KR100500025B1

KR100500025B1 - 소 소자와 펄스정형을 이용한 알에프 모뎀 및 통신 송수신기

Info

Publication number: KR100500025B1
Application number: KR10-2002-7003899A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 벤-바셋; 러너모세
Original assignee: 알에프 웨이브스 리미티드
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2005-07-05
Also published as: US6535545B1; CN1578180A; US6970496B1; HK1071642A1; CN100438519C; WO2001028121A2; KR20020050233A; WO2001028121A3; JP2003511959A; CN1390394A; TW484261B; AU7815800A

Abstract

본 발명은 양방향 직접시퀀스 확산대역 반이중 RF 모뎀이다. 이 RF 모뎀은 수많은 아날로그 및 디지털 펄스변조 형식을 송수신하는데 응용될 수 있다. 이 모뎀은 송수신기내의 확산기능과 역학산기능을 수행하는 SAW 코릴레이터를 포함한다. 본 발명의 중요한 특징은, 두가지 다른 SAW(Surface Acoustic Wave; 표면 음향파) 소자의 RF 모뎀을 동일한 모노리딕 기판상에 구성하는데 있다. 첫번째 SAW 소자는 송신기의 발진부에서 공진기로 사용되고, 두번째 SAW 소자는 모뎀의 송신부와 수신부 둘다에 사용되는 코릴레이터(correlator)를 형성한다. 본 발명의 다른 특징은 모뎀에서 소비되는 전력이 매우 낮다는데 있다. RF 모뎀은 펄스 송수신기로 동작하도록 구성된다. 이 RF 모뎀은 여러가지 다른 형태의 데이터 통신시스템에 사용될 수 있을만큼 충분히 범용적인바, 이하 여러가지 예를 제시한다. RF 모뎀은 ISO OSI 통신스택과 같은 계층화된 통신시스템의 물리층(PHY 층)으로 사용될 수 있다. 예컨대, 펄스송신 RF 모뎀을 OOK, PWM, PPM, 또는 다른 모든 형태의 아날로그/디지털 펄스변조를 포함한 다양한 변조방식에 사용할 수도 있지만, 반드시 이것에 한정되지는 않는다.

Description

소 소자와 펄스정형을 이용한 알에프 모뎀 및 통신 송수신기{RF modem and communication transceiver utilizing SAW device and pulse shaping}

본 발명은 RF(Radio Frequency) 모뎀에 관한 것으로, 구체적으로는 송신된 신호의 주파수출력을 제한하는 업컨버젼 회로와 펄스정형회로들을 구비한 SAW(Surface Acoustic Wave; 표면 음향파)형 확산대역 RF 모뎀에 관한 것이다.

컴퓨터의 사용이 급속도로 증가하면서, 무선 접속을 통해 연결되는 주변장치와 시스템들에 대한 수요도 계속 증가하고 있다. 보안시스템, 네트웍, 데이터통신, 전화통신, 컴퓨터보안 등의 영역에서 무선기술의 응용이 급속도로 증가하고 있다.

현재의 무선통신은 초음파, IR, RF 등 여러 방식을 취할 수 있다. RF 무선통신에 공통으로 사용되는 통신기술은 대역확산기술이다. 대역확산통신이란, 전송중인 정보를 송신하는데 필요한 최소 대역폭보다 상당히 넓은 주파수대역에 걸쳐 송신신호를 확산시키는 통신기술이다. 신호 확산의 결과로, 대역확산시스템은 간섭하거나 방해받을 염려가 줄어들어, 고도의 데이터 완전성과 보안성을 확보할 수 있다. 또, 신호확산처리에 의해 광대역에 걸쳐 송신출력을 확산할 수 있으므로, 대역폭내의 일정 주파수에서의 출력을 상당히 감소시켜 다른 무선장치와의 간섭을 감소시킬 수 있다.

확산대역 통신시스템은 일반적으로 직접 시퀸스(DS:direct sequence) 기법, 주파수 도약(FH:frequency hopping) 기법, 또는 DS와 FH의 혼합형이 있다. 직접시퀀스 확산대역 통신에서는, 광대역폭에 걸쳐 주파수대역이 확산된 송신신호를 생성하도록 의사 랜덤칩코드로 데이터신호를 변조한다. 송신된 신호는 낮은 스펙트럼밀도를 갖고 코드시퀀스가 없는 수신기에 잡음으로 나타난다. 따라서, 학산대역 통신에서는 송신데이터의 보안성이 증가하고 동일한 환경에서 동작하는 다른 송신기 및 수신기와의 간섭이 감소된다.

확산대역 통신시스템에서 송신기의 역할은 송신될 데이터에 따라 신호를 확산시키는데 있다. 송신될 각각의 비트나 비트 세트들을 오리지널 데이타보다 훨씬 넓은 대역폭을 갖는 다수의 칩으로 변환한다. 이 시스템에 맞게 선택된 코드 시퀀스에 따라 확산이 실행된다.수신기의 역할은 오리지널 데이타신호를 복구하기 위해 확산 스펙트럼 신호를 역확산시키는 것이다. 직접 시퀀스 확산스펙트럼에서, 정보 송신을 위해 송신기에서 사용된 의사잡음코드에 일치하는 기준코드로 수신신호를 코릴레이트하여 신호의 역확산이 이루어진다. 신호 역확산 결과, 모든 간섭신호들도 확산된다. 간섭신호들은 통상 다루기 쉬운 순환잡음보다는 의사랜덤잡음을 포함한다. 확산스펙트럼 코릴레이션 방법중 하나는 수신신호들을 디지탈 매칭 필터에 입력하기 전에 디지탈 형태로 변환하는 것이다. 다른 기술은 SAW 장치를 이용해 수신된 확산스펙트럼 신호에 대한 코릴레이션을 실행하는 것이다. 두께 0.5mm의 석영 웨이퍼에 구성된 SAW 장치를 이용하면 자유표면으로 음파를 전파할 수 있다. SAW 장치는 압전 트랜스듀서를 통해 전기신호들을 음향신호로 그리고 그 반대로 변환하는 기능을 한다.SAW 장치는 광대역에 걸쳐 작동할 수 있어서 확산스펙트럼 코릴레이터를 포함해 다양한 분야에 유용하다. SAW 코릴레이터 장치는 RF 신호내의 위상편이의 코릴레이션을 통해 (디지탈 매칭 필터 코릴레이터와 비슷하게 동작하는) 코드칩의 특정 시퀀스를 인식하도록 구성된 수동소자이다. SAW 코릴레이터는 지연선 매칭필터와 비슷한 기능을 한다. 이것은 전송된 코드 클록의 주기와 동일한 지연주기를 갖는 많은 지연소자들로 구성되어 있어, 언제라도 각각의 소자는 수신된 신호의 단일 칩에 대응한다.수신신호가 SAW 장치를 통해 전파하면서, 각각의 소자의 위상구조는 전파된 신호파에 위상에 부가되거나 빠진다. 모든 소자의 출력을 합쳐 총 코릴레이션 값으로 최대화될 수 있다. 모든 소자의 위상편이구조가 전파된 신호파의 위상편이와 일치할 때, 최대 합인 코릴레이션에 도달한다.SAW 장치들이 특성이 고정된 장치이므로, SAW 코릴레이터는 제작할 때 일반적으로 하나의 칩코드 시퀀스에 일치하도록 프로그램된다. SAW 장치의 위상편이구조는 제작할 때 각 소자에 설치된 트랜스듀서를 통해 소자 위상을 일치시키도록 프로그램되고, 일단 제작한 뒤에는 프로그램을 바꿀 수 없다. 따라서, SAW 장치는 일반적으로 하나의 코드시퀀스와의 코릴레이션이 허용된다.따라서, 저렴하고 작은 사이즈로 구성될 수 있는 직접시퀀스 확산대역기술을 이용한 RF 모뎀을 구비하면 바람직할 것이다. 또, 이런 RF 모뎀의 경우 송신공진기, 송신코릴레이터 및 수신코릴레이터 모두에 SAW 소자를 이용하여 모듬의 사이즈와 비용을 절감하면 바람직할 것이다.

삭제

도 1은 본 발명에 따라 구성된 RF 모뎀의 제1 실시예의 블록도;

도 2는 RF 모뎀의 신호발생회로를 자세히 나타낸 블록도;

도 3은 RF 모뎀의 펄스발생회로를 자세히 나타낸 블록도;

도 4는 펄스발생회로의 신호들의 파형도;

도 5는 본 발명의 RF 모뎀의 공진기, 발진기 및 RF 스위칭부의 일례를 보여주는 블록도;

도 6은 SAW 공진기와 SAW 코릴레이터를 포함한 SAW 장치의 블록도;

도 7은 SAW 공진기의 출력 임펄스 반응을 나타낸 그래프;

도 8은 RF 모뎀에 사용된 SAW 소장의 주파수 응답의 크기를 나타낸 그래프;

도 9는 SAW 코릴레이터 소자의 오토코릴레이션을 보여주는 그래프;

도 10은 선형 FM SAW 코릴레이터 소자의 오토코릴레이션을 보여주는 그래프;

도 11은 문의펄스에 응답하는 SAW 공진기의 출력을 나타낸 그래프;

도 12는 RF 모뎀의 송신 RF 프런트엔드를 자세히 나타낸 블록도;

도 13은 송신 RF 프런트엔드의 신호의 파형도;

도 14는 RF 모뎀의 수신 RF 프런트엔드(front end)를 자세히 나타낸 블록도;

도 15는 피크검출기와 결정회로를 포함한 RF 모뎀의 수신회로를 자세히 나타낸 블록도;

도 16은 본 발명의 RF 모뎀의 일반적인 상태기계의 동작을 보여주는 상태도;

도 17은 일반적 상태기계의 송신상태기계부의 동작을 자세히 보여주는 상태도;

도 18은 일반적 상태기게의 수신상태기계부의 동작을 자세히 보여주는 상태도;

도 19는 RF 모뎀의 제2 실시예의 신호발생회로를 자세히 보여주는 블록도;

도 20은 RF 모뎀의 제2 실시예의 송신 RF 프런트엔드를 자세히 보여주는 블록도;

도 21은 RF 모뎀의 제2 실시예의 수신 RF 프런트엔드를 자세히 보여주는 블록도;

도 22는 본 발명의 RF 모뎀을 이용해 구성된 OOK 통신시스템의 블록도;

도 23은 본 발명의 RF 모뎀을 이용해 구성된 PWM 통신시스템의 블록도;

도 24는 PWM 송수신기의 여러가지 신호파형도;

도 25는 본 발명의 RF 모뎀을 이용해 구성된 PPM 통신시스템의 블록도;

도 26은 PPM 송수신기의 여러가지 신호파형도;

도 27은 코릴레이터를 두개 이상 구비한 본 발명의 RF 모뎀의 제4 실시예의 블록도;

도 28은 도 27의 RF 모뎀의 송수신회로를 자세히 보여주는 블록도.

본 발명은 양방향 직접시퀀스 확산대역 반이중 RF 모뎀이다. 이 RF 모뎀은 수많은 아날로그 및 디지털 펄스변조 형식을 송수신하는데 응용될 수 있다. RF 모뎀은 수많은 주파수 범위에서 동작할 수 있지만, 본 명세서에서는 902 내지 928㎒의 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수대역에서 동작하도록 구성된 첫번째 실시예와, 2400 내지 2483.5㎒의 ISM 대역에서 동작하도록 구성된 두번째 실시예를 제시한다. 또, 본 발명의 RF 모뎀을 이용하여 여러가지 데이터통신 시스템을 구성할 수도 있다.

본 발명의 중요한 특징은, 두가지 다른 SAW 소자의 RF 모뎀을 동일한 모노리딕 기판상에 구성하는데 있다. 첫번째 SAW소자는 송신기의 발진부에서 공진기로 사용되고, 두번째 SAW소자는 모뎀의 송신부와 수신부에 모두 사용되는 코릴레이터(correlator)를 형성한다. 본 발명의 다른 특징은 모뎀에서 소비되는 전력이 매우 낮다는데 있다.

RF 모뎀은 펄스 송수신기로 동작하도록 구성된다. 이 RF 모뎀은 여러가지 다른 형태의 데이터 통신시스템에 사용될 수 있을만큼 충분히 범용적인바, 이하 여러가지 예를 제시한다. RF 모뎀은 ISO OSI 통신스택과 같은 계층화된 통신시스템의 물리층(PHY 층)으로 사용될 수 있다. 예컨대, 펄스송신 RF 모뎀을 OOK(On/Off Keying), PWM(Pulse Width Modulation), PPM(Pulse Position Modulation) 또는 다른 모든 형태의 아날로그/디지털 펄스변조를 포함한 다양한 변조방식에 사용할 수도 있지만, 반드시 이것에 한정되지는 않는다.

첫번째 실시예에서, 모뎀의 송신부는 SAW 공진소자를 이용하는 발진기를 포함한다. 발진기의 출력은 송신될 데이터에 따라 온/오프 스위칭된다. 이 펄스는 코드 시퀀스를 포함한 확산파형을 출력하는 기능을 하는 SAW 코릴레이터에 입력된다. SAW 코릴레이터는 BPSK 변조기로 동작하는 것이 효과적이다. 사용된 코드시퀀스는 높은 오토코릴레이션 특성들을 갖기에 적합한 13-비트 바커코드(Barker code)이다. 이 확산시퀀스는 증폭되고, 안테나를 통해 송신된다.

수신기에서, 수신된 신호는 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)에 의해 증폭되기 전에 대역통과필터에 의해 먼저 필터링된다. 증폭된 신호는 바커코드시퀀스와의 정합상태를 검출하는 정합 필터/코릴레이터에 입력된다. 정합이 검출되면, 원래의 펄스를 나타내는 역확산 펄스가 출력된다. 코릴레이터의 출력은, 수신된 신호의 곡선을 선형이나 비선형 형태로 검출하도록 기능하는 피크검출기에 입력된다. 이진 출력 데이터신호를 생성하는데 사용되는 임계치를 바이어스하도록 동적 기준신호를 생성하여 이용한다.

