KR20040089708A - 능동 후방산란형 트랜스폰더, 이를 포함하는 통신 시스템및 상기 능동 후방산란형 트랜스폰더에 의해 데이터를전송하는 방법 - Google Patents

능동 후방산란형 트랜스폰더, 이를 포함하는 통신 시스템및 상기 능동 후방산란형 트랜스폰더에 의해 데이터를전송하는 방법 Download PDF

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KR20040089708A KR10-2004-7013902A KR20047013902A KR20040089708A KR 20040089708 A KR20040089708 A KR 20040089708A KR 20047013902 A KR20047013902 A KR 20047013902A KR 20040089708 A KR20040089708 A KR 20040089708A
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Abstract

본 발명은 기저 신호(sH)에 기초하여 발진 신호(s)를 생성하기 위한, 특히 능동 후방산란형 트랜스폰더인 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 디바이스는 발진에 의해 발진 신호(s)를 능동적으로 만들기 위한 발진기(SHFO), 기저 신호(s)에 대한 입력(ANT<SB>S</SB>) 및 생성된 발진 신호(s)에 대한 출력(ANT<SB>S</SB>)을 포함하고, 상기 발진기(SHFO)는 기저 신호(sH)에 의사-일치 방식으로 발진 신호(s)를 생성하기 위해 기저 신호(sH)에 의해 도출될 수 있다. 데이터 전송을 위해, 상기 디바이스는 데이터 또는 데이터 신호(Dat<SB>TX</SB>)를 발진 신호(s)로 삽입하기 위해 적응되는 데이터 삽입 장치(TGEN)가 추가로 제공된다. 삽입된 신호(Dat<SB>TX</SB>)를 검출하기 위한 데이터 검출 디바이스(Demod)와 함께, 수신기 측 발진기(EHFO)의 기저 신호에 의해 수신 신호(e)로부터 발진기(SHFO)의 신호 부분을 제거하기 위한 분리 장치(MIX)에 부가하여, 의사-일치 신호(s)와 같은 디바이스에 의해 생성되고 전송되는 수신 신호(e)를 수신하고 처리하기에 적당한 상응하는 수신기(E)가 적절하게 제공된다.

Description

능동 후방산란형 트랜스폰더, 이를 포함하는 통신 시스템 및 상기 능동 후방산란형 트랜스폰더에 의해 데이터를 전송하는 방법{ACTIVE BACKSCATTER TRANSPONDER, COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING THE SAME AND METHOD FOR TRANSMITTING DATA BY WAY OF SUCH AN ACTIVE BACKSCATTER TRANSPONDER}
데이터를 교환하고 기지국으로부터 변조된 트랜스폰더까지의 거리를 측정하는 방법 및 장치들이 다양한 형태로 존재하고 오랫동안 알려져 왔다. 종래의 트랜스폰더들은 후방산란형 트랜스폰더로 언급되는 것을 포함하는데, 예를 들어, 상기 트랜스폰더는 자신의 신호 소스를 가지지 않는 대신에, 증폭된 형태로 수신된 신호를 다시 반사한다. 상기 문맥에서 '변조된 후방산란형(modulated backscatter)'가 언급되었다. 후방산란형 트랜스폰더는 데이터 송신기를 구성하지만, 전용 무선 주파수 신호는 통상적으로 후방산란형 트랜스폰더에서 생성되지 않는다. 무선 주파수 보조 캐리어 신호는 먼저 실제 데이터 수신기 국(receiver station)으로부터 트랜스폰더로 송신되고, 여기에서 상기 트랜스폰더는 통상적으로 저주파 변조로써 다시 송신한다.
후방산란형 트랜스폰더에 기초한 통신 시스템은 모든 하위-국들(sub-stations) 내에 별개의 신호 소스를 갖는 표준 통신 시스템에 비해 나타나는 중요한 장점은 수신기에 수신된 신호가 보조 캐리어 신호와의 혼합에 의해 사실상 최적인 방식인 변조 대역폭으로 제한될 수 있어서 사실상 최적인 신호 대 자음비가 달성된다는 사실이다. 다른 통신 시스템에서 통상적인 송신기 및 수신기 내의 별도의 신호 소스들의 경우, 비교적 작은 수신기 대역폭이 달성될 수 있는 주파수 및 위상에 대해 정밀한 방식으로 별개의 소스들을 조정하는 것은, 특히 낮은 데이터 레이트의 경우에, 일반적으로 가능하지 않거나, 가능하더라도 많은 노력을 요구한다.
그러나 후방산란형 트랜스폰더 시스템들의 중요한 단점은 무선 주파수 신호가 수신기로부터 트랜스폰더까지의 경로를 따라, 그리고 그 역으로, 이동해야만 하고, 그에 따라 레이다 방정식(radar equation)에 기초하여, 전체 전송 링크에 대한 신호 대 잡음비(SNR)가 거리의 4제곱에 비례하여 감소한다는 사실이다. 주파수에 따라 크게 증가하는 자유 전계 감쇠에 기인하여, 특히 만족스러운 신호 대 잡음비를 갖는 GHz 범위인 초고주파 후방산란형 트랜스폰더를 구현하는 것은 거의 불가능하다.
만일, 표준 통신 시스템의 경우에 통상적인 바와 같이, 데이터 신호가 전용 소스를 갖는 데이터 송신기에서, 특히 트랜스폰더에서 생성된다면, RF 신호는 단 한번 송신기/수신기 경로를 따라 이동한다. 이러한 경우에, SNR은 단지 거리의 제곱에 반비례한다. 여기에 전송 경로 상의 다른 감쇠/손실들은 또한 신호에 한번만 영향을 미친다는 사실이 부가된다. 따라서, 특히 더 큰 거리의 경우에, SNR은 단순한 후방산란형 시스템의 경우에서 보다 이러한 면에서 더 높은 차수의 크기를 갖는다.
발진 수단에 의해 발진 신호를 능동적으로 만드는 발진기로써 기저 신호(base signal)에 기초하여 발진 신호를 생성하는 새로운 디바이스, 상기 기저 신호에 대한 입력, 및 생성된 발진 신호에 대한 출력은 DE 100 32 822 A1에 공지되어 있는데, 여기서 발진기는 기저 신호에 대해 의사-위상-일치(quasi-phase-coherent) 방식으로 발진 신호를 생성하도록 기저 신호에 의해 활성화될 수 있다. 여기에서, 디바이스는 특히 트랜스폰더의 형태인 송신기를 포함하고 트랜스폰더 안테나에 연결된 발진기를 디스플레이한다. 클록 제어 유닛은 발진기를 활성화하기 위해 부가적으로 제공된다. 발진기는 클록 제어 신호에 의해 클록 제어 유닛에 따라 주기적으로 스위칭 온 및 오프된다. 여기에서, 발진기에 의해 생성된 신호는 수신된 기저 신호에 대해 의사-일치(quasi-coherent)이다. 발진기를 스위칭 온 및 오프하는 것은 또한 발진기의 의사-위상-일치 활성화 능력을 스위칭한다.
본 발명은 청구항 제 1항의 특징에 따른 후방산란형 트랜스폰더, 상기 후방산란형 트랜스폰더를 통합한 통신 시스템 및/또는 상기 후방산란형 트랜스폰더로써 데이터를 전송하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 송신기 신호가 수신기의 신호들에 대해 의사-위상-일치 방식으로 발진하고 데이터가 송신기로부터 수신기로 전송되는 송신기와 수신기의 배열을 도시하고,
도 2는 상기 수신기의 일 구현예를 도시하고,
도 3은 상기 송신기의 일 구현예를 도시하고,
도 4는 상기 송신기 및 상기 수신기로서 사용될 수 있는 트랜시버를 도시하고,
도 5는 제 1 사용가능한 복조 장치를 도시하고,
도 6은 제 2 사용가능한 복조 장치를 도시하고,
도 7은 송신기의거리를 결정하기 위해 부가적인 장치들을 구비한 수신기를 도시하며,
도 8은 상기 디바이스를 구비한 LTCC 모듈을 도시한다.
