본 연구에서는 초 광대역에서 적용 가능한 저위상 잡음 PLL의 구조개선, 회로 보완, 설계 및 구현 방법 개선 등을 통해 초 광대역에서 저위상 잡음 특성을 갖는 PLL을 분석하고 성능 요구 규격을 만족하는 PLL 구현에 대해 소개하였다. 먼저 에질런트사의 ADS(Advanced Designed System)를 이용한 시뮬레이션을 통해 초 광대역 시스템용 PLL의 파워 특성, 위상잡음, 하모닉 특성 등을 분석하였고 분석 결과를 요구 규격과 비교하였다. 이를 토대로 저위상 잡음을 갖는 PLL을 구현하였다. 성능 측정결과를 통해 제시한 요구 규격을 만족 시키는 PLL의 구현을 확인하였다. 본 PLL은 초 광대역을 사용하는 서비스의 트랜시버에 유용하게 쓰일 것이다.
본 논문에서는 변형된 항아리형 패치안테나를 사용하여 초 광대역 안테나를 구현하였다. 설계한 패치안테나의 물리적 길이와 홈(노치)를 광대역 특성 조건으로 최적화시켰으며, $10mm{\times}21.8mm$크기로 설계된 변형된 항아리형 패치안테나를 제작하였다. 설계된 최적화 패치안테나의 표면 전류분포를 분석하고 초 광대역 특성 조건을 만족함을 확인하였다. 실험 결과 제작된 초 광대역 패치안테나의 입력반사손실은 -10 dB 이하로 전압정재파비 역시 2 이하의 특성을 나타내었으며, 3.1~10.6 GHz 대역에서 약 1~3 dBi 이득범위를 나타내었다. 이와 같은 실험결과는 초 광대역 통신시스템에 활용이 가능할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 광대역 이동통신 환경에서 대표적인 초 분해능 방향 탐지 알고리즘들의 도래각 추정 성능을 비교, 분석한다. 먼저, 이동통신 환경에서 발생하는 angular spread 현상을 고찰하고 광대역 OFDMA 신호의 벡터채널 모델을 유도한다. 또한, OFDMA 스마트 안테나 시스템을 위한 방향 탐지 시스템의 구조를 제시하고 광대역이동통신 환경에서 WiBro 시스템을 목표 시스템(target system)으로 설정하여 초 분해능 방향 탐지 알고리즘의 도래각 추정 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
초 광대역 레이더는 숨겨진 물체를 찾는데 많은 장점을 가지고 있기 때문에, 지표 투과 레이더나 수풀 투과 레이더와 같은 투과레이더에 널리 이용되고 있다. 초 광대역 레이더의 종류 중에 하나인 잡음 레이더는 간섭 환경에 강한 특성을 가지고 있다. 그러나 일반적인 잡음레이더는 고속의 아날로그 디지털 변환기가 필요하여 광대역 레이더로 제작하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 간섭에 강한 특징을 가지면서 고속의 아날로그 디지털 변환기가 필요하지 않은 가상 잡음 레이더 시스템이 연구되었다. 또한, 초 광대역 시스템이 저주파에서 구현되었고, 이는 실험으로 성능이 검증되었으며, 제안된 가상잡음 레이더 시스템의 개념도 증명되었다.
미국 국방부에서 군사용으로 사용되던 수 GHz 대역의 초 광대역 주파수 스펙트럼을 미국연방통신위원회(FCC)에서 민간에 개방하면서 여러 활용 기술이 개발 되고 있다. 소비전력이 적고, 고속통신 및 방해 전파에 강하다는 특성을 갖고 있으며 또한 작은 위치 검출 오차로 정밀도가 높으나 거리가 길어지면 급속도록 떨어지는 속도로 인하여 근거리 통신으로 활용 검토 되고 있다. 따라서 공항 및 항공기내 지역에서 초 광대역 주파수 특성을 활용하여 적용 가능한 항공기 익단충돌방지시스템, 항공기와 고속 데이터 전송, 항공기 내의 무선 백본 시스템 활용 및 공항 지역의 이동체 위치 정보 관리 등 다양한 항공 서비스 업무에 적용 가능함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 초 광대역에서 적용 가능한 저위상 잡음 PLL의 구조개선, 회로 보완, 설계 및 구현 방법 개선 등을 통해 초 광대역에서 저위상 잡음 특성을 갖는 PLL을 분석하고 성능 요구 규격을 만족하는 PLL 구현에 대해 소개하였다. 시뮬레이션을 통해 초 광대역 시스템용 PLL의 파워 특성, 위상잡음, 하모닉 특성 등을 분석하였고 이를 토대로 저위상 잡음을 갖는 PLL을 구현하였다. 성능 측정결과를 통해 제시한 요구 규격을 만족 시키는 PLL의 구현을 확인하였다.
