LabVIEW는 최소한의 5G 시스템 테스트 플랫폼을 개발합니다.
저장 용량이 크고 데이터가 풍부한 애플리케이션을 갖춘 스마트폰의 확산으로 인해 현재 세대의 제품은 처리량 효율성을 개선해야 합니다. OFDM은 단일 탭 균등화 및 비용 효율적인 구현과 같은 우수한 품질로 인해 현재 물리 계층 기술로 널리 사용됩니다. 이러한 이점은 엄격한 동기화, 직교성 및 높은 전력 소비 비용으로 발생합니다. 높은 데이터 속도 외에도 기계형 통신, 사물 인터넷(IoT) 및 차량 간 통신(V2V)과 같이 사람의 개입이 필요하지 않은 애플리케이션은 차세대 시스템 설계를 위한 솔루션을 제공하고 있습니다. 이러한 애플리케이션에는 낮은 전력 소비, 대기 시간 감소 및 비동기 데이터 전송이 필요합니다.
이것은 새로운 물리층 파형의 탐구를 자극하여 많은 대체 파형의 제안으로 이어졌습니다. 위의 특성에 맞는 유연한 다중 반송파 전송 전략인 GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing)은 5G 네트워크 구현을 위한 유력한 경쟁자로 간주될 수 있습니다. GFDM 시스템은 서로 다른 시간-주파수 블록의 변조를 기반으로 하며, 각 시간-주파수 블록은 주파수의 여러 부반송파와 시간의 부심볼을 포함합니다. 각 서브심볼의 서브캐리어는 시간과 주파수가 주기적으로 변하는 애플리케이션별 프로토타입 필터를 사용하여 필터링됩니다. 다른 다중 반송파 방식과 마찬가지로 GFDM은 시간 영역에서 많은 수의 기호로 인해 PAPR(peak-to-average power ratio) 문제를 겪고 있습니다.
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GFDM 기반 시스템에는 세 가지 주요 유형의 PAPR 감소 기술이 있습니다. 초기이자 가장 기본적인 범주는 주로 시간 영역 GFDM 신호를 클리핑하여 신호 PAPR을 줄이는 신호 왜곡 기술입니다. 이러한 전략은 왜곡 속성과 높은 오류 전파율로 인해 GFDM 시스템의 PAPR 감소에 충분히 적합하지 않습니다. 신호 스크램블링은 SLM(Selective Mapping) 및 PTS(Partial Transmission Sequence)를 포함하는 또 다른 PAPR 감소 기술입니다[12]. 많은 수의 GFDM 대체 신호를 생성하기 위해 GFDM 신호에 SLM의 주파수 영역에서 임의의 위상 회전 벡터를 곱합니다. IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 후 PAPR이 가장 낮은 대체 GFDM 신호가 전송을 위해 선택됩니다. 그런 다음 후보 신호의 SI(side information)가 전송되어 효율적인 수신기 복구가 가능합니다. PTS 기법에서 신호를 불연속적인 하위 블록으로 나누고 각 하위 블록에 적절한 위상 시퀀스 벡터를 곱한 다음 하위 블록을 재구성하여 PAPR이 감소된 신호를 생성함으로써 PAPR을 줄입니다[14]. PTS 및 SLM 방법은 계산이 많이 요구되며 위상 시퀀스 벡터에 대한 적절한 검색 전략이 필요합니다. 또한 필요한 위상 시퀀스 벡터와 추가적인 부가 정보를 수신기에 제공해야 하므로 시스템의 스펙트럼 효율이 떨어집니다. 그러나 위의 모든 PAPR 완화 솔루션 중 대부분은 PAPR을 줄이는 데 제대로 수행되지 않으므로 각 비트스트림에 대한 대체 후보 신호를 구성하는 추가 메커니즘이 필요합니다. PAPR 감소 전략의 마지막 범주에는 DHMT(Discrete Hartley Matrix Transform), DSMT(Discrete Sine Matrix Transform) 및 DCMT(Discrete Cosine Matrix Transform)를 비롯한 프리코딩 기술이 포함됩니다. 이러한 기술은 IFFT 계산 전에 변조된 데이터 신호 사이의 비주기적 자기상관의 양을 줄이기 때문에 PAPR을 감소시킵니다. 프리코딩 기술은 GFDM 시스템에서 PAPR을 줄이는 효과적인 전략 중 하나입니다. 그러나 신호 스크램블링 기술에 비해 PAPR 감소가 좋지 않습니다.
우리는 프리코딩 기법에 기반한 효율적인 PAPR 감소 방법과 SVD(singular value decomposition)에 기반한 최적의 직교 프리코딩 행렬을 제안합니다. PAPR 완화 효율을 개선하기 위해 평균 전력과 피크 대 평균 전력 비율을 줄였습니다. PAPR 감소 아이디어를 테스트하기 위해 USRP(Universal Software Defined Radio Peripheral)라고 하는 NI 하드웨어를 사용하여 GFDM 시스템의 실시간 프로토타입을 개발했습니다. USRP로부터 받은 스펙트럼 응답은 시뮬레이션과 잘 일치함을 보여 제안된 방법을 검증합니다.
