KR20180049035A - 선택적 신호 제거를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법으로서, 광대역 아날로그 신호를 수신하는 단계; 광대역 ADC에 의해 광대역 신호를 디지털화하는 단계; 디지털화된 광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역을 검출하는 단계; 검출된 N개의 최강 서브대역이 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 N개의 대역저지 필터를 적응적으로 프로그램하는 단계; 출력 신호를 증폭하도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하는 단계; 제1 디지털화 신호를 획득하도록 상기 광대역 ADC에 의해 증폭된 출력 신호를 디지털화하는 단계; 상기 검출된 N개의 최강 서브대역을 N개의 ADC에 각각 통과하도록 N개의 통과대역 필터를 적응적으로 프로그램하는 단계; 복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 대역통과 필터로부터 N개의 ADC 각각에 의해 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하는 단계; 및 임의의 중복된 대역을 식별하도록 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하는 단계를 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법을 제공한다.

Description

선택적 신호 제거를 위한 장치 및 방법
본원은 일반적으로 RF 수신기 및 파형 제거 기술에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 선택적 신호 제거를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 주파수(Radio frequency, RF) 통신 시스템은 예전부터 동일 채널 간섭의 부작용에 대해 극심하게 민감했다. 예를 들어, 동일 채널 간섭은 염려되는 통신 채널에 대해 가까운 소스로부터 신호의 송신으로 인해 야기된다. 종래의 수신기는, 특히 간섭 신호가 검출되는 더 약한 신호와 비교하여 강한 경우에, 간섭하는 소스에 의해 송신된 다른 신호와 원하는 신호를 정확히 구별하는 기본적인 능력이 없어서 문제가 된다.
일부 RF 수신기는 동시에 광대역폭 이상으로 작동하도록 요구되지만, 백그라운드에 있는 간섭 신호 또는 가까이 있는 다른 시스템으로부터의 간섭 신호로 인해 성능이 제한된다. 일부 어플리케이션은 강한 간섭 신호가 존재시 약한 신호의 검출이 요구된다. 일반적으로, 신호의 대역폭이 증가할수록, 수신기의 동적 범위를 유지하기가 더 어려워지며, 즉, 신호의 동적 범위와 대역폭 사이의 상충(tradeoff)이 존재한다.
종래의 전기통신 시스템에서, 아날로그 디지털 컨버터(analog to digital converter, ADC)가 RF 신호를 수신하여 진폭의 주어진 동적 범위 이상으로 디지털 식으로 변환한다. RF 수신기는 전형적으로 먼저 신호를 필터링하여 관심 있는 주파수 범위 외의 원하지 않는 신호 및 노이즈를 제거하며, 특히 샘플링 프로세스에서 에일리어싱(aliasing)을 방지한다. 따라서, 그러한 신호 필터링을 사용하는 ADC는 단일 에어 인터페이스 또는 단일 캐리어 어플리케이션에 적합한 반면에, 그러한 ADC는 하나 초과의 신호를 한번에 수신하는 광대역 수신 시스템의 엄격한 요건, 예컨대 큰 동적 범위 이상으로 RF 신호를 처리해야 하는, 소프트웨어-정의 무선(software-defined radio)과 같은, 멀티-캐리어 시스템, 멀티-에어 간섭을 충족할 수 없다. 이는, 더 높은 동적 범위 ADC가 협대역 동작을 위해 존재한다 할지라도, ADC 동적 범위가 광 대역폭에 대해 특히 제한적이기 때문이다. 공지된(간섭) 신호는 제거될 수 있지만, 제거는 비용이 많이 들 수 있고 불완전할 수 있고, 아티팩트를 유도할 수 있으며, 동적 범위의 진보만큼 중요한 결함이 획득될 수 있다. 간섭 신호의 수가 증가할수록 비용과 어려움이 증가한다. 이따금 스펙트럼의 라이센싱으로부터 스펙트럼의 제한된 대역에서 많은 신호를 방사하는 무선 전화 제공자, TV 스테이션, 및 다른 상업 및 정부 엔티티로 인해 발생되는 간섭 신호들의 대역이 존재할 수 있다.
신호 제거를 위해 현존하는 대부분의 해결책은 극도의 협대역 간섭을 가지는 협대역 수신기를 위한 것이다. 게다가, 일부 종래 시스템은 정상 상태 간섭을 모델화하거나, 간섭을 저지하는 노치 필터를 사용하거나, 피드백 루프를 생성하여 신호 컨텐트를 적응적으로 제거하였다. 신호의 적응적 제거 및 소거는 일반적으로 제거 신호가 생성되고 적용되는 동안 입력 신호의 지연을 포함한다. 이러한 지연은 수신기에 높은 지연 속도(latency)를 유발하고, 특히 광대역 신호에 대하여 달성하기가 힘들다. 필터의 노치 및 다른 필터 방식은 바람직하지 않으며, 원하는 신호가 검출되기 위해 보유되는 것을 보장하지 못한다.
일부 실시태양에서, 본원은 높은 동적 범위 신호를 구하는(capturing) 방법이다. 이 방법은, 광대역 아날로그 신호를 수신하는 단계; 광대역 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC)에 의해 광대역 신호를 디지털화하는 단계; 디지털화된 광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역을 검출하는 단계 - N은 1 이상의 정수임 -; 검출된 N개의 최강 서브대역이 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 N개의 대역저지 필터를 적응적으로 프로그램하는 단계; 출력 신호를 증폭하도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하는 단계; 제1 디지털화 신호를 획득하도록 상기 광대역 ADC에 의해 증폭된 출력 신호를 디지털화하는 단계; 상기 검출된 N개의 최강 서브대역을 N개의 ADC에 각각 통과하도록 N개의 통과대역 필터를 적응적으로 프로그램하는 단계; 복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 대역통과 필터로부터 N개의 ADC 각각에 의해 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하는 단계; 및 임의의 중복된 대역을 식별하도록 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하는 단계를 포함한다.
