KR20000068293A - 펄스 위치 변조 및 진폭 변조에 의한 데이터 전송 방법 - Google Patents

펄스 위치 변조 및 진폭 변조에 의한 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

ASK 변조된 캐리어 신호가 데이터 캐리어에서 클록 신호로 사용되고, 데이터의 중요도가 하나의 타임 슬롯내에서 캐리어 신호의 시프팅점의 위치에 의해 결정되는, 무선 전자기 전송 링크를 통한 단자와 휴대용 데이터 캐리어 간의 데이터 전송 방법에 있어서, 하나의 시프팅점의 정보 내용이 다수의 N 비트에 상응하고, 상기 N은 2 보다 크거나 같다. 상기 N 비트의 중요도가 하나의 타임 슬롯내에서 2N가능한 위치내의 시프팅점의 위치에 의해 규정된다. 전송될 데이터에 할당된 시프팅점이 나타나지 않는 제로 타임 구간이 하나의 타임 슬롯의 시작 또는 끝에 배치됨으로써, 캐리어 신호가 허용되지 않는 장시간 동안 나타나지 않는 것이 방지된다.

Description

펄스 위치 변조 및 진폭 변조에 의한 데이터 전송 방법 {DATA TRANSMISSION BY IMPULSE POSITION MODULATION AND AMPLITUDE MODULATION}
휴대용 데이터 캐리어가 비접촉식으로, 즉 유도성 또는 용량성 결합에 의해 또는 일반적으로 무선 전자기 전송 링크를 통해 단자와 정보를 교환하는 전송 방법이 점점 더 보급되고 있다. 여기서는 휴대용 데이터 캐리어가 규칙적으로 단자로부터 비접촉식으로 에너지를 공급받는다. 이것을 위해 고주파 캐리어 신호가 사용된다. 한편으로는 데이터가 상기 캐리어 신호로 변조되고 다른 한편으로는 상기 캐리어 신호가 데이터 캐리어에서 직접 클록 신호로 사용된다.
데이터 전송을 위해, 캐리어 신호가 대부분의 용도에서 단지 접속 및 차단되고, 100% ASK(Amplitude-Shift-Keying) 변조된다. 캐리어 신호는 통상적으로 "전기" 비트 지속시간으로 규정된 전체 비트 타임 윈도우(이하, 타임 슬롯이라 함) 동안 논리 "1" 또는 "0"을 전송하기 위해 블랭킹되거나 또는 차단되거나 변경되지 않는 것이 아니라, 현저히 짧은 시간 동안만 블랭킹되거나 차단되거나 변경되지 않는다. 블랭킹 구간은 예컨대 비트 타임 윈도우 또는 타임 슬롯의 1/4 또는 1/3이다. 따라서, 캐리어 신호가 블랭킹을 일으키는 2개의 상태 사이에 충분히 존재함으로써, 에너지 공급 및 클록 공급이 보장된다.
가능한 코딩은 밀러(Miller) 코드에 의해 주어진다. 이것에서 논리 "1"은 타임 슬롯의 중간에 있는 블랭킹 구간으로 그리고 논리 "0"은 타임 슬롯의 시작에 있는 블랭킹 구간으로 전송된다. 논리 "1" 다음에 전송된 논리 "0"은 타임 슬롯내의 블랭킹 구간으로 표시되지 않기 때문에, 블랭킹 구간 사이에 너무 작은 간격이 피해진다.
도 6A에는 캐리어 신호로 진폭 변조되는 신호가 밀러 코드로 도시된다. 이것은 비트 시퀀스 101000110를 나타낸다. 타임 슬롯은 수직 점선으로 표시된다. 하나의 블랭킹 구간은 하나의 타임 슬롯의 지속시간의 약 1/4이다. 도 6B에는 그것과 관련해서 컴퓨터로 검출한 주파수 스펙트럼이 도시된다. 도 6A의 신호는 10MHz의 주파수를 가진 캐리어 신호로 변조되었다. 나타나는 바와 같이, (sinx/x) 형상을 가진 측파대의 포락선이 주어지고, 측파대와 캐리어의 최대 진폭의 간격은 약 18.2 dB로 검출되었다.
