KR20180103849A - 동시 멀티 라디오 수신기 - Google Patents

Abstract

데이터 패킷 전송을 수신하는 방법으로서, 송신기와의 동기화는 송신기에 의해 송신된 프리앰블의 검출에 기초하여 달성된다. 단일 하드웨어 수신기 장치의 시간 다중화 스케줄링이 사용되고, 시간 다중화 스케줄링은 제 1 청취 기간 및 제 1 청취 기간 다음의 제 2 청취 기간을 포함하는 주 시간 슬롯을 갖는다. 제 1 청취 기간에서는 제 1 유형의 동기화 검출이 실행되고(예를 들어 IEEE 802.15.4), 제 2 청취 기간에서는 제 1 유형의 동기화 검출과 다른 제 2 유형의 동기화 검출이 실행된다(예를 들어, BLE).

Description

동시 멀티 라디오 수신기

본 발명은 데이터 패킷 전송을 수신하는 방법에 관한 것으로, 송신기와의 동기화는 송신기에 의해 송신된 프리앰블의 검출에 기초하여 달성된다. 또 다른 양상에서, 본 발명은 제 1 유형의 동기화 검출 또는 제 1 유형과 다른 제 2 유형의 동기화 검출과 관련된 송신된 데이터 블록을 수신하기 위한 안테나 입력과, 상기 안테나 입력에 연결된 처리 유닛을 포함하는 동시 멀티-라디오 수신기에 관한 것이다.

국제 특허 공보 WO2009/093892호는 입력 신호, 특히 M 개의 유사한 데이터 심볼들의 시퀀스를 갖는 프리앰블 신호의 특성 형태를 결정하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 이것은 특히 IEEE 802.15.4 표준을 사용하는 네트워크와 같은 저속 데이터 전송 RF 통신 네트워크에 적용될 수 있다.

본 발명은 수신기에서 단일 하드웨어 아키텍처를 사용하여 2 가지 유형의 송신기로부터의 송신을 수신하는 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 문서에서 '송신기 유형'이라는 용어는 상이한 표준을 사용하는, 가령, 상이한 프리앰블 및 변조 방식을 갖는 상이한 물리 계층을 사용하는, 송신기에 적용된다.

본 발명에 따르면, 상기 정의된 프리앰블에 따른 방법이 제공되며, 상기 방법은 단일 하드웨어 수신기 장치의 시간 다중화 스케줄링을 사용하는 단계를 더 포함하며, 상기 시간 다중화 스케줄링은 제 1 청취 기간 및 상기 제 1 청취 기간에 이어지는 제 2 청취 기간을 포함하는 메인 시간 슬롯을 갖고, 상기 제 1 청취 기간 에는 제 1 유형의 동기화 검출이 실행되고, 상기 제 2 청취 기간에서 상기 제 1 유형의 동기화 검출과 다른 제 2 유형의 동기화 검출이 실행된다. 동기화 검출은 식별을 또한 포함한다.

제 1 유형의 동기화 검출은 가령, IEEE 802.15.4(지그비) 표준을 기반으로 하는, 확산 스펙트럼 기반 송신과 관련될 수 있다. 제 2 유형의 동기화 검출은 블루투스 또는 BLE(블루투스 저에너지)와 같은 비-확산 스펙트럼 기반 송신과 관련될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다수의 예시적인 실시예를 사용하여 아래에서보다 상세히 논의될 것이다.
도 1은 단일 하드웨어 수신기에서 2가지 상이한 유형의 동기화 검출을 이용하는 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 상이한 유형의 동기화 검출과 관련된 2개의 프리앰블의 프리앰블 구조를 도시한다.
도 3a-h는 본 발명에 따른 시간 다중화 스케줄의 실시예들을 도시한다.
도 4는 동시 무선 수신의 설명도다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 제 2 유형의 동기화 검출의 타이밍도다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 제 1 유형의 동기화 검출의 타이밍도다.
도 7 및 도 8은 상관 기반 동기화 검출 방식의 2가지 가능한 구현 변형을 나타낸다.

비용-효율적인 저전력 수신기의 다양한 실시예가 아래에서 설명되며, 이는 2 개의 상이한 유형의 표준/프로토콜, 예를 들어 IEEE 802.15.4 패킷(지그비 또는 스레드(Thread)에서 사용) 및 BLE(블루투스 저에너지) 패킷을 이용하여 송신기로부터 발원하는 데이터 패킷을 청취할 수 있다. 현재 이용 가능한 솔루션은 2 개의 개별 무선 수신기 또는, 복수의(2개의) 유형의 표준/프로토콜 전송 중 하나를 수신하도록 구성가능한 소프트웨어인 수신기를 이용한다. 첫 번째 유형은 비교적 비싸고(양적으로 두 배의 하드웨어가 필요하고), 다른 하나의 유형은 자율 동시 수신이 불가능하다. 가령, 이러한 수신기를 구현하는 칩들은 BLE 또는 IEEE 802.15.4 패킷을 수신 대기함을 명시적으로 선택해야 한다. 후술되는 바와 같이 개시된 본 발명의 실시예는 단일 라디오 수신기를 사용하여 BLE 패킷 및 802.15.4 패킷을 동시에 청취할 수 있다.

도 1에는 데이터 전송을 위한 2 개의 표준/프로토콜을 사용하는 시스템의 개략도가 도시되어있다. 연관된 안테나(5)를 갖는 수신기(2)는 제각각의 안테나(6, 7)를 각각 갖는 제 1 유형의 송신기(3)(Tx1) 또는 제 2 유형의 송신기(4)(Tx2)로부터 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 수신기(2)는 안테나 다이버시티 방식을 구현할 수 있도록, 2차 안테나(5a)가 장착될 수 있음을 주목한다. 또한, 수신기(2)는 안테나(5)(및 2차 안테나(5a))에, 또는 안테나(5)에 대한 연결을 가능하게 하는 안테나 입력에, 접속된 처리 유닛(8)을 포함한다. 처리 유닛은 후술되는 방법 실시예들 중 임의의 하나를 실행하도록 배치된다. 수신기(2)는 안테나 입력과 처리 유닛(8) 사이에 연결된 하드-리미트(hard-limiting) 라디오 프론트-엔드(9)를 더 포함할 수 있으며, 그 기능은 이하에서 설명될 것이다.

