KR20070064742A - Low capacity uwb communication system and a method thereof - Google Patents
Low capacity uwb communication system and a method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20070064742A KR20070064742A KR1020050125172A KR20050125172A KR20070064742A KR 20070064742 A KR20070064742 A KR 20070064742A KR 1020050125172 A KR1020050125172 A KR 1020050125172A KR 20050125172 A KR20050125172 A KR 20050125172A KR 20070064742 A KR20070064742 A KR 20070064742A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- impulse
- digital data
- low
- communication system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/69—Spread spectrum techniques
- H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
- H04B1/717—Pulse-related aspects
- H04B1/7174—Pulse generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
- H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/69—Spread spectrum techniques
- H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
- H04B1/71632—Signal aspects
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/02—Amplitude-modulated carrier systems, e.g. using on-off keying; Single sideband or vestigial sideband modulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Dc Digital Transmission (AREA)
Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템을 개략적으로 도시한 블록도,1 is a block diagram schematically showing a low capacity UWB communication system according to the present invention;
도 2는 비동기 전송을 위한 데이터 패킷 구성도,2 is a block diagram of a data packet for asynchronous transmission;
도 3은 도 1의 임펄스 발생기를 개략적으로 나타낸 도면,3 is a schematic view of the impulse generator of FIG.
도 4는 측정된 시간영역에서의 전송 임펄스 파형 및 지연반응 파형을 나타낸 도면, 4 is a diagram illustrating a transmission impulse waveform and a delay response waveform in the measured time domain;
도 5는 도 1의 임펄스 수신신호 검출기의 시뮬레이터를 나타낸 도면,5 is a diagram illustrating a simulator of an impulse reception signal detector of FIG. 1;
도 6은 임펄스신호의 수신파형 검출 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,6 is a view showing a simulation result of a received waveform detection of an impulse signal;
도 7은 측정된 임펄스송신 파형과 수신신호의 디지털신호로 변환한 타이밍 결과를 나타낸 도면, 7 is a view showing a timing result obtained by converting a measured impulse transmission waveform and a received signal into a digital signal;
도 8은 도 1의 저용량 UWB 통신 시스템에 의한 통신방법을 나타낸 흐름도, 그리고8 is a flowchart illustrating a communication method by the low capacity UWB communication system of FIG. 1, and
도 9는 저용량 UWB 통신시스템 응용 CANVAS 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.9 is a view schematically showing a low-capacity UWB communication system application CANVAS system.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 송신기 11 : 레벨 변환기10 transmitter 11: level converter
13 : 컨트롤러 15 : 임펄스 발생기13: controller 15: impulse generator
20 : 수신기 21 : LNA & 필터20: Receiver 21: LNA & Filter
23 : 증폭기 25 : 신호 검출기23
27 : 신호복원 컨트롤러 29 : 레벨 변환기 27: signal restoration controller 29: level converter
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. The present invention relates to a UWB (Ultra Wide-Band) communication system and a communication method thereof, and more particularly, to a low-capacity UWB communication system and a communication method of the pulse method applicable to the field of low-power wireless sensor network of low-capacity data transmission will be.
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.UWB technology was first developed as a special-purpose military technology, but since 1994, many research areas have been released from military security and are emerging as new technology fields with great market potential. UWB technology is a high-speed, short-range wireless communication system, a localizer that can measure distances to targets with high accuracy, remote sensing to detect the location of objects or people in underground buildings or buildings, It is a high technology with a wide range of applications such as high resolution radar.
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. The Federal Communications Commission (FCC) recently issued a 1st Report & Order, which stipulates the limited use of UWB technology as an unlicensed wireless device. Research to commercialize low-capacity sensor networks is actively underway. The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.15 working group for wireless personal area network (TGG4a) standardizes the use of UWB technology as the physical layer of low-capacity, location-based wireless personal area networks (WPANs). Currently, the main technologies based on the UWB Impulse Radio method for communication and location application and the 2.4GHz Chirp Radio method for data communication are adopted. The technical editor (TE) is under review for the detailed technical adoption.
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. Most UWB receiver structures that are generally considered have a high speed mixer section in the RF stage, which is typically considered in wireless communication, to obtain a correlation result by multiplying a pulse signal received through an antenna with a specific template reference signal. Therefore, the baseband unit determines the received pulse signal information through the high speed A / D converter.
