KR100753851B1 - 저용량 ｕｗｂ 통신 시스템 및 그 통신방법 - Google Patents

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Abstract

저용량 UWB 통신 시스템 및 그 통신방법이 개시된다. 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템은, 입력되는 디지털 데이터와 임펄스 제어신호를 믹싱하여 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 송출하는 송신부, 및 송신부로부터 수신된 임펄스로부터 디지털 데이터 신호를 검출하여 디지털 데이터를 복원하는 수신부를 포함한다.
저용량 UWB, 임펄스, CPLD

Description

저용량 ＵＷＢ 통신 시스템 및 그 통신방법{Low capacity UWB communication system and a method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템을 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 비동기 전송을 위한 데이터 패킷 구성도,
도 3은 도 1의 임펄스 발생기를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 측정된 시간영역에서의 전송 임펄스 파형 및 지연반응 파형을 나타낸 도면,
도 5는 도 1의 임펄스 수신신호 검출기의 시뮬레이터를 나타낸 도면,
도 6은 임펄스신호의 수신파형 검출 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 7은 측정된 임펄스송신 파형과 수신신호의 디지털신호로 변환한 타이밍 결과를 나타낸 도면,
도 8은 도 1의 저용량 UWB 통신 시스템에 의한 통신방법을 나타낸 흐름도, 그리고
도 9는 저용량 UWB 통신시스템 응용 CANVAS 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 송신기 11 : 레벨 변환기
13 : 컨트롤러 15 : 임펄스 발생기
20 : 수신기 21 : LNA & 필터
23 : 증폭기 25 : 신호 검출기
27 : 신호복원 컨트롤러 29 : 레벨 변환기
본 발명은 UWB(Ultra Wide-Band) 통신 시스템 및 그 통신방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저용량 데이터 전송의 저전력 무선센서 네트워크 분야에 적용 가능한 펄스 방식의 저용량 UWB 통신 시스템 및 그 통신방법에 관한 것이다.
UWB 기술은 특수 목적의 군용 기술로 처음 개발되었으나, 1994년 이후 많은 연구 분야가 군사보안에서 해제됨으로써 향후 시장 잠재력이 매우 큰 새로운 기술 분야로 부각되고 있다. UWB 기술은 근거리의 고속 무선통신 시스템, 목표물과의 거리를 고정밀도로 측정할 수 있는 로컬라이저(localizer), 지하 매설물이나 건물 속에 있는 물체 또는 사람의 위치를 감지할 수 있는 원격 감지(remote sensing), 고해상도 레이더 등과 같은 광범위한 응용분야를 가진 첨단 기술로서 향후 그 기술적 파급효과가 막대할 것으로 예상된다.
최근 미국 연방 통신 위원회(FCC : Federal Communications Commission)에서 비허가 무선 장치로 UWB 기술의 제한적 사용을 규정한 1st Report & Order를 발표함으로써 세계의 많은 기업에서 가정 내에서 무선 네트워크, 가전기기 간의 무선통신, 저용량 센서네트워크 등을 상용화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15 TG4a (working group for wireless personal area network)에서는 UWB 기술을 저용량의 위치기반 WPAN(Wireless Personal Area Network)의 물리계층(physical layer)으로 사용하기 위한 표준화 작업이 진행되고 있으며, 현재 통신 및 위치응용을 위한 UWB 임펄스 라디오 (Impulse Radio) 방식과 데이터 통신만을 위한 2.4GHz의 첩 라이오 (Chirp Radio) 방식을 기본으로 하는 주된 기술이 채택된 상태로, 이들 각 분야에 대한 상세 기술채택을 위하여 TE(Technical Editor)를 중심으로 검토 중에 있다.
일반적으로 고려되고 있는 대부분의 UWB 수신기 구조는 무선통신에서의 전형적으로 고려되고 있는 RF단에 고속 믹서부가 있어 안테나를 통해 수신된 펄스신호에 특정 템플릿 기준신호를 곱하여 상관결과를 얻으며, 상관신호를 바탕으로 고속 A/D 컨버터를 통해 베이스밴드부에서 수신 펄스신호 정보를 판단하게 된다.
