4-array 안테나를 사용하는 Beamforming 기법을 적용한 LTE 기지국 시스템 구현

Abstract

LTE(Long Term Evolution) 시스템은 기존 시스템에 비해 주파수 및 고속의 멀티미디어 서비스를 효율적으로 사용하는 IP 네트워크로 진화되는 이동통신 시스템이다. 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위하여 무선 다중 접속 및 다중화 방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), 고속 패킷 데이터 전송 방식은 MIMO(Multi Input Multi Output), 그리고 스마트 안테나 기술을 기반으로 한다. 본 논문에서는 GPU(Graphics Processor Unit)를 사용하여 소프트웨어 기반의 SDR(Software Defined Radio) 기술을 이용한 LTE 기지국을 구현하였다. 구현된 기지국 시스템은 GPU에서 모든 베이스밴드 신호처리를 하였다. GPU는 빠른 연산처리가 가능한 병렬 프로세서이고, CUDA(Compute Unified Device Architecture)라는 C언어 기반의 프로그래밍 환경을 제공하여 개발도 용이하다는 장점을 가지고 있다. RF Transceiver로는 USRP(Universal Software Radio Peripheral) N210을 사용하였다. 또한 본 논문에서 구현한 시스템은 최적의 빔포밍을 위한 신호처리 방법인 일반화된 라그랑제 알고리즘을 사용하였다. 스마트 안테나 시스템의 빔포밍을 위해 사용한 일반화된 라그랑제 알고리즘은 신호 대 간섭 + 잡음비를 최대화하기 위한 일반화된 고유치 문제의 해를 사용하는 방법으로, 기존의 안테나 어레이 출력의 신호 대 잡음비를 최대화하는 라그랑제 알고리즘 보다 성능이 우수하다. 이를 통해 본 논문에서는 빔포밍 기법을 위한 4-array 안테나와 일반화된 라그랑제 알고리즘을 적용한 LTE 기지국 시스템의 빔포밍 모듈의 성능 실험과 LTE 기지국의 성능을 실험하였다. 그 결과로 본 논문에서 구현한 시스템이 단일 안테나를 사용하였을 때와 비교하여 수신파워 이득과 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다.