KR100576948B1

KR100576948B1 - 발진기 신호를 생성하기 위한 장치

Info

Publication number: KR100576948B1
Application number: KR1020037000110A
Authority: KR
Inventors: 파트릭 하이데; 마르틴 나레친스키; 리하르트 로스코쉬; 마르틴 포식
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2006-05-10
Also published as: EP1297357B1; US6894572B2; WO2002003096A1; JP2004502943A; DE10032822A1; EP1464987A3; EP1464987A2; JP3725864B2; US20040108904A1; KR20030013523A; CN100439936C; EP1297357A1; DE50103653D1; CN1440510A

Abstract

본 발명은 기지국 신호에 근거하여 발진기 신호를 생산하는 방법 및 기기에 관한 것이다. 상기 발진기 신호는 발진기에 의해 능동적으로 구성된다. 상기 발진기는 상기 발진기 신호에 의해 준위상 코히어런트하게 여기될 수 있다.

Description

발진기 신호를 생성하기 위한 장치{DEVICE FOR PRODUCING AN OSCILLATOR SIGNAL}

본 발명은 청구항 제1항의 프리앰블에 상응하는 장치 및 청구항 제15항의 프리앰블에 상응하는 방법에 관한 것이다.

무선 주파수 엔지니어링 분야에서, 무선 주파수 마이크로파 신호를 직접적으로 평가하지 않고 기준 신호와 관련하여 평가하는 것이 바람직하며 또한 통상적이다. 예를 들어, 이것은 본 명세서에서 이하 기지국으로 언급되는 송신기가 기지국 신호를 전송하고 상기 기지국 신호가 수신기에서 발생되는 기준 신호와 비교되어 수신국에서 추가로 처리되는 데이터 송신을 위한 시스템에 관한 것이다. 따라서, 예를 들어 믹서(mixer)들 또는 복조기들은 종종 상기 수신된 신호가 대부분의 경우에 기준 신호에 의해 보다 낮은 주파수의 대역으로 하향 변환하는 수단으로 사용된다. 상기 무선 주파수 기지국 신호는 저 주파수 정보의 변조가 수행되는 반송파로서만 사용되기 때문에, 예를 들어 이러한 변환에 의해 반송파를 삭제하고 간단한 방법으로 상기 변조시 포함된 상기 정보를 끌어낼 수 있다.

소위 트랜스폰더(transponder), 송수신기, 백스캐터(backscatter) 또는 레이더 시스템에서, 질문 신호(interrogating signal)로 언급되는 기지국 신호를 기지국에서 상기 트랜스폰더 또는 반사기로 전송하고 이곳으로부터 다시 응답신호로서 기지국으로, 가능하게는 수정되어 전송되며, 기지국에서 다시 수신된다. 대부분의 경우에, 상기 기지국에서의 평가는 상기 송신된 기지국 신호 자체가 기준 신호로 사용되며, 상기 트랜스폰더 또는 센서 정보 아이템에 부가된 정보, 예를 들어 신호 지연과 그로 인해 알 수 있는 송신 링크의 길이,를 끌어내기 위해 응답 신호가 평가되게 하는 상기 기준신호로서 사용되는 방식으로 기지국에서 이루어진다.

또한, 상기 시스템에서 상기 수신된 기지국 신호는 응답 신호가 기지국으로 전송되기 전에 또는 부가된 특성 정보 아이템을 가지고 있는 상기 기준 신호 자체가 다시 기지국으로 전송되기 전에 기준신호로 처리되는 것이 일반적이다. 상기 응답을 다시 전송하는 고유의 소스를 가지고 있는 상기 트랜스폰더는 능동 트랜스폰더 또는 능동 백스캐터 기기라고 이하 명세서에서 언급될 것이다. 대조적으로, 고유의 소스를 가지고 있지 않은 시스템, 즉 수정되고 증폭된 상기 기지국 신호만을 다시 전송하는 시스템들은 수동이라고 언급된다.

모든 경우에, 상기 기준 신호가 상기 기지국 신호 또는 그것의 반송파에 주파수 또는 위상에 대하여 가능한 정밀하게 관련되는 것이 바람직하다. 상기 주파수와 위상 관계가 정밀할수록, 기지국 신호 또는 응답 신호에 포함되어 있는 정보를 보다 간단하며 간섭이 없는 방식으로 유도할 수 있다. 만약 상기 기지국 신호가 기지국에 의해 전송되고, 공간적으로 떨어져 있는 수신국에서 설명된 방식으로 수신되고 처리되면, 기지국에서 발생된 기지국 신호와 수신국에서 발생된 기준 신호가 서로 다른 소스에서 도달하기 때문에, 상기 원하는 주파수와 위상 관계는 쉽게 구할 수 없다.

