KR101948314B1 - 다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치 - Google Patents

다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치 Download PDF

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Abstract

다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치가 개시된다. 전력 측정부는 다상 필터 뱅크의 분석기로부터 출력된 주파수 대역별 신호의 전력을 측정하고, 간섭 제거부는 주파수 대역별 신호 중 사전에 설정된 기준전력보다 높은 전력의 신호의 크기를 0으로 설정한다. 신호 출력부는 간섭 제거부에 의해 처리된 주파수 대역별 신호를 다상 필터 뱅크의 합성기로 출력한다. 본 발명에 따르면, 다상 필터 뱅크의 분석기를 통과한 신호에 다시 고속 푸리에 변환을 적용하여 간섭 신호를 제거하는 기존의 방법에 비해 간단한 구조로 간섭 신호를 제거함으로써 위성 중계 시스템에 적용하기 적합하다.

Description

다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치{Apparatus for interference reduction used for polyphase filter bank-based repeater}
본 발명은 다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다상 필터 뱅크를 이용하는 중계기에서 다상 필터 뱅크의 분석기로부터 출력된 신호의 간섭 신호를 제거한 후 다상 필터 뱅크의 합성기로 입력하는 장치에 관한 것이다.
위성 통신은 광대역성과 광역성이 결합되어 신호를 고속으로 쉽게 전송할 수 있으며, 위성의 빔 커버리지 범위에 있는 지역이면 어디에나 전파 송수신이 가능하고 통신 거리 및 지형적인 영향을 거의 받지 않는다. 또한 위성 통신은 다수의 사용자가 동시에 통신 가능한 동보성을 가지고 있다.
그에 따라 현재 위성 통신은 다양한 분야에서 사용되고 있으나, 위성 통신의 특성상 개방된 채널을 사용하므로 신호 간섭인 재밍(jamming)이 발생하기 쉽다. 이러한 재밍이 존재하는 상황에서도 신뢰성 있는 통신이 가능하도록 서로 다른 대역을 포함한 부채널별 스위칭 및 이득 조정이 가능하도록 높은 유연성(flexibility)을 지원하고 간섭 신호인 재밍 신호를 효율적으로 제거할 수 있는 통신 위성 중계기가 요구된다. 일 예로서, 다상 필터 뱅크를 이용하는 구조가 연구되고 있다.
다중 표본화율(multirate) 시스템은 각 신호처리부마다 다른 표본화율을 사용하여 효율적으로 신호처리 과정을 구현하는 시스템이다. 디지털 신호처리 기술의 발전에 따라 다중 표본화율 시스템에 대한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 다중 표본화율 시스템에서는 신호를 주파수 대역별로 분리하여 병렬로 처리함으로써 계산량을 감소시킬 수 있어 통신 시스템, 안테나 시스템 및 레이더 시스템 등 다양한 분야에서 연구가 이루어지고 있다.
또한 재밍 신호를 제거하기 위한 항재밍 기법에는 채널 부호화 및 인터리빙(interleaving), DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum), 클리핑(Clipping) 및 필터링(Filtering) 등의 방법이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다상 필터 뱅크의 특성을 이용하여 낮은 연산량으로 간섭 신호를 제거할 수 있는 다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치는 다상 필터 뱅크 기반의 중계기에 구비되어 수신 신호에 포함된 간섭 신호를 제거하며, 상기 다상 필터 뱅크의 분석기로부터 출력된 주파수 대역별 신호의 전력을 측정하는 전력 측정부; 상기 주파수 대역별 신호 중 사전에 설정된 기준전력보다 높은 전력의 신호의 크기를 0으로 설정하는 간섭 제거부; 및 상기 간섭 제거부에 의해 처리된 주파수 대역별 신호를 상기 다상 필터 뱅크의 합성기로 출력하는 신호 출력부;를 구비한다.
본 발명에 따른 다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치에 의하면, 다상 필터 뱅크의 분석기를 통과한 신호에 다시 고속 푸리에 변환을 적용하여 간섭 신호를 제거하는 기존의 방법에 비해 간단한 구조로 간섭 신호를 제거함으로써 위성 중계 시스템에 적용하기 적합하다.
도 1은 본 발명에 따른 간섭 제거 장치가 구비된 중계기의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 간섭 제거 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 다상 필터 뱅크의 분석기 구조를 도시한 도면,
도 4는 다상 필터 뱅크의 합성기 구조를 도시한 도면,
도 5는 톤 재밍 신호가 포함된 신호 및 본 발명에 의해 간섭이 제거된 신호의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 그래프,
도 6은 톤 재밍 신호의 개수에 따른 성상도를 나타낸 도면,
도 7은 APSK 변조 방식을 적용한 경우에 ρ=0.2인 부분대역 재밍 신호가 있는 전력 스펙트럼 밀도를 나타낸 그래프, 그리고,
