KR101690120B1 - 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치 및 방법, 그리고 수신기 - Google Patents

적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치 및 방법, 그리고 수신기 Download PDF

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KR101690120B1
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Abstract

본 발명은 적응적 무선-주파수 소거 장치 및 방법, 수신기 및 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템을 제공한다. 본 장치는 무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고, 무선-주파수 조정 신호를 감산기에 출력하도록 구성된 진폭 위상 조정 모듈; 진폭 위상 조정 모듈에 의해 출력된 무선-주파수 조정 신호와 무선-주파수 수신 신호를 수신하고, 무선-주파수 잔여 신호를 출력하도록 구성된 감산기 - 여기서, 무선-주파수 잔여 신호는 무선-주파수 수신 신호와 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호임 -; 및 진폭 위상 제어를 획득하여 진폭 위상 조정 모듈(1)에 출력하기 위해, 감산기에 의해 출력된 무선-주파수 기준 신호 및 무선-주파수 잔여 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하도록 구성된 기저대 추출 및 필터링 모듈을 포함한다. 본 발명은 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 채용하여, 더 빠른 수렴 속도를 가지고 더 정확한 추정 결과를 제공한다.

Description

적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치 및 방법, 그리고 수신기{ADAPTIVE RADIO-FREQUENCY INTERFERENCE CANCELLING DEVICE AND METHOD, AND RECEIVER}
본 발명은 무선 풀 듀플렉스 시스템 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 적응적 무선-주파수 소거 장치 및 방법, 그리고 수신기에 관한 것이다.
이동 셀룰러 통신 시스템, 근거리 무선 통신망(Wireless Local Area Network, WLAN), 및 고정 무선 접속(Fixed Wireless Access, FWA) 등과 같은 무선 통신 시스템에서는, 기지국(Base Station, BS) 또는 액세스 포인트(Access Point, AP), 중계국(Relay Station, RS), 및 사용자 기기(User Equipment, UE) 등과 같은 통신 노드는 보통 다른 통신 노드의 신호를 수신하고 자신의 신호를 전송하는 능력을 가진다. 무선 신호가 무선 통신 채널에서 크게 감소하기 때문에, 전송되는 신호와 비교하면, 통신 피어(peer)로부터 수신된 신호들은 수신단에 도착하였을 때 매우 약해진다. 예를 들어, 이동 셀룰러 통신 시스템에서의 통신 노드의 전송 신호와 수신 신호 사이의 전력(power) 차이는 80dB-140dB, 또는 이보다 더 크게 된다. 따라서, 동일한 송수신기의 수신 신호에 대한 전송 신호의 간섭을 회피하기 위해, 무선 신호들은 보통 상이한 시간 주기에서 상이한 주파수로 전송 및 수신된다. 예를 들어, 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex, FDD)에서는, 방호 대역(guard band)을 가지고 분리된 상이한 주파수 대역을 이용함으로써 전송 및 수신이 수행된다. 시간 분할 듀플렉스(Time Division Duplex, TDD)에서는, 방호 간격(guard interval)을 가지고 분리된 상이한 시간 주기를 이용함으로써 전송 및 수신이 수행된다. FDD에서의 방호 대역과 TDD에서의 방호 간격은, 전송이 수신에 간섭하는 것을 방지하도록, 모두 수신과 전송이 완전히 단절되도록 하기 위해 이용된다.
종래의 FDD 기술 또는 TDD 기술과 달리, 무선 풀 듀플렉스 기술은 동일한 무선 채널에서 수신과 전송을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 이론적으로는, 무선 풀 듀플렉스의 주파수 스펙트럼 효율이 FDD 기술 또는 TDD 기술의 두 배에 이른다. 물론, 유용한 신호의 수신을 집결시키는데 자기-간섭이 영향을 주지 않을 수 있도록, 동일한 송수신기의 전송 신호로부터 수신 신호로의 강한 간섭(자기-간섭, 자기-인터페이스로 호칭됨)이 가능한 한 회피되고, 감소되고, 또는 제거되는 것이, 무선 풀 듀플렉스 기술을 실현하기 위한 전제 조건에 해당한다.
