SDR (Software Defined Radio) 개요

SDR (Software Defined Radio) 개요
2017/4/16 SDR (Software Defined Radio) 개요 성균관대학교 정보통신공학부 조준동 교수 © ICU 전파교육연구센터 2003

목차 Introduction System Architecture Software Algorithm Radio Frequency
Reconfigurable Architecture Low Power Design © ICU 전파교육연구센터 2003

Device Mobility Continues to Rise
2017/4/16 Device Mobility Continues to Rise Nokia Communicator Palm PDA with GPS Receiver Kodak Portable MC3 © ICU 전파교육연구센터 2003

Future Mobile Functionality
Purchase tickets (E-commerce) Guide you in the city (GPS, …) Give local information on a point of interest (Bluetooth, WLAN) Sound, video, animation User determines the amount of details using his preferences Receive , phone calls, voic (GSM, UMTS) Make reservations for your dinner (WAP) Take pictures / video clips (Microdrive) Listening to music (MP3) Store your power-point presentation (files) © ICU 전파교육연구센터 2003

Gilder’s versus Moore’s law
2x/3-6 months 1M 1000 x WAN/MAN Bandwidth 10,000 Log Growth Processor Performance 100 2x/18 months 97 9 9 01 03 05 07 Greg Papadopoulos, Sun Microsystems © ICU 전파교육연구센터 2003

Future trends of mobile communications
© ICU 전파교육연구센터 2003

Commercial Cellular/PCS
2017/4/16 Commercial Cellular/PCS 3G: Greatly enhanced data communications services Narrowband and wideband multimedia services Higher spectrum for wideband applications Macro, micro & pico cells 2G: Digital voice, messaging & data services Fixed wireless loop, wireless LAN services Digital cellular & PCS Macro, micro & pico cells 4G: Very high bit rate 20~50Mbps (or 100Mbps) Multimedia enhancements Frequency band: 2.2GHz, 5GHz, 7GHz 요구 BER : VOICE (1e-6), DATA (1e-9) 2004~2008년쯤 4G용 주파수 배정 2007~2010년 사이 서비스가 시작 4G Capability Enhancements by Generation 3G 1G: Mobile telephone Analog technology Macro cells 2G Software Defined Radio Opportunity 현재까지의 이동 통신 환경은 유럽의 GSM, 북미의 D-AMPS, 일본의 PDC, PHS 그리고 우리 나라의 IS-95 CDMA와 같은 다양한 다중 모드 2세대 디지털 시스템들이 주류를 이루고 있다. 또한 전세계적인 로밍 서비스를 목표로 단일 규격화를 추진하였던 3세대 광대역 IMT-2000 규격 역시 특성이 상이한 북미의 3GPP2 cdma2000과 유럽/일본의 3GPP W-CDMA 시스템으로 크게 이분화 되어 국지적으로 상용화될 예정이다. 국지적인 2세대 및 3세대 이동 통신 규격들은 서로 상이한 무선 인터페이스와 비호환적인 접속 프로토콜로 인하여 각기 별도의 독립적인 송수신 시스템을 요구하며, 이들 시스템간의 로밍이 매우 어려운 것이 사실이다. 2010년경 서비스를 목표로 연구되고 있는 IMT-2000 이후 (Beyond IMT-2000) 혹은 4세대 이동 통신 시스템에서는 수십 Mbps급 광대역 무선 이동 접속을 목표로 하고 있으며, 다양한 무선 및 유선 접속 방식, 개인 및 공용 네트워크, 그리고 실내 및 광역 시스템 등에서 이종 규격간의 지속적인 핸드오프가 요구된다. 결국 4세대 이동 통신 시스템에서는IMT-2000과는 달리 국제 단일의 복합적인 무선 통신 규격 사이의 상호 연동이 필수적이며 따라서 재구성 가능한 네트워크 및 단말 (Reconfigurable Network and Terminal) 기술들에 대한 필요성이 강조되고 있다. HIPERLAN/2는 최대 54Mbps의 전송속도를 가질 수 있으며, '언제', '어디서나' 멀티미디어 서비스를 사용 할 수 있는 차세대 무선LAN이다. 이러한 무선 통신 기술의 발전 및 다양한 규격의 존재, 3세대 IMT2000의 단일화 지연 및 글로벌 로밍의 요구에 따라 Global standard가 아직 없는 상태에서 handset과 base station에서 SDR 기술은 절대적으로 필요하다. 1G SDR Forum 1980 1990 2000 2010 2020 Time © ICU 전파교육연구센터 2003

Information Technology evolution
Before 80 : Middle Age, Computing Sc. belongs to fiefs (IBM, …), no network All proprietary, no flow : All is parchment or proprietary spreadsheet 80s : All is transparent for a computer scientist All is file : UNIX (/dev/null, /dev/lpr, ...) a file is a set of characters which can be manipulated by C language 85s : All is readable on a desk (or a PC) for anybody All is document (no more interoperability & transparency) 95s: All is an available object on the network for communication All is document, readable everywhere (HTML page) or executable everywhere (Java) Privilege to information access : kiosk, server 00s : All is a digital, fluid & live stream distributed over networks Nomadic user, virtual presence (user or sw/content move), Virtual Machine & JavaBeans Ubiquitous IT (networked planet grid) & Mobile computing infrastructure (Xeo satellites) 05s : All is program, alive on ad hoc networks An entity on the network is a Java Program (Jini Concept) Intentional architecture © ICU 전파교육연구센터 2003

Infrastructure of Information System
Infrastructure with QoS, mobility & security New Services Intelligent Routers & Switchers Configurability Active & Ad hocNetworks Multimedia Hyperdocument Distributed Multimedia Data Mobile Terminals Network Computers Mobile/fix, wired/wireless Extra/Inter/Intranet New Services & Usage biometric Authentication Adaptive & multi-modal Human Interface Speech recognition Adaptability & customization of applications according terminal configuration & end-user’s services New Services Indexation by content Protection of digital Objects Navigation, Search engine information filtering Interface : XML Protocol: IP © ICU 전파교육연구센터 2003

4G Mobile Communication System
2017/4/16 4G Mobile Communication System IP Back bone/ Internet 4G Network PSTN ISDN Macro-Cell Indoor Cordless WPN 1-155Mbps 2.4,5,60 GHz band Fixed/ Slow Mobility Small Private Area 4G Mobile Over 2-10Mbps 2-10 GHz Band Vehicular Environments Medium Area ITS SDR/Multi-mode Terminal BWA 20-155Mbps 3,40 GHz band Fixed User Metropolitan Area Micro-Cell Digital Broadcasting Cell 4세대 이동 통신 시스템에서의 이종 복합 이동 네트워크 환경에서는, 다양한 형태의 서비스, 응용 및 컨텐츠를 가장 적절한 무선 접속 방식을 통해 제공하고 복잡한 네트워크들 간의 유연한 인터페이스를 보장하는 재구성 가능한 SDR 개념 기반의 통신 플랫폼이 요구된다. 그림은 이러한 SDR 기술을 기반으로 한 4세대 무선 통신 환경을 도시하고 있다. SDR는 All-IP 기반 무선 멀티미디어 통신을 추구하는 4세대 통신에서 다양한 무선 네트워크(블루투스·무선LAN·셀룰러·xDSL과 케이블모뎀의 차세대 광대역 무선접속기술인 BWA·디지털방송·위성통신), 무선 네트워크내의 다양한 무선통신방식(GSM·IS95·UMTS), 국가마다 다른 주파수 밴드, 그리고 고속 데이터 통신(20∼100Mbps)을 위한 새로운 통신방식을 제공할 필수기술로 평가된다. 따라서 미래의 Wideband CDMA 시스템은 사용자의 Terminal에 제한 없이 어떠한 위치, Network에서 Access지점,기술적인 접근, 또는 전송방법에 제한 없이 통신서비스 (Voice, data, Video) 의 전달이 가능해질 것이다. Motorola/Nokia/Ericson : 4G 시스템의 무선 데이터 전송속도를 높이는 연구에 착수 프랑스 부이그 텔레콤 : 4G 서비스 일본 NTT DoCoMo : 4G용 네트워크 응용기술 개발을 위해 미국 휴렛팩커드와 제휴하였다., © ICU 전파교육연구센터 2003

Future System 요구사항 Small user interface: pen, voice, gesture
Many standards Real-time processing Long execution time Work in a dynamic environment Quality changes from place to place Hybrid networking: DECT, GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth Energy-efficient © ICU 전파교육연구센터 2003

ONE phone for many Standards
2017/4/16 ONE phone for many Standards SDR forum 2000년대 초반은 다양한 품질 요구 및 기능을 갖는 많은 무선통신 시스템이 혼재하는 상황에서, 하드웨어의 수정 없이 모듈화된 소프트웨어의 변환만을 통해 여러 무선접속 규격을 복합적으로 수용할 수 있는 SDR 기술의 중요성이 더욱 크게 부각되고 있다. 이렇게 2G에서 3G, 3G에서 4G 로 자연스럽게 이어지는 발전을 위해서라도 SDR기술은 필요하게 된다. 예를 들면 GSM2Plus, CDMA, 3GPP, 3GPP2 등의 프로토콜 중에서 공통되는 부분을 도출해 내어 공통 분모를 만들고 각각의 프로토콜에서만 지원되어져야 할 부분은 Software radio에서 지원하도록 한다. 이미 미국의 Advanced Communications Technologies사는 "SpectruCell"이라는 시스템을 통하여 AMPS, CDMA, TDMA, W-CDMA, GSM, UMTS, Voice IP 그리고 3G를 통합하는 특허를 획득하였다. <N. J. Drew and M. M. Dillinger, "Evolution toward reconfigurable user equipment," IEEE Commun. Magazine, vol. 39, no. 2, pp , Feb > Examples: Static: wireless LANs (802.11), Bluetooth, Radio Local Loop Pedestrian: DECT, PHS Vehicle: 2/3G cellular, pagers, broadcast TV/radio UMTS stands for 'Universal Mobile Telecommunications System' UMTS is one of the major new 'third generation' (3G) mobile communications systems being developed within the framework defined by the ITU and known as IMT-2000 The Association's members provide digital wireless services to more than 694 million customers (end May 2002). Today's GSM accounts for approximately 70 percent of the total digital wireless market DECT stands for Digital Enhanced Cordless Telecommunications?and denotes a radio technology suited for voice data and networking applications with range requirements up to a few 100 m. BluetoothTM wireless technology revolutionizes the personal connectivity market by providing freedom from wired connections - enabling links between mobile computers, mobile phones, portable handheld devices, and connectivity to the Internet. Interface, synchronize, exchange? All of the above, and more. Bluetooth technology redefines the very way we experience connectivity. Wireless LAN technology is reshaping the local area networking landscape. Most WLANs are based on a technology known by its IEEE specification number, b, or by its synonymous trademarked name, Wi-Fi? An open standard, Wi-Fi technology is the wireless equivalent of Ethernet, providing seamless connectivity anytime, anywhere. Wi-Fi networks are simple to set-up and maintain, and provide throughput at many times the rate of a T1 connection. Rapid increase of subscriber (need high spectrum utilization techniques) Multiple standards (peaceful co-existence) © ICU 전파교육연구센터 2003

Wireless Data Standards
2017/4/16 Wireless Data Standards TX GSM 1800 UMTS 802.11 HIPERLAN/1 GSM 1800 RX UMTS 802.11 HIPERLAN/1 1800 MHz 2100 MHz 2400 MHz 5200 MHz EDGE UMTS BT 802.11 HIPERLAN/1 Channel Bandwidth Data Rate © ICU 전파교육연구센터 2003

Two Forces Driving the Wireless Internet
The cellular industry Wide area coverage. Global roaming. Mobile users at vehicular speeds. Subscription-based. Licensed bands. The wireless LAN industry Local coverage. No handoff or roaming. Fixed users. Revenue through equipment sales. Unlicensed bands. The Wireless Internet © ICU 전파교육연구센터 2003

Heterogeneous wireless communication networks by Havinga, havinga@cs
Heterogeneous wireless communication networks by Havinga, There exist many wireless communication networks frequency bands requirements on mobility transmission speed and quality Examples: Static: wireless LANs (802.11), Bluetooth, Radio Local Loop Pedestrian: DECT, PHS Vehicle: 2/3G cellular, pagers, broadcast TV/radio © ICU 전파교육연구센터 2003

Future wireless communication
Two trends will have major impact Wide proliferation of various wireless access networks Each with their own preferred type of service Different quality: data rates, latency, mobility support, .. Software radio technologies Programmable radios, Tunable front-ends © ICU 전파교육연구센터 2003

Heterogeneous networks,why?
Due to roaming the network changed e.g. from indoor wireless LAN to outdoor cellular radio There is coverage from multiple wireless networks  Possibility to select the most appropriate network for a given application, based on for example Service classification User requested QoS parameters Available network capacity (bandwidth, latency) Energy consumption needed © ICU 전파교육연구센터 2003

