KR20200078983A - 전이중 통신 방식에서 자기간섭신호 추정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

전이중 통신 방식에서 자기간섭신호 추정을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20200078983A
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정준영
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최동준
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Abstract

전이중 통신을 수행하는 통신 노드의 동작 방법이 개시된다. 통신 노드의 동작 방법은, 제1 신호를 생성하는 단계, 상기 제1 신호를 전송하는 단계, 상기 제1 신호가 왜곡된 신호인 제2 신호를 수신하는 단계, 상기 제2 신호의 왜곡 계수를 생성하는 단계, 상기 제2 신호의 왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 제1 신호에 대한 자기간섭신호인 제3 신호를 추정하는 단계, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호 간의 제1 에러 값을 계산하는 단계 및 상기 제1 에러 값과 미리 설정된 임계 값의 비교 결과에 기초하여 상기 자기간섭신호를 재추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전이중 통신 방식에서 자기간섭신호 추정을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING SELF-INTERFERENCE SIGNAL IN FULL-DUPLEX COMMUNICATION}
본 발명은 자기간섭신호(self-interference signal)를 추정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전이중 통신 방식(full-duplex)에서 발생할 수 있는 자기간섭신호를 회귀분석(regression analysis)을 이용하여 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 통신 시스템에서 기지국(base station)과 단말(user equipment)이 통신하는 경우, 기지국이 단말에게 신호를 송신하는 하향링크와 단말이 기지국에게 신호를 송신하는 상향링크가 존재할 수 있다. 상향링크와 하향링크는 서로 다른 주파수를 사용하는 방식(frequency division duplex, FDD)으로 서로 간의 간섭 발생을 방지할 수 있고, 또는 서로 다른 시간을 사용하는 방식(time division duplex, TDD)을 이용하여 서로 간의 간섭 발생을 방지할 수 있다.
FDD 및 TDD 방식은 주파수 또는 시간을 분할하여 상향링크 신호 및 하향링크 신호를 송신하기 때문에 주파수 이용 효율이 감소할 수 있다. 반면, 상/하향 동시전송 방식인 전이중 통신 방식(full-duplex)은 동일한 주파수 및 동일한 시간에 기지국과 단말이 상향링크 신호와 하향링크 신호를 동시에 송/수신할 수 있다. 다만, 신호를 전송함과 동시에 동일한 주파수 대역에서 신호를 수신하기 때문에, 신호를 수신하는 과정에서 자기신호가 간섭으로 작용하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 자기간섭신호(self-interference signal)를 추정하여 제거하기 위한 방법이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전이중 통신 방식(full-duplex)에서 발생할 수 있는 자기간섭신호를 회귀분석(regression analysis)을 이용하여 추정하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 통신(full-duplex)을 수행하는 통신 노드의 동작 방법은, 제1 신호를 생성하는 단계, 상기 제1 신호를 전송하는 단계, 상기 제1 신호가 왜곡된 신호인 제2 신호를 수신하는 단계, 상기 제2 신호의 왜곡 계수를 생성하는 단계, 상기 제2 신호의 왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 제1 신호에 대한 자기간섭신호인 제3 신호를 추정하는 단계, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호 간의 제1 에러 값을 계산하는 단계 및 상기 제1 에러 값과 미리 설정된 임계 값의 비교 결과에 기초하여 상기 자기간섭신호를 재추정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 신호의 왜곡 계수는 상기 통신 노드에 포함된 증폭기에 의한 제1 비선형왜곡 계수와 상기 통신 노드의 송신단과 상기 통신 노드의 수신단 사이의 채널 상태에 따른 제1 채널 계수를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 주파수가 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 자기간섭신호를 재추정하는 단계는, 제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계, 상기 제2 채널 계수, 상기 제2 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제4 신호를 추정하는 단계, 상기 제2 신호와 상기 제4 신호의 제2 에러 값을 계산하는 단계 및 상기 제2 에러 값을 상기 임계 값과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 통신 노드의 동작 방법은, 상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 작은 경우, 상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 상기 제2 신호의 왜곡 계수로 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 통신 노드의 동작 방법은, 