KR20110007481A - Apparatus and method for feedback interference cancellation in a wireless repeater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 궤환 간섭 제거장치가 구비되는 무선중계기 및 궤환 간섭 제거방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 동일 채널을 사용하는 무선 중계 시스템에서 송신안테나로 송출된 신호가 수신안테나로 궤환되어 원신호에 간섭으로 작용하는 문제점을 해결하고, 적응필터로 궤환 간섭을 제거하는 궤환 간섭 제거장치가 구비되는 무선중계기 및 궤환 간섭 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless repeater having a feedback interference cancellation device and a feedback interference cancellation method, and more particularly, a signal transmitted to a transmission antenna in a wireless relay system using the same channel is fed back to a reception antenna to interfere with an original signal. The present invention relates to a radio repeater and a feedback interference cancellation method including a feedback interference cancellation device for removing feedback interference with an adaptive filter.
도 1은 일반적인 무선중계기 시스템을 설명하기 위한 참고도로서, 무선중계기는 수신안테나를 이용하여 기지국으로부터 원신호를 수신하여 증폭한 후 송신안테나로 송신하며, 상기 송신안테나에서 방사된 신호는 일반적으로 직접경로 혹은 주위 환경에 반사되어 다중경로를 통해 수신안테나로 궤환하여 원신호에 대해 간섭으로 작용한다.1 is a reference diagram for explaining a general wireless repeater system. A wireless repeater receives an original signal from a base station using a reception antenna, amplifies the signal, and then transmits the signal to a transmission antenna. Reflected on the path or surrounding environment, it is fed back to the receiving antenna through multipath and acts as an interference to the original signal.
무선중계기는 설치 장소를 자유롭게 선택할 수 있으며, 유지 및 보수가 용이하고, 선로 비용이 없어 유지비가 저렴하며, 주파수를 재사용할 수 있는 장점이 있 다.The wireless repeater has the advantages of freely selecting the installation location, easy maintenance and repair, low maintenance cost because there is no line cost, and frequency reuse.
상기 무선중계기는 수신신호와 송신신호가 서로 동일한 주파수를 사용함으로써 송신안테나에서 방사된 신호가 수신안테나로 궤환되어 원신호에 간섭으로 작용하기 때문에, 송신안테나에서 수신안테나 사이는 충분히 격리되어 있어야 하며, 그렇지 않으면 궤환된 신호가 원신호와 더해져 무선중계기의 성능을 저하시키고 발진의 원인이 된다.Since the radio repeater uses the same frequency as the received signal and the transmitted signal, the signal radiated from the transmitting antenna is fed back to the receiving antenna and acts as an interference to the original signal, so that the receiving antenna should be sufficiently isolated from the transmitting antenna. Otherwise, the feedback signal is added to the original signal, which degrades the performance of the radio repeater and causes oscillation.
도 2는 송신안테나와 수신안테나 사이의 직접경로와 여러 물체에 의한 다중경로를 갖는 궤환 신호를 보여준다.2 shows a feedback signal having a direct path between a transmitting antenna and a receiving antenna and multipaths by various objects.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 무선중계기에서 궤환 간섭 제거장치를 사용하는데, 제거방법으로는 수신신호를 중간주파수로 내리고 디지털로 변환하여 적응필터를 이용한 디지털 신호처리를 통해서 궤환 간섭신호를 제거하게 되며, 적응필터로는 계산량이 상대적으로 적고 비교적 안정적인 특성을 보이는 LMS(Least Mean Squares) 계열의 알고리즘이 많이 사용된다.In order to solve the above problems, a feedback interference cancellation device is used in a wireless repeater. The removal method is to reduce the received signal to an intermediate frequency and convert it to digital to remove the feedback interference signal through digital signal processing using an adaptive filter. As the adaptive filter, many algorithms of the LMS (Least Mean Squares) series, which have a relatively small calculation amount and relatively stable characteristics, are used.
상기 LMS 알고리즘은 스텝사이즈를 이용하여 필터 계수값을 갱신하는데, 스텝사이즈에 따라 수렴시간과 수렴오차가 큰 차이를 보이며, 무선중계기가 설치되는 장소는 도심, 도로변, 시외, 실내 등 다양한 환경에 설치되고, 여러 지형지물에 의한 다중 경로 페이딩, 사람, 차량 등에 의해 발생하는 도플러 등은 궤환신호가 겪는 채널을 빠르게 변화시키며, 스텝사이즈가 크면 빠르게 변화하는 채널에 따라 필터 계수값도 변화하지만 수렴오차가 커지고, 스텝사이즈가 작으면 빠르게 변화하는 채널을 쫓아가지 못하고 발산하게 된다.The LMS algorithm updates the filter coefficient value using the step size, and the convergence time and the convergence error show a big difference according to the step size, and the place where the wireless repeater is installed is installed in various environments such as downtown, roadside, suburbs, and indoors. Multipath fading caused by various features, Doppler generated by people, vehicles, etc., changes the channel experienced by the feedback signal rapidly.If the step size is large, the filter coefficient value changes according to the rapidly changing channel, but the convergence error is increased. Larger and smaller step sizes do not follow the rapidly changing channel and diverge.
