B-WLL용 단말기에서 상향 모뎀의 구현에 관한 연구

최승남 전남대학교 대학원 2000 국내석사

최근 급속도로 증가하고 있는 멀티미디어 서비스를 위한 광대역성 및 쌍방향 전송이 가능한 B-WLL(Broadband Wireless Local Loop : 광대역 무선 가입자망) 시스템에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 국내에서는 1999년 6월에 B-WLL 사업자로 한국 통신, 하나로 통신, 데이콤을 선정하였고 2000년에 시범 서비스를 제공할 계획이다. 이에 본 논문에서는 DAVIC 1.4 표준에 따른 B-WLL 용 상향 모뎀의 송수신 시스템을 살펴보고 전산모의실험을 통하여 단말기용 상향 모뎀의 구조를 결정하였다. 상향 모뎀의 변조방식은 BPSK, QPSK, DQPSK 이고 연속 모드와 버스트 모드로 데이터를 전송할 수 있다. 입력 데이터인 ATM 셀은 스펙트럼 성형을 위해 랜덤화되고, RS(63, 53) 부호화기를 통해 10 바이트 검사부호가 붙는다. 그리고 동기를 위한 4 바이트 프리앰블과 가입자 간의 전송 지연 차이로 인한 패킷의 충돌을 방지하기 위해 1 바이트 보호시간을 둔다. 이렇게 하여 상향링크의 시간 슬롯 구조는 총 68 바이트로 이루어진다. 상향 모뎀은 전송신호를 4배 오버샘플링하고 초과대역폭이 0.3인 제곱근 상승 코사인 필터를 사용하여 펄스 성형한다. 이 필터는 폴리페이즈 구조를 갖는 FIR 필터로 구현이 된다. 상향 모뎀은 고정된 마스터 클럭을 한 개만 사용하고 채널 대역폭에 따른 가변 심볼전송률이 가능하도록 보간 필터를 사용하여 심볼의 샘플률이 마스터 클럭 속도와 맞도록 샘플 개수를 올린다. 그리고 보간 필터를 거친 신호를 IF 대역으로 옮기기 위해서 45˚ LUT을 갖는 디지털 주파수 합성기인 NCO를 사용한다. 상향 모뎀의 마스터 클릭은 하향 모뎀의 클럭으로부터 만들어지고, 상향 모뎀에서 사용되는 비트 클럭, 심볼 클럭은 고정된 마스터 클럭으로부터 만들어지는 게이트 클럭이다. 모뎀의 각 블록들을 제어하거나 테스트하기 위해서 필요한 레지스터들을 모다 놓은 레지스터 파일은 마이크로프로세서를 통하여 외부와 인터페이스할 수 있도록 되어 있다. 본 논문은 위와 같은 B-WLL에서 단말기용 상향 모뎀의 구조를 결정하고 전산모의실험을 통하여 하드웨어 구현을 위한 비트 할당을 하였다. 이를 바탕으로 송신용 상향 모뎀을 ASIC으로 구현하여 구현된 칩을 상용화할 수 있다. Recently, there are a lot of studies about B-WLL system that is able to provide multimedia services because of its broadband and bi-directional communication. In Korea at June 1999, Korea Telecom, Hanaro Telecom, and Dacom have been selected as a B-WLL service provider and they are going to provide preliminary service in 2000. Thus in this paper, B-WLL upstream system is explained based on DAVIC 1.4 standard and the transmitter structure of upstream modem will be decided by the result of simulation. The modulation method of upstream modem is BPSK, QPSK, or DQPSK and a data can be transmitted in continuous mode or burst mode. ATM cell, input data of upstream, is randomized for spectral shaping and 10bytes parity is appended to the ATM cell after RS (63, 53) encoder. In addition, 4bytes preamble for its synchronization and 1byte guard for preventing the packet's collision because of the difference of transmission delay between subscribers are appended The time slot structure of upstream is 68byte length. The transmission symbols are oversampled four times and are pulse-shaped through the square root raised cosine filter with excess bandwidth 0.3. This filter is implemented on polyphase structure. The upstream modem uses a fixed master clock and a interpolation filter for increasing the sample rate to master clock rate. And it must provide variable symbol rates according to the upstream channel bandwidth's variety. After the interpolation filter, NCO, a digital frequency synthesizer, is used to translate the signals into an Intermediate Frequency in the upstream modem. The master clock of the upstream modem is generated from the clock of downstream modem, the bit clock and the symbol clock of upstream modem are gate clocks generated from a fixed master clock. The register file that is composed of register values is used to control or test the each block of upstream transmitter and it is interfaced with a microprocessor. In this paper, the upstream modem structure for network interface unit of B-WLL has been decided and the modem's bits have been assigned for the hardware implementation. Based on above results, the upstream modem for transmission can be implemented and commercialized as an ASIC chip.

