본 논문에서는 B-WLL 상향링크 수신기용 심볼 및 위상 동기 회로를 설계하였다. B-WLL 상향링크는 버스트 전송 방식이고, 변조 방식은 QPSK를 사용한다. 본 연구에서는 심볼율을 2.5 Msymbol/sec로 가정하였고, 디지털 Up/Down Converter를 이용한 IF 대역은 20 [MH]를 사용하였다. 수신필터는 25 탭, 7 비트 계수를 가지는 FIR 필터로 설계하였다. 심볼 타이밍 복구 회로는 Gardner 알고리즘을 이용하여 설계하였으며, 반송파 복구는 결정 지향 알고리즘을 이용하여 설계하였다. 설계된 알고리즘은 VHDL로 코딩되어 FPGA에 구현되었다. 실험에 사용된 FPGA는 ALTERA사의 APEX20KE 시리즈의 60만 게이트 FPGA이다. 구현된 복조기의 성능을 평가하기 위하여 모의실험 결과와 구현 결과를 비교하여 제시하였다. 그 결과로 주파수 오프셋과 위상 오프셋이 있는 경우에도 심볼 타이밍 복구 회로는 잘 동작을 하였으며, 주파수 오프셋이 심볼율의 0.12%까지 위상 동기회로가 잘 동작하였다.
디지털 위성방송 수신용 QPSK복조기에서 반송파 위상 오차의 발생으로 인한 문제점을 해결하기 위해서 반송파 복원 회로가 요구된다. 기존 반송파 복원 회로의 NCO(Numerically Controlled Oscillator)는 Look-up table을 갖는 구조로 되어있어 전력 소모가 큰 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 전력소모를 줄이기 위해 Look-uptable을 사용하지 않는 조합 회로의 구조로 NCO를 설계하였다. 제안된 NCO의 소비 전력을 비교해보면 Look-uptable을 사용한 NCO의 경우 175(7)이고 새로운 구조의 NCO는 24.65(7)의 결과로 전력소모가 약 1/8로 감소됨을 확인하였다. 또한, 설계한 반송파 복원 회로를 사용하여 위상 오차를 보정해 줄 수 있다는 것을 모의실험을 통해 확인하였다.
본 논문에서는 900MHz 대역 RFID 수동형 태그 전치부를 설계 및 구현하고 측정을 통해 검증하였다. 문턱전압(threshold voltage) 제거 회로 구조의 전압 체배기, 전류를 이용한 복조 회로, 온도 및 공정 보상회로를 포함한 EPC Global Class-1 Generation-2 UHF RFID 프로토콜에 만족하는 클록 발생기 구조로 주요 블록을 설계하였으며, 전력차단 회로를 추가하여 동작의 안정성에 중점을 두었다. PWM(Pulse Width Modulation)을 이용한 변조기 구조로 입력단의 용량성 임피던스 부하 변조 방식을 이용하여 변조 동작을 검증하였다. 성능 검증을 위해 평가 보드에 CPLD(Complex Programmable Logic Device)를 삽입하여 디지털 신호 처리부의 기능을 통해 기본적인 태그 명령을 처리할 수 있도록 하여 설계된 태그 칩과 더불어 전체 태그 동작을 검증하였다. 삼성 0.18um CMOS 공정을 이용하여 설계하였고, 인식거리는 1.5m내에 안정적인 동작이 가능하다. 15~100% 변조율의 신호를 복조하며, 온도 및 공정에 변화에 대해 9.6% 이하의 오차를 가진 클록을 생성하였으며, 1m 거리에서 평균 소모전력은 약 71um이다.
주파수 변조 방식의 방송 주파수에 동조되는 안테나와 Realtek 사(社)의 RTL2832 칩을 이용하는 디지털 TV용 튜너와 아날로그-디지털 변환기로 구성되는 universal serial bus (USB) 동글을 이용하여 스테레오 주파수 변조 방송의 실시간 수신기를 컴퓨터의 소프트웨어로 구현한다. 아날로그 방송 신호가 USB 동글에서 디지털 신호로 변환되고 이진 데이터를 컴퓨터에서 매트랩 및 파이선 프로그래밍 언어의 신호처리 기법을 이용하여 저역 통과 필터, 대역 통과 필터, 주파수 판별기, 양측파대 진폭 복조, 위상 고정 루프. 샘플링 변환, 디앰퍼시스 등의 기능 블록을 설계한다. 최종적으로 수신기의 실시간 구현을 위하여 파이선 및 C++로 구성되는 그누라디오 (GNU Radio)를 이용하여 수신기 알고리즘을 소프트웨어로 구현한다.