두 개의 다른 표준/프로토콜을 사용하는 시스템의 가능한 구현은 집안의 모든 조명이 IEEE 802.15.4(예: 지그비 또는 스레드)로 작동하는 네트워크에 연결되는 경우일 수 있다. 예를 들어 ZLL(지그비 광 링크)은 네트워킹 프로토콜이다. 모든 조명이 ZLL 네트워크의 주파수 채널에 연결되고 청취됨과 동시에, 새로운 연결을 위해 BLE 채널을 청취(스캐닝)한다. 이러한 방식으로, 사용자는 가령, 자신의 스마트폰 또는 태블릿 내에서 BLE 라디오를 통해 자신의 근접 지역의 조명을 제어할 수 있고, 지그비 네트워크는 가정의 모든 조명이 연결되고 그에 따라 상태를 조정할 수 있음을 보장한다. 예를 들어 사용자가 집을 나가면 스마트 폰의 터치 또는 음성 인식 기능을 사용하여 주변 조명에 "모든 조명 끄기" BLE 명령을 보낼 수 있으며, 그 후 이 정보는 더 큰 ZLL 네트워크로 전달되어, 집안의 모든 조명이 꺼져야함을 알리는 것을 보장할 수 있다.

도 2a는 특히 IEEE 802.15.4 RF 채널의 경우, 예시적인 스펙트럼 확산 데이터 전송 방식의 타이밍 시퀀스를 나타내며, 데이터 패킷의 프리앰블에서, 16μs의 프리앰블 데이터 심볼이 반복되어(예를 들어, 8회, 첫번째 2개는 '802.15.4 Pre. 심볼 1(16us)' 및 '802.15.4 Pre. 심볼 2(16us)'로 표시됨), 데이터 패킷의 전체 프리앰블 부분을 형성하게 된다. 도 2b는 이 특정 경우의 블루투스 저에너지(BLE)에서 사용되는 상이한 유형의 프로토콜/표준에서 사용되는 데이터 패킷의 프리앰블을 도시한다. 여기서, 8μs의 BLE 프리앰블('BLE Pre.(8μs)') 다음에 32μs 걸리는 BLE 액세스 어드레스('BLE 액세스 어드레스(32μs)')가 이어진다. 많은 어플리케이션에서, BLE 액세스 어드레스 부분은 알려져 있거나 예측 가능하며, 그러한 전송의 프리앰블을 검출하는데 더 긴 가용 시간을 허용하는 확장된 프리앰블로서 사용될 수 있다.

일반적인 용어로 도 3a의 타임 라인에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명은 데이터 패킷 전송을 수신하는 방법에 관한 것으로, 송신기와의 동기화는 송신기에 의해 송신된 프리앰블의 검출에 기초하여 달성된다. 상기 방법은 단일 하드웨어 수신기 장치의 시간 멀티플렉싱 스케줄링을 사용하는 단계를 더 포함하며, 상기 시간 멀티플렉싱 스케줄링은 제 1 청취 기간 T1 및 상기 제 1 청취 기간 T1에 후속하는 제 2 청취 기간 T2를 포함하는 주 시간 슬롯을 갖는다. 제 1 청취 기간(T1)에서, 제 1 유형의 동기화 검출이 실행되고, 제 2 청취 기간(T2)에서 제 1 유형의 동기화 검출과 상이한 제 2 유형의 동기화 검출이 실행된다. 본 명세서의 동기화 검출은 RF 데이터 패킷 통신 셋업의 제 1 단계로서 이해되며, 예를 들어, 송신기 또는 전송된 데이터 패킷의 식별을 또한 포함한다.

제 1 유형의 동기화 검출은 예를 들어, IEEE 802.15.4 기반 전송, 가령, 지그비와 같은 스펙트럼 확산 기반 전송과 관련된다. 제 2 유형의 동기화 검출은 비-확산 스펙트럼 기반 송신, 가령, 블루투스 또는 BLE 기반 전송과 관련될 수 있다. 상이한 유형의 동기화 검출을 갖는 것은, 적절한 검출의 가능성이 높은, 두 가지 유형의 데이터 패킷 송신을 효과적이고 동시적으로 청취할 수 있게 한다. 가령, 제 2 유형의 동기화 검출을 사용하는 데이터 패킷 송신의 검출 가능한 부분(프리앰블)이 제 1 유형의 동기화 검출을 사용하는 데이터 패킷 송신의 검출 가능한 부분(프리앰블)보다 길 때, 어떤 프리앰블도 두 송신기의 프리앰블이 정확히 같은 시간에 시작되더라도 탐지되지 않은 채로 남지 않을 것임을 보장할 수 있다. 이 경우, 제 2 유형의 동기화 검출을 사용하는 프리앰블은 제 1 청취 기간(T1)이 종료된 후에도 계속 진행될 것이고, 제 2 청취 기간(T2)으로의 전이가 이루어진다.

다른 실시예에서, 제 1 유형의 동기화 검출은 데이터 패킷의 프리앰블에서 데이터 심볼을 검출하는 것에 기초하고, 시간 슬롯의 지속 기간은 데이터 심볼의 검출에 충분하다. 환언하면, 제 1 청취 기간 T1에서 데이터 심볼을 수신한 후, 제 2 청취 기간 T2에서 제 1 유형의 동기화와 관련된 상관 계산을 처리하기 위해 시간 슬롯의 전체 지속 기간(T1 + T2)은 충분히 길다.

