KR100456454B1 - 무선통신에서의 배열 안테나 시스템 - Google Patents

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KR100456454B1 KR10-2002-0060988A KR20020060988A KR100456454B1 KR 100456454 B1 KR100456454 B1 KR 100456454B1 KR 20020060988 A KR20020060988 A KR 20020060988A KR 100456454 B1 KR100456454 B1 KR 100456454B1
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Abstract

본 발명은 무선통신에서의 배열 안테나 시스템에 관한 것으로, 다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 수신되는 무선신호에 대해 주파수 하향 변환 처리 및 디지털 신호화를 수행하고, 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 무선 송신하기 위해 입력되는 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 주파수 상향 변환 처리하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 수신 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 최종 신호를 출력하고, 상기 수신 빔 형성신호가 동일한 전력 레벨을 갖도록 하기 위해 사용하는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보에 기초하여 무선 송신을 위해 입력된 신호에 대해 채널 부호화된 신호를 변조시킨 후 송신용 빔 형성신호를 생성하여 상기 신호 변환부로 출력하는 기저 대역부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 수신신호의 빔 형성시 빔별 수신신호의 전력 레벨을 동일하게 유지하여 최대 비율 결합이 되도록 함으로써 수신 성능을 최대가 되도록 한다. 또한, 수신단에서 제공되는 빔별 수신신호의 전력비 정보를 이용하여 송신 빔 형성에 사용함으로써 송신 성능을 최대로 할 수 있다.

Description

무선통신에서의 배열 안테나 시스템 {Array Antenna System on Mobile Communication}
본 발명은 스마트 안테나에 관한 것으로, 특히 코드분할 다중 접속 방식(CDMA:Code Division Multiple Access) 시스템 환경에서 다중 접속 간섭을 최소화하기 위하여 시간 처리와 공간 처리를 동시에 수행하도록 하는 배열 안테나 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 무선통신을 행할 때 수신되는 신호에는 원신호와 간섭신호가 함께 존재하며, 통상 한 개의 원신호에 대해 다수의 간섭신호가 존재한다. 이러한 간섭신호에 의한 통신 왜곡의 정도는 원신호 전력대 모든 간섭신호 전력의 합에 의해 결정되므로, 원신호의 레벨이 간섭신호 각각의 레벨보다 현저히 높은 경우에도 간섭신호의 개수가 많으면 간섭신호의 전체 전력이 커져서 통신왜곡이 발생하게 된다.
따라서, 종래의 무선통신 시스템, 특히 이동통신 시스템에서는 배열 안테나 시스템을 이용하여 이러한 간섭신호를 최소화시키는 데 중점을 두고 있다. 즉, 이동체가 이동하거나 그 신호의 도달각이 상황에 따라 가변적일 때, 여러 안테나 소자로 구성된 배열을 사용해서 원거리 신호원들의 위치를 파악하거나 그 안테나 소자들로부터 나오는 신호들을 선택적으로 송수신하기 위하여 배열된 안테나의 위상을 제어하여 원신호를 선택적으로 송수신하고 간섭신호의 영향을 최소화시킴으로써 가입자 상호간의 간섭을 대폭 감소시키는 것이다.
도 1은 종래의 CDMA 시스템용 배열 안테나 시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 CDMA 배열 안테나 시스템은 신호 변환기(10) 및 기저 대역부(20)로 이루어진다.
신호 변환기(10)는 N_antenna개의 안테나 소자로 이루어진 어레이 안테나(11)를 통해 외부로부터 수신되는 무선신호를 증폭하고 주파수를 하향 변환시킨 후 디지털 신호로 변환하여 기저 대역부(20)로 출력한다.
기저 대역부(20)는 신호 변환기(10)에서 출력되는 N_antenna개의 신호를 N_beam개의 빔형성 신호로 바꾸어주는 빔 형성기(21), 빔 형성기(21)에 의해 변환되어 출력되는 N_beam개의 빔 형성 신호를 공간/시간별로 재확산(despreading), 채널 추정 그리고 코히런트(coherent) 복조를 하여 출력하는 핑거 뱅크(23), 핑커 뱅크(23)의 출력 신호를 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 디지털 복조기(도시되지 않음) 등으로 출력하는 컴바이너/디코더 뱅크(25), 빔 형성기(21)에서 출력되는 N_beam개의 스위칭 빔 형성 신호를 이용하여 빔 경로 탐색을 수행하는 빔 경로 탐색기(27) 및 빔 경로 탐색기(27)의 출력신호에 따라 핑거 뱅크(23)의 동작을 제어하는 제어기(29)를 포함한다.