궤환신호가 겪는 채널은 모두 함께 변화하지 않고 건물과 같이 고정된 물체에 의해 궤환신호는 변화가 적고, 차량 등에 의한 궤환신호는 빠르게 변화하는 것으로, 즉 모든 궤환신호는 모두 채널이 변화하는 정도가 다르다.The channels experienced by the feedback signals do not change together, but the feedback signals change little by fixed objects such as buildings, and the feedback signals by vehicles change rapidly. That is, all the feedback signals have different degrees of channel change. .
다른 문제로는 필터 계수값이 점차적으로 증가하는 문제가 있으며, 무선중계기에서 사용하는 신호는 모두 자신의 대역폭을 가지고 있고, 모든 에너지가 대역내 집중되어 있으며, 이러한 신호를 궤환하여 반복적으로 사용하면 적응필터 계수값이 점차적으로 증가하여 성능이 떨어지게 된다.Another problem is that the filter coefficient value gradually increases, and all signals used in the wireless repeater have their own bandwidth, and all the energy is concentrated in the band. The filter coefficient value gradually increases, resulting in poor performance.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 필터 탭에 따른 상관도를 측정하여 모든 필터 탭에 독립적인 스텝사이즈를 적용하여, 추정속도를 증가시키며, 추정오차를 줄여 높은 도플러 주파수에서도 강인하고, 궤환 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 궤환 간섭 제거장치가 구비되는 무선중계기 및 궤환 간섭 제거방법을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention measures the correlation according to the filter tap and applies the independent step size to all the filter taps, thereby increasing the estimation speed and reducing the estimation error, thus making it robust even at high Doppler frequencies. It is an object of the present invention to provide a radio repeater and a feedback interference canceling method including a feedback interference removing device capable of effectively removing feedback signals.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 수신안테나로 수신된 신호의 잡음을 최소화하여 선형 증폭시키는 저잡음 증폭기와, 상기 증폭된 신호를 라디오 주파수에서 중간 주파수 대역으로 하향 변환시키는 주파수 하향 변환기와, 상기 하향 변환된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 변환된 디지털신호에 포함된 궤환 간섭 신호를 제거하는 궤환 간섭 제거 장치와, 상기 궤환 간섭 신호가 제거된 원신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기와, 상기 아날로그 신호를 라디오 주파수 대역으로 상향시키는 주파수 상향 변환기와, 상기 상향된 신호가 송신안테나를 통해 송신되도록 신호를 증폭시키는 전력증폭기로 구성된다.A configuration for achieving the object includes a low noise amplifier for linearly minimizing the noise of the signal received by the reception antenna, a frequency down converter for downconverting the amplified signal from the radio frequency to the intermediate frequency band, and the downconverted An analog / digital converter for converting an analog signal into a digital signal, a feedback interference canceller for removing a feedback interference signal included in the converted digital signal, and a digital converter for converting an original signal from which the feedback interference signal has been removed to an analog signal And an analog converter, a frequency up converter for upgrading the analog signal to a radio frequency band, and a power amplifier for amplifying the signal such that the uplinked signal is transmitted through a transmission antenna.
목적을 달성하기 위한 방법으로는 수신안테나로 수신된 신호가 저잡음 증폭기에서 잡음을 최소화하여 선형 증폭되는 제10단계와, 상기 증폭된 신호가 주파수 하향 변환기를 통해 라디오 주파수에서 중간 주파수 대역으로 주파수를 하향 변환 되는 제20단계와, 아날로그/디지털 변환기에서 하향 변환된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 제30단계와, 궤환 간섭 제거장치에서 디지털신호에 포함된 궤환 간섭 신호를 제거하는 제40단계와, 상기 궤환 간섭 신호가 제거된 원신호를 디지털/아날로그 변환기에서 아날로그 신호로 변환시키는 제50단계와, 상기 아날로그 신호를 주파수 상향 변환기에서 라디오 주파수 대역으로 신호를 상향시킨 후 전력증폭기로 신호를 증폭시켜 송신안테나로 송신하는 제60단계를 포함한다.As a method for achieving the object, a tenth step of linearly amplifying a signal received by a reception antenna with a minimum of noise in a low noise amplifier, and amplifying the signal from a radio frequency to an intermediate frequency band through a frequency down converter A 20th step of converting, a 30th step of converting an analog signal down-converted by an analog / digital converter into a digital signal, and a 40th step of removing the feedback interference signal included in the digital signal in the feedback interference canceller; A fifty step of converting the original signal from which the feedback interference signal has been removed into an analog signal in a digital / analog converter; amplifying the signal in a power amplifier after the analog signal is raised from a frequency upconverter to a radio frequency band; The sixth step of transmitting to.
