센서노드용 RF 송수신기의 설계 파라미터

강상기,최홍택,Kang, Sang-Gee,Choi, Heung-Taek 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.5

USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용한 많은 시범사업들이 진행되었으며, 최근에는 환경감시 분야에서 활용이 많은 관심을 받고 있다. USN의 센서노드로부터 정보를 획득하기 위해서는 RF 송수신기가 반드시 필요하다. 본 논문은 IEEE 802.15.4의 규격을 만족하면서 2.4GHz 대역에서 동작하는 센서노드용 RF 송수신기의 설계에 대해서 기술한다. 본 논문에는 구현하려는 송수신기의 구조와 IEEE 802.15.4의 요구 규격이 기술되어 있으며, 이 규격으로부터 도출된 RF 송수신기의 설계 파라미터로써 수신기의 잡음지수, 필터의 선택도, 주파수합성기의 위상잡음, 송신기의 선형성과 스펙트럼 마스크가 기술되어 있다. Many pilot projects are developed using USN(Ubiquitous Sensor network). Recently USN has more attention to be used for the applications of circumstance monitoring. In order to acquire information from sensor nodes, sensor nodes need a RF transceiver. In this paper we describe the design of a RF transceiver, based on IEEE 802.15.4, for sensor nodes operating in 2.4GHz frequency band. The architecture to be implemented and the electrical performance specifications satisfied IEEE 802.15.4 are presented. The noise figure of a receiver, selectivity, phase noise of a frequency synthesizer, transmitter's linearity and spectrum mask are derived as a design parameters from the specifications of IEEE 802.15.4.

900MHz 대역의 LR-WPAN에 의한 간섭영향 분석

강상기,Kang, Sang-Gee 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.2

IEEE 802.15.4로 알려진 LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)은 현재까지 발표된 시스템 규격 중에서 가장 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 구현하기 적합한 시스템으로 인식되고 있다. 본 논문에서는 LR-WPAN이 900MHz 대역에서 이용되는 경우, 타 시스템에 미치는 간섭 영향을 시뮬레이션하였다. 국내의 900MHz 대역 주파수 이용 현황을 고려해보면, LR-WPAN이 RFID/USN으로 할당된 주파수를 공유해서 이용하는 것을 생각해볼 수 있다. LR-WPAN이 RFID/USN 대역을 공동으로 이용하는 경우에 대한 간섭 시뮬레이션 결과, CT1과 RFID에 미치는 간섭 확률은 각각 2.5%와 2.1%로 계산되었으며, 공공통신에 미치는 간섭영향이 없기 위해서는 약 100m 이상의 보호거리가 필요한 것으로 계산되었다. LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network) hewn as IEEE 802.15.4 is considered as one of the most suitable specifications published until now to accomplish USN(Ubiquitous Sensor Network). In this paper we simulate interference effects to other systems if LR-WPAN will be used in 900MHz. In considering the current usage situation of 900MHz frequency band, we can think LR-WPAN shares the frequency band of $908.5{\sim}914MHz$ assigned for RFID/USN. The simulation results of the case of LR-WPAN and RFID/USN sharing the frequency band show that the probability of interference of LR-WPAN to CT1 and RFID is 2.5% and 2.1%, respectively. In order to avoid interference effects to public communications, simulations results show that the protection distance of about loom is needed.

센서노드용 RF송수신기의 구현

강상기,최흥택,Kang, Sang-Gee,Choi, Heung-Taek 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.6

교량감시, 문화재감시, 하천감시, 노약자보호, 도시관제 및 환경감시 등 많은 분야에서 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용한 서비스가 시작되고 있고, USN을 구현하기 위해서는 RF 송수신기가 반드시 필요하다. 본 논문은 2.4GHz 대역에서 동작하는 센서노드용 RF 송수신기의 설계 및 제작에 대해서 기술한다. RF 송수신기의 설계과정으로 AGC의 범위 설정과 송수신기의 설계 과정이 기술되어 있다. 또한 설계된 RF 송수신기를 제작하여 성능을 시험하였으며, 수신감도, 동작범위, 주파수 안정도, 위상잡음, 송신전력, 송신대역평탄도와 스펙트럼 마스크의 측정 결과가 기술되어 있다. USN(Ubiquitous Sensor Network) is used to provide many services such as bridge monitoring, cultural properties monitoring, river monitoring, protection of an old and feeble person, management and control of a city and circumstance monitoring, etc. A RF transceiver is needed for implementing USN. In this paper the implementation and the design of a RF transceiver for sensor nodes operating in 2.4GHz frequency band are presented. The design procedure of AGC, a receiver and a transmitter is described. And the performance of the implemented RF transceiver is also tested. The test results of receiver sensitivity, receiver dynamic range, frequency stability, phase noise, output power of transmitter, flatness and spectrum mask are presented.

