KR100914040B1 - 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치및 그 방법 - Google Patents

다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호를 제거하여 통신 품질을 높일 수 있는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치와 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 다중입력 다중출력 방식이 적용된 무선중계기에 있어서, 수신안테나로 수신되는 신호에 대하여 자기상관연산을 수행하고, 송신안테나의 출력경로를 온/오프 제어를 통해서 다중입력 다중출력에 따른 귀환 간섭신호를 순차적으로 추정한 후, 모든 송신안테나를 온시킨 상태에서 추정된 간섭신호를 제거하는 디지털 신호처리부를 포함하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치가 개시된다.
무선중계기, 기지국, 귀환신호, IIR필터.

Description

다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치 및 그 방법{Interference cancellation apparatus and method for MIMO type wireless repeater}
본 발명은 다중입력 다중출력 방식이 적용된 무선중계기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선중계기의 수신안테나로 수신되는 귀환 간섭신호를 제거하여 통신의 품질을 높이고 전송효율의 이득도 얻을 수 있는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치와 그 방법에 관한 것이다.
최근 차세대 이동통신 인프라에 대한 투자가 본격화되면서 음영지역 해소 및 전송 용량의 증대를 목적으로 하는 중계기 시장에 대한 투자가 급증하고 있다. 특히 경제적인 면이나 설치의 용이성 면에서 기존의 광 중계기나 변파 중계기 등에 비해 우수한 특성을 가지는 무선 중계기에 대한 투자가 국내외 통신업체들 간에 본격화되고 있다.
일반적으로 중계기는 이동통신 시스템의 중간에서 약해진 신호를 받아 증폭 재송신하거나 찌그러진 신호의 파형을 정형하고 타이밍을 조정 또는 재구성하여 송신하는 장치로서, 기지국에서 전파를 수신하여 이를 증폭한 후 서비스 영역으로 방 사하는 순방향 링크 기능을 수행하고, 서비스 영역에서 전파를 수신하여 이를 증폭한 후 기지국으로 송신하는 역방향 링크 기능을 수행한다.
그러나 이와 같은 종래의 무선중계기는 단순히 수신 신호를 증폭하여 송신하므로 송수신안테나간의 이격도(Isolation)가 좋지 못하여 송신안테나에서 송신한 신호가 다시 수신안테나로 귀환(feedback)되는 현상이 발생되었다. 따라서 귀환된 신호는 원래 신호와 함께 증폭되어 송신안테나로 다시 송출되므로 무선중계기가 발진하는 문제점이 있으며, 이러한 발진 현상은 송신안테나의 송신 신호가 강한 대형 무선중계기에 있어서 더욱 많은 문제를 일으키게 된다.
특히, 무선 환경이 열악한 도심지 외곽이나 교외지역, 건물 밀집지역 등의 경우에는 귀환 신호가 전파 반사체에 의해 다중경로를 갖거나, 자동차 또는 보행자 등과 같은 이동체 등에 의해 시간적으로 변화되는 특성을 가지므로 귀환 신호의 제거를 어렵게 하였다.
한편, 상기한 종래의 무선중계기를 와이브로(WiBro, Wireless Broadband Internet)와 같이 3.5세대 이동통신시스템에 적용할 경우, 무선 중계기는 다중입력 다중출력(MIMO, Multiple Input Multiple Output) 방식의 적용으로 인해 다중 안테나를 채용해야만 한다.
그러나 다중 안테나를 채용한 종래의 무선중계기는 증가한 송신안테나의 개수만큼 귀환 간섭신호도 비례하여 증가하므로 이로 인한 성능열화 현상이 심화되고, 통신 품질이 저하될 수밖에 없는 등 와이브로와 같은 차세대 이동통신 환경을 구축하는데 장애요인으로 지적되었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다중입력 다중출력 방식의 적용에 따라 귀환되는 간섭신호를 제거하여 통신 품질을 높이고, 전송효율도 얻을 수 있는 다중 안테나를 갖는 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 귀환되는 간섭신호가 다중경로를 갖거나 시간적으로 변화되더라도 이를 적응적으로 추정하여 제거할 수 있는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 본 발명의 목적은 다중입력 다중출력 방식이 적용된 무선중계기에 있어서, 수신안테나로 수신되는 신호에 대하여 자기상관연산을 수행하고, 송신안테나의 출력경로를 온/오프 제어를 통해서 다중입력 다중출력에 따른 귀환 간섭신호를 순차적으로 추정한 후, 모든 송신안테나를 온시킨 상태에서 추정된 간섭신호를 제거하는 디지털 신호처리부를 포함하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치에 의해 달성될 수 있다.