상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 크거나 같은 경우, 제3 채널 계수 및 제3 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계, 상기 제3 채널 계수, 상기 제3 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제5 신호를 추정하는 단계, 상기 제2 신호와 상기 제5 신호의 제3 에러 값을 계산하는 단계 및 상기 제3 에러 값을 상기 임계 값과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계는, SGD(stochastic gradient descent)를 기반으로 상기 제2 신호와 상기 자기간섭신호 간의 에러 값을 줄일 수 있는 상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 제1 에러 값은 평균 제곱 오차(mean square error, MSE)로, 아래 식과같이 결정되고,
Figure pat00001
Figure pat00002
은 상기 제1 에러 값,
Figure pat00003
은 상기 제2 신호,
Figure pat00004
은 상기 제3 신호를 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 제2 신호를 수신하는 단계는 상기 통신 노드가 다른 통신 노드로부터 신호를 수신하지 않는 시간에 수행될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이중 통신(full duplex)을 수행하는 통신 노드는, 프로세서(processor), 송신 안테나, 수신 안테나 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 신호를 전송하고, 상기 제1 신호가 왜곡된 신호인 제2 신호를 수신하고, 상기 제2 신호의 왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 제1 신호에 대한 자기간섭신호인 제3 신호를 추정하고, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호 간의 제1 에러 값을 계산하고 그리고 상기 제1 에러 값과 미리 설정된 임계 값의 비교 결과에 기초하여 상기 자기간섭신호를 재추정하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 제2 신호의 왜곡 계수는 상기 통신 노드에 포함된 증폭기에 의한 제1 비선형왜곡 계수 및 상기 송신 안테나와 상기 수신안테나 사이의 채널 상태에 따른 제1 채널 계수를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자기간섭신호를 재추정하는 명령은, 제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하고, 상기 제2 채널 계수, 상기 제2 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제4 신호를 추정하고, 상기 제2 신호와 상기 제4 신호의 제2 에러 값을 계산하고 그리고 상기 제2 에러 값을 상기 임계 값과 비교하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 작은 경우, 상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 상기 제2 신호의 왜곡 계수로 추정하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 크거나 같은 경우, 제3 채널 계수 및 제3 비선형왜곡 계수를 생성하고, 상기 제3 채널 계수, 상기 제3 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제5 신호를 추정하고, 상기 제2 신호와 상기 제5 신호의 제3 에러 값을 계산하고 그리고 상기 제3 에러 값을 미리 설정된 임계 값과 비교하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하도록 하는 명령은, SGD(stochastic gradient descent)을 기반으로 상기 제2 신호와 상기 자기간섭신호 간의 에러 값을 줄일 수 있는 상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 생성하도록 하는 명령일 수 있다.
여기서, 상기 제1 에러 값은 평균 제곱 오차(mean square error, MSE)로, 아래 식과같이 결정되고,
Figure pat00005
Figure pat00006
은 상기 제1 에러 값,
Figure pat00007
은 상기 제2 신호,
Figure pat00008
은 상기 제3 신호를 나타낼 수 있다.
본 발명에 의하면 전이중 통신 방식(full-duplex) 시스템에서 발생하는 자기간섭신호(self-interference signal)를 추정할 수 있다. 통신 노드의 송신기에서 발생한 신호는 고출력 증폭기(high power amplifier, HPA)에 의해 비선형왜곡(nonlinear distortion)될 수 있다. 또한, HPA에 의해 증폭된 신호는 송신단과 수신단 사이의 채널을 거쳐 수신 안테나에 수신될 수 있다. 본 발명에서의 통신 노드는 수신단에서 수신한 신호 및 송신단에서 생성한 신호를 이용하여 회귀분석 기반의 자기간섭신호 추정을 통해 HPA에 의한 비선형왜곡 계수 및 송신단과 수신단 사이의 채널 계수를 추정할 수 있다. 자기간섭신호를 추정함으로써, 통신 노드는 수신된 신호로부터 자기간섭신호를 제거할 수 있고, 원하는 수신 신호를 복조할 수 있다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 전이중 통신(full-duplex)을 수행하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 자기간섭신호 추정 및 제거장치의 구조의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5는 자기간섭신호 추정 및 제거장치의 동작의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다.
