KR100383415B1 - 스위칭 빔 안테나 시스템 - Google Patents

스위칭 빔 안테나 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100383415B1
KR100383415B1 KR10-2000-0077669A KR20000077669A KR100383415B1 KR 100383415 B1 KR100383415 B1 KR 100383415B1 KR 20000077669 A KR20000077669 A KR 20000077669A KR 100383415 B1 KR100383415 B1 KR 100383415B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signals
signal
output
transmission
outputting
Prior art date
Application number
KR10-2000-0077669A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010016529A (ko
Inventor
이세한
Original Assignee
주식회사 지티앤티
주식회사 에이티넷
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 지티앤티, 주식회사 에이티넷 filed Critical 주식회사 지티앤티
Priority to KR10-2000-0077669A priority Critical patent/KR100383415B1/ko
Publication of KR20010016529A publication Critical patent/KR20010016529A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100383415B1 publication Critical patent/KR100383415B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H01Q3/2611—Means for null steering; Adaptive interference nulling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2682—Time delay steered arrays

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국에서 지향성 안테나를 이용하여 데이터를 송신 및 수신시에 동일한 안테나의 방향 및 빔폭을 갖도록 하는 스위칭 빔 안테나 시스템에 관한 것이다.
이동통신 기지국에서 복수개의 빔으로 송신할 때 이동단말기의 레이크 수신기에서 시간 다이버시티가 수행될 수 있도록 각 빔으로 송신되는 신호의 시간지연을 주어 송신성능을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서, 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자와, 상기 다수개의 안테나소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기와, 상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와, 상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터와,상기 다수의 정합필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기와,상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와, 상기 수신 빔 스위치로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀과, 상기 CDMA모뎀으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자와, 상기 다수의 지연소자로부터 서로 다른 시간으로 지연된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치와, 상기 송신 빔 스위치로부터 선택 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서로 각각 출력하는 다수의 송신기로 구성함을 특징으로 한다.

Description

스위칭 빔 안테나 시스템{SWITCHING BEAM ANTENA SYSTEM}
본 발명은 스위칭 빔 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신 기지국에서 지향성 안테나를 이용하여 데이터를 송신 및 수신시에 동일한 안테나의 방향 및 빔폭을 갖도록 하는 스위칭 빔 안테나 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 기지국에 사용되는 안테나 시스템은 적응배열 안테나 시스템과 스마트 안테나 시스템이 있다. 이러한 적응배열 안테나 시스템 또는 스마트 안테나 시스템은 복수개의 안테나 소자로 이루어진 배열안테나와 각 안테나 소자에 연결되는 송수신기 및 빔서형을 위한 신호처리부로 구성되어 있다.
종래의 적응배열 안테나 시스템은 대한민국에서 1998월 7월 28일자로 출원되어 공개된 공개번호 2000-009562호에 개시되어 있다. 상기 공개번호 2000-009592호에는 수신된 신호로부터 빔을 형성하기 위한 가중치를 구하여 디지털 빔 성형을 수행하고, 빔 성형기의 출력을 레이크 수신기(RAKE RECEIVER)에 입력시키거나 레이크 수신기의 복수개의 핑거(FINGER) 각 입력에 독립적인 빔 성형기를 사용하여 다중경로를 통해 시간차이를 두고 수신되는 신호에 대하여 빔 성형이 이루어져 시간 다이버시티(Time Diversity)가 수행되도록 하는 방식이다. 이러한 방식은 일정시간 마다 최적 빔을 형성하기 위한 가중치를 계산하여야 하기 때문에 기저대역 처리부의 계산량이 증가되는 문제가 있었다.
또한 수신신호를 이용하여 계산한 최적 가중치가 송신의 경우에도 역시 최적하다는 보장을 할 수 없으며, 특히 상이한 주파수 대역으로 송신과 수신을 수행하는 주파수 분할 다중(Frequency Division Duplexing)방식에서 수신신호를 이용하여 계산한 최적 가중치가 송신의 경우에 최적의 빔을 형성하기 어려운 문제가 있었다.
