KR100941491B1 - System of echo cancellation and echo channel estimation using the multiple antennas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중계장치로 불필요하게 수신되는 반향신호를 제거하여 반향신호와 간섭됨 없이 송신신호를 중계 할 수 있는 시스템을 개시한다.The present invention discloses a system capable of relaying a transmission signal without interfering with the echo signal by removing the echo signal unnecessarily received by the relay device.
본 발명의 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템은, 수신안테나와 송신배열안테나를 구성한 중계장치를 통해 송신장치와 수신장치간에 송신신호를 중계하도록 구성되되, 송신장치로부터 송신신호와 에코채널을 통한 반향신호를 수신하는 수신안테나와, 선처리 벡터를 생성하여 수신한 송신신호 및 반향신호와 함께 반향신호 제거모듈로 인가하는 벡터생성모듈과, 선처리 벡터와 송신신호 및 반향신호를 곱하여 반향신호만을 제거하는 반향신호 제거모듈 및 반향신호 제거모듈로부터 재전송신호를 인가받아 수신장치로 재전송하는 송신배열안테나를 포함하는 중계장치로 구성된다.The echo signal cancellation and echo channel derivation system using the multi-antenna of the present invention is configured to relay transmission signals between the transmission apparatus and the reception apparatus through a relay apparatus configured with the reception antenna and the transmission array antenna, and transmits signals and echoes from the transmission apparatus. A reception antenna for receiving the echo signal through the channel, a vector generation module for generating the preprocessing vector and transmitting the received signal and the echo signal to the echo signal canceling module, and multiplying the preprocessing vector with the transmission signal and the echo signal and echo signal And a relay device including a transmission array antenna which receives a retransmission signal from the echo signal removal module and removes only the retransmission signal from the echo signal removal module.
안테나, 반향신호, 에코채널, 빔포밍, 공간다중화, PN신호, 파일롯신호 Antenna, echo signal, echo channel, beamforming, spatial multiplexing, PN signal, pilot signal
Description
본 발명은 송신장치로부터 수신한 송신신호를 수신장치로 중계함에 있어 반향신호를 제거하여 반향신호와의 간섭됨 없이 송신신호를 중계하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for relaying a transmission signal without interfering with the echo signal by removing the echo signal in relaying the transmission signal received from the transmitter to the receiver.
중계시스템은 중계장치를 이용하여 통신 거리를 늘리고 수신 성능을 높인다.The relay system uses a relay to increase the communication distance and to increase the reception performance.
이러한 중계장치들은 크게 수신한 송신신호를 그대로 증폭하여 재전송하는 AF(amplify-and-forward)방식과 수신한 송신신호를 복호화하여 열잡음의 영향을 없애고 재전송하는 DF(decode-and-forward)방식으로 나뉜다.These relays are divided into AF (amplify-and-forward) method of amplifying and retransmitting the received transmission signal as it is, and DF (decode-and-forward) method of eliminating the effect of thermal noise by decoding the received transmission signal. .
하지만 중계장치가 수신한 송신신호를 증폭 등의 처리를 하여 송신장치로 재전송함과 동시에 중계장치내의 수신안테나는 불필요한 반향신호를 수신하게 되는데, 이 반향신호는 수신장치로 재전송해야하는 송신신호에 간섭을 초래한다.However, the transmission signal received by the relay device is amplified and retransmitted to the transmission device, and at the same time, the reception antenna in the relay device receives an unnecessary echo signal. This echo signal interferes with the transmission signal to be retransmitted to the reception device. Cause.
근래에 상술한바와 같이 간섭을 야기하는 반향신호를 제거하기 위한 반향신호 제거기술, 즉 간섭제거시스템(ICS: interference cancellation system)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, as described above, research on an echo cancellation system (ICS) for removing an echo signal causing interference, that is, an interference cancellation system (ICS) has been actively conducted.
이러한 간섭제거시스템은 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이, SISO(single-input single-output) 구조로 이루어져 SS(source station), RS(relay station) 및 DS(destination station)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the interference cancellation system includes a single-input single-output (SISO) structure and includes a source station (SS), a relay station (RS), and a destination station (DS).