이러한 종래의 CDMA 배열안테나 시스템에는 적응빔 어레이 안테나 시스템이 있고 또한 스위칭 빔 어레이 안테나 시스템이 있다. 적응 빔 어레이 안테나 시스템의 경우 빔 수는 핑거 수와 같지만, 스위칭 빔의 경우 수신단의 핑거 수와 빔 수는 무관하다. 또한 스위칭 빔의 경우 임의의 하나의 빔 형성 신호는 한 개 이상의 핑거 입력으로 사용된다.
한편, 신호 변환기(10)에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 AD 변환기를 사용하는데, 이러한 AD 변환기로의 입력 레벨이 너무 작으면 많은 양자화 잡음이 발생되어 전체 시스템의 성능을 감소시키게 되고, 만약 너무 크게 되면 AD 변환기의 최대값을 초과하여 매우 큰 오차를 발생하게 된다. 따라서, AD 변환기로 입력되는 신호 레벨이 일정해지도록 맞추기 위해 자동 이득 조절(AGC:Automatic Gain Control) 루프를 사용한다.
그러나, 종래의 CDMA 배열 안테나 시스템에서는 어레이 안테나(11)별로 또는 안테나 공통으로 자동 이득 조절이 수행되더라도 기저 대역부(20)의 핑거 뱅크(23)의 입력으로 들어가는 N_beam개의 스위칭 빔 형성 신호 각각의 신호 레벨이 매우 다를 수 있으며, 그 결과 빔별 간섭 밀도(interference density)가 서로 달라져 컴바이너에 의해 최적 결합이 되지 않아 배열 안테나 시스템의 성능이 매우 저하되는 문제점이 있다.
첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 스위칭 빔 수가 4개인 배열 안테나 시스템이 기지국 수신단(30)에 사용된 예를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 상태에서 빔 형성기(21)에서 출력되어 핑거 뱅크(23)로 입력되는 빔 형성신호별 전력을 도시한 도면이다.
기지국 수신단(30)에 설치된, 도 1에 도시된 구조를 갖는 종래의 배열 안테나 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 이동국(31)의 수가 다를 경우 빔별 수신신호의 총 전력은 도 3에 도시된 바와 같이 각각 다르다.
도 2에서 알 수 있듯이, 빔2(32b)에 가장 많은 이동국(31)이 존재하기 때문에 도 3에서와 같이 빔2(32b)의 수신신호 레벨, 즉 수신 전력이 가장 크게 나타난다.
도 2의 상태에서 임의의 한 이동국(31)으로부터 수신되는 신호가 두 개의빔, 즉 빔2(32b) 및 빔3(32c)로 다중 경로 수신될 경우, 종래의 배열 안테나 시스템의 빔 형성기(21)는 수신신호 레벨의 크기가 다른 각각의 빔 형성신호를 출력하고, 핑거 뱅크(23)는 빔 형성기(21)에서 출력되는 빔 형성신호를 각각 다른 핑거에 할당하여 코히런트 복조를 수행하여 출력하며, 컴바이너/디코더 뱅크(25)는 핑거 뱅크(23)에서 출력되는 복조된 신호들을 컴바이닝하여 출력한다.
이와 같이, 수신신호 레벨이 서로 다른 빔 형성신호를 직접 핑거 입력으로 할당하는 종래의 배열 안테나 시스템에서는 빔별 간섭 밀도가 서로 다르기 때문에 컴바이너/디코드 뱅크(25)에서 컴바이닝을 할 때 최적 결합이 되지 않아서 수신 성능이 매우 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 빔별 수신신호의 전력을 빔별 동일하게 함으로써 배열 안테나의 수신 성능을 극대화시키는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템을 제공한다.
도 1은 종래의 CDMA 시스템용 배열 안테나 시스템의 블록도이다.
도 2는 스위칭 빔 수가 4개인 배열 안테나 시스템이 기지국 수신단에 사용된 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 상태에서 빔 형성기에서 출력되어 핑거 뱅크로 입력되는 빔 형성신호별 전력을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템의 블록도이다.
