교량감시, 문화재감시, 하천감시, 노약자보호, 도시관제 및 환경감시 등 많은 분야에서 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용한 서비스가 시작되고 있고, USN을 구현하기 위해서는 RF송수신기가 반드시 필요하다. 본 논문은 2.4GHz 대역에서 동작하는 센서노드용 RF 송수신기의 설계 및 제작에 대해서 기술한다. RF 송수신기의 설계과정으로 AGC의 범위 설정과 송수신기의 설계 과정이 기술되어 있다. 또한 설계된 RF 송수신기를 제작하여 성능을 시험하였으며, 수신감도, 동작범위, 주파수 안정도, 위상잡음, 송신전력, 송신대역평탄도와 스펙트럼 마스크의 측정 결과가 기술되어 있다.
교량감시, 문화재감시, 하천감시, 노약자보호, 도시관제 및 환경감시 등 많은 분야에서 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용한 서비스가 시작되고 있고, USN을 구현하기 위해서는 RF 송수신기가 반드시 필요하다. 본 논문은 2.4GHz 대역에서 동작하는 센서노드용 RF 송수신기의 설계 및 제작에 대해서 기술한다. RF 송수신기의 설계과정으로 AGC의 범위 설정과 송수신기의 설계 과정이 기술되어 있다. 또한 설계된 RF 송수신기를 제작하여 성능을 시험하였으며, 수신감도, 동작범위, 주파수 안정도, 위상잡음, 송신전력, 송신대역평탄도와 스펙트럼 마스크의 측정 결과가 기술되어 있다.
USN(Ubiquitous Sensor Network) is used to provide many services such as bridge monitoring, cultural properties monitoring, river monitoring, protection of an old and feeble person, management and control of a city and circumstance monitoring, etc. A RF transceiver is needed for implementing USN. In ...
USN(Ubiquitous Sensor Network) is used to provide many services such as bridge monitoring, cultural properties monitoring, river monitoring, protection of an old and feeble person, management and control of a city and circumstance monitoring, etc. A RF transceiver is needed for implementing USN. In this paper the implementation and the design of a RF transceiver for sensor nodes operating in 2.4GHz frequency band are presented. The design procedure of AGC, a receiver and a transmitter is described. And the performance of the implemented RF transceiver is also tested. The test results of receiver sensitivity, receiver dynamic range, frequency stability, phase noise, output power of transmitter, flatness and spectrum mask are presented.
USN(Ubiquitous Sensor Network) is used to provide many services such as bridge monitoring, cultural properties monitoring, river monitoring, protection of an old and feeble person, management and control of a city and circumstance monitoring, etc. A RF transceiver is needed for implementing USN. In this paper the implementation and the design of a RF transceiver for sensor nodes operating in 2.4GHz frequency band are presented. The design procedure of AGC, a receiver and a transmitter is described. And the performance of the implemented RF transceiver is also tested. The test results of receiver sensitivity, receiver dynamic range, frequency stability, phase noise, output power of transmitter, flatness and spectrum mask are presented.
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문제 정의
본 논문에서는 2.4GHz 대역 의 센서 노드용 RF 송수신기를 설계 및 제작하였다. 제작된 RF 송수신기의 성능을 시험한 결과는 모두 규격을 만족한다.
본 논문은 참고문헌 [1]의 다음 단계로써 도출된 설계파라미 터 를 만족하도록 RF 송수신기 를 설계 하고 제작한 RF송수신기와 그 시험결과를 기술한다.
제안 방법
으로 나타낸다. LO의 주파수 안정도는 LO가 사용하는 기준주파수의 안정도에 의해서 결정되기 때문에 그림 14와 같이 기준주파수의 주파수를 측정하였다. RF 송수신기에서는 16MH也 기준주파수를 사용하였으며 , 그림 14로부터 103田의 오차가 있음을 알 수 있다.
5MI立의 주파수 범위에서 만족여부를 확인하기 위해서 전체의 동작 주파수 범위를 3개의 주파수로 구분하여, 2405MHz, 2450MHz 그리고 2480MHz에서 측정하였다. 그리고 -20dBm ~ -85dBm의 동작범위를 확인하기 위해서 -2O3Bn의 신호가 수신기 로 인가되는 경우에 도 수신기의 SNR이 유지 되는 측정하였다.
