KR100349660B1 - 스마트 안테나를 이용한 가변처리이득패킷코드분할다중접속 시스템에서의 패킷 전송 장치 및 그 방법 - Google Patents

스마트 안테나를 이용한 가변처리이득패킷코드분할다중접속 시스템에서의 패킷 전송 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 안테나를 이용한 가변처리이득패킷 코드분할다중접속 시스템에서의 패킷 전송 장치 및 그 방법과 기록매체에 관한 것으로서, 스마트 안테나를 이용한 가변 처리 이득 패킷 CDMA 시스템에서 간단한 하드웨어만을 추가하여 전송 데이터의 전송 전력을 증가시킴과 동시에 전송 시간을 줄임으로써, 동일한 비트율의 데이터를 전송하면서도 타 사용자에 대한 간섭을 감소시키기 위하여, 소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷 형태로 입력받아, 사용자 정보를 분류하고, 분류된 사용자 정보를 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 출력하기 위한 스케쥴링 및 버퍼링 수단; 상기 스케쥴링 및 버퍼링 수단에서 출력된 사용자 정보를 바탕으로, 전송 시간을 줄이고 전송 전력을 증가시킬 수 있는 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔의 생성을 제어하기 위한 신호를 발생하는 전력 및 빔 생성 제어 수단; 및 상기 전력 및 빔 생성 제어 수단의 제어신호에 따라, 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 빔을 생성하여 출력하기 위한 방사 수단을 포함하며, CDMA 시스템에서 패킷 전송 등에 이용됨.

Description

스마트 안테나를 이용한 가변처리이득패킷 코드분할다중접속 시스템에서의 패킷 전송 장치 및 그 방법{Apparatus and its Method for transmitting Packet uing smart antenna in variable processing gain packet CDMA systems}
본 발명은 스마트 안테나를 이용한 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 시스템에서의 패킷 전송 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 간단한 하드웨어만을 추가하여 전송 데이터의 전송 전력을 증가시킴과 동시에 전송 시간을 줄임으로써, 동일한 비트율의 데이터를 전송하면서도 타 사용자에 대한 간섭을 감소시킬 수 있는 패킷 전송 장치 및 그 방법과, 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 기지국에서의 패킷 전송 방식에 대한 설명도로서, 도면에서 "101"은 전력 제어 및 빔 형성부, "102"는 L(L은 자연수)개의 배열로 이루어진 스마트 안테나를 각각 나타낸다. 그리고, "MT"는 이동단말(Mobile Terminal)을 나타낸다.
도 1에서, MT1, MT2,..., MTN-1, MTN에서 입력되는 N개의 사용자 정보는 전력 및 빔 생성 제어부(101)로 입력된다. 그러면, 전력 및 빔 생성 제어부(101)는 N개의 사용자 정보를 이용하여 각 MT에 대하여 PN(P1, P2, .. , PN-1, PN)의 전력을 갖는 N개의 빔을 형성하기 위한 신호를 생성한다.
스마트 안테나(102)는 전력 및 빔 생성 제어부(101)의 출력을 이용하여 L개의 안테나 어레이를 이용하여 각 PN의 전력을 갖는 N개의 빔을 형성하여 출력한다.
도 2a 및 도 2b 는 종래의 패킷 전송 방식에 의한 N이 16이고 m이 2인 경우 스마트 안테나의 빔 형태도로서, 도면에서 "P"는 전송 전력, "T"는 데이터 전송 시간, 그리고 "MT"는 이동단말을 각각 나타낸다.
도 2a의 정보 데이터는 T라는 시간동안 P라는 전력으로 16명의 사용자가 데이터를 전송하는 방식을 나타내며, 도 2b 는 정보 데이터의 빔이 16개이고 m이 2인 경우에 스마트 안테나의 빔 형태를 나타낸다.
도 2b 는 빔 1의 사용자가 전송하려는 데이터의 비트율의 증가로 전송 전력을 증가함에 따라, 주로 빔폭이 겹쳐져 있는 근처의 빔 2, 3과 빔 15, 16에 대한 간섭이 증가하게 되며, 이로 인하여 시스템의 성능을 저하된다.
