KR100354899B1 - 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CMA를 이용하여 간섭신호를 억제함으로써 시스템의 성능을 높일 수 있도록 한 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기에 관한 것으로, 수신 및 검파기에서 검파 동작을 통해 분리된 각 사용자별 신호를 첫 번째 심벌 주기에 따라 지연하는 각각의 제1 지연기와, 상기 제1 지연기에서 지연된 신호를 두 번째 심벌 주기에 따라 다시 한 번 지연하는 각각의 제2 지연기와, 세 번째 심벌 주기에서 상기 제2 지연기의 출력신호와 상기 제1 지연기의 출력신호 및 상기 제1 지연기의 입력신호를 각각 입력하여 이득을 나타내는 계수벡터에 따라 증폭하는 다수의 제1∼제3 증폭기와, 상기 제1∼제3 증폭기에서 출력되는 각각의 신호를 가산하는 다수의 제1 가산기와, 상기 제1 가산기에서 출력되는 각각의 신호를 다시 한 번 가산하는 제2 가산기와, 상기 제2 가산기에서 출력되는 신호에 따라 각 심벌 주기마다 상기 제1∼제3 증폭기의 계수벡터를 갱신하는 CMA 계수벡터 갱신부와, 상기 제2 가산기에서 출력되는 신호를 최종 필터링하여 간섭신호가 억제된 신호를 출력하는 필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기 {NORMAL AFTER PROCESSOR FOR INTERFERENCE SIGNAL CONTROL}

본 발명은 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기에 관한 것으로, 특히 간단한 블라인드 등화 알고리즘인 CMA(Constant Modules Algorithm)를 이용하여 수신신호의 출력에 잔존하는 간섭신호를 억제함으로써 비트 오류 성능 및 통화 품질을 향상시키는 등, 전체 시스템의 성능을 높일 수 있도록 한 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기에 관한 것이다.

일반적으로, CDMA(Code Division Multiple Access)와 같은 다중 접속 무선 통신 방식에서는 다중 경로 페이딩으로 인한 심벌간 간섭신호(Inter-Symbol Interference ; ISI)와 다중 사용자 접속으로 인한 다중 접속 간섭신호(Multiple Access Interference ; MAI)가 발생하게 된다.

이러한 간섭신호들을 제거하여 원하는 사용자의 신호를 효율적으로 검출하기 위해서 많은 방법들이 연구되어지고 있으며, 그 방법들로는 현재 상용화되어 있는 단일 사용자 검파기와 여러 다중 사용자 검파기, 그리고 어레이 안테나를 이용한 스마트 안테나 시스템 등이 있다.

그러나, 이러한 여러 가지 수신 알고리즘을 통하여 검출한 신호에도 여전히 상기 심벌간 간섭신호와 다중 접속 간섭신호의 영향이 남아있다.

즉, 사용된 알고리즘에 따라 그 양은 다르지만 상기와 같은 간섭신호의 영향으로 각 사용자 신호의 비트 오류 성능이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

다시 말해, 상기 CDMA와 같은 다중 접속 무선 통신 방식에서 문제가 되는 심벌간 간섭신호와 다중 접속 간섭신호를 제거하기 위해 제안된 종래의 여러 CDMA 수신장치들의 출력신호에는 여전히 간섭신호가 포함되어 있기 때문에, 이러한 간섭신호에 의해 통화 품질의 열화를 초래하게 되는 등, 시스템의 성능을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 간단한 블라인드 등화 알고리즘인 CMA를 이용하여 CDMA 수신장치내 검파기를 통과하고도 여전히 잔존하는 여러 간섭신호를 억제함으로써 비트 오류 성능 및 통화 품질을 향상시키고 기지국 용량을 증대시키는 등, 전체 시스템의 성능을 높일 수 있도록 한 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기가 적용된 수신장치의 블록 구성도,

도 2는 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기의 블록 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 수신 및 검파기 20 : 간섭억제 후처리기

21-1∼K : 제1 지연기 22-1∼K : 제2 지연기

23,24,25-1∼K : 제1∼제3 증폭기 26-1∼K : 제1 가산기

27 : 제2 가산기 28 : CMA 계수벡터 갱신부

29 : 필터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기는, 수신 및 검파기에서 검파 동작을 통해 분리된 각 사용자별 신호를 첫 번째 심벌 주기에 따라 지연하는 각각의 제1 지연기와, 상기 제1 지연기에서 지연된 신호를 두 번째 심벌 주기에 따라 다시 한 번 지연하는 각각의 제2 지연기와, 세 번째 심벌 주기에서 상기 제2 지연기의 출력신호와 상기 제1 지연기의 출력신호 및 상기 제1 지연기의 입력신호를 각각 입력하여 이득을 나타내는 계수벡터에 따라 증폭하는 다수의 제1∼제3 증폭기와, 상기 제1∼제3 증폭기에서 출력되는 각각의 신호를 가산하는 다수의 제1 가산기와, 상기 제1 가산기에서 출력되는 각각의 신호를 다시 한 번 가산하는 제2 가산기와, 상기 제2 가산기에서 출력되는 신호에 따라 각 심벌 주기마다 상기 제1∼제3 증폭기의 계수벡터를 갱신하는 CMA 계수벡터 갱신부와, 상기 제2 가산기에서 출력되는 신호를 최종 필터링하여 간섭신호가 억제된 신호를 출력하는 필터로 이루어져, 수신 및 검파기에서 각 사용자별로 분리된 신호에 대해 CMA를 이용한 블라인드 적응 필터링 알고리즘을 수행하여 사용자 신호에 잔존하는 간섭신호를 억제하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기가 적용된 수신장치의 블록 구성도로서, 안테나(Ant)를 통해 입력되는 신호를 수신하여 검파 동작을 통해 각 사용자별로 분리하는 수신 및 검파기(10)와, 상기 수신 및 검파기(10)에서 각 사용자별로 분리된 신호에 대해 CMA를 이용한 블라인드 적응 필터링 알고리즘을 수행하여 사용자 신호에 잔존하는 간섭신호를 억제하는 간섭억제 후처리기(20)로 구성된다.

상기 수신 및 검파기(10)에서는 단일 사용자 검파기, 다중 사용자 검파기 등 어떤 알고리즘을 사용해도 상관없이 수신된 신호를 각 사용자별로 분리시키는 역할만을 수행하도록 한다.

도 2는 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기의 블록 구성도로서, 상기 도 1에 도시된 간섭억제 후처리기(20)의 상세 블록 구성도로서, 상기 수신 및 검파기(10)에서 분리된 각 사용자별 신호를 첫 번째 심벌 주기에 따라 지연하는 각각의 제1 지연기(21-1∼K)와, 상기 제1 지연기(21-1∼K)에서 지연된 신호를 두 번째 심벌 주기에 따라 다시 한 번 지연하는 각각의 제2 지연기(22-1∼K)와, 세 번째 심벌 주기에서 상기 제2 지연기(22-1∼K)에서 출력되는 신호와 상기 제1 지연기(21-1∼K)에서 출력되는 신호 및 상기 제1 지연기(21-1∼K)로 입력되는 신호를 각각 입력하여 이득을 나타내는 계수벡터에 따라 증폭하는 다수의 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)와, 상기 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)에서 출력되는 각각의 신호를 가산하는 다수의 제1 가산기(26-1∼K)와, 상기 제1 가산기(26-1∼K)에서 출력되는 각각의 신호를 다시 한 번 가산하는 제2 가산기(27)와, 상기 제2 가산기(27)에서 출력되는 신호에 따라 각 심벌 주기마다 상기 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)의 계수벡터를 갱신하는 CMA 계수벡터 갱신부(28)와, 상기 제2 가산기(27)에서 출력되는 신호를 최종 필터링하여 간섭신호가 억제된 신호를 복호기로 출력하는 필터(29)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기는, 통신신호의 전송과정에서 발생되는 채널 왜곡에 의한 심벌간 간섭신호의 문제를 해결하기 위해 CMA를 이용하며, 특히 신호의 일정 진폭을 갖는 성질을 이용하여 심벌 단위로 잔존하는 간섭신호들을 제거하고 원하는 사용자 신호의 변동을 제거한다.

즉, CMA를 이용한 블라인드 적응 필터링 알고리즘을 수행하는 본 발명의 범용 후처리기는, 정합 필터링과 같은 간단한 방법으로 어느 정도 검출된 각 사용자의 신호를 가지고 다중 경로 신호와 다중 사용자에 의한 간섭신호로부터 얻는 정보를 이용하여 원하는 사용자의 신호에서 간섭신호를 제거하는 새로운 형태의 블라인드 CMA 적응 후처리기인 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

각각의 제1 지연기(21-1∼K)는 상기 수신 및 검파기(10)에서 분리된 각 사용자별 신호를 첫 번째 심벌 주기에 따라 지연하고, 각각의 제2 지연기(22-1∼K)는 상기 다수의 제1 지연기(21-1∼K)에서 지연된 신호를 두 번째 심벌 주기에 따라 다시 한 번 지연한다.

그리고, 각각의 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)는 세 번째 심벌 주기에서 상기 다수의 제2 지연기(22-1∼K)에서 출력되는 신호와 상기 제1 지연기(21-1∼K)에서 출력되는 신호 및 상기 제1 지연기(21-1∼K)로 입력되는 신호를 각각 입력하여 이득을 나타내는 계수벡터에 따라 증폭한 후, 다수의 제1 가산기(26-1∼K)로 출력한다.

그러면, 다수의 제1 가산기(26-1∼K)는 상기 다수의 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)에서 출력되는 각각의 신호를 가산하여 제2 가산기(27)로 출력하고, 이어 제2 가산기(27)는 상기 다수의 제1 가산기(26-1∼K)에서 출력되는 각각의 신호를 다시 한 번 가산한다.

이후, CMA 계수벡터 갱신부(28)는 상기 제2 가산기(27)에서 출력되는 신호에 따라 각 심벌 주기마다 상기 다수의 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)의 이득을 나타내면서 비용함수를 최소로 하는 계수벡터를 갱신하고, 필터(29)는 상기 제2 가산기(27)에서 출력되는 신호를 최종 필터링하여 간섭신호가 억제된 신호를 복호기로 출력한다.

이때, 상기 다수의 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)의 이득인 계수벡터는 원하는 사용자 신호 성분 이외의 간섭신호의 양을 추정하고, 이 추정된 양만큼의 간섭신호를 제거하는 역할과, 원하는 사용자 심벌의 변동을 추정하고, 이 추정된 심벌의 변동만큼을 제거하는 역할을 수행함으로써 잔존하는 간섭신호들을 더욱 억제하게 된다.

상기 간섭억제 후처리기(20)의 동작을 보다 상세히 살펴보면, 다중 경로 페이딩이 일어날 때 한 심벌의 길이 이상의 시간 지연을 갖는 다중 경로 신호는 무시할 수 있으므로, 상기 수신 및 검파기(10)에서 임의의 알고리즘을 사용하여 사용자들의 신호를 분리할 때 k번째 사용자의 n번째 출력신호는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서, K는 전체 사용자의 수이고, ρ는 k번째 사용자의 n번째 신호를 검출하고자 할 때 n번째 심벌 주기 동안 각 간섭신호 성분의 양을 나타내는 것으로,

각각 l(엘)번째 사용자의 n-1,n,n+1번째 심벌에 의해서 발생되는 간섭신호 성분의 양을 의미한다.

그리고, 수학식 1의 첫 번째 항은 원하는 사용자 신호의 원하는 심벌 성분이고, 두 번째와 세 번째 항은 원하는 신호의 다중 경로 페이딩에 의한 심벌간 간섭신호이며, 네 번째 합계 항은 여러 다른 사용자의 접속에 의한 다중 접속 간섭신호를 의미하고, v_k (n)은 가산성 가우시안(Gaussian) 백색잡음에 의한 상기 수신 및 검파기(10)의 출력이다.

상기 수신 및 검파기(10)에서 사용된 알고리즘에 따라 ρ의 변화는 있어도상기 수학식 1의 형태는 변함이 없게 되며, 또한 다중 경로 페이딩이나 플랫 페이딩, 동기 방식이나 비동기 방식, 그리고 근거리-원거리 현상, 완벽한 전력 제어 등 어떠한 가정이 있어도 같은 형태가 된다.

이는 사용되는 모든 알고리즘이나 가정 설정, 환경들이 궁극적으로 각 사용자의 신호를 분리하는 것으로 귀결되기 때문이다.

그러나, 현재 존재하는 모든 알고리즘들은 간섭신호들을 모두 완벽하게 제거할 수 없으므로 본 발명에서는 상기 간섭억제 후처리기(20)를 통해 간섭신호들을 제거하도록 한다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 제1∼제3 증폭기(23,24,25-1∼K)의 이득인 각 계수들은 상기 수신 및 검파기(10)의 출력신호에서 간섭신호의 양을 추정하고, 이 추정된 양만큼의 간섭신호를 제거해 주는 역할을 수행한다.

상기 수신 및 검파기(10)에서 각 사용자의 출력신호를 세 심벌 주기 동안 축적하면 아래 수학식 2와 같이 벡터 형태로 나타낼 수 있다.

그리고, 3N개의 성분으로 이루어진 계수벡터는 아래 수학식 3과 같고, 상기 간섭억제 후처리기(20)의 출력은 아래 수학식 4와 같다.

그리고 비용함수와 에러신호는 각각 아래 수학식 5, 6과 같다.

상기 수학식 5의 비용함수를 최소로 하는 계수벡터는 아래 수학식 7과 같이 각 심벌 주기마다 갱신된다.

일반적인 CMA의 비용함수는 계수벡터의 2차 함수 형태가 아니므로 적응 알고리즘의 수렴을 해칠 수 있는 여러 개의 정점들이 존재하는데, 이를 CDMA 시스템에 적용하면 여러 개의 안정된 최저점이 존재한다.

그러나, 적절한 초기화는 전체의 최소값으로의 수렴을 보장할 수 있으므로 실제의 필터 구현시에는 일반적으로 쓰이는 스파이크 기반의 초기화를 본 발명에 의한 간섭억제 후처리기(20)에서 사용한다.

이러한 스파이크 기반의 초기화 방법은 등화기의 계수들 가운데 단 하나만이 0이 아닌 초기값을 가지고, 나머지 계수들은 모두 0의 초기값을 가지는 형태이다.

본 발명에서 스파이크의 위치는 원하는 사용자에 의해 결정되며, k번째 사용자의 초기 계수벡터는 아래 수학식 8과 같다.

여기서, 1의 위치는 (K+k)번째 위치이다.

상기와 같은 역할을 수행하기 위해 본 발명의 간섭억제 후처리기(20)에서 요구하는 정보는 단순히 전체 사용자의 수이며, 6K+3의 스칼라 곱셈과 6K의 덧셈만을 추가로 요구하게 된다.

상기와 같이 본 발명에 의한 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기는 현재 상용되고 있는 시스템은 물론 IS-95에 근거한 DCS, PCS에 적용이 가능할 뿐만 아니라 향후 도래할 IMT-2000 시스템에도 그 적용이 가능하다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 CMA를 이용한 블라인드 적응 필터링 알고리즘을 수행하는 간섭억제 후처리기를 제안함으로써 사용자 신호를 분리하는 어떠한 수신장치에도 그 구조를 변경시킬 필요없이 적용이 가능한 범용 후처리기로서 잔존하는 간섭신호를 더욱 억제할 수 있을 뿐만 아니라 부가적으로 요구되는 정보가 없으며 추가로 요구되는 계산량이 매우 적고 수학적으로 안정된 수렴 특성을 갖음에 따라 통화 품질을 향상시킬 수 있고, 기지국 용량 증대의 효과를 얻을 수 있게 되는 등, 시스템 전체의 성능을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 간섭 억제 후처리기가, 수신 및 검파기에서 검파 동작을 통해 분리된 각 사용자별 신호를 첫 번째 심벌 주기에 따라 지연하는 각각의 제1 지연기와, 상기 제1 지연기에서 지연된 신호를 두 번째 심벌 주기에 따라 다시 한 번 지연하는 각각의 제2 지연기와, 세 번째 심벌 주기에서 상기 제2 지연기의 출력신호와 상기 제1 지연기의 출력신호 및 상기 제1 지연기의 입력신호를 각각 입력하여 이득을 나타내는 계수벡터에 따라 증폭하는 다수의 제1∼제3 증폭기와, 상기 제1∼제3 증폭기에서 출력되는 각각의 신호를 가산하는 다수의 제1 가산기와, 상기 제1 가산기에서 출력되는 각각의 신호를 다시 한 번 가산하는 제2 가산기와, 상기 제2 가산기에서 출력되는 신호에 따라 각 심벌 주기마다 상기 제1∼제3 증폭기의 계수벡터를 갱신하는 CMA 계수벡터 갱신부와, 상기 제2 가산기에서 출력되는 신호를 최종 필터링하여 간섭신호가 억제된 신호를 출력하는 필터로 이루어져, 상기 수신 및 검파기에서 각 사용자별로 분리된 신호에 대해 CMA를 이용한 블라인드 적응 필터링 알고리즘을 수행하여 사용자 신호에 잔존하는 간섭신호를 억제하는 것을 특징으로 하는 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기.
2. 제1항에 있어서, 상기 간섭억제 후처리기에서의 간섭신호로 억제 동작을 심벌 단위로 수행하면서 세 심벌 주기마다 상기 수신 및 검파기에서 각 사용자별로 분리된 신호를 축적하여 수행하는 것을 특징으로 하는 간섭신호 억제를 위한 범용후처리기.
3. 제1항에 있어서, 상기 간섭억제 후처리기에서 수렴 보장을 위해 스파이크 기반의 초기화를 사용하는 것을 특징으로 하는 간섭신호 억제를 위한 범용 후처리기.