KR102242457B1

KR102242457B1 - Uwb 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법

Info

Publication number: KR102242457B1
Application number: KR1020190096619A
Authority: KR
Inventors: 진국
Original assignee: 주식회사 에스원
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-04-19
Also published as: KR20210017413A

Abstract

본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은 UWB 센서에 전원을 투입하는 단계와, UWB 센서의 SNR이 최대 비율 값보다 같거나 큰지 비교하는 단계와, 같거나 크면, SNR이 최소비율값보다 작은지 비교하는 단계와, 작은 경우, 랜덤 변조 패턴을 유지하는 단계와, UWB 센서에서 Rx만 동작시 신호 추출을 하는 단계와, 추출된 Noise 신호를 저장하는 단계와, 상기에서 Rx만 동작 시 신호를 추출하고 이때의 Noise신호를 저장하는 단계를 N회 반복하는 단계와, UWB 센서의 SNR을 산정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법{Noise Estimation Method by Using UWB Modulation}

본 발명은 UWB 센서에서 노이즈 추정 방법에 관한 것으로 상기 UWB 센서는 송수신 일체형 구조로 이루어지고 초 재생회로를 사용함으로써 스스로 발진을 억제하며 적절한 송수신 포인트를 찾는데 이 때 급격한 온도 변화 및 감지 영역 내의 큰 움직임으로 인하여 잘못된 송수신 포인트를 찾게 되므로 이에 대한 대책이 필요한 것이다.

본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 등록특허 제10-0587787호(2006. 06. 09. 공고)에 게시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 저전력 소비형 초광대역 UWB 송수신기 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 저전력 소비형 초광대역 UWB 송수신기에서 픽셀(115-1)은 제1 서브 픽셀(121-1) 내지 제4 서브 픽셀(121-4)를 포함하고 제1 서브 픽셀(121-1) 내지 제4 서브 픽셀(121-4)의 각 구성 및 동작은 실질적으로 동일하다. 또한, 제1 내지 제4 전송 제어 신호(TG1~ TG4)와 제1 내지 제4 선택 제어 신호(SEL1~ SEL4)는 로우 드라이버(160)로부터 출력되는 제어 신호들이고, 픽셀 어레이(110)의 동일한 로우에 속한 픽셀들(예컨대, P11~P1m)은 동일한 타이밍의 제1 내지 제4 전송 제어 신호(TG1~ TG4)와 동일한 타이밍의 제1 내지 제4 선택 제어 신호(SEL1~ SEL4)를 수신할 수 있다. 제1 및 제2 서브 픽셀들(121-1, 121-2)은 동시에 제1 및 제2 서브 픽셀 신호들(PS-1, PS-2)을 제1 서브 칼럼라인(COL1-1)으로 출력한다. 제3 및 제4 서브 픽셀들(121-3, 121-4)은 동시에 제3및 제4 서브 픽셀 신호들(PS-3, PS-4)을 제2 서브 칼럼 라인(COL1-2)으로 출력한다. 상기 제1 서브 칼럼 라인(COL1-1) 및 상기 제2 서브 칼럼 라인(COL1-2)은 스위치([0104] SW1)에 의해 연결될 수 있다. 스위치(SW1)는 항상 턴온 상태일 수도 있고, 모드에 따라 선택적으로 턴온 상태가 될 수도 있다. 예컨대, 스위치(SW1)를 제어하기 위한 스위치 제어 신호(CSW)는 고정된 값(예컨대 '1')으로 설정될 수도 있고, 모드에 따라 가변되도록 설정될 수도 있다. 제1 서브 칼럼 라인(COL1-1)과 스위치(SW1)의 일 노드 사이에는 제1 커패시터(C1)가 연결되고, 제2 서브 칼럼라인(COL1-2)과 스위치(SW1)의 다른 노드 사이에는 제2 커패시터(C2)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 하나의 픽셀에 대하여, 수직 방향으로는 전압 에버리징 효과를 얻을 수 있고, 수평 방향으로 커패시터를 이용한 에버리링 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 서브 픽셀 신호(PS1-1, PS1-2, PS1-3, PS1-4)의 에버리징 신호가 제1 ADC(142-1)로 입력된다. 또한, 하나의 픽셀을 수직 및 수평 방향으로 배열되는 복수의 서브 픽셀들로 구성함으로써, 최대 우물 용량(FWC)과 변환 이득(CG)을 동시에 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 랜덤 노이즈는 줄고 신호대 잡음비(SNR)는 증가됨으로써, 궁극적으로 이미지 신호의 품질을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 종래 기술은 SNR을 증가시킬 수 있으나 하드웨어적인 구성으로 인하여 제품이 비싸지는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 노이즈를 정밀하게 추정하여 민감도를 조정함으로써 UWB 센서의 SNR을 개선하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은 UWB 센서에 전원을 투입하는 단계와, UWB 센서의 SNR이 최대 비율 값보다 같거나 큰지 비교하는 단계와, 같거나 크면, SNR이 최소비율값보다 작은지 비교하는 단계와, 작은 경우, 랜덤 변조 패턴을 유지하는 단계와, UWB 센서에서 Rx만 동작시 신호 추출을 하는 단계와, 추출된 Noise 신호를 저장하는 단계와, 상기에서 Rx만 동작 시 신호를 추출하고 이때의 Noise신호를 저장하는 단계를 N회 반복하는 단계와, UWB 센서의 SNR을 산정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은 UWB 센서의 SNR이 1,8배 향상되는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 저전력 소비형 초광대역 UWB 송수신기 구성도,
도 2는 본 발명 관련 UWB 센서의 송수신부에서 Rx만 사용하여 수신되는 경우의 신호 상태도,
도 3은 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법 제어 흐름도,
도 4는 기존 UWB 센서와 본 발명이 적용되는 UWB 센서의 SNR 비교 값 그래프이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법을 도 2 내지 도 4를 기초로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 관련 UWB 센서의 송신부와 수신부가 일체로 이루어진 송수신부에서 Rx만 사용하여 수신되는 경우의 신호 상태도 이다. 상기도 2에서 UWB 센서의 수신부에서 Rx만 사용하여 수신되는 신호를 나타내고 있으며 이 경우 Noise를 측정하여 민감도를 조절하도록 할 수 있는 것이다. 즉 UWB는 TRx 1회씩 N회 반복 1 cycle로 신호처리하는 것으로 랜덤 변조 패턴을 생성하여 1 cycle 중 일부에 대하여 송신하지 않고 수신만하여 발생되는 화이트 노이즈를 측정하고 이를 기초로 화이트 노이즈가 많이 발생하는 경우에는 Random 변조 패턴에서 수신만 하는 횟수를 늘리고 안정된 상태에서 수신만 하는 횟수를 줄여 일정한 SNR을 개선하거나 유지하도록 하는 것이다.

