KR101301418B1

KR101301418B1 - 센서-기반 무선 수신 다이버시티를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101301418B1
Application number: KR1020127023533A
Authority: KR
Inventors: 레오니드 쉐인블랫; 더글라스 엔 로위치; 아달란 헤쉬마티
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2013-08-28
Also published as: US20080112468A1; KR20120117925A; CN101529652A; BRPI0718365A2; WO2008055232A1; EP2078324A1; JP5096478B2; CN101529652B; KR20090074814A; EP2078324B1; JP2012257267A; JP2010508784A; JP5485338B2; US9368868B2; US20160254598A1

Abstract

수신기 다이버시티를 달성하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 무선 유닛은 복수의 안테나, 복수의 안테나로부터 하나 이상의 안테나를 선택하는 안테나 선택기, 및 무선 유닛의 배향을 모니터링하는 관성 센서로부터의 입력 데이터를 갖는 프로세서를 포함한다. 관성 센서로부터의 입력 데이터에 응답하여, 프로세서는 안테나 선택기에 하나 이상의 안테나를 선택하도록 명령한다. 일 양태에서, 프로세서는 관성 센서로부터의 입력 데이터에 응답하여 안테나(들) 상에 수신된 신호의 조합을 계산하는 다이버시티 프로세서이다. 또 다른 양태에서, 무선 유닛은 특정의 유닛 애플리케이션을 위해 다이버시티 프로세서의 출력을 프로세싱하는 기저대역 프로세서를 더 포함한다.

Description

센서-기반 무선 수신 다이버시티를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSOR-BASED WIRELESS RECEIVE DIVERSITY}

본 출원은 2006년 10월 31일자로 출원되고, 그 전체가 여기에 참고로서 포함된, 발명의 명칭이 "Sensor-Based GPS Receive Diversity" 인 미국 가출원 제 60/863,631 호로부터 우선권을 주장한다.

분야

본 개시는 일반적으로 수신 다이버시티를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 일반적으로 무선 수신 다이버시티를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서, 신호 소스의 강도 및 방향은 무선 유닛이 장소에 있어서 이동함에 따라 변한다.

대부분의 무선 유닛은 전자기 라디오파를 통해 셀 사이트 기지국과 통신한다. 셀 사이트 기지국으로부터의 신호는 무선 유닛 상에 장착된 안테나를 통해 수신된다.

무선 유닛 상의 안테나는 등방성 안테나에 근사화하기를 시도할 수도 있다. 등방성 안테나의 이론적 모델은 전력을 모든 방향에서 균일하게 복사 및 수신한다. 그러나, 완벽한 등방성 안테나는 달성할 수 없다.

일 실시형태에서, 안테나 선택을 구현하는 무선 유닛은 신호를 수신하는 복수의 안테나, 복수의 안테나로부터 하나 이상의 안테나를 선택하는 안테나 선택기, 무선 유닛의 배향을 감지하고 배향 정보를 발생시키는 관성 센서, 및 배향 정보를 프로세싱하고 안테나 선택기에 배향 정보에 기초하여 복수의 안테나로부터 하나 이상의 안테나를 선택하도록 명령하는 프로세서를 포함한다.

또 다른 실시형태에서, 수신 다이버시티를 구현하는 무선 유닛은 복수의 신호를 수신하는 복수의 안테나, 복수의 안테나에 결합되어 복수의 신호를 복수의 수신기 출력으로 변환하는 적어도 하나의 수신기, 적어도 하나의 수신기에 결합되어 복수의 수신기 출력에 대해 다이버시티 프로세싱을 수행하는 다이버시티 프로세서, 및 다이버시티 프로세서에 결합되어 다이버시티 프로세서로 입력할 배향 정보를 발생시키는 관성 센서를 포함하고, 여기서 배향 정보는 복수의 수신기 출력에 대한 다이버시티 프로세싱에 영향을 미친다.

또 다른 실시형태에서, 수신 다이버시티를 구현하는 무선 유닛은 복수의 신호를 수신하는 복수의 안테나, 복수의 안테나에 결합되어 복수의 신호를 복수의 수신기 출력으로 변환하는 적어도 하나의 수신기, 적어도 하나의 수신기에 결합되어 복수의 수신기 출력에 대해 기저대역 프로세싱을 수행하고 복수의 프로세서 출력을 발생시키는 제 1 기저대역 프로세서, 제 1 기저대역 프로세서에 결합되어 복수의 프로세서 출력에 대해 다이버시티 프로세싱을 수행하여 기저대역 신호를 복구하는 다이버시티 프로세서, 및 다이버시티 프로세서에 결합되어 다이버시티 프로세서로 입력할 배향 정보를 발생시키는 관성 센서를 포함하고, 여기서 배향 정보는 복수의 프로세서 출력에 대한 다이버시티 프로세싱에 영향을 미친다.

또 다른 실시형태에서, 안테나 선택을 구현하는 방법은 무선 유닛의 배향을 감지하는 단계, 무선 유닛의 배향에 기초하여 배향 정보를 발생시키는 단계, 배향 정보를 프로세싱하여 안테나 선택기에 복수의 안테나로부터 선택하도록 명령하는 단계, 복수의 안테나로부터 하나 이상의 선택된 안테나를 선택하는 단계, 및 하나 이상의 선택된 안테나를 사용하여 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시형태에서, 수신 다이버시티를 구현하는 방법은 복수의 신호를 수신하는 단계, 복수의 신호를 복수의 수신기 출력으로 변환하는 단계, 복수의 수신기 출력에 대해 다이버시티 프로세싱을 수행하는 단계, 무선 유닛의 배향을 감지하는 단계, 및 무선 유닛의 배향에 기초하여 배향 정보를 발생시키는 단계를 포함하고, 여기서 배향 정보는 복수의 수신기 출력에 대한 다이버시티 프로세싱에 영향을 미친다.