본 발명은 전술한 디바이스 및/또는 상기 디바이스를 구비한 통신 시스템 및 응용 범위의 견지에서 상기 디바이스로서 데이터를 전송하는 방법을 개선시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 청구항 제 1항의 특징에 따른, 특히 후방산란형 트랜스폰더인디바이스, 청구항 제 4항의 특징에 따른 상기 디바이스용 수신기 및/또는 청구항 제 12항의 특징에 다른 상기 후방산란형 트랜스폰더로써 데이터를 전송하는 방법에 의해 달성된다.
바람직한 버전들의 장치 및 시스템들은 종속항들에 의해 달성된다.
본 예에서, 다양한 시스템들의 장점을 조합하는, 다시 말하자면 원거리 상에서의 SNR의 사실상 최적인 작은 수신기 대역폭 및 제곱-법칙 의존성(square-law dependency)의 간단한 달성을 이용하는 새로운 능동 후방산란형 트랜스폰더 및 통신 시스템이 제공된다. 나아가, DE 100 32 822 A1과 같은 것으로부터 공지된 데이터 전송 장치의 가장 바람직한 구현을 허용하는 구조적인 해결책이 제공된다.
따라서, 발진에 의해 발진 신호를 능동적으로 생성하는 발진기로써 기저 신호에 기초하여 발진 신호를 생성하는, 바람직하게는 능동 후방산란형 트랜스폰드 또는 후방산란형 트랜스폰더인 디바이스, 상기 기저 신호에 대한 입력, 및 생성된 발진 신호에 대한 출력이 데이터 또는 데이터 신호를 의사-위상-일치 발진 신호로 삽입하도록 적응된 데이터 삽입 장치를 포함하는 경우에 바람직스럽게 설치되는데, 여기서 발진기는 상기 기저 신호에 대해 의사-위상-일치 방식으로 발진 신호를 생성하기 위해서 기저 신호에 의해 활성화될 수 있다.
데이터 삽입 장치는 바람직스럽게는 클록 생성기를 포함하는데, 상기 생성기의 클록 펄스 시퀀스는 삽입될 데이터로부터 도출되고, 상기 생성기는 데이터가 변조되는 기본 발진 모드를 생성하기 위해 발진기를 활성화시킨다. 예를 들어, 스위칭가능한 위상 시프트(switchable phase shift)를 사용하여 데이터를 발진 신호로변조하는 위상 제어 장치로 적응되는 데이터 삽입 장치가 또한 데이터를 삽입하기 위해 가능하다.
수신 신호로서 수신된 삽입된 데이터로써 상기 의사-위상-일치 신호를 처리하기 위해, 적당한, 특히 수신기인 디바이스는 수신기 측 발진기의 기저 신호와 삽입된 데이터를 복원하는 데이터 복원 장치를 사용하여 의사-위상-일치 수신 신호로부터 송신기 측 발진기의 신호 성분들을 제거하는 분리 장치(separation apparatus)를 포함한다.
상기 수신기는 발진기에 의해 생성된 신호를 적용하는 입력, 송신 혼합기(transmission mixer)를 통해 기저신호로서 상기 신호를 출력하고 실제 데이터 송신기 국(transmitter station)에 상기 기저 신호를 송신하는 출력, 상기 수신 신호를 적용하는 입력, 및 혼합된(mixed-down) 수신 신호를 출력하는 출력을 포함하는 전송 혼합기로써 바람직하게 설치되는데, 여기서 특히 상기 기저 신호를 출력하는 출력 및 상기 수신 신호에 대한 입력은 일치할 수 있다.
사용할 목적에 따라 송신기 및/또는 수신기로서 사용될 수 있는, 특히 조합된 장치의 형태인 트랜시버(transceiver)인 디바이스가 특히 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 상기 트랜시버는 발진 신호를 생성하는 발진기, 발진기를 활성화시키는 클록 생성기, 발진기의 발진 신호를 적용하는 입력을 구비한 혼합기, 인터페이스가 혼합기에 연결되고 신호를 송수신하기 위한 적어도 하나의 인터페이스, 인터페이스에 의해 수신되고 발진 신호로써 혼합된 신호를 출력하기 위한 혼합기의 적어도 하나의 출력, 및 혼합기에 연결된 데이터 처리 장치를 적당히 포함한다. 여기에서, 신호 및 데이터 처리 장치는 하나의 구조체 또는 다수의 구조체들의 형태로 적응되고, 발진기에 수신 기저 신호를 적용하고 데이터 또는 데이터 신호를 데이터 삽입 장치로서 인터페이스에 의해 후속 출력용 발진 신호로 삽입하기 위해서, 또는 인터페이스에 의해 수신되고 데이터 복원 장치로서 혼합기에 의해 혼합된 삽입 데이터를 복원하기 위해서 선택적으로 사용된다.
매우 다양한 복조기들이 수신기에서 사용될 수 있는데, 특히 주파수-의존 위상 시프트를 신호에 부과하기 위해 위상 비교기와 주파수 판별기(discriminator)를 구비한 복조기가 사용될 수 있고, 상기 위상 비교기와 주파수 판별기 모두에 혼합기로부터 생성된 수신 신호가 공급되고, 상기 주파수 판별기의 출력 신호는 위상 비교기의 추가적 입력에 공급되고, 위상 비교기의 출력은 복원된 데이터를 출력한다. 다른 바람직한 실시예는 적어도 2개의 상이한 대역 통과 필터/탐지기 시퀀스를 구비한 복조기의 사용을 포함하고, 상기 시퀀스의 출력은 신호 레벨에 대한 척도를 출력하는 가산기, 및 재구성된 데이터를 출력하기 위한 직렬 연결 비교기의 뒤에 있는 차동 증폭기 모두에 제공된다.
상기 의사-위상-일치 신호로서 동작하는 트랜스폰더 시스템들은 데이터를 전송하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 여기에서, 상기 트랜스폰더 시스템은 2개의 방향 중 하나의 방향 또는 양 방향 모두에서 데이터를 전송할 수 있다. 상기 트랜스폰더 시스템은 수신기로부터 송신기에 전송된 기저 신호 및 상기 기저 신호에 대해 의사-위상-일치인 송신기로부터 수신기에 다시 전송된 신호를 사용하여 송신기와 수신기 사이의 거리를 결정하기 위해 각각의 경우에 적어도 하나의 송신기와 적어도 하나의 수신기를 갖는 매우 복잡한 형태로 나타나고, 이에 따라 상기 송신기 또는 수신기에 데이터 또는 데이터 신호를 전송될 상응하는 발진 신호로 삽입하기 위해 적응된 데이터 삽입 장치 및/또는 수신 신호로 삽입된 데이터를 복원하기 위한 데이터 복원 장치가 제공된다.
상기 거리 결정 트랜스폰더 시스템용의 상응하는 수신기는 본래의 데이터를 복원하는 복조기, 송신기와 수신기 사이의 거리를 결정하는 측정 장치, 거리를 측정하기에 적당한 주파수 변조 신호가 생성될 수 있고 주파수에 대해 가변인 발진기를 포함하는 발진기, 및 수신 신호를 발진기의 신호와 혼합하기 위해 설계되고 그로부터 나오는 신호를 출력하는 출력을 포함하는 수신기 혼합기(receiver mixer)로서 상기 출력이 복조기와 측정 장치에 연결되는 수신기 혼합기를 포함한다.
이러한 디바이스들과 시스템들을 동작시키기 위해, 신호가 적어도 하나의 제어 신호/클록 신호에 의해 의사-위상-일치 방식으로 활성화되도록 하는 발진기의 도움으로써 생성되는 데이터 전송 방법이 적당하다. 그 후에 상기와 같은 방식으로 활성화될 수 있는 발진기는 생성된 신호가 기저 신호에 대해 의사-위상-일치 방식으로 발진하는 수신 기저 신호에 의한 방식에서 의사-위상-일치 방식으로 발진을 생성하도록 활성화된다. 데이터 신호는 생성 동안 또는 생성 후에 상기 의사-위상-일치 신호에 부과된다.
다음에는 예시적인 실시예들이 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 기초(underlying) 장치의 기본 원리를 도시한다. 상기 장치의 기본 요소들은 DE 100 32 822 A1에 이미 설명되어 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 장치는 송신기(S)와 수신기(E)를 포함한다. 송신기(S)는 인터페이스(V), 특히 무선 인터페이스에 의해 수신기(E)에 신호(s)와 함께 전송될 데이터(DatTX)를 생성한다.
수신기(E)에서, 보조 캐리어 신호(sH)가 수신측 발진기(EHFO)의 도움으로 생성되고, 도시된 예에서 송신기(S)까지 인터페이스(V)에 의해 상응하는 안테나(ANTSE및 ANTS)를 사용하여 전송된다.
송신기(S)에서, 신호(s)는 신호가 수신된 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치 방식으로 발진하고 전송된 데이터(DatTX)가 변조되거나 변조된 송신기 측 능동 발진기(SHFO)를 사용하여 생성된다.
송신기 측에서, 발진기(EHFO)에 따라 생성되고 안테나(ANTSE)에 의해 전송되는 수신기(E)의 보조 신호(sH)가 안테나(ANTS)에서 수신된다. 발진기(SHFO)는 신호(S01)에 의해 데이터 스트림(DatTX)의 함수로서 클록 제어 유닛(TGEN)에서 주기적으로 스위칭 온 및 오프된다. 신호(S01)의 적당한 선택 및 보조 캐리어 신호(sH)의 응용의 경우에, 발진기(SHFO)에 의해 생성된 신호(s)는 DE 100 32 822 A1에 기술된 바와 같이, 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-일치이거나 의사-위상-일치이다. 송신기(S), 특히 트랜스폰더에서 생성된 신호(s)는 수신기로 다시 전송되고 안테나(ANTE)를 갖는 상기 수신기에 의해 수신된다. 전송 동안의 영향과 별도로 송신기 신호(s)에 상응하여 수신기(E)에 수신된 신호(e)는 혼합기(MIX) 내의 발진기(EHFO)에 의해 연속적으로 생성된 신호 성분과 혼합된다. 관심없는 혼합 성분들 및/또는 일치 및 잡음 성분들은 혼합기(MIX)의 출력 뒤에 바람직하게는 직렬로 연결된 필터(BP1)로써 억제된다. 상기 필터(BP1)는 바람직하게는 필터의 중심 주파수와 대역폭이 TGEN의 클록 신호에 매칭될 수 있는 대역 통과 필터로서 구현된다.
송신기(S)는 안테나(ANTS)에 연결된 발진기(SHFO)를 포함한다. 클록 제어유닛(TGEN)이 발진기(SHFO)를 활성화시키기 위해 부가적으로 제공된다. 발진기(SHFO)는 교번적으로 스위칭 온 및 오프되고, 신호(S01)에 의해 클록 제어 유닛으로써 의사-위상-일치 방식으로 활성화될 수 있게 된다. 발진기(SHFO)에 의해 생성된 신호(s)는 수신 보조 캐리어 신호(sH)를 적용함으로써 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-일치 방식으로 생성된다. 발진기(SHFO)를 스위칭 온 및 오프하는 것은 또한 자신의 의사-위상-일치 활성화 능력을 스위칭한다.
발진기(SHFO)는 바람직하게는 한편으로는 상기 발진기가 열적 노이즈에 의해 발진하도록 활성화되지 않도록, 다른 한편으로는 상기 발진기에 주입된 수신 또는 보조 캐리어 신호(sH)가 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치 발진을 활성화하기에 충분하도록 적응된다. 여기에서, 의사-위상-일치는 보조 캐리어 신호와 생성된 비교 신호 사이의 위상 차이가 신호(S01)의 턴-온(turn-on) 주기 동안 작다는 것을 의미하고, 여기서 상기 용어 작다(small)는 것은 의도된 통신 및 측정 임무와 관련하여 알 수 있다. 값 n/10, 다시 말하자면 대략 20°가 예를 들어 작은 위상 차이에 대한 한계로서 사용될 수 있다. 작은 위상 차이(phase divergence)를 갖는 신호들이 여기에서 의사-위상-일치로서 기술되고 상기 일치가 일치 주기(coherence period)로서 존재하는 시간 주기로서 기술된다.
여기에서 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 능동 발진기(SHFO) 의사-위상-일치의 발진뿐만 아니라 능동 발진기(SHFO)의 활성화가 의사-위상-일치 방식으로 이미 발생한 것이 적절하다. 따라서 수신 또는 보조 캐리어 신호(sH)의 상대적으로 큰 성분은 바람직하게 트랜스폰더(TR)로서 적응된 송신기(S) 내의 발진기(SHFO)에 결합된다. 이는 바람직하게 전기적 보조 캐리어 신호와 상응하는 발진 신호를 구성한다. 그러나 광학, 음향 또는 다른 신호들을 사용하는 장치도 기본적으로 구현될 수 있다. 수신 또는 보조 캐리어 신호(sH)는 발진을 생성하기 위해 의사-위상-일치 방식으로 발진기(SHFO)를 활성화시키고, 그 결과 상기 발진기는 신호(s)로서 발진기의 출력과 결합된 발진 신호를 생성하고, 출력에 의해 도출된다. 수신 또는 보조 캐리어 신호(sH)의 입력 및 발진 신호의 출력은 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 그러나 이들은 또한 서로 별도로 구현될 수 있다.
송신기(S)에서 생성된 신호(s)는 안테나(ANTS)를 사용하여 수신기(E)에 다시 전송되고 안테나(ANTE)를 갖는 상기 수신기에서 수신된다.
예시적인 실시예들에서의 기본적인 개념은 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치인 송신기(S) 내의 능동 발진기(SHFO)의 발진뿐만 아니라 능동 발진기(SHFO)의 활성화가 이미 의사-위상-일치 방식으로 발생한 사실에 있다. 반면에 종래 기술에 따른 초기 디바이스들과 방법들의 경우에는, 능동 발진기(SHFO)의 활성화가 열적 노이즈에 의해 이루어지고, 상기 발진기의 발진은 복잡한 제어 프로세스에 의해 나중에 의사-위상-일치로 되고, 본 실시예에서는 발진기(SHFO)인 소위 LockIn이 보조 캐리어 신호에 의해 의사-위상-일치 방식으로 이미 활성화되거나 의사-일치 방식으로 발진하기 시작하고, 그에 따라 위상 일치가 즉시 자동적으로 만들어진다.
