KR100292040B1 - Beam selection methods of multi-beam array antenna and transceivers using them - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for selecting a beam of a multi beam array antenna and a transceiving apparatus using the same are provided to enable a proper application to be made according to a time varying signal environment, such as a mobile communication. CONSTITUTION: A received signal vector(x) of an array antenna is formed by applying a low band frequency shift and demodulation to a signal received from each antenna element. The received signal vector and predetermined gain vectors(w1,w2,...wN) are subject to an Euclidean inner product whereby output received signals(y1,y2,...yN) of the array antenna are generated. Signals received from all terminals within a cover range are processed with a signal discriminator which is designed according to a pertinent signal environment, thereby separating and extracting respective terminal signals. The largest signal is selected from a plurality of received signals with respect to respective terminals. The gain vector value is set so that a signal phase of a reference antenna element cannot be changed.

Description

다중빔 배열 안테나의 빔선택방법 및 그를 이용한 송수신 장치{BEAM SELECTION METHODS OF MULTI-BEAM ARRAY ANTENNA AND TRANSCEIVERS USING THEM}Beam selection method of multi-beam array antenna and transmitting / receiving apparatus using same {BEAM SELECTION METHODS OF MULTI-BEAM ARRAY ANTENNA AND TRANSCEIVERS USING THEM}

본 발명은 배열 안테나 (array antenna)를 이용하는 기술에 관한 것으로, 특히 하나의 섹터를 여러 개의 협각빔으로 나누어 커버하는 다중빔 배열 안테나의 빔 선택방법 및 그를 이용한 송수신장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique using an array antenna, and more particularly, to a beam selection method of a multi-beam array antenna for covering a sector by dividing a plurality of narrow beams and a transceiver using the same.

종래의 경우는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 이동통신 기지국 등에서는 단일빔으로 해당 섹터 전체를 거의 같은 이득값으로 커버하도록 하는 기지국 시스템을 이용하고 있었기 때문에, 동일 섹터 내에 있는 여타의 단말기 신호에 의해 모든 단말들의 신호가 상호 간섭되는 문제점이 있었다.In the conventional case, as shown in FIG. 1A, since a mobile communication base station or the like uses a base station system that covers the entire sector with the same gain value with a single beam, it is possible to apply to other terminal signals in the same sector. There was a problem that the signals of all the terminals are mutually interfered by.

또한, 도 1b와 같이 소정범위의 섹터를 여러개의 협각빔으로 나누어 커버하도록 함으로써 단말기들간의 상호간섭을 대폭 감소시려는 방안이 제시되기도 하였으나, 각각의 단말에 대하여 해당되는 협각빔을 간단하고도 정확히 선택해 내는 방법과 통신이 단절되지 않도록 통화채널을 적절히 스위칭해주는 적절한 방법이 제시되지 않았기 때문에, 도 1b와 같은 협각빔 형태의 안테나 시스템을 실제 구현함에 있어서는 많은 문제가 따랐다.In addition, as shown in FIG. 1B, a method of significantly reducing mutual interference between terminals by providing a predetermined range of sectors covered by a plurality of narrow angle beams has been proposed, but selecting a narrow angle beam for each terminal simply and accurately Since a proper method for properly switching the communication channel is not presented so that the communication method and the communication method are not disconnected, there are many problems in the actual implementation of the narrow-beam antenna system as shown in FIG.

예컨대, 도 1b에 도시한 바와 같이 이동단말이 처음에는 협각빔 #1의 커버범위에 있다가 빔 #2 → 빔 #1 → 빔 #2 → 빔 #3 커버범위로 이동하는 경우에 있어서, 처음에는 협각빔 1#로 통신을 수행하다가 단말의 위치 변화에 따라 알맞은 협각빔 영역으로 정확히 스위칭해 주어야, 위에서 언급한 다중 협각빔을 이용한 간섭감쇄의 효과와 함께 원활한 통신을 이룰 수 있게 된다. 그러나, 종래에는 이동단말의 움직임에 따라, 정확하게 해당 협각빔 커버범위로 스위칭해주는 기술이 제시되어 있지 않아, 상기한 바와 같은 다중 협각빔 기지국을 이용하는 효과를 완전하게 누릴 수 없었다.For example, as shown in FIG. 1B, the mobile terminal is initially in the cover range of the narrow angle beam # 1, and then moves to the beam # 2 → beam # 1 → beam # 2 → beam # 3 cover range. While performing communication with the narrow angle beam 1 #, it is necessary to switch accurately to the appropriate narrow angle beam area according to the change of the position of the terminal, thereby achieving smooth communication with the effect of interference attenuation using the above-mentioned multiple narrow angle beams. However, in the related art, according to the movement of the mobile terminal, a technique for accurately switching to the corresponding narrow beam cover range has not been proposed, and thus it is impossible to fully enjoy the effect of using the multiple narrow beam base station as described above.

최근들어, 이동통신 등 여러 가지 무선통신에 대한 급속한 수요의 증가가 이루어지고 있는데, 상기한 바와 같은 종래기술의 한계상 그러한 급속한 수요의 증가에 부응할 수 없기 때문에, 무선 통신 시스템에서의 새로운 통신품질 및 통신용량 증대 방안이 절실히 요구되고 있다.Recently, there has been a rapid increase in demand for various wireless communications, such as mobile communications. Since the limitations of the prior art as described above cannot meet such a rapid increase in demand, new communication quality in wireless communications systems And there is an urgent need for ways to increase communication capacity.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하고 시대적 요구에 부응하기 위해 안출된 것으로서, 배열 안테나 (array antenna) 구조를 채용하되 기존의 경우에 단일 안테나 소자가 커버하던 하나의 넓은 섹터범위를 세분하여 다수의 배열 안테나 소자들의 협각빔에 의해 분담되도록 하고, 기지국에서 각 단말과의 통신을 수행함에 있어서, 각 단말의 움직이는 속도에 대응할 수 있는 정도로 빠르게 각 단말에 대하여 올바른 협각빔을 스위칭하기 위하여 각각의 단말이 어떤 빔에 해당되는지를 정확히 판별하므로써, 이동통신과 같은 시변환 신호환경에 그 적용이 적절한 다중빔 배열 안테나의 빔선택방법 및 그를 이용한 송수신 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above and to meet the demands of the times, and adopts an array antenna structure, but in the conventional case, one wide sector range covered by a single antenna element Subdivided into a plurality of array antenna elements to be shared by the narrow beam, and in the base station in communication with each terminal, switching the correct narrow beam for each terminal fast enough to correspond to the moving speed of each terminal In order to accurately determine which beam corresponds to each terminal, an object of the present invention is to provide a beam selection method of a multi-beam array antenna suitable for application to a time-converted signal environment such as mobile communication, and a transmission / reception apparatus using the same.

도 1a는 섹터 전체를 단일빔으로 커버하는 종래의 경우를 설명하는 개념도,1A is a conceptual diagram illustrating a conventional case of covering an entire sector with a single beam;

도 1b는 본 발명에 따라 하나의 섹터를 여러 개의 협각빔으로 나누어 커버하는 경우를 설명하는 개념도,1B is a conceptual diagram illustrating a case in which a sector is divided into several narrow beams and covered according to the present invention;

도 2는 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 1 실시예 구성도,2 is a configuration diagram of a first embodiment of a receiving apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention;

도 3a는 상기 제 1 내지 제 3 실시예의 수신장치에 이용되는 CDMA 신호환경을 고려한 신호분별기의 구성 예시도,3A is an exemplary configuration diagram of a signal discriminator considering the CDMA signal environment used in the reception apparatuses of the first to third embodiments;

도 3b는 상기 제 1 내지 제 3 실시예의 수신장치에 이용되는 TDMA 신호환경을 고려한 신호분별기 설명도,3B is an explanatory diagram of a signal discriminator in consideration of the TDMA signal environment used for the reception apparatuses of the first to third embodiments;

도 3c는 상기 제 1 내지 제 3 실시예의 수신장치에 이용되는 FDMA 신호환경을 고려한 신호분별기의 구성 예시도,3C is an exemplary configuration diagram of a signal discriminator considering the FDMA signal environment used in the reception apparatuses of the first to third embodiments;

도 4는 상기 제 1 내지 제 3 실시예의 수신장치에 이용되는 최대크기 선택기의 구성 예시도,4 is an exemplary configuration diagram of a maximum size selector used in the receiving apparatus of the first to third embodiments;

도 5는 상기 도 3a의 CDMA용 신호분별기가 상기 도 2의 제 1 실시예 수신장치에 적용된 경우를 나타낸 예시도,FIG. 5 is a diagram illustrating a case where the CDMA signal discriminator of FIG. 3A is applied to the receiver of the first embodiment of FIG. 2; FIG.

도 6은 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 2 실시예 구성도,6 is a configuration diagram of a second embodiment of a receiving apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention;

도 7은 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 3 실시예 구성도,7 is a configuration diagram of a third embodiment of a receiving apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention;

도 8은 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 송신 장치의 제 1 실시예 구성도,8 is a configuration diagram of a first embodiment of a transmission apparatus using a multibeam array antenna according to the present invention;

도 9는 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 송신 장치의 제 2 실시예 구성도.9 is a block diagram of a second embodiment of a transmission apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1, 85, 97: 안테나 소자 2: 수신기1, 85, 97: antenna element 2: receiver

3, 82: 곱셈기 4, 83, 94: 덧셈기3, 82: multiplier 4, 83, 94: adder

5: 신호분별기 6: 최대크기 선택기5: Signal discriminator 6: Maximum size selector

7: 저잡음증폭 및 중간주파천이기7: low noise amplification and intermediate frequency

8, 93: 위상지연소자(PS) 81, 92: 디멀티플렉서8, 93: phase delay element (PS) 81, 92: demultiplexer

84, 91: 송신기 95: 주파수 고역 천이기84, 91: transmitter 95: frequency high pass

96: 증폭기96: amplifier

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 다중빔 배열 안테나의 빔 선택방법에 있어서, 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 저역천이 및 복조 하여 배열 안테나의 수신 신호벡터(

Figure pat00003
)를 형성하는 단계; 상기 수신 신호벡터(
Figure pat00004
)를 공지의 빔형성 방법으로 결정된 소정의 이득벡터들(w1, w2, . . . . . . wN)로 처리(
Figure pat00005
와의 Euclidean inner product, 즉, yi=
Figure pat00006
)하여 각각의 협각빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 수신신호(y1, y2, . . . . . . , yN)를 생성하는 단계; 해당 신호환경에 따라 설계된 신호분별기로 커버범위 내의 모든 단말로 부터 수신된 신호를 처리하여 각각의 단말 신호를 분리 추출하는 단계; 및 수신 안테나 배열에서 각 단말에 대한 수신신호의 다수(N, 단 N은 2 이상의 자연수임) 개의 후보 중에서 크기가 가장 큰 것을 선택하는 단계를 포함하는 다중빔 배열 안테나의 빔 선택방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for beam selection of a multi-beam array antenna, wherein the received signal vector of the array antenna is subjected to low frequency shift and demodulation of a signal received at each antenna element.
Figure pat00003
Forming); The received signal vector (
Figure pat00004
) Is processed into predetermined gain vectors w 1 , w 2 ,... W N determined by a known beamforming method.
Figure pat00005
Euclidean inner product with y i =
Figure pat00006
Generating an output reception signal y 1 , y 2 ,..., Y N of the array antenna received with each narrow beam; Separating and extracting each terminal signal by processing signals received from all terminals within a cover range with a signal separator designed according to a corresponding signal environment; And selecting the largest one among a plurality of candidates (N, where N is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal in the reception antenna array.

또한, 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치에 있어서, 다수의 안테나 소자; 상기 다수의 안테나 소자들에 수신되는 신호를 입력받아 주파수 저역 천이 및 복조하는 신호 수신 수단; 상기 다수의 안테나 소자들이 전체 커버범위를 나누어 분담하도록 그 값이 미리 정해진 다수의 복소 이득벡터를 곱하기 위한 다수의 곱셈 수단; 상기 곱셈 수단들의 출력을 더하여 수신 출력 신호 (y)를 제공하는 다수의 덧셈 수단; 상기 각각의 수신 출력 신호로 부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 다수의 신호분별 수단; 및 상기 신호분별 수단의 출력의 세기를 비교하여 각 단말에 대한 수신신호의 다수(M, 단 M은 2 이상의 자연수임)개의 후보 중에서 적어도하나의 신호를 선택하여 출력하는 최대크기 선택 수단을 포함하는 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치를 제공한다.In addition, a receiving apparatus using a multi-beam array antenna, comprising: a plurality of antenna elements; Signal receiving means for receiving a signal received by the plurality of antenna elements and frequency low-pass transition and demodulation; A plurality of multiplying means for multiplying a plurality of complex gain vectors whose values are predetermined such that the plurality of antenna elements share and divide the entire cover range; A plurality of addition means for adding an output of the multiplication means to provide a received output signal (y); A plurality of signal discriminating means for extracting a signal of each terminal from the respective received output signals; And a maximum size selection means for selecting and outputting at least one signal among a plurality of candidates (M, where M is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal by comparing the intensity of the outputs of the signal discrimination means. Provided is a receiving apparatus using a multibeam array antenna.

또한, 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치에 있어서, 다수의 안테나 소자; 상기 다수의 안테나 소자들이 전체 커버범위를 나누어 분담하도록 공지의 신호처리 기술로 그 값이 미리 정해진 다수의 위상지연벡터를 가하는 다수의 위상지연 수단; 상기 위상지연 수단들의 출력을 더하여 수신 출력 신호 (y) 를 제공하는 다수의 덧셈 수단; 상기 덧셈 수단의 출력신호를 입력받아 주파수 저역 천이 및 복조하는 다수의 수신 수단; 상기 각각의 수신 수단의 출력(y)으로 부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 신호분별 수단; 및 상기 신호분별 수단의 출력의 세기를 비교하여 각 단말에 대한 수신신호의 다수(M, 단 M은 2 이상의 자연수임)개의 후보 중에서 적어도 하나의 신호를 선택하여 출력하는 최대크기 선택 수단을 포함하는 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치를 제공한다.In addition, a receiving apparatus using a multi-beam array antenna, comprising: a plurality of antenna elements; A plurality of phase delay means for applying a plurality of phase delay vectors whose values are predetermined by a known signal processing technique so that the plurality of antenna elements share the entire coverage range; A plurality of adding means for adding an output of said phase delay means to provide a received output signal y; A plurality of receiving means for receiving the output signal of the adding means for frequency low-pass transition and demodulation; Signal discriminating means for extracting a signal of each terminal from the output y of each receiving means; And a maximum size selection means for selecting and outputting at least one signal from a plurality of candidates (M, where M is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal by comparing the intensity of the outputs of the signal discrimination means. Provided is a receiving apparatus using a multibeam array antenna.

