제정일 : 2007 년 12 월 26 일 2.4GHz 대역의 LR-WPAN을 위한 첩 신호 확산스펙트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum) - 물리계층 - Specification for 2.4GHz Chirp Spread Spectrum(CSS) in

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1 제정일: 2007 년 12 월 26 일 T T A S t a n d a r d 2.4GHz 대역의 LR-WPAN을 위한 첩 신호 확산스펙트럼 (CSS: Chirp Spread Spectrum) - 물리계층 - Specification for 2.4GHz CSS(Chirp Spread Spectrum) in the Low-Rate Wireless Personal Area Networks - PHY -

2 제정일 : 2007 년 12 월 26 일 2.4GHz 대역의 LR-WPAN을 위한 첩 신호 확산스펙트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum) - 물리계층 - Specification for 2.4GHz Chirp Spread Spectrum(CSS) in the Low-Rate Wireless Personal Area Networks - PHY - 본 문서에 대한 저작권은 TTA 에 있으며, 이 문서의 전체 또는 일부에 대하여 상업적 이익을 목적으로 하는 무단 복제 및 배포를 금합니다. Copyrightc Telecommunications Technology Associations(2007). All Rights Reserved.

3 서 문 1. 표준의 목적 본 표준은 2.4GHz 주파수 대역의 WPAN에서의 근거리 위치파악 및 저속 데이터 통신 서비스를 위한 첩 신호 확산스팩트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum)의 물리계층 규격을 정의한다. 2. 주요 내용 요약 주요 내용으로는 WPAN에서의 근거리 위치파악 및 저속 데이터 통신 서비스 에 사용 되는 첩 신호 확산스팩트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum)의 물리계층에 대한 규격으로 서 동작 주파수 범위 및 데이터 전송율, CSS PHY 채널할당, CSS PHY에서 요구되는 데 이터속도, 변조 와 확산 방식, CSS 프레임 포맷, 파형과 서브첩 순열, CSS기술의 무선 요구 규격 내용 등을 정의하고 있으며 다른 표준과의 공존성을 포함하고 있다. 3. 표준 적용 산업 분야 및 산업에 미치는 영향 본 표준은 국내 2.4 GHz 주파수 대역의 WPAN에서 근거리 위치파악 및 저속 데이터 통신 서비스 체계를 구축하여 나가는데 있어서 발생할 수 있는 혼란을 최소화하고 WPAN관련 기술의 발전과 응용서비스 활성화와 아울러 국내 IT산업에 기여할 것으로 기 대된다. 4. 참조권고 및 표준 4.1 국제표준(권고) - IEEE P a/D7, "PART 15.4:Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) : Amendment to add Alternate PHY", January 국내표준 : 없음 4.3 기 타 : 없음 i

4 5. 참조표준(권고)과의 비교 5.1 참조표준(권고)과의 관련성 LR-WPAN PHY의 규격은 IEEE가 2007년 3월 a를 제정하였다. 본 표준에서는 실내 및 실외의 무선통신환경에서 LR-WPAN 기기 및 응용 시스템의 안 정된 성능을 제공하기 위해 IEEE P a를 기반으로 하여 2.4 GHz 대역에서의 국 제규정을 사용하여 국내 표준 규격을 규정한다. 5.2 참조한 표준(권고)과 본 표준의 비교표 IEEE a 비고 1. 개요 - 추가 2. 표준의 구성 및 범위 - 추가 3. 용어의 정의 3. 용어의 정의 동일(번역) 4. 약어 4. 약어 동일(번역) 5. 일반사항 5. 일반사항 동일(번역) 6. 물리계층 사양 6. 물리계층 사양 동일(번역) 부록 E. 제안표준과 다른 표준과의 공존성 부록 E. 제안표준과 다른 표준과의 공존성 동일(번역) 본 표준과 IEEE 표준의 Chapter 및 Section 번호를 동일하게 유지함. 6. 지적재산권 관련사항 년 12월 현재까지 본 표준과 관련하여 확인된 지적재산권 없음. 7. 적합인증 관련사항 7.1 적합인증 대상 여부 - 특허출원: 1. 직교 코드를 이용한 차분적 직교 변조(등록번호 ) 2. 첩 신호의 반복 시간 간격 차이를 이용한 차분적 직교 변조 방법 및 장치(등록번호 ) 3. 첩 신호를 이용하여 송수신기간의 전자파 다중 경로 특성에 대한 채널 추정 방법 및 장치(등록번호 ) (지적재산권을 합리적 조건하에 비차별적으로 실시하도록 허여) 7.2 시험표준제정여부(해당 시험표준번호) 8. 표준의 이력 판수 제/개정일 제/개정내역 제1판 제정 ii

5 Preface 1. The Purpose of Standard The purpose of this standard is to specify the physical layer of CSS(Chirp Spread Spectrum) for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) that use in the service of the short range location awareness and data communication in 2.4GHz frequency band. 2. The summary of contents This standard is the specification for physical layer of CSS(Chirp Spread Spectrum) which purpose to use data communication and location awareness service in the low rate wireless personal area network and define the operating frequency range, channel assignments, data rates, modulation & spreading, frame format, waveform and subchirp sequences, radio specification etc. in the CSS PHY. It contains the coexistence with other IEEE standards and proposed standards. 3. Applicable fields of industry and its effect This standard specify the structure of CSS PHY and minimize the confusion in the set-up the service system for low rate data communication and location awareness in 2.4GHz band of the LR-WPAN network. It is expected that this standardization use to develop the WPAN technology and vitalize its application and contribute to IT industry in our country. 4. Reference Recommendations and/or Standards 4.1 International Standards - IEEE P a/D7, "PART 15.4:Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) : Amendment to add Alternate PHY", January Domestic Standards : Nothing is related 4.3 Other Standards : Nothing is related iii

