KR20010077037A - 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호제거 장치 - Google Patents

Abstract

직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식을 이용한 데이타 전송 시스템에 유용하게 사용될 수 있는 협대역 간섭 신호 제거 장치에 관한 것이다. 상기 협대역 간섭 신호 제거기는 디지탈의 OFDM 변조신호를 아날로그 신호로 변환하여 무선전송로상으로 전송하는 OFDM 송신 장치와, 상기 무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 아날로그의 OFDM 변조신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 디지탈 변환기와, 상기 디지탈 변환된 OFDM변조신호의 입력에 응답하여 상기 협대역 간섭신호를 예측하여 협대역 간섭신호를 적응적으로 제거하여 출력하는 협대역 간섭신호 제거기와, 상기 협대역 간섭신호가 제거된 OFDM신호를 복조하여 출력하는 OFDM수신기로 구성됨을 특징한다.

Description

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치{APPARATUS FOR REDUCING NARROW BAND INTERFERENCE SIGNAL IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 데이타 전송 시스템에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing)(이하 "OFDM"이라 칭함) 방식을이용한 데이타 전송 시스템에 유용하게 사용될 수 있는 협대역 간섭 신호 제거 장치에 관한 것이다.

통상적으로, OFDM 방식은 여러 개의 반송파를 가지는 변조방식의 일종으로 다중경로 간섭을 받는 환경이나 페이딩(fading)의 영향을 받는 이동수신 환경에서 뛰어난 성능을 발휘하는 변복조 방식으로 알려져 있다. 상기와 같은 OFDM에 오류정정능력을 주기 위해 채널부호화를 더한 방식을 COFDM(Coded OFDM)이라고 한다. OFDM 방식은, 전송대역폭과 전송율이 같다고 할 때 단일반송파 방식과 비교하면, 송신데이타를 N개의 반송파로 분산하여 보내는 경우에 전송심볼 1개당 지속시간은 단일반송파 방식의 약 N배가 되어 전송심볼 1개당 지속시간이 길어지기 때문에 시간축상에서 약간의 가드인터벌을 부가하기만 하면 다경로 간섭이 있어도 전송특성의 열화를 막을 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 데이타를 전송대역 전체에 분산해서 보내기 때문에, 어느 특정 주파수대에 방해신호가 존재하더라도 그 영향을 받는 것은 일부의 데이타에 한정되므로 인터리브(interleave)와 오류정정부호에 의해 효과적으로 특성을 개선할 수 있다. 상기와 같은 특징을 갖는 OFDM 통신 시스템의 개략적인 블럭도를 살피면 하기 도 1과 같다.

도 1은 종래의 기술에 의한 OFDM 전송 시스템의 블럭도를 도시한 도면으로서, 도면중, 참조부호 101은 OFDM 송신기, 102는 디지탈 아날로그 변환기(digital to analog convertor: 이하 "DAC"라 칭함), 104는 아날로그 디지탈 변환기(analog to digital convertor: 이하 "ADC"라 칭함), 105는 OFDM 수신기이다.

도 2는 협대역 간섭신호에 간섭을 받은 OFDM 신호의 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 2에서, 참조부호 201은 OFDM신호이며, 202는 협대역 간섭신호, di(여기서 i는 0,1,2..등의 정수), fi는 부반송파 주파수이다.

우선, 도 1과 2를 참조하여 OFDM 송수신 시스템의 동작을 간략히 살펴보면 하기와 같다.

도 1에 도시된 OFDM 송신기(101)로부터 OFDM변조된 송신신호 s(n)가 출력되면, 이는 상기 OFDM 송신기(101)의 출력노드에 접속된 DAC(102)에 의해 아날로그 신호로 변환된다. 상기 아날로그 신호로 변환된 OFDM 변조신호 s(t)는 반송 주파수에 의해 고주파(RF: radio frequency) 변조되어 무선전송로로 전송된다. 무선 OFDM 변조신호 s(t)는 무선환경에서 의도적 혹은 비의도적인 협대역 간섭신호 j(t)의 간섭(103)(도면상에서는 가산기의 형태를 빌어 간섭을 표현함)을 받는다. 여기서, 의도적이라 함은 의도적으로 상기 OFDM 변조된 신호의 송신을 방해하려는 행위에 의한 것으로 방해전파에 의한 것이며, 비의도적이라 함은 무선전송로상에 존재하는 노이즈에 기인하는 것을 의미한다. 협대역 간섭신호를 받은 OFDM 변조신호 x(t)은 하기식 1과 같이 표현된다. 여기서, 잡음성분은 편의상 고려하지 않았다.