상기와 같은 이유로, 임의의 방식으로 상기 기준 신호를 상기 기지국 신호에 관련시키고자 하는 것에 일반적으로 관심이 있다. 이러한 목적을 위해, 서로 다른 방법과 장치들이 보통 사용된다. 간단한 주파수 관계는 송신기 및 수신기에서 높은 주파수 안정도를 갖는 발진기를 사용하여 구현될 수 있다. 그러나, 온도 또는 노후화로 인한 드리프트(aging drift)에 기인하여 이 경우에는 알려지지 않은 잔여 주파수 오프셋이 항상 존재할 것이다. 이러한 이유로, 상기 두 소스의 위상들은 고정된 관계를 가질 수 없다. 보다 정교한 장치들은 상기 잔여 주파수 오프셋 및/또는 상기 잔여 위상 오프셋을 결정하기에 적절한 수단을 가지고 있다. 결정된 편차(deviation) 양에 기초하여, 상기 기지국 신호 소스 또는 상기 기준 신호 소스는 제어될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상이한 주파수 및 위상 제어 루프들이 사용된다. 유사하게, 추가적인 질문 신호들 또는 양은 상기 잔여 신호들로부터 형성될 수 있으며, 상기 잔여 신호들은 추가적인 신호 프로세싱을 위해 사용될 수 있다. 통신 기술 분야에서, 반송파를 복구하기 위한 여러 방법이 일반적으로 사용된다. 소위 "삽입 잠금(injection locking)" 수단에 의한 발진기 동기화는 또한 종래 기술(예를 들어, M.Wollitzer, J.Buechler 및 E.Bibbl의 "수프라모닉 삽입 잠금 슬랏 발진기(supramonic injection slot oscillators)"라는 제하의 전자 논문 1993,29권 제22, 페이지 1958에서 1959까지에 설명되어 있다)에 속한다. 이러한 경우에, 상기 제어되는 발진기는 대부분의 경우에 강하고 안정한 발진기에 잠기게 된다. 상기 잠금은 보통 CW(진행파)모드에서 행해지며, 서브하모닉(subhamonic) 발진기 모드는 또한 상기 애플리케이션을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 질문 신호에 기반하여 상기 기준 신호를 제어하는 것은 간섭에 민감하고 복잡해지기 쉬운데, 특히 상기 수신국이 단순히 수신기로 작동하지 않고 트랜스폰더, 송수신기 또는 능동 백스캐터의 응답 신호로서 추가적인 정보 아이템을 부가하여 상기 질문 신호를 재전송하는 경우에는 특히 그러하다. 이러한 경우에, 소위 멀티플렉싱 방법들은 일반적으로 상기 질문 신호보다 더 높은 진폭을 가지고 있는 상기 응답 신호가 상기 수신되는 브랜치 및/또는 제어루프에 상호 연결되지 않도록 보장하기 위해 사용되어야 한다. 예를 들어, 시분할, 주파수분할, 또는 극성(polarization) 분할 멀티플렉싱 방법이 보통 사용된다. 시분할 멀티플렉스의 경우에, 수신국은 처음으로 비뚤어짐(skew)으로 상기 질문 신호에 응답한다. 상기 비뚤어짐이 크면 클수록 및/또는 상기 마이크로파 주파수가 높으면 높을수록, 상기 기지국의 소스와 상기 트랜스폰더의 소스 사이의 위상 코히어런스(coherence)를 유지하기가 복잡해진다. 드리프트 효과에 기인하여 불가피한 상기 소스들의 상대적으로 아주 작은 주파수 편차에도 불구하고, 매우 높은 주파수 신호의 경우에 위상 잡음과 제어의 부정확성은 상대적으로 짧은 시간에 소스들의 정의되지 않는 위상 관계를 야기한다. 주파수 분할 멀티플렉스의 경우에, 상기 질문 신호는 재전송되기 전에 상기 트랜스폰더에서 또 다른 주파수로 변환된다. 이것은 분배기들, 멀티플렉서 또는 추가적인 신호 소스들 및 믹서기들 및 각 주파수에 동조된 수개의 안테나를 요구한다. 실제적으로, 주파수 복제 또는 분할의 원칙은 또한 방출(released) 대역의 주파수들이 정수의 분할비를 가지지 않아서 무선 라이센싱 때문에 종종 실패한다.

만약 기지국과 트랜스폰더 사이의 상기 거리나 또는 거리의 변화를 도플러의 원칙 또는 주파수 변조 레이더에 상응하여 결정하려 한다면, 상기 전송되는 질문 신호와 재전송되는 응답 신호 사이에 위상 관계에 대한 보다 많은 요구가 존재한다. 이러한 경우에, 상기 트랜스폰더에 의해 재전송되는 상기 응답 신호들의 위상은 상기 트랜스폰더에서 수신되는 신호의 위상에 정확하게 상응하여야 하며(필요하다면 일정한 오프셋만큼 떨어져 있음), 이로 인해 상기 기지국에서 전송된 상기 질문 신호와 상기 트랜스폰더에 의해 재전송된 후에 기지국에 의해 수신되는 응답 신호는 상기 기지국과 상기 트랜스폰더 사이의 거리에 비례하는 위상 차이를 가지고 있으며, 그 외의 경우에는 시간에 변화하지 않는다.