구체적으로 간섭제거시스템의 간섭신호 제거과정은 다음과 같이 이루어지는데, 먼저 RS의 수신안테나가 DS로 송신할 신호를 SS로부터 수신하고, RS의 송신안테나는 DS로 송신할 신호를 인가받아 증폭시킴과 아울러 DS로 재전송한다. 이때 중계기에서 증폭 또는 기타 처리된 송신 신호를 재전송신호라 부른다. 이러한 과정에서 RS의 수신안테나는, RS의 송신안테나가 DS로 재전송한 재전송신호를 에코채널을 통해 수신하게 되며, 이러한 신호를 반향신호라 한다. 때문에, 반향신호는 SS로부터 수신한 DS로 재전송할 송신신호에 간섭이 된다. Specifically, the interference signal removing process of the interference cancellation system is performed as follows. First, the receiving antenna of the RS receives a signal to be transmitted to the DS from the SS, and the transmitting antenna of the RS receives and amplifies the signal to be transmitted to the DS. Also resend to DS. At this time, the amplified or other processed transmission signal in the repeater is called a retransmission signal. In this process, the reception antenna of the RS receives the retransmission signal retransmitted by the transmission antenna of the RS to the DS through an echo channel, and this signal is called an echo signal. Therefore, the echo signal interferes with the transmission signal to be retransmitted to the DS received from the SS.
이에 따라 RS의 송신안테나에서는 RS의 수신안테나로 전송되는 반향신호의 영향을 줄이기 위해, DS로 재전송신해야 하는 송신신호 증폭 세기에 제약을 둔다. Accordingly, in order to reduce the influence of the echo signal transmitted to the reception antenna of the RS, the transmission antenna amplifies the transmission signal amplification strength to be retransmitted to the DS.
한편, 증폭 세기에 제약에도 불구하고 발생하는 반향신호를 제거하기 위해서 RS의 수신안테나는 필터를 설치하게 되는데, 이는 RS의 수신안테나를 매우 복잡하게 할뿐만 아니라 안정된 신호 송ㆍ수신을 보장하지 않는다. 즉, 완벽히 제거되지 않고 남아있는 반향신호의 계속된 중첩과 증폭에 따라 오버플로우(over flow)가 발생할 수 있다.On the other hand, in order to remove the echo signal generated in spite of the limitation of the amplification strength, the receiving antenna of the RS is provided with a filter, which not only makes the receiving antenna of the RS very complicated, but also does not guarantee stable signal transmission and reception. That is, overflow may occur due to continued superposition and amplification of the echo signals remaining without being completely removed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로써, 선ㆍ후처리와 송ㆍ수신배열안테나 구조의 공간다중화 그리고 에코채널을 도출하여 반향신호를 제거함으로써, 중계장치의 증폭 제약을 완화시킴과 아울러 시스템의 복잡도를 줄이고 안정된 신호전송을 도모한다.In order to solve the above problems, the present invention solves the amplification constraints of the repeater by eliminating echo signals by deriving the pre- and post-processing and spatial multiplexing of the transmit / receive array antenna structure and the echo channel. It also reduces system complexity and ensures stable signal transmission.
이러한 기술적 과제 달성을 위한 본 발명에서 제안하는 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템은, 수신안테나와 송신배열안테나를 구성한 중계장치를 통해 송신장치와 수신장치간에 송신신호를 중계하도록 구성되되,The echo signal cancellation and echo channel derivation system using multiple antennas proposed by the present invention for achieving the technical problem is configured to relay a transmission signal between a transmission device and a reception device through a relay device configured with a reception antenna and a transmission array antenna. ,
송신장치로부터 송신신호와, 에코채널을 통한 반향신호를 수신하는 수신안테나와, 선처리 벡터를 생성하여 수신안테나로부터 수신한 송신신호 및 반향신호와 함께 반향신호 제거모듈로 인가하는 벡터생성모듈과, 선처리 벡터와 송신신호 및 반향신호를 곱하여 반향신호만을 제거하는 반향신호 제거모듈 및 반향신호 제거모듈로부터 재전송신호를 인가받아 수신장치로 재전송하는 송신배열안테나를 포함하는 중계장치로 구성된다.A reception antenna for receiving a transmission signal and an echo signal through an echo channel, a vector generation module for generating a preprocessing vector and applying it to the echo signal removal module together with the transmission signal and the echo signal received from the reception antenna; And a relay device including a echo signal removal module for removing only the echo signal by multiplying the vector, the transmission signal and the echo signal, and a transmission array antenna for receiving the retransmission signal from the echo signal removal module and retransmitting the signal to the receiver.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템은, 수신배열안테나와 송신안테나를 구성한 중계장치를 통해 송신장치와 수신장치간에 송신신호를 중계하도록 구성되되,Meanwhile, the echo signal cancellation and echo channel derivation system using multiple antennas according to the second embodiment of the present invention is configured to relay transmission signals between the transmission device and the reception device through a relay device configured with a reception array antenna and a transmission antenna. ,
송신장치로부터 송신신호와, 에코채널을 통한 반향신호를 수신하는 수신배열 안테나와, 후처리 벡터를 생성하여 수신배열안테나로부터 수신한 송신신호 및 반향신호와 함께 반향신호 제거모듈로 인가하는 벡터생성모듈과, 후처리 벡터와 송신신호 및 반향신호를 곱하여 반향신호만을 제거하는 반향신호 제거모듈 및 반향신호 제거모듈로부터 재전송신호를 인가받아 수신장치로 재전송하는 송신안테나를 포함하는 중계장치로 구성된다.A vector array module for generating a post-processing vector and receiving the transmitted signal, the echo signal through the echo channel, and the echo signal canceling module together with the transmitted signal and the echo signal received from the receiving array antenna. And a echo signal removal module for removing only the echo signal by multiplying the post-processing vector by the transmission signal and the echo signal, and a relay device including a transmission antenna for receiving the retransmission signal from the echo signal removal module and retransmitting the signal to the receiver.