56kbps 모뎀을 통한 온라인 서비스 접속에 따른 문제점 및 개선방안에 관한 연구

범현자 서강대학교 정보통신대학원 1999 국내석사

MRI 용 고속 디지털 모뎀의 송신기 설계 및 구현

양문환 전남대학교 대학원 2001 국내석사

인체의 특정부위에 대한 원소별 공영주파수를 이용해 그 부위의 3차원 영상과 데이터를 측정할 수 있는 MRI는 최신 영상기법과 다양한 스케닝 방식, 그리고 디지털 신호처리 기술을 적용하여 선명한 인체의 영상정보와 최적의 솔루션을 제공하고 있다. 따라서 MRI의 모뎀(송신기와 수신기)도 이러한 기술들을 적용할 수 있는 고속 디지털 모뎀이 요구되고 있다. 본 논문에서는 현재 대부분의 국내 병원에서 사용하고 있는 1.0T뿐만 아니라 3.0T 이상의 MRI에서도 사용가능하고 다종 핵 시스템을 지원할 수 있는 디지털 모뎀을 설계하고 이에 따른 송신기의 요구사항을 소개한다. 디지털 모뎀의 송신기에서는 최신 영상 기법을 적용할 수 있도록 RF 주파수 범위가 충분해야 하고, 선명한 영상을 지원하기 위해 DUC(Digital Up Converter)와 DAC(Digital to Analog Converter)의 비트 수를 증가하여 파형 해상도와 주파수, 위상 해상도를 충분히 높여야 한다. 특히 DUC는 FM과 PSK를 수행할 수 있게 하고 NCO와 곱셈기를 원칩으로 구현하며 이를 FPGA를 이용해 제어할 필요가 있다. 또한 3.0T이하의 모든 자장 강도, 모든 원소에서 작동하도록 주파수 합성기의 사용이 요구되고, 동일한 BPF를 사용할 수 있도록 IF를 고정해야 한다. 송신기는 CPC-P 인터페이스 블록, DUC & DAC 블록, RF 블록, MCU 블록, 그리고 주파수 발생부와 전원공급부 등으로 구성된다 MRI용 디지털 모뎀의 1차 변조는 각각 32비트의 주파수 해상도와 16비트의 위상 해상도를 가지는 NCO(Numerically Controlled Oscillator)를 이용하여 파형과 곱셈 연산을 수행하는데 이를 원 칩 DUC를 이용해 완전 디지털로 구현하고, 2차 변조는 국부 발진기를 이용하여 고정된 주파수를 발생시킨 후 혼합기(mixer)를 통해 AM변조를 한다. 국부 발진 주파수는 자장강도(0.3T, 1.0T, 1.5T, 3.0T)에 따라, 그리고 인체 원소(¹H, ^31P, ^23Na, ^13C)에 따라 달라진다. FPGA를 이용해 설계한 CPC-P 인터페이스 FPGA와 주소 디코딩 FPGA의 설계 방법을 기술하였다. CPC-P 인터페이스 FPGA는 CPC-P 인터페이스 부분과 DUC 제어부분을 원 칩 FPGA에 통합하였다. 35비트 명령 셋을 가지는 CPC-P데이터는 MSB 3 비트의 어드레스 디코더를 이용해, 클럭 데이터는 주파수 합성기에 보내고, 주파수와 위상 정보는 FPGA를 통해 다중화되어 DUC의 NCO로 공급되며, 파형의 진폭정보는 바로 DUC로 공급된다. DUC와 DAC의 동작 주파수는 Matlab을 통한 모의 실험을 통해 35MHz의 클럭을 사용하기로 한다. 70MHz, 53MHz, 35MHz의 3가지 동작 주파수에 따른 파형의 스퓨리어스를 필터링 전후에 따라 비교한 결과 35MHz가 주파수 합성기의 출력인 70MHz의 절반으로 생성이 용이하고. 주파수가 낮을수록 DUC의 NCO해상도가 높아지기 때문이다. 따라서 35MHz 클럭을 사용할 경우 주파수 해상도는 35M/2^32 = 0.008Hz, 위상 해상도는 360/2^16 = 0.0055° 로써 MRI 영상을 지원하기에 충분한 해상도를 갖추게 된다. 이러한 조건들을 고려하여 디지털 모뎀의 송신기와 수신기의 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board : PCB)을 제작하고 PC 인터페이스와 MRI 시스템의 연동 테스트를 통해 동작의 이상을 검증하였으며, 이를 최신영상기법을 통해 최종적으로는 상용화할 수 있도록 할 것이다. MRI that can measure the 3-D image and the information of body using resonance frequency of specified body region provides clear images and the best solutions applying brand-new imaging methods, various scanning skills and DSP techniques. So modem(transmitter and receiver) for MRI also requires high-speed digital modem that can apply these techniques. We designed digital modem that can support not only multi-nuclei System, but also 1.0T, 3.0T and less. We introduce requirements for designing transmitter of high speed digital modem for MRI spectrometer. Transmitter should have sufficient RF frequency range to apply new imaging methods and enhance the resolution of frequency, phase and RF pulse shape by increasing the number of bit in DUC(Digital Up Converter) and DAC. Besides digital MRI modem should use frequency synthesizer to work at all body elements and all gradients of 3.0tesla and less and fix intermediate frequency to use only one band pass filter. The first modulation is done by multiplying pulse shape by NCO(Numerically Controlled Oscillator) outputs. NCO has input of 32-bit frequency resolution and 16-bit phase resolution, and output of 16-bit cosine wave. The first modulation can implement full digitally using one chip DUC. The second amplitude modulation(AM) uses mixer after synthesizing fixed local frequency We also introduce its top-level and mid-level architecture. The transmitter is composed of CPC-P interface block, DUC & DAC block, RIF block, frequency generation block, MCU block and power block. Especially, DUC and its control parts are studied in detail. CPC-P data with 35-bit instruction set decoded by MSB 3 address bits. Clock data are send to frequency synthesizer, frequency and phase information are send to NCO in DUC after multiplexing through FPGA. Shape data are send to DUC directly. CPC-P interface part and DUC control part was integrated to one chip FPGA. DUC and DAC can operate up to 52MHz and 100Msps, respectively. However we determined 35MHz as master clock through simulation using matlab. When we use 35MHz as clock, we can get frequency resolution of 35M/2^32=0.008Hz and phase resolution of 360/2^6=0.0055˚. We produced PCBs for transmitter and receiver considering these conditions and corrected the errors through PC interface and MRI system test. At finally we would adapt new imaging methods and then produce on a commercial scale.