또한 본 발명의 목적은 모든 송신안테나의 출력경로를 오프시키는 모든 스위치 오프단계와; 스위치 인덱스를 k=1로 설정하는 스위치 인덱스 설정단계와; 스위치 인덱스 k값에 따라 k번째 출력경로 스위치를 온시키는 출력단 스위치 온단계와; k번째 송신안테나에서 방사된 신호 중 k번째 수신안테나로 입력된 귀환채널을 추정하는 αkk귀환채널 추정단계와; k번째 송신안테나에서 방사된 신호 중 i번째 수신안테나로 입력된 귀환채널을 추정하는 αik귀환채널 추정단계와; 상기 αkk귀환채널 추정단계와 αik귀환채널 추정단계로부터 추정된 간섭신호의 지연시간 값과 채널 값을 입력받아 필터 탭을 업데이트 하는 필터 탭 업데이트 단계와; 상기 스위치 인덱스 k값과 모든 송신안테나의 수를 나타내는 N값을 비교하는 k,N값 비교단계와; 상기 k,N값 비교단계에 따라 k값과 N값이 동일하지 않은 경우 k=k+1을 수행하여 상기 출력단 스위치 온단계를 다시 수행하도록 하는 스위치 인덱스 가산단계와; 상기 k,N값 비교단계에 따라 k=N 인 경우 모든 송신안테나 출력경로를 온 시키는 모든 스위치 온단계와; 상기 필터 탭으로부터 지연시간 값과 채널 값을 입력받아 역위상의 신호를 출력하므로 추정된 αkk귀환채널과 αik귀환채널의 간섭신호를 상쇄시켜 제거하는 간섭신호 제거단계를 포함하여 이루어지는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명은 다중입력 다중출력 방식에 의해 출력되는 송신신호 중 수신안테나로 귀환되는 간섭신호를 자기상관 연산과정을 통해 추정 제거하므로 와이브로와 같은 차세대 이동통신 시스템의 고품질 통신서비스를 실현할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
또한 본 발명은 귀환되는 간섭신호가 시간적으로 변화되더라도 채널 탭 업데이트 과정을 통해 적응적으로 이를 추정하여 제거하므로 귀환 간섭신호를 보다 효 율적으로 제거할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
그리고 본 발명은 자기상관 연산방식을 통해 귀환 간섭신호를 추정하므로 다양한 통신시스템에 적용이 가능하고, 다중입력 다중출력 방식의 채용으로 인하여 다중경로 페이딩의 특성을 가질 경우에도 귀환 간섭신호의 제거와 함께 전송효율의 이득을 얻을 수 있는 매우 유용한 효과도 있다.
본 발명의 실시예를 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치와 그 방법으로 각각 구분하여 설명한다.
< 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치 >
도 1은 본 발명의 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치를 나타낸 개략도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 귀환 간섭신호 제거장치는 디지털 신호처리부(200)로 이루어진다.
도시한 바와 같이 디지털 신호처리부(200)는 각각의 송신안테나(TA1~TAN)로 출력되는 송신신호를 온(On)/오프(Off) 제어하는 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 디지털 신호처리부(200)의 처리단(또는 출력단)에 스위치(S1~SN)를 설치하였다. 따라서 본 발명은 각각의 송신안테나(TA1~TAN)로 출력되는 송신신호를 온/오프 제어할 수 있으며, 이로 인하여 각각의 수신안테나(RA1~RAM)를 통해 수신된 신호의 귀환 간섭신호를 보다 정확하게 추정할 수 있도록 하였다.
그러나 상기한 스위치(S1~SN)는 디지털 신호처리부(200)의 처리단이외에 IF신호처리단이나, RF신호처리단에 설치하는 것도 가능하다.
또한 디지털 신호처리부(200)는 아날로그/디지털 컨버터(ADC)와 디지털/아날로그 컨버터(DAC) 사이에 설치되어 수신신호에 대한 자기상관연산을 통해 귀환 간섭신호를 추정하고 이를 제거하게 된다. 이를 위해 본 발명에서는 자기상관 연산부(310), 지연시간 추정부(320), 채널 추정부(330)로 이루어진 지연시간 및 채널 추정부(300)와, 필터 탭 할당부(410), IIR필터(Infinite Impulse Response Filter, 비제한적 신호응답 필터, 420)로 이루어진 간섭신호 제거부(400)로 구성하였다.
여기서 간섭신호 제거부(400)는 각각의 송신안테나(TAN) 출력경로마다 모두 설치하였다.
이하, 상기한 지연시간 및 채널 추정부(300)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 자기상관 연산부(310)는 무선중계기(100)의 송신신호를 일정 길이만큼 저장한 후 저장된 신호의 자기상관 연산을 수행하는 것으로, 자기상관 함수의 예는 아래와 같다.
Figure 112007087622220-pat00001
여기서 y[n]은 디지털 신호 처리단에서 송신신호를 샘플링한 신호이고, m은 상관 신호간의 샘플링 인덱스 차이이며, Nc는 자기상관 연산 길이이다. 그리고 M을 추정하고자 하는 최대 지연시간에 해당하는 인덱스라 할 때 0≤m≤M 인 경우 R[m]은 수학식 1과 같이 구할 수 있으며, 그 값을 지연시간 추정부(320)와 채널 추정부(330)에 전달한다.
지연시간 추정부(320)는 전달받은 자기상관 함수의 전력을 구하여 그 중 가장 큰 값을 찾아 그에 해당하는 m을 통해 지연시간을 추정하는 것으로, 이때의 m이 가장 세기가 큰 간섭신호의 지연시간에 해당하는 샘플링 인덱스이다. 여기서 추정한 지연시간의 샘플링 인덱스를
Figure 112007087622220-pat00002
라 할 때, 추정 방정식을 표현하면 아래와 같다.
