[논문]WCDMA 무선 중계기에서 CMF 알고리즘을 이용한 간섭 제거 방식

한용식; 양운근

doi:10.7471/ikeee.2011.15.4.293

초록
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본 논문에서 광대역 코드분할 다중접속 무선 중계기에서 간섭제거를 위한 새로운 CMF(Constant Modulus Fourth) 알고리즘을 제안한다. CMF 알고리즘은 고정 계수 알고리즘인 CMA(Constant Modulus Algorithm)를 수정한 것으로서, 스텝 사이즈를 적절하게 조절함에 따라 개선된 성능을 보이게 된다. 제안된 CMF 알고리즘에서 스텝사이즈가 0.35인 경우 수렴상태에서 평균 자승 에러는 기존 CMA 알고리즘보다 약 4 dB정도 더 낮다. 그리고, 평균 자승 에러 -25dB를 기준으로하면 LMS(Least Mean Square)와 NLMS(Normalized Least Mean Square)보다 반복회수가 400~1100번 정도 줄어든다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the paper, we propose a new CMF(Constant Modulus Fourth) algorithm for WCDMA(Wideband Code Multiple Access) RF(Radio Frequency) Repeater. CMF algorithm is proposed by modifying the CMA(Constant Modulus Algorithm) algorithm and improved performances are achieved by properly adjusting step size val...

In the paper, we propose a new CMF(Constant Modulus Fourth) algorithm for WCDMA(Wideband Code Multiple Access) RF(Radio Frequency) Repeater. CMF algorithm is proposed by modifying the CMA(Constant Modulus Algorithm) algorithm and improved performances are achieved by properly adjusting step size values. The steady state MSE(Mean Square Error) performance of the proposed CMF algorithm with step size of 0.35 is about 4dB better than that of the conventional CMA algorithm. And the proposed CMF algorithm requires 400~1100 less iterations than the LMS(Least Mean Square) and NLMS(Normalized Least Mean Square) algorithms at MSE of -25dB.

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문제 정의

본 논문에서는 기존 고정 계수 방식인 CMA 알고리즘보다 효과적인 방법으로 스텝 사이즈를 고려한 CMF(Constant Modulus Fourth)을 제안한다.

가설 설정

또한 CMA의 성능을 평가함에 있어서 빠른 페이딩과 궤환 신호가 존재하는 것을 상정하였다. 중계기에서 수신단과 송신단 사이의 채널을 Jake 페이딩 채널로 하고, 가산성 백색 가우스 잡음이 존재하는 것으로 가정하였다. 수신단과 송신단 사이에는 빠른 페이딩과 궤환 신호가 시간의 함수로 변화된다.

제안 방법

전산 모의실험을 위한 환경 파라메터는 표 1과 같은 시스템을 상정하였다. 또한 CMA의 성능을 평가함에 있어서 빠른 페이딩과 궤환 신호가 존재하는 것을 상정하였다. 중계기에서 수신단과 송신단 사이의 채널을 Jake 페이딩 채널로 하고, 가산성 백색 가우스 잡음이 존재하는 것으로 가정하였다.
기존 CMA 알고리즘을 수정하여 적절한 스텝사이즈를 가진 CMF 알고리즘을 제안하였다. 전산 모의실험 결과 제안한 알고리즘은 스텝 사이즈를 0.

대상 데이터

는 입력 신호를 사용하여 갱신하고, 에러 신호는 CMF 알고리즘으로부터 얻어진다. 전산 모의실험에는 22 탭을 가진 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 사용하였다.

데이터처리

CMF 알고리즘의 성능을 최적화하기 위하여 통계적으로 분석하였으며, 제안된 알고리즘의 성능을 기존 CMA, LMS, NLMS 알고리즘과 비교하였다.

이론/모형

K =1,2 의 정수에 대해서 \( E[e_k^{4K}]\) 값을 최소화하는 데는 Widrow-Hof 알고리즘을 사용한다.