6 5. Relationship to International Standards(Recommendations) 5.1 The relationship of international standards This standard has been developed refer to IEEE P a/D Differences between International Standard (recommendation) and this standard IEEE a 비고 1. Introduction - added 2. Scope of this standard - added 3. Definitions 3. Definitions equaled(trans) 4. Acronyms and abbreviations 4. Acronyms and abbreviations equaled(trans) 5. General description 5. General description equaled(trans) 6. PHY specification 6. PHY specification equaled(trans) Annex E. Coexistence with other IEEE Annex E. Coexistence with other IEEE equaled(trans) standards and proposed standards standards and proposed standards The numbers of chapter & section in this standard are as same as the IEEE standard. 6. The Statement of Intellectual Property Rights -Patent: 1. Differential Orthogonal Modulation Method and Apparatus using Orthogonal Code (RN ) 2. Differential Orthogonal Modulation Method and Apparatus using Repetition Time Interval Difference of Chirp Signal (RN ) 3. Method and Apparatus for Channel Estimation to Electro-Magnetic Wave Multi Path between Sender and Receiver by using Chirp Signal (RN ) (The copy right would be granted under RAND (Reasonable and nondiscriminatory)) 7. The Statement of Conformance Testing and Certification Nothing is related 8. The History of Standard Edition Issued date Contents The 1st edition Established iv

7 목 차 1. 개 요 1 2. 표준의 구성 및 범위 1 3. 용어정의 1 4. 약어 2 5. 일반사항 2 6. 물리계층 사양 4 부록 E. 다른 IEEE 표준과 제안 표준과의 공존 21 v

8 Contents 1. Introduction 1 2. Constitution and Scope 1 3. Terms and Definitions 1 4. Acronyms and abbreviations 2 5. General Description 2 6. PHY Specification 4 Annex E. Coexistence with other IEEE standards and proposed standards 21 vi

9 1. 개요 본 표준은 2.4 GHz 주파수 대역의 WPAN에서 근거리 위치파악 및 저속 데이터 통신 서비스를 위한 첩 신호 확산스팩트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum)의 물리계층 표준규 격을 정의한다. 2. 표준의 구성 및 범위 본 표준은 WPAN에서 근거리 위치파악 및 저속 데이터 통신 서비스 에 사용되는 첩 신호 확산스팩트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum)의 물리계층에 대한 규격으로서 동작 주파수 범위 및 데이터 전송율, CSS PHY 채널할당, CSS PHY에서 요구되는 데이터속도, 변조 와 확산 방식, CSS 프레임 포맷, 파형과 서브첩 순열, CSS기술의 무선 요구 규격 내용 등을 정의하고 있으며 다른 표준과의 공존성을 기술하고 있다. 3. 정의 3.1. 용어 정의 가. 첩 (Chirp) : 선형적 주파수 스위프 (linear frequency sweep : 주파수가 단조 증가 또는 단조 감소) 나. 서브 밴드(Sub-band) : 전체 점유대역의 상위1/2 대역 또는 하위 1/2 대역이 될 수 있다. 다. 서브 첩(Sub-chirp) : 서브 첩 신호 라. 서브 첩 시퀀스(Sub-chirp sequence) : 4 서브 첩 시퀀스 마. Chirp symbol : 시간 간격을 갖는 하나의 서브 첩 시퀀스 1

10 4. 약어 CSS: Chirp Spread spectrum DPS: Dynamic preamble select FEC: Forward error correction SOP: Simultaneously Operating Piconets DQPSK: Differential Quadrature Phase Shift Keying CSK: Chirp Shift Keying. The phases of subsequent chirps are modulated. DQCSK: Differential Quadrature Chirp Shift Keying. The phases of subsequent chirps are modulated with DQPSK values. AGC: Automatic Gain Control PRF: Pulse Repetition Frequency PRI: Pulse Repetition Interval PPM: Pulse Position Modulation BPM: Burst Position Modulation BPSK: Binary Phase Shift Keying SHR: Synchronization Header PHR: PHY Header SFD: Start Frame Delimiter PRBS: Pseudo Random Binary Sequence LFSR: Linear Feedback Shift Register WPAN: Wireless Personal Area Networks 5. 일반사항 5.1. 개요 CSS(Chirp spread spectrum)물리계층은 2450 MHz 에서 동작한다 구조 PHY Chirp spread spectrum(css)는 스프레드스펙트럼시스템으로 DSSS 나 UWB 모두와 유사하며 이들 시스템과는 다른 변조방법으로 인해서 추가적인 중요한 특성이 있다. 첩은 선형 주파수 변조펄스이다. 이것은 매우 빠른 속도로 대역을 스위핑하는 것으로 생각할 수 있다. CSS 시스템의 종류는 하나의 큰 첩 심볼을 구성하는 보다 작은 첩신호의 패턴들 또는 서브 첩들을 사용하는 규격에 대해 정의한다. 이것은 다중네트워크가 동일한 주파수채널을 동시에 사용하는 것이 가능하게 하며 보다 강건한(robust) 성능을 제공해준다. 또한 이 CSS 시스템은 보다 향상된 성능을 위해 D-QPSK 변조를 사용한다 MHz CSS 에 대한 채널플랜은 채널의 공존성을 증대시키기 위해서 IEEE b/g 의 채널 플랜과 동일하게 선택되었다. 이 채널 플랜은 규제영역에 따라 2

11 primary 는 비중첩 채널을 secondary 는 부분중첩채널을 제공한다. CSS 는 더 넓은 스펙트럼에서 더 충분한 혜택(benefit)이 있을 수 있기 때문에 CSS 는 2450 MHz DSSS 에 사용되는 보다 좁은 채널을 사용하지 않았다 LR-WPAN 용 CSS 2450 MHz PHY 의 장점 CSS 2450 MHz LR-WPAN 사양(specification)은 넓은 연결 범위 빠른 속도로 움직이는 모바일 기기로의 연결을 지원하는 CSS 파형의 독특한 성능을 활용함으로써 LR-WPAN 응용시스템에 안정된 성능을 제공하기 위해 설계되었다. CSS PHY 계층은 실내 및 실외 통신에 적합한 2450 MHz 대역의 국제 규정을 사용하면서 향상된 강건성(robustness), 범위, 이동성을 제공한다. 강건성 메카니즘(mechanism) 뿐만 아니라, CSS 특성들은 multipath fading 에 관한 향상된 면역성과 상당히 낮은 통신 전력에서 강건 성능이 가능한 넓은 범위를 제공하는 LR-WPAN 기기들을 가능하게 할 수 있다. 시스템 구현에 유연성을 제공하기 위해 CSS 에는 두 가지 전송률을 정의하여 그들의 응용시스템에 가장 적합한 전송률과 특성을 선택하도록 하며, 다음과 같은 가이드라인을 제시한다. - 저전송률은 양호한(quiet) AWGN 과 높은 multi-path 환경에 적합하다 - 고전송률은 낮은 에너지 소비와 돌발적(burst) 간섭(interference) 환경에 적합하다 3

