KR200247618Y1

KR200247618Y1 - 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치

Info

Publication number: KR200247618Y1
Application number: KR2020010018526U
Authority: KR
Inventors: 김선진
Original assignee: (주)파워코리아
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2001-10-31

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속하는 기술분야

본 고안은 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치에 관한 것임.

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 고안은 수신 신호를 역확산하기 전에 기저대역에서 디지털적으로 자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS: Least Mean Square) 알고리즘을 이용하여 유입된 협대역 간섭잡음을 제어하는 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 고안의 해결방법의 요지

본 고안은, 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털(A/D) 변환 수단; 상기 아날로그-디지털 변환 수단에서 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하기 위한 디지털 하향 변환 수단(DDC); 자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS) 알고리즘을 이용하여 상기 디지털 하향 변환 수단에서 변환된 기저대역 신호로부터 협대역 간섭잡음 신호성분을 제거하고, 최종 출력을 소정의 기준 범위내로 제어하기 위한 적응성 간섭잡음 제어 수단; 상기 적응성 간섭잡음 제어 수단에서 협대역 간섭잡음이 제거된 디지털 신호를 디지털 상향변환 주파수 대역 신호로 변환하기 위한 디지털 상향 변환 수단(DUC); 및 상기 디지털 상향 변환 수단에서 변환된 디지털 상향변환 주파수 대역 신호를아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그(D/A) 변환 수단을 포함함.

4. 고안의 중요한 용도

본 고안은 코드분할다중접속 시스템에서의 간섭잡음 제어 등에 이용됨.

Description

코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치{Narrowband Interference Canceller in CDMA System}

본 고안은 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신된 신호를 역확산하기 전에 기저대역에서 디지털적으로 자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS) 알고리즘을 이용하여 유입된 협대역 간섭잡음을 최대한 제거/억제하는 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터 학술적으로 연구되고 군사용으로 사용된 CDMA에 관련된 원천기술들은 이제 일반화되었으며, 상용화되어 정보통신 분야의 획기적인 발전에 기여하고 있다. 또한, 국내외 무선통신 및 이동통신 분야에서는 CDMA 기술을 응용하여 CDMA 시스템 및 PCS 시스템을 개발하여 이동통신 분야에 응용하고 있으며, IMT-2000 시스템의 개발진행 및 조기 서비스를 위하여 준비 중에 있다.

그러나, CDMA 기술의 특징인 대역확산 통신방식은 전송하려는 정보신호의 대역폭보다 훨씬 더 넓은 전송 대역폭(광대역 신호)을 가지고 통신하는 방식으로, 전송하려는 정보신호를 확산신호로 대역을 확산시킨 다음에 전송하며, 수신측에서는 같은 확산신호를 이용하여 역확산시키면 원래의 정보신호가 추출된다. 즉, 송신기에서 정보를 송신하여 무선전송 채널을 경유하여 수신부에 도달하는 도중에 잡음신호나 간섭신호가 전송하는 확산대역 내에 포함되어 수신기에 도달하게 되며, 도달한 신호를 수신기에서 역확산을 하여 정보신호의 추출이 가능하게 된다.

이러한 특성을 가지고 있는 CDMA 시스템의 가입자 수용용량은 다음의 (수학식 1)로 표현된다.

여기서, N은 수용가능한 가입자 수, W/R는 처리이득, E_b/N_o는신호 에너지에 대한 잡음과 간섭신호의 밀도 비, F는 주파수 재사용 효율, S는 셀 분할 이득, 및 V는 전송율 조정이득이다.

CDMA 기술을 응용하는 시스템에서는 낮은 정보전송율 부호를 광대역으로 확산하여 사용하므로 FDMA나 TDMA 방식에서보다 훨씬 낮은 부호화율을 갖는 에러정정부호를 사용하여 동일한 성능을 유지하여야 하기 때문에, 보다 낮은 신호 에너지 대 잡음 에너지 비율이 요구된다.

실제로 상기 (수학식 1)에서의 E_b/N_o는 다경로 페이딩, 이동속도, 다른 시스템에서 수신되는 간섭신호의 변화 등과 같은 다양한 전파환경 조건에 의하여 변화되며, 상기의 가입자 수용용량을 결정하는 주요한 변수이고, 가입자 수용용량을 증가시키기 위하여 이 값을 최소화하도록 하여야 하며 잡음 에너지 비율을 적게 하여야 한다.

즉, 대역확산 통신방식을 사용하는 CDMA 기술의 특성상 간섭잡음 신호에 대하여 매우 강인한 시스템이지만, 간섭잡음 신호가 확산신호보다 어느 정도 이상 강하게 되면 정보의 전송이 어렵게 된다. 이러한 무선환경의 잡음 및 간섭을 피하기 위하여 강력한 전력제어(Power Control)를 수행하는 방법이 있으나, 예상치 못한 간섭잡음 신호에 대하여는 새로운 방법의 도입이 필요하다.

