KR101301298B1 - 전이중 방식의 무선 중계기 및 그의 전자기파 수준의 간섭 제거 방법 - Google Patents

전이중 방식의 무선 중계기 및 그의 전자기파 수준의 간섭 제거 방법 Download PDF

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Abstract

전이중 방식의 무선 중계기는 간섭 채널의 채널 행렬의 널 공간에 속하도록 변환 행렬을 생성하고, 변환 행렬을 이용하여 수신 신호를 변환하여 송신 신호를 생성한 후 송신 안테나로 출력한다. 그러면, 송신 신호가 간섭 채널을 통과하면서 발생할 수 있는 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호가 상쇄될 수가 있다.
Figure R1020090116848
전이중, 중계기, 간섭 채널, 간섭 제거, 전자기파 수준(EM-level)

Description

전이중 방식의 무선 중계기 및 그의 전자기파 수준의 간섭 제거 방법{RF RELAY OF FULL-DUPLEX AND METHOD FOR REDUCING INTERFERENCE OF EM-LEVEL THEREOF}
본 발명은 전이중 방식의 무선 중계기 및 그의 전자기파 수준의 간섭 제거 방법에 관한 것이다.
셀룰러 시스템에서는 주파수 효율 향상 및 커버리지 확대를 위해 기지국과 단말 사이에 중계기를 이용한다. 이러한 중계기에는 광 중계기(optical repeater)오 무선 중계기(wireless repeater 또는 RF relay)가 있다.
광 중계기는 광 케이블을 통해 신호를 받아 재 전송하므로, 송신단과 수신단 사이에 간섭이 발생하지 않는다. 그러나 광 케이블을 설치하기 위해 많은 비용이 소요되며, 특히 적은 수의 사용자가 넓은 지역에 존재할 경우 광 케이블 인프라를 구축하는 것은 비효율적이다.
최근, 설치비용이 광 중계기에 비해 적게 소요되고 자유롭게 설치 지역을 선택할 수 있는 무선 중계기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 중계기는 수신 안테나로 무선 신호를 받아서 송신 안테나로 무선 신호를 재 전송한다. 이러한 무선 중계기의 동작 방식에는 크게 반이중 방식(half-duplex)과 전이중 방식(full-duplex)이 있다. 반이중 방식 중계기는 시간 영역 또는 주파수 영역에서 두 개의 직교 채널을 사용하여 송수신하므로, 수신단에서 송신 신호에 의한 간섭이 존재하지 않는다. 반면, 전이중 방식 중계기는 동시에 송신과 수신을 하므로, 주파수 효율성은 매우 높으나 송신 신호에 의한 간섭으로 인해 물리적으로 구현이 어렵다.
전이중 방식 무선 중계기의 구현을 위해 간섭 신호를 제거하기 위한 다양한 방법이 제안되고 있다. 대표적으로, 수신 안테나에서 받은 무선 주파수 신호를 처리하여 간섭 신호를 제거하거나 중간 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 신호 처리를 통해 간섭 신호를 제거하는 방법이 사용되고 있다.