최근 초 광대역(UWB) 시스템은 높은 데이터 전송율과 낮은 전력소모로 IEEE 802.15.3a에서 표준안으로 고려되고 있다. IEEE 802.15.3a에서 고려되고 있는 시스템 중에, 직접 확산초 광대역 통신(DS-UWB)은 UWB의 이점과 특성을 잘 이용한 시스템이라 할 수 있다. 하지만, DS-UWB의 에러율과 전송 용량은 다중 페이딩 채널에 의해 많은 제한을 받고 있다. 전송 용량과 에러율의 감소를 극복할 효과적이고 강력한 기법이 다중 안테나를 이용한 방법이라 하겠다. STBC는 전송 신호의 안정성 향상에 중점을 둔 시스템이지만, 전송율이 떨어진다. 그러나, V-BLAST는 전송 신호의 안정성은 떨어지지만, 전송율의 향상을 가져올 수 있다. 본 논문에서는 M진 DS-UWB에서 채널 용량을 높이고 안정성을 확보하기 위한 적응 다중 안테나 전송 기법을 제안한다. 제안된 시스템은 STBC와 V-BLAST의 한계점인 에러율과 처리량을 극복할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이를 컴퓨터 모의실험으로 검증하였고 분석하였다.
초 광대역 신호는 상대적으로 낮은 주파수에서 매우 넓은 대역폭을 갖는 방사 스펙트럼을 특징으로 하고 있다. 본 논문에서는 잡음과 동일채널간섭 채널에서 M-ary 상관 수신기 구조로 된 초 광대역 시스템의 비트 오율, 패킷 오율, 데이터 처리율 성능을 분석한다. UWB 시스템의 성능을 평가하기 위하여 하나 이상의 펄스 위치 변조 신호로 구성된 UWB 통신 파형을 사용하였다. 본 논문에서 사용된 M-ary PPM 신호는 시스템 성능 해석의 간략화를 위하여 균일하게 상관된 PPM 신호를 정의하였다. 시스템 성능의 해석을 통하여 무선 채널 에러는 처러율 성능을 감소시키며 hybrid ARQ 기법을 통하여 효과적으로 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 성능 개선 기법과 사용된 파라미터를 통하여 초 광대역 시스템의 데이터 처리율 비교를 수행하였다. 성능 평가 과정을 통하여 무선 채널과 hybrid ARQ 기법의 영향을 신호 대 잡음 전력비에 따른 PER 및 처리율을 평가하였다.
멀티 밴드 초 광대역 통신 시스템은 3.1-10.6 GHz 사이의 주파수 스펙트럼을 16개의 부 밴드로 나누어 사용하므로, 초 광대역 주파수 밴드의 특성상 각 부 밴드마다 중심 주파수의 차이가 많게는 2.65 배까지 발생할 수 있다. 송신측에서 전송한 신호의 경로에 따른 감쇄 정도는 주파수의 제곱에 비례하므로 멀티 밴드 초 광대역 통신시스템의 경우는 각 부 밴드 당 경로 감쇄 정도가 크게는 7배까지 차이가 날 수 있는 것이다. 그러므로 본 논문에서는 주파수 도약 방식의 멀티 밴드 초 광대역 통신 시스템에서 각 부 밴드의 중심 주파수의 차이로 해서 일어나는 수신 신호의 경로 감쇄 정도의 차이를 수신기의 상관 시간으로 보상하여 전체 시스템의 평균 비트 오류율을 향상시킬 수 있는 수신 방식을 제안하고, 그 성능을 나카가미 페이딩 채널 환경 하에서 분석하였다. 분석 결과 페이딩 index n이 증가할수록 제안된 수신 방식이 기존의 방식에 비해 더 큰 성능 이득을 얻음을 관찰할 수 있었다.
기존의 마이크로파 대역의 전송 용량이 포화상태가 됨에 따라, 더 넓은 주파수 대역의 초 광대역에 대한 시스템의 요구가 커져가고 있다. 따라서, UWB(Ultra Wide Bnd)를 이용한 기술은, 향후 무선 통신망에서의 멀티미디어 통신을 가능하게 할 광대역 무선 통신 시스템의 기술로 발전하고 있다. 이러한 UWB 기술과 fiber-optic 기술과의 접속은, 더 넓은 주파수 대역의 제공, 다 많은 전소 용량 및 저잔송 손실이라는 측면에서 큰 장점을 가지고 있다. 그래서, Radio-on-fiber 시스템을 위한 연구가 많이 진행되고 있는 추세이다. 최근들어, 음성, 데이터, 영상을 포함한 멀티미디어 통신에 대한 요구가 증가되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위한 방법이 광대역 통신인데, 광통신이 하나의 방법으로 대두되고 있으며, 기존의 마이크로파 대역의 전송량이포화 상태로 됨에 따라, 더 넓은 주파수 대역의 UWB 대역의 시스템에 대한 요구가 커져가고 있다. 따라서, HS 논문에서는 이러한 UWB의 신호 생성을 위한 광 주입 방법을 제안하고 시스템의 평가를 위해 전송거리에 대한 CNR(Carrier-to-Noise Ratio)에 대한 페널티를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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