KR102526164B1

KR102526164B1 - 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치

Info

Publication number: KR102526164B1
Application number: KR1020160087518A
Authority: KR
Inventors: 오진형; 최형도; 홍헌진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2023-04-27
Also published as: KR20180006745A

Abstract

본 발명은 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치로, 송신기로부터 아날로그 신호를 수신하는 무선 처리부와, 상기 송신기와 동기된 타이밍 신호를 제공하는 타이밍부와, 상기 타이밍부에 의해 제공된 타이밍 신호에 따라, 상기 무선 처리부에 의해 출력된 아날로그 신호를 디지털 변환하는 기저 대역부를 포함하되, 상기 기저 대역부는 FPGA 및 PC를 포함하되, 상기 FPGA에서 디지털 변환된 I/Q 신호를 PCI 익스프레스를 통해 PC에 전달하고, 상기 PC에서 외장 하드로 PCI 익스프레스를 통해 전달한다.

Description

무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치{Apparatus for Acquiring Timing of Wireless Channel Measurement System}

본 발명은 전파 및 채널 환경을 측정하는 시스템에 관한 것으로, 특히 송신기 및 수신기 간에 타이밍 동기를 효율적으로 획득하는 장치에 대한 것이다.

일반적인 무선통신 시스템에서 송신기는 전송하는 신호에서 프리앰블(Preamble), 참조 신호(Reference Signal) 등을 전송할 데이터의 전단에 배치하여 수신기와 동기를 맞춘다.

그런데 채널 추정 시스템에서 송신 신호는 이러한 구조가 아니므로 신호 전송시마다 수신기와 동기를 맞출 수 없다. 즉, 기존의 채널 추정 시스템에서는 동기를 맞추기 위하여 클럭(clock) 신호를 리셋하는 버튼을 송신기와 수신기 각각에 구비하여 잡음 등에 의해 오류가 발생된 클럭 신호를 초기화하는 작업을 빈번하게 수행해야 한다. 이러한 초기화 작업을 해야 하는 근본적인 이유는 송신기에서 신호를 수 초에 한번 씩 전송하므로 전송 시간 사이에 송신기 및 수신기 간에 자체 클럭 신호가 동기화되지 않을 가능성이 크기 때문이다. 만약 송신기에서 매초 마다 신호를 전송할 수 있다면 루비듐 클럭에 잡음이 추가되어 클럭 동기가 틀어지는 현상이 없어질 것으로 예상된다.

그런데 채널 측정 시스템에서 매초 마다 신호를 전송하는 것은 수신기에서 수신 신호를 저장 및 처리하는 속도와 관련이 있다. 따라서, 송신기에서 전송한 PN 시퀀스(Sequence)를 수신기에서 저장 및 처리하는 속도가 길어지면 매초 마다 송신기에서 PN 시퀀스를 전송할 수 없게 되고, 이에 따라 송신 클럭과 수신 클럭에 잡음이 추가될 가능성이 커져서 동기가 틀어지게 된다.

본 발명은 송신기에서 송신된 PN 시퀀스가 수신기에서 신속하게 저장 및 처리됨으로써 송신기 내의 클럭과 수신기 내의 클럭의 동기화 작업이 효율적으로 진행될 수 있는 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치를 제공한다.

본 발명에 따라 시스템과 PC, PC와 외장 하드간의 인터페이스를 변경함으로써 송신기가 송신 후 대기할 시간을 줄여주기 때문에 클럭에 잡음이 유입될 확률이 낮아지게 된다. 이로써, 동기를 맞추기 위한 클럭 리셋을 측정 전 한 번만 수행하면 된다. 또한, 송신기가 최소의 지연시간으로 지속적으로 송신을 할 수 있기 때문에, 본 발명에 따라 sage 알고리즘 등 확률적으로 채널 특성을 파악하는 것이 가능할 수 있으며 이에 따라 실시간으로 채널 파라미터를 획득할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 측정 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신기의 기저 대역부의 블록도 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 기저 대역부의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치의 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 측정 시스템의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 채널 측정 시스템은 송신기(100) 및 수신기(200)로 구성될 수 있다.