Heterogeneous network architecture
Goal design a flexible and open architecture suitable for a variety of different wireless access technologies, for applications with different QoS demands, and different protocols. Key requirements Different access technologies (Software Defined Radio) Heterogeneous network support (use combination of networks) Mobility management (seamless handover) Wireless system discovery Selection of efficient configuration Simple, scalable, low cost Energy efficient (always on) Secure Compatible/interoperable with existing and future work Quality of Service support (end-to-end, and local applicable) © ICU 전파교육연구센터 2003

Evolution of the Cell Phone
Two co-existent 3-G cellular standards: Wideband CDMA Also called UMTS, UTRA, IMT-2000. Standardized by 3GPP. Evolution of the GSM backbone. cdma2000 Standardized by 3GPP2. Evolved from IS-95 CDMA (cdmaONE). Common traits: 2 GHz PCS band (licensed). Variable asymmetric data rates for multimedia: ~144 kbps to vehicles. ~ 2 Mbps to fixed locations near base station. Software-defined-radio (SDR) implementation. © ICU 전파교육연구센터 2003

Standardization of Wireless Networks
2017/4/16 Standardization of Wireless Networks Wireless networks are standardized by IEEE. Under 802 LAN MAN standards committee. Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical ISO OSI 7-layer model Logical Link Control Medium Access (MAC) Physical (PHY) IEEE 802 standards Same organization that came up with IEEE Ethernet, which is responsible for success of Internet © ICU 전파교육연구센터 2003

IEEE 802.11 Wireless LANs Key features of MAC:
2017/4/16 IEEE Wireless LANs Key features of MAC: Infrastructure or ad-hoc network. Coordinated (PCF) or distributed (DCF) operation. DCF uses CSMA/CA. PHY defines data rate and operating band: Infrared at 1 or 2 Mbps. RF at 1 or 2 Mbps in using FH or DS 2.4 GHZ ISM band. 802.11b amendment 5.5 or 11 Mbps using DS and CCK in 2.4 GHz band. 802.11a amendment 6-54 Mbps using COFDM in 5-6 GHz U-NII band. IEEE can also be used for broadband access. 802.11b: 11-chip Barker sequence w/ DPSK & DQPSK modulation for 1 or 2 Mbps. CCK is a quaternary code. Labyrinth offers broadband access We are fielding a b network © ICU 전파교육연구센터 2003

IEEE 802.16 Wireless MAN Working group on broadband wireless access
Focus on providing access to small/medium business and residential opportunities. Early stages of development. Task 1 PHY for the GHz licensed bands. LMDS band: 500 Mbps in GHz band. Task 2 Coexistence of fixed broadband wireless. Task 3 PHY & MAC for 2-11 GHz MMDS licensed bands. Task 4 Fixed broadband version of a. © ICU 전파교육연구센터 2003

Bluetooth Bluetooth SIG formed in 1998 by Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba, and Intel. Design goals: Inexpensive: $5 single chip solution. Short range: 10 m or less. Low data rate: < 720 kbps. Peer-to-peer and ad-hoc networking. Data (ACL) and voice (SCO) support. Technology: 2.4 GHz ISM band. 79 channels of 1 MHz each. Frequency Hopping at 1600 hops/sec. Nonorthogonal binary GFSK modulation. © ICU 전파교육연구센터 2003

Bluetooth Profiles Hands-free headset. Cordless telephone.
Synchronization of PDA, cell phone, computer. Serial port emulation. Wearable computing. Wireless LAN access. Ad-hoc network. Peripherals: Printer, scanner, fax machine. © ICU 전파교육연구센터 2003

IEEE Wireless PAN Standardization began in 1997 under the Ad Hoc Wearables Standards Committee. Same goals and constraints as Bluetooth: 2.4 GHz band, 10 m. range, inexpensive. Task 1 Standard almost identical to Bluetooth. Task 2 Coexistence of wireless LANs and PANs. Task 3 20 Mbps High-rate PAN similar to Bluetooth 2. Task 4 Low rate kbps PAN with extremely low power consumption for perpetual sensors. © ICU 전파교육연구센터 2003

W-LAN (MS) PHY Layer © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR의 목적: SW를 사용, 유연한 무선 시스템 (다중서비스,다중밴드, 다중표준, 재구성, 재프로그래밍이 가능한)의 구축
2017/4/16 Wide Frequency bands System Frequency bands Cellular PDC CDMA one PHS 800 MHz 1.5 GHz 1.9 GHz Wireless LAN IEEE802.11 MMAC Altair 2.4 GHz 5.15 ~ 5.25 GHz 19 GHz Pager NTT POCSAG 250 MHz Cordless phone Analog 250/400 MHz SDR 수신기는 400MHz~6GHz 주파수 대역의 어떠한 서비스라도 사용할 수 있다. 이것이 향후 몇 년 내에 2.45GHz 대의 Bluetooth와 5.4와 5.85GHz 대의 HyperLan의 확산 에 기여할 것이며 SDR은 양산될 예정인 2.2GHz 대의 스펙트럼 영역에서 사용되는 3세대 이동전화에 사용 될 것이다. 그러므로 SDR의 목적은 SW에 의한 유연한 무선 시스템(다중서비스,다중밴드, 다중표준, 재구성, 재프로그래밍이 가능한)의 구축 SDR의 목적: SW를 사용, 유연한 무선 시스템 (다중서비스,다중밴드, 다중표준, 재구성, 재프로그래밍이 가능한)의 구축 © ICU 전파교육연구센터 2003

New Digital Broadcasting Technologies Europe
DAB, Digital Audio Broadcasting Designed as a follower of FM stereo system DQPSK/OFDM, 2k DFT E.g., 6 high-quality stereo channels in 1.5 MHz BW Data services Designed for mobile reception DVB-T, Terrestrial digital TV transmission system 64-QAM/OFDM, 8k DFT E.g., 4 normal quality TV channels (MPEG2) in place of a single analog channel of 7 or 8 MHz stationary & portable reception, mobile reception under study DVB-S, Digital satellite TV transmission system QPSK much commonality with DVB-T in source and channel coding DVB-C, Digital Cable TV transmission system 64-QAM much commonality with DVB-T and DVB-S in source and channel coding © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 SDR : Abstract All functions, modes, and applications can be reconfigured by software. Flexibility to handle a variety of multimedia services and standards. Adaptability to accommodate environment, required level of security, and available resources. Automatically set its parameters of operation on the basis of cost efficiency or requested QoS Radio equipment reconfigured by downloadable software, at any layer of the protocol stack. New capability can be added without hardware changes flexible/ reconfigurable hardware platforms Configurable-ASIC, DSP, MCU, FPGA SDR은 소프트웨어적인 명령에 의하여 수정될 수 있는 하드웨어들을 이용한다. Software Defined Radio(SDR)기술은 무선 이동통신 시스템에서 안테나 이후의 RF 영역을 포함한 대부분의 기능 블록 각각은 프로그래밍이 가능한, 고속의 처리소자에 구현된 소프트웨어 모듈에 의해 수행된다. 그렇게 함으로써 하드웨어의 교체 없이 필요한 소프트웨어의 재구성만으로 다중 무선접속 규격 또는 서비스 기능 등을 지원한다. 즉, 유한 주파수 자원의 사용효율 증대를 위하여 무선주파수 방출에 영향을 끼치는 주파수 동작범위 변조방식 최대출력 등 동작 파라미터들을 하드웨어 구성요소의 교체없이 소프트웨어 변경에 의하여 조정 가능한 무선기술이다. 그렇게 함으로써 단일의 송수신 시스템을 통해 다수의 무선 통신 규격을 통합 수용하게 된다. 4세대 시스템에서는 Multimode operation과 Automation operation mode selection이 필요한데, 이것은 Mobile Station이 broadcasting control channel로 부터 얻은 정보로 사용자가 요구한 QoS나 비용을 고려하여 자동으로 시스템 동작 파라미터를 정하는 것을 말한다. SDR 기술을 이용하여 하나의 단말이나 기지국으로 다양한 무선통신 서비스를 제공하게 되, 사용자는 무선통신 시스템의 지역적 표준이나 서비스 종류에 관계없이 저렴한 비용으로 간편하게 다양한 통신서비스를 받을 수 있을 뿐 아니라 개인의 특성에 맞는 서비스에 대한 선택의 폭이 넓어진다.그리고 망 운영을 하는 통신사업자는 저렴한 망구축 비용(2G+3G)으로 융통성 있는 망 운용이 가능하며, 고객의 특성에 맞는 새로운 부가 서비스의 도입이 용이하다. 단말기나 기지국 제조업체들은 장비의 유연성으로 인해서 더 넓은 시장을 가지는 제품을 생산할 수 있다. 무선통신 시스템은 1970년대와 1980년대를 거치면서 반도체 분야의 급속한 발전에 힘입어 아날로그 시스템에서 디지털 시스템으로 발전을 이루어왔다. 최근 들어 100Msps에 가까운 표본화 속도를 갖는 고속 Analog-to-Digital Converter (ADC) 및 Digital-to-Analog Converter (DAC)의 발전으로 인해 중간 주파수 대역 (IF)과 기저대역 신호들간 직접 디지털 변환의 구현이 가능하게 되었다. 또한 범용 디지털 신호처리기 (Digital Signal Processor; DSP), Field Programmable Gated Array (FPGA)와 같은 디지털 신호처리 소자들의 성능이 점차 고성능화 하면서 소프트웨어로 재구성이 가능한 (software reconfigurable) 기저대역 모뎀과 향상된 신호처리 모듈의 구현이 가능하게 되었다. 이러한 기술적인 발전은 지금까지 개념적으로만 제안되어 오던 SDR 모뎀의 효과적인 실제 구현을 점차 가능케 하고 있다[2]. © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 SDR Forum 1996년 MMITS (Modular Multifunction Information Transfer Systems) Forum으로 출발 Motorola, Lucent, Harris, Nokia, Ericsson, Siemens, Alcatel, Orange, Panasonic, Sony, 게이오 대학, 삼성전자, LG전자 및 ETRI 등과 같은 전세계 유수의 이동 통신 관련 업체, 연구기관, 학교 등이 회원으로 참여 산업체로 하여금 SDR은 구현 가능한 기술적인 개념이라는 점을 인식 상용 및 군용 통신 분야의 중요한 문제를 해결하는데 SDR 기술의 잠재력을 인식 SDR 기술 및 시장 잠재성에 대한 가시적인 분석 자료를 제공 SDR Forum은 Mobile system standards의 과잉에 따라 년 구성되어 표준화 활동 중이다. SDR Forum은 산학연 유관 기관들이 1996년에 구성한 MMITS (Modular Multifunction Information Transfer Systems) Forum으로 출발하여, SDR 기술의 상용화 촉진을 위해 SDR Forum으로 명칭을 변경하고 매년 국제 워크샵을 통해 SDR 기술에 대한 표준화 작업을 진행하고 있다. 이 Forum에는 현재 Motorola, Lucent, Harris, Nokia, Ericsson, Siemens, Alcatel, Orange, Panasonic, Sony, 게이오 대학, 삼성전자, LG전자 및 ETRI등 세계의 100여개 이상의 회사가 SDR Forum의 회원사이다. 많은 통신 전문가들은 SDR을 향후, 3G 및 4G에서의 핵심기술로 보고 있다. SDR Forum은 SDR 기술의 논의를 위한 공개적인 장을 마련하여 다음과 같은 사항들을 부각시키고자 함을 그 목적으로 하고 있다. 첫째로 산업체로 하여금 SDR은 구현 가능한 기술적인 개념이라는 점을 인식시키며, 둘째로 상용 및 군용 통신 분야의 중요한 문제를 해결하는데 SDR 기술의 잠재력을 인식시키며, 셋째로 SDR 기술 및 시장 잠재성에 대한 가시적인 분석 자료를 제공하는데 기여한다. SDR Forum은 다양한 통신 시스템들을 동일한 하드웨어 플랫폼 위에 소프트웨어적으로 구현할 수 있는 개방형 구조 (Open Architecture)를 권고하고 있다. © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 SDR Forum 조직도 SDR의 조직은 운영(operation), 마케팅(marketing), 기술(technical), 조정(Regulatory) 위원회로 구성되어 있으며 ㅁ 목표 시스템을 4 종류로 구분하고 있다. , 이의 규격 정립을 위해 기술 위원회 산하에 4개의 Working Group으로 Handheld WG, Mobile WG, Base station WG, Software Download WG이 구성하고 있으며 ㅁ 3종류의 시스템 개발을 위해 각 분야별 Working Group내에 3개의 Task Group (Switcher/Download Task Group, API Task Group, Antenna API Task Group) 보유하고 있다. Market committee는 국제 학술대회 참가, 언론 배포를 통해서 세계 무선통신 분야에 SDR 포럼의 인지도를 높이며 SDR의 시장성 및 SDR의 발전 방향 예측 및 홍보를 수행한다. Regularity committee는 전세계에 SDR 시스템 개발을 수용할 수 있는 global 규정을 세우기 위해 미국의 FCC (federal communication commission)와 연계하여 활동 중이다. Technical committee는 SDR다중 프로세서 시스템인 참고 모델로 사용될 수 있는 개방 구조를 정의한다. 이 구조는 시스템의 서로 다른 불록들 사이에 통신을 허용하는 API들을 포함한다. TC내에는 여러 WG 들이 구성되어 원격 회의 및 워크숍을 진행한다. SDR 포럼에서는 WAP(wireless application protocol) 포럼과 ETSI SMG4-Mobile Execution Environment와 함께 프로토콜 스텍의 상부로 부터 소프트웨어 다운로드, 조안과 암호화를 위한 표준화 작업을 하고 있으며, SDR은 프로토콜 스텍의 하부 구조로 부터 소프트웨어 다운로드와 재구성력을 표준화하기 위한 일을 진행중이다. © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 S/W로 정의되는 SDR 기능 SDR은 크게 나누어 1) analog/RF interface and down-conversion to some intermediate or zero frequency 2) Digital IF to baseband conversion and demodulation 3) baseband network interface. 전파 환경에 따라서 소프트웨어를 이용 래디오가 개별화(personalize)된다. 그것은 마치 컴퓨터에서 응용에 따라서 원하는 device driver를 사용하는 것과 유사하다고 하겠다. 원하는 모듈은 응용 s/w에 의해서 다운로드된다. 동작 속도는 한 주파수에서 다른 주파수로 동작시킬 수 있다. 핵심 기술은 저비용, 저전력, 소면적으로 구현하는 것이다. 사용자가 정지해 있는 경우, 걸어다니는 경우, 차량으로 이동하는 경우가 있고 국내에서만 이용하는 경우와 해외에서도 이용하는 경우 가 있다. 지역 및 국가에 따라 여러가지 표준의 서비스를 사용하여 각각의 서비스는 서로 다른 주파수 영역 및 채널의 대역폭을 갖는다. 각각의 서비스들은 사로 다른 변조 및 코딩 방식을 사용한다. 통신자원 관리란 주파수대역의 효과적인 사용을 말하는데 한 주파수 대역에 사람이 너무 많이 몰리게 되면 서비스의 질이 떨어지게 되는데 서비스 제공자가 사용자들을 모든 주파수 대역에 고르게 분포하여 그러한 현상을 해결한다. 음성통화 서비스, 데이터, 멀티미디어, 보안성등의 다양한 서비스를 제공한다. 따라서 s/w로 정의 되는 SDR의 기능에는 주파수 영역 및 채널의 대역폭, 채널의 코딩 및 모듈레이션 방법 이동성과 통신자원 관리 다양한 사용자 서비스등이 있다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Hardware in software-defined radio terminal
2017/4/16 Hardware in software-defined radio terminal -analog stage contains amplifiers, mixers, synthesizers, ADCs( analog-to-digital converters), DACs( digital-to-analog converters) With different RF specification such as carrier frequency, bandwidth, modulation scheme, and transmission power -digital stage contains FPGAs, DSPs, CPU, ASICs, and I/O interfaces functions such as digital up/down converters, digital filters, and modems. - ASIC : digital filtering, frequency mixing, signal generation - FPGAS (DSPs) : channel codec, speech codec (It’s reconfigured by replacing program.) © ICU 전파교육연구센터 2003