또한, 다중빔 배열 안테나를 이용한 신호 송신 방법에 있어서, 송신하기 위한 신호(Sm :m = 1, 2, . . . M)는 다수(N, 단 N은 2 이상의 자연수임))의 빔 중에서 수신시에 최대크기 선택 수단에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하여 1 대 N 디멀티플렉서(demultiplexer)의 어느 한 출력단을 결정하는 단계; 상기 디멀티플렉서에 의해 선택된 복소이득 벡터로 송신하고자하는 신호(Sm)를 위상변위시키는 단계; 및 상기 위상변위된 각 요소의 상응하는 송신신호를 더한 후, 공지의 송신절차를 거쳐서 각각의 안테나 소자에서 송출하는 단계를 포함하는 다중빔 배열 안테나를 이용한 송신 방법을 제공한다.In the signal transmission method using a multi-beam array antenna, a signal (S m: m = 1, 2, ... M) for transmission is a plurality of beams (N, where N is a natural number of 2 or more). Determining one output terminal of the one-to-N demultiplexer using the control signal output from the maximum size selecting means upon reception; Phase shifting a signal S m to be transmitted by the complex gain vector selected by the demultiplexer; And adding a corresponding transmission signal of each phase shifted element and then transmitting the signal from each antenna element through a known transmission procedure.

또한, 다중빔 배열 안테나를 이용한 신호 송신 방법에 있어서, 송신하기 위한 신호(Sm :m = 1, 2, . . . M)는 공지의 송신 신호 처리 절차를 거친 후, 다수(N, 단 N은 2 이상의 자연수임))의 빔 중에서 최대크기 선택 수단에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하여 1 대 N 디멀티플렉서(demultiplexer)의 어느 한 출력단을 결정하는 단계; 상기 디멀티플렉서에 의해 선택된 위상지연 벡터로 송신하고자 하는 신호(Sm)를 위상변위시키는 단계; 및 상기 위상변위된 각 요소의 상응하는 송신신호를 더한 후, 주파수 고역천이 및 증폭하여 각각의 안테나 소자를 통해 송출하는 단계를 포함하는 다중빔 배열 안테나를 이용한 송신 방법을 제공한다.In addition, in the signal transmission method using the multi-beam array antenna, a signal for transmitting (S m: m = 1, 2, ... M) is subjected to a known transmission signal processing procedure, and then a large number (N, N). Determining any one output terminal of the one to N demultiplexer using a control signal output from the maximum size selection means among the beams)); Phase shifting a signal S m to be transmitted with the phase delay vector selected by the demultiplexer; And adding a corresponding transmission signal of each phase shifted element, and then performing a high frequency shift and amplification to transmit the signal through each antenna element.

참고적으로, 배열 안테나는 다수의 안테나 소자 (antenna element)를 포함하는 장치로서, 소정의 배열원칙에 따라 각 안테나 소자가 배열되며, 각각의 안테나 소자에 원하는 만큼의 위상지연을 가함으로써 송신 혹은 수신시의 빔패턴을 조정할 수 있는 것으로, 이와 관련한 기본 기술은 이미 본원 출원인에 의해, 1996년 특허출원 제893호(1996. 1. 17), 1996년 특허출원 제12171호(1996. 4. 18), 1996년 특허출원 제12172호(1996. 4. 18), 1996년 특허출원 제17931호(1996. 5. 25) 및 1996년 특허출원 제25377호(1996. 6. 28)로 출원되었다.For reference, an array antenna is a device including a plurality of antenna elements. Each antenna element is arranged according to a predetermined arrangement principle, and the antenna is transmitted or received by applying a desired phase delay to each antenna element. It is possible to adjust the beam pattern of the city, the basic technology related to this has already been filed by the applicant of the Patent Application No. 873 (January 17, 1996), 1996 Patent Application No. 12171 (April 18, 1996) , 1996 Patent Application No. 12172 (April 18, 1996), 1996 Patent Application No. 17931 (May 25, 1996) and 1996 Patent Application No. 25377 (June 28, 1996).

특히, 본 발명은 기지국 배열 안테나의 빔패턴을 적절히 조정하는 기술을 제공하되 위의 선출원 발명기술보다 간단한 구성 및 제어과정을 요하는 기술을 제공하는 것이다.In particular, the present invention provides a technique for properly adjusting the beam pattern of the base station array antenna, but provides a technique requiring a simple configuration and control process than the above-described prior invention technology.

배열 안테나를 이용하여 빔패턴을 조정하는 방법은, 앞서 언급한 바와 같이, 안테나 소자에 적절한 위상지연을 가함으로써 실현될 수 있는데, 안테나 소자에 위상지연을 가하는 방안은 크게 두가지로 나누어 생각할 수 있다.As described above, the method of adjusting the beam pattern using the array antenna can be realized by applying an appropriate phase delay to the antenna element, but there are two ways to add a phase delay to the antenna element.

첫 번째 방법은, 각 안테나 소자의 신호에 위상지연소자를 사용하여 원하는 만큼의 위상(phi`)을 직접 지연시키는 것인데, 이는 통상 높은 주파수 대역, 예컨대, 반송 주파수 대역 (carrier frequency band), 혹은, 경우에 따라서는 중간 주파수 대역 (intermediate frequency band)에서 수행된다.The first method is to use a phase delay element directly to the signal of each antenna element to delay as much of the phase (phi`) as desired, which is typically a high frequency band, for example a carrier frequency band, or In some cases, it is performed in an intermediate frequency band.

두 번째 방법은 기저대역(base band)에서 수행되는 것으로써, 송신 혹은 수신하고자 하는 각 신호의 인페이즈(in-phase)성분과 쿼드레쳐(quadrature) 성분을 분리 추출하여 얻은 복소신호에 원하는 위상지연(phi`)을 멱지수(exponent)로 하는 복소이득(e^{j`phi}`)을 곱하는 방법이다.The second method is performed in the base band, and a desired phase delay is applied to a complex signal obtained by separately extracting in-phase and quadrature components of each signal to be transmitted or received. This is a method of multiplying the complex gain (e ^ {j`phi} `) by making (phi`) the exponent.

그런데, 위의 두 가지 방법은 결국 수학적으로는 등가적인 것으로써 동일한 효과와 결과를 얻는다. 다만, 위의 첫 번째 방법은 위상지연 소자를 사용하므로, 해상도(resolution)가 위상지연 소자의 해상도에 의해 제한되는 약점이 있으며 또한 소자의 가격이 상대적으로 비싸서, 복소이득을 곱하는 두 번째 방법이 주로 이용된다. 물론, 본 발명에도 위의 두가지 방법이 모두 적용될 수 있음은 자명하다.However, the above two methods are equivalent mathematically and eventually have the same effect and result. However, since the first method uses a phase delay element, the resolution is limited by the resolution of the phase delay element, and the cost of the element is relatively high, so the second method of multiplying the complex gain is mainly used. Is used. Of course, it is apparent that the above two methods can be applied to the present invention.

배열 안테나를 이용하여 기지국의 송수신 빔패턴을 조정하는 기술을 실제로 구현하는 방안은 크게 두가지로 나누어 생각할 수 있다.There are two ways to actually implement the technique of adjusting the transmission and reception beam pattern of the base station using an array antenna.

첫 째는 기지국내의 각 단말을 추적하는 빔패턴을 만드는 방안이고, 둘 째는 여러 개의 고정된 협각 빔패턴 (narrow beam pattern)을 만들어 여러 개의 협각 빔패턴 중에서 각 단말에 해당되는 빔을 선택하는 방안이다.The first method is to create a beam pattern for tracking each terminal in the base station, and the second method is to select a beam corresponding to each terminal from a plurality of narrow beam patterns by creating several fixed narrow beam patterns. That's the way.

본 발명은 이중에서 두 번 째 방안에 관한 기술을 제공하고 있다. 즉, 도 1b에 도시한 바와 같이 한 개의 셀(여기서는 편의상 하나의 섹터를 고려하고 있음)을 여러개(도 1a와 도 1b에서는 세 개를 고려하고 있음)의 협각 빔으로 커버하는 기지국을 생각해 보자.The present invention provides a description of the second to second solution. In other words, as shown in FIG. 1B, consider a base station that covers one cell (considering one sector for convenience) with a narrow angle beam of several (three in FIG. 1A and 1B are considered).

어떤 단말이 도 1b에서 예시한 바와 같이 이동할 경우, 빔#1 ->` 빔#2 ->` 빔#1 ->` 빔#2 ->` 빔#3의 순으로 스위칭을 해주면, 해당되는 빔에 있지 않은 여타 단말로부터의 간섭을 대폭 감쇠시킬 수 있다.When a terminal moves as illustrated in FIG. 1B, when a beam is switched in order of beam # 1-> beam # 2-> beam # 1-> beam # 2-beam # 3, the corresponding beam Interference from other terminals that are not in can be greatly attenuated.

즉, 커버범위를 여러 개의 협각빔으로 나누어 커버하도록 하여, 목표 단말의 신호를 수신할 때에는 해당되는 협각빔을 선택하여 수신하므로써, 여타 협각빔의 커버범위에 있는 단말로 부터의 간섭을 감쇠시킬 수 있다는 것이 본 발명의 근본적인 착상이다.That is, the cover range is divided into several narrow beams, and when receiving a signal of the target terminal, the corresponding narrow beam is selected and received, thereby attenuating interference from the terminal in the cover range of the other narrow beams. It is a fundamental idea of the present invention.

이와같은 안테나 시스템은 도 1a와 같은 기존의 안테나 시스템에 비교하면, 빔선택 스위칭이 완벽하고 각 협각빔의 사이드 로브(side lobes)의 영향을 무시한다면, 간섭 신호 전력면에서 3배 (세 개의 협각빔으로 나누어 처리할 경우임)의 이득을 볼 수 있을 것이다. 따라서, 이 경우에는 최대 3배의 용량증대를 얻을 수 있다.Such an antenna system is three times (three narrow angles) in terms of interference signal power if the beam selection switching is perfect and ignores the effects of side lobes of each narrow beam compared to the conventional antenna system as shown in FIG. 1A. You can see the gain of the case of dividing into beams. Therefore, in this case, a three times increase in capacity can be obtained.

각 안테나 소자의 신호에 위상지연을 가하여 배열 안테나의 빔을 형성하는 방법에 관한 기본적인 이론은 앞에서 소개된 본원 출원인에 의한 선출원의 내용에 잘 소개되어 있으므로 본 발명에서는 도 1b에서와 같이 3개의 안테나 소자로 3개의협각빔을 형성하는 배열 안테나에서의 빔형성 원리를 간략히 소개하기로 한다.Since the basic theory of the method of forming the beam of the array antenna by applying a phase delay to the signal of each antenna element is well introduced in the contents of the application filed by the applicant of the present application introduced above, in the present invention, three antenna elements as shown in FIG. The beamforming principle of the array antenna forming three narrow beams will be briefly described.

실제적인 설계를 위하여 우리나라의 표준 섹터인 아지무스(azimuth) 각도가 120o인 섹터를 고려해 보자. 즉, 안테나는 수평방향(azimuth)으로 120o의 범위를 커버해야 한다.For practical design, consider a sector with an azimuth angle of 120 o , the standard sector in Korea. That is, the antenna must cover a range of 120 o in the azimuth.

따라서, 3개의 협각빔은 각각 40o씩을 커버해야 한다. (물론, 실제의 경우에서는 약간의 중복 커버가 필연적이지만, 설명의 편리상 중복커버되는 사항은 생략하기로 함) 우선 빔#1을 만들기 위해서는 중심으로부터 -40o가 기울어져야 하므로 각 안테나 소자의 신호에 가해져야 할 위상지연은 각각 [ 0

Figure pat00007
2
Figure pat00008
]으로 된다.Thus, the three narrow beams should cover 40 o each. (Of course, some overlapping cover is inevitable in actual case, but for the convenience of explanation, overlapping cover is omitted.) First, to make beam # 1, -40 o must be tilted from the center, so the signal of each antenna element The phase delay to be applied to each is [0
Figure pat00007
2
Figure pat00008
].

혹은, 앞에서 언급한 바와 같이 각 안테나 소자의 신호에 곱해져야 할 이득값은 [ 1

Figure pat00009
Figure pat00010
]이 된다. 마찬가지 원리로 도 1b에 나타나 있는 3개의 빔, 즉 빔#1, 빔#2, 그리고 빔#3를 만들기 위해서는 각각 다음과 같은 이득 벡터가 필요하다.Or, as mentioned above, the gain value to be multiplied by the signal of each antenna element is [1
Figure pat00009
Figure pat00010
]. Similarly, to produce the three beams shown in FIG. 1B, that is, beam # 1, beam # 2, and beam # 3, the following gain vectors are required.

Figure pat00011
= [ 1
Figure pat00012
Figure pat00013
] => 빔#1을 만들기 위한 이득벡터
Figure pat00011
= [1
Figure pat00012
Figure pat00013
] => Gain vector for beam # 1

Figure pat00014
= [ 1 1 1 ] => 빔#2를 만들기 위한 이득벡터
Figure pat00014
= [1 1 1] => gain vector for beam # 2

Figure pat00015
= [ 1
Figure pat00016
Figure pat00017
] => 빔#3를 만들기 위한 이득벡터
Figure pat00015
= [1
Figure pat00016
Figure pat00017
] => Gain vector for beam # 3

위에서 살펴 본 바와 같이 협각 다중빔을 만드는 것 자체는 이미 이론적으로 잘 알려져 있다. 즉, 120o의 커버범위에서 3개의 협각빔을 만드는 경우에는 위에 소개된

Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
를 그대로 이용할 수 있다.As noted above, making a narrow multibeam is already well known in theory. In other words, when making three narrow beams in the cover range of 120 o
Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
Can be used as is.