실제적으로, 두 개의 무선 주파수 소스들의 위상 코히어런스를 달성하는 것은 매우 힘들기 때문에, 그들 자신의 신호 소스를 가지고 있지 않으며, 상기 질문 신호를 재반사 또는 증폭하기만 하는 수동 백스캐터링 트랜스폰더가 현재 대부분의 경우에 사용된다. 그러한 시스템은 예를 들어 Klaus Finkenzeller "RFID-Handbuch"[RFID 매뉴얼], 제2 에디션, Carl Hanser Verlag, Munich 1999에 설명되어 있다. 그러한 수동 백스캐터링 시스템의 바람직하지 않은 요인은 상기 송신된 신호는 질문 신호로서 상기 기지국으로부터 상기 트랜스폰더로의 경로를 따라 이동하여야 하며, 응답 신호로서 되돌아 와야하며, 따라서 전체 송신 링크의 신호 대 잡음 비는 거리의 제4 거듭제곱(d⁴)에 비례하여 감소한다. 자유 음장(free field) 손실은 주파수와 함께 크게 증가하기 때문에, 기가헤르쯔 범위에서 매우 높은 주파수의 수동 백 스케터링 트랜스폰더를 만족스러운 신호 대 잡음 비로 구현한다는 것은 거의 불가능하다. 큰 가용 대역폭으로 인해 실제적으로 기가헤르쯔 시스템은 빠른 데이터 송신과 거리측정을 위해 모두 바람직하게 사용될 수 있기 때문에, 이것은 만족스럽지 않다.

추가적으로, 기지국 신호가 간단히 반사되거나 또는 증폭되는 것이 아니라, 상기 응답 신호가 상기 기지국 신호에 근거하여 능동 발진기에 의해 능동적으로 만들어지는 시스템이 존재한다. 능동적인 발진기 설계를 위해, 관련된 파라미터들은 상기 기지국 신호로부터 유도되며, 상기 발진기 신호는 상기 유도된 파라미터들을 기초로 하여 독립적으로 발생된다. 이는 상기 기지국 신호의 재구성을 의미한다. 상기 단순한 재구성을 넘어, 다른 신호 구성요소들이 또한 추가적인 정보를 전송하기 위해 상기 발진기 신호에 부가될 수 있다.

만약 새로운 신호가 독립적인 소스로서 능동 발진기에 의해 수신된 신호에 근거하여 발생한다면, 상기 기지국으로부터 상기 트랜스폰더로의 경로는 각 경우에 소스로부터 상기 신호에 의해 한번 전송된다. 이 경우에, 상기 신호 대 잡음 비는 상기 거리의 제2 거듭제곱(d²)에 반비례한다. 또한 상기 송신 경로 상의 감쇠(attenuation))와 손실은 상기 신호에 단 한번만 발생하며, 두 번 발생하지는 않는다. 따라서, 능동 백스캐터링 시스템의 상기 신호 대 잡음 비는 특히, 더 먼 거리 및/또는 높은 주파수의 경우에 수동 백스캐터링 시스템의 경우보다 훨씬 더 양호하다.

트랜스폰더 백스캐터가 자신의 소스와 함께 작동하는 보다 복잡한 트랜스폰터 시스템은 독일 특허 출원 제 19946168.6에 설명되어 있다. 이러한 시스템은 시분할 멀티플렉서에서 작동하며, 현명한 복조와 제어의 선택에 의해 설명된 일정한 단점들을 극복하게 된다. 그러나, 그것은 상대적으로 복잡하다. 그것은 GPS(Global Positioning System)에 사용되는 방법들을 사용한다. 다른 시스템은 예를 들어, 미국 특허출원 5,453,748 또는 C.Luxey, J.-M. Laheurte " 단거리 통신전용, 극성 듀플렉싱을 가지고 있는 래트로디렉티브 트랜스폰더(A Retodirective Transponder with Poolarization Duplexing for Dedicated short-range Communication)", 마이크로파 이론과 기술에 대한 IEEE 트랜잭션, Vol47, No9, 1910페이지에서 1915까지 또는 M.M. Kaleja, "물체 로컬리제이션을 위해 24기가헤르쯔에서 RFID 시스템의 이미징(Imaging RFID System at 24 Gigahertz for Object Localization)" 1999 IEEE MTT-S 국제 마이크로파 심포지엄, Anna Hein, USA, Vol.4, 페이지 1497에서 페이지 1500에 언급되어 있다.

본 발명의 목적은 무선 주파수 범위에서 신호 소스를 기준 신호에 준위상에 코히어런트하게(quasi-phase-coherently) 잠금(lock)할 수 있는 간단한 방법을 제공하는 것이다. 준위상 코히어런트라 함은 기지국 신호와 생성된 기준 신호 사이의 위상 차이가 작다는 것을 의미하며, 상기 "작다"는 용어는 상기 의도된 통신 또는 측정 임무와의 관계에서 의미를 가진다. 작은 위상 편차에 대한 제한으로 예를 들어, π/10, 즉 근사적으로 20˚가 종종 사용된다. 이러한 작은 위상 편차들만을 가지고 있는 그러한 신호들은 이하의 명세서에서 준위상 코히어런스로 언급되며, 이러한 코히어런스가 존재하는 시간 인터벌은 코히어런스 기간으로 언급된다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징을 가지고 있는 장치와 청구항 제15항의 특징을 가지고 있는 방법에 의해 달성된다.

여기에서 본질적인 요인은 상기 기지국 신호에 대해 준위상 코히어런트한 능동 발진기의 발진뿐만 아니라, 상기 능동 발진기의 여기(exciting)가 또한 준위상 코히어런트 하다는 것이다. 그러나, 종래 기술의 장치와 방법에서 상기 능동 발진기는 열 잡음에 의해 여기되며, 그것의 발진은 복잡한 제어 프로세스와 잠금에 의해서만 준위상 코히어런스가 만들어지지만, 본 발명의 발진기는 이미 기지국 신호에 의해 준 위상 코히어런트하게 여기되며, 즉 그것의 발진의 생성은 이미 준위상 코히어런트하며, 따라서 상기 위상 코히어런스는 실질적으로 자동으로 설정된다. 따라서, 상기 발진기의 위상은 준위상 코히어런트하게 초기화될 수 있거나 또는 준위상 코히어런트하게 초기화된다.