그리고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템은, 수신안테나와 송신배열안테나를 구성한 중계장치를 통해 송신장치와 수신장치간에 송신신호를 중계하도록 구성되되,In addition, the echo signal cancellation and echo channel derivation system using multiple antennas according to the third embodiment of the present invention is configured to relay transmission signals between the transmission device and the reception device through a relay device configured with the reception antenna and the transmission array antenna. ,
송신장치로부터 송신신호와, 에코채널을 통한 반향신호를 수신하는 수신안테나와, 서로 직교성질을 갖는 PN신호들을 생성하여 그 가운데 하나의 PN신호를 송신신호에 가합하고, PN신호가 가합된 재전송신호를 송신배열안테나로 인가하는 PN신호생성모듈과, PN신호생성모듈로부터 PN신호가 가합된 재전송신호를 인가받아 수신장치로 재전송하는 송신배열안테나를 포함하는 중계장치로 이루어진다.A retransmission signal in which a transmission signal, a reception antenna for receiving an echo signal through an echo channel, and PN signals having orthogonality are generated, and one PN signal is added to the transmission signal, and the PN signal is added. And a PN signal generation module for applying the PN signal to the transmission array antenna and a transmission array antenna for receiving the retransmission signal including the PN signal from the PN signal generation module and transmitting the retransmission antenna to the receiving device.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 선ㆍ후처리 또는 에코채널 도출을 통해 반향신호를 제거함과 동시에 송ㆍ수신배열안테나 구조의 공간다중화를 통해 중계장치의 증폭률 제약을 완화시킬 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to remove the echo signal through pre- and post-processing or echo channel derivation, and at the same time to relax the amplification rate constraints of the repeater through spatial multiplexing of the transmit and receive array antenna structure.
또한, 간단한 선ㆍ후처리 벡터생성을 통해 시스템의 복잡도를 줄일 수 있고, 반향신호와의 간섭됨 없이 안정된 신호전송을 도모한다.In addition, the complexity of the system can be reduced by simple pre- and post-processing vector generation, and stable signal transmission can be achieved without interference with the echo signal.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 발명에 실시를 위한 구체적인 내용에 의하여 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description for carrying out the invention according to the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템(S)을 나타낸 구성도이다. 본 발명에 시스템은 송신장치(100), 중계장치(200) 및 수신장치(300)를 포함한다.2 is a block diagram illustrating an echo signal cancellation and echo channel derivation system S using multiple antennas according to the present invention. In the present invention, the system includes a
이하에서는 그 언급을 생략하겠으나, 본 발명의 송신장치의 송신신호는 , 수신안테나가 수신하는 신호는 , 송신배열안테나를 써 재전송하는 신호는 , 그리고 수신장치가 수신하는 신호는 인 것으로 상정한다.In the following, it will be omitted, but the transmission signal of the transmission apparatus of the present invention , The signal that the receiving antenna receives Signal retransmitted using the transmit array antenna And the signal that the receiver receives Assume to be
송신장치(100)는 중계장치(200)로 송신신호를 전송하며, 중계장치(200)는 송신장치로부터 수신된 송신신호를 송신배열안테나를 통해 수신장치(300)로 재전송하며, 수신장치는 재전송신호를 수신한다.The
중계장치(200)는 수신안테나(210)와 벡터생성모듈(220), 반향신호 제거모듈(230) 및 송신배열안테나(240)로 구성된다.The
수신안테나(210)는 송신장치로부터 송신신호와 에코채널을 통한 반향신호를 수신하여 벡터생성모듈로 인가하고, 벡터생성모듈(220)은 선처리 벡터를 생성하여 수신안테나로부터 수신한 송신신호 및 반향신호와 함께 반향신호 제거모듈로 인가한다.The
여기서 반향신호란, 중계기 송신배열안테나가 송신신호를 수신장치에 재전송 함에 따라 중계기 수신안테나로 되돌아오는 신호를 의미하며, 에코채널은 반향신호가 인가되는 경로로써, 중계기 송신배열안테나와 중계기 수신안테나와 사이의 채널을 뜻한다.Here, the echo signal means a signal returned to the repeater receiving antenna as the repeater transmitting array antenna retransmits the transmitting signal to the receiving apparatus, and the echo channel is a path through which the echo signal is applied, and the repeater transmitting array antenna and the repeater receiving antenna It means channel between.
