KR100428758B1

KR100428758B1 - 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100428758B1
Application number: KR10-2001-0053198A
Authority: KR
Inventors: 유차희
Original assignee: 주식회사 현대시스콤
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2004-04-30
Also published as: KR20030019840A

Abstract

본 발명은 기존의 모뎀과 빔형성을 적용한 모뎀을 함께 사용하여 선택적인 빔형성 서비스가 가능하도록 한 스마트안테나를 사용한 이동통신 기지국에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 다수개 설치되어 원하는 방향의 신호를 선택적으로 송수신하는 스마트안테나와, 스마트안테나와 연결되어 입력되는 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 출력하는 아날로그변환기와, 아날로그변환기와 연결되어 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 디지털변환기와, 상기 디지털변환기에 연결되어 음성이나 저속의 데이터를 처리하는 모뎀을 구비한 이동통신 기지국에 있어서, 상기 디지털변환기에 연결되어 고속의 통신 데이터만을 별도로 처리하는 빔형성모뎀을 포함하여 구성되어져, 사용자가 음성, 저속의 데이터, 고속의 데이터 등 기지국과 다양한 통신을 할때, 각 사용자의 특성에 따라서 이원화된 모뎀을 통하여 선택적으로 빔형성을 수행함으로써 기지국의 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동통신 기지국의 빔형성 제어장치 및 그 방법{Controller for Beam Forming in Mobile Communication System and Method Therefor}

본 발명은 이동통신시스템의 기지국에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 모뎀과 빔형성을 적용한 모뎀을 함께 사용하여 선택적인 빔형성 서비스가 가능하도록 한 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신은 사람, 자동차, 선박, 열차, 항공기등 이동체를 대상으로 하는 통신으로, 이동전화(휴대전화, 차량전화), 항만전화, 항공기전화, 이동공중전화(열차, 유람선, 고속버스 등에 설치), 무선호출, 무선전화, 위성이동통신, 아마추어무선, 어업무선 등이 있다.

한편, 차세대 이동통신에서는 음성통신보다는 데이터 통신의 비중이 더욱 증가할 예정이다. 데이터 통신은 음성통신보다 더 많은 데이터가 빠른 시간에 전송되어질 것을 요구하므로, 이로인한 통신 채널자원이 부족할 것으로 예상되는 바, 이에 대한 해결책으로 스마트안테나(Smart Antenna)를 적용한 기지국 시스템이 제안되었다.

여기서, 스마트 안테나는 배열된 안테나의 위상을 제어하여 특정 신호(원하는 방향의 신호)를 선택적으로 송수신하고 간섭 신호의 영향을 최소화시킴으로써 가입자 상호간의 간섭을 대폭 감쇄시킨 안테나를 말한다. 즉, 셀 내의 각 단말기에 독립된 빔(Beam)을 송수신간에 제공하고 원하는 단말기 방향으로 이들이 극대화 되도록 빔을 형성(Beamforming) 시킴으로써 여타의 단말기 방향에 전파량을 극소화할 수 있으므로 수신 신호의 잡음을 대폭 감쇄시킬 수 있다.

또한, 상기 스마트 안테나는 통화 채널간 방해 전파(Interfering Noise)를 최소화하여 통화 품질을 향상시키고 가입자 수를 증가시킬 수 있는 시스템이다.

상기에서 빔형성이란, 원하는 가입자가 있는 곳에서 보강간섭이 일어나도록 하고, 원치 않는 가입자는 간섭신호로 작용되어 상쇄간섭이 일어 나도록 하는 것을 말한다.

