KR100862715B1

KR100862715B1 - 디지털 적응 간섭제거 중계기

Info

Publication number: KR100862715B1
Application number: KR1020070061767A
Authority: KR
Inventors: 김주완; 송주태; 권종화; 우대호; 전익태; 김원택; 유태훈; 강용진; 이종현
Original assignee: 에스케이텔레시스 주식회사
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-10-10

Abstract

본 발명은 디지털 적응 간섭제거 중계기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 필터계수를 갱신하기 위해 기준신호(rN)의 싸인드비트(signed bit) 값[sign(rN)], 즉, 기준신호(rN)의 부호만을 가지고 처리함으로써, 곱셈 블록이 줄어 전체적인 디지털 회로 로직 감소가 가능하여 저가 하드웨어를 구현할 수 있는 기술이 개시된다.

ICS, 무선중계기, 간섭신호, 계수갱신, 계수산출

Description

디지털 적응 간섭제거 중계기{DIGITAL ADAPTATION INTERFERENCE CANCELLATION REPEATER}

도1은 종래 ICS중계기에 대한 블록도이다.

도2는 도1의 ICS중계기에 적용되는 계수갱신유닛에 대한 블록도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 적응 간섭제거 중계기에 대한 블록도이다.

도4는 도3의 디지털 적응 간섭제거 중계기에 적용되는 계수갱신유닛에 대한 블록도이다.

도5는 도3의 디지털 적응 간섭제거 중계기에서 이루어지는 신호처리방법에 대한 흐름도이다.

*도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명*

300 : 디지털 적응 간섭제거 중계기

310 : 제1 신호처리부

330 : 간섭제거부

331 : 간섭제거소자

332 : 대역통과필터

333 : 계수갱신유닛

333a : 승산기

333b : 가중치산출수단

333c : 계수산출수단

334 : 적응필터

340 : 제2 신호처리부

S : 원신호 I : 간섭신호

ε : 에러신호 S′ : 출력신호

I′ : 간섭추정신호 rN : 기준신호

W(n) : 필터계수

본 발명은 디지털 적응 간섭제거 중계기에 관한 것이다.

일반적으로 전파음영지역을 커버하거나 기지국의 설치비용이 부담스러운 지역에 중계기를 구성시켜 해당 지역에서 이동통신의 서비스 품질을 만족시키고자 하고 있다.

중계기는 일 측이 광케이블 등과 같은 유선으로 기지국과 연결된 유선중계기와 무선으로 기지국과 연결된 무선중계기로 나뉜다.

유선중계기는 중계기와 기지국 간에 유선통신이 이루어지므로 양호한 통화품 질을 유지할 수 있으나, 무선중계기에 비하여 고가이고 유선의 설치 및 이에 따른 임차비용이 상당하다.

그에 비하여 무선중계기는 중계기와 기지국 간에 무선통신이 이루어지므로 통화품질은 유선중계기에 비하여 떨어지나, 설치 및 운용비용이 저렴하다는 장점이 있다.

위와 같은 무선중계기는 빌딩 내부의 지하와 같이 구조물에 의한 전자파 차폐 영향으로 인하여 중계기가 담당하는 영역이 작은 경우에 고가의 유선중계기보다 더 적절히 적용될 수 있다.

그런데 빌딩의 내부가 아닌 개방된 지역에 무선중계기를 설치할 경우에는 무선중계기의 송신안테나를 통한 송신신호의 일부가 수신안테나로 궤환(feedback)하여 원래의 수신신호와 혼합됨으로써, 신호의 간섭이나 발진현상이 발생하여 서비스를 제공하지 못할뿐더러, 최악의 경우에는 기지국 장애까지 유발하게 된다. 이러한 문제점으로 인하여 무선중계기는 상기한 바와 같은 빌딩 내부의 지하 등 제한적인 장소에서만 사용되어 왔다.

그러나 설치 및 운용비용이 유선중계기에 비하여 저렴하다는 무선중계기의 장점은 여전한 매력으로 작용하게 되어, 궤환신호(다중 페이딩신호 포함)의 간섭을 제거할 수 있는 기술이 등장하기에 이르렀으며, 이렇게 궤환신호의 간섭을 제거할 수 있는 기술이 적용된 무선중계기를 ICS(Interference Cancellation System)중계기라고 한다.

종래의 간섭제거기술로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2003-0017171호 에 제시된 아날로그 방법을 이용한 기술과, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2003-0060186호에 제시된 디지털 방법을 이용한 기술과, 아날로그방법 및 디지털 방법을 혼합한 방법이 있는데, 본 발명은 디지털 방법을 이용한 간섭제거기술에 관계한다.

