다재다능한 5G 링크 레벨 시뮬레이터, 비엔나 5G LL 시뮬레이터

본 논문은 차세대 모바일 통신 연구와 개발을 위한 고성능 링크 레벨 시뮬레이터인 “Vienna 5G Link Level Simulator”(이하 비엔나 5G LL) 를 상세히 소개한다. 시뮬레이터는 MATLAB 기반으로 구현되었으며, 객체 지향 프로그래밍(OOP) 방식을 채택해 모듈형 구조를 제공한다. 이러한 설계는 새로운 파형, 코딩, MIMO 처리, 채널 모델 등을 손쉽게 추가·교체할 수 있게 하여, 4G LTE와 5G NR 모두에 대한 표준‑준수 시뮬레이션을 지원한다. 시뮬레이터의 핵심 기능은 물리 계층(PHY)을 샘플‑레벨에서 정확히 모델링한다는 점이다. 송신‑수신 체인 전체가 시간‑샘플 단위로 구현되어, 파형 선택에 따라 발생하는 전력·노이즈 비율(SNR)의 차이를 자동으로 반영한다. 또한, 전송 전력과 노이즈 전력을 고정하고 SNR을 파형에 따라 계산하는 방식은 다양한 파형 간 공정한 비교를 가능하게 한다. 비엔나 5G LL은 다음과 같은 주요 특징을 갖는다. 1. **다양한 파형 지원**: CP‑OFDM, f‑OFDM, UFMC, FBMC, WOLA 등 5G 표준에서 논의되는 다중 파형을 모두 구현한다. 파라미터화된 numerology(서브캐리어 간격, 심볼 길이, CP 비율 등)를 자유롭게 설정할 수 있어, 서비스 요구(eMBB, URLLC, mMTC)와 채널 조건(지연·도플러) 등에 맞는 최적 파형· numerology 조합을 실험한다. 2. **유연한 코딩 및 변조**: LDPC, 터보, 폴라, 컨볼루션 코드를 선택 가능하며, AMC(Adaptive Modulation and Coding) 로직을 사용자 정의할 수 있다. 이를 통해 실제 3GPP 스케줄링과 유사한 환경을 재현한다. 3. **다중 링크·다중 사용자 시뮬레이션**: 여러 사용자와 기지국을 시뮬레이션에 포함시켜, 경로 손실·전력 제어 파라미터를 개별 입력함으로써 IUI(Inter‑User Interference)를 정량화한다. 이는 5G의 혼합 numerology, NOMA, 다중 안테나 전송 등 비정형 다중 접속 시나리오 연구에 필수적이다. 4. **고정밀 채널 모델링**: 샘플‑단위 전송을 기반으로, 지연·도플러 스프레드, 다중 경로 페이딩 등을 정밀하게 모델링한다. 모듈형 구조 덕분에 최신 mmWave 채널 모델이나 사용자 정의 채널 모델을 손쉽게 통합할 수 있다. 5. **시스템‑레벨 연동**: 비엔나 5G LL은 동생인 Vienna 5G System‑Level Simulator와 연동돼, LL 시뮬레이션 결과를 기반으로 PHY‑abstraction 모델을 자동 생성한다. 이를 통해 대규모 네트워크 시뮬레이션에서도 일관된 성능 예측이 가능하다. 비엔나 5G LL은 학술용 라이선스로 무료 제공되며, GitHub(또는 전용 웹사이트)에서 소스 코드를 다운로드할 수 있다. 이는 연구 커뮤니티 내 재현성을 크게 향상시킨다. 논문에서는 기존의 GTEC 5G LL, OpenAirInterface, ns‑3 등과 비교한 표를 제시한다. 비교 결과, 기존 도구들은 파형·코딩·다중 사용자 지원이 제한적이거나 PHY‑detail 수준이 낮아 정확한 성능 평가에 한계가 있었던 반면, 비엔나 5G LL은 모든 주요 기능을 통합하고 확장성을 강조한다. 실험 섹션에서는 (1) 다양한 numerology와 파형 간 SNR·BER 차이, (2) LDPC와 터보 코딩의 성능 비교, (3) 혼합 numerology 환경에서 발생하는 IUI 분석 등을 제시한다. 결과는 파형·numerology 선택이 채널 지연·도플러에 민감함을 보여주며, 다중 링크 시뮬레이션을 통해 비정형 다중 접속 기술의 잠재적 이점을 정량화한다. 결론적으로, 비엔나 5G LL은 5G·6G 연구에 필요한 고정밀, 고유연성, 고재현성의 링크 레벨 시뮬레이션 플랫폼을 제공한다. 향후 새로운 PHY 기술(예: 초고주파 대역, 대규모 MIMO, AI‑기반 변조) 평가를 위한 기반이 될 것이며, 학계·산업 모두에서 널리 활용될 전망이다.