반향신호 제거모듈(230)은 벡터생성모듈로부터 인가받은 선처리 벡터와 송신신호 및 반향신호를 곱하여 이후 반향신호 발생을 억제하고, 재전송신호를 송신배열안테나로 인가한다.The echo
송신배열안테나(240)는 반향신호 제거모듈로부터 재전송신호를 인가받아 이를 증폭하여 수신장치로 재전송한다. 이때, 재전송에 따른 재전송신호가 에코채널을 통해 중계기의 수신안테나로 반향되고(반향신호), 또한, 수신장치(300)는 재전송신호를 수신한다.The
구체적으로, 첨부도면 도 3은 개의 송신배열안테나(240)와 하나의 수신안테나(210)로 이루어진 중계장치(200)의 구조를 나타내고 있다. 여기서 에코채널은 개 송신배열안테나와, 수신안테나 사이의 벡터채널 로 나타낼 수 있다. 이때, 는 째 송신배열안테나로부터 수신안테나 사이의 채널이며, 상기 상술한 바를 정리하면 아래와 같은 신호모델인 [수학식 1]로 정의할 수 있다.Specifically, Figure 3 is attached to The structure of the
..................................... [수학식 1] Equation 1
여기서, 는 시간동안에 중계장치 열잡음을 나타낸다. 시간에 수신안 테나가 수신하는 신호 를 살펴보면, 송신장치로부터 인가받는 송신신호 외에 에코채널을 통해 이전 시간에 송신배열안테나로부터 전송된 재전송신호 가 에코채널 과 곱해져 반향신호로 수신됨을 알 수 있다.here, Is Indicates relay thermal noise during time. Signal received by the receiving antenna at time In addition, through the echo channel in addition to the transmission signal is received from the transmitter Retransmission signal transmitted from transmit array antenna in previous time Echo Channel It can be seen that it is multiplied by and received as an echo signal.
또한, 시간에 수신장치(300)가 수신하는 신호는 아래의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.Also, The signal received by the
...................................[수학식 2] Equation 2
이때, 는 시간에 수신장치의 열잡음을 나타낸다.At this time, Is Indicates the thermal noise of the receiver at time.
도 4를 참조하면, 먼저 수신안테나(210)는 송신장치(100)로부터 수신한 송신신호와 에코채널을 통한 반향신호를 벡터생성모듈로 인가하고, 벡터생성모듈(220)은 수신안테나로부터 송신신호와 반향신호를 인가받아 에코채널을 추정하고, 추정된 에코채널로부터 아래의 [수학식 3]을 통해 선처리 벡터를 생성한다.Referring to FIG. 4, first, the
...................................................[수학식 3] ........................................ [Equation 3]
여기서, 선처리 벡터 의 은 에코채널 벡터 의 nullspace 기저벡터로 구성된 nulling 벡터를 구하는 함수 또는 이에 준하는 아래의 [수학식 4]와 같은 성질을 갖는 nulling 벡터 를 구하는 함수이다.Where preprocessing vector of Silver ecochannel vector A function to find a nulling vector of the nullspace basis of, or a nulling vector with the same properties as in Equation 4 below. This function finds.
.....................................................[수학식 4] ........................................ ... [Equation 4]
한편, 반향신호 제거모듈(230)은 벡터생성모듈(220)로부터 인가받은 송신신호와 반향신호 및 선처리 벡터 를 곱하여 재전송 신호를 만들고, 송신배열안테 나(240)로 인가된다. 이렇게 만들어져 송신배열안테나로 인가된 재전송신호는 에코채널을 통과할 때 [수학식 4]의 성질에 따라 중계기 수신안테나로 반향되지 않아 이후로부터 전송신호에 간섭을 주지 않는다.On the other hand, the echo
즉, 상기 생성된 선처리 벡터에 따라 상기 [수학식 1]은 앞서 말한바와 같이 [수학식 4]의 ZF(zero-forcing) 성질에 따라 에코채널을 통해 수신된 반향신호가 완벽히 제거되며, 아래의 [수학식 5]로 재정의 된다.That is, according to the generated preprocessing vector, Equation 1 completely removes an echo signal received through an echo channel according to the ZF (zero-forcing) property of Equation 4 as described above. It is redefined as [Equation 5].
