KR100667151B1 - 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및그의 다중대역 송수신 장치 - Google Patents

직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및그의 다중대역 송수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 6.25kHz 이하의 주파수 초협대역화 조건을 충족하면서 단말기들의 신호 제어 및 구동을 DSP 기술을 이용하여 처리함으로써 단말기 성능 개선 및 유지보수가 용이하고 단말기 저전력 구동 및 경량화가 가능한 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및 그의 다중대역 송수신 장치에 관한 것으로, 디지털 무선 통신을 통한 기저대역 디지털 신호처리, 음성통화구현, 채널 인코딩 및 디코딩, 아날로그 무선주파수(RF) 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능을 수행하는 디지털 신호처리모듈; 상기 디지털 신호처리모듈의 제어에 따라 송수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하는 주파수 합성수단; 상기 디지털 신호처리모듈의 스위치 조정 신호에 따라, 다중대역 안테나를 통해 수신되는 무선 주파수(RF) 신호의 수신 대역을 선택하거나 송신되는 무선 주파수 신호의 송신 대역을 선택하는 스위칭수단; 상기 디지털 신호처리모듈의 제어를 받아, 상기 스위칭수단에 의해 선택된 수신 주파수를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하는 다중대역 수신수단; 및 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하여 상기 스위칭수단을 통해 송신하는 다중대역 송신수단을 포함한다.
디지털 초협대역 단말기, 직접변환 방식, 다중대역, 이중대역, DSP

Description

직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및 그의 다중대역 송수신 장치{Digital ultra-narrowband terminating system using direct-conversion and its multiple-band transmission and receiving apparatus}
도 1 은 종래의 FM 및 디지털 방식용 협대역 단말기의 구성 예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템에서의 음성 신호 흐름을 나타낸 일실시예 설명도,
도 4 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템에서의 다중대역 송수신 장치의 일실시예 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
20 : DSP 모듈 21 : 마이크로 프로세서
22 : RF 송수신기 23 : 전원 공급부
본 발명은 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및 그의 다중대역 송수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 6.25kHz 이하의 주파수 초협대역화 조건을 충족하면서 단말기들의 신호 제어 및 구동을 DSP 기술을 이용하여 처리함으로써 단말기 성능 개선 및 유지보수가 용이하고 단말기 저전력 구동 및 경량화가 가능한 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및 그의 다중대역 송수신 장치에 관한 것이다.
간이 무선국은 일정지역 안에서 간단한 업무 연락을 대상으로 건설현장, 대형할인점, 리조트 및 가스배달 등의 분야에 폭넓게 사용되고 있는 시스템으로서, 현재 국내 간이무선국용 주파수 대역은 이러한 사용자 수요에 비하여 지정 주파수가 절대 부족하여 혼신으로 인한 통신 품질의 저하 및 통신 불능 현상이 심화되고 있다. 이러한 스펙트럼의 급증으로 인한 주파수 부족 현상을 개선하고자 단위 주파수 채널당 이용효율을 극대화(25kHz → 12.5kHz → 6.25kHz)하고자 주파수 초협대역화 기술에 대한 개발이 진행중이다.
이러한 개선 기술로는 아날로그 단측파대(SSB) 기술 및 디지털 다중 접속 기술이 있으며, 이러한 기술들은 기존 25KHz 채널을 이용하는 FM 방식에 비해 4 ~ 5배의 주파수 이용효율을 갖거나 이와 동등한 주파수 이용 효율을 갖는다.
현재 선진국들은 초협대역화 관련 기술 제정을 통하여 2005년 이후 주파수 초협대역화 계획 수립을 완료하여 아날로그 단측파대 기술보다는 APCO(Association of Public safety Communication Officials) Project 25 및 TETRA(Terrestrial Trunked Radio)와 같은 디지털 방식으로의 전환을 통하여 다른 상용 이동 무선 시스템과의 망 연동을 통한 고품질의 서비스 제공 및 국가 공공 안전망의 통합이라는 두 가지 방향으로 기술 개발 및 상용화를 추진하고 있다.
참고적으로, 국내 주파수 초협대역화 기술을 살펴보면, UHF 대역(335.4 ~ 470MHz)은 1996년 12월말에 12.5kHz로 협대역화가 완료되었고, VHF 대역(138 ~ 174MHz) 중에서 일부는 2004년 12월말 협대역화 종료 예정에 있으나 전체 간이 무선국의 약 63%를 차지하여 혼신이 심각한 220MHz 대역은 기존의 25kHz로 기술 기준이 되어 있어 조속히 초협대역화를 추진해야 하는 실정임에도 불구하고, 주파수 초협대역 기술기준 조차도 마련되어 있지 않은 상태이다.
