[논문]전이중 통신기반 DOCSIS 3.1 시스템에서 자기간섭제거를 위한 채널 및 비선형왜곡 추정 기술 연구

백명선; 조용성; 정준영

[국내논문] 전이중 통신기반 DOCSIS 3.1 시스템에서 자기간섭제거를 위한 채널 및 비선형왜곡 추정 기술 연구
Channel and Nonlinear Element Estimation Technique for Self - Interference Cancellation in DOCSIS 3.1 System with Full Duplex 원문보기

백명선 (한국전자통신연구원) , 조용성 (한국전자통신연구원) , 정준영 (한국전자통신연구원)

본 논문에서는 전이중 통신 방식을 사용하는 DOCSIS 3.1 시스템의 자기간섭 제거를 위한 자기간섭신호의 채널 및 비선형 왜곡 요소를 추정하는 기술을 제안한다. DOCSIS 3.1 시스템의 전이중 통신 방식은 일반적으로 가입자 단말인 CM (Cable Modem) 과 케이블방송신호 송신 시스템인 CMTS (Cable Modem Termination System) 사이의 상하향 통신을 시간/주파수의 분할 없이 동시에 수행하는 통신 방식이다. CMTS 에서 CM 의 신호를 수신함과 동시에 CMTS 신호를 송신하는 경우 고출력의 CMTS 송출신호가 CMTS 의 수신기로 인가되는 자기간섭 현상이 발생하게 된다. 이렇게 인가되는 자기간섭신호는 고출력 증폭기 (HPA: High - Power Amplifier) 및 Feedback 채널의 영향으로 크게 왜곡되어 수신된다. 따라서 자기간섭신호를 제거하고 CM 의 신호를 원활하게 복조하기 위해서는 자기간섭신호의 왜곡 요소룰 추정 및 보상하는 절차가 반드시 필요하다. 본 논문에서는 자기간섭신호의 HPA 에서 발생하는 비선형 왜곡 요소 및 Feedback 채널의 영향으로 발생하는 채널 요소를 추정하는 기술을 제안하고 성능을 분석한다. 제안된 기술은 간단한 연산기반으로 왜곡요소의 추정이 가능하며 반복추정을 통해 성능을 효과적으로 향상시키는 것이 가능하다.

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가설 설정

본 몬문에서는 자기간섭신호의 왜곡요소 추정을 위해 특정구간 동안 CMTS 신호만을 전송하고 CM 은 신호를 전송하지 않는 단계를 가정한다. 본 논문에서는 두개의 OFDM 심볼구간을 상기 왜곡요소 추정 구간으로 고려한다.

제안 방법

1은 2017년도에 표준화가 완료된 케이블 기반의 데이터 송수신 표준이다. DOCSIS 3.1은 OFDM 을 사용하여 데이터를 송수신하며 안정적인 성능 획득을 위해 LDPC 오류정정부호를 적용하였다. 또한 가입자 단말인 CM (Cable Modem)과 방송국 종단 시스템인 CMTS (Cable Modem Termination System) 사이의 송수신 효율의 향상을 위해 전이중 (Full Duplex) 통신 방식을 도입하였다.
1은 OFDM 을 사용하여 데이터를 송수신하며 안정적인 성능 획득을 위해 LDPC 오류정정부호를 적용하였다. 또한 가입자 단말인 CM (Cable Modem)과 방송국 종단 시스템인 CMTS (Cable Modem Termination System) 사이의 송수신 효율의 향상을 위해 전이중 (Full Duplex) 통신 방식을 도입하였다. 전이중 통신 방식은 상하향 신호를 동시에 송수신하는 방식으로 CMTS에서는 방송국의 신호를 송출함과 동시에 CM의 상향신호를 수신하는 동작을 수행해야 한다.
또한 가장 첫 번째 홀수 차원의 비선형 인자는 3 차교차점 (IP3: third - order intercept point) 이라 불리며 비선형 왜곡에 가장 큰 영향을 준다. 따라서 본 논문에서는 IP3 을 고려하여 추정방법을 제안한다. 서술 및 계산의 편의를 위하여 1 차의 HPA Gain 을 1 이라 가정하면 (α₁=1) HPA 의 비선형 왜곡의 출력은 다음과 같이 간략하게 나타낼 수 있다.
본 몬문에서는 자기간섭신호의 왜곡요소 추정을 위해 특정구간 동안 CMTS 신호만을 전송하고 CM 은 신호를 전송하지 않는 단계를 가정한다. 본 논문에서는 두개의 OFDM 심볼구간을 상기 왜곡요소 추정 구간으로 고려한다. 자기신호만을 전송하는 단계에서 수신된 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
본 논문에서는 4096QAM 을 사용하는 DOCSIS 3.1 시스템을 고려한다. 그림 2- (1) 은 제안된 채널추정 기술의 MSE 성능을 보여준다.

성능/효과

3 장에서 설명된 것과 같이 복잡한 컨볼루션연산이나 추정 연산 없이, 단순한 수학적인 연산만으로 비선형 왜곡 요소 및 채널의 추정이 가능하다. 또한 반복횟수를 증가시킬수록 효과적으로 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 약 5 회 정도의 반복을 수행한 뒤에는 성능의 증가를 더 이상 획득하기 어렵다.

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