KR101848604B1

KR101848604B1 - 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법

Info

Publication number: KR101848604B1
Application number: KR1020160068103A
Authority: KR
Inventors: 임용훈; 주경환; 정진섭
Original assignee: 주식회사 이노와이어리스
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2018-04-13
Also published as: KR20170136255A

Abstract

본 발명은 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크신호 수신부의 이득을 조정하는 것에 의해 낮은 해상도를 갖는 ADC를 채택하면서도 업링크신호 수신부의 처리 가능한 다이내믹 레인지를 확장할 수 있도록 하되, 상기 이득을 시험 대상 통신 시스템이나 운영 환경에 따라 적응적으로 조정함으로써 최적의 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있도록 한 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 시뮬레이션 파라미터로 주어지는 경로손실 정보를 사전에 구축된 PL-Gain(경로손실 대 이득) 테이블에서 조회하여 이득을 결정한 후에 업링크신호 수신부의 이득을 조정하여 업링크신호 수신부의 다이내믹 레인지를 확장시키는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 있어서, (a) 무선 채널 시뮬레이터의 운영 중에 PL-Gain 테이블의 갱신 이벤트가 발생한 경우에 주어진 경로손실을 PL-Gain 테이블에서 조회하여 상응하는 이득을 결정한 후에 상기 결정된 이득을 업링크신호 수신부에 적용하는 단계; (b) 단말로부터 수신된 업링크신호의 전력을 측정하고, 상기 측정 전력(P_meas)을 최적 양자화 조건에 해당하는 기준 전력(P_ref)에 적용하여 보정 전력(P_comp)을 산출하는 단계 및 (c) 상기 보정 전력(P_comp)에 의거하여 PL-Gain 테이블의 해당 경로손실에 대한 이득(G_n(k+1))을 갱신하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법{method for controlling RF channel simulator}

본 발명은 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크신호 수신부의 이득을 조정하는 것에 의해 낮은 해상도를 갖는 ADC를 채택하면서도 업링크신호 수신부의 처리 가능한 다이내믹 레인지를 확장할 수 있도록 하되, 상기 이득을 시험 대상 통신 시스템이나 운영 환경에 따라 적응적으로 조정함으로써 최적의 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있도록 한 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 관한 것이다.

최근 정보화 사회가 가속화됨에 따라 무선(RF) 채널을 통한 고속 및 양질의 음성과 데이터를 동시에 수용하는 멀티미디어 통신 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 한편, 이동통신 사용자들은 더 높은 수준의 통화 품질과 낮은 에러 발생률 및 높은 데이터 전송 속도 등을 끊임없이 요구하고 있으나 이동통신 채널에서 요구되는 시스템을 설계하는 것은 매우 까다로운 일이다.

다중경로 통신 채널에서는 송신기인 기지국(BS; Base Station)과 수신기인 단말(MS(Mobile Station) 또는 UE(User Equipment)) 사이에서 직접파(line of sight) 성분과 반사파 성분 그리고 회절파 성분 등이 한꺼번에 서로 영향을 끼치며 존재한다. 이 신호들이 다중의 경로를 통하여 단말에 수신되고 단말의 이동에 의해 도플러 확산이 발생하므로 고정 통신에 비해 열악한 전파 환경이 된다.

일반적으로 직접 경로 신호가 존재하는 시골이나 교외 환경은 라이시안 채널 모델로 설명이 가능하고, 직접 경로가 희박한 다중 경로에 의한 합성 신호는 레일리 분포를 따른다. 그리고 주위 지형의 불균일성으로 인한 그림자 효과(shading effect)가 존재한다.

이렇듯 무선 채널에 존재하는 전파 환경이 매우 다양하기 때문에 각각의 다른 전파 환경에서도 무선 시스템의 본래의 성능을 제대로 발휘해야 한다. 어떤 사업자든지 무선 시스템의 성능을 보장하기 위해서는 시뮬레이션과 분석을 통한 검증은 물론 프로토 타이핑과 필드 테스트 또한 매우 중요하다. 그러나 개발한 무선 시스템을 모든 환경 조건에서 필드 테스트하는 데에는 많은 시간과 비용이 소요되기 때문에 더 실용적인 방법으로 실시간 무선 채널 시뮬레이터를 사용하게 된다. 무선 채널 시뮬에이터는 무선(RF) 채널에서 실제 일어날 수 있는 거의 모든 환경을 모사해 볼 수 있는 시스템을 말한다(DSP-FPGA 구조를 갖는 다중경로 페이딩 채널 시뮬레이터 구현, 한국음향학회지 제23권 제1호(2004.1) pp.17-23, 이주현 외 1).

한편, 페이딩(fading)은 신호 세기에 대한 공간적인 변동을 주로 의미하나 단말이 이동함에 따른 시간적 변동으로 볼 수도 있다. 이러한 페이딩에는 자유공간 전파손실(경로손실)이나 그림자 효과같이 단말이 넓은 지역에서 이동할 때 수신신호 세기가 느리게 변동하는 슬로우 페이딩(slow fading 또는 long-term fading)과 주파수 선택적 페이딩이나 주파수 비선택적 페이딩 또는 도플러 확산 페이딩 등과 같이 단말이 좁은 지역에서 이동할 때 수신 신호 세기가 급격하게 변동하는 패스트 페이딩(fasting fading 또는 short-term fading)이 있다. 실제 환경에서는 슬로우 페이딩과 패스트 페이딩이 중첩되는 모양으로 나타난다.

현재까지 페이딩 채널을 구현하는 방법으로는 도심지에서 신호를 예측할 때 가장 광범위하게 사용되는 방법인 Okumura 모델, 도심뿐만 아니라 교외 및 개방 환경에서도 사용할 수 있는 방법인 Hata 모델 및 Jake 모델 등이 있다. 슬로우 페이딩의 경우에 단순히 각각의 경로별로 출발 신호에 다른 딜레이만을 적용하여 구현되는 반면에 패스트 페이딩의 경우에는 슬로우 페이딩에 복소 게인(complex gain)을 추가로 곱하여 구현되며, 최종적으로 이러한 슬로우 페이딩과 패스트 페이딩이 합쳐져서 단말 또는 기지국으로 출력되게 된다.

한편, 복수의 기지국과 복수의 단말이 존재하여 상호 영향을 미치는 실제 채널 환경을 모사하기 위한 종래 방안으로 1개의 기지국과 1개의 단말 사이의 채널 환경을 모사하는 단일 무선 채널 시뮬레이터를 복수 사용하는 방안이 있는데, 이는 기능면에서의 중복에 따른 엄청난 비용 증가나 공간 이용 효율 저하를 초래하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 본 출원인은 P개의 기지국과 Q개의 단말 사이의 모든 경로(P*Q)에 대하여 양방향 경로손실 및 양방향 실시간 페이딩을 손쉽게 적용할 수 있도록 구성한 대용량의 무선 채널 시뮬레이터를 특허 출원하여 등록번호 제1286023호로 특허 받은 바 있다.

일반적으로 경로손실과 단말의 송신 전력 사이에는 선형 관계가 성립, 즉 경로손실이 커지면 단말 송신 전력도 함께 커지는 반면 경로손실이 작아지면 단말의 송신 전력도 함께 작아지는데, 이러한 관계를 단순화하여 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

위의 수학식 1에서,

은 단말의 송신 전력[dBm]이고,

은 기지국과 단말 간의 경로손실[dB]이며,

는 비례상수이고,

는 단말 송신 전력을 결정하는 그 외의 계수이다. 그리고 대부분의 이동통신 규격에서는 이러한 관계에 대한 구체적인 사항을 규정하고 있기 때문에 단말은 위 수학식 1에 의거하여 송신 전력을 결정한 후 업링크 신호를 송신한다.

따라서, 3GPP LTE 시스템에 대한 대용량 무선 채널 시뮬레이터의 업링크신호 수신부를 구성함에 있어 그 규격에 따라 다음과 같이 단말의 넓은 송신 전력 범위를 지원할 수 있어야 한다.

- 단말 최소 송신 전력: -40dBm

- 단말 최대 송신 전력: +23dBm

- 요구 SQNR(Signal to Quantization Noise Ratio)/EVM(Error Vector Magnitude): 30dB

- 지원 요구 송신 전력 범위: +23dBm - (-40dBm) + 30dB = 93dBm

한편, 대용량 무선 채널 시뮬레이터에서는 또한 채널 페이딩 효과를 얻기 위해 디지털 신호 처리 방식을 적용하는데, 이를 위해 업링크신호 수신부에는 단말이 송신하는 아날로그 형태의 업링크신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 ADC가 구비되어 있다. 이러한 단말의 모뎀 또는 소형 기지국을 위한 ADC는 통상적으로 12비트의 해상도를 갖는데, 노이즈 레벨 등의 고려한 유효 비트를 10비트라 하고 각 비트당 6.06dB의 다이내믹 레인지를 갖는다고 가정할 때 대략 60dB(≒10 * 6.06dB) 내외의 다이내믹 레인지를 갖는다. 따라서, SQNR이 30dB라고 가정할 때 12비트 ADC로는 최대 30dB(60 - 30) 정도의 다이내믹 레인지 밖에 처리할 수 없게 된다.

결과적으로, WCDMA 또는 LTE 단말의 대략 90dBm(SQNR까지 고려) 이상의 넓은 송신 전력 범위를 지원하기 위해서는 대용량 무선 채널 시뮬레이터의 업링크신호 수신부에 단말마다 16비트 내지 17비트의 해상도를 갖는 고성능 ADC를 구비시켜야 하는데, 이에 따라 무선 채널 시뮬레이터의 제조 단가가 비약적으로 상승한다는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 본 출원인은 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크신호 수신부의 이득을 조정하는 것에 의해 낮은 해상도를 갖는 ADC를 채택하면서도 업링크신호 수신부의 처리 가능한 다이내믹 레인지를 확장할 수 있도록 한 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 출원번호 10-2015-0187820호(이하 '선행기술 2'라 한다)로 특허 출원한 바 있다.

보다 구체적으로, 선행기술 2에서는 채널 시뮬레이터에 시뮬레이션 파라미터로 주어지는 경로손실 정보를 사용하여 업링크의 회로 이득(gain 또는 loss)이나 감쇠량(이하 총칭하여 '이득'이라 한다)을 조정함으로써 업링크 수신의 다이내믹 레인지를 확장하고 있다. 그리고 이를 위해 서로 다른 경로손실에 따른 이득 테이블(이하 'PL-Gain 테이블'이라 한다)을 시뮬레이션이나 시험 또는 경험에 의해 사전에 구축해야 한다.

도 1은 본 출원인의 선행기술 2에 개시된 무선 채널 시뮬레이터의 동작을 설명하기 위한 블록 구성도로서, 설명의 편의를 위해 단일 채널 시뮬레이터를 도시하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 출원인의 선행기술 2에 개시된 무선 채널 시뮬레이터는 단말(550)과 연결된 단말 인터페이스 카드(미도시)의 업다운 컨버터에 구비되어 원하는 경로손실을 갖는 환경을 설정(제공)할 수 있도록 지원하는 증폭기(44)와 A/D 컨버터(ADC)(42), 원하는 페이딩 채널을 제공하는 채널 시뮬레이션 블록(300), 기지국(500)과 연결된 기지국 인터페이스 카드(미도시)의 업다운 컨버터에 구비된 D/A 컨버터(DAC)(10) 및 전술한 PL-Gain 테이블(70)을 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 무선 채널 시뮬레이터의 경로손실이 결정되면, 이를 PL-Gain 테이블(70)에서 조회하여 상응하는 이득을 확인한 후에 이에 의거하여 상기 단말 인터페이스 카드의 업다운 컨버터에 구비된 증폭기(44)의 이득을 자동으로 제어한다. 이 과정을 거침으로써 업링크신호 수신부 입력 신호의 전력 다이내믹 레인지가 12비트 해상도를 갖는 ADC(42)가 충분히 처리할 수 있는 수준으로 감소하게 된다.

한편, 상기 업다운 컨버터의 증폭기(44) 이득 조정에 따라 원래의 요구 값과 차이가 발생한 경로손실 값은 채널 시뮬레이터의 다른 부분, 예를 들어 채널 시뮬레이션 블록(30)이나 상기 기지국 인터페이스 카드의 업다운 컨버터의 증폭기 이득을 조정함으로써 원래대로 복원된다.

그러나 전술한 바와 같은 종래 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 따르면, 수학식 1에 나타낸

와

값을 모르기 때문에 PL-Gain 테이블을 실험적인 경험치에 의해 만들 수밖에 없는데, 시험 대상인 이동통신 시스템의 종류 및 운영 환경마다

와

값이 다르다. 예를 들어 LTE 시스템의 경우,

는 네트워크로부터 SIB2(System Information Block 2)에 실려 브로드캐스트되며,

는 송신 신호의 대역폭(bandwidth), 목표 SINR(Signal-to-Interference-Plus-Noise Ratio) 또는 폐루프 파워 컨트롤(closed loop power control) 등 다양한 요인에 의해 결정된다.

결과적으로, 종래 임의의 통신 시스템 및 운영 환경하에서 경험적으로 구축된, 고정된 PL-gain 테이블을 사용하는 선행기술 2에 의해서는 다양한 시험 대상의 통신 시스템 및 운영 환경에 대해 최적의 채널 시뮬레이션 환경을 제공할 수 없다는 문제점이 있었다.

선행기술 1: 10-1286023호 등록특허공보(발명의 명칭 : 채널 시뮬레이터) 선행기술 2: 10-2015-0187820호 특허출원(발명의 명칭 : 채널 시뮬레이터의 제어 방법)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크신호 수신부의 이득을 조정하는 것에 의해 낮은 해상도를 갖는 ADC를 채택하면서도 업링크신호 수신부의 처리 가능한 다이내믹 레인지를 확장할 수 있도록 하되, 상기 이득을 시험 대상 통신 시스템이나 운영 환경에 따라 적응적으로 조정함으로써 최적의 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있도록 한 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시뮬레이션 파라미터로 주어지는 경로손실 정보를 사전에 구축된 PL-Gain(경로손실 대 이득) 테이블에서 조회하여 이득을 결정한 후에 업링크신호 수신부의 이득을 조정하여 업링크신호 수신부의 다이내믹 레인지를 확장시키는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 있어서, (a) 무선 채널 시뮬레이터의 운영 중에 PL-Gain 테이블의 갱신 이벤트가 발생한 경우에 주어진 경로손실을 PL-Gain 테이블에서 조회하여 상응하는 이득을 결정한 후에 상기 결정된 이득을 업링크신호 수신부에 적용하는 단계; (b) 단말로부터 수신된 업링크신호의 전력을 측정하고, 상기 측정 전력(P_meas)을 최적 양자화 조건에 해당하는 기준 전력(P_ref)에 적용하여 보정 전력(P_comp)을 산출하는 단계 및 (c) 상기 보정 전력(P_comp)에 의거하여 PL-Gain 테이블의 해당 경로손실에 대한 이득(G_n(k+1))을 갱신하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에서, 상기 갱신 이벤트는 사용자에 의해 설정된 주기, 시험 대상 통신 시스템이나 운영 환경의 변경 또는 시뮬레이션 중간에 업링크 전력 제어의 특성이 변화하는 경우에 발생하는 것을 특징으로 한다.

상기 (b) 단계에서 산출되는 상기 보정 전력(P_comp)은,

에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

상기 (c) 단계에서 갱신되는 상기 이득(G_n(k+1))은,

에 의해 구해지되, G_n(k)는 갱신 직전의 이득을 나타내고, k는 갱신 시마다 증가하는 타임 인덱스를 나타내며, μ는 적응 속도 및 안정성을 조절하는 파라미터로서 0~1 사이의 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 따르면, 무선 채널 시뮬레이터, 특히 P개의 기지국과 Q개의 단말 인터페이스를 갖는 대용량의 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크신호 수신부의 이득을 조정하는 것에 의해 업링크신호 수신부의 처리 가능한 다이내믹 레인지를 확장함으로써 낮은 해상도를 갖는 ADC를 채택하는 것이 가능하고, 이에 따라 대용량 채널 시뮬레이터의 제조 단가를 획기적으로 낮출 수가 있다.

더욱이 테스트하고자 하는 통신 시스템의 종류 혹은 운영 환경이 바뀌거나 시뮬레이션 중간에 업링크 전력 제어의 특성이 변화하는 경우에도 적응적 학습을 통해 최적의 이득을 도출하고 이에 의해 다른 통신 시스템이나 운영 환경하에서 이미 경험적으로 구축된 PL-Gain 테이블을 갱신함으로써 최적의 채널 시뮬레이션 환경을 제공할 수가 있다.

도 1은 본 출원인의 선행기술 2에 개시된 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 2는 본 출원인의 선행기술 1로 개시된 대용량 무선 채널 시뮬레이터의 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 제어 방법이 구현되는 대용량 무선 채널 시뮬레이터 시스템의 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 대용량 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크 신호 처리 과정에서의 경로손실을 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 6은 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하는데, 이에 앞서 본 발명의 제어 방법이 적용될 수 있는 대용량 무선 채널 시뮬레이터의 구성에 대해 설명한다.

도 2는 본 출원인의 선행기술 1로 개시된 대용량 무선 채널 시뮬레이터의 블록 구성도인바, 이하에서는 본 발명과 관련이 있는 업링크 신호 처리 기능에 대해서만 설명하며, 더욱이 이해를 돕기 위해 광신호를 전기신호로 변환하거나 그 반대의 기능을 담당하는 광-전 변환기(130, 210, 220, 310, 330, 410) 및 직렬 신호를 병렬 신호로 변환하거나 그 반대의 기능을 담당하는 직-병렬 변환기(120, 314, 334, 430)를 제외한 채로 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 업링크 처리 기능과 관련한 대용량 무선 채널 시뮬레이터의 구성은 단말과 일대일 대응되며 복수(Q)의 단말로부터 입력되는 RF 업링크 신호를 다운 컨버전하여 얻어진 기저대역(baseband) 신호를 출력하는 복수(Q)의 단말 인터페이스 카드(400-1,…,400-Q)를 포함하여 이루어진 단말 인터페이스 블록(400); 복수의 전단 입/출력부(310), 복수의 링크 프로세서(320) 및 복수의 후단 입/출력부(330)를 구비한 복수(M)의 링크 처리 그룹(300-1,…,300-M)으로 이루어져서 단말 인터페이스 블록(400)에서 출력되는 기저대역 업링크 신호를 복수만큼 복사한 후에 복수의 단말에 대해 채널별로 패스트 페이딩과 슬로우 페이딩을 수행하는 링크 처리 블록(300); 링크 처리 블록(300)에서 출력된 총 Q개의 단말에 대한 모든 업링크 페이딩 신호 중에서 각 기지국으로 향하는 모든 업링크 페이딩 신호만을 통합한 후에 일대일 대응되는 기지국 인터페이스 블록(100)의 기지국 인터페이스 카드(100-1,…,100-P)로 출력하는 분배/통합기(200-1,…,200-P)를 복수(P)만큼 구비하여 이루어진 분배통합 블록(200) 및 분배통합 블록(200)에서 출력되는 업링크 페이딩 신호를 업 컨버전하여 대응되는 기지국으로 출력하는 기지국 인터페이스 카드(100-1,…,100-P)를 복수(P)개 구비한 기지국 인터페이스 블록(100)을 포함하여 이루어진다.

도면에서 참조번호 110은 각각의 기지국 인터페이스 카드(100-1,…,100-P)에 구비되어 업 컨버전 및 다운 컨버전을 수행하는 업다운 컨버터를 나타내고, 420은 각각의 단말 인터페이스 카드(100-1,…,100-Q)에 구비되어 업 컨버전 및 다운 컨버전을 수행하는 업다운 컨버터를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 제어 방법이 구현되는 대용량 무선 채널 시뮬레이터 시스템의 블록 구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제어 방법이 구현되는 무선 채널 시뮬레이터 시스템은 도 2에 도시한 대용량 무선 채널 시뮬레이터(MAS; Massive Air interface channel Simulator)를 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 비록 도 2에는 도시하지 않았으나 각 기지국 인터페이스 카드(이하 'BS I/F 카드'라 한다)(100-1,…,100-P)의 업다운 컨버터(110)에는 기지국별로 서로 다른 경로손실을 갖는 환경을 설정(제공)할 수 있도록 하는 감쇠기(Attenuator; Att)와 증폭기(Amplifier; Amp) 및 A/D 변환을 수행하는 A/D 컨버터(ADC)가 다운링크 채널(다운 컨버터)을 위해 구비되어 있고, 이외에도 D/A 컨버터(DAC), 증폭기(Amp) 및 감쇠기(Att)가 업링크 채널(업 컨버터)를 위해 구비되어 있다.

마찬가지로, 각 단말 인터페이스 카드(이하 'UE I/F 카드'라 한다)(400-1,…,400-Q)의 업다운 컨버터(420)에는 단말별로 서로 다른 경로손실을 갖는 환경을 설정(제공)할 수 있도록 D/A 컨버터(DAC), 증폭기(Amp) 및 감쇠기(Att)가 다운링크 채널(업 컨버터)를 위해 구비되어 있고, 감쇠기(Att), 증폭기(Amp) 및 A/D 변환을 수행하는 A/D 컨버터(ADC)가 업링크 채널(다운 컨버터)을 위해 구비되어 있다.

여기에서 각 업다운 컨버터(110),(420)의 증폭기(Amp) 및 감쇠기(Att) 조합으로 이루어진 구성은 증폭기(Amp) 또는 감쇠기(Att) 중 적어도 하나를 외부에서 조정이 가능한 가변형으로 구성함으로써 달성될 수 있는바, 이 경우에 파워 레벨 조정 해상도가 서로 다른 가변 증폭기(Amp) 및 가변 감쇠기(Att)를 사용할 수도 있다. 물론 각 업다운 컨버터(110),(420)의 증폭기(Amp) 및 감쇠기(Att) 조합으로 이루어진 구성을 단일의 가변 증폭기 또는 단일의 가변 감쇠기로 구성하는 것도 가능할 것이다.

다시 도 3으로 돌아가서, 본 발명의 방법이 적용되는 대용량 채널 시뮬레이터 시스템은 전술한 채널 시뮬레이터(MAS), 채널 시뮬레이터(MAS)의 기지국 인터페이스 블록(100)에 구비된 복수의 BS I/F 카드 각각에 1대1 또는 1대다로 연결되는 복수, 예를 들어 P개의 기지국(Base Station; BS)(500), 채널 시뮬레이터(MAS)의 단말 인터페이스 블록(400)의 복수의 UE I/F 카드에 1대1 또는 1대다로 연결되는 복수, 예를 들어 Q개의 사용자 단말(User Equipment; UE, 이하 간단히 '단말'이라 한다)(550), 채널 시뮬레이터(MAS)의 각 BS I/F 카드의 증폭기(Amp)의 이득 또는 감쇠기(Att)의 감쇠량을 조정하는 기지국(BS) 제어보드(600), 채널 시뮬레이터(MAS)의 각 UE I/F 카드의 증폭기(Amp)의 이득 또는 감쇠기(Att)의 감쇠량을 조정하는 단말(UE) 제어보드(650), 사용자 인터페이스(UI) 프로그램이 구비되어 있어서 사용자로부터 원하는 캐리어 주파수를 설정받거나 기지국과 단말 사이의 연결 및 이들 사이의 페이딩 파라미터 등과 같은 각종 시나리오를 설정받는 호스트 PC(800) 및 호스트 PC(800)에서 설정된 각종 시나리오 데이터를 파일 형태로 저장한 상태에서 이러한 시나리오 파일에 따라 기지국 제어보드(600), 단말 제어보드(650) 및 채널 시뮬레이터(MAS)의 동작을 제어하는 관리 서버(700)를 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 1장의 기지국 제어보드(600) 및 1장의 단말 제어보드(650)는 각각 복수, 예를 들어 12장의 BS I/F 카드 및 12장의 UE I/F 카드를 관할할 수 있다. 관리 서버(700)는 경로손실 캘리브레이션과 관련하여 BS I/F 카드의 A/D 변환 데이터(이하 'ADC 데이터'라 한다) 또는 이에 대한 캘리브레이션 데이터를 저장하고 있다가 기지국 제어보드(600)에 캘리브레이션 명령, 즉 BS I/F 카드의 증폭기(Amp)의 이득이나 감쇠기(Att)의 감쇠량 조정 명령을 하달할 수 있다. 관리 서버(700)는 또한 각 단말로부터 DM(Diagnostic Monitoring) 메시지를 수집한 후에 이에 의거하여 단말 제어보드(650)에 캘리브레이션 명령, 즉 UE I/F 카드의 증폭기(Amp)의 이득이나 감쇠기(Att)의 감쇠량 조정 명령을 하달할 수 있다. 관리 서버(700)는 또한 시나리오 파일에 의거하여 채널 시뮬레이터(MAS)의 링크 프로세서를 제어함으로써 실시간, 예를 들어 LTE 시스템의 경우 1㎳ 단위의 페이딩 채널을 구현할 수 있다. 호스트 PC(800), 관리 서버(700), 기지국 제어카드(600) 및 단말 제어카드(650)는 상호 간에 이더넷으로 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명의 대용량 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크 신호 처리 과정에서의 경로손실을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 대용량 무선 채널 시뮬레이터에서 업링크 신호 처리 과정에서의 경로손실, 즉 단말(UE)에서 기지국(BS)까지의 전체 경로손실(PL)은 크게, 아래의 수학식 2와 같이 단말에서 무선 채널 시뮬레이터의 UE I/F 카드(UE b'd)를 연결하는 케이블에서의 경로손실(CL_ue), 무선 채널 시뮬레이터 내부에서의 경로손실(G_sys; 이득으로 표현) 및 채널 시뮬레이터에서 기지국(BS)을 연결하는 케이블에서의 경로손실(CL_bs)을 포함하여 이루어진다.