그러나, 협각빔을 제공하는 배열 안테나 시스템을 실제로 기지국용 안테나 시스템에 구현하기 위해서는, 각각의 단말이 어떤 빔에 해당되는지를 정확히 판별하여야 하며, 이와같은 판별은 각 단말의 움직이는 속도에 대응할 수 있는 정도로 빠르게 이루어져야 이동통신과 같은 시변환 신호환경에 적용할 수 있다.However, in order to actually implement an array antenna system providing a narrow angle beam in an antenna system for a base station, it is necessary to accurately determine which beam corresponds to each terminal, and such determination may correspond to a moving speed of each terminal. It must be done quickly so that it can be applied to time conversion signal environment such as mobile communication.

본 발명의 공헌은 다음과 같이 정리할 수 있다:The contribution of the present invention can be summarized as follows:

우선 첫째로, 위와 같이 여러 개의 협각빔을 사용하는 기지국의 배열 안테나 시스템에 있어 각 단말이 어떤 빔에 속해 있는지를 정확하고 빠르게 판별하여 해당되는 빔을 각 단말에 정확히 스위칭 시켜 주는 방안을 제공한다.First of all, in the array antenna system of a base station using a plurality of narrow angle beams as described above, it provides a method of accurately and quickly determining which beam belongs to each terminal to accurately switch the corresponding beam to each terminal.

그리고 둘째로, 위와 같이 정확하고 빠른 빔 판별법을 이용하여, 다중 협각빔을 사용하는 기지국용 송수신 장치를 제공한다.And second, by using the accurate and fast beam discrimination method as described above, to provide a base transceiver station using a multi-narrow beam.

또한, 본 발명이 제공하는 또 하나의 큰 공헌으로서 위에서 언급한 이득벡터들의 위상 배열 방식을 들 수 있다.In addition, another significant contribution provided by the present invention is the phase arrangement of the gain vectors mentioned above.

즉, 이는 이득벡터의 기준위상을 어느 안테나 소자에 맞춰야 할 것인가에 관한 사항인데, 종전 경우에 수신시에는 위상이 제일 늦은 신호가 유기되는 안테나의신호위상을, 그리고 송신시에는 위상이 제일 빠른 신호가 송신되는 안테나의 신호위상을 기준안테나로 설정하는 방안이 제시되어 있었으나, 본 발명에서는 송수신 모두에서 동일하게 안테나 배열의 정중앙 위치에서의 신호위상을 기준 위상으로 하는 방안을 제시한다.That is, it is a matter of which antenna element the reference phase of the gain vector should be adjusted. In the conventional case, the signal phase of the antenna where the signal with the latest phase is induced in reception, and the signal with the fastest phase in transmission are used. Although a method of setting the signal phase of the antenna to which the antenna is transmitted as a reference antenna has been proposed, the present invention proposes a method of setting the signal phase at the center position of the antenna array as the reference phase in both transmission and reception.

위에서와 같이, 안테나배열의 정중앙 위치에서의 신호위상을 기준 위상으로 하는 방안에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.As described above, the method of setting the signal phase at the center position of the antenna array as the reference phase will be described in more detail as follows.

안테나 소자의 개수에 관계없이 입사각

Figure pat00021
방향으로 협각빔을 만들기 위해서는 인접한 안테나 소자간의 위상차이가
Figure pat00022
이어야 한다.(단, d는 인접 안테나 소자간 거리, λ는 사용신호의 반송주파수에서의 파장 임)Incidence angle regardless of the number of antenna elements
Figure pat00021
To make a narrow beam in the direction, the phase difference between adjacent antenna elements
Figure pat00022
Where d is the distance between adjacent antenna elements and λ is the wavelength at the carrier frequency of the signal used.

그런데, 각 안테나 소자간에 위상차는 상대적인 값이므로 여러 가지 경우를 고려할 수 있다.However, since the phase difference between each antenna element is a relative value, various cases may be considered.

예를들어, 두 인접안테나 소자간에 10°만큼의 위상차이를 주기 위해서는, 한개의 안테나에 χ°의 위상을 주고 다른 한개에 χ°+ 10°를 주면 된다. 따라서, 두 개 안테나간에 10°의 위상차를 주는 경우의 수는 χ의 값을 어떻게 주느냐에 따라 무수히 많다. 이러한 문제는 어느 안테나 소자의 신호를 기준 위상으로 삼느냐하는 것을 결정해야 해결된다.For example, to give a phase difference of 10 ° between two adjacent antenna elements, give a phase of χ ° to one antenna and give χ ° + 10 ° to the other. Therefore, the number of cases where a phase difference of 10 degrees between two antennas is numerous depends on how the value of χ is given. This problem is solved by determining which antenna element's signal is the reference phase.

상기 기준위상에 관련된 문제의 해결책으로서 본 발명의 바람직한 일실시예에서는, 안테나 배열의 정 중앙위치에서의 신호의 위상을 기준 위상으로 정하는 방안을 제시한다.In a preferred embodiment of the present invention as a solution to the problem associated with the reference phase, a method of determining the phase of the signal at the center position of the antenna array as the reference phase is proposed.

앞에서 예로든 세 개의 안테나 소자로 입사각 40°방향으로 협각빔을 만드는 경우를 고려해보자.Consider the case where the narrow beam is made with the three antenna elements as the incident angle in the 40 ° direction.

입사각 40°로 협각빔을 만들기 위해서는, 인접 안테나간의 위상 차이가

Figure pat00023
이여야 하므로
Figure pat00024
인 선형안테나 배열인 경우에는
Figure pat00025
만큼의 위상차를 주어야 한다.To make a narrow beam with an angle of incidence of 40 °, the phase difference between adjacent antennas
Figure pat00023
Must be
Figure pat00024
Is an array of linear antennas
Figure pat00025
You should give as much phase difference.

그런데, 안테나 배열의 정 중앙 위치를 기준 위상으로 정하기 위해서는 상기 빔#1, 빔#2, 빔#3를 만들기 위한 이득벡터는 각각However, in order to determine the center position of the antenna array as the reference phase, the gain vectors for making the beam # 1, the beam # 2, and the beam # 3 are respectively

Figure pat00026
Figure pat00026

Figure pat00027
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

가 되어야 한다.Should be

즉, 안테나 배열의 정 중앙에 위치한 안테나소자(이 경우는 두 번째 안테나임)에 가하는 이득벡터는 실수이어야 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일실시예에서 제시하는 기준 위상을 고려하면 앞에서 언급한 이득벡터

Figure pat00029
대신에
Figure pat00030
를 사용하여야 한다. 여기서,
Figure pat00031
의 정 중앙요소는 모두 실수이므로, 안테나 배열의 정중앙에 위치한 안테나 소자에 유기되는 신호의 위상이 송수신에 다른 안테나 소자의 신호에 기준이 됨을 알 수 있다.That is, the gain vector applied to the antenna element located in the center of the antenna array (in this case, the second antenna) should be real. Therefore, in view of the reference phase proposed in the preferred embodiment of the present invention, the gain vector mentioned above.
Figure pat00029
Instead of
Figure pat00030
Should be used. here,
Figure pat00031
Since all of the center elements are real, it can be seen that the phase of a signal induced in the antenna element located in the center of the antenna array is a reference to signals of other antenna elements for transmission and reception.

그런데, 본 발명의 바람직한 일실시예에서 제시하는 대로 안테나 배열의 정중앙에 안테나소자를 기준 안테나로 삼는 것에 문제가 있는 경우가 있다.However, in some cases, there is a problem in using the antenna element as a reference antenna at the center of the antenna array as suggested by the preferred embodiment of the present invention.

즉, 선형 안테나 베열의 경우에, 안테나 갯수가 짝수이면 배열의 정중앙에는 안테나 소자가 존재하지 않는다. 이 경우에는 안테나배열의 정중앙에 안테나 소자가 있는 것으로 가상하여, 그 가상의 안테나소자에 유기될 신호의 위상을 기준으로 하면 된다.That is, in the case of the linear antenna array, if the number of antennas is even, there is no antenna element in the center of the array. In this case, it is assumed that the antenna element is located at the center of the antenna array, and the phase of the signal to be induced in the virtual antenna element may be referred to.

예컨대, 안테나 소자가 4개인 경우를 고려해 보자.For example, consider the case of four antenna elements.

위에서 언급한 기준 위상에 관한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제안기술에 의하면,

Figure pat00032
인 등간격 안테나 배열인 경우, 입사각
Figure pat00033
로 협각빔을 설정하려면 다음과 같은 이득 벡터를 사용해야 한다.According to the proposed technique according to the preferred embodiment of the present invention with respect to the above-mentioned reference phase,
Figure pat00032
Angle of incidence
Figure pat00033
To set the narrow angle beam, the following gain vector should be used.

Figure pat00034
Figure pat00034

위에서 언급한 내용을 종합해 보면, 안테나 배열에서 기준 위상을 올바르게 설정하기 위해서, 이득벡터의 각 요소를 복소평면의 벡터로 표시한다면, 이득벡터의 각 요소벡터들을 벡터합(vector sum)한 결과가 반드시 실수가 되어야 함을 알 수 있다.In summary, in order to properly set the reference phase in the antenna array, if each element of the gain vector is represented as a complex plane vector, the result of the vector sum of the element vectors of the gain vector is obtained. It can be seen that it must be a mistake.

따라서, 본 발명의 바람직한 일실시예에서 제시하는 기준 위상 결정법은 다음과 같이 요약할 수 있다.Therefore, the reference phase determination method proposed in the preferred embodiment of the present invention can be summarized as follows.

주어진 안테나 배열의 정중앙 위치의 위상이 기준위상이 되며, 이와같이 안테나 배열의 정중앙 위치에서의 위상을 기준 위상으로 한다는 것은, 결국, 협각빔을 만들기 위한 모든 이득 벡터(ω)는

Figure pat00035
(단, ??_R는 이득벡터의 R번째요소의 위상으로써,
Figure pat00036
임)의 조건을 만족해야 한다.The phase at the center position of a given antenna array becomes the reference phase, and thus, the phase at the center position of the antenna array as the reference phase means that all gain vectors (ω) for making the narrow beam are
Figure pat00035
(Where ?? _ R is the phase of the Rth element of the gain vector,
Figure pat00036
Must satisfy the following conditions.

위와 같이 기준 위상이 결정되도록 이득벡터를 정규화하면 안테나 배열의 형태에 관계없이 항상 올바른 이득벡터를 얻을 수 있게 된다.By normalizing the gain vector so that the reference phase is determined as described above, a correct gain vector can always be obtained regardless of the shape of the antenna array.

또 다른 경우로서, 예를들어 원형 안테나 배열인 경우에, 기준 위상은 원형배열의 중심점에서의 위상이 된다.As another case, for example in the case of a circular antenna array, the reference phase is the phase at the center point of the circular array.

또한, 안테나 소자간의 거리가 등간격이 아닌 경우, 혹은, 앞의 설명에서는 예시하고 있지 않지만 이득 벡터의 각 요소의 크기가 서로 다른 경우에도 위의 본 발명의 바람직한 일실시예에서 제시하는 기술을 이용하여 올바른 기준위상을 항상 적절히 결정할 수 있다.In addition, when the distances between the antenna elements are not equally spaced or when the sizes of the elements of the gain vector are different from each other in the foregoing description, the technique proposed in the above-described preferred embodiment of the present invention is used. The correct reference phase can always be determined appropriately.

결과적으로, 이러한 모든 경우를 고려하여 올바른 기준 위상을 제시하는 이득 벡터의 조건을 다음과 같이 일반화할 수 있다.As a result, considering all these cases, the condition of the gain vector that gives the correct reference phase can be generalized as follows.

Figure pat00037
Figure pat00037

(단, 윗첨자 *는 복소공액을 나타내며, W_R는 이득벡터의 R번째 요소로서,

Figure pat00038
임).(Where superscript * represents complex conjugate, W_R is the Rth element of gain vector,
Figure pat00038
being).

윗식은

Figure pat00039
이 실수가 되어야 함을 의미하고 있다.The upper expression is
Figure pat00039
This means it should be a mistake.

섹터 내의 각각의 단말에 대하여, 여러개의 협각빔 중 어떤 빔을 선택하여스위칭해야 하는가를 알기 위하여, 도 1b를 다시한번 고려해 보자.For each terminal in the sector, consider FIG. 1B again to see which of the narrow beams to select and switch.

처음에 단말이 빔#1의 커버 범위 내에 있을 때는 당연히 빔#1으로 그 단말의 신호를 수신하여야 여타 빔으로 수신했을 때보다 큰 수신전력을 얻을 수 있다. 단말이 움직임에 따라서 해당되는 빔으로 수신한 신호가 여타의 빔으로 수신한 신호보다 더 세게 된다.Initially, when the terminal is within the cover range of the beam # 1, of course, the signal of the terminal should be received by the beam # 1 to obtain a larger reception power than when received by other beams. As the terminal moves, the signal received by the corresponding beam becomes stronger than the signal received by the other beam.

따라서, 본 발명에서는 협각빔을 선별하는 기본적인 원리를 수신신호의 크기에 맞추고자 한다. 즉, 매 샘플링 주기마다 각각의 빔으로 수신한 신호의 크기를 비교하여 가장 큰 수신전력을 제공하는 빔으로 해당 단말을 수신하는 방법을 채택하는 것이다. 또한, 송신은 동일 시간대의 수신시에 판별한 빔과 동일한 빔을 이용하여 송신한다.Therefore, the present invention intends to match the basic principle of selecting the narrow angle beam to the size of the received signal. That is, a method of receiving a corresponding terminal as a beam providing the largest reception power by comparing the magnitudes of the signals received by the respective beams in each sampling period is adopted. Further, the transmission is performed using the same beam as the beam determined at the time of reception in the same time zone.

