KR20060009258A

KR20060009258A - 프론트-엔드 감도 부스터

Info

Publication number: KR20060009258A
Application number: KR1020057019730A
Authority: KR
Inventors: 자비어 장 프랑소아 램브렉트
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2006-01-31
Also published as: WO2004093313A3; US7477883B2; JP2006523990A; CN1778039A; CN100583625C; US20070262821A1; DE602004006987D1; ATE364928T1; EP1618655A2; DE602004006987T2; EP1618655B1; WO2004093313A2

Abstract

본 발명은 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 이득 팩터가

인 제 1 증폭기를 수단으로 해서 신호를 증폭하는 단계를 포함하는데, 여기서

은 일정한 이득 팩터를 나타내고

은

인 이득 팩터의 변화를 나타내며, 상기 방법은 제어 가능한 이득 팩터가

인 제 2 증폭기를 수단으로 해서 상기 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하는데, 여기서 제 1 증폭기의 이득 변화

은 제 2 증폭기의 이득

를 줄임으로서 보상되고 그리하여 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

의 차이가 0이 된다. 이득 팩터의 변화로부터 영향을 받는 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법이 제공하는 본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 제 2 증폭기의 출력부에서의 신호가 고정 팩터

을 자체 입력부에 사용하는 디바이더로 추가적으로 인입되고, 고정 팩터

과 마찬가지로 제 1 증폭기의 이득 팩터

의 변화

가 제 2 증폭기의 이득 팩터

에 의해 적어도 부분적으로 보상되어서, 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

사이의 차이가 최소화되고, 상기 차이가 강제로 0이 될 수 있도록 하기 위한 값

와

의 몇 개의 조합 및 상기 차이가 제약

로 인해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 하기 위해 몇 개의 조합이 적어도 존재하도록 고정 팩터

가 선정되도록 제안되었다. 본 발명은 추가적으로 증폭기 체인의 감도를 높이는 장치에 관한 것이다.

Description

프론트-엔드 감도 부스터{FRONT-END SENSITIVITY BOOSTER}

본 발명은 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 이득 팩터(facor)가

은 일정한 이득 팩터를 나타내고

은

은 제 2 증폭기의 이득

를 줄임으로서 보상되고 그리하여 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

의 차이가 0이 된다. 본 발명은 또한 증폭기 체인의 감도를 높이는 장치에 관한 것이다.

예를 들어 케이블이나 방송 라디오와 텔레비전과 같은 신호 전송의 다양한 응용 분야에서, 정보-운송 베이스밴드 신호는 보다 높은 주파수 범위(RF 주파수에서)에 있는 (역시 무선 주파수(RF) 신호로 표기되는) 밴드패스 신호로 전송된다. RF 전송의 이유는 다양하다:

보다 높은 주파수 범위는 공간을 통한 전송이나 수 개의 전송기와 수신기 사 이에 공유되는 전송선을 통한 신호 전송에 통상적으로 보다 적합하고;

주파수 범위의 쉬프트는 전송 채널(공간 또는 케이블)의 특성에 적응될 수 있는 다양한 변조 기법의 응용을 허용하고;

정보-운송 베이스밴드 신호의 스펙트럼은 가용 전송 대역폭의 보다 효율적인 사용(스펙트럼의 분산 또는 압축)을 허용하기 위해 주파수 변환에 의해 변경될 수 있고;

주파수 분할 다중화(FDM)는 인접 고주파 밴드(주파수 채널)에서 수 개의 정보 소스의 정보-운송 베이스밴드 신호를 전송함으로써 적용될 수 있는데, 여기서 각 주파수 채널은 동일한 대역폭을 갖지만, 상이한 캐리어 주파수를 갖는다(이때 캐리어 주파수는 싸인 곡선인 캐리어파의 중심 주파수를 나타내는데, 상기 싸인 곡선의 진폭, 위상 또는 주파수는 정보-운송 베이스밴드 신호에 의해 변조된다).

도 1은 FDM 방식의 텔레비전 방송 시스템에서 RF 신호(1)를 위한 기존 수신기의 기본 구조를 도시한다. 동일한 수신기 구조는 종전 기술 문서 EP 0 838 896 A2에서 발표되었는데, 여기서 수신기는 무선 통신의 문맥에서 사용되었다. FDM으로 인하여, RF 신호(1)는 모든 전송된 주파수 채널들의 정보를 포함하는데, 상기 주파수 채널들은 주파수 영역에서 분리되어 있다. 하나의 특정 주파수 채널의 정보를 복구할 수 있도록 하기 위하여, 어쩌면 하나 또는 수 개의 중간 주파수(IF)를 통해서, RF 신호(1)의 특정 하향-변환(주파수 축소)이 요구된다. 이 하향-변환 프로세스는 튜너(2)에 의해 일반적으로 수행되는데, 상기 튜너는 잡음 및 인접 주파수 채널의 영향을 제거하기 위해 원하는 주파수 채널의 캐리어 주파수에 중심을 둔 밴드패스 필터를 추가적으로 사용한다. 튜너의 다른 역할은 무선 또는 케이블-바운드 전송에서 발생하는 신호 전송 손실로 인해 일반적으로 크게 감쇠된 수신된 RF 신호(1)를 증폭하는 것이다. 튜너의 출력부에서, 광대역 IF 신호(3)는 제공된다. 튜너(2)의 밴드패스 필터만으로 완전히 제거될 수 없는 광대역 IF 신호(3)에서 인접 주파수 채널의 신호를 추가적으로 억제하기 위하여, 대략적으로 원하는 주파수 채널의 대역폭을 갖는 협대역 IF 필터(4)가 협대역 IF 신호(5)를 생성하기 위해 사용된다. 불행하게도, 그러한 필터들은 협대역 IF 신호(5)의 높은 감쇠를 야기하고, 그래서 IF 필터(4)의 출력부에서 IF 증폭기(6)가 제공되어 증폭된 협대역 IF 신호(7)를 출력한다. 그런 다음 협대역 IF 신호(7)는 원래 전송된 정보-운송 베이스밴드 신호를 복구하기 위해 복조기(8)에 인입된다. 복조기가 올바르게 작동하기 위해서, 복조기의 입력부에서 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 일정 신호 레벨이 요구되는데, 상기 일정 신호 레벨은 각각 두 개의 자동 이득 제어(AGC) 루프(9, 10)라는 수단에 의해 IF 증폭기(6)과 튜너(2)의 증폭기에 의해 제어된다, 종래 기술문서 EP 0 838 896 A2에 따르면, 이들 AGC 루프는 튜너의 이득을 자체의 최대 값으로 유지하고, IF 증폭기의 이득을 변화시켜 복조기의 입력부에서 신호의 신호 레벨을 제어하는 것이 바람직하다.

