KR100375826B1 - 배열 안테나를 이용한 대역 확산 코드 분할 다중 접속기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치, 이를이용한 순방향 빔 형성 시스템 및 그 방법 - Google Patents

배열 안테나를 이용한 대역 확산 코드 분할 다중 접속기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치, 이를이용한 순방향 빔 형성 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대역 확산 CDMA(Code Division Multiple Access) 기지국 시스템의 순방향 링크 성능과 용량을 증가시키기 위한 목적으로 배열 안테나를 이용하여 순방향 빔 형성을 하는 시스템 및 그 방법을 제시한다.
본 발명은 단말기로부터 피드백받은 채널 정보 대신 역방향에서 추정한 배열 응답 벡터를 이용하여 순방향 빔 형성을 수행함으로써, 빔 형성기의 구조를 간소화하고, 다른 단말기가 위치한 방향으로 보내는 신호를 줄이면서, 원하는 단말기 방향으로 방사하는 전력을 높이는 방법을 제시하기 위한 것이다. 이때, 각 사용자의 배열 응답 벡터를 구하는 방법, 순방향 빔 형성 가중치 연산에 필요한 공간 상관 행렬을 병렬 구조로 연산하는 방법 및 RF 전력 증폭기 효율을 증대하기 위하여 원하는 사용자가 위치한 방향에 대한 안테나 이득을 증대시키는 방법을 제시하였다. 아울러, 제시된 순방향 빔 형성 알고리즘을 구현하는데 필수적으로 필요한 배열 송수신부 오차 보정 연산기와 빔 형성 가중치 연산기와의 상호 연동 관계를 제시하였다.

Description

배열 안테나를 이용한 대역 확산 코드 분할 다중 접속 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치, 이를 이용한 순방향 빔 형성 시스템 및 그 방법 {Weight calculation unit for forward beamforming in a direct spread CDMA base station system using an array antenna, system for forward beamforming using it and method thereof}
본 발명은 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA(Code Division Multiple Access) 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 배열 안테나를 이용하는 CDMA 기지국 순방향 링크에서 다른 사용자에게 송신하는 전력을 줄이면서 원하는 사용자 방향으로 송신하는 전력을 높이는 순방향 빔 형성 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
빔 형성은 크게 역방향 빔 형성과 순방향 빔 형성으로 나누어지는데, 본 발명에서는 순방향 빔 형성과 관련된 내용을 다룬다.
순방향 빔 형성이란 디지털 빔 형성 기술을 이용하여 기지국 안테나 빔 패턴을 적절히 조절하여 모든 단말기에서의 신호 대 간섭 잡음비(SINR : Signal to Noise plus Interference Ratio)를 높이는 기술을 말한다. 순방향 빔 형성 기법은 크게 순방향 채널 정보를 요구하는 폐루프(Closed Loop) 방식과 순방향 채널 정보없이 빔 형성 가중치를 구하는 개루프(Open Loop) 방식이 있다. 순방향 채널 정보는 송수신 주파수가 동일한 경우에는 역방향 측정 데이터로부터 추정이 가능하지만, 송수신 주파수가 다른 FDD(Frequency Division Duplex) 방식에서는 정확한 채널 정보를 얻기 위해서는 단말기로부터 피드백(Feedback)을 받아야 한다. 그러나, 단말기의 이동 속도가 증가함에 따라 피드백되는 데이터의 양이 많아지고, 구조가 복잡해지므로 폐루프 방식은 FDD 방식의 CDMA 시스템에 실제로 적용하는 것은 어렵다.
따라서, 신호의 도래각을 이용하거나 역방향 링크 데이터의 공간 상관 행렬을 이용하는 개루프 방식의 알고리즘이 많이 연구되고 있다. 그러나, 신호의 도래각을 이용하는 방식은 도래각 추정 알고리즘이 복잡하며, 역방향 링크 데이터의 상관 행렬을 이용하는 방식은 전력 제어 기능이 있는 CDMA 시스템에는 적용이 어렵다는 문제점이 있다.
한편 본 발명과 기술 분야가 동일한 종래 기술을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 권리권자가 'The Leland Stanford Junior University'이고, 특허 명칭이 'Method for minimizing cross-talk in adaptive transmission antennas'(미국, US5471647, 등록일은 1995. 11. 28)를 살펴보면 다음과 같다.
본 선행 특허는 CDMA 기지국 시스템의 역방향 및 순방향 링크에 있어서, 신호 대 간섭비(C/I : Carrier to Interference)를 증대시키기 위한 것으로 피드백을 바탕으로 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 방법들을 제시하고 있다. 즉, 기지국은 단말기와 미리 약속된 여러 개의 신호 톤 신호를 서로 다른 각각의 가중치 벡터와 곱하여 송신하고, 단말기는 상관 방식을 이용하여 각 톤 신호의 복소 크기를 구하고 이를 기지국으로 다시 알려준다. 기지국은 이 값들을 이용하여 순방향 채널 정보를 나타내는 행렬을 구하고, 이것의 의사 역행렬(Pseudo Inversion)을 순방향 빔 형성 가중치로 활용한다.
