KR100434530B1 - Apparatus for measuring and analyzing broadband characteristics of millimeter wave indoor channel using band spreading signal and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광대역 채널 특성 측정에 관한 것으로서, 특히 대역확산 신호를 이용한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to measurement of wideband channel characteristics, and more particularly, to an apparatus and method for measuring and analyzing wideband characteristics of a millimeter wave indoor channel using a spread spectrum signal.
최근에 다양한 무선 서비스에 대한 수요가 크게 증가함에 따라 일반적으로 이용된 종래의 무선 주파수 자원은 점점 고갈되고 있고, 이에 따라 21세기에는 종래의 주파수 자원으로는 더이상 포화 상태를 면하기 힘들 것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로서, 그동안 천체, 위성, 군사용등 특정 분야에만 한정되어 사용되어 왔던 밀리미터파(millimeter wave)에 관심이 집중되고 있으며, 밀리미터파 대역을 이용한 광대역 통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 이러한 밀리미터파 대역을 이용한 실내 통신 시스템의 개발을 위해서는 지금까지 알려진 마이크로파 대역의 채널 특성을 그대로 적용할 경우에 그 성능을 기대할 수 없으므로, 밀리미터파 실내 채널의 특성을 측정 및 분석하는 과정이 요구된다.Recently, as the demand for various wireless services increases greatly, the conventional radio frequency resources generally used are gradually exhausted, and thus, in the 21st century, conventional frequency resources will no longer be saturated. As a way to overcome this problem, attention has been focused on millimeter waves, which have been used only in specific fields such as astronomical objects, satellites, and military vehicles, and research on broadband communication systems using millimeter wave bands has been actively conducted. It's going on. However, for the development of the indoor communication system using the millimeter wave band, the performance cannot be expected when applying the channel characteristics of the microwave band so far known. Therefore, the process of measuring and analyzing the characteristics of the millimeter wave indoor channel is required. do.
현재 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정방법으로는 펄스 이용법, 주파수 스텝핑법, 대역확산법등이 있다. 먼저, 펄스 이용법은 매우 좁은 폭의 펄스를 만들 수 있는 다이오드의 제작이 어렵고 비용이 많이 들며, 송신신호의 피크 대 평균 파워비(PAR:Peak-to-Average Power Ratio)의 값이 너무 커서 증폭기의 성능을 제한시켜 좁은 영역에 대해서만 측정이 가능하다. 주파수 스텝핑법은 측정하고자 하는 대역폭의 주파수를 스윕(sweep)하면서 주파수 영역의 채널 특성 함수를 측정하는 방법인데 채널의 시변(time-varing) 특성을 측정할 수 없다는 문제점이 있다. 한편, 대역확산법은 송신기에서 의사 잡음(PN:Pseudo Noise) 시퀀스를 발생시키고 측정하고자 하는 시간영역 분별도를 주기로 하는 칩 펄스를 곱하여 전송하며, 수신기에서 이 대역확산 신호를 수신하여 미리 저장되었던 송신 의사 잡음 시퀀스와 교차 상관을 취하여 채널의 임펄스 응답을 구한다. 그러나, 이 방법은 PAR값이 작아서 넓은 영역에 대한 측정이 가능하고 채널의 시변 특성을 측정할 수 있는 장점을 가지고 있지만, 송수신기의 시스템 구현이 매우 복잡하다는 단점을 가지고 있다.Current methods for measuring broadband characteristics of millimeter-wave indoor channels include pulse, frequency stepping, and spread spectrum. First, the pulse method is difficult and expensive to manufacture a diode that can produce a very narrow pulse, and the peak-to-average power ratio (PAR) of the transmission signal is so large that the amplifier Because of the limited performance, measurements can only be made in narrow areas. The frequency stepping method is a method of measuring a channel characteristic function in a frequency domain while sweeping a frequency of a bandwidth to be measured, but there is a problem in that time-varing characteristics of a channel cannot be measured. On the other hand, the spread spectrum method generates a pseudo noise (PN) sequence at the transmitter and multiplies the chip pulses having a time domain fractionality to be measured, and transmits the spread pseudo signal previously received by the receiver. Cross-correlation with the noise sequence is used to obtain the impulse response of the channel. However, this method has the advantage of being able to measure over a wide area and measuring time-varying characteristics of the channel due to the small PAR value, but has a disadvantage in that the system implementation of the transceiver is very complicated.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 전술한 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로, 대역확산 신호의 발생 및 수신 신호처리 과정을 소프트웨어적으로 처리하고, 실제로 아날로그 파형은 D/A, A/D 컨버터로 처리함으로써 원하는 다양한 채널 특성 측정을 가능케하고, 이에 따라 비용과 시간을 절감하며, 밀리미터파를 송수신하는 통신 링크를 제공하여 동작 주파수를 밀리미터파 대역에서 동작시킴으로써 실제로 실내 통신 채널에 맞는 채널 특성을 측정 및 분석하는, 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to overcome the above-mentioned problems, and to process the generation and reception signal processing process of the spread signal in software, and in fact the analog waveform to the D / A, A / D converter This enables the measurement of various desired channel characteristics, thereby reducing costs and time, and providing a communication link for transmitting and receiving millimeter waves to operate the operating frequency in the millimeter wave band, thereby measuring and measuring the channel characteristics for the actual indoor communication channel. The present invention provides an apparatus for measuring and analyzing broadband characteristics of a millimeter wave indoor channel.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 상기 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치에 의해 수행되는 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a broadband characteristic measurement and analysis method of a millimeter wave indoor channel performed by the broadband characteristic measurement and analysis apparatus of the millimeter wave indoor channel.
도 1은 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치의 블럭도이다.1 is a block diagram of an apparatus for measuring and analyzing broadband characteristics of a millimeter wave indoor channel according to the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 송신측 기저대역 신호처리부의 상세한 블럭도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the transmitting baseband signal processor shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 수신측 기저대역 신호처리부의 상세한 블럭도이다.FIG. 3 is a detailed block diagram of the receiving baseband signal processor shown in FIG.
도 4는 도 3에 도시된 채널 분석 및 채널 모델링부가 수행하는 동작의 상세한 블럭도이다.4 is a detailed block diagram of an operation performed by the channel analysis and channel modeling unit illustrated in FIG. 3.
도 5는 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.5 is a flowchart illustrating a method for measuring and analyzing broadband characteristics of a millimeter wave indoor channel according to the present invention.
상기 과제를 이루기 위하여, 대역확산 신호를 이용한 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치는, 광대역 채널 측정용 대역확산 신호의 디지탈 시퀀스를 발생하고, 디지탈-아날로그 컨버팅을 원격조정시키는 제1 제어신호와 함께 출력하는 송신측 기저대역 신호처리부, 제1 제어신호에 응답하여 디지탈 송신신호를 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 신호를 중간 주파수 대역으로 업 컨버팅한 후에 밀리미터파 대역으로 업 컨버팅하여 송신 안테나를 통해 실내 통신 채널로 방사하는 밀리미터파 송신부, 수신 안테나를 통해 수신된 밀리미터파 수신신호를 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅한 후에 기저대역으로 다운 컨버팅하고, 제2 제어신호에 응답하여 디지탈 신호로 변환하는 밀리미터파 수신부 및 아날로그-디지탈 컨버팅을 원격조정시키는 제2 제어신호를 발생하며, 밀리미터파 수신부에서 변환된 기저대역 수신신호를 입력하고, 미리 저장된 대역확산 송신신호와 상관하여 발생된 채널 임펄스 응답신호로부터 광대역 채널의 특성을 분석하는 수신측 기저대역 신호처리부를 구비한다.In order to achieve the above object, a wideband characteristic measurement and analysis apparatus for a millimeter wave indoor channel according to the present invention using a spread spectrum signal generates a digital sequence of a spread spectrum signal for wideband channel measurement and remotely controls digital-analog conversion. Transmitter baseband signal processing unit for outputting with the first control signal, converts the digital transmission signal into an analog signal in response to the first control signal, and up-converts to the millimeter wave band after upconverting the converted signal to the intermediate frequency band. A millimeter wave transmitter that radiates to an indoor communication channel through a transmit antenna, and down-converts a millimeter wave received signal received through a receive antenna to an intermediate frequency band and then downconverts to a base band, and responds to a second control signal in response to a digital signal. Millimeter wave receiver and analog-to-digital control Generating a second control signal for remotely controlling the channel, inputting the baseband received signal converted by the millimeter wave receiver, and analyzing the characteristics of the broadband channel from the channel impulse response signal generated in correlation with the pre-stored spread spectrum signal; A receiver baseband signal processor is provided.
또한, 상기 다른 과제를 이루기 위하여, 대역확산 신호를 이용한 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석방법은, (a) 광대역 채널 측정용 대역확산 신호의 디지탈 시퀀스를 발생하고, 디지탈-아날로그 컨버팅에 적합한 포맷으로 데이타 포맷을 변환하는 단계, (b) 디지탈-아날로그 컨버팅을 원격조정하여 대역확산 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계, (c) 아날로그 신호를 중간 주파수 대역으로 업 컨버팅한 후에 밀리미터파 대역으로 업 컨버팅하여 전송하는 단계, (d) (c) 단계에서 전송된 밀리미터파 신호를 수신하여 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅한 후에 기저대역으로 다운 컨버팅하는 단계, (e) 아날로그-디지탈 컨버팅을 원격조정하여 (c) 단계의 결과로부터 디지탈 시퀀스의 기저대역 수신신호를 얻는 단계, (f) 기저대역 수신신호를 미리 저장된 대역확산 신호와 교차 상관하여 얻은 채널 임펄스 응답신호로부터 광대역 채널의 특성을 분석하고, 그 결과를 소정의 버퍼에 저장하는 단계, (g) 버퍼가 풀상태인가를 판단하고, 풀상태가 아니면 (a) 단계로 진행하는 단계 및 (h) 버퍼가 풀상태이면 (f) 단계에서 분석된 채널의 특성 결과들로부터 통계적 채널 모델링을 구하여 디스플레이하는 단계를 구비한다.In addition, in order to achieve the above another problem, the method for measuring and analyzing the broadband characteristics of a millimeter-wave indoor channel according to the present invention using a spread spectrum signal includes: (a) generating a digital sequence of the spread spectrum signal for wideband channel measurement; Converting the data format into a format suitable for analog converting, (b) remotely controlling digital-analog converting to convert a spread spectrum signal to an analog signal, and (c) converting the analog signal to an intermediate frequency band after millimeter Up-converting to the waveband and transmitting, (d) receiving the millimeter wave signal transmitted in step (c) and downconverting to the intermediate frequency band and then downconverting to the baseband, and (e) performing analog-to-digital converting. Remotely obtaining a baseband received signal of the digital sequence from the result of step (c), (f) baseband Analyzing the characteristics of the broadband channel from the channel impulse response signal obtained by cross correlating the received signal with a pre-stored spread spectrum signal, and storing the result in a predetermined buffer; (g) determining whether the buffer is full If not, the method proceeds to step (a) and (h) if the buffer is full, obtaining and displaying statistical channel modeling from the characteristic results of the channel analyzed in step (f).
이하, 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치의 구성 및 동작과, 그 방법을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the broadband characteristics measurement and analysis device of the millimeter wave indoor channel according to the present invention and the method thereof will be described.
도 1은 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치의 블럭도로서, 송신측 기저대역 신호처리부(100), 밀리미터파 송신부(130), 밀리미터파 수신부(160), 수신측 기저대역 신호처리부(200)로 구성되며, 그 밖에 범용 인터페이스 버스들(GPIB)(120,180), 지연기(150)를 포함한다.1 is a block diagram of an apparatus for measuring and analyzing the broadband characteristics of a millimeter wave indoor channel according to the present invention, which includes a transmitter baseband signal processor 100, a millimeter wave transmitter 130, a millimeter wave receiver 160, and a receiver base Band signal processing unit 200, and further includes a universal interface bus (GPIB) (120, 180), a delay 150.
구체적으로, 밀리미터파 송신부(130)는 디지탈-아날로그 변환기(D/A)(132), 로우패스 필터들(134,136), I/Q(In-phase/Quadrature-phase) 변조기(138), 밀리미터파(MMW) 업 컨버터(up-converter)(140), 증폭기(142) 및 밀리미터파 송신 안테나(144)로 구성된다. 한편, 밀리미터파 수신부(160)는 밀리미터파 수신 안테나(162), IF(Intermediate Frequency) 다운 컨버터(down-converter)(166), 증폭기(168), 반송파 복원기(170), I/Q 복조기(172), 로우패스 필터들(174,176) 및 아날로그-디지탈 변환기(A/D)(178)로 구성된다.Specifically, the millimeter wave transmitter 130 may include a digital-to-analog converter (D / A) 132, low pass filters 134 and 136, an in-phase / quadrature-phase modulator 138, and a millimeter wave. (MMW) up-converter 140, amplifier 142, and millimeter wave transmit antenna 144. Meanwhile, the millimeter wave receiver 160 includes a millimeter wave receiver antenna 162, an intermediate frequency (IF) down-converter 166, an amplifier 168, a carrier decompressor 170, and an I / Q demodulator ( 172, low pass filters 174, 176 and analog-to-digital converter (A / D) 178.
도 1을 참조하여 구체적으로 동작을 설명하면, 송신측 기저대역 신호처리부(100)는 광대역 채널 측정용 대역확산 신호의 디지탈 시퀀스를 발생하고, 디지탈-아날로그 컨버팅을 원격조정시키는 제1 제어신호와 함께 출력한다. 특징적으로, 송신측 기저대역 신호처리부(100)는 워크스테이션이나 개인용 컴퓨터 또는 디지탈 신호처리 칩에서 구동되는 소프트웨어로 구현된다. 따라서, 프로그래밍에 의해 대역확산 신호가 발생되고, 이후에 설명될 밀리미터파 송신부(130)에서 아날로그 파형으로 변환하여 채널 특성이 측정됨으로써 다양한 시간 영역 분별도(time domain resolution)와 관찰시간의 측정이 용이하게 된다.Referring to FIG. 1, the transmitting baseband signal processing unit 100 generates a digital sequence of a spread spectrum signal for wideband channel measurement and together with a first control signal for remotely controlling digital-analog conversion. Output In particular, the transmitting baseband signal processing unit 100 is implemented by software running on a workstation, a personal computer, or a digital signal processing chip. Therefore, a spread spectrum signal is generated by programming, and the channel characteristics are measured by converting the millimeter wave transmitter 130 into an analog waveform, which will be described later, so that it is easy to measure various time domain resolution and observation time. Done.
밀리미터파 송신부(130)는 GIPB(120)를 통해 송신측 기저대역 신호처리부(100)로부터 기저대역 디지탈 송신신호를 입력하며, 제1 제어신호에 응답하여 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 신호를 중간 주파수 대역으로 업 컨버팅한 후에 밀리미터파 대역으로 업 컨버팅하여 송신 안테나를 통해 실내 통신 채널로 방사한다. 구체적으로, D/A(132)는 제1 제어신호에 의해 원격조정되어 기저대역 디지탈 송신신호를 아날로그 신호로 변환한다. 여기서, 변환된 신호는 먼저, LPF들(134,136)을 통해 기저대역 필터링되고, 기저대역 신호는 I/Q 변조기(138)를 통해 중간 주파수 대역으로 업 컨버팅되고, 다시 MMW 업 컨버터(140)를 통해 밀리미터파 대역신호로 변환된다. 그 후에, 밀리미터파 대역신호는 증폭기(142)를 통해 증폭되고, 증폭된 신호는 밀리미터파 송신 안테나(144)를 통해 실내 통신 채널로 방사된다.The millimeter wave transmitter 130 inputs the baseband digital transmission signal from the transmitter sideband signal processor 100 through the GIPB 120, converts the analog band signal into an analog signal in response to the first control signal, and converts the converted signal into an intermediate signal. After upconverting to the frequency band, upconverting to the millimeter wave band radiates to the indoor communication channel through the transmit antenna. Specifically, the D / A 132 is remotely controlled by the first control signal to convert the baseband digital transmission signal into an analog signal. Here, the converted signal is first baseband filtered through the LPFs 134 and 136, and the baseband signal is up-converted to the intermediate frequency band through the I / Q modulator 138 and again through the MMW up converter 140. Converted to millimeter wave band signals. Thereafter, the millimeter wave band signal is amplified through the amplifier 142, and the amplified signal is radiated through the millimeter wave transmit antenna 144 into the indoor communication channel.
밀리미터파 수신부(160)는 수신 안테나를 통해 수신된 밀리미터파 수신신호를 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅한 후에 기저대역으로 다운 컨버팅하고, 제2 제어신호에 응답하여 디지탈 신호로 변환시킨다. 여기서, 제2 제어신호는 이후에 설명될 수신측 기저대역 신호처리부(200)로부터 디지탈-아날로그 컨버팅의 원격조정을 위해 발생된다. 구체적으로, 밀리미터파 수신 안테나(162)를 통해 수신된 밀리미터파 수신신호는 MMW 다운 컨버터(164) 및 IF 다운 컨버터(166)를 통해 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅되고, 증폭기(168)를 통해 증폭된다. I/Q 복조기(172)는 증폭된 신호를 기저대역으로 복원시키고, 기저대역 신호는 LPF들(174,176)을 통해 기저대역 필터링된다. 이때, 증폭기(168)와 I/Q 복조기(172) 사이에 있는 반송파 복원기(170)는 I/Q 복조기(172)에 국부 반송파를 복원하여 공급한다. 끝으로, A/D(178)는 제2 제어신호에 응답하여 아날로그 형태의 기저대역 신호를 샘플링하여 디지탈 시퀀스 형태의 데이타로 변환시킨다.The millimeter wave receiver 160 down-converts the millimeter wave received signal received through the receiving antenna to an intermediate frequency band and then down-converts the baseband, and converts the millimeter wave received signal into a digital signal in response to the second control signal. Here, the second control signal is generated for remote control of the digital-analog converting from the receiving baseband signal processing section 200, which will be described later. Specifically, the millimeter wave received signal received through the millimeter wave receive antenna 162 is down converted to an intermediate frequency band through the MMW down converter 164 and the IF down converter 166 and amplified by the amplifier 168. . I / Q demodulator 172 restores the amplified signal to baseband, and the baseband signal is baseband filtered through LPFs 174,176. At this time, the carrier recoverer 170 between the amplifier 168 and the I / Q demodulator 172 restores and supplies the local carrier to the I / Q demodulator 172. Finally, the A / D 178 samples the baseband signal in analog form in response to the second control signal, and converts the baseband signal into data in digital sequence form.