수신 시스템의 감도는 수신 체인이 대처할 수 있는 (고정 신호-잡음비(SNR)를 갖는) 최소 신호 레벨에 의해 특징지어 진다. 신호가 약할수록 수신 체인은 더 좋다. 최소 신호 레벨은 수신 체인 소자들의 품질, 즉 잡음 지수라는 관점에서 잡음 성능에 종속적이다. 수신 체인에 있는 각 소자는 들어오는 RF 신호에 잡음을 더하여, 전체적인 SNR을 저하시킬 것이다. 복조기(8)는 올바른 동작을 위해 자체 입력 신호의 최소한의 주어진 SNR과 일정한 신호 레벨을 필요로 한다.

튜너(2)는 자체 잡음 지수와 이득에 의해 특징지어진다. 상기 이득은 AGC 루프(10)의 응용을 허용하여 제어 가능하게 된다. 튜너에 의해 제공되는 최대 이득은 주파수와 제조 프로세스 양쪽에 크게 종속적이다. 예를 들어 튜너는 예상 값과 표준편차라는 통계 값에 의해 특징지어질 수 있다. 튜너의 이득이 최대가 될 때, 튜너의 잡음 지수는 최소가 된다.

IF 필터(4)는 자체 잡음 지수와 이득에 의해 특징지어 진다. 만일 수동 표면 탄성파(SAW) 필터가 IF 필터로 사용되면, 잡음 지수는 필터의 손실과 동일하게 된다.

IF 증폭기(6)는 자체 잡음 지수와 이득에 의해 특징지어 진다. 상기 이득은 AGC 루프(9)에 의해 제어 가능하고 지시된다. 튜너의 증폭기와 마찬가지로, IF 증폭기의 이득이 최대가 될 때, IF 증폭기의 잡음 지수는 최소가 된다.

위에서 기술된 RF 수신 체인의 규격과 AGC 루프(9, 10)의 기능은 아래에서 설명될 것이다. RF 신호(1)의 신호 레벨이 [45 dB

, 75 dB

] 범위에 있고, IF 필터(4)의 손실이 18 dB(-18 dB의 이득에 해당함)에 이르고, 또한 복조기(8)의 입력부에서 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 희망 신호 레벨이 114 dB

라고 가정할 때, 튜너(2)와 IF 증폭기(6)는 범위 [57 dB, 87 dB]에서 이득을 공유해야 한다. 뿐만 아니라, 만일 복조기(8)의 입력부에서 원하는 신호 레벨을 달성하기 위하여 튜너(2)의 이득이 자체 통계적 성질로 인하여 범위 [41 dB, 49 dB]에 있으면, 최대 이득이 적어도 87 dB - 41 dB = 46 dB인 IF 증폭기(6)가 요구된다. 아래에서, 최대 이득이 50 dB인 IF 증폭기(6)를 사용하는 것으로 가정되었다.

이 규격을 위한 AGC 제어 루프(9, 10)의 기능은 도 2에 도시된다. 왼편 그림에서, 튜너(2)의 이득, IF 증폭기(6)의 이득 및 IF 증폭기(6)의 입력부에서 협대역 IF 신호(5)의 신호 레벨은 RF 신호(1)의 신호 레벨의 함수로 (dB 단위로) 도시된다. 오른편 그림에서, 튜너(2), IF 증폭기(6) 및 전체 수신 체인의 해당 잡음 지수(dB로)는 RF 신호(1)의 신호 레벨의 함수로 도시된다.

튜너(2)의 최대 이득이 41 dB의 자체 최소값을 갖는 경우를 나타내는 두 개의 위쪽 그림을 관찰해 보자. 수신기 체인의 최적 성능을 달성하기 위하여, 체인 잡음 규칙에 따르면 특히 체인의 제 1 증폭기, 즉 튜너(2)에 있는 증폭기는 낮은 잡음 지수를 갖도록 요구된다. 이것은 튜너가 최대 이득으로 동작될 때 달성된다. 도 2에서 두 개의 위쪽 그림의 횡좌표로 표시된 바와 같이, 수신된 RF 신호(1)의 ([45 dB