본 논문에서는 sliding상관기를 적용한 단문 메세지 서비스를 위한 대역확산 송수신기를 설계하고 대역확산 수신기에서 필수적인 PN코드 동기회로에 대한 성능을 분석하였다. 대역확산 시스템에 대한 이론적인 분석과 대역확산 수신기에 있어서 중요한 PN 코드 동기 회로에 대한 분석을 토대로 PN 코드 발생기, 클럭 발생을 위한 분주회로, 수신기에서의 PN 코드의 상관을 위한 슬라이딩 상관기 등을 Altera사의 칩 EPM7064 SLC44-10을 사용하여 FPGA화하였으며 디지털 설계가 용이하지 않은 주변회로인 슬라이딩 상관기에 필요한 PN코드 지연 클럭 발생회로, 동기 스위치제어회로, 데이터복조회로를 설계하여 전체적인 송수신기회로를 설계하였다. 설계된 회로를 실험을 통하여 송수신기의 성능을 평가 관찰하였다. 특히, 수신기에 있어서 역 확산을 위한 PN 신호의 동기과정의 성능 즉, 동기가 이루어 졌을 때의 동기 탐색/유지신호와 동기가 이루어지지 않았을 때의 게이트 지연시간으로 인한 동기 탐색/유지신호등의 결과를 통해 성능을 평가하였다. 슬라이딩 상관기의 경우 코드 동기를 위한 시간이 송수신 PN 코드의 불확정성이 클 경우 상당히 큼을 알 수 있었다.
본 논문에서는 초고속 정보통신망에 이용할 수 있는 이동수신 시스템 단말기의 RF 핵심부품인 안테나, 저잡음 증폭기, 혼합기, VCO와 베이스밴드 처리부에서의 변복조 시스템을 연구하였다. 고속 디지털 통신을 행하는 경우, 안테나의 대역폭과 멀티패스에 의해 생기는 선택성 페이딩이 커다란 문제가 될 수 있는 데 이를 해결하기 위한 방안으로 루프구조의 자계 안테나 특성을 갖는 광대역 소형 MSA(Microstrip Antenna)를 설계 제작하였다. 2단 저잡음 증폭기는 잡음 특성이 우수한 NE32584C를 사용하여 첫단에서 0.4dB 이하의 잡음지수를 갖도록 최적화 하였으며, 두 번째 단은 충분한 이득을 얻을 수 있도록 설계하였다. 그 결과 전체 잡음 지수는 중심 주파수에서 약 0.5dB, 이득은 39dB를 얻었다. 분포형 주파수 혼합기는 Dual-Gate GaAs MESFET를 사용하여 입력단에 하이브리드를 사용하지 않고 10dB 이상의 LO/RF 분리도를 얻었고, 회로의 크기를 최소화하였다. 또한, 선형적인 혼합 신호를 출력하여 베이스밴드에서의 신호왜곡을 감소 시켰으며, 주파수 혼합작용과 증폭작용이 동시에 이루어지므로 변환이득을 얻을 수 있고 분포형 증폭이론을 적용하여 광대역특성을 갖도록 설계하였다. VCO(voltage control oscillator)의 설계는 대신호 해석을 통한 발진기 이론을 도입하여 비교적 안정된 신호를 출력할 수 있도록 설계 제작하였다. 베이스밴드 처리부의 변복조 시스템은 선호의 대역폭을 넓히고 내잡음 간섭성 등에 우수한 방식으로 알려져 있는 DS/SS(Direct Sequence/spread Spectrum) 방식의 시스템 설계이론을 적용하였다. 본 연구에서는 BER 특성이 우수하고 고속 디지털 신호처리에 유리한 DQPSK 변/복조방식을 채택하였으며 PN 부호 발생기는 m-계열 부호를 출력하도록 하였다.