도 1은 전송기와 수신기를 포함하는 종래의 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템의 구조를 도시한다. 전송기는 전송 디지털 프로세서, 디지털-투-아날로그 컨버터, 업-컨버터, 전력 증폭시, 및 전송 안테나를 포함한다. 수신기는 수신 안테나, 무선-주파수 간섭 소거 장치, 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA),다운-컨버터, 아날로그-투-디지털 컨버터, 디지털 간섭 소거 장치, 및 수신 디지털 프로세서를 포함한다. 수신기에 의해 수신되는 무선-주파수 수신 신호는 자기-간섭 신호와 유용한 신호를 포함하고, 자기-간섭 신호의 전력은 유용한 신호의 전력보다 훨씬 더 높다. 따라서, 자기-간섭 신호가 무선-주파수 수신 신호로부터 소거되어야 하고, 그렇지 않으면 LNA 등과 같은 수신기 전단(receiver front end)의 모듈들이 차단(block)될 것이다. 그러므로, 종래기술에서는, LNA에 앞서, 무선-주파수 간섭 소거 장치가 전송기의 전력 증폭시에 의해 증폭된 이후에 입력되는 무선-주파수 신호를 기준 신호로서 취하고, 진폭 및 위상 등과 같은, 로컬 전송 안테나로부터 수신 안테나로의 채널 파라미터를 추정하며, 기준 신호를 조정하여 수신 신호 내에 구성된 자기-간섭 신호와 가능한 한 근접하게 구성함으로써, 아날로그 도메인 내의 수신 안테나에 의해 수신되는 로컬 자기-간섭 신호를 소거한다. 구체적으로, 종래의 수신기 내의 무선-주파수 간섭 소거 장치는, 수신 신호 강도 지시자(Received Signal Strength Indicator, RSSI) 방식에 주로 기초하여, 진폭 및 위상 등을 포함하는. 무선-주파수 간섭 신호의 대응하는 조정을 수행하고, 이후 무선-주파수 수신 신호에 대해 소거 동작을 수행한다. 도 2에 도시된 것처럼, 진폭 위상 조정 모듈, 감산기(subtractor), RSSI 검출 모듈, 및 진폭 위상 검색 처리 모듈을 포함하는, RSSI 검출에 기초한 종래의 무선-주파수 간섭 소거 장치의 구조를 도시한다. 무선-주파수 간섭 신호는 진폭 위상 조정 모듈에 의해 조정되고, 이후 무선-주파수 수신 신호로부터 소거된다. 이 소거 이후에, 무선-주파수 잔여 신호는 RSSI 검출 모듈에 의해 검출된다. 진폭 위상 검색 처리 모듈은 진폭 및 위상 검색 알고리즘을 이용하여 RSSI 검출 결과를 처리하고, 진폭 위상 제어 신호를 생성하며, 검색 단계 크기(search step size)를 조정하고, 다음 조정을 위해 진폭 및 위상을 갱신한다.
그러나, RSSI 검출에 기초한 종래의 자기-간섭 소거 방법에서는, RSSI 검출 모듈이 단지 조정된 검색 단계 크기의 절대값만 획득할 수 있고, 대응하는 단계 크기에 의해 현재 진폭 및 위상을 증가 또는 감소시킬지를 판정하기 위해, 진폭 위상 검색 처리 모듈은 추가로 조정에 대한 방향(orientation)을 검색해야 한다. 여기서, 진폭과 위상의 방향들은 동시적으로 검색 및 판정되어야 한다. 따라서, 이 진폭 위상 검색 알고리즘은 느리게 수렴(converge)하고, 일부의 파라미터가 조정될 상황에만 적용 가능하며, 낮은 수렴 속도에 기인하여 파라미터 변화를 제때 따르지 못할 수 있고, 그 추정 정확도가 영향을 받게 된다.
상술한 문제점들의 측면에서, 본 발명의 목적은, 종래의 RSSI 검출에 기초한 자기-간섭 소거 검색 방법에 존재하는, 무선-주파수 간섭 신호에 대한 자기-간섭 신호의 진폭 및 위상의 부정확한 추정 및 느린 수렴 속도라는 기술적 문제점들을 해결하기 위해, 적응적 무선-간섭 소거 장치 및 방법, 수신기, 및 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템을 제공하는 것이다.
제1 태양에서, 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치는:
무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고, 무선-주파수 조정 신호를 감산기에 출력하도록 구성된 진폭 위상 조정 모듈;
상기 진폭 위상 조정 모듈(1)에 의해 출력된 상기 무선-주파수 조정 신호와 상기 무선-주파수 수신 신호를 수신하고, 무선-주파수 잔여 신호를 출력하도록 구성된 상기 감산기 - 상기 무선-주파수 잔여 신호는 상기 무선-주파수 수신 신호와 상기 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호(difference signal)임 -; 및
진폭 위상 제어를 획득하기 위해 상기 감산기에 의해 출력된 상기 무선-주파수 기준 신호 및 상기 무선-주파수 잔여 신호를 수신하고 기저대(baseband) 신호를 추출하며 상기 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리(least mean squares adaptive filtering processing)를 수행하고, 상기 진폭 위상 조정 모듈에 출력하도록 구성된 기저대(baseband) 추출 및 필터링 모듈 - 상기 진폭 위상 제어 신호는 상기 진폭 위상 조정 모듈을 제어하여 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상을 조정하기 위해 이용됨 -을 포함한다.
제1 태양의 가능한 제1 구현 방식에서는, 상기 기저대 추출 및 필터링 모듈은 제1 곱셈기(multiplier), 제1 저역통과 필터, 위상 시프터(phase shifter), 제2 곱셈기, 제2 저역통과 필터, 및 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈을 포함하고, 상기 무선-주파수 기준 신호는 2개의 신호로 분리되어, 하나의 신호는 상기 제1 곱셈기에 의해 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합(mix)되고 상기 제1 저역통과 필터를 통과하여 제1 기저대 곱 신호(baseband product signal)를 획득하고, 다른 분리된 무선-주파수 기준 신호는 상기 위상 시프터를 통해 90도 위상 시프트되고, 상기 제2 곱셈기에 의해 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되며, 상기 제2 저역통과 필터에 의해 필터링되어 제2 기저대 곱 신호를 획득하며, 상기 제1 기저대 곱 신호 및 제2 기저대 곱 신호는 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈에 입력되어, 상기 진폭 위상 조정 모듈을 제어하는데 이용되는 진폭 위상 제어 신호를 생성한다.
