KR100720569B1

KR100720569B1 - Transmission/Receiving System between Base Station and Terminal

Info

Publication number: KR100720569B1
Application number: KR1020000056697A
Authority: KR
Inventors: 심동희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2007-05-22
Also published as: KR20020024877A

Abstract

본 발명은 CDMA 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 어레이 안테나를 이용한 기지국의 순방향 채널에서의 최적의 빔을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 기지국과 단말기간의 송수신 시스템은 기지국으로부터 수신된 신호로부터 기지국이 단말기로 송신할 신호의 빔 생성을 위한 인덱스를 추정하여 상기 기지국에 전송하는 단말기와, 상기 전송된 송신할 신호의 빔 인덱스를 갖는 웨이트 벡터와 송신할 신호와의 복소 내적에 의하여 생성된 빔을 상기 단말기에 전송하는 기지국으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 기지국이 단말기의 신호를 수신할 때만 안테나 어레이의 장점을 이용하는 것이 아니라 송신시에도 안테나 어레이의 장점을 충분히 이용하여 통신 품질 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다The present invention relates to a CDMA communication system, and more particularly, to a transmission / reception system between a base station and a terminal for generating an optimal beam in a forward channel of a base station using an array antenna. The transmission and reception system between a base station and a terminal according to the present invention includes a terminal for estimating an index for beam generation of a signal to be transmitted to a terminal from a signal received from the base station, and transmitting the index to the base station; And a base station for transmitting to the terminal a beam generated by a complex dot product of a weight vector having a beam index and a signal to be transmitted. Therefore, the present invention has an effect that the base station not only uses the advantages of the antenna array when receiving the signal of the terminal but also contributes greatly to the improvement of communication quality by fully utilizing the advantages of the antenna array during transmission.

스위칭 빔 안테나 어레이, 적응 알고리즘, 빔 인덱스 Switching beam antenna array, adaptive algorithm, beam index

Description

Transmission / Receiving System between Base Station and Terminal}

도 1은 종래의 이동통신 시스템의 역방향 채널에서 스위칭 빔 어레이(switching beam array) 안테나를 사용할 때의 안테나 어레이 시스템을 나타낸 도면.1 is a diagram illustrating an antenna array system when using a switching beam array antenna in a reverse channel of a conventional mobile communication system.

도 2 은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 일 예를 도시한 도면.2 is a diagram illustrating an example of a transmission and reception system between a base station and a terminal according to the present invention;

도 3은 도 2에 도시된 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면.3 is a diagram illustrating a configuration of a reception beam selection unit of the base station reception beam selection unit / transmission beam selection unit shown in FIG. 2;

도 4는 도 2에 도시된 단말기 빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면.4 is a diagram illustrating a configuration of a terminal beam selection unit illustrated in FIG. 2.

도 5는 도 2에 도시된 송신 주파수 천이부의 동작을 나타낸 도면.5 is a diagram illustrating an operation of a transmission frequency shifting unit shown in FIG. 2;

도 6은 송신 주파수 천이부의 동작을 설명하기 위한 입사 신호의 입사각(θ) 및 입사신호간 거리(D)를 나타낸 도면.Fig. 6 is a diagram showing an incidence angle θ of an incident signal and a distance D between incident signals for explaining the operation of the transmission frequency shifting unit.

도 7은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 다른 예를 도시한 도면.7 is a view showing another example of a transmission and reception system between a base station and a terminal according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

200 : 기지국 207 : 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부 200: base station 207: terminal CDMA demodulator / CDMA modulator

201 : 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부 208 : 단말기 채널 정보 계산부201: base station CDMA demodulator / CDMA modulator 208: terminal channel information calculator

202 : 기지국 수신/송신 빔형성부 209 : 단말기 빔 선택부 202: base station receiving / transmitting beamforming unit 209: terminal beam selecting unit

203 : 덧셈기 210 : 단말기 웨이트 벡터 저장부 203: Adder 210: Terminal weight vector storage unit

204 : 기지국 웨이트 벡터 저장부 211 : 단말기 204: base station weight vector storage unit 211: terminal

205 : 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 205: base station receive beam selector / transmit beam selector

206 : 기지국 송신 주파수 천이부 206: base station transmission frequency transition unit

본 발명은 CDMA 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 어레이 안테나를 이용한 기지국의 순방향 채널에서의 최적의 빔을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a CDMA communication system, and more particularly, to a transmission / reception system between a base station and a terminal for generating an optimal beam in a forward channel of a base station using an array antenna.

일반적으로, 무선통신을 행할 때, 수신되는 신호에는 원하는 신호(이하 "원신호"라 칭함)와 간섭신호가 함께 존재하며, 통상 한 개의 원신호에 대해 다수의 간섭신호가 존재한다. 이러한 간섭신호에 의한 통신왜곡의 정도는 원신호 전력대 모든 간섭신호 전력의 합에 의해 결정되므로, 원신호의 레벨이 간섭신호 각각의 레벨보다 현저히 높은 경우에도 간섭신호의 개수가 많으면 간섭신호의 전체전력이 커져서 통신왜곡이 발생하게 된다. In general, when performing wireless communication, desired signals (hereinafter referred to as " original signals ") and interference signals exist together in a received signal, and a plurality of interference signals exist for one original signal. Since the degree of communication distortion due to such interference signals is determined by the sum of the original signal powers and the powers of all the interference signals, even when the level of the original signal is significantly higher than the level of each of the interference signals, if the number of interference signals is large, The power increases and communication distortion occurs.

따라서, 종래의 셀룰라 이동통신 시스템에서는 스마트 안테나를 이용하여 이러한 간섭신호를 최소화시키는 데 중점을 두고 있다. 즉, 이동체가 이동하거나 그 신호의 도달각이 상황에 따라 가변적일 때, 여러 안테나 소자로 구성된 어레이(Array)를 사용해서 원거리 신호원들의 위치를 파악하거나 그 안테나 소자들로부터 나오는 신호들을 선택적으로 송수신하기 위하여 배열된 안테나의 위상을 제어하여 특정 신호(원신호)를 선택적으로 송수신하고 간섭 신호의 영향을 최소화시킴으로써 가입자 상호간의 간섭을 대폭 감소시키는 것이다.Therefore, the conventional cellular mobile communication system focuses on minimizing such interference signals using a smart antenna. That is, when the moving object is moved or the angle of arrival of the signal is variable according to the situation, an array of several antenna elements is used to locate remote signal sources or to selectively transmit and receive signals from the antenna elements. In order to control the phase of the arranged antenna to selectively transmit and receive a specific signal (original signal) and to minimize the influence of the interference signal to significantly reduce the interference between subscribers.

도 1은 종래의 이동통신 시스템의 역방향 채널에서 스위칭 빔 어레이(switching beam array) 안테나를 사용할 때의 안테나 어레이 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an antenna array system when using a switching beam array antenna in a reverse channel of a conventional mobile communication system.

도 1을 참고하면, 종래의 스위칭 빔 어레이는 몇 개의 고정된 빔을 생성하는 빔 형성기(101~103)와 그리고 빔 선택기(beam selector)(104)로 구성되어 있다. Referring to FIG. 1, the conventional switching beam array is composed of beam formers 101 to 103 and beam selectors 104 for generating several fixed beams.

상기 빔 형성기(101~103)는 안테나 어레이의 수신된 신호의 임의 입사각에 대하여 고정된 빔을 생성하는 장치로서, 각각의 빔 형성기(101~103)는 서로 다른 임의 입사각에 대하여 고정된 빔 패턴을 생성한다. 그러므로, 빔 선택기(104)는 안테나 어레이에 수신된 신호의 입사각에 따라 원신호에 대한 간섭신호의 영향이 최소가 되도록 하는 빔 형성기(101~103)를 선택하도록 하는 방식을 채택하고 있다.The beam formers 101 to 103 are apparatuses for generating a fixed beam for an arbitrary incident angle of a received signal of an antenna array, and each beam former 101 to 103 generates a fixed beam pattern for different random incident angles. Create Therefore, the beam selector 104 adopts a method of selecting the beam formers 101 to 103 such that the influence of the interference signal on the original signal is minimized according to the angle of incidence of the signal received by the antenna array.

상기 빔 형성기(101~103) 및 빔 선택기(104)의 동작은 다음 참고 문헌에 자세히 설명되어 있다.The operation of the beam formers 101-103 and the beam selector 104 are described in detail in the following references.

[참조문헌]References

William C.Y. Lee, An optimum solution of the switching beam antenna system, proceedings of IEEE 47th Vehicular Technology Conference, 1997, vol 1, pp. 170 - 172 William C.Y. Lee, An optimum solution of the switching beam antenna system, proceedings of IEEE 47th Vehicular Technology Conference, 1997, vol 1, pp. 170-172

일반적으로 안테나 어레이를 이동 통신 시스템에서 사용할 경우 이동 통신 시스템의 용량 증대와 통신 품질 향상에 기여한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 지금까지의 안테나 어레이를 이동 통신 시스템에 사용하려는 노력은 단말기로부터의 신호를 기지국이 수신하는 역방향 채널에만 집중되어 왔으며 기지국이 단말기로 신호를 전송하는 순방향 채널에서의 빔형성 방법은 알려진 기술이 없었다. In general, it is well known that the use of an antenna array in a mobile communication system contributes to an increase in capacity and communication quality of a mobile communication system. However, until now, efforts to use an antenna array in a mobile communication system have been concentrated only on a reverse channel where a base station receives a signal from a terminal, and there is no known technique for beamforming in a forward channel where a base station transmits a signal to a terminal. .

아울러 기존의 안테나 어레이를 이동 통신 시스템의 역방향 채널에 적용하려는 노력 중에서 적응 알고리즘을 사용하여 안테나 어레이의 빔패턴을 생성할 때는 신호원의 입사각에 따라 이 신호원을 추적할 수 있기 때문에 그 입사각으로의 빔패턴은 최대이득을 형성할 수 있지만 채널 환경이 급격히 변화하는 통신 환경하에서는 신호원의 입사각도가 수시로 변화하게 되므로 적응 알고리즘에 의한 빔 생성에 있어 많은 계산량을 요구하게 되므로 통신 시스템의 지연을 유발시킨다.In addition, in an effort to apply an existing antenna array to a reverse channel of a mobile communication system, when generating a beam pattern of an antenna array using an adaptive algorithm, the signal source can be tracked according to the incident angle of the signal source. Although the beam pattern can form the maximum gain, in the communication environment where the channel environment changes rapidly, the incidence angle of the signal source changes frequently, which requires a large amount of computation for beam generation by the adaptive algorithm, causing a delay in the communication system. .

또는 스위칭 빔 어레이를 사용할 경우에는 몇 개의 고정된 빔패턴 중 하나를 입사 신호의 입사각에 맞게 선택하는 기법을 사용하므로 신호원의 안테나 어레이로의 입사각에 민감하게 반응할 수 없어서 적응 알고리즘을 사용할 때에 비해 필연적으로 성능 저하가 유발된다. Alternatively, when using a switching beam array, a method of selecting one of several fixed beam patterns according to the incident angle of the incident signal is used, and thus it is not sensitive to the incident angle of the signal source to the antenna array. This inevitably leads to performance degradation.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 기지국의 순방향 채널에서의 최적의 빔 패턴을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템을 제공하기 위한 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmission and reception system between a base station and a terminal to generate an optimal beam pattern in a forward channel of a base station in view of the problems of the prior art mentioned above.

본 발명의 다른 목적은 기지국의 순방향 채널에서 적은 계산량을 요구하고, 수신신호의 입사각도에 보다 민감하게 반응하여 최적의 빔 패턴을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a transmission / reception system between a base station and a terminal, which requires a small amount of computation in a forward channel of a base station and generates an optimal beam pattern in response to an incident angle of a received signal.

삭제delete

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치상 특징에 따르면, 기지국으로부터 수신된 신호로부터 기지국이 단말기로 송신할 신호의 빔 생성을 위한 인덱스를 추정하여 상기 기지국에 전송하는 단말기와, 상기 전송된 송신할 신호의 빔 인덱스를 갖는 웨이트 벡터와 송신할 신호와의 복소 내적에 의하여 생성된 빔을 상기 단말기에 전송하는 기지국으로 구성되어 이루어진다.
바람직하게, 상기 기지국은 단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기와, 상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호 또는 기지국 수신신호와 임의의 웨이트 벡터를 각각 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부의 수신빔 형성을 위한 웨이트 벡터와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 해당하는 송신 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 미리 계산하여 저장하고 있는 기지국 웨이트 벡터 저장부와, 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부에 저장된 임의의 웨이트 벡터를 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부와, 기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국은 상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 대신에 상기 기지국이 송신할 신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부에 저장된 웨이트 벡터에서 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 따라 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신빔 선택부와, 상기 기지국 수신신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 적응 알고리즘에 의해 추정하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 수신빔 계산부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공되는 송신 주파수의 주파수 천이되어야 할 위상 벡터

는, 송수신되는 안테나 개수가 d이고 송신 주파수가 f_f이고 수신 주파수가 f_r이고 트랜스포즈 연산자를 T라고 하는 경우에"

"의 관계에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부에서 수신빔 선택부는 트리 구조의 상관기들을 포함하여 각 트리 구조의 단에서 기지국 수신/송신 빔 형성부의 수신신호 벡터와 웨이트 벡터와의 상관값이 상대적으로 큰 상관값을 택하여 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부에서 상기 상관값이 임의 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 단말기는 상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부와, 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부와, 상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 단말기 빔 선택부에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부와, 상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 제공하는 단말기 빔 선택부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단말기 빔 선택부는 트리 구조의 상관기들을 포함하여 각 트리 구조의 단에서 채널 벡터와 웨이트 벡터와의 복소 내적값이 상대적으로 큰 상관기의 웨이트 벡터들의 인덱스를 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 단말기 빔 선택부에서 상기 상관값은 임의의 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단말기가 기지국으로부터의 신호를 수신하여 기지국의 빔형성을 위한 미리 약속된 빔의 인덱스를 계산하고 기지국에 전송하여 순방향에서의 빔형성에 대한 정보를 제공함으로써 CDMA 통신시스템의 순방향 채널에서 기지국의 안테나 어레이의 빔을 형성하기 위한 기지국과 단말기간의 송수신 시스템을 제안한다. According to a device feature of the present invention for achieving the above object, a terminal for estimating the index for beam generation of a signal to be transmitted to a base station from the signal received from the base station and transmitting to the base station, and the transmitted And a base station for transmitting to the terminal a beam generated by a complex dot product of a weight vector having a beam index of a signal to be transmitted and a signal to be transmitted.
Preferably, the base station adds a base station adder to add a pilot symbol to a signal to be transmitted to a terminal, and a base station receiving / complexing a transmission signal or a base station received signal to which the pilot symbol is added and an arbitrary weight vector, respectively, to generate a beam. A transmission beamforming unit, a base station CDMA demodulation unit / CDMA modulator for demodulating / modulating a beam generated by the base station reception / transmission beamforming unit, a weight vector for forming a reception beam of the base station reception / transmission beamforming unit, A base station weight vector storage unit which calculates and stores in advance a weight vector for forming a transmission beam corresponding to an index of a weight vector included in the demodulated signal of the base station CDMA demodulator / CDMA modulator; A base station receive beam selector / transmitter which selects an arbitrary weight vector stored in the base station and provides the weight vector to the base station receive / transmit beamforming unit The new beam selection unit and the base station transmit frequency transition unit for providing phase information on a transmission frequency different from the received signal frequency of the base station to the base station reception / transmission beamforming unit.
The base station demodulates the base station CDMA demodulator / CDMA modulator from a weight vector stored in the base station weight vector storage unit, in place of the base station receive beam selector / transmit beam selector. A base station transmission beam selection unit selected according to an index of a weight vector included in the received signal and provided to the base station reception / transmission beamforming unit, and a weight vector to be complex-integrated with the base station reception signal; And a base station reception beam calculating unit provided to the reception / transmission beamforming unit.
Phase vector to be frequency shifted of the transmission frequency provided to the base station reception / transmission beamforming unit

If the number of antennas to be transmitted and received is d, the transmission frequency is f _f , the reception frequency is f _r, and the transpose operator is T "

It is characterized by the relationship of ".
In the base station receive beam selector / transmit beam selector, the receive beam selector includes a tree structure correlator, and a correlation value between the received signal vector and the weight vector of the base station receive / transmit beamformer is relatively large at each stage of the tree structure. The beam is formed by selecting the correlation value.
The correlation value is fixed to a random value in the reception beam selection unit of the base station reception beam selection unit / transmission beam selection unit.
Preferably, the terminal includes a terminal CDMA demodulator / CDMA modulator for demodulating / modulating a received / transmitted signal with the base station and a pilot symbol included in a signal demodulated by the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator. A terminal for providing a terminal channel information calculating unit for calculating a channel vector obtained by multiplying a pilot symbol known by the base station and a random weight vector for obtaining a correlation value with the channel vector. A weight vector storage unit obtains a correlation value between the channel vector and the provided weight vector, selects an index of a weight vector having a relatively large value among the correlation values, and provides the index to the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator. Characterized in that it comprises a terminal beam selection unit.
The terminal beam selector includes a tree structure correlator to provide the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator with an index of weight vectors of a correlator having a relatively large complex dot value between a channel vector and a weight vector at each stage of the tree structure. Characterized in that.
The correlation value in the terminal beam selector is fixed to an arbitrary value.
The present invention provides a base station in a forward channel of a CDMA communication system by receiving a signal from a base station, calculating a index of a predetermined beam for beamforming of the base station, and transmitting the index to the base station to provide information on beamforming in the forward direction. A system for transmitting and receiving between a base station and a terminal for forming a beam of an antenna array is proposed.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제1 실시예First embodiment

도 2 은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an example of a transmission and reception system between a base station and a terminal according to the present invention.

도 2를 참고하면, 기지국 송수신 시스템(200)은 단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기(203)와, 상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호 또는 기지국 수신신호와 임의의 웨이트 벡터를 각각 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부(202)와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)의 수신빔 형성을 위한 웨이트 벡터와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 해당하는 송신 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 미리 계산하여 저장하고 있는 기지국 웨이트 벡터 저장부와(204), 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부(204)에 저장된 임의의 웨이트 벡터를 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에 제공하는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)와, 기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부(206)로 구성된다.Referring to FIG. 2, the base station transmit / receive system 200 includes a base station adder 203 for adding a pilot symbol to a signal to be transmitted to a terminal, a transmission signal to which the pilot symbol is added, or a base station received signal and an arbitrary weight vector, respectively. A base station receive / transmit beamformer 202 for generating a beam by performing a complex dot product, and a base station CDMA demodulator / CDMA modulator 201 for demodulating / modulating a beam generated by the base station receive / transmit beamformer 202. And a weight vector for forming the reception beam of the base station reception / transmission beamforming unit 202 and an index of the weight vector included in the demodulated signal of the base station CDMA demodulation unit / CDMA modulation unit 201. A base station weight vector storage unit 204 that calculates and stores a weight vector for beamforming in advance, and selects an arbitrary weight vector stored in the base station weight vector storage unit 204 to receive / transmit the base station. The base station receive / transmit beamformer 202 provides base station receive beam selector / transmit beam selector 205 and phase information on a transmission frequency different from the received signal frequency of the base station. A base station transmit frequency transition unit 206 is provided.