본 발명의 RF 모뎀의 출력전력 P_T는 약 10 dBm이다. 처리이득은 약 11dB이다. FCC에 따라, 직접시퀀스 확산대역기술을 이용해 10dB 이상의 처리이득을 제공하면 30dBmi 이상의 출력레벨을 이용할 수 있다. 그와 동시에, 유효 출력전력 P_TEFF는 20 dBm 정도이다. 이는 자유공간에서 안테나가 0dBi일 경우 실제 상황에 따라 다르겠지만 최대 통신거리가 약 1000미터임을 의미한다. 본 발명에 따라 구성된 이 실시예의 RF 모뎀으로 얻을 수 있는 최대 펄스속도는 약 1.5Mpps이다.

두번째 실시예에서는 더 높은 주파수대역으로 확산펄스를 변환하거나 그 반대로 변환하는데 업컨버터나 다운컨버터를 이용한다. SAW 소자로 입력된 문의펄스의 형상을 평활화하는데는 문의펄스 정형회로를 이용한다. 또, SAW 필터의 구조는 확산파형의 천이 및 불연속성을 평활화하기에 적합하다. 또, 펄스게이팅회로는 SAW 필터에서 생성된 RF 누설을 낮추는 기능을 한다.

제3 실시예에서, 제각기 다른 모든 함수와 직교하는 고유 함수(코드)로 구성되는 복수의 코릴레이터를 이용하면 송신속도가 증가된다. 즉, 모든 함수들은 서로 상관관계가 제로에 가깝다. 호스트는 N개의 데이터 입출력 라인들을 제공한다. 각각의 코릴레이터는 자체적으로 데이터 입출력 신호라인들을 갖는다. 발진신호는 모든 코릴레이터에 공통적인 발진회로에서 생성된다. RF 파워 분할기/합산기는 N개의 송신신호들을 하나의 송신신호로 합산하고, 이어서 수신된 합산신호를 각각의 코릴레이터로 전송되는 다수의 수신신호들로 분할하는 기능을 한다.

본 발명의 RF 모뎀은 다음과 같은 이유로 비교적 저렴하다는 장점이 있다. (1) 필요한 실리콘, SAW 공진기 및 코릴레이터 소자들 모두의 크기가 비교적 작아 제조비가 낮고 수율은 높다. (2) 소자의 수율이 높고 간단하여 구성요소들을 비교적 간단히 테스트할 수 있다. (3) 그결과 다이의 사이즈를 표준화하여 포장비를 낮출 수 있다.

직접시퀀스 확산대역기술을 이용하면 다음과 같은 여러가지 장점이 생긴다. (1) 이 모뎀은 펄스 송수신에 아주 바람직한 매우 좁은 펄스들을 송수신하는데 적합하다. (2) 확산대역 처리이득때문에 각각의 펄스의 유효 송신출력에 10dB가 추가된다. (3) 기본적으로 잡음에 면역성이 있다. (4) 기본적으로 대역외의 잡음을 여과한다. (5) 기본적으로 대역내의 잡음을 확산한다. (6) 더 높은 동적 범위를 통신에 이용할 수 있다. (7) 고속 발진 웨이크업 시간으로 인해 전력을 절감할 수 있다.

또, 본 발명의 RF 모뎀은 업컨버터/다운컨버터를 통해 원하는 모든 주파수대역에서 동작할 수 있음은 물론, 대역 RF 에너지를 상당히 낮추는 회로를 구비한다.

따라서, 본 발명에 의하면 중간주파수(IF)를 갖는 IF 발진신호로부터 펄스를 생성하도록 작용하고, 상기 펄스의 모양을 형성하기에 적합한 제1 정형회로를 포함하는 펄스발생기, 확산펄스를 생성하도록 상기 정형된 펄스를 확산코드 시퀀스 파형으로 확산시키기기에 적합한 펄스확산기, RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 국부발진(LO; Local Oscillator) 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로, 수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로, 코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 수신된 확산펄스를 역확산하기에 적합한 코릴레이터, 및 상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기를 포함하는 직접시퀀스 확산대역 RF 모뎀이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 직접시퀀스 확산대역 신호를 변조 및 복조하는 방법에 있어서, IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 형상이 정형화된 펄스를 생성하는 단계, 상기 정형화된 펄스를 확산코드 시퀀스 파형으로 확산시켜 확산펄스를 생성하는 단계, LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하여, RF 주파수에서 확산대역 송신신호를 생성하는 단계, 수신신호를 상기 LO 발진신호와 혼합하여, 상기 IF 주파수에서 수신 확산펄스를 생성하는 단계, 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하여, 코릴레이터 신호를 생성하는 단계, 및 상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 검출하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 송신될 입력데이터에 따라 고정폭 데이터 입력신호를 생성하는 입력회로, 및 RF 모뎀을 포함하고, 상기 RF 모뎀은, IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 상기 데이터 입력신호에 응답해 펄스를 생성하고 이 펄스의 모양을 정형화하기에 적합한 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기, 확산펄스를 생성하도록 확산코드 시퀀스 파형으로 상기 정형화된 펄스를 확산시키는 펄스확산기, RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로, 수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로, 코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하기에 적합한 코릴레이터, 및 상기 코릴레이터 신호에 응답하여 데이터 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기를 포함하는 OOK(On/Off Keying) 직접 확산대역 RF 송수신기가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 송신될 아날로그 입력신호에 따라 펄스폭 변조된 데이터 입력신호를 생성하는 입력회로, 및 RF 모뎀을 포함하고, 상기 RF 모뎀은, IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 상기 데이터 입력신호에 응답해 펄스를 생성하고 이 펄스의 모양을 정형화하기에 적합한 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기, 확산펄스를 생성하도록 확산코드 시퀀스 파형으로 상기 정형화된 펄스를 확산시키는 펄스확산기, RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로, 수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로, 코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하기에 적합한 코릴레이터, 상기 코릴레이터 신호에 응답하여 데이터 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기, 및 상기 출력신호를 적분하여 아날로그 출력신호를 생성하도록 동작하는 출력회로를 포함하는 PWM(Pulse Width Modulation) 직접 확산대역 RF 송수신기가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 송신될 아날로그 입력신호에 따라 펄스 위치 변조된 데이터 입력신호를 생성하는 입력회로, 및 RF 모뎀을 포함하고, 상기 RF 모뎀은, IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 상기 데이터 입력신호에 응답해 펄스를 생성하고 이 펄스의 모양을 정형화하기에 적합한 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기, 확산펄스를 생성하도록 확산코드 시퀀스 파형으로 상기 정형화된 펄스를 확산시키는 펄스확산기, RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로, 수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로, 코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하기에 적합한 코릴레이터, 상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기, 및 상기 출력신호를 램프함수에 대해 임계화하여 아날로그 출력신호를 생성하도록 동작하는 출력회로를 포함하는 PPM(Pulse Position Modulation) 직접 확산대역 RF 송수신기가 제공된다.

본 발명에 의하면, IF 발진신호와 LO 신호를 생성하기에 적합한 발진기, 복수의 N개의 송수신회로들, 상기 N개의 송수신회로들에 의해 생성된 N개의 확산펄스 신호들을 하나의 합산된 송신신호로 합산 및 송신하기 위한 수단, 상기 확산펄스와 상기 LO 신호를 혼합하여 RF 주파수에서 확산대역 송신신호를 생성하는 업컨버터를 구비한 송신회로, 상기 합산된 송신신호를 N개의 수신신호로 분할하여 수신하기 위한 수단, 수신신호를 상기 LO 신호와 혼합하여 IF 주파수에서 수신 확산펄스를 생성하기 위한 다운컨버터를 구비한 수신회로를 포함하고, 상기 다수의 송수신회로 각각은, 상기 IF 발진신호로부터 펄스를 생성하기에 적합하고, 이 펄스의 형상을 정형화하는 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기, 상기 정형된 펄스를 확산코드 시퀀스로 확산하여 확산펄스를 생성하는 펄스 확산기, 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산펄스신호를 역환산하여 코릴레이터 신호를 생성하기에 적합한 코릴레이터, 및 상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기를 포함하며, 각각의 송수신회로의 상기 코릴레이터는 다른 코릴레이터의 함수들과 직교하는 특유의 함수로 구성되는 것을 특징으로 하는 직접시퀀스 확산대역 RF 모뎀이 제공된다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에서 사용된 다음 용어는 다음과 같이 정의된다.

용어	정의
BPF	Band Pass Filter
BPSK	Binary Phase Shift Keying
CMOS	Complementary Metal Oxide Semiconductor
CNR	Carrier to Noise Ratio
DC	Direct Current
DS	Direct Sequence
FCC	Federal Communications Commission
FET	Field Effect Transistor
FH	Frequency hopping
FM	Frequency Modulation
IF	Intermediate Frequency
IL	Insertion Loss
IR	Infra Red
ISI	Intersymbol Interference
ISM	Industrial, Scientific and Medical band
ISO	International Standard Organization
LNA	Low Noise Amplifier
LO	Local Oscillator
MOSFET	Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
NF	Noise Figure
OOK	On/Off Keying
OSI	Open systems Interconnection
PC	Personal Computer
PPM	Pulse Position Modulation
PWM	Pulse Width Modulation
RF	Radio Frequency
S/H	Sample and Hold
SAW	Surface Acoustic Wave
SNR	Signal to Noise Ratio

본 발명은 양방향 직접시퀀스 확산대역 반이중 RF 모뎀이다. RF 모뎀은 각종 형태의 아날로그 및 디지털 펄스 변조를 송수신하는데 이용될 수 있다. 902 내지 928 ㎒의 ISM 주파수대역의 RF 주파수에서 동작하도록 된 핵심 RF 모뎀 회로를 포함한 제1 실시예가 제공된다. 최종 확산펄스를 원하는 주파수대역으로 변환하기 위한 업컨버터/다운컨버터를 포함한 제2 실시예가 제공된다. RF 모뎀은 수많은 주파수범위에서 동작하도록 될 수 있지만, 제2 실시예에서는 2.4㎓의 ISM 주파수대역에서 동작하도록 되어 있다. 그러나, 본 발명은 이런 예에 한정되어 있지 않으며, 당업자라면 본 발명의 원리를 응용하여 다른 동작주파수도 갖는 RF 모뎀을 구성할 수 있을 것이다.

다수의 펄스 확산기(즉, 코릴레이터)를 조합하여 데이터 속도를 증가시키는 제3 실시예가 제공된다. 또, 본 발명의 RF 모뎀을 이용해 OOK, PWM, PPM 통신시스템과 같은 여러가지 데이터 통신시스템을 구성하는 여러가지 응용례도 제공된다.

본 발명의 RF 모뎀의 여러가지 주요 특징은 다음과 같다. (1) 두가지 다른 SAW 소자들의 RF 모뎀이 하나의 모노리딕 기판상에 병합되어, 첫번째 SAW 소자는 모뎀의 송신기와 수신기 부분을 형성하는데 이용되고; (2) 모뎀이 아주 소량의 전력을 소모하며; (3) 동작중 수신되는 매우 좁은 펄스로 인해 SNR이 개선되고; (4) 전송된 비트당 유효에너지가 모뎀의 처리이득으로 인해 송신기 에너지보다 10dB 높다.

또, RF 모뎀은 원하는 주파수 대역 외의 송신된 펄스의 RF 에너지를 낮추기 위한 회로망을 병합한다. SAW 소자에 대한 문의펄스입력의 형상을 평활시키는 기능을 하는 문의펄스 정형회로를 채용한다. 또, SAW 코릴레이터의 구조는 확산 파형의 천이부와 불연속부를 평활화하는데 이용된다. 그리고, 펄스 게이팅회로는 SAW 코릴레이터에서 생긴 RF 누설을 감소시키는 기능을 한다.

제1 실시예의 RF 모뎀

본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 RF 모뎀의 블록도가 도 1에 도시되어 있다. RF 모뎀(10)은 송신회로와 수신회로를 포함한다. 모뎀의 일부는 송신기와 수신기, 즉 SAW 코릴레이터 장치에 의해 공유된다.

RF 모뎀(10)은 펄스 송수신기로 동작하도록 구성된다. 많은 다른 형태의 데이터 통신시스템(그 예에 대해서는 후술함)에 충분히 사용될 수 있다는 점에서 이 모뎀은 범용적이다. RF 모뎀은 ISO OSI 통신스택과 같은 계층화 통신시스템의 물리(PHY; physical)층으로 사용될 수 있다.

일례로, 펄스 수신기 RF 모뎀(10)은 OOK, PWM, PPM 또는 다른 형태의 펄스변조기와 같은 다른 형태의 통신시스템을 구성하는데 사용될 수 있다. 당업자라면 본 발명의 RF 모뎀을 다른 형태의 펄스변조방식 통신시스템을 구성하는데도 응용할 수 있을 것이다. RF 모뎀의 송신경로에 대해 수신경로보다 먼저 설명한다.

모뎀으로 통신될 데이터는 호스트(12)에서 컨트롤러(38)로 입력된다. 컨트롤러(38)는 모뎀에 사용되는 타이밍/제어 신호들을 생성하기 위한 회로망을 포함한다. 컨트롤러는 또한 호스트 장치에 대한 인터페이스를 제공한다. 여기에 예로 든 모뎀에서, 컨트롤러는 상태기계로서 병합된다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수많은 다른 방식으로 컨트롤러를 구성할 수 있을 것이다.