그러나 수신펄스의 정보를 정확히 판단하기 위해서는 수신펄스의 정확한 상관결과를 얻어야 하며, 이는 복잡한 고속화 동기화 알고리즘 및 정교한 아날로그 동기화회로에 대한 고려가 필수적으로 뒤따라야하는 구현상 문제를 안고 있다. 이것은 결과적으로 UWB 전체 시스템의 하드웨어 복잡도를 증가시키기 때문에 저전력 응용분야에 적용하기가 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 저용량 데이터 전송의 저전력 무선센서 네트워크 분야에 적용 가능한 펄스 방식의 저용량 UWB 통신 시스템 및 그 통신방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템은, 입력되는 디지털 데이터와 임펄스 제어신호를 믹싱하여 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 송출하는 송신부; 및 상기 송신부로부터 수신된 임펄스로부터 디지털 데이터 신호를 검출하여 상기 디지털 데이터를 복원하는 수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 송신부는, 입력되는 디지털 데이터를 반전하는 레벨 변환기; 및 상기 입력되는 디지털 데이터 신호가 변경될 때마다 소정 시간의 임펄스 제어신호를 발생하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러에 의해 믹싱된 신호를 상기 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 광대역 무선 안테나를 통하여 송출하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 컨트롤러는, 상기 레벨 변환기로부터 수신된 신호에 대하여 아이들(Idle) 상태(신호가 없는 상태)일 때에는 계속해서 로우(Low)를 출력하다가 라이징 에지(Rising Edge)가 발생되면 소정시간동안 하이(High)를 출력한 뒤 로우로 복귀하고, 폴링 에지(Falling Edge)가 발생되면 상기의 소정시간동안 하이를 출력한 뒤 로우로 복귀하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수신부는, 상기 송신부로부터 수신된 임펄스 신호에 대하여 NF(Noise Figure)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 필터링하는 LNA & 필터; 상기 LNA & 필터에 의해 필터링된 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에 의해 증폭된 신호로부터 디지털 데이터 신호를 검출하는 신호검출기; 상기 신호검출기에 의해 검출된 신호로부터 본래의 디지털 데이터를 복원하는 신호복원 컨트롤러; 및 상기 신호복원 컨트롤러에 의해 복원된 신호를 반전하여 출력하는 레벨 변환기를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 신호복원 컨트롤러는, 상기 신호검출기로부터 수신된 신호에 대하여, 임펄스 신호가 수신되지 않고 있는 상태에서는 하이 신호를 출력하고 에지(Edge)가 발생하면 소정 시간 후 반전된 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 송신부 및 수신부는 비동기식으로 그리고, 진폭변조 방식으로 데이터를 송수신하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 송신부는 상기 수신부에 시작비트, 데이터비트, 패리티비트, 및 정지비트로 구성된 패킷 단위의 임펄스 데이터를 전송하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템은, 입력되는 디지털 데이터를 반전하는 단계; 상기 입력되는 디지털 데이터 신호가 변경될 때마다 소정 시간의 임펄스 제어신호를 발생하는 단계; 상기 임펄스 제어신호 발생단계에 의해 믹싱된 신호를 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 광대역 무선 안테나를 통하여 송출하는 단계; 수신된 임펄스 신호에 대하여 NF가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 필터링하는 단계; 상기 필터링된 신호를 증폭하는 단계; 상기 증폭된 신호로부터 디지털 데이터 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 신호로부터 본래의 디지 털 데이터를 복원하는 단계; 및 상기 복원된 신호를 반전하여 출력하는 단계를 포함하는 저용량 UWB 통신 시스템의 통신방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템은, 저용량 데이터 전송의 저전력 무선센서 네트워크 분야에 적용 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템 및 그 통신방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도면을 참조하면, 저용량 UWB 통신 시스템은, 송신단(10) 및 수신단(20)을 구비한다. 여기서, 송신단(10)은 레벨 변환기(11), 컨트롤러(13), 및 임펄스 발생기(15)를 포함하며, 수신단(20)은 LNA & 필터(21), 증폭기(23), 신호 검출기(25), 신호복원 컨트롤러(27), 및 레벨 변환기(29)를 포함한다. 도면은, 하나의 저용량 UWB 통신 시스템의 송신단(10)과 다른 저용량 UWB 통신 시스템의 수신단(20)의 사이에서 데이터가 송수신되는 경우를 나타낸다.
