KR100241503B1

KR100241503B1 - 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신 신호 처리방법 및 장치

Info

Publication number: KR100241503B1
Application number: KR1019960012172A
Authority: KR
Inventors: 최승원; 윤동운
Original assignee: 이상철; 한국통신프리텔주식회사; 최승원
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR970060573A; KR100241502B1; KR970060574A

Abstract

본 발명은 최적 배열 안테나의 설계와, 상기 최적 배열 안테나를 이용하여 원신호 레벨 대(對) 간섭신호 레벨의 차이를 더욱 증가시키므로서, 타 사용자 등에 의한 간섭신호의 영향을 현저히 감소시켜 통신용량을 증대시키고, 부가잡음의 세기를 현저히 줄이어 통신품질을 개선시키는, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 송수신 장치 및 방법을 제공하여, 간섭 및 잡음의 영향을 줄임으로써 통신 품질 향상 및 통신 용량 증가시키고, 종래의 방식보다 계산량을 현저히 줄임으로써 실시간 처리가 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신 신호 처리방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 최적 배열 안테나의 구조 및 작용을 보여주기 위한 개념도.

제2도는 본 발명에 따른 최적 배열 안테나의 전체 설계과정을 나타낸 흐름도.

제3도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 수신장치를 설명하기 위한 개략도.

제4도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 일실시예 세부구성도.

제5도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 오차벡터 합성부의 일실시예 세부구성도.

제6도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 스칼라 합성부의 일실시예 세부구성도.

제7도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 추적방향벡터 합성부의 일실시예 세부구성도.

제7도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 적응이득 합성부의 일실시예 세부구성도.

제8도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 위상지연벡터 갱신부의 합성부의 일실시예 세부구성도.

제9도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부의 위상지연벡터 갱신부에 대한 다른 실시예 세부구성도.

제10도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른, 신호 송신장치의 일실시예 구성을 설명하기 위한 개략도.

제11도는 상기 제1실시예에 따른, 신호 송신장치의 다른 실시예 구성을 설명하기 위한 개략도.

제12도는 상기 제1실시예에 따른, 배열 안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도.

제13도는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 수신장치를 설명하기 위한 개략도.

제14(a)도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치 수신부의 일실시예 세부구성도.

제14(b)도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치 수신부의 다른 실시예 세부구성도.

제15도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치 신호처리부의 일실시예 구성블럭도.

제16도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부의 오차벡터 합성부 일실시예 세부구성도.

제18도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부의 적응이득 합성부 일실시예 세부구성도.

제19(a)도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부의 이득벡터 갱신부 일실시예 세부구성도.

제19(b)도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부의 이득벡터 갱신부 다른 실시예 세부구성도.

제20도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부의 스칼라 합성부 세부구성도.

제21도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치 신호처리부의 다른 실시예 구성을 나타낸 블럭도.

제22도는 상기 제21도에 도시된 신호처리부의 오차벡터 합성부 일실시예 세부구성도.

제23도는 상기 제21도에 도시된 신호처리부의 최대고유치 합성부 일실시예 세부구성도.

제24도는 상기 제21도에 도시된 신호처리부의 적응이득 합성부 일실시예 세부구성도.

제25도는 제2실시예에 따른 신호 수신장치 신호처리부의 또다른 실시예 구성을 나타낸 블럭도.

제26도는 상기 제25도에 도시된 행렬계산 근사부의 일실시예 세부구성도.

제27도는 상기 제25도에 도시된 최대고유치합성부의 일실시예 세부구성도.

제28도는 상기 제25도에 도시된 오차벡터합성부의 일실시예 세부구성도.

제29도는 상기 제25도에 도시된 신호처리장치의 적응이득 합성부의 일실시예 세부구성도.

제30도는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른, 신호 송신장치의 안테나 구조를 설명하기 위한 개략도.

제31도는 상기 제2실시예에 따른, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 방법을 설명하기 위한 흐름도.

제32도는 다수 가입자가 통신을 하고자 하는 경우를 위한 본 발명에 따른 신호 수신 시스템의 일실시예 구현예시도.

제33도는 다수 가입자가 통신을 하고자 하는 경우를 위한 본 발명에 따른 신호 송신 시스템의 일실시예 구현예시도.

제34(a)도 및 제34(b)도는 본 발명에 따른 배열안테나를 페이딩이 존재하는 QPSK 디지틀 이동통신환경에 적용시, 간섭 및 잡음의 영향을 개선시키는 정도를 보여주는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 배열 안테나 2 : 위상 지연부

3 : 지연 신호 가산부 5 : 신호처리부

6 : 수신부 9 : 신호처리부

8 : 내적 계산부 11 : 안테나 소자

12 : 안테나 소자 21, 22 : 위상 지연 조사

51, 91 : 오차벡터 합성부 52, 92 : 스칼라 합성부

53, 93 : 추적방향벡터 합성부 54, 94 : 적응이득 합성부

55 : 위상지연벡터 갱신부 95 : 이득벡터 갱신부

96 : 자기상관행렬 발생부 97 : 최대 고유치 합성부

본 발명은 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 무선통신을 행할 때, 수신되는 신호에는 원하는 신호(원신호)와 간섭신호가 함께 존재하며, 통산 한 개의 원신호에 대해 다수의 간섭신호가 존재한다. 이러한 간섭신호에 의한 통신왜곡의 정도는 원신호 전력 대 모든 간섭신호 전력의 합에 의해 결정되므로, 원신호의 레벨이 간섭신호 각각의 레벨보다 현저히 높은 경우에도 간섭신호의 개수가 많으면 간섭신호의 전체전력이 커져 통신왜곡이 발생하게 된다. 기존의 경우는 이러한 왜곡으로 인해 원신호의 정보재생을 매우 어렵게 만든다는 심각한 문제점을 내포하고 있었다.

따라서, 전술한 문제점을 개선하기 위한 일환으로서, 종래에는 기존의 배열 안테나를 이용하여 간섭신호의 영향을 줄이고자 하는 시도가 많은 사람들에 의해 이루어져 왔으나, 지금까지 개발된 대부분의 기술은 고유치 분리(Eigen Decomposition : 이하, 간단히 “ED”라 함)방법에 근거한 것으로, 시스템의 복잡성과 그 처리시간상의 문제로 인하여 무선통신 분야에 실제로 적용되지 못하였는 바, 이러한 종래기술은 다음의 참조문헌에 상세히 소개되어 있다.

[참조문헌]

[1] M. Kaveh and A. J. Barabell, “The Statistical Performance of the MUSIC and Minimun-Norm Algorithms for Resolving Plane Waves in Noise,” IEEE Trans., Acoust., speech and signal process., vol. ASSP-34, pp. 331-341, April 1986.

[2] T. Denidni and G. Y. Delisle, “A Nonlinear Algorithm for Output Power Maximization of an Indoor Adaptive Phased Array,” IEEE Electronmagnetic Compatibility, vol.37, no.2, pp. 201-209, May, 1995.

배열 안테나(active phased array antenna)를 통신에 이용한다는 것은, 배열안테나를 이루고 있는 각 안테나 소자에 적절한 복소이득치를 구하여 곱하므로써, 혹은, 그 복소이득치의 위상만큼 위상지연을 부가하거나, 그 위상지연을 캐리어주파수의 2π배로 나눈 값을 시간지연으로 가하므로써, 원신호가 위치한 방향으로는 최대의 이득을 주고 각 간섭신호의 방향으로는 최소의 이득을 주어 간섭신호의 영향을 최소화하고자 하는 것이다.

참고로, 본 발명에서 배열 안테나를 설계한다는 것은, 배열 안테나를 구성하고 있는 각각의 안테나 소자에 유기되는 신호에 곱해져야 할 복소이득, 혹은 각각의 안테나 소자에 유기되는 신호에 부가되어야 할 위상지연의 값, 혹은, 각 유기신호에 부가되어야 할 시간지연값을 결정하는 것을 의미한다. 그리고, 배열안테나 전체의 빔패턴은 각 안테나에 부가되는 위상지연에 따라 결정되는 신호 성분의 입사각(수신모드에서는 입사각, 송신모드에서는 방사각)의 함수이다.

그러나, 전술한 종래의 ED방법을 실제의 통신환경에 적용하고자 할 때, 가장 문제시되는 점은 무엇보다도 너무 많은 계산이 요구된다는 단점을 들 수 있다.

즉, 이는 알고리즘(algorithm)의 복잡도 문제인데, 원신호의 방향 혹은 간섭신호의 개수를 모를 때에는 더욱 더 많은 계산이 요구되어, 실제적으로 통신에 적용하기가 불가능해진다.

더욱이, 통신환경이 시변환(time-variant)인 경우에는 구하려는 인자값(각 안테나소자에 가해져야 할 위상지연값 혹은 각 안테나소자에 곱해져야 할 복소이득값)이 계속 바뀌어야 하므로 전술한 바와 같은 많은 계산을 실시간으로 수행하는 것이 사실상 불가능해지는 것이다.

그리하여, 당해 무선통신 분야에서는, 원신호 및 간섭신호의 개수 혹은 각 신호의 입사각 등 신호환경에 대한 사전정보 없이도, 배열안테나의 본래 취지인 이상적인 빔패턴(원신호 방향으로는 최대의 이득, 간섭신호 방향으로는 최소의 이득을 갖는 빔패턴)을 보다 간단하게 구할 수 있는 실용적인 신기술의 개발이 절실히 요구되고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 효과적으로 해결하기 위해 안출된 것으로서, 간단화된 게산과정을 통해 이상적인 빔패턴(원신호 방향으로는 최대의 이득, 간섭원의 방향으로는 최소의 이득을 갖는 빔패턴)을 제공하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해, 전술한 바와 같은 최적 배열 안테나를 채용하여 원신호 레벨 대(對) 간섭신호 레벨의 차이를 더욱 증가시키므로서 타 사용자 등에 의한 간섭신호의 영향을 현저히 감소시켜 통신용량을 증대시키고, 부가잡음의 세기를 현저히 감소시키므로써 통신품질을 개선시키는, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 송수신 장치 및 방법을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 적어도 하나의 주파수 저역 천이 수단과, 상기 각 주파수 저역 천이 수단에 연결되는 적어도 하나의 복조 수단과, 상기 각 복조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법에 있어서, 상기 다수의 안테나 소자들 각각에 유기되는 수신신호들을 역확산하는 제1단계; 상기 제1단계에서 역확산된 신호벡터에 대한 자기상관 행렬의 최대 고유치(λ_MAX)를 산출하는 제2단계; 상기 안테나 소자에 유기되는 각각의 신호에 가하기 위한 이득벡터를 하기 수식에 따라, 상기 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터의 값으로 정하는 제3단계; 및

상기 제3단계에서 정해진 이득벡터를 상기 다수의 안테나 소자들에 유기되는 각각의 신호에 가하여 수신 출력 신호를 생성하는 제4단계를 포함하여, 원신호의 방향으로는 최대의 이득이 가해지고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 작은 이득이 가해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수신 출력 신호를 생성하는 제4단계는, 상기 이득벡터의 각 요소를 상기 각 안테나 소자에 유기되는 신호와 곱한 후, 그 곱한 결과들을 더하여 생성하거나, 또는 상기 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 상기 안테나 소자에 유기되는 신호와 곱한 후, 그 곱한 결과들을 더하여 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이득벡터의 값은, 상기 최대 고유치에 대응하는 상기 고유벡터의 빔패턴 특성에 영향을 주지않으면서 국부적인 변화만을 가하도록 하기 위해 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 상수배하여 결정하거나, 또는 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 정규화하여 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 현재 스냅샷에서의 상기 자기상관 행렬은, 바로 전 스냅샷에서의 상기 자기상관 행렬에 크기가 0에서 1사이인 망각인자를 곱한 값에 현재 스냅샷에서의 상기 각 안테나소자에 유기된 신호들로부터 얻어진 신호벡터로 계산하는 하기 식에 따른 신호행렬을 더하여 구하는 것을 특징으로 한다.

(단,)과는 각각 J＋1번째와 J번째 스냅샷의 자기상관 행렬이고, f는 0과 1사이의 값을 취하는 망각인자이고, Ts는 스냅샷 주기이며, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitiam) 연산자임)

또한, 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터는, 최초 스냅샷에서는 상기 각 안테나 소자에 유기된 신호들간의 위상 차이를 없애도록 상기 이득벡터를 결정하기 위하여, 기준안테나에 유기된 신호에는 변화를 가하지 않고, 각 상기 안테나소자의 신호들에 대하여는 차후위상을 갖는 인접한 상기 안테나 소자와의 위상차만큼 위상지연을 가하도록 상기 이득벡터의 값을 정하고, 두 번째 스냅샷 이후부터는 바로 전 스냅샷에서의 상기 이득벡터를 갱신하여 구하되, 매 스냅샷에서 상기 자기상관 행렬의 레일리 쿼션트(Rayleigh quotient)가 최대가 되도록 갱신하여 구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준안테나 소자는, 상기 다수의 안테나 소자중 매 스냅샷마다 위상이 가장 늦은 신호가 유기되는 안테나 소자로 정하거나, 또는 상기 다수의 안테나 소자 중 현스냅샷에서 통신하고자 하는 신호원과의 물리적 거리가 가장 먼곳에 위치한 안테나 소자로 정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 적어도 하나의 주파수 고역 천이 수단과, 상기 각 주파수 고역 천이 수단에 연결되는 적어도 하나의 변조 수단과, 상기 각 변조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법에 있어서, 신호수신단에서 다수의 안테나소자들 각각에 유기되는 신호들을 역확산하고, 상기 역확산된 신호벡터에 대한 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX))를 산출하며, 상기 신호수신단에서 다수의 안테나 소자들에 유기되는 각각의 신호에 가하기 위한 이득벡터를 하기 수식에 따라 상기 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터의 값을 구하는 단계; 및

상기 신호수신단에서 구한 이득벡터의 해당 요소값을, 상기 소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들을 통해 송출될 신호에 각각 곱하여 송신 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하여, 원신호의 방향으로는 최대의 이득이 가해지고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 작은 이득이 가해지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이득벡터의 값을 정함에 있어서, 상기 최대 고유치에 대응하는 상기 고유벡터의 빔패턴 특성에 영향을 주지않으면서 국부적인 변화만을 가하도록 하기 위해, 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 상수배하여 상기 이득벡터의 값을 결정하거나, 또는 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 정규화하여 상기 이득벡터의 값을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(단,과는 각각 J＋1번째와 J번때 스냅샷의 자기상관 행렬이고, f는 0과 1사이의 값을 취하는 망각인자이고, Ts는 스냅샷 주기이며, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitiam)연산자임)

또한, 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터는, 최초 스냅샷에서는 상기 각 안테나 소자에 유기된 신호들간의 위상 차이를 없애도록 상기 이득벡터를 결정하기 위하여, 상기 기준안테나에 유기된 신호에는 실수(real number)를 곱하고 각 상기 안테나 소자의 신호들에 대하여는 차후위상을 갖는 인접한 상기 안테나 소자와의 위상차만큼 위상지연을 가하도록 상기 이득벡터의 값을 정하고, 두 번째 스냅샷 이후부터는 바로 전 스냅샷에서의 상기 이득벡터를 갱신하여 구하되, 매 스냅샷에서 상기 기준안테나 소자에 유기되는 신호에 곱하는 이득값은 실수로 유지하며 상기 자기상관 행렬의 레일리 쿼션트(Rayleigh quotient)가 최대가 되도록 갱신하여 구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준안테나 소자는, 상기 다수의 안테나 소자중 매 스냅샷마다 위상이 가장 빠른 신호가 방사되는 안테나 소자로 정하거나, 또는 상기 다수의 안테나 소자중 현 스냅샷에서 통신하고자 하는 신호원과의 물리적 거리가 가장 먼곳에 위치한 안테나 소자로 정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 적어도 하나의 주파수 천이 수단과, 상기 각 주파수 천이 수단에 연결되는 적어도 하나의 변복조 수단과, 상기 각 변복조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법에 있어서, 초기 이득벡터를 설정하는 제1단계; 설정된 이득벡터를 이용하여 상기 다수의 안테나 소자들에 유기되는 각각의 수신 신호에 가하거나, 상기 다수의 안테나 소자들을 통해 송출될 신호에 각각 곱하여 송수신되도록 하는 제2단계; 현재의 스냅샷이 최종 스냅샷인지 여부를 확인하여, 최종 스냅샷이면 종료하고, 최종 스냅샷이 아니면, 직전 스냅샷의 입력 수신 신호에 의거하여 자기 상관행렬을 갱신하고 나서, 상기 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터로 근접하도록 이득벡터를 하기 수식에 따라 산출하여 갱신하는 제3단계; 및

