KR20080061459A - 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한시스템 - Google Patents

디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한시스템 Download PDF

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KR20080061459A
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Abstract

본 발명은 A/D변환기와, D/A변환기 및 ICS 디지털부로 구성되어 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템을 제공하며, 상기 ICS 디지털부는; PN 코드(Pilot: 기준신호)의 출력과 와이브로 신호의 경로를 제어하는 제어부와, PN 코드를 생성하는 PN 코드 생성기, 상기 PN 코드 생성기로부터 출력되는 PN 코드를 칩성형필터링 하는 디지털 필터, 상기 디지털 필터로부터 출력되는 출력신호를 중간주파수로 변환시키는 혼합기, 상기 혼합기를 통해 중간주파수로 변환된 신호의 레벨을 시스템에 맞게 조절하는 증폭기, 상기 전송된 PN 코드 신호가 채널을 통해 회귀되어 온 신호를 비교하여 채널환경을 추정하는 채널 추정부 및, 상기 시스템 환경의 이득과 위상값을 결정하는 이득 및 위상 조절부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 PN 코드와 NLMS 알고리즘을 이용한 디지털신호처리를 적용하여 채널환경을 추정하고, 모드별 기능을 추가함으로써 PN 코드 출력을 최소화 하여 채널환경에 미치는 영향을 최소한으로 줄이고, 여러가지 궤환 경로에 의한 간섭도 제거할 수 있다.
Figure P1020060136078
와이브로 신호, 디지털(적응)신호처리, 간섭(궤환)신호, 기준신호(PN 코드) 생성기, 분배기, 감쇠기, 합성기, 대역통과필터.

Description

디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템{System and method for cancelling interference signal using digital signal processing}
도 1은 종래의 간섭 제거를 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 본 발명의 시스템 제어부의 동작 상태모드를 나타낸 도면이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 송신 안테나, 20 : 수신 안테나,
30 : 분배기, 40 : 위상기,
50 : 감쇠기, 60 : 지연기,
70 : 합성기, 80 : 증폭기,
100 : A/D변환기, 101 : D/A변환기,
200 : ICS 디지털부, 201 : PN 코드 생성기,
202 : 디지털 필터(LPF), 203 : 혼합기,
204 : 제1증폭기, 205 : 제1덧셈기,
301 : 제어부, 401 : 채널 추정부,
402 : 이득 및 위상 조절부, 501 : 제1대역통과필터(BPF),
502 : 제2덧셈기, 503 : 지연부,
504 : 제2증폭기, 505 : 제2대역통과필터(BPF).
본 발명은 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 디지털신호처리를 이용하여 최적의 채널환경을 추정하여 송수신 안테나 사이의 궤환신호(feedback signal; 회귀신호), 즉 와이브로 중계기에서 송신 안테나의 송신신호의 일부가 수신 안테나로 수신되는 궤환신호를 제거함으로써 와이브로(WiBro) ICS(Interference Cancellation System) 중계기에서 궤환신호에 의한 간섭을 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 중계기는 기지국의 RF신호를 여러가지 방법으로 원격지역에 전송하여 다시 RF신호로 재생하는 장치를 말한다.
기지국 안테나는 그 지역 셀(cell) 중심에만 존재하므로 기지국 전파가 도달하지 못하는 음영지역이 발생하게 된다.
이러한 음영지역에 기지국의 전자파를 대신 도달하도록 하기 위한 것이 중계 기의 기본적인 목적이다.
즉, 근본적인 신호처리는 기지국에서 하지만, 중계기는 이러한 신호들을 음영지역에 구석구석 전달해 주는 장비로서 이동전화의 통신품질에 지대한 영향을 미치는 필수 장비이다.
ICS(Interference Cancellation System) 중계기는 기존 안테나 간 궤환신호를 디지털신호처리(DSP) 기술을 이용하여 자동으로 제거해 줌으로써 무선환경이 열악한 지역에서도 안정적으로 적용할 수 있는 장비다.
일반 고주파(RF) 중계기는 송수신 안테나 간 궤환으로 전파방해나 다른 잡음이 유입되는 '발진현상'이 발생해 최악의 경우 서비스를 제공하지 못하는 것은 물론이고, 기지국에 장애까지 유발하기 때문에 건물 지하 등 제한적인 장소에서만 사용하는 것이 불문율이었다.