도 1을 참조하여 종래의 FM 및 디지털 방식용 협대역 단말기의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 기존의 아날로그 FM(Frequency Modulation) 방식 및 12.5kHz C4FM(Constant-envelope 4-level Frequency Modulation) 디지털 방식용으로 기 제안된 VHF(Very High Frequency) 및 UHF(Ultra High Frequency) 대역 단말기로, 헤터로다인 수신기 구조를 이용하여 수신 전치단, 1st IF(Intermediate Frequency)단, 2nd IF단, 아날로그 기저대역(I & Q) 및 주파수 합성부 등으로 구성되어 있다.
입력 신호에 대한 주파수 변환은 HSI(High Side Injection)를 통하여 VHF 대역(138 ~ 174MHz)은 45.15MHz로, UHF 및 800MHz 대역은 73.35MHz로 1차 주파수 변 환을 한 뒤 다시 450kHz로 최종 주파수 변환하였다.
송신기는 FM 변조 방식의 일정한 진폭 특성을 이용하여 Direct-Modulation 방식, 즉 직접 주파수 변환을 함으로써 송신기의 구성을 간단히 하였다
일반적으로, LMR(Land Mobile Radio)용 단말기들의 수신부는 도 1과 같이 헤테로다인 방식을 이용한다.
하지만, 최근들어 사용 주파수 대역의 확장 및 다양한 서비스에 따른 다중대역 서비스 및 다중 모드 서비스에 대한 운용자 및 사용자들의 기대 욕구를 감안할 때, 이러한 다중대역/다중모드 서비스 제공을 위한 단말기 형태의 변화가 요구되어진다.
그럼에도 불구하고, 종래의 협대역 단말기에 따르면, 주파수 선택도 및 감도를 유지하기 위하여 헤테로다인 방식을 이용하기 때문에 요구되는 필터들이 많고, 그 규격이 까다로워 다른 소자들과의 집적화가 어려워 다중대역/다중모드를 위한 무선 이동 통신 시스템 측면에서 요구되는 RF 소형화 및 저가격 구현이 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 6.25kHz 이하의 주파수 초협대역화 조건을 충족하면서 단말기들의 신호 제어 및 구동을 DSP 기술을 이용하여 처리함으로써 단말기 성능 개선 및 유지보수가 용이하고 단말기 저전력 구동 및 경량화가 가능한 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및 그의 다중대역 송수신 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디지털 초협대역 단말 시스템에 있어서, 디지털 무선 통신을 통한 기저대역 디지털 신호처리, 음성통화구현, 채널 인코딩 및 디코딩, 아날로그 무선주파수(RF) 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능을 수행하는 디지털 신호처리모듈; 상기 디지털 신호처리모듈의 제어에 따라 송수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하는 주파수 합성수단; 상기 디지털 신호처리모듈의 스위치 조정 신호에 따라, 다중대역 안테나를 통해 수신되는 무선 주파수(RF) 신호의 수신 대역을 선택하거나 송신되는 무선 주파수 신호의 송신 대역을 선택하는 스위칭수단; 상기 디지털 신호처리모듈의 제어를 받아, 상기 스위칭수단에 의해 선택된 수신 주파수를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하는 다중대역 수신수단; 및 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하여 상기 스위칭수단을 통해 송신하는 다중대역 송신수단을 포함하되, 상기 수신수단은, 상기 스위칭수단에 의해 선택된 RF 신호를 필터링하고 증폭하는 다중대역 수신전치수단; 상기 주파수 합성수단으로부터 입력된 주파수를 이용해 상기 수신전치수단으로부터 입력된 주파수를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하는 I/Q 복조수단; 및 상기 I/Q 복조수단을 통해 직접 주파수 변환된 기저대역의 I, Q 신호를 각각 필터링한 후, 상기 디지털 신호처리모듈의 전압이득 조정 신호에 따라 상기 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 상기 디지털 신호처리 모듈로 전달하는 필터링 및 전압이득 증폭수단을 포함하고, 상기 송신수단은, 상기 주파수 합성수단으로부터 입력된 주파수를 이용해 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하는 변조수단; 및 상기 변조수단에 의해 직접 변환된 기저대역의 I, Q 신호에 대해 필터링 및 증폭하여 상기 스위칭수단으로 전송하는 다중대역 송신전치수단을 포함한다.
특히, 본 발명은 초협대역 단말기의 수신 장치에 있어서, 수신 대역 선택을 위한 스위치 조정, 전압이득 조정 및 주파수 채널 정보를 조정하기 위한 제어수단; 상기 제어수단의 스위치 조정 신호에 따라, 다중대역 안테나를 통해 수신되어 각각 필터링된 무선주파수(RF) 신호의 수신 대역을 선택하기 위한 스위칭수단; 상기 스위칭수단에 의해 선택된 RF 신호에서 해당 수신 대역의 신호만을 통과시키고 대역 외 신호를 억압시켜 증폭시키기 위한 다중대역의 수신전치수단; 상기 제어수단의 주파수 채널 정보 조정 신호에 따라, 수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하기 위한 주파수 합성수단; 상기 수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수에 따라, 상기 수신전치수단의 출력신호를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하기 위한 I/Q 복조수단; 및 상기 I/Q 복조수단을 통해 직접 주파수 변환된 기저대역의 I, Q 신호를 각각 필터링한 후, 상기 제어수단의 상기 전압이득 조정 신호에 따라 상기 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 상기 제어수단의 아날로그/디지털 변환기로 전달하는 필터링 및 전압이득 증폭 수단을 포함한다.