그러나, 본 선행 특허는 채널 정보 피드백 및 단말기에서 수신하는 전력을 이용하므로, 단말기의 이동 속도가 증가하면, 피드백 데이터량이 증가하여 역방향 채널 성능을 저하시키고, 시간 지연으로 정확한 채널 벡터를 연산할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 저자가 'Jason Goldberg, Javier R. Fonollosa'이고, 제목이 'Downlink beamforming for cellular mobile communications'(게재지 : Vehicular Technology Conference, 1997, Vol.2)를 살펴보면 다음과 같다.
본 논문에서는 단말기로부터 채널 정보를 피드백받지 않고, 역방향에서 얻은 공간 상관 행렬(Spatial Correlation Matrix)을 이용하여 순방향 채널을 추정하여 빔 형성을 하는 기법을 제시한다. 일반적인 배열 안테나 기지국 시스템에서 채널 정보를 말하는 배열 응답 벡터는 단말기에서 기지국까지의 주변 환경에 의하여 결정되는 페이딩 성분과 신호의 도래각에 대한 안테나 응답 벡터로 나누어 생각할 수 있다. 페이딩은 시스템의 캐리어 주파수와 관계된 것으로, 단말기가 이동함에 따라 급격하게 변하고, 역방향과 순방향 특성은 서로 상관성이 없다. 그러나, 안테나 응답 벡터는 단지 신호의 도래각과 관계된 값이므로 상대적으로 천천히 변하고, 역방향과 순방향이 동일하다. 따라서, 페이딩이 심한 경우 충분한 시간에 대하여 샘플한 역방향 데이터의 공간 상관 행렬과 순방향 채널의 공간 상관 행렬은 거의 동일하다. 이와 같이 순방향 채널에 대한 공간 상관 행렬을 역방향 수신 데이터를 이용하여 추정하고 이를 순방향 빔 형성 가중치 연산에 활용하는 방법을 본 논문에서는 제시한다.
그러나, 이 기법은 단말기의 이동이 없거나, CDMA 시스템과 같이 전력 제어가 되어 빠른 페이딩을 보상하는 경우에는 역방향 체널의 페이딩 평균값과 순방향 채널의 페이딩 평균값이 서로 다르므로 적용이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 저자가 'Shiann-Shiun Jeng et al.'이고, 제목이 'Experimental Evaluation of Smart Antenna System Performance for Wireless Communications'(게재지 : 'IEEE transactions on antenna and propogation, Vol. 46, No.6)를 살펴보면 다음과 같다.
본 논문에서는 크게 두가지 방식의 순방향 빔 형성 알고리즘을 기술하고 실험 시스템을 이용한 실험 결과를 제시하고 있다. 첫째는 채널 정보 및 안테나 응답 벡터를 모두 고려한 채널 벡터를 이용한 방식이고, 둘째는 신호 도래각 추정을통하여 획득한 안테나 응답 벡터만을 고려하는 방식이다.
채널 벡터를 이용한 빔 형성 방식은 다시 두가지로 나누어 지는데, 하나는 역방향에서 구한 채널의 컨쥬게이트(Conjugate)를 순방향 빔 형성 가중치 벡터로 이용하는 방식으로, TDD(Time Division Duplex) 시스템에서 순방향과 역방향 채널 벡터가 동일한 경우, 유효한 방식이고, 다른 하나는 다른 사용자의 채널 벡터와 원하는 사용자의 채널 벡터를 모아 만든 행렬의 의사 역행렬을 구하여 순방향 빔 형성 가중치 벡터를 구하는 방식이다.
도래각을 이용한 빔 형성 알고리즘은 두가지 방식으로 나누어진다. 하나는 원하는 사용자가 위치한 각도로 최대 이득을 보내는 안테나 빔을 형성하는 방식이고, 다른 하나는 사용자의 안테나 응답 벡터를 모아 만든 행렬의 의사 역행렬을 구하여 순방향 빔 형성 가중치 벡터를 구하는 방식이다.
선행 논문에서는 원하는 사용자와 기지국간에 직접 경로(LOS : Line of Sight)를 가지는 경우에는 네가지 알고리즘이 모두 잘 작동하지만, 직접 경로가 없거나, 각도 확산이 매우 큰 경우에는 채널 벡터를 이용한 의사 역행렬 방식만이 잘 작동한다는 것을 보여주고 있다. 그러나, 이 방식은 단말기의 위치가 조금만 움직여도 성능이 급격히 저하되고, 다이버시티(Diversity) 이득이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단말기로부터 피드백받은 채널 정보 대신 안테나 응답 벡터를 이용하여 빔 형성을 수행함으로써, 구조를 간소화하고, 다른 단말기에 대한 간섭을 최소로 하면서, 원하는 단말기가 위치한 각도로 방사하는 전력을 높이는 알고리즘을 제시하기 위한 것이다.
