Complex Singed-Singed LMS 적응 알고리즘을 사용한 간섭제거 중계기(ICS)연구 ICS(Interference Cancellation System) in Wireless Repeater Using Complex Singed Singed LMS Algorithm원문보기
최근 들어, 이동통신 서비스가 광범위가 사용되고 서비스 지역이 확대됨에 따라 서비스 품질 유지를 위한 서비스 영역의 확장이 요구 되어 짐에 따라 중계기의 역할은 계속적으로 증가하고, 비교적 설치가 용이하고 위치 제약이 적으며, 비용 측면에서 운영 비용이 절감되는 ICS(Interference Cancellation System) 중계기가 요구되어진다.. 하지만 적용되어지는 적응 알고리즘의 필터 업데이트 시 연산량의 증가로 인해 하드웨어 복잡도가 증가하게 되어 구현 시 많은 어려움이 따른다. 본 논문에서는 궤환되는 경로가 존재하는 경우. 기저대역 신호처리를 활용한 ICS 중계기에서 궤환 간섭 신호를 제거를 위한 연산량이 대폭줄여 하드웨어 복잡성을 감소시키는 Complex Signed signLMS 적응 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위해 Static 채널 환경 하에서 WCDMA 신호를 이용하여 ICS 시스템에 대한 알고리즘을 모의 실험 한 결과, 수렴속도 및 수렴 오차 측면에서 우수한 성능을 통해 구현시 요구되어지는 연산량을 크게 줄여 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 효과를 볼 수 있게 되었다.
최근 들어, 이동통신 서비스가 광범위가 사용되고 서비스 지역이 확대됨에 따라 서비스 품질 유지를 위한 서비스 영역의 확장이 요구 되어 짐에 따라 중계기의 역할은 계속적으로 증가하고, 비교적 설치가 용이하고 위치 제약이 적으며, 비용 측면에서 운영 비용이 절감되는 ICS(Interference Cancellation System) 중계기가 요구되어진다.. 하지만 적용되어지는 적응 알고리즘의 필터 업데이트 시 연산량의 증가로 인해 하드웨어 복잡도가 증가하게 되어 구현 시 많은 어려움이 따른다. 본 논문에서는 궤환되는 경로가 존재하는 경우. 기저대역 신호처리를 활용한 ICS 중계기에서 궤환 간섭 신호를 제거를 위한 연산량이 대폭줄여 하드웨어 복잡성을 감소시키는 Complex Signed sign LMS 적응 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위해 Static 채널 환경 하에서 WCDMA 신호를 이용하여 ICS 시스템에 대한 알고리즘을 모의 실험 한 결과, 수렴속도 및 수렴 오차 측면에서 우수한 성능을 통해 구현시 요구되어지는 연산량을 크게 줄여 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 효과를 볼 수 있게 되었다.
In recent years, mobile communication service is used extensively as a larger service area for the maintenance of quality of service required by the expansion of service areas and As the ever-increasing role in relays, and the location is relatively easy to install and less constrained costs, operat...
In recent years, mobile communication service is used extensively as a larger service area for the maintenance of quality of service required by the expansion of service areas and As the ever-increasing role in relays, and the location is relatively easy to install and less constrained costs, operating cost savings in terms of ICS(Interference Cancellation System) repeaters are required. However, an adaptive algorithm that is applied when updating the filter due to the increase in volume of operations increase the complexity of hardware implementation is fraught with many difficulties. In this paper, if there is a path that feedback. ICS repeater utilizing baseband signal processing for the removal of interfering signals from the feedback operation, significantly reducing the amount of reducing hardware complexity Complex Singed Signed LMS adaption algorithm is proposed. Proposed algorithm for evaluating the performance of Static channel WCDMA signal environment for the ICS, the results of the simulation algorithm, convergence speed and better performance in therms of convergence errors that are required through the implementation of the operation greatly reduces the amount of hardware complexity able to reduce the effect was visible.
In recent years, mobile communication service is used extensively as a larger service area for the maintenance of quality of service required by the expansion of service areas and As the ever-increasing role in relays, and the location is relatively easy to install and less constrained costs, operating cost savings in terms of ICS(Interference Cancellation System) repeaters are required. However, an adaptive algorithm that is applied when updating the filter due to the increase in volume of operations increase the complexity of hardware implementation is fraught with many difficulties. In this paper, if there is a path that feedback. ICS repeater utilizing baseband signal processing for the removal of interfering signals from the feedback operation, significantly reducing the amount of reducing hardware complexity Complex Singed Signed LMS adaption algorithm is proposed. Proposed algorithm for evaluating the performance of Static channel WCDMA signal environment for the ICS, the results of the simulation algorithm, convergence speed and better performance in therms of convergence errors that are required through the implementation of the operation greatly reduces the amount of hardware complexity able to reduce the effect was visible.
