[논문]저전력 및 고품질의 60GHz대역 무선 통신 시스템 설계와 성능 분석

복준영; 유흥균

doi:10.7840/kics.2013.38a.2.209

저전력 및 고품질의 60GHz대역 무선 통신 시스템 설계와 성능 분석
Design and Performance Analysis of 60GHz Wireless Communication System for Low Power Consumption and High Link Quality 원문보기

한국통신학회논문지. The journal of Korea Information and Communications Society. 무선통신, v.38A no.2, 2013년, pp.209 - 216

초록
AI-Helper

본 논문에서는 저전력 고품질의 60GHz 대역 무선 통신을 위한 디지털 역지향성 안테나 시스템의 설계와 성능을 분석하였다. 디지털 역지향성 안테나는 수신된 방향에 대한 정보 없이 자동적으로 빔을 신호원 방향으로 생성할 수 있다. 제안된 시스템은 신호원 방향으로 빔을 형성하여 간섭 신호를 감소시키고 SINR 을 향상시킴으로써 저전력 통신이 가능하다. 초고속 통신을 위해서 60GHz 와 같은 밀리미터파 대역에서 통신을 할 경우 주파수 오프셋이 심하게 발생된다. 본 논문에서는 디지털 PLL 을 사용하여 주파수 오프셋에 강한 시스템을 설계하였다. 또한, 안테나 수에 따른 빔 성능 및 디지털 역지향성 안테나의 위상 공액 기법을 사용한 경우에 대해서 주파수 오프셋을 고려하여 성능을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we design and analyze digital retrodirective array antenna (RDA) system in 60GHz wireless communication for low power consumption and high quality. Digital RDA can automatically make beam toward source without information about the direction of incoming signal, this system is able to do low power communication thanks to increased signal to interference noise ratio (SINR) because making the beam toward source can reduce interference signals. The frequency offset seriously arises when millimetric wave band like 60GHz is used to communicate for high-speed transmission. The proposed system is robustly designed to frequency offset through designing digital phase lock loop in order to solve the problem of frequency offset. In this paper, we analyze the performance of the proposed system according to the number of array antenna and frequency offset. striking space.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 60GHz 대역에서 보다 효율적이며 고품질을 가지는 통신 시스템을 설계하기 위해서 디지털 역지향성 안테나 기술을 적용한 통신 시스템을 설계하고 성능을 분석하였다. 제안한 디지털 역지향성 배열 안테나를 이용한 무선 통신 시스템은 무지향성 안테나 시스템에 비해서 전력 효율을 향상 시켰으며, 60GHz 대역에서 심하게 발생 할 수 있는 주파수 오프셋에 강한 특성을 가지도록 디지털 PLL 을 설계하였다.
본 논문에서는 60GHz 대역을 사용하는 근거리 통신 환경에서의 수신 효율을 향상 시키고 저전력 고품질의 무선 통신 시스템을 위한 통신 시스템을 설계하였다.
본 논문에서는 60GHz 대역의 저전력 고품질의 통신을 위한 디지털 역지향성 안테나를 사용한 60Ghz 무선 통신 시스템을 설계 하였다. 60GHz 의 근거리 통신 방식에서 무지향성 안테나를 사용한 통신 방식에 비해서 디지털 역지향향성 안테나는 빔을 자동적으로 형성 할 수 있기 때문에 더욱 효율적인 통신이 가능하다.
본 논문에서는 저전력 고품질의 근거리 통신을 위해서 디지털 역지향성 안테나를 이용한 60GHz 대역 무선 통신 시스템에 대해서 설명한다. 그림 2과 같이 임의 방향에서 수신 안테나로 의 입사각을 가지고 신호가 수신 될 경우, 각 수신 배열 안테나 소자는 수신 데이터를 서로 다른 시간 지연을 가지고 수신한다.