한편 적응배열 안테나 시스템과 상이한 종래의 스마트 안테나 시스템이 대한민국에 1998년 11월 27자로 출원되어 공개된 공개번호 2000-034151호에 개시되어 있다. 공개번호 2000-034151호에서는 수신신호가 여러 각도로 분산되어 수신될 때 임계치 이상의 수신전력을 갖는 안테나 방향의 신호를 모두 수신하여 역확산을 수행하여 신호를 안정적으로 수신할 수 있도록 하고 있다. 그러나 공개번호 2000-034151호에서도 수신시의 최적의 가중치를 계산하지 않고 안테나를 원하는 사용자의 방향으로 최적의 빔을 형성하여 신호를 수신할 수 있으나 송신의 경우에는 최적의 빔을 형성할 수 없는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이동통신 기지국에서 지향성을 갖는 안테나소자를 이용하여 공간필터링에 의한 가중치 계산을 하지 않고 송신 시 최적의 빔을 형성하여 신호를 송신할 수 있는 스위칭 빔 안테나 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 경로에 의한 페이딩에 대하여 레이크 수신기의 시간다이버시티 효과를 통해 수신성능을 향상시킬 수 있는 스위칭 빔 안테나 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 기지국에서 복수개의 빔으로 송신할 때 이동단말기의 레이크 수신기에서 시간 다이버시티가 수행될 수 있도록 각 빔으로 송신되는 신호의 시간지연을 주어 송신성능을 향상시킬 수 있는 스위칭 빔 안테나 시스템을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 빔 안테나 시스템의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나 소자의 4개의 빔패턴 구조도
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 스위칭 안테나 시스템 구성도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10-1~10-n: 다수의 안테나소자 20: 버틀러 빔 성형기
30-1~30-n: 다수의 듀플렉서 40-1~40-n: 다수의 수신기
50-1~50-n: 다수의 정합필터 60: 수신 빔 스위치
70: 빔 스위치 제어기 80: CDMA 모뎀
90-1~90-k: 다수의 지연소자 100: 송신 빔 스위치
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서, 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자와, 상기 다수개의 안테나소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기와, 상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와, 상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터와, 상기 다수의 정합필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와, 상기 수신 빔 스위치로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀과, 상기 CDMA모뎀으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자와, 상기 다수의 지연소자로부터 서로다른 시간으로 지연된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치와, 상기 송신 빔 스위치로부터 선택 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서로 각각 출력하는 다수의 송신기로 구성함을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서, 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자와, 상기 다수개의 안테나소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기와, 상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와, 상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터와,상기 다수의 정합필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와, 상기 수신 빔 스위치로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀과, 상기 CDMA모뎀으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자와, 상기 다수의 지연소자로부터 서로 다른 시간으로 지연된 k개의 신호를 받아 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 아날로그 송신 빔스위치로 각각 출력하는 다수의 송신기와, 상기 다수의 송신기로부터 출력된 아날로그 송신신호를 받아 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 상기 다수의 듀플렉서로 출력하는 송신 빔 스위치로 구성함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 빔 안테나 시스템의 구성도로서,
다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)와, 상기 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기(20)와, 상기 버틀러 빔 성형기(20)로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기(102-1~102-n)로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)와, 상기 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기(40-1~40-n)와, 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터(50-1~50-n)와, 상기 다수의 정합필터(50-1~50-n)로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기(70)와, 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기(70)로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치(60)와, 상기 수신 빔 스위치(60)로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀(80)과, 상기 CDMA모뎀(80)으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자(90-1~90-k)와, 상기 다수의 지연소자(90-1~90-k)로부터 서로 다른 시간으로 지연된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치(100)와, 상기 송신 빔 스위치(100)로부터 선택 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 각각 출력하는 다수의 송신기(102-1~102n)로 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나 소자의 4개의 빔패턴 구조도이다.
상술한 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예의 동작을 상세히 설명한다.