대신 통신사업자들은 기지국과 중계기 사이를 광케이블로 연결해 신호를 전송하는 유선방식을 채택해 왔으며, 이동통신사업자는 기간사업자의 광케이블을 사용함으로써 발생하는 광 선로 이용료를 부담해야 했다.
그러나, ICS 중계기를 사용하면 이동통신 기지국과 중계기를 무선으로 직접 연결해도 서비스 품질이 떨어지지 않기 때문에 광 선로를 이용하지 않아도 된다.
최근 와이브로·WCDMA 등 차세대 이동통신에 대한 신규 투자가 진행되면서 한국·일본 등에서 ICS 중계기 수요가 크게 늘고 있다.
이와 관련하여, 도 1에 도시한 종래의 간섭신호 제거시스템은 송신 안테나(10)와, 수신 안테나(20), 분배기(30), 위상기(40), 감쇠기(50), 지연기(60), 합 성기(70) 및, 증폭기(80)로 구성되어 있다.
즉, 도 1에 도시한 수신 안테나(20)를 통해 수신된 RF신호가 증폭기(80)에 의해 증폭 되어진 후 송신 안테나(10)를 통해 전송된다.
상기 증폭기(80)의 출력신호를 분배기(30)에 의해 분기시켜 상기 RF신호의 진폭과 위상을 검출한 후, 위상기(40), 감쇠기(50) 및 지연기(60)를 통해 진폭은 동일하면서 위상이 반대인 신호를 생성하고, 이를 궤환시켜 합성기(70)로 보낸 후 합성시켜 간섭신호를 제거한다.
그러나, 상기와 같은 방식으로 구현된 종래의 시스템은 구성이 복잡하고, 정확한 동진폭, 역위상 신호를 얻기가 어려워 간섭신호의 제거 효율이 떨어지며, 대역 특성이 협대역이기 때문에 광대역 신호를 처리할 수 없다는 문제점을 갖고 있는 것이 현실이다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 디지털신호처리를 이용하여 최적의 채널환경을 추정하여 송수신 안테나 사이의 궤환신호를 제거함으로써 와이브로 ICS 중계기에서 궤환신호에 의한 간섭을 제거할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 디지털신호처리를 이용하여 간섭신 호를 제거하기 위한 시스템은, IF로 들어오는 아날로그 와이브로 신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D변환기와, 상기 디지털 처리된 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 D/A변환기 및 ICS 디지털부로 구성된다.
또한, 상기 본 발명의 시스템을 구성하는 상기 ICS 디지털부는; 필요한 각각의 파라미터를 저장하고, PN 코드의 출력과 와이브로 신호의 경로를 제어하기 위한 제어부와, 채널환경을 추정하기 위해 사용할 PN 코드를 생성하기 위한 PN 코드 생성기, 상기 PN 코드 생성기와 연결되어 상기 PN 코드 생성기로부터 출력되는 PN 코드를 칩성형필터링 하기 위한 디지털 필터, 상기 디지털 필터와 연결되어 상기 디지털 필터로부터 출력되는 출력신호를 중간주파수로 변환시키기 위한 혼합기, 상기 혼합기와 연결되어 상기 혼합기를 통해 중간주파수로 변환된 신호의 레벨을 시스템에 맞게 조절하기 위한 증폭기, 상기 전송된 PN 코드 신호가 채널을 통해 회귀되어 온 신호를 비교하여 채널환경을 추정하기 위한 채널 추정부 및, 상기 시스템 환경의 이득과 위상값을 결정하기 위한 이득 및 위상 조절부를 포함한다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템 구성을 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템은 크게 A/D변환기와, D/A변환기 및 ICS 디지털부로 구성된다.
상기 ICS 디지털부는 PN 코드 생성기(201; PN code generator)와, 디지털 필터(202; LPF), 혼합기(203), 제1증폭기(204), 제어부(301), 채널 추정부(401), 이득 및 위상 조절부(402)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명 시스템의 구체적인 동작은 다음과 같다.
도 2의 A/D변환기(100)는 IF로 들어오는 아날로그 와이브로 신호를 디지털신호로 변환시키는 역할을 한다.
