IMT-Advanced 무선전송 시스템 단말모뎀 플랫폼은 다중 반송파 변조 기술, 채널 부호화 기술, 셀 탐색/동기 기술 등 핵심이 되는 요소 기술인 고속 무선 전송 기술을 구현할 수 있는 하드웨어 구조, 기능 및 인터페이스를 설계 제작하였다. 상기 단말모뎀 플랫폼에서는 기저대역 모뎀 물리계층 기능인 변조, 복조, 부호, 복호, 동기를 위한 각각의 FPGA가 실장되는 Daughter Board 형태로 구성되어 L1 기저대역 모뎀 장치에 실장된다. 그리고 PHY 계층(L1)부터 MAE 계층(L2), RRC 계층(L3)까지의 하드웨어 및 소프트웨어 수행을 지원한다. 4G용 단말모뎀을 개발하기 위하여 상용화 이전에 LTE-Advanced 테스트 베드용 단말모뎀 플랫폼을 개발하여 20 MHz 대역폭을 적용 3 km/h의 저속 이동속도에서는 최대 110 Mbps를 수신하고, 최대 55 Mbps를 송신한다. 그리고 120 km/h의 고속 이동속도에서는 최대 55 Mbps를 수신하고, 최대 28 Mbps를 송신한다. 상기 성능을 만족하는 단말모뎀 플랫폼이 개발되면 IMT-Advanced 단말모뎀 플랫폼 기술을 확보하게 된다. 따라서 이동통신 분야에서 기술적인 우위와 시장 선점을 위하여 요소기술 IPR을 확보하고, IMT-Advanced의 표준화 과정에서 이를 국제 표준으로 반영하여 로열티 창출 효과 및 기술 경쟁력을 확보하게 될 것이다. 아울러, LTE 사용자들은 대용량의 고속, 멀티미디어 송 수신을 가능하게 하는 기술로 2010년 이후 가상 현실 서비스, 3D 게임, 센싱 등 사물과 사물이 통신하는 유비쿼터스 서비스로 발전할 것으로 전망한다.
본 논문에서는 SDR(Software Defined Radio)을 기반으로 한 단말기의 핵심 요소인 재구성형 단말 모뎀 기술에 대해 살펴 본다. 재구성형 단말 모뎀은 적용 목적에 따라서 다양한 요구사항을 가지며, 전면적인 SDR 개념의 도입에는 상당한 시간이 요구될 것으로 보이는 반면, 재구성형 단말 모뎀 분야에서는 최근 다양한 솔루션들이 등장하면서 상용화 가능성이 높아지고 있다. 특히 제조업체 관점에서는 새로운 시스템에 대한 개발 기간과 비용의 절감, 그리고 사업자 관점에서는 새로운 서비스의 빠른 망 적용 및 다양한 망 형상 전개 용이성 등의 장점이 있다. 본 논문에서는 재구성형 단말 모뎀의 개발 동향 및 발전 방향을 살펴보고, 재구성형 모뎀 솔루션을 적용한 개발 사례를 소개한다.
본 논문은 HomePNA 2.0 모뎀 칩을 위한 모뎀 수신부의 구조를 제안한다. HomePNA 2.0 전송 채널은 브릿지 탭과 HAM 대역의 영향 등으로 매우 열악하다. 이러한 채널을 통해 전송을 가능하게 하기 위해 HomePNA 2.0 은 훈련신호를 사용하여 매 프레임 마다 채널을 등화하고 FD-QAM 전송 방식을 선택적으로 사용한다. 따라서 모뎀 수신부는 일반적 QAM 방식 신호의 북조 기능과 함께 이러한 전송 방식의 특정을 최대한 상려 모뎀 수신 성 능을 극대화 히는 구조가 필요하다 연구 결과 모뎀 수신부의 가능을 송수신 상태에 따라 정상 수신 모드와 충돌 감지 오드의 2 가지로 정의 하였다 본 논문은 특히, 모뎀 수신부를 구성하는 핵심 블록인 등화기와 위상 동기부, 프레임 동기부에 대해서 사용된 알고리즘을 밝혔으며, 버스트 방식 모뎀의 채널 등화 성능을 높이고 안정적으로 동작 시키기 위한 구조를 제얀 하였다 마지막으로 제안된 모뎀 수신부의 성능을 분석하기 위해서 SPW 모델을 사용하여 채널 별 전송 가능 속도를 예측 하였다.
모뎀 진단/감시 장치(DM)는 기지국 DM 데이터 수집부와 단말 DM 데이터 수집부로각각 구분되어 DM 장치 내에서 기지국/단말 모뎀 플랫폼을 수용한다. 기지국 변조기, 기지국 동기, 기지국 채널 디코더, 기지국 복조기의 데이터는 기지국 DM 데이터 수집부에서 수집하고, 단말 변조기, 단말 동기, 단말 채널 디코더, 단말 복조기의 데이터는 단말 DM 데이터 수집부에서 수집하여 각각 수집된 데이터를 호스트 PC에서 분석하여 물리 계층 송수신 데이터 및 각종 통계 정보를 사용자 및 운용자가 확인할 수 있도록GUI로 화면에 표시해 준다. 모뎀 진단/감시 장치(DM)는 무선 전송 시스템(HM20)MIMO 구조 기지국/단말 모뎀의 물리 계층에 대한 상태 진단 및 감시 기능을 수행하여 모뎀 개발 과정에서 개발자에게 디버깅을 쉽게 하기 위한 장치로 사용된다. 또한 기지국 모뎀과 단말 모뎀의 유지 보수시 오류 발견을 위한 장치로 사용하기 위함이다.
본 논문에서는 증가하는 광대역 무선 서비스의 수요에 부응하기 위해서 이미 제정되었거나 현재 제정중인 무선 LAN 표준안으로서 IEEE 802.11, ETSI BRAN의 HIPERLAN, WIN Forum의 SUPERNET, MMAC-PC, ATM Forum의 WATM-WG 규격의 동향에 대하여 살펴본다. 또한 ETSI BRAN과 MMAC-PC 등에서 무선 LAN의 공통된 물리계층 표준안으로 현재 추진 중이고, 5㎓ 대역의 무선 ATM 모뎀 표준안과도 직접적인 관련이 있는 OFDM 방식의 IEEE 802.11a 무선 LAN 모뎀 기술에 대하여 기술한다.
기지국/단말 모뎀 검증 장치(MAT)는 기지국(AS) 모뎀, 단말(UE) 모뎀으로 구성되는 초고속 무선 전송 시스템(HM20) MIMO 구조 기지국/단말 모뎀의 자체 기능 검증과 기지국 모뎀과 단말 모뎀의 연동 시험시 오류 원인을 분석하기 위하여 상향 링크(UL)와 하향 링크(DL)의 송. 수신단의 정합부에 디지털 및 아날로그 정합을 이용하여 기지국모뎀과 단말 모뎀이 정상적으로 동작하는지를 시험하게 된다. 모뎀 검증 장치(MAT)는 상향 링크 신호는 단말 변조기의 송신 신호 수신과 기지국 복조기에 변조 신호를 송신, 하향 링크 신호는 기지국 변조기의 송신 신호 수신, 단말 복조기에 변조 신호를 송신하는 기능을 수행하여 상향 링크 신호와 하향 링크 신호를 시험 및 분석하는 기능을 수행한다.
케이블망개방(Open Access)은 케이블망사업자가 자사의 ISP(Internet Service Provider) 뿐만 아니라 경쟁 IS도 케이블 모뎀망에 접속할 수 있도록 허용하는 것이다. 미국의 케이블사업자들은 주된 사업영역인 케이블방송 서비스 이외에 케이블 모뎀망을 이용한 브로드밴드 서비스를 제공하고 있다. 케이블모뎀서비스는 비규제 대상인 주간정보서비스(interstate information service)로 규정되어 케이블망개방 의무가 부과되지 않는다. 최근 FCC(Federal Communication Commission)는 통신사업자의 DSL(Digital Subscriber Line) 방식에 기초한 브로드밴드 접속서비스를 기능적으로 전기통신 요소와 결합된 정보서비스(Information Service)로 정의하고 통신사업자에게 부과된 DSL 망의 개방의무도 철회하였다. 이러한 미국의 케이블모뎀 망과 DSL 망에 대한 비규제 접근은 시장의 수요와 기술변화를 고려한 것으로, 케이블망사업자 및 통신사업자 모두에게 설비투자 유인을 제공하여 브로드밴드의 보급을 촉진하기 위한 것이다.