상기 갱신된 이득벡터에 의거하여 새로운 신호가 송수신되도록 상기 제2단계로 진행하여, 최종 스냅샷까지 상기 제2 및 제3단계를 반복 수행하는 제4단계를 포함하여, 매 스냅샷마다 원신호의 방향으로는 최대의 이득이 가해지고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 작은 이득이 가해지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1단계는, 각 안테나 소자에 유기된 신호간의 위상차를 없애기 위해 초기에 수신된 신호벡터로 정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터는, 최초 스냅샷에서는 상기 각 안테나 소자에 유기된 신호들간의 위상 차이를 없애도록 상기 이득벡터를 결정하기 위하여, 기준안테나에 유기된 신호에는 변화를 가하지 않고, 각 상기 안테나소자의 신호들에 대하여는 차후위상을 갖는 인접한 상기 안테나 소자와의 위상차만큼 위상지연을 가하도록 상기 이득벡터의 값을 정하고, 두번째 스냅샷 이후부터는 바로 전 스냅샷에서의 상기 이득벡터를 갱신하여 구하되, 매 스냅샷에서 상기 기준안테나에 유기되는 신호에 곱하는 이득값은 실수(real number) 로 유지하며 상기 자기상관 행렬의 레일리 쿼센트(Rayleigh quotient)가 최대가 되도록 갱신하여 구하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적으로 달성하기 위하여 본 발명은, 배열안테나를 이용한 신호 수신장치에 있어서, 다수의 안테나소자들을 구비하고 소정의 위치와 간격으로 배열되어 각 안테나소자에 유기되는 수신신호를 후단으로 인가하는 배열안테나; 상기 각 안테나소자에 유기되어 상기 배열안테나로부터 출력되는 신호벡터에 대하여 주파수 저역천이, 복조 및 역확산을 포함한 신호수신처리를 행하여 매 스냅샷마다 신호벡터를 합성하는 수신수단; 상기 수신수단으로부터 출력되는 역확산된 신호벡터의 각 요소(X₁....X_N)와 신호처리수단으로부터 제공되는 이득벡터를 내적하여 배열안테나의 출력값을 합성하는 내적계산수단; 및 상기 수신수단으로부터 출력되는 역확산된 상기 신호벡터와 상기 내적계산수단의 출력값 (y(t))을 처리하여 이득벡터 값(W₁....W_N)을 구하되, 하기 수식과 같이 수신 신호에 대한 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 상응하는 고유벡터로부터 이득벡터를 구하여 상기 내적계산수단으로 제공하는 상기 신호처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적으로 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 안테나 소자를 구비하고 있는 배열안테나를 이용한 신호 송신장치에 있어서, 신호처리수단로부터 배열안테나의 각 안테나소자에 순차적으로 하나씩 제공되는 이득벡터(W₁....W_N)의 각 요소값의 위상만큼, 송신희망신호를 위상지연시켜서 해당안테나 소자에 각각 인가하기 위한 다수의 지연소자를 구비하며, 상기 다수의 지연소자에 인가되는 이득벡터는 내적계산수단에서 합성된 상기 배열안테나의 수신 출력값과 수신수단으로부터 출력되는 역확산된 상기 신호벡터를 처리하여 이득벡터값(W₁....W_N)을 구하되, 상기 신호처리수단에서 하기 수식과 같이 수신 신호에 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)에 상응하는 고유벡터로부터 구한 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 배열안테나를 이용한 신호 송신장치는, 상기 지연소자 각각에 정규화된 해당 이득벡터 값을 제공하기 위하여, 매 스냅샷마다 이득벡터의 첫 번째 요소(W₁)와 최후 요소(W_N)의 크기를 비교하여 크기가 작은 요소를 선택하는 선택소자; 및 해당 이득벡터 값에서 상기 선택소자에 의해 선택된 값을 빼고 출력하는 덧셈기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적으로 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 안테나 소자를 구비한 배열안테나를 이용한 신호 송수신방법에 있어서, 초기 이득 벡터를 설정하는 제1단계; 수신모드에서는 상관기 출력을 상기 이득벡터로 내적시켜 현재 스냅샷에서의 수신신호로 수신하고, 송신모드에서는 상기 수신모드에서 갱신된 이득벡터의 위상성분만큼 상기 배열안테나의 각 안테나 소자에서 송신신호를 위상지연시켜 송신하는 제2단계; 다음 스냅샷에서의 수행을 위해 스냅샷 인덱스를 갱신하고, 새로운 스냅샷에서 상기 배열안테나를 이용하여 신호를 수신하는 제3단계;

자기상관행렬이 순시 신호벡터만으로 산출되는지 여부를 판단하는 제4단계; 상기 제4단계의 판단 결과 순시치만으로 근사된 자기상관행렬이 산출가능하면 망각인자를 ‘0’으로 설정하고, 그렇지 않으면 ‘0’과 ‘1’사이의 어느 한 값으로 망각인자를 설정하는 제5단계; 상기 자기상관행렬을 하기 수식에 따라 갱신하는 제6단계;

(단, f는 망각인자, k는 스냅샷 인덱스, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitian) 연산자임)

갱신된 자기상관행렬의 최대 고유치에 상응하는 고유벡터로 상기 이득벡터를 갱신하는 제7단계; 및 갱신된 이득벡터를 가지고 다시 신호의 송수신을 수행하는 상기 제2단계로 되돌아가, 최종 스냅샷까지 반복수행하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 크게, 원하는 이상적인 빔패턴을 제공하는 최적 배열 안테나 설계기술과, 그를 이용하여 간섭 및 잡음의 영향을 줄임으로써 통신품질 향상시키고, 통신용량을 증가시키는 송수신장치 및 방법을 제안하고 있다.

그리고, 본 발명에 의한 상기 배열 안테나는 송신과 수신 모두를 위해 설계되며, 그들이 신호 송수신장치에 어떻게 설치되는지와, 또 상기 신호 송수신장치가 통신시스템에 어떻게 설치되는지도 본 발명에 포함된다.

[배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신 신호 처리 방법(최적배열 안테나 설계)]

소정 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 주파수 천이 수단과, 상기 각 주파수 천이 수단에 연결되는 변복조 수단과, 상기 각 변복조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동 통신 시스템 등에서 송수신되는 신호를 처리하는 방법(최적 배열 안테나 설계)을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 최적 배열 안테나의 수신모드에서의 구조 및 작용을 개념적으로 설명하기 위한 개략도이다.

본 도면은 다수(M개)의 신호 S₁(t), S₂(t), …, S_M(t)가 수신 배열 안테나에 입사되는 신호환경을 개념적으로 묘사하고 있는 것으로, 도면에서 x_m(t)는 m번째 안테나에 유기된 신호이고, _m는 원하는 빔패턴을 형성사키기 위해 상기 m번째 안테나 소자에 유기된 신호에 가하는 복소이득 벡터이며, y(t)는 상기 배열 안테나의 출력을 나타낸 것이다.

여기서, 상기 배열 안테나의 출력 y(t)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(단, W^＊ _m는 W_m의 복소공액임.)

윗식은 배열안테나가 선형배열일 경우에 해당하나, 본 발명에서 제안하는 기술은 그 배열의 형태에 관계없이 최적의 빔패턴 형성에 유효하게 사용될 수 있다.

배열안테나를 설계한다는 것은, 전술한 바와 같이 배열안테나를 구성하고 있는 각각의 안테나 소자에 유기되는 신호에 곱해져야 할 복소이득을 구하여 정하거나, 각각의 안테나 소자에 유기되는 신호에 부가되어야 할 위상지연의 값을 구하여 정하거나, 또는 각 유기신호에 부가되어야 할 시간지연값을 구하여 결정하는 것이라 할 수 있는데, 상기한 세가지 방식은 수학적으로 결국 모두 등가적인 것이다.

본 발명에서 배열 안테나를 설계하는 목적은, 원하는 빔패턴을 형성하도록 복소이득벡터 “”의 값을 결정하므로써, 궁극적으로는 안테나 소자에 유기된 신호들과 상기 복소이득벡터의 내적(Euclidean inner product) 결과인 배열 안테나의 출력을 원하는 값에 근접시키고자 함에 있다. 그리고, 상기 복소이득벡터의 모든 요소(element)의 크기를 1로 정규화하면 각 안테나소자에 유기된 신호값에 상기 복소이득벡터를 곱한다는 것은 그 신호에 복소이득벡터의 위상만큼의 위상지연을 가하는 것이 된다.

따라서, 배열안테나를 설계한다는 것은 배열안테나를 구성하고 있는 각 안테나 소자에 부가할 위상지연의 값을 결정하는 것으로 귀결될 수 있다.

이때, I번째 안테나 소자에 부가할 위상지연을 ø_i이라 하면, 캐리어주파수의 2π배로 ø_i를 나눈 값만큼의 시간지연을 부가하여서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

인접한 안테나 소자간의 거리를(단, λ_C는 입력신호의 캐리어주파수의 파장)로 정한 선형 배열안테나인 경우, m번째 안테나 소자에 유기되는 신호는 주파수 저역천이 후에 다음과 같이 나타낼 수 있다.

단, θ_k는 k번째 신호의 입사각이며 S_k(t)는 수신단에서 본 k번째 송신신호이다. 식(1)에서 아랫첨자 m은, 다음 페이지에서 정의될, 기준안테나의 경우를 m=1로 하여 수신 혹은 송신신호의 위상크기 순으로 m=2, 3, …, N으로 번호가 매겨진다.

상기 식(1)에서, M개의 신호성분 중 어느 하나가 원신호이며(본 발명에서는, 편의상 첫 번째 신호 S₁(t)를 “원신호”라 하고 원신호의 입사각은 “ø_i”이라 한다), 나머지 M-1개의 신호는 간섭신호로서 잡음 n_m(t)와 함께 통신을 방해하는 요소이다.

또한, 상기 식(1)은 균등간격의 선형 배열안테나의 경우를 위한 식이지만, 본 발명에서 제공되는 기술은 안테나간의 거리가 균등치 않거나, 선형배열이 아닌 경우에도 일반적으로 적용되는 기술이다.

어떤 안테나(m번째 안테나)와 기준안테나와의 거리를 d_m라 하면 그 안테나의 신호는 기준안테나의 신호와만큼의 위상차가 나게 된다(단, λ_C는 신호의 캐리어 주파수에서의 파장임). 따라서 비균등간격이거나 비선형 배열의 경우 m번째 안테나에 유기되는 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

본 발명에서는 상기 각 안테나 소자에 가할 위상지연 혹은 시간지연을 모두 양수(＋)로 만들기 위해, 수신모두에서는 가장 위상이 늦은 신호가 유기되는 안테나소자를 기준 안테나소자로 삼고, 송신모드에서는 신호의 전달방향이 반대이므로 가장 위상이 빠른 안테나소자가 기준 안테나소자가 된다.

이렇게 기준 안테나소자를 정의하면, 실제로 배열안테나를 설계함에 있어서, 상기 기준 안테나소자에 유기되는 신호에는 항상 0위상을 가하고(변화를 가하지 않음을 의미함), 간섭원의 안테나소자에는 모두 양의 위상차(또는, 위상지연을 캐리어주파수의 2π배로 나눈 시간지연)를 가하여 손쉽게 설계할 수 있게 된다.

만일, 상기 배열안테나가 N개의 안테나소자로 구성되어 있다면, 매 스냅샷마다 N-by-1 신호벡터(일반적으로 요소의 개수가 N개인 벡터를 “N-by-1 벡터”라고 함)를 받게 되어 J번째의 스냅샷에서는 다음과 같이 자기상관 행렬을 구성할 수 있다(식 (2) 참조).

여기서 "스냅샷"이라 함은 배열안테나에 입사되는 신호를 관측하여 새로운 이득벡터(혹은 위상지연벡터)를 계산하는 시간을 말하며, 본 발명에서는, 매 스냅샷마다 새로 입사되는 신호값에 알맞는 이득벡터(혹은, 위상지연벡터)를 산출해 내므로써, 현재 입사된 신호값에 적응하는 배열안테나를 매 스냅샷마다 설계할 수 있다.

단, 상기 식에서 이중밑줄(double underline)은 행렬을, 단일밑줄(underline)은 벡터를 각각 표시한 것이며, Ts는 스냅샷의 주기이고, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitian)연산자이며, 요소의 개수가 N개인 N-by-1신호벡터는 상기 식 (1)에 설명된 입력신호m=1, 2, ... , N으로, 다음과 같이 구성된다.

(단, 윗첨자 T는 전치(transpose) 연산자임.)

그러나, 상기 식 (2)는 M개의 신호성분의 입사각이 변하지 않을 때만 유효하며, 시변환(time-variant) 환경, 즉 이동통신 환경과 같이 각각의 신호원이 통신도중에 움직일 때는 입사각이 매 스냅샷마다 달라지므로 상기 식 (2)로는 올바른 자기상관행렬을 구성할 수 없게 된다.

따라서, 시변환(time-variant) 환경에서는 다음과 같이 망각인자를 도입하여 반복적인 방법으로 자기상관 행렬을 근사적으로 계산함이 바람직하다.

(단,과는 각각 J＋1번째와 J번째 스냅샷의 자기상관행렬이며, f는 0과 1사이의 값을 취하는 망각인자임.)

일반적으로 통신환경은 시변환이므로, 본 발명에서는, 특히 이동통신환경에서 상기 식(2)보다는 상기 식(4)를 이용하여 자기상관 행렬을 계산한다.

다양한 컴퓨터 모의실험 결과, 본 발명의 기술을 일반적인 육상이동통신 환경에 적용할 경우, 망각인자의 값을 0.8∼0.99 범위내로 하는 것이 최적의 성능을 발휘함을 알 수 있었다.

이제, 최적 배열 안테나 설계에 관하여 실시예를 들어 좀더 구체적으로 설명한다.

상기 식 (2) 혹은 식 (4)에 의해 결정되는 자기상관 행렬의 고유치를 크기순으로 나열해 보면 λ₁≥λ₂≥...≥λ_N와 같이 되는데, 상기 최대의 고유치 λ₁은 신호의 총갯수 M과 안테나소자의 개수 N에 상관이 없이 신호성분들에 의해 결정되는 고유치이다.

따라서, 상기 최대 고유치 λ₁에 대응하는 정규화된 고유벡터를이라 하면,은 다음과 같이 신호 부공간(signal subspace)에 존재함을 알 수 있다.

단, 복소치 γ_i는 원신호 및 간섭신호들의 크기 및 입사각 분포에 의해 결정되는 상수이며,는 i번째 입사 신호의 입사각 θ_i에 의해 결정되는 방향벡터로서,

로 결정된다.

여기서, 원하는 신호의 레벨이 여타의 신호, 즉 간섭신호, 각각의 레벨보다 현저히 크다고 가정해 보자. 즉,

식 (7)의 조건이 만족되는 신호 환경에서는 식 (5)의 고유벡터을 다음과 같이 근사화할 수 있다.

즉,은 원하는 신호의 입사각에 의해 결정되는 방향벡터와 거의 동일한 방향이 된다.

따라서, 원하는 신호레벨이 간섭신호 각각의 레벨보다 충분히 크다는 조건에서는, 각 안테나 소자에 가하는 이득벡터를 최대고유치의 상응벡터으로 결정하면, 배열 안테나의 빔패턴은 최대이득을 원신호 방향인 θ₁쪽으로 근사하게 되는 것이다.

그러므로, 본 발명에서는 배열안테나의 이득벡터를 다음과 같이 놓도록 제시하고 있다.

여기서, 고유벡터를 상수로 나눈 것은 배열안테나의 성능을 분석할 때에 계산상의 편리를 위한 것이다.

이어서, 어떠한 방법으로 최적의 이득벡터를 구하는지에 대하여 살펴보기로 한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 원신호의 전력이 간섭파 각각의 전력보다 월등히 센 신호환경에서는, 원신호 방향으로 최대 이득을 형성하는 이상적인 빔패턴을 갖는 배열안테나는, 상기 최대 고유치 λ₁에 대응하는 정규화된 고유벡터으로를 결정하므로써, 근사적으로 구할 수 있다.

그러나, 자기상관 행렬을 구하는 것 자체도 상기 식 (2)와 식 (4)에 보인 바와 같이 적지 않은 계산이 필요하며, 더욱이 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 것은 간단한 일이 아니다. 문제를 더욱 어렵게 하는 것은 이동통신과 같이 신호환경이 시변환일 경우 매 스냅샷마다 원신호의 입사각이 변화하므로 변화한 입사각에 맞추어 고유벡터를 구해야 한다는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 안테나 소자에 가해져야할 위상지연을 공지의 공액기울기 방법(CGM : conjugate gradient method)을 응용하여과 근사한 값으로 정하는 방안을 설명하기로 한다.

우선, 구하고자 하는 이득벡터는 다음과 같이 반복적인 과정을 통하여 매 스냅샷마다 직전의 스냅샷에서 구한 벡터를 갱신하여 구한다.

단, 독립변수 k는 스냅샷을 나타내는 타임인덱스(time index)이며, ρ(k)와 v(k)는 각각 k번째 스냅샷에서의 적응이득(adaptive gain)과 추적방향벡터(search direction vector)이며, 상기 식 (10)에서은 매 반복마다 크기가 1이 되도록 정규화해야 한다.

상기 식 (10)으로부터, 현재의 스냅샷에서 구하고자 하는 해는 직전의 해에서의 방향으로 ρ(k)만큼 갱신하므로써 얻어진다는 것을 알 수 있다.

그러나, 이와 같은 개념으로 해를 구하려면 다음의 두가지 문제를 해결해야만 한다.

첫째, 초기의 이득벡터는 어떻게 설정할 것인가?

둘째, 적응이득과 추적방향 벡터는 매 스냅샷에서 어떻게 결정할 것인가?

본 발명에서는 초기상태에서의 해는 초기상태에 수신된 신호를 사용한다. 즉,

단, x₁(0)은 기준안테나 소자에 유기된 수신신호로써, 신호벡터의 첫번째 요소임.

상기 식 (11)과 같이하는 이유는, 자기상관 행렬의 랭크가 첫번째 스냅샷에서는 1이며, 따라서 신호 고유치는 한개 뿐이며, 잡음성분만 무시한다면 입력신호 벡터 자체에서 바로 신호 고유벡터를 얻을 수 있기 때문이다.

본 실시예에서 제시하는 기술은, 초기에 상기 식 (11)로부터 시작하여, 여기에서 설명되는 요령으로 공액기울기 방법을 수정하여 매 스냅샷마다 적응이득과 추적방향 벡터를 구한 후, 상기 식 (10)으로 해를 갱신하여 배열안테나를 설계하는 것이다.

공액기울기 방법을 응용하기 위하여, 다음과 같이 레일리 쿼션트(Rayleigh quotient)로 정의된 가격함수를 고려해 보자 :

수학적으로 쉽게 증명할 수 있는 바와 같이, 식 (12)로 정의된 가격함수의 최소값과 최대값은 각각 행렬의 최소고유치와 최대고유치로 수렴하며, 수렴했을 때의 해는 그에 대응하는 고유벡터이다.

원하는 신호의 방향으로 최대의 이득을 제공하는 빔패턴을 형성하기 위해서는, 앞에서 설명한 바와 같이 배열안테나의 이득벡터를 최대고유치에 상응하는 고유벡터로 결정해야 하므로, 본 발명에서는 상기 식 (12)의 가격함수를 최대화하는 적응이득과 추적방향 벡터를 구한다.

그리고, 다음과 같이 상기 식 (12)를 적응이득 ρ(k)로 편미분하여 그 결과를 영(zero)으로 하는 조건을 구하므로써 최대치 혹은 최소치를 구할 수 있다.

상기 식 (13)을 만족하는 적응이득 ρ(k)는 아래의 식 (14)와 같이 구할 수 있다.

