KR20200125621A

KR20200125621A - 무선 수신기

Info

Publication number: KR20200125621A
Application number: KR1020207025492A
Authority: KR
Inventors: 흐리스토 페트코브; 라파엘 미직; 토마스 카우퍼트; 클라우스 고트샬크
Original assignee: 디일 메터링 시스템즈 게엠베하
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-11-04
Also published as: CA3087931A1; JP7350001B2; CN111699631A; US11569855B2; KR102568768B1; JP2021515478A; DE102018003106A1; WO2019166260A1; EP3759822A1; US20200389197A1; CN111699631B

Abstract

본 발명은, 전력 자급형, 바람직하게는 장기간에 걸쳐 전력 자급형인 환경에서 사용되기 위한 SDR 타입의 무선 수신기(10)에 관한 것인데, 무선 수신기(10)는 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 데이터 패킷의 일부 또는 특정한 데이터 레이트를 가지는 데이터 스트림의 형태인 데이터(2)를 수신하고, 추가적 데이터 처리를 위해 제공하는 수신기(1)를 포함한다. 동작 모드 A에서, 데이터(2)는 수신기(1)에서 전환되고 바람직하게는 규정가능한 샘플링 레이트에서 마이크로콘트롤러(3)에 전송되며, 마이크로콘트롤러(3)는 샘플링된 양으로부터 일부 데이터를 선택함으로써 데이터를 데시메이션하고, 마이크로콘트롤러(3)는 데시메이션된 데이터를 메모리(4, 18) 내에 버퍼링하고 이것을 추가적인 처리를 위해 제공한다.

Description

무선 수신기

본 발명은 제 1 항에 따른 무선 수신기, 제 2 항에 청구된 바와 같은 무선 수신기, 및 데이터를 전송하기 위한 통신 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 관심 대상인 소프트웨어 기반 무선통신(software defined radio; SDR) 타입의 무선 수신기는 통상적으로, 단방향성 또는 양방향성 데이터 전송을 채용하는 특히 배터리-급전식 정지식 센서 장치에서 사용되는, 예를 들어 무선 칩과 같은 수신 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 수신될 데이터는 집중기로부터 무선 수신기로 송신되는, 센서 장치를 동작시키기 위한 데이터, 예를 들어 업데이트 데이터, 프로그램 데이터, 제어 데이터 등이다. 무선 프론트-엔드에서의 가능한 최소의 에너지 소모가, 데이터 또는 데이터 메시지가, 하나의 조각이 아니라 파편화된 형태의 개별 데이터 패킷, 또는 그 일부(예를 들어 데이터 서브패킷)로 집중기에 의해서 송신되고, 및 이러한 형태로 무선 수신기에 의해 수신되는지의 이유 중 하나이다.

종래의 무선 칩은 보통 무선 칩 내에 영구적으로 통합되는 기능을 가지는 저가격 컴포넌트이고, 매우 제한된 범위에서만 수정될 수 있다. 특히 협대역 무선 전송을 위해서, 예를 들어 샘플링 레이트는 정밀하게 맞춤되어야 하지만, 이것은 무선 칩에서는 정밀하게 설정될 수 없는 것이다. 샘플링 레이트가 정밀하게 맞춤되지 않으면, 리샘플링을 위해 광범위한 처리 노력이 필요하고, 그러면 대응하는 많은 양의 전기 에너지가 요구되며, 환경이 에너지 자급형(self-sufficient in energy )이기 때문에 이것은 바람직하지 않거나 가능하지 않은 것이다. 또한, 무선 칩 내에 포함된 A/D 컨버터(아날로그-디지털 컨버터)는 통상적으로 클록 발생기에 의해 클록이 제공되고, 따라서 무선 칩의 샘플링 레이트는 매우 부정확하게 설정될 수밖에 없다. 동시에, 특히 앞서 언급된 용도를 위하여, 본 발명의 목적은 최대의 가능 거리를 가지는 무선 수신기를 제공하는 것이다.

가장 가까운 선행 기술

EP 3 002 560 B1 은 무선 단방향성 전송을 수행하기 위한 배터리-급전식인 고정 단말(또는 더 정확하게는 센서 장치)을 개시한다. 단말은 센서 데이터를 획득하고 센서 데이터에 기반하여 센서 데이터 패킷을 제공하기 위한 센서를 포함한다. 센서 데이터 패킷을 적어도 세 개의 데이터 패킷으로 분할하기 위해서 데이터 패킷을 생성하기 위한 디바이스가 사용되는데, 데이터 패킷 각각은 센서 데이터 패킷 자체보다 짧다. 또한, 센서 장치는 데이터 패킷을 송신하기 위한 디바이스를 포함하는데, 이것은 데이터 패킷을 50 kbit/s 미만의 데이터 레이트이고 시간 상 이격된 통신 채널을 거쳐 송신하도록 의도된다. 100 kbit/s의 종래의 데이터 레이트와 비교할 때 데이터 레이트가 낮기 때문에, 데이터 수신기(집중기)에서 신호-대-잡음 비를 줄이는 것이 가능해진다. 더욱이, 데이터 패킷을 생성하기 위한 디바이스는, 데이터 패킷의 서브세트만이 센서 데이터 패킷을 디코딩하기 위해서 요구되도록 데이터 패킷을 채널-코딩한다. 따라서, 단말로부터 집중기까지의 송신 거리가 이러한 타입의 단말을 사용함으로써 증가된다. 그러나, 이러한 단말을 사용하여도, 집중기로부터 단말까지 전송하는 데이터 전송 효율이 개선될 수는 없다.

