KR20120016274A - 무선 중계기에서의 이득 조정 스테핑 제어 - Google Patents

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KR20120016274A
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Abstract

무선 중계끼에서 이득을 제어하기 위한 방법은 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 제공하는 단계로서 여기서 상기 이득 제어 메트릭들은 상기 중계기의 루프 이득을 나타내는, 이득 제어 메트릭 제공 단계; 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 측정하는 단계; 및 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 의해 측정되는 바와 같은 적어도 상기 중계기의 루프 이득의 함수인 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하는 단계를 포함한다. 다른 실시예로, 상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 중계기의 루프 이득을 다수의 이득 조정 제어 존들로 나누도록 구성된다. 상기 이득 조정 제어 존들은 안정 동작 영역 내의 루프 이득을 갖는 제 1 존 및 상기 안정 동작 영역 외부의 루프 이득을 갖는 제 2 존을 포함할 수 있다.

Description

무선 중계기에서의 이득 조정 스테핑 제어{GAIN ADJUSTMENT STEPPING CONTROL IN A WIRELESS REPEATER}
본 출원은 2009년 5월 11일에 출원된, 미국 가출원 번호 61/177,209의 이익을 주장하며, 해당 출원은 여기에 전체로서 참조된다.
본 개시물은 일반적으로 무선 통신 시스템들에서의 중계기(repeater)들에 관한 것이다.
무선 통신 시스템들 및 기술들은 우리가 통신하는 방법의 중요한 부분이 되어 왔다. 그러나, 커버리지를 제공하는 것은 무선 서비스 제공자들에 대한 상당한 도전일 수 있다. 커버리지를 확장하는 한 가지 방법은 중계기들을 구축하는 것이다.
일반적으로, 중계기는 신호를 수신하고, 상기 신호를 증폭하고, 그리고 증폭된 신호를 송신하는 장치이다. 도 1은 셀룰러 전화 시스템에 관련하여, 중계기(110)의 기본 다이어그램을 도시한다. 중계기(110)는 기지국(125)과 같은 네트워크 인프라스트럭처로의 예시 네트워크 인터페이스로서 도너(donor) 안테나(115)를 포함한다. 또한 중계기(110)는 모바일 장치(130)로의 모바일 인터페이스로서 서버 안테나(120)(또한 "커버리지 안테나"로도 지칭됨)를 포함한다. 동작시, 도너 안테나(115)는 기지국(125)과 통신하는 반면, 서버 안테나(120)는 모바일 장치들(130)과 통신한다.
중계기(110)에서, 기지국(125)으로부터의 신호들은 순방향 링크 회로(135)를 이용하여 증폭되는 반면, 모바일 장치(130)로부터의 신호들은 역방향 링크 회로(140)를 이용하여 증폭된다. 많은 구성들이 순방향 링크 회로(135) 및 역방향 링크 회로(140)에 이용될 수 있다.
많은 종류의 중계기들이 존재한다. 일부 중계기들에서, 네트워크 및 모바일 인터페이스들 모두가 무선이다; 반면 다른 것들에서는, 유선 네트워크 인터페이스가 이용된다. 일부 중계기들은 제 1 캐리어 주파수를 이용하여 신호를 수신하고 제 2 캐리어 주파수를 이용하여 증폭된 신호들을 송신하는 반면, 다른 것들은 동일한 캐리어 주파수로써 신호들을 수신 및 송신한다. "동일 주파수" 중계기들에 대해, 한 가지 특정한 과제는 송신된 신호들 중 일부가 수신 회로로 다시 누설되고 다시 증폭 및 송신될 수 있기 때문에 발생하는 피드백을 관리하는 것이다.
기존 중계기들은 다수의 기술들을 이용하여 피드백을 관리한다; 예를 들어, 두 개의 안테나들 사이의 물리적 분리를 제공하도록 중계기가 구성되거나, 필터들이 이용되거나, 또는 다른 기술들이 채택될 수 있다.
여기에 개시되는 시스템들, 장치들, 및 방법들은 향상된 중계기 능력을 허용한다. 일 실시예로, 무선 중계기에서의 이득을 제어하기 위한 방법은 상기 중계기의 수신 안테나에서 입력 신호를 수신하는 단계로서 여기서 상기 입력 신호는 중계될 원격 신호 및 상기 수신 안테나와 송신 안테나 사이의 피드백 채널로부터 유래하는 피드백 신호의 합인, 수신 단계; 출력 신호를 상기 송신 안테나 상으로 송신하는 단계로서 여기서 상기 출력 신호는 증폭된 입력 신호인, 송신 단계; 하나 이상의 이득 제어 메트릭(metric)들을 제공하는 단계로서 여기서 상기 이득 제어 메트릭들은 상기 중계기의 루프 이득을 나타내는, 메트릭 제공 단계; 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 측정하는 단계; 및 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 의해 측정되는 바와 같은 적어도 상기 중계기의 루프 이득의 함수인 이득 조정 스텝(step) 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예로, 입력 신호를 수신하기 위한 수신 안테나 및 출력 신호를 송신하기 위한 송신 안테나를 구비하는 무선 중계기가 기술된다. 입력 신호는 중계될 원격 신호와, 상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나 사이의 피드백 채널로부터 유래하는 피드백 신호의 합이며 상기 출력 신호는 증폭된 입력 신호이다. 중계기는 하나 이상의 이득 메트릭들에 기초하여 상기 중계기의 가변 이득 값을 제어하도록 구성되는 이득 제어 블록을 포함하며 여기서 상기 이득 제어 메트릭들은 중계기의 루프 이득을 나타낸다. 상기 이득 제어 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 발생시키도록 구성되는 이득 메트릭 계산기 및 다수의 이득 제어 메트릭들에 기초하여 상기 중계기의 가변 이득을 제어하도록 구성되는 이득 제어 알고리듬 블록을 포함한다. 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 의해 측정되는 바와 같은 적어도 상기 중계기의 루프 이득의 함수인 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하도록 구성된다.
다른 실시예로, 상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 중계기의 루프 이득을 다수의 이득 조정 제어 존들로 분할하도록 구성된다. 이득 조정 제어 존들은 안정 동작 영역 내의 루프 이득을 갖는 제 1 존 및 상기 안정 동작 영역 외부의 루프 이득을 갖는 제 2 존을 포함할 수 있다. 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 이득 조정 제어 존들 각각 내에 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 제공하도록 구성된다. 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들은 상기 제 1 존에서 제공되어 중계기의 가변 이득을 증가시킬 수 있으며, 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들이 상기 제 2 존에서 제공되어 중계기의 가변 이득을 감소시킬 수 있다.
또한, 일 실시예로, 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 이용하여 중계기가 동작되는 이득 조정 제어 존을 결정하고, 이득 조정 제어 존들 중 선택된 하나에 관련되는 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들에 관련되는 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 중계기의 가변 이득을 조정하도록 구성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 중계기의 간소화된 도해이다.
도 2는 본 개시물의 일부 실시예들에 따른 중계기 환경의 도해를 도시한다.
도 3은 중계기 입력에서의 잡음 플로어(floor) 상에서의 피드백 신호의 효과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 이득 제어 방법을 구현하기 위한 중계기에 대한 입력에서의 잡음 플로어 상에서의 피드백 신호의 영향을 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계기를 위한 이득 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 블록도이다.
도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 제어 유닛을 포함하는 중계기의 블록도이다.
도 7은 전체 관심 루프 이득 영역을 커버하기 위한 단일 저속 이득 제어 메트릭의 이용을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 전체 관심 루프 이득 영역을 모니터링하기 위한 저속 및 고속 이득 제어 메트릭의 이용을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 이득 제어 유닛 내의 이득 메트릭 계산기의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 더 짧거나 더 긴 코히어런트(coherent) 적분(integration) 시간을 이용한 고속 및 저속 메트릭의 상관 값(R i )의 계산을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 더 짧은 및 더 긴 코히어런트 적분 시간을 이용한 고속 및 저속 메트릭의 정규화 값(S i )의 계산을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10 및 도 11에서의 상관 및 정규화 값들을 이용하녀 고속 및 저속 메트릭의 계산을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 대체 실시예에 따른 이득 제어 방법을 나타내는 에코 소거를 채택한 중계기의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 대체 실시예에 따른 이득 제어 방법을 통합하는 중계기의 수학 모드를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 에코 소거가 없고 이득 제어를 구현하는 중계기의 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 래그(lag) τ에서의 상관 항 R에 대한 업데이트 연산을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 래그 τ에서의 정규화 항 S에 대한 업데이트 연산을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 조정 제어 존들을 나타내는 도해이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 메트릭 이득 제어를 구현하는 도 6의 중계기에 적용되는 이득 조정 스테핑 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 래그들에 걸친 그리고 시간에 따른 메트릭 분산의 계산을 나타낸다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 제어 알고리듬에서 구현되는 이득 제어 메트릭 전지(pruning)를 나타내는 순서도이다.
도 22는 본 발명의 대체 실시예에 따른 이득 제어 알고리듬에서 구현되는 이득 제어 메트릭 전지 방법을 나타내는 순서도이다.
개시되는 방법 및 장치의 본질, 목적들, 및 이점들은 첨부된 도면들과 함께 이하의 상세한 설명을 참조한 후에 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 더욱 명백해질 것이다.
전술된 것들과 같은 종래 기술 중계기들은 셀룰러 전화 또는 유사한 네트워크들에 대해 상당한 이점들을 제공할 수 있다. 그러나, 기존 중계기 구성들은 일부 애플리케이션들에 적절하지 않을 수 있다. 예를 들어, 기존 중계기 구성들은 중계기의 안테나들 사이에 실질적으로 더 많은 분리를 요구할 수 있는 옥내 커버리지 애플리케이션(예컨대, 주거 또는 비지니스 환경을 위해 신호들을 중계하는 것)에 적절하지 않을 수 있다. 더구나, 일부 종래의 중계기 구현들에서, 목표는 안정된 피드백 루프(일(unity) 보다 적은 루프 이득)를 유지하면서 적정선에서 높은 이득을 달성하는 것이다. 그러나, 중계기 이득을 증가시키는 것은 도너 안테나로 다시 누설되는 증가된 신호 때문에 분리를 더 어렵게 만든다. 일반적으로, 루프 안정성 요구들은 커버리지 안테나로부터 다시 도너 안테나로 누설되는 신호가 원격 신호(중계될 신호)보다 훨씬 낮을 것을 요구한다. 중계기의 출력에서의 최대 달성가능한 신호 대 간섭/잡음 비(SINR)는 중계기에 대한 입력에서의 SINR과 동일하다. 높은 이득과 개선된 분리는 현대 중계기들, 특히 옥내 애플리케이션들을 위한 것에 대해 요청되는 두 개의 요구들을 형성한다.
여기의 시스템들 및 기술들은 중계기들의 도너 안테나(순방향 링크 송신의 경우에 "수신 안테나")와 커버리지 안테나(순방향 링크 전송들을 위한 "송신 안테나") 사이의 개선된 분리를 갖는 무선 중계기들에 대해 대비한다. 추가로, 일부 실시예들에서, 여기의 시스템들 및 기술들은 간섭 소거 또는 에코 소거를 채택하여 상기 분리를 현저하게 개선하는 고유의 중계기 설계를 위한 것이다. 일부 실시예들에서, 간섭 소거 및 에코 소거는 채널의 정확한 추정을 위해 여기에 제공되는 개선된 채널 추정 기술들을 이용하여 실현된다. 실효(effective) 에코 소거는 누설(leakage) 채널의 매우 정확한 채널 추정을 필요로 한다. 일반적으로, 채널 추정이 더 정확할수록, 소거가 더 높아지며 따라서 실효 분리가 더 높아진다. 여기서, "간섭 소거" 또는 "에코 소거"는 중계기 안테나들 간의 누설 신호량을 감소 또는 제거하는 기술들을 지칭한다; 즉, "간섭 소거"는 추정된 누설 신호의 소거를 지칭하며, 이는 실제 누설 신호의 부분적 또는 완전한 소거를 제공한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 여기의 시스템들 및 기술들은 중계기 시스템의 안정성을 향상시키기 위한 이득 제어 기술들을 채택하는 고유한 무선 중계기에 대해 고려한다. 일부 실시예들에서, 중계기 시스템의 안정성을 측정하기 위한 메트릭(metric)이 제공된다. 중계기의 이득은 안정성의 지표로서의 상기 메트릭의 값에 기초하여 제어된다. 예를 들어, 큰 신호 강약(dynamic)들의 경우, 루프 이득과 같은, 메트릭이 열화되며 중계기 시스템을 안정적으로 유지하기 위해 이득이 감소될 것이다. 이득 제어 방법들 및 시스템들이 유리하게는 간섭 소거를 채택하는 중계기들 또는 간섭 소거를 채택하지 않는 중계기들에 적용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 여기의 시스템들 및 기술들은 다중-중계기 환경에서의 무선 중계기 성능을 개선하는 것에 대해 고려한다. 일부 실시예들에서, 중계기-간(inter-repeater) 통신을 도모하는 시스템들 및 기술들이 제시된다. 다른 실시예들에서, 간섭을 억제하고 인접 중계기들로부터 확산되는 지연을 감소시키기 위한 시스템들 및 기술들이 제시된다.
