KR101040671B1 - 무선 통신 환경에서 ｉｃｓ 중계기를 위한 적응형 간섭 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이브로(WIBRO), IMT-Advanced 시스템과 같은 무선 통신 환경에서, ICS(Interference Cancellation System)에 적용되는LMS (Least Mean Square) 알고리즘에 채널 환경에 따라 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 탭 계수 값에 대한 스텝 사이즈를 벡터값으로 적응적으로 변화시켜서 시변 환경에 적응적으로 우수한 간섭 제거 성능을 확보할 수 있는 적응형 간섭 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 중계기에서의 간섭 제거 장치는, 전송할 신호에 에러 신호(궤환신호)가 합성된 신호로부터 직렬 연결된 복수의 지연기들을 이용해 순차 지연된 신호들을 생성하여, 상기 합성된 신호와 상기 순차 지연된 신호들로 이루어진 N개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈에 의하여 계산되는 N개의 탭계수들을 이용하여 생성한 모든 신호들을 합하여 상기 전송할 신호를 추정하는 FIR 필터, 상기 FIR 필터에서 사용하는 상기 스텝사이즈를 임시 저장하는 버퍼, 상기 버퍼에 저장된 이전 스텝사이즈를 업데이트하여 상기 FIR 필터에서 사용하는 상기 N개의 스텝사이즈를 계산하여 출력하는 스텝사이즈 제어부, 및 상기 합성된 신호의 SNR을 측정하는 SNR 측정부를 포함하고, 상기 스텝사이즈 제어부는 상기 FIR 필터에서 사용하는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하기 위하여, 상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR에 기초하여 상기 이전 스텝사이즈에 미리 결정된 스텝사이즈 비율(△)을 적용하여 상기 N개의 각 신호에 곱할 N 개의 스텝사이즈 벡터값을 계산한다.

와이브로, ICS 중계기, FIR 필터, SNR, 스텝사이즈 벡터

Description

무선 통신 환경에서 ＩＣＳ 중계기를 위한 적응형 간섭 제거 장치 및 방법{Adaptive Interference Cancellation Apparatus and Method for ICS Repeater in Wireless Communication System}

본 발명은 무선 통신을 위한 중계기의 적응형 간섭 제거 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 와이브로(WIBRO), IMT-Advanced 시스템과 같은 무선 통신 환경에서, ICS(Interference Cancellation System)에 적용되는LMS (Least Mean Square) 알고리즘에 채널 환경에 따라 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 탭 계수 값에 대한 스텝 사이즈를 벡터값으로 적응적으로 변화시켜서 시변 환경에 적응적으로 우수한 간섭 제거 성능을 확보할 수 있는 적응형 간섭 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

데이터 중심으로 휴대 인터넷을 지원하는 WIBRO 서비스는 고속으로 이동하면서 무선 인터넷을 즐길 수 있고, 2007년에는 3세대 이동통신 국제 표준으로 채택되었다. WIBRO 는 기존의 WLL(Wireless Local Loop) 주파수인 2.3GHz 대역을 사용한다. 대역폭이 100MHz이고 TDD(Time Division Duplex) 방식을 사용한다. 또한, 다중 접속을 위해서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용한 다. OFDM 방식은 WIBRO 뿐만 아니라 IMT-Advanced와 같은 차세대 이동 통신 시스템에서도 사용하는 이유는, 단일 반송파 시스템에서는 하나의 페이드(fade)나 간섭에 의해 전체 링크가 실패할 수 있는 것과 달리 OFDM과 같은 다수 반송파 시스템에서는 일부 반송파만이 영향을 받게 되므로 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)이나 협대역 간섭에 대한 강건함(robustness)이 증가하기 때문이다.

차세대 이동통신 국제표준기술의 하나로 채택된 IEEE 802.16e 기반의 WIBRO 시스템은, 2.3GHz 주파수 대역을 사용하고 고속 데이터 전송 등의 요구사항 충족을 위해 셀 커버리지(cell coverage) 확장을 위한 중계기의 도입이 필수 불가결하다. 또한, 기존 RF중계기의 단점인 송수신 안테나의 이격도가 충분하지 않으면 전송신호의 일부가 궤환되어 다시 수신 안테나에 입력되는 궤환 간섭신호로 인한 중계기의 발진으로 시스템의 정지 등이 발생할 가능성이 있으며, 이러한 궤환 간섭신호를 제거하여 발진현상을 막는 방안으로 ICS (Interference Cancellation System) 기능을 탑재한 중계기의 개발이 필수적이다.

