KR20060062153A - Digital ultra-narrowband terminating system using direct-conversion and its multiple-band transmission and receiving apparatus - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 직접변환 방식을 이용한 디지털 초협대역 단말 시스템 및 그의 다중대역 송수신 장치에 관한 것임.The present invention relates to a digital ultra narrowband terminal system using a direct conversion method and a multi-band transmission and reception apparatus thereof.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
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 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention uses a direct conversion scheme that can improve the performance and maintenance of the terminal by using the DSP technology while satisfying the frequency ultra-narrow banding condition of 6.25 kHz or less, using the DSP technology, and enables low-power driving and light weight of the terminal. An object of the present invention is to provide a digital ultra narrowband terminal system and a multiband transceiver thereof.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은, 디지털 초협대역 단말 시스템에 있어서, 전원공급수단; 디지털 무선 통신을 통한 기저대역 디지털 신호처리, 음성통화구현, 채널 인코딩 및 디코딩, 아날로그 무선주파수(RF) 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능을 수행하고, 제어수단을 통해 RF 송수신수단의 동작 상태를 체크하기 위한 디지털 신호처리수단; 단말기 RF 인터페이스 신호를 전달하거나 조정하기 위한 상기 제어수단; 및 직접변환 방식을 이용해 송수신 주파수를 직접 변환하기 위한 다중대역의 상기 RF 송수신수단을 포함한다.The present invention provides a digital ultra narrowband terminal system comprising: power supply means; Perform baseband digital signal processing, voice call implementation, channel encoding and decoding, analog radio frequency (RF) signal processing and modulation and demodulation signal processing through digital wireless communication, and check the operation status of the RF transmitting and receiving means through control means. Digital signal processing means for; Said control means for transmitting or adjusting a terminal RF interface signal; And a multi-band RF transceiver for directly converting a transmission / reception frequency using a direct conversion scheme.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 디지털 초협대역 단말기 등에 이용됨.The present invention is used in digital ultra narrowband terminals and the like.
디지털 초협대역 단말기, 직접변환 방식, 다중대역, 이중대역, DSPDigital ultra narrowband terminal, direct conversion method, multiband, dual band, DSP
Description
도 1 은 종래의 FM 및 디지털 방식용 협대역 단말기의 구성 예시도,1 is a configuration example of a conventional FM and digital narrowband terminal,
도 2 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 일실시예 구성도, 2 is a block diagram of an embodiment of a direct conversion digital ultra narrowband terminal system according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템에서의 음성 신호 흐름을 나타낸 일실시예 설명도, 3 is a diagram illustrating an embodiment of a speech signal flow in a direct conversion type digital ultra narrowband terminal system according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템에서의 다중대역 송수신 장치의 일실시예 구성도이다. 4 is a configuration diagram of an apparatus for transmitting and receiving a multiband in a direct conversion type digital ultra narrowband terminal system according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawing
20 : DSP 모듈 21 : 마이크로 프로세서20: DSP module 21: microprocessor
22 : RF 송수신기 23 : 전원 공급부22: RF transceiver 23: power supply
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. The present invention relates to a digital ultra narrowband terminal system using a direct conversion method and a multi-band transmission and reception apparatus thereof, and more particularly, to control and drive signals of terminals using DSP technology while satisfying a frequency ultra narrowband condition of 6.25 kHz or less. The present invention relates to a digital ultra narrow-band terminal system and a multi-band transmitting / receiving apparatus thereof using a direct conversion method capable of improving and maintaining terminal performance, and easily driving and reducing terminal power.
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. A simple radio station is a system widely used in construction sites, large discount stores, resorts, and gas delivery for simple business communication within a certain area. Currently, the domestic radio station has a shortage of designated frequencies in comparison to these user demands. As a result, communication quality deterioration and communication failure due to interference are intensifying. In order to improve the frequency shortage caused by the proliferation of the spectrum, the development of frequency ultra narrowband technology is in progress to maximize the utilization efficiency per unit frequency channel (25kHz → 12.5kHz → 6.25kHz).
이러한 개선 기술로는 아날로그 단측파대(SSB) 기술 및 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. These improvements include analog single sideband (SSB) technology and digital multiple access technology, which have four to five times the frequency utilization efficiency or equivalent frequency utilization efficiency compared to the FM method using the existing 25KHz channel. Have
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. Currently, developed countries have completed the establishment of frequency narrowband banding plans since 2005 through the establishment of technology for ultra narrowband banding, and digital methods such as Association of Public Safety Communication Officials (APCO) Project 25 and Terrestrial Trunked Radio (TETRA) rather than analog single-sideband technology. Through the transition, we are promoting technology development and commercialization in two directions: providing high quality service through the interworking with other commercial mobile wireless systems and integrating the national public safety net.
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. For reference, looking at the domestic frequency super narrow banding technology, the UHF band (335.4 ~ 470 MHz) was narrowed to 12.5 kHz at the end of December 1996, some of the VHF band (138 ~ 174 MHz) narrowed at the end of December 2004 Although it is scheduled to end banding, it takes about 63% of all simple radio stations, and the 220MHz band, which has serious interference, is a technical standard of 25kHz. It is in a state not provided.
도 1을 참조하여 종래의 FM 및 디지털 방식용 협대역 단말기의 구성을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the configuration of a conventional FM and digital narrowband terminal with reference to Figure 1 as follows.
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. 1 is a conventional VHF (Very High Frequency) and UHF (Ultra High Frequency) band terminal proposed for the conventional analog frequency modulation (FM) method and 12.5kHz constant-envelope 4-level frequency modulation (C4FM) digital method, Using the heterodyne receiver structure, it consists of a reception pre-end, 1 st IF (Intermediate Frequency) stage, 2 nd IF stage, analog baseband (I & Q) and frequency synthesizer.
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. The frequency conversion of the input signal was converted to 45.15MHz in the VHF band (138 to 174MHz) and 73.35MHz in the UHF and 800MHz bands through HSI (High Side Injection), and then the final frequency conversion to 450kHz. .
송신기는 FM 변조 방식의 일정한 진폭 특성을 이용하여 Direct-Modulation 방식, 즉 직접 주파수 변환을 함으로써 송신기의 구성을 간단히 하였다 The transmitter simplifies the configuration of the transmitter by performing direct-modulation, ie, direct frequency conversion, using the constant amplitude characteristics of the FM modulation.
일반적으로, LMR(Land Mobile Radio)용 단말기들의 수신부는 도 1과 같이 헤테로다인 방식을 이용한다. In general, receivers of land mobile radio (LMR) terminals use a heterodyne scheme as shown in FIG. 1.
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. However, in view of the recent demands of operators and users for multi-band services and multi-mode services according to the expansion of the use frequency band and various services, a change in the form of a terminal for providing such a multi-band / multi-mode service is required. Lose.
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. Nevertheless, according to the conventional narrowband terminal, many filters are required because the heterodyne method is used to maintain the frequency selectivity and sensitivity, and the specification is difficult, so that it is difficult to integrate with other devices. RF miniaturization and low cost required in terms of wireless mobile communication system for the mode was impossible.
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.The present invention has been proposed to solve the above problems, while satisfying the frequency ultra narrowband condition of 6.25 kHz or less, by using DSP technology to process the signal control and driving of the terminal using the terminal technology, the terminal performance is improved and easy to maintain and the terminal low power Disclosure of the Invention It is an object of the present invention to provide a digital ultra narrow-band terminal system and a multi-band transmitting / receiving apparatus thereof using a direct conversion method capable of driving and reducing weight.
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.
Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디지털 초협대역 단말 시스템에 있어서, 전원공급수단; 디지털 무선 통신을 통한 기저대역 디지털 신호처리, 음성통화구현, 채널 인코딩 및 디코딩, 아날로그 무선주파수(RF) 신호처리 및 변복조 신호 처리 기능을 수행하고, 제어수단을 통해 RF 송수신수단의 동작 상태를 체크하기 위한 디지털 신호처리수단; 단말기 RF 인터페이스 신호를 전달하거나 조정하기 위한 상기 제어수단; 및 직접변환 방식을 이용해 송수신 주파수를 직접 변환하기 위한 다중대역의 상기 RF 송수신수단을 포함한다. The present invention for achieving the above object is a digital ultra narrowband terminal system, the power supply means; Perform baseband digital signal processing, voice call implementation, channel encoding and decoding, analog radio frequency (RF) signal processing and modulation and demodulation signal processing through digital wireless communication, and check the operation status of the RF transmitting and receiving means through control means. Digital signal processing means for; Said control means for transmitting or adjusting a terminal RF interface signal; And a multi-band RF transceiver for directly converting a transmission / reception frequency using a direct conversion scheme.
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 스위칭된 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, 제1 및 제2 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 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. In particular, the present invention provides a receiving device of a super narrow band terminal, comprising: control means for adjusting a switch for selecting a reception band, adjusting a voltage gain, and adjusting frequency channel information; Switching means for selecting a reception band of a radio frequency (RF) signal received through a multi-band antenna according to a switch adjustment signal of the control means, respectively; Multi-band reception pre-transmission means for passing only the signal of the corresponding reception band in the switched RF signal and suppressing and amplifying the out-of-band signal; Frequency synthesizing means for generating a frequency for direct conversion of a received frequency in accordance with the frequency channel information adjustment signal of the control means; I / Q demodulation means for directly frequency converting the output signals of the first and second reception preposition means into baseband in-phase (I) / quad phase (Q) signals according to the frequency for the direct conversion of the reception frequency; And filtering the baseband I and Q signals directly frequency-converted through the I / Q demodulation means, and then filtering the filtered baseband I and Q signals according to the voltage gain adjustment signal of the control means. And a filtering and voltage gain amplifying means for amplifying and transferring the analog to digital converter of the control means.
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 송신 주파수 직접 변환을 위한 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 상기 변조수단; 상기 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 송신 대역을 선택하여, 해당 대역의 송신전치수단의 출력신호를 각각 필터링 한 후 해당 송신 대역의 안테나를 통해 각각 송신하기 위한 스위칭 및 무선주파수(RF) 송신 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention provides a transmitting device of a super narrow band terminal, comprising: control means for monitoring a state of a modulation means, adjusting switch for selecting a transmission band, frequency channel information, inter-path magnitude and phase; Filtering means for filtering baseband modulated in-phase (I) and quadrature (Q) signals respectively applied from the control means; Frequency synthesizing means for generating a frequency for direct transmission frequency conversion in accordance with the frequency channel information adjustment signal of the control means; The modulation for directly converting the filtered baseband I and Q signals to a transmission frequency band according to the frequency for the direct conversion of the transmission frequency and adjusting the output power according to the inter-path magnitude and phase adjustment signal of the control means Way; Multi-band transmission pre-transmission means for filtering only signals within the corresponding transmission frequency band from the directly converted baseband I and Q signals, and then transmitting the signal at the maximum output voltage under the control of the modulation means; And switching and radio frequency (RF) transmission means for selecting a transmission band according to the switch adjustment signal of the control means, filtering the output signals of the transmission pre-transmission means of the corresponding band, and transmitting the signals through the antenna of the transmission band, respectively. Characterized in that consisting of.
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. The present invention can simultaneously service the VHF band (138 ~ 174MHz) and 220MHz band, which occupies 77% of the domestic simple radio station while satisfying the frequency ultra-narrow banding conditions of 6.25kHz or less, the frequency for low power driving and light weight of the terminal The conversion uses a direct conversion method, and the terminal signal control and driving according to the digitization is made using DSP signal processing technology to improve the performance and maintenance of the terminal. In addition, the present invention improves the power efficiency of the terminal transmitter through the transmission radiation mask standard using the Cartesian Feedback Loop (CFL) linearization method due to the digital linear modulation scheme for ultra narrow bandwidth.
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. In addition, the 6.25kHz digital ultra narrowband terminal system is currently commercialized, and the structure of the terminal for the multi-band service using the direct transmission / reception scheme proposed by the present invention has not been proposed, but the structure and function of the present invention It can be used for the design and implementation of the terminal of the digital super narrowband frequency common system and the ultra narrowband terminal (including the RF transceiver) for the multiband service, and can be applied to the terminal system having the small size, low cost, and light weight of the LMR terminals in the future. .
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.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템의 일실시예 구성도이다. 2 is a block diagram of an embodiment of a direct conversion type digital ultra narrowband terminal system according to the present invention.
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. Digital ultra narrowband terminal using the direct conversion method according to the present invention is composed of a DSP (Digital Signal Processor)
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. Specifically, as illustrated in FIG. 2, the direct conversion digital ultra narrowband terminal system according to the present invention includes a
디지털 단말기 음성 통화를 위한 신호 흐름은 도 3과 같다. Signal flow for the digital terminal voice call is shown in FIG.
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. Referring to voice communication, first, an analog signal input through a microphone (MIC) 201 is converted into a 64 kbps digital signal through a pulse code modulator (PCM) (8 kHz) 202, so that the bandwidth of the normal voice (4 kHz) The data sampled at twice the speed of 8 kHz is transferred to the speech coder (vocoder) 203 using 8 bit resolution.
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. At this time, the transmitted data is converted into a digital signal of 4.4kbps through the voice compression process through an AMBE
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.On the contrary, the voice signal received through the
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. The
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. The
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. The
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. The
전원 공급부(230)는 +7.5V의 단일 전원을 이용하여 신호선(235,236)을 통하여 각 모듈로 전원을 공급한다.The power supply unit 230 supplies power to each module through
도 4 는 본 발명에 따른 직접변환 방식 디지털 초협대역 단말 시스템에서의 다중대역 송수신 장치의 일실시예 구성도이다. 4 is a configuration diagram of an apparatus for transmitting and receiving a multiband in a direct conversion type digital ultra narrowband terminal system according to the present invention.
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. As shown in FIG. 4, the multi-band transceiver of the direct conversion digital super narrowband terminal system includes two antenna terminals for transmitting and receiving signals of a corresponding band, a
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.The weak RF signal received through each antenna is filtered through the low pass filters 401 and 402 and then by the
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. The multi-band receiver of the direct conversion digital ultra narrowband terminal system includes a pre-selection band for filtering and low noise amplification for each band [Band 1 (VHF band, 138-174 MHz),
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. In more detail, as shown in FIG. 4, the multi-band receiving apparatus of the direct conversion type digital ultra narrowband terminal system includes a DSP module for adjusting switch adjustment, voltage gain adjustment, and frequency channel information for selecting a reception band. 452 and a
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. The weak RF signal received through each antenna is filtered through the low pass filters 401 and 402 and then selects one band through the
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. Here, the
한편, Band 2의 수신기를 선택한 경우도 상기의 경우와 동일하게 동작한다.On the other hand, when the receiver of
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. That is, when a receiver of
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. Here, the
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. The frequency synthesizer (PLL) 432 used a dual-PLL synthesizer for direct transmission / reception frequency conversion, and the reception VCO (Voltage Controlled Oscillator) output frequency 433 minimizes the effects of direct conversion (DC- offset, LO leakage, etc.) to generate twice the frequency, applied to the LO (Local Oscillator) terminal of the I /
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. In order to prevent the injection-pulling phenomenon due to the direct conversion method, the
여기서, 신호선 "429"는 DSP 모듈(452)에 의한 주파수 합성부(432) 구동 및 제어를 위한 연결선으로서, 주파수 채널 정보 등을 조정한다.Here, the signal line "429" is a connection line for driving and controlling the
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. On the other hand, the multi-band transmission apparatus of the direct conversion digital ultra narrow band terminal system, the band pass filter (442, 447), the drive amplifier for filtering the signals applied to the CFL (439) for each band and the maximum power amplification of the transmission signal 443,448, TxFE 441,446 consisting of power amplifiers 444,449 and directional couplers 445,450, and
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(436,437)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 억압시 켜 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. In more detail, as shown in FIG. 4, the multi-band transmission apparatus of the direct conversion type digital ultra narrowband terminal system monitors the state of the
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. The multi-band transmitter of the direct conversion type digital ultra narrowband terminal system also has a case where an adjustment signal of “11” is applied to the transmitter of
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. The baseband modulated I and Q signals applied from the
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. At this time, the
그리고, CFL(439)과 DSP 모듈(452)과의 인터페이스를 형성하는 신호선(454)는 CFL(439)의 상태가 정상(High)/비정상(Low) 인지를 체크하는 단자이다.The
한편, Band 2의 송신단, 즉 "01"의 조정 신호가 인가된 경우로 동작을 살펴보면 다음과 같다. On the other hand, the operation in the case that the transmitting terminal of the
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. The baseband modulated I and Q signals applied from the
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.At this time, the
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.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
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. The present invention as described above has the effect of simultaneously serving the VHF band (138 ~ 174MHz) and 220MHz band while satisfying the frequency ultra-narrow banding conditions of 6.25kHz or less.
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. In particular, the present invention can not only increase the power efficiency of the transmitter by using the CFL linearization technique for improving the linearity of the transmitter according to the super narrow band through the direct conversion scheme and the digital linear modulation, but also due to the reduction of parts used and the linearization scheme. Low power driving and light weight are possible, and the terminal signal control and driving according to the digitization use the DSP signal processing technology, thereby improving the terminal performance and easy maintenance.
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| KR1020040100905A KR100667151B1 (en) | 2004-12-03 | 2004-12-03 | Digital ultra-narrowband terminating system using direct-conversion and its multiple-band transmission and receiving apparatus |
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Cited By (3)
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| KR100810386B1 (en) | 2007-02-12 | 2008-03-04 | 삼성전자주식회사 | Device and method for mixing frequency of transmission in wireless terminal |
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2004
- 2004-12-03 KR KR1020040100905A patent/KR100667151B1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |