ICS 개요
RF 중계장치들은 기지국과 서비스영역간에 케이블이나 광선로가 필요 없는 매우 경제적인 음영해소 수단입니다. 그러나 만약 도너안테나와 서비스 안테나가 충분히 격리되어 있지 않으면 중계장치의 출력이 중계장치의 입력으로 궤환되어 발진이 발생되는 데, 이렇게 발진이 발생되면 무선망의 셀 전체에서 서비스가 불가능하게 됩니다.
따라서 일반 RF 중계장치들은 궤환현상으로 발진이 일어나지 않도록 도너안테나와 서비스안테나간에 중계장치의 증폭도 보다 적어도 15dB내지 20dB 정도 더 큰 격리도를 가지고 설치되어야 합니다. 이러한 제약으로 인해 RF 중계장치의 일반적인 활용범위는 콘크리트나 벽돌로 된 벽이나 지층으로 도너안테나와 서비스안테나가 분리되어 물리적인 격리도가 충분히 얻어지는 실내 음영해소에 국한됩니다.
이러한 제약을 극복하기 위하여 ICS (Interference Cancellation System: 간섭제거장치)가 고안되었습니다. ICS는 중계장치의 입력에서 궤환파를 제거하여 40dB이상의 격리효과를 발생합니다. 이러한 추가적인 격리효과 덕분에 도너안테나와 서비스안테나가 벽이나 지층을 사이에 두고 분리될 필요가 없습니다. 도너안테나와 서비스안테나는 3~4 m만 거리를 둔 채 하나의 기둥에 설치 될 수도 있고 심지어 두 안테나 모두가 하나의 중계장치 몸체에 부착 된 채 RF 중계장치보다 훨씬 높은 증폭도를 가지고 운용 될 수도 있습니다. 이러한 특징으로 ICS 중계장치는 RF중계장치의 편의성과 경제적인 장점을 모두 유지하면서도 최대 100dB나 되는 이득으로 옥외에서 운용 될 수 있습니다. 또한 ICS는 안테나일체형 중계장치에 사용되어 가옥이나 건물 밖에 별도의 외부 도너안테나를 설치하지 않아도 실내의 음영 지역을 해소할 수 있습니다. 그림1에 RF 중계장치와 ICS 중계장치의 운용환경을 나타내고 있습니다.
ICS 신호처리는 그림2에서와 같이 궤환채널 추정(feedback channel estimation), 궤환파 생성(feedback waveform generation) 및 감산기능으로 구성됩니다. 이 중에서도 궤환채널 추정이 ICS의 성능에 있어서 가장 중요합니다. 이 기능은 시간에 따라 변화하는 궤환채널을 실시간으로 정밀하게 추정하고 지속적으로 추적하여야 합니다. 그 후 추정된 궤환채널과 송신신호를 이용하여 궤환파를 생성하고 기지국 혹은 단말기로부터 오는 신호와 궤환파가 합쳐진 수신파형으로부터 제거하게 됩니다.
간섭제거 성능의 중요한 지표 중 하나는 신호전력대비 간섭제거 후 잔류궤환전력의 비율을 허용된 수준 이하로 유지하면서 ICS가 작동할 수 있는 신호전력대비 최대 궤환전력의 비율입니다. 잔류궤환전력 비율의 허용 수준은 EVM(Error Vector Magnitude)으로 주어지는데, 무선표준에 따라 다른 값이 적용됩니다. 예를 들면, WCDMA의 경우 12.5%, LTE의 경우 8%가 일반적입니다.
흔히 이 성능지표는 중계장치의 증폭도와 안테나간의 격리도에 대한 부등식으로 나타내어지는데, G를 중계장치의 증폭도, I를 도너안테나와 서비스안테나간의 격리도, 그리고 Cmax 를 dB로 나타낸 신호전력 대비 궤환전력의 비율이라고 할 때, G ≤ I+Cmax (dB)와 같이 표현할 수 있습니다.
또 다른 간섭제거 성능의 지표는 그림3에 나타낸 것과 같은 간섭제거 전후의 간섭전력 비율입니다. 이 지표는 중계장치 입력단의 입력신호 전력 대 궤환전력의 비율과 중계장치 출력단의 EVM 으로 부터 구할 수 있습니다. EVM은 신호의 크기 대비 오차의 크기 비율이므로, 잔류궤환이 상관관계가 없고 다른 잡음성분이나 간섭성분이 무시할 만 하다는 가정 하에 20log(EVM/100)를 취하면 신호전력 대비 잔류궤환전력의 비율이 얻어집니다. 따라서 궤환전력과 신호전력을 임의로 설정할 수 있는 실험실환경에서 이 지표를 측정 할 수 있습니다.
ICS는 시간에 따라 변화하는 시변궤환채널(time-varying feedback channel)에 적응해야 하므로 특히 도로변이나 철로변에 설치 되는 경우, 궤환채널의 도플러 패이딩 (Doppler fading)에 대한 면역성이 매우 중요합니다. 즉, 간섭제거성능은 이동차량으로 인한 궤환채널의 변화에 대응하여 서비스 품질을 유지할 수 있어야 합니다. 대부분의 ICS 구현에서 간섭제거성능에 관계되는 몇 가지 요소는 정적채널 (static channel)과 도플러 패이딩 채널에 대해 상충합니다. 즉, 정적채널에 대한 성능을 극대화 시키면 도플러 패이딩 채널에서 성능이 열화되고, 그 반대로 도플러 패이딩 채널에서 성능을 극대화 시키면 정적채널에서 성능이 떨어지게 됩니다. 따라서 이들 성능이 잘 절충되고 최적화되어야 합니다.
궤환채널에 레일라이(Rayleigh) 도플러 패이딩이 발생하면 궤환파의 최대값은 그 평균값에 비해 10dB이상 높아지게 됩니다. 그러므로 ICS는 운용되는 증폭도에서 간섭제거 성능에 10dB이상 여유를 가져야 합니다. 그렇지 않으면 서비스 커버리지가 축소되는 현상을 감수하고라도 자동으로 증폭도를 감소시켜야 합니다.
이동차량은 특히 상향링크 (up link)에 대해 궤환채널에서만이 아니라 입력신호에도 도플러 패이딩을 발생합니다. 그 결과로 입력신호 만이 아니라 궤환파의 크기도 변동하므로 ICS 중계장치는 정확한 자동이득조정으로 그러한 넓은 활성영역 (dynamic range)을 처리 할 수 있어야 합니다.