그리고, 본 발명은 초협대역 단말기의 송신 장치에 있어서, 변조수단의 상태를 감시하고, 송신 대역 선택을 위한 스위치 조정, 주파수 채널 정보, 경로간 크기 및 위상을 조정하기 위한 제어수단; 상기 제어수단으로부터 인가되는 기저대역의 변조된 동위상(I)/직교위상(Q) 신호를 각각 필터링하기 위한 필터링수단; 상기 제어수단의 주파수 채널 정보 조정 신호에 따라, 송신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하기 위한 주파수 합성수단; 상기 주파수 합성수단에 의해 생성된 주파수에 따라 상기 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하고, 상기 제어수단의 경로간 크기 및 위상 조정 신호에 따라 출력 전력을 조정하기 위한 변조수단; 상기 변조수단에 의해 직접 변환된 기저대역의 I, Q 신호에서 해당 송신 주파수 대역내의 신호만을 필터링한 후, 상기 변조수단의 조정하에 최대 출력 전압으로 송출하기 위한 다중대역의 송신전치수단; 및 상기 제어수단의 스위치 조정 신호에 따라 상기 송신전치수단으로부터 입력된 송신 무선 주파수 신호를 선택하는 스위칭수단을 포함한다.
본 발명은 6.25kHz 이하의 주파수 초협대역화 조건을 충족하면서 국내 간이무선국의 77%를 차지하고 있는 VHF 대역(138 ~ 174MHz) 및 220MHz 대역을 동시에 서비스할 수 있는 것으로, 단말기 저전력 구동 및 경량화를 위하여 주파수 변환은 직접변환 방식을 이용하고, 디지털화에 따른 단말기 신호 제어 및 구동은 DSP 신호처리 기술을 이용함으로써 단말기 성능 개선 및 유지보수가 용이하도록 구성하였다. 또한, 본 발명은 초협대역화를 위한 디지털 선형변조 방식으로 인하여 CFL(Cartesian Feedback Loop) 선형화 방식을 이용하여 송신 방사 마스크 규격을 통한 단말기 송신부 전력 효율을 개선하였다.
또한, 현재 6.25kHz 디지털 초협대역 단말 시스템은 현재 상용화 중이며, 본 발명에서 제안하고 있는 송수신 직접변환 방식을 이용한 다중대역 서비스를 위한 단말기 구조는 기 제안된 바가 없을 뿐만 아니라, 본 발명의 구조 및 기능은 추후 디지털 초협대역 주파수 공용 시스템의 단말기 및 다중대역 서비스용 초협대역 단말기(RF 송수신기 포함) 설계 및 구현에도 활용이 가능하여 추후 LMR 단말기들의 소형화, 저가격화 및 경량화 특성을 갖는 단말 시스템에 적용이 가능하다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명 이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말기는 DSP(Digital Signal Processor) 모듈(20), 마이크로 프로세서(21), RF 송수신기(22) 및 전원공급부(230) 등으로 구성된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템은, 전원공급부(23)와, 디지털 무선 통신을 통한 기저대역 디지털 신호처리, 음성통화구현, 채널 인코딩 및 디코딩, 아날로그 무선주파수(RF) 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능을 수행하고, 마이크로 프로세서(21)를 통해 RF 송수신기(22)의 동작 상태를 체크하기 위한 DSP 모듈(20)과, 단말기 RF 인터페이스 신호를 전달하거나 조정하기 위한 마이크로 프로세서(21)와, 직접변환 방식을 이용해 송수신 주파수를 직접 변환하기 위한 다중대역의 RF 송수신기(22)를 포함한다.
디지털 단말기 음성 통화를 위한 신호 흐름은 도 3과 같다.
음성 통신을 살펴보면, 먼저 마이크(MIC)(201)를 통하여 입력된 아날로그 신호가 펄스 부호 변조기(PCM)(8kHz)(202)를 통하여 64kbps의 디지털 신호로 변환되어, 보통 음성의 대역폭(4kHz)의 두 배인 8kHz의 속도로 샘플링한 데이터를 8bit 분해도를 이용하여 64kbps의 데이터를 음성부호화기(보코더)(203)에 전송한다.