Figure 112007087622220-pat00003
채널 추정부(330)는 상기한 지연시간 추정부(320)에서 추정한 지연시간을 전달받은 후 그 시간만큼 지연된 간섭신호가 겪은 채널, 즉 간섭신호의 크기와 위상을 추정하는 것으로, 크기와 위상을 갖는 추정하고자 하는 귀환채널을 α, 송신신호의 평균 전력을 Py , avg 라 할때, 지연시간의 샘플링 인덱스
Figure 112007087622220-pat00004
에서의 채널 추정 값
Figure 112007087622220-pat00005
을 자기상관 함수
Figure 112007087622220-pat00006
로 나타내면 아래와 같다.
Figure 112007087622220-pat00007
여기서 수신안테나가 M(RA1~RAM)개, 송신안테나가 N개(TA1~TAN)인 다중 안테나 중계기를 가정할 경우, 기지국 전송신호는 x[n], 중계기의 k번째 송신안테나(TAN)의 신호는 Zk[n] (1≤k≤N), 기지국과 중계기의 i번째 수신안테나(RAi) 간의 채널은 hi(1≤i≤M)로 정의할 수 있다.
따라서 i번째 수신안테나(RAi)에서의 귀환 간섭신호는 αik Zk[n] (1≤k≤N)이고, 간섭신호가 제거된 경우 중계기 시스템의 지연 시간을
Figure 112007087622220-pat00008
, 중계기 증폭 이득을 G라 하면, k번째 송신안테나(TAk)의 신호는 아래와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112007087622220-pat00009
그리고 상기한 수학식 3,4에 따라 수신안테나가 M개(RA1~RAM), 송신안테나가 N개(TA1~TAN)인 다중 안테나 중계기의 귀환 채널은 아래와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112007087622220-pat00010
또한 상기한 수학식5를 이용하여 귀환 채널
Figure 112007087622220-pat00011
는 아래의 수학식 6을 통해 구할 수 있다.
Figure 112007087622220-pat00012
이하, 상기한 간섭신호 제거부(400)에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 필터 탭 할당부(410)는 지연시간 추정부(320)와 채널 추정부(330)로부터 입력된 지연시간 값과 채널 값을 분배하여 귀환된 간섭신호를 제거하는 역할을 한다.
그리고 IIR필터(420)는 다수의 지연시간 탭(430)과 채널 탭(440) 및 가산기(450)로 구성하여 필터 탭 할당부(410)로부터 전달된 지연시간 값과 채널 값에 의해 간섭신호를 제거하기 위한 신호를 가산기(450)로 출력하며, 이로 인하여 수신신호에 포함된 귀환 간섭신호를 상쇄시키는 필터링 기능을 수행하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 귀환 간섭신호 제거과정을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 귀환 간섭신호 제거과정을 나타낸 흐름도로서, 도시된 바와 같이 귀환 간섭신호 제거과정은 모든 스위치 오프단계(500), 스위치 인덱스 설 정단계(510), 출력단 스위치 온단계(520), αkk귀환채널 추정단계(530), αik귀환채널 추정단계(540), 필터 탭 업데이트 단계(550), k,N값 비교단계(560), 스위치 인덱스 가산단계(561), 모든 스위치 온단계(570), 간섭신호 제거단계(580)로 이루어진다.
먼저, 모든 스위치 오프단계(500)는 각각의 송신안테나(TA1~TAN) 출력경로마다 설치된 스위치(S1~SN)를 모두 오프시키는 단계로서, 이를 통해 송신안테나(TA1~TAN) 하나하나에 대하여 귀환채널을 추정한다. 이는 다수의 송신안테나(TA1~TAN)가 모두 온(On)되는 경우에 귀환된 신호가 모두 간섭신호로 작용되는 것을 방지하기 위함이다.
스위치 인덱스 설정단계(510)는 스위치 인덱스 k를 1로 설정하는 단계이다.
출력단 스위치 온 단계는 k값에 따라 송신안테나(TA1~TAN) 출력경로의 스위치(S1~SN)를 온 시키는 단계로서, k=1인 경우 첫 번째 스위치(S1)를 온 상태로 전환하게 된다.
αkk귀환채널 추정단계(530)는 귀환채널 중 k번째 송신안테나(TAk)에서 방사된 신호 중 k번째 수신안테나(RAk)로 입력된 귀환채널을 추정하는 단계로서, 상기한 수학식 5에 의해 그 채널을 추정하게 된다. 예를 들면 α11,α22,α33 …αkk에서와 같이 k번째 송신안테나(TAk)에 대응하는 k번째 수신안테나(RAk)의 귀환채널을 추정 하게 된다.
여기서 αkk귀환채널을 추정하기 위한 자기상관 연산은 자기상관 연산부(310)에서 상기한 수학식1을 이용하여 k가 1인 송신안테나(TA1)의 수신신호에 대하여 자기상관 연산을 수행하게 된다. 그리고 지연시간 추정은 지연시간 추정부(320)에서 상기한 수학식 2를 이용하여 지연시간을 추정하게 되고, 또한 귀환채널의 추정은 채널추정부(330)에서 상기한 수학식 5를 이용하여 추정하게 된다.