오늘날, 무선을 이용하는 데이터 전송에 대한 수요의 증가에 따라 CDMA 시스템에서 다양한 비트율을 갖는 데이터에 대하여 고정적 비트율로만 전달하지 않고, 데이터의 비트율에 따라 가변적으로 데이터를 전달할 수 있는 효율적인 전송 방법이 요구되었는데, 이에 대하여 가변 처리 이득(Variable Processing gain) 기술이 개발되었다.
가변 처리 이득 기술은 전송하려는 패킷 데이터에 대하여 낮은 비트율을 갖는 경우에는 낮은 전송 전력으로 송신을 하며, 높은 비트율을 갖는 데이터에서는 전송 전력을 높임으로써, 낮은 비트율일 때와 동일한 에러율을 유지할 수 있도록 해주는 방식이다.
즉, 처리 이득 G는 하기의 (수학식 1)과 같이 표현될 수 있다.
G = W/R
상기 (수학식 1)에서, G는 처리 이득, R은 정보 데이터의 비트율, 및 W는 확산 부호의 부호율을 나타낸다.
만일, 정보 데이터의 비트율 R이 높은 비트율의 데이터를 전송하기 위하여 R' (R < R')로 바뀌는 경우, 처리 이득 G'는 G 보다 작아지게 되며, 이로 인하여 전송 데이터의 에러율이 증가하게 된다.
이 경우, 전송 전력 P를 증가시킴으로써 에러율의 증가를 막을 수 있다. 즉 , 하기의 (수학식 2)와 같이 처리 이득 G와 전송 전력 P의 곱을 일정하게 유지함으로써, 전송 데이터의 품질을 보장할 수 있게 된다.
상수 = G ×P
그러나, 종래의 무지향성 안테나를 CDMA 시스템에서 사용하는 경우, 가변 처리 이득 기술에 의하여 균일한 에러율을 유지하기 위하여 전송 전력을 높임으로써 타 사용자에 대한 간섭을 증가시키기 때문에, 시스템의 용량이 감소되는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 무지향성 안테나 대신에 스마트 안테나를 이용함으로써 시스템의 용량을 증가시키는 방법[미국특허 US5596329]이 제안되었는데, 이러한 스마트 안테나 시스템은 복수개의 배열 안테나 소자를 이용하여 각각의 안테나 소자에서 수신되는 신호들의 이득 및 위상을 조절하여, 역방향 링크에서는 기지국에서 원하는 사용자의 방향으로부터 전파되어 오는 신호만을 수신하고, 순방향 링크에서는 원하는 사용자의 방향으로만 전력을 집중시켜 전파를 보냄으로써 시스템에서 다중 접속 간섭에 의한 잡음 신호레벨을 크게 감소시키기 때문에, 시스템의 성능을 향상시키고 셀의 채널용량을 증가시킨다.
그러나, 스마트 안테나를 이용한 시스템도 빔폭이 무한히 작은 것이 아니고, 빔 모양이 이상적인 선으로 나타나지 않으며, 일반적으로 20°~ 30°정도의 빔폭을 가짐으로써, 무지향성 안테나에 비해서는 상당히 시스템의 용량을 증가시킬 수 있으나, 사용자의 수가 증가하여 빔폭이 서로 겹치는 경우, CDAM 시스템에서 타 사용자에 간섭을 증가시키는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스마트 안테나를 이용한 가변 처리 이득 패킷 CDMA 시스템에서 간단한 하드웨어만을 추가하여 전송 데이터의 전송 전력을 증가시킴과 동시에 전송 시간을 줄임으로써, 동일한 비트율의 데이터를 전송하면서도 타 사용자에 대한 간섭을 감소시키기 위한 패킷 전송 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래의 기지국에서의 패킷 전송 방식에 대한 설명도.
도 2a 및 도 2b 는 종래의 패킷 전송 방식에 의한 N이 16이고 m이 2인 경우 스마트 안테나의 빔 형태도.
도 3 는 본 발명에 따른 스마트 안테나를 이용한 가변 처리 이득 패킷 CDMA 시스템에서의 패킷 전송 장치의 일실시예 구성도.