따라서, 본 발명의 목적은, 개선된 데이터 전송 품질 및 최적화된 파워 소모 양자 모두를 가지는 무선 수신기, 특히 관심 대상인 타입의 단말을 제공하는 것이다.

전술된 목적들은 제 1 항 및 추가적인 독립 청구항에 청구된 무선 수신기에 의하여 달성된다. 추가적인 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예를 규정한다.

본 발명에 따른 무선 수신기는 SDR-타입 무선 수신기일 수 있다. 본 발명의 의미 안에서, "SDR 타입"은 신호 처리가 어느 정도 소프트웨어에 의해 구현되는, 무선주파수 송신기 및 수신기에 대한 설계를 커버한다. 이러한 목적을 위하여, 무선 수신기는 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 데이터 패킷의 일부(데이터 서브패킷) 또는 특정 데이터 레이트인 데이터 스트림의 형태인 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 추가적 데이터 처리를 위해 제공하는 수신 디바이스(예를 들어 무선 칩)를 포함한다. 특히, 데이터 스트림은 연속 데이터 스트림 또는 반-연속 데이터 스트림(즉 휴지기간을 포함함)일 수 있다.

동작 모드 A에서, 데이터가 수신 디바이스 내에서 전환되고(diverted) 마이크로콘트롤러에 공급되며, 마이크로콘트롤러 또는 수신 디바이스가 데이터를, 즉 상기 마이크로콘트롤러 또는 수신 디바이스가 샘플들의 세트의 서브세트만을 선택함으로써 데시메이션하고, 마이크로콘트롤러가 데시메이션된 데이터를 메모리 내에 버퍼링하고 추가적인 처리를 위하여 제공한다는 사실 덕분에, 마이크로콘트롤러가 큰 처리 능력을 가지지 않고 임의의 리샘플링이 없이, 데이터가 추가적인 처리를 위하여 공급될 수 있다. 상대적으로 적은 에너지만이 이를 위해서 사용되고, 결과적으로 자체적 에너지 소스에 적은 부하만이 가해진다. 이를 통하여, 파워 소모가 감소되거나 최적화되는 반면에 데이터 전송 품질이 개선된다.

수신 디바이스는 필터를 포함하는 것이 바람직한데, 이것은 마이크로콘트롤러의 부분에서의 불필요한 처리 동작을 감소시키기 위해서, 마이크로콘트롤러에 공급하기 전에 데이터를 필터링한다. 따라서 데이터 전송 품질이 더 개선되고 에너지 소모가 더 줄어든다.

또한, 데이터는 상기 마이크로콘트롤러가 샘플들의 세트의 개별 샘플을 무시, 즉 폐기하는 것에 의하여 마이크로콘트롤러에 의해 데시메이션될 수 있고, 샘플은 정수 데시메이션 인자에 기반하여 선택된다. 그러면 샘플들의 전송된 세트가 줄어들게 되고, 그러면 수신 디바이스 및 마이크로콘트롤러 사이에서 데이터를 전송하기 위한 대역폭도 역시 감소될 수 있다. 따라서, 샘플링 레이트는 수신 디바이스 및 마이크로콘트롤러 사이의 필터링되지 않은 최대의 가능한 대역폭을 나타내고, 바람직하게는 필터 이후에 사용되는 대역폭(필터링된 대역폭)의 정수 인자와 같아진다.

마이크로콘트롤러에 제공되는 데이터의 대역폭, 또는 필터 이후에 사용되는 대역폭이 바람직하게는 200 kHz 미만, 바람직하게는 100 kHz 미만, 더 바람직하게는 50 kHz 미만이라면 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다.

상이한 대역폭에 대해서 마이크로콘트롤러에서 상이한 샘플링 레이트를 규정할 수 있기 때문에, 데이터의 전송은 상이하거나 급격하게 변하는 전송 조건에 대해 적응될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 레이트들을, 예를 들어 급격하게 변하는 전송 조건에 적응하기 위해서, 상이한 데이터 레이트가 무선 시스템 내에서 지원될 수 있다. 그러므로, 상이한 샘플링 레이트들 그리고 이에 따라서 대역폭들이 상이한 데이터 레이트에 대해서 요구된다. 그러면 데이터 전송 품질이 더욱 개선된다.

클록 발생기, 바람직하게는 수정 발진기 또는 RF 수정 또는 수정 발진기를 포함하는 발진기가 제공되는 것이 바람직하다. 샘플링 레이트는 바람직하게는 클록 발생기의 클록 주파수(또는 수정 주파수)에 의해 규정된다. 상기 클록 발생기는 아날로그-디지털 컨버터를 위한 클록으로서의 역할도 할 수 있는데, 그 결과, 클록 주파수를 변경하거나 어떤 클록 주파수를 가지는 클록 발생기를 선택함으로써, 상기 아날로그-디지털 컨버터의 클록(clocking)도 따라서 변경된다. 데시메이션 인자를 고려하면서, 클록 주파수는 여기에서 소망되는 샘플링 레이트를 얻기 위해서 규정되거나 선택된다. 그러면 마이크로콘트롤러에 의한 복잡한 리샘플링이 회피된다.

클록 발생기의 클록 주파수는 20 MHz와 50 MHz 사이, 바람직하게는 23 MHz와 25 MHz 사이, 38 MHz와 40 MHz 사이 또는 47 MHz와 49 MHz 사이이고, 더 바람직하게는 24 MHz, 39 MHz 또는 48 MHz인 것이 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다.