한편, 현재 가입자 수용용량의 증가 및 시스템의 효율성 향상을 위하여 무선환경에서 작용하는 예상 가능한 간섭잡음 및 예상치 못한 간섭잡음 신호에 대한 대응책으로 안테나 다이버시티(Antenna Diversity) 기술, 인터리빙(Interleaving) 기술, 등화기(Equalization), 상관기(Correlation), 주파수 도약(Frequency Hopping) 기술, RAKE 수신기 기술, 및 전력제어 기술 등을 분야별로 채택하고 있으나, 만족할만 간섭제거 효과를 얻지 못하고 있다.

다시 말해, 페이딩 페턴이 다른 수신신호를 처리하기 위한 콤바이닝(Combining) 및 안테나 다이버시티 기술과 과거의 무선경로 신호를 측정하여 신호의 세기를 예측하는 PASD 방식, 연속적 연집에러의 보정을 위하여 여러 개의 타임 슬롯(Slot)에 프레임 신호를 분산 전송하는 인터리빙(Interleaving) 기술, 수신신호의 심벌간의 상호간섭(ISI)을 보정하기 위한 선형등화기 기술, DFE나 MLSE 알고리즘을 사용하는 비선형등화기 기술, GSM 방식에서 페이딩의 극복을 위하여 사용하고 있는 주파수 도약(Frequency Hopping) 방식, 다경로 페이딩에 의한 수신신호의 지연왜곡을 극복하기 위한 레이크 수신기(Rake Receiver) 기술, 및 전력 제어(Power Control) 방식 등이 활용되고 있으나, CDMA 원천기술을 활용하여 계산된 가입자 수용용량을 활용치 못하고 있는 문제점이 있었다.

상기 문제점의 주요원인은 무선경로에서 혼입되고 있는 간섭잡음 신호와 시스템에서 발생되고 있는 잡음신호의 완전한 제거가 불가능하기 때문이고, 또한 상기에서 사용되고 있는 제반의 기술적 미비점 때문이기도 하다.

본 고안은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 코드분할다중접속 시스템에서 협대역 간섭잡음을 제어하는 협대역 간섭잡음 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 고안은 수신된 신호를 역확산하기 전에 기저대역에서 디지털적으로 자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS) 알고리즘을 이용하여 유입된 협대역 간섭잡음 신호를 제어하는 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 고안에 적용되는 무선채널의 간섭잡음 발생에 대한 설명도.

도 2 는 본 고안에 적용되는 CDMA 신호와 협대역 간섭잡음 신호에 대한 설명도.

도 3 은 본 고안에 따른 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치의 일실시예 구성도.

도 4 는 본 고안에 따른 도 3 의 적응성 간섭잡음 제어부의 일실시예 구성도.

도 5 는 본 고안에 따른 도 4 의 제 1 비교분석부의 일실시예 구성도.

도 6 은 본 고안에 따른 도 4 의 간섭잡음 제어기의 일실시예 구성도.

도 7 은 본 고안에 따른 도 4 의 제 2 비교분석부의 일실시예 구성도.

도 8 은 본 고안에 적용되는 기준레벨 대비 출력레벨 조정기능에 대한 설명도.

도 9 는 본 고안에 따른 도 6 의 적응성 간섭제거 필터의 일실시예 구성도.

도 10 은 본 고안에 따른 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음제어 방식에 대한 일실시예 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

300: 아날로그-디지털(A/D) 변환기 302: 디지털 하향 변환기(DDC)

304: 적응성 간섭잡음 제어부 306: 디지털 상향 변환기(DUC)

308: 디지털-아날로그(D/A) 변환기 400: 제 1 비교분석부

402: 간섭잡음 제어기 404: 제 2 비교분석부

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 코드분할다중접속 시스템에 적용되는 간섭잡음 제어 장치에 있어서, 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털(A/D) 변환 수단; 상기 아날로그-디지털 변환 수단에서 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하기 위한 디지털 하향 변환 수단(DDC); 자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS) 알고리즘을 이용하여 상기 디지털 하향 변환 수단에서 변환된 기저대역 신호로부터 협대역 간섭잡음 신호성분을 제거하고, 최종 출력을 소정의 기준 범위내로 제어하기 위한 적응성 간섭잡음 제어 수단; 상기 적응성 간섭잡음 제어 수단에서 협대역 간섭잡음이 제거된 디지털 신호를 디지털 상향변환 주파수 대역 신호로 변환하기 위한 디지털 상향 변환 수단(DUC); 및 상기 디지털 상향 변환 수단에서 변환된 디지털 상향변환 주파수 대역 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그(D/A) 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 고안에 적용되는 무선채널의 간섭잡음 발생에 대한 설명도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 타사의 기지국 및 중계기가 근접하고, 그 설치된 수가 증가함에 따라 간섭잡음의 정도는 증가하며, 통신의 질은 떨어지게 된다.

도 2 는 본 고안에 적용되는 CDMA 신호와 협대역 간섭잡음 신호에 대한 설명도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 광대역 주파수를 사용하는 CDMA 시스템의 사용 대역폭 내에 CDMA 신호의 전력세기보다 월등히 큰 신호의 협대역 간섭잡음이 작용하는 경우에, 이러한 협대역 간섭잡음 신호는 CDMA 신호를 손상시키며, CDMA 및 PCS 시스템을 응용하여 정보를 전송하는 경우에, 원하는 정보의 전송이 불가능하게 된다.