이동통신 기지국에서 신호를 수신하는 동작을 설명하면,
다수개의 안테나소자(10-1~10-n)는 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열되어 있으며, 공중을 통해 무선으로 송신된 신호를 수신한다. 이때 버틀러 빔 성형기(20)는 상기 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 인가한다. 이때 n=2L이 되며, L = 1, 2, 3, ....으로 정해진다. 다수의 안테나소자((10-1~10-n)는 반파장 간격으로 직선상에 배열되고, n=4일 때 버틀러 빔 성형기(20)에 의해 도 2와 같은 4개의 빔 패턴을 형성한다. 도 2를 보면 대략 120。범위에 4개의 빔이 형성되며, 360。에 대해서는 이러한 배열의 안테나와 버틀러 빔 성형기 3개가 필요하다. 그리고 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)는 상기 버틀러 빔 성형기(20)로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역 필터링하여 다수의 수신기(40-1~40-n)로 인가한다. 다수의 수신기(40-1~40-n)는 상기 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환 출력하여 다수의 수신 빔 스위치(60)와 다수의 정합필터(50-1~50-n)로 인가한다. 다수의 정합필터(50-1~50-n)는 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 CDMA모뎀(80)으로부터 제공되는 확산부호를 이용하여역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 빔 스위치 제어기(70)로 인가한다. 상기 빔스위치 제어기(70)는 상기 다수의 정합필터(50-1~50-n)로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 생성하며, 수신 빔 선택신호를 수신빔 스위치(60)로 인가하고, 송신 빔 선택신호를 송신빔 스위치(100)로 인가한다. 상기 수신빔 스위치(60)는 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기(70)로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 라인(103-1~103n)을 통해 CDMA모뎀(80)으로 인가한다. CDMA 모뎀(80)은 상기 수신 빔 스위치(60)로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 기저대역의 CDMA신호로 복조하여 라인(104-1)을 통해 출력한다. 이때 CDMA모뎀(80)은 레이크(RAKE)수신기를 포함하고 있는데, 상기 수신 빔 스위치(60)로부터 선택 출력된 m개의 신호는 CDMA모뎀(80)내에 존재하는 레이크(RAKE)수신기내의 핑거의 수와 수신신호의 세기로 결정된다. 즉, m개의 최대값은 레이크 수신기의 핑거수와 같으며, 핑거 수 이상일 경우 의미가 없다. 따라서 상기 빔 스위치 제어기(70)는 신호의 세기가 가장 큰 빔을 찾고 그와 비교할 때 일정범위 내의 세기를 갖는 빔이 있으면 최대 m개까지 선택하도록 수신 빔 선택신호를 출력하고, 그렇지않으면 가장 큰 세기의 신호가 검출된 빔 1개만을 선택하도록 한다. 예를들어 핑거가 4개인 레이크 수신기의 경우 m=1일 때 모든 핑거로 이 신호를 인가하고, m=2일 때 각각 2개의 핑거에 신호를 인가한다. 또 m=4일 때 각 핑거에 신호를 1개씩 할당한다. 이때 신호가 수신되는 시간에 대하여 CDMA모뎀(80)으로 인가되고, 그 이후의 레이크 수신기의 동작은 일반적인 시간 다이버시티의 최대비 결합(Maximum Ratio Combining)과 동일하다.
이동통신 기지국에서 신호를 송신하는 동작을 설명하면,
라인(104-2)을 통해 입력되는 송신하기 위한 기저대역신호는 CDMA모뎀(80)에서 CDMA신호로 확산 변조되어 라인(104-3)을 통해 다수의 지연소자(90-1~90-k)로 인가된다. 상기 다수의 지연소자(90-1~90-k)는 상기 CDMA모뎀(80)으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 송신 빔 스위치(100)로 인가한다. 이때 상기 서로다른 각 지연시간은 빔스위치 제어기(70)에서 수신신호의 시간 정보를 이용하여 수신신호의 각 빔 방향의 시간차에 확산 부호의 칩 구간시간의 정수배를 더한 값으로 결정하여 상기 다수의 지연소자(90-1~90-k)로 인가한다. 수신신호의 각 빔 방향의 시간차에 확산 부호의 칩 구간시간의 정수배를 더하는 것은 만일 2개의 경로를 통한 신호가 동일 위상으로 단말기에 수신될 가능성이 거의 없으며, 특히 주파수 분할 다중화(Frequency Division Duplexing)방식에서는 불가능에 가깝기 때문이다. 이러한 도착 시간의 차이가 칩 구간이내일 경우는 신호간에 간섭을 발생시키지만 칩 구간이상이 될 때에는 레이크 수신기에서 시간 다이버시티가 가능하다. 따라서 지연시간은 이동단말기의 레이크 수신기에서 최대비 결합이 가능한 범위에서 정해진다. 또 k는 이동단말의 레이크 수신기의 핑거수 이상이 될 수 없다. 수신빔 스위치(60)에서 선택되는 신호의 최대개수 m과 송신 빔 스위치(100)에서 선택되는 최대 개수 k의 이러한 제약은 기지국과 이동국의 레이크 수신기를 재 설계하지 않고 그래로 사용하기 위한 것이다.