단,

또한, Re[＊]는 복소치 “＊”의 실수부(real part)를 의미한다.

상기 식 (14)에서 양부호(＋)와 음부호(－)는 각각 가격함수의 최소화와 최대화를 유발하므로, 본 발명에서는 가격함수의 최대화를 위하여 음부호를 택한다.

상기 식 (12)의 컨스트레인트(constraint)에 나타난 바와 같이, 식 (15)의 이득벡터는 매 스텝에서 정규화되어야 한다.

한편, 추적방향 벡터는 초기에로 설정된후, 다음과 같이 갱신된다.

단, 오차벡터과 스칼라 β(k)는 다음과 같이 결정된다.

본 실시예에서 제시하는 최적의 이득벡터를 구하는 전체적인 과정을 종합해 보면 다음과 같다.

첫째, 초기에 각 안테나 소자에 유기된 신호를 이용하여로 초기해를 설정한다. 이때 자기상관 행렬을로 하여 계산한다.

둘째, 새로운 신호벡터를 식 (4)에 대입하여 자기상관 행렬을 갱신하고, (14)와 (15)로 적응이득을 구하고, 식 (16) 내지 식 (18)로 추적방향벡터를 계산하여 이득벡터를 식(10)과 같이 갱신한다.

이후, 매 스냅샷의 새로운 신호벡터를 받을 때마다 이를 반복한다.

본 실시예에 따르면, 원신호의 방향은 물론 모든 간섭신호성분의 방향에 대한 일체의 사전정보를 필요로 하지 않으므로, 전체적인 과정이 획기적으로 단순화되어 공지의 범용 프로세서를 사용하여도 이동통신을 비롯한 대부분의 실제 통신환경에서 신호 재생 및 송신을 매 스냅샷마다 반복적으로 처리할 수 있게 된다.

예로서, 상기 최적의 이득벡터를 구하는데 필요한 총계산량은 상기 식 (14) 내지 (18)에 나타난 바와 같이, 매 스냅샷마다 약 O(3N²＋12N)이므로, 컴퓨터 모의실험 결과 사용자의 속도가 150㎞/h를 넘지 않는 육상이동통신에서는 표준 DSP칩(digital signal processing chip)을 이용해도 기술적인 어려움이 없는 것으로 확인되었다.

상기에서와 같이 공액기울기 방법을 응용하여 원하는 빔패턴을 갖게 하는 이득 벡터를 구할 수 있는데, 상기의 방법은 종래의 방법보다는 현저히 간략화 되기는 하였으나, 식(4)에 나타난 바와 같이 매 스냅샷마다 자기상관 행렬을 갱신해야 하므로 시스템 복잡도는 여전히 만만치 않은 편이다.

따라서, 전체의 과정을 더욱 더 간략화하기 위해, 공액기울기 방법에서 필요로 하는 자기 상관 행렬 계산시에 망각인자의 값을 특정한 값으로 조정한다.

즉, 식 (4)에서 망각인자의 값을 0으로 고정시키는 경우를 고려해 보자. 다시 말해서, 자기상관 행렬을 현재의 신호벡터로만 결정하자는 의미이므로 앞에서 제시된 공액기울기 방법의 모든 과정이 훨씬 줄어들게 된다.

또한, 매 스냅샷에서의 입사각 변화가 너무 큰 경우에는 어차피 과거의 신호값들을 자기 상관 행렬에 고려하는 것이 불가능해지므로 망각인자를 0으로 놓은 것은 일반적인 신호환경에서 적용될 수 있다.

우선, 자기상관 행렬은 다음과 같이 간략화된다.

위의 식을 식 (15)에 적용하면 식 (15)에서 계산량 O(N²)를 요했던 인자들 λ(k), a(k), b(k)가 다음과 같이 간략히 계산되어진다.

(단, y(kT_s)는 k번째 스냅샷에서의 배열안테나 출력으로써

로 정의된다.)

위의 식(20)에서 보는 바와 같이 망각인자를 0으로 할 경우 자기상관 행렬이 현재의 신호벡터 만으로 결정되므로 최적의 이득벡터를 구하는 과정이 대폭적으로 간략화되며, 자기상관 행렬을 매 스냅샷마다 갱신하지 않으므로 행렬 자체를 계산할 필요가 없어져서 상기 식 (4)의 수행이 생략되는 것이다.

컴퓨터 모의 실험 결과, 상기에서 소개한 방법으로 자기상관행렬을 계산하여 망각인자의 값을 최적값으로 설정한 결과, 간섭신호에 대해서 약 12dB 정도의 개선을 얻을 수 있었고, 잡음에 대해서는 안테나 소자의 개수만큼 개선을 얻을 수 있었다.

(즉, 실제의 잡음전력은 배열안테나 출력

단에서 약로 감소.)

반면에, 순시치로 자기상관행렬을 근사화한 방법에 따르면, 잡음에 대해서는 거의 대등한 개선을 얻었고, 간섭의 경우는 약 9dB의 개선을 얻을 수 있었다.

결과적으로, 망각인자를 도입함으로써 과거의 신호값들을 모두 고려하여 자기 상관행렬을 계산한 공액기울기 방법을 도입하여 상기 배열 안테나를 설계하는 경우와 비교하면, 자기상관행렬을 순시치로 근사화한 간략화 기술은 간섭신호에 대해서 약 3dB정도의 성능저하를 유발함을 알 수 있으나, 전체적인 과정이 대폭적으로 간소화되므로 시스템의 손쉬운 실현 및 비용 절감을 얻을 수 있는 것이다.

순시신호치만으로 간략화된 방법으로 배열안테나를 설계할 경우, O(N²)의 연산자는 모두 없어지고 전체과정의 계산량은 약 O(11N)으로 된다.

본 발명에서 제시된 기술의 복잡도를 감소시키고 최적의 이득벡터(혹은, 위상지연벡터)를 구하는데 필요한 계산량을 줄이기 위하여, 전술한 바와 같이 순시신호치만으로 자기상관행렬을 근사하는 방법은, 시스템의 간략화면에서는 성공적이라고 할 수 있으나, 성능면에서는 적절한 망각인자를 도입하여 자기상관행렬을 계산하여 그 계산된 행렬의 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 각 안테나 소자의 이득벡터로 하는 제안기술보다는 상당히 열세이다. 신호전력대 간섭전력의 개선량에 있어서는 크게 뒤지지 않으나, 비트오류확률에 있어서는, 컴퓨터 모의실험 결과 약 10배이상 증가함을 알 수 있었다.

따라서, 시스템의 복잡도 측면과 전체성능면을 동시에 고려한 방식의 필요성이 대두되는바, 순시신호치 방식보다 전체시스템은 약간 복잡하나, 전체성능, 특히 비트오류확률에 있어서는 좀더 우수한 절충방식을 아래와 같이 제시한다.

시스템의 복잡도를 증가시키는 항은 행렬계산항으로써항과 R_γ(k)·항임을 알 수 있다.

따라서, 이 두 개의 행렬연산항을 간략화한다면 순시신호치로 자기상관행렬을 근사하지 않고도 전체시스템의 복잡도를 현저히 줄일 수 있다.

상기 두항을 각각와라 하면, 이 두항의 계산은 다음과 같이 간략화 할 수 있다.

최초 스냅샷에서와는 각각

로 구해지고,

두 번째 스냅샷부터는 다음과 같이 갱신되어진다

.

단, f는 0〈f≤1인 망각인자임.

오차벡터 γ(k+1)이 제대로 구해졌다면이므로, 윗식 (22)는 다음과 같이 근사된다.

단, f는 0〈f≤1인 망각인자임.

따라서, 전체 시스템의 복잡도에 대부분을 차지했던 두 개의 행렬연산항은 결국 다음과 같은 벡터 연산항으로 간략화될 수 있다.

상기 식(24)와 (25)에 따르면 본 발명에서 제시된 방식의 전체 계산량은 약 O(15N)정도가 된다. 이는 순시신호 방식의 경우가 약 O(11N)인 것에 비하면 다소 복잡도가 크다 할 수 있으나, 원래 방식(자기상관행렬을 계산하는 방식)의 경우가 약 O(3N²＋12N)인 것에 비하면 상당한 간략화가 성취됨을 쉽게 알 수 있다.

다양한 환경의 컴퓨터 모의실험 결과 상기 식 (24)와 (25)에 의거하여 간략화 방식으로 설계한 배열 안테나는 간섭신호 제거면에서는 원래의 방식과 거의 대등한 성능을 보였고, 비트오류확률면에서도 약 1.5배 정도 밖에 되지 않아, 크게 뒤지지 않는다는 사실을 확인하였다.

또한, 배열안테나 본래의 특성인 잡음전력감소성은 전술한 두가지 방식과 동일하게 보임을 확인하였다.

이하에서, 상기 식 (24)에 의해 계산되는 벡터는 “감마벡터”, 그리고 상기 식(25)에 의해 계산되는 벡터는 "제타벡터"라고 각각 칭한다.

수신과 송신을 모두 고려한 전체시스팀을 구현하기 위해서, 수신모드에서 상기에 설명된 요령으로 최적의 이득벡터를 구한 후, 그 값을 송신모드에 그대로 적용하여 최적의 시스팀을 구현할 수 있다.

전술한 바와 같은, 본 발명에 따른 최적 배열 안테나의 전체 설계과정은 제2도의 흐름도에 간단히 도시되어 있는바, 그 과정을 간략히 정리하면 다음과 같다.

즉, 본 발명에서 제시하는 기술은 원하는 신호 방향으로의 이득은 최대로 하고, 간섭원의 방향으로는 이득을 최소화하는 빔패턴을 갖는 배열안테나를 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서는 두가지 실시예를 제시한다.

그 첫 번째로는 배열안테나의 각 안테나 소자의 가할 위상지연값을 최적화하는 방안이 제시되고, 두 번째로 각 안테나 소자에 곱할 복소이득값을 최적화하는 방안이 제시된다. 상기 두가지는 결국 이론적으로 등가적인 것이나 실시과정이 다르다.

우선, 본 발명에 따른 배열안테나를 설계함에 있어서는, 이득벡터를 이용하여 설계할 것인지 또는 위상지연벡터를 이용하여 설계할 것인지를 판단한다(201).

위상지연벡터를 이용하여 설계시, 초기 위상벡터를 설정하고 나서(203), 그 위상지연벡터에 의거하여 신호가 송수신되도록 한다(205).

그리고, 현재의 스냅샷이 최종 스냅샷인지 여부를 확인하여(207), 최종 스냅샷이면 종료하고, 그렇지 않으면, 다음 스냅샷을 설정한 후(209), 입력수신신호에 의거하여 자기상관행렬을 갱신한다(211).

그리고, 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 상응하는 고유벡터의 위상값으로 근접토록 위상지연벡터를 갱신한다(213).

그리고 나서, 다시 상기 위상지연벡터에 의거하여 신호를 송수신하는 과정(205)으로 진행하여, 최종 스냅샷까지 순차적으로 상기 과정(205, 207, 209, 211, 213)이 반복 수행되도록 하는 것이다.

즉, 초기에는 기준 안테나 소자의 위상을 0으로 하고 이후의 위상은 각 안테나소자에 유기되는 소자의 위상과 동일하게 하므로써 각 안테나 소자간의 위상차를 없애도록 초기위상벡터를 설정하여(203), 이후에는 본 발명에서 제시하는 바에 의거하여 자기 상관 행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터의 요소값들의 위상값에 근접하도록 위상지연벡터를 매 스냅샷마다 산출하여 이를 이용하여 신호가 송수신 되도록 하는 것이다.

한편, 이득벡터를 이용한 설계시에는, 우선 초기 이득벡터를 설정하고 나서 (202), 이득벡터에 의거하여 신호가 송수신되도록 한다(204).

그리고, 현재의 스냅샷이 최종 스냅샷인지 여부를 확인하여(206), 최종 스냅샷이면 종료하고, 그렇지 않으면, 다음 스냅샷을 설정한 후(208), 입력수신신호에 의거하여 자기상관행렬을 갱신하고 나서(210), 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 상응하는 고유벡터로 근접토록 이득벡터를 갱신한다(211).

그리고 나서, 다시 상기 이득벡터에 의거하여 신호를 송수신하는 과정(204)으로 진행하여, 최종 스냅샷까지 순차적으로 상기 과정(204, 206, 208, 210, 212)이 반복 수행되도록 하는 것이다.

즉, 초기에 상기 첫 번째의 경우와 마찬가지로 각 안테나 소자에 유기된 신호간의 위상차를 없애도록 초기 이득벡터를 설정하고(202), 이후 매 스냅샷마다 본 발명에서 제시하는 과정에 의거하여 자기 상관행렬의 최대고유치에 대응하는 고유벡터의 값에 근접하는 이득벡터를 계산하여 신호의 송수신에 사용되도록 하는 것이다(204, 206, 208).

전술한 바와 같이, 이상적인 빔패턴을 제공하는 배열안테나를 이동통신 시스템의 기지국에 구비할 경우, 통신용량의 증대 및 통신품질의 개선과 함께 기지국내의 모든 단말기의 뱃터리 수명을 대폭 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 기지국에서는 통신하고자하는 가입자의 방향으로만 주빔(main lobe)을 설정하므로서 종래기술에 따른 기지국의 경우보다 훨씬 높은 송수신 효율을 달성할 수 있다.

따라서, 해당 단말기의 송신전력을 대폭 낮추어도 원활한 통신을 수행할 수 있게 된다. 그리고, 이와같이 단말기의 송신전력을 낮추는 것은 단말기의 뱃터리 수명연장과 직결되는 것이다.

[최적 배열안테나를 이용한 신호 송수신 장치]

이제, 전술한 바와 같이 설계되는 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시키는 신호 송수신장치에 관하여 설명함에 있어서는 신호환경에 따라 다르게 적용한 각각의 실시예에 따라 별도로 설명하기로 한다.

[제1실시예]

본 실시예에서는 원신호의 크기가 각각의 간섭신호보다 월등히 센 신호환경에서 원신호방향으로 이득을 최대화하기 위한 위상지연벡터를 구하므로써 본 발명의 소기목적을 달성하는 기술을 설명한다.

제3도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 수신장치를 설명하기 위한 개략도로서, 도면에서 1은 배열안테나, 2는 위상 지연부, 3은 지연 신호 가산부, 5는 신호처리부를 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 신호 수신장치는, 다수의 안테나 소자들(11)을 구비하고 소정의 위치와 간격으로 배열되어 수신신호를 입력받아 후단의 위상지연부(2) 및 신호처리부(5)에 제공하는 배열안테나(1)와, 상기 배열안테나(1)로부터 신호를 입력받아 상기 각 안테나소자에 유기된 신호를 원하는 만큼 위상지연 시키는 다수의 위상자연소자들(21)을 구비한 위상지연부(2)와, 상기 위상지연부(2)를 통하여 각기 적절하게 위상지연된 각각의 신호들을 서로 더하여 상기 배열안테나의 출력값을 산출해 내는 지연신호 가산부(3)와, 현재 스냅샷에서의 상기 지연신호 가산부(3)의 출력값과 상기 배열안테나(1)에서 얻어진 신호벡터를 처리하여 적절한 위상지연값을 상기 위상지연부(2)에 제공하는 신호처리부(5)를 포함하고 있다.

그리하여, 본 수신장치는 원하는 신호의 방향으로 최대의 이득을 제공하는 빔패턴을 형성하기 위한 위상지연벡터를 산출하여 신호를 수신하므로써 원하는 신호와 간섭신호 신호와의 크기차이를 더욱 크게 하여 간섭효과를 대폭 줄이게 된다.

특히, 본 실시예에 의한 신호 수신장치는 신호환경 자체가 간섭신호가 원하는 신호보다 현저히 큰 경우에 매우 적합하다.

제4도는 상기 제1실시예에 따른 신호 수신장치(제3도 참조)의 신호처리부(5) 세부구성을 나타낸 일실시 예시도로서, 도면에서 51은 오차벡터 합성부, 52는 스칼라 합성부, 53은 추적방향벡터 합성부, 54는 적응이득 합성부, 55는 위상지연벡터갱신부를 각각 나타낸 것이다.

도면에 예시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 신호처리부(5)는, 상기 배열안테나(1)를 형성하는 다수의 안테나소자들(11)과 상기 지연신호 가산부(3)의 출력과 직전 스냅샷에서의 위상지연벡터가 입력되도록 연결되고, 상기 위상지연부(2)를 형성하는 다수의 위상지연소자들(21)이 그 출력단에 각각 연결된 오차벡터 합성부(51)와, 상기오차벡터 합성부(51)의 일측 출력단에 연결된 스칼라 합성부(52)와, 상기 오차벡터 합성부(51)의 타측 출력단 및 상기 스칼라 합성부(52)의 출력단에 연결된 추적방향벡터 합성부(53)와, 상기 다수의 안테나소자들(11)과 상기 지연신호 가산부(3)와 상기 추적방향벡터 합성부(53)의 출력 및 직전 스냅샷에서의 위상지연벡터가 입력되도록 연결된 적응이득 합성부(54)와, 상기 추적방향벡터 합성부(53) 및 상기 적응이득 합성부(54)의 출력단에 그 입력단이 연결되고 출력단은 상기 위상지연부(2)를 형성하는 다수의 위상자연소자들(21)에 각각 연결된 위상지연벡터 갱신부(55)를 포함한다.

상기 오차벡터 합성부(51)는 상기 다수의 안테나소자들(11)로부터의 미지연 수신신호 출력(x₁(t)x₂(t)…x_n(t)), 위상지연벡터(ø₁…ø_N), 및 상기 지연신호 가산부(3)의 출력(y(t))을 입력받아 오차벡터(r₁(t)…r_N(t))를 출력한다.

스칼라 합성부(52)는 상기 오차벡터 합성부(51)로부터 오차벡터(r₁(t)…r_N(t))를 입력받아 스칼라값(β)를 합성하여 추적방향벡터 합성부(53)로 제공한다.

추적방향벡터 합성부(53)는 상기 오차벡터(r₁(t)…r_N(t)) 및 스칼라값(β)을 입력받아 추적방향 벡터를 출력한다.