그런데, 수신신호의 세기를 비교할 때에는 신호환경에 따라 정확한 수신을 마친 후에 그 크기를 비교하여야 한다. 즉, 각각의 협각빔으로 수신한 신호는 그 협각빔의 커버범위에 있는 모든 단말의 신호를 포함하고 있으므로 각각의 협각빔의 수신신호로부터 단말신호 각각을 추출하는 단계가 포함되어야 한다.However, when comparing the strength of the received signal, the magnitude of the received signal should be compared after completing accurate reception according to the signal environment. That is, since the signal received by each narrow beam includes the signals of all the terminals in the cover range of the narrow beam, the step of extracting each terminal signal from the received signal of each narrow beam should be included.

이제, 도 2, 6, 7을 고려해 보자.Now consider FIGS. 2, 6 and 7.

섹터 내에 총 M개의 단말이 있고 기지국의 배열안테나는 모두 N개의 안테나 소자를 가지고 있다.There are a total of M terminals in the sector and the array antennas of the base stations all have N antenna elements.

앞서 설명한 바와 같이, 커버해야 하는 범위를 어느 정도 (reasonably accurately, or, with an acceptable accuracy) 정확히 커버하는 안테나 소자를 사용할 경우, 공지의 빔형성기술을 사용하여 N 개의 이득벡터를 쉽게 구하여 요구되는 커버범위를 여러개의 협각으로 나누어 커버하는, 예컨대 도 1b와 같이 3개의 협각빔으로 나누어 커버하는, N 개의 협각빔을 형성할 수 있다.As described above, when using an antenna element that accurately covers the range to be covered (reasonably accurately, or, with an acceptable accuracy), N gain vectors are easily obtained by using a known beamforming technique. N narrow angle beams may be formed that cover a range divided into several narrow angles, for example, divided into three narrow angle beams as shown in FIG. 1B.

도 2는 N 개의 이득벡터를 이용하여 N 개의 협각빔을 형성하는 기지국을 도시하고 있다.FIG. 2 illustrates a base station for forming N narrow beams using N gain vectors.

한편, 도 6과 도 7은 N 개의 위상지연 벡터를 이용하여 N 개의 협각빔을 형성하는 기지국을 도시하고 있다.6 and 7 illustrate a base station that forms N narrow beams using N phase delay vectors.

그러나, 위의 세 개의 시스템은 수학적으로는 모두 등가이고 다만 배열빔을 형성하는 소자가 다를 뿐이다.However, all three systems are mathematically equivalent, except that the elements forming the array beam are different.

따라서, 본 발명의 설명은 도 2에 초점을 맞추어 보다 상세히 설명하고, 나머지 실시예인 도 6과 도 7은 동일한 이론으로 해석이 가능하므로 간략히 설명하기로 한다.Therefore, the description of the present invention will be described in more detail with focus on FIG. 2, and the remaining embodiments of FIG. 6 and FIG. 7 can be briefly described because they can be interpreted by the same theory.

도 2는 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 1 실시예 구성도이다. 그리고 도면에서, 1은 안테나 소자, 2는 수신기, 3은 곱셈기, 4는 덧셈기, 5는 신호분별기, 6은 최대크기 선택기를 각각 나타낸 것이다.2 is a configuration diagram of a first embodiment of a receiving apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention. In the drawing, 1 denotes an antenna element, 2 denotes a receiver, 3 denotes a multiplier, 4 denotes an adder, 5 denotes a signal separator, and 6 denotes a maximum size selector.

도 2의 실시예에서는 N 개의 안테나 소자로 구성되어 있는 안테나 배열에서 N 개의 이득벡터를 이용하여 커버범위를 N 개의 협각범위로 나누어 커버하고 있다.In the embodiment of FIG. 2, a cover range is divided into N narrow ranges by using N gain vectors in an antenna array including N antenna elements.

즉, 다음과 같이 N 개의 이득벡터의 값을 위에서 언급한 공지의 빔형성 이론을 이용하여 결정하여 도 2에서 사용하는 것이다:That is, the values of N gain vectors are determined using the known beamforming theory mentioned above and used in FIG. 2 as follows:

w1= [w1,1w1,2. . . w1,N],w 1 = [w 1,1 w 1,2 . . . w 1, N ],

w2= [w2,1w2,2. . . w2,N],w 2 = [w 2,1 w 2,2 . . . w 2, N ],

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,

wN= [wN,1wN,2. . . wN,N].w N = [w N, 1 w N, 2 . . . w N, N ].

본 발명에서 N 개의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 N 개의 협각빔을 형성하는 기술이 소개되고 있지만 그러한 빔을 형성하는 기술 자체는 당해분야에서 이미 공지된 기술이며, 본 발명의 요지는 그러한 공지의 신호처리 기술을 이용하여 형성한 협각빔을 각각의 단말신호에게 어떻게 선별하여 주는가와 또 그 선별기술을 이용하여 배열 안테나 시스템을 구현하는가에 있다.In the present invention, a technique of forming N narrow beams with an array antenna consisting of N antenna elements is introduced, but the technique for forming such a beam is a technique already known in the art, and the gist of the present invention is such a known signal. A narrow angle beam formed by using a processing technique is selected for each terminal signal, and an array antenna system is implemented using the selection technique.

마찬가지로, 공지의 신호처리기술을 이용하여 N 개의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 N 개보다 작은 갯수의 협각빔을 형성하여 송수신에 이용되도록 할 수도 있는데, 이러한 기술은 본 발명의 요지를 범어남이 없이 극히 용이하게 구현 가능하므로, 그에 대한 설명을 생략한다.Similarly, an array antenna consisting of N antenna elements may be formed using a known signal processing technique to form a narrower angle beam than N, which may be used for transmission and reception. Such a technique may be used without transcribing the gist of the present invention. Since it can be easily implemented, a description thereof will be omitted.

결국, 본 발명에서는 각 단말을 위하여 어떻게 협각빔을 선별하는가와, 그 선별 기술을 이용한 송수신 장치가 주된 논의 대상이 된다.As a result, in the present invention, how to select a narrow angle beam for each terminal, and a transmission and reception apparatus using the selection technology are the main subjects of discussion.

도 2에서와 같이 N 개의 이득벡터( w1, w2, . . . wN)를 이용하여 제 1(b)와 같이 N 개의 협각빔을 형성할 수 있다. 마찬가지로 도 6과 도 7에서 보인 바와 같이, N 개의 위상지연 벡터를 이용하여 N 개의 협각빔을 형성하므로써 전체 커버범위를 N 개의 협각으로 나누어 커버하는 배열 안테나 장치를 만들 수 있다.As shown in FIG. 2 , N narrow beams may be formed as in the first (b) using N gain vectors w 1 , w 2 ,.... Similarly, as shown in FIGS. 6 and 7, by forming N narrow angle beams using N phase delay vectors, an array antenna device covering the entire cover range by N narrow angles can be manufactured.

위에서 언급한 바대로 각 안테나 소자는 전체의 커버범위를 만족할 만한 성능으로 커버하는 소자라고 가정한다.As mentioned above, it is assumed that each antenna element covers the entire cover range with a satisfactory performance.

도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 협각빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 수신신호를 각각 y1, y2, . . . , yN라 하면 i 번째 빔으로 수신한 신호 yi는 다음과 같이 표시된다.As shown in Fig. 2, the output received signals of the array antennas received by the respective narrow beams are y 1 , y 2 ,. . . , y N , the signal y i received by the i th beam is expressed as follows.

yi=

Figure pat00040
=
Figure pat00041
(1)y i =
Figure pat00040
=
Figure pat00041
(One)

단, w_i,n`는 i 번째 빔을 형성하기 위한 n 번째 안테나 소자에 곱해지는 복소이득이고, 윗첨자 *는 복소공액이며,

Figure pat00042
는 이득벡터를
Figure pat00043
는 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 저역 천이 및 복조 등의 수신과정을 거쳐 얻은 수신 신호벡터를 나타내고, 윗첨자 H는 Hermitian 연산자를 나타낸다. 또한, 굵은 글자는 소문자인 경우에는 벡터를, 대문자인 경우에는 행렬을 의미한다.Where w_i, n` are complex gains multiplied by the n-th antenna element for forming the i-th beam, superscript * is complex conjugate,
Figure pat00042
Is the gain vector
Figure pat00043
Denotes a received signal vector obtained by receiving a signal received from each antenna element through a frequency low pass transition and demodulation, and a superscript H denotes a Hermitian operator. In addition, bold letters mean vectors for lower case letters and matrices for upper case letters.

본 발명에서 배열 안테나 시스템을 설계하는 것은 결국 각 안테나 소자에 곱해질 복소이득(도 6이나 도 7의 경우에는 위상지연값임)을 결정하는 것이므로, 많은 경우에

Figure pat00044
를 배열 안테나의 입력 수신 신호벡터라 하고, y를 배열 안테나의 출력이라 한다.In the present invention, the design of the array antenna system is to determine the complex gain (which is a phase delay value in the case of FIG. 6 or FIG. 7) to be multiplied by each antenna element.
Figure pat00044
Denotes an input received signal vector of the array antenna and y denotes an output of the array antenna.

식 (1)에서 수신신호 x`에는 커버범위에서 송신하고 있는 모든 단말기의 신호가 포함되어 있다. 따라서, 여러개의 빔으로 수신한 수신 출력신호 y1, y2, . . ., yN각각은 커버범위 내의 모든 단말 신호를 포함하고 있으므로 기지국에서는 각각의 단말 신호를 분리추출하여야 한다.In Equation (1), the received signal x 'includes the signals of all terminals transmitting in the cover range. Thus, the received output signals y 1 , y 2 ,. . Since each of., y N includes all the terminal signals within the coverage, the base station must separately extract each terminal signal.

본 발명은, 각각의 단말 신호를 분리추출함에 있어, 각각의 단말 신호를 어떤 빔으로 수신한 수신출력신호로 부터 추출할 것인가를 신속 정확하게 분별해 내는데에 그 주안점을 두고 있다. 즉, m 번째 단말로부터 송신된 신호를 Sm이라하면 이 신호 Sm을 N 개의 빔 중에서 어떤 빔으로 수신할 것인가를 판단하여야 한다. 물론, m 번째 단말이 위치한 곳을 커버하는 빔으로 수신 하여야 한다.The present invention focuses on quickly and accurately discriminating whether to extract each terminal signal from a received output signal received by a beam. That is, if the signal transmitted from the m-th terminal is S m , it should be determined which beam S m of the N beams is to be received. Of course, it should be received in a beam covering the place where the m-th terminal is located.

그리고, 본 발명은 m 번째 단말이 위치한 곳을 커버하는 빔이 바로 m 번째 단말이 송신한 신호 Sm을 가장 세게 수신하는 빔이라는 점에 착안하여, 이하에서 설명되는 바와 같이, 새롭고 효과적인 방법으로 각 단말신호의 추출을 신속 정확하게 분별해내도록 한다.The present invention focuses on the fact that the beam covering the place where the m-th terminal is located is the beam that receives the signal S m transmitted by the m-th terminal the hardest. Extraction of terminal signals can be quickly and accurately fractionated.

본 명세서에서 yi는 i 번째 빔으로 수신한 배열 안테나의 출력신호이다. 도 2, 6, 7에서 여러 개의 협각빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 신호 y1, y2, . . . , yN을 생성한 후에는, 위에서 언급한 바대로, 각각의 단말로 부터 송신된 신호에 대하여, 어떤 빔으로 수신한 신호를 선택하여야 하는지를 결정하여야 한다.In the present specification, y i is an output signal of the array antenna received in the i-th beam. Output signals y 1 , y 2 , of the array antenna received with multiple narrow beams in FIGS. 2, 6, and 7. . . After generating y N , as mentioned above, with respect to the signal transmitted from each terminal, it is necessary to determine which beam received signal should be selected.

이를 위하여 본 발명에서 제공하는 빔선택 기술을 다음과 같이 정리할 수 있다:To this end, the beam selection technique provided by the present invention can be summarized as follows:

첫째, 신호환경에 알맞게 미리 정한 수신장치 및 복소이득 벡터 혹은 위상지연 벡터를 이용하여 각각의 빔으로 수신한 신호 y1, y2, . . . , yN를 생성한다.First, the signals y 1 , y 2 , received by the respective beams using a receiver and a complex gain vector or phase delay vector, which are predetermined according to the signal environment. . . , y N

둘째, 수신 출력신호 각각을 신호분별기에 따로따로 입력하여 각 협각빔으로 수신한 신호를 각각의 단말신호별로 분리한다.Secondly, each of the received output signals is separately input to the signal classifier to separate the signals received by each narrow angle beam for each terminal signal.

마지막으로, 각각의 단말 신호에 대하여 각 협각빔으로 수신한 수신 출력신호의 크기를 비교하여 크기가 가장 큰 신호를 선택하여 해당 단말의 수신 신호로 정한다.Finally, a signal having the largest magnitude is selected by comparing the magnitudes of the received output signals received by each narrow beam with respect to each terminal signal, and determined as the received signal of the corresponding terminal.

기지국에서 신호를 송신할 때에는 수신시에 판별한 협각빔을 이용하여 동일시간에는 수신과 송신의 방향이 일치하게한다. 이를 위하여 상기 최대크기 선택기의 출력단은 두 개로 되어 있는데, 하나는 위에서 언급한 N개의 협각빔으로 수신한 신호 중 최대크기의 신호이고 다른 하나는 그 최대크기의 신호가 몇 번째 빔에서 수신되었는지를 가리키는 콘트롤 신호이다. 이 콘트롤 신호는 송신시에 협각빔을 선택하는 콘트롤 신호로 사용된다. 이 콘트롤 신호의 좀 더 자세한 쓰임세는 도 8 및 도 9의 설명란에서 상세히 소개된다.When the base station transmits a signal, the narrow angle beam determined at the time of reception is used to make the reception and transmission directions coincide at the same time. To this end, there are two output stages of the maximum size selector, one of which is the signal of the maximum size among the signals received by the N narrow beams mentioned above, and the other which indicates in which beam the signal of the maximum size is received. Control signal. This control signal is used as a control signal for selecting the narrow beam at the time of transmission. More detailed use of this control signal is introduced in detail in the description of FIGS. 8 and 9.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 9에 도시된 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the embodiments shown in the accompanying Figures 2 to 9 will be described in detail.

