GPU를 이용한 소프트웨어 기반의 LTE Uplink 시스템의 구현

Abstract

최근 4세대 이동통신이라 불리 우는 LTE(Long Term Evolution) 시스템은 기존 시스템에 비해 주파수 및 고속의 멀티미디어 서비스를 효율적으로 사용하는 IP 네트워크로 진화되는 이동통신 시스템이다. 또한, 이 기술은 기존 5Mz로 한정된 대역폭을 1.25Hz에서 20Mz까지 변화 가능하도록 하고 있으며, 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위하여 무선 다중 접속 및 다중화 방식은 OFDM, 고속 패킷 전송 방식은 MIMO, 그리고 스마트 안테나(Smart Antenna) 기술을 기반으로 한다. 본 논문에서는 소프트웨어 기반의 SDR(Software Defined Radio) 기술을 이용한 LTE 상향링크(Uplink) 시스템을 구현하였다. 구현된 기지국 시스템은 GPU(Graphic Processing Unit)를 통해 베이스밴드 신호처리를 하였다. GPU는 빠른 연산처리가 가능한 병렬 프로세서이고, CUDA라는 C언어 기반의 프로그래밍 환경을 제공하여 개발도 용이하다다는 장점을 가지고 있다. 구현된 소프트웨어 기반 기지국은 GPU가 탑재되어 있는 범용 PC에서 모든 베이스밴드 신호처리를 하였고, RF transceiver로는 USRP2(Universal Software Radio Peripheral)를 이용하였다. 또한, 상향링크에서는 프레임 동기를 맞추는 신호가 하향링크를 통해 전달되므로 필요가 없으나 하향링크와의 연결을 배제한 채 시스템을 구현하였으므로 싱크 신호를 임시로 구현하여 사용하였다. 이를 통해 GPU를 이용한 소프트웨어 기반의 LTE 시스템 기지국의 성능을 시험하였다.|In this paper, we demonstrate a software based base station for LTE mobile communications providing the functionality of Software based reconfiguration. in many conventional systems, Software Defined Radio(SDR) technology has been implemented using Digital Signal Processor (DSP) and/or Field Programmable Gate Array(FPGA). However, the problem with DSP and FPGA is that operation processing speed is very limited in DSP and FPGA needs too much development time especially the debugging procedure. We implement a SDR-based LTE modem using Graphic Processing Unit (GPU) which resolves all the defects of DSP and FPGA. GPU is a high speed parallel processor which provides very important advantage of using a very powerful C-based programming environment that is Compute Unified Device architecture (CUDA). The implemented software-based base staton system processes baseband signals through GPU. It utilizes USRP2 as RF tranceiver. In addition, this LTE uplink system has temporary synchronization signal because there are no downlink. In order to guarantee a real time processing of LTE baseband signals, we have adopted well-known signal processing algorithm such as scrambling, channel estimation, FFT/IFFT, ect. using GPU operating in parallel processing.; In this paper, we demonstrate a software based base station for LTE mobile communications providing the functionality of Software based reconfiguration. in many conventional systems, Software Defined Radio(SDR) technology has been implemented using Digital Signal Processor (DSP) and/or Field Programmable Gate Array(FPGA). However, the problem with DSP and FPGA is that operation processing speed is very limited in DSP and FPGA needs too much development time especially the debugging procedure. We implement a SDR-based LTE modem using Graphic Processing Unit (GPU) which resolves all the defects of DSP and FPGA. GPU is a high speed parallel processor which provides very important advantage of using a very powerful C-based programming environment that is Compute Unified Device architecture (CUDA). The implemented software-based base staton system processes baseband signals through GPU. It utilizes USRP2 as RF tranceiver. In addition, this LTE uplink system has temporary synchronization signal because there are no downlink. In order to guarantee a real time processing of LTE baseband signals, we have adopted well-known signal processing algorithm such as scrambling, channel estimation, FFT/IFFT, ect. using GPU operating in parallel processing.