샘플링 중에 생기는 샘플링 오차는 클록 발생기의 클록 주파수를 선택함으로써 변경될 수 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 클록 주파수는 이러한 프로세스에서 감소된다.

클록 주파수를 변경한 후에 클록 발생기 또는 수정 내의 오차가 10 ppm 미만, 바람직하게는 5 ppm 미만, 더 바람직하게는 3 ppm 미만이라면 특히 바람직하다.

무선 수신기는 동작 모드 A를 이네이블 및 디스에이블할 수 있는 것이 바람직하다. 그러면, 데이터의 수신 및 전송, 또는 추가적인 처리가 동작 모드 A를 통해 선택적으로 수행될 수 있고, 또한 동작 중에 이네이블 및/또는 디스에이블될 수 있어서, 전송 및 처리 프로시저에 생기는 변화에 유연하게 대응하는 것이 가능해지는 장점이 결과적으로 얻어진다. 그러므로, 데이터 전송 품질 및 처리 신뢰성이 크게 개선된다.

바람직한 실시예에 따르면, 동작 모드 C가 동작 모드 A에 추가하여 제공될 수 있는데, 동작 모드 C에서 데이터는 마이크로프로세서 또는 로직 회로 또는 디지털 수신 회로에 의해 처리되고, 이것은 수신 디바이스 이후에 연결되고 및/또는 수신 디바이스의 일부이다. 무선 수신기가 동작 모드 A 및 동작 모드 C 사이에서 스위칭할 수 있도록 설계된다면 특히 유리하다. 이것은 특히, 예를 들어 수신 디바이스의 내부 부품인 스위치오버 디바이스를 사용하여 수행될 수 있다.

데이터는 수신 디바이스 및 마이크로콘트롤러 사이에서 바람직하게는 파편화된 방식으로, 즉 스텝으로(in steps) 송신되는데, 전송이 일어나지 않는 시간 간격이 데이터 전송 스텝들 사이에 제공된다.

바람직한 실시예에 따르면, 데이터가 전송되지 않는 시간 간격 중에, 마이크로콘트롤러는 이러한 시간 기간 내의 에너지 소모를 줄이기 위하여 대기 또는 슬립 모드로 시프트될 수 있다. 이것은 에너지를 절약할 수 있고, 그러므로, 예를 들어 에너지 자급형인 배터리-급전식 단말의 사용 기간 또는 수명을 연장할 수 있다.

바람직하게는, 마이크로콘트롤러는 데이터를 디코딩하도록 구성될 수도 있다. 그러면 추가적인 디코더가 경제적으로 구현된다.

대안적으로 또는 추가적으로, 마이크로콘트롤러가 더 높은 계층들(특히 OSI 계층 모델의 계층)을 처리하도록 의도되는 것도 가능하다. 예를 들어 이러한 경우에, 마이크로콘트롤러는 단말의 기능, 예를 들어 센서 제어 또는 센서 판독치의 평가와 같은 기능을 프로그램 및/또는 실행하는 것을 담당할 수 있다. 그러므로, 센서를 제어하기 위한 추가적 마이크로콘트롤러를 경제적으로 구현하여, 에너지 소모 및 제조 비용을 크게 감소시키는 것이 가능하다.

수신 디바이스, 마이크로콘트롤러 및/또는 디코더는 공통 구성 유닛으로서 구현될 수 있는 것이 바람직하다. 수신 디바이스, 마이크로콘트롤러 및/또는 디코더가 집적 회로(IC)의 형태이면 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다. 그러면, 상기 IC가 무선 수신기 내에/상에 용이하고 특히 경제적으로 설치될 수 있다는 장점이 생긴다.

데이터는 바람직하게는 수신 디바이스에 진입한 후에 I/Q 기법(동위상/직교위상 기법)을 이용하여 처리되고, 즉 데이터는 디지털 I/Q 데이터이다. 이것은, 예를 들어 아날로그 입력 신호를 두 신호 성분으로 분할함으로써 수행될 수 있는데, 여기에서 하나의 신호 성분은 원래의 위상 내에서 생성되고(I 데이터), 다른 신호 성분은 90ㅀ만큼 천이된 레퍼런스 주파수로 생성된다(Q 데이터).

SDR-타입 무선 수신기는 에너지 자급형 환경, 바람직하게는 장기 에너지 자급형인 환경에서 사용되도록 의도된다. 본 발명의 의미 내에서, 에너지 자급형, 또는 장기 에너지 자급형이라는 것은 특히, 무선 수신기, 또는 무선 수신기를 포함하는 단말이 외부 에너지 공급이 없이 작동되고 동작을 독립적으로 수행 또는 유지할 수 있는 동작 모드를 의미하는 것으로 이해된다. 동작을 위해 요구되는 에너지를 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 소스로부터 끌어오는 것이 바람직하다. 무선 수신기 또는 단말 내에 맞춤되고, 적용가능한 경우에는 먼지나 물이 들어오지 않게 캡슐화되는 배터리가 에너지 소스로서 제공되는 것이 바람직하다. 특히, 배터리는 20 Ah 미만의 용량을 가진다. 또한, 전기 에너지를 얻기 위한 수단이 제공될 수 있는데(에너지 수확), 이러한 경우에는 동작을 위해 요구되는 전기 에너지가 공기 흐름, 주변 광, 주변 온도, 또는 진동(예를 들어 압전 효과에 의해)으로부터 획득된다. 바람직하게는 제공될 수 있는데, 이러한 경우, 특히 현재의 SDR 개념의 경우 파워 소모를 더 최적화하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 에너지 자급형 환경, 바람직하게는 장기 에너지 자급형인 환경에서 사용하기 위한 SDR-타입 무선 수신기를 청구하는데, 이것은 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 데이터 패킷의 일부 또는 특정 데이터 레이트인(및/또는 특정 샘플링 레이트인) 데이터 스트림의 형태인 데이터를 수신하고 추가적 데이터 처리를 위해 제공하는 수신 디바이스를 가진다. 이러한 경우에, 동작 모드 B에서, 데이터는 마이크로프로세서 또는 디지털 수신 회로(로직 회로)로 공급되고, 이들 각각은 수신 디바이스에 포함된다. 그러면, 데이터는 마이크로프로세서 또는 디지털 수신 회로에 의해 필터링된 후 데시메이션되는데, 이것은 샘플들의 세트로부터 서브세트를 선택하는 마이크로프로세서 또는 디지털 수신 회로에 의해 이루어진다. 실제로는, 데시메이션은, 예를 들어 마이크로프로세서 및 마이크로콘트롤러에 의한 알고리즘 프로시저 또는 신호 처리(예를 들어 디코딩, 복조 및/또는 이러한 유사한 처리)에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 마이크로프로세서는 알고리즘 프로시저 또는 신호 처리를 더 수행할 수 있다.

