KR100460425B1 - 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템 - Google Patents

이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템을 개시한다.
본 발명은 이동 통신망, 특히, CDMA 이동 통신망에서 사용되고 있는 기지국을 스마트 안테나 시스템으로 구현하는 경우, 기존 카드 및 시스템 구조와 기존 섹터(sector) 기능을 유지하면서 추가적인 카드를 사용하여 기지국 스마트 안테나 시스템을 구현한 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 기지국 내에 장착되는 기존 섹터(Sector)와 SBF(Switched Beam Forming) 네트워크를 구현하는 SSBF(Sector Switched Beam Forming) 카드와; 기지국 내에 장착되는 ABF(Adaptive Beam Forming) 네트워크를 구현하는 ABF 카드와; 기존 섹터 혹은 SBF 네트워크와 ABF 네트워크에서 입력되는 안테나 신호를 결합하여(combining) Rake 수신기 기능을 수행하는 채널카드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 ABF 카드로부터의 ABF 신호와 SSBF 카드로부터의 기존 섹터 신호와 SBF 신호를 모두 결합하여(combining) 레이크(Rake) 수신기 기능을 수행함으로써 동시에 채널을 관리하여 ABF 기능을 용량 증가를 위한 보조기능으로 사용 가능하므로 전체 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은, 이동 통신망에서 동기식 시스템과 비동기식 시스템에 동시 적용이 가능하며, 기존에 사용되고 있는 기지국 기능 및 기존 섹터를 모두 지원할 뿐만 아니라 스마트 안테나 시스템을 구현할 수 있는 바, 적용이 간편하고 시스템 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템{SMART ANTENNA SYSTEM IN A MOBILE COMMUNICATION NETWORK}
본 발명은 이동 통신망, 예컨대, CDMA 이동 통신망에서의 스마트 안테나 구현 기술에 관한 것으로, 특히, 기지국을 스마트 안테나 시스템으로 구현하는데 적합한 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템에 관한 것이다.
통상의 이동 통신망에서의 기지국 스마트 안테나 시스템은, 도 2에 도시한 바와 같이, RF 모듈로부터 제공되는 M개의 안테나 신호를 기존 섹터, SBF 기능과 ABF 기능을 내장한 채널 카드(600)로 입력하고, 채널 카드(600)에서 기존 섹터, SBF 및 ABF를 수행하여 형성된 신호를 기지국 제어 카드(500)로 제공함으로써 스마트 안테나 시스템을 구현한다.
즉, 스마트 안테나 시스템을 구현하는 데에는, 첫째, 전용 모뎀에 스마트 안테나 기능을 탑재하는 기술과, 둘째, 모뎀은 기존 모뎀을 사용하고 추가 기능을 갖는 카드를 채널 카드에 장착하는 기술이 통용되고 있다.
그런데, 이러한 종래의 스마트 안테나 구현 시스템은 몇 가지 문제점이 존재한다.
즉, 전자의 경우에는 스마트 안테나용의 새로운 전용 모뎀을 개발해야만 하는 경제적인 문제가 수반될 뿐만 아니라, 빔 형성 네트워크와 알고리즘을 수용하기 위하여 모뎀 구조가 크게 복잡해진다는 문제가 있는 것이다.
또한, 후자의 경우에는 기존 모뎀을 사용함으로써 추가 모뎀 개발이 필요 없다는 장점이 있지만, 기존 기지국의 시스템 구조를 수정해야만 하는 문제는 여전히 존재하고 있는 바, 채널 카드의 사용 효율이 떨어져 시스템 제작비용 상승을 초래하게 되었다.
이상과 같이, 종래의 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템 구현 기술은, 스마트 안테나 시스템 중 ABF 기법에 있어서의 불완전한 요소에 대처가 불가능하다는 문제가 제기되었다.
