KR20020000171A

KR20020000171A - 2-ｆｓｋ 신호 존재의 검출 방법 및 검출용 라디오 단말기

Info

Publication number: KR20020000171A
Application number: KR1020017014146A
Authority: KR
Inventors: 도메니코 게. 포르시노
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-01-04
Also published as: EP1179253B1; CN1163039C; DE60121682T2; EP1179253A1; JP2003526281A; ATE334543T1; CN1364371A; GB0005592D0; DE60121682D1; KR100743448B1; WO2001067700A1; JP4660673B2; TW518860B; US6831953B2; US20010026598A1

Abstract

본 발명은, 2-FSK 신호의 존재를 검출하는 방법, 및 단말기에 관한 것으로, 상기 방법은, 2-FSK 신호를 수신하는 단계(10)와, 직교 관련 출력을 발생시키기 위해 상기 수신된 신호를 직교 주파수 다운 변환하는 단계(34, 35, 36)와, 디지털 샘플을 발생시키기 위해 상기 직교 관련 출력을 오버샘플링하는 단계(42, 43)와, 실수 성분 및 허수 성분을 발생시키기 위해 상기 디지털 샘플을 차동 디코딩하는 단계(44)와, 상기 허수 성분을 적분하는 단계(56, 58)와, 상기 적분된 값을 고정 임계값(24)과 비교하여, 만약 임계치가 초과하는 경우 신호가 존재한다고 결정하는 단계(26)를 포함한다.

Description

2-ＦＳＫ 신호 존재의 검출 방법 및 검출용 라디오 단말기{METHOD OF, AND RADIO TERMINAL FOR, DETECTING THE PRESENCE OF A 2-FSK SIGNAL}

원격 측정 모듈은, 서비스되지 않고도 오랫동안 계속해서 사용될 수 있는 기기에 설치된다. 배터리 전원 원격 측정 모듈의 경우에, 상기 모듈이 배터리 교환 사이에 10년까지의 기간 동안 동작하는 것이 바람직하다. 그러한 장시간의 서비스 기간을 달성할 수 있기 위해, 원격 측정 모듈은, 적절한 응답 시간을 제공하는 동안 전류 절감을 용이하게 하는 프로토콜에 따라 동작한다. 이러한 목적을 달성하는 프로토콜은 디지털 페이징(paging)과 같은 다양한 기술 분야에서 잘 알려져 있는데, 여기서 대안적으로 POCSAG로 알려진 CCIR 라디오페이징 코드 1번(CCIR Radiopaging Code No.1)이 거의 20년 동안 사용되고 있다. 이후의 일반적인 접근법은, 라디오 유닛이 장기간의 시간 동안 "대기(sleeps)하지만" 자신의 채널 상으로 송신되는 임의의 데이터 신호가 있는지를 검사하기 위해 주기적으로 재작동(wakes up)한다는 점이다. 재작동 기간은 신호가 존재하는지에 상관없이 미리 설정될 수있다. 이러한 유형의 배터리 절약 프로토콜의 개량(refinement)에 있어서, 라디오 유닛이 재작동되었을 때, 상기 라디오 유닛은 전체 수신기에 전력을 공급(energising)하기 전에 데이터의 존재를 검사하고, 만약 미리 설정된 기간보다 더 짧은 시간의 기간 내에 어떠한 것도 검출되지 않으면, 조기에 전력을 차단한다. 따라서, 배터리 수명은 연장될 수 있거나, 동일한 전자 디바이스에 대해 더 소형의 배터리가 사용될 수 있다.

만약 라디오 유닛이 데이터를 검출하는데 신뢰할 수 없다면, 첫째로, 잡음만이 존재할 때조차 신호가 데이터 존재 검출기에 의해 "검출"될 확률로 정의되는 허위 알람(false alarm){P(허위 알람) 또는 간단하게 P(fa)}의 확률이 존재하고, 둘째로, 데이터 존재 검출기가 양호한 신호를 거부하고 그 양호한 신호를 잡음으로 잘못 간주할 확률로 정의되는 허위 거부(false dismissal){P(허위 거부) 또는 간단하게 P(fd)}의 확률이 존재한다. P(fd)는 더욱 중요한 파라미터인데, 그 이유는, 데이터의 모든 단일 허위 거부가 패킷의 전체 손실을 야기할 것이기 때문이다. 기존의 시스템의 필요 조건은 P(fa)≤1% 및 P(fd)≤0.1%이다.