적응이득 합성부는 상기 다수의 안테나소자들(11)로부터의 미지연 수신신호 출력(x₁(t)x₂(t)…x_n(t)), 상기 위상지연벡터(ø₁…ø_N), 상기 지연신호 가산부(3)의 출력(y(t)), 및 상기 추적방향 벡터를 각각 입력받아 적응이득(ρ)를 합성하여 위상지연벡터 갱신부(55)에 제공한다.

위상지연벡터 갱신부(55)는 상기 추적방향 벡터및 적응이득(ρ)을 입력받아 위상지연벡터를 합성하여 갱신된 위상지연벡터(ø₁…ø_N)를 출력한다.

제5도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부(제4도 참조)의 오차벡터 합성부(51)의 일실시예 세부 구성을 보인 것이다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 오차벡터 합성부는, 매 스냅샷에서 상기 각 안테나소자(11)에 유기된 신호들을 상기 위상지연벡터에 의거하여 위상 지연시킨 결과 벡터의 각 요소의 값을 서로 더하여 얻은 상기 배열안테나의 수신출력값(y(t))을 제곱하는 곱셈기(511)와, 상기 각 안테나소자(11)에 유기된 신호로부터 얻은 신호벡터의 각 요소에 상기 배열안테나의 수신출력값(y(t))을 곱하는 다수의 곱셈기(512)들과, 상기 곱셈기(511)에 의해 제곱된 출력값을 상기 위상지연벡터의 각 요소값만큼 위상지연시키는 다수의 위상 지연 소자(513)들과, 상기 다수의 위상 지연 소자(513)들을 통해 위상지연시켜 얻은 벡터 값으로부터, 상기 곱셈기(512)들에 의해 곱해진 결과의 벡터값을 빼는 다수의 덧셈기(514)들을 포함하고 있으며, 상기 각 덧셈기(514)의 결과를 오차벡터의 각 요소의 값으로 결정한다.

제5도에 제시된 오차벡터 합성부(51)는 상기 제3도에 제시된 바와 같은 신호수신장치로 수신된 실제의 신호값을 주파수 저역천이하지 않고 처리하는 장치이다. 제5도의 오차벡터 합성부(51)에서 궁극적으로 수행하고자 하는 것은를 만족하는 오차벡터를 산출하는 것이다.

다만, 앞에서 설명한 바와 같이 자기상관 행렬을 현재의 입력신호(순시치)만으로 계산하므로 제5도와 같이 간략히 구현될 수 있다. 따라서, 오차벡터는 위상지연벡터가 고유벡터의 위상으로 근접함에 따라서 그 크기가 영(zero)으로 수렴하게 된다.

제6도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부(제4도 참조)의 스칼라 합성부(52)의 일실시예 세부구성도로서, 상기 스칼라 합성부(52)는, 현재 스냅샷에서의 오차벡터의 각 요소의 크기를 제곱하는 다수의 곱셈기(521)들과, 상기 오차벡터의 각 요소의 제곱값을 모두 더하는 덧셈기(522)와, 이전 스냅샷에서의 상기 덧셈기(522) 출력으로 현 스냅샷에서의 상기 덧셈기(522) 출력을 나누는 나눗셈기(525)와, 상기 나눗셈기(525)의 결과출력에 음부호(-)를 가하는 부호 변환기(526)를 포함한다.

추적방향 벡터갱신시 직전 스냅샷에서의 추적방향 벡터를 스칼라(β)배하여 현 스냅샷에서의 오차벡터에 더하므로써 추적방향 벡터를 산출해낸다.

제6도에 제시된 바와 같이 스칼라값(β)을 합성하는 궁극적인 목적은, 매 스냅샷마다 산출되는 모든 추적방향 벡터들이 서로 자기 상관 행렬에 관하여 직교되도록 하는 스칼라(β)값을 계산하는 데에 있다. 따라서 스칼라(β)값이 정확히 계산되는 경우에 최적의 상기 위상지연 벡터를 최소한의 계산량으로 산출할 수 있게 된다.

제7도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부(제4도 참조)의 추적방향벡터 합성부(53)의 일실시예 세부구성을 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 추적방향벡터 합성부(53)는 상기 오차벡터 합성부(51)의 각 오차벡터 요소(r₁...r_N) 출력단에 각각 일입력단이 연결되고 그 출력단으로 추적방향벡터(v₁...v_N)를 출력하는 다수의 덧셈기(531)와, 일입력단으로는 상기 덧셈기(531)를 통해 출력되는 상기 추적방향벡터의 각 요소에 대한 직전 스냅샷에서의 값을 입력받고 다른 한 입력단으로는 상기 스칼라값(β)을 입력받아 곱한 후 그 결과값을 상기 덧셈기(531)로 출력되는 다수의 곱셈기(532)를 구비하고 있다.

그리하여, 최초의 스냅샷에서는 상기 오차벡터 합성부(51)로부터 출력되는 오차벡터를 추적방향벡터로 하고, 두 번째 스냅샷 이후의 경우는 상기 곱셈기(532)를 이용하여 이전 스냅샷에서의 추적방향 벡터에 상기 스칼라값을 곱하고 나서, 상기 덧셈기(531)를 이용하여 상기 곱셈기(532)의 출력값과 현재 스냅샷에서의 오차벡터를 더하여 얻은 결과를 각각 상기 추적방향 벡터로 합성하여 출력하는 것이다.

제7도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부(제4도 참조)의 적응이득 합성부(54)의 일실시예 세부구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 적응이득 합성부(54)는 상기 신호벡터의 각 요소와 상기 추적방향벡터의 각 요소들을 차례로 연결한 다수의 곱셈기(541b)와, 상기 추적방향벡터의 각 요소들을 제곱하기 위한 다수의 곱셈기(541a)와, 상기 추적방향벡터의 각 요소들의 제곱 값들을 서로 더하기 위한 덧셈기(543a)와, 상기 추적방향벡터를 현 스냅샷에서의 상기 위상지연 벡터만큼 위상지연시키기 위한 다수의 위상지연소자(542)들과, 상기 위상지연된 추적방향벡터의 각 요소값들을 서로 더하기 위한 덧셈기(543b)와, 상기 다수의 곱셈기(541b)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(543c)와, 그 덧셈기(543c)의 출력을 제곱하기 위한 곱셈기(544)와, 현 스냅샷에서의 배열안테나의 출력(y(t))과 상기 덧셈기(543c)의 출력을 곱하기 위한 곱셈기(545)와, 현 스냅샷에서의 배열안테나 출력값(y(t))을 제곱하기 위한 곱셈기(546)와, 상기 덧셈기들(543a) (543b)과 상기 곱셈기들(544)(545)(546)의 출력단에 각각 연결된 적응이득 계산부(547)를 포함한다.

상기 덧셈기(543c)의 출력을 A라 하고, 상기 A와 상기 배열안테나의 수신출력값(y(t))을 상기 곱셈기(545) 출력을 B라 하고, 상기 A값을 상기 곱셈기(544)로 제곱한 값을 C라 하고, 상기 덧셈기(543b)의 출력을 D라 하고, 상기 덧셈기(543a)의 출력을 E라 하고, 상기 C와 D의 곱으로부터 상기 E와 B를 곱한 값을 뺀 것을 F라 하고, 상기 E와 배열안테나 수신출력값의 제곱(y²(t))과의 곱을 상기 C로부터 뺀 결과를 G라 하고, 상기 B로부터 상기 배열안테나 수신출력값의 제곱(y²(t))을 D와 곱한 결과를 뺀 것을 H라 할 때, 상기 적응이득 계산부(547)는 결론적으로, G의 제곱으로부터 F와 G 곱의 4배를 뺀 결과의 제곱근(square root)을 -G로부터 뺀 것을 다시 F의 2배로 나눈 결과 값, 즉

를 적응이득(ρ)으로 합성하여 출력한다.

여기서, F＝CD-BE, G＝C－y²(t)E, H＝B-y²(t)D이다.

제8도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부(제4도 참조)의 위상지연벡터 갱신부(55)의 일실시예 세부구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 위상지연벡터 갱신부(55)는 상기 추적방향 벡터의 각 요소(v₁...v_N)출력단마다, 상기 해당 추적방향 벡터 요소(Vi)에 상기 적응이득 합성부(54)로부터 출력되는 적응이득값(ρ)을 곱하는 곱셈기(551)와, 상기 수신신호의 캐리어주파수의 신호를 발생시키는 발진기(osc)의 출력신호를 직전 스냅샷에서의 위싱지연벡터의 각 요소만큼 위상지연시키기 위한 다수의 위상지연소자(552)와, 상기 곱셈기(551)의 출력과 상기 위상지연소자(552)의 출력을 더하기 위한 다수의 덧셈기(553)와, 상기 덧셈기(553)의 결과값으로부터 현 스냅샷에서 사용될 각 요소의 위상지연을 산출하는 위상검출기(554)를 각각 구비시켜 구성할 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 구성되는 상기 위상지연벡터 갱신부(55)는, 현 스냅샷에서 수신되는 신호벡터의 각 요소를 갱신된 위상지연벡터의 각각의 요소만큼 제3도의 위상지연부(2)에서 위상지연시킨 후, 이와 같이 위상지연된 수신신호 벡터의 각 요소를 제3도의 합산부(3)에서 상호 더하여 현 스냅샷에서 상기 배열안테나의 출력을 산출해내는데 그 목적이 있다.

제9도는 상기 제1실시예에 따른 신호처리부(제4도 참조)의 위상지연벡터 갱신부(55)에 대한 다른 실시예의 세부 구성도로서, 상기 제8도에 도시된 위상지연벡터 갱신부의 각 요소에 대한 구성에, 부가적으로 정규화된 위상지연 벡터값의 출력을 위한 소자들을 각각 더 구비시킨 것이다.

본 실시예에 따른 위상지연벡터 갱신부(55)는 도면에 도시된 바와 같이, 상기 추적방향 벡터의 각 요소(v₁...v_N) 출력단마다, 곱셈기(551), 위상지연소자(552), 덧셈기(553), 및 위상검출기(554)를 구비시킨 구성에, 매 스냅샷마다 상기 위상검출기(554)에서 계산된 상기 위상지연벡터의 첫 번째 요소(ø₁)와 최후 요소(ø_N)의 크기를 비교하여 크기가 작은 요소를 선택하는 선택소자(555)와, 상기 위상검출기(554)의 출력값에서 상기 선택소자(555)에 의해 선택된 값을 빼고 나서 출력하는 덧셈기(556)를 각각 부가적으로 구비시킨 것이다.

상기한 바와 같이 구성되는 상기 위상지연벡터 갱신부(55)는 위상지연값을 산출함에 있어서, 상기 배열안테나의 기준안테나소자에 가해지는 위상지연값은 0으로 하고, 그 이후의 모든 안테나소자에 가해지는 위상지연값은 양수가 되도록 하기 위하여, 매 스냅샷마다 상기 위상검출기(554)에서 계산되는 상기 위상지연벡터의 첫 번째 요소(ø₁)와 최후 요소(ø_N)의 크기를 비교하여 크기가 작은 요소를 선택한 후 상기 각 위상검출기(554)의 출력값에서 빼서 얻은 값을 정규화된 위상지연벡터의 값으로 출력하는 것이다.

참고적으로, 상기 “기준안테나”는 수신모드에서는 가장 늦은 위상의 신호가 유기되는 안테나 소자이고, 송신모드에서는 가장위상이 빠른 신호를 방출하는 안테나소자이다. 즉 이것을 물리적으로 설명한다면 통신하고자하는 상대방으로부터 거리가 가장 먼 쪽의 안테나이다(송수신 모두).

제10도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른, 신호 송신장치의 일실시예 구성을 설명하기 위한 개략도로서, 본 실시예에 의한 송신장치는, 공지의 송신장치에서 안테나로 인가하는 송신희망신호를 상기 신호처리부(전술한 제3도의 도면부호 (5) 참조)로부터 전술한 배열안테나의 각 안테나소자(12)에 순차적으로 하나씩 제공되는 해당 위상지연벡터(ø₁…ø_N)의 각 요소만큼 지연시킨 후 상기 배열안테나의 해당 안테나소자(12)에 인가하는 다수의 지연소자(22)를 구비하고 있다.

그리하여, 본 송신장치는 상기 신호처리부(5)에서 제공하는 위상지연벡터에 대한 각 요소만큼의 위상지연(ø₁…ø_N)을 송신하고자 하는 신호에 각각 부가하여 각각의 송신용 안테나소자(12)에 가하여 전술한 수신모드에서와 동일한 빔패턴을 갖도록 함으로써, 상기 안테나소자(12)로부터 출력되는 송신신호를 원하는 방향으로는 최대의 이득으로 방사시키고, 간섭원의 방향으로는 상대적으로 아주 작은 이득으로 방사시키는 것이다.

제11도는 상기 제1실시예에 따른, 신호 송신장치의 다른 실시예 구성을 설명하기 위한 개략도로서, 본 실시예에 의한 송신장치는, 상기 제10도의 신호 송신장치의 각 안테나소자(12)에 대한 구성에, 정규화된 위상지연 벡터값의 제공하기 위한 소자들을 부가적으로 각각 더 구비시킨 것이다.

즉, 상기 지연소자(22) 각각에 정규화된 해당 위상지연벡터 값을 제공하기 위하여, 매 스냅샷마다 위상지연벡터의 첫 번째 요소(ø₁)와 최후 요소 (ø_N)의 크기를 비교하여 크기가 작은 요소를 선택하는 선택소자(23)와, 해당 위상지연벡터 값에서 상기 선택소자(23)에 의해 선택된 값을 빼고 출력하는 덧셈기(556)를 각각 부가적으로 구비시킨 것이다.

여기서도 상기 제10도의 경우와 마찬가지로, 상기 위상지연벡터는 배열안테나의 기준안테나소자에 가하는 위상은 0으로 하고, 그 이후의 모든 안테나소자에 가하는 상기 위상지연값은 양수값으로 정규화시키기 위하여, 매 스냅샷마다 위상지연벡터의 첫 번째 요소와 최후의 요소의 크기를 비교하여 크기가 작은 값을 선택하여, 그 결과를 위상지연벡터의 각 요소로부터 빼서 그 결과를 상기 안테나소자에 가할 위상지연벡터 값으로 결정하는 것이다.

참고적으로, 전술한 신호수신장치와 신호송신장치는 하나의 장치에 내장할 수 있으며, 상기 수신용 안테나소자들(11) 및 송신용 안테나소자들(12)은 본 발명에 따른 하나의 배열안테나로 겸용할 수도 있다.

제12도는 상기 제1실시예에 따른, 배열 안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 송수신 방법의 일실시예 수행과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

우선, 전술한 바와 같은 배열 안테나를 이용하여 초기신호를 수신하고(1202), 초기위상벡터를 설정한다(1204).

그리고 나서, 현재의 동작모드가 수신모드인지, 아니면 송신모드인지 여부를 확인한다(1206).

만일, 수신모드이면, 배열안테나의 각 안테나소자에 갱신된 상기 위상벡터만큼의 위상지연을 가하여 신호를 수신한다(1208). 그리고 송신모드이면, 상기 갱신된 위상벡터만큼 상기 배열안테나의 각 안테나소자에서 송신신호를 위상지연시켜 송신한다(1210).

그리고 나서, 통신의 종료 여부를 확인하게 되는데(1212), 만일 완료되지 않은 것으로 판단되어 통신을 계속하고자하는 경우는, 다음 스냅샷을 설정한 후(1214), 상기 안테나 배열에서 신호를 수신하고(1216), 수신된 신호를 순시치만으로 처리할 것인지 여부를 확인하여(1218), 순서만으로 처리하는 경우는 망각인자(f)를 ‘0’으로 하고(1220), 그렇지 않은 경우는 망각인자를 적절히 설정한다(1222).

현 스냅샷에서의 수신신호벡터(x(k))로 신호행렬을 구성하여 그 신호행렬의 각 요소들을 직전 스냅샷에서의 자기 상관행렬(R(k-1))의 각 요소에 상기 망각인자(f)를 곱한 값에 각각 더하여, 자기상관행렬을 갱신한다(1224).

이때, 망각인자(f)를 ‘0’으로 하는 경우에는 현 스냅샷에서의 수신신호벡터(x(k))로 이루어지는 신호행렬자체가 자기상관행렬(R(k))이 된다. 즉, 이러한 경우에는, 자기상관행렬의 갱신은 실제로 이루어질 필요가 없게 되는 것이다.

갱신된 자기상관 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유벡터에 근접하도록 본 명세서에서 제시되는 기술과 제2도에서 제10도에 제시되는 하드웨어 이용하여 위상벡터를 갱신한다(1226).

그리고 나서, 갱신된 위상벡터를 가지고 상기한 바와 같은 송신모드인지 또는 수신모드인지 여부 확인과정(1206)부터 반복수행한다.

그리하여, 최종 스냅샷까지 수행이 완료된 것으로 확인되면(1212) 수행을 종료한다.

또한, 상기 제1실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 송수신 방법의 다른 실시예에서는, 전술한 수행과정중, 매회마다 순시치만으로의 처리여부를 묻는 과정(1218)을 생략하고 실행할 수 있다. 즉, 미리 순시치만으로 처리하도록 정해놓던가, 또는 임의로 망각인자를 미리 소정 값으로 설정해 놓으면, 스냅샷마다 상기한 바와 같은 순시치만으로의 처리여부를 매번 확인할 필요가 없으며, 매 스냅샷마다 망각인자(f)를 새로이 설정치 않아도 된다. 만일, 순시치만으로 처리하는 경우라면, 자기상관행렬의 계산자체도 생략할 수 있다.

또한, 상기 제14도에 제시된 기술은 송신모드 및 수신모드에서 각각 별도로 적용되도록 할 수도 있으며, 그러한 경우, 상기한 바와 같이 송신모드인지 또는 수신모드인지를 확인하는 과정도 생략할 수 있다.

전술한 내용으로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 신호 송수신 방법은, 특히 신호환경 자체가 원하는 신호가 각각의 간섭신호보다 현저히 큰 경우에 아주 유용하게 활용할 수 있다.

[제2실시예]

전술한 제1실시예에서는 배열안테나의 빔패턴을 최적으로 하는 (원신호 방향으로는 큰 이득을 주고 간섭원의 방향으로는 작은 이득을 주는 빔패턴) 위상지연 벡터를 계산해 내는 방식과 장치를 다루었다.

