KR20080022922A

KR20080022922A - 간섭제거모듈

Info

Publication number: KR20080022922A
Application number: KR1020060086755A
Authority: KR
Inventors: 조부영; 김용섭; 한용식
Original assignee: (주)디유위더스
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-12
Also published as: KR100814139B1

Abstract

본 발명은 WCDMA 대역(Forward : 2130~2150MHz, Reverse:1940~1960 MHz)에서 운용하는 WCDMA-FDD(Frequency Division Duplex)중계기에 입력되는 주신호와 결합된 간섭신호들은 여러 가지 페이딩신호와 AWGN신호 그리고 출력에서 나오는 신호 중 진폭, 위상 및 시간 지연을 가지는 궤환 된 신호(FeedBack Signal)들이 있다 이러한 간섭된 신호들을 효율적으로 제거하고, 민감한 전파환경에 잘 적응하며, 주신호를 출력하기 위한 간섭제거모듈에 관한 것이다. 기존의 협대역 아날로그 방식이 아닌 광대역 디지털 방식의 간섭제거에 사용한 적응 간섭제거 알고리즘 중 GLMS알고리즘과 GCMA알고리즘을 동시에 결합하여 효율적으로 간섭과 잡음을 제거시켜 원하는 신호를 구현시키는 광대역 무선 중계기에 관한 것이다. 신호가 입력되는 4개의 FIR필터(11,12,13,14)가 구비되고, 상기 제1,2FIR필터(11,12)에는 판정기(21,22)와 제1,2에러함수생성부(31,32)가 차례로 연결되고, 상기 제3,4FIR필터(13,14)에는 제곱기(71a,71b)와 뺄셈기(72a,72b), 곱셈기(73a,73b) 및 에러함수생성부(33,34)가 차례로 연결되고, 상기 제1 내지 제4 에러함수생성부(31,32,33,34)에는 선택기부(40)와 멀티플렉서(80)가 차례로 연결되고, 상기 멀티플렉서(80)에 갱신계수부(51,52,53,54)가 연결된다. 따라서, 본 발명은 이동통신용 무선중계기 시스템에서 적용이 가능한 것으로, 무선 중계기 출력 안테나에서 나오는 페이딩과 궤환신호을 효과적으로 제거하여 발진되는 현상을 방지하기 위하여 페이딩과 궤환신호를 제거함으로써 기지국에 선형적이고, 정상적인 신호를 보낼 수 가 있다.

FIR필터, 판정기, 에러함수생성부, 선택기부, 갱신계수부, 적응상수부

Description

간섭제거모듈{module for cancelling interference}

도 1은 종래의 LMS알고리즘을 사용한 간섭 제거의 개략도.

도 2는 종래의 CMA알고리즘을 사용한 간섭 제거의 개략도.

도 4은 본 발명에 따른 광대역 중계기의 Group CMA알고리즘을 사용한

간섭제거 필터를 나타낸 도면.

도 4은 본 발명에 따른 광대역 중계기의 Group LMS알고리즘을 사용한 간섭 제거 필터를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 GLMS알고리즘과 GCMA알고리즘을 연동한 알고리 즘을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 필터부 11 : 제1FIR필터

12 : 제2FIR필터 13 : 제3FIR필터

14 :제4FIR필터 16 : 곱셈기

17 : 출력생성덧셈기 21 : 제1판정기

22 : 제2판정기 31 : 제1에러함수생성부

32 : 제2에러함수생성부 33 : 제3에러함수생성부

34 : 제4에러함수생성부

40 : 선택기부 50 : 갱신계수부

51 : 제1갱신계수부 52 : 제2갱신계수부

53 : 제3갱신계수부 54 :제4갱신계수부

60 : 적응상수부

71a, 71b : 제곱기 72a, 72b : 뺄셈기

73a, 73v : 곱셈기 80 : 멀티플렉서

본 발명은 주신호(Main Signal)와 결합된 페이딩과 궤환된 신호와 간섭들을 제거하여 원하는 신호를 나타내기 위한 간섭제거모듈에 관한 것이다. 이것은 종래의 LMS(Least Mean Square)알고리즘과 CMA(Constant Modulus Algorithm)알고리즘을 각각 그룹화한 GLMS(Group Least Mean Square)알고리즘과 GCMA(Group Constant Modulus Algorithm)알고리즘함으로써 대용량과 고속 멀티미디어 서비스에 적합한 Wideband 방식이다. 특히 중계기에서 발생되는 페이딩과 궤환되는 신호를 실시간으로 적응하고, 감시하여, 사용자에게 보다 깨끗하고, 안정적인 신호를 보낼 수가 있다.