기본적인 개념은 발진기(SHFO)가 기본 상태에서 미세한 평형(delicateequilibrium)이고, 그 후에 항구적인 외부 에너지 공급에 의해 발진하도록 활성화되어야 한다는 사실이다. 발진이 유지되는 피드백은 상기 초기 트리거링(triggering) 이후에만 활성화된다. 열적 노이즈는 통상적으로 예를 들어 발진 회로의 기동을 위해 사용된다. 이는 랜덤 위상 및 진폭을 갖는 발진기가 발진하기 시작하고 나서 공명 회로에 의해 정의되는 바와 같이 자신의 주파수를 가지고서 발진한다는 것을 의미한다. 그러나, 만일 외부 활성화 신호가 스위칭 온 동안 발진기로 주입되는 경우, 상기 신호는 공명 회로의 대역폭 내의 주파수 및 노이즈 전력보다 상당히 높은 전력을 가지고, 상기 발진기는 랜덤으로 발진하지 않고, 활성화 기저 신호의 위상과 동기화되어 발진한다. 활성화 보조 캐리어 신호(sH)와 발진 신호 사이의 주파수 차이에 따라, 그리고 송신기(S) 및 수신기(E) 내의 2개의 발진기들(SHFO 및 EHFO)의 위상 노이즈의 함수로서, 상기 의사-위상-일치는 적어도 일정 시간 동안 계속하여 존재한다.
본 설계와 공지의 수동 디바이스들 및 방법들 사이의 차이는 송신기(S) 또는 트랜스폰더(TR) 내의 능동 발진기(SHFO)의 사용에 있다. 따라서, 보조 캐리어 신호(sH)는 다시 반사되는 것이 아니라; 대신에, 발진 신호(s)는 다시 송신되기 전에 전용 의사-위상-일치 소스로서 노이즈가 없거나 사실상 노이즈가 없는 방식으로 능동적으로 만들어진다. 여기에서, 기타 유사한 동작을 가정하면, 그에 따라 시스템은 종래 기술에 따른 수동 후방산란형 트랜스폰더 시스템보다 훨씬 더 큰 범위를 갖는다.
트랜스폰더 배열의 경우에, 기저 신호 및 발진 신호(s)로서 보조 캐리어 신호(sH)가 서로에 대해 영향을 발휘하지 못하거나, 단지 초기 발진 응답의 시작 시에 원하는 방식으로만 영향을 발휘하고, 이에 따라 서로 독립적으로 의사-위상-일치이기 때문에, 시간이 아닌 주파수 또는 분극 멀티플렉싱(polarization multiplexing)이 항상 필요하다는 사실에 특정한 장점이 있다.
디바이스가 능동 발진기(SHFO)의 의사-위상-일치 활성화 능력을 스위칭하는 스위치 수단(TGEN)을 포함한다면 바람직하다. 상기 스위치 수단(TGEN)은 보조 캐리어 신호(sH)에 의해 활성화될 때 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치 방식으로 발진하기 시작할 수 있는 상태에 능동 발진기(SHFO)를 위치시키기 위해 사용된다.
발진은 활성화 능력을 스위칭할 목적으로 전체적으로 스위칭 온 및 오프되어야 할 필요는 없다. 능동 발진기(SHFO)가 예를 들어 상이한 모드에 따라 발진할 수 있다면, 제 2 모드는 제 1 모드가 계속하여 발진하는 동안 스위칭될 수 있다. 단지 하나의 모드의 경우에도, 발진은 완전히 스위칭 오프될 필요가 없고; 대신에, 보조 캐리어 신호(sH)가 다음의 의사-위상-일치 활성화에 대해 충분한 결과로써 감쇠는 일반적으로 충분하다.
능동 발진기(SHFO)의 활성화 능력이 일치 주기 다음에 다시 스위칭 온 된다면, 의사-위상-일치는 일정 길이의 주기 동안 계속하여 존재한다.
만일 능동 발진기의 의사-위상-일치 활성화 능력이 일 국면에서 주기적으로 반복된다면, 의사-위상-일치는 일정 길이 주기 동안 계속하여 존재한다. 이는 스위치 수단이 미리 정의된 클록 펄스 레이트를 가지고서 능동 발진기(SHFO)를 스위칭하는 방식으로 적응된다는 사실에 의해 달성될 수 있다.
여기에서, 클록 펄스 레이트의 클록 사이클 지속시간은 바람직하게는 일치 주기와 대체로 일치한다. 그러나 더 빠른 스위칭이 기저 신호(sH)와 손실된 발진 신호(sH) 사이의 의사-일치없이 가능할 수도 있다.
만일, 반대로, 의사-위상-일치가 특정 시간 간격에서만 필요하다면, 클록 시간은 일치 주기보다 더 길게 선택될 수 있다.
만일 능동 발진기(SHFO)의 스위칭이 주기적으로 반복되고 능동 발진기(SHFO)가 보조 캐리어 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치 방식으로 주기적으로 발진하기 시작한다면, 능동 발진기에 의해 생성된 발진 신호는 보조 캐리어 신호(sH)의 샘플링된 복제(sampled duplicate)로서 간주될 수 있다. 샘플링 이론의 준수를 가정하면, 신호는 샘플링 값에 의해 완전히 기술된다. 바람직하게는, 능동 발진기의 스위치-오프 주기는 스위치-온 주기보다 실질적으로 길지 않고, 다시 말하자면, 일치 주기보다 실질적으로 길지 않다. 그에 따라 샘플링 이론의 준수는 일치 조건에 기인한 고유의 결과이다. 샘플링 이론과 일치하여, 2개의 샘플링 지점들 사이의 위상 차이는 180°보다 작아야 한다. 상기 조건은 의사-일치 조건보다 덜 제한적이다. 결과적으로, 정보 관점에서, 스위칭된 발진기(SHFO)의 신호(s)는 스위칭 동작에도 불구하고 비교 신호의 사본(copy)로 간주되어야 하거나, 완전한 정보를 전달한다.
능동 발진기(SHFO)의 활성화 능력은 발진기(SHFO) 자체가 스위칭된다면 상대적으로 간단히 스위칭될 수 있다. 그에 따라, 디바이스는 능동 발진기(SHFO)를 스위칭 온 및 오프하는 수단(TGEN)을 포함할 수 있다. 발진기의 발진 조건이 적용되거나 더 이상 적용되지 않는 결과를 갖는 임의의 수단이라도 발진기를 스위칭하는데 적당하다. 따라서, 예를 들어, 증폭이 스위칭 오프될 수 있고, 감쇠 또는 전파 시간(위상)이 변경되거나, 피드백 브랜치(feedback branch)가 발진 회로에서 중단될 수 있다.
능동 발진기(SHFO)는 자체의 기본 모드에서뿐만 아니라 자체의 서브-하모닉(sub-harmonic) 발진 모드 중 하나에서 의사-위상-일치 방식으로 활성화될 수 있다. 여기에서, 기저 신호의 기본 모드 또는 서브-하모닉 발진 모드가 활성화를 위해 사용될 수 있다.
만일 디바이스가 ID 태그로서 식별하기 위해, 또는 통신을 위해 사용된다면, 예를 들어 코딩은, 의사-위상-일치 신호가 다시 송신되기 전에 변조되는, 클록 펄스 레이트 및/또는 위상, 주파수 또는 진폭 변조기와 같은 부가적 변조 유닛에 의해 만들어 질 수 있다.
이미 개괄된 바와 같이, 일치 주기는 기저 신호와 발진 신호 사이의 주파수 차이에 의존한다. 주파수들이 더 정확히 일치할 수록, 신호의 위상들은 더 오래 사실상 동일하게 된다. 일치 주기를 증가시키기 위해, 스위치 수단의 클록 펄스 레이트가 작게 유지될 수 있는 결과로서, 발진 주파수를 기저 신호 또는 보조 캐리어 신호(sH)의 주파수에 적응성있게 매칭시키기에 적당한 수단을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어 도 1과 같은 개별적인 예시적인 실시예들의 설명으로부터 알 수있는 바와 같이, 도시된 시스템은 변조 형태로 다시 전송된 신호(s)가 수동으로 다시 반사되는 것이 아니고, 대신에, 의상-위상-일치 방식으로 새롭게 능동적으로 생성되고 다시 전송된다는 점에서 공지된 초기의 후방산란형 트랜스폰더들과 기본적으로 다르다. 그에 따라 기본 원리들과 구현 변형들 및 표준 후방산란형 트랜스폰더들의 통상적인 신호 처리 방법들은 본 장치의 원리로 직접 이동될 수 있다. 그러나, 일부 특정한 특징들은 특히 바람직한 장치들을 다음과 같이 가능하게 하는 구현에서 발생한다.