M/W 중계기용 아날로그 Predistorter의 설계 및 구현

강상기,유준규,장대익,Kang, Sang-Gee,Ryu, Joon-Gyu,Chang, Dae-Ig 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.1

M/W 주파수 변환 중계기는 송신 궤환 신호에 의한 발진 가능성이 적고, 가시거리 통신을 하기 때문에 타 시스템에 대한 간섭도 적다. 때문에 도서 지역 등에 기지국 신호를 전송하는 경우에 M/W 중계기를 많이 이용한다. 본 논문에는 이동통신 M/W 주파수 변환 송신기에 적용 가능한 아날로그 predistorter의 설계와 구현에 관한 내용이 기술되어 있다. 본 논문에서 이용한 M/W 주파수 변환 송신기는 1010+/10 MHz의 신호를 11GHz 대역으로 주파수 변환해서 전송한다. 11GHz 대역에서 predistorter를 구현하기는 매우 어렵기 때문에 논문에서는 IF 대역인 1010MHz 대역에서 동작하는 predistorter를 구현하였다. 이와 같은 IF 대역에서 동작하는 predistorter는 IF 단 이후의 전체 송신기를 선형화 하는 효과가 있다. Predistorter의 성능 실험 결과 M/W 주파수 변환 송신기가 10.805GHz에서 25dBm을 출력 할 때 10dB의 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)이 개선됨을 확인하였다. The probability of an oscillation occurrence in M/W frequency conversion repeaters is low on account of the different operating frequency of the input and output signals. The probability of interference caused by the M/W frequency conversion repeaters to other systems is also low because the systems are used in the line-of-sight. Therefore M/W frequency conversion repeaters are generally used for retransmitting the signal received from base station to the islands. This paper describes the design and implementation of analog predistorter for M/W frequency conversion repeaters in mobile communications. The M/W repeaters convert IF frequency of 1010+/-10MHz to RF frequency of 11GHz. A predistorter can be designed for the M/W repeater operating in either IF or M/W frequency. In this paper IF predistorter operated in 1010MHz is designed and implemented because a M/W predistorter operated in 11GHz is difficult to implement. The IF predistorter can linearize RF modules in the repeater followed by IF stages. The performance test results show that the implemented analog predistorter improves ACPR of 10dB at the output power of 25dBm with the signal frequency of 10.805GHz.

효율적인 주파수 이용을 위한 주파수 공유 방법

강상기,황택진,Kang, Sang-Gee,Hwang, Taek-Jin 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.8

최근에 ZigBee, Bluetooth, RFID(Radio Frequency Identification)와 같은 근거 리 무선통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이와 같은 시스템들은 대부분 소출력무선기기들이다. 미래에는 개인을 중심으로 하는 WPAN(Wireless Personal Area Network)을 위해서 더 많은 소출력 무선기기들이 출현할 것이며, 간섭저감기술은 소출력무선기기들이 한정된 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위한 필수 기술이 될 것으로 예상된다. 본 논문에서는 두 가지의 주파수를 공유 방법을 고려하였다. 첫 번째는 이미 특정 시스템에 할당된 주파수를 공유하는 경우이고, 두 번째는 새로운 주파수대역을 할당하는 경우이며, 이 두 가지 경우에 대한 효율적인 주파수 공유 방법을 연구하였다. 첫 번째 방법으로 주파수출 공유하는 경우의 한 가지 예로서 ZigBee, RPID, DCP(Digital Cordless Phone) 및 Bluetooth가 특정 주파수대역을 공유하는 경우 주파수 공유 조건을 검토하였다. 그리고 두 번째 공유 방법에서는 서로 다른 간섭저감기술을 사용하는 통신시스템에 대해서 공평한 신호 방사조건을 유지하기 위한 balancing factor의 개념을 제안하였으며, FH(Frequency Hopping) 시스템을 기준으로 하는 경우 LBT(Listen Before Talk)는 0.9, DS (Direct Spreading)은 0.8의 balancing factor를 이 용하면, 이들 간섭저감기술들 사이의 방사조건을 비슷하게 유지 할 수 있기 때문에 전체적으로 더 많은 시스템이 주파수를 공유할 수 있음을 보였다. Recently many short-range transceiver systems, such as ZigBee, Bluetooth and RFID(Radio Frequency Identification), have been developed. These systems are mostly low-power transceivers. In the near future many more low-power transceivers are appeared for WPAN(Wireless Personal Area Network) and interference mitigation technologies are necessary to the low-power transceivers for using frequency resources efficiently. In this paper we consider two methods for sharing frequency resources. The first case is that a frequency band previously assigned fer a certain system is shared and the second case is that the white frequency band is shared. We study the method and conditions for sharing frequency resources in the above two cases. When a frequency band is shared with ZigBee, RFID, DCP (Digital Cordless Phone) and Bluetooth as an example for the first case, the sharing conditions are investigated and the results are presented. We propose a balancing factor to maintain an equal transmitting conditions between systems having a different interference mitigation technique. In the interference simulation we use FH(Frequency Hopping) as a reference system and 0.9 of a balancing factor for LBT(Listen Before Talk) and 0.8 for DS(Direct Spreading). From the simulation results we know that a balancing factor reduces interference probability therefore many more systems can be operated in the same frequency bands compared with the case without using a balancing factor.