αik귀환채널 추정단계(540)는 귀환채널 중 k번째 송신안테나(TAk)에서 방사된 신호 중 i번째 수신안테나(RAi)로 입력된 귀환채널을 추정하는 단계로서, 상기한 수학식 6에 의해 그 채널을 추정하게 된다. 예를 들면 α21,α31 …αi1 , α12,α32 …αi2, …αik 에서와 같이 i번째 수신안테나(RAi)로 들어오는 k번째 송신안테나(TAk)의 귀환채널을 추정하게 된다.
필터 탭 업데이트 단계(550)는 지연시간 추정단계와 채널 추정단계로부터 추정된 간섭신호의 지연시간 값과 채널 값을 입력받아 필터 탭을 업데이트 하는 단계로서, 보다 세부적으로는 도 4에서 도시한 바와 같이 지연시간 값과 채널 값 입력단계(551), 지연시간 탭 비교단계(552), 채널 탭 비교단계(553), 로우채널 탭 선택단계(554), 채널 값 비교단계(555), 지연시간 값과 채널 값 갱신단계(556), 동일 지연시간 채널 탭 선택단계(557), 채널 탭 업데이트 단계(558)로 이루어진다.
도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 지연시간 값과 채널 값 입력단 계(551)에서는 상기한 지연시간 추정부(320)와 채널 추정부(330)를 통해 추정된 지연시간 값과 채널 값을 필터 탭 할당부(410)로 입력하게 된다.
지연시간 탭 비교단계(552)에서는 αkk귀환채널 추정단계(530)와 αik귀환채널 추정단계(540)를 통해 추정된 지연시간 값을 지연시간 탭(430)에 이미 저장되어 있는 지연시간 값과 비교하여 새로 추정된 지연시간 값을 가진 지연시간 탭(430)이 존재하는지 비교 검색하게 된다.
채널 탭 비교단계(553)에서는 상기한 지연시간 탭 비교단계(552)를 통해 새로 추정된 지연시간 값과 기존에 지연시간 탭(430)에 저장된 지연시간 값이 다른 경우, 각 채널 탭(440)의 값을 비교하게 된다.
로우채널 탭 선택단계(554)에서는 상기한 채널 탭 비교단계(553) 이후 가장 크기가 작은 채널 값을 가진 채널 탭(440)을 선택하게 된다. 여기서 가장 작은 채널 값을 갖는 채널 탭(440)을 선택하는 이유는 다중 경로의 수보다 채널 탭(440)이 부족한 경우, 모든 다중 경로의 간섭신호를 제거할 수 없기 때문에 간섭신호의 영향이 적은 즉, 가장 크기가 작은 채널 값을 갖는 채널 탭(440)을 선택하여 새로운 간섭신호에 해당하는 채널 값을 입력하기 위함이다.
채널 값 비교단계(555)에서는 입력된 채널 값과 기존에 저장된 채널 값을 비교하는 단계로서, 새로 입력된 채널 값이 기존의 채널 값 보다 큰 값인지 비교하게 된다.
지연시간 값과 채널 값 갱신단계(556)에서는 상기한 채널 값 비교단계(555) 를 통해 입력된 채널 값이 기존에 저장된 채널 값 보다 큰 경우, 기존의 지연시간 값과 채널 값을 새로 입력된 지연시간 값과 채널 값으로 갱신하게 된다.
동일 지연시간 채널 탭 선택단계(557)는 상기한 지연시간 탭 비교단계(552)에서 αkk귀환채널 추정단계(530)와 αik귀환채널 추정단계(540)를 통해 추정된 지연시간 값이 지연시간 탭(430)에 저장된 값과 같은 경우, 지연시간이 같은 채널 탭(440)을 선택하게 된다.
채널 탭 업데이트 단계(558)에서는 상기 동일지연시간 채널 탭 선택단계(557)를 통해 선택된 채널 탭(440)에 새로운 채널 값을 더하여 업데이트하고, 상기한 지연시간 값과 채널 값 갱신단계(556) 다음 단계를 수행하게 된다.
한편, 상기한 필터 탭 업데이트 단계(550) 이후의 k,N값 비교단계(560)는 스위치 인덱스를 나타내는 k값과 송신안테나의 총 개수를 나타내는 N값을 비교하는 단계이다. 여기서 k값과 N값을 비교하는 이유는 k≠N 인 경우 각각의 송신안테나(TA1~TAN)에 대한 귀환채널의 추정이 완료되지 않은 것을 의미하고, k=N인 경우 각각의 모든 송신안테나(TA1~TAN)에 대한 귀환채널의 추정이 완료됨을 의미한다.
스위치 인덱스 가산단계(561)는 상기한 k,N값 비교단계(560)에 따라 k값과 N값이 동일하지 않은 경우 k=k+1을 수행하는 단계로서, 상기한 출력단 스위치 온단계(520)로 복귀시킨다.
모든 스위치 온 단계(570)는 k,N값 비교단계(560)를 통해 k=N 인 경우 각각 의 송신안테나(TA1~TAN) 출력경로의 스위치(S1~SN)를 모두 온 시키는 단계이다.
간섭신호 제거단계(580)는 모든 송신안테나(TA1~TAN)의 온 상태에 따라 다중입력 다중출력 과정에서 수신안테나(RA1~RAM)로 입력되는 귀환신호를 제거하는 단계로서, 도 2에서 도시한 바와 같이 다수의 IIR필터(420)를 구성하고 있는 지연시간 탭(430)과 채널 탭(440) 및 가산기(450)를 통해 수신신호에 포함된 귀환 간섭신호를 필터링하여 제거하게 된다.