, 75 dB

] 범위 내에 놓여있는) 신호 레벨과 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 원하는 고정 레벨을 높이기 위해서, 튜너(2)의 이득은 그와 같이 일정하게 유지되고. RF 신호의 증가하는 신호 레벨은 IF 증폭기(6)의 이득을 IF 증폭기(6)의 AGC 루프(9)이내로 감소시킴으로서 보상된다. 그러나, RF 신호(1)의 신호 레벨과 튜너(2)의 고정 이득의 증가로, 튜너(2)의 출력부에서 광대역 IF 신호(3)의 신호 레벨은 자체의 이상적인 동적 범위를 초과하는 지점에 이르게될 것이다. 이 지점은 테이크-오버(take-over) 지점으로 표시된다. 상기 테이크 오버 지점을 넘는, 이러한 동적 범위의 초과를 방지하기 위해, 튜너(2)의 AGC 루프(10)는 튜너의 이득을 자체 최대 값 아래로 감소시키기 시작하고, 이에 반해 IF 증폭기(6)의 AGC 루프(9)은 IF 증폭기의 이득을 고정되게 유지한다. 도 2의 두 개의 위쪽 그림에서, 이 테이크-오버 지점은 58 dB

에서 발생한다.

도 2에서 위쪽 그림은 튜너(2)의 이득이 최대이득의 자체 최소 값인 41 dB를 취하는 경우를 다루는데 반해, 도 2에서 아래쪽 그림은 튜너(2)가 최대이득의 자체 최대 값인 49 dB를 취하는 경우를 다룬다.

튜너의 최대 이득이 자체 최소 값(41 dB)을 취하는 경우에 대해 규정되었기 때문에 수신기 체인에 의해 필요치 않은, 결과적인 8 dB의 잉여 이득은 IF 증폭기에 의해 보상되어야 하고, 그리하여 왼쪽 아래 그림에서 IF 증폭기 이득은 왼편 위 그림에서 46 dB 대신에 38 dB의 이득으로 시작한다. 도 2의 오른편 위쪽과 아래쪽 그림에서 IF 증폭기의 잡음 지수 값을 비교함으로서 분명하게 볼 수 있는 바와 같이, 튜너가 자체 최소 가능 최대 이득으로 41 dB를 갖는 경우(좌상편 그림)에, IF 증폭기 잡음 지수는 두 개의 상이한 테이크-오버 지점에 대응하여, 튜너가 자체 최대 가능한 최대 이득으로 49 dB를 갖는 경우(좌하편 그림) 보다 더 나중에 자체 최대 값을 취한다.

튜너의 두 개의 상이한 최대 이득에 대한 전체 수신 체인의 체인 잡음 지수를 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이, 전체 수신 체인의 시스템 잡음 지수는 최대 튜너 이득이 41 dB인 경우와 비교해서 49 dB인 경우에 약간 저하된다. 이것은 체인 잡음 지수가 제 1 증폭기(이 경우 튜너)의 접음 지수에 의해 주로 영향을 받는다는 것을 나타내는 체인 잡음 규칙에 주로 기인한다. 그러나, IF 증폭기(6)는 채널 대역폭 밖, 즉 IF 필터(4)의 대역폭에 의해 정의되는 대역폭 밖의 잡음을 또한 발생시킨다. "인-채널(in-channel)" 잡음의 잡음 레벨에 대한 것처럼, 이 "아우트-오브-채널(out-of-channel)" 잡음의 잡음 레벨은 IF 증폭기(6)의 잡음 지수에 직접적으로 종속된다. 복조기의 입력 대역폭이 일반적으로 채널 대역폭 보다 아주 큰, 복조기의 입력부에서, "아우트-오브-채널" 및 "인-채널" 잡음은 채널의 대역폭뿐 아니라 복조기의 입력 대역폭에 걸쳐 집적된다. 복조기(8)의 큰 입력 대역폭과 IF 증폭기(6)의 큰 잡음 지수를 위해, 복조기(8)의 입력부에서 SNR은 그래서 상당히 저하된다. 따라서 "아우트-오브-채널" 잡음을 통해, 비록 시스템 체인 잡음 지수에 대해 사소한 중요성을 갖지만, IF 증폭기(6)의 잡음 지수는 복조기의 SNR에 상당히 영향을 주고있어 RF 수신기의 규격에 고려되어야만 한다고 언급되고 있다. 이것은 특히 위 예에서처럼, 증폭기 체인에서 제 1 증폭기의 이득 변화는 제 2 증폭기의 이득을 감소시킴으로서 보상되어야 할 경우인데, 여기서 비록 체인 잡음 지수가 기본적으로 변경되지 않는 상태를 유지하지만, 체인의 종단에서 SNR은 제 2 증폭기의 잡음 지수의 증가로 인하여 상당히 저하된다. SNR 저하는 증폭기 체인의 감소된 감도에 상응한다.

비록 RF 수신기의 이 특정 응용 분야로부터 도출되었지만, 본 발명의 일반적인 목적은 이득 팩터의 변환으로부터 영향받는 증폭기 체인의 감도를 증가시키는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위해, 증폭기 체인의 감도를 증가시키는 방법이 제안되었는데, 상기 방법은 이득 팩터가

인 제 1 증폭기를 수단으로 해서 신호를 증폭하는 단계인데, 여기서

은 일정한 이득 팩터를 나타내고

은

인 이득 팩터의 변화를 나타내며 단계와, 제어 가능한 이득 팩터가

인 제 2 증폭기를 수단으로 해서 상기 신호를 더 증폭하는 단계인데, 여기서 제 1 증폭기의 이득 변화

은 제 2 증폭기의 이득

를 줄임으로서 보상되고 그리하여 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

의 차이가 0이 되는 단계를 포함하는 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법에 있어서, 상기 방법은

제 2 증폭기의 출력부에서의 신호는 고정 팩터

을 자체 입력부에 사용하는 디바이더에 추가적으로 인입되고,

고정 팩터

과 마찬가지로 제 1 증폭기의 이득 팩터

의 변화

는 제 2 증폭기의 이득 팩터

에 의해 적어도 부분적으로 보상되어서, 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

사이의 차이가 최소화되고, 및

고정 팩터

은 상기 차이가 강제로 0이 될 수 있도록 하기 위한 값

와

의 몇 개의 조합 및 상기 차이가 제약

로 인해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 하기 위한 값

와

의 몇 개의 조합이 적어도 존재하도록 선정되는 것을 특징으로 한다.