수신기의 수신감도를 만족하기 위한 수신기의 잡음지수를 계산하였고, 여파기의 선택도와 L0의 위상잡음을 계산하였다. 그리고 송신기의 최대출력을 설정하였으며, 이를 기준으로 송신기의 방사규격을 만족하는 마스크 특성을 계산하였다.
4GHz에서 동작하는 센서노드용 RF 송수신기의 설계 파라미터는 참고문헌 [1]에서 도출하였다. 도출된 설계 파라미터로써 송수신기 는 low IF 구조를 이용하며, IF 주파수는 1.5MH也로 결정하였다. 수신기의 수신감도를 만족하기 위한 수신기의 잡음지수를 계산하였고, 여파기의 선택도와 L0의 위상잡음을 계산하였다.
LO 는 주파수가 높을수록 성능이 열화된다. 때문에 원 송수신 신호의 주파수가 2480MHz일 때, 실제 LO의 주파수는 2478.5MHz이 지 만, LO를 2480MHz로 설정 하고 주파수 안정도와 위상잡음을 측정하였다. 2480M任z는 16MHz의 155배이기 때문에 16MHz 기준주파수의 오차인 103Hz는 2480MHz에서 15.
따라서 수신기에 -85dBm의 CW 신호를 인가하고 A/D 전단에서 SNR을 측정함으로써 수신기의 잡음지수를 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 또한 2400 ~ 2483.5MI立의 주파수 범위에서 만족여부를 확인하기 위해서 전체의 동작 주파수 범위를 3개의 주파수로 구분하여, 2405MHz, 2450MHz 그리고 2480MHz에서 측정하였다. 그리고 -20dBm ~ -85dBm의 동작범위를 확인하기 위해서 -2O3Bn의 신호가 수신기 로 인가되는 경우에 도 수신기의 SNR이 유지 되는 측정하였다.
5MH也로 결정하였다. 수신기의 수신감도를 만족하기 위한 수신기의 잡음지수를 계산하였고, 여파기의 선택도와 L0의 위상잡음을 계산하였다. 그리고 송신기의 최대출력을 설정하였으며, 이를 기준으로 송신기의 방사규격을 만족하는 마스크 특성을 계산하였다.
그림 1에서는 65dB의 AGC 범위를 갖는 것으로 계산되어 있지만, 실제 사용하는 소자에 따라서 AGC의 범위는 줄어들 수 있다. 실제 사용한 소자의 AGC 범위는 45dB 정도가 되도록 하였기 때문에 수신기의 구성에서는 AGC 전단에 20dB 이득을 갖는 증폭기 를 추가하였다.
대상 데이터
4 신호를 생성 하였다. Matlab으로 생성한 데이터는 시험용 기저대역신호처리부에 포팅 후, 출력전력과 스펙트럼 마스크 측정용 신호원으로 사용하였다. 그림 9는matlab으로 생성 한 신호의 시뮬레이션 스펙트럼이다.
후속연구
본 논문에서 제작한 송수신기는 하이브리드 형태이나, SoC를 제작하기 위한 전 단계로써 필요한 자료를 확보하기 위한 test bed로 사용가능하다. 또한 본 논문의 시험 과정 은 다른 RF 송수신 시스템의 시험에도 유용하게 적용될 수 있다.
. 본 논문에서 제작한 송수신기는 하이브리드 형태이나, SoC를 제작하기 위한 전 단계로써 필요한 자료를 확보하기 위한 test bed로 사용가능하다. 또한 본 논문의 시험 과정 은 다른 RF 송수신 시스템의 시험에도 유용하게 적용될 수 있다.
Sanggee Kang, Bongkyum Kim and Kisuk Yoo, 'Review of IS-97 in the RF Designer's point of view', CIC '98, pp. 559 ？ 562, 1998
IEEE Std 802.15.4b, Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR- WPANs), 2005
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