대칭형 결합선로를 이용한 BPF의 설계 및 구현

강상기,최홍택,이재명,Kang, Sang-Gee,Choi, Heung-Taek,Lee, Jae-Myung 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.7

마이크로스트립 인터디지털(interdigtal) 여파기는 공진기의 폭, 길이, 공진기 사이의 간격과 탭의 위치로 설계하는데, 설계파라미터의 수를 줄이는 것이 구현 측면에서 유리하다. 본 논문에서는 마이크로스트립 인터디지털 여파기의 설계파라미터 중에서 공진기의 폭을 고정시킨 것과 서로 다른 폭을 갖는 두 종류의 여파기를 국내 UWB(Ultra Wide-Band) 주파수 대역에서 설계 및 구현하였다. 여파기의 성능 측정 결과 공진기의 폭을 고정한 low-band high 여파기의 삽입손실은 1.49dB, -10dB 대역폭은 750MHz였고, 4.8GHz에서 -35.7dB의 감쇄특성을 가졌으며, S11은 -13dB 이하로 측정되었다. 공진기의 폭이 서로 다른 low-band 여파기는 삽입손실 1.6dB, -10dB 대역폭은1.63GHz로 측정되었고, S11은 -8dB 이하로 측정되었다. Microstrip interdigital filter is designed with the width and length of a resonator, the gap distance between resonators and the location of a tap. When designing filters, it is a benefit to design with few design parameters comparing to many design parameters. In this paper we design and implement two microstrip interdigital filters operating in the UWB(Ultra Wide-Band) frequency band, one using a fixed width of a resonator and the other using a different width of resonators. The test results of the implemented filters show that the low-band high filter with a fixed width has the insertion loss of 1.49dB, -10dB band width of 720MHz, -35.7dBattenuation at 4.8GHzand below -13dB of S11. The filter with a different width of resonators has the insertion loss of 1.6dB, -10dBbandwidth of 1.63GHz and below-8dBof S11.

TDD 시스템에서 송수신 격리도 향상 방법

강상기,Kang, Sang-Gee 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.1

TDD 시스템에서는 스위치나 써큘레이터를 이용해서 송수신 경로를 구분한다. 송수신 경로의 격리도가 낮은 경우 송신신호는 수신기에 간섭원으로 작용하며, 수신기의 성능을 악화시킨다. 본 논문에서는 TDD 시스템에서 송신 경로와 수신 경로 사이에 높은 격리도를 갖는 방법을 제안한다. 또한 논문에서 제안한 격리도 향상 방법의 타당성을 검증하기 위해서 제안한 격리도 향상 모듈을 제작하였고, 제작된 격리도 향상 모듈의 특성을 시험하였다. 특성 시험 결과 제작된 격리도 향상 모듈은 30MHz 대역폭에서 44.8dB 이상의 격리도 향상이 있음을 확인하였다. A switch or circulator is used for distinguishing between the paths of transmitter and receiver in TDD systems. If the isolation between Tx and Rx paths is low in TDD systems, the output signal of the ransmitter acts as an interferer to the receiver even if the transceiver operates on the receiver mode. In this paper we propose a method to get high isolation characteristics between transmitting and receiving paths in TDD systems. We implement the module with a proposed improving method to verify the effect of the isolation improvement and the experimental results are presented. The isolation improvement of above 44.8 dB over the frequency bandwidth of 30 MHz is obtained from the implemented isolation improvement module.