협대역 간섭잡음 신호의 대역폭은 CDMA 정보신호 대역폭의 30% 이내의 대역폭을 가지는 신호로서, CDMA 정보신호의 전송에 치명적인 오류를 발생시키는 간섭잡음 신호이다.

도 3 은 본 고안에 따른 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 장치의 일실시예 구성도이다.

일반적으로 큰 협대역 간섭잡음이 포함되어 수신된 CDMA 및 PCS 시스템의 RF/IF 신호에서 원하는 정보만을 선택하여 정보전달 대상자에게 정보의 단절이 없이 원하는 정보만을 전달하기 위하여 디지털적으로 신호처리를 수행하기 위한, 주요 구성요소는 다음과 같다.

본 고안에 따른 협대역 간섭잡음 제어 장치는 아날로그-디지털(A/D) 변환기(300), 디지털 하향 변환기(DDC: Digital Down Converter)(302), 적응성 간섭잡음 제어부(304), 디지털 상향 변환기(DUC : Digital Up Converter)(306), 및 디지털-아날로그(D/A) 변환기(308)를 포함한다.

상기 A/D 변환기(300)는 CDMA 정보를 포함하고 있는 RF/IF 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

그리고, 디지털 하향 변환기(DDC: Digital Down Converter)(302)는 IF 대역에서 적당한 샘플율(Sampling Rate)로 변환되고 양자화 처리된 A/D 변환 신호 중에서 원하는 FA를 선택하고, 그 선택된 IF 대역의 디지털 신호를 기저대역으로 변환하고 과샘플(Over Sampling)된 신호의 디지털 처리를 원활하게 하기 위하여 1/4 ~ 1/8로 데시메이션(Decimation)을 수행한다.

그리고, 적응성 간섭잡음 제어부(304)는 자기회귀(Autoregressive) 및 적응성(Adaptive) 알고리즘을 응용하여 DDC(302)로부터 입력된 신호 중에 포함된 협대역 간섭잡음을 제거 및 억제하는 기능을 수행한다.

그리고, 디지털 상향 변환기(DUC: Digital Up Converter)(306)는 디지털 하향 변환기(302)에 의하여 기저대역으로 변환되고 1/4~1/8로 데시메이션(Decimation) 변환되어 적응성 간섭잡음 제어부(304)에 의하여 협대역 간섭잡음이 제거 또는 억압된 출력신호를 디지털 하향 변환기(302)에 의하여 변환되기 이전의 상태로 복원하고 보간(Interpolation)을 한다.

그리고, D/A 변환기(308)는 디지털 상향 변환기(306)에 의하여 상향 변환되고 보간이 이루어진 디지털 신호를 초기에 수신된 아날로그 RF/IF 신호로 변환한다.

상기 각 구성요소를 더욱 상세하게 설명하면, 다음과 같다.

상기 A/D 변환기(300)는 CDMA 시스템의 주파수 할당(Frequency Allocation)에 따라 일정한 주파수 대역으로 분할/할당된 일련의 FA를 전 대역 또는 분할된 단위 FA에 대하여 수신된 RF/IF 대역의 중간 주파수에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

즉, 아날로그 신호를 일정 샘풀율(Sampling Rate)에 따라 샘풀 앤 홀드(Sample-and-Hold) 증폭기를 이용하여 샘풀링을 하며, 샘풀링된 데이터를 일정한 비트(Bit)로 양자화한다.

그리고, A/D 변환기(300)로 입력되는 아날로그 IF 전력레벨은 A/D 변환기(300)의 동적범위(Dynamic Range)를 벗어나지 않도록, RF/IF 부분에서 일정한 레벨 이상의 신호를 기준 레벨로 조정하여 A/D 변환기(300)의 입력으로 전달되도록 하여야 하며, 만약 A/D 변환기의 설정 기준레벨을 초과하는 경우에는 오버 플로우(Over-Flow) 또는 포화(Saturation)가 발생하게 되어, A/D 변환이 이루어질 수 없거나 일정한 최대 레벨로 인식하게 된다.

따라서, RF/IF 부분(Part)에서 레벨의 조정이 필요하며, 레벨의 조정방법은 토탈(Total) AGC 또는 FA 단위 AGC, 및 토탈 ALC 또는 FA 단위 ALC 방법을 사용한다.

그러나, AGC는 수신된 신호가 원하는 전력레벨을 갖도록 하는 것이 주목적이며, 정보신호의 진폭(Amplitude)이 일정한 기준레벨 내에 있도록 하여 수신 디바이스(A/D 변환기)의 동적범위 내에 존재하도록 하여야 하는 안정성 문제를 고려하여야 한다.

한편, AGC는 주변에서 유입되는 간섭잡음 신호와 무관하게 정해진 일정 크기로 이득을 조정하므로, 큰 진폭의 임펄스 신호와 같은 간섭잡음에 대하여는 간섭잡음의 전력레벨의 변동에 즉각적인 대응을 할 수 없어서 전력의 갑작스런 유입이나 소멸로 인해 발생하는 오류를 처리할 수 없다.