신호 레벨과 잡음 레벨을 동일한 팩터

로 곱하는 디바이더의 도입은 제 2 증폭기의 동작점을 쉬프트하도록 허용하여, 제 2 증폭기와 디바이더 조합의 유효 이득이 단일 증폭기의 이득과 같아질 수 있는데, 이에 반해서 증폭기의 잡음 지수가 증가하는 이득과 함께 감소함으로 인해서, 상기 조합의 유효 잡음 지수가 단일 증폭기의 잡음 지수처럼 상당히 낮아질 것이다. 따라서 디바이더는, 특히 "인-채널"과 "아우트-오브-채널" 잡음 양쪽에 영향을 주는 자체 잡음 지수에 관련하여, 제 2 증폭기의 동작점을 고정하는데 있어 추가적인 자유도를 제공한다. 물론 디바이더의 도입은 증폭기 체인의 전체적인 성취 가능한 이득을 감소시켜 원하는 목표 체인 이득 팩터

와 값

에 종속해서 원하는 목표 체인 이득 팩터는 더 이상 달성될 수 없다. 그러나, 성취 가능한 이득의 감소는 체인 잡음 지수에 사소한 중요성을 갖지만, 디바이더의 출력부에서 신호의 SNR을 저하시킬 수 있는 "아우트-오브-채널" 잡음에 상당한 중요성을 갖는, 제 2 증폭기의 잡음 지수의 감소로로 트레이드될 수 있다. 디바이더 도입의 추가적인 장점은 디바이더의 소자를 적절하게 설계함으로서 IF 증폭기의 출력 부하를 최적화하는 가능성이 있다는 것이다. IF 증폭기 출력 부하의 최적화할 IF 증폭기의 출력 신호에서의 왜곡을 감소시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 상기 팩터

는 변화

의 큰 값 및/또는 작은 값

에 대해 강제로 0이 될 수 있도록 선정되고, 또한 상기 차이가 변화

의 작은 값 및/또는 큰 값

에 대해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 선정되는 것이 유익하다.

본 발명에 따르면, 목표 체인 이득 팩터

의 그룹에 대해, 제 2 증폭기가 자체 최대 이득 팩터

에 가까운 이득 팩터

로 동작하고, 상기 목표 체인 이득 팩터의 그룹에 대해 이득 팩터

가 변화

로부터 가장 가능성 높은 독립성이 이루어지고, 체인 이득 팩터

과 목표 체인 이득 팩터

사이의 어떤 차이가 보다 작은 값인

에 대해 특별히 수용되도록 상기 고정 팩터

가 추가적으로 선정되는 것이 바람직하다. 이득 팩터

가 자체 최대 값에 근접할 때, 제 2 증폭기의 잡음 지수는 따라서 감소되고, 제 2 증폭기와 디바이더의 조합은 동일한 유효 이득을 갖는 단일 증폭기와 비교해서 감축된 유효 잡음 지수를 달성한다. 제 2 증폭기의 이 최적 동작점을 위해 치르게 될 대가는, 특히 작은 변화

에 대해, 자체 목표 값

이하의 체인 이득의 감소이다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예는 변조된 무선 주파수(RF) 신호를 광대역 중간 주파수(IF) 신호로 하향-변경하는 튜너의 최대 이득 팩터와 광대역 IF 신호를 협대역 IF 신호로 변환하는 IF 필터의 이득 팩터 간의 곱으로 이득 팩터

이 정의되는 것을 특징으로 하는데, 여기서 IF 필터의 이득 팩터는 고정되어 있고 튜너의 최대 이득 팩터는 변화한다. 또한 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예는 이득 팩터

가 복조된 신호를 생성하기 위해 복조 객체에 인입되는 증폭된 협대역 IF 신호를 생성하기 위해 협대역 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기의 이득 팩터를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시예를 따르면, 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

사이의 최소 차이를 이루기 위해 제 2 증폭기의 이득 팩터

의 조정에 의해 상기 디바이더의 고정 팩터

와 마찬가지로 제 1 증폭기의 이득 팩터의 상기 변화

의 상기 최소 부분 보상은 복조기의 입력부에서 증폭된 협대역 IF 신호의 신호 레벨이 일정한 목표 값을 갖도록 강제하기 위하여 수행되는 튜너와 IF 증폭기의 이득의 합동 제어의 두 단계 중에서 일부를 나타내는 것이 유익한데, 여기서 RF 신호 레벨을 꾸준히 증가시키기 위해 상기 두 단계는

꾸준히 증가하는 RF 신호 레벨로 꾸준히 감소하는 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

사이의 차이가 광대역 IF 신호가 전환 지점에서 전용 동적 범위를 초과할 때까지 최소화되도록 튜너의 이득 팩터를 자체 최대 값으로 유지하고 IF 증폭기의 이득 팩터를 변화시키는 제 1 단계와,