다른 양태들은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게는 분명하게 되며, 그것은 예로서 다양한 양태로 도시 및 설명된다. 도면 및 상세한 설명은 본질상 예시적인 것이며 제한적인 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다.

도 1은 대략 등방성인 안테나의 안테나 이득 패턴의 도면이다.
도 2는 반구형 안테나의 이득 패턴의 근사화를 나타내는 도면이다.
도 3은 지향성 안테나의 이득 패턴의 일예를 나타내는 도면이다.
도 4는 관성 센서와 2 개의 안테나를 갖는 무선 유닛의 일 양태를 나타내는 블록도이다.
도 5는 수평 평면에 대한 관성 센서의 배향을 나타내는, 관성 센서의 다이어그램이다.
도 6은 다이버시티 수신 능력을 갖는 무선 유닛의 또 다른 양태를 나타내는 도면이다.
도 7은 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 일 양태의 블록도이다.
도 8은 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 제 2 양태의 블록도이다.
도 9는 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 제 3 양태의 블록도이다.
도 10은 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 제 4 양태의 블록도이다.
도 11은 일반적인 GPS 수신기의 다이어그램이다.
도 12는 GPS 를 위한 안테나 설계 및 성능에 대한 안테나의 영향에 관한 표를 포함하는 다이어그램이다.
도 13은 GPS 수신 다이버시티 시스템의 일 구현의 다이어그램이다.

첨부된 도면과 관련하여 이하에 진술되는 상세한 설명은 본 발명의 다양한 양태의 설명으로서 의도되고 본 발명이 실시될 수 있는 양태만을 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 본 개시에 기술된 각각의 양태는 단지 본 발명의 예 또는 설명으로서 제공되며, 반드시 다른 양태들에 비해 바람직하다거나 이롭다고 해석되지 않아야 한다. 상세한 설명은 본 발명의 철저한 이해를 제공할 목적으로 특정의 상세를 포함한다. 그러나, 본 발명이 이들 특정의 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게는 분명하다. 몇몇의 경우, 잘 알려진 구조 및 장치는 본 발명의 개념을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 블록도 형태로 도시된다. 두문자어 및 다른 기술적인 용어는 단지 편의성 및 명확성을 위해 사용될 수도 있으며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

개관

본 "개관" 섹션에서의 설명은 그 명칭이 "Sensor-Based GPS Receive Diversity" 이며, 2006 년 10월 31일에 출원된 미국 가출원 제 60/863,631 호에서 제시되었다.

개관: 도입

관성 센서를 사용함으로써, 핸드셋 배향이 결정되어 안테나 선택을 최적화하여 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기 신호 감도를 개선한다. 과거에는, 신호 수신이 위성 신호들의 더욱 긴 통합 (longer integration) 에 의해 개선되었다.

위성 내비게이션 신호를 수신할 수 있는 더욱 많은 안테나를 포함하는 것과 핸드셋 배향 결정을 지원하는 관성 센서를 부가하는 것은 전방향 (omni-directional) 설계 대신에 반구형 안테나를 선택하는 수단을 제공하고, 2 개의 안테나 사이에서 스위칭하는 방법을 지원하여 위성 수신기 감도를 개선하고 위성 측정 정확도 및 이용가능성을 강화할 수 있다.

감도에 영향을 미치는 요인 (이하에 리스트됨 )

물리적 컴포넌트 (하드웨어)

- 안테나

- RF 및 아날로그 손실

- 디지털 구현 손실

프로세싱 컴포넌트는 다음을 포함한다: (소프트웨어)

- 통합 시간

- 보조 데이터의 이용가능성

- 검출의 확률, 오류 알람의 확률, 검출 임계값

신호 방해 ( 디바이스 사용 패턴)

- 헤드 및 핸드 신호 감쇠

- 건물 및 다른 장애물

일반적인 GPS 수신기가 도 11에 도시된다.

개관: 안테나 효과

송신된 GPS 신호는 우선회 원형 편파 ( RHCP : Right Hand Circularly Polarized) 된다

안테나 수신기 편파 및 이득 패턴은 중요하다

- 장착된 안테나는 반구형 이득 패턴을 가지며 RHCP 될 수도 있다

- 셀 폰 안테나는 일반적으로 전방향성 이득 패턴을 가지며 일반적으로 선형 편파된다

COST 는 통상 셀 폰 GPS 안테나 선택을 지령할 것이다

셀 폰 내의 기억장소는 몇몇 사용 모델에 대한 차선 ( sub - optimal ) 일 수도 있으며, 신호 방해/감쇠를 초래한다

셀 폰 사용 모델은 전방향형 및 선형 편파를 선호하는 경향이 있을 수 있다

- 반구형에 비해 전방향형의 경우 ~3db 손실

- RHCP 에 비해 선형 편파의 경우 ~3db 손실

도 12는 GPS 를 위한 안테나 설계 및 그것의 성능에 대한 효과에 관한 표를 포함하는 다이어그램이다.

GPS 수신 다이버시티 구현이 도 13 에 도시되어 있다.