레벨 변환기(11)는 신호를 반전시켜 송출한다. +11V 내지 -11V의 범위를 갖고 있는 입력 직렬통신 데이터 신호는 상용 프로그래머블(programmable)한 CPLD(Complex Programmable Logic Device)칩을 통해 임펄스 생성을 위한 송신신호로 변환되는데, 이때 레벨 변환기(11)는 원래의 신호를 반전시켜 송출한다.
컨트롤러(13)는 송신신호 변환을 수행한다. 컨트롤러(13)는, 입력된 이진 데이터값을 임펄스로 전송하기 위한 부호화 신호로 변환하고 다시 복호하는 펄스생성기(도시하지 않음)와, 비동기방식의 송신신호 변환기(도시하지 않음)를 포함한다. 여기서, 송신신호 변환기는 CPLD와 같은 상용 프로그램 가능한 칩을 사용해서 그 구조가 설계된다. 송신신호 변환기는 그 외 디지털신호 입출력 인터페이스, 11.0592MHz Oscillator, DC +5V 입력젝, D-type 9Pin Serial Connector, RF Connector의 주요부품과 기타 주변소자들을 포함하며, 전원은 DC +5V를 사용하고 독립적인 전원공급을 하도록 설계된다.
CPLD는 레벨 변환기(11)로부터 신호를 수신하며, 아이들(Idle) 상태(신호가 없는 상태)일 때에는 계속해서 로우(Low)(0)를 출력하다가 라이징 에지(Rising Edge)가 발생되면 약 904ns 동안 +5V 수준의 하이(High)(1)를 출력한 뒤 로우(0)로 복귀하고, 폴링 에지(Falling Edge)가 발생되면 역시 같은 시간동안의 하이(1)를 출력한 뒤 로우(0)로 복귀한다. 즉 입력 데이터 신호가 변경될 때 마다 일정시간(904ns)의 펄스를 발생시키는 것이다. 이 신호는 임펄스 발생기(15)의 입력으로 사용되며, 광대역 무선 안테나를 통하여 임펄스 데이터를 전송하게 된다. 이때, 전송하고자 하는 데이터 입력 시퀀스는 전체 11bit의 패킷 단위로 구성되며, 도 2에 도시한 바와 같이 시작 비트, 데이터 비트, 패리티 비트, 및 정지 비트로 이루어져 있다.
저용량 UWB 전송시스템의 경우 충분히 낮은 수 kbps급의 데이터율을 전송하기 때문에 동기식 전송방식보다도 비동기식으로 데이터를 송수신하는 것이 더욱 효율적이다. 그러므로 도 2의 전송 패킷과 같이, 단지 시작과 끝나는 플래그(flag)를 알려주고 패리티 정보를 포함한 데이터 8비트를 전송하게 되면 실제 구현상 예기치 못하게 일어나는 타이밍 문제가 해결되며 회로의 복잡성을 크게 덜 수 있다.
초광대역 통신은 최소 500MHz 이상의 대역을 사용하여 최대의 스펙트럼을 전송하는 통신방식으로 정의된다. 특히, 본 발명에 따라 설계된 UWB 방식은 펄스화된 UWB로 매우 작은 폭과 낮은 듀티(duty) 사이클로 되어 있는 펄스특성을 이용하여 이들 펄스를 모아 정보를 전송하며, 전송방식은 진폭변조 방식에 따른다.
진폭변조 방식은 AM(Amplitude Modulation) 방식이라고도 하며, 반송파(carrier wave)의 진폭을 신호파(signal wave)의 진폭에 따라 변화시키는 변조법을 말한다. 즉, 진폭변조 방식은 음악이나 음성, 영상 등을 전기신호로 바꾸어 무선이나 유선으로 먼 곳에 보낼 때 반송파의 진폭을 신호파의 진폭에 따라 변화시키는 변조방식을 말한다. 일반적으로 신호파를 신호보다도 높은 주파수인 반송파와 함께 변조기를 통하게 하면 진폭변조파가 생긴다. 이때, 반송파의 진폭은 일정하지만, 변조된 것은 신호의 변화에 따라서 반송파의 진폭이 변화한다. 수신할 때 이 변조파를 복조기(검파기)를 통하게 하면, 진폭 변화된 부분이 제거되어 본래의 신호가 재현된다.
