KR20060005773A

KR20060005773A - 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로간섭제거 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060005773A
Application number: KR1020040054727A
Authority: KR
Inventors: 이성재; 송주태; 강현
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사; 주식회사알에프윈도우
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2006-01-18
Also published as: DE602005017853D1; WO2006006759A1; US7486933B2; KR100661335B1; ATE450086T1; EP1617572A1; US20060013183A1; EP1617572B1; ES2333600T3

Abstract

동일 채널 주파수를 증폭하여 서비스 커버리지 확장 및 음영지역 해소를 목적으로 하는 무선중계시스템에서 문제가 되는 중계시스템의 송신안테나로 방사되는 RF(Radio Frequency) 출력이 상기 중계시스템의 수신안테나로 궤환(Feedback) 되어지는 동일 주파수 간섭을 효과적으로 제거하여 중계시스템의 설치가 용이하고 일반적인 동일 주파수 중계시스템에 비해 시스템 이득(Gain)을 추가로 확보할 수 있도록 동일 주파수 간섭을 제거하는 중계시스템 장치 및 구현방법을 제공하는 것이다.

동일 채널 주파수, 간섭제거, 다중경로 간섭, DSP, 신호처리부

Description

동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 장치 및 방법 {Multi-path interference removing for wireless relay system apparatus and method using by same channel frequency}

도 1은 본 발명에 따른 동일 채널 주파수를 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 흐름도

도 2는 본 발명에 따른 동일 채널 주파수 무선중계시스템 장치 구성도

도 3은 본 발명에 따른 다중경로 간섭제거 신호처리 구성도

도 4는 본 발명에 따른 다중경로 간섭제거 순서도

도 5는 본 발명에 따른 동일 주파수 간섭제거 적용예

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 수신안테나(Rx Antenna)

20 : 수신신호 통과 대역 필터(Rx Band Pass Filter)

30 : 수신신호 증폭 저잡음 증폭기(Rx Low Noise Amplifier)

40 : 수신신호 IF 변환기(Rx Down Converter)

41 : 참조신호 IF 변환기(Reference Down Converter)

50 : 디지털신호처리수단(Digital Signal Process)

51 : 간섭제거 제어기(Interference Cancellation Controller)

52 : 아날로그 to 디지털 변환기(Analog to Digital Converter)

53 : 디지털 to 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter)

60 : 수신신호 RF변환기(Rx Up Converter)

70 : 선형증폭기(Linear Power Amplifier)

80 : 송신신호 통과 대역 필터(Tx Band Pass Filter)

90 : 송신안테나(Tx Antenna)

100 : 모니터링 커플러(Monitoring Coupler)

f1_rx : 중계국 도너 안테나 입력 신호

f1_tx : 중계국 서비스 안테나 출력 신호

f1_d : 직접 간섭신호

f1_m1 : 다중경로 동일 주파수 간섭신호 1

f1_m2 : 다중경로 동일 주파수 간섭신호 2

f1_mn : 다중경로 동일 주파수 간섭신호 n

본 발명은 무선통신방식에 사용되는 중계장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 중계기지국의 송신 및 상관 이격도(Isolation)를 고출력 및 고순도의 무선신호를 중계하는 중계장치 및 방법에 관한 것이다.

중계기란 기지국과 단말국 사이에 위치하여 낮은 수신신호 레벨을 양호한 통화 품질의 레벨로 증폭시킴으로써 전파가 도달하지 못하여 전파 세기가 미약한 지역인 건물 내부 및 외곽지역 등에 양호한 통화 품질을 제공하기 위한 장치를 말하는 것이다.