수신측 기저대역 신호처리부(200)는 아날로그-디지탈 컨버팅을 원격조정시키는 전술한 제2 제어신호를 발생하여 밀리미터파 수신부(160)에서 디지탈로 변환된 기저대역 수신신호를 GPIB(180)를 통해 입력하고, 미리 저장된 대역확산 송신신호와 상관하여 발생된 채널 임펄스 응답신호로부터 광대역 채널의 특성을 분석한다. 특징적으로, 수신측 기저대역 신호처리부(200)는 채널 특성 측정 및 분석, 모델링을 수행하는 소프트웨어에 해당하며, 이 소프트웨어를 구동하는 워크스테이션이나 개인용 컴퓨터 및 디지탈 신호처리 칩으로 디지탈로 변환된 기저대역 수신신호가 입력된다. 따라서, 전술한 송신측 기저대역 신호처리부(100)와 함께 대역확산 신호 발생과 수신 신호의 처리 과정을 소프트웨어로 처리하고, 실제 아날로그 파형은 밀리미터파 송수신부를 통해 처리되므로, 다양한 측정기 성능의 구현이 가능하며 채널 특성 측정 및 분석에 용이하다.The receiving baseband signal processing unit 200 generates the above-described second control signal for remotely controlling analog-digital converting and inputs the baseband received signal converted into digital by the millimeter wave receiving unit 160 through the GPIB 180. Then, the characteristics of the wideband channel are analyzed from the channel impulse response signal generated in correlation with the pre-stored spread spectrum signal. Specifically, the receiving baseband signal processing unit 200 corresponds to software for performing channel characteristic measurement, analysis, and modeling, and the baseband converted to digital by a workstation, a personal computer, and a digital signal processing chip that runs the software. The received signal is input. Therefore, the process of processing the spreading signal generation and the reception signal together with the transmitting baseband signal processing unit 100 described above by software, and the actual analog waveform is processed through the millimeter wave transceiver, it is possible to implement a variety of measuring instrument performance It is easy to measure and analyze channel characteristics.
한편, 도 1에서 지연기(150)는 프레임 단위로 D/A(132)에서 데이타가 처리될때마다 트리거 신호를 발생시키며, 그 신호는 채널 지연만큼의 지연신호가 부가되어 A/D(178)의 트리거 신호로서 입력된다.Meanwhile, in FIG. 1, the delayer 150 generates a trigger signal whenever data is processed in the D / A 132 on a frame basis. The delay signal is added to the A / D 178 by adding a delay signal corresponding to the channel delay. It is input as a trigger signal of.
도 1에 도시된 장치는 특징적으로 소프트웨어로 구현되는 기저대역 신호처리부들을 구비한다. 이들에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.The apparatus shown in FIG. 1 has baseband signal processing units that are implemented in software. A detailed description of these is as follows.
도 2는 도 1에 도시된 송신측 기저대역 신호처리부(100)의 상세한 블럭도로서, 의사 잡음(PN) 시퀀스 발생부(102), 칩 펄스 발생부(104), 곱셈기(106), 데이타 포맷 변환부(108) 및 D/A 컨버터 원격조정부(110)로 구성된다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the transmitting baseband signal processor 100 shown in FIG. 1, which includes a pseudo noise (PN) sequence generator 102, a chip pulse generator 104, a multiplier 106, and a data format. And a conversion unit 108 and a D / A converter remote control unit 110.