.....................................[수학식 5] Equation 5
이어서, 송신배열안테나(240)는 반향신호 제거모듈로부터 인가받은 재전송신호를 수신장치로 재전송하고, 수신장치(300)는 재전송신호를 수신하며, 이는 [수학식 2]가 아닌 아래의 [수학식 6]으로 재정의 할 수 있다.Subsequently, the
...............................[수학식 6] Equation 6
이때, 는 0이 아닌 1-차원의 유효채널(effective channel)로서 첨부도면 도 1에 도시된 종래 SISO(single-input single-output)를 기반으로 하는 구조의 과 비교해 볼 때, 시스템 성능 저하가 없음을 알 수 있다. 즉, 송신배열안테나를 통해 빔포밍(공간다중화)이 가능하게 되어 반향신호가 에코채널을 통해 수신안테나로 인가되는 것을 미연에 방지한다.At this time, Is a non-zero one-dimensional effective channel of the structure based on the conventional single-input single-output (SISO) shown in FIG. Compared with, it can be seen that there is no system performance degradation. That is, beamforming (spatial multiplexing) is possible through the transmission array antenna, thereby preventing the echo signal from being applied to the reception antenna through the echo channel.
이하, 본 발명에 따른 제2 실시예에 대해 살펴본다. 제2 실시예에 따른 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템은 제1 실시예의 시스템을 기반으로 하되, 도 5에 도시된 바와 같이 중계장치(200)의 구성이 상이하다. 즉, 제1 실시예에서는 수 신안테나(210)와 개의 송신배열안테나(240)를 통해 공간다중화를 이룬 경우이며, 제2 실시예는 개의 수신배열안테나(250)와 송신안테나(260)를 이용하여 공간다중화를 이룬다.Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described. The echo signal cancellation and echo channel derivation system according to the second embodiment is based on the system of the first embodiment, but the configuration of the
첨부도면 도 6을 참조하여 살피면, 에코채널은 개의 수신배열안테나와, 송신안테나 사이의 벡터채널 로 나타낼 수 있으며, 송신장치의 송신신호는 , 수신배열안테나가 수신하는 신호는 , 송신안테나가 재전송하는 신호는 , 그리고 수신장치가 수신하는 신호는 인 것으로 상정하며, 상기 상술한 바를 정리하면 아래의 [수학식 7]과 같은 신호모델로 정의 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the echo channel is Between the receiving array antenna and the transmitting antenna Vector channel The transmission signal of the transmitter is The signal that the receiving array antenna receives The signal that the transmitting antenna retransmits And the signal that the receiver receives It is assumed that the above-described bar can be defined as a signal model as shown in Equation 7 below.
...............................[수학식 7] Equation 7
여기서, 는 송신장치와 중계장치 사이의 채널벡터로서, 는 송신장치로부터 째 수신배열안테나 사이의 채널을 나타내고, 는 에코채널 벡터로서, 는 송신안테나와 째 수신배열안테나 사이의 채널을 나타내며, 는 개로 이루어진 수신배열안테나의 잡음 벡터이다. 시간 동안 수신배열안테나가 수신하는 신호 를 살펴보면, 송신장치로부터의 신호 외에 에코채널을 통해 이전 시간에 송신안테나로부터 재전송된 신호 가 에코채널을 통해 간섭신호로 반향됨을 알 수 있다.here, Is the channel vector between the transmitter and the relay, Channel between the receiving array antennas, Is the echo channel vector, With transmit antenna The second channel between receiving array antennas, Is Noise vector of a receive array antenna time Signals received by the array antenna In addition to the signals from the transmitter, Signal retransmitted from transmitting antenna in previous time It can be seen that is reflected as an interference signal through the echo channel.
또한, 시간에 전송되어 수신장치(300)가 수신한 신호는 아래의 [수학 식 8]과 같이 나타낼 수 있다.Also, The signal transmitted by the
.....................................[수학식 8] Equation 8
도 7을 참조하면, 수신배열안테나(250)는 송신장치(100)로부터 수신한 송신신호와 에코채널을 통한 반향신호를 벡터생성모듈로 인가하고, 벡터생성모듈(220)은 수신배열안테나로부터 송신신호와 반향신호를 인가받아 에코채널을 추정하고, 추정된 에코채널로부터 아래의 [수학식 9]를 통해 후처리 벡터를 생성한다.Referring to FIG. 7, the
...............................................[수학식 9] ......................... 9]
여기서, 후처리 벡터 는 [수학식 10]과 같은 성질을 갖는다.Where post-processing vector Has the same properties as in [Equation 10].
