Monte-Carlo 기반의 간섭분석에 관한 연구

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2008 한국전자통신학회 논문지 Vol.3 No.2

본 논문에서는 industrial, scientific, medical (ISM) 대역의 효율적인 운용을 위해 간섭시나리오와 monte-carlo method 기반의 간섭분석 methodology를 제안하였다. 간섭시나리오는 거리와 밀도에 따른 시나리오로 구분되며, 희생원을 victim receiver (Vr), 간섭원을 interfering transmitter (It)로 정의한다. 간섭분석 시뮬레이션은 Vr의 간섭허용치를 만족하는 It의 간섭유효구간을 통해 얻어지는 유효간섭영역 내에서 It의 분포밀도에 따른 간섭 확률을 도출하게 된다. 제안된 간섭시나리오를 적용하여 2.4GHz ISM 대역에서 사용되는 대표적 무선설비인 WLAN (Vr)과 bluetooth (It)의 시뮬레이션 결과 간섭유효구간은 60~400m 이며, WLAN은 유효간섭영역에 존재하는 6개의 bluetooth와 간섭허용치를 만족하는 범위 내에서 운용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 같은 조건에서 frequency hopping (FH) 통신방식을 사용하는 bluetooth에 cognitive radio(CR) 기술 기반의 listen before talk (LBT) 방식을 적용시 간섭 확률은 크게 감소하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 european radiocommunications office (ERO)에서 monte-carlo method를 기반으로 개발한 spectrum engineering advanced monte carlo analysis tool (SEAMCAT)을 사용하였다. In this paper, we proposed the methodology of interference analysis based on monte-carlo method for effective use of Industrial, Scientific, Medical (ISM) band. The interference scenario is divided according to the distance and density. The simulation of interference analysis evaluates the interference probability according to distribution density of Interfering Transmitters (It) in the Secure Interference Area (SIA). The SIA is gained from the Interference Efficiency Range that satisfied to Interference Permissible Range of Victim Receiver (Vr). Simulation result that apply the proposed interference scenario to the WLAN and bluetooth, Interference Permissible Range was 60~400m. And the WLAN was acceptable within interference permissible range to six bluetooth that exist in the SIA. In the same condition, when applied Listen Before Talk (LBT) based on Cognitive Radio (CR) to the bluetooth using Frequency Hopping (FH), interference probability was decreased sharply. The Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool (SEAMCAT) that has been developed based on the monte-carlo method by European Radio-communications Office (ERO) were used to the interference simulation.

전류 감쇠 조정 회로에서의 정밀도 향상 기술

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국조명전기설비학회 2005 조명·전기설비학회논문지 Vol.19 No.8

전류모드 아날로그 회로를 이용하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 설계하는 경우에 tap coefficient와 전류모드 FFT(Fast Fourier Transform) LSI의 회전인자(twiddle factor)를 실현시키기 위해서는 높은 정밀도를 갖는 전류 감쇠 회로가 필요하게 된다. 본 논문은 전류 모드 신호처리 기술에서 전류감쇠 회로의 감쇠 정밀도를 향상시킬 수 있는 기술을 소개하고자한다. 먼저 게이트 길이 비율을 조정하는(gate-ratioed) Current Mirror 회로를 사용하는 기존의 전류 감쇠 조정회로에 있어서의 DC offset 전류 에러에 대하여 분석하였으며, 다음으로 DC offset 전류 에러를 제거할 수 있는 전류감쇠 회로를 제안하였다. 회로 구성은 입력 전류를 1/N로 감쇠시킬 수 있도록 N개의 Current Mirror를 병렬로 연결하는 기본 구성을 하였으며, Kirchhoff 전류 법칙에 근거하여, 전류 감쇠가 결정되도록 설계하였다. 또한 Current Mirror 회로에서, 정전류원의 사용을 줄일 수 있는 회로설계를 제안하였다. 제안된 전류 감쇠 회로에서 정밀도는 Current Mirror의 ac 이득 에러에 의하여 제한되며 High Swing Current Mirror를 기본 Current Mirror로 사용한 경우에, 최대 정밀도는 이론상 입력 전류의 -80[dB]까지 실현가능하다. To realize the tap coefficient of a finite impulse response(FIR) filter or the twiddle factor of a fast Fourier transform(FFT) using a current-mode analog circuit, a high accurate current-attenuator circuit is needed This paper introduces an accuracy enhancement technique in the current-mode signal processing. First of all, the DC of set-current error in a conventional current-attenuator using a gate-ratioed orient mirror circuit is analyzed and then, the current-attenuator circuit with a negligibly small DC offset-current error is introduced. The circuit consists of N-output current mirrors connected in parallel with me another. The output current of the circuit is attenuated to 1/N of the input current. On the basis of the Kirchhoff current law, the current scale ratio is determined simply by the number of the current mirrors in the N-current mirrors connected in parallel. In the proposed current-attenuator circuit the scale accuracy is limited by the ac gain error of the current mirror. Considering that a current mirror has a negligibly small ac gain error, the attainable maximum scale accuracy is theoretically -80[dB] to the input current.