상기 수학식 1과 같은 OFDM 변조신호 x(t)는 수신 시스템내의 안테나를 통해 ADC(104)로 입력된다. 상기 ADC(104)는 수신된 OFDM 변조신호 x(t)를 디지탈 신호로 변환한다. 협대역 간섭신호가 포함된 디지탈 OFDM 변조신호 x(t)는 OFDM복조를 위해 OFDM수신기(105)로 제공되며, 상기 OFDM수신기(105)는 변조된 신호를 복조하여 출력한다. 그러나, 상기 도 1과 같은 종래의 OFDM 전송 시스템은 무선 전송로상의 협대역 간섭신호를 그대로 입력하여 복조하므로써 올바른 데이타의 복원이 어려워 OFDM 통신 시스템의 성능을 열화 시키게 된다. 이러한 동작을 도 2를 참조하여 설명되는 내용을 참조하면 보다 용이하게 이해될 것이다.

도 2에는 협대역 신호에 의해 간섭을 받은 OFDM변조신호가 도시되어 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 무선 전송로상의 OFDM신호(201)에 협대역 간섭신호(202)의 영향을 받은 해당 부반송파 f5에 실린 데이타는 유실되며, OFDM 수신기(105)의 성능에 좋지 않은 영향을 미치는 미세 및 잔류 주파수 제거, 등화 등의 성능 열화로 송수신기간의 동기를 일치시키지 못하고, 채널 영향을 효과적으로 제거하지 못해 결과적으로는 올바른 데이타의 복원이 어려워 OFDM 통신 시스템의 성능이 열화된다.

즉, 도 1에 도시된 종래의 OFDM 송수신 시스템은 의도적/비의도적인 협대역 간섭신호가 존재하는 경우, 협대역 간섭신호에 의한 영향으로 OFDM신호의 스펙트럼(spectrum)이 영향을 받아 OFDM 수신기의 전체적인 성능이 열화되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 OFDM 방식을 이용하는 통신 시스템에서, 의도적/비의도적인 협대역 간섭신호를 제거하여 복조하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선 전송로상의 의도적/비의도적인 협대역 간섭신호를 검출하여 OFDM 수신신호로부터 제거하여 수신기의 성능을 향상시킨 OFDM 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 OFDM 통신 시스템에서 최적의 상태로 협대역 간섭신호를 제거할 수 있도록하는 협대역 간섭신호 제거용 필터의 구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, OFDM 변조신호를 무선전송로상으로 전송하는 OFDM 송신 장치와, 무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 OFDM 변조신호의 입력에 응답하여 상기 협대역 간섭신호를 예측하여 협대역 간섭신호를 적응적으로 제거하여 출력하는 협대역 간섭신호 제거기와, 상기 협대역 간섭신호가 제거된 OFDM신호를 복조하여 출력하는 OFDM수신기로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 원리에 따른 협대역 간섭신호 제거기는, 무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 OFDM 변조신호를 소정 지연하여 OFDM 신호 상호간의 비관련성(uncorrelation)을 갖도록 하는 지연기와, 상기 비관련성을 갖도록 지연된 OFDM변조신호를 일정한 단위시간으로 지연하고, 일정 단위시간으로 지연된 다수의 OFDM변조신호를 미리 설정된 다수의 필터계수로 증폭하여 적응 필터링 하여 출력하는 적응필터와, 상기 적응필터로부터 출력되는 신호들을 덧셈하여 관련 특성이 양호한 협대역 간섭 신호의 추정신호를 발생하는 덧셈기와, 상기 수신된 OFDM변조신호로부터 상기 협대역 간섭신호의 추정값를 감산하여 협대역 간섭신호를 제거하는 감산기로 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 기술에 의한 OFDM 전송 시스템의 블럭도를 도시한 도면.

도 2는 협대역 간섭신호에 간섭을 받은 OFDM 신호의 스펙트럼을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 협대역 간섭신호 제거 장치를 가지는 OFDM 전송 시스템의 블럭도를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 협대역 간섭신호 제거기의 구체적 실시예를 도시한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 OFDM의 협대역 간섭신호를 효율적으로 제거하는 장치가 설명될 것이며, 도 1에 도시된 구성과 실질적으로 동일한 동작 혹은 구성을 갖는 구성요소에는 동일한 참조번호가 병기된다. 다음의 설명에서, 그러한 구성에 대한 상세한 항목들이 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 자세하게 설명된다. 그러나, 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 있어서는 본 발명이 이러한 상세한 항목들이 없이도 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 협대역 간섭신호 제거 장치를 가지는 OFDM 전송 시스템의 블럭도를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 도 1에서 전술한 수신 시스템의 ADC(104)와 OFDM수신기(105)의 사이에 협대역 간섭신호 제거기(106)가 더 접속되어 구성되어 있다. 도 3과 같이 구성된 본 발명은, 적응필터를 이용한 협대역 간섭신호 제거기(106)를 이용하여 OFDM 통신 시스템의 성능을 열화시키는 의도적 또는 비의도적인 협대역 간섭신호를 매우 효율적을 제거한다. 상기와 같이 구성된 도 3의 동작을 간략하게 설명하면 하기와 같다.