예를 들어, 시스템의 초기화 과정동안에 정보신호원만 들어오는 경우에, AGC는 수신된 정보신호를 기준으로 이득을 조정한다. 이때, 갑자기 원신호와 대등한 전력을 가진 간섭잡음 신호가 유입되는 경우에는 전체 신호의 전력이 두 배가 되므로 이 신호를 A/D 변환하는 과정에서 원신호가 클리핑(Clipping)되어 양자화 에러(Quantization Error)가 발생하게 된다.

또한, 수신단에 임펄스 간섭잡음 등과 같은 강력한 협대역 간섭잡음이 무선 전송선로에 인가되면 시스템의 성능이 저하되어 원래 계획했던 시스템 성능을 충족시키지 못하게 되며, 협대역 간섭잡음의 진폭이 매우 큰 경우에는 수신단의 동작을 불안하게 하고 전송 데이터를 검출하지 못하게 된다.

더욱 문제가 되는 것은 협대역 간섭잡음이 언제, 어떤 진폭으로 어느 주파수 대역에 인가될지 예측할 수 없기 때문에 협대역 간섭잡음을 적응적(Adaptive)으로 제거할 수 없게 되므로, 수신된 신호에서 큰 진폭의 간섭잡음은 적절한 수준으로 레벨을 조정하여 A/D 변환기에 입력될 수 있도록 신중하게 레벨을 조정한다.

그리고, 적응성 간섭잡음 제어부(304)는 본 고안의 가장 핵심되는 부분으로, CPU, MPU 또는 디지털 신호 처리기(DSP : Digital Signalling Processor)와 제반의 주변회로를 포함하며, 수신된 협대역 간섭잡음 신호를 자기회귀(Autoregressive) 및 실시간 적응성(Real Time Adaptive) 알고리즘을 사용한 디지털 신호처리 기법에따라 CDMA 정보신호에 포함된 협대역 간섭잡음 신호성분을 제거 및 억압하는 기능을 수행한다.

그리고, 디지털 상향 변환기(306) 및 D/A 변환기(308)의 기능은 디지털 하향 변환기(302) 및 A/D 변환기(300)의 역기능을 수행하며, D/A 변환기(308)의 샘플율(Sampling Rate)은 변환효율의 향상을 위하여 A/D 변환기(300)의 샘플율(Sampling Rate)보다 더 높게 설정한다.

이때, A/D 변환기(300)에서 CDMA 시스템의 주파수 할당(Frequency Allocation) 규칙에 따라 일정한 주파수 대역으로 분할/할당된 일련의 FA를 분할된 단위 FA에 대하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 협대역 간섭잡음 신호성분을 제거 및 억제한 경우에, 처리된 디지털 신호를 원래의 아날로그 신호로 변환하기 위하여는 각각의 FA 단위로 처리된 신호의 합성을 위하여 ADD 또는 MUX 기능을 추가하여 주파수 할당에 따른 FA 순서로 재배열해야 한다.

상기와 같이 고유한 기능을 수행하기 위한 A/D 변환기(300), DDC(302), 적응성 간섭 잡음 제어부(304), DUC(306) 및 D/A 변환기(308)는 각각의 기능적 단일 부품으로 적용하여 개발이 가능하며, 일부 또는 전체를 통합하여 FPGA 및 ASIC으로 개발하여 경박단소화도 가능하다.

그리고, 경박단소화된 기능 모듈은 다양한 분야에의 적용이 가능하며, 기존의 CDMA 및 PCS 시스템뿐만 아니라 미래의 CDMA 기술이 적용되는 모든 시스템에 적용이 가능하다.

도 4 는 본 고안에 따른 도 3 의 적응성 간섭잡음 제어부의 일실시예 구성도이다.

상기 적응성 간섭잡음 제어부(304)는 제 1 비교분석부(400)(도 5), 간섭잡음 제어기(402)(도 7), 및 제 2 비교분석부(404)(도 6)를 구비하는데, 이에 대해서는 도 5 내지 도 7 에서 상세히 설명하기로 한다.

도 5 는 본 고안에 따른 도 4 의 제 1 비교분석부의 일실시예 구성도이다.

상기 제 1 비교분석부(400)는 절대치 및 평균치 계산기(500), 신호 감지 및 제어신호 발생기(502)를 구비하며, 주요 기능 및 기능 수행은 CPU, MPU 또는 디지털 신호처리기(DSP: Digital Signalling Processor)에 집중화되는데, 그 동작은 다음과 같다.

A/D 변환기(300) 및 DDC(302)의 디지털 출력신호에서 절대치 계산기(500)는 디지털로 변환된 신호의 절대값을 구한다. 절대치를 구하는 이유는 A/D 변환기(300) 및 DDC(302)의 출력값이 일정한 전력 레벨을 갖는 것이 아니라 일정한 진폭 레벨 내에 존재해야 하기 때문이다. 예를 들어, 일정한 전력 레벨을 갖도록 제곱값을 사용한다면 1보다 큰 값은 더 크게 되고, 1보다 작은 값은 더 작게 되므로, 절대값을 사용하는 것이 유리하다.