도1은 종래 기술에 따른 ICS중계기(100)에 대한 블록도이다.

도1을 참조하면 종래의 ICS중계기(100)는 제1 신호처리부(110), 간섭제거(Interference Cancellation)부(130), 제2 신호처리부(140) 등을 포함하여 구성된다.

제1 신호처리부(110)는 수신안테나(RxA)에 의해 수신된 RF(Radio Frequency)신호를 IF(Intermediate Frequency)신호로 변환한 후 디지털신호로 변환하여 출력시킨다. 여기서 수신안테나(RxA)에 의해 수신된 RF형태의 수신신호는 원신호(S)와 궤환된 간섭신호(I)가 혼합되어 있다.

간섭제거부(130)는 제1 신호처리부(110)로부터 출력된 후 대역통과필터(120)를 거쳐 오는 디지털형태의 수신신호(S+I)로부터 간섭추정신호(I′)를 제거한 후 출력시킨다. 이와 같은 간섭제거부(130)는 간섭제거소자(131), 대역통과필터(132), 계수갱신유닛(133) 및 적응필터(134) 등을 포함하여 구성된다.

간섭제거소자(131)는 제1 신호처리부(110) 및 대역통과필터(120)를 순차적으로 거쳐 입력되는 디지털형태의 수신신호(S+I)로부터 간섭추정신호(I′)를 제거하여 에러신호(ε)를 생성하여 출력시킨다.

대역통과필터(132)는 에러신호(ε)를 필터링하여 특정 대역의 출력신호(S′) 를 출력시킨다.

계수갱신유닛(133)은 간섭제거소자(131)로부터 출력되는 에러신호(ε)와 대역통과필터(132)를 거친 후 제2 신호처리부(140)로 이동하는 출력신호(S′)를 딜레이소자(135)에서 지연시켜 생성한 기준신호(rN) 간의 상관관계를 통해 간섭위치를 도출하고, ICS알고리즘을 이용하여 적응필터(134)에 적용될 필터계수(W(n))를 연산한다. 이와 같은 계수갱신유닛(133)은 도2에 도시된 바와 같이, 스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱하여 출력시키는 제1승산기(133a), 제1승산기(133a)로부터 출력되는 값(α*ε)과 기준신호(rN)를 곱하여 가중치(α*ε*rN=μN)를 산출하는 다수의 제2승산기(133b), 제2승산기(133b)로부터 오는 가중치(μN)에 이전 필터계수(W(n-1))를 더하여 필터계수(W(n))를 산출하여 출력시키는 다수의 계수생성수단(133c) 등을 포함하여 구성된다.

적응필터(134)는 계수갱신유닛(133)에 의해 산출된 필터계수(W(n))를 적용하여 간섭추정신호(I′)를 생성하여 간섭제거소자(131)로 제공한다.

미설명부호 135는 출력신호(S′)를 지연시켜 기준신호(Ref)를 발생시키기 위한 딜레이소자로서, 간섭제거부(130)로부터 출력된 출력신호(S′)가 계수갱신유닛(133)에 적용되기 위해 검출되는 지점부터 수신안테나(RxA)를 통해 궤환하는 시간만큼을 지연시키게 된다.

그리고 제2 신호처리부(140)는 간섭제거부(130)로부터 출력되는 출력신호(S′)를 IF신호로 변환한 후 다시 RF신호로 변환하여 송신안테나(TxA) 측으로 출력시킨다.

