정의

일반적으로 말하는 시스템 시뮬레이션이란 block-level의 linked analysis를 지칭하는 경우가 많다. 각각의 circuit이나 component를 설계하는 것이 아니라, 이미 설계된 것들의 결과를 하나의 block으로 표현하여 시스템 구조에 맞게 연결한 후 전체 시스템의 성능을 평가하는 것이다.

많은 공학분야에 이러한 block linked analysis 방식의 시스템 시뮬레이션이 존재하지만, RF분야는 특성상 무선통신과 관련된 분야에 주로 사용되기 때문에 해당하는 protocol 특성을 최종결과로 평가하는 경우가 많다. 또는 몇몇 회로를 연결했을 때의 단순히 종합적인 S 파라미터 결과를 보길 원하는 경우도 있지만, 어떤 식으로든 시스템적으로 연결된 구조를 해석하려면 결국 신호처리의 개념이 필요해지게 된다.

용도

H/W를 설계해본 사람이면 알겠지만, AMP, filter, Antenna.. 등의 단품들을 정상적으로 제작한 후에, 막상 이것들을 다 연결해서 시스템을 구성하면 제대로 동작하지 않는 경우가 많다. 아니, 오히려 한번의 조립에 정상적인 성능이 나오는게 비정상적이라고 생각될 지경이다. 개별적으로는 동작을 잘 하지만, 여러 단품들이 조합된 후에는 또다른 차원의 문제점들이 드러나게 되기 때문이다. 이렇듯 시스템 엔지니어링에서 각각의 component의 spec을 어떻게 조절하고 조합하느냐는 대단히 중요한 문제이다.

물론 각 component의 spec을 아주 타이트하게 잡으면 시스템에서 문제가 발생할 소지는 적을 것이다. 하지만 필요이상의 까다로운 spec은 component나 circuit 설계자를 아주 괴롭히게 되므로, 시스템이 잘 동작할 만한 적정한 spec을 결정하는 것이 중요하다. 이러한 것들을 미리 판단하기 위해서는 시스템 시뮬레이션을 통해 각 component의 적절한 spec조절 작업이 필요하다.

이렇듯 사전 spec작업 뿐만 아니라, 이미 설계된 회로들을 시스템으로 구성하여 결과를 예측하는 차원에서도 활용이 가능하다.  또한 특정 component가 외부 component의 영향에 대해 어떤 부위가 취약해지는 지를 찾아내는 용도로도 쓰인다.

시스템 시뮬레이션이라고해서 꼭 전체 시스템을 시뮬레이션 하란 법은 없다. 사람에 따라서는 단순히 두 개의 RF component를 붙여서 합성된 결과만 보고 싶은 경우도 있고, 수신부나 입력부 전체 회로를 구성하여 결과를 볼수도 있고, 송수신단과 안테나, 그리고 공기중 전파 채널모델까지 고려해서 protocol 자체를 검증할 수도 있다. 이렇듯 쓰는 사람의 맘대로 쓰면 된다.

종류

이런 저런 이유로 RF에서의 시스템 시뮬레이션은 크게 두가지로 나누어 볼 수 있다. 결과를 보고자 하는 조건에 따라서 RF 시스템 시뮬레이션과 통신 시스템 시뮬레이션으로 구분이 가능하며, 대부분의 RF 관련 시스템 시뮬레이터들은 이 두가지를 다 고려한다.

RF 시스템 시뮬레이션은 각각의 component의 조합에 의한 결과를 하드웨어적인 spec 결과로 보는 것이다. 즉 예를 들어 transceiver 전체를 시스템 시뮬레이션하고 결과를 전체적인 수신성능과 S 파라미터 특성을 평가하는 것이다. 한마디로 RF단 자체의 송수신 성능 체크에 주 목적이 있다.

통신 시스템 시뮬레이션은 RF 시스템 시뮬레이션의 차원을 넘어서, Protocol 상에서의 전체 통신 성능을 보고자 하는 경우이다. 이 경우 RF component를 직접 block으로 사용하는 경우도 있지만, ideal한 통신 block을 사용하는 경우가 더 많다. 주로 무선통신 채널에 의한 전체 시스템 성능을 보는 경우가 많으며, 디지털 통신 시스템의 경우라면 BER이나 Eye-pattern을 통해 결과를 검증하기도 한다. 이 부분은 RF H/W 설계 엔지니어보다는 통신 시스템 자체를 설계하는 사람들이 주로 관심을 갖는 영역이다.

  입력변수

System simulation의 각 block의 입력 변수로는 크게 두가지로 분류할 수 있다.

- Spec 결과를 입력하는 경우 : component의 특성값을 직접 입력한다. 예를 들어 BPF의 경우 필터특성, ripple, 주파수 대역, 3DB 대역, return loss 등의 고유의 spec값을 입력한다. 이것은 통신과 RF 시스템 시뮬레이션에서 둘다 가장 광범위하게 응용된다.

- S 파라미터 결과를 입력하는 경우 : Circuit tool에서 설계된 S파라미터 결과를 그대로 끌어와서 해석하는 경우이다. 이것은 RF 시스템 시뮬레이션을 응용하는 경우에만 주로 해당되며, 이러한 S파라미터 파일은 linear circuit simulation의 device 파라미터와 유사한 개념이다. 특성상 HFSS나 Ensemble 같은 field solver의 결과값도 import하여 시스템 시뮬레이션이 가능하다.

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