제1 태양의 가능한 제1 구현 방식에 따라, 가능한 제2 구현 방식에서는, 상기 진폭 위상 제어 신호는 조정 계수 신호(adjustment coefficient signal)이고, 상기 진폭 위상 조정 모듈은 상기 수신된 조정 계수 신호에 따라 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상을 조정한다.
제2 태양에서, 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법은:
무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고 무선-주파수 조정 신호를 출력하는 단계;
무선-주파수 잔여 신호를 출력하는 단계 - 상기 무선-주파수 잔여 신호는 상기 무선-주파수 수신 신호와 상기 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호임 -; 및
진폭 위상 제어 신호를 획득하기 위해, 상기 무선-주파수 잔여 신호 및 상기 무선-주파수 기준 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 상기 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하는 단계 - 상기 진폭 위상 제어 신호는 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 조정을 제어하기 위해 이용됨 -를 포함한다.
제2 태양의 가능한 제1 구현 방식에서는, 상기 진폭 위상 제어 신호를 획득하기 위해, 상기 무선-주파수 잔여 신호 및 상기 무선-주파수 기준 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 상기 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하는 단계는:
상기 무선-주파수 기준 신호를 2개의 신호로 분리하고, 2개의 분리된 신호 중 하나를 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합하고, 저역통과 필터링을 수행하여 제1 기저대 곱 신호를 획득하는 단계;
다른 분리된 무선-주파수 기준 신호를 90도 위상 시프트하고, 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합하며, 저역통과 필터링을 수행하여 제2 기저대 곱 신호를 획득하는 단계; 및
상기 제1 기저대 곱 신호 및 제2 기저대 곱 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하여 진폭 위상 제어 신호를 생성하는 단계 - 상기 진폭 위상 제어 신호는 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 조정을 제어하는데 이용됨 -를 포함한다.
제3 태양에서, 상기 수신기는 수신 안테나, 저잡음 증폭기, 다운-컨버터, 아날로그-투-디지털 컨버터, 디지털 간섭 소거 장치, 및 수신 디지털 신호 프로세서를 포함하고, 상기 수신기는 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치를 더 포함하며, 상기 수신 안테나, 상기 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치, 상기 저잡음 증폭기, 상기 다운-컨버터, 상기 아날로그-투-디지털 컨버터, 상기 디지털 간섭 소거 장치, 및 상기 수신 디지털 신호 프로세서는 순차 접속되고, 상기 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치에는 전송기로부터의 무선-주파수 기준 신호가 추가로 입력되고, 상기 디지털 간섭 소거 장치에는 상기 전송기로부터의 디지털 기준 신호가 추가로 입력된다.
제4 태양에서는, 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템은 전송기와 전술한 수신기를 포함하고, 상기 전송기는 순차 접속된 전송 디지털 신호 프로세서, 디지털-투-아날로그 컨버터, 업-컨버터, 전력 증폭기, 및 전송 안테나를 포함하며, 상기 전력 증폭기에 의해 출력된 무선-주파수 기준 신호는 상기 수신기의 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치에 입력되고, 상기 전송 디지털 신호 프로세서에 의해 출력된 디지털 기준 신호는 상기 수신기의 디지털 간섭 소거 장치에 입력된다.
본 발명은 최소 제곱 평균(Least mean squares, LMS) 적응적 필터링 알고리즘에 기초한 무선-주파수 간섭 소거 솔루션을 채용한다. LMS 적응적 필터링 알고리즘이 무선-주파수 아날로그 도메인 내에서 실행되기 때문에, 직접 고주파 무선-주파수 신호를 샘플링(sampling)할 수 없고, 따라서 이 알고리즘은 일반적으로 디지털 기저대에서만 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 기저대 추출 및 필터링 모듈은 무선-주파수 기준 신호와 무선-주파수 잔여 신호로부터 기저대 신호를 직접 추출하고, LMS 적응적 필터링 알고리즘을 이용하여 기준 신호에 대한 자기-간섭 신호의 진폭 및 위상을 추정하여, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고 이를 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-기준 신호에 수렴하도록 한다. RSSI 검출에 기초한 종래의 알고리즘과 비교하여, LMS 적응적 필터링 알고리즘은 더 빠른 수렴 속도를 가지며, 더 정확한 추정 결과를 제공한다.
도 1은 종래의 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템의 구조도이다.
도 2는 RSSI 검출에 기초한 종래의 무선-주파수 간섭 소거 장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치의 구조도이다.
도 5는 LMS 적응적 필터링 알고리즘 및 RSSI 검출에 기초한 진폭 위상 검색 알고리즘의 MSE 성능 비교도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 수신기의 구조도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템의 구조도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결수단, 및 장점들을 더욱 명확하게 하기 위해, 첨부한 도면들 및 실시예들을 참고하여 본 발명이 추가로 상세하게 설명된다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 단지 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 의도가 아님을 이해하여야 한다.
본 발명의 기술적 해결수단들은 이하의 실시예들을 통해 설명된다.
제1 실시예
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치의 구조를 보여준다. 본 발명의 실시예와 관련된 부분들은 설명의 편리함을 위해 도시된 것일 뿐이다.