일부 실시태양에서, 본원은 광대역 아날로그 신호를 구하는 방법이다. 이 방법은, 광대역 아날로그 신호를 수신하는 단계; 수신된 광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역에 대한 정보를 획득하는 단계 - N은 1 이상의 정수임 -; N개의 최강 서브대역이 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 상기 광대역 아날로그 신호를 대역저지 필터링하는 단계; 제1 디지털화 신호를 획득하도록 상기 광대역 ADC에 의해 대역저지 필터링화 신호를 디지털화하는 단계; N개의 최강 서브대역을 N개의 ADC에 각각 통과하도록 상기 수신된 광대역 아날로그 신호를 통과대역 필터링하는 단계; 복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 통과대역 필터로부터 N개의 ADC 각각에 의해 출력된 통과대역 필터링된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하는 단계; 및 임의의 중복된 대역을 식별하도록 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하는 단계를 포함한다.
일부 실시태양에서, 본원은 광대역 아날로그 신호를 구하는 광대역 수신기이며, 이 수신기는 광대역 아날로그 신호를 수신하기 위한 입력 포트; 광대역 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC); 광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역을 검출하기 위한 프로세서 - N은 1 이상의 정수임 -; 디지털화된 광대역 아날로그 신호에서 검출된 N개의 최강 서브대역이 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 프로세서에 의해 프로그램된 N개의 프로그래머블 대역저지 필터; 제1 디지털화 신호를 획득하기 위해 출력 신호를 증폭시켜 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화되도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하기 위한 자동 이득 제어기(automatic gain controller, AGC); 검출된 N개의 최강 서브대역을 통과시키도록 상기 프로세서에 의해 프로그램되는 N개의 프로그래머블 대역통과 필터; 복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 통과대역 필터로부터 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하기 위한 N개의 ADC - 상기 프로세서는 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하여 임의의 중복된 대역을 식별함 -; 및 처리된 신호를 출력하기 위한 출력 포트를 포함한다.
일부 실시태양에서, 본원은 광대역 아날로그 신호를 구하기 위한 광대역 수신기로서, 이 수신기는 광대역 아날로그 신호를 수신하기 위한 입력 포트; 광대역 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC); 수신된 광대역 아날로그 신호 내의 N개의 최강 서브대역에 대한 정보를 저장하기 위한 메모리 - N은 1 이상의 정수임 -; 저장된 정보를 획득하기 위한 프로세서; 디지털화된 광대역 아날로그 신호 내의 N개의 최강 서브대역이 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하기 위한 N개의 대역저지 필터; 제1 디지털화 신호를 획득하기 위하여 상기 출력 신호를 증폭하여 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화하도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하기 위한 자동 이득 제어기(automatic gain controller, AGC); 검출된 N개의 최강 서브대역을 통과시키는 N개의 통과대역 필터; 복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 상기 N개의 통과대역 필터로부터 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하기 위한 N개의 ADC - 상기 프로세서는 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하여 임의의 중복된 대역을 식별함 -; 및 처리된 신호를 출력하기 위한 출력 포트를 포함한다.
일부 실시태양에서, 수신된 아날로그 신호는 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호로 다운 변환될 수 있고, N개의 최강 서브대역 신호가 상기 IF 신호에서 검출된다.
도 1은 본원의 일부 실시태양에 따른 선택적 신호 제거를 위한 회로의 블록도이다.
도 2a 및 2b는 본원의 일부 실시태양에 따른, 하나 또는 3개의 서브대역이 제거되는 경우의 동적 범위 그래프를 각각 도시한다.
도 3은 본원의 일부 실시태양에 따른, 복원 디지털 서브대역 신호에 대한 일례의 하드웨어 구현의 블록도이다.
도 4는 본원의 일부 실시태양에 따른, 고 동적 범위 신호를 처리하기 위한 프로세스 흐름도이다.
일부 실시태양에서, 본원은 광대역 신호(예, 스펙트럼의 4 GHz)를 수신하는 RF 수신기이다. 수신기는 그 후 광대역 신호의 상위 동적 범위를 검출하고, N개의 최강 서브대역 신호(N은 설계 선택임)를 식별하고, 이 신호가 수신기의 광대역 부분으로 가는 것을 저지하도록 N개의 아날로그 필터를 적응적으로 설정하며, 동시에 동일한 N개의 최강 서브대역(신호 대역)이 N개의 고 동적 범위 ADC를 채택하는 고 동적 범위 검출기에 통과하도록 N개의 다른 아날로그 필터를 적응적으로 설정한다. 수신기 내의 복수의 프로그래머블 적응적 필터는 더 강한 신호가 광대역 ADC/샘플러에 도달하는 것을 저지한다. N개의 서브대역 각각의 디지털 데이터가 프로세서에 의한 검출을 위해 샘플링되고 처리된다. N개의 최강 서브대역이 저지됨으로써, ADC(샘플러)에 도달하는 광대역 신호가 감소된 동적 범위를 가진다. 이 광대역 신호의 이득이 자동 이득 제어기(automatic gain controller, AGC)에 의해 제어되고 증가되어서, 광대역 신호의 하위 부분이 광대역 ADC에 의해 샘플링되고, ADC의 노이즈 플로어 위에서 검출될 수 있다. 이 경로는 제거 신호를 생성하도록 광대역 신호의 임의의 추가의 지연 없이 샘플링된다. 그 후 샘플링된 신호 전부 또는 일부가 수신된 RF 신호의 단일 디지털 이산 시간 표현을 형성하도록 처리된다(복원된다). 다시 말하면, 본원은 분리된 처리를 위해 최강 신호를 가진 스펙트럼의 “청크(chunk)”를 제거하고, 따라서, 수신기의 한 부분에서 광대역 신호에 걸쳐 더 약한 신호의 검출하면서, 수신기의 또 다른 한 부분에서는 N개의 서브대역에서 강한 신호와 약한 신호 둘 다 검출하는 것이 가능하다.
