KR100250436B1 - 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약동기 장치와 동기 신호 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치와 동기 신호 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.

데이터 전송 시스템의 주파수 도약 동기 수단으로 주로 사용되는 방식은 송신단에서 전송되는 디지털 데이터 신호로부터 동기 신호를 축출하는 위상 동기 루프(Phase Locked Loop ;PLL) 방식이며, PLL 방식을 사용하기 위해서는 데이터 전송에 동기식 전송 방식을 사용하는 것이 PLL 회로의 구현에 유리하다. 그러나 현재 주로 사용되는 데이터 통신 단말들은 비동기 전송 방식을 사용하며, 비동기 전송 방식을 사용할 경우 전송 속도는 저하되지만 망 구성 및 접속이 용이해진다. 하지만 비동기식 직렬 전송 방식의 경우에도 데이터의 레벨 천이가 불규칙하므로 접속은 편리하지만 PLL을 구현하기 복잡한 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 비동기식 직렬 전송 방식으로 데이터를 전송하면서 도약 동기를 유지하기 위하여 PLL 회로를 사용하지 않고 데이터 프레임 끝에 삽입되는 짧은 동기 신호와 내장된 타이머를 이용하여 페이딩 등에 의한 동기 신호의 일시적 상실에도 주파수 동기를 유지할 수 있는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치와 동기 신호 검출 방법 및 장치가 제시된다.

Description

비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치와 동기 신호 검출 방법 및 장치

본 발명은 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치 및 동기 신호 검출 방법 및 장치에 관한 것으로 특히, 주파수 도약 방식의 무선 데이터 전송 장비에 있어서 접속이 편리하여 광범위하게 사용되는 직렬 비동기 통신 포트를 이용하여 무선 데이터 통신을 수행하면서 주파수 도약에 필요한 도약 동기를 찾고 유지하는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치와 동기 신호 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 이동통신 단말의 증가추세에 따라 무선통신 시스템의 사용이 증가하고 있으며, 주파수 재사용을 위한 무선 링크의 저출력화 및 무선 스펙트럼 효율을 증가시키기 위한 대역확산 통신방식의 채용도 증가하고 있다. 대표적으로 많이 사용되는 대역확산 통신방식에는 직접확산(direct spread)과 주파수 도약(frequency hopping) 방식이 있는데, 주파수 도약 방식의 경우가 회로 구현이 용이하므로 규모가 적은 간단한 통신시스템에 많이 사용되고 있다. 주파수 도약 방식으로 데이터 전송 시스템을 구현하기 이하여 송신단과 수신단 사이의 주파수 도약 동기 장치가 반드시 필요하다.