송신기(100)는 타이밍부(110), 기저 대역부(120) 및 무선 처리부(130) 포함한다. 기저 대역부(120)는 아날로그 디지털 변환을 수행하는 PC(121) 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)(122)를 포함한다.

수신기(200)는 무선 처리부(210), 타이밍부(220) 및 기저 대역부(230)를 포함한다. 기저 대역부(230)는 디지털 아날로그 변환을 수행하는 FPGA(231) 및PC(232)를 포함한다.

기존에는 수신기(200)에서 FPGA(231) 및 PC(232) 사이(①)가 기가 비트 이더넷(gigabit Ethernet)으로 연결되고, PC(232) 및 외장 하드(300)의 사이(②)가 USB로 연결되어 있어, 수신기(200)에서 측정된 데이터가 저장되는 속도가 송신기(100)가 신호를 전송하는 속도에 비해 상대적으로 지연될 수밖에 없었다. 즉, 송신기(100)는 수신기(200)가 신호 처리 및 저장 작업을 진행하는 중에는 다음 PN 시퀀스를 전송할 수 없으므로, 매초 마다 PN 시퀀스를 전송할 수 없게 된다. 그런데 송신기(100)가 PN 시퀀스를 매초 마다 전송할 수 없게 되면, 타이밍부(110, 220) 내의 시간 발생기에 잡음이 유입될 가능성이 높아진다. 즉, 송신기(100)와 수신기(200) 각각의 클럭이 틀어지게 되어 시간 동기가 맞지 않는 현상이 발생할 확률이 커진다. 이를 막기 위해 종래에는 실 환경 측정 시에는 송신기(100)와 수신기(200)의 클럭 리셋을 빈번히 수행하여 시간 동기가 틀어지지 않도록 하는 방법만이 존재하였다.

본 발명에서는 수신기(100)에서 아날로그 디지털 변환된 I/Q 신호의 처리 및 저장 속도를 최대화할 수 있도록 구성된다. 즉, 본 발명에서는 기존 시스템에 비해 송수신 동기를 맞추는 횟수 및 시간적 간격을 줄이기 위해, 도 1에 도시된 수신기(200)에서 FPGA(231) 및 PC(232) 사이(①)와 PC(232) 및 외장 하드(300)의 사이(②)를 PCI 익스프레스(express)를 통해서 전달함으로써 기존 시스템에서 사용한 기가비트 이더넷(gigabit Ethernet), USB 방식에 비해 전달 속도를 향상시킨다. 따라서, 수신기(200)는 송신기(100)로부터 수신한 신호를 신속히 처리할 수 있게 되어, 송신기(100)가 PN 시퀀스를 전송하는 시간 간격을 줄일 수 있다. 송신기(100)가 전송하는 시간 간격이 줄어들게 됨에 따라 송신기(100)와 수신기(200)의 클럭에 잡음이 포함될 확률은 더 낮아지게 되기 때문에 기존 시스템과는 달리 클럭을 리셋시키는 버튼을 자주 눌러줄 필요가 없는 것이다.

또한, 본 발명에서는 루비듐 오실레이터를 사용하며 측정 전에 송신기 루비듐 오실레이터와 수신기 루비듐 오실레이터 간의 동기를 맞춤으로써 측정 시에는 따로 클럭을 리셋시킬 필요가 없다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신기의 기저 대역부의 블록도 구성도이다.

도 2를 참조하면, 송신기(100)의 기저 대역부(120)는 상세하게는 PN 시퀀스 생성부(210), 샘플링부(220), 제곱근 레이즈드 코사인 필터(squared root raised cosine filter)(230) 및 디지털 아날로그 변환부(240)를 포함한다.