<복소 이득벡터를 이용하는 구현기술>Implementation Techniques Using Complex Gain Vectors

본 구현기술은 복소 이득벡터를 사용하여 협각빔을 형성하는 경우로서, 도 2는 본 구현기술에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 1 실시예 구성도이다.According to the present embodiment, a narrow angle beam is formed using a complex gain vector, and FIG. 2 is a configuration diagram of a first embodiment of a receiving apparatus using a multibeam array antenna according to the present embodiment.

도면에서, wi,j는 i (i = 1, 2, . . . N) 번째 빔의 j (j = 1, 2, . . . N) 번째 웨이트(가중치), Si,m은 i (i = 1, 2, . . . N) 번째 빔으로 수신한 m (m = 1, 2, . . . M) 번째 단말신호, yi는 i 번째 빔으로 수신한 수신신호, x`n은 n 번째 안테나 소자로 수신한 수신신호를 각각 나타낸 것이다.In the figure, w i, j is the j (j = 1, 2, .N) th weight (weight) of the i (i = 1, 2,... N) th beam, and S i, m is i ( i = 1, 2,... N) m (m = 1, 2,... M) th terminal signal received in the i th beam, y i is the received signal received in the i th beam, x` n is n Each received signal received by the first antenna element is shown.

본 실시예에서 제안되는 수신 장치는 도면에 도시한 바와 같이, 다수의 안테나 소자(1)들과, 상기 다수의 안테나 소자(1)들에 유기되는 신호에 대하여 주파수 저역 천이 및 복조 등을 수행하는 다수의 신호 수신기(2)와, 상기 다수의 신호 수신기(2)에 의해 각각 출력되는 다수의 수신신호(x`1, x`2, . . . x`N)들이, 커버범위를 나누어 커버하도록 공지의 신호처리 기술로 그 값이 미리 정해진 다수의 복소 이득벡터(w1 *, w2 *, . . . wN *)들의 각 요소들에 대해 각각 곱해지도록 하기 위한 다수의 곱셈기(3)와, 상기 다수의 곱셈기 출력들을 빔 별로 모아 더하므로써 각각의 빔에 대한 수신 출력 신호(y1, y2, . . . yN)를 제공하는 다수의 덧셈기(4)와, 상기 각각의 수신 출력 신호(y1, y2, . . . yN)로 부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 상기 덧셈기에 상응하는 수의 신호분별기(5)와, 상기 신호분별기의 출력의 세기를 비교하여 상기 단말기 각각으로 부터 송신된 신호를 재생하기 위한 최대크기 선택기(6)로 구비하고 있다.As shown in the drawing, the receiving device proposed in this embodiment performs frequency low-pass transitions and demodulations on a plurality of antenna elements 1 and a signal induced in the plurality of antenna elements 1. The plurality of signal receivers 2 and the plurality of received signals x ' 1 , x' 2 ,... X ` N respectively output by the plurality of signal receivers 2 are divided so as to cover the cover range. A plurality of multipliers (3) to ensure that their values are multiplied for each element of a plurality of predetermined complex gain vectors (w 1 * , w 2 * ,... W N * ) by known signal processing techniques; A plurality of adders 4 which provide the received output signals y 1 , y 2 ,. Y N for each beam by adding the multiple multiplier outputs by beam and adding the respective received output signals (y 1, y 2,. .. y N) to the adder from the terminal for extracting the respective signals And signal fractionator 5 of the number of, and a maximum size to a selector (6) for comparison to the intensity of the output reproducing the signal transmitted from the terminal, each of said signal fractionator.

그리하여, 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호가 주파수 저역천이 및 복조등의 통상적인 수신절차를 거쳐 배열 안테나의 수신 신호벡터

Figure pat00045
를 형성한 후, 위에서 언급한 바와 같이, 공지의 빔형성 기술로 결정된 이득벡터들(w1 *, w2 *, . . . wN *)로 처리(
Figure pat00046
와의 Euclidean inner product, 즉, yi=
Figure pat00047
)되어 각각의 협각빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 수신신호(y1, y2, . . . yN)를 이루게 되는 것이다.Thus, the signal received at each antenna element is subjected to the received signal vector of the array antenna through the usual reception procedures such as frequency low-transition and demodulation.
Figure pat00045
After forming a process, as mentioned above, processing is performed with gain vectors w 1 * , w 2 * ,... W N * determined by a known beamforming technique.
Figure pat00046
Euclidean inner product with y i =
Figure pat00047
Then, the output reception signals (y 1 , y 2 ,.. Y N ) of the array antennas received by the narrow angle beams are formed.

본 실시예에 따른 수신 장치에서, i 번째 빔으로 수신한 수신 출력신호(yi)는 해당 신호환경에 맞게 설계제작된 신호분별기(5)로 입력된다. 상기 신호분별기(5)는 커버범위 내의 모든 단말로 부터 수신된 신호를 처리하여 각각의 단말 신호를 분리 추출하는 장치이다.In the reception device according to the present embodiment, the reception output signal y i received by the i-th beam is input to the signal discriminator 5 designed and designed for the signal environment. The signal classifier 5 is a device that separates and extracts respective terminal signals by processing signals received from all terminals within a cover range.

따라서, 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, CDMA의 경우에는 각 단말의 코드 시퀀스 (code sequence) qm(단, m = 1, 2, . . . M)와 상호상관(cross correaltion)시키는 M(커버범위 내의 단말 개수임)개의 상호상관기로 구성되어 있다.Therefore, as illustrated in FIG. 3A, in the case of CDMA, M (cross correaltion) with a code sequence q m (where m = 1, 2,... M) of each terminal is used. Number of terminals within the coverage range).

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 신호환경이 TDMA인 경우에는 한 프레임 기간(TF: frame period)동안 M 개의 신호를, 동기를 맞추어, 각각의 버스트 기간(TB: burst period)동안에 해당되는 단말의 신호를 샘플링하는 커뮤테이터(communitator)가 신호분별기를 형성한다.In addition, as shown in FIG. 3B, when the signal environment is TDMA, M signals are synchronized during one frame period (T F : frame period) and correspond to each burst period (T B : burst period). A commutator sampling the signal of the terminal forms a signal discriminator.

마찬가지 원리로, 도 3c에 도시된 바와 같이 신호환경이 FDMA인 경우에는 각각의 단말에 할당된 반송파에 중심주파수가 맞추어진 M 개의 대역통과 여파기(BPF: band pass filter)가 신호분별기를 이루게 된다. 도면에서 fm은 m(m = 1, 2, . . . M)번째 단말기에 할당된 반송주파수이고, fc,m은 m번째 단말기에 할단된 대역통과 여파기(BPF)의 중심주파수를 각각 나타낸 것이다.Similarly, when the signal environment is FDMA as shown in FIG. 3C, M band pass filters (BPFs) whose center frequencies are aligned with the carriers allocated to each terminal form a signal separator. In the figure, f m is the carrier frequency assigned to the m (m = 1, 2, ... M) terminal, and f c, m represents the center frequency of the band pass filter (BPF) split to the m terminal. will be.

따라서, 각각의 단말로 부터 송신되어 N개의 협각빔으로 수신된 신호들은 각각 신호 분별기에 의하여 각각의 단말신호로 분별되는데, 각각의 단말 신호들을 어느 협각빔으로 수신된 신호가 가장 센가를 판별하여 가장 큰 신호를 선택하게 되는 것이다.Accordingly, signals transmitted from each terminal and received by N narrow beams are classified into respective terminal signals by a signal classifier, and each terminal signal is determined by determining which signal is received with which narrow beam. You will choose a large signal.

즉, i 번째 빔으로 수신한 배열 안테나의 출력신호 yi( i = 1, 2, . . . N)는 신호환경이 CDMA, TDMA, 혹은 FDMA인가에 따라서 각각 M 개의 상호상관기(cross correlator), 코뮤테이터(commutator), 혹은 대역통과 여파기(BPF)로 구성된 신호 분별기로 입력된다.That is, the output signals y i (i = 1, 2, ... N) of the array antenna received by the i th beam are each M cross correlators, depending on whether the signal environment is CDMA, TDMA, or FDMA. It is input to a commutator or signal separator consisting of a bandpass filter (BPF).

그리하여, 각 단말 신호마다 빔#1으로 수신한 신호, 빔#2로 수신한 신호, . . . , 빔#N 으로 수신한 신호로 구분되어, 각각의 단말신호마다 N개의 후보를 얻게 된다.Thus, for each terminal signal, the signal received by beam # 1, the signal received by beam # 2,. . . In this case, N candidates are obtained for each terminal signal.

예를 들어, m 번째 단말로 부터 송신된 신호 Sm을 수신할 때에는 도 2, 6, 7, 및 도 4에 도시된 바와 같이, 빔#1으로 수신한 신호인 S1,m와, 빔#2로 수신한 신호인 S2,m와, . . . 빔#N으로 수신한 신호인 SN,m등 N개의 후보를 얻게 된다.For example, when receiving the signal S m transmitted from the m-th terminal, as shown in Figs. 2, 6, 7, and 4, S 1, m, which is a signal received by beam # 1, and beam # S 2, m, which is the signal received by 2, and. . . N candidates such as S N and m, which are signals received by the beam #N, are obtained.

그런데, 앞에서 언급한 바와 같이, 만일 어떤 단말이 빔#i의 커버범위 내에서 신호를 송신하였다면 당연히 i 번째 빔으로 수신한 Si,m이 가장 크기가 크다. 따라서, 수신 안테나 배열에서는 각 단말에 대한 수신신호 N개의 후보 중에서 크기가 가장 큰 것을 선택해면 된다.However, as mentioned above, if a terminal transmits a signal within the coverage range of beam #i, S i, m received by the i-th beam is the largest. Therefore, in the reception antenna array, the one having the largest size among the N candidates of the received signals for each terminal may be selected.

결론적으로 본 발명에서는 S1,m와, S2,m와, . . . SN,m의 N 개의 후보 중에서 크기가 가장 큰 Si,m을 수신출력으로 선택하는 것이다.In conclusion, in the present invention, S 1, m and S 2, m and. . . Among the N candidates of S N, m , S i, m having the largest size is selected as the reception output.

그런데, 다중 경로가 존재하는 신호환경에서는 두 개 이상의 통신경로가 존재하며 다수의 협각빔으로 수신한 신호가 모두 상당히 센 경우가 있다. 이런 경우에는 협각빔을 선택함에 있어 수신된 신호를 해당 신호환경(CDMA, TDMA, FDMA)에 따라서, 위에서 언급한 방법으로 각각 적절히 신호분별을 하고 나서, 각 협각빔에서 수신한 신호의 최종 크기가 미리 정한 소정수치보다 큰 다수의 신호들을 모두 선택하며 그 선택된 신호들을 더한 후에 그 결과 신호를 이용하는 방법도 가능하다.However, in a signal environment in which multiple paths exist, two or more communication paths exist, and the signals received by a plurality of narrow beams are all quite strong. In this case, according to the signal environment (CDMA, TDMA, FDMA) according to the signal environment (CDMA, TDMA, FDMA) in the selection of the narrow angle beam, the signal is properly classified according to the above-mentioned method, and the final magnitude of the signal received in each narrow beam is It is also possible to select all of a plurality of signals larger than a predetermined predetermined value, add the selected signals, and then use the resultant signal.

도 4a는 M개의 수신신호에 대해서 각각 얻게 되는 N개 후보를 선택하는 최대크기 선택기(6)를 도시하고 있다.4A shows a maximum size selector 6 for selecting N candidates for each of M received signals.

최대크기 선택기는, 최대크기의 수신신호와 함께, 기지국에서 송신시에 수신시의 빔과 동일시간에는 동일한 빔을 사용하게하기 위하여 수신시에 몇번째 빔이 선택되었는지를 알리기 위한 콘트롤 신호를 출력한다.The maximum size selector outputs a control signal for notifying the number of beams selected at the time of reception so that the base station uses the same beam at the same time as the reception beam at the time of transmission, together with the maximum size reception signal. .

또한, 도 4b는 각 협각빔에서 수신한 신호의 최종 크기가 미리 정한 소정수치보다 큰 다수의 신호들을 모두 선택하여 더한 후에 그 결과 신호를 이용하는 경우의 최대크기 선택기(6)를 예시하고 있다.In addition, FIG. 4B illustrates the maximum size selector 6 in the case where a plurality of signals in which the final magnitude of the signal received in each narrow beam is larger than a predetermined predetermined value are added together and then used as a result.

이 경우의 최대크기 선택기는 도면에 도시된 바와 같이, N 개의 협각빔중 p번째와 q번째의 신호세기가 서로 비슷한 정도로 큰 경우에 그 두 신호를 모두 선택하는 최대크기 선택부(6a)와, 상기 최대크기 선택부(6a)에 의해 선택된 신호 모두를 더하여 출력하는 신호합산부(6b)를 구비한다. 이때 상기 최대크기 선택부(6a)로부터 출력되는 콘트롤 신호는 선택된 모든 신호(p, q)에 대하여 출력된다.As shown in the drawing, the maximum size selector in this case includes a maximum size selector 6a for selecting both signals when the p-th and q-th signal strengths of the N narrow beams are similarly large, and And a signal summing section 6b which adds and outputs all the signals selected by the maximum size selecting section 6a. At this time, the control signal output from the maximum size selector 6a is output for all selected signals p and q.

도 5는 상기 도 3a의 CDMA용 신호분별기와 도 4의 최대크기 선택기가 상기 도 2의 제 1 실시예 수신 장치에 적용된 경우를 나타낸 예시도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a case where the CDMA signal discriminator of FIG. 3A and the maximum size selector of FIG. 4 are applied to the receiver of the first embodiment of FIG.

