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KR100339626B1 - 무한주파수응답 필터를 이용한 주파수편이-키잉 복조시스템 - Google Patents

무한주파수응답 필터를 이용한 주파수편이-키잉 복조시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무한주파수응답 필터를 이용한 주파수편이-키잉 복조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 마크주파수(mark frequency)와 스페이스주파수(space frequency)로 주파수편이-키잉(frequency shift keying) 변조된 신호를 입력받아 이를 복조하기 위한 주파수편이-키잉 복조시스템에 있어서, 변조 신호를 입력받아 소정의 변환 신호를 출력하는 무한임펄스응답(infinite impulse response)필터로서, 그 크기 특성(magnitude characteristics)은 마크주파수와 스페이스주파수를 포함하는 주파수 영역에 대하여 대역 통과(band-pass)의 특성을 가지며 그 위상 특성(phase characteristics)이 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 서로 반대방향의 위상이득(phase gain)을 갖고 그 위상 이득 편차의 크기가 160도 내지 200도인 특성을 갖는 무한임펄스응답 필터; 및 무한임펄스응답 필터의 출력 신호인 전술한 변환 신호를 입력받아 변환 신호에 있어서 위상 반전이 발생하였을 때 변조 신호에 마크주파수와 스페이스주파수 간의 절환(switching)이 존재하는 것으로 판단하는 판단부를 포함하는 주파수편이-키잉 복조시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

Description

무한주파수응답 필터를 이용한 주파수편이-키잉 복조시스템{.}
주파수편이-키잉(Frequency Shift Keying : FSK) 변조는 0과 1의 신호를 서로 상이한 두 개의 주파수(예컨대, '1'에 대하여는 1300Hz, '0'에 대하여는 2100Hz)로 변조하는 방식으로서, 현재 호출기, 전력선 모뎀 및 콜러아이디 (CallerID)등에 널리 활용되고 있다. 이 때, 일반적으로 '1'을 마크(mark), '0'을 스페이스(space) 라고 부르고, 위의 예에서 1300Hz를 마크주파수, 2100Hz를 스페이스주파수라고 부른다. 이렇게 FSK 변조된 신호를 수신한 기기에서는 이 변조된 신호로부터 원래의 신호[마크('1') 또는 스페이스('0')]를 추출해 내야 하는데, 여기에 사용되는 시스템이 바로 FSK 복조시스템이다.
도1은 종래기술에 따른 FSK 복조시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도1의 FSK 복조시스템에서는 입력 FSK 변조신호를 유한임펄스응답 대역통과 (finite impulse response bandpass) 필터(100)를 사용하여 처리하고자 하는 특정 주파수대역[위의 경우, 마크주파수(1300Hz)와 스페이스주파수(2100Hz)를 포함하는 대역]의 신호만을 걸러낸 뒤, 디페이저 필터(dephaser filter ; 120)를 이용하여 마크주파수 신호와 스페이스주파수 신호가 서로 반대위상을 갖도록 위상변화를 인가한 후, 판단부(140)에서 신호의 위상과 주파수에 기초하여 원래의 데이터(마크 또는 스페이스)를 복조한다.
여기에서, 디페이저 필터(120)는 일반적으로 전역통과 필터(all-pass filter)로서 입력신호에 대하여 소정의 위상변화를 인가하는 필터를 말한다. 일반적으로 대상으로 하는 두 개의 주파수(마크주파수와 스페이스주파수)에 대하여 서로 반대의 영향을 인가하도록 설계한다. 도2에 도1의 FSK 복조시스템에서 유한임펄스응답 대역통과 필터(100)의 출력신호 파형[즉, 디페이저 필터(120)의 입력신호 파형]과 디페이저 필터(120)의 출력신호 파형을 도시하였다. 도시된 바와 같이, 유한임펄스응답 대역통과 필터(100)를 통과시킨 신호의 파형[도2(a)]은 관심을 갖는 마크주파수의 신호와 스페이스주파수의 신호로 구성되어 있고, 이 신호를 디페이저 필터(120)를 통과시킨 결과 스페이스주파수의 신호가 마크주파수의 신호에 대하여 (예컨대, 180도) 위상반전이 일어남[도2(b)]을 알 수 있다. 통상의 FSK 복조시스템에서는 이 위상반전을 검출하여 신호복조에 사용한다.
전술한 바와 같이, FSK 복조시스템에서는 대역통과 필터(100) 이후의 복조과정에서 신호의 위상관계를 사용하므로, 정확한 신호복조를 위해서는 대역통과 필터(100)를 거치면서 변조신호의 위상에 왜곡이 발생해서는 안되며, 이러한 요구에 따라 대역통과 필터로서 위상특성이 양호한 유한임펄스응답 필터가 사용되어왔다. 유한임펄스응답 필터에 비해 저가·저소비전력인 무한임펄스응답(infinite impulse response) 필터는 신호가 통과하는 동안 신호의 위상이 왜곡되는 문제점으로 인해 신호복조용 필터로서는 일반적으로 사용되지 못하였다. 따라서, 도1에 도시된 바와 같이, 종래기술의 FSK 복조시스템은 유한임펄스응답 대역통과 필터 (100), 디페이저 필터(120), 및 판단부(140)로 구성된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 FSK 복조용 무한임펄스응답 필터로서 그 크기특성(magnitude characteristics)은 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 대역통과 특성을 갖고 그 위상특성(phase characteristics)은 변조신호의 특성으로부터 추출된 소정의 요건을 따르도록 한 무한임펄스응답 필터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 그 크기특성은 소정의 대역통과 특성을 갖고 그 위상특성은 변조신호의 특성으로부터 추출된 소정의 요건을 따르도록 한 무한임펄스응답 필터를 포함하는 FSK 복조시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
도1은 종래기술에 의한 FSK 복조시스템의 구성을 나타낸 도면.
도2(a)는 종래기술에 의한 FSK 복조시스템에서 대역통과 필터(100)의 출력신호 파형을 나타낸 도면.
도2(b)는 종래기술에 의한 FSK 복조시스템에서 디페이저 필터(120)의 출력신호 파형을 나타낸 도면.
도3은 본 발명에 따른 필터의 한 실시예를 도시하는 도면.
도4는 본 발명에 따른 필터의 주파수 특성을 도시하는 도면.
도5는 본 발명에 따른 필터를 이용한 FSK 복조시스템의 한 실시예의 구성을 도시하는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
500 : 무한주파수응답 대역통과필터
520 : 판단부
이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
전술한 바와 같이, 무한임펄스응답 필터는 그 속성상 위상왜곡이 발생할 수밖에 없다. 이 점 때문에 무한임펄스응답 필터가 FSK 신호에 대한 복조시스템에 사용되지 못하였는데, 본 발명에서는 그 필터의 위상왜곡이 FSK 변조신호의 특성으로부터 추출된 일정한 요건을 따르도록 함으로써 무한임펄스응답 대역통과 필터 하나만으로 유한임펄스응답 대역통과 필터와 디페이저 필터를 대치할 수 있도록 하고자 한다.
본 발명의 무한주파수응답 필터는 그 대상으로 하는 FSK 변조신호의 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 특정의 크기특성과 위상특성을 갖는다. 즉, 크기특성의 면에 있어서 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 대역통과 특성을 가지며, 위상특성의 면에 있어서 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 서로 반대방향의 위상이득(phase gain)을 갖도록 구성되는 것이다. 예컨대, 마크주파수에 대하여는 소정의 각도가 가산되고 스페이스주파수에 대하여는 소정의 각도가 감산되도록 한다.(반대의 경우도 가능하다. 즉, 마크주파수에 대하여는 소정의 각도가 감산되고 스페이스주파수에 대하여는 소정의 각도가 가산되도록 할 수도 있다.) 바람직하게는, 마크주파수에서의 위상특성과 스페이스주파수에서의 위상특성이 서로 180도의 위상차를 갖고 마크주파수와 스페이스주파수의 중심주파수에서 그 위상이득이 0도가 되도록 한다. 즉, 무한주파수응답 필터가 그 크기특성은 유한주파수응답 필터를 따르고 위상특성은 디페이저 필터를 따르도록 한다는 것이다.
필터의 크기특성과 위상특성이 전술한 바와 같이 되도록 무한주파수응답 필터를 설계한 후에 이 무한주파수응답 필터에 대하여 FSK 변조신호를 통과시키면, 원하는 마크주파수와 스페이스주파수 대역의 신호를 걸러낼 수 있을 뿐만 아니라 마크주파수의 신호와 스페이스주파수의 신호가 서로 180도의 위상차를 갖도록 천이(transform)되기 때문에, FSK 변조신호를 통과시킨 결과 도2(b)에 도시된 파형을 갖는 출력신호를 얻을 수 있다.
도3은 본 발명에 따른 무한주파수응답 필터의 한 실시예를 도시한 도면이다. 도3에 도시된 무한주파수응답 대역통과 필터는 체비셰프(Chebyshev) 타입2 12차 무한주파수응답 필터로서 그 사양은 13983Hz의 샘플링 주파수, 1820Hz의 중심주파수, 3dB의 통과대역 감쇠비(passband attenuation)를 갖도록 설계되었다. 이 무한주파수응답 대역통과 필터는 콜러아이디 분야의 설계 표준인 벨코어(Bellcore) 규격과 전화망 분야의 표준인 V.23 규격을 동시에 만족시킬 수 있도록 설계된 것이다. 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 벨코어 규격에서는 1200Hz와 2200Hz를 규정하고 있고, V.23 규격에서는 1300Hz와 2100Hz를 규정하고 있다.