이때, 전송된 데이터는 음성 부호화기(AMBE Vocoder chip)(203)를 통하여 음성 압축 과정을 거쳐 P25 음성 규격에 맞도록 4.4kbps의 디지털 신호로 변환된다. 이렇게 생성된 데이터는 프레임화 및 에러 정정 코드가 삽입되어 9.6kbps의 데이터로 변환된 후, FPGA(Field Programmable Gate Array)(CPLD)(205)를 통하여 CQPSK(Coherent Quaternary Phase Shift Keying, Compatible QPSK)로 변조된다. 이렇게 변조된 디지털 신호는 디지털/아날로그 변환기(D/A Converter)(206)를 거쳐 아날로그 신호로 변환된 후 신호선(232)을 거쳐 RF 송수신기(22)의 송신기(Transmitter)(CFL ASIC chip)(221)로 인가되어, 증폭후 안테나(224)를 통하여 무선 전송된다.
이와는 반대로, 안테나(224)를 통하여 수신된 음성신호는 RF 송수신기(220)의 수신기(Receiver)(222)로 인가되어 기저대역으로 직접 주파수 변환된 후, 신호선(233)을 거쳐 아날로그/디지털 변환기(A/D Converter)(207)에서 디지털 신호로 변환된 후, FPGA(205)에서 CQPSK 복조 과정을 거쳐 음성 부호화기(203)의 FEC 디코더 및 음성 디코더에서 디코딩된 후, 펄스 부호 변조기(PCM)(208)를 통하여 스피커(209)로 음성이 출력된다.
DSP 모듈(20)은 마이크(201), 스피커(209), 펄스 부호 변조기(PCM)(202,208), 음성 부호화기(AMBE 보코더 칩)(203), FPGA(CPLD)(205), DSP 칩(204), 플레쉬 메모리(Flash memory)(210), 디지털/아날로그 변환기(206) 및 아날로그/디지털 변환기(207) 등으로 구성되어, 디지털 무전기 통신을 위한 기저대역 (Baseband) 디지털 신호처리 기능(204,205), AMBE(Advanced Multi-band Excitation) 보코더 칩(203)을 통한 음성 통화 구현, 채널 인코딩 및 디코딩 기능(203~205), 신호선(232,233)을 통한 아날로그 RF 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능(205), 신호선(234)를 통한 마이크로 프로세서(21)를 통하여 RF 송수신기(22)의 동작 상태를 체크하는 기능(204)을 수행한다.
마이크로 프로세서(21)는 신호선(231)을 통하여 단말기 RF 인터페이스 신호를 전달하거나 조정하는 기능을 수행하며, 부수적으로 단말기 외부의 UI(User Interface) 및 MMI(Man Machine Interface)를 위한 기능을 수행한다.
RF 송수신기(22)는 CFL(Cartesian Feedback Loop) 선형화 방식이 포함된 송신기(221), 수신기(222), 주파수 합성부(PLL)(223) 및 안테나(224) 등으로 구성되며, 송수신 주파수 변환은 모두 직접 변환 방식을 이용한다.
송신기(221)는 주파수 변환된 송신 신호 증폭 기능, 송신 신호 필터링 및 스퓨리어스 신호 억압 기능을 수행하고, 수신기(222)는 수신 신호의 저잡음 증폭 및 필터링, 자동이득제어(AGC) 조정 전압 신호(231)를 통한 수신 이득 제어, 채널 대역 외 신호 여파 및 수신 RF 신호를 아날로그 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행하며, 주파수 합성부(PLL)(223)는 RF 송/수신 주파수 생성 및 채널 주파수 튜닝(Tuning) 기능을 수행한다.
전원 공급부(230)는 +7.5V의 단일 전원을 이용하여 신호선(235,236)을 통하여 각 모듈로 전원을 공급한다.
도 4 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템에서의 다중대역 송수신 장치의 일실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송수신 장치는, 해당 대역의 신호를 송수신하기 위한 두 개의 안테나단, 대역 선택 및 선택된 대역의 송수신 선택을 위한 스위치(403), 각각의 수신 전치단(RxFE)(410,415) 및 송신 전치단(TxFE)(441,446), 공통의 I/Q 복조기(420), 주파수합성부(PLL)(432) 및 CFL(Cartesian Feedback Loop)(439)로 구성되며, 일반적인 헤테로다인 방식 대신 직접변환 방식을 이용함으로써 요구되는 RF 부품들의 개수를 줄임에 의하여 구조가 간단하고 저가격이 가능할 뿐만 아니라, CFL(439)을 이용한 송신부 전력 효율 특성 개선으로 저전력 구동이 가능하다.