복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐 만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(non-orthogonal multiple access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(space division multiple access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.
여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), gNB, ng-eNB, BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), f(flexible)-TRP 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device), IoT(internet of things) 기능을 지원하는 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal), OBU(on board unit) 등으로 지칭될 수 있다.
한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 논(non)-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.
또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.
제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.
도 3은 전이중 통신(full-duplex)을 수행하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 도 3의 통신 시스템은 도 1의 통신 시스템과 동일 또는 유사할 수 있다. 도 3의 통신 노드(300)는 도 1의 통신 노드(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)일 수 있다. 통신 노드(300)는 통신 프로토콜(예를 들어, 4G 통신 프로토콜, 5G 통신 프로토콜)에 기초하여 통신을 수행할 수 있다.
통신 노드(300)는 신호 생성 및 변조부(310), DAC(digital-to-analog converter)(320), 증폭기(high power amplifier, HPA), 송신 안테나(340), 수신 안테나(350), ADC(analog-to-digital converter)(360), 자기간섭신호 추정 및 제거장치(370) 및 복조 및 신호 검출부(380)를 포함할 수 있다.
통신 노드(300)는 전이중 통신 방식을 기반으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 노드(300)는 다른 통신 노드에게 전송하고자 하는 신호를 전송함과 동시에 다른 통신 노드로부터 전송된 신호를 수신할 수 있다. 통신 노드(300)가 전송하는 신호의 주파수와 다른 통신 노드로부터 수신되는 신호의 주파수는 동일할 수 있다. 통신 노드(300)가 전송하는 신호의 주파수와 통신 노드(300)가 수신하는 신호의 주파수가 동일한 경우, 통신 노드(300)가 전송하는 신호가 통신 노드(300)가 수신하는 신호에 간섭을 일으킬 수 있다. 자신이 전송한 신호에 의해 간섭이 발생하는 것을 자기간섭이라고 한다.
통신 노드(300)는 자신이 생성한 신호를 정확히 알 수 있지만, 생성된 신호는 증폭기(330)에 의해 증폭되는 과정에서 비선형적인 왜곡(nonlinear distortion)을 겪을 수 있다. 또한 증폭된 신호는 송신 안테나(340)에서 전송되어 수신 안테나(350)를 통해 수신되기까지 채널(345)을 거치게 되므로, 증폭된 신호는 송신 안테나(340)와 수신 안테나(350) 사이의 채널(345)에 따라 변형될 수 있다.
신호 생성 및 변조부(310)는 디지털 신호 xn을 생성할 수 있다. DAC(320)는 디지털 신호 xn을 아날로그 신호인 x로 변환할 수 있다. 증폭기(330)는 입력된 신호를 증폭시킬 수 있다. 증폭기(330)에 의한 신호의 왜곡은 증폭기(330)의 입출력 사이의 비선형적인 특성 때문에 발생할 수 있다. 신호 x는 증폭기(330)에 의해 증폭 및 왜곡될 수 있고, 증폭 및 왜곡된 신호를 y라고 한다. 즉, 증폭기(330)의 입력 신호는 x이고, 출력신호는 y이다. x와 y의 관계식은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
수학식 1을 참조하면 α는 증폭기(330)의 이득(gain)을 의미할 수 있다. x의 지수 값(즉, m+1)이 짝수인 성분의 중심주파수는 원래 전송하고자 하는 신호의 중심주파수의 배수 값을 가질 수 있다. 따라서, x의 지수 값이 짝수인 성분은 대역 내의 원래 전송하고자 하는 신호에 미치는 영향이 매우 작을 수 있다. 반면, x의 지수 값이 홀수인 성분의 중심 주파수는 원래 전송하고자 하는 신호의 중심 주파수와 동일하거나 유사할 수 있기 때문에 원래 전송하고자 하는 신호에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, x의 지수 값이 홀수인 성분만을 고려하여 증폭기(330)의 출력 값을 나타내면 수학식 2와 같다.