개관: GPS 다이버시티 감도 강화

GPS 신호는 가우시안 잡음 제한 채널 상에서 수신되는 것으로 모델링된다 (AGC 는 잡음만을 추적한다):

- 범위 -159 내지 -160 dBm 에서 감도를 달성하는 것은 (5-14 초의 정도로) 매우 긴 탐색 통합을 요구한다

GPS 신호는 통상 페이딩하지 않기 때문에, 각각의 안테나로부터의 신호들 간의 위상 오프셋이 추정될 수 있다고 가정할 때, 코히어런트하게 결합하는 것이 다이버시티 수신에서 가능하다.

- AWGN 채널 상의 이론적 이득: 3dB

넌-코히어런트 (non-coherent) 결합의 경우:

- 이론적 이득: 1.5 내지 2.5 dB

- 섈로우 (shallow) 탐색 모드에 대한 이득 ~ 2.5 dB

- (감도를 확립하는) 디프 (deep) 탐색 모드에 대한 이득 ~ 1.5 dB

개관: 센서-기반 GPS 다이버시티 감도 이득

안테나 상의 위성 신호의 입사가 직접 신호 또는 비감쇠 신호 중 어느 하나의 수신에 대해 최적화된다면, 감도에 있어서 상당한 개선이 행해질 수 있다. 이러한 목적으로, 디바이스의 배향 및 사용이 적용될 수 있다. 디바이스 내에 통합된 센서는 디바이스 배향을 결정하도록 요청될 수 있다. 디바이스가 머리 근처에서 손에 의해 파지되는지 또는 핸즈-프리로 동작될 수 있는지 여부를 결정하는 것 또한 유용할 수도 있다.

3-축 가속도계가 기울기 센서로서 사용될 수 있다 (상기 도면 참조). 2 개 이상의 안테나를 디바이스 내에 전략적으로 배치하고 안테나들 간에 스위칭할 수 있는 경우, 전방향성 안테나 대신에 반구형 안테나들이 사용되기 때문에, 3 dB 감도 개선이 달성될 수 있다.

위를 향하고 있는 안테나를 사용하는 것은 또한 지면으로부터 반사된 신호에 비하여 직접적인 위성 신호를 수신한다는 점에서 성능 이득을 제공할 수 있고, 따라서 다중경로 효과를 감소시킨다.

유사하게, (가속도계의 사용으로) 동적 프로파일을 평가하면, 핸드셋이 걷고 있는 사람에 의해 운반되는지, 고정되어 있는지, 자동차 내에서 운반되는지는 다수의 안테나로부터 수신되는 경우 안테나 선택을 위한 수단 또는 신호들이 혼합되는 방법으로서 사용될 수 있다.

유사하게, 배향 및 플랫폼 역학이 더욱 양호한 신호 필터링 (칼만 필터 튜닝) 을 위해 내비게이션 알고리즘에 대한 입력으로서 사용될 수 있고, 간섭 소거 등의 다른 신호 프로세싱 스킴 (안테나 빔 스티어링) 에 적용될 수 있다.

여기에 기술된 방법 및 장치는 미국의 GPS (Global Positioning System), 러시아의 글로나스 시스템, 유럽의 갈릴레오 시스템, 위성 시스템의 조합으로부터의 위성을 사용하는 임의의 시스템, 또는 미래에 개발되는 임의의 위성 시스템 등의 다양한 위성 위치확인 시스템 (SPS: satellite positioning system) 과 함께 사용될 수도 있다. 또한, 개시된 방법 및 장치는 의사위성 또는 위성 및 의사위상의 조합을 사용하는 위치 결정 시스템 (positioning determination system) 과 함께 사용될 수 있다.

설명

도 1은 중심축에 대해 수직인 대략 등방성인 안테나 이득 패턴 (100) 의 도면이다. 따라서, 대략 등방성인 안테나는 중심축에 대해 수직인 모든 방향에서 균일한 전력을 복사 및 수신하지만, 다른 더 많은 지향성 안테나에 비해 감소된 안테나 이득으로 전력을 복사 및 수신한다.

도 2는 반구형 안테나 이득 패턴 (200) 을 나타낸다. 안테나 이득 패턴 (200) 은 대략 등방성인 안테나의 안테나 패턴 (100) 에 비해 약 3 dB 이득 증가를 갖는다. 그 이득 증가는 반구형 이득 패턴의 복사 패턴이 실질적으로 상부 반구 만에 한정된다는 사실에 적어도 부분적으로 기인한다.

도 3은 지향성 안테나 이득 패턴 (300) 의 도면이다. 지향성 안테나의 이득은 안테나 패턴의 지향성 (directivity) 에 따라 반구형 안테나에 대한 이득보다 더 크다. 지향성 안테나의 예는 헬릭스 안테나, 혼 안테나 (horn antenna), 다이폴 어레이 안테나, 패치 안테나 등을 포함한다. 당업자는 각각의 이득 패턴을 갖는 안테나들의 많은 예가 존재하며, 그 안테나 이득 패턴은 소정의 방식으로 안테나 패턴의 지향성에 관련된다는 것을 이해할 것이다.

도 4는 관성 센서 (470) 및 복수의 안테나 (410) 를 갖는 무선 유닛 (400) 의 일 양태의 다이어그램이다. 당업자는 여기에 개시된 안테나의 양은 특정의 양으로 한정되지 않으며, 그 안테나의 양은 특정의 시스템 파라미터에 기초하여 선택된다는 것을 이해할 것이다.