상기한 바와 같이, 본 발명은 동일 주파수 대역을 사용하는 통신시스템에서 궤환 간섭을 제거함으로서 신호 품질을 개선시키고, 중계기에서 신호를 고출력으로 송출할 수 있게 하며, 궤환 신호 제거는 중계기의 송수신 안테나 설치에 대한 제약을 완화시켜 중계기 설치 장소의 선택을 자유롭게 하고, 설치가 간단해지는 효과가 있다.As described above, the present invention improves the signal quality by eliminating feedback interference in a communication system using the same frequency band, and transmits the signal at a high output from the repeater. There is an effect that the restrictions on the design can be freely selected and the installation can be simplified.
또한, 신호의 고출력 송출이 가능하기 때문에 셀 커버리지의 확대가 용이하고, 궤환 간섭 제거방법이 모두 디지털로 이루어져 소형화에 유리하며, 알고리즘의 변경 및 확장이 용이하여 시스템 성능을 향상시키는 효과가 있다.In addition, since signal output is possible, the cell coverage can be easily expanded, and the feedback interference cancellation method is all digital, which is advantageous for miniaturization, and the algorithm can be easily changed and expanded to improve system performance.
도 3은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치를 포함하는 무선중계기의 단방향 링크 실시 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치를 포함하는 무선중계기의 양방향 링크 실시 예이고, 도 5는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치의 세부 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 6은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치의 간섭 제거부 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 7은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치가 구비되는 무선중계기의 궤환 간섭방법을 나타낸 순서도이고, 도 8은 본 발명에 따른 간섭 제거 구현시 적응필터의 이상유무를 파악하는 실시 예이고, 도 9는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치의 사진을 나타낸 참고도이다.3 is a unidirectional link embodiment of a wireless repeater including a feedback interference cancellation apparatus according to the present invention, FIG. 4 is a bidirectional link embodiment of a wireless repeater including a feedback interference cancellation apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing the detailed configuration of the feedback interference cancellation apparatus according to the invention, Figure 6 is a block diagram showing the configuration of the interference cancellation unit of the feedback interference cancellation apparatus according to the present invention, Figure 7 is a feedback interference cancellation apparatus according to the present invention 8 is a flowchart illustrating a feedback interference method of a wireless repeater provided, and FIG. 8 is a view illustrating an abnormality of an adaptive filter when implementing interference cancellation according to the present invention, and FIG. 9 is a photograph of a feedback interference cancellation device according to the present invention. Reference is shown.