주파수 도약 통신 방식에 있어서, 동기를 유지하는 절차에는 초기 동기 절차와 연속 동기 절차가 필요하다. 초기 동기 절차는 상호 동기 상태가 아닌 통신 시스템이 처음으로 동기 상태에 진입토록 하는 절차이며 연속 동기는 초기 동기 설정후 계속적으로 동기를 유지하는 것을 의미한다. 주파수 도약 통신에 있어서 초기 동기 방식은 매우 다양하며, 연속 동기에는 송신단에서 전송되는 디지털 데이터 신호로부터 동기 신호를 축출하는 위상 통기 루프(Phase Locked Loop ;이하 PLL이라 함) 방식을 주로 이용한다. PLL 방식을 사용하기 위해서는 데이터 전송에 동기식 전송방식을 사용하는 것이 PLL 회로의 구현에 유리하다. 그러나 현재 많이 사용되는 데이터 통신 단말들은 전송 속도는 저하되지만 망 구성 및 접속이 용이한 비동기식 직렬 전송 방식을 주로 사용한다. 그러나 비동기식 직렬 전송 방식을 사용하는 경우에도 데이터 레벨의 천이가 불규칙하므로 접속은 편리하지만 PLL을 구현이 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 주파수 도약 방식의 무선 데이터 전송 시스템에서 무선 구간의 데이터 전송에 비동기 데이터 전송 방식을 사용하면서 주파수 도약에 필요한 동기 신호를 용이하게 축출하여 시스템의 설계 및 구현을 단순화시킬 수 있는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치와 동기 신호 검출 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치는 송신단에서 데이터 프레임의 스톱 비트 구간에 주파수 도약 동기 신호를 삽입하기 위한 제 1 논리 수단과, 상기 주파수 도약 동기 신호를 수신단에서 검출하되 직렬 비동기 통신 포트가 상기 주파수 도약 동기 신호를 스타트 비트로 인식하는 것을 방지하기 위하여 동기 시점 부근에서 상기 주파수 도약 동기 신호를 단절시키기 위한 제 2 논리 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 신호 검출 방법은 고주파 변복조기를 통하여 출력된 데이터 프레임 중 고레벨 신호가 입력된 경우 입력 신호를 적분기를 이용하여 누적적분하는 단계와, 상기 적분 결과가 저레벨 신호인 경우 저레벨 검출기를 이용하여 적분 신호를 방전시키므로써 지속 시간이 짧은 고레벨 데이터를 저레벨 신호에 의해 리셋시켜 적분 신호의 레벨이 비교전압 이내에 있도록 하는 단계와, 상기 적분기에 지속 시간이 긴 고레벨 신호가 입력된 후 저레벨 신호인 주파수 도약 동기 신호가 입력된 경우 구형파 펄스를 출력하는 단계와, 상기 구형파 펄스 및 하나의 주파수 프레임 길이와 같은 시간으로 사전 설정된 타이머의 타이머 만료 신호를 이용하여 주파수 도약 여부를 결정하는 단계와, 상기 주파수 도약 여부에 따라 수신단 의사잡음을 발생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 신호 검출 장치는 수신된 직렬 데이터 프레임을 출력하는 고주파 변복조기와, 상기 고주파 변복조기로부터 출력된 데이터 프레임 중 지속 시간이 짧은 고레벨 신호가 입력된 경우 입력 신호를 누적적분하는 적분기와, 상기 적분기를 통해 적분된 신호가 저레벨 신호인 경우 입력 신호를 방전시키는 저레벨 검출기와, 상기 적분기에 지속 시간이 긴 고레벨 신호가 입력된 후 주파수 도약 동기 신호가 입력된 경우 상기 적분기의 출력 값과 비교 전압을 비교한 후 구형파 펄스를 출력하는 비교기와, 하나의 주파수 프레임 길이와 같은 시간으로 사전 설정되어 있는 타이머와, 상기 타이머의 타이머 종료 신호를 이용하여 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간보다 현저히 이를 경우 오동작 신호로 판단하고, 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간과 근접한 경우 주파수 변환을 수행하여 현행 통신 주파수에서 다음 단계의 통신 주파수로 도약하며, 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간을 초과할 경우 타이머 만료 신호를 추가의 동기 신호로 이용하여 주파수 변환을 수행하는 판단회로와, 상기 판단 회로의 출력에 따라 구동되는 의사잡음 발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 동기식 직렬 데이터 전송 방식을 사용하는 경우 주파수 도약 연속 동기 장치의 구성도.

도 2는 종래의 비동기식 직렬 데이터 전송 방식에서의 신호 파형.

도 3은 본 발명에 적용되는 데이터 전송 프레임의 구조도.

도 4는 본 발명에 따른 주파수 도약 동기를 위한 동기 신호 삽입 및 블록킹 장치의 구조도.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 도약 동기 장치의 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

11 : 송신 버퍼 12 : 송신단 PN 발생기

13 : 전송 클럭 발생기 14 : 송신기

15 : 전송 채널 16 : 수신기

17 : 수신버퍼 18 : PLL

19 : 수신단 PN 발생기

41 : 직렬 통신 포트 42 : 동기 신호 발생 수단

43 : 신호 발생 수단 45, 501 : RF 변복조기

502 : 적분기 503 : 저레벨 검출기

504 : 비교기 505 : 비교 전압

506 : 타이머 510 : 판단 회로

511 : 수신단 PN 발생기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 동기식 직렬 데이터 전송 방식을 사용하는 경우 주파수 도약 연속 동기 장치의 구성도이다.

