KR101397548B1 - Location positioning apparatus and location positioning method - Google Patents
Location positioning apparatus and location positioning method Download PDFInfo
- Publication number
- KR101397548B1 KR101397548B1 KR1020120032526A KR20120032526A KR101397548B1 KR 101397548 B1 KR101397548 B1 KR 101397548B1 KR 1020120032526 A KR1020120032526 A KR 1020120032526A KR 20120032526 A KR20120032526 A KR 20120032526A KR 101397548 B1 KR101397548 B1 KR 101397548B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- tdc
- antenna
- time
- digital converter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/0205—Details
- G01S5/0242—Determining the position of transmitters to be subsequently used in positioning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/0273—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves using multipath or indirect path propagation signals in position determination
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
시간디지털변환기를 이용한 도달각 측정이 제공된다. 시간디지털변환기는 두 안테나를 통해 수신한 신호의 도달시간차를 구한다. 도달시간차로부터 도달거리차를 구하고 두 안테나 사이의 간격 및 도달거리차로부터 도달각을 계산한다.A time-of-arrival measurement using a time digital converter is provided. The time digital converter obtains the arrival time difference of the signal received through the two antennas. The arrival distance difference is calculated from the arrival time difference and the arrival angle is calculated from the distance between the two antennas and the arrival distance difference.
Description
본 발명의 실시 예는 무선통신에 관련된 것으로서, 좀더 상세하게는 무선통신을 이용한 위치측정 장치 및 방법에 관련된 것이다.BACKGROUND OF THE
두 개의 노드 간의 위치를 확인하는 기술은 소방관들의 화재 진압현장이나 군인들의 군사작전에서 아주 중요하다. 그러나 실내에서는 GPS 사용이 불가능하기 때문에 정밀한 위치 확인은 어려운 실정이다. 이러한 별다른 인프라가 없는 실내에서 서로 간의 위치를 확인하는 기술 개발이 매우 필수적이다.The technique of locating between two nodes is very important in firefighting sites of firefighters or military operations of soldiers. However, since it is impossible to use GPS indoors, precise positioning is difficult. It is essential to develop a technology that identifies each other in a room without such infrastructure.
본 발명의 일 실시 예는 도달각 측정 방법 및 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a method and apparatus for measuring the angle of arrival.
본 발명의 다른 실시 예는 도달각을 이용한 위치 측정 장치 및 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a position measuring apparatus and method using an arrival angle.
본 발명의 일 실시 예에 따른 도달각 측정 장치는: 적어도 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 수신부; 그리고, 상기 제1 안테나를 통해 수신한 제1 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신한 제2 신호 간의 도달시간차를 측정하는 시간디지털 변환기를 포함한다.An arrival angle measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a receiving unit including at least a first antenna and a second antenna; And a time-to-digital converter for measuring an arrival time difference between a first signal received through the first antenna and a second signal received through the second antenna.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 측정 장치는: 적어도 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 수신부; 상기 제1 안테나를 통해 수신한 제1 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신한 제2 신호 간의 도달시간차를 계산하는 도달시간차 계산 블록; 그리고, 상기 제1 안테나 및/또는 상기 제2 안테나까지의 거리를 측정하는 거리 측정부를 포함한다.A position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a receiving unit including at least a first antenna and a second antenna; An arrival time difference calculation block for calculating an arrival time difference between a first signal received through the first antenna and a second signal received through the second antenna; And a distance measuring unit for measuring a distance to the first antenna and / or the second antenna.
본 발명의 일 실시 예에 따른 도달각 측정 방법은: 두 안테나로부터 수신한 두 신호를 시간디지털변환기의 입력으로 제공하여 상기 두 안테나에서 수신한 두 신호의 도달시간차를 계산함을 포함한다.The arrival angle measuring method according to an embodiment of the present invention includes: providing two signals received from two antennas as an input of a time-digital converter, and calculating a time difference of arrival of two signals received by the two antennas.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 측정 방법은: 두 안테나로부터 수신한 두 신호를 제1 시간디지털변환기의 입력으로 제공하여 상기 두 안테나에서 수신한 두 신호의 도달시간차를 계산하고; 상기 안테나가 수신한 신호로부터 측정대상까지의 거리를 측정하고; 그리고, 상기 도달시간차로부터 계산된 도달각 및 상기 거리로부터 상기 측정대상의 위치를 계산함을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a position measuring method comprising: providing two signals received from two antennas as inputs of a first time digital converter, calculating arrival time differences of two signals received by the two antennas; Measuring a distance from the signal received by the antenna to a measurement object; And calculating the position of the measurement object from the arrival angle and the distance calculated from the arrival time difference.
본 발명의 실시 예에 따르면 높은 해상도로 정밀하게 위치를 측정할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure the position with high resolution.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치측정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도달각 측정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 편도 비행 방식을 이용한 거리측정 개념을 설명하는 도면이다.
도 4는 왕복 비행 방식을 이용한 거리측정 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 측정 장치(100)를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위치 측정 장치(300)를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 도달시간차 계산 블록을 도시한다.
도 8a 내지 도 8b는 다양한 위치측정대상의 위치에 따른 도달각 및 TDC시작신호, TDC중단신호 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 생성부의 각 구성이 출력하는 신호의 파형을 개략적으로 도시한다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 신호 생성부가 생성하는 TDC시작신호 및 제2 신호 생성부가 생성하는 TDC중단신호를 개략적으로 도시한다.
도 10은 두 안테나가 수신한 신호로부터 생성된 TDC시작신호 및 TDC중단신호를 입력으로 하여 그 도달시간차를 디지털 코드로 변환하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시간디지털변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10의 시간디지털변환기의 동작을 좀더 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시간디지털변환기를 도시한다.
도 13은 도 12의 시간디지털변환기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 시간디지털변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14의 시간디지털변환기의 동작을 좀더 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 시간디지털변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정부를 도시한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 거리 측정부를 개략적으로 도시한다
도 19는 도 18의 동기화기 및 계수기를 좀더 자세히 보여주는 블록도이다.
도 20은 도 19의 동기화기 및 계수기의 동작을 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 블록을 도시한다.
도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 블록의 신호 복원부의 회로를 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 블록의 파인 지연 셀의 구조를 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 블록의 코오스 지연 셀의 구조를 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 블록의 신호 복원부의 회로를 등가적으로 도시한 것이다.
도 26은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부 각 구성들에 의해 신호가 처리되는 과정을 나타낸 것이다.
도 27은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부의 표본화부의 신호 처리 과정을 더욱 상세하게 나타낸 것이다.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부의 간격 조절부의 신호 처리 과정을 더욱 상세하게 나타낸 것이다.
도 29 내지 도 34는 본 발명의 일 실시 예에 따른 IR-UWB 신호 복원 과정의 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a view for explaining a concept of position measurement according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the concept of arrival angle measurement according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the concept of distance measurement using the one way flight method.
4 is a view for explaining the concept of distance measurement using the reciprocating flight method.
5 schematically shows a
6 schematically shows a
Figure 7 shows a time difference calculation block according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining an arrival angle, a TDC start signal, and a TDC stop signal determination method according to positions of various position measurement objects.
9A schematically shows a waveform of a signal output by each configuration of the signal generator according to an embodiment of the present invention.
9B schematically shows a TDC start signal generated by the first signal generator and a TDC stop signal generated by the second signal generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a time-to-digital converter according to an embodiment of the present invention, which receives a TDC start signal and a TDC stop signal generated from a signal received by two antennas and converts the arrival time difference to a digital code.
11 is a diagram for explaining the operation of the time-digital converter of FIG. 10 in more detail.
12 shows a time-to-digital converter according to another embodiment of the present invention.
13 is a diagram for explaining the operation of the time-digital converter of Fig.
14 is a diagram for explaining a time digital converter in another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the time-digital converter of FIG. 14 in more detail.
16 is a view for explaining a time-digital converter according to another embodiment of the present invention.
17 shows a distance measuring unit according to an embodiment of the present invention.
18 schematically shows a distance measuring unit according to another embodiment of the present invention
19 is a block diagram illustrating the synchronizer and counter of FIG. 18 in greater detail;
20 is a view for explaining the operation of the synchronizer and the counter of FIG. 19 in detail.
21 shows a distance measurement block according to an embodiment of the present invention.
22 shows a circuit of a signal restoration unit of a distance measurement block according to an embodiment of the present invention.
23 shows a structure of a fine delay cell of a distance measurement block according to an embodiment of the present invention.
24 shows a structure of a coarse delay cell of a distance measurement block according to an embodiment of the present invention.
25 is an equivalent circuit diagram of a signal restoring unit of a distance measuring block according to an embodiment of the present invention.
FIG. 26 shows a process of processing a signal by each configuration of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 27 shows a signal processing process of the sampling unit of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention in more detail.
28 illustrates a signal processing process of the interval adjusting unit of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention in more detail.
29 to 34 are graphs showing the results of the IR-UWB signal restoration process according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Other advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. Although not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by the generic art in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by generic dictionaries may be interpreted to have the same meaning as in the related art and / or in the text of this application, and may be conceptualized or overly formalized, even if not expressly defined herein I will not. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 '구비한단', '갖는다' 등도 이와 동일하게 해설되어야 한다.In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms' comprise 'and / or various forms of use of the verb include, for example,' including, '' including, '' including, '' including, Steps, operations, and / or elements do not preclude the presence or addition of one or more other compositions, components, components, steps, operations, and / or components. In addition, 'possessed', 'possessed', etc. should be commented in the same way.
본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.The term 'and / or' as used herein refers to each of the listed configurations or various combinations thereof.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만, '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기' '~블록', '~모듈'로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기' '~블록', '~모듈'로 더 분리될 수 있다.The terms 'to', 'to', 'block', 'module' and the like used in the entire specification may mean a unit for processing at least one function or operation. For example, a hardware component, such as a software, FPGA, or ASIC. However, '~', '~', '~ block', '~ module' are not meant to be limited to software or hardware. 'To', 'to', 'to block', 'to module', etc. may be configured to be addressable storage media and configured to play one or more processors. Thus, by way of example, '~', '~', '~', 'blocks', 'modules' and the like are intended to refer to a component such as software components, object-oriented software components, class components, Microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and the like, as well as components, Variables. The functions provided in the components and in the '~', '~', '~', and '~' Module ', or may be further separated from the additional components by' ~ ',' ~ ',' block ', or' module '.
또 본 명세서에서 '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등이 다른 '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등에 연결된다는 것은 직접적인 연결뿐만 아니라 제3의 '~부', '~기' '~블록', '~모듈'를 매개로 한 간접적인 연결도 가리킨다. Also, in the present specification, 'to', 'to', 'to block', 'to module' and the like are connected to other 'to', 'to', ' But also refers to an indirect connection through the third '~', '~', '~ block', or '~ module'.
또 본 명세서에서 사용된 제1, 제2 등의 용어는 단지 어느 특정 '~부', '~기' '~블록', '~모듈' 등을 다른 '~부', '~기' '~블록', '~모듈'와 구별하기 위한 것으로서, 어느 실시 예의 '제1 ~ 기'가 다른 실시 예에서는 '제2 ~ 기'로 언급될 수 있다.
It is also to be understood that the terms first, second, etc. used in this specification are intended to encompass only certain specific portions, such as ",", " Block 'and' module ', and the' first period 'to' first period 'in any embodiment may be referred to as' second period' in another embodiment.
본 발명의 실시 예들은 무선통신기술을 이용한 거리측정, 위치측정 등에 관련된 것이다.
Embodiments of the present invention relate to distance measurement, position measurement, etc. using wireless communication technology.
본 발명의 실시 예는 크게 보면 국방 분야, 레이더 분야, 통신 분야 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, GPS 없이 실내와 같은 좁은 공간에서 정밀한 위치를 추적할 수 있는 장치인 PGS(Precision Geolocation System)등에 사용될 수 있으며, GNSS 신호의 수신이 어려운 환경이나 시야 확보가 어려운 극한 환경하의 군사 작전 수행, 화재진압 작전 등에 사용될 수 있다. 그 외에 의료센서 분야, 자동차 센서 분야, 물류 관리, 로봇 청소기, 실내 자동 주차 시스템 등에 적용 가능하다.
The embodiments of the present invention can be broadly applied to a defense field, a radar field, a communication field, and the like. For example, it can be used for Precision Geolocation System (PGS), which is a device that can precisely track a location in a narrow space such as a room without a GPS. It can be used for military operations under extreme circumstances where it is difficult to receive GNSS signals or difficult to obtain visibility , Fire fighting operations and so on. In addition, it can be applied to medical sensor field, car sensor field, logistics management, robot cleaner, indoor automatic parking system, and the like.
본 발명의 일 실시 예는 시간디지털변환기(Time-Digital Converter)를 이용한 위치측정 및 이를 위한 신호처리, 거리측정, 도달각 측정에 관련된 내용을 개시한다.An embodiment of the present invention discloses a position measurement using a time-digital converter and a signal processing, distance measurement, and arrival angle measurement for the position measurement.
본 발명의 일 실시 예는 UWB 통신을 기반으로 하여 도달각(AoA: Angle of Arrival)을 이용하여 위치를 측정한다. 도달각은 위치측정 대상이 전송한 신호의 도달거리차로부터 구하며, 도달거리차는 디지털변환기를 통해서 정밀하게 측정되어 결국에는 정밀한 도달각 측정이 가능하다. 도달각은 위치측정장치로부터 위치측정대상이 위치한 방향을 제공한다. 한편, 측위 대상까지의 거리는 도달시간(ToA:Time of Arrival)을 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털변환기, 직접 표본화 기술 등에 의해서 정밀하게 측정된다. An embodiment of the present invention measures a position using an angle of arrival (AoA) based on UWB communication. The arrival angle is obtained from the difference of the distance of the signal transmitted by the position measurement object, and the difference of the arrival distance is precisely measured through the digital converter, and finally, the accurate arrival angle measurement is possible. The angle of arrival provides the direction from which the position object is located from the position measuring device. On the other hand, the distance to the positioning target is precisely measured by a digital converter, a direct sampling technique, etc. according to an embodiment of the present invention using a time of arrival (ToA).
본 명세서에서 특별한 언급이 없으면 도달거리차는 서로 다른 안테나를 통해서 수신된 두 신호의 수신 안테나까지의 도달거리의 차를 가리키고, 도달시간차는 서로 다른 안테나를 통해 수신된 두 신호의 도달시간의 차를 가리키며, 지연시간은 어느 특정 하나의 안테나를 통해서 연속적으로 수신된 신호들 사이의 도달시간 또는 비행시간의 차이를 가리킨다.
Unless otherwise specified herein, the reaching distance difference refers to the difference in the reaching distances to the receiving antennas of two signals received via different antennas, and the arrival time difference indicates the difference in arrival times of the two signals received via different antennas , The delay time refers to the difference in arrival time or flight time between consecutively received signals through any one particular antenna.
위치 측정 개념Position measurement concept
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치측정의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 위치측정장치는 위치측정대상(송신기)이 전송한 신호, 예를 들어 임펄스 신호를 수신하여 위치를 측정한다. 이하 본 발명의 실시 예들에서는 초광대역(UWB) 신호 즉 임펄스 신호를 사용한 것을 예로 들어 설명을 한다.1 is a view for explaining a concept of position measurement according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a position measuring apparatus receives a signal transmitted by a position measurement object (transmitter), for example, an impulse signal, and measures the position. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking an UWB signal, that is, an impulse signal, as an example.