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the components will be described with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 궤환 간섭 제거장치(140)를 포함하는 무선중계기(100)의 단방향 링크 실시 예로서, 상기 무선중계기(100)는 수신안테나(101)로 수신된 신호의 잡음을 최소화하여 선형 증폭시키는 저잡음 증폭기(110)와, 상기 증폭된 신호를 라디오 주파수에서 중간 주파수 대역으로 하향 변환시키는 주파수 하향 변환기(120)와, 상기 하향 변환된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기(130)와, 상기 변환된 디지털신호에 포함된 궤환 간섭 신호를 제거하는 궤환 간섭 제거 장치(140)와, 상기 궤환 간섭 신호가 제거된 원신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기(150)와, 상기 아날로그 신호를 라디오 주파수 대역으로 상향시키는 주파수 상향 변환기(160)와, 상기 상향된 신호가 송신안테나(103)를 통해 송신되도록 신호를 증폭시키는 전력증폭기(170)로 구성된다.3 is a unidirectional link embodiment of the wireless repeater 100 including the feedback
상기 주파수 하향 변환기(120)는 원신호의 주파수가 디지털로 처리할 수 있을 만큼 충분히 낮다면 사용하지 않을 수도 있으며, 라디오 주파수 대역에서 중간 주파수 대역으로 내리지 않고, 주파수 하향 변환기(120)에서 바로 기저대역으로 주파수를 변환할 수도 있다.The
도 4는 본 발명의 궤환 간섭 제거장치(140)를 포함하는 무선중계기(100)의 양방향 링크 실시 예로서, 양단에는 송수신안테나(105)가 구비되어, 일단의 송수신안테나(105)로 수신되는 신호는 듀플렉스(107)와, 저잡음 증폭기(110), 주파수 하향 변환기(120), 아날로그/디지털 변환기(130), 궤환 간섭 제거장치(140), 디지털/아날로그 변환기(150), 주파수 상향 변환기(160), 전력증폭기(170)를 거쳐 타단의 듀플렉스(107)와 송수신안테나(105)를 통해 송신된다.4 is a bi-directional link embodiment of the wireless repeater 100 including the
도 5는 상기 궤환 간섭 제거장치(140)의 세부 구성을 나타낸 블럭도로서, 상기 궤환 간섭 제거 장치(140)는 간섭을 제거하고자 하는 원신호의 주파수 대역만큼 잘라내는 대역통과필터(141)와, 기저 대역으로 신호의 주파수를 하향시키는 디지털 하향 변환기(142)와, 기저 대역의 I/Q(Inphase/Quadrature) 신호가 상관도를 이용한 가변 스텝 사이즈 NLMS(Normalized Least Mean Squares) 필터를 통해 궤환 간섭이 제거되는 궤환 간섭 제거부(143)와, 중간 주파수 대역의 데이터로 변환하여 출력하는 디지털 상향 변환기(144)로 구성된다.5 is a block diagram showing a detailed configuration of the feedback
많은 통신 시스템들이 여러개의 FA(Frequency Assignment)를 사용하는 통신 방식을 사용하며, 본원 발명에서는 중간 주파수 대역에서 신호를 표본화하고, FA별로 대역통과필터(141)를 사용하여 분리한 후 디지털 하향 변환기(142)로 기저대역으로 주파수를 내려 궤환 간섭 제거부(143)에서 궤환 간섭을 제거하지만, FA별로 분리하지 않고 여러개의 FA를 하나의 신호로 보고 기저대역으로 주파수를 내리며, 궤환 간섭 제거부(143)에서 간섭을 제거하는 것도 동일한 방식으로 이루어지고, 신호를 기저대역으로 내려 I/Q로 바꾸지 않고 중간주파수 대역에서 실수 신호만으로 궤환 간섭 제거부(143)를 구성하여 간섭을 제거할 수 있다.Many communication systems use a communication method using multiple frequency assignments (FA). In the present invention, a signal is sampled in an intermediate frequency band, separated by a
도 6은 상기 궤환 간섭 제거장치(140)의 궤환 간섭 제거부(143) 구성을 나타낸 블럭도로서, 상기 궤환 간섭 제거부(143)는 파워 측정부(210)와, 연산부(220), 적응필터(230), 스텝사이즈 조정부(240), 상관도 측정부(250), 저역통과필터(260) 및 메모리부(270)로 구성된다.FIG. 6 is a block diagram illustrating a
상기 파워 측정부(210)는 궤환 간섭 제거부(143)로 들어오는 입력신호의 평균 파워를 측정하는 것으로, 하기의 수학식1과 수학식2의 ∥ui∥2은 적응필터(230)의 인가되는 입력 벡터의 평균 에너지를 의미하는 것으로 신호를 정규화한다.The
상기 연산부(220)는 적응필터(230)에서 생성되는 추정된 궤환 간섭 신호를 입력신호에서 빼주어 간섭을 제거한 후 저역통과필터(260)로 출력시킨다.The
상기 적응필터(230)는 스텝사이즈 조정부(240)에서 결정된 벡터 형태의 스텝사이즈를 이용하여 NLMS(Normalized Least Mean Squares) 필터의 계수 갱신 수식에 따라 필터 계수값을 결정하고, 메모리부(270)에 이전 출력신호와 계수값을 곱하여 추정된 궤환 간섭 신호를 생성시킨다.The
상기 스텝사이즈 조정부(240)는 적응필터(230)에서 사용할 스텝사이즈 벡터를 생성하며, 일반적으로 적응필터(230)에서는 단일의 스텝사이즈 상수를 사용하여 필터의 계수값을 갱신하지만, 본 발명에서는 필터계수를 갱신하는 스텝사이즈를 상관도에 따라 필터 탭마다 다른 스텝사이즈를 적용하는 벡터 형태로 생성한다.The step