WIBRO 중계기는 TDD/OFDMA 이라는 특징 때문에 일반적인 기존의 CDMA나 WCDMA(Wideband CDMA)에 비하여 고려 사항이 많다. 첫 번째는, 동기 추출 방식으로 TDD 중계기는 상향링크와 하향링크의 분리를 위해 스위칭 시간을 정확히 알아야만 한다. 게다가 중계기로 다시 궤환되는 출력 신호를 제거하기 위해 디지털 신호 처리를 하기 때문에 동기화 과정은 매우 중요하다. 두 번째는, 상향링크와 하향링크의 분리도(Isolation) 확보 방법이다. 분리도가 충분히 확보되지 않으면, 고전력 증폭기로부터 발생하는 하향링크 신호가 상향링크의 LNA(Low Noise Amplifier)에 입력되어 소자에 손상을 입힐 수 있다. 위의 두 가지 고려 사항에서 알 수 있듯이 중계기의 송신 안테나를 통해 출력된 신호의 일부가 궤환되어 수신 안테나로 입력되면, 중계기의 동기화의 오류, 발진현상으로 인한 소자 손상이 있으므로 이러한 궤환 간섭신호를 제거할 수 있는 ICS 기술 개발이 필수적이다.

중계기에 적용되는 ICS 관련기술로서, 수신 안테나로 입력된 간섭신호와 출력 신호에서 커플링된 기준신호와의 자기 상관관계를 구하여 간섭신호의 진폭과 위상, 시간지연 등을 추정하여 LMS에 대입하는 방식이나 LMS 알고리즘 군의 단점을 보완하는 알고리즘들, 또는 LMS알고리즘 군과 다른 알고리즘의 결합방식 등에 대하여 최근에 많은 연구가 이루어지고 있다.

무선 중계기는 설치 장소를 자유롭게 선택할 수 있으며, 유지 및 보수가 용의하고, 선로 비용이 없어 유지비가 저렴하며, 주파수를 재사용 할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 수신 신호와 송신 신호가 서로 동일한 주파수를 사용하므로 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 격리(분리도)가 충분히 확보되어 있어야 한다. 그렇지 않으면 송신 안테나로부터 수신 안테나로 궤환된 간섭신호가 원 신호와 결합하여 무선 중계기의 성능을 저하시키고, 발진의 원인이 된다. 따라서, 궤환 간섭신호를 제거하는 것은 무선 중계기의 성능 향상에 매우 중요하다.

도 1은 ICS 방식을 적용하는 일반적인 RF(Radio Frequency) 중계기의 블록도이다. 도 1과 같이, 일반적으로 중계기는 RF-수신단, 디지털 신호 처리부(Digital Signal Process부), 및 RF-송신단으로 이루어진다. RF수신단에서는, 수신 안테나를 통해 수신된 신호의 주파수 대역을 주파수 다운 변환기(down converter)를 이용해 RF대역 신호에서 기저대역 신호로 변환해 주는 역할을 한다. 디지털 신호 처리부에서는, 송신 안테나로부터 궤환되어 들어온 신호의 유무를 파악하여 궤환되어 들어온 신호가 없다면 바이패스(bypass)시키고, 궤환되어 들어온 신호가 있다면 ICS 알고리즘을 통하여 제거한다. 디지털 신호 처리부는 ADC(Analog-to-Digital Converter), DAC(Digital-to-Analog-Converter), 지연 제어부(delay control), 게인 제어부(gain control), 바이패스부(bypass), 간섭 신호 검출부, 간섭 신호 제거부 및 시스템 콘트롤러를 포함하며, ICS 알고리즘은 간섭 신호 제거부에서 수행된다. RF-송신단에서는 궤환 신호가 제거된 원신호의 주파수 대역을 주파수 상향 변환기(up converter)를 이용해 기저대역에서 RF대역으로 변환하여 송신한다. 디지털 신호 처리부에서는, RF-송신단의 신호 분배기에서 일부 커플링된 신호를 추출하여 주파수 다운 변환기(down converter)를 이용해 기저대역으로 변환한 신호를 간섭제거에 이용할 수 있다.

도 2는 일반적인 LMS ICS 방식의 FIR 필터를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 간섭 신호 제거부를 간략하게 나태낸 것으로서, FIR 필터를 이용해 입력신호 s(n)에 궤환신호 f(n)가 합성된 신호 x(n)에서 LMS 알고리즘에 따라 생성한 신호

을 빼주어 궤환신호 f(n)를 제거한다.

LMS 알고리즘은 도 3과 같이 지연기(Z^-1)를 일정 탭(tab) 수(N)만큼 이용해 각 지연 신호에 탭 계수 w₀(n), w₁(n),.. w_{N -1}(n)을 곱하고 모두 더하여 궤환신호가 제거된 신호 y(n)를 생성함으로써, 기준 신호 d(n)에서 y(n)을 뺀 에러 신호 e(n)를 0으로 수렴시킨 신호y(n)를 고전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)로 증폭하여 전송할 수 있게 된다.