위치측정장치로부터 위치측정대상까지의 상대적인 위치는 거리 및 도달각으로부터 결정될 수 있다. 위치측정대상까지의 거리는 임펄스 신호의 도달시간(ToA) 또는 비행시간(RoF: Round trip of Flight)을 이용하여 구할 수 있으며 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명을 한다. 한편, 도달각은 위치측정대상과 위치측정장치 사이의 각도로서, 위치측정장치를 기준으로 하여 위치측정대상이 위치한 방향을 제공하며, 위치측정장치의 두 안테나가 수신한 임펄스 신호들간의 도달거리차로부터 구해질 수 있다. 이 도달거리차는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시간디지털변환기를 사용하여 도달시간차를 계산함으로 써 정밀하게 구해질 수 있으며, 이에 대해서 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명을 한다.
The relative position from the position measuring device to the position measurement object can be determined from the distance and the reaching angle. The distance to the position measurement object can be obtained using the arrival time ToA of the impulse signal or the round trip of flight (RoF), which will be described in more detail with reference to FIG. 3 and FIG. On the other hand, the arrival angle is an angle between the position measurement object and the position measurement device, and provides a direction in which the position measurement object is positioned with reference to the position measurement device. The arrival angle difference between the impulse signals received by the two antennas of the position measurement device . ≪ / RTI > This distance difference difference can be obtained precisely by calculating the arrival time difference using a time digital converter according to an embodiment of the present invention, which will be described in more detail with reference to FIG.
도달각Reach angle 측정 개념 Measurement concept
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도달각 측정의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 도달각(θ)은 위치측정장치를 기준으로 위치측정대상과 위치측정장치를 연결하는 선분이 이루는 각도로서, 도달각 측정을 위한 기준선을 제공하기 위해서 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치측정장치는 적어도 두 개의 안테나(ANT1, ANT2)를 포함한다. 즉, 도달각(θ)은 두 안테나(ANT1, ANT2)를 연결하는 선분과 위치측정대상과 위치측정장치를 연결하는 선분이 이루는 각도이다. 여기서, 두 안테나(ANT1, ANT2)가 수신하는 임펄스 신호는 평행한 것으로 가정되는데, 위치측정장치와 위치측정대상이 충분히 떨어져 있으면 이 가정은 성립한다.2 is a view for explaining the concept of arrival angle measurement according to an embodiment of the present invention. 2, the angle of arrival (θ) is an angle formed by a line segment connecting the position measurement device and the position measurement device with respect to the position measurement device. In order to provide a reference line for measuring the arrival angle, Includes at least two antennas (ANT1, ANT2). That is, the angle of arrival (θ) is the angle between the line connecting the two antennas (ANT1 and ANT2) and the line connecting the position measurement object and the position measuring device. Here, it is assumed that the impulse signals received by the two antennas ANT1 and ANT2 are parallel. This assumption holds when the position measuring apparatus and the position measuring object are sufficiently apart.
따라서 도달각(θ)은 두 안테나(ANT1, ANT2)에 도달하는 임펄스 신호의 도달거리차(Δd) 및 두 안테나(ANT1, ANT2) 사이의 거리(I)로부터 아래 수학식 1 및 수학식 2를 통해 구해질 수 있다.Therefore, the arrival angle [theta] is obtained by subtracting the following
위 수학식 1에서 I는 두 안테나(ANT1, ANT2) 사이의 거리로서 알려져 있다. 한편, 위 수학식 2에서 c는 빛의 속도이고 Δt는 두 안테나에 도달하는 임펄스 신호의 도달시간차이다.In Equation (1), I is known as the distance between the two antennas ANT1 and ANT2. In Equation (2), c is the speed of light and? T is the arrival time difference of the impulse signal reaching the two antennas.
따라서, 도달각(θ)은 도달시간차(Δt)이를 구하면 찾을 수 있으며, 이 도달시간차(Δt)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 두 안테나(ANT1, ANT2)가 수신한 신호를 입력으로 하는 시간디지털변환기를 통해 정밀하게 측정된다.Accordingly, the arrival angle [theta] can be found by finding the arrival time difference [Delta] t, and this arrival time difference [Delta] t is a time when a signal received by the two antennas ANT1 and ANT2 is input Digital converter.
본 발명의 개념에 따르면 시간디지털변환기를 이용하여 도달각을 정밀하고 간단하게 측정할 수 있다.
According to the concept of the present invention, the arrival angle can be precisely and simply measured using a time digital converter.
거리 측정Distance measurement
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 거리 측정 개념을 설명한다. 도 3은 편도 비행 방식을 이용한 거리측정 개념을 설명하는 도면이고 도 4는 왕복 비행 방식을 이용한 거리측정 개념을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 3을 참조하면, 위치측정대상으로 작용하는 송신기(Tx)는 임펄스 신호를 위치측정장치로 작용하는 수신기(Rx)로 전송하고 수신기(Rx)는 송신기(Tx)의 송신시점에서 ΔT 만큼 지연된 임펄스 신호를 수신하고 그 지연시간(ΔT )으로부터 아래 수학식 3을 사용하여 송신기까지의 거리(D)를 측정한다.Hereinafter, the concept of distance measurement will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a view for explaining a concept of distance measurement using a one-way flight method, and FIG. 4 is a view for explaining a concept of distance measurement using a reciprocating flight method. 3, a transmitter Tx serving as a position measurement object transmits an impulse signal to a receiver Rx serving as a position measuring device, and a receiver Rx transmits an impulse signal by DELTA T at the transmission time of the transmitter Tx A delayed impulse signal is received and the distance D from the delay time? T to the transmitter is measured using the following equation (3).
여기서 c는 빛의 속도이고 ΔT는 신호의 송수신 사이의 지연시간이다.
Where c is the speed of light and ΔT is the delay time between sending and receiving signals.
다음, 도 4를 참조하면, 제1 송수신기(Tx/Rx_1)는 임펄스 신호를 제2 송수신기(Tx/Rx_2)로 송신하고, 제2 송수신기(Tx/Rx_2)는 수신한 임펄스 신호를 제1 송수신기(Tx/Rx_1)로 송신한다. 따라서, 임펄스 신호의 송수신 사이의 지연시간(ΔT')을 측정함으로써, 아래 수학식 4를 사용하여 거리(D)를 측정할 수 있다. 4, the first transceiver Tx / Rx_1 transmits the impulse signal to the second transceiver Tx / Rx_2 and the second transceiver Tx / Rx_2 transmits the received impulse signal to the first transceiver Tx / Rx_1). Therefore, by measuring the delay time DELTA T 'between the transmission and reception of the impulse signal, the distance D can be measured using the following equation (4).
여기서 c는 빛의 속도이고 ΔT'는 신호의 송수신 사이의 지연시간이다.
Where c is the speed of light and ΔT 'is the delay time between sending and receiving signals.
한편, 제1 송수신기(Tx/Rx_1)는 임펄스 신호를 송신하고 위치측정대상에 의해 반사된 임펄스 신호를 수신함으로써, 임펄스 신호의 송수신에 따른 지연시간을 측정하고 위 수학식 4로부터 위치측정대상까지의 거리를 측정할 수도 있다.
On the other hand, the first transceiver (Tx / Rx_1) transmits the impulse signal and receives the impulse signal reflected by the position measurement object, thereby measuring the delay time according to transmission / reception of the impulse signal, You can also measure the distance.
위치 측정Position measurement
이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치측정에 대해서 상세히 설명을 한다.Hereinafter, the position measurement according to one embodiment of the present invention will be described in detail.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 측정 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 본 실시 예의 위치 측정 장치는 측정대상까지의 거리를 측정하기 위해 지연시간을 측정하는 지연시간 측정부와 도달각을 계산하기 위해 도달시간을 측정하는 도달시간차 측정부를 포함하며, 모두 시간디지털변환기를 사용하여 지연시간 및 도달시간차를 측정한다. 5 schematically shows a
도 5를 참조하면 위치 측정 장치(100)는 위치측정대상이 송신 및/또는 반사하는 임펄스 신호를 수신하는 수신부(110), 수신부(110)에 연결된 신호 생성부(130), 신호 생성부에 연결된 도달시간차 측정부(150) 및 지연시간 측정부(170), 도달시간차 측정부(150) 및 지연시간 측정부(170)에 연결된 위치 계산부(190)를 포함한다. 5, the
수신부(110)는 적어도 한 쌍의 안테나 예컨대 제1 안테나(110a) 및 제2 안테나(110b)를 포함하여 각각이 위치측정대상이 송신한 임펄스 신호를 수신한다. 위치측정대상의 상대적인 위치에 따라서 위치측정대상과 제1 안테나(110a) 사이의 거리와 위치측정대상과 제2 안테나(110b) 사이의 거리는 서로 다를 수 있다. 이 두 거리간의 차이('도달거리차')는 두 안테나에 도달하는 두 신호의 도달시간차로 나타나며 도달시간차는 시간디지털변환기를 통해서 정밀하게 측정된다.The receiving
신호 생성부(130)는 두 안테나에서 수신한 두 신호, 예를 들어 제1 신호 및 제2 신호로부터 지연시간 및 도달시간차 측정에 적합한 신호, 예를 들어 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호를 생성한다. The
도달시간차 측정부(150)는 신호 생성부(130)가 생성한 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호를 두 입력으로 하여 두 신호의 도달시간차를 측정한다. 도달시간차 측정부(150)는 제1 시간디지털변환기를 포함한다.The arrival time
지연시간 측정부(170)는 신호 생성부(130)위 한 출력 예를 들어 제1 안테나(110a)를 통해 수신한 신호의 지연시간(기준 클록 신호(CLKREF 제1 안테나(110a)가 수신한 신호에 대응하는 제1 TDC 신호 사이의 지연시간)을 측정한다. 지연시간 측정부(170)는 제2 시간디지털변환기를 포함한다. The delay
도달시간차 측정부(150)의 제1 시간디지털변환기는 수신부(110)가 한 쌍의 안테나(110a, 110b)를 통해 수신한 두 신호 제1 신호 및 제2 신호로부터 생성된 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호를 입력으로 하여 두 신호의 도달시간차를 계산한다. 반면, 지연시간 측정부(170)의 제2 시간디지털변환기는 특정 안테나 하나를 통해 수신한 신호의 송수신 사이의 지연시간 예를 들어 제1 안테나(110a)를 통해 수신한 제1 신호의 송수신 사이의 지연시간을 측정한다. 즉, 지연시간 측정부(170)의 제2 시간디지털변환기는 제1 안테나를 통해 수신한 제1 신호로부터 생성한 제1 TDC 신호 및 제1 신호의 송신 시점에 동기된 신호(기준 클록 신호 CLKREF)를 두 입력으로 한다.The first time digital converter of the arrival time
위치 계산부(190)는 도달시간차 측정부(150)가 측정한 도달시간차로부터 수학식 1 및 수학식 2를 사용하여 도달각을 계산하고, 지연시간 측정부(170)가 측정한 지연시간으로부터 수학식 3 또는 수학식 4를 사용하여 거리를 계산하고, 도달각 및 거리로부터 측정대상의 위치를 계산한다.The
비록 도시되지는 않았지만, 측정대상의 위치를 표시하는 표시부가 구비될 수 있다.
Although not shown, a display unit for indicating the position of the measurement object may be provided.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위치 측정 장치(300)를 개략적으로 도시한다. 본 실시 예의 위치 측정 장치는 지연시간 측정부를 제외하고는 도 5의 위치 측정 장치(100)와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 본 실시 예의 위치 측정 장치(300)에서는, 측정대상까지의 거리 측정을 위해서 시간디지털변환기를 사용하지 않고, 직접 표본화를 사용하여 수신한 신호를 정확하게 복원하고 복원한 신호에 기반하여 거리를 측정한다. 6 schematically shows a
도 6을 참조하면, 위치 측정 장치(300)는 위치측정대상이 송신 및/또는 반사하는 임펄스 신호를 수신하는 수신부(310), 수신부(310)에 연결된 신호 생성부(330), 신호 생성부(330)에 연결된 도달시간차 측정부(350), 수신부(310)에 연결된 거리 측정부(370), 도달시간차 측정부(350) 및 거리 측정부(370)에 연결된 위치 계산부(390)를 포함한다. 비록 도시되지는 않았지만, 측정대상의 위치를 표시하는 표시부가 구비될 수 있다.6, the
거리 측정부(370)는 수신부(310)가 수신한 신호를 복원하고 거리를 측정한다. 거리 측정부(370)는 제1 안테나(310a)에 연결된 신호 복원부(371) 및 신호 복원부(371)가 복원한 신호에 기초해서 거리를 측정하는 거리 계산부(373)를 포함한다. The
신호 복원부(371)는 수신부(310)의 제1 안테나(310a)가 연속적으로 수신한 임펄스 신호들을 복원하고 거리 계산부(373)는 복원된 임펄스 신호들을 사용하여 거리를 계산한다. The
거리 측정부(370)의 거리 계산부(373)는 위치 계산부(390)에 포함될 수도 있다.
The
도달거리차를Reach distance difference 이용한 Used 도달각Reach angle 계산 Calculation
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 도달시간차 계산 블록을 도시한다. 도 7을 참조하면, 도달시간차 계산 블록(160)은 신호 생성부(130) 및 도달시간차 측정부(150)를 포함한다.Figure 7 shows a time difference calculation block according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the arrival time
신호 생성부(130)는 도달시간차 측정부(150)가 두 입력신호를 정밀하게 검출하여 도달시간차를 계산할 수 있도록 두 안테나(110a, 110b)가 수신한 제1 신호 및 제2 신호로부터 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호를 생성한다. 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호는 예를 들어 클록 신호 또는 구형파 신호일 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다.The
도달시간차 측정부(150)는 시간디지털변환기(151)를 포함하고, 이 시간디지털변환기(151)는 신호 생성부(130)가 생성한 두 신호 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호를 입력으로 한다. 따라서, 시간디지털변환기(151)는 제1 TDC 신호 및 제2 TDC 신호의 도달시간차를 정밀하게 측정한다.The arrival time
시간디지털변환기(151)는 제1 안테나(110a)가 수신한 제1 신호에서 생성된 제1 TDC 신호를 TDC시작신호(TDC_start)로 제2 안테나(110b)가 수신한 제2 신호에서 생성된 제2 TDC 신호를 TDC중단신호(TDC_stop)로 사용할 있다. 이 경우 시간디지털변환기(151)는 제1 TDC신호(TDC시작신호)를 수신한 후 제2 TDC신호(TDC중단신호)를 수신하기까지의 시간 간격을 측정할 것이다.The time-to-
한편, 제1 안테나(110a)가 수신한 제1 신호에서 생성된 제1 TDC 신호보다 제2 안테나(110b)가 수신한 제2 신호에서 생성된 제2 TDC 신호가 먼저 도달할 수 있다. 이 경우는 도달각이 90°보다 큰 경우이다. 이때에는 제1 안테나(110a)가 수신한 제1 신호에서 생성된 제1 TDC 신호를 TDC중단신호로 제2 안테나(110b)가 수신한 제2 신호에서 생성된 제2 TDC 신호를 TDC시작신호로 사용한다.Meanwhile, the second TDC signal generated from the second signal received by the
다른 방법으로, 지연시간 측정부를 안테나별로 구비하고, 각 안테나로부터 측정대상까지의 거리를 측정하여 상대적으로 짧은 거리를 나타내는 안테나에서 생성된 신호를 TDC시작신호로 사용할 수 있다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(110a)에 제1 지연시간 측정부(170a)가 연결되고 제2 안테나(110b)에 제2 지연시간 측정부(170b)가 연결될 수 있다.
