KR100425132B1 - 에러 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 안테나가 구비된 이동통신 시스템에서 에러 보상 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 에러 보상 방법은 복수의 안테나와, 이 각각의 안테나에 대응되는 복수의 RF열이 구비된 이동통신 시스템에서, 동일 신호원의 신호로부터 각각의 RF열에 대응하는 복수의 분배기를 통하여 상기 안테나에 인가되어 출력되는 복수의 제1 출력신호를 생성하고, 상기 제 1 출력신호 가운데 두 신호를 선택하고, 이 두 신호에 대응하는 RF열을 교차하여 출력되는 두 개의 제2 출력신호를 생성한다. 그리고, 상기 선택된 제1 및 제2 출력신호를 조합하여 자기 상관 행렬을 생성하고, 상기 생성된 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 추정한다. 상기 고유 벡터들을 이용하여 다른 RF열에 대한 분배기의 상대 오차를 측정하여 분배기의 에러를 보상한다.

Description

에러 보상 방법{Error compensating method}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 안테나가 구비된 이동통신 시스템에서 에러 보상 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스마트 안테나 시스템은 송/수신 빔 형성을 하는데 있어서, 복수개의 안테나로부터 수신된 신호를 이용하여 빔 형성을 하게 된다. 이때, 각 RF열(Radion Frequency chain)을 통과하는 신호는 서로 다른 위상과 진폭 응답을 갖게 되고, 이를 보상하여야 단말기에서 기지국으로의 링크 수신 신호로부터 정확한 위치 정보를 추출할 수 있고, 이 정보를 바탕으로 기지국에서 단말기로의 링크(다운링크)의 빔 형성을 정확히 수행할 수 있다.

종래 기술은 하나의 공통된 신호원으로부터 분배기(Splitter)를 이용하여 기준이 되는 신호를 만들어내고, 이 신호로부터 분배기의 위상/진폭응답 특성을 구하고, 이로부터 RF 열의 위상/진폭응답 특성을 구하는데, RF 열의 숫자의 차수를 갖는 고유 방정식을 풀어 각 RF 열로부터의 응답특성을 보상하였다.

즉, 동일한 신호원으로부터 분배기를 거쳐 얻어진 신호가 RF 열에 입력되고, 이 신호를 기저대역으로 변환하여 각 RF 열의 분배기의 신호를 보정한 후, 각 RF 열에 신호를 보정한다. 이때, RF 열 신호의 보정시 안테나 개수만큼의 차수를 갖는 고유 방정식을 풀어서 고유치와, 고유 벡터를 구한 후, 이 값으로 각 RF 열의 신호를 보정한다.

이때, 종래의 기술은 배열 안테나의 신호를 수신하여, 그 수신된 신호를 이용하여 자기상관 행렬을 구성하고, 그 자기상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 구하는 과정이 필요하다.

상기 고유벡터를 구하기 위한 종래 방법은 크게 다음 두 가지가 있다.

첫째, N 차의 방정식을 풀어 고유치를 구한 후, 그에 따르는 고유벡터를 구하는 방법이다.

둘째, 적응 알고리즘을 이용하여 최대 고유치에 대응되는 고유벡터를 구하는방법이다.

이때, N 개의 안테나로 이루어진 배열 안테나를 사용한다고 가정하면(N 개의 안테나를 교정한다고 가정하면), 이 자기 상관 행렬의 차수는 N×N이 된다. 이 자기 상관행렬의 고유치를 정확히, 빨리 구하는 것은, 그 자체로도 어렵지만, N이 증가할수록(교정하려는 안테나의 개수가 늘어날수록) 고유 벡터를 구하기 위한 계산량이 기하급수적으로 늘어나게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 적은 계산량에 의한 에러 보상 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 복수의 안테나와, 이 각각의 안테나에 대응되는 복수의 RF열이 구비된 이동통신 시스템에서, 동일 신호원의 신호로부터 각각의 RF열에 대응하는 복수의 분배기를 통하여 상기 안테나에 인가되어 출력되는 복수의 제1 출력신호를 생성하고, 상기 제 1 출력신호 가운데 두 신호를 선택하고, 이 두 신호에 대응하는 RF열을 교차하여 출력되는 두 개의 제2 출력신호를 생성한다. 그리고, 상기 선택된 제1 및 제2 출력신호를 조합하여 자기 상관 행렬을 생성하고, 상기 생성된 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 추정한다. 상기 고유 벡터들을 이용하여 다른 RF열에 대한 분배기의 상대 오차를 측정하여 분배기의 에러를 보상한다.