저전력 무선통신 모뎀 구현용 전류기억소자 성능개선

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2008 한국전자통신학회 논문지 Vol.3 No.2

다양한 무선통신 방식이 출현함에 따라 배터리 수명과, 저전력 동작이 중요시되면서 무선 통신용 LSI는 SI circuit을 이용하는 analog current-mode signal processing을 주목하고 있다. 그러나 SI (Switched-Current) circuit을 구성하는 current memory는 clock-feedthrough의 문제점을 갖는다. 본 논문에서는 current memory의 문제점인 clock-feedthrough의 일반적인 해결방안으로 CMOS switch의 연결을 검토하고, current memory 성능 개선의 설계방안을 제안하기 위하여 CMOS switch 간의 width의 관계를 도출하고자 한다. Simulation 결과, memory MOS의 width가 20um, input current와 bias current의 ratio가 0.3, CMOS switch nMOS의 width가 2~6um일 경우에 CMOS switch 간의 width는 $W_{Mp}=5.62W_{Mn}+1.6$의 관계로 정의되고, CMOS switch nMOS의 width가 6~10um일 경우에 CMOS switch 간의 width는 $W_{Mp}=2.05W_{Mn}+23$의 관계로 정의되는 것을 확인하였다. 이 때 정의된 MOS transistor의 관계는 memory MOS의 성능향상을 위한 설계에 유용한 지침이 될 것으로 기대된다. It is important to consider the life of battery and low power operation for various wireless communications. Thus, Analog current-mode signal processing with SI circuit has been taken notice of in designing the LSI for wireless communications. However, in current mode signal processsing, current memory circuit has a problem called clock-feedthrough. In this paper, we examine the connection of CMOS switch that is the common solution of clock-feedthrough and calculate the relation of width between CMOS switch for design methodology for improvement of current memory. As a result of simulation, when the width of memory MOS is 20um, ratio of input current and bias current is 0.3, the width relation in CMOS switch is obtained with $W_{Mp}=5.62W_{Mn}+1.6$, for the nMOS width of 2~6um in CMOS switch. And from the same simulation condition, it is obtained with $W_{Mp}=2.05W_{Mn}+23$ for the nMOS width of 6~10um in CMOS switch. Then the defined width relation of MOS transistor will be useful guidance in design for improvement of current memory.

저전력 OFDM 모뎀 구현을 위한 IVC설계

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2008 한국전자통신학회 논문지 Vol.3 No.2

고속 데이터 전송이 가능한 장점 때문에 OFDM 통신 방식은 4세대 통신 방식으로 주목 받고 있다. OFDM은 이러한 고속 무선 데이터 통신을 구현하기 위해서는 고성능의 FFT(Fast-Fourier-Transform) / IFFT(Inversion FFT) 프로세서를 필요로 한다. 현재 OFDM은 DSP(Digital Signal Processor)로 구현되고 있지만 많은 전력 소모의 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 Current-mode FFT LSI가 제안되었다. 본 논문에서는 저전력 OFDM용 IVC(Current to Voltage Converter)를 설계한다. 시뮬레이션 결과 설계된 IVC는 FFT Block의 출력이 $7.35{\mu}A$ 이상일 때 3V 이상의 전압을 출력하고, FFT Block의 출력이 $0.97{\mu}A$ 이하일 때 0.5V 이하의 전압을 출력하였다. 설계된 IVC로 저전력 Current-mode FFT LSI의 동작이 가능하게 되며, 전류모드신호처리는 차세대 무선 통신 시스템의 발전에 기여할 것이다. Othogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) has been taken notice of 4th generation communication method because it has a merit of high data rate(HDR). To realize HDR communication, The OFDM a s high efficient Fast-Fourier-Transform (FFT)/Inversion FFT (IFFT) processor. Currently OFDM is realized by Digital Signal Processor(DSP) but it consumes a lot of Power. Therefore, current-mode FFT LSI has been proposed for compensation of this demerit. In this paper, we propose IVC for current-mode FFT LSI. From the simulation result, the output value of IVC is more than 3V when the value of FFT Block output is more than $7.35{\mu}A$. The output value of IVC is lower than 0.5V when the value of FFT Block output is lower than $0.97{\mu}A$. Designed IVC Low-power Current mode FFT LSI will contribute to the operation of current-mode FFT LSI and the development of next generation wireless communication systems.