도 1에서 설명한 바와 같이, OFDM 송신기(101)로부터 OFDM 변조된 신호는 DAC(102)를 통해 아날로그신호로 변환되어진다. 아날로그 OFDM 변조신호는 반송주파수에 의해 RF변조되어 무선전송로로 보내지며, 무선 OFDM 변조신호 s(t) 는 무선환경에서 의도적/비의도적인 협대역 간섭신호 j(t)의 간섭(103)을 받는다. 협대역 간섭신호 j(t)의 간섭을 받은 OFDM 신호는 전술한 수학식 1과 같다. 여기서도 잡음성분은 편의상 고려하지 않고 설명한다.

수신 시스템내의 ADC(104)는 안테나를 통해 수신되는 아날로그 형태의 OFDM변조신호를 디지탈 신호 x(n)으로 변환하여 출력한다. 상기 디지탈 신호 x(n)는 디지탈 협대역 간섭신호 j(n)가 포함된 디지탈 OFDM 신호이며, 이는 협대역 간섭신호 j(n)를 추정(prediction)하여 협대역 간섭신호를 적응적으로 제거하는 협대역 간섭신호 제거기(106)로 입력된다. 상기 협대역 간섭신호 제거기(106)는 입력되는 디지탈 OFDM 신호를 적응필터링에 의해 협대역 간섭신호 j(n)를 추정하고, 추정된 협대역 간섭신호를 상기 수신된 OFDM신호 x(n)=s(n)+j(n)으로부터 감산하여 협대역 간섭신호 j(n)가 제거된 OFDM신호를 OFDM 수신기(105)로 공급한다. 이때, 상기 OFDM수신기(105)는 상기 협대역 간섭신호 j(n)가 제거된 OFDM신호를 OFDM 복조 처리하여 수신 데이타를 복원한다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 무선전송로 상에서 의도적/비의도적으로 삽입된 협대역 간섭신호 j(n)를 적응필터로서 추정하여 제거함으로서, 수신기의 성능 열화를 방지하여 데이타 복원을 보다 정밀하게 할 수 있다. 상기와 같은 협대역 간섭신호 j(n)를 제거하는 동작은 하기 도 4의 설명에 의해 보다 명확하게 이해된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 협대역 간섭신호 제거기의 구체적 실시예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 협대역 간섭신호 제거기(106)는 수신된 신호 X(n)를 소정 지연하여 비관련성(uncorrelation)을 위해 소정 시간을 지연하는 지연기(401과, 유한-길이 임펄스 응답(Finite -length Impulse Response : FIR) 필터와 동일한 구조로 필터계수 W_n이 입력신호에 따라 적응적 (adaptive)으로 가변하는 적응필터(402)와, 상기 적응필터(402)로부터 출력되는 신호를 덧셈하여 추정된 협대역 간섭신호를 덧셈기(403) 및 상기 수신된 신호로부터 상기 덧셈기(403)의 출력을 감산하여 협대역 간섭신호가 제거된 수신신호를 출력하는 감산기(404)로 구성되어 있다.

상기 도 4와 같이 구성된 지연기(401)에 ADC(104)에 의해 디지탈 변환된 수신신호 x(n)[여기서 x(n)는 s(n)=j(n)이다.]는 지연기(401)에 의해 소정 지연되어 OFDM 신호 상호간의 언콜러레이션을 준다. 이때, 상기 지연기(401)에 의해 지연된 신호는 x'(n)=s'(n)+j'(n)로 표현되며, 지연시간의 정도는 수신된 신호의 특성에 따라 적절하게 조절한다.

상기와 같이 지연된 신호 x'(n)를 입력받은 적응필터(402)는 언콜러레이티드된 OFDM 신호 s'(n)보다는 관련(correlation)특성이 뛰어난 협대역 간섭신호성분 j'(n)를 추정한다. 적응필터(402)의 입력신호 및 필터계수를 x'(n) 및 W_n이라 하면, 하기 수학식 2와 3과 같다.

상기 적응필터(402)의 출력은 하기 수학식 4에서와 같이 입력되는 OFDM신호와 필터계수의 곱이며, 덧셈기(403)에서 모두 더해진다. 이때, 덧셈기(403)의 출력은 협대역 간섭신호를 추정한 신호이다. 감산기(404)에서는 협대역 간섭신호 j'(n)가 포함된 OFDM수신신호로부터 추정한 협대역 간섭신호를 감산하여 협대역 간섭신호를 제거한다. 상기 감산기(404)의 출력식은 하기 수학식 5와 같다.