Alternatively, a delay time measuring unit may be provided for each antenna, and the distance from each antenna to the measurement target may be measured to use a signal generated by an antenna having a relatively short distance as a TDC start signal. For example, as shown in FIG. 7, a first delay
이를 도면을 참조하여 더 상세히 설명을 한다.This will be described in more detail with reference to the drawings.
도 8a 내지 도 8b는 다양한 위치측정대상의 위치에 따른 도달각 및 TDC시작신호, TDC중단신호 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도달각 θ은 두 안테나를 잇는 선분에서 측정대상과 안테나를 잇는 선분이 반시계 방향으로 측정한 각이라고 가정하며 제1 안테나가 오른쪽에 제2 안테나가 왼쪽에 위치하는 것으로 가정한다. FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining an arrival angle, a TDC start signal, and a TDC stop signal determination method according to positions of various position measurement objects. Here, it is assumed that the arrival angle? Is a line segment connecting the measurement object and the antenna in a line segment connecting the two antennas, and the first antenna is on the right and the second antenna is on the left.
도 8a는 도달각 θ가 90°보다 작은 경우로서, 제1 안테나가 수신한 제1 신호가 제2 안테나가 수신한 제2 신호보다 빨리 도착한다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이 제1 안테나가 수신한 제1 신호에서 생성된 제1 TDC신호가 TDC시작신호로 사용되고 제2 안테나에서 수신된 제2 신호에서 생성된 제2 TDC신호가 TDC중단신호로 사용된다. 한편, 측정대상까지의 거리(D)는 제1 안테나로부터 측정대상까지의 거리(D1)가 된다. 측정대상까지의 거리(D)는 다른 방법으로 구해질 수 있는데, 제2 안테나로부터 측정대상까지의 거리(D2)에서 도달거리차(Δd)를 감산하여 구할 수 있다. Fig. 8A shows a case where the arrival angle [theta] is smaller than 90 [deg.], Where the first signal received by the first antenna arrives faster than the second signal received by the second antenna. Therefore, as described above, the first TDC signal generated from the first signal received by the first antenna is used as the TDC start signal, and the second TDC signal generated from the second signal received by the second antenna is used as the TDC stop signal do. On the other hand, the distance D to the measurement target is the distance D1 from the first antenna to the measurement target. The distance D to the measurement target can be obtained by another method, and can be obtained by subtracting the arrival distance difference? D from the distance D2 from the second antenna to the measurement target.
도 8b는 도달각 θ가 90°보다 큰 경우이다. 이 경우에 제2 안테나가 수신한 제2 신호가 제1 안테나가 수신한 제1 신호보다 빨리 도착하며, 제2 안테나로부터 측정대상까지의 거리(D2)가 제2 안테나로부터 측정대상까지의 거리(D1)보다 짧다. 따라서, 제2 안테나에서 수신된 제2 신호에서 생성된 제2 TDC신호가 TDC시작신호로 사용되고 제1 안테나에서 수신된 제1 신호에서 생성된 제1 TDC신호가 TDC중단신호로 사용된다. 측정대상까지의 거리(D)는 제2 안테나로부터 측정대상까지의 거리(D2)가 된다.
Fig. 8B shows a case where the arrival angle [theta] is larger than 90 [deg.]. In this case, the second signal received by the second antenna arrives earlier than the first signal received by the first antenna, and the distance D2 from the second antenna to the measurement object is shorter than the distance from the second antenna to the measurement object D1). Therefore, the second TDC signal generated from the second signal received at the second antenna is used as the TDC start signal, and the first TDC signal generated from the first signal received at the first antenna is used as the TDC stop signal. The distance D to the measurement object becomes the distance D2 from the second antenna to the measurement object.
한편, Δd /I는 도 8a에서는 cos(θ)이지만 도 8b에서는 cos(α)에 대응한다. 따라서, 도 8b의 경우 도달각 θ는, Δd /I= cos(α)로부터 각도 α를 구한 후 180에서 α를 감산해서 구해야 한다. 즉 도 8b에서 도달각 θ = 180-α 이다. 즉, 도 8b에 도시한 예와 같이, 제1 안테나가 수신한 신호에서 생성된 TDC신호가 TDC중단신호가 될 경우에 Δd /I= cos(α)로부터 각도 α를 구한 후 180에서 α를 감산해 도달각을 구한다.
On the other hand,? D / I corresponds to cos (?) In Fig. 8A but corresponds to cos (?) In Fig. Therefore, in the case of FIG. 8B, the angle of arrival θ should be obtained by subtracting α from 180 after subtracting α from Δd / I = cos (α). That is, in Fig. 8B, the angle of arrival? = 180 -?. 8B, when the TDC signal generated from the signal received by the first antenna becomes the TDC stop signal, the angle? Is subtracted from? D / I = cos (?), Find the angle of arrival.
다시, 도 7을 참조하여, 신호 생성부(110)를 좀더 상세히 설명을 한다. 신호 생성부(130)는 한 쌍의 안테나(110a, 110b)에 연결된 한 쌍의 신호 생성부 예컨대, 제1 신호 생성부(130a) 및 제2 신호 생성부(130b)를 포함한다. 예를 들어 제1 신호 생성부(131a)는 대응하는 제1 안테나(110a)에 연결된 제1 저잡음 증폭기(LNA, 131a), 제1 저잡음 증폭기(LNA, 131a)에 연결된 제1 포락선 검출기(ED, 133a), 제1 포락선 검출기(ED, 133a)의 출력을 일 입력으로 하고 기준 레벨(VTHS)을 다른 입력으로 하는 제1 비교기(135a), 제1 비교기(135a)에 연결된 제1 플립플롭(T_FF, 137a)을 포함한다. 마찬가지로, 제2 신호 생성부(131b)는 대응하는 제2 안테나(110b)에 연결된 제2 저잡음 증폭기(LNA, 131b), 제2 저잡음 증폭기(LNA, 131b)에 연결된 제2 포락선 검출기(ED, 133b), 제2 포락선 검출기(ED, 133b)의 출력을 일 입력으로 하고 기준 레벨(VTHS)을 다른 입력으로 하는 제2 비교기(135b), 제2 비교기(135b)에 연결된 제2 플립플롭(T_FF, 137b)을 포함한다.Referring again to FIG. 7, the
이제 신호 생성부(130)에 대해서 좀더 상세히 설명을 한다. 먼저, 제1 신호 생성부(130a)에 대해서 설명을 한다. 제1 신호 생성부(130a)는 제1 안테나(110a)가 수신한 신호로부터 TDC시작신호(TDC_start)를 생성한다. 구체적으로 제1 저잡음 증폭기(LNA, 110a)는 측정대상이 송신한 임펄스 신호를 전달받고, 이를 증폭한다. 제1 저잡음 증폭기(LNA, 110a)는 다중경로페이딩(multipath fading) 등으로 인하여 발생한 노이즈(noise)를 최대한 억제할 것이다. 비록 도시되지는 않았지만, 제1 저잡음 증폭기(LNA, 110a)와 제1 포락선 검출기(ED, 133a) 사이에 전치 증폭기가 연결될 수 있다. 전치 증폭기는 제1 저잡음 증폭기(LNA, 110a) 출력신호를 전달받고, 이를 증폭한다. 즉, 전치 증폭기는 제1 저잡음 증폭기(LNA, 110a) 출력 신호의 이득(gain)을 보충하기 위하여, 제1 저잡음 증폭기 출력 신호를 피크-투-피크(peak-to-peak) 방식으로 증폭한다. Now, the
제1 포락선 검출기(133a)는 제1 저잡음 증폭기(131a) 또는 전치 증폭기의 출력 신호의 피크점(peak point)을 검출한다. The
제1 비교기(135a)는 제1 포락선 검출기(133a)의 출력과 기준 레벨(reference level, VTHS)를 비교한다. 예를 들어, 제1 포락선 검출기(133a)의 출력 신호가 기준 레벨(VTHS)보다 낮은 경우, 제1 비교기(135a)는 '1'을 출력할 것이다. 제1 포락선 검출기(133a)의 출력 신호가 기준 레벨(VTHS)보다 높은 경우 제1 비교기(135a)는 '0'을 출력할 것이다. 즉, 제1 비교기(135a)는 포락선 검출기(133a) 출력 신호를 디지털 신호로 변환한다. 한편, 제1 비교기(135a)의 기준 레벨(VTHS)은 다중경로페이딩의 영향을 최소화할 수 있을 정도로 적절하게 선택될 것이다. 즉, 제1 비교기(135a)의 기준 레벨(VTHS)은 다중경로페이딩으로 인하여 생성된 노이즈의 레벨보다 높고, 직접경로(direct path)를 통하여 생성된 신호의 레벨보다 낮게 설정될 것이다.The
제1 T-플립플롭(137a)은 제1 비교기(135a)의 출력 신호의 상승 에지(rising edge)를 이용하여, 제1 TDC신호(예를 들어 TDC시작신호(TDC_start))를 생성한다. 예를 들어, 제1 T-플립플롭(137a)은 제1 비교기(135a)의 출력 신호들 사이의 상승 에지들 사이의 값을 '1'로 유지함으로써, TDC시작신호를 생성한다.The first T-
이와 동일한 방식으로 제2 신호 생성부(130b)는 대응하는 제2 안테나(110b)가 수신한 신호로부터 제2 TDC신호(예를 들어 TDC중단신호(TDC_stop))를 생성한다.
In the same manner, the
도 9a는 전술한 신호 생성부(130)의 각 구성이 출력하는 신호의 파형을 개략적으로 도시한다. 도 9a를 참조하면, 전술한 바와 같은 방식으로 신호 생성부(130)는 수신한 임펄스 신호로부터 검출에 적합한 신호를 생성한다.9A schematically shows waveforms of signals outputted by the respective constitutions of the above-described
도 9b는 전술한 제1 신호 생성부(130a)가 생성하는 TDC시작신호 및 제2 신호 생성부(130b)가 생성하는 TDC중단신호를 개략적으로 도시하며, 제1 안테나(110a)가 제1 신호를 수신한 후 제2 안테나(110b)가 제2 신호를 수신한 경우를 가정한 것이다. 도시된 바와 같이, 제1 안테나(110a) 및 제2 안테나(110b)를 통해 수신한 두 신호로는 도달시간차(Δt)를 갖는 클록 신호 형태의 TDC시작신호 및 TDC중단신호를 생성한다.9B schematically shows a TDC start signal generated by the first
다시 도 7을 참조하면, 시간디지털변환기(151)는 신호 생성부(130)의 두 출력 신호인 제1 TDC신호 및 제2 TDC신호(TDC시작신호 및 TDC중단신호)를 수신하여 두 신호의 도달시간차(Δt)를 디지털코드로 변환한다.
7, the time-to-
도 10 내지 도 16은 두 안테나가 수신한 신호로부터 생성된 TDC시작신호 및 TDC중단신호를 입력으로하여 그 도달시간차를 디지털 코드로 변환하는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 시간디지털변환기를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 10 to 16 illustrate a time-to-digital converter according to various embodiments of the present invention, which receives a TDC start signal and a TDC stop signal generated from a signal received by two antennas, FIG.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 시간디지털변환기(450)는 제1 지연라인(451a), 제2 지연라인(451b), 비교 블록(435) 및 인코더(282)를 포함한다.10, a time-to-
제1 지연라인(451a)은 제1 안테나(110a, 도 5 내지 7 참조)에 연결되고 직렬 연결된 복수 개의 지연셀을 포함한다. 제2 지연라인(451b)은 안테나(110b, 도 5 내지 도 7 참조)에 연결되고 직렬 연결된 복수 개의 지연셀을 포함한다.The
비교 블록(435)은 복수 개의 비교기(제1 비교기 내지 제n 비교기)를 포함하며, 각 비교기는 제1 지연라인(451a)의 지열셀 및 제2 지연라인(451b)의 지연셀을 두 입력으로 한다. The comparator block 435 includes a plurality of comparators (first to nth comparators), each of which includes a geothermal cell of the
인코더(455)는 제1 내지 제n 비교기에 연결되고 비교기들 출력으로부터 도달시간차를 계산한다.The
구체적으로 설명을 하면, 제1 지연라인(451a)은 제1 안테나에 연결되어 TDC시작신호를 입력으로 받고, 제2 지연라인(451b)은 제2 안테나에 연결되어 TDC중단신호를 입력으로 받는다. 제1 지연라인(451a)을 구성하는 지연셀과 제2 지연라인(451b)을 구성하는 지연셀은 서로 다른 시간으로 입력신호를 지연시켜 출력하는 인버터로 구성된다. 즉, 제1 지연라인(451a)의 지연셀은 제2 지연라인(451b)의 지연셀보다 더 오래 입력신호를 지연시켜 출력한다. 예를 들어 TDC시작신호에 연결된 제1 지연라인(451a)을 구성하는 지연셀들은 각각 입력 신호를 60p의 지연시켜 출력하며, TDC종료신호에 연결된 제2 지연라인(451b)을 구성하는 지연셀들은 각각 입력 신호를 50p 지연시켜 출력한다.More specifically, the
제1 비교기 내지 제n 비교기는 각각 서로 다른 시간 간격으로 지연된 TDC 시작신호 및 TDC종료신호를 전달받는다. 제1 비교기 내지 제n 비교기는 각각 전달받은 TDC종료신호의 상승 에지가 TDC시작신호의 상승 에지에 우선하는 지를 비교하고, 비교 결과를 인코더(455)에 제공한다. The first to n < th > comparators each receive a delayed TDC start signal and a TDC end signal at different time intervals. The first to n < th > comparators compare whether the rising edge of the received TDC end signal precedes the rising edge of the TDC start signal, respectively, and provide the comparison result to the
따라서, 본 실시 예에 따른 시간디지털변환기(450)는, 제1 지연라인(451a)의 지연셀의 지연과 제2 지연라인(451b)의 지연셀의 지연 간의 차에 해당하는 해상도로 TDC시작신호 및 TDC중단신호의 도달시간차를 계산할 수 있다. 즉, 10p 단위로 도달시간차를 계산할 수 있다.Therefore, the time-to-
예를 들어, 제1 비교기는 TDC시작신호(TDC_start)에 비하여 60p 지연된 제1 TDC시작신호(TDC_start_1) 및 TDC종료신호(TDC_stop)에 비하여 50p 지연된 제 1TDC 종료신호(TDC_stop_1)를 전달받는다. 제1 비교기는 제1 TDC종료신호(TDC_stop_1)의 상승 에지가 제1 TDC시작신호(TDC_start_1)의 상승 에지 우선하는 지를 비교한다. 예를 들어, 제1 TDC종료신호(TDC_stop_1)의 상승 에지가 제1 TDC시작신호(TDC_start_1)의 상승 에지에 우선하는 않는 경우, 제1 비교기는 '0'을 출력(즉, Q=0)할 것이다. 한편, 제1 TDC종료신호(TDC_stop_1)의 상승 에지가 제1 TDC시작신호(TDC_start_1)의 상승 에지에 우선하는 경우에는, 제1 비교기는 '1'을 출력(즉, Q=1)할 것이다. 비교 블록(435)의 비교기가 '1'을 출력할 때 시간디지털변환기는 동작을 멈출 수 있다.For example, the first comparator receives the first TDC end signal (TDC_stop_1) delayed by 50p as compared with the first TDC start signal (TDC_start_1) delayed by 60p and the TDC end signal (TDC_stop) in comparison with the TDC start signal (TDC_start). The first comparator compares whether the rising edge of the first TDC end signal (TDC_stop_1) gives priority to the rising edge of the first TDC start signal (TDC_start_1). For example, if the rising edge of the first TDC end signal TDC_stop_1 does not precede the rising edge of the first TDC start signal TDC_start_1, the first comparator outputs 0 (i.e., Q = 0) will be. On the other hand, when the rising edge of the first TDC end signal TDC_stop_1 takes precedence of the rising edge of the first TDC start signal TDC_start_1, the first comparator will output '1' (that is, Q = 1). When the comparator of comparison block 435 outputs '1', the time-to-digital converter may stop operating.
