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KR100500166B1 - 초광대역 임펄스 통신용 신호발생기 - Google Patents

초광대역 임펄스 통신용 신호발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초광대역 임펄스 통신용 신호에 관한 것으로, 보다 자세하게는 클럭발생기, 타이머, 카운터, 필터 등을 이용하여 초광대역 임펄스 통신용 신호를 제안하는 것이다.
본 발명의 초광대역 임펄스 통신용 신호발생기는 사각파를 발생하는 클럭 제네레이터부, 타이머 및 카운터부, 필터부로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 초광대역 임펄스 통신용 신호는 초광대역 통신장치의 개발시 제안된 신호를 사용함으로써, 간단한 회로를 이용하여 신호 발생 및 변조 장치를 구현할 수 있다.

Description

초광대역 임펄스 통신용 신호발생기{UWB impulse signal generator}
본 발명은 초고속 통신을 위한 UWB(Ultra Wide Band) 신호에 관한 것으로, 보다 자세하게는 UWB 임펄스 통신 시스템의 구현 시 본 신호를 사용함으로써 신호 발생 회로 및 Pulse Position Modulation을 간단히 구현할 수 있다.
최근 전자기술의 발달로 나노 초(nano second) 이하의 극히 짧은 펄스를 이용한 레이더와 통신기기의 개발이 가능하게 되었다. 이렇게 극히 짧은 펄스를 이용하는 기기를 "초광대역(Ultra Wide Band)기기"라 하는데, 일반적으로 그 사용 대역폭이 중심주파수의 25%(점유대역폭/중심주파수 = 0.25) 이상으로 광대역이다(점유대역폭은 통상 10dB-대역폭을 적용한다). 이 기기들은 1980년대에 지하 매설물 탐지를 위해 군에서 개발되어 일부 사용되어 왔는데 데이터프로세싱 기술을 적용하여 가까운 거리의 물체를 탐지하고 다중전파경로 환경에서 통신을 하는 정부 및 상업 분야등 많은 응용 분야에 적용될 수 있다.
UWB 기술의 특징은 무선 주파수(RF) 반송파를 사용하지 않고 무선통신을 할 수 있다는 것이다. 대신 UWB는 존속시간이 1나노초(㎱)도 안되는 에너지의 변조된 펄스를 사용한다. 펄스를 변조하는 기술에는 펄스위치변조(PPM:Pulse Position Modulation), 펄스진폭변조(PAM:Pulse Amplitude Modulation), 온오프 키잉(OOK:On-Off Keying), 2진 위상시프트 키잉(BPSK:Binary Phase Shift Keying), M-ary 등이 있다.
앞으로 가정 오락기기, 위치확인 및 추적 시스템 등에 UWB노드가 많이 설치되면 다중 접속을 효율적으로 할 수 있게 해주는 최적의 방식이 있어야 하는데 아직 없다는 것이 문제다. 다중 접속 방식에는 시도약(time-hopping), 시분할 다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access), 코드분할 다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 세 가지가 있지만 관련업체들이 이 중 각기 다른 다중 접속 방식을 사용하고 있다.
UWB 기술의 장점으로는 광대역으로 분포된 에너지를 수신하여 신호를 검출하므로 협대역 통신신호에 의한 간섭에 대하여는 그 내성이 매우 좋고, 펄스 폭이 매우 좁고 충격계수(duty cycle)가 1% 이하로 작아 다중전파경로에 의한 신호의 퍼짐 현상이나 신호의 중첩 현상을 피할 수 있고, 기존의 협대역 통신 시스템에서는 잡음으로 나타나므로 보안통신에도 적합하고, 광대역으로 분포된 에너지로부터 해당신호를 추출하기 때문에 그 충격계수에 반비례하여 처리이득이 증가하여 매우 높은 처리이득을 갖고, 높은 에너지를 가진 펄스라도 그 폭이 매우 좁으면 광대역으로 에너지가 분산되어 스펙트럼 전력밀도는 매우 낮고, 펄스 신호를 무변조로 발사하므로 반송파 발진기가 필요 없고, 고출력 통신을 행하지 않을 경우에는 선형증폭기도 필요 없으며, 중간주파수단(IF)도 사용하지 않으므로 시스템이 간단하며, 시분할다중접속을 이용하여 다중 사용자에 대한 광대역 서비스가 가능하며, 광대역으로 신호가 분포되기 때문에 근거리 통신에 적합하다.
UWB 임펄스 통신을 위한 신호는 도 1, 도 2, 도 3 등의 신호가 사용된다. 이들 신호는 500psec 정도의 펄스 폭을 가지고 있으며, 빠른 데이터 통신을 가능하게 한다. 도 1, 2, 3 신호의 경우, 신호 발생 및 변조를 위해 복잡한 회로가 사용되고 있다.
이 초광대역 시스템의 이점은 임펄스 무선 통신 시스템(이후, 임펄스 무선이라 칭함)이라 칭해진 최근에 만들어진 개선된 초광대역 기술을 통해 부분적으로 개시되어 있다. 먼저, 임펄스 무선은 최초로 래리 더블류. 풀러톤(Larry W. Fullerton)이 출원한 미국특허 제4,641,317호, 제4,813,057호, 제4,979,186호, 제5,363,108호 및 제4,743,906호를 포함하는 일련의 특허에 충분히 설명되어 있다. 임펄스 무선에 대한 두번째 특허는 풀러톤 등이 출원한 미국특허 제5,677,927호, 제5,687,169호에 개시되어 있다.