Softwares in software-defined radio terminal
2017/4/16 Softwares in software-defined radio terminal -Basic programs : radio function libraries : the sets that express basic radio functions (contain filter programs for FPGA, modem programs for DSP, or the hardware control commands) OS and device driver : The OS is run to control overall operation of system. The device drivers are programs for each hardware control such as amplifier, a synthesizer, ADC and a DSP. - Application program : . This program prepared for a specific radio standard, such as GSM, IS-95, or IMT-2000. © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR Benefit Potential for significant life-cycle cost reductions
2017/4/16 SDR Benefit Potential for significant life-cycle cost reductions Uniform communication across commercial, civil, federal and military organizations Over the air downloads of new features and services as well as software patches Debug is impossible for mobile terminals after they are sold. PC와 같은 Open Modular Architecture SW를 변경함으로써 단말기를 환경에 맞게 변경 가능 소비자, 생산자, 서비스 제공자 모두에게 이득을 제공한다. 경쟁력 ◈ 상품화 시간 단축 ◈ 범용하드웨어의 채용으로 생산이 간편, 비용이 절감 ◈ 통신 사업자별로 차별화 된 서비스를 제공 유연성 ◈ 다중모드 혹은 다양한 무선 인터페이스 지원 ◈ 미래를 대비한 설계가 가능, debug 기능 ◈ 무선으로 프로그램을 다운로드 신호처리 ◈ 지능현 안테나 ◈ 간섭 제거 ◈ 다양한 압축기술의 적용 ◈ 음성의 질 향상 Base station, mobile station에서 생기는 software bug는 많은 비용이 들지만 수정하는 것이 가능하다. 하지만 mobile terminal인 경우에는 software bug가 download되어 이식되었을 경우 단말기의 recall이 필연적이다. 또한 base station에서 새로운 기능이 추가 써비스가 될 경우 hardware의 교체가 생길 수 밖에 없다. 이러한 문제점들을 SDR을 통해서 해결할 수 있다. © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 SDR 요소기술 API 설계: 소프트웨어 모듈간 인터페이스, 하드웨어 모듈간 인터페이스, 하드웨어와 소프트웨어 모듈간 인터페이스 표준화 작업 Protocol : GSM2Plus, CDMA, 3GPP, 3GPP2와 같은 프로토콜 중, 공통적인 부분을 도출, 모듈화 하고, 나머지 부분을 software radio로 지원 SDR 객체 지향 framework : Open System, IDL : interface 정의, minimum CORBA Software Download: SDR 장비의 동작을 고치거나 성능 향상을 위해 software를 download RF Module: 다중 모드 지원을 위해 각 모드를 모두 수용하는 광대역 또는 멀티 밴드의 특성 필요, RF 소자 설계 기술, 안테나 기술, Wideband ADC and DAC Baseband DSP Module: 멀티 모드와 software 업그레이드가 가능한 저전력, 고속 DSP를 이용 구현, 표준화된 HW/SW interface API의 개발 : 소프트웨어 모듈간의 인터페이스와 소프트웨어, 하드웨어 간의 인터페이스를 정의한다. 프로토콜 핵심기술 : GSM2Plus, CDMA, 3gpp, 3gpp2 등의 프로토콜 중에서 공통 분모와 각각의 지원부분을 분류하고 이를 구현 Software Download : SDR기술은 소프트웨어로 구현된 대부분의 기능을 쉽게 고칠 수 있어 다양한 통신 방식이나 부가서비스의 수행 을 용이 RF 모듈 핵심 기술 : 광대역 아날로그 필터와 채널 선택 필터로 이루어지고, 고속의 AD컨버터를 통하여 디지털 데이터로 변환 Baseband DSP Module 핵심기술 : modulator, channel codec부, channelizer부, 암호화부, time/phase tracking부의 Library화 멀티 스탠다드를 위한 구조설계에서의 고려 사항은 매우 복잡하다. 즉, 저전력, 고집적도 등의 물리적인 조건도 만족해야하고 동시에 단말기의 성능 요구 조건까지 만족시켜야 하므로 상용화 가능한 SDR 하드웨어 구조를 구현하는 것은 아주 어려운 일이다. 따라서 이동통신 표준에 따라 적절한 구조의 선택이 필요하게 된다. 일반적인 SDR 수신기에서는 광대역 아날로그 RF Front-End를 거친 신호가 고속 ADC를 이용한 디지털 IF 기법을 통해 기저대역 신호로 직접 디지털 변환된다. © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR-processing requirements for Mobile Communications (GSM)
2017/4/16 SDR-processing requirements for Mobile Communications (GSM) Modem w/ basic equalizer 2 MFLOPS for CDMA sector 2.5 MFLOPS for a wideband CDMA 4 MFLOPS for a G4 Requires high performance devices s.t PowerPC G4 PowerPC with Altivec CPUs TMS320-C6x SHARC/Tiger-SHARC DSPs 실제 GSM, CDMA, or WCDMA base stations을 SDR로 구현하기 위하여 6 to 12 gigaflops (GFLOPS) 이 요구된다. These processing requirements also do not account for the processing needed for smart antennas, 2D RAKE receivers, multiuser detectors (MUDs), 따라서 4G SDR을 실현하기 위해서는 고성능의 하드웨어가 뒷받침되어야 한다. 베이스 스테이션 용 SDR의 구현은 PowerPC G4 PowerPC with Altivec CPUs TMS320-C6x SHARC/Tiger-SHARC DSPs 와 같은 device들을 사용하여 가능하지만 저전력, 소형의 이상적인 SDR의 단말기의 구현은 2010년 이후에나 가능하리라 예측한다. © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR 기술진화 단계 및 특징 Digital Radio SDR SWR 정의
2017/4/16 SDR 기술진화 단계 및 특징 Digital Radio SDR SWR 정의 정의된 소자들을 사용 안테나와 입출력장치 사이에 정보 디지탈화 광대역 필터와 LNA/PA, Down/up converter를 안테나와 입출력 장치 사이에 구성하여 디지털화 고속 DSP를 이용하여 무선통신에 필요한 모든 과정을 SW 변경에 의하여 처리하기 위해 안테나 단에서 디지털화 특징 특정 목적을 위해 신호처리가 이루어 짐. 새로운 기능 추가를 위해 HW 교체 유연하고 재구성가능한 DSP 사용 시스템 제조후 SW 변경에 의해 기능 변경 광대역 필터를 이용 수신된 정보를 직법 디지탈화 단일 공ㄷ통 HW 플랫폼에 응용 s/w의 무선 다운로드로 서비스 변경 SDR의 기술진화단계를 살펴보면… SWR의 실현을 위해서는 내장된 프로세서의 속도와 능력의 증가로 디지털 신호 처리기 모뎀 기능의 수행이 가능 변환 속도가 빠르고 동적 작동 범위를 갖는 아날로그-디지털 변환기 CORBA(Common Object Request Broker Architecture) 미들웨어와 같은 인지적 객체 지향 프로그래밍 기술 이 필요하다. 김지연 ( ETRI SDR 연구팀) © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR 단말기의 프로토콜 구성요소 Micro controller : 실시간 처리가 필요한 에러 검출코드 생성 및 검출 기능 등을 하드웨어 논리를 이용하여 지원하고 이벤트가 자주 발생하지 않는 사건은 firmware를 이용하여 처리한다. RTOS : 통신 프로토콜 소프트웨어에서 필요로 하는 기본 기능을 라이브러리로 제공하며 프로세스 상호간의 통신을 지원한다. Protocol Stack : GSM2Plus, CDMA, 3GPP, 3GPP2, 옥내 통신의 무선 접속 인터페이스 프로토콜 들을 계층별로 구현하고 표준인터페이스를 지원한다. 신호 응용 서비스 : 제어영역의 다양한 멀티미디어 신호처리를 담당한다. 마이크로 프로세서 : 응용 프로토콜을 지원한다. Middle ware : Client/server 환경의 최적해법을 지원한다.사용자 영역의 멀티미디어 트래픽 응용 서비스를 지원한다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Distributed Layered Virtual Machine
2017/4/16 Distributed Layered Virtual Machine Mapping, Data Bases, Common Applications Map Update Agent Location Awareness, ... Communications Encapsulated Waveforms, SINCGARS HAVE s Applications Bridging, Location Estimation, ... Bridging (SG) QUICK e i t i l a n Networking Aspects Network Layer & o Protocol Stack, Front End Network Protocol s (Network “Waveforms”) Processing Security Stack r e State Machines P m r Radio Aspects Physical Layer & o Modem INFOSEC Data Processing f Data Link Layer e (Basic “Waveforms”) v State Machines Voice a W 분산 계층 가상 machine reference model 은 SDR을 위한 open-architecture PNP를 달성하기 위하여 요구되는 기술들의 통합된 관점을 제공한다. Hardware platform : antennas, RF, IF, 그리고 ASIC, FPGA, DSP, 범용 host processor들과 같은 software-programmable component들을 포함하고 있다. 이 layer는 analog RF나 IF processing이나, 간섭 억제같은 기능을 포함하고 있다. Infrastructure Aspects : 실시간 분할 processing service를 제공한다. 이것은 digitize된 음성과 같이, 같은 시간대의 signal flow에 대한 이종의 signal을 processing 하는 hardware에서 고성능의 경로를 set up하거나 없애버리는 일을 포함한다. System 자원 : 상위 네개의 level에 대한 software component들을 포함. 이 자원들은 자원관리자에 의해서 load, processor로의 할당, 초기화 및 운영된다. 자원관리자는 software module의 download를 공중파를 통하여 조종한다. Radio aspects : ISO protocol stack의 physical layer와 link layer상에서 SDR의 programmable capability을 구현하기 위해서 infrastructure와 platform capability를 이용하는 software object들로 구성되어 있다. Wireless media access(frequency, time, code/space division multiple access), channel coding, power control, equalization, forward error control등과 같은 것들이 modem처럼 radio-aspect object에 요약되어 잇다. Network aspects : Link management, host adaptation, 그리고 OSI의 network-layer부터 presentation-layer protocol stack들을 포함하고 있다. 이동성 지원은 network probing, registration, mobile IP, multicast 같은 것들을 포함하고 있다. Radio를 구분하는 것과 layer로서의 waveform 측면을 networking하는 것은 interface들을 뚜렷하게 한다. 이것은 radio node들이 일반적인 air interface, mapped bitstream/packet interface, mapped application interface들을 사용하여 효과적으로 통신하도록 해준다. Data interface간의 mapping은 산업표준 metadata를 사용한다. 예를들어, fonrt-end data processing object는 dynamic network에서 encrypted packet들을 신뢰할만하게 route 하기 위해서 modem 지원에 의존한다. 역사적으로 waveform들은 통일된 hardware-software configuration에서 사용되어졌다. 그러나 산업은 PNP를 위한 layering object를 향해서 움직이고 있다. 이 layered virtual machine model이 이 흐름에 영향을 주고 있다. Communications Application : 네 개의 하위 layer상에 “service”라 불리는 함축된 radio application을 생성한다. Bridging은 host radio node가 별개의 network간(SINCGARS와 HAVE QUICK 두개)에 gateway로서 동작하도록 해준다. 이 능력을 구현하는 software entity는 communication application layer 상에 존재한다. 이 Layer에서 통신관련 service는 위치 추적과 mode adaptation을 포함한다. 상업적인 부분에서, 위치 추적은 긴급한 상황(119와 같은)을 위한 radio network architecture의 부산물이다. Mode adaptation은 높은 data rate stream으로부터 낮은 data rate subset을 뽑아내고, low data rate user들을 위한 적당한 방법으로 그것을 구조화 한다. Common Application : DoD의 Common Operating Enviroment(COE)와 상업적인 application이 이 layer에 존재한다. 현재 음성통신은 COE의 부분이 아니다. VoIP의 잠재성을 얻는다면, 이것은 곧 변할 것이다. VoIP와, JTRS에 의해서 enable된 SDR application을 위해 사용될 수 있는 무선 음성과 data service들에 대한 일반 사용자 interface를 정의하는 것은 유익한 것이다. voice, fax, multimedia, teleconferencing, location finding 등이 해당된다. Infrastructure Aspects Infrastructure State Machines Domain/Resource Manager Real-time CORBA/IDL Real-Time Distributed Processing Services OS’s Antennas, RF (Band, Bandwidth) FPGAs Hardware Platform GP Hosts Operating System (UNIX,…) Instruction Set Architecture ASICs DSPs © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR Layers Application Platform Services Hardware Services Frameworks
2017/4/16 SDR Layers OS Interface Standard(POSIX) Middleware (ORB) Operating System Hardware Hardware Abstraction Layer Computational Framework Management Framework Waveform/Applications Framework Services Frameworks Application Platform Services Mobile station과 base station의 GSM2Plus, CDMA, 3GPP, 3GPP2, 옥내 통신의 무선 접속 인터 페이스 프로토콜 들을 계층별로 구현하고 표준인터페이스를 지원한다. 하드웨어 계층은 System fabric(bus structure), Module standard(VME/cPCI 6u,etc), Components(memory, ponouts ,etc)로 구성되며, 소프트웨어 계층은 Operating System, OS Interface standard(POSIX),Standard interface language(IDL(Interface Definition Language)),Middleware(CORBA,DCOM), Framewrok, Control Element로 구성된다. Application layer는 플랫폼에 의해 제공되는 서비스를 사용하는 SDR 어플리게이션을 말한다. Middle layer의 여러 분야에는 서로 다른 system이 사용되기에 multi-mode를 만족시키려면 reconfigurable capability가 필요하다. Hardware layer에서는 다양한 주파수/대역에서 사용될 수 있는 RF function, 필터와 amp, baseband 의 개발이 이루어 진다. 각 하드웨어, 소프트웨어 요소들은 계층적 아키텍쳐를 제공하는데, 다른 라이프싸이클을 가지고 있다. 이런 다른 라이프싸이클로 인해 제품을 유지,관리하는데 있어서 비용이 많이 소비된다. 그러므로 각 아키텍쳐 계층은 각 계층의 다른 라이프싸이클로 인해 계층의 기술의 교체 및 제거시에 각 계층의 기능이 연속적으로 이루어 질 수 있도록 하기 위한 인터페이스가 필요하다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Channel coding and decoding Multiple personalities
2017/4/16 SDR Architecture External environment Channel set Source set Evolution support Source coding and decoding Service and Network support IF processing RF/channel access INFOSEC Modem Channel coding and decoding Joint control Multiple personalities 기본적인 SDR 구조의 일반적인 그림이다. 그림에서 볼수 있듯이 SDR Flatform이 구성되는 단락들이 전체 시스템 처럼 하나의 유기체처럼 한나의 시작점에서 하나씩 순처적으로 변화 해서 새로운 환경에 적응하게 되는것을 볼수 있다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Software Radio Layering Model
2017/4/16 Software Radio Layering Model bytes bytes Link Framing Link Framing Data Link Data Link bits bits Channel Encoding Channel Decoding bits bits Line Encoding Line Decoding symbol symbol Modulation Demodulation discrete signal discrete signal Multiple Access software Multiple Access discrete signal discrete signal Software radio는 범용 workstation상에서 사용자 소프트웨어로 전체의 digital signal processing을 하는 통신 device입니다. Software radio의 일반적인 그림은 위와 같습니다. 통신 시스템에서 receiver는 원래의 data를 복구하는 역할을 합니다. 이 channel decoding후에 source decoding은 original source information을 다시 복구합니다. 이 논문에는 위의 그림의 channel decoding 부분을 설명하고 있습니다. D/A Converter A/D Converter hardware continuous signal continuous signal RF Transmitter RF Receiver Physical Physical continuous signal continuous signal wireless medium © ICU 전파교육연구센터 2003

Standardization Application Application Application Application APIs
2017/4/16 Standardization Application Application Application Application APIs APIs APIs APIs Bindings Bindings Bindings Bindings RTOS RTOS RTOS RTOS Standardized BSP BSP BSP BSP 비록, 군사적, 상업적 service 제공자들이 무선 system에 대한 사용료를 감소해 주기를 바라고 있지만, 진행은 느리다. 부분적으로, SDR은 전통적인 hardware기반 사업 model을 재구성하도록 위협하는 파괴적인 기술이다. 설립된 vendor들은 IBM PC 사업 model로 너무 급속하게 바꾸는 것을 싫어하는 것 처럼 보인다. 왜냐하면 SDR은 그들의 사업 기반을 파괴하기 때문이다. 성공하면 Intel이나 Microsoft의 무선사업자와 같이 될 수 있다. HW HW HW HW © ICU 전파교육연구센터 2003

“Smart-Radio-on-a-Chip”
2017/4/16 “Smart-Radio-on-a-Chip” 스마트 재구성 Radio 기술 IP-based network 기술 프로토콜 (download) 기술 Middleware 기술 전력절감 RF 및 안테나 기술 주파수 직접 변환기술 Monodyne 변복조 및 부호화 기술 재구성 가능 스트림 프로세서 기술 System on Chip 기술 architectures, devises, algorithms, description languages, application programming interfaces 분야를 중심으로 SDR의 연구가 진행되고 있으며 소프트웨어 측면에서 Resident compilers and/or real-time standard operating system and middleware의 연구가 필요하고 전력 및 크기 관점에서 Standardization of a common hardware platform을 위한 다음과 같은 재구성 가능한 하드웨어 소자들이 뒷받침되어야 한다. 고속,저전력 디지털 신호처리 디바이스, A/D and D/A 변환기, 고동작 범위 RF 튜너, 관련 여파기 및 증폭기들, modulation and coding 알고리즘들의 연구가 필요하다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Design Issues of SDR Modem
2017/4/16 Design Issues of SDR Modem DSP Using signal processing compensate a microwave circuit deterioration Recognize what kind of signal processing is done in RF-Band and Base-band SDR MICROWAVE CIRCUIT ADC/DAC 현재의 통신 환경이 시간이 지남에 따라 더욱더 복잡해지고, 그런 요구를 만족하기 위해서는 보다 유연적인 sdr의 특성이 필요하게 된다. SDR은 DSP와 adc/DAC , MICROWAVE CIRCUIT의 기술들이 하나로 통합되어서 하나의 SYSTEM을 구축하게 된다. SDR을 특성을 이용하면 MICROWAVE에서 처리하기 힘들거나, 회로적인 특성을 좋게 하는것이 가능 해진다. © ICU 전파교육연구센터 2003

4G Modem Technologies Reliable High Rate/Broadband Transmission
2017/4/16 4G Modem Technologies Reliable High Rate/Broadband Transmission Flexible applying of various modulation Adaptive SDR System to Varying Channel & QoS More Capacity & Spatial Diversity => Space-Time Processing Multiple Access for Higher rate packet High Spectral Efficiency => OFDM For Varying Channel & QoS => Link Adaptation Techniques 4세대 이동 통신은 전세계적으로 어디에서나 고품질 음성부터 고선명 비디오까지 다양한 서비스들을 고속 무선 채널을 통하여 제공하게 된다. 이러한 고속 데이터 전송은 광대역 스펙트럼을 요구하며, 마이크로웨이브, Ka 대역, 밀리미터웨이브와 같은 매우 높은 대역에서 충분한 광대역 특성을 얻을 수 있다. 한편 광대역 무선 채널들은 인터넷 및 LAN과 같은 광대역 고정 네트워크와 연결되어야 하며, 셀룰라 전화뿐만 아니라 광대역 무선 엑세스 시스템, 밀리미터웨이브 LAN, ITS (Intelligent Transport System), HAPS (High Altitude Stratospheric Platform Station System) 등과 같은 새로운 형태의 통신 시스템들을 포함한다. 4세대 무선 통신 시스템의 핵심 요소 기술들을 다음과 같다. High performance & Low Rate Channel Coding Space-Time Processing MIMO, ST-Modulation Scheme with High Capacity & Diversity Gain Adaptive Signal Processing Frequency Domain Equalizer, DFE Interference Cancellation/MUD : MPIC+MUD Smart Antenna for IC & Power Efficiency Adaptive Synchronization Multiple Access for Higher rate packet transmission Combination of CDMA/TDMA/OFDMA Link Adaptation Techniques Adaptive Modulation and Coding/Hybrid ARQ Turbo Convolutional/Block/Product Code Combining of Temporal and Spatial Coding © ICU 전파교육연구센터 2003

Signal processing in base-band and IF/RF
2017/4/16 Signal processing in base-band and IF/RF base-band IF/ RF Echo cancellation Equalization 스마트안테나 전자파 간섭 및 잡음 제거 spectrum spreading de-spreading Synchronization SDR의 대상서비스를 모두 수용하는 RF 회로 제작 필요 (GSM2Plus + CDMA + 3GPP + 3GPP2 시스템) 멀티모드 RF front-end의 주파수-밴드 선택/스위칭 다른 스펙트럼 신호가 동일 시간에 상호간 간섭이 없는 RF modulation/ Demodulation 저전력, 광대역 PDC/PUC (Programmable Down/Up Converter) Timing recovery 고효율/선형 RF 전력증폭기 coding/decoding CDMA,OFDM 혼용 다중 모드 동작 주파수 직접 변환 주파수 직접변환 회로 없이 RF신호를 직접 디지털화 여러 주파수 신호의 변환을 위한 PLL 모듈에서의 VCO 출력 설정 © ICU 전파교육연구센터 2003

Digital Radio Analog Digital
2017/4/16 Digital Radio Selects the channel according to different carrier frequency and different channel bandwidth using fixed analog-defined channel selection filters. Downconvert (LNA/Mixer Digital /Filter) Output IF Baseband Frequency Bit-stream Processing Processing Diplexer Diplexer Synthesizer Processing (Amp) (Modem) Upconvert (Mixer/ Analog Filter Output /Amp) 대부분의 디지털 무선 통신 시스템 하드웨어는 RF, ADC 및 DAC 그리고 디지털 신호 처리부로 구성된다. 이 그림은 이러한 일반적인 구성에 의한 기존 무선 송수신기의 구조를 도시하고 있다. 여기서 입력된 신호는 RF, IF 그리고 기저대역까지 아날로그 형태를 띄게되며 기저대역에서 저속 ADC를 통해 디지털 신호로 변환되어 처리된다. 장점 : 처리속도면에서의 장점 단점 : 유연성이 떨어짐 이중모드 구현시 - 하드웨어 지향 시스템이라면 두가지 모드의 하드웨어를 구현하여 붙임으로 구현이 가능 한 비용,크기, 전력소모등에서 약점을 갖는 다. 이러한 헤테로다인 구조의 부적합 점들 때문에 multi-standard receiver를 구현하기 위해서 많은 구조들이 제안되고 있으며, 그러한 구조들의 경향은 다음과 같은 두가지 방향으로 요약될 수 있다. RF의 아날로그 파트를 디지털로 대체하려는 노력, 둘째로는 디지털 programmability를 이용하여 신호를 처리하는 방법이 있다. 즉, 첫째는 최대한 antenna에 가까운 지점에서 신호를 Digital로 변환하려는 노력, 즉, ADC/DAC의 위치가 기저대역으로부터 IF 혹은 RF 안테나까지 근접시키는 것은 계속적으로 진행되어 왔는데 이것은 RF part는 디지털에 파트에 비해서 IC 기술의 장점을 살리기 어렵고 microwave, 통신등의 경험등을 체계적인 설계 도구를 사용하기가 어렵다는 단점을 극복하기 위한 것이었다. RF Processing Analog Digital © ICU 전파교육연구센터 2003

