LTE 스펙트럼 공유를 위한 통합형 테스트베드 구현과 활용

본 논문은 버지니아텍이 개발한 LTE 스펙트럼 공유 연구용 테스트베드의 전체 구조와 운영 경험을 종합적으로 기술한다. 테스트베드는 크게 네 부분으로 나뉜다. 첫째, 하드웨어 구성으로는 일반‑목적 SDR(USRP N210, B210, E310)과 상용 LTE 시험 장비인 Rohde & Schwarz CMW 500이 포함된다. CMW 500은 LTE eNB와 UE 역할을 동시에 수행하며, 실시간 성능 지표(throughput, BLER, CQI)와 스펙트럼 분석 기능을 제공한다. 둘째, RF 처리 블록은 디지털‑아날로그 변환, 감쇠기, 10 dB 방향성 커플러 등으로 구성돼 전송 신호를 채널 에뮬레이터와 필터 뱅크에 안전하게 전달한다. 셋째, 채널 에뮬레이터(RFnest‑A208)는 0‑1 GHz와 1.8‑2.8 GHz 대역을 지원하며, 최대 8개의 포트를 통해 4개의 독립적인 SISO 링크 혹은 MIMO 구성을 구현한다. 아날로그 방식이지만, 포트 수와 지연·도플러 효과 구현 제한을 보완하기 위해 향후 디지털 에뮬레이터를 추가할 계획이다. 넷째, 안테나·필터 시스템은 천장에 설치된 5개의 옥텟형 전방향 안테나와 4개의 가변 필터 뱅크(800‑1000 MHz, 2025‑2075 MHz, 2350‑2550 MHz, 3550‑3650 MHz)로 구성돼, 3.5 GHz 혁신 대역 등 다양한 주파수에서 전파를 방출하거나 수신한다. 소프트웨어 측면에서는 Amarisoft LTE100 eNB/UE, 오픈소스 srsLTE, 그리고 사용자 정의 OFDM 파형 생성기가 주요 역할을 한다. Amarisoft는 최신 3GPP 릴리즈(Release 14)와 NB‑IoT를 지원하며, 다중 UE 동시 연결과 MIMO 전송을 실험한다. srsLTE는 C 기반 모듈형 라이브러리로, 연구자들이 자유롭게 물리 채널을 재구성하거나 새로운 파형을 테스트할 수 있게 한다. 특히, OFDM 파형 생성기는 서브캐리어 간격, 대역폭, 듀티 사이클 등을 세밀히 조정해 LTE 물리 채널(SSS, PSS, PBCH 등)을 정확히 재현한다. 테스트베드는 원격 제어가 가능하도록 IP 기반 이더넷 네트워크와 OctoClock을 통한 10 MHz·1 pps 동기화 시스템을 갖추었다. 이를 통해 실험자는 웹 인터페이스나 SSH를 통해 장비 설정, 파라미터 조정, 데이터 로깅을 수행한다. 또한 FCC 실험 라이선스를 보유해 450‑3650 MHz 구간에서 합법적으로 전파를 방출할 수 있다. 운용 사례로는 LTE‑U와 Wi‑Fi 간의 공존 실험, C‑V2X 신호의 신뢰성 평가, 레이더 파형 재현을 통한 스펙트럼 공유 시나리오 등이 소개된다. 각 사례에서 테스트베드는 채널 에뮬레이터를 이용해 간섭 레벨을 정밀히 제어하고, MIMO 안테나 배열을 통해 공간 다이버시티 효과를 검증했다. 마지막으로, 설계·운용 과정에서 얻은 교훈을 정리한다. (1) 모듈식 설계가 장비 교체와 확장을 용이하게 함, (2) 아날로그 채널 에뮬레이터는 포트 수와 지연 모델링 한계가 있어 디지털 에뮬레이터와 병행 사용이 필요, (3) 실시간 동기화와 정확한 레퍼런스 클럭이 다중 SDR 간의 위상 정렬에 필수, (4) 전파 차폐 박스와 필터 뱅크를 통한 규제 준수가 실험 안전성을 보장한다. 이러한 경험은 향후 보다 복잡한 6G·다중 스펙트럼 공유 환경을 위한 테스트베드 구축에 중요한 지침이 된다.