PN 시퀀스 생성부(210)는 랜덤하게 4095개의 PN 코드를 생성하여 zero-padding 방법을 이용한 후, 샘플링부(132)는 2배 오버 샘플링(oversampling)을 수행한다. 오버 샘플링된 PN 코드는 제곱근 레이즈드 코사인 필터(squared root raised cosine filter)(230)와 D/A 변환부(240)를 통해 아날로그 신호로 변환한다. 그러면, 아날로그 신호는 송신기(100)의 무선 처리부(130)을 통해 전송된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 기저 대역부의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 수신기(200)의 기저 대역부(130)는 상세하게는 아날로그 디지털 변환부(310), 오프셋 제거부(320), 제곱근 레이즈드 코사인 필터(squared root raised cosine filter)(330), PN 시퀀스 생성부(340) 및 복조 상호 상관 처리부(350)를 포함한다.

디지털 아날로그 변환부(310)는 무선 처리부(210)를 통해 수신한 신호를 200MHz 샘플링 레이트(sampling rate)로 변환한 I/Q 데이터를 생성한다.

오프셋 제거부(320)는 I/Q 데이터에서 DC 오프셋 및 I/Q 위상 오프셋(phase offset)을 제거하고, 제곱근 레이즈드 코사인 필터(330)를 통과시킨다.

복조 상호 상관 처리부(350)는 BPSK로 변조한 신호를 복조하고, PN 코드 생성부(340)에서 생성한 송신기(100)에서 전송한 신호와 동일한 PN 시퀀스와 복조된 신호를 상호 상관(cross-correlation) 처리하여 출력한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치는 외부 랩탑(410), 기저대역 시스템(baseband system)(420), RF 부 시스템(RF sub-system)(430) 및 어레이 안테나(440)을 포함한다.

기저대역 시스템(baseband system)(420)은 송수신 시점을 일치시키기 위한 타이밍부(TIMU)(421)과 기저대역 신호를 송신하고나 기저대역 신호를 수신하는 모듈인 기저대역부(BBU)(422)로 나뉘어진다.

또한, RF 부 시스템(430)은 기저대역 신호를 RF 상향 변환(431a) 또는 하향 변환(431b)하는 TRXU(up/down converter)(431)와, RF 신호를 스위칭하는 RFFU(LNA, RF switch)(433) 및 파워앰프(HPA)(432)를 포함한다.

본 발명에서는 RFFU(LNA, RF switch)(433)을 통해 MIMO로 변환이 가능하며 스위칭 모듈을 파워 앰프(HPA)(432) 전후로 배치하는 위치에 따라 전체 시스템에 구성에 영향을 미치게 된다.

즉, RFFU(LNA, RF switch)(433)을 파워 앰프(432) 뒤에 배치하면 큰 파워를 수용할 수 있는 스위칭 모듈을 선택해야 하기 때문에 안테나별 전환 시간이 길어진다는 단점이 있지만, 앰프 구성 비용이 줄어드는 장점이 있다. 반면, RFFU(LNA, RF switch)(433)을 파워 앰프(432) 앞에 배치하면 각 안테나(440)로 나가는 포트에 파워 앰프를 모두 배치되기 때문에 비용은 증가하지만, RFFU(LNA, RF switch)(433)에 유입되는 전력이 낮기 때문에 스위칭 타임을 더욱 짧게 할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따라, PCI express interface 장치를 통해 측정 시스템과 측정 결과 저장 장치간에 저장 속도를 향상시킴으로써 기존 측정시스템에서 수 초(대략 4초정도)의 간격을 두고 송신기에서 전송할 수 있었던 것과 달리 개발된 시스템에서는 매 초 (1초)마다 전송할 수 있게 되어 루비듐 오실레이터에 잡음유입을 통한 동기 틀어짐 현상을 줄일 수 있다는 이점이 있다.

