KR100863538B1

KR100863538B1 - 10ＭＨｚ 중간주파수를 이용하는 ＤＳＲＣ용 ＡＳＫ 수신기

Info

Publication number: KR100863538B1
Application number: KR1020080074763A
Authority: KR
Inventors: 신상호; 조상현; 윤석오; 김종문
Original assignee: 주식회사 파이칩스; (주)에어포인트; (주)한국인포콤
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2008-10-15

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 단거리 전용 통신(Dedicated Short Range Communication, 이하, “DSRC”)용 수신기 및 칩 셋(Chip set)에 관한 것이다.

전술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기는, 5.8 ㎓ 대역의 단거리 전용 통신(designated short range communication; DSRC) 무선 주파수(radio frequency; RF)를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 DSRC용 진폭편이변조(Amplitude shifting keying; ASK) 수신기로서, 무선 주파수(radio frequency; RF) 수신 신호를 상기 RF 신호에 포함된 잡음의 증폭을 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기(Low noise amplifier; LNA); 상기 LNA의 출력 신호를 주파수-하향 변환(frequency-down conversion)하여 중간 주파수(intermediate frequency; IF) 신호를 출력하는 믹서(mixer); 상기 믹서의 주파수-하향 변환을 위한 주파수 신호를 생성하여, 상기 믹서로 출력하는 주파수 합성기; 상기 믹서의 출력 신호 중 필요한 채널의 대역만을 통과시키는 대역통과필터(bandpass filter); 상기 대역통과필터의 출력 신호를 로그 스케일(log scale)로 증폭하는 로그 증폭기(log amplifier); 상기 로그 증폭기의 출력을 소정의 바이너리 임계치(binary threshold)와 비교하고, 상기 로그 증폭기의 출력이 상기 바이너리 임계치 미만인 경우 바이너리 신호(binary signal) 중 제1 값을 출력하고, 상기 로그 증폭기의 출력이 상기 바이너리 임계치 이상인 경우 상기 바이너리 신호 중 제2 값을 출력하는 검출기(detector)를 포함하며, 상기 수신기는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 공정에 의하여 원칩(one-chip)으로 형성되고, 상기 중간 주파수(IF)는 10㎒ 대역이다.

DSRC, ETCS, ITS

Description

10ＭＨｚ 중간주파수를 이용하는 ＤＳＲＣ용 ＡＳＫ 수신기{RECEIVER FOR DEDICATED SHORT RANGE COMMUNICATION USING 10MHz INTERMEDIATE FREQUENCY}

DSRC는 단거리에 국한된 통신 방식을 의미한다. 이것은 전파 사용 허가가 불필요한 ISM(industrial/scientific/medical) 대역(band)과 몇몇 주파수를 근간으로, 장거리 간섭 없이 근거리에서만 정해진 통신을 하기 위한 통신 방식 및 규격을 의미한다. DSRC는 수 내지 수십 미터의 거리 내에서 양방향 무선 통신을 통하여 다량의 정보를 순간적으로 교환하는 방식으로, 협소 지역에서 사용하므로 각 지역에서 주파수의 재사용이 가능하다.

DSRC는 최근 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System, 이하 “ITS”)에서 많이 사용되고 있으며, ITS 일환으로 자동 요금징수 시스템(Electronic Toll Collecting System, 이하 “ETCS”)이 크게 부각되고 있다. 그 밖에도, DSRC는 주차장 관리, 물류 배송 관리, 주유소 요금 지불, 자동차 쇼핑 등 다방면에서 활용될 수 있다.

