본 논문에서는 희소어레이 구조를 응용한 선형제약형 적응어레이 처리기를 제안하였다. 다경로 환경하에서 간섭신호의 제거에 효과적인 공간유화방법을 사용하여 제안된 어레이 처리기의 성능을 분석평가하였다. 선형어레이와 최적화된 센서간격으로 이루어진 선형어레이와 정상어레이 간의 성능을 비교하였다. 실험결과 최적화된 희소어레이를 이용한 선형제약형 적응어레이의 성능이 정상어레이의 성능에 버금가는 것으로 나타났다.
본 논문에서는 4세대 이동 통신의 핵심 중의 하나라 할 수 있는 무선인터넷(WiBro) 시스템에 단말과 기지국에서 상호 결합하여 동작하는 결합 적응 어레이 안테나(joint adaptive may antenna)를 사용하는 WiBro시스템 구조를 제안하고 이에 따른 성능을 평가하였다. 단말과 기지국에 적응 어레이 안테나를 사용하지 않는 시스템과 비교하여 각 부반송파의 순시 (instantaneous) SINR이 증가하고 부반송파의 변화가 줄어들므로 시스템에서의 사용되는 전력도 감소하게 된다. 그러나 이러한 시스템의 성능 향상을 위해서는 기지국과 단말에서 최적 가중치(optimum weight) 계산이 요구되는데 이것은 시스템에 많은 계산량을 필요로 하게 된다. 이러한 계산량을 감소시키기 위해 부반송파를 그룹화하여 응집 대역폭(coherence bandwidth)내에 존재하는 부반송파에 대해서 동일한 가중치를 사용함으로써 시스템의 계산량을 줄일 수 있게 된다. 이때 응집 대역폭 내에 존재하는 부채널을 그룹화 하면 비록 수신 성능의 감쇠가 나타나지만 근소한 성능의 저하를 가져온다. 본 논문에서는 결합 적응적 어레이 안테나를 적용한 무선 인터넷 시스템의 성능을 타 시스템과 비교하여 단말과 기지국에서 상호 결합하여 동작하는 시스템은 전력 소비 감소, SINR 향상, 그리고 에러율 감소, 채널 변화 완화 등의 다양한 성능이 향상됨을 정량적으로 평가한다.
최근 영상 회의 시스템에서 화자 위치 추정 및 음질 향상 기술이 연구되고 있다. 이 시스템에서는 마이크로폰 어레이를 이용하여, 화자의 위치를 파악하여 화자의 방향으로 카메라를 자동으로 조정해 주고 그 방향으로부터 입사되는 신호만을 수신할 수 있도록 한다. 이를 위해 마이크로폰 어레이가 연구되어져 왔다. 덜 연구에서는 시간에 따라 변화하는 음향 환경에 적응하는 적응 정합 필터 마이크로폰 어레이를 제안하고, 실험을 통해 그 성능을 고찰하였다.
본 논문은 실제 환경에서 고품질 음성 신호 취득을 위해, 적응 마이크로폰 어레이 시스템을 위한 적응 모드 컨트롤러를 제안한다. 적응 어레이 알고리즘의 올바른 동작을 위하여, 제안된 적응 모드 컨트롤러는 시간 축의 정보뿐만 아니라 공간 축의 정보를 함께 사용한다. 제안된 적응 모드 컨트롤러는 초기화 단계와 수행 단계의 두 단계로 나뉘어 동작되는데, 초기화 단계에서는 음원 위치 추정 기술이 사용되며, 수행 단계는 신호의 상관 관계 특성에 의해 동작한다. 적응 어레이 알고리즘으로는 적응 차단 행렬을 이용한 Generalized Sidelobe Canceller가 사용되었다. 제안한 적응 모드 컨트롤러는 적응 차단 행렬이 수렴되지 않은 경우에도 사용 가능하며, 기존의 전력비 방법에 비해 안정적인 성능을 나타낸다. 본 논문은 제안한 시스템을 실제 환경에서 평가하였으며, 2m 거리에 위치한 화자에 대해 13dB SINR 향상을 얻었다.
이 논문은 적응 복합 어레이 처리기에 공간과 주파수 영역에 미분 영점 조건을 사용한 개조복합 어레이 처리기에 대하여 서술한다. 방해신호와 원하는 신호의 주파수는 같으나 방향은 서로 다르며, 방해신호의 방향가 주파수는 알고 있다고 가정하였다. 컴퓨터 실험 결과, 고계의 미분영점은 영점 폭을 넓게 하여 광대역 방해신호를 제거하는데 적합하며, 주파수 영역에서의 영계의 미분영점 (단순점 영점)은 복합어레이 처리기에 내재하는 여분의 오류 신호를 줄여 어레이의 성능을 향상시킬 수 있음이 판명되었다.