또한 단말기 송수신 시스템(211)은 상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)와, 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일 럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부(208)와, 상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 빔 선택부(209)에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부(210)와, 상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)에 제공하는 단말기 빔 선택부(209)로 구성된다.In addition, the terminal transmission / reception system 211 is demodulated by a terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 207 and a terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 207 for demodulating / modulating a received / transmitted signal with the base station. A terminal channel information calculation unit 208 for calculating a channel vector obtained by taking a complex conjugate of a value obtained by multiplying a pilot symbol included in the signal by a pilot symbol known to the base station, and an arbitrary value for obtaining a correlation value with the channel vector. The terminal weight vector storage unit 210 that provides the weight vector of the first to the beam selector 209, and a correlation value between the channel vector and the provided arbitrary weight vector are obtained, and the weight having a relatively large value among the correlation values. And a terminal beam selector 209 which selects an index of the vector and provides the index to the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 207.

이와 같은 구성에 의하여 먼저, 단말기가 기지국의 안테나를 통하여 전송된신호를 수신하면 주파수 하향 변환기 및 아날로그 디지털 변환기(미도시)는 이 신호를 기저대역의 디지털 신호로 변환시킨다.By such a configuration, first, when a terminal receives a signal transmitted through an antenna of a base station, a frequency down converter and an analog-to-digital converter (not shown) convert the signal into a baseband digital signal.

상기 기저대역의 디지털 신호는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)중 CDMA 복조부를 통하여 복조된다. 이 복조된 신호에는 파일럿 심볼도 포함되므로, 단말기 채널 정보 계산부(208)는 이 파일럿 심볼(pilot symbol)로부터 채널 정보를 계산한다.The baseband digital signal is demodulated through the CDMA demodulator of the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 207. Since the demodulated signal also includes pilot symbols, the terminal channel information calculation unit 208 calculates channel information from the pilot symbols.

일반적으로 파일롯 심볼(pilot symbol)은 기지국과 단말기간에 서로 미리 알고 있는 심볼로서 기지국의 안테나마다 다른 파일럿 심볼을 전송함으로써 단말기는 기지국의 각 안테나에서 전송된 파일럿 심볼이 이동 통신 채널을 거침으로써 위상 및 신호의 크기가 변화된 정도를 기지국과 미리 약속된 심볼을 다시 곱해서 알아낼 수 있다. In general, a pilot symbol is a symbol known in advance between a base station and a terminal. The pilot symbol transmits different pilot symbols for each antenna of the base station so that the terminal transmits a pilot symbol transmitted from each antenna of the base station through a mobile communication channel. The degree of change in the size of can be found by multiplying the symbol previously promised with the base station.

그러므로, 단말기는 단말기 채널 정보 계산기(208)에 의해 상기와 같은 파일럿 심볼을 통해서 채널 정보를 계산하고, 단말기 빔 선택부(209)에서 이 채널 정보 의 복소 공액을 취하여 각 안테나 순서대로 채널 벡터를 만들어 미리 계산하여, 이 채널 벡터와 단말기 웨이트 벡터 저장부(210)에 저장된 웨이트 벡터들과의 상관값을 비교하여 상대적으로 큰 상관값을 갖는 웨이트 벡터를 찾고, 이 웨이트 벡터에 해당하는 인덱스만을 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)에 제공하여 역방향 채널을 통하여 기지국에 전송하도록 한다. Therefore, the terminal calculates the channel information through the pilot symbols as described above by the terminal channel information calculator 208, and takes the complex conjugate of the channel information in the terminal beam selector 209 to make channel vectors in the order of each antenna. Compute in advance, compare the correlation value between the channel vector and the weight vectors stored in the terminal weight vector storage unit 210 to find a weight vector having a relatively large correlation value, and only the index corresponding to the weight vector It is provided to the grandfather / CDMA modulator 207 to transmit to the base station through the reverse channel.

여기서 상기 기지국에 전송되는 피드백 정보는 웨이트 벡터 모두를 전송하는 것이 아니라 미리 계산하여 저장하고 있는 웨이트 벡터의 순서를 정하여 그 정해진 순서의 인덱스만 전송하도록 한다.In this case, the feedback information transmitted to the base station does not transmit all of the weight vectors, but determines the order of the weight vectors stored in advance and stores only the indexes of the predetermined order.

이상을 요약하면 d를 안테나의 개수라고 할 때 수학식 1의 h는 단말기가 기지국에서 전송된 파일롯 심볼에 대해 기지국이 알고 있는 파일롯 심볼을 곱해서 얻은 채널 정보를 나타낸다. In summary, when d is the number of antennas, h in Equation 1 represents channel information obtained by multiplying a pilot symbol known by the base station to a pilot symbol transmitted from the base station.

이때 벡터 h에다 복소 공액을 취해서 각 안테나로부터 전송된 파일롯 심볼로부터 얻은 각 채널 정보를 안테나 순서대로 채널 벡터를 만든 것이 수학식 2처럼 a로 쓸 수 있다. In this case, the channel vector obtained from the pilot symbol transmitted from each antenna by complex conjugation to the vector h can be written as a in Equation 2 as shown in Equation 2 below.

그리고 수학식 3은 미리 계산되어 기지국 및 단말기가 가지고 있는 웨이트 벡터들, w _i(i=1,2,....G, 여기서 G는 저장하고 있는 웨이트 벡터의 수)과 a와의 상관을 취하는 상관기 내부에서 일어나는 연산을 나타내고 이 값 중 최대가 되는 i를 찾는 것이 a와 가장 근접한 웨이트 벡터의 인덱스를 찾는 것이 된다.Equation 3 is calculated in advance and correlates with weights of the base station and the terminal, w _i (i = 1, 2,... G, where G is the number of weight vectors stored) and a. it is that it represents the operation takes place inside the correlator to find i where the maximum of the values to find the index of the closest a weight vector.

이하 수학식 1에서 T는 트랜스포즈(Transpose) 연산자를 나타내고, 수학식 2 에서 H는 허미션(Hermitian) 연산자를 나타내고, d는 기지국으로부터 신호를 수신하는 어레이 안테나 소자 개수를 나타낸다.In Equation 1, T denotes a transpose operator, H denotes a Hermitian operator, and d denotes the number of array antenna elements that receive a signal from a base station.

한편, 기지국에서 최초 단말기와의 통신을 시작한 경우에는 단말기로부터의 피드백 정보를 전송 받을 수 없으므로 단말기의 신호를 수신할 때 사용한 빔의 인덱스와 동일한 빔을 송신시에도 사용하도록 한다. 그리고, 최초 단말기의 신호를 수신한 후 단말기로부터의 피드백 정보를 획득할 수 있은 후부터는 단말기로부터의 피드백 정보를 추출하여 단말기가 계산하여 전송한 빔의 인덱스와 동일한 빔을 생성하여 단말기로 송신 신호를 전송하도록 한다.On the other hand, when the base station starts communication with the first terminal, since the feedback information from the terminal cannot be received, the same beam index used when receiving the signal of the terminal is used when transmitting. After receiving the signal of the first terminal and then obtaining feedback information from the terminal, the feedback information is extracted from the terminal to generate a beam equal to the index of the beam calculated and transmitted by the terminal to transmit the transmission signal to the terminal. Do it.

아울러 단말기로 신호를 송신할 때 별도의 채널을 통해 각 안테나마다 파일럿 심볼을 전송하는 것을 가정하여 단말기가 각 안테나로부터의 파일럿 심볼로부터 채널의 변화에 대한 정보를 추출하여 기지국의 송신 빔을 생성하기 위한 웨이트 벡터(weight vector)를 계산하는데 도움을 주도록 한다. In addition, when a signal is transmitted to a terminal, it is assumed that a pilot symbol is transmitted for each antenna through a separate channel, and the terminal extracts information about a channel change from the pilot symbol from each antenna to generate a transmission beam of the base station. It helps to calculate the weight vector.

즉, 기지국은 앞서 설명한 바와 같이 송신시 필요한 웨이트 벡터의 정보를 포함한 신호를 단말기로부터 역방향 채널을 통하여 수신하고, 이 신호를 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에 의해 복조한다. That is, as described above, the base station receives a signal including information of the weight vector required for transmission from the terminal through the reverse channel, and demodulates the signal by the base station CDMA demodulator / CDMA modulator 201.

이때, 상기 웨이트 벡터 정보를 포함한 신호는 각 안테나에서 주파수 하향 변환기 및 아날로그 디지털 변환기(미도시)를 통해 기저대역으로 변환되고, 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에 제공되기 전 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에 의해 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)에 의해 선택되어진 하나의 빔으로 형성되어 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에 제공된다. At this time, the signal including the weight vector information is converted to the baseband through the frequency down converter and the analog-to-digital converter (not shown) in each antenna, and before receiving the base station before being provided to the base station CDMA demodulator / CDMA modulator 201. The transmission beamforming unit 202 forms a single beam selected by the base station reception beam selection unit / transmission beam selection unit 205 and is provided to the base station CDMA demodulation unit / CDMA modulator 201.

상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)에서 선택되어지는 빔의 형태는 일정한 패턴의 고정된 빔을 형성하도록 구성되어 있다.The shape of the beam selected by the base station receive beam selector / transmit beam selector 205 is configured to form a fixed beam of a predetermined pattern.

이후 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에서 복조된 신호에 포함된 웨이트 정보의 인덱스는 웨이트 벡터의 형태로 미리 계산되어 기지국 웨이트 벡터 저장부(204)에 저장되어 있는 웨이트 벡터의 인덱스와 일치하는 것을 찾아 빔을 선택하는데 이용된다.Then, the index of the weight information included in the signal demodulated by the base station CDMA demodulator / CDMA modulator 201 is calculated in advance in the form of a weight vector, and the index of the weight vector stored in the base station weight vector storage unit 204 and the index. It is used to select a beam to find a match.

상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)에서의 빔 선택은 미리 설정되어 있는 빔들을 형성하는 웨이트 벡터 중 하나와 각 안테나로 수신된 신호로 구성된 수신신호 벡터와의 복소 내적을 통해 그 내적값이 최대가 되는 웨이트 벡터의 인덱스를 찾는 것이다. The beam selection in the base station receive beam selector / transmit beam selector 205 is performed through a complex dot product of one of the weight vectors forming predetermined beams and a received signal vector composed of signals received by each antenna. It is to find the index of the weight vector whose maximum dot product.

한편, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)는 기지국의 송/수신 주파수가 다른 경우에 한해 수신 주파수에 맞추어져 있는 어레이 안테나의 거리를 송신 주파수에 맞게 송신할 신호를 신호처리 하도록 주파수 천이 기능을 담당하는 기지국 송 신 주파수 천이부(206)로부터 적절한 송신 주파수에 맞는 위상정보를 제공받는다. On the other hand, the base station reception / transmission beamforming unit 202 has a frequency shifting function so as to process a signal to be transmitted according to the transmission frequency of the distance of the array antenna that is set according to the reception frequency only when the transmission / reception frequency of the base station is different. The base station transmit frequency transition unit 206 in charge of the phase information for the appropriate transmission frequency is provided.

이때에도 기지국으로부터 단말기로 전송되는 신호에는 덧셈기(203)에 의해 파일럿 심볼이 부가되어 단말기에 전송됨으로써, 단말기는 이 파일럿 심볼로부터 채널 정보를 계산하여, 이 채널 정보에 따른 스위칭 빔 안테나 어레이의 최적의 빔을 찾아내어, 기지국에 전송되도록 하는 것이다. 도 2에서 상기 덧셈기(203)는 기지국으로부터 송신될 신호가 있는 경우에만 동작된다.In this case, a pilot symbol is added to the signal transmitted from the base station to the terminal by the adder 203 and transmitted to the terminal, so that the terminal calculates channel information from the pilot symbol, and thus the optimum of the switching beam antenna array according to the channel information. It finds the beam and sends it to the base station. In FIG. 2, the adder 203 is operated only when there is a signal to be transmitted from the base station.

이와 같이 기지국 또는 각 단말기에서 스위칭 빔으로 신호를 수신하는 경우에는 신호 입사각에 그 빔패턴의 메인로브의 정점이 정확하게 맞추어지는 것이 아니라 미리 안테나 어레이로 수신하여야 하는 각의 범위를 적당히 나누어 그 해당하는 구간을 각각의 빔을 이용하여 신호를 수신하는 것이다. 따라서 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각에서 어느 정보 벗어난 각으로 입사하는 신호를 수신하는 경우에는 빔 패턴의 메인로브의 정점이 가리키는 각으로 입사하는 신호보다는 그 빔 패턴 이득이 줄어든다고 할 수 있다.As described above, when the base station or each terminal receives a signal using a switching beam, the peak of the main lobe of the beam pattern is not exactly matched to the angle of incidence of the signal, but the range corresponding to the angle to be received by the antenna array in advance is divided appropriately. To receive a signal using each beam. Therefore, when receiving a signal incident at an angle outside the information pointed by the vertex of the main lobe of the beam pattern, the beam pattern gain is reduced rather than the signal incident at the angle indicated by the vertex of the main lobe of the beam pattern. .

예를 들어, 하나의 셀이 기지국이 3 섹터로 구성되어 있다고 가정할 때 한 섹터가 120도의 각도내의 신호를 수신한다고 하면 3개의 빔을 사용할 때는 120도/3, 즉 40도의 각을 하나의 빔이 커버해야 하는데 이것은 하나의 빔은 -60도~ -20도, 또 하나의 빔은 -20도 ~ 20도, 마지막 빔은 20도 ~ 60도를 커버해야 하는 것을 의미한다. For example, assuming that a cell is composed of three sectors of a base station, a sector receives a signal within an angle of 120 degrees. When using three beams, an angle of 120 degrees / 3 or 40 degrees is used for one beam. This means that one beam must cover -60 degrees to -20 degrees, another beam covers -20 degrees to 20 degrees, and the last beam covers 20 degrees to 60 degrees.

이렇게 되면 만약 첫 번째 빔이 -60~ -20도를 커버하기 위해 -40도를 그 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키도록 설정했다고 하면 그 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 아닌 각에서 입사하는 각에 대해서는 그 빔 패턴의 이득이 줄어들게 된다. 특히 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각에서 벗어나면 날수록 그 효과가 더 커져서 -60도 혹은 -20도로 입사하는 신호는 그 빔 패턴의 이득이 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각으로 입사하는 신호의 빔 패턴 이득보다 현저히 줄어든다고 할 수 있다. If you set the first beam to point at the vertex of the main lobe of the beam pattern to cover the range of -60 to -20 degrees, then it will be incident at an angle other than the vertex of the main lobe of the beam pattern. For each angle, the gain of that beam pattern is reduced. In particular, the farther the vertex of the main lobe of the beam pattern is from the angle, the greater the effect, so that a signal incident at -60 degrees or -20 degrees will cause the gain of the beam pattern to be incident at the angle indicated by the vertex of the main lobe of the beam pattern. It can be said that it is significantly reduced than the beam pattern gain of the signal.

따라서, 스위칭 빔을 사용할 경우의 이런 문제점을 해소하려면 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각들이 촘촘하도록 많은 수의 빔들을 미리 설정해야 하는데 이럴 경우에는 안테나 어레이로 입사하는 신호를 이 빔들과 모두 내적하여 그 결과를 비교해야 하므로 계산량이 증가하게 된다. 즉 3개의 빔을 미리 가지고 있다면 3번의 내적만 하면 되지만 30개의 빔을 가지면 30번의 내적을 해야 하므로 그 계산량이 만만치 않다고 할 수 있다. Therefore, in order to solve this problem when using a switching beam, a large number of beams must be set in advance so that the angles indicated by the vertices of the main lobe of the beam pattern are tight. The computations increase because the results must be compared. In other words, if you have three beams in advance, you only need to do three internal products, but if you have 30 beams, you need to do 30 internal products.

따라서, 본 발명에서는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205) 중 특히 수신빔 선택부 또는 단말기 빔 선택부(209)에서 수신신호 벡터 또는 채널 벡터와 모든 웨이트 벡터를 일괄적으로 내적하는 것이 아니라 트리 구조의 빔 선택법으로 내적하는데 이것은 트리 구조의 상단에서는 빔들의 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각들의 차가 매우 크도록 하여 비교적 넓게 빔을 선택하고 트리의 하부로 내려갈수록 섬세하게 빔을 선택할 수 있도록 한 것으로 이 구조를 선택하면 많은 수의 스위칭 빔들을 설정하여 스위칭 빔들을 통해 안테나 어레이로 신호를 송수신 할 때 생기는 안테나 어레이의 빔의 오차를 최소화할 수 있고, 아울러 스위칭 빔의 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각의 차가 빔들간에 작을 경우에는 수신신 호를 그 빔들 모두와 비교하여 최대값을 나타내는 빔을 선택하여야하는 계산량을 줄일 수 있는 내적 방법을 제안한다. Therefore, in the present invention, it is preferable that the received signal vector or the channel vector and all the weight vectors are collectively integrated in the base station reception beam selector / transmit beam selector 205, particularly in the reception beam selector or the terminal beam selector 209. Rather, it is a tree-based beam selection method, which means that at the top of the tree structure, the difference in the angles of the vertices of the main lobe of the beam pattern of the beams is very large so that the beam is selected relatively broadly and the beam is more delicately down the tree. By selecting this structure, a large number of switching beams can be set to minimize the error of the beam of the antenna array when transmitting and receiving signals to and from the antenna array through the switching beams. If the difference between the angles of the lobes' vertices is small between the beams, then the incoming signal must In comparison, we propose an internal method that can reduce the amount of computation required to select the beam representing the maximum value.

도 3은 도 2에 도시된 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the reception beam selection unit of the base station reception beam selection unit / transmission beam selection unit shown in FIG. 2.

도 3에서 트리의 가지를 늘리면 늘릴수록 스위칭 빔들의 최대 수신각의 차는 더 작아지게 되고 수신 신호 벡터를 더 세밀하게 입사각에 따라 분리할 수 있고 스위칭 빔의 단점을 극복해 낼 수 있다. 이 트리 구조의 가지와 또 그 가지의 열 수는 설계자가 알맞게 선택할 수 있으며 도 3은 그 하나의 예를 도시한 것이다. As the branch of the tree increases in FIG. 3, the difference in the maximum reception angle of the switching beams becomes smaller, and the received signal vector can be separated more finely according to the angle of incidence, and the disadvantages of the switching beam can be overcome. The branches of this tree structure and the number of columns of the branches can be appropriately selected by the designer, and FIG. 3 shows one example.