본 실시예에 따르는 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치는:
무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고, 무선-주파수 조정 신호를 감산기(2)에 출력하도록 구성된 진폭 위상 조정 모듈(1);
진폭 위상 조정 모듈(1)에 의해 출력된 무선-주파수 조정 신호와 무선-주파수 수신 신호를 수신하고, 무선-주파수 잔여 신호를 출력하도록 구성된 감산기(2) - 여기서, 무선-주파수 잔여 신호는 무선-주파수 수신 신호와 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호(difference signal)임 -; 및
진폭 위상 제어를 획득하여 진폭 위상 조정 모듈(1)에 출력하기 위해, 감산기(2)에 의해 출력된 무선-주파수 기준 신호 및 무선-주파수 잔여 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리(least mean squares adaptive filtering processing)를 수행하도록 구성된 기저대 추출 및 필터링 모듈(3) - 여기서, 진폭 위상 제어 신호는 진폭 위상 조정 모듈(1)을 제어하여 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상을 조정하기 위해 이용됨 -을 포함한다.
본 실시예에 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 적용하기 위해, LMS 적응적 필터링 알고리즘은 직접 고주파 무선-주파수 신호를 샘플링할 수 없기 때문에, 본 실시예에서는, 기저대 추출 및 필터링 모듈(3)이 무선-주파수 기준 신호와 무선-주파수 잔여 신호로부터 기저 신호(base signal)를 추출하고, 진폭 위상 제어 신호를 획득하기 위해 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 이용하여 기저대 신호를 처리하며, 이후 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 점진적(gradual) 조정을 보상하기 위해 진폭 위상 제어 신호에 따라 진폭 위상 제어 모듈(1)을 제어하여, 무선-주파수 기준 신호가, 연속된 반복 제어를 통해 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록 한다. RSSI 검출에 기초한 종래의 알고리즘과 비교하여, LMS 적응적 필터링 알고리즘은 더 빠른 수렴 속도를 가지며, 더 정확한 추정 결과를 제공한다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치의 구조를 보여준다. 본 발명의 실시예와 관련된 부분들은 설명의 편리함을 위해 도시된 것일 뿐이다.
본 실시예에 의해 제공되는 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치는, 제1 실시예에서 설명된 것처럼 진폭 위상 조정 모듈(1), 감산기(2), 및 기저대 추출 및 필터링 모듈(30)을 포함한다. 도 4에 도시된 것처럼, 기저대 추출 및 필터링 모듈(3)은 제1 곱셈기(31), 제1 저역통과 필터(32), 위상 시프터(33), 제2 곱셈기(34), 제2 저역통과 필터(35), 및 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈(36)을 포함한다. 무선-주파수 기준 신호는 2개의 신호로 분리되고, 하나의 신호는 제1 곱셈기(31)에 의해 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되고 제1 저역통과 필터(32)를 통과하여 제1 기저대 곱 신호를 획득하고, 다른 분리된 무선-주파수 기준 신호는 위상 시프터(33)를 통해 90도 위상 시프트되고, 제2 곱셈기(34)에 의해 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되며, 제2 저역통과 필터(35)에 의해 필터링되어 제2 기저대 곱 신호를 획득한다. 제1 기저대 곱 신호 및 제2 기저대 곱 신호는 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈(36)에 입력되어, 진폭 위상 조정 모듈(1)을 제어하는데 이용되는 진폭 위상 제어 신호를 생성한다.
본 실시예는 제1 실시예에 기초한 기저대 추출 및 필터링 모듈(3)의 바람직한 구조를 개시한다. 본 실시예에서는, 진폭 및 위상의 조정이 무선-주파수 기준 신호(X)와 무선-주파수 잔여 신호(ε)의 곱에 기초한다. 구체적으로, 무선-주파수 기준 신호(X)는 2개의 신호로 분리되고, 하나의 신호는 90도로 위상 시프트된다. 무선-주파수 기준 신호의 2개의 분리된 신호는 무선-주파수 잔여 신호(ε)와 혼합되어 2개의 신호의 기저대 곱을 획득하기 위해 저역통과 필터를 통과한다. 이후, 기준 신호에 대한 자기-간섭 신호의 진폭 위상 즉, 진폭 및 위상의 조정 계수(W)가 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 이용하여 추정되어, 무선-주파수 기준 신호(X)의 진폭 및 위상의 대응하는 조정을 완료한다. 조정된 무선-주파수 신호가 무선-주파수 수신 신호로부터 다시 소거되어, 새로운 무선-주파수 잔여 신호(ε)를 획득한다.
전술한 기술적 해결수단에서는, K번의 반복이 수행되도록 즉, K번의 샘플링 순간이 준비된 것으로 가정하면, 여기서 무선-주파수 기준 신호 벡터는
Figure 112015075849845-pct00001
즉,
Figure 112015075849845-pct00002
(1)
로 표현되는데, 여기서
Figure 112015075849845-pct00003
및
Figure 112015075849845-pct00004
는 기저대 동상(in-phase)/직각 신호(예컨대, I/O 신호)를 나타내고,
Figure 112015075849845-pct00005
는 반송파(carrier) 주파수를 나타내며,
Figure 112015075849845-pct00006
는 행렬 전위를 나타내고,
Figure 112015075849845-pct00007
는 무선-주파수 기준 신호의 원시 신호(original signal)이며,
Figure 112015075849845-pct00008
는 90도 위상 시프트된 무선-주파수 기준 신호이다.