도 7A도에 도시된 바와 같이, 111111111의 비트 연속체에 의한 변조의 최약의 경우를 가정하면, 도 7B도에 도시된 바와 같은 주파수 스펙트럼이 나타난다. 여기서, 측파대와 캐리어의 간격은 약 10.5 dB 이다.
무선 통신 규정 및 이것에 기초가 되는 가협정 표준 ETS 300330 (ETSI, 1994년 9월)에 따라 캐리어에는 예컨대 42dB㎂/m ＠ 10m의 레벨 한계를 가진 13.56MHz의 ISM 주파수가 제공된다. 캐리어의 대역폭은 단지 ±7 kHz이므로, 규정된 변조 및 밀러 코드에 따른 비트 코딩시 변조 스펙트럼은 완전히 외부에서 나타난다. 상기 표준에서 레벨은 외부에서 20dB㎂/m ＠ 10m로 제한된다. 즉, 캐리어 아래 22dB로 제한되며, 측정 대역폭은 10kHz이다. 밀러 코딩시 100% ASK 변조되는 상기 시스템은 전술한 바와 같이 상기 한계를 넘으며, 예외 없이 변조되지 않고 평균값이 사용되는 경우에만 무선 통신이 허용될 수 있다. 상기 평균값 사용은 지금까지의 독일 규정에 따르면 허용되지만, 거의 최고 평가를 규정한 USA의 ETS 300 및 FCC 규정에 따르면 허용되지 않는다.
Helmuth Lemme의 간행물 "Infrarot-Datenuebertragung wird schneller", Elektronik 3/1996, 페이지 38 내지 44에는 적외선 전송시 데이터 레이트의 증가를 위해 마찬가지로 펄스 위치 변조가 사용되며, 각각의 펄스에는 2개의 비트가 할당되는 것이 공지되어 있다. 그러나, 거기서는 펄스 위치 변조가 단위 시간 당 동일한 수의 펄스를 전송할 때 보다 높은 데이터 레이트를 얻기 위해 사용되기 때문에, 주파수 스펙트럼의 측파대의 진폭이 변동되지 않으며, 이것이 거기서는 중요하지 않다. 거기서는 가급적 높은 펄스 레이트가 얻어져야 하기 때문에, 펄스 사이의 갭이 없고, 그 결과 비트 시퀀스 11과 00이 연속될 때 캐리어 신호가 2개의 펄스의 지속 시간 동안 블랭킹된다. 이것은 적외선 전송시에는 나쁘지 않은데, 그 이유는 거기서는 클록 발생을 위한 발진기가 항상 수신기에 존재하기 때문이다.
그러나, 본 발명에 기초가 되는 방법에서와 같이, 캐리어 신호가 직접 클록 신호로 작용하는 방법에서는, 이것에 의해 클록 신호가 허용될 수 없는 긴 시간 동안 나타나지 않게 된다.