성능/효과

평균 자승 에러 -25dB 기준으로 보았을 때 제안된 CMF 알고리즘은 NLMS와 LMS 보다 수렴속도가 400 ∼1100 회 빠른 값으로 가장 좋은 결과 값을 가지게 되었다.
전산 모의실험 결과 제안한 알고리즘은 스텝 사이즈를 0.35로 설정할 때 평균 자승 에러 -25dB 기준으로 기존 LMS, NLMS보다 400∼1100번 빠른 수렴속도를 보였으며, CMA 알고리즘보다 평균 자승 에러가 반복 횟수 2500 기준으로 4dB 더 좋은 성능을 보였다.
전체 실험한 결과를 표 2와 같이 나타내며, 결국 CMF 알고리즘은 μ = 0.35일 때 가장 적절한 스텝이즈로서 다른 알고리즘에 비교해서 우수한 결과값을 가질 수 있었다.
1로 하였을 때 제안된 CMF 알고리즘의 MSE값을 다른 알고리즘과 비교한 결과이다. 즉, 제안된 CMF 알고리즘은 기존 CMA 알고리즘보다 평균 자승 에러가 반복 횟수 3500에서 약 3dB 우수한 값을 보였다. 그림 6의 경우 스텝 사이즈 값을 0.
35로 하였을 때 제안된 CMF 알고리즘의 MSE값을 다른 알고리즘과 비교한 결과이다. 제안된 CMF 알고리즘은 기존 CMA 알고리즘보다 수렴속도에서는 다소 느리지만 평균 자승 에러가 반복 횟수 2500일 때 4dB 우수하게 나타났다. 평균 자승 에러 -25dB 기준으로 보았을 때 제안된 CMF 알고리즘은 NLMS와 LMS 보다 수렴속도가 400 ∼1100 회 빠른 값으로 가장 좋은 결과 값을 가지게 되었다.
평균 자승 에러 -25dB 기준으로 보았을 때 제안된 CMF 알고리즘은 NLMS와 LMS 보다 수렴속도가 400 ∼1100 회 빠른 값으로 가장 좋은 결과 값을 가지게 되었다. CMF 알고리즘의 스텝 사이즈를 0.01에서 0.35와 비교해서는 수렴속도가 6700회, 평균 자승 에러 5dB 향상되었으며, 0.01과 비교해서는 2500회 더 빠르게 나타났으며, 평균 자승에러도 1dB 향상되었다. 0.

후속연구

앞으로 RF 중계기용 간섭 제거 시스템에 대한 실제 현장 실험과 병행해 더욱 더 안정적인 성능을 가지도록 연구를 진행해 나가야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 제안하는 CMF 알고리즘은 무엇을 기본으로 하고 있는가?	고정계수 방식인 CMA 알고리즘을 개선한 것으로 CMF 알고리즘은 평균 사승 에러(MFE : Mean Fourth Eror)[7-9]를 최소화하는 것을 기본으로 하고 있다. K =1,2 의 정수에 대해서 E[ek4K ] 값을 최소화하는 데는 Widrow-Hof 알고리즘을 사용한다.
	본 논문에서 제안한 CMF 알고리즘은 어떤 알고리즘을 수정한 것인가?	본 논문에서 광대역 코드분할 다중접속 무선 중계기에서 간섭제거를 위한 새로운 CMF(Constant Modulus Fourth) 알고리즘을 제안한다. CMF 알고리즘은 고정 계수 알고리즘인 CMA(Constant Modulus Algorithm)를 수정한 것으로서, 스텝 사이즈를 적절하게 조절함에 따라 개선된 성능을 보이게 된다. 제안된 CMF 알고리즘에서 스텝사이즈가 0.
	RF 중계기에 적용하는 적응 간섭 알고리즘에는 무엇이 있는가?	이러한 문제를 해결하기 위해 RF 중계기에서 적응 간섭 알고리즘을 적용한다[2]. RF 중계기에 적용하는 대표적인 알고리즘으로는 LMS(Least Mean Square)[3]와 NLMS(Normalized Least Mean Square)[4]와 CMA(Constant ModulusAlgorithm)[5]와 LMF(Least Mean Fourth) 방식이 주로 사용되고 있다.

참고문헌 (9)

김영일 등, "IEEE 802.16 MMR 동향", 전자통신 동향분석, 제21권, 제3호, pp. 91-99, 6월 2006년

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S. J. Kim, J. Y. Lee, J. H. Kim, "Adaptive feedback interference cancelling system (AF-ICS)," Proc. IEEE MTT-S International Microwave Symp, Dig., vol. 1, pp.627-630, Jun. 2003
Lattice Semiconductor Corporation, "LMS adaptive filter," Reference Design RD 1031, Dec. 2006
W. S. Moon, S. B. Im, "Adaptive feedback interference cancellation using correlation for WCDMA wireless repeaters," The Institute of Electronics Engineers of Korea, Journal, vol. 44, issue 7, July, 2007
J. -C. Lin, "Blind equalization technique based on an improved constant modulus adaptive algorithm," IEE Proceedings Communications, vol. 49, no.1, pp.45-50, Feb. 2002
전영섭, 선우명훈, 김경호, "CMA 알고리즘을 이용한 고속 DFE 등화기 설계," 대한 전자공학회 논문지, vol. 39, no. 4, pp.9-15, 2002
E. Walach and B. Widrow, "The Least Mean Fourth (LMF) Adaptive Algorithm and its Family," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. IT30, pp.275-283, Feb. 1984
P. I Hubscher and J. C. M. B, "An Improved Statistical Analysis of the Least Mean Fourth (LMF) Adaptive Algorithm," IEEE Trans. Signal Processing, vol. 51, no.3, pp.664-671, Mar. 2003
W. Karen Egiazarian and Pauli Kuosmanen, "Variable step-size LMS adaptive filters for CDMA multiuser detection," IEEE TELSIKS Serbia and Montenegro, 1-3, pp259-264, Oct. 2003

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