KR102200531B1

KR102200531B1 - 신호의 주파수 측정 장치 및 측정 방법

Info

Publication number: KR102200531B1
Application number: KR1020190084562A
Authority: KR
Inventors: 김상원; 이동근
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-01-08
Also published as: US20210013897A1; US10931294B2

Abstract

본 발명은 고속의 ADC(Analog Digital Convertor) 대신 다수의 저속 ADC를 통해 광대역 수신 신호의 주파수를 측정하는 장치에 대한 것으로, 입력되는 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성하는 커플러(coupler)와, 상기 생성된 I 성분과 Q 성분을 복수의 채널로 분배하는 분배부와, 입력되는 I 성분과 Q 성분을 샘플링하고 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화하는 ADC(Analog Digital Convertor), 양자화된 I 성분과 Q 성분으로부터 주파수값을 산출하는 주파수 측정부를 각각 포함하는 복수의 채널 및, 서로 다른 신호 주파수 및 신호 주파수 각각에 대응하는 주파수값들의 조합을 포함하는 주파수 조합 정보에 근거하여, 상기 복수의 채널 각각으로부터 산출되는 주파수값들의 조합에 대응하는 신호 주파수를 검출하는 주파수 측정부를 포함하며, 상기 복수의 채널에 포함된 각각의 ADC는, I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 샘플링 속도가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

Description

신호의 주파수 측정 장치 및 측정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THE FREQUENCY OF A SIGNAL}

본 발명은 신호의 주파수를 측정하기 위한 장치 및 방법에 대한 것으로, 고속의 ADC(Analog Digital Convertor) 대신 다수의 저속 ADC를 통해 광대역 수신 신호의 주파수를 측정하는 장치 및 방법에 대한 것이다.

신호의 주파수를 측정하는 장치는 다양한 분야에서 활용된다. 그 중, 전자전과 같이 μs(microsecond) 이내의 짧은 신호의 주파수를 측정하는 분야에서는 FFT(Fast Fourier Transform)와 같이 많은 샘플이 필요한 주파수 측정방식을 이용할 수 없으므로, 지연선과 아날로그 위상비교회로를 이용하는 IFM(Instantaneous Fraquency Measurement)방식의 DFD(Digital Frequency Discriminator)를 활용한다. 또한, 전자전의 경우 수십 MHz에서 수십 GHz까지 범위에서 동작하는 레이더의 신호를 모두 측정하여야 하므로 넓은 주파수 범위의 주파수 측정이 가능하여야 한다.

그런데 이러한 IFM 방식의 DFD 등의 경우 대부분 아날로그 회로를 이용하여 제작하므로, 제품별로 튜닝이 필요하며 그 단가가 비싸다는 문제가 있다. 이에 고속의 ADC(Analog Digital Convertor)를 이용하여 아날로그 신호를 양자화 하여 입력 신호의 주파수를 측정할 수도 있으나, 광대역 신호의 경우 입력 신호 대역폭의 최소 2배 이상의 양자화 속도가 요구되므로, 전자전에서 사용하는 수 GHz 이상 대역폭의 광대역 신호를 측정하기 위해서는 양자화 속도가 수십 GSPS(Giga Sample Per Second) 정도의 고속 ADC가 필요하다는 문제가 있다.

또한 기술의 발달로 보다 광대역의 신호가 이용되는 추세에 있는 바, 광대역 신호의 2배 이상의 양자화 속도를 가지는 고속 ADC를 확보하기 어렵다는 문제가 있으며, 설사 확보한다고 하더라도 그 단가 높고, 기술의 발달로 보다 넓은 대역의 신호가 이용되는 경우 상기 고속 ADC를 이용하여 주파수를 측정하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 가지는 저속의 ADC를 이용하여 광대역 신호의 주파수를 측정하는 주파수 측정 장치 및 방법에 대한 것이다.

또한 본 발명은 측정 가능한 신호의 주파수 대역을 보다 저렴한 단가로 확장할 수 있도록 하는 광대역 신호의 주파수 측정 장치 및 방법에 대한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치는, 입력되는 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성하는 커플러(coupler)와, 상기 생성된 I 성분과 Q 성분을 복수의 채널로 분배하는 분배부와, 입력되는 I 성분과 Q 성분을 샘플링하고 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화하는 ADC(Analog Digital Convertor), 양자화된 I 성분과 Q 성분으로부터 주파수값을 산출하는 주파수 측정부를 각각 포함하는 복수의 채널 및, 서로 다른 신호 주파수 및 신호 주파수 각각에 대응하는 주파수값들의 조합을 포함하는 주파수 조합 정보에 근거하여, 상기 복수의 채널 각각으로부터 산출되는 주파수값들의 조합에 대응하는 신호 주파수를 검출하는 주파수 측정부를 포함하며, 상기 복수의 채널에 포함된 각각의 ADC는, I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 샘플링 속도가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 ADC는, 수 ~ 수백 MSPS(Mega Sampling Per Second)의 샘플링 속도를 가지며 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 입력되는 신호는, GHz 대역의 광대역 주파수를 가지는 신호이며, 상기 ADC는, 상기 분배부를 통해, 상기 광대역 주파수를 가지는 신호로부터 생성된 I 성분과 Q 성분이 상기 ADC가 구비된 채널로 입력되면, 입력된 I 성분과 Q 성분을 상기 ADC에서 샘플링 및 아날로그-디지털 변환이 가능한 범위의 샘플링 신호로 샘플링하는 샘플러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 주파수 측정부는, 상기 복수의 채널 개수에 따른 다차원 공간에, 입력 신호의 주파수 변화에 따라 각 채널로부터 산출된 주파수값들에 대응하는 궤적들을 생성하고, 상기 궤적들의 적어도 일부가 중첩되는 경우, 기 설정된 궤적간 최소 간격을 만족하도록 각 채널의 샘플링 주파수를 변경하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 기 설정된 궤적간 최소 간격은, 상기 복수의 채널 개수가 2개인 경우 하기 수학식 5에 따라 산출되는 것을 특징으로 한다.

[수학식 5]

여기서

은 제1 채널의 샘플링 주파수이며,

는 제2 채널의 샘플링 주파수임.