그런데 실시간 간섭을 제거하기 위해서는 필터계수에 대한 실시간 연산이 필요하기 때문에 FPGA에서 로직으로 구현하였으며, 위와 같은 구조의 ICS중계기의 경우, 적응필터의 매 탭(Tap)마다 필터계수(W(n))를 업데이트하기 위한 가중치(α*ε*rN=μN) 연산을 위해 제2승산기(133b, 디지털곱셈기)가 소요됨으로 인하여 전체적인 FPGA 로직수가 증가되고 이로 인해 하드웨어 용량증가 및 가격상승의 원인이 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 기준신호의 부호를 적용하여 가중치를 연산하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 적응 간섭제거 중계기용 계수갱신유닛은, 스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱한 값(을 출력시키는 승산기; 상기 제1승산기로부터 출력되는 값(α*ε)에 기준신호(rN)의 싸인드비트[signed bit, sign(rN)] 값을 적용하여 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]를 출력시키는 다수의 가중치산출수단; 및 상기 다수의 가중치산출수단으로부터 각각 출력되는 가중치(μN)를 이전 필터계수(W(n-1))에 더하여 필터계수(W(n))를 산출하는 계수산출수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가중치산출수단은 가산기인 것을 또 하나의 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 적응 간섭제거 중계기는, 수신안테나로부터 수신된 RF형태의 수신신호를 디지털형태의 수신신호로 변환하여 출력시키는 제1 신호처리부-수신신호에는 원신호(S) 및 간섭신호(I)가 혼합되어 있음-; 상기 제1 신호처리부로부터 출력되는 디지털형태의 수신신호(S+I, 디지털형태)에서 추정된 간섭추정신호(I′)를 제거시켜 출력시키는 간섭제거부; 및 상기 간섭제거부로부터 출력되는 출력신호(S′)를 RF신호로 변환하여 송신안테나 측으로 출력시키는 제2 신호처리부; 를 포함하며, 상기 간섭제거부는, 상기 제1 신호처리부로부터 입력되어 오는 수신신호(S+I)로부터 간섭추정신호(I′)를 제거한 에러신호(ε)를 출력시키는 간섭제거소자; 상기 간섭제거소자로부터 출력되는 에러신호(ε)와 에러신호(ε)를 지연시킨 기준신호(rN)의 싸인드비트[signed bit, sign(rN)] 값을 적용하여 필터계수(W(n))를 갱신하는 계수갱신유닛; 및 상기 계수갱신유닛에서 갱신된 필터계수를 적용하여 간섭추정신호를 생성한 후 상기 간섭제거소자로 제공하는 적응필터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 적응 간섭제거 중계기에서의 신호처리방법은, 수신안테나 측으로부터 RF신호를 디지털신호로 변환하는 제1 신호처리단계; 상기 제1 신호처리단계에서 변환된 디지털신호로부터 간섭추정신호를 제거시키는 간섭제거단계; 및 상기 간섭제거단계에서 간섭추정신호가 제거된 디지털신호를 RF신호로 변환하여 송신안테나 측으로 출력시키는 제2 신호처리단계; 를 포함하고, 상기 간섭제거단계는, 수신신호로부터 간섭추정신호를 제거한 에러신호(ε)를 생성하는 에러신호생성단계; 상기 에러신호생성단계에서 생성된 에러신호(ε)와 에러신호(ε)를 지연시킨 기준신호(rN)의 싸인드비트[signed bit, sign(rN)] 값을 적용하여 필터계수(W(n))를 갱신하는 계수갱신단계; 및 상기 계수갱신단계에서 갱신된 필터계수(W(n))를 적용하여 간섭추정신호를 생성하는 간섭추정신호생성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 적응 간섭제거 중계기에서의 필터계수 갱신방법은, 스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱하고, 다시 기준신호에 대한 싸인드비트 값[sign(rN)]을 가산하여 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]를 연산하는 가중치연산단계; 및 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]에 이전 필터계수(W(n-1))를 더하여 필터계수(W(n))를 산출하는 계수산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 디지털 적응 간섭제거 중계기(이하 '중계기'라 약칭 함)에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 종래기술 부분과 동일한 부분은 설명을 생략하거나 압축하기로 한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 중계기(300)에 대한 블록도이다.

도3에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 중계기(300)는, 제1 신호처리부(310), 간섭제거(Interference Cancellation)부(330), 제2 신호처리 부(340) 등을 포함하여 구성된다.

제1 신호처리부(310)는 수신안테나(RxA)에 의해 수신된 RF(Radio Frequency)신호를 IF(Intermediate Frequency)신호로 변환한 후 디지털신호로 변환하여 출력시킨다.

간섭제거부(330)는 제1 신호처리부(310)로부터 출력된 후 대역통과필터(320)를 거쳐 오는 디지털형태의 수신신호(S+I)로부터 간섭추정신호(I′)를 제거한 후 출력시킨다. 이와 같은 간섭제거부(330)는 간섭제거소자(331), 대역통과필터(332), 계수갱신유닛(333) 및 적응필터(334) 등을 포함하여 구성된다.

간섭제거소자(331)는 제1 신호처리부(310) 및 대역통과필터(320)를 순차적으로 거쳐 입력되는 디지털형태의 수신신호(S+I)로부터 간섭추정신호(I′)를 제거하여 에러신호(ε)를 생성하여 출력시킨다.