도 1은 본원의 일부 실시태양에 따른, 선택적 신호 제거를 위한 회로의 일례의 블록도이다. 일부 실시태양에서, 회로는 광대역 수신기의 파티(party)이다. 도시된 바와 같이, 광대역 아날로그 RF 신호(102)는 통신 채널, 예컨대 안테나로부터 입력 포트에 의해 수신된다. 프로세서(112)는 광대역 아날로그 RF 신호(102)로부터 N개의 최강 신호 대역을 검출한다. 일부 실시태양에서, N개의 적응적 대역저지 필터(104)가 초기에 설정되어 (예컨대 초기 조건으로) 수신된 광대역 아날로그 RF 신호(102)를 필터링되지 않게 통과시키고, AGC(106)가 광대역 ADC(108)에 방해받지 않는 입력 신호를 통과하도록 초기 이득(시스템 요건에 의해 결정됨)에 설정된다. 광대역 ADC는 광대역 신호를 샘플링하고 디지털화하며, 디지털화 데이터(110)를 프로세서(112)에 피딩하여 입력 신호로부터 N개의 최강 신호 대역을 결정한다.
예를 들어, 프로세서는 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 진폭 대 주파수 정보를 제공한다. 그 후, 몇몇 공지된 방법 중 하나가 사용되어 대역에서의 총 에너지를 계산할 수 있다. 예를 들어, 고정 폭 서브대역의 히스토그램이 생성될 수 있고, 최대 N개의 대역이 프로세서에 의해 선택된다. 서브대역의 고정 폭이 N개의 고 동적 범위 ADC에 의해 수용된 대역폭의 일부(fraction)일 것이다. 이 프로세서의 추가의 개선이 서브대역들 중 일부가 조합될 수 있지만 N개의 ADC의 대역폭 내에 여전히 맞는지 여부를 검사하는 제2 방법에 의해 달성될 수 있다. 서브대역이 조합될 수 없으면, 최강 신호를 포함하는 N개의 서브대역이 N개의 대역으로서 사용된다. 그렇지 않으면, 함께 조합될 수 있는 서브대역들 및 히스토그램으로부터 다음의 최대 대역이 선택된다. 선택된 다음의 최대 대역은 또한 조합되는 서브대역이 더 이상 수행될 수 없을 때까지 히스토그램으로부터의 다른 결과와 조합되기 위해 검사된다.
프로세서는 그 후 제어 신호(114)에 의해, 검출된 N개의 최강 신호 대역을 저지하도록 N개의 적응적 대역저지 필터(104)를 프로그램한다. 프로세서(112)는 제어 신호(114 및 115)를 각각 통해 적응적 대역저지 필터(104) 및 선택할 수 있는 통과대역 필터(1161 내지 116N)를 프로그래밍할 수 있다.
N개의 대역저지 필터(104)의 출력이 여전히 광대역 신호이지만, 감소된 동적 범위를 가진다. 예를 들어, 도 2a에서처럼, 4 GHz RF 신호에 대한 하나의 서브대역을 제거하는 것은 감소된 12 dB의 광대역 동적 범위를 야기한다. 반면에 도 2b에서 처럼, 3개의 서브대역을 제거하는 것은 32 dB의 감소된 광대역 동적 범위를 야기한다. 이것은 광대역 이상에서 신호 검출을 가능하게 한다. 대역저지 필터가 N개의 최강 서브대역을 제거하기 전의 신호와 그 결과인 신호는 여전히 동일한 총 대역폭을 가진다. 그러나, 그 결과인 신호의 총 동적 범위가 감소되기 때문에, 단일 광대역 ADC(108)를 가진 남아있는 신호를 디지털화하는 것이 실현 가능하다. 그러한 디지털화가 단일 광대역 ADC(108)에 의해 수행되기 전에, AGC(106)의 이득이 조절되어서(필요하다면 증가됨), 남아있는 신호는 광대역 ADC(108)의 노이즈 플로어 위에 있다. 그러나, 일부 원하는 신호는 또한 저지된 대역 내에 존재한다. 이러한 이유로, 대역저지 필터(1161 내지 116N)가 N개의 저지된 대역을 N개의 더 높은 동적 범위 ADC(1181 내지 118N)에 송신하도록 적응적으로 설정된다. 더 높은 동적 범위의 ADC가 대역저지 필터의 훨씬 좁은 대역폭에서 손쉽게 이용 가능하다.
최강 신호 대역이 원하는 신호를 포함하기 때문에, 및/또는 일부 원하는 신호가 또한 N개의 대역저지 필터(104)에 의해 저지된 저지 대역 내에 존재할 수 있기 때문에, 프로세서는 제어 신호(115)를 통해 N개의 선택할 수 있는 대역저지 필터(1161 내지 116N)가 N개의 최강 신호 대역을 통과하도록 프로그램한다.