일 실시 예에 있어서, 상기 주파수 측정부는, 양자화된 I 성분과 Q 성분을 각각 1차 지연한 값들과 상관 연산을 수행하는 지연 상관부와, 상기 지연 상관부에서 상관된 I 성분값과 Q 성분값을 I, Q 좌표 평면상에서 누적하는 누적부 및, 상기 I, Q 좌표 평면상에서 누적된 누적 I 성분값과 누적 Q 성분값들 각각에 대한 평균값들을 산출하고, 산출된 I 성분값의 평균값과 Q 성분값의 평균값에 근거하여 위상 변화율을 산출 및 산출된 위상 변화율에 대응하는 주파수값을 산출하는 주파수 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 주파수 측정부는, 상기 주파수값들의 조합에 대응하는 데이터를 주소값으로 가지며, 상기 주소값에 대응하는 데이터로서 특정 신호 주파수를 가지는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 방법은, 입력되는 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성하는 제1 단계와, 상기 생성된 I 성분과 Q 성분을 복수의 채널로 분배하는 제2 단계와, 각 채널 별로, 입력된 I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 제3 단계와, 각 채널 별로, 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화하는 제4 단계와, 각 채널 별로, 양자화된 I 성분과 Q 성분에 근거하여 주파수값을 산출하는 제5 단계와, 각 채널 별로 산출된 주파수값들의 조합을 생성하는 제6 단계 및, 서로 다른 신호 주파수 및 신호 주파수 각각에 대응하는 주파수값들의 조합을 포함하는 주파수 조합 정보에 근거하여, 상기 생성된 주파수값들의조합에 대응하는 신호 주파수를 검출하는 제7 단계를 포함하며, 상기 제3 단계는, 각 채널 별로, 서로 다른 샘플링 속도로 각 채널에 입력된 I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 서로 다른 샘플링 속도는, 수 ~ 수백 MSPS(Mega Sampling Per Second) 이내의 속도임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제7 단계는, 상기 복수의 채널 개수에 따른 다차원 공간에, 입력 신호의 주파수 변화에 따라 각 채널로부터 산출된 주파수값들에 대응하는 궤적들을 생성하는 제7-1 단계 및, 상기 궤적들의 적어도 일부가 중첩되는 경우, 기 설정된 궤적간 최소 간격을 만족하도록 각 채널의 샘플링 주파수를 변경하는 제7-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 5]

여기서

은 제1 채널의 샘플링 주파수이며,

는 제2 채널의 샘플링 주파수임.

일 실시 예에 있어서, 상기 제5 단계는, 하기 수학식 4에 따라 주파수값을 산출하는 단계임을 특징으로 한다.

[수학식 4]

여기서 n은 데이터의 인덱스이며,

는 최신 m개의 샘플을 이용한 평균 주파수값,

는 최신 m개의 샘플을 이용한 평균 위상각 변화율,

는 시간 변화율,

는 1/샘플링 주파수(

),

는 최신 m개의 샘플을 이용한 Q 성분 상관값(Q')의 평균,

는 최신 m개의 샘플을 이용한 I 성분 상관값(I')의 평균임.

일 실시 예에 있어서, 상기 Q 성분 상관값(Q')과 I 성분 상관값(I')은, 상기 각 채널 별로 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화한 I 성분과 Q 성분을, 하기 수학식 6에 따라 상관 연산하여 산출되는 값임을 특징으로 한다.

[수학식 3]

여기서, Q'는 Q 성분 상관값, I'는 I 성분 상관값,

는 라디안(radian) 단위의 신호 위상임.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 가지는 저속의 ADC를 각각 포함하는 복수의 채널을 구비하고, 상기 각 채널별로 산출되는 주파수의 조합에 대응하는 입력 신호의 주파수를 검출함으로써, 채널의 수가 증가할수록 검출 가능한 주파수의 범위가 확장될 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 고가의 고속 ADC 대신에, 단가가 저렴한 저속 ADC를 다수개 이용하여 광대역 신호의 주파수를 측정할 수 있도록 함으로써, 보다 저렴한 비용으로 광대역 신호의 주파수를 측정할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치에서, 샘플링 속도가 서로 다른 채널에서 각각 측정되는 입력 신호 주파수의 예들을 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치에서, 각 채널에 구비된 주파수 측정부의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정부에 구비된 지연 상관부의 구조를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치에서, 입력 신호의 주파수가 측정되는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치에서, 샘플링 속도가 서로 다른 채널에서 측정된 주파수들의 조합이 검출되는 예를 도시한 예시도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다

본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 짧은 구간의 신호 주파수를 측정할 때에, FFT와 같이 많은 샘플들을 필요로 하는 방법을 적용할 수 없으므로 신호의 위상 변화율을 이용하여 신호의 주파수를 측정한다. 이를 위해 본 발명은 입력 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성하고, 생성된 I 성분과 Q 성분을 각각 저속 ADC, 그리고 주파수 측정부를 포함하는 복수의 채널로 분배할 수 있다.

한편 각 채널의 저속 ADC는 서로 간에 샘플링 속도(Sampling Per Second)가 서로 다를 수 있으며, 이에 각 채널의 주파수 모호성은 각각 다른 특성을 가질 수 있다. 따라서 동일한 주파수인 경우에도 채널별 주파수 모호성 특성에 따라 각 채널에서 측정되는 주파수는 서로 달라질 수 있으며, 이 경우 서로 다른 주파수 모호성 특성을 가지는 채널별로 산출된 주파수들의 조합은, 특정 주파수에 대한 고유 특성이 될 수 있다.

따라서 본 발명은 입력 신호의 광대역 주파수 각각에 대응하는 주파수들의 조합을 포함하는 데이터베이스를 구비하고, 구비된 데이터베이스로부터 각 채널별로 산출된 주파수의 조합에 대응하는 주파수를 검출하여 입력된 신호의 주파수를 측정할 수 있도록 한다.

도 1은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)의 구조를 도시한 블록도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치에서, 샘플링 속도가 서로 다른 채널에서 각각 측정되는 입력 신호 주파수의 예들을 도시한 예시도이다.

