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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 어윤성
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 광운대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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본 논문은 HEMU (Highspeed Electric Multiple Unit)-430X의 열차안전 모니터링 시스템을 위한 RF 송수신기에 설계와 송수신기 입출력 무 스위치 매칭 네트워크에 대한 논문이다 .
RF 송수신기는 IEEE802.15.4 -2015 SUN(Smart Utility Network) OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying) PHY(PHYsical layer) 표준에 맞추어 설계 되었다 . 이 표준은 지리적으로 광범위한 지역에 많은 수의 무선 장치를 목표로 표준이 정해졌다 . 열차의 통신 환경상 차량 전체에 많은 수의 무선장치가 장착 되기 때문에 이 표준을 사용 하였다.
열차의 통신 환경은 장치가 설치되는 바퀴 사이의 18.7m 거리 통신과 열차 내외부 통신 환경으로 나뉜다. 이러한 열차에서의 환경과 성능 요구사항에 의해 송신기 출력파워를 +10dBm으로 높이고 수신기 감도를 -97dBm로 목표로 송수신기를 설계하였다.
수신기 수신감도 성능의 요구사항을 만족하기 위해 수신 부의 제한된 전력을 사용하여 수신기 믹서 앞단에 LNA(Low Noise Amplifier)와 S2D(Single to Differential amplifier) 2개단으로 증폭기를 구성하였으며, 전체 수신기 이득을 97dB로 높이고 전체 수신기 NF(Noise Figure) 성능을 7.1 dB로 좋게 하였다 .
송신기 출력파워 성능의 요구사항을 만족하기 위해 DA(Drive Amplifier) 2개로 증폭기를 구성하였으며 -2~9dBm 까지 송신 출력 파워 단계에 따라 이 2개 증폭기의 소모전력을 1~10mA까지 조절하였다.
열차 안전 모니터링 시스템은 자가발전 모듈을 사용하기 때문에 최대 소모 전력이 90mW로 제한되어 있다 . 여기서 송수신 모듈이 사용 가능한 전력은 40mW이고, PLL이 19.8mW의 전력을 소모하기 때문에 송신부와 수신부에서 사용하는 전력은 20.2 mW 로 제한된다. 수신부 소모전력은 20.52mW으로 측정되었고, 송신부 소모전력은 16.92mW으로 측정되었다. 송수신기는 제한된 전력안에서 동작가능 하다 .
그리고 송수신 입출력 매칭을 무 스위치 매칭 네트워크로 구성하여 RF 스위치 없이 송수신기 연결을 하였다. 무 스위치 매칭 네트워크를 사용하여 RF스위치에 필요한 추가적인 컨트롤 신호를 제거 했다. 무 스위치 매칭 네트워크는 EM 시뮬레이션을 통하여 설계하였다.
본 송수신기는 송수신기는 LNA(Low Noise Amplifier), Mixerixer , DA(Drive Amplifier), BBA(Base Band Amplifier), DAC(Digital to Analog Converter), 및 ADC(Analog to Digital Converter) 등을 사용하는 사용하는 집적회로로서 2.4GHz RF 입출력 신호를 4bit I/Q 디지털 입출력로 입출력로 변환시켜주는 장치이다 . 열차 안전 모니터링 모듈 과 1:1 맞춤 으로 ADC(Analog to Digital Converter), DAC(Digital to Analog Converter) 등의 입출력을 설계하였으며, 입출력 Clock 타이밍 또한 연동된다.
또한 본 논문은 송수신기의 수신기의 통신을 측정하기 위해 랜덤 데이터를 송신하고 수신 받는 과정에서 발생하는 에러율인 PER(Packet Error Rate)을 측정하기 위해 Labveiw 응용프로그램을 사용하였다 .
RF 송수신기는 IEEE802.15.4 -2015 SUN(Smart Utility Network) OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying) PHY(PHYsical layer) 표준에 맞추어 설계 되었다 . 이 표준은 지리적으로 광범위한 지역에 많은 수의 무선 장치를 목표로 표준이 정해졌다 . 열차의 통신 환경상 차량 전체에 많은 수의 무선장치가 장착 되기 때문에 이 표준을 사용 하였다.