한편 송신빔 스위치(100)는 저 전력용 디지털 스위치로 구성되어 있으며, 상기 다수의 지연소자(90-1~90-k)로부터 서로 다른 시간으로 지연된 k개의 신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 다수의 송신기(102-1~102-n)로 인가한다. 이때 다수의 송신기(102-1~102-n)는 상기 송신 빔 스위치(100)로부터 선택 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하고, 필터링하여 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 인가한다. 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)는 다수의 송신기(102-1~102-n)로부터 출력된 다수의 송신신호를 송신 주파수대역으로 필터링하여 송신하도록 스위칭 출력하여 다수의 안테나소자(10-1~10-n)를 통해 방사하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 k<n이며, 송신기를 n개 구비하는 것은 n-k개의 사용이 되지 않는 송신기가 있다는 의미이므로 사용되지 않는 송신기를 낭비를 초래한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 스위칭 안테나 시스템 구성도이다.
다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)와, 상기 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자(10-1~10-n)를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기(20)와, 상기 버틀러 빔 성형기(20)로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기(102-1~102-n)로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)와, 상기 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기(40-1~40-n)와, 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터(50-1~50-n)와, 상기 다수의 정합필터(50-1~50-n)로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기(70)와, 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기(70)로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치(60)와, 상기 수신 빔 스위치(60)로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀(80)과, 상기 CDMA모뎀(80)으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자(105-1~105-k)와, 상기 다수의 지연소자(105-1~105-k)로부터 서로 다른 시간으로 지연된 k개의 신호를 받아 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 아날로그 송신 빔스위치(107)로 각각 출력하는 다수의 송신기(106-1~106-k)와, 고전력용 아날로그 스위치로 구성되어 있으며, 상기 다수의 송신기(106-1~106-k)로부터 출력된 아날로그 송신신호를 받아 상기 빔스위치 제어기(70)의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 상기 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 출력하는 아날로그 송신 빔 스위치(107)로 구성되어 있다.
상술한 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 다른 실시예의 동작을 상세히 설명한다.
이동통신 기지국에서 신호를 수신하는 동작은 도 1과 동일하므로 그 설명을 생략한다.
그리고 이동통신 기지국에서 신호를 송신하는 동작을 설명하면,
라인(104-2)을 통해 입력되는 송신하기 위한 기저대역신호는 CDMA모뎀(80)에서 CDMA신호로 확산 변조되어 라인(104-3)을 통해 다수의 지연소자(105-1~105-k)로 인가된다. 상기 다수의 지연소자(105-1~105-k)는 상기 CDMA모뎀(80)으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 아날로그 송신 빔 스위치(107)로 인가한다. 이때 상기 서로 다른 각 지연시간은 빔스위치 제어기(70)에서 수신신호의 시간 정보를 이용하여 수신신호의 각 빔 방향의 시간차에 확산 부호의 칩 구간시간의 정수배를 더한 값으로 결정하여 상기 다수의 지연소자(105-1~105-k)로 인가한다. 수신신호의 각 빔 방향의 시간차에 확산 부호의 칩 구간시간의 정수배를 더하는 것은 만일 2개의 경로를 통한 신호가 동일 위상으로 단말기에 수신될 가능성이 거의 없으며, 특히 주파수 분할 다중화(Frequency Division Duplexing)방식에서는 불가능에 가깝기 때문이다. 이러한 도착 시간의 차이가 칩 구간이내일 경우는 신호간에 간섭을 발생시키지만 칩 구간이상이 될 때에는 레이크 수신기에서 시간 다이버시티가 가능하다. 따라서 지연시간은 이동단말기의 레이크 수신기에서 최대비 결합이 가능한 범위에서 정해진다. 또 k는 이동단말의 레이크 수신기의 핑거수 이상이 될 수 없다. 수신빔 스위치(60)에서 선택되는 신호의 최대개수 m과 송신 빔 스위치(107)에서 선택되는 최대 개수 k의 이러한 제약은 기지국과 이동국의 레이크 수신기를 재 설계하지 않고 그래로 사용하기 위한 것이다.
한편 다수의 송신기(106-1~106-n)는 상기 다수의 지연소자(105-1~105-k)로부터 서로 다른 시간으로 지연된 n개의 신호를 아날로그신호로 변환하고, 필터링하여 업 컨버젼한 후 증폭하여 아날로그 송신 빔 스위치(107)로 인가한다. 아날로그 송신 빔 스위치(107)는 다수의 송신기(106-1~106-k)로부터 출력된 k개의 아날로그 송신신호를 받아 상기 빔스위치 제어기(70)의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 인가한다. 이때 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)는 다수의 송신기(106-1~106-n)로부터 출력된 다수의 송신신호를 송신 주파수대역으로 필터링하여 송신하도록 스위칭 출력하여 다수의 안테나소자(10-1~10-n)를 통해 방사하도록 한다.