이때, 위와 같은 탭 계수는 W(n+1) = W(n) + μe(n)x(n)와 같은 식에 따라 스텝사이즈 μ(0보다 크고 1보다 작은 실수)에 의하여 일률적으로 업데이트된다. 여기서, W(n)은 이전 탭 계수값이고 W(n+1)은 업데이트된 탭 계수값이다. 수렴 속도를 결정하는 스텝사이즈 μ가 너무 크거나 작으면 발산할 가능성이 높기 때문에, 이를 정확하게 결정하는 것이 중요하다.

이와 같은 LMS알고리즘은 수식이 간단하고 연산량이 적어, 실시간 적용 가능한 알고리즘으로 여러 시스템에서 널리 사용되고 있지만 수렴속도가 느리고, 스텝사이즈와 신호의 크기에 따라 수렴 특성이 떨어지므로 시변환경에서 적용하기 어려운 단점을 가지고 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해 값의 최대값과 최소값을 정하고 그 사이에서 스텝사이즈를 변화시키는 알고리즘인 VSSLMS(Variable Step Size LMS) 알고리즘이 제안되었다. VSSLMS 알고리즘에서는 도 4와 같이, 스텝 사이즈 제어부(step-size control)를 추가적으로 구성하여 FIR 필터에 입력되는 스텝 사이즈를 가변시킨다. 여기서 스텝 사이즈는 채널의 통계적인 특성과 에러 신호 e(n)의 제곱값에 기초하여 가변된다. VSSLMS알고리즘에서는 시간에 따라 스텝사이즈의 크기를 가변시켜 수렴 초기에는 빠르게 수렴하는 것이 가능하도록 하고 수렴이 진행됨에 따라 점차 스텝사이즈의 크기를 줄여서 수렴 오차를 줄여 나간다. 특히, 이러한 VSSLMS 알고리 즘에서는 에러 신호 e(n)의 제곱값에 따라서 스텝사이즈를 가변시키므로, 시변 환경에서 어느정도 적용될 수 있지만, 정상상태에서 에러 신호 e(n)가 0으로 수렴한 후에도 원신호가 가지고 있는 신호 크기에 따라 스텝사이즈가 불필요하게 변동되어 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

이외에도 도 5와 같이 상관도를 계산하는 상관기(correlator)를 이용한 LMS 방식도 제안되었는데, 상관도를 이용한 LMS 방식에서는, 버퍼(buffer)를 통한 FIR 필터의 참조입력과 에러신호 사이의 상관도를 계산함으로써 각 탭의 계수값을 갱신하여 정확도를 높이고자 하였지만, 상관도의 연산이 복잡하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 와이브로(WIBRO), IMT-Advanced 시스템과 같은 무선 통신 환경에서, ICS(Interference Cancellation System)에 적용되는LMS (Least Mean Square) 알고리즘에 채널 환경에 따라 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 탭 계수 값에 대한 스텝사이즈를 벡터값으로 적응적으로 변화시켜서 시변 환경에 적응적으로 우수한 간섭 제거 성능을 확보할 수 있는 적응형 간섭 제거 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

또한, 스텝사이즈에 대해서는 최대값과 최소값을 미리 정하여 놓고, 초기의 스텝사이즈는 최대값을 가지게 하여 빠른 수렴속도를 갖게 하고, 스텝사이즈가 최소값보다 작아질 경우에는 스텝사이즈를 최소값으로 유지하며, 채널의 SNR을 측정 하여 측정된 SNR에 따라 스텝사이즈의 증가율 또는 감소율 만큼 증가시키거나 감소시키도록 필터의 탭 계수 값에 대한 스텝사이즈를 벡터값으로 결정함으로써 궤환신호가 제거된 신호를 더욱 빠르게 추정할 수 있도록 한 적응형 간섭 제거 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 중계기에서의 간섭 제거 장치는, 전송할 신호에 에러 신호가 합성된 신호로부터 직렬 연결된 복수의 지연기들을 이용해 순차 지연된 신호들을 생성하여, 상기 합성된 신호와 상기 순차 지연된 신호들로 이루어진 N개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈에 의하여 계산되는 N개의 탭계수들을 이용하여 생성한 모든 신호들을 합하여 상기 전송할 신호를 추정하는 FIR 필터; 상기 FIR 필터에서 사용하는 상기 스텝사이즈를 임시 저장하는 버퍼; 상기 버퍼에 저장된 이전 스텝사이즈를 업데이트하여 상기 FIR 필터에서 사용하는 상기 N개의 스텝사이즈를 계산하여 출력하는 스텝사이즈 제어부; 및 상기 합성된 신호의 SNR을 측정하는 SNR 측정부를 포함하고, 상기 스텝사이즈 제어부는 상기 FIR 필터에서 사용하는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하기 위하여, 상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR에 기초하여 상기 이전 스텝사이즈에 미리 결정된 스텝사이즈 비율을 적용하여 상기 N개의 각 신호에 곱할 N 개의 스텝사이즈 벡터값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 스텝사이즈 제어부는, 상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR이 임계치 이하이면, 상기 이전 스텝사이즈에 상기 스텝사이즈 비율을 곱하여 상기 해당 탭의 스 텝사이즈를 계산하고, 상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR이 임계치 이상이면, 상기 이전 스텝사이즈를 상기 스텝사이즈 비율로 나누어 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산한다.