상기 전환 지점부터 이득 팩터

을 더 이상 감소시키지 않고 대신에 튜너의 이득 팩터를 자체 최대 값 이하로 꾸준히 감소시키기 시작하는 제 2 단계로 정의된다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 값

과

의 조합에 대해, 체인 이득 팩터

과 목표 체인 이득 팩터

간의 상기 차이가 제약

로 인하여 더 이상 강제로 0으로 될 수 없고, 복조기의 입력부에서 증폭된 협대역 IF 신호의 신호 레벨이 일정한 목표 값 아래로 수반해서 떨어지도록 하기 위해, 상기 차이가 강제로 0으로 될 수 있는 경우와 비교해 복조된 신호의 품질 저하가 심각하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 증폭기 체인의 잡음 지수를 줄이는 장치에 의해 추가적으로 해결되는데, 상기 장치는 이득 팩터

로 신호를 증폭하는 제 1 증폭기를 포함하는데, 여기서

은 일정한 이득 팩터를 나타내고

은

인 이득 팩터의 변화를 나타내고, 또한 상기 장치는 제어 가능한 이득 팩터

로 신호를 추가적으로 증폭하는 제 2 증폭기를 포함하는데, 여기서 제 2 증폭기는 제 1 증폭기의 이득의 변화

을 보상함으로서 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

사이의 차이가 영이 되도록 하고, 상기 장치가 제 2 증폭기 뒤에 배열되고 고정 팩터

을 자체 입력에 적용하는 디바이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 여기서 제 2 증폭기는 고정 팩터

와 마찬가지로 제 1 증폭기의 이득 팩터

의 변화

을 적어도 부분적으로 보상함으로서, 체인 이득 팩터

와 목표 체인 이득 팩터

사이의 차이가 최소화되고, 또한 여기서 고정 팩터

는 상기 차이가 강제로 0이 될 수 있도록 하기 위해 값

과

의 몇 개의 조합과, 상기 차이가 제약

로 인해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 하기 위해 값

과

의 몇 개의 조합이 적어도 존재하도록 선정된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는 제 1 증폭기가 변조된 무선 주파수(RF) 신호를 광대역 중간 주파수(IF) 신호로 하향-변경하는 튜너와 광대역 IF 신호를 협대역 IF 신호로 변환하는 IF 필터 양쪽 모두를 나타내는데, 여기서 IF 필터의 이득 팩터는 고정되고, 튜너의 최대 이득 팩터는 변화하며, 제 2 증폭기가 복조된 신호를 생성하기 위해 복조 객체에 인입되는 증폭된 협대역 IF 신호를 생성하기 위하여 협대역 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 디바이더는 전압 디바이더일 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 관점은 아래에서 기술되는 실시예를 참조함으로서 자명하고 명료해질 것이다.

도 1은 종래 RF 수신기의 기본 구성도.

도 2는 종래 RF 수신기에서 튜너와 IF 증폭기의 AGC 루프의 기능을 설명하는 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF 수신기의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 디바이더의 바람직한 실시예.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF 수신기의 구성을 도시한다. 도 1에 도시된 종래의 구성과 비교해서, 도 3은 복합 IF 증폭기(11)를 포함한다. 복합 IF 증폭기는 AGC 루프(9)에 의해 이득 제어되는 종래의 IF 증폭기(6)와 디바이더(12)로 구성된다. 협대역 IF 신호(5)는 이득 팩터

를 갖는 증폭기(6)에 의해 이와 같이 증폭된 후, IF 증폭기(6)의 출력 신호의 신호 레벨은 증폭된 협대역 IF 신호(7)를 생성하는 디바이더(12)에 의해 이득 팩터

로 곱해진 다음, 복조기(8)에 인입된다. IF 증폭기(6)의 잡음 지수는 AGC 루프(9)의 지시에 따라 증폭기의 이득이 증가에 따라 감소한다는 것을 주의해야 하는데, 한편 IF 증폭기(6)로부터 출력과 같은 신호의 잡음레벨은 디바이더(12)에 의해 상기 신호의 신호 레벨과 동일한 팩터

로 감소되는데, 왜냐하면 디바이더(12)는 수동 소자를 나타내기 때문이다. 복합 IF 증폭기(11)는 유효 이득 및 유효 잡음 지수에 의해 특징지어진다. IF 증폭기(6)와 같은 증폭기의 잡음 지수는 증폭기 이득의 증가에 따라 일반적으로 감소한다는 사실로 인해, 유효 잡음 지수가 단일 증폭기보다 작지만, 단일 증폭기와 동일한 유효 이득이 이루어지는 동작 점에서 복합 IF 증폭기(11)를 동작시키는 것이 가능하게 된다. 이 효과는 아래 예에 의해 설명될 것이다: 이득 A2와 잡음 지수 NF2를 갖는 단일 IF 증폭기(6)를 고려해 보자. 이 단일 증폭기는 동일 유 효 이득 A=A2를 가지도록 기대되는 복합 IF 증폭기(11)로 대체되어야 한다. 복합 IF 증폭기는 이득

과 잡음 지수 NF3=1/A3에 의해 특징지어 지는 디바이더(12)를 포함한다. (단일 IF 증폭기의 유효 이득과 동일한) A=A2인 복합 IF 증폭기(11)의 유효 이득을 달성하기 위해, IF 증폭기(6)의 이득은 A2'=A2*(1/A3)로 증가되어야만 하는데, 이것은 NF2'로 표기된 IF 증폭기(11)의 새로운 잡음 지수를 유도한다. 체인 잡음 규칙에 따르면, 이때 복합 IF 증폭기(11)의 유효 잡음 지수는 아래와 같이 계산된다:

NF=1+(NF2'-1)+(NF3-1)/A2'=NF2'+(NF3-1)A2'=NF2'+(1/A2)-(1/A2').