인코더(455)는 비교 블록(453)의 제1 비교기 내지 제n 비교기의 출력 값 들(Q1~Qn)을 전달받고 이를 인코딩하여 두 안테나를 통해 수신한 신호들 사이의 도달시간차를 구한다. The
이렇게 구해진 도달시간차를 사용하여 위 수학식 1 및 수학식 2를 적용하면 도달각을 구할 수 있다.The arrival angles can be obtained by applying
도 11은 도 10의 시간디지털변환기(450)의 동작을 좀더 자세히 설명하기 위한 도면이다. 명확한 이해 및 간략한 설명을 위하여, 도 11에서 두 안테나를 통한 임펄스 신호의 도달시간차(Δt)는 60p보다 작으며, 제2 지연라인(451b)의 세 번째 지연셀의 출력인 제3 TDC종료신호(TDC_stop_3)의 상승 에지가 제1 지연라인(451a)의 세 번째 지연셀의 출력인 제3 TDC시작신호(TDC_start_3)의 상승 에지에 우선한다고 가정한다.FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the time-
초기 시간(t0)에서 TDC시작신호(TDC_start)가 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이되고, 제1 시간(t1)에서 TDC종료신호(TDC_stop)가 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이된다.The TDC start signal TDC_start transitions from the logic low L to the logic high H at the initial time t0 and the TDC end signal TDC_stop transitions from the logic low L to the logic high H at the first time t1. (H).
TDC시작신호(TDC_start)가 제1 지연라인(451a)의 제1 지연셀에 입력되고 60p 지연되어 출력된다. 즉, 제1 지연라인(451a)의 제1 지연셀은 TDC시작신호(TDC_start)에 비하여 60p 지연된 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1)를 출력한다. 또한, TDC종료신호(TDC_stop)는 제2 지연라인(451b)의 제1 지연셀에 입력되고 50p 지연되어 출력된다. 즉, 제2 지연라인(451b)의 제1 지연셀은 TDC종료신호(TDC_stop)에 비하여 50p 지연된 제1 지연 TDC종료신호(TDC_stop_1)를 출력한다.The TDC start signal (TDC_start) is input to the first delay cell of the
각 지연라인의 제1 지연셀을 두 입력으로 하는 제1 비교기는, 제1 지연 TDC 종료신호(TDC_stop_1)의 상승 에지가 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1)의 상승 에지에 우선하지 않으므로, '0'을 출력한다(즉, Q1=0). The first comparator having two inputs of the first delay cell of each delay line does not have a rising edge of the first delayed TDC end signal TDC_stop_1 and a rising edge of the first delayed TDC start signal TDC_start_1, (I.e., Q1 = 0).
같은 방식에 의하여, 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1) 및 제1 지연 TDC종료신호(TDC_stop_1)가 각각 제2 지연셀에 의해 60p 및 50p 지연된다. 따라서, 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2) 및 제2 지연 TDC종료신호(TDC_stop_2)는 TDC시작 신호(TDC_start) 및 TDC종료신호(TDC_stop)에 비하여 각각 120p 및 100p 지연된다.In the same manner, the first delay TDC start signal TDC_start_1 and the first delay TDC end signal TDC_stop_1 are delayed by 60p and 50p, respectively, by the second delay cell. Therefore, the second delayed TDC start signal (TDC_start_2) and the second delayed TDC end signal (TDC_stop_2) are delayed by 120p and 100p, respectively, as compared with the TDC start signal (TDC_start) and the TDC end signal (TDC_stop).
각 지연라인의 제2 지연셀을 두 입력으로 하는 제2 비교기는, 제2 지연 TDC종료신호(TDC_stop_2)의 상승 에지가 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2)의 상승 에지에 우선하지 않으므로, '0'을 출력한다(즉, Q2=0).The second comparator having two inputs of the second delay cell of each delay line does not have a rising edge of the second delayed TDC end signal TDC_stop_2 and a rising edge of the second delayed TDC start signal TDC_start_2, (I.e., Q2 = 0).
같은 방식에 의하여, 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2) 및 제2 지연 TDC종료신호(TDC_stop_2)가 각각 제3 지연셀에 의해 60p 및 50p 지연된다. 따라서, 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3) 및 제3 지연 TDC종료신호(TDC_stop_3)는 TDC시작 신호(TDC_start) 및 TDC종료신호(TDC_stop)에 비하여 각각 180p 및 150p 지연된다.In the same manner, the second delay TDC start signal (TDC_start_2) and the second delay TDC end signal (TDC_stop_2) are delayed by 60p and 50p, respectively, by the third delay cell. Accordingly, the third delay TDC start signal TDC_start_3 and the third delay TDC end signal TDC_stop_3 are delayed by 180p and 150p, respectively, as compared with the TDC start signal TDC_start and the TDC end signal TDC_stop.
각 지연라인의 제3 지연셀을 두 입력으로 하는 제3 비교기는, 제3 지연 TDC종료신호(TDC_stop_3)의 상승 에지가 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3)의 상승 에지에 우선하므로, '1'을 출력한다(즉, Q3=1).The third comparator having two inputs of the third delay cell of each delay line is set to '1' because the rising edge of the third delayed TDC end signal TDC_stop_3 takes precedence of the rising edge of the third delayed TDC start signal TDC_start_3, (I.e., Q3 = 1).
세 번째 지연셀을 거친 결과의 TDC종료신호가 TDC시작신호를 앞서므로, 비교 블록(453)의 출력 비트는 '001'이 될 것이며 도달시간차(Δt)는 20~30p 의 값을 가질 것이다. 예컨대, 비교 블록(453)의 출력 비트가 '00001'이면, 도달시간차(Δt)는 40~50p 일 것이다. 즉, 비교 블록(453)의 출력 비트에서 '1'이 최상위비트에서 k번째에 나타난다면, 도달시간차(Δt)는 10*(k-1) ~ (10*k)p 일 것이다.The output bit of the
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시간디지털변환기(550)를 도시한다. 본 실시 예는 도 10을 참조한 실시 예와 달리 TDC시작신호만이 지연라인에 연결되며, 비교기 각각은 각 지연셀을 통과한 후 입력된 TDC시작신호와 지연라인을 통과하지 않고 직접 입력된 TDC중단신호를 두 입력으로 가진다. 따라서 본 실시 예의 시간디지털변환기는 지연라인(551)의 지연셀의 지연정도에 대응하는 해상도로 두 안테나로 수신된 신호의 도달시간차 (즉 TDC시작신호 및 TDC중단신호의 도달시간차)를 계산할 수 있다. 12 shows a time-to-
구체적으로 본 실시 예의 시간디지털변환기(550)는 TDC시작신호를 입력으로 하는 지연라인(551), 지연라인(551)을 구성하는 각 지연셀을 일 입력으로 하고 TDC중단신호를 다른 입력으로 하는 복수 개의 비교기로 구성된 비교 블록(553), 비교 블록(553)의 출력에 연결된 인코더(555)를 포함한다.Specifically, the time-to-
지연라인(551)은 TDC시작신호를 원하는 해상도만큼 지연시키는 직렬 연결된 복수 개의 지연셀로 구성된다. 각 지연셀은 예를 들어 입력 신호를 30p 지연시켜 출력할 수 있으며 이 경우에 시간디지털변환기(550)는 30p 단위로 두 안테나로 수신된 신호의 도달시간차 (즉 TDC시작신호 및 TDC중단신호의 도달시간차)를 계산할 수 있다. The
도 13은 도 12의 시간디지털변환기(550)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the time-to-
도 13을 참조하면, TDC시작신호(TDC_start)는 제1 지연셀에 의하여 60p 지연하여 제1 시간(t1)에서 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1)를 출력한다. 제1 비교기는 제1 시간(t1)에서 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1) 및 TDC중단신호(TDC_stop)를 두 입력으로 하며, TDC중단신호(TDC_stop)의 상승 에지가 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1)의 상승 에지에 우선하지 않으므로, '0'을 출력한다(즉, Q1=0).Referring to FIG. 13, the TDC start signal (TDC_start) is delayed 60p by the first delay cell to output the first delayed TDC start signal (TDC_start_1) at the first time (t1). The first comparator has two inputs of the first delayed TDC start signal TDC_start_1 and the TDC stop signal TDC_stop at the first time t1 and the rising edge of the TDC stop signal TDC_stop is the first delayed TDC start signal (I.e., Q1 = 0) since it does not take precedence over the rising edge of the TDC_start_1.
같은 방식에 의하여, 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1)는 지연라인(551)의 두 번째 지연셀에 의해 30p 지연된다. 따라서, 두 번째 지연셀은 TDC시작신호(TDC_start)에 비해서 60p 지연된 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2)를 출력한다. 제2 비교기는 제2 시간(t2)에서 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2) 및 TDC중단신호(TDC_stop)를 두 입력으로 하며, TDC중단신호(TDC_stop)의 상승 에지가 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2)의 상승 에지에 우선하지 않으므로, '0'을 출력한다(즉, Q2=1).In the same manner, the first delayed TDC start signal TDC_start_1 is delayed by 30p by the second delay cell of the
같은 방식으로 제2 지연 TDC시작신호(TDC_start_2)는 지연라인(551)의 세 번째 지연셀에 의해 30p 지연된다. 따라서, 세 번째 지연셀은 TDC시작신호(TDC_start)에 비해서 90p 지연된 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3)를 출력한다. 제3 비교기는 제4 시간(t2)에서 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3) 및 TDC중단신호(TDC_stop)를 두 입력으로 하며, TDC중단신호(TDC_stop)의 상승 에지가 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3)의 상승 에지에 우선하므로, '1'을 출력한다(즉, Q3=0).In the same way, the second delay TDC start signal TDC_start_2 is delayed by 30p by the third delay cell of the
지연라인(551)의 세 번째 지연셀을 거친 결과의 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3)가 TDC중단신호를 앞서므로, 비교 블록(553)의 출력 비트는 '001'이 될 것이며 도달시간차(Δt)는 60~90p 의 값을 가질 것이다. 예컨대, 비교 블록(553)의 출력 비트가 '00001'이면, 도달시간차(Δt)는 120~150p 일 것이다. 즉, 비교 블록(453)의 출력 비트에서 '1'이 최상위비트에서 k번째에 나타난다면, 도달시간차(Δt)는 30*(k-1) ~ (30*k)p 일 것이다.
Since the third delayed TDC start signal TDC_start_3 resulting from the third delay cell of the
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 시간디지털변환기를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시 예의 시간디지털변환기(650)는 도 12를 참조하여 설명을 한 시간디지털변환기와 유사한 제1 시간디지털변환기(650a), 도 10을 참조하여 설명을 한 시간디지털변환기와 유사한 제2 시간디지털변환기(650b), 선택부(657), 가산기(659)를 포함한다.14 is a diagram for explaining a time digital converter in another embodiment of the present invention. The time
제1 시간디지털변환기(650a)는 도 12의 시간디지털변환기와 유사하게 TDC시작신호(TDC_start)에 연결되고 입력 신호를 소정시간 지연시켜 출력하는 복수 개의 직렬연결된 지연셀을 포함하는 지연라인(651), 지연라인(651)의 각 지연셀을 거진 TDC시작신호 및 지연라인을 거치지 않은 TDC중단신호(TDC_stop)를 두 입력으로 하는 비교기를 복수 개 포함하는 비교 블록(653a), 비교 블록(653a)의 출력단에 연결된 제1 인코더(655a)를 포함한다. The first time
제2 시간디지털변환기(650b)는 도 10의 시간디지털변환기와 유사하게 입력 신호를 소정시간 지연시켜 출력하는 복수 개의 직렬연결된 지연셀을 포함하는 제1 지연라인(651a), 입력 신호를 소정시간 지연시켜 출력하는 제2 지연라인(651b), 제1 지연라인(651a)의 지연셀 출력 및 제2 지연라인(651b)의 지연셀 출력을 두 입력으로 하는 비교기를 복수 개 포함하는 제2 비교 블록(653b), 제2 비교 블록(653b)에 연결된 제2 인코더(655b)를 포함한다. 제1 지연라인(651a)의 지연셀들은 제2 지연라인(651b)의 지연셀들과는 서로 다른 시간만큼 입력신호를 지연시켜 출력한다. 제2 시간디지털변환기(650a)의 제1 지연라인(651a)에는 TDC중단신호(TDC_stop)가 입력되고, 제2 지연라인(651b)에는 선택부(657)의 출력이 입력된다. The second time
제1 시간디지털변환기(650a) 및 제2 시간디지털변환기(650b)의 동작은 도 12 및 도 10을 참조하여 설명을 한 시간디지털변환기의 동작과 대동소이하므로 자세한 설명을 생략한다. 제1 시간디지털변환기(650a)는 지연라인(651)을 구성하는 지연셀의 지연 정도에 대응하는 해상도로 두 안테나를 통해 수신한 두 임펄스 신호의 도달시간차 즉, TDC시작신호 및 TDC중단신호의 도달시간차를 계산할 수 있다. 도면에 따르면 제1 시간디지털변환기(650a)는 60p의 해상도로 도달시간차를 측정할 수 있다. 한편, 제2 시간디지털변환기(650a)는 제1 지연라인(651a)의 지연셀의 지연과 제2 지연라인(651b)의 지연셀의 지연 간의 차에 해당하는 해상도로 두 임펄스 신호의 도달시간차 즉 TDC시작신호 및 TDC중단신호의 도달시간차를 계산할 수 있다. 도면에서는 제2 시간디지털변환기(650b)는 10p 단위로 도달시간차를 계산할 수 있다.The operations of the first time
선택부(657)는 제1 시간디지털변환기(650a)의 지연라인(651)을 구성하는 각 지연셀의 출력을 입력으로 받고, 제1 비교 블록(653a)의 출력을 선택신호로 받아 제1 비교 블록(653a)의 출력 비트에 따라서 지연라인(651)을 구성하는 각 지연셀의 출력들 중 어느 하나를 선택하여 제2 시간디지털변환기(650b)의 제2 지연라인(651b)에 제공한다. 예를 들어, 제1 비교 블록(653a)의 출력 비트(Qna)가 '1'인 경우, 선택부(657)는 출력 비트(Qna)에 대응하는 제n 지연 TDC시작신호(TDC_start_n)를 제2 시간디지털변환기(650a)의 제2 지연 라인(651b)에 제공한다.The
계속해서 도 14를 참조하면, 제1 인코더(655a)는 제1 비교 블록(653a)으로부터 출력 비트(Q1a~Qna)를 수신하고, 코오스 시간(△t_crs)을 계산한다. 제2 인코더(655b)는 제2 비교 블록(653b)으로 부터 출력 비트(Q1b~Qnb)를 수신하고, 파인 시간(△t_fn)을 계산한다. 여기서 코오스 시간(△t_crs)은 제1 시간디지털변환기(651a)의 지연라인(651)을 구성하는 지연셀의 지연정도에 대응하는 해상도로 예를 들어 60p 단위로 측정한 TDC시작신호 및 TDC중단신호 사이의 도달시간차를 가리킨다. 한편, 파인 시간(△t_fn)은 제2 시간디지털변환기(651b)의 제1 지연라인(651a)의 지연셀의 지연과 제2 지연라인(651b)의 지연셀의 지연 간의 차에 해당하는 해상도로 예를 들어 10p 단위로 측정한 TDC시작신호 및 TDC중단신호 사이의 도달시간차를 가리킨다.14, the
가산기(659)는 코오스 시간(△t_crs)에서 파인 시간(△t_fn)을 감산함으로써, 두 안테나를 통해 수신한 임펄스 신호 사이의 도달시간차(△t)를 정밀하게 정확하게 계산한다.