도 5는 수학식 5와 수학식 6을 이용하여 순차적으로 귀환채널을 추정할 경우, 추정 성능을 평균제곱오율(NMSE; Normalized Mean-Squared-Error)로 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이 송수신안테나(TA1)(TA2)(RA1)(RA2)가 각각 2개(M=2,N=2)인 상황에서 송신안테나(TA1)(TA2)를 하나씩 온 시키면서 추정한 결과와, 모두 온인 상태에서의 추정결과를 중계기의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 변화에 따라 나타낸 것이며, 두 개의 송수신안테나(TA1,TA2,RA1,RA2)를 가진 무선중계기에서의 채널 추정 결과는 각 채널추정 결과의 평균으로 나타내었다.
따라서 두 송신안테나(TA1)(TA2)를 모두 온 시킨 상태 "2x2 (TA1 on, TA2 on)" 에서 모든 귀환 채널 값을 위 수학식 5와 6을 활용하여 추정할 경우, 평균제곱오율 성능이 약 8dB로 큰 값을 가지고 있음을 알 수 있으며, 이는 다수의 송신안 테나(TA1)(TA2) 신호가 모두 간섭 신호로 작용하기 때문으로 볼 수 있다.
그러나 본 발명에서와 같이 순차적으로 송신안테나(TA1)(TA2)의 경로를 온 시키면서 귀환 채널을 추정할 경우 즉 "2x2 (TA1 on, TA2 off)" 에서의 평균제곱 오율성능이 50dB이상 향상되어 40dB정도임을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 단일 안테나 중계기의 채널 추정 성능 "1x1" 에 근접한 성능임의 의미한다.
이와 같이 본 발명은 송신안테나(TA1~TAN)의 출력경로를 순차적으로 선택하여 귀환채널을 추정하고, 일정 시간을 두고 주기적으로 채널 추정과 필터 탭 업데이트 과정을 반복 수행하므로 귀환 채널이 시간에 따라 변화한다 할지라도 그에 따른 간섭신호를 적응적으로 제거할 수 있다.
더욱이 본 발명은 귀환 간섭신호의 채널 및 지연시간을 추정하는데 있어서 수신신호에 대하여 자기상관 연산방식을 사용하므로 다양한 통신시스템에의 적용이 가능하고, 다중 안테나를 사용하기 때문에 기지국과 중계기, 중계기와 단말기 사이의 채널환경이 다중경로 페이딩 특성을 가질 경우에도 전송효율의 이득을 얻을 수 있다.
그리고 본 발명은 무선중계기의 송수신안테나를 다중 안테나로 적용할 수 있고, 수신안테나와 송신안테나의 개수가 각각 1개인 무선 중계기시스템에 비해 전송효율을 향상시킬 수 있으며, 기지국과 단말기의 송수신안테나 또한 다중 안테나를 갖는 통신시스템에도 무선 중계기를 확대 적용 할 수 있다.
< 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법 >
본 발명의 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법은 도 3에서 도시한 바와 같이 모든 스위치 오프단계(500), 스위치 인덱스 설정단계(510), 출력단 스위치 온단계(520), αkk귀환채널 추정단계(530), αik귀환채널 추정단계(540), 필터 탭 업데이트 단계(550), k,N값 비교단계(560), 스위치 인덱스 가산단계(561), 모든 스위치 온단계(570), 간섭신호 제거단계(580)로 이루어진다.
먼저, 모든 스위치 오프단계(500)는 각각의 송신안테나(TA1~TAN) 출력경로마다 설치된 스위치(S1~SN)를 모두 오프시키는 단계로서, 이를 통해 송신안테나(TA1~TAN) 하나하나에 대하여 귀환채널을 추정한다. 이는 다수의 송신안테나(TA1~TAN)가 모두 온(On)되는 경우에 귀환된 신호가 모두 간섭신호로 작용되는 것을 방지하기 위함이다.
스위치 인덱스 설정단계(510)는 스위치 인덱스 k를 1로 설정하는 단계이다.
출력단 스위치 온 단계는 k값에 따라 송신안테나(TA1~TAN) 출력경로의 스위치(S1~SN)를 온 시키는 단계로서, k=1인 경우 첫 번째 스위치(S1)를 온 상태로 전환하게 된다.
αkk귀환채널 추정단계(530)는 귀환채널 중 k번째 송신안테나(TAk)에서 방사된 신호 중 k번째 수신안테나(RAk)로 입력된 귀환채널을 추정하는 단계로서, 보다 상세하게는 상기한 수학식1을 이용하여 k가 1인 송신안테나(TA1)의 수신신호에 대하여 자기상관 연산을 수행하는 자기상관 연산단계(531)와, 상기한 수학식 2를 이용하여 지연시간을 추정하는 지연시간 추정단계(532)와, 상기한 수학식 5를 이용하여 귀환채널을 추정하는 채널 추정단계(533)로 이루어진다.