통과된 N개의 최강 신호 대역이 협대역이며, 대상인 약 신호를 포함할 수 있으므로, 동적 범위 전자 기술로 이를 구하게 된다. 이러한 신호는 그 후 N개의 고 동적 범위(1181 내지 118N)에 입력되고, 높은 레벨의 간섭을 가짐에도 불구하고 통과된 N개의 최강 신호 대역에서 임의의 원하는 신호(예, 애자일(agile) 주파수 신호)를 검출한다. 강한 신호 대역는 백그라운드 에미터, 다른 RF 송신기, 원하는 강 신호 등으로 부터이다. N개의 고 동적 범위 ADC(1181 내지 118N)의 출력이 그 후 추가의 처리를 위해 프로세서에 입력된다 프로세서는 디지털 신호를 분리하여 분석하고 추가의 처리 및/또는 상이한 어플리케이션을 위한 분석을 위해 그것들을 출력 포트에 출력할 수 있다. 예를 들어, 진폭 및/또는 전력 및 가능한 각 신호의 위상을 계산하여 상이한 유형의 레이더 에미터 또는 통신 시스템을 인식한다.
일부 실시태양에서, 선택적인 N개의 AGC가 N개의 고 동적 범위 ADC(1181 내지 118N) 전에 및 N개의 선택할 수 있는 대역저지 필터(1161 내지 116N) 후 또는 전에 포함될 수 있어서, N개의 신호의 이득을 또한 조절한다. 일부 실시태양에서, ADC(1181 내지 118N)가 협대역이기 때문에, 프로세서는 N개의 고 동적 범위 ADC(1181 내지 118N) 중 하나 이상의 샘플링 레이트를 “대역통과 샘플” 출력 신호(들)에 적응적으로 조절하여 기저대역의 또는 기저대역 근처의 하나 이상의 신호를 복구한다. 클록 레이트를 ADC(1181 내지 118N) 중 하나 이상에 조절하도록 수행될 수 있다. 일부 실시태양에서, 샘플링 레이트 조절에 더하여 또는 샘플링 레이트 조절을 대신하여, 하나 이상의 (N개 까지) 주파수 다운 컨버터가 그들 각각의 입력 신호를 다운 변환하도록 ADC(1181 내지 118N) 전에 위치될 수 있다.
진폭 (및 존재하는 모든 신호의 위상)을 계산하고 나서, 선택적인 조합기/복원 하드웨어/회로(102)가 어플리케이션에 따라, 앙상블 신호를 신호, 진폭 및 위상의 단일 세트에 연관시킨다(concatenate). 일부 실시태양에서, 일부 신호는 하나 이상의 ADC 출력에서 보일 것이다. 이 경우에, 복원 하드웨어는 신호의 SNR에 기초하여 최상 신호 후보를 선택한다. 복원 하드웨어는 채널의 SNR에 기초하여 가중 평균을 계산할 수 있다. 복원 하드웨어는 또한 각 채널 이득 및/또는 시간 지연의 어떠한 차이도 평균화하도록 상이한 채널을 통해 도달하는 신호의 진폭 및/또는 위상을 조절할 수 있다. 신호의 위상이 계산되면, 각 적응적 필터 설정에 대한, 예컨대 안테나로부터 각 ADC로의 각 경로의 시간 지연이 교정될 것이 필요하며 그 후 시스템을 통한 임의의 타이밍 차를 고려하여 각 측정된 위상에 캘리브레이션 교정이 적용되었다.
일부 실시태양에서, 복원 하드웨어는 추가의 처리 및/또는 사용을 위해 일부 또는 전부의 서브대역들을 단일 광대역 신호(예, 합성 개구 레이더(synthetic aperture radar) 또는 거리 측정(ranging)을 위해 사용되는 광대역 처프(chirped) 신호의 복귀가 다중 채널 중에 분기될 수 있음)로 조합한다. 일부 실시태양에서, 조합/복원이 프로세서에 의해 수행될 수 있어서, 조합/복원의 하드웨어/회로 구현의 필요성이 감소될 수 있다. 일부 실시태양에서, 조합/복원 하드웨어는 디-채널라이저(de-channelizer) 회로일 수 있다. 프로세서가 또한 N개의 최강 대역을 정의하는 신호들의 진폭에서 포화 또는 변경을 위해 N개의 고 동적 범위 ADC(1181 내지 118N)의 출력들을 모니터링한다. 프로세서는 N개의 최강 대역으로의 업데이터를 선택하거나, 프로세서는 프로세스에 대한 재설정을 명령할 수 있고, N개의 최강 대역의 검출 및 모든 필터의 프로그래밍이 다시 수행된다. 프로세서는 또한 디지털화된 데이터를 모니터링하여 광대역 ADC(108) 및 N개의 고 동적 범위 ADC(1181 내지 118N)의 출력들로부터 대역 내의 임의의 중복을 해결할 수 있다.
일부 실시태양에서, 광대역 아날로그 RF 신호(102)는, 프로세서(112), N개의 선택할 수 있는 대역저지 필터(1161 내지 116N), 및 N개의 대역저지 필터(104)로 입력되기 전에 주파수 다운 컨버터(미도시)에 의해 중간 주파수 신호(IF)로 다운 변환된다. 예를 들어, 입력 신호가 0-4 GHz이고 N이 2와 같다면, 2개의 최강 서브대역이 1-1.1 GHz 및 3.0-3.1 GHz을 포함한다. 각 대역저지 필터가 100 MHz 넓이의 신호를 출력한다. 이러한 신호가 다운 변환되면, 약 200 메가-샘플/초(mega-samples/second)(최고 다운변환된 주파수 2배)로 샘플링하는 ADC가 사용될 것이며, RF 입력 회로는 오직 0-100 MHz을 수용할 수 있다.