.....................................................[수학식 10] ........................................ ... [Equation 10]
반향신호 제거모듈(230)은 상기 [수학식 10]과 같은 성질에 따라 벡터생성모듈(230)로부터 인가받은 송신신호와 반향신호에 후처리 벡터 를 곱하여 반향신호만을 제거하며, 재전송신호는 반향신호와의 간섭됨 없이 송신안테나(260)로 인가된다.The echo
상기 생성된 후처리 벡터에 따라 [수학식 7]은 [수학식 10]의 ZF(zero-forcing) 성질에 따라 에코채널을 통해 들어오는 반향신호가 완벽히 제거되며, 아래의 [수학식 11]로 재정의 된다.According to the generated post-processing vector, Equation 7 completely eliminates the echo signal coming through the echo channel according to the ZF (zero-forcing) property of Equation 10, and redefined by Equation 11 below. Becomes.
................................[수학식 11] Equation 11
이때, 는 송신장치(100)와 중계장치(200) 사이의 유효채널을 나타내며, 이므로, 의 통계적 특성은 상기 [수학식 1]의 와 동일하고, 와 상기 첨부도면 도 1에 도시된 채널 와 비교해 볼 때, 시스템의 성능 열화가 없음을 알 수 있다.At this time, Denotes an effective channel between the
뒤미처 송신안테나(260)는 반향신호 제거모듈로부터 재전송신호를 인가받아 이를 수신장치(300)로 재전송하고, 이와 동시에 수신배열안테나(250)로 재전송신호가 반향되게 된다.The rear-
한편, 앞서 상술한 제1 및 제2 실시예의 시스템에 기반하여 첨부도면 도 8에 도시된바와 같이, 중계장치(200)가 송신배열안테나(240) 및 수신배열안테나(250)로 구성될 수 있다. 이를 구체적으로 첨부도면 도 9 및 도 10을 참조하여 살펴보면, 벡터생성모듈(220)은 수신배열안테나로부터 송신신호와 에코채널을 통한 반향신호를 인가받아 상기 [수학식 3]을 통해 선처리 벡터를 생성하고, 상기 [수학식 9]에 따라 후처리 벡터를 생성한다.On the other hand, as shown in the accompanying drawings based on the system of the first and second embodiments described above, the
반향신호 제거모듈(230)은 벡터생성모듈로부터 인가받은 송신신호와 반향신호와 선처리 벡터 및 후처리 벡터를 를 곱하여 반향신호를 제거한다.The echo
송신배열안테나(240)는 반향신호 제거모듈로부터 재전송신호를 인가받아 이를 수신장치(300)로 재전송함과 동시에 수신배열안테나(250)로 재전송신호가 반향되게 된다. The transmitting
또한, 첨부도면 도 11에 도시된 바와 같이, 앞서 상술한 수신배열안테나(250), 벡터생성모듈(220), 반향신호 제거모듈(230) 및 송신배열안테나(240)를 포함하는 중계장치(200)는 복수개의 안테나로 구성된 송신장치(100) 및 복수개의 안테나로 구성된 수신장치(300)간의 송신신호 중계 또한 가능하며, 송신신호와 생성된 선ㆍ후처리 벡터 및 반향신호를 곱함으로써 반향신호와의 간섭됨 없이 송신신호를 중계할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 11, the
이하, 본 발명에 따른 제3 실시예에 대해 살펴본다. 제3 실시예에 따른 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템은 제1 실시예의 시스템을 기반으로 한다.Hereinafter, a third embodiment according to the present invention will be described. The echo signal cancellation and echo channel derivation system according to the third embodiment is based on the system of the first embodiment.
구체적으로 도 12를 참조하여 살피면, 수신안테나(210)는 송신장치(100)로부터 수신한 송신신호와 에코채널을 통한 반향신호를 PN신호생성모듈로 인가한다.In detail, referring to FIG. 12, the
PN신호생성모듈(270)은 상기 [수학식 1]에서 정의된 데이터 벡터 를 기반으로 한 아래의 [수학식 12]에 따라 서로 직교성질(orthogonal)을 갖는 PN(pseudorandom noise)신호를 생성하여 상기 송신신호와 가합하고, 이 PN신호가 가합된 재전송신호를 송신배열안테나(240)로 인가한다.The PN
..........................[수학식 12] Equation 12
여기서 는 째 안테나의 길이 의 PN신호의 째 원소를 나타내며, , , 는 각각 , , 의 길이 인 벡터 표현으로, PN신호와는 아래의 [수학식 13]과 같이 자기상관(auto correlation)성질과 직교상관(cross correlation)성질을 갖는다.here Is Of the PN signal of the antenna length The second element, , , Are each , , Length of In the vector expression, the PN signal has an auto correlation property and a cross correlation property as shown in Equation 13 below.