그러나, 기존의 셀룰라 또는 PCS 시스템에 적용된 스마트 안테나 시스템은 모든 사용자에게 동일한 빔형성을 수행하므로 시스템의 자원을 낭비하고 비효율적인 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은, 기존의 모뎀과 빔형성을 적용한 모뎀을 함께 사용하여 고속의 데이터 통신 사용자와 음성 사용자를 구분하고 선택적으로 빔을 형성함으로써, 고속의 데이터 통신 사용자에 의해 음성 사용자의 통화품질이 저하되는 것을 방지함과 아울러 전체적으로 기지국의 용량을 증대시키도록 한 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치의 특징은,상기 디지털변환기에 연결되어 고속의 통신 데이터만을 별도로 처리하도록 고속의 통신 데이터를 인터페이스하는 디지털 라디오 인터페이스와,상기 디지털 라디오 인터페이스에 연결되어 계산 기능을 담당하는 것으로, 역방향 적응 빔형성 알고리즘화의 수행 및 계수벡터의 연산을 수행하고, 상기 연산된 데이터의 디인터리빙 및 디펑쳐링을 수행하며, 상기 디펑쳐링된 데이터의 터보 복호화를 수행하여 CRC에 디스플레이하는 기능을 담당하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)와,상기 FPGA에 연결되어 빔형성 알고리즘과 모뎀의 일부 기능을 수행하는 것으로, 입력되는 데이터를 터보 부호화 및 펑쳐링을 수행하고, 상기 펑쳐링된 데이터를 리피티션 및 인터리빙을 수행하며, 상기 입력된 데이터중 고속의 데이터를 순방향 빔형성 알고리즘을 수행하여 복소 확산된 나머지 데이터와 계수벡터 연산을 실시한 후 상기 디지털 라디오 인터페이스로 출력하는 DSP(Digital Signal Processor)로 구성됨을 그 장치적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선택적 빔형성 서비스가 가능한 이동통신 기지국의 역방향 빔형성 제어방법에 있어서,디지털 라디오 인터페이스로부터 출력되는 데이터를 FPGA에서 코드를 획득한후 복소 역확산하는 단계와,상기 복소 역확산된 데이터를 왈쉬커버링한후 역방향 적응 빔형성 알고리즘화을 수행함과 아울러 계수벡터를 연산하는 단계와,상기 계수벡터 연산된 데이터를 레이크 수신기를 통해 디인터리빙한후 디펑쳐링하는 단계와,상기 디펑쳐링된 데이터를 터보 복호화하여 CRC에 디스플레이하는 단계로 구성됨을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선택적 빔형성 서비스가 가능한 이동통신 기지국의 순방향 빔형성 제어방법에 있어서,빔형성모뎀의 DSP로 입력된 데이터를 터보 부호화한후 펑쳐링하는 단계와,상기 펑쳐링된 데이터를 리피티션한후 인터리빙하는 단계와,상기 인터리빙된 데이터를 왈쉬커버링한후 복소 확산하는 단계와,상기 복소 확산된 데이터와 상기 DSP로 입력된 데이터중 고속의 데이터를 순방향 적응 빔형성 알고리즘화하고 상기 복소 확산된 나머지 데이터와 계수벡터 연산을 실시한후 디지털 라디오 인터페이스로 출력하는 단계로 구성됨을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치의 개략적인 블록 구성도,

도 2는 도 1의 빔형성 모뎀의 내부 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 기지국에서 역방향 빔형성 제어방법을 설명하기 위한 FGPA와 DSP의 기능 블럭도를 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 기지국에서 순방향 빔형성 제어방법을 설명하기 위한 FPGA와 DSP의 기능 블럭도를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스마트안테나, 20 : 아날로그변환기,

30 : 디지털변환기, 40 : 모뎀,

50 : 빔형성모뎀.

이하, 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치의 개략적인 블록 구성도이다,

도 1에 도시된 바와 같이, 다수개 설치되어 원하는 방향의 신호를 선택적으로 송수신하는 스마트안테나(10)와, 스마트안테나(10)와 디지털변환기(30) 사이에 게재되어 입력되는 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 출력하는 아날로그변환기(20)와, 아날로그변환기(20)와 SCM모뎀(40)/빔형성모뎀(50) 사이에 게재되어 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 디지털변환기(30)와, 상기 디지털변환기(30)에 연결되어 음성이나 저속의 데이터를 처리하는 CSM5000 모뎀(40)과, 상기 디지털변환기(30)에 연결되어 고속의 통신 데이터만을 별도로 처리하는 빔형성모뎀(50)으로 구성된다.