Figure pat00010
수학식 2에서, x의 지수가 커질수록 해당 성분의 전력이 매우 낮아지기 때문에, 고차 성분은 고려하지 않을 수 있다. 반면, 첫 번째 홀수 차수의 비선형 성분은 증폭기(330)에서의 신호 왜곡에 가장 큰 영향을 미칠 수 있다. 첫 번째 홀수 차수의 비선형 성분은 3차 교차점(third-order intercept point, IP3)이라 불릴 수 있다. IP3이 신호의 왜곡에 미치는 영향이 가장 크기 때문에, IP3만을 고려하여 왜곡 신호를 추정할 수 있다. 서술 및 계산의 편의를 위하여 1차 이득을 1이라 가정하면(즉, α1 = 1), 증폭기(330)의 출력신호 y는 수학식 3과 같이 간략하게 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
증폭기(330)를 거쳐 증폭된 신호 y는 송신 안테나(340)를 통해 전송될 수 있다. 신호 y는 채널(345)을 통과하여 수신 안테나(350)에 수신될 수 있다. 수신 안테나(350)는 수신하고자 하는 신호 s도 함께 수신할 수 있다. 수신된 신호는 ADC(360)에 의해 아날로그 신호에서 디지털 신호 rn으로 변환될 수 있다. rn은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
수학식 4를 참조하면, n은 샘플 인덱스(sample index)이고, s-n은 통신 노드(300)가 수신하고자 하는 신호를 나타내고, wn은 AWGN(additive white Gaussian noise)을 나타낸다. xn은 통신 노드(300)의 신호 생성 및 변조부(310)에서 생성한 신호이고, rn은 수신된 신호이다. 자기간섭신호 추정 및 제거장치(370)에서는 채널 계수 hn과 비선형왜곡 계수 α3을 추정할 수 있다.
수신된 신호 rn으로부터 자기간섭신호를 추정하는 경우, 수신하고자 하는 신호 sn이 추정을 방해하는 요소가 될 수 있다. 따라서, sn이 수신되지 않고 통신 노드(300)만이 신호를 전송하는 구간을 가정한다. 즉, 통신 노드(300)는 신호를 전송하지만 다른 통신 노드는 통신 노드(300)에게 신호를 전송하지 않는 구간에 자기간섭신호 추정이 수행될 수 있다. 다른 통신 노드로부터 신호를 수신하지 않는 구간에서 통신 노드(300)의 수신 신호는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00013
수학식 5를 참조하면, rn은 다른 통신노드가 통신 노드(300)로 신호를 전송하지 않는 구간에서 통신 노드(300)가 수신하는 신호를 의미할 수 있다. 자기간섭신호 추정 및 제거장치(370)는 ADC(360)로부터 rn을 획득할 수 있고, 신호 생성 및 변조부(310)로부터 xn을 획득할 수 있다. 이하에서 자기간섭신호 추정 및 제거장치(370)의 구체적인 구조 및 동작이 설명된다.
도 4는 자기간섭신호 추정 및 제거장치의 구조의 일 실시예를 도시한 블록도이고, 도 5는 자기간섭신호 추정 및 제거장치의 동작의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 자기간섭신호 추정 및 제거장치(370)는 추정 값 생성부(410), 자기간섭신호 생성부(420), 에러 값 계산부(430), 추정 값 조절부(440) 및 채널 및 비선형왜곡 추정 및 제거부(450)를 포함할 수 있다.