모니터링된 배터리 전압 변환을 위한 SAR typed A/D 컨버터의 제작

김성권,이경량,여성대,홍순양,박용운,Kim, Seong-Kweon,Lee, Kyung-Ryang,Yeo, Sung-Dae,Hong, Justin S.Y.,Park, Yong-Eun 한국전자통신학회 2011 한국전자통신학회 논문지 Vol.6 No.2

본 논문에서는 친환경 하이브리드 자동차의 핵심부품중 배터리 전압을 모니터하는 CVM(Cell Voltage Monitoring) 동작에서 모니터링된 배터리 전압을 디지털 데이터로 변환시키는 A/D (Analog to Digital) 컨버터의 설계 및 제작결과를 소개한다. CVM에 적정한 A/D컨버터는 중속동작 및 고분해능의 동작이 필요하여, SAR(Successive Approximate Register) typed A/D 컨버터 사용을 제안하였고, Magna 0.6um 40V 공정을 이용하여 10bits 분해능을 갖도록 설계 및 제작하였으며, 측정결과 FSR(Full Scale Range) 5V 전구간에서 ${\pm}1$ LSB Accuracy의 선형성을 확보하여, CVM 구현에 유용함을 나타내었다. In this paper, a design and an implementation of an Analog to Digital (A/D) converter are introduced for the conversion of monitored battery cell voltage in the cell voltage monitoring(CVM) system in battery management system(BMS), which is one of the key devices of ECO hybrid cars. The A/D converter in CVM system required a middle conversion speed and a high resolution, therefore, a successive approximate register(SAR) typed A/D converter with 10 bits resolution has been designed and implemented using Magna 0.6um 40V process. The measurement result which kept ${\pm}1$ LSB accuracy in the full scale range(FSR) of 5V, showed the usefulness of the SAR typed A/D converter in realizing a CVM system.

OFDM 용 무선통신단말기 모뎀의 저소비 전력화를 위한 단일칩용 I-V 컨버터

김성권(Seong-Kweon Kim) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.4

최근 많은 광대역 유무선 통신 응용분야에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 표준기술로 채택하고 있다. OFDM 방식의 고속 무선 데이터 통신을 위한 FFT 프로세서는 일반적으로 DSP(Digital Signal Processing)로 구현되었으나, 큰 전력 소비를 필요로 한다. 따라서, OFDM 통신방식의 단점인 전력문제를 보완하기 위해서 전류모드 FFT LSI가 제안되었고, 저소비전력 전류모드 FFT LSI를 동작시키기 위해서는 전류모드를 전압모드로 바꾸는 VIC(Voltage to Current Converter) 그리고 다시 전류모드를 전압모드로 바꾸어 주는 IVC(Current to Voltage Converter)가 필요하다. 그러나, OP-AMP로 구현되는 종래의 IVC는 회로규모가 크고, 전력소비가 크며, LSI 내에 크고 정확한 높은 저항을 필요로 한다. 또한 전류모드신호처리에서 많이 이용되는 Current Mirror 회로 등의 출력단자로부터 전류신호를 입력받은 경우, 입력단자간의 전위차가 발생하며, DC offset 전류가 발생하는 등의 문제점을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 저전력 동작이 가능하고, 향후, single chip 응용이 가능한 IVC를 0.35㎛ 공정에서 설계함으로서, 0.35㎛ 공정에서의 전류모드 FFT LSI의 전압모드 출력이 가능해졌다. 설계된 IVC는 FFT LSI의 출력이 디지털신호로 환산한 ±1인 점을 감안하여, 전류모드 FFT LSI의 출력이 13.65㎂ 이상일 때에 3.0V의 전압을 출력하고, FFT LSI의 출력이 0.15㎂ 이하일 때에 0.5V 이하의 전압을 출력하도록 하였으며. IVC의 총 소비전력은 약 1.65㎽이하로 평가되었다.