각각의 안테나를 통해 수신되는 미약한 RF 신호는 저역통과필터(401,402)를 통해 필터링된 후 DSP 모듈(452)에 의해 스위치(403)에서 조정 단자 신호선(451)을 통하여 Band 1(VHF 대역, 138 ~ 174MHz) 및 Band 2 대역(220MHz 대역) 중 한 대역으로 선택된다. 즉, DSP 모듈(452)은 두 개의 조정 비트를 이용하여 Band 1 수신(Rx)의 경우는 "10" 신호를, 송신(Tx)의 경우는 "11"을, 그리고 Band 2 수신의 경우는 "00" 신호를, 송신의 경우에는 "01"의 조정 신호를 조정 단자 신호선(451)을 통하여 스위치(403)로 인가한다.
직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 수신 장치는, 각각의 대역[Band 1(VHF 대역, 138 ~ 174MHz), Band 2 대역(220MHz 대역)]에 대한 필터링 및 저잡음 증폭을 위하여 pre-selection 대역통과필터(411,416), 저잡음증폭기(412,413,417,418) 및 영상신호 제거용 대역통과필터(414,419) 등으로 구성된 수신 전치단(RxFE)(410,415)과, 공통의 I/Q 복조기(420) 및 I/Q 각각의 경로에 대한 AGC(Automatic Gain Control)(422,426) 등으로 구성된다.
이를 보다 상세하게 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 수신 장치는, 수신 대역 선택을 위한 스위치 조정, 전압이득 조정 및 주파수 채널 정보를 조정하기 위한 DSP 모듈(452)과, DSP 모듈(452)의 스위치 조정 신호에 따라, 다중대역 안테나를 통해 수신되어 각각 필터링된 RF 신호의 수신 대역을 선택하기 위한 스위치(403)와, 스위칭된 RF 신호에서 수신 대역(VHF 대역, 138 ~ 174MHz)내의 신호만을 통과시키고 수신 대역(VHF 대역, 138 ~ 174MHz) 외 신호를 억압시켜 증폭시키기 위한 제1 수신전치단(Band 1 RxFE)(410)과, 스위칭된 RF 신호에서 수신 대역(220MHz 대역)내의 신호만을 통과시키고 수신 대역(220MHz 대역) 외 신호를 억압시켜 증폭시키기 위한 제2 수신전치단(Band 2 RxFE)(415)과, DSP 모듈(452)의 주파수 채널 정보 조정 신호에 따라, 수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하기 위한 주파수 합성부(432)와, 수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수에 따라, 제1 및 제2 수신전치단(410,415)의 출력신호를 기저대역의 동위상(I : In-phase)/직교위상(Q : Quadrature-phase) 신호로 직접 주파수 변환하기 위한 I/Q 복조기(420)와, I/Q 복조기(420)를 통해 직접 주파수 변환된 기저대역의 I, Q 신호를 필터링하기 위한 저역통과필터(421,425)와, DSP 모듈(452)의 전압이득 조정 신호에 따라, 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 DSP 모듈(452)의 아날로그/디지털 변환기(ADC)로 전달하는 VGA(Voltage Gain Amplifier)(422,426)를 포함한다.
각각의 안테나를 통해 수신되는 미약한 RF 신호는 저역통과필터(401,402)를 통해 필터링된 후 DSP 모듈(452)에 의한 스위치(403)의 조정 신호(451)을 통하여 한 대역을 선택한다. 예를 들어, Band 1의 수신기를 선택할 경우, 즉 "10"의 조정 신호가 인가되면, 수신 전치단(410)의 대역통과필터(411)를 통하여 대역(예를 들면, VHF 대역(138 ~ 174MHz))내 신호는 통과시키고, 대역 외 신호는 억압한 후 저잡음증폭기(412,413) 등을 통하여 저잡음 증폭된 후 영상신호 제거 여파기(414)를 거친다. 이 신호는 AGC, I/Q 믹서 및 주파수 분배기로 구성된 I/Q 복조기(420)를 통하여 기저대역 신호로 직접 주파수 변환되어 다시 저역통과필터(421,425)를 통하여 필터링된 후 VGA(Voltage Gain Amplifier)(422,426)를 통하여 일정한 레벨로 증폭된 후 신호선(423,427)을 통하여 DSP 모듈(452)의 아날로그/디지털 변환기(ADC)로 기저대역 신호가 전달된다.
여기서, DSP 모듈(452)은 신호선(424,428)을 통하여 VGA(422,426)의 동작 전압을 조정하여 DSP 모듈(452)의 아날로그/디지털 변환기(ADC)로 일정한 전력을 공급하도록 함으로써, Full- Quantization 과정을 통하여 복조시 과부하없이 원하는 신호를 최소한의 왜곡으로 복조할 수 있도록 해준다.
한편, Band 2의 수신기를 선택한 경우도 상기의 경우와 동일하게 동작한다.