중계기의 종류는 광 중계기, 마이크로웨이브 중계기, 변파 중계기, RF 중계기 등이 있으며, 동일 채널 주파수를 사용하여 중계하는 무선중계시스템에 관한 것으로 일반적으로 이동 통신에 사용되는 광 중계기의 경우는 기지국으로부터 RF신호를 광으로 변환하여 광 선로를 통하여 신호를 전송한 후 다시 RF신호로 복원하여 RF를 송출함으로서 고가의 광 선로 임대 비용 발생으로 인한 비용 증가 및 광 변환 모듈이 추가로 소요되어 설치에 제약이 있었으며, 마이크로웨이브 중계기는 기지국과 중계국간의 수신을 마이크로웨이브 대역을 사용함으로서 마이크로웨이브 변환 모듈이 필요하며 설치 후에도 RF전파는 눈, 비, 안개 등 주변 환경에 따라 서비스 품질이 열악해지는 단점이 있어 사용이 극히 제한되었다. 또한 변파 중계기는 기지국과 중계국간의 채널을 다르게 사용함으로서 주파수 변환 모듈 추가 및 전파의 효율성 측면에서 주파수 낭비가 발생하는 문제로 인해 주파수 증설에 제약이 따르게 되었다.

이에 반해 동일 주파수를 중계하는 중계기의 경우 경제성은 우수하지만 송수신간에 이격도와 기지국 잡음 상승의 문제가 나타나 설치시 많은 제약이 있었다.

따라서 기존의 중계기는 중계기지국의 상관 이격도를 향상하기 위하여 송신 및 수신 공중선의 차폐 장애물을 설치하거나 또는 공간 이격 실시가 필요하거나 사용에 한계가 발생하여 주파수 변환 중계 및 광 중계기 등 다양한 종류의 중계기가 나오게 되었으며 이동 통신 서비스 구축에 애로사항 및 비용 증가 등 경제성 측면에서 문제점이 야기되었다.

동일 채널 주파수를 증폭하여 서비스 커버리지 확장 및 음영지역 해소를 목적으로 하는 무선중계시스템에서 문제가 되는 중계시스템의 송신안테나로 방사되는 RF(Radio Frequency) 출력이 중계시스템의 수신안테나로 궤환(Feedback) 되어지는 동일 채널 주파수 간섭을 효과적으로 제거하여 중계시스템의 설치가 용이하고 일반적인 동일 채널 주파수 중계시스템에 비해 시스템 Gain을 추가로 확보할 수 있도록 동일 주파수 간섭을 제거하는 중계시스템 장치 및 구현방법을 제공하는 것이다.

이하, 상기와 같이 일반적으로 사용되는 중계기의 문제점을 해결하고자 시스 템의 설치 용이성 및 제약성을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템에서 도 1에서 도시한 바와 같이 기지국으로부터 f1_rx라는 기지국 신호를 도 2에서 설명하고 있는 중계국의 수신안테나(10)에서 수신하고, 상기 수신된 신호만을 통과시키는 수신신호 통과 대역 필터(20)를 거쳐서 원하는 RF 수신신호를 입력받아 저잡음증폭기(30)를 통해 증폭된 신호는 수신 IF 신호변환기(40)로 전달되어 디지털 신호처리를 할 수 있는 IF 주파수로 변환하여 디지털신호처리수단(50)을 이용하여 간섭신호를 제거하고 간섭 제거된 IF신호를 수신신호 RF변환기(60)를 통해 RF 변환하여 선형증폭기(70)로 전달되어 최종 증폭하고 송신신호 통과대역 필터(80) 및 송신안테나(90)를 거쳐 송신 RF 신호를 방사한다.

이 때 송신안테나(90)를 통해 방사되는 출력은 도 1에서 보는 바와 같이 단말기에 f1_tx라는 주파수로 방사되어 서비스를 제공하지만 일부는 자신의 송신안테나(Tx Antenna)에서 방사되는 동일 채널 주파수 성분은 수신안테나(Rx Antenna)에 f1_d(동일 주파수 직접 경로) 및 f1_m1 ~ f1_mn 성분의 다중경로 간섭 주파수 성분이 수신안테나(Rx Antenna)에 입력되어 궤환 발진의 원인이 된다.