본 제2실시예에서는 각 안테나의 위상을 조절하여 배열 안테나의 빔패턴을 조정하는 대신에 최적의 빔패턴을 만들어 내는 이득 벡터를 계산해 내는 방식과 장치를 소개한다. 즉, 각 안테나 소자에 유기되는 신호에 적당한 복소이득을 줌으로써, 배열안테나 전체의 빔패턴을 조정하는 것이다. 따라서 제1실시예에서 필요로 하는 위상지연소자 대신에 복소이득을 곱할 곱셈기가 필요하게 된다.

제13도는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 수신장치를 설명하기 위한 개략도로서, 도면에서 1은 배열안테나, 7은 수신부, 8은 내적계산부, 9는 신호처리부를 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 신호 수신장치는, 다수의 안테나소자들(11)을 구비하고 소정의 위치와 간격으로 배열되어 각 안테나소자에 유기되는 수신신호를 후단으로 인가하는 배열안테나(1)와, 상기 각 안테나소자에 유기되어 상기 배열안테나(1)로부터 출력되는 신호벡터에 대하여 주파수 저역천이, 복조등이 신호 수신에 필요한 처리를 행하여 매 스냅샷마다 신호벡터를 합성하는 수신부(7)와, 상기 수신부(7)로부터 출력되는 신호벡터의 각 요소(x₁....x_N)와 적절한 값의 이득벡터를 내적하여 배열안테나의 출력값(y(t))을 합성하는 내적계산부(8)와, 상기 수신부(7)로 부터 출력되는 신호벡터의 각 요소(X₁....X_N)를 상기 내적계산부(8)의 출력값(y(t))을 이용하여 처리하여 적절한 이득벡터값(W₁....W_N)을 구한 후, 상기 내적계산부(8)로 제공하는 신호처리부(9)를 구비한다.

그리하여, 본 수신장치는 수신부(7), 신호처리부(9), 및 내적계산부(8)로 구성되어 있으며, 수신부(7)에서 각 안테나소자(11)에 유기된 수신신호의 주파수를 저역으로 천이하고 복조등의 과정을 거쳐 수신신호벡터를 만들어낸다. 본 발명의 기술을 CDMA 신호환경에서 사용하는 경우에는 복조된 수신신호를 원하는 신호에 할당된 칩코드로 상관하는 상관기도 수신부(7)에 포함된다. 수신부(7)에서 출력된 수신신호는 신호처리부(9)와 내적계산부(8)로 가해진다. 신호처리부(9)에서는 현재의 스냅샷에서 수신된 수신신호와 직전 스냅샷에서의 배열안테나 출력신호(y(t))를 이용하여 최적의 이득벡터를 산출해 낸다. 산출된 최적의 이득벡터는 내적계산부(8)로 보내져서 내적계산부(8)가 현 스냅샷에서의 수신신호와 이득벡터를 상호 내적하여 다음 스냅샷에서의 출력값(y(t))을 산출해 내게 된다. 본 발명의 핵심부분은 신호처리부(9)로써, 매 스냅샷에서 원신호 방향으로는 최대이득을 형성하고 간섭원의 방향으로는 작은 이득값을 형성해 내는 가장 최적인 이득벡터를 계산해 내므로써 궁극적으로 배열안테나 시스템에 최적의 빔패턴을 제공케 된다.

제14(a)도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치의 수신부(7)의 일실시예 세부구성도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 수신부(7)는, 각 안테나소자(11)에 유기된 신호에 캐리어주파수의 코싸인항(cos(2πf_ct))을 곱하는 제1곱셈기(71)와, 상기 안테나소자(11)에 유기된 신호에 캐리어주파수의 싸인항(sin(2πf_ct))을 곱하는 제2곱셈기(72)와, 상기 제1 및 제2곱셈기(71, 72)의 출력단에 각각 구비되어 저역성분의 주파수만을 통과시키는 제1 및 제2 저역통과 여파기(73, 74)와, 상기 제1 및 제2 주파수 저역통과 여파기(73, 74)에서 출력된 각 신호의 코싸인(In-Phase)성분 및 싸인(Quadrature) 성분을 수신희망신호에 다중되어 있는 칩코드(qj^I(t), qj^Q(t))와 상관시키는 제1 및 제2상관기(75, 76)와, 상기 제1상관기(75)의 출력과 상기 제2상관기(76)의 출력을 더하는 다수의 덧셈기(78)로 구성되어, 상기 수신신호벡터를 합성하는 것이다.

그리고, 도면의 일점쇄선내에 구비된 제1 및 제2 상관기(75, 76)는 확산대역(spread spectrum) 방식을 사용하는 통신환경하에서 본 발명 기술이 실시되는 경우에만 요구되는 구성요소로서, 여타의 통신방식환경에서는 이들을 제외한 구성요소만으로 수신부를 구성할 수 있다.

도면에서 q_j ^I(t)과 q_j ^Q(t)는 코드분할다중접속방식(CDMA)의 통신환경하에서 사용되는 칩코드를 나타내는 것으로, 아래첨자 j는 수신희망신호를 나타내는 인덱스이다. 따라서, 입력신호가 모두 M개이면, j는 1, 2, …, M 중의 하나가 되면, j번째 신호를 수신하고자하는 상황에서 신호 수신장치의 수신부(7)는 상기한 바와 같은 구성으로 구현된다. 단, 코싸인(in-Phase)항의 칩코드 q_j ^I(t)와, 싸인(Quadrature)항의 칩코드 q_j ^Q(t)는 경우에 따라 동일값으로 결정될 수도 있다.

또한, 실제에 있어서, 정확한 캐리어주파수 신호의 코싸인 및 싸인항을 만들어 내기가 힘들므로, 신호 수신장치의 수신부(7)를 제14(b)도에 도시된 바와 같이, 각 안테나소자(11)에 유기된 신호를 중간주파수로 저역천이하는 중간주파천이기(79)와, 상기 중간주파천이기(79)로부터 출력되는 저역천이된 신호를 복조하는 복조기(80)와, 상기 복조기(80)에서 출력된 각 신호의 코싸인(cos)성분 및 싸인(sin)성분을 수신희망 신호에 다중되어 있는 칩코드(q_j ^I(t)과 q_j ^Q(t))와 상관시키는 제1 및 제2상관기(75, 76)와, 상기 제1상관기(75)의 출력과 상기 제2상관기(76)의 출력을 더하는 다수의 덧셈기(78)로 구성하므로서, 각 안테나소자(11)에 유기된 신호를 중간주파수로 저역천이한 후, 저역천이된 신호를 복조하는 형태의 신호수신부를 구현할 수도 있다.

여기에서, 상기 복조기(80)는 미리 정한 중간주파수에서 작동하며, 수신신호를 이 중간 주파수 대역으로 저역천이하기 위한 중간주파천이기(79)가 각 안테나 소자(11)에 연결된다. 상기 복조기(80)로부터 출력되는 코싸인 및 싸인성분은 상기 제1 및 제2 상관기(75, 76)로 입력되어 원하는 신호에 할당된 칩코드와 각각 상관된다.

이때에도 마찬가지로, 도면의 일점쇄선내에 구비된 제1 및 제2상관기(75, 76)는 확산대역(spread spectrum) 방식을 사용하는 통신환경하에서만 요구되는 구성요소로서, 여타의 통신방식환경에서는 이들을 제외한 구성요소만으로 수신부를 구성할 수 있다.

제15도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치 신호처리부의 일실시예 구성블럭도로서, 매 스냅샷마다 상기 수신부(7)로부터 출력되는 상기 신호벡터와 상기 내적계산부(8)로부터의 출력값(y(t))과 현 스냅샷에서의 이득벡터값을 입력받아 오차벡터를 계산하여 출력하는 오차벡터 합성부(91)와, 상기 오차벡터 합성부(91)로부터 오차벡터를 입력받아 추적방향 벡터의 합성에 필요한 스칼라값을 합성하여 출력하는 스칼라 합성부(92)와, 상기 오차벡터 합성부 및 상기 스칼라 합성부의 출력을 입력받아 상기 추적방향 벡터를 합성하여 출력하는 추적벡터 합성부(93)와, 상기 신호벡터, 추적방향 벡터, 내적계산부(8)의 출력값(y), 및 상기 현 스냅샷에서의 이득벡터값을 각각 입력받아 매 스냅샷마다의 적응이득을 구하여 출력하는 적응이득 합성부(94)와, 현 스냅샷에서의 추적방향 벡터 및 적응이득값을 각각 입력받아 이득벡터를 갱신하는 이득벡터 갱신부(95)를 포함한다.

신호처리부의 궁극적인 목적은 최적의 빔패턴을 제공하는 상기 이득벡터를 산출해내어 내적계산부(8)에 출력하므로써 내적계산부(8)에서 현 스냅샷에서의 수신신호 벡터와 상기 이득벡터를 상호 내적하여 배열안테나 시스템의 최종출력 y(t)을 생산케 한다. 제1실시예의 신호처리부에서는 최적의 위상지연벡터를 산출하여 각 안테나소자에 위상지연을 가하여 궁극적으로 원하는 빔패턴을 얻었는데, 이번 제2실시예서의 신호처리부에서는 위상지연벡터 대신에 최적의 이득벡터를 산출하여 동일한 목적을 달성하고 있다.

제16도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부(9)의 오차벡터 합성부(91)의 일실시예 세부 구성을 보인 것이다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 오차벡터 합성부(91)는, 상기 내적계산부(8)로부터 출력되는 출력값(y(t))의 크기를 제곱하기 위한 곱셈기(911)와, 상기 수신부(7)로부터 인가되는 신호벡터의 각 요소에 상기 내적계산부(8)로부터 출력되는 출력값(y(t))의 복소공액을 곱하기 위한 다수의 곱셈기(912)와, 상기 곱셈기(911)에 의해 제곱된 출력값을 이득벡터의 각 요소로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(913)와, 상기 이득벡터의 각 요소에 할당된 곱셈기(913)의 해당 요소 출력값에서 상기 신호벡터의 각 요소에 할당된 곱셈기(912)의 각 출력값을 빼기 위한 감산기(914)를 포함한다.

제16도에 도시된 장치가 궁극적으로 수행하는 것은 다음의 조건을 만족하는 오차벡터이다 :

단, x(t), y(t), w는 현 스냅샷에서의 수신신호벡터, 배열안테나 시스템의 출력값(내적계산부에서 출력되는), 그리고 이득벡터이다. 윗첨자＊는 복소공액 연산자이다. 제16도에 예시된 장치 및 식(21)은 장기상관행렬 R을 순시수신신호·x^H(t)으로 근사화한 결과이다.

제18도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부(9)의 적응이득 합성부(94)의 일실시예 세부구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 적응이득 합성부(94)는 상기 수신신호벡터의 각 요소를 복소공액하여 상기 추적방향벡터의 각 요소들과 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(941), 상기 다수의 곱셈기(941)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(946), 상기 추적방향벡터의 각 요소들의 절대치 제곱을 구하기 위한 다수의 곱셈기(942), 상기 곱셈기들(942)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(945), 상기 추적방향벡터의 각 요소와 상기 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(943), 상기 곱셈기들(943)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(944), 상기 덧셈기(946)의 출력을 제곱하기 위한 곱셈기(949), 상기 내적계산부(8)의 출력(y(t))과 상기 덧셈기(946)의 출력을 곱하기 위한 곱셈기(947), 상기 내적계산부(8)의 출력값(y(t))에 대한 절대치 제곱을 구하기 위한 곱셈기(948)(실제 회로에 있어서는 본 곱셈기(948)와 상기 제16도에 도시된 곱셈기(911)를 겸용할 수 있음), 상기 덧셈기(944, 945) 및 곱셈기(947, 948, 949)의 출력단에 각각 연결된 적응이득 계산부(950)를 포함한다.

그리고, 신호벡터와 추적방향벡터를 내적한 결과(덧셈기(946) 출력)를 A라 하고, 상기 A와 배열안테나의 출력값을 곱한 결과(곱셈기(947) 출력)를 B라 하고, 상기 A의 제곱(곱셈기(949) 출력)을 C라 하고, 이득벡터와 추적방향벡터를 내적한 결과(덧셈기(944) 출력)를 D라 하고, 추적방향벡터와 그 자신의 내적(덧셈기(945) 출력)을 E라 하면, 상기 적응이득 계산부(950)에서는 적응이득 ρ을

와 같이 구한다.

여기서, F = C·Re[D]-b·Re[E]

G = C-y²(t)E,

H = Re[B]-y²(t)·Re[D]이며,

Re [·]는 복소수 “·”의 실수(real number)부를 의미함.

제19(a)도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부(9)의 이득벡터 갱신부(95)의 일실시예 세부구성도로서 현 스냅샷에서의 추적방향 벡터와 적응이득값을 곱하기 위한 다수의 곱셈기(951), 이전 스냅샷에서의 이득벡터와 상기 각 곱셈기(951)의 출력값을 더하기 위한 다수의 덧셈기(952)를 구비하고 있다.

따라서, 상기 이득벡터 갱신부에서는 매 J번째 스냅샷마다 다음과 같이 이득벡터를 갱신하게 된다 :

즉, 다음 스냅샷에서의 이득벡터의 값은, 현재의 이득벡터의 값을 추적방향 벡터의 방향으로 적응이득 만큼의 크기로 변화시켜 결정한다는 의미가 된다.

제19(b)도는 상기 제15도에 도시된 신호처리부(9)의 이득벡터 갱신부(95)의 다른 실시예 세부구성도로서, 배열안테나를 구성하는 안테나 소자 개수를 N이라 할 때, 상기 다수의 덧셈기(952)의 각 출력값들을, 기준안테나 소자에 연결된 덧셈기(952) 출력값의 N제곱근배로 모든 나누는 다수의 나눗셈기(953)를 상기 제19(a)도의 구성에 추가하므로써, 갱신되는 이득벡터를 정규화하는 것이다.

이는 상기 제19(a)도에 도시된 이득벡터 갱신부와 대비해 볼 때, 다음과 같은 차이점이 있음을 알 수 있다 :

첫째, 상기 기준 안테나소자에 곱하는 이득이 항상 1이 되도록 하므로써, 기준 안테나소자에 유기되는 수신신호에는 위상지면을 가하지 않는다.

둘째, 상기 이득벡터의 크기를 1로 정규화시킨다.

즉, 본 도에 도시된 이득벡터 갱신부(95)는 매 J번째 스냅샷마다 다음과 같이 이득벡터를 갱신한다 :

단, w₁(J＋1)은 갱신한 이득벡터의, (w(J)＋ρ(J)＋υ(J)), 첫 번째 요소임.

즉, w₁(J＋1)은 다음 스냅샷에서 기준 안테나소자에 수신될 신호를 위한 이득값임.

제20도는 상기 제2 실시예에 따른 신호처리부(제15도 참조)의 스칼라 합성부(92)의 일실시예 세부구성도로서 상기 오차벡터의 각 요소의 절대치를 제곱하기 위한 다수의 곱셈기(921)와, 이 곱셈기들(921)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(922)와, 이전 스냅샷에서의 상기 덧셈기(922)의 출력으로 현 스냅샷에서의 상기 덧셈기(922) 출력을 나누는 나눗셈기(923)와, 상기 나눗셈기(923)의 출력에 음부호(－)를 가하는 부호변환기(924)로 구성되어 있다.

상기 스칼라 합성부(92)에서는 다음과 같은 식으로 스칼라값(β)을 산출해낸다 :

본 도에 도시된 스칼라 합성부(92)에서 산출하는 스칼라값(β)은 이전 스냅샷에서는 추적 방향벡터에 곱하여 오차벡터와 더하여 현 스냅샷에서의 추적 방향벡터를 계산해 내는데 사용한다. 이렇게 스칼라값(β)을 산출하는 궁극적인 목적은, 상기 제1실시예에서의 스칼라 합성부(52)의 경우와 마찬가지로, 모든 스냅샷에서의 추적방향벡터들은 모두 자기상관행렬에 대하여 직교되도록 하는데 있다.

제21도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치(제13도 참조)의 신호처리부(9)의 다른 실시예 구성블럭도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 오차벡터 합성부(91), 스칼라 합성부(92), 추적방향벡터 합성부(93), 적응이득 합성부(94), 및 이득벡터 갱신부(95)로 이루어지는 제15도의 신호처리부(9) 구성에다, 자기상관행렬 발생부(96) 및 최대 고유치 합성부(97)를 더 구비시켜 구성한 것이다.

상기 자기상관행렬 발생부(96)는 매 스냅샷마다 신호벡터를 받아 자기상관 행렬을 계산하여 출력하고, 상기 최대 고유치 합성부(97)는 상기 자기상관행렬 발생부(96)에서 출력되는 현재 스냅샷에서의 상기 자기상관행렬의 최대고유치를 추정한다.

오차벡터 합성부(91)는 매 스냅샷마다 상기 자기상관행렬 발생부(96)에서 출력하는 자기상관행렬, 상기 최대 고유치 합성부(97)에서 출력되는 최대고유치, 및 현 스냅샷에서의 이득벡터 값을 각각 입력받아 오차벡터를 합성하여 출력한다.

스칼라 합성부(92)는 상기 오차벡터 합성부(91)의 출력인 오차벡터를 입력받아 추적방향 벡터의 합성에 필요한 스칼라값을 합성하여 출력한다.

추적방향벡터 합성부(93)는 상기 오차벡터 및 스칼라값을 입력받아 추적방향벡터를 합성하여 출력하는 것으로, 그 세부 구성은 제7도의 구성과 동일하다.

적응이득 합성부(94)는 자기상관행렬, 추적방향 벡터, 현 스냅샷에서의 상기 최대고유치, 및 이득벡터 값을 각각 입력받아 매 스냅샷마다의 적응이득을 구하여 출력하는 것이다.

그리고, 이득벡터 갱신부(95)는 매 스냅샷마다 상기 추적방향 벡터 및 상기 적응이득값을 기반으로 상기 이득 벡터를 갱신하는 것이다.

제22도는 상기 제21도에 도시된 신호처리부(9)의 오차벡터 합성부(91)의 일실시예 세부구성도이다.