도 8은 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 송신 장치의 제 1 실시예 구성도로서, 복소이득 벡터로 여러 개의 협각빔을 형성하여 기지국에서 M 개의 단말로 신호를 송신하기 위한 장치이다.8 is a configuration diagram of a first embodiment of a transmission apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention, and is a device for transmitting signals from a base station to M terminals by forming a plurality of narrow beams with a complex gain vector.

도면에 도시한 바와 같이 각각의 단말에 (예를 들어, m 번째 단말에) 보내기 위한 신호 Sm(m = 1, 2, . . . , M)은 여러개(본 실시예에서는 안테나 소자의 개수와 동일한 N 개를 고려하고 있으나, 반드시 그렇게 제한을 받는 것은 아님)의 협각빔 중 하나를 택하여 송신하게 된다.As shown in the figure, a number of signals S m (m = 1, 2,... M) to be transmitted to each terminal (for example, to the mth terminal) is different from the number of antenna elements in this embodiment. The same N pieces are considered, but not necessarily so limited) and one of the narrow beams is transmitted.

본 발명에서는 여러 개의 협각빔 중, 동일시간의 수신모드에서 사용된 빔과 동일한 빔을 사용하도록 하고 있다. 왜냐하면, 수신시에 최대크기를 제공하는 빔으로 수신하기 때문에, 수신시 사용되었던 빔을 동일시간에 사용하면 해당 단말을 커버하고 있는 빔으로 올바르게 송신할 수 있기 때문이다. 이를 위하여, 수신시 최대크기 선택기로 부터 최대 크기를 제공하는 빔을 입력받도록 수신시에 상기 최대크기 선택기는 최대 수신전력을 제공하는 빔을 콘트롤 신호로 출력하도록 되어 있다.In the present invention, among the narrow angle beams, the same beam as that used in the reception mode at the same time is used. This is because, since the reception is performed using a beam providing the maximum size at the time of reception, when the beam used at the same time is used at the same time, it can be correctly transmitted to the beam covering the corresponding terminal. To this end, the maximum size selector is configured to output a beam providing the maximum received power as a control signal at the time of reception so as to receive a beam providing the maximum size from the maximum size selector.

수신시와 마찬가지로, 여러 개의 협각빔은 공지의 신호처리 기술로 미리 설정된 복소 이득 벡터들로 형성되어 커버범위를 나누어 커버하도록 정해진다.As with reception, several narrow-angle beams are formed with complex gain vectors preset by known signal processing techniques to define and cover the coverage.

상기한 바와 같은, 복소 이득벡터를 이용하는 첫번째 구현기술에 의거하여 기지국에서 m 번째 단말에 신호를 송신하는 과정은 다음과 같이 정리할 수 있다. 그리고, M 개의 단말에 동시에 신호를 송신하는 것은 아래의 과정을 독립적으로 M 개의 송신신호에 대해 수행하면 된다.Based on the first implementation technique using the complex gain vector as described above, the process of transmitting a signal from the base station to the m-th terminal can be summarized as follows. In addition, simultaneously transmitting signals to the M terminals may be performed independently on the M transmission signals.

첫째, 송신하기 위한 신호 Sm(m = 1, 2, . . . M)은 여러개(본 발명의 실시예에서는 N 개를 고려 하고 있음)의 빔 중에서 수신시에 최대크기 선택기에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하여 1-to-N 디멀티플렉서(demultiplexer)의 출력단을 결정한다. 이 때, 결정된 출력단은 수신시 결정한 협각빔과 동일한 빔을 택하게 된다.First, the control signal S m (m = 1, 2, ... M) to transmit is a control signal output from the maximum size selector at the time of reception among several beams (considering N in the embodiment of the present invention). Determine the output stage of the 1-to-N demultiplexer using. At this time, the determined output stage takes the same beam as the narrow angle beam determined at the time of reception.

둘째, N 개의 빔 중에서 선택된 협각빔으로 Sm을 송신하기 위하여, 상기 1-to-N 디멀티플렉서에 의해 선택된 복소이득 벡터로 송신하고자하는 신호 Sm을 위상변이시킨다.Second, in order to transmit S m with a narrow beam selected from among N beams, the signal S m to be transmitted with a complex gain vector selected by the 1-to-N demultiplexer is phase shifted.

마지막으로, 상기 위상천이된 각각의 송신신호를 알맞게 더한 후, 변조, 주파수 고역천이, 및 증폭 등의 공지의 송신절차를 거쳐서 각각의 안테나 소자에서 전송한다.Finally, each of the phase shifted transmission signals is appropriately added and then transmitted from each antenna element through known transmission procedures such as modulation, high frequency shift, and amplification.

<위상지연벡터를 이용하는 구현기술>Implementation Techniques Using Phase Delay Vectors

위상지연벡터를 사용하여 협각빔을 형성하는 본 구현기술은 도 6 및 도 7에 바람직한 실시예로서 예시되어 있다.The present implementation technique of forming the narrow angle beam using the phase delay vector is illustrated as the preferred embodiment in FIGS. 6 and 7.

도 6은 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 2 실시예 구성도이다.6 is a configuration diagram of a second embodiment of a receiving apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention.

본 구현기술에서 제공되는 수신 장치는, 다수의 안테나 소자(1)들과, 상기 다수의 안테나 소자(1)들에 유기되는 신호에 대하여 각각 저잡음 증폭 또는 중간주파수천이를 수행하는 다수의 저잡음 증폭 및 중간주파수천이기(7)와, 상기 다수의 저잡음 증폭 및 중간주파수천이기(7)에 의해 각각 출력되는 다수의 수신신호(x`1, x`2, . . . x`N)들이, 커버범위를 나누어 커버하도록 공지의 신호처리 기술로 그 값이 미리 정해진 다수의 위상지연벡터(Φ1,??Φ2, . . . ΦN)들의 각 요소들에 의해 위상지연되도록 하는 다수의 위상지연소자(PS: phase shifter)(8)들과, 상기 위상지연 소자들의 출력들을 빔 별로 모아 더하므로써 각각의 빔에 대한 수신 출력 신호(y1, y2, . . . yN)를 제공하는 다수의 덧셈기(4)와, 상기 다수의 덧셈기(4)의 상응하는 출력단에 각각 연결되어 주파수 저역 천이 및 복조 등을 수행하는 다수의 수신기(2)와, 상기 각각의 수신기의 출력 신호(y1, y2, . . . yN)로 부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한, 상기 수신기에 상응하는 수의 신호분별기(5)와, 상기 신호분별기의 출력의 세기를 비교하여 단말기 각각으로 부터 송신된 신호를 재생하기 위한 다수의 최대크기 선택기(6)로 구비하고 있다.The receiving device provided in the present implementation technique includes a plurality of antenna elements 1 and a plurality of low noise amplifications for performing low noise amplification or intermediate frequency shift with respect to signals induced in the plurality of antenna elements 1, and The intermediate frequency shifter 7 and the plurality of received signals x` 1 , x` 2 ,... X` N respectively output by the plurality of low noise amplification and intermediate frequency shifters 7 cover. A number of phase delays are known in the signal processing technique to cover the ranges so that their values are phase delayed by the elements of a plurality of predetermined phase delay vectors (Φ 1 , ?? Φ 2 ,... Φ N ). Element (PS) 8 and a plurality of beams that provide the received output signal y 1 , y 2 ,. Y N for each beam by adding the outputs of the phase delay elements on a beam-by-beam basis. Are respectively connected to the adder 4 and corresponding outputs of the plurality of adders 4, respectively. A plurality of receivers 2 for performing frequency low-pass transitions, demodulation, etc., and extracting the signals of the terminals from the output signals y 1 , y 2 ,. Y N of the respective receivers; And a plurality of maximum size selectors 6 for reproducing a signal transmitted from each of the terminals by comparing the number of signal separators 5 corresponding to and the intensity of the outputs of the signal separators.

그리하여, 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호는 다수의 저잡음 증폭소자 혹은 중간주파수 천이소자(7)를 거쳐 커버범위를 나누어 커버 하도록 공지의 신호처리 기술로 그 값이 미리 정해진 상기 다수의 위상지연벡터의 벡터값대로 신호를 위상지연 시키기 위한 상기 다수의 위상지연소자(PS: phase shifter)(8)를 통과 한 후, 상기 위상지연 소자들의 출력을 더하여 출력 수신신호(y)를 제공하는 상기 다수의 덧셈기(4)를 거치면 각각의 협각빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 수신신호(y1, y2, . . . yN)를 이루게 된다. 상기 배열 안테나의 출력 수신 신호들은 상기 신호 분별기(5)로 입력되어 이 후의 모든 신호흐름은 상기 도 2의 신호분별기의 이후단의 작동내용과 동일하다.Thus, the signal received at each antenna element is divided into a cover range through a plurality of low noise amplifying elements or intermediate frequency shifting elements 7 so as to cover the divided range of the plurality of phase delay vectors. The plurality of adders which pass through the plurality of phase shifters (PS) 8 for phase-delaying the signal according to a vector value, and then add the outputs of the phase delay elements to provide an output reception signal y. After passing through (4), the output reception signals (y 1 , y 2 ,.. Y N ) of the array antennas received by each narrow beam are achieved. The output received signals of the array antenna are input to the signal classifier 5 so that all subsequent signal flows are the same as the operation of the subsequent stage of the signal classifier of FIG.

도 7은 본 발명에 의한 다중빔 배열 안테나를 이용하는 수신 장치의 제 3 실시예 구성도로서, 모든 신호 흐름은 상기 도 6의 경우와 동일하며, 단지 상기 도 6에서는 각 안테나 소자에 유기된 신호를 중간주파수 대역으로 주파수 천이한 후 위상지연을 수행하는데 반하여, 본 도 7에서는 협각빔 형성을 위한 위상지연을 각각의 수신 신호의 반송주파수 대역에서 직접 수행하는 점이 다를 뿐이다.7 is a configuration diagram of a third embodiment of a receiving apparatus using a multi-beam array antenna according to the present invention, in which all signal flows are the same as those of FIG. 6, but only the signals induced in each antenna element are shown in FIG. 6. While the phase delay is performed after the frequency shift to the intermediate frequency band, in FIG. 7, the phase delay for forming the narrow beam is directly different in the carrier frequency band of each received signal.

도 3a 내지 도 3c는 신호분별기를 나타낸 것으로서, 그 사용 목적 및 제반 특징은 상기 첫 번째 구현기술의 경우와 동일하다.3A to 3C show a signal discriminator, the purpose of use and features of which are the same as those of the first implementation technique.

즉, 각각의 협각빔으로 수신한 신호를 신호환경을 고려한 수신 장치 (CDMA의 경우는 상호상관기, TDMA의 경우는 각 단말신호와 동기된 샘플링장치, FDMA의 경우는 각 단말신호의 반송주파수로 튜닝된 대역통과 여파기)를 거친 후, 각 단말신호를 분별해 내는 장치이다. 하나의 배열 안테나를 이용한 수신 장치에서 필요한 신호분별기의 개수는 협각빔의 개수와 동일하며, 신호분별기마다 각각의 협각빔으로 수신한 출력 수신신호(yi)를 입력으로 하고, 위에서 언급한 대로, 해당 신호환경에 따른 수신장치(CDMA의 경우는 상호상관기, TDMA의 경우는 각 단말신호와 동기된 샘플장치, FDMA의 경우는 각 단말신호의 반송주파수로 튜닝된 대역통과 여파기)를 커버범위의 단말기의 갯수만큼 구비하여, 각 신호분별기는 M 개의 출력단을 제공한다.In other words, the receiving device considering the signal environment (signal correlator in case of CDMA, sampling device synchronized with each terminal signal in case of TDMA, and tuning of carrier signal in case of FDMA in case of FDMA) After passing through the band pass filter, it is a device that separates each terminal signal. The number of signal separators required in the receiving device using one array antenna is the same as the number of the narrow angle beams, and the output receiving signal y i received by each narrow angle beam for each signal discriminator is inputted, As such, the coverage of the receiver (correlator in case of CDMA, sample device in synchronization with each terminal signal in case of TDMA, band pass filter tuned by carrier frequency of terminal signal in case of FDMA) according to the signal environment is covered. Each signal classifier provides M output stages.

도 4a 및 도 4b는 최대크기 선택기로써, 앞서 언급한 첫 번째 구현기술의 경우와 동일한 목적으로 사용된다. 즉, 각 단말의 신호를 각각의 협각빔으로 수신한 결과의 크기를 비교하여 가장 큰 것을 선택하는 장치이다.4A and 4B are maximum size selectors, which are used for the same purpose as in the first implementation technique mentioned above. That is, it is a device that selects the largest by comparing the magnitude of the result of receiving the signals of each terminal in each narrow beam.

상기 최대 크기선택기는 N 개의 빔으로 수신한 신호 중 가장 크기가 센 것을 선택하고 또, 기지국에서 신호를 송신 할 때에는 동일 시간대의 수신시와 같은 빔을 사용하기 위하여 몇번째 신호를 선택하였는지를 콘트롤 신호로서 출력한다. 또한, 다중신호환경에서는 앞서 언급한 도 4b와 같이, 하나의 신호를 수신할 때 두 개 이상의 협각빔을 동시에 선택하도록 하며, 그 선택된 신호들을 더한 후에 출력하여 이용되도록 할 수도 있다.The maximum size selector selects the strongest of the signals received by the N beams, and when the base station transmits a signal, the control signal is used to select the number of signals to use the same beam as the reception at the same time zone. Output In addition, in the multi-signal environment, as shown in FIG. 4B, when receiving one signal, two or more narrow angle beams may be simultaneously selected, and the selected signals may be added and then output and used.