도 2는 도 1의 빔형성모뎀의 내부 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 빔형성모뎀(50)은 상기 디지털변환기(30)에 연결되어 고속의 통신 데이터를 인터페이스하는 디지털 라디오 인터페이스(50-1)와, 상기 디지털 라디오 인터페이스(50-1)에 연결되어 계산량이 많은 기능을 담당하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)(50-2)와, 상기 FPGA(50-2)에 연결되어 빔형성 알고리즘과 모뎀(50)의 일부 기능을 수행하는 DSP(Digital Signal Processor)(50-3)로 구성된다.또한, 상기 FPGA(50-2)는, 상기 디지털 라디오 인터페이스(50-1)에 연결되어 계산 기능을 담당하는 것으로, 역방향 적응 빔형성 알고리즘화의 수행 및 계수벡터의 연산을 수행하고, 상기 연산된 데이터의 디인터리빙 및 디펑쳐링을 수행하며, 상기 디펑쳐링된 데이터의 터보 복호화를 수행하여 CRC에 디스플레이하는 기능을 담당한다.또한, 상기 DSP(50-3)는, 상기 FPGA(50-2)에 연결되어 빔형성 알고리즘과 모뎀의 일부 기능을 수행하는 것으로, 입력되는 데이터를 터보 부호화 및 펑쳐링을 수행하고, 상기 펑쳐링된 데이터를 리피티션 및 인터리빙을 수행하며, 상기 입력된 데이터중 고속의 데이터를 순방향 빔형성 알고리즘을 수행하여 복소 확산된 나머지 데이터와 계수벡터 연산을 실시한 후 상기 디지털 라디오 인터페이스로 출력하는 기능을 담당한다.

상기와 같이 구성된 스마트안테나를 사용한 이동통신 기지국의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 스마트안테나를 사용한 이동통신 기지국은 IS-2000 규격을 기반으로 하여 3FA, 3섹터, 각 섹터당 4개의 어레이 안테나를 듀플랙스방식으로 사용하며, 역방향과 순방향 빔형성을 모두 지원한다.

여기서, 빔형성은 사용자의 특성에 따라서 선별적으로 이루어 지는데 IS-95A사용자나 음성 통화자는 빔형성을 하지 않고 기존의 방법으로 서비스하고, 고속의 데이터 통신 사용자를 빔형성의 주된 대상으로 삼는다.

특히, 고속과 저속의 데이터 통신 사용자 구별 기준은 길쌈 부호화기와 터보 부호화기의 사용 기준을 따르는 것으로 한다. 즉, IS-2000 1X, 3X의 역방향, 순방향에서 19.2kbps 이상의 데이터 속도를 가지는 부통화 채널이 빔형성의 대상이 된다.

이를 위하여 빔형성을 지원하는 새로운 모뎀을 개발하여 CSM5000 모뎀(40)과 같이 사용하는데, 음성이나 저속의 데이터 통신 사용자는 기존의 CSM5000 모뎀(40)을 사용하여 처리하며, 고속의 데이터 통신 사용자는 빔형성모뎀(50)을 사용하여 서비스한다.

그리고, 스마트안테나를 사용한 이동통신 기지국은 빔형성과 연관된 시스템의 다른 부분들, 즉, 모뎀 칩셋, 기지국 형상등을 고려하여 인터페이스의 문제와 성능시험이 용이하도록 설계되어야 한다. 그 상위 레벨 설계는 FPGA(50-1)와 DSP(50-3) 또는 제어를 담당할 프로세서등으로 이루어져 있다.

또한, 이동국과 기지국간의 호 설정시 고속 데이터 모드인 경우, 모든 데이터는 빔형성모뎀(50)으로 연결되어 빔형성과 CDMA 모뎀 기능이 수행되고, 음성이나 저속의 데이터 모드인 경우 기존의 모뎀(40)으로 한 안테나의 데이터 만이 연결되어 CDMA모뎀 기능이 수행된다.

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 빔형성 제어방법을 나타낸 제1실시예로서, 역방향 빔형성을 위한 FPGA와 DSP의 기능을 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 디지털 라디오 인터페이스(50-1)로부터 출력되는 데이터를 FPGA(50-1)에서 코드를 획득한후 복소 역확산한다.

상기 복소 역확산된 데이터를 왈쉬커버링한다.

상기 왈쉬커버링된 데이터중 고속의 데이터를 역방향 적응 빔형성 알고리즘화하고 아울러 상기 왈쉬커버링된 나머지 데이터와 계수벡터 연산한다.

