Performance analysis of SNR and BER for radiation pattern reconfigurable antenna

This paper presents the communication performance for the radiation pattern reconfigurable antenna in the wearable device measuring bio signal (temperature, blood pressure, pulse etc.) of human body. The operational frequency is 2.4 - 2.5 GHz, which covers Bluetooth communication bandwidth. The maximum gain of the antennas is 1.96 dBi. The proposed antenna is efficiently transmitting and receiving signal by generating two opposite beam directions using two RF switches (PIN diode). Also, we investigated how radiation pattern changes according to three angles ($30^{\circ}$, $90^{\circ}$, $150^{\circ}$) of Top Loading. In this paper, we measured and compared the SNR (Signal-to-Noise Ratio) and BER (Bit Error Rate) performances of the proposed antennas in the condition between an ideal environment of anechoic chamber and smart house existing practical electromagnetic interferences (Universal Software Radio Peripheral, USRP). Throughout the comparing the results of the measurement of two cases, we found that the SNR is degraded over 5dB in average and BER is increased over ten times in maximum, therefore, it is confirmed that the error rate of receiving signal is increased. The measured results of SNR and BER value in this paper able to expect the performance degrading by the interference from the electromagnetic devices.

인체 부착용 방사패턴 재구성 안테나의 SNR 및 BER 성능 분석

본 논문은 생체신호 (체온, 혈압, 맥박 등)를 측정하는 웨어러블 (Wearable) 디바이스에 장착된 인체 부착용 방사패턴 재구성 안테나의 통신성능 비교에 관한 논문이다. 제안된 안테나의 동작주파수는 블루투스 (Bluetooth) 통신 대역의 2.4 - 2.5 GHz 이며, 안테나의 최대이득은 1.96 dBi 이다. 제안된 안테나는 두 개의 RF 스위치 (PIN diode)를 이용하여 서로 반대방향의 빔을 생성하여 전자기파 신호를 효율적으로 송수신 한다. 또한 제안된 안테나는 탑 로딩(Top Loading)을 이용 세 가지의 각도 변경 ($30^{\circ}$, $90^{\circ}$, $150^{\circ}$)을 통해 각 방사패턴의 지향성 변화를 조사 하였다. 본 논문에서는 방사패턴 재구성 안테나를 통해 전파 간섭이 없는 전자파 차페실의 이상적인 전파환경과 실제 전파간섭이 존재 (Universal Software Radio Peripheral, USRP)하는 스마트 하우스 내에서 웨어러블 디바이스 안테나의 신호대 집음비 (Signal-to-Noise Ratio, SNR) 및 비트 에러율 (Bit Error Rate, BER) 성능 측정을 진행하였다. 두 경우의 측정 비교 시 SNR은 평균적으로 5 dB의 성능저하를 보이며, BER은 최대 10배 증가하여 수신 에러율 (Error rate of receiving signal)이 높아지는 것을 확인하였으며, 본 논문에서 측정한 SNR과 BER의 측정 결과로 전자파기기의 방해전파로 인한 성능저하를 수치상으로 예측 하였다.