본 발명은 상술한 문제들을 해결하기 위해 안출한 것으로, 기존 기지국을 스마트 안테나 시스템으로 구현하는데 있어서, 기존의 시스템 구조를 유지하면서 기존 섹터 기능과 SBF(Switched Beam Forming) 기능을 수행하는 SSBF(Sector Switched Beam Forming) 카드와 ABF(Adaptive Beam Forming) 기능을 수행하는 ABF 카드를 연결하고 기존 섹터 혹은 SBF 신호와 ABF 신호를 결합(combining)하여 레이크(Rake) 수신기 기능을 수행함으로써, ABF 기법의 불완전한 기술적 요소를 기존 섹터와 SBF 기법을 사용하여 상호 보완하도록 한 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기존의 섹터 방식을 모두 지원하면서 기존의 기지국 시스템으로 짧은 기간 내에 적은 비용으로 스마트 안테나 시스템을 구현하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 다수의 RF 모듈과 기지국 제어 카드를 연결하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템에 있어서, RF 모듈내에 구비되는 다수의 안테나 중에서 제1설정 개수의 안테나로부터 제공되는 제1설정 개수의 안테나 신호를 기존 섹터 빔과 스위칭 빔으로 형성하는 SSBF 수단과; RF 모듈내에 구비되는 다수의 안테나로부터의 다수의 안테나 신호를 적응성 빔으로 형성하는 ABF 수단과; SSBF 수단 및 ABF 수단에서 수행된 빔 형성 신호를 선택하는 안테나 선택 수단과; 안테나 선택 수단에서 선택된 빔 신호를 결합하여 기지국 제어 카드로 전송하는 채널 카드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템 구성도,
도 2는 이동 통신망에서의 일반적인 스마트 안테나 시스템 구성도,
도 3은 도 1의 SSBF 카드의 상세 구성도,
도 4는 도 1의 ABF 카드의 상세 구성도,
도 5는 도 1의 안테나 선택 카드의 상세 구성도.
도 6은 도 1의 채널 카드의 상세 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : SSBF 카드
200 : ABF 카드
300 : 안테나 선택 카드
400 : 채널 카드
500 : 기지국 제어 카드
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템 구성도로서, M개의 RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M), SSBF 카드(100), P개의 ABF 카드(200), 안테나 선택 카드(300), T개의 채널 카드(400), 그리고 도시 생략된 제어국과 연결되는 기지국 제어 카드(500)를 포함한다.
먼저, SSBF 카드(100)는 M개의 RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M) 내에 구비되는 M개의 안테나로부터 제공되는 M개의 안테나 신호를 기존 섹터 빔 혹은 스위칭 빔으로 형성함으로써, 시스템에 공통적으로 사용 가능한 N개의 빔을 생성하는 과정을 수행한다.
여기서, SSBF 카드(100)는 M개 이하의 RF 모듈에 의하여 기존 섹터 빔 혹은 스위칭 빔을 형성하는 것이 가능하다.
ABF 카드(200)는 M개의 RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M)내에 구비되는 M개의 안테나로부터의 M개의 안테나 신호를 적응성 빔으로 형성함으로써, 사용자에게 개별적인 R개의 빔을 생성하는 과정을 수행한다.
안테나 선택 카드(300)는 상술한 SSBF 카드(100)와 ABF 카드(200)에서 수행된 빔 형성 신호를 선택하여 해당 채널 카드(400)로 전송하는 기능을 수행한다.
채널 카드(400)는 상술한 안테나 선택 카드(300)에서 기존 섹터 빔 혹 스위칭 빔과 적응성 빔를 전송 받아 결합하여(combining) 레이크 수신기 기능을 수행한 후 기지국 제어 카드(400)로 전송하는 기능을 수행한다.
또한, 채널카드(400)에서 수용 가능한 빔의 개수 S가 증가할수록 더 많은 N과 R의 개수를 수용할 수 있게 된다.
기지국 제어 카드(500)는 통상적으로 사용되는 카드를 적용한 바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 도 1의 스마트 안테나 시스템에서 SSBF 카드(100)를 보다 상세히 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 SSBF 카드(100)내에는 Tx SBF 네트워크(10), Rx SBF 네트워크(12), 그리고, SSBF 제어기(14)가 구비된다.
먼저, 순방향 신호의 경우, 안테나 선택 카드(300)로부터 SSBF 카드(100)로 N개의 안테나 신호가 수신되면, SSBF 카드(100)내의 Tx SBF 네트워크(10)에서는 SSBF 제어기(14)의 제어하에 SBF 알고리즘을 처리한 후, M개의 안테나 신호를 RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M)로 전송한다.
역방향 신호의 경우, RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M)로부터 M개의 안테나 신호가 SSBF 카드(100)내의 Rx SBF 네트워크(12)로 수신되면, Rx SBF 네트워크(12)에서는 SSBF 제어기(14)의 제어하에 SBF 알고리즘을 처리한 후, N개의 안테나 신호를 안테나 선택 카드(300)로 전송한다.