먼저 도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)는 커플러(100), 분배부(110), 그리고 각각 샘플러(151)와 ADC(Analog Digital Convertor)(152), 주파수 측정부(153)를 포함하는 복수의 채널, 그리고 주파수 검출부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 주파수 측정 장치(10)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 주파수 측정 장치(10)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

먼저 커플러(100)는 입력 신호의 I 성분과 Q 성분을 분리할 수 있다. 여기서 커플러(100)는 두 개의 균등한 출력 신호를 생성하는 쿼드래쳐 커플러(Quadrature Coupler)로서, 입력되는 광대역 신호(입력 신호)로부터 기준 신호(I 성분)와 90도 위상차를 가지는 신호(Q 성분)를 생성할 수 있다.

분배부(110)는 커플러(100)로부터 생성된 I 성분과 Q 성분을 입력받아 이를 복수의 채널에 각각 분배할 수 있다. 이 경우 분배부(110)를 통해 각 채널 별로 상기 커플러(100)에서 생성된 I 성분과 Q 성분이 입력될 수 있다.

한편 복수의 채널은 각각 샘플러(151)와 ADC(152), 그리고 주파수 측정부(153)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 ADC(152)는 저속의 ADC로서 수 ~ 수백 MSPS의 샘플링 속도와 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 가는 저속 ADC일 수 있다. 이하 고속의 ADC가 수 ~ 수십 GHz의 샘플링 주파수를 가지는 데 비하여, ADC(152)는 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 갖는 것으로, 상기 고속 ADC 보다 단가가 보다 낮은 ADC일 수 있다. 이하의 설명에서는 상기 고속 ADC와의 구분을 위하여, ADC(152)를 저속 ADC(152)라고 하기로 한다.

한편 이러한 저속 ADC(152)의 경우 GHz 대역의 높은 주파수 대역을 가지는 광대역 주파수 신호를 샘플링할 경우 신호의 크기가 미약해진다는 문제가 있다. 이에 본 발명은 샘플러(151)가 높은 주파수 대역의 신호를 샘플링하고, 상기 샘플러(151)에서 샘플링된 신호들을 저속 ADC(152)가 샘플링 및 아날로그-디지털 변환(Analog Digital Covverting)을 수행할 수 있도록 한다. 이에 본 발명은 수 ~ 수백 MSPS의 샘플링 속도 및 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 가지는 저속 ADC(152)가 수 GHz 대역의 높은 주파수 대역의 신호를 샘플링하여도 그 크기와 정확도가 유지되도록 한다. 일 예로 샘플러(151)는 입력된 광대역 신호의 I 성분과 Q 성분을, 저속 ADC(152)에서 샘플링 및 아날로그-디지털 변환이 가능한 범위의 샘플링 신호로 샘플링할 수 있다. 여기서 샘플링 및 아날로그-디지털 변환이 가능한 범위라는 것은 샘플링된 I 성분과 Q 성분의 크기와 정확도가 유지될 수 있는 범위를 의미할 수 있다.

한편 이러한 샘플러(151)는 트랙 앤드 홀드 소자(Track & Hold IC)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 트랙 앤드 홀드 소자, 즉 샘플러(151)는 샘플링을 수행하여 샘플링된 신호들을 연결된 저속 ADC(152)에 입력할 수 있다. 따라서 트랙 앤드 홀드 소자, 즉 샘플러(151)를 통해 저속 ADC(152)의 입력 주파수 대역 폭(full power bandwidth)이 확장될 수 있다.

그리고 저속 ADC(152)는 샘플러(151)로부터 입력되는 샘플링된 I 성분 및 Q 성분을 양자화 할 수 있다. 그리고 저속 ADC(152)를 통해 양자화된 샘플별 I, Q 성분들은, 저속 ADC(152)에 연결된 주파수 측정부(153)로 입력될 수 있다.

그리고 주파수 측정부(153)는 양자화된 I 성분과 Q성분에 근거하여 입력 신호의 주파수를 측정할 수 있다. 이를 위해 주파수 측정부(153)는 양자화된 샘플별 I, Q 성분들에 근거하여 입력 신호의 위상 변화를 검출할 수 있으며, 검출된 위상 변화에 근거하여 입력 신호의 입력 주파수를 검출할 수 있다. 이하 하기 도 3을 참조하여 상기 주파수 측정부(153)의 구성을 보다 자세하게 살펴보기로 한다.

한편 상술한 바와 같이, 본 발명은 분배부(110)를 통해 I 성분과 Q 성분이 각각의 채널에 입력될 수 있으며, 각 채널은 샘플러와 저속 ADC, 그리고 주파수 측정부를 구비할 수 있다. 따라서 분배부(110)를 통해 I 성분과 Q 성분이 각 채널로 분배되면, 각 채널별로 입력 신호에 대응하는 주파수들이 측정될 수 있다.

그런데 샘플링된 값이 I와 Q성분으로 구성되어 있으므로, 저속 ADC(152)의 샘플링 주파수(

)의 절반 이하의 주파수범위(

)에 대해서는 주파수의 모호성이 없이 측정가능할 수 있다. 그러나 이 범위를 벗어난 주파수의 신호가 유입되면 신호의 샘플링 모호성에 의한 주파수 왜곡이 발생하여 측정되고, 측정된 값으로 원 신호의 주파수를 유추할 수 없게 된다.

여기서 샘플링 모호성이란 측정 가능한 최대 주파수의 범위를 넘어서는 순간 측정되는 주파수 값이, 다시 측정 가능한 최소 주파수로 측정되는 주파수 도약을 의미할 수 있다. 일 예로 저속 ADC(152)의 샘플링 주파수(

)가 100Mhz 인 경우, 입력 신호의 주파수가

(-50MHz)에서

(50MHz) 사이인 경우에는 샘플링 모호성이 발생하지 않을 수 있다. 그러나 측정되는 주파수 값이

(50MHz)를 넘어서는 경우(예 : 51MHz),

(-50MHz)로 도약하여, 최대 한계 주파수를 초과하는 주파수만큼 최소 주파수(

(-50MHz))로부터 다시 측정(-49Mhz로 측정될 수 있음)되기 때문이다.