무선-주파수 수신 신호(
Figure 112015075849845-pct00009
)는,
Figure 112015075849845-pct00010
(2)
로 표현될 수 있으며, 여기서
Figure 112015075849845-pct00011
와
Figure 112015075849845-pct00012
는 각각 무선-주파수 수신 신호의 진폭 및 위상 변화를 나타내고,
Figure 112015075849845-pct00013
는 백색소음(white noise)이다.
본 실시예에서는, 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈(36)의 필터 계수가
Figure 112015075849845-pct00014
- (3)
인 것으로 가정하고, 여기서
Figure 112015075849845-pct00015
및
Figure 112015075849845-pct00016
는 각각 K번째 샘플링 순간에서의 진폭
Figure 112015075849845-pct00017
와 위상
Figure 112015075849845-pct00018
를 나타낸다. 식 (1), (2), 및 (3)에 따라, 무선-주파수 잔여 신호가
Figure 112015075849845-pct00019
이고, 여기서
Figure 112015075849845-pct00020
인 것을 알 수 있다.
무선-주파수 잔여 신호
Figure 112015075849845-pct00021
및 무선-주파수 기준 신호
Figure 112015075849845-pct00022
가 혼합되고, 기저대 신호 외에도, 그 곱은 기본 주파수(
Figure 112015075849845-pct00023
)에서 어떠한 텀(term)도 포함하지 않지만, 주파수(
Figure 112015075849845-pct00024
)에서는 제2 고조파 텀(harmonic term)을 포함한다. 따라서, 곱 항목에 대응하는 신호가 저역통과 필터링되어 기저대 신호를 획득한다.
Figure 112015075849845-pct00025
(4)
이고, 여기서
Figure 112015075849845-pct00026
이다. LMS 적응적 필터링 알고리즘에 기초하여, (k+1)번째 반복의 계수는, k번째 반복의 계수와 기저대 신호
Figure 112015075849845-pct00027
를 통해 획득될 수 있으며, 여기서
Figure 112015075849845-pct00028
는 LMS 적응적 필터링 알고리즘의 단계 크기 파라미터이다. 식 (4)로 대체하여, 최종적으로
Figure 112015075849845-pct00029
가 획득된다.
Figure 112015075849845-pct00030
는
Figure 112015075849845-pct00031
의 1차 반복(linear iteration)임을 알 수 있다.
Figure 112015075849845-pct00032
의
Figure 112015075849845-pct00033
및
Figure 112015075849845-pct00034
가
Figure 112015075849845-pct00035
와
Figure 112015075849845-pct00036
에 접근하면,
Figure 112015075849845-pct00037
의 반복 표현에서의 벡터
Figure 112015075849845-pct00038
는 점차 감소할 것이고,
Figure 112015075849845-pct00039
는
Figure 112015075849845-pct00040
에 수렴할 것이다. 따라서, 적절한
Figure 112015075849845-pct00041
를 선택함으로써, 기준 신호에 대한 자기-간섭 신호의 진폭 조정
Figure 112015075849845-pct00042
와 위상 조정
Figure 112015075849845-pct00043
이 추정될 수 있고, 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈에 대한 필터링 계수도 조정될 수 있어서,
Figure 112015075849845-pct00044
를 최소화하기 위해 기준 신호를 조정하는 목적을 달성하게 된다.
RSSI 검출에 기초한 진폭 위상 검색 알고리즘에 대한 LMS 적응적 필터링 알고리즘의 장점을 이해하기 위해, 2개의 알고리즘의 MSE(Mean Squared Error, 제곱 평균 오류) 성능 비교를 도시하는 도 5를 참고한다. 이 도면에서, 잡음 대 신호비(SNR)=85db이고,
Figure 112015075849845-pct00045
는 0.6으로 선택되며, 12비트 양자화가 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈의 필터링 계수에 수행된다. 도 5로부터, RSSI 검출에 기초한 진폭 위상 검색 알고리즘과 비교하여, 본 실시예의 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈에 의해 채용된 LMS 적응적 필터링 알고리즘이 더 높은 수렴 속도를 가지고, 더 정확한 추정 결과를 제공한다.
제1 실시예와 비교하면, 본 실시예는 구체적인 기저대 추출 방식을 제공한다. 전송측에서 기저대 신호가 알려져도, 전송기의 전력 증폭기의 비-선형 인자(non-linear factor)가 자기-간섭 제거의 효과에 영향을 미칠 것을 고려하면, 간섭 제거의 시뮬레이션에서는, 증폭된 무선-주파수 신호가 보통 기준 신호 즉, 본 실시예에서의 무선-주파수 기준 신호로서 이용된다. 대체로, 기저대 신호를 획득하기 위해, 다운 컨버전(down conversion)이 무선-주파수 잔여 신호와 무선-주파수 기준 신호 각각에 수행되어야 하나, 그러한 방법에서는, 구현하기에 복잡하고, 나아가 I/O 불균형과 같은 비-선형 인자를 도입하며, 알고리즘의 수렴 속도와 추정 정확도에 영향을 미칠 수도 있는 로컬 오실레이터(oscillator) 신호가 생성되어야 한다. 그러나, 본 실시예에서는, 다운 컨버전이 수행될 필요가 없고, 무선-주파수 기준 신호가 바로 2개의 신호로 분리되어, 하나는 90도로 위상 시프트되고, 이후 2개의 분리된 무선-주파수 기준 신호가 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되고 모든 고조파 구성요소를 걸러내기 위해 저역통과 필터링되어, 기저대 신호를 획득한다. 따라서, 반복 중에, 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈이 기저대 내에서 동작할 수 있어서, 디지털 연산 및 제어를 촉진시키고 무선-주파수 기준 신호의 수렴 제어의 목적을 실현하게 된다. 본 실시예에서 다운 컨버전이 수행될 필요가 없기 때문에, 구현 복잡도가 감소하고, 알고리즘에 대한 I/O 불균형과 같은 비-선형 인자의 영향이 회피된다.
