KR20050071687A - 정보를 검출하여 디코딩하는 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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KR20050071687A
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    • H04L27/06—Demodulator circuits; Receiver circuits

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 정보를 검출하여 디코딩하는 방법 및 장치가 제공되며, 그 방법은 무선 주파수(RF) 임펄스 신호를 샘플링하여 샘플 신호를 발생하고, 샘플 신호를 사전결정된 양의 시간 동안 저장하는 것을 포함한다.

Description

정보를 검출하여 디코딩하는 방법, 장치 및 시스템{METHOD AND APPARATUS TO DETECT AND DECODE INFORMATION}
오늘날 무선 통신 시스템은 정보를 무선으로 수신하고, 디코딩하고 그리고 검출하기 위해 상이한 수많은 타입의 장치 및 방법을 사용할 수가 있다. 정보를 수신하고, 검출하고 그리고 디코딩하는데 수많은 기법 및 구조가 존재한다. 코스트 및 전력 소비와 같은 요인들은 특정 시스템을 설계할 때 고려될 수 있다.
발명의 개요
따라서, 정보를 검출하고 디코딩하기 위한 대체의 방법이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 청구범위에서 특정지어진다. 그러나 본 발명은 본 발명의 목적, 특징 및 이점과 더불어, 동작 방법 및 구성에 대해 첨부되는 도면을 참조하면서 아래의 상세한 설명을 통해 최상으로 이해될 수 있다.
도 1은 시간 영역에서의 파형을 도시한 도면이다.
도 2는 주파수 영역에서 도 1의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 시간 영역에서 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 주파수 영역에서 도 3의 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예가 예시되는 통신 시스템의 일부를 간략히 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수신기를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 샘플 앤드 홀드 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다른 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
설명을 간단하고 명료하게 하기 위해 도면에 도시된 요소들이 전적으로 실척으로 도시될 필요는 없다는 것을 이해해야 할 것이다. 가령, 일부 구성요소의 치수들은 명료성을 위해 다른 구성요소보다도 확대되기도 한다. 또한, 대응하거나 유사한 구성요소를 도시하기 위해 도면들 간에 참조 부호들이 반복적으로 사용되기도 한다.
상세한 설명에서, 수많은 특정 세부항목은 본 발명의 완전한 이해를 위해 기술된다. 그러나, 당업자라면 본 발명이 이러한 특정의 세부 항목이 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와는 달리, 널리 알려진 방법, 절차, 구성요소, 및 회로들은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세하게 기술되지 않았다.
본 발명의 실시예는 이러한 동작을 수행하는 장치를 포함할 수도 있다. 이 장치는 원하는 목적을 위해 특별히 구성될 수도 있으며, 또는 장치 내에 저장된 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성된 다목적 컴퓨팅 장치를 포함할 수도 있다. 이러한 프로그램은 플로피 디스크, 광학 디스크, CD-ROM, 자기 광학 디스크, 전기기계식(electromechanical) 디스크를 포함하는 임의의 유형의 디스크, 판독 전용 메모리(ROM), RAM(random access memory), 전기적으로 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능하고 전기적으로 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 자기 또는 광학 카드와 같은 저장 매체 또는 전자 인스트럭션 및 데이터를 저장하기에 적합한 다른 유형의 매체 상에 저장될 수도 있다.
이하의 설명 및 청구범위에서, "연결(coupled)" 및 "접속(connected)"이라는 용어는 그 파생어와 함께 사용될 수도 있다. 이들 용어는 서로 동의어로서 사용되는 것이 아님에 유의하라. 오히려, 특정 실시예에서는, "접속"은 둘 이상의 소자가 물리적 또는 전기적으로 서로 직접 접촉되어 있다는 것을 나타내기 위해 사용될 수도 있다. "연결"은 둘 이상의 소자가 물리적 또는 전기적으로 직접 접촉되어 있다는 것을 의미한다. 그러나, "연결"은 둘 이상의 소자가 서로에 대해 직접 접촉하고 있지 않지만, 여전히 서로 협력하거나 상호작용한다는 것을 의미할 수도 있다.
도 1에는 시간 영역에서 파형을 나타내는 도표가 도시되어 있다. x축은 시간(TIME)을 나타내고, y축은 진폭(AMPLITUDE)을 나타낸다.
이 도표에서, 파형(100)은 가우스 모노사이클(Gaussian monocycle) 신호(110)로 지칭될 수도 있다. 즉, 파형(100)은 싱글 사이클의 사인 곡선 신호이며, 간단히 모노사이클 신호라고도 한다. 모노사이클 신호(110)는 또한 일반적으로 임펄스(impulse), 펄스형 신호(pulsed signal), 펄스 신호(pulse signal), 광대역 무선 주파수(RF) 신호, RF 임펄스 신호, RF 펄스 신호, 펄스형 RF 신호 또는 초광대역(UWB; ultrawideband) 신호로 지칭될 수도 있다. 보다 구체적으로는, 모노사이클 신호(110)는 모노사이클 펄스 또는 모노펄스 신호로 지칭될 수도 있다. 또한, 모노사이클 신호(110)를 지칭하는데 다양한 다른 용어들이 사용될 수도 있다. 모노사이클 신호(110)는 T2-T1의 펄스 폭 또는 지속 기간을 가지며 A2의 최대 진폭 및 A1의 최소 진폭을 갖는다.