한편 이러한 샘플링 모호성은, 샘플링 주파수에 따라 다르게 발생할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 샘플링 주파수가 100MHz 인 경우

(-50MHz)에서

(50MHz)의 범위를 넘어설 때에 샘플링 모호성이 발생할 수 있다. 반면 샘플링 주파수가 95MHz(

) 인 경우

(-47.5MHz)에서

(47.5MHz)를 넘어설 때에 샘플링 모호성이 발생할 수 있다. 따라서 입력 신호의 주파수가 51Mhz 인 경우, 샘플링 주파수가 100MHz 인 경우에는 -49MHz 가 측정(50Mhz에서 도약 발생)될 수 있으나, 샘플링 주파수가 95MHz 인 경우에는 -44MHz로 측정(47.5MHz에서 도약 발생)될 수 있다.

도 2는 이처럼 샘플링 속도가 서로 다른 경우에 각각 측정되는 입력 신호 주파수의 예들을 도시한 예시도이다.

도 2를 참조하여 살펴보면, 도 2의 (a)와 (b)는 각각 서로 다른 샘플링 속도를 가지는 경우에 0 ~ 1000MHz의 주파수 범위를 가지는 입력 신호에 대해 측정되는 주파수를 도시한 것이다.

먼저 도 2의 (a)는 95 MSPS(Mega Sample Per Second, 샘플링 주파수 95MHz)인 경우를 나타낸 것이다. 이 경우 측정 가능한 주파수 범위가 -47.5MHz에서 47.5MHz이므로, 이 범위를 넘어서는 입력 신호 주파수의 경우 도 2의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 도약이 발생할 수 있다.

한편 도 2의 (b)는 100 MSPS(샘플링 주파수 100MHz)인 경우를 나타낸 것이다. 이 경우 측정 가능한 주파수 범위가 -50MHz에서 50MHz이므로, 이 범위를 넘어서는 입력 신호 주파수의 경우 도 2의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 도약이 발생할 수 있다.

그리고 도 2의 (a) 및 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 샘플링 속도(샘플링 주파수)가 서로 다르면, 동일한 입력 신호 주파수에 대해 측정되는 주파수가 서로 달라질 수 있다. 즉, 샘플링 속도가 달라지는 경우 샘플링 모호성 특성이 서로 달라지고, 샘플링 속도의 차이에 따라 측정되는 주파수 역시 서로 달라질 수 있다. 따라서 서로 다른 샘플링 속도로 측정된 신호 주파수들의 조합은 특정 주파수에 대한 고유 특성이 될 수 있다.

일 예로 입력 신호의 주파수가 51MHz 인 경우, 샘플링 속도 95MSPS(샘플링 주파수 95MHz)로 샘플링을 수행하는 채널에서 주파수 측정부를 통해 측정되는 주파수는 -44Mhz 일 수 있다. 반면 샘플링 속도 100MSPS(샘플링 주파수 100MHz)로 샘플링을 수행하는 채널에서 주파수 측정부를 통해 측정되는 주파수는 -49Mhz 일 수 있다.

이 경우 샘플링 속도가 95MSPS인 채널을 제1 채널로 하고 샘플링 속도가 100MSPS인 채널을 제2 채널로 하면, 제1 채널의 측정 결과와 제2 채널의 측정 결과의 조합, 즉 (-49MHz, -44MHz)는 입력 신호 주파수 51Mhz에 대한 고유 특성이 될 수 있다. 그리고 이러한 주파수 조합은 입력 신호의 주파수 검출에 이용될 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10) 각 채널의 저속 ADC들은 각각 서로 다른 샘플링 속도를 가질 수 있다. 이처럼 각 채널의 저속 ADC들이 서로 다른 샘플링 속도를 가지는 경우, 동일한 입력 신호에 대해 각 채널별로 서로 다른 주파수들이 측정될 수 있다. 그러면 주파수 검출부(160)는 각 채널별로 측정된 서로 다른 주파수들의 조합을 생성할 수 있다.

그리고 주파수 검출부(160)는 기 저장된 주파수 조합 데이터베이스(162)로부터, 각 채널별로 측정된 주파수들의 조합에 매칭되는 입력 신호 주파수를 검출할 수 있다. 일 예로 상기 주파수 조합 데이터베이스(162)는 서로 다른 입력 신호 주파수에 매칭되는 서로 다른 채널별 주파수 조합들을 포함할 수 있다. 여기서 상기 서로 다른 입력 신호 주파수는 일정 단위(예 : 0.1 MHz)에 따라 구분될 수 있다.

이 경우 채널의 개수에 따라 측정 가능한 입력 신호의 주파수 범위가 확장될 수 있다. 일 예로 채널의 개수가 두 개(제1 및 제2 채널)인 경우 주파수 검출부(160)는 2개 값의 조합으로 주파수를 검출할 수 있다. 이 경우 2개의 주파수 측정값은 제1 채널과 제2 채널의 값들이 각각의 축으로 형성되는 2차원 평면에서의 좌표가 될 수 있으며, 그 좌표는 상기 2차원 평면 내에서의 고유값이 될 수 있다.

한편 채널의 개수가 세 개(제1 내지 제3 채널)인 경우 주파수 검출부(160)는 3개 값의 조합으로 주파수를 검출할 수 있다. 이 경우 3개의 주파수 측정값은 제1 채널, 제2 채널, 제3 채널의 값들이 각각의 축으로 형성되는 3차원 공간에서의 좌표가 될 수 있으며, 그 좌표는 상기 3차원 공간 내에서의 고유값이 될 수 있다. 그리고 이 경우 2차원 평면에서 보다 더욱 많은 경우의 수를 가질 수 있으므로, 측정 가능한 입력 신호의 주파수 범위가 크게 확장될 수 있다.

한편, 상술한 설명에 따르면 각 채널의 주파수 측정부(153)는 저속 ADC(152)에서 양자화된 I 성분의 값과 Q 성분의 값에 근거하여 주파수를 측정할 수 있다.

통상적으로 양자화된 I 성분의 값과 Q 성분의 값에 따른 주파수의 측정은, 상기 I 성분의 값과 Q 성분의 값에 근거하여 하기 수학식 1과 같이 라디안(radian) 단위의 신호 위상을 산출하고, 하기 수학식 2와 같이 단위 시간(t) 당 산출된 신호 위상의 변화율에 근거하여 주파수값을 산출할 수 있다.