종래에 적응 간섭제거에 관한 기술이 기재되어 있는 문헌으로는 Multi User Detecton for DS-CDMA Communications 과 Blind Equalization by Direct Examination of the Input Sequences, ADAPTIVE MULTIUSER DETECTION 등이 있으며, RLS(Recursive least squares) algorithm, LMS(Least Mean Square)알고리즘과 CMA(Constant Modulus Algorithm)알고리즘이 사용되고 있다.

상기 LMS알고리즘은 수신된 신호와 판정된 신호간 오차의 MSE(Mean Square Error)를 최소화하는 기법으로 채널 적응 속도가 느린 단점이 있으나, 수식이 간단하고 하드웨어가 적은 장점이 있다.

블라인드 적응알고리즘은 전송신호의 통계적인 성질을 이용하여 특정사용자의 확산코드와 타이밍만 제공하면 원신호를 추정해 나가는 방식으로써 사용되는 알고리즘들은 RCA(Reduced Constellation Algorithm)와 CMA(Constant Modulus Algorithm) 및 MMA(Multi Modulus Algorithm)으로 구분할 수 있다.

상기 RCA는 송신신호의 성좌도(Constellation)를 줄여서 채널적응을 시작하는 블라인드 알고리즘이며, 상기 CMA는 성좌도의 원점을 중심으로 하나의 원을 그리고 원과의 거리를 계산하여 거리를 줄이는 방향으로 탭계수를 적응시키는 블라인드 알고리즘이며, 상기 MMA는 성좌도의 실수축과 허수축을 나누어서 독립적으로 적응하도록 하는 블라인드 알고리즘이다.

도 1은 종래의 LMS알고리즘을 사용한 간섭제거의 개략도로써, 탭계수인 Wk를 갱신하여 채널을 적응하도록 구성되는 한 개의 FIR(Finite Impulse Response)필터(310)와, 상기 FIR필터(310)를 통해 입력된 신호를 판정하는 판정기(320)와, 상기 FIR필터(310)의 출력(yk)을 입력받아 에러함수(ek)를 생성하고, 갱신계수부(340)에서 계수를 갱신한 후 FIR필터(310)에 공급하는 에러함수생성부(330)로 구 성된다.

도 2는 종래의 CMA알고리즘을 사용한 간섭제거의 개략도로써, 채널을 통과하여 입력되는 신호를 이용하여 처리하는 FIR필터(410)를 통해 출력(yk)을 입력받아 제곱기를 통해 적응상수부(420)를 빼고, 다시 출력(yk)을 곱하여 에러함수생성부(430)에서 에러함수(ek)를 생성하고, 갱신계수부(440)에서 계수를 갱신한 후 FIR필터(410)로 계수값을 공급하는 구성이다.

그러나, 상기와 같은 각각의 LMS와 CMA알고리즘은 초기채널에 적응속도가 느리다는 점과 페이딩과 궤환신호에 약하며, 채널에 적응되는 속도가 느린 문제점을 갖고 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수신한 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후 간섭제거 모듈제어에 의해 간섭 잡음 신호(페이딩신호와 피드백신호)를 빠른 속도로 적응하면서, 안정적으로 제거함으로써, 사용자들에게 양질의 서비스와 광대역무선 멀티미디어 서비스를 제공하는데 주 목적이 있다.