도 3a-h는 본 발명의 다중 표준 청취 방법 실시예를 구현하는 몇 가지 가능한 시간 다중화 스케줄을 도시한다. 이 경우, 예들은 참조를 위해도 2a 및 도 2b에 도시된 IEEE 802.15.4 프리앰블 및 BLE 프리앰블/액세스 코드 구조에 관련된다. 각 예에서, 제 1 슬롯은 IEEE 802.15.4 RF 채널(지그비 또는 스레드에서 사용됨)을 청취하는 시간 슬롯, 즉 제 1 청취 기간 T1을 나타내고, 제 2 슬롯은 BLE RF 채널을 청취하는데 소비된 시간, 즉 제 2 청취 기간 T2를 나타낸다.

각 시간 라인 상의 검정색 부분 Ts는 하나의 표준에서 다른 표준으로 청취를 전환하는 데 필요한 시간을 나타낸다. 실제로, 수신기(2)의 RF 라디오 프론트-엔드의 설계에 따라, 이러한 스위칭 시간(Ts)은 RF 아날로그 필터 응답, 수신기(2)의 주파수 신시사이저가 새로운 주파수로 정착하는데 필요한 시간, 또는 수신기(2)의 임의의 이득 제어 메커니즘이 수렴하는데 필요한 시간에 의존할 수 있다. 일반적으로, 시간 슬롯은 예를 들어, 제 1 청취 기간(T1)과 후속하는 제 2 청취 기간(T2) 사이(및 제 2 청취 기간(T2)과 후속의 제 1 청취 기간(T1) 사이)의, 스위칭 시간 기간을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 일 요소로서, 시간 다중화 스케줄은 무선 수신기(2)가 다른 표준의 프리앰블보다 긴 시간 동안 일 표준의 RF 채널을 청취하지 않도록 배열되도록 이루어져야 한다. 예를 들어 (도 3a의 스케줄과 같이) 16μs 동안 IEEE 802.15.4 채널을 청취하면 훨씬 짧은 8μs BLE의 도달 시간을 놓칠 수 있다. 반면에, BLE의 경우, 액세스 어드레스는 수신기(2)에 의해 알려져 있고, 따라서, 검출 프로세스에서 BLE 프리앰블의 확장으로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 액세스 어드레스를 사용함으로써, 본 발명의 시간 슬롯(T1 + T2)은 BLE 패킷을 놓칠 위험없이 전체 8μs BLE 프리앰블 + 32μs 액세스 어드레스(즉, 40μs)만큼의 길이로 연장될 수 있다. 따라서, 제 1 청취 기간 T1이 제 2 청취 기간 T2과 동일한 도 3a에서와 같은 청취 스케줄이 여전히 가능하다(T1 및 T2 모두 16 ㎲). 이러한 접근법은 액세스 어드레스의 일부가 수신기(2)에 의해 디코딩되지 않는다는 단점을 갖지만, 이는 다음 섹션에서 추가로 설명되는 바와 같이 중요한 성능 및 복잡성 이점을 가져올 수 있다.

전술한 바에 따라, 특정 실시예에서, 제 2 유형의 동기화 검출은 블루투스 또는 BLE와 같은 비-확산 스펙트럼 기반 송신과 관련되며, 동기화 검출은 수신된 데이터 패킷의 프리앰블 및 액세스 어드레스 부분에 대한 동기화를 포함한다.

대안으로, 청취 스케줄은 BLE 및/또는 IEEE 802.15.4 프리앰블이 보다 짧은 시간-슬롯에서 수집되어 그 후 검출을 수행하도록 결합될 수 있도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 청취 기간 T1 및 제 2 청취 기간 T2는 인터리빙된 제 1 청취 서브-기간 T1'및 제 2 청취 서브-기간 T2'에서 추가 분할된다.

이러한 일례는 도 3b의 스케줄에 의해 도시되며, 각 표준은 약 4μs 동안 청취된다(즉, 제 1 및 제 2 서브기간 T1 '및 T2'는 모두 4μs와 동일하고, 각 시간 사이에 스위칭 시간 기간 Ts를 가진다). 각각의 서브 기간 T1 ', T2'는 그 자체로는 신뢰성있는 검출을 위해서는 너무 짧지만, 다수의 서브 기간 T1 ', T2'은 함께 결합되어 검출 프로세스의 일부로서 사용된다. 이를 실현하기 위한 더 구체적인 방법들이 아래에서 설명된다.

추가의 타이밍 실시예가 예를 들어 고려될 수 있고, 가령, 시간 슬롯은 n 개의 제 1 청취 서브-기간들 T1 '및 n 개의 제 2 청취 서브-기간들 T2'를 포함하고, n은 1보다 큰 정수이다. n = 4 인 예는 도 3b에 도시된 타이밍도이고, n = 3인 예는 도 3d에 도시되고, 5.3μs의 동일한 서브-기간 T1 ', T2'을 가진다.

스케줄의 또 다른 특정 예시적인 실시예가 도 3c의 타이밍도에 도시되어있다. (도 3a, b 및 d에 도시된 실시예들에서와 같이) 규칙적인 방식으로 BLE와 IEEE 802.15.4 사이에서 앞뒤로 스위칭하는 대신에, 두 개의 제 2 청취 서브-기간들 T2 '가 서로 인접하여 할당된다. 또한, 이 최적화는 아래의 도 4를 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 완전한 IEEE 802.15.4 프리앰블 심볼 간격이 분석을 위해 모아지는 것을 보증한다. 보다 일반적으로는, 제 1 또는 제 2 청취 서브-기간들 T1 ', T2' 중 2 개가 이 실시예에서 연결된다. 즉, 도 3c에 도시된 바와 같이 2 개의 제 2 청취 서브-기간들 T2'이 서로 인접하게 위치한다(대안으로서, 물론 이는 제 1 청취 서브-기간들 T1'중 2 개에 또한 적용될 수 있다). 다른 용어로, 제 1 및 제 2 청취 서브-기간들 T1', T2'의 제 2 절반은 제 1 및 제 2 서브 기간 T1', T2'의 제 1 절반과 시간순으로 역전된다.

