KR101318297B1 - 수신 ｓｎｒ과 궤환채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템 및 방법, 그리고 이의 저장 매체 - Google Patents

수신 ｓｎｒ과 궤환채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템 및 방법, 그리고 이의 저장 매체 Download PDF

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KR101318297B1 KR1020120127288A KR20120127288A KR101318297B1 KR 101318297 B1 KR101318297 B1 KR 101318297B1 KR 1020120127288 A KR1020120127288 A KR 1020120127288A KR 20120127288 A KR20120127288 A KR 20120127288A KR 101318297 B1 KR101318297 B1 KR 101318297B1
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최준성
장원범
성윤동
안준일
김기선
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 다중 안테나 중계기 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 안테나 간섭 제거 기법과 최소평균제곱오차 기법에 따른 비트 오율 성능에 대한 교차점을 찾고 자기 간섭의 크기와 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 영역에 따라 선택적으로 사용하여 두 기법의 장점을 모두 활용하는 다중 안테나 중계기 시스템에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 안테나 간섭 제거 기법과 최소평균제곱오차 기법에 따른 비트오율 성능에 대한 교차점을 찾고 자기 간섭의 크기와 SNR영역에 따라 선택적으로 사용하여 두 기법의 장점을 모두 활용하는 기법으로 가장 우수한 성능을 나타낼 수 있다.

Description

수신 ＳＮＲ과 궤환채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템 및 방법, 그리고 이의 저장 매체{Multi-antenna relay system and Method for removing self-interference signal based on received SNR and closed-loop channel information, and storage medium thereof}
본 발명은 다중 안테나 중계기 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 안테나 간섭 제거 기법과 최소평균제곱오차 기법에 따른 비트 오율 성능에 대한 교차점을 찾고 자기 간섭의 크기와 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 영역에 따라 선택적으로 사용하여 두 기법의 장점을 모두 활용하는 다중 안테나 중계기 시스템에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 안테나 간섭 제거 기법과 최소평균제곱오차 기법에 따른 비트 오율 성능에 대한 교차점을 찾고 자기 간섭의 크기와 SNR 영역에 따라 선택적으로 사용하여 두 기법의 장점을 모두 활용하는 방법에 대한 것이다.
다중안테나가 장착된 중계기 시스템은 차세대 무선 통신 시스템의 핵심 기술로서 가장 각광 받고 있으며 현재에도 많이 사용되고 있다. 그 이유는 다중안테나가 장착된 중계기 시스템은 셀 반경 영역을 확장시키고 주파수 및 시스템 용량을 향상시키는 등의 많은 이점을 지니고 있기 때문이다.
특히, 같은 시간 같은 주파수를 사용하여 기지국에서 중계기를 통해 단말기로 정보를 전송하는 방법인 전 이중방식을 사용하는 중계기는 반 이중 방식의 사용으로 발생하는 불필요한 주파수 손실을 줄일 수 있다는 점에서 장점으로 주목 받고 있으며 연구가 활발히 진행 중이다.
하지만 전 이중 방식을 사용할 경우 중계기의 송/수신 안테나 사이에서 발생하는 자기 간섭은 채널 용량을 감소시키고 발진 현상을 일으켜 시스템을 불안정하게 만드는 큰 단점이 있다.
이를 해결하기 위해서 지금까지 많은 기법들이 제안되었는데 그 중 가장 대표적인 기법이 추정필터를 사용하는 제로 포싱(zero-forcing)과 최소평균제곱오차 (minimum mean square error) 기법이라 할 수 있다. 가우시안 잡음을 고려하지 않는 제로 포싱과 달리 최소평균제곱오차 기법은 가우시안 잡음까지도 고려하여 자기 간섭을 제거하므로 성능이 더 우수한 것으로 알려져 있다.
이러한 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법을 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 도 1은 기존에 제안된 제로 포싱과 최소평균제곱오차 자기 간섭 제거 기법의 시스템 모델을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 시스템 모델에 따르면 추정필터 A(120)와 B(140)를 만들고 중계기의 앞과 뒤에 붙여주어 자기 간섭을 제거한다.
여기서,
Figure 112012092651044-pat00001
은 자기 간섭 채널,
Figure 112012092651044-pat00002
은 기지국에서 중계기까지의 채널,
Figure 112012092651044-pat00003
은 중계기에서 단말기가지의 채널을 의미한다.