제3 실시예
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법의 흐름을 도시한다. 본 발명의 실시예와 관련된 부분들은 설명의 편리함을 위해 도시된 것일 뿐이다.
본 발명에 의해 제공되는 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법은 다음을 포함한다:
단계 S601: 무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고 무선-주파수 조정 신호를 출력한다.
단계 S602: 무선-주파수 수신 신호와 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호인 무선-주파수 잔여 신호를 획득한다.
단계 S603: 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 조정을 제어하기 위해 이용되는 진폭 위상 제어 신호를 획득하기 위해, 무선-주파수 잔여 신호 및 무선-주파수 기준 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행한다.
본 실시예의 단계 S601에서 S603는 진폭 위상 조정 모듈(1), 감산기(2), 및 기저대 추출 및 필터링 모듈(3)에 의해 대응하여 구현될 수 있다. 본 실시예의 방법에서는, 피드백 루프(loop)가 형성되고, 기저대 신호가 무선-주파수 잔여 신호와 무선-주파수 기준 신호로부터 추출되며, 진폭 위상 제어 신호가 LMS 적응적 필터링 알고리즘에 따라 획득되어, 단계 S601에서 설명된 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상을 제어 및 조정하고, 이후 무선-주파수 기준 신호가 무선-주파수 수신 신호의 자기-간섭 신호에 수렴할 때까지 다음 반복이 수행된다. RSSI 검출에 기초한 종래의 알고리즘과 비교하여, 본 실시예에서의 LMS 적응적 필터링 알고리즘은 더 빠른 수렴 속도를 가지며, 더 정확한 추정 결과를 제공한다.
제4 실시예
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법의 흐름을 도시한다. 본 발명의 실시예와 관련된 부분들은 설명의 편리함을 위해 도시된 것일 뿐이다.
본 실시예에서 제공되는 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법은 다음을 포함한다:
단계 S701: 무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고 무선-주파수 조정 신호를 출력한다.
단계 S702: 무선-주파수 수신 신호와 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호인 무선-주파수 잔여 신호를 획득한다.
단계 S703: 무선-주파수 기준 신호를 2개의 신호로 분리하고, 2개의 분리된 신호 중 하나를 무선-주파수 잔여 신호와 혼합하며, 저역통과 필터링을 수행하여 제1 기저대 곱 신호를 획득한다.
단계 S704: 다른 분리된 무선-주파수 기준 신호를 90도 위상 시프트하고, 무선-주파수 잔여 신호와 혼합하며, 저역통과 필터링을 수행하여 제2 기저대 곱 신호를 획득한다.
단계 S705: 제1 기저대 곱 신호와 제2 기저대 곱 신호에 대해 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하여, 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 조정을 제어하는데 이용되는 진폭 위상 제어 신호를 생성한다.
상기 단계 S703에서 S705는 제3 실시예에서의 단계 S603의 상세한 바람직한 단계들이다. 본 실시예에서는, 진폭 및 위상의 조정이 무선-주파수 기준 신호(X)와 무선-주파수 잔여 신호(ε)의 곱에 기초한다. 상세하게는, 무선-주파수 기준 신호는 2개의 신호로 분리되고, 하나의 신호는 90도로 위상 시프트되며, 무선-주파수 기준 신호의 2개의 분리된 신호는 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되어 2개의 신호의 기저대 곱을 획득하기 위해 저역통과 필터를 통과한다. 이후, 기준 신호에 대한 자기-간섭 신호의 진폭 위상 즉, 진폭 및 위상의 조정 계수가 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 이용하여 추정되어 무선-주파수 기준 신호(X)의 진폭 및 위상의 대응하는 조정을 완료한다. 조정된 무선-주파수 신호가 무선-주파수 수신 신호로부터 다시 소거되고, 새로운 무선-주파수 잔여 신호가 획득되어 다음 반복을 수행한다.
일반적으로, 기저대 신호를 획득하기 위해, 다운 컨버전이 무선-주파수 잔여 신호와 무선-주파수 기준 신호 각각에 수행되어야 하나, 그러한 방법에서는, 구현하기에 복잡한 로컬 오실레이터(oscillator) 신호가 생성되어야 하고, 나아가 I/O 불균형과 같은 비-선형 인자를 도입할 수 있고, 알고리즘의 수렴 속도와 추정 정확도에 영향을 미칠 수도 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 다운 컨버전이 수행될 필요가 없고, 무선-주파수 기준 신호가 직접 2개의 신호로 분리되어, 하나는 90도로 위상 시프트되고, 이후 2개의 분리된 무선-주파수 기준 신호가 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되고 모든 고조파 구성요소를 걸러내기 위해 저역통과 필터링되어, 기저대 신호를 획득한다. 따라서, 반복 중에, 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈이 기저대 내에서 동작할 수 있어서, 디지털 연산 및 제어를 촉진시키고 무선-주파수 기준 신호의 수렴 제어의 목적을 실현하게 된다. 본 실시예에서 다운 컨버전이 수행될 필요가 없기 때문에, 구현 복잡도가 감소하고, 알고리즘에 대한 I/O 불균형과 같은 비-선형 인자의 영향이 회피된다.