이러한 간섭 제거 기술에 따르면, 무선 중계기는 송신 안테나에서 발생한 간섭 신호가 수신 안테나에 수신된 이후에 간섭 신호를 제거하게 된다. 즉, 간섭 신호가 수신된 이후에 후처리(post-processing)를 통하여 간섭 신호를 제거하므로, 무선 중계기의 성능 향상에는 한계가 있다. 또한, 기지국으로부터 받은 수신 신호에 비해 간섭 신호의 전력 세기가 매우 크므로 무선 중계기의 수신단에 있는 저잡음 증폭기의 비선형성에 의한 신호 왜곡과 디지털 신호로 변환 시 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter, ADC)의 해상도 부족으로 인한 신호 왜곡 등의 문제를 해결할 수 없다. 또한, 간섭 신호 제거를 위한 신호 처리에 많은 시간이 소요되므로, 무선 중계기에서 지연 시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한, 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리를 매우 크게 하여 전자기파 수준(EM-level)에서 간섭 신호를 제거하는 방법도 제안되었으나, 이러한 무선 중계 기는 설치 시 공간적 제약이 따르므로 일부 환경에서만 사용할 수 있다. 따라서, 전이중 방식 무선 중계기의 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리를 크게 하지 않으면서 송신 안테나에서 발생한 간섭 신호가 수신 안테나에 수신되지 않도록 하는 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 제거 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 송신 안테나에서 발생한 간섭 신호가 수신 안테나에 수신되지 않도록 하는 전이중 방식의 무선 중계기 및 그의 전자기파 수준의 간섭 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 기지국과 단말 사이에서 무선 주파수 신호를 중계하는 전이중 방식의 무선 중계기에서 간섭 채널을 통해 수신되는 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호를 제거하는 방법이 제공된다. 간섭 제거 방법은 상기 간섭 채널의 채널 행렬의 널 공간에 속하도록 변환 행렬을 생성하는 단계, 상기 변환 행렬을 이용하여 수신 신호를 변환하여 송신 신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 송신 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 전이중 방식의 무선 중계기가 제공된다. 전이중 방식의 무선 중계기는 채널 추정부, 행렬 생성부, 그리고 간섭 제거부를 포함한다. 채널 추정부는 간섭 채널과 기지국과 상기 무선 중계기 사이 및 상기 무선 중계기와 단말 사이의 변복조 채널을 추정한다. 행렬 생성부는 상기 변복조 채널과 상기 간섭 채널의 추정 값을 이용하여 상기 간섭 채널의 채널 행렬의 널 공간에 속하도록 변환 행렬을 생성한다. 그리고 간섭 제거부는 상기 변환 행렬을 이용하여 수신 신호를 변환하여 송신 신호를 생성한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 전이중 방식의 무선 중계기의 송신 안테나에 의해 발생하는 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호가 수신 안테나를 통해 수신되지 않도록 송신 신호를 설계하므로, 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호를 제거 또는 최소화할 수 있으며, 이로 인하여 무선 중계기의 성능을 최적화시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 전이중 방식의 무선 중계기는 고속으로 데이터를 전송하기 위해 높은 주파수 효율이 요구되는 4G 시스템에서 핵심적인 기술이 될 것으로 기대된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니 라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 전이중 방식의 무선 중계기 및 그의 전자기파 수준의 간섭 제거 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용할 수 있는 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템은 기지국(100), 단말(200) 및 무선 중계기(300)를 포함한다.
기지국(100) 및 단말(200)은 변복조 채널(10, 20)을 통해 통신을 수행한다. 즉, 무선 중계기(300)는 기지국(100)이 송신한 무선 주파수 신호를 변복조 채널(10)을 통해 수신하고 이를 변환하여 변복조 채널(20)을 통해 단말(200)로 전송하며, 단말(200)이 송신한 무선 주파수 신호를 변복조 채널(20)을 통해 수신하고 이를 변환하여 변복조 채널(10)을 통해 기지국(100)으로 전송한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)는 전이중(full-duplex) 방식으로 동작한다. 이로 인해, 무선 중계기(300)의 송신 신호가 간섭 채널(30)을 통해 다시 무선 중계기(300)로 수신될 수 있다. 즉, 전이중 방식으로 동작하는 무선 중계기(300)는 송신 신호가 간섭 신호로 작용하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)는 송신 신호를 설계하여, 간섭 채널(30)을 통과한 송신 신호가 상쇄되도록 송신 신호를 설계한다. 그러면, 송신 신호가 간섭 채널(30)을 통해 수신되지 않거나 최소한의 크기로 수신될 수 있도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전이중 방식의 무선 중계기를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 중계기(300)는 수신 안테나(310), 수신 처리부(320), 아날로그-디지털 변환부(Analog-Digital Converter, ADC)(330), 신호 변환부(340), 디지털-아날로그 변환부(Digital-Analog Converter, DAC)(350), 송신 처리부(360) 및 송신 안테나(370)를 포함한다.
