This thesis presents fully integrated 5.8-GHz dedicated short-range communication (DSRC) RF transceivers for Korean, Japanese and Chinese electronic toll collection system (ETCS) terminals. ETCS is one of the most widely used communication system in intelligent transport system (ITS). In Chapter 1, the world-wide tech-nical standards of DSRC are surveyed and analyzed to define the purpose of the thesis. In addition, the basic technical parameters such as peak power, CNR, and SNR for ASK system are re-defined for the DSRC sys-tem.
Chapter 2 describes a fully integrated CMOS DSRC transceiver for the Korea/Japan ETCS. The receiver (Rx) uses low-IF conversion architecture for high sensitivity and low-power consumption while the transmitter (Tx) uses direct up-conversion architecture for its simple structure and reliability. To solve image problem in the low-IF receiver, 10MHz IF and 40MHz IF are chosen for Korean and Japanese DSRC standards, respec-tively, since they make no image signals exist in image band. To support multi-standard receiver, a 10MHz/40MHz dual-band BPF is newly designed using a high frequency feed-forward operation amplifier. A CMOS RF power detector and power control circuit for the transmitter are also designed for stable operation. The RF transceiver is implemented using a 130nm CMOS technology, and the designed performances are confirmed by the measurements of the prototype.
Chapter 3 presents a fully integrated DSRC RF transceiver with a 10-uA interference-aware wake-up re-ceiver (WuRx) for Chinese ETCS terminals than can operate with a low standby current and operating cur-rent consumption. To reduce the current consumption, a high-gain RF envelope detector (RFED) using a volt-age-boosting method is proposed for the WuRx. Additionally, a delay-based band-pass filter (DBPF) is adopted in the WuRx to filter out interference from automotive applications thus increasing the battery life-time by reducing the probability of a false wake-up. In particular, amplitude variations of wireless communi-cation systems such as cellular phone, WLN, Bluetooth that may become sources of interference are ana-lyzed in detail to suggest an effective false wake-up reduction method. The Chinese RF transceiver is also fabricated using a 130nm CMOS process and the measurement results shows the feasibility of the perfor-mance.
In chapter 4, a multi-standard DSRC RF transceiver was designed for Korean and Chinese ETCS. The transceiver has a mixed architecture of chapter 2 and 3: WuRx and Tx from chapter 3 and Rx from chapter 2. In particular, 5MHz IF is selected to implement both seamless channel scan and large adjacent channel selectivity for low-IF Rx.
본 논문에서는 ITS중에서 가장 보편화된 ETCS의 무선통신 기술을 제공하는 5.8GHz DSRC의 RF 송수신기에 대한 연구를 진행하였다. 1장에서는 DSRC의 세계 표준기술과 시스템을 정의하고 표준별 기술적 차별성과 시장규모를 바탕으로 연구의 목적을 정의하였다. 또한 DSRC에서 공통적으로 사용하는 ASK 변조 시스템의 기본적인 parameter를 DSRC 시스템 과점에서 재정의 하였다.
2장에서는 한국과 일본에 동시에 적용이 가능한 복합형 DSRC RF 송수신기에 관한 연구를 다루었다. LNA, PA, SAW 등 고가의 외장소자를 모두 칩내에 집적이 가능한 시스템 구조를 제안하고 이를 구현하기 위한 10MHz/40MHz IF 주파수를 갖는 BPF와 송신전력을 정밀하게 제어하기 위한 rms detector를 포함하는 TX AGC 회로를 설계하였다. 제작된 송수신기의 성능평가를 통해서 제안된 시스템 구조와 회로가 목표로 했던 성능을 모두 만족함을 확인하였다.
3장에서는 중국 DSRC용 RF 송수신기에 관한 연구내용을 기술하였다. 특히, 중국의 경우 OBU 수명을 5년까지 사용하기 요구하기 때문에 이를 만족하기 위한 저전류 WuRx와 방해파를 제거하여 false wake-up을 줄이기 위한 시스템 구조와 회로를 새롭게 제안하고 측정을 통해서 그 결과를 확인하였다. 특히, 차량에서 사용되는 OBU에 방해파로 작용할 수 있는 cellular phone과 WLAN, BT의 상세한 기술분석을 통해서 효과적으로 false wake-up을 줄일 수 있는 방법을 제시하였다.
4장에서는 한국과 중국에 동시에 적용이 가능한 복합형 DSRC RF 송수신기를 연구내용을 다루었다. 4장에서 연구한 DSRC 송수신기는 2장의 한국/일본향 구조에서 개발한 수신기 구조와 3장의 중국향 구조에서 개발한 WuRx와 송신기 구조를 통합하여 구성하였다. 특히, low-IF 구조에서 두 개의 채널을 동시에 수신이 가능하도록 중간 주파수를 5MHz로 설정하는 구조를 통하여 방해파의 영향을 제거하면도 동시에 채널탐색에 필요한 시간소요가 필요없는 구조를 제안하고 그 결과를 측정을 통해서 확인하였다.