송신기 측에서, 예를 들어 데이터(DatTX)는 위상-일치 신호로 직접 변조되거나, 발진기(SHFO)에 대한 클록 신호의 생성의 경우에는, 이미 클록 신호(S01)로 통합되어 있다.
수신기(E)에서, 변조 데이터(DatTX)는 수신 신호(e 또는 s)에서 다시 복조된다. 이를 위해, 수신 신호(e)는 예를 들어 혼합기(MIX)를 통해 전파되고, 여기서 기초 발진 신호의 영향이 미친다. 그 후에 대역 통과 필터링이 필터의 출력 신호(ZFSig)가 복조기(Demod)에 공급되기 전에 필터(BP1)에서 만들어질 수 있다. 재구성된 데이터(DatRX)는 복조기(Demod)의 출력에서 출력된다.
통신 시스템의 수신기 국(E)은 바람직하게는 전송 혼합기(transmission mixer, TRXMIX)로 언급되는 것을 포함한다. 전송 혼합기(TRXMIX)를 구비한 수신기 국(E)의 가능한 구현은 도 2에 도시되어 있다. 발진기(EHFO)에 의해 생성된 신호는 전송 혼합기를 통해 실제 데이터 송신기 국(S)에 보조 캐리어(sH)로서 송신되고, 동시에 혼합기(TRXMIX)로써 변조된 수신 신호(e)를 기저 대역으로 혼합하기 위해 사용된다. 데이터를 전송하는 바람직한 방법은 최소의 디바이스 비용으로 전송 혼합기(TRXMIX)로써 구현될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 3은 트랜스폰더(S 또는 TR)에서 위상 제어 요소(phase control element, PhMod)를 사용하여 스위칭가능한 위상 시프트를 갖는 변조를 달성하는 추가적인 가능한 실시예를 도시한다. 위상 제어 요소(PhMod)에서, 의사-위상-일치 활성화를 위한 기저 신호 및 의사-일치 방식으로 생성된 신호가 위상-변조될 수 있다. 여기에서, 클록 생성기(TGEN)의, 기본적으로 필요한, 클록 펄스(0/1)의 변조는 위상 변조에 의해 중첩된다.
많은 응용에서, 데이터가 국들 사이의 양 방향으로 송신될 수 있도록, 수신기(E) 및/또는 트랜스폰더(TR)로서 사용되는 기지국 또는 트랜시버(TC)로서 사용되는 송신기(S)를 구현하는 것이 바람직하다. 도 4는 바람직한 구현 변형예를 도시한다.
상기 장치는 예를 들어 혼합기(TRMIX)에 연결된 안테나를 포함한다. 혼합기(TRXMIX)는 발진기(HFO)로부터 기저 신호를 수신한다. 발진기는 차례로 클록 생성기(TGEN)로부터 공급되는 활성화 또는 트리거 신호(0/1)를 위한 입력을 포함한다. 혼합기(TRXMIX)는 추가로 안테나에 의해 수신되고 혼합된 신호가 출력되는 예를 들어 제 1 예 내의 대역 통과 필터(BP1)로의 출력을 포함한다. 상기 혼합기의 출력 신호(ZFSig)는 차례로 혼합기의 출력에서 재구성된 데이터(Dat)를 제공하는 복조기(Demod)에 공급된다. 상기 데이터는 직접 출력되거나, 바람직하게는 추가로 처리하기 위해 마이크로프로세서(μP)에 공급된다.
마이크로프로세서(μP)는 예를 들어 클록 생성기(TGEN)으로의 연결에 의해, 수신된 데이터의 도움으로, 또는 스스로 발진 신호의 생성에 영향을 미칠 수 있다. 마이크로프로세서(μP), 발진기(HFO) 또는 혼합기(TRXMIX)에 앞서 직렬로 연결된 위상 변조기에 의해 전송될 데이터를 공급하는 것도 가능하다.
만일 발진기(HFO)가 연속적인 단일 사인파 신호를 생성한 결과로서 클록 생성기(TGEN)에 의해 변조되지 않는다면, 도시된 국(TC)은 수신기(E)로서 사용된다. 만일 발진기(HFO)가 의사-위상-일치 활성화 능력 및 진폭에서 클록 생성기에 의해 변조된다면, 도시된 국(TC)은 송신기(S)로서 사용된다. 상기 트랜시버(TC)는 바람직하게는 데이터 스트림을 생성하거나 수신 데이터(Dat)를 분석하기 위해 사용된 프로세서(μP)를 포함한다.
원칙적으로, 통상의 수동 후방산란형 트랜스폰더의 경우에 사용되는 것과 같은 모든 타입의 변조는 본 시스템에 적용될 수 있다. 그러나, 스위칭 주기의 주파수가 디지털 캐릭터를 인코딩하기 위해 변화되는 주파수-변조된 진폭 변조가 상기 원리를 위해 바람직하다. 그 후에 클록 생성기(TGEN)는 숫자 "0"에 대한 제 1 스위칭 주파수(Freq1) 및 숫자 "1"에 대한 제 2 스위칭 주파수(Freq2)를 생성한다. 이러한 이진 FSK(주파수 시프트 키잉, Frequency Shift Keying)와 별도로, 2 이상의 주파수 단계들을 갖는 다중 단계 인코딩 방법들이 적용될 수도 있다. 일정한 펄스 또는 간격 길이의 경우에 펄스/간격 관계의 변형이 변조를 위해 사용될 수도 있다. 기본적으로, 이와 같은 모든 공지의 주파수 변조 방법들이 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 원리의 견지에서 상기와 같이 알려져 있지만 상기 장치에서 바람직하게 사용될 수 있는 FSK 복조기들의 구현들을 도시한다.
도 5에서, 복조기(Demod)는 예를 들어 신호(ZFSig')가 혼합기 또는 대역 통과 필터로부터 공급되는 저-노이즈 입력 증폭기(LNA)를 포함한다. 상기 증폭기에서 사전-처리된 신호는 위상 비교기(PhKomp)와 주파수 분별기(DISC) 모두에 직접 공급된다. 주파수 분별기(DISC)의 출력 신호는 위상 비교기(PhKomp)의 추가 입력에 공급된다. 출력 신호는 예를 들어 저역 통과 필터(TP)를 통해 전파된 후에 데이터 스트림(Dat)으로서 복조기(Dmod)로부터 출력된다. 여기에서, 주파수 분별기(DISC)는 중간 주파수신호(ZFSig')에 대해 주파수-종속 위상 시프트를 부과하기 위해 사용된다. 그 후에 주파수 변조는 혼합기, 예를 들어 특히 위상 비교기(PhComp)에서 위상 비교에 의해 상응하는 출력 전압으로 전환될 수 있다. 주파수 복조 또는 다른 주파수-비교 장치에 대한 PLL 회로는 전술된 방법에 대해 응용될 수 있다.