의사 잡음 시퀀스 발생부(102)는 대역확산 신호를 발생하는데 필요한 의사 잡음 시퀀스를 발생한다. 칩 펄스 발생부(104)는 측정하고자 하는 채널 임펄스 응답신호의 길이와 분별도에 따라 칩 펄스를 발생한다. 곱셈기(106)는 의사 잡음 시퀀스와 칩 펄스를 곱하고, 그 결과를 대역확산 신호로서 출력한다. 데이타 포맷 변환부(108)는 광대역 채널 측정용 대역확산 펄스의 아날로그 파형을 발생시키기 위해서 대역확산 신호의 디지탈 시퀀스를 소정의 D/A 컨버터에서 인식가능한 데이타 포맷으로 변환한다. 끝으로, D/A 컨버터 원격조정부(110)는 밀리미터파 송신부(130)에 포함된 D/A(132)를 원격조정시키는 제1 제어신호를 발생하고, 대역확산 신호를 제1 제어신호와 함께 D/A(132)로 전송한다.The pseudo noise sequence generator 102 generates a pseudo noise sequence necessary for generating a spread spectrum signal. The chip pulse generator 104 generates chip pulses according to the length and the fraction of the channel impulse response signal to be measured. The multiplier 106 multiplies the pseudo noise sequence by the chip pulses and outputs the result as a spread spectrum signal. The data format conversion unit 108 converts the digital sequence of the spread signal into a data format recognizable by a predetermined D / A converter in order to generate an analog waveform of spread spectrum pulses for wideband channel measurement. Finally, the D / A converter remote control unit 110 generates a first control signal for remotely controlling the D / A 132 included in the millimeter wave transmitter 130, and transmits the spread spectrum signal together with the first control signal. Send to D / A 132.
도 3은 도 1에 도시된 수신측 기저대역 신호처리부(200)의 상세한 블럭도로서, A/D 컨버터 원격조정부(202), PN 시퀀스 발생부(204), 교차 상관기(206), 채널 분석 및 채널 모델링부(208) 및 디스플레이부(210)로 구성된다.FIG. 3 is a detailed block diagram of the receiving baseband signal processor 200 shown in FIG. 1, which includes an A / D converter remote control unit 202, a PN sequence generator 204, a cross correlator 206, channel analysis, and the like. The channel modeling unit 208 and the display unit 210.
A/D 컨버터 원격조정부(202)는 밀리미터파 수신부(160)에 포함된 A/D(178)을 원격조정시키는 제2 제어신호를 발생하며, A/D(178)로부터 디지탈 시퀀스 형태의 기저대역 수신신호를 전송받는다. PN 시퀀스 발생부(204)에는 송신측 기저대역 신호처리부(100)에서 발생된 대역확산 신호가 저장되어 있으며, 교차 상관기(cross correlator)(206)는 A/D 컨버터 원격조정부(202)에 의해 기저대역 수신신호를 전송받아, 미리 저장된 대역확산 신호와 교차 상관시켜 채널 임펄스 응답신호로서 출력한다. 채널 분석 및 채널 모델링부(208)는 채널 임펄스 응답신호로부터 광대역 채널의 특성을 분석하고, 분석된 데이타로부터 최적의 채널 모델링을 구한다. 끝으로, 디스플레이부(210)는 분석된 채널의 특성 및 채널 모델링을 디스플레이한다.The A / D converter remote controller 202 generates a second control signal for remotely controlling the A / D 178 included in the millimeter wave receiver 160, and the baseband in the form of a digital sequence from the A / D 178. Receive the received signal. In the PN sequence generator 204, a spread spectrum signal generated by the transmitting baseband signal processor 100 is stored, and the cross correlator 206 is controlled by the A / D converter remote controller 202. The band reception signal is received and cross-correlated with a pre-stored spread spectrum signal and output as a channel impulse response signal. The channel analysis and channel modeling unit 208 analyzes the characteristics of the wideband channel from the channel impulse response signal and obtains optimal channel modeling from the analyzed data. Finally, the display 210 displays the analyzed channel characteristics and channel modeling.
도 4는 도 3에 도시된 채널 분석 및 채널 모델링부가 수행하는 동작의 상세한 블럭도이다.4 is a detailed block diagram of an operation performed by the channel analysis and channel modeling unit illustrated in FIG. 3.
종래의 대역확산 신호를 이용한 광대역 채널 특성 측정기는 시간 영역에서만 측정이 가능하고 주파수 영역의 특성을 측정할 수 없었다. 만일, 주파수 영역의 특성을 측정하려면 또 다른 하드웨어를 이용하여 시스템을 구성해야만 했다. 이에 반해, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 수신측 기저대역 신호처리부(200)로 소프트웨어로 구현하므로, 채널의 임펄스 응답신호를 소프트웨어로 고속 푸리에 변환(FFT:Fast Fourier Transformation)를 취하여 주파수 영역의 채널 특성을 별도의 하드웨어 구현없이 측정할 수 있다. 또한, 측정치를 처리하는 부분이 모두 소프트웨어로 처리되므로, 채널 특성의 분석 및 미리 저장된 채널 모델과의 피팅(fitting)을 수행하고 가장 근접한 채널 모델을 제시할 수 있다.The conventional broadband channel characteristic measuring instrument using a spread spectrum signal can be measured only in the time domain and cannot measure the frequency domain characteristic. If we wanted to measure the characteristics of the frequency domain, we had to configure the system using another piece of hardware. In contrast, in the present invention, since the reception baseband signal processing unit 200 is implemented in software as described above, the channel characteristic of the frequency domain is performed by performing fast Fourier transform (FFT) on the impulse response signal of the channel. Can be measured without a separate hardware implementation. In addition, since all of the processing portions are processed by software, analysis of channel characteristics, fitting with a pre-stored channel model, and suggesting the closest channel model are possible.