도 8은 부분대역 재밍이 존재하는 경우 ρ의 값에 따른 성상도를 나타낸 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다상 필터 뱅크 기반 중계기에 사용되는 간섭 제거 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 간섭 제거 장치가 구비된 중계기의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 간섭 제거 장치(100)는 다상 필터 뱅크 기반의 중계기에서 분석기(210)와 합성기(220) 사이에 위치하며, 기준전력을 사용하여 수신 신호에 포함된 간섭 신호를 제거한다. 다상 필터 뱅크의 분석기(210)와 합성기(220)의 동작에 대하여는 뒤에서 상세하게 설명한다.
이때 수신 신호는 APSK 방식으로 변조된 신호일 수 있으며, 16(4+12)APSK 방식과 32(4+12+16)APSK 방식이 DVB-S2에서 표준으로 채택되어 있다. APSK 방식에 관하여는 이미 일반적으로 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 간섭 제거 장치(100)에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 간섭 제거기를 위한 중계기(100)는 전력 측정부(110), 간섭 제거부(120) 및 신호 출력부(130)를 구비한다.
전력 측정부(110)는 다상 필터 뱅크의 분석기(210)로부터 출력된 주파수 대역별 신호의 전력을 측정하고, 간섭 제거부(120)는 주파수 대역별 신호 중 사전에 설정된 기준전력보다 높은 전력의 신호의 크기를 0으로 설정한다.
신호 처리가 완료된 후, 신호 출력부(130)는 간섭 제거부(120)에 의해 처리된 주파수 대역별 신호를 다상 필터 뱅크의 합성기(220)로 출력한다.
M-채널 구조의 다상 필터 뱅크의 분석기(210)는 입력신호 x(n)과
Figure 112012046278486-pat00001
을 곱하여 신호를 기저대역(baseband)으로 천이시킨 후, π/M의 차단 주파수를 갖는 저역통과 필터 h(n)에 통과시킨다. 그에 따른 분석기(210)의 출력신호는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112012046278486-pat00002
여기서
Figure 112012046278486-pat00003
로 치환하면 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012046278486-pat00004
여기에
Figure 112012046278486-pat00005
,
Figure 112012046278486-pat00006
,
Figure 112012046278486-pat00007
(ρ=1, 2, 3, …, M-1)을 대입하면 다음의 수학식 3이 얻어진다.
Figure 112012046278486-pat00008
도 3은 이와 같은 다상 필터 뱅크의 분석기(210) 구조를 도시한 도면이다. 다상 필터 뱅크의 분석기(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 xρ(m)을
Figure 112012046278486-pat00009
에 컨벌루션한 후 고속 푸리에 변환(FFT)하는 구조로 설명된다.
한편, 다상 필터 뱅크의 합성기(220)에서 각 채널을 통과한 신호는 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012046278486-pat00010
여기서, fk(n)은 다음의 수학식 5와 같다.
Figure 112012046278486-pat00011
이때 f(n)은 저역 통과 합성 필터를 나타낸다.
합성기(220)로부터 출력되는 복원된 신호는 다음의 수학식 6과 같이 각 밴드별 출력 신호의 합으로 구성된다.
Figure 112012046278486-pat00012
최종적으로, 수학식 6으로부터 다음의 수학식 7이 얻어질 수 있다.
Figure 112012046278486-pat00013
도 4는 다상 필터 뱅크의 합성기(220) 구조를 도시한 도면으로, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)된 신호를 qρ(m)과 컨벌루션한 후 반시계 방향으로 교대로 출력시키는 구조로 설명될 수 있다.
본 발명에 따른 간섭 제거 장치(100)는 이상에서 설명한 다상 필터 뱅크의 분석기(210)와 합성기(220) 사이에 구비되어 분석기(210)로부터 출력된 왜곡된 신호들의 전력을 주파수 영역에서 측정하고, 기준전력보다 큰 전력의 신호를 강제로 0으로 설정한 후 다시 합성기(220)로 출력함으로써 단순한 구조로 신호 간섭을 제거할 수 있다.
본 발명의 성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 실험에서는 APSK 방식이 적용된 신호에 본 발명을 적용하였으며, 상세한 실험 조건은 다음의 표 1과 같다.
변조 방식 16-APSK, 32-APSK
심볼(symbol) 수 1,000,000
대역폭 50 MHz
먼저 톤 재밍(tone jamming)이 있는 환경에서의 실험 결과이다. 톤 재밍은 특정 주파수에서 하나의 정현파로 나타나며, 톤의 개수에 따라 단일 톤 재밍과 다중 톤 재밍으로 나눌 수 있다.
도 5는 톤 재밍 신호가 포함된 신호 및 본 발명에 의해 간섭이 제거된 신호의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 그래프이다.
도 5의 (a)는 톤 재밍 신호가 2개 포함된 신호의 전력 스펙트럼 밀도를 나타낸 그래프이며, 도 5의 (b)와 같이 본 발명을 적용함으로써 톤 재밍 신호가 존재하는 대역이 강제로 0이 되었음을 확인할 수 있다.
도 6은 톤 재밍 신호의 개수에 따른 성상도를 나타낸 도면으로, 톤 재밍 신호가 많을수록 신호에 왜곡이 많이 발생함을 알 수 있다.
다음의 표 2는 톤 재밍 신호의 개수 및 변조 방식에 따른 EVM 성능을 나타낸 것이다.
구
분		 EVM (%)
SNR 5dB SNR 10dB SNR 20dB