또한,
Figure 112012092651044-pat00004
는 기지국에서 중계기로의 송신 신호,
Figure 112012092651044-pat00005
는 중계기 수신신호,
Figure 112012092651044-pat00006
는 가우시안 잡음,
Figure 112012092651044-pat00007
는 복호 또는 증폭의 중계기법, R(ㅇ)(130)을 거친 후의 신호,
Figure 112012092651044-pat00008
는 중계기에서 단말기로의 송신신호를 의미한다.
추정 필터인 A(120)와 B(140)는 앞서 언급 했듯이 자기 간섭을 제거하기 위한 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법이 적용된 행렬이라 할 수 있다.
도 1의 자기 간섭제거 시스템 모델을 수식으로 표현하면, 중계기 수신신호
Figure 112012092651044-pat00009
는 다음식 (1)과 같다.
Figure 112012092651044-pat00010
(1)
식 (1)에서 결국
Figure 112012092651044-pat00011
이 자기 간섭과 가우시안 노이즈 부분에 속하는 에러이므로 이를 제거하는 것이 목적이라 할 수 있다.
그런데, 기존에 제안된 제로 포싱과 최소평균제곱오차기법으로 만들어진 추정필터 A와 B는 자기 간섭을 제거 할 수 있는데 공통적으로 몇 가지 문제점을 지니고 있다.
우선 제로 포싱과 최소평균제곱오차 자기 간섭 제거 기법은 자기 간섭 신호가 발생하지 않을 경우와 비교해 볼 때 추정 필터 A, B로 인해 중계기의 안테나(110-a 내지 110-n, 150-a 내지 150-n) 중 일부가 자기 간섭제거를 위해 쓰여 불필요한 SNR 손실과 다이버시티 손실이 발생하게 된다.
또한, 도 1처럼 자기 간섭을 제거하기 위해 제로 포싱 기법과 최소평균제곱오차 기법을 사용할 때 중계기의 앞에 추정필터 A와 B를 모두 붙여야 하므로 시스템의 복잡도를 상승시키고 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법을 적용하기 위해 이용되는 특이값 분해(SVD)의 복잡도가 높으므로 알고리즘의 복잡도 또한 높아 전체적인 시스템의 복잡도를 증가시킨다고 할 수 있다.
마지막으로 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법은 자기 간섭의 크기와 상관없이 자기 간섭을 제거하는 기법이다. 다시 말하면 식 (1)에서의 A와 B는 간섭의 크기가 작더라도 그 성능이 중계기의 안테나 개수가 줄어듦으로써 발생하는 SNR 손실과 다이버시티 이득이 손실된 상태로 일정하며 이러한 시스템은 실제적인 구현 측면에서 비효율적이라고 할 수 있다.
이러한 기존에 제안된 제로포싱과 최소평균제곱오차 기법의 세 가지의 문제점을 개선하기위해 새로운 자기간섭제거 기법이 요구됨을 알 수 있다.
1. 한국등록특허번호 10-1063300 2. 한국공개특허번호 10-2009-0058740
본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법에 따른 불필요한 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 손실과 다이버시티 손실이 발생하는 것을 방지하기 위한 수신 SNR과 궤환 채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법에 따른 중계기 시스템의 복잡도를 낮추는 수신 SNR과 궤환 채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 효율적인 구현이 가능한 중계기 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법에 따른 불필요한 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 손실과 다이버시티 손실이 발생하는 것을 방지하기 위한 수신 SNR과 궤환 채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템을 제공한다. 상기 다중 안테나 중계기 시스템은, 다수의 수신 안테나; 상기 다수의 수신 안테나로부터 제 1 송신 신호를 전송받아 처리하는 신호 처리부; 처리된 제 1 송신 신호의 수신 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 및 자기 간섭의 크기를 확인하여 최소평균제곱 오차기법(MMSE: Mimum Mean Square Error) 또는 안테나 선택 기법 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 간섭 제거 및 신호 증폭하여 제 2 송신 신호를 생성하는 기법 처리 선택부; 생성된 제 2 송신 신호를 통신 단말기로 송신하도록 명령하는 제어부; 및 상기 제어부의 명령에 따라 생성된 제 2 송신 신호를 상기 통신 단말기로 출력하는 다수의 송신 안테나;를 포함한다.