가설 설정

2. The concept of digital retrodirective array antennas.

제안 방법

60GHz 대역을 사용하는 근거리 통신 방식을 위한 저전력 고품질의 무선 통신 시스템을 위해서 신호의 수신 방향에 대한 사전 정보 없이 신호원으로 신호를 재전송 가능한 근거리 무선 통신 시스템을 설계하였다.
밀리미터파 대역을 사용하는 통신 방식은 통신 방식은 주파수 감쇄 특성으로 인하여 근거리 통신에 주로 사용된다. 근거리 통신 방식에서 전력 효율을 향상하고 주파수 효율을 개선하기 위해서 공간적으로 방향성을 자동적으로 가질 수 있도록 하는 디지털 역지향성 배열 안테나를 사용한 무선 통신 시스템을 설계한다.
디지털 역지향성 안테나의 빔 지향성으로 인하여 정확히 신호원에서 신호를 재수신 할 수 있기 때문이다. 또한, 디지털 PLL 의 설계를 통해서 60Ghz 와 같은 높은 주파수 대역에서 발생되는 주파수 오프셋에 강한 통신 시스템에 대한 설계를 하였다.
송신기에서 수신기에 데이터를 전송할 경우, 수신기에서는 송신기의 방향으로 자동적으로 빔을 형성하여 송수신 성능을 향상 시킬 수 있는 디지털 역지향성 안테나를 그림 1과 같이 제안하였다.
그림 9. 안테나 소자 수에 의한 디지털 RDA 성능 분석.
그림 10. 위상 공액기 사용 유무에 의한 BER성능 분석.
본 논문에서는 60GHz 대역에서 보다 효율적이며 고품질을 가지는 통신 시스템을 설계하기 위해서 디지털 역지향성 안테나 기술을 적용한 통신 시스템을 설계하고 성능을 분석하였다. 제안한 디지털 역지향성 배열 안테나를 이용한 무선 통신 시스템은 무지향성 안테나 시스템에 비해서 전력 효율을 향상 시켰으며, 60GHz 대역에서 심하게 발생 할 수 있는 주파수 오프셋에 강한 특성을 가지도록 디지털 PLL 을 설계하였다.
제안한 시스템은 근거리 환경에서 보다 효율적으로 데이터를 전송하기 위해서 송신기의 사전 정보 없이 송수신이 가능한 디지털 역지향성 안테나기술을 사용한다. 디지털 역지향성 안테나(RDA)는 수신 신호의 위상을 추적 및 위상 공액을 통해서 빔 패턴을 형성한다.
그림 11. 주파수 오프셋의 의한 BER 성능 비교. Fig.

이론/모형

그림 5은 60GHz 대역의 디지털 역지향성 안테나의 성능 분석을 위한 시뮬레이션 블록도이다. 시뮬레이션을 위해서 Matlab simulink 툴을 사용하였으며, 변조 방식은 QPSK 변조를 사용하였다. 송신 단에서는 단일 안테나를 사용하였으며, 수신 단에서는 디지털 역지향성 안테나를 구성하기 위해서 배열 안테나를 사용하였다.

성능/효과

디지털 역지향성 안테나는 3개의 배열 안테나를 사용하여 구성 하였다. 송신기에서 디지털 역지향성 안테나로 신호를 전송하게 될 경우, 디지털 역지향성 안테나의 위상 공액기를 사용하여 수신된 방향으로 신호를 재전송한 경우에 20도와 30도의 각도와 관계없이 수신 BER 성능이 좋은 것을 확인 할수 있다. 그러나 위상 공액 기법을 사용하지 않게 되면 수신 방향과는 다른 방향으로 신호를 전송하기 때문에 신호의 수신 단에서 BER 성능을 측정하게 되면, BER 10-6을 만족하기 위해서 약 5dB 정도의 추가적인 신호전력이 필요한 것을 볼 수 있다.
시뮬레이션 결과 디지털 RDA 시스템은 배열 안테나 소자를 3개 사용한 경우 5dB나 적은 SNR로 동일한 수신 BER 성능을 만족하므로 전력 효율이 향상되는 것을 확인 할 수 있다. 디지털 역지향성 안테나의 빔 지향성으로 인하여 정확히 신호원에서 신호를 재수신 할 수 있기 때문이다.
그림 9은 수신 신호의 위상 지연이 20 도일 경우에, 배열 안테나 소자의 개수를 1, 2, 3개로 증가시켜 수신할 경우에 수신 BER 성능을 분석한 것이다. 안테나 배열 수가 증가할수록 안테나 배열 이득으로 인하여 수신 BER 성능이 향상되는 것을 확인 할 수 있다. 특히 근거리 통신에 사용되는 60GHz 통신은 직접파의 신호가 간접파 신호에 비해서 크게 나타나기 때문에, 디지털 역지향성 안테나를 사용하여 더욱 효율적으로 데이터 신호를 전송 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	빔포밍 기술은 어떤 기술인가?	빔포밍 기술은 안테나의 방사 패턴을 조정함으로써 집중적으로 신호를 어느 한 방향으로 에너지를 모을 수 있는 기술이다. 빔포밍 기술의 목적은 신호를 보다 효율적으로 수신하거나 원하는 방향으로 정확히 신호를 전달하는 것이다.
	아날로그 역지향성 안테나를 구성하는 가장 일반적인 방법은 무엇인가?	신호원에 대한 사전 정보 없이 빠른 빔 추적 및 빔 형성이 가능하며, 복잡한 디지털 신호처리를 하지 않고 아날로그 소자만으로 구성하여 구현이 가능하다. 아날로그 역지향성 안테나를 구성하기 위한 가장 일반 적인 방법으로는 헤테로다인 혼합기를 적용한 방식이 있다[7]. 헤테로다인 혼합기를 적용한 아날로그 역지향성 안테나 기술은 RF 주파수의 두 배에 해당하는 국부 발진기(Local Oscillator)를 사용하여 구성된다.
	밀리미터파 대역 통신 기술의 문제점은 무엇인가?	밀리미터파 대역 통신 기술은 다른 무선 통신 시스템과의 간섭 없이 사용할 수 있다는 장점 외에도 최소 7GHz 의 연속된 주파수 대역을 사용함으로써 광대역 통신 시스템을 구축할 수 있다는 장점이 있다. 광대역의 통신 시스템을 구축할 수 있다는 장점에도 불구하고, 밀리미터파 대역의 통신방식은 고주파수에 따른 전파특성으로 인하여 높은 경로 손실과 전파 흡수에 의해서 짧은 전파 거리와 전파의 직진성이 강한 특성을 가진다. 이러한 짧은 통신 거리를 극복하고자 빔포밍 기술을 적용한 밀리미터파 대역 무선 통신 시스템에 대한 연구가 진행되었다[3,4].