상기 임계치는 10dB일 수 있고, 상기 스텝사이즈 비율은 2ⁿ이고, 여기서 n은 자연수일 수 있다.

상기 스텝사이즈 제어부는, 미리 결정된 최대값과 최소값 사이에서 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산할 수 있다. 상기 스텝사이즈 제어부는, 초기 동작 시에 상기 최대값을 적용하여 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하고, 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하는 동안에, 상기 최대값보다 크게 계산되면 상기 최대값을 출력하고, 상기 최소값보다 작게 계산되면 상기 최소값으로 출력할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 중계기에서의 간섭 제거 방법은, 전송할 신호에 에러 신호가 합성된 신호로부터 직렬 연결된 복수의 지연기들을 이용해 순차 지연된 신호들을 생성하여, 상기 합성된 신호와 상기 순차 지연된 신호들로 이루어진 N개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈에 의하여 계산되는 N개의 탭계수들을 이용하여 생성한 모든 신호들을 합하여 상기 전송할 신호를 추정하는 단계; 상기 전송할 신호의 추정에 사용하는 상기 스텝사이즈를 버퍼에 임시 저장하는 단계; 상기 버퍼에 저장된 이전 스텝사이즈를 업데이트하여 상기 전송할 신호의 추정에 사용하는 상기 N개의 스텝사이즈를 계산하여 출력하는 단계; 및 상기 합성된 신호의 SNR을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 전송할 신호의 추정에 사용하는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하기 위하여, 상기 측정된 SNR에 기초하여 상기 이전 스텝사이즈에 미리 결정된 스텝사이즈 비율을 적용하여 상기 N개의 각 신호에 곱할 N 개의 스텝사이즈 벡터값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 적응형 간섭 제거 장치 및 방법에 따르면, 와이브로(WIBRO), IMT-Advanced 시스템과 같은 무선 통신 환경에서, ICS(Interference Cancellation System)에 적용되는LMS (Least Mean Square) 알고리즘에 채널 환경에 따라 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 탭 계수 값에 대한 스텝사이즈를 벡터값으로 적응적으로 변화시켜서 시변 환경에 적응적으로 우수한 간섭 제거 성능을 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 적응형 간섭 제거 장치 및 방법에 따르면, 스텝사이즈에 대해서는 최대값과 최소값을 미리 정하여 놓고, 초기의 스텝사이즈는 최대값을 가지게 하여 빠른 수렴속도를 갖게 하고, 스텝사이즈가 최소값보다 작아질 경우에는 스텝사이즈를 최소값으로 유지하며, 채널의 SNR을 측정하여 측정된 SNR에 따라 스텝사이즈의 증가율 또는 감소율 만큼 증가시키거나 감소시키도록 필터의 탭 계수 값에 대한 스텝사이즈를 벡터값으로 결정함으로써 궤환신호가 제거된 신호를 더욱 빠르게 추정하여 전송할 수 있다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한 정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

먼저, 기존 LMS 방식의 단점이라고 하면 스텝사이즈가 고정적이어서 시간에 따라 채널이 급격하게 변하는 시변 환경에서는 적응적으로 궤환신호를 추정할 수 없었다. 또한, 필터의 탭 계수를 갱신할 시에 스텝사이즈는 스칼라(scalar) 값으로써 탭 계수에 동일한 스텝사이즈를 적용하게 될 수 밖에 없는 단점이 있었다.