주파수가변형 무선PAN단말을 위한 전류모드 아날로그 FIR 필터의 설계

김성권(Seong-Kweon Kim),김광호(Kwang-Ho Kim),조주필(Ju-Phil Cho),차재상(Jae-Sang Cha) 한국조명·전기설비학회 2006 조명·전기설비학회논문지 Vol.20 No.10

이 논문에서는 주파수 가변형 무선 personal area network(PAN) 통신시스템 및 단말 에 적용이 가능한 응용 회로로써, 탭계수(tap coefficient) 회로를 가변시킬 수 있는 전류모드 아날로그 finite impulse response (FIR) 필터를 제안한다. 가변되는 7-tap FIR 필터의 동작은 컴퓨터 모의실험으로부터 확인하였고, 0.8[㎛] CMOS 공정기술을 사용하여 0.0625-step 탭계수 회로가 제작되었다. 제안된 FIR 필터는 탭계수의 길이와 계수를 가변시킬 수 있기 때문에 주파수 가변형 무선 PAN통신 시스템 및 단말기에 적용 가능한 유용한 특성을 갖는다. In this paper, a current-mode analog variable finite-impulse-response (FIR) filter with variable tap coefficient circuits is proposed for frequency selective wireless personal area network(WPAN) system or terminals. From the circuit simulation, the operation of the 7-tap FIR filter is confirmed. The 0.0625-step tap coefficient circuit is designed and fabricated with 0.8[㎛] CMOS technology. The proposed FIR filter has a variable length of taps and variable coefficients, so it has a potential for being used to frequency selective WPAN system or frequency selective wireless communication terminals.

WPAN용 디지털 음향기기 및 통신기기간 스펙트럼 상호운용을 위한 채널 할당기술에 관한 연구

김성권(Seong-Kweon Kim),차재상(Jae-sang Cha) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회논문지 Vol.18 No.5

본 논문에서는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기반의 디지털 음향기기 및 소출력 무선 통신기기를 운용함에 있어서, 한정된 주파수 자원을 효율적으로 할당하기 위한 공유 주파수 대역폭의 산출법을 제시한다. WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기로서는 Digital Cordless Phone (DCP)과 Bluetooth를 비롯하여, RFID와 ZigBee기술을 고려하였다. 또한, 본 논문세서는 상기 WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기간의 스펙트럼 운용 측면에 따른 적용 방식을 DCP, RFID, Bluetooth는 FH (Frequency Hopping) 방식으로, ZigBee는 LBT(Listen Before Talk) 방식으로 분류한후 대기행렬 이론에 근거한 스펙트럼 상호운용을 위한 채널할당기법을 제시하였다. 본 논문에서는 대기행렬이론 (queuing theory)을 WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기간의 스펙트럼 운용기법에 적용하기 위하여, FH시스템과 LBT 시스템을 모델링하였고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 소요대역폭 산출을 수행했다. 채널수 별 user의 통신시도에 따른 throughput을 분석한 결과, throughput 84% 이성의 조건에서 FH 및 LBT 방식을 사용하는 250㎽ WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기들이 공존하는 공유주파수대역의 적정 채널수는 35개를 가지며, 총 소요대역폭은 각각의 WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기들의 채널수와 채널대역폭의 곱으로 산출이 가능함을 보였다. This paper presents the calculation of the required bandwidth of common frequency bandwidth applying queueing theory for maximizing the efficiency of frequency resource of WPAN(Wireless Personal Area Network) based Digital acoustic and communicaion devices. It assumed that LBT device(ZigBee) and FH devices(DCP, RFID and Bluetooth) coexist in the common frequency band for WPAN based Digital acoustic and communicaion devices. Frequency hopping (FH) and listen before talk (LBT) have been used for interference avoidance in the short range device (SRD) The LBT system transmits data after searching for usable frequency bandwidth in the radio wave environment. However, the FH system transmits data without searching for usable frequency bandwidth. The queuing theory is employed to model the FH and LBT system, respectively. As a result, the throughput for each channel was analyzed by processing the usage frequency and the interval of service time for each channel statistically. When common frequency bandwidth is shared with SRD using 250㎽, is was known that about 35 channels were required at the condition of throughput 84%, which was determined with the input condition of Gaussian distribution implying safety communication. Therefore, the common frequency bandwidth is estimated with multiplying the number of channel by the bandwidth per channel. These methodology will be useful for the efficient usage of frequency bandwidth.