호스트는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터, PC, 기타 데이터 계산수단 등의 모든 적당한 디지털 데이터 소스를 포함한다. 호스트의 데이터 출력속도는 송신기가 지지할 수 있는 모든 속도를 포함한다. 본 모뎀에서, 호스트의 데이터 출력속도는 최대 1.5 Mbps이다. 코릴레이터 칩속도는 20Mcps 또는 50ns/chip이다. 펄스를 확산시키는데 13-칩 확산코드를 사용하면 13x50=650ns/pulse가 생성된다. 따라서, 모뎀의 최대 펄스속도는 1/650ns≒1.5Mbps이다.

RF 신호를 포함해 모뎀에 의해 사용되는 발진/클럭 신호들은 신호발생기(14)에 의해 생성된다. 도시된 RF 모뎀에서, RF 신호는 915 ㎒와 동일한 주파수로 900㎒ ISM 대역의 송신펄스를 생성하도록 선택된다.

펄스발생기(16)는 송신될 입력데이터에 따라 RF 신호를 게이트하는 기능을 한다. SAW 소자(20)는 3포트 장치이고 확산 및 역확산 소자로 동작한다. 정합회로(18,22,34)는 펄스발생기(16), Tx/Rx 프런트엔드(26,32) 및 수신기 회로(36) 각각에 SAW 장치를 인터페이스하는 기능을 한다.

송신방향에서, 펄스발생기의 출력은 Tx/Rx 스위치(24)를 통해 송신 RF 프런트엔드(26)에 입력된다. 송신 RF 프런트엔드는 펄스를 증폭하여 안테나 인터페이스(28)를 통해 안테나(30)로 출력한다.

수신방향에서, 안테나(30)의 신호는 Tx/Rx 스위치(24)를 통해 SAW 코릴레이터(20)에 입력되기 전에 수신 RF 프런트엔드(32)에 의해 증폭된다. 그 결과 수신데이터를 복원시키는 기능을 하는 수신기 회로(36)에 역확산신호가 입력된다.

RF 모뎀의 신호발생기의 블록도가 도 2에 자세히 도시되어 있다. RF 모뎀(10)은 발진기에서 출력된 신호를 RF 스위치에 의해 온/오프 형태로 변조하는 펄스 송수신기 역할을 한다. 신호발생기는 SAW 코릴레이터에 문의 펄스를 생성하는데 사용된 RF 발진신호의 생성을 위한 소스를 제공하고, 컨트롤러의 상태기계에 기본 클럭신호를 제공하는 기능을 한다. 발진기(42)에는 주파수 소스(40)가 연결된다. 이 주파수 소스는 수정결정, 세라믹 공진기, SAW 공진기 등의 모든 적절한 소자를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 신호발생기(14)는 SAW-공진기형 발진기이다. 도 6을 참조하여 후술될 SAW 공진기(190)를 SAW 코릴레이터와 동일한 기판에 구현하여 사용한다. 발진기는 부저항 발진기일 수 있다. 한편, 다른 형태의 발진기를 본 발명에 사용할 수도 있다. 발진기의 동작시간은 필요한 데이터 속도에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 1Mbps의 데이터속도를 얻으려면 10 마이크로초 이내의 동작시간이 필요하다.

발진기의 출력은 RF 발진신호(예 900㎒ ISM 대역에 사용될 915㎒)를 포함한다. 신호발생기에서 생성된 신호는 송신기와 수신기 모두에 사용되기 때문에, 전류를 최소로 소모하는 것이 바람직하다.

SAW형 공진기의 이용에 의해 사이즈, 가격 및 성능을 잘 절충할 수 있다. 본 실시예에서, SAW 공진기의 중심주파수는 오차 Δf=±0.1㎒의 915㎒인 것이 바람직하다. 이 주파수는 902-928 ISM 대역의 중간에 있다. 당업자라면, 2.4㎓ 대역 등의 다른 주파수 대역에서도 본 발명이 동작하도록 적용할 수 있을 것이다. 양호도(Q)는 공진기의 3dB 밴드폭이 Δf<10㎒이도록 하는 것이 바람직하다. 삽입손실(IL)은 중심주파수에서의 임피던스(Z₀)가 50Ω보다 작을 경우 중심주파수에서 IL<3dB인 것이 바람직하다.

SAW 공진기는 중심주파수(f_c)가 오차 Δf=±0.1㎒의 915㎒의 발진기에 연결된다. 공진기의 "웨이크업 시간"이란, 전원전압(예; 3V)이 인가될 때부터 10㎲ 이내에 발진기의 출력이 (중심주파수와 출력전력의 견지에서) 안정되도록 하는 시간이다. 발진기의 신호출력은 -30㏈ 정도의 비교적 낮은 전력이므로 증폭되어야 한다.

설명된 실시예의 주파수범위에 따라, 발진기는 905-925㎒의 주파수범위에서 발진할 필요가 있다. 이 범위는 코릴레이터의 밴드폭에 가깝다. 따라서, 이는 공진기가 약 20/900≒2.2%의 Q를 필요로 함을 의미한다. 이 것은 Q가 비교적 낮음을 의미하고, 발진기의 "웨이크업 시간"이 아주 짧을 수 있어 바람직하다. 웨이크업 시간이 짧고 Q가 낮은 공진기와 광대역 코릴레이터를 이용하면 에너지가 상당히 절감된다.

RF 모뎀의 펄스발생기의 블록도가 도 3에 자세히 도시되어 있다. 펄스발생기(16)는 SAW 코릴레이터를 문의하는데 사용되는 약 100ns RF 펄스를 발생시키는 작용을 한다. 펄스발생기의 회로는 정에지 트리거(positive edge triggered)되는바, 즉, 라인데이터의 로우에서 하이로의 천이로 펄스를 생성하는 시퀀스가 개시된다. 펄스를 생성하는 아날로그 소자들을 온/오프 스위칭하는 타이밍 메커니즘을 포함하는 상태기계로 구현될 수 있다. 도시된 펄스발생기는 상태기계보다는 하드웨어 요소를 이용하여 구성된 다른 예이다.

호스트로부터의 입력데이터는 두개의 원숏 소자(142,144)(예; 단안정 멀티바이브레이터)를 트리거한다. 첫번째 논리트리거러블(nontriggerable) 원숏 소자(142)는 폭 t_D1의 신호(SW_CONT)를 생성하고, 두번째 논리트리거러블 원숏 소자(144)는 폭 t_D2의 펄스를 생성하며, 이 펄스에 의해 세번째 논리트리거러블 원숏소자(146)가 트리거된다. PULSE_OUT의 출력펄스는 높은 폭 t_D3을 갖는다. 원숏소자(144)는 SAW 증폭기(154)를 안정시키는 셋업 시간을 제공한다.

원숏(146)으로부터의 PULSE_OUT 신호는 AND 게이트(152)를 통해 RF 발진신호와 게이트된다. 이렇게 게이트된 문의펄스는 SAW 코릴레이터의 입력에 최대 전력을 제공하도록 정합된 비차동 전력증폭기(154)에 입력된다. SAW_IN로 표시된 증폭기(154)의 출력을 SAW 코릴레이터에 입력된다.

본 발명에 따르면, 문의펄스의 형상은 측대역 주파수들의 스펙트럼밀도를 낮추도록 정형된다. 파워정형회로(150)는 증폭기(154)로 입력되는 전력을 제어하여 문의펄스에 상승/하강 곡선을 제공한다. Vcc로부터 정형회로로 들어가는 전력은 원숏(142)으로부터의 SW_CONT 신호에 의해 제어된다.

펄스발생기(16)의 신호의 파형도가 도 4에 도시되어 있다. 최종적인 문의펄스(SAW_IN)는 3 부분으로 구성된다. 본 실시예의 모뎀에서 상승/하강 부분들의 폭은 약 30ns이고, 내부의 폭은 약 115ns(즉, 56 사이클의 RF)로서 일정하다.

한편, 문의펄스는 RF 신호의 단펄스를 생성하기에 적합한 RF 스위치를 이용해 생성된다. 이 펄스폭은 0.5 내지 2 칩(즉, 25 내지 100 ns) 범위내에 있다. RF 스위치는 "온" 상태에 있지 않을 때 입력에서 출력까지 적어도 50㏈의 높은 아이솔레이션을 제공하는 것이 바람직하다. 스위치의 입력 임피던스는 10㏀ 이상 5㎊ 이하가 바람직하다. 출력임피던스는 50Ω이 바람직하다. DATA IN 신호의 제어입력상의 정입력으로 인해 스위치는 온, 즉 도전상태로 된다. 한편, 부신호나 제로신호가 제어입력에 입력될 때 스위치가 턴온될 수도 있다.

따라서, DATA IN 신호에 응답하여, 스위치는 낮은 전력펄스 반송신호, 즉 문의펄스를 출력하도록 되어 있는바, 이 펄스의 폭은 0.5 내지 2칩(즉, 25-100ns) 범위내에 있다. 이 신호는 스위치된 증폭기에 의해 증폭된다. 증폭기는 스위치에서 출력된 약한 -30㏈m 입력신호를 약 10-15㏈m의 출력전력으로 증폭하기에 적합하다. 증폭기의 중심 동작주파수는 대역폭 50㎒ 이상의 915㎒이다. 출력임피던스는 50Ω이 바람직하다. 증폭기의 웨이크업 시간은 약 100ns이다. 즉, 증폭기는 100ns 내에서 시방서에 따라 안정된다. 증폭기의 높은 이득은 15-20㏈ 정도로 높을 수도 있는 SAW 코릴레이터의 삽입손실을 극복하는데 필요하다.

공진기, 발진기, RF 스위치의 일례를 보여주는 개략적 블록도가 도 5에 도시되어 있다. 이 회로(50)는 트랜지스터의 베이스에 연결된 주파수 소스(56)(예; SAW 공진기)를 포함한다. 바이어스 저항(54)은 저항(58)을 통해 Vcc에 연결된다. 컬렉터는 RF 초크(60)와 커패시터(62)를 통해 접지된다. RF 초크와 커패시터는 RF 에너지를 전원에서 절연하는 것을 도와준다. 트랜지스터(64)의 베이스는 저항(66)과 커패시터(68)의 병렬조합에 연결된다. 고정 커패시터(68)는 컬렉터에 연결된 가변 커패시터(70)에 직렬 연결된다. 공진기와 트랜지스터는 그 출력이 컬렉터의 신호인 부임피던스 발진기를 형성하기에 적합하다. 트랜지스터는 회로내의 정 피드백 소자로 기능하도록 구성된다.

공진기(56)는 모든 적절한 공진기를 포함할 수 있지만, 중심주파수가 발진기의 발진주파수를 결정하는 SAW 공진기인 것이 바람직하다. SAW 공진기의 구성은 뒤에 자세히 설명한다. 발진기의 출력은 커패시터(72)를 통해 첫번째 스위치를 이루는 FET(78)에 연결되고, 트랜지스터의 게이트는 저항(76)을 통해 접지되고 저항(74)을 통해 DATA IN 신호에 연결된다. 소스는 저항(84)과 커패시터(86)를 포함한 RC에 연결된 저항(80,82)으로 이루어진 분압기를 통해 Vcc에 연결된다.

FET(78)의 출력은 결합 커패시터(92)를 통해 두번째 스위치를 이루는 FET(98)에 연결되고, 이 트랜지스터의 게이트는 저항(94)을 통해 접지되고 저항(94)을 통해 DATA IN 신호에 연결된다. 소스는 저항(110)과 커패시터(114)로 이루어진 RC에 연결된 저항(88,82)으로 이루어진 분압기를 통해 Vcc에 연결된다. 두개의 종속 스위치들을 직렬로 연결하여, 스위치가 오프되었을 때 높은 값의 역방향 아이솔레이션을 제공하도록 한다. 하나의 스위치가 충분한 아이솔레이션을 제공하지 않을 경우, 두개의 스위치들이 효과적으로 아이솔레이션을 배가한다. 이런 직렬조합으로 인해 입력과 출력 사이에 50㏈ 정도의 아이솔레이션이 제공될 수 있다. 또, 이 스위치는 비교적 신속히, 즉 2ns내에 개방되기에 적합하다.

두번째 스위치의 출력은 저항(120)을 통해 접지된 커패시터(90)를 거쳐 더블게이트 n-채널 개량 MOSFET(106)의 게이트에 입력된다. 나머지 게이트는 커패시터(100)를 통해 접지되고, Vcc에 연결된 고정저항(102)과 접지된 가변저항(120)으로 이루어진 분압기에 연결된다. 이 트랜지스터의 소스는 FET 스위치(118)와 RF 초크(108)를 통해 Vcc에 연결되고, Vcc는 커패시터(116)를 통해 접지된다. RF 초크는 RF 주파수를 위해 전원에서 트랜지스터(106)를 절연하는 것을 도와준다. FET 스위치(118)의 게이트는 저항(122,124)을 통해 DATA IN 신호와 대지 사이에 연결된 분압기에 연결된다. FET 스위치(118)는 트랜지스터(106)에 대한 DC 전력을 제어하는 기능을 한다. 이 스위치는 DATA IN 라인의 데이터가 하이(즉, "1")일 경우에만 도통하도록 구성되어 증폭기의 전력소모를 절감한다.

트랜지스터(106)의 출력은 결합 커패시터(112)를 통해 출력 FET 스위치(130)에 연결된다. 스위치(130)의 게이트는 저항(126,128)을 통해 DATA IN 신호와 대지 사이에 연결된 분압기에 연결된다. 이 스위치의 출력은 결합커패시터(132)를 통해 증폭기에 연결된다.

본 발명의 RF 모뎀의 주요 기능은 송신과 수신에 모두 하나의 SAW 코릴레이터(20)만 사용하는데 있다. 모뎀이 송신 상태에 있을 때, 문의펄스는 터닝/임피던스 정합회로(18)로 입력된다. 정합회로(18)는 펄스발생기(16)의 출력의 임피던스를 SAW 소자에 정합시켜 SAW 소자에 의해 나타난 입력 임피던스가 50Ω이 되도록 한다.

