SDR (Software Defined Radio)이란? (2)동작원리

안녕하세요

이번 포스팅에서는 SDR의 동작원리에 대해서 정리해보겠습니다.

 

지난 포스팅에 SDR의 개요와 특징을 정리해두었으니 참고하세요 :)

SDR(Software Defined Radio)이란? (1) 개요, 특징

 

SDR 동작원리를 보면 아날로그 필터를 통해 밴드선택을 한 후 적당한 주파수(IF)로 내려

ADC를 거쳐 디지털화 한 후에 디지털 필터를 사용하여 채널선택을 유연하게 합니다.

그리고 ADC가 안테나에 얼마나 가까우냐에 멀티밴드와 멀티모드를 다루는 유연성이 증가됩니다.

 

 

SDR 기반의 무선 송수식 시스템의 구성

원래 대부분의 디지털 무선통신 시스템 하드웨어는 RF, ADC/DAC, 디지털 신호처리부로 구성되어있지만

SDR의 경우에는 ADC/DAC의 위치가 기저대역으로부터 IF혹은 RF안테나까지

즉, 시스템의 표본화 처리 대역을 RF까지 증가시켰습니다

 

SDR은 전통적인 디지털 회로와 저속 DSP 및 CPU들을 사용하는

기존의 소프트웨어적인 제어의 디지털 라디오 (Software-Controlled Digital Radio)의 개념이 아니라

고속 DSP 및 CUP들을 사용하여 프로그램 가능한 IF혹은 RF, 채널 액세스모드, 채널 변조등이 가능한

Total Programmable 디지털 라디오 개념으로 이해되어야 합니다.

 

*소프트웨어 구현

1) Application의 유연한 확장

2) Scability를 지원하는 수직적이며 수평적인 계층간 모듈들을 통해 장치/디바이스보조/시스템들의 특성제어

ADC/DAC 위치를 중심으로 안테나, HPA, LNA, 아날로그상하향주파수변환부 등이 있는

앞단을 AFE(Analog Front End)라고 합니다.

 

그리고 디지털 오실레이터, 디지털 AGC, 디지털 곱셈기 등이 있는 그 뒷단을 DFE(Digital Front End)라고 하고 

후단은 베이스밴드 신호를 변복조하는 모뎀이 디지털 하드웨어(DSP 혹은 FPGA)에 로딩됩니다.

 

아날로그 신호가 디지털 신호로 바뀌면서 전력소모, 다이나믹 레인지, 대역폭등에 영향을 미치기 때문에

ADC/DAC는 SDR 시스템 디자인의 성능을 좌우하는 중요한 요소입니다.

 

 

 

 

(a)전통적인 구조 (b) SDR

다단 IF 수신 구조유지하면서 멀티밴드에 적용할 경우

전통적인 RF방식은 각 밴드마다 RF 트랜시버가 존재하고

각각의 표준방식에 따라 (반송파 주파수, 채널대역폭) 아날로그 필터를 따로 필요로 하였습니다.

그래서 파라미터로 조정가능한 필터가 아닌 고정된 협대역성을 가지는데

이것은 각 밴드마다 다른 IF주파수가 들어가는 복잡한 구조이므로 아날로그필터의 한계선을 보여줍니다.

 

SDR에 필요한 새로운 구조

1) Passband sampling

: 밴드제한된 신호에서 대역폭의 2배로 샘플링

2) Direct Conversion

: RF주파수에서 바로 IF=0까지 내림

3) Low-IF Conversion

: DC수준의 낮은 IF로 내림

4) Digital IF

: 현재의 기술로 무난히 사용할 수 있는 IF까지

 

RF수준일 때는 직접 Sampling,

SDR에서는 응용서비스에 따른 멀티밴드에 맞게 적절한 IF로 내려서 Sampling하는 구조입니다.

 

ADC의 주요 파라미터

높여야 할 것	낮춰야 할 것
- 샘플링 주파수 (Sampling rate) - 유효비트수 (ENOB) - 소자의 SNR - SFDR - 대역폭 (Bandwidth) - Dynamic Range utilization	- Aperturejitter - 비선형성 (Non-linearity) - 크기 - 비용 - 전력소모

 

 

 

*SDR Receiver

위 그림에서 보시면 RF Tuner 아날로그필터에서 아날로그 신호를 IF(중간주파수)로 만듭니다.

동작주파수 즉 서로다른 신호를 원하는 레벨 그리고 높은 진폭, Gain을 가지는 신호를 뽑아내는 역할을 하죠.

 

그리고 ADC에서 디지털화를 한 다음 DDC를 이용해 채널선택을 유연하게 합니다.

여기서 DDC란 Digital Down Converter로

응용서비스에 따른 멀티밴드에 맞게 적절한 IF로 내려서 샘플링하는 구조입니다.

 

DDC 안 Digital Mixer에서 신호가 I와 Q 위상 구성요소로 분해되어 Digital Mixer의 출력에서

Baseband equivalent(등가대역폭)을 전송합니다.

그리고 Digital local Oscillator에서 Tuning이 되면 원하는 신호가 0Hz에 도달하는 지점으로 이동하고

이 변화를 LPF의 대역폭조정과 함께 샘플링하는 구조입니다.

 

그리고 DSP에서는 신호를 Demodulating과 Decoding을 하게 되죠.

 

 

*SDR Transmitter

그렇다면 이번엔 SDR 송신기 부분을 알아보겠습니다.

DUC, Digital Up Converter가 등장합니다.

DUC는 Interpolation Filter, Digital Mixer, 디지털 오실레이터로 구성되어있습니다.

Baseband 신호를 IF로 바꾸는 역할을 하는데 우선 Interpolation Filter에서 Baseband 신호 샘플율을

필요한 주파수에 맞게 맞춰주고 디지털 믹서와 디지털 오실레이터에서

샘플들을 IF로 이동해주고 오실레이터에 의해 작동되게 합니다.

 

 

SDR의 동작원리에 대하여 정리해보았습니다

그럼 다음 포스팅에서도 만나요 :)

 

 

제가 공부하고 있는 공대 대학원생 브이로그도 보러오세요 :)

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