12 6. PHY 사양 6.1 일반적 요구사항 및 정의 동작 주파수 범위 <표 1> 주파수 대역 및 데이터 전송률 PHY 주파수대역 (MHz) 2450 CSS 데이터 매개변수 (Data Parameter) 비트 전송률 심볼 전송률 (kb/s) (ksymbols/s) 채널 할당 채널 번호 a CSS PHY 용 채널 번호 1 에서 14 까지 번호 붙은 총 14 개의 주파수 채널들이 2.4 GHz 대역에서 사용 가능하다. 이러한 주파수 채널들의 다른 세부조합(different subsets)은 세계의 서로 다른 지역에서 사용 가능하다. 북아메리카와 유럽에서는 서로 겹치지 않는 대역으로 사용 가능한 세 개의 주파수 채널들이 선택될 수 있다. <표 1a> CSS 의 중심 주파수 주파수 채널 번호 주파수

13 채널 주파수는 CSS 관련 각 대역의 중심 주파수를 정의한다. k = 1, 2,..., 13 에 대해, Fc = x (k-1) [MHz] k = 14 에 대해, Fc = 2484 [MHz] 여기서 k 는 대역 번호이다. 4 개의 서로 다른 sub-chirp 순열(sequence)의 조합을 통해 14 개의 서로 다른 주파수 대역들은 56 개 (= 14 x 4)의 복소 채널을 구성한다. 6.5a 2450 MHz PHY 첩 신호 확산스팩트럼 (CSS) PHY 2450 MHz CSS PHY 의 요구사항은 6.5a.1 부터 6.5a.5 에 나타나 있다. 6.5a.1 데이터 속도 첩 신호 확산스팩트럼 (2450MHz) PHY 의 데이터 속도는 1 Mb/s 이다. 옵션 데이터 속도는 250 kb/s 이다. 6.5a.2 변조와 확산 첩 신호 확산스팩트럼 (2450MHz) PHY 는 Differential Quadrature Phase Shift Keying(DPSK)과 8-ary 또는 64-ary Bi-Orthogonal 코딩이 결합된 첩 신호 확산스팩트럼 (CSS) 기술이다. 여기서 Differential Quadrature Phase Shift Keying 과 8-ary 또는 64-ary Bi-Orthogonal 코딩이 결합되어 각각 1Mbps 와 250 Kb/s 로 동작한다. 서로 다른 주파수 sub-bands, 서로 다른 첩 방향을 갖는 연속된 첩 신호들과 서로 다른 time-gaps 을 함께 사용함으로써 CSS PHY 는 서브 첩 수열 division 과 주파수 division 을 한다. 6.5a.2.1 참조 변조기 다이어그램 (그림 20b)에 나온 블록 다이어그램은 1 Mb/s 와 옵션부분의 250 kb/s 모두에 대한 2450 MHz CSS PHY 변조를 설명하기 위한 참조모델이다. 각 블록에 쓰여 있는 숫자는 그 블록의 기능을 설명하는 부분을 나타낸다. PHR 과 PSDU 에 포함된 모든 이진 데이터는 (그림 20b)에 나온 변조방식을 사용해서 인코딩한다. 5

14 (그림 20b) - Differential Bi-Orthogonal Quaternary-Chirp-Shift-Keying 변조기와 확산 (8-ary 1Mb/s 일 경우 r=3/4, 64-ary 250kb/s 일 경우 r=6/32) 6.5a.2.2 디멀티플렉스 (DEMUX) (그림 20b)에 보인 것과 같이 디멀티플렉스의 초기상태의 각 패킷은 I 패스(상위 경로)로 채우기 시작한다. 따라서 패킷에 정보 비트의 스트림으로 들어오는 첫 번째 비트는 I 패스로 연결되고 두 번째 비트는 Q 패스로 연결된다. 6.5a.2.3 직렬에서 병렬로 매핑 (S/P) 두 개의 직렬을 병렬로 만드는 변환기를 통과한 서브 스트림은 데이터의 심볼 형태인 비트의 세트로써 독립적으로 분할된다. 기본적인 데이터율이 1M/s 인 데이터 심볼은 세 개의 비트로 구성된다. 이진 데이터 심볼(b0,b1,b2)안에서, I 그리고 Q 의 각각의 첫 번째 입력 데이터 비트는 b0 에 할당되고 세 번째 입력 데이터 비트는 b2 에 할당된다. 옵션인 데이터율이 250kb/s 인 데이터 심볼은 6 개의 비트로 구성되며, 이진데이터 심볼(b0,b1,b2,b3,b4,b5)안에서, I 그리고 Q 의 각각의 첫 번째 입력 데이터 비트는 b0 에 할당되고 여섯 번째 입력 데이터 비트는 b5 에 할당된다. 6.5a.2.4 데이터 심볼에서 Bi-Orthogonal 코드 워드로 매핑 각각의 3-비트의 데이터 심볼은 <표 26a>에 만족하는 데이터율이 1M/s 인 4 chip Bi-Orthogonal 코드 워드(c0,c1,c2,c3)로 매핑 될 것이다. 각각의 6-비트의 데이터 심볼은 <표 26b>에 만족하는 옵션인 데이터율이 250kb/s 인 32 chip Bi-Orthogonal 코드 워드(c0,c1,c2,...,c31)로 매핑 될 것이다. 6

15 <표 26a> 8-ary Bi-Orthogonal Mapping Table(r=3/4, 1Mb/s) 8-ary Bi-Orthogonal r = 3/4 Code Data Symbol (Decimal) Data Symbol (Binary) Code Word (co c1 c2 c3) (b0 b1 b2) <표 26b> 64-ary Bi-Orthogonal Mapping Table (r=6/32, 250kb/s). 64-ary Bi-Orthogonal r = 6/32 Code Data Symbol (Decimal) Data Symbol (Binary) Chip Values (co c1 c2... c31) (b0 b1 b2 b3 b4 b5)