또한, D/A변환기(101)는 상기 디지털 처리된 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 역활을 한다.
상기한 바와 같은 ICS 디지털부를 구성하는 제어부(301)는 ICS 디지털부의 전체적인 기능을 제어하고, 필요한 각각의 파라미터들을 저장한다.
또한, 상기 제어부(301)는 PN 코드의 출력과 와이브로 신호의 경로를 제어하는 역할을 한다.
또한, 상기의 ICS 디지털부를 구성하는 PN 코드 생성기(201)는 채널환경을 추정하기 위해 사용할 PN 코드를 생성한다.
또한, 상기의 ICS 디지털부를 구성하는 디지털 필터(202)는 상기 PN 코드 생성기(201)와 연결되어 있으며, 상기 PN 코드 생성기(201)로부터 생성되어 출력되는 PN 코드를 칩성형필터링 한다.
또한, 상기의 ICS 디지털부를 구성하는 혼합기(203)는 상기 디지털 필터(202)와 연결되어 있으며, NCO를 이용하여 상기 디지털 필터(202)로부터 필터링 되어 출력되는 출력신호를 중간주파수로 변환시키는 역할을 한다.
더욱이, 상기의 ICS 디지털부를 구성하는 제1증폭기(204)는 상기 혼합기(203)와 연결되어 있으며, 상기 혼합기(203)를 통해 중간주파수로 변환된 신호의 레벨을 전체 시스템에 맞도록 조절하는 역할을 한다.
상기 제1증폭기(204)는 이득값을 상기 제어부(301)로부터 받도록 이루어진다.
한편, 상기 제어부(301)의 동작 상태모드는 도 3에 나타나 있으며, 상기 제어부(301)의 상태모드에 따라 상기 제1증폭기(204)의 출력이 없을 경우도 있게 된다.
또한, 제1덧셈기(205)는 상기의 제1증폭기(204)와 연결되면서 제2증폭기(504)와도 연결되어 있으며, 상기 제1증폭기(204)의 출력신호인 PN 코드 신호와 상기 제2증폭기(504)의 출력신호인 와이브로 신호에서 회귀신호의 간섭이 제거된 신호를 더한 후, 제2대역통과필터(505; BPF)로 보낸다.
한편, 상기 제2대역통과필터(505)의 대역폭은 시스템의 와이브로 전송 대역폭과 같게 한다.
또한, 상기의 ICS 디지털부를 구성하는 채널 추정부(401)와 이득 및 위상 조절부(402)는 전송된 PN 코드 신호가 채널을 통해 회귀되어 온 신호를 비교하여 채널환경을 추정하여 시스템 환경의 이득 및 위상값을 이하의 식을 이용하여 결정한다.
Figure 112006097478544-PAT00001
Figure 112006097478544-PAT00002
상기 식에서;
c k [n+1] : k번째 탭의 적응된 추정신호의 계수값
c k [n] : n번째 샘플에서의 k번째 탭의 추정신호의 계수값
P w : w(t)의 파워(power)
P w [n] : n번째 샘플에서의 w(t)의 파워
U, α : 임의의 값
w[n] : PN 코드신호와 간섭신호가 제거된 와이브로 신호의 합
r' [n] : 수신된 신호에서 궤환추정신호를 뺀 신호, 즉 와이브로 신호인 원하는 신호 성분.
한편, 상기 식에서 U와 α의 값은 시스템의 환경에 따라 변할 수 있다.
또한, 제1대역통과필터(501; BPF)는 수신되어 디지털 변환된 신호를 대역통과필터링 하는 역할을 수행한다.
상기 제1대역통과필터(501)의 통과대역폭은 상기의 와이브로 신호의 대역폭과 동일하며, 또한 상기 제2대역통과필터(505)와도 동일하다.
상기 제1대역통과필터(501)와 이득 및 위상 조절부(402)와 연결된 제2덧셈기(502)에서는 상기 제1대역통과필터(501)의 출력신호에서 상기 이득 및 위상 조절 부(402)를 이용하여 추정된 신호를 제거하게 된다.
상기 제2덧셈기(502)의 출력신호는 시스템의 발산을 피하기 위해 상기 제2덧셈기(502)와 연결된 지연부(503)에서 일정시간 지연시킨다.