송신버퍼(11)의 데이터는 송신단 PN(pseudo noise) 발생기(12)의 통제하에 동작하는 전송클럭 발생기(13)에 동기되어 송신기(14)를 거쳐 채널(15)을 통해 전송된다. 수신기(16)은 채널(15)을 통하여 전송된 데이터를 수신 버퍼(17)에 입력하며, 수신 데이터 파형을 이용하여 PLL(18)을 동작시키므로써 수신단 PN 발생기(19)가 송신단 PN 발생기(12)와 위상이 어느 정도의 편차이내에서 유지되도록 한다. 이때 PLL(18)의 비교 클럭을 용이하게 축출하기 위하여 디지털 데이터의 코딩에는 밀러 코드, 맨체스터 코드와 같이 데이터 클럭의 레벨 천이가 많은 것이 사용된다.

도 2는 종래의 비동기식 직렬 데이터 전송 방식에서의 신호 파형이다.

여기에서는 스타트(start) 비트(22)와 스톱(stop) 비트(21)를 사용하여 비트 동기를 맞추므로 오버헤드가 큰 반면 송신단과 수신단이 서로 위상 결합되지 않은 클럭을 사용하여도 데이터 클럭(23)의 비트 동기를 어느 정도의 편차 이내에서 유지시켜 데이터 송수신을 수행할 수 있고 회로가 간단하여 정보통신 단말들의 표준 인터페이스로 많이 사용되고 있다. 그러나 비동기 데이터 전송 방식은 데이터 클럭(23) 주기보다 긴 스톱 비트(21)를 사용하며 레벨의 천이가 불규칙하게 발생하므로 이를 이용하여 주파수 도약에 필요한 PN 발생기의 동기를 일치시키기 위해서는 매우 복잡한 회로를 필요로 한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 데이터 전송 프레임의 구조도이다.

도시된 것처럼, 주파수 도약 동기 신호(35)는 데이터 프레임과 프레임 사이에 출현하는 데이터 비트(33) 또는 한 개의 스톱 비트(21) 주기보다 상대적으로 긴 프레임 내의 데이터를 전부 전송한 후 출현하는 스톱 비트(34) 구간에 한 비트의 낮은 레벨 신호로 삽입된다.

도 4는 본 발명에 따른 주파수 도약 동기를 위한 동기 신호 삽입 및 블록킹 장치의 구조도이다.

주파수 도약 동기 신호는 직렬 통신 포트(41)와는 상관없이 동기 신호 발생 수단(42)에 의하여 AND 게이트(44)를 통하여 삽입되고, 고주파(Radio Frequency ;이하 RF라 함) 변복조기(45)에 의하여 변조된 후 전송된다. OR 게이트(46)는 주파수 도약 동기 신호가 RF 변복조기(45)를 통하여 출력되면 직렬 통신 포트(600)가 이를 스타트 비트로 인식하는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 주파수 도약 동기 신호의 도달시점 부근에 별도의 신호 발생 수단(43)에 의하여 발생된 로직 "1"의 신호를 삽입하여 동기 신호를 직렬통신포트(41)와 블럭킹(blocking) 한다.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 도약 동기 장치의 구조도이다.