제5 실시예
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 수신기의 구조도이다. 본 발명의 실시예와 관련된 부분들은 설명의 편리함을 위해 도시된 것일 뿐이다.
본 실시예에 따른 수신기는 수신 안테나(41), 저잡음 증폭기(43), 다운-컨버터(44), 아날로그-투-디지털 컨버터(45), 디지털 간섭 소거 장치(46), 및 수신 디지털 신호 프로세서(47), 및 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)를 포함한다. 수신 안테나(41), 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42), 저잡음 증폭기(43), 다운-컨버터(44), 아날로그-투-디지털 컨버터(45), 디지털 간섭 소거 장치(46), 및 수신 디지털 신호 프로세서(47)는 순차 접속된다. 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)에는 전송기로부터의 무선-주파수 기준 신호가 추가로 입력되고, 디지털 간섭 소거 장치(46)에는 전송기로부터의 디지털 기준 신호가 추가로 입력된다.
본 실시예의 수신기에 의해 수신된 무선-주파수 수신 신호는 자기-간섭 신호와 유용한 신호를 포함한다. 본 실시예의 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)는 무선-주파수 기준 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호로 수렴할 수 있도록 하기 위해, LMS 적응적 필터링 알고리즘을 이용하여 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상의 조정을 달성한다. 따라서, 수렴 이후, 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)에 의해 출력되는 신호는 유용한 신호이고, 자기-간섭 제거가 달성된다. 종래의 수신기와 비교하여, 본 실시예에서의 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)는 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 채용하여, 종래의 무선-주파수 간섭 소거 장치에 의해 채용된 RSSI 검출에 기초한 진폭 위상 검색 알고리즘과 비교할 때 더 빠른 수렴 속도를 가지고 더 정확한 추정 결과를 제공한다.
제6 실시예
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템의 구조도이다. 본 발명의 실시예와 관련된 부분들은 설명의 편리함을 위해 도시된 것일 뿐이다.
본 실시예에 따른 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템은 전송기(50)와 제5 실시예에 따른 수신기(40)를 포함한다. 전송기는 순차 접속된 전송 디지털 신호 프로세서(51), 디지털-투-아날로그 컨버터(52), 업-컨버터(53), 전력 증폭기(54), 및 전송 안테나(55)를 포함한다. 전력 증폭기(54)에 의해 출력된 무선-주파수 기준 신호는 수신기의 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)에 입력되고, 전송 디지털 신호 프로세서에(51) 의해 출력된 디지털 기준 신호는 수신기의 디지털 간섭 소거 장치(46)에 입력된다.
본 실시예의 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템은 전송기(50)와 수신기(40)로 구성된다. 수신기(40) 내의 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)는 LMS 적응적 필터링 알고리즘을 채용하는 반면, 종래의 수신기 내의 무선-주파수 간섭 소거 모듈은 RSSI 검출에 기초한 진폭 위상 검색 알고리즘을 채용한다. 본 실시예의 수신기는 더 빠른 수렴 속도를 가지고 더 정확한 추정 결과를 제공한다.
본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 실시예들에서의 방법들의 단계의 전부 또는 일부가 관련 하드웨어에 명령을 내리는 프로그램에 의해 구현될 수 있음을 이해할 수 있다. 전술한 프로그램은 ROM/RAM, 자기 디스크, 광 디스크 등과 같은 컴퓨터 판독 가능형 저장 매체 내에 저장될 수 있다.