도 3은 도 1의 임펄스 발생기(15)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 임펄스 발생기(15)는 단축펄스 생성부(Short Pulse Generator)와 임펄스 생성부(Impulse Generator)로 구성되며, 이를 이용하여 펄스폭이 2ns 이내의 모노 펄스를 만들어 전송하게 된다.
도 4는 측정된 시간영역에서의 전송 임펄스 파형 및 지연반응 파형을 나타낸 도면이다. 전송 임펄스 파형의 경우, 단축펄스 생성부로부터 만들어진 디지털 데이터 트리거신호는 임펄스 생성부 모듈을 거치며 신호의 변화에 따른 임펄스를 생성 하게 된다. 지연반응파형은 전송 임펄스신호에 대한 인식을 위하여 CPLD에 받아들여지는 실제 반응파형이다.
수신단(20)에 의해 수신된 임펄스 신호는 자유공간 채널을 통하여 두 번의 광대역 안테나를 거치게 되며 마치 두 번 미분한 결과의 펄스 형태를 이루게 된다. 이때, 수신단(20)에 의해 수신된 임펄스 신호는 감쇄 및 잡음의 영향으로 매우 낮은 전력레벨을 갖고 있다. LNA(Low Noise Amplifier) & 필터(21)는 NF(Noise Figure)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 필터링하며, 증폭기(23)는 필터링된 신호를 증폭한다.
신호 검출기(25)는 특정 고속 스텝 리커버리 다이오드와 RC 상수값을 갖는 적분기로 설계된다.
도 5는 저용량 UWB 통신시스템 전체를 설계한 기능 블록도를 나타낸다. 그 구조는 입력 디지털데이터와 임펄스제어신호의 믹싱(실제 믹싱구현은 도 3에 나타낸 바와 같이 복잡도가 매우 낮은 단축펄스방식으로 구현되어질 수 있다)으로 이루어진 전송부와 RF전파를 위한 임펄스발생기 및 초광대역 송수신 안테나를 포함하는 아날로그 매체부, 그리고 저잡음증폭기, 저역통과필터 및 신호검출기로 구성되는 수신부로 구성된다.
도 6은 도 5의 저용량 UWB 통신시스템 동작 시 얻게 되는 동작 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 즉 도 6의 입력신호 data 파형은 임펄스 제어신호인 imp 파형과 믹싱 된 후, RF 공간상에 임펄스신호, tx를 전송하게 된다. 초광대역 송수신 안테나를 거친 수신신호는 rx0 파형으로 나타나며 저잡음증폭기, 저역통과필터를 거치 며 rx 파형으로 나타난다. 최종적으로 신호검출기를 통하여 전송된 디지털데이터신호를 out_data 파형에 나타난 것과 같이 얻을 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 저용량 UWB (Ultra-Wide band) 통신시스템에 대한 임펄스 아날로그 송수신부의 시뮬레이터는 ADS 툴을 사용하여 설계 및 검증될 수 있다.
신호복원 컨트롤러(27)는 수신 신호변환을 수행한다. 광대역 안테나와 신호 검출기(25)를 거친 수신신호로부터 본래의 신호를 복원해 내기 위해서는 수신신호의 변환이 수행되어야만 한다. 신호복원 컨트롤러(27) 내의 수신신호 변환기(도시하지 않음)는 CPLD인 XC9536, 11.0592MHz Oscillator, DC+5V 입력젝, D-type 9Pin Serial Connector, RF Connector의 주요부품과 기타 주변소자들로 구성되며 전원은 DC+5V를 사용하며 독립적인 전원공급을 하도록 설계된다.
수신신호 변환기는 신호 검출기(25)로부터 신호를 수신하며, 임펄스 신호가 수신되지 않고 있는 상태에서는 하이(1) 신호를 출력하고 있다가 상승 에지(Edge)가 발생하면 2클록 타임(11.0592MHz 사용 시 약 180ns=(1/Freq. X 2) 후에 반전된 신호를 출력한다. 반전된 신호는 직렬 데이터 신호로 구성되며 입력을 위하여 레벨 변환기(29)에서 전압수준을 0V 내지 +10V로 바꾼 뒤 반전된 상태로 출력하게 된다. 도 7은 수신 펄스에 대한 신호 변환 타이밍 다이어그램이다. 수신 시 펄스에 따라 신호 데이터가 변환됨을 볼 수 있다. 도면은 115kbps의 데이터율로 임펄스를 전송할 때 안정적으로 수신신호의 디지털정보가 복원됨을 보여준다.