본 도에 도시된 오차벡터 합성부는, 상기 자기상관행렬발생부(96)에서 전술한 식(4)에 의거하여 매 스냅샷마다 갱신하는 자기상관 행렬값을 근거로 하여, 현 스냅샷에서의 이득벡터및 추정 최대고유치(λ)를 이용하여 오차벡터를 합성하는 것으로, 상기 자기상관행렬(R)의 각 행의 각 요소와 이득벡터의 각 요소를 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기들(982)과, 각 행에 연결되어 있는 곱셈기들(982)의 출력을 서로 더하는 자기상관 행렬의 행수만큼의 덧셈기들(983)과, 현재의 추정 최대고유치(λ)와 이득벡터의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기들(981)과, 이 곱셈기들(981) 각각의 출력으로부터 상기 덧셈기(983)의 출력을 차례로 빼기 위한 다수의 덧셈기들(984)로 구성되어 있다.

따라서, 상기 오차벡터합성부(91)에서 합성하는 오차벡터는

에 의거하여 계산되어 진다.

제23도는 상기 제21도에 도시된 신호처리부(9)의 최대고유치 합성부(97)의 일실시예 세부구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 최대고유치 합성부(97)는, 상기 자기상관행렬발생부(96)에서 매 스냅샷마다 갱신하는 자기상관 행렬값 및 현 스냅샷에서의 이득벡터를 이용하여 최대고유치(λ)를 합성하는 것으로, 상기 자기상관행렬(R)의 각 행의 각 요소와 현 스냅샷에서의 이득벡터의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기들(992)과, 해당 행에 연결되어 있는 곱셈기들(992)의 출력을 모두 더하여 출력하는 다수의 덧셈기들(993)과, 동일행에 구비된 상기 덧셈기(993)의 출력과 해당 행의 이득벡터 요소의 복소공액을 곱하여 출력하는 다수의 곱셈기들(994)과, 각행에 대하여 하나씩 구비되는 상기 다수이 곱셈기들(994)의 출력들을 모두 더한 값을 현재의 추정 최대고유치(λ)로 출력하는 덧셈기(995)로 구성되어 있으며, 매 스냅샷마다 정규화된 상기 이득벡터에 대해서 다음과 같이 최대고유치(λ)를 추정해 낸다 :

제24도는 상기 제21도는 도시된 신호처리부(9)의 적응이득 합성부(94)의 일실시예 세부구성도이다.

본 도에 도시된 적응이득(ρ)합성부는, 자기상관행렬의 각 행의 각 요소와 추적방향 벡터의 각 요소와의 곱을 위한 다수의 곱셈기들(261)과, 자기상관행렬의 각 행의 요소들과 추적방향 벡터의 요소들의 곱(상기 곱셈기들(261)의 출력)을 서로 더하기 위한 자기상관 행렬의 행수만큼의 덧셈기들(262)과, 상기 덧셈기들(262) 각각의 출력과 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 곱하기 위한 다수의 곱셈기들(263)과, 상기 곱셈기들(263)의 출력을 모두 더하는 덧셈기(265)와, 상기 덧셈기들(262) 각각의 출력과 추적방향 벡터의 각 요소의 복소공액을 곱하는 다수의 곱셈기들(264)과, 상기 곱셈기들(264)의 출력을 모두 더하는 덧셈기(266)와, 추적방향 벡터의 각 요소와 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 서로 곱하기 위한 다수의 곱셈기들(267)과, 상기 곱셈기들(267)의 출력을 모두 더하는 덧셈기(268)와, 추적방향 벡터의 각 요소와 그의 복소공액을 곱하는 다수의 곱셈기들(269)과, 상기 곱셈기들(269)와 출력을 모두 더하는 덧셈기(270)와, 상기 덧셈기(265)의 출력을 A, 또다른 덧셈기(266)의 출력을 B, 또다른 덧셈기(268)의 출력을 C, 그리고 나머지 다른 덧셈기(270)의 출력을 D라 할 때, 상기 A, B, C, D의 값을 각각 입력받아 계산하는 적응이득 계산부(271)로 구성되어 있다.

상기 적응이득 계산부(271)에서는 매 스냅샷마다 입력되는 상기 A, B, C, D의 값을 이용하여, 다음과 같이 적응이득(ρ)을 산출해 낸다 :

단, E = B·R_e[C]-D·R_e[A],

F = B-λ·D,

G = R_e[D]-λ·R_e[C].

또한 상기와 같이 A, B, C, D를 산출한 경우, 그 값은 다음과 같이 결정된다 :

제25도는 상기 제2실시예에 따른 신호 수신장치(제15도 참조)의 신호처리부(9) 또다른 실시예 구성블럭도이다.

본 실시예에서는, 전술한 첫번째 실시예(제15도 참조)와 두번째 실시예(제21도 참조)의 장담점을 절충한 방식으로서 시스템의 복잡도면에서는 상기 첫번째 실시예보다 열세이나 상기 두번째 실시예보다는 간략하며, 전체적인 성능면에서는 두번째 실시예보다 약간 열세이나 상기 첫번째 실시예보다는 우수한 결과를 창출하는 이득벡터를 계산해 내는 신호처리부(9)를 소개한다.

도면에 도시된 바와 같이, 제21도에 도시된 자기상관행렬 발생부(96)를 행렬계산 근사부(136)로 대치한 것을 제외하면, 전술한 두번째 실시예의 신호처리부(9)와 동일한 구조를 갖는다.

상기 행렬계산 근사부(136)에서는 자기상관행렬의 값을 직접 계산하는 대신에 매 스냅샷마다 자기상관행렬이 포함되는 두개의 행렬연산을 백터연산으로 근사시켜 수행하며 수행결과인 상기 감마벡터와 제타벡터를 최대고유치합성부(137)와 오차벡터합성부(131), 그리고 적응이득합성부(134)에 각각 출력한다.따라서,상기 최대고유치 합성부(137), 오차벡터합성부(131), 적응이득합성부(134) 각각의 일입력이, 전술한 두번째 실시예(제21도 참조)에서와 같이 자기상관행렬 자체인 것이 아니라, 상기 벡터연산으로 근사된 행렬연산의 결과 벡터(감마벡터와 제타벡터)인 것만 제외하면 각 기능부의 입출력 및 전체적인 구조가 제21도에 도시된 실시예의 신호처리부와 동일하다.

제26도는 상기 제25도에 도시된 행렬계산 근사부(136)의 일실시예 세부구성을 보인 것이다. 도면에 도시된 바와같이 상기 행렬계산 근사부(136)는, 수신부(7)로부터 인가되는 신호벡터의 각 요소에 내적계산부(8)로부터 출력되는 출력값(y(t))의 복소공액을 각각 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1401)와, 이전 스냅샷에서의 감마벡터의 각 요소와 상기 망각인자(f)를 곱하기 위한 다수의 곱셈기((1403)와, 이전 스냅샷에서의 제타벡터의 각 요소와 상기 망각인자(f)를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1408)와, 상기 곱셈기(1408)와 출력과 상기 적응이득합성부(134)의 출력인 적응이득(ρ)을 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1410)와, 상기 곱셈기(1410)의 출력과 또다른 상기 곱셈기(1403)의 출력을 각각 더하기 위한 다수의 덧셈기(1404)와, 상기 덧셈기(1404)의 출력과 상기 곱셈기(1401)의 출력을 더하기 위한 다수의 덧셈기(1402)와, 상기 수신부(7)로부터 인가되는 신호벡터의 복소공액의 각 요소와 상기 추적방향 벡터합성부(133)의 출력인 추적방향벡터의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1405)와 상기 곱셈기(1405)의 출력을 모두 더하는 덧셈기(1411)와, 상기 덧셈기(1411)의 출력과 상기 신호벡터의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1406)와, 또다른 상기 곱셈기(1408)의 출력과 상기 스칼라(β)를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1409)와, 상기 곱셈기(1407)들로 구성되어 있어, 상기 덧셈기(1402)의 출력을 감마벡터로 하여 상기 최대고유치합성부(137)와 오차벡터합성부(131)로 출력하고, 상기 덧셈기(1407)의 출력을 제타벡터로 하여 상기 적응이득합성부(134)로 출력한다.

제27도는 상기 제25도에 도시된 최대고유치합성부(137)의 일실시예 세부구성을 보인 것이다. 도면에 도시된 바와 같이 상기 최대고유치합성부(137)는 제26도에 도시된 행렬계산부근사부(136)로부터 인가되는 감마벡터의 각 요소와 현 스냅샷에서의 이득벡터의 복소공액의 각 요소를 곱하는 다수이 곱셈기(1501)와, 상기 곱셈기의 출력을 더하기 위한 덧셈기(1502)로 구성되어 상기 덧셈기(1502)의 출력을 상기 최대고유치(λ)로 출력해 낸다.

제28도의 상기 제25도에 도시된 오차벡터합성부(131)의 일실시예 세부구성을 보인 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 오차벡터합성부(131)는 상기 최대고유치합성부(137)로부터 최대고유치(λ)를 받아 현 스냅샷에서의 이득벡터의 각 요소와 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1601)와, 상기 곱셈기(1601)의 출력으로부터 상기 추적방향벡터의 각 요소를 빼기 위한 감산기(1602)를 포함한다.

상기 제25도에 도시된 신호처리부가 궁극적으로 수행하는 것은 다음의 조건을 만족하는 오차벡터이다.

단, λ는 상기 최대고유치합성부(137)의 출력,는 현 스냅샷에서의 이득벡터,는 상기 행렬계산 근사부의 두개의 출력 중 하나인 감마벡터임.

제29도는 상기 제25도에 도시된 신호처리부의 적응이득 합성부(134)의 일실시예 세부구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 적응이득 합성부(134)는, 상기 추적방향벡터의 각 요소들의 절대치 제곱을 구하기 위한 다수의 곱셈기(1704), 상기 곱셈기들(1704)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(1708), 상기 추적방향벡터의 각 요소와 상기 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1703), 상기 곱셈기들(1703)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(1707), 상기 제타벡터의 각 요소와 상기 이득벡터의 복소공액의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1701)과, 상기 곱셈기들(1701)의 출력을 더하기 위한 덧셈기(1705)와, 상기 제타벡터의 각 요소와 상기 추적방향벡터의 복소공액을 곱하는 다수의 곱셈기들(1702), 상기곱셈기(1702)의 출력을 모두 더하는 덧셈기(1706)와, 상기 덧셈기들(1705, 1706, 1707, 및 1708)의 출력단에 연결된 적응이득 계산부(1709)를 포함한다.

그리고, 상기 덧셈기(1705)의 출력을 A라 하고, 상기 덧셈기(1706)의 출력을 B라 하고, 상기 덧셈기(1707)의 출력을 C라 하고, 상기 덧셈기(1708)의 출력을 D라 하면, 상기 적응이득 계산부(1709)에서는 적응이득 ρ을

와 같이 구한다.

여기서, E = B·Re[C]-D·Re[A]

F = B-λ·D

G = Re[A]-λ·Re[C]이며,

λ는 상기 최대고유치이고, Re[·]는 복소수 “·”의 실수부(real part)를 의미함.

또한, 상기와 같이 할 경우,

이다.

제30도는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른, 신호 송신장치의 안테나 구조를 설명하기 위한 개략도로서, 본 실시예에 의한 송신장치는, 전술한 제1실시예에 따른 송신장치와 마찬가지로, 공지의 송신장치에서 안테나로 출력하는 송신신호를 상기 신호처리부(전술한 제13도의 도면부호 (9) 참조)로부터 전술한 배열안테나의 각 안테나소자(12)에 순차적으로 하나씩 제공되는 각 요소의 해당 이득벡터 W₁....W_N의 각 요소의 위상만큼의 위상차를 상기 배열안테나의 해당 안테나소자(12)에 인가하는 다수의 지연소자(22)를 구비하고 있다.

그리고, 본 송신장치는 상기 신호처리부(9)에서 제공하는 이득벡터의 각 요소의 위상성분만큼의 위상차를 송신하고자 하는 신호에 각각 부가하여 각각의 송신용 안테나소자(12)이 가하여 전술한 수신모드에서와 동일한 빔패턴을 갖도록 함으로써, 상기 안테나소자(12)로부터 출력되는 송신신호를 원하는 방향으로는 최대의 이득으로 방사시키고, 간섭원의 방향으로는 상대적으로 아주 작은 이득으로 방사시키는 것이다.

참고적으로, 여기에서도 상기 제1실시예에서와 마찬가지로(제11도 구성 참조), 상기 제30도의 신호 송신장치의 각 안테나소자(12)에 대한 구성에 정규화된 위상지연 백터값의 제공하기 위한 소자들을 부가적으로 각각 더 구비시킬 수 있다.

즉, 상기 지연소자(22) 각각에 정규화된 해당 이득벡터 값을 제공하기 위하여, 매 스냅샷마다 이득벡터의 첫번째 요소(W₁)와 최후 요소(W_N)의 크기를 비교하여 크기가 작은 요소를 선택하는 선택소자와, 해당 이득벡터 값에서 상기 선택소자에 의해 선택된 값을 빼고 출력하는 덧셈기를 각각 부가적으로 구비시킬 수 있는 것이다(전술한 제11도의 설명란 참조).

또한, 전술한 신호수신장치와 상기 신호송신장치는 하나의 통신장치에 내장할 수 있으며, 상기 수신용 안테나소자들(11) 및 송신용 안테나소자들(12)은 본 발명에 따른 하나의 배열안테나로 겸용할 수도 있다.

제31도는 상기 제2실시예에 따른, 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 스펙트럼 확산 통신에서 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음 감쇠시키는 방법을 설명하는 순서도이다.

본 실시예에 따른 신호 송수신 방법에서는 우선, 전술한 바와 같은 배열안테나(1)를 이용하여 초기신호를 수신한다(2802). 신호를 수신하는 과정(2802)에는 공지의 기술인 동조, 주파수 저역천이 및 복조과정이 포함되나, 이 과정들은 이미 잘 알려져 널리 쓰이고 있으므로 본 명세서에서는 언급치 않기로 한다.

이때, 수신되는 신호는이고,

여기서 t＝k Ts이고, Ts는 스냅샷 주기이다.

그리고 나서, 상기 수신부(7)에서, 원하는 신호의 칩코드와 상기 수신신호를 상호상관시킨다(2804).

또한, 상기 신호처리부(9)에서 초기위상벡터를 설정한다(2806).

그리고 나서, 현재의 동작모드가 수신모드인지, 아니면 송신모드인지 여부를 확인한다(2808).

만일, 수신모드이면, 상관기 출력을 상기 복소이득벡터로 내적시켜 현재 스냅샷에서의 수신신호로 결정한다(2812).

그리고 송신모드이면, 상기 갱신된 복소이득벡터의 위상 성분만큼 상기 배열안테나(1)의 각 안테나소자에서 송신신호를 위상지연시켜 송신한다(2810).

그리고 나서, 통신이 계속되어야 하는지의 여부를 확인하여(2814), 최총 스냅샷이 아니면, 다음 스냅샷을 설정하고(2816), 상기 배열안테나(1)를 이용하여 신호를 수신한다(2818).

마찬가지로 이때 수신되는 신호는 다음과 같다.

그리고 나서, 상기 신호처리부(5)에서 원하는 신호의 칩코드와 상기 수신신호를 상호상관시킨다(2820).

그리고, 상기 신호처리부(9)에서 순시치만으로 처리할 것인지 여부를 확인하여(2822), 순시치만으로 처리하는 경우는 망각인자(f)를 ‘0’으로 하고(2824), 그렇지 않은 경우는 망각인자를 적절히 설정한다(2826).

이어서, 자기 상관 행렬을 갱신하는데(2828), 이때 갱신되는 상기 자기 상관행렬는 다음과 같다.

여기서, f는 망각 인자로서 0과 1사이의 값이다.

그리고 나서, 상기 자기상관행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유벡터에 근접하도록 복소이득벡터를 갱신한다(2830).

그리고, 갱신된 이득벡터를 가지고 다시 상기 송수신모드 판단과정(2808)으로 되돌아가 반복수행이 이루어지도록 한다.

그리하여, 마침내 최종 스냅샷까지 수행을 완료한 것으로 확인되면(2814), 수행을 종료한다.

또한, 상기 제2실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 간섭 및 잡음을 감쇠시킨 신호 송수신 방법의 다른 실시예에서는, 전술한 수행과정중, 매회마다 순시치만으로의 처리여부를 묻는 과정(2808)을 생략하고 실행할 수 있다. 즉, 미리 순시치만으로 처리하도록 묻는 과정(2808)을 생략하고 실행할 수 있다. 즉, 미리 순시치만으로 처리하도록 정해놓던가, 또는 매회 망각인자를 설정하도록 정해 놓으면, 매 스냅샷마다 상기한 바와 같은 순시치만으로의 처리여부를 묻지 않아도 되는 것이다.

여기에서, 순시치만으로 처리하는 경우에는, 자기상관행렬값을 계산하는 과정 자체가 존재하지 않게 된다. 즉, 상기 식 (20)의 설명란에서 언급된 바와 같이,의 계산과정 자체가 필요없게 된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 상기 수신부(7)에서 원하는 신호의 칩코드와 상기 수신신호를 상호상관시키는 과정(2804)과, 상기 신호처리부(5)에서 원하는 신호의 칩코드와 상기 수신신호를 상호상관시키는 과정(2820)은 확산대역(spread spectrum) 방식을 사용하는 통신환경하에서만 요구되는 과정으로서, 여타의 통신방식 환경에서는 이들을 제외한 과정만으로 용이하게 수행할 수 있다.

또, 신호환경이 원신호가 각 간섭신호보다 월등히 큰 경우라면, 본 제안기술을 응용하기 위하여 신호수신 과정(2802. 동조, 주파수 저역천이, 및 복조과정) 이후 칩코드 상관(2804)을 생략할 수 있으며, 이것은 확산대역 신호환경이 아닌 일반적 신호환경에서 원신호의 세기가 각 간섭신호보다 큰 경우에 본 제안기술을 적용하는 방법이 된다.

전술한 과정으로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 신호 송수신 방법도 전술한 제2실시예의 경우와 마찬가지로, 칩상관 과정을 포함하고 있기 때문에, 확산대역(spread spectrum) 통신방식등에 용이하게 적용할 수 있으며, 특히 코드 분할 다중 방식(CDMA)에 적용하기에 아주 적합하다.