도4에 도3에 도시된 본 발명의 무한주파수응답 필터의 주파수특성을 도시하였다. 도시한 바와 같이, 도3의 무한주파수응답 필터는 그 크기특성에 있어서 마크주파수(1200Hz, 1300Hz)와 스페이스주파수(2200Hz, 2100Hz)를 포함하는 영역에서 대역통과 특성을 갖고, 그 위상특성에 있어서 마크주파수에 대하여 대략 +90도, 스페이스주파수에 대하여 대략 -90도의 위상이득을 갖고 마크주파수와 스페이스주파수의 중심주파수(1700Hz)에서 0도의 위상이득을 갖는다. 즉, 마크주파수와 스페이스주파수에 대하여 서로 180도의 위상차를 갖도록 하였다. 결과적으로, 이러한 주파수 특성을 갖는 무한주파수응답 필터에 대하여 FSK 변조신호를 통과시키면 전술한 크기특성과 위상특성으로 인해 도2(b)에 도시한 파형을 갖는 신호를 얻는다.
현재 사용되고 있는 필터 설계 방법에 대해 기술하면, 필터설계용 컴퓨터 프로그램의 사용자 인터페이스 화면에 사용하고자 하는 필터의 종류[예컨대, 체비셰프, 버터워드(Butterworth), 베셀(Bessel), 엘립틱(Elliptic)]와 원하는 특성(예컨대, 중심주파수, 통과대역 감쇠비, 필터차수 등)에 대한 옵션(option)을 설정하여 주면, 그 설정한 조건에 맞도록 컴퓨터 소프트웨어가 적절하게 필터를 설계하여 준다. 즉, 필터의 구성은 유한임펄스응답 필터로 할 것인지 아니면 무한임펄스응답 필터로 할 것인지를 결정하는 차원에서 결정이 되는 것이고, 필터의 종류는 구성은 일단 결정이 된 후에 그 계수를 어떻게 설정할 것인지에 관한 문제인 것이기 때문이며, 필터의 종류를 포함한 부수적인 부분은 필터의 구현에 있어서 대상 응용분야가 원하는 규격들(예를 들어, 차단주파수에서의 첨예도, 통과대역에서의 편평도, 주파수 특성의 오버슈트 등)로부터 결정되는 것이다. 따라서, 필터의 종류를 앞에서 열거한 것들 중에서 어떠한 것으로 할 것인지는 본 발명에서는 중요한 문제가 아니다. 다만, 현재까지의 실험결과로는 체비셰프 타입2의 무한임펄스응답 필터가 다른 종류의 필터보다 본 발명에서 다루는 FSK 복조시스템에 보다 적합하나 이러한 사항은 본 발명의 필수 구성요소가 아니다.
도5는 본 발명에 따른 무한주파수응답 필터를 이용한 FSK 복조시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도5에 도시된 FSK 복조시스템과 도1에 도시된 FSK 복조시스템을 서로 비교하면 도1의 종래기술의 FSK 복조시스템에서는 유한임펄스응답 대역통과필터(100)와 디페이저필터(120)가 필요하던 것이, 도5의 본 발명의 FSK 복조시스템에서는 무한주파수응답 대역통과필터(500) 하나만으로 충분한 것을 알 수 있다. 즉, 기능적인 면에서 보면, 본 발명의 무한주파수응답 대역통과필터(500) 하나가 종래기술의 유한임펄스응답 대역통과필터(100)와 디페이저필터(120)의 두 가지 기능을 동시에 담당하는 것이다. 반면에, 본 발명의 무한주파수응답 대역통과필터(500)는 그 복잡성이나 크기, 소비전력에 있어서 종래기술에서 사용하여왔던 유한임펄스응답 대역통과필터(100)에 비해 현저히 우수하다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 신호복조용 무한임펄스응답 필터에 따르면 FSK 복조시스템을 보다 간단하게 구성할 수 있어 저가·저소비전력의 복조시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이상 제시된 발명의 구성 및 작용은 바람직한 실시예로서 제시된 것으로서 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 권리범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 소정의 마크주파수(mark frequency)와 스페이스주파수(space frequency)로 주파수편이-키잉(frequency shift keying) 변조된 신호를 입력받아 이를 복조하기 위한 주파수편이-키잉 복조시스템에 있어서, 상기 변조 신호를 입력받아 소정의 변환 신호를 출력하는 무한임펄스응답(infinite impulse response) 필터로서, 그 크기 특성(magnitude characteristics)은 상기 마크주파수와 상기 스페이스주파수를 포함하는 주파수 영역에 대하여 대역 통과(band-pass)의 특성을 가지며 그 위상 특성(phase characteristics)이 상기 마크주파수와 상기 스페이스주파수에 대하여 서로 반대방향의 위상이득(phase gain)을 가지되 그 위상 이득 편차의 크기가 160도 내지 200도인 특성을 갖는 무한임펄스응답 필터; 및 상기 무한임펄스응답 필터의 출력 신호인 상기 변환 신호를 입력받아 상기 변환 신호에 있어서 위상 반전이 발생하였을 때 상기 변조 신호에 상기 마크주파수와 상기 스페이스주파수 간의 절환(switching)이 존재하는 것으로 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수편이-키잉 복조시스템.
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