자기간섭신호 추정 및 제거장치(370)는 ADC(360)로부터 수신신호인 rn을 획득할 수 있고, 신호 생성 및 변조부(310)로부터 전송신호 xn을 획득할 수 있다(S510). rn은 에러 값 계산부(430)로 전달될 수 있고, xn은 자기간섭신호 생성부(420)로 전달될 수 있다.
추정 값 생성부(410)는 추정 채널 계수인
Figure pat00014
과 추정 비선형왜곡 계수인
Figure pat00015
을 생성할 수 있다(S520). 추정 값 생성부(410)는 생성된
Figure pat00016
및
Figure pat00017
을 자기간섭신호 생성부(420)로 전송할 수 있다.
자기간섭신호 생성부(420)는 추정 값 생성부(410)로부터
Figure pat00018
및
Figure pat00019
을 수신할 수 있다. 자기간섭신호 생성부(420)는 추정 값 생성부(410)로부터 수신한
Figure pat00020
및
Figure pat00021
을 기초로 추정 자기간섭신호를 생성할 수 있다(S530). 자기간섭신호 생성부(420)에서 생성하는 자기간섭신호는 수학식 6과 같을 수 있다.
Figure pat00022
수학식 6을 참조하면,
Figure pat00023
은 추정 채널 계수
Figure pat00024
및 추정 비선형왜곡 계수
Figure pat00025
을 기초로 생성된 추정 자기간섭신호일 수 있다. 자기간섭신호 생성부(420)는 에러 값 계산부(430)로
Figure pat00026
값을 전송할 수 있다.
에러 값 계산부(430)는 자기간섭신호 생성부(420)로부터
Figure pat00027
값을 수신할 수 있다. 에러 값 계산부(430)는 수신된 실제 자기간섭신호인
Figure pat00028
과 자기간섭신호 생성부(420)에서 생성된 추정 자기간섭신호
Figure pat00029
의 에러 값
Figure pat00030
을 계산할 수 있다(S540). 에러 값 계산부에서 계산되는 에러 값
Figure pat00031
은 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00032
수학식 7을 참조하면, 에러 값
Figure pat00033
은 수신된 실제 자기간섭신호인
Figure pat00034
과 자기간섭신호 생성부(420)에서 생성된 추정 자기간섭신호
Figure pat00035
의 평균 제곱근 에러(mean square error, MSE)일 수 있다.
에러 값 계산부(430)에서 계산된 에러 값
Figure pat00036
은 추정 값 조절부(440)로 전송될 수 있고, 추정 값 조절부(440)는
Figure pat00037
을 수신할 수 있다. 추정 값 조절부(440)는 확률적 경사 하강법(stochastic gradient descent, SGD)을 기반으로 동작할 수 있다.
예를 들어, 추정 값 조절부(440)는 수신된 에러 값
Figure pat00038
을 미리 설정된 임계 값과 비교할 수 있다(S550). 수신된 에러 값
Figure pat00039
이 미리 설정된 임계 값보다 작은 경우, 추정 값 조절부(440)는 추정 값 생성부(410)에게 추정 동작을 중지하라는 지시를 보낼 수 있다. 추정 값 생성부(410)는 추정 값 조절부(440)로부터 추정 동작을 중지하라는 지시를 수신한 경우, 채널 및 비선형왜곡 추정 및 제거부(450)로 최근에 생성된 추정 채널 계수 및 추정 비선형왜곡 계수를 전송할 수 있다. 채널 및 비선형왜곡 추정 및 제거부(450)는 추정 값 생성부(410)로부터 추정된 채널 계수
Figure pat00040
및 추정된 비선형왜곡 계수
Figure pat00041
을 수신할 수 있다. 수신한
Figure pat00042
및
Figure pat00043
을 기초로 채널 및 비선형왜곡 추정 및 제거부(450)는 자기간섭신호를 추정할 수 있고, 수신된 신호로부터 자기간섭신호를 제거할 수 있다.