The
도 15는 도 14의 시간디지털변환기의 동작을 좀더 자세히 설명하기 위한 도면이다. 제3 시간(t3)에서, TDC중단신호(TDC_stop)가 논리 로우에서 논리 하이로 천이된다고 가정된다. 도 15를 참조하면, 초기 시간(t0)에서 제4 시간(t4) 사이의 시간 차는 60p 단위로 측정하고 제3 시간(t3)에서 제4 시간(t4) 사이의 시간 차는 10p 단위로 측정함으로써, 빠른 동작 속도 및 높은 정확도를 함께 보장할 수 있다.FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the time-digital converter of FIG. 14 in more detail. At the third time t3, it is assumed that the TDC stop signal TDC_stop transitions from a logic low to a logic high. 15, the time difference between the initial time t0 and the fourth time t4 is measured in units of 60p, and the time difference between the third time t3 and the fourth time t4 is measured in units of 10p, Fast operation speed and high accuracy can be guaranteed together.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시 예의 시간디지털변환기는, 60p 단위로 TDC시작신호(TDC_start)와 TDC중단신호(TDC_stop) 사이의 도달시간차를 측정하여 코오스 시간(△t_crs)을 계산한다.14 and 15, the time-to-digital converter of the present embodiment calculates the coarse time? T_crs by measuring the arrival time difference between the TDC start signal (TDC_start) and the TDC stop signal (TDC_stop) in units of 60p.
자세히 설명하면, TDC시작신호(TDC_start)는 지연라인(651)에 입력되어 직렬 연결된 지연셀들에 의하여 각각 60p 단위로 지연된다. 따라서, 제1, 2, 4 시간(t1, t2, t4)에서, 제1 지연 TCD시작신호(TDC_start_1) 내지 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3)는 TDC시작신호(TDC_start)에 비하여 각각 60p 내지 180p 만큼 지된다.In detail, the TDC start signal (TDC_start) is input to the
여기서, 제3 시간(t3)에서, TDC중단신호(TDC_stop)가 논리 로우에서 논리 하이로 천이되기 때문에, 제1 시간(t1) 및 제2 시간(t2)에서 TDC중단신호(TDC_stop)는 논리 로우의 논리 레벨을 갖는다. 따라서, 제1 시간디지털변환기(650a)의 비교 블록 (653a)의 제1 비교기 및 제2 비교기는 출력 비트(Q1a, Q2a)로써 각각 '0'을 출력한다. Here, at the third time t3, since the TDC stop signal TDC_stop transits from the logic low to the logic high, the TDC stop signal TDC_stop at the first time t1 and the second time t2 becomes logic low Lt; / RTI > Therefore, the first comparator and the second comparator of the
하지만, TDC중단신호(TDC_stop)는 제4 시간(t4)에서 논리 하이의 논리 레벨을 갖는다. 따라서, 제1 시간디지털변환기(650a)의 비교 블록 (653a)의 제3 비교기는 출력 비트(Q3a)로써 '1'을 출력한다.However, the TDC stop signal (TDC_stop) has a logic level of logic high at the fourth time (t4). Therefore, the third comparator of the
따라서, 제1 인코더(655a)에는 '001'의 출력 비트가 전달되고, 제1 인코더(655a)는 코오스 시간(△t_crs)으로 '180p'를 계산한다. Accordingly, the output bit of '001' is transmitted to the
한편, 제3 비교기는 출력 비트(Q3a)가 '1'이면, 선택부(657)는 는 출력 비트(Q3a)에 응답하여, 제3 비교기의 출력신호인 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3)를 제2 시간디지털변환기(650b)의 제2 지연라인(651b)에 제공한다. 한편, TDC중단신호(TDC_stop)는 지연셀을 거치지 않고 제2 시간디지털변환기(650b)의 제2 지연라인(651a)에 제공된다. 따라서, 제2 시간디지털변환기(650b)는 도 15에 도시된 바와 같이, TDC중단신호(TDC_stop)와 제3 지연 TDC시작신호(TDC_start_3) 사이의 시간 차를 10p 단위로 측정하며, 제2 인코더(655b)는 파인 시간(△t_fn)을 계산한다.On the other hand, in the third comparator, if the output bit Q3a is '1', the
가산기(659)는 코오스 시간(△t_crs)에서 파인 시간(△t_fn)을 감함으로써, 두 안테나를 통해 수신한 임펄스 신호 사이의 도달시간차(△t)를 정밀하게 정확하게 계산한다. The
도 14 및 도 15를 참조하여 설명된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 시간디지털변환기는 제1 시간디지털변환기(650a)를 이용하여 큰 단위(예를 들어, 60p)로 코오스 시간(△t_crs)을 측정하고, 제2 시간디지털변환기(650b)를 이용하여 작은 단위(예를 들어, 10p)로 파인 시간(△t_fn)을 측정함으로써, 두 안테나를 통해 수신한 임펄스 신호 사이의 도달시간차(△t)를 빠르고 정확하게 측정할 수 있다.
As described with reference to Figs. 14 and 15, the time-to-digital converter according to the present embodiment uses the first time
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 시간디지털변환기를 설명하기 위한 도면이다. 도 16을 참조하면, 본 실시 예에 따른 시간디지털변환기(750)는 제1 시간디지털변환기(750a), 제2 시간디지털변환기(750b), 선택부(757) 및 가산기(759)를 포함하여, 제1 시간디지털변환기(750a) 및 선택부(750)를 제외하고는 도 14를 참조하여 설명을 한 시간디지털변환기와 유사한 구성을 가진다. 즉, 본 실시 예서는 도 14의 제1 시간디지털변환기(650a)의 각 지연셀을 한 쌍의 지연셀로 분할하고 분할된 한 쌍의 지연셀 사이의 노드가 선택부에 연결되는 되도록 한다.16 is a view for explaining a time-digital converter according to another embodiment of the present invention. 16, a time-to-
이하에서는 도 14의 시간디지털변환기와의 차이점이 중점적으로 설명된다.Hereinafter, differences from the time-digital converter of FIG. 14 will be mainly described.
제1 시간디지털변환기(750a)는 복수의 지연셀이 직렬로 연결된 지연라인(751a), TDC중단신호(TDC_stop)를 일 입력으로 하고 지연라인(751a)의 각 지연셀 쌍 출력을 다른 입력으로 하는 비교기를 복수 개 포함하는 비교 블록(753a), 비교 블록(753a)의 출력에 연결된 제1 인코더(755a)를 포함한다. 도 14의 제1 시간디지털변환기의 지연라인(651)의 각 지연셀이 60p의 지연 시간을 가지는 것과 달리, 본 실시 예의 제1 시간디지털변환기(750a)의 지연라인(751)의 각 지연셀은 30p의 지연 시간을 갖는다. 또 본 실시 예의 지연라인(751)의 인접한 두 개의 지연셀들은 한 쌍을 이루어, 도 14의 지연라인(651)의 하나의 지연셀에 대응한다. 즉, 인접한 두 지연셀이 한 쌍을 이루고 각 지연셀 쌍의 출력이 비교기의 일 입력으로 제공된다. 본 실시 예의 제1 시간디지털변환기(750a)의 동작은 도 14의 제1 시간디지털변환기(650a)와 대동소이하므로 자세한 설명은 생략된다.The first time
제2 시간디지털변환기(750b)는 복수의 지연셀이 직렬로 연결된 제1 지연라인(751a) 및 복수의 지연셀이 직렬로 연결된 제2 지연라인(751b), 제1 지연라인(751a)의 지연셀 출력 및 제2 지연라인(751b)의 지연셀 출력을 두 입력으로 하는 비교기를 복수 개 포함하는 제2 비교 블록(753b), 제2 비교 블록(753b)에 연결된 제2 인코더(755b)를 포함한다. 제1 지연라인(751a)에는 TDC중단신호(TDC_stop)가 입력되고, 제2 지연라인(751b)에는 제1 시간디지털변환기(750a)의 지연라인(751)의 각 지연셀 쌍을 이루는 두 지연셀 사이의 중간 노드 출력이 선택부(757)를 통해서 선택적으로 제공된다. 즉, 도 14의 제2 시간디지털변환기(650b)에 비해서 30p 더 지연된 지연 TDC시작신호가 제2 지연 라인(751b)에 제공된다는 점을 제외하면, 도 14의 제2 시간디지털변환기(650b)의 구성 및 동작과 대동소이하다. 따라서, 제2 시간디지털변환기(750b)에 대한 설명은 이하 생략된다.The second time
선택부(757)는 복수의 스위치(SW1~SWn)로 구성된다. 선택부(757)의 스위치들(SW1~SWn)은 각각 대응하는 지연 TDC시작신호를 수신하며, 출력 비트(Q1a~Qna)의 값에 따라 제1 지연 TDC시작신호(TDC_start_1.5) 내지 제n 지연 TDC시작신호(TDC_start_n.5)가 중 어느 하나를 제2 시간디지털변환기(750b)의 제2 지연 라인(751b)에 제공한다.The
도 16의 선택부(757)는 도 14의 선택부(657)에 비하여 30p 더 지연된 지연 TDC 시작 신호를 수신하고, 선택된 지연 TDC시작신호를 제2 시간디지털변환기(750b)의 제2 지연 라인(751a)에 제공한다. The
상술한 바와 같이, 본 실시 예의 제1 시간디지털변환기(750a)의 지연셀들은 각각 30p의 지연 시간을 가지며, 인접한 두 개의 지연셀이 하나의 쌍으로써 TDC시작신호(TDC_start)를 60p 단위로 지연시킨다. 또한, 선택부(757)의 스위치들(SW1~SWn)은 각 지연셀쌍을 구성하는 두 지연셀 사이의 중간 노드에 연결된다.As described above, the delay cells of the first time
이러한, 본 실시 예의 시간디지털변환기는 제2 시간디지털변환기(750b)의 측정 범위를 확장시키는 효과가 있다. 즉 도 14의 시간디지털변환기에 비하여 넓은 측정 범위를 가짐으로써, 선형성을 보장할 수 있다.
The time-to-digital converter of this embodiment has the effect of extending the measurement range of the second time
이하에서는 위치측정대상까지의 거리 측정에 대해서 설명을 한다. 먼저, 시간디지털변환기를 이용한 거리측정에 대해서 설명을 하고 직접 표본화를 이용한 거리측정에 대해서 설명을 하기로 한다.
Hereinafter, the distance measurement to the position measurement object will be described. First, distance measurement using a time digital converter will be described, and distance measurement using direct sampling will be described.
거리 측정Distance measurement
시간디지털변환기를Time Digital Converter 이용한 거리 측정 Distance measurement used
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정부를 도시한다. 거리 측정부(1700)는 지연시간을 측정하는 시간디지털변환기(171) 및 도달시간차에 근거하여 거리를 계산하는 거리 계산부(173)를 포함할 수 있다. 이 시간디지털변환기(171)는 도 7의 도달거리차 측정부의 시간디지털변환기(151)와 동일한 구성을 나타낼 수 있다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 거리 측정부(170)의 시간디지털변환기(171)는 두 입력 신호가 기준 클록 신호(CLKREF)와 신호 생성부 출력 신호인 점에서, 두 신호 생성부의 출력 신호들을 두 입력으로 하는 도 7의 도달거리차 측정부의 시간디지털변환기(151)와 구별된다.17 shows a distance measuring unit according to an embodiment of the present invention. The
거리 측정용 시간디지털변환기(171)의 일 입력인 기준 클록 신호(CLKREF)는 TDC시작신호(TDC_start)로 사용되고 다른 입력인 신호 생성부(130a 또는 130b)의 출력 신호는 TDC중단신호(TDC_stop)로 사용된다. 기준 클록 신호(CLKREF)는 안테나가 수신한 신호의 송신 시점에 동기된 신호일 수 있다. 따라서 시간디지털변환기(171)는 기준 클록 신호(CLKREF)와 신호 생성부(130a 또는 130b)의 출력 신호 사이의 지연시간을 정확히 측정할 수 있다. 지연시간이 측정되면 이로부터 수학식 3 또는 수학식 4를 이용하여 측정대상까지의 거리를 측정할 수 있다.