Software Defined Radio (Heterodyne 구조)
2017/4/16 Software Defined Radio (Heterodyne 구조) the multi-channels are fed to the single wideband analog-stage. Then all channels are converted to digital signal with one wideband high-speed ADC. The desired channel is then selected from the digitized multi-channels with the software-defined channel selection filters in the digital-stage. IF IF Processing Baseband Bit-stream Diplexer (Channelizer Processing Processing A/D Processing /De- /De- (Modem) D/A (Modem) Amp channelizer) A/D, D/A 변환이 중간주파수 (IF) 에서 수행되는 구조를 SDR (Software Defined Radio)라 부른다. 따라서 SDR 기술 진화 과정상의 가장 큰 특징은 ADC/DAC의 위치가 기저대역으로부터 IF 혹은 RF 안테나까지 근접시킴으로써, 시스템의 표본화 처리 대역을 RF까지 증가시킨다는 점이다. 또한 SDR은 전통적인 디지털 회로와 저속 DSP 및 CPU 들을 사용하는 기존의 소프트웨어적인 제어의 디지털 라디오 (Software-Controlled Digital Radio)의 개념이 아니라, 고속 DSP 및 CPU들을 사용하여 프로그램 가능한 IF 혹은 RF, 채널 엑세스 모드, 채널 변조 등이 가능한 Total Programmable 디지털 라디오 개념으로 이해되어야 한다. 그림은 이러한 SDR의 개념에 따라 IF 아날로그 신호를 고속 ADC를 통해 디지털 신호로 변환하고 이후의 처리는 DSP를 이용하여 처리하는 SDR 기반의 무선 송수신기의 구조를 도시한다. SDR은 Software Radio구현을 위한 전 단계로 현재의 디바이스 기술의 한계에 기인한다. Analog Digital © ICU 전파교육연구센터 2003

Software Radio (Homodyne 구조)
2017/4/16 Software Radio (Homodyne 구조) Software Hardware/Software Co-design DAC DAC Reconfigurable A/D, D/A 변환이 baseband에서 수행되는 구조를 SWR (Software Radio)라 부른다. 즉, 안테나에서 받아들인 신호를 바로 A/D변환을 통하여 디지털 신호로 변환하여 무선 통신 기능을 프로세서가 모두 수행한다. 고속 저전력 광대역 A/D, D/A변환기 와 고속 프로세서 등 디바이스 기술의 발전이 선행되어야 구현이 가능하다. (Programmable) Network Processor Network - Processor ADC ADC © ICU 전파교육연구센터 2003

하드웨어 기반에서 소프트웨어 기반으로의 변천
2017/4/16 하드웨어 기반에서 소프트웨어 기반으로의 변천 지금까지 계층적 SDR 아키텍쳐와, SDR 구현방법 그리고 SDR 플랫폼에 대해 설명하였다. 현재까지 재구성 플랫폼상에서 SDR을 구현하는 일반화된 방법은 없지만, 코드(code)의 재사용과 소프트 라디오 시스템의 표준화 에 따른 계층적 아키텍쳐의 접근이 적당할 것이다. 현재에도 FPGA를 기반으로 한 비용 효과적이며, 저 전력, 높은 재구성 가능 능력을 지닌 SDR 플랫폼들이 개발되고 있어, 미래에는 시스템의 유지 및 관리가 비용 효과적으로 이루어 질 것이다. 앞으로의 전망으로는 SDR의 광범위한 사용 증대, H/W 와 S/W의 통합설계에 기반을 둔 체계적인 SDR 플렛폼의 개발, 표준화가 활발히 이루어지리라 기대하며 향후 10년내로 그림에서 표현한 바와 같이 현재의 Software-Defined Radio에서 Software Radio의 구현이 가능하리라 예상한다. 참고문헌 [1] S. Srikanteswara, R. Boyle, et-al, "A Soft RADIO Architecture for Reconfigurable Platform," IEEE Communication Magazine, Feb [2] TMS320C55x and TMS320C64x Technical Overview/Datasheet [3] Virtex Platform FPGA [4] SDR 동향 보고서, TTA SDR Ad Hoc Group, Dec [5] E. Christensen, A. Miller, B. Tarver, "Object Management and Base Class Interfaces in the Distributed Computing Software Radio Architecture", Submission to the SDR Forum, November 1999. [6] TINA, Telecommunications Information Network Architecture, 1995. [7] A. Miller, B. Tarver, E. Christensen, "Architecture Foundation for Software Defined Radios", Submission to SDR Forum, March 2000. [8] E. Christensen, A. Miller, B. Tarver, "Defining Interfaces for Software Defined Radios", Submission to SDR Forum, February, 2000. [9] John C. Davies IV, "Design and Implementation of an FPGA-based Soft-Radio Receiver Utilizing Adaptive Tracking," Thesis for the degree of Master of Science in Electrical Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University. [10] Technical Report, Released 1999. [11]J. Mitola III, "The Software Radio Architecture,"" IEEE Communication Magazine, May 1995, pp.26~38. [12] SDR Platform [13]Byron Tarver, "Software Defined Radio Platform and Application Programming Interfaces", IEEE Military Communications Conference, MILCOM [14]Nakatsugawa, M,"An SDR platform for cellular/WLAN systems based on a systematic analysis of hardware implementation issues to maximize system functionality",Radio and Wireless Conference, RAWCON IEEE, 2001 [15] Federal Communications Commission, "Notice of Proposed Rule Making", Released December 8, 2000. [16] "Operational Requirements Document (ORD) for the Joint Tactical Radio (JTR)", January 30, 2001. [17] B. Tarver, E. Christensen, A. Miller, "The Wireless Information Transfer System (WITS) Architecture for the Digital Modular Radio (DMR) Software Defined Radio (SDR), April, 2000. [18] E.Wing, E. Christensen, A. Miller, "Waveform Development Process for Software Defined Radios", April, 2000. [19]"The Discipline of Software Architecure" Class Notes, 2000 Bredmeyer Consulting" [20]M.Cummings and S.Heath, Mode Switching and Software Download fot Software Defined Radio: The SDR Forum Approach, IEEE Commun. Mag.,Aug. 1999 [21]P.M.Athanas et al.,"A High Capacity Adaptive Wireless Receiver Implemented with a Reconfigurable Computer Architecture," ARPA GloMo Principle Investigators Conf., SanDiego, CA, Nov.1995 [22] Gatherer, Stetzler, McMahan and Auslander,"DSP-based Architectures for Mobile Communications: past, present and future" © ICU 전파교육연구센터 2003

A “mostly digital” receiver architecture
2017/4/16 A “mostly digital” receiver architecture Custom Analog IC Custom Digital IC RF Filter Analog Front-End A/D Converter Digital Baseband Processing “Go digital” at the earliest possible stage Use system level design choices to simplify the analog RF requirements as much as possible Rely on low power digital design techniques to compensate for increased baseband complexity 이러한 헤테로다인 구조의 부적합 점들 때문에 multi-standard receiver를 구현하기 위해서 많은 구조들이 제안되고 있으며, 그러한 구조들의 경향은 다음과 같은 두가지 방향으로 요약될 수 있다. RF의 아날로그 파트를 디지털로 대체하려는 노력, 둘째로는 디지털 programmability를 이용하여 신호를 처리하는 방법이 있다. 즉, 첫째는 최대한 antenna에 가까운 지점에서 신호를 Digital로 변환하려는 노력, 즉, ADC/DAC의 위치가 기저대역으로부터 IF 혹은 RF 안테나까지 근접시키는 것은 계속적으로 진행되어 왔는데 이것은 RF part는 디지털에 파트에 비해서 IC 기술의 장점을 살리기 어렵고 microwave, 통신등의 경험등을 체계적인 설계 도구를 사용하기가 어렵다는 단점을 극복하기 위한 것이었다. 이러한 RF의 단점이외에도 디지털은 아날로그에 비해서 여러가지 뛰어난 점이 많다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Step 1: make as much of the circuitry digital as possible
2017/4/16 Step 1: make as much of the circuitry digital as possible RF POWER AMP UP CONVERTER Wideband DAC DIGITAL I-F UPCONVERTER LOW- NOISE DOWN AGC P r o g a m b l e D S A N T E W I C H G Y M Ant ADC DOWNCONVERTER Q Information Input output Software-Defined Cellphone 위의 그림은 SDR 형태의 Digital if를 이용한 cellphone 블록도 입니다. RF/IF의 높음 주파수에서 시그널을 디지털로 conversion시켜 analog components의 수를 최소화시켜서 그들에 의한 distortion을 줄이는 방법이 있다. 디지털은 analog에 비해 작고 싸게 구현이 가능하고, 여러 신호를 처리할 때 유연하게 대처할 수 있으며, hardware의 수정 없이 여러 가지 기능을 수행하기 위해서 program 가능하므로 개발기간을 단축시킬 수 있으며, 제품의 가격을 낮출 수 있다. 그러나 높은 대역폭(100 MHz 이상) 요구시 고속 ADC/DAC 필요하다는 단점을 가지고 있다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Direct-Conversion Cellphone
2017/4/16 Step 2: achieve programmability at higher frequencies to reduce hardwares to be used for multi-mode cellphone Information Input I Wideband RF P DAC S Quadrature Ant D POWER Q Wideband upconverter e l DAC AMP b a m m I Wideband a r RF g AGC ADC o r P Quadrature LOW- Q Wideband downconverter AGC NOISE ADC 둘째, 디지털 programmability를 이용하여 신호를 처리하는 방법이 있다. 하지만 디지털의 위와 같은 장점에도 불구하고 디지털 레디오가 구현되지 못하는 이유는 2Ghz 대역의 신호를 충분히 처리할 수 있는 ADC와 DSP가 필요하나 실제의 경우 이들의 동작 주파수는 수백 Mhz에 불과하므로 현재의 기술로 이상적인 SDR을 구현하는 것은 어렵고 또한 전력소모, 가격등의 여러가지 현실적인 문제가 남게 됩니다. 따라서 현실적인 대안으로서 IF digitization 방법이나 analog programmable active filter(cut-off 주파수의 조절이 가능한)를 사용하여 analog components들의 programmability 를 개선하는 방향이 있다. 기존의 헤테로 다인 수신기의 단점을 개선하기 위하여 on-chip component의 연구가 진행되고 있는데 특히, off-chip filter (IR filter, IF SAW filter)를 제거하는 수신기의 구조와 그에 따른 소자에 대한 연구가 Berkeley, UCLA 등의 여러 대학등에서 진행되고 있으며 그것이 direct-conversion 구조이다. AMP Information output Direct-Conversion Cellphone © ICU 전파교육연구센터 2003

Dual Mode (2G/3G) Transceiver Configuration
2017/4/16 Dual Mode (2G/3G) Transceiver Configuration ANT CONT FRONT END P.A. WB FIL NB A/D DE SPREAD RAKE MOD DEM CODEC DSP for 3G System for 2G System 앞으로 multi-mode terminal가 필수요소인 4G system이 상용화될 것이다. 하지만 4G는 3G, 2G를 같이 수용 할 수 있도록 하기 위하여 Multi –mode 시스템이 필요할 것이다. 또한 소프트웨어의 변경과 무선 주파수 부분 하드웨어의 추가로 다중모드의 구현이 가능하다. 위 그림은 2세대 TDMA와 3세대 CDMA 시스템에 적용 가능한 Transceiver configuration으로, DSP의 동작 파라미터는 Software download 방법에 의해 결정하고 Spreader와 Despreader는 고속의 DSP나 ASIC으로 구현한다. 현재 상용화된 dual-mode device는 Qualcomm의 RFR6200가 있으며 radioOne zero IF down converter로서 900Mhz 와 1800Mhz bands에서 WCDMA 와 GSM/GPRS를 지원한다. © ICU 전파교육연구센터 2003

W-CDMA,CDMA2000 통합시스템 RF Conversion to IF and A/D I/O controller
2017/4/16 Algorithm Partitioning Baseband processing Modulator Demodulator Despreader Searcher Time Tracker AFC Channel estimator Lock detector RAKE combiner Power control Channel codec Rate matching Multiplexing CDMA2000 S/W part(DSP) WCDMA S/W part(DSP) RF Conversion to IF and A/D H/W part (ASIC) Flexible H/W part (FRBA or FPGA) I/O controller Process controller Program memory © ICU 전파교육연구센터 2003 16