SSB 무선모뎀은 데이터의 디지털 전압레벨을 가청주파수로 변환하는 변조와 역으로 가청주파수를 데이터의 디지털 전압레벨로 변환하는 복조과정을 거치는데 변 복조기는 하나의 DSP 칩을 이용하여 구현하였다. SSB의 특성상 주파수가 변할 때 인접한 두 주기에서 왜곡이 발생하는데 이것은 음성통신방식에는 아무런 영향을 주지 않으나 데이터 전송할 때는 심각한 영향을 준다. 다시 말하면 인접해 있는 2주기는 데이터 전송을 할 수 없다. 그래서 2-tone FSK방식을 사용하는 경우, 1비트를 보내기 위해 최소 3주기 이상을 보내야 한다. 그러므로, 고속전송을 위해서는 1개의 tone 신호를 보내는 변형된 위상지연 방식을 사용하여 모뎀을 구현하였다. 1200bps를 전송모드에서는 1.3kHz 심볼주파수에 지연시간 0과 $187{\mu}s$을 발생시켰고 2400bps 모드에서는 1.5kHz 심볼주파수에 0, $70{\mu}s,\;130{\mu}s$ 및 $200{\mu}s$의 지연시간을 두어 구현하였다. 최고전송속도 3600bps 모드에서는 2.0kHz 심볼주파수에 0, $100{\mu}s,\;160{\mu}s$ 및 $250{\mu}s$의 지연시간을 두어 구현하였다. 이상의 방법으로 SSB 모뎀을 구현하였으며 기존 독일의 PACTOR와 미국의 CLOVER계열의 스펙트럼과 비교했을 때 SSB 통과대역폭은 거의 비슷하였고 대역폭내의 신호대잡음비를 비교한 결과 본 연구 구현한 모뎀의 파형이 20dB정도 높은 이득으로 전송되는 우수한 특성을 보였다. 실제 전송시험 결과에서도 송수신 Platform에 데이터가 정확하게 수신되고 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 차동 직교 위상 편이 변조 방식 (DQPSK)의 직교주파수 분할다중 (OFDM) 기반의 단파 (HF) 대역 통신시스템을 제안한다. 제안 시스템은 약 3 kHz의 대역폭에서 약 3.6 kbps의 전송속도를 지원한다. 디지털 변복조부는 32-point 고속 푸리에 변환 프로세스를 이용한다. 한편, 각각의 부반송파 데이터가 DQPSK 변조를 이용한다. 그래서, 복조기는 반송파 위상 복구 회로와 심볼 타이밍 복구 회로를 필요로 하지 않는 장점이 있다. 또한, 각 부반송파는 개별적으로 CRC 오류 검출 코드를 사용함으로서, 다중경로 페이딩에 의한 비트 오류를 간단히 해결할 수 있다.
본 논문에서는 ATSC 지상파 디지털 TV 방송방식을 사용하는 등화형 디지털 동일채널 중계기(Equalization Digital On-Channel Repeater: EDOCR)에서의 신호처리 시간지연을 최소화하기 위한 변조 및 전치등화 방법을 제안하고, 그 성능을 다양한 각도에서 분석한다. 제안된 변조 방법은 VSB 펄스성형필터로 기존의 SRRC (Square Root Raised Cosine) 필터 대신 ER (Equi-Ripple) 필터를 사용한다. 그리고, 제안된 전치등화 방법은 기준신호인 기저대역 신호와 복조된 중계기 출력신호를 이용하여 전치등화 필터계수를 계산하고, ER 필터계수와 컨볼루션하여 새로운 펄스성형 필터를 생성한다. 새롭게 생성된 VSB 펄스성형 필터는 전치 탭 수를 조절함으로써 시간지연이 최소화되고, ER 필터 및 마스크 필터에 의해 야기된 선형 왜곡을 보상한다.
심전도 감시장치(electro-cardiography monitoring system)에 대한 연구는 국내외적으로 활발하게 이루어지고 있으나, 국내의 경우 환자 상태를 감시하는데 있어 중요한 요소인 호흡(respiration)에 관한 연구는 다소 미흡한 민이 있었다. 이번 연구는 환자의 상태를 감시하는데 있어 심전도, 혈압(brood pressure), 체온(temperature)과 더불어 중요한 요소로 여겨지는 호흡에 대한 감시장치로, 호흡 시 신체의 임피던스 변화를 이용하여 시스템을 구현함으로써, 심전도 측정과 병행하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 특히, 임피던스를 이용한 환자감시장치의 경우 중추신경 마비 둥의 원인에 의한 무호흡 감지에 효과적으로 응급실 등에서 유용하게 사용된다. 구현된 시스템은 아날로그 부와 디지털 부의 잡음간섭 린 환자의 안전을 도모하기 위해 회로를 전기적으로 분리하여 설계하였다. 아날로그 부의 구성은 고주파 신호를 발생하는 정현파 발생부, 반송파로부터 인체의 임피던스 변화성분을 추출하고 증폭하는 증폭부, 기저대역으로 변환하기 위한 복조 및 아날로그 필터부로 구성되어 있다. 디지털 부는 아날로그-디지탈 변환기 및 디지털 필터, 생체정보 추출부로 구성되어있다. 본 연구에서 구현된 시스템은 심전도 감시장치의 전극을 공용으로 사용할 수 있도록 구성되었으며, 호흡 감시장치에 대한 기반기술 획득을 통해 다기능환자감시장치의 개발에 바로 응용 될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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