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18 a.2.5 병렬-직렬 컨버터(P/S) 와 QPSK 심볼 맵핑 각 Bi-Orthogonal 코드워드를 직렬 칩열로 변화시킨다. 1 Mb/s 데이터율을 위해 각각 4 칩 코드워드 (c0, c1, c2, c4) 에서는, 최하위 칩 c0 가 첫번째로 처리(변환)되고 마지막 최상위 칩 c3 가 각각 I 와 Q 에서 마지막에 처리(변환)된다. 250 kb/s 데이터율을 위한 각각의 32 칩 코드워드 (c0, c1, c2,..., c31) 에서는, 최하위 칩 c0 가 첫번째로 처리(변환)되고 마지막 최상위 칩 c31 은 각각 I 와 Q 에 마지막에 처리(변환)된다. I 와 Q 의 각 쌍 칩들은 <표 26c> 에 열거된 것과 같이 QPSK 심볼에 할당되어진다. <표 26c> QPSK 심볼 할당 입력 칩(I n,k Q n,k ) 크기 위상 1,

19 -1, 1 1 π/2 1, π/2-1, -1 1 π 6.5a.2.6 Differential-QPSK (DQPSK) 코딩 QPSK 심볼 스트림은 길이가 4 인 QPSK 심볼 피드백 메모리를 가진 차동 엔코더를 이용해서 차동코드가 된다. ( 이것은 QPSK 심볼 1 과 5, 2 와 6, 3 과 7, 4 와 8, 그런 둘 사이의 위상차를 계산하는 것을 의미한다..) DQPSK Output: jq n, k jqn-1, k jj n, k e = e e 여기서 jj n, k e 은 DQPSK input 이고, jq n-1, k e 은 feedback memory 에 저장된 값이다. 모든 패킷에 대해 차동엔코더의 모든 4 피드백 메모리 위치의 초기값은 jp 4 e, 다시 말해 q 0, k = p 4 [ rad] 로 한다. 6.5a.2.7 DQPSK 을 DQCSK 로 변조 DQPSK 심볼들은 CSK 생성기로 생성될 서브첩 스트림으로 변조 된다. DQPSK 변조 의 효과는 각 서브첩이 서브첩의 지속시간 동안 단위 크기와 일정한 위상을 갖는 DQPSK 값에의해 변조되는 것이다. 실행의 예는 6.5a.4.6.절 에서 볼 수 있다. 6.5a.2.8 CSK generator CSK 생성기는 6.5a.4.3.절에 명기된(첩 심볼들) 4 개의 정의된 서브첩 순서들 중 하나를 주기적으로 발생한다. 각 첩은 서브첩 비율이 첩심볼 비율보다 4 배 높은 4 개의 서브첩 으로 이루어진다. 6.5a.2.9 비트 인터리버 비트 인터리버는 250 kb/s 시 만 적용된다. 250 kb/s 데이터 비율을 위한 32 칩 바이 오소고날 코드워드들은 병렬-직렬 변환 전에 인터리빙 한다. 비트 인터리빙은 차동검출기의 더블 인트라심볼 에러의 원인에 대하여 강력한 대응을 제공한다. 인터리버는 각각 I 와 Q 에 독립적으로 두개의 연속된 코드워드를 가로로 칩으로 바꾼다. 인터리버의 메모리는 패킷을 받기 전에 제로로 초기화 된다. 11

20 인터리버로 들어간 데이터 스트림은 전송된 옥텟 번호가 인터리버 블럭 결합과 정렬되지 않을 때 제로로 채워진다. 이 인터리버의 입력-출력 관계는 : 입력 : even-symbol (c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8, c9, c10, c11, c12, c13, c14, c15, c16, c17, c18, c19, c20, c21,c22,c23, c24, c25, c26, c27, c28, c29, c30, c31) odd-symbol (d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8, d9, d10, d11, d12, d13, d14, d15, d16, d17, d18, d19, d20, d21, d22, d23, d24, d25, d26, d27, d28, d29, d30, d31) 출력 : even-symbol (c0, c1, c2, c3, d20, d21, d22, d23, c8, c9, c10, c11, d28, d29, d30, d31, c16, c17, c18, c19, d4, d5, d6, d7, c24, c25, c26, c27, d12, d13, d14, d15) odd-symbol (d0, d1, d2, d3, c20, c21, c22, c23, d8, d9, d10, d11, c28, c29, c30, c31, d16, d17, d18, d19, c4, c5, c6, c7, d24, d25, d26, d27, c12, c13, c14, c15) 주석: (그림 20b)에 보인 코딩은 모든 비트은 SFD 를 따라 적용되었다. 발생된 첫 번째 코드워드는 제로로 카운트되며 따라서 even-symbol 로 처리된다. 6.5a.3 CSS 프레임 포맷 6.5a.3.1 Preamble <표 26d>에서 명기됨과 같이 1Mb/s 는 프리엠블이 8 첩 심볼로 이루어지고 250 kb/s 의 프리엠블 은 20 첩 심볼로 이루어진다. <표 26d>로 부터 프리엠블 순열은 QPSK 의 I 입력과 Q 입력 에 직접 적용되어진다. Data-rate Preamble Sequence 1 Mb/s ones(0:31) 250 kb/s ones(0:79) <표 26d> 프리엠블 시퀀스 정수 N 중 (0:N)이 그것의 1-by-N 메트릭스에 정의될때. 6.5a.3.2 프레임의 시작지점 CSS 의 SFD 필드는 절에 정의된다. 6.5a.3.3 PHY header 12