도 4a 내지 4c 는 본 발명의 실시예에 따른 m이 2인 경우 상기 도 3의 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부의 상세 구성도.도 4d 및 4e 는 본 발명에 따른 N이 16이고 m이 2인 경우 스마트 안테나의 빔 형태도.
도 5 는 본 발명에 따른 스마트 안테나를 이용한 가변 처리 이득 패킷 CDMA 시스템에서의 패킷 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
301 : 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부 302 : 전력 및 빔 생성 제어부
303 : 스마트 안테나 401 : 버퍼링부402 : 스케쥴링부 403 : 타이밍 생성부404,405 : 버퍼 406 : 선택기407 : 타이밍 생성기
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스마트 안테나를 이용한 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서의 패킷 전송 장치에 있어서, 소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷 형태로 입력받아, 사용자 정보를 분류하고, 분류된 사용자 정보를 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 출력하기 위한 스케쥴링 및 버퍼링 수단; 상기 스케쥴링 및 버퍼링 수단에서 출력된 사용자 정보를 바탕으로, 전송 시간을 줄이고 전송 전력을 증가시킬 수 있는 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔의 생성을 제어하기 위한 신호를 발생하는 전력 및 빔 생성 제어 수단; 및 상기 전력 및 빔 생성 제어 수단의 제어신호에 따라, 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 빔을 생성하여 출력하기 위한 방사 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 스마트 안테나를 이용한 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서의 패킷 전송 장치에 적용되는 패킷 전송 방법에 있어서, 소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷형태로 입력받아, 상기 사용자 정보를 분류하는 제 1 단계; 및 상기 분류된 사용자 정보를 이용하여, 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔을 생성한 후 안테나를 통하여 출력하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서 패킷을 전송하기 위하여, 프로세서를 구비한 패킷 전송 시스템에, 소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷형태로 입력받아, 상기 사용자 정보를 분류하는 제 1 기능; 및 상기 분류된 사용자 정보를 이용하여, 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔을 생성한 후 안테나를 통하여 출력하는 제 2 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은, 전송되는 데이터를 가변 처리 이득부의 하드웨어를 이용하여 m(m은 자연수)배 빠르게 처리함으로써, 전송되는 데이터의 전송 시간을 1/m 배로 줄이며, 대신에 전송 전력을 m 배로 증가시켜, 종래의 방법과 동일한 비트율의 데이터를 전송하면서도 타 사용자에 대한 간섭을 약 1/m로 줄일 수 있다.
도 3 는 본 발명에 따른 CDMA 시스템에서의 패킷 전송 장치의 일실시예 구성도로서, 도면에서 "301"은 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부, "302"는 전력 및 빔 생성 제어부, 그리고 "303"는 L(L은 자연수)개의 배열로 이루어진 스마트 안테나를 각각 나타낸다.
도 3에서, MT1, MT2,...MTN-1, MTN에서 입력되는 N개의 사용자 정보는 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부(301)로 입력되는데, 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부(301)는 N개의 입력을 가장 효율적인 전송이 가능하도록 내부 알고리즘에 의해서 N/m개의 사용자 정보로 분류하여 T/m 시간 간격으로 순차적으로 출력한다.
전력 및 빔 생성 제어부(302)는 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부(301)에서 출력한 N/m개의 사용자 정보를 이용하여 각 MT에 대하여 mPN(P1, P2, .. , PN-1, PN)의 전력을 갖는 N/m개의 빔을 형성하기 위한 제어신호를 생성한다.