대역통과필터(332)는 에러신호(ε)를 필터링하여 특정 대역의 출력신호(S′)를 출력시킨다.

계수갱신유닛(333)은 간섭제거소자(331)로부터 출력되는 에러신호(ε)와 대역통과필터(332)를 거친 후 제2 신호처리부(340)로 이동하는 출력신호(S′)를 딜레이소자(335)에서 지연시켜 생성한 기준신호(rN) 간의 상관관계를 통해 간섭위치를 도출하고, ICS알고리즘을 이용하여 적응필터(334)에 적용될 필터계수(W(n))를 연산한다. 이와 같은 계수갱신유닛(333)은 도4를 참조하여 차후에 상세히 설명한다.

적응필터(334)는 계수갱신유닛(333)에 의해 산출된 필터계수(W(n))를 적용하여 간섭추정신호(I′)를 생성하여 간섭제거소자(331)로 제공한다.

그리고 제2 신호처리부(340)는 간섭제거부(330)로부터 출력되는 출력신호(S′)를 IF신호로 변환한 후 다시 RF신호로 변환하여 송신안테나(TxA) 측으로 출력시킨다.

한편, 상기한 계수갱신유닛(333)은 도4의 블록도에서 참조되는 바와 같이, 승산기(333a), 다수의 가중치산출수단(333b) 및 계수산출수단(333c) 등을 포함하여 구성된다.

승산기(333a)는 스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱하여 출력시킨다.

다수의 가중치산출수단(333b) 각각은 승산기(333a)로부터 출력되는 값(α*ε)과 기준신호(rN)의 싸인드비트(signed bit) 값[(sign(rN)]을 이용하여 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]를 출력시킨다. 이러한 가중치산출수단(333b)은 승산기(333a)로부터 출력되는 값(α*ε)과 기준신호(rN)에 대한 sign(rN) 값을 가산하는 가산기로서 구비될 수 있다.

다수의 계수산출수단(333c)은 다수의 가중치산출수단(333b)로부터 각각 출력되는 가중치(μN)에 이전 필터계수(W(n-1))를 더하여 다음 필터계수(W(n))를 산출하여 출력시킨다. 이렇게 갱신되어 산출된 후 출력된 필터계수(W(n))는 적응필터(340)로 제공되게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 구성되는 중계기(300)에서 이루어지는 신호처리방법에 대하여 도5의 흐름도를 참조하여 편의상 순서를 붙여 설명한다.

1. 제1 신호처리<S510>

수신안테나(RxA)로부터 수신된 RF신호를 제1 신호처리부(310)에서 IF신호로 변환한 다음 디지털신호로 변환하여 출력시킨다.

2. 간섭제거<S520>

간섭제거부(330)는 제1 신호처리부(310) 및 대역통과필터(320)를 거쳐 출력되는 디지털신호로부터 간섭추정신호(I′)를 제거시켜 출력시킨다. 이러한 단계 S520를 더욱 상세히 설명하면 다음과 세분될 수 있다.

2-1. 에러신호생성<S521>

가산기(331)는 제1 신호처리부(310) 및 대역통과필터(320)를 거쳐 오는 디지털신호로부터 적응필터(334)에서 제공되어 온 간섭추정신호(I′)를 감산하여 에러신호(ε)를 생성한다.

2-2. 계수갱신<S522>

계수갱신유닛(333)은 가산기(331)로부터 출력되는 에러신호(ε)와 에러신호(ε)를 지연시킨 기준신호(rN) 간의 상관관계를 통해 필터계수(W(n))를 갱신한다. 이러한 단계 S522는 스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱하고, 다시 기준신호에 대한 싸인드비트 값[sign(rN)]을 가산하여 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]를 구<S522a>한 다음, 구해진 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]에 이전 필터계수(W(n-1))를 더하여 다음 필터계수(W(n))를 산출<S522b>한다.

2-3. 간섭추정신호생성<S523>

단계 S522에서 갱신된 필터계수(W(n))는 적응필터(334)로 제공되고, 적응필터(334)에서는 필터계수(W(n))를 이용하여 간섭추정신호(I′)를 생성한다. 그리고 이렇게 생성된 간섭추정신호(I′)는 가산기(331)로 제공된다.

3. 제2 신호처리<S530>

한편, 제2 신호처리부는 단계 S520을 통해 간섭추정신호(I′)가 제거된 후 대역통과필터(332)를 거친 디지털신호를 RF신호로 변환하여 송신안테나(TxA) 측으로 출력시킨다.