이러한, DSRC는 전세계적으로 차량 대 차량(vehicle-to-vehicle) 또는 차량 대 기반시설(vehicle-to-infrastructure)간의 데이터 통신을 중심으로 크게 확산되어 가고 있으며, 특히 한국과 일본을 중심으로 한 아시아 국가에서는 이미 5.8㎓ 반송파를 이용한 상용 서비스가 ETCS와 ITS 등에 적용되기 시작하였다. 현재 국내에서는 전국적인 고속도로 망에 ETCS를 위한 기반시설 설치가 거의 완료 단계에 와 있고, 일부 도시에서는 교통정보 서비스를 ITS 망을 이용하여 일반에 공급하고 있다.

국내의 DSRC의 규격을 살펴보면 아래와 같다.

(a) 무선 송신 반송파 할당: 5800 + k*10 ㎒ (필수적: k=0, 1, 선택적: k=4, 5)

(b) 변/복조 방법: ASK (Amplitude Shift Keying), 변조 인덱스는 75% 이상

(c) 송신/수신 모드간 전환방법: TDD (Time Division Duplexing)

(d) 다중접속 기술: FDM (Frequency Division Multiplexing) + SDM (Space Division Multiplexing)

(e) 수신 감도 범위: -76dBm (for ITS) ~ -40dBm (for ETCS)

(f) 송신출력 전력: +10dBm

(g) 차량 내 장치(On-Board Equipment, 이하 “OBE”) 이동속도 지원: 160km/h 이상

(h) OBE 온도변화 범위: -40℃ ~ 85℃

위에 열거한 규격 중, 수신 감도 범위에 대해서 살펴보면, 국내 DSRC 규격은 수신 감도가 ITS의 경우 -76dBm, ETCS의 경우 -40dBm (for ETCS)을 요구함을 알 수 있다. 수신 감도는 수신기 소자의 특성이나 성능에 따라서 수신기가 동작할 수 있는 최소의 신호 입력 레벨을 의미한다. 수신 감도는 비트 오류율(bit error rate; BER)을 기준으로 결정되며, 수신기 성능을 판별할 수 있는 중요한 척도이다.

종래의 DSRC 수신용 ASK 수신기를 도 1에 나타내었다. 종래의 DSRC 수신용 ASK 수신기는 LNA(101), 믹서(102), IF 필터(103), RSSI(104) 및 데이터 비교기(Data comparator; 105) 및 주파수 합성기(106)을 포함한다. 그런데, 나머지 구성요소는 모두 ASK 수신기 칩 셋 내부에 위치하는데 반하여, IF 필터(103)는 ASK 수신기 칩 셋 외부에 위치한다. 이것은, 종래의 DSRC 수신용 ASK 수신기의 IF 주파수가 약 40㎒로 높은 주파수이므로, IF 필터(103)로서 표면 탄성파(surface acoustic wave; SAW) 필터를 사용하고, 또한 높은 IF 주파수를 처리하기 위한 필터의 크기가 크기 때문에 IF 필터(103)를 ASK 수신기 칩 셋 내부에 집적화할 수 없기 때문이다.

IF 주파수가 높은 DSRC 수신용 ASK 수신기는, IF 필터(103)가 ASK 수신기 칩 셋 외부에 위치하기 때문에, ASK 수신기 칩 셋과 IF 필터(103)를 정합시키기 어려우며, ASK 수신기의 크기가 커지고, 가격이 높아지는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 DSRC용 ASK 수신기에서 크기가 작고, 가격이 낮으며, IF 필터의 특성이 균일하며 나머지 구성요소들과 정합이 용이한, DSRC용 ASK 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하여, IF 필터를 DSRC용 ASK 수신기 칩 셋 내부에 집적화할 수 있어, DSRC용 ASK 수신기의 크기가 줄어들고, 가격이 낮아지며, IF 필터의 특성이 균일하고 나머지 구성요소들과 정합이 용이한 DSRC용 ASK 수신기가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 DSRC용 ASK 수신기에 관하여 상세히 설명한다. 대체적으로, 도면을 통틀어 동일한 구성요소는 동일한 인용부호를 사용하여 나타내었다. 발명의 요지를 흐리지 않기 위해, 당업자가 명확하게 알고 있다고 판단되는 내용에 관하여는 설명을 생략하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)의 블록도이다. ASK 수신기(200)는 5.8 ㎓ 대역의 단거리 전용 통신(designated short range communication; DSRC) 무선 주파수(radio frequency; RF)를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 DSRC용 진폭편이변조(Amplitude shifting keying; ASK) 수신기이다. 여기서, 5.8 ㎓ 대역이란, 반송파 중심 주파수가 5800㎒ + k*10㎒ (k=0, 1, 4, 또는 5)이고, 각 반송파의 대역이 약 10㎒ 이내인 반송파들을 포함하는 대역을 의미한다.

