[LTE/NR] Channel Model

By | 2020-08-17

주의 (Caution)

제가 작성한 다른 글에서도 틀린 내용이 존재할 수도 있지만, 특히 LTE/NR에 대해서는 지식이 없어서 틀린 내용이 더 많이 있을 수도 있습니다. 제가 이해하기 위해서 구글에서 찾은 내용을 정리한 글입니다. 혹시나 틀린 내용을 알려주시면 정말 감사하겠습니다.


What is Channel? (출처 1)

Channel이란 통신 신호가 지나가는 통로를 의미하는 것으로 판단된다. 예를 들어서 컴퓨터 간에 케이블로 연결하여서 통신하게 되면 케이블이 채널이 된다. 모바일 단말(UE)과 Cell(기지국) 사이에서 통신하게 되면 통신이 지나가는 경로(장애물을 포함한 경로)가 Channel이 되는 것으로 판단된다.


Channel Model (출처 1, 2)

가장 먼저 Channel Model에 대해서 정리하였다. 아래 Equation 1은 Channel Model을 표시하는 방정식이다. 아래 그림 1은 Equation 1을 그림으로 변경하여서 표시한 그림이다. 통신을 조금이라도 아시는 분은 아마 아래 방정식만 보면 대충 어떤 의미인지 알 수 있습니다. (통신을 조금이라도 아시는 분은 아마 이 글을 읽지 않겠죠). 하지만, 저와 같이 통신에 대한 지식이 없으면 사실 아래 방정식이 무슨 의미인지 전혀 알 수가 없습니다.

Equation 1: Channel Model 방정식

  • y = Hx + n
    • y = Received Data
    • H = Channel Matrix
    • x = Transmitted Data
    • n = Noise Matrix
그림 1: Channel Model

LTE/NR과 같이 통신은 기본적으로 Data를 User Equipment (UE)에서 Cell(기지국)로 보내거나, 반대로 Cell에서 UE로 Data를 보내는 것을 의미한다. 받은 Data와 보낸 Data의 관계를 표현한 방정식을 Channel Model이라고 생각하면 될 것 같습니다.

Equation 1에서 y는 Antenna(UE/Cell)로 들어온 Data Matrix를 의미합니다. 보통 N개의 Antenna가 있기 때문에 (N x 1)의 Matrix로 구성되어 있습니다. H는 Channel Matrix로 보통 (N x N)의 Matrix로 구성되어 있다. Channel Matrix (H) 는 Channel Estimation (CE) 이라는 기법을 사용해서 계산하게 된다. 정확한 값을 계산한다기보다는 예상치(추정치)를 계산한다. 사실 여기서 말하는 Channel Matrix (H)가 정확히 무엇을 의미하는지 아직은 잘 모르겠다 (아마 Channel이 지나오는 과정을 표시한 것이 Channel Matrix로 판단된다). x는 User가 Cell로 보내고자 하는 Data 값이나, 반대로 Cell에서 User에게 보내고자 하는 Data 값을 의미한다. x값은 보통 (N x 1)의 Matrix로 구성되어 있다. 마지막으로 n은 Noise를 의미한다. Noise는 Data를 User가 Cell로 보내거나, 반대로 Cell에서 User에게 전달하는 과정에서 발생하게 된다. 예를 들어서 건물 벽, 사람, 등으로 인해서 발생한다.

추가로 Antenna 말고 Layer라는 개념이 존재한다. Layer라는 개념이 추가되면 위 Matrix의 크기가 변경된다. 하지만, Channel Model의 수식은 거의 동일하다. 해당 부분은 더 이해하게 되면 정리할 예정이다.

마지막으로 Channel Model에서 얻고자 하는 값은 Transmitted Data (x)이다. Transmitted Data (x) 값을 계산하는 방법을 Minimum Mean Square Error (MMSE)라고 한다. 이 역시 다음에 정리할 예정이다.


약어 (Abbreviation)

  • NR: New Radio (5G)
  • LTE: Long-Term Evolution
  • UE: User Equipment
  • CE: Channel Estimation
  • MMSE: Minimum Mean Square Error

출처

  1. https://www.sharetechnote.com/html/Communication_ChannelModel_MMSE.html
  2. https://www.sharetechnote.com/html/Communication_ChannelModel.html
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Communication_channel

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