KR100243105B1

KR100243105B1 - Polarization delayed distributed antenna system for cdma mobile communications

Info

Publication number: KR100243105B1
Application number: KR1019970071108A
Authority: KR
Inventors: 함영권; 송기홍
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR19990051740A

Abstract

본 발명은 코드분할 다중접속 이동통신(CDMA) 시스템에 관한 것으로, 특히 복잡한 수신기를 필요치 않고도 상당한 다이버시티 기능을 갖는 편파 지연분산 안테나 시스템에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to code division multiple access mobile communication (CDMA) systems, and more particularly to polarized delay distributed antenna systems having significant diversity capabilities without the need for complicated receivers.

일반적으로 이동통신에서의 페이딩은 시스템의 성능에 중대한 영향을 미친다. 이러한 페이딩에 대한 대표적인 대책기술로써 공간 다이버시티 기술을 생각할 수 있다. 공간 다이버시티는 보편적으로 페이딩에 상당히 강한 면모를 보이나, 전형적인 마이크로 셀과 같은 공간적인 페이딩 상관계수가 큰 환경에서는 소형화가 이루어져야 하는 핸드폰과 같은 이동국에서는 말할 것도 없고, 기지국에도 설치가 어려운 경우가 많다. 이러한 경우 종래의 편파 다이버시티를 생각할 수 있는데, 편파 다이버시티에서도 공간 다이버시티와 마찬가지로 복잡한 수신기의 구조를 가져야 한다. 또한 작은 셀에서 신호지연이 적어 CDMA 시스템에서 레이크(Rake) 수신 기법을 사용할 수 없는 상황에서는 이의 극복이 더욱 절실히 요구된다.In general, fading in mobile communication has a significant effect on system performance. As a representative countermeasure against fading, a spatial diversity technique can be considered. Spatial diversity is generally very strong in fading, but it is often difficult to install in base stations as well as in mobile stations such as mobile phones, which must be miniaturized in an environment with a large spatial fading correlation coefficient such as a typical micro cell. In this case, a conventional polarization diversity can be considered. In the polarization diversity, as in the case of spatial diversity, it must have a complicated receiver structure. In addition, in a situation where a small reception delay is not available in a CDMA system due to low signal delay in a small cell, overcoming this is more urgently needed.

따라서, 본 발명에서는 복잡한 수신기를 필요치 않고도 상당한 다이버시티 기능을 갖게 하기 위하여, 송신안테나를 수직 및 수평 편파를 사용한 분산 송신기법을 사용하여 페이딩을 줄일 수 있는 편파 지연분산 안테나 시스템을 제시한다.Accordingly, the present invention proposes a polarized delay distributed antenna system capable of reducing fading by using a distributed transmitter method using vertical and horizontal polarization of a transmission antenna in order to have a considerable diversity function without requiring a complicated receiver.

Description

Polarization Delay Distributed Antenna System for Code Division Multiple Access Mobile Communication System

일반적으로 이동통신 시스템에서의 페이딩 대책기술 분야에서, 대표적인 대책기술로는 수신 안테나를 두 개 이상 두고 각 안테나에 수신되는 신호를 따로따로 수신하여 적당한 결합방식으로 결합하므로써 페이딩을 줄이는 공간 다이버시티 기술을 생각할 수 있다.In general, in the field of fading countermeasure technology in mobile communication systems, a representative countermeasure technique is to provide a spatial diversity technique that reduces fading by receiving two or more receiving antennas and separately receiving the signals received by each antenna and combining the signals in an appropriate combination. I can think of it.

공간 다이버시티는 보편적으로 페이딩에 상당히 강한 면모를 보이나, 복잡한 수신기의 구조를 가져야 한다. 또한 전형적인 마이크로 셀과 같은 공간적인 페이딩 상관계수가 큰 환경에서는 공간 다이버시티의 효과를 충분히 갖기 위해서 안테나 사이의 이격거리가 커야 된다.Spatial diversity is generally quite strong in fading, but must have a complex receiver structure. In addition, in an environment where a spatial fading correlation coefficient is large, such as a typical micro cell, the separation distance between antennas must be large in order to have sufficient effect of spatial diversity.

그러나 마이크로 셀이나 피코셀에서는 소형화가 이루어져야 하는 이동국에서는 말할 것도 없고, 기지국에도 이격거리가 크게 안테나를 설치하는 것은 용이하지 않은 경우가 많다.However, not only in the mobile station that should be miniaturized in a micro cell or pico cell, it is often difficult to install an antenna with a large separation distance in a base station.