이때, 상기 기법 처리 선택부는,
상기 수신 SNR의 크기가 크거나 자기 간섭의 크기가 크면 상기 최소 평균제곱 오차기법을 선택하고, 상기 수신 SNR의 크기가 작거나 자기 간섭의 크기가 작으면 채널의 크기에 따른 안테나 선택 기법을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 안테나 선택 기법은,
채널의 크기(norm)를 구하여 가장 작은 크기(norm)에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널을 거쳐 수신된 SNR을 각각 비교하여 가장 작은 SNR에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 특이값분해를 통하여 가장 작은 특이값에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 및 채널의 용량을 구하여 가장 작은 안테나를 선택하는 기법 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 안테나 선택기법은 비트오율 성능을 향상시키기 위해서 안테나의 개수를 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 안테나 선택 기법의 경우,
상기 제 1 송신 신호로부터의 중계기 수신신호는 다음식
Figure 112012092651044-pat00012
(여기서,
Figure 112012092651044-pat00013
는 중계기 수신신호,
Figure 112012092651044-pat00014
은 기지국에서 중계기까지의 채널,
Figure 112012092651044-pat00015
는 상기 자기간섭 궤환 채널
Figure 112012092651044-pat00016
에서 안테나 선택기법에 의해 차원이 변화된 자기간섭 채널,
Figure 112012092651044-pat00017
는 기지국에서 중계기로의 제 1 송신 신호, B는 추정필터 행렬,
Figure 112012092651044-pat00018
는 복호 또는 증폭의 중계기법을 거친 후의 신호,
Figure 112012092651044-pat00019
는 중계기에서 통신 단말기로의 송신신호,
Figure 112012092651044-pat00020
는 가우시안 잡음을 의미함)에 의하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 출력된 제 2 송신 신호로부터 트레이닝 시퀀스를 통해 자기간섭 궤환 채널의 상태 및 크기를 확인하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 다른 실시예는,
기지국으로부터 정보 신호와 가우시안 잡음 자기 간섭 신호가 혼합된 제 1 송신신호를 수신하는 신호 수신 단계; 수신된 제 1 송신신호로부터 수신 SNR 및 자기 간섭의 크기를 확인하여 최소평균제곱 오차 기법 또는 안테나 선택 기법 중 어느 것을 적용할지를 선택하는 기법 선택 단계; 선택 결과, 선택된 기법을 통해 간섭 제거 및 신호 증폭후 생성된 제 2 송신신호를 통신 단말기로 전송하는 신호 송신 단계; 및 생성된 제 2 송신신호로부터 트레이닝 시퀀스를 통해 자기간섭 궤환 채널의 상태 및 크기를 확인하는 궤환 채널 확인 단계;를 포함하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법을 제공한다.
이때, 상기 기법 선택 단계는,
상기 수신 SNR의 크기가 크거나 자기 간섭의 크기가 크면 상기 최소 평균제곱 오차기법을 선택하는 단계; 및 상기 수신 SNR의 크기가 작거나 자기 간섭의 크기가 작으면 채널의 크기에 따른 안테나 선택 기법을 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 실시예는, 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 자기간섭 신호 제거를 위한 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 안테나 간섭 제거 기법과 최소평균제곱오차 기법에 따른 비트오율 성능에 대한 교차점을 찾고 자기 간섭의 크기와 SNR영역에 따라 선택적으로 사용하여 두 기법의 장점을 모두 활용하는 기법으로 가장 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 상대적으로 강한 자기 간섭신호에 트레이닝 시퀀스를 실어 전송한다면 자기 간섭 채널의 상태 및 간섭의 크기를 알 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 중계기에서 수신된 SNR 분석을 통해 간섭의 크기와 수신 SNR의 크기를 동시에 알 수 있으므로 이 상관관계를 통하여 두 기법을 선택하여 사용하는 기법의 요건을 충족하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 제로 포싱과 최소평균제곱오차 자기 간섭 제거 기법의 시스템 모델을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중계기 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 기법을 적용한 자기간섭제거 시스템 모델이다.
도 4는 도 3에 도시된 안테나 선택 기법 중 크기(norm) 선택 기법을 사용한 자기 간섭을 제거한 비트오율 성능을 보여주는 그래프이다.