여기서

는 시간의 변화량,

는 신호 위상의 변화량임.

한편 단위 시간당 위상 변화율을 이용하여 주파수를 측정하는 경우, 잡음의 영향으로 인한 주파수 측정 오차를 줄이기 위해, 복수 회의 단위 시간당 변화율을 평균하여 정확도를 향상할 수 있다. 여기서 평균값 산출에 필요한 샘플의 수는 입력 신호가 지속되는 시간에 의해 제약을 받을 수 있다.

그런데 신호의 위상은 지속적으로 변화하고, 고정주파수 신호의 경우 단위 시간당 일정한 간격으로 위상이 이동할 수 있다. 이 때, 위상 모호성이 발생하는 지점인 위상값

와 -

의 경계점을 고려하여 위상 변화값을 산출하여야 한다.

이 경우 저속 ADC(152)의 샘플링 속도가

이고, 단위 시간당 위상 변화율을 이용하여 입력 신호의 주파수를 측정할 경우, 신호의 주파수가

인 신호의 단위 샘플당 위상 변화율은 위상 모호성 발생 경계점(라디안 단위 위상값

와 -

의 경계점)에 존재하게 된다.

이 경우, 약간의 잡음 성분으로 인해서도 단위 샘플당 위상 변화량은

와 -

로 발생하고 이로 인해 측정 주파수값은

와 -

의 양쪽 극단값을 오갈 수 있다. 더욱이 잡음제거를 위한 평균값을 취할 경우 0으로 수렴할 수 있어 주파수에 큰 오차를 발생하게 된다.

한편 ADC를 적용하는 대부분의 경우에서, 이러한 ADC 결과물에서의 모호성을 방지하기 위해 모호성 방지필터(anti-aliasing filter)를 적용하고, 이를 통해 ADC의 샘플링속도

값 대비 좁은 대역폭으로 입력 신호를 제한하여

또는 -

부근의 신호가 유입되지 않도록 처리한다.

그러나 본 발명에서는 입력 신호의 주파수범위가

보다 매우 넓은 광대역 범위에서 모든 주파수의 신호가 유입 가능하므로, 입력 신호의 주파수가

의 홀수배(

)에 해당하는 경우에도 처리할 수 있어야 한다.

따라서 본 발명에서는 위상차값의 평균이 아닌, 1차 지연상관기를 이용하여 인접 샘플간의 위상차에 해당하는 I와 Q성분을 구하고, 이들을 2차원 I,Q 평면에 도시하여 위상각변환 시 발생하는 모호성을 해결한다. 이후 여러 I, Q샘플들의 값을 I, Q 좌표평면상에서 평균하여 위상각으로 변환하고 주파수를 산출함으로써 정확도를 높인다.

도 3은 본 이러한 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)에서, 각 채널에 구비된 주파수 측정부(153)의 구조를 도시한 블록도이다. 그리고 도 4는 주파수 측정부(153)에 구비된 지연 상관부(200)의 구조를 도시한 블록도이다.

먼저 도 3을 참조하여 살펴보면 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)의 각 채널에 구비되는 주파수 측정부(153)는 지연 상관부(200)와 누적부(210), 그리고 주파수 산출부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 지연 상관부(200)는 입력되는 I 성분의 값과 Q 성분의 값 각각을 1차 지연한 값과 상관 처리하고, 지연된 값과 상관된 I 성분의 값(I')과 Q 성분의 값(Q')를 출력할 수 있다. 이에 따라 지연 상관부(200)는 하기 수학식 3과 같이 그 구조가 설계될 수 있다.

따라서 지연 상관부(200)는 도 4에서 보이고 있는 바와 같이 구성될 수 있다. 도 4에서 제1 지연기(300)는 I 성분 값을 1차 지연시키기 위한 것이고, 제2 지연기(310)는 Q 성분 값을 1차 지연시키기 위한 것이다.

한편 지연 상관부(200)에서 1차 지연값과 상관된 I 성분의 값(I', n 채널의 I 성분 상관값I'(n))과 Q 성분의 값(Q', n 채널의 Q 성분 상관값Q'(n))은 누적부(210)에 입력될 수 있다. 그러면 누적부(210)는 I 성분 상관값(I')와 Q 성분 상관값(Q')를 IQ 좌표평면 상에서 누적하여 I 성분 상관값의 누적값(∑I')과 Q 성분 상관값의 누적값(∑Q')를 산출할 수 있다.

한편 주파수 산출부(220)는 누적부(210)로부터 산출된 I 성분 상관값의 누적값(∑I')와 Q 성분 상관값(∑Q')에 근거하여 주파수를 산출할 수 있다. 이를 위해 주파수 산출부(220)는 I 성분 상관값의 누적값(∑I')와 Q 성분 상관값(∑Q')의 평균값들을 구하고, 구해진 평균값에 근거하여 위상 변화율을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 위상 변화율에 근거하여 하기 수학식 2에 따라 입력 신호의 주파수를 산출할 수 있다.

이와 같이 주파수를 산출할 경우, I, Q 좌표평면에 산포된 I 성분 상관값(I'), Q 성분 상관값(Q')의 좌표 샘플(I', Q')들을 평면좌표에서 누적하고 그 결과를 이용하여 주파수를 산출할 수 있다. 따라서 선형 결합을 통해 잡음성분이 제거될 수 있다. 그리고 잡음이 제거된 I, Q 평면상의 좌표값을 통해 위상값을 산출하고 주파수를 산출하므로 낮은 SNR(Signal To Ratio)에도 오차가 작은 주파수값의 산출이 가능하다.

한편 이상의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)의 구조를 자세히 살펴보았다. 이하의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따라 입력 신호로부터 주파수를 측정하는 과정을 흐름도를 통해 자세히 살펴보기로 한다.

도 5는 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)에서, 입력 신호의 주파수가 측정되는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하여 살펴보면, 먼저 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치(10)는 신호가 입력되는 경우 입력된 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성할 수 있다(S500). 그리고 생성된 I 성분과 Q 성분을 N개 채널로 분배할 수 있다(S502). 이에 따라 입력 신호로부터 생성된 I 성분과 Q 성분은 N개의 채널로 각각 입력될 수 있다.

