KR20110099297A - 비균일 샘플링을 이용하여 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

비균일 샘플링을 이용하여 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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모토로라 모빌리티, 인크.
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Abstract

비균일 샘플링을 이용하여 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위한 방법 및 장치는, 이산 신호 샘플(115)을 생성하기 위해 아날로그 입력 신호(105)를 샘플링하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC)(110)와, 비균일 시간 주기에서 샘플링하기 위해 ADC를 여기하기 위한 ADC 여진기(120)와, 이산 신호 샘플을 에너지 대 주파수 스펙트럼(300)으로 변환하기 위한 디지털 필터(130)와, 디지털 필터의 출력에 연결된 에너지 비교기(140)를 포함한다. 에너지 비교기(140)는 에너지 세트포인트를 초과하는 임의의 주파수 대역의 존재를 검출한다.

Description

비균일 샘플링을 이용하여 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING THE PRESENCE OF A SIGNAL IN A FREQUENCY BAND USING NON-UNIFORM SAMPLING}
본 발명은 일반적으로 신호 프로세싱에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위해 비균일 샘플링을 이용하는 기술에 관한 것이다.
주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위해, 통상 입력 신호는 시간 영역에서 균일하게 샘플링되어 주파수 영역으로 변환된다. 그 후, 주파수 영역 스펙트럼이 신호의 가능한 존재를 나타내는 에너지 피크에 대해 분석된다. 이러한 방식의 한가지 문제점은, 고 주파수에서, 에일리어싱(aliasing)을 극복하기 위해 다수의 샘플(a large number of samples)을 획득할 필요가 있다. 이러한 다수의 샘플은 대량의 프로세싱 및 전력을 필요로 해서, 수신기에게 스트레스를 주는 경향이 있다.
비균일 샘플링을 이용하여 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위한 방법 및 장치는, 이산 신호 샘플(115)을 생성하기 위해 아날로그 입력 신호(105)를 샘플링하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC)(110)와, 비균일 시간 주기에서 샘플링하기 위해 ADC를 여기하기 위한 ADC 여진기(120)와, 이산 신호 샘플을 에너지 대 주파수 스펙트럼(300)으로 변환하기 위한 디지털 필터(130)와, 디지털 필터의 출력에 연결된 에너지 비교기(140)를 포함한다. 에너지 비교기(140)는 에너지 세트포인트를 초과하는 임의의 주파수 대역의 존재를 검출한다.
개별적인 도면들에 걸쳐 유사한 참조 부호가 동일하거나 기능적으로 유사한 소자를 나타내고, 후술되는 상세한 설명과 함께 본 명세서의 부분으로 통합되고 부분을 형성하는 첨부 도면은, 각종 실시예를 더 설명하기 위한 것이며, 본 발명에 따른 각종 원리 및 장점을 모두 설명하기 위한 것이다.
도 1은 일 실시예에 따라 비균일 샘플링을 이용하는 신호 검출기를 포함하는 모바일 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 신호 검출기의 프로세스 플로우챠트를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 이산 신호 샘플의 에너지 대 주파수 스펙트럼의 일례를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 비균일 샘플링의 일례를 도시한다.
당업자는 도면의 소자가 단순성 및 명료성을 위해 도시된 것이며 반듯이 비율적으로 그려질 필요가 없음을 알 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 소자의 크기는 다른 소자에 비해 과장되게 그려질 수도 있다.
본 발명에 따른 실시예를 상세히 기술하기 전에, 실시예는 큰 주파수 대역에서의 신호의 탐색에 주로 존재함을 알아야 한다. 아날로그 신호를 수신하고, 아날로그 신호를 비균일적으로 샘플링하며, 입력 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 대역에서의 희망 신호의 잠정적 존재(potential presence)를 검출하기 위해 주파수 영역 스펙트럼을 분석함을 포함한다. 따라서, 본 장치 및 방법 컴포넌트는, 본 설명의 장점을 갖는 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 명백한 세부 사항으로 본 설명을 불명확하게 하지 않도록, 본 발명의 실시예를 이해하는 것과 관련된 특정 세부 사항만을 도시하는 도면의 종래의 심볼에 의해 적합하게 표현되었다.
도 1은 신호 검출기(100)를 포함하는 모바일 디바이스의 블록도를 도시한다. 모바일 디바이스는 마이크로폰 또는 키패드로부터 음성 또는 데이터 등의 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스(114), 프로세서(150), 듀플렉서(104) 및 안테나(102)를 통해 신호를 송신하기 위한 송신기(108), 안테나(102) 및 듀플렉서(104)를 통해 신호를 수신하기 위한 수신기(106), 및 메모리(112)를 포함한다. 사용자 인터페이스(114)는, 예를 들어, 마이크로폰, 이어피스(ear piece), 디스플레이, 키보드 등을 포함할 수 있다. 안테나(102)는 신호를 수신 및 송신한다. 메모리(112)는 저장을 위해 사용된다. 듀플렉서(104)는, 송신용 송신기(108) 및 수신용 수신기(106)의 도움으로, 신호를 동시 송신 및 수신할 책임이 있다. 수신기(106)는 신호 검출기(100)를 포함한다. 프로세서(150) 및 메모리(112)는 신호 검출기(100)에 연결된다.