한편, 무선 채널 시뮬레이터 내부에서의 경로손실(G_sys)은 다시 UE I/F 카드(UE b'd)의 이득(G_ad), BS I/F 카드(BS b'd)의 이득(G_da) 및 링크 처리 블록(DM/LP)의 이득(G_d)의 합으로 이루어진다. 이러한 구조에 의해 무선 채널 시뮬레이터의 UE I/F 카드(UE b'd)나 BS I/F 카드(BS b'd) 또는 링크 처리 블록(DM/LP)의 이득을 적절하게 조정함으로써 단말로부터 기지국에 이르는 경로손실을 원하는 값으로 설정할 수가 있다.

아래의 표 1은 선행기술 2에 예시된 PL-Gain 테이블을 보인 표인바, 채널 시뮬레이터를 구동하여 수집된 업링크 신호에 대한 경로손실 대 단말 송신 전력(UE Tx power)의 로그 데이터에 의거하여 구축될 수 있다.

Pass Loss(dB)	Gain(dBm)
45	0
50	2
55	3.5
60	5
65	7.5
70	10
75	13
80	17
85	21
90	25
95	30
100	34

도 5는 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 설명하기 위한 블록 구성도인바, 설명의 편의를 위해 단일 채널 시뮬레이터를 도시하고 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터는 단말(550)과 연결된 단말 인터페이스 카드(미도시)의 업다운 컨버터에 구비되어 원하는 경로손실을 갖는 환경을 설정(제공)할 수 있도록 지원하는 증폭기(44)와 A/D 컨버터(ADC)(42), 원하는 페이딩 채널을 제공하는 채널 시뮬레이션 블록(300), 기지국(500)과 연결된 기지국 인터페이스 카드(미도시)의 업다운 컨버터에 구비된 D/A 컨버터(DAC)(10), 갱신 시마다 갱신되는 PL-Gain 테이블(70'), A/D 컨버터(42)의 출력단 전력을 측정하는 전력 측정부(72) 및 전력 측정부(72)에 의해 측정된 전력(P_meas)을 최적 양자화 조건에 해당하는 기준 전력(P_ref)과 비교한 결과에 따라 보정 전력(P_comp)을 산출한 후에 이에 의거하여 PL-Gain 테이블(70')의 해당 경로손실에 대한 이득 값을 갱신하는 이득 갱신부(74)를 포함하여 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에서는 무선 채널 시뮬레이터의 운영 중에 PL-Gain 테이블의 갱신 이벤트가 발생하였는지를 판단하는데, 이러한 갱신 이벤트는 사용자에 의해 설정된 주기, 시험 대상 통신 시스템이나 운영 환경의 변경 또는 시뮬레이션 중간에 업링크 전력 제어의 특성이 변화하는 경우 등에 발생할 수 있다.