그러면 각 채널에 구비된 저속 ADC들을 통해, 각 채널 별로 입력된 I 성분과 Q 성분에 대한 샘플링이 수행될 수 있다(S504). 이 경우 서로 다른 채널의 저속 ADC들은 서로 다른 샘플링 속도로 샘플링을 수행할 수 있다. 이에 따라 각 채널 별로 샘플링 주파수에 따른 샘플링 모호성 특성이 서로 달라질 수 있으며, 동일한 입력 신호에 대해 각각 서로 다른 주파수값이 측정될 수 있다.

한편 각 채널별로 서로 다른 속도로 샘플링이 이루어지면, 각 채널의 저속 ADC는 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화할 수 있다(S506). 그러면 각 채널의 주파수 측정부들은, 저속 ADC에서 양자화된 I 성분과 Q 성분들을 지연 상관하여, I 성분 상관값(I')과 Q 성분 상관값(Q')을 산출하고, 산출된 I 성분 상관값(I')와 Q 성분 상관값(Q')를 IQ 좌표 평면 상에서 누적할 수 있다.

그리고 누적된 I 성분 상관값(I')의 평균값과 Q 성분 상관값(Q')의 평균값을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 평균값들에 근거하여 위상 변화율을 산출하고 산출된 위상 변화율에 근거하여 주파수값을 산출할 수 있다(S508). 이에 따라 상기 S508 단계에서의 주파수값은 하기 수학식 4에 따라 산출될 수 있다.

여기서 n은 데이터의 인덱스이며,

는 최신 m개의 샘플을 이용한 평균 주파수값,

는 최신 m개의 샘플을 이용한 평균 위상각 변화율,

는 시간 변화율,

는 1/샘플링 주파수(

),

는 최신 m개의 샘플을 이용한 Q 성분 상관값(Q')의 평균,

는 최신 m개의 샘플을 이용한 I 성분 상관값(I')의 평균임.

한편 상기 수학식 4를 통해 상기 S508 단계에서, 각 채널별로 주파수값들이 산출될 수 있다. 그러면 주파수 검출부(160)는 각 채널별로 산출된 주파수값들의 조합을 생성할 수 있다(S510). 이 경우 주파수 검출부(160)는 복수개 채널에 각각 기 설정된 순서에 따라 각 채널에서 산출된 주파수 값을 조합할 수 있다.

그리고 주파수 검출부(160)는 기 저장된 주파수 조합 정보들 중에서 상기 S510 단계에서 검출된 주파수값의 조합에 매칭되는 조합 정보를 검출할 수 있다(S512).

여기서 주파수 조합 정보는 서로 다른 신호 주파수에 매칭되는 주파수값들의 조합 정보를 의미할 수 있다. 또한 상기 서로 다른 신호 주파수는 인접한 다른 신호 주파수와 기 설정된 크기의 주파수 차이를 가지는 주파수일 수 있다. 그리고 상기 서로 다른 신호 주파수는 각각 서로 다른 주파수값들의 조합에 대응될 수 있다. 예를 들어 채널을 2개 사용하는 경우 주파수 조합 데이터베이스(162)는 하기 표 1과 같이 2개 채널 각각에서 산출되는 주파수값들의 조합과 그에 대응하는 신호 주파수(주파수 조합 정보)들을 포함할 수 있다.

그리고 주파수 검출부(160)는 검출된 주파수 조합 정보에 대응하는 신호 주파수를, 주파수 측정 장치(10)에 입력된 입력 신호의 주파수로 출력할 수 있다.

도 6은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 측정 장치에서, 샘플링 속도가 서로 다른 채널에서 측정된 주파수들의 조합이 검출되는 예를 도시한 예시도이다.

도 6을 살펴보면 도 6은 제1 채널의 샘플링 주파수(

)과 제2 채널의 샘플링 주파수(

)를 각각 95MHz, 100MHz로 설정하고, 입력신호의 주파수가 0~1000MHz까지 1MHz단위로 변경될 때 각각의 측정결과(

,

)쌍을 2차원 평면에 배치한 결과를 보이고 있는 것이다.

도 6에서 보이고 있는 바와 같이 입력 신호의 주파수값이 증가함에 따라 각 채널에서 측정된 주파수값은 선형적으로 증가하면서 궤적을 형성하며 이동한다. 이후, 샘플링 주파수가 낮은 제1 채널(

)에서 모호성 없이 측정가능한 주파수인

(47.5MHz)의 범위를 넘어서는 순간, 측정되는 주파수값이 -

(-47.5MHz)로부터 측정되게 되어 측정되는 주파수값의 도약(모호성)이 발생한다.

이후

(50MHz)를 넘어서는 주파수에서 다시 제2 채널의 주파수 측정값이 -

(-50MHz)로 도약이 발생한다. 위와 같이 서로 다른

과

의 값을 설정하여 입력 신호의 전체 주파수 범위에서 측정주파수 쌍의 변화 궤적선이 중첩되지 않는다면, 측정 결과로부터 유일하게 입력주파수를 산출할 수 있게 된다.

한편 이와 같이 다른 샘플링 속도로 측정된 신호의 주파수 조합(

,

)을 이용하여 입력신호의 주파수를 판단하기 위해서는 모든 입력신호 주파수에 대해 측정 주파수 조합이 유일하게 생성되어야만, 측정주파수 조합으로부터 입력신호 주파수를 확정할 수 있다.

이상적으로는

과

가 미세하게 다른 경우 입력신호의 주파수를 유추할 수 있지만, 실제 환경에서는 신호와 함께 유입되는 잡음 및 계산오류 등으로 발생할 수 있는 주파수측정오차로 인해 전혀 다른 신호의 주파수로 환산될 수 있으므로, 이를 감안하여 샘플링 속도에 간격을 두어 설정할 수 있다.

도 6을 참조하여 살펴보면, 입력 신호의 주파수값이 증가함에 따라 각 채널의 측정 주파수값은 선형적으로 증가하면서 궤적을 형성하며 이동한다. 이 경우 서로 다른

과

의 값을 설정하여 입력신호의 전체 주파수 범위에서 측정주파수 쌍의 변화 궤적선이 중첩되지 않는다면, 측정결과로부터 유일하게 입력주파수를 산출할 수 있다.