본 발명은 무선 전자기 전송 링크를 통한 단자와 휴대용 데이터 캐리어 간의 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 방법에서 시간 비율 및 그것으로부터 결과되는 100% ASK 변조된 캐리어 신호를 개략적으로 나타내고,
도 2는 타임 슬롯의 형성에 대한 여러가지 가능성을 나타내며,
도 3은 제로 타임 구간 없는 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 나타내고,
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 비트 시퀀스 001000110에 따라 변조된 캐리어 신호의 파형 및 그것에 관련된 주파수 스펙트럼을 나타내며,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따라 비트 시퀀스 000000000에 따라 변조된 캐리어 신호의 파형 및 그것에 관련된 주파수 스펙트럼을 나타내고,
도 6a 및 6b는 밀러 코딩된, 비트 시퀀스 101000110를 가진 캐리어 신호의 파형 및 그것에 관련된 주파수 스펙트럼을 나타내며,
도 7a 및 7b는 밀러 코딩된, 비트 시퀀스 111111111를 가진 캐리어 신호의 파형 및 그것에 관련된 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
본 발명의 목적은 비트 레이트가 거의 동일할 때 클록 신호로 작용하는 캐리어 신호가 허용될 수 없는 긴 시간 동안 블랭킹되지 않으면서 측파대 진폭과 캐리어 진폭 사이의 간격이 보다 커질 수 있도록 구성된, 무선 전자기 전송 링크를 통한 단자와 휴대용 데이터 캐리어 간의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제 1항 및 2항에 따른 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
본 발명에 따른 전송 방법에서는 캐리어 신호에서 시프팅점 마다 적어도 2개의 비트, 바람직하게는 3개의 비트가 전송된다. 하나의 시프팅점은 캐리어 신호의 진폭이 변경되는 장소이다. 100% ASK 변조의 경우에는 블랭킹이 이루어지므로, 블랭킹 구간이 존재할 것이다. 상기 비트가 어떤 중요도를 갖는지는 규정된 길이 또는 지속시간의 타임 슬롯내에서 시프팅점의 위치에 의해 결정된다. 따라서, 시프팅점 마다 N 비트일 때, 하나의 시프팅점에 대해 2N가능한 위치가 하나의 타임 슬롯의 지속시간 내에 검출될 수 있어야 한다. 예컨대, 시프팅점 마다 3 비트의 경우에는 8개의 가능한 위치가 검출될 수 있어야 한다. 따라서, 수신기에서 시프팅점의 검출을 위해 많은 비용이 필요하기는 하지만, 비트 레이트가 일정할 때 단위 시간 당 적은 시프팅점이 필요하므로 보다 낮은 펄스 레이트 및 그에 따라 변조된 캐리어 신호의 측파대의 보다 낮은 진폭이 주어진다. 시프팅점 당 비트의 선택된 수에 따라, 비트 레이트를 증가시키면서 동시에 측파대 진폭을 감소시킬 수 있다.
예컨대, 미리 주어진 전송 프로토콜이 지켜져야 하기 때문에 비트 레이트가 일정하게 유지되어야 하면, 본 발명에 따른 타임 구간이 전송될 데이터에 할당된 시프팅점이 나타나지 않는 타임 슬롯내에서(이하, 제로 타임 구간이라 함) 하나의 시프팅점의 하나의 가능한 위치의 지속 시간과 동일한 지속 시간을 갖거나 또는 그것의 정수배의 지속 시간을 갖는 것이 바람직하다. 이로 인해, 시프팅점의 검출이 임의의 지속 시간을 가진 제로 타임 구간에 비해 현저히 간단해진다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
도 1b에는 본 발명에 따른 100% ASK 변조된 캐리어 신호가 도시된다. 캐리어 신호는 도시된 시간 구간에서 비트 시퀀스 100111000를 전송한다. 도시된 실시예에서는 캐리어 신호가 존재하지 않는 단 3개의 시프팅점, 즉 타임 구간이 필요한데, 그 이유는 시프팅점 마다 3개의 비트가 전송되기 때문이다. 상기 3개의 비트가 어떤 중요도를 갖는지는 타임 슬롯내에서 시프팅점의 위치에 의해 결정된다. 도 1a에는 이것에 대한 예가 도시된다.
하나의 타임 슬롯은 본 발명에 따른 제로 타임 구간에서, 즉 전송될 데이터에 할당된 시프팅점이 발생되지 않는 타임 구간에서 시작한다. 하나의 타임 슬롯의 남은 구간은 하나의 시프팅점의 가능한 위치에 유보된다. 시프팅점 마다 3비트의 예에서는 3비트의 23=8 조합이 가능하므로, 시프팅점의 8개의 가능한 위치가 주어진다. 도 1a에서는 가능한 위치에 비트의 중요도가 커지는 순서로 할당된다. 그러나, 모든 임의의 할당이 가능하다. 예컨대, 시프팅점의 하나의 가능한 위치로부터 인접한 위치로 단 1 비트만이 변경되는 할당이 바람직할 수 있는데, 그 이유는 시간적으로 변위된 하나의 신호가 단 하나의 비트만을 변경시킬 수 있기 때문이다. 이것은 패리티 체크에 의해 쉽게 검출될 수 있다. 이러한 할당은 예컨대,
│000│001│011│010│110│111│101│100│ 이다.