일 양태에서, 복수의 안테나는 적어도 하나의 이중-편파 안테나 (dual-polarized antenna) 를 포함한다. 일 예에서, 이중-편파 안테나는 스위치, 선택기, 결합기 또는 등가물로 공급되는 2 개의 다이버시티 출력을 제공하기 위해 2 개의 실질적으로 직교하는 (예를 들어, 수평 및 수직) 편파를 갖는다. 다른 양태에서, 복수의 안테나는 하나 이상의 이중-편파 안테나의 다이버시티 출력을 반사한다. 당업자는 단일의 이중-편파 안테나는 2 개의 별개의 공간적으로 분리된 안테나와 사상적으로 등가라는 것을 이해할 것이다.

무선 신호 (405) 가 하나 이상의 안테나 (410) 에 의해 수신된다. 무선 신호는 위성 소스 또는 지상 소스로부터의 위치확인 신호를 포함할 수도 있다. 위성 소스의 예는 GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS (Beidou), QZSS 및 IRNSm 을 포함한다. 지상 소스의 예는 의사위성 시스템, AFLT-인에이블드 기지국, 및 그의 위치가 적어도 대략적으로 알려져 있는 다른 무선 소스 (예를 들어, 액세스 포인트) 를 포함한다. 또한, 신호의 소스는 위치확인에 제한되지 않고, WiFi, CDMA, 및 블루투스 등의 임의의 무선 소스를 포함할 수 있으나 그것에 제한되지 않는다.

일 양태에서, 안테나 선택기 (430) 는, 프로세서 (450) 로부터의 안테나 선택 입력 (455) 에 기초하여, 복수의 안테나로부터 하나 이상을 선택하여 신호 (405) 를 수신한다. 그 후, 선택된 하나 이상의 안테나에 의해 수신된 신호 (405) 는 수신기 유닛 (440) 으로 입력되고, 그 후 프로세싱을 위해 프로세서 (450) 로 입력된다.

통상의 수신기 유닛은 신호 (405) 를 프로세싱하기 위한 다음의 컴포넌트들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다: 대역통과 필터, 저잡음 증폭기 (LNA), 믹서, 국부발진기 (LO), 저역통과필터, 및 AD (analog to digital) 변환기. 당업자는 수신기 유닛의 다른 양태들이 잘 알려져 있고 본 개시의 범위를 변경하지 않을 것이라는 것을 이해할 것이다. 일 양태에서, 복수의 수신기는 복수의 안테나를 사용하여 구현되며, 여기서 복수의 안테나는 복수의 수신기에 비해 양에 있어서 더욱 클 수 있다. 또 다른 양태에서, 복수의 안테나는 복수의 수신기와 양에 있어서 동일하다. 또 다른 양태에서, 복수의 수신기는 다중-채널 수신기에 있어서 수신기 출력을 참조한다.

관성 센서 (470) 는 관성 기준 프레임에서 무선 유닛 (400) 의 배향을 측정하고, 센서의 배향에 대한 배향 정보를 제공한다. 예를 들어, 관성 센서 (470) 는 중력에 수직인 것으로 정의된 수평면으로부터의 "기울기 (tilt)" 를 측정하는 기울기 센서로서 동작하는 3-축 가속도계를 포함할 수도 있고, 수평면에 대한 센서의 배향에 관한 정보를 제공한다.

관성 센서 (470) 에 의해 측정된 배향 정보는 그 후 프로세서 (450) 로 입력되어 안테나 선택 입력을 발생시킨다. 관성 센서 (470) 에 의해 측정된 배향 정보는 안테나 선택을 지원하는데 사용되어 바람직한 신호 강도의 원하는 신호를 발견할 기회를 개선하거나 안테나 이득을 개선한다. 예를 들어, 무선 유닛의 배향이 알려져 있는 경우, 그 배향 정보는 적절한 안테나(들) 을 선택하기 위해 사용되고, 더욱 높은 이득을 갖는 선택된 안테나(들)은 그것의 직접 경로에서 원하는 신호를 수신하고 다중경로 효과를 감소시키도록 지향될 수 있다.

도 5는 수평면에 대한 관성 센서 (610) 의 지오메트리 (geometry) 를 나타낸다. 관성 센서 (610) 의 직교 축 시스템 (X-Y) 은 수평면의 직교 축 시스템 (X_h-Y_h) 과 비교되어 수평면에 대한 관성 센서 (610) 의 배향을 결정한다.

관성 센서의 예는 가속도계, 석영 센서, 자이로 (gyros) 등을 포함한다. 무선 유닛 (400) 의 배향은 안테나 (410) 사이의 적절한 선택을 행하기 위해 사용될 수 있다. 2 개의 안테나가 구현되는 일 예에서, 하나의 안테나는 대략 등방성 안테나이고, 다른 안테나는 대략 반구형 안테나이다. 무선 유닛 (400) 이 그것의 지리상의 위치를 둘러싸고 있는 기지국들과 통신하고 있는 경우, 등방성 안테나의 안테나 이득 패턴은 모든 방향에서 균일한 복사를 허용하기 때문에 대략 등방성 안테나가 선택될 수 있다. 그러나, 무선 유닛 (400) 이 GNSS (Global Navigational Satellite System) 로부터 신호를 수신하며 무선 유닛 (400) 의 안테나가 관성 센서 (470) 에 의해 결정된 바와 같이 GNSS 위성을 향해 배향되는 경우, 안테나 선택기 (430) 는 더욱 높은 안테나 이득을 이용하기 위해 반구형 안테나를 선택하도록 프로세서 (450) 에 의해 지령을 받을 수도 있다. 당업자는 GNSS 위성으로부터의 신호가 GPS 위성, 및/또는 GLONASS, Galileo, COMPASS (Beidou), QZSS 및 IRNS 를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 다른 위성 시스템으로부터의 위성으로부터의 신호를 포함하지만 그것에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 또한, 당업자는 신호의 소스가 GNSS 에 제한되지 않고 의사위성 시스템, WiFi, CDMA, 및 블루투스 등의, 그러나 이것에 제한되지 않는 임의의 무선 소스를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