도 5는 도 2와 같이 4개의 스위칭 빔 환경에서 빔별 이동국의 수가 다른 상태에서 본 발명의 실시예가 적용되는 경우 빔 이득 조절부에서 출력되어 핑거 뱅크로 입력되는 신호의 전력을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템의 블록도이다.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템은,
다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 수신되는 무선신호에 대해 주파수 하향 변환 처리 및 디지털 신호화를 수행하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 최종 신호를 출력하는 기저 대역부를 포함한다.
여기서, 상기 신호 변환부는, 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 수신되는 신호를 각각 증폭하고 주파수를 하향 변환하여 출력하는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부에서 출력되는 각 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 기저 대역부로 출력하는 A/D 변환부; 및 상기 A/D 변환부의 각 출력신호에 기초하여 상기 주파수 변환부에서 A/D 변환부로 출력되는 각 신호가 상기 A/D 변환부의 입력 레벨에 맞도록 상기 주파수 변환부를 제어하는 자동 이득 조절부를 포함한다.
또한, 상기 기저 대역부는, 상기 신호 변환부에서 출력되는 각 신호를 사용하여 특정 개수의 빔 형성신호로 바꾸어 출력하는 빔 형성부; 상기 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호를 받아서 빔별 전력 레벨을 동일하게 맞추어 출력하는 빔 이득 조절부; 상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호를 공간/시간별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조를 수행하는 핑거 뱅크; 상기 핑커 뱅크의 출력 신호에 대해 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 디지털 복조기 등으로 최종 출력하는 컴바이너/디코더 뱅크; 상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성 신호를 이용하여 빔 경로 탐색을 수행하는 빔 경로 탐색부; 및 상기 빔 경로 탐색부의 출력신호에 따라 상기 핑거 뱅크의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 빔 이득 조절부는, 상기 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호에 특정 이득 조정 신호를 곱하여 상기 핑거 뱅크로 출력하는 곱셈기; 상기 곱셈기에서 출력되는 각 신호의 전력 레벨을 측정하는 전력 측정기; 및상기 전력 측정기에서 측정되는 각 신호의 전력 레벨이 모두 동일해지도록 상기 특정 개수의 빔 형성신호별로 상기 특정 이득 조정 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 이득 조정기를 포함한다.
여기서, 상기 이득 조정기에서 상기 곱셈기로 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호별 특정 이득 조정 신호들의 역수의 비는 상기 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호들의 전력비가 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템은,
무선 송신을 위해 입력되는 신호에 대해 채널 부호화된 신호를 외부로부터 입력되는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보에 기초하여 변조시킨 후 송신용 빔 형성신호를 생성하여 출력하는 기저 대역부; 및 상기 기저 대역부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환한 후, 주파수를 상향 변환하여 다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 무선 송신하는 신호 변환부를 포함한다.
여기서, 상기 기저 대역부는, 상기 입력 신호에 해당되는 코드를 사용하여 채널 부호화를 수행하는 채널 인코더 뱅크; 상기 외부에서 입력되는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보를 이용하여 상기 채널 인코더 뱅크에서 입력되는 각 신호의 전력 레벨을 제어하여 출력하는 변조기 뱅크; 및 상기 변조기 뱅크에서 출력되는 신호를 특정 개수의 송신 빔 형성신호로 바꾸어 상기 신호 변환부로 출력하는 빔 형성부를 포함한다.
또한, 상기 신호 변환부는, 상기 기저 대역부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 D/A 변환부; 및 상기 D/A 변환부에서 출력되는 신호를주파수 상향 변환하여 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 외부로 무선 송신하는 주파수 변환부를 포함한다.
여기서, 상기 외부에서 입력되는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보는 무선 수신신호로부터 생성된 수신 빔 형성신호로부터 측정되는 전력 레벨 정보에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템은,
다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 수신되는 무선신호에 대해 주파수 하향 변환 처리 및 디지털 신호화를 수행하고, 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 무선 송신하기 위해 입력되는 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 주파수 상향 변환 처리하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 수신 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 최종 신호를 출력하고, 상기 수신 빔 형성신호가 동일한 전력 레벨을 갖도록 하기 위해 사용하는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보에 기초하여 무선 송신을 위해 입력된 신호에 대해 채널 부호화된 신호를 변조시킨 후 송신용 빔 형성신호를 생성하여 상기 신호 변환부로 출력하는 기저 대역부를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템의 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템은 신호 변환부(100) 및 기저 대역부(200)를 포함한다.