또한, 각 사용자의 배열 벡터를 구하고 이를 이용하여 송신 안테나 응답 벡터를 연산하는 방법, 순방향 빔 형성 가중치 연산기와 송수신부 오차 보정기의 연동 관계, RF 전력 증폭기의 효율을 증대시키기 위하여 원하는 단말기가 위치한 방향으로 안테나 이득을 높이는 방법을 제시하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 대역 확산 CDMA 기지국 시스템에서 순방향 빔 형성 시스템 및 이를 구현하는데 필요한 주변 장치를 나타낸 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 빔 형성 가중치 연산기(120)의 구성도이고,
도 3은 도 1에 도시된 적응 배열 송신기(130)의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 및 배열 송수신부 오차 보정용 톤 신호를 주입하기 위한 장치의 구성도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
101 : 듀플렉서 102 : 다중 채널 RF 하향 변환기
103 : 다중 채널 RF 상향 변환기 104 : 적응 배열 수신기
105 : 상호 상관기 106 : 수신부 오차 보정기
107 : 송신부 오차 보정기 108 : 수신부 오차 보정 계수 연산기
109 : 송신부 오차 보정 계수 연산기 110 : 배열 안테나
120 : 빔 형성 가중치 연산기 130 : 적응 배열 송신기
201 : 정규화기 202 : 안테나 응답 변환기
203 : 벡터 외적 연산기 204 : 행렬 합산기
205 : 역행렬 연산기 206 : 행렬 곱셈기
207 : 잡음 행렬 301 : 빔 형성기
302 : 벡터 합산기
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 정규화 수단; 상기 정규화 수단에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 안테나 응답 벡터 변환 수단; 상기 안테나 응답 벡터 변환 수단으로부터 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 벡터 외적 수단; 상기 벡터 외적 수단으로부터 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 행렬 합산 수단; 상기 행렬 합산 수단으로부터 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 역행렬 연산 수단; 및 상기 역행렬 연산 수단으로부터 입력받은 역행렬과 상기 안테나 응답 벡터 변환 수단으로부터 입력받은 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 행렬 곱셈기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치가 제공된다.
또한, 다수의 방사 소자와 RF 다중 채널 상하향 변환부 오차 보정을 위한 톤 신호 주입기를 포함하는 배열 안테나; 상기 배열 안테나를 통하여 수신된 사용자 신호와 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 신호를 송신 RF 대역으로 상향 변환하는 RF 다중 채널 RF 상향 변환기; 상기 다중 채널 RF 상향 변환기의 전달 함수를 추정하는 송신부 오차 보정 계수 연산기; 상기 배열 안테나의 각각의 방사 소자에서 수신한 RF 신호를 하향 변환한 후, 디지털 신호로 변환하는 다중 채널 RF 하향 변환기; 상기 다중 채널 RF 하향 변환기의 전달 함수를 추정하는 수신부 오차 보정 계수 연산기; 상기 다중 채널 RF 하향 변환기로부터 변환된 디지털 신호를 입력받아 수신 안테나 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성하는 적응 배열 수신기; 상기 적응 배열 수신기에서 생성한 기준 신호와 상기 배열 안테나로부터 수신된 측정 데이터를 상관하여 수신 배열 응답 벡터를 추정하는 상호 상관기; 상기 상호 상관기에서 추정한 수신 배열 응답 벡터에 상기 수신부 오차 보정 계수 연산기에서 추정한 전달 함수의 역인 수신 오차 보정 계수를 곱하는 수신부 오차 보정기; 상기 수신부 오차 보정기에서 수신 오차가 제거된 수신 배열 응답 벡터를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬로 구하는 빔 형성 가중치 연산기; 상기 순방향 빔 형성 가중치에 상기 송신부 오차 보정 계수 연산기에서 추정한 전달함수의 역인 송신 오차 보정 계수를 곱하여 상기 다중 채널 RF 상향 변환기의 전달 함수 오차를 제거하는 송신부 오차 보정기; 및 상기 송신부 오차 보정기로부터 각각의 사용자별로 송신 데이터에 송신부 오차가 제거된 결과값을 입력받아 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하는 적응 배열 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템이 제공된다.
또한, 수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 구한 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에서 구한 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 제 5 단계; 및 상기 제 5 단계에서 구한 역행렬과 상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 제 6 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 방법이 제공된다.
또한, 배열 안테나를 통하여 수신된 사용자 신호와 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 신호를 송신 RF 대역으로 상향 변환하는 제 1 단계; 다중 채널 RF 상향 변환시 전달 함수를 추정하는 제 2 단계; 상기 배열 안테나의 각각의 방사 소자에서 수신한 RF 신호를 하향 변환한 후, 디지털 신호로 변환하는 제 3 단계; 다중 채널 RF 하향 변환시의 전달 함수를 추정하는 제 4 단계; 상기 제 3 단계에서 변환된 디지털 신호를 입력받아 수신 안테나 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성하는 제 5 단계; 상기 제 6 단계에서 생성한 기준 신호와 상기 배열 안테나로부터 수신된 측정 데이터를 상관하여 수신 배열 응답 벡터를 추정하는 제 7 단계; 상기 제 7 단계에서 추정한 수신 배열 응답 벡터에 상기 제 4 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 수신 오차 보정 계수를 곱하는 제 8 단계; 상기 제 8 단계에서 수신 오차가 제거된 수신 배열 응답 벡터를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬로 구하는 제 9 단계; 상기 제 9 단계에서 구한 순방향 빔 형성 가중치에 상기 제 2 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 송신 오차 보정 계수를 곱하는 제 10 단계; 및 상기 제 10 단계에서 각각의 사용자별로 송신 데이터에 송신부 오차가 제거된 결과값을 입력받아 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하는 제 11 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 방법이 제공된다.