상기의 일정시간이 적을 경우 시스템은 발산하게 되므로, 상기 지연부(503)에서 적절한 시간을 조절할 수 있도록 한다.
상기 제2증폭기(504)는 중계 시스템의 아날로그 증폭기의 이득을 고려하여 상기 지연부(503)의 출력신호의 이득을 조절할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 상기 제2증폭기(504)의 출력은 상기 제1덧셈기(205)에서 PN 코드 신호와 더해져서 상기 제2대역통과필터(505)로 전송된다.
최종적으로, 상기 제2대역통과필터(505)의 출력은 D/A변환기(101)로 전송되어 아날로그 신호로 변환된 후, 단말로 전송된다.
도 3은 도 2의 본 발명의 시스템 제어부의 동작 상태모드를 나타내며, 제어부(301)의 상태모드는 도 3에 나타낸 바와 같이 5가지가 있다.
예컨대, 첫번째 상태모드로서, 도 3에 나타낸 바와 같은 휴지모드(601; Idle Mode)는 재전송할 신호가 없는 경우, 즉 다운 링크(DL; Down Link)일 경우는 기지국의 와이브로 신호가 존재하지 않는 경우이며, 업 링크(UL; Up Link)일 경우는 단말의 전송신호가 존재하지 않아 기지국으로 재전송할 필요가 없는 경우이다.
두번째 상태모드로서, 초기모드(602; INIT Mode)에서는 전원이 들어가는 최초 동작의 경우 초기 몇 프레임 구간동안 채널 추정을 위한 기본적인 정보를 수집하고 회귀 채널을 추정한다.
즉, 전원을 온 한 후, 상기 초기모드(602)에서는 상기의 업/다운 링크를 검색하고, 파워, G_int, G_limit를 산출하여, 채널을 추정하고, AMP_G_Final을 산출하게 된다.
세번째 상태모드로서, 혼합모드(603; Mix Mode)는 PN 코드 신호를 위한 증폭기의 값은 서서히 줄이면서 실제 와이브로 신호를 전송하는 상태이다.
즉, 상기 혼합모드(603)에서는 초기 ICS 동작에 관한 것으로, 파일롯트(Pilot)와 와이브로(Wibro)를 혼합하여 수신된 파워를 산출한다.
네번째 상태모드로서, 안정모드(604; Stable Mode)는 상기 혼합모드(603)와 후술하는 적응모드(605; ADAPT Mode) 다음의 상태모드이며, 상기 혼합모드(603)와 후술하는 적응모드(605)가 끝난 후, 0~2 OFDM 심볼 구간내에서 임의로 설정되는 일정구간동안이며, 또한 매 프레임의 처음 220㎲와 끝 50㎲도 안정모드에 속한다.
한편, 상기의 안정모드(604)에서는, 안정모드(604) 초기 진입인 경우 각 채널계수 ck 값들 중 임의의 임계치 이상인 것들만 채널을 적응시켜 가며 추정하고, ADAP_DUR을 세팅한다.
마지막 다섯번째 상태모드로서, 적응모드(605)는 유효 프레임 전송 중에 채널을 추정하는 모드이다.
예컨대, 상기 적응모드(605)는 상기와 같이 채널계수를 변경한 후 채널을 추정하게 되며, STABLE_DUR을 세팅한다.
상기 적응모드(605)는 상기 안정모드(604) 이후의 상태이며, 항시 변할 수 있는 채널 상황에 적응하기 위한 것이다.
결국, 본 발명은 상술한 바와 같이, 간섭신호를 제거하기 위해서, PN code를 이용하여 채널환경을 추정하여, 채널의 시간 지연, 진폭, 위상 변화 등을 추정하고, 이러한 파라미터를 이용하여 중계기에서 궤환신호에 의한 간섭을 제거할 수 있게 되는 것이다.
또한, 동작 모드별 기능을 추가함으로써, 채널환경을 추정하는 경우에만 PN 코드를 사용하는 등의 중계기 시스템의 동작의 효율성을 높일 수 있는 것이다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 목적 및 배경을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것은 물론이다.