무선 수신기는 동작 모드 B를 이네이블 및 디스에이블할 수 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 동작 모드 B에 추가적으로 동작 모드 C도 제공될 수 있는데, 이러한 경우 무선 수신기는 스위치오버 디바이스를 이용하여 동작 모드 B 및 동작 모드 C 사이에서 스위칭할 수 있다.

다른 독립항에서 청구된 추가적인 무선 수신기는, 신호 처리가 적어도 대부분, 바람직하게는 전체적으로 하드웨어에 의하여(예를 들어 사전 제작된 하드웨어 모듈로서) 구현되는 타입의 무선 수신기이다. 결과적으로, 이것은 SDR-타입 무선 수신기가 아닌 것이 명백하다. 예를 들어, 이러한 무선 수신기는 전체적으로 주문형 집적회로(ASIC)로서 구현될 수 있다. 그러므로, 무선 수신기의 기능은 더 이상 소프트웨어를 이용하여 변경될 수 없다. 이러한 무선 수신기를 사용하면 제조 비용이 크게 절감될 수 있다. 이러한 경우에, 무선 수신기는 클록 발생기, 특히 수정 발진기를 포함한다. 적합한 클록 주파수를 가지는 클록 발생기를 선택하면, 샘플링 오차가 수정, 특히 감소된다. 그러므로, 클록 주파수를 선택함으로써, 또는 특정 클록 주파수를 가지는 클록 발생기를 선택함으로써 샘플링 오차가 규정되거나 제어될 수 있다. 바람직하게는, 무선 수신기는 동작 모드 A, B 및/또는 C에서 동작될 수 있도록 역시 설계될 수 있다.

다른 독립항에서, 본 발명은 적어도 하나의 집중기 및 에너지 자급형인 복수 개의, 특히 다수의 단말 사이에서 데이터를 전송하기 위한 통신 시스템을 청구한다. 이러한 경우에, 각각의 단말은, 집중기로부터 적어도 하나의 데이터 패킷, 바람직하게는 복수 개의 개별 데이터 패킷의 형태인 데이터를 수신하고 추가적인 데이터 처리를 위해 특정 데이터 레이트(및/또는 특정 샘플링 레이트)에서 제공하는 수신 디바이스를 가지는 무선 수신기를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 무선 수신기는, 동작 모드 A에서, 수신 디바이스 내에서 데이터를 전환시키고 상기 데이터를 바람직하게는 규정될 수 있는 샘플링 레이트에서 마이크로콘트롤러에 공급하는 무선 수신기로서 제공된다. 이러한 경우에, 마이크로콘트롤러 또는 수신 디바이스는 샘플들의 세트로부터 서브세트를 선택함으로써 데이터를 데시메이션한다. 그러면, 마이크로콘트롤러는 데시메이션된 데이터를 메모리에 버퍼링하고, 상기 데이터를, 예를 들어 추가적인 처리를 위하여 제공한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 무선 수신기는 또한 동작 모드 B에서, 데이터를 마이크로프로세서 또는 디지털 수신 회로로 공급하고(이들 각각은 수신 디바이스에 포함됨), 마이크로프로세서 또는 디지털 수신 회로를 이용하여 데이터를 필터링한 후, 샘플들의 세트의 서브세트를 선택함으로써 상기 데이터를 데시메이션할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명된다:
도 1 은 복수 개의 단말 및 집중기를 포함하는 통신 시스템의 단순화된 개략도이다;
도 2 는 복수 개의 데이터 패킷의 형태로 송신되는 데이터의 단순화된 개략도이다;
도 3 은 종래 기술에 따른 무선 수신기의 단순화된 개략도이다;
도 4 는 본 발명에 따른 무선 수신기의 제 1 실시예의 단순화된 개략도이다;
도 5 는 본 발명에 따른 무선 수신기의 추가적 실시예의 단순화된 개략도이다;
도 6 은 본 발명에 따른 무선 수신기의 추가적 실시예의 단순화된 개략도이다;
도 7 은 본 발명에 따른 무선 수신기의 추가적 실시예의 단순화된 개략도이다;
도 8 은 본 발명에 따른 무선 수신기의 추가적 실시예의 단순화된 개략도이다;
도 9 는 상이한 동작 모드들의 개략도이다;
도 10 은 본 발명에 따른 무선 수신기의 추가적 실시예의 단순화된 개략도이다; 그리고
도 11 은 본 발명에 따른 무선 수신기의 추가적 실시예의 단순화된 개략도이다.