도 2에는 도 1의 파형을 주파수 영역에서 도시한 도표이다. 신호(210)의 중심 주파수(Fc) 및 대역 폭(F2-F1)은 모노사이클 신호(110)의 지속 기간에 의존할 수도 있다. 일부 실시예에서, 모노사이클 신호의 중심 주파수는 그 지속 기간의 역수와 대략 같고, 대역폭은 중심 주파수의 약 160%이다. 예를 들면, 모노사이클 신호(110)의 지속 기간이 시간 영역에서 약 0.5 ns이면, 주파수 영역에서의 모노사이클 신호(110)의 중심 주파수는 약 2.0 GHz가 되고, 주파수 영역에서의 모노사이클 신호(110)의 대역폭은 약 3.2 GHz가 될 수도 있는데, 본 발명의 범주는 이 관계에 제한되지는 않는다.
무선 통신 시스템은 모노사이클 신호(110)를 이용하여 하나 이상의 정보 비트를 전달할 수도 있다. 또는 시스템이 복수의 모노사이클 신호를 포함하는 펄스 트레인(pulse train)을 사용하여 하나의 정보 비트를 전달할 수도 있다.
데이터 및 정보가 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다는 점에 주의해야 한다. 또한, 용어 정보 및 데이터는 1비트의 정보가 될 수도 있고, 1비트 이상의 정보가 될 수도 있다.
이상적인 가우시안 모노사이클 신호(110)가 도 1에 도시되어 있다는 점에 주의한다. 그러나, 통신 시스템에서 실제로 정보를 전송하는 데 이상적인 가우시안 모노사이클 신호를 사용하지 않고, 비 이상적인 모노사이클 신호(도시 생략)가 정보를 전송하는 데 사용될 수 있다. 주파수 영역에서, 비 이상적인 모노사이클 신호는 이상적인 모노사이클 신호에 비해서 감소된 대역폭을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 시간 영역의 파형(300)을 나타내는 도면이 도시되어 있다. x축상에는 시간이 표시되고, y축상에는 진폭 표시된다.
파형(300)은 멀티사이클 신호(310)라고도 불린다. 즉, 멀티사이클 신호(310)는 다중 사이클의 사인 신호로, 사인 곡선인 몇 개의(2개 이상) 사이클을 포함하는 기본 사인 곡선의 시간 제한된 세그먼트가 될 수 있다. 일부 실시예에서, 멀티사이클 신호는 인벨롭 내의 몇 개의 사이클의 사인 파형이 될 수 있다. 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니지만, 멀티사이클 신호(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 세그먼트의 시작과 끝에서 감쇄(damp)되어서 인벨롭 형상의 멀티사이클 신호(310)를 생성할 수 있다. 멀티사이클 신호(310)는 단일 주파수에서 일정량의 에너지에 의해 생성될 수 있다. 멀티사이클 신호가 다수의 사이클로 이루어진 펄스가 될 수 있는 반면에, 모노사이클 신호는 2개 미만의 사이클을 가진 펄스가 될 수 있다. 멀티사이클 신호(310)는 T2-T1의 펄스 폭 또는 지속 시간과, A2의 최대 진폭 및 A1의 최소 진폭을 갖는다.
일반적으로, 멀티사이클 신호(310)는 임펄스, 펄스형 신호, 펄스 신호, 광대역 무선 주파수(RF) 신호, RF 임펄스 신호, RF 펄스 신호, 펄스형 RF 신호 또는 초광대역(UWB) 신호라고도 한다. 더 상세하게는, 멀티사이클 신호(310)는 비-모노사이클 신호, 버스트 신호, 톤(tone) 신호, 톤-버스트 신호, 멀티펄스 신호 또는 부대역 펄스 신호가 될 수 있다. 다양한 다른 용어가 멀티사이클 신호(310)를 나타내는데 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3의 파형의 도면이 주파수 영역에서 도시되어 있다(신호(410)로 나타나 있다). 신호(410)의 중심 주파수(Fc) 및 대역폭(F2-F1)은 멀티사이클 신호(310)의 지속 시간에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서 모노사이클 신호의 중심 주파수는 거의 그 지속 시간의 역수가 될 수 있으며, 대역폭은 중심 주파수의 약 160%가 될 수 있다. 예컨대, 멀티사이클 신호(410)가 시간 영역에서 약 2나노초(ns)의 지속 시간을 갖고 있는 경우에, 모노사이클 신호(110)의 중심 주파수는 주파수 영역에서 약 500메가헤르츠(MHz)가 될 수 있으며, 주파수 영역에서 모노사이클 신호(110)의 대역폭은 약 800MHz가 될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 4에서 같은 진폭, 시간 및 주파수 기호(예컨대, T1, T2, A1, A2, F1, F2, Fc)가 사용되고 있지만, 이 기호는 다른 시간, 진폭 및 주파수에 대응할 수 있다. 파형(100, 300)은 적어도 약 500MHz의 대역폭을 가진 RF 신호가 될 수 있다.