도 4의 상단 라인은 도 3b 및도 3c에 도시된 바와 같이 2 개의 상이한 청취 스케줄에 관련된 두 개의 후속 프리앰블 심볼을 갖는 IEEE 802.15.4 패킷의 특정 도달 시간을 도시한다. IEEE 802.15.4 프리앰블은 각각 동일한 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 코드를 갖는 8 개의 16μs 프리앰블 심볼(2 개만 표시됨)의 반복 패턴으로 구성된다. 시연 목적으로, 각각의 프리앰블 심볼은 도 4에서 "A" 내지 "D"로 라벨링된 4 개의 부분으로 분할되었다. 규칙적인 패턴을 사용하는 2 개의 다른 유형의 표준/프로토콜을 청취한다면(도 3b의 실시예, 도 4의 '1'로 표시된 라인), 부분 "A" 및 "C"로부터 프리앰블 심볼 코드의 샘플들만이 수집될 것이며, 부분 "B" 및 "D"의 정보는 누락될 것이다. 이것은 제 1 유형의 동기화 검출로부터 제 2 동기화 검출까지의(또는 그 역방향) 각 전환 사이에서 거의 0의 전환 시간(Ts)을 가정할 것이라는 점에 주목해야 한다.

개선된 방식은 다중화 스케줄이 IEEE 802.15.4 프리앰블 심볼( "A"- "D")의 모든 부분들이 분석을 위해 수집됨을 보장하도록 멀티플렉싱 스케줄이 변경된, 도 3c(또는 도 4에 '2'로 표시된 라인)에 도시된 실시예다. IEEE 802.15.4는 32 개의 코드 요소로 구성된 8회 반복된 프리앰블 심볼을 사용하기 때문에, 데이터 패킷의 도달 시간에 관계없이 동일한 인수가 적용된다는 점에 유의해야 한다. 프리앰블 심볼의 32 개의 코드 엘리먼트 시퀀스의 특성을 이용할 수 있기 때문에, 분석을 위해 하나의 프리앰블 심볼 간격에 대응하는 시간 간격에 걸쳐 신호 샘플을 수집하는 것에 대한 몇 가지 이점이 있고, 반복된 32 개의 코드 엘리먼트 시퀀스는 항상 동일하게 더 예측 가능한 성능을 산출하고, 하나의 프리앰블 심볼 구간의 지속 기간 동안 신호 샘플로 항상 32 개의 코드 엘리먼트 시퀀스를 커버함으로써 연산 복잡도를 감소시킬 수 있다.

실용적인 응용을 위해서는 다음과 같은 관찰이 가능하다. 첫째, 물리 계층 프리앰블에서 사용되는 IEEE 802.15.4 프리앰블 심볼 코드 시퀀스는 협대역 간섭 자와의 상관 관계가 낮다. 그러나 코드의 일부만 사용되는 경우 코드의 CW 간섭 제거 속성이 심각하게 손상될 수 있다. 또한, IEEE 802.15.4 부분 코드 시퀀스의 검사는 보다 적은 타이밍 정보를 포함하는 저주파 부분을 나타낸다. 이로 인해 타이밍/주파수 획득 정확도가 떨어지고 감도가 떨어질 수 있다. 둘째, 완전한 동기화 심볼 A-D를 획득함으로써, 패킷이 언제 도착하는지에 관계없이 예측 가능한 성능이 달성될 수 있다. 이렇게 하면 개발이 쉬워지고 설계자는 특정 수신 시퀀스에 대해 성능을 최적화할 수 있다. 그러나 부분 기호만 사용되는 경우 패킷의 도착 시간에 따라 여러 시퀀스가 분석 창에 표시될 수 있다. 이는 디자인을 복잡하게 만들고 잠재적으로 감도를 감소시킨다. 셋째, 완전한 코드 시퀀스가 수집되면 알려진 시퀀스에 대한 교차 상관을 포함하는 후속 분석 동안 하드웨어 단순화를 허용할 수 있다. 이 측면에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다. 도 3c에 도시된 다중화 스케줄은 완전한 프리앰블 기간이 분석을 위해 수집되는 것을 보증하는 유일한 스케줄은 아니라는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 도 3d에 도시된 다중화 스케줄은 동일한 목표를 달성한다. 이 경우, IEEE 802.15.4 프리앰블 심볼 구간은 네 개의 4μs 부분 대신에 세 개의 5.3μs 부분으로 나뉘어진다. 패킷 탐지를 위해 더 적은 시간 슬롯을 결합하면 성능 및 복잡성의 이점을 일부 제공할 수 있다.

추가 실시예에서, 도 3e-h의 예시적인 타이밍도에 도시된 바와 같이, 제 1 청취 기간 T1은 제 2 청취 기간 T2보다 길다. 가령, T1 = 16μs 및 T2 = 4μs. 이 실시예는 감도가 나쁜 표준에 비해 더 긴 시간 T1 동안 더 나은 감도 표준을 청취할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.15.4 표준은 신뢰할 수 있는 프리앰블 또는 동기화 검출을 위해 충분한 에너지를 수집하기 위해 더 긴 청취 기간 T1을 요구하는 훨씬 낮은 SNR에서 동작하는 경향이 있다. 대조적으로, BLE는 훨씬 더 높은 SNR에서 작동하여, 간단하고 빠른 패킷 탐지 메커니즘을 가능하게 한다(아래 참조). 가령, 도 3e에 도시된 바와 같은 청취 스케줄은 IEEE 802.15.4(제 1 청취 기간 T1)를 청취하는데 더 긴 시간이 사용되는 동안 BLE 시간 슬롯(제 2 청취 기간 T2)이 매우 짧게 유지되는 경우에 보다 적절할 수 있다. 이는 IEEE 802.15.4 의 보다 강력한 검출 및/또는 추가 실시예의 도입, 수면 이용, 다중 채널 청취 또는 안테나 다이버시티 특징을 가능하게 한다.

