KR100748642B1

KR100748642B1 - 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법

Info

Publication number: KR100748642B1
Application number: KR1020060048663A
Authority: KR
Inventors: 김갑영; 최준휘; 조준경
Original assignee: 주식회사 휴텍이일
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-08-10

Abstract

본 발명은 이동 통신 중계기의 간섭 신호를 제거하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거부에 적응성 보상 알고리즘을 적용함에 있어, 두 개의 적응 상수를 사용하여 오차의 수렴 속도를 증가시키고 평균 자승 오차를 감소시키는 그룹형 LMS 알고리즘을 사용하거나, 초기에는 채널 적응 성능이 뛰어난 CMA 알고리즘을 사용하고 일정 시간 경과 후 그룹형 LMS 알고리즘을 사용하여 그룹형 LMS 알고리즘을 적용한 효과와 함께 채널 적응 성능을 동시에 개선시킬 수 있는 간섭 신호 제거 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법은, 간섭 제거 필터와 해당 필터에 적용되는 적응 상수를 다수의 그룹으로 구성하고, 상기 각 그룹에 LMS(최소 평균 자승) 알고리즘을 적용하는 그룹형 LMS 알고리즘을 사용하여, 다음 갱신 단계에서 상기 각 그룹에서 사용될 필터 계수를 산출하는 점을 특징으로 한다.

중계기, 간섭 제거, 적응성 보상 알고리즘, 최소 평균 자승

Description

이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법{Interference signal cancellation method for mobile communication repeaters}

도 1은 본 발명의 제1 실시예 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법이 적용되는 중계기 시스템의 구성도.

도 2는 LMS 알고리즘이 적용된 적응성 간섭제거부의 블록도.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법이 적용되는 적응성 간섭제거부의 블록도.

도 4는 LMS 알고리즘 및 그룹형 LMS 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도 5는 CMA 알고리즘이 적용된 적응성 간섭제거부의 블록도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법이 적용되는 적응성 간섭제거부의 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 수신 안테나 20 : RF 출력부

30 : 주파수 하향 변환기 40 : A/D 변환기

50 : 적응성 간섭 제거부 51 : 간섭 제거 필터

52 : 적응 알고리즘 처리부 60 : D/A 변환기

70 : 주파수 상향 변환기 80 : 신호 증폭기

90 : 송신 안테나

일반적으로 이동통신 시스템에서는 통화 음영 지역을 해소하기 위하여 이동 통신 중계기가 이용된다. 이동 통신 중계기는 수신안테나, 증폭기 및 송신 안테나로 구성되어, 미약한 크기의 신호를 수신하여 증폭한 후 증폭된 신호를 재전송하는 기능을 수행한다.

이와 같은 이동 통신 중계기에서는 수신된 신호와 동일한 주파수로 신호를 재전송할 때 증폭된 재전송 신호로 인해 원래 목적의 서비스 수행을 위한 수신 신호가 왜곡되는 현상이 발생한다.

특히 재전송 신호가 일정 크기 이상으로 수신 안테나에 역유입되면 역유입 신호로 인한 발진 현상이 발생할 가능성이 높아지므로, 역유입 신호를 제거하여 신호 왜곡 및 발진 현상을 미연에 방지하는 방법이 요구된다.

이동 통신 중계기에서 간섭 신호를 제거하기 위한 종래의 방법들은 송수신 안테나, 송수신 전파신호처리 시스템 및 적응 필터 알고리즘에 이르기까지 모든 안테나를 지향성 안테나로 대치하거나, RF 송수신 회로의 증폭기, 대역통과여파기 및 상/하향 주파수 변환기의 고성능 규격을 채용하거나, 디지털 신호처리기에서 적응 대역 통과 여파기를 채용하는 방법이 있다.

그러나, 하드웨어 구조를 변경하는 종래의 방법들은 변경을 위한 비용이 막대하게 소요되고, 수시로 변화하는 외부 전파 채널 환경에 대한 유연한 대응이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 간섭 신호 제거 방법의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거부에 두 개의 적응 상수를 사용하는 그룹형 LMS 알고리즘을 적용함으로써 간섭 신호 제거부의 출력 신호에 대한 오차의 수렴 속도를 증가시키고 평균 자승 오차를 감소시키는 데에 있다.