무선 통신 시스템은 멀티사이클 신호(310)를 이용하여 하나 이상의 정보 비트를 전달할 수 있다. 또는 이와 다르게, 시스템은 다수의 멀티사이클 신호를 포함하는 펄스열(pulse train)을 이용하여 하나의 정보 비트를 전달할 수 있다. 파형(100)(도 1) 또는 파형(300)(도 3)을 이용하여 정보를 전달하는 무선 통신 시스템은 UWB(ultrawideband) 시스템으로 지칭될 수 있다. 파형(100, 300)을 이용하는 전송 시스템을 지칭하기 위해 여러 다른 용어를 사용할 수 있다. 예를 들면, 파형(100, 300)을 이용하는 통신 시스템은 캐리어리스(carrierless), 기저 대역(baseband), 임펄스 라디오(impulse radio)(IR) 또는 임펄스 기반 시스템으로서 지칭될 수 있다.
정보는 멀티사이클 신호(310) 또는 싱글사이클 신호(110)를 변조하는 것에 의해 2개의 장치 사이에서 통신 또는 전송될 수 있다. 싱글사이클 신호(110)의 진폭, 분극, 타이밍 또는 다른 특성을 변경시키는 것에 의해서, 정보는 싱글사이클 신호(110)를 이용하여 코딩될 수 있다. 타임 시프팅(time shifting) 또는 펄스 위치 변조(pulse position modulation)로 지칭될 수 있는 하나의 타이밍 변조 기법은 펄스의 위치를 시간상으로 정규 위치에 대해 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 멀티사이클 신호(310)를 변조하기 위해서 멀티사이클 신호(310)의 진폭, 분극, 타이밍 또는 다른 특성을 변경시키는 방법을 사용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 통신 시스템(500)의 일부분에 대한 단순화된 블록도가 도시되어 있다. 시스템(500)은 무선 시스템일 수 있고, 정보는 통신 장치(510)와 통신 장치(520) 사이에서 양방향 통신 링크(530)를 통해 전달될 수 있다. 통신 장치(510, 520)는 무선 장치일 수 있고, 통신 링크(530)는 대기 인터페이스(air interface)일 수 있으며 장치(510, 520) 사이의 하나 이상의 통신 채널 또는 경로를 나타낼 수 있다. 통신 장치(510, 520)는 무선 송수신기(도시하지 않음) 및 안테나(도시하지 않음)를 포함함으로써 무선 주파수(radio frequency)(RF) 신호를 이용하여 정보를 전달할 수 있다. 통신 장치(510, 520)는 액세스 포인트(access points)(AP), PDA(personal digital assistants), 무선 기능을 갖는 랩톱(laptop) 및 휴대형 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablets), 무선 전화기, 무선 헤드셋, 페이저(pagers), 인스턴트 메시지 장치(instant messaging devices), 디지털 뮤직 플레이어(digital music players), 디지털 카메라 또는 무선 방식으로 정보를 송신 및/또는 수신할 수 있는 다른 장치가 될 수 있다.
장치(510, 520)는 예를 들면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 상술된 파형(100) 또는 파형(300) 등과 같은 UWB 파형을 처리할 수 있다. 몇몇 실시예에서, UWB 파형은 그 중심 주파수의 대략 25% 이상의 대역폭을 갖는 RF 신호를 지칭할 수 있다. 다른 실시예에서, UWB 파형은 적어도 대략 500MHz의 대역폭을 갖는 RF 신호를 지칭할 수 있다. 일실시예에서, 장치(510, 520)는 예를 들면 파형(100) 또는 파형(300)을 생성할 수 있는 파형 생성기(도시하지 않음)를 포함하여 장치(510)와 장치(520) 사이에서 정보를 전달할 수 있다. 추가하여, 장치(510, 520)는 송신된 정보를 수신 및 복원하는 검출기 및 디코딩 회로(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 장치(510, 520)는 대략 500MHz로부터 대략 20GHz 범위의 대역폭을 갖는 광대역 RF 신호를 처리할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 장치(510, 520)는 무선 근거리 네트워크(wireless local area network)(WLAN)의 일부분일 수 있고, 대략 100미터(m) 미만의 거리에서 광대역 RF 신호를 이용하여 정보를 통신 또는 전달할 수 있지만, 본 발명의 범주는 이것으로 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 장치(510, 520)는 무선 개인 영역 네트워크(wireless personal area network)(WPAN)의 일부분일 수 있고 대략 10미터 미만의 거리에서 광대역 RF 신호를 이용하여 정보를 통신할 수 있다.
도 6으로 돌아가서, 본 발명의 일실시예에 따른 수신기(600)를 설명한다. 수신기(600)는 통신 장치(510 또는 520, 도 5 참조)의 트랜시버의 일부이거나 독립적인 수신기의 일부일 수 있다. 수신기(600)는 집적 회로(IC)의 일부이거나 하나 이상의 집적 회로를 포함할 수 있다. 수신기(600)는 UWB 수신기이거나 예를 들어 (도 1 내지 도4에서 설명된) 파형(100 또는 300)과 같은 UWB 파형을 처리(수신, 검출, 디코딩 등)할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수신기(600)는 광대역 RF 신호를 기저대역 신호로 변환할 수 있다. 또한 수신기(600)는 기저대역 회로로 불릴 수 있다.