........................[수학식 13] Equation 13
여기서, 에코채널을 통과하여 반향신호와 함께 PN신호의 첫 심볼이 수신안테나로 들어오는 지연시간을 라고 정의할 때, 시간 이후에 재전송되는 PN신호는 에코채널을 통해 수신안테나로 반향되어 상기 송신장치로부터 수신한 송신신호와 간섭으로 작용하고, 다시 PN신호의 재전송 주기(T)동안 누적된다.Here, the delay time that the first symbol of the PN signal enters the reception antenna along with the echo signal through the echo channel Is defined as The PN signal retransmitted after the time is echoed to the reception antenna through the echo channel to interfere with the transmission signal received from the transmission apparatus, and is accumulated again during the retransmission period T of the PN signal.
그러나 개의 신호를 수신한 뒤에 아래의 [수학식 14]와 같이 에코채널 을 추정함으로써, 수신안테나(210)는 PN신호가 가합된 반향신호로부터 정확한 시간을 추정하여 반향신호로부터 에코채널을 도출한다.However, after receiving the signals, echo channel as shown in [Equation 14] below By estimating the signal, the
...............................[수학식 14] Equation 14
송신배열안테나(240)는 PN신호생성모듈로부터 PN신호가 가합된 재전송신호를 인가받아 수신장치로 재전송신하고, 이때 다시 PN신호가 가합된 재전송 신호가 중계기 수신안테나로 일부 반향한다.The
이어서 수신안테나(210)는 PN신호가 가합된 반향신호를 수신하여 다시 PN신호로부터 에코채널을 도출하고, 수신장치(300)는 송신배열안테나로부터 재전송신호를 수신한다.Subsequently, the
한편, 트레이닝 시퀀스(pilot, preamble 등의 known sequence)를 이용하여 WiBro Spec이 개시하고 있는 심볼 타임의 규격에 따라 에코채널을 도출하여 반향신호를 제거할 수 있으며, 이는 아래와 같다.On the other hand, using a training sequence (known sequences such as pilot, preamble, etc.) it is possible to remove the echo signal by deriving an echo channel according to the standard of symbol time initiated by the WiBro Spec.
WiBro Spec이 개시하고 있는 심볼 타임의 규격은 직교주파수분할다중(OFDM, Orthogonal frequency division multiplexing)이 115.2us, TTG(Transmit/receive Transition Gap)이 87.2us 그리고 RTG(Receive/transmit Transition Gap)이 74.4us로 정의된다.The symbol time specifications that WiBro Spec has started are 115.2us for Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), 87.2us for Transmit / receive Transition Gap (TGT), and 74.4us for Receive / transmit Transition Gap (RTG). Is defined as
상기와 같은 심볼 타임에 착안하여 1km cell을 전송할 경우 전파경로에 따른 지연시간(propagation delay)은 3us임을 알 수 있는바, 첨부도면 도 13을 참조하여 살피면, 파일롯신호(pilot signal)생성모듈(280)은 TTG 또는 RTG 시간동안에 파일롯신호를 생성하여 송신배열안테나(240)로 인가한다. 이때 파일롯신호는 TTG 또는 RTG시간에 송ㆍ수신되므로 파일롯신호 이외의 다른 신호의 송ㆍ수신은 이루어지지 않는다.It can be seen that the propagation delay according to the propagation path is 3us when the 1km cell is transmitted based on the symbol time as described above. Referring to FIG. 13, a pilot
뒤미처, 수신안테나(210)는 TTG 또는 RTG 시간동안 송신배열안테나(240)로부터 파일롯신호를 수신하여 아래의 [수학식 15]에 따라 에코채널을 도출한다.Behind the scene, the receiving
................................................[수학식 15] ................................................[Math Equation 15
상기 [수학식 15]에 따라 파일롯신호의 첫 번째 샘플 시간 115.2/1024us 동안은 송신배열안테나 중 어느 한 개의 안테나로 1을 전송하고, 다음 샘플 시간에는 송신배열안테나의 다른 하나의 안테나로 1을 전송하여 시간에 따라 직교성질을 갖 도록 함으로써, 각각 시간동안의 지연 후 샘플 시간동안 수신안테나에 수신되는 신호는 에코채널 값과 같다. 또한, 송신안테나(260)이 하나일 때는 파일럿 한 개, 즉 임펄스만을 전송하여 수신배열안테나(250)으로 수신된 값을 측정해 에코채널을 도출할 수도 있다. 보기를 들어, 한 개의 송신안테나로 1을 송신하였을 때, 각 수신 안테나로 수신된 값은 각 수신안테나와 송신안테나 사이의 에코채널 값이 된다.According to Equation 15, 1 is transmitted to any one antenna of the transmit array antenna during the first sample time 115.2 / 1024us of the pilot signal, and 1 is transmitted to the other antenna of the transmit array antenna at the next sample time. To have orthogonality over time, The signal received at the receiving antenna during the sample time after the delay in time is equal to the echo channel value. In addition, when there is only one transmitting
그리고, 재송신신호를 통한 에코채널의 도출 또한 가능한데, 이는 에코채널 추정에 부가적인 도움을 위해 사용될 수 있으며, 특히 [도 5], [도 6], [도 7]의 경우에 독립적인 에코채널 추정 방법으로 쓰일 수 있다. 즉, 수신배열안테나(250)는 송신안테나(260)로부터 반향신호와 상기 [수학식 1]에서 정의된 벡터 를 수신한다. 이때 상기 [수학식 7]은 아래 [수학식 16]으로 다시 쓸 수 있다.In addition, it is also possible to derive an echo channel through the retransmission signal, which can be used for additional help in echo channel estimation, and in particular, independent echo channel estimation in the case of FIG. 5, FIG. Can be used in a way. That is, the
........................................[수학식 16] Equation 16
[수학식 16]에 재전송 신호 를 곱하여 아래 [수학식 17]과 같이 에코채널을 추정한다. 이때, 상기 [수학식 14]에서와 동일하게 지연시간 의 추정으로 재전송신호 에 대한 간섭은 없다고 가정한다.Retransmission signal in [Equation 16] Multiply by to estimate the echo channel as shown in Equation 17 below. At this time, the delay time as in [Equation 14] Retransmission signal by estimation of Assume that there is no interference with.