또한, 초기에는 채널 적응 성능이 뛰어난 CMA 알고리즘을 사용하고 일정 시간 경과 후 그룹형 LMS 알고리즘을 사용함으로써, 수렴 특성을 향상시키는 동시에 채널에 대한 적응 성능을 개선시키는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 간섭 제거 필터와 해당 필터에 적용되는 적응 상수를 다수의 그룹으로 구성하고, 상기 각 그룹에 LMS(최소 평균 자승) 알고리즘을 적용하는 그룹형 LMS 알고리즘을 사용하여, 다음 갱신 단계에서 상기 각 그룹에서 사용될 필터 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법이 적용되는 중계기 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 간섭 신호 제거를 위한 중계기 시스템은 수신 안테나(10), RF 출력부(20), 주파수 하향 변환기(30), A/D 변환기(40), 적응성 간섭 제거부(50), D/A 변환기(60), 주파수 상향 변환기(70), 신호 증폭기(80) 및 송신 안테나(90)를 포함하여 구성된다.

RF 출력부(20)는 수신 안테나(10)로부터 신호를 수신하여 대역 필터를 거쳐 RF 신호를 출력해주고, 신호 증폭기(High Power Amplifier; HMP; 80)는 입력되는 신호를 증폭해서 송신 안테나(90)를 통해 출력해준다.

주파수 하향 변환기(30)는 RF 출력부(20)로부터 수신된 RF 신호를 중간 주파수 대역으로 하향 변환시켜주며, A/D 변환기(40)는 하향 주파수 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호 처리를 위한 8비트 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다.

적응성 간섭 제거부(50)는 주파수 하향 변환기(30)를 통해 입력된 신호에서 역유입된 간섭 신호를 적응성 보상 알고리즘에 따라 제거하여 출력해주며, CPU, MPU 또는 디지털 신호 처리기(DSP; Digital Signal Processor)로 구현되는데, 입력 신호로부터 간섭 신호를 제거해주는 간섭 제거 필터(51)와 간섭 제거 필터(51)의 필터 계수를 적응성 보상 알고리즘에 따라 갱신시켜주는 적응 알고리즘 처리부(52)로 구성된다.

D/A 변환기(60)는 적응성 간섭 제거부(50)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해주며, 주파수 상향 변환기(70)는 간섭 신호가 제거된 중간 주파수 대역의 신호를 RF 신호로 상향 변환하여 신호 증폭기(80)로 출력해준다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법은 그룹형 LMS(Least Mean Squre; 최소 평균 자승) 알고리즘을 앞서 설명한 적응 알고리즘 처리부(52)에 적용하는 방법으로서, 이에 대한 설명에 앞서 일반적으로 사용되는 LMS(Least Mean Squre; 최소 평균 자승) 알고리즘에 대하여 먼저 설명하기로 한다.

도 2는 LMS 알고리즘이 적용된 적응성 간섭제거부의 블록도이다.

LMS 알고리즘은 출력 오차의 자승 평균값을 최소화하도록 적응화하는 알고리즘으로서, 수신된 신호와 판정된 신호 간의 평균 자승 오차(Mean Square Error; MSE)를 최소화해주는데, 계산량이 적고 하드웨어적으로 복잡하지 않으나 채널 적응 속도가 느리다는 단점이 있다.

시간 i에서 오차 신호는 아래의 수학식 1과 같고, 출력 y(i)는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

e(i) = d(i) - y(i)

y(i) = W(i)^Tx(i) = W(i)x(i)^T

여기서, d(i)는 기준 신호(reference signal), W(i)는 필터 계수에 대한 행 백터, x(i)는 시간 i에서의 입력 신호이다.

수학식 1 및 수학식 2로부터 아래의 수학식 3을 얻을 수 있다.

e(i) = d(i) - W(i)^Tx(i)

여기서, 오차 e(i) 시퀀스의 제곱들의 합을 최소화하는 필터 계수를 유도하면 다음의 수학식 4를 얻을 수 있다.

W(i+1) = W(i)+2μe(i)X(i)

여기서,μ는 적응 상수이다.

이와 같이 LMS 알고리즘은 간섭 제거 필터(51)의 필터 계수가 그 이전 시간에서의 필터계수와 오차값 등으로부터 산출되므로 계산 과정이 단순하고 하드웨어 를 간단하게 구성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법이 적용되는 적응성 간섭제거부의 블록도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법은 적응 알고리즘으로서 그룹형 LMS 알고리즘을 사용한다.

그룹형 LMS 알고리즘은, 도 3에 도시된 바와 같이, 적응 상수를 효과적으로 이용하기 위해 간섭 제거 필터(51)와 해당 필터에 적용되는 적응 상수를 두 그룹으로 구성하고, 두 그룹의 출력 오차 및 필터 계수 값 중 최소값과 각 그룹의 적응 상수를 이용하여 각 그룹의 다음 갱신 단계에서 사용될 필터 계수를 산출한다.

먼저, 각 그룹에서의 출력 오차는 다음의 수학식 5와 같이 표현된다.

e₁(i) = d(i) - y₁(i)

e₂(i) = d(i) - y₂(i)

이와 같이 얻어지는 각 그룹의 출력 오차와 각 그룹에서 사용된 필터 계수를 그룹 간에 서로 비교하여 더 작은 값의 출력 오차(e_min) 및 필터 계수(W_min)를 구하고, 이를 이용하여 아래의 수학식 6과 같이, 다음 갱신 단계에서 사용될 필터 계수 값을 산출하게 된다.