상기 계수벡터 연산된 데이터를 레이크 수신기를 통해 디인터리빙한후 디펑쳐링한다.

그리고, 상기 디펑쳐링된 데이터를 터보 복호화하여 CRC에 디스플레이한다.

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 빔형성 제어방법을 나타낸 제2실시예로서, 순방향 빔형성을 위한 FPGA와 DSP의 기능을 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, DSP(50-3)로 입력된 데이터를 터보 부호화한후 펑쳐링한다.

그리고, 상기 펑쳐링된 데이터를 리피티션한후 인터리빙한다.

상기 인터리빙된 데이터를 왈쉬커버링한후 복소 확산한다.

상기 복소 확산된 데이터와 상기 DSP(50-3)로 입력된 데이터중 고속의 데이터를 순방향 적응 빔형성 알고리즘화하고 아울러 상기 복소 확산된 나머지 데이터와 계수벡터 연산을 실시한후 디지털 라디오 인터페이스로 출력한다

이상에서 상기한 바와 같이 본 발명은 한 셀내에서 여러 사용자가 음성, 저속의 데이터, 고속의 데이터 등 기지국과 다양한 통신을 할때, 각 사용자의 특성에 따라서 이원화된 모뎀을 통하여 선택적으로 빔형성을 수행함으로써 기지국의 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 많은 데이터를 빠른 시간에 전송하려는 고속의 데이터 통신 사용자에 의해서 저속의 데이터 통신 사용자나 음성 통화자가 서비스의 장애를 받는 것을 막아 원할한 서비스를 가능하게 하는 효과를 가져온다.

Claims

삭제
스마트안테나와, 아날로그변화기와, 디지털변환기와, 모뎀을 구비한 이동통신 기지국에서 빔형성 제어장치에 있어서,

상기 디지털변환기에 연결되어 고속의 통신 데이터만을 별도로 처리하도록 고속의 통신 데이터를 인터페이스하는 디지털 라디오 인터페이스와;

상기 디지털 라디오 인터페이스에 연결되어 계산 기능을 담당하는 것으로, 역방향 적응 빔형성 알고리즘화의 수행 및 계수벡터의 연산을 수행하고, 상기 연산된 데이터의 디인터리빙 및 디펑쳐링을 수행하며, 상기 디펑쳐링된 데이터의 터보 복호화를 수행하여 CRC에 디스플레이하는 기능을 담당하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)와;

상기 FPGA에 연결되어 빔형성 알고리즘과 모뎀의 일부 기능을 수행하는 것으로, 입력되는 데이터를 터보 부호화 및 펑쳐링을 수행하고, 상기 펑쳐링된 데이터를 리피티션 및 인터리빙을 수행하며, 상기 입력된 데이터중 고속의 데이터를 순방향 빔형성 알고리즘을 수행하여 복소 확산된 나머지 데이터와 계수벡터 연산을 실시한 후 상기 디지털 라디오 인터페이스로 출력하는 DSP(Digital Signal Processor)로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 빔형성 제어장치.
이동통신 기지국의 제어방법에 있어서,

디지털 라디오 인터페이스로부터 출력되는 데이터를 FPGA에서 코드를 획득한후 복소 역확산하는 단계와;

상기 복소 역확산된 데이터를 왈쉬커버링한후 역방향 적응 빔형성 알고리즘화을 수행함과 아울러 계수벡터를 연산하는 단계와;

상기 계수벡터 연산된 데이터를 레이크 수신기를 통해 디인터리빙한후 디펑쳐링하는 단계와;

상기 디펑쳐링된 데이터를 터보 복호화하여 CRC에 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 빔형성 제어방법.
이동통신 기지국의 제어방법에 있어서,

빔형성모뎀의 DSP로 입력된 데이터를 터보 부호화한후 펑쳐링하는 단계와;

상기 펑쳐링된 데이터를 리피티션한후 인터리빙하는 단계와;

상기 인터리빙된 데이터를 왈쉬커버링한후 복소 확산하는 단계와;

상기 복소 확산된 데이터와 상기 DSP로 입력된 데이터중 고속의 데이터를 순방향 적응 빔형성 알고리즘화하고 상기 복소 확산된 나머지 데이터와 계수벡터 연산을 실시한후 디지털 라디오 인터페이스로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 빔형성 제어방법.