이러한 경우 편파 다이버시티를 생각할 수 있는데, 편파 다이버시티에서도 공간 다이버시티와 마찬가지로 복잡한 수신기의 구조를 가져야 한다. 또한 작은 셀에서 신호지연이 적어 레이크(Rake) 수신 기법을 사용할 수 없는 상황에서는 효과적인 페이딩 극복이 더욱 절실히 요구하게 되었다.In this case, polarization diversity can be considered. In the case of polarization diversity, it must have a complicated receiver structure as well as spatial diversity. In addition, in the situation where the signal reception is small in a small cell and the rake reception technique cannot be used, effective fading is more urgently required.

따라서, 본 발명은 종래의 편파 다이버시티를 사용하므로써 생기는 시스템의 상당한 복잡도 증가 문제를 해결하고, CDMA 시스템에서 사용하는 확산코드 주기(PN-Sequence Chip Duration)에 비해 환경지형지물에 의하여 생기는 다중 경로파들의 신호지연이 훨씬 적어 레이크(Rake) 수신 기법을 종래의 시스템으로는 사용할 수 없는 상황에서, 복잡하지 않으면서도 레이크(Rake) 수신 기능을 사용할 수 있도록 시스템을 구성하도록 한다. 즉, 편파가 다른 두 송신안테나를 이용하여 수직 및 수평 편파의 동시전송방식을 사용하며, 편파간에 충분한 지연을 두어 신호전송을 하여 원래 경로 다이버시티를 얻기 위한 레이크(Rake) 수신기를 이용하여 편파 다이버시티를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention solves the problem of significant complexity increase of the system caused by using the conventional polarization diversity, and multipath waves generated by the environmental features compared to the PN-Sequence Chip Duration used in the CDMA system. In this situation, the signal receiving delay is much smaller, so that the system may be configured to use the Rake reception function without being complicated in a situation where the Rake reception technique cannot be used with a conventional system. In other words, it uses the simultaneous transmission of vertical and horizontal polarization using two transmission antennas with different polarizations, and uses the Rake receiver to obtain original path diversity by transmitting signals with sufficient delay between polarizations. The purpose is to get the city.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 보내고자 하는 디지털 정보를 발생하는 정보발생부와, 확산코드를 이용하여 상기 정보신호를 대역 확산시키는 대역확산기와, 상기 대역 확산된 신호를 전송하는 무선주파수 송신기와, 상기 무선주파수 송신기로부터 전송된 신호를 편파 분산하는 전력 분배기와, 상기 전력 분배기로부터 편파 분산하여 일부분의 전력을 입력받는 수직편파 안테나와, 상기 전력 분배기로부터 편파 분산된 나머지 일부분의 전력을 신호지연 회로를 통해서 입력되는 수평편파 안테나로 구성되는 송신부와, 수직편파 안테나 및 수평편파 안테나에 유기된 신호를 상기 신호지연 회로를 통하지 않고 단순히 합해지는 결합부와, 상기 합해진 신호들로부터 독립된 페이딩 특성을 갖는 지연된 신호들을 분리해서 동위상에서 합하여 수신신호 크기를 크게하는 레이크 수신에 의해, 역대역확산을 수행하는 레이크 수신 및 역대역 확산기와, 상기 레이크 수신 및 역대역 확산기로부터 출력된 신호에서 정보신호를 검출해 내는 디지털 정보 검출부로 구성된 수신부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is an information generator for generating digital information to send, a spreader for spreading the information signal using a spreading code, and a radio frequency transmitter for transmitting the spread signal And a power divider for polarizing and distributing the signal transmitted from the radio frequency transmitter, a vertically polarized antenna for receiving a portion of power by polarizing and dispersing the signal from the power divider, and a signal delay for power of the remaining portion polarized from the power divider A transmitter comprising a horizontal polarization antenna input through a circuit, a coupling unit which simply combines the signals induced in the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna without passing through the signal delay circuit, and has a fading characteristic independent from the combined signals. Separate delayed signals and receive them in phase A rake receiving and reverse band spreader for performing reverse band spreading by a rake reception for increasing a call size, and a receiving unit comprising a digital information detector for detecting an information signal from a signal output from the rake receiving and reverse band spreader. Characterized in that made.

도 1은 본 발명에 적용되는 시스템 구성도.1 is a system configuration diagram applied to the present invention.