도 6에서, 중간 주파수 신호(ZFSig')는 예를 들어 2개의 상이한 대역 통과 필터/탐색기 시퀀스에 의해 전송된다. 상기 2개의 시퀀스는 예를 들어 대역 통과 필터(BP1 또는 BP2), 정류기(G1 또는 G2) 및 저역 통과 필터(TP1 또는 TP2)를 각각 포함한다. 상기 2개의 시퀀스들의 출력 신호들은 가산기(SUM) 및 차동 증폭기(DIFF) 모두에 공급된다. 변조 주파수에 따라, 하나 또는 다른 필터링된 신호는 더 큰 진폭을 가지고, 이는 예를 들어 직렬 연결된 비교기(SK)에 앞서 차동 증폭기(DIFF)에 의해 검출될 수 있다. 비교기(SK)는 재구성된 데이터(Dat)를 출력한다.상기 2개의 필터 브랜치들로부터의 신호들의 합산은 신호 레벨(SP)의 측정값을 구성한다.
여기에서, 데이터를 전송하는 본 방법 및 본 장치들이 거리-측정 트랜스폰더 시스템과 함께 사용되거나 훌륭하게 조합될 수 있다는 것이 관찰되었다. 상기 트랜스폰더 시스템은 공개되지 않은 특허 출원 DE 101 55 251 "Transpondersystem und Verfahren zur Entfernungsmessung(Transponder system and method for distance measuring)"에 기술되어 있고, 이는 본 명세서에 참조로서 편입되어 있다.
도 7은 상기 거리-측정 트랜스폰더 시스템의 경우에 기능을 확장시키기 위해 필요한 부가요소들을 도시한다. 고정-주파수 발진기 대신에, 주파수에 대해 가변이고 거리를 측정하기에 적당한 주파수-변조 신호가 생성될 수 있는 발진기(HFVCO)가 사용된다. 바람직하게는 도시된 것과 같은 전송 혼합기로서 구현되는 수신기 혼합기(TRXMIX) 이후에, 중간 주파수 신호는 바람직하게는 2개의 서브-경로들로 분할된다. 전술한 제 1 복조 경로는 대역 통과 필터(BP1)로부터 복조기(Demod)까지 도달하고, 데이터를 수용하거나 재구성하기 위해 사용된다. 제 2 더 낮은 경로는 측정 경로를 따라 중간 주파수 신호가 거리 측정을 위해 처리되는 측정 장치(Meas)에 이른다.
여기에서, 상응하는 방법이 기지국(E)과 적어도 하나의 트랜스폰더(TR;S) 사이의 거리를 결정하는 것에 기초하는데, 여기서 기지국 발진기(HFVCO)의 신호(sH또는 stx(t))가 기지국(E)으로부터 전송되고, 이에 대한 위상-일치 신호(s 또는 sosz(t))가 트랜스폰더 내의 기지국으로부터 수신된 신호(sH 또는 erx(t))에 기초하여 발진하는 발진기(SHFO)를 사용하여 생성되고 전송되고, 상기 거리는 기지국(E) 내의 트랜스폰더로부터 수신된 위상-일치 신호(e 또는 stx(t))에 기초하여 결정되며, 위상-일치 신호를 생성하는 발진기는 수신 신호로써 의사-위상-일치 방식으로 활성화된다. 이 순간에, 상기 신호에 트랜스폰더(TP) 또는 송신기(S)의 신호로 혼합되거나 변조되는 데이터 신호 또는 데이터가 부가된다.
기지국(E)과 적어도 하나의 트랜스폰더(TR) 사이의 거리를 결정하는 상응하는 거리-결정 시스템으로서, 상기 기지국(E)은 신호를 생성하는 발진 신호 소스(HFVCO) 및 신호를 전송하는 전송 장치를 포함하고, 상기 트랜스폰더는 상기 기지국으로부터 상기 신호를 수신하는 수신 장치, 상기 신호에 대해 위상-일치 신호를 생성하는 발진기 및 상기 위상-일치 신호를 전송하는 전송 장치를 포함하고, 상기 기지국(BS)은 상기 트랜스폰더로부터 위상-일치 신호를 수신하는 수신 장치 및 상기 기지국(E)과 상기 트랜스폰더(TR;S) 사이의 거리를 결정하는 거리-결정 장치(TRXMIX, Demod)를 부가적으로 포함하며, 상기 상응하는 거리-결정 시스템은 트랜스폰더 내의 발진기가 의사-위상-일치 신호를 생성하기 위해 수신 신호로써 활성화되고 데이터는 상기 신호로 부가적으로 변조된다는 사실을 특징으로 한다.
트랜스폰더(TR;S)의 거리를 결정하는 기지국(E)은 거리-결정 장치(RXMIX, BP1, Meas, Demod)를 포함하거나 신호들을 기지국(E)이 트랜스폰더(TR;S)로부터 수신된 의사-위상-일치 신호 및 순시 발진기 또는 전송 신호를 하이브리드 신호로 혼합하는 혼합기(TRXMIX)를 포함하는 장치로 전달한다.
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 바람직하게는 다음 수식에 의해 상기 하이브리드 신호(ZFSig' 또는 smix(t))를 형성하도록 적응된다.
smix(t)=cos(t-ωsw+τ·(ωc+ωsw))
여기서 ωc는 기지국 발진기(HFVCO)의 중심 주파수이고, ωSW는 기지국(E)의 전송 신호(SH 또는 stx(t))의 변조 주파수이고, t는 시간 간격(0 내지 Ts) 내의 시간이며, τ는 기지국(E)과 트랜스폰더(TR;S) 사이의 거리를 통한 신호들의 전파 시간이다.
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 바람직하게는 측정 신호(smess(t))를 생성하기 위해서 기지국(E) 내에서 측정 장치를 스위칭 온 및 오프 사이의 시간 간격(0-Ts) 내의 하이브리드 신호(smix(t))의 전압에서 시간에 따른 변화들을 감소시키거나 제거하는 복조 장치(Demod)를 포함한다.
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 또한 바람직하게는 트랜스폰더(TR) 내의 발진기(HFVCO)를 주기적으로 스위칭 온 및 오프하고 측정 신호(smess(t))를 생성하기 위해 고주파 성분을 연속적으로 필터링하기 위해, 클록 주파수(fmk)보다 실질적으로 낮은 주파수까지, 특히 클록 주파수(fmk)에 거의 동일한 주파수로써,하이브리드 신호(smix(t))를 혼합하기 위한 복조 장치(Demod)를 포함한다.
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 다음 수식에 의해 정의되는 바와 같이, 기지국(E)의 전송 신호(stx(t))의 변조 주파수(ωsw)를 변조시키기 위해 추가로 적응될 수 있다.
ωsw=(2·π·B·t)/T
여기서 T는 주파수가 대역폭(B)을 통해 디튠되는(detuned) 시간 지속시간이다.
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 또한 다음 수식에 의해 최종 FMCW 측정 신호(smessfmcw(t))를 형성하도록 적응될 수 있다.
smessfmcw(t)=cos(ωc·τ+(2·π·B·t·τ)/T+(π·B·t·Ts)/T)·sin((π·B·t·Ts)/T)/((π·B·t)/T)
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 주파수 성분 Δb=B*Ts/(2T)만큼 시프트된 정규 FMCW(주파수 변조된 연속 파, Frequency Modulated Continuous Wave) 측정 주파수에 상응하는 측정 주파수(fmess)로부터의 거리를 결정하기 위해 추가로 적응될 수 있다.
거리-결정 장치(TRXMIX, BP1, Demod, Meas)는 또한 생성된 적어도 하나의 장방형파 함수의 왼쪽 및 오른쪽 측파대역의 에지들이 기지국(E)과 트랜스폰더(TR;S) 사이의 거리를 결정한 결과로써 주파수 범위에서 진폭-가중된(amplitude-weighted)측정 신호(smessfmcw(t))의 퓨리에 변환을 수행하도록 정렬될 수 있다.