또한, 컴퓨터에, 수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 구한 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에서 구한 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 제 5 단계; 및 상기 제 5 단계에서 구한 역행렬과 상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 제 6 단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.
또한, 컴퓨터에, 배열 안테나를 통하여 수신된 사용자 신호와 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 신호를 송신 RF 대역으로 상향 변환하는 제 1 단계; 다중 채널 RF 상향 변환시 전달 함수를 추정하는 제 2 단계; 상기 배열 안테나의 각각의 방사 소자에서 수신한 RF 신호를 하향 변환한 후, 디지털 신호로 변환하는 제 3 단계; 다중 채널 RF 하향 변환시의 전달 함수를 추정하는 제 4 단계; 상기 제 3 단계에서 변환된 디지털 신호를 입력받아 수신 안테나 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성하는 제 5 단계; 상기 제 6 단계에서 생성한 기준 신호와 상기 배열 안테나로부터 수신된 측정 데이터를 상관하여 수신 배열 응답 벡터를 추정하는 제 7 단계; 상기 제 7 단계에서 추정한 수신 배열 응답 벡터에 상기 제 4 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 수신 오차 보정 계수를 곱하는 제 8 단계; 상기 제 8 단계에서 수신 오차가 제거된 수신 배열 응답 벡터를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬로 구하는 제 9 단계; 상기 제 9 단계에서 구한 순방향 빔 형성 가중치에 상기 제 2 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 송신 오차 보정계수를 곱하는 제 10 단계; 및 상기 제 10 단계에서 각각의 사용자별로 송신 데이터에 송신부 오차가 제거된 결과값을 입력받아 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하는 제 11 단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 배열 안테나를 이용한 대역 확신 코드 분할 다중 접속 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템 및 그 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 대역 확산 CDMA 기지국 시스템에서 순방향 빔 형성 시스템 및 이를 구현하는데 필요한 주변 장치를 나타낸 구성도로서, 배열 안테나(110), 듀플렉서(101), 다중 채널 RF 하향 변환기(102), 다중 채널 RF 상향 변환기(103), 적응 배열 수신기(104), 상호 상관기(105), 수신부 오차 보정기(106), 송신부 오차 보정기(107), 수신부 오차 보정 계수 연산기(108), 송신부 오차 보정 계수 연산기(109), 빔 형성 가중치 연산기(120) 및 적응 배열 송신기(130)로 구성된다.
본 실시예에서는 상기 듀플렉서(101)를 이용하여 상기 하나의 배열 안테나(110)로 송수신을 하는 방식을 예로 들었으나, 본 발명은 송수신용으로 서로 다른 배열 안테나를 사용하는 경우에도 적용이 가능하다.
상기 배열 안테나(110)를 통하여 수신된 데이터는 상기 다중 채널 RF 하향 변환기(102)를 거친 후, 상기 적응 배열 수신기(104)로 입력된다. 상기 적응 배열수신기(104)는 역방향 빔 형성을 함과 동시에 수신 배열 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성한다. 이 때 기준 신호는 CDMA 시스템에서 의사잡음 코드나 모뎀으로부터 피드백받은 심벌을 이용하여 생성한다.
상기 상호 상관기(105)는 아래의 [수학식 1]에 의하여 상기 적응 배열 수신기(104)로부터 얻은 기준 신호와 측정 데이터를 곱하여 시간에 대하여 평균값을 구하여 각 사용자에 대한 수신 배열 응답 벡터를 추정한다.
여기서, x(n)은 n 번째 시간에 수신된 열벡터이고, di는 i 번째 사용자에 대한 기준 신호이다.
상기 수신부 오차 보정기(106)에서는 아래의 [수학식 2]에 표시되어 있듯이, 상기 상호 상관기(105)에서의 결과값, zi에 배열 수신부 오차 보정 계수, Hr -1을 곱한다. Hr -1은 대각 행렬로서, i 번째 행과 i 번째 열에 해당하는 원소는 배열 수신부에서 i 번째 수신기의 전달 함수의 역수이다.
상기 빔 형성 가중치 연산기(120)는 상기 수신부 오차 보정기(106)로부터 결과값 zi '를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬 구조로 구한다.
상기 송신부 오차 보정기(107)는 송신 신호가 상기 다중 채널 RF 상향 변환기(103)를 통과한 후, 배열 안테나 전단에서 순방향 빔 형성 가중치와 동일한 가중치를 가지도록 아래의 [수학식 3]에서처럼 순방향 빔 형성 가중치에 상기 송신부 오차 보정 계수 연산기(109)에서 구한 배열 송신부오차 보정 계수 Ht -1을 곱한다. Ht -1은 대각 행렬로서, i 번째 행과 i 번째 열에 해당하는 원소는 i 번째 송신 채널 전달 함수의 역수이다.
상기 적응 배열 송신기(130)는 상기 송신부 오차 보정기(107)로부터 결과값,wi '와 각 사용자에 대한 송신 데이터를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하여 상기 다중 채널 RF 상향 변환기(103)에 전달한다.
