신호 내에 포함된 정보(예를들어, 주파수)를 완전하고 정확히 검출하는데 충분한 진폭을 갖고 있는 복조 신호를 출력에서 얻는다.

제2비트가 적절하게 위상 전이되고, 진폭이 더 큰 신호가 선택적으로 선택되므로, 변조 신호의 반송파와 비트용으로 사용된 신호 사이의 부정확한 주파수 동일성으로 인해 초기 변조 신호를 갖고 있는 단일 비트회로의 출력의 불완전한 대응성이 보상된다.

이제부터, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 특징에 대해서 상세하게 기술하겠다.

제1도를 참조하면, 제1도에는 2개의 비트 회로(1 및 2)를 포함하는 동기 복조기가 도시되어 있다. 제1비트 회로는 진폭 변조된 신호 S_b(t)가 공급되는 제1입력과 변조 신호의 반송파와 동일한 주파수를 갖고 있는 신호 S_b가 공급되는 제2입력을 갖고 있고, 제2비트 회로는 변조 신호 S(t)가 공급되는 제1입력과 90˚의 위상차를 발생시킬 수 있는 위상 전이기(3)을 통하여 동일한 주파수를 갖고 있는 신호 S_b가 공급되는 제2입력을 갖고 있다.

각각의 저역 통과 필터(10 및 11)과 고역 통과 필터(4 및 5)로 제공된 비트회로(1 및 2)의 출력들은 정류자(6)으로 보내지는데, 이 정류자(6)은 적절한 정보 검출기 또는 식별 회로(7), 예를들어 주파수 검출기가 접속될 수 있는 복조기의 공통 출력에 이 비트 회로의 출력들을 선택적으로 접속시킨다.

정류자(6)은 비트 회로(1 및 2)로부터 전달되어 필터링된 신호들의 진폭에 따라 제어 회로(8)에 의해 제어되는데, 상기 제어 회로는 이러한 목적을 위해 동일한 회로의 내부 또는 외부에 배열된 적합한 임계값 검출기(도시하지 않음)를 사용한다.

제1도의 동기 복조기는 다음에 기술한 방법으로 동작한다. 제2도에 도시한 바와 같이 주파수 f_m에서의 변조 신호 M(예를 들면, 정현파)에 의해 진폭 변조되고, 주파수 f_c에서의 반송파 P로 구성된 변조 신호 S(t)는 비트 회로(1)에서 반송파 P와 동일한 주파수에서의 신호 S_b로 "비트"되고, 비트 회로(2)에서 위상 전이기(3)을 통해 90˚위상 전이된 동일한 신호 S_b로 "비트"된다.

결과적으로, 비트 회로(1 및 2)의 출력에서 저역 통과 필터(10 및 11) 다음에는 위상 교차 진폭을 갖고 있는 다음과 같은 신호들이 발생한다.

S_d1'(t)=A/2(1+m sinω_mt)[cos(ø_b+ δω_ct)]

S_d2'(t)A/2(1+m sinω_mt)[cos(ø_b+90˚+ δω_ct)]

이 신호들의 형태는 제3도 및 제4도에 도시되어 있다. 이것은 주파수 f_m에서의 성분(정현파가 아님)이 주파수 δf_c에서의 다른 성분에 중첩되는 신호들인데, 여기서, δf_c는 변조 신호의 반송파 P와 비트용으로 사용된 신호 S_b사이의 잔여 오차이다.

이러한 신호들의 저주파수 δf_c에서의 성분은 고역 통과 필터(4 및 5)에 의해 제거되는데, 이 고역 통과 필터(4 및 5)의 출력들은 위상 교차 진폭을 갖고 있는 다음과 같은 각각의 신호들이다.

S_d1"(t)=A/2·m sinω_mt[(cos(ø_b+ δ_ct)]

S_d2"(t)=A/2·m sinω_mt[cos(ø_b+90˚+ δω_ct)]

이 신호들의 형태는 제5도 및 제6도에 도시되어 있다. 이것은 변조 신호와 동일한 주파수 f_m을 갖고 있지만, 최대치와 최소치 사이에서 변할 수 있는 진폭 피크를 갖고 있는 신호들이다.

개별적으로 취해보면, 상기 신호들은 모두 정보 검출기(7)에서 문제점을 발생시키는데, 이 문제점이란 최소 높이의 피크들을 "검출"하지 못하고, 변조 신호와 함께 전송된 정보에 대응하지 않는 변형된 정보를 검출한다는 것이다. 특히, 검출될 정보가 주파수이고, 검출기(7)이 예를들어 디지탈 카운터이면, 검출된 정보는 제7도에서와 같이 전송된 변조 신호에 대응하는 일정한 주파수 f_m에서의 단일구형파 대신에, 공간만큼 떨어진 구형 펄스 열(pulse train)로 주어진다.