2 개의 안테나가 구현되는 또 다른 예에서, 2 개의 안테나 중 하나가 지향성 안테나라고 가정한다. 이러한 예의 경우, 신호 (405) 의 소스는 특정의 방향으로부터이다. 관성 센서 (470) 에 의해 측정된 배향 정보를 사용하여, 무선 유닛 (400) 의 지향성 안테나가 원하는 소스의 방향으로부터 신호를 복사 및 수신하기 위해 선택되어 안테나 이득을 최대화한다. 또 다른 예에서, 신호가 지상의 의사위성 소스 및 위성 소스 양자로부터 수신되는 경우, 2 개의 안테나 (예를 들어, 지향성 안테나 및 반구형 안테나) 사이의 선택은 관성 센서 (470) 에 의해 측정된 바와 같은 무선 유닛 (400) 의 배향에 기초하여 행해질 수 있다. 당업자는 안테나의 타입의 조합은 무수히 많고 그것의 선택은 시스템과 시스템 애플리케이션의 설계에 달려있다는 것을 이해할 것이다.

일 양태에서, 컨디셔닝 회로 (460) 는 관성 센서 (470) 로부터의 측정치를 프로세서 (450) 와 호환가능한 형태로 변환하기 위해 사용된다. 예를 들어, 관성 센서 (470) 의 출력은 아날로그 포맷일 수도 있다. 컨디셔닝 회로 (460) 는 아날로그 데이터 포맷을 프로세서 (450) 로의 입력을 위한 디지털 데이터 포맷으로 변환한다. 또 다른 예에서, 관성 센서 (470) 의 출력은 프로세서 (450) 로의 입력을 위해 허용가능한 신호 레벨로 컨디셔닝 회로 (460) 에서 증폭된다. 당업자는 상이한 변환 특성을 갖는 상이한 컨디셔닝 회로가 관성 센서와 프로세서의 선택에 기초하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 몇몇 양태에서, 컨디셔닝 회로는 필요하지 않을 수도 있다.

도 6은 다이버시티 수신 능력을 갖는 무선 유닛 (500) 의 실시형태의 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 유닛 (500) 은 적어도 m 개의 안테나(Ant₁ ... Ant_m) 를 포함한다. 일 예에서, 양 m 은 2 와 동일하다. m > 2 인 안테나의 다른 양들이 시스템 파라미터에 따라 바람직할 수도 있다. 무선 유닛 (500) 은 또한 복수의 신호 (515) 를 수신하고 복수의 신호 (515) 를 수신 포맷으로 변환하기 위해 다중-채널 수신기 (520) 를 포함한다. 일 양태에서, 다중-채널 수신기 (520) 는 복수의 신호 (515) 를 프로세싱하는 다음의 컴포넌트들 중 하나 이상을 포함한다: 대역통과 필터, 저잡음 증폭기 (LNA), 믹서, 국부 발진기 (LO), 저역통과필터, AD 변환기 등. 당업자는 다중-채널 수신기의 다른 양태들은 잘 알려져 있고 본 개시의 범위를 변경하지 않는다는 것을 이해할 것이다.

다중-채널 수신기 (520) 의 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 은 다이버시티 프로세서 (530) 로 입력된다. 다이버시티 프로세서 (530) 는 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 을 출력 신호 (535) 로 프로세싱한다. 일 양태에서, 출력 신호 (535) 는 시스템 애플리케이션에 적합하도록 디지털적으로 더욱 프로세싱된다. 당업자는 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 의 양이 액티브 안테나 (510) (Ant₁ ... Ant_m) 의 양에 대응한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우, n = m 이다. 그러나, 일 양태에서, 수신기 출력의 양 n 은 구현된 안테나의 양 m 미만, 즉 n < m 이다. 예를 들어, 일 구현은 하나의 수신기 및 선택할 2 개의 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 일 양태에서는, n > m 이다. 당업자는 다중-채널 수신기의 구현이 기능에 영향을 주지 않고 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 다중-채널 능력을 갖는 수신기는 기능에 영향을 주지 않는 다수의 단일 채널 수신기로써 구현될 수 있다.

일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (530) 는 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 의 가중된 평균을 계산하고 가중된 평균을 나타내는 출력 신호 (535) 를 출력한다. 일 예에서, (여기서 Y 로서 라벨링된) 출력 신호 (535) 는,

Y = ΣW_iZ_i 여기서, i = 1 ... n

로서 정의된다. n = 1 인 경우, 어떠한 다이버시티 결합도 없다. 당업자는 다이버시티 프로세싱의 많은 다른 예가 잘 알려져 있고 다이버시티 프로세싱의 특정의 선택은 시스템 설계의 상세 (particulars) 에 기초한다는 것을 이해할 것이다. 일 양태에서, 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 은 추정된 서로로부터의 그들의 위상 오프셋을 사용하여 코히어런트하게 결합된다. 또 다른 양태에서, 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 은 넌-코히어런트하게 결합된다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (530) 로부터의 안테나 선택 입력 (555) 은 다중-채널 수신기 (520) 에 의해 수신되어 어느 안테나 (510) (Ant₁ ... Ant_m) 를 사용할지에 대한 선택을 구현한다. 안테나 선택 입력 (555) 은 관성 센서 (550) 에 의해 측정된 결과에 기초한다.