도 1은 본 발명에 따른 어레이 하드웨어 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 분배기의 위상/진폭응답 측정을 위한 배치도의 일 예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 분배기의 위상/진폭응답 측정을 위한 배치도의 다른 예를 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : RF 신호 발생기

20 : 분배기

30 : 어레이 하드웨어

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 어레이 하드웨어 구성도이다.

본 발명은 기지국 스마트 안테나 RF 열의 위상/진폭응답 특성을 보상하기 위하여 도 1과 같은 구조로 RF 신호 발생기(10)에 의해 기준 신호를 발생시키고, 이 기준 신호로부터 얻은 응답을 측정하여 먼저 분배기(20)의 위상/진폭응답을 보상하고, 다음으로 어레이 하드웨어(30, RF 열)의 응답을 보상한다.

즉, 복수의 안테나와, 이 각각의 안테나에 대응되는 복수의 RF열이 구비된 이동통신 시스템에서, 동일 신호원의 신호로부터 각각의 RF열에 대응하는 복수의 분배기를 통하여 상기 안테나에 인가되어 출력되는 복수의 제1 출력신호를 생성하고, 상기 제 1 출력신호 가운데 두 신호를 선택하고, 이 두 신호에 대응하는 RF열을 교차하여 출력되는 두 개의 제2 출력신호를 생성한다. 그리고, 상기 선택된 제1 및 제2 출력신호를 조합하여 자기 상관 행렬을 생성하고, 상기 생성된 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 추정한다. 상기 고유 벡터들을 이용하여 다른 RF열에 대한 분배기의 상대 오차를 측정하여 분배기의 에러를 보상한다.

이때, 본 발명은 상기 두 개의 출력 신호에 관계되는 RF열 가운데 하나를 기준으로 하고, 상대 오차 측정을, 복수의 RF열 각각에 대하여 반복 수행한다. 그리고, 상기 기준 RF열에 대해 반복 수행하여 얻은 각각의 2차 고유벡터로부터 상기 복수의 RF열 수와 같은 크기의 자기상관행렬의 고유벡터를 추정한다.

상기 분배기(20)의 위상/진폭응답 보상 및 어레이 하드웨어(30, RF 열)의 응답을 보상은 다음 도 2 및 도 3을 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 분배기의 위상/진폭응답 측정을 위한 배치도의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 분배기의 위상/진폭응답 측정을 위한 배치도의 다른 예를 나타낸 도면이다.

상기 분배기의 에러 보정은 다음과 같다.

도 2에서와 같이 RF 신호 생성기-분배기-어레이 하드웨이(RF 열, RF Chain)를 연결한다. 본 발명에서는 가장 간단한 예인 두 개의 RF 열만을 사용하였다.

상기 RF 열의 출력 중에서 두 개의 출력 신호를 측정하여 자기 상관 행렬을 구성한다.

상기 자기 상관 행렬은 다음 수학식 1과, 수학식 2에 의해 나타낼 수 있다.

상기은 첫 번째 RF 열에서,은 r 번째 RF 열에서 측정한 신호의 응답이다. 여기서, k는 시간 인덱스이다.

도 3에서와 같이 RF 신호 발생기(70)-분배기(80)-어레이 하드웨어(90)(RF 열)를 연결한다. 마찬가지로, 두 개의 RF 열을 사용하였으며, 도 2와는 달리 분배기와 어레이 하드웨어에 연결되는 두 신호가 서로 교차되도록 연결한다.

상기 RF 열의 출력 신호를 측정하여 자기 상관 행렬을 구한다.

상기은 첫 번째 RF 열에서,은 r 번째 RF 열에서 측정한 신호의 응답이다. 여기서, k는 시간 인덱스이다.

상기 수학식 1과, 수학식 3에서 구한 자기 상관 행렬의, 최대 고유치에 대응되는 고유벡터를 구한다.(2×2 크기)

상기의 고유 벡터를,의 고유 벡터를이라 하자.

상기에서 구한 고유벡터를 다음 수학식 5, 수학식 6과 같이 정규화한다.

=

=

상기,은 고유 벡터,의 첫 번째 원소이다.

상기'의 둘째 항을 상기'의 둘째 항으로 나누어 다음 수학식 7의 값을 얻는다.

상기 수학식 7에서 얻은 값을 이용하여 다음 수학식 8의 값을 얻는다. 이것은 분배기의 상대적인 오차를 나타낸다.