21 PHR 포맷은 (그림 20c)에서 보인다. (그림 20c) CSS PHR 포맷 6.5a.4 파형 과 서브첩 순열 여기서 서브첩으로 불리는 4 개의 단일 첩신호들이 두개의 인접 주파수 서브밴드를 차지하는 풀첩(full chirp) 심볼을 형성하기 위해 연결된다. 4 개의 다른 서브첩 순열은 정의되었고, 각 서브첩은 타임 도메인에서 raised cosine 윈도우가 씌워졌다. 6.5a.4.1 첩심볼(서브첩 시퀀스) 의 도식적 표현 네 개의 서로 다른 서브첩 순열이 사용 가능하다. (그림 20d)는 시간, 주파수영역에서 4 개의 서로 다른 첩 심볼을 보여준다. 선형하강 첩특징 또는 선형 상승 첩 특징 중 하나인 것 과 양성과 음성인 중심주파수 옵셋이 연결된 4 개의 서브첩임을 알 수 있다. 서브 첩 순열들 사이에 주파수 불연속이 스펙트럼상에서 충돌하지는 않을 것이다. 왜냐하면 신호의 세기는 이 포인트에서 제로가 될 것이기 때문이다. 각각 선형 주파수 감소 또는 선형 주파수 증가 특성과 음의 중심주파수 또는 양의 중심주파수를 가지는 4 개의 서브첩이 연결된 것을 볼 수 있다. 13

22 (그림 20d) 서브 첩의 4 가지 조합 6.5a.4.2 시간 간격의 사용 서브 첩 배열과 함께 서로 다른 간격을 가지는 시간 간격의 사용이 정의 되어 있다. 그 시간 간격은 4 개의 서로 다른 서브첩 순열의 더 많은 직교성을 주기 위해 선택되었다. 시간 간격은 (그림 20e) 와 같이 둘 중 하나가 첩 심볼 사이에 적용될 것이다. (그림 20e) 서브 첩 별 4 개의 서로 다른 시간 간격 쌍 6.5a.4.3 연속시간 CSS 기저대역 신호의 수학적 표현 14

23 (그림 20e)의 시간 간격과 함께 있는 (그림 20d)의 첩 심볼로 이루어진 연속시간 기저대역 신호 s(t)의 수학적 표현은 수식 1a 와 같다. 연관된 시간 간격 함께 있는 서브 첩 순열은 첩 심볼로 정의 된다. å m m s% ( t) = s% ( t, n) n= 0 3 é æ m ˆ ö ù = ååc% n, k exp ê j ç wk, m + xk, m ( t -Tn, k, m ) ( t - Tn, k, m ) PRC ( t -Tn, k, m ) (1) n= 0 k = 0 2 ú ë è ø û m = 1, 2, 3, 4 (그림 20d) 에서는 I, II, III, 그리고 IV) 은 4 개의 첩 심볼 중 어느 것이 사용되었는지 정의한다. n=0, 1, 2... 은 첩 심볼의 순열번호이다. 수식 (1a)의 s(t) 에서 ~ 는 DQPSK 코딩의 출력 값으로 나오는 실수데이터 an,k 와 c n, k 허수 데이터 b n,k 로 구성되는 복소 정보의 순열이다. a n,k 와 b n,k 는 +1 또는 -1 로 구성된다. ~ = + 이며 n 은 첩 심볼의 순서를 c n, k an, k jbn, k 의미하고, k=0,1,2,3 은 서브 첩의 색인을 의미하며, j = -1 을 의미한다. wˆ = 2p f 는 서브 첩 신호의 중심 주파수이다. 이 값은 m 과 서브 첩 순서를 k, m k, n 의미하는 k=1,2,3,4 에 의해 정해진다. 수식 (1b)의 T n,k,m 는 실제 서브 첩의 시작 시간을 정의한다. 그것은 첩 심볼의 평균시간인 T chirp 과 서브 첩 신호구간인 T sub 에 의해 결정 된다. n ( ( ) ) 1 T æ ö n, k, m = ç k + Tsub + ntchirp t m (2) 2 è ø 상수 μ는 서브 첩 신호의 특성을 결정한다 m = 2p [ rad / sec ] 값이 사용될 것이다. 6.5a.4.4 에 정의 되어 있는 P RC 는 시간 0 을 중심으로 서브 첩의 양쪽 끝과 그 밖에서 제로 값을 가지는 윈도우 함수 이다. 상수 t m 은 더해지거나 빼지면서 (그림 20e)에서 볼 수 있듯이 이어지는 2 개의 첩 심볼 사이에 적용되는 시간 간격을 결정한다. <표 26e> 는 서브밴드의 중심 주파수를 보여주고, <표 26f>는 서브 첩의 방향을, <표 26g>는 수식 (1a)안의 시간 파라미터를 보여준다. 이런 시간 및 주파수 파리미터는 참조 크리스탈로 부터 유도하여 가정되었다는 것을 주의해야 한다. 15

24 <표 26e> 수식 (1a) 의 중심주파수 파라미터, f k,m (MHz) m/k fc-3.15 fc+3.15 fc+3.15 fc fc+3.15 fc-3.15 fc-3.15 fc fc-3.15 fc+3.15 fc+3.15 fc fc+3.15 fc-3.15 fc-3.15 fc+3.15 <표 26f> 수식 (1a) 의 서브 첩 방향 파라미터, x k,m m/k a.4.4 첩 펄스 성형을 위한 raised-cosine 윈도우 수식 (1c)에 기술되어 있는 raised-cosine 시간 윈도우는 서브 첩의 성형에 사용될 것이다. raised-cosine 윈도우 P RC (t) 는 시간 축의 모든 서브 첩 신호에 적용된다. 16

25 6.5a.4.5 서브-첩 전송 순서. 각 첩 심벌 주기 동안 서브-첩 1 (k=1)이 처음 전송 되고 서브-첩 4 (k=4)는 마지막에 전송된다. 6.5a.4.6 CSK 신호 생성의 예 한 첩 심벌 변조의 예는 (그림 20b)에서 보여지는 것 처럼 DMUX 로 부터 레퍼런스 변조의 출력까지 각각의 단계를 설명한다. 시나리오 파라미터는 아래를 따른다: 1) 차동 인코더의 4 개 피드백 메모리 단계의 초기값은 이다. 2) 데이터 비트율은 1Mb/s 이다. 17