선별적 패킷 전송 지연을 통한 모뎀의 전력 소모량 절감

박대동 서울대학교 대학원 2017 국내박사

스마트폰을 비롯한 생활 밀착형 모바일 장치에서 모뎀이 소모하는 전력량을 줄이고자 하는 노력들이 끊임없이 경주되고 있다. 이러한 모뎀의 전력 소모량 절감 방안에 대한 연구들은 주로 패킷 전송 지연 기법에 기반한다. 패킷 전송 지연 기법이란 모바일 장치에서 지연 전송이 가능한 패킷의 전송 요청이 발생하는 경우, 해당 패킷의 전송을 지연시켰다가 이후에 전송 요청된 패킷들과 함께 한 번에 전송하는 기법이다. 이 기법은 모뎀이 여러 개의 패킷을 긴 시간에 걸쳐 산발적으로 전송하는 것에 비해서, 같은 패킷들을 짧은 시간 동안 한꺼번에 전송할 때 훨씬 적은 양의 전력을 소모하는 특성을 가지고 있다는 점에 착안하여 개발된 기법이다. 기존 연구들은 패킷 전송 지연 기법을 모바일 장치의 다양한 동작 상황에서 효과적으로 적용하는 각기 다른 방안들을 제시한다. 그러나 스마트폰과 같은 최신 모바일 장치의 복잡한 동작 환경에서 모뎀의 무선 자원 제어 상태를 치밀하게 고려하지 않고 적용하는 패킷 전송 지연 기법은 오히려 예기치 못한 추가적인 전력 소모를 야기하기도 한다. 이 문제는 기존의 모뎀 전력 소모량 절감 기법들의 효용성을 크게 해침으로써 실제 산업에 적용되기 어렵게 만든다. 본 학위논문에서는 앞서 설명한 문제를 해결하기 위해 선별적 패킷 전송 지연 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 패킷 전송을 지연한 결과로 모뎀의 전력 소모량이 줄어들 것으로 예상될 때에만 선별적으로 패킷 전송을 지연한다. 이 기법의 핵심 골자는 패킷 전송 지연에 따른 전력량 이득 추산 모델이다. 이 모델은 모바일 장치에서 어떤 패킷의 전송 요청이 발생했을 때, 해당 시점의 모뎀의 무선 자원 제어 상태와 다음 번 패킷 전송 요청의 예상 발생 시점을 사용하여, 해당 패킷을 지연 전송하는 경우 모뎀의 전력 소모량이 어떻게 변화할지를 계산하는 모델이다. 제안하는 선별적 패킷 전송 지연 기법은 세 개의 핵심 컴포넌트들로 구성된다. 첫 번째는 지연 가능 패킷 판별기(Deferrable Packet Identifier)이다. 이 컴포넌트는 패킷 전송 요청이 발생했을 때, 해당 패킷의 전송 지연을 모바일 장치의 사용자가 인지할 수 있는지 여부를 사용하여 그 패킷의 지연 가능 여부를 판단한다. 두 번째는 패턴 기반 다음 패킷 예측기(Pattern-based Next Packet Predictor)이다. 이 컴포넌트는 사전 학습 단계와 온라인 적용 단계로 나누어 동작한다. 먼저 사전 학습 단계에서는 모바일 장치에서 수행되는 응용들의 패킷 전송 요청들을 모니터링하고, 이를 통해 각 응용의 패킷 전송 요청 패턴들을 도출한다. 이후 온라인 적용 단계에서는 도출된 패턴들을 사용하여 모바일 장치에서 다음 패킷 전송 요청이 언제 발생할지를 예측한다. 마지막 컴포넌트는 패킷 전송 시점 결정기(Packet Transmission Time Designator)이다. 이 컴포넌트는 패킷 전송 요청이 발생했을 때, 앞서 언급한 두 컴포넌트의 수행 결과와 패킷 전송 지연에 따른 전력량 이득 추산 모델을 사용하여 최종적으로 모뎀의 전력 소모량이 절감되도록 해당 패킷의 실제 전송 시점을 결정한다. 본 연구에서 제안한 기법의 효용성을 검증하기 위해서 실제 이동통신 네트워크망에 연결된 상용 스마트폰을 사용하여 다양한 실험을 수행하였다. 구체적으로, KT의 4세대 LTE 네트워크 망에 연결된 Google Nexus 5 스마트폰에 앞서 설명한 세 가지 핵심 컴포넌트들을 구현하고 실험적으로 모뎀의 전력 소모량 절감 효과를 평가하였다. 실험 결과, 제안된 기법을 적용함으로써 모뎀의 전력 소모량이 최대 22.5% 줄어드는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 본 논문에서 제안하는 패킷 전송 지연에 따른 전력량 이득 추산 모델과 이를 활용한 선별적 패킷 전송 지연 기법이 최신 모바일 장치에 탑재된 모뎀의 전력 소모량을 줄이는 실용적이고 효과적인 수단임을 보여준다.