무선기기간 간섭확률분석의 Intra-Wireless 선박 통신 적용

김성권(Seong-Kweon Kim),김동호(Dong Ho Kim),이성로(Seong Ro Lee) 한국통신학회 2013 韓國通信學會論文誌 Vol.38 No.4(융합기술)

본 논문에서는 SEAMCAT(Spectrum Engineering Advanced Monte-Carlo Analysis) 시뮬레이터를 이용하여, 해상환경을 가정한 전파간섭 배제 조건으로, 전파응용설비와 ISM대역을 사용하는 소출력 무선기기와의 거리 및 밀도에 따른 간섭 시나리오 및 전파 간섭 시뮬레이션 방법론을 제안하였다. 선박 내에서 사용하는 전파응용설비와 소출력 무선기기 등과의 전파간섭 문제는 각 시스템의 안정성을 열화시킬 수 있으며, 선박상황을 고려하면 안전성과 직결되므로, ISM 대역에서 사용되는 무선설비의 간섭확률 분석은 필수적이라고 할 수 있다. 제안된 시뮬레이션 방법에 따른 시나리오를 적용한 13.56MHz ISM 대역에서의 거리 시나리오 시뮬레이션 결과, 희생원이 RFID인 경우와 모형기기인 경우 각각 4.7m 이상, 2.7m 이상의 동종 기기간 이격 거리를 가질 경우 간섭 영향이 최소화되었다. 제안된 간섭 시나리오 및 시뮬레이션 방법은 향후 선박 내에서의 ISM대역의 간섭확률 분석 및 규제 정책에 기여 할 것으로 기대된다. In this paper, we consider an interference scenario and interference simulation method of intra-wireless vessel communications using SEAMCAT (Spectrum Engineering Advanced Monte-Carlo Analysis) simulator. The interference between electromagnetic equipment and low power radio apparatus can deteriorate a stability of vessel system and it is necessary to analyze the interference probability between radio devices. The proposed simulation method in the 13.56MHz ISM frequency band shows that the interference effect can be minimized when the distance between the devices is greater than 4.7m and 2.7m in case that the victim receiver (VR) are RFID and remote control(RC) toy, respectively. The proposed interference scenario and simulation method are expected to be helpful in the interference probability analysis and regulation policy in the ISM frequency band.

Mo/SiO₂/Si(100)기판 위에 MOCVD법으로 성장시킨 AIN박막이용 GHz대역의 FBAR제작에 관한 연구

양충모,김성권,차재상,박구만,Yang, Chung-Mo,Kim, Seong-Kweon,Cha, Jae-Sang,Park, Ku-Man 한국조명전기설비학회 2006 조명·전기설비학회논문지 Vol.20 No.4

본 논문에서는 $Mo/SiO_2/Si(100)$ 기판 위에 MOCVD(Metal-Organic-Chemical-Vapor Deposition)법을 이용하여 C축 방향으로 성장시킨 AIN(Aluminum Nitride) 박막을 이용하여 GHz대역 무선 통신에서 사용할 수 있는 FBAR(Film-Bulk-Acoustic Resonator)을 제작하였다. 제작된 공진부의 공진주파수와 반공진주파수는 각각 3.189[GHz]와 3.224[GHz]으로 측정되었으며, Q값(Quality Factor)과 유효한 전기기계 결합계수(${k_{eff}}^2$)는 각각 24.7과 2.65[%]로 평가되었다. AIN의 증착(Deposition) 조건은 $950[^{\circ}C]$의 기판표면(Substrate) 온도, 20Torr의 압력, 25000의 N/Al의 V/III비로 증착하였다. $4{\times}10^{-5}[\Omega{cm}]$의 Mo 하부전극 고유저항과 $Mo/SiO_2/Si(100)$ 기판 위에 AIN(0002) FWHM(Full-Width at Half-Maximum) 4를 갖는 C축 방향성의 AIN 박막을 성공적으로 성장시켰다. 따라서 증착된 AIN박막의 FWHM값은 GHz대역 무선 통신용 RF(Radio Frequency) 밴드 패스 필터 설계에 유용하게 사용될 것이다. In this paper, it is reported that film-bulk-acoustic resonator with high c-axis oriented AIN film on $Mo/SiO_2/Si(100)$ using metal-organic-chemical-vapor deposition was fabricated. The resonant frequency and anti-resonant frequency of the fabricated resonator were observed with 3.189[GHz] and 3.224[GHz], respectively. The quality factor and the effective electromechanical coupling coefficient(${k_{eff}}^2$) were measured with 24.7 and 2.65[%], respectively. The conditions of AIN deposition were substrate temperature of $950[^{\circ}C]$, pressure of 20Torr, and V-III ratio of 25000. A high c-axis oriented AIN film with $4{\times}10^{-5}[\Omega{cm}]$ resistivity of Mo bottom electrode and $4[^{\circ}]$ of AIN(0002) full-width at half-maximum(FWHM) on $Mo/SiO_2/Si(100)$ was grown successfully. The FWHM value of deposited AIN film is useful for the RF band pass filter specification for GHz-band wireless local area network.