도 5는 중계기의 송신 안테나 개수를 늘림으로써 도 3에 도시된 안테나 선택기법의 비트오율 성능을 향상시킨 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 최소평균제곱오차 기법과 안테나 선택 기법을 중계기 수신 SNR(Signal-to-Noise Ratio)과 간섭의 크기에 따라 선택적으로 사용하는 과정을 보여주는 순서도를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 수신 SNR(Signal-to-Noise Ratio)과 궤환 채널 정보에 기반한 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중계기 시스템의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 중계기 시스템(200)은, 수신 안테나(110-a 내지 110-n), 상기 수신 안테나(110-a 내지 110-n)로부터 정보 신호를 전송받아 신호 처리하는 신호 처리부(230), 처리된 신호 중 수신 SNR 및 자기 간섭의 크기를 통해 최소평균제곱 오차기법 또는 안테나 선택 기법 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 간섭 제거 및 신호 증폭하는 기법 처리 선택부(210), 상기 신호 처리부(230) 및 기법 처리 선택부(210)를 제어하는 제어부(200), 증폭된 신호를 통신 단말기로 전송하는 송신 안테나(150-a 내지 150-n) 등을 포함하여 구성된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 기법을 적용한 자기간섭제거 시스템 모델이다. 부연하면, 기존의 제로 포싱과 최소평균제곱오차 자기간섭제거 기법의 단점을 해결하기 위해 새로운 간섭 제거 기법이 필요하다.
기존에 제안되었던 제로 포싱과 최소평균제곱오차 기법의 분석을 통해 추정 필터 A가 행렬의 차수를 변화시켜 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 손실과 다이버시티 손실을 발생시키는 것을 알게 되었다.
이러한 이유로 도 3에 따른 안테나 선택 기법을 적용한 자기간섭제거 시스템 모델은 추정필터 A를 제거함으로써 SNR 및 다이버시티 손실을 줄이고 시스템의 복잡도 또한 낮출 수 있다.
또한, 자기 간섭을 제거하기 위해 추정필터 B에 자기 간섭 제거를 위한 안테나 선택기법의 적용이 새롭게 제안되었다.
도 3은 안테나 선택 기법을 적용한 자기간섭제거 시스템 모델로 도 3에서의
Figure 112012092651044-pat00021
는 도 1에 도시된 기존의 자기간섭 채널
Figure 112012092651044-pat00022
에서 안테나 선택기법에 의해 차원이 변화된 자기간섭 채널을 의미한다. 안테나 선택 기법이 적용된 도 2에서 수신 안테나(110-a 내지 110-n)를 통하여 수신되는 중계기 수신 신호
Figure 112012092651044-pat00023
는 다음식 (2)와 같다.
Figure 112012092651044-pat00024
(2)
여기서,
Figure 112012092651044-pat00025
은 기지국에서 중계기까지의 채널,
Figure 112012092651044-pat00026
는 기존의 자기간섭 채널
Figure 112012092651044-pat00027
에서 안테나 선택기법에 의해 차원이 변화된 자기간섭 채널을 의미한다.
또한,
Figure 112012092651044-pat00028
는 기지국에서 중계기로의 송신 신호, B는 추정필터 행렬,
Figure 112012092651044-pat00029
는 복호 또는 증폭의 중계기법 R(ㅇ)(330)을 거친 후의 신호,
Figure 112012092651044-pat00030
는 송신 안테나(150-a 내지 150-n)를 통하여 중계기에서 통신 단말기로의 송신신호,
Figure 112012092651044-pat00031
는 가우시안 잡음을 의미한다.
또한, 도 3에서,
Figure 112012092651044-pat00032
은 중계기에서 단말기가지의 채널을 의미하고,
Figure 112012092651044-pat00033
는 중계기에서 통신 단말기(달리 표현하면 이동국이라 명칭될 수 있음)로의 송신신호를 의미한다.
이하에서는, 중계기에서 통신 단말기로의 송신신호
Figure 112012092651044-pat00034
는 기지국에서 중계기로의 송신 신호
Figure 112012092651044-pat00035
와 구별을 위해서 제 2 송신신호, 송신 신호
Figure 112012092651044-pat00036
는 제 1 송신신호가 된다. 또한, 신호
Figure 112012092651044-pat00037
는 추정필터 B(340)에 의해 생성 제 2 송신신호
Figure 112012092651044-pat00038
가 된다.
