SDR 기술을 위한 개방형 스마트 안테나 기지국 구조와 API 연구

Abstract

SDR(Software Defined Radio)기술과 스마트안테나 기술은 차세대 이동통신 기술 중 핵심 기술이다. 차세대 이동통신의 핵심 과제는 한정된 주파수 자원과 통신 인프라의 효율성을 극대화 시키는 것이다. 주파수 자원의 효율성을 증가시키기 위해서는 셀 내의 각 가입자들에게 최적의 빔을 설정해 줌으로써 간섭 파워를 줄여 결과적으로는 통신용량 증대와 통신의 신뢰도 향상을 이루게 하는 스마트안테나 기술이 반듯이 필요하다[1]. 더욱이 스마트 안테나 기술은 원하는 가입자로만 최대의 이득을 주는 빔을 제공함으로써 셀 내의 커버리지를 증대시킬 수 있는 장점이 있다[2,3]. Software Defined Radio (SDR) 기술은 첨단 디지털 신호처리 기술과 고성능 디지털 신호처리 소자를 이용하여 하드웨어 수정 없이 모듈화 된 소프트웨어 변경만으로 단일의 송수신 시스템을 통해 다수의 무선 통신 규격을 통합수용하기 위한 무선 접속 기반 기술로써 단일 송신 및 수신 하드웨어 플랫폼에 소프트웨어 모듈만을 변경함으로써 다양한 무선 규격을 하나의 시스템으로 제공할 수 있다[4]. 이러한 SDR 시스템의 가장 큰 장점은 단말기 및 기지국 시스템의 업그레이드와 새로운 서비스의 추가가 용이하며, 특별한 하드웨어 수정 없이 다중모드 전환 문제의 해결이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 장래 무선통신 규격 선정에 따른 단말기와 기지국의 특별한 하드웨어 업그레이드가 불필요하게 된다[5]. 본 논문에서는 SDR기술과 스마트안테나 기술을 적용 할 수 있도록 기지국 내의 하드웨어 구조와 스마트안테나 API를 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 스마트안테나 API는 OMG에서 표준화를 진행하고 있는 CORBA 규격을 만족한다[6]. 또한 본 논문에서 제안한 소프트웨어 구조와 하드웨어 구조를 만족하도록 재구성 가능한 Device를 사용하여 HSDPA TDD(LCR) 이동통신 규격에 맞는 SDR기반 스마트안테나 기지국 시스템을 구현하였다. 스마트 안테나를 이용한 최적의 밤형성을 위해서는 웨이트 벡터를 정확히 구하여 실시간으로 적용하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 적응 절차를 갖는 알고리즘으로, 라그랑제 승수에 근간한 알고리즘을 적용하였다[1]. HSDPA-TDD 신호 환경에서 배열 안테나로 수신된 신호를 신용하여 최적의 웨이트를 계산하고 이를 실시간으로 적용하여 빔형성 이득과 다중 사용자 검출 이득을 동시에 얻을 수 있는 방법을 고안 하였다. 또한, 구현된 시스템을 이용하여 필드테스트를 실시하여 성능을 확인하였다.; SDR(Software Defined Radio) and Smart antenna technology are core technologies for the next generation mobile communication. The key issue for the next generation mobile communication considered in this dissertation is to maximize the efficiency of the communication infra-structure. With the optimal beamforming, we can enhance the efficiency of the limited frequency resource because it decreases the interference power operating in the cell. Consequently, Smart antenna technology is keenly needed for increasing the communication capacity and reliability. The smart antenna technology also increases a cell coverage because it provides an optimal beam along the direction of a desired subscriber. The objective of developing the SDR technology is to realize plural system standards on a single hardware platform, which is implemented mainly with high-speed programmable digital signal processing devices. A desired system standard can be selected by choosing a proper software module. The SDR technology includes a design of both hardware and software modules. The hardware module is reconfigured by the software module, which means that a given hardware platform is converted into a specific system standard or special-purpose communication system depending on the changes in the software module. It is very important that , through the SDR technology, an addition/deletion/modification of services can be performed without changing the existing hardware. In this dissertation, we also implemented SDR-based smart antenna Node-B system for the HSDPA-TDD(LCR) using programmable devices. For the beamforming functionality, we must calculate an optimal weight vector and should apply it on time. Thus, we adapted a Lagrange-based algorithm as an adaptive beamforming algorithm in this dissertation. Finally, the proposed architecture has been applied to implement the system of HSDPA-TDD Smart antenna base station. A suitability of the proposed open architecture is demonstrated through a quantitative analysis obtained through various experimental measurements obtained from the design example of smart antenna base station.