신호 검출기(100)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(110), ADC 여진기(120), 디지털 필터(130), 에너지 비교기(140)를 포함하고, 프로세서(150)에 연결된다. 동작 가능할 때, 신호 검출기(100)는 주파수 대역에서 신호의 존재를 검출한다. 이는, 에일리어싱을 방지하면서 통신 시스템의 무선 통신 디바이스(예를 들어, 도 1에 도시된 모바일 디바이스)에서의 처리량을 감소시키는데 도움이 된다. 신호 검출기는 보다 느린 평균 샘플링 레이트 및 상당히 적은 수의 샘플을 이용하여, 주파수 대역에서의 희망 신호의 잠정적 존재를 검출할 수 있다. 이는, 아날로그 입력 신호를 비균일적으로 샘플링하여 비균일 이산 신호 샘플을 생성함으로써 달성된다.
비균일 이산 신호 샘플은 임의의 쌍의 연속 샘플링 시간들 간의 시간 간격(time spacing)이 임의의 다른 쌍과 상이할 수 있도록 이산 시간 인스턴트에서 아날로그 입력 신호(105)의 샘플을 취함으로써 생성된다. 따라서, 샘플링 시간은 시간상 반듯이 서로 등간격일 필요는 없다. 도 4는 비균일 샘플링의 일례를 도시한다. 이산 신호 샘플은 시간 인스턴스 0, A, B, C, D, E 등에서 취해진다. 시간 간격 OA, AB, BC, CD, DE 등은 본 비균일 샘플링의 예에서 다르다. 비균일 샘플링은, 사용자가 에일리어싱을 방지하기 위해 나이퀴스트 판별 기준(Nyquist criteria)을 회피할 수 있게 한다. 따라서, 평균 샘플링 레이트, 및 주파수 대역에서 신호의 존재를 검출하는데 필요한 총 샘플 수가 상당히 감소될 수 있다.
도 1을 참조하면, ADC(110)는 아날로그 입력 신호(105)를 수신하고, 비균일 샘플링 시간 주기를 이용하여 획득되는 이산 신호 샘플(115)로 변환한다. ADC(110)는 ADC 여진기(120)에 의해 결정된 비균일 시간 주기에서 닫히는 스위치를 포함하여서, 아날로그 입력 신호의 진폭이 비균일 시간 주기에서 스위치를 지나가고, 그렇지 않으면, 스위치에서 블로킹된다. 이는 비균일 시간 주기에서 이산 신호 샘플의 생성을 야기한다.
ADC 여진기(120)는 ADC(110)가 아날로그 입력 신호(105)를 샘플링하는 비균일 샘플링 주기를 결정한다. 메모리(112)는 취해지는 총 샘플의 수 N(126)을 갖는 ADC 여진기(120)를 제공한다. 샘플이 주파수 영역으로 변환될 때, 총 샘플 수 N(126)은 평균 사이드 로브 에너지 레벨(average side lobe energy level)을 결정한다. 공식 -10log(N)은 메인 로브에 대한 사이드 로브 레벨의 평균 서프레션(average suppression)의 근사값을 구한다. 예를 들어, 총 샘플 수 N이 1000이면, -10log(N)은 사이드 로브 레벨의 평균 -30dB 서프레션을 야기한다. 이론적으로, 해당 메인 로브를 검출하기 위해 -20dB 서프레션 만이 필요하다면, 총 샘플 수 N은 프로세서(150)에 의해 100으로 설정된다. 신호의 전체 지속 기간, 총 샘플 수 N을 평균 샘플링 레이트 R로 나눈 값은, 주파수 영역에서의 로브 폭을 결정한다. 예를 들어, 샘플이 1 마이크로초에 걸쳐 취해지면, 각 로브의 폭은 대략 1 MHz가 된다. 평균 샘플링 레이트는 선정되거나, 또는 신호를 취득하는 동안 적응될 수 있다. ADC 여진기(120)는 경사 검출기(122), 의사 랜덤 생성기(124), 또는 그 둘의 조합을 포함한다.
경사 검출기(122)를 갖는 ADC 여진기(120)의 버전에서, 비균일 샘플링 시간은 아날로그 입력 신호(105)의 경사에 따라 결정된다. 본 예에서, 로컬화된 샘플 간격(localized sample spacing)은 도 4를 참조해서 후술되는 바와 같이 현재 검출된 경사에 반비례한다. 이러한 간단한 실시예에서, 로컬 샘플링 레이트는, 경사가 보다 급해질 때 증가되고, 경사가 보다 완만해질 때 감소된다. 경사는 음으로 또한 양으로 증가할 수 있다. 도 4의 세그먼트 420에서, 경사는 평평하고, 하나의 샘플만이 C에서 취해진다. 세그먼트 410에서, 경사는 양으로 더 급해지고, 시간 인스턴트 A 및 B에서 두개의 샘플이 취해진다. 세그먼트 430에서, 경사는 음으로 더 급해지고, 시간 인스턴트 D, E, F 및 G에서 4개의 샘플이 취해진다.