따라서 αkk귀환채널 추정단계(530)에서는 α11,α22,α33 …αkk 에서와 같이 k번째 송신안테나(TAk)에 대응하는 k번째 수신안테나(RAk)의 귀환채널을 추정하게 된다.
αik귀환채널 추정단계(540)는 귀환채널 중 k번째 송신안테나(TAk)에서 방사된 신호 중 i번째 수신안테나(RAi)로 입력된 귀환채널을 추정하는 단계로서, 상기한 수학식 6에 의해 그 채널을 추정하게 된다. 예를 들면 α21,α31 …αi1 , α12,α32 …αi2, …αik 에서와 같이 i번째 수신안테나(RAi)로 들어오는 k번째 송신안테나(TAk)의 귀환채널을 추정하게 된다.
필터 탭 업데이트 단계(550)는 지연시간 추정단계와 채널 추정단계로부터 추정된 간섭신호의 지연시간 값과 채널 값을 입력받아 필터 탭을 업데이트 하는 단계로서, 보다 세부적으로는 도 4에서 도시한 바와 같이 지연시간 값과 채널 값 입력단계(551), 지연시간 탭 비교단계(552), 채널 탭 비교단계(553), 로우채널 탭 선택단계(554), 채널 값 비교단계(555), 지연시간 값과 채널 값 갱신단계(556), 동일 지연시간 채널 탭 선택단계(557), 채널 탭 업데이트 단계(558)로 이루어진다.
도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 지연시간 값과 채널 값 입력단계(551)에서는 상기한 지연시간 추정부(320)와 채널 추정부(330)를 통해 추정된 지연시간 값과 채널 값을 필터 탭 할당부(410)로 입력하게 된다.
지연시간 탭 비교단계(552)에서는 αkk귀환채널 추정단계(530)와 αik귀환채널 추정단계(540)를 통해 추정된 지연시간 값을 지연시간 탭(430)에 이미 저장되어 있는 지연시간 값과 비교하여 새로 추정된 지연시간 값을 가진 지연시간 탭(430)이 존재하는지 비교 검색하게 된다.
채널 탭 비교단계(553)에서는 상기한 지연시간 탭 비교단계(552)를 통해 새로 추정된 지연시간 값과 기존에 지연시간 탭(430)에 저장된 지연시간 값이 다른 경우, 각 채널 탭(440)의 값을 비교하게 된다.
로우채널 탭 선택단계(554)에서는 상기한 채널 탭 비교단계(553) 이후 가장 크기가 작은 채널 값을 가진 채널 탭(440)을 선택하게 된다. 여기서 가장 작은 채널 값을 갖는 채널 탭(440)을 선택하는 이유는 다중 경로의 수보다 채널 탭(440)이 부족한 경우, 모든 다중 경로의 간섭신호를 제거할 수 없기 때문에 간섭신호의 영향이 적은 즉, 가장 크기가 작은 채널 값을 갖는 채널 탭(440)을 선택하여 새로운 간섭신호에 해당하는 채널 값을 입력하기 위함이다.
채널 값 비교단계(555)에서는 입력된 채널 값과 기존에 저장된 채널 값을 비교하는 단계로서, 새로 입력된 채널 값이 기존의 채널 값 보다 큰 값인지 비교하게 된다.
지연시간 값과 채널 값 갱신단계(556)에서는 상기한 채널 값 비교단계(555)를 통해 입력된 채널 값이 기존에 저장된 채널 값 보다 큰 경우, 기존의 지연시간 값과 채널 값을 새로 입력된 지연시간 값과 채널 값으로 갱신하게 된다.
동일 지연시간 채널 탭 선택단계(557)는 상기한 지연시간 탭 비교단계(552)에서 αkk귀환채널 추정단계(530)와 αik귀환채널 추정단계(540)를 통해 추정된 지연시간 값이 지연시간 탭(430)에 저장된 값과 같은 경우, 지연시간이 같은 채널 탭(440)을 선택하게 된다.
채널 탭 업데이트 단계(558)에서는 상기 동일지연시간 채널 탭 선택단계(557)를 통해 선택된 채널 탭(440)에 새로운 채널 값을 더하여 업데이트하고, 상기한 지연시간 값과 채널 값 갱신단계(556) 다음 단계를 수행하게 된다.
한편, 상기한 필터 탭 업데이트 단계(550) 이후의 k,N값 비교단계(560)는 스위치 인덱스를 나타내는 k값과 송신안테나의 총 개수를 나타내는 N값을 비교하는 단계이다. 여기서 k값과 N값을 비교하는 이유는 k≠N 인 경우 각각의 송신안테나(TA1~TAN)에 대한 귀환채널의 추정이 완료되지 않은 것을 의미하고, k=N인 경우 각각의 모든 송신안테나(TA1~TAN)에 대한 귀환채널의 추정이 완료됨을 의미한다.
스위치 인덱스 가산단계(561)는 상기한 k,N값 비교단계(560)에 따라 k값과 N값이 동일하지 않은 경우 k=k+1을 수행하는 단계로서, 상기한 출력단 스위치 온단계(520)로 복귀시킨다.
모든 스위치 온 단계(570)는 k,N값 비교단계(560)를 통해 k=N 인 경우 각각의 송신안테나(TA1~TAN) 출력경로의 스위치(S1~SN)를 모두 온 시키는 단계이다.