참고문헌 (11)

C.W. Shin, "The 60GHz Transceiver Development for 155.52Mbps ATM Signal Transmission using NRD waveguide," J. KICS, vol. 29, no. 2B, pp. 167-173, Feb. 2004.
C. S. Sum, R. Funada, J. Wang, T. Baykas, M. A. Rahman, H. Harada, "Error performance and throughput evaluation of a multi-Gbps millimeter-wave WPAN system in multipath environment in the presence of adjacent and co-channel interference," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 27, no. 8, pp. 1433-1442, Oct. 2009.

상세보기
M. Kim, W. Lee, "Analysis of Neighbor Discovery Process with Directional Antenna for IEEE 802.15.3c," J. KICS, vol. 37, no.1, pp. 9-14, Jan. 2012.

원문보기 상세보기
C. S. Choi, M. Elkhouly, E. Grass, C. Scheytt, "60GHz adaptive beamforming receiver arrays for interfernce mitigation," in Proc. IEEE 21st Int. Symp. Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 2010), pp. 762-767, Istanbul, Sep. 2010.
S. Lim, T. Itoh, "60-GHz retrodirective array system with efficient power management," in Proc. Microwave conf. 2006. 36th European., pp. 314-317, London , Sep. 2006.
S. Gupta, "Automatic analog beamforming transceiver for 60GHz radios," in Proc, 2009 IEEE RFIC Symp., pp.1-4, Boston, Jun. 2009.
C. Pon, "Retrodirective array using the heterodyne technique," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 12, pp. 176-180, Mar. 1964.

상세보기
J. Sun, X. Zeng, and Z. Chen, "A direct RF-undersampling retrodirective array system," in Proc. IEEE Radio and Wirel. Symp. (RWS'08), pp. 631-634, Orlando, Jan. 2008
S. Pinel, P. Sen, S. Sarkar, B. Perumana, D. Dawn, D. Yeh, F. Barale, M. Leung, E. Juntunen, P. Vadivelu, K. Chuang, P.Melet, G. Iyer, J. Laskar, "60GHz single-chip CMOS digital radios and phased array solutions for gaming and connectivity," IEEE J. Sel. Area. Comm., vol. 27, no. 8, pp. 1347-1357, Oct. 2009.

상세보기
Y. Yu, P. Baltus, A. v. Roermund, A. de Graauw, E. v. d. Heijden, M. Collados, and C. Vaucher, "A 60GHz digitally controlled RF-beamforming receiver front-end in 65nm CMOS," in Proc. Radio Freq. Integrated Circ. Symp., 2009. (RFIC 2009), pp. 211-214, Boston, Jun. 2009.
S. Lin, K. B. Ng, H. Wong, K. M. Luk, S. S. Wong, and S. Y. Poon, "A 60GHz digitally controlled RF beamforming array in 65nm CMOS with off-chip antennas," in Proc. Radio Freq. Integrated Circ. Symp. 2011 (RFIC 2011), pp.1-4, Jeju Island, Jun. 2011.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증