도 8은 도 1의 저용량 UWB 통신 시스템에 의한 통신방법을 나타낸 흐름도이다. 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템의 통신방법을 상세하 게 설명한다.
송신부(10)의 레벨 변환기(11)는 +11V 내지 -11V의 범위를 갖고 있는 입력 직렬통신 데이터를 반전시켜 송출한다(S101).
반전된 데이터는 컨트롤러(13)의 프로그래머블한 CPLD 칩을 통해 임펄스 생성을 위한 신호로 변환된다. CPLD는 신호가 없는 상태일 때에는 계속해서 로우를 출력하다가 라이징 에지가 발생되면 약 904ns 동안 +5V 수준의 하이를 출력한 뒤 로우로 복귀한다. 또한, CPLD는 폴링에지가 발생되면 역시 같은 시간동안의 하이를 출력한 뒤 로우로 복귀한다. 즉, 컨트롤러(13)는 입력 데이터신호가 변경될 때마다 일정시간(904ns)의 펄스를 발생시킨다(S103). 이 신호는 임펄스 발생기(15)의 입력으로 사용되며, 광대역 무선 안테나를 통하여 임펄스 데이터를 전송한다(S105).
수신부(20)의 LNA & 필터(21)는 송신부(10)로부터 수신된 임펄스 신호에 대하여 NF가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 필터링하며, 증폭기(23)는 필터링된 신호를 증폭한다(S107).
송신부(10)에 의하여 입력신호 데이터는 임펄스 제어신호와 믹싱된 후, RF 공간상에 임펄스 신호, tx로 전송되는데, 초광대역 송수신 안테나를 거친 수신신호는 도 6에 나타낸 바와 같이 rx0 파형으로 나타나며, 저잡음 증폭기, 저역통과필터를 거치며 rx 파형으로 나타난다. 이 신호로부터 신호검출기(25)는 out_data 파형에 나타낸 것과 같은 디지털 데이터 신호를 검출한다(S109).
신호복원 컨트롤러(27)는 광대역 안테나와 신호검출기(25)를 거친 수신신호로부터 본래의 신호를 복원해 내기 위해 수신신호 변환을 수행한다(S111). 이때, 신호복원 컨트롤러(27) 내의 수신신호 변환기는, 임펄스 신호가 수신되지 않고 있는 상태에서는 하이 신호를 출력하다가 상승 에지가 발생되면 2클록 타임 후에 반전된 신호를 출력한다. 반전된 신호는 직렬 데이터 신호로 구성되며, 입력을 위하여 레벨 변환기(29)에서 전압수준을 0V 내지 +10V로 바꾼 뒤 반전된 상태로 출력한다(S113).
도 9는 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템에 의해 구현된 응용Canvas 시스템이다. Canvas 프로그래밍은 NI(National Instrument) 사의 LabVIEW 툴을 이용하였으며, 송신하는 측에서 그림이나 글을 캔버스에 그릴 때 일정거리 이상에 떨어져 있는 다수의 수신기 창의 캔버스에 동시에 그려지게 되는 시스템이다.