RF 변복조기(501)는 도 3의 구조와 같은 수신된 데이터 프레임을 출력하며 적분기(502)에 접속되어 있다. 적분기(502)는 스톱 비트(도 3의 31) 또는 논리 "1"의 데이터 비트와 같은 고레벨 신호가 입력될 경우 그 신호를 누적적분하며, 신호의 적분중 스타트 비트(도 3의 32) 또는 논리 "0"의 데이터 비트와 같은 저레벨 신호가 입력되면 저레벨 검출기(503)를 통하여 방전시킨다. 결과적으로, 지속 길이가 짧은 프레임 내의 스톱 비트(도 3의 31)나 고레벨 데이터 비트는 곧이어 출현하는 저레벨 신호나 스타트 비트(도 3의 32)의 출현에 의하여 리셋되므로 적분 신호의 레벨이 미리 설정된 비교전압(505) 이내에 있도록 된다. 그러나 주파수 도약 동기 신호가 출현하는 경우에는, 그 이전에 지속 시간이 긴 스톱 비트(도 3의 34)에 의하여 비교기(504)의 출력단에는 고전압 상태가 출현하며 그 후에 주파수 도약 동기 신호의 출현은 저레벨 검출기(503)를 동작시키므로 비교기(504)의 출력을 반전시킨다. 결과적으로 비교기(504)는 동기 신호가 나타나면 한 개의 구형파 펄스를 출력하게 된다. 이 구형파 펄스는 판단회로(510)에 입력되어 PN 구동 신호(509)를 통하여 수신단 PN 발생기(511)를 구동시킨다. 판단회로(510)의 출력중 타이머 리셋 신호(508)는 판단회로(510)가 동기시점으로 판단한 시간에 출력되며 타이머(506)를 리셋시킨다. 타이머(506)는 1개의 주파수 프레임 길이와 같은 시간으로 사전 설정되며, 설정시간이 지나면 타임 만료 신호(508)를 통하여 판단회로(510)에 타임 만료를 통보한다. 이 신호는 동기 신호보다 약간 지연되어 판단회로(510)에 입력된다. 타임 만료 신호(508)는 채널의 잡음 등으로 동기신호가 제대로 수신되지 않을 경우, 이를 보상하는 추가의 동기 신호로 동작한다. 또한 판단회로(510)는 타이머(506)의 경과시간을 읽는 수단을 보유하며, 이를 이용하여 비교기(504)의 출력이 동기 신호가 수신되었음을 알리는 경우 이 것이 타당한 동기 신호인지 아닌지를 판단한다. 예를 들어 타이머(506)의 경과시간이 설정된 동기 만료 시간보다 현저히 이르다고 판단되면 이를 잡음에 의한 오동작 신호로 판단할 수 있다. 타이머(506)의 경과시간이 사전 설정된 만료 시간과 근접한 값이라면 비교기(504) 출력의 폴링 에지(falling edge)를 기준으로 일정 시간을 지연한 후 주파수 변환을 수행하여 현행 통신 주파수에서 다음 단계의 통신 주파수로 도약하게 된다. 만일 타이머(506)의 만료 시간이 지나도록 동기신호가 출현하지 않으면 통신 채널의 잡음 및 페이딩 현상에 의하여 동기를 알리는 1비트 신호가 도달하지 않은 것으로 보고 타이머 만료신호(508)에 의하여 주파수 변환을 수행한다. 이와 같이 동작함으로써 잡음 및 페이딩채널의 환경을 극복하면서 주파수 도약 동기를 일정 시간 이내의 편차를 가지고 유지하도록 동작한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 첫째, 주파수 도약 무선 데이터 통신 장치의 주파수 도약 동기에 적용할 경우 비동기 데이터 전송 방식을 사용할 수 있어 컴퓨터 및 프로세서와의 접속부 구조가 단순해지며 주변기기와의 접속이 간편해 지고 둘째, 파일럿 신호를 축출하기 위한 필터 또는 데이터 전송 클럭으로부터 동기에 필요한 신호를 축출하기 위한 PLL 등 복잡한 하드웨어를 제거할 수 있어 주파수 도약 동기에 필요한 회로 구조를 크게 단순화시킬 수 있으며 셋째, 전체 망 동기에 종속되는 단말의 동기 구조가 망 동기를 주관하는 기지국 보다 회로적으로 단순하므로 이동단말의 소형화에 유리할 뿐만 아니라 시스템 동작 후 최초로 동기 모드 진입에 필요한 초기 동기 절차와 초기 동기 설정 후 동기를 계속 유지하기 위한 연속 동기 절차에 동일한 하드웨어와 알고리즘을 사용하므로 시스템 구조의 단순화 및 소형화에 유리한 탁월한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 송신단에서 데이터 프레임의 스톱 비트 구간에 주파수 도약 동기 신호를 삽입하기 위한 제 1 논리 수단과,