즉, 추정필터 B(340)에 자기 간섭 제거를 위한 안테나 선택기법이 적용되도록 안테나 스위칭 수단이 포함될 수 있다. 따라서, 송신 안테나(150) 중에 선별적으로 선택되어 제 2 송신신호
Figure 112012092651044-pat00039
가 통신 단말기로 전송된다.
기존에 제안된 안테나 선택 기법은 대표적으로 채널의 크기(norm)를 구하여 가장 큰 크기(norm)에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널을 거쳐 수신된 SNR을 각각 비교하여 가장 큰 SNR에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 특이값 분해를 통하여 가장 큰 특이값에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 용량을 구하여 가장 큰 안테나를 선택하는 기법이 있다.
하지만 공통적으로 이러한 기법들은 기존에 자기간섭을 제거하는 목적이 아니라 다이버시티 이득을 얻고 최상의 SNR 이득을 얻기 위한 알고리즘으로 제안되었다.
이러한 이유로 자기간섭을 제거하기 위해 위에서 언급한 네 가지 알고리즘을 수정하였고 이는 기존에 제안된 기법과는 반대로 채널의 크기(norm)를 구하여 가장 작은 크기(norm)에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널을 거쳐 수신된 SNR을 각각 비교하여 가장 작은 SNR에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 특이값분해를 통하여 가장 작은 특이값에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 용량을 구하여 가장 작은 안테나를 선택하는 기법이다.
도 4는 도 3에 도시된 안테나 선택 기법 중 크기(norm) 선택 기법을 사용한 자기 간섭을 제거한 비트오율 성능을 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 비트 오율 성능 비교 실험을 통하여 이러한 기법 네 가지 모두 같은 성능을 나타냄을 확인 할 수 있다. 즉, X축이 자기 간섭의 크기(SIR)이고, Y축이 비트오율(BER: Bit Error Ratio)이며, 종래 기술에 따른 최소평균제곱오차 기법에 따른 MMSE(Minimum Mean Square Error)(12dB SNR),MMSE(15dB SNR),MMSE(18dB SNR) SNR(Signal-to-Noise Ratio) 곡선(400 내지 420), 본 발명에 따른 제안 SNR 곡선(430 내지 450)이 도시된다.
즉, 자기 간섭을 제거하기 위해 제안된 크기(norm) 선택 기법을 사용한 안테나 선택 기법은 도 4와 비트 오률 성능을 보인다.
결국 도 4에 도시된 바와 같이, 복잡도가
Figure 112012092651044-pat00040
에 해당하는 안테나 선택 기법 중 크기(norm) 선택 기법이 가장 효율적이라 할 수 있겠다.
도 4를 계속 참조하면, 자기 간섭의 크기를 감소시킴에도 불구하고 기존에 제안된 최소평균제곱오차 기법은 비트오율 성능이 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
하지만 안테나 선택 기법을 통한 자기간섭제거 성능은 자기 간섭의 크기가 감소됨에 따라 비트오율 성능이 좋아짐을 알 수 있다. 이렇듯 안테나 선택을 통한 자기 간섭 제거 기법은 낮은 SNR 영역에서 높은 신호대 간섭비의 영역에서 기존에 제안된 최소평균제곱오차 기법의 성능보다 비트오율 성능이 더 우수하고 시스템 및 알고리즘의 복잡도 측면에서 또한 우수하다고 할 수 있다.
도 5는 중계기의 송신 안테나 개수를 늘림으로써 도 3에 도시된 안테나 선택기법의 비트오율 성능을 향상시킨 결과를 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 안테나 선택기법의 비트오율 성능을 향상시키기 위해서 추가적인 제안으로 안테나의 개수를 늘리는 기법이 있다.
이는 비용측면에서도 비용이 크게 소요되는 RF 체인 즉 선택되어지는 안테나의 개수를 고정시키고 적은 비용이 소요되는 안테나의 개수를 증가시키는 것이므로 비용 효율 측면에서도 우수하다고 할 수 있다.
도 5의 그래프에서, 수신 안테나(Nc)는 2개이고, 송신 안테나(Nt)는 3개(500), 4개(510), 및 5개(520)인 경우 자기 간섭 제거 기법의 비트오율성능(BER)이 도시된다.
