KR20040087439A - 고주파 중계기 궤환 신호 제거기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 변조 방식을 이용한 무선 통신 시스템에서, 기지국으로 수신된 주파수와 동일한 주파수로 중계하는 고주파 중계기 궤환 신호 제거기(Feedback Signal Canceller)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 디지털 변조된 무선 수신신호를 복조하여 1,0의 비트를 판별 후 다시 변조를 하여 무선 채널에서 야기된 신호의 왜곡을 보상하며, 이와 동시에 I,Q 성상도 상에서 더해진 궤환 신호의 간섭 벡터 성분을 분리해 냄으로써, 동일한 주파수로 송수신하는 무선 중계기에서 발생하는 발진과 수신 신호에 야기되는 오류를 제거하게 된다.

Description

고주파 중계기 궤환 신호 제거기{Feedback Signal Canceller}

본 발명은 디지털 변조 방식을 이용한 무선 통신 시스템에서, 기지국으로 수신된 주파수와 동일한 주파수로 중계하는 고주파 중계기 궤환 신호 제거기(Feedback Signal Canceller)에 관한 것이다.

일반적인 이동 통신 시스템에서는 기지국의 서비스 영역 밖의 이동 단말기를 서비스 하기 위해 여러 형태의 중계기를 사용하여 기지국의 서비스 영역을 확보하고 있다. 중계기는 기지국으로부터 수신된 신호를 증폭하여 음영지역 방향으로 재전송하게 된다. 송신과 수신이 동일한 주파수로 이루어지는 경우 강한 재전송 신호가 미약한 수신신호와 합쳐지게 되어 수신 신호를 왜곡 시키고 중계기 내의 발진을 일으키는 원인으로 작용하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 기지국 방향의 안테나와 음영지역 방향의 안테나를 약 100M 이상 이격 시켜 송수신하는 방법과 주위의 지형 지물을 이용하는 방법이 있으나, 이는 송수신 안테나를 설치하는데 과다한 비용이 들며, 경우에 따라 주위의 환경에 의해 설치 할 수 없는 경우도 발생하여 실제로 사용하는 데는 많은 어려움이 따른다.

이러한 문제를 해결하기 위해 지금까지 다양한 기술들이 시도되어 왔고, 이러한 기존의 궤환 간섭 신호 제거 중계기에서는 아날로그 신호 형태의 궤환 예측하여 예측된 궤환 신호의 역 위상 신호를 수신 신호와 합성하여 궤환 신호를 제거하고자 하는 ICS(Interference Cancellation System)를 이용한 형태들이 이다. 이러한 기존의 ICS 중계기에서 사용하는 아날로그 형태의 궤환 신호 분리 방법은 WCMDA(Wideband-CDMA: 5MHz 대역)와 같은 넓은 대역폭을 갖는(시간적으로 빠르게 변화 하는) 신호의 경우에는 예측된 역 위상의 신호가 더해진 궤환 신호를 제거하는 것이 아니라, 더욱 강한 간섭 신호로 작용할 가능성이 높아져 전체적인 시스템의 성능이 저하되게 된다.

따라서, 본 발명에서는 기지국으로부터 수신한 신호를 같은 주파수로 재전송하는데 있어서, 기존의 ICS 중계기들에서 시도되었던 아날로그 신호 형태의 궤환 신호 분리 방법을 디지털 신호에 맞는 기술을 이용하여 왜곡을 보정하고 궤환 신호에 의해 더해진 오류 벡터를 제거하여 재 전송함으로써 혁신적인 궤환 신호 제거 중계기를 구현 함에 있다. 또한, CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband CDMA), CDMA2000, GSM(Global System for Mobile communications), WLL(Wireless Local Loop)과 같은 디지털 변조 방식을 이용한 무선 시스템에 활용 할 수 있는 디지털 무선 중계기 구현을 목표로 한다.