따라서 본 발명은 공간적으로 신호가 전달되는 방향을 탐색하여 폭이 좁은 빔으로 전송하기 때문에 공간 필터링 효과를 얻을 수 있으며, 타 사용자의 간섭을 억제할 수 있다. 그리고 송신기로부터 송신신호를 받아 빔 성형이 이루어지도록 하는 구조를 갖기 때문에 각 송신기의 위상 및 진폭 특성이 상이하여도 빔 패턴의 형성에 영향을 주지 않는다.
상술한 바와 같이 본 발명은 이동통신 기지국에서 지향성을 갖는 안테나소자를 이용하여 공간필터링에 의한 가중치 계산을 하지 않고 송신 시 최적의 빔을 형성하여 송신 효율을 향상시킬 수 있고, 다중 경로에 의한 페이딩에 대하여 레이크 수신기의 시간 다이버시티 효과를 통해 수신성능을 향상시킬 수 있으며, 이동통신 기지국에서 복수개의 빔으로 송신할 때 이동단말기의 레이크 수신기에서 시간 다이버시티가 수행될 수 있도록 각 빔으로 송신되는 신호의 시간지연을 주어 송신성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서,
    다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자와,
    상기 다수개의 안테나소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기와,
    상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와,
    상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와,
    상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터와,
    상기 다수의 정합필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기와,
    상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와,
    상기 수신 빔 스위치로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀과,
    상기 CDMA모뎀으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자와,
    상기 다수의 지연소자로부터 서로 다른 시간으로 지연된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치와,
    상기 송신 빔 스위치로부터 선택 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서로 각각 출력하는 다수의 송신기로 구성함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스위치 제어기는 상기 수신신호의 세기가 가장 큰 빔을 검출하고, 상기 검출된 수신신호의 세기가 가장큰 빔과 비교하여 설정된 범위내의 세기를 갖는 빔이 존재할 시 최대로 레이크 수신기의 핑거수만큼의 설정된 범위의 세기를 갖는 빔을 선택되도록 제어하고, 상기 설정된 범위내의 세기를 갖는 빔이 존재하지 않을 경우 상기 수신신호의 세기가 가장 큰 빔 하나를 선택하도록 제어함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CDMA모뎀은 레이크 수신기를 포함하고 있으며, 상기 레이크 수신기는 상기 수신 빔 스위치로부터 수신된 신호를 핑거에 할당하여 시간 다이버시티의 최대비 결합이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔스위치 제어기는 수신신호의 시간 정보를 이용하여 수신신호의 각 빔 방향의 시간차에 확산 부호의 칩 구간시간의 정수배를 더한 값으로 서로 다른 지연시간을 결정하여 상기 다수의 지연소자로 각각 인가함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송신 빔 스위치는 저 전력용 디지털 스위치로 구성함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  6. 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서,
    다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나소자와,
    상기 다수개의 안테나소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나소자를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기와,
    상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신신호를 대역필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신신호를 대역필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와,
    상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신대역신호를 각각 다운 컨버젼하여 I채널신호 Q채널의 기저대역신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와,
    상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털신호를 받아 확산부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합필터와,
    상기 다수의 정합필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택신호를 출력하는 빔스위치 제어기와,
    상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와,
    상기 수신 빔 스위치로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA모뎀과,
    상기 CDMA모뎀으로부터 변조된 CDMA신호를 상기 빔스위치 제어기의 지연시간 제어신호에 의해 서로 다른 시간으로 지연시켜 출력하는 다수의 지연소자와,
    상기 다수의 지연소자로부터 서로 다른 시간으로 지연된 k개의 신호를 받아 아날로그신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 아날로그 송신 빔스위치로 각각 출력하는 다수의 송신기와,
    상기 다수의 송신기로부터 출력된 아날로그 송신신호를 받아 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 상기 다수의 듀플렉서로 출력하는 송신 빔 스위치로 구성함을 특징하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 빔 스위치 제어기는 상기 수신신호의 세기가 가장 큰 빔을 검출하고, 상기 검출된 수신신호의 세기가 가장큰 빔과 비교하여 설정된 범위내의 세기를 갖는 빔이 존재할 시 최대로 레이크 수신기의 핑거수만큼의 설정된 범위의 세기를 갖는 빔을 선택되도록 제어하고, 상기 설정된 범위내의 세기를 갖는 빔이 존재하지 않을 경우 상기 수신신호의 세기가 가장 큰 빔 하나를 선택하도록 제어함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 CDMA모뎀은 레이크 수신기를 포함하고 있으며, 상기 레이크 수신기는 상기 수신 빔 스위치로부터 수신된 신호를 핑거에 할당하여 시간 다이버시티의 최대비 결합이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 빔스위치 제어기는 수신신호의 시간 정보를 이용하여 수신신호의 각 빔 방향의 시간차에 확산 부호의 칩 구간시간의 정수배를 더한 값으로 서로 다른 지연시간을 결정하여 상기 다수의 지연소자로 각각 인가함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.