SAW 코릴레이터 소자는 그 특성에 따른 형상을 갖는 신호를 출력하는 기능을 한다. 뒤에 자세히 설명하겠지만, SAW 코릴레이터는 13-비트 바커코드를 표시하는 확산신호 파형을 출력하도록 구성된다. 그러나, 이 모뎀은 다른 대역확산코드를 이용해 구성될 수도 있다. 정합회로(18)로부터의 입력 문의펄스에 응답하여, SAW 소자는 500 내지 700 ns의 시간폭보다 넓은 확산파형을 출력하도록 동작한다. SAW 소자(20)의 출력은 50Ω 출력임피던스를 제공하도록 기능하는 두번째 터닝/임피던스 정합회로(22)에 입력된다. SAW 코릴레이터의 삽입손실은 15-20㏈ 정도로 높을 수도 있다.

SAW 공진기 및 코릴레이터 소자

본 발명의 SAW 공진기 및 코릴레이터 소자들에 대해 자세히 설명한다. SAW 공진기 및 SAW 코릴레이터를 포함한 SAW 소자를 나타낸 패턴도가 도 6에 도시되어 있다. SAW 소자(20)는 수정결정으로 된 싱글 압전기판상에 구성된다. 이 기판의 재료는 온도 안정성을 갖기만 하면 수정 이외의 재료도 사용할 수 있다. SAW 소자(20)는 두개의 SAW 요소: 공진기(190)와 코릴레이터(160)를 포함한다. 코릴레이터는 직접시퀀스 확산대역 확산 및 역확산 소자로 기능하는 수동소자이다. 먼저 공진기에 대해 자세히 설명한다. SAW 공진기와 코릴레이터는 약 1.5㎟의 넓이에 조립되도록 되어 있다.

공진기(190)는 발진기(42)에 연결되고(도 2 참조), 좀더 구체적으로는 트랜지스터(64)의 베이스에 연결된다(도 5 참조). 공진기(190)의 입력단자(192)는 신호전극들(194,198,202)에 연결된다. 이들 신호전극(194,198,202)은 전기신호를 표면음향파로 변환하기 위해 빗형 사이드전극들(196,200,204)을 구비한다. 사이드전극(196,204)은 전극(200)과는 달리 전체 간격에 걸쳐있다. 소정 간격으로 서로 분리된 두쌍의 신호전극들은 표면음향파를 전기신호로 변환하는 기능을 한다. 신호전극 둘다 공지된 리소그래픽 기술을 이용해 수정 결정기판상에 형성되고, 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 동(Cu) 등 전기저항이 낮은 적절한 전도체로 구성된다. 가격이 저렴하고 에칭이 용이한 점을 고려하면 알루미늄(Al)이 적절하다.

코릴레이터(160)는 가로 13-비트 바커코드 BPSK 코릴레이터(즉, 정합필터)로 기능하기에 적합한 6단자 소자이다. 제1 실시예에서, 코릴레이터의 중심주파수(f_c)는 Δf=±0.1㎒의 정확도를 갖는 915㎒이다. 코릴레이터의 비트속도(즉, 칩속도)는 20Mbps 이상이다. 코릴레이터의 입출력 임피던스는 약 50Ω이 적당하다.

코드, 속도, 동작주파수가 각각 다르고 다른 변조를 이용하는 코릴레이터들은 당 기술에 알려져 있고 본 발명의 RF 모뎀과 같이 사용될 수 있다는 점에서 중요하다.

코릴레이터(160)의 입력단자(162)는 입력 신호전극(164)에 연결된다. 입력전극들은 입력변환기를 형성하는 기능을 하는 빗형 인터디지털 변환기(166)를 포함한다. 도전면(168)은 입력변환기와 직렬로 배치되고 RF 에너지를 흡수하여 RF 에너지가 입력부에서 출력부로 누설되는 것을 방지한다. 신호전극들(172)은 도전면(168)과 직렬로 배치된다.

Tx/Rx 스위치에 연결된 출력단자(174)에 출력신호전극들이 연결된다. 출력신호전극들은 전기신호를 표면음향파로 변환하여 출력변환기를 형성하는 빗형 인터디지털 변환기(170)를 포함한다.

출력변환기에 직렬로 도전면(176)이 배치된다. 도전면(178)과 직렬인 Rx 변환기는 신호전극들(180)과 인터디지털 변환기(182)를 포함한다.

송신방향에서, 문의펄스가 코릴레이터 입력을 통해 SAW 소자로 들어가고 출력변환기에 의해 확산된다. 입출력 인터디지털 변환기들의 신호전극들은 소정 간격으로 서로 분리되어 있고 표면음향파를 전기신호로 변환하는 기능을 한다. 출력단자(174)에 걸린 전기적 확산펄스는 Tx/Rx 스위치를 통해 송신 RF 프런트엔드로 입력된다.

신호전극들과 도전면들은 공지된 리소그래픽 기술을 이용해 수정결정 기판상에 형성되고 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 동(Cu) 등 전기저항이 낮은 적절한 전도체로 구성된다. 가격이 저렴하고 에칭이 용이한 점을 고려하면 알루미늄(Al)이 적절하다.

수신방향에서, 안테나에서 수신된 확산펄스는 Tx/Rx 스위치를 통해 중앙 변환기로 입력되고, 이 변환기는 출력변환기가 아닌 입력변환기로 기능한다. 입력변환기는 펄스를 역확산하여, Rx 변환기(182)에서 수신기로 출력한다.

모든 변환기들은 표면음향파 코릴레이터나 정합필터로 기능하도록 압전기판상에 형성된다. 중앙 변환기내의 빗형 전극쌍들은 송신중의 확산파형과 수신중의 역확산파형으로 사용되는 바커코드 시퀀스를 대표하도록 형성된다. 중앙 변환기의 빗형 전극쌍들은 칩속도에 상응하는 간격으로 형성된다. RF 모뎀에서, 코릴레이터는 13개의 빗형 소자들(170)을 포함한다. 각각의 빗형 소자는 위상을 반전시키거나 반전시키지 않는 기능을 한다.

본 발명의 SAW 코릴레이터는 양방향 소자이다. 코릴레이터의 출력은 신호의 방향에 따라 변한다. SAW 공진기의 임펄스 응답이 도 7에 도시되어 있다. 이 그래프는 델타함수에 응답하여 생성되는 SAW 코릴레이터의 임펄스 응답을 나타낸다. 상대진폭이 시간에 따라 나타나 있다. 그래프의 상부를 따라 13개의 빗형 소자들에 따라 실시된 위상 반전표시(즉, '+', '-')가 표시되어 있다. "+" 표시는 위상반전이 없음을, "-" 표시는 180도 위상반전을 표시한다. 13개의 소자들은 RF 모뎀에서 사용되는 13비트 바커코드{+, +, +, +, +, -, -, +, +, -, +, -, +}를 생성하도록 구성된다. 예컨대, 다섯번째와 여섯번째 빗형 소자들 사이에 위상반전(즉, +에서 -로)이 일어난다. 칩속도가 20 Mcps(즉, 50 ns/chip)일 경우, 13-칩 확산코드가 650ns로 전송될 수 있다.

출력변환기의 각 비트는 다수의 셀을 이용해 구현될 수 있다. 각 셀은 교번 극성들{-1,1}을 갖는 전극들은 물론 절연되거나 단락된 전극들과의 조합으로 구현될 수도 있다. 각각의 비트를 구성하는 전극의 갯수는 150 내지 250이다. 코릴레이터의 동작 중심주파수(f₀)(예, 915㎒)는 전극의 위치의 주기와 그 극성의 교번에 의해 결정된다. V가 SAW의 유효전압이면 L=V/f₀는 공진 파장이다. 방사된 SAW는 1주기(L)에서 변위되는 전극수인 S_e의 이산값에 대한 공진을 갖는다. S_e의 값은 2, 3, 4, 3/2, 4/3 등일 수 있다.

SAW 코릴레이터의 13비트 코드 출력펄스 특성을 h₀(t)라 할 수 있다. 입출력 변환기의 임펄스 응답을 나타내는 h₁(t)와 h₂(t)의 적 [h₁(t)*h ₂(t)]로서 원하는 H(t)를 계산할 수 있다. 이들 변환기는, h₁(t)가 13-비트 코드[+,+,+,+,+,-,-,+,+,-,+,-,+]와 비슷하고 h₂(t)가 짧은 균일한 신호이도록 채택될 수 있다. h₂(t)의 지연은 h₁(t)의 1비트보다 짧아야 한다.

확산대역코드 시퀀스

SAW 코릴레이터(20)의 구성에 사용된 실제 코드는 시스템 동작에 중요하다. 그러나, 오토코릴레이션, 잡음면역성, 송신스펙트럼, ISI 등을 포함한 원하는 특성들을 최대화하려면 확산코드시퀀스를 선택하는 것이 바람직하다. 미국에서는, ISM 대역 송신을 위해, FCC는 코드시퀀스가 10개 이상의 칩을 구비하고 시스템은 10㏈ 이상의 처리이득을 보일 것을 요구한다. 따라서, 본 발명은 FCC 최소값에 가까운 짧은 코드시퀀스를 이용한다.

여러가지 다른 확산대역코드 시퀀스와 선형 FM과 같은 다른 함수들을 본 발명에서 이용할 수도 있지만, 선택된 확산대역코드는 바커코드로 알려진 기존의 코드와 같다. 이들 코드는 오토코릴레이션 특성이 양호한 것을 특징으로 한다. 사용된 특정 바커코드 시퀀스{111110011010}는 양호한 스펙트럼 평탄성과 낮은 오프 코릴레이션 값을 보인다. 코드시퀀스의 길이가 13 칩이어서 FCC 최소값보다 3개의 칩의 여유가 있다.

정합 필터/코릴레이터

코릴레이터 계수는 1에 대해서는 +1이고 0에 대해서는 -1이므로, 13개 칩의 확산코드는 SAW 코릴레이터의 구성에 사용된 다음 계수들로 이루어진다: +1, +1, +1, +1, +1, -1, -1, +1, +1, -1, +1, -1, +1. RF 모뎀의 SAW 소자의 주파수응답을 도 8에 그래프로 표시한다. ㏈ 단위의 파워를 주파수에 대해 표시하였다. 주파수응답은 ISM 대역(즉, 902-928㎒)을 커버하도록 채택한다. h(t)로 표시된 주파수응답의 시간 표현은 오토코릴레이션 함수 a(t)를 계산하는데 사용되는바, a(t)=h(t)*h(-t)이다. SAW 코릴레이터의 오토코릴레이션 그래프를 도 9에 도시하였다. 오토코릴레이션의 각 로브(lobe)는 약 50 ns의 폭이다. 처리이득비는 적어도 11㏈=10*log10(13)이다. 13개의 피크나 로브(12개의 작은 피크와 중앙의 하나의 큰 피크)는 코릴레이터에 구성된 13-비트 바커코드에 대응한다.

본 발명은 BPSK SAW 코릴레이터에 한정되지 않음을 알아야 한다. 어떤 형태의 컴프레서도 모뎀에 사용될 수 있다. 특히, BPSK, 선형 FM, 비선형 FM 등의 모든 적절한 확산대역 SAW 기술을 이용해 본 발명을 실행할 수 있다.

사용된 펄스압축이 선형 FM일 경우, 다음 수학식 1로 신호를 표시할 수 있다.

V(t) = sin[2πf(t)t]

여기서 주파수함수 f(t)=at는 시간에 따른 선형 상승함수이다. 선형 FM SAW 코릴레이터 장치의 오토코릴레이션이 도 10에 도시되어 있다. 선형 FM 오토코릴레이션 함수의 형상은 그 곡선이 점차 하강한다는 점에서 BPSK의 형상과는 다르다.

사용된 펄스압축이 선형 FM일 경우, 상기 수학식 1로 신호를 표현할 수 있는데, 여기서 주파수함수 f(t)=at²은 시간에 따른 비선형 상승함수이다. 다른 주파수함수 역시 안정적일 수 있다.

SAW 공진기의 송신중의 출력응답을 나타낸 그래프를 도 11에 표시하였다. 이 그래프는 송신중에 발생하는 SAW 코릴레이터의 출력응답을 보여준다. 상대 진폭을 시간에 다라 표시하였다. 그래프 상단을 따라 13개의 빗형 소자에 따라 수행되는 위상반전표시(즉, "+" 또는 "-")를 나타내었다. "+"는 위상반전이 없음을, "-"는 180도의 위상반전을 의미한다. 13개의 소자들은 RF 모뎀에 사용되는 13 비트 바커코드 {+,+,+,+,+,-,-,+,+,-,+,-,+}를 생성하도록 구성된다.

주지하는 바와 같이, 코릴레이터에서 생성된 확산펄스는 부드럽게 천이하도록 구성된다. 당 기술에 알려진 바와 같이, 인터디지털 변환기는 생성된 확산펄스의 스펙트럼 측대역이 상당히 감소되도록 구성된다.

확산펄스의 생성에 이어, 코릴레이터는 SAW 장치내의 RF 결합에 의한 바람직하지 못한 RF 누설펄스(210)를 발생시킨다. 본 발명에 따라, 코릴레이터의 출력으로부터의 RF 누설펄스를 제거하는데 펄스 게이트회로를 이용한다. 펄스게이트회로는 SAW 코릴레이터의 전후로 배치된 스위칭수단(예, RF 스위치, FET 스위치 등)을 포함한다. 컨트롤러는 이들 스위치를 반전되게 동작시켜, 첫번째 스위치가 개방되었을 때 두번째 스위치가 폐쇄되거나 그 반대로 되도록 한다. 따라서, 동작중에, 컨트롤러에 의해 첫번째 스위치가 개방되고 두번째 스위치가 폐쇄되어, RF 누설펄스의 출력을 방지하면서 코릴레이터에 문의펄스를 입력할 수 있다. 소정 기간이 지난 뒤, 첫번째 스위치를 폐쇄하고 두번째 스위치를 개방하여, 활산펄스를 송신회로로 출력한다.

정합회로(22)의 출력은 호스트 또는 기타 컨트롤/구성 수단에 의해 생성된 Tx/Rx 제어신호로 제어되는 Tx/Rx 스위치(24)에 입력된다. 이 스위치(24)가 Tx 상태이면, 임피던스 정합회로(24)의 출력이 송신 RF 프런트엔드(26)로 입력된다.

RF 모뎀의 송신 RF 프런트엔드의 자세한 블록도가 도 12에 도시되어 있다. 송신 RF 프런트엔드(26)는 최종 증폭단계를 구성하여 안테나로 보낸다. 이 회로는 차동출력을 갖는 RF 출력증폭기(220)를 포함한다. 증폭기에 연결된 Vcc는 컨트롤러의 Tx_PWR 신호에 의해 스위치(222)를 통해 제어된다. 또, 증폭기의 이득은 역시 컨트롤러의 Tx_GAIN_CTRL 신호에 의해 설정된다. 증폭기의 입력은 RF 주파수(915㎒)로 코릴레이터에서 출력되는 확산펄스(즉, 13-비트 BPSK 시퀀스)이다.

출력증폭기(220)는 약 40㏈의 이득을 갖도록 동작한다. 이 이득값은 SAW 코릴레이터의 감쇄된 출력, 즉 -30 내지 -20 ㏈m을 약 15㏈m 까지 증폭하는데 필요하다. 증폭기의 입력 임피던스는 50Ω이 바람직하다. 일 실시예에서, 신호를 두번 증폭하는 것, 즉 SAW 앞에 위치한 첫번째 증폭기를 이용해 10㏈로 증폭하고 SAW 뒤에 위치한 두번째 증폭기를 이용해 30㏈ 증폭하는 것이 더 큰 이득을 갖는 단일 증폭기를 이용하는 것보다 바람직하다. 그러나, SAW 코릴레이터(20)의 지연 라인효과때문에, 두개의 증폭기들은 회로내의 발진을 피하기 위해 동시에 턴온되지 않는다. 10 내지 20 ns 정도의 스위칭 타임을 갖는 증폭기들이면 충분하다.

다른 실시예에서, 두개 이상의 동작모드, 즉 고속 근거리 모드 및 저속 장거리 모드를 갖도록 모뎀을 구성할 수도 있다. 고속 모드에서, 증폭기들의 이득을 낮게 설정하여 증폭기의 높은 선형성을 이용한다. 저속에서는, 증폭기의 이득을 높게 설정하여 선형성은 감소시키지만 유효 범위는 증가시킨다. 두가지 이득상태는 컨트롤러의 Tx_GAIN_CTRL 신호에 의해 결정된다.

저속 동작모드에서는, 코릴레이터에서 출력된 펄스들이 서로 겹치지 않도록 충분히 떨어져 있는 펄스들로 코릴레이터에 문의한다. 요컨대, ISI가 생성되지 않는다. 문의펄스들이 서로 인접할수록, 코릴레이터에서 출력된 펄스들이 서로 겹치기 시작하여 ISI를 생성한다. 서로 인접한 문의펄스들을 이격시키면 데이터속도를 높일 수 있다.

SAW형 확산대역 송수신기는 SAW 코릴레이터가 선형이기 때문에 이런 고속을 취급할 수 있다. 선형 SAW 코릴레이터는 그 앞의 증폭기가 선형이기만 하면 고속에서도 동일한 역확산 처리를 할 수 있다. 따라서, 내부적으로 생성되는 ISI에 의한 고속을 얻으려면, 수신기의 프런트엔드에 선형성이 높은 증폭기를 사용할 필요가 있다. 그러나, 1 내지 4 Mbps의 고속에서 동작할 때 송수신기는 더 인터페이스되기 쉽고 채널이 열화되기 쉽다.

출력증폭기의 RF 출력은 안테나 인터페이스(28)로 입력되고, 이 인터페이스를 통해 안테나(30)가 송신 및 수신 RF 프런트엔드 둘다에 연결된다. 예컨대, 안테나 인터페이스는 모든 적당한 RF 스위치를 포함할 수 있다. 이 스위치는 Tx 상태에 있을 때 증폭기의 출력을 안테나에 연결하는 기능을 한다. 안테나는 평형궤선을 갖는 인쇄다이폴, 불평형 궤선이 없는 인쇄슬리브다이폴, 불평형 궤선을 갖는 인쇄모노폴, 불평형 궤선을 갖는 모노폴 헬리컬, 불평형 궤선을 갖는 인쇄노치, 불평형 궤선을 갖는 인쇄 스파이어럴, 인쇄 세마이-루프, 바어어스나 소형 루프를 통해 접지된 인쇄패치 등(이들에 한정되지 않음)을 포함한 모든 적당한 구성을 포함할 수도 있다.

송신 RF 프런트엔드의 신호 파형도가 도 13에 도시되어 있다. 컨트롤러는 송신회로에 필요한 타이밍/제어신호를 생성하는 기능을 한다. 컨트롤러의 송신제어부는 상태기계로 병합될 수 있다. 이 경우, 상태기계는 정에지 트리거되어, 신호선상의 데이터가 로우에서 하이로 바뀔 때마다 증폭기를 작동시키는 시퀀스를 개시한다. 라인의 데이터에 응답하여 스테이트 머신에 의해 Tx_PWR 신호가 생성된다. 증폭기가 턴온되기 전에 t_SU의 게이팅 시간지연이 발생한다. 전술한 바와 같이, 펄스 게이팅은 코릴레이터의 출력에서 RF 누설을 방지하는데 이용된다. 이들 증폭기는 확산펄스 기간동안, 즉 약 800 ns 동안 유지된다.

삭제

송신 상태기계의 기능은 두개의 직렬 원숏들을 이용하면 구현될 수 있다. 첫번째 원숏은 펄스 게이팅 지연 t_SU와 같은 폭을 갖고, 두번째 원숏은 확산펄스의 폭과 같은 폭, 약 800ns의 폭을 갖는다.

RF 모뎀의 수신 RF 프런트엔드의 블록도가 도 14에 자세히 도시되어 있다. 수신경로에서, 안테나(30)로부터 수신된 신호는 안테나 인터페이스(28)를 통해 수신 RF 프런트엔드(32)로 입력된다. 수신회로는 저잡음 증폭기(LNA1)(230)를 포함한다. 다음, RF 신호가 SAW 코릴레이터로 출력된다. LAN에 연결된 Vcc는 컨트롤러의 Rx_PWR을 통해 스위치(232)에 의해 제어된다.

수신회로 역시 두개의 동작모드, 즉 고속(high bit rate) 근거리(short range) 모드, 및 저속 장거리 모드를 갖도록 구성될 수 있다. 고속 모드에서는, 반송파대 잡음비(CNR)가 높고 다중채널 효과가 거의 없어 고속동작이 가능하다. 이 모드에서의 주요 관심사는 ISI의 효과를 취급하는데 있다. 저속모드에서는 CNR이 낮고 다중채널 및 페이딩 효과가 심각하므로, 저속동작이 필요하다. 이 모드에서의 주 관심사는 약한 수신신호와 다중효과의 취급에 있다.

종래의 회로와는 달리, 안테나와 LAN1 사이에, 광범위한 동작범위의 송수신신호들을 위한 단순한 LC 필터 이외의 복잡한 RF 필터가 필요없다. 이로 인해 수신 RF 프런트엔드의 동작범위가 매우 넓어야 한다.

수신 프런트엔드의 출력은 코릴레이터와 정형 필터 둘다로 기능하는 SAW 코릴레이터에 입력되어, 대역신호들을 거부한다. 또, LNA1은 SAW 소자가 결손소자이기 때문에 높은 이득을 갖는 것이 좋다.

수신 RF 프런트엔드의 신호출력은 정합회로(22)를 통해 SAW 코릴레이터에 입력된다. 이 코릴레이터는 원래의 코드 시퀀스의 수신신호를 비교적 좁은 펄스로, 즉 폭 650ns의 펄스를 폭 50ns의 펄스로 역확산하는 기능을 한다.

피크 검출기와 결정회로를 포함한 RF 모뎀의 수신회로의 블록도를 도 15에 도시하였다. SAW 코릴레이터의 출력은 수신회로(36)에 입력된다. 수신회로는 LNA3(240), 고속 피크검출기(246), 저속 피크검출기(248) 및 결정회로(254)를 포함한다.

LAN3는 피크검출기들이 타당한 값의 잡음면역성으로 검출할 수 있는 신호값에 따라 없을 수도 있다. LAN3의 기능은 SAW 코릴레이터의 손실을 보상하는데 있다. SAW의 오토코릴레이션 결과들은 LAN3에 입력된다. 본 발명에 따라, SAW 소자는 다른 모든 신호들을 필터링(즉, 거부)하면서 수신된 확산신호의 에너지를 적분하는 이중적인 역할을 수행한다.

코릴레이터의 출력은 수신회로에 의해 처리되어 펄스의 존재 여부를 결정한다. LAN3는 사용된 ASK 변조가 진폭에 민감하기 때문에 높은 선형성과 높은 동작범위를 갖는 것이 바람직하다.

피크검출기들은 LAN3 뒤에 있고, RF 신호를 기저대역으로 변환시키는 신호의 곡선을 검출하는 기능을 한다. 이들 피크검출기는 입력신호를 정합하도록 동작범위가 높도록 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 두개의 피크검출기가 병렬로 사용되는바, 고속 피크검출기(246)와 저속 피크검출기(248)가 그것이다. 이들 두개의 피크검출기 사이의 차이는 출력 대역폭에 있다. 고속 피크검출기의 대역폭은 (필요한 데이터속도에 따라) 10㎒이고 저속 피크검출기의 대역폭은 외부 커패시터/저항을 통해 사용자가 설정하는 것이 바람직하다. 또, 동작범위를 높이려면 대수형 피크검출기를 이용한다.

이들 두개의 피크검출기는 당업자에게 공지된 기술을 이용해 구성된다. 고속 피크검출기는 상대적으로 적은 평균화법을 이용해 입력신호의 피크를 추적하는 기능을 한다. 한편, 저속 피크검출기는 저속으로 변하는 기준신호를 생성하기 위해 입력신호를 평균내기에 적합하다.

결정단계는 수신경로상의 최종단계이다. 이 단계의 출력은 유효신호가 검출되었는지의 여부를 표시하는 디지털 펄스이다. 이 단계는 출력 RX_OUT이 컨트롤러로 입력되는 비교기(254)(예; 슈미트 트리거 비교기)를 포함한다. 컨트롤러는 호스트로 출력되는 데이터를 생성하는 기능을 하는 상태기계를 제공한다.

고속 피크검출기의 출력은 슈미트 트리거 비교기(254)의 비반전 입력에 입력되고, 저속 피크검출기의 기준 신호출력은 비교기의 반전입력에 입력된다. 비교기의 출력은 Rx_OUT 신호를 형성하고, 이 신호는 처리를 위해 컨트롤러에 입력되고 결국 상위계층 처리, 즉 링크나 상위계층 통신처리를 위해 호스트에 입력된다. 컨트롤러는 원하는 변조 및 통신 방식에 따라 데이터를 결정한다.

본 발명의 RF 모뎀에 따르면, 수신된 펄스를 검출할 필요가 전혀 없으므로 선형 검출기가 불필요하다. 따라서, 선형검출기를 사용할 수 있어도, 비선형 검출기를 이용해 구성을 단순화하고, 전류소비를 줄이며, 고가의 피크검출기를 적게 사용할 수 있다. 경우에 따라, 선형이나 비선형 검출기를 이용해 수신신호의 곡선을 검출할 수도 있다. 고속 및 저속 검출기들은 비교기와 함께 수신신호의 임계처리를 실행하고 디지털 이진데이터를 출력하는 기능을 한다.

비교기의 출력은 호스트에서 처리되는 디지털 펄스이다. 호스트는 각종 형태의 통신방식, 즉 OOK, PWM 등을 구현하도록 구성(프로그램)될 수 있다. 이하, 몇가지 통신방식에 대해 설명한다.

두가지 동작모드를 제공하기 위해, 저속 피크검출기의 출력 V_SPK에서 오프셋 전압 V_OFF를 뺀다. 신호 V_SPK를 비교기(254)의 반전 입력에 입력하기 전에 합산기(252)에 입력한다. 고속 피크검출기의 출력 V_FPK를 비교기의 비반전 입력에 입력한다. 저속 피크검출기 전압에서 전압을 차감하여 감산하는 아날로그 먹스(250)를 선택한다. 방정식 2에 표현된 것처럼, 고속 데이터모드용으로 피크검출값 밑의 임계값 3㏈(즉, 3α오프셋)를 이용하고, 저속 데이터모드용으로는 피크검출값 밑의 6㏈(즉, 6α오프셋)을 이용한다.

{모드 1}: V_REF= V_SPK- 3α

{모드 2}: V_REF= V_SPK- 6α

코릴레이터의 OFF_SEL 신호는 두가지 모드중 어느 모드에서 수신기가 동작할지를 결정한다. 또, 코릴레이터의 Rx_PWR 신호는 스위치(256,244,242)를 통해 LAN3, 고속/저속 피크검출기들 및 비교기에 연결된 전원 Vcc를 제어한다.

일반적인 송수신 상태기계

전술한 바와 같이, 컨트롤러는 RF 모뎀의 타이밍, 제어 및 디지털처리를 모두 수행하는 기능을 갖는다. 예컨대 상태기계 등을 포함한 적당한 모든 방식으로 구현될 수 있다. 상태기계의 입력에는 Data In, Mode, Tx/Rx, Shutdown, Clock가 포함된다. 상태기계의 출력에는 Data Out, Rx_PWR, Tx_PWR, OFF_SEL, Tx_GAIN_CTRL이 포함된다.

본 발명의 RF 모뎀의 일반적인 상태기계의 동작에 대한 상태도가 도 16에 도시되어 있다. 상태기계(260)는 모뎀의 초기 상태인 스타트 상태(262)를 포함한다. 이 상태는 모뎀이 작동되고(즉 Vcc를 수신하고) SHUTDOWN=1일 때 들어간다. 이 상태에서, 모뎀은 매우 낮은 전류를 소모한다. SHUTDOWN=0으로 설정되면 모뎀이 발진기 작동상태(264)로 진입한다. 어떤 상태에서도 SHUTDOWN=1로 재설정되면 모뎀이 스타트 상태로 되돌아간다.

발진기 작동상태는 발진기가 10㎲를 받아 안정되는 웨이크업 상태이다. 그 다음 상태는 Tx/Rx 입력제어라인의 상태에 따라 좌우된다. Tx/Rx 입력제어라인이 하이로 가면, DATA I/O 출력모드상태(268)로 진입한다. 송신모드(Tx/Rx=1)에서, W_CONT, PULSE_OUT, Tx_PWR, Rx_PWR이 모두 0으로 설정된다. DATA IN 입력라인이 로우에서 하이로 바뀌면(DATA IN=1), Tx 상태기계(272)가 동작을 시작한다.

송수신모드상태(266,268) 사이의 천이는 Tx/Rx 라인의 상태에 의해 제어된다. 송신모드상태와 수신모드상태로부터 스타트 상태로의 천이는 SHUTDOWN 라인에 의해 제어된다.

일반적인 상태기계의 송신 상태기계부의 동작을 나타낸 상태도가 도 17에 자세히 도시되어 있다. Tx 상태기계(272)의 동작은 스타트 상태(280)로부터 시작한다. 이 상태로부터, 두개의 동작경로가 병렬로 진행된다. 한쪽 경로는 문의펄스를 생성하고 다른쪽 경로는 송신기 RF 프런트엔드를 가동시킨다.

SW_CONT 신호를 하이로 설정하여 펄스정형회로(150)와 출력증폭기(154)를 가동시키는 인에이블펄스 상태(282)로 들어가면 문의펄스가 생성된다(도 3 참조). 다음, 시간지연상태(284)에서 안정화를 이룰 때까지 50 내지 150ns의 시간지연이 이루어진다. 펄스생성상태(286)에서, PULSE_OUT 신호가 하이로 설정되어 문의펄스를 인에이블시킨다. 문의펄스는 시간지연상태(288)에 있는 동안 RF 신호의 56 사이클(약 115ns) 동안 인에이블된다. 시간지연 이후, 신호들이 디스에이블 펄스상태(290)에서 턴오프된다. 특히, PULSE_OUT 신호가 디스에이블(즉, 로우로 설정)되고 SW_CONT 신호가 로우로 설정된다.

문의펄스는 DATA IN 라인에서 로우에서 하이로의 천이가 일어날 경우 무시되고 이는 논리트리거러블임을 의미한다.

송신 RF 프런트엔드에서 증폭기에 전원전압이 인가되기 전에, 즉 Tx_PWR이 하이로 설정되기 전에 시간지연이 되는 시간지연상태(292)로 먼저 진입함으로써 증폭기가 인에이블된다. 지연 기간은 대략 (SAW 장치의 지연시간 - 출력증폭기의 턴온 시간 - 문의펄스 기간)이다. 다음 상태(294)에서, 증폭기는 시간지연상태(296)에 의해 부여된 약 800ns(즉, RF 신호의 390 사이클) 동안 턴온된다. 다음 상태(298)에서, 증폭기는 오프되는바, Tx_PWR이 로우로 세트된다.

송신 RF 프런트엔드에 전원전압을 인가하는 회로는 리트리거러블하므로, DATA IN 라인에서 로우에서 하이로의 천이가 일어날 경우 390 사이클의 시간지연이 재시작됨을 의미한다.

도 16에 따르면, Tx/Rx 입력제어라인이 로우로 갈 때, DATA I/O 출력모드상태(266)로 진입한다. 수신모드(Tx/Rx=0)에서, SW_CONT, PULSE_OUT, Tx_PWR 모두 0으로 세트된다. 결정회로의 비교기의 출력이 하이로 가면(RX_OUT=1), Rx 상태기계(270)의 동작이 개시된다.

일반적인 상태기계의 수신 상태기계부의 동작을 나타낸 상태도가 도 18에 자세히 도시되어 있다. 비교기의 출력이 로우에서 하이로 천이할 때, DATA OUT 라인이 설정된다(상태 300). 약 100ns의 시간지연이 일어난 뒤(상태 302), DATA OUT 라인이 로우상태로 되고(상태 304), 상태 266으로 되돌아간다.

제2 실시예의 RF 모뎀

RF 모뎀의 제2 실시예에서, 업컨버터/다운컨버터는 확산펄스를 더 높은 주파수로 또는 그 반대로 천이시키는 기능을 한다. 이 모뎀의 대부분은 신호발생기(14), 송신 RF 프런트엔드(26) 및 수신 RF 프런트엔드(32)를 제외하고는 변동이 없다. 변동이 필요한 부분에는 업/다운 변환을 실행하는데 필요한 발진신호 생성 및 믹서 회로가 포함된다.

제2 실시예의 모뎀에서, 신호발생기(14)는 모뎀에서 사용되는 중간주파수(IF) 및 국부발진(LO) 신호들을 생성하는 기능을 한다. 본 실시예의 RF 모뎀에서, IF와 LO는 IF 488㎒ 및 LO 1952㎒로서 2.4㎓ ISM 대역의 송신펄스를 생성하도록 선택된다. 주파수를 합하면 원하는 2.4㎓의 원하는 RF가 얻어진다.

송신방향에서, 펄스발생기의 출력은 Tx/Rx 스위치(24)를 통해 송신 RF 프런트엔드(26)로 입력된다. 송신 RF 프런트엔드는 펄스를 원하는 주파수대역(예; 2.4㎓)으로 증폭 및 업컨버팅한다.

수신방향에서, 안테나(30)의 신호는 Tx/Rx 스위치(24)를 통해 SAW 코릴레이터(20)에 입력되기 전에 IF에 혼합된다. 그 결과, 수신데이터를 복구시키는 기능을 하는 수신회로(36)에 역확산 신호가 입력된다.

제2 실시예의 RF 모뎀의 신호발생기를 나타낸 블록도가 도 19에 도시되어 있다. 이 신호발생기는 (1) 컨트롤러의 상태기계에 기본클럭을 제공하고, (2) SAW 코릴레이터에 대한 문의펄스의 생성을 위한 소스로서 기능하며, (3) 송수신 프런트엔드 업/다운 변환회로의 소스로서 기능한다. 발진회로(312)에 주파수 소스(310)가 연결된다. 주파수 소스는 수정발진기, 세라믹 공진기, SAW 공진기 등의 모든 적절한 소자를 포함할 수 있다. SAW 공진기는 SAW 코릴레이터와 같은 기판에 구성된다.

원하는 업변환 LO 주파수(예; 1952㎒)를 생성하기 위해 4배로 증폭된 IF 발진신호가 발진기 출력에 포함된다. 주파수 승산을 실행하는데 PLL 회로를 사용하는 것은 급속 웨이크업 시간이 필요할 경우 불충분할 수 있다. 이 경우, 쿼드 자동혼합형 소자들(314,316)을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 이 회로는 LO 주파수(예; 1952㎒) 이외의 다른 고조파를 충분히 억제하는 것이 바람직하다.

RF 모뎀의 제2 실시예의 송신 RF 프런트엔드를 나타낸 블록도가 도 20에 도시되어 있다. 송신 RF 프런트엔드(26)는 최종적인 증폭 및 안테나로의 전송 단계 이전에 업-변환을 실행한다. 이 회로는 비차동 입력을 갖는 IF 증폭기(320), 믹서(322) 및 차동입력을 갖는 RF 출력증폭기(324)를 포함한다. 증폭기에 연결된 전원(Vcc)은 컨트롤러의 Tx_PWR 신호에 따른 스위치(328,326)를 통해 제어된다. 또, 증폭기들의 이득 역시 컨트롤러의 Tx_GAIN_CTRL 신호에 의해 제어된다.

IF 증폭기의 입력은 IF 주파수(예; 488㎒)에서 코릴레이터에서 출력된 확산펄스(즉, 13비트 BPSK 시퀀스)이다. 믹서(322)는 1952㎒의 LO 신호를 이용해 2.44㎓의 원하는 주파수대역까지 신호를 업-변환한다. 바람직하게, 30㏈ 이상의 값을 갖는 이미지 방해 믹서를 사용한다. 송신 RF 프런트엔드의 신호들은 도 13에 도시된 파형을 갖는다.

RF 모뎀의 수신 RF 프런트엔드를 설명하는 블록도가 도 21에 도시되어 있다. 수신경로에서, 안테나(30)로부터 수신된 신호는 안테나 인터페이스(28)를 통해 수신 RF 프런트엔드(32)로 입력된다. 수신회로는 1단계의 다운 변환을 포함한다. 안테나로부터의 RF는 제1 저잠음 증폭기(LAN1)(330)로 입력된다. 그 출력은 믹서(332)를 통해 1952㎒의 LO 신호와 혼합되어 IF 신호를 생성한다. IF 신호는 SAW 코릴레이터에 출력되기 전에 제2 LNA(334)에 의해 증폭된다. LNA에 대한 Vcc 전원은 컨트롤러로부터의 Rx_PWR 신호를 통해 스위치(338,336)에 의해 제어된다.

본 발명의 응용

전술한 바와 같이, RF 모뎀은 모든 변조 타입과 통신체계의 물리계층의 기본으로서 구성되어 있다. 특히, RF 모뎀은 모든 타입의 디지털펄스 변조를 실행하기에 적합하다. 이제 3가지 디지털펄스 변조에 대해 설명한다. 3가지 변조 타입에는 OOK, PWM, PPM 변조가 있다. 다음 응용례는 모두 지금까지 설명한 3가지 RF 모뎀 모두를 이용해 구성될 수도 있다.

OOK 변조

본 발명의 RF 모뎀을 이용해 구성된 OOK 통신시스템을 설명하는 블록도가 도 22에 도시되어 있다. 이 시스템은 각각 #1, #2로 표시된 두개의 OOK 송수신기(340)를 포함하는데, 이들 송수신기는 RF를 이용한 반이중방식 통신에 적합하다. OOK 송수신기 #1은 원숏(344), #1 표시된 RF 모뎀(346) 및 안테나(348)를 포함한다. OOK 송수신기 #2도 비슷하게 구성되되, 호스트 #2, 원숏 소자, RF 모뎀 #2 및 안테나를 포함한다. #1 표시된 제1 호스트(342)는 OOK 송수신기 #1에 데이터를 전송하고 이 송수신기로부터 데이터를 수신하도록 연결된다. 제2 호스트 #2는 OOK 송수신기 #2에 데이터를 전송하고 이 송수신기로부터 데이터를 수신하기에 적합하다. 두개의 호스트 모두 모뎀에 연결된 Tx/Rx 제어라인을 구동하기에 적합하다.

동작시, 호스트는 RF 모뎀 #1에 데이터를 출력함으로써 데이터를 전송한다. 데이터는 펄스 존재를 나타내는 "1"과 펄스 없음을 나타내는 "0"을 포함한다. RF 모뎀은 본 발명에 따라 구성되고 50ns 정도의 펄스를 수신하기에 적합하다. 호스트가 이런 짧은 폭의 펄스를 생성할 수 없으면 원숏(344)을 사용할 수 있다. 이 펄스는 SAW 코릴레이터를 통해 전술한 바와 같은 확산시퀀스로 확산되고, 안테나(348)를 통해 송신된다.

신호는 OOK 송수신기 #2의 안테나에서 수신되어 RF 모뎀 #2로 입력된다. RF 모뎀은 이 신호를 역확산하고 그 다음 처리를 위해 호스트 #2로 50ns 펄스를 출력하는 기능을 한다. 호스트 #2가 50ns 펄스를 입력할만큼 충분히 고속이 아니면, 두번째 원숏이나 래치(도시 안됨)를 RF 모뎀과 호스트 사이에 사용할 수 있다.

PWM 변조

본 발명의 RF 모뎀을 이용해 구성된 PWM 통신시스템을 설명하는 블록도가 도 23에 도시되어 있다. 이 시스템은 #1, #2로 표시된 두개의 PWM 송수신기(350)를 포함하고, 이들 송수신기는 RF를 이용한 반이중방식 통신에 적합하다. PWM 송수신기 #1은 샘플/홀드(S/H) 회로(354,364), 톱니파(램프) 신호 발생기(366), 비교기(356), 적분기(362), #1로 표시된 RF 모뎀(358), 안테나(360)를 포함한다. PWM 송수신기 #2도 비슷하게 구성되고, S/H 회로, 램프함수 발생기, 비교기, RF 모뎀 #2, 적분기, 안테나를 포함한다. #1으로 표시된 제1 호스트(352)는 PWM 송수신기 #1과 데이터를 주고받도록 연결된다. 제2 호스트 #2는 PWM 송수신기 #2와 데이터를 주고받기에 적합하다. 이들 호스트 둘다 모뎀에 연결된 Tx/Rx 제어라인을 구동하기에 적합하다.

도 23, 24에 따르면, 동작중에 호스트는 ANALOG IN 신호를 S/H 회로(354)에 출력함으로써 데이터를 송신한다. 이들 데이터는 디지털이나 아날로그일 수 있으며 호스트 이외의 다른 수단에 의해 제공될 수도 있다. 본 실시예에서, 송수신기는 아날로그 신호들을 송수신하기에 적합하지만, 당업자라면 디지털 신호를 송수신하는데에도 응용할 수 있을 것이다. 아날로그 신호 V_IN(370)은 S/H 회로에 의해 샘플링되고 비교기(356)의 비반전 입력으로 입력된다. 톱니파나 램프함수 발생기의 출력(372)은 비교기의 반전입력에 입력된다. 램프함수 신호의 주기는 바커 코드의 제한과 관련된 문제점들을 피하기 위해 150ns 이하인 것이 바람직하다. 램프의 진폭이 출력이 로우로 되는 지점의 입력신호를 초과할 때까지 비교기의 출력은 하이상태에 있다.

DATA IN 펄스는 RF 모뎀에 입력되고 안테나(360)를 통해 PWM 송수신기 #2로 송신된다. 송신 확산파형의 펄스폭은 입력신호의 펄스폭에 따라 변한다. 예컨대, 폭 20ns의 입력펄스에서는 피크 펄스폭이 약 20ns인 수신신호가 생성된다. 폭 100ns의 입력펄스에서는 피크 펄스폭이 약 100ns인 수신신호가 생성된다. 그러나, 바커코드 확산시퀀스에서는 폭의 증가가 제한된다. 펄스폭의 증가는 약 2개 칩으로 제한된다(칩속도 20Mcps는 150ns에 해당한다고 본다).

이 신호는 OOK 송수신기 #2의 안테나에서 수신되고 RF 모뎀 #2로 입력된다. RF 모뎀은 신호를 역확산하여 입력신호의 펄스폭에 따라 폭이 변하는 펄스를 출력한다. RF 모뎀의 출력은 수신신호를 적분하는 기능을 하는 적분기(362)에 입력된다. 적분기의 출력신호 V_OUT(376)는 S/H 회로(364)에서 샘플링된다. S/H 회로의 출력은 ANALOG OUT 신호를 형성하고, 이 신호는 호스트나 후속처리를 위한 다른 수단에 입력된다.

램프기능의 로우에서 하이로의 천이가 송신될 데이터인 ANALOG IN 신호의 심볼주기와 일치하도록 S/H 회로(354,364)에 제공된 클럭들과 램프기능 발생기가 동기화되는 것이 중요하다.

PPM 변조

본 발명의 RF 모뎀을 이용해 구성된 PPM 통신시스템을 설명하는 블록도가 도 25에 도시되어 있다. 이 시스템은 #1, #2로 표시된 두개의 PPM 송수신기(380)를 포함하고, 이들 송수신기는 RF를 이용한 반이중방식 통신에 적합하다. PPM 송수신기 #1은 샘플/홀드(S/H) 회로(384,396), 톱니파(램프) 신호 발생기(398,392), 비교기(386,394), 원숏(388), #1로 표시된 RF 모뎀(390), 안테나(399)를 포함한다. PPM 송수신기 #2도 비슷하게 구성되고, S/H 회로, 비교기, 램프함수 발생기, 원숏, RF 모뎀 #2, 안테나를 포함한다. #1으로 표시된 제1 호스트(382)는 PPM 송수신기 #1과 데이터를 주고받도록 연결된다. 제2 호스트 #2는 PPM 송수신기 #2와 데이터를 주고받기에 적합하다. 이들 호스트 둘다 모뎀에 연결된 Tx/Rx 제어라인을 구동하기에 적합하다.

도 25, 26에 따르면, 동작중에 호스트는 ANALOG IN 신호를 S/H 회로(384)에 출력함으로써 데이터를 송신한다. 이들 데이터는 디지털이나 아날로그일 수 있으며 호스트 이외의 다른 수단에 의해 제공될 수도 있다. 본 실시예에서, 송수신기는 아날로그 신호들을 송수신하기에 적합하지만, 당업자라면 디지털 신호를 송수신하는데에도 응용할 수 있을 것이다. 아날로그 신호 V_IN(400)은 S/H 회로에 의해 샘플링되고 비교기(386)의 비반전 입력으로 입력된다. 톱니파나 램프함수 발생기의 출력(402)은 비교기의 반전입력에 입력된다. 램프의 진폭이 출력이 로우로 되는 지점의 입력신호를 초과할 때까지 비교기의 출력은 하이상태에 있다. 비교기의 출력은 그 하강에지에 의해 트리거되는 원숏(388)에 입력된다. 원숏은 폭이 50ns 정도로 일정한 펄스(404)를 생성하고, 이 펄스는 안테나(180)를 PPM 송수신기 #2로 송신하기 위해 RF 모뎀에 입력된다.

송신된 확산파형의 펄스 위치는 DATA IN 신호의 시간 위치에 따라 변한다. 이 신호는 OOK 송수신기 #2에 의해 수신되고 RF 모뎀 #2에 입력된다. RF 모뎀은 이 신호를 역확산시키고, 입력신호의 펄스위치에 따라 위치가 변하는 펄스를 출력한다. RF 모뎀의 출력은 비교기(394)로 입력된다. 제2 입력은 신호발생기(392)의 출력이다.

또, 램프신호의 출력은 그 펄스가 도착할 때까지 S/H 회로(396)에 의해 샘플링되고, RF 모뎀에 의해 DATA OUT 신호로 출력된다. 비교기의 출력은 S/H 회로로 입력되는 클럭신호를 형성한다. S/H 회로(396)의 입력은 RF 모뎀의 출력이 램프신호를 초과할 때까지 증가한다. 이것은 송신기로부터의 펄스의 수신에 대응하는 시간의 한 지점에서 펄스를 출력하는 RF 모뎀에 대응한다. 이 지점에서, S/H 회로는 ANALGO OUT 신호를 형성하고, 이 신호는 호스트나 기타 처리 수단에 입력된다.

램프함수의 로우에서 하이로의 천이가 송신될 데이터인 ANALOG IN 신호의 심볼주기와 일치하도록 S/H 회로(384)에 제공된 클럭과 램프함수 발생기(392)가 동기화되는 것이 중요하다. 동기화체계는 데이터를 수신할 수 있도록 수신된 신호와 램프신호를 동기화하는 기술에 공지되어 있다.

PPM 통신시스템에서, 임계성능은 수학식 3으로 주어진 바와 같이 펄스폭에 대한 심볼주기의 비 β이다.

β = T/τ

신호잡음비(SNR)는 다음 수학식 4로 결정된다.

여기서 E_b는 비트당 에너지이고 N₀는 잡음도이다. link budget의 고정된 비트당 에너지가 E_b라 하면, 성능은 β값으로 표시된다. 펄스폭이 좁아질수록 SNR은 증가하고, 펄스폭이 넓어질수록 SNR이 낮아진다. 예컨대, 송신에 사용된 펄스폭 τ가 약 50ns이면, 심볼주기 T는 1000ns이며, β=20, E_b=-70dBm, N₀=-114+10*log(20)=-100dBm, 링크의 SNR은 약 52dB이다.

다중 코릴레이터들을 이용한 RF 모뎀의 제3 실시예

통신속도를 높이기 위해, 이상 설명한 제1, 제2 실시예의 모뎀에 다른 코릴레이터들과 관련 회로를 추가할 수 있다. 일반적으로, f_i(t)로 표현된 코릴레이터 함수나 코릴레이터 코드가 다른 모든 코릴레이터의 함수와 직교하는 한 코릴레이터를 몇개라도 추가할 수 있다. 각각의 코릴레이터의 함수(즉, 코드)가 서로 직교하면, 각 코릴레이터는 서로 독립적으로 송수신 기능을 수행한다. 그러나, 다음 수학식을 만족해야 한다.

〈f_i(t),f_j(t)〉= 0 (i≠j)

요컨대, 모든 코드의 상호 상관관계는 0 이하로 매우 낮아야 한다. 예컨대, 당업자라면, 서로에 대해 직교하고 상호 상관관계가 거의 제로인 다수의 선형 FM 코드를 쉽게 생성할 수 있을 것이다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 N개의 코릴레이터를 포함한 모뎀을 예로 든다. 전술한 기준을 만족하는 한 코릴레이터를 몇개라도 사용하여 모뎀을 구성할 수 있다. 다수의 코릴레이터들을 사용한 결과 유효 통신속도가 증가된다. 속도가 1.5Mbps인 도 1의 RF 모뎀을 고려하면, N개의 코릴레이터들을 사용한 전체 속도는 Nx1.5 Mbps이다.

본 발명에 따라 다수의 코릴레이터를 구비하여 구성된 RF 모뎀의 제3 실시예를 설명하는 블록도가 도 27에 도시되어 있다. 이 모뎀(410)은 전술한 제1, 제2 모뎀과 비슷하게 구성되지만, N개의 SAW 코릴레이터가 있는 점이 다르다. 이 모뎀(410)은 도 6의 SAW 공진기와 같은 적당한 주파수 소스를 이용하는 하나의 신호발생기(412)를 포함한다. 신호발생기(412)의 IF 신호출력은 #1 내지 #N으로 표시된 다수의 송수신 회로(416)에 신호를 공급한다.

각각의 송수신 회로는 컨트롤러(414)로부터의 DATA IN 라인에 연결되고 컨트롤러로 Rx OUT 신호를 출력한다. 호스트(430)는 컨트롤러에, 그리고 #1 내지 #N으로 표시된 각각의 DATA IN 신호라인들상의 각각의 송수신회로에 송신될 데이터를 제공한다. 마찬가지로, 각각의 송수신회로용으로 컨트롤러에서 출력된 데이터는 #1 내지 #N으로 표시된 각각의 DATA OUT 신호라인을 통해 호스트로 입력된다. 모뎀에 필요한 타이밍 및 제어신호들을 생성하는 기능을 하는 컨트롤러에 Tx/Rx 신호를 제공하는 것도 호스트이다.

각각의 송수신회로의 신호선은 RF 파워 분할기/합산기(418)에 연결된다. 이 장치는 송신방향에서는 합산기로, 수신방향에서는 분할기로 기능한다. 파워 분할기/합산기는 송수신 경로에 신호를 분배하는 기능을 하는 Tx/Rx 스위치(420)에 연결된다. 송신중에, 이 스위치는 송수신회로의 신호를 송신 RF 프런트엔드(422)에 입력하도록 구성된다. 수신중에는 수신 RF 프런트엔드(424)의 출력을 송수신회로에 보내도록 스위치를 구성한다. 송신 프런트엔드(422)의 RF OUT 신호와 수신 프런트엔드(424)의 RF IN 신호는 안테나 인터페이스(426)를 통해 안테나(428)에 연결된다.

도 27의 RF 모뎀의 송수신회로를 설명하는 블록도가 도 28에 자세히 도시되어 있다. 송신경로에는 컨트롤러의 DATA IN 신호와 신호발생기의 IF 발진신호를 수신하는 펄스발생기(440), 정합회로(442), SAW 코릴레이터(444) 및 정합회로(446)가 있다. 정합회로(446)의 출력은 파워 분할기/합산기(418)로 입력된다(도 27 참조).

수신경로에는 정합회로(446), SAW 코릴레이터(444), 정합회로(448) 및 수신회로(450)가 있다. 수신회로(450)의 출력은 컨트롤러(414)로 입력되는 Rx OUT 신호를 형성한다.

송수신회로(416)를 포함한 모뎀(410)의 구성요소들은 제1, 제2 실시예의 전술한 모뎀의 구성요소와 동일한 기능을 한다. 송신중에 컨트롤러(414)는 각각의 DATA IN 신호라인들을 통해 각각의 송수신회로(416)에 송신될 데이터를 제공한다. 각 회로는 고유함수(코드)로 구성된 코릴레이터를 구비하여, 발생된 신호들 사이의 간섭을 방지한다. 그 결과 다수의 N개의 신호들이 RF 파워 분할기/합산기(418)에 의해 합쳐진다. 합산신호는 송신 RF 프런트엔드에서 처리되고 안테나(428)를 통해 송신된다.

한편, 합산신호를 증폭하여 안테나로 입력하기 전에 송신 RF 프런트엔드(26)의 믹서와 비슷한 믹서를 이용해 합산신호를 업컨버팅할 수도 있다(도 20 참조).

수신경로에서, 수신신호는 안테나로부터 안테나 인터페이스(426)를 통해 수신 RF 프런트엔드(424)로 전송된다. 수신방향과 마찬가지로, 안테나에서 수신된 신호를 Tx/Rx 스위치(420)에 입력하기 전에 수신 RF 프런트엔드(32)의 회로와 비슷한 회로를 이용해 수신신호를 IF 주파수로 다운컨버팅할 수도 있다(도 21 참조). 다음, 이 신호를 RF 분할기/합산기(418)를 이용해 N개의 신호로 분할한다. 구성 함수에 따라 펄스를 출력하는 기능을 하는 각각의 송수신회로의 코릴레이터에 수신신호가 입력된다. 펄스는 각각의 수신회로의 각각의 피크 검출기에 입력되어 N개의 Rx OUT 신호들을 생성한다. N개의 Rx OUT 신호들은 호스트로 전송된 DATA OUT 신호들을 생성하는 컨트롤러에 입력된다.

첨부된 특허청구범위는 본 발명의 정신과 범위에 속하는 모든 특징과 장점들을 커버하도록 되어 있다. 당업자라면 쉽게 변형이나 변경할 수 있으므로, 본 발명은 이상 설명한 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 모든 적당한 변형이나 변경들은 본 발명의 정신과 범위내에 있다고 할 수 있다.