DSRC용 ASK 수신기(200)는, LNA(201), 믹서(202), 대역통과필터(203), 로그 증폭기(204), 검출기(205) 및 주파수 합성기(206)를 포함한다.

LNA(201)는 5.8 ㎓ 대역의 무선 주파수(radio frequency; RF) 수신 신호를 RF 신호에 포함된 잡음의 증폭을 최소화하면서 증폭한다. 믹서(202)는 LNA(201)의 출력 신호를 주파수-하향 변환(frequency-down conversion)하여 중간 주파수(intermediate frequency; IF) 신호를 출력한다. 주파수 합성기(206)는 믹서(202)의 주파수-하향 변환을 위한 주파수 신호(LO 주파수)를 생성하여, 믹서(202)로 출력한다. 본 발명에 따른 ASK 수신기(200)의 IF 주파수는 10㎒이다. 따라서, 5.8 ㎓ 대역의 무선 주파수 신호를 IF 주파수로 주파수-하향 변환하기 위해, LO 주파수는 다음의 수식을 만족해야 한다.

[수학식 1]

|LO 주파수 ± RF 주파수|= IF 주파수

대역통과필터(203)는 믹서(202)의 출력 신호 중 필요한 채널의 대역만을 선택적으로 통과시킨다. 로그 증폭기(204)는 대역통과필터(203)의 출력 신호를 로그 스케일(log scale)로 증폭하고, 대역통과필터(203)의 출력 신호의 수신강도신호(Received signal strength indicator; RSSI)의 레벨을 출력한다.

검출기(205)는 로그 증폭기(204)의 출력을 소정의 바이너리 임계치(binary threshold)와 비교하고, 로그 증폭기(204)의 출력이 그 바이너리 임계치 미만인 경우 바이너리 신호(binary signal) 중 제1 값을 출력하고, 로그 증폭기(204)의 출력이 바이너리 임계치 이상인 경우 바이너리 신호 중 제2 값을 출력한다. 예를 들어, 바이너리 신호는 -1 또는 1이고, 바이너리 신호의 제1 값은 -1이고, 제2 값은 0일 수 있다. 이 경우, 바이너리 임계치는 0일 수 있다. 이와 다르게는, 바이너리 신호는 0또는 1이고, 바이너리 신호의 제1 값은 0이고, 제2 값은 1일 수 있다. 이 경우, 바이너리 임계치는 0.5일 수 있다.

본 발명에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)는 또한 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 공정에 의하여 원칩(one-chip)으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 대역통과필터(203)도 통과 대역이 10㎒ 정도로 비교적 낮기 때문에, CMOS 공정에 의하여 원칩으로 집적화 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)는 10㎒ 주파수 대역을 IF 주파수로 사용하기 때문에 이미지 제거 회로가 별도로 필요하지 않다. 도 3에 본 발명에 따른 ASK 수신기(200)에서 수신 및 신호처리되는 RF 신호 및 이미지 신호의 주파수 파형이다.