.....................................................[수학식 17] ........................................ ... [Equation 17]
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명 에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
도 1은 종래의 간섭제거시스템의 구성을 도시한 도면,1 is a view showing the configuration of a conventional interference cancellation system;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템을 도시한 구성도,2 is a block diagram illustrating an echo signal cancellation and echo channel derivation system using multiple antennas according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템의 물리적 관계를 도시한 도면,3 is a diagram illustrating a physical relationship between an echo signal cancellation system and an echo channel derivation system using multiple antennas according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 반향신호가 제거됨을 순차적으로 도시한 도면,4 is a view sequentially showing that an echo signal is removed according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템을 도시한 구성도,5 is a block diagram illustrating an echo signal cancellation and echo channel derivation system using multiple antennas according to a second embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템의 물리적 관계를 도시한 도면,6 is a diagram illustrating a physical relationship between an echo signal cancellation and an echo channel derivation system using multiple antennas according to a second embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 반향신호가 제거됨을 순차적으로 도시한 도면,7 is a view sequentially illustrating that an echo signal is removed according to a second embodiment of the present invention;
도 8은 제1 실시예의 송신배열안테나 및 제2 실시예의 수신배열안테나를 포함하는 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템을 도시한 구성도,8 is a block diagram illustrating an echo signal cancellation and echo channel derivation system including a transmission array antenna of a first embodiment and a reception array antenna of a second embodiment;
도 9는 제1 실시예의 송신배열안테나 및 제2 실시예의 수신배열안테나를 포함하는 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템의 물리적 관계를 도시한 도면,9 is a diagram illustrating a physical relationship between an echo signal cancellation and echo channel derivation system including a transmission array antenna of a first embodiment and a reception array antenna of a second embodiment;
도 10은 제1 실시예의 송신배열안테나 및 제2 실시예의 수신배열안테나를 포함하는 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템에 따라 반향신호가 제거됨을 순차 적으로 도시한 도면,FIG. 10 is a view sequentially illustrating that echo signals are removed according to an echo signal cancellation and echo channel derivation system including a transmission array antenna of a first embodiment and a reception array antenna of a second embodiment;
도 11은 복수개로 구성된 송신장치 및 복수개로 구성된 수신장치간의 송신신호 중계의 물리적 관계를 도시한 도면,11 is a diagram showing the physical relationship of transmission signal relay between a plurality of transmitters and a plurality of receivers;
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 PN신호생성을 통해 에코채널을 도출하는 것을 나타내는 도면,12 is a diagram illustrating deriving an echo channel through PN signal generation according to a third embodiment of the present invention;
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파일롯신호생성을 통해 에코채널을 도출하는 것을 나타내는 도면.13 is a diagram illustrating deriving an echo channel through pilot signal generation according to a third embodiment of the present invention;
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ** ** Description of symbols for the main parts of the drawing **
S: 다중 안테나를 이용한 반향신호 제거 및 에코채널 도출 시스템S: echo signal cancellation and echo channel derivation system using multiple antennas
100: 송신장치 200: 중계장치100: transmitter 200: relay
210: 수신안테나 220: 벡터생성모듈210: reception antenna 220: vector generation module
230: 반향신호 제거모듈 240: 송신배열안테나230: echo signal cancellation module 240: transmission array antenna
250: 수신배열안테나 260: 송신안테나250: receiving array antenna 260: transmitting antenna
270: PN신호생성모듈 280: 파일롯신호생성모듈270: PN signal generation module 280: pilot signal generation module
300: 수신장치 300: receiver
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