도 3을 참고하면, 트리 상단에서 첫번째 행으로 내려오면 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에서 제공된 신호 즉, 단말기로부터 기지국이 수신한 수신신호 벡터와 3개의 미리 정해진 웨이트 벡터와 내적하게 되는데, 이 내적은 빔1/1 상관기(302), 빔1/2 상관기(303), 빔1/3 상관기(304)에서 이루어지고, 이 상관기들(302~304)과 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값이 최대값 선택기(305)에 의해 선택되어지고, 이 최대값에 해당하는 상관기(302)의 가지인 다음 단의 상관기들(306~308)과 상기 수신신호 벡터의 복소 내적이 이루어지도록 한다. 여기에서도 마찬가지로 상관기들(306~308)과의 복소 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값을 복소 내적값이 최대값 선택기(315)에 의해 선택되어지도록 한다.Referring to FIG. 3, when descending to the first row from the top of the tree, a signal provided by the base station reception / transmission beamforming unit 202, that is, a received signal vector received by the base station from the terminal and three predetermined weight vectors are internalized. This dot product is made in the beam1 / 1 correlator 302, the beam 1/2 correlator 303, and the beam 1/3 correlator 304, and is the relatively largest value among the correlators 302-304 and the dot product. The complex dot product of the next stage correlators 306 to 308, which are selected by the maximum value selector 305 and corresponding to the maximum value, of the branch of the correlator 302, is made. Here again, the complex dot value is selected by the maximum selector 315 as the relatively largest value among the complex dot products with the correlators 306 to 308.

이와 같이 트리 구조의 각 단에서 수신신호 벡터와의 복소 내적값이 최대값을 갖는 최적의 빔을 선택하도록 하는 과정에 의하여 단말기로부터 기지국에 수신된 신호는 최적의 빔 패턴으로 생성된다. In this way, a signal received from the terminal to the base station is generated in an optimal beam pattern by a process of selecting an optimal beam having a maximum value of the complex dot product with the received signal vector at each end of the tree structure.

도 3에서 수신빔 선택의 예를 트리 구조에서 굵은 선으로 표시하였고 점선으로 표시된 것은 선택되지 않은 경로를 표시한 것이다. In FIG. 3, an example of the reception beam selection is indicated by a thick line in the tree structure, and a dotted line indicates an unselected path.

예를 들어 이동 통신용 기지국의 하나의 셀이 3 섹터로 구성되어 있다고 가정하면 한 섹터가 120/3만큼씩을 하나의 빔이 담당해야 한다. (물론 안테나의 수에 따라 빔패턴의 메인로브가 더 작아져서 더 세밀하게 신호를 공간적으로 분리할 수 있는데 안테나 수는 실제 어레이 안테나의 수에 따라 달라지므로 적정한 안테나 수를 선택한다) 따라서 스위칭 빔을 이용하는 안테나 어레이의 경우 특정 빔의 최대 이득을 가지는 그 각에서 많이 벗어난 각도로 입사하는 경우의 신호는 필연적으로 그 안테나 어레이의 이득이 그 최대 이득을 가지는 각도로 입사하는 신호의 안테나 이득보다 줄어들 것이다. 그 빔의 수를 늘리면 늘릴수록 빔들의 최대이득을 가지는 각도간의 차이가 작아짐으로써 기 기술한 스위칭 빔 어레이가 필연적으로 가지고 있는 이득 저하를 줄일 수 있다.For example, assuming that one cell of the base station for mobile communication is composed of three sectors, one beam should be responsible for 120/3 of one sector. (Of course, the main lobe of the beam pattern is smaller according to the number of antennas, so that the signal can be spatially separated in more detail. The number of antennas depends on the actual number of array antennas. In the case of the antenna array to be used, the signal in the case of incidence far from the angle having the maximum gain of a specific beam will inevitably decrease the antenna gain of the signal in which the gain of the antenna array is incident at the angle having the maximum gain. As the number of beams increases, the difference between the angles of the maximum gains of the beams decreases, thereby reducing the gain reduction inherent in the previously described switching beam array.

그러므로, 도 3에서 나타낸 트리 구조의 하나의 예의 동작을 설명하면 3개의 섹터로 하나의 셀이 이루어져 있을 때 120도의 각을 안테나 어레이가 담당해야 한다면 제일 상단의 가지(302~304)에서는 3개의 웨이트 벡터로 이루어져 있으므로 -60도~ -20도, -20도~ 20도, 20도~ 60도를 각각 담당하게 되고 그 메인로브는 각각 -40도, 0도, 40도를 가리킬 것이다.(이때 안테나 수에 따라 메인로브의 크기가 달라지게 되고 이것은 안테나 어레이에서 몇 개의 안테나 소자를 사용하느냐에 따라 달라지게 된다.) Therefore, the operation of one example of the tree structure shown in FIG. 3 will be described. If the antenna array must cover an angle of 120 degrees when one cell is composed of three sectors, three weights are formed at the top branches 302-304. Since it consists of vectors, it will be in charge of -60 degrees to -20 degrees, -20 degrees to 20 degrees, and 20 degrees to 60 degrees, and the main lobe will point to -40 degrees, 0 degrees, and 40 degrees, respectively. Depending on the number, the size of the main lobe varies, depending on how many antenna elements are used in the antenna array.)

만약, 웨이트 벡터와 수신신호벡터 간의 상관기(302~304)를 거친 3개의 값을 최대값 선택기(305)가 하나의 값을 선택해서 -60도 ~ -20도를 담당하는 빔을 선택했다면 그 다음 가지에서는 총 9개의 웨이트 벡터중 6개는 이미 선택에서 제외되고 다시 3개의 웨이트 벡터중 하나를 선택하게 되는데 이때는 -60도 ~ -46.67도, -46.67도 ~ -33.33도, -33.33도~ -20도를 각각 담당하는 웨이트 벡터가 되고 이때 다시 -33.33도~ -20도를 담당하는 빔을 선택한다면 또 그 아래 단에서 더 세밀하게 수신각의 범위를 선택할 수 있게 된다. If the maximum value selector 305 selects one of the three values through the correlators 302 to 304 between the weight vector and the received signal vector, and then selects a beam that is responsible for -60 degrees to -20 degrees In the eggplant, six of the nine weight vectors are already excluded from the selection, and again one of the three weight vectors is selected: -60 degrees to -46.67 degrees, -46.67 degrees to -33.33 degrees, -33.33 degrees to -20 If the weight vector is in charge of each degree, and the beam in charge of -33.33 degrees to -20 degrees is selected again, the range of reception angle can be selected more precisely in the lower stage.

일률적으로 스위칭 빔들과 신호벡터를 내적할 경우에는 9번의 내적을 실시해 그 중 최대값을 선택해야 하지만 만약 도 3의 트리 구조의 빔 선택기가 두 행으로 구성되어 있다고 한다면 도 3의 구조를 선택할 경우에는 6번의 내적으로 해당빔을 선택할 수 있고 이것은 두 행으로 구성된 트리구조의 예이며 더 촘촘한 빔을 선택하기 위해 행의 수를 늘리면 늘릴수록 계산량을 더 줄일 수 있다.In the case of uniformly switching the switching beams and the signal vector, 9 dot products must be performed to select the maximum value. However, if the beam selector having the tree structure of FIG. 3 is composed of two rows, the structure of FIG. You can select the beam within six times, and this is an example of a two-row tree structure. As you increase the number of rows to select a more dense beam, you can reduce the amount of computation further.

이와 같은 기지국 수신빔 선택부에서 제안된 트리 구조는 단말기의 단말기 빔 선택부에서도 같은 구조로 제안된다.The tree structure proposed by the base station reception beam selector is proposed in the same structure in the terminal beam selector of the terminal.

도 4는 도 2에 도시된 단말기 빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a terminal beam selector illustrated in FIG. 2.

도 4는 상기 도 3과 마찬가지로 트리 구조의 가지와 또 그 가지의 열 수는 설계자가 알맞게 선택할 수 있다. 4 is similar to FIG. 3, the tree branch and the number of columns can be appropriately selected by the designer.

도 4를 참고하면, 트리 상단에서 첫번째 행으로 내려오면 단말기 채널 정보 계산부(208)에서 제공된 신호 즉, 기지국으로터 단말기가 수신한 신호의 파일럿 심볼로부터 추정된 채널 벡터와 3개의 미리 정해진 웨이트 벡터와 내적하게 되는데, 이 내적은 빔1/1 상관기(402), 빔1/2 상관기(403), 빔1/3 상관기(404)에서 이루어 지고, 이 상관기들(402~404)과 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값이 최대값 선택기(405)에 의해 선택되어지고, 이 최대값에 해당하는 상관기(402)의 가지인 다음 단의 상관기들(406~408)과 상기 채널 벡터의 복소 내적이 이루어지도록 한다. 여기에서도 마찬가지로 상관기들(406~408)과의 복소 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값을 복소 내적값이 최대값 선택기(415)에 의해 선택되어지도록 한다.Referring to FIG. 4, when descending to the first row from the top of the tree, a channel vector estimated from a pilot symbol of a signal provided by the terminal channel information calculating unit 208, that is, a signal received by the terminal from the base station and three predetermined weight vectors This dot product is made up of the beam 1/1 correlator 402, the beam 1/2 correlator 403, and the beam 1/3 correlator 404, of which the dot product correlates with the correlators 402 to 404. The relatively largest value is selected by the maximum selector 405, and the complex dot product of the channel vector and the correlators 406-408 of the next stage, which is the branch of the correlator 402 corresponding to this maximum value, are made. To lose. Here again, the complex dot value is selected by the maximum selector 415 as the relatively largest value among the complex dot values with the correlators 406 to 408.

