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논문 상세정보

USRP와 GNU Radio를 이용한 IEEE 802.15.4 물리 계층 소프트웨어 라디오 시스템 구현

Implementation of Software Radio System for IEEE 802.15.4 Physical Layer Using USRP and GNU Radio

초록

본 논문은 소프트웨어 라디오 범용 하드웨어인 USRP(Universal Software Radio Peripheral) 보드와 오픈 소스 소프트웨어 라디오 개발 툴킷인 GNU Radio 패키지를 사용하여 저속, 저전력 무선 표준인 IEEE 802.15.4 표준의 물리 계층을 구현하였다. 본 논문에서 구현한 소프트웨어 라디오 시스템은 IEEE 802.15.4 물리 계층 중 868/915 MHz 대역의 BPSK와 OQPSK 변조 방식의 송수신 물리 계층과 2.45 GHz 대역의 OQPSK 변조 방식의 물리 계층을 지원하도록 구현하였다. 또한, 구현된 소프트웨어 라디오의 시스템의 검증을 위해, 각 주파수 대역과 변조 방식을 표준에 정의된 대역 특성, 패킷 구조에 맞추어 설정하고, 송수신 테스트를 수행하였으며, 특히 2.4 GHz 대역은 CC2430 모듈과 Smart RF EV 보드를 이용하여 정상 동작을 확인하였다. 그리고 시스템의 성능은 송신 신호의 PSD 마스크 조건과 수신 상태의 아이 패턴, PER(패킷 에러율) 테스트 결과로 구현한 시스템의 성능을 검증하였다. 그 결과, 구현한 시스템이 IEEE 802.15.4 물리 계층 표준에 부합함을 확인하였다.

Abstract

In this paper, a software radio system, supporting the physical layer of IEEE 802.15.4 standard, has been developed using USRP(Universal Software Radio Peripheral) board and GNU Radio package of an open source development kit for software radio. The software radio system supports the standards of BPSK and OQPSK modulations for 868/915 MHz band and OQPSK modulation for 2.45 GHz band. To verify the operation of the developed system, it has been tested under the standard signals according to the frequency band and packet structures for the transmitting and receiving operation. At 2.4 GHz, the Smart RF EV board and CC2430 modules are used to check the proper operation of the software radio system. The system performance test shows that the emission power spectrum, the eye-pattern, and PER(Packet Error Rate) meet the standard. It has been confirmed that the developed system supports the PHY layer of IEEE 802.15.4.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
USRP
USRP는 무엇으로 구성되어 있는가?
DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor), DUC(Digital Up Convertor), DDC(Digital Down Convertor)로 구성

소프트웨어 라디오의 범용 하드웨어 장비로 사용되고 있는 USRP는 DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor), DUC(Digital Up Convertor), DDC(Digital Down Convertor)로 구성되어있으며, RF 신호의 송신 및 수신을 하고, 기저 대역의 신호를 IF 대역 또는 RF 대역으로 변환하거나, 이와 반대로 RF 또는 IF 대역의 신호를 기저 대역의 데이터로 변환하는 기능을 수행한다[2].

GNU Radio
GNU Radio는 소프트웨어 라디오 개발에 어떻게 이용되는가?
소프트웨어 라디오 개발에 필요한 모듈을 제공한다.

GNU Radio는 오픈 소스 기반의 소프트웨어 라디오 개발 툴킷이다. 이는 소프트웨어 라디오 개발에 필요한 모듈을 제공한다. GNU Radio가 제공하는 모듈은 런 타임(run time) 모듈, 신호 처리 모듈, GUI(Graphic User Interface) 모듈, 입력 및 출력(I/O) 모듈 등이 있다.

USRP
USRP는 어떤 기능을 수행하는가?
RF 신호의 송신 및 수신을 하고, 기저 대역의 신호를 IF 대역 또는 RF 대역으로 변환하거나, 이와 반대로 RF 또는 IF 대역의 신호를 기저 대역의 데이터로 변환하는 기능을 수행한다

소프트웨어 라디오의 범용 하드웨어 장비로 사용되고 있는 USRP는 DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor), DUC(Digital Up Convertor), DDC(Digital Down Convertor)로 구성되어있으며, RF 신호의 송신 및 수신을 하고, 기저 대역의 신호를 IF 대역 또는 RF 대역으로 변환하거나, 이와 반대로 RF 또는 IF 대역의 신호를 기저 대역의 데이터로 변환하는 기능을 수행한다[2].

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참고문헌 (7)

  1. 1. Sinem Coleri Ergen, "ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary" (www.sinemergen.com/zigbee.pd). 
  2. 2. Firas Abbas Hamaza, "The USRP under 1.5 X magnifying lens!". 
  3. 3. GNU Radio Web page(http://gnuradio.org/trac) 
  4. 4. John G. Proakis, Digital Communications, Fourth Edition, pp. 356-357, McGraw-Hill. 
  5. 5. G. R. Danesfahani, T. G. Jeans, "Optimisation of modified Mueller and Muller algorithm", Eletronics Letters, vol. 31, no. 13, pp. 1032-1033, Jun. 1995. 
  6. 6. IEEE 802.15 WPAN Task Group 4 (http://www. ieee802.org/15/pub/TG4.html), [Online]. Available: http://w2.cadence.com/whitepapers/CMOSRFICArch forIEEE80215.pdf 
  7. 7. J. Notor, A. Caviglia, and G. Levy, "CMOS RFIC architectures for IEEE 802.15.4 networks", Cadence Design Systems, Inc., 2003. 

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