그러나, 신호가 다운 변환되지 않으면, 대역통과 샘플링의 공지된 방식을 사용함으로써 다운 변환을 위해 필요한 일부 회로 및 비용이 절감될 수 있다. 대역통과 샘플링이, 그것의 최고 주파수의 2배보다는, 대역통과 신호의 대역폭의 2배에서 또는 그 근처에서 동작한다. 그러나, 대역통과 방식은 50-100% 더 높은 샘플링 레이트를 가진 ADC 및 전체 광대역(이 경우엔 0-4 GHz)를 커버하는 RF 입력 회로를 요구하며, 이는 더 노이즈가 발생하고 더 비용이 비싸다. 또한, 대역통과 방식은 매 신호가 첨부된 규칙에 따라 샘플링될 것을 보장하도록 2 이상의 클록 레이트를 요구할 것이다.
즉, 본원에 따른 회로는 광대역 신호로부터 아날로그 도메인에 신호를 제거하여서 하위 동적 범위 파트(예, ADC)로 샘플링/디지털화할 수 있지만, 본 발명은 제거된 서브대역을 유지하며, 이 제거된 서브대역은 간섭 신호, 원하는 신호 또는 그 둘 다를 포함한다. 본원의 실시태양의 회로는 임의의 지연 라인 또는 고속 DAC를 필요로 하지 않는다. 반면에, 배경기술에서 간략히 기술한 종래 관점은 제거 신호를 생성하도록 지연 라인 및 고속 DAC를 요구하고, 또한 하나 이상의 간섭을 제거하기 위해 제거 신호를 생성하도록 디-채널라이저(역 채널라이저(inverse channelizer)라고도 함)를 요구할 수 있다.
도 2a 및 2b는 본원의 일부 실시태양에 따라, 하나 또는 3개의 서브대역이 제거되는 경우의 동적 범위 그래프를 각각 도시한다. 도 2a에서처럼, 하나의 서브대역(202)은 최강 백그라운드 신호를 커버하며, 이것은 예컨대 텔레비전 및 무선 전화 신호일 수 있다. 도 2a에서처럼, 이러한 서브대역을 제거하는 것은 동적 범위의 12 dB를 절약할 수 있다. 남아있는 신호는 라인(204) 아래에 머물러 있다. 강한 신호가 원하는 신호, 간섭 신호, 및/또는 다른 RF (백그라운드) 신호일 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 3개의 서브대역(206, 208 및 210)이 최강 백그라운드 신호를 커버하고, 이것은 예컨대 텔레비전 및 무선 전화 신호일 수 있다. 도 2b에서처럼, 이러한 서브대역을 제거하는 것은 동적 범위의 32 dB를 절약할 수 있다. 남아있는 신호는 라인(212) 아래에 머물러 있다.
도 3은 본원의 일부 실시태양에 따른, 디지털 서브대역 신호의 복원을 위한 일례의 하드웨어 구현의 블록도이다. 많은 경우에, 프로세서의 출력이 신호 검출 및 특성화, 복조, 직접 발견 등을 포함하는 다양한 목적을 위해 충분할 것이다. 그러나, 일부 어플리케이션에서, 하나 이상의 채널로부터 도달하는 디지털 신호를 완전한 광대역 신호로 복원하는 것이 필수적이다. 이 경우에, 복원 하드웨어는 신호를 복원한다. 주파수 복구 하드웨어(302)의 제1 블록이 신호의 각 대역의 중앙 주파수를 그들의 본래의 주파수와 매칭되도록 복구한다. 예를 들어, 하위 샘플링(under-sampling)의 한 형태인, 대역통과 샘플링이 적용되면, 신호는 아날로그 대역저지 필터를 통해 통과하고 그 후 샘플링된다. 이러한 샘플링된 신호는 하위 주파수 대역으로 에일리어싱될 수 있고, 또한 그 역 순서를 가질 수도 있다. 이러한 프로세스는 결정성을 가지며, 샘플링 프로세스는 신호를 복원하도록 역순이 되어야 한다. 이는 신호의 오버샘플링/업샘플링 및 신호를 디지털 대역저지 필터를 통해 통과시키는 것에 의해 수행될 수 있고, 여기서 디지털 대역저지 필터의 통과대역 파라미터는 대역통과 샘플링에서 사용되는 필터의 것과 매칭한다. 신호 다운 변환이 적용되면, 그 후 등가의 업 변환이 또한 적용된다. 즉, 다운 변환이 사용되면, 샘플링된 신호는 본래의 주파수로부터 오프셋되고, 보상이 업변환 또는 역 채널화의 형태로 적용된다.
중복 신호 선고 하드웨어(304)가 잡음비에 대해 더 높은 신호로 신호를 선택함으로써, 또는 노이즈에 대한 각각의 신호에 의해 가중되는, 중복 신호의 가중 평균을 구함으로써, 데이터의 둘 이상의 채널에서 임의의 중복 신호(redundant signal)를 선고할 수 있다. 일부 실시태양에서, 각각의 ADC로부터 데이터의 스펙트럼이 측정된다. 신호가 중복 신호로서 여겨질 수 있는 중복 영역에 대한 중복되는 결과가 있을 수 있다. 일부 실시태양에서, 잠재적인 중복 영역 내의 신호에 임계치가 적용될 수 있으며, 둘 이상의 ADC로부터 신호가 임계치를 초과한다면, 중복 신호가 존재하는 것이다.