KR10-2000-0077669A 2000-12-18 2000-12-18 스위칭 빔 안테나 시스템 KR100383415B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0077669A KR100383415B1 (ko) 2000-12-18 2000-12-18 스위칭 빔 안테나 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0077669A KR100383415B1 (ko) 2000-12-18 2000-12-18 스위칭 빔 안테나 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010016529A KR20010016529A (ko) 2001-03-05
KR100383415B1 true KR100383415B1 (ko) 2003-05-12

Family

ID=19703186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0077669A KR100383415B1 (ko) 2000-12-18 2000-12-18 스위칭 빔 안테나 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100383415B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100735345B1 (ko) * 2001-08-13 2007-07-04 삼성전자주식회사 이동 통신 시스템에서 하향 링크 공용 물리 채널 상태에따른 송신 안테나 빔 패턴 할당 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07336129A (ja) * 1994-06-07 1995-12-22 Nec Corp 送受信装置
JPH0974372A (ja) * 1995-09-04 1997-03-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd スペクトラム拡散無線伝送受信装置
JPH11266180A (ja) * 1998-03-18 1999-09-28 Fujitsu Ltd 無線基地局のアレーアンテナシステム
KR20000045985A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 고학림 씨디엠에이 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용레이크 수신기
KR20020037103A (ko) * 2000-11-13 2002-05-18 조정남 이동 통신 시스템의 복수 사용자 간섭 제거 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07336129A (ja) * 1994-06-07 1995-12-22 Nec Corp 送受信装置
JPH0974372A (ja) * 1995-09-04 1997-03-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd スペクトラム拡散無線伝送受信装置
JPH11266180A (ja) * 1998-03-18 1999-09-28 Fujitsu Ltd 無線基地局のアレーアンテナシステム
KR20000045985A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 고학림 씨디엠에이 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용레이크 수신기
KR20020037103A (ko) * 2000-11-13 2002-05-18 조정남 이동 통신 시스템의 복수 사용자 간섭 제거 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010016529A (ko) 2001-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9270327B2 (en) Interference cancellation in a spread spectrum communication system
US7684469B2 (en) Code division multiple access transmission antenna weighting
KR100784453B1 (ko) 이동 통신 시스템의 송수신기 및 이동 통신 시스템의 송수신기의 송수신 방법
JP2003264501A (ja) 適応アンテナ基地局装置
US7394799B2 (en) Apparatus and method using smart antenna in FDD wireless communication system
WO2004028037A1 (ja) 無線通信システム
KR20060136320A (ko) 이동 통신 시스템의 송수신기
JP2004297750A (ja) 無線通信システム
KR20010101135A (ko) 무선 기지국 장치, 통신 단말 장치 및 무선 송신 방법
JP2001069041A (ja) デジタル無線リンクを提供する装置、通信システム、動作させる方法、受信機及びサーチャー。
JP2002077010A (ja) 基地局装置および無線受信方法
WO2003098855A1 (fr) Dispositif et procede de recherche de trajets, dispositif de reception sous forme d&#39;antenne reseau mettant en application ce procede
CN101471709A (zh) 智能天线发射分集方法和装置
KR100383415B1 (ko) 스위칭 빔 안테나 시스템
JP2003152610A5 (ko)
JPH08172390A (ja) 移動無線通信方式
KR20060020986A (ko) 위상변조 송신 다이버시티 기능을 가지는 스위칭 빔안테나 시스템
JP3669304B2 (ja) 指向性制御アンテナ装置
Tan et al. Performance of ultra-wideband time-hopping spread spectrum impulse radio systems with antenna array
KR20030090173A (ko) 시간 지연 특성을 갖는 공간-시간 송신 다이버시티 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130426

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140425

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee