KR100397345B1 - 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법 - Google Patents

광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송신안테나와 수신용 배열안테나를 사용하는 중계 장비의 시험에 필요한 여러 가지 형태의 다채널 신호를 간단한 실험준비와 조작만으로 발생시킴으로써, 시간, 공간, 비용의 면에서 효과적인 시험을 가능하도록 한 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC로부터 수신된 생성 데이터를 각각의 채널에 맞는 지정된 번지에 저장하고 중앙처리장치(CPU)의 제어 동작에 의하여 다수개의 D/A 변환기로 저장된 데이터를 전송하는 다수개의 램과, 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC와의 통신, 데이터의 저장 및 출력 등 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 전체 동작을 총괄하여 제어하는 중앙처리장치(CPU)와, 진폭과 위상의 틀어짐에 대한 정보를 저장하는 이이피롬(EEPROM)과, 상기 램으로부터 각각의 채널에 해당하는 데이터를 수신하여 각 채널의 I 데이터와 Q 데이터를 분리하고 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수개의 D/A 변환기를 포함하여 구성되며, 상기 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC와 RS-232C 방식을 사용하여 프레임방식으로 송수신을 행하도록 구성된 것으로서, 시간, 공간, 비용의 면에서 효과적인 시험을 가능하게 할뿐만 아니라, 배열안테나 소자간의 상호결합과 다채널 수신기에 의해 발생하는 진폭오차와 위상오차를 발생 신호에 적용하여, 오차에 따른 간섭제거 알고리즘의 선택을 가능하게 하며, 오차에 둔감한 최적의 알고리즘 개발에 유용하게 채용할 수가 있고, 또한, 여러 채널의 신호 및 간섭을 발생시키는데 있어서 여러 대의 신호발생기가 필요하지 않기 때문에 저렴한 비용으로 간섭제거장치의 구현이 가능하며, 그 밖에 배열안테나와 다채널 수신기를 사용하는 통신장비의 개발에 유용하게 채용할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법{Interference cancelliiation system simulator for test and performance evaluation of broadband wireless repeater and simulation method thereof}
본 발명은 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 특히 송신안테나와 수신용 배열안테나를 사용하는 중계 장비의 시험에 필요한 여러 가지 형태의 다채널 신호를 간단한 실험준비와 조작만으로 발생시킴으로써, 시간, 공간, 비용의 면에서 효과적인 시험을 가능하도록 한 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
실제로 전파 환경에서 수신된 신호와 유사한 다채널 신호를 발생시키는 장치가 요구된다. 향후 급속히 보급될 전망인 차세대 이동통신(IMT-2000)서비스가 실시될 경우, 이의 무선망에 사용될 가능성이 높은 스마트 안테나 기지국 시스템 및 광대역 중계기 등과 같이 배열안테나를 사용하는 시스템의 개발이나 성능 평가를 위하여 보다 개선된 시뮬레이터의 출현이 요구되고 있는 실정이다.
종래의 신호 발생기는 독립된 장비 형태를 취하고 있으며, 대부분 출력 단자의 수가 2개이다.
더욱이, 출력되는 신호의 형태가 다양하지 못하여 임의의 파형을 발생시키기가 어렵다. 따라서, 스마트(Smart) 안테나 기지국 시스템이나 간섭제거기능을 갖는 광대역 중계기 등과 같이 수신용 안테나로 배열안테나를 사용하는 시스템들의 성능을 평가하기 위해서는 여러 대의 신호발생장치와 계측 장치 및 시험 지그(Jig) 등 많은 장비를 필요로 하게 되어 설비비가 가중되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술이 가지는 시험과 성능평가가 어려운 문제점을 해결하고자하여 제안된 것으로서, 송신안테나와 수신용 배열안테나를 사용하는 중계 장비의 시험에 필요한 여러 가지 형태의 다채널 신호를 간단한 실험준비와 조작만으로 발생시킴으로써, 시간, 공간, 비용의 면에서 효과적인 시험을 가능하게 하고, 배열안테나 소자간의 상호결합과 다채널 수신기에 의해 발생하는 진폭오차와 위상오차를 발생 신호에 적용하여, 오차에 따른 간섭제거 알고리즘의 선택을 가능하게 하며, 오차에 둔감한 최적의 알고리즘 개발에 유용하게 사용 가능하도록 한 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 및 시뮬레이션방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터는, 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC로부터 수신된 생성 데이터를 각각의 채널에 맞는 지정된 번지에 저장하고 중앙처리장치(CPU)의 제어 동작에 의하여 다수개의 D/A 변환기로 저장된 데이터를 전송하는 다수개의 램과, 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC와의 통신, 데이터의 저장 및 출력 등 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 전체 동작을 총괄하여 제어하는 중앙처리장치(CPU)와, 진폭과 위상의 틀어짐에 대한 정보를 저장하는 이이피롬(EEPROM)과, 상기 다수개의 램으로부터 각각의 채널에 해당하는 데이터를 수신하여 각 채널의 I 데이터와 Q 데이터를 분리하고 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수개의 D/A 변환기를 포함하여 구성되며, 상기 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC와 RS-232C 방식을 사용하여 프레임방식으로 송수신을 행함을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이션 방법은, 원하는 신호와 간섭신호의 주파수 대역과 크기, 오차, 각도 퍼짐 등 발생시킬 각종 정보를 입력하여 소정각도의 위상차가 나도록 I 데이터와 Q 데이터를 생성하고, 생성된 데이터에 상기 원하는 신호의 이득과 간섭신호의 이득을 곱하여 원하는 데이터를 생성한 후 배열소자의 각 채널에 대응하는 채널 데이터를 생성하는 제1 단계와, 상기 I 데이터와 Q 데이터를 생성하고 이어서 간섭 데이터를 생성한 후 상기 채널 데이터 생성단계로 가는 제2 단계와, 상기 각종 정보를 입력하고 상기 입력된 정보에 의해 원하는 신호와 간섭신호에 대해 각각 진폭 오차와 위상오차 등 오차정보를 생성하며 원하는 신호와 간섭신호에 대하여 각각 각도 퍼짐이 일정한 가우시안 확률 분포가 동일하도록 각도 퍼짐 정보를 생성한 후 상기 채널 데이터 생성단계로 가는 제3 단계와, 상기 채널 데이터를 생성한 후 잡음을 고려하기 위해생성된 채널 데이터에 AWGN 성분을 추가하고 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터내부의 다수개의 D/A 변환기의 비트 수에 맞게 데이터를 양자화한 후 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터에 각 채널 데이터를 다운로드하는 제4 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 내부 블록구성도.
도 2는 본 발명에 의한 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC의 동작흐름도.
도 3은 본 발명에서 진폭오차와 위상오차가 고려된 신호와 고려되지 않은 신호의 전파도래방향을 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 출력 신호 스펙트럼도.
도 4b는 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 중간주파 대역으로 변조한 신호 스펙트럼도.
도 5는 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)를 사용한 간섭제거장치(ICAS)의 실험 구성 예시도.
도 6a은 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램에 따른 비임 패턴도.
도 6b은 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)를 사용한 간섭제거장치(ICAS)실험에서 간섭제거장치(ICAS)에 따른 비임 패턴도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)
20: 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 피시(PC)
30: 간섭제거장치(ICAS)
40: 피시(PC)
101: 램(RAM)
102: 중앙처리장치(CPU)
103: 이이피롬(EEPROM)
104-1, 104-2, … 104-n: 디지털/아날로그(D/A) 변환기
이하, 본 발명을 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 설명한다.
도1은 본 발명에 의한 간섭제거장치 시뮬레이터(이하 ICSS라 약칭함) 보드의 내부 블록구성도를 나타낸 것으로서, 도시한 바와 같이 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)로부터 수신된 생성 데이터를 각각의 채널에 맞는 지정된 번지에 저장하고 중앙처리장치(CPU)(102)의 제어 동작에 의하여 다수개의 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)로 저장된 데이터를 전송하는 다수개의 램(101)과, ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)와의 통신, 데이터의 저장 및 출력 등 ICSS의 전체 동작을 총괄하여 제어하는 중앙처리장치(CPU)(102)와, 진폭과 위상의 틀어짐에 대한 정보를 저장하는 이이피롬(EEPROM)(103)과, 상기 다수개의 램(101)으로부터 각각의 채널에 해당하는 데이터를 수신하여 각 채널의 I 데이터와 Q 데이터를 분리하고 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수개의 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 ICSS(10)와 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)는 미국 전자 공업 협회(EIA) 권고 인터페이스 표준의 일종인 RS-232C 방식을 사용하여 프레임방식으로 송수신을 행하도록 구성된다.
도 2는 본 발명에 의한 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC의 동작흐름도를 나타낸 것으로서, 원하는 신호와 간섭신호의 주파수 대역과 크기, 오차, 각도 퍼짐 등 발생시킬 각종 정보를 입력(S1)하여 소정각도의 위상차가 나도록 I 데이터와 Q 데이터를 생성(S2)하고, 생성된 데이터에 상기 원하는 신호의 이득과 간섭신호의 이득을 곱하여 원하는 데이터를 생성(S3)한 후 배열소자의 각 채널에 대응하는 채널 데이터를 생성(S7)하는 제1 단계와, 상기 I 데이터와 Q 데이터를 생성(S2)하고 이어서 간섭 데이터를 생성(S4)한 후 상기 채널 데이터 생성단계(S7)로 가는 제2 단계와, 상기 각종 정보를 입력(S1)하고 상기 입력된 정보에 의해 원하는 신호와 간섭신호에 대해 각각 진폭 오차와 위상오차 등 오차정보를 생성(S5)하며 원하는 신호와 간섭신호에 대하여 각각 각도 퍼짐이 일정한 가우시안 확률 분포가 동일하도록 각도 퍼짐 정보를 생성(S6)한 후 상기 채널 데이터 생성단계(S7)로 가는 제3 단계와, 상기 채널 데이터를 생성(S7)한 후 잡음을 고려하기 위해 생성된 채널 데이터에 AWGN 성분을 추가(S8)하고 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 내부의 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)의 비트 수에 맞게 데이터를 양자화(S9)한 후 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터에 각 채널 데이터를 다운로드(S10)하는 제4 단계로 이루어진다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 동작을 첨부된 실시 예의 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 ICSS(Interference Cancellation System Simulator)는 원래의 신호뿐만 아니라 여러 가지의 간섭 신호 및 각각을 합친 신호들을 하드웨어 및 소프트웨어적으로 용이하게 발생시키므로써, 시간, 공간, 비용 등 여러 가지면에서 보다 효율적으로 각종 배열신호처리기(Array Signal Processor, 배열안테나를 사용하는 시스템 내부의 주요부 모듈임)의 연구, 개발과 성능 평가를 가능하게 한다.
특히 중요한 것은 안테나 내부의 배열소자 간에 공간을 통하여 상호 영향을 미치는 배열안테나의 상호 결합 효과 및 IMD(Inter Modulation Distortion)등 다채널수신기의 전자적인 특성에 의해 발생되는 진폭과 위상오차의 변화까지도 고려된 신호를 발생시키므로써, 배열신호처리기의 성능을 효과적으로 분석함을 통해 스마트안테나 시스템이나 광대역 중계기 개발을 용이하게 한다.
본 발명은 배열안테나를 사용하는 광대역 중계기(이하 ICAS 중계기라 칭함)의 내부에 설치되는 주요 핵심회로 구성인 배열신호처리기의 성능 평가를 위한 ICSS로서, 도 1에 도시한 바와 같이 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)와 ICSS 보드(10)로 구성된다.
상기한 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)에서는 사용자가 직접 정보를 입력하도록 구현된 GUI(Graphic User Interface)의 입력 값에 따라 원하는 신호(Desired Signal)와 간섭신호(Interference Signal)의 데이터를 생성하여 RS-232C 인터페이스를 통해 ICSS(10) 보드로 전송한다.
이에 따라 ICSS(10)는 ICSS 프로그램이 구비된 PC(20)로부터 데이터를 수신하여 각 채널의 I 신호와 Q 신호를 출력한다.
ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)에서는 단일 주파수를 갖는 데이터뿐만 아니라 광대역의 주파수 성분을 갖는 데이터를 발생시킬 수 있으며, 실제 배열안테나로 수신되는 신호와 동일한 특성을 갖는 데이터를 발생시키기 위해 원하는 신호와 간섭신호의 코히어런스 특성, 수신신호의 진폭오차와 위상오차, 수신신호의 각도 퍼짐과 백색잡음 등을 생성 데이터에 적용한다.
상기한 원하는 신호와 간섭신호의 코히어런스(Coherence)는 특정한 주파수 성분을 갖는 데이터를 생성하여, 그 데이터에 적당한 크기와 시간차를 주어 서로 다른 크기와 시간을 갖는 원하는 신호와 간섭신호를 발생한다.
이것은 수신안테나로 수신된 원하는 신호를 증폭하여 송신하고, 송신한 신호 중 일부가 간섭신호가 되어 수신안테나로 수신되는 개념과 같은 것이다.
또한 배열안테나를 수신안테나로 사용하므로 배열안테나에 수신되는 전파의 입사각에 따른 배열안테나의 응답을 원하는 신호와 간섭신호에 곱하여 배열 소자수에 맞게 데이터를 각각의 채널로 분리한다.
또한, 수신신호의 진폭과 위상오차는 배열안테나의 상호결합에 의한 오차, 다채널 수신기에 의한 오차, 외부환경에 의한 오차 등에 의해 발생한다.
이러한 오차에 의한 n개의 배열 소자를 갖는 배열 안테나의 m번째 배열 소자의 진폭오차()와 위상오차()는 하기 식과 같이 나타낼 수가 있다.
여기서 ua와 up는 -0.5에서 0.5사이에 균일하게 분포되고, σρ와 σφ는 각각 진폭오차와 위상오차의 표준편차를 나타낸다. 즉, 주어진 σρ와 σφ의 범위 내에서 수신신호의 크기와 위상을 변화시키는 것이다.
또한 원하는 신호와 간섭신호는 배열안테나에 의해 공간적으로 분리되어 있으므로 진폭과 위상오차는 원하는 신호와 간섭신호에 대해 서로 다르게 적용되고, 특히 원하는 신호에 대한 배열안테나 소자간의 상호결합의 영향은 배열안테나 중앙에 위치한 소자에 수신되는 신호의 크기가 가장 크고 외곽으로 갈수록 크기가 감소하므로 식 (1)에서 ua를 m=(n-1)/2 일 때 가장 크고 m이 1 또는 n에 가까워질수록 작아진다.
도 2는 ICSS 프로그램이 구비된 PC의 동작흐름도를 나타낸것으로서, 도시한 바와 같이 먼저 원하는 신호와 간섭신호의 주파수 대역과 크기, 오차, 각도 퍼짐등의 발생시킬 신호에 대한 여러 가지 정보를 입력받는다(S1).
다음에, 소정각도(90도)의 위상차가 나도록 I 데이터와 Q 데이터를 생성하고(S2), 생성된 데이터에 원하는 신호의 이득과 간섭신호의 이득을 곱하여 원하는 신호 데이터를 생성(S3)하는 동시에 간섭신호 데이터를 생성(S4)한다.
한편, 입력된 정보에 의해 원하는 신호와 간섭신호에 대해 각각 진폭오차와 위상오차등 오차정보를 생성(S5)한 후 원하는 신호와 간섭신호에 대해 각각 각도 퍼짐이 일정한 가우시안(Gaussian) 확률 분포가 동일하도록 각도 퍼짐 정보를 생성(S6)한다.
이후 배열 소자의 각 채널에 대응하는 채널 데이터를 생성(S7)하고, 이어서 잡음을 고려하기 위해 생성된 채널 데이터에 AWGN 성분을 추가(S8)하고 ICSS 내부의 D/A 변환기(104-1, 104-2, … 104-n)의 비트수에 맞게 데이터를 양자화(S9)한 후 ICSS(10)로 각 채널 데이터를 다운로드(S10)한다.
ICSS(10)내부의 중앙처리장치(102)에서는 상기와 같은 단계를 거쳐 생성된 데이터를 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)로부터 수신하고 램(101)의 동작을 제어하여 D/A 변환기(104-1, 104-2, … 104-n)를 통해 각 채널 데이터인 아날로그 신호를 출력한다.
이 경우 ICSS(10)와 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)와의 통신은 미국 전자 공업 협회(EIA) 권고 인터페이스(Interface) 표준의 일종인 RS-232C 방식을 사용하여 프레임방식으로 송수신하고 전송과정에서 발생할 수 있는 에러를 검출하도록 한다.
다수개의 램(101)은 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)로부터 수신된 생성 데이터를 각각의 채널에 맞는 지정된 번지에 저장하고 중앙처리장치(102)의 제어 동작에 의해 다수개의 D/A 변환기(104-1, 104-2, … 104-n)로 저장 데이터를 전송한다.
다수개의 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)는 각각의 채널에 해당하는 데이터를 다수개의 램(101)으로부터 수신하여 각 채널의 I 데이터와 Q 데이터를 분리하고 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
이 경우 다수개의 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)는 시스템의 동작범위와 분해능에 직접적인 영향을 미치므로 가격대 성능 등을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 실시 예로서 10 비트(Bit)의 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)를 사용하여 10 MHz의 광대역 신호를 발생시켰을 때 약 30 dB의 동작범위와 -60 dBm의 분해능을 얻을 수 있음을 알수가 있었다.
보다 향상된 동작범위와 분해능을 확보하기 위해서는 더 많은 비트를 갖는 D/A 변환기(104-1, 104-2, …104-n)를 사용할 필요가 있다.
ICSS 운용프로그램 상에서 동일한 데이터를 ICSS(10)로 다운로드(Download)하였다 하더라도 ICSS(10)의 특성에 의해 채널마다 진폭과 위상이 조금씩 틀어질 수 있는데, ICSS(10)는 이이피롬(103)에 진폭과 위상의 틀어짐에 대한 정보를 저장하고 ICSS 운용프로그램에서 이러한 정보의 요구가 있을 때 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)로 전송하여 이를 보상할 수가 있다.
중앙처리장치(102)는 ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)와의 통신, 데이터의 저장과 출력등 앞에서 설명한 바와 같이 ICSS(10)의 모든 동작을 제어한다.
실시 예로 제작된 ICSS(10) 보드의 출력은 6개(이는 측정하고자하는 배열신호처리기 보드의 입력 채널 수와 동일함)채널이며, 각 채널은 I 신호와 Q 신호를 출력하여 총 12 개의 신호를 출력하게 된다.
도 3은 본 발명에서 진폭오차와 위상오차가 고려된 신호와 고려되지 않은 신호의 전파도래방향(Direction of Arrival, DOA)을 나타낸 도면으로서, 진폭오차와 위상오차가 신호에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 간섭신호가 원하는 신호보다 30 dB 크고, 원하는 신호의 입사각은 0°, 간섭신호의 입사각은 -110°이며, 진폭오차는 원하는 신호에 대하여, 간섭신호에 대하여이고, 위상오차는 원신호에 대하여, 간섭신호에 대하여이다.
진폭오차와 위상오차에 의해 신호의 성질이 많이 변화되어 오차를 적용하였을 경우 각도 정보가 많이 손상된 것을 볼 수 있으며, 이러한 오차로 인해 간섭이 잘 제거되지 않게 된다.
수신신호의 각도 퍼짐은 퍼진 각도의 분포가 가우시안 확률 분포를 갖는 것으로 가정하여 수신되는 원하는 신호와 간섭신호에 각각 적용하였고, 백색잡음은 생성된 모든 데이터에 일정한 크기의 평균을 갖는 값을 더하여 잡음성분을 생성한다.
도 4a는 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 출력 신호 스펙트럼도를 나타낸 것이고, 도 4b는 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 중간주파 대역으로 변조한 신호 스펙트럼도를 나타낸 것이다.
즉, 도 4a는 ICSS 운용프로그램에서 생성한 데이터를 ICSS(10)로 다운로드하여 출력한 기저대역 신호의 스펙트럼이고, 도 4b는 이와같은 신호를 70 MHz 대역으로 I,Q 변조기를 사용하여 변조한 신호의 스펙트럼이다. 도 4a에 도시한 바와 같이 낮은 주파수로 갈수록 신호가 작아지는 것은 측정에 사용한 케이블의 저역 차단 특성에 의한 것이고, 도 4b에 도시한 바와 같이 스펙트럼은 평탄하게 나타난다. 또한,5 MHz 대역 내에 신호가 중첩되는 것으로 보이나 이를 70 MHz로 변조하면 70 MHz를 중심으로 비대칭인 신호가 10 MHz 대역에 퍼져 있는 것을 알 수가 있다.