RF 신호는, DSRC 표준 규격에 따른 DSRC용 무선 주파수 신호를 나타내며, 그 중간 주파수는 각각 5800㎒, 5810㎒, 5840㎒, 5850㎒이다. IF 주파수를 10㎒로 설정하는 경우, 하향측(low-side) LO 주입(injection)을 가정하는 경우, LO 주파수는 각각, 5790㎒, 5800㎒, 5830㎒, 5840㎒이다. 따라서, 각각의 RF 신호에 대해, 5780㎒, 5790㎒, 5820㎒, 5830㎒ 대역의 신호가 이미지 신호로서 10㎒ IF 주파수로 변환된다. 그러나, DSRC 표준 규격에서 5820㎒, 5830㎒ 대역에는 신호가 할당되어 있지 않고, 5780㎒, 5790㎒ 대역은 DSRC 표준 규격에서 정하는 대역 이외의 주파수 대역이므로, 이들 이미지 신호에 대해서는 별도의 이미지 제거 회로가 필요 없다. 마찬가지로, 상향측(up-side) LO 주입을 가정하는 경우에도, 이미지 신호의 주파수 대역은 DSRC 표준 규격에서 신호가 할당되지 않는 대역이거나, DSRC 표준 규격에서 정하는 대역 이외의 주파수 대역이므로, 이미지 제거 회로가 필요 없다.

본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)는 이미지 제거 회로를 포함하지 않으므로, 그 크기를 작게하고 가격을 낮출 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)가 원칩화된 칩셋의 입출력 단자를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 나타낸 칩셋의 입출력 단자를 상세하게 서술하는 표이다.

도 4에서, VDD_RXBF 단자가 대역통과필터(203)에 전원을 공급하는 단자이다. 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)는 그 칩셋 내부에 대역통과필터(203)를 포함한다.

이상 본 발명에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)를 첨부된 도면을 참조하고, 바람직한 실시예를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 전술한 실시예는 예시를 위한 것으로서 본 발명은 그러한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 이하의 특허청구범위에 의해 그 권리범위가 결정되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 DSRC 수신용 ASK 수신기를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)의 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASK 수신기(200)에서 수신 및 신호처리되는 RF 신호 및 이미지 신호의 주파수 파형이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 DSRC용 ASK 수신기(200)가 원칩화된 칩셋의 입출력 단자를 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4에 나타낸 칩셋의 입출력 단자를 상세하게 서술하는 표이다.

Claims

5.8 ㎓ 대역의 단거리 전용 통신(designated short range communication; DSRC) 무선 주파수(radio frequency; RF)를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 DSRC용 진폭편이변조(Amplitude shifting keying; ASK) 수신기에 있어서,

무선 주파수(radio frequency; RF) 수신 신호를 상기 RF 신호에 포함된 잡음의 증폭을 최소화하면서 증폭하는 저잡음 증폭기(Low noise amplifier; LNA);

상기 LNA의 출력 신호를 주파수-하향 변환(frequency-down conversion)하여 중간 주파수(intermediate frequency; IF) 신호를 출력하는 믹서(mixer);

상기 믹서의 주파수-하향 변환을 위한 주파수 신호를 생성하여, 상기 믹서로 출력하는 주파수 합성기;

상기 믹서의 출력 신호 중 필요한 채널의 대역만을 통과시키는 대역통과필터(bandpass filter);

상기 대역통과필터의 출력 신호를 로그 스케일(log scale)로 증폭하는 로그 증폭기(log amplifier);

상기 로그 증폭기의 출력을 소정의 바이너리 임계치(binary threshold)와 비교하고, 상기 로그 증폭기의 출력이 상기 바이너리 임계치 미만인 경우 바이너리 신호(binary signal) 중 제1 값을 출력하고, 상기 로그 증폭기의 출력이 상기 바이너리 임계치 이상인 경우 상기 바이너리 신호 중 제2 값을 출력하는 검출기(detector)를 포함하며,

상기 수신기는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 공정에 의하여 원칩(one-chip)으로 형성되고,

상기 중간 주파수(IF)는 10㎒ 대역인, DSRC용 ASK 수신기.