신호 변환부(100)는 N_antenna(=n)개의 안테나 소자로 이루어진 어레이 안테나(110-1, …, 110-n)를 통해 외부로부터 무선 수신되는 RF 신호를 증폭하고 주파수를 IF로 하향 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 기저 대역부(200)로 출력한다.
이러한 신호 변환부(100)는 RF/IF부(120-1, …, 120-n), A/D 변환부(140-1, …, 140-n) 및 자동 이득 조절 루프(AGC loop)(130)를 포함한다.
RF/IF부(120-1, …, 120-n)는 어레이 안테나(110-1, …, 110-n)를 통해 외부로부터 무선 수신되는 RF 신호를 증폭하고 주파수를 하향 변환하여 IF 신호로 출력한다.
A/D 변환부(140-1, …, 140-n)는 RF/IF부(120-1, …, 120-n)에서 출력되는 IF 신호를 디지털 신호로 변환하여 기저 대역부(200)로 출력한다.
AGC loop(130)는 A/D 변환부(140-1, …, 140-n)의 각 출력신호에 기초하여 RF/IF부(120-1, …, 120-n)에서 A/D 변환부(140-1, …140-n)로 출력되는 IF 신호가 A/D 변환부(140-1, 140-n)의 입력 레벨에 맞도록 RF/IF부(120-1, …, 120-n)를 제어한다.
한편, 기저 대역부(200)는 신호 변환부(100)에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 스위칭 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 별로 재확산,채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 최종 신호를 출력한다.
이러한 기저 대역부(200)는 정합 필터(210-1, …, 210-n), 빔 형성부(220), 빔 이득 조절부(230), 핑거 뱅크(240), 컴바이너/디코더 뱅크(250), 빔 경로 탐색부(260) 및 제어부(270)를 포함한다.
정합 필터(210-1, …, 210-n)는 신호 변환부(100)의 A/D 변환부(140-1, …, 140-n)에서 출력되는 디지털 신호의 정합 기능을 수행한다.
빔 형성부(220)는 정합 필터(210-1, …, 210-n)에서 출력되는 n개의 신호를 N_beam(=m)개의 스위칭 빔 형성신호로 바꾸어 준다. 이 때, 정합 필터(210-1, …, 210-n)에서 출력되는 n개의 신호 각각에 대하여 (N_beam(=m)×n)개의 상관기들을 이용하여 m개의 스위칭 빔 형성신호로 바꿀 수가 있다.
빔 이득 조절부(230)는 빔 형성부(220)에서 출력되는 m개의 빔 형성신호를 받아서 빔별 전력 레벨을 동일하게 맞추어 출력한다.
핑거 뱅크(240)는 빔 이득 조절부(230)에서 출력되는 m개의 스위칭 빔 형성신호를 공간/시간별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조를 수행한다.
컴바이너/디코더 뱅크(250)는 핑커 뱅크(240)의 출력 신호를 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 디지털 복조기(도시되지 않음) 등으로 최종 출력한다.
빔 경로 탐색부(260)는 빔 이득 조절부(230)에서 출력되는 m개의 스위칭 빔 형성 신호를 이용하여 빔 경로 탐색을 수행한다.
제어부(270)는 빔 경로 탐색부(260)의 출력신호에 따라 핑거 뱅크(240)의 동작을 제어한다.
여기서 빔 이득 조절부(230)는 곱셈기(231-1, …, 231-m), 전력 측정기(233-1, …, 233-m) 및 이득 조정기(235-1, …, 235-m)를 포함한다.
곱셈기(231-1, …, 231-m)는 빔 형성부(220)에서 출력되는 m개의 빔 형성신호를 각각 받아서 이득 조정기(235-1, …, 235-m)의 각 출력과 곱셈 연산하여 핑거 뱅크(240)로 출력한다.
전력 측정기(233-1, …, 233-m)는 곱셈기(231-1, …, 231-m)에서 출력되는 신호의 전력 레벨을 측정하여 대응되는 이득 조정기(235-1, …, 235-m)로 출력한다.