또 다른 실시예에서, 제 1 청취 기간 T1 동안, 제 1 유형의 동기화 검출은 액티브/슬립(도 3f); 채널 다이버시티(도 3g, 채널 1/채널 2로 표시됨); 안테나 다이버시티(도 3h, 채널 1/안테나 1, 채널 1/안테나 2로 표시됨)과 같은 복수의 제 1 유형의 동기화 검출 클래스 중 하나를 포함하고, 또는 이들의 추가 조합을 포함할 수 있다.

시간 다중화 스케줄은 각각의 모든 청취 기간(T1)마다 패킷을 검색할 필요는 없다. 다음 섹션에서 제안된 많은 패킷 검출 알고리즘이 제공되는 8 개의 프리앰블 심볼 중 단 하나의 IEEE 802.15.4 프리앰블 심볼에서 패킷을 신뢰성있게 검출할 수 있기 때문에, (도 3f에 도시된 바와 같이) 패킷 손실없이 하나 이상의 제 1 청취 기간 T1 동안 라디오가 슬립 모드로 진입하는 것이 가능하다. 이는 상당한 전력을 절약할 수 있다.

시간 다중화 스케줄은 반드시 2 개의 표준에 대응하는 2 개의 상이한 주파수에서 패킷을 검색하는 것만은 아니다. 오히려, 주파수 채널은 하나 또는 두 표준 모두에서 광범위한 채널을 모니터링하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, BLE 시간 슬롯은 패킷을 찾는 세 광고 채널 사이를 순환할 수 있다. 유사하게, IEEE 802.15.4 시간 슬롯들 중 하나는 하나의 네트워크상의 트래픽을 모니터링하는 반면 다른 시간 슬롯은 다른 주파수 채널상의 새로운 네트워크 커넥션을 검색하는데 사용된다(도 3g에 도시된 스케줄). 또한, 무선 시스템이 다수의 안테나를 구비하는 경우, 동일한 채널은 (도 3h에 도시된 스케줄의) 상이한 다이버시티 이득을 제공하기 위해 상이한 안테나(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 수신기(2)의 추가 안테나(5a))로 청취될 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 청취(서브) 기간 T1, T2; T1', T2'의 스케줄링은, 현재 애플리케이션 요구 또는 현재 무선 상태에 따라 실시간으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 라디오는 IEEE 802.15.4 네트워크의 존재 여부에 대해서만 주기적으로 청취할 수 있다. 일단 네트워크가 발견되면 라디오는 자신의 시간 멀티플렉싱 스케줄을 조정하여 "슬립" 제 1 청취 기간 T1을 줄이고 새로 발견된 IEEE 802.15.4 네트워크를 더 자주 청취할 수 있다. 유사하게, 제 1/제 2 청취 기간 T1, T2에서 통신을 차단하는 매우 강한 간섭자를 식별하는 경우, 최상의 성능을 위해 필요에 따라 제 1/제 2 청취 기간 T1, T2를 변경, 감소 또는 연장하도록 실행 시간에 스케줄을 조정할 수 있다.

이전 섹션에서 설명한대로 적절한 시간 다중화 스케줄에 따라 분석을 위해 여러 샘플을 수집한 후 샘플을 분석하여 패킷이 도착했는지 확인해야 한다. 일반적으로, 일 표준으로부터 이전의 청취 기간 T1;T2에서 수집된 샘플의 분석은 다른 표준으로부터 현 청취 기간 T2;T1에 수집한 데이터와 동시에 발생할 것이다. 일 실시예에서, 상기 방법은 제 2 청취 기간(T2) 동안 수신된 데이터를 저장하고, 후속 제 1 청취 기간(T1) 동안 상기 저장된 데이터를 처리하는 단계를 포함하며, 그 역도 마찬가지다. 제 1 및 제 2 청취 기간(T1, T2)이 서로 후속함에 따라, 다른 상황이 발생할 수도 있다. 즉, 상기 방법은 제 1 청취 기간(T1) 동안 수신된 데이터를 저장하고, 후속 제 2 청취 기간(T2) 동안 저장된 데이터를 처리하는 단계를 더 포함한다.

이것은 수신기(2) 내의 분석 하드웨어가 표준/프로토콜 모두에 대해 재사용될 수 있다는 장점이 있고, 다음 시간 슬롯의 시작에서 패킷의 검출을 시작하기 위해 처리가 제 시간에 완료되는 것을 보장한다. 꼭 필요한 것은 아니지만, 아래에 설명된 알고리즘은 수신기(2)(도 1 참조)의 일부로서 하드-리미트 라디오 프론트-엔드(9)와 호환 가능하다. 디지털 부분의 계산 복잡성을 감소시키는 것 외에도, 동시 무선 수신기(2)와 관련하여 하드-리미트 라디오 프론트-엔드(9)를 사용하는 이점은 자동 이득 제어(AGC)가 필요 없다는 것이다. 이는 AGC 시스템이 새로운 이득 설정으로 수렴하는 시간을 필요로하기 때문에, RF 프론트-엔드(9)의 간소화와, 동시 무선 수신에 대한 표준/프로토콜 간의 보다 빠른 스위칭 시간을 가능하게 한다.