도 7은 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 일 양태의 블록도이다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서는 아날로그 포맷이며 아날로그 위상 회전기 및 다이버시티 결합기를 포함한다. (도 7에 도시된) 아날로그 다이버시티 프로세서 (532) 에 후속하여, 출력 (P₇) 이 ADC (720) 에 의해 아날로그 포맷으로부터 디지털 포맷으로 변환되고, 그 후 디지털 기저대역 프로세서 A (730) 에 의해 프로세싱되어 기저대역 신호 (S₇) 를 출력한다. 일 양태에서, ADC (720) 는 아날로그 포맷 입력을 디지털 포맷으로 변환하기 위해 샘플러 및 양자화기를 포함한다. 일 양태에서, 디지털 기저대역 프로세서 A (730) 는 위상 회전, 역확산, 코히어런트 누산 및 넌-코히어런트 누산을 수행하여 기저대역 신호 (S₇) 를 복구한다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (532) 로부터의 안테나 선택 입력 (755) 은 다중-채널 수신기 (520) 에 의해 수신되어 어느 안테나 (510) (Ant₁ .... Ant_m) 를 사용할지에 대한 선택을 구현한다. 안테나 선택 입력 (755) 은 관성 센서 (550) 에 의해 측정된 결과에 기초한다.

도 8은 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 제 2 양태의 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 다이버시티 프로세서 (534) 는 디지털 포맷이고 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 에 대한 코히어런트 샘플링 및 다이버시티 결합을 수행한다. 또 다른 양태에서, 코히어런트 샘플링은 다이버시티 프로세서 (534) 에 결합된 개별 유닛 (도시하지 않음) 에 의해 수행될 수도 있다. 당업자는 본 개시의 범위에 영향을 주지않고 사용될 수 있는 기지의 다양한 구현들이 존재한다는 것을 이해할 것이다. 일 양태에서, 디지털 기저대역 프로세서 B (830) 은 출력 P₈ 에 관해 위상 회전, 역확산, 코히어런트 누산 및 넌-코히어런트 누산을 수행하여 기저대역 신호 (S₈) 를 복구한다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (534) 로부터의 안테나 선택 입력 (855) 은 다중-채널 수신기 (520) 에 의해 수신되어 어느 안테나 (510) (Ant₁ .... Ant_m) 를 사용할지에 대한 선택을 구현한다. 안테나 선택 입력 (855) 은 관성 센서 (550) 에 의해 측정된 결과에 기초한다.

도 9는 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 제 3 양태의 블록도이다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (940) 는 디지털 포맷이다. 기저대역 프로세서 A (930) 는 기저대역 프로세싱을 위해 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 을 수신하고 다이버시티 프로세서 (940) 에 입력되는 프로세서 A 출력 (Pa₁ ... Pa_n) 을 출력한다. 다이버시티 프로세서 (940) 로부터의 다이버시티 프로세서 출력 D 는 그 후 더욱 프로세싱하기 위해 기저대역 프로세서 B (950) 로 입력되어 기저대역 신호 (S₉) 를 복구한다. 당업자는 기저대역 프로세서 A (930) 및 기저대역 프로세서 B (950) 가 단일의 프로세서 유닛에 의해 또는 개별적인 프로세서 유닛에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 양태에서, 기저대역 프로세서 A (930), 다이버시티 프로세서 (940) 및 기저대역 프로세서 B (950) 는 모두 단일의 프로세서 유닛에 의해 구현된다.

일 양태에서, 기저대역 프로세서 A (930) 에 의해 수행되는 기저대역 프로세싱은 각각의 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 의 위상 회전, 역확산 및 코히어런트 누산을 포함한다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 프로세서 A 출력 (Pa₁ ... Pa_n) 은 다이버시티 프로세서 (940) 로 입력된다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (940) 에 의해 수행되는 다이버시티 프로세싱은 프로세서 A 출력 (Pa₁ ... Pa_n) 을 누산하는 것과 그들을 다이버시티 결합하는 것을 포함한다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (940) 는 프로세서 A 출력 (Pa₁ ... Pa_n) 을 코히어런트하게 누산한다. 다이버시티 프로세서 출력 D 는 기저대역 프로세서 B (950) 에 입력된다. 일 양태에서, 프로세서 B (950) 는 또한 코히어런트 누산 및 넌-코히어런트 누산을 수행하여 기저대역 신호 (S₉) 를 복구한다. 당업자는 프로세서 A 출력 (Pa₁ ... Pa_n) 의 양은 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 의 양에 대응한다는 것을 것을 이해할 것이다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (940) 로부터의 안테나 선택 입력 (955) 은 다중-채널 수신기 (520) 에 의해 수신되어 어느 안테나 (510) (Ant₁ .... Ant_m) 를 사용할지에 대한 선택을 구현한다. 안테나 선택 입력 (955) 은 관성 센서 (550) 에 의해 측정된 결과에 기초한다.