이러한 단점들을 보완하기 위해서, 본 발명에서는 스텝사이즈에 대하여 최대값과 최소값을 미리 정하여 놓고, 초기 동작 시(예를 들어, 전원을 켤때)의 스텝사이즈는 최대값을 가지게 하여 빠른 수렴속도를 갖게 한다. 그 후에는 채널의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 측정하고 SNR이 어떤 임계치인 T dB 이상이 된다면 이전 탭에 적용된 스텝사이즈 보다 △배 감소(△로 나누어 줌)시켜주어 신호를 더 정확하게 추정할 수 있도록 하였다. 이와 같은 과정에서 각 탭에 적용할 스텝사이즈가 최소값보다 작아질 경우에는 스텝사이즈를 최소값으로 유지한다. 또한, SNR이 T dB 이하가 된다면 이전 탭에 적용된 스텝사이즈 보다 △배 만큼 증가(△로 곱해 줌)시켜 신호를 더 빠르게 추정할 수 있도록 하였다. 앞의 T dB이상일 때와 마찬가지로 해당 탭에 대하여 계산되는 스텝사이즈가 최대값을 넘어가게 되면 스텝사이즈는 최대값을 유지하게 하였다. 그리고, 스텝사이즈는 각 탭에 대하여 서로 다르게 스텝사이즈를 적용하여, 기존과 같이 스칼라값이 아닌 벡터 값으로 함으로써, 시변 환경에 적응적으로 궤환신호를 제거할 수 있도록 하였다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거 장치(600)를 설명하기 위한 도 면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거 장치(600)는, 적응 FIR 필터(Adaptive FIR Filter)(610), 감산부(611), 스텝사이즈 제어부(step size control unit)(620), 버퍼(buffer)(621), 및 SNR 측정부(630)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거 장치(600)에서는 FIR 필터(610)가 수신 안테나로부터의 전송할 신호 s(n)에 송신 안테나로부터의 궤환신호 f(n)(또는 에러 신호 e(n))가 합성된 신호에서 LMS 알고리즘에 따라 생성한 신호

을 감산부(611)를 이용해 빼주어 궤환신호 f(n)이 제거되도록 하여 전송할 신호 s(n)을 추정할 수 있다. 이와 같이 추정되어 에러 신호 e(n)를 0으로 수렴시킨 신호y(n)를 고전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)로 증폭하여 전송할 수 있게 된다. 고전력 증폭기는 송신 안테나에 근접 설치될 수 있고, 도 6과 같이 궤환신호 f(n)가 제거되어 전송될 신호가 고전력 증폭기에 의하여 증폭되어 에러 신호 e(n)를 0으로 수렴시킨 신호 y(n)이 송신안테나로 송출될 수 있다.

이와 같이 궤환신호 f(n)이 제거하고 전송할 신호 s(n)을 추정하기 위하여 도 7과 같은 FIR 필터(700)가 이용될 수 있다. 도 7과 같은 FIR 필터(700)는 전송할 신호 s(n)에 에러 신호 e(n)가 합성된 신호로부터 전송할 신호 s(n)를 추정하는 필터로서, 도 6에서 개념적으로 나타낸 감산부(611)의 기능을 포함하는 개념일 수 있다. 이와 같이 추정된 신호에 에러 신호 e(n)가 0으로 수렴되어 깨끗한 본래의 신호는 y(n)에 해당한다.

도 7과 같이, FIR 필터(700)는 전송할 신호 s(n)(예를 들어, WIBRO 신호)에 에러 신호 e(n)(또는 궤환 신호 f)가 합성된 신호 x(n)으로부터 직렬 연결된 복수 의 지연기들(Z^-1)을 이용해 순차 지연된 신호들(x(n), x(n-1)..)을 생성하여, 위와 같이 합성된 신호 x(n)와 순차 지연된 신호들(x(n), x(n-1)..)로 이루어진 N(0이 아닌 자연수)개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈(μ_n: n=0~N-1)에 의하여 [수학식 3]과 같이 계산되는 N개의 탭계수들(w_n: n=0~N-1)을 이용하여 생성한 모든 신호들을 합하여 전송할 신호 s(n), 즉, 에러 신호 e(n)가 0으로 수렴하는 깨끗한 본래의 신호 y(n)을 출력할 수 있다. 이는 고전력 증폭기에 의하여 증폭된 후 송신안테나를 통해 전송될 수 있다.

여기서, y(n)은 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. [수학식 2]는 에러 신호 e(n)에 대한 관계식이고, [수학식 3]에서 W(n)은 이전 탭 계수값이고 W(n+1)은 업데이트된 탭 계수값이다.

[수학식 1]

[수학식 2]

e(n) = d(n) - y(n)

[수학식 3]

W(n+1) = W(n) + μ_n e(n) x(n)

이에 따라, [수학식 2]와 같이 기준 신호 d(n)로부터 FIR 필터(700)에서 출력되는 추정된 신호 y(n)를 빼면 에러 신호 e(n)가 되고, 에러 신호 e(n)는 스텝사 이즈 제어부(620), 버퍼(621), 및 SNR 측정부(630)의 동작에 따라 0으로 수렴할 수 있다. 기준 신호 d(n)는 중계기에서 미리 가지고 있는 신호로서, 동기화에 이용되는 소정 훈련열(training sequence) 신호에 해당할 수 있다.