상기 수신부 오차 보정 계수 연산기(108)는 배열 수신부의 전달 함수를 추정하기 위한 장치로서 RF 톤 신호를 생성하여 상기 배열 안테나(110) 내부에 설치되어 있는 전력 분배기와 커플러를 통하여 상기 듀플렉서(101)를 통과한 후, 상기 다중 채널 RF 하향 변환기(102)로 주입한다. 또한 상기 수신부 오차 보정 계수 연산기(108)는 상기 다중 채널 RF 하향 변환기(102)를 거쳐 기저대역 디지털 신호로 변환된 톤 신호를 분석하여 상기 다중 채널 RF 하향 변환기(102)의 전달 함수를 추정하고, 상기 전달 함수의 역을 수신 오차 보정 계수로 활용한다.
상기 송신부 오차 보정 계수 연산기(109)는 배열 송신부의 전달 함수를 추정하기 위한 장치로서, 상기 적응 배열 송신기(130)에서 기저 대역 톤 신호를 빔 형성 가중치와 곱한 신호를 상기 다중 채널 RF 상향 변환기(103)에 주입하고, 이를 다시 상기 배열 안테나(110) 내부에 설치되어 있는 커플러와 스위치를 통하여 RF 톤 신호를 추출한다. 또한, 상기 송신부 오차 보정 계수 연산기(109)는 상기 추출된 RF 톤 신호를 다시 하향 변환하여 디지털로 변환하고 이를 분석하여 다중 채널 RF 상향 변환기(103)의 전달 함수를 추정하고, 상기 전달 함수의 역을 송신 오차 보정 계수로 활용한다.
도 2는 도 1에 도시된 빔 형성 가중치 연산기(120)의 구성도로서, 상기 빔형성 가중치 연산기(120)는 다수의 정규화기(201), 다수의 안테나 응답 변환기(202), 다수의 벡터 외적 연산기(203), 행렬 합산기(204), 역행렬 연산기(204) 및 다수의 행렬 곱셈기(206)로 구성된다.
먼저, 상기 다수의 정규화기(201)는 아래의 [수학식 4]에서처럼 수신단 오차가 보정된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 수신 배열 응답 벡터에서 페이딩 성분의 크기를 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 추정한다.
상기 안테나 응답 변환기(202)는 상기 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환한다. 일반적으로 FDD 시스템에서 수신 안테나 응답과 송신 안테나 응답은 서로 다른 벡터를 가진다. 따라서, 상기 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 과정이 필요하다.
이때, 벡터 상관 기법(Vector Correlation)으로 신호의 도래각을 추정하여 안테나 응답을 변환하는 한 예를 들면 다음과 같다. 벡터 상관 기법은 아래의 [수학식 5]와 같이 상기 수신 안테나 응답 벡터와 미리 측정 또는 계산을 하여 저장한 수신 배열 안테나 응답 벡터의 상관값을 모든 각도에 대하여 구하고 그 상관값의 크기를 임계치와 비교하여 신호 도래각을 획득하는 방법이다.
여기서, PVC(θ)는 각각의 각도에서 수신되는 신호의 세기를 나타낸 값이고, ar(θi)는 i 번째 각도에서의 수신 안테나 응답을 나타내는 열벡터이며, N은 안테나 응답을 측정한 각도 샘플의 개수이다.
일단, 신호 도래각을 추정하면, 송신 안테나 응답 벡터는 미리 저장해둔 송신 안테나 응답 테이블에서 상기 신호 도래각에 해당하는 벡터를 추출하는 방법으로 얻을 수 있다.
다른 예로, 안테나 응답 변환 행렬을 이용하여 아래의 [수학식 6]에 표시한 것과 같이 수신 안테나 응답 벡터,vr,i를 송신 안테나 응답 벡터 근사치로 변환하는 방법이 있다.
여기서, vt,i는 i 번째 각도에 대한 송신 안테나 응답 벡터이고, T는 상기 안테나 응답 변환 행렬로서, 미리 측정한 송신 안테나 응답 행렬과 수신 안테나 응답행렬을 이용하여 아래의 [수학식 7]과 같이 구할 수 있다.
여기서, Ar과 At는 각각 수신 안테나 응답 행렬과 송신 안테나 응답 행렬로서, i 번째 열벡터는 i 번째 각도에 대한 안테나 응답 벡터이다.
상기 벡터 외적 연산기(203)는 각 사용자에 대한 송신 안테나 응답 벡터와 자기 자신을 벡터 외적하여 사용자 별로 공간 상관 행렬을 구한다.
모든 사용자에 대한 송신 안테나 응답 벡터를 이용하여 다른 사용자가 위치한 방향으로 송신하는 전력을 줄이고, 원하는 사용자 방향으로 송신하는 전력을 높이는 순방향 빔 형성 가중치 연산 방법은 아래의 [수학식 8]을 이용한다.