목적을 달성하기 위한 구성으로는,

신호가 입력되는 4개의 FIR필터(제1 FIR필터(11), 제2 FIR필터(12), 제3 FIR 필터(13) 및 제4 FIR필터(14))가 구비되고, 상기 제1 및 제2 FIR필터(11, 12)에는 판정기와 제1 및 제2 에러함수생성부가 차례로 연결되고, 상기 제3 및 제4 FIR필터에는 각각 제곱기와 뺄셈기, 곱셈기 및 에러함수생성부(제3 및 제4 에러함수생성부가) 차례로 연결되고, 상기 제1 내지 제4 에러함수생성부에는 선택기부와 멀티플렉서가 차례로 연결되고, 상기 멀티플렉서에 갱신계수부가 연결된다.

본 발명은 상기 멀티플렉서는 MSE값에 따라 알고리즘을 선택하여 그룹화한 각각의 알고리즘을 선택한다.

본 발명의 특징으로서, 상기 갱신계수부는 갱신계수값을 적응상수의 크기에 따라 그룹화하고, 갱신하고, 상기 뺄셈기는 FIR필터에서의 출력값 y3, y4가 제곱기에서 제곱되어 적응상수부(R_C ²(i))를 제곱한 것과 뺀 후 다시 출력값 y3, y4와 곱해서 에러함수를 생성한다.

도 3은 본 발명에 따른 간섭제거 모듈의 Group CMA알고리즘을 사용한 간섭제거 필터를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 Group LMS알고리즘을 사용한 간섭제거 필터를 나타낸 도면이고, 5는 본 발명에 따른 GLMS알고리즘과 GCMA알고리즘을 연동한 구현된 알고리즘을 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.

간섭제거 모듈은 도 5와 같이, 신호가 입력되는 4개의 FIR필터(11,12,13,14)가 구비되고, 상기 제1 및 제2 FIR필터(11,12)에는 판정기(21,22)와 제1 및 제2 에러함수생성부(31,32)가 차례로 연결되고, 상기 제3 및 제4 FIR필터(13,14)에는 각 각 제곱기(71a, 71b)와 뺄셈기(72a, 72b), 곱셈기(73a, 73b) 및 에러함수생성부(33,34)가 차례로 연결되고, 상기 제1 내지 제4 에러함수생성부(31,32,33,34)에는 선택기부(40)와 멀티플렉서(80)가 연결되고, 상기 멀티플렉서(80)에 갱신계수부(51,52,53,54)가 연결된다.

상기 선택기부(40)는 최소 에러함수와 최소 계수값을 선택하고, 상기 멀티플렉서(80)는 MSE값에 따라 알고리즘을 선택하고, 상기 갱신계수부(51,52,53,54)는 갱신계수값을 적응상수의 크기에 따라 그룹화하고, 갱신하고, 상기 각각의 뺄셈기(72a, 72b)는 각 FIR필터(13, 14)에서의 출력값 y3,y4가 각 제곱기(71a, 71b)에서 제곱되어 적응상수부(R_C ²(i))(60)를 제곱한 것과 뺀 후 다시 출력값 y3,y4와 곱해서 에러함수를 생성한다.

도 3은 본 발명의 Group CMA알고리즘을 사용한 잡음제거 필터를 나타낸 도면으로, 수신된 신호를 필터링하여 출력하는 필터부(10) 내부 각각의 제3 및 제4 FIR필터(13, 14)를 통해 나온 각각의 출력값(y3(i), y4(i))들은 각각의 제곱기(71a, 71b)를 거쳐 적응상수 값과 각 뺄셈기(72a, 72b)에 의해 뺀 후 출력값(y3(i),y4(i))와 곱해서 에러함수생성부(33,34)에서 각각의 에러함수(e3(i), e4(i))를 출력하게 된다.

상기 에러함수(e3(i), e4(i)) 중 가장 최소의 에러값과 계수값을 선택기부(40)에서 선택하여 그룹화된 갱신계수부(50) 각각의 제3 및 제4 갱신계수부(53,54)에 최소의 에러값(emin(i), Wmin(i))을 동시에 적용시키고, 적응상수(

)의 크기를 결정하여 초기 적응속도와 초기 평균값을 결정한다.