W₁(i+1) = W_min+ 2μ_smalle_minX(i)

W₂(i+1) = W_min+ 2μ_largee_minX(i)

여기서, μ_large는 빠른 수렴 속도를 위해 첫번째 그룹의 필터 계수를 산출하는 데 사용되고, μ_small은 평균 자승 오차를 줄이기 위해 두번째 그룹의 필터 계수를 산출하는 데 사용되는 적응 상수이다.

상술한 바와 같이, 두 그룹의 간섭 제거 필터에서 출력되는 출력값을 다음 갱신 단계의 필터 계수를 산출하는 데에 모두 이용하게 되는데, 실제로 신호 증폭기에 입력되는 출력값은 미리 설정된 조건(예를 들면, 해당 시점에서 평균 자승 오차의 범위)에 따라 두 그룹의 출력값 중 하나로 선택된다.

도 4는 LMS 알고리즘 및 그룹형 LMS 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

도 4의 (a)는 μ를 0.005로 설정한 경우의 LMS 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과이고 도 4의 (b)는 적응 상수를 0.005로 설정한 경우의 LMS 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과이고 μ_large와 μ_small를 각각 0.005 및 0.0001로 설정한 경우의 그룹형 LMS 알고리즘에 대한 시뮬레이션 결과이다.

도 4에서 볼 수 있듯이 반복 회수(iteration)가 100일때 평균 자승 오차는, LMS 알고리즘의 경우 약 0.003인 반면 그룹형 LMS 알고리즘의 경우엔 약 0.001로서, 그룹형 LMS 알고리즘을 사용하면 기존의 LMS 알고리즘에 비해 평균 자승 오차 를 거의 1/3로 감소시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 그룹형 LMS 알고리즘은 두 개의 적응 상수를 이용하기 때문에 기존의 LMS 알고리즘에 비하여 수렴 속도가 더욱 빠르고 평균 자승 에러의 수렴값 또한 더 작아진다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법은 간섭 제거 회로부에 적용되는 알고리즘으로 그룹형 LMS와 CMA(Constant Modulus Algorithm)를 혼합한 혼합형 적응 보상 알고리즘을 사용하는데, 먼저 CMA 알고리즘에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 5는 CMA 알고리즘이 적용된 적응성 간섭제거부의 블록도이다.

CMA 알고리즘은 간섭의 존재로 인해 출력값의 크기에 큰 요동이 생긴다는 전제 하에 성립하는 알고리즘으로서, 채널에 대한 적응 성능이 우수한 알고리즘이다.

시간 i에서 오차 신호는 아래의 수학식 7과 같다.

e(i) = (y(i)²-R_C ²)·y(i)

RC² = E[s(t)⁴]/E[s(t)²]

여기서, Rc는 적응 상수이고, s(t)는 송신측에서 생성되는 신호이다.

또한, 필터 계수는 수학식 8와 같이 나타낼 수 있다.

W(i+1) = W(i)+μe(i)X(i)

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법이 적용되는 적응성 간섭제거부의 블록도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법에 적용되는 알고리즘은, 도 6에 도시된 바와 같이, 간섭 제거 필터(51)와 해당 필터에 적용되는 적응 상수를 세 그룹으로 구성하고, 처음 두 그룹에 대해서는 그룹형 LMS 알고리즘을 적용하고 세번째 그룹에는 CMS 알고리즘을 적용한다. 여기서, 처음 두 그룹 즉, 그룹형 LMS 알고리즘을 따르는 그룹의 출력 오차중 더 작은 값과 세번째 그룹 즉, CMA 알고리즘을 따르는 그룹의 출력 오차를 멀티플렉서(MUX)에 입력한 후, 평균 자승 오차 값의 범위에 따라 그룹형 LMS 알고리즘과 CMS 알고리즘 중 하나를 선택하고, 선택된 알고리즘을 따르는 그룹에 대하여 다음 갱신 단계의 필터 계수를 산출하게 된다.

다시 말하면, 처음 채널에 대한 적응을 시작할 때는 CMA 알고리즘으로 동작하고, 채널에 점차 적응해가면서 평균 자승 오차가 기준 값 예를 들어 1.1 이하로 작아지게 되면 그룹형 LMS 알고리즘으로 전환되어 동작하면서 평균 자승 오차를 빠른 속도로 수렴하게 만든다.