본 발명의 기본적인 컨셉은 발진기의 기본적인 상태가 불안정한 평형에 있다는 것과 스위치될 때 어떤 종류의 외부 에너지가 공급됨으로써 발진으로 먼저 여기되어야 한다는 것을 포함하고 있다. 상기 발진이 유지되도록 하는 피드백이 능동상태가 되는 것은 상기 초기 여기 이후이다. 보통 예를 들어, 열 잡음이 발진 회로의 이러한 초기화에 사용된다. 이것은 발진기가 랜덤한 위상과 진폭을 가지고 발진하기 시작하며, 그리고 나서 그것의 공진 회로에 의해 미리 정해진 주파수에 의해 발진된다는 것을 의미한다. 그러나, 만약 외부 여기 신호가 스위치 온될 때 상기 발진기에 삽입되면, 그것의 주파수는 상기 공진회로의 대역폭의 범위에 있으며, 그것의 전력은 상기 잡음 전력보다 상당히 위에 있으며, 상기 발진기는 랜덤하지 않고 상기 여기 기지국 신호의 위상에 동기되어 발진하기 시작할 것이다. 이러한 준위상 코히어런스는 적어도 여기 기지국 신호와 발진기 신호 사이의 주파수 차이에 근거한 시간 동안 그리고 상기 두 개의 발진기 위상 잡음에 근거하여 유지된다.

종래 수동 기기와 방법에 비교되는 본 발명의 차이는 능동 발진기를 사용하는데 있다. 따라서, 기지국 신호가 간단히 반사되는 것이 아니라 재전송되기 전에 독립적인 준위상 코히어런트 소스가 잡음에 거의 영향을 받지 않고 능동적으로 발진기 신호를 구성한다. 따라서, 본 발명에 상응하는 상기 시스템은 그 작동은 종래의 기술과 유사하지만, 종래 기술의 수동 시스템에 비해 보다 넓은 범위를 가진다.

상기 능동 발진기의 발진기 신호는 그것이 단방향 신호 송신인지, 아니면 양방향 신호 송신인지에 근거하여 응답 신호 또는 기준 신호로 사용될 수 있다.

게다가, 임의의 반송파 복구를 위한 제어 루프는 본 발명에 상응하는 장치에서 생략될 수 있다. 트랜스폰더 장치에서, 특정한 이점은 상기 기지국 신호와 상기 발진기 신호가 서로에 대해 영향을 미치지 않거나 또는 프로세스를 빌드 업하기 시작할 때에만 원하는 방식으로 영향을 주며, 그 후에는 서로 독립적으로 준위상 코히어런트하기 때문에, 시분할, 주파수 분할 또는 극분할 멀티플렉스가 필요하지 않다는 것이다.

만약 상기 장치가 상기 능동 발진기의 준위상 코히어런트 여기능력(exciteablity)을 스위칭하기 위한 스위칭 수단을 가지고 있다면, 이로울 것이다. 상기 스위칭 수단은 상기 능동 발진기를 상기 기지국 신호에 의해 여기되는 상태로 놓여지는데 사용되며, 상기 상태로부터, 능동 발진기는 상기 기지국 신호 발진에 대해 준위상 코히어런트하게 빌드-업 할 수 있다.

상기 여기능력을 스위치하기 위해, 상기 발진을 완전히 스위치 온하거나 오프할 필요는 없다. 예를 들어, 만약 상기 능동 발진기가 서로 다른 모드로 발진된다면, 제2 모드는 제1 모드가 계속해서 발진되는 동안에 간단히 스위치될 수 있다. 단지 하나의 모드만을 가지고도, 상기 발진 모드는 완전히 스위치 오프될 필요는 없지만, 감쇠는 충분하며, 따라서 기지국 신호는 다음의 준위상 코히어런트한 여기를 위해 충분하다.

만약 상기 능동 발진기의 여기능력이 상기 코히어런스 기간 이후에 다시 스위치 온되면, 상기 준위상 코히어런스는 상대적으로 긴 기간동안에 존재한다.

만약 보다 진보된 경우에서, 상기 능동 발진기의 준위상 코히어런트 여기능력이 반복된다면, 상기 준위상 코히어런스는 또한 상대적으로 긴 기간동안에 존재한다. 이것은 상기 능동 발진기를 소정의 시퀀스로 스위치하는 방식으로 만들어지는 스위칭 수단에 의해 달성될 수 있다. 상기 시퀀스는 그 자체가 정보 반송파이거나 또는 클락 속도 형태의 순환적 반복인 복합 시퀀스일 수 있다.

바람직하게, 상기 여기능력의 연속적인 스위칭 사이의 기간은 상기 코히어런스 기간에 거의 상응한다. 그러나, 더 빠른 스위칭은 또한 기지국과 상실된 발진기 신호 사이의 준-코히어런스 없이도 가능하다. 한편, 만약 상기 준위상 코히어런스가 특정 시간 간격에만 필요하다면, 상기 여기능력의 연속적인 두 개의 스위칭-온 프로세스 사이의 기간은 또한 상기 코히어런스 기간보다 더 길게 선택될 수 있다. 클락 형태의 순환적인 시퀀스의 경우에, 상기 순환은 상기 코히어런스 기간에 상응하게 적응되어야 한다.