Claims

송신기로부터 아날로그 신호를 수신하는 무선 처리부와,
상기 송신기와 동기된 타이밍 신호를 제공하는 타이밍부와,
상기 타이밍부에 의해 제공된 타이밍 신호에 따라, 상기 무선 처리부에 의해 출력된 아날로그 신호를 디지털 변환하는 기저 대역부를 포함하되,
상기 기저 대역부는 FPGA 및 PC를 포함하되,
상기 기저 대역부는,
상기 FPGA에서 디지털 변환된 I/Q 신호를 PCI 익스프레스를 통해 PC에 전달함을 특징으로 하고
상기 타이밍부는
루비듐 오실레이터를 사용하며 측정 전에 송신기 루비듐 오실레이터와 동기를 맞추는 것을 특징으로 하는, 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치.
제1항에 있어서,
상기 기저 대역부는,
상기 FPGA에서 디지털 변환된 I/Q 신호를 상기 PC에서 외장 하드로 PCI 익스프레스를 통해 전달함을 특징으로 하는, 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 기저대역부는
상기 무선 처리부를 통해 수신한 신호를 200MHz 샘플링 레이트의 I/Q 데이터로 변환하는 디지털 아날로그 변환부와,
상기 I/Q 데이터에서 DC 오프셋 및 I/Q 위상 오프셋을 제거하는 오프셋 제거부와,
상기 오프셋 제거된 I/Q 신호를 필터링하는 제곱근 레이즈드 코사인 필터와,
상기 송신기에서 전송한 신호와 동일한 PN 시퀀스를 생성하는 PN 코드 생성부와,
상기 I/Q 신호를 BPSK 복조하고, 복조된 신호를 상기 PN 코드 생성부에 의해 생성된 PN 시퀀스와 상호 상관 처리하여 출력하는 복조 상호 상관 처리부를 포함함을 특징으로 하는 무선 채널 측정 시스템의 타이밍 획득 장치.
아날로그 신호를 송신하는 송신기; 및
상기 아날로그 신호를 수신하는 수신기
를 포함하고,
상기 수신기는,
상기 아날로그 신호를 수신하는 무선 처리부와,
상기 송신기와 동기된 타이밍 신호를 제공하는 타이밍부와,
상기 타이밍부에 의해 제공된 타이밍 신호에 따라, 상기 무선 처리부에 의해 출력된 아날로그 신호를 디지털 변환하는 기저 대역부를 포함하되,
상기 기저 대역부는 FPGA 및 PC를 포함하되,
상기 기저 대역부는,
상기 FPGA에서 디지털 변환된 I/Q 신호를 PCI 익스프레스를 통해 PC에 전달함을 특징으로 하고
상기 타이밍부는
루비듐 오실레이터를 사용하며 측정 전에 송신기 루비듐 오실레이터와 동기를 맞추는 것을 특징으로 하는, 무선 채널 측정 시스템.
제5항에 있어서,
상기 기저 대역부는,
상기 FPGA에서 디지털 변환된 I/Q 신호를 상기 PC에서 외장 하드로 PCI 익스프레스를 통해 전달함을 특징으로 하는, 무선 채널 측정 시스템.
삭제
제5 항에 있어서, 상기 기저대역부는
상기 무선 처리부를 통해 수신한 신호를 200MHz 샘플링 레이트의 I/Q 데이터로 변환하는 디지털 아날로그 변환부와,
상기 I/Q 데이터에서 DC 오프셋 및 I/Q 위상 오프셋을 제거하는 오프셋 제거부와,
상기 오프셋 제거된 I/Q 신호를 필터링하는 제곱근 레이즈드 코사인 필터와,
상기 송신기에서 전송한 신호와 동일한 PN 시퀀스를 생성하는 PN 코드 생성부와,
상기 I/Q 신호를 BPSK 복조하고, 복조된 신호를 상기 PN 코드 생성부에 의해 생성된 PN 시퀀스와 상호 상관 처리하여 출력하는 복조 상호 상관 처리부를 포함함을 특징으로 하는 무선 채널 측정 시스템.