상기와 같이 동일 채널 주파수 간섭인 f1_d, f1_m1 ~ f1_mn의 간섭을 제거하 기 위해 도 2와 같이 송신안테나(90)에서 방사되는 출력은 모니터링 커플러(100)를 통해 송신안테나로 방사되는 일부 신호를 커플링(30dB 감쇄 신호)하여 참조신호 IF변환기(41)로 받아 디지털신호처리수단(50) 내의 ADC(Analog to Digital Converter)(52)에 인가되어 디지털 신호로 변환되고 상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 간섭제거 제어기(51)에서 해당되는 각각의 동일 채널 다중경로 간섭 신호의 시간지연을 분석하고, 상기 분석된 신호성분을 가지고 이에 해당되는 각각의 f1_d, f1_m1 ~ f1_mn의 다중경로 간섭신호와 동일한 시간지연을 갖고 진폭이 동일한 신호의 역위상을 갖는 신호를 생성한다.

또한 수신안테나(10)를 통해 입력된 기지국 신호 f1_rx와 다중경로 간섭신호 f1_d, f1_m1 ~ f1_mn이 혼합되어 입력된 무선중계시스템 내의 여러 장치소자를 거쳐 수신신호 통과 대역 필터(20), 수신신호 증폭 저잡음 증폭기(30), 수신신호 IF변환기(40)를 거쳐 디지털신호처리수단(50) 내에서 ADC(52)에 의해 디지털 신호로 변환되고 상기 변환된 신호인 f1_rx와 f1_d, f1_m1 ~ f1_mn의 신호가 혼합된 신호중에서 수신신호 f1_rx를 제외한 나머지 간섭신호 성분은 참조신호를 가지고 생성한 동일 시간지연 및 진폭, 역위상 신호를 가지는 디지털 신호 f1_d, f1_m1 ~ f1_mn에 의해 합성(Summing)됨으로서 다중경로 동일 주파수 간섭신호를 제거하게 된다.

본 발명의 상세한 설명을 위해 도 5에 도시된 바와 같이 가)의 기지국 f1_rx 신호는 수신안테나로 입력되는 간섭이 없는 순수한 기지국 신호이며 중계국의 송신 출력이 궤환되지 않는 상태의 수신신호이며 나)의 간섭제거 중계국 송신 출력 신호 f1_tx신호는 중계기의 동일 채널 다중경로 간섭을 제거한 출력이 이루어지며 다)의 다중경로 간섭신호는 기지국으로부터 입력되는 수신신호 f1_rx신호와 다중경로 간섭신호가 포함된 신호이다. 상기 신호를 제거하기 위해 송신안테나에서 커플링 신호인 참조신호를 받아 f1_rx 신호 성분을 제외한 다중경로 간섭신호와 시간지연이 동일한 진폭의 역위상인 라) 간섭 제거용 시간지연 생성 신호와 같은 신호를 생성하고 병합하여 제거 간섭신호를 제거한다.

본 발명에서와 같이 f1_rx 수신 주파수와 f1_tx라는 주파수 성분을 비교하면 주파수 측면에서는 동일 채널 주파수 성분으로 볼 수 있으나 시간 측면에서는 다음과 같이 다르게 표시될 수 있다.

(a) f1_tx = f1_rx + 장치 시스템 지연시간

이상과 같이 송신안테나(90)를 통해 방사되는 f1_tx 주파수와 수신안테나(10)로 수신되는 신호 f1_rx는 장치 내의 시스템 지연시간을 제외한 신호로 시간 축상에서는 다른 신호로 해석되며 장치 시스템 지연시간이란 무선중계시스템을 거치면서 신호지연이 되는 량을 말하며 이는 장치 내의 소자인 Saw filter 등에 의해 최소 수 us 정도 지연된다. 상기 지연시간을 기준으로 동일 채널 간섭 성분인 다중 경로 간섭신호는 아래와 같이 표현된다.

(b) f1_d = f1_tx + 안테나 Cable delay + 송/수신안테나간의 Air delay

(c) f1_m1 = f1_tx + 안테나 Cable delay + 반사체 1번에 의한 Air delay

(d) f1_m2 = f1_tx + 안테나 Cable delay + 반사체 2번에 의한 Air delay

(e) f1_mn = f1_tx + 안테나 Cable delay + 반사체 n번에 의한 Air delay

상기 다중경로 간섭신호는 시간 측면에서 살펴보면 f1_rx신호와 서로 다른 시간지연과 진폭 및 위상을 가지고 수신안테나(10)에 입력됨으로서 입력신호가 증가하고 장치 내에서 다시 일정한 이득(Gain)으로 증폭되고 상기 증폭된 신호는 송신안테나(90)를 통해 방사되어 RF 환경 내에서 무한 궤환이 발생하여 발진이 발생하는 원인이 된다.