수신기(600)는 최소 약 500MHz의 대역폭을 갖는 광대역 RF 신호를 처리할 수 있다. 수신기(600)는 복사된 광대역 RF 신호를 수신하는 안테나(610)를 포함할 수 있다. 안테나(610)는 하나 이상의 안테나를 포함하며, 예를 들면 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 루프 안테나 또는 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna)일 수 있으며, 본 발명의 범위는 이들에 한정되지 않는다. 수신기(600)는 안테나(610)에 접속되어 수신된 광대역 RF 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA, 615)를 더 포함할 수 있다.
LNA(615)에는 필터가 접속될 수 있다. 필터(620)는 바람직한 통과대역을 벗어나는 주파수를 감쇠할 수 있는 통과대역 필터일 수 있으며 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 필터(620)는 약 300MHz와 약 10GHz의 차단 주파수를 가질 수 있어서, 약 300MHz 이하이며 약 15GHz 이상인 주파수는 감쇠된다. 일실시예에서, 필터(620)는 약 3.1GHz와 약 10.6GHz의 차단 주파수를 가질 수 있어서, 약 3.1GHz 이하이며 10.6GHz 이상인 주파수는 감쇠된다.
수신기(600)는 병렬 배열로 접속될 수 있는 다수의 샘플 및 홀드(sample-and-hold: S/H) 장치를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 수신기(600)는 하나 이상의 샘플 및 홀드 장치(예를 들어 S/H 장치, 646)를 이용하여 광대역 RF 신호를 기저대역 신호로 변환함으로써 그 광대역 RF 신호를 처리한다. 지연 잠금 루프(a delay docked loop: DLL, 635)는 지연 장치(651-656)를 통해 타이밍 신호를 S/H 장치(641-646)에 공급할 수 있다. 이 타이밍 신호는 S/H 장치(641-646)에 대한 클럭 신호로서 기능할 수 있다. 지연 장치(651-656)는 지연(T라 함)을 제공할 수 있어서 각 S/H 장치는 여러 시점에서 수신된 광대역 RF 신호를 표본화할 수 있다. 예를 들어, DLL(635)은 CLOCK이라는 신호를 지연 소자(656)에 제공할 수 있다. 신호 CLOCK의 상승 에지는 지연 장치(651-656)에 의해 형성되는 지연 체인을 전파할 수 있으며 각 S/H 장치를 순차적으로 트리거할 수 있다. 예를 들어, 신호 CLOCK의 상승 에지는 S/H 장치(646)를 최초로 트리거하고 나서 S/H 장치(645)를 트리거하며 이어서 S/H 장치(644-641)를 트리거한다. 신호 CLOCK의 다음 상승 에지는 최종 S/H 장치(에를 들어, S/H 장치, 641)가 트리거 되고 난 후에 발생할 수 있다.
S/H 장치(641-646)의 병렬 배열은 S/H 장치의 캐스캐이드 어레이(cascaded array)라 할 수 있으며 S/H 장치(641-646) 및 지연 장치(651-656)의 동작은 캐스캐이드 표본화라 할 수 있다.
S/H 장치(641-646)는 수신된 광대역 RF 신호를 샘플링하고 수신된 광대역 RF 신호를 나타내는 샘플 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, S/H 장치(641/646)는 연속시간의 광대역 RF 신호를 샘플링하여 그에 대응하는 이산시간의 샘플 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, S/H 장치(641-646)는 수신된 광대역 RF 신호를 상이한 시점에서, 예를 들어 대략 160 피코초(ps)마다 약 1 ns의 지속기간을 갖도록 샘플링하여 이산 샘플 신호를 생성할 수 있다. 이 예에서, 샘플링 레이트는 160 피코초이며 지연 장치(651-656)에 의해 생성될 수 있다. 즉, 지연 장치(651-656)는 각각 하나의 지연 스텝으로도 지칭될 수 있는 160 ps의 지연을 제공할 수 있다. 샘플링 레이트는 연속시간의 파형이 샘플링되어 그에 대응하는 이산 시간의 파형을 취득하는 주파수로도 지칭될 수 있다. 수신된 광대역 RF 신호가 대략 160 ps마다 샘플링되는 경우에, 샘플링 레이트는 대략 6.25 GHz일 수 있다. 샘플링 주기 또는 샘플 윈도우는 수신된 광대역 RF 신호가 샘플링되는 기간을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 이 예에 있어서의 샘플링 주기는 약 1 ns일 수 있다.