도 5에서, 수신 및 처리를 위한 타이밍은 BLE 데이터 패킷들의 수신을 위한이 특정 예에서 제 2 유형의 동기화 검출을 위해 표시된다. 이 타이밍도는 BLE 감지를 위한 최악의 경우의 타이밍을 보여준다. 상단 라인은 BLE와 지그비 사이의 청취 스케줄을 나타내며, 제 1 청취 기간 T1과 제 2 청취 기간 T2는 교번하며 동일한 길이를 갖는다. 이 기본 기법에서 지그비를 듣기 위해 16μs를 사용하고 이어서 BLE를 듣기 위해 16μs를 사용한다. 1μs의 스위칭 시간이있다. BLE 슬롯, 즉 제 2 청취 기간(T2) 동안, 패킷들은 수신된 신호의 RSSI를 분석함으로써 검출된다. RSSI에 단계 증가가 있으면(그림 5의 두 번째 줄에 표시된 것처럼) 이는 패킷이 도착했음을 나타내며 BLE 탐지 프로세스가 시작된다. 아날로그 RSSI 측정 회로가 안정화되는 데는 약 4μs가 소요되고, 이어서 RSSI(RSSI) ADC 변환 시간은 4μs가 된다(세 번째 라인의 그림 5의 다이어그램에 표시). 하단에는 최악의 경우의 BLE 프리앰블 도착 시간이 표시된다. BLE 프리앰블과 액세스 어드레스는 각각 1μs 길이의 40 심볼, 즉 8 개의 프리앰블 심볼과 32 개의 (알려진) 액세스 어드레스 심볼로 구성된다. 4μs 후에 BLE 프리앰블 누락을 검출하면 심볼(33)에서 BLE 프리앰블이 다시 검출된다. 심볼(24)에서 시작하는 모든 데이터(BLE 전환 후)는 FIFO에 저장되며 후속 DSP 처리에서 사용할 수 있어야 한다. 이렇게 하면 라디오가 타이밍, 주파수 및 프레임 동기화를 획득하기 위한 총 17개의 심볼이 제공되어, 나머지 BLE 패킷을 견고하게 복조할 수 있다.

도 6에서, 이 특정 예의 지그비 데이터 패킷들에서, 제 1 유형의 동기화 검출에 대한 비교 가능한 타이밍이 도시되어있다. 또한 이 예에서, 첫 번째 청취 기간 T1과 두 번째 청취 기간 T2에 동일한 지속시간이 사용된다(상단 라인 참조). 제 2 라인은 지그비 데이터 패킷 프리앰블이 제 1 청취 기간(T1) 동안 존재하고, 수신되고 저장됨을 보여주고, 이어서 제 2 청취 기간 T2 동안 제 3 라인 상에 상관 처리 기간이 표시된다. 다시 말하지만, 맨 아래 라인은 지그비 프리앰블의 첫 번째 심볼이 너무 늦게 수신되어 직접적으로 탐지되지 않는 최악의 타이밍을 보여준다. 지그비 데이터 패킷의 프리앰블은 8 개의 심볼들의 반복을 포함하기 때문에, 결국 채널 1 신호가 검출될 것이다. 이 타이밍도로부터, 예를 들면, 3 개의 지그비 채널 모두를 청취하는 것이 가능할 것이고 또는 후속 제 1 청취 기간 T1 내에 안테나 다이버시티를 이용하는 것이 가능하다는 것 역시 명백하다. 제 2 청취 기간을 예를 들어 4μs로 단축함으로써, 더 많은 지그비 채널을 청취하는 것도 심지어 가능하며, 위의 도 3e-h와 관련하여 기술된 실시예들도 참조할 수 있다.

상술한 바와 같이, 또 다른 실시예에서, 제 1 유형의 동기화 검출은 교차 상관 검출 방식을 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8의 개략도에서, IEEE 802.15.4와 같은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템에서 심볼 타이밍 및 반송파 주파수 복원을 위한 교차 상관 검출 방식의 구현을 위한 두 가지 대안이 개략적으로 도시되어있다. 수신된 시퀀스는 프리앰블 심볼의 모든(시간 오프셋) 회전 버전에서, 그리고 다양한 반송파 주파수 오프셋에서, 알려진 프리앰블 시퀀스(도 7 및도 8의 개략도의 상단에서 블록 A-D로 표시됨)에 대해 교차 상관된다. 이것은 상관기 유닛(10)에서 실현되며, 합산 유닛(12)을 이용하여 상관 연산을 위해 1-비트 계수가 시프트된다. 프리앰블 심볼의 각(시간 오프셋) 회전 버전 및 모든 반송파 주파수 오프셋(CFO)이 평가 유닛(13)에서 평가된 후, 가장 큰 크기를 갖는 출력이 블록(14)에서 결정된다. 이 크기가 임계치를 초과하는 경우, 패킷 데이터 검출은 처리 블록(15)에서, 추정된 타이밍 오프셋 및 주파수 오프셋을 사용하여 시작할 수 있다. 동시 무선 시스템 수신기(2)는 패킷 데이터 검출 프로세스를, 필요할 경우, 다음 제 1 청취 기간 T1의 시작시에, 시작하기 위해 패킷 도착 검출 및 획득 절차가 정시에 완료되도록 이 연산을 신속하게 수행하여야 한다.

이미 언급했듯이 수신기 2의 일부로 사용하기에는 하드-리미트 라디오 프론트-엔드(9)가 표준/프로토콜 간 빠른 스위칭 시간을 가능케하는 자동 이득 제어 회로를 필요로하지 않기 때문에 동시 무선 장치에 적합한 선택이다. 또한, 데이터 및 상관 계수 모두에 대해 단지 1 비트 분해능으로, 도 7에 도시된 다이어그램의 병렬 처리가 저비용 저전력 장치에 대해 계산적으로 구현가능하다. 마지막으로 측정 및 시뮬레이션 결과에 따르면 이 알고리즘은 IEEE 802.15.4의 이상적인 완전 정밀 성능에 매우 근사한다.