상기 감산기(404)로부터 수학식 5와 같이 협대역 간섭신호 j(n)이 제거되어 출력되는 신호은 하기 수학식 6과 같은 적응필터(402)의 필터계수 w_n이 최적 상태로 구하기 위한 LMS(Least Mean Square)의 계산식에 의해 얻어진다.

상기 수학식 6의 마지막 항인 송신신호 s'(n)과 협대역 간섭신호와 그 추정치의 차인 j'(n)-의 곱은 서로 상관관계가 없어 상쇄된다. 따라서, 적응필터(402)내의 필터계수가 협대역 간섭신호를 최소화하기 위해서는 하기식 7의마지작 항이 최소가 되면 된다.

협대역 간섭신호 항이 최소화된다는 것은 j'(n)=을 의미하므은 하기 수학식 8과 같으며, 이때 협대역 간섭신호 항을 최소로 하는 필터계수 w_n은 구현의 편의상 기울기 방법(gradient method)를 이용하여 구한다. 필터계수 w_n은 수학식 9와 같이 표현되며,는 기울기 벡터(gradient vector) 크기를 조정하는 파라미터로 적응필터의 수렴특성을 결정한다.

상기한 실시예에 의해 구현된 적응필터(402)는 입력되는 OFDM신호 x'(n)를 소정 지연하여 출력하는 다수의 지연기들 Di(여기서 i는 1,2,3등의 정수)과, 상기 지연기(401) 및 상기 지연기들(Di)로부터 각각 지연되어 출력되는 신호들 x'(n-1), x'(n-2)---x'(n-N+1)들을 각각의 입력단자로 입력하며, 입력된 신호들을 미리 설정된 각각의 필터계수 w_n(여기서 n은 1,2,3등의 정수)에 따라 적응필터링하여 출력하는 다수의 가변이득증폭기(VAi)로 구성되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 적응 필터를 이용한 협대역 간섭신호 제거기는 의도적/비의도적인 협대역 간섭신호를 제거하여 OFDM 통신 시스템의 성능 열화 및 비트오류율도 크게 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치에 있어서,

   무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 OFDM 변조신호의 입력을 적응필터링하여 입력되는 신호에 포함된 상기 협대역 간섭신호를 예측하고, 협대역 간섭신호를 적응적으로 제거하여 출력하는 협대역 간섭신호 제거기와,

   상기 협대역 간섭신호가 제거된 OFDM신호를 복조하여 출력하는 OFDM수신기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 협대역 간섭신호 제거기는,

   무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 OFDM 변조신호를 소정 지연하여 OFDM 신호 상호간의 상관성이 없도록 지연하는 지연기와,

   상기 상관성이 없도록 지연된 OFDM변조신호를 일정한 단위시간으로 지연하고, 일정 단위시간으로 지연된 다수의 OFDM변조신호를 미리 설정된 다수의 필터계수로 증폭하여 적응 필터링 하여 출력하는 적응필터와,

   상기 적응필터터로부터 출력되는 신호들을 덧셈하여 관련 특성이 양호한 협대역 간섭 신호의 추정신호를 발생하는 덧셈기와,

   상기 수신된 OFDM변조신호로부터 상기 협대역 간섭신호의 추정값를 감산하여협대역 간섭신호를 제거하는 감산기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치.
3. 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치에 있어서,

   디지탈의 OFDM 변조신호를 아날로그 신호로 변환하여 무선전송로상으로 전송하는 OFDM 송신 장치와,

   상기 무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 아날로그의 OFDM 변조신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 디지탈 변환기와,

   상기 디지탈 변환된 OFDM변조신호의 입력에 응답하여 상기 협대역 간섭신호를 예측하여 협대역 간섭신호를 적응적으로 제거하여 출력하는 협대역 간섭신호 제거기와,

   상기 협대역 간섭신호가 제거된 OFDM신호를 복조하여 출력하는 OFDM수신기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 협대역 간섭신호 제거기는,

   무선전송선로 상에서 협대역 간섭신호가 포함된 OFDM 변조신호를 소정 지연하여 OFDM 신호 상호간의 상관성이 없도록 지연하는 지연기와,

   상기 상관성이 없도록 지연된 OFDM변조신호를 일정한 단위시간으로 지연하고, 일정 단위시간으로 지연된 다수의 OFDM변조신호를 미리 설정된 다수의 필터계수로 증폭하여 적응 필터링 하여 출력하는 적응필터와,

   상기 적응필터터로부터 출력되는 신호들을 덧셈하여 관련 특성이 양호한 협대역 간섭 신호의 추정신호를 발생하는 덧셈기와,

   상기 수신된 OFDM변조신호로부터 상기 협대역 간섭신호의 추정값를 감산하여 협대역 간섭신호를 제거하는 감산기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템의 협대역 간섭신호 제거 장치.