상기 다중경로 간섭신호를 제거하기 위해 도 2에서 보는 바와 같이 송신안테나(90)에서 방사되는 일부를 모니터링 커플러(100)를 이용하여 일부 송신 레벨을 수신하여 도 3의 디지털신호처리수단 내의 Estimator #1 ~ #N에서 해당되는 상기 다중경로 간섭신호인 (b), (c), (d), (e)의 간섭신호를 제거할 수 있는 시간지연을 검출하여 동일한 시간지연을 갖도록 알고리즘에 의해 찾고 상기 알로리즘에 의해 간섭크기의 진폭 및 역위상을 생성시켜 합성(Summing)함으로서 수신신호에 혼합되어 있는 다중경로 간섭신호를 제거하게 되는 것이다.

상기 다중경로 간섭신호를 제거하기 위한 알고리즘은 도 4의 순서도와 같이 전원이 인가되면(200) 상기 알고리즘이 수행되며 도 3의 내부 디지털 신호 이득(Gain)을 변경하여(300) 해당 Estimator에서 간섭 위치 추적(400) 및 적용(500)을 통해 간섭 위치를 판단하여(600) 다중간섭이 최소화 될 수 있는 값을 확인한 후 상기 디지털 신호 이득(Gain)(700)을 적용하여 최적의 알고리즘이 적용되어도 지속적인 알고리즘 동작을 수행하게 되어있다.

도 6은 간섭 신호 제거 알고리즘이 OFF 상태 및 ON 상태를 스펙트럼 분석기를 통해 출력한 것이다. 도 6에서 보는 바와 같이 동일 주파수 간섭 제거의 결과가 스펙트럼 분석기를 통해 명확히 나타나는 것을 볼 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 설명하였지만 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상기와 같은 본 발명은 동일 채널 주파수를 사용하는 통신대역에서 동일 채 널 주파수를 증폭하여 고출력의 신호를 송출할 수 있는 중계기에서 발생하는 궤환 발진을 제거함으로써 송수신 안테나간 이격 거리를 현저히 짧게 유지할 수 있어 설치가 용이하며 타 중계방식에 비해 경제적이고 주파수 재 사용면에서 우수하다.

또한 도심지 건물 밀집지역과 같은 협소한 설치 면적에서도 다수의 다중경로 반사 간섭파를 제거함으로써 옥외에 건물 또는 단일 폴 형태의 전신주에 간단히 설치하여 음영지역 서비스 제공이 가능하며, 특히 도심외곽과 같이 기지국 시설에 경제성이 없는 지역과 같이 커버리지 확장에 필요한 곳에 설치가 가능하며 장비 설치가 힘든 산악지역이나 해안가에도 간단히 설치가 가능하며 운용할 수 있다.

Claims

동일 채널 주파수를 이용하는 다중경로 간섭신호를 제거하는 무선중계시스템에 있어서,

무선 채널 동일 주파수를 수신하는 수신안테나와;

상기 수신안테나를 통해 수신된 신호만을 통과시키는 수신신호 통과 대역 필터와;

상기 수신신호 통과 대역 필터를 거쳐서 원하는 RF 수신신호를 입력받는 저잡음증폭기와;

상기 저잡음증폭기를 통해 증폭된 신호를 수신하는 IF신호변환기와;

상기 IF신호변환기에서 디지털 신호처리를 할 수 있는 IF주파수로 변환하는 디지털신호처리수단과;

상기 디지털신호처리수단을 통해 간섭신호를 제거하여 간섭 제거된 IF신호를 수신신호로 변환하는 RF변환기와;

상기 RF변환기를 통해 수신신호를 RF변환하는 선형증폭기와;

상기 선형증폭기에서 증폭된 RF신호를 수신하는 송신신호 통과대역 필터와;