제32도는 다수(M명) 가입자가 통신을 하고자 하는 경우를 위한 본 발명에 따른 신호 수신 시스템의 일실시예 구현예시도로서, 통신 희망자 각각의 수신희망신호를 수신하는 수신장치를 제2도, 또는 제13도와 같은 수신장치를 이용하여 각각 구현하여 상기 배열안테나에 접속하므로써 각기 희망하는 수신신호를 동시에 수신하되 각각의 수신희망신호가 입사하는 방향으로는 최대의 이득으로 수신하고 여타의 방향으로는 상대적으로 아주 작은 이득으로 수신할 수 있다.

제33도는 다수(M명)의 가입자가 통신을 하고자 하는 경우를 위한 본 발명에 따른 신호 송신 시스템의 일실시예 구현예시도로서, 통신희망자 각각의 송신희망신호를 배열안테나에 접속함으로써 각기 희망하는 송신신호를 동시에 송신하되, 각각의 송신희망신호의 빔패턴을 수신모드에서와 동일하게 함으로써, 각각의 송신신호를 원하는 방향으로는 최대의 이득으로 방사하고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 아주 작은 이득으로 방사한다.

제32도에 나타낸 수신용시스템과 제33도에 나타낸 송신용시스템을 하나의 통신시스템에 구현할 수도 있고, 상기 수신용시스템의 안테나소자와 상기 송신용시스템의 안테나소자를 하나의 안테나소자로 겸용할 수도 있다.

이제, 첨부도면 제34도를 참조하여, 본 발명에 따른 배열안테나를 실제의 통신환경에 적용한 경우의 성능을 살펴보기로 한다.

제34(a)도 및 제34(b)도는 본 발명에 따른 배열안테나를 페이딩이 존재하는 QPSK 디지틀 이동통신환경에 적용시, 간섭 및 잡음의 영향을 개선시키는 정도를 보여주는 그래프로서, 안테나 소지가 12개인 선형 배열안테나를 동시에 적용하였을 때의 간섭신호 및 잡음전력의 감쇠능력을 각각 나타낸 것이다.

도면을 통해서 알 수 있는 바와같이, 잡음전력은 안테나 소자 각각의 입력단에서 보았을 때와 비교하여 배열안테나의 출력단에서 약로 줄여들었음을 알 수 있다. 즉, 잡음전력은 앞에서 설명한 바와 같이 안테나의 갯수만큼 줄어듦을 확인할 수 있다.

간섭신호에 대해서는 원신호의 입사각에 따라 약간의 차이는 있으나 최대 약 12.7dB의 개선을 얻을 수 있다. 이는 평균적으로 간섭신호의 전력이 본 발명에 따른 배열 안테나 출력단에서 평균적으로 약 0.054배로 줄어든다는 사실을 의미한다.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 매 스냅샷마다 전체의 계산량이 약 0(3N²＋12N)으로, 기존의 그 어떤 방법보다도 계산량이 현저하게 적다.

더욱이, 본 발명에서 망각인자의 값(식(4))을 0으로 할 경우, 즉 현재 스냅샷에서의 신호값만을 고려할 경우, 전체 계산량은 0(11N)으로 획기적으로 줄어든다. 이렇게 망각인자를 0으로 할 경우, 원신호 간섭신호의 비율은 약 9dB정도 개선된다. 다시 말해서, 최적의 망각인자를 사용할 경우(최적의 망각인자 값은 0.8 내지 0.99의 값임)원신호 간섭신호의 전력비율에 있어 약 12dB 정도의 개선을 얻을 수 있었고, 망각인자를 0으로 하여 전체과정을 간략히 할 경우에는 약 9dB정도의 개선을 얻었다.

결과적으로, 현재 스냅샷만을 고려하여 전체과정을 획기적으로 간략히 하더라도, 원신호 잡음전력은 N배 개선됨을 쉽게 알 수 있다(단, N은 배열안테나를 구성하고 있는 안테나 소자의 갯수임).

또한, 순시신호값으로만 처리하는 경우에 발생하는 성능감쇠를 고려하여, 본 발명에서 제시되는 행렬계산근사법을 적용하면, 매 스냅샷마다 자기상관행렬을 계산하여 신호를 처리하는 경우에 비교하여도, 전술한 바와 같이, 거의 대등소이한 성능을 얻을 수 있다. 이 경우, 소요계산량은 약 0(15N)으로써, 순시신호만으로 신호를 처리하는 경우보다는 약간 많으나 자기상관행렬을 매 스냅샷마다 구하는 경우보다는 현저히 시스템복잡도와 요구계산량이 줄어듦을 알 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

원신호의 수신 레벨이 간섭 신호 각각의 수신 레벨보다 높은 신호 환경에서 원신호 레벨대 간섭신호 레벨의 차이를 더욱 증가시키고, 부가잡음의 세기를 현저히 감소시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 수신장치에서 구한 위상지연벡터를 송신장치에도 그래도 사용함으로써 송신신호의 원하는 방향으로만 최대의 이득으로 방사시키고 그 외의 방향으로는 상대적으로 아주 작은 이득으로 방사시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 배열안테나를 이용하여 간섭 및 잡음의 영향을 현저하게 줄임으로써 통신품질을 향상시키고, 통신용량을 증가시키며, 종전의 방식보다 그 계산량을 현저히 줄여주므로써, 범용 DSP칩(digital signal processing chip)에서도 매 스냅샷마다 반복적처리를 가능케 하는 매우 우수한 발명이다.

본 발명에서 제공되는 배열 안테나 시스템의 각 기능부에 대한 명칭(예컨대, 신호처리부, 행렬벡터 근사부, 최대고유치 합성부, 등)과, 상기 각 기능부에서 합성되는 각각의 신호들의 명칭(예컨대, 제타벡터, 감마벡터, 오차벡터, 추적방향벡터, 등)은 그 설명의 편의상 명명된 것에 불과하며, 실질적으로 동일한 기능부나 신호들이 그와 다른 명칭으로 표현될 수도 있음은 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명하다.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은, 제시된 실시예 및 첨부도면에서 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않은 범위내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자에게 자명한 여러가지 치환, 변형 및 변경도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

Claims

소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 하나의 주파수 저역 천이 수단과, 상기 각 주파수 저역천이 수단에 연결되는 적어도 하나의 복조 수단과, 상기 각 복조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법에 있어서, 상기 다수의 안테나 소자들 각각에 유기되는 수신신호들을 역확산하는 제1단계; 상기 제1단계에서 역확산된 신호벡터에 대한 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)를 산출하는 제2단계; 상기 안테나 소자에 유기되는 각각의 신호에 가하기 위한 이득벡터를 하기 수식에 따라, 상기 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터의 값으로 정하는 제3단계; 및

상기 제3단계에서 정해진 이득벡터를 상기 다수의 안테나 소자들에 유기되는 각각의 신호에 가하여 수신 출력 신호를 생성하는 제4단계를 포함하여, 원신호의 방향으로는 최대의 이득이 가해지고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 작은 이득이 가해지는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리방법.
제1항에 있어서, 상기 수신 출력 신호를 생성하는 제4단계는, 상기 이득벡터의 각 요소를 상기 각 안테나 소자에 유기되는 신호와 곱한 후, 그 곱한 결과들을 더하여 생성하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 수신 출력 신호를 생성하는 제4단계는, 상기 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 상기 안테나 소자에 유기되는 신호와 곱한 후, 그 곱한 결과들을 더하여 생성하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 이득벡터의 값은, 상기 최대 고유치에 대응하는 상기 고유벡터의 빔패턴 특성에 영향을 주지 않으면서 국부적인 변화만을 가하도록 하기 위해, 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 상수배하여 결정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 이득벡터의 값은, 상기 최대 고유치에 대응하는 상기 고유벡터의 빔패턴 특성에 영향을 주지 않으면서 국부적인 변화만을 가하도록 하기 위해, 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 정규화하여 결정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
제1항에 있어서, 현재 스냅샷에서의 상기 자기상관 행렬은, 바로 전 스냅샷에서의 상기 자기상관 행렬에 크기가 0에서 1사이인 망각인자를 곱한 값에 현재 스냅샷에서의 상기 각 안테나소자에 유기된 신호들로부터 얻어진 신호벡터로 계산하는 하기 식에 따른 신호행렬을 더하여 구하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.

(단,는 각각 J＋1번째와 J번째 스냅샷의 자기상관 행렬이고, f는 0과 1사이의 값을 취하는 망각인자이고, Ts는 스냅샷 주기이며, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitiam) 연산자임).
제1항에 있어서, 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터는, 최초 스냅샷에서는 상기 각 안테나 소자에 유기된 신호들간의 위상 차이를 없애도록 상기 이득벡터를 결정하기 위하여, 기준안테나에 유기된 신호에는 변화를 가하지 않고, 각 상기 안테나소자의 신호들에 대하여는 차후위상을 갖는 인접한 상기 안테나 소자와의 위상차만큼 위상지연을 가하도록 상기 이득벡터의 값을 정하고, 두번째 스냅샷 이후부터는 바로 전 스냅샷에서의 상기 이득벡터를 갱신하여 구하되, 매 스냅샷에서 상기 자기상관 행렬의 레일리 쿼션트(Rayleigh quotient)가 최대가 되도록 갱신하여 구하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 기준안테나 소자는, 상기 다수의 안테나 소자중, 매 스냅샷마다 위상이 가장 늦은 신호가 유기되는 안테나 소자로 정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 기준안테나 소자는, 상기 다수의 안테나 소자중, 현 스냅샷에서 통신하고자 하는 신호원과의 물리적 거리가 가장 먼곳에 위치한 안테나 소자로 정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 수신신호 처리 방법.
소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 적어도 하나의 주파수 고역 천이 수단과, 상기 각 주파수 고역천이 수단에 연결되는 적어도 하나의 변조 수단과, 상기 각 변조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법에 있어서, 신호수신단에서 다수의 안테나소자들 각각에 유기되는 신호들을 역확산하고, 상기 역확산된 신호벡터에 대한 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)를 산출하며, 상기 신호수신단에서 다수의 안테나 소자들에 유기되는 각각의 신호에 가하기 위한 이득벡터를 하기 수식에 따라 상기 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터의 값을 구하는 단계; 및

상기 신호수신단에서 구한 이득벡터의 해당 요소값을, 상기 소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들을 통해 송출될 신호에 각각 곱하여 송신 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하여, 원신호의 방향으로는 최대의 이득이 가해지고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 작은 이득이 가해지도록 하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.
제10항에 있어서, 상기 이득벡터의 값을 정함에 있어서, 상기 최대 고유치에 대응하는 상기 고유벡터의 빔패턴 특성에 영향을 주지않으면서 국부적인 변화만을 가하도록 하기 위해, 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 상수배하여 상기 이득벡터의 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.
제10항에 있어서, 상기 이득벡터의 값을 정함에 있어서, 상기 최대 고유치에 대응하는 상기 고유벡터의 빔패턴 특성에 영향을 주지않으면서 국부적인 변화만을 가하도록 하기 위해, 상기 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 정규화하여 상기 이득벡터의 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.
제10항에 있어서, 현재 스냅샷에서의 상기 자기상관 행렬은, 바로 전 스냅샷에서의 상기 자기상관 행렬에 크기가 0 에서 1 사이인 망각인자를 곱한 값에 현재 스냅샷에서의 상기 각 안테나소자에 유기된 신호들로부터 얻어진 신호벡터로 계산하는 하기 식에 따른 신호행렬을 더하여 구하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.

(단,는 각각 J＋1번째와 J번째 스냅샷의 자기상관 행렬이고, f는 0과 1사이의 값을 취하는 망각인자이고, Ts는 스냅샷 주기이며, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitiam) 연산자임).
제10항에 있어서, 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터는, 최초 스냅샷에서는 상기 각 안테나 소자에 유기된 신호들간의 위상 차이를 없애도록 상기 이득벡터를 결정하기 위하여, 기준안테나에 유기된 신호에는 실수(real number)를 곱하고 각 상기 안테나소자의 신호들에 대하여는 차후위상을 갖는 인접한 상기 안테나 소자와의 위상차만큼 위상지연을 가하도록 상기 이득벡터의 값을 정하고, 두번째 스냅샷 이후부터는 바로 전 스냅샷에서의 상기 이득벡터를 갱신하여 구하되, 매 스냅샷에서 상기 자기상관 행렬의 레일리 쿼션트(Rayleigh quotient)가 최대가 되도록 갱신하여 구하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.
제14항에 있어서, 상기 기준안테나 소자는, 상기 다수의 안테나 소자중, 매 스냅샷마다 위상이 가장 빠른 신호가 방사되는 안테나 소자로 정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.
제14항에 있어서, 상기 기준안테나 소자는, 상기 다수의 안테나 소자중, 현 스냅샷에서 통신하고자 하는 신호원과의 물리적 거리가 가장 먼곳에 위치한 안테나 소자로 정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송신신호 처리 방법.
소정의 간격으로 배열되는 다수의 안테나 소자들과, 상기 각 안테나 소자에 연결되는 적어도 하나의 주파수 천이 수단과, 상기 각 주파수 천이 수단에 연결되는 적어도 하나의 변복조 수단과, 상기 각 변복조 수단에 연결되는 기저대역 신호 처리 수단을 구비하는 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법에 있어서, 초기 이득벡터를 설정하는 제1단계; 설정된 이득벡터를 이용하여 상기 다수의 안테나 소자들에 유기되는 각각의 수신 신호에 가하거나, 상기 다수의 안테나 소자들을 통해 송출될 신호에 각각 곱하여 송수신되도록 하는 제2단계; 현재의 스냅샷이 최종 스냅샷인지 여부를 확인하여, 최종 스냅샷이면 종료하고, 최종 스냅샷이 아니면, 직전 스냅샷의 입력 수신 신호에 의거하여 자기상관행렬을 갱신하고 나서, 상기 자기상관행렬의 최대고유치(λ_MAX)에 대응하는 고유벡터로 근접하도록 이득벡터를 하기 수식에 따라 산출하여 갱신하는 제3단계; 및

상기 갱신된 이득벡터에 의거하여 새로운 신호가 송수신되도록 상기 제2단계로 진행하여, 최종 스냅샷까지 상기 제2 및 제3단계를 반복 수행하는 제4단계를 포함하여, 매 스냅샷마다 원신호의 방향으로는 최대의 이득이 가해지고 간섭원의 방향으로는 상대적으로 작은 이득이 가해지도록 하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법.
제17항에 있어서, 상기 제1단계는, 각 안테나 소자에 유기된 신호간의 위상차를 없애기 위해, 초기에 수신된 신호벡터로 정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법.
제18항에 있어서, 상기 최대고유치에 대응하는 고유벡터는, 최초 스냅샷에서는 상기 각 안테나 소자에 유기된 신호들간의 위상 차이를 없애도록 상기 이득벡터를 결정하기 위하여, 상기 기준안테나에 유기된 신호에는 실수(real number)를 곱하고 각 상기 안테나소자의 신호들에 대하여는 차후위상을 갖는 인접한 상기 안테나 소자와의 위상차만큼 위상지연을 가하도록 상기 이득벡터의 값을 정하고, 두번째 스냅샷 이후부터는 바로 전 스냅샷에서의 상기 이득벡터를 갱신하여 구하되, 매 스냅샷에서 상기 기준안테나 소자에 유기되는 신호에 하는 이득값은 실수로 유지하며 상기 자기상관 행렬의 레이리 쿼션트(Rayleigh quotient)가 최대가 되도록 갱신하여 구하는 것을 특징으로 하는 배열안테나를 이용한 이동통신 시스템에서의 송수신신호 처리 방법.
배열안테나를 이용한 신호 수신장치에 있어서, 다수의 안테나소자들을 구비하고 소정의 위치와 간격으로 배열되어 각 안테나 소자에 유기되는 수신신호를 후단으로 인가하는 배열안테나; 상기 각 안테나소자에 유기되어 상기 배열안테나로부터 출력되는 신호벡터에 대하여 주파수 저역천이, 복조 및 역확산을 포함한 신호수신처리를 행하여 매 스냅샷마다 신호벡터를 합성하는 수신수단; 상기 수신수단으로부터 출력되는 역확산된 신호벡터의 각 요소 (x₁...x_N)와 신호처리수단으로부터 제공되는 이득벡터를 내적하여 배열안테나의 출력값을 합성하는 내적계산수단; 및 상기 수신수단으로부터 출력되는 역확산된 상기 신호벡터와 상기 내적계산수단의 출력값(y(t))을 처리하여 이득벡터값(W₁....W_N)을 구호되, 하기 수식과 같이 수신 신호에 대한 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)에 상응하는 고유벡터로부터 이득벡터를 구하여 상기 내적계산수단으로 제공하는 상기 신호처리수단