이득 조정기(235-1, …, 235-m)는 전력 측정기(233-1, …, 233-m)에서 출력되는 신호의 전력 레벨이 모두 동일해지도록 특정 기준 레벨에 맞추기 위한 출력신호를 곱셈기(231-1, …, 231-m)로 출력한다. 이 때, 특정 기준 레벨은 제어부(270)의 제어에 따라 변경될 수 있다.
따라서, 이득 조정기(235-1, …, 235-m)에서 곱셈기(231-1, …, 231-m)로 출력되는 신호들의 역수의 비는 빔 형성부(220)에서 출력되는 m개의 빔 형성신호들의 전력비가 된다.
한편, 핑거 뱅크(240)는 w개의 핑거(241-1, …, 241-w)를 포함하고, 각 핑거(241-1, …, 241-w)는 빔 이득 조절부(230)의 곱셈기(231-1, …, 231-m)에서 출력되는 m개의 신호를 버스(243)를 통해 모두 받아들여 공간/시간별로 재확산하고, 채널 추정하며, 코히런트 복조를 수행한 후 w개의 신호를 컴바이너/디코더 뱅크(250)로 출력한다.
빔 이득 조절부(230)는 빔 형성부(220)에서 출력되는 m개의 신호들에 대해 전력 측정기(233-1, …, 233-m), 이득 조정기(235-1, …, 235-m) 및 곱셈기(231-1, …, 231-m)를 사용하여 그 전력 레벨이 동일해지도록 조절한다.
첨부한 도 5는 도 2와 같이 4개의 스위칭 빔 환경에서 빔별 이동국의 수가 다른 상태에서 본 발명의 실시예가 적용되는 경우 빔 이득 조절부(230)에서 출력되어 핑거 뱅크(240)로 입력되는 신호의 전력을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 빔 형성부(220)와 핑거 뱅크(240) 사이에 빔 이득 조절부(230)를 사용함으로써 빔별 수신신호의 전력 레벨이 동일하게 유지되고, 이로 인해 컴바이너/디코더 뱅크(250)에 의해 최대 비율 결합이 수행됨으로 배열 안테나 시스템의 성능이 최대가 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템의 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템은 신호 변환부(300) 및 기저 대역부(400)를 포함한다.
신호 변환부(300)는 n개의 안테나 소자로 이루어진 어레이 안테나(310-1, …, 310-n)를 통해 외부로부터 무선 수신되는 RF 신호를 증폭하고 주파수를 IF로 하향 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 기저 대역부(400)로 출력하고, 기저 대역부(400)에서 출력되는 IF 신호를 받아서 아날로그 신호로 변환한 후, 주파수를 RF로 상향 변환하여 어레이 안테나(310-1, …, 310-n)를 통해 무선 송신한다.
이러한 신호 변환부(300)는 RF/IF부(320-1, …, 320-n), A/D 변환부(340-1, …, 340-n), AGC loop(330-1, …, 330--n) 및 D/A 변환부(350-1, …, 350-n)를 포함한다.
RF/IF부(320-1, …, 320-n)는 어레이 안테나(310-1, …, 310-n)를 통해 외부로부터 무선 수신되는 RF 신호를 증폭하고 주파수를 하향 변환하여 A/D 변환부(340-1, …, 340-n)로 IF 신호를 출력하고, 또한 D/A 변환부(350-1, …, 350-n)로부터 출력되는 IF 신호를 RF 신호로 변환하여 어레이 안테나(310-1, …, 310-n)를 통해 외부로 무선 송신한다.
A/D 변환부(340-1, …, 340-n), AGC loop(330-1, …, 330-n)는 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에서와 거의 동일한 기능을 하므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
D/A 변환부(350-1, …, 350-n)는 기저 대역부(400)에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하여 RF/IF부(320-1, …, 320-n)로 출력한다.
한편, 기저 대역부(400)는 신호 변환부(300)에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 변로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 디지털 복조기(도시되지 않음) 등으로 최종 신호를 출력하고, 또한 디지털 복조기 등으로부터의 입력신호에 대해 채널 부호화된 신호를 수신 빔 형성신호의 전력비에 기초하여 변조시킨 후 송신용 빔 형성신호를 생성하여 신호 변환부(300)로 출력한다.