수신 안테나(310)는 무선 주파수 신호를 수신한다.
수신 처리부(320)는 수신 안테나(310)를 통해 수신된 무선 주파수 신호를 증폭 및 필터링한 후에 중간 주파수 신호로 하향 변환한다.
ADC(330)는 수신 처리부(320)에 의해 하향 변환된 중간 주파수 신호를 샘플링하여 디지털 중간 주파수 신호로 변환한다.
신호 변환부(340)는 채널 추정부(342), 행렬 생성부(344) 및 간섭 제거부(346)를 포함한다. 채널 추정부(342)는 파일럿 신호를 이용하여 변복조 채널(10, 20) 및 간섭 채널(30)을 추정하고, 행렬 생성부(344)는 변복조 채널(10, 20) 및 간섭 채널(30)의 추정 값을 이용하여 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호의 제거 및 무선 중계기(300)의 성능 최적화를 위한 변환 행렬을 생성한다. 간섭 제거부(346)는 디지털 중간 주파수 신호에 변환 행렬을 곱한 후 DAC(350)로 출력한다. 여기서, 간섭 채널(30)은 DAC(350)부터 수신 안테나(310)까지 즉, DAC(350), 송신 처리부(360), 송신 안테나(380), 송신 안테나(370)와 수신 안테나(310) 사이에 형성되는 전파 간섭 채널(40)과 수신 안테나(310)를 포함하는 채널을 의미한다. 또 한, 도 1의 변복조 채널(10)은 기지국(100)의 송신 처리부(도시하지 않음)와 무선 중계기(300)의 수신 처리부(320) 및 기지국(100)과 무선 중계기(300) 사이의 무선 채널을 포함한 채널을 의미하고, 변복조 채널(20)은 무선 중계기(300)의 송신 처리부(360)와 단말(200)의 수신 처리부(도시하지 않음) 및 무선 중계기(300)와 단말(200) 사이의 무선 채널을 포함한 채널을 의미한다. 무선 채널(radio channel)은 송수신 안테나와 전파 채널(propagation channel)을 포함한 채널을 의미한다. 전파 채널(propagation channel)은 전자기파가 전파되면서 나타나는 반사, 굴절 등의 물리적인 현상을 의미한다.
DAC(350)는 신호 변환부(340)에 의해 변환된 디지털 중간 주파수 신호를 아날로그 중간 주파수 신호로 변환한다.
송신 처리부(360)는 DAC(350)에 의해 변환된 아날로그 중간 주파수 신호를 무선 주파수 신호로 상향 변환한 후 증폭 및 필터링한다.
송신 안테나(370)는 상향 변환된 무선 주파수 신호를 송신한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)는 디지털 중간 주파수 신호에 변환 행렬을 곱하여 출력함으로써, 송신 안테나(370)에 의한 송신 신호를 간섭 채널(30)을 통과하면서 상쇄시킬 수 있다. 즉, 송신 안테나(370)에 의한 송신 신호가 간섭 채널(30)을 통과하면서 발생할 수 있는 간섭 신호가 수신 처리부(320)에 수신되지 않거나 최소한의 크기로 수신될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)에서 변환 행렬을 생성하는 방법에 대해 도 3 및 도 4를 참고로 하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기에서 변환 행렬을 도출하기 위한 신호 모델을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 신호 모델에서 무선 중계기의 구조에 간섭 채널의 널 공간으로의 투사 행렬을 포함함으로써 간섭 신호가 제거된 신호 모델을 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4에서는 무선 중계기(300)가 기지국(100)이 송신한 신호를 단말(200)로 전송하는 동작에서의 신호를 도시하였다.
도 3을 참조하면, 간섭 신호가 제거되지 않은 경우, 단말(200)에서의 수신 신호(y)는 수학식 1과 같이 나타난다.