본 발명에 따른 무선 비동기식 UWB 통신 시스템은 전력소모를 줄이고자 임펄스신호의 고속 상관기와 고속 A/D 변환기를 고려하지 않았으며, 저전력 저용량 전송목적에 맞는 전송데이터 패킷과 비동기식 수신방식을 택하였다. 이진 데이터는 NRZ(Non-Return-to-Zero)의 신호로 2ns 이하의 펄스폭을 갖는 임펄스를 전송하고 이를 검출하여 신호 변환하는 간단한 디지털 송수신기를 설계하였다. 설계된 저용량 UWB 통신시스템 시스템을 바탕으로 최대 115kbps급의 Peer-to-Peer 송수신을 확인하였으며, 이를 토대로 저전력 무선 Canvas 시스템을 구현하였다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 의하여, 저전력 저용량 전송목적에 맞는 전송데이터 패킷과 비동기식 송수신방식을 적용하고, 매우 작은 폭과 낮은 듀티 사이클로 되어 있는 펄스를 적용함으로써, 저용량 데이터 전송의 저전력 무선센서 네트워크 분야에 적합한 UWB 통신시스템을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 입력되는 디지털 데이터와 임펄스 제어신호를 믹싱하여 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 송출하는 송신부; 및
    상기 송신부로부터 수신된 임펄스로부터 디지털 데이터 신호를 검출하여 상기 디지털 데이터를 복원하는 수신부를 포함하며,
    상기 송신부는 상기 수신부에 시작비트, 데이터비트, 패리티비트, 및 정지비트로 구성된 패킷 단위의 임펄스 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 송신부는,
    입력되는 디지털 데이터를 반전하는 레벨 변환기; 및
    상기 입력되는 디지털 데이터 신호가 변경될 때마다 소정 시간의 임펄스 제어신호를 발생하는 컨트롤러를 포함하며,
    상기 컨트롤러에 의해 믹싱된 신호를 상기 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 광대역 무선 안테나를 통하여 송출하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 레벨 변환기로부터 수신된 신호에 대하여 아이들(Idle) 상태(신호가 없는 상태)일 때에는 계속해서 로우(Low)를 출력하다가 라이징 에지(Rising Edge)가 발생되면 소정시간동안 하이(High)를 출력한 뒤 로우로 복귀 하고, 폴링 에지(Falling Edge)가 발생되면 상기의 소정시간동안 하이를 출력한 뒤 로우로 복귀하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 수신부는,
    상기 송신부로부터 수신된 임펄스 신호에 대하여 NF(Noise Figure)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 필터링하는 LNA & 필터;
    상기 LNA & 필터에 의해 필터링된 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기에 의해 증폭된 신호로부터 디지털 데이터 신호를 검출하는 신호검출기;
    상기 신호검출기에 의해 검출된 신호로부터 본래의 디지털 데이터를 복원하는 신호복원 컨트롤러; 및
    상기 신호복원 컨트롤러에 의해 복원된 신호를 반전하여 출력하는 레벨 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 신호복원 컨트롤러는, 상기 신호검출기로부터 수신된 신호에 대하여, 임펄스 신호가 수신되지 않고 있는 상태에서는 하이 신호를 출력하고 상승에지(Edge)가 발생하면 소정 시간 후 반전된 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 송신부 및 수신부는 비동기식으로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 송신부 및 수신부는 진폭변조 방식으로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템.
  8. 삭제
  9. 입력되는 디지털 데이터를 반전하는 단계;
    상기 입력되는 디지털 데이터 신호가 변경될 때마다 소정 시간의 임펄스 제어신호를 발생하는 단계;
    상기 임펄스 제어신호 발생단계에 의해 믹싱된 신호를 임펄스 발생기에 의해 발생된 임펄스에 따라 광대역 무선 안테나를 통하여 송출하는 단계;
    수신된 임펄스 신호에 대하여 NF가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 필터링하는 단계;
    상기 필터링된 신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 신호로부터 디지털 데이터 신호를 검출하는 단계;
    상기 검출된 신호로부터 본래의 디지털 데이터를 복원하는 단계; 및
    상기 복원된 신호를 반전하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저용량 UWB 통신 시스템의 통신방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003092783A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Sony Corp 通信装置、通信システムおよびプログラム
KR20030092439A (ko) * 2002-05-29 2003-12-06 이정석 초광대역 무선 송수신 시스템
JP2004207791A (ja) 2002-12-24 2004-07-22 Toshiba Corp 広帯域無線送信装置および広帯域無線受信装置およびその方法
KR20040110504A (ko) * 2003-06-19 2004-12-31 삼성전자주식회사 초광대역 선형주파수 변조신호를 이용한 초광대역 고속무선 송수신기 및 그 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003092783A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Sony Corp 通信装置、通信システムおよびプログラム
KR20030092439A (ko) * 2002-05-29 2003-12-06 이정석 초광대역 무선 송수신 시스템
JP2004207791A (ja) 2002-12-24 2004-07-22 Toshiba Corp 広帯域無線送信装置および広帯域無線受信装置およびその方法
KR20040110504A (ko) * 2003-06-19 2004-12-31 삼성전자주식회사 초광대역 선형주파수 변조신호를 이용한 초광대역 고속무선 송수신기 및 그 방법

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