이와 같이 트리 구조의 각 단에서 채널 벡터와의 복소 내적값이 최대값을 갖는 최적의 빔을 선택하도록 하는 과정에 의하여 기지국으로부터 단말기에 수신된 신호는 최적의 빔 패턴을 생성하는 빔 패턴의 인덱스로 도출된다.In this way, the signal received from the base station by the terminal by selecting the optimal beam having the maximum value of the complex dot product with the channel vector at each end of the tree structure is an index of the beam pattern generating the optimal beam pattern. Derived.

도 4에서 수신빔 선택의 예를 트리 구조에서 굵은 선으로 표시하였고 점선으로 표시된 것은 선택되지 않은 경로를 표시한 것이다. In FIG. 4, an example of the reception beam selection is indicated by a thick line in the tree structure, and a dotted line indicates an unselected path.

이때 상기 채널 벡터는, d를 안테나의 개수라고 할 때 수학식 1에서 h가 단말기가 기지국에서 전송된 파일롯 심볼에 대해 다시 파일롯 심볼을 곱해서 얻은 채널 정보를 나타낸다고 가정하는 경우, 상기 벡터 h에다 복소 공액을 취해서 각 안테나로부터 전송된 파일롯 심볼로부터 얻은 각 채널 정보를 안테나 순서대로 벡터를 만든 것이 된다. 이 채널 벡터는 수학식 2에서와 같이 a로 나타낸다.In this case, when d is the number of antennas, in equation 1, when h assumes that the terminal represents channel information obtained by multiplying a pilot symbol with respect to a pilot symbol transmitted from a base station, a complex conjugate is added to the vector h . Then, the channel information obtained from the pilot symbols transmitted from the respective antennas is generated in the order of the antennas. This channel vector is represented by a as in Equation 2.

상기 각 상관기들(402~404 내지는 406~414)에 의한 복소 내적값은 수학식 3과 같이 미리 계산되어 기지국 및 단말기가 가지고 있는 웨이트 벡터들, w _i(i=1,2,....G, 여기서 G는 저장하고 있는 웨이트 벡터의 수)과 a와의 상관을 취하는 연산에 의해 구해지고, 이 상관값 중 최대가 되는 i를 찾는 것이 a와 가장 근접 한 웨이트 벡터의 인덱스를 찾는 것이 된다.The complex dot value by each of the correlators 402 to 404 or 406 to 414 is calculated in advance as shown in Equation 3, so that the weight vectors, w _i (i = 1, 2, ... G, where G is obtained by the calculation taking the number) and a correlation between the weight vector that is stored, this is correlated to find i where the maximum of the values is to find the index of the close-up a weight vector and a.

결론적으로, 각 상관기단이 트리 구조에 의해 구성되어짐으로, 단말기는 기지국에서 전송하고자 하는 피드백 정보를 도 4와 같은 트리 구조에 의해 원하고자 하는 오차의 범위로 빔 인덱스를 선택하게 되는 것이다.In conclusion, since each correlated terminal is configured by a tree structure, the terminal selects a beam index within a range of error desired by the tree structure as shown in FIG. 4 for feedback information to be transmitted from the base station.

한편, 도 3 내지 도 4에서 기지국 수신빔 선택부 또는 단말기 빔 선택부의 최대값 선택 부분을 특정 값의 임계값을 설정하여 그 이상의 값이면 모두 선택하도록 하면 이동통신 상황에서 불가결하게 발생하는 다중 경로 환경에서 안테나 어레이로 입사하는 각 경로의 입사각이 다른 경우에 그 경로의 입사각에 맞게 빔을 설정할 수 있게 된다. Meanwhile, if the maximum value selection portion of the base station reception beam selection unit or the terminal beam selection unit is set to have a threshold value of a specific value and selects all values higher than those in FIGS. 3 to 4, a multipath environment inevitably occurs in a mobile communication situation. If the angle of incidence of each path incident on the antenna array is different, the beam may be set according to the angle of incidence of the path.

예를 들어 기지국과 단말기간에 3개의 다중 경로가 존재하고 각 경로가 각각 0도, 30도, 60도로 입사하고 그 경로의 파워의 크기가 각각 0.4,0.26,0.24라고 가정할 때 최대값만을 선택하는 경우에는 0도로 입사하는 신호만을 선택하게 되지만 임계값을 0.24라고 설정하면 0도, 30도, 60도로 입사하는 경로 모두를 선택할 수 있게 되고 그 각각에 해당하는 빔을 미리 설정된 빔들 중에서 선택할 수 있다면 나은 성능을 기대할 수 있을 것이다. For example, assuming that there are three multipaths between a base station and a terminal, and that each path enters 0 degrees, 30 degrees, and 60 degrees, respectively, and that the magnitude of the power of the path is 0.4,0.26,0.24, only the maximum value is selected. In this case, only the signal incident at 0 degrees will be selected. However, if the threshold value is set to 0.24, all paths entering 0 degrees, 30 degrees, and 60 degrees can be selected. You can expect performance.

도 5는 도 2에 도시된 송신 주파수 천이부의 동작을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an operation of a transmission frequency shifting unit shown in FIG. 2.

도 6은 송신 주파수 천이부의 동작을 설명하기 위한 입사 신호의 입사각(θ) 및 입사신호간 거리(D)를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating an incident angle θ and a distance D between incident signals for explaining the operation of the transmission frequency shifting unit.

도 5는 기지국의 송/수신 주파수가 다른 경우에 한해 수신 주파수에 맞추어져 있는 어레이 안테나의 거리를 송신 주파수에 맞추도록 하는 신호처리 방법으로 주파수 천이 기능을 담당하는 주파수 천이 생성부에 있어 그 주파수 천이 방법을 도시하고 있다.FIG. 5 is a signal processing method for adjusting the distance of an array antenna that is set to a reception frequency to a transmission frequency only when a transmission / reception frequency of a base station is different. The method is shown.

특히, 별도의 안테나 어레이를 송신시 사용하지 않고 송/수신 공용 어레이를 사용할 경우 주파수 분할 듀플럭스 시스템의 경우 기지국이 단말기로 정보를 전송시 다음과 같은 주파수 천이 과정을 거쳐야 한다. Particularly, in case of using a common array for transmitting / receiving without using a separate antenna array for transmission, in case of a frequency division duflux system, a base station transmits information to a terminal to undergo the following frequency transition process.

여기서 λ를 기지국이 수신시 사용하는 주파수에 해당하는 파장이라고 할 때 도 6에서와 같이 안테나 어레이를 장착하고 있는 기지국에서 안테나 어레이의 안테나 각 소자의 거리 D가 λ/2라고 가정했을 때의 과정을 설명한다. Here, when λ is a wavelength corresponding to a frequency used by the base station, a process when the distance D of each antenna element of the antenna array is assumed to be λ / 2 in the base station equipped with the antenna array as shown in FIG. 6. Explain.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이 평면파로 가정한 입사신호가 안테나 어레이로 입사할 때 안테나 간을 이동할 때는 "

"만큼의 시간 지연이 있게 된다. 상기 c는 전파 속도 상수를 나타낸다.As can be seen in FIG. 6, when an incident signal assumed as a plane wave moves between antennas when it enters the antenna array,

There is a time delay of ". C represents the propagation rate constant.

송/수신 주파수가 각각 f_f, f_r이고, 신호의 수신 각도가 θ라고 하면, 파의 전파속도는 같기 때문에 송신 주파수(f_f)를 사용할 경우 안테나 각 소자의 위상차는

로 쓸 수 있고 수신 주파수(f_r) 사용시 안테나 각 소자의 위상차가

인 것을 감안할 때 송신 주파수 사용시 역방향 채널에서 구한 웨이트 벡터에서, 위상차만을

배가 되도록 만들어 주면 된다는 것을 알 수 있다. Since transmission / reception frequency of each f _f, f _r and, when said signal is received angle θ, the propagation speed of the wave is equal to the case using the transmission frequency (f _f) of each antenna element is phase

The phase difference of each element of the antenna when using the reception frequency (f _r )

Given that the weight vector obtained from the reverse channel when using the transmission frequency, only the phase difference

You can see that you can make it double.

따라서, 미리 계산된 웨이트 벡터를 수신용으로만 저장할 경우에는 해당하는 인덱스의 웨이트 벡터를 저장된 메모리에서 가지고 와서 송신 주파수 사용시에서 추가해야할 위상차,

만큼을 각 안테나에 추가해 주면 된다. 또한, 송/수신시 웨이트 벡터를 모두 저장하려면 송신시의 웨이트 벡터는 미리 수신시 사용하는 웨이트 벡터에다

만큼의 위상을 더 추가해서 저장하고 있으면 된다.Therefore, in case of storing the pre-calculated weight vector only for receiving, the phase difference to be added when using the transmission frequency by taking the weight vector of the corresponding index from the stored memory,

Add as many antennas as you like. In addition, in order to store all the weight vectors at the time of transmission / reception, the weight vector at the time of transmission is the weight vector used at the time of reception.

Just add more phases and store them.

따라서 각 안테나 소자에 곱해 주어야 할 주파수 천이 위상 벡터 f는 다음과 같이 표현할 수 있다.Therefore, the frequency shift phase vector f to be multiplied by each antenna element can be expressed as follows.