동시 라디오에 대한 도 7에 도시된 교차 상관 구현의 중요한 특징은 앞서 설명한 바와 같이, 적절한 프리앰블 기간이 분석을 위해 모아지도록 적절한 시간 멀티플렉싱 스케줄이 선택되었다는 것이다. 이는 1 비트 계수들(11) 또는 수신된 신호 데이터를 주기적으로 시프트함으로써 프리앰블 시퀀스의 모든(시간 오프셋) 회전된 버전을 더 쉽게 검사할 수 있게 하여, 각 시간 오프셋에서 상관을 수행한다. 또는 다른 용어로, 교차 상관 검출 방식은 계수 또는 수신된 신호 데이터를 주기적으로 시프팅하여 각 시간 오프셋에서 상관을 수행하는 것을 포함한다.

이 알고리즘은 도 3b-d를 참조하여 기술된 것과 같은 타이밍 스케줄을 갖는 동시 모드 무선 수신기(2)와 관련하여 몇몇 단점을 가지며, 여기서 프리앰블은 시간상으로 퍼진 제 1 청취 기간(T1)으로부터 구성된다. 먼저, 제 2 청취 기간(T2)에서 다른 무선 표준을 청취하는데 약간의 시간이 소요되기 때문에 부품 "A"와 "D"사이의 관측 시간 간격이 길어진다. 이렇게 하면 각 상관기의 대역폭이 감소되므로 반송파 주파수의 부정확성을 줄이기 위해 더 많은 병렬 상관 관계가 필요하다. 예를 들어, 시간의 절반이 BLE 청취에 소비되고 시간의 절반이 IEEE 802.15.4 청취에 소요될 경우, 필요한 수신 신호 데이터를 수집하는 데 2배의 시간이 걸리므로 유사한 성능 실현을 위해 CRF 상관기 유닛(10)의 수가 두배가 된다. 더 나쁜 것은, 주파수 합성기 구현에 따라, 반송파 주파수의 위상이 다른 표준을 경청하는 동안 변경되기 때문에 각 부품 "A"에서 "D"까지의 위상을 알 수 없다는 점이다. 복잡성 증가없이 이들 문제를 해결하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이 다른 실시예에서는 비선형 상관 알고리즘이 제공된다.

이 예시적인 실시예에서, 전체 16μs 프리앰블 심볼에 대한 상관은 도 8에 도시된 바와 같이 합산 유닛(12a-12d) 및 평가 유닛(13a-13d)을 사용하여 도 4에 도시된 바와 같은 시간 다중화 스케줄에 따라 4 개의 4㎲ 부품으로 분리된다. 각 결과(부분 "A" 내지 "D")의 크기는 결합기(16)에서 함께 결합되어 패킷 도달을 검출하고 수신된 패킷의 심볼 타이밍에 동기화한다. 요구되는 상관기들의 수는 더 짧은 상관들의 관측 시간 스팬과 관련되어, 구현 복잡성이 상술된 접근법에 비해 감소된다. 예를 들어 부분 "A"는 부분 "A"와 "D"사이의 32μs 시간 범위 대비 4μs에 불과하다. 이것은 전력 및 면적을 절약하는 병렬 CFO 상관 관계의 수를 극적으로 감소 시키지만, 프리앰블 서브 심볼의 코드 시퀀스 특성이 보다 짧은 시퀀스에 의해 제한되고 일부 상관 관계 정보가 손실되기 때문에 성능상의 불이익을 초래하게된다. 성능 손실을 최소화하기 위해, 제 1 청취 기간(T1)의 길이는 증가될 수 있으므로 보다 적은 부품들이 함께 결합될 필요가 있다. 예: 도 3d를 참조하여 기술된 바와 같은 타이밍을 사용하여, 프리앰블은 4μs의 4 부분 대신에 대략 5.3μs의 3 개의 동일한 부분들로 분할되어, 약간의 성능 개선을 달성한다. 일반적인 용어로, 상기 방법은 각각의 서브 상관의 크기가 결합되는 다중 교차 상관기를 사용하는 서브 디비전을 더 포함할 수 있다. 다중 교차 상관기의 수는 선택한 첫 번째 청취 기간의 길이에 좌우되며, 즉, 4μs 부품의 경우 4 개이며, 5.3μs 부품의 경우 3 개다. 대안으로, 평가 유닛(13a-13d)은 성능 손실없이 패킷을 검출하기 위해, 코디네이트 회전 디지털 컴퓨터(CORDIC) 방식을 사용하여 구현된다. 이 경우, 위상 정보를 손실하지 않고 프리앰블을 재구성하기 위해 각 부분의 위상 회전을 보상하기 위해 CORDIC 또는 유사한 하드웨어 블록이 사용된다. 따라서, 이 방법은 또한, 각 서브상관의 위상이 위상 회전에 의해 교정되고 그 후 결합되는, 다중 교차 상관기를 사용하는 서브디비전을 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 유형의 동기화 검출은 에너지 기반 검출 방식, 예를 들어, RSSI(Received Signal Strength Indicator) 기반 방식을 포함한다. 제 1 유형 및 제 2 유형의 동기화 검출을 위한 기술은 상호 배타적이지 않으며, 최적의 성능을 위해 결합될 수 있음에 유의해야 한다. 예: 이 실시예는 2 개의 BLE 채널을 동시에 청취하는데 사용될 수 있다.

