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KR20120070806A - 디지털 무선주파수 상향 변환 장치 - Google Patents

디지털 무선주파수 상향 변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 무선주파수 상향 변환 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기저대역 디지털 신호를 RF(radio frequency) 신호로 변조하여 송출하기 위해, 디지털 신호를 광대역 RF 신호의 주파수로 상향시키는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 변조부가 결합된 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는, 디지털 신호를 I 신호와 Q 신호로 변환하는 수신부; 상기 수신부로부터 I 신호 및 Q 신호를 전송받고, I 신호 및 Q 신호의 주파수 밴드를 제한하는 펄스 쉐이핑 필터; 상기 I 신호 및 Q 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제1인터폴레이션부; 상기 제1인터폴레이션부로부터 상기 I 신호 및 Q 신호를 전송받아, 코싸인 신호 및 싸인 신호를 발진시키는 수치제어 발진기, 및 상기 I 신호 및 Q 신호의 변조를 수행하는 승산기 및 가산기로 이루어진 쿼드러쳐 변조기; 및 상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호를 광대역 RF 신호로 변환하는 DAC를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 무선주파수 상향 변환 장치{APPARATUS FOR UP-CONVERTING DIGITAL RADIO FREQUENCY}
본 발명은 디지털 무선주파수 상향 변환 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기저대역 디지털 신호를 RF(radio frequency) 신호로 변조하여 송출하기 위해, 디지털 신호를 광대역 RF 신호의 주파수로 상향시키는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치에 관한 것이다.
광대역 무선 전송 시스템에 있어서, 전송 신호를 무선 주파수의 중간 주파수(IF)로 변조하는 변조기와 중간 주파수를 받아서 원하는 무선 주파수(RF)로 상향시키는 변환 장치(Up Converter)로 구성된다. 중간 주파수는 무선 시스템의 특성에 따라 36MHz, 44MHz, 70MHz 등 다양하게 사용된다. 일반적으로 영상 전송에는 36MHz와 44MHz가 사용되고, 기타 무선 통신 시스템에는 70MHz, 140MHz 등 다양한 중간 주파수가 사용된다.
지상파 TV와 케이블 TV의 송출이나 군용 통신, 위성 통신 등은 매우 넓은 주파수 대역을 사용하고 있으며, 특히 지상파 TV와 케이블 TV는 50~860MHz를 사용하고 있고, 그 대역폭은 수십 옥타브에 달한다. 중간 주파수를 받아 수십 옥타브의 주파수 범위 내의 임의의 주파수로 주파수를 변환시키는 장치를 광대역 상향 변환 장치라고 한다.
종래의 광대역 상향 변환 장치는 아날로그 방식으로, 믹서(mixer) 및 전압 제어 발진기 등을 사용하여 RF 신호의 주파수 변환 등을 수행하였다. 그러나, 아날로그 방식의 주파수 변환기는 주변 잡음에 취약하고, 주파수에 따라 부품의 크기가 상이하여 집적화가 어렵다. 또한, 소자값의 오차, 온도 변화 및 경년 변화에 따른 소자값의 변화로 소자의 특성이 변하여 장비의 성능에 영향을 줄 수 있다. 이러한 아날로그 소자는 생산시에 많은 조정이 필요하여 대량 생산이 어렵고, 고가이며, 주기적으로 점검 및 유지 보수가 필요하다는 문제점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 아날로그 무선주파수 상향 변환 장치를 디지털 소자로 구성하여, 아날로그 소자의 성능 열화, 집적화의 불가능 및 사용자의 불편 등을 해결하는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 변조부가 결합된 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는,
디지털 신호를 I 신호와 Q 신호로 변환하는 수신부; 상기 수신부로부터 I 신호 및 Q 신호를 전송받고, I 신호 및 Q 신호의 주파수 밴드를 제한하는 펄스 쉐이핑 필터; 상기 I 신호 및 Q 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제1인터폴레이션부; 상기 제1인터폴레이션부로부터 상기 I 신호 및 Q 신호를 전송받아, 코싸인 신호 및 싸인 신호를 발진시키는 수치제어 발진기, 및 상기 I 신호 및 Q 신호의 변조를 수행하는 승산기 및 가산기로 이루어진 쿼드러쳐 변조기; 및 상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호를 광대역 RF 신호로 변환하는 DAC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는, 상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제2인터폴레이션부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는,
아날로그 IF 신호를 디지털 신호로 변환시키는 ADC; 상기 ADC로부터 상기 디지털 신호를 전송받아, I 신호 및 Q 신호로 복조하고, 이들의 주파수를 감소시켜, 기저대역 디지털 신호로 변환시키는 쿼드러쳐 복조기; 상기 쿼드러쳐 복조기로부터 I 신호 및 Q 신호를 전송받고, 이들의 고조파를 제거하는 LPF; 상기 I 신호 및 Q 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제1인터폴레이션부; 상기 제1인터폴레이션부로부터 상기 I 신호 및 Q 신호를 전송받아, 코싸인 신호 및 싸인 신호를 발진시키는 수치제어 발진기, 및 상기 I 신호 및 Q 신호의 변조를 수행하는 승산기 및 가산기로 이루어진 쿼드러쳐 변조기; 및 상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호를 광대역 RF 신호로 변환하는 DAC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는, 상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제2인터폴레이션부를 더 포함할 수 있다.