제2 실시예Second embodiment

본 발명에서는 도 2에서와 같이 스위칭 빔 안테나 어레이를 이용한 기지국과 단말기간 송수신 시스템 이외에도 적응 알고리즘을 이용한 기지국과 단말기간 송수신 적응 어레이 안테나 시스템을 제안한다.The present invention proposes an adaptive array antenna system for transmitting and receiving between a base station and a terminal using an adaptive algorithm in addition to a base station and a terminal transmitting and receiving system using a switching beam antenna array as shown in FIG. 2.

도 7은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating another example of a transmission and reception system between a base station and a terminal according to the present invention.

도 7을 참고하면, 기지국 송수신 시스템(700)은 단말기로부터 수신한 CDMA 신호의 최적의 빔 패턴을 생성하기 위한 웨이트 벡터를 적응적으로 계산하여 수신/송신 빔형성부(703)에 제공하는 기지국 수신빔 계산부(701)와, 단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기(704)와, 상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호와 기지국 송신빔 선택부(706)로부터 제공된 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하거나, 기지국 수신신호와 상기 기지국 수신빔 계산부(701)로부터 제공된 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부(703)와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(703)에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(702)와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(702)의 복조된 신호에 포함된 빔 인덱스에 따른 웨이트 벡터를 저장하는 기지국 웨이트 벡터 저장부(705)와, 상기 기지국이 송신할 신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부(705)에 저장된 웨이트 벡터에서 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 따라 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(703)에 제공하는 기지국 송신빔 선택부와, 기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(703)에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부(707)로 구성된다.Referring to FIG. 7, the base station transmission / reception system 700 adaptively calculates a weight vector for generating an optimal beam pattern of a CDMA signal received from a terminal and provides the base station reception unit to a reception / transmission beamforming unit 703. A beam calculator 701, a base station adder 704 for adding a pilot symbol to a signal to be transmitted to the terminal, and a transmission vector to which the pilot symbol is added and any weight vector provided from the base station transmit beam selector 706. A base station reception / transmission beamforming unit 703 for generating a beam by performing a complex dot product, or by complex-integrating a base station reception signal and an arbitrary weight vector provided from the base station reception beam calculation unit 701, and the base station reception / transmission beamforming The way according to the beam index included in the demodulated signal of the base station CDMA demodulator / CDMA modulator 702 and the base station CDMA demodulator / CDMA modulator 702 that demodulates / modulates the beam generated by the unit 703. A base station weight vector storage unit 705 for storing a vector and a weight vector to be complex-integrated with the signal to be transmitted by the base station are stored in the base station weight vector storage unit 705 in the weight vector stored in the base station CDMA demodulator / CDMA modulator. A base station transmit beam selector selected according to the index of the weight vector included in the demodulated signal and provided to the base station receive / transmit beamforming unit 703, and phase information on a transmission frequency different from the received signal frequency of the base station; And a base station transmission frequency transition unit 707 providing the base station reception / transmission beamforming unit 703.

또한 단말기 송수신 시스템(712)은 상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)와, 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부(709)와, 상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 빔 선택부(710)에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부(711)와, 상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으 로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)에 제공하는 단말기 빔 선택부(710)로 구성된다.In addition, the terminal transmission / reception system 712 is demodulated by a terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 708 for demodulating / modulating a received / transmitted signal with the base station and the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 708. A terminal channel information calculation unit 709 that calculates a channel vector obtained by taking a complex conjugate of a value obtained by multiplying a pilot symbol included in the signal by a pilot symbol known by the base station, and an arbitrary value for obtaining a correlation value with the channel vector. A terminal weight vector storage unit 711 for providing a weight vector to the beam selector 710, and a correlation value between the channel vector and any provided weight vector are obtained, and the weight having a relatively large value among the correlation values. The terminal beam selector 710 selects an index of the vector and provides the index to the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 708.

이와 같은 구성에 의하여 먼저, 단말기가 기지국으로부터 신호를 수신하면 주파수 하향 변환기 및 아날로그 디지털 변환기(미도시)는 이 신호를 기저대역의 디지털 신호로 변환시킨다.By such a configuration, first, when a terminal receives a signal from a base station, a frequency down converter and an analog to digital converter (not shown) convert the signal into a baseband digital signal.

상기 기저대역의 디지털 신호는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)중 CDMA 복조부를 통하여 복조된다. 이 복조된 신호에는 파일럿 심볼도 포함되므로, 단말기 채널 정보 계산부(709)는 이 파일럿 심볼(pilot symbol)로부터 채널 정보를 계산한다.The baseband digital signal is demodulated through a CDMA demodulator of the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator 708. Since the demodulated signal also includes pilot symbols, the terminal channel information calculator 709 calculates channel information from the pilot symbols.

그러므로, 단말기는 단말기 채널 정보 계산기(709)에 의해 상기와 같은 파일럿 심볼을 통해서 채널 정보를 계산하고, 단말기 빔 선택부(710)에서 이 채널 정보의 복소 공액을 취하여 각 안테나 순서대로 채널 벡터를 만들어 미리 계산하고, 이 채널 벡터와 단말기 웨이트 벡터 저장부(711)에 저장된 웨이트 벡터들과의 상관값을 비교하여 상대적으로 큰 상관값을 갖는 웨이트 벡터를 찾고, 이 웨이트 벡터에 해당하는 인덱스만을 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)에 제공하여 변조후 역방향 채 널을 통하여 기지국에 전송하도록 한다. Therefore, the terminal calculates the channel information through the pilot symbols as described above by the terminal channel information calculator 709, and takes the complex conjugate of the channel information in the terminal beam selector 710 to create channel vectors in the order of each antenna. Compute in advance and compare the correlation between the channel vector and the weight vectors stored in the terminal weight vector storage unit 711 to find a weight vector having a relatively large correlation value. Provided to the grandfather / CDMA modulator 708 to transmit to the base station via the reverse channel after the modulation.

상기 기지국에 전송되는 피드백 정보는 웨이트 벡터 모두를 전송하는 것이 아니라 미리 계산하여 저장하고 있는 웨이트 벡터의 순서를 정하여 그 정해진 순서의 인덱스만 전송하도록 한다.The feedback information transmitted to the base station does not transmit all of the weight vectors but determines the order of the weight vectors stored in advance and stores only the indexes of the predetermined order.

한편, 단말기로부터 상기 인덱스를 포함한 신호를 수신한 기지국은 기지국 수신빔 계산부(701)에서 적응 알고리즘을 사용하여 각 사용자에게 따른 적응 빔을 형성하여 수신하도록 한다.On the other hand, the base station receiving the signal including the index from the terminal to the base station reception beam calculation unit 701 by using the adaptive algorithm to form and receive the adaptive beam for each user.

상기 역방향 빔 형성시에 사용하는 적응 알고리즘은 기존의 알려진 기술을 사용할 수 있는데 그 하나인 "Power Method"를 예를 들면 다음과 같다.The adaptive algorithm used in forming the reverse beam may use a known technique. For example, the power algorithm may be used as follows.

안테나 어레이가 d개의 안테나로 구성되어 있고 안테나 어레이로 M개의 신호가 입사하고 가정할 때 안테나 어레이로 수신한 신호 벡터를 다음과 같이 쓸 수 있다.When the antenna array is composed of d antennas and M signals are incident to the antenna array, the signal vector received by the antenna array can be written as follows.

모든 안테나에 대해서 벡터 표현으로 나타내면 일반적으로

로 쓸 수 있는데, 이 때

와,

는 (d ×1) 벡터이고

는 M×1벡터이다. 또 A는 d×M행렬로 A를 구성하는 그 열벡터

(k=1,2,...,M)는 안테나 어레이의 방향 벡터로서 다음과 같이 쓸 수 있다.In vector representation for all antennas,

Can be used as

Wow,

Is a (d × 1) vector

Is an M × 1 vector. A is the column vector constituting A in the d × M matrix.

(k = 1,2, ..., M) can be written as the direction vector of the antenna array as follows.

안테나 어레이로 수신된 벡터

로부터 다음과 같이 자기 상관 행렬을 구성 한다.Vector received by antenna array

We construct the autocorrelation matrix from

이때, k는 안테나 어레이로 수신된 신호를 샘플링하는 스냅샷 인덱스를 나타낸다. 아울러 f는 망각인자로서 0과 1사이의 값을 갖는다.In this case, k represents a snapshot index for sampling a signal received by the antenna array. In addition, f is a forgetting factor and has a value between 0 and 1.

역방향 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 구하기 위해 추정된 수신신호의 자기상관 행렬을 이용해 반복적인 알고리즘을 사용할 수 있는데 그 예로는 앞에서 언급한 바와 같이 "Power Method"가 있고 다음과 같이 요약할 수 있다. An iterative algorithm can be used using the autocorrelation matrix of the estimated received signal to obtain the weight vector for forming the reverse beam. An example thereof is the "Power Method", and can be summarized as follows.

이때, m은 알고리즘을 갱신하는 갱신 인덱스를 나타낸다.

의 초기치, 즉,

는 임의로 설정한다.In this case, m represents an update index for updating the algorithm.

The initial value of,

Is set arbitrarily.

상기 수학식 4와 수학식 5에서 임의의

은 수신신호 벡터의 자기 상관 행렬과

의 곱을 이 곱의 절대값으로 나누어 구해지는 값으로 갱신 인덱스 m이 무한대로 발산하는 경우에

의 값은 원신호의 방향벡터

로 수렴한다.Any of the above Equations 4 and 5

Is the autocorrelation matrix of the received signal vector

Is obtained by dividing the product of by the absolute value of this product.

Is the direction vector of the original signal.