이산 샘플 신호가 생성된 후, 이들 샘플 신호는 홀딩 주기로도 지칭될 수 있는 사전결정된 기간 동안 저장 또는 홀딩될 수 있다. 이산 샘플 신호는 캐패시터 상에 저장된 전압 레벨 또는 레지스터에 저장된 디지털 값일 수 있다. S/H 장치(641-646)는 용량성 저장 장치를 사용하여 수신된 광대역 RF 신호를 샘플링하고 그 샘플 신호를 저장할 수 있다. 샘플링 모드 동안, S/H 장치(641-646)는 입력 전압 팔로워로서 동작할 수 있고 적절한 시기에 입력 신호의 전압 레벨을 저장함으로써 샘플 신호를 생성 및 홀딩할 수 있다. S/H 장치(641-646)는 트랙 및 홀드 장치로도 지칭될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 다수의 광대역 RF 신호, 즉 펄스 트레인이 처리될 수 있다. 광대역 RF 신호의 펄스 지속 기간은 1ns일 수 있고, 펄스 간 간격은 약 1 마이크로초(us)일 수 있다. 수신된 광대역 RF 신호의 샘플링 동안, 샘플 신호는 대략 펄스 간 간격의 지속 기간, 즉 약 1 마이크로초(us) 동안 저장 또는 홀딩될 수 있다. 1 us 홀딩 주기 동안, 샘플 신호는 처리될 수 있다(예를 들어, 이 샘플 신호는 템플릿 신호와 상관되어 곱의 값을 생성하고 이 곱의 값을 적분할 수 있다). 홀딩 주기는 샘플 주기보다 더 길 수 있으며, 이 예에서, 수신된 광대역 RF 신호가 일단 샘플링되면, 후속하는 장치(예를 들어, 승산기, 합산 장치, A/D 변환기 등)는 S/H 장치(641-646)보다 비교적 낮은 주파수로 동작할 수 있다.
수신기(600)는 몇몇의 별개의 기능 소자를 구비한 것으로 도시되어 있지만, 하나 이상의 기능 소자들은 조합될 수 있고 예를 들어 디지털 신호 프로세서(DSP) 및 마이크로제어기를 포함하는 프로세서와 같은 소프트웨어 구성된 소자의 조합에 의해 구현될 수 있다.
S/H 장치의 수는 변할 수도 있고, 본 발명의 제한 사항이 아니다. S/H 장치의 수 및 지연 장치(651-656)의 수는 샘플링 윈도우를 커버하도록 선택될 수도 있다. 일 실시예에서는, 적어도 2개의 S/H 장치가, 수신된 광대역 RF 신호를 샘플링하고 적어도 2개의 이산 샘플링 신호를 생성하는 데 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서는, 2개 이상의 S/H 장치가, 수신된 광대역 RF 신호를 오버-샘플링하는 데 사용될 수도 있으나, 본 발명의 범주가 이러한 사항으로 제한되지는 않는다. 또 다른 실시예에서, 샘플링 윈도우는 약 1ns일 수도 있고, 10개의 S/H 장치 및 약 100ps의 지연 스텝을 갖는 10개의 지연 장치는 샘플링 윈도우를 커버하는 데 사용될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 10개의 S/H 장치 및 10개의 지연 장치의 캐스케이드형 어레이는, 약 1.6GHz의 클럭을 이용하여 8GHz RF 신호를 샘플링하는 데 사용될 수도 있다. 이 실시예에서는, 62.5ps(16GHz) 샘플링 속도가 8GHz RF 신호를 샘플링하는 데 사용될 수도 있다. 62.5ps 샘플링 속도는 10개의 지연 장치의 지연 스텝을 62.5ps로 설정함으로써 구현될 수도 있다. 62.5ps의 지연 스텝으로, 10개의 S/H 장치 및 10개의 지연 장치의 캐스케이드형 어레이는 약 1.6GHz의 클럭으로부터 약 16GHz의 유효 샘플링 속도를 가질 수도 있다.
일 실시예에서, S/H 장치(646)는, 수신된 RF 신호를 사전결정된 시점에서 샘플링하고 이산 값(예를 들어, 전압 전위)을 생성하며 사전결정된 양의 시간 동안 이산 값을 저장하는 회로를 포함할 수도 있다. S/H 장치(645)는, 수신된 RF 신호를 다른 사전결정된 시점에서 샘플링하고 다른 이산 값을 생성하며 사전결정된 양의 시간 동안 이 이산 값을 저장하는 회로를 포함할 수도 있다. 유사하게, S/H 장치(641-644)는, 수신된 RF 신호를 또 다른 사전결정된 시점에서 샘플링하고, 또 다른 이산 값들을 생성하며, 사전결정된 양의 시간 동안 이들 이산 값들을 저장하는 회로를 포함할 수도 있다. 샘플 신호는 이산 값으로부터 발생될 수 있다.
도 7로 돌아가면, S/H 장치(646)(도 6)의 실시예를 예시한 개략도가 논의된다. 이 실시예에서, S/H 장치(646)는 2개 위상 버퍼링 S/H 회로일 수도 있다. S/H 장치(646)는 스위치(710, 720), 커패시터(730, 740), 증폭기(750, 760) 및 인버터(770)를 포함할 수도 있다.