경사 검출기(122) 대신, 의사 랜덤 생성기(124)가 사용되어, 취해지는 이산 신호 샘플들 간의 간격을 결정할 수 있다. 의사 랜덤 생성기(124)는 널리 공지된 것이며, 출력 시퀀스는 비균일 샘플링 시간 주기를 결정한다. 의사 랜덤 생성기(124)는, 평균 샘플링 레이트 R이 통상 총괄적으로 아날로그 입력 신호(105)의 지속 기간 동안 유지되도록 조정될 수 있다.
다른 변형은 경사 검출기(122) 및 의사 랜덤 생성기(124)의 조합일 수 있다. 이 조합에서, 경사 검출기(122)는 의사 랜덤 생성기(124)에게 여기(excitation)를 제공하여서, 경사가 보다 급해질 때 샘플링 레이트는 의사 랜덤 생성기(124) 내에서 로컬로 증가되고, 경사가 보다 완만해질 때 샘플링 레이트는 로컬로 감소된다. 그러나, 평균 샘플링 레이트 R는 통상 총괄적으로 신호의 지속 기간 동안 유지된다.
디지털 필터(130)는 ADC(130)가 생성한 이산 신호 샘플(115)을 주파수 영역에서 에너지 대 주파수 스펙트럼(135)으로 변환한다. 이는 이산 신호 샘플의 푸리에 변환을 취함으로써 달성된다. 디지털 필터(130)가 생성한 에너지 대 주파수 스펙트럼은 간단히 도 3에 도시된 바와 유사할 수 있다.
에너지 비교기(140)는 에너지 세트포인트를 초과하는 임의의 주파수 대역의 존재를 검출한다. 에너지 세트포인트는 프로세서(150)에 의해 결정 또는 수정되고, 에너지 비교기(140)에 제공된다. 에너지 세트포인트는 다수의 방법들로 결정될 수 있다.
제1 방법에서, 프로세서(150)는 에너지 세트포인트를 경험적으로 결정 또는 수정한다. 이력 정보 또는 테스트 정보에 따라 특정 에너지 레벨에서 고정되는 세트포인트는, 도 3의 예에서 에너지 세트포인트(360)로 도시된다. 이 세트포인트(360)는 두개의 로브(320, 330) 아래에 놓인다. 다른 에너지 대 주파수 스펙트럼의 분포에 따라서, 세트포인트(360)는 두개의 로브 보다 훨씬 아래에 또는 약간 아래에 놓일 수 있다. 제2 방법에서, 프로세서(150)는, 에너지 대 주파수 스펙트럼(135)에서 소정의 수의 주파수 대역 아래에 놓이도록, 에너지 세트포인트를 결정한다. 도 3의 예에서, 제2 타입의 에너지 세트포인트, 세트포인트(350)는, 에너지 대 주파수 스펙트럼(135)의 3개의 최고 주파수 대역 아래에 놓인다. 다시 말해서, 최고 에너지 레벨을 갖는 3개의 로브(310, 320, 330)가 해당 주파수 대역을 갖는 것으로서 선택된다. 이 제2 방법으로부터, 다른 에너지 대 주파수 스펙트럼의 분포에 무관하게, 3개의 로브가 항상 선택된다. 제3 방법에서, 프로세서(150)는 에너지 대 주파수 스펙트럼(135)의 최고 에너지 레벨을 갖는 로브(330)의 백분율(percentage)이도록 에너지 세트포인트를 결정할 수 있다. 도 3의 예에서, 세트포인트(370)는 제3 타입의 에너지 세트포인트이다. 도 3에서, 에너지 세트포인트는, 최고 에너지 레벨의 90%이도록 결정된다. 본 예에서, 로브(330)만이 선택된다. 제4 방법에서, 프로세서는 평균 사이드 로브 높이를 취해서, 1 보다 큰 인자(factor)(예를 들어, 10)로 승산하여, 세트포인트를 계산할 수 있다. 세트포인트 보다 높은 모든 로브는 해당 로브로 간주된다. 경험적 결정 방법의 변형으로서, 에너지 세트포인트는 에너지 비교기(140) 또는 메모리(112)에 저장되는 소정의 값일 수 있으며, 이러한 경우, 프로세서(150)는 세트포인트를 수정 또는 선택할 필요가 없다.