도 2는 본 발명에 적용되는 컴퓨터 시뮬레이션 성능평가 결과를 나타낸 그래프도.Figure 2 is a graph showing the computer simulation performance evaluation results applied to the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉<Description of Signs of Major Parts of Drawings>

101 : 디지털정보 발생부 102 : 확산코드(PN-Sequence)101: digital information generator 102: spread code (PN-Sequence)

103 : 대역확산기 104 : 무선주파수 송신기103: spreader 104: radio frequency transmitter

105 : 전력분배기 106 : 지연회로105: power divider 106: delay circuit

107 : 수평편파 안테나 108 : 수직편파 안테나107: horizontally polarized antenna 108: vertically polarized antenna

109 : 수평편파 안테나 110 : 수직편파 안테나109: horizontally polarized antenna 110: vertically polarized antenna

111 : 결합부111: coupling part

112 : 레이크(Rake) 수신 및 역대역 확산기112: Rake Receive and Reverse Band Spreader

113 : 디지털 정보 검출부113: digital information detection unit

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 1은 본 발명에 적용되는 시스템의 블럭도를 나타낸 것으로서, 도 1(a) 및 (b)는 이동통신 시스템에서 송신부 및 수신부를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a block diagram of a system applied to the present invention, Figure 1 (a) and (b) shows a transmitter and a receiver in a mobile communication system.

도시된 도 1(a)의 송신부에서는 다음과 같이 동작된다.In the transmitting part of FIG. 1 (a) shown in FIG.

보내고자 하는 디지털 정보를 소오스 부호기, 채널 부호기 및 인터리버 등을 포함하는 정보발생부(101)에서 발생한다. 대역확산기(103)에서 확산코드(102)를 이용하여 정보신호를 대역확산 시킨다. 대역 확산된 신호는 무선주파수(RF) 송신기(104)를 거쳐, 안테나에 신호를 전송하게 되는데, 이 신호는 전력 분배기(105)에서 전력이 반씩 나누어져 한 쪽은 수직편파 안테나(108)에 입력되고 나머지 한쪽은 신호지연 회로(106)를 거쳐 수평편파 안테나(107)에 입력된다. 이렇게 신호를 반씩 나누어 송출하는 것을 여기서 편파분산이라고 부르도록 한다.The digital information to be sent is generated by the information generator 101 including a source encoder, a channel encoder, an interleaver, and the like. In the spreader 103, the spreader code 102 spreads the information signal. The spread signal is transmitted to the antenna via a radio frequency (RF) transmitter 104, which is divided in half in the power divider 105 so that one side is input to the vertically polarized antenna 108. The other side is input to the horizontally polarized antenna 107 via the signal delay circuit 106. This division of the signal in half is called polarization variance here.

도시된 도 1(b)의 수신부에서는 다음과 같이 동작된다.In the receiver of FIG. 1 (b) shown in FIG.

수직편파 안테나(110)와 수평편파 안테나(109)에 유기된 신호는 송신부와는 달리 신호지연회로(106)를 거치지 않고 결합부(111)에서 위상을 고려하지 않고 단순히 합해진다. 이렇게 합해진 신호는 레이크 수신 및 역대역 확산기(112)에서 독립된 페이딩 특성을 갖는 지연된 신호들을 분리해서 동위상에서 합해주어 수신신호 크기를 크게 해주는 레이크(Rake) 수신을 하여, 역대역확산을 수행한다. 이 출력은 다시 디인터리버, 채널복호기 및 소오스 복호기 등을 포함하는 디지털 정보 검출부(113)에서 정보신호를 검출해 낸다.Unlike the transmitter, the signals induced by the vertically polarized antenna 110 and the horizontally polarized antenna 109 are simply summed without considering the phase in the combiner 111 without passing through the signal delay circuit 106. The summed signal is divided into delayed signals having independent fading characteristics in the rake reception and reverse band spreader 112 and summed in phase to perform a rake reception to increase the received signal size, thereby performing reverse band spreading. This output again detects the information signal from the digital information detector 113 including a deinterleaver, a channel decoder, a source decoder, and the like.