일부 실시태양에서, 임의의 조합 이전에, 진폭 및 위상 조절 회로(306)가 각 채널에서 이득 및/또는 그룹 지연차를 고려하여 서로 다른 채널들로부터 도착하는 신호의 진폭 및/또는 위상을 조절할 수 있다. 예를 들어, 복구된 신호가 일부 코히어러런트 방식(예, 펄스 압축)으로 처리되려고 한다면, 데이터가 각 채널에서 일어나는 그룹 지역이나 이득의 임의의 차에 대해 먼저 평균화할 필요가 있다.
결국, 채널 조합 회로(308)는 각 채널로부터의 데이터를 조합할 수 있다. 조합은 시간 도메인에 디지털 신호를 추가함으로써 수행될 수 있고 또는 고속 퓨리에 변환(FFT)의 연관이 주파수 도메인을 야기한다. 중복 신호들은 각 채널에 대한 조절을 계산하도록 캘리브레이션 신호로서 사용될 수 있다. 대안으로, 광대역 ADC의 전체 대역폭을 가로지르는(spanning), 캘리브레이션 신호의 전용 세트가 채택될 수 있다. 예를 들어, 대역을 가로지르는 처프 신호가 RF 신호로서 삽입될 수 있다. 처프 신호는 공지된 진폭(일부 레벨에서 일정함)을 가지고 시작 주파수로부터 종료 주파수에 변조된다. 본원의 변조된 출력은 각 채널에서 주파수의 함수로서의 이득 또는 그룹 지연의 차이로 인해 처프 신호로부터 벗어날 수 있다. 이러한 차이는 공지된 입력에 대한 측정된 출력과 결정된 교정의 세트를 비교함으로써 결정될 수 있다.
도 4는 본원의 일부 실시태양에 다라, 고 동적 범위 신호를 처리하거나 구하기 위한 일례의 프로세스 흐름도이다. 블록(402)에서와 같이, 광대역 아날로그 신호(예, 4 GHz 신호)가 수신된다. 입력 신호는 레이더, 라디오, 민간 방송, 네비게이션 시스템, 그라운드, 공기, 바다로부터의 신호, 또는 이웃하는 플랫폼으로부터 수신될 수 있다.
블록(404)에서, 수신된 아날로그 신호 내의 N개의 최강 서브대역 신호가 예컨대 프로세서에 의해 검출된다. 예를 들어, 프로세서는 초기에 AGC의 이득을 1(또는 그것의 초기 이득)로 설정할 수 있다. 따라서, N개의 대역저지 필터의 출력이 광대역 AGC에서 광대역 ADC에 통과된다. 광대역 ADC가 광대역 신호를 샘플링하고 디지털화하고, 디지털화 데이터를 프로세서에 피딩한다. N개의 최강 대역이 프로세서에 의해 식별되고, 제거된 신호의 동적 범위가 프로세서(의 메모리) 내에 저장된다. N개의 대역저지 필터(104)가 그 후 블록 406에서 적응적으로 프로그래밍되어 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 저지한다. 예를 들어, 대역저지 필터가 프로세서에 의해 프로그래밍되어, 특정 주파수에서 신호를 저지한다. 필터가 전압 제어되거나 디지털 제어될 수 있다. 필터는 그 자체가 유전체 필터, 표면탄성파 필터, 이산 시간 아날로그 신호 프로세서 칩 등일 수 있다. 유사하게, N개의 통과 대역 필터는, 블록 408에서, (예컨대 프로세서에 의해) 적응적으로 프로그래밍되어 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 N개의 ADC에 각각 통과시킨다. 대역저지 필터(104)와 AGC(106)의 출력이 신호 스트림화 신호이다.
다수의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득이 조절되어(증가되어) 제거된 신호의 범위에 기초하여 출력 신호를 증폭시키며, 따라서, 블록 410에서 대역저지 필터에 의해 저지되지 않은 훨씬 약한 신호가 ADC의 노이즈 플로어 위의 ADC(108)에 도달할 수 있다. 예를 들어, 프로세서가 AGC에 피드백 제어를 제공하여 그것의 이득을 증가시킨다. 이 방법은, (원하는) 약 신호가 샘플링되기 전에 증폭되는 것이다. 블록 412에서, 증폭된 출력 신호가 디지털화되어 제1 (스트림화) 디지털화 신호를 획득한다. 유사하게, N개의 통과 대역 필터로부터 출력된 것인 검출된 최강 N개의 서브대역 신호는 블록 414에서, N개의 ADC 각각에 의해 디지털화되어 복수의 제2 디지털화 신호를 획득한다. 일부 실시태양에서, N개의 최강 서브대역에 대한 정보가 선험적으로(a priori) 인식된다면, 관련된 N개의 최강 대역 검출 프로세스가 생략될 수 있다.
블록(416)에서, 제1 디지털화 신호 및 복수의 제2 디지털화 신호가 처리되거나 모니터링되어 임의의 손실되거나 중복된 대역을 식별하고, 및/또는 광대역 ADC(108)가 포화되지 않음을 보장한다. 광대역 ADC(108)가 포화되면, 프로세스는 재설정되고 블록(402)로부터 다시 개시된다. 어플리케이션에 따라, 결과인 신호 각각 또는 일부가, 그들을 함께 조합하거나 조합하지 않고, 추가로 처리된다. 일부 실시태양에서, 일부 또는 전부의 제1 디지털화 신호 및 복수의 제2 디지털화 신호가 조합되어 광대역 아날로그 신호를 (일부 연장하도록) 나타내는 디지털 신호를 획득한다. 모든 또는 일부의 디지털화 신호가 요구되는 어플리케이션에 따라 조합될 수 있다.