따라서 보다 큰 이득 팩터 A2'>A2>>1에 대해, 복합 IF 증폭기(11)의 유효 잡음 지수는

처럼 근접될 수 있고, NF2'<NF2가 유지되도록 보다 큰 이득으로 동작되는 IF 증폭기(6)의 새로운 잡음 지수 NF2'에만 종속된다. 따라서, 비록 복합 IF 증폭기(11)의 유효 이득이 비교 가능한 단일 IF 증폭기의 유효 이득과 기본적으로 동일하지만, 유효 잡음 지수는 상당히 감소된다.

그러나, 단일 증폭기와 비교해서 복합 IF 증폭기(11)의 최대 성취 가능한 유효 이득은 디바이더에 의해 적용되는 팩터 A3에 따라 감소된다는 점에 주목하라.

도 3에서 AGC 루프(9, 10)는 복조기의 입력부에서 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 일정 레벨을 보장하기 위해 여전히 동작된다. AGC 루프(10)에 의해 제어되는 튜너의 이득은 가능한 한 길게 최대로 유지되는데, 여기서 이득의 최대 값은 튜닝 주파수 및 제조 과정으로 인하여 변화한다. RF 신호(1)의 신호 레벨이 증가한다 해도 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 신호 레벨을 일정하게 유지하기 위해, IF 증폭기(6)의 AGC 루프(9)는 IF 증폭기(6)의 이득에 따라 감소한다. 수 dB에 이를 수 있는 튜너의 최대 이득의 변화는 IF 증폭기(6)에 의해 마찬가지로 보상되어야 한다. 그러나, IF 증폭기(6)의 뒤편의 디바이더(12)의 협동에 의해, IF 증폭기(6)의 동작점은 복합 IF 증폭기(11)의 유효 이득을 변경하지 않고 쉬프트될 수 있다. 튜너(2)의 최대 이득이 자체 최소 값을 취한다 할지라도 만일 최대 목표 체인 이득이 달성될 수 있도록 증폭기 체인이 규정되면, 이 최소 값을 초과하는 튜너(2)의 최대 이득의 어떠한 초과도 IF 증폭기(6)의 잡음 지수를 증가시키고 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 SNR을 저하시키는 자체 이득을 감소시킴으로서 IF 증폭기(6)에 의해 보상되어야 한다. 디바이더(12)는 태생적으로 복합 IF 증폭기(11)의 이득을 일정율로 감소시킴으로서, 복합 IF 증폭기(11) 내에 있는 IF 증폭기(6)는 보다 높은 이득( 및 보다 낮은 잡음 지수)에서 여전히 동작할 수 있다. 따라서 복합 IF 증폭기(11)의 SNR 저하는 종래 기술로부터 알려진 바와 같이 단일 IF 증폭기(6)의 SNR보다 상당히 적다. 감소된 SNR 저하를 위해 지불해야될 대가는 디바이더의 팩터로 인한 복합 IF 증폭기(11)의 감소된 최대 유효 이득이다. 만일 튜너(2)의 최대 이득이 자체 최소 값을 취하면, 유효 이득은 증폭된 협대역 IF 신호(7)의 신호 레벨이 복조기(8)에 의해 요구되는 일정 값을 갖도록 강제하기에 충분하지 않을 것이다. 그러나, 복조기(8)는, SNR이 불변으로 유지되는 한, 예를 들어 2 dB에 이르기까지의 자체 입력 신호 레벨의 저하에 보다 덜 민감하다. 따라서 복합 IF 증폭기(11)의 최대 유효 이득의 감소는 본 발명에 의해 제안된 바와 같이 증폭기 체인의 성능에 심각한 영향을 끼 치지 않는다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF 수신기에 사용되는 디바이더의 바람직한 실시예를 도시한다(도 3과 비교). IF 증폭기의 대부분은 특이한 입력과 출력을 가지고 있어서, 디바이더는 레지스터(

,

및

)를 갖는 단순한 전압 디바이더로 구현될 수 있다. 레지스터들의 값은 디바이더의 팩터를 설정하고 사용되고 있는 IF 증폭기의 출력 부하에 종속되게 선정될 수 있다. 예를 들어, 만일

가 성립하면, 디바이더의 팩터는

과 같이 주어진다.

아래에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ("새로운 RF 수신기"로 표기됨, 도 3 참조) RF 수신기의 감도를 종래의 RF 수신기(도 1 참조)에 비교한 시뮬레이션 결과는 새로운 RF 수신기의 월등한 성능을 나타내기 위해 제시되었다.

IF 증폭기 입력 레벨(dB V)	종래 RF 수신기 감도(dB V)	새로운 RF 수신기 감도(dB V)	감도 이득
72	50.9	48.0	2.9 dB
76	49.0	47.9	1.1 dB
80	48.1	47.6	0.5 dB

시뮬레이션 파라미터는 아래와 같이 선택되었다: 튜너 잡음 지수는 약 10 dB이었고, 튜너의 최대 이득은 49 dB에 근접하였다. RF 신호의 SNR은 34.5 dB이었고, 복조기의 대역폭은 100 MHz에 이르렀다. IF 증폭기(6)의 입력부에서 협대역 IF 신호(5)의 신호 레벨은 아래 도표의 제 1 열에서 dB

V로 주어진다. 제 2 열과 제 3 열은 RF 수신기의 감도, 즉 RF 신호의 의사 무결점 복조가 가능한 RF 신호(1)의 최소 신호 레벨을 dB

V로 나타낸다. 마지막으로 제 4 열은 제 2 열과 제 3 열 사이의 차이를 dB로 제시하는데, 다시 말하자면 종래의 RF 수신기 대신에 새로운 RF 수신 기를 사용함으로서 달성되는 감도 증가를 나타낸다.