기존의 데이터 존재 검출기의 개략적인 블록도는 첨부 도면 중 도 1에 도시된다. 도 1에서, 안테나(10)에 의해 수신된 신호는 RF 프론트 엔드(front end) 스테이지(12)에서 주파수 다운 변환된다. 스테이지(12)는, 제로(zero) IF 또는 저 IF에서 실수 출력(real output){I(t)} 및 허수 출력(imaginary output){Q(t)}을 제공하는 직교 주파수 다운 변환 스테이지를 포함한다. 이러한 출력은 출력{I(t)²및Q(t)²}을 각각 발생시키는 각 제곱 회로(14, 16)에 인가된다. 이러한 신호는 스테이지(18)에서 합산되고, 그 합의 제곱근은 제곱근 스테이지(20)에서 도출된다. 출력{P(t)}()은 이동 합(running sum) 스테이지(22)에 인가된다. 스테이지(22)로부터의 이동 합은, 비교기(28)에서 스테이지(24)에 의해 생성된 고정 임계값과 비교되고, 상기 비교기(26)로부터의 출력은 데이터 존재 표시를 포함한다.

예시된 표시기 회로의 주된 목적은 신호를 잡음과 구별하는 것이다. 이러한 알려진 회로에 대한 결점은, 잡음과 관련된 신호의 특이성(distinctiveness)을 감소시키는 존재하는 임의의 인자가, 전력 소비의 견지로부터 상기 회로를 덜 절약하게 하는 검출 메커니즘을 둔화(slow down)시킨다는 점이다.

본 발명은, 2-FSK 신호 존재를 검출하는 방법, 및 라디오 단말기에 관한 것이다. 일반적으로, 라디오 단말기는 자동 수량 측정과 같은 원격 감시 응용에 사용하기 위한 원격 측정(telemetry) 모듈 또는 상기 모듈의 부분일 수 있다.

도 1은 본 명세서의 전재부에 설명된 알려진 데이터 존재 표시기 회로의 개략적인 블록도.

도 2는 본 발명에 따라 이루어진 데이터 존재 표시기 회로의 개략적인 블록도.

도 3은 2-FSK 복조된 데이터의 배치를 도시한 도면.

도면에서, 동일한 참조 번호는 대응하는 특징을 나타내도록 사용되었다.

본 발명의 목적은, 필요한 최소 신뢰도를 보장하는 한편, 에너지 필요 조건을 최소화하는 최단 가능 시간 동안에 데이터 존재의 검출을 최적화하는 것이다.

본 발명의 한 양상에 따라, 2-FSK 신호의 존재를 검출하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 2-FSK 신호를 수신하는 단계와, 직교 관련 출력을 발생시키기 위해 상기 수신된 신호를 직교 주파수 다운-변환하는 단계와, 디지털 샘플을 발생시키기 위해 직교 관련 출력을 오버샘플링(oversampling)하는 단계와, 실수 성분 및 허수 성분을 발생시키기 위해 디지털 샘플을 차동 디코딩하는 단계와, 허수 성분을 적분하는 단계와, 상기 적분값을 고정 임계값과 비교하여, 임계값이 초과되는 경우신호가 존재한다고 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 2-FSK 신호를 수신하는 수단과, 신호 수신 수단에 연결된 하나의 입력과 직교 관련 신호용 출력들을 구비하는 직교 주파수 다운 변환 수단과, 실수 성분 및 허수 성분을 발생시키기 위해 직교 관련 신호를 디코딩하는 디코딩 수단과, 허수 성분을 적분하는 수단과, 적분 수단으로부터 출력을 수신하도록 연결된 제 1 입력, 임계 생성 회로에 연결된 제 2 입력, 및 적분 수단으로부터의 출력이 임계 생성 회로에 의해 발생된 값을 초과할 때 신호 존재 표시를 제공하는 하나의 출력을 구비하는 비교 수단을 포함하는 라디오 단말기가 제공된다.