간섭신호 제거단계(580)는 모든 송신안테나(TA1~TAN)의 온 상태에 따라 다중입력 다중출력 과정에서 수신안테나(RA1~RAM)로 입력되는 귀환신호를 제거하는 단계로서, 도 2에서 도시한 바와 같이 다수의 IIR필터(420)를 구성하고 있는 지연시간 탭(430)과 채널 탭(440) 및 가산기(450)를 통해 수신신호에 포함된 귀환 간섭신호를 필터링하여 제거하게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예는 바람직한 일 예를 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도 1은 본 발명의 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 신호처리부의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 귀환 간섭신호 제거과정을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 필터 탭 업데이트 과정을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명에 따라 귀환 간섭신호를 추정할 경우 그 성능을 평균제곱오율(NMSE)로 나타낸 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
100 : 무선중계기 200 : 디지털 신호처리부
300 : 지연시간 및 채널 추정부
310 : 자기상관 연산부 320 : 지연시간 추정부
330 : 채널 추정부 400 : 간섭신호 제거부
410 : 필터 탭 할당부 420 : IIR필터
430 : 지연시간 탭 440 : 채널 탭
450 : 가산기 500 : 모든 스위치 오프단계
510 : 스위치 인덱스 설정단계 520 : 출력단 스위치 온단계
530 : αkk귀환채널 추정단계 531 : 자기상관 연산단계
532 : 지연시간 추정단계 533 : 채널 추정단계
540 : αik귀환채널 추정단계 550 : 필터 탭 업데이트 단계
551 : 지연시간 값과 채널 값 입력단계
552 : 지연시간 탭 비교단계 553 : 채널 탭 비교단계
554 : 로우채널 탭 선택단계 555 : 채널 값 비교단계
556 : 지연시간 값과 채널 값 갱신단계
557 : 동일지연시간 채널 탭 선택단계
558 : 채널 탭 업데이트 단계 560 : k,N값 비교단계
561 : 스위치 인덱스 가산단계 570 : 모든 스위치 온단계
580 : 간섭신호 제거단계 RA1~RAM : 수신안테나
TA1~TAN : 송신안테나 S1~SN : 스위치

Claims (18)

  1. 다중입력 다중출력 방식이 적용된 무선중계기에 있어서,
    수신안테나로 수신되는 신호에 대하여 자기상관연산을 수행하고, 송신안테나의 출력경로를 온/오프 제어를 통해서 다중입력 다중출력에 따른 귀환 간섭신호를 순차적으로 추정한 후, 모든 송신안테나를 온시킨 상태에서 추정된 간섭신호를 제거하는 디지털 신호처리부를 포함하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 신호처리부는 스위치에 의해 각각의 송신안테나 출력경로의 온/오프 제어가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스위치는 출력경로 중 디지털 신호처리단, IF신호처리단, RF신호처리단 중 어느 하나에 설치한 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 신호처리부는
    각각의 수신안테나로부터 수신된 신호를 자기상관 연산하고, 자기상관 연산을 통해 지연시간 값을 추정하며, 추정된 지연시간 값을 전달받아 그 시간만큼 지연된 간섭신호가 겪은 채널을 추정하는 지연시간 및 채널 추정부와;
    상기 지연시간 및 채널 추정부로부터 얻어진 추정된 간섭신호의 지연시간 값과 채널 값을 입력받는 추정된 귀환 간섭신호를 상쇄시켜 제거하는 간섭신호 제거부
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 지연시간 및 채널 추정부는
    수신안테나로부터 수신된 신호에 대하여 자기상관 연산을 수행하는 자기상관 연산부와;
    상기 자기상관 연산단계를 통해 계산된 자기상관 함수의 전력을 구하여 그 중 가장 큰 값을 찾아 그에 해당하는 지연시간 값을 추정하는 지연시간 추정부와;
    상기 지연시간 추정단계를 통해 추정된 지연시간 값을 전달받아 그 시간만큼 지연된 간섭신호가 겪은 채널을 추정하는 채널 추정부
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 자기상관 연산부는 하기의 수학식 1에 의해 수신된 신호를 자기상관 연산하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
    (수학식 1)
    Figure 112009035153370-pat00018
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 지연시간 추정부는 하기의 수학식 2에 의해 지연시간 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
    (수학식 2)
    Figure 112009035153370-pat00019
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 채널 추정부는 하기의 수학식 5,6에 의해 지연된 간섭신호가 겪은 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
    (수학식 5)
    Figure 112009035153370-pat00020
    (수학식 6)
    Figure 112009035153370-pat00021
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 간섭신호 제거부는 각각의 송신안테나 출력경로마다 설치한 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 간섭신호 제거부는
    지연시간 추정부와 채널 추정부로부터 추정된 간섭신호의 지연시간 값과 채널 값을 입력받는 귀환 간섭신호를 제거하기 위해 할당하는 필터 탭 할당부와;
    상기 필터 탭 할당부로부터 지연시간 값과 채널 값을 전달받아 역위상의 신호를 출력하여 추정된 귀환 간섭신호를 상쇄시켜 제거하는 IIR필터
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 IIR필터는
    제거하고자 하는 귀환 간섭신호의 지연시간 값을 제어하는 지연시간 탭과;
    제거하고자 하는 귀환 간섭신호의 역위상 신호를 출력하는 채널 탭과;
    상기 채널 탭으로부터 역위상 신호를 입력받아 수신신호에 포함된 귀환 간섭신호를 상쇄시키는 가산기
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거장치.
