RB 수와 location을 바꾸면 실제 RF는 어떻게 달라질까?

한 개의 넓은 신호가 아니라 서로 직교하는 여러 subcarrier

OFDM transmitter는 각 subcarrier에 QAM symbol을 놓고 IFFT를 수행해 하나의 time waveform을 만든다. subcarrier 간격을 Δf, 유효 symbol 시간을 Tu = 1/Δf로 고르면, symbol 구간에서 각 subcarrier가 다른 subcarrier의 결정 지점에 zero crossing을 만든다. spectrum의 sinc 모양이 겹쳐 보여도 수학적으로 분리할 수 있는 이유다.

QAM symbols → resource grid → IFFT → cyclic prefix 추가 → DAC/upconversion → RF

receiver는 반대로 timing을 잡고 CP를 제거한 뒤 FFT를 수행한다.

Grid의 포함 관계

머릿속에서 가장 작은 칸부터 쌓는다.

1. RE — subcarrier 1개 × OFDM symbol 1개
2. RB — frequency 방향 subcarrier 12개
3. slot — 여러 OFDM symbol의 시간 묶음
4. subframe/frame — radio timing의 큰 기준
5. carrier 또는 BWP — 실제 사용할 frequency grid의 범위

RB는 “데이터 12개”가 아니다. 한 RB 안에도 DM-RS, control 또는 reserved RE가 있으므로 실제 payload bit 수는 modulation order만 곱해 계산할 수 없다.

RB size와 location은 서로 다른 knob다

• RB size/count를 늘리면 더 많은 subcarrier가 켜져 occupied frequency width가 넓어진다.
• RB location/offset을 늘리면 같은 폭의 allocation이 grid의 높은 주파수 쪽으로 이동한다.
• 둘 다 IFFT에 넣는 bin 집합을 바꾸므로 time waveform의 sample-by-sample 모양과 PAPR도 달라질 수 있다.
• total channel power를 고정했으면 RB를 늘릴수록 subcarrier당 평균 power는 낮아진다. PSD 기준을 고정하면 total power는 늘어난다. 장비의 power normalization을 확인해야 한다.

LTE와 NR의 숫자를 먼저 분리하자

LTE downlink의 대표 20 MHz carrier

• SCS: 15 kHz
• 최대 downlink RB: 100
• RB 한 개 폭: 12 × 15 kHz = 180 kHz
• 100 RB의 nominal active subcarrier width: 18 MHz
• 나머지는 channel edge guard와 implementation transition을 위해 남는다.

따라서 LTE 단일 carrier에서 100 MHz/100 RB라고 말하는 것은 맞지 않는다. LTE Release 17에서도 한 E-UTRA carrier bandwidth의 대표 최대는 20 MHz이고, 더 넓은 총 대역은 carrier aggregation의 여러 component carrier로 다룬다.

NR FR1의 100 MHz carrier

3GPP TS 38.104의 maximum transmission bandwidth configuration에서:

100 MHz FR1에서 15 kHz SCS를 넣고 528 RB처럼 단순 나눗셈한 값을 쓰면 안 된다. 허용 channel bandwidth와 SCS 조합, maximum transmission bandwidth configuration은 TS 38.104 표를 따른다.

NR FR2-1과 FR2-2는 같은 표가 아니다

Release 17에서 FR2는 FR2-1과 더 높은 주파수의 FR2-2로 나뉜다. 특히 FR2-2에는 480 kHz, 960 kHz SCS와 최대 2 GHz channel bandwidth 조합이 추가되었다. 아래는 TS 38.104 V17.7.0 표 5.3.2-2와 5.3.2-3의 transmission bandwidth configuration이다. N/A 조합은 단순 나눗셈으로 RB 수를 만들어 쓰면 안 된다.

예를 들어 FR2-2 800 MHz / 480 kHz는 124 RB, nominal active span은 124 × 12 × 480 kHz = 714.24 MHz다. channel edge에는 guard가 남는다. 이 Wiki의 simulator 기본 화면은 FR1 100 MHz를 사용하지만 계산 라이브러리는 위 Release 17 조합을 별도 range로 검증한다.

먼저 reference를 적는다

NR의 RB index는 문맥에 따라 common resource block, carrier resource block, BWP 안의 PRB가 다르다. Signal Studio의 RB Offset, RB Start, Resource Block Offset이 어느 기준점을 사용하는지 현재 channel/BWP 설정과 help에서 확인한다. 여기서는 교육 모델로 273-RB active carrier의 PRB 0을 시작점으로 한 offset을 사용한다.