상기의 해결 수단에 의해, 무선주파수 상향 변환 장치의 고 신뢰성을 갖는 디지털 소자는, 온도 변화 또는 경년 변화에 의한 소자값의 변화를 방지하고, 주파수 상향 변환기의 대량 생산을 가능하게 하며, 다양한 종류의 변조기 등을 낮은 가격에 구현할 수 있도록 한다.
또한, 광대역 주파수를 사용하는 무선 통신 및 방송기기를 소형으로 개발할 수도 있다. 이에 의해 디지털 TV 신호 등을 포함한 다양한 신호를 아날로그 소자를 이용하는 경우에 비해 더욱 잡음없이 전송받을 수 있다.
도 1은 종래의 아날로그 무선주파수 상향 변환 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 변조부가 결합된 디지털 무선주파수 상향 변환 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 무선주파수 상향 변환 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지의 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 종래의 아날로그 무선주파수 상향 변환 장치의 구성을 도시하는 블럭도이다.
종래의 아날로그 무선주파수 상향 변환 장치는, 슈퍼 헤테로다인 방식으로서, 아날로그 믹서(120)(mixer), 고정 전압제어 발진기(140), 광대역 전압제어 발진기(150) 및 아날로그 필터(160) 등의 소자로 구성된다.
디지털 신호가 수신된 경우, 이를 아날로그 IF 신호로 변환시키고, 아날로그 IF 신호는 고정 전압제어 발진기(140)를 통해 발진된 신호와 믹싱되어, 제2의 IF 신호로 변환되며, 이 신호는 광대역 전압제어 발진기(150)와 믹싱되고, 임의의 광대역 RF 신호로 다시 변환되어 송출된다.
그러나, 이러한 아날로그 무선주파수 상향 변환 장치는, 상기에서 논의한 바와 같이, 주변 잡음에 취약하고, 집적화가 어렵다. 또한, 소자값의 오차, 온도 변화 및 경년 변화에 따른 소자값의 변화로 특성이 변하여 장비의 성능에 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 변조부가 결합된 디지털 무선주파수 상향 변환 장치(200)의 구성을 도시하는 블럭도이다.
수신부(210)는 기저대역 디지털 신호를 수신받고, 기저대역 디지털 신호를 인페이즈 신호(in-phase)(이하, I 신호) 및 쿼드래쳐(quadrature)(이하, Q 신호) 신호로 변환한다.
디지털 신호는 I 신호 및 Q 신호로 변환되어 쿼드러쳐 변조되는데, 이러한 변조 방식을 I/Q(in-phase/quadrature) 변조라 한다. I/Q 변조는 2개의 별개의 정보의 채널을 송신하는 방법이며, 여기서 반송파 신호는 싸인(sin) 및 코싸인(cosine) 버전의 2개의 반송파를 생성하도록 시프트(shift)된다. 2개의 변조 입력은 2개의 별개의 변조기에 인가되고, 그 각각 싸인 또는 코싸인 반송파가 공급된다. 2개의 변조기의 출력은 대수적으로 합산되고, 그 결과는 I 및 Q 정보를 포함하는 하나의 송신될 신호가 된다. 수신하면, 복합 신호(I 및 Q)는 반송파 레플리카(replica)(싸인 및 코싸인)를 이용하는 수신기에 의해 처리되고, 추출된다.
디지털 신호의 I 신호 및 Q 신호로의 변조는 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 방법이 사용될 수 있다.
디지털 펄스 쉐이핑 필터(220)(pulse shaping filter)는 디지털 통신시스템에서 필수적으로 사용되는 것으로, 입력되는 신호의 심볼을 특정한 파형의 모양으로 변환시켜, 주파수 밴드를 제한하는 역할을 한다.
펄스 쉐이핑 필터(220)를 통과한 디지털 신호는, 디지털 신호의 샘플 레이트(sample rate)를 높이도록 인터폴레이션(interpolation)을 수행하는 제1인터폴레이션부(230)를 통과한다.
디지털 신호는 고주파의 RF 신호로 변조되어야 하기 때문에, 쿼드러쳐 변조기(240)는 수치제어 발진기(NCO, numberical controlled oscillator)와 2개의 승산기 및 가산기로 구성되며, 수치제어 발진기에서 코싸인(cosine) 신호 및 싸인(sin) 신호를 발진시키고, I 신호 및 Q 신호의 변조를 수행한다.