이 실시예는, 예를 들어 패킷의 도달을 초기에 결정하기 위해 수신 신호 강도의 추정치를 이용함으로써 보다 낮은 복잡도에서 수용가능한 성능을 실현할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 수신 신호 강도가 특정 임계 값 이상으로 올라갈 때마다 패킷이 검출된다. 이후 프리앰블 및/또는 액세스 어드레스의 일부분에 대한 후속 상관이 심볼 타이밍 및 캐리어 주파수 오프셋을 결정하는데 사용된다. 또는 다시 말해서, 제 1 및/또는 제 2 유형의 동기화 검출은 후속 상관 기반 검출을 더 포함한다. 이 추가 획득 단계는 위에서 설명한 알고리즘 중 하나를 사용하여 수행할 수 있다.

수신 신호 강도의 증가를 감지하여 패킷을 탐지하는 것은 원칙적으로 IEEE 802.15.4 및 BLE 모두에 사용될 수 있지만 BLE 패킷을 탐지하는 데 가장 적합하다. IEEE 802.15.4는 수신 신호 강도가 잡음 레벨에 가까울 때 수신기가 작동할 수 있도록 확산 스펙트럼을 사용한다. 협대역 간섭 원이 존재할 때, 원하는 패킷의 수신 신호 강도는 종종 간섭 원의 수신 신호 레벨보다 낮을 것이고, 역 확산 이후까지 검출될 수 없다. 이는 IEEE 802.15.4에 대한 간단한 에너지 검출을 신뢰할 수 없게 만들고, 도 7 및 도 8을 참조하여 전술한 교차-상관 구현이 보다 적절하다. 대조적으로, BLE는 높은 신호 대 잡음 및 간섭 비에서만 작동할 수 있는 협대역 시스템이다. 이는 수신 신호 강도의 증가 단계가 항상 패킷의 도착을 동반하여 에너지 검출 방법을 상당히 신뢰할 수 있게 한다는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예는 도면에 도시된 바와 같은 다수의 예시적인 실시예를 참조하여 상술되었다. 일부 부품 또는 요소의 변형 및 대체 구현이 가능하며, 첨부된 청구항에 정의된 보호 범위에 포함된다.

Claims (21)

1. 데이터 패킷 송신을 수신하는 방법으로서, 송신기와의 동기화는 송신기에 의해 송신된 프리앰블의 검출에 기초하여 달성되며,
   상기 방법은,
   단일 하드웨어 수신기 장치의 시간 멀티플렉싱 스케줄링을 사용하는 단계를 포함하고, 상기 시간 멀티플렉싱 스케줄링은 제 1 청취 기간과, 상기 제 1 청취 기간에 후속하는 제 2 청취 기간을 포함하는 주 시간 슬롯을 가지며,
   상기 제 1 청취 기간에서는 제 1 유형의 동기화 검출이 실행되고, 상기 제 2 청취 기간에서는 상기 제 1 유형의 동기화 검출과 다른 제 2 유형의 동기화 검출이 실행되는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유형의 동기화 검출은 확산 스펙트럼 기반 송신과 관련되는, 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 유형의 동기화 검출은 비-확산 스펙트럼 기반 송신과 관련되는, 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 동기화 검출은 수신된 데이터 패킷의 프리앰블 및 액세스 어드레스 부분에 대한 동기화를 포함하는, 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유형의 동기화 검출은 상기 데이터 패킷의 프리앰블 내 데이터 심볼을 검출하는 것에 기초하고, 상기 시간 슬롯의 지속 시간은 상기 데이터 심볼의 검출에 충분한, 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시간 슬롯은 상기 제 1 청취 기간과 상기 제 2 청취 기간 사이의 스위칭 시간 기간을 포함하는, 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 청취 기간은 제 2 청취 기간과 동일한, 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 청취 기간 및 상기 제 2 청취 기간은 인터리빙된 제 1 청취 서브-기간들 및 제 2 청취 서브-기간들로 추가 분할되는, 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 시간 슬롯은 n 개의 제 1 청취 서브-기간 및 n 개의 제 2 청취 서브-기간을 포함하고, n은 1보다 큰 정수인, 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 청취 서브-기간들 중 2 개의 서브-기간들이 연결되는, 방법.
11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 청취 기간은 상기 제 2 청취 기간보다 긴, 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 청취 기간 동안 상기 제 1 유형의 동기화 검출은 복수의 제 1 유형의 동기화 검출 클래스들 중 하나를 포함하는, 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 청취 기간 동안 수신된 데이터를 저장하는 단계 및 후속하는 제 1 청취 기간 동안 상기 저장된 데이터를 처리하는 단계, 혹은 그 반대로 처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유형의 동기화 검출은 교차 상관 검출 방식을 포함하는, 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 교차 상관 검출 방식은 각각의 시간 오프셋마다 상관을 수행하도록 계수 또는 수신 데이터를 주기적으로 시프트하는 단계를 포함하는 방법.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 각각의 서브 상관의 크기가 결합되도록 다중 교차 상관기를 이용한 하위 분할을 더 포함하는 방법.
17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 각각의 서브 상관의 위상이 위상 회전에 의해 정정된 후 조합되도록 다중 교차 상관기를 이용한 하위 분할을 더 포함하는 방법.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유형 중 적어도 일 유형의 동기화 검출은 에너지 기반 검출 방식을 포함하는 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유형 중 적어도 일 유형의 동기화 검출은 후속 상관 기반 검출을 더 포함하는 방법.
20. 제 1 유형의 동기화 검출 또는 상기 제 1 유형과 상이한 제 2 유형의 동기화 검출과 관련된 송신된 데이터 블록들을 수신하기 위한 안테나 입력과, 상기 안테나 입력에 연결된 처리 유닛을 포함하는 동시 다중 라디오 수신기로서, 상기 처리 유닛은 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 배치되는, 동시 다중 라디오 수신기.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 안테나 입력과 상기 처리 유닛 사이에 연결된 하드-리미트 라디오 프론트-엔드(hard-limiting radio front-end)를 더 포함하는 동시 다중 라디오 수신기.

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