Abstract
In this paper, we present a noise analysis and measurement results of a bio-radar system that can detect human heartbeat and respiration signals. The noise analysis including various phase noise effects is very important in designing the bio-radar system, since the frequency difference between the received signal and local oscillator is very small and the received power is very low. All of the noise components in a bio-radar system are considered from the point of view of SNR. From this analysis, it can be concluded that the phase noise due to antenna leakage is a dominant factor and is a function of range correlation. Therefore, the phase noise component with range correlation effect, which is the most important noise contribution, is measured using the measurement setup and compared with the calculated results. From the measurement results, our measurement setup can measure a closed-in phase noise of a free-running oscillator. Based on these results, it is possible to design a 2.4 GHz bio-radar system quantitatively which has a detection range of 50 cm and low power of 1 mW without additional PLL circuits.
본 논문에서는 호흡 및 심박수 측정을 위한 CW 바이오 레이더 시스템의 잡음을 분석하고, 이 중 위상 잡음에 대한 측정 결과를 제시하였다. 바이오 레이더 시스템은 기존의 무선 통신 방식이나 RFID 시스템과 달리, 수신신호의 주파수 및 반송파 주파수간의 차가 수 Hz에 불과하며, 수신 신호의 레벨 역시 매우 작으므로 위상 잡음을 포함한 모든 잡음원의 영향을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 CW 방식의 바이오 레이더 시스템의 잡음을 시스템의 SNR 측면에서 그 영향을 정량적으로 분석하였고, 분석 결과로부터 송신 안테나와 수신안테나 사이의 누설 전력량에 의한 위상 잡음이 가장 큰 잡음원이 됨을 확인하였으며, 이는 위상 잡음의 거리상관 효과의 함수임을 확인하였다. 따라서 거리 상관 효과에 따른 위상 잡음을 측정하고 이론과 비교하였다. 측정 결과, 본 논문에서 제안한 위상 잡음 측정 방식이 반송파 주파수에 근접한 위상 잡음을 측정할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 50 cm의 인식 거리를 가지며 1 mW의 저출력에서 동작하는 2.4 GHz에서 바이오 레이더 시스템을 PLL 회로 없이 체계적으로 설계할 수 있었다.