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. However, in order to accurately determine the information of a received pulse, an accurate correlation result of the received pulse must be obtained, which poses an implementation problem that requires consideration of complex high speed synchronization algorithms and sophisticated analog synchronization circuits. This, in turn, increases the hardware complexity of the entire UWB system, making it difficult to apply to low power applications.
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.The present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a pulsed low capacity UWB communication system and a communication method applicable to a low power wireless sensor network field of low capacity data transmission.
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.According to an aspect of the present invention, there is provided a low-capacity UWB communication system comprising: a transmitter configured to mix input digital data and an impulse control signal and transmit the mixed data according to an impulse generated by an impulse generator; And a receiver which detects the digital data signal from the impulse received from the transmitter and restores the digital data.
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.Here, the transmission unit, a level converter for inverting the input digital data; And a controller for generating an impulse control signal for a predetermined time each time the input digital data signal is changed, and transmitting a signal mixed by the controller through a broadband wireless antenna according to an impulse generated by the impulse generator. It is desirable to.
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.At this time, the controller continuously outputs a low value when the idle state (no signal) is received with respect to the signal received from the level converter, and when the rising edge occurs, the controller outputs the high signal for a predetermined time. After outputting (High) to return to low, and falling edge (Falling Edge) occurs, it is preferable to return to low after outputting the high for the predetermined time.
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.The receiver may include: an LNA & filter for catching and filtering an operating point and a matching point such that a noise figure (NF) is low with respect to an impulse signal received from the transmitter; An amplifier for amplifying the signal filtered by the LNA &filter; A signal detector for detecting a digital data signal from the signal amplified by the amplifier; A signal restoration controller for restoring original digital data from the signal detected by the signal detector; And a level converter for inverting and outputting the signal restored by the signal restoration controller.
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.In this case, it is preferable that the signal restoration controller outputs a high signal with respect to the signal received from the signal detector in a state where an impulse signal is not received, and outputs an inverted signal after a predetermined time when an edge occurs. Do.
또한, 상기 송신부 및 수신부는 비동기식으로 그리고, 진폭변조 방식으로 데이터를 송수신하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the transmitter and the receiver transmit and receive data asynchronously and in an amplitude modulation scheme.
또한, 상기 송신부는 상기 수신부에 시작비트, 데이터비트, 패리티비트, 및 정지비트로 구성된 패킷 단위의 임펄스 데이터를 전송하는 것이 바람직하다.The transmitter may transmit the impulse data in a packet unit including a start bit, a data bit, a parity bit, and a stop bit to the receiver.
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.On the other hand, the low-capacity UWB communication system according to the present invention, the step of inverting the input digital data; Generating an impulse control signal of a predetermined time each time the input digital data signal is changed; Transmitting a signal mixed by the impulse control signal generating step through a broadband wireless antenna according to an impulse generated by an impulse generator; Catching and filtering an operating point and a matching point so that NF is low with respect to the received impulse signal; Amplifying the filtered signal; Detecting a digital data signal from the amplified signal; Restoring original digital data from the detected signal; And inverting and outputting the restored signal.
이로써, 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템은, 저용량 데이터 전송의 저전력 무선센서 네트워크 분야에 적용 가능하게 된다.Thus, the low capacity UWB communication system according to the present invention can be applied to the field of low power wireless sensor network of low capacity data transmission.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저용량 UWB 통신 시스템 및 그 통신방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a low capacity UWB communication system and a communication method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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. 1 is a block diagram schematically illustrating a low capacity UWB communication system according to the present invention. Referring to the drawings, a low capacity UWB communication system includes a transmitting
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.The
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.The
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. The CPLD receives a signal from the
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.In the case of a low capacity UWB transmission system, a sufficiently low data rate of several kbps is transmitted, so it is more efficient to transmit and receive data asynchronously than the synchronous transmission method. Therefore, as shown in the transmission packet of FIG. 2, simply indicating the start and end flags and transmitting 8 bits of data including parity information solves an unexpected timing problem in actual implementation and greatly reduces the complexity of the circuit.