여기서, Vt= [vt,1vt,2... vt,N]는 모든 사용자에 대한 송신 안테나 응답 벡터를 모아 만든 행렬이고, wi는 구하고자 하는 i 번째 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 나타내는 행벡터이며, wivt,j는 i 번째 사용자에 대한 신호가 j 번째 사용자가 위치한 방향으로 방사되는 신호의 크기와 위상을 나타내므로, ei는 i 번째 원소만 1이고, 나머지 원소는 모두 0인 N ×1 벡터로 설정한다. 또한, εi는 배열 안테나를 구성하는 방사 소자의 개수가 사용자 수보다 적은 경우, wiVt와 ei의 차이를 나타내는 열벡터이다. 따라서 i 번째 사용자가 위치한 방향으로 보내는 신호의 크기를 1로 하면서, 다른 사용자 방향으로 보내는 신호의 크기를 최소로 하는 i 번째 사용자에 대한 빔 형성 가중치는 아래의 [수학식 9]와 같다.
subject to wivi= 1
따라서, 구하고자 하는 wi는 아래의 [수학식 10]과 같이 표현된다.
여기서, R 은 공간 상관행렬로 모든 사용자에 대한 공간 상관 행렬과 잡음 행렬의 합으로 아래의 [수학식 11]과 같이 표현된다.
여기서, Rn은 잡음 행렬로서, 원하는 사용자 방향에서의 송신 안테나 이득이 지나치게 떨어지지 않도록 하여 RF 전력 증폭기의 효율을 증대시키기 위한 것으로 아래의 [수학식 12]와 같이 구한다.
여기서, vt,m은 m 번째 각도에 대한 송신 안테나 응답 열벡터이다. 각도 샘플은 섹터가 담당하는 전체 각도 범위에서 일정한 간격으로 추출한다. α는 잡음 성분의 크기를 나타내는 값으로 1보다 충분히 작은 값으로 한다.
상기 [수학식 11]에서 알 수 있듯이 모든 사용자에 대한 공간 상관 행렬은 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬의 합이므로 병렬 구조로 연산이 가능하다. 즉, 하나의 사용자 혹은 사용자 그룹별로 상기 정규화기(201), 안테나 응답 변환기(202) 및 벡터 외적 연산기(203)를 각각 따로 두어 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 구하고, 이들을 모두 합하여 모든 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 구하면 계산 시간을 줄일 수 있다.
상기 행렬 합산기(204)는 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬과 잡음 행렬을 모두 합하여 순방향 빔 형성 연산에 필요한 공간 상관 행렬, R 을 구한다. 상기 행렬 합산기(204)도 전체 사용자를 다수의 그룹으로 나누어 그룹별로 해당 사용자의 공간 상관 행렬을 합한 후 각 그룹에 대한 공간 상관 행렬을 합하는 것과 같이 병렬로 구현하는 것이 가능하다.
상기 역행렬 연산기(205)는 상기 공간 상관 행렬의 역행렬,R-1을 구한다.
상기 행렬 곱셈기(206)는 상기 [수학식 10]에서 표현한 것과 같이 각 사용자에 대한 빔 형성 가중치를 연산하여 상기 송신부 오차 보정기(107)로 전달한다.
도 3은 도 1에 도시된 적응 배열 송신기(130)의 구성을 나타낸 구성도로서, 상기 적응 배열 송신기(130)는 다수의 빔 형성기(301) 및 벡터 합산기(302)로 구성되어 있다.
각각의 단말기에게 송신하는 데이터는 상기 다수의 빔 형성기(301)에서 빔 형성 가중치 벡터와 곱해진다. 송신부 오차 보정 톤 신호는 상기 벡터 합산기(302)에서 각각의 단말기 송신 데이터 벡터와 합해진 후, 상기 다중 채널 RF 상향 변환기(103)로 전달된다. 이때, 상기 송신부 오차 보정 연산기(109)에서 출력된 상기 송신부 오차 보정용 톤 신호는 송신 채널 선택 벡터,wref와 곱해진 후 상기 벡터 합산기(302)로 전달된다. 송신 채널 선택 벡터는 톤 신호를 주입하고자 하는 채널에 해당하는 가중치를 1로 하고, 나머지는 모두 0으로 둔다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나와 배열 송수신부 오차 보정용 톤 신호를 주입하기 위한 장치의 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수신부 오차 보정 계수 연산기(108)는 오차 보정용 기저대역 톤 신호를 수신 RF 주파수 대역으로 변환하여 전력 분배기(112)와 커플러(115)를 통하여 듀플렉서(101)로 전달한다.
또한, 송신부 오차 보정 계수 연산기(109)는 송신 주파수 대역 오차 보정용 톤 신호를 커플러(114)와 스위치(113)을 통하여 추출한 후, 기저대역으로 다시 하향 변환한다. 또한, 상기 송신부 오차 보정 계수 연산기(109)는 상기 스위치(113)를 제어하여 특정 송신 채널에 대한 오차 보정 계수를 추정할 수 있도록 한다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명은 배열 안테나를 이용하여 기지국의 순방향 링크의 용량과 성능을 높이기 위한 것으로서, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 순방향 채널에 대한 정보없이 수신 배열 응답 벡터를 이용하여 송신 안테나 응답 벡터를 획득하는 방법을 제시하였다.
둘째, 빔 형성 가중치 연산을 병렬로 수행하는 방법을 제시하여 빔 형성 가중치 연산에 필요한 시간을 단축시켰다.
셋째, 원하는 사용자가 위치한 방향에서의 안테나 이득이 지나치게 떨어지는 것을 방지하여 RF 전력 증폭기의 최대 출력 사양을 낮추었다.