The reference clock signal CLK REF which is one input of the time measurement
한편, 거리 측정부(1700)의 시간디지털변환기(171)는 도 10 내지 도 16을 참조하여 설명을 한 시간디지털변환기와 다르게 구성될 수 있는데, 이에 대해서는 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명을 한다.The time-to-
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 거리 측정부를 개략적으로 도시한다. 도 18을 참조하면, 거리 측정부(270)는 동기화기(271), 시간디지털변환기(273), 계수기(275), 연산기(277)를 포함한다. 동기화기(271)는 신호 생성부(130a 또는 130b)의 출력 신호(이하, 수신 클록 신호 CLKRS 라 칭함)를 전달받는다. 동기화기(271)는 또한 기준 클록 신호(CLKREF)를 제공받는다. 기준 클록 신호(CLKREF)와 수신 클록 신호(CLKRRS)는 지연시간(△T)만큼의 시간 차를 갖는다. 18 schematically shows a distance measuring unit according to another embodiment of the present invention. 18, the
동기화기(271)는 계수기(275) 및 시간디지털변환기(273)를 연동시키기 위하여 사용된다. 즉, 동기화기(271)는 기준 클록 신호(CLKREF)와 수신 클록 신호(CLKRRS)의 상승 에지에 응답하여, 계수기(275)를 제어하기 위한 신호(CNT_en) 및 시간디지털변환기(273)를 제어하기 위한 신호 TDC중단신호(TDC_stop)를 각각 출력한다. A
계수기(275)는 동기화기(271)로부터 계수기 활성화 신호(CNT_en)를 전달받는다. 계수기(275)는 계수기 활성화 신호(CNT_en)에 응답하여, 코오스 지연시간(△T_crs)을 측정한다. 즉, 계수기(275)는 지연시간(△T)을 빠르게 측정하기 위하여, 코오스 지연 시간(△T_crs)을 측정한다.The
시간디지털변환기(273)는 동기화기(271)로부터 TDC종료신호(TDC_stop)를, 신호 생성부(130a 또는 130b)로부터 TDC시작신호(TDC_start)를 전달받는다. 시간디지털변환기(273)는 TDC시작신호(TDC_start) 및 TDC종료신호(TDC_stop)에 응답하여, 파인 지연시간(△T_fn)을 측정한다. 즉, 시간디지털변환기(273)는 지연시간(△T)을 정밀하게 측정하기 위하여, 파인 지연시간(△T_fn)을 측정한다. 이 경우, 시간디지털변환기(273)와 계수기(275)는 각각 병렬적으로 동작을 수행할 수 있다.Time
연산기(277)는 계수기(275) 및 시간디지털변환기(273)로부터 각각 코오스 지연시간(△T_crs)와 파인 지연시간(△T_fn)을 전달받는다. 연산기(270)는 코오스 지연시간(△T_crs)에서 파인 지연시간(△T_fn)을 감산함으로써, 지연시간(△T)을 계산한다. The
연산기(277)는 지연시간(△T)을 이용하여, 거리(D) 계산할 수 있다. The
도 19는 도 18의 동기화기(271) 및 계수기(275)를 좀더 자세히 보여주는 블록도이다. 도 19를 참조하면, 동기화기(271)는 S-R 래치(2171) 및 복수의 직렬연결된 D-플립플롭(2713, 2715, 2717)을 포함한다.19 is a block diagram showing the
S-R 래치(2710)의 셋 단자(S)에는 기준 클록 신호(CLKREF)가 인가되고, 리셋 단자(R)에는 복수 플립플롭 라인의 마지막 플립플롭, 즉 도면에서는 D-플립플롭(2717)의 출력 신호가 인가된다. S-R 래치(2710)는 기준 클록 신호(CLKREF) 및 마지막 D-플립플롭(2717)의 출력 신호에 응답하여 계수기 활성화 신호(CNT_en)를 발생하고, 이를 계수기(275)에 제공한다.The reference clock signal CLK REF is applied to the set terminal S of the
제1 D-플립플롭(2713)의 입력 단자(D)에는 전원 전압(Vdd)이 인가되고, 클록 단자(CLK)에는 수신 클록 신호(CLKRS)가 인가된다. 제1 D-플립플롭(2713)의 출력 단자(Q)는 제2 D-플립플롭(2715)의 입력단자(D)에 연결된다.The power supply voltage Vdd is applied to the input terminal D of the first D-
제2 D-플립플롭(2715)의 입력 단자(D) 및 제3 D-플립플롭(2717)의 입력 단자(D)는 각각 제1 D-플립플롭(2713)의 출력 단자(Q) 및 제2 D-플립플롭(2715)의 출력 단자(Q)가 연결된다. 제2 D-플립플롭(2715) 및 제3 D-플립플롭(2717)의 클록 단자(CLK)에는 공통 클록 신호(CLK)가 제공된다. 여기서, 공통 클록 신호(CLK)는 수신 클록 신호(CLKrs) 및 기준 클록 신호(CLKREF)보다 높은 주파수를 갖는 클록 신호로서, 코오스 지연시간(△T_crs) 계산할 수 있도록 하기 위해서이다.The input terminal D of the second D-
계수기(275)는 계수기 활성화 신호(CNT_en) 및 공통 클록 신호(CLK)를 전달받는다. 계수기(275)는 카운터 활성화 신호(CNT_en)가 하이 레벨(H)인 동안 공통 클록 신호(CLK)를 셈으로써, 코오스 지연시간(△T_crs)을 계산한다. The
한편, 도 19에서 동기화기(271)는 S-R 래치(261)와 D-플립플롭들(2713, 2715, 2717)에 의하여 구현된다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 동기화기(271)는 다양한 로직 게이트들에 의하여 구현될 수 있으며, D-플립플롭의 개수도 다양하게 조정될 수 있다.19, the
도 20은 도 19의 동기화기(271) 및 계수기(275)의 동작을 자세히 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 20 및 도 21을 참조하여, 동기화기(271) 및 계수기(275)의 동작이 자세히 설명된다.FIG. 20 is a diagram for explaining operations of the
제1 시간(t1)에서, 기준 클록 신호(CLKREF)가 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이된다. 이 경우, S-R 래치(2710)는 논리 하이(H)의 기준 클록 신호(CLKREF)에 응답하여, 계수기 활성화 신호(CNT_en)를 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이시킨다. 계수기(275)는 논리 하이(H)의 계수기 활성화 신호(CNT_en)에 응답하여, 공통 클록 신호(CLK)의 개수 세기(counting)를 시작한다. 예를 들어, 계수기(275)는 공통 클록 신호(CLK)의 상승 에지의 개수를 셀 것이다.At a first time t1, the reference clock signal CLK REF transitions from a logic low L to a logic high H. In this case, the
제2 시간(t2)에서, 수신 클록 신호(CLKRS)가 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이된다. 이 경우, 제1 D-플립플롭(2713)의 클록 단자에는 논리 하이(H)의 수신 클록 신호(CLKRS)가 인가된다. 따라서, 제1 D-플립플롭(2713)은 전원전압(Vdd)을 출력하고, 이를 제2 D-플립플롭(2715)의 입력단자(D)에 제공한다. 제2 D-플립플롭(2715)은 전원전압(Vdd)을 공통 클록 신호(CLK)의 한 주기 동안 지연시키고, 이를 제3 D-플립플롭(2717)에 전달한다. 제3 D-플립플롭(2717)은 전원전압(Vdd)을 공통 클록 신호(CLK)의 한 주기 동안 지연시키고, 이를 S-R 래치(2710)의 리셋 단자(R)에 제공한다.At a second time t2, the received clock signal CLK RS transitions from a logic low L to a logic high H. In this case, the receiving clock signal CLK RS of logic high H is applied to the clock terminal of the first D-
제3 시간(t3)에서, 전원전압(Vdd)이 S-R 래치(2710)의 리셋 단자(R)에 제공된다. 즉, 논리 하이(H)의 신호가 S-R 래치(2710)의 리셋 단자(R)에 제공된다. 이 경우, S-R 래치(2710)는 계수기 활성화 신호(CNT_en)를 논리 하이(H)에서 논리 로우(L)로 천이시킨다. 계수기(275)는 논리 로우(L)의 활성화 신호에 응답하여, 공통 클록 신호(CLK)의 개수 세기를 종료한다.At the third time t3, the power supply voltage Vdd is provided to the reset terminal R of the
상술한 바와 같이, 계수기(275)는 제1 시간 내지 제3 시간(t1~t3) 동안 공통 클록 신호(CLK)의 개수 세기를 함으로써, 코오스 지연시간(△T_crs)을 측정할 수 있다. 이 경우, 공통 클록 신호(CLK)의 주기를 조정함으로써, 코오스 지연시간(△T_crs)의 계산 속도가 조정될 수 있다. As described above, the
한편, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 수신 클록 신호(CLKRS) 및 제3 D-플립플롭(2717)의 출력 신호는 각각 TDC시작신호(TDC_start) 및 TDC종료신호(TDC-stop)로 사용된다. 19 and 20, the output signals of the reception clock signal CLK RS and the third D flip-
수신 클록 신호(CLKRS)가 제2 시간(t2)에서 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이되기 때문에, TDC시작신호(TDC_start)는 제2 시간(t2)에서 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이된다. 또한, 제3 D-플립플롭(2710)의 출력 신호가 제3 시간(t3)에서 전원전압(Vdd)으로 변하기 때문에, TDC종료신호(TDC_stop)는 제3 시간(t3)에서 논리 로우(L)에서 논리 하이(H)로 천이된다. Receiving a clock signal (CLK RS) is because the transition to a logic high (H) at a logic low (L) at a second time (t2), TDC start signal (TDC_start) is logic low (L) at a second time (t2) To a logic high (H). Since the output signal of the third D flip-
따라서, 시간디지털변환기(273)는 TDC시작신호(TDC_start) 및 TDC종료신호(TDC_stop)에 응답하여, 파인 지연시간(△T_fn)을 측정할 수 있다. 연산기(277)는 코오스 지연시간(△T_crs)에서 파인 지연시간(△T_fn)을 감산함으로써, 지연 시간(△T)을 계산할 수 있다.
Therefore, the time-to-
직접 표본화를 통한 거리 측정Distance measurement by direct sampling
이하에서는 도 6을 참조하여 설명을 한 위치 측정 장치의 거리 측정에 대해서 설명을 한다. 본 실시 예의 거리 측정은 앞서 설명을 한 시간디지털변환기를 사용하는 대신에 직접 표본화를 통한 신호의 정밀한 복원에 기초한다.Hereinafter, the distance measurement of the position measuring apparatus described with reference to FIG. 6 will be described. The distance measurement of this embodiment is based on precise reconstruction of the signal through direct sampling instead of using the time digital converter described above.
본 발명의 일 실시 예에 거리 측정 블록은 임펄스 신호를 직접 표본화(direct sampling)할 수 있다. 직접 표본화는 입력되는 신호에 대해 어떠한 부가적인 변환 과정을 거치지않고 상기 입력되는 신호를 소정 간격에 따라 취해지는 값으로 나타내는 신호 처리 과정을 의미할 수 있다. 이는 예시적으로, 입력되는 신호의 주파수 상향 변환(up conversion) 또는 하향 변환(down conversion) 과정 없이 표본화가 수행되는 것을 의미할 수 있다. 또한, 입력되는 신호와 다른 신호와의 상관(correlation) 과정 없이 표본화가 수행되는 것을 의미할 수도 있다. In an embodiment of the present invention, the distance measurement block may directly sample the impulse signal. Direct sampling may refer to a signal processing process that indicates the input signal as a value taken at predetermined intervals without any additional conversion process on the input signal. This may illustratively mean that sampling is performed without frequency up conversion or down conversion of the input signal. Also, it may mean that the sampling is performed without correlation between the input signal and the other signal.
한편, 신호 처리 과정은 입력되는 임펄스 신호가 처리되는 과정의 관점에서 볼 때, 입력되는 신호의 아날로그-디지털 변환 과정으로 볼 수 있다. Meanwhile, the signal processing process can be regarded as an analog-to-digital conversion process of an input signal in view of the process of processing the input impulse signal.
아날로그-디지털 변환 장치는 연속적인 값을 표현하는 아날로그 형태의 신호를 이산적인 값을 표현하는 디지털 형태의 신호로 변환하는 장치를 의미한다. 최근 통신 시스템과 광 저장 장치 등의 동작 주파수가 빨라지면서 고속의 아날로그-디지털 변환 장치가 요구되고 있다. 특히, UWB 통신 네트워크와 같이 사용 주파수 대역이 수 GHz 대역에 이르는 경우, 이를 2배 이상 높은 주파수로 표본화하기 위해서는 고속의 아날로그-디지털 변환 기술이 필요하다. 본 발명의 발명자들은 이러한 고속의 아날로그-디지털 변환 기술이 필요하다는 점에 착안하여 입력되는 신호의 직접 표본화가 가능한 아날로그-디지털 변환 장치, 나아가 입력되는 신호의 직접 표본화가 가능한 UWB 신호 처리 기술을 발명하게 되었다. The analog-to-digital conversion device refers to a device for converting an analog type signal representing a continuous value into a digital type signal representing a discrete value. Recently, a high-speed analog-to-digital converter has been demanded as the operating frequency of communication systems and optical storage devices is increasing. In particular, when the frequency band used is several GHz, as in the UWB communication network, a high-speed analog-to-digital conversion technique is required to sample the frequency band more than twice as high. The inventors of the present invention invented an analog-to-digital conversion device capable of direct sampling of an input signal and a UWB signal processing technology capable of direct sampling of an input signal in consideration of the necessity of such a high-speed analog-to- .
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정부를 도시한다. 거리 측정 부(370)는 신호 복원부(371) 및 거리 계산부(373)를 포함한다. 신호 복원부(371)는 직접 표본화부(3710) 및 신호 처리부(3719)를 포함한다. 직접 표본화부(3710)는 표본화부(3711), 간격 조절부(3715) 및 양자화부(3717)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나 표본화부(3711)는 표본화 값을 저장하기 위한 저장부를 더 포함할 수 있다. FIG. 21 shows a distance measuring unit according to an embodiment of the present invention. The
표본화부(3711)는 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호를 제1 간격 단위로 표본화할 수 있다. 제1 간격은 예시적으로 50ps 일 수 있으며, 나이퀴스트율을 만족시키는 범위 내에서 정해질 수 있다. 간격 조절부(3715)는 표본화부(3711)에 의해 제1 간격 단위로 표본화된 값들의 간격을 제2 간격 단위로 변화시킬 수 있다. 제2 간격은 제1 간격보다 클 수 있다. 간격 조절부(3715)는 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호가 표본화부(3711)에 의해 표본화되고, 다음 IR-UWB 임펄스 신호가 입력되기 전 구간에서 동작할 수 있다. 양자화부(3717)는 제2 간격 단위로 변화된 표본화 값들을 양자화할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 양자화부(3717)를 통해 양자화된 값들은 부호화되어 디지털 신호로 변환될 수 있다. 신호 처리부(3719)는 디지털 변환된 신호를 입력받아 이를 처리할 수 있으며, 예시적으로 입력되는 신호를 원래의 신호로 복원할 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에 따른 직접 표본화부(3710)는 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 측면에서, 아날로그-디지털 변환 장치로 이해될 수 있다. The
표본화부(3711)는 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호를 제1 간격 단위로 표본화할 수 있다. 제1 간격은 예시적으로 50ps 일 수 있으며, 상술한 바와 같이 나이퀴스트율을 만족시키는 범위 내에서 정해질 수 있다. The
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 장치의 더욱 구체적인 구성이 도 22를 참조하여 설명될 것이다. 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부(371)의 회로를 나타낸 것이다. Hereinafter, a more specific configuration of the signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 22 shows a circuit of the
도 22를 참조하면, 표본화부(3711)는 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호를 입력 단자로 입력받는 복수의 표본화 스위치(3713) 및 기준 신호를 제1 간격 단위로 순차적으로 지연시켜 복수의 표본화 스위치 각각의 제어 단자로 출력하는 복수의 파인 지연 셀(fine delay cell, 3712)을 포함할 수 있다. 복수의 표본화 스위치(3713) 각각은 NMOS 트랜지스터일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 22, the
간격 조절부(3715)는 복수의 표본화 스위치(3713)의 출력 단자와 각각 입력 단자를 통해 연결되는 복수의 확장 스위치(3717) 및 기준 신호를 제2 간격 단위로 순차적으로 지연시켜 복수의 확장 스위치 각각의 제어 단자로 출력하는 복수의 코오스 지연 셀(coarse delay cell, 3716)을 포함할 수 있다. 복수의 확장 스위치(3717) 각각은 NMOS 트랜지스터일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. The
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표본화부(3711)는 표본화부(3711)의 출력값을 저장하는 저장부(3714)를 더 포함할 수 있다. 저장부(3714)는 커패시터로 구성될 수 있다. 또한, 저장부(3714)는 복수 개일 수 있으며, 표본화 스위치(3713) 각각의 출력 단자와 연결될 수 있다.In addition, the
양자화부(3717)는 복수의 비교기 및 직렬 저항을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 비교기는 OP-AMP 일 수 있다. The
상기 구성들의 동작에 대해 설명하면, 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호는 저잡음 증폭기를 통과하여 복수의 표본화 스위치(3713) 각각의 입력 단자로 입력될 것이다. 복수의 파인 지연 셀(3712)은 기준 신호를 입력받아 이를 순차적으로 지연시켜 복수의 표본화 스위치 각각의 제어 단자로 출력할 수 있으며, 상기 기준 신호는 예시적으로 500 kHz 신호일 수 있다. 파인 지연 셀 각각은 2n(n은 자연수)개의 반전기를 포함할 수 있으며, 반전기의 출력 신호의 시간 지연을 이용하여 입력되는 기준 신호를 소정 시간 지연시켜 출력할 수 있다. 예시적으로, 파인 지연 셀은 기준 신호를 50ps 지연시켜 출력할 수 있다. 파인 지연 셀의 구조에 대해서는 이하의 도 4에서 상세히 설명될 것이다. In operation, the IR-UWB impulse signal will be input to the input terminal of each of the plurality of
한편, 파인 지연 셀의 개수는 표본화 스위치의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 1ns의 펄스 폭을 갖는 IR-UWB 임펄스 신호를 아날로그-디지털 변환하는 과정에서 파인 지연 셀이 기준 신호를 50ps 단위로 지연시켜 출력한다면, 1ns의 펄스 폭을 갖는 IR-UWB 임펄스 신호를 50ps 단위로 표본화하기 위해서는 20개의 표본화 스위치가 필요하며, 따라서 파인 지연 셀은 20개가 사용될 수 있을 것이다. On the other hand, the number of fine delay cells may be equal to the number of sampling switches. For example, in the analog-to-digital conversion of an IR-UWB impulse signal having a pulse width of 1 ns, if the fine delay cell outputs a reference signal delayed by 50 ps, an IR-UWB impulse signal having a pulse width of 1 ns Twenty sampling switches are needed to sample in 50ps, so twenty fine delay cells can be used.