도 1에 도시된 프로세서(150)는, 평균 샘플링 레이트 R 뿐만 아니라 전체 신호에 대한 총 샘플 수 N을 변경하고 ADC 여진기(120)에 피드백을 제공하는 등의 다른 기능을 실행하는데 사용될 수 있다. 샘플링 시간 주기의 변화는, 비균일 샘플링인 경우, 푸리에 변환이 균일한 샘플링에 비해 상이하게 동작한다는 사실에 기초하고 있다. 비균일 샘플링에서, 사이드 로브는 균일 샘플링에서처럼 사라지지는 않는다. 대신, 비균일 샘플링은 에일리어싱된 로브의 에너지를 사이드 로브로 확산한다. 따라서, 오로지 하나의 메인 로브만이 있으며, 비균일 디지털 신호 샘플의 푸리에 변환에서의 하이 에일리어싱 대역은 없다. 에너지가 측 대역(side bands)으로 확삼됨에 따라, 사이드 로브의 에너지 레벨은 상승한다. 따라서, 강한 신호가 존재할 때 약한 신호를 검출하는 것은 비교적 더 어렵게 된다. 평균적으로, 사이드 로브는 메인 로브 보다 더 낮은 -10log(N) dB 이다. 여기서, N은 총 샘플 수이다. 그리하여, 총 샘플 수 N은, 주파수 영역에서의 사이드 로브 에너지 레벨이 예상 동적 범위의 신호를 수용할만큼 충분히 낮도록 결정되어야만 한다.
상술된 바와 같이, 에너지 비교기(140)는 에너지 세트포인트를 초과하는 임의의 주파수 대역의 존재를 검출한다. 이는, 에너지 대 주파수 스펙트럼(135)으로부터의 주파수 대역의 에너지를 프로세서(150)가 결정 또는 수정한 에너지 세트포인트와 비교함으로써 달성된다. 대역의 에너지가 에너지 세트포인트 보다 더 크다고 발견되면, 신호의 존재가 표시되고; 그렇지 않은 경우, 모바일 디바이스는 도 3을 참조해서 상술된 바와 같이 해당 주파수 대역이 없다고 인지된다.
에너지 비교기(140)는 누산기(145)를 선택적으로 포함한다. 누산기(145)의 동작은, 에너지 비교기(140)가 적절한 수의 해당 로브를 식별하는데 실패하거나 너무 많은 해당 로브를 식별하는 경우, 개시된다. 그러한 경우에, N개의 샘플의 'm'개의 추가 세트가 획득될 수 있으며, 'm'은 1 보다 큰 정수(whole number)이다. 이 경우, 상이한 방법으로 검출이 달성될 수 있다. 한가지 방법은, 'm'개의 세트 각각의 에너지 대 주파수 스펙트럼을 누산하는 것이다. 이는, 'm'개의 세트 각각의 이산 신호 샘플의 푸리에 변환을 취하고 서로 오버랩하여서, 에너지 비교기(140)에서의 분석을 위해 최종 에너지 대 주파수 스펙트럼을 생성하는 것을 의미한다. 이러한 경우에 다른 검출 방법은, 조합 논리(combinational logic)를 이용하는 것이다. 신호가 에너지 대 주파수 스펙트럼의 'm'개의 세트 중에서 'k' 보다 더 많이 존재하면, 신호는 특정 주파수 대역에 존재하는 것으로 간주되고, 그렇지 않으면, 존재하지 않는 것으로 간주된다. 마지막으로, 'm×N'개의 샘플은 모두 디지털 필터링되어서, 보다 큰 N 값으로부터 주파수 스펙트럼을 효율적으로 생성할 수 있다.
에너지 비교기의 출력은, 해당 신호가 잠정적으로 존재하는 주파수의 리스트이다. 이 리스트는 해당 대역에서의 신호에 대한 각종 전경 스캔(foreground scanning) 기술 등의 공지된 스캔 기술에 따라 수신기(106)에서 더 취해지고 스캔된다.
도 2는 도 1에 도시된 신호 검출기(110) 등의 신호 검출기에 대한 프로세스 플로우챠트(200)이다. 신호 검출기는 아날로그 입력 신호를 수신한다(210). 도 1에 도시된 예에서, 신호 검출기(110) 내의 ADC(110)는 아날로그 입력 신호(105)를 수신한다.
신호 검출기는, 아날로그 입력 신호의 샘플이 취해지는 이산 샘플링 시간 인스턴트를 결정한다(220). 도 1에서, ADC 여진기(120)는 이러한 기능을 수행한다. 이산 샘플링 시간 인스턴트는, 아날로그 입력 신호가 샘플링되는 비균일 샘플링 시간 주기이다.
신호 검출기는, 아날로그 입력 신호를 비균일적으로 샘플링하여 이산 신호 샘플을 생성한다(230). 도 1에 도시된 예에서, ADC(110)는 아날로그 입력 신호를 샘플링한다.