만약 상기 능동 발진기의 스위칭이 반복되며, 능동 발진기가 반복적으로 상기 기지국 신호에 대해 준위상 코히어런트하게 발진되기 시작한다면, 능동 발진기에 의해 발생된 상기 발진기 신호는 상기 기지국 신호의 샘플링된 복제로 생각될 수 있다. 만약 샘플링 정리가 사용된다면, 신호는 그것의 샘플들에 의해 완전히 설명된다. 상기 능동 발진기의 오프 기간이 온 기간 보다 즉, 상기 코히어런스 기간 보다 적절하게 아주 많이 길지 않다. 상기 샘플링 정리를 유지하는 것은 따라서 상기 코히어런스 조건 때문에 본질적이다. 상기 샘플링 정리에 상응하여, 두 개의 샘플링 지점들 사이의 위상 차이는 180˚보다 적어야 한다. 이러한 조건은 상기 준위상 코히어런스 조건보다는 덜 구속적이다. 결국, 정보 기술의 관점에서, 상기 스위칭된 발진기의 신호는 상기 스위칭 프로세스에 불구하고 상기 기준 신호의 복제로 생각되어야 하며, 완전한 기준 신호 정보를 가지고 있다.

상기 능동 발진기의 여기능력은 상기 발진기 자체를 스위칭함으로써 상대적으로 간단한 방식으로 스위치될 수 있다. 따라서, 상기 장치는 능동 발진기를 온 및 오프로 스위치할 수 있는 수단을 가질 수 있다. 상기 발진기를 스위치하기 위해, 발진기의 발진 조건이 주어지거나 또는 발진 중단 조건이 주어지는 임의의 수단이 적절하다.

따라서, 발진 회로에서, 상기 이득은 스위치 오프될 수 있으며, 손실 또는 지연(위상)은 변화하거나 또는 상기 피드백 브랜치는 개방될 수 있다.

그것의 기본적인 모드와는 별도로, 능동적인 발진기는 또한 그것의 발진 서브하모닉 모드들 중 하나에서 준위상 코히어런트하게 여기될 수 있다. 이러한 환경에서, 상기 기지국 신호의 발진 기본 모드 또는 서브하모닉 모드는 상기 여기를 위해 사용될 수 있다.

상기 장치가 ID태그와 같은 식별을 위해 또는 통신을 위해 사용된다면, 코딩은 예를 들어, 발진기 여기능력의 스위칭 시퀀스에 의해 행해질 수 있으며, 특히 바람직한 코딩에 따른 클락 속도를 가지고 있는 스위칭 수단에 의해 행해질 수 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상기 준위상 코히어런트 신호가 그것이 재전송되기 전에 변조되는 추가적인 변조 유닛을 가진다.

이미 설명한 것과 같이, 상기 코히어런스 기간은 기지국 신호와 발진기 신호 사이의 주파수 차이에 의존한다. 상기 주파수가 더 정확히 일치할수록, 상기 신호들의 위상들이 더 긴 기간동안 대부분 동일하다. 상기 코히어런스 기간을 늘리기 위해, 상기 발진기 주파수를 상기 기지국 신호의 주파수에 적응하기에 적합한 수단을 제공하는 것이 바람직하며, 이 경우 증가된 코히어런스 기간으로 인해 상기 스위칭 수단의 클락 속도는 느리게 유지될 수 있다.

능동 발진기를 선택할 때, 빌딩-업 시간은 상기 코히어런스 기간에 비해 짧아야 한다. 이러한 이유 때문에, 선택된 발진기 품질 계수(quality factor)는 너무 커서는 않된다. 그러나, 낮은 품질 계수를 갖는 발진기들은 보통 높은 위상 잡음을 가지고 있기 때문에, 품질 계수는 또한 너무 작아서도 않된다.

발진기 신호를 생성하기 위한 장치와 기지국 신호가 생성되는 기지국을 가지고 있으며 상기 기지국에 의해 기지국 신호가 상기 장치로 전송되는 장치에서, 상기 발진기 신호는 상기 장치에 의해 상기 기지국 신호에 대한 응답신호로서 상기 기지국으로 재전송될 수 있다.

질문 신호와 응답 신호로서 기지국 신호와 발진기 신호를 사용함으로써 기지국과 통신하는 장치의 애플리케이션에서, 상기 기지국은 바람직하게 중앙 주파수가 상기 스위칭 수단의 클락 속도에 거의 상응하는 대역통과 필터 및/또는 상기 클락 속도의 영향을 감소시키기 위한 수단을 가지고 있다. 그러한 수단은 추가적인 믹서 또는 정류기 및 낮은 대역 필터일 수 있다.

본 발명의 본질적인 바람직한 특징들은 이하 도면들을 참고로 실시예의 설명으로부터 얻을 수 있다.

도1은 발진기와 스위칭 수단을 가지고 있는 장치를 도시하고 있다.

도2는 기지국과 트랜스폰더를 가지고 있는 장치를 도시하고 있다.

도3은 ID태그로 사용하기 위한 위상 쉬프터를 가지고 있는 장치를 도시하고 있다.

도4는 가변 주파수 발진기를 가지고 있는 장치를 도시하고 있다.

도5는 증폭기와 공진기를 가지고 있는 장치를 도시하고 있다.