Figure 112009073719774-pat00001
수학식 1에서, y는 단말(200)에서의 수신 신호를 나타내고, x는 기지국(100)에서의 송신 신호를 나타낸다. H1은 기지국(100)과 무선 중계기(300) 사이에 있는 변복조 채널(10)의 채널 행렬을 나타내고, H2는 무선 중계기(300)와 단말(200) 사이에 있는 변복조 채널(20)의 채널 행렬을 나타내며, Hs는 간섭 채널(30)의 채널 행렬을 나타낸다. n1은 무선 중계기(300)의 수신단에서 더해지는 잡음을 나타내고, n2는 단말(100)의 수신단에서 더해지는 잡음을 나타낸다. G는 무선 중계기(300)에서 생성한 변환 행렬을 나타내고, IR은 R×R 단위 행렬을 나타낸다.
이때, 무선 중계기(300)에서의 송신 신호(xr)는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00002
그런 후에, 수학식 2를 송신 신호(xr)에 대하여 정리하면 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00003
무선 중계기(300)에서 수신되는 간섭 신호(ys)는 수학식 4에서와 같이 간섭 채널(Hs)과 무선 중계기(300)에서의 송신 신호(xr)의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00004
수학식 4에서 역행렬보조정리(matrix inversion lemma)를 적용하면 간섭 신호(ys)는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00005
수학식 5에서 간섭 신호(ys)를 제거하기 위한 한 가지 방법으로, 수학식 6과 같이 무선 중계기(300)의 변환 행렬(G)이 간섭 채널(Hs)의 널 공간(null space)에 속하도록 변환 행렬(G)을 생성할 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00006
즉, 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 수학식 6의 조건을 만족하도록 변환 행렬(G)을 생성한다. 그러면, 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호(ys)가 제거될 수 있다. 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호(ys)가 제거되면, 수학식 1에서 기술된 단말(200)에서의 수신 신호는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00007
본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 수학식 6의 조건뿐만 아니라 무선 중계기(300)의 성능을 최적화하는 조건을 추가로 고려하여 변환 행렬(G)을 생성할 수도 있다. 여기서, 무선 중계기(300)의 성능을 최적화하기 위해, 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 기지국(100)과 단말(200) 사이의 상호 정보량(mutual information) 또는 단말(200)에서의 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio, SINR)를 목적함수로 하고, 이를 최대화하는 변환 행렬을 생성한다.
또한, 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 기지국(100)의 송신 신호와 단말(200)의 수신 신호 사이의 평균제곱오차(mean square error, MSE) 또는 기지국(100)의 송신신호와 단말(200)의 수신신호 사이의 비트 에러율(bit error rate, BER)을 목적함수로 하며 이를 최소화하는 변환행렬을 생성한다.
아래에서는 기지국(100)과 단말(200) 사이의 상호 정보량(mutual information)을 목적 함수로 하고 이를 최대화하는 변환 행렬(G)을 생성하는 방법을 설명한다.
즉, 간섭 신호의 제거뿐만 아니라 무선 중계기(300)의 성능을 최적화하기 위해서, 변환 행렬(G)을 구하는 문제는 수학식 8의 최적화 문제로 기술될 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00008
수학식 8에서, f는 목적 함수를 나타내고, p는 무선 중계기(300)의 전력 제한 조건을 나타내며, Pr은 무선 중계기(300)의 최대 출력 전력을 나타낸다.
수학식 8의 해를 구하면 최적의 변환 행렬(G)을 구할 수 있다. 하지만, 일반적으로 수학식 8의 해는 폐쇄형 해(closed form solution)로 나타나지 않으므로 수치적인 방법으로 해를 근사적으로 구한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 간섭 채널의 널 공간(null space)으로의 투사 행렬(projection matrix,
Figure 112009073719774-pat00009
)을 이용하여 차선의 변환 행렬을 구한다. 즉, 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 수학식 8에서 마지막 조건(HSG=0)을 제외한 상태에서 변환 행렬(G)의 값을 구한 후에 변환 행렬(G)의 왼쪽에 투사 행렬(projection matrix,
Figure 112009073719774-pat00010
)을 곱함으로써 차선의 변환 행렬을 생성할 수 있다. 차선의 변환행렬은 최적의 변환행렬에 비해 성능이 저하되지만 이미 해가 도출되어 있는 최적의 반이중 방식 중계방식의 해를 그대로 이용할 수 있으므로 구현이 용이하다.