2017/4/16 Problems in SDR Existing portable phones are very compact, with long battery life, High MIPS and low cost. Illegal use causes serious interference Download problem. The volume of s/w downloaded increases -> time is lengthened Manufacturer-specific know-how can be leak out – security S/W Virus or hackers The method of managing several units for multi-mode and multi-mode systems and placement of broadband antenna © ICU 전파교육연구센터 2003

More Performance for future SDR
2017/4/16 More Performance for future SDR High frequency MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) – analog Interface between analog and digital wideband/high speed/high resolution ADC and DAC chip Digital Processing - DSP (Digital Signal Processor) ASIC (Application Specific Integrated Circuit) FPGA (Field Programmable Gate Array) 기존 개별 반도체 칩에 적용됐던 IP를 소프트웨어로 변환하여 SDR에 적용하기 위하여서는, 성능을 만족하기 위하여 전력 및 크기 관점에서 효율적인 고성능 DSP들이 적절한 가격으로 나와야 한다. 그러나 최근 통신 시스템은 다양한 종류의 멀티미디어 전송을 필요로 하고 있기 때문에 기존에 비하여 채널구조가 무척 복잡해지고 있다. 예를 들면 모뎀 알고리즘이 복잡해져서 상용화된 디지털 신호처리 프로세서(DSP)를 사용하여 IS-95 모뎀을 구현하는 경우 7-9개의 DSP가 요구된다. 따라서 앞으로 점점 데이터 율이 높아지기 때문에 보다 빠른 DSP가 요구된다. 즉 단일 범용 프로세서로 처리하기에는 성능상의 부족함을 보이고 있다. 그리고 전용 DSP를 개발하는 것 또한 디버거와 컴파일러 툴들을 개발하기 위한 추가 부담이 예상된다. 따라서, 적절한 성능과 비용 제약조건을 만족하는 효율적인 프로세서의 구현이 필요하다. 또한 재사용성이 좋은 Programmable DSPs 와 성능이 좋은 Hard-wired ASIC(또는 FPGA)을 함께 사용하는 효과적인 소프트웨어 하드웨어 분할을 통한 통합설계 방식이 SDR의 성능을 결정하는 주요한 요소가 된다[22]. © ICU 전파교육연구센터 2003

Some Quotes from SDR Forum
2017/4/16 Some Quotes from SDR Forum “SDR delivers a robust set of features to the consumer in a cost efficient manner for the provider.” - Brian Tropper, President, Tropper Technologies “SDR bridges multiple standards as well as legacy and future systems.” - Dr. Eric Christensen, Technical Staff Engineer, Motorola “SDR has great a future and will open the doors for software developers.” - Mark Adams, VP, Software Technology, Inc “Time is now. Vendors have technology in place to offer products.” - Mark Cummings, President, CEO, enVia “Its inevitable.” - Graham Mostyn, VP System Engineering, Chameleon Systems “SDR is a mainstream way to solve problems.” - Rodger Hosking, VP, Pentek “Harris is a strong supporter of SDR.” - John Fitton, Senior Scientist, Harris Corp. “SDR is indispensable.” - Mitsuyuki Goami, General Manager, Kokusai Electric Co “SDR will be the only way radios operate.” - Karl Davis, Senior Principal Software Engineer, Raytheon 미 공정거래 위원회(FCC)의 커미셔너 수잔 네스(Susan Ness)는, SDR 기술이 휴대폰을 공상 과학 영화에나 등장하는 통신 기기로 바꿔 줄 것이라고 말했다. 네스는 SDR은 휴대폰을 주변의 환경에 맞춰 변환시켜 준다는데 핵심이 있다고 밝혔다. “말 그대로, 공산 과학을 실생활에서 현실화해 주는 기술입니다.” 군대에서 사용되던 보안 기술인 SDR은 이제 일반에 공개된 상태다. 에어넷 커뮤니케이션은 앞으로 SDR을 이용해 CDMA와 GSM 등 다수의 무선 기술 표준을 동시에 지원해 주게 될 것이며, 3G로 전환하는데 드는 시간을 절반으로 줄여 줄 수 있을 것이라고 주장했다. 이미 노키아나 모토로라, NTT 같은 거대 기업들도 SDR에 관심을 보이기 시작했다. 그도 그럴 수 밖에 없는 것이 SDR은 휴대폰 사업에도 굉장한 파급 효과를 불러올 것이기 때문이다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Software Radio Phase Space
2017/4/16 Software Radio Phase Space 이그림은 digital access bandwidth 와 RF access, digital processing capacity and flexilbility 가 SDR을 구현하는 데 기본적인 제약조건이 되는 것을 보여 주고 있다. A: STR-2000은 baseband HF DSP radio이며 24 khz sampling rate로 동작하여 TI’s TMS320 DSP 또는 범용 프로세서도 가능하다. B: COTS handset은 ASIC을 사용하여 전력소모 및 크기를 줄였으며 C: software radio 25 mhz analog bandwidth를 70 mhz conversion rate를 가진 single ADC 사용. Digital filter bank ASIC 또는 병렬 digital filter를 사용한다. D: multiband multimode radio speakeasyII 는 복수 병렬 service bands (ADC/DAC bands)로 분할하여 사용하며 각 subband 는 filtering AGC, 신호처리를 필요로 하고, FPGA 와 DSP를 사용하고 있다. V: virtual radio는 가장 flexible한 software radio이며 DEC alpha processor를 이용 광대역 if 를 처리한다. X: 이상적인 SDR을 나타내며 2Mhz에서 2.5Ghz까지의 dynamic range를 수용할수 있는 Single ADC는 아직 없다. IF[intermediate frequency, 무선주파수] 슈퍼헤테로다인 수신기에서, 주파수 변환기에 의해 수신 전파의 주파수와 국부 발진기 주파수의 차에 해당하는 주파수. 일반적으로 중간 주파수는 수신 주파수보다 낮게 하여 증폭하기 쉽고 선택도 및 충실도를 높게 하는 것을 목적으로 한다. 표준 방송 수신기(일반적으로 라디오 수신기라 한다)의 중간 주파수는 455kHz, FM 방송 수신기(주파수 변조 방송파대 수신기)는 10.7MHz, 텔레비전 수상기는 58.75MHz(영상)와 54.25MHz(음성)가 사용된다. baseband [베이스밴드] :변조신호의 주파수 대역 특정 반송파를 변조하기 위해 사용되는 모든 신호에 의해 얻어지는 주파수 대역. 예를 들어, 텔레비전 전송에서 복합 화상 신호에 의해 점유되는 베이스밴드는 6MHz로 되어 있다. 또 반송 통신에서 변조된 모든 부반송파를 포함하는 주파수 대역 등도 베이스밴드라 한다. 데이터 전송에서 변조 전(또는 복조 후)의 신호, 즉 데이터 신호 그 자체를 베이스밴드 신호라 한다. ASIC(응용 주문형 집적 회로, application-specific IC) 필요로 하는 기능의 회로를 기본적인 게이트들로 구성된 IC들을 조합하여 만드는 것이 아니고, 그 회로를 통째로 집적하여 하나의 IC로 만드는 것. 여기에는 사용자의 주문대로 처음부터 회로를 설계, 제조하는 주문형(custom) IC와, 기본적인 게이트들을 여러 개 배열해 놓고 이들 사이를 배선해 주는 게이트 어레이, 그리고 카운터, 타이머, 플립플롭 등 기본적인 부품을 칩에 미리 구성해 놓은 반제품으로부터 이들을 칩 내에서 연결하여 원하는 회로를 만드는 표준 셀(cell)등이 있다. FPGA(field programmable gate array) PLD의 일종으로, 논리 규모가 큰 디바이스. 안티퓨즈형이나 SRAM형이 있으나 현재는 몇 번이라도 프로그램 가능한 SRAM형이 주류이다. SRAM으로 만들어진 검색표(LUT)로 조합 논리를 현실화하고, LUT간을 프로그램 가능한 배선 리소스(배선과 스위치)로 결합함으로써 대규모의 논리를 실현한다. CISC (복합 명령 세트 컴퓨터, complex instruction set computer ) 복수의 명령 세트를 갖는 컴퓨터를 말한다. 간소화한 명령 세트로 동작하는 컴퓨터(RISC)에 대하여 풍부한 종류의 명령을 구비한 프로세서의 설계 형식. RISC에 비해 실장이 어렵기 때문에 처리 속도에 한계가 있었으나 파이프라인 처리 등의 활용으로 그 차는 없어졌다. RISC (축소 명령 세트 컴퓨터 ,recuced instruction set computer) 축소된 명령 세트를 갖는 계산기 아키텍처. RISC라는 용어는 1980년에 Patterson과 Ditzel이 제창했는데 아이디어 자체는 1960년대의 CDC6600이나 1975년의 IBM801로 거슬러 올라간다고 한다. RISC에서는 명령의 종류를 최소한으로 한정함으로써 프로세서의 논리 회로를 단순화하여 동작 주파수와 성능을 향싱시키는 것을 노린다. 일반적으로 명령은 고정 길이, 연산의 오퍼랜드는 레지스타만이고, 메모리 액세스는 로드 명령과 스토어 명령뿐(로드 스토어 아키텍처). RISC와 대조적으로 풍부하고 복잡한 명령 세트를 갖는 계산기 아카텍처를 CISC라 한다. © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR Adoption Timeline, SDR Forum
Terminals Almost no usage Initial usage as multi-mode, multi-band Cellular/PCS in high-end and roaming products Used for 3G capabilities (“information centric” product, embedded applications in computers, autos...) Widespread adoption by most manufacturers as core platform Duration 2000 2001 2003 2005 Base Stations Product Introduction Limited use by Infrastructure Manufacturers Increased use due to 3G Widespread adoption by most manufacturers as core platform © ICU 전파교육연구센터 2003

Terminals Applications “ ” m A p e t p Base Stations Middleware s i l
2017/4/16 Reconfigurable Radio Systems Business Model Regulation Terminals Applications “ ” m A p e t p Base Stations Middleware s i l Spectrum y c S a t “ i o n Network Services ” Standards 우리는 지금까지 시스템과 어플리케이션 면에 대해서 초점을 맞췄다. 개선된 비즈니스 모델은 새로운 플레이어와 함께 더 역동적이고 필요하게 나타날 것이다. 새로운 비즈니스 모델을 달성하기 위해서는 수많은 enabling technologies는 소프트웨어와 하드웨어 그리고 알고리즘면에서 발전될 필요가 있다. 반면에 많은 “제도상의” 암시들은 표준화에서의 특별한 발생과 함께 새로운 능력, 증가된 유연성, 시장 플레이어의 역할 변화로부터 일어날 수 있다. 더욱이, “어플리케이션”레벨에서 재구성의 많은 이점을 확인하고, 재구성할 수 있는 터미날을 위한 필요로부터 그 이점들을 흡수함으로써, 우리는 그러한 넓어진 서비스의 제공을 많은 legacy를 포함해서 모든 터미날에 거의 즉각적으로 시작할 수 있을 것으로 생각한다. Enabling Technologies © ICU 전파교육연구센터 2003

R&D in Reconfigurable Radio Systems & Networks in Europe
2017/4/16 R&D in Reconfigurable Radio Systems & Networks in Europe (number of projects) 이 차트를 보면 Terminal과 Base Station은 잘 커버가 되고 있는 반면에, 네트웍과 비즈니스 모델 부분에서는 그렇지 않다는 것을 알 수 있다. 유사하게 IF와 RF면에서는 잘 커버가 잘 되는 반면에 안테나와 스펙트럼 면에서는 그렇지가 못하다. 그래서, 덜 커버가 되는 부분을 강화할 필요가 있는 부분을 암시하는 차트이다. 특히, 우리는 어플리케이션 부분에 집중하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. © ICU 전파교육연구센터 2003