전송될 비트 시퀀스 100111000에 대한 도시된 타임 슬롯내에서 시프팅점의 위치는 두꺼운 선으로 표시된다.
도 1a 및 1b에 나타나는 바와 같이, 타임 슬롯내에서 최후의 가능한 위치 -도시된 실시예에서 비트 시퀀스 111의 위치- 와 타임 슬롯내에서 최초로 가능한 위치 -도시된 실시예에서 비트 시퀀스 000의 위치- 가 연속될 때, 본 발명에 따른 제로 타임 구간이 없으면 2개의 시프팅점이 차례로 나타날 것이다. 캐리어 신호가 직접 클록 신호로 사용되는, 본 발명의 전송 방법에서, 이것은 클록 신호가 허용될 수 없는 장시간 동안 나타나지 않는 결과를 초래할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 방식으로 제로 타임 구간이 제공된다.
그러나, 최후의 위치와 최초의 위치가 연속되지 않는 경우, 제로 타임 구간에서 제어 문자에 할당된 시프팅점이 제공되는 것이 가능하다. 그러나, 캐리어 신호가 각각의 시프팅점 사이에 충분히 길게 존재하면, 상기 제어 문자가 "적합한" 데이터 비트 조합 사이에만 나타날 수 있다.
도 2에는 타임 슬롯의 바람직한 실시예가 도시된다. 상부 다이어그램에는 논리 "0"상태로 표현된 "전기" 비트의 시간 시퀀스가 도시된다. 그러나, 다른 도면도 가능하다. 상기 전송 방법에서는 비트 레이트가 증가되지 않으므로, 시프팅점 당 전송될 비트가 3개일 때 타임 슬롯은 3 "전기" 비트의 지속 시간을 갖는다.
시프팅점 당 3개의 전송될 비트에서는 하나의 타임 슬롯내에 8개의 가능한 위치 및 하나의 제로 타임 구간이 제공된다. 수신기에서 검출회로의 간소화를 위해, 제로 타임 구간의 지속 시간이 하나의 가능한 위치의 지속 시간과 동일하거나 또는 그것의 정수배인 것이 특히 바람직하다.
하나의 시프팅점이 하나의 가능한 위치와 반드시 동일한 길이일 필요는 없으며, 보다 짧을 수 있다. 시프팅점이 가능한 위치내에서만 나타남으로써, 비트 중요도가 명확히 검출될 수 있으면 된다.
도 2의 중간 부분에서 제로 타임 구간은 하나의 가능한 위치와 동일한 지속 시간을 갖는 경우가 도시된다. 이와는 달리, 도 2의 하부에서는 제로 타임 구간이 하나의 가능한 위치의 지속시간의 4배이므로 하나의 "전기" 비트의 지속시간에 상응하는 경우가 도시된다. 이러한 경우들은 특히 간단히 검출될 수 있다.
도시된 실시예에서, 제로 타임 구간은 항상 타임 슬롯의 시작에 나타난다. 그러나, 제로 타임 구간이 타임 슬롯의 끝에 배치되거나 제공되는 것도 가능하다.
클록 신호가 허용될 수 없는 장시간 동안 나타나지 않는 것을 방지하기 위한 본 발명에 따른 또다른 해결책이 도 3에 도시된다. 여기서는 제로 타임 구간이 제공되지 않으나, 클록 신호가 허용될 수 없는 장시간 동안 나타나지 않는 것을 방지하기 위해 타임 슬롯에서 시프팅점의 최후 위치와 최초 위치가 연속될 때 최초의 위치에 시프팅점이 나타나는 대신에 타임 슬롯에 시프팅점이 전송되지 않는다. 이것을 위해, 후속 타임 슬롯 동안 시프팅점의 위치를 일시 저장함으로써, 하나의 타임 슬롯에서 시프팅점이 없으면 선행 타임 슬롯에서 시프팅점이 최후의 위치에 있었는지, 또는 전송 에러가 있는지의 여부가 확인될 수 있어야 한다. 물론, 여기서는 제로 타임 구간의 검출을 위한 회로가 필요없다.