도 2는 본 개시물의 실시예들에 따른 중계기(210)의 동작 환경(200)의 도해를 나타낸다. 도 2의 예시는 순방향 링크 송신들을 나타낸다; 즉, 기지국(225)으로부터의 원격 신호(140)는 모바일 장치(230)로 지향된다. 기지국(225)과 모바일 장치(230) 사이의 경로(227)를 따라 중계되지-않는(un-repeated) 신호가 모바일 장치(230)에서 수신되는 효율적 음성 및/또는 데이터 통신들을 위한 충분한 신호를 제공하지 않는다면 중계기(210)와 같은, 중계기가 환경(200)에서 이용될 수 있다. 이득(G) 및 지연(Δ)을 갖는 중계기(210)는 서버 안테나(220)를 이용하여 도너 안테나(215) 상에서 기지국(225)으로부터 모바일 장치(230)로 수신되는 신호를 중계(repeat)하도록 구성된다. 중계기(210)는 도너 안테나(215) 및 서버 안테나(220)를 통해 기지국(225)으로부터 모바일 장치(230)로 수신되는 신호들을 증폭 및 송신하기 위한 순방향 링크 회로를 포함한다. 또한 중계기(210)는 모바일 장치(230)로부터 역으로 기지국(225)으로 신호들을 증폭 및 송신하기 위한 역방향 링크 회로를 포함한다. 중계기(210)에서, 원격 신호 s(t)가 입력 신호로서 수신되고 원격 신호 s(t)는 반복 또는 증폭된 신호 y(t)로서 반복되며 여기서 y(t) =
Figure pct00001
s(t-Δ) 이다. 이상적으로, 이득(G)은 클 것이고, 중계기의 내재적 지연(Δ)은 작을 것이며, 입력 SINR은 중계기(210)의 출력으로 유지될 것이고(이는 데이터 트래픽 지원을 위해 특히 중요할 수 있음), 그리고 요망되는 캐리어들만이 증폭될 것이다.
실제로는, 중계기(210)의 이득은 도너 안테나(215)와 서버 안테나(220) 사이의 분리에 의해 제한된다. 상기 이득이 너무 크다면, 중계기는 신호 누설 때문에 불안정해질 수 있다. 신호 누설은, 도 2의 피드백 경로(222)에 의해 도시되는 바와 같이, 하나의 안테나(도 2에서, 서버 안테나(220))로부터 송신되는 신호의 일부가 다른 안테나(도 2에서, 도너 안테나(215))에 의해 수신되는 현상을 지칭한다. 간섭 소거 또는 다른 기술들이 없으면, 중계기는 그 정상 동작의 일부로서, 누설 신호로도 지칭되는, 본 피드백 신호를 증폭할 것이고, 상기 증폭된 신호는 다시 서버 안테나(220)에 의해 송신될 것이다. 신호 누설 및 높은 중계기 이득 때문에 상기 증폭된 피드백 신호의 반복된 송신은 중계기 불안정성으로 귀결될 수 있다. 추가적으로, 중계기(210)에서의 신호 처리는 내재적인 무시할수-없는 지연(Δ)을 갖는다. 중계기의 출력 SINR은 RF 비-선형성들 및 다른 신호 처리에 의존적이다. 따라서, 전술한 이상적인 중계기 동작 특성들이 종종 이뤄지지 않는다. 결국, 실제로, 의도되는 캐리어들은 중계기가 구축되는 동작 환경 또는 시장에 따라 변할 수 있다. 의도되는 캐리어들만을 증폭하는 중계기를 제공하는 것이 항상 가능한 것은 아니다.
본 개시물의 실시예들에서, 옥내 커버리지(예컨대, 사업체, 주거, 또는 유사한 용도)에 적합한 중계기가 제공된다. 상기 중계기는 적절한 크기의 주거에서의 커버리지를 위한 충분한 이득의 일례인 약 70 dB 이상의 활성 이득을 갖는다. 추가로, 상기 중계기는 안정성을 위해 1보다 작은 루프 이득(루프 이득은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 피드백 루프의 이득으로서 지칭된다) 및 안정성을 위한 충분한 양의 마진과 낮은 출력 잡음 플로어(floor)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 중계기는 80 dB 보다 큰 총 분리(isoloation)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 중계기는 간섭/에코 소거를 채택하여 높은 수준의 동적 분리를 달성하며, 이는 가용한 중계기들의 요구들보다 현저히 더 힘든 것이다.
본 개시물의 일부 기술들은 채널 추정을 활용하여 요구되는 수준의 에코 소거를 가능하게 한다. 피드백 채널(안테나들 사이의 채널)을 충분한 정도의 정확도까지 추정함으로써, 에코 소거이후의 잔여 오차가, 안정성을 위한 요구되는 루프 이득 마진을 실현하기 위해 충분하게 원격 신호 미만일 수 있다.
본 발명의 중계기가 구축될 수 있는 통신 시스템은 적외선, 라디오(radio), 및/또는 마이크로파 기술에 기초하는 다양한 무선 통신 네트워크들을 포함한다. 그러한 네트워크들은, 예를 들어, 무선 광대역 네트워크(WWAN), 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN), 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 등을 포함할 수 있다. WWAN은 Code Division Multiple Access (CDMA) 네트워크, Time Division Multiple Access (TDMA) 네트워크, Frequency Division Multiple Access (FDMA) 네트워크, Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) 네트워크, Single-Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) 네트워크 등일 수 있다. CDMA 네트워크는 CDMA2000, 광대역-CDMA(W-CDMA) 등과 같은 하나 이상의 무선 접속 기술(RAT)들을 구현할 수 있다. CDMA2000은 IS-95, IS-2000, 및 IS-856 표준들을 포함한다. TDMA 네트워크는 Global System for Mobile Communications (GSM), Digital Advanced Mobile Phone System (D-AMPS), 또는 어떠한 다른 RAT를 구현할 수 있다. GSM 및 W-CDMA는 "3rd Generation Partnership Project" (3GPP)로 명명된 컨소시엄으로부터의 문헌들에 기술된다. CDMA2000은 "3rd Generation Partnership Project 2" (3GPP2)로 명명된 컨소시엄으로부터의 문헌들에 기술된다. 3GPP 및 3GPP2 문헌들은 공개적으로 이용가능하다. WLAN은 IEEE 802.11x 네트워크일 수 있으며, WPAN은 블루투스 네트워크, IEEE 802.15x, 또는 어떠한 다른 종류의 네트워크일 수 있다. 또한 여기 기재되는 시스템들 및 기술들은 WWAN, WLAN 및/또는 WPAN의 임의의 조합에 이용될 수도 있다.
이득 제어 기술들
본 발명의 실시예들에 따르면, 중계기에 대한 최적 이득 값을 수립하기 위한 이득 제어 기술들이 기술된다. 여기에 기술되는 이득 제어 기술들은 에코 소거를 구현하는 중계기들 또는 에코 소거를 구현하지 않는 중계기들에 적용된다. 중계기 동작을 안정적으로 유지하기 위해, 중계기의 루프 이득의 제어는 중요하다. 중계기의 루프 이득은 채널에서의 신호 레벨들의 급격한 변화들 때문에 갑자기 변화할 수 있다. 큰 신호 강약들의 존재시 중계기 시스템을 안정화시키는 방법들이 요망된다.
일 실시예로, 이득 제어 메트릭이 중계기의 안정성의 지시자로서 수립된다. 이득 제어 메트릭이 모니터링되며, 메트릭이 악화될 때, 중계기의 이득이 감소되어 중계기의 안정성을 유지한다. 동작시, 이득 제어 메트릭은 지속적으로 모니터링되며 중계기의 이득은 상하로 조정되어 시스템 안정성 및 요구되는 출력 SINR을 동시에 유지하는 한편 가능한 높은 이득을 출력한다.
1. SINR 및 데이터 레이트를 최적화시키는 중계기 이득 제어
종래의 중계기 구현들에서, 그 목표는 피드백 루프가 안정적으로 유지되는 것을 보장하면서(루프 이득이 일(unity)보다 낮음) 가능한 높은 이득을 달성하는 것이다. 높은 이득 레벨은 최대 가능한 커버리지 면적을 제공한다. 루프 안정성 요구들은 커버리지 안테나로부터 도너 안테나로 역으로 누설하는 신호가 전형적으로 원격 신호(중계될 신호)보다 훨씬 낮을 것을 필요로 한다. 그리고 나서 중계기의 출력에서의 최대 달성가능한 SINR은 중계기의 입력에서의 원격 신호의 SINR과 동일하다.
중계기 이득은 간섭 소거 기술들의 이용을 통해 현저히 증가될 수 있다. 이러한 기술들을 이용하여, 커버리지 안테나로부터 도너 안테나로 역으로 누설하는 신호는 간섭으로 취급되며 기저대역 기술들을 통해 소거되어, 더 높은 중계기 이득이 이용되도록 하여 준다. 더 높은 중계기 이득은 매우 바람직한데 이는 그것이 중계기의 커버리지 면적을 증가시키기 때문이다. 일부의 경우들에서, 이득이 높을 때, 도너 안테나로 커버리지 안테나로부터 누설하는 신호는 원격 신호보다 상당히 클 수 있다. 그러나, 수신기에서의, 양자화에 기인하는 것과 같은, RF 왜곡들은 수신된 신호에 의존적이다. 피드백 신호가 원격 신호보다 현저히 큰 경우에, 상기 큰 피드백 신호는 잡음 플로어(floor)를 원격 신호에 도입시킨다. 달리 말해, 큰 피드백 신호는 간섭 소거가 이상적으로 작용할지라도, 즉 전체 피드백 신호가 소거될지라도 커버리지 안테나 출력에서의 달성가능한 SINR에 플로어를 유입시킨다. 따라서, 원격 신호의 SINR(중계기가 구축되는 RF 조건들에 따른)이 매우 크다면, 중계기의 출력에서의 SINR은 중계기 입력에서 유입되는 오류 플로어에 의해 제한된다.
도 3은 중계기 입력에서의 잡음 플로어에 대한 피드백 신호의 효과를 나타낸다. 본 도시에서, 중계기 이득은 80 dB이다. 원격 신호가 -70 dB라고 가정하면, 출력 신호는 10 dB이다. 송신과 수신 안테나들 간의 안테나 분리가 40 dB라고 추가로 가정하면, 송신 안테나로부터 수신 안테나로의 피드백 신호는 -30 dB일 것이다. RF 왜곡들/양자화 플로어가 피드백 신호보다 50 dB 낮을 때, 잡음 플로어는 단지 10 dB의 SINR 플로어를 가져오는 -80dB일 것이다. 즉, 잡음 플로어는 원격 신호보다 단 10dB 낮다. 상기 낮은 SINR은 중계기가 무선 데이터 이용을 지원할 때 문제이다. 큰 중계기 이득은 커버리지 면적이 클 것임을 의미하지만 달성가능한 SINR 상의 한도(cap)는 이 중계기를 통한 최대 달성가능 데이터 레이트에 대한 한도를 의미한다. 이 중계기를 통해 통신하는 장치의 이용 요구들(예컨대, 높은 데이터 레이트들)에 따라, 데이터 레이트에 대한 제한은 용인불가할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 무선 중계기에서 중계기 이득을 제어하는 방법은 출력 신호-대-간섭/잡음 비(SINR) 및 데이터 레이트 요구들에 기초하여 중계기 이득을 조정한다. 일 실시예로, 입력 SINR은 출력 SINR의 지시자로서 그리고 잡음 플로어의 측정으로서 이용되며 중계기 이득은 요구되는 잡음 허용치 및 요구되는 데이터 레이트의 함수로서 상승(증가) 또는 하향(감소) 조정된다. 달리 말해, 중계기의 이득 및 SINR이 트레이드 오프(trade off)되어 요구되는 커버리지 면적 대 데이터 레이트를 최적화시킨다. 예를 들어, 더 많은 잡음 및 더 낮은 SINR이 허용될 수 있다면, 더 높은 중계기 이득 세팅이 이용되어 더 낮은 SINR에 기인하는 더 낮은 데이터 레이트의 희생으로 더 큰 커버리지 면적을 실현한다. 반면, 더 적은 잡음 또는 더 높은 SINR이 요구된다면, 커버리지 면적을 감소시키지만 데이터 레이트를 증가시키는 더 낮은 중계기 이득 세팅이 이용된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 이득 제어 방법을 구현하는 중계기에 대한 중계기 입력에서의 잡음 플로어에 대한 피드백 신호의 영향을 나타낸다. 도 4에 도시된 실시예에서, 중계기의 이득은 70dB로 감소된다. 중계기의 커버리지 면적이 감소된 이득 때문에 감소되는 반면, 달성가능한 SINR은 20dB로 증가되어, 더 높은 데이터 레이트가 이용되도록 하여준다.
더 특정하게는, 중계기의 전체 이득을 감소시키는 것은 피드백 신호 전력을 감소시킨다. 이는 결국 RF 왜곡들 및 양자화에 의해 야기되는 잡음 플로어들을 감소시켜 더 높은 달성가능 SINR을 허용한다. 더 높은 데이터 레이트가 더 높은 SINR 때문에 이용될 수 있다. 달성가능 SINR은 단지 원격 신호의 SINR에 의해 제한된다. 도 4에 도시된 실시예에서, SINR의 10dB의 증가는 도 3에 도시된 실시예와 비교하여 이득에 있어서의 10dB 감소로써 실현된다. 그러나, 중계기 이득을 감소시키는 것은 커버리지 면적도 감소시킨다. 중계기 이용에 따라, 커버리지 면적에서의 감소는 엔드 유저에게 용인가능할 수 있다. 본 발명의 이득 제어 방법은 엔드 유저로 하여금 중계기 커버리지 영역을 달성가능 출력 SINR(이는 최대 데이터 레이트에 대응함)과 트레이드-오프(trade-off)시키도록 하여 준다. 본 발명의 이득 제어 방법은 더 높은 데이터 레이트들을 필요로 하는 애플리케이션들을 이용할 때 엔드 유저가 커버리지 면적을 희생시키고자 할 수 있는 무선 데이터 트래픽에 특히 유용하다.