스마트 안테나(303)는 전력 및 빔 생성 제어부(302)의 출력으로부터 L개의 안테나 어레이를 이용하여 mPN의 전력을 갖는 N/m개의 빔을 형성하여 출력한다.도 4a 는 m=2인 경우 MT1과 MT2에 대한 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부의 일실시예를 나타낸 것으로서, 도면에서 "401"은 입력된 데이터를 제어 타이밍에 의해서 버퍼링하는 버퍼링부, "402"는 버퍼링된 패킷 데이터를 제어 타이밍에 따라 스케쥴링하는 스케쥴링부, "403"은 외부에서 주어진 타이밍에 따라 버퍼링부(401)와 스케쥴링부(402)에 필요한 타이밍을 생성하는 타이밍 생성부를 각각 나타낸다.MT1과 MT2로 입력된 패킷 데이터는 타이밍 생성부(403)에 의해서 생성된 타이밍에 의하여 버퍼링부(401)에 저장된다. 그리고, 제어 타이밍에 의해서 버퍼링부(401)에서 출력된 패킷 데이터는 타이밍 생성부(403)에서 생성된 제어 타이밍에 의하여 스케쥴링부(402)에 의해서 시간축상에 적절히 스케쥴링되어 출력된다.도 4b 는 m=2인 경우 MT1과 MT2에 대한 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 도면에서 "404,405"는 인에이블(Enable) 단자에 하이(High)가 입력될 때 입력 데이터를 래치(latch)하는 버퍼를 나타내며, "406"은 선택(Sel) 단자의 입력이 로우(Low)일 때는 0로 입력되는 데이터를 출력하고 선택(Sel) 단자의 입력이 하이(High)일 때는 1로 입력되는 데이터를 출력하는 선택기이며, "407"은 외부에서 입력된 데이터 주기 신호에 따라 버퍼(404,405)의 인에이블(Enable) 신호와 선택기(406)의 선택(Sel) 신호를 생성하는 타이밍 생성기이다.외부에서 입력된 주기 T의 타이밍 신호는 타이밍 생성기(407)에서 반전되어 버퍼(404,405)의 인에이블(Enable) 신호로 사용되며, 반전없이 선택기(406)의 선택(sel) 신호로 사용된다. 주기가 T인 MT1와 MT2의 입력 데이터는 인에이블(Enable) 신호가 하이(High)인 동안 버퍼(404,405)에 래치된다. 선택기(406)는 MT1으로부터 입력된 데이터를 버퍼링하는 버퍼(404)의 출력과 MT2으로부터 입력된 데이터를 버퍼링하는 버퍼(405)의 출력을 입력으로 받아, 선택(sel) 신호가 로우(Low)일 때는 버퍼(404)의 출력을 출력시키며, 선택(sel) 신호가 하이(High)일 경우는 버퍼(405)의 출력을 출력시킨다. 결과적으로, 주기 T를 갖는 MT1, MT2의 데이터는 동일 출력선상에 T/2의 주기를 갖는 2개의 데이터로 스케쥴링된다.도 4c 는 상기 도 4b에 기술된 타이밍도를 나타낸다.
도 4d 및 도 4e 는 본 발명에 따른 N이 16이고 m이 2인 경우의 스마트 안테나의 빔 형태도로서, 도면에서 "P"는 전송 전력, "T"는 데이터 전송 시간, 그리고 "MT"는 이동단말을 각각 나타낸다.
도 4d 는 16명의 사용자가 T/2라는 시간동안 2P라는 전력으로 데이터를 전송하는 경우를 나타내며, 도 4e 는 데이터가 빔이 16개이고 m이 2인 경우의 스마트 안테나의 빔 형태를 나타낸다.
빔 1의 사용자가 전송하려는 데이터의 비트율 증가로 전송 전력을 증가시키는 경우, 데이터 처리 속도를 2배로 빠르게 함으로써, T/2 구간내에 처리를 완료한다.
도면에 도시된 바와 같이, 도 2b에 비하여, 0<t< T/2인 구간에서는 주로 빔 3과 빔 15의 사용자에게만 영향을 주며, T/2<t<T인 구간에서는 거의 다른 사용자에게 영향을 주지 않는다. 즉, 임의의 시간 t에 빔 1에 주위에 끼치는 영향이 약 1/m로 감소된다.
도 5 는 본 발명에 따른 스마트 안테나를 이용한 가변 처리 이득 패킷 CDMA 시스템에서의 패킷 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
N개의 이동단말로부터 입력되는 N개의 사용자 정보를 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부(301)가 입력받아(501), N개의 입력을 가장 효율적인 전송이 가능하도록 내부 알고리즘에 의해서 N/m개의 사용자 정보로 분류하여 T/m 시간 간격으로 순차적으로 출력한다(502).