또는

여기서, 상기는 위상의 두 가지 값 중 위상의 진폭(magnitude)이 작은 값으로 선택한다.

상기 분배기의 상대적 오차를 구하는 절차를 기준 안테나를 제외한 N-1 개의 RF 열(어레이 하드웨어)에 대해 행하여, 기준 안테나에 연결된 분배기와, 다른 안테나에 연결된 분배기와의 상대적인 오차를 알아낸다.

기준 안테나를 제외한 N-1 개의 안테나에 대한 분배기의 상대적 오차들을 이용하여 분배기의 상대적 오차를 다음 수학식 9와 같이 보정한다.

다음 절차는 RF 열의 에러 보정 방법을 설명하기로 한다.

분배기의 에러는 상기 제1 실시예 절차를 통해 완벽히 보정되었다고 가정한다.

도 2에서와 같이 RF 신호 생성기(40)-분배기(50)-어레이 하드웨어(60)(RF 열)를 연결한다.

RF 열의 출력 신호를 측정하여 자기 상관 행렬을 구한다. 여기서도, 두 개의 RF 열만을 연결하여 2×2 크기의 자기 상관 행렬을 구한다.

상기은 첫 번째 RF 열에서,은 r 번째 RF 열에서 측정한 신호의 응답이다. 여기서, k는 시간 인덱스이다.

상기 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 구한다.

의 최대 고유 벡터를라 하자.

상기에서 구한 고유 벡터를 다음 수학식 12와 같이 정규화한다.

=

상기 정규화된 고유 벡터의 첫 번째 항의 값이, r 번째 RF 열의 에러를 보정하기 위한 값이다.

기준 안테나의 RF 열을 제외한, N-1 개의 RF 열에 대해서 상기의 동작을 반복하여 RF 열을 보정하기 위한 값을 구한다.

상기 RF 열의 에러를 보정하기 위한 N×N 크기의 보정 벡터를, 상기 2×2 행렬 N-1 개를 이용하여 구한 값으로부터 다음과 같이 재구성한다.

상기 RF 열의 에러를 다음과 같이 보정한다.

배열 안테나에서 수신된 N×N 크기의 신호 벡터를이라고 하면, 배열 안테나 하드웨어에서 일어나는 진폭응답(amplitude), 위상 에러가 보정된 신호는 다음 수학식 14와 같다.

한편, 상기에서 2×2 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 구하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 2×2 행렬을 다음과 같이 정의한다.

상기 행렬의 최대 고유치는 다음 수학식 16과 같다.

상기 최대 고유치에 대응되는 최대 고유 벡터는 다음 수학식 17과 같다.

또는

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 N×N 크기의 자기 상관행렬을 구성하지 않고, 고유치와 고유벡터를 쉽게 구할 수 있는, N-1 개의 2×2 행렬을 이용함으로써 최대 고유벡터를 구한 후, N×N 크기 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 합성하여, 적은 계산량으로 정확한 고유벡터를 구함으로써, 실제 배열 안테나를 사용한 통신 시스템에서, RF 열에서 일어나는 에러를 정확히 간단한 방법으로 보정할 수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (3)

1. 복수의 안테나와, 이 각각의 안테나에 대응되는 복수의 RF열이 구비된 이동통신 시스템에서,

   동일 신호원의 신호로부터 각각의 RF열에 대응하는 복수의 분배기를 통하여 상기 안테나에 인가되어 출력되는 복수의 제1 출력신호를 생성하는 단계;

   상기 제 1 출력신호 가운데 두 신호를 선택하고, 이 두 신호에 대응하는 RF열을 교차하여 출력되는 두 개의 제2 출력신호를 생성하는 단계;

   상기 선택된 제1 및 제2 출력신호를 조합하여 자기 상관 행렬을 생성하는 단계와;

   상기 생성된 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 대응되는 고유 벡터를 추정하는 단계;

   상기 고유 벡터들을 이용하여 다른 RF열에 대한 상대 오차를 측정하여 에러를 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에러 보상 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 두 개의 출력 신호에 관계되는 RF열 가운데 하나를 기준으로 하고, 상대 오차 측정을 복수의 RF열 각각에 대하여 반복 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에러 보상 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 RF열에 대해 반복 수행하여 얻은 각각의 2차고유벡터로부터 상기 복수의 RF열 수와 같은 크기의 자기상관행렬의 고유벡터를 추정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에러 보상 방법.