본 발명의 이득 제어 방법은 도 5a및 5b를 참조로 이제 더 상세히 기술될 것이다. 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계기를 위한 이득 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 블록도이다. 도 5a 및 5b를 참조하면, 중계기(350)는 입력 신호를 도너 안테나(315) 상에서 수신한다(단계(302)). 또한 중계기(350)는 출력 신호를 서버 안테나(320) 상으로 송신한다(단계(304)). 중계기(350)는 피드백 신호의 소거를 구현하기 위한 에코 소거기(352)를 포함한다. 중계기(350)는 가변 이득(G)을 제공하는 이득 스테이지(356)에서 입력 신호를 증폭시킨다. 가변 이득(G)은 이득 제어 블록(354)에 의해 세팅된다. 동작시, 본 발명의 이득 제어 방법은 중계기의 입력 SINR(단계(305)) 및 출력 SINR(단계(306))을 결정한다. 일 실시예로, 입력 SINR은 중계기에 의해 추가되는 잡음 플로어들 및 출력 SINR의 지시자로서 이용된다. 그리고 나서, 중계기 이득이 상향 또는 하향 조정되어 요구되는 커버리지 면적 및 달성가능한 데이터 레이트를 획득한다(단계(308)). 중계기 이득이 감소되어 커버리지 면적을 감소시키지만 데이터 레이트를 증가시킨다(단계(310)). 상기 이득을 감소시킴으로써, 달성가능한 SINR이 증가된다. 중계기 이득이 증가되어 커버리지 면적을 확대시키지만 데이터 레이트를 감소시킨다(단계(312)). 이득을 증가시킴으로써, 달성가능한 SINR이 감소된다. 이 방식으로, 중계기 이득 및 중계기의 커버리지 면적이 트래이드 오프되어 중계기의 입력 및 출력에서의 SINR을 최적화시키며 중계기에 의해 이용되는 데이터 레이트를 최적화시킨다.
도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기의 블록도이다. 도 5c는 도너 및 서버 안테나들(315, 320) 상으로 통신을 제공하는 이동국 모뎀(MSM), 가변 중계기 동작들을 수행하기 위한 처리기(364) 및 데이터를 저장하기 위한 메모리(366)를 포함하는 중계기(360)의 기능 블록도를 나타낸다. 본 실시예에서, 중계기의 MSM(이동국 모뎀)이 이용되어 입력 SINR의 추정(estimate)을 부여한다. 다른 실시예들에서, 중계기의 입력 또는 출력을 추정하기 위한 다른 방법들이 이용될 수 있따.
2. 다중-메트릭 이득 제어
본 발명의 실시예들에 따르면, 중계기는 시스템 안정성들의 지시자들로서 다수의 메트릭들을 채택하는 이득 제어 블록을 포함하며 여기서 상기 다수의 메트릭들은 중계기의 이득을 제어하는데 있어서의 이용을 위해 모니터링된다. 이득 제어 블록은 중계기 이득이 다수의 메트릭들에 기초하여 제어되는 이득 제어 방법을 구현한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 제어 블록을 포함하는 중계기의 블록도이다. 본 실시예에서, 이득 제어 블록은 에코 소거 중계기에서 구현된다. 다른 실시예들에서, 상기 이득 제어 블록은 에코 소거가 없는 중계기에서 구현되어 이하에 기재되는 바와 같이 다수의 메트릭들에 기초하여 이득 제어를 제공할 수 있따.
도 6을 참조하면, 에코-소거 중계기(410)는 중계될 원격 신호 x[k]를 도너 안테나(입력 노드(440)로서 표기됨) 상에서 수신하고 서버 안테나(출력 노드(470)으로 표기됨) 상으로 송신될 출력 신호 y[k]를 발생시킨다. 서버 안테나로부터 역으로 도너 안테나로의 신호 누설은 출력 신호 y[k]의 일부가 역으로 누설되고 중계기에 의해 수신되기 전에 원격 신호에 추가되게 한다. 상기 신호 누설은 출력 노드(470)와 입력 노드(440) 사이의 신호 경로(454)로서 표기되는, 피드백 채널 h[k]로서 표현된다. 따라서, 중계기(410)는 실제로 입력 신호로서 노드(443) 상에서 원격 신호 x[k]와 피드백 신호 w[k]의 합인 수신 신호 q[k]를 수신한다. 따라서 피드백 채널 h[k]은 도너 안테나와 서버 안테나 간에 중계기(410)에서의 피드백 루프를 형성한다. 도 6의 합산기(442)는 단지 수신 신호들 q[k]의 신호 성분들을 도시하기 위한 상징적인 것이며 중계기(410)의 동작 환경에서의 실제 신호 합산기를 나타내는 것은 아니다.
에코-소거 중계기인, 중계기(410)는, 수신 신호("입력 신호") 내의 불요한 피드백 신호 성분을 상쇄시키기 위해 상기 피드백 신호 w[k]를 추정하도록 동작한다. 그 목적을 위해, 중계기(410)는 합산기(444)와 채널 추정 블록(450)으로써 형성되는 에코 소거기를 포함한다. 수신 신호 q[k]는 피드백 채널 추정
Figure pct00002
을 수신 신호 q[k]로부터 차감시키도록 동작하는 합산기에 커플링된다. 피드백 신호 추정
Figure pct00003
이 정확하다면, 불요한 피드백 신호가 수신 신호로부터 제거되며 에코 소거가 실현된다. 본 실시예에서, 소거 후 신호(post cancellation signal) p[k]는 상기 소거 후 신호에 G의 이득을 제공하는 가변 이득 스테이지(458)에 커플링된다. 이득 스테이지(458)는 서버 안테나 상에서의 전송을 위해 출력 노드(470) 상에서 출력 신호 y[k]를 발생시킨다. 도 6은 단지 본 발명의 이득 제어 방법의 동작에 관련되는 구성요소들만을 나타낸다. 중계기(410)는 도 6에 도시되지 않지만 당해 기술분야에서 완전한 중계기 동작을 실현하는 것으로 공지된 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
피드백 신호 추정
Figure pct00004
은 피드백 채널 추정
Figure pct00005
에 기초하여 발생되며 여기서 피드백 채널 추정은 채널 추정 블록(450)에 의해 발생된다. 본 실시예에서, 채널 추정 블록(450)은 입력 신호로서 상기 수신 신호 q[k]를 취하고 에코-소거된 신호 p[k]를 채널 추정을 위한 파일럿 신호 또는 기준 신호로서 이용하여 피드백 채널 추정
Figure pct00006
를 발생시킨다. 그리고 나서, 에코 소거기가 상기 피드백 채널 추정
Figure pct00007
에 기초하여 피드백 신호 추정
Figure pct00008
를 계산한다. 더 특정하게는, 피드백 신호 추정
Figure pct00009
은 피드백 채널 추정
Figure pct00010
를 파일럿 신호 p[k]와 컨벌루션(convolve)시킴으로써(즉,
Figure pct00011
) 획득된다. 피드백 신호 추정
Figure pct00012
는 합산기(444)에서 에코 소거에 이용된다. 더 특정하게는, 피드백 신호 추정
Figure pct00013
이 수신 신호 q[k]로부터 차감되어 에코-소거된 신호 p[k]를 발생시킨다. 도 6이 중계기에서의 에코 소거를 구현하기 위한 한가지 방법을 나타낸다는 점은 긴요한 것이다. 도 6은 설명적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명의 에코 소거 무선 중계기는 에코 소거를 위한 다른 방법들을 구현할 수 있다. 중계기에서 이용되는 에코 소거의 정확한 방법이 본 발명의 실시에 중요한 것은 아니다.
중계기(410)는 이득 스테이지(458)에 의해 제공되는 가변 이득 값(G)을 조정하기 위한 이득 제어 블록(447)을 포함한다. 이득 제어 블록(447)은 중계기의 피드백 루프의 어느 곳에서나 얻어질 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 더 특정하게는, 상기 이득 제어 입력 신호는 에코 소거 중계기에서 에코 소거 전 또는 에코 소거 후에 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 이득 제어 입력 신호는 수신 신호 q[k]로서 얻어지지만 이는 단지 설명적인 것이다. 실제로는, 이득 제어 입력 신호가 취해지는 정확한 위치는 본 발명의 실시에 중요하지 않다. 다른 실시예들에서, 중계기는 에코 소거를 구현하지 않으며 이득 제어 블록(447)은 중계기의 피드백 루프 내의 어느 곳에나 존재하는 신호일 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 다시금, 이득 제어 입력 신호가 취해지는 정확한 위치는 본 발명의 실시에 중요한 것이 아니다. 따라서, 다음의 기재에서, 용어 "이득 제어 입력 신호"는 중계기의 이득 제어 블록에 제공되는 입력 신호를 지칭하며, 에코 소거 전, 에코 소거 후, 또는 에코 소거를 구현하지 않는 중계기 내의 피드백 루프 내의 임의의 포인트를 포함하는, 중계기의 피드백 루프의 임의의 포인트에서 얻어지는 신호일 수 있다.
이득 제어 블록(447)은 이득 제어 입력 신호를 수신하고 이득 제어 메트릭들의 세트를 계산 및 발생시키기 위한 이득 메트릭 계산기(460)를 포함한다. 일 실시예로, 두 개의 이득 제어 메트릭들이 이용된다. 이득 제어 블록(447)은 이득 제어 메트릭들을 이득 메트릭 계산기(460)로부터 수신하기 위한 이득 제어 알고리듬 블록(462)을 더 포함한다. 이득 제어 알고리듬 블록(462)은 중계기(410)에서의 이득 스테이지(458)의 가변 이득(G)의 제어를 제공한다.
제 1 이득 제어 메트릭의 유도는 도 6을 참조로 기술된다. 먼저, 중계기 피드백 제어 루프로부터의 시간 i에서의 길이 N의 복소 신호 세그먼트가 인터셉트 또는 수신되고 이득 제어 입력 신호로서 이용된다:
Figure pct00014
본 실시예에서, 복소 신호 r i [n]은 에코 소거 이전인 노드(443)에서 얻어진다. 다른 실시예들에서, 복소 신호 r i [n]은 에코 소거 후와 같이, 피드백 제어 루프 내의 다른 위치들에서 얻어질 수 있다. 본 기술에서, 중계기 피드백 제어 루프("제어 루프"로도 지칭됨)는 송신 안테나로부터 수신 안테나로의 피드백 채널의 결과로서 송신 안테나와 수신 안테나 사이에서 중계기 내에서 내재적으로 형성되는 피드백 루프를 지칭한다. 피드백 루프의 이득("루프 이득")이 측정 및 제어되어 루프 안정성을 유지한다.
이득 메트릭 계산기(460)는 송신 안테나로부터 수신 안테나로의 누설의 결과인, 상기 신호의 레플리카(replica)들을 픽업(pick up)하려고 시도함으로써 상기 루프 내에서 본 신호 성분의 증가를 모니터링한다.
Figure pct00015
에서의 시간 N delay 후의 탐색 윈도우 W에서의 탐색은
Figure pct00016
을 산출한다.
앞서 주어진 루프 이득 메트릭 g i (τ)는 본질적으로 시스템 안정성의 지시자인 루프 이득이다. 앞서 주어진 루프 이득 메트릭 g i (τ)는 각 채널 탭 τ에 대한 루프 이득을 계산하며 "탭-특정적 이득 제어 메트릭"으로 이후에 지칭된다. 상기 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)는, 모든 채널 탭들에 걸쳐 합산될 때:
Figure pct00017
와 같은 방식으로 가변 이득 스테이지(458)의 이득(G i )을 조정하는데 이용될 수 있다.
즉, 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)가 모든 요구되는 채널 탭들에 걸쳐 측정 및 합산되며 합산된 값은 1보다 작은 값 δ 정도로 유지되는 중계기에 대한 이득 제어 메트릭 g i이다. 전형적으로, δ는 출력 SINR 요구에 의해 결정된다. 일 실시예로, δ는 요구되는 출력 SINR에 따라 -10dB 내지 -20dB이도록 선택된다. 또한, 전형적인 중계기 동작을 위해, 총 루프 이득은 안정성을 위해 1 (0dB)보다 적어야 한다. 일 실시예로, 요구되는 출력 SINR이 20db의 범위 내일 때 δ는 -20dB이도록 선택된다. 상기 등식에서, 이득 제어 메트릭 g i는 모든 채널 탭들에 대해 탭-특정적 이득 제어 메트릭(g i (τ))의 선형 조합으로서 계산되며, 각각의 탭-특정적 이득 제어 메트릭(g i (τ))은, 상기 탭-특정적 이득 제어 메트릭 항들의 연속(straight) 합산에 대해 1일 수 있거나 선형 조합의 다른 형태들에 대한 다른 값들일 수 있는, 그 고유 계수 α(τ)로 곱해진다. 다른 실시예들에서, 이득 제어 메트릭 g i는 모든 요구되는 채널 탭들에 대해 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)의 비-선형 조합으로서 계산될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제시된 이득 제어 메트릭 g i는 에코 소거 및 이득 제어 없이 그리고 백색(white) 입력 신호를 이용하여 시뮬레이션된다. 30MHz의 샘플링 레이트가 이용되며 N delay = 30 x 5의 탐색 윈도우의 지연이 이용된다. 탐색 윈도우의 길이는 N tap =64 이다. 적분(integration) 길이는 N = 30 x 10 샘플들이다. 이득 제어 메트릭은 -20dB보다 높은 루프 이득들에 대한 실제 루프 이득을 정확하게 추정할 수 있다. 그러나, 추정 잡음 베이스라인(baseline)이 상기 이득 제어 메트릭이 -20dB보다 낮은 루프 이득 레벨들을 추정하는 것을 방해한다. 목료 루프 이득 레벨이 -20dB인 경우에, 더 낮은 잡음 베이스라인을 갖는 메트릭이 요망된다. 더 낮은 잡음 베이스라인은 적분 길이 N을 증가시킴으로써 획득될 수 있다. 일 실시예로, 적분 길이 N은 30 x 200 샘플들까지 증가된다. 이득 제어 메트릭이 N = 30 x 200 샘플들의 적분 길이를 이용할 때, 증가된 적분 길이는 이득 제어 메트릭으로 하여금 -30 dB 이상의 루프 이득을 정확하게 추정하도록 하여 준다.
