본 논문에서는 광대역 무선가입자망(BWLL)의 핵심부품인 기지국용 모뎀의 상향링크 수신기의 설계 및 구현에 관하여 연구하였다. 수신기는 정합필터와 디지털 다운 컨버터, 그리고 동기회로로 구성되어 있다. 동기회로의 경우 심벌 타이밍 복구를 위하여 가드너 알고리즘을 사용하였고 반송파 주파수 복구를 위하여 4승법을 사용하였으며 반송파 위상 복구는 DD알고리즘을 사용하였다. 성능 분석을 위하여 제안된 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과와 VHDL로 코딩되어 FPGA에 구현된 실제회로의 결과를 비교, 분석하였다. 실험에 사용된 칩은 Alter사의 APEX20KE 시리즈의 60만 게이트 칩이다. 성능분석 결과 주파수 옵셋이 심벌율의 4.7% 까지 동기기가 잘 동작 하였다.
본 논문에서는 전자선 묘화 장비를 이용하여 게이트 길이가 0.2 $\mu$m인 PHEMT를 제작하여 특성을 분석하고, 임피던스정합 및 바이어스 회로를 위한 수동소자 라이브러리를 작성하여 BWLL용 MMIC 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제작된 2단 MMIC 증폭기는 26.7 GHz에서 8.7 ㏈의 소신호 이득 및 -10 ㏈ 이하의 입 .출력 반사 계수를 얻었다. 제작된 2단 MMIC 증폭기의 팁 크기는 4.11$\times$2.66 $\textrm{mm}^2$ 이다.
본 논문에서는 BWLL 상향링크에 적용할 수 있는 버스트 QPSK 수신기의 동기알고리즘을 설계하였다. 본 논문에서 설계한 버스트 수신기는 디지털 다운컨버터와 정합필터 그리고 동기회로로 구성되어 있다. 동기회로의 경우 심벌 타이밍 복구를 위하여 가드너 알고리즘을 사용하였고 반송파 주파수 복구를 위하여 4승법을 사용하였으며 반송파 위상 복구는 DD알고리즘을 사용하였다. 성능 분석을 위하여 제안된 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과와 VHDL로 코딩되어 FPGA에 구현된 실제회로의 결과를 비교, 분석하였다. 성능분석 결과 주파수 옵셋이 심벌율의 4.7% 까지 동기기가 잘 동작하였다.
BWLL용 Ka-Band MMIC 저잡음 증폭기 칩을 InGaAs/GaAs 0.15um Gate 길이의 p-HEMT 공정을 이용하여 개발하였다. 칩 크기 2.5$\times$1.5$\textrm{mm}^2$의 2단으로 설계된 칩의 On-wafer 측정 결과, 24~27 GHz BWLL 주파수 대역에서 최소 19$\pm$0.2dB 이득과 최대 1.7dB의 잡음 지수와 최소 13dB의 반사손실의 특성을 얻었다.
Ka 대역 위성통신 및 BWLL 시스템용 3단 저잡음 증폭기가 MMIC 기술로 설계 및 제작되었다. MMIC 저잡음 증폭기는 잡음지수와 높은 이득 그리고 진폭 선형성을 만족하기 위하여 2단의 single-ended 형태의 증폭단과 1단의 balanced 형태의 증폭단으로 구성되었다. 낮은 잡음지수와 높은 이득을 얻기 위하여 0.15$\mu\textrm{m}$ pHEMT 소자가 사용되었다. CD에서 80 GHz 대역까지의 안정도 확보를 위하여 직렬 및 병렬 궤환 회로와 λ/4 short 라인이 삽입되었다. 설계된 MMIC 저잡음 증폭기의 크기는 3.1mm $\times$2.4mm(7.44mm$^2$)이다. 제작된 MMIC 저잡음 증폭기의 wafer 상에서의 측정 결과, 22~ 30 GHz 주파수 대역에서 잡음지수는 2.0 dB이하이고 이득은 26dB이상으로 설계 결과와 일치하였다.
AlGaAs/InGaAs/GaAs HBT를 이용하여 준밀리미터파 광대역 무선망(BWLL) 시스템의 가입자용 장치에 사용 가능한 전력증폭기를 개발하였다. 베이스 접지 HBT 소자의 비선형 등가 회로를 추출하여 선형 및 비선형 회로 시뮬레이션을 통하여 출력 전력 정합 회로를 갖는 증폭기를 설계하였으며, 이를 기초로 하여 세라믹 기판 위의 스텁을 이용하여 하이브리드 형태로 증폭기를 구현하였다. 제작된 전력증폭기는 24.4 GHz에서 최대 포화 출력 25.5 dBm, 35%의 전력 부가 효율을 얻었으며, 24.8 GHz에서는 7.5 dB의 최대 선형 이득을 얻었다. 또한, 24.25 GHz∼24.75 GHz의 주파수 대역에서 22 dBm 이상의 포화 출력 전력과 25% 이상의 전력 부가 효율을 얻었다.
본 논문에서는 낮은 위상 잡음을 갖는 B-WLL대역 국부발진기(LO)로 사용될 주파수 합성기를 설계 및 제작하였다. 2GHz 대역의 주파수 합성기를 구성, 낮은 위상잡음의 안정된 파형을 얻은 후 SRD(Step Recovery Diode)를 이용하여 주파수 체배기를 거쳐 12GHz 대역의 위상 고정된 안정된 신호를 얻었다. 제작된 주파수 합성기는 각각 출력 주파수 24.92 GHz, 25.10GHz, 25.26GHz를 가지며, 이 중 출력 주파수 24.92 GHz에서 0.44 dB의 발전출력과 -87.93 dB/Hz(@10KHz), -109,54dBc/Hz(@100 KHz)의 위상잡음 특성을 나타내었다.
주파수 추정 알고리즘의 경우 기존에 제안된 방법들 중에서 ML방법은 계산상 너무 복잡하고 구현하기 힘들며, 준-ML 방법들은 이론적인 방법과 비교해 볼 때 다소 단순하긴 하나 역시 구현상의 문제가 따른다. 따라서 본 논문에서는 BWLL환경에 적용할 수 있는 단순하면서도 구현이 용이한 주파수 추정방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 주파수 추정기는 V&V 위상추정기를 기초로 한다. 성능분석 결과 본 논문에서 제안한 알고리즘을 이용할 경우 최대로 정규화된 심벌율의 0.5%까지 조정이 가능하다. 따라서 아날로그 영역에서의 거친 주파수 조절과정에서 다소 많은 잔류 주파수옵셋이 존재하여도 주파수 복구가 가능하다.
현재 국가별로 진행되고 있는 가입자 접속의 고속화 전략은 각 나라의 통신환경 및 서비스 수요에 따라 다양하게 추진되고 있다. 그러나 선로의 종류에 따라 구분하여 보면, 기존의 동선 전화선로를 이용하는 ‘ xDSL 접속’과 새로운 광섬유 선로를 이용하는 ‘광 가입자 접속,’ 그리고 무선주파수를 이용하는 ‘광대역 무선 접속(BWLL)’ 등 세 가지 형태로 구분할 수 있다. 본 고는 이러한 초고속 가입자 접속기술 중 xDSL기술의 개발현황과 표준화 진행을 분석하여 우리나라의 통신환경에 맞는 기술 방향을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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