   상기 주파수 도약 동기 신호를 수신단에서 검출하되 직렬 비동기 통신 포트가 상기 주파수 도약 동기 신호를 스타트 비트로 인식하는 것을 방지하기 위하여 동기 시점 부근에서 상기 주파수 도약 동기 신호를 단절시키기 위한 제 2 논리 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 장치.
2. 고주파 변복조기를 통하여 출력된 데이터 프레임 중 고레벨 신호가 입력된 경우 입력 신호를 적분기를 이용하여 누적적분하는 단계와,

   상기 적분 결과가 저레벨 신호인 경우 저레벨 검출기를 이용하여 적분 신호를 방전시키므로써 지속 시간이 짧은 고레벨 데이터를 저레벨 신호에 의해 리셋시켜 적분 신호의 레벨이 비교전압 이내에 있도록 하는 단계와,

   상기 적분기에 지속 시간이 긴 고레벨 신호가 입력된 후 저레벨 신호인 주파수 도약 동기 신호가 입력된 경우 구형파 펄스를 출력하는 단계와,

   상기 구형파 펄스 및 하나의 주파수 프레임 길이와 같은 시간으로 사전 설정된 타이머의 타이머 만료 신호 및 타이머 경과 시간을 이용하여 주파수 도약 여부를 결정하는 단계와,

   상기 주파수 도약 여부에 따라 수신단 의사잡음을 발생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 타이머의 타이머 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간보다 현저히 이를 경우 오동작 신호로 판단하고, 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간과 근접한 경우 주파수 변환을 수행하여 현행 통신 주파수에서 다음 단계의 통신 주파수로 도약하며, 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간을 초과할 경우 타이머 만료 신호를 추가의 동기 신호로 이용하여 주파수 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 방법.
4. 수신된 직렬 데이터 프레임을 출력하는 고주파 변복조기와,

   상기 고주파 변복조기로부터 출력된 데이터 프레임 중 지속 시간이 짧은 고레벨 신호가 입력된 경우 입력 신호를 누적적분하는 적분기와,

   상기 적분기를 통해 적분된 신호가 저레벨 신호인 경우 입력 신호를 방전시키는 저레벨 검출기와,

   상기 적분기에 지속 시간이 긴 고레벨 신호가 입력된 후 주파수 도약 동기 신호가 입력된 경우 상기 적분기의 출력 값과 비교 전압을 비교한 후 구형파 펄스를 출력하는 비교기와,

   하나의 주파수 프레임 길이와 같은 시간으로 사전 설정되어 있는 타이머와,

   상기 타이머의 타이머 종료 신호를 이용하여 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간보다 현저히 이를 경우 오동작 신호로 판단하고, 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간과 근접한 경우 주파수 변환을 수행하여 현행 통신 주파수에서 다음 단계의 통신 주파수로 도약하며, 상기 타이머의 경과 시간이 설정된 동기 만료 시간을 초과할 경우 타이머 만료 신호를 추가의 동기 신호로 이용하여 주파수 변환을 수행하는 판단회로와,

   상기 판단 회로의 출력에 따라 구동되는 의사잡음 발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비동기 직렬 데이터 통신에서의 주파수 도약 동기 신호 검출 장치.

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