본 발명의 이득 제어 방법의 일 실시예로, 긴 적분 길이를 갖는 단일 이득 제어 메트릭이 이용된다. 상기 긴 적분 길이는 응답 시간을 증가시키며 따라서 긴 적분 길이를 갖는 이득 제어 메트릭은 여기서 "저속(slow) 메트릭"으로 지칭된다. 예를 들어, 일 실시예로, N = 30 x 200 샘플들의 적분 길이를 갖는 이득 제어 메트릭("저속 메트릭")이 -20dB의 루프 이득 목표를 갖는 이득 제어에 이용된다. 도 7은 전체 관심 루프 이득 영역을 모니터링 하기 위한 단일 저속 이득 제어 메트릭의 이용을 나타낸다. 그러나, 상기 저속 메트릭은 긴 적분 길이를 이용하며 따라서 긴 응답 시간을 갖는다. 일례로, N = 30 x 200 샘플들의 적분 길이는 200 μ초의 응답 시간을 요구한다. 따라서, 저속 메트릭이 저속 조정에는 유리한 반면, 상기 저속 메트릭은 너무 느려서 중계기를 안정 영역 밖으로 내칠 수 있는 급격한 장애들에 응답하지 못할 수 있다.
본 발명의 이득 제어 방법의 다른 실시예들에 따르면, 이득 제어 방법은 다수의 이득 제어 메트릭들을 이용하여 중계기 이득을 제어하기 위해 루프 안정성을 모니터링한다. 일 실시예로, 상기 이득 제어 방법은 "저속 메트릭"과 함께 "고속(fast) 메트릭"을 이용하여 전체 관심 루프 이득 영역을 모니터링한다. 전술한 바와 같이, "저속 메트릭"은 긴 적분 길이와 따라서 느린 응답시간을 갖는 이득 제어 메트릭을 지칭한다. 그러나, 상기 저속 메트릭은 많은 수의 샘플들을 이용하며 따라서 느리지만 매우 정확하다. 한편, "고속 메트릭"은 짧은 적분 길이와 따라서 빠른 응답 시간을 갖는 이득 제어 메트릭을 지칭한다. 그러나, 고속 메트릭은 적은 수의 샘플들을 이용하여 따라서 고속 메트릭은 빠르지만 덜 정확하다. 일 실시예로, 빠른 응답 시간을 갖는 고속 메트릭은 중계기의 피드백 제어 루프가 불안정에 도달하는 0dB 근처의 루프 이득의 위험역(critical region)을 모니터링하는데 이용된다. 본 위험역에서, 중계기 이득으로 하여금 루프 안정성을 보장하기 위해 신속하게 조정되게 하기 위해 빠른 응답이 요구된다. 한편, 느린 응답 시간을 갖는 저속 메트릭은 더 정확한 루프 이득 측정들이 요망되는 통상의 안정역(stable region)을 모니터링하는데 이용된다. 본 기재에서, 적분 길이는 코히어런트(coherent) 적분 시간과 넌-코히어런트(non-coherent) 적분 시간의 합으로서 정의된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 전체 관심 루프 이득 영역을 모니터링하기 위한 저속 및 고속 이득 제어 메트릭의 이용을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 적분 길이 N = 30 x 10 샘플들 및 10 μ초의 응답 시간을 갖는 고속 메트릭이 이용되어 -10 dB 이상에서의 루프 이득의 위험역에서의 루프 이득을 모니터링한다. -10 dB 이상에서의 루프 이득의 영역은 루프 불안정이 일어날 수 있는 0 dB(또는 1보다 크거나 같은 루프 이득)에 접근하는 루프 이득을 나타낸다. 고속 메트릭은 중계기에 대한 고속 이득 제어 응답을 보장한다. 고속 메트릭과 함께, 적분 길이 N = 30 x 200 샘플들 및 200 μ초의 응답 시간을 갖는 저속 메트릭이 이용되어 -10dB 보다 큰 그리고 -20dB의 목표 루프 이득 주변의 루프 이득의 통상의 안정 영역에서의 루프 이득을 모니터링한다. 루프 이득이 불안정 영역으로부터 충분히 떨어져 있을 때, 요구되는 이득 값으로의 중계기 이득의 정밀한 조정을 허용하기 위해 정확한 루프 이득 측정들이 요구된다. 저속 메트릭은 더욱 정확한 루프 이득 측정들을 제공하여 중계기 이득이 더 정확하게 제어되도록 하여 준다. 두 개의 메트릭들을 이용하여 전체 관심 루프 이득 영역을 모니터링 및 측정함으로써, -30dB 내지 -10dB까지의 정확한 이득 제어가 실현되고 -10dB이상에서의 고속 이득 제어가 실현된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 이득 제어 블록의 이득 메트릭 계산기의 블록도이다. 도 9를 참조하면, 이득 메트릭 계산기(560)는 이득 제어 입력 신호를 입력으로서 취하여 출력들로서 고속 메트릭 및 저속 메트릭을 발생시킨다. 고속 메트릭 및 저속 메트릭은 이득 제어 블록 내의 이득 제어 알고리듬 블록에 의해 이용되어 도 6에 도시된 바와 같이, 중계기의 가변 이득을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 이득 메트릭 계산기(560)는 다음과 같이 구성된다. 수신 신호 q[n]은 이득 메트릭 계산을 위해 이득 제어 입력 신호로서 이용된다. 블록(570)에서, 수신 신호 q[n]가 채널 탭 τ에서의 피드백 신호를 검출하는 채널 탭 τ에서의 정규화된 상관(복소) 값 η i (τ)를 계산하는데 이용된다. 상기 정규화된 상관(복소) 값 η i (τ)는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00018
그리고 나서 블록(572)에서, 정규화된 상관 값 η i (τ)가 자승(square)되고 모든 채널 탭들에 걸쳐 합산되어 추정된 이득 제어 메트릭 값 g i 를 발생시킨다. 더 특정하게는, 모든 복소 정규화된 상관 값 η i (τ)의 자승은 채널 탭 τ에서의 출력 신호 에너지에 대한 피드백 에너지를 제공하는 한편 모든 대응하는 채널 탭들에서의 제곱된 η i (τ)의 합산은 피드백 루프의 루프 이득의 추정인 총 상대(relative) 피드백 에너지를 제공한다. 추정된 이득 제어 메트릭 g i 는:
Figure pct00019
으로 주어진다.
이득 제어 메트릭 g i 를 계산한 후, 두 개의 무한 임펄스 응답(IIR) 필터들(574, 576)이 병렬로 이용되어 동시에 고속 메트릭 및 저속 메트릭을 발생시킨다. 다른 실시예들로, FIR과 같은, 다른 종류의 필터들도 이용될 수 있다. IIR 필터(574)는 고속 메트릭을 발생시키는데 이용되고 D fast의 지연 값을 이용하는 반면 IIR 필터(576)는 저속 메트릭을 발생시키는데 이용되고 D slow의 지연 값을 이용하며, 여기서 D slow는 D fast보다 훨씬 크다. 상기 지연 값들은 필터 대역폭에 의해 결정된다. IIR 필터(574)의 출력은 D fast와 동일한 샘플링 시간 T sample을 갖는 스위치(575)에 의해 샘플링된다. IIR 필터(576)의 출력은 D slow와 동일한 샘플링 시간 T sample을 갖는 스위치(577)에 의해 샘플링된다. 논-코히어런트 적분 시간은 지연 값들 D fast 또는 D slow에 의해 결정된다.
도 9에서, 에코 소거 전의 수신 신호 q[n]는 이득 메트릭 계산을 위한 이득 제어 입력 신호로서 이용된다. 다른 실시예들에서, 에코 소거 후와 같은, 피드백 루프로부터의 다른 신호들이 이득 메트릭 계산을 위해 이득 제어 입력 신호로서 이용될 수 있다.
본 실시예에서, 이득 메트릭 계산기(560)는 메트릭 계산에서 임의의 불요한 바이어스(bias)를 제거하기 위한 바이어스 추정기(590)를 포함한다. 바이어스 추정기(590)의 상세한 동작은 이하에서 더 자세히 기재될 것이다. 일반적으로, 바이어스 추정기(590)는 입력으로서 정규화된 상관 값(복소) η i (τ)를 취하며 상기 IIR 필터들로부터의 고속 및 저속 메트릭 출력들로부터 차감될 바이어스 값을 발생시킨다. 더 특정하게는, IIR 필터(574)의 샘플링된 출력은 합산기(580)에 커플링되고 IIR 필터(576)의 샘플링된 출력은 합산기(582)에 커플링된다. 합산기들(580 및 582)에서, 추정된 바이어스 값이 샘플링된 출력들로부터 차감되어 각각 고속 메트릭 및 저속 메트릭을 발생시킨다.
그와 같이 구성되어, 이득 메트릭 계산기(560)는 이득 제어 알고리듬에 의한 이용을 위한 두 개의 이득 제어 메트릭들을 제공한다. 이득 제어 알고리듬은 루프 이득 값에 기초하여 요구되는 메트릭들을 선택한다. 루프 이득이 비안정 영역(-5dB 근처와 같이) 주변이거나 가깝다면, 고속 메트릭이 이용되어 고속 이득 제어 응답을 획득한다. 루프 이득이 통상의 안정 영역(-20dB 근처와 같이) 내라면, 저속 메트릭이 이용되어 더 정확한 이득 제어를 획득한다.
전술한 사항에서, 저속 및 고속 메트릭들이, 각각, 많은 수의 그리고 적은 수의 샘플들을 이용하여 실현된다. 본 발명의 이득 제어 방법의 다른 실시예에 따르면, 고속 및 저속 메트릭들이 논코히어런트 필터링을 이용하지 않고 상이한 코히어런트 적분 시간들을 이용하여 실현된다. 고속 메트릭을 위해, 더 짧은 코히어런트 적분 시간이 이용된다. 저속 메트릭을 위해서는, 더 긴 코히어런트 적분 시간이 이용된다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 더 짧은 그리고 더 긴 코히어런트 적분 시간들을 이용하여 고속 및 저속 메트릭들의 상관 값(R i )의 계산을 나타낸다. 더 특정하게는, R1[τ]의 상관 값은 더 긴 코히어런트 적분 시간이 이용되는 저속 메트릭에 대응하는 반면 R2[τ]의 상관 값은 더 짧은 코히어런트 적분 시간이 이용되는 고속 메트릭에 대응한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 더 짧은 그리고 더 긴 코히어런트 적분 시간들을 이용한 고속 및 저속 메트릭들의 정규화 값(S i )의 계산을 나타낸다. 더 특정하게는, 정규화 값 S1은 더 긴 코히어런트 적분 시간이 이용되는 저속 메트릭에 대응하는 반면 정규화 값 S2는 더 짧은 코히어런트 적분 시간이 이용되는 고속 메트릭에 대응한다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10 및 도 11에서의 상관 값들 R i 와 정규화 값들 S를 이용한 고속 메트릭 g2 및 저속 메트릭 g1의 계산을 나타낸다.
3. 중계기 안정성 지시자
중계기는 절대적으로 안정적으로 유지되어야 한다. 그러므로 중계기의 안정성을 지시하는 메트릭이 요망된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 중계기 안정성 모니터링 방법 및 장치는 신호의 어떠한 기간(period)을 중계기 피드백 루프로부터 인터셉트함으로써 동작하며 시간의 기간 동안 상기 루프에서의 상기 신호 성분의 "성장"을 모니터링한다. 피드백 루프에서의 상기 신호 성분이 잦아들면, 중계기 시스템은 안정적이다. 전술한 바와 같이, 중계기 피드백 루프(또는 "제어 루프")는 송신 안테나와 수신 안테나 사이에서 중계기 내에 내재적으로 형성되는 피드백 루프를 지칭한다. 상기 피드백 루프의 이득("루프 이득")이 측정 및 제어되어 루프 안정성을 유지한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기 안정성 모니터링 및 이득 제어 방법을 나타내는 에코 소거를 채택한 중계기의 블록도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기 안정성 모니터링 및 이득 제어 방법을 포함하는 중계기의 수학적인 모드를 나타낸다. 도 13을 참조하면, 에코-소거 중계기(610)는 중계될 원격 신호 x[k]를 도너 안테나(입력 노드(640)로 표기됨) 상에서 수신하여 서버 안테나(출력 노드(670)로 표기됨) 상에서 송신될 출력 신호 y[k]를 발생시킨다. 서버 안테나로부터 역으로 도너 안테나로의 신호 누설은 출력 신호 y[k]의 일부가 역으로 누설되어 중계기에 의해 수신되기 전에 원격 신호에 추가되게 한다. 상기 신호 누설은 출력 노드(670)와 입력 노드(640) 사이의 신호 경로(654)로서 표기되는, 피드백 채널 h[k]로서 대표된다. 따라서, 중계기(610)는 실제로 입력 신호로서 노드(654) 상에서 원격 신호 x[k]와 피드백 신호 w[k]의 합인 신호 q[k]를 수신한다. 따라서 피드백 채널 h[k]은 도너 안테나와 서버 안테나 사이에 중계기(610)에서 피드백 루프를 형성한다. 도 13의 합산기(642)는 수신 신호들 q[k]의 신호 성분들을 나타내기 위한 단지 상징적인 것이며 중계기(610)의 동작 환경에서의 실제 신호 합산기를 나타내는 것은 아니다.
에코-소거 중계기인, 중계기(610)는 수신 신호("입력 신호") 내의 불요한 피드백 신호 성분을 상쇄시키기 위해 피드백 신호 w[k]를 추정하도록 동작한다. 그 목적을 위해, 중계기(610)는 합산기(644) 및 채널 추정 블록(650)을 포함하는 에코 소거기(680)를 포함한다(도 14). 수신 신호 q[k]는 피드백 신호 추정(
Figure pct00020
)을 수신 신호 q[k]로부터 차감하도록 동작하는 합산기(644)에 커플링된다. 피드백 신호 추정(
Figure pct00021
)이 정확하다면, 불요한 피드백 신호는 수신 신호로부터 제거되며 에코 소거가 실현된다. 본 실시예에서, 소거 후 신호 p[k](노드(645))는 소거 후 신호에 G의 이득을 제공하는 가변 이득 스테이지(658)에 커플링된다. 이득 스테이지(658)는 서버 안테나 상에서의 송신을 위해 출력 노드(670) 상에서 출력 신호 y[k]를 발생시킨다. 도 13은 본 발명의 이득 제어 방법의 동작에 관련되는 구성요소들만을 나타낸다. 중계기(610)는 완전한 중계기 동작을 실현하기 위해 도 13에는 도시되지 않지만 당해 기술분야에서 공지된 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
피드빅 신호 추정(
Figure pct00022
)는 피드백 채널 추정(
Figure pct00023
)에 기초하여 발생되며 여기서 피드백 채널 추정은 채널 추정 블록(650)에 의해 발생된다. 본 실시예에서, 채널 추정 블록(650)은 입력 신호로서 수신 신호 q[k]를 택하며 에코-소거된 신호 p[k]를 채널 추정을 위한 파일럿 신호 또는 기준 신호로서 이용하여 피드백 채널 추정(
Figure pct00024
)을 발생시킨다. 그리고 나서, 에코 소거기가 피드백 채널 추정(
Figure pct00025
)에 기초하여 피드백 신호 추정(
Figure pct00026
)을 계산한다. 더 특정하게는, 피드백 신호 추정(
Figure pct00027
)은 피드백 채널 추정(
Figure pct00028
)을 파일럿 신호 p[k]와 컨벌루션 시킴으로써 얻어진다(즉,
Figure pct00029
). 피드백 신호 추정(
Figure pct00030
)은 합산기(644)에서 에코 소거에 이용된다. 더 특정하게는, 피드백 신호 추정(
Figure pct00031
)은 수신 신호 q[k]로부터 차감되어 에코-소거된 신호 p[k]를 발생시킨다. 도 13은 에코 소거를 구현하기 위한 하나의 방법을 도시한다. 도 13은 단지 설명적인 것이며 한정하고자 하는 것이 아니다. 다른 실시예들에서, 에코 소거를 구현하기 위한 다른 방법들이 이용될 수 있다.
중계기(610)는 이득 스테이지(658)에 의해 제공되는 가변 이득 값(G)을 조정하기 위한 이득 제어 블록(647)을 포함한다. 이득 제어 블록(647)은 이득 제어 메트릭을 계산 및 모니터링하기 위한 이득 메트릭(660)을 포함한다. 이득 제어 블록(647)은 이득 제어 메트릭들을 이득 메트릭 계산기(660)로부터 수신하는 이득 제어 알고리듬 블록(662)을 더 포함한다. 이득 제어 알고리듬 블록(662)은 중계기(610) 내의 이득 스테이지(658)의 가변 이득(G)의 제어를 제공한다. 이득 제어 블록(647)은 중계기의 피드백 루프 내의 어느 곳에서나 취해질 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 더 특정하게는, 이득 제어 입력 신호는 에코 소거 중계기에서 에코 소거 전에 또는 에코 소거 후에 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 이득 제어 입력 신호는 소거-후 신호(p[k])로서 취해지지만 이것은 단지 예시적인 것이다. 실제로는, 이득 제어 입력 신호가 취해지는 정확한 위치가 본 발명의 실시에 중요한 것은 아니다. 다른 실시예들에서, 중계기는 에코 소거를 구현하지 않으며 이득 제어 블록(647)은 중계기의 피드백 루프 내의 임의의 곳에서의 신호일 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 재차, 이득 제어 입력 신호가 얻어지는 정확한 위치가 본 발명의 실시에 중요한 것은 아니다.
이득 제어 메트릭의 유도가 도 13 및 도 14를 참조로 이제 기재된다. 먼저, 본 실시예에서, 중계기 피드백 제어 루프로부터의 i에서 길이 N의 복소 신호 세그먼트가 인터셉트 또는 수신되어(노드(645)에서) 이득 제어 입력 신호로서 이용된다:
Figure pct00032
다른 실시예들로, 상기 복소 신호 세그먼트는 에코 소거기(680) 전의 노드(643)와 같은, 다른 위치들에서 얻어질 수 있다.
이득 메트릭 계산기(660)는 송신 안테나로부터 수신 안테나로의 누설의 결과로서의, 상기 신호의 레플리카(replica)들을 픽 업하려고 함으로써 상기 루프에서의 본 신호 성분의 성장을 모니터링한다.
Figure pct00033
에서 시간 N delay 후의 탐색 윈도우 W에서의 탐색은:
Figure pct00034
상기 메트릭은 본질적으로 시스템 안정성의 지시자인 루프 이득이다. 앞서 주어지는 루프 이득 메트릭 g i (τ)는 각각의 채널 탭 τ에 대한 루프 이득을 계산하며 이후로 "탭-특정적 이득 제어 메트릭"으로 지칭된다. 상기 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)는, 모든 채널 탭들에 걸쳐 합산될 때, 아래와 같이 가변 이득 스테이지(658)의 이득(G i )을 조정하기 위해 이용될 수 있다:
Figure pct00035
즉, 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)는 어떠한 시간 기간에 걸쳐 측정 및 합산되며 합산된 값은 1보다 작은 값 δ 정도로 유지되는 이득 제어 메트릭 g i이다. 전형적으로, δ는 출력 SINR 요구에 의해 결정된다. 일 실시예로, δ는 요구되는 출력 SINR에 따라 -10dB 내지 -20dB로 선택된다. 일 실시예로, 이득 제어 메트릭 gi는 모든 채널 탭들에 걸친 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)의 선형 조합으로서 계산되며, 각각의 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)는 그 자신의 계수 α(τ)와 곱해지고, 이는 탭-특정적 이득 제어 메트릭 항들의 스트레이트 합산 또는 선형 조합의 다른 형태들을 위한 다른 값들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 이득 제어 메트릭 g i는 요구되는 채널 탭들 전부에 걸친 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)의 비-선형 조합으로 계산될 수 있다.
일 실시예로, 앞서 제시된 이득 제어 메트릭 g i는 백색 입력 신호로서 시뮬레이션된다. 20 MHz의 샘플링 레이트가 이용되며 N delay = 100 의 탐색 윈도우의 지연이 이용된다. 탐색 윈도우의 길이는 N tap = 64 이다. 적분 길이는 N=6400 샘플들이다. 이득 제어 메트릭 g i는 루프 이득 레벨들을 정확하게 지시한다. 잡음 베이스라인은 상관 주기의 6400 샘플들에 대해 -30dB보다 낮다.
동작시, 중계기의 루프 이득은 에코 소거기(680)에 의해 상쇄되지 않았던 잔여 피드백 신호를 측정함으로써 추정된다. 비-에코-소거 중계기의 경우, 안테나 분리로부터 남겨지는 피드백 신호의 양은 루프 이득의 추정으로서 측정된다. 상쇄되는 피드백 신호가 많을수록, 시스템은 더욱 안정적이다.
달리 말해, 이득 제어 메트릭은 송신된 신호와 수신된 신호 사이의 상관의 측정이다. 큰 상관은 많은 양의 누설과 적은 안정성을 지시한다. 이득 제어 알고리듬은 이득 제어 메트릭에 응답하여 이득을 낮출 것이다. 작은 상관은 작은 피드백 신호 및 증가된 안정성을 표시한다. 이득 제어 알고리듬은 이득 제어 메트릭에 응답하여 이득을 증가시킬 것이다. 이 방식으로, 중계기의 안정성이 확보된다.
4. 이득 제어 메트릭 계산
도 13 및 14를 참조로 전술한 이득 제어 메트릭 g i 은 중계기와 같은 피드백 시스템의 안정성을 정확하게 모니터링할 수 있다. 상기 중계기 안정성 모니터링 방법 및 장치는 에코 소거를 구비하거나 에코 소거를 구비하지 않은 중계기에서의 이용에 적응될 수 있다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 에코 소거를 구비하지 않으며 이득 제어 방법을 구현하는 중계기의 블록도이다. 도 15를 참조하면, 중계기(710)는 중계될 원격 신호 x[k]를 도너 안테나(입력 노드(740)로 표기됨) 상에서 수신하여 서버 안테나(출력 노드(770)로 표기됨) 상으로 송신될 출력 신호 y[k]를 발생시킨다. 서버 안테나로부터 역으로 도너 안테나로의 신호 누설은 출력 신호 y[k]의 일부가 역으로 누설되어 중계기에 의해 수신되기 전에 원격 신호에 추가되게 한다. 신호 누설은 출력 노드(770)와 입력 노드(740) 간의 신호 경로로서 표기되는, 피드백 채널 h[k]로서 표현된다. 따라서, 중계기(710)는 실제로 입력 신호로서 노드(743) 상에서 원격 신호 x[k]와 피드백 신호 w[k]의 합인 수신 신호 p[k]를 수신한다. 따라서 피드백 채널 h[k]은 도너 안테나와 서버 안테나 간에 중계기(710) 내의 피드백 루프를 형성한다. 도 15의 합산기(742)는 단지 수신 신호들 p[k]의 신호 성분들을 나타내기 위해 상징적인 것이며 중계기(710)의 동작 환경에서의 실제 신호 합산기를 나타내는 것은 아니다. 수신 신호 p[k]는 G의 이득을 제공하는 가변 이득 스테이지(758)에 커플링된다. 이득 스테이지(758)는 서버 안테나 상에서의 송신을 위해 출력 노드(770) 상에서 출력 신호 y[k]를 발생시킨다. 도 15는 본 발명의 이득 제어 방법의 동작에 관련되는 구성요소들만을 도시한다. 중계기(710)는 도 15에는 완전한 중계기 동작을 실현하기 위한 도시되지 않지만 당해 기술분야에서 공지된 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
중계기(710)는 이득 스테이지(758)에 의해 제공되는 가변 이득 값(G)을 조정하기 위한 이득 제어 블록(747)을 포함한다. 이득 제어 블록(747)은 이득 제어 메트릭을 계산 및 모니터링하기 위한 이득 메트릭 계산기(760)를 포함한다. 이득 제어 블록(747)은 이득 제어 메트릭들을 이득 메트릭 계산기(760)로부터 수신하는 이득 제어 알고리듬 블록(762)을 더 포함한다. 이득 제어 알고리듬 블록(762)은 적어도 이득 메트릭 계산기(760)에 의해 발생되는 이득 제어 메트릭을 포함하는, 하나 이상의 함수들에 기초하여 중계기(710) 내에서의 이득 스테이지(758)의 가변 이득(G)의 제어를 제공한다. 이득 제어 블록(747)은 중계기의 피드백 루프 내의 어느 곳에서나 얻어질 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 이득 제어 입력 신호의 정확한 위치가 본 발명의 실시에 중요한 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 상이한 실시예들에서, 중계기는 안정성을 유지하면서 중계기에 대한 최적 이득 값을 수립(establish)하기 위한 이득 제어 기술들을 구현한다. 그 목적을 위해, 중계기는 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 측정 및 모니터링하도록 구성되는 이득 제어 블록을 포함한다. 또한 이득 제어 블록은 이득 제어 메트릭(들)에 적어도 일부 기초하여 상기 중계기의 이득을 제어하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 중계기는 에코 소거 중계기(도 13)이며 이득 제어 블록(647)은 중계기의 피드백 루프 내의 어느 곳에서나 얻어질 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 더 특정하게는, 이득 제어 입력 신호는 에코 소거 전에 또는 에코 소거 후에 취해질 수 있다. 다른 실시예들로, 중계기는 에코 소거를 구현하지 않으며(도 15) 이득 제어 블록(747)은 중계기의 피드백 루프 내의 임의의 곳에서의 신호일 수 있는 이득 제어 입력 신호를 수신한다. 다음의 기술에서, 용어 "이득 제어 입력 신호"는 중계기의 이득 제어 블록에 제공되는 입력 신호를 지칭하며, 에코 소거 전, 에코 소거 후, 또는 어떠한 에코 소거를 구비하지 않는 것을 포함하는, 중계기의 피드백 루프 내의 임의의 지점에서 얻어지는 신호일 수 있다.
전술한 채널 탭 τ 에서의 그리고 시간 i에서의 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)이 여기서 반복된다:
Figure pct00036
다음과 같이 주어지는, 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)는 분모의 정규화 항 S i 에 의해 나누어지는 분자의 상관 항 R i 의 제곱으로서 표현될 수 있다:
Figure pct00037
여기서 τ는 다중경로 효과에 기인하는 것과 같이, 시간 영역의 피드백 신호의 확산에 관련되는 시간 영역에서의 채널 탭들이다. 상관 항 및 정규화 항은 N의 적분 길이에 대해, 즉, N개의 샘플들 동안 각각 계산된다. 또한, 상관 항은 이득 제어 입력 신호와, 이득 제어 입력 신호의 지연된 버전의 상관을 나타내는 한편 정규화 항은 지연되지 않는 이득 제어 입력 신호의 전력을 나타낸다.
다음과 같이 주어지는, 이득 제어 입력 메트릭 g i 는 모든 채널 탭들에 걸친 탭-특정적 이득 제어 메트릭 g i (τ)의 합이다:
Figure pct00038
그러나, 이득 제어 메트릭의 계산은 계산상으로 집중적이다. 예를 들어, 상관 항 R i 를 계산하기 위해, 많은 수의 곱셈들이 상관 값을 찾는데 요구된다. 더 특정하게는, N의 적분 길이에 대해, 매번 상관 항이 업데이트될 필요가 있고, N개의 복소 곱들이 행해져야 한다; 그리고 정규화 항이 매 번 업데이트될 필요가 있고, 다른 N개의 복소곱들이 행해져야 한다. 큰 적분 길이 N에 대해, 계산적 복잡도는 실제로는 엄두도 못낼 정도로 클 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이득 제어 메트릭 계산 방법은 전술한 이득 제어 메트릭의 효율적 구현을 가능하게 한다. 본 발명의 이득 제어 메트릭 계산 방법의 특별한 이점은 계산의 복잡도가 적분 길이 N과 독립적이라는 점이다, 즉, 계산의 복잡도가 적분 길이에 따라 증가하지 않는다.
먼저, 상관 항 R i 의 계산에 있어서, 각각의 시간 i에서, 곱셈들 대부분이 하나를 제외하면 이전의 시간 샘플에서 이미 계산된 것들과 동일하다. 본 실시예에서, 레지스터가 이용되어 이전의 N개의 샘플들에 대해 계산된 각각의 래그(lag) τ에서의 상관 값 R[τ]을 홀드한다. 이전 시간 샘플들로부터의 모든 곱셈 항들이 계산 및 합산되고 레지스터에 저장된다. 새로운 시간 샘플이 도입될 때, (N+1) 번째 샘플은 이전의 또는 쓸모없는 샘플이 된다. 상관 값 R[τ]는 쓸모없는 샘플의 곱셈 항을 폐기하고 새로운 샘플의 곱셈 항을 저장된 상관 값에 더함으로써 계산된다. 그 결과로, 단 두 개의 곱셈들만이 각각의 시간 샘플에서 수행된다 - 새로운 샘플에 대해서 하나 그리고 쓸모없는 샘플에 대해서 하나. 새로운 샘플에 기초하는 곱(product)이 저장된 합에 추가되며 쓸모없는 샘플에 기초한 곱은 상기 저장된 합에서 차감되어 업데이트된 상관 값 R[τ]를 발생시킨다.
더 특정하게는, 각 래그 τ에서의 상관 값은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00039
다음과 같이, 상기 상관 값은 새로운 샘플이 수신될 때 업데이트된다:
Figure pct00040
상기 등식에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 종래의 계산에서 요구되는 N개의 곱셈들 대신에 단 두 개의 복소 곱들만이 신규 샘플 당 래그마다 요구된다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 래그 τ에서의 상관 항 R[τ]에 대한 업데이트 연산을 나타낸다. 도 16에 도시된 바와 같이, 복소 레지스터인, 레지스터(780)가 이용되어 이전의 N개의 샘플들에 대해 계산된 각각의 래그 τ에서의 상관 값 R[τ]를 홀드한다. 각각의 신규 샘플에 대해, 업데이트된 상관 항 R[τ]을 획득하기 위해 단 두 개의 복소곱들만이 신규 샘플마다 래그마다 수행된다. 하나의 복소 곱(곱셈기(772))이 수행되어 쓸모없는 샘플에 대한 항을 계산하며 하나의 복소곱(곱셈기(774))이 수행되어 새로운 샘플에 대한 항을 계산한다. 새로운 샘플에 기초한 곱은 저장된 합에 추가되며 쓸모없는 샘플에 기초한 곱은 저장된 합으로부터 차감되어(합산기(776)) 업데이트된 상관 값 R[τ]을 발생시킨다.
정규화 항(모든 래그들에 공통임)은 상관 값과 유사한 방식으로 업데이트된다. 더 특정하게는, 정규화 항 S i +1 은 다음과 같이 업데이트된다:
Figure pct00041
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 래그 τ에서의 정규화 항 S에 대한 업데이트 연산을 나타낸다. 도 17에 도시된 바와 같이, 레지스터(790)가 이용되어 래그 τ에서의 정규화 값 S[τ]를 홀드한다. 이전의 시간 샘플들로부터의 모든 곱셈 항들이 계산 및 합산되고 레지스터(790)에 저장된다. 새로운 시간 샘플이 유입될 때, 정규화 값 S은 (N+1) 번째 이전 샘플인 쓸모없는 샘플의 곱셈 항을 폐기(곱셈기(782))하고 새로운 샘플의 곱셈 항을 레지스터(790) 내에 저장된 정규화 값에 합산(곱셈기(784))함으로써 계산된다. 그 결과로, 단 두 개의 곱셈들만이 각각의 시간 샘플에서 수행된다 - 신규 샘플에 대해 하나 그리고 쓸모없는 샘플에 대해 하나. 신규 샘플에 기초한 곱은 저장된 합에 가산되며 쓸모없는 샘플에 기초한 곱은 합산기(786)에서 저장된 합으로부터 감산되어 업데이트된 정규화 값 S를 발생시킨다.
R과 S의 값들을 저장하기 위한 레지스터들은 샘플 레이트로 업데이트된다. 그러나, 탭-특정적 이득 제어 메트릭
Figure pct00042
의 계산, 및 대응하는 이득 조정은 통상적으로 상기 샘플 레이트보다 훨씬 느린 페이스로 수행된다.
5. 이득 조정 스테핑 제어
위의 도 13은 이득 제어 메트릭을 모니터링 및 계산하기 위해 이득 제어 메트릭 계산기를 이용하는 중계기를 도시한다. 이득 제어 메트릭은 이득 제어 메트릭에 적어도 일부 기초하여 중계기의 출력 이득을 제어하는 이득 제어 알고리듬을 구동한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 가변 이득 스테이지의 이득 조정 스텝(step) 사이즈는 이득 제어 메트릭에 의해 측정되는 적어도 중계기의 루프 이득의 함수이다. 일부 실시예들에서, 가변 이득 스테이지의 이득 조정 스텝 크기는 중계기의 루프 이득과 가변 이득의 함수이다. 더 특정하게는, 일 실시예로, 중계기의 루프 이득이 상이한 동작 존(zone)들로 분할되며 이득 조정 스텝 사이즈는 존 종속적이다. 마지막으로, 다른 실시예로, 이득 조정 스텝 사이즈는 중계기 동작의 부트-업(boot-up) 상태와 정상(steady) 상태를 포함하는, 이득 제어 상태의 함수이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 조정 제어 존들을 나타내는 도해이다. 도 18을 참조하면, 정상 상태 동작시, 루프 이득은 쿨(cool) 존(-20dB 내지 -25dB) 내이며 이득 값은 정상 상태 동작 때문에 그리 크게 변동하지 않는다. 따라서, 이득 작은 기울기를 갖는 조정 제어 커브(802)가 이용되어 작은 이득 조정 스텝 사이즈를 제공한다. 부트-업 상태(-15dB 내지 -20dB)에서 또는 안정적 동작을 지시하는 쿨 존(cool zone) 내에서, 이득 증가의 비율은 총 중계기 출력 이득(Δ+dB/dB)의 감소 함수이다. 즉, 이득 조정 스텝 사이즈는 중계기 이득의 감소 함수이다. 중계기 출력 이득이 높을수록, 이득 조정 스텝 사이즈가 더 작아지거나 작은 이득 조정 기울기가 이용된다. 이는 중계기 출력 이득이 높을수록, 중계기가 불안정에 더 가까워지기 때문이다. 그러므로, 이득이 높을 때 증가하는 이득에 대해 더 작은 이득 조정 스텝 사이즈가 이용된다. 커브들(804)은 이득 조정 제어 커브들의 군(family)이 놓여지는 영역을 묶는다. 중계기 출력 이득이 증가함에 따라, 더 작은 기울기를 갖는 이득 조정 커브들이 이용된다.
핫 존(hot zone)(-10dB 내지 -15dB) 또는 경계 존(-5dB 내지 -10dB)에서는, 중계기의 이득은 이득 조정 제어 커브들(806) 중 선택된 하나에 따라 감소한다. 경계 존 및 핫 존 내의 이득 조정 제어 커브들(806)(커브들 1-4)은 이득 값이 핫 또는 경계 존 내일 때 중계기 이득을 감소시키는데 이용될 수 있는 상이한 이득 조정 스테핑 제어를 나타낸다. 더 특정하게는, 이득 감소의 비율은 총 중계기 출력 이득(Δ+ dB/dB)의 증가 함수로서 세팅된다. 즉, 중계기 출력 이득이 클수록, 불안정에 가까우며 따라서 가파른 이득 조정 기울기가 핫 또는 경계 이득 조정 제어 내의 이득을 신속히 감소시키는데 이용된다. 예를 들어, 낮은 중계기 이득 레벨들에서, 구분적으로 선형 기울기를 갖는 커브 1은 상기 이득이 핫 존 내일 때이지만 상기 루프 이득이 경계 존으로 증가할 때 이용되어, 중계기 이득이 커브 1의 기울기를 따라 감소된다. 일 실시예로, 커브 1은 -1 dB/dB의 기울기를 갖는다. 비-선형 스테핑 제어가 커브 2에 도시된 바와 같이 이용될 수 있다. 중계기 출력 이득이 클 때, 이득 조정 스텝 사이즈에 대해 가파른 기울기가 커브 4로써 도시된 바와 같이 이용되어 상기 이득을 신속히 감소시킨다.
마지막으로, 루프 이득이 가드 존(guard zone)(0dB 내지 -5dB) 내이면, 중계기 이득은 루프 이득이 불안정에 도달함에 따라 매우 신속히 감소된다(이득 조정 제어 커브(808)). 본 실시예에서, 이득 조정 제어 커브(808)는 가파른 선형 기울기를 갖는다. 다른 실시예들에서, 이득 조정 제어 커브(808)는 요구되는 이득 조정 스테핑 제어를 제공하기 위해 선형 또는 비-선형 기울기 및 적절한 기울기 값을 가질 수 있다.
일 실시예로, 전술된 다중-메트릭 이득 제어 방법이 이용되어 중계기의 이득을 모니터링하여 이득 조정 제어 존들 중 어느 것에서 중계기가 동작 중인지를 결정한다. 더 특정하게는, 일 실시예로, 도 18에 도시된 바와 같이, 저속 이득 제어 메트릭이 이용되어 개선된 정확성을 위해 -5dB 미만의 루프 이득을 모니터링하고 고속 이득 제어 메트릭이 이용되어 빠른 이득 제어 응답을 위해 -5dB 초과의 루프 이득을 모니터링한다. 다른 실시예들에서, 저속 및 고속 이득 제어 메트릭이 -15dB와 같은, 다른 이득 조정 제어 존들에 적용될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 메트릭 이득 제어를 구현하는 도 6의 중계기에 적용되는 이득 조정 스테핑 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 19를 참조하면, 이득 조정 스테핑 제어 방법(810)은 고속 카운터를 0으로 세팅하고(단계(812)) 또한 저속 카운터도 0으로 세팅(단계(814))함으로써 시작된다. 그리고 나서, 방법(810)은 신규 샘플을 대기한다(단계(816)). 샘플 버퍼가 업데이트되고(단계(818)) 저속 및 고속 이득 제어 메트릭들도 신규 샘플에 기초하여 업데이트된다(단계(820)). 그리고 나서 고속 및 저속 카운터들이 증분(increment)된다(단계(822)). 고속 카운터가 고속 지연 값과 같지 않으면(단계(824)), 방법(810)은 단계(816)로 복귀하여 다른 신규 샘플을 대기한다. 고속 카운터가 고속 지연과 동일하면(단계(824)), 고속 이득 제어 메트릭은 적분을 종료하였다. 방법(810)은 고속 이득 제어 메트릭이 가드 존 내의 루프 이득을 모니터링하는데 이용되기 때문에 루프 이득이 0 내지 -5dB의 가드 존 내인지를 결정하게 된다(단계(826)).
루프 이득이 상기 가드 존 내이면, 방법(810)은 커브(808)를 이용하여 중계기의 이득을 감소시키고(단계(828)) 고속 카운터가 리셋되는 단계(812)로 복귀한다. 루프 이득이 가드 존 내가 아니라면(단계(826)), 방법(810)은 저속 카운터가 저속 지연과 동일한지를 결정함으로써 저속 이득 제어 메트릭이 적분을 종료하였는지를 결정하게 된다(단계(830)). 저속 카운터가 저속 지연과 같지 않다면, 방법(810)은 다른 신규 샘플을 수신하기 위해 단계(816)로 복귀한다. 저속 카운터가 저속 지연과 동일하다면, 저속 이득 제어 메트릭은 적분을 완료하였으며 방법(810)은 루프 이득이 동작 중인 존을 결정한다(단계(834)). 즉, 방법(810)은 루프 이득이 쿨 존, 목표 존, 핫 존 또는 경계 존에서 동작 중인지를 결정한다. 그리고 나서 중계기 이득이 동작 존 및 현재의 중계기 출력 이득 특정적 함수들에 기초하여 조정된다(단계(836)). 방법(810)은 저속 카운터가 리셋되는 단계(814)로 복귀하며 본 방법이 계속된다.
이 방식으로, 이득 조정 스테핑 제어 방법(810)은 저속 및 고속 이득 제어 메트릭들을 업데이트하고, 고속 메트릭을 이용하여 루프 이득이 가드 존 내인지를 결정하고 루프 이득이 가드 존 내라면 이득을 감소시킨다. 이득 제어 방법은 추가로 저속 메트릭을 이용하여 루프 이득이 다른 존들(쿨, 목표, 핫, 및 경계) 내인지를 결정하고 상기 존 및 현재의 출력 이득 특정적 함수들에 따라 이득 조정을 갱신한다. 따라서 정밀 조정 이득 제어가 실현된다.
6. 이득 제어 메트릭 바이어스 제거
이득 제어는 중계기의 안전한 부트 업 및 안정적 동작을 위해 필수적이다. 이득 제어 메트릭은 이득 제어 알고리듬이 중계기 이득 조정을 위해 이용하는 양(quantity)이다. 예를 들어, 도 13은 이득 제어 메트릭을 모니터링 및 계산하기 위한 이득 제어 메트릭 계산기 및 상기 이득 제어 메트릭에 응답하여 중계기 이득을 제어하기 위한 이득 제어 알고리듬을 이용하는 중계기를 나타낸다. 그러나, 이득 제어 메트릭 추정은 추정 잡음 때문에 고도로 편향(bias)된다. 바이어스의 존재는 이득 제어 알고리듬이 중계기의 안정성을 정확하게 추정하는 것을 방해한다.
전술한 바와 같이, 탭-특정적 이득 제어 메트릭은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00043
이득 제어 메트릭 바이어스는 정규화된 상관 신호 η의 분산으로부터 유래한다. 일 실시예로, 바이어스는 다음과 같이 표현된다:
Figure pct00044
특히, 상기 분산은 실수를 얻기 위한 복소수 η의 제곱 때문에 일어난다. 이득 제어 메트릭은 이득 제어 메트릭 추정 잡음이 증가함에 따라 더욱 바이어스된다. 더 특정하게는, 전술한 바와 같이, 이득 제어 메트릭은 송신된 신호와 수신된 신호 간의 상관의 측정이다. 큰 상관은 많은 양의 누설 및 낮은 안정성을 의미한다. 이득 제어 알고리듬은 상기 이득 제어 메트릭에 응답하여 이득을 낮출 것이다. 작은 상관은 작은 피드백 신호 및 증가된 안정성을 의미한다. 이득 제어 알고리듬은 상기 이득 제어 메트릭에 응답하여 이득을 증가시킬 것이다. 그러나, 상관이 없을 때 조차, 즉, 수신된 신호에서 피드백 신호가 검출되지 않을 때 조차, 복소 변수 η의 제곱은 여전히 실수로 어떠한 값을 줄 것이다. 따라서 이득 제어 메트릭에서의 바이어스가 발생한다.
본 발명의 그리고 도 9에 도시되는 일 실시예에 따르면, 바이어스 추정기(590)가 이득 제어 계산기에 통합되어 이득 제어 메트릭에서의 바이어스를 추정한다. 이득 제어 메트릭의 분산이 다음과 같이 시간에 따라 각 지연 래그 τ에서 값 δ로서 추정된다:
Figure pct00045
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 래그들에 걸친 그리고 시간에 따른 메트릭 분산의 계산을 나타낸다. 상기 분산은 각각의 지연 래그에 대해 그리고 각각의 시간 샘플에서 계산되어, 상기 분산이 추가되어 지연 래그들에 걸친 분산을 추정한다.
바이어스 값 δ이 계산되면, 바이어스 δ가 다음과 같이 이득 제어 메트릭으로부터 감산된다:
Figure pct00046
이득 메트릭 계산기가 다수의 이득 제어 메트릭들을 이용할 때, 바이어스 δ는 이득 제어 메트릭들 각각으로부터 감산된다.
7. 이득 제어 메트릭 전지( pruning )
동일 주파수 중계기의 동작 동안, 큰 신호 변동(dynamic)들의 존재시 중계기에서의 안정성을 유지하는 것이 요망된다. 디지털 이득 제어가 이용되어 중계기에서의 안정성을 유지할 수 있다. 그러나, 안정성을 유지하는데 적절한 이득을 결정할 수 있도록, 임의의 이득 제어 알고리듬은 루프 이득으로 표현되는, 안정성 마진을 측정가능할 필요가 있다. 원격 신호에서 대규모의 전력 스윙(swing)들이 존재한다면, 루프 이득을 측정하는 전형적인 수단은 부정확해지기 쉬우며, 이득 제어는 요구되는 것처럼 기능하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원격 신호의 대규모 신호 변동들의 존재시에 견고한 이득 제어 알고리듬이 기술된다. 더 특정하게는, 이득 제어 알고리듬은 이득 제어 메트릭 전지(pruning)를 구현하여 원격 신호의 신호 변동들에서의 큰 변화들에 관련되는, 이득 제어 메트릭들, 또는 이득 제어 메트릭들의 적어도 일부분들을 폐기(discard)한다. 이 방식으로, 전체 이득 제어 메트릭 값들이 수신 신호의 전력 레벨에서의 급격한 변화들 때문에 오류가 일어나지 않을 것이며 견고한 이득 제어가 안정성을 달성하기 위해 실현된다.
일 실시예로, 중계기 내에서의, 루프 이득으로 표현되는, 안정성 마진은 송신된 신호와 피드백 신호의 상관을 계산함으로써 결정된다. 이 양(quantity)은 루프 이득의 비편향된 추정을 얻기 위해 송신된 신호의 전력으로써 정규화된다. 루프 이득 추정 또는 이득 제어 메트릭에 대한 표현은 앞서 기술되며 여기서 반복된다. 이득 제어 메트릭은 분모에서의 정규화 항 S i 에 의해 나누어지는 분자에서의 상관 항 R i 의 제곱으로 특징지워지며, 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00047
그러나, 원격 신호에서의 전력이 큰 양만큼 갑자기 증가한다면, 상관 출력은 갑작스러운 도약을 가질 것이며, 중계기를 통한 지연에 의해 결정되는, 이후의 시간에서, 송신된 신호는 에너지에 있어서의 도약을 가질 것이다. 이 지연 때문에, 짧은 시간 동안 송신된 에너지에 의해 정규화되는 상관 에너지가 극도로 높아서, 실제로는 존재하지 않는 큰 정규화된 상관을 지시할 것이다. 그 결과로서, 종래의 이득 제어 알고리듬은 원격 신호 전력에서의 큰 도약들의 존재시 중계기 이득을 비정상적으로 낮게 유지할 것이다. 달리 말해, 이득 제어 메트릭 측정들이 원격 신호의 신호 전력에서의 큰 스윙들의 존재시 오류를 일으키게 되며 이득 제어 알고리듬이 적절하게 기능할 수 없다. 전형적인 이득 제어 메트릭들이 상관 항을 포함함에 따라 이득 제어 메트릭 측정들의 동일한 오류발생이 다른 형태의 이득 제어 메트릭들에서도 관찰될 것이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 제어 알고리듬에서 구현되는 이득 제어 메트릭 전지를 나타내는 순서도이다. 본 발명의 이득 제어 메트릭 전지 방법은 도 13에 도시된 중계기와 같은, 에코 소거 중계기에서 구현될 수 있거나, 또는 상기 방법은 도 15에 도시된 중계기와 같은, 에코 소거를 구비하지 않은 중계기에서 구현될 수 있다. 이득 제어 메트릭 전지 방법은 도 13 및 15의 중계기들의 이득 메트릭 계산기(660, 760)에서 구현될 수 있다.
도 21을 참조하면, 이득 제어 알고리듬에서 구현되는 이득 제어 메트릭 전지 방법(900)은 원격 신호의 전력 신호에서의 큰 도약이 검출된 이후에 짧은 듀레이션(duration) 동안 이득 제어 메트릭 측정들의 적어도 일부를 무시하도록 동작한다. 방법(900)은 원격 신호를 포함하는 중계기에서의 인입 수신 신호를 수신함으로써 시작된다(단계(902)). 전술한 바와 같이, 수신 신호는 원격 신호와 피드백 신호의 합이다. 중계기의 피드백 루프 내의 신호는 이득 제어 입력 신호로서 이용되며 여기서 이득 제어 입력 신호의 샘플들은 이득 제어 메트릭을 계산하는데 이용된다. 이득 제어 입력 신호는 에코 소거 전 또는 에코 소거 후, 또는 에코 소거가 없는 중계기 피드백 루프 내의 임의의 포인트를 포함하는, 중계기 피드백 루프 내의 임의의 지점으로부터 얻어질 수 있다. 그리고 나서, 이득 제어 입력 신호의 전력 레벨에서의 스윙들이 검출되어 상기 신호에 큰 전력 스윙들이 존재하는지를 결정한다(단계(904)). 이득 제어 입력 신호의 전력 레벨에서의 스윙들은 이득 제어 입력 신호로부터 직접 검출될 수 있거나 또는 그것은 이득 제어 입력 신호에 대응하는 전력 레벨을 갖는 다른 신호들의 측정들을 통해 간접적으로 검출될 수 있다. 일 실시예로, 전력 스윙들은 수신 신호에서의 전력 스윙을 측정함으로써 검출된다. 다른 실시예들에서, 이득 제어 입력 신호에서의 스윙들은 FIR(유한 임펄스 응답) 또는 IIR(무한 임펄스 응답) 필터를 이용함으로써 검출된다. 큰 전력 스윙들이 이득 제어 입력 신호에서 검출되지 않을 때(단계(906)), 방법(900)은 단계(902)로 복귀하여 계속해서 인입 수신 신호를 수신한다. 그러나, 9dB 이상의 전력 스윙과 같은, 큰 전력 스윙이 검출될 때(단계(906)), 이득 제어 메트릭 측정들, 또는 각각의 이득 제어 메트릭 측정의 적어도 일부가 T의 시간 기간동안 폐기된다(단계(908)). 일 실시예로, 이득 제어 메트릭 측정들의 상관 측정들 R i 는 T의 시간 기간 동안 폐기된다. 이득 제어 메트릭 측정들의 일부들이 폐기되는 듀레이션 T는 충분히 짧아서(대략 10μs) 정상적인 중계기 동작에서의 가능한 불안정성들을 검출하는 능력이 방해받지 않는다. 그리고 나서 방법(900)은 단계(902)로 복귀하여 계속해서 인입 수신 신호를 수신한다.
도 22는 본 발명의 대체 실시예에 따른 이득 제어 알고리듬에서 구현되는 이득 제어 메트릭 전지 방법을 나타내는 순서도이다. 도 22의 방법(950)은 도 21의 방법(900)과 유사하며 유사한 구성요소들은 논의를 간소화하기 위해 유사한 참조 번호들을 부여받는다. 도 22를 참조하면, 이득 제어 메트릭 전지 방법(950)에서, 이득 제어 메트릭 전지 방법은 원격 신호에서의 큰 도약이 검출된 이후에 짧은 듀레이션(T) 동안 이득 제어 메트릭 계산에 이용되는 이득 제어 입력 신호의 샘플들을 폐기하도록 동작한다(단계(958)). 이 방식으로, 원격 신호 전력에서의 스윙들에 관련되는 이득 제어 입력 신호의 샘플들은 상기 샘플들이 이득 제어 메트릭 측정들을 망치기 전에 폐기된다.
이득 제어 메트릭 전지를 이용하는 이점은 동일-주파수(on-frequency) 중계기에 대한 이득 제어 알고리듬이 원격 신호의 대규모 신호 변동들의 존재시 견고하게 실행될 수 있다는 점이다. 안정성을 보장하도록 이득 제어 알고리듬을 구현하는 것이 중요하다. 이득 제어 메트릭 전지가 구현되지 않는다면, 이득 제어는 이득이 신호 전력에서의 큰 스윙들의 존재시 증가하도록 하지 않을 것이며, 중계기는 그러한 환경들 하에서 완전히 제대로 기능하지 않을 것이다. 그러나, 본 발명의 이득 제어 메트릭 전지 방법이 구현된다면, 이득 제어 알고리듬은 원격 신호의 신호 전력에서의 큰 스윙들의 존재 시 중계기의 이득을 제어하여 중계기로 하여금 원격 신호의 변화하는 상황들에 효과적으로 대응하도록 하여줄 수 있다.
당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어: 데이터, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 칩들, 명령들, 및 커맨드들이 전술사항을 통틀어 참조될 수 있다. 이들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광장들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 조합으로 표현될 수 있다.