상기 상관도 측정부(250)는 입력신호와 저장된 출력신호들 사이의 상관도를 측정하여 궤환 간섭을 분석하는 것으로, 메모리부(270)에 저장된 출력신호들 사이의 상관도를 측정하며, 측정된 상관도는 스텝사이즈 조정부(240)로 보내져 스텝사이즈 결정에 사용되고, 상기 상관도 측정부(250)는 입력신호와 메모리부(270)에 저장된 출력신호들과의 상관도와 현재 출력신호와 메모리부(270)에 저장된 출력신호들과의 상관도를 이용하여 적응필터(230)의 이상여부를 측정한다.The correlation measurer 250 analyzes feedback interference by measuring a correlation between an input signal and stored output signals, and measures a correlation between output signals stored in the
상기 저역통과필터(260)는 원신호의 대역폭에 맞추어 설계되고 신호를 통과시키는 것으로, 여기서 저역통과필터(260)는 통과대역 외의 잡음 레벨을 낮추는 일반적인 역할 외에도, 궤환 신호를 반복적으로 사용함에 따라 나타나는 특정 주파수의 잡음 증가 문제와 시간이 지남에 따라 적응필터(230)의 계수값이 점차 증가하는 문제를 막는 역할을 한다.The
상기 메모리부(270)는 궤환 간섭 제거부(143)의 최종 출력인 간섭이 제거된 신호들이 저장되는 것으로, 궤환 간섭 제거부(143)의 출력은 디지털 상향 변환기(144)에서 송신안테나(103)까지의 시스템 지연, 송신안테나(103)에서 수신안테나(101)로 무선채널을 통해 신호가 궤환되는 전파 지연, 수신안테나(101)에서 궤환 간섭 제거부(143)까지의 시스템 지연까지 많은 지연을 겪고 궤환되게 된다.The
또한, 메모리부(270)에는 충분히 긴 시간의 출력신호를 저장할 수 있지만, 적응필터(230)의 경우 필터 탭이 증가함에 따라 발생하는 연산량의 증가와 연산 오차의 누적은 무시할 수 없는 문제이므로, 메모리부(270)에서는 적응필터(230)에 사용할 데이터 윈도우(Data Window)의 시작 위치를 최소 지연 시간과 상관도 측정부(250)의 결과에 따라 선택하게 되며, 최소 지연 시간 이후 특정 크기 이상의 상 관도를 보이는 위치에서 약간의 마진을 갖고 데이터 윈도우의 시작 위치를 잡게 되고, 궤환 간섭 제거부(143)의 현재 출력과 데이터 윈도우 안의 출력 데이터들은 적응필터(230), 스텝사이즈 조정부(240), 상관도 측정부(250)에 전달된다.In addition, the
도 7은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치(140)가 구비되는 무선중계기(100)의 궤환 간섭방법을 나타낸 순서도로서, 수신안테나(101)로 수신된 신호가 저잡음 증폭기(110)에서 잡음을 최소화하여 선형 증폭되는 제10단계(S10)와, 상기 증폭된 신호가 주파수 하향 변환기(120)를 통해 라디오 주파수에서 중간 주파수 대역으로 주파수를 하향 변환되는 제20단계(S20)와, 아날로그/디지털 변환기(130)에서 하향 변환된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 제30단계(S30)와, 궤환 간섭 제거장치(140)에서 디지털신호에 포함된 궤환 간섭 신호를 제거하는 제40단계(S40)와, 상기 궤환 간섭 신호가 제거된 원신호를 디지털/아날로그 변환기(150)에서 아날로그 신호로 변환시키는 제50단계(S50)와, 상기 아날로그 신호를 주파수 상향 변환기(160)에서 라디오 주파수 대역으로 신호를 상향시킨 후 전력증폭기(170)로 신호를 증폭시켜 송신안테나(103)로 송신하는 제60단계(S60)를 포함한다.7 is a flowchart illustrating a feedback interference method of the wireless repeater 100 having the feedback
상기 S40단계는 중간 주파수 대역의 신호가 아날로그/디지털 변환기(130)를 통해 디지털 데이터로 궤환 간섭 제거장치(140)에 들어오면, 간섭을 제거하고자 하는 원신호의 주파수 대역만큼 대역통과필터(141)를 이용하여 잘라내는 제41단계(S41)와, 디지털 하향 변환기(142)에서 기저 대역으로 신호의 주파수를 하향시키는 제42단계(S42)와, 기저대역의 I/Q(Inphase/Quadrature) 신호가 궤환 간섭 제거 부(143)에서 상관도를 이용한 가변 스텝 사이즈 NLMS(Normalized Least Mean Squares) 필터를 통해 궤환 간섭을 제거하는 제43단계(S43)와, 상기 간섭이 제거된 신호가 디지털 상향 변환기(144)에서 중간 주파수 대역의 데이터로 변환되어 출력되는 제44단계(S44)를 포함한다.In step S40, when the signal of the intermediate frequency band enters the feedback
도 8은 본 발명에 따른 상관도를 이용한 가변 스텝사이즈 NLMS 알고리즘을 구현할 때 적응필터(230)가 정상 동작을 하는지 여부를 판단함에 있어, 입력과 출력신호의 파워측정 결과와 입력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도를 이용하는 간섭제거 구현시 이상유무를 파악하는 실시 예이다.FIG. 8 illustrates the power measurement result of the input and output signals, the input signal and the stored output signal in determining whether the
파워 측정부(210)는 입력신호와 출력신호의 평균 파워를 측정하되, NLMS 알고리즘으로 궤환 간섭을 제거하는 방법은 저장된 출력신호의 자기상관함수와 입력신호 및 저장된 출력신호 사이의 상관함수를 이용하여 입력신호에서 저장된 출력신호와 상관도가 있는 신호를 제거하는 것으로, 입력신호에서 추정된 궤환 신호를 뺀 출력신호의 에너지가 최소화되도록 한다.The