평균치 계산기(500)는 절대치 계산기(500)의 후단에 위치하며, 절대치 계산기의 출력에 대해 소정의 윈도우를 설정하여 각 윈도우내의 샘플중에서 피크치를 구한 다음에, 소정 개수의 윈도우에 대하여 각 윈도우에서 구해진 피크치의 평균을 구한다. 피크치를 구하는 이유는 일정한 진폭레벨 내에서 동작하는 안정적인 출력을 보장하기 위함이고, 또한 협대역 간섭잡음 제어 장치의 최종 출력레벨의 조정을위한 제반의 정보처리를 위함이다. 윈도우의 크기는 조정이 가능하며, 피크치의 평균을 구하는 것은 잡음에 민감하지 않도록 하기 위한 것이다.

신호감지 및 제어신호 발생기(502)는 협대역 간섭잡음 제어 장치의 최종 출력레벨의 조정을 위하여 평균치 계산기(500)의 출력 레벨을 감지하고, 이를 미리 저장하고 있는 기준 레벨, 상한 임계치, 하한 임계치, 최대치, 및 최소치와 비교하여 현재의 이득 및 최종 출력레벨의 조정이 필요한 예측치를 분석한 후, 제 1 출력단을 통하여 평균치 계산기(500)의 출력을 간섭잡음 제어기(402)로 보내고, 비교/분석결과에 따른 협대역 간섭잡음 제어 장치의 최종 출력레벨의 조정을 위한 제어신호를 생성하여 제 2 출력단을 통하여 제 2 비교분석부(404)로 출력한다.

도 6 은 본 고안에 따른 도 4 의 간섭잡음 제어기의 일실시예 구성도로서, 간섭잡음 제어기(402)는 결합기(606, 608), 분배기(610, 612), 적응성 간섭제거 필터 (602), 및 LMS 알고리즘(604)을 포함한다.

간섭잡음 제어기(402)에 응용되는 적응성 알고리즘은 적응성 간섭제거 필터 (602)를 실시간 적응하기 위한 알고리즘으로 적응성 가중계수 함수이다.

적응성 가중계수 함수는 일반화되고 잘 증명된 최소 제곱 평균(LMS: Least Mean Square) 알고리즘을 사용하며, 이는 출력의 추정오차 신호를 최소화함으로써 간섭잡음 신호는 제거하고 원하는 정보신호만을 출력하기 위함이다.

제 1 결합기(606)의 주요 기능은 간섭잡음 제어기(402)의 입력신호(Z_k)(즉, 제 1 비교분석부의 출력신호)와 적응성 간섭제거 필터(602)의 추정 출력값()의역방향 궤환신호의 결합을 수행하며, 결합에 의하여 발생되어지는 출력 오차값(ε_k)을 생성한다.

제 1 결합기(606)의 출력 오차값은 LMS 알고리즘에 의하여 최소 평균 제곱의 값이 되도록 적응화된다. 또한, 제 2 결합기(608)는 제 1 결합기(606)의 출력 오차값(ε_k)의 추정치()와 적응성 간섭제거 필터의 출력 추정값()의 역방향 궤환신호의 결합을 수행하여 적응성 간섭제거 필터의 입력값()을 생성한다.

또한, 제 1 결합기(606)의 출력 오차값(ε_k)은 LMS 알고리즘(604)의 적응성 전달함수[ρ(ε_k)]를 구성하는 요소로 작용하며, 적응성 간섭제거 필터의 적응성 가중계수를 유도하여 적응성 간섭제거 필터(602)의 값을 샘플링 순간마다 적응화한다.

이에 따라, 적응성 간섭제거 필터의 출력은 샘플링 순간마다 적응적으로 변화하여 출력되며, 출력값은 제 1 결합기(606)로 역방향 궤환 결합되어 최소 평균 제곱의 값이 최소화가 되도록 적응적으로 동작하게 된다.

간섭잡음 제어기(402)에서 적응성 간섭제거 필터(ANF/ Adaptive Noise Filter)(602)의 세부적 설계는 적응성 간섭 제거 필터의 설계방식(도 9 참조)에서 상세히 볼 수 있으며, 적응성 간섭제거 필터의 입력신호는 T_c크기의 시간지연기에 의하여 시간지연된 신호에 적응성 가중계수함수(a_i,k)가 곱하여 지는 유한 임펄스 응답 필터(FIR Filter: Finite Impulse Response) 또는 무한 임펄스 응답 필터(IIR:Infinite Impulse Response Filter) 형태의 디지털 적응성 필터를 통해 모델링되고, 모델링된 출력의 전체를 가산하여 출력하며, 적응성 가중계수 알고리즘은 다음의 (수학식 2)와 같다.

여기서, a_k는 적응성 가중계수 함수, μ는 적응성 가중계수, γ_k는 적응성 간섭제거 필터의 입력전력 추정치 함수, ρ(ε_k)는 적응성 전달함수, 및 X_k는 적응성 간섭제거 필터의 추정입력 함수이다.