UWB BPF의 설계 및 구현

강상기,이재명,홍성용,Kang, Sang-Gee,Lee, Jae-Myung,Hong, Sung-Yong 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.5

최근 통신용 UWB에 대한 주파수할당과 기술기준이 완료됨에 따라서 UWB 시스템에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 우리나라의 경우 low band로 $3.1{\sim}4.8GHz$와 high band로 $7.2{\sim}10.2GHz$를 통신용 UWB 시스템에 할당하고 있으며, 현재의 RF 부품 기술과 제품 구현의 용이성을 고려하면 low band를 많이 이용할 것이다. 본 논문에서는 제품 구현의 용이성을 고려해서 low band를 이용하는 통신용 UWB 시스템을 위한 interdigital BPF를 설계 및 제작하였다. BPF는 low band 대역 필터와 low band 채널필터를 설계 및 제작하였다. 성능 측정 결과 low band 대역 필터는 3.1GHz와 4.8GHz에 서 각각 21.85dB와 17.91dB의 감쇠 특성을 가지며, -10dB 대역폭은 1.53GHz, 삽입 손실은 2dB이었다. Low band 대역은 500MHz 대역폭으로 3개의 채널이 할당 가능하며, 구현한 low band의 1번 채널필터는 3.1GHz에서 24.85dB의 감쇠 특성, -10dB 대역폭은 0.61GHz, 삽입 손실은 1.87dB로 측정되었다. Low band의 3번 채널필터는 4.8GHz에서 19.2dB의 감쇠특성을 가지며, 10dB 대역폭은 0.49GHz이고 2.49dB의 삽입 손실은 갖는다. Recently the frequency assignment and the technical specifications of UWB systems for communications are completed. Therefore many UWB systems have been developed. In our country $3.1{\sim}4.8GHz$ and $7.2{\sim}10.2GHz$ are assigned for UWB systems for communications. When we consider RF technologies and the easy implementation of UWB systems, UWB systems used in the low band are more developed than high band systems. In this paper we design and implement a BPF for low band UWB systems by means of considering the easy implementation of UWB systems. The designed and implemented BPFs are low band filter and low band channel filters. The measured results of the low band filter show that the filter has 21.85dB and 17.91dB attenuation at 3.1GHz and 4.8GHz, 1.53GHz of -10dB bandwidth and 2dB of insertion loss. Low band can be divided into 3 channels with 500MHz of the channel bandwidth. The channel filter for channel number 1 has the characteristics of 24.85dB attenuation at 3.1GHz, 0.61GHz of -10dB bandwidth and 1.87dB of insertion loss. The filter for channel 3 in low band has 19.2dB of attenuation at 4.8GHz, 0.49GHz of -10dB bandwidth and 2.49dB of insertion loss.

UWB용 카오스 오실레이터의 설계 및 구현

강상기,Kang, Sang-Gee 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.12

카오스 발진기는 광대역의 신호를 발생시킬 수 있으며, 발진기의 출력 신호는 스위치를 사용해서 on/off 하더라도 스펙트럼 특성이 변하지 않는다. 통신시스템에서 카오스 발진기를 이용하면, 송수신기에서 국부발진기, 믹서 등의 사용이 필요없기 때문에 전력 소모도 적고 시스템이 간단해지는 장점이 있다. 본 논문에는 UWB 시스템용 카오스 발진기의 설계, 구현 및 시험 결과가 기술되어 있다. 본 논문에서 제작된 카오스 발진기의 출력은 3.4GHz의 중심주파수에서 500MHz의 채널대역폭에 -8.11dBm의 출력전력을 가지며, -10dB 대역폭은 약 470MHz 이었다. Chaotic oscillators can generate wide-band signals and the spectrum characteristics of the wide-band signals are not changed by switching on and off the output power of the oscillators. When communication systems use a chaotic oscillator, the communication system need not a local oscillator and a mixer used in conventional transceivers. Therefore the configuration of a communication system using a chaotic oscillator is simple and have the characteristics of low-power consumption. In this paper we design and implement a chaotic oscillator. And the test results of the implemented chaotic oscillator for UWB systems are presented. The implemented chaotic oscillator has -8.11dBm of the output power with 500MHz channel bandwidth at 3.4GHz of the center frequency and has about 410MHz of -10dB bandwidth.