예 1: NR 100 MHz, SCS 30 kHz

• Carrier grid: 273 RB
• RB width: 12 × 30 kHz = 360 kHz
• Allocation size: 100 RB
• Allocation nominal width: 100 × 360 kHz = 36 MHz
• Legal start range: 0 … 173, 왜냐하면 273 − 100 = 173

273은 홀수이고 allocation 100은 짝수라 완벽히 같은 index 중심을 공유하지 않는다. start 86과 87은 carrier 중심의 양쪽에 반 RB만큼 차이가 난다. “center”라는 UI 표현이 DC subcarrier, Point A, channel raster 중 무엇을 기준으로 하는지도 확인한다.

location 0 → 86의 Cause/Effect

• 변경: 100-RB allocation 시작점을 0에서 86으로 이동
• 직접 효과: IFFT에서 활성 bin 집합이 높은 주파수 쪽으로 86 RB 이동
• 화면 결과: occupied width는 약 36 MHz로 유지, spectrum 중심은 약 86 × 360 kHz = 30.96 MHz 이동
• 비용/한계: BWP·Point A·DC null convention을 빼면 absolute RF edge를 정확히 단정할 수 없음

예 2: 같은 100 MHz지만 SCS 60 kHz

• Carrier grid: 135 RB
• RB width: 12 × 60 kHz = 720 kHz
• RB size 100 width: 72 MHz
• Legal start range: 0 … 35
• 거의 centered start: 17 또는 18

같은 RB 100도 30 kHz SCS에서는 약 36 MHz, 60 kHz SCS에서는 약 72 MHz다. 따라서 RB count만 보고 occupied bandwidth를 말할 수 없다.

LTE 20 MHz에서는 같은 말을 어떻게 읽을까?

LTE 20 MHz downlink의 carrier grid가 100 RB인데 allocation도 100 RB라면 start는 0만 가능하다. size 100이 이미 모든 PRB를 사용하기 때문이다. location을 움직이고 싶다면 allocation size를 100보다 작게 해야 한다.

예를 들어 size 20이면 폭은 20 × 180 kHz = 3.6 MHz, legal start는 0 … 80이다.

Signal Studio에서 생성하는 순서

NR downlink

1. 5G NR waveform setup에서 Release 17에 맞는 DL carrier와 frequency range를 선택한다.
2. Channel bandwidth 100 MHz, SCS 30 kHz를 선택한다.
3. Carrier/BWP start와 size를 확인한다. BWP가 carrier 전체보다 작으면 PDSCH RB offset은 보통 BWP 안에서 해석된다.
4. PDSCH allocation을 RB size 100, start 0으로 설정한다.
5. DM-RS mapping, symbol allocation, modulation, power boost를 기록한다.
6. waveform power normalization이 total RMS, per-carrier, per-channel 중 무엇인지 확인한다.
7. Download 후 generator RF output을 안전한 level에서 켠다.

X-Series 또는 89600 VSA 분석

1. Center frequency와 analysis bandwidth를 carrier 전체에 맞춘다.
2. 5G NR demodulation setup에서 channel bandwidth와 SCS를 source와 맞춘다.
3. Frame/SSB를 포함했다면 cell ID와 sync detection을 확인한다.
4. Resource grid에서 PDSCH, DM-RS, PDCCH/CORESET, SSB의 색이 아니라 label과 RE pattern을 확인한다.
5. EVM summary만 보지 말고 EVM vs subcarrier, EVM vs symbol, constellation, channel frequency response를 linked view로 본다.
6. RB start를 바꿨을 때 spectrum과 resource grid marker가 같은 allocation을 가리키는지 확인한다.

어떤 신호가 grid를 채우는가?

LTE downlink의 대표 물리 신호·채널

• PSS/SSS: cell search와 timing/identity
• PBCH: MIB 전달
• CRS: legacy cell-specific reference signal
• PDCCH: downlink control information
• PDSCH: 사용자 data
• PCFICH/PHICH: LTE legacy control 구조; 구성과 release 기능에 따라 해석

LTE uplink는 전통적으로 DFT-s-OFDM(SC-FDMA라고도 부름)을 사용해 단말 PAPR을 낮춘다.