도1 고주파 중계기 궤환 신호 제거기의 블록도

도2 아날로그 형태의 중계기 동작

도3 본 발명의 디지털 중계기 동작

도4 성상도 상의 QPSK 신호

도5 간섭신호가 더해져 심볼의 위치가 이동한 신호

도6 간섭 신호의 위상이 0~360 로 변하는 경우

도7 시스템이 견딜 수 있는 궤환 간섭 신호의 에너지 범위

도8 Simulink를 이용한 궤환 간섭 신호 시뮬레이션과 그 결과

도9 궤환 간섭 신호의 벡터 성분

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : DSP(Digital Signal Processing) 처리부

101 : Probe 안테나

102 : 송수신 안테나

103 : 송수신 전환기(Duplexer)

104 : 저 잡음 증폭부

105 : 복조부

106 : 변조부

107 : 고전력 증폭부

108 : 송신 신호 커플링 검출부

본 발명에 따른 도1은 고주파 중계기 궤환 신호 제거기의 블록도를 나타낸 것이다. 송수신 전환기(Duplex:103)에 의해 분리된 수신 신호는 저 잡음 증폭부(LNA:104)를 거친 고주파 신호에서 1차 궤환 신호 제거를 한 후 이 신호를 복조(105) 과정을 거쳐 I,Q 신호로 분리 DSP(Digital Signal Processing) 블록(106)으로 입력된다.

수신하고자 하는 신호를 S1이라 하고, 왜곡을 발생시키는 궤환 신호를 S2라고 칭한다면, DSP 처리부의 동작은 궤환 신호에 의해 왜곡된 수신신호(S1+S2)에서, 궤환 신호(S2)의 시간 지연 성분과 진폭을 계산해, 궤환 신호를 2차로 제거 하게 된다. 이때 DSP 블록에는 Probe 안테나(101)에서 얻어진 신호와 최종 단에서 샘플링 된 신호가 각각 입력되어 참조 신호로 사용된다.

좀더 상세히, CDMA, WCDMA, WLL과 같은 디지털 무선통신 시스템에서는, 기지국의 서비스 영역 밖의 이동 단말기를 서비스 하기 위해 여러 형태의 중계기를 사용하여 기지국의 서비스 영역을 확보하고 있으며, 이와 같은 디지털 변조 방식을 이용한 무선 통신 시스템에서, 기존의 중계기들은 중계 하고자 하는 시스템의 변조 방식이 디지털 변조 임에도 불구 하고 아날로그 형태의 신호를 증폭하여 재전송하는 형태를 띠고 있다.

하지만 이러한 디지털 신호를 도2에서와 같이 아날로그 형태로 증폭만 하여재 전송할 경우, 무선 전송 경로 상에서 발생하는 페이딩 이나 잡음에 의해 왜곡된 신호의 전력 만을 높여 전송하기 때문에 중계기에서 무선 채널 환경의 왜곡 성분을 완전히 제거 할 수 없게 된다. 하지만, 본 발명에서 제안하는 시스템에서는 도3에서와 같이, 디지털 변조되어 수신된 신호를 복조하여 판별한 후 다시 변조(106)하여 전송함으로써 무선 채널 상의 왜곡 성분을 완전히 제거 할 수 있게 된다. 이러한 방식은 이미 유선 중계기에서 사용하고 있으나, 이를 무선 중계기에 적용한 예는 아직 없었다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 방식을 무선 중계기에 적용하였으며, 이러한 방식은 신호를 판별하여 왜곡을 제거하는 과정에서 오류가 발생 할 수 있지만, 디지털 통신 방식에서는 길쌈 부호나 터보 부호 같은 오류 정정 기술이 포함되어 있어, 중계기에서 발생 할 수 있는 오류를 이동 단말기에서 정정하게 된다.

또한, 기존의 ICS 중계기에서는, 아날로그 신호 형태의 궤환 신호를 예측하여 예측된 궤환 신호의 역 위상 신호를 수신 신호와 합성하여 궤환 신호를 제거하고자 하나, WCDMA와 같은 넓은 대역폭을 갖는(시간적으로 빠르게 변화하는) 신호의 경우에는 예측된 역 위상의 신호가 더해진 궤환 신호를 제거하는 것이 아니라, 더욱 강한 간섭 신호로 작용할 가능성이 높아져 전체 적인 시스템의 성능이 저하되게 된다. 따라서 이렇게 시간적으로 빠르게 변화 하는 신호의 궤환 간섭 성분을 제거하기 위해서는 QPSK의 I,Q 성상도(Constellation Map)에서 더해진 궤환 간섭성분의 벡터를 빼 주는 것이 가장 효과적인 방법이다.