이 방법에서, 본원은 광대역 아날로그 신호를 N개의 서브대역으로 분할하고, 여기서 N은 전체 광대역을 서브대역으로 나누는 것보다 훨씬 작은 수이고, 광대역 신호는 N개의 서브대역을 비운다. 본 발명은 그 후 광대역 신호로부터 아날로그 도메인의 신호를 제거하여 더 낮은 동적 범위 컴포넌트(예, ADC)로 샘플링/디지털화 될 수 있지만, 제거된 서브대역을 보유한다. 보유된 서브대역이 간섭 신호, 원하는 신호, 또는 둘 다일 수 있다. 즉, 본 발명은 제거된 대역에서 원하는 약 신호를 검출하는 능력을 가지면서, 광대역 경로에서 작은 신호 검출을 개선시킨다. 본 발명은 이러한 서브대역을 개별적으로 분석하고 또는 예컨대 공통 분석 도구(common analysis tool)에서 사용을 위해, 그들을 다시 디지털 광대역 신호에 추가한다. 신호 모델링은 큰 간섭하는신호를 제거하는 것을 요구하지 않는다.
본 발명은 구체적으로 임의의 특정 신호의 주파수나 진폭을 측정하거나, 특성화하거나, 알려질 필요가 없으며, 오히려, N개의 서브대역의 최강 신호를 간단히 측정한다. 게다가, 간섭하는 강 신호 또는 산호운용적(interoperable) 신호에 매우 근접한 원하는 약 신호가 극도의 동적 범위에서 샘플링되고, 따라서, 우연히 제거되지 않는다. 이 방법은, 간섭하는 강 신호 가까이에서 원하는 약 신호가 관측될 수 있다는 것이다. N개의 최강 서브대역에 선험적 정보가 이용가능하다면 그 후, 대역저지 필터, 대역저지 필터, 및 AGC가 N개의 최강 서브대역 상의 선험적 정보에 따라 그들의 파라미터를 미리 설정할 수 있다.
일부 실시태양에서, N개의 최강 서브대역 상의 선험적 정보에 대한 공지된 정보의 경우에, 도 1 및 3에서 프로세스 및 회롱 관련된 관련 검출이 생략될 수 있다. 게다가, 이러한 경우에, 대역저지 필터(104) 및 대역저지 필터(1181 내지 118N)가 덜 복잡하고 비용이 적게 드는 회로/프로세스의 결과인 비-프로그래머블 필터일 수 있다.
이 분야의 통상의 기술자는, 넓은 진보적 단계로부터 벗어나지 않는 한, 전술한 본원의 도시된 실시태양 및 다른 실시태양에 다양한 변경을 할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본원은 개시된 특정 실시태양 또는 배열에 제한되지 않는 한 수반되는 특허청구범위에 의해 정의되는 본원의 범위 내의 임의의 변경, 채택 또는 수정을 포함하려는 의도임을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법으로서,
    광대역 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    광대역 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC)에 의해 상기 광대역 아날로그 신호를 디지털화하는 단계;
    디지털화된 광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역을 검출하는 단계 - N은 1 이상의 정수임 -;
    검출된 N개의 최강 서브대역이 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 N개의 대역저지 필터를 적응적으로 프로그램하는 단계;
    출력 신호를 증폭하도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하는 단계;
    제1 디지털화 신호를 획득하도록 상기 광대역 ADC에 의해 증폭된 출력 신호를 디지털화하는 단계;
    상기 검출된 N개의 최강 서브대역을 N개의 ADC에 각각 통과하도록 N개의 통과대역 필터를 적응적으로 프로그램하는 단계;
    복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 대역통과 필터로부터 N개의 ADC 각각에 의해 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하는 단계; 및
    임의의 중복된 대역을 식별하도록 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하는 단계
    를 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    수신된 광대역 아날로그 신호의 전부 또는 일부를 나타내는 디지털 신호를 획득하도록 상기 제1 디지털화 신호를 상기 복수의 제2 디지털화 신호와 조합하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조합하는 단계는, 수신된 광대역 아날로그 신호의 전부 또는 일부를 나타내는 디지털 신호를 획득하도록 상기 제1 디지털화 신호를 상기 복수의 제2 디지털화 신호와 연관시키는(concatenating) 단계를 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  4. 제6항에 있어서,
    상기 조합하는 단계는, 본래의 광대역 아날로그 신호와 매칭하도록 상기 제1 디지털화 신호와 상기 복수의 제2 디지털화 신호의 각각의 중심 주파수를 조절하는 단계를 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    수신된 아날로그 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호로 다운 변환하고, IF 신호에서 N개의 최강 서브대역 신호를 검출하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    기저대역에 있는 또는 기저대역 근처에 있는 하나 이상의 각 신호를 복구하기 위해 상기 하나 이상의 각 신호를 대역통과 샘플링하도록 N개의 ADC 중 하나 이상의 ADC의 샘플링 레이트를 적응적으로 조절하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    N개의 ADC의 각각의 입력에서 입력 신호를 다운 변환하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 처리하는 방법.