하지만 이러한 안테나 선택을 통한 자기 간섭 제거 기법은 간섭을 완벽히 제거하는 기법이 아니라 여러 개의 안테나 중 간섭이 가장 큰 안테나를 회피하는 기법이기 때문에 높은 SNR 영역에서나 자기 간섭의 크기가 강할 경우에는 기존에 제안된 최소평균제곱오차 기법보다 비트오율 성능이 좋지 않다.
그렇기 때문에 안테나 간섭 제거 기법과 최소평균제곱오차 기법에 따른 비트오율 성능에 대한 교차점을 찾고 자기 간섭의 크기와 SNR영역에 따라 선택적으로 사용하여 두 기법의 장점을 모두 활용하는 기법이 가장 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
상대적으로 강한 자기 간섭신호에 트레이닝 시퀀스를 실어 전송한다면 자기 간섭 채널의 상태 및 간섭의 크기를 알 수 있다. 또한 중계기에서 수신된 SNR 분석을 통해 간섭의 크기와 수신 SNR의 크기를 동시에 알 수 있으므로 이 상관관계를 통하여 두 기법을 선택하여 사용하는 기법이 요구된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 최소평균제곱오차 기법과 안테나 선택 기법을 중계기 수신 SNR과 간섭의 크기에 따라 선택적으로 사용하는 과정을 보여주는 순서도를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 기지국으로부터 정보 신호가 채널
Figure 112012092651044-pat00041
를 통해 중계기(200)로 전송된다(단계 S600).
기지국으로부터 전송된 정보 신호와 가우시안 잡음 자기 간섭 신호가 혼합된 제 1 송신신호가 중계기(200)에 도달한다(단계 S610).
제 1 송신신호로부터의 수신 SNR 및 자기 간섭의 크기를 확인하여 최소평균제곱 오차(MMSE: Mimum Mean Square Error) 기법 또는 안테나 선택 기법 중 어느 것을 적용할지를 선택한다(단계 S620). 부연하면, 상기 수신 SNR의 크기가 크거나 자기 간섭의 크기가 크면 상기 최소 평균제곱 오차기법을 선택하고, 상기 수신 SNR의 크기가 작거나 자기 간섭의 크기가 작으면 채널의 크기에 따른 안테나 선택 기법을 선택한다.
선택 결과, 선택된 중계기 출력 방식을 통해 간섭 제거 및 신호 증폭후 생성된 제 2 송신신호를 통신 단말기로 전송한다(단계 S630).
트레이닝 시퀀스를 통해 자기간섭 궤환 채널의 상태 및 크기를 확인한다(단계 S640).
확인후, 단계 S630 내지 단계 S640이 반복 수행된다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기간섭 신호 제거를 위한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관등의 전송 매체일 수도 있다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 본 발명의 일실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
200: 중계기 시스템
110a 내지 110n: 수신 안테나
150a 내지 150n: 송신 안테나
210: 제어부
220: 기법 처리 선택부
230: 신호 처리부

Claims (13)

  1. 다수의 수신 안테나;
    상기 다수의 수신 안테나로부터 제 1 송신 신호를 전송받아 처리하는 신호 처리부;
    처리된 제 1 송신 신호의 수신 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 및 자기 간섭의 크기를 확인하여 최소평균제곱 오차기법(MMSE: Mimum Mean Square Error) 또는 안테나 선택 기법 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 간섭 제거 및 신호 증폭하여 제 2 송신 신호를 생성하는 기법 처리 선택부;
    생성된 제 2 송신 신호를 통신 단말기로 송신하도록 명령하는 제어부; 및
    상기 제어부의 명령에 따라 생성된 제 2 송신 신호를 상기 통신 단말기로 출력하는 다수의 송신 안테나;
    를 포함하는 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기법 처리 선택부는,
    상기 수신 SNR의 크기가 크거나 자기 간섭의 크기가 크면 상기 최소 평균제곱 오차기법을 선택하고, 상기 수신 SNR의 크기가 작거나 자기 간섭의 크기가 작으면 채널의 크기에 따른 안테나 선택 기법을 선택하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 선택 기법은,
    채널의 크기(norm)를 구하여 가장 작은 크기(norm)에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널을 거쳐 수신된 SNR을 각각 비교하여 가장 작은 SNR에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 특이값분해를 통하여 가장 작은 특이값에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 및 채널의 용량을 구하여 가장 작은 안테나를 선택하는 기법 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 안테나 선택기법은 비트오율 성능을 향상시키기 위해서 안테나의 개수를 증가하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 안테나 선택 기법의 경우, 상기 제 1 송신 신호로부터의 중계기 수신신호는 다음식
