이동통신공학[4주차] - CNR/SNR, Link Budget/Receiver Sensitivity, Outage Probability,

* 본 포스트는 K-MOOC 온라인 강좌에서 고려대학교 고영채 교수님의 강좌인 이동통신공학을 듣고 정리한 내용입니다. 자세한 내용들은 해당 강좌를 참고해주시고, 저작권에 문제가 된다면 말씀해주세요. 바로 글을 내리도록 하겠습니다.

http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:KoreaUnivK+ku_eng_001+2020_A07/about 

 

Modem Architecture

 

RF Modem : 고주파 대역을 다루는 회로로 구성된 모뎀

Analog Modem : RF 신호를 아날로그 단으로 다운컨버팅 하거나 아날로그 신호를 고주파로 업컨비팅하는 부분

Baseband Modem : 디지털 신호 처리, 신호 압축 등을 수행하는 부분

 

PA : Power amplifier

LNA : Low noise amplifier

 

 

CNR(Carrier-to-noise power ratio)

No : noise power spectral density, 단위 W/Hz, 1Hz 당 노이즈 파워의 분포가 어떻게 되어있는지 나타내는 값

Ts : symbol duration

Rs : symbol rate, 단위 symbol/sec

 

노이즈의 총 파워 : NoBw, 1Hz 당 노이즈가 가지고 있는 noise power spectral density에다가 해당 노이즈가 차지하고 있는 대역폭만큼 곱함

 

Energy는 전력 곱하기 시간.

그러므로 Pr은 Energy 나누기 하나의 심볼이 차지하고 있는 시간으로 나눠주면 이 파워를 표시할 수 있음

 

SNR(Signal-to-noise power ratio)

- SNR과 CNS 간의 관계식

SNR : Es / No

노이즈의 대역폭 Bw가 대체적으로 1/Ts, 즉 symbol rate R과 거의 같기 때문에 CNR과 SNR 값이 같다고 함

Noise Figure

Noise Power

항상 존재하는 Noise power, Thermal noise라고 함

열이 존재하고 전류가 흐르는 이상 항상 존재하는 파워 노이즈가 존재

K_B는 볼츠만 상수, T는 캘빈단위의 온도

 

Link Budget

Link Budget은 SNR 값인데, 송신단에서 송신을 했을 때 여러가지 path loss를 모두 고려한 다음에 계산된 SNR을 Link budget이라 함

 

그림 출처 : https://academy.infinetwireless.com/en/online-education/wireless-networking-fundamentals/8

 

 

Link Budget은 엔지니어가 특정 거리에서 수신기에 필요한 감도(Receiver Sensitivity)를 기반으로 시스템을 설계할 수 있도록 하는 중요한 값

현재까지 언급한 Link budget은 Instantaneous하게 변하는 신호파워를 고려한 것이 아니라 일종의 area mean 값만 고려한 것(Average Power)

여기에 shadowing 현상까지 고려한다면 link budget 값에다 shadowing factor로 인해 발생하는 값을 더하면 link budget에 shadowing 현상을 고려한 link budget 값을 구할 수 있을 것임.

 

 

Receiver sensitivity

통신 시스템의 성능이 어느 정도까지 되어야 하는가 바라보기 위한 성능 지표

 

 

Outage Probability

수신된 SNR 또는 CNR 값이 어떤 특정한 threshold보다 낮으면 통신이 두절된다. 이런 현상을 통신에서 outage가 발생했다고 하는데, 이 outage를 확률적으로 어떻게 계산하는지에 대한 것.

 

- Noise Outage Probability : 10^(-3)과 같이 특정한 성능을 만족시킬 수 있는 CNR 값이 대응되는 CNR 값보다 작을 확률

 

 

- Co-Channel interference outage probability : 캐리어파워와 간섭 파워의 비율을 나타내는 CIR 값이 대응되는 CIR 값보다 작을 확률

중간에 하나의 cell과 frequency reuse를 통해 동일한 주파수 대역을 쓰고 있는 주변의 6개 cell.

위의 식처럼 path loss만 고려한 것이 아닌, CIR에 대해 shadowing을 고려할 경우 상당히 어려운 문제가 되어 approximation을 통해 outage probability를 구함

-> 대부분 이러한 문제는 확률적인 문제로서 접근해서 풀 수 있음