Claims (18)

  1. 수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 정규화 수단;
    상기 정규화 수단에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 안테나 응답 벡터 변환 수단;
    상기 안테나 응답 벡터 변환 수단으로부터 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 벡터 외적 수단;
    상기 벡터 외적 수단으로부터 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 행렬 합산 수단;
    상기 행렬 합산 수단으로부터 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 역행렬 연산 수단; 및
    상기 역행렬 연산 수단으로부터 입력받은 역행렬과 상기 안테나 응답 벡터 변환 수단으로부터 입력받은 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 행렬 곱셈기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 응답 벡터 변환 수단은,
    상기 정규화 수단에서 구한 수신 안테나 응답 벡터와 미리 측정 또는 계산을 하여 저장한 수신 배열 안테나 응답 벡터의 상관값을 모든 각도에 대하여 구하고, 그 상관값의 크기를 미리 지정한 임계값과 비교하여 신호 도래각을 획득하는 벡터 상관 기법(Vector Correlation)을 이용하여 송신 안테나 응답 벡터를 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 행렬 합산 수단은,
    각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬과 잡음 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 장치.
  4. 다수의 방사 소자와 RF 다중 채널 상하향 변환부 오차 보정을 위한 톤 신호 주입기를 포함하는 배열 안테나;
    상기 배열 안테나를 통하여 수신된 사용자 신호와 순방향 빔 형성 가중치를곱하여 만든 신호를 송신 RF 대역으로 상향 변환하는 RF 다중 채널 RF 상향 변환기;
    상기 다중 채널 RF 상향 변환기의 전달 함수를 추정하는 송신부 오차 보정 계수 연산기;
    상기 배열 안테나의 각각의 방사 소자에서 수신한 RF 신호를 하향 변환한 후, 디지털 신호로 변환하는 다중 채널 RF 하향 변환기;
    상기 다중 채널 RF 하향 변환기의 전달 함수를 추정하는 수신부 오차 보정 계수 연산기;
    상기 다중 채널 RF 하향 변환기로부터 변환된 디지털 신호를 입력받아 수신 안테나 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성하는 적응 배열 수신기;
    상기 적응 배열 수신기에서 생성한 기준 신호와 상기 배열 안테나로부터 수신된 측정 데이터를 상관하여 수신 배열 응답 벡터를 추정하는 상호 상관기;
    상기 상호 상관기에서 추정한 수신 배열 응답 벡터에 상기 수신부 오차 보정 계수 연산기에서 추정한 전달 함수의 역인 수신 오차 보정 계수를 곱하는 수신부 오차 보정기;
    상기 수신부 오차 보정기에서 수신 오차가 제거된 수신 배열 응답 벡터를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬로 구하는 빔 형성 가중치 연산기;
    상기 순방향 빔 형성 가중치에 상기 송신부 오차 보정 계수 연산기에서 추정한 전달 함수의 역인 송신 오차 보정 계수를 곱하여 상기 다중 채널 RF 상향 변환기의 전달 함수 오차를 제거하는 송신부 오차 보정기; 및
    상기 송신부 오차 보정기로부터 각각의 사용자별로 송신 데이터에 송신부 오차가 제거된 결과값을 입력받아 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하는 적응 배열 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적응 배열 수신기는,
    CDMA 시스템에서 의사 잡음 코드 또는 모뎀으로부터 피드백받은 심벌을 이용하여 기준 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치 연산기는,
    수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 정규화 수단;
    상기 정규화 수단에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 안테나 응답 벡터 변환 수단;
    상기 안테나 응답 벡터 변환 수단으로부터 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 벡터 외적 수단;
    상기 벡터 외적 수단으로부터 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 행렬 합산 수단;
    상기 행렬 합산 수단으로부터 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 역행렬 연산 수단; 및
    상기 역행렬 연산 수단으로부터 입력받은 역행렬과 상기 안테나 응답 벡터 변환 수단으로부터 입력받은 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 행렬 곱셈기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 안테나 응답 벡터 변환 수단은,
    상기 정규화 수단에서 구한 수신 안테나 응답 벡터와 미리 측정 또는 계산을 하여 저장한 수신 배열 안테나 응답 벡터의 상관값을 모든 각도에 대하여 구하고, 그 상관값의 크기를 미리 지정한 임계값과 비교하여 신호 도래각을 획득하는 벡터 상관 기법(Vector Correlation)을 이용하여 송신 안테나 응답 벡터를 구하는 것을특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 행렬 합산 수단은,
    각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬과 잡음 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 시스템.
  9. 수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서 구한 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 제 4단계;
    상기 제 4 단계에서 구한 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 제 5 단계; 및
    상기 제 5 단계에서 구한 역행렬과 상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 제 6 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 제 1 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터와 미리 측정 또는 계산을 하여 저장한 수신 배열 안테나 응답 벡터의 상관값을 모든 각도에 대하여 구한 후, 이 상관값의 크기를 미리 지정한 임계값과 비교하여 신호 도래각을 획득하는 벡터 상관 기법(Vector Correlation)을 이용하여 송신 안테나 응답 벡터를 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬과 잡음 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 가중치 연산 방법.