도 10은 기저대역 프로세싱 능력을 갖는 무선 유닛의 제 4 양태의 블록도이다. 일 양태에서, 다이버시티 결합이 넌-코히어런트하게 행해진다. 도 10에서, 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 는 기저대역 프로세서 C (1030) 으로 입력된다. 기저대역 프로세서 C (1030) 는 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 을 위상 회전, 역확산, 코히어런트 누산 및 넌-코히어런트 누산하여 프로세서 C 출력 (Pc₁ ... Pc_n) 을 생성한다. 프로세서 C 출력 (Pc₁ ... Pc_n) 은 그 후 다이버시티 프로세서 (1040) 로 입력되고, 다이버시티 프로세서 (1040) 는 프로세서 C 출력 (Pc₁ ... Pc_n) 을 넌-코히어런트하게 누산하고 그들을 넌-코히어런트하게 다이버시티 결합하여 기저대역 신호 (S₁₀) 를 복구한다. 당업자는 기저대역 프로세서 C (1030) 및 다이버시티 프로세서 (1040) 는 단일의 프로세서 유닛 또는 개별 프로세서 유닛들에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 양태에서, 다이버시티 프로세서 (1040) 로부터의 안테나 선택 입력 (1055) 은 다중-채널 수신기 (520) 에 의해 수신되어 어느 안테나 (510)(Ant₁ ... Ant_m) 를 사용할지에 대한 선택을 구현한다. 안테나 선택 입력 (1055) 은 관성 센서 (550) 에 의해 측정된 결과에 기초한다.

도 6 내지 도 10 에 도시된 바와 같이, 무선 유닛은 관성 기준 프레임 내의 무선 유닛의 배향을 측정 및/또는 관찰하는 관성 센서 (550) 를 포함한다. 관성 센서의 예는 가속도계, 석영 센서, 자이로 등을 포함한다. 무선 유닛의 측정된 배향에 기초하여, 배향 정보가 관성 센서에 의해 생성되어 다이버시티 프로세서로 입력된다.

일 양태에서, 배향 정보는 다이버시티 프로세서가 그것의 입력들을 프로세싱하고 결합하는 방법에 영향을 미친다. 예를 들어, (배향 정보에 임베딩되는) 하나 이상의 신호 소스에 대한 무선 유닛의 배향에 의존하여, 상이한 가중 계수가 하나 이상의 입력에 적용될 수도 있다. 도 6 내지 도 8 에 도시된 양태에 있어서, 다이버시티 프로세서 (530, 532, 534) 로의 입력은 수신기 출력 (Z₁ ... Z_n) (525) 이다. 도 9 에 도시된 양태에서는, 다이버시티 프로세서 (940) 로의 입력은 프로세서 A 출력 (Pa₁ ... Pa_n) 이다. 그리고, 도 10 에 도시된 양태에서, 다이버시티 프로세서 (1040) 로의 입력은 프로세서 C 출력 (Pc₁ ... Pc_n) 이다.

또 다른 양태에서, 배향 정보는 안테나 선택 입력에 의해 구현되는 바와 같은 사용할 안테나 (510) (Ant₁ ... Ant_m) 의 선택에 영향을 미친다.

일 양태에서, 컨디셔닝 회로 (540) 가 관성 센서 (550) 로부터의 측정치를 다이버시티 프로세서와 호환가능한 형태로 변환하기 위해 제공된다. 예를 들어, 관성 센서 (550) 의 출력은 아날로그 포맷일 수도 있다. 컨디셔닝 회로 (540) 는 아날로그 데이터 포맷을 다이버시티 프로세서로의 입력을 위한 디지털 데이터 포맷으로 변환한다. 또 다른 예에서, 관성 센서 (550) 의 출력은 컨디셔닝 회로 (540) 에서 다이버시티 프로세서로의 입력을 위해 적절한 신호 레벨로 증폭된다. 당업자는 상이한 변환 특성을 갖는 상이한 컨디셔닝 회로가 관성 센서와 프로세서의 선택에 기초하여 선택될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

여기에 기술된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 회로는 하나 이상의 프로세서로 구현 또는 수행될 수도 있다. 프로세서는 마이크로프로세서와 같은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP) 와 같은 특정 애플리케이션 프로세서, 또는 소프트웨어를 지원할 수 있는 임의의 다른 하드웨어 플랫폼일 수도 있다. 소프트웨어는, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 또는 임의의 다른 용어 어느 것으로 지칭되던지 관계없이, 넓게 명령, 데이터 구조, 또는 프로그램 코드의 임의의 조합을 의미하는 것으로 이해된다. 대안적으로, 프로세서는 주문자 반도체 (ASIC), 프로그래머블 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA), 제어기, 마이크로-제어기, 상태 머신, 개별 하드웨어 컴포넌트의 조합, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 여기에 기술된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 회로는 또한 하드 디스크, 플래시 드라이브, 또는 컴퓨터 메모리 등의, 소프트웨어를 저장하기 위한 머신 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 그 머신 판독가능 매체는 또한 하나 이상의 저장 디바이스, 전송 라인, 또는 데이터 신호를 인코딩하는 반송파를 포함할 수도 있다.

개시된 양태들에 대한 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 실시 또는 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 이들 양태에 대한 다양한 변경은 당업자에게는 용이하게 명백하며, 여기에 정의된 일반 원리는 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈하지 않고 다른 양태들에 적용될 수도 있다.