상기의 (수학식 2)의 적응성 가중계수 함수는 샘플링(Sampling) 순간에 수정 및 보완이 이루어지며, 적응성 가중계수는 수신된 신호와 가산되어 출력된 값과의 차이(오차)를 감소시키는 방향으로 작용하여 LMS 알고리즘을 만족시켜 준다. 즉, 가중치 함수의 목적은 최종 출력 에러(Error)값을 최소화하며, 에러(Error)의 제곱 평균치(Mean Square Value)를 최소화한다.

또한, 적응성 간섭제거 필터(602)의 입력신호는 T_c크기의 시간지연을 가지고 적응성 간섭제거 필터의 적응성 가중계수가 곱하여 지는 유한 임펄스 응답 필터(FIR Filter: Finite Impulse Response) 또는 무한 임펄스 응답 필터(IIRFilter: Infinite Impulse Response) 형태의 디지털 적응성 필터를 통해 모델링되어진다. 이와 같이 적응성 간섭제거 필터(602) 및 적응성 알고리즘을 포함하고 있는 도 6 의 간섭잡음 제어기를 경유한 출력신호는 상기의 제반 과정에 의하여 수신된 협대역 간섭잡음 신호성분을 제거 및 억압하여 필요한 CDMA 정보신호만을 출력한다.

도 7 은 본 고안에 따른 도 4 의 제 2 비교분석부의 일실시예 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이 제 2 비교분석부(404)는 이득 분석기(700)와 이득 조절기(702)를 구비하고, 주요기능 및 기능 수행은 CPU, MPU 또는 디지털 신호처리기(DSP)에 집중화되어지며, 제 2 비교분석부(404)의 세부적 기능동작은 다음과 같다.

이득 분석기(700)의 입력은 도 6 의 간섭잡음 제어기의 출력과 제 1 비교분석부(400)의 신호 감지 및 제어신호 발생기(502)의 출력으로 구성된다.

이득 분석기(600)와 이득 조절기(602)의 기능 및 동작은 명확하게 분리할 성질은 아니며, 상호 기능 및 동작은 혼합되어서 이루어지며, 주요기능은 제 1 비교분석부(400)의 이득조절을 위한 제어신호와 간섭잡음 제어기(402)의 출력을 이용하여 도 8 에서 설정한 최종 출력레벨에 따라 출력값을 출력하기 위하여 이득조절을 한다.

즉, 상한 임계치와 최대치 사이의 신호레벨에 대하여는 상한 임계치 이하로 이득을 낮추어 주고, 하한 임계치와 최소치 사이에 존재하는 신호레벨은 하한 임계치 이상으로 이득을 상한조정을 하며, 최종 출력레벨을 도 8 의 기준레벨을 중심으로 하여 상한 임계치와 하한 임계치 내에 존재할 수 있도록 이득을 적절히 조정한다.

도 8 은 본 고안에 적용되는 기준레벨 대비 출력레벨 조정기능에 대한 설명도로서, 협대역 간섭잡음 제어 장치의 최종 출력모델을 나타낸다.

협대역 간섭잡음 제어 장치의 최종 출력은 그것이 장착되는 CDMA 시스템에서 설정한 최종 출력레벨에 따라 출력값을 출력하기 위하여 이득조절을 한다. 즉, 상한 임계치와 최대치 사이의 신호레벨에 대하여는 상한 임계치 이하로 이득을 낮추어 주며, 하한 임계치와 최소치 사이에 존재하는 신호레벨은 하한 임계치 이상으로 이득을 상한조정하며, 최종 출력레벨이 기준레벨을 중심으로 하여 상한 임계치와 하한 임계치 내에 존재할 수 있도록 이득을 적절히 조정한다.

적응성 협대역 간섭잡음 제어 장치에 입력되는 신호레벨이, 그것이 장착되는 CDMA 시스템에서 설정한 최대치(A/D 변환기의 A/D 변환 동적범위)를 초과하는 입력 신호레벨로 인가되는 경우에는 A/D 변환기에 의하여 포화 에러(Saturation Error)가 발생하여 전체 시스템의 성능을 나쁘게 하는 경향이 발생한다.

따라서, 시스템의 안정화를 위하여 오버 플로우(Over Flow) 입력신호는 A/D 변환기의 동적범위(Dynamic Range) 내에 존재할 수 있도록 신호 레벨의 조정이 필요하다.

일반적으로 CDMA 시스템에서의 신호레벨은 각 접속점, 모듈단위, 유니트 단위로 시스템 출력레벨 또는 시스템 접속레벨을 설정할 수 있으며, 또한 본 고안 장치의 장착 위치에 따라 신호레벨을 다양하게 조정이 가능하다.

한 예로서, CDMA 수신 시스템의 LNA 모듈의 접속점을 기준으로 한 출력신호 레벨은 다음과 같이 모델화가 가능하다. 즉, 기준레벨 0dBm을 기준으로 하여 +/-40dBm의 값을 상한 최대치 및 하한 최소치로 하며, 이 범위을 초과하는 값은 오버 플로우(Over Flow)로 처리하여 이득제어를 수행한다.