본 발명은, 순수한 잡음을 데이터 존재 표시기에 첨가하는 것을 감소시켜 잡음에 대해 신호를 향상시킴으로써 신뢰도의 레벨을 감소시키기 않고도 신호의 존재를 결정하는 속도를 증가시키는 것에 기초한다. 속도 증가는 9배까지 더 빠를 수 있다. 그러므로, 어떠한 신호도 존재하지 않는 경우, 단말기는 더 빨리 비활성화되어(deactivated), 배터리 수명을 증가시킬 수 있다.

2-FSK 변조 송신의 경우에, 디코딩된 신호의 배치(constellation)는 허수 분기 상에 전적으로 놓여있다. 따라서, 순수한 잡음과 유사한 실수 분기 상에 기재된 적분 데이터는 이롭지 않을 것이다.

본 발명은, 예로서 첨부 도면을 참조하여 이제 설명되고 기술될 것이다.

도 2에 도시된 수신기는, 독립형 수신기, 또는 원격 측정 모듈에 내장된 트랜시버의 수신기 부분일 수 있다. 편리함을 위해, 양쪽 배열은 수신기로 설명될 것이다.

수신기는, 배터리 절약 프로토콜에 따라 동작하며, 수신기는 상기 프로토콜에 의해 대기 상태에서 동작하도록 유지시키는데 필수적인 수신기의 부분만이 전력을 공급받는 대기 모드로부터 주기적으로 재작동하게 된다.

안테나(10)는 신호 분리기(30)에 연결되고, 상기 신호 분리기(30)는 입력 신호를 혼합기(34, 35)의 제 1 입력(32, 33)에 공급한다. 로컬 발진기(36)는 혼합기(34)의 제 2 입력(38)에 연결되고, 직교 이상기(quadrature phase shifter)(37)를 경유하여, 혼합기(35)의 제 2 입력(39)에 연결된다. 로컬 발진기(36)의 주파수는 안테나(10)에서 수신된 신호를 제로 IF 또는 저 IF 중 하나로 하향 변환(translate)하도록 선택된다. 혼합기(34)에서 나온 출력에는 동위상(in-phase) 신호{I(t)}가 지정되고, 혼합기(35)에서 나온 출력에는 직교 위상 신호{Q(t)}가 지정된다.

동위상 및 직교 위상 신호{I(t) 및 Q(t)}는 각각 저역 필터(40, 41)에서 필터링되고, 아날로그/디지털 변환기(ADC)(42, 43)에서 디지털화된다. ADC(42, 43)는 신호{I(t) 및 Q(t)}를 오버샘플링(oversample)하고, 상기 샘플은 차동 디코더(44)에 인가된다. 예를 들어, 만약 데이터 속도가 150비트/s이고, 샘플링 주파수가 76.8kHz이면, 오버샘플링 속도는 비트당 512 샘플이다. 차동 디코더(44)는 알려진 설계로 구성되고, 복소 신호 조합기(46)를 포함하는데, 상기 조합기(46)는 지연 스테이지(48) 및 복소 공액(complex conjugate) 스테이지(50)를 경유하여 배율기(52)의 제 1 입력에 연결되는 제 1 출력과, 배율기(52)의 제 2 입력에 직접 연결되는 제 2 출력을 구비한다. 배율기(52)의 출력은, 실수 출력(Re) 및 허수 출력(Im)을 모두 오버샘플링 속도로 공급하는 복소 실수 및 허수 스테이지(54)에 인가된다.

잠시 도 3을 참조하면, 설명될 데이터 존재 표시기 회로(DPI)의 주 목적은 신호를 잡음과 구별시키는 것이다. DPI 회로를 더 효과적으로 만들기 위해, 2-FSK 변조된 송신의 경우에, 복조된 디지털 신호에 대해 예측된 배치 상에서 이용가능한 정보가 사용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 디코딩된 신호의 배치는 허수 분기(Im) 상에 전적으로 놓여있다. 그러므로, 순수한 잡음과 유사한 실수 분기(Re) 상에 기재된 데이터를 적분하는 것은 2-FSK가 관련되는 한 유리하지 않다. 실수 분기로부터의 기여를 무시함으로써, 검출 과정의 속도는, 도 1을 참조하여 설명된 알려진 방법에 비해 2 내지 8.5배만큼 증가된다.