수신된 에러 값
Figure pat00044
이 미리 설정된 임계 값보다 크거나 같은 경우, 추정 값 조절부(440)는 수신된 에러 값
Figure pat00045
을 기초로, SGD를 통해 에러 값을 줄일 수 있는 방향으로 채널 계수 및 비선형왜곡 계수를 찾을 수 있다. 추정 값 조절부(440)는 추정 값 생성부(410)가 에러 값을 줄일 수 있는 방향으로 추정 채널 계수 및 비선형왜곡 계수를 생성하도록 추정 값 생성부(410)를 조절할 수 있다. 추정 값 생성부(410)는 에러 값을 줄일 수 있는 방향으로 추정 채널 계수 및 비선형왜곡 계수를 생성할 수 있다(S560). 이후 단계 S550에서 에러 값이 미리 설정된 임계 값보다 작아질 때까지 S530, S540, S550, S560이 반복될 수 있다.
S550 단계에서 추정 값 조절부(440)가 수신된 에러 값이 미리 설정된 임계 값보다 작아질 때까지 추정동작(추정 계수의 생성, 추정 계수를 기초로 추정 자기간섭신호 생성, 에러 값 계산)이 수행되는 방법이 설명되었으나, 추정동작들은 다른 기준에 의해서도 수행될 수 있다.
예를 들어, 추정 값 조절부(440)는 추정 값을 조절하는 동작을 수행하는 횟수가 특정 횟수만큼 반복된 경우, 추정 값 생성부(410)로 추정 동작을 중지하라는 지시를 보낼 수 있다. 추정 값 생성부(410)는 추정 값 조절부(440)로부터 추정 동작을 중지하라는 지시를 수신한 경우, 최근에 생성된 추정 채널 계수 및 추정 비선형왜곡 계수를 전송할 수 있다. 채널 및 비선형왜곡 추정 및 제거부(450)는 추정 값 생성부(410)로부터 추정된 채널 계수
Figure pat00046
및 추정된 비선형왜곡 계수
Figure pat00047
을 수신할 수 있다. 수신한
Figure pat00048
및
Figure pat00049
을 기초로 채널 및 비선형왜곡 추정 및 제거부(450)는 자기간섭신호를 추정할 수 있고, 수신된 신호로부터 자기간섭신호를 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 전이중 통신(full duplex)을 수행하는 통신 노드의 동작 방법으로서,
    제1 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 신호를 전송하는 단계;
    상기 제1 신호가 왜곡된 신호인 제2 신호를 수신하는 단계;
    상기 제2 신호의 왜곡 계수를 생성하는 단계;
    상기 제2 신호의 왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 제1 신호에 대한 자기간섭신호인 제3 신호를 추정하는 단계;
    상기 제2 신호와 상기 제3 신호 간의 제1 에러 값을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 에러 값과 미리 설정된 임계 값의 비교 결과에 기초하여 상기 자기간섭신호를 재추정하는 단계를 포함하는, 통신 노드의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 신호의 왜곡 계수는 상기 통신 노드에 포함된 증폭기에 의한 제1 비선형왜곡 계수와 상기 통신 노드의 송신단과 상기 통신 노드의 수신단 사이의 채널 상태에 따른 제1 채널 계수를 포함하는, 통신 노드의 동작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 주파수가 동일한 것을 특징으로 하는, 통신 노드의 동작 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 자기간섭신호를 재추정하는 단계는,
    제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계;
    상기 제2 채널 계수, 상기 제2 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제4 신호를 추정하는 단계;
    상기 제2 신호와 상기 제4 신호의 제2 에러 값을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 에러 값을 상기 임계 값과 비교하는 단계를 포함하는, 통신 노드의 동작 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통신 노드의 동작 방법은,
    상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 작은 경우,
    상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 상기 제2 신호의 왜곡 계수로 추정하는 단계를 더 포함하는, 통신 노드의 동작 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 통신 노드의 동작 방법은,
    상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 크거나 같은 경우,
    제3 채널 계수 및 제3 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계;
    상기 제3 채널 계수, 상기 제3 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제5 신호를 추정하는 단계;
    상기 제2 신호와 상기 제5 신호의 제3 에러 값을 계산하는 단계; 및
    상기 제3 에러 값을 상기 임계 값과 비교하는 단계를 더 포함하는, 통신 노드의 동작 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계는,
    SGD(stochastic gradient descent)를 기반으로 상기 제2 신호와 상기 자기간섭신호 간의 에러 값을 줄일 수 있는 상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 생성하는 단계인, 통신 노드의 동작 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 에러 값은 평균 제곱 오차(mean square error, MSE)로, 아래 식과같이 결정되고,
    Figure pat00050

    Figure pat00051
    은 상기 제1 에러 값,
    Figure pat00052
    은 상기 제2 신호,
    Figure pat00053
    은 상기 제3 신호를 나타내는, 통신 노드의 동작 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 신호를 수신하는 단계는 상기 통신 노드가 다른 통신 노드로부터 신호를 수신하지 않는 시간에 수행되는, 통신 노드의 동작 방법.