Converge to

상기 단말기 빔 선택부(710)는 제1 실시예의 도 4에서와 마찬가지로 트리 구조를 이용한 상관기들을 이용하여 스위칭 빔 어레이 안테나 시스템의 이용에 따른 최적의 빔 패턴을 생성하게 된다. The terminal beam selector 710 generates an optimal beam pattern according to the use of the switching beam array antenna system using correlators using a tree structure as in FIG. 4 of the first embodiment.

여기서 주의할 점은 제2 실시예에서는 단말기로부터 수신된 신호의 수신신호 벡터로부터 빔을 형성할 때 적응 알고리즘을 이용한 어레이 안테나 시스템을 이용하므로, 기지국 수신빔 계산부(701)에 의한 수신신호의 최적의 웨이트 벡터 선택은 상기 설명한 바와 같이 "Power Method"를 이용한 적응 알고리즘을 이용한다는 점이다.It should be noted that the second embodiment uses an array antenna system using an adaptive algorithm when forming a beam from a received signal vector of a signal received from a terminal, so that the optimal reception signal by the base station receive beam calculator 701 is optimized. The weight vector selection of is using an adaptive algorithm using the "Power Method" as described above.

또한, 상기 송신 주파수 천이부(707)는 제1 실시예의 도 5에서와 같이 송수신 주파수가 다른 경우에 상기 송신 빔 형성부(703)에 도 5와 같이 기지국으로부터 송신될 신호의 주파수 천이되어야 할 위상 정보를 제공하도록 한다.In addition, the transmission frequency transition unit 707 is a phase to be the frequency shift of the signal to be transmitted from the base station to the transmission beam forming unit 703 as shown in Figure 5 when the transmission and reception frequency is different as in Figure 5 of the first embodiment Provide information.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 스위칭 빔 어레이 안테나 시스템에 트리 구조의 빔 선택기를 채택하여 안테나 어레이로의 입사각에 민감하게 반응할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 기지국의 송/수신 주파수가 다른 경우에 단말기에서 기지국의 송신 시 사용할 빔패턴을 계산하여 그 정보를 기지국에 전송하게 함으로써 송/수신 주파수가 다른 시스템일 경우에도 순방향 빔형성을 할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 기지국이 단말기의 신호를 수신할 때만 안테나 어레이의 장점을 이용하는 것이 아니라 송신시에도 안테나 어레이의 장점을 충분히 이용하여 통신 품질 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of being sensitive to the incident angle to the antenna array by adopting a tree-type beam selector in the switching beam array antenna system. In addition, the present invention calculates a beam pattern to be used for the transmission of the base station when the base station transmits and receives a different frequency, and transmits the information to the base station to perform the forward beam formation even in a system having a different transmit / receive frequency It can be effective. Therefore, the base station not only uses the advantages of the antenna array when receiving a signal from the terminal, but also has the effect of greatly utilizing the advantages of the antenna array during transmission to greatly improve the communication quality.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the examples, but should be defined by the claims.

Claims

A terminal for estimating an index for beam generation of a signal to be transmitted to the terminal from the signal received from the base station and transmitting the index to the base station;

And a base station for transmitting a beam generated by the complex dot product of the weight vector having the beam index of the transmitted signal and the signal to be transmitted to the terminal.

The method of claim 1, wherein the base station,

A base station adder for adding a pilot symbol to a signal to be transmitted to a terminal;

A base station receiving / transmitting beamforming unit for complex-integrating a transmission signal to which the pilot symbol is added and an arbitrary weight vector, and generating a beam by complex-integrating a reception signal and an arbitrary weight vector of the base station;

A base station CDMA demodulator / CDMA modulator for demodulating / modulating a beam generated by the base station receiver / transmit beamformer;

A weight vector for forming a reception vector of the base station receiving / transmitting beamforming unit and a weight vector for forming a transmission beam corresponding to an index of a weight vector included in the demodulated signal of the base station CDMA demodulation unit / CDMA modulation unit A base station weight vector storage unit for storing;

A base station receive beam selector / transmit beam selector which selects an arbitrary weight vector stored in the base station weight vector storage and provides the weight vector to the base station receive / transmit beamforming unit;

And a base station transmission frequency transition unit for providing phase information on a transmission frequency different from a reception signal frequency of a base station to the base station reception / transmission beamforming unit.

The method of claim 1, wherein the base station,

A base station receiving / transmitting beamforming unit complex-integrating a transmission signal to which the pilot symbol is added and an arbitrary weight vector, and generating a beam by complex-integrating the base station reception signal and an arbitrary weight vector respectively;

A base station CDMA demodulator / CDMA modulator for demodulating / modulating the beams generated by the base station receive / transmit beamformer;

The base station receives a signal to be transmitted by the base station and a weight vector to be complex-integrated according to the index of the weight vector included in the demodulated signal of the base station CDMA demodulator / CDMA modulator from the weight vector stored in the base station weight vector storage unit. A base station transmit beam selector provided to the transmit beamforming unit;

A base station reception beam calculation unit for estimating a weight vector to be complex-integrated with the base station reception signal by an adaptive algorithm and providing the base station reception / transmission beamforming unit; And

3. The phase vector of claim 2, wherein frequency shift of a transmission frequency provided to the base station reception / transmission beamforming unit is to be performed.

And a base station and a terminal.

3. The method of claim 2, wherein the reception beam selection unit in the base station reception beam selection unit / transmission beam selection unit includes a correlator of a tree structure, and the received signal vector and the weight vector of the base station reception / transmission beam forming unit at each stage of the tree structure. Transmitting and receiving system between a base station and a terminal, characterized in that to form a beam by taking a correlation value having a relatively large correlation value.

6. The transmission and reception system between a base station and a terminal according to claim 5, wherein the correlation value is fixed at an arbitrary value in a reception beam selection unit of the base station reception beam selection unit / transmission beam selection unit.

The method of claim 1, wherein the terminal

A terminal CDMA demodulator / CDMA modulator for demodulating / modulating a received / transmitted signal with the base station;

A terminal channel information calculator for calculating a channel vector obtained by complex-conjugation of a value obtained by multiplying a pilot symbol known by the base station to a pilot symbol included in a signal demodulated by the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator;

A terminal weight vector storage unit which provides an arbitrary weight vector for obtaining a correlation value with the channel vector to the terminal beam selector;

And a terminal beam selector for obtaining a correlation value between the channel vector and the provided arbitrary weight vector, selecting an index of a weight vector having a relatively large value among the correlation values, and providing the index to the terminal CDMA demodulator / CDMA modulator. Transmitting and receiving system between the base station and the terminal, characterized in that.

8. The terminal CDMA demodulator of claim 7, wherein the terminal beam selector comprises indexes of weight vectors of a correlator having a relatively large complex dot value of a channel vector and a weight vector at each stage of the tree structure, including tree-correlators. Transmitting and receiving system between the base station and the terminal, characterized in that provided to / CDMA modulator.

10. The system of claim 8, wherein the correlation value in the terminal beam selector is fixed to an arbitrary value.

A wireless transmission / reception module for transmitting and receiving a signal with a base station; And

Computing correlation values between the channel vector calculated by the pilot signal included in the reception signal of the transmission and reception module and a plurality of preset weight vectors, and selecting a weight vector forming a maximum correlation value among the calculated plurality of correlation values. And a beam selection module for providing information on the selected weight vector to the wireless transmission / reception module.

The method of claim 10,

The information about the selected weight vector is transmitted to the base station to form a transmission beam of the base station.

The method of claim 10, wherein the beam selection module,

A correlation value calculator for calculating correlation values between a channel vector calculated by a pilot signal included in a received signal of the transceiver module and a plurality of preset weight vectors;

A beam selector configured to select a weight vector forming a maximum correlation value among the calculated plurality of correlation values and provide information on the selected weight vector to the wireless transceiver module;

The method of claim 10,

The beam selection module may include a received signal vector corresponding to the received signal and a part of the remaining vector except the partial weight vector according to a result of performing a complex dot product between the channel vector and some of the preset plurality of weight vectors. A mobile terminal, characterized in that for performing a complex dot product.

The method of claim 10,

Further comprising a weight vector storage unit for storing the predetermined information,

The weight vector storage unit stores the plurality of preset weight vectors.

The method of claim 10,

The pilot signal is a mobile terminal, characterized in that a predetermined signal between the base station and the mobile terminal.

A wireless transmission / reception module for transmitting and receiving a signal to and from a mobile terminal through a plurality of antennas, and including a pilot signal in a transmission signal to the mobile terminal;

Transmitting / receiving beamforming to form a transmission beam by weight information and a plurality of weight vectors for forming a transmission beam received from the mobile terminal, and forming a reception beam by the received signal and the plurality of weight vectors received from the mobile terminal A mobile communication base station comprising a module.

The method of claim 16,

The transmission / reception beamforming module is configured to form a reception beam through a complex dot product of the received signal vector and the plurality of weight vectors according to the received signal.

The method of claim 17,

The transmit / receive beamforming module performs a complex dot product of the received signal vector and a part of the remaining vectors except for the some weight vector according to a result of performing a complex dot product of the received signal vector and some of the plurality of weight vectors. Mobile communication base station, characterized in that.

The method of claim 16,

The plurality of weight vectors are preset.

The method of claim 16,

And the plurality of weight vectors are estimated by the received signal.

The method of claim 20,

The plurality of weight vectors are estimated by the autocorrelation matrix of the received signal.

The method of claim 16,

And a base station transmit frequency shifter for providing phase information on the transmit frequency to the transmit / receive beamforming module when the transmit frequency and the receive frequency of the base station are different from each other.