참고로 다음의 표1은 종래 방식과 본 발명에 따른 방식의 하드웨어 성능을 보여주고 있다.

[표1]

비교항목	종래 방식	본 발명에 따른 방식
적응필터 탭수	150	400
필터계수 업데이트 양	μN=αεrN	μN=αεsign(rN)
적응필터 비트 수	22bit	14bit

표1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 방식을 채택하는 경우 적응필터의 탭수(Tap)가 2.6배 증대하므로 인하여 간섭을 제거 할 수 있는 영역이 2.6배 증가함을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가중치를 연산할 경우 기준신호의 부호만을 가지고 처리함으로써 계수갱신유닛 내에 승산기를 줄여 전체적인 디지털 회로 로직 감소가 가능하여 저가 하드웨어를 구현시킬 수 있고, 그로인한 장비의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱한 값(α*ε)을 출력시키는 승산기;

상기 승산기로부터 출력되는 값(α*ε)에 기준신호(rN)의 싸인드비트[signed bit, sign(rN)] 값을 적용하여 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]를 출력시키는 다수의 가중치산출수단; 및

상기 다수의 가중치산출수단으로부터 각각 출력되는 가중치(μN)를 이전 필터계수(W(n-1))에 더하여 필터계수(W(n))를 산출하는 계수산출수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 적응 간섭제거 중계기용 계수갱신유닛.
제1항에 있어서,

상기 가중치산출수단은 가산기인 것을 특징으로 하는 디지털 적응 간섭제거 중계기용 계수갱신유닛.
수신안테나로부터 수신된 RF형태의 수신신호를 디지털형태의 수신신호로 변환하여 출력시키는 제1 신호처리부-수신신호에는 원신호(S) 및 간섭신호(I)가 혼합되어 있음-;

상기 제1 신호처리부로부터 출력되는 디지털형태의 수신신호(S+I, 디지털형태)에서 추정된 간섭추정신호(I′)를 제거시켜 출력시키는 간섭제거부; 및

상기 간섭제거부로부터 출력되는 출력신호(S′)를 RF신호로 변환하여 송신안테나 측으로 출력시키는 제2 신호처리부; 를 포함하며,

상기 간섭제거부는,

상기 제1 신호처리부로부터 입력되어 오는 수신신호(S+I)로부터 간섭추정신호(I′)를 제거한 에러신호(ε)를 출력시키는 간섭제거소자;

상기 간섭제거소자로부터 출력되는 에러신호(ε)와 에러신호(ε)를 지연시킨 기준신호(rN)의 싸인드비트[signed bit, sign(rN)] 값을 적용하여 필터계수(W(n))를 갱신하는 계수갱신유닛; 및

상기 계수갱신유닛에서 갱신된 필터계수를 적용하여 간섭추정신호를 생성한 후 상기 간섭제거소자로 제공하는 적응필터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 적응 간섭제거 중계기.
수신안테나 측으로부터 RF신호를 디지털신호로 변환하는 제1 신호처리단계;

상기 제1 신호처리단계에서 변환된 디지털신호로부터 간섭추정신호를 제거시키는 간섭제거단계; 및

상기 간섭제거단계에서 간섭추정신호가 제거된 디지털신호를 RF신호로 변환하여 송신안테나 측으로 출력시키는 제2 신호처리단계; 를 포함하고,

상기 간섭제거단계는,

수신신호로부터 간섭추정신호를 제거한 에러신호(ε)를 생성하는 에러신호생성단계;

상기 에러신호생성단계에서 생성된 에러신호(ε)와 에러신호(ε)를 지연시킨 기준신호(rN)의 싸인드비트[signed bit, sign(rN)] 값을 적용하여 필터계수(W(n))를 갱신하는 계수갱신단계; 및

상기 계수갱신단계에서 갱신된 필터계수(W(n))를 적용하여 간섭추정신호를 생성하는 간섭추정신호생성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 적응 간섭제거 중계기에서의 신호처리방법.
스텝사이즈(α)와 에러신호(ε)를 곱하고, 다시 기준신호에 대한 싸인드비트 값[sign(rN)]을 가산하여 가중치[α*ε*sign(rN)=μN]를 연산하는 가중치연산단계; 및

가중치[α*ε*sign(rN)=μN]에 이전 필터계수(W(n-1))를 더하여 필터계수(W(n))를 산출하는 계수산출단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 적응 간섭제거 중계기에서의 필터계수 갱신방법.