복수의 표본화 스위치(3713) 각각의 제어 단자에 순차적으로 신호가 입력됨에 따라 각각의 표본화 스위치가 순차적으로 도통(on) 될 것이다. 표본화 스위치의 도통에 따른 전류는 출력 단자와 연결된 저장부(3714)로 흐르며, 저장부(3714)는 소정 크기의 전압 값을 형성할 것이다. 복수의 확장 스위치(3717) 각각의 제어 단자로 신호가 입력되기 전까지 저장부(3714)는 상기 전압 값을 저장한 상태를 유지할 수 있다. As the signals are sequentially input to the control terminals of each of the plurality of
표본화 스위치(3713)가 모두 도통되어 각각의 저장부(3714)에 소정 크기의 전압 값이 형성되면 복수의 코오스 지연 셀(3715)로 기준 신호가 입력될 수 있다. 코오스 지연 셀은 기준 신호를 입력받아 이를 순차적으로 지연시켜 복수의 확장 스위치 각각의 제어 단자로 출력할 수 있으며, 상기 기준 신호는 예시적으로 500 kHz 신호일 수 있다. 코오스 지연 셀은 2n(n은 자연수)개의 반전기를 포함할 수 있으며, 반전기의 출력 신호의 시간 지연을 이용하여 입력되는 기준 신호를 소정 시간 지연시켜 출력할 수 있다. 예시적으로, 코오스 지연 셀은 기준 신호를 20ns 지연시켜 출력할 수 있다. 코오스 지연 셀의 구조에 대해서는 이하의 도 5에서 상세히 설명될 것이다. The reference signal may be input to the plurality of
복수의 확장 스위치(3717) 각각의 제어 단자에 순차적으로 신호가 입력됨에 따라 각각의 확장 스위치가 순차적으로 도통(on) 될 것이다. 확장 스위치의 도통에 대응하여 확장 스위치 각각의 출력 단자에 형성되는 전압은 상기 출력 단자와 연결된 상기 비교기의 반전 단자로 입력될 것이다. As the signals are sequentially input to the control terminals of each of the plurality of
양자화부(3717)는 기준 전압과 직렬 저항 망을 이용하여 양자화 레벨에 대응한 전압을 비교기의 비반전 단자로 발생시키고, 이를 비교기의 반전 단자의 입력 전압과 비교하여 양자화 값을 출력할 것이다. 한편, 이와 반대로 양자화 레벨에 대응한 전압을 비교기의 반전 단자로 발생시키고, 입력 전압을 비교기의 반전 단자로 인가하여 양자를 비교할 수 있다. The
즉, 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호는 복수의 파인 지연 셀(3712)로부터 50ps 단위로 순차적으로 제어 단자로 신호를 입력받는 복수의 표본화 스위치(3713)에 의해 50ps 단위로 표본화되며, 표본화 값들은 저장부(ex. 커패시터)에 저장될 것이다. 이후, 복수의 코오스 지연 셀(3715)로부터 20ns 단위로 순차적으로 제어 단자로 신호를 입력받는 복수의 확장 스위치(3717)가 순차적으로 도통됨에 따라 표본화 값들은 20ns 단위로 표본화 값들의 간격이 확장되어 양자화부(3717)로 전달될 것이다. That is, the input IR-UWB impulse signal is sampled in units of 50 ps by a plurality of
도 23 및 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 파인 지연 셀 및 코오스 지연 셀의 구조를 나타낸 것이다. 23 and 24 show the structure of a fine delay cell and a coarse delay cell according to an embodiment of the present invention.
도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 파인 지연 셀 및 코오스 지연 셀은 2n(n은 자연수)개의 반전기를 포함할 수 있다. 반전기는 입력되는 신호를 소정 시간 지연시키고, 또한 반전시켜 출력할 수 있다. 반전기가 2n(n은 자연수) 연결되어 동작함으로써, 버퍼(buffer)로서 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 파인 지연 셀이 입력되는 신호를 50ns 단위로 지연시켜 출력시키도록 하기 위해서, 하나의 반전기에 입력되는 신호가 출력되는 데 걸리는 시간을 측정하여 필요한 개수만큼의 반전기를 사용하여 버퍼를 구성할 수 있다. Referring to FIGS. 23 and 24, the fine delay cell and the coarse delay cell according to an embodiment of the present invention may include 2n (n is a natural number) inverters. The inverter can delay the input signal by a predetermined time, and output the inverted signal. And the invertor is connected with 2n (n is a natural number) so that it can function as a buffer. For example, in order to delay the input signal of the fine delay cell by 50 ns and output it, it is necessary to measure the time taken for outputting the signal inputted to one inverting unit, can do.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파인 지연 셀 및 코오스 지연 셀은 각각 논리 게이트를 포함할 수 있다. 논리 게이트는 예시적으로 XOR 게이트로 구현될 수 있다. 논리 게이트는 2n(n은 자연수)개의 반전기로 구성되는 버퍼의 입력신호 및 출력신호를 입력받아, 소정의 펄스 폭을 갖는 신호를 출력할 것이다. In addition, the fine delay cell and the coarse delay cell according to an embodiment of the present invention may each include a logic gate. The logic gate may be illustratively implemented as an XOR gate. The logic gate receives an input signal and an output signal of a buffer composed of 2n (n is a natural number) inverters and outputs a signal having a predetermined pulse width.
도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부의 회로를 등가적으로 도시한 것이다. 도 25를 참조하면, 표본화부(3711)는 저장부(3714)를 포함하여 구성될 수 있다. 표본화부(3711)는 소정 간격 단위로 단락되는 스위치(S1~S90)로써 동작할 수 있다. 표본화부(3711)의 소정 간격은 예시적으로 50ps 일 수 있다. 즉, 50ps 단위로 스위치가 단락됨으로써, 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호는 50ps 단위로 표본화되어 저장부(3714)에 저장될 수 있다. 25 is an equivalent circuit diagram of a signal restoring unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 25, the
간격 조절부(3715)는 소정 간격 단위로 단락되는 스위치(E1~E90)로써 동작할 수 있다. 간격 조절부(3715)의 소정 간격은 예시적으로 20ns 일 수 있다. 20ns 단위로 스위치(E1~E90)가 단락됨으로써, 저장부(3714)에 저장되어 있는 표본화 값들의 간격은 50ps 에서 20ns 단위로 확장되어 양자화부(3717)로 전달될 수 있다. The
도 26은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부 각 구성들에 의해 신호가 처리되는 과정을 나타낸 것이다. FIG. 26 shows a process of processing a signal by each configuration of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention.
도 26에 도시된 바와 같이, 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호는 저잡음 증폭기를 통과하여 표본화부로 입력될 수 있다. 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호의 펄스 폭은 예시적으로 1ns 일 수 있다. 상술한 바와 같이, 표본화부는 입력되는 상기 임펄스 신호를 예시적으로 50ps 단위로 표본화할 수 있다. 이 경우, 20개의 표본화 값들이 취해질 것이며, 표본화 값들의 전체 간격은 1ns로 입력된 임펄스 신호의 펄스 폭과 같을 것이다. As shown in FIG. 26, the input IR-UWB impulse signal may be input to the sampling unit through the low-noise amplifier. The pulse width of the incoming IR-UWB impulse signal may be illustratively 1 ns. As described above, the sampling unit may exemplarily sample the input impulse signal in units of 50 ps. In this case, 20 sampling values will be taken and the total spacing of the sampled values will be equal to the pulse width of the impulse signal input at 1 ns.
다음으로, 표본화 값들은 간격 조절부에 의해 20ns 단위로 확장될 수 있다. 간격 조절부에 의해 확장된 표본화 값들의 전체 간격은 400ns 가 될 것이다. 20개의 표본화 값들이 20ns 단위로 확장되기 때문이다. 한편, 상술한 바와 같이, 간격 조절부는 입력되는 IR-UWB 임펄스 신호가 표본화되고, 다음 IR-UWB 임펄스 신호가 입력되기 전 구간에서 표본화 값들의 간격을 확장시킬 것이다. 상기 구간은 예시적으로 2μs 일 수 있다. 확장된 표본화 값들은 양자화부로 입력되어 양자화될 것이다. Next, the sampled values can be extended in units of 20 ns by the interval adjusting unit. The total spacing of the sampled values extended by the spacing controller would be 400 ns. This is because 20 sampling values are extended in units of 20 ns. On the other hand, as described above, the interval adjusting unit will expand the interval of the sampling values in the interval before the input IR-UWB impulse signal is sampled and before the next IR-UWB impulse signal is input. The interval may be, for example, 2 microseconds. The expanded sampled values will be input to the quantization unit and quantized.
도 27은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부의 표본화부의 신호 처리 과정을 더욱 상세하게 나타낸 것이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 예시적으로 1ns의 펄스 폭을 갖는 IR-UWB 임펄스 신호는 50ps 단위로 표본화될 수 있다. FIG. 27 shows a signal processing process of the sampling unit of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention in more detail. As shown in FIG. 27, an IR-UWB impulse signal having a pulse width of 1 ns as an example can be sampled in units of 50 ps.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부의 간격 조절부의 신호 처리 과정을 더욱 상세하게 나타낸 것이다. 도 28에 도시된 바와 같이, 50ps 단위로 표본화된 표본화 값들의 간격은 20ns 단위로 확장될 것이다. 28 illustrates a signal processing process of the interval adjusting unit of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention in more detail. As shown in FIG. 28, the interval of the sampled values sampled in units of 50 ps will be extended in units of 20 ns.
도 29 내지 도 34는 본 발명의 일 실시 예에 따른 IR-UWB 신호 복원 과정의 결과를 나타낸 그래프이다. 이하의 도 29 내지 도 34의 신호 처리 과정은 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이다. 29 to 34 are graphs showing the results of the IR-UWB signal restoration process according to an embodiment of the present invention. It should be understood that the signal processing processes of Figs. 29 to 34 below are illustrative.
도 29를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 복원부의 신호 처리 과정의 결과를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 29, the result of the signal processing of the signal restoring unit according to an embodiment of the present invention can be confirmed.
도 30 및 도 31은, 지연(delay)이 없는 경우 입력되는 신호의 처리 과정을 나타낸 것이며, 도 32 및 도 33은, 지연(delay)이 있는 경우 입력되는 신호의 처리 과정을 나타낸 것이다. 지연이 있는 경우는 예시적으로 신호가 수신되는 과정에서 장애물 등에 의한 신호의 수신 지연으로 이해될 수 있을 것이다. FIGS. 30 and 31 illustrate a process of inputting a signal when there is no delay, and FIGS. 32 and 33 show a process of inputting a signal when there is a delay. In the case where there is a delay, it may be understood as a delay in receiving a signal due to an obstacle or the like in the process of receiving a signal illustratively.
구체적으로, 도 30은 지연이 없는 경우 입력되는 신호를 제1 간격 단위로 표본화하고 표본화 값들의 간격을 제1 간격보다 큰 제2 간격 단위로 확장시킨 결과를 나타낸다. 도 31은 제2 간격 단위로 확장된 표본화 값들을 양자화한 결과를 나타낸다. More specifically, FIG. 30 shows a result obtained by sampling the input signal in the first interval and delaying the interval of the sampled values by a second interval larger than the first interval when there is no delay. 31 shows a result of quantizing the sampling values extended in the second interval unit.
도 32는 지연이 있는 경우, 예시적으로 20ps의 지연이 있는 경우 입력되는 신호를 제1 간격 단위로 표본화하고 표본화 값들의 간격을 제1 간격보다 큰 제2 간격 단위로 확장시킨 결과를 나타낸다. 도 33은 제2 간격 단위로 확장된 표본화 값들을 양자화한 결과를 나타낸다. FIG. 32 shows a result obtained by sampling an input signal in a first interval and expanding the interval of sampling values by a second interval larger than the first interval when there is a delay, for example, when there is a delay of 20 ps. FIG. 33 shows a result obtained by quantizing the sampling values expanded in the second interval unit.
도 34는 지연이 있는 경우 및 지연이 없는 경우에, 제2 간격 단위로 확장된 표본화 값들의 표본화 결과를 나타낸다. 도 34를 참조하면, 20ps의 지연이 있는 경우, 해당 지연 시간만큼의 표본화 값들의 변화가 발생한다. 파란색으로 표시된 그래프는 20ps의 지연이 있는 경우이며, 빨간색으로 표시된 그래프는 지연이 없는 경우를 나타낸다.
FIG. 34 shows a sampling result of the extended sampling values in units of a second interval when there is a delay and when there is no delay. Referring to FIG. 34, when there is a delay of 20 ps, there occurs a change in sampling values corresponding to the delay time. The graph in blue is for a delay of 20 ps and the graph in red for no delay.
실시 예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms without departing from the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
Claims (18)
상기 제1 안테나를 통해 수신한 제1 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신한 제2 신호 간의 도달시간차를 측정하는 시간디지털 변환기를 포함하는 도달각 측정 장치로,
상기 도달각 측정 장치는 상기 수신부 및 상기 시간디지털변환기 사이에 연결되어 상기 제1 신호로부터 상기 시간디지털변환기의 제1 입력으로 되는 상승 또는 하강 에지를 갖는 제1 TDC신호를 생성하고 상기 제2 신호로부터 상기 시간디지털변환기의 제2 입력으로 되는 상승 또는 하강 에지를 갖는 제2 TDC신호를 생성하는 신호 생성부를 더 포함하고,
상기 신호 생성부는:
대응하는 안테나에서 수신한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기;
상기 저잡음 증폭기에 연결되고 상기 저잡음 증폭기의 피크점을 검출하는 포락선 검출기;
상기 포락선 검출기에 연결되어 상기 포락선 검출기 출력 신호와 기준 레벨 신호를 비교하는 비교기; 그리고,
상기 비교기 출력으로부터 상승 또는 하강 에지를 갖는 TDC신호를 생성하는 플립플롭을 포함하는 도달각 측정 장치.A receiving unit including at least a first antenna and a second antenna; And,
And a time-digital converter for measuring an arrival time difference between a first signal received through the first antenna and a second signal received through the second antenna,
The attenuation angle measuring device is connected between the receiver and the time digital converter to generate a first TDC signal having a rising or falling edge from the first signal to a first input of the time digital converter, And a signal generator for generating a second TDC signal having a rising or falling edge as a second input of the time digital converter,
Wherein the signal generator comprises:
A low noise amplifier for amplifying a signal received at a corresponding antenna;
An envelope detector coupled to the low noise amplifier and detecting a peak point of the low noise amplifier;
A comparator coupled to the envelope detector for comparing the envelope detector output signal with a reference level signal; And,
And a flip-flop for generating a TDC signal having a rising or falling edge from the comparator output.
상기 안테나가 수신하는 신호는 임펄스 신호이고 상기 신호 생성부가 상기 임펄스 신호로부터 생성하는 신호는 클록 신호인 도달각 측정 장치.The method of claim 3,
Wherein the signal received by the antenna is an impulse signal and the signal generated by the signal generator from the impulse signal is a clock signal.