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문제 정의
중계기에서 송신신호가 다중 경로 채널을 거쳐 수신 안테나로 궤환 되는 신호로 인하여 성능 열화가 나타난다. 본 논문에서는 WCDMA ICS 중계기에 적용되어 지는 적응 필터 알고리즘에서 필터의 탭 수의 증가로 발생되는 연산량의 증가로 하드웨어 복잡도가 증가하게 되는데 이러한 부분을 크게 줄 일 수 있는 complex signed sign LMS 적응 알고리즘을 제안하였다. 제안한 Complex Signed Signed .
본 논문에서는 곱셈 연산이 필요 없는 Complex Sin-Signed LMS 적응 알고리즘을 제안하여 성능을 평가하고자 한다. 제안한 알고리즘은 저렴한 디지털 소자를 이용하여 쉽게 실내 및 가정용 WCDMA ICS(Interference Cancellation System) 적용되어 졌다.
하지만 구현 시 연산량이 많아 하드웨어 복잡도가 증가하게 된다. 이러한 문제를 해결하기위해 본 논문에서는 Complex Signed Signed LMS 적응 알고리즘을 제안한다.
제안 방법
표 1에서 M은 적응 필터의 차수를 나타내며 데이터가 복소수 일 경우, 매 회 업데이트 되어지는 적응 필터 계수를 얻기 위해 요구되어지는 곱셈과 덧셈의 연산수를 비교하였다. 제안 되어 진 Complex Signed Signed LMS 알고리즘을 사용 할 경우 다른 LMS 적응 알고리즘에 사용되어지는 곱셈연산이 필요 없이 단지 에러 신호와 데이터의 부호를 입력으로 하는 네 개의 입력 LUT(Look Up Table)로 2M 덧셈만 필요하게 된다.
대상 데이터
사용된 신호 WCDMA 대역폭 3.84MHz, Data Rate 7.68MHz I/Q신호를 사용 하였고 60000개의 Data 채취하여 실험결과를 비교하였다.
데이터처리
제안한 Complex Signed Signed 적응 알고리즘과 nLMS알고리즘 성능을 비교하기 위해 모의실험을 하였다.
이론/모형
본 논문에서는 곱셈 연산이 필요 없는 Complex Sin-Signed LMS 적응 알고리즘을 제안하여 성능을 평가하고자 한다. 제안한 알고리즘은 저렴한 디지털 소자를 이용하여 쉽게 실내 및 가정용 WCDMA ICS(Interference Cancellation System) 적용되어 졌다.
성능/효과
0001값으로 정하고 기존의 nLMS와 제안한 알고리즘의 수렴곡선의 특성을 비교하였다. 궤환 되어 오는 신호의 이득이 0dB 이하 인 경우 수렴속도 및 수렴 오차 측면에서 비교했을 때 제안한 complex signed sign LMS 적응 알고리즘의 성능이 우수했으나 0dB 이상인 경우는 nLMS 적응 알고리즘 성능이 제안한 적응 알고리즘보다 더 우수함을 알 수 있다.
적응 알고리즘의 필터 업데이트 방정식에 다양한 스텝 사이즈를 적용하여 모의실험을 실시한 결과, 스텝 사이즈가 증가함에 따라 수렴 오차는 커지지만 수렴 속도가 빠르다는 것을 알 수 있었으며,스텝 사이즈가 너무 작거나 클 경우 수렴하지 못하고 그대로 발산해 버리는 것을 알 수 있다. 다음으로 본 논문에서 제안한 적응 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 static 환경 하에서 궤환 되어지는 신호의 크기를 변화시켜 nLMS 적응 알고리즘과 성능 비교 모의실험을 실시한 결과, 제안된 적응 알고리즘을 사용하였을 경우 궤환되어 오는 신호의 이득이 0dB이하일 경우 오차 벡터 크기가 nLMS 적응 알고리즘 성능과 비교했을 때 수렴속도 및 수렴 오차 측면에서 우수한 성능을 나타내었다.