또한, 시스템의 출력 임계치 레벨은 기준레벨 0dBm을 기준으로 하여 +/-20dBm으로 설정하여 각각의 값을 상한 임계치 및 하한 임계치로 하여 40dBm의 동적 출력범위를 가지도록 한다. 따라서, 신호출력 레벨이 최대치와 상한 임계치 사이와 최소치와 하한 임계치 사이에 존재하는 경우에는 이득제어를 수행하여 출력신호의 레벨을 동적 출력범위 내에 존재하도록 한다.

도 9 는 본 고안에 따른 도 6 의 적응성 간섭제거 필터의 일실시예 구성도로서, 간섭잡음 제어기(402)의 적응성 간섭제거 필터(ANF: Adaptive Noise Filter)(602)의 세부적 설계 사항을 나타내고 있으며, 이에 대한 설명은 이미 도 6 에서 설명했으나, 다시 설명하면 다음과 같다.

적응성 간섭제거 필터(ANF/ Adaptive Noise Filter)(602)는 결합기(900, 902), 시간지연기(904) 및 다수의 곱셈기(906)를 구비한다.

제 3 결합기(900)는 도 6 의 제 2 결합기(608)과 같은 기능을 수행하는 결합기로서, 출력 오차값(ε_k)의 추정치()와 적응성 간섭제거 필터의 출력 추정값()의 역방향 궤환신호가 결합되어 적응성 간섭제거 필터의 입력값()을 생성한다.

적응성 간섭제거 필터의 입력신호()는 T_c크기의 시간지연기에 의하여 시간지연된 신호에 LMS 알고리즘의 적응성 전달함수에 의하여 만들어지는 적응성 가중계수함수(a_i,k)를 곱하여 만들어지는 유한 임펄스 응답 필터(FIR Filter: Finite Impulse Response) 또는 무한 임펄스 응답 필터(IIR: Infinite Impulse Response Filter)로 구성되는 디지털 적응성 필터로 모델링할 수 있으며, 제 4 결합기(902)는 디지털 적응성 필터에 의하여 모델링된 출력의 전체를 가산하여 제 3 결합기(900)로 역방향 궤환출력하며, 적응성 가중계수 알고리즘은 (수학식 2)와 같다.

도 10 은 본 고안에 따른 코드분할다중접속 시스템에서의 협대역 간섭잡음 제어 방식에 대한 일실시예 흐름도이다.

상세한 설명은 이미 관련부분에서 하였으므로, 여기서는 전반적인 방식에 대하여 설명한다(도 3 내지 도 9 참조).

먼저, CDMA 정보를 포함하고 있는 RF/IF 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하고(1000), IF 대역에서 적당한 샘플율(Sampling Rate)로 변환되고 양자화 처리된 A/D 변환 신호 중에서 원하는 FA를 선택하고, 그 선택된 IF 대역의 디지털 신호를 기저대역으로 변환하고 과샘플(Over Sampling)된 신호의 디지털 처리를 원활하게 하기 위하여 1/4~1/8로 데시메이션(Decimation)을 수행한다(1002).

이후, 자기회귀(Autoregressive) 및 적응성(Adaptive) 알고리즘(LMS 알고리즘)을 응용하여 협대역 간섭잡음을 제거 및 억제하고, 최종 출력을 소정의 기준 범위내로 제어한다(1004).

그리고 나서, 기저대역으로 변환되고 1/4~1/8로 데시메이션(Decimation) 변환되어 협대역 간섭잡음이 제거 또는 억압된 출력신호를 원래의 RF/IF 신호로 복원하고 보간(Interpolation)을 한 후에(1006), 상향 변환된 디지털 신호를 초기에 수신된 아날로그 RF/IF 신호로 변환한다(1008).

이상에서 설명한 본 고안은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 고안은, 다음과 같은 우수한 효과가 있다.

첫번째, CDMA 기술을 사용하는 시스템에서 외부로부터 유입되는 협대역 간섭잡음 신호에 대하여 적응성 알고리즘을 이용하여 간섭잡음 신호성분을 제거 및 억제하여 CDMA 정보신호가 원활하게 전달되도록 할 수 있다.

두번째, 큰 레벨의 협대역 간섭잡음의 제거 및 억압에 의하여 일정한 레벨의 출력신호를 유지시켜 주어 시스템의 안정성 및 효율성을 높여 준다.

세번째, 역확산 전에 간섭신호를 제거하기 때문에 효율성을 높여 주며, 다양하게 흩어져 있는 간섭잡음 제거 기능의 집중화를 가능하게 한다.

네번째, 큰 레벨의 갑작스런 간섭잡음 신호의 입력에 의한 전력레벨의 급속한 변화에 따른 오류를 방지할 수 있으며, 큰 전력신호의 입력에 의한 시스템의 고장을 막을 수 있다.

다섯번째, 협대역 간섭잡음 신호에 의하여 발생되는 가입자의 호 단절을 방지할 수 있다.

여섯번째, 불규칙적으로 변하는 수신신호에 대해 출력레벨의 안정화를 위한 적절한 이득제어가 가능하다.

일곱번째, 적응성 알고리즘 및 자기회귀에 의한 적응성 계수의 값을 조정함에 따라 정상상태 수렴시간을 단축시킬 수 있다.