  14. 모든 송신안테나의 출력경로를 오프시키는 모든 스위치 오프단계와;
    스위치 인덱스를 k=1로 설정하는 스위치 인덱스 설정단계와;
    스위치 인덱스 k값에 따라 k번째 출력경로 스위치를 온시키는 출력단 스위치 온단계와;
    k번째 송신안테나에서 방사된 신호 중 k번째 수신안테나로 입력된 귀환채널을 추정하는 αkk귀환채널 추정단계와;
    k번째 송신안테나에서 방사된 신호 중 i번째 수신안테나로 입력된 귀환채널을 추정하는 αik귀환채널 추정단계와;
    상기 αkk귀환채널 추정단계와 αik귀환채널 추정단계로부터 추정된 간섭신호의 지연시간 값과 채널 값을 입력받아 필터 탭을 업데이트 하는 필터 탭 업데이트 단계와;
    상기 스위치 인덱스 k값과 모든 송신안테나의 수를 나타내는 N값을 비교하는 k,N값 비교단계와;
    상기 k,N값 비교단계에 따라 k값과 N값이 동일하지 않은 경우 k=k+1을 수행하여 상기 출력단 스위치 온단계를 다시 수행하도록 하는 스위치 인덱스 가산단계와;
    상기 k,N값 비교단계에 따라 k=N 인 경우 모든 송신안테나 출력경로를 온 시키는 모든 스위치 온단계와;
    상기 필터 탭으로부터 지연시간 값과 채널 값을 입력받아 역위상의 신호를 출력하므로 추정된 αkk귀환채널과 αik귀환채널의 간섭신호를 상쇄시켜 제거하는 간 섭신호 제거단계
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 αkk귀환채널 추정단계는
    상기 출력단 스위치에 대응하는 k번째 수신안테나의 수신신호에 대하여 자기상관 연산을 수행하는 자기상관 연산단계와;
    상기 자기상관 연산단계를 통해 계산된 자기상관 함수의 전력을 구하여 그 중 가장 큰 값을 찾아 그에 해당하는 지연시간 값을 추정하는 지연시간 추정단계와;
    상기 지연시간 추정단계를 통해 추정된 지연시간 값을 전달받아 그 시간만큼 지연된 간섭신호의 채널을 추정하는 채널 추정단계
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 자기상관 연산은 하기의 수학식 1에 의해 수신된 신호를 자기상관 연산하고;
    상기 지연시간 추정은 하기의 수학식 2에 의해 지연시간 값을 추정하며;
    상기 채널 추정은 하기의 수학식 5에 의해 지연된 간섭신호가 겪은 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법.
    (수학식 1)
    Figure 112009035153370-pat00022
    (수학식 2)
    Figure 112009035153370-pat00023
    (수학식 5)
    Figure 112009035153370-pat00024
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 αik귀환채널 추정단계는 하기의 수학식 6에 의해 k번째 송신안테나에서 방사된 신호 중 i번째 수신안테나로 입력된 귀환채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법.
    (수학식 6)
    Figure 112009035153370-pat00025
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 필터 탭 업데이트 단계는
    상기 αkk귀환채널 추정단계와 αik귀환채널 추정단계를 통해 추정된 지연시간 값과 채널 값을 필터 탭 할당부로 입력하는 지연시간 값과 채널 값 입력단계와;
    αkk귀환채널 추정단계와 αik귀환채널 추정단계를 통해 추정된 지연시간 값을 이미 지연시간 탭에 저장되어 있는 지연시간 값을 비교하여 새로 추정된 지연시간 값을 가진 지연시간 탭이 존재하는지 비교하는 지연시간 탭 비교단계와;
    상기 지연시간 탭 비교단계를 통해 새로 추정된 지연시간 값과 기존에 지연시간 탭에 저장된 지연시간 값이 다른 경우 각 채널 추정 탭의 값을 비교하는 채널 탭 비교단계와;
    상기 채널 탭 비교단계 이후 가장 크기가 작은 채널 값을 가진 필터 탭을 선택하는 로우채널 탭 선택단계와;
    새로 입력된 채널 값과 기존에 저장된 채널 값을 비교하는 채널 값 비교단계와;
    상기 채널 값 비교단계를 통해 새로 입력된 채널 값이 기존에 저장된 채널 값 보다 큰 경우, 기존의 지연시간 값과 채널 값을 새로 입력된 지연시간 값과 채널 값으로 갱신하는 지연시간 값과 채널 값 갱신단계와;
    상기 지연시간 탭 비교단계를 통해 새로 추정된 지연시간 값과 기존에 지연시간 탭에 저장된 지연시간 값이 같은 경우, 지연시간 값이 같은 채널 탭을 선택하는 동일지연시간 채널 탭 선택단계와;
    상기 동일지연시간 채널 탭 선택단계를 통해 선택된 채널 탭에 새로운 채널 값을 더하여 업데이트하는 채널 탭 업데이트 단계
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 무선중계기의 귀환 간섭신호 제거방법.
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