위의 표의 결과와 같이 두 알고리즘의 에러 신호의 SNR를 보면 수렴 오차의 차이가 적음을 알 수 있다.
제안한 Complex Signed Signed .적응 알고리즘의 필터 업데이트 방정식에 다양한 스텝 사이즈를 적용하여 모의실험을 실시한 결과, 스텝 사이즈가 증가함에 따라 수렴 오차는 커지지만 수렴 속도가 빠르다는 것을 알 수 있었으며,스텝 사이즈가 너무 작거나 클 경우 수렴하지 못하고 그대로 발산해 버리는 것을 알 수 있다. 다음으로 본 논문에서 제안한 적응 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 static 환경 하에서 궤환 되어지는 신호의 크기를 변화시켜 nLMS 적응 알고리즘과 성능 비교 모의실험을 실시한 결과, 제안된 적응 알고리즘을 사용하였을 경우 궤환되어 오는 신호의 이득이 0dB이하일 경우 오차 벡터 크기가 nLMS 적응 알고리즘 성능과 비교했을 때 수렴속도 및 수렴 오차 측면에서 우수한 성능을 나타내었다.
제안된 알고리즘은 필터 계수 업데이트 시 곱셈 연산의 필요성 없어져 매우 간단한 구조로 쉽게 구현되어진다.
후속연구
향후 제안한 Complex Signed Signed 적응 알고리즘의 성공적인 구현을 위해서 도플러 환경 하에서 실험 결과와 실제 구현을 통해 실험을 실시하고 최적의 파라미터를 구하기 위한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
적응 필터 알고리즘에는 무엇이 있는가?
반향 성분을 제거하는 적응 알고리즘 필터로 사용하는 것이 일반적이다. 적응 필터 알고리즘으로는 LMS(Least Mean Square),RLS(Recursive Least Square) 등이 있으나 안정되고 계산량이 비교적 적은 LMS 적응 필터 알고리즘이 가장 널리 사용된다.LMS 알고리즘은 오래된 역사에 걸맞게 여러 응용 분야에 따라 많은 파생 알고리즘이 나왔으며, 이 중에서 많이 이용되고 있는 적응 필터 알고리즘 중 비교적 상대적으로 연산량이 적으면서 성능이 좋은 nLMS(Normal Least Mean Square) 적응 필터 알고리즘이 많이 이용 되어진다.
간섭 제거 시스템은 어떤 구조로 되어있는가?
최근 이러한 궤환 신호를 디지털 신호 처리에 의해 제거하는 간섭 제거 시스템 (Interference Cancellation System,ICS)이 개발되어 진다. 간섭 제거 시스템은 입.출력 신호를 바탕으로 궤환 채널 응답 특성을 추정하여 반향 신호를 예측 계산하여 입력단으로 들어오는 반향 신호를 제거하는 구조로 되어 있다.[2~3]
본 논문에서 제안한 Complex Signed sign LMS 적응 알고리즘의 성능평가를 한 결과는 어떠한가?
기저대역 신호처리를 활용한 ICS 중계기에서 궤환 간섭 신호를 제거를 위한 연산량이 대폭줄여 하드웨어 복잡성을 감소시키는 Complex Signed sign LMS 적응 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위해 Static 채널 환경 하에서 WCDMA 신호를 이용하여 ICS 시스템에 대한 알고리즘을 모의 실험 한 결과, 수렴속도 및 수렴 오차 측면에서 우수한 성능을 통해 구현시 요구되어지는 연산량을 크게 줄여 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 효과를 볼 수 있게 되었다.
참고문헌 (7)
Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Communications Systems, Artech House, 2004.
L. J. Cimini, "Analysis and simulation of a digital mobile channel using orthogonal frequency division multiplexing," IEEE Trans. Commun., vol. 33, no. 7, pp. 665-675, Jul. 1985.
M. Alard and R. Lassalle, "Principles of modulation and channel coding for digital broadcasting for mobile receivers," EBU Review Technical, no. 224, pp. 168-190, Aug. 1987.
J. R Treichler, C.R. Johnson Jr., M.G Larimore, " Theory and Design of Adaptive Filters",Prentice Hall,pp 107
A.H Sayed, "Fundamenatals of Adaptive Filtering", Wiley,pp24.
Tyseer Aboulnasr and K. Mayyas "A Robust Variable Step-Size LMS Type Algorithm Analysis and Simulation", IEEE Trans. on Signal Processing, Vol.45, No.3, Mar. 1997.
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