즉, 주파수 측정부(160)는 측정주파수 쌍의 변화 궤적선이 중첩되는지 여부에 따라 모호성이 발생하는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 주파수 측정부(160) 측정주파수 쌍의 변화 궤적선이 중첩되는 경우, 주파수 측정부()는 각 변화 궤적선들의 간격이 기 설정된 최소값을 만족할 수 있도록 궤적선들의 간격을 조정할 수 있다.

이 경우 궤적선들 간의 간격 조정은 각 채널의 샘플링 주파수의 차이값에 따라 결정될 수 있다. 일 예로 주파수 측정 장치(10)가 두 개의 채널을 이용하는 경우, 각 궤적선들의 간의 간격은 제1 채널의 샘플링 주파수(

)와 제2 채널의 샘플링 주파수(

)의 차이값에 따라 결정될 수 있다. 이 경우 각 궤적선들 간의 간격은 하기 수학식 5에 따라 산출될 수 있으며, 궤적들 간에 기 설정된 최소 간격이 유지될 수 있도록 주파수 측정부(160)는 제1 채널의 샘플링 주파수(

)와 제2 채널의 샘플링 주파수(

)를 변경할 수 있다. 또한 잡음 등의 신호 환경을 더 반영하여 궤적간 최소 간격이 유지되도록 제1 채널의 샘플링 주파수(

)와 제2 채널의 샘플링 주파수(

)를 변경할 수 있다.

한편 입력 주파수의 범위가 넓어지게 되면, 궤적선이 많아지면서 다시 궤적선의 중첩이 발생할 수 있다. 이 때에는 샘플링 속도값

를 크게하거나 추가적인 채널을 사용하여 궤적선이 이동 가능한 공간을 늘이거나 공간의 차원을 늘려 모호성 문제를 해결할 수 있다. 이 경우 도 6에서는 2개의 채널을 사용하는 것으로 가정하여 2차원 평면의 서로 다른 위치에 각 주파수값들의 조합이 배치되는 것을 도시하였으나, 3개의 채널을 사용하는 경우 3차원 공간의 서로 다른 위치에 각 주파수값들의 조합이 배치될 수 있음은 물론이다. 이 경우 3차원으로 공간이 확장됨에 따라 공간이 확장되고 이에 따라 모호성 문제가 해결될 수 있다.

이러한 방식으로, N개(2개 이상)의 채널에서 저속 ADC를 이용하여 신호의 주파수가 측정되면, 이를 이용하여 입력신호의 주파수를 산출할 수 있어야 한다.

한편 상술한 바와 같이, 샘플링 속도에 따라 샘플링 모호성이 발생하는 패턴이 결정되므로 N개의 채널에서 샘플링 속도 (

)을 이용할 경우, 입력 신호의 변화에 따라 N개 채널에서 측정될 주파수 측정값 벡터(

)가 예측될 수 있다. 즉, 주파수 측정부(160)는 각 채널의 샘플링 속도에 따른 모호성 패턴에 근거하여 입력 신호의 변화에 따른 주파수 측정값의 변화, 즉 벡터를 예측할 수 있다.

따라서 운용 시에 미지의 주파수(

)를 가진 외부 신호가 입력되고 N개 채널에서 주파수 측정값 벡터(

)가 산출되면 주파수 측정부(160)는 미리 계산된 예측값을 이용하여 주파수 측정 결과를 출력할 수 있으며, 이 경우 외부 신호에 해당하는 신호 주파수 측정 결과가 실시간으로 출력할 수 있다.

일례로, 입력신호 주파수(

)에 따라 예상되는 주파수 측정값 벡터(

)를 반도체 기억소자(메모리)의 주소값으로 이용하여, 빠르게 신호의 주파수를 찾을 수 있다. 이 경우 각 채널별 주파수 측정 결과가 k bit 데이터로 산출된다면, kN bit의 주소공간을 가진 기억소자를 이용할 수 있다. 이 경우 상기 기억소자는 주파수 조합 데이터베이스(162)일 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에서는 2개 채널을 이용하여 2차원 평면상에서 각 채널별 주파수 측정값들의 조합에 따라 입력 신호의 주파수를 검출하거나, 3개 채널을 사용하여 3차원 공간 상에서 각 채널별 주파수 측정값들의 조합에 따른 입력 신호의 주파수를 검출하는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 이는 본 발명의 실시 예에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉 얼마든지 4개 이상의 채널을 사용할 수 있으며, 이 경우 차원의 증가로 인해 보다 많은 채널별 주파수 측정값들의 조합들에 대응하는 입력 신호 주파수를 매칭시킬 수 있으므로, 측정 가능한 입력 신호 주파수의 범위가 3개 채널을 사용하는 경우보다 확장될 수 있다. 즉 샘플링 속도가 서로 다른 채널을 더 추가함으로써 입력 신호 주파수의 범위를 보다 확장시킬 수 있다.

한편 상술한 설명에서는 저속 ADC의 샘플링 속도만 다른 것을 설명하였으나, 이와 유사하게 각 채널의 샘플러 역시, 각 채널의 저속 ADC의 샘플링 속도에 따라, 샘플링 속도가 다르게 설정될 수도 있음은 물론이다.