여덟번째, 정상상태에 도달한 후에는 세밀하게 신호를 추적할 수 있으며, 수신된 신호의 갑작스런 전력 변화에 대해 빠르게 대처할 수 있다.

아홉번째, 특정 정보신호 전달을 위한 주파수 대역에서 원래의 전송신호에 혼입되는 협대역 간섭잡음을 제거함으로써, 협대역 잡음으로 인한 간섭을 방지할 수 있다.

열번째, SDR(Software Defined Radio) 기술의 전초단계의 개발로서 향후 무선통신 시스템의 기초기술로 적용이 가능하다.

열한번째, 협대역 간섭잡음 신호성분의 제거를 위한 하나의 모듈로 개발함으로써 시스템 및 중계기 시스템에 적용이 가능하다.

열두번째, 모듈의 경박단소화에 의하여 단말기에 적용이 가능하다.

열세번째, CDMA 기술적 특성에 의하여 기 사용중에 있는 협대역 주파수와 중첩하여 CDMA 주파수의 사용이 가능하며, 이에 따라 주파수 이용효율을 향상시킬 수있다.

열네번째, 현재 상용화되어 있는 셀룰러 및 PCS 시스템, IMT-2000 시스템 및 CDMA 기술을 적용하는 시스템에 전반적으로 응용이 가능하다.

Claims

코드분할다중접속 시스템에 적용되는 간섭잡음 제어 장치에 있어서,

수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털(A/D) 변환 수단;

상기 아날로그-디지털 변환 수단에서 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하기 위한 디지털 하향 변환 수단(DDC);

자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS) 알고리즘을 이용하여 상기 디지털 하향 변환 수단에서 변환된 기저대역 신호로부터 협대역 간섭잡음 신호성분을 제거하고, 최종 출력을 소정의 기준 범위내로 제어하기 위한 적응성 간섭잡음 제어 수단;

상기 적응성 간섭잡음 제어 수단에서 협대역 간섭잡음이 제거된 디지털 신호를 디지털 상향변환 주파수 대역 신호로 변환하기 위한 디지털 상향 변환 수단(DUC); 및

상기 디지털 상향 변환 수단에서 변환된 디지털 상향변환 주파수 대역 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그(D/A) 변환 수단

을 포함하는 협대역 간섭잡음 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적응성 간섭잡음 제어 수단은,

상기 디지털 하향 변환 수단의 디지털 출력신호에 대하여 평균치를 구한 후, 상기 디지털-아날로그(D/A) 변환 수단의 출력에 대한 소정의 기준치들과 비교하여 제어신호를 발생하기 위한 제 1 비교분석 수단;

자기회귀(Autoregressive) 및 최소제곱평균(LMS) 알고리즘을 이용하여 상기 제 1 비교분석 수단으로부터의 기저대역 신호로부터 협대역 간섭잡음 신호성분을 제어하기 위한 간섭잡음 제어 수단; 및

상기 제 1 비교분석 수단의 제어신호에 따라 상기 간섭잡음 제어 수단의 출력을 조정하기 위한 제 2 비교분석 수단

을 포함하는 협대역 간섭잡음 제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 비교분석 수단은,

상기 디지털 하향 변환 수단의 디지털 출력신호의 절대값을 구한 후, 소정의 윈도우를 설정하여 샘플링값 중에서 피크치를 구하여 각 윈도우에서 구한 피크치의 평균을 구하기 위한 절대치 및 평균치 계산 수단; 및

상기 절대치 및 평균치 계산 수단의 출력을 감지하여, 저장하고 있는 상기 디지털-아날로그(D/A) 변환 수단의 출력에 대한 소정의 기준치들과 비교한 후, 상기 감지된 절대치 및 평균치 계산 수단의 출력을 상기 간섭잡음 제어 수단으로 전달하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어신호를 발생하여 상기 제 2 비교 분석 수단으로 전달하기 위한 신호 감지 및 제어신호 발생 수단

을 포함하는 협대역 간섭잡음 제어 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 간섭잡음 제어 수단은,

상기 제 1 비교분석 수단의 출력신호와 적응성 간섭 제거 필터링 수단의 추정 출력값과의 오차 신호를 구하기 위한 제 1 결합 수단;

상기 제 1 결합 수단의 오차 신호의 추정값과 상기 적응성 간섭 제거 필터링 수단의 추정 출력값을 결합하여 상기 적응성 간섭 제거 필터링 수단의 입력값을 생성하기 위한 제 2 결합 수단;

상기 제 1 결합 수단의 오차 신호의 추정값을 제곱평균하여 적응성 가중계수함수를 생성하기 위한 적응성 가중계수함수 생성 수단; 및

상기 제 2 결합 수단의 출력을 시간 지연시킨 후, 상기 적응성 가중계수함수 생성 수단에서 생성된 적응성 가중계수와 결합하여 간섭잡음을 제거하기 위한 상기 적응성 간섭 제거 필터링 수단

을 포함하는 협대역 간섭잡음 제어 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 적응성 가중계수함수 생성 수단은,

최소제곱평균(LMS: Least Mean Square) 알고리즘을 사용하여 적응성 가중계수함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 협대역 간섭잡음 제어 장치.