이러한 기저 대역부(400)는 수신용 정합 필터(410-1, …, 410-n), 수신 빔형성부(420), 빔 이득 조절부(430), 핑거 뱅크(440), 컴바이너/디코더 뱅크(450), 빔 경로 탐색부(460) 및 제어부(470), 채널 인코더 뱅크(480), 변조기 뱅크(490), 송신 빔 형성부(500) 및 송신용 정합 필터(510-1, …, 510-n)를 포함한다.
여기서, 송신용 정합 필터(410-1, …, 410-n), 수신 빔 형성부(420), 빔 이득 조절부(430), 핑거 뱅크(440), 컴바이너/디코더 뱅크(450) 및 빔 경로 탐색부(460)는 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에서와 동일한 기능을 하므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
즉, 빔 이득 조절부(430)가 곱셈기(431-1, …, 431-m), 전력 측정기(433-1, …, 433-m) 및 이득 조정기(435-1, …, 435-m)를 사용하여 신호 변환부(300)에서 출력되어 수신 빔 형성부(420)에서 생성되는 빔 형성신호의 전력 레벨을 동일하도록 제어하여 핑거 뱅크(440)의 핑거(441-1, …, 441-w)로 입력되도록 함으로써 컴바이너/디코더 뱅크(450)에 의해 최대 비율 결합이 되게 하므로 수신시 성능을 최대로 하는 것에 대해서는 이미 본 발명의 제1 실시예를 통해 충분하게 설명하였다.
따라서, 여기에서는 제1 실시예에서 설명되지 않은 부분에 대해서만 설명한다.
채널 인코더 뱅크(480)는 디지털 복조기(도시되지 않음) 등으로부터의 입력을 해당되는 코드를 사용하여 채널 부호화를 수행한 후 N_user(=x)개의 신호를 변조기 뱅크(490)로 출력한다.
한편, 제어부(470)는 수신 신호의 전력 레벨, 즉 수신 빔 형성부(420)에서 출력되는 빔 형성신호의 전력 레벨을 동일하게 유지하기 위해 이득 조정기(435-1,…, 435-m)에서 곱셈기(431-1, …, 431-m)로 출력하는 신호의 비에 대한 정보를 주기적으로 입력받아서 각 수신신호의 전력비를 역으로 산출하고, 산출된 전력비 정보를 변조기 뱅크(490)로 전달한다.
변조기 뱅크(490)는 제어부(470)에서 전달되는 수신신호의 전력비 정보를 이용하여 변조 신호의 방향을 원하는 방향이 되도록 채널 인코더 뱅크(480)에서 출력되는 x개의 신호를 m개의 신호로 변조하여 송신 빔 형성부(500)로 출력한다.
송신 빔 형성부(500)는 변조기 뱅크(490)에서 출력되는 m개의 신호를 n개의 송신 빔 형성신호로 바꾸어 송신용 정합 필터(510-1, …, 510-n)로 출력한다.
송신용 정합 필터(510-1, …, 510-n)는 송신 빔 형성부(500)에서 출력되는 디지털 신호를 신호 변환부(100)로 출력하기 위해 정합시키는 역할을 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템에서는 빔 이득 조절부(430)가 빔 형성부(420)에서 출력되는 m개의 신호들에 대해 전력 측정기(433-1, …, 433-m), 이득 조정기(435-1, …, 435-m) 및 곱셈기(431-1, …, 431-m)를 사용하여 그 전력 레벨이 동일해지도록 조절하여 수신시 성능을 최대로 함과 동시에, 이득 조정기(435-1, …, 435-m)에서 출력되는 신호의 역수의 비가 각 빔별 수신신호의 전력비가 된다는 점을 이용하여 제어부(470)에서 주기적으로 보고되는 각 빔별 수신신호의 전력비 정보를 이용하여 변조기 뱅크(490)가 채널 인코더 뱅크(480)에서 출력되어 송신 빔 형성부(500)로 입력되는 신호를 제어함으로써, 즉 송신 빔 형성에 적용함으로써 송신시 성능을 최대로 할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선통신에서의 배열 안테나 시스템이 기지국 시스템에 사용되었을 때, 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 스위칭 빔 환경에서 빔별 이동국의 수가 다른 상태에서 기지국 수신신호의 방향이 빔2와 빔3인 이동국(31)에 대해 송신 빔을 형성할 때 상기 빔2와 빔3의 수신신호 전력비 정보를 이용하여 상대적으로 수신신호의 전력 레벨이 낮은 빔, 즉 본 예에서는 빔3 쪽으로 송신 전력을 높여줌으로써 송신시 성능이 향상된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에 따르면, 수신신호의 빔 형성시 빔별 수신신호의 전력 레벨을 동일하게 유지하여 최대 비율 결합이 되도록 함으로써 수신 성능을 최대가 되도록 한다.