열차의 통신 환경은 장치가 설치되는 바퀴 사이의 18.7m 거리 통신과 열차 내외부 통신 환경으로 나뉜다. 이러한 열차에서의 환경과 성능 요구사항에 의해 송신기 출력파워를 +10dBm으로 높이고 수신기 감도를 -97dBm로 목표로 송수신기를 설계하였다.
수신기 수신감도 성능의 요구사항을 만족하기 위해 수신 부의 제한된 전력을 사용하여 수신기 믹서 앞단에 LNA(Low Noise Amplifier)와 S2D(Single to Differential amplifier) 2개단으로 증폭기를 구성하였으며, 전체 수신기 이득을 97dB로 높이고 전체 수신기 NF(Noise Figure) 성능을 7.1 dB로 좋게 하였다 .
송신기 출력파워 성능의 요구사항을 만족하기 위해 DA(Drive Amplifier) 2개로 증폭기를 구성하였으며 -2~9dBm 까지 송신 출력 파워 단계에 따라 이 2개 증폭기의 소모전력을 1~10mA까지 조절하였다.
열차 안전 모니터링 시스템은 자가발전 모듈을 사용하기 때문에 최대 소모 전력이 90mW로 제한되어 있다 . 여기서 송수신 모듈이 사용 가능한 전력은 40mW이고, PLL이 19.8mW의 전력을 소모하기 때문에 송신부와 수신부에서 사용하는 전력은 20.2 mW 로 제한된다. 수신부 소모전력은 20.52mW으로 측정되었고, 송신부 소모전력은 16.92mW으로 측정되었다. 송수신기는 제한된 전력안에서 동작가능 하다 .
그리고 송수신 입출력 매칭을 무 스위치 매칭 네트워크로 구성하여 RF 스위치 없이 송수신기 연결을 하였다. 무 스위치 매칭 네트워크를 사용하여 RF스위치에 필요한 추가적인 컨트롤 신호를 제거 했다. 무 스위치 매칭 네트워크는 EM 시뮬레이션을 통하여 설계하였다.
본 송수신기는 송수신기는 LNA(Low Noise Amplifier), Mixerixer , DA(Drive Amplifier), BBA(Base Band Amplifier), DAC(Digital to Analog Converter), 및 ADC(Analog to Digital Converter) 등을 사용하는 사용하는 집적회로로서 2.4GHz RF 입출력 신호를 4bit I/Q 디지털 입출력로 입출력로 변환시켜주는 장치이다 . 열차 안전 모니터링 모듈 과 1:1 맞춤 으로 ADC(Analog to Digital Converter), DAC(Digital to Analog Converter) 등의 입출력을 설계하였으며, 입출력 Clock 타이밍 또한 연동된다.
또한 본 논문은 송수신기의 수신기의 통신을 측정하기 위해 랜덤 데이터를 송신하고 수신 받는 과정에서 발생하는 에러율인 PER(Packet Error Rate)을 측정하기 위해 Labveiw 응용프로그램을 사용하였다 .
목차
1 장. 서론 11.1 열차 안전 모니터링 시스템을 위한 RF 송수신기 소개 11.2 표준 개요 71.3 논문의 구성 102 장. 송수신기 고려사항 112.1 목표 사양 112.2 열차 통신 환경 142.3 링크 버짓 계산 173 장. RF 송수신기의 설계 203.1 송수신기 구조 203.2 수신기 설계 223.3 송신기 설계 283.4 PLL 설계 343.5 수신기 BBA 구조 383.6 ADC 구조 393.7 송신기 BBA 구조 423.8 DAC 구조 433.9 SPI 동작 474 장. 무스위치 매칭 네트워크 484.1 무스위치 구조 484.2 무스위치 매칭 네트워크 회로 515 장. RF 송수신기 측정 565.1 수신기 측정 605.2 송신기 측정 655.3 PLL 측정 695.4 무스위치 매칭 네트워크 측정 755.5 PER 측정 776 장. 결론 79참고문헌 82List of Publications 86
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