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. Ultra-wideband communication is defined as a communication method that transmits the maximum spectrum using a band of at least 500 MHz. In particular, the UWB scheme designed according to the present invention collects these pulses and transmits the information by using pulse characteristics of a very small width and a low duty cycle as the pulsed UWB, and the transmission scheme is based on an amplitude modulation scheme.
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.The amplitude modulation method, also called an AM (Amplitude Modulation) method, refers to a modulation method of changing the amplitude of a carrier wave according to the amplitude of a signal wave. That is, the amplitude modulation method refers to a modulation method in which the amplitude of the carrier wave is changed according to the amplitude of the signal wave when music, voice, video, etc. are converted into electrical signals and sent to a remote place by wireless or wired. In general, an amplitude modulated wave is generated by passing a signal wave through a modulator together with a carrier wave having a higher frequency than the signal. At this time, the amplitude of the carrier is constant, but the modulated one changes in accordance with the change of the signal. When receiving, this modulated wave is passed through a demodulator (detector), whereby the amplitude-changed portion is removed to reproduce the original signal.
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. 3 is a view schematically showing the
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.4 is a diagram illustrating a transmission impulse waveform and a delay response waveform in the measured time domain. In the case of the transmission impulse waveform, the digital data trigger signal generated from the short pulse generator generates an impulse according to the change of the signal through the impulse generator module. The delay response waveform is the actual response waveform that is accepted by the CPLD to recognize the transmitted impulse signal.
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.The impulse signal received by the
신호 검출기(25)는 특정 고속 스텝 리커버리 다이오드와 RC 상수값을 갖는 적분기로 설계된다. The
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. 5 shows a functional block diagram of the entire low-capacity UWB communication system. Its structure consists of a transmitter consisting of mixing input digital data and an impulse control signal (actual mixing can be implemented in a very simple single pulse method as shown in FIG. 3), an impulse generator for RF propagation, and ultra-wideband It consists of an analog medium unit including a transmitting and receiving antenna, and a receiving unit comprising a low noise amplifier, a low pass filter and a signal detector.
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.6 illustrates an operation simulation result obtained when operating the low capacity UWB communication system of FIG. 5. That is, the input signal data waveform of FIG. 6 is mixed with an imp waveform which is an impulse control signal, and then transmits an impulse signal tx on the RF space. The received signal through the ultra wideband transmit / receive antenna is represented by rx0 waveform, and it is represented by rx waveform through low noise amplifier and low pass filter. Finally, the digital data signal transmitted through the signal detector can be obtained as shown in the out_data waveform. As such, the simulator of the impulse analog transceiver for the low capacity ultra wide band communication system according to the present invention can be designed and verified using an ADS tool.
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.The
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. The reception signal converter receives a signal from the
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.8 is a flowchart illustrating a communication method using the low capacity UWB communication system of FIG. 1. With reference to the drawings will be described in detail a communication method of a low capacity UWB communication system according to the present invention.
송신부(10)의 레벨 변환기(11)는 +11V 내지 -11V의 범위를 갖고 있는 입력 직렬통신 데이터를 반전시켜 송출한다(S101).The
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).The inverted data is converted into a signal for generating an impulse through a programmable CPLD chip of the
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).The LNA & filter 21 of the
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).After the input signal data is mixed with the impulse control signal by the
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).The
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.9 is an application canvas system implemented by a low capacity UWB communication system according to the present invention. Canvas programming uses the National Instruments LabVIEW tool, which draws on the canvas of multiple receiver windows at a distance greater than a certain distance when the sender draws a picture or text on the canvas.
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.In order to reduce power consumption, the wireless asynchronous UWB communication system according to the present invention does not consider a high speed correlator and a high speed A / D converter of an impulse signal, and selects a transmission data packet and an asynchronous reception method suitable for a low power low capacity transmission purpose. Binary data is a non-return-to-zero (NRZ) signal that has designed a simple digital transceiver that transmits an impulse with a pulse width less than 2ns, detects it, and converts it. Based on the designed low-capacity UWB communication system, Peer-to-Peer transmission and reception of up to 115kbps was confirmed, and a low-power wireless canvas system was implemented.
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. Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.
