When a radio repeater using the same frequency for signal transmission and reception has a gain that is larger than the isolation between its transmit and receive antennas, it oscillates due to feedback interference signals. To study the prevention of feedback oscillation of a radio repeater in this work, we first formulate a feedback oscillation model and then derive a time domain interference cancellation (ICAN) model for a radio repeater. Using the ICAN model, we show that the stability and the signal quality of the repeater depend on the repeater’s gain and time delay, the propagation delay on feedback paths, feedback channel characteristics, and the capability of the feedback channel estimation algorithm. It is also shown that the stability condition of the repeater does not guarantee the quality of the repeater’s output signal. To guarantee stability and signal quality for a radio repeater, we propose an ICAN scheme, where an adaptive filter based on an iterative algorithm is used to adaptively estimate a feedback channel response, generate estimated feedback signals using the estimated feedback channel response, and cancel the feedback interference signals using the estimated feedback signals. Using an efficient simulator, which was implemented to speed up the design and performance verification of the ICAN scheme for radio repeaters, we confirm that the stability and the signal quality of a radio repeater depend on various factors noted above.
In addition, through a frequency domain ICAN model derived from the time domain ICAN model, it is found that if the proposed ICAN scheme is applied to a wideband radio repeater that relays a wideband signal such as a WCDMA signal with multiple bands, the output spectrum of the repeater gets deteriorated due to insufficient cancellation of the feedback signals. Therefore, to prevent the output spectrum of the wideband ICAN repeater from being deteriorated, a wideband ICAN scheme with a parallel structure is proposed, where a wideband input signal with multiple bands is first split into multiple narrowband signals, and then ICAN is performed for each narrowband signal. However, the wideband ICAN scheme requires enormous processing power to perform ICAN in real time due to multiple narrowband input and output filters and adaptive filters. Thus, to reduce the complexity of the wideband ICAN scheme, three complexity reduction methods based on polyphase filtering, interpolation filters, and frequency sampling filters are proposed. By complexity analysis and simulations, we show that the complexity reduction methods considerably reduce the complexity of the wideband ICAN scheme with negligible deterioration of the signal quality and the spectrum of the repeater’s output signal.
동일한 송수신 주파수를 사용하는 무선 중계기는 송수신 안테나 사이의 분리도(isolation) 보다 큰 이득을 가질 경우 피드백 간섭 (interference) 신호들로 인해 발진 (oscillation) 하게 된다. 무선 중계기의 피드백 발진 방지를 연구하기 위해 본 논문에서는 무선 중계기의 피드백 발진 모델을 만들고 시간 영역의 간섭 제거 모델을 유도하였다. 그리고 간섭 제거 모델을 이용하여 중계기의 안정성과 신호 품질이 중계기의 이득과 시간 지연, 피드백 경로들의 전파 지연, 피드백 채널 특성 및 피드백 채널 추정 알고리즘의 능력에 의존한다는 것을 보였다.
무선 중계기의 안정성과 신호 품질을 보장하기 위해, 본 논문에서는 반복 알고리즘에 기반한 적응 필터를 사용하여 피드백 채널 응답을 추정하고, 추정된 응답을 이용하여 만들어진 피드백 신호로 실제 피드백된 간섭신호를 상쇄시키는 간섭 제거 방식을 제안하였다. 그리고 무선 중계기용 간섭 제거 방식의 설계 및 성능 검증을 효율적으로 수행하기 위해 만든 시뮬레이터를 이용하여 무선 중계기의 안정성과 신호 품질이 위에서 언급한 여러 요인에 의존한다는 것을 보였다.
또한 시간 영역 간섭 제거 모델로부터 유도된 주파수 영역 간섭 제거 모델을 통해 제안된 간섭 제거 방식이 다수의 밴드를 갖는 광대역 신호를 중계하는 광대역 무선 중계기에 적용될 경우 피드백 신호가 충분히 상쇄되지 못해 중계기의 출력 스펙트럼 특성이 나빠지는 것을 확인하였다.
그러므로 광대역 간섭 제거 중계기의 출력 스펙트럼 특성이 저하되는 것을 막기 위해, 본 논문에서는 수신된 다수의 대역을 포함한 광대역 입력 신호를 협대역 필터를 이용하여 다수의 협대역 입력 신호로 분할한 후 각 협대역 신호에 대해 간섭 제거 기능을 수행하는 평행 구조를 갖는 광대역 간섭제거 방식을 제안하였다. 하지만 제안된 광대역 간섭 제거 방식은 다수의 입출력 협대역 필터들과 적응 필터들을 사용해야 하므로 실시간 간섭 제거 기능 수행시 매우 큰 연산량이 요구된다. 그러므로 광대역 간섭 제거 방식의 복잡도를 줄이기 위해, 폴리페이즈 필터링 (Polyphase filtering), 보간(interpolation) 필터 및 주파수 샘플링 필터에 기반한 세가지 복잡도 감소 방법을 제안하였다. 그리고 복잡도 분석과 시뮬레이션을 통해 제안된 복잡도 감소 방법들이 무선 중계기의 출력 신호 품질과 스펙트럼의 특성을 거의 저하시키지 않으면서 광대역 중계기용 간섭 제거 방식의 복잡도를 상당히 줄인다는 것을 확인하였다.