Claims

중간주파수(IF)를 갖는 IF 발진신호로부터 정형된 펄스를 생성하도록 작용하고, 상기 정형펄스의 모양을 형성하기에 적합한 제1 정형회로를 포함하는 펄스발생기;

확산펄스를 생성하도록 상기 정형된 펄스를 확산코드 시퀀스 파형으로 확산시키기기에 적합한 펄스확산기;

RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 국부발진(LO; Local Oscillator) 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로;

수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로;

코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 수신된 확산펄스를 역확산하기에 적합한 코릴레이터; 및

상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기;를 포함하고,

상기 펄스확산기와 코릴레이터는 송수신 모두에 사용하기에 적합한 하나의 SAW 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접시퀀스 확산대역 RF 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 IF 발진신호와 LO 신호가 하나의 주파수 소스를 활용하는 발진회로에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제2항에 있어서, 상기 발진회로는 상기 주파수 소스, 상기 주파수 소스에 연결된 제1 주파수 2배기, 및 상기 제1 주파수 2배기의 출력에 연결된 제2 주파수 2배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제2항에 있어서, 상기 주파수 소스가 표면음향파(SAW) 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제2항에 있어서, 상기 주파수 소스가 488㎒로 동조된 SAW 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서,

하나의 SAW 공진기를 이용해 상기 IF 발진신호와 LO 발진신호를 생성하고;

상기 펄스확산기와 코릴레이터는 송수신용 반이중 방식으로 사용되기에 적합한 동일한 SAW 코릴레이터를 공유하며;

상기 SAW 공진기와 SAW 코릴레이터가 동일한 모노리딕 기판상에 구성되는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 IF 주파수가 488㎒인 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 LO 주파수가 1952㎒인 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 RF 주파수는 2.4㎓의 ISM(Industrial Scientific Medical) 주파수 대역내에 있는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 펄스발생기는 송신될 입력데이터에 따라 상기 IF 발진신호를 게이팅하는 게이팅 메커니즘을 갖는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 펄스발생기의 출력과 상기 펄스확산기의 출력을 서로 반전 관계로 게이팅하여 펄스발생기가 인에이블되었을 때 펄스확산기 출력이 디스에이블되거나 그 반대 관계로 되게 하는 스위칭 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 펄스확산기가 확산펄스의 천이를 평활하게 하도록 동작하는 제2 펄스정형회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 펄스 형태를 생성하기에 적합한 상기 제1 펄스정형회로는 펄스의 진폭을 로우값에서 하이값으로 선형으로 변화시키는 제1 부위와, 펄스의 진폭을 하이값에서 로우값으로 선형으로 변화시키는 제2 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 펄스확산기가 SAW 정합필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 확산코드 시퀀스가 바커코드 시리즈 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 확산코드 시퀀스가 13-칩 바커시퀀스 {1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1}을 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 송신회로가,

상기 확산펄스를 증폭하는 IF 증폭기;

상기 확산펄스를 LO 신호와 혼합하는 업컨버터;

상기 확산대역 송신신호를 증폭하는 RF 출력증폭기; 및

상기 RF 출력증폭기의 출력에 연결된 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 수신회로가,

RF 신호를 수신하기에 적합한 안테나;

상기 안테나에 연결된 제1 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier);

상기 수신된 신호를 LO 발진신호와 혼합하는 다운컨버터; 및

상기 다운컨버터의 출력을 증폭하는 제2 저잡음 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제1항에 있어서, 상기 코릴레이터 수단이 SAW 정합필터/코릴레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제19항에 있어서, 상기 SAW 정합필터/코릴레이터가 바커 코드 시리즈 시퀀스로 구성되는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제20항에 있어서, 상기 바커코드 시리즈 시퀀스가 13-칩 바커시퀀스 {1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1}을 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
삭제
제1항에 있어서, 상기 검출기가,

상기 코릴레이터 신호에 따라 저속으로 변하는 기준신호를 생성하기에 적합한 저속 피크검출기;

상기 코릴레이터 신호의 곡선을 추적하고 검출신호를 생성하기에 적합한 고속 피크검출기; 및

상기 검출신호를 상기 기준신호와 비교하여 상기 출력신호를 생성하기에 적합한 결정회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
직접시퀀스 확산대역 신호를 변조 및 복조하는 방법에 있어서:

IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 형상이 정형화된 정형펄스를 생성하는 단계;

상기 정형펄스를 확산코드 시퀀스 파형으로 확산시켜 확산펄스를 생성하는 단계;

LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하여, RF 주파수에서 확산대역 송신신호를 생성하는 단계;

수신신호를 상기 LO 발진신호와 혼합하여, 상기 IF 주파수에서 수신 확산펄스를 생성하는 단계;

상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하여, 코릴레이터 신호를 생성하는 단계; 및

상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 검출하는 단계;를 포함하고,

상기 확산단계와 역확산단계는 송수신에 모두 이용하기에 적합한 하나의 SAW 장치를 이용해 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 하나의 주파수 소스를 이용해 상기 IF 발진신호와 LO 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 IF 주파수가 488㎒인 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 LO 주파수가 1952㎒인 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 RF 주파수가 2.4㎓의 ISM 주파수 대역내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 펄스 생성단계가 송신될 입력데이터에 따라 상기 IF 발진신호를 게이팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 펄스발생기의 출력과 상기 펄스확산기의 출력을 서로 반전 관계로 게이팅하여, 펄스가 생성되었을 때 상기 확산펄스가 생성되지 않게 또는 그 반대로 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 확산 단계가 확산펄스의 천이를 평활화하여 확산펄스의 주파수를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 펄스 정형화 단계가 제1 부위의 상기 펄스의 진폭을 로우값에서 하이값으로 선형으로 변화시키고 제2 부위의 펄스진폭을 하이값에서 로우값으로 변화시키도록 펄스를 정형화하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 확산코드 시퀀스가 바커코드 시리즈 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 확산코드 시퀀스가 13-칩 바커시퀀스 {1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1}을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제24항에 있어서, 상기 출력신호 검출단계가,

상기 코릴레이터 신호에 따라 저속으로 변하는 기준신호를 생성하는 단계;

상기 코릴레이터 신호의 곡선을 추적하여 검출신호를 생성하는 단계; 및

상기 검출신호를 기준신호에 비교하여 상기 출력신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
송신될 입력데이터에 따라 고정폭 데이터 입력신호를 생성하는 입력회로; 및

RF 모뎀;을 포함하고,

상기 RF 모뎀은,

IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 상기 데이터 입력신호에 응답해 정형펄스를 생성하고, 상기 정형펄스의 모양을 정형화하기에 적합한 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기;

확산펄스를 생성하도록 확산코드 시퀀스 파형으로 상기 정형화된 펄스를 확산시키는 펄스확산기;

RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로;

수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로;

코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하기에 적합한 코릴레이터; 및

상기 코릴레이터 신호에 응답하여 데이터 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기;를 포함하고,

상기 펄스확산기와 코릴레이터는 송수신에 모두 사용하기에 적합한 하나의 SAW 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 OOK(On/Off Keying) 직접 확산대역 RF 송수신기.
송신될 아날로그 입력신호에 따라 펄스폭 변조된 데이터 입력신호를 생성하는 입력회로; 및

RF 모뎀;을 포함하고,

상기 RF 모뎀은,

IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 상기 데이터 입력신호에 응답해 정형펄스를 생성하고, 상기 정형펄스의 모양을 정형화하기에 적합한 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기;

확산펄스를 생성하도록 확산코드 시퀀스 파형으로 상기 정형화된 펄스를 확산시키는 펄스확산기;

RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로;

수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로;

코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하기에 적합한 코릴레이터; 및

상기 코릴레이터 신호에 응답하여 데이터 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기를 포함하되;

상기 펄스확산기와 코릴레이터는 송수신 모두에 사용하기에 적합한 하나의 SAW 장치를 포함하며;

상기 출력신호를 적분하여 아날로그 출력신호를 생성하도록 동작하는 출력회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM(Pulse Width Modulation) 직접 확산대역 RF 송수신기.
송신될 아날로그 입력신호에 따라 펄스 위치 변조된 데이터 입력신호를 생성하는 입력회로; 및

RF 모뎀;을 포함하고,

상기 RF 모뎀은,

IF 주파수를 갖는 IF 발진신호로부터 상기 데이터 입력신호에 응답해 정형펄스를 생성하고, 상기 정형펄스의 모양을 정형화하기에 적합한 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기;

확산펄스를 생성하도록 확산코드 시퀀스 파형으로 상기 정형화된 펄스를 확산시키는 펄스확산기;

RF 주파수로 확산대역 송신신호를 생성하도록 LO 주파수를 갖는 LO 신호와 상기 확산펄스를 혼합하기 위한 업컨버터를 포함하는 송신회로;

수신된 확산펄스를 상기 IF 주파수로 생성하도록 상기 LO 신호와 수신신호를 혼합하기 위한 다운컨버터를 포함하는 수신회로;

코릴레이터 신호를 생성하도록 상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산대역 송신신호를 역확산하기에 적합한 코릴레이터; 및

상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기를 포함하되;

상기 펄스확산기와 코릴레이터는 송수신 모두에 사용하기에 적합한 하나의 SAW 장치를 포함하며;

상기 출력신호를 램프함수에 대해 임계화하여 아날로그 출력신호를 생성하도록 동작하는 출력회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPM(Pulse Position Modulation) 직접 확산대역 RF 송수신기.
IF 발진신호와 LO 신호를 생성하기에 적합한 발진기;

복수의 N개의 송수신회로들;

상기 N개의 송수신회로들에 의해 생성된 N개의 확산펄스 신호들을 하나의 합산된 송신신호로 합산 및 송신하기 위한 수단;

상기 확산펄스와 상기 LO 신호를 혼합하여 RF 주파수에서 확산대역 송신신호를 생성하는 업컨버터를 구비한 송신회로;

상기 합산된 송신신호를 N개의 수신신호로 분할하여 수신하기 위한 수단;

수신신호를 상기 LO 신호와 혼합하여 IF 주파수에서 수신 확산펄스를 생성하기 위한 다운컨버터를 구비한 수신회로;를 포함하고,

상기 다수의 송수신회로 각각은,

상기 IF 발진신호로부터 정형펄스를 생성하기에 적합하고, 상기 정형펄스의 형상을 정형화하는 제1 펄스 정형회로를 구비한 펄스발생기;

상기 정형된 펄스를 확산코드 시퀀스로 확산하여 확산펄스를 생성하는 펄스 확산기;

상기 코드 시퀀스에 따라 상기 확산펄스신호를 역환산하여 코릴레이터 신호를 생성하기에 적합한 코릴레이터; 및

상기 코릴레이터 신호에 응답하여 출력신호를 생성하기에 적합한 검출기;를 포함하되,

펄스확산기와 코릴레이터는 송수신 모두에 사용하기에 적합한 하나의 SAW 장치를 포함하며;

각각의 송수신회로의 상기 코릴레이터는 다른 코릴레이터의 함수들과 직교하는 특유의 함수로 구성되는 것을 특징으로 하는 직접시퀀스 확산대역 RF 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 발진기는 주파수 소스, 상기 주파수 소스에 연결된 제1 주파수 2배기, 및 상기 제1 주파수 2배기의 출력에 연결된 제2 주파수 2배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제41항에 있어서, 상기 주파수 소스가 SAW 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제41항에 있어서, 상기 주파수 소스가 488㎒에 동조되는 SAW 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서,

상기 IF 발진신호와 LO 발진신호를 생성하는데 SAW 공진기를 이용하고;

상기 펄스확산기와 코릴레이터는 송수신용 반이중 방식으로 사용되는 동일한 SAW 코릴레이터를 공유하며;

상기 SAW 공진기와 SAW 코릴레이터가 동일한 모노리딕 기판상에 구성되는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 IF 주파수가 488㎒인 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 LO 주파수가 1952㎒인 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 RF 주파수는 2.4㎓의 ISM 주파수 대역내에 있는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 펄스발생기는 송신될 입력데이터에 따라 상기 IF 발진신호를 게이팅하는 게이팅 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 펄스발생기의 출력과 상기 펄스확산기의 출력을 서로 반전 관계로 게이팅하여 펄스발생기가 인에이블되었을 때 펄스확산기 출력이 디스에이블되거나 그 반대 관계로 되게 하는 스위칭 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 펄스확산기가 확산펄스의 천이를 평활화하도록 작동하는 제2 펄스 정형회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 펄스 형태를 생성하기에 적합한 상기 제1 펄스정형회로는 펄스의 진폭을 로우값에서 하이값으로 선형으로 변화시키는 제1 부위와, 펄스의 진폭을 하이값에서 로우값으로 선형으로 변화시키는 제2 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 펄스확산기가 SAW 정합필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 확산코드 시퀀스가 바커코드 시리즈 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 송신회로가,

상기 확산펄스를 증폭하는 IF 증폭기;

상기 확산펄스를 LO 신호와 혼합하는 업컨버터;

상기 확산대역 송신신호를 증폭하는 RF 출력증폭기; 및

상기 RF 출력증폭기의 출력에 연결된 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 수신회로가,

RF 신호를 수신하기에 적합한 안테나;

상기 안테나에 연결된 제1 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier);

상기 수신된 신호를 LO 발진신호와 혼합하는 다운컨버터; 및

상기 다운컨버터의 출력을 증폭하는 제2 저잡음 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제40항에 있어서, 상기 코릴레이터 수단이 SAW 정합필터/코릴레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.
제56항에 있어서, 상기 SAW 정합필터/코릴레이터가 바커 코드 시리즈 시퀀스로 구성되는 것을 특징으로 하는 모뎀.
삭제
제40항에 있어서, 상기 검출기가,

상기 코릴레이터 신호에 따라 저속으로 변하는 기준신호를 생성하기에 적합한 저속 피크검출기;

상기 코릴레이터 신호의 곡선을 추적하고 검출신호를 생성하기에 적합한 고속 피크검출기; 및

상기 검출신호를 상기 기준신호와 비교하여 상기 출력신호를 생성하기에 적합한 결정회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모뎀.