DTV 중계기의 궤환신호의 영향

강상기,Kang, Sang-Gee 한국정보통신학회 2006 한국정보통신학회논문지 Vol.10 No.10

동일채널 중계기(OCR:On channel repeater)는 동일한 주파수를 갖는 입출력 신호를 사용하기 때문에 주파수 재이용 효율이 높다. 반면에 입출력 신호의 주파수가 같기 때문에 발진 가능성도 높다. 중계기에서 신호의 궤환은 입출력 안테나 사이의 결합(Coupling)등에 의해서 발생되며, 중계기가 발진하는 것을 억제하기 위해서는 중계기의 이득 보다 입출력 안테나 사이의 격리도를 크게 유지해야 한다. 본 논문에서는 비재생 동일채널 중계기(Non-regeneration OCR)에서 궤환신호의 크기, 위상 및 시간지연이 비재생 동일채 널 중계 기의 특성에 미치는 영향을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과 중계기의 이득과 격리도가 같은 경우 발진 확률이 가장 크며, 궤환신호의 위상을 조절함으로써 협대 신호를 처리하는 비재생 중계기의 경우 발진가능성을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 시간지연이 증가함에 따라서 특정 주파수 대역에서 중계기의 이득의 변화와 발진 가능성이 증가하였다. 또한 논문에서는 궤환신호의 크기와 위상이 비재생 및 재생(Generation) 중계기에 미치는 영향을 시험하였는데, 시험 결과 8-VSB 신호가 잡음 신호보다 $17{\sim}18dB$ 이상 큰 경우 8-VSB 신호를 수신할 수 있었다. 비 재생 중계기의 경우 궤환신호의 위상이 중계기의 특성에 영향을 주었으며, 격리도가 중계기의 이득보다 $11.75{\sim}13.75dB$ 정도 큰 경우에는 궤환신호의 위상에 따라서 8-VSB 신호의 수신 가능 여부가 결정되었고, 이 경우 궤환신호의 위상이 $48^{\circ}$ 또는 $347^{\circ}$일때 8-VSB 신호를 수신하지 못하였다. 재생 중계기의 경우 궤환신호의 위상이 8-VSB신호의 S/N에 미치는 영향이 나타나지 않았으나, 궤환되는 신호의 크기는 중계기의 특성에 영향을 주었다. 재생 중계기의 경우에는 원하는 수신신호 보다 $12.6{\sim}13.6dB$정도 큰 궤환신호가 입력되는 경우 8-VSB 신호를 수신하지 못하였으며, 그 이유는 궤환신호에 의해서 중계기의 초단부가 포화되기 때문인 것으로 판단된다. OCR(On channel repeater) provides the high frequency reuse efficiency for allocating frequency bands to repeaters because the frequency of input and output signals of OCRs is the same. However the oscillation probability of OCRs is high due to the same input and output frequency. In order to prevent a repeater from oscillating, we must keep the antenna isolation higher than the gain of the repeater with a some margin. In this paper we simulated the effects of the amplitude, phase and time delay of feedback signals (m the characteristics of non-regeneration OCR. Simulation results show that the highest probability of oscillation is occurred when the gain of a repeater is the same value of the isolation. From the simulation results, we know that the phase of feedback signals can be adjusted to reduce the possibility of oscillation if a non-regeneration repeater has a narrow operation bandwidth or a signal bandwidth is narrow. As the time delay increases, the probability of oscillation and the fluctuation of gain over a certain frequency band increase also. The effects of the amplitude and phase of feedback signals on S/N of 8-VSB signal for generation and non-generation repeater were tested. The measured results show that the set-top can receive 8-VSB signal when the received signal power is $17{\sim}18dB$ higher than the noise power. When the isolation is almost same as the gain of the repeater, then the set-top can not receive 8-VSB signals due to the oscillation of the repeater. And the phase of feedback signals affects S/N at the output of the repeater when the isolation is $11.75{\sim}13.75dB$ larger than the gain of the repeater. In this case the set-top can not receive 8-VSB signal of at $48^{\circ}\;and\;347^{\circ}$ of the phase of feedback signals. However the phase of feedback signals can not affect the S/N of 8-VSB signals of the generation repeater because of the demodulation and modulation process of the generation repenter. The set-top can not receive 8-VSB signals when the amplitude of feedback signals is $12.6{\sim}13.6dB$ larger than the wanted signal power at the input port of the repeater. It's because that the amplitude of feedback signals saturates the front end of the repeater.