신호 자체가 랜덤(random)하다면 입력신호 중에서 저장된 출력신호와 상관이 없는 부분은 제거할 수 없고, 출력신호가 작을수록 입력신호에서 궤환 신호가 많이 제거되었다고 판단하며, 따라서 적응필터(230)가 수렴하고 있다면 출력신호의 평균 파워는 입력신호의 평균 파워보다 작아야 하고, 출력신호가 더 커진다면 적응필터(230)가 수렴하지 못하는 것으로 판단하며, 파워 측정부(210)는 입력신호와 출력신호의 평균 파워를 정확히 측정하면 궤환되는 신호의 파워를 측정할 수 있어 채널을 모니터링할 수 있다.If the signal itself is random, the portion of the input signal that is not related to the stored output signal cannot be removed, and as the output signal is smaller, it is determined that the feedback signal is removed from the input signal, so that the
상관도 측정부(250)에서는 입력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도를 구하며, 상기 상관도로 입력신호 안에 있는 궤환 신호의 크기와 위치를 추정할 수 있고, 궤환 신호의 크기와 위치로 적응필터(230)를 적용한 시작 위치를 결정할 수 있으며, 필터 길이 안에서 가장 많은 상관도를 갖는 위치를 시작 위치로 선택하면 되고, 일반적으로 궤환 신호는 시스템 지연을 겪고 송신안테나(103)와 수신안테나(101) 사이의 직접경로를 통해 전파되기 때문에 필터의 시작 위치는 고정적이다.The
상관도 측정부(250)는 현재의 출력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도도 구하는데, 상기 상관도는 궤환 간섭 제거부(143)에서 제거하지 못한 궤환 신호의 크기와 위치를 나타내며, 이 정보는 스텝사이즈 조정부(240)에서 필터 탭마다 독립적인 스텝사이즈를 결정하는데 사용되고, 적응필터(230)가 수렴한다면 출력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도는 입력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도보다 작아야 하며, 만약 현재의 출력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도와 입력신호와 저장된 출력신호 사이의 상관도가 매우 작지만 현재 출력과의 상관도가 조금 더 크다면 이는 양자화 오차에 의한 오차라고 할 수 있지만, 그 외 현재 출력과의 상관도가 더 크다면 이는 적응필터(230)가 그 부분에서 수렴하지 못하고 있다고 판단할 수 있다.The
도 9는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치(140)의 참고사진을 나타내고 있다.9 shows a reference picture of the feedback
궤환 신호는 송신안테나(103)와 수신안테나(101) 사이의 직접 경로로도 궤환되고, 건물이나 산, 지면 등의 고정된 물체와 사람, 차량 등의 이동하는 물체에 의 해 다중경로를 갖고 궤환되어 수신안테나(101)로 들어오는 것으로, 직접경로와 고정된 물체에 의해 궤환 신호가 겪는 채널은 천천히 변화되고, 이동하는 물체에 의해 겪는 채널은 빠르게 변화할 뿐만 아니라 지연시간도 변하게 된다.The feedback signal is also fed back into the direct path between the transmitting
본 발명에서는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 모든 필터 탭마다 채널 계수를 갱신하는데 사용되는 스텝사이즈를 독립적으로 적용하였으며, 궤환 신호는 송신된 신호가 채널을 겪고 원신호에 더해지는 것으로, 채널의 변화가 적은 부분은 적응필터(230)가 수렴함에 따라 궤환 신호가 제거되어 상관도가 낮아지게 되고, 채널의 변화가 많은 부분은 궤환을 모두 제거하지 못해 상관도가 높게 남아있게 된다.In the present invention, in order to solve the above problem, the step size used to update the channel coefficient is independently applied to every filter tap, and the feedback signal is that the transmitted signal undergoes the channel and is added to the original signal. As a small portion of the
이런 특성을 이용하여 상관도를 측정하여, 상관도가 낮은 필터탭은 작은 스텝사이즈를 적용하여 스텝오차를 줄이고, 상관도가 높은 필터탭은 큰 스텝사이즈를 적용하여 채널에 적응하도록 하면, 빠른 수렴속도를 보이면서도 작은 수렴오차를 갖을 수 있으며, 특히 간섭 제거 무선중계기(100)에서 발진을 일으키는 원인인 높은 도플러 주파수를 갖는 궤환 신호에서도 강인하다.Using this characteristic to measure the correlation, the low correlation filter tap applies a small step size to reduce the step error, and the high correlation filter tap applies a large step size to adapt to the channel. While showing speed, it may have a small convergence error, and is particularly robust in a feedback signal having a high Doppler frequency, which causes oscillation in the interference canceling wireless repeater 100.