분명히 볼 수 있듯이, 수 dB의 감도 이득은 새로운 RF 수신기로 가능한데, 여기서 상기 이득은 작은 IF 증폭기 입력 레벨에 대해 가장 크다.

IF 증폭기 입력 레벨(dB V)	종래 RF 수신기 감도(dB V)	새로운 RF 수신기 감도(dB V)	감도 이득
72	49.1	47.9	1.2 dB
76	48.1	47.8	0.3 dB
80	47.7	47.5	0.2 dB

보다 작은 복조기 대역폭, 즉 55 MHz로 동일한 시뮬레이션을 수행하면 아래 표에 있는 결과를 생성한다:

여전히 새로운 RF 수신기는 종래 RF 수신기에 대해 상당한 이득을 달성하는데, 그렇지만 감소된 복조기 대역폭( 및 자체 입력부에서 "아우트-오브-채널" 잡음의 감소량)으로 인하여, 감도 이득은 덜 현저하다.

IF 증폭기 입력 레벨(dB V)	종래 RF 수신기 감도(dB V)	새로운 RF 수신기 감도(dB V)	감도 이득
72	47.9	46.5	1.4 dB
76	47.0	46.4	0.6 dB
80	46.7	46.3	0.3 dB

만일 55 MHz의 감소된 복조기 대역폭 이외에, 9 dB의 보다 낮은 잡음 지수를 갖는 튜너가 사용되는 경우, 시뮬레이션 결과는 아래와 같다:

만일 보다 좋은 튜너가 사용되면, 감도 이득은 분명히 더 증가한다.

IF 증폭기 입력 레벨(dB V)	튜너 이득 41 dB	튜너 이득 49 dB	감도 차이
종래 RF 수신기 감도(dB V)	48.3	47.0	1.3dB
새로운 RF 수신기 감도(dB V)	46.7	46.4	0.3dB

마지막으로, 특히 범위 [41 dB, 49 dB]에 있는 튜너의 가변 최대 이득에 대해 종래의 RF 수신기에 대비할 새로운 수신기의 개선을 이루기 위해서, IF 증폭기 입력 레벨은 76 dB

V로 고정되었고, 복조기 대역폭은 55 MHz이었고, 튜너 잡음 지수는 9 dB이었으며, RF 신호(1)의 SNR은 34.5 dB에 이른다. 시뮬레이션된 결과는 아래 도표에서 제공되는데, 여기서 제 2 행은 41 dB(제 2 열)와 49 dB(제 3 열)의 변화하는 튜너 이득 및 양 튜너 이득의 감도 차이(제 4 열)에 대한 종래의 RF 수신기의 결과를 포함하고, 제 3 행은 새로운 RF 수신기에 대한 해당 결과를 포함한다:

새로운 RF 수신기에서 디바이더의 편입은 튜너의 최대 이득이 변할 때 일어나는 감도의 차이를 명백하게 감소시킨다.

RF 신호 수신 분야에서 본 발명의 바람직한 실시예로부터 이들 시뮬레이션 결과가 보여준 바와 같이, 본 발명은 이득 팩터의 변화로부터 영향받는 증폭기 체인의 감도를 상당히 증가시키는 잠재력을 갖는다.

Claims

증폭기 체인의 감도를 높이는 방법으로서, 이득 팩터가
인 제 1 증폭기를 통해 신호를 증폭하는 단계로서, 여기서
은 일정한 이득 팩터를 나타내고
은
인 이득 팩터의 변화를 나타내는 증폭 단계와, 제어 가능한 이득 팩터가
인 제 2 증폭기를 통해 상기 신호를 추가로 증폭하는 단계로서, 여기서 상기 제 1 증폭기의 이득 변화
은 상기 제 2 증폭기의 이득
를 줄임으로서 보상되고, 그리하여 상기 체인 이득 팩터
와 목표 체인 이득 팩터
의 차이가 0이 되는, 추가 증폭 단계를 포함하는 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법에 있어서,

상기 제 2 증폭기의 출력부에서의 상기 신호는 고정 팩터
을 입력부에 인가하는 디바이더에 추가적으로 공급되고,

상기 고정 팩터
과 마찬가지로 상기 제 1 증폭기의 이득 팩터
의 변화
는 상기 제 2 증폭기의 이득 팩터
에 의해 적어도 부분적으로 보상되어서, 체인 이득 팩터
와 상기 목표 체인 이득 팩터
사이의 차이가 최소화되고, 및