  12. 배열 안테나를 통하여 수신된 사용자 신호와 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 신호를 송신 RF 대역으로 상향 변환하는 제 1 단계;
    다중 채널 RF 상향 변환시 전달 함수를 추정하는 제 2 단계;
    상기 배열 안테나의 각각의 방사 소자에서 수신한 RF 신호를 하향 변환한 후, 디지털 신호로 변환하는 제 3 단계;
    다중 채널 RF 하향 변환시의 전달 함수를 추정하는 제 4 단계;
    상기 제 3 단계에서 변환된 디지털 신호를 입력받아 수신 안테나 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성하는 제 5 단계;
    상기 제 6 단계에서 생성한 기준 신호와 상기 배열 안테나로부터 수신된 측정 데이터를 상관하여 수신 배열 응답 벡터를 추정하는 제 7 단계;
    상기 제 7 단계에서 추정한 수신 배열 응답 벡터에 상기 제 4 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 수신 오차 보정 계수를 곱하는 제 8 단계;
    상기 제 8 단계에서 수신 오차가 제거된 수신 배열 응답 벡터를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬로 구하는 제 9 단계;
    상기 제 9 단계에서 구한 순방향 빔 형성 가중치에 상기 제 2 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 송신 오차 보정 계수를 곱하는 제 10 단계; 및
    상기 제 10 단계에서 각각의 사용자별로 송신 데이터에 송신부 오차가 제거된 결과값을 입력받아 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하는 제 11 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    CDMA 시스템에서 의사 잡음 코드 또는 모뎀으로부터 피드백받은 심벌을 이용하여 기준 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 9 단계는,
    수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 제 1 서브 단계;
    상기 제 1 서브 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답벡터로 변환하는 제 2 서브 단계;
    상기 제 2 서브 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 제 3 서브 단계;
    상기 제 3 서브 단계에서 구한 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 제 4 서브 단계;
    상기 제 4 서브 단계에서 구한 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 제 5 서브 단계; 및
    상기 제 5 서브 단계에서 구한 역행렬과 상기 제 2 서브 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 제 6 서브 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 서브 단계는,
    상기 제 1 서브 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터와 미리 측정 또는 계산을 하여 저장한 수신 배열 안테나 응답 벡터의 상관값을 모든 각도에 대하여 구하고, 그 상관값의 크기를 미리 지정한 임계값과 비교하여 신호 도래각을 획득하는벡터 상관 기법(Vector Correlation)을 이용하여 송신 안테나 응답 벡터를 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 4 서브 단계는,
    각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬과 잡음 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 구하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 이용한 대역 확산 CDMA 기지국 시스템의 순방향 빔 형성 방법.
  17. 컴퓨터에,
    수신부 전달 함수 성분이 제거된 수신 배열 응답 벡터를 정규화함으로써, 페이딩 성분을 제거하여 수신 안테나 응답 벡터를 구하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 구한 수신 안테나 응답 벡터를 송신 안테나 응답 벡터로 변환하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 입력받아 벡터 외적(outer product)을 이용하여 각 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 생성하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서 구한 공간 상관 행렬을 입력받아 각각의 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 모두 합하여 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬로 만드는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계에서 구한 전체 사용자에 대한 공간 상관 행렬을 입력받아 역행렬을 구하는 제 5 단계; 및
    상기 제 5 단계에서 구한 역행렬과 상기 제 2 단계에서 구한 송신 안테나 응답 벡터를 곱하여 순방향 빔 형성 가중치를 연산하는 제 6 단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  18. 컴퓨터에,
    배열 안테나를 통하여 수신된 사용자 신호와 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 신호를 송신 RF 대역으로 상향 변환하는 제 1 단계;
    다중 채널 RF 상향 변환시 전달 함수를 추정하는 제 2 단계;
    상기 배열 안테나의 각각의 방사 소자에서 수신한 RF 신호를 하향 변환한 후, 디지털 신호로 변환하는 제 3 단계;
    다중 채널 RF 하향 변환시의 전달 함수를 추정하는 제 4 단계;
    상기 제 3 단계에서 변환된 디지털 신호를 입력받아 수신 안테나 응답 벡터 추정에 필요한 기준 신호를 생성하는 제 5 단계;
    상기 제 6 단계에서 생성한 기준 신호와 상기 배열 안테나로부터 수신된 측정 데이터를 상관하여 수신 배열 응답 벡터를 추정하는 제 7 단계;
    상기 제 7 단계에서 추정한 수신 배열 응답 벡터에 상기 제 4 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 수신 오차 보정 계수를 곱하는 제 8 단계;
    상기 제 8 단계에서 수신 오차가 제거된 수신 배열 응답 벡터를 입력받아 모든 사용자에 대한 순방향 빔 형성 가중치를 병렬로 구하는 제 9 단계;
    상기 제 9 단계에서 구한 순방향 빔 형성 가중치에 상기 제 2 단계에서 추정한 전달 함수의 역인 송신 오차 보정 계수를 곱하는 제 10 단계; 및
    상기 제 10 단계에서 각각의 사용자별로 송신 데이터에 송신부 오차가 제거된 결과값을 입력받아 순방향 빔 형성 가중치를 곱하여 만든 벡터를 모두 합하는 제 11 단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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