또한, 수신단에서 제공되는 빔별 수신신호의 전력비 정보를 이용하여 송신 빔 형성에 사용함으로써 송신 성능을 최대로 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 무선통신에서의 배열 안테나 시스템에 있어서,
    다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 수신되는 무선신호에 대해 주파수 하향 변환 처리 및 디지털 신호화를 수행하는 신호 변환부; 및
    상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 최종 신호를 출력하는 기저 대역부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 변환부가,
    상기 다수의 어레이 안테나를 통해 수신되는 신호를 각각 증폭하고 주파수를 하향 변환하여 출력하는 주파수 변환부;
    상기 주파수 변환부에서 출력되는 각 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 기저 대역부로 출력하는 A/D 변환부; 및
    상기 A/D 변환부의 각 출력신호에 기초하여 상기 주파수 변환부에서 A/D 변환부로 출력되는 각 신호가 상기 A/D 변환부의 입력 레벨에 맞도록 상기 주파수 변환부를 제어하는 자동 이득 조절부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기저 대역부가,
    상기 신호 변환부에서 출력되는 각 신호를 사용하여 특정 개수의 빔 형성신호로 바꾸어 출력하는 빔 형성부;
    상기 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호를 받아서 빔별 전력 레벨을 동일하게 맞추어 출력하는 빔 이득 조절부;
    상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호를 공간/시간별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조를 수행하는 핑거 뱅크;
    상기 핑커 뱅크의 출력 신호에 대해 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 디지털 복조기 등으로 최종 출력하는 컴바이너/디코더 뱅크;
    상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성 신호를 이용하여 빔 경로 탐색을 수행하는 빔 경로 탐색부; 및
    상기 빔 경로 탐색부의 출력신호에 따라 상기 핑거 뱅크의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 이득 조절부가,
    상기 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호에 특정 이득 조정 신호를 곱하여 상기 핑거 뱅크로 출력하는 곱셈기;
    상기 곱셈기에서 출력되는 각 신호의 전력 레벨을 측정하는 전력 측정기; 및
    상기 전력 측정기에서 측정되는 각 신호의 전력 레벨이 모두 동일해지도록 상기 특정 개수의 빔 형성신호별로 상기 특정 이득 조정 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 이득 조정기
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이득 조정기에서 상기 곱셈기로 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호별 특정 이득 조정 신호들의 역수의 비는 상기 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호들의 전력비가 되는 것을 특징으로 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  6. 무선통신에서의 배열 안테나 시스템에 있어서,
    무선 송신을 위해 입력되는 신호에 대해 채널 부호화된 신호를 외부로부터 입력되는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보에 기초하여 변조시킨 후 송신용 빔 형성신호를 생성하여 출력하는 기저 대역부; 및
    상기 기저 대역부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환한 후, 주파수를 상향 변환하여 다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 무선 송신하는 신호 변환부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기저 대역부가,
    상기 입력 신호에 해당되는 코드를 사용하여 채널 부호화를 수행하는 채널 인코더 뱅크;
    상기 외부에서 입력되는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보를 이용하여 상기 채널 인코더 뱅크에서 입력되는 각 신호의 전력 레벨을 제어하여 출력하는 변조기 뱅크; 및
    상기 변조기 뱅크에서 출력되는 신호를 특정 개수의 송신 빔 형성신호로 바꾸어 상기 신호 변환부로 출력하는 빔 형성부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 신호 변환부가,
    상기 기저 대역부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 D/A 변환부; 및