주파수 가변 고속 디지털 MRI 모뎀의 설계와 구현

김용철 전남대학교 대학원 2002 국내석사

핵자기 공명 영상장치(MRI)는 인체의 특정부위를 구성하는 원소의 공명주파수를 이용해 그 부위의 3차원 영상과 데이터를 측정할 수 있다. 최근 눈부신 과학의 발전과 전자공학의 발달에 힘입어 핵자기 공명 영상장치(MRI)는 많은 발전을 거듭해 왔다. 더욱이 최신 영상기법과 다양한 스캐닝 방법, 그리고 디지털 신호처리기술이 적용되고 있으며 최근에는 고속이며 다종 핵(multi-nucleus) 적용이 가능한 제품을 개발하기 위해 노력 중이다. 본 논문은 "주파수 가변 고속 디지털 MRI 모뎀의 설계와 구현"에 관한 것으로써 다종 핵(multi-nucleus)과 여러 자장에 적용할 수 있는 모뎀을 설계하고 구현하는 것에 관한 것이다. 최근에는 국제적으로 핵자기 공명 영상장치(MRI)가 고속이면서도 고성능의 최신 영상기법을 사용하는바 이를 구현할 수 있는 고속의 디지털 모뎀의 개발이 요구된다. 또한 제품의 다양화를 이루기 위해서 0.3T, 1.0T, 1.5T, 3.0T의 모든 자장에서 사용할 수 있을 뿐만 아니라 ¹H, ³¹P, ²³Na, ¹³C 의 다종 핵(multi nucleus)에서도 사용할 수 있도록 주파수를 자동으로 변환시켜주는 주파수 가변형 디지털 모뎀이 요구되고 있다. MRI용 디지털 모뎀에 적용되는 RF 대역 통과 필터링 방법에는 고정형 대역 통과 필터를 이용하는 방식, 주파수 가변형 대역 통과 필터를 사용하는 방식 그리고 하모닉스(Harmonics)가 적게 발생하는 주파수 영역을 찾아서 원하는 신호를 찾는 QUC(Quadrature Up Converter)를 이용한 이중 혼합 방식 등이 있다. 우선 고정형 대역 통과 필터를 사용하는 방식은 신호를 원하는 주파수 대역에서 정확히 필터링 할 수 있지만 사용하고자 하는 주파수에 따라서 각각의 대역 통과 필터를 사용해야하므로 비용 면에서나 하드웨어로 구성할 때 많은 제약이 따른다. 주파수 가변형 대역 통과 필터를 사용하는 방식은 각 주파수로 대역 통과 영역이 컨트롤 신호에 의해 이동이 가능하므로 사용하고자 하는 주파수마다 필터를 사용할 필요가 없다. 하지만 넓은 대역은 이동하기 때문에 하모닉스 (Harmonics)나 스퓨리어스(Spurious)의 필터링 효과가 고정형 대역 통과 필터를 사용하는 경우보다 약간 덜하다. 마지막으로 QUC를 이용한 이중 혼합 방식은 스퓨리어스(Spurious)가 작은 대역을 사용하기 때문에 정교한 대역 통과 필터가 필요하지 않다. 하지만 스퓨리어스(Spurious)가 작은 대역을 찾아내야 하는 어려움이 있고 이 대역을 사용하기 위해 주파수 혼합기(Frequency Mixer)나 대역 통과 필터등을 주문 제작해야 하는 어려움이 있다. 본 논문에서는 위에서 제시한 3가지 방식의 타당성을 검증하기 위해 MATLAB을 사용하여 전산 모의 실험을 하였다. 그 결과 주파수 가변형 대역 통과 필터를 사용하는 방식이 필터링 결과가 타당하고 구성도 복잡하지 않아 이를 하드웨어로 구성하고 성능 평가 실험을 하였다. 실험 결과 메인 스펙트럼의 레벨이 하모닉스(Harmonics)나 스퓨리어스(Spurious) 성분에 비해 약 60~70dB정도 차이가 나는 것을 확인할 수 있었으며 MRI시스템에 적용이 가능함을 알 수 있었다. MRI can measure the clear 3-D image and the information of human body using resonance frequency of specified body region. Recently, MRI has been grown by a great development of science and electronics engineering. In addition engineers are making efforts for high speed MRI system using multi-nuclei, brand-new imaging methods, various scanning skills and DSP techniques. We have studied on "The Design and Implementation of Variable Frequency Digital Modem for High Speed MRI". In this paper, we designed and implemented the variable frequency digital modem for high speed MRI system that can support not only multi-nuclei(¹H, ³¹P, ²³Na, ¹³C) but also any magnetic intensity(0.3T~3.0T). We executed the simulation of fixed frequency digital modem using fixed band pass filter(BPF) , variable frequency digital modem using variable band pass filter(tunable filter) and variable frequency digital modem using double mixing applied to QUC(Quadrature Up Converter). First, the method using fixed band pass filter can exactly filter specific resonant frequency but it is needed many fixed band pass filter for multi-nuclei system. This cost a great deal and hardware implementation is difficult. Second, the method using variable band pass filter can move specific frequency using control data and it is not needed many band pass filter for multi-nuclei system. But, because the variable band pass filter covers wideband, filtering effect is less than the method using fixed band pass filter. Finally, the method using double mixing applied to QUC is not needed a highly efficient band pass filter. But we must find less spurious frequency region and order parts of frequency mixer etc. And it is difficult hardware implementation. We execute the simulation using MATLAB. Based on these simulations, variable band pass filter(tunable filter) named Micropole is ordered and manufactured. We designed and made RF block for variable frequency digital modem for high speed MRI system using variable band pass filter(tunable filter). And then we tested this board using PC and function generator and observed the output spectrum using spectrum analyzer. These spectrums are very clear and the level of main spectrum is about 70dB more than harmonics or spurious. This difference of level is available for MRI system.

협대역 주파수를 이용한 고속 전력선 통신 모뎀의 설계 및 성능분석

이원태 慶南大學校 2007 국내박사

기존의 협대역 전력선 통신기술은 전송 속도가 10kbps 이하로 네트워크 구축의 경제성, 설치 및 확장의 용이성 등의 장점에도 불구하고, 지능화되고 있는 정보가전 기기의 홈 네트워크 응용에 많은 제한이 있었다. 특히, 정보가전의 기능 다양화에 따른 전송 속도의 증가와 통신 신뢰성 문제는 기존의 협대역 전력선 통신 모뎀으로는 효율적인 홈 네트워크의 지원이 곤란하다. 본 논문에서는 450kHz 이하의 협대역 주파수에서 지능화된 디지털 정보가전 기기의 홈 네트워크 구축을 위한 고속 전력선 통신 모뎀을 설계하고 성능을 분석하였다. 제안된 모뎀은 전력선 통신 허가 주파수 대역인 50kHz∼450kHz의 협대역 주파수 대역을 사용하며, 최대 전송 속도는 480kbps를 지원한다. 그리고 협대역 주파수에서 고속 데이터 전송을 위하여 대역 효율이 높고 채널 추정이 간단한 다중 반송파 전송방식인 OFDM 방식으로 설계하고, 열악한 전력선 채널 환경에서 데이터 신호를 신뢰성 있게 검출하기 위하여 chirp 동기 알고리즘을 개발하였다. 설계한 모뎀은 다중 경로에 의한 주파수 선택적 페이딩 현상과 임펄스 잡음에 강한 특성을 가지도록 4개의 파일로트 신호를 포함한 52개의 부반송파 신호로 구성하고, 가정내 각종 가전제품에 의한 전자기적인 외부 간섭 영향과 전력선 채널 잡음 환경을 최소화할 수 있도록 송ㆍ수신기의 신호 대역폭을 200kHz로 설계하였다. 또한 모뎀의 QoS를 확보를 위하여 16-QAM 및 QPSK 변조 방식을 각각 구현하여 전력선의 채널 상태에 따라 데이터 전송 속도가 가변되도록 하였다. 전체 설계된 시스템은 HDL 기반의 시뮬레이션을 통하여 검증한 후, FPGA를 사용하여 테스트 보드를 제작하고, 성능을 분석하였다. 실험 결과 16-QAM 변조방식은 480kbps, QPSK 변조방식은 240kbps의 전송속도를 확인하였으며, 60dB의 감쇠까지 정상적인 데이터 송ㆍ수신이 이루어졌다. BER 성능 시험에서는 16-QAM 및 QPSK 변조방식 모두 전력선 통신 모뎀의 10-3 BER 성능 기준을 만족하였다. 또한 가정의 옥내 배선을 고려한 부하 특성 실험에서는 90m의 배선을 기준으로 30m, 60m, 90m의 지점에 0.5㎌에서 1㎌의 용량성 부하를 가변적으로 인가하여 실험하였으며, 그 결과 거리가 멀어질수록, 용량성 부하가 증가할수록 수신 신호가 감쇠하고 일부 주파수에서 노치 현상이 발생하였으나, 대부분의 신호 주파수 성분이 남아 있어 통신이 가능하였다. 이와 같은 실험을 통하여 본 논문에서 제안한 협대역 전력선 통신 기술은 기존의 협대역 전력선 통신 기술의 문제점으로 인식되고 있는 전송속도 및 신뢰성 문제를 해결하여, 지능화되고 있는 정보가전 기기의 대용량 정보전송에 대응할 수 있는 고속 홈 네트워크의 구축이 가능하게 되었다. 향후 과제로는 심각한 주파수 선택적 페이딩 현상이 나타나는 전력선 통신 채널에서 전송 효율을 증가시키기 위하여, 오류가 발생하는 전송 채널을 제거하여 데이터를 전송하는 적응적 비트 할당 알고리즘 개발과 함께 페이딩 현상에 따라 보호 구간을 유동적으로 변화시켜 에러율을 줄이는 연구가 필요하다. 이러한 기술들이 보완되면 본 연구에서 제안한 전력선 통신 기술은 홈 네트워크 구축을 위한 기반 기술로 큰 역할을 담당할 것으로 기대된다. Previous PLC technique using a narrow band frequency of lower than 450kHz has generally no more than 10kbps and many difficulties in application for home network of intelligent home appliance while a network based on it may be cost effective, easily implemented and extended. In particular, enhancement of data rate and improvement of communication reliability are seriously required as utility of information home appliance becomes various, but it is true that a conventional low-data-rate narrow band PLC technique is hard to support intelligent home network. In the dissertation, study on design and analysis of high speed PLC modem in narrow band frequency of lower 450kHz for home network using intelligent digital home appliance is presented. The proposed modem will use the frequency band allocated between 50kHz and 450kHz. Also maximum data rate of 480kbps is supported. For high speed communication in narrow band frequency, OFDM technique that supports high band efficiency and simple channel estimation is adopted and chirp synchronization algorithm is developed for reliable detection of data signal in tough power line communication channel. It has 52 sub-carriers, including 4 pilots in order to overcome problems of frequency selective fading by multipath fading and impulsive noise. Also, practical frequency bandwidth of 200kHz is selected to minimize influences of electromagnetic external interference and channel noise in PLC by various home appliance. Moreover, to support QoS of modem, modulations of both 16-QAM and QPSK are implemented and date rate comes to be changeable, depending on PLC channel. The proposed full system is simulated based on HDL, then FPGA test board is implemented and various performances of the final system are analyzed. From test, data rates of 480kbps and 240kbps are observed in the case of 16-QAM and QPSK, respectively. Also, data transmission between transmitter and receiver is possible up to 60dB attenuation. Regarding BER performance test, required BER performance of PLC modem, 10-3 is satisfied both 16-QAM and QPSK. To test load characteristics, considering indoor low voltage power line wiring, power line of 90m is used and it has three points of 30m, 60m, and 90m at which there are variable capacitive loads between 0.5㎌ and 1㎌. The measurement shows that the attenuation of the received signal is severer as the distance and capacitive load are increasing. Also, notch phenomena at some frequencies occur, but data transmission is possible since most of other frequencies bands have good received signal level. From the practical test, the proposed PLC modem is able to overcome the problem of low speed and relatively poor reliability of conventional narrow band PLC technology. Furthermore, it becomes a good candidate to implement next generation home network which is compatible with information transmission of intelligent home appliance. As further study, to enhance data transmission efficiency for PLC channel with serious frequency selective fading, the techniques of adaptive bit allocation algorithm which detects and discards distorted transmission channels and transmits data, and error reduction by varying guard interval depending on fading are necessary. It is expected that the proposed PLC plays a great role in supporting home network, if new concepts to support adaptive bit allocation algorithm and error reduction are provided.

고해상도 자기공명 영상을 위한 고속 디지털 모뎀에서 수신부 설계 및 구현

염승기 전남대학교 대학원 2001 국내석사

최근 전자공학을 비롯한 과학의 눈부신 발전은 산업화에 따른 인간의 필요조건을 충분히 만족시켜왔다. 특히 통신공학과 초음파공학, 영상신호처리의 발달은 의료장비를 개발하는 데 반드시 필요한 조건들이 되었다. 이러한 추세에 발맞춰 자기공명영상(MRI)기술도 세계 시장을 장악하기 위해 세계각국에서 최신 통신공학, 신호처리 기술을 기반으로 한 고성능의 기기와 기술들을 제시되고 있다. 본 논문은 "초고속 핵자기 공명영상을 위한 고속 디지털 모뎀 개발"로서 스펙트로미터 (spectrometer) 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)의 디지털 모뎀 중에 수신기에 관한 것이다. 최근에는 국제적으로 고속, 최신 영상기법을 구현할 수 있는 디지털 모뎀이 요구된다. 또한 제품의 다양화에 적합하도록 0.3T, 1.0T, 1.5T, 3.0T 모두에서 사용할 수 있는 모뎀, 그리고 ¹H, ^31P, ^23Na, ^13C의 다종 핵영상을 위하여 자동으로 주파수를 변환해 주는 모뎀이 요구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 먼저 최신 영상을 지원하고 최신의 통신공학과 신호처리 기술을 적용한 MRI용 디지털 모뎀의 수신기 사양을 결정하였다. 영상의 해상도를 높이기 위해 신호의 비트 수를 높이고 적합한 필터를 사용할 수 있도록 사양을 정하였다. 조정된 사양을 기반으로 해서 좀더 선명한 영상을 지원하기 위해 ADC(Analog to Digital Conversion) 비트(bit) 를 증가하여 해상도(resolution)를 높이고, 여러 가지 자장의 세기, 즉 0.3T, 1.0T, 1.5T, 3.0T, 그리고 그 이상에서도 동작할 수 있도록 대역폭을 조정하고 RF 회로를 보강하여 설계했다. 또 디지털 신호 처리 기술의 발전에 따라 최신 통신기기의 수신기에서는 중간주파수(IF) 대역 신호를 A/D 변환 후 디지털 영역의 믹서(mixer)와 저주파 통과 필터(LPF)를 사용하여 기저 대역 신호로 바꾸어 주는 디지털 내림 변환기(Digital Down Conversion, DDC) 기법을 사용한다. 이러한 조건들을 고려하여 모뎀 보드를 제작하고 PC 인터페이스(Interface)와 MRI 시스템 테스트를 통해 동작여부를 검증하여, 최신영상기법을 구현하고 최종적으로는 상용화할 수 있도록 설계, 구현하였다. 본 논문의 구성은 1의 서론과 2의 MRI의 전반적인 개념과 원리, 3의 MRI 모뎀의 변, 복조이론과 수신기 모뎀 분석, 4의 고성능 MRI 수신기 모뎀 설계를 통해서, 5의 고성능 MRI 수신기 모뎀 제작 및 구현으로 이루어져 있고 6에서의 결론으로 이 논문을 끝 맺는다. In this paper we show the more improved design of MRI receiver compared to conventional one based on general MRI Spectrometer for I.OT. At first, the low-cost ADC is 16 bits. 3MHz sampling A/D converter. Comparing to conventional one with signal bits of 14 bits. this device with those of 16bits helps getting improved the image resolution. An IF frequency is designed around 7.64 MHz not to be exceeded 10 MHz of maximum input bandwidth of ADC. For 1^st demodulation, fixed IF is used for the purpose of the implementing multi nuclei system. For 2^nd demodulation, DDC is used to overcome the problems of analog conversion such as self mixing and frequency_pulling also to extract narrow band from wide band. Control parts & partial digital parts are integrated on one chip of FPGA(Field programmed Gate Array). In DDC(Digital Down Converter), we got required bandwidth of LPF by controlling its decimation rate. With above considerations, we designed optimal receiver for high-resolution imaging. After that we fabricated and implemented through PC interface & compatible test of MRI spectrometer. Based on getting results by PC interface, we reach a final conclusion after performing on interfacing test with new MRI modem by directly connecting to VME of MRI spectrometer.

다양한 프로토콜을 지원하는 USB 모뎀 드라이버의 설계 및 구현

이진호 서울산업대학교 산업대학원 2010 국내석사

모바일 무선 인터넷과 휴대용 PC의 사용자가 증가하면서 언제 어디서나 인터넷을 이용하기를 원하게 되었다. 그래서 등장한 것이 USB 모뎀인데, 이것을 이용하면 USB 인터페이스를 사용할 수 있는 모든 PC에서 시간과 장소에 구애받지 않고 인터넷을 이용할 수 있게 되었다. 하지만 USB 모뎀이 등장한지 수년이 지나도록 표준이 마련되지 않아, 전화 접속 모뎀(Dial-up modem)이나 이더넷 어댑터(Ethernet adapter)와 같은 기존의 통신 장치 유형을 차용하여 사용해 왔다. 이로 인해 USB 모뎀을 사용하기 위해서 장치마다 서로 다른 방법을 이용해야 했고, 사용자들은 별도의 사용방법을 익히거나 추가적인 소프트웨어를 이용해야 했다. 본 논문에서는 모바일 브로드밴드 장치 유형을 이용하여 기존의 여러 장치 유형을 하나로 통합하고, 운영체제에 내장된 사용자 인터페이스로 USB 모뎀을 사용할 수 있게 하는 디바이스 드라이버를 설계하고 구현하였다. 드라이버 내부에 메시지 프로토콜 변환 모듈을 내장하여, 기존에 사용 중인 여러 장치 유형의 USB 모뎀에 적용할 수 있게 하였고, 운영체제에 내장된 사용자 인터페이스를 사용하면서 USB 모뎀 이용을 위해서 추가적인 소프트웨어를 이용하지 않도록 하였다. 이러한 사용상의 편리성을 제공하면서도 기존의 전용 소프트웨어를 사용할 때와 거의 동등한 성능을 제공하는 것을 보였다. With the rise in users of mobile wireless internet and portable PC, they want to use internet at any time, and any where. USB modem has appeared to meet that demand and with this device, it was able to use internet on every USB interface available PC without regard to time and place. However, no standards were provided yet since USB model appeared in the market over many years ago and people have used it borrowing those existing communication equipments such as dial-up modem or ethernet adapter, etc. Because of this reason, people had to use USB modem in each different methods by device and the users had to learn separate instructions or to use additional softwares. In this study, it designed and realized a device driver by which those existing various types of devices can be combined into the one by a mobile broadband device type and USB modem is usable with user interface built-in the operating system. It has the built-in message protocol converting module inside the driver so to be applicable to various device types of USB modem using at this present and while it uses the user interface built-in the operating system, it is designed not to use any additional software for the use of USB model. Thus, it showed to provide almost the same performance like when existing dedicated softwares are used, as well as it provides convenience is the use.