LTE uplink: 채널과 신호를 grid에서 따로 보자

LTE uplink도 20 MHz이면 최대 100 RB이고 RB 하나는 12 × 15 kHz = 180 kHz다. 다만 downlink OFDM과 달리 PUSCH data symbol에는 먼저 DFT spreading을 적용한 뒤 연속 subcarrier에 mapping하는 DFT-s-OFDM을 사용한다. 여러 QAM symbol이 frequency bin 하나씩에 독립적으로 놓이기보다 한 allocation 전체에 퍼지므로 UE 송신의 peak-to-average power를 낮추는 데 유리하다. PUCCH는 이 PUSCH chain으로 일반화하지 않는다. format에 따라 base sequence, cyclic shift, orthogonal/block spreading과 hopping으로 control resource를 구성한다.

PUSCH의 머릿속 신호 흐름은 UL bits → coding/modulation → DFT spreading → RB mapping → IFFT/CP → UE PA다. receiver는 CP 제거 → FFT → allocation 추출 → inverse DFT de-spreading → equalization 순으로 본다. PUCCH는 선택한 format의 sequence·spreading·hopping 생성 절차를 별도로 따른다. 따라서 analyzer에서 LTE UL을 일반 OFDM으로만 설정하면 allocation spectrum은 보여도 표준 demodulation과 EVM reference가 맞지 않을 수 있다.

Bench에서 LTE UL grid를 읽는 순서

1. UL channel bandwidth와 PUSCH RB start/count를 먼저 확인한다.
2. DM-RS 위치에서 channel estimate와 common phase error가 안정적인지 본다.
3. PUSCH data RE의 EVM을 subcarrier·symbol 방향으로 나눠 PA memory effect와 frequency tilt를 구분한다.
4. PUCCH가 있다면 control resource와 hopping이 PUSCH와 충돌하지 않는지 본다.
5. SRS가 설정됐으면 마지막 symbol 부근의 puncture/전환을 data 오류로 오인하지 않는다.
6. PRACH는 별도 occasion과 preamble format으로 분석하며 PUSCH constellation을 기대하지 않는다.

NR downlink와 uplink의 대표 신호·채널

• SSB: PSS, SSS, PBCH, PBCH DM-RS의 묶음
• CORESET/PDCCH: control 영역과 downlink control information
• PDSCH + DM-RS/PTRS: data와 demodulation/phase tracking reference
• CSI-RS: channel-state measurement
• PRACH: random access
• PUCCH/PUSCH + DM-RS: uplink control/data
• SRS: uplink sounding

NR은 “모든 RB가 항상 data”인 grid가 아니다. scheduler allocation과 reference/control overhead를 함께 봐야 EVM과 power distribution을 올바르게 읽을 수 있다.

allocation 이동이 time waveform에 남기는 것

IFFT bin을 k0만큼 이동하면 ideal complex baseband time waveform에 exp(j2πk0n/N) 회전이 곱해진다. 같은 QAM data와 power normalization이라면 magnitude envelope는 이상적으로 같을 수 있지만 phase가 sample마다 더 빨리 회전한다. 실제 waveform은 guard, DC subcarrier, reference signal, filtering, clipping, data seed 때문에 envelope와 PAPR도 달라질 수 있다.

x[n] = (1/N) Σₖ X[k]exp(j2πkn/N)

Tu = 1/Δf

Δf = 15 kHz × 2^μ

BRB = 12Δf,   Balloc = NRB,alloc·12Δf,   0 ≤ start ≤ NRB,grid−NRB,alloc

Xshift[k] = X[k−k₀]  ⇔  xshift[n] = x[n]exp(j2πk₀n/N)

Release 17 표를 읽는 순서

1. TS 38.104에서 frequency range, channel bandwidth, SCS에 맞는 maximum transmission bandwidth N_RB를 찾는다.
2. TS 38.211에서 resource grid, Point A, common resource block, BWP, physical channel mapping을 확인한다.
3. Signal Studio UI가 표준 parameter를 어떤 이름과 기준점으로 노출하는지 help에서 확인한다.
4. analyzer 설정이 source의 numerology, cell ID, frame structure, channel allocation과 일치하는지 검증한다.

이 단원의 convention과 불확도

• downlink frequency는 화면 왼쪽이 낮고 오른쪽이 높다.
• RB는 12개 연속 subcarrier다.
• 교육 예의 start는 active carrier PRB 0 기준이다. 실제 NR은 BWP/CRB 기준을 명시한다.
• nominal RB span과 measured occupied bandwidth를 구분한다.
• total RMS power 고정인지 PSD/RB power 고정인지 명시한다.
• resource grid의 빈 RE가 실제 zero인지 muted/reference/reserved인지 configuration과 함께 읽는다.
• PA를 통과한 뒤에는 filtering, gain tilt, compression, memory effect가 allocation edge와 EVM에 추가 영향을 준다.