본 두번째 구현기술에서도 어느 특정한 신호환경, 예컨대 CDMA를 고려하여, 도 5과와 같은 배열 안테나 장치를 용이하게 구성할 수 있다. 다만 도 5에서 첫 번째 구현예만을 고려한 이유는, 앞서 언급한 바와 같이 위상지연 소자를 사용하는 것보다는 복소 이득벡터를 이용하여 소프트웨어적으로 신호를 처리하는 것이 여러 가지로 유리하기 때문이다.In the second implementation technology, the array antenna device as shown in FIG. 5 can be easily configured in consideration of any specific signal environment, for example, CDMA. However, the reason for considering only the first embodiment in FIG. 5 is because, as mentioned above, it is advantageous to process the signal in software using a complex gain vector rather than using a phase delay element.

도 9는 위상지연 벡터로 여러 개의 협각빔을 형성하여 기지국에서 M 개의 단말로 신호를 송신하기 위한 배열 안테나 장치이다.9 is an array antenna apparatus for transmitting signals from a base station to M terminals by forming a plurality of narrow angle beams using a phase delay vector.

빔형성을 위하여 복소이득 벡터 대신에 위상지연 벡터를 사용하는 것을 제외하면, 앞서 언급하였던 도 8의 경우와 동일한 목적과 기능을 갖는다. 두 번째 구현예에 의거하여 기지국에서 m 번째 단말에 신호를 송신하는 과정은 다음과 같이 정리할 수 있다.Except for using a phase delay vector instead of a complex gain vector for beamforming, it has the same purpose and function as the case of FIG. According to the second embodiment, the process of transmitting a signal from the base station to the m-th terminal can be summarized as follows.

따라서, M 개의 단말에 동시에 신호를 송신하는 것은 아래의 과정을 독립적으로 M 개 송신신호에 대해 수행하면 된다.Therefore, simultaneously transmitting signals to the M terminals may be performed independently on the M transmission signals.

첫째, 송신하기 위한 신호 Sm(m = 1, 2, ..., M)은 변조, 주파수 고역천이 등의 공지의 송신 절차를 거친 후(이를 Sm이라 하자), 여러개 (본 발명에서는 N 개를 고려 하고 있음)의 빔 중에서 수신시에 최대크기 선택기에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하여 1-to-N 디멀티플렉서 (demultiplexer)의 출력단을 결정한다. 이 때, 결정된 출력단은 수신시 결정한 협각빔과 동일한 빔을 택하게 된다.First, a signal S m (m = 1, 2, ..., M) to be transmitted is subjected to a known transmission procedure such as modulation and frequency high-transition (assuming that S m ), and then several (N in the present invention) The output signal of the 1-to-N demultiplexer is determined using the control signal output from the maximum size selector at the time of reception. At this time, the determined output stage takes the same beam as the narrow angle beam determined at the time of reception.

둘째, N 개의 빔 중에서 선택된 협각빔으로 Sm을 송신하기 위하여, 상기 1-to-N 디멀티플렉서에 의해 선택된 위상지연 벡터로 송신하고자하는 신호 Sm을 위상변이 시킨다.Second, in order to transmit S m with a narrow angle beam selected from among N beams, the signal S m to be transmitted with the phase delay vector selected by the 1-to-N demultiplexer is phase shifted.

마지막으로, 상기 위상천이된 각각의 송신신호를 알맞게 더한 후, 주파수 고역천이, 혹은 증폭 등의 공지의 송신절차를 거쳐서 각각의 안테나 소자에서 전송한다. 단, 이 과정에서 각 안테나 소자에서의 증폭절차 전에 주파수 고역천이 과정이 중복될 수도 있다.Finally, each of the phase shifted transmission signals is appropriately added, and then transmitted from each antenna element through a known transmission procedure such as high frequency shift or amplification. However, in this process, the frequency high-pass transition process may overlap before the amplification procedure in each antenna element.

그리고, 전술한 바와 같은 본 발명은, 코드분할 다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식의 이동통신 환경의 기지국 설계에 적합하게 이용될 수 있을 뿐만아니라, 시분할 다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식, 또는 주파수 분할 다중접속 (FDMA: Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하는 신호환경에서의 기지국 설계에도 용이하게 적용할 수 있다.In addition, the present invention as described above can be suitably used for base station design in a mobile communication environment of a code division multiple access (CDMA) scheme, and time division multiple access (TDMA). ) Or a base station design in a signal environment using a frequency division multiple access (FDMA) scheme.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면은 그것으로 권리범위를 한정하기 위해 제시된 것이 아니라 단지 본 발명의 기술요지를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 제시된 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하므로, 그러한 여러가지 치환물, 변형물 및 변경물도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.The present invention has been presented in order to make it easier to understand the technical gist of the present invention, rather than to limit the scope of the above-described embodiments and the accompanying drawings, which are within the scope of the technical spirit of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that various permutations, modifications, and alterations are possible in the art, and therefore, such various permutations, modifications, and alterations are within the scope of the present invention.

위와 같이 여러 개의 협각빔을 사용하는 기지국의 배열 안테나 시스템에 있어 각 단말이 어떤 빔에 속해 있는지를 정확하고 빠르게 판별하여 해당되는 빔을 각 단말에 정확히 스위칭 시켜주며, 이와 같이 정확하고 빠른 빔판별법을 이용하여, 다중 협각빔을 사용하는 기지국용 안테나 배열을 용이하게 구현할 수 있도록 한다.In the array antenna system of the base station using a plurality of narrow angle beams as described above, it is possible to accurately and quickly determine which beam belongs to each terminal and to switch the corresponding beam to each terminal accurately. In this case, an antenna array for a base station using multiple narrow angle beams can be easily implemented.

Claims (25)