앞서-기재된 실시예들 중 하나 이상에서, 기재된 함수들 및 프로세스들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현된다면, 상기 함수들은 컴퓨터로-읽을 수 있는 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장 또는 송신될 수 있다. 컴퓨터로-읽을 수 있는 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 하나의 장소로부터 다른 곳으로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 실현하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 모두를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있다. 한정이 아닌, 예시로서, 그러한 컴퓨터로-읽을 수 있는 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 장치, 또는 명령들이나 데이터 구조들의 형태로 요구되는 프로그램 코드를 반송 또는 저장하기 위해 이용될 수 있는 그리고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 여기서 이용되는 바로서, 디스크(Disk)와 디스크(disc)는, 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다기능 디스크(DVD), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하며 여기서 디스크(disk)들은 통상 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크(disc)들은 데이터를 레이저들을 이용하여 광학적으로 재생한다. 또한 전술사항의 조합들은 컴퓨터로-읽을 수 있는 매체의 범위 내에 포함되어야 한다. 여기서 이용되는 용어 "제어 로직"은 소프트웨어(기능성이 처리기를 이용하여 실행될 기계-판독가능 매체 상에 저장되는 명령들에 의해 구현되는), 하드웨어(기능성이 회로(논리 게이트들과 같은)를 이용하여 구현되며, 상기 회로는 특정 입력에 대해 특정한 출력을 제공하도록 구성됨), 및 펌웨어(기능성이 재-프로그램가능 회로를 이용하여 구현됨)에 적용되며, 또한 소프트웨어, 하드웨어, 및 펌웨어들 중 하나 이상에 적용된다.
펌웨어 및/또는 소프트웨어 구현을 위해, 방법론들은 여기에 기재된 기능들을 수행하는 모듈들(예컨대, 프로시저들, 함수들 등)로써 구현될 수 있다. 명령들을 유형적으로 내장하는 임의의 기계 판독가능 매체가 여기에 기재된 방법론들을 구현하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드들은, 메모리, 예를 들어, 이동국 또는 중계기의 메모리에 저장되고 처리기, 예를 들어, 모뎀의 마이크로프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 처리기 내부에서 또는 처리기 외부에서 구현될 수 있다. 여기서 이용되는 바로서 용어 "메모리"는 임의의 종류의 장기, 단기, 휘발성, 비휘발성, 또는 다른 메모리를 지칭하며 임의의 특정 타입의 메모리 또는 다수의 메모리들, 또는 메모리가 저장되는 매체의 타입에 한정되는 것이 아니다.
또한, 컴퓨터 명령들/코드는 송신기로부터 수신기로의 물리적 전송 매체를 통해 신호들을 통해 송신될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어가 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 동축 케이블, 광 섬유 케이블, 트위스티드 페어, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들의 물리적 컴포넌트들을 이용하여 송신된다면. 또한 이들의 조합들은 물리적 전송 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
또한, 개시된 구현들의 전술사항은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 임의의 자로 하여금 본 발명을 생산 또는 이용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이러한 구현들에 대한 다양한 수정들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 제시된 특징들을 제한하고자 하는 것이 아니라 여기에 개시된 원리들 및 신규한 특징들에 일관되는 최광범위로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 무선 중계기에서 이득을 제어하기 위한 방법으로서:
    입력 신호를 상기 중계기의 수신 안테나에서 수신하는 단계 - 상기 입력 신호는 중계(repeat)될 원격 신호와, 상기 수신 안테나 및 송신 안테나 간의 피드백 채널로부터 유래하는 피드백 신호의 합임 -;
    출력 신호를 상기 송신 안테나 상으로 송신하는 단계 - 상기 출력 신호는 증폭된 입력 신호 임 -;
    하나 이상의 이득 제어 메트릭(metric)들을 제공하는 단계 - 상기 이득 제어 메트릭들은 상기 중계기의 루프 이득을 나타냄 -;
    상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 측정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 의해 측정되는 바와 같이 적어도 상기 중계기의 루프 이득의 함수(function)인 이득 조정 스텝(step) 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하는 단계를 포함하는, 이득 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 중계기의 루프 이득의 함수인 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하는 단계는 상기 중계기의 상기 루프 이득 및 상기 가변 이득의 함수인 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하는 단계를 포함하는, 이득 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중계기의 루프 이득을 복수의 이득 조정 제어 존(zone)들로 나누는 단계 - 상기 이득 조정 제어 존들은 안정 동작 영역 내의 루프 이득을 갖는 제 1 존 및 상기 안정 동작 영역 외부의 루프 이득을 갖는 제 2 존을 포함함 -;
    하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 상기 복수의 이득 조정 제어 존들 각각 내에서 제공하는 단계 - 상기 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들은 상기 제 1 존 내에서 제공되어 상기 중계기의 가변 이득을 증가시키며, 상기 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들은 상기 제 2 존에서 제공되어 상기 중계기의 가변 이득을 감소시킴 -;
    상기 중계기가 동작되는 중인 이득 조정 제어 존을 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 이용하여 결정하는 단계; 및
    상기 이득 조정 제어 존들 중 선택되는 하나에 관련되는 상기 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들에 관련되는 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하는 단계를 더 포함하는, 이득 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중계기의 루프 이득을 복수의 이득 조정 제어 존들로 나누는 단계는 상기 중계기의 루프 이득을 안정 동작 영역 내의 루프 이득을 갖는 상기 제 1 존, 불안정 동작 영역에 가까운 루프 이득을 갖는 상기 제 2 존, 및 상기 제 1과 제 2 존들 사이의 제 3 존으로 나누는 단계를 포함하며; 그리고
    하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 제공하는 단계는 상기 중계기의 가변 이득을 신속하게 감소시키기 위해 상기 제 2 존 내에 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 제공하는 단계, 및 상기 중계기의 가변 이득을 감소시키기 위해 상기 제 3 존 내에 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 제공하는 단계를 포함하는, 이득 제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    작은 이득 조정 스텝 사이즈로 상기 중계기의 가변 이득을 증가시키기 위해 상기 제 1 존 내에 작은 기울기를 갖는 제 1 이득 조정 제어 커브를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 이득 조정 제어 커브는 상기 중계기가 정상 상태(steady state)로 동작 중일 때 적용되는, 이득 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 중계기가 부트-업 상태(boot-up state)로 동작 중일 때 상기 중계기의 가변 이득을 증가시키기 위해 상기 제 1 존 내에 이득 조정 제어 커브들의 제 1 세트를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 1 세트는 상기 중계기의 가변 이득에 기초하여 적용되고, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 1 세트는 상기 중계기의 가변 이득의 감소 함수인 이득 조정 스텝 사이즈들을 가지며, 상기 중계기의 가변 이득이 더 클수록, 적용될 상기 이득 조정 제어 커브의 기울기는 더 작은, 이득 제어 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    큰 이득 조정 스텝 사이즈로 상기 중계기의 가변 이득을 감소시키기 위해 상기 제 2 존 내에 큰 기울기를 갖는 제 2 이득 조정 제어 커브를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이득 제어 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 중계기의 가변 이득을 감소시키기 위해 상기 제 3 존 내에 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트는 상기 중계기의 가변 이득에 기초하여 적용되고, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트는 상기 중계기의 가변 이득의 증가 함수인 이득 조정 스텝 사이즈들을 가지며, 상기 중계기의 가변 이득이 더 클수록, 적용될 상기 이득 조정 제어 커브의 기울기가 더 큰, 이득 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 존 내에 이득 조정 커브들의 제 2 세트를 제공하는 단계는 비-선형 기울기, 구분적(piecewise)-선형 기울기 또는 선형 기울기를 갖는 제 3 이득 조정 제어 커브를 제공하는 단계를 포함하는, 이득 제어 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 제공하는 단계는:
    짧은 적분(integration) 길이를 갖는 제 1 이득 제어 메트릭을 제공하고 긴 적분 길이를 갖는 제 2 이득 제어 메트릭을 제공하는 단계;
    상기 중계기가 상기 복수의 이득 조정 제어 존들 중 상기 제 2 존 내에서 동작 중인지를 결정하기 위해 상기 제 1 이득 제어 메트릭을 이용하는 단계; 및
    상기 중계기가 상기 복수의 이득 조정 제어 존들 중 상기 제 1 존 내에서 동작 중인지를 결정하기 위해 상기 제 2 이득 제어 메트릭을 이용하는 단계를 포함하는, 이득 제어 방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 존은 약 -15dB 이하의 루프 이득에 관련되고 상기 제 2 존은 0dB 내지 -15dB의 루프 이득에 관련되는, 이득 제어 방법.
  12. 입력 신호를 수신하기 위한 수신 안테나 및 출력 신호를 송신하기 위한 송신 안테나를 구비하는 무선 중계기로서, 상기 입력 신호는 중계될 원격 신호와 상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나 사이의 피드백 채널로부터 유래하는 피드백 신호의 합이며, 상기 출력 신호는 증폭된 입력 신호이고, 상기 중계기는:
    하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 기초하여 상기 중계기의 가변 이득 값을 제어하도록 구성되는 이득 제어 블록을 포함하며, 상기 이득 제어 메트릭들은 상기 중계기의 루프 이득을 나타내고, 상기 이득 제어 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 발생시키도록 구성되는 이득 메트릭 계산기 및 상기 복수의 이득 제어 메트릭들에 기초하여 상기 중계기의 가변 이득을 제어하도록 구성되는 이득 제어 알고리듬 블록을 포함하며, 상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 의해 측정되는 바와 같은 적어도 상기 중계기의 루프 이득의 함수인 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하도록 구성되는, 중계기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들에 의해 측정되는 바와 같은 상기 중계기의 루프 이득 및 가변 이득의 함수인 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하도록 구성되는, 중계기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 중계기의 루프 이득을 복수의 이득 조정 제어 존들로 나누도록 구성되고, 상기 이득 조정 제어 존들은 안정 동작 영역 내의 루프 이득을 갖는 제 1 존 및 상기 안정 동작 영역 외부의 루프 이득을 갖는 제 2 존을 포함하고; 그리고
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 복수의 이득 조정 제어 존들 각각 내에 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 제공하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들은 상기 제 1 존 내에 제공되어 상기 중계기의 가변 이득을 증가시키고, 상기 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들은 상기 제 2 존 내에 제공되어 상기 중계기의 가변 이득을 감소시키며, 상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들을 이용하여 상기 중계기가 동작되는 중인 상기 이득 조정 제어 존을 결정하고, 그리고 상기 이득 조정 제어 존들 중 선택되는 하나에 관련되는 상기 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들에 관련되는 이득 조정 스텝 사이즈를 이용하여 상기 중계기의 가변 이득을 조정하도록 구성되는, 중계기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이득 조정 제어 존들은 안정 동작 영역 내의 루프 이득을 갖는 상기 제 1 존, 불안정 동작 영역 근처의 루프 이득을 갖는 상기 제 2 존, 및 상기 제 1 및 제 2 존들 사이의 제 3 존을 포함하고; 그리고
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 중계기의 가변 이득을 신속히 감소시키기 위해 상기 제 2 존 내에 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을, 그리고 상기 중계기의 가변 이득을 감소시키기 위해 상기 제 3 존 내에 하나 이상의 이득 조정 제어 커브들을 제공하도록 구성되는, 중계기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 작은 이득 조정 스텝 사이즈로 상기 중계기의 가변 이득을 증가시키기 위해 상기 제 1 존 내에 작은 기울기를 갖는 제 1 이득 조정 제어 커브를 제공하도록 구성되며, 상기 제 1 이득 조정 제어 커브는 상기 중계기가 정상 상태에서 동작 중일 때 적용되는, 중계기.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 중계기가 부트-업 상태에서 동작 중일 때 상기 중계기의 가변 이득을 증가시키기 위해 상기 제 1 존 내에 이득 조정 제어 커브들의 제 1 세트를 제공하도록 구성되고, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 1 세트는 상기 중계기의 가변 이득에 기초하여 적용되며, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 1 세트는 상기 중계기의 가변 이득의 감소 함수인 이득 조정 스텝 사이즈들을 가지고, 상기 중계기의 가변 이득이 더 클수록, 적용될 상기 이득 조정 제어 커브의 기울기는 더 작은, 중계기.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 큰 이득 조정 스텝 사이즈로 상기 중계기의 가변 이득을 감소시키기 위해 상기 제 2 존 내에 큰 기울기를 갖는 제 2 이득 조정 제어 커브를 제공하도록 구성되는, 중계기.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 중계기의 가변 이득을 감소시키기 위해 상기 제 3 존 내에 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트를 제공하도록 구성되고, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트는 상기 중계기의 가변 이득에 기초하여 적용되며, 상기 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트는 상기 중계기의 가변 이득의 증가 함수인 이득 조정 스텝 사이즈들을 가지며, 상기 중계기의 가변 이득이 클수록, 적용될 상기 이득 조정 제어 커브의 기울기가 더 큰, 중계기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 이득 조정 제어 커브들의 제 2 세트는 비선형 기울기, 구분적-선형 기울기 또는 선형 기울기를 갖는 제 3 이득 조정 제어 커브를 포함하는, 중계기.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 이득 제어 메트릭들은 짧은 적분 길이를 갖는 제 1 이득 제어 메트릭 및 긴 적분 길이를 갖는 제 2 이득 제어 메트릭을 제공하는 것을 포함하며, 그리고 상기 이득 제어 알고리듬 블록은 상기 제 1 이득 제어 메트릭을 이용하여 상기 중계기가 상기 복수의 이득 조정 제어 존들 중 상기 제 2 존 내에서 동작 중인지를 결정하고 상기 제 2 이득 제어 메트릭을 이용하여 상기 중계기가 상기 복수의 이득 조정 제어 존들 중 상기 제 1 존 내에서 동작 중인지를 결정하는, 중계기.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 존은 약 -15 dB 이하의 루프 이득에 관련되고 상기 제 2 존은 0dB 내지 -15dB의 루프 이득에 관련되는, 중계기.
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