이와 같이 그룹형 LMS와 CMA(Constant Modulus Algorithm)를 혼합한 혼합형 적응 보상 알고리즘을 이용하면, 초기에는 채널에 대한 적응성이 뛰어나면서도 일정 시점 이후에는 빠른 수렴 속도와 함께 낮은 평균 자승 오차를 가지도록 간섭 필터의 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 전술한 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 세 그룹의 간섭 제거 필터에서 출력되는 출력값 중 미리 설정된 조건에 따라 하나를 선택하여 신호 증폭기로 출력시키게 된다.

이상 각 실시예에서는 그룹형 LMS 알고리즘을 두 그룹의 간섭 제거 필터에 적용하는 것으로 설명하였지만, 간섭 제거 필터를 다수의 n개 그룹으로 구성하고 각 그룹에 적용되는 n개의 적응 상수를 이용하여 그룹형 LMS 알고리즘을 구현할 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법은, 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거부에 그룹형 LMS 알고리즘이나, CMA와 그룹형 LMS 알고리즘을 혼합한 알고리즘을 사용함으로써, 수렴 특성 및 채널 적응 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력 신호로부터 간섭 신호를 제거해주는 간섭 제거 필터를 구비하여 수신 안테나에 역유입되는 간섭 신호를 제거해주는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법에 있어서,

상기 간섭 제거 필터와 해당 필터에 적용되는 적응 상수를 다수의 그룹으로 구성하고, 상기 각 그룹에 LMS(최소 평균 자승) 알고리즘을 적용하는 그룹형 LMS 알고리즘을 사용하여, 다음 갱신 단계에서 상기 각 그룹에서 사용될 필터 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법.
제 1항에 있어서,

상기 그룹형 LMS 알고리즘은,

입력값과 상기 각 간섭 제거 필터의 필터 계수를 이용하여 상기 간섭 제거 필터에서 각각 출력되는 출력값을 구하는 단계와;

상기 출력값과 기준 신호로부터 상기 각 간섭 제거 필터에 대한 출력 오차를 산출하는 단계와;

상기 각 간섭 제거 필터에 대한 출력 오차 중 최소값과 상기 각 간섭 제거 필터의 필터 계수 중 최소값을 산출하는 단계와;

상기 최소값 산출 단계에서 산출된 출력 오차 최소값과 필터 계수 최소값 및 상기 각 간섭 제거 필터에 대응하는 적응 상수를 이용하여 다음 보상 단계에서 사 용될 필터 계수를 산출하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법.
제 2항에 있어서,

상기 필터 계수 산출 단계는,

아래의 수식에 의하여 다음 보상 단계에서 사용될 필터 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법.

<수식>

W_k(i+1) = W_min+ 2μ_ke_minX(i)

(여기서, W_k(i+1)은 k번째 그룹의 간섭 제거 필터에 대하여 i+1 단계에서 사용될 필터 계수, μ_k는 k번째 그룹의 간섭 제거 필터에 적용되는 적응 상수, W_min은 각 간섭 제거 필터의 필터 계수 중 최소값, e_min은 각 간섭 제거 필터에 대한 출력 오차 중 최소값, X(i)는 i 단계에서의 입력 신호)
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 따른 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 저장된 기록매체.
입력 신호로부터 간섭 신호를 제거해주는 간섭 제거 필터를 구비하여 수신 안테나에 역유입되는 간섭 신호를 제거해주는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법에 있어서,

상기 간섭 제거 필터와 해당 필터에 적용되는 적응 상수를 세 그룹 이상의 다수 그룹으로 구성하고, 상기 그룹 중 하나의 그룹에 대해서는 CMS 알고리즘을 적용하고 나머지 그룹에 대해서는 그룹형 LMS 알고리즘을 적용하는 혼합형 적응 보상 알고리즘을 이용하여, 다음 갱신 단계에서 상기 각 그룹에서 사용될 필터 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법.
제 5항에 있어서,

상기 혼합형 적응 보상 알고리즘은,

입력값과 상기 각 간섭 제거 필터의 필터 계수를 이용하여 상기 간섭 제거 필터에서 각각 출력되는 출력값을 구하는 단계와;

상기 출력값과 기준 신호로부터 상기 각 간섭 제거 필터에 대한 출력 오차를 산출하는 단계와;

상기 각 간섭 제거 필터 중 처음 두 그룹에 대하여 출력 오차의 최소값과 필터 계수의 최소값을 산출하는 단계와;

평균 자승 오차 값의 범위에 따라 그룹형 LMS 알고리즘과 CMS 알고리즘 중 하나를 선택하는 단계와;

상기 알고리즘 선택 단계에서 선택된 알고리즘을 따르는 그룹에 대하여 다음 갱신 단계의 필터 계수를 산출하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법.
제 5항 또는 제 6항의 이동 통신 중계기의 간섭 신호 제거 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 저장된 기록매체.