을 포함하는 신호 수신 장치.
제20항에 있어서, 상기 수신수단은, 해당 안테나소자에 유기된 신호에 캐리어주파수의 코싸인 성분(In-phase 성분)(cos(2π fc t))을 곱하는 제1 곱셈기(71); 상기 안테나소자에 유기된 신호에 캐리어주파수의 싸인 성분(Quadrature 성분)(sin(2π fc t))을 곱하는 제2 곱셈기(72); 상기 제1 곱셈기(71)의 출력단에 연결되어 저역성분의 주파수만을 통과시키는 제1 저역통과 여파기(73); 상기 제2 곱셈기(72)의 출력단에 연결되어 저역성분의 주파수만을 통과시키는 제2 저역통과 여과기(74); 상기 제1 저역통과 여파기(73)에서 출력된 각 신호의 코싸인(In-phase)성분을 수신희망신호에 다중되어 있는 칩코드와 상관시키는 제1 상관기(75); 상기 제2 저역통과 여파기(74)에서 출력된 각 신호의 싸인(Quadrature)성분을 수신희망신호에 다중되어 있는 칩코드와 상관시키는 제2 상관기(76); 및 상기 제1 상관기(75)의 출력과 상기 제 2 상관기(76)의 출력을 더하는 덧셈기(78)를 안테나 소자마다 각각 구비시킨 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
제20항에 있어서, 상기 수신수단은, 해당 안테나소자에 유기된 신호를 중간주파수로 저역천이하는 중간주파천이기(79); 상기 중간주파천이기(79)로부터 출력되는 저역천이된 신호를 복조하는 복조기(80); 및 상기 복조기(80)에서 출력된 각 신호의 코싸인(cos)성분(In-phase 성분) 및 싸인(sin) 성분(Quadrature 성분)을 더하는 덧셈기(78)를 안테나 소자마다 각각 구비시킨 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
제20항에 있어서, 상기 수신수단은, 해당 안테나소자에 유기된 신호를 중간주파수로 저역천이하는 중간주파천이기(79); 상기 중간주파천이기로부터 출력되는 저역천이된 신호를 복조하는 복조기(80); 상기 복조기(80)에서 출력된 각 신호의 코싸인(COS)성분(In-phase 성분)을 수신희망신호에 다중되어 있는 칩코드(q_j ^I(t))와 상관시키는 제1상관기(75); 상기 복조기(80)에서 출력된 각 신호의 싸인(sin)성분)(Quadrature 성분)을 수신희망신호에 다중되어 있는 칩코드(q_j ^Q(t))와 상관시키는 제2상관기(76); 및 상기 제1 및 제2상관기(75,76)의 출력을 더하는 덧셈기(78)를 안테나 소자마다 각각 구비시킨 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
제20항에 있어서, 신호처리수단은, 매 스냅샷마다 상기 수신수단으로부터 출력되는 상기 신호벡터와 상기 내적계산수단으로부터의 출력값(y(t))과 현 스냅샷에서의 이득벡터값을 입력받아 오차벡터를 계산하여 출력하는 오차벡터 합성수단(91); 상기 오차벡터 합성수단(91)로부터 오차벡터를 입력받아 추적방향 벡터의 합성에 필요한 스칼라값을 합성하여 출력하는 스칼라 합성수단(92); 상기 오차벡터 합성수단 및 상기 스칼라 합성수단의 출력을 입력받아 상기 추적방향 벡터를 합성하여 출력하는 추적방향벡터 합성수단(93); 상기 신호켁터, 추적방향 벡터, 내적계산수단(8)의 출력값(y), 및 상기 현 스냅샷에서의 이득벡터값을 각각 입력받아 매 스냅샷마다의 적응이득을 구하여 출력하는 적응이득 합성수단(94); 및 현 스냅샷에서의 추적방향 벡터 및 적응이득값을 각각 입력받아 이득벡터를 갱신하는 이득벡터 갱신수단(95)을 포함하는 신호 수신 장치.
제24항에 있어서, 상기 오차벡터 합성수단은, 상기 내적계산수단으로부터 출력되는 출력값(y(t))의 크기를 제곱하기 위한 곱셈기(911); 상기 수신수단으로부터 인가되는 신호벡터의 각 요소에 상기 내적계산수단으로부터 출력되는 출력값(y(t))의 복소공액을 곱하기 위한 다수의 곱셈기(912); 상기 곱셈기(911)에 의해 제곱된 출력값을 이득벡터의 각 요소로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(913); 및 상기 이득벡터의 각 요소에 할당된 곱셈기(913)의 해당 요소 출력값에서 상기 신호벡터의 각 요소에 할당된 곱셈기(912)의 각 출력값을 빼기 위한 감산기(914)를 포함하는 신호 수신 장치.
제24항에 있어서, 상기 적응이득 합성수단은, 상기 수신신호벡터의 각 요소를 복소공액하여 상기 추적방향벡터의 각 요소들과 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(941); 상기 다수의 곱셈기(941)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(946); 상기 추적방향벡터(υ)의 각 요소들의 절대치 제곱을 구하기 위한 다수의 곱셈기(942); 상기 곱셈기들(942)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(945); 상기 추적방향벡터의 각 요소와 상기 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(943); 상기 곱셈기들(943)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(944); 상기 덧셈기(946)의 출력을 제곱하기 위한 곱셈기(949); 상기 내적계산수단의 출력(y(t))과 상기 덧셈기(946)의 출력을 곱하기 위한 곱셈기(947); 상기 내적계산수단의 출력값(y(t))에 대한 절대치 제곱을 구하기 위한 곱셈기(948); 및 상기 덧셈기(944,945) 및 곱셈기(947,948,949)의 출력단에 각각 연결된 적응이득 계산수단(950)를 포함하는 신호 수신 장치.
제26항에 있어서, 신호벡터와 추적방향벡터를 내적한 결과(덧셈기(946) 출력)를 A라 하고, 상기 A와 배열안테나의 출력값을 곱한 결과(곱셈기(947) 출력)를 B라 하고, 상기 A의 제곱(곱셈기(949) 출력)을 C라 하고, 이득벡터와 추적방향벡터를 내적한 결과(덧셈기(944) 출력)를 D라 하고, 추적방향벡터와 그 자신의 내적(덧셈기(945) 출력)을 E라 할 때, 상기 적응이득 계산수단에서는 하기 식에 따라 적응이득(ρ)을 구하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.

(단, Re[·]는 복소수" ·"의 실수부(real part)를 의미함)
제24항에 있어서, 상기 이득벡터 갱신수단은, 현 스냅샷에서의 추적방향 벡터와 적응이득값을 곱하기 위한 다수의 곱셈기 (951); 및 이전 스냅샷에서의 이득벡터와 상기 각 곱셈기(951)의 출력값을 더하기 위한 다수의 덧셈기(952)를 포함하는 신호 수신 장치.
제28항에 있어서, 상기 다수의 덧셈기(952)의 각 출력값들을, 기준안테나 소자에 연결된 덧셈기(952) 출력값의 N제곱근배로 모두 나누는 다수의 나눗셈기(953)를 더 포함하는 신호 수신 장치.
제24항에 있어서, 상기 스칼라 합성수단은, 상기 오차벡터의 각 요소의 절대치를 제곱하기 위한 다수의 곱셈기(921); 상기 곱셈기들(921)의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기(922); 이전 스냅샷에서의 상기 덧셈기(922)의 출력으로 현 스냅샷에서의 상기 덧셈기(922) 출력을 나누는 나눗셈기(923); 및 상기 나눗셈기(923)의 출력에 음부호(-)를 가하는 부호변환기(924)를 포함하는 신호 수신 장치.
제20항에 있어서, 상기 신호처리수단은, 매 스냅샷마다 신호벡터를 받아 자기상관 행렬을 계산하여 출력하기 위한 자기 상관행렬 발생수단(96); 상기 자기상관행렬 발생수단(96)에서 출력하는 현재 스냅샷에서의 상기 자기상관행렬의 최대고유치를 추정하기 위한 최대 고유치 합성수단(97); 매 스냅샷마다 상기 자기상관행렬 발생수단(96)에서 출력하는 자기상관행렬, 상기 최대 고유치 합성수단(97)에서 출력하는 최대고유치, 및 현 스냅샷에서의 이득벡터 값을 각각 입력받아 오차벡터를 합성하여 출력하는 오차벡터 합성수단(91); 상기 오차벡터 합성수단(91)의 출력인 오차벡터를 입력받아 추적방향 벡터의 합성에 필요한 스칼라값을 합성하여 출력하는 스칼라 합성수단(92); 상기 오차벡터 및 스칼라값을 입력받아 추적방향 벡터를 합성하여 출력하는 추적방향벡터 합성수단(93); 자기상관행렬, 추적방향 벡터, 현 스냅샷에서의 상기 최대고유치, 및 이득벡터값을 각각 입력받아 매 스냅샷마다의 적응이득을 구하여 출력하는 적응이득 합성수단(94); 및 매 스냅샷마다 상기 추적방향 벡터 및 상기 적응이득값을 기반으로 상기 이득벡터를 갱신하는 이득벡터 갱신수단(95)을 포함하는 신호 수신 장치.
제31항에 있어서, 상기 오차벡터 합성수단은, 상기 자기상관행렬(R)의 각 행의 각 요소와 이득벡터의 각 요소를 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(982); 상기 각 행에 연결되어 있는 다수의 곱셈기들(982)의 출력을 서로 더하는 자기상관행렬의 행수만큼의 다수의 덧셈기(983); 현재의 추정 최대고유치(λ)와 이득벡터의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(981); 및 상기 다수의 곱셈기들(981) 각각의 출력으로부터 대응하는 각각의 상기 덧셈기(983)의 출력을 빼기 위한 다수의 덧셈기들(984)을 포함하는 신호 수신 장치.
제31항에 있어서, 상기 최대고유치 합성수단은, 상기 자기상관행렬의 각 행의 각 요소와 현 스냅샷에서의 이득벡터의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(992); 해당 행에 연결되어 있는 다수의 곱셈기들(992) 출력을 모두 더하여 출력하는 다수의 덧셈기(993); 동일행에 구비된 상기 다수의 덧셈기들(993) 출력과 해당 행의 이득벡터 요소의 복소공액(w＊)을 곱하여 출력하는 다수의 곱셈기(994); 및 각행에 대하여 하나씩 구비되는 상기 다수의 곱셈기들(994) 출력을 모두 더한 값을 현재의 추정 최대고유치(λ)로 출력하는 덧셈기(995)를 포함하는 신호 수신 장치.
제31항에 있어서, 상기 적응이득 합성수단은, 자기상관행렬의 각 행의 각 요소와 추적방향 벡터의 각 요소와의 곱을 위한 다수의 곱셈기(261); 자기상관행렬의 각 행의 요소들과 추적방향 벡터의 요소들의 곱을 서로 더하기 위한 자기상관 행렬의 행수에 해당하는 만큼의 다수의 덧셈기(262); 상기 다수의 덧셈기들(262) 각각의 출력과 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 곱하기 위한 다수의 곱셈기(263); 상기 다수의 곱셈기들(263) 출력을 모두 더하는 덧셈기(265); 상기 다수의 덧셈기들(262) 각각의 출력과 추적방향 벡터의 각 요소의 복소공액을 곱하는 다수의 곱셈기(264); 상기 다수의 곱셈기들(264) 출력을 모두 더하는 덧셈기(266); 추적방향 벡터의 각 요소와 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 서로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(267); 상기 다수의 곱셈기들(267) 출력을 모두 더하는 덧셈기(268); 추적방향 벡터의 각 요소와 그의 복소공액을 곱하는 다수의 곱셈기(269); 상기 다수의 곱셈기들(269) 출력을 모두 더하는 덧셈기(270); 및 상기 다수의 덧셈기(265, 266, 268, 270) 출력을 입력으로 하여 적응이득을 계산하는 적응이득 계산수단(271)를 포함하는 신호 수신 장치.
제34항에 있어서, 상기 덧셈기(265)의 출력을 A, 상기 덧셈기(266)의 출력을 B, 상기 덧셈기(268)의 출력을 C, 그리고 상기 덧셈기(270)의 출력을 D라 할 때, 상기 적응이득 계산수단은, 매 스냅샷마다 입력되는 상기 A, B, C, D의 값을 이용하여, 하기 식에 따라 적응이득(ρ)을 산출하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.

(단, E=B·Re[C]－D·Rd[A], F＝B-λ·D, G＝Re[D]－λ·Re[C]) (단, Re[·]는 복소수“·”의 실수부(real part)를 의미함).
제20항에 있어서, 상기 신호처리수단은, 매 스냅샷마다 신호벡터를 받아 자기상관 행렬의 연산을 벡터연산으로 근사하여 소정의 감마벡터 및 제타벡터를 출력하기 위한 행렬계산근사수단(136); 상기 행렬계산근사수단(136)에서 출력하는 상기 감마벡터와 현 스냅샷에서의 이득벡터를 입력받아 매 스냅샷마다 상기 자기상관 행렬의 최대고유치를 추정하기 위한 최대 고유치 합성수단(137); 매 스냅샷마다 상기 행렬계산근사수단(136)에서 출력하는 상기 감마벡터, 상기 최대 고유치 합성수단(137)에서 출력하는 최대고유치, 및 현 스냅샷에서의 이득벡터 값을 각각 입력받아 오차벡터를 합성하여 출력하는 오차벡터 합성수단(131); 상기 오차벡터 합성수단(131)으로부터 오차벡터를 입력받아 추적방향 벡터의 합성에 필요한 스칼라 값을 합성하여 출력하는 스칼라 합성수단(132); 상기 오차벡터 및 스칼라 값을 입력받아 추적방향 벡터를 합성하여 출력하는 추적방향벡터 합성수단(133); 상기 행렬계산근사수단(136)에서 출력하는 제타벡터와, 상기 추적방향 벡터와, 현 스냅샷에서의 상기 최대고유치 및 이득벡터 값을 각각 입력받아 매 스냅샷마다의 적응이득을 구하여 출력하는 적응이득 합성수단(134); 및 매 스냅샷마다 상기 추적방향 벡터 및 상기 적응이득값을 기반으로 상기 이득벡터를 갱신하는 이득벡터 갱신수단(135)을 포함하는 신호 수신 장치.
제36항에 있어서, 상기 오차벡터 합성수단은, 현재의 최대고유치와 이득벡터의 각 요소를 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1601); 및 상기 다수의 곱셈기(1601) 각 출력으로부터 상기 추적방향벡터의 각 요소를 차례로 감산하기 위한 다수의 감산기(1602)를 포함하는 신호 수신 장치.
제37항에 있어서, 상기 최대고유치 합성수단은, 상기 감마벡터의 각 요소와 현 스냅샷에서의 이득벡터 복소공액의 각 요소를 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1501); 및 상기 다수의 곱셈기들(1501) 출력을 모두 더하여 출력하는 덧셈기(1502)를 포함하는 신호 수신 장치.
제38항에 있어서, 상기 적응이득 합성수단은, 상기 행렬계산근사수단(136)의 일출력인 상기 제타벡터의 각 요소와 상기 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1701); 상기 다수의 곱셈기들(1701) 출력을 모두 더하는 덧셈기(1705); 상기 제타벡터의 각 요소와 상기 추적방향 벡터의 각 요소의 복소공액을 차례로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1702); 상기 다수의 곱셈기들(1702) 출력을 모두 더하는 덧셈기(1706); 상기 추적방향 벡터의 각 요소와 이득벡터의 각 요소의 복소공액을 서로 곱하기 위한 다수의 곱셈기(1703); 상기 다수의 곱셈기들(1703) 출력을 모두 더하는 덧셈기(1707); 상기 추적방향 벡터의 각 요소와 그의 복소공액을 곱하는 다수의 곱셈기(1704); 상기 다수의 곱셈기들(1704) 출력을 모두 더하는 덧셈기(1708); 및 상기 다수의 덧셈기들(1705, 1706, 1707, 1708) 출력을 입력으로 하여 적응이득을 계산하는 적응이득 계산수단(1709)을 포함하는 신호 수신 장치.
제39항에 있어서, 상기 덧셈기(1705)의 출력을 A, 상기 덧셈기(1706)의 출력을 B, 상기 덧셈기(1707)의 출력을 C, 그리고 상기 덧셈기(1708)의 출력을 D라 할 때, 상기 적응이득 계산수단은, 매 스냅샷마다 입력되는 상기 A, B, C, D의 값을 이용하여, 하기 식에 따라 적응이득(ρ)을 산출하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.

(단, E=B·Re[C]－D·Rd[A], F＝B-λ·D, G＝Re[D]－λ·Re[C]) λ는 최대고유치이고, Re[·]는 복소수“·”의 실수부임)
다수의 안테나 소자를 구비하고 있는 배열안테나를 이용한 신호송신장치에 있어서, 신호처리수단으로부터 배열안테나의 각 안테나소자(12)에 순차적으로 하나씩 제공되는 이득벡터(W₁....W_N)의 각 요소값의 위상만큼, 송신희망신호를 위상지연시켜서 해당안테나 소자에 각각 인가하기 위한 다수의 지연소자(22)를 구비하며, 상기 다수의 지연소자(22)에 인가되는 이득벡터는, 내적계산수단에서 합성된 상기 배열안테나의 수신 출력값과 수신수단으로부터 출력되는 역확산된 상기 신호벡터를 처리하여 이득벡터값(W₁....W_N)을 구하되, 상기 신호처리수단에서 하기 수식과 같이 수신 신호에 대한 자기상관행렬의 최대 고유치(λ_MAX)에 상응하는 고유벡터로부터 구한 것임을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
제41항에 있어서, 상기 지연소자(22) 각각에 정규화된 해당 이득벡터 값을 제공하기 위하여, 매 스냅샷마다 이득벡터의 첫번째 요소(w₁)와 최후 요소(W_N)의 크기를 비교하여 크기가 작은 요소를 선택하는 선택소자; 및 해당 이득벡터 값에서 상기 선택소자에 의해 선택된 값을 빼고 출력하는 덧셈기를 더 포함하는 신호 송신 장치.
다수의 안테나 소자를 구비한 배열안테나를 이용한 신호 송수신 방법에 있어서, 초기 이득벡터를 설정하는 제1단계; 수신모드에서는 상관기 출력을 상기 이득벡터로 내적시켜 현재 스냅샷에서의 수신신호로 수신하고, 송신모드에서는 상기 수신모드에서 갱신된 이득벡터의 위상 성분만큼 상기 배열안테나(1)의 각 안테나 소자에서 송신신호를 위상지연시켜 송신하는 제2단계; 다음 스냅샷에서의 수행을 위해 스냅샷 인덱스를 갱신하고, 새로운 스냅샷에서 상기 배열안테나(1)를 이용하여 신호를 수신하는 제3단계; 자기상관행렬이 순시 신호벡터만으로 산출되는지 여부를 판단하는 제4단계; 상기 제4단계의 판단 결과 순시치만으로 근사된 자기상관행렬이 산출가능하면 망각인자를 ‘0’으로 설정하고, 그렇지 않으면 ‘0’과 ‘1’사이의 어느 한 값으로 망각인자를 설정하는 제5단계; 상기 자기상관행렬을 하기 수식에 따라 갱신하는 제6단계;

(단, f는 망각인자, k는 스냅샷 인덱스, 윗첨자 H는 허미샨(Hermitian) 연산자임) 갱신된 자기상관행렬의 최대 고유치에 상응하는 고유벡터로 상기 이득벡터를 갱신하는 제7단계; 및 갱신된 이득벡터를 가지고 다시 신호의 송수신을 수행하는 상기 제2단계로 되돌아가, 최종 스냅샷까지 반복수행하는 제8단계를 포함하는 신호 송수신 방법.