상기 제1 안테나를 통해 수신한 제1 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신한 제2 신호 간의 도달시간차를 측정하는 제1 시간디지털 변환기를 포함하여, 상기 도달시간차를 계산하는 도달시간차 계산 블록;
상기 수신부 및 상기 시간디지털 변환기 사이에 연결되어, 상기 제1 신호로부터 상기 시간디지털 변환기의 제1 입력으로 되는 상승 또는 하강 에지를 갖는 제1 TDC 신호를 생성하고, 상기 제2 신호로부터 상기 시간디지털 변환기의 제2 입력으로 되는 상승 또는 하강 에지를 갖는 제2 TDC 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
상기 제1 안테나 및/또는 상기 제2 안테나까지의 거리를 측정하는 거리 측정부를 포함하며,
상기 신호 생성부는:
대응하는 안테나에서 수신한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기;
상기 저잡음 증폭기에 연결되고 상기 저잡음 증폭기의 피크점을 검출하는 포락선 검출기;
상기 포락선 검출기에 연결되어 상기 포락선 검출기 출력 신호와 기준 레벨 신호를 비교하는 비교기; 그리고,
상기 비교기 출력으로부터 상승 또는 하강 에지를 갖는 TDC 신호를 생성하는 플립플롭을 포함하며,
상기 도달시간차로부터 계산된 도달각, 및 상기 제1 안테나 및/또는 상기 제2 안테나와의 거리로부터 측정대상의 위치가 계산되는 위치 측정 장치.A receiving unit including at least a first antenna and a second antenna;
A first time digital converter for measuring a time difference of arrival between a first signal received through the first antenna and a second signal received through the second antenna, the arrival time difference calculation block calculating the arrival time difference;
Digital converter to generate a first TDC signal having a rising or falling edge as a first input of the time-digital converter from the first signal and generating a first TDC signal from the second signal, A signal generator for generating a second TDC signal having a rising or falling edge as a second input of the first TDC signal; And
And a distance measuring unit for measuring a distance to the first antenna and / or the second antenna,
Wherein the signal generator comprises:
A low noise amplifier for amplifying a signal received at a corresponding antenna;
An envelope detector coupled to the low noise amplifier and detecting a peak point of the low noise amplifier;
A comparator coupled to the envelope detector for comparing the envelope detector output signal with a reference level signal; And,
And a flip-flop for generating a TDC signal having a rising or falling edge from the comparator output,
And the position of the measurement object is calculated from the arrival angle calculated from the arrival time difference and the distance from the first antenna and / or the second antenna.
상기 거리 측정부는 상기 제1 TDC 신호 및 기준 클록 신호 또는 상기 제2 TDC 신호 및 기준 클록 신호를 두 입력으로 하는 제2 시간디지털 변환기를 포함하는 위치 측정 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the distance measuring unit includes a second time digital converter having two inputs of the first TDC signal and the reference clock signal or the second TDC signal and the reference clock signal.
상기 거리 측정부는:
상기 제1 TDC 신호 및 기준 레벨 신호를 입력으로 하는 제2 시간디지털 변환기; 및
상기 제2 TDC 신호 및 기준 레벨 신호를 입력으로 하는 제3 시간디지털 변환기를 포함하는 위치 측정 장치.6. The method of claim 5,
The distance measuring unit includes:
A second time-digital converter receiving the first TDC signal and the reference level signal as inputs; And
And a third time-digital converter receiving the second TDC signal and the reference level signal as input.
상기 제1 안테나를 통해 수신한 제1 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신한 제2 신호 간의 도달시간차를 계산하는 도달시간차 계산 블록; 그리고,
상기 제1 안테나 및/또는 상기 제2 안테나까지의 거리를 측정하는 거리 측정부를 포함하는 위치 측정 장치로,
상기 도달시간차 계산 블록은 상기 제1 신호에서 생성된 제1 TDC 신호 및 상기 제2 신호에서 생성된 제2 TDC 신호를 입력으로 하는 제1 시간디지털변환기를 포함하며,
상기 거리 측정부는 상기 제1 안테나 또는 상기 제2 안테나에 연결되어 수신한 신호를 복원하는 신호 복원부를 포함하는 위치 측정 장치.A receiving unit including at least a first antenna and a second antenna;
An arrival time difference calculation block for calculating an arrival time difference between a first signal received through the first antenna and a second signal received through the second antenna; And,
And a distance measuring unit for measuring a distance to the first antenna and / or the second antenna,
Wherein the arrival time difference calculation block includes a first time digital converter that receives as input the first TDC signal generated from the first signal and the second TDC signal generated from the second signal,
And the distance measuring unit includes a signal restoring unit connected to the first antenna or the second antenna and restoring the received signal.
상기 신호 복원부는:
상기 안테나가 수신한 신호를 제1 간격 단위로 표본화하고, 상기 표본화한 값들의 간격을 상기 제1 간격보다 큰 제2 간격 단위로 변화시켜 양자화하는 위치 측정 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the signal restoring unit comprises:
Sampling the signals received by the antenna in units of a first interval, and quantizing the sampled values by changing intervals of the sampled values in units of a second interval larger than the first interval.
상기 도달시간차 계산 블록 및 상기 거리 측정부에 연결되어 위치를 계산하는 위치 계산부를 더 포함하는 위치 측정 장치.11. The method according to any one of claims 5 to 9,
And a position calculation unit connected to the arrival time difference calculation block and the distance measurement unit to calculate a position.
증폭된 두 신호의 포락선을 검출하고;
두 신호의 포락선과 기준 레벨 신호를 비교하고;
비교 결과로부터 에지를 갖는 TDC 시작신호 및 TDC 중지신호를 생성하고;
상기 TDC 시작신호 및 상기 TDC 중지신호를 시간디지털 변환기의 입력으로 제공하여 상기 두 안테나에서 수신한 두 신호의 도달시간차를 계산하고;
상기 도달시간차로부터 상기 두 안테나 사이의 도달거리차를 구하고; 그리고
상기 도달거리차 및 상기 두 안테나 사이의 거리로부터 도달각을 구함을 포함하는 도달각 측정 방법.Amplify the two signals received from the two antennas;
Detecting an envelope of the amplified two signals;
Compare the envelope of the two signals with the reference level signal;
Generating a TDC start signal and a TDC stop signal having edges from the comparison result;
Providing the TDC start signal and the TDC stop signal as inputs to a time digital converter to calculate an arrival time difference of two signals received at the two antennas;
Obtaining a difference in arrival distance between the two antennas from the arrival time difference; And
And obtaining an arrival angle from the distance difference and the distance between the two antennas.
상기 두 안테나 중에서 먼저 신호를 수신한 안테나의 수신 신호를 TDC시작신호로 나중에 신호를 수신한 안테나의 수신 신호를 TDC중단신호로 상기 시간디지털변환기에 제공하는 도달각 측정 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the reception signal of the antenna which received the signal first among the two antennas is the TDC start signal, and the reception signal of the antenna which received the signal later is provided to the time-digital converter as the TDC stop signal.
증폭된 두 신호의 포락선을 검출하고;
두 신호의 포락선과 기준 레벨 신호를 비교하고;
비교 결과로부터 에지를 갖는 TDC 시작신호 및 TDC 중지신호를 생성하고;
상기 TDC 시작신호 및 상기 TDC 중지신호를 제1 시간디지털 변환기의 입력으로 제공하여 상기 두 안테나에서 수신한 두 신호의 도달시간차를 계산하고;
상기 안테나가 수신한 신호로부터 측정대상까지의 거리를 측정하고; 그리고
상기 도달시간차로부터 상기 두 안테나 사이의 도달거리차를 구하고, 상기 도달거리차 및 상기 두 안테나 사이의 거리로부터 도달각을 계산하고, 상기 도달각 및 상기 측정대상까지의 거리로부터 상기 측정대상의 위치를 계산함을 포함하는 위치 측정 방법.Amplify the two signals received from the two antennas;
Detecting an envelope of the amplified two signals;
Compare the envelope of the two signals with the reference level signal;
Generating a TDC start signal and a TDC stop signal having edges from the comparison result;
Providing the TDC start signal and the TDC stop signal as inputs to a first time digital converter to calculate an arrival time difference of two signals received at the two antennas;
Measuring a distance from the signal received by the antenna to a measurement object; And
Calculating an arrival angle from the arrival distance difference and a distance between the two antennas, calculating a position of the measurement target from the arrival angle and the distance to the measurement target, ≪ / RTI >
상기 두 안테나 중에서 먼저 신호를 수신한 안테나의 수신 신호를 TDC시작신호로 나중에 신호를 수신한 안테나의 수신 신호를 TDC중단신호로 상기 제1 시간디지털변환기에 제공하는 위치 측정 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the first TDC signal is a TDC start signal, and the second TDC signal is a TDC stop signal.
상기 안테나가 수신한 신호로부터 측정대상까지의 거리를 측정함은:
상기 안테나가 수신한 신호의 지연시간을 측정하고: 그리고
상기 지연시간을 사용하여 상기 측정대상까지의 거리를 계산함을 포함하는 위치 측정 방법.15. The method of claim 14,
The distance from the signal received by the antenna to the measurement object is measured by:
Measuring the delay time of the signal received by the antenna; and
And calculating the distance to the measurement object using the delay time.
상기 안테나가 수신한 신호의 지연시간을 측정함은:
기준 클록 신호를 제2 시간디지털변환기의 TDC시작신호로 제공하고;
상기 안테나가 수신한 신호를 제2 시간디지털변환기의 TDC중단신호로 제공함을 포함하고,
상기 지연시간은 상기 기준 클록 신호와 상기 안테나가 수신한 신호 사이의 지연시간인 위치 측정 방법.17. The method of claim 16,
The delay time of the signal received by the antenna is measured by:
Providing a reference clock signal to a TDC start signal of a second time digital converter;
Providing a signal received by the antenna as a TDC stop signal of a second time digital converter,
Wherein the delay time is a delay time between the reference clock signal and a signal received by the antenna.
상기 안테나가 수신한 신호로부터 측정대상까지의 거리를 측정하고; 그리고,
상기 도달시간차로부터 계산된 도달각 및 상기 거리로부터 상기 측정대상의 위치를 계산함을 포함하는 위치 측정 방법으로,
상기 안테나가 수신한 신호로부터 측정대상까지의 거리를 측정하는 단계는:
상기 안테나가 수신한 신호를 직접 표본화를 통해 복원하고; 그리고
상기 복원한 신호를 사용하여 거리를 계산함을 포함하는 위치 측정 방법.Providing the two signals received from the two antennas as inputs to the first time digital converter to calculate an arrival time difference of the two signals received from the two antennas;
Measuring a distance from the signal received by the antenna to a measurement object; And,
Calculating a position of the measurement object from the arrival angle and the distance calculated from the arrival time difference,
Wherein measuring the distance from the signal received by the antenna to the measurement object comprises:
Recovering a signal received by the antenna through direct sampling; And
And calculating a distance using the recovered signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120032526A KR101397548B1 (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Location positioning apparatus and location positioning method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120032526A KR101397548B1 (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Location positioning apparatus and location positioning method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130110503A KR20130110503A (en) | 2013-10-10 |
KR101397548B1 true KR101397548B1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=49632303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120032526A KR101397548B1 (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Location positioning apparatus and location positioning method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101397548B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021201665A1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-10-07 | 엘지전자 주식회사 | Method and apparatus for performing das-based positioning |
EP4178108A1 (en) * | 2021-11-04 | 2023-05-10 | Qorvo Us, Inc. | Group delay determination in a communication circuit |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101404085B1 (en) * | 2013-12-16 | 2014-06-11 | 연세대학교 산학협력단 | Wireless communicatino device, apparatus and method for measuring distance employing the same |
KR101981038B1 (en) * | 2017-08-21 | 2019-05-22 | 주식회사 유진로봇 | Distance Measuring Apparatus, Signal Discriminator, and Moving Object |
KR102568181B1 (en) | 2018-01-15 | 2023-08-18 | 삼성전자주식회사 | Antenna for detecting position of an external electronic device and wearable electronic device |
KR102424666B1 (en) * | 2020-11-26 | 2022-07-25 | 현대모비스 주식회사 | Lidar system with error correction function and error correction method therof |
US11714178B1 (en) | 2022-07-22 | 2023-08-01 | United Arab Emirates University | Method of aligning a first alignable element with a second alignable element and a system implementing the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003529228A (en) * | 1997-01-16 | 2003-09-30 | ケイエスアイ インコーポレイテッド | Robust and efficient position measurement system |
JP2004257968A (en) | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring instrument for measuring position of movable body |
US20090009384A1 (en) | 2006-01-17 | 2009-01-08 | Fujitsu Limited | Radar Device and Processing Method of the Same |
JP2012032229A (en) | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Panasonic Corp | Radar device |
-
2012
- 2012-03-29 KR KR1020120032526A patent/KR101397548B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003529228A (en) * | 1997-01-16 | 2003-09-30 | ケイエスアイ インコーポレイテッド | Robust and efficient position measurement system |
JP2004257968A (en) | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring instrument for measuring position of movable body |
US20090009384A1 (en) | 2006-01-17 | 2009-01-08 | Fujitsu Limited | Radar Device and Processing Method of the Same |
JP2012032229A (en) | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Panasonic Corp | Radar device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021201665A1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-10-07 | 엘지전자 주식회사 | Method and apparatus for performing das-based positioning |
EP4178108A1 (en) * | 2021-11-04 | 2023-05-10 | Qorvo Us, Inc. | Group delay determination in a communication circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130110503A (en) | 2013-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101397548B1 (en) | Location positioning apparatus and location positioning method | |
Shen et al. | Time of arrival estimation for range-based localization in UWB sensor networks | |
KR101358902B1 (en) | Data communication, Distance measuring and Location tracking using TDC-Multi Pulse Position Modulation | |
KR101269556B1 (en) | Distance detecting radar using time-digital convertor | |
US8872692B2 (en) | Distance measuring device and receiving devices thereof | |
US8948311B2 (en) | Receiver and method for determining a time measure depending on a time of arrival of a pulse signal | |
KR20110068111A (en) | Apparatus and method for detecting an impulse signal and impulse train | |
Wang et al. | Error analysis and experimental study on indoor UWB TDoA localization with reference tag | |
Zou et al. | Energy detection receiver with TOA estimation enabling positioning in passive UWB-RFID system | |
JP4750660B2 (en) | Receiving device, positioning system, and positioning method | |
Neirynck et al. | Characterisation of the NLOS Performance of an IEEE 802.15. 4a Receiver | |
KR101183164B1 (en) | Distance detecting system and receiving device of distance detecting system | |
Sark et al. | Modified equivalent time sampling for improving precision of time-of-flight based localization | |
KR101404085B1 (en) | Wireless communicatino device, apparatus and method for measuring distance employing the same | |
Sudalaiyandi et al. | Continuous-time high-precision ir-uwb ranging-system in 90 nm cmos | |
Law | Portable low-power IR-UWB system | |
Chaabane et al. | A tag complexity reduction approach for code-based cooperative ranging systems | |
De Angelis et al. | A flexible UWB sensor for indoor localization | |
Le et al. | An improved ToA estimation in compressed sensing-based UWB systems | |
Lie et al. | Direction finding receiver for UWB impulse radio signal in multipath environment | |
US20100150219A1 (en) | Sampling device and method in wireless communication system | |
Tinqting et al. | Performance analysis of an indoor UWB ranging system | |
Zhang et al. | A distance and angle estimated method based on single UWB station | |
Maali et al. | Uwb localization system with tdoa algorithm using experimental measurements | |
Hamouda et al. | High precision wireless synchronization receiver for M-sequence UWB Radio systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180514 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190513 Year of fee payment: 6 |