즉, 본 발명은 와이브로 시스템 뿐만 아니라 기타 무선 통신시스템의 채널 추정 및 간섭신호 제거에도 적용하여 실시할 수 있다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명은 PN 코드와 NLMS 알고리즘을 이용한 디지털신호처리를 적용하여 채널환경을 추정하고, 모드별 기능을 추가함으로써 PN 코드 출력을 최소화 하여 채널환경에 미치는 영향을 최소한으로 줄일 수 있으며, 여러가지 궤환 경로에 의한 간섭도 제거할 수 있다.

Claims (9)

  1. 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템에 있어서,
    IF로 들어오는 아날로그 와이브로 신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D변환기와, 상기 디지털 처리된 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 D/A변환기 및, ICS 디지털부로 구성되며,
    상기 ICS 디지털부는;
    상기 ICS 디지털부의 기능을 제어하고, 필요한 각각의 파라미터를 저장하며, PN 코드의 출력과 와이브로 신호의 경로를 제어하기 위한 제어부와,
    채널환경을 추정하기 위해 사용할 PN 코드를 생성하기 위한 PN 코드 생성기,
    상기 PN 코드 생성기와 연결되어 상기 PN 코드 생성기로부터 출력되는 PN 코드를 칩성형필터링 하기 위한 디지털 필터,
    상기 디지털 필터와 연결되어 상기 디지털 필터로부터 출력되는 출력신호를 중간주파수로 변환시키기 위한 혼합기,
    상기 혼합기와 연결되어 상기 혼합기를 통해 중간주파수로 변환된 신호의 레벨을 시스템에 맞게 조절하기 위한 제1증폭기,
    상기 전송된 PN 코드 신호가 채널을 통해 회귀되어 온 신호를 비교하여 채널환경을 추정하기 위한 채널 추정부 및,
    상기 시스템 환경의 이득과 위상값을 결정하기 위한 이득 및 위상 조절부를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거 하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이득 및 위상 조절부는 이하의 식을 통해 상기 시스템 환경의 이득 및 위상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
    Figure 112006097478544-PAT00003
    Figure 112006097478544-PAT00004
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1증폭기와 연결되어 상기 제1증폭기의 출력신호 PN 코드 신호와 제2증폭기의 출력신호인 와이브로 신호에서 회귀신호의 간섭이 제거된 신호를 더하기 위한 제1덧셈기를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 와이브로 신호의 대역폭과 동일한 대역폭을 가지며, 상기 디지털 변환된 신호를 대역통과필터링 하기 위한 제1대역통과필터를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1대역통과필터와 상기 이득 및 위상 조절부와 연결되고, 상기 제1대역통과필터의 출력신호에서 상기 이득 및 위상 조절부를 이용하여 상기 추정된 신호를 제거하기 위한 제2덧셈기를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2덧셈기의 출력신호는 시스템의 발산을 피하기 위해 상기 제2덧셈기와 연결된 지연부에서 일정시간 지연되는 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
  7. 제3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2증폭기는 상기 지연부의 출력신호의 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1증폭기의 출력을 제어하기 위한 상기 제어부의 동작 상태모드는;
    상기 와이브로 신호가 존재하지 않는 다운 링크와 단말의 전송신호가 존재하지 않는 업 링크의 휴지모드와,
    상기 초기 몇 프레임 구간동안 채널 추정을 위한 기본적인 정보를 수집하여 회귀 채널을 추정하는 초기모드,
    상기 PN 코드 신호를 위한 증폭기의 값은 서서히 줄이면서 파일롯트와 와이브로 신호를 혼합하여 실제 와이브로 신호를 산출하여 전송하는 혼합모드,
    상기 혼합모드와 적응모드가 끝난 후, 0~2 OFDM 심볼 구간내에서 임의로 설정되는 구간인 안정모드 및,
    상기 안정모드 이후의 상태이며, 항시 변할 수 있는 채널 상황에 적응하기 위한 프레임 전송 중에 채널을 추정하는 적응모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 안정모드 초기 진입인 경우 각 채널계수 ck 값들 중 임의의 임계치 이상인 것들만 채널을 적응시키면서 추정하는 것을 특징으로 하는 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한 시스템.
KR1020060136078A 2006-12-28 2006-12-28 디지털신호처리를 이용하여 간섭신호를 제거하기 위한시스템 KR100843702B1 (ko)

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