DS/CDMA 이동통신 환경에서 채널의 용량을 제한하는 가장 큰 요인은 다중 사용자 간섭 신호의 영향이다. 본 논문에서는 어레이 안테나와 적응 혼합 다중 사용자 검파기 구조 (MUD: Multi-User Detection)를 이용하여 이러한 문제를 제거한다. 어레이 안테나의 각각의 빔 형성기는 MUD에서 궤환되는 기준 신호를 이용하여 원하는 사용자의 방향으로 빔을 형성하고 간섭 신호 방향으로는 널을 형성하여 제거하게 된다. 수신 신호의 전력이 제어되지 못하여 원근 문제(near-far problem)가 발생할 경우, 제안한 MUD는 적응적으로 지배적인 상관 값에 대해서는 직렬형, 비슷한 크기의 신호들은 병렬형 간섭 제거기를 통하여 제거함으로써 기존의 고정형 간섭 제거기보다 우수한 성능을 나타내었다.
본 논문에서는 개인용 컴퓨터를 기반으로 한 실시간 마이크로폰 어레이 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 Generalized Sidelobe Canceller (GSC) 를 기반으로 하며, 새로운 적응 모드 제어기 (adaptation mode controller) 를 이용함을 특징으로 한다. 제안한 마이크로폰 어레이 시스템의 성능 평가를 위해, 일반 가정의 거실을 모델링한 실험 환경을 구축하여 실험을 수행하였다. 실험을 통해 제안된 시스템이 안정적으로 GSC의 적응 모드를 제어하고, 목적 신호의 왜곡을 최소화하면서도 간섭 신호 제거 성능이 뛰어남을 확인하였다.
적응 어레이(adaptive array) 기법은 이동통신 시스템에서 발생하는 동일채널 간섭신호를 제거하는 데에 효과적인 기술이다. 적응 어레이 기법 중 가장 널리 이용되는 SMI 기법은 높은 성능을 보이는 데 반해 상대적으로 많은 계산량을 필요로 한다. 본 논문에서는 역행렬의 크기를 줄임으로써 SMI 기법의 복잡도를 줄이는 방법을 제안한다. 제안하는 기법은 안테나 어레이 중 받은 신호의 파워가 가장 작은 안테나를 사용하지 않음으로써 안테나 어레이의 개수를 하나 줄이는 방식을 사용한다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 방법의 복잡도가 낮음에도 불구하고 우수한 성능을 갖는다는 것을 입증한다.
본 논문에서는 주파수 영역 적응 어레이의 계산량을 감소시키기 위한 주파수 영역 부분적응 어레이 알고리듬인 센서링(censoring) 알고리듬을 제안하고, 이를 공간평활(spatial smoothing) 기법과 결합하여 공간평활로 인한 계산량 문제를 해결할 수 있는 센서링 공간평활 알고리듬을 제안한다. 제안한 센서링 알고리듬은 CFAR(constant false alarm rate) 검파기법을 이용하여 각 주파수 대역에 간섭신호가 있는지를 판단하고 간섭신호가 있는 주파수 대역의 해당 가중치에 대해서만 적응 알고리듬을 적용한다. 모의실험을 통하여 제안한 알고리듬을 사용한 GSC(generalized sidelobe canceller)가 기존의 주파수 영역 LMS(least mean square) 알고리듬을 사용한 GSC에 비하여 크게 줄어든 계산량으로 빠르게 간섭신호를 제거함을 확인하였다.
원하는 신호의 도래방향에 관한 정보를 이용하여 적응 어레이는 이 방향으로 빔 이득을 유지하면서 간섭신호를 제거한다. 신호 부공간에서 가중벡터를 조정하면 전체 공간에서 조정하는 방식에 비해 빠른 수렴속도를 가지며, 도래각 정보에서의 에러에 강인한 특성을 가진다. 그러나 공분산 행렬의 고유분해가 필요하고 이에 따른 계산이 복잡하다. 본 논문에서는 PASTd(projection approximation subspace tracking with deflation) 방식에 기초하여 계산이 간단한 신호 부공간에 기초한 적응어레이를 제시한다. 제시된 방식은 고유벡터가 직교하도록 원래의 PASTd를 변형해서 사용하고 있고, 직접 고유분해하는 방식과 동일한 성능을 가지면서 계산량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한 신호 부공간 어레이의 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)성능을 이론적으로 분석하여, 이의 동작특성을 고찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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