도 1 은, SDR(소프트웨어 기반 무선통신) 타입의 통합된 무선 수신기(10)를 각각 가지는 복수 개의 단말(11)이 데이터 콜렉터(12)의 송수신기(13)와 무선으로 통신하는 본 발명의 통신 시스템을 도시한다. 예를 들어, 단말(11)은 가스, 물, 가열 또는 에너지 미터와 같은 소비량 미터기, 예를 들어 레벨 센서 또는 온도 측정 디바이스, 또는 예를 들어 IoT(사물 인터넷) 애플리케이션인 다른 센서 노드와 같은 센서 유닛일 수 있다. 수신 디바이스(1)는 무선 칩, SoC(시스템-온-칩), SoS(시스템-온-실리콘), SIP(시스템-인-패키지) 등으로 구현될 수 있다. 명백하게, 단말(11)도 수신 디바이스(1) 중 어느 것도 게이트웨이가 아니다. 데이터 콜렉터(12)는 여기에서, 데이터(2)를 단말(11)에 전송하고, 및/또는 상기 데이터를 송수신기(13)를 통해 단말로부터 수신할 수 있도록, 구성된다.

예를 들어, 데이터(2)는 동작 데이터 또는 프로그램 업데이트 데이터 또는 펌웨어 업데이트 데이터일 수 있고, 이것은 특히 데이터 콜렉터(12)로부터 단말(11)로 전송된다. 데이터 콜렉터(12)는 데이터(2)를, 예를 들어 더 높은 레벨의 중앙 유닛(도면에는 미도시)으로부터 수신하고, 상기 데이터를 데이터 메모리(14)에 저장한 후, 상기 데이터를 단말(11)에 송신할 수 있다. 이러한 프로세스에서, 데이터(2)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 데이터 패킷, 바람직하게는 복수 개의 데이터 패킷(2a)의 형태로 전송된다.

도 3 은 종래 기술에서 알려진 관심 대상인 타입의 무선 수신기(110)를 도시한다. 이러한 경우에, 동작 모드 C에서, 무선 수신기(110)의 수신 디바이스(101)는 데이터(2) 또는 데이터 패킷(2a)을 아날로그 입력 신호로서 수신하고, 이것을 복조한다. 아날로그-디지털 컨버터(도면에는 미도시)는 아날로그 입력 신호를 디지털 데이터 스트림으로 변환시키기 위해서 제공된다. 수신 디바이스(101)에 할당되거나 그 뒤에 연결되는 마이크로프로세서(115)가 데이터(2)의 추가적인 처리 및/또는 전달을 위하여 사용된다. 또한, 무선 수신기(110)는 발진기 또는 클록 발생기를 포함하는데, 이것은 사용되는 주파수를 규정하기 위하여 사용된다.

도 4 는 본 발명에 따른 무선 수신기(10)의 일 실시예를 도시한다. 무선 수신기(10)는 수신 디바이스(1) 및 마이크로콘트롤러(3)를 포함하고, 바람직하게는 공통 구성 유닛, 예를 들어 집적 회로(IC)로서 구현된다. 본 발명에 따르면, 아날로그 신호로서 수신되는 데이터(2) 또는 데이터 패킷(2a)은 수신 디바이스(1) 내에서 전환되고 인터페이스(1a)를 통해서 마이크로콘트롤러(3)에 공급된다. 상기 수신 디바이스(1)는, 예를 들어 에일리어싱(aliasing)의 결과인 임의의 실질적 열화가 없이 마이크로콘트롤러(3)에 의한 복잡한 처리 동작을 감소시키거나 심지어 회피하는 방식으로 데이터를 준비한다. 이것은, 바람직하게는 수신 디바이스(1) 내에 배치되는 아날로그-디지털 컨버터(도면에는 미도시)를 이용하여 데이터(2)를 우선 디지털화하고, 수신 디바이스(1)의 필터(6)를 이용하여 상기 데이터를 필터링함으로써 이루어진다. 이러한 경우에, 디지털화된 데이터는, 샘플링 레이트 미만, 예를 들어 50 kHz 미만 대역폭에서 마이크로콘트롤러(3)에 제공된다. 그러면, 필터(6)는 마이크로콘트롤러(3)가 임의의 더 많은 필터링을 수행할 필요가 없는 방식으로 데이터(2)를 필터링한다. 여기에서, 샘플링 레이트는 일 초 동안에 제 2 아날로그 신호(시간-연속 신호)가 얼마나 자주 샘플링되는지, 즉 측정되고 시간-이산 신호로 변환되는지를 기술한다. 예를 들어, 2 kHz 또는 4 kHz의 값은, 2000 개 또는 4000 개의 샘플 각각이 일 초 내에 취해진다는 것을 나타낸다. 여기에서, 마이크로콘트롤러(3)로의 샘플링 레이트는 대역폭을 규정하고, 즉 샘플링 레이트는 수신 디바이스(1) 및 마이크로콘트롤러(3) 사이에서 설정될 수 있는 필터링되지 않은 최대 대역폭을 나타낸다. 예를 들어, 20 kHz의 샘플링 레이트의 경우, 20 kHz의 최대 대역폭이 이론적으로 가능하지만, 필터(6)에 의한 필터링의 결과로서, 마이크로콘트롤러(3)로의 전송은 오직 10 kHz의 대역폭에서 이루어진다(인자 = 2).