    Figure 112012092651044-pat00042
    (여기서,
    Figure 112012092651044-pat00043
    는 중계기 수신신호,
    Figure 112012092651044-pat00044
    은 기지국에서 중계기까지의 채널,
    Figure 112012092651044-pat00045
    는 상기 자기간섭 궤환 채널
    Figure 112012092651044-pat00046
    에서 안테나 선택기법에 의해 차원이 변화된 자기간섭 채널,
    Figure 112012092651044-pat00047
    는 기지국에서 중계기로의 제 1 송신 신호, B는 추정필터 행렬,
    Figure 112012092651044-pat00048
    는 복호 또는 증폭의 중계기법을 거친 후의 신호,
    Figure 112012092651044-pat00049
    는 중계기에서 통신 단말기로의 송신신호,
    Figure 112012092651044-pat00050
    는 가우시안 잡음을 의미함) 에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    출력된 제 2 송신 신호로부터 트레이닝 시퀀스를 통해 자기간섭 궤환 채널의 상태 및 크기를 확인하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 다중 안테나 중계기 시스템.
  7. 기지국으로부터 정보 신호와 가우시안 잡음 자기 간섭 신호가 혼합된 제 1 송신신호를 수신하는 신호 수신 단계;
    수신된 제 1 송신신호로부터 수신 SNR 및 자기 간섭의 크기를 확인하여 최소평균제곱 오차 기법 또는 안테나 선택 기법 중 어느 것을 적용할지를 선택하는 기법 선택 단계;
    선택 결과, 선택된 기법을 통해 간섭 제거 및 신호 증폭후 생성된 제 2 송신신호를 통신 단말기로 전송하는 신호 송신 단계; 및
    생성된 제 2 송신신호로부터 트레이닝 시퀀스를 통해 자기간섭 궤환 채널의 상태 및 크기를 확인하는 궤환 채널 확인 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기법 선택 단계는,
    상기 수신 SNR의 크기가 크거나 자기 간섭의 크기가 크면 상기 최소 평균제곱 오차기법을 선택하는 단계; 및
    상기 수신 SNR의 크기가 작거나 자기 간섭의 크기가 작으면 채널의 크기에 따른 안테나 선택 기법을 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 안테나 선택 기법은,
    채널의 크기(norm)를 구하여 가장 작은 크기(norm)에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널을 거쳐 수신된 SNR을 각각 비교하여 가장 작은 SNR에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 채널의 특이값분해를 통하여 가장 작은 특이값에 해당하는 안테나를 선택하는 기법, 및 채널의 용량을 구하여 가장 작은 안테나를 선택하는 기법 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 안테나 선택기법은 비트오율 성능을 향상시키기 위해서 안테나의 개수를 증가하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 안테나 선택 기법의 경우, 상기 제 1 송신 신호로부터의 중계기 수신신호는 다음식
    Figure 112012092651044-pat00051
    (여기서,
    Figure 112012092651044-pat00052
    는 중계기 수신신호,
    Figure 112012092651044-pat00053
    은 기지국에서 중계기까지의 채널,
    Figure 112012092651044-pat00054
    는 상기 자기간섭 궤환 채널
    Figure 112012092651044-pat00055
    에서 안테나 선택기법에 의해 차원이 변화된 자기간섭 채널,
    Figure 112012092651044-pat00056
    는 기지국에서 중계기로의 제 1 송신 신호, B는 추정필터 행렬,
    Figure 112012092651044-pat00057
    는 복호 또는 증폭의 중계기법을 거친 후의 신호,
    Figure 112012092651044-pat00058
    는 중계기에서 통신 단말기로의 송신신호,
    Figure 112012092651044-pat00059
    는 가우시안 잡음을 의미함)에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    출력된 제 2 송신 신호로부터 트레이닝 시퀀스를 통해 자기간섭 궤환 채널의 상태 및 크기를 확인하는 것을 특징으로 하는 자기간섭 신호 제거를 위한 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 자기간섭 신호 제거를 위한 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체
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