한편 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 주파수 측정 장치
100 : 커플러 110 : 분배부
120 : 제1 채널 130 : 제2 채널
150 : 제n 채널 151 : n채널 샘플러
152 : n채널 ADC 153 : n채널 주파수 측정부
160 : 주파수 검출부 162 : 주파수 조합 DB

Claims

입력되는 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성하는 커플러(coupler);
상기 생성된 I 성분과 Q 성분을 복수의 채널로 분배하는 분배부;
입력되는 I 성분과 Q 성분을 샘플링하고 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화하는 ADC(Analog Digital Convertor), 양자화된 I 성분과 Q 성분으로부터 주파수값을 산출하는 주파수 측정부를 각각 포함하는 복수의 채널; 및
서로 다른 신호 주파수 및 신호 주파수 각각에 대응하는 주파수값들의 조합을 포함하는 주파수 조합 정보에 근거하여, 상기 복수의 채널 각각으로부터 산출되는 주파수값들의 조합에 대응하는 신호 주파수를 검출하는 주파수 측정부를 포함하며,
상기 복수의 채널에 포함된 각각의 ADC는 I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 샘플링 속도가 서로 다르고,
상기 주파수 측정부는 양자화된 I 성분과 Q 성분을 각각 1차 지연한 값들과 상관 연산을 수행하는 지연 상관부, 상기 지연 상관부에서 상관된 I 성분값과 Q 성분값을 I, Q 좌표 평면상에서 누적하는 누적부 및 상기 I, Q 좌표 평면상에서 누적된 누적 I 성분값과 누적 Q 성분값들 각각에 대한 평균값들을 산출하고, 산출된 I 성분값의 평균값과 Q 성분값의 평균값에 근거하여 위상 변화율을 산출 및 산출된 위상 변화율에 대응하는 주파수값을 산출하는 주파수 산출부를 포함하는 주파수 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 ADC는,
수 ~ 수백 MSPS(Mega Sampling Per Second)의 샘플링 속도를 가지며 수 ~ 수백 MHz의 샘플링 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 입력되는 신호는,
GHz 대역의 광대역 주파수를 가지는 신호이며,
상기 ADC는,
상기 분배부를 통해, 상기 광대역 주파수를 가지는 신호로부터 생성된 I 성분과 Q 성분이 상기 ADC가 구비된 채널로 입력되면, 입력된 I 성분과 Q 성분을 상기 ADC에서 샘플링 및 아날로그-디지털 변환이 가능한 범위의 샘플링 신호로 샘플링하는 샘플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 측정부는,
상기 복수의 채널 개수에 따른 다차원 공간에, 입력 신호의 주파수 변화에 따라 각 채널로부터 산출된 주파수값들에 대응하는 궤적들을 생성하고,
상기 궤적들의 적어도 일부가 중첩되는 경우, 기 설정된 궤적간 최소 간격을 만족하도록 각 채널의 샘플링 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 장치.
제4항에 있어서, 기 설정된 궤적간 최소 간격은,
상기 복수의 채널 개수가 2개인 경우 하기 수학식 5에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 장치.
[수학식 5]

여기서
은 제1 채널의 샘플링 주파수이며,
는 제2 채널의 샘플링 주파수임.
삭제
제1항에 있어서, 상기 주파수 측정부는,
상기 주파수값들의 조합에 대응하는 데이터를 주소값으로 가지며, 상기 주소값에 대응하는 데이터로서 특정 신호 주파수를 가지는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 장치.
입력되는 신호로부터 I 성분과 Q 성분을 생성하는 제1 단계;
상기 생성된 I 성분과 Q 성분을 복수의 채널로 분배하는 제2 단계;
각 채널 별로, 입력된 I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 제3 단계;
각 채널 별로, 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화하는 제4 단계;
각 채널 별로, 양자화된 I 성분과 Q 성분에 근거하여 주파수값을 산출하는 제5 단계;
각 채널 별로 산출된 주파수값들의 조합을 생성하는 제6 단계; 및,
서로 다른 신호 주파수 및 신호 주파수 각각에 대응하는 주파수값들의 조합을 포함하는 주파수 조합 정보에 근거하여, 상기 생성된 주파수값들의조합에 대응하는 신호 주파수를 검출하는 제7 단계를 포함하며,
상기 제3 단계는,
각 채널 별로, 서로 다른 샘플링 속도로 각 채널에 입력된 I 성분과 Q 성분을 샘플링하는 단계이고,
상기 주파수값은 상기 양자화된 I 성분값과 Q 성분값을 각각 1차 지연하고 상관 연산하여 I 성분 상관값과 Q 성분 상관값을 산출하고, 상기 I 성분 상관값과 상기 Q 성분 상관값을 IQ 좌표 평면상에 누적하여 각각 I성분 누적값과 Q 성분 누적값을 산출하고, 상기 I성분 누적값과 상기 Q 성분 누적값 각각의 평균값들로부터 산출된 위상 변화율을 이용하여 산출되는 값인 주파수 측정 방법.
제8항에 있어서, 상기 서로 다른 샘플링 속도는,
수 ~ 수백 MSPS(Mega Sampling Per Second) 이내의 속도임을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.
제8항에 있어서, 상기 제7 단계는,
상기 복수의 채널 개수에 따른 다차원 공간에, 입력 신호의 주파수 변화에 따라 각 채널로부터 산출된 주파수값들에 대응하는 궤적들을 생성하는 제7-1 단계; 및,
상기 궤적들의 적어도 일부가 중첩되는 경우, 기 설정된 궤적간 최소 간격을 만족하도록 각 채널의 샘플링 주파수를 변경하는 제7-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.
제10항에 있어서, 기 설정된 궤적간 최소 간격은,
상기 복수의 채널 개수가 2개인 경우 하기 수학식 5에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.
[수학식 5]

여기서
은 제1 채널의 샘플링 주파수이며,
는 제2 채널의 샘플링 주파수임.
제8항에 있어서, 상기 제5 단계는,
하기 수학식 4에 따라 주파수값을 산출하는 단계임을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.
[수학식 4]

여기서 n은 데이터의 인덱스이며,
는 최신 m개의 샘플을 이용한 평균 주파수값,
는 최신 m개의 샘플을 이용한 평균 위상각 변화율,
는 시간 변화율,
는 1/샘플링 주파수(
),
는 최신 m개의 샘플을 이용한 Q 성분 상관값(Q')의 평균,
는 최신 m개의 샘플을 이용한 I 성분 상관값(I')의 평균임.
제12항에 있어서, 상기 Q 성분 상관값(Q')과 I 성분 상관값(I')은,
상기 각 채널 별로 샘플링된 I 성분과 Q 성분을 양자화한 I 성분과 Q 성분을, 하기 수학식 6에 따라 상관 연산하여 산출되는 값임을 특징으로 하는 주파수 측정 방법.
[수학식 3]

여기서, Q'는 Q 성분 상관값, I'는 I 성분 상관값,
는 라디안(radian) 단위의 신호 위상임.