도 4를 참조하여 이와 같은 기능을 갖는 채널 분석 및 채널 모델링부를 구체적으로 설명한다. 채널 분석을 위한 한 루틴으로서, 송신측 기저대역 신호처리부(100)에서 발생된 대역확산 신호가 밀리미터파 송수신부를 거쳐 전송되었때 파워가 어느 정도 지연되었는가를 나타내는 파워 지연 프로파일(PDP:Power Delay Profile)을 채널 임펄스 응답신호로부터 구한다(402). 이로부터 정규화된 수신 파워(NRP:Normalized Received Power)와 제곱 평균 지연확산(RDS:RMS Delay Spread)등의 채널의 광대역 특성을 구한다(404,406). 채널 측정이 실시될때마다 계산되는 NRS, RDS값들을 버퍼에 각각 저장하고(408,410), 버퍼가 풀상태가 되면 거리에 따른 파워의 감쇄 정도를 추정할 수 있는 거리 대리 파워 감쇄비 추정(power-distance gradient fitting)을 구하고(412), 링크 버짓 및 커버리지(link budget & coverage)를 구한다(414). 또한, 누적 분포함수(CDF:Cumulative Distribution Function)를 구한다.A channel analysis and channel modeling unit having such a function will be described in detail with reference to FIG. 4. As a routine for channel analysis, a power delay profile (PDP) indicating how much power is delayed when a spread spectrum signal generated by the transmitting baseband signal processor 100 is transmitted through a millimeter wave transceiver. Is obtained from the channel impulse response signal (402). From this, broadband characteristics of channels such as normalized received power (NRP) and root mean delay spread (RDS: RMS Delay Spread) are obtained (404, 406). When the channel measurement is performed, the calculated NRS and RDS values are stored in the buffer (408,410), and when the buffer becomes full, the distance surrogate power attenuation ratio estimation can be estimated. A gradient fitting is obtained (412), and a link budget & coverage is obtained (414). In addition, a cumulative distribution function (CDF) is obtained.
또한, 채널 분석을 위한 다른 루틴으로서, 전단계의 교차 상관기(206)로부터 얻은 채널 임펄스 응답신호를 FFT를 취하여 주파수 영역 채널특성함수를 구한다(422). 또다른 루틴으로서, 채널 임펄스 응답신호를 자기 상관(auto-correlation)을 취하고(432), FFT를 취함으로써 공간 주파수 상관함수를 구한다(434). 이 함수를 이용하여 채널의 코히어런스 대역폭을 구한다(436). 또다른 루틴으로서, 측정된 채널 임펄스 응답신호를 채널 측정이 실시될때마다 버퍼에 저장하고(442), 버퍼가 풀상태가 되면 신호를 검출하고(444), 미리 저장된 신호 도착시간 분포도 및 페이딩 진폭 분포도등의 통계적 모델에 피팅하여(446,448), 가장 근접한 모델을 제시한다. 이와같이 채널의 광대역 특성을 분석한 결과 및 채널 모델링은 모두 디스플레이부(210)를 통해 디스플레이된다.In addition, as another routine for channel analysis, a frequency domain channel characteristic function is obtained by taking an FFT of the channel impulse response signal obtained from the cross correlator 206 of the previous step (422). As another routine, auto-correlation of the channel impulse response signal is taken (432), and the spatial frequency correlation function is obtained (434) by taking the FFT. Using this function, the coherence bandwidth of the channel is obtained (436). As another routine, the measured channel impulse response signal is stored in a buffer each time channel measurement is performed (442), the signal is detected when the buffer is full (444), and the pre-stored signal arrival time distribution and fading amplitude distribution By fitting to statistical models such as 446 and 448, the closest model is presented. As a result of analyzing the broadband characteristics of the channel as described above, both the channel modeling and the channel modeling are displayed on the display 210.
도 5는 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.5 is a flowchart illustrating a method for measuring and analyzing broadband characteristics of a millimeter wave indoor channel according to the present invention.