도 4는 성상도상에서 나타나는 QPSK 신호를 나타낸 것이다. QPSK와 같은 디지털 변조 시스템에서는 수신된 신호를 I,Q 채널 신호로 분리하여 이를 성상도 상에서 맵핑(Mapping) 함으로써 0과 1을 판별하게 된다. 이때 동일한 주파수의 궤환 간섭신호가 더해지게 되면, 도5에서와 같이 성상도상에서 심볼(Symbol)의 위치가 이동하게 된다. 도5는 수신된 신호와 궤환 간섭신호가 크기는 0.5배 차이를 갖고 위상은 같은 경우를 나타낸 것이다.

만약 궤환 간섭 신호의 크기는 0.5배이며 위상이 수신신호에 비해 0~360 사이의 위상차이를 가지고 더해진다면, 아래의 도6과 같이 Symbol의 원 신호 위치를 중심으로 360 회전하게 된다.

이렇게 변화하는 위상차를 가지고 더해지는 궤환 간섭 신호의 에너지가 원 신호의 에너지에 비해 0.7배 보다 작은 경우에는 궤환 간섭 신호가 수신신호를 판별하는데 오류를 일으키지 않게 된다. 이러한 결과는, 수신 신호의 에너지를 1로 두고 삼각함수 공식을 이용하여 도출한 결과를 도7에 나타내었고, Matlab Simlink를 이용한 시뮬레이션으로 확인할 수 있다(도8).

따라서, 중계기의 수신 측에서 원하지 않는 궤환 간섭 신호 성분이 원하는 수신 신호의 에너지 보다 0.7배 이상 커지면, 원래 변조 과정에서 맵핑된 심볼 위치 영역을 벗어나 다른 심볼 영역에 맵핑 되게 되고 오류를 일으키게 된다.

이러한 경우, 중계기에서 수신한 기지국의 신호를 증폭하여 다시 전송하게 되면, 이러한 신호를 수신하는 이동 단말기 측에서는 오류 데이터들 만을 수신하게 된다.

본 발명의 시스템에서는, Probe 안테나를 통하여 수신된 궤환 간섭 신호를 복조하여 I,Q 성상도 상에서, 도9에서와 같이 궤환 간섭 신호의 벡터를 예측하게 된다. 이렇게 예측된 궤환 간섭 신호의 벡터를 수신된 신호의 I,Q Mapping Position에서 보상해 줌으로써 오류를 완전히 제거 할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 디지털 방식 궤환 신호 제거기를 사용한 중계기에서는 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 기존의 고주파 중계기에서 송수신 안테나간의 분리도를 확보하지 못하여 송신 시 높은 출력을 적용하기 어려웠으나, 본 발명에서 제안하는 시스템을 사용하여 이를 극복함으로써 광 중계기 대체용으로 사용될 수 있고, 따라서 광 중계기에 소요되던 광 회선비를 절감 할 수 있다.

둘째, 기존의 ICS 중계기는 아날로그적인 신호 처리를 통해, 넓은 대역폭을 가지는 디지털 무선 시스템(CDMA, WCDMA, WLL 등)에서는 적용이 불가 했으나, 이를디지털 신호 처리를 통해 가능하게 하였다.

Claims (2)

1. 고주파 중계기 궤환 신호 제거기의 DSP(Digital Signal Processing) 처리부에서, 디지털 변조 방식을 이용한 디지털 무선 통신에서 사용되는 중계기에 있어서, 무선으로 수신된 신호를 복조하여 0 또는 1로 판별 후 다시 변조하여 송신하는 기술, 이러한 기술은 유선 중계기에서는 기 적용된 기술이나, 이를 디지털 무선 중계기에 적용하는 부분.
2. Probe 안테나를 통하여 수신된 참조 신호를 복조하여 궤환 간섭 신호를 I,Q 성상도 상에서 벡터 성분으로 예측하고, 이를 수신된 신호의 I,Q 성상도 상에서 더 해진 궤환 간섭 신호의 벡터를 분리해 내는 기술.