여기서, 신호 x(n)에 에러 신호 e(n)(또는 궤환 신호 f)가 합성되지 않았다면, 신호 x(n)은 FIR 필터(700)를 거치지 않고 바이패스되어 고전력 증폭기에 의하여 증폭된 후 송신안테나를 통해 전송될 수 있다(도 8의 S810, S860 참조).

신호 x(n)에 에러 신호 e(n)(또는 궤환 신호 f)가 합성된 경우에는, FIR 필터(700)를 거치게 되는데, FIR 필터(700)는 위와 같이 합성된 신호 x(n)와 순차 지연된 신호들(x(n), x(n-1)..)로 이루어진 N개의 각 신호와 해당 스텝사이즈(μ_n: n=0~N-1)에 의하여 [수학식 3]과 같이 계산되는 각각의 탭계수, w₀(n), w₁(n),.. w_{N -1}(n)을 각각 곱하고 모두 합하여 y(n) 신호를 생성할 수 있다(도 8의 S820 참조).

이때, N개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈 μ_n(n)를 갱신하기 위하여, 버퍼(621)는 FIR 필터(700)에서 사용하는 스텝사이즈를 임시 저장한다. 스텝사이즈 제어부(620)는 버퍼(621)에 저장된 이전 스텝사이즈 μ_n(n-1)을 업데이트하여 FIR 필터(700)에서 사용하는 N개의 스텝사이즈 벡터값을 계산하여 출력한다.

스텝사이즈 제어부(620)의 N개의 스텝사이즈 벡터값의 계산에는 SNR 측정부(630)가 신호 x(n)에 대하여 측정하는 SNR이 이용된다.

즉, [수학식 2]와 같이 기준 신호 d(n)로부터 FIR 필터(700)에서 출력되는 추정된 신호 y(n)를 뺀 에러 신호 e(n)가 0인 경우(또는, SNR 이 0인 경우)에는, 신호 x(n)은 스텝사이즈 제어부(620)에 의하여 N개의 스텝사이즈 벡터값이 갱신되지 않고, 바이패스되어 고전력 증폭기에 의하여 증폭된 후 송신안테나를 통해 전송될 수 있다(도 8의 S830, S840 참조).

그러나, SNR 이 0이 아닌 경우에는, 스텝사이즈 제어부(620)는 FIR 필터(700)에서 사용하는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하기 위하여, SNR 측정부(630)에서 측정한 SNR에 기초하여 이전 스텝사이즈 μ_n(n-1)(이전 탭의 스텝사이즈)에 미리 결정된 스텝사이즈 비율 △을 적용하여 N개의 각 신호에 곱할 N 개의 스텝사이즈 벡터값을 계산해 나간다.

예를 들어, 스텝사이즈 제어부(620)는 SNR 측정부(630)에서 측정한 SNR이 임계치(T)(예를 들어, 10dB) 이하이면, [수학식 4]와 같이, 이전 스텝사이즈 μ_n(n-1)에 스텝사이즈 비율 △(예를 들어, 2)을 곱하여 해당 탭의 스텝사이즈 μ_n(n)를 계산하고, SNR 측정부(630)에서 측정한 SNR이 임계치(T) 이상이면, [수학식 4]와 같이, 이전 스텝사이즈 μ_n(n-1)를 스텝사이즈 비율 △로 나누어 해당 탭의 스텝사이즈 μ_n(n)를 계산할 수 있다(도 8의 S850, S851, S852 참조). 스텝사이즈 비율 △은 여기서 2인 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 2ⁿ(여기서 n은 자연수)의 어느 값으로 결정될 수도 있다.

[수학식 4]

스텝사이즈 제어부(620)는 미리 결정된 최대값과 최소값 사이에서 위와 같은 해당 탭의 스텝사이즈를 계산한다. 예를 들어, 스텝사이즈 제어부(620)는 초기 동작 시에 해당 최대값을 적용하여 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하여, 초기에 빠른 수렴속도를 갖게 할 수 있으며, 또한, 스텝사이즈 제어부(620)는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하는 동안에, 해당 최대값보다 크게 계산되면 그 최대값을 출력하고, 해당 최소값보다 작게 계산되면 그 최소값으로 출력함으로써, 신호를 더 빠르게 추정할 수 있도록 한다.