신호 검출기는, 이산 신호 샘플을 주파수 영역으로 변환하여 에너지 대 주파수 스펙트럼을 생성한다(240). 도 1에 도시된 예에서, 기능은 디지털 필터(130)에 의해 수행된다. 에너지 대 주파수 스펙트럼의 예는 도 3을 참조해서 상세히 설명된다.
도 2를 다시 참조하면, 신호 검출기는, 에너지 대 주파수 스펙트럼으로부터 주파수 대역의 에너지가 에너지 세트포인트 보다 큰 지의 여부를 판정한다(250). 크다면, 주파수 대역에 해당 신호가 잠정적으로 존재한다고 결정한다(260). 크지 않다면, 주파수 대역에 어떠한 해당 신호도 존재하지 않는다고 결정한다(270). 도 1에 도시된 예에서, 에너지 비교기(140)는, 특정 주파수 대역에 해당 신호가 잠정적으로 존재하는지의 여부를 판정하고(250), 결정한다(260, 270). 잠정적 해당 신호를 갖는 주파수 대역은 차후 처리를 위해 수신기에 전달된다. 예를 들어, 모바일 디바이스는 해당 주파수 대역을 포함하는 모드(예를 들어, GSM 900)를 사용하여 전경 스캔을 먼저 시작하고, 전경 스캔만을 수행하기도 한다. 다른 모드(예를 들어, GSM 1900)에서, 제1 모드는 성공적이지 않다.
도 3은 이산 신호 샘플의 에너지 대 주파수 스펙트럼(300)의 일례를 도시한다. 에너지 대 주파수 스펙트럼(300)은 도 1에 도시된 에너지 대 주파수 스펙트럼(135)과 유사하다. 수평 축은 상이한 주파수 대역을 나타내고, 수직축은 수평축의 대응 주파수 대역에서의 신호의 에너지를 나타낸다. 에너지 대 주파수 스펙트럼은 로브(310, 320, 330, 340, 390)와, 주파수 대역 및 그 대응 에너지 값을 나타내는 기타를 형성한다. 도 1을 참조해서 기술된 바와 같이, ADC(110)가 생성한 아날로그 입력 신호의 이산 신호 샘플은 디지털 필터(130)를 사용하여 에너지 대 주파수 스펙트럼으로 변환된다. 로브(340) 및 동일한 레벨에 가깝게 있는 다른 모든 로브는 사이드 로브 레벨로 생각될 수 있다. 사이드 로브 레벨 보다 위에 있는 로브(310, 320, 330)는, 에너지 세트포인트(350, 360, 370)에 따라, 해당 주파수 대역으로서 선택될 수 있다. 수평 점선은, 해당 주파수 대역의 결정을 보조하는 상이한 에너지 세트포인트(350, 360, 370)의 일례를 도시한다. 에너지 세트포인트는, 예를 들어, 다수의 방법들로 도 1에 도시된 프로세서(150)에 의해 결정 또는 수정된다.
제1 방법에 따라, 프로세서는 에너지 세트포인트를 경험적으로 결정 또는 수정한다. 이 세트포인트는 도 3의 예에서는 세트포인트(360)로 도시되어 있다. 도 3의 예를 참조하면, 세트포인트(360) 위에 있는 에너지 레벨을 갖는 로브(320, 330)를 갖는 두개의 주파수 대역이 존재한다. 그 결과, 로브(320, 330)의 주파수 대역이 해당 주파수 대역으로 간주된다. 해당 주파수 대역이 되는 것은, 반듯이, 모바일 디바이스가 해당 대역 내의 신호를 취득할 수 있음을 의미하는 것은 아님을 주지하라. 따라서, 신호가 존재하는지의 여부(또는 하이 에너지가 노이즈에 의해 야기되는 지의 여부) 및 신호가 취득될 수 있는지의 여부(또는 신호를 방출하는 시스템이 모바일 디바이스와 호환 가능한지의 여부)를 결정하기 위해, 공지된 기술이 사용되어 해당 대역을 스캔하기도 한다.
제2 방법에서, 프로세서는 에너지 대 주파수 스펙트럼에서의 특정 수의 주파수 대역의 아래에 있도록 에너지 세트포인트를 결정한다. 도 3의 예에서, 세트포인트(350)는 제2 타입의 에너지 세트포인트이다. 이는 에너지 대 주파수 스펙트럼의 3개의 최고 주파수 대역 아래에 있도록 결정된다. 즉, 최고 에너지 값을 갖는 3개의 로브가 해당 주파수 대역을 갖는 것으로서 선택된다. 이러한 예에서, 로브(330, 320, 310)가 선택된다. 본 예에서, 로브(310)는 해당 주파수 대역으로 간주되고, 다른 에너지 세트포인트는 로브(310)가 사이드 로브로서 간주되게 하기도 한다.