도5는 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)를 사용한 간섭제거장치(ICAS)의 실험 구성 예시도를 나타낸 것으로서, ICSS 운용프로그램이 구비된 PC(20)에서 생성된 데이터는 ICSS(10)로 다운로드되고 D/A 변환되어 각각의 채널 신호로 출력된다. 각 채널신호는 케이블을 통해 간섭제거장치(ICAS)(30)에 전송되며, 간섭제거장치(ICAS)(30)는 입력된 신호중에 간섭성분을 제거하여 신호를 중간주파수 대역으로 올려주는 업컨버터(Up-converter)등 기타 중계장치로 송신하고 간섭제거장(ICAS)(30)에 장착된 디지털 신호처리(DSP)칩의 동작을 시험하기 위한 출력포트(J-TAG)를 통해 간섭제거장치(ICAS)(30)의 동작정보를 출력하고 간섭제거장치(ICAS)(30)에 연결되어 있는 디지털신호 에뮬레이터(DSP emulator)를 통하여 PC(40)의 모니터상에 수신신호의 파형, 전파도래방향(DOA), 비임패턴, 출력신호의 파형등 여러 가지의 간섭제거장치(ICAS)(30)의 동작상황을 나타낼 수 있다. 특히, ICSS(10)에서 신호와 간섭을 바꾸어가며 간섭제거장치(ICAS)(30)로 송신하여 간섭제거장치(ICAS)(30)가 여러 가지 신호에 대하여 어떻게 동작하는지를 확인할 수가 있으며, 최적의 간섭제거 알고리즘의 개발에 유용하게 사용될 수 있다.
도 6a는 본 발명에서 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램에 따른 비임 패턴도를 나타낸 것이고, 도 6b는 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)를 사용한 간섭제거장치(ICAS) 실험에서 간섭제거장치(ICAS)에 따른 비임 패턴도로서, ICSS(10)에서 발생시킨 데이터(원하는 신호는 0° 방향, 간섭신호는 -130° 방향, 그리고 간섭신호의 크기가 30dB 만큼 더 크게 발생시킨 경우)를 ICAS(30)로 송신하였을 때 ICAS(30)내의 간섭제거 알고리즘을 통해 얻어진 가중치에 의해 형성된 배열안테나의 비임패턴을 나타낸다. 도 6b의 0∼360인 x축 좌표값은 각도 -180°∼180°와 대응한다.
도 6a에서 0°방향은 원하는 원신호가 들어오는 방향이고, -130°방향은 간섭이 들어오는 방향이다. 도 6a에서 실선은 비임형성을 하지 않은 경우의 비임패턴을 나타내고, 점선은 간섭제거알고리즘(여기서는 GSC(Generalized Sidelobe Canceller)알고리즘임)을 구동하여 형성된 비임패턴을 나타내며, 긴 점선은 신호들의 전파도래방향(DOA)이다. 도 6a에서 형성된 비임패턴과 도 6b에서 형성된 비임패턴은 유사하며. 간섭신호의 입사각( -130°)에 대하여 빔패턴의 널(Null)이 형성된 것으로 보아 ICSS(10)와 간섭제거장치(ICAS)의 동작 상태를 확인할 수가 있다.
진폭오차와 위상오차는 수신 신호의 성질에 지대한 영향을 주어 간섭제거를 어렵게 한다. 따라서, 간섭을 효율적으로 제거하기 위해서는 상황에 맞는 간섭제거알고리즘을 선택하여 사용할 필요가 있다. 이 경우 여러 채널의 다양한 신호들을 발생시키는 장치가 있어야 하는데, 본 발명에 의한 ICSS는 피시(PC)와 보드(Board) 한 장으로 이를 구현할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 송신안테나와 수신용 배열안테나를 사용하는 중계 장비의 시험에 필요한 여러 가지 형태의 다채널 신호를 간단한 실험준비와 조작만으로 발생시킴으로써, 시간, 공간, 비용의 면에서 효과적인 시험을 가능하게하고, 배열안테나 소자간의 상호결합과 다채널 수신기에 의해 발생하는 진폭오차와 위상오차를 발생 신호에 적용하여, 오차에 따른 간섭제거 알고리즘의 선택을 가능하게 하며, 오차에 둔감한 최적의 알고리즘 개발에 유용하게 채용할 수가 있다.