Asian Activities Project Players Focus 3GPP WCDMA SDR Test Bed
2017/4/16 Asian Activities Project Players Focus 3GPP WCDMA SDR Test Bed Samsung (WCDMA+CDMA2000) 상용화 (GSM+WCDMA) 진행중 Receiver technology, global roaming, multi-mode operation Software Radio Base & Personal Station Prototypes NTT Adaptive array antennas,modulation,signal processing, over-the-air downloads ARIB - Software Receiver Technology ARIB (Toshiba, Anritsu, Gunma Univ, Koden Electronics, KDD, Shizuoka Univ, Tokyo Inst of Tech, Tohoku Univ, NEC, JRC, Fujitsu, Japan Defense Academy, CRL) Receiver technology, reconfiguration, software downloads SDR Test Bed SK Telecom Reconfigurable equipment and services - Planning Phase Hardware Platform of the SW Radio National Natural Science Foundation of China & Tsinghua Univ Reconfiguration & Hardware Architecture 일본에서는 ARIB (Association of Radio Industries & Businesses) 산하에 소프트웨어 수신기 개발을 위한 스터디 그룹이 발족 이 스터디 그룹에서는 소프트웨어 수신기의 제품화, 향후 SDR 추세 및 평가 방법에 대한 주제에 관하여 현재 연구가 진행되고 있다. < T. Yokoi et al., "Software receiver technology and its applications," IEICE Trans. Commun. (Special Issue on Software Defined Radio and Its Technologies), vol. E83-B, no. 6, pp , June > SONY에서는 SOPRANO (software programmable and hardware reconfigurable architecture for network). Wireless LAN 과 cellular phone (800Mhz – 5Ghz)의 multiband, miltimode radio 표준을 개발하였다. Multi port junction MMIC 는 RF carrier 를 baseband로 직접 변환시킨다. 국내에서는 학계에서 SDR을 위한 디지털 상,하향변환기, 소프트웨어 다운로드, Codec 모듈 및 SDR 기반의 스마트 안테나 등에 대한 연구를 수행 중 유수의 산업체 및 연구소에서도 이 분야에 큰 관심을 보이고 있으나 아직까지는 본격적인 투자 및 개발이 미비한 실정이다. 하지만 국내의 디지털 신호처리 기술 및 관련 소자 활용 기술이 선진국과 대등한 점을 고려한다면 SDR 접목 무선 통신 시스템 구현을 위한 기술의 저변화와 전문 인력 양성을 통해 경쟁력 있는 상용화 단계로 접근이 가능 할 것으로 예상된다. 최근 들어 국가 차원에서도 SDR의 중요성을 인식하고 있으며, 이런 맥락에서 그림 5는 최근 산업자원부의 산업기술평가원에서 작성한 SDR에 관한 기술 로드맵을 정리하고 있다. <한국산업기술평가원, Technology Roadmap : 무선 통신 기기, 산업자원부, 2001년 5월.> <제1회 Software Defined Radio 워크숍 발표자료, 1999년 10월.> © ICU 전파교육연구센터 2003

European Activities Project Players Focus
2017/4/16 European Activities Project Players Focus LCM – Mobile Communications Laboratory Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne & Institut Eurecom 3G real time test bed; adaptive antennas, reconfiguration, multi-user antennas, base stations TRUST (Transparently Reconfigurable UbiquitouS Terminal) European Commission – (France Telecom, Telefonica, Siemens, Motorola, Panasonic, Bosch) User terminal reconfiguration, multi-mode, multi-band operation PASTORAL (Platform And Software for Terminals: Operationally Re-configurAbLe) SODERA (re-configurable low power radio architecture for SDR) European Commission – (ST Microelectronics, Alcatel, France Telecom, CSELT, Sirius, Thomson) Re-configurable, real-time platform for 3G mobile base band development MOBIVAS (Mobile Value-Added Services) European Commission – (Thomson, NEC, Unis, Innovators, Hellenic Telecommunications Org, Ecole Nationale Superieure des Telecommunications) Define, design, develop, and validate an integrated application architecture for SDR software downloads 유럽은 미국과는 달리 유럽 전역에 걸쳐 GSM900/1800 방식이 공용으로 사용되고 있는 상황이어서 사실상 이동 통신 규격의 혼용으로 인한 상호 로밍 문제는 존재하고 있지 않으나, 국지적으로 서로 다른 주파수 대역을 사용하고 있는 이유로 인해 다중 주파수 대역을 동시에 커버하기 위한 SDR 개념의 단말기 개발을 있으며 2001년에 개발을 완료하여 상용화할 예정이다. 그러나 대역 확산 방식을 채택하고 있는 3세대 규격인 UMTS 방식은 기존의 GSM 무선 접속 방식과의 상이한 시스템 규격을 갖고 있으며, 다중 데이터 전송률과 다중 QoS를 요구하는 음성, 데이터, 팩스, 그래픽, 화상회의, 인터넷/인트라넷 접속, 이동 오피스, 데이터베이스 검색, 주문형 비디오 및 오디오, 원격진료, 원격교육 및 방송 등과 같은 서비스 제공을 목적으로 하는 이유로 인해 이들 서비스 및 이종 규격간의 로밍을 자유스럽게 호환하기 위한 SDR 기술의 필요성이 급격히 대두되고 있다. 이를 위하여 FRAMES, FIRST, SINUS, SORT 등의 프로젝트에서는 SDR 기술을 기초로 하는 UMTS과 관련된 응용 시스템들을 개발하고 있다. 특히 유럽 내의 3세대 및 4세대 이동 통신용 SDR 기술 개발을 위해 EC (European Communities)의 지원을 받고 있는 연합 프로젝트인 TRUST (Transparently Reconfigurable Ubiquitous Terminal)에서는 “Seamless Wireless Utopia"를 기치로 재구성 가능한 단말을 위한 실질적인 요구 조건과 운용 시나리오를 정의하기 위한 연구를 수행하고 있다. TRUST는 Transparently Reconfigurable Ubiquitous Terminal의 약자로 Adaptive baseband processing, smart power management Spectrum sharing, multimode monitoring, software download including security등을 개발하고 있다. PASTORAL은 Platform And Software for 3G Terminals를 개발하였으며 일차적으로 re-configurable ASICs생성한 후에 동일한 logic를 FPGA 형태로 재생성하였다. SDR Platform으로 구현될 수 없는 service를 정의. Partition and real-time operation, optimization (power, complexity, size, performance) SODERA는 3rd Generation mobile terminals을 위한 Re-configurable Radio for SOftware DEfined RAdio 이며 Radio Front-End re-configuration 및 RF 기술에 집중하여 Re-configurable Radio applications에 적합한 Zero IF, single IF를 SOI, BICMOSSi-Ge과 Micro-Machining등을 이용 RF front-end 구조를 개발하였고 Function partitioning의 최적화하였다. <W. Tuttlebee, "Software radio: Developments in Europe," Proc. 1st Int'l Software Radio Workshop, pp , Rhodes, Greece, June 1998.> © ICU 전파교육연구센터 2003

North American Activities
2017/4/16 North American Activities Project Focus CHARIOT (Changeable Advanced Radio for Inter-Operable Telecommunications), Government &Virginia Tech Smart antenna and reconfiguration JTRS(Joint Tech. Radio System) 객체지향 sw 구조, SDR forum의 상업적 모델을 위한 규격 SCA 2.2 ISI(Information Sciences Institute) CPU, GPS 수신기, 무선 인터페이스가 혼합 사용될 수 있도록 통합 SORT (Software radio technologies) SLATS (Software libraries for advanced terminal solutions) PROMULA (Programmable Multimode radio for multimedia wireless terminals) Standardization ISI(Information Sciences Institute) 물리적으로 크기가 작고 전력 소모가 적은 상업적 RF 장비와 적외선 인터페이스 단일 무선 구조에 대해 단일화된 소프트웨어 드라이버 개발 CPU, GPS 수신기, 무선 인터페이스가 혼합 사용될 수 있도록 위치 인지노드 통합 UCLA, UCB 등 다른 기관에서 개발되고 있는 GloMo 관련 연구 내용을 기반으로 여러 가지 형태의 프로토타입 제작 시스템이 특정 어플리케이션에 적용이 가능하도록 하는 신호처리 모듈이나 저전력 저장장치 개발 그밖에 University of Texas-Pan American에서는 디지털 안테나 제어기와 제어 알고리즘을 디자인하고 실행하는 연구를 수행하였고 UCSC와 함께 GloMo 스마트 안테나 API의 개발에 동참하였다. 핸드헬드 통신병 장비, 전투기 등에 탑재된 무선 시스템이 컴팩트하고 빠르게 재구성 가능하도록 하는 스마트 안테나 개발을 목적으로 하는 프로젝트이다. API 정의는 재구성 가능한 안테나가 플러그 앤 플레이 동작이 가능하도록 구성하는 데 있다. SpectrumWare, MIT , Reconfiguation, efficient algorithms © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR 등장배경 -군용 육해공군 및 국제연합작전 시 통신 어려움 무선 군용 고속 네트워크망을 위한 단말기 필요성 대두
2017/4/16 SDR 등장배경 -군용 육해공군 및 국제연합작전 시 통신 어려움 무선 군용 고속 네트워크망을 위한 단말기 필요성 대두 C4I에 의한 국방정보화 사업 가속화 통신장비의 빈번한 교체에 따른 경제적 부담 © ICU 전파교육연구센터 2003

분산 객체 구조, S/W 다운로드, 보안과 암호 SDR 표준화(상용,군용) 단체, 1996년 창설, 미국 주도
2017/4/16 SDR 표준화(상용,군용) 단체, 1996년 창설, 미국 주도 분산 객체 구조, S/W 다운로드, 보안과 암호 화를 위한 표준화 작업 모든 프로토콜들에 대한 정책적 경제적 규정에 대한 방책까지 연구 © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 SPEAKEasy 1970년대부터 국방성 산하 연구소인 DARPA의 주도로 다양한 대역을 사용하는 상이한 군용 통신 규격간의 통합 송수신 시스템 개발 개방형 구조를 채택한 모듈 단위의 재구성이 가능 새로운 무선 방식을 용이하게 추가할 수 있는 포괄적인 소프트웨어 구조의 개발 Phase-1단계 (1992년 년): 고속 주파수 도약 대역 확산 파형에 대하여 4-채널, 광대역 모뎀을 개발하여 타당성을 확인 Phase-2단계 (1995년부터 2000년): 사용자의 입력-출력단부터 RF 단에 이르는 전체 라디오 시스템에 대한 개방형, 모듈 단위, 재프로그램이 가능한 구조의 상업용 모듈과 표준 미국에서는 1970년대부터 국방성 산하 연구소인 DARPA의 주도로 다양한 대역을 사용하는 상이한 군용 통신 규격간의 통합 송수신 시스템 개발 계획인 SPEAKEasy 프로젝트에서 SDR 기술에 대한 연구를 처음으로 시작 SPEAKEasy 프로젝트는 개방형 구조를 채택한 모듈 단위의 재구성이 가능한 모뎀의 개발에 주목적을 두고 있으며, 부차적 목적으로는 새로운 무선 방식을 용이하게 추가할 수 있는 포괄적인 소프트웨어 구조의 개발에 있다. SPEAKEasy 개발 프로그램은 Phase-1과 Phase-2의 2단계로 수행되었다. Phase-1단계 (1992년 년)에서는 고속 주파수 도약 대역 확산 파형에 대하여 4-채널, 광대역 모뎀을 개발하여 타당성을 확인하였다. 1995년부터 2000년까지 진행된 Phase-2단계는 Phase-1에서 타당성이 확인된 모뎀에 기반하여 사용자의 입력-출력단부터 RF 단에 이르는 전체 라디오 시스템에 대한 개방형, 모듈 단위, 재프로그램이 가능한 구조의 개발에 목적을 두고 있다. 이 개발의 두드러진 특징은 상업용 모듈과 표준에 기반하고 있는 점이다. SPEAKeasy phase I, II 프로젝트는 추후 JTRS(Joint Tactical Radio System) 프로젝트와 SDR Forum 형성에 틀을 마련, SDR 시스템의 상용화 및 표준화 연구에 박차를 가하는 계기가 되었다 © ICU 전파교육연구센터 2003