도1은 상기 장치의 기본적인 구성요소들을 도시하고 있다. 기지국 신호(A)가 입력(1)을 통해 발진기(2)에 연결되어 있다. 도시된 예에서, 전기적인 기지국 신호와 발진기 신호가 기본적으로 사용된다. 그러나, 본 발명은 또한 광학 신호, 음향 신호 또는 다른 신호에 의해 구현될 수 있다. 상기 기지국 신호(A)는 준위상 코히어런트하게 상기 발진기(2)를 여기하여 발진하게 하며, 결과적으로 상기 발진기는 신호(B)를 발생한다. 상기 신호(B)는 발진기로부터 연결되어 출력(3)을 통해 전달된다. 기지국 신호(A)에 대한 상기 입력(1)과 발진기 신호(B)에 대한 출력(3)은 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 그러나, 그들은 서로가 분리되어 구현될 수 있다.

발진기(2)는 클락 제어를 위해 스위칭 수단(4)에 의해 순환적으로 온 및 오프된다. 그것의 준위상 코히어런트 여기능력은 또한 상기 스위칭 온 및 오프에 의해 스위치된다.

상기 발진기(2)는 한편으로는, 열 잡음에 의해 발진되도록 여기되지 않으며, 다른 한편으로 그것에 연결되어 있는 기지국 신호(A)는 기지국 신호(A)에 대하여 준위상 코히어런트 발진을 여기하기에 충분하다.

도2는 트랜스폰더/백스캐터링 시스템 장치를 도시하고 있다. 기지국(6)의 상기 기지국 신호(A)는 기지국 발진기(7)에 의해 생성되며, 기지국(6)의 안테나(8)를 통해 전송된다. 상기 기지국(6)의 기지국 신호(A)는 안테나(5)에 의해 질문 신호로서 수신된다. 상기 스위치된 발진기(2)는 상기 설명된 방식으로 상기 기지국 신호(A)에 대하여 준위상 코히어런트하게 여기되며, 발진 신호(B)를 생성하기 위해 발진된다. 상기 발진기 신호(B)는 상기 트래스폰더(9)의 안테나(5)를 통해 응답신호로서 기지국(6)의 안테나(8)로 재전송된다.

발진기 신호(B)는 방향성 결합기(10)를 통해 기지국 신호(A)로부터 분리되며, 믹서(11)에서 상기 기지국 발진기(7)의 신호 부분과 결합된다. 필터(12)는 관심이 없는 상기 결합된 구성요소들을 제거하는데 사용된다. 상기 필터는 바람직하게는 중앙 주파수가 상기 스위칭 수단(4)의 클락 속도에 상응하는 대역통과 필터로 설계된다. 제시된 장치는 통신 또는 식별 및 상기 기지국(6)과 트랜스폰더(9) 사이의 거리 또는 거리의 변화를 결정하기 위한 목적으로 모두 사용될 수 있다.

상기 시스템이 거리측정을 위해 사용된다면, 상기 기지국(6)은 바람직하게 예를 들어 추가적인 믹서 또는 정류기 및 상기 클락 속도의 영향을 감소시키기 위한 저 대역 통과 필터와 같은 다른 구성요소들을 포함한다. 그러나, 상기 결합된 신호는 또한 상기 클락 속도를 고려하여 적절한 스펙트럼 분석기에 의해 직접적으로 평가될 수 있다.

또한, 상기 기지국 발진기(7)가 예를 들어 VCO(전압 제어 발진기)와 같은 가변 주파수 발진기로 제작되며, 따라서 상기 기지국 신호(A)는 하나의 주파수 값보다 더 많다고 생각할 수 있다. 원칙적으로, 종래의 백스캐터와 같이 모든 디자인들이 이하 참고가 되는 독일 특허 출원 제19946161.9에 제시되어 있는 것과 같이 생각될 수 있다. 종래의 기술과 본 발명의 차이는 트랜스폰더의 타입에 있는데, 즉 상기 기지국으로부터 상기 트랜스폰더로의 전송에 의해서 이미 확실히 신호 레벨이 감쇠된 기지국 신호는 단순히 반사되지 않고 잡음에 거의 무관하게 별도의 준위상 코히어런트 소스를 통해 거의 잡음이 없는 능동적인 구성 방식으로 생성되며, 상기 소스의 최대 레벨을 가지고 재전송된다. 유사하게 작동하지만, 본 발명에 따른 상기 시스템은 따라서 종래 기술에 따른 상기 시스템에 비해 훨씬 큰 거리범위 또는 훨씬 높은 신호 대 잡음 비를 가진다.

만약 상기 트랜스폰더(9)가 ID 태그를 통한 식별을 위해 사용되거나 또는 통신을 위해 사용된다면, 스위칭 수단(4)의 클락 속도에 의해 및/또는 재전송되기 전에 준위상 코히어런트 발진기 신호가 변조되는 추가적인 변조 유닛에 의해 코딩이 이뤄질 수 있다. 상기 변조 타입은 상기 이미 언급한 일반적인 종래 기술에 상응할 수 있다. 두 개의 반송파 신호들, 즉 기지국 신호(A)와 발진기 신호(B),의 준위상 코히어런스에 기인하여, 기지국(6)에서의 변조는 간단하고 간섭이 없는 방식으로 행해질 수 있다. 추가적으로, 보다 넓은 범위에 대한 통상의 백스캐터링 ID 시스템과 비교되는 상기 언급한 이점들이 얻어진다. 임의의 일정한 반송파 복구를 위한 제어 루프는 본 발명에 상응하는 장치에서는 생략될 수 있다.