위에서, 스텝사이즈 계산의 기초가 되는 SNR 임계치(T)를 결정하기 위하여 도 9와 같은 BER값 비교 그래프를 이용하였다. 도 9와 같이, 단순 LMS 방식, VSSLMS 방식, 상관도를 이용하는 LMS 방식에 대하여 SNR -2dB부터 18dB까지 WIBRO 채널환경을 변화시켜서 BER(Bit Error Rate) 값을 시뮬레이션으로 산출하였다. 음성신호를 원활히 들을 수 있는 BER값 10^{- 3}이하를 나타내는 SNR은, 가장 성능이 우수한 상관도를 이용한 LMS 방식의 경우에 그 값이 대략 10dB 이상이 되어야 함을 확인하였다. 본 발명에 따른 방식의 경우에도, 상관도를 이용한 LMS 방식 이상의 성능이 기대되므로, 스텝사이즈 계산의 기초가 되는 SNR 임계치 T를 10 dB로 결정하였다. 여기서, SNR 임계치 T를 10 dB할 수도 있지만, 채널 환경에 따라 그 이상 또는 그 이하의 다른 값으로 설정될 수도 있을 것이다.

또한, 위에서, 스텝사이즈 계산의 기초가 되는 [수학식 4]의 스텝사이즈 비율 △을 결정하기 위하여 도 10과 같은 BER값 비교 그래프를 이용하였다. 도 10과 같이, 스텝사이즈 비율 △을 2~9까지 1씩 증가시키면서 △값을 적용한 결과, 스텝사이즈 비율 △이 2ⁿ(여기서 n은 자연수)인 경우에 좋은 성능을 나타내었고, 특히, 스텝사이즈 비율 △이 2인 경우가 가장 좋은 성능을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서, 스텝사이즈 비율 △은 여기서 2인 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 2ⁿ(여기서 n은 자연수)의 어느 값으로 결정될 수도 있다.

이하 도 6과 같은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거 장치(600)를 적용한 결과에 대한 시뮬레이션 결과를 설명한다. 전송할 신호로서 WIBRO 신호는 [표 1]과 같은 IEEE 802.16e의 표준규격에 따른 물리계층 파라미터를 참조하였으며, 궤환되는 신호(에러 신호)로서는 이전에 송신 안테나를 통하여 송출된 WIBRO 신호가 채널을 통하여 궤환되어 WIBRO 원신호와 합성되는 것으로 가정하였다. 또한, 채널환경으로는 AWGN (Additive White Gaussian Noise)과 [표2]에서와 같이 ITU-R M.1225에서 제시된 다중경로페이딩 채널환경을 적용하였다.

도 11은 기존 ICS 방식들과 본 발명의 방식간에 BER값 비교 그래프이다. 도 11과 같이, 기존의 단순 LMS 방식, VSSLMS 방식, 상관도를 이용하는 LMS 방식과 본 발명의 방식을 비교할 때, 기존의 단순 LMS 방식에서는 궤환 신호를 정확히 제거하지 못하여 BER값이 대체로 크게 나타났으며, 기존의 VSSLMS는 SNR이 2dB이하에서는 다른 변형된 알고리즘과 비슷한 값을 유지하다가 2dB이후에 기존의 상관도를 이용 한 LMS나 본 발명의 알고리즘에 비해 성능이 떨어지는 것을 확인하였다. 기존의 상관도를 이용한 LMS와 본 발명의 방식 간에는 유사한 성능을 보여주고 있다. 그러나, 기존의 상관도를 이용한 LMS의 경우는 에러값과 참조 입력값에 기초하여 상관도를 구해야 하는 복잡성을 가지고 있는 반면, 발명에서는 스텝사이즈 벡터값을 단순한 곱과 나눗셈의 연산으로 처리하여 연산을 단순화하였다는 장점을 가지고 있다.

[표 1]

[표2]

도 12는 기존 ICS 방식들과 본 발명의 방식간에 MSE값 비교 그래프이다. 도 12와 같이, 수렴속도를 비교하기 위하여 MSE (Mean Square Error)값을 산출해 본 결과, MSE값 10^-28을 기준으로 보면, 본 발명의 방식에서는 다른 기존의 알고리즘들 보다 약 200개의 샘플 차이로 수렴 속도가 빠르게 나타남을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 방식에서는 궤환된 신호를 빠르게 제거하여 전송할 신호를 신속히 추정하고 수신 신호의 BER을 낮출 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 단순한 구성을 이용하면서도 다른 LMS알고리즘군들 보다 수렴속도는 빠르고 BER값은 신속히 더 적게할 수 있다. 차세대 4G 이동통신 시스템에서도 OFDM 방식을 채택하므로 위와 같은 본 발명의 방식을 적용하여 성능을 향상시킬 것으로 기대된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므 로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 ICS 방식을 적용하는 일반적인 RF(Radio Frequency) 중계기의 블록도이다.

도 2는 일반적인 LMS ICS 방식의 FIR 필터를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 일반적인 LMS ICS 방식의 FIR 필터의 구성도이다.