Joint Tactical Radio System
2017/4/16 Joint Tactical Radio System AN/PRC-117F SDR 무전기, Harris Joint Tactical Radio System 2C 동시 다중 채널의 음성, 데이터, 화상 및 비디오 지상, 함정 탑재 및 항공기 탑재 플랫폼 스펙트럼 확산 변조(저피탐 및 항 재밍)의 사용 송신 출력 제어 및 내장 암호화로 보안성과 225∼400 MHz의 주파수 범위 지대지, 지대공, 지대위성간 비화 통신을 제공 현재 미국의 모든 군에서 사용중인 다중 대역/다중 임무 무전기 MHz 대역 무전기 SINCGARS(Single Channel Ground and Airborne Radio System)를 사용하는 사람들은 위성 통신(SATCOM: Satellite Communications) 시스템을 사용하는 다른 시스템들과 직접 통신을 할 수 없었다. 이와 같은 문제는 1983년 10월 미국의 Grenada 침공시 명확하게 드러났다. 미 육군 부대는 그들의 무전기로 공군 및 해군 부대들과 통신을 할 수 없었기 때문에 항공 지원을 효율적으로 요청할 수 없었다. 대신에 개인의 전화카드를 이용하여 국제 상용 전화로 Fort Bragg를 호출 후 그 곳의 중계를 통해 미 해군 및 공군과 통신을 실시하였다. 1991년의 걸프전에서도 이와 비슷한 통신의 결함으로 우군간 오인 사격이 있었을 것으로 추정된다. 1987년에 등장했던 항 재밍 주파수 도약 무전기 SINCGARS는 미군의 육·해·공군간 표준화를 이루는 실질적인 최초의 노력이었으며, 현재 모든 군에서 운용되고 있다. 또한 이 무전기는 최초의 프로그램 가능한 무전기 중의 하나였으며, "1980년대의 하드웨어 집약 디지털 무전기로부터 2000년대 및 이후의 다중 대역 다중 모드 소프트웨어 정의 무전기로의 전환을 나타내는 신호"로, 1991년 MITRE사가 만들어 냈던 용어인 "소프트웨어 무전기" 시대가 도래하는 계기를 마련하였다. 미 합동 전술 무전기(JTRS: Joint Tactical Radio System)는 소프트웨어 정의 무전기(SDR: Software-Defined Radio)이며, 차량, 함정, 항공기 및 위성에 설치 운용되고 휴대용으로도 쓸 수 있는 최신형 군용 무전기를 대표한다. 이와 같은 능력이 구비된 JTRS는 여러 가지 신형 및 기존 통신 장비와 통신이 가능하며, 구형 무전기 상호간 통신망이 구성되도록 지원한다. JTRS는 컴퓨터와 같이 야전에서 자체 소프트웨어 및 하드웨어를 신속히 업그레이드 할 수 있다. JTRS는 단일 목적의 전용 하드웨어 대신 모든 종류의 신호를 취급하기 위해 소프트웨어 신호처리를 이용한다. 단일 기능 하드웨어로 설계된 기존 통신 시스템은 급변하는 상용 기술을 제 때에 수용하여 활용할 수 없기 때문에 정보 우위를 확보하고 유지하는데 필요한 기능성과 융통성의 제공이 곤란하거나, 또는 오늘날 군부대가 필요로 하는 신속한 기동성을 지원할 수 없다. 그러므로 프로그램 가능한 소프트웨어와 형상화 가능한 하드웨어의 디지털 무전기는 전투원의 변화 무쌍한 임무 요구사항을 지원하기 위해 상호운용성, 융통성 및 적응성이 제고되어야 한다. JTRS 무전기는 국가 기관과 민간 기구에 연결이 가능한 한편, 합동 전투 요소간 수평 및 수직적으로 디지털 정보 교환 수단을 제공하고 RF(Radio Frequency) 스펙트럼에 걸쳐 네트워크 연결성을 달성하는 토대를 마련한다" 라고 기술되어 있다. 이로부터 4년 후 결국 9.11 테러의 여파로, 새로이 창설된 미 본토 안보실(Office of Homeland Security)과 다른 기구들은 세계 무역 센터 폭파와 같은 재난에 대처하기 위해 민간 기구, 시, 군, 주 및 연방 기구간 협조가 이루어져야 되기 때문에 이에 대한 통신 보장의 필요성을 검토하기 시작했다. Joint Tactical Radio System 2C는 동시 다중 채널의 음성, 데이터, 화상 및 비디오 전송을 보장하는 가상 회로 및 데이터그램 서비스를 제공 지상, 함정 탑재 및 항공기 탑재 플랫폼에 맞게 형상화 스펙트럼 확산 변조(저피탐 및 항 재밍)의 사용, 송신 출력 제어 및 내장 암호화는 오늘날의 전략 및 전술 네트워크에서 필요한 보안성과 무결성을 제공 225∼400 MHz의 주파수 범위 BAE Systems Aerospace사의 Website JTRS, Joint Program Office, © ICU 전파교육연구센터 2003

GloMo Project (Global Mobile Information)
2017/4/16 GloMo Project (Global Mobile Information)  BBN Technologies - Support for distributed real-time MMWN(Multimedia applications in Mobile Wireless Networks)  SRI International - Advanced secure wireless integrated networks  Camegie Mellon University - Pyxis-Middleware for distributed multimedia programming  Rutgers University - Dataman project-information services for low powered mobile clients - Numble-many time, many where communications support for information system 미국의 이동 통신 규격들 (즉, AMPS, GSM, CDMA)이 혼용되어 사용되고 있으며, 이러한 이종 규격들간의 유연성 있는 로밍을 위한 멀티 모드 단말 및 기지국 플랫폼이 심각하게. 이러한 맥락에서 상용 단계인 이동 통신 시스템 상에 SDR 개념을 도입하기 위해 1994년부터 시작된 GloMo 프로젝트는 지구 전역 어느 곳에서나 이동중 멀티미디어 통신이 가능한 강건한 시스템 구축을 목적으로 하는 군 프로젝트이다. 개방구조에 기초를 둔 다 기능, 다중 모드 시스템 개발뿐만 아니라 시스템간 기능을 유연하게 하는 네트워크 기술 개발에 그 목적이 있다/ 이 프로젝트는 Virginia Tech MPRG, UCLA, MIT, Raytheon 등 여러 산학연에서 라디오(스마트 안테나, RF front-end, 적응 코딩), 네트워크(멀티홉, vertical 핸드오프 등), 네트워크 환경에 따른 응용(프록시 서버, 적응 미들웨어 등) 세 분야에 대하여 각각 연구가 진행되었다. 1994년부터 1998년까지 진행된 GloMo I 프로젝트에서는 AMPS의 FM과 CDMA 방식을 대상으로 하여 고전송률, 고용량 및 저전력 무선통신 시스템을 구축하는 것을 목표로 하였다. 한편 1997년부터 2000년까지 진행된 GloMo II 프로젝트에서는 CDMA와 WINGS (Wireless Internet Gateways)에 대해서 저전력, 고속 동작을 위한 FPGA를 사용했으며 공간/편향 다이버시티를 이용한 스마트 안테나를 단말에 적용했다. © ICU 전파교육연구센터 2003

GloMo Project  SAIC - SEAM-LSS(Simulation and Evaluation of Adaptive Mobile Large Scale networks Systems)  Virginia Tech MPRG(Mobile and Portable Radio Research Group)[8] - Software radio using reconfigurable computing  Stanford University - Low power distributed mobile networks - Reconfigurable multimode, multi-band information transfer systems  UTPA(University of Texas-Pan American) - 높은 데이터율의 재구성 가능한 안테나 개발 - Generic control channel mechanism © ICU 전파교육연구센터 2003

GloMo Project  UCLA(University of California in LA)
- Handheld untethered nodes for high performance wireless network systems - Design of mobile adaptive networks using simulation and agent technology(GloMo SIM)  UCSC(University of California, Santa Cruz) - SPARROW(Secure Protocols for Adaptive, Robust, Reliable, and Opportunistic WINGs)  University of California, Berkeley[10] - Towards a wireless overlay internetworking architecture - BARWAN(Bay Area Research Wireless Access Network)  University of Kansas - RDRN(Rapidly deployable radio networks)[11] © ICU 전파교육연구센터 2003

2017/4/16 CHARIOT, Virginia Tech (Changeable Advanced Radio for Inter Operable Telecommunications)  적응 배열 구조 연구 - 협대역 적응안테나 테스트베드 개발  간섭에 강한 단말기 수신기에 대한 연구 - Analog Device사의 ADSP-21020을 이용하여 적응 알고리즘 실행 및 기저대역에서 테스트  간섭에 강한 기지국 수신기에 대한 연구 - Analog Device사의 ADSP-21020을 이용하여 multistage 수신기 동작 및 기저대역에서 테스트  재구성 가능한 컴퓨팅 구조에 대한 연구  구조 특성과 디자인 - 소프트웨어 라디오와 컴퓨팅 구조 정의 모델 - 상위 레벨 라디오 디자인  소프트웨어 라디오 알고리즘 모델링과 동작 - 터보 코드 알고리즘 개발  핸드헬드 스마트 안테나 현재 Virginia Tech에서는 CHARIOT(Changeable Advanced Radio for Inter Operable Telecommunications)이라는 무선 장치를 개발하고 있다. 이는 무선전화에서의 채널 변경이 사용자가 인지하지 못하는 상황에서 발생하는 것과 같이 서로 다른 규격에서 자동으로 변경, 적응 가능하도록 하는 장치 개발을 목적으로 하고 있다. © ICU 전파교육연구센터 2003

AFFL/IF Multiband Multimode Radio
기존 무선 네트웍과 상호 동작 광대역 전력 증폭기 및 광대역 안테나 Radio 동작과 리소스의 SW 제어 이동성증대를 위한 파형 표준화 서비스 요구와 환경 변화 인지 적응 정보 보호 서비스 및 QoS 무선시스템과 안테나 플랫폼 통합 JTRS compliant plug and play HW/SW 응용 모듈 개발 © ICU 전파교육연구센터 2003

Commercial SDR Drivers
Global Cellular/PCS Markets US - delayed to exploit capital investment in analog systems Europe - GSM to share common R&D & platforms Japan - Exhausted PHS & PDC spectrum for CDMA Proliferation of standards and spectral capacity call for multiband, multimode services on single carrier systems First Generation AMPS & Derivatives NTT-Analog, JTACS Various Analog Stds Second Generation TDMA, CDMA, GSM PHS, PDC, GSM GSM Third Generation UW136, Edge/NA, 3GCDMA-DS, 3GCDMA-MC 3GCDMA-DS IMT-2000, 3GCDMA-TDD Market USA Japan Europe © ICU 전파교육연구센터 2003

Business Model for Wireless PCS
2017/4/16 Business Model for Wireless PCS FI Financial Institution Peter G. Cook, Stephen Hope Regu- lators APn Application Providers OEM System Suppliers OEMn MMM Multi- Media Mgr Network Operator NO Service Provider “Clearcut Communications” SP Enhanced Capability Um Users Wireline Operator WL Wireless Personal Area Network PAN Roaming Operating RN CPn Content Providers Function Developer (SDR) FD Peter G. Cook, Stephen Hope, Business Model for Wireless PCS (SDRF-02-W-0014-V0.00), SDR Forum Security & Architecture Working Group, 9 April 2002 Wireless User (UM) Individuals subscribe to PCS services, and benefit from their use Network Operator (NO) has an infrastructure to provide the fixed termination of the link to the mobile user Service Provider (SP) center of entrepreneurial energy in the market offers a product, and establishes branding of the offering to the user Application Provider (AP) package their capability in a specific application area so that it can be accessed by the small screen and low-speed link of a wireless terminal. Multi-Media Manager (MMM) works with the APs to package their offerings, and with the SP to assist in marketing Content Provider (CP) connect with the application provider or directly with the MMM to provide such access, often a series of constraints OEM System Provider (OEM) design and manufacture the equipment used in providing PCE services, including Base Stations and Mobile Terminals Function Developer (FD) develops or acquires software to run on network nodes and determines network functionality Wireline Operator (WL) provide backhaul and communications channel bandwidth to the Nos Wireless Personal Network (PAN) In the future there will be locales in which a wireless network is available to offer services to users Roaming Network Operator (RN) When the user leaves the service area of the service contract, connectivity may be provided by network operators located there Regulator make the rules under which PCE systems operate PCE : Personal Capability Enhancement auction spectrum to Network Operators Transaction Flow © ICU 전파교육연구센터 2003

Generic Business Model
2017/4/16 Generic Business Model Integrator Fee : OS, ORB, SCA ... Responsible for 1 WF Integration validation certification WF Assembler GLUE Editor SW HW Manufacturer SW 3 d party Upgrade System Provider Select Responsible for multiple WFs Interconnect with net provided by Customer Consultant Specify Define System Asynchronous lifecycles Product 8 years Chips 3 years Sw / Com. 2 years Various Military Programs HW manufacturer : provide a HW component catalog. Commitment needed on platform performances (HW + associated drivers) SW Editor : provide a SW component catalog. Commitment needed on software performances GLUE Editor : SW editor dedicated in utility component : OS, RTOS, ORB, SCA, protocol stack, … Commitment needed on software performances WF Assembler : responsible to choose a “collection” of HW and SW components to build a radio capable of 1 WF. Responsible of performance Integrator : responsible to choose a “collection” of HW and SW components to build a radio capable of multiple WFs. Responsible of performances © ICU 전파교육연구센터 2003

Eric Blossom, eb@comsec.com
GNU Radio Eric Blossom, It’s a free software defined radio A platform for signal processing on commodity hardware Create a practical environment for experimentation & product delivery Expand the “free software ethic” into what were previously hardware intensive arenas © ICU 전파교육연구센터 2003

Conclusion SDR is useful
2017/4/16 Conclusion SDR is useful cost saving (not necessary replacing hardware) enhancing the system performance of functions SDR depends on - progress of hardware technology and - high speed and low power consumption DSP and ADC/DAC, tunable and low loss filter, ultra wideband power amplifier Standardization of SDR Hardware의 교체없이 다양한 system에 적응할 수 있으면 만족할만한 performance를 제공하므로서 비용절감을 강점으로 한다. SDR은 high speed and low power consumption DSP and ADC/DAC, tunable and low loss filter, ultra wideband power amplifier 같은 내용이 병행되어야만 실용화 할 수 있다. functional modules, software, hardware, 다른 매체와 간섭을 최소화하는 것등을 고려하여 표준화 하여야 한다. © ICU 전파교육연구센터 2003

참고 문헌 Software Radio Architecture Object-Oriented Approaches to wireless Systems Engineering - J. Mitola III Simulation and Software Radio for mobile communications - H. Harada & R. Prasad Software Defined Radio, Origins, Drivers and International Perspectives edited by Walter Tuttlebee © ICU 전파교육연구센터 2003

SDR (Software Defined Radio) 개요

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