본 논문에서는 무선 LAN 표준안 IEEE 802.11의 직접대역확산(Direct Sequence Spread Spectrum) 물리계층을 지원하는 기저대역 모뎀 ASIC 칩의 아키텍쳐와 설계에 대해 기술한다. 구현된 모뎀 칩은 크게 송신부와 수신부로 구성되어 있으며, CRC 부호화/복호화기, 차동 부호화/복호화기, 주파수 옵셋 보상기(frequency offset compensator) 및 타이밍 복구 회로를 포함한다. 구현된 모뎀 칩은 4, 2 및 1Mbps의 다양한 데이타 전송률을 지원하고, DBPSK와 DQPSK의 변조방식을 사용한다. 구현한 모뎀 아키텍쳐는 $SAMSUNG^{TM}$$0.6{\mu}m$ 게이트 어레이 라이브러리(gate array library)를 사용하여 논리합성을 수행하였으며, 칩의 전체 게이트 수는 53,355개이다. 칩의 동작 주파수는 44MHz이며, 칩의 패키지는 100-pin QFP이고, 전력소모는 44MHz에서 1.2watt이다. 구현된 모뎀 아키텍쳐는 상용화된 HSP3824 칩 보다 우수한 BER성능을 나타낸다.
본 논문에서는 상향 링크 케이블 모뎀 시스템에 대한 동기화 방법에 대하여 제안하였다. 상향 링크의 케이블 모뎀 시스템은 DOCSIS(data over cable service interface specification) 규격에 의해 정해져 있으며, 이에 맞는 동기화 방법에 관하여 연구하였다. 케이블 모뎀은 버스트 모드로 동작하며 시 분할 다중 접속(time division multiple access, TDMA) 버스트 포맷을 사용한다. 버스트 포맷은 프리앰블과 데이터 구간으로 나뉜다. 본 논문에서는 프리앰블을 이용한 프레임 동기, coarse 타이밍 동기, 반송파 주파수 동기, 반송파 각 동기 방법을 연구하였으며, 프리앰블로 이용할 시퀀스로 correlation 특성이 우수한 CAZAC(constant envelope zero-autocorrelation) 시퀀스를 이용하였다. 또한 타이밍 드리프트가 존재하는 경우와 나머지 주파수 오프셋이 주는 영향을 고려하여 데이터 구간에서 심벌 타이밍 동기방식과 주파수 각 오프셋 추정박식을 채택하여 시스템을 구성하였고, 이를 컴퓨터 실험 결과를 이용하여 성능을 검증하였다.
ETSI(European Telecommunication Standards Institute), TC(Technical Committee), RRS(Reconfigurable Radio Systems)에서는 소프트웨어 모뎀 기반 멀티모드 단말기의 연구 및 표준을 개발하고 있다. 소프트웨어 모뎀 기반 멀티모드 단말기는 SDR(Software Defined Radio) 기술을 바탕으로 단말기 플랫폼에 독립적인 라디오 어플리케이션을 운용함으로써, 하나의 단말기에서 동시에 다양한 이동통신 표준을 이용할 수 있는 차세대 단말기이다. 본 논문에서는 TC RRS에서 정의한 라디오 어플리케이션 사이에서의 리소스 공유 방법과 라디오 어플리케이션의 배포 형태에 따른 멀티모드 단말기의 분류에 대해 소개한다. 또한, 여러 개의 라디오 어플리케이션을 동시에 운영할 수 있는 멀티모드 단말기의 아키텍처와 인터페이스에 대해 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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