따라서, 수신 디바이스(1)로부터 마이크로콘트롤러(3)로 데이터(2)를 전송하기 위한 대역폭은 샘플링 레이트 이하이다. 이것은, 데시메이션 유닛(7) 내에서 데이터(2)를 규정가능한 데시메이션 인자 N으로 데시메이션하는 마이크로콘트롤러(3)에 의해 특히 달성될 수 있고, 즉 마이크로콘트롤러(3)는 수신 디바이스(1)에 의해 공급된 샘플들의 세트의 서브세트를 선택한다. 데시메이션 인자 N은 바람직하게는 정수, 예를 들어 2, 3 또는 4이다. 예를 들어, 데시메이션 인자 N=2의 경우, 마이크로콘트롤러(3)는 두 번째 샘플을 매 번 생략하고, 결과적으로 대역폭이 샘플링 레이트보다 2 의 인자만큼 작게 된다.

필터(6)에 대한 대체예로서 또는 추가적으로, 마이크로콘트롤러(3)는 도 5 에 도시된 바와 같이 필터(8)를 더 포함할 수 있다. 그러면, 마이크로콘트롤러(3)는, 상기 데시메이션된 데이터를 예를 들어 추가적인 처리를 위해 제공하기 위해서, 데시메이션된 데이터를 메모리(4), 예를 들어 블록 내에 저장하거나 버퍼링할 수 있다. 여기에서, 수정 발진기(5)는 주파수 컨디셔닝 및 캐리어 주파수를 위한, 그리고 아날로그-디지털 컨버터에 클록을 제공하기 위한 클록 발생기로서 사용된다. 외부 유닛 또는 수신 디바이스(1)에 기능적으로 속하는 구조체 중 하나가 클록 발생기로서 제공될 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터에 공급되는 클록을 이에 따라 변경하기 위하여, 샘플링 레이트는 특히 수정 발진기(5)의 클록 주파수를 이에 따라 변경하거나, 또는 그 클록 주파수에 기반하여 수정 발진기(5)를 선택함으로써 규정된다. 상기 클록 주파수는, 수정 발진기(5)가 제산기(division) 또는 데시메이션 인자 N와 함께, 요구된 샘플링 레이트를 특정하게 하도록 규정된다. 그러므로, 마이크로콘트롤러(3)의 부분에서의 추가적 필터링, 또는 에너지를 집중적으로 소모하는 리샘플링이 필요하지 않다.

데이터(2)는 바람직하게는, 수신 디바이스(1)에 진입한 후에 I/Q 기법(정위상/직교 기법)을 이용하여 처리되고, I/Q 데이터(디지털 데이터)로 변환된다. 이것은, 아날로그 입력 신호를 두 신호 성분으로 분할함으로써 수행될 수 있는데, 여기에서 하나의 신호 성분은 원래의 위상으로 복조되고(I 데이터), 다른 신호 성분은 90ㅀ만큼 천이된 레퍼런스 주파수로 복조된다(Q 데이터). 그러면, I/Q 데이터는 수신 디바이스(1)에 의해 마이크로콘트롤러(3)로 전달된다. 그러면, 마이크로콘트롤러(3)는 데이터를 알고리즘 프로시저에서 추가적으로 처리하거나, 상기 데이터를 신호 처리를 위해서 사용할 수 있다.

도 4 및 도 5 에 표시된 동작 모드는, 예를 들어, 동작 중에도 무선 수신기(10) 내에서 선택적으로 이네이블되고 디스에이블될 수 있는 제 1 동작 모드 A를 나타낸다. 또한, 도 4 및 도 5 에서 점선 화살표로 표시된 동작 모드 C가 동작 모드 A에 추가하여 제공될 수 있다. 무선 수신기(10)의 이러한 실시예에서, 선택 또는 스위치오버 디바이스(9)는 동작 모드 A 및 동작 모드 C를 선택하거나 이들 사이에서 스위칭하기 위해서 사용될 수 있다.

도 6 에 도시되는 무선 수신기의 실시예는 동작 모드 C를 이용하여 작동된다. 이러한 목적을 위하여, 수신 디바이스(1)는 마이크로프로세서(15)를 포함하고, 이것은 대안적으로 디지털 수신 회로로서도 구현될 수 있다. 이러한 경우에, 마이크로프로세서(15)는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 RF 프론트-엔드의 일부이다(명확화를 위하여 도면에는 미도시). 또한, 마이크로프로세서(15)는 필터(6) 및 전용 메모리, 특히 RAM 메모리(16)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도 7 에 도시된 바와 같이, 마이크로콘트롤러(3) 및 마이크로프로세서(15)가 예를 들어 BUS 시스템을 통해 액세스할 수 있는 공유된(RAM) 메모리(18)가 제공될 수 있다. 더욱이, 추가적인 동작 모드가 제공될 수 있고, 이것은 도 6 및 도 7 에서 예로서 쇄선 및 화살표로 표현된다. 동작 모드 B 및 추가적인 동작 모드 사이의 스위치오버가 동작 중에도 스위치오버 디바이스(9)를 통해서 수행될 수 있다.

도 8 은 본 발명의 다른 대안적 실시예를 도시하는데, 여기에서 수신 디바이스(1)의 마이크로프로세서(15)는 필터(6)를 포함하고 데시메이터(17)를 추가적으로 가지며, 즉 마이크로프로세서(15)는 이러한 데이터를 신호 처리를 위해 마이크로콘트롤러(3)에 제공하거나 및/또는 이러한 데이터를 메모리(18)에 저장하기 전에, 이러한 데이터를 필터링하고 데시메이션한다. 이러한 경우에, 마이크로콘트롤러(3)에 필터(8) 및 데시메이션 유닛(7)을 장착하는 것은 선택적인 것이다. 바람직하게는, 이러한 경우에 마이크로콘트롤러(3)는 요구된 태스크에 대해 더 양호한 효율을 가지거나, 마이크로프로세서(15)보다 양호한 성능을 가진다. 하지만, 이것이 요구된 처리 효율을 이미 가지는 한, 알고리즘 프로시저 또는 신호 처리가 마이크로프로세서(15)에 의해서도 수행될 수 있다.