여기서 상기 적응상수(

) 값이 크면 적응속도는 빨라지나, 평균자승에러는 높은 단점이 있으며, 적응상수(

) 값이 작으면 적응속도는 느려지나, 평균자승에러는 낮은 장점이 있으므로, 각각의 큰 값과 작은 값의 적응상수 값이 포함되어 있는 전체 갱신계수부(50)를 그룹화하여 동시에 초기 적응속도와 에러율에 대비시킬 수가 있다.

여기서 하드웨어적으로 FPGA 블록간섭제거의 실시간 신호처리를 위하여 시간지연에 민감한 주 신호처리를 FPGA를 이용하여 구현 하고, DSP 블록 가중치의 계산 및 간섭제거모듈 전반의 제어 및 관리를 위해 Controller로 DSP를 사용하여 구현하였으며 TI사의 150MIPS의 성능을 갖는 TMS320F2812를 사용하여 구현하였다.

DSP 블록은 FPGA로부터 훈련된 신호원을 입력 받아 가중치를 계산하며, FPGA로 계산된 가중치를 전송하는 기능을 지원한다. 또한 시스템 제어모듈과의 인터페이스를 위해 GPIO를 통한 신호 전송 및 제어신호를 관리하는 기능을 지원 한다. 기타 간섭제거모듈 전반의 제어 및 관리를 위한 Controller로 기능한다

상기 필터부(10)의 FIR필터(11,12) 구조는 도 4와 같이 본 발명의 Group LMS알고리즘을 사용한 잡음제거 필터를 나타낸 도면으로, 수신된 신호를 필터링하여 출력하는 필터부(10) 내부 각각의 제1,2FIR필터(11,12)를 통해 나온 출력값(y1(i), y2(i))들은 판정기(21,22)를 거쳐 나온 값(d1(i), d2(i))에 의해 에러함수생성부(31,32)에서 뺀 후 각각의 에러함수(e1(i), e2(i))를 출력하게 된다.

상기 에러함수(e1(i), e2(i)) 중 가장 최소의 에러값과 계수값을 선택기부(40)에서 선택하여 그룹화된 갱신계수부(50) 각각의 제1,2갱신계수부(51,52)에 최소의 에러값(e_min(i), W_min(i))을 동시에 적용 한다.

도 5는 본 발명에 따른 GLMS알고리즘과 GCMA알고리즘을 연동한 적응간섭제거된 알고리즘을 나타낸 도면으로, 상기 GLMS알고리즘의 단점인 초기 또는 채널환경에서의 적응속도를 보완하기 위한 방안으로 GLMS알고리즘에 GCMA알고리즘을 이용하여 에러를 제거하는 기술로 4개의 FIR필터(11,12,13,14)로 구성되는 필터부(10)를 제공하고, 에러함수생성부(31,32,33,34)에서 4개의 에러함수를 생성하여 2개는 선택기부(40)에서 최소의 에러값(emin(i))과 최소계수값(Wmin(i))을 선택하여 GLMS알고리즘의 제1,2갱신계수부(51,52)가 적용하고, 나머지 2개는 선택기부(40)에서 최소 에러값과 계수값을 선택하여 GCMA알고리즘의 제3 및 제4 갱신계수부(53, 54)가 적용하는데, 초기적응채널은 멀티플렉서(80)에서의 MSE값에 의해 그룹화된 제3및 제4갱신계수부(53, 54)를 선택하고, 초기적응이 끝난 이후의 평상시 적응은 제1및 제2갱신계수부(51,52)를 선택하여 계속 적응하게 된다.

상기 멀티플렉서(80)를 이용하여 MSE값을 기준으로 적응속도를 결정하는 적응상수를 탄력적으로 적용하게 하고, 초기 채널적응 시 제3및 제4갱신갱수부의 그룹형 CMA에 적용시킴으로써 기존 단독형 CMA를 적용했을 때 보다 적응속도를 빠르게 하고, 평균에러율를 대폭 줄일 수 있어, 페이딩과 궤환신호를 빠르면서, 안정적으로 제거할 수 있다.