상관도 측정은 궤환 간섭 제거장치(140)의 출력에 연결되어 있는 메모리부(270)에 저장된 출력신호를 이용하여 구하며, 현재의 출력과 이전의 출력 사이의 상관도를 구하면 제거하지 못하고 남은 궤환 신호의 양을 구할 수 있고, 출력단에는 메모리부(270)를 두어 출력신호를 저장하며, 상관도 측정부(250)와 스텝사이즈 조정부(240) 및 적응필터(230)에 참조 신호로 사용함으로서 궤환 간섭 제거장치(140)는 ADC와 DAC를 하나씩만 갖고 모든 간섭 제거를 디지털로 구성할 수 있다.Correlation measurement is obtained by using an output signal stored in the
상기와 같은 특징을 갖는 상관도를 이용한 가변 스텝사이즈 NLMS(Normalized Least Mean Square)는 종래의 LMS(Least Mean Square)를 개선시킨 것으로, LMS는 최대 경사(Steepest Descent)를 이용한 적응 알고리즘으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 사용한 적응 간섭 제거기 등의 여러 응용분야가 발표되면서 널리 사용되고 있으며, 상기 LMS는 수식이 간단하고 연산량이 적어 실시간에 적용이 용이한 장점이 있고, 비교적 간단하고 안정된 수렴 특성을 보여준다.The variable step size NLMS (Normalized Least Mean Square) using the correlation with the above characteristics is an improvement of the conventional LMS (Least Mean Square), and LMS is an adaptive algorithm using the steepest descent (FIR). It has been widely used in various applications such as an adaptive interference canceller using an impulse response filter, and the LMS has a simple formula and a small amount of computation, which is easy to apply in real time, and shows a relatively simple and stable convergence characteristic.
하기의 수학식1은 LMS의 스텝사이즈 μ를 신호의 파워로 정규화해서 수렴특성을 향상시킨 NLMS의 필터 계수 갱신 수식이다.Equation 1 below is an NLMS filter coefficient update equation in which the convergence characteristic is improved by normalizing the step size μ of the LMS with the signal power.
여기에서, μ는 NLMS의 스텝사이즈로서 수렴속도와 수렴오차를 결정하는 상수이고, 상기 μ값이 커지면 수렴속도는 빨라지지만 수렴오차가 커지며, μ값이 작아지면 수렴속도는 느려지지만 수렴오차는 작아지게 되고, 상기 수렴오차가 크면 원하는 간섭제거 성능을 얻을 수 없고, 수렴속도가 느리면 시변 채널 환경에서 수렴하지 못하고 발산된다.Where μ is a step size of NLMS and is a constant that determines convergence speed and convergence error.As the value of μ increases, convergence speed increases but convergence error increases, while when μ value decreases, convergence speed decreases but convergence error decreases. If the convergence error is large, the desired interference cancellation performance cannot be obtained. If the convergence speed is low, convergence is diverged in a time-varying channel environment.
상기와 같은 문제점을 보완하기 위해 채널이 빠르게 변화하면 큰 스텝사이즈로 빠르게 수렴하고, 채널이 느리게 변할 때는 작은 스텝사이즈로 수렴오차를 줄이는 가변 스텝사이즈 μ는 하기의 수학식2와 같다.In order to compensate for the above problems, the variable step size μ, which converges quickly to a large step size when the channel changes rapidly, and reduces the convergence error to a small step size when the channel changes slowly, is represented by Equation 2 below.