디지털 漁業通信을 위한 SSB 모뎀 開發에 關한 硏究

김정년 木浦海洋大學校 大學院 2007 국내박사

Digital Fishery Communication System is to provide the digital data transmission between a coast station and a ship station. At a coast station, it is able to receive data of a ship position and catch of fish automatically, and at a ship station, it is possible to obtain the number of data such as the weather forecasting, sea state, seawater temperature distribution and the marine-product prices, which can increase the haul of fish. In addition, this system transmits the data of a ship position in real time so that a rescue ship can be arrived immediately at the exact place that marine accident occurs and it is expected to protect the sailor's life and properties. In this thesis, it is developed the SSB modem of core in digital fishery communication system and proposed its protocol and algorithm to set up communications between a coast and a ship station. First, in communication protocol, even though the communication conditions for every channel in HF band are quite varied according to time of the day -either day or night- and ionization layer, the terminal of ship station can easily find out a proper channel but it is very difficult for the terminal of coast station to detect a proper channel. Therefore, it is needed to develope the protocol to call a ship station after a coast station catches up ship's scanning the channel. The proposed protocol automatically, or adaptively allocates a wireless link as considering a channel traffic. Three types of access link were used step by step for managing channel stably. There are FAL, GFAL, and PAL. In normal mode, ship station can access every channel through FAL, while coast station transmits Free Signal. In case of increasing traffic, it can convert FAL into GFAL, which calls predetermined group to decrease traffic. If it can't control the channel traffic through GFAL, the coast station can allocate wireless link through PAL. PAL can reduce the Calling Redundancy by using polling to specific channel. As the HF-band e-mail has been emerged internationally as substituting device of NBDP of GMDSS instruments, the proposed protocol in this research will not only form the basis of domestic standardization but also effectively be utilized to all ships navigating around the A2 and A3 areas in the HF-band and non-GMDSS ships. SSB modem perfoinis the modulation process which converts the digital voltage level to the audible frequency band signal and the demodulation process which converts reversely the audible frequency signal to the digital voltage level. The modulator and the demodulator are implemented with a single DSP chip. For high speed processing, the DSP chip is implemented in TMS320F2812 in which the 2-tone FSK method is used for the data rate under 300 bps and the 4-tone FSK method for 600 bps data. Because of the SSB specific character, the distortion occurs when the frequency is changed. This distortion has no effect on voice communication, but it has an significant effect on data communication. In other words, it is impossible to send data stream with adjacent 2 periods. Therefore, in case of using 2-tone FSK, it is needed to send at least 3 periods to transmit 1 bit. Therefore we implemented the modem using modified phase-delay shift keying to transmit 1 tone signal for high speed transmission. In the 1200bps mode, it generates 0, 187us delay time at 1.3KHz symbol frequency, and in the 2400bps mode, 0, 70us, 130us, 200us delay time at 1.5KHz symbol frequency. Finally, in the maximum 3600bps mode, it generates 0, 100us, 160us, 250us delay time at 2.0KHz symbol frequency. The measured results of the implemented SSB modem shows a good transfer functional characteristic by spectrum analyzer, almost same bandwidth in pass band and 20dB higher SNR comparing the German PACTOR and American CLOVER and in the experimental transmitting test, we verified the transmitted data is received correctly in platform. Through this research for developing the SSB Modem, we have implemented the Digital Fishery Communication System to build VMS for fishery with even the pure domestic technology and it is an unique technology in domestic industries to support the function of digital data transmission for the SSB voice communication having been used as a main method for a fishery communication. Through this Digital Fishery Communication System, we realize the VMS for fishery and construct the reliable data base for fishing. Therefore, it is expected to make full use of the basis materials on fishing education and agreement between Korea-China and Korea-Japan.

주파수 확산 방식을 이용한 전력선 모뎀 구현

이원철 仁荷大學校 大學院 2003 국내석사