투사 행렬(
Figure 112009073719774-pat00011
)는 수학식 9와 같을 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00012
수학식 9에서,
Figure 112009073719774-pat00013
는 Moore-Penrose 의사역행렬(pseudo inverse)을 나타낸다.
수학식 9의 투사 행렬(
Figure 112009073719774-pat00014
)은 간섭 채널의 채널 행렬(Hs)와 곱해지면 영행렬이 되어 수학식 6 및 수학식 8의 마지막 조건을 만족하게 된다.
이와 같이 투사 행렬(
Figure 112009073719774-pat00015
)이 포함된 통신 시스템의 신호 모델은 도 4와 같이 나타낼 수 있다.
도 4를 참조하면, 수학식 8의 최적화 문제는 수학식 10의 최적화 문제를 바꾸어 풀 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00016
본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 기지국(100)과 단말(200) 사이의 상호 정보량(mutual information)을 최대화하기 위한 목적 함수를 사용하며, 상호 정보량은 수학식 10을 이용하여 수학식 11과 같이 나 타낼 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00017
수학식 11에서, Ps는 기지국(100)의 송신 전력을 나타내고, M은 기지국(100)의 송신 안테나 개수를 나타낸다.
Figure 112009073719774-pat00018
는 무선 중계기(300)의 잡음 분산을 나타내고,
Figure 112009073719774-pat00019
는 단말(200)의 잡음 분산을 나타낸다.
또한, 무선 중계기(300)의 전력 제한 조건으로는 수학식 12의 평균 전력 제한 조건(average power constraint) 또는 수학식 13의 안테나 당 전력 제한 조건(per-antenna power constraint)을 고려할 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 평균 전력 제한 조건을 고려한다.
Figure 112009073719774-pat00020
수학식 12에서, tr{}는 정사각 행렬에서 대각요소들의 합을 나타내고, Rx 및 Rn1은 각각 송신 신호(x)와 잡음(n1)의 공분산행렬(covariance matrix)을 각각 나타낸다. 또한, H는 행렬의 복소공액전치(Hermitian transpose)를 나타낸다.
Figure 112009073719774-pat00021
수학식 13에서, T는 행렬의 전치(transpose)를 나타내고,
Figure 112009073719774-pat00022
는 무선 중계기(300)의 i번째 송신 안테나의 최대 전력을 나타낸다.
변복조 채널(10, 20)의 채널 행렬(H1, H2)의 특이치 분해(singular value decomposition, SVD)가 수학식 14와 같이 주어지면, 수학식 11의 상호 정보량을 최대로 하기 위한 변환 행렬(G)은 수학식 15와 같은 분해 형태를 가지게 된다.
Figure 112009073719774-pat00023
Figure 112009073719774-pat00024
수학식 15에서, V2는
Figure 112009073719774-pat00025
의 오른쪽 특이치 벡터(right singular vector)를 나타내고, U1은 H1의 왼쪽 특이치 벡터(left singular vector)를 나타내며,
Figure 112009073719774-pat00026
는 대각행렬(diagonal matrix)을 나타낸다.
수학식 15의 분해 형태를 수학식 11과 수학식 12에 대입하면, 최적의 변환 행렬(G)을 구하는 문제는 수학식 16의 최적화 문제로 기술될 수 있다.
Figure 112009073719774-pat00027
수학식 16에서,
Figure 112009073719774-pat00028
과
Figure 112009073719774-pat00029
는 각각 H1과
Figure 112009073719774-pat00030
의 k번째 특이 값의 제곱을 나타내고,
Figure 112009073719774-pat00031
는 대각행렬
Figure 112009073719774-pat00032
의 k번째 대각성분을 나타낸다.
즉, 수학식 16으로부터
Figure 112009073719774-pat00033
를 구하면, 대각행렬
Figure 112009073719774-pat00034
의 k번째 대각성분이 구해지며, 이를 수학식 15에 적용하면 변환행렬(G)이 구해진다.