상기 GLMS와 GCMA알고리즘을 연동하여 사용한 도 5를 참고하여 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

4개의 FIR필터(11,12,13,14)를 통해 동시에 y1,y2,y3,y4가 동시에 출력되고, 출력된 y1,y2는 판정기(21,22)를 거쳐 신호값(d1,d2)으로 제1,2에러함수생성부(31,32)에서 에러함수를 생성하여, 둘 중 최소의 에러값(emin(i))과 계수값(Wmin(i))을 선택한다.

또한 나머지 출력된 y3,y4는 각각의 제곱기(71a, 71b)를 통해 제곱해서 적응상수부(R_C ²(i))(60)를 제곱한 것과 각 뺄셈기(72a, 72b)에서 뺀 후 다시 출력값 y3,y4와 곱셈기(73a, 73b)에서 곱해서 제3 및 제4 에러함수생성부(33,34)에서 에러함수를 생성한다.

상기 GLMS 알고리즘의 선택기부(40)에서 최소 에러값과 최소 가중치를 선택하여 나온 에러함수와 GCMA알고리즘의 에러함수는 MSE값에 의해 둘 중 하나의 알고리즘의 멀티플렉서(80)를 통해 선택하고, 선택된 에러함수는 갱신계수부(50)의 갱신계수값의 요소로 작용하게 된다.

여기서 MSE(Mean Square Error)이 처음 시작하거나, 채널상태가 악화될때는 CMA알고리즘의 에러함수를 선택하고, 처음 채널 적응이 성립된 후 MSE값이 기준이하의 낮은 값이 되면 GLMS알고리즘의 에러함수를 선택하여 채널의 오류를 보상하게 된다.

따라서, 본 발명은 CMA알고리즘과 LMS알고리즘이 서로 연동하기 쉽고, 구성 이 간단하여, 간섭제거모듈에서 손쉽게 사용할 수 있으면서도 무선전파환경에 강한 특성을 가지고 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 기지국 시스템에서 송신신호의 궤환에 의한 간섭잡음 및 기타 다양한 무선환경에서 발생하여 수신 안테나로 정보신호와 함께 들어오는 간섭잡음을 제거할 수 있으며, 각각의 FIR필터를 GLMS와 GCMA알고리즘을 연동하여 사용하므로써 초기 채널에 적응하는 속도가 기존 CMA알고리즘보다 훨씬 수렴속도가 빠르고, 안정적인 시스템으로 향상시킬 수 있다.

또한, 적응하는 속도가 빠르고, 출력되는 신호에서 간섭의 주 요인인 궤환신호와 페이딩을 효과적으로 제거함으로써, 대용량, 고속처리에 적합하여, 이를 응용한 다양한 서비스시스템에 적용시킬 수가 있다.

Claims

간섭제거모듈에 있어서,

신호가 입력되는 4개의 FIR필터(11,12,13,14)가 구비되고, 상기 제1 및 제2 FIR필터(11,12)에는 판정기(21,22)와 제1 및 제2 에러함수생성부(31,32)가 차례로 연결되고, 상기 제3 및 제4 FIR필터(13, 14)에는 각각 제곱기(71a, 71b)와 뺄셈기(72a, 72b), 곱셈기(73a, 7b) 및 에러함수생성부(제3 에러함수생성부(33),제4 에러함수생성부(34))가 차례로 연결되고, 상기 제1 내지 제4 에러함수생성부(31,32,33,34)에는 선택기부(40)와 멀티플렉서(80)가 차례로 연결되고, 상기 멀티플렉서(80)에 갱신계수부(51,52,53,54)가 연결되는 것을 특징으로 하는 간섭제거모듈.
제 1항에 있어서,

상기 제 3 및 제4 에러함수생성부와 연결된 갱신계수부(53,54)는 갱신계수값을 1개로 그룹화하여 적응상수 크기에 따라 갱신하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 각각의 뺄셈기(72a, 72b)는 각 FIR필터(13, 14)에서의 출력값 y3, y4가 각 제곱기(71a, 71b)에서 제곱되어 적응상수부(60)를 제곱한 것과 뺀 후 다시 출력값 y3,y4를 곱해서 에러함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 모듈.