도 3은 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법 제어 흐름도이다. 상기도 3에서 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은 UWB 센서에 전원을 투입하는 단계(S11)와, UWB 센서의 SNR이 최대 비율 값보다 같거나 큰지 비교하는 단계(S12)와, 같거나 크면, SNR이 최소비율값보다 작은지 비교하는 단계(S13)와, 작은 경우, 랜덤 변조 패턴을 유지하는 단계(S14)와, UWB 센서에서 Tx 송신 없이 Rx만 수신 시 Noise 신호를 추출을 하는 단계(S15)와, 추출된 Noise 신호를 저장하는 단계(S16)와, 상기 S15단계에서 Tx 송신 없이 Rx만 수신 시 Noise 신호를 추출하고 이때의 Noise 신호를 저장하는 단계를 N회 반복하는 단계(S17)와, UWB 센서의 SNR을 추정하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 S12 단계에서 SNR이 최대 비율값보다 작은 경우, 랜덤 변조 패턴에서 Tx 송신 없이 단독 Rx 수신 신호의 횟수를 감소시킨(S21) 후 S15 단계로 이행하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것이고, 상기 S13 단계에서 SNR이 최소 비율값보다 크거나 같으면 랜덤 변조 패턴에서 Tx 송신 없이 Rx 단독 수신 신호의 횟수를 증가시킨(S31) 후 S15 단계로 이행하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 S15 단계에서 Noise 신호 추출이 없는 경우에 UWB 센서의 감지 신호를 저장하고(S41) 상기 S17 단계로 이행되는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 S18 단계에서 SNR은 UWB 센서 수신부에서의 수신 신호 평균값/Noise 평균값이다. 또한, 상기에서 N은 Tx 송신 없이 Rx만 단독으로 수신하는 횟수와 Tx 송신 후 Rx를 수신하는 횟수의 합계 값이다.

도 4는 기존 UWB 센서와 본 발명이 적용되는 UWB 센서의 SNR 비교 값 그래프이다. 상기도 4에서 본 발명 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법을 통하여 SNR가 최대 비율 값보다 크거나 같고 또한, SNR가 최소 비율값보다 작으면 기존 랜덤 팬턴 유지로 Noise을 유지하고, SNR가 최대 비율값보다 작으면 Rx 단독 수신 회수를 감소시키고, SNR가 최소 비율값보다 크거나 같으면 Rx 단독 수신 회수를 증감시켜 Noise를 추정하는 것으로 SNR 특성을 개선할 수 있는 것이다.

Claims

송수신 일체형 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법에 있어서,
상기 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은,
UWB 센서에 전원을 투입하는 단계(S11)와;
UWB 센서의 SNR이 최대 비율 값보다 같거나 큰지 비교하는 단계(S12)와;
같거나 크면, SNR이 최소비율값보다 작은지 비교하는 단계(S13)와;
작은 경우, 랜덤 변조 패턴을 유지하는 단계(S14)와;
UWB 센서에서 Tx 송신 없이 Rx만 수신 시 Noise 신호를 추출을 하는 단계(S15)와;
추출된 Noise 신호를 저장하는 단계(S16)와;
상기 S15 단계에서 Tx 송신 없이 Rx만 수신 시 Noise 신호를 추출하고 이때의 Noise 신호를 저장하는 단계를 N회 반복하는 단계(S17);
및 UWB 센서의 SNR을 추정하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법.
제1항에 있어서,
상기 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은,
S12 단계에서 SNR이 최대 비율값보다 작은 경우, 랜덤 변조 패턴에서 Tx 송신 없이 단독 Rx 수신 신호의 횟수를 감소시킨(S21) 후 S15 단계로 이행하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은,
상기 S13 단계에서 SNR이 최소 비율값보다 크거나 같으면 랜덤 변조 패턴에서 Tx 송신 없이 Rx 단독 수신 신호의 횟수를 증가시킨(S31) 후 S15 단계로 이행하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법은,
상기 S15 단계에서 Noise 신호 추출이 없는 경우에 UWB 센서의 감지 신호를 저장하고(S41) 상기 S17 단계로 이행되는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 S18 단계의 SNR은 UWB 센서의 수신부에서 수신 신호 평균 값/Noise 평균 값인 것을 특징으로 하는 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
N은 Tx 송신 없이 Rx만 단독으로 수신하는 횟수와 Tx 송신 후 Rx를 수신하는 횟수의 합계 값인 것을 특징으로 하는 UWB 모듈레이션을 통한 노이즈 추정방법.