수치제어 발진기(240)는 아날로그 영역에서의 전압제어 발진기(140)에 대응되는 것으로서 디지털 영역에서 사용되는 발진기이다. 전압제어 발진기(140)의 동작에 대하여 살펴보면, 전압제어 발진기(140)의 입력은 전압이고, 출력은 발진기의 주파수가 된다. 전압제어 발진기(140)의 전체 단위는 출력/입력이 되어 rad/v가 된다. 입력되는 전압이 증가함에 따라 출력 주파수가 증가하며 이러한 특성을 이용하여 PLL 등에 이용된다. 디지털 영역에서는 아날로그 영역에서의 전압제어 발진기(140)와 동일한 특성을 가지도록 하는 소자를 전압 대신에 멀티비트의 숫자를 입력으로 이용한다는 뜻에서 수치제어 발진기라 한다.
디지털 신호는 샘플 레이트를 높이기 위해 다시 제2인터폴레이션부(250)에 의해 인터폴레이션이 수행될 수 있다.
최종적으로, 디지털 신호는 DAC(260)(Digital-Analog Conveter)를 통해 고주파의 RF신호로 변환되어 송출된다. 디지털 TV 분야에서 사용되는 50 내지 860MHz의 광대역 RF 신호를 디지털 영역에서 처리하기 위해, DAC(260)는 2GHz대의 변환 주파수를 가지는 초고속의 DAC(260)가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 무선주파수 상향 변환 장치(300)의 구성을 도시하는 블록도이다.
아날로그 IF 신호가 수신된 경우, 수신된 IF 신호를 증폭 및 필터링하고, 이를 ADC(Analog-Digital Conveter)(310)를 통해 디지털 신호로 변환시킨다.
디지털 신호는 쿼드러쳐 복조기(320)를 통해 I 신호 및 Q 신호로 분리가 되면서, IF 신호가 기저대역 신호로 변환된다. 변환된 기저대역 디지털 신호는 LPF(low pass filter)(330)를 거쳐 고조파 성분이 제거된다.
이후에 디지털 신호는 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 제1인터폴레이션부(340), 쿼드러쳐 변조기(350), 제2인터폴레이션부(360), DAC(370)를 거쳐 광대역 RF 신호로 변환되어 송출된다.
본 발명의 디지털 무선주파수 상향 변환 장치(200, 300)는, 상기에서 살펴본 디지털 TV 송출기 등에 사용될 수 있는 외에, 디지털부의 고집적화를 통한 다채널용 모듈레이터(modulator) 및 리모듈레이터(remodulator)의 개발을 가능하게 하고, 특히, 이동통신용 기지국 장비 또는 중계기 등에 활용될 수 있을 것이다.
이상, 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
120: 아날로그 믹서
140: 고정 전압제어 발진기
150: 광대역 전압제어 발진기
160: 아날로그 필터
200, 300: 디지털 무선주파수 상향 변환 장치
210: 수신부
220: 펄스 쉐이핑 필터
230, 340: 제1인터폴레이션부
240, 350: 쿼드러쳐 변조기
250, 360: 제2인터폴레이션부
260, 370: DAC
310: ADC
320: 쿼드러쳐 복조기
330: LPF

Claims (4)

  1. 디지털 신호를 I 신호와 Q 신호로 변환하는 수신부;
    상기 수신부로부터 I 신호 및 Q 신호를 전송받고, I 신호 및 Q 신호의 주파수 밴드를 제한하는 펄스 쉐이핑 필터;
    상기 I 신호 및 Q 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제1인터폴레이션부;
    상기 제1인터폴레이션부로부터 상기 I 신호 및 Q 신호를 전송받아, 코싸인 신호 및 싸인 신호를 발진시키는 수치제어 발진기, 및 상기 I 신호 및 Q 신호의 변조를 수행하는 승산기 및 가산기로 이루어진 쿼드러쳐 변조기; 및
    상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호를 광대역 RF 신호로 변환하는 DAC를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는,
    상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제2인터폴레이션부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치.
  3. 아날로그 IF 신호를 디지털 신호로 변환시키는 ADC;
    상기 ADC로부터 상기 디지털 신호를 전송받아, I 신호 및 Q 신호로 복조하고, 이들의 주파수를 감소시켜, 기저대역 디지털 신호로 변환시키는 쿼드러쳐 복조기;
    상기 쿼드러쳐 복조기로부터 I 신호 및 Q 신호를 전송받고, 이들의 고조파를 제거하는 LPF;
    상기 I 신호 및 Q 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제1인터폴레이션부;
    상기 제1인터폴레이션부로부터 상기 I 신호 및 Q 신호를 전송받아, 코싸인 신호 및 싸인 신호를 발진시키는 수치제어 발진기, 및 상기 I 신호 및 Q 신호의 변조를 수행하는 승산기 및 가산기로 이루어진 쿼드러쳐 변조기; 및
    상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호를 광대역 RF 신호로 변환하는 DAC를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디지털 무선주파수 상향 변환 장치는,
    상기 쿼드러쳐 변조기에 의해 변조된 디지털 신호의 샘플 레이트를 증가시키도록 인터폴레이션을 수행하는 제2인터폴레이션부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 무선주파수 상향 변환 장치.
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