Vector signal analyzer 등과 같은 신호분석기에서는 현재 주로 사용하고 있는 주파수대 (30GHz 이하)의 다양한 신호를 수신하여 분석하는 기능이 요구된다. 이러한 시스템에서는 대상 신호의 특성이 매우 다양하기 때문에 기본적으로 광대역 신호를 수신할 수 있도록 설계하고 필요에 따라서 원하는 신호를 추출하여 상세하게 분석할 수 있도록 설계한다. 종래에는 이러한 기능을 구현하기가 매우 어려웠으나 SDR (software defined radio) 기술의 발달에 힘입어 광대역 수신기의 설계가 용이해지고 있다. 본 고에서는 SDR 구조를 기반으로 한 광대역 수신기의 구조 및 원리를 기술한다.
Software Defined Radio(SDR) 기술은 첨단 디지털 신호처리 기술과 고성능 디지털 신호처리 소자를 기반으로 하드웨어 수정 없이 모듈화된 소프트웨어 변경만으로 단일의 송수신 시스템을 통해 다수의 무선 통신 규격을 통합·수용하기 위한 무선 접속기반 기술이다. 여러 규격의 이종 복합 네트워크 환경하에서 구성될 IMT-2000 이후의 4세대 이동 통신 시스템은 다양한 형태의 서비스, 응용 및 컨텐츠를 적절한 무선 접속 방식을 통해 제공하고 네트워크들 간의 유연한 인터페이스를 보장하기 위해 재구성 가능한 SDR 개념 기반의 통신 플랫폼이 요구된다. 본 논문에서는 4세대 이동 통신 시스템의 근간이 될 SDR의 핵심 기술 및 주요 적용 가능 기술에 대하여 논한다.
In this study, we design an optimized Graphics Processing Unit (GPU)-based GNSS signal processing technique with the goal of designing and implementing a GNSS Software Defined Receiver (SDR) that can operate in real time all-in-view mode under multi-constellation and multi-frequency signal environment. In the proposed structure the correlators of the existing GNSS SDR are processed by the GPU. We designed a memory structure and processing method that can minimize memory access bottlenecks and optimize the GPU memory resource distribution. The designed GNSS SDR can select and operate only the desired GNSS or desired satellite signals by user input. Also, parameters such as the number of quantization bits, sampling rate, and number of signal tracking arms can be selected. The computing capability of the designed GPU-based GNSS SDR was evaluated and it was confirmed that up to 2400 channels can be processed in real time. As a result, the GPU-based GNSS SDR has sufficient performance to operate in real-time all-in-view mode. In future studies, it will be used for more diverse GNSS signal processing and will be applied to multipath effect analysis using more tracking arms.
이 논문은 SDR 시스템용으로 개발된 기저대역 프로세서인 SODA-II를 활용하는데 필요한 프로그래밍 모델에 대한 것이다. SODA-II는 4개의 프로세서로 구성되는 멀티코어 시스템으로 한 코어에는 SIMD 데이터패스와 직렬 데이터패스가 모두 구현되어 있어 벡터 연산과 직렬 연산이 혼재하는 기저대역 신호처리 동작에 적합하다. SODA-II에 대한 프로그래밍 모델은 C 언어 라이브러리 형태를 가진다. 라이브러리 함수가 SODA-II의 SIMD 데이터패스를 구동시키는데 필요한 세부적인 제어동작을 모두 처리하므로 사용자는 SIMD 데이터패스 구조에 대한 자세한 이해 없이 기저대역 신호처리 알고리즘을 구현할 수 있다. 이 논문에서는 기저대역 신호처리의 핵심 연산들이 SODA-II에서 어떤 형태로 구현되는지 설명하고 응용의 예로 W-CDMA 다중 경로 탐색기와 OFDM 복호기 동작을 SODA-II에서 구현한 결과를 살펴본다.
Turbo codes are extensively used in current communications standards and have a promising outlook for future generations. The advantages of software defined radio, especially dynamic reconfiguration, make it very attractive in this multi-standard scenario. However, the complex and power consuming implementation of the maximum a posteriori (MAP) algorithm, employed by turbo decoders, sets hurdles to this goal. This work introduces an ASIP architecture for the MAP algorithm, based on a dual-clustered VLIW processor. It displays the good performance of application specific designs along with the versatility of processors, which makes it compliant with leading edge standards. The machine deals with multi-operand instructions in an innovative way, the fetching and assertion of data is serialized and the addressing is automatized and transparent for the programmer. The performance-area trade-off of the proposed architecture achieves a throughput of 8 cycles per symbol with very low power dissipation.
다양한 이동 통신을 수용 할 수용하기 위해서 SDR system의 하드웨어와 소프트웨어는 개방성, 분산성, 객체 지향성, 소프트웨어 제어성을 제공하는 구조이어야 한다. 이러한 조건을 만족하는 SDR 시스템에 사용될 SDR시스템의 소프트웨어는 단일 하드웨어 플렛폼에서 독립적으로 동작이 가능한 개방성을 확보하는 것이다. 이 방법은 모듈화를 지향하며, 재사용성을 증대시키고, 개발 시에도 많은 유연성을 확보 할 수 있을 뿐만 아니라 개발 시간을 단축시켜 주고 시스템을 재구성하여 운용 할 수 있도록 해 준다. 본 논문은 SDR기반 스마트안테나 기지국 시스템에서 SDR Network이 추구하는 개방형, 객체지향성 및 제어성 등을 확보 할 수 있도록 하고 SDR Network와 유연하게 연동 할 수 있도록 제안된 개방형 기지국 시스템과 스마트 안테나 기지국 API(Application Program Interface)를 이용하여 기지국 시스템을 구현하였다.
유비쿼터스 네트워크 환경에서는 하나의 서비스를 제공하기 위하여 여러 가지 종류의 전달 프로토콜을 포함하는 다종 프로토콜 네트워크 환경이 될 수 있다. 이러한 다종 프로토콜 네트워크 환경에서 서로 다른 전달 프로토콜 간 연동성을 제공함으로써 네트워크 환경 구축을 위한 비용증가나 네트워크 환경의 미시설 또는 장애발생, 그리고 특정 전달 프로토콜 네트워크 환경으로의 트래픽 혼잡 등의 문제를 해소할 수 있다. 본 논문에서는 무선 네트워크를 구성하는 일부 노드에 SDR (Software Defined Radio)과 같은 기능을 부여함으로써 서로 다른 전달프로토콜을 포함하는 다종 네트워크의 전달성능을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하고, 시뮬레이션 분석을 통하여 그 타당성과 전달성능이 향상될 수 있음을 보이고 그 결과를 제시한다.
본 논문에서는 SIW(Substrate Integrated Waveguide) 구조를 갖는 SDR(Software Defined Radar)용 안테나를 설계하고 제작하였다. SIW 구조는 쉬운 집적화로 인하여 일반 PCB 상에 구현이 가능하고, 기존의 구형 도파관과 같이 높은 전력의 입력 신호에 대하여 낮은 전송손실을 가지는 특성이 있다. 또한, 전자기 간섭에 대하여 강한 내성을 갖는 장점이 있다. 특히 본 논문에서는 제작한 SIW 안테나를 가지고 USRP(Universal Software Radio Peripheral) 플랫폼에 탑재하여 목표물 RCS(Radar Cross Section)탐지 실험을 진행하였다. 제안된 안테나는 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역(2.4~2.48 GHz)에서 동작하며, 이득 특성은 8 dBi 이상을 보인다.
안테나 단에서 직접 수신 신호의 디지털화가 이루어지고 그 해당 신호의 처리는 고속 디지털 신호처리기 내에서 소프트웨어로 수행되는 방식을 SWR(Software Radio)이라 한다. 그러나 현재의 기술 수준을 감안하여 보다 현실적인 SDR(Software Defined Radio) 정의가 필요하게 되었다. SDR이란 수신신호의 디지털화가 안테나 이하의 임의의 단(IF단)에서 이루어지는 무선으로 정의된다. 물론 A/D변환기등의 기술이 더욱 발전되면 궁극적으로는 SWR로 진화될 것이다. 그러면 SDR은 왜 필요한 것일까? 현재 사용중인 이동통신 단말기의 단점은 어느 한 표준 또는 방식에 종속되어 언제 어디서나 임의의 시스템에 접속되어 사용하기에는 많은 기술 종속적인 문제 및 제약을 내포하며, 사용방식에 따른 시스템의 유연성이 없고, 상용 서비스 도중에 발생되는 단말기 문제의 해결(recall service)이 어렵고, 많은 기술료를 지불해야 한다는 것이다. 부연하면 CDMA 셀룰라의 경우 퀄컴 등의 특정한 회사에 의해 기술이 폐쇠되어, 정보의 흐름이 자유스럽지 못할 뿐더러, 이로 인해 기술진화가 보다 빠르게 진행되지 못하고, 전세계적으로 많은 새로운 우수 제품의 출연에 제약이 가해진다는 것이다. 따라서 SDR(Software Defined Radion)을 도입, 하드웨어 및 소프트웨어를 개방형 구조(open architecture)로 개발한다면 정보의 흐름을 자유롭게 할 수 있고, 이로 인하여 세계적으로 다양한 신제품의 개발이 촉진되고 결과적으로 전세계 시장이 커지게 되는 일석이조의 효과를 얻을 수 있게 된다. 또한 이 같은 개방형 단말기 개발의 필요성은 최근 시장동향으로 볼 때, 기존의 단말기 회사 입장에서는 새로운 수익 모델이 필요한 시점이고, 또한 2002년경에 판매되는 단말기의 80%정도는 멀티모드타입 단말기일 것으로 예측되는 점, 그리고 금년말까지 100개 회사 이상이 SDR 포럼 멤버로 가입할 것으로 예측되는 점, 무선 인터넷 폭발적인 성장으로 복합 멀티미디어 단말기 시대가 다가오는 점 등으로 미루어 볼 때, 고객의 서비스 가치선택에 역점을 둔 기술을 중시해야 한다는 점에서 더욱 설득력을 지닌다. 따라서 이 같은 목적과 3세대 이동통신 및 인터넷 사용자의 증가, 반도체기술의 발전에 힘입어, 과거 군용 시스템에서 이용되던 SWR 기술을 상용시스템 특히 3세대 이동통신에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. '96년 SDR 포럼이 결성되었는데, 목적은 휴대형 장치(hand-held devices), 기지국(base stations), 차량형 장치(mobile stations)를 포함하는 다중모드(multi-mode), 다중대역(multi-band) SDR을 위한 개방형 구조의 표준을 정하기 위함이다. 이 같이 public forum에 의한 표준(open architecture standard)이 정해지면 그 다음은 이를 어떻게 구현할 것인가가 문제가 될 것이다. 본고에서는 먼저 SDR 단말기 요구사항을 살펴보고, 이 요구사항들을 만족하는 SDR 단말기 구조, SDR 계층참조 모델, 그리고 기존의 단말기 구조와 SDR 계층참조 모델의 연관관계에 대해 살펴보고, 크게 두가지 종류의 단말기 즉 사용 SDR 단말기와 군용 SDR 단말기에 대해 살펴보고, 설계 절차 및 현재 시점에서 단말기 구현을 위해 해결해야 하는 기술적 과제를 살펴보고 결론을 언급한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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