즉, Band 2의 수신기를 선택할 경우, 즉 "00"의 조정 신호가 인가되면, 수신 전치단(415)의 대역통과필터(416)를 통하여 대역(예를 들면, 220MHz 대역)내 신호는 통과시키고, 대역 외 신호는 억압한 후 저잡음증폭기(417,418) 등을 통하여 저잡음 증폭된 후 영상신호 제거 여파기(419)를 거친다. 이 신호는 AGC, I/Q 믹서 및 주파수 분배기로 구성된 I/Q 복조기(420)를 통하여 기저대역 신호로 직접 주파수 변환되어 다시 저역통과필터(421,425)를 통하여 필터링된 후 VGA(Voltage Gain Amplifier)(422,426)를 통하여 일정한 레벨로 증폭된 후 신호선(423,427)을 통하여 DSP 모듈(452)의 아날로그/디지털 변환기(ADC)로 기저대역 신호가 전달된다.
여기서, DSP 모듈(452)은 신호선(424,428)을 통하여 VGA(422,426)의 동작 전압을 조정하여 DSP 모듈(452)의 아날로그/디지털 변환기(ADC)로 일정한 전력을 공급하도록 함으로써, Full- Quantization 과정을 통하여 복조시 과부하없이 원하는 신호를 최소한의 왜곡으로 복조할 수 있도록 해준다.
주파수 합성부(PLL)(432)는 송/수신 주파수 직접 변환을 위하여 Dual-PLL 합성기를 이용하였고, 수신용 VCO(Voltage Controlled Oscillator) 출력 주파수(433)는 직접변환으로 인한 영향을 최소화(DC-offset, LO leakage 성분 등)하기 위하여 2배의 주파수를 생성시킨 후 I/Q 복조기(420)의 LO(Local Oscillator) 단자로 인가된후 내부의 디바이더(/2) 회로를 통하여 RF 입력 주파수를 기저대역으로 직접변환 한다.
송신용 VCO 주파수(434) 또한 직접변환 방식으로 인한 Injection-pulling 현상을 방지하기 위하여 송신주파수 대역의 4배 혹은 2배의 주파수(본 발명에서는 4배의 주파수 이용)를 이용한다. 기준 클럭 주파수는 19.2MHz VCTCXO(Voltage Controlled TCXO)(431)를 이용하고, 이 출력 주파수의 클럭 성분은 신호선(430)을 통하여 DSP 모듈(452)의 모뎀부 기준 주파수(19.2MHz)로서 동작한다.
여기서, 신호선 "429"는 DSP 모듈(452)에 의한 주파수 합성부(432) 구동 및 제어를 위한 연결선으로서, 주파수 채널 정보 등을 조정한다.
한편, 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치는, 각각의 대역에 대한 CFL(439)로 인가되는 신호들의 필터링 및 송신 신호의 최대 전력 증폭을 위하여 대역통과필터(442,447), 구동 증폭기(443,448), 전력 증폭기(444,449) 및 방향성 결합기(445,450) 등으로 구성된 송신 전치단(TxFE)(441,446), 공통의 CFL(439) 및 I/Q 각각의 경로에 대한 LPF(436,438) 등으로 구성된다.
이를 보다 상세하게 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치는, CFL(439)의 상태를 감시하고, 송신 대역 선택을 위한 스위치 조정, 주파수 채널 정보, 경로간 크기 및 위상을 조정하기 위한 DSP 모듈(452)과, DSP 모듈(452)로부터 인가되는 기저대역의 변조된 동위상(I)/직교위상(Q) 신호를 각각 필터링하기 위한 저역통과필터(436,438)와, DSP 모듈(452)의 주파수 채널 정보 조정 신호에 따라, 송신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하기 위한 주파수 합성부(432)와, 송신 주파수 직접 변환을 위한 주파수에 따라 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하고, DSP 모듈(452)의 경로간 크기 및 위상 조정 신호에 따라 출력 전력을 조정하기 위한 CFL(439)과, 직접 변환된 기저대역의 I, Q 신호에서 송신 대역(VHF 대역, 138 ~ 174MHz)내의 신호만을 통과시키고 송신 대역(VHF 대역, 138 ~ 174MHz) 외 신호를 억압시켜 CFL(439)의 조정하에 최대 출력 전압으로 송출하기 위한 제1 송신전치단(Band 1 TxFE)(441)과, 직접 변환된 기저대역의 I, Q 신호에서 송신 대역(220MHz 대역)내의 신호만을 통과시키고 송신 대역(220MHz 대역) 외 신호를 억압시켜 CFL(439)의 조정하에 최대 출력 전압으로 송출하기 위한 제2 송신전치단(Band 1 TxFE)(446)과, DSP 모듈(452)의 스위치 조정 신호에 따라 송신 대역을 선택하여, 해당 대역의 송신전치단(441,446)의 출력신호를 각각 필터링한 후 해당 송신 대역의 안테나를 통해 각각 송신하기 위한 스위치(403), 저역통과필터(401,402) 및 이중대역 안테나를 포함한다.
직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치 또한 수신 장치의 경우처럼 Band 1의 송신단, 즉 "11"의 조정 신호가 인가된 경우로 동작을 살펴보면 다음과 같다.