상기 LMS에서 사용되는 스텝 사이즈는 스칼라 값이지만 필터의 계수는 벡터의 형태이기 때문에 모든 필터 계수에 동일한 스텝 사이즈를 곱하여 계수를 갱신하게 되므로, 각각의 계수에 최적의 스텝 사이즈를 사용한다고 할 수 없으며, 수렴속도를 향상시키기 위해서는 적응필터(230)의 입력신호와 출력신호 사이의 상관도를 이용하여 스텝사이즈를 벡터의 형태로 바꾸어 필터의 계수값을 갱신하고, 상기 수학식 2의 β는 상간도와 신호의 특성에 따라 결정되는 벡터이다.Since the step size used in the LMS is a scalar value, but the coefficients of the filter are in the form of a vector, the coefficients are updated by multiplying all the filter coefficients by the same step size, and thus, an optimal step size cannot be used for each coefficient. In order to improve the convergence speed, the filter coefficient value of the filter is updated by changing the step size into a vector using a correlation between the input signal and the output signal of the
따라서, 본 발명은 필터 탭에 따른 상관도를 측정하여 모든 필터 탭에 독립적인 스텝사이즈를 적용하여, 추정속도를 증가시키며, 추정오차를 줄여 높은 도플러 주파수에서도 강인하고, 궤환 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 궤환 간섭 제거장치가 구비되는 무선중계기 및 궤환 간섭 제거방법을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention measures the correlation according to the filter tap and applies the independent step size to all the filter taps to increase the estimation speed, reduce the estimation error, and are robust even at high Doppler frequencies, and effectively remove the feedback signal. It is an object of the present invention to provide a wireless repeater and a feedback interference cancellation method provided with a feedback interference cancellation device.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone who can afford it will know.
도 1은 일반적인 무선중계기 시스템을 설명하기 위한 참고도.1 is a reference diagram for explaining a general wireless repeater system.
도 2는 일반적인 궤환 간섭을 설명하기 위한 참고도.2 is a reference diagram for explaining a general feedback interference.
도 3은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치를 포함하는 무선중계기의 단방향 링크 실시 예.Figure 3 is a one-way link embodiment of a wireless repeater including a feedback interference cancellation apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치를 포함하는 무선중계기의 양방향 링크 실시 예.Figure 4 is a bidirectional link embodiment of a wireless repeater including a feedback interference cancellation apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치의 세부 구성을 나타낸 블럭도.5 is a block diagram showing the detailed configuration of the feedback interference cancellation apparatus according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치의 간섭 제거부 구성을 나타낸 블럭도.Figure 6 is a block diagram showing the configuration of the interference cancellation unit of the feedback interference cancellation apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치가 구비되는 무선중계기의 궤환 간섭방법을 나타낸 순서도.7 is a flow chart showing a feedback interference method of a wireless repeater equipped with a feedback interference cancellation apparatus according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 간섭 제거 구현시 적응필터의 이상유무를 파악하는 실시 예.8 is an embodiment of identifying the abnormality of the adaptive filter when implementing interference cancellation according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 궤환 간섭 제거장치의 사진을 나타낸 참고도.Figure 9 is a reference diagram showing a photograph of the feedback interference cancellation apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 무선중계기 101 : 수신안테나100: wireless repeater 101: receiving antenna
103 : 송신안테나 105 : 송수신안테나103: transmit antenna 105: transmit and receive antenna
107 : 듀플렉스 110 : 저잡음 증폭기107: duplex 110: low noise amplifier
120 : 주파수 하향 변환기 130 : 아날로그/디지털 변환기120: frequency down converter 130: analog to digital converter
140 : 궤환 간섭 제거장치 141 : 대역통과필터140: feedback interference cancellation device 141: band pass filter
142 : 디지털 하향 변환기 143 : 궤환 간섭 제거부142: digital down converter 143: feedback interference canceller
144 : 디지털 상향 변환기 150 : 디지털/아날로그 변환기144: digital up converter 150: digital to analog converter
160 : 주파수 상향 변환기 170 : 전력증폭기160: frequency up converter 170: power amplifier
210 : 파워 측정부 220 : 연산부210: power measurement unit 220: calculator
230 : 적응필터 240 : 스텝사이즈 조정부230: adaptive filter 240: step size adjustment unit
250 : 상관도 측정부 260 : 저역통과필터250: correlation measurer 260: low pass filter
270 : 메모리부270: memory section
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090065027A KR20110007481A (en) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | Apparatus and method for feedback interference cancellation in a wireless repeater |
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KR1020090065027A KR20110007481A (en) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | Apparatus and method for feedback interference cancellation in a wireless repeater |
Publications (1)
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ID=43613923
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KR1020090065027A KR20110007481A (en) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | Apparatus and method for feedback interference cancellation in a wireless repeater |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101025308B1 (en) * | 2011-01-27 | 2011-03-29 | 삼성탈레스 주식회사 | Apparatus for interference cancellation and anti-jamming and method therefor |
KR101438794B1 (en) * | 2013-08-27 | 2014-11-03 | 주식회사 에이디알에프코리아 | Interference cancellation repeater and repeating method thereof |
KR20160077655A (en) | 2014-12-24 | 2016-07-04 | 주식회사 쏠리드 | Interference cancellation repeater and control method thereof |
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2009
- 2009-07-16 KR KR1020090065027A patent/KR20110007481A/en not_active Application Discontinuation
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