마지막으로, 변환행렬에 투사 행렬(
Figure 112009073719774-pat00035
)을 곱하면 최종적으로 차선의 변환행렬이 구해진다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전이중 방식의 무선 중계기에서 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호를 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 중계기(300)의 신호 변환부(340)는 간섭 채널(30)의 채널 행렬(Hs)과 변복조 채널(10, 20)의 채널 행렬(H1, H2)을 알아야 하므로, 파일럿 신호를 이용하여 변복조 채널(10, 20) 및 간섭 채널(30)을 추정한다(S510).
그런 후에, 기지국(100)으로부터 수신 안테나(310)를 통해 무선 주파수 신호가 수신되면(S520), 수신 처리부(320)는 무선 주파수 신호를 증폭 및 필터링한 후 중간 주파수 신호로 하향 변환하고(S530), ADC(330)는 중간 주파수 신호를 디지털 중간 주파수 신호로 변환한다(S540).
신호 변환부(340)는 변복조 채널(10, 20) 및 간섭 채널(30)의 추정 값으로부터 변환 행렬(G)을 생성한다(S550).
신호 변환부(340)는 디지털 중간 주파수 신호에 변환 행렬(G)을 곱하여 디지털 중간 주파수 신호를 변환한다(S560).
그런 후에, DAC(350)는 변환된 디지털 중간 주파수 신호기 아날로그 중간 주파수 신호로 변환하고(S570), 송신 처리부(360)는 아날로그 중간 주파수 신호를 다시 무선 주파수 신호로 상향 변환하여 증폭 및 필터링한다(S580). 그리고 상향 변환된 무선 주파수 신호는 송신 안테나(370)를 통해 단말(100)로 송신된다(S590).
이와 같이 송신 안테나(370)를 통해 송신되는 무선 주파수 신호는 신호 변환부(340)로부터 생성된 변환 행렬(G)에 의해 변환된 신호로서, 간섭 채널(30)을 통과하면서 상쇄될 수 있다.
도 6은 기지국과 단말 사이의 채널 용량을 나타낸 그래프도이다. 도 6에서는 중계기(300)와 단말(200) 사이의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 20dB인 경우, 기지국(100)과 1×1 반이중 방식의 무선 중계기 사이의 SNR에 따른 채널 용량, 기지국(100)과 1×1 전이중 방식의 무선 중계기 사이의 SNR에 따른 채널 용량 및 기지국(100)과 본 발명의 실시 예에 따른 1×2 전이중 방식의 무선 중계기(300) 사이의 SNR에 따른 채널 용량을 그래프로서 나타내고 있다. 여기서, "1×2"에서 "1"는 무선 중계기(300)의 수신 안테나의 개수를 의미하고, "2"은 송신 안테나의 개수를 의미한다.
도 6을 참조하면, 1×1 반이중 방식의 무선 중계기에 비해 본 발명의 실시 예에 따른 1×2 전이중 방식의 무선 중계기(300)를 사용할 때 채널 용량이 향상되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용할 수 있는 통신 시스템을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전이중 방식의 무선 중계기를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 중계기에서 변환 행렬을 도출하기 위한 신호 모델을 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 신호 모델에서 무선 중계기의 구조에 간섭 채널의 널 공간으로의 투사 행렬을 포함함으로써 간섭 신호가 제거된 신호 모델을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전이중 방식의 무선 중계기에서 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호를 제거하는 방법을 나타낸 도면이고,
도 6은 기지국과 단말 사이의 채널 용량을 나타낸 그래프도이다.