DSP 모듈(452)로부터 신호선(435,437)을 통하여 인가되는 기저대역의 변조된 I 및 Q 신호는 CFL(439)내의 저역통과필터 및 주파수 상향기(변조기)로 인가된 후 송신 주파수 대역으로 직접 변환된다. 이 변환된 신호는 대역통과 여파기(442)를 통하여 송신대역 주파수만 필터링된 후 구동 증폭기(443) 및 전력 증폭기(444)를 통하여 최대 출력 전압으로 송출된다.
이때, CFL(439)은 전력 증폭기(444)의 선형성을 개선시키기 위한 것으로서, 방향성 결합기(445)에서 출력 전력의 일부를 샘플링하여 신호선(452)을 통해 CFL(439)내의 주파수 하향기(복조기)로 인가하여, DSP 모듈(452)에서 두 경로간의 크기 및 위상을 신호선(440)을 통하여 조정함으로써 IMD(Inter-modulation Distortion) 특성을 약 -30dBc 정도 개선한다.
그리고, CFL(439)과 DSP 모듈(452)과의 인터페이스를 형성하는 신호선(454)는 CFL(439)의 상태가 정상(High)/비정상(Low) 인지를 체크하는 단자이다.
한편, Band 2의 송신단, 즉 "01"의 조정 신호가 인가된 경우로 동작을 살펴보면 다음과 같다.
DSP 모듈(452)로부터 신호선(435,437)을 통하여 인가되는 기저대역의 변조된 I 및 Q 신호는 CFL(439)내의 저역통과필터 및 주파수 상향기(변조기)로 인가된 후 송신 주파수 대역으로 직접 변환된다. 이 변환된 신호는 대역통과 여파기(447)를 통하여 송신대역 주파수만 필터링된 후 구동 증폭기(448) 및 전력 증폭기(449)를 통하여 최대 출력 전압으로 송출된다.
이때, CFL(439)은 전력 증폭기(449)의 선형성을 개선시키기 위한 것으로서, 방향성 결합기(450)를 통하여 출력 전력의 일부를 샘플링하여 신호선(453)을 통하여 CFL(439)내의 주파수 하향기(복조기)로 인가되어, DSP 모듈(452)에서 두 경로간의 크기 및 위상을 신호선(440)을 통하여 조정함으로써 IMD(Inter-modulation Distortion) 특성을 약 -30dBc 정도 개선한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 6.25kHz 이하의 주파수 초협대역화 조건을 충족하면서 VHF 대역(138 ~ 174MHz) 및 220MHz 대역을 동시에 서비스할 수 있는 효과가 있 다.
특히, 본 발명은 직접변환 방식 및 디지털 선형변조를 통한 초협대역화에 따른 송신부 선형성 개선용 CFL 선형화 기법을 이용하여 송신부 전력 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 사용 부품의 감소 및 선형화 방식의 채용으로 인하여 저전력 구동 및 경량화가 가능하고, 디지털화에 따른 단말기 신호 제어 및 구동은 DSP 신호처리 기술을 이용함으로써 단말기 성능 개선 및 유지보수가 용이한 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 디지털 초협대역 단말 시스템에 있어서,
    디지털 무선 통신을 통한 기저대역 디지털 신호처리, 음성통화구현, 채널 인코딩 및 디코딩, 아날로그 무선주파수(RF) 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능을 수행하는 디지털 신호처리모듈;
    상기 디지털 신호처리모듈의 제어에 따라 송수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하는 주파수 합성수단;
    상기 디지털 신호처리모듈의 스위치 조정 신호에 따라, 다중대역 안테나를 통해 수신되는 무선 주파수(RF) 신호의 수신 대역을 선택하거나 송신되는 무선 주파수 신호의 송신 대역을 선택하는 스위칭수단;
    상기 디지털 신호처리모듈의 제어를 받아, 상기 스위칭수단에 의해 선택된 수신 주파수를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하는 다중대역 수신수단; 및
    기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하여 상기 스위칭수단을 통해 송신하는 다중대역 송신수단을 포함하되,
    상기 수신수단은,
    상기 스위칭수단에 의해 선택된 RF 신호를 필터링하고 증폭하는 다중대역 수신전치수단;
    상기 주파수 합성수단으로부터 입력된 주파수를 이용해 상기 수신전치수단으로부터 입력된 주파수를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하는 I/Q 복조수단; 및
    상기 I/Q 복조수단을 통해 직접 주파수 변환된 기저대역의 I, Q 신호를 각각 필터링한 후, 상기 디지털 신호처리모듈의 전압이득 조정 신호에 따라 상기 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 상기 디지털 신호처리 모듈로 전달하는 필터링 및 전압이득 증폭수단을 포함하고,
    상기 송신수단은,
    상기 주파수 합성수단으로부터 입력된 주파수를 이용해 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하는 변조수단; 및
    상기 변조수단에 의해 직접 변환된 기저대역의 I, Q 신호에 대해 필터링 및 증폭하여 상기 스위칭수단으로 전송하는 다중대역 송신전치수단
    을 포함하는 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템.