RF 신호는 입력 단자(701)에서 수신될 수도 있고, 수신된 RF 신호의 부분에 대응하는 샘플 신호는 출력 단자(702)에서 출력될 수도 있다. 스위치(710, 720)는 신호 CLOCK에 의해 제어될 수도 있다. 신호 CLOCK이 비교적 낮은 레벨로부터 비교적 높은 레벨, 즉, 상승 에지(rising edge)로 전이될 때, 스위치(720)는 개방될 수도 있고, 이전의 샘플링 주기로부터 생성된 샘플 신호는 커패시터(740)을 이용하여 저장된다. 증폭기(760)는 버퍼로서 작동할 수도 있고, 저장된 샘플 신호를 출력 단자(702)에 표시할 수도 있다. 지연 후, 스위치(710)는 폐쇄되어, 수신된 RF 신호의 입력 전압을 트래킹(tracking)함으로써 커패시터(730)가 전압 팔로워로서 동작하게 할 수도 있다. 스위치(710)가 폐쇄되고 스위치(720)가 개방되면, S/H 장치(646)는 입력 단자(701)에서 입력 전압을 트래킹하며, 출력 단자(702)에서 이전의 샘플을 홀딩한다. 지연 장치(656)의 지연(T)은 신호 CLOCK 주기의 절반으로 설정되어, 커패시터(740)를 이용하여 저장된 샘플을 보존할 수 있도록 스위치(720)가 스위치(710) 개방 이전에 폐쇄될 수도 있다.
증폭기(750,760)는 단일 이득 마이크로웨이브 증폭기이다. S/H 장치(646)는 상보형 금속/산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor : CMOS) 기법을 이용하여 제조될 수 있는바, 이러한 측면이 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다.
도 6으로 되돌아가면, 수신기(600)는 광대역 RF 신호의 존재를 검출하기 위한 상관기(630)를 포함한다. 일반적으로, 상관기(630)는 기대 신호를 나타내는 템플릿 신호(template signal)와 수신 신호를 상관시킨다. 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 수신된 광대역 RF 신호의 존재 및 위상을 검출하기 위하여, 수신된 RF 신호를 나타내고 S/H 장치(641-646)에 저장되는 샘플 신호는 템플릿 신호에 의해 상관된다. 즉, 템플릿 신호에 의해 승산된다. 하나의 실시예에 있어서, 승산기(661-666)는 각각 S/H 장치(641-646)에 접속된다. S/H 장치(641-646)에 저장된 이산 샘플값은 템플릿 신호를 나타내는 계수값에 의해 승산된다. 계수값은 계수 생성기(670)에 의해 생성된다. 승산기(661-666)는 승산에 의해 승산값 또는 출력값을 생성하고, 합산 장치(680)에 승산값을 제공한다.
합산 장치(680)는 승산기(661-666)로부터의 승산값을 합산하고, 출력 신호를 아날로그-디지털(A/D) 변환기(690)로 제공한다. 합산 장치(680)로부터의 출력 신호는, 하나의 샘플 기간동안에 생성된 상관 에너지 레벨인 승산값의 합산 결과를 나타낸다. 합산 장치(680)로부터의 출력 신호가 비교적 높은 상관 에너지 레벨을 나타내면, 이것은 광대역 RF 신호의 존재를 나타낸다. 또한, 상관 에너지 레벨은, 광대역 RF 신호의 위상을 나타내며, 그에 따라 하나의 에너지 레벨은 하나의 디지털값을 나타내고 다른 에너지 레벨은 다른 디지털값을 나타낸다.
A/D 변환기(690)는 합산 장치(680)로부터의 출력 신호를 디지털값으로 변환하는데 이용된다. 예를 들어, 로직 "0"이 서로에 대해 위상이 어긋난 두 개의 연속하는 광대역 RF 신호로서 정의되는 반면, 동일 위상의 2개의 연속하는 광대역 RF 신호로서 로직"1"을 정의하는 변조 기법이 채용되는데, 이러한 점이 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다. 다른 변조 기법이 또한 채용된다.
DLL(635)은, 수신기(600)가 광대역 RF 신호를 수신하는지를 검출하는 것을 지원하는데 이용된다. DLL(635)은, 샘플링 신호가 템플릿 신호, 예를 들어 상관기 계수와 위상이 일치할 때까지 S/H 장치(641-646)의 상대적 위상을 조정한다. 합산 장치(680)로부터의 출력 신호의 상관 에너지 레벨은 샘플 신호의 위상을 상관기 계수와 정렬시킴으로서 커진다. 모니터 장치(695)는 A/D 변환기(690)에 의해 처리된 상관 에너지 레벨을 모니터하고, 수신된 광대역 RF 신호 및 템플릿 신호가 정렬하는 때를 결정한다. 모니터 장치(695)는 S/H 장치(641-646)의 위상을 조정하도록 DLL(635)에게 명령하기 위해 제어 신호를 DLL(635)에 전송한다. 다른 실시예에서, 위상 잠금 루프(Phase Locked Loop : PLL) 또는 다른 타이밍 장치가 DLL(635) 대신에 이용될 수 있다.
광대역 RF 신호의 도착 시간("타임 스탬프"라 함)은 DLL(635)을 이용하여 결정된다. 하나의 실시예에 있어서, 프로세서(도시되지 않음)는 다수의 수신된 광대역 RF 신호의 타임 스탬프 정보를 처리하여, 전송 장치로 부터의 거리 정보 또는 수신 장치의 위치 정보를 결정한다. 예를 들어, 3개의 "타임 스탬프"가 결정되면, 프로세서는 전송 장치의 X,Y 및 Z 위치를 결정한다.