전력 및 빔 생성 제어부(302)는 패킷 스케쥴링 및 버퍼링부(301)에서 출력한 N/m개의 사용자 정보를 이용하여 각 MT에 대하여 mPN(P1, P2, .. , PN-1, PN)의 전력을 갖는 N/m개의 빔을 형성하면, 스마트 안테나(303)가 L개의 안테나 어레이를 이용하여 mPN의 전력을 갖는 N/m개의 빔을 출력한다(503).상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, T 시간 동안 P의 전송 전력으로 전송되는 사용자의 데이터를 T/m 시간 동안 mP의 전력으로 전송함으로써, 임의의 시간에 기지국에 접속하는 사용자의 수를 줄여 유한한 빔폭을 갖는 스마트 안테나 시스템에서 발생하는 간섭을 약 1/m로 줄일 수 있으므로, 시스템의 용량을 크게 향상시킬 수 있고, 또한 최대의 전력을 사용하는 셀 경계 사용자에 대해서는 본 발명에 의한 방식을 선택적으로 적용을 하거나 약간의 추가 하드웨어를 사용함으로써 적용이 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 T 시간 동안 전송되는 정보 데이터를 T/m 시간 동안 처리하기 위하여 필요로 하는 하드웨어는 종래에 구현되어 있는 가변 처리 이득부를 이용하여 실현할 수 있기 때문에, 약간의 추가 하드웨어를 이용하여 간단히 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 예를 들어 음성 서비스의 데이터 전송 속도는 8~9.6kbps 정도이므로 m이 4인 경우에 전송 속도가 40kbps 정도가 되는데, 이 정도의 전송속도는 차세대 이동통신(IMT-2000)의 고속 데이터 전송에서 충분히 수용이 가능한 데이터 전송 속도이고, 또한 고속 데이터 전송에서는 터보 코드를 사용하므로 인터리버의 길이에 의한 성능의 열화가 문제가 되지 않는다는 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 스마트 안테나를 이용한 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서의 패킷 전송 장치에 있어서,
    소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷 형태로 입력받아, 사용자 정보를 분류하고, 분류된 사용자 정보를 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 출력하기 위한 스케쥴링 및 버퍼링 수단;
    상기 스케쥴링 및 버퍼링 수단에서 출력된 사용자 정보를 바탕으로, 전송 시간을 줄이고 전송 전력을 증가시킬 수 있는 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔의 생성을 제어하기 위한 신호를 발생하는 전력 및 빔 생성 제어 수단; 및
    상기 전력 및 빔 생성 제어 수단의 제어신호에 따라, 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 빔을 생성하여 출력하기 위한 방사 수단
    을 포함하는 패킷 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 수단에서 출력되는 빔은,
    단위 데이터 전송 시간 T 동안 P의 전송 전력으로 전송되는 사용자의 데이터가 m(단, m은 자연수) 배 빠르게 처리되어 T/m 시간 동안 mP의 전력으로 전송되는 것을 특징으로 하는 패킷 전송 장치.
  3. 스마트 안테나를 이용한 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서의 패킷 전송 장치에 적용되는 패킷 전송 방법에 있어서,
    소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷형태로 입력받아, 상기 사용자 정보를 분류하는 제 1 단계; 및
    상기 분류된 사용자 정보를 이용하여, 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔을 생성한 후 안테나를 통하여 출력하는 제 2 단계
    를 포함하는 패킷 전송 방법.
  4. 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서 패킷을 전송하기 위하여, 프로세서를 구비한 패킷 전송 시스템에,
    소정의 입력 시간 동안 다수의 이동단말로부터 사용자의 정보를 패킷형태로 입력받아, 상기 사용자 정보를 분류하는 제 1 기능; 및
    상기 분류된 사용자 정보를 이용하여, 상기 입력 시간보다 짧은 주기로 전송 시간이 줄어들고 전송 전력이 증가된 상기 각 이동단말에 대한 고전력 빔을 생성한 후 안테나를 통하여 출력하는 제 2 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1019990061927A 1999-12-24 1999-12-24 스마트 안테나를 이용한 가변처리이득패킷코드분할다중접속 시스템에서의 패킷 전송 장치 및 그 방법 KR100349660B1 (ko)

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