제3 방법은 에너지 대 주파수 스펙트럼에서의 최고 에너지 레벨의 백분율이도록 에너지 세트포인트를 결정한다. 도 3의 예에서, 점선이 이러한 타입의 에너지 세트포인트(370)이다. 도 3에서, 에너지 세트포인트(370)는, 최고 에너지 레벨(로브(330)로 도시됨)의 90%이도록 결정된다. 따라서, 제3 방법에 따라, 본 일례의 스펙트럼(300)에서, 오직 하나의 로브(330)만이 선택된다.
도 4는 신호의 비균일 샘플링의 일례(400)를 도시한다. 비균일 이산 신호 샘플은, 임의의 쌍의 연속 샘플링 시간들 간의 시간 간격이 임의의 다른 쌍과 상이할 수 있도록 이산 시간 인스턴트에서 아날로그 신호의 샘플을 취함으로써 생성된다. 샘플링 시간은 반듯이 시간상 서로 등간격일 필요는 없다. 도 4의 이산 신호 샘플은 시간 인스턴트 0, A, B, C, D, E 등에서 취해진다. 시간 간격 OA, AB, BC, CD, DE 등은 본 비균일 샘플링의 예에서 다르다. 비균일 샘플링 시간 주기는, 도 1에 도시된 ADC 여진기(120)를 참조하여 기술된 바와 같이 경사 검출기 및/또는 의사 랜덤 생성기를 사용하여 결정된다.
경사 검출기(122) 등은 아날로그 입력 신호의 경사에 따라 비균일 샘플링 시간 인스턴트를 결정한다. 도 4의 예에서, 아날로그 입력 신호의 세트포인트 410은 양으로 급한 경사를 가지며, 취해지는 샘플의 수는 2 이다(A, B). 아날로그 입력 신호의 세트포인트 430은 음으로 급한 경사를 가지며, 취해지는 샘플의 수는 4 이다(D, E, F, G). 한편, 세그먼트 420은 평평한 경사를 가지며, 오직 하나의 샘플만이 취해진다(C).
도 4에서, N개의 샘플은, 평균 샘플링 레이트 R을 로컬로 변경함으로써 의사 랜덤 생성기(124) 및/또는 경사 검출기(122)를 사용하여 획득된다. 예를 들어, N을 100개의 샘플로 하자. 100개의 샘플이 획득되어 필터링된 후에, 프로세서(150)는, 실제 사이드 로브 서프레션이 공식 -10log(N)을 사용하여 계산된 희망 레벨에 있는지의 여부를 검사한다. 실제 사이드 로브 서프레션이 이론적인 사이드 로브 서프레션을 만족시키거나 초과하는 경우에, 해당 주파수 대역이 검출된다. 그렇지 않으면, 주파수 스펙트럼이 희망 사이드 로브 서프레션을 가질 때까지, 신호 검출기(122)는 N=100개의 샘플의 세트를 계속해서 획득한다.
즉, 신뢰할 수 없을 정도로 크게 사이드 로브 에너지 레벨이 벗어나게 하는, 하이 노이즈, 로우 순간 희망 신호 전력, 최대 희망 값 보다 높은 피크 사이드 로브 레벨 등의 요인으로 인해, 100개의 샘플이 희망 사이드 로브 서프레션으로 매핑하지 않는 경우, 프로세서(150)는, ADC 여진기(120)가 다른 100개의 샘플을 취하게 한다. 200개의 샘플이 희망 사이드 로브 서프레션을 야기하지 않는 경우, 프로세서(150)는, ADC 여진기(120)가 100개의 샘플 등을 더 취하게 한다. 따라서, 사용자는 신호의 예상 동적 범위에 기초하여 상대적인 로브 높이를 세팅할 수 있다. 순간적으로 변하는 신호 에너지 레벨을 수용하는 유연성(flexibility)이 또한 존재한다.
도 4의 예의 경우, m=7개의 세트 각각은 적합한 사이드 로브 서프레션을 달성하기 위해 N=100개의 샘플을 포함하는데, 도면을 보다 명확하게 하고 이해를 보다 쉽게 하게 하기 위해 그 중 3개의 샘플만이 도면에 도시된다. N=100개의 샘플의 제1 세트(461)는 -20dB의 실제 사이드 로브 서프레션을 획득하기에는 충분하지 않기 때문에, 프로세서(150)는, ADC 여진기(120)가 N=100개의 샘플의 제2 세트(463)를 취하게 한다. 그 후, 프로세서(150)는, 희망 사이드 로브 서프레션이 도달될 때까지, ADC 여진기(120)가 N=100개의 샘플의 세트를 계속해서 취하게 한다. 도 4의 예에서, 신호 검출기(122)는, 희망 사이드 로브 서프레션에 도달하기 전에, N=100개의 샘플의 7개의 세트(461, 463, 465, 467, 469, 471, 473)를 취한다. (상술된 바와 같이, 각각 세트의 N=100개의 샘플 중에서 3개의 샘플만이 명료성을 강화하기 위해 도 4에 도시되어 있다). 'm'개의 세트 각각의 시간 지속 기간은 반듯이 동일하지 않지만, 'm'개의 세트 각각은 동일한 수의 샘플을 캐리한다.