단계 S10에서의 판단 결과, 갱신 이벤트가 발생한 경우에는 단계 S20 및 단계 S30을 수행하여 주어진 경로손실을 PL-Gain 테이블에서 조회하여 상응하는 이득을 결정한 후에 이를 업링크신호 수신부에 적용, 즉 증폭기(44)의 이득을 조정한다.

다음으로, 단계 S40에서는 단말(550)로부터 수신된 업링크 신호의 전력을 측정하고, 단계 S50에서는 이러한 측정 전력(P_meas)을 최적 양자화 조건에 해당하는 기준 전력(P_ref)에 적용하여 보정 전력(P_comp)을 산출하는데, 이러한 보정 전력은 아래의 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.

마지막으로 단계 S60에서는 상기 보정 전력에 의거하여 PL-Gain 테이블의 해당 경로손실에 대한 이득을 갱신하는데, 이러한 이득(G_n(k+1))은 아래의 수학식 4에 의해 정해질 수 있다.

위의 수학식 4에서, G_n(k)는 갱신 직전의 이득을 나타내고, k는 갱신 시마다 증가하는 타임 인덱스를 나타내며, μ는 적응 속도 및 안정성을 조절하는 파라미터로서 0~1 사이의 값으로 설정된다.

이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 기지국 인터페이스 블록, 100-1,…,100-P: 기지국 인터페이스 카드,
200: 분배/통합 블록, 200-1,…,200-P: 분배/통합 카드,
300: 링크 처리 블록, 300-1,…,300-M: 링크 처리 그룹,
310: 전단 입/출력부, 320: 링크 프로세서,
330: 후단 입/출력부, 400: 단말 인터페이스 블록,
400-1,…,400-Q: 단말 인터페이스 카드,
500: 기지국 제어보드, 550: 단말 제어보드,
600: 기지국, 650: 단말,
700: 관리 서버, 800: 호스트 PC

Claims

시뮬레이션 파라미터로 주어지는 경로손실 정보를 사전에 구축된 PL-Gain(경로손실 대 이득) 테이블에서 조회하여 이득을 결정한 후에 업링크신호 수신부의 이득을 조정하여 업링크신호 수신부의 다이내믹 레인지를 확장시키는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법에 있어서,
(a) 무선 채널 시뮬레이터의 운영 중에 PL-Gain 테이블의 갱신 이벤트가 발생한 경우에 주어진 경로손실을 PL-Gain 테이블에서 조회하여 상응하는 이득을 결정한 후에 상기 결정된 이득을 업링크신호 수신부에 적용하는 단계;
(b) 단말로부터 수신된 업링크신호의 전력을 측정하고, 상기 측정 전력(P_meas)을 기준 전력(P_ref)에 적용하여 보정 전력(P_comp)을 산출하는 단계 및
(c) 상기 보정 전력(P_comp)에 의거하여 PL-Gain 테이블의 해당 경로손실에 대한 이득(G_n(k+1))을 갱신하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 갱신 이벤트는 사용자에 의해 설정된 주기, 시험 대상 통신 시스템이나 운영 환경의 변경 또는 시뮬레이션 중간에 업링크 전력 제어의 특성이 변화하는 경우에 발생하는 것을 특징으로 하는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 산출되는 상기 보정 전력(P_comp)은,
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 갱신되는 상기 이득(G_n(k+1))은,
에 의해 구해지되,
G_n(k)는 갱신 직전의 이득을 나타내고, k는 갱신 시마다 증가하는 타임 인덱스를 나타내며, μ는 적응 속도 및 안정성을 조절하는 파라미터로서 0~1 사이의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 채널 시뮬레이터의 제어 방법.