다시 도 2를 참조하면, 오버샘플링된 허수 출력(Im)은 DPI 회로, 더 구체적으로 절대값 스테이지(56)에 공급된다. 스테이지(56)에서 나온 출력은 이동 합 스테이지(58)에서 적분된다. 스테이지(58)에서 나온 출력은 비교기(26)의 제 1 입력에 인가되고, 상기 비교기(26)에서, 상기 출력은 임계치 스테이지(24)에서 생성된 고정 임계 전압과 비교된다. 이동 합이 임계 전압을 초과하면, 데이터 존재 표시기는 출력(28) 상에 제공되지만, 임계 전압이 초과하지 않으면, 비교기(26)는 종료한다(times out).

도 2에 도시된 회로가 알려진 회로보다 더 빠를 뿐 아니라, 오로지 데이터 존재 표시기 회로에서만 추가 배터리 수명이 2년 6개월까지 연장될 수 있음이 계산되었다.

임의로, 상기 회로는 주파수 보상 알고리즘을 포함하는데, 상기 알고리즘은, 데이터의 일부를 실수 경로 상으로 전달하면서, 주파수 오프셋에 대한 민감도를 감소시킬 수 있고, 신호의 배치가 회전하지 못하게 할 수 있다.

본 명세서 및 청구항에서, 요소 앞의 단수 또는 복수는 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 더욱이, 단어 "포함하는"은 기술된 요소 또는 단계 이외의 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다.

본 개시를 읽음으로써, 이와 다른 변경이 당업자에게는 명백할 것이다. 그러한 변경은, 데이터 존재 표시기 스테이지를 갖는 수신기 및 상기 수신기용 구성 요소의 설계, 제조 및 사용에서 이미 알려져 있고, 본 명세서에서 이미 설명된 특징 대신에, 또는 상기 특징 이외에 사용될 수 있는 다른 특징을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 통신 장치 등을 위한 데이터 신호 검출에 이용된다.

Claims

2-FSK 신호를 수신하는 단계와,

직교 관련 출력을 발생시키기 위해 상기 수신된 신호를 직교 주파수 다운 변환(quadrature frequency down-converting)하는 단계와,

디지털 샘플을 발생시키기 위해 상기 직교 관련 출력을 오버샘플링(oversampling)하는 단계와,

실수 성분 및 허수 성분을 발생시키기 위해 상기 디지털 샘플을 차동 디코딩(differentially decoding)하는 단계와,

상기 허수 성분을 적분하는 단계와,

상기 적분된 값을 고정 임계값과 비교하여, 만약 상기 임계치가 초과되는 경우 신호가 존재한다고 결정하는 단계를

포함하는, 2-FSK 신호 존재의 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 허수 성분은, 상기 허수 성분의 절대값을 도출하고 상기 절대값의 이동 합(running sum)을 형성함으로써 적분되고, 상기 이동 합은 상기 고정 임계치와 비교되는 것을 특징으로 하는, 2-FSK 신호 존재의 검출 방법.
2-FSK 신호를 수신하기 위한 수단과,

상기 신호 수신 수단에 연결된 하나의 입력과 직교 관련 신호용 출력들을 구비하는 직교 주파수 다운 변환 수단과,

실수 성분 및 허수 성분을 발생시키기 위해 상기 직교 관련 신호를 디코딩하기 위한 디코딩 수단과,

상기 허수 성분을 적분하기 위한 수단과,

상기 적분 수단으로부터 하나의 출력을 수신하도록 연결된 제 1 입력, 임계치 생성 회로에 연결된 제 2 입력, 및 상기 적분 수단으로부터의 출력이 상기 임계치 생성 회로에 의해 발생된 값을 초과할 때 신호 존재 표시를 제공하기 위한 하나의 출력을 구비하는 비교 수단을

포함하는, 라디오 단말기.
제 3항에 있어서, 절대값 결정 스테이지는 상기 적분 수단에 연결되고,

상기 적분 수단은 상기 절대값 결정 스테이지의 출력의 이동 합을 발생시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라디오 단말기.
제 3항 또는 제 4항에 기재된 수신기를 포함하는, 원격 측정(telemetry) 모듈.