26 Input binary Data De-Multiplexer (Demux) I-path: Q-path : Serial to parallel mapping I-path: {1 0 0} Q-path: {1 1 0} Bi-orthogonal Mapping (r=3/4) I-path: Q-path: P/S and QPSK symbol mapping Mapper Input: (-1-j), (-1-j), (-1+j), (-1+j) QPSK Output Phase: π, π, -π/2, -π/2 D-QPSK Coding: Initial phase of 4 feedback memory for D-QPSK are all?/4 D-QPSK Coder Output Phase: -3π/4, -3π/4, -π/4, -π/4 D-QPSK to D-QCSK Modulation Output: Sub-chirp sequence of D-QCSK output: [exp(-j3π/4) * subchirp(k=1), exp(-j3π/4) * subchirp(k=2), exp(-jπ/4) * subchirp(k=3), exp(-jπ/4) * subchirp(k=4)] 6.5a.5 무선 2450MHz 대역폭 CSS 기술 지역적으로 요구되는 규제를 기술하기 위해 2450MHz 대역폭에서 동작하는 CSS 소자는 추가적으로 6.5a.5.1 부터 6.5a.5.4 에 무선 요구가 기술되어 있다. 6.5.a.5.1 송신 파워 스펙트럴 밀도 마스크 와 신호 오차 한계 CSS 신호 s(t)의 송신 PSD 는 (그림 20h)에서 상대적인 제한 스펙 범위가 있다. 평균 스펙트럴 파워는 100KHz resolution 대역폭와 1KHz video 대역폭을 사용하여 측정된다. 상대적인 제한 때문에 기준 레벨은 케리어주파수의 11MHz 대역이내에서 측정된 최고의 평균 스펙트럴 파워이다. 특히 신호 대역폭 f-fc 7MHz 에서 최대값으로 정규화된 18

27 주파수 스펙트럼은 11MHz f-fc 22MHz 스탑밴드에서 -30dB 보다 작거나 같고 f-fc > 22MHz 스탑밴드에서 -50dB 보다 작거다 같다. 송신 PSD 실험을 위해 슈도-랜덤 2 진 배열이 입력데이타로 사용된다. 평균 제곱 오류(mean square error)가 CSS 신호의 만족(compliance)을 위한 추가적인 기준으로 사용된다. S(t)sms 식(1.a)에 주어진 베이스밴드 CSS 신호이다. S(t)로 구현한 S impl (t)는 다음 식을 만족한다. 평균 제곱 오류를 최소화하기 위해 일정한 상수 와 가 사용된다. 상수 Tchirp 은 CSS 심벌의 주기이다. 식(1a)에서 S(t)의 는 모든 n 과 k 에 대해 측정하기 위한 일정한 상수 데이터 (1+j1)이다. 6.5a.5.2 심벌율 19

28 2450MHz PHY DQCSK 심벌율은 k 심벌/초(1/6 M 심벌/초)=40ppm 이다. 6.5a.5.3 수신기 민감도 의 에 지정된 조건에서 컴플리언트 소자는 1M/s 에 대해 -85dBm 이상의 민감도를 만족하고 250kb/s 에서는 -91dBm 이상의 민감도를 만족해야한다. 6.5a.5.4 수신기 재밍 저항 <표 26h>에서 최소 재밍 저항 레벨을 보여준다. 겹치지 않은 이웃한 채널은 25MHZ 의 센터 주파수 옵셋을 갖는 것으로 정의된다. 겹치지 않은 교차된(alternate) 채널은 50MHZ 의 센터 주파수 옵셋을 갖는 것으로 정의된다. 이웃한 채널의 배제(adjacent channel rejection)는 다음과 같이 측정한다. 그 요구하는 신호는 슈더- 랜덤 데이터의 순순한 2450MHZ 인 CSS 신호가 될 것이다. 그 요구하는 신호는 6.5a.5.3 에서 주어진 수신기 감도의 최대 허용치보다 큰 3dB 에서 수신기로 입력을 줄 것이다. 이웃한 채널과 교차된 채널에서, 같은 CSS 신호와 다른 서브 첩 스퀀스는 희생 디바이스(victim device)처럼 <표 26h>에 나타낸 상대적인 레벨에서 입력을 줄 것이다. 실험은 한 시간에서 오직 하나의 간섭하는 신호에 의해 수행될 것이다. 수신자는 이러한 조건에서 에 에 정의된 오류율 기준을 볼 것이다. 20

29 부록 E (정보제공) 다른 IEEE 표준과 제안 표준과의 공존 E.1 개요 이 부록 또한 수정안 4a 디바이스를 고찰 한다. 명확한 UWB 디바이스 위해, 추가된 고찰은 IEEE 비표준 확정으로 간주된다. E.2 공존을 위한 표준과 제안된 표준의 특징 이 절 또한 IEEE P REVb/D6 devices 또는 IEEE P AMMa/D3 의 근접한 응용을 위한 특성 과 비 특성의 IEEE-complaint devices 을 열거한다. ISM 밴드인 2400 MHz 을 위한 IEEE P AMMa/D3 CSS PHYs 는 14 채널에서 시행을 위해 명시한다 MHz 에서 2484 MHz 밴드 주파수에서 채널 0 에서 채널 13 이 존재하면, 그래서, 그 주파수에서 다른 IEEE compliant devices 시행에 영향을 줄 것이다. 이 부록에서 다음을 공존을 위해 표준과 제안된 표준을 나타내다: - IEEE Std g - IEEE Std b-1999 (2400 MHz DSSS) - IEEE Std [2400 MHz frequency hopping spread spectrum (FHSS)] - IEEE Std (2400 MHz DSSS) - IEEE Std (2400 MHz DSSS) - IEEE P a (2400 MHz CSS) 이 부록에서 다음을 공존하기 위한 표준은 나타내지 않는다 : - IEEE Std , 1999 Edition, frequency hopping (FH) (2400 MHz FHSS) - IEEE Std , 1999 Edition, infrared (IR) (333GHz AM) - IEEE Std (2400 MHz OFDM) - IEEE Std a-1999 (5.2GHz DSSS) 개발된 다른 IEEE 표준과 서로 영향을 줄 수 있는 주파수 150 MHz 에서 650 MHz 밴드에 IEEE P AMMa/D3 UWB PHYs 이 존재한다 MHz 에서 4742 MHz 과 5944 MHz 에서 MHz 에 UWB PHYs 는 양쪽 IEEE compliant devices 과 non-ieee compliant devices 에 영향을 줄 수 있다. 21

30 {이 부록에서 공존하는 표준, 개발중, 비 IEEE 표준, 목록 추가} E.3.6 채널 정렬 IEEE b(오버랩되지 않은) 과 IEEE P a CSS 채널(오버랩된) 사이에 정렬은 (그림 E1c)에서 보여주고 있다. 거기에 14 개의 IEEE P a CSS 채널이 있다(n = 0, 2,, 13). 채널중 하나에서 IEEE P a 네트워크 운용은 시스템간 간섭이 최소가 될 것 이다. 능동적으로 채널 선택이 실행될 때, 네트워크 초기화 또는 감쇄 응답 중 에서, 이 IEEE P a CSS 디바이스는 채널리스트 범위에 열거된 채널 중에 하나의 set 을 스캔 될 것이다. IEEE b 이 활성화된 지역으로 알고 있는 곳에서 인스톨 되는 IEEE P a networks 을 위해, 채널 리스트 파라메타는 네트워크 공존을 높이기 위한 재 set 으로 정의될 수 있다. (그림 E1c) IEEE P a CSS channel 선택 E.3.7 능동 채널 선택 능동적으로 채널 선택이 실행 될 때, 네트워크 초기화 시간 또는 감쇄 응답 중 에서, 이 UWB IEEE a device 디바이스는 채널리스트 범위에 열거된 채널 중에 하나의 set 을 스캔할 것이다. 스펙트럼 제한 지역으로 알고 있는 곳에서 인스톨 되는 IEEE P a networks 을 위해, 채널 리스트 파라메터는 네트워크 공존을 높이기 위한 재 set 으로 정의될 수 있다. E MHz 밴드 의 공존 파라메터 (CSS PHYs 제외) E.6 CSS PHYs 을 위한 2400 MHz 밴드의 공존 파라메터 부절 E.3.2 과 E.3.2 또한 개별 표준과 IEEE P a CSS devices 와 공존할 때 그들의 예상되는 성능의 명시를 위해 만들어진 것을 가정하에 서술 한다. E.6.1 공존 파라메터를 위한 가정 22

31 E 수신 감도 수신 감도의 가정은 다음과 같이 각각 표준에서 참조한 감도이다: -76 dbm for IEEE b 11 Mb/s CCK -82 dbm for IEEE g 6 Mb/s OFDM -74 dbm for IEEE g 24 Mb/s OFDM -65 dbm for IEEE g 54 Mb/s OFDM -70 dbm for IEEE dbm for IEEE P Mb/s DQPSK -85 dbm for IEEE dbm for IEEE a 1 Mb/s CSS E 송신 파워 다음과 같이 명기된 각각 공존 표준을 위한 송신 파워 : -14 dbm for IEEE b - 0 dbm for IEEE dbm for IEEE dbm for IEEE dbm for IEEE P a CSS E Bit 에러율(BER) 계산 IEEE a CSS 의 BER = 여기서 SNR0=SNR x 14 x , M = 8, 1Mb/s 에서 SNR0=SNR x 14 x x 4, M = 64, 250kb/s 에서 IEEE g 의 BER 다음 가정에서 고찰된 g 의 three data rates 위해: 1) OFDM, 6 Mb/s: ; M-PSK, M=2, 5.7 db Coding Gain 2) OFDM, 24 Mb/s: M-ary QAM, M=16, Coding Gain Cg=5.7 db 3) OFDM, 54 Mb/s: M-ary QAM, M=64, Coding Gain Cg=3.8 db 23

32 M-ary QAM 응용할 수 있게 2) 와 3)의 방정식 Eb/N0 와 SNR 의 관계는 서브캐리어의 간격에서 산정할 수 있다고 가정한다. Fs= MHz 과 OFDM symbol rate Rs=0.25 Msymbs/s 에서 : E PER - IEEE P802.11b 를 위한 평균 프레임 길이 : 1500 bytes - IEEE P802.11b 를 위한 평균 duty cycle : 50% - IEEE P802.11g 를 위한 평균 프레임 길이 : 1500 bytes - IEEE P802.11b 를 위한 평균 duty cycle : 50% - IEEE P 을 위한 평균 프레임 길이 : 1024 bytes - IEEE P 을 위한 평균 duty cycle : 50% - IEEE P 을 위한 평균 프레임 길이 : 1024 bytes - IEEE P 을 위한 평균 duty cycle : 50% - IEEE P 를 위한 평균 프레임 길이 : 22 bytes - IEEE P 를 위한 일반 duty cycle: 1% - IEEE P 를 위한 특별 (aggregated) duty cycle: 10% - IEEE P a CSS 를 위한 평균 프레임 길이 : 32 bytes - IEEE P a CSS 를 위한 일반 duty cycle: 0.25%, 1% - IEEE P a CSS 를 위한 특별 duty cycle: 2.5%, 10% E IEEE a 를 위한 BER 모델 (그림 E.3.2.2)에서 IEEE b, IEEE base rate, IEEE , IEEE , 그리고 IEEE P a CSS 에 대한 BER 과 SNR 의 관계를 나타낸다. 24

33 (그림 E.9) BER 그래프 결과 IEEE b, IEEE , IEEE , IEEE (2400 MHz PHY), 그리고 IEEE P a CSS E.6.2 공존 시뮬레이션 결과 가정한 송신 스펙트럼의 모양과 수신기 필터의 형태는 <표 E1> 에 정의되어 있다. E.6.3 낮은 duty cycle 에 대한 가정 일반적으로 15.4 와 15.4a 기기들은 duty cycle 낮다고 가정한다 기기들이 1% 의 duty cycle 을 가진다는 가정은 , E.2.4 에 소개되었다. 위 가정은 4a 기기들은 동력을 가지는 배터리를 가지고 있으며 그것의 수명은 적어도 1 년이 된다는 것이다. 그리고 duty cycle 이 1% 라는 가정은 구체적 숫자를 넣어 계산하였을 때 더욱 확실해 진다. 일반적인 AA 전지는 1.8Ah 의 용량을 가진다. 2.4 GHz 에서 동작하는 일반적인 15.4 기기는 30mA 의 송신 전류를 가진다. 만약 이 기기가 전체 수명 동안 송신만 한다면 1800/30=60 시간 동안 전류가 흐르게 된다. 앞의 가정에서처럼 1 년을 수명이라 가정하면 365*24h=8760 시간이 되고 duty cycle 은 1%보다 확실히 작은 이 된다. 실제상황에서는 몇몇 노드에 의해 만들어 지는 전송량이 더해 질것이다. 반면에 중요한 배터리 전력은 수신 모드에서 사용되므로 1% duty cycle 은 15.4 네트워크에서 유용하다. 25

34 <표 1> 전송 스펙트럼과 수신 필터 형태 IEEE802 Transmit Receive b 11g a-CSS Frequency Attenuation(dB) Frequency Attenuation(dB) offset(mhz) offset(mhz) E.6.4 향상된 데이터 전송률의 영향 와 14.4a 장치는 낮은 데이터 전송률을 요구하는 응용분야에 사용될 수 있음을 이미 언급되었을 것이다. 15.4a 는 급격히 향상된 데이터 전송률(1Mb/s vs 250Kb/s)을 제공하기 때문에 4a 는 15.4 에 비하여 현저히 낮은 듀티-싸이클을 가질 것으로 예상할 수 있다. 2.4GHz 대역의 ISM 밴드가 매우 많은 시스템이 사용하기 때문에 높은 데이터 전송률에 의한 낮은 듀티-싸이클은 적당한 코이그지스턴스(coexistence) 성능을 위해 매우 중요하다. 26

35 E.6.5 코채널 시나리오 같은 장소에서 같은 전송 주파수를 사용하여 두 시스템이 동작하는 것은 확실히 원하던 상황이 아니다. 능동적인 간섭 상쇄가 제공되지 않는 한 코이그지스턴스의 성능은 동작하는 양 시스템의 듀티-싸이클에 의해서 결정된다. 위에서 기술한 15.4a 에 가정한 듀티-싸이클을 적용하면 적당한 성능의 결과를 얻을 수 있다. 그렇다고 하여도 중첩이 발생하지 않는 다른 밴드를 사용하여 이러한 상황을 회피하는 것이 더 좋은 방법이 된다. 만약 이 방법이 불가능할 경우 에서와 같이 중첩되지 않는 두 밴드 사이에 존재하는 중첩 밴드를 사용한다. CSS 의 전송 주파수는 15MHz 의 주파수 오프셋을 가진 과 공간적으로 근접한 선택할 것이다. (그림 E.10) IEEE b 의 간섭 시 IEEE P a CSS 수신기, 27

36 (그림 E.11) 일반 듀티 싸이클을 가진 IEEE P a CSS 간섭 시 IEEE b 수신기. (그림 E.12) rare 듀티 싸이클을 가지는 IEEE P a CSS 간섭에서의 IEEE b 수신기 28

37 (그림 E.13) IEEE P802.11g 간섭에서의 IEEE a CSS 수신기 (그림 E.14) IEEE g 수신기, 6Mb/s, IEEE P a CSS 간섭기, 일반 듀티 싸이클 29

38 (그림 E.15) IEEE g 수신기, 6Mb/s, IEEE P a CSS 간섭기, rare 듀티 싸이클 (그림 E.16) IEEE g receiver, 24Mb/s, IEEE P a CSS interferer, 일반 듀티 싸이클 30

39 (그림 E.17) IEEE g receiver, 24Mb/s, IEEE P a CSS interferer, rare 듀티 싸이클 (그림 E.18) IEEE g receiver, 54Mb/s, IEEE P a CSS interferer, rare 듀티 싸이클 31

40 (그림 E.19) IEEE g receiver, 54Mb/s, IEEE P a CSS interferer, 일반 듀티 싸이클 (그림 E.20) IEEE P a CSS receiver, IEEE interferer 32

41 (그림 E.21) IEEE P a CSS 가 일반 듀티 싸이클로 간섭할 때 IEEE 수신기의 성능 (그림 E.22) IEEE P a CSS 가 rare 듀티 싸이클로 간섭할 때 IEEE 수신기의 성능 33

42 (그림 E.23) IEEE 이 간섭할 때 IEEE P a CSS 수신기의 성능 (그림 E.24) IEEE P a CSS 가 일반 듀티 싸이클로 간섭할 때 IEEE 수신기의 성능 34

43 (그림 E.25) IEEE P a CSS 가 rare 듀티 싸이클로 간섭할 때 IEEE 수신기의 성능 (그림 E.26) 일반 듀티 싸이클을 가질 때 IEEE 간섭기에 대한 IEEE P a CSS 수신기의 성능 35

44 (그림 E.27) rare 듀티 싸이클을 가질 때 IEEE 간섭기에 대한 IEEE P a CSS 수신기의 성능 (그림 E.28) 일반 듀티 싸이클을 가질 때 IEEE P a CSS 간섭기에 대한 IEEE 수신기의 성능 36

45 (그림 E.29) rare 듀티 싸이클을 가질 때 IEEE P a CSS 간섭기에 대한 IEEE 수신기의 성능 37

46 표준작성 공헌자 표준 번호 : 이 표준의 제정 및 발간을 위해 아래와 같이 여러분들이 공헌하였습니다. 구분 성명 위원회 및 직위 연락처 소속사 과제 제안 허재두 WPAN PG 의장 표준 초안 제출 표준 초안 검토 및 작성 이경국 허재두 WPAN PG 간사 RFID/USN 프로젝트그룹 의장 jdhuh@etri.re.kr kyunglee@orthotron.com jdhuh@etri.re.kr 외 프로젝트그룹 위원 ETRI 오소트론(주) ETRI 표준안 김영균 전파방송기술위원회 의장 youngkyunkim@samsuung.com 삼성전자 심의 외 기술위원회 위원 사무국 김대중 kdj@tta.or.kr TTA 담당 김수학 soohagi@tta.or.kr TTA

47 2.4GHz 대역의 LR-WPAN 을 위한 첩 신호 확산스펙트럼(CSS: Chirp Spread Spectrum)-물리계층- (Specification for 2.4GHz Chirp Spread Spectrum(CSS) in the Low-Rate Wireless Personal Area Networks-PHY-) 발행인 : 김원식 발행처 : 한국정보통신기술협회 , 경기도 성남시 분당구 서현동 Tel : , Fax : 발행일 :