전술한 실시예들은 단지 본 발명의 바람직한 실시예들일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 의도는 아니다. 본 발명의 사상과 범위에 따라 이루어지는 임의의 수정, 동등물 대체, 및 향상은 본 발명의 보호 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (7)

  1. 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치로서,
    무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록 하기 위해, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고, 무선-주파수 조정 신호를 감산기(2)에 출력하도록 구성된 진폭 위상 조정 모듈(1);
    상기 진폭 위상 조정 모듈(1)에 의해 출력된 상기 무선-주파수 조정 신호와 상기 무선-주파수 수신 신호를 수신하고, 무선-주파수 잔여 신호를 출력하도록 구성된 상기 감산기(2) - 상기 무선-주파수 잔여 신호는 상기 무선-주파수 수신 신호와 상기 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호(difference signal)임 -; 및
    진폭 위상 제어를 획득하기 위해 상기 감산기(2)에 의해 출력된 상기 무선-주파수 기준 신호 및 상기 무선-주파수 잔여 신호를 수신하고 기저대(baseband) 신호를 추출하며 상기 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리(least mean squares adaptive filtering processing)를 수행하고, 상기 진폭 위상 조정 모듈(1)에 출력하도록 구성된 기저대(baseband) 추출 및 필터링 모듈(3) - 상기 진폭 위상 제어 신호는 상기 진폭 위상 조정 모듈(1)을 제어하여 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상을 조정하기 위해 이용됨 -
    을 포함하고,
    상기 기저대 추출 및 필터링 모듈(3)은 제1 곱셈기(multiplier)(31), 제1 저역통과 필터(32), 위상 시프터(phase shifter)(33), 제2 곱셈기(34), 제2 저역통과 필터(35), 및 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈(36)을 포함하고, 상기 무선-주파수 기준 신호는 2개의 신호로 분리되어 하나의 신호는 상기 제1 곱셈기(31)에 의해 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합(mix)되어 상기 제1 저역통과 필터(32)를 통과하여 제1 기저대 곱 신호(baseband product signal)를 획득하고, 다른 분리된 무선-주파수 기준 신호는 상기 위상 시프터(33)를 통해 90도 위상 시프트되고, 상기 제2 곱셈기(34)에 의해 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합되며, 상기 제2 저역통과 필터(35)에 의해 필터링되어 제2 기저대 곱 신호를 획득하며, 상기 제1 기저대 곱 신호 및 제2 기저대 곱 신호는 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리 모듈(36)에 입력되어 상기 진폭 위상 조정 모듈(1)을 제어하는데 이용되는 진폭 위상 제어 신호를 생성하는, 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진폭 위상 제어 신호는 조정 계수 신호(adjustment coefficient signal)이고, 상기 진폭 위상 조정 모듈(1)은 상기 수신된 조정 계수 신호에 따라 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상을 조정하는, 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치.
  3. 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법으로서,
    무선-주파수 조정 신호가 무선-주파수 수신 신호 내의 자기-간섭 신호에 수렴할 수 있도록 하기 위해, 무선-주파수 기준 신호의 진폭과 위상을 조정하고 무선-주파수 조정 신호를 출력하는 단계;
    무선-주파수 잔여 신호를 획득하는 단계 - 상기 무선-주파수 잔여 신호는 상기 무선-주파수 수신 신호와 상기 무선-주파수 조정 신호 간의 차 신호임 -; 및
    진폭 위상 제어 신호를 획득하기 위해, 상기 무선-주파수 잔여 신호 및 상기 무선-주파수 기준 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 상기 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하는 단계 - 상기 진폭 위상 제어 신호는 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 조정을 제어하기 위해 이용됨 -
    를 포함하고,
    상기 진폭 위상 제어 신호를 획득하기 위해, 상기 무선-주파수 잔여 신호 및 상기 무선-주파수 기준 신호를 수신하고, 기저대 신호를 추출하며, 상기 기저대 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하는 단계는,
    상기 무선-주파수 기준 신호를 2개의 신호로 분리하고, 2개의 분리된 신호 중 하나를 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합하고, 저역통과 필터링을 수행하여 제1 기저대 곱 신호를 획득하는 단계;
    다른 분리된 무선-주파수 기준 신호를 90도 위상 시프트하고, 상기 무선-주파수 잔여 신호와 혼합하며, 저역통과 필터링을 수행하여 제2 기저대 곱 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 기저대 곱 신호 및 제2 기저대 곱 신호에 최소 제곱 평균 적응적 필터링 처리를 수행하여 진폭 위상 제어 신호를 생성하는 단계 - 상기 진폭 위상 제어 신호는 상기 무선-주파수 기준 신호의 진폭 및 위상의 조정을 제어하는데 이용됨 -
    를 포함하는, 적응적 무선-주파수 간섭 소거 방법.
  4. 수신기로서,
    수신 안테나(41), 저잡음 증폭기(43), 다운-컨버터(44), 아날로그-투-디지털 컨버터(45), 디지털 간섭 소거 장치(46), 및 수신 디지털 신호 프로세서(47)를 포함하고, 상기 수신기는 제1항 또는 제2항에 따른 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)를 더 포함하며, 상기 수신 안테나(41), 상기 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42), 상기 저잡음 증폭기(43), 상기 다운-컨버터(44), 상기 아날로그-투-디지털 컨버터(45), 상기 디지털 간섭 소거 장치(46), 및 상기 수신 디지털 신호 프로세서(47)는 순차 접속되고, 상기 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)에는 전송기로부터의 무선-주파수 기준 신호가 추가로 입력되고, 상기 디지털 간섭 소거 장치(46)에는 상기 전송기로부터의 디지털 기준 신호가 추가로 입력되는, 수신기.
  5. 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템으로서,
    전송기(50)를 포함하고,
    상기 전송기는 순차 접속된 전송 디지털 신호 프로세서(51), 디지털-투-아날로그 컨버터(52), 업-컨버터(53), 전력 증폭기(54), 및 전송 안테나(55)를 포함하며, 상기 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템은 제4항에 따른 수신기(40)를 더 포함하고, 상기 전력 증폭기(54)에 의해 출력된 무선-주파수 기준 신호는 상기 수신기의 적응적 무선-주파수 간섭 소거 장치(42)에 입력되고, 상기 전송 디지털 신호 프로세서(51)에 의해 출력된 디지털 기준 신호는 상기 수신기의 디지털 간섭 소거 장치(46)에 입력되는, 무선 풀 듀플렉스 통신 시스템.
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