Claims

안테나 선택을 구현하는 무선 유닛으로서,
제 1 이득 패턴을 나타내는 제 1 안테나 및 제 2 이득 패턴을 나타내는 제 2 안테나를 포함하는 복수의 안테나로서, 상기 제 1 이득 패턴은 등방성 패턴, 반구형 패턴 및 지향성 패턴 중 어느 하나이고, 상기 제 2 이득 패턴은 상기 등방성 패턴, 상기 반구형 패턴 및 상기 지향성 패턴 중 다른 어느 하나인, 상기 복수의 안테나;
적어도 하나의 소스로부터 신호를 수신하기 위해 상기 복수의 안테나로부터 하나 이상의 안테나를 선택하는 안테나 선택기;
상기 무선 유닛의 배향을 감지하고 배향 정보를 생성하는 관성 센서; 및
상기 제 1 이득 패턴, 상기 제 2 이득 패턴, 상기 무선 유닛의 상기 배향 정보 및 상기 소스의 방향에 기초하여 상기 안테나 선택기에 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 중 적어도 하나를 선택하도록 명령하는 프로세서를 포함하는, 무선 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 GNSS (Global Navigational Satellite System) 의 위성을 포함하는, 무선 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 상기 무선 유닛의 지리상의 위치를 둘러싸고 있는 기지국들의 위성을 포함하는, 무선 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 지상의 의사위성 및 위성을 포함하는, 무선 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 등방성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 무선 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 지향성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 무선 유닛.
안테나 선택을 구현하기 위한 방법으로서,
복수의 안테나를 갖는 무선 유닛의 배향을 감지하는 단계로서, 상기 복수의 안테나는 제 1 이득 패턴을 나타내는 제 1 안테나 및 제 2 이득 패턴을 나타내는 제 2 안테나를 포함하고, 상기 제 1 이득 패턴은 등방성 패턴, 반구형 패턴 및 지향성 패턴 중 어느 하나이고, 상기 제 2 이득 패턴은 상기 등방성 패턴, 상기 반구형 패턴 및 상기 지향성 패턴 중 다른 어느 하나인, 배향을 감지하는 단계;
적어도 하나의 소스로부터 신호를 수신하기 위해 상기 제 1 이득 패턴, 상기 제 2 이득 패턴, 상기 무선 유닛의 상기 배향 정보 및 상기 소스의 방향에 기초하여 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 중 적어도 하나를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 안테나를 사용하여 상기 소스로부터 상기 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 안테나 선택 구현 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 GNSS (Global Navigational Satellite System) 의 위성을 포함하는, 안테나 선택 구현 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 상기 무선 유닛의 지리상의 위치를 둘러싸고 있는 기지국들의 위성을 포함하는, 안테나 선택 구현 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 지상의 의사위성 및 위성을 포함하는, 안테나 선택 구현 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 등방성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 안테나 선택 구현 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 지향성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 안테나 선택 구현 방법.
안테나 선택을 구현하기 위한 장치로서,
복수의 안테나를 갖는 무선 유닛의 배향을 감지하는 수단으로서, 상기 복수의 안테나는 제 1 이득 패턴을 나타내는 제 1 안테나 및 제 2 이득 패턴을 나타내는 제 2 안테나를 포함하고, 상기 제 1 이득 패턴은 등방성 패턴, 반구형 패턴 및 지향성 패턴 중 어느 하나이고, 상기 제 2 이득 패턴은 상기 등방성 패턴, 상기 반구형 패턴 및 상기 지향성 패턴 중 다른 어느 하나인, 배향을 감지하는 수단;
적어도 하나의 소스로부터 신호를 수신하기 위해 상기 제 1 이득 패턴, 상기 제 2 이득 패턴, 상기 무선 유닛의 상기 배향 정보 및 상기 소스의 방향에 기초하여 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 중 적어도 하나를 선택하는 수단; 및
상기 선택된 안테나를 사용하여 상기 소스로부터 상기 신호를 수신하는 수단을 포함하는, 안테나 선택 구현 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 GNSS (Global Navigational Satellite System) 의 위성을 포함하는, 안테나 선택 구현 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 상기 무선 유닛의 지리상의 위치를 둘러싸고 있는 기지국들의 위성을 포함하는, 안테나 선택 구현 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 지상의 의사위성 및 위성을 포함하는, 안테나 선택 구현 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 등방성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 안테나 선택 구현 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 지향성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 안테나 선택 구현 장치.
안테나 선택을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 매체로서,
복수의 안테나를 갖는 무선 유닛의 배향을 감지하기 위한 명령로서, 상기 복수의 안테나는 제 1 이득 패턴을 나타내는 제 1 안테나 및 제 2 이득 패턴을 나타내는 제 2 안테나를 포함하고, 상기 제 1 이득 패턴은 등방성 패턴, 반구형 패턴 및 지향성 패턴 중 어느 하나이고, 상기 제 2 이득 패턴은 상기 등방성 패턴, 상기 반구형 패턴 및 상기 지향성 패턴 중 다른 어느 하나인, 배향을 감지하기 위한 명령;
적어도 하나의 소스로부터 신호를 수신하기 위해 상기 제 1 이득 패턴, 상기 제 2 이득 패턴, 상기 무선 유닛의 상기 배향 정보 및 상기 소스의 방향에 기초하여 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 중 적어도 하나를 선택하기 위한 명령; 및
상기 선택된 안테나를 사용하여 상기 소스로부터 상기 신호를 수신하기 위한 명령을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 GNSS (Global Navigational Satellite System) 의 위성을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 상기 무선 유닛의 지리상의 위치를 둘러싸고 있는 기지국들의 위성을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 소스는 지상의 의사위성 및 위성을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 등방성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 제 1 이득 패턴은 지향성이고, 상기 제 2 이득 패턴은 반구형인, 컴퓨터 판독가능 매체.