16
APSK

 톤 1개 21.9232 14.5273 6.5543
제거 없음 30.1305 28.7954 28.0108
톤 2개 22.3735 15.8982 9.6018
제거 없음 33.3408 32.5892 32.1784
톤 3개 23.7936 19.5343 16.2108
제거 없음 36.4607 35.8426 35.4819


32
APSK

 톤 1개 15.5122 11.2537 5.5492
제거 없음 19.3617 18.4831 18.0670
톤 2개 15.8010 12.3929 8.4992
제거 없음 22.2680 21.3721 20.9827
톤 3개 16.5658 14.6273 13.1111
제거 없음 25.5328 24.7498 24.4165
표 2를 참조하면, 본 발명에 의해 간섭 신호를 제거한 경우에 EVM 성능이 많이 개선되었음을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 7은 APSK 변조 방식을 적용한 경우에 ρ=0.2인 부분대역 재밍 신호가 있는 전력 스펙트럼 밀도를 나타낸 그래프이다. 부분대역 재밍은 대역폭이 제한된 가우시안 잡음과 같은 특성을 가진다. 도 7의 (a)와 같이 신호에 포함되어 있던 부분대역 재밍이 본 발명에 의해 도 7의 (b)와 같이 제거되었음을 확인할 수 있다.
도 8은 부분대역 재밍이 존재하는 경우 ρ의 값에 따른 성상도를 나타낸 도면이다. 도 8의 (a)는 ρ=0.1인 경우이며, (b)는 ρ=0.3인 경우이다. ρ의 값이 클수록 부분대역 재밍이 넓은 대역에 분포하므로 신호에 왜곡이 더 많이 발생함을 확인할 수 있다.
다음의 표 3은 부분대역 재밍이 존재하는 경우에 ρ의 값에 따른 EVM 성능을 나타낸 도면이다. 톤 재밍과 마찬가지로 본 발명에 의해 재밍 신호가 제거된 경우에 EVM 성능이 개선됨을 확인할 수 있다.
구
분		 EVM (%)
SNR 5dB SNR 10dB SNR 20dB


16
APSK

 ρ=0.1 22.8653 17.2395 12.1791
제거 없음 50.3079 50.6111 50.8206
ρ=0.2 24.1429 20.3295 17.5393
제거 없음 59.8021 60.2606 60.6612
ρ=0.3 25.9002 23.7567 22.7520
제거 없음 64.8866 65.0969 64.9976


32
APSK

 ρ=0.1 16.0556 13.2316 10.3754
제거 없음 39.7786 39.7366 39.7728
ρ=0.2 16.7431 15.0399 13.8398
제거 없음 48.7305 48.4844 48.3579
ρ=0.3 17.5822 16.5485 16.1129
제거 없음 53.6190 53.3583 53.1914
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 - 간섭 제거 장치
110 - 전력 측정부
120 - 간섭 제거부
130 - 신호 출력부
210 - 다상 필터 뱅크의 분석기
220 - 다상 필터 뱅크의 합성기

Claims (3)

  1. 다상 필터 뱅크 기반의 통신 위성 중계기에 구비되어 수신 신호에 포함된 간섭 신호를 제거하는 간섭 제거 장치에 있어서,
    상기 다상 필터 뱅크의 분석기로부터 출력된 주파수 대역별 신호의 전력을 주파수 영역에서 측정하는 전력 측정부;
    다상 필터 뱅크의 특성을 이용하여 낮은 연산량으로 간섭 신호를 제거할 수 있도록 상기 주파수 대역별 신호 중 사전에 설정된 기준전력보다 높은 전력의 신호의 크기를 강제로 0으로 설정하는 간섭 제거부; 및
    상기 간섭 제거부에 의해 처리된 주파수 대역별 신호를 상기 다상 필터 뱅크의 합성기로 출력하는 신호 출력부;를 포함하며,
    상기 간섭 신호는 톤 재밍 신호 또는 부분대역 재밍 신호이고,
    상기 분석기는 입력되는 입력 신호를 시계 방향으로 교대로 출력시키고,
    상기 합성기는 상기 신호 출력부로부터의 출력되는 신호를 반시계 방향으로 교대로 출력시키는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 신호는 APSK 방식으로 변조된 신호인 것을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.
  3. 삭제
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