기지국(E)으로부터의 거리를 결정하는 트랜스폰더(TR;S)는 능동 위상-동시에 활성화된 발진기(active phase-coherently activated oscillator, SHFO)로써 트랜스폰더 수신 신호(sH 또는 erxt(t)=stx(t-τ/2))로부터 발진 신호(S 또는 sosz(t))를 생성ㅎ기 위한 신호-생성 장치, 및 다음 수식에 의해 정의되는 바와 같이 발진기를 주기적으로 스위칭 온 및 오프하기 위한, 특히 발진 신호를 생성하기 위한 스위치 장치(TGEN)를 적절히 포함한다.
srx(t)=sosz(t-τ/2)=sin(ωosz·t-(ωc+ωsw)·τ+Φ0)
여기서 ωC는 기지국(E)의 발진기(HFVCO)의 중심 주파수이고, ωsw는 기지국E)의 전송 신호(stx(t))의 변조 주파수이고, τ는 기지국(E)과 트랜스폰더(TR) 사이의 거리를 통한 신호의 전파 시간이고, Φ0는 임의의 원하는 위상 옵셋이다.
거리-결정 시스템의 경우에, 다양한 예시적인 실시예들에 기초하여 전술한 바와 같이, 트랜스폰더(TR;S) 내의 발진기(SHFO)를 스위칭 온 및 오프하여 트랜스폰더로부터 기지국(E)까지 부가적인 정보 또는 데이터를 전송하기 위해 부가적으로 사용된다.
기지국 내의 거리-결정 장치가 트랜스폰더로부터 수신된 의사-위상-일치 신호 및 순시 전송 신호를 하이브리드 신호로 혼합하기 위한 혼합기(TRXMIX)를 포함한다면, 기지국으로부터 트랜스폰더까지의 거리의 측정값을 구성하는 주파수 간격또는 위상 간격을 구비한 적어도 2개의 스펙트럼 성분들을 나타내는 측정 신호가 생성되는데, 상기 측정값은 트랜스폰더 내의 발진기의 주파수를 스위칭 온 및 오프하는 것과 무관하다.
기지국의 전송 신호의 변조 주파수를 변조하거나 디튜닝하는 것은 긍극적으로 진폭-가중되는 코사인 함수로써 표현되는 스펙트럼 성분을 나타내는 측정 신호를 초래한다. 바람직하게는, 심지어 0의 값까지의 작은 거리를 측정하는 것이 전술한 트랜스폰더에 고유한 주파수 시프트에 의해 가능하다. 주파수 범위 내의 진폭-가중된 측정 신호의 퓨리에 변환의 부가적으로 가능한 구현은 직각형 엔벨로프(envelope)를 갖는 스펙트럼 라인(측파대역)을 초래하고, 여기서 변조 주파수에 가장 가까이 있는 왼쪽 및 오른쪽 측파대역의 최외각 에지들은 기지국과 트랜스폰더 사이의 거리를 결정한다.
트랜스폰더 내의 발진기를 스위칭 온 및 오프하기 위한 변조 주파수가 기지국 내의 거리 분석에 반드시 포함될 필요가 없기 때문에, 상기 변조 주파수는 트랜스폰더로부터 기지국까지 부가적인 정보 또는 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 응용의 경우에, 무선 주파수 모듈 및 특히 트랜스폰더(TR)가 가능한 한 소형이고 콤팩트하게 만들어진다면 일반적으로 유용하다. 트랜스폰더(TR)가 통상적으로 인체에 착용되는 액세스 시스템 또는 지불 시스템의 경우에, 예를 들어 키 또는 지불/엔트리 카드의 형태인 트랜스폰더의 구조 크기는 예를 들어 착용의 편리성을 결정한다.
무선 주파수 모듈들은 통상적으로 예를 들어 등록상표 Teflon-기초 또는 에폭시-기초인 유기물질로 구성된 인쇄 회로 기판 상에 만들어진다. 특히, 예를 들어 1GHz 내지 10GHz와 같은 낮은 무선 주파수들의 경우에, 작은 구조 크기에 대한 수요는 상기 물질들로서 파장 및 구조 크기 사이의 결합에 기인하여 제한된 정도까지만 수행될 수 있다. 대안은 박막 세라믹 상의 회로를 포함하지만, 이들 제품은 매우 비싸다.
따라서 트랜스폰더(TR)과 기지국(BS) 모두는 LTCC(저온 코파이어드 세라믹, low temperature cofired ceramic) 모듈로서, 또는 LTCC 모듈을 사용하여 특히 바람직하게 구현될 수 있다. LTCC 기초의 무선 주파수 구조는 먼저 LTCC의 상대적으로 높은 유전체 상수에 기인하여, 그러나 둘째로 다중층 기술로 회로를 구현할 가능성이 있기 때문에 콤팩트하다. LTCC의 제조는 경제적이다. 부가적으로, LTCC 모듈은 대량 생산 체제가 가능한 방식으로 배치될 수 있다.
전체 RF 회로 또는 중요한 서브-구성요소들이 LTCC 모듈에 완전히 통합될 수 있기 때문에, 이러한 통합된 LTCC 모듈들은 부분적으로 반드시 RF-컴플라이언트(compliant)일 필요가 없는 매우 경제적인 표준 인쇄 호로 기판 상의 표준 SMT(표면 실장 기술, Surface Mount Technology) 디바이스처럼 배치될 수 있다. 상기 기술을 조합하고 유지 물질로 만들어진 인쇄 회로 기판 상에 서브-모듈들을 만들 수 있지만 실질적으로 더 작을 수 있는 가능성이 존재한다.
LTCC RF 모듈들을 갖는 바람직한 트랜스폰더(TR)가 도 8에 도시되어 있다. 예를 들어, 무선 주파수 발진기(HFO), 클록 생성기(TGEN)의 클록 펄스로써 발진기(HFO)를 스위칭(온/오프)하여 생성되는 간섭 변조 성분을 필터링하는 대역 통과 필터(BP1), 및 무선 주파수 분리기(splitter) 또는 미터(CNT)가 LTCC 모듈(LM) 상에 집적된다. 발진기(HFO)는 제어 루프에 의해 타겟 주파수로 조절되고, 여기에 분리된 클록 펄스 또는 카운트된 미터가 공급되는데, 이는 예를 들어 도 7에 정의된 바와 같은 실시예의 경우에 통상적이다. 안테나의 연결과 별도로, 디지털 만이고, 비교적 저주파 신호들이 LTCC 모듈(LM)로부터 도출되는데, 이 결과 상기 모듈(LM)은 나머지 회로에 용이하고 경제적으로 통합될 수 있다.
LTCC 모듈의 가능한 구조는 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서, RF 회로는 다수의 스펙트럼 또는 RF 층들을 포함한다. 내부 층으로 통합될 수 없는 디바이스들, 주로 예를 들어 반도체들은 LTCC 기판의 상부측에 위치된다. 배치 기술로서, SMT 배치(표면 실장 기술) 또는 공지된 플립 칩 배치기술이 특히 적절하다. LTCC 모듈(LM) 자체는 예를 들어 Ball-Grid 또는 Land-Grid BG/LG 기술로 언급되는 기술로서 표준 인쇄 회로 기판(LP) 상에 실장될 수 있다.