프리코딩 기반 기술은 추가 부가 정보 없이 사용할 수 있는 단순한 선형 프로세스이기 때문에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 프리코딩은 복잡성을 크게 증가시키거나 부반송파 직교성을 파괴하지 않지만 PAPR 감소 성능을 향상시킵니다. 본 논문에서는 GFDM 전송 신호의 PAPR을 줄이기 위한 방법으로 최적의 프리코딩을 사용한다. GFDM 변조 및 전송 전에 GFDM 시스템의 프리코딩은 각 GFDM 모듈의 변조된 데이터에 프리코딩 매트릭스를 곱해야 합니다. GFDM 시스템은 미리 결정된 프리코딩 매트릭스를 사용하므로 송신기와 수신기 간에 핸드셰이킹이 필요하지 않습니다. 프리코딩 행렬이 모든 GFDM 프레임에 대해 동일하다면 블록 기반 최적화 기술에서 요구하는 모든 처리를 수행할 필요도 없습니다.
오버레이 SI 전송 개념을 구현하는 데 사용되는 테스트 벤치는 Universal Software Radio Peripheral RIO라고 하는 NI 하드웨어와 쉽게 병합할 수 있는 LabVIEW 소프트웨어를 사용합니다. LabVIEW의 주요 매력은 추가 하드웨어를 사용하지 않고 간단히 재구성할 수 있다는 것입니다. 내부적으로 USRP는 RF 변환을 위한 저주파 서브보드와 USRP의 내부 디지털 신호 처리(DSP) 칩 개발을 위한 ADC(Analog-to-Digital Converter)/DAC(Digital-to-Analog Converter)로 구성된다. . USRP는 1.2~6GHz의 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있으며 모든 모바일 통신 시나리오를 포괄합니다. 디지털 업/다운 변환 및 보간/데시메이션과 같은 주요 통신 작업은 LabVIEW 소프트웨어로 제어되는 USRP의 FPGA 보드에서 구현되어 변조/복조와 같은 기저대역 작업을 수행합니다. 따라서 USRP의 실제 FPGA 구현은 소프트웨어에 의해 제어됩니다. 이 아이디어는 소프트웨어의 변경 사항이 하드웨어 구현에 의해 복제됨에 따라 알고리즘을 테스트할 수 있는 기회를 제공합니다.
NIPXIe-PCIe8371Express 카드를 사용하여 USRP와 연결된 두 개의 워크스테이션. 이 인터페이스는 832MB/s로 실시간 통신 시나리오를 시연하는 데 매우 유용합니다. USRP를 연결한 후에는 송신기와 수신기 USRP에 고유한 ID를 할당해야 합니다. LabVIEW에서 직사각형 그리드 QAM 변조 데이터는 블록 다이어그램에 지정된 순서대로 구성요소의 활성 부반송파에서 GFDM 변조됩니다. GFDM 심볼에 대한 모든 베이스밴드 작업을 수행한 후 프리앰블과 길이 8의 제로 시퀀스가 각 패킷의 시작과 끝에 추가됩니다. 프리앰블은 동기화 및 채널 추정을 수행하는 데 사용되는 반면 제로 패딩은 수신된 신호를 시간에 따라 차별화하는 데 사용할 수 있습니다. USRP에서 전송되는 패킷에는 급여 데이터뿐만 아니라 제어 정보도 포함됩니다. 제어 정보에는 USRPIP, 프리앰블이 있는 데이터 위치 및 오류 수정 코드가 포함됩니다. RxUSRP는 사용 가능한 공간에서 중첩된 신호를 데이터 스트림으로 수신합니다. RxUSRP는 감지 알고리즘을 사용하여 상당한 양의 에너지가 관찰될 때까지 데이터 샘플을 폐기합니다.
채택된 접근 방식은 데이터 효율성과 PAPR을 개선하여 GFDM 시스템을 5G 통신의 매력적인 대안으로 만듭니다. PAPR이 가장 낮은 프리코딩 행렬을 설계하는 최적화 과제가 해결되었습니다. 시뮬레이션 결과는 프리코딩 전략이 GFDM 시스템에서 PAPR을 크게 줄일 수 있음을 보여줍니다. 실험 및 시뮬레이션 결과의 견고성은 GFDM 시스템에서 PAPR 감소 기술에 대한 신뢰성을 제공합니다.
이것은 LabVIEW의 응용 프로그램입니다.더 많은 개발 사례를 보려면 Beijing Hanwen Wangxing 공식 웹 사이트에 로그인하여 더 많은 정보를 얻으십시오. LabVIEW 프로젝트 협력 개발이 필요한 경우 당사에 문의하십시오.