일실시예에서, DLL(635)은 마스터 클럭(도시 생략)에 상대적으로 신호(CLOCK)의 위상을 공칭값으로 설정할 수 있다. 그 다음, 모니터 장치(695)는 합산 장치(680)로부터 상관 에너지 레벨을 모니터링할 수 있다. 상관 에너지 레벨이 소정의 임계값 이하이면, 신호(CLOCK)의 위상은 예를 들어, 1 지연 단계만큼 증분 또는 감소될 수 있다. 이러한 프로세스는, 모니터 장치(695)가, 상관 에너지 레벨이 최대 레벨 부근에 있음과, 수신된 광대역 RF 신호와 템플릿 신호가 정렬되어 있다고 판단할 때까지, 반복될 수 있다.
또한, 적분기(도시 생략)는 승산기(661-666)와 합산기 장치(680) 사이에 각각 접속되어 있어 여러 수신된 광대역 RF 신호 상의 상관 정보를 적분할 수 있다. 몇몇 수신된 광대역 RF 신호를 적분함으로써 검출이 개선될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 광대역 RF 신호가 전송되어 1 비트의 정보를 전달할 수 있는 시스템에서, 반복 수신된 광대역 RF 신호는 몇몇 샘플링 주기동안에 적분되어 수신 신호의 잡음을 감소시키며, 이로써, 신호 대 잡음비(SNR)를 개선한다.
도 6과 관련하여 상술한 샘플 및 홀드, 상관기 승산기, 적분 및 합산 기능은, 본 발명의 범위가 이러한 측면에서 제한되지 않지만, 스위칭 커패시터 기술을 이용하여 실행될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 예시된 회로(800)는 도 6과 관련하여 상술한 샘플 및 홀드, 상관기 승산기 및 적분 기능을 실행하는데 사용될 수 있다. 도 9에 예시된 회로(900)는 도 6과 관련하여 상술한 샘플 및 홀드, 상관기 승산기, 적분 및 합산 기능을 실행하는데 사용될 수 있다.
도 8을 다시 참조하면, 회로(800)는 스위칭 커패시터 저항기(810), 커패시터(820) 및 증폭기(830)를 포함할 수 있다. 스위칭 커패시터 저항기(810)는 커패시터(840)와 스위치(851-854)를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 작동 동안에, 광대역 RF 신호는 단자(801)에서 수신될 수 있다. 단자(802)의 출력 전압은 단자(801)의 입력 전압의 적분에 비례할 수 있다. 801에서 수신된 신호의 적분은, I = Vin/R과 같이, 입력 저항기(810)의 입력 전압(Vin)과 저항(R)에 비례하는 전류(I)로 피드백 커패시터(820)를 충전함으로써, 행해진다. 저항기(810)가 선택되어 1/R이 상관기의 계수이면, 피드백 커패시터(820)를 충전하는 전류는 단자(801)에서의 수신된 신호와 상관기 계수의 승산에 비례한다. 전류(I)는 매시간 커패시터(820)를 충전하기 때문에, 단자(802)의 출력 전압은 상관 신호의 적분일 수 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 저항(810)은 스위치형 캐패시터 저항(switched-capacitor resistor)이다. 스위치(851 내지 854)를 개폐하기 위해 사용되는 캐패시터(840)의 용량값은 저항(810)의 유효 저항을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 스위치(851 및 852)는 클럭 신호의 1 위상(Φ1) 동안에 닫힐 수 있고, 스위치(853 및 854)는 클럭 신호의 또 다른 위상(Φ2) 동안에 닫힐 수 있다. 서로 다른 상관기 계수는 서로 다른 스위치 구성을 이용하여 얻을 수 있다. 스위치 구성을 변경 및/또는 스위치를 추가함으로써, 음의 상관기 계수를 얻을 수 있다. 스위치형 캐패시터 회로(800)는 샘플링된 상관기 적분기라 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 회로(900)는 도 8의 회로(800)와 유사하다. 회로(900)는 회로(800)를 이용하여 구현될 수 있는 샘플링 기능, 상관 기능 및 통합 기능과 함께 합산 기능을 구현하기 위해 복수의 스위치형 캐패시터 회로(예를 들어, 최대 N개의 스위치형 캐패시터 회로)를 포함할 수 있다. 광대역 RF 신호는 입력 단자(901)에서 수신되어 회로(900)에 의해 처리되고 출력 단자(902)에서 출력 신호를 생성할 수 있다.
회로(900)는 지연 장치(921 내지 923), 스위치형 캐패시터 회로(911, 912, …, N) 캐패시터(930) 및 증폭기(940)를 포함할 수 있다. 신호(CLOCK)은 샘플 클럭일 수 있다. 신호(CLOCK) 및 지연 장치(921 내지 923)는 서로 다른 상관기 계수를 얻기 위해 스위치(961 내지 964, 981 내지 984, 991 내지 994)의 개폐를 제어하는데 사용될 수 있다. 위상(Φ2)은 전체 샘플에 대해 공통 클럭일 수 있다. 위상(Φ1.0)은 샘플 클럭의 1 지연된 버전일 수 있고, 위상(Φ1.1)은 샘플 클럭이 또 한번 지연된 버전일 수 있고, 위상(Φ1.N)은 샘플 클럭의 N번 지연된 버전일 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 어떤 특징들을 도시하고 설명하였으나, 다수의 수정예, 대체예, 변형예 및 등가물들이 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 청구의 범위는 본 발명의 기술 사상 내에 포함되는 모든 이러한 수정예 및 변형예들을 포함한다.