상기 장치를 사용하여, ID 태그의 코딩은 예를 들어 위상 변조에 의해 달성될 수 있다. 도3은 가능한 실시예를 도시하고 있다. 이전의 트랜스폰더 회로에 비해, 도시된 상기 시스템은 변조기/위상 쉬프터(13)로 확장되었다. 상기 코드 값 C에 따라, 상기 준위상 코히어런트 발진기 신호는 특정 위상 값에 의해 지연된다. 이진 코딩에서, 90°또는 180°지연의 경우에는 상기 코드 값이 1이며, 0°의 경우에는 상기 코드 값이 0이다. 주파수 또는 진폭 코딩이 또한 생각될 수 있다. 이러한 변조 타입은 또한 기지국의 복조와의 관계에서도 바람직하다.

상기 코히어런스 기간은 기지국 신호(A)와 발진기 신호(B) 사이의 차이, 즉 발진기(2)와 기지국 발진기(7) 사이의 주파수 차이에 의존한다. 상기 발진기 주파수들이 보다 정확히 일치할수록, 상기 발진기들의 위상이 거의 일치하는 기간이 길어진다. 상기 코히어런스 기간을 증가시켜, 스위칭 수단(4)의 상기 클락 속도를 더 낮게 유지하기 위해, 발진기(2)의 발진 주파수를 기지국 신호(A)의 주파수에 적응하는 적절한 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 도4는 이것의 가능한 실시예를 도시하고 있다. 도1의 회로와는 다르게, 상기 장치는 고정된 주파수 발진기를 가지는 것이 아니라 가변 주파수 발진기(14)를 가진다. 가변 주파수 발진기(14)의 발진기 신호(B)의 일부분은 믹서(15)에 의해 기지국 신호(A)와 결합한다. 상기 차분 결합된 신호(differential mixed signal)는 필터(16), 바람직하게는 저 대역 필터에 의해 추출된다. 두 개의 발진기들의 주파수 편차의 측정인 상기 차분 결합된 신호의 주파수는 신호 사전처리기(17, preprocessing) 다음에 오는 제어기(18)에 수정 변수로 제공된다. 상기 제어기(18)는 상기 발진기들(7, 14) 사이의 주파수 편차가 가능한 작게 되도록 상기 발진기(14)를 수정한다. 상기 신호 사전 처리기(17)의 주요 임무는 상기 주파수를 결정하는 것이다. 원칙적으로, 상기 주파수의 결정은 어느 일정한 회로 또는 종래 기술의 신호 처리기에서 실행될 수 있다. 유사하게, 상기 제어기(18)는 종래 기술에 상응하여 설계될 수 있다. 단지 주파수만이 제어될 필요가 있으며, 위상 코히어런스는 본 발명에 따른 장치의 구조에 의해 얻어진다는 점을 알아두어야 한다. 따라서, 위상 동기 루프는 생략될 수 있다. 특히 낮은 주파수로 스위칭 수단(4)의 클락 속도를 선택할 필요가 없기 때문에, 발진기(14)의 제어기(18)는 또한 특히 정확할 필요는 없다. 만약 상기 주파수 편차가 상기 스위칭 수단(4)의 클락 주파수보다 10배 정도 작으면, 이미 언급한, π/10의 작은 위상 편차에 대한 제한은 충분하다.

수적인 예: 만약 무선 링크가 24GHz의 속도로 구현되고, 트랜스폰더(9)의 발진기(2, 14)가 100MHz로 스위칭 된다면, 상기 24GHz 기지국 발진기(7)와 24GHz 발진기(2, 14)는 10MHz의 주파수까지 서로에 대해 편차되는 것이 허용된다. 상기 발진기(2)가 각각 스위치-온된 후에, 5ns의 코히어런스 시간에서 120 주기동안에, 즉 π/10의 최대 편차 동안에 상기 기지국 신호(A)에 대하여 준위상 코히어런트하게 발진한다. 스위칭 오프되고 다시 스위칭 온된 후에, 또 다른 120개의 주기 동안에 준위상 코히어런트 발진이 얻어진다. 정보 기술 분야의 관점에서, 상기 기지국 신호(A)와 발진기 신호(B)는 상대적으로 긴 주기 동안에 준위상 코히어런트된다.

발진기(2, 14)를 선택할 때, 빌딩-업 시간(초기 발진에서 정상 상태 발진까지 소요되는 시간)은 상기 코히어런스 기간에 비해 짧아야 한다. 한편, 빌딩-업 시간은 발진기 발진신호의 한 주기 시간에 품질 계수를 곱한 값으로 계산될 수 있다. 이러한 이유 때문에, 발진기(2, 14) 품질 계수는 너무 크지 않게 선택되어야 한다. 전술한 수적인 예(numeric example)를 참고로, 예를 들어 10의 품질 계수를 가지고 있는 24GHz 발진기에 있어서 5ns의 코히어런스 기간 보다 더 짧은 약 400ps안에서 발진하기 시작한다. 그러나, 낮은 품질 계수를 갖는 발진기는 보통 높은 위상 잡음을 가지고 있기 때문에, 상기 품질 계수는 또한 너무 작게 설계되어서는 않된다. 그러나, 이미 설명한 것과 같이, 높은 위상 잡음은 불필요하게 상기 코히어런스 기간을 줄일 수 있다. 발진기(2, 14)를 선택할 때 적절한 협상이 이루어져야 한다.