Claims (12)

  1. 기저 신호(sH)에 기초하여 발진 신호(s)를 생성하기 위한, 특히 능동 후방산란형 트랜스폰더인 디바이스로서,
    상기 기저 신호(sH)에 대한 입력(ANTs) 및
    생성된 상기 발진 신호(s)에 대한 출력(ANTS)을 포함하고,
    상기 발진기(SHFO)는 제어 신호(S01, 0/1)의 도움으로 의사-위상-일치 방식으로 활성화될 수 있게 되고, 상기 발진 신호(s)를 생성하기 위해 기저 신호(sH)에 의해 상기 기저 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치 방식으로 활성화될 수 있으며,
    데이터 또는 데이터 신호(DatTX)를 상기 발진 신호의 생성 동안 또는 생성 이후에 상기 발진 신호(s)로 삽입하도록 적응된 데이터 삽입 장치(TGEN; SHFO; PhMod)를 포함하는 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 삽입 장치는 상기 발진기의 의사-위상-일치 활성화 능력을 생성하기 위해 적응된 클록 생성기(TGEN)를 포함하고,
    상기 클록 생성기의 클록 신호(S01, 0/1)는 상기 데이터(DatTX)로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 삽입 장치는 스위칭가능한 위상 시프트를 사용하여 상기 데이터(DatTX)를 상기 발진 신호(s)로 변조하는 위상 제어 장치(PhMod)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 따른 디바이스에 의해 생성되고 전송된 수신 신호(e)를 신호(s)로서 수신하고 처리하기 위한, 특히 수신기(E)인 디바이스로서,
    수신기 측 발진기(EHFO; HFO; HFVCO)의 기저 신호를 사용하여 상기 의사-위상-일치 수신 신호(e)로부터 상기 발진기(SHFO)의 신호 성분들을 제거하기 위한 분리 장치(MIX; TRXMIX)를 포함하고,
    상기 삽입된 데이터(DatTX)를 복원하기 위한 데이터 복원 장치(Demod)를 포함하는 디바이스.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발진기(EHFO)에 의해 생성된 신호를 적용하는 입력,
    상기 전송 혼합기를 통해 기저 신호(sH)로서 상기 신호를 출력하고 상기 기저 신호(sH)를 실제 데이터 송신기 국(S; TR)에 전송하는 출력,
    상기 수신 신호(e)를 적용하는 입력 및
    상기 혼합된 수신 신호(ZFSig; ZFSig')를 출력하는 출력을 포함하는 전송 혼합기(TRXMIX)를 포함하고,
    상기 기저 신호(sH)를 출력하는 출력 및 상기 수신 신호(e)에 대한 입력이 일치하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 5항에 따른, 특히 트랜시버(TC)인 디바이스로서,
    발진 신호를 생성하는 발진기(HFO),
    상기 발진기(HFO)를 활성화시키는 클록 생성기(TGEN),
    상기 발진기(HFO)의 발진 신호를 적용하기 위한 입력을 갖는 혼합기(TRXMIX),
    상기 혼합기(TRXMIX)에 연결되고, 신호들(sH, e; s)을 송신 및/또는 수신하기 위한 적어도 하나의 인터페이스(ANT),
    상기 인터페이스(ANT)에 의해 수신되고 상기 발진 신호(ZFSig)로서 혼합된 신호를 출력하기 위한 상기 혼합기(TRXMIX)의 적어도 하나의 출력,
    상기 혼합기(TRXMIX)에 연결된 신호 및 데이터 처리 장치(μP, TGEN)로서 선택적으로,
    수신된 기저 신호(sH)를 상기 발진기(HFO)에 적용하고, 데이터 삽입 장치(TGEN; SHFO; PhMod)로서 상기 인터페이스(ANT)에 의한 연속적인 출력을 위해 데이터 또는 데이터 신호(Dat)를 상기 발진 신호(s)로 삽입시키거나,
    상기 인터페이스(ANT)에 의해 수신되고 상기 데이터 복원 장치(Demod,μP)로서 상기 혼합기(TRXMIX)에 의해 혼합된 신호(e)로부터 상기 삽입된 데이터(DatTX)를 복원하기 위한 신호 및 데이터 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나에 따른 디바이스를 위한 복조기(Demod)로서,
    상기 신호에 대해 주파수-종속 위상 시프트를 부과하기 위해 위상 비교기(PHKomp) 및 주파수 분별기(DISC)를 포함하고, 상기 혼합기로부터 생성된 수신 신호(ZFSig')는 상기 위상 비교기 및 상기 주파수 분별기 모두에 공급되고, 상기 주파수 분별기(DISC)의 출력 신호는 상기 위상 비교기(PHKomp)의 부가적 입력에 공급되고, 위상 비교기의 출력은 상기 복원된 데이터(Dat)를 출력하는 것을 특징으로 하는 복조기.
  8. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 따른 디바이스를 위한 복조기(Demod)로서,
    주파수 복조를 위한 적어도 하나의 위상-결합 제어-루프(PLL) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 복조기.
  9. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 따른 디바이스를 위한 복조기(Demod)로서,
    적어도 2개의 대역 통과 필터/검출기 시퀀스들(BP1, G1, TP1 및 BP2, G2, TP2)를 포함하고, 상기 시퀀스들의 출력들은 상기 신호 레벨(SP)에 대한 측정값을 출력하기 위한 가산기(SUM) 및 상기 재구성된 데이터(Dat)를 출력하기 위한 직렬-연결 비교기(SK)를 선행하는 차동 증폭기(DIFF) 모두에 적용되는 것을 특징으로 하는 복조기.
  10. 수신기(E)로부터 송신기(S;TR)까지 전송된 기저 신호(sH) 및 상기 송신기로부터 상기 기저 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치인 상기 수신기(E)까지 다시 전송된 신호(s)를 사용함으로써 상기 송신기와 상기 수신기(E) 사이의 거리를 결정하기 위해 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 따른 경우에 있어서 적어도 하나의 송신기와 적어도 하나의 수신기(E)를 포함하는 트랜스폰더 시스템으로서,
    데이터 또는 데이터 신호(DatTX)를 전송될 상응하는 발진 신호(s)로 삽입하기 위해 적응된 데이터 삽입 장치(TGEN; SHFO; PhMod) 및/또는
    수신된 신호들로 삽입된 데이터(DatTX)를 복원하기 위한 데이터 복원 장치(Demod)가 상기 송신기 또는 상기 수신기에 상응하여 제공되는 트랜스폰더 시스템.
  11. 제 10항에 따른 수신기로서,
    본래의 데이터(Dat)를 복원하기 위한 복조기(Demod),
    상기 송신기와 상기 수신기 사이의 거리를 결정하기 위한 측정 장치(Meas),
    주파수에 대해 가변 발진기(HFVCO)를 포함하는 발진기로서, 거리를 측정하기에 측정한 주파수-변조 신호들이 생성될 수 있는 발진기 및
    상기 발진기(HFVCO)의 신호들과 수신 신호들을 혼합하기 위해 설계되고 생성된 신호들(ZFSig)을 출력하기 위한 출력을 포함하는 수신기 혼합기(TRXMIX)로서, 상기 출력은 상기 복조기(Demod) 및 상기 측정 장치(Meas)에 연결되는 수신기 혼합기를 포함하는 수신기.
  12. 특히 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 따른 디바이스로써, 데이터를 전송하는 방법으로서,
    기저 신호(sH)에 기초한 발진 신호(s)가 생성되고,
    발진기(SHFO)가 상기 기저 신호(sH)에 의해 상기 기저 신호(sH)에 대해 의사-위상-일치 방식으로 활성화되고,
    상기 발진기(SHFO)는 상기 활성화까지 발진하고, 상기 발진기(SHFO)는 상기 발진에 의해 전송될 발진 신호(s)를 능동적으로 생성하며,
    데이터 또는 데이터 신호(DatTX)가 상기 신호의 생성 동안 또는 생성 후에 전송될 상기 의사-위상-일치 발진 신호에 삽입되는 데이터 전송 방법.
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