그러나, 신호 S_d1"(t) 및 S_d1"(t)의 진폭 피크의 순간 값에 따라, 제어회로(8)을 2개의 고역 통과 필터(4 및 5) 중의 1개의 고역 통과 필터 및 다른 고역 통과 필터에 접속시킴으로써, 결국 비트 회로(1 및 2) 중의 1개의 비트 회로 및 다른 비트 회로에 접속시키는 정류자(6)이 제공된다. 더욱 정확하게 말하자면, 정류자(6)은 관련 신호 S_d"(t)의 진폭 피크들이 제어 회로(8)에 의해 제공된 임계값 이상으로 유지될 때까지 고역통과 필터들 중의 1개 고역 통과 필터[제1도 내지 필터(4)]를 향해 배치되지만, 상술한 신호의 진폭 피크들이 동일한 임계값 아래로 내려가자마자 다른 고역 통과 필터[제1도 내의 필터(5)]를 향해 즉시 이동한다. 반대의 경우에도 동일한 결과가 나타난다.

그 결과, 교차하는 동상의 2개의 신호 S_d1"(t) 및 S_d2"(t)들 중의 1개의 신호 및 다른 신호로부터 검출될 수 있는 피크를 취함으로써, 정보의 손실 없이, 변조 신호 M에 정확히 대응하고 정보를 완전히 나타내는 복조 신호 DM을 최종적으로 얻게 된다. 특히, 주파수 정보의 고찰된 예에서, 복조 신호는 디지탈 카운터가 제8도에 도시한 바와 같은 일정한 주파수 f_m의 구형파 형태로 검출된 정보를 발생시키게 하는 것이다.

제9도에 도시한 복조기의 실시예는 기능면에서 동일한다. 이 복조기는 제1도에 도시한 바와 같이 2개의 비트 회로(1 및 2)의 출력에 배치된 2쌍의 필터(10과 11 ; 4와 5) 대신에 복조기의 공통 출력에 배치된 단일 대역 통과 필터(9)를 갖고 있기 때문에, 실제로는 제1도의 복조기와 다르다. 이러한 경우에, 제어 회로(8)은 필터(4 및 5)의 출력에서의 2개의 신호들이 아니라 복조기의 공통 출력에서의 복조 신호를 검출할 수 있다.

제9도의 복조기는 필터를 절약한다는 장점을 갖고 있다. 한편, 복조기는 정상 가동되기 전에 소정의 대기 시간이 필요하게 된다.

본 분야에 숙련된 기술자들은 상술한 바와 같은 본 발명의 개념을 변화시키지 않고서, 제1도 및 제9도에 도시한 복조기들을 결합시키는 것과 같이 다르게 변형시킬 수도 있다.

Claims (5)

1. 진폭 변조 신호용 동기 복조기에 있어서, 복조될 변조 신호[S(t)]가 공급되는 제1입력과 상기 변조신호의 반송 주파수와 동일한 주파수를 갖는 신호(S_b)가 공급되는 제2입력을 갖고 있는 제1비트 회로(1), 상기 변조 신호가 공급되는 제1입력과 위상차가 90˚인 위상 전이기(3)을 통하여 동일한 주파수를 갖는 상기 신호가 공급되는 제2입력을 갖고 있는 제2비트 회로(2), 상기 제1 및 제2비트 회로(1 및 2)의 출력을 복조기의 공통 출력에 선택적으로 접속시키기 위한 정류자(6) 및 상기 비트 회로들의 출력 신호의 진폭에 따라 상기 정류자의 정류를 제어하기 위한 동작 임계값을 갖고 있는 제어 회로(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진폭 변조 신호용 동기 복조기.
2. 제1항에 있어서, 각각의 출력 신호들의 저주파 및 고주파 성분을 제거하기 위해 상기 비트 회로(1 및 2)의 출력에 배열된 필터(4 및 5 ; 10 및 11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 복조기.
3. 제1항에 있어서, 각각의 출력 신호의 저주파 및 고주파 성분을 제거하기 위해 복조기의 상기 공통 출력에 배치된 1개의 필터(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 복조기.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로(8)이 상기 비트 회로(1 및 2)의 출력을 검출하도록 배열된 것을 특징으로 하는 동기 복조기.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로(8)이 복조기의 상기 공통 출력에서 복조된 신호를 검출하기 위해 상기 정류자(6)의 아래에 배치된 것을 특징으로 하는 동기 복조기.

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