상기 고정 팩터
은 상기 차이가 강제로 0이 될 수 있도록 하기 위한 값
와
의 몇 개의 조합 및 상기 차이가 상기 제약
로 인해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 하기 위한 값
와
의 몇 개의 조합이 적어도 존재하도록 선정되는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 팩터
는 상기 차이가 변화
의 큰 값 및/또는 작은 값
에 대해 강제로 0이 될 수 있도록 선정되고, 또한 상기 차이가 변화
의 작은 값 및/또는 큰 값
에 대해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 선정되는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법.
제 1항 또는 제 2항 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 고정 팩터
는 목표 체인 이득 팩터
의 그룹에 대해 상기 제 2 증폭기가 자체 최대 이득 팩터
에 가까운 이득 팩터
로 동작하고, 이들 목표 체인 이득 팩터에 대해 상기 이득 팩터
가 상기 변화
로부터 가장 가능성 높은 독립성이 이루어지고, 상기 체인 이득 팩터
와 상기 목표 체인 이득 팩터
사이의 차이가 보다 작은 값인
에 대해 특별히 수용되도록 추가적으로 선정되는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법.
제 3항에 있어서, 목표 체인 이득 팩터
의 그룹은 가장 빈번히 발생하는 목표 체인 이득 팩터인 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방 법.
제 1항에서 제 4항 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 이득 팩터
는 변조된 무선 주파수(RF) 신호를 광대역 중간 주파수(IF) 신호로 하향-변경하는 튜너의 상기 최대 이득 팩터와 상기 광대역 IF 신호를 협대역 IF 신호로 변환하는 IF 필터의 이득 팩터간의 곱으로 정의되는데, 여기서 상기 IF 필터의 이득 팩터는 고정되어 있으며 상기 튜너의 최대 이득 팩터는 변화하고,

상기 이득 팩터
는 복조된 신호를 생성하기 위해 복조 객체에 인입되는 증폭된 협대역 IF 신호를 생성하기 위해 상기 협대역 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기의 상기 이득 팩터를 나타내는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법.
제 5항에 있어서, 상기 체인 이득 팩터
와 상기 목표 체인 이득 팩터
사이의 최소 차이를 이루기 위해 상기 제 2 증폭기의 이득 팩터
의 조정에 의한 상기 디바이더의 고정 팩터
와 마찬가지로 제 1 증폭기의 이득 팩터의 상기 변화
의 상기 최소 부분 보상은 상기 복조기의 입력부에서 상기 증폭된 협대역 IF 신호의 신호 레벨이 일정한 목표 값을 갖도록 강제하기 위하여 수행되는 상기 튜너와 상기 IF 증폭기의 이득의 합동 제어의 두 단계 중에서 일부를 나타내는데, 여기서 RF 신호 레벨을 꾸준히 증가시키기 위해 상기 두 단계 는

상기 꾸준히 증가하는 RF 신호 레벨로 꾸준히 감소시키는 상기 체인 이득 팩터
와 상기 목표 체인 이득 팩터
사이의 차이가 상기 광대역 IF 신호가 전환 지점에서 전용 동적 범위를 초과할 때까지 최소화되도록 상기 튜너의 이득 팩터를 자체 최대 값으로 유지하고 상기 IF 증폭기의 이득 팩터를 변화시키는 제 1 단계와,

상기 전환 지점부터 상기 이득 팩터
를 더 이상 감소시키지 않고 대신에 상기 튜너의 이득 팩터를 자체 최대 값 이하로 꾸준히 감소시키기 시작하는 제 2 단계로 정의되는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 값
과
의 조합에 대해, 체인 이득 팩터
과 목표 체인 이득 팩터
간의 상기 차이가 상기 제약
로 인하여 더 이상 강제로 0으로 될 수 없고, 상기 복조기의 입력부에서 상기 증폭된 협대역 IF 신호의 신호 레벨이 일정한 목표 값 아래로 적절하게 떨어지도록 하기 위해, 상기 차이가 강제로 0으로 될 수 있는 경우와 비교해 상기 복조된 신호의 품질 저하가 심각하지 않는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 방법.
증폭기 체인의 감도를 높이는 장치로서, 이득 팩터
로 신호를 증폭하는 제 1 증폭기로서, 여기서
은 고정된 이득 팩터를 나타내며
은
인 이득 팩터의 변화를 나타내는 제 1 증폭기와, 제어 가능한 이득 팩터
로 신호를 추가적으로 증폭하는 제 2 증폭기로서, 상기 제 1 증폭기의 이득의 변화
을 보상함으로써 상기 체인 이득 팩터
와 목표 체인 이득 팩터
사이의 차이가 0이 되도록 하는, 제 2 증폭기를 포함하는

증폭기 체인의 감도를 높이는 장치에 있어서,

상기 장치는 상기 제 2 증폭기 뒤에 배열되고 고정 팩터
을 자체 입력에 인가하는 디바이더를 더 포함하고, 여기서 상기 제 2 증폭기는 상기 고정 팩터
와 마찬가지로 상기 제 1 증폭기의 이득 팩터
의 변화
을 적어도 부분적으로 보상함으로써, 상기 체인 이득 팩터
와 상기 목표 체인 이득 팩터
사이의 차이가 최소화되고, 또한 여기서 상기 고정 팩터
는 상기 차이가 강제로 0이 될 수 있도록 하기 위해 값
과
의 몇 개의 조합과, 상기 차이가 제약
로 인해 더 이상 강제로 0이 될 수 없도록 하기 위해 값
과
의 몇 개의 조합이 적어도 존재하도록 선정되는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 장치.
제 8항에 있어서, 상기 제 1 증폭기는 변조된 무선 주파수(RF) 신호를 광대역 중간 주파수(IF) 신호로 하향-변경하는 튜너와 상기 광대역 IF 신호를 협대역 IF 신호로 변환하는 IF 필터 양쪽 모두를 나타내는데, 여기서 상기 IF 필터의 이득 팩터는 고정되고, 상기 튜너의 최대 이득 팩터는 제조 과정으로 인해 변화하며, 상기 제 2 증폭기는 복조된 신호를 생성하기 위해 복조 객체에 인입되는 증폭된 협대역 IF 신호를 생성하기 위하여 상기 협대역 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기를 나타내는 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 장치.
제 8항 또는 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이더는 전압 디바이더인 것을 특징으로 하는, 증폭기 체인의 감도를 높이는 장치.