하지만, 대부분 펄스위치변조방식을 사용하는 것이 고려되고 있기 때문에 송수신에 매우 정확한 시간동기가 요구되며, 매우 넓은 대역에 걸쳐 신호가 분산되므로 타 통신에 간섭을 줄 수 있으며, 평균 전력은 작아도 첨두전력이 커서 임펄스적 전자파유기 등에 의한 타 장비의 간섭 또는 장애를 일으킬 수 있고, 광대역 주파수 특성이 우수한 특수안테나를 사용하여야 한다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 대칭적인 신호를 필터링하여 임펄스 형태의 비대칭 신호가 되도록 하는 초광대역 임펄스 통신용 신호를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 클럭발생기, 타이머, 카운터, 필터등으로 이루어진 초광대역 임펄스 통신용 신호에 의해 달성된다.
본 발명의 내용은, UWB 임펄스 통신 시스템 구현에 있어, 도 4와 같은 신호를 사용하는 것이다. 제안된 신호의 사용은, 신호 발생기 및 변조장치의 구현을 간단하게 한다.
도 4의 신호는 도 5의 신호 발생장치로부터 얻어진다. 입력된 사각파를 필터링 하여 임펄스 형태의 신호를 만들어 낸다. t4는 필터의 설계에 따라 조정할 수 있다. 제안된 신호의 특징은 기존 신호가 대칭적인 형태를 가진 반면, 비대칭 형태를 가진다. 또한 간단한 R/L 필터를 이용해 구현 가능하다.
도 6은 종래 신호를 이용한 펄스 위치 변조(pulse position modulation) 방식을 나타낸다. 도 6에서 알 수 있듯이 아주 작은 폭의 신호(도 1)를 기본으로 하여, 신호를 δ시간만큼 이동시켜 0과 1을 나타낸다.
도 7은 종래 Gaussian monocycle 신호를 이용한 UWB 임펄스 통신을 위한 Pulse train을 나타낸다.
제안된 신호의 사용은 펄스 위치 변조 방식을 구현함에 있어서도 강점을 갖는다. 도 6에서 알 수 있듯이, δ시간만큼의 신호 이동이 데이터를 나타내는데 중요하다. 따라서 신호 발생을 위한 사각파를 δ값만큼 이동 시킨 후 필터를 통과시켜 변조된 신호를 얻을 수 있다.도 8은 신호발생기와 펄스 위치 변조기의 블록 다이어그램을 나타낸 것으로서, 클럭발생기부, 타이머/카운터부, 필터부로 나뉘어져 직렬로 연결되어 있다. 상기 클럭발생기부는 사각파를 발생하며, 이때 신호의 주기는 UWB 신호가 필요로 하는 δ시간 및 pulse train의 주기를 고려하여 결정된다.상기 타이머/카운터부는 상기 클럭발생기로부터 입력된 주기적인 클럭을 카운트하여, 도 7과 같이 pulse train을 구현하기 위한 기본 신호를 만든다. 또한 pulse train의 기본 주기로부터 δ만큼 이동된 사각파를 출력함으로서 펼스 위치 변조를 수행한다. 즉 이때, 카운터의 값을 기준값에서 1만큼 변화시킴으로서 0과 1을 위한 신호를 발생한다.
상기 필터부는 상기 타이머/카운터부로부터 입력된 pulse train의 사각파를 필터링하여 제안한 임펄스 형태의 비대칭 신호를 발생한다.
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따라서, 본 발명의 초광대역 임펄스 통신용 신호는 기존의 신호를 필터링 하여 임펄스 형태의 비대칭 신호를 만듦으로써, 간단한 회로를 이용하여 신호 발생 및 변조 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 종래에 사용되는 초광대역 단일신호이다.
도 2는 종래에 사용되는 초광대역 단일신호이다.
도 3은 종래에 사용되는 초광대역 단일신호이다.
도 4는 본 발명에 의하여 제안된 신호이다.
도 5는 신호 발생장치에 의하여 본 발명의 신호를 나타낸 그림이다.
도 6은 종래 신호를 이용한 펄스 위치변조를 나타낸 그림이다.
도 7은 종래 가우시안 모노사이클을 이용한 초광대역 임펄스 통신을 위한 펄스 트레인을 나타낸 그림이다.
도 8은 신호발생기와 펄스 위치 변조기의 블록 다이어그램이다.

Claims (2)

  1. 사각파를 발생하는 클럭발생기부, 상기 클럭발생기부로부터 입력된 주기적인 클럭을 카운트하여 pulse train을 구현하기 위한 기본 신호를 생성하고 펄스 위치 변조를 수행하는 타이머/카운터부 및 상기 타이머/카운터부로부터 입력된 pulse train의 사각파를 필터링하는 필터부를 포함하는 초광대역 임펄스 통신용 신호발생기에 있어서,
    상기 필터부에서 사각파를 필터링하여 임펄스 형태의 비대칭 신호로 만드는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 통신용 신호발생기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 필터부는 R/L회로로 구성된 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 통신용 신호발생기.
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