마이크로파 범위에서, 발진기들은 보통 공진 회로로 설계된다. 도5에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 공진회로는 증폭을 제공하는 무선 주파수 트랜지스터(19) 및 공진기(20) 또는 대역통과 필터를 포함한다. 예를 들어, 상기 공진기(20)는 발진 LC회로 또는 유전 구조이다. 상기 회로는 예를 들어, 마이크로스트립 또는 공면(coplanar) 구조로 제작될 수 있다. 만약 상기 발진기가 안테나(50)에 연결되어 있으면, 특히 상기 설명된 원칙에 적절하다. 상기 발진기는 예를 들어, 상기 스위칭 수단(4)에 의해 스위치 온 및 오프되는 증폭기(19)에 의해 스위치된다. 현재의 기술 상황에서 반송파의 직접 위상 제어의 가능성은 제한되어 있거나 또는 매우 복잡하고 고가이므로, 본 발명은 특히 10GHz 이상의 주파수로 작동하는 마이크로파 시스템에 적절하다.

기지국 신호와 발진기 사이의 일반적인 코히어런스는 발진기(2, 14) 및 기지국 발진기(7)의 위상 잡음에 의해서만 제한을 받는다는 것에 유의하여야 한다. 이것은 두 개의 발진기들의 주파수가 서로 다르더라도, 상기 신호들 사이의 위상 관계는 상기 위상 잡음과는 별도로 프로세스를 스위칭 온한 후에 여전히 결정적으로 남아있기 때문이다. 원칙적으로, 본 발명에서 언급된 모든 실시예는 따라서 더 느린 클락, 즉 상기 위상 잡음에 의해서만 결정되는 그러한 코히어런스 기간에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 방법은 상기 두 개의 발진기 사이의 주파수 차이에 기인하여 구해지는 일시적인 위상 변화는 고려되거나 또는 평가에서 보상된다는 것을 단지 보장할 필요가 있다. 예를 들어, 이것은 추가적인 믹서들/복조기들과 같은 하드웨어 측면에 의해 또는 적절한 주파수와 위상 평가와 같은 소프트웨어 측면에서 행해질 수 있다. 이미 제시된 것과 같이, 연결되어 충분한 속도로 스위치 온 및 오프되는 발진기에 의해 추가적인 비용의 지출을 막을 수 있다.

Claims

기지국 신호(A)에 근거하여 발진기 신호(B)를 생성하기 위한 장치로서,

발진에 의한 발진 신호(B)의 능동적인(active) 구조를 위한 발진기(2, 14);

상기 기지국 신호(A)를 위한 입력(1); 및

생성된 상기 발진기 신호(B)를 위한 출력(3)을 포함하며,

상기 발진기는 상기 발진기 신호(B)를 생성하기 위해서 상기 기지국 신호(A)에 의해 상기 기지국 신호(A)에 준위상 코히어런트하게 여기될 수 있고,

상기 장치는 상기 발진기(2)의 준위상 코히어런트한 여기능력을 스위칭하기 위한 스위칭 수단(4)을 구비하고,

상기 스위칭 수단(4)은 상기 발진기(2)가 소정의 시퀀스로 스위칭될 수 있는 방식으로 구성되고,

상기 발진기(2)의 준위상 코히어런트 여기능력의 연속적인 스위칭 사이의 시간은 코히어런스 기간보다 작거나 동일하며,

상기 발진기(2)는 상기 코히어런스 기간에 비해 짧은 빌딩-업 시간(building-up time)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 발진기 신호(B)를 코딩하기 위한 수단(4, 13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 장치.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 코딩을 위한 상기 수단(4)으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 장치.
제2항에 있어서, 코딩을 위한 상기 수단(13)은 추가적인 변조 유닛인 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진기(2)의 주파수를 상기 기지국 신호(A)의 주파수에 적응적으로 일치시키기 위한 적응 수단(15, 16, 17, 18)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진기(2)는 상기 기지국 신호(A)의 기본 모드 및/또는 서브하모닉 모드에 의해 여기될 수 있는 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 장치.
기지국 신호(A)에 근거하여 발진기 신호(B)를 생성하기 위한 방법으로서,

발진기(2)가 상기 기지국 신호(A)에 대하여 준위상 코히어런트하게 상기 기지국 신호(A)에 의해 여기되고;

상기 여기된 이후에 상기 발진기(2)는 발진되고;

상기 발진기(2)가 상기 발진에 기인하여 발진기 신호(B)를 능동적으로 구성하고;

상기 발진기(2)의 준위상 코히어런트한 여기능력을 스위칭하기 위해 스위칭 수단(4)이 사용되고;

상기 스위칭 수단(4)은 상기 발진기(2)가 소정의 시퀀스로 스위칭될 수 있는 방식으로 구성되고;

상기 발진기(2)의 준위상 코히어런트 여기능력의 연속적인 스위칭 사이의 시간은 코히어런스 기간보다 작거나 동일하며;

상기 발진기(2)는 상기 코히어런스 기간에 비해 짧은 빌딩-업 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 발진기 신호 생성 방법.
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