  8. 광대역 아날로그 신호를 구하는(capturing) 방법으로서,
    광대역 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    수신된 광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역에 대한 정보를 획득하는 단계 - N은 1 이상의 정수임 -;
    N개의 최강 서브대역이 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 상기 광대역 아날로그 신호를 대역저지 필터링하는 단계;
    제1 디지털화 신호를 획득하도록 상기 광대역 ADC에 의해 대역저지 필터링화 신호를 디지털화하는 단계;
    N개의 최강 서브대역을 N개의 ADC에 각각 통과하도록 상기 수신된 광대역 아날로그 신호를 통과대역 필터링하는 단계;
    복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 통과대역 필터로부터 N개의 ADC 각각에 의해 출력된 통과대역 필터링된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하는 단계; 및
    임의의 중복된 대역을 식별하도록 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하는 단계
    를 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 구하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    수신된 광대역 아날로그 신호의 전부 또는 일부를 나타내는 디지털 신호를 획득하도록 상기 제1 디지털화 신호를 상기 복수의 제2 디지털화 신호와 조합하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 구하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    수신된 아날로그 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호로 다운 변환하고, IF 신호에서 N개의 최강 서브대역 신호를 검출하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 구하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    기저대역에 있는 또는 기저대역 근처에 있는 하나 이상의 각 신호를 복구하기 위해 상기 하나 이상의 각 신호를 대역통과 샘플링하도록 N개의 ADC 중 하나 이상의 ADC의 샘플링 레이트를 적응적으로 조절하는 단계를 더 포함하는, 광대역 아날로그 신호를 구하는 방법.
  12. 광대역 아날로그 신호를 구하기(capturing) 위한 광대역 수신기로서,
    광대역 아날로그 신호를 수신하기 위한 입력 포트;
    광대역 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC);
    광대역 아날로그 신호에서 N개의 최강 서브대역을 검출하기 위한 프로세서 - N은 1 이상의 정수임 -;
    디지털화된 광대역 아날로그 신호에서 검출된 N개의 최강 서브대역이 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하도록 프로세서에 의해 프로그램된 N개의 프로그래머블 대역저지 필터;
    제1 디지털화 신호를 획득하기 위해 출력 신호를 증폭시켜 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화되도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하기 위한 자동 이득 제어기(automatic gain controller, AGC);
    검출된 N개의 최강 서브대역을 통과시키도록 상기 프로세서에 의해 프로그램되는 N개의 프로그래머블 대역통과 필터;
    복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 N개의 통과대역 필터로부터 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하기 위한 N개의 ADC - 상기 프로세서는 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하여 임의의 중복된 대역을 식별함 -; 및
    처리된 신호를 출력하기 위한 출력 포트
    를 포함하는, 광대역 수신기.
  13. 제12항에 있어서,
    수신된 광대역 아날로그 신호의 전부 또는 일부를 나타내는 디지털 신호를 획득하도록 상기 제1 디지털화 신호를 상기 복수의 제2 디지털화 신호와 조합하기 위한 복구 회로를 더 포함하는, 광대역 수신기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복구 회로는 디-채널라이저(de-channelizer) 회로인 것인, 광대역 수신기.
  15. 제12항에 있어서,
    수신된 아날로그 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호로 다운 변환하기 위한 다운 컨버터를 더 포함하고, N개의 최강 서브대역 신호가 상기 IF 신호에서 검출되는, 광대역 수신기.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 N개의 ADC에의 입력 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호로 다운 변환하기 위한 복수의 다운 컨버터를 더 포함하고, 상기 N개 ADC는 상기 IF 신호를 디지털화하는, 광대역 수신기.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는 기저대역에 있는 또는 기저대역 근처에 있는 하나 이상의 각 신호를 복구하기 위해 상기 하나 이상의 각 신호를 대역통과 샘플링하도록 N개의 ADC 중 하나 이상의 ADC의 샘플링 레이트를 적응적으로 조절하는, 광대역 수신기.
  18. 광대역 아날로그 신호를 구하기 위한 광대역 수신기로서,
    광대역 아날로그 신호를 수신하기 위한 입력 포트;
    광대역 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC);
    수신된 광대역 아날로그 신호 내의 N개의 최강 서브대역에 대한 정보를 저장하기 위한 메모리 - N은 1 이상의 정수임 -;
    저장된 정보를 획득하기 위한 프로세서;
    디지털화된 광대역 아날로그 신호 내의 N개의 최강 서브대역이 광대역 ADC에 의해 디지털화되는 것을 저지하기 위한 N개의 대역저지 필터;
    제1 디지털화 신호를 획득하기 위하여 출력 신호를 증폭하여 상기 광대역 ADC에 의해 디지털화하도록 N개의 대역저지 필터의 출력 신호의 이득을 조절하기 위한 자동 이득 제어기(automatic gain controller, AGC);
    검출된 N개의 최강 서브대역을 통과시키는 N개의 통과대역 필터;
    복수의 제2 디지털화 신호를 획득하도록 상기 N개의 통과대역 필터로부터 출력된 것인 검출된 N개의 최강 서브대역 신호를 디지털화하기 위한 N개의 ADC - 상기 프로세서는 상기 제1 디지털화 신호 및 상기 복수의 제2 디지털화 신호를 처리하여 임의의 중복된 대역을 식별함 -; 및
    처리된 신호를 출력하기 위한 출력 포트
    를 포함하는, 광대역 수신기.
  19. 제18항에 있어서,
    수신된 광대역 아날로그 신호의 전부 또는 일부를 나타내는 디지털 신호를 획득하도록 상기 제1 디지털화 신호를 상기 복수의 제2 디지털화 신호와 조합하기 위한 복구 회로를 더 포함하는, 광대역 수신기.
  20. 제18항에 있어서,
    수신된 아날로그 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호로 다운 변환하기 위한 다운 컨버터를 더 포함하고, N개의 최강 서브대역 신호가 상기 IF 신호에서 검출되는, 광대역 수신기.
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