다중 빔 배열 안테나의 빔 선택방법에 있어서,In the beam selection method of a multi-beam array antenna, 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 저역 천이 및 복조 하여 배열 안테나의 수신 신호 벡터( x )를 형성하는 제 1 단계;Performing a low frequency shift and demodulation on the signals received at each antenna element to form a received signal vector x of the array antenna; 상기 수신신호 신호벡터(x)와 소정의 이득벡터 (w1,w2,. . .wN)를 유클리디언 내적(Euclidean inner product)하여(yi= wi Hx ), 각각의 협각 빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 수신신호(y1,y2,. . .yN)를 생성하는 제 2 단계;Euclidean inner product of the received signal signal vector (x) and a predetermined gain vector (w 1 , w 2 ,... W N ) (y i = w i H x), each narrow angle A second step of generating an output reception signal y 1 , y 2 ,... Y N of the array antenna received by the beam; 해당 신호환경에 따라 설계된 신호분별기로 커버범위 내의 모든 단말로부터 수신된 신호를 처리하여 각각의 단말 신호를 분리 추출하는 제 3 단계; 및A third step of separating and extracting each terminal signal by processing signals received from all terminals within a cover range with a signal separator designed according to the corresponding signal environment; And 수신안테나 배열에서 각 단말에 대한 수신신호의 다수(N, 단 N은 2 이상의 자연수임)개의 후보 중에서 크기가 가장 큰 신호를 선택하는 제 4 단계를 포함하되,A fourth step of selecting a signal having the largest size among a plurality of candidates (N, where N is a natural number of 2 or more) of the received signals for each terminal in the reception antenna array; 상기 이득벡터의 값은 기준 안테나 소자의 신호위상이 변하지 않도록 정한 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나의 빔 선택방법.And the gain vector is determined so that the signal phase of the reference antenna element does not change. 다중 빔 배열 안테나의 빔 선택방법에 있어서,In the beam selection method of a multi-beam array antenna, 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 저역 천이 및 복조 하여 배열안테나의 수신 신호 벡터( x )를 형성하는 제 1 단계;A first step of frequency low-pass shifting and demodulating the signals received at each antenna element to form a received signal vector x of the array antenna; 상기 수신신호 신호벡터(x)와 소정의 이득벡터 (w1,w2,. . .wN)를 유클리디언 내적(Euclidean inner product)하여(yi= wi Hx ), 각각의 협각 빔으로 수신한 배열 안테나의 출력 수신신호(y1,y2,. . .yN)를 생성하는 제 2 단계;Euclidean inner product of the received signal signal vector (x) and a predetermined gain vector (w 1 , w 2 ,... W N ) (y i = w i H x), each narrow angle A second step of generating an output reception signal y 1 , y 2 ,... Y N of the array antenna received by the beam; 해당 신호환경에 따라 설계된 신호분별기로 커버범위 내의 모든 단말로부터 수신된 신호를 처리하여 각각의 단말 신호를 분리 추출하는 제 3 단계; 및A third step of separating and extracting each terminal signal by processing signals received from all terminals within a cover range with a signal separator designed according to the corresponding signal environment; And 수신안테나 배열에서 각 단말에 대한 수신신호의 다수(N, 단 N은 2 이상의 자연수임)개의 후보 중에서 소정 레벨이상인 적어도 하나의 수신신호를 선택하는 제 4 단계를 포함하되,A fourth step of selecting at least one received signal having a predetermined level or more from among a plurality of candidates (N, where N is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal in the reception antenna arrangement; 상기 이득벡터의 값은 기준 안테나 소자의 신호위상이 변하지 않도록 정해진 것을 특징으로 하는 는 다중 빔 배열 안테나의 빔 선택방법.And a value of the gain vector is determined so that a signal phase of a reference antenna element does not change. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 제 4 단계에서 선택된 모든 수신신호를 더하여 출력하는 제 5 단계를 더 포함하는 다중 빔 배열 안테나의 빔 선택방법.And a fifth step of adding and outputting all the received signals selected in the fourth step. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 기준안테나 소자는,The reference antenna element, 상기 안테나 배열의 정 중앙에 위치하고 있는 안테나소자인 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나의 빔 선택방법.And an antenna element located at the center of the antenna array. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 기준안테나 소자는,The reference antenna element, 상기 안테나 배열의 정 중앙에 위치한 안테나 소자가 없는 경우에 상기 안테나 배열의 정 중앙에 가상의 안테나 소자가 위치하는 것으로 가정하고, 그 가상 안테나 소자의 신호 위상을 기준 위상으로 정한 것임을 특징으로 하는 다중빔 배열 안테나의 빔 선택방법.If there is no antenna element located at the center of the antenna array, it is assumed that a virtual antenna element is located at the center of the antenna array, and the signal phase of the virtual antenna element is determined as a reference phase. Beam selection method of array antenna. 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치에 있어서,In the receiving device using a multi-beam array antenna, 다수의 안테나 소자;A plurality of antenna elements; 상기 다수의 안테나 소자들에 수신되는 신호를 입력받아 주파수 전역 천이 및 복조하는 신호 수신 수단;Signal reception means for receiving a signal received by the plurality of antenna elements for frequency-wide transition and demodulation; 상기 다수의 안테나 소자들이 전체 커버범위를 나누어 분담하도록 그 값이 미리 정해진 다수의 복소 이득벡터를 곱하기 위한 다수의 곱셈 수단;A plurality of multiplying means for multiplying a plurality of complex gain vectors whose values are predetermined such that the plurality of antenna elements share and divide the entire cover range; 상기 곱셈 수단들의 출력을 더하여 수신 출력 신호 (y)를 제공하는 다수의덧셈 수단;A plurality of addition means for adding an output of the multiplication means to provide a received output signal (y); 상기 각각의 수신 출력 신호로부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 다수의 신호분별 수단; 및A plurality of signal discriminating means for extracting a signal of each terminal from the respective received output signals; And 상기 신호분별 수단의 출력의 세기를 비교하여 각 단말에 대한 수신신호의 다수(M, 단 M은 2 이상의 자연수임)개의후보 중에서 적어도 하나의 신호를 선택하여 출력하는 최대크기 선택 수단을 포함하되,And a maximum size selecting means for selecting and outputting at least one signal among a plurality of candidates (M, where M is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal by comparing the intensity of the outputs of the signal discriminating means, 상기 신호분별 수단은, CDMA 신호 환경을 위하여 각 단말의 코드 시퀸스(code sequence) qm(단, m=1, 2, . . .,M)와 상호상관 시키기 위한 상호 상관기를, 상기 커버범위 내의 단말개수(M)에 상응하는 개수로 구비하며,The signal discriminating means may include a cross correlator for correlating the code sequence q m of each terminal for the CDMA signal environment (where m = 1, 2,..., M) within the coverage. Equipped with a number corresponding to the number of terminals (M), 상기 곱셈 수단에 가해지는 이득벡터의 값은 기준 안테나 소자의 신호 위상이 변하지 않는 값으로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.And a gain vector applied to the multiplying means is a value whose signal phase of a reference antenna element does not change. 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치에 있어서,In the receiving device using a multi-beam array antenna, 다수의 안테나 소자;A plurality of antenna elements; 상기 다수의 안테나 소자들에 수신되는 신호를 입력받아 주파수 전역 천이 및 복조하는 신호 수신 수단;Signal reception means for receiving a signal received by the plurality of antenna elements for frequency-wide transition and demodulation; 상기 다수의 안테나 소자들이 전체 커버범위를 나누어 분담하도록 그 값이미리 정해진 다수의 복소 이득벡터를 곱하기 위한 다수의 곱셈 수단;A plurality of multiplying means for multiplying a plurality of complex gain vectors predetermined so that the plurality of antenna elements share and divide the entire cover range; 상기 곱셈 수단들의 출력을 더하여 수신 출력 신호 (y)를 제공하는 다수의 덧셈 수단;A plurality of addition means for adding an output of the multiplication means to provide a received output signal (y); 상기 각각의 수신 출력 신호로부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 다수의 신호분별 수단; 및A plurality of signal discriminating means for extracting a signal of each terminal from the respective received output signals; And 상기 신호분별 수단의 출력의 세기를 비교하여 각 단말에 대한 수신신호의 다수(M, 단 M은 2 이상의 자연수임)개의후보 중에서 적어도 하나의 신호를 선택하여 출력하는 최대크기 선택 수단을 포함하되,And a maximum size selecting means for selecting and outputting at least one signal among a plurality of candidates (M, where M is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal by comparing the intensity of the outputs of the signal discriminating means, 상기 신호분별 수단은, TDMA 신호 환경을 위하여, 한 프레임 기간(frame period) 동안 상기 단말개수(M)에 상응하는 수의 신호에 대해, 동기를 맞추면서 각각의 버스트 기간(burst period) 동안에 해당되는 단말의 신호를 샘플링 하는 커뮤니테이터(communitator)를 구비하며,The signal discrimination means is a terminal corresponding to each burst period while keeping synchronization for a number of signals corresponding to the terminal number M for one frame period for a TDMA signal environment. It has a communicator (communitator) for sampling the signal of 상기 곱셈 수단에 가해지는 이득벡터의 값은 기준 안테나 소자의 신호 위상이 변하지 않는 값으로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.And a gain vector applied to the multiplying means is a value whose signal phase of a reference antenna element does not change. 다중빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치에 있어서,In the receiving device using a multi-beam array antenna, 다수의 안테나 소자;A plurality of antenna elements; 상기 다수의 안테나 소자들에 수신되는 신호를 입력받아 주파수 전역 천이및 복조하는 신호 수신 수단;Signal reception means for receiving a signal received by the plurality of antenna elements for frequency-wide transition and demodulation; 상기 다수의 안테나 소자들이 전체 커버범위를 나누어 분담하도록 그 값이 미리 정해진 다수의 복소 이득벡터를 곱하기 위한 다수의 곱셈 수단;A plurality of multiplying means for multiplying a plurality of complex gain vectors whose values are predetermined such that the plurality of antenna elements share and divide the entire cover range; 상기 곱셈 수단들의 출력을 더하여 수신 출력 신호 (y)를 제공하는 다수의 덧셈 수단;A plurality of addition means for adding an output of the multiplication means to provide a received output signal (y); 상기 각각의 수신 출력 신호로부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 다수의 신호분별 수단; 및A plurality of signal discriminating means for extracting a signal of each terminal from the respective received output signals; And 상기 신호분별 수단의 출력의 세기를 비교하여 각 단말에 대한 수신신호의 다수(M, 단 M은 2 이상의 자연수임)개의후보 중에서 적어도 하나의 신호를 선택하여 출력하는 최대크기 선택 수단을 포함하되,And a maximum size selecting means for selecting and outputting at least one signal among a plurality of candidates (M, where M is a natural number of two or more) of the received signals for each terminal by comparing the intensity of the outputs of the signal discriminating means, 상기 신호분별 수단은, FDMA 신호 환경을 위하여, 각각의 단말에 할당된 채널의 반송파에 중심주파수가 맞추어진 대역통과 여파기(BPF : band pass filter)를, 상기 커버범위 내의 단말개수(M)에 상응하는 개수로 구비하며,The signal discrimination means corresponds to a band pass filter (BPF) whose center frequency is adjusted to the carrier of the channel assigned to each terminal for the FDMA signal environment, corresponding to the number of terminals (M) within the cover range. Equipped with a number to 상기 곱셈 수단에 가해지는 이득벡터의 값은 기준 안테나 소자의 신호 위상이 변하지 않는 값으로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.And a gain vector applied to the multiplying means is a value whose signal phase of a reference antenna element does not change. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 최대크기 선택 수단은,The maximum size selection means, 최대크기의 수신신호와 함께, 기지국에서 송신시에 수신시의 빔과 동일시간에는 동일한 빔을 사용하도록 하기 위하여 수신시에 몇 번째 빔이 선택되었는지를 알리기 위한 콘트롤 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.In addition to the maximum size of the received signal, the base station outputs a control signal for notifying how many beams are selected at the time of reception so that the same beam is used at the same time as the beam at the time of transmission. Receiver using beam array antenna. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 최대크기 선택 수단은,The maximum size selection means, 상기 다수(M)의 후보 중에서 크기가 가장 큰 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.Receiving apparatus using a multi-beam array antenna, characterized in that for selecting the largest signal from the plurality of (M) candidates. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 최대크기 선택 수단은,The maximum size selection means, 상기 다수(M) 개의 후보 중에서 다수의 신호가 소정 레벨이상으로 수신되는 경우, 상기 소정 레벨이상의 수신신호를 모두 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.The reception device using the multiple beam array antenna, characterized in that to select all of the received signal of the predetermined level or more when a plurality of signals from the plurality of (M) candidates are received at a predetermined level or more. 청구항 11에 있어서,The method according to claim 11, 상기 최대크기 선택 수단에서 선택된 모든 수신신호를 더하여 출력하는 신호 합산 수단Signal summing means for adding and outputting all received signals selected by the maximum size selecting means; 을 더 포함하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.Receiving device using a multi-beam array antenna further comprising. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 기준안테나 소자는,The reference antenna element, 상기 안테나 배열의 정 중앙에 위치하고 있는 안테나소자로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.Receiver device using a multi-beam array antenna, characterized in that determined by the antenna element located in the center of the antenna array. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 기준안테나 소자는,The reference antenna element, 상기 안테나 배열의 정 중앙에 위치한 안테나 소자가 없는 경우에 상기 안테나 배열의 정 중앙에 가상의 안테나 소자가 위치하는 것으로 가장하고, 그 가상 안테나 소자의 신호 위상을 기준 위상으로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.When there is no antenna element located at the center of the antenna array, the virtual antenna element is assumed to be located at the center of the antenna array, and the signal phase of the virtual antenna element is determined as a reference phase. Receiver using array antenna. 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치에 있어서,In the receiving device using a multi-beam array antenna, 다수의 안테나 소자;A plurality of antenna elements; 상기 다수의 안테나 소자의 상응하는 안테나 소자에 각각 연결된 다수의 저잡음 증폭 및 중간 주파수천이 수단;A plurality of low noise amplification and intermediate frequency shifting means respectively connected to corresponding antenna elements of the plurality of antenna elements; 상기 다수의 안테나 소자들이 전체 커버범위를 나누어 분담하도록, 그 값이 미리 정해진 다수의 위상지연벡터를 가하는 다수의 위상지연 수단;A plurality of phase delay means for adding a plurality of phase delay vectors whose values are predetermined so that the plurality of antenna elements share the entire coverage range; 상기 위상지연 수단들의 출력을 더하여 수신 출력 신호(y)를 제공하는 다수의 덧셈 수단;A plurality of addition means for adding an output of said phase delay means to provide a received output signal y; 상기 덧셈 수단의 출력신호를 입력받아 주파수 저역 천이 및 복조 하는 다수의 수신 수단;A plurality of receiving means for receiving the output signal of the adding means for frequency low-pass transition and demodulation; 상기 각각의 수신 수단의 출력(y)으로부터 단말기 각각의 신호를 추출하기 위한 신호분별 수단; 및Signal discriminating means for extracting a signal of each terminal from the output y of each receiving means; And 상기 신호분별 수단의 출력의 세기를 비교하여 각 단말에 대한 수신신호의 다수(M, 단 M은 2 이상의 자연수임)개의 후보 중에서 적어도 하나의 신호를 선택하여 출력하는 최대크기 선택 수단을 포함하되,And a maximum size selecting means for selecting and outputting at least one signal from a plurality (M, where M is a natural number of two or more) candidates of the received signals for each terminal by comparing the intensity of the outputs of the signal discriminating means, 상기 신호분별 수단은, CDMA 신호 환경을 위하여 각 단말의 코드 시퀀스(code sequence) pm(단, m=1, 2, . . . , M)와 상호상관 시키기 위한 상호 상관기를, 상기 커버범위 내의 단말개수(M)에 상응하는 개수로 구비하며,The signal discrimination means includes a cross correlator for correlating the code sequence p m (where m = 1, 2,... M) of each terminal for a CDMA signal environment, within the coverage. Equipped with a number corresponding to the number of terminals (M), 상기 위상지연 수단에 가해지는 위상지연벡터의 값은 기준 안테나 소자의 신호 위상이 변하지 않는 값으로 정해진 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.And a phase delay vector applied to the phase delay means is set to a value in which a signal phase of a reference antenna element does not change. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 신호분별 수단은,The signal classification means, TDMA 신호 환경을 위하여, 한 프레임 기간 동안 상기 단말개수(M)에 상응하는 수의 신호에 대해, 동기를 맞추면서 각각의 버스트 기간동안에 해당되는 단말의 신호를 샘플링 하는 커뮤니테이터를 포함하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.For a TDMA signal environment, a multi-beam array antenna including a communicator sampling a signal of a corresponding terminal during each burst period while synchronizing with respect to the number of signals corresponding to the number of terminals (M) during one frame period. Receiving device using. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 신호 분별 수단은,The signal classification means, FDMA 신호 환경을 위하여, 각각의 단말에 할당된 채널의 반송파에 중심주파수가 맞추어진 대역통과 여파기(BPF)를 구비하되, 상기 커버범위 내의 단말개수(M)에 상응하는 개수의 대역통과 여파기(BPF)를 포함하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.For the FDMA signal environment, a band pass filter (BPF) having a center frequency aligned to a carrier of a channel allocated to each terminal is provided, and the number of band pass filters (BPF) corresponding to the number of terminals (M) within the cover range is provided. Receiver using a multi-beam array antenna comprising a). 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 최대크기 선택 수단은,The maximum size selection means, 최대크기의 수신신호와 함께, 기지국에서 송신시에 수신시의 빔과 동일시간에는 동일한 빔을 사용하도록 하기 위하여 수신시에 몇 번째 빔이 선택되었는지를 알리기 위한 콘트롤 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.In addition to the maximum size of the received signal, the base station outputs a control signal for notifying how many beams are selected at the time of reception so that the same beam is used at the same time as the beam at the time of transmission. Receiver using beam array antenna. 청구항 18에 있어서,The method according to claim 18, 상기 최대크기 선택 수단은,The maximum size selection means, 상기 다수(M)의 후보 중에서 크기가 가장 큰 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.Receiving apparatus using a multi-beam array antenna, characterized in that for selecting the largest signal from the plurality of (M) candidates. 청구항 18에 있어서,The method according to claim 18, 상기 최대크기 선택 수단은,The maximum size selection means, 상기 다수(M)개의 후보 중에서 다수의 신호가 소정 레벨이상으로 수신되는 경우, 상기 소정 레벨이상의 수신신호를 모두 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.And receiving all signals received above the predetermined level when a plurality of signals are received from the plurality of candidates. 청구항 20에 있어서,The method of claim 20, 상기 최대크기 선택 수단에서 선택된 모든 수신신호를 더하여 출력하는 신호 합산수단Signal summing means for adding and outputting all received signals selected by the maximum size selecting means; 을 더 포함하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.Receiving device using a multi-beam array antenna further comprising. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 기준안테나 소자는,The reference antenna element, 상기 안테나 배열의 정 중앙에 위치하고 있는 안테나소자로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.Receiver device using a multi-beam array antenna, characterized in that determined by the antenna element located in the center of the antenna array. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 기준안테나 소자는,The reference antenna element, 상기 안테나 배열의 정 중앙에 위치한 안테나 소자가 없는 경우에 상기 안테나 배열의 정 중앙에 가상의 안테나 소자가 위치하는 것으로 가정하고, 그 가상 안테나 소자의 신호 위상을 기준 위상으로 정한 것임을 특징으로 하는 다중 빔 배열 안테나를 이용한 수신 장치.If there is no antenna element located at the center of the antenna array, it is assumed that a virtual antenna element is located at the center of the antenna array, and the signal phase of the virtual antenna element is determined as a reference phase. Receiver using array antenna. 청구항 15에 기재된 수신장치의 최대크기 선택 수단에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하는 다중 빔 배열안테나 시스템의 신호 송신 방법에 있어서,In the signal transmission method of a multiple beam array antenna system using the control signal output from the maximum size selection means of the receiver according to claim 15, 송신하기 위한 신호(Sm: m = 1,2 ..., M)는 다수(N, 단 N은 자연수임)의 빔 중에서 최대크기 선택 수단에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하여 1 대 N 디멀티플렉서(demultiplexer)의 어느 한 출력단을 결정하는 단계;The signal for transmission (S m : m = 1,2 ..., M) is one-to-N demultiplexer using a control signal output from the maximum size selecting means among a plurality of beams (N, where N is a natural number). determining one output of a demultiplexer; 상기 디멀티플렉서에 의해 선택된 복소이득 벡터로 송신하고자 하는 신호(Sm)를 위상변위 시키는 단계; 및Phase shifting a signal S m to be transmitted by the complex gain vector selected by the demultiplexer; And 상기 위상변위된 각 요소의 상응하는 송신신호를 더한 후, 공지의 송신절차를 거쳐서 각각의 안테나 소자에서 송출하는 단계Adding the corresponding transmission signal of each phase shifted element, and then transmitting from each antenna element through a known transmission procedure 를 포함하는 신호 송신 방법Signal transmission method comprising a 청구항 15에 기재된 수신장치의 최대크기 선택 수단에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하는 다중 빔 배열안테나 시스템의 신호 송신 방법에 있어서,In the signal transmission method of a multiple beam array antenna system using the control signal output from the maximum size selection means of the receiver according to claim 15, 송신하기 위한 신호(Sm: m = 1,2 ..., M)는 공지의 송신 신호 처리 절차를 거친 후, 다수(N, 단 N은 자연수임)의 빔 중에서 최대크기 선택 수단에서 출력한 콘트롤 신호를 이용하여 1 대 N 디멀티플렉서의 어느 한 출력단을 결정하는 단계;Signals for transmission (S m : m = 1,2 ..., M) are processed by a known transmission signal processing procedure and then output from the maximum size selection means among a plurality of beams (where N is a natural number). Determining one output terminal of the one-to-N demultiplexer using the control signal; 상기 디멀티플렉서에 의해 선택된 위상지연 벡터로 송신하고자 하는 신호(Sm)를 위상변위 시키는 단계; 및Phase shifting a signal S m to be transmitted by the phase delay vector selected by the demultiplexer; And 상기 위상변위된 각 요소의 상응하는 송신신호를 더한 후, 주파수 고역천이 및 증폭하여 각각의 안테나 소자를 통해 송출하는 단계.Adding the corresponding transmission signal of each phase shifted element, and then performing high frequency shift and amplification to transmit the signal through each antenna element. 를 포함하는 다중 빔 배열 안테나를 신호 송신 방법.Signal transmission method for a multi-beam array antenna comprising a.
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