도 4a 및 4b 그리고 5a 및 5b에는 본 발명에 따른 방법에 의해 전송되어야 하는 일정한 비트 시퀀스에 대해 산출된 주파수 스펙트럼이 도시된다. 도 2의 하부에 도시된 바와 같이, 시프팅점 당 3개의 비트 및 4개의 위치의 제로 타임 구간의 지속시간을 갖는 방법이 선택된다.
따라서, 하나의 타임 슬롯은 30㎲ 동안 지속되며 하나의 가능한 위치는 2.5㎲의 길이를 갖는다. 하나의 시프팅점도 동일한 길이로 선택된다. 도 4a에는 비트 시퀀스 001000110가 선택되고 도 5a에는 주파수 스펙트럼면에서 최악의 경우인 비트 시퀀스 000000000가 선택된다.
주파수 스펙트럼에서 나타나는 바와 같이, 거의 임의의 비트 시퀀스에서 도 4a에 따라 약 21.8 dB의 측파대와 캐리어 사이의 간격이 주어진다. 도 5b의 최악의 경우 조차도 항상 20.9 dB의 간격이 존재하므로, 전술한 무선 통신 허용 조건이 선행 기술에서 보다 훨씬 양호하게 충족된다.
무선 전자기 전송 링크를 통한 단자와 휴대용 데이터 캐리어 간의 데이터 전송 방법에 대한 시방서는 100% ASK 변조를 규정하므로, 본 발명에 따른 방법이 특히 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나, 앞으로 시방서가 변경되고 보다 낮은 변조 깊이가 허용되는 것도 가능하다. 이 경우에는 순수한 접속/차단이 이루어지지 않고, 2개의 레벨 사이의 전환이 이루어진다. 이것은 측파대를 보다 더 낮출 것이다. 본 발명에 따른 방법의 프로토콜은 최근의 시방서에 따라 그리고 앞으로 변조 깊이와 관련해서 시방서가 변경될 때도 변동 없이 작동될 수 있다는 장점을 갖는다.

Claims (4)

  1. ASK 변조된 캐리어 신호가 데이터 캐리어에서 클록 신호로 사용되고, 데이터의 중요도가 하나의 타임 슬롯내에서 캐리어 신호의 시프팅점의 위치에 의해 결정되는, 무선 전자기 전송 링크를 통한 단자와 휴대용 데이터 캐리어 간의 데이터 전송 방법에 있어서,
    하나의 시프팅점의 정보 내용이 다수의 N 비트에 상응하고, 상기 N은 2 보다 크거나 같으며, 상기 N 비트의 중요도가 하나의 타임 슬롯내에서 2N가능한 위치내의 시프팅점의 위치에 의해 결정되고,
    전송될 데이터에 할당된 시프팅점이 나타나지 않는 제로 타임 구간이 하나의 타임 슬롯의 시작 또는 끝에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 100% ASK 변조된 캐리어 신호가 데이터 캐리어에서 클록 신호로 사용되고, 데이터의 중요도가 하나의 타임 슬롯내에서 캐리어 신호의 시프팅점의 위치에 의해 결정되며,
    타임 슬롯내에서 최후의 위치에 의해 결정된 데이터 중요도가 나타난 후에 통상적으로 타임 슬롯내에서 최초의 위치에 의해 결정되는 데이터 중요도가 나타날 때, 통상적으로 최초의 위치에 의해 결정된 데이터 중요도가 타임 슬롯의 어떤 위치에서도 시프팅점이 나타나지 않음으로써 결정되는,
    무선 전자기 전송 링크를 통한 단자와 휴대용 데이터 캐리어 간의 데이터 전송 방법에 있어서,
    하나의 시프팅점이 다수의 N 비트에 상응하고, 상기 N은 2 보다 크거나 같으며, 상기 N 비트의 중요도가 하나의 타임 슬롯내에서 2N가능한 위치내의 시프팅점의 위치에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 하나의 타임 슬롯이 N 비트의 지속 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 100% ASK 변조가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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