도 4는 일반적인 VSSLMS ICS 방식의 FIR 필터를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 일반적인 상관도를 이용한 ICS 방식의 FIR 필터를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 도 6의 적응 FIR 필터의 구체적인 블록도이다.

도 8은 도 6의 간섭 제거 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.

도 9는 기존 ICS 방식들의 BER값 비교 그래프이다.

도 10은 스텝 사이즈 증가율의 변화에 따른 BER값 비교 그래프이다.

도 11은 기존 ICS 방식들과 본 발명의 방식간에 BER값 비교 그래프이다.

도 12는 기존 ICS 방식들과 본 발명의 방식간에 MSE값 비교 그래프이다.

Claims (7)

1. 전송할 신호에 에러 신호가 합성된 신호로부터 직렬 연결된 복수의 지연기들을 이용해 순차 지연된 신호들을 생성하여, 상기 합성된 신호와 상기 순차 지연된 신호들로 이루어진 N개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈에 의하여 계산되는 N개의 탭계수들을 이용하여 생성한 모든 신호들을 합하여 상기 전송할 신호를 추정하는 FIR 필터;

   상기 FIR 필터에서 사용하는 상기 스텝사이즈를 임시 저장하는 버퍼;

   상기 버퍼에 저장된 이전 스텝사이즈를 업데이트하여 상기 FIR 필터에서 사용하는 상기 N개의 스텝사이즈를 계산하여 출력하는 스텝사이즈 제어부; 및

   상기 합성된 신호의 SNR을 측정하는 SNR 측정부를 포함하고,

   상기 스텝사이즈 제어부는,

   상기 FIR 필터에서 사용하는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하기 위하여, 상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR에 기초하여 상기 이전 스텝사이즈에 미리 결정된 스텝사이즈 비율을 적용하여 상기 N개의 각 신호에 곱할 N 개의 스텝사이즈 벡터값을 계산하되,

   상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR이 임계치 이하이면, 상기 이전 스텝사이즈에 상기 스텝사이즈 비율을 곱하여 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하고, 상기 SNR 측정부에서 측정한 SNR이 임계치 이상이면, 상기 이전 스텝사이즈를 상기 스텝사이즈 비율로 나누어 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하는 것을 특징으로 하는 중계기에서의 간섭 제거 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 임계치는 10dB인 것을 특징으로 하는 중계기에서의 간섭 제거 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 스텝사이즈 비율은 2ⁿ이고, 여기서 n은 자연수 인것을 특징으로 하는 중계기에서의 간섭 제거 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 스텝사이즈 제어부는,

   미리 결정된 최대값과 최소값 사이에서 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하는 것을 특징으로 하는 중계기에서의 간섭 제거 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 스텝사이즈 제어부는,

   초기 동작 시에 상기 최대값을 적용하여 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하고,

   상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하는 동안에, 상기 최대값보다 크게 계산되면 상기 최대값을 출력하고, 상기 최소값보다 작게 계산되면 상기 최소값으로 출 력하는 것을 특징으로 하는 중계기에서의 간섭 제거 장치.
7. 전송할 신호에 에러 신호가 합성된 신호로부터 직렬 연결된 복수의 지연기들을 이용해 순차 지연된 신호들을 생성하여, 상기 합성된 신호와 상기 순차 지연된 신호들로 이루어진 N개의 각 신호에 대한 해당 스텝사이즈에 의하여 계산되는 N개의 탭계수들을 이용하여 생성한 모든 신호들을 합하여 상기 전송할 신호를 추정하는 단계;

   상기 전송할 신호의 추정에 사용하는 상기 스텝사이즈를 버퍼에 임시 저장하는 단계;

   상기 버퍼에 저장된 이전 스텝사이즈를 업데이트하여 상기 전송할 신호의 추정에 사용하는 상기 N개의 스텝사이즈를 계산하여 출력하는 단계; 및

   상기 합성된 신호의 SNR을 측정하는 단계를 포함하고,

   상기 전송할 신호의 추정에 사용하는 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하기 위하여, 상기 측정된 SNR에 기초하여 상기 이전 스텝사이즈에 미리 결정된 스텝사이즈 비율을 적용하여 상기 N개의 각 신호에 곱할 N 개의 스텝사이즈 벡터값을 계산하되, 상기 측정된 SNR이 임계치 이하이면, 상기 이전 스텝사이즈에 상기 스텝사이즈 비율을 곱하여 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하고, 상기 측정된 SNR이 임계치 이상이면, 상기 이전 스텝사이즈를 상기 스텝사이즈 비율로 나누어 상기 해당 탭의 스텝사이즈를 계산하는 것을 특징으로 하는 중계기에서의 간섭 제거 방법.

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