    상기 D/A 변환부에서 출력되는 신호를 주파수 상향 변환하여 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 외부로 무선 송신하는 주파수 변환부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 외부에서 입력되는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보가 무선 수신신호로부터 생성된 수신 빔 형성신호로부터 측정되는 전력 레벨 정보에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  10. 무선통신에서의 배열 안테나 시스템에 있어서,
    다수의 어레이 안테나를 통해 다중 경로로 수신되는 무선신호에 대해 주파수 하향 변환 처리 및 디지털 신호화를 수행하고, 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 무선 송신하기 위해 입력되는 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 주파수 상향 변환 처리하는 신호 변환부; 및
    상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 사용하여 동일한 전력 레벨을 갖는 수신 빔 형성신호를 생성한 후 공간/시간 별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조 후 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 최종 신호를 출력하고, 상기 수신 빔 형성신호가 동일한 전력 레벨을 갖도록 하기 위해 사용하는 수신 빔 형성신호별 전력비 정보에 기초하여 무선 송신을 위해 입력된 신호에 대해 채널 부호화된 신호를 변조시킨 후 송신용 빔 형성신호를 생성하여 상기 신호 변환부로 출력하는 기저 대역부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 변환부가,
    상기 다수의 어레이 안테나를 통해 수신되는 신호를 각각 증폭하고 주파수를 하향 변환하여 출력하고, 상기 기저 대역부에서 출력되는 신호를 주파수 상향 변환하여 상기 다수의 어레이 안테나를 통해 외부로 무선 송신하는 주파수 변환부;
    상기 주파수 변환부에서 출력되는 각 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 기저 대역부로 출력하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부의 각 출력신호에 기초하여 상기 주파수 변환부에서 A/D 변환부로 출력되는 각 신호가 상기 A/D 변환부의 입력 레벨에 맞도록 상기 주파수 변환부를 제어하는 자동 이득 조절부; 및
    상기 기저 대역부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 주파수 변환부로 입력하는 D/A 변환부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기저 대역부가,
    상기 신호 변환부에서 출력되는 각 신호를 사용하여 특정 개수의 수신 빔 형성신호로 바꾸어 출력하는 수신 빔 형성부;
    상기 수신 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 수신 빔 형성신호를 받아서 빔별 전력 레벨을 동일하게 맞추어 출력하고, 상기 특정 개수의 수신 빔 형성신호의 전력 레벨을 동일하게 맞추기 위해 사용하는 정보를 출력하는 빔 이득 조절부;
    상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 수신 빔 형성신호를 공간/시간별로 재확산, 채널 추정 및 코히런트 복조를 수행하는 핑거 뱅크;
    상기 핑커 뱅크의 출력 신호에 대해 컴바이닝 및 디코딩을 수행하여 디지털 복조기 등으로 최종 출력하는 컴바이너/디코더 뱅크;
    상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 수신 빔 형성 신호를 이용하여 빔 경로 탐색을 수행하는 빔 경로 탐색부;
    상기 빔 경로 탐색부의 출력신호에 따라 상기 핑거 뱅크의 동작을 제어하고, 상기 빔 이득 조절부에서 출력되는 상기 특정 개수의 수신 빔 형성신호의 전력 레벨을 동일하게 맞추기 위해 사용하는 정보에 기초하여 상기 수신 빔 형성신호별 전력비 정보를 생성하여 출력하는 제어부;
    상기 무선 송신을 위해 입력되는 신호에 해당되는 코드를 사용하여 채널 부호화를 수행하는 채널 인코더 뱅크;
    상기 제어부에서 출력되는 상기 수신 빔 형성신호별 전력비 정보를 이용하여 상기 채널 인코더 뱅크에서 출력되는 각 신호의 전력 레벨을 제어하여 출력하는 변조기 뱅크; 및
    상기 변조기 뱅크에서 출력되는 신호를 특정 개수의 송신 빔 형성신호로 바꾸어 상기 신호 변환부로 출력하는 송신 빔 형성부
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 빔 이득 조절부가,
    상기 수신 빔 형성부에서 출력되는 상기 특정 개수의 수신 빔 형성신호에 특정 이득 조정 신호를 곱하여 상기 핑거 뱅크로 출력하는 곱셈기;
    상기 곱셈기에서 출력되는 각 신호의 전력 레벨을 측정하는 전력 측정기; 및
    상기 전력 측정기에서 측정되는 각 신호의 전력 레벨이 모두 동일해지도록 상기 특정 개수의 수신 빔 형성신호별로 상기 특정 이득 조정 신호를 상기 곱셈기로 출력하는 이득 조정기
    를 포함하는 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수신 빔 형성신호별 전력비 정보가 상기 이득 조정기에서 상기 곱셈기로 출력되는 상기 특정 개수의 빔 형성신호별 특정 이득 조정 신호들의 역수의 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 무선통신에서의 배열 안테나 시스템.
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