도 4의 예에서:
N은 각 세트에서의 총 샘플 수이고,
T는 아날로그 입력 신호가 캡처링되는 초(seconds)이며,
m은 희망 사이드 로브 서프레션에 도달하는데 걸리는 세트의 수이다.
m개의 세트(m=7)로 된 제1 세트(461)는 샘플 A, B, C를 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. m개의 세트(m=7)로 된 제2 세트(463)는 샘플 D, E, F를 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. m개의 세트(m=7)로 된 제3 세트(465)는 샘플 G, H, I를 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. m개의 세트(m=7)로 된 제4 세트(467)는 샘플 J, K, L을 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. m개의 세트(m=7)로 된 제5 세트(469)는 샘플 M, N, P를 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. m개의 세트(m=7)로 된 제6 세트(471)는 샘플 Q, R, S를 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. m개의 세트(m=7)로 된 제7 세트(473)는 샘플 U, V, W를 도시하고, 실제로 N=100개의 샘플을 포함한다. 하나의 세트에 도시된 3개의 샘플로 된 각 그룹은 N=100개의 샘플의 그룹(an N=100 group of samples)을 의미함을 주지하라. 또한, m 및 N에 대한 값은 본 발명을 보다 명확하게 하고 독자가 보다 쉽게 이해하도록 하기 위해 일례로서 제공된 것으로, 신호 검출기(122)에 대한 설계 제약 사항(design constraints)에 따라 상당히 변할 수도 있음을 주지하라.
고정된 수 N개의 샘플의 추가 세트를 획득하는 대안으로서, 프로세서(150)는 각종 알고리즘에 따라 수 N을 변경할 수도 있다(예를 들어, N은 선정된 패턴: 100, 200, 500, 1000에 따라 증가하고, N은 공식 등에 따라 증가한다).
도시된 실시예에서, 입력 신호는 사실상 아날로그이며, 이산 신호 샘플을 생성하기 위해 비균일 시간 주기에 샘플링된다. 다른 변형은 디지털 입력 신호를 수신하는 것일 수 있으며, 이 경우, 샘플은 균일한 간격을 갖는다. 디지털 신호의 균일한 간격의 샘플은 나이퀴스트 판별 기준을 만족시킨다. 본 발명에 따라, 디지털 입력 신호는 비균일적으로 다운-샘플링되어서, 비균일 샘플링 시간 주기에 따른 디지털 신호를 생성하며, 결과로서 생성된 신호는 도 1에 따라 이산 신호 샘플(115)와 같이 처리되어, 해당 주파수 대역을 찾는데 필요한 처리량을 감소시키는 동일한 목적을 달성한다.
따라서, 주파수 대역에서의 신호의 존재를 검출하기 위해 비균일 샘플링을 사용함으로써, 에일리어싱을 방지하는 것을 돕는다. 또한, 비균일 샘플링은, 평균 샘플링 레이트의 감소를 허용하고, 보다 적은 수의 샘플을 사용하여, 해당 주파수 대역을 검출한다. 이는, 보다 적은 처리 전력을 사용하여 해당 주파수 대역을 검출하는데 기여하고, 큰 범위의 주파수에 걸쳐 해당 주파수 대역을 매우 신속하게 결정할 수 있다.
본 문서에서, "제1(first)" 및 "제2(second)", "상부(top)" 및 "하부(bottom)" 등의 관계 용어(relational terms)는 엔티티들 또는 액션들 간의 임의의 실제적인 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 의미하지 않고 하나의 엔티티 또는 액션을 다른 엔티티 또는 액션과 구별하는 데에만 사용될 수 있다. 용어 "~로 구성되다(comprises)", "~로 구성되는(comprising)", "포함하ek(includes)", "구비하다(has)" 또는 임의의 다른 변형은 비-배타적 포함(non-exclusive inclusion)을 커버하려는 것으로서, 구성요소의 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 제품 또는 장치는 단지 상기 구성요소들만을 포함하는 것이 아니라 명백하게 리스트되지 않거나 상기 프로세스, 방법, 제품 또는 장치에 속한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. "...로 구성되다(comprises ... a)" 또는 "...를 포함한다(includes ... a)" 또는 "...를 구비하다(has ... a)"에 이어지는 구성요소는, 어떠한 제약도 없이, 상기 구성요소를 포함하는 프로세스, 방법, 제품 또는 장치에 추가의 동일한 구성요소의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (23)

  1. 신호의 존재를 검출하기 위한 방법으로서,
    이산 신호 샘플들을 생성하기 위해 비균일 시간 주기(non-uniform time periods)에서 아날로그 입력 신호를 샘플링하는 단계 ; 및
    상기 이산 신호 샘플들의 에너지 대 주파수 스펙트럼이 주파수 대역에서의 에너지 세트포인트(energy setpoint)를 초과할 때 상기 주파수 대역에 신호가 존재한다고 결정하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샘플링하는 단계는:
    상기 아날로그 입력 신호의 경사를 검출하고, 상기 아날로그 입력 신호의 경사에 따라 로컬 샘플링 레이트(local sampling rate)를 변경하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경사가 더 급해지는 경우, 상기 로컬 샘플링 레이트가 증가되는, 신호의 존재 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경사가 양으로(positively) 더 급해지는 경우, 상기 로컬 샘플링 레이트가 증가되는, 신호의 존재 검출 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 경사가 음으로(negatively) 더 급해지는 경우, 상기 로컬 샘플링 레이트가 증가되는, 신호의 존재 검출 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 경사가 보다 더 완만해지는 경우, 상기 로컬 샘플링 레이트가 감소되는, 신호의 존재 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 샘플링하는 단계는,
    상기 비균일 시간 주기를 결정하는 의사 랜덤 시퀀스(pseudo random sequence)를 생성하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    디지털 스펙트럼 필터링을 사용하여 상기 이산 신호 샘플들을 상기 에너지 대 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 변환하는 단계는,
    상기 이산 신호 샘플들의 푸리에 변환(Fourier transforms)을 취하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 에너지 세트포인트를 설정하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 설정하는 단계는,
    상기 에너지 세트포인트의 값을 경험적으로(empirically) 결정하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 설정하는 단계는,
    상기 에너지 대 주파수 스펙트럼의 특정수의 주파수 대역 아래에 있는 에너지 세트포인트를 선택하는 단계를 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 설정하는 단계는,
    평균 사이드 로브 높이(average side lobe height)를 1 보다 큰 인자(factor)로 승산하는 단계를 포함하고, 승산(multiplication)의 결과(product)는 상기 에너지 세트포인트인, 신호의 존재 검출 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    사이드 로브 에너지 레벨이 예상 보다 더 큰 경우, 상기 비균일 시간 주기에서 더 많은 이산 신호 샘플들을 취득하는 단계를 더 포함하는, 신호의 존재 검출 방법.
  15. 신호의 존재를 검출하는데 사용되는 장치로서,
    아날로그 입력 신호를 샘플링하여 이산 신호 샘플들을 생성하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC);
    비균일 시간 주기에서 샘플링하기 위해 상기 ADC를 여기(exciting)하는, 상기 ADC에 연결된, ADC 여진기(ADC exciter) - 상기 ADC 여진기는 상기 아날로그 입력 신호의 경사를 검출하기 위한 경사 검출기를 가지고, 상기 아날로그 입력 신호의 상기 경사에 기초해 로컬 샘플링 레이트를 조정함 -;
    상기 이산 신호 샘플들을 에너지 대 주파수 스펙트럼으로 변환하기 위한, 상기 ADC의 출력에 연결된 디지털 필터; 및
    에너지 세트포인트를 초과하는, 상기 에너지 대 주파수 스펙트럼에서의 로브(lobe)의 존재를 검출하기 위한, 상기 디지털 필터의 출력에 연결된 에너지 비교기를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 ADC는,
    상기 비균일 시간 주기에서 닫히고 다른 때에 열리는 스위치를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 ADC 여진기는,
    상기 비균일 시간 주기를 결정하는 의사 랜덤 시퀀스를 생성하기 위한 의사 랜덤 생성기를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 에너지 세트포인트를 결정하기 위한, 상기 에너지 비교기에 연결된 프로세서를 더 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  19. 신호의 존재를 검출하는데 사용되는 장치로서,
    아날로그 입력 신호를 샘플링하여 이산 신호 샘플들을 생성하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC);
    비균일 시간 주기에서 샘플링하기 위해 상기 ADC를 여기(exciting)하는, 상기 ADC에 연결된, ADC 여진기(ADC exciter);
    상기 이산 신호 샘플들을 에너지 대 주파수 스펙트럼으로 변환하기 위한, 상기 ADC의 출력에 연결된 디지털 필터; 및
    에너지 세트포인트를 초과하는, 상기 에너지 대 주파수 스펙트럼에서의 로브(lobe)의 존재를 검출하기 위한, 상기 디지털 필터의 출력에 연결된 에너지 비교기를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 ADC는,
    상기 비균일 시간 주기에서 닫히고 다른 때에 열리는 스위치를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 ADC 여진기는,
    상기 아날로그 입력 신호의 경사를 검출하고, 상기 아날로그 입력 신호의 경사에 기초하여 로컬 샘플링 레이트를 조정하기 위한 경사 검출기를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 ADC 여진기는,
    상기 비균일 시간 주기를 결정하는 의사 랜덤 시퀀스를 생성하기 위한 의사 랜덤 생성기를 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 에너지 세트포인트를 결정하기 위한, 상기 에너지 비교기에 연결된 프로세서를 더 포함하는, 신호의 존재 검출 장치.
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