  10. 전이중 통신(full duplex)을 수행하는 통신 노드로서,
    프로세서(processor);
    송신 안테나;
    수신 안테나; 및
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    제1 신호를 생성하고;
    상기 제1 신호를 전송하고;
    상기 제1 신호가 왜곡된 신호인 제2 신호를 수신하고;
    상기 제2 신호의 왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 제1 신호에 대한 자기간섭신호인 제3 신호를 추정하고;
    상기 제2 신호와 상기 제3 신호 간의 제1 에러 값을 계산하고; 그리고
    상기 제1 에러 값과 미리 설정된 임계 값의 비교 결과에 기초하여 상기 자기간섭신호를 재추정하도록 실행되는 통신 노드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 신호의 왜곡 계수는 상기 통신 노드에 포함된 증폭기에 의한 제1 비선형왜곡 계수 및 상기 송신 안테나와 상기 수신안테나 사이의 채널 상태에 따른 제1 채널 계수를 포함하는 통신 노드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 자기간섭신호를 재추정하는 명령은,
    제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하고;
    상기 제2 채널 계수, 상기 제2 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제4 신호를 추정하고;
    상기 제2 신호와 상기 제4 신호의 제2 에러 값을 계산하고; 그리고
    상기 제2 에러 값을 상기 임계 값과 비교하도록 실행되는, 통신 노드.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 작은 경우,
    상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 상기 제2 신호의 왜곡 계수로 추정하도록 실행되는, 통신 노드.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 제2 에러 값이 상기 임계 값보다 크거나 같은 경우,
    제3 채널 계수 및 제3 비선형왜곡 계수를 생성하고;
    상기 제3 채널 계수, 상기 제3 비선형왜곡 계수 및 상기 제1 신호를 기초로 상기 자기간섭신호인 제5 신호를 추정하고;
    상기 제2 신호와 상기 제5 신호의 제3 에러 값을 계산하고; 그리고
    상기 제3 에러 값을 미리 설정된 임계 값과 비교하도록 실행되는 통신 노드.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 채널 계수 및 제2 비선형왜곡 계수를 생성하도록 하는 명령은,
    SGD(stochastic gradient descent)을 기반으로 상기 제2 신호와 상기 자기간섭신호 간의 에러 값을 줄일 수 있는 상기 제2 채널 계수 및 상기 제2 비선형왜곡 계수를 생성하도록 하는 명령인, 통신 노드.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 에러 값은 평균 제곱 오차(mean square error, MSE)로, 아래 식과같이 결정되고,
    Figure pat00054

    Figure pat00055
    은 상기 제1 에러 값,
    Figure pat00056
    은 상기 제2 신호,
    Figure pat00057
    은 상기 제3 신호를 나타내는, 통신 노드.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022154486A1 (ko) * 2021-01-15 2022-07-21 삼성전자 주식회사 전이중 시스템에서 디지털 자기 간섭 제거를 수행하는 방법 및 장치

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