또한, 여러 채널의 신호 및 간섭을 발생시키는데 있어서 여러 대의 신호발생기가 필요하지 않기 때문에 저렴한 비용으로 간섭제거장치의 구현이 가능하며, 그 밖에 배열안테나와 다채널 수신기를 사용하는 통신장비의 개발에 유용하게 채용할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (6)

  1. 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC로부터 수신된 생성 데이터를 각각의 채널에 맞는 지정된 번지에 저장하고 중앙처리장치(CPU)의 제어 동작에 의하여 다수개의 D/A 변환기로 저장된 데이터를 전송하는 다수개의 램과,
    간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC와의 통신, 데이터의 저장 및 출력 등 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS)의 전체 동작을 총괄하여 제어하는 중앙처리장치(CPU)와,
    진폭과 위상의 틀어짐에 대한 정보를 저장하는 이이피롬(EEPROM)과,
    상기 다수개의 램으로부터 각각의 채널에 해당하는 데이터를 수신하여 각 채널의 I 데이터와 Q 데이터를 분리하고 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수개의 D/A 변환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간섭제거장치의 시뮬레이터는 상기 간섭제거장치 시뮬레이터(ICSS) 운용프로그램이 구비된 PC와 RS-232C 방식을 사용하여 프레임방식으로 송수신을 행함을 특징으로 하는 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간섭제거장치의 시뮬레이터는 수신용 배열안테나와 다채널수신기로 구성된 무선 중계장치에서 상기 배열안테나에 수신되는 원하는 신호 및 간섭신호의 특성과 유사한 특성을 가지는 신호를 발생하여 상기 간섭제거장치를 시험 및 평가하도록 구성된 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 배열안테나로 수신되는 신호와 동일한 특성을 가지는 데이터를 발생시키기 위하여 원하는 신호와 간섭신호의 코히어런스 특성, 수신신호의 진폭오차와 위상오차, 수신신호의 각도 퍼짐과 백색잡음 등을 적용하여 여러 채널의 광대역 신호들을 각각 발생시키도록 함을 특징으로 하는 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신신호의 진폭오차와 위상오차를 감안하여 신호 생성시 상기 배열안테나 내부의 안테나 소자들 간의 상호결합효과를 고려하여 신호를 발생시키도록 함을 특징으로 하는 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터.
  6. 광대역 무선 중계장치의 시험과 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이션방법에 있어서,
    원하는 신호와 간섭신호의 주파수 대역과 크기, 오차, 각도 퍼짐 등 발생시킬 각종 정보를 입력하여 소정각도의 위상차가 나도록 I 데이터와 Q 데이터를 생성하고, 생성된 데이터에 상기 원하는 신호의 이득과 간섭신호의 이득을 곱하여 원하는 데이터를 생성한 후 배열소자의 각 채널에 대응하는 채널 데이터를 생성하는 제1 단계와,
    상기 I 데이터와 Q 데이터를 생성하고 이어서 간섭 데이터를 생성한 후 상기 채널 데이터 생성단계로 가는 제2 단계와,
    상기 각종 정보를 입력하고 상기 입력된 정보에 의해 원하는 신호와 간섭신호에 대해 각각 진폭 오차와 위상오차 등 오차정보를 생성하며 원하는 신호와 간섭신호에 대하여 각각 각도 퍼짐이 일정한 가우시안 확률 분포가 동일하도록 각도 퍼짐 정보를 생성한 후 상기 채널 데이터 생성단계로 가는 제3 단계와,
    상기 채널 데이터를 생성한 후 잡음을 고려하기위해 생성된 채널 데이터에 AWGN 성분을 추가하고 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터 내부의 다수개의 D/A 변환기의 비트 수에 맞게 데이터를 양자화한 후 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이터에 각 채널 데이터를 다운로드하는 제4 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 무선 중계장치의 시험 및 성능평가를 위한 다채널 간섭제거장치의 시뮬레이션 방법.
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