Claims (18)

  1. 기지국과 단말 사이에서 무선 주파수 신호를 중계하는 전이중 방식의 무선 중계기에서 간섭 채널을 통해 수신되는 전자기파 수준(EM-level)의 간섭 신호를 제거하는 방법에 있어서,
    간섭 채널과 기지국과 상기 무선 중계기 사이 및 상기 무선 중계기와 단말 사이의 변복조 채널을 추정하는 단계,
    상기 변복조 채널과 상기 간섭 채널의 추정 값을 이용하고 주어진 목적 함수를 최적화시키고 전력 제한 조건을 만족하며 상기 간섭 채널의 채널 행렬의 널 공간에 속하도록 하는 변환 행렬을 생성하는 단계,
    상기 변환 행렬을 이용하여 수신 신호를 변환하여 송신 신호를 생성하는 단계, 그리고
    상기 송신 신호를 송신하는 단계
    를 포함하며,
    상기 목적 함수는 상기 단말과 기지국 사이의 상호 정보량(mutual information), 상기 단말에서의 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio), 상기 기지국의 송신 신호와 상기 단말의 수신 신호 사이의 평균 제곱 오차(mean square error) 및 상기 기지국의 송신 신호와 상기 단말의 수신 신호 사이의 비트 에러율(bit error rate) 중 적어도 하나를 포함하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 신호는 상기 간섭 채널을 통과하면서 상쇄되는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    상기 채널 행렬의 널 공간으로의 투사 행렬을 생성하는 단계, 그리고
    상기 투사 행렬과 상기 목적 함수 및 상기 전력 제한 조건을 이용하여 상기 변환 행렬을 생성하는 단계
    를 포함하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는,
    파일럿 신호를 이용하여 상기 변복조 채널 및 간섭 채널을 추정하는 단계를 포함하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는 상기 상호 정보량을 최대로 하는 변환 행렬을 생성하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는 상기 신호 대 간섭 및 잡음비를 최대로 하는 변환 행렬을 생성하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는 상기 평균 제곱 오차를 최소로 하는 변환 행렬을 생성하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는 상기 비트 에러율을 최소로 하는 변환 행렬을 생성하는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제한 조건으로 평균 전력 제한 조건 또는 안테나당 전력 제한 조건이 사용되는 전자기파 수준의 간섭 제거 방법.
  12. 전이중 방식의 무선 중계기에 있어서,
    간섭 채널과 기지국과 상기 무선 중계기 사이 및 상기 무선 중계기와 단말 사이의 변복조 채널을 추정하는 채널 추정부,
    상기 변복조 채널과 상기 간섭 채널의 추정 값을 이용하고 주어진 목적 함수를 최적화시키고 전력 제한 조건을 만족하며 상기 간섭 채널의 채널 행렬의 널 공간에 속하도록 하는 변환 행렬을 생성하는 행렬 생성부, 그리고
    상기 변환 행렬을 이용하여 수신 신호를 변환하여 송신 신호를 생성하는 간섭 제거부
    를 포함하며,
    상기 목적 함수는 상기 단말과 기지국 사이의 상호 정보량(mutual information), 상기 단말에서의 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio), 상기 기지국의 송신 신호와 상기 단말의 수신 신호 사이의 평균 제곱 오차(mean square error) 및 상기 기지국의 송신 신호와 상기 단말의 수신 신호 사이의 비트 에러율(bit error rate) 중 적어도 하나를 포함하는 전이중 방식의 무선 중계기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 송신 신호는 상기 간섭 채널을 통과하면서 상쇄되는 전이중 방식의 무선 중계기.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 행렬 생성부는 상기 전력 제한 조건으로 평균 전력 제한 조건 또는 안테나당 전력 제한 조건을 사용하는 전이중 방식의 무선 중계기.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 행렬 생성부는 상기 채널 행렬의 널 공간으로의 투사 행렬을 생성하고, 상기 투사 행렬과 상기 목적 함수 및 상기 전력 제한 조건을 이용하여 상기 변환 행렬을 생성하는 전이중 방식의 무선 중계기.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 수신 신호를 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 수신 처리부,
    상기 중간 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 간섭 제거부로 출력하는 아날로그-디지털 변환부,
    상기 간섭 제거부로부터 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환부, 그리고
    상기 아날로그 신호를 무선 주파수 신호로 상향 변환하여 상기 송신 신호로서 출력하는 송신 처리부
    를 더 포함하는 전이중 방식의 무선 중계기.
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