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.According to the present invention, a UWB communication system suitable for a low power wireless sensor network field of low capacity data transmission by applying a transmission data packet and an asynchronous transmission / reception scheme suitable for a low power low capacity transmission purpose, and applying a pulse having a very small width and low duty cycle Can be provided.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050125172A KR100753851B1 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Low capacity UWB communication system and a method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050125172A KR100753851B1 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Low capacity UWB communication system and a method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070064742A true KR20070064742A (en) | 2007-06-22 |
KR100753851B1 KR100753851B1 (en) | 2007-08-31 |
Family
ID=38364253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050125172A KR100753851B1 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Low capacity UWB communication system and a method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100753851B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101040810B1 (en) * | 2009-08-14 | 2011-06-13 | 인하대학교 산학협력단 | Ultra-wideband transreceiver for wireless body area network |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003092783A (en) | 2001-09-18 | 2003-03-28 | Sony Corp | Communication device, communication system and program |
KR20030092439A (en) * | 2002-05-29 | 2003-12-06 | 이정석 | Ultra Wide-Band Radio Transmitting/Receiving System |
JP3808825B2 (en) | 2002-12-24 | 2006-08-16 | 株式会社東芝 | Broadband wireless transmitter, broadband wireless receiver and method thereof |
KR100530365B1 (en) * | 2003-06-19 | 2005-11-22 | 삼성전자주식회사 | UWB wireless transmitter and receiver using UWB linear FM signals having opposite slopes and method thereof |
-
2005
- 2005-12-19 KR KR1020050125172A patent/KR100753851B1/en active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101040810B1 (en) * | 2009-08-14 | 2011-06-13 | 인하대학교 산학협력단 | Ultra-wideband transreceiver for wireless body area network |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100753851B1 (en) | 2007-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7505538B2 (en) | Ultra wideband communication system, method and device with low noise reception | |
US6266362B1 (en) | Modulated spread spectrum in RF identification systems method | |
US7664160B2 (en) | Transmitting device, receiving device, and communication system | |
US6850733B2 (en) | Method for conveying application data with carrierless ultra wideband wireless signals | |
CA2008969A1 (en) | Spread spectrum communication device | |
JP2007267385A (en) | Chaos signal transmitter using pulse-shaping method | |
KR101997894B1 (en) | Transmitter and receiver for reducing power consumption in fm-uwb communication system | |
KR100818173B1 (en) | High speed digital sampler and Short range noncoherent impulse radio communication system using high speed digital sampler | |
US20060062278A1 (en) | Ultrawideband radio transmitter, ultrawideband radio receiver, and ultrawideband radio transmission/reception system | |
US7286599B1 (en) | Method and design of data communications transceiver for ultra wide band (UWB) operation in 3.1 GHz to 10.6 GHz frequency band | |
KR100753851B1 (en) | Low capacity UWB communication system and a method thereof | |
Serkov et al. | Method of wireless transmission of digital information on the basis of ultra-wide signals | |
HAMIL et al. | Design and FPGA real-time implementation of PWM and PPM modulation for Ultra Wide Band applications | |
Yajnanarayana et al. | Design of impulse radio UWB transmitter for short range communications using PPM signals | |
KR100781277B1 (en) | Method for measuring performance of radio channel environment | |
Thotahewa et al. | Analysis of pulse based UWB transmission techniques for wireless sensors | |
Goyal et al. | Ultra Wideband Pulse Modulation System in Comparison to Conventional Narrowband Wireless Systems | |
Gahadza et al. | Implementation of a channel sounder using GNU radio opensource SDR platform | |
Yoshizumi et al. | All digital transmitter scheme and transceiver design for pulse-based ultra-wideband radio | |
KR100662872B1 (en) | Impulse signal acquisition method and apparatus | |
KR100775038B1 (en) | Communication Method and System for Ultra Wideband using Frequency Modulation in Carrier Wave | |
US8355425B2 (en) | UWB receiver and a data transmission method and system | |
CN114650067A (en) | Self-synchronizing pulse ultra-wideband signal baseband modulation circuit and demodulation circuit | |
Nie et al. | A Code-shifted reference impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) transmitter | |
Sahukar | Differential Code Shift Reference Impulse Radio Ultra-Wideband Transceiver: Bit Error Rate Tests and Performance Assessments |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Publication of correction | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120807 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130827 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140825 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150805 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160823 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170823 Year of fee payment: 11 |