도 5를 참조하면, 먼저 채널 측정이 시작되면 즉, 소프트웨어를 구동하면, 광대역 채널 측정용 대역확산 신호의 디지탈 시퀀스를 생성하고 데이타 포맷을 변환한다(제502단계). 여기서, 데이타 포맷은 D/A 컨버터가 인식할 수 있는 데이타 포맷이다. 다음에, D/A 컨버팅을 원격조정하여 송신신호를 아날로그 신호로 변환한다(제504단계). 다음에, D/A 변환된 신호를 IF 대역으로 업 컨버팅한 후에 MMW 대역으로 업 컨버팅하여 전송한다(제506단계). 이때, 기저대역 필터링 및 증폭된 밀리미터파 송신신호가 안테나를 통해 방사된다.Referring to FIG. 5, when channel measurement is started, that is, software is driven, a digital sequence of a spread spectrum signal for wideband channel measurement is generated and a data format is converted (operation 502). Here, the data format is a data format that can be recognized by the D / A converter. Next, D / A converting is remotely controlled to convert a transmission signal into an analog signal (step 504). In operation 506, the D / A-converted signal is up-converted to the IF band and then up-converted to the MMW band. At this time, the baseband filtered and amplified millimeter wave transmission signal is radiated through the antenna.
제506단계 후에, 밀리미터파 신호를 수신하여 IF 대역으로 다운 컨버팅한 후에 기저대역으로 다운 컨버팅한다(제508단계). 다음에, A/D 컨버팅을 원격조정하여 디지탈 시퀀스의 기저대역 수신신호를 얻는다(제510단계). 즉, A/D 컨버터를 통해 샘플링되어 기저대역 수신신호를 처리하는 소프트웨어로 이송된다. 다음에, 기저대역 수신신호를 미리 저장된 대역확산 송신신호와 교차 상관시켜 얻은 채널 임펄스 응답신호로부터 주파수 영역 채널특성함수, PDP, NRP, RDS, 공간 주파수 상관함수, 코히어런스 대역폭등 광대역 채널의 특성을 분석하고, 그 결과를 소정의 버퍼에 저장한다(제512단계). 이때, 필요에 따라서는 광대역 채널의 특성을 분석한 결과를 디스플레이한다(미도시).After operation 506, the millimeter wave signal is received and down-converted to the IF band, followed by down-conversion to the baseband (operation 508). Next, A / D converting is remotely controlled to obtain a baseband received signal of the digital sequence (step 510). That is, it is sampled through an A / D converter and transferred to software that processes baseband received signals. Next, from the channel impulse response signal obtained by cross correlating the baseband reception signal with the pre-stored spread spectrum transmission signal, characteristics of the wideband channel such as frequency domain channel characteristic function, PDP, NRP, RDS, spatial frequency correlation function, coherence bandwidth, etc. Is analyzed and the result is stored in a predetermined buffer (step 512). At this time, if necessary, the result of analyzing the characteristics of the broadband channel is displayed (not shown).
제512단계 후에, 버퍼가 풀상태인가를 판단하고, 풀상태가 아니면 제502단계로 진행하여 전술한 동작을 반복 수행한다. 한편, 버퍼가 풀상태이면 제512단계에서 분석된 채널의 특성 결과들로부터 통계적 채널 모델링을 구하여 디스플레이한다(제516단계). 즉, 전술한 바와 같이, 페이딩 진폭 분포도, 신호 도착시간 분포도, 링크 버짓 및 커버리지, 거리 대비 파워 감쇄비 추정등을 구하여 미리 저장된 모델과 피팅한 후에 가장 근접한 모델을 디스플레이한다.After operation 512, it is determined whether the buffer is in the full state. If not, the operation proceeds to operation 502 to repeat the above operation. On the other hand, if the buffer is full, statistical channel modeling is obtained from the channel characteristic results analyzed in step 512 and displayed (step 516). That is, as described above, the fading amplitude distribution, the signal arrival time distribution, the link budget and coverage, the power reduction ratio estimation for distance, and the like are obtained and fitted to the previously stored model, and then the nearest model is displayed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 밀리미터파 실내 채널의 광대역 특성 측정 및 분석장치 및 그 방법은, 밀리미터파 실내 통신을 위한 무선 링크를 제공함으로써 밀리미터파 광대역 통신 시스템 개발의 토대를 제공하며, 대역확산 신호 발생과 수신 신호 처리과정을 소프트웨어적으로 처리하고, 실제로 아날로그 파형은 밀리미터파 송수신부를 통해 처리함으로써 다양한 측정기 성능의 구현을 가능케하고 비용과 시간을 절감하는 효과가 있다.As described above, the apparatus for measuring and analyzing the broadband characteristics of the millimeter wave indoor channel according to the present invention and a method thereof provide a foundation for the development of the millimeter wave broadband communication system by providing a wireless link for millimeter wave indoor communication. Software processes the spread signal generation and received signal processing, and in fact, analog waveforms are processed through millimeter wave transmitters and receivers, enabling the implementation of various meter performances and reducing costs and time.
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