또한, 도 9 는 무선 수신기(10)의 상이한 동작 모드 I, II 및 III를 보여준다. 수신 디바이스(1) 또는 마이크로프로세서(15)는 우선 필터(6)를 이용하여 필터링을 수행한다. 특히, 필터(6)는 고역-통과, 저역-통과 또는 대역통과 필터일 수 있다. 필터링이 데시메이션을 위해 충분히 양호하게 수행된 경우, 데이터는 동작 모드 I에 따라서 마이크로콘트롤러(3)로 전송될 수 있고, 마이크로콘트롤러는 N 번째 샘플들만을 사용하고 잔여 샘플을 버림으로써, 데시메이션 유닛(7)을 사용하여 이러한 데이터를 데시메이션 인자 N(예를 들어 2 또는 4)만큼 데시메이션한다. 마이크로콘트롤러(3)는 알고리즘 프로시저 또는 신호 처리를 후속하여 수행한다. 데시메이션을 위하여 필터링을 충분히 양호하게 수행하는 것이 가능하지 않았던 경우, 데이터는 우선 적어도 적당한 필터링을 달성하기 위해서 동작 모드 II에 따라 필터(8)에 의해서 마이크로콘트롤러(3) 내에서 필터링되고, 그 후에 데시메이션 유닛(7)에 의해 데시메이션된다. 또한, 동작 모드 III에 따르면, 데이터가 필터(6)를 통해서 수신 디바이스(1)의 마이크로프로세서(15) 또는 디지털 수신 회로에 의해 필터링되고, 그 후에 마이크로프로세서(15)의 데시메이터(17)를 이용하여 데시메이션되는 것도 가능하다. 그러면, 데시메이션된 데이터는 알고리즘 프로시저 또는 신호 처리를 위하여 마이크로콘트롤러(3)로 전송되고, 또는 마이크로프로세서(15)가 알고리즘 프로시저 또는 신호 처리를 용이하게 수행할 수 있다. 특히, 동작 모드 I 및 II는 예를 들어 동작 모드 A를 통해 실현될 수 있고, 동작 모드 III는 예를 들어 동작 모드 B를 통해 실현될 수 있다.

도 10 은 본 발명에 따른 추가적인 무선 수신기(210)를 도시하는데, 상기 무선 수신기는 신호 처리가 전부 하드웨어에 의하여 구현되는 타입이다. 이러한 경우에, 무선 수신기(210)는 전부 주문형 집적회로(ASIC)로서 구현된다. 클록 발생기, 특히 수정 발진기(5)도 제공된다. 이러한 경우에, 샘플링 오차는 그 클록 주파수에 기반하여 클록 발생기를 선택함으로써, 수정, 특히 감소된다. 바람직하게는, 클록 발생기는 제조 프로세스 중에 미리 선택될 수 있다. 또한, 무선 수신기(210)는 도 11 에 도시된 바와 같이, 동작 모드 A 및 추가적으로 동작 모드 C(점선 화살표)를 수행할 수 있도록 설계될 수도 있다. 외부에서 연결된 수정 발진기(5)에 대한 대체예로서, 무선 수신기(210)는 클록 발생기로서, 예를 들어 집적된 발진기 회로와 같은 내부 클록을 더 포함할 수 있다. 실무상, 본 발명은, 도시되지 않고 동작 모드 A, B 및/또는 C 및/또는 동작 모드 I, II 및/또는 III를, 특히 각각의 경우에 전술된 바와 같이 수행하도록 구성되는 무선 수신기(210)의 실시예를 더 포함한다.

본 명세서는 상이한 실시예의 개별 피쳐의 개별 피쳐 조합(서브-조합) 및 가능한 조합을 더 포함하는 것이 명백하고, 이러한 가능한 조합들은 도면에 제공되지 않는다.