Claims (22)

  1. 무선 주파수(RF) 임펄스를 샘플링하여 샘플 신호를 발생하는 단계와,
    사전결정된 양의 시간 동안 상기 샘플 신호를 저장하는 단계를 포함하는
    정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플링은 샘플링 주기 동안 발생되며, 상기 사전결정된 양의 시간은 상기 샘플링 주기보다 큰 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 신호를 템플릿 신호(template)와 상관시켜, 상기 RF 임펄스 신호의 존재 및 위상을 검출하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 임펄스 신호는 연속 시간 파형이고, 상기 샘플링은,
    제 1 사전결정된 시점에서 상기 RF 임펄스 신호를 샘플링하여 제 1 이산 값을 발생하는 단계와,
    제 2 사전결정된 시점에서 상기 RF 임펄스 신호를 샘플링하여 제 2 이산 값을 발생하는 단계와,
    상기 제 1 이산 값 및 상기 제 2 이산 값을 이용하여 상기 샘플 신호를 발생하는 단계를 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 이산 값을 제 1 계수 값과 승산하여 제 1 출력 값을 발생하는 단계와,
    상기 제 2 이산 값을 제 2 계수 값과 승산하여 제 2 출력 값을 발생하는 단계와,
    상기 제 1 출력 값과 상기 제 2 출력 값을 합산하여 출력 신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출력 신호를 디지털 값으로 변환하는 단계를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력 신호를 모니터링하여, 상기 RF 임펄스 신호의 상기 샘플링 발생 시기를 조정하는 단계를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  8. 펄스형 무선 주파수(RF) 신호를 기저대역 신호로 변환하는 단계를 포함하되,
    상기 변환 단계는 적어도 하나의 샘플 및 홀드 장치(sample-and-hold device)를 이용하여 상기 펄스형 RF 신호를 처리하는 단계를 포함하는
    정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 변환 단계는 제 2 샘플 및 홀드 장치를 이용하여 상기 펄스형 RF 신호를 처리하는 단계를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 변환 단계는 상기 샘플 및 홀드 장치를 이용하여 상기 펄스형 RF 신호를 샘플링하여, 샘플 신호를 발생하는 단계를 포함하고, 상기 샘플 신호를 템플릿 신호와 상관시켜 상기 펄스형 RF 신호의 존재를 검출하는 단계를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 방법.
  11. 적어도 약 500 MHz의 대역폭을 갖는 무선 주파수(RF) 신호를 처리하도록 적응된 샘플 및 홀드 장치를 포함하는
    정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 RF 신호를 처리하도록 적응된 제 2 샘플 및 홀드 장치를 더 포함하되,
    상기 샘플 및 홀드 장치 및 상기 제 2 샘플 및 홀드 장치는 병렬 배열로 접속되어 상기 RF 신호를 처리하는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 샘플 및 홀드 장치는 제 1 사전결정된 시점에서 상기 RF 신호를 샘플링하여, 제 1 이산 값을 발생하고, 상기 제 1 이산 값을 사전결정된 양의 시간 동안 저장하도록 적응되고, 상기 제 2 샘플 및 홀드 장치는 제 2 사전결정된 시점에서 상기 RF 신호를 샘플링하여, 제 2 이산 값을 발생하고, 상기 제 2 이산 값을 사전결정된 양의 시간 동안 저장하도록 적응되는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 샘플 및 홀드 장치의 출력 단자에 연결된 입력 단자를 갖는 승산기를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 샘플 및 홀드 장치의 출력 단자에 연결된 입력 단자를 갖는 상관기를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상관기의 출력 단자에 연결된 입력 단자를 갖는 합산 장치를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 합산 장치의 출력 단자에 연결된 입력 단자를 갖는 A/D(analog-to-digital) 변환기를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    지연 잠금 루프(delay locked loop; DLL)와,
    상기 DLL과 상기 샘플 및 홀드 장치 사이에 연결된 지연 장치를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 장치.
  19. 약 10 미터보다 짧은 거리에서 정보를 무선으로 전송하도록 적응된 통신 장치를 포함하되, 상기 통신 장치는,
    적어도 약 500 MHz의 대역폭을 갖는 무선 주파수(RF) 신호를 처리하도록 적응된 샘플 및 홀드 장치를 포함하는
    정보를 검출하여 디코딩하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 상기 RF 신호를 처리하도록 적응된 제 2 샘플 및 홀드 장치를 더 포함하고, 상기 샘플 및 홀드 장치와 상기 제 2 샘플 및 홀드 장치는 병렬 배열로 접속되어 상기 RF 신호를 처리하는 정보를 검출하여 디코딩하는 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 샘플 및 홀드 장치의 출력 단자에 연결된 입력 단자를 갖는 상관기를 더 포함하는 정보를 검출하여 디코딩하는 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 상기 샘플 및 홀드 장치의 입력 단자에 연결된 출력 단자를 갖는 안테나를 더 포함하고, 상기 안테나는 상기 RF 신호를 수신하도록 적응되는 정보를 검출하여 디코딩하는 시스템.
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