  2. 삭제
  3. 초협대역 단말기의 수신 장치에 있어서,
    수신 대역 선택을 위한 스위치 조정, 전압이득 조정 및 주파수 채널 정보를 조정하기 위한 제어수단;
    상기 제어수단의 스위치 조정 신호에 따라, 다중대역 안테나를 통해 수신되어 각각 필터링된 무선주파수(RF) 신호의 수신 대역을 선택하기 위한 스위칭수단;
    상기 스위칭수단에 의해 선택된 RF 신호에서 해당 수신 대역의 신호만을 통과시키고 대역 외 신호를 억압시켜 증폭시키기 위한 다중대역의 수신전치수단;
    상기 제어수단의 주파수 채널 정보 조정 신호에 따라, 수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하기 위한 주파수 합성수단;
    상기 수신 주파수 직접 변환을 위한 주파수에 따라, 상기 수신전치수단의 출력신호를 기저대역의 동위상(I)/직교위상(Q) 신호로 직접 주파수 변환하기 위한 I/Q 복조수단; 및
    상기 I/Q 복조수단을 통해 직접 주파수 변환된 기저대역의 I, Q 신호를 각각 필터링한 후, 상기 제어수단의 상기 전압이득 조정 신호에 따라 상기 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 상기 제어수단의 아날로그/디지털 변환기로 전달하는 필터링 및 전압이득 증폭 수단
    을 포함하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 수신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수 합성수단은,
    수신 주파수 직접 변환을 위하여 다중 위상동기루프(PLL) 합성기를 이용하고, 수신용 VCO 출력 주파수를 직접 변환으로 인한 영향을 최소화하기 위하여 수신 주파수 대역의 2배의 주파수를 생성시켜 상기 I/Q 복조수단으로 인가하는 것을 특징으로 하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 수신 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 수신 대역은,
    VHF 대역(138 ~ 174MHz) 및 220MHz 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 수신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수신전치수단은,
    대역통과필터를 통하여 대역내 신호는 통과시키고, 대역 외 신호는 억압한 후 저잡음증폭기를 통하여 저잡음 증폭한 후 영상신호 제거 여파기를 거쳐 상기 I/Q 복조수단으로 전달하는 것을 특징으로 하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 수신 장치.
  7. 초협대역 단말기의 송신 장치에 있어서,
    변조수단의 상태를 감시하고, 송신 대역 선택을 위한 스위치 조정, 주파수 채널 정보, 경로간 크기 및 위상을 조정하기 위한 제어수단;
    상기 제어수단으로부터 인가되는 기저대역의 변조된 동위상(I)/직교위상(Q) 신호를 각각 필터링하기 위한 필터링수단;
    상기 제어수단의 주파수 채널 정보 조정 신호에 따라, 송신 주파수 직접 변환을 위한 주파수를 생성하기 위한 주파수 합성수단;
    상기 주파수 합성수단에 의해 생성된 주파수에 따라 상기 필터링된 기저대역의 I, Q 신호를 송신 주파수 대역으로 직접 변환하고, 상기 제어수단의 경로간 크기 및 위상 조정 신호에 따라 출력 전력을 조정하기 위한 변조수단;
    상기 변조수단에 의해 직접 변환된 기저대역의 I, Q 신호에서 해당 송신 주파수 대역내의 신호만을 필터링한 후, 상기 변조수단의 조정하에 최대 출력 전압으로 송출하기 위한 다중대역의 송신전치수단; 및
    상기 제어수단의 스위치 조정 신호에 따라 상기 송신전치수단으로부터 입력된 송신 무선 주파수 신호를 선택하는 스위칭수단
    을 포함하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주파수 합성수단은,
    송신 주파수 직접 변환을 위하여 다중 위상동기루프(PLL) 합성기를 이용하고, 송신용 VCO 출력 주파수를 직접 변환으로 인한 영향을 최소화하기 위하여 송신 주파수 대역의 2배 혹은 4배의 주파수를 생성시켜 상기 변조수단으로 인가하는 것을 특징으로 하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    송신 대역은,
    VHF 대역(138 ~ 174MHz) 및 220MHz 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 직 접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 변조수단은,
    상기 송신전치수단의 전력 증폭기의 선형성을 개선시키기 위한 것으로서, 상기 송신전치수단의 방향성 결합기에서 출력 전력의 일부를 샘플링하여 상기 변조수단내의 주파수 하향기(복조기)로 인가하여, 상기 제어수단에서 두 경로간의 크기 및 위상을 조정함으로써 IMD(Inter-modulation Distortion) 특성을 개선시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 다중대역 송신 장치.
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