참조 번호들의 목록

1 수신 디바이스

1a 인터페이스

2 데이터

2a 데이터 패킷

3 마이크로콘트롤러

4 메모리

5 수정 발진기

6 필터

7 데시메이션 유닛

8 필터

9 스위치오버 디바이스

10 무선 수신기

11 단말

12 집중기

13 송수신기

14 데이터 메모리

15 마이크로프로세서

16 RAM 메모리

17 데시메이터

18 공유된 메모리

101 수신 디바이스

105 수정 발진기

110 무선 수신기

115 마이크로프로세서

210 수신 디바이스

Claims

에너지 자급형(self-sufficient in energy), 바람직하게는 장기(long-term) 에너지 자급형인 환경에서 사용하기 위한 무선 수신기(10)로서,
상기 무선 수신기(10)는, 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 데이터 패킷의 일부 또는 특정 데이터 레이트인 데이터 스트림의 형태인 데이터(2)를 수신하고, 추가적 데이터 처리를 위해 상기 데이터를 제공하는 수신 디바이스(1), 특히 무선 칩을 포함하고,
동작 모드 A에서, 수신된, 또는 수신되고 필터링된 데이터(2)는, 상기 수신 디바이스(1)에서 전환(divert)되고, 바람직하게는 규정될 수 있는 샘플링 레이트에서 마이크로콘트롤러(3)에 공급되며,
상기 마이크로콘트롤러(3) 또는 상기 수신 디바이스(1)는, 샘플들의 세트로부터 서브세트를 선택함으로써 상기 데이터를 데시메이션하고(decimate),
상기 마이크로콘트롤러(3)는 데시메이션된 데이터를 메모리(4, 18) 내에 버퍼링하고 추가적인 처리를 위해 제공하는, 무선 수신기.
제 1항에 있어서,
동작 모드 B에서, 제공된, 또는 제공되고 필터링된, 데이터(2)는, 상기 수신 디바이스(1)에 각각 포함되는 마이크로프로세서(15) 또는 디지털 수신 회로에 공급되며,
상기 데이터(2)는 상기 마이크로프로세서(15) 또는 상기 디지털 수신 회로에 의해 필터링된 후, 샘플들의 세트로부터 선택되는 서브세트에 의해 데시메이션되는, 무선 수신기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무선 수신기는 SDR 타입인, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
클록 발생기, 특히 수정 발진기(5)가 제공되고,
상기 샘플링 레이트는 바람직하게는 상기 클록 발생기의 클록 주파수에 의해 규정되는, 무선 수신기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무선 수신기(210)는, 신호 처리가 적어도 대부분, 바람직하게는 전체적으로 하드웨어에 의하여 구현되는 타입이고,
클록 발생기, 특히 수정 발진기(5)가 제공되며,
상기 클록 발생기의 클록 주파수에 기반하여 상기 클록 발생기를 선택함으로써, 샘플링 오차가 수정, 특히 감소되는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신 디바이스(1)는, 상기 마이크로콘트롤러(3)에 공급하기 전에 상기 데이터(2)를 필터링하는 필터(6)를 포함하는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로콘트롤러(3)는 데시메이션 이전에 상기 데이터(2)를 필터링하는 필터(8)를 포함하는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터(2)는, 상기 마이크로콘트롤러(3)가 상기 수신 디바이스(1)에 의해 공급된 상기 샘플들의 세트의 개별 샘플을 무시함으로써, 상기 마이크로콘트롤러(3)에 의해 데시메이션되고,
상기 샘플은 정수 데시메이션 인자에 기반하여 선택되는, 무선 수신기.
제 7 항에 있어서,
상기 데이터(2)가 상기 필터(6) 이후에 상기 마이크로콘트롤러(3)에 공급되는 대역폭은, 바람직하게는 200 kHz 미만, 바람직하게는 100 kHz 미만 및 더 바람직하게는 50 kHz 미만인, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상이한 샘플링 레이트가 상기 마이크로콘트롤러(3)에서 상이한 대역폭에 대하여 규정될 수 있는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클록 발생기의 클록 주파수는 20 MHz와 50 MHz 사이, 바람직하게는 23 MHz와 25 MHz 사이, 38 MHz와 40 MHz 사이 또는 47 MHz와 49 MHz 사이이고, 더 바람직하게는 24 MHz, 39 MHz 또는 48 MHz인, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클록 발생기의 클록 주파수에서의 오차는 10 ppm 미만, 바람직하게는 5 ppm 미만, 더 바람직하게는 3 ppm 미만인, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
동작 모드 A 및/또는 동작 모드 B는 이네이블 및/또는 디스에이블될 수 있는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
동작 모드 C가 동작 모드 A 또는 동작 모드 B에 추가하여 제공되고,
동작 모드 C에서, 상기 데이터(2)는 상기 마이크로콘트롤러(3)로 전송되기 전에 상기 수신 디바이스(1)의 마이크로프로세서(15) 또는 디지털 수신 회로에 의해 처리되며,
동작 모드 A 또는 동작 모드 B와 동작 모드 C 사이에서 스위칭하는 것이 가능한, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터(2)는 상기 수신 디바이스(1)와 상기 마이크로콘트롤러(3) 사이에서 스텝으로(in steps) 전송되고,
전송이 이루어지지 않는 시간 간격이 데이터의 전송 사이에 제공되는, 무선 수신기.
제 15 항에 있어서,
데이터(2)가 전송되지 않는 시간 간격 중에, 상기 마이크로콘트롤러(3)가 슬립 모드로 시프트되는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로콘트롤러(3)는 상기 데이터(2)를 디코딩하도록 구성되는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로콘트롤러(3)는 상기 데이터(2)를 처리하고 저장하는 것에 추가하여, 상위 계층들도 처리하도록 구성되는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신 디바이스(1) 및 상기 마이크로콘트롤러(3)는 공통 구성 유닛으로서, 특히 집적 회로로서 구현되는, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터(2)는 I/Q 데이터인, 무선 수신기.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 수신기(10, 210)는 에너지를 공급하기 위한 에너지 소스, 특히 20 Ah 미만의 용량을 가지는 배터리를 포함하는, 무선 수신기.
적어도 하나의 집중기(12)와 에너지 자급형인 복수 개의, 특히 다수의 단말(11) 사이에서 데이터(2)를 전송하기 위한 통신 시스템으로서,
각각의 단말(12)은 수신 디바이스(1)를 가지는 무선 수신기(10, 210)를 포함하고,
상기 수신 디바이스(1)는 상기 집중기(12)로부터, 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 데이터 패킷의 일부 또는 특정 데이터 레이트인 데이터 스트림의 형태인 데이터(2)를 수신하며, 상기 데이터를 바람직하게는 추가적 데이터 처리를 위해 제공하고,
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 무선 수신기(10, 210)가 상기 무선 수신기로서 제공되는, 통신 시스템.