상기 송신신호 통과대역 필터를 거쳐 수신되는 RF신호를 방사하기 위한 송신안테나로 이루어진 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 장치.
제1항에 있어서,

상기 송신안테나에서 방사되는 동일 채널 주파수 성분은 상기 수신안테나에 간섭신호인 f1_d, f1_m1 ~ f1_mn은 다중경로 간섭 주파수 성분으로 입력되어 궤환 발진이 발생시키는 것을 특징으로 하는 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 장치.
제1항에 있어서

상기 디지털신호처리수단은 Estimator#1 ~ #N으로 구성되고, 간섭신호를 제거할 수 있는 시간지연을 검출하여 동일한 시간지연을 알고리즘을 적용하여 상기 간섭신호의 진폭과 역위상을 생성시켜 합성(Summing)함으로서 수신신호에 혼합되어 있는 다중경로 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 장치.
제3항에 있어서,

상기 시간지연을 검출하는 알고리즘은 전원이 인가되면 상기 알고리즘이 수행되며 디지털 신호 이득(Gain)을 변경하여 해당 Estimator에서 간섭위치를 추적하여 적용하고 상기 추적하여 적용된 간섭위치를 판단하여 다중경로 간섭이 최소가 되는 값을 확인한 후 상기 디지털 신호 이득(Gain)을 적용하여 지속적으로 알고리즘의 동작을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 장치.
동일 채널 주파수를 이용하여 다중경로 간섭신호를 제거하기 위한 방법에 있어서,

송신안테나를 통해 방사되는 출력을 모니터링 커플러를 통해 커플링하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 커플링된 신호를 IF 변환기에 전달하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 IF 변환기에 전달된 신호를 디지털신호처리수단에서 인가하는 제3단계와;

상기 제3단계에서 인가된 신호를 ADC(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환하는 제4단계와;

상기 제4단계에서 변환된 디지털 신호를 간섭제거 제어기에서 동일 채널 다중경로 간섭신호의 시간지연을 분석하는 제5단계와;

상기 제5단계에서 분석된 신호성분을 가지고 다중경로 간섭신호와 동일한 시간지연을 갖고 진폭이 동일한 신호의 역위상 신호를 생성하는 제6단계와;

상기 제6단계에서 생성된 역위상 신호를 합성(Summing)하여 다중경로 동일 주파수 간섭신호를 제거하는 제7단계로 이루어진 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 방법.
제5항에 있어서,

상기 제5단계에서 동일 채널 다중경로 간섭신호는

f1_d = f1_tx + 안테나 Cable delay + 송/수신안테나간의 Air delay

f1_m1 = f1_tx + 안테나 Cable delay + 반사체 1번에 의한 Air delay

f1_m2 = f1_tx + 안테나 Cable delay + 반사체 2번에 의한 Air delay

f1_mn = f1_tx + 안테나 Cable delay + 반사체 n번에 의한 Air delay

로 나타내는 것을 특징으로 하는 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 방법.
제5항에 있어서,

상기 제6단계는 다중경로 간섭신호의 시간지연을 계산하여 지연에 해당되는 간섭신호 성분의 신호를 생성하고 상기 간섭신호의 진폭과 180도의 위상차로 구성된 역위상을 생성하는 것을 특징으로 하는 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 방법.
제5항에 있어서,

상기 제7단계는 시간지연을 검출하는 알고리즘을 이용하여 전원이 인가되면 상기 알고리즘이 수행되며 디지털 신호 Gain을 변경하여 해당 Estimator에서 간섭위치를 추적하여 적용하고 상기 추적하여 적용된 간섭 위치를 판단하여 다중경로 간섭이 최소가 되는 값을 확인한 후 상기 디지털 신호 Gain을 적용하여 지속적으로 알고리즘의 동작을 수행하도록 하여 확인된 간섭과 동일한 진폭 및 역위상을 생성시켜 합성(Summing)함으로서 수신신호에 혼합되어 있는 다중경로 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 동일 채널 주파수를 사용하는 무선중계시스템의 다중경로 간섭제거 방법.