종래의 편파 다이버시티 시스템은 송신부에서는 하나의 안테나를 사용하고, 수신부에서는 안테나마다 수신기가 필요하여 복수의 수신기가 필요하게되므로 시스템이 복잡해진다. 이렇게 시스템이 복잡해지는 것을 피하면서도 시스템 성능을 개선시키는 방안으로, 본 발명은 종래의 시스템과는 다른 방법을 생각한다. 즉, 송신부에서 안테나에 신호를 전송할 때 전력 분배기에서 전력을 반씩 나눈다. 한 쪽은 수직편파 안테나(108)에 입력되고, 나머지 한 쪽은 레이크(Rake) 수신기가 이용할 수 있을 정도의 신호를 지연시켜주는 신호 지연회로(106)를 거쳐 수평편파 안테나(107)에 입력시킨다. 이때 편파가 서로 바뀌어도 상관은 없다. 상술한 바와 같이 하므로써, 편파가 다른 안테나를 통한 전송 신호의 독립된 페이딩 특성을 레이크(Rake) 수신기에서 적극 이용할 수 있도록 한다. 다시 말해서 “편파간의 페이딩 상관특성이 송신안테나들 간의 이격거리 또는 수신안테나 간의 이격거리와는 상관관계가 거의 없이 독립적이다”라는 편파 간의 페이딩 특성을 이용하는 것이다. 수신부의 안테나도 각 안테나에 수신회로가 부착되지 않고, 각 안테나로부터의 유기되는 신호를 바로 더하여 레이크 수신 및 역대역 확산기(112)에 입력시킴으로써 회로의 복잡도가 안테나를 하나 더 두는 것 외에 추가되는 것이 거의 없다.In the conventional polarization diversity system, since a single antenna is used at a transmitter and a receiver is required at each receiver, a plurality of receivers are required. As a way to improve system performance while avoiding system complexity, the present invention contemplates a method different from conventional systems. That is, the power divider divides the power in half when the transmitter transmits a signal to the antenna. One side is input to the vertically polarized antenna 108 and the other side is input to the horizontally polarized antenna 107 via a signal delay circuit 106 that delays the signal enough to be used by a rake receiver. . It does not matter if the polarizations are changed at this time. By doing so, it is possible to actively use the independent fading characteristics of the transmission signal through the polarized wave different antennas in the Rake receiver. In other words, it uses the fading characteristic between polarizations that "the fading correlation characteristic between polarizations is independent of the separation distance between transmitting antennas or the separation distance between receiving antennas". The antenna of the receiver also has no receiver circuit attached to each antenna, and the complexity of the circuit is added to the rake reception and reverse band spreader 112 by directly adding the signal from each antenna to the rake receiver and the reverse band spreader 112. Few.

이러한 시스템의 페이딩 감소 특성을 보기 위하여, 기지국 안테나 높이가 건물높이보다 낮으며, 협곡형태의 전형적인 도시 마이크로 셀 환경에서의 경로추적방식에 의한 컴퓨터 시뮬레이션의 예를 도시된 도 2에 나타낸다. 이러한 시스템 구성 방식은 안테나를 하나 더 쓴 것 외에 회로의 추가가 별로 없이, 다이버시티를 사용하지 않는 시스템보다 페이딩에 아주 강한 특성을 보임을 알 수 있으며, 평균 신호레벨도 상당히 크게 나타남을 볼 수 있다.In order to see the fading reduction characteristics of such a system, an example of computer simulation by a path tracking method in a typical urban micro cell environment in a canyon type where the base station antenna height is lower than the building height is shown in FIG. This system configuration method has one more antenna and no additional circuitry, and shows a much stronger fading characteristic than a system without diversity, and the average signal level is also significantly higher. .

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 공간 다이버시티 구현상 공간적인 제약이 있고, 신호지연이 적어 레이크(Rake) 수신 기법을 사용할 수 없는 상황에서도, 시스템의 복잡도를 별로 증가시키지도 않고, 이 시스템의 사용에 의하여 다이버시티를 사용하지 않는 시스템보다 페이딩을 상당히 줄일 수 있는 탁월한 효과를 갖는다.As described above, according to the present invention, even in a situation where there is a spatial limitation in implementing spatial diversity, and a signal delay is low and a lake reception technique cannot be used, the complexity of the system is not increased. This provides an excellent effect of significantly reducing fading than systems without diversity.

Claims

An information generator for generating digital information to be sent;

A spreader for spreading the information signal using a spreading code;

A radio frequency transmitter for transmitting the spread signal;

A power divider for polarizing and dispersing the signal transmitted from the radio frequency transmitter;

A vertically polarized antenna which receives a part of power by polarizing the polarizer from the power divider;

A transmitter comprising a horizontally polarized antenna for inputting power of the remaining portion polarized from the power divider through a signal delay circuit;

A coupling unit which simply combines the signals induced in the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna without passing through the signal delay circuit;

A rake receiver and a reverse band spreader for performing reverse band spreading by separating the delayed signals having independent fading characteristics from the summed signals and adding them in phase to increase the received signal size;

And a receiver comprising a digital information detector for detecting an information signal from a signal output from the rake receiver and a reverse band spreader.