도 4는 도 1의 스마트 안테나 시스템에서 ABF 카드(200)를 보다 상세히 도시한 도면이다.
먼저, 순방향 신호의 경우, 안테나 선택 카드(300)로부터 P개의 ABF 카드(200)로 각각 R개의 안테나 신호가 수신되면, ABF 카드(200)내의 Tx ABF 네트워크(20)에서는 ABF 제어기(24)의 제어하에 ABF 알고리즘을 처리한 후, M개의 안테나 신호를 RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M)로 전송한다.
역방향 신호의 경우, RF 모듈(RF#1, RF#2, … , RF#M)로부터 M개의 안테나 신호가 ABF 카드(200)내의 Rx ABF 네트워크(22)로 수신되면, Rx ABF 네트워크(22)에서는 ABF 제어기(24)의 제어하에 ABF 알고리즘을 처리한 후, P개의 ABF 카드(200) 각각이 R개의 안테나 신호를 안테나 선택 카드(300)로 전송한다.
도 5는 도 1의 스마트 안테나 시스템에서 안테나 선택 카드(300)를 보다 상세히 도시한 도면이다.
먼저, 순방향 신호의 경우, T개의 채널 카드(400)로부터 안테나 선택 카드(300)로 각각 S개의 안테나 신호가 수신되면, 안테나 선택 카드(300)내의 Tx 안테나 선택기(30)에서는 안테나 선택 제어기(34)의 제어하에 안테나 선택 과정을 처리한 후, N개와 R*P개의 안테나 신호를 SSBF 카드(100)와 ABF 카드(200)로 각각 전송한다.
여기서, 채널카드(400)로부터 수신한 S*T개의 신호가 SSBF 카드(100)로 전달되기 위해서는 시스템에 공통인 S개의 신호로 합해지며 이중 N개의 신호가 선택되게 된다.
역방향 신호의 경우, SSBF 카드(100), P개의 ABF 카드(200)로부터 각각 N개와 R*P개의 안테나 신호가 안테나 선택 카드(300)내의 Rx 안테나 선택기(32)로 수신되면, Rx 안테나 선택기(32)에서는 안테나 선택 제어기(34)의 제어하에 안테나 선택 과정을 처리한 후, T개의 채널 카드(400)로 S개의 안테나 신호를 전송한다.
여기서, SSBF 카드(100)으로부터 수신한 N개의 신호가 채널카드(400)로 전달되기 위해서는 N개의 신호 전부 혹은 일부가 선택되어 시스템에 공통인 S개의 신호로 방송(Broadcast)된다.
또한, 안테나 선택 카드(300)는 각각의 채널 카드(400) 내에 안테나 선택 기능을 적용하는 것이 가능한 바, 안테나 선택 카드(300)는 채널 카드(400)에 흡수될 수 있다.
도 6은 도 1의 스마트 안테나 시스템에서 채널 카드(400)를 보다 상세히 도시한 도면이다.
먼저, 순방향 신호의 경우, 기지국 제어 카드(500)로부터 채널 카드(400)로 정보가 수신되면, 채널 카드(400)내의 변조기(40)에서는 채널 카드 제어기(44)의 제어하에 기지국 제어 카드(500)로부터 수신되는 정보를 변조하는 과정을 처리한 후, S개의 안테나 신호를 안테나 선택 카드(300)로 전송한다.
역방향 신호의 경우, 안테나 선택 카드(300)로부터 공통적으로 전송된 S개의 안테나 신호가 채널 카드(400)내의 복조기(42)로 수신되면, 복조기(42)에서는 채널카드 제어기(44)의 제어하에 복조 과정을 처리한 후, 기지국 제어 카드(500)로 복조된 정보를 전송한다.
여기서, 채널 카드(400)내의 복조기(42)는 SSBF 카드(100)에서 생성되어 안테나 선택 카드를 통하여 전달된 기존 섹터 빔 및 스위칭 빔들과 ABF 카드(200)에서 생성되어 안테나 선택 카드를 통하여 전달된 적응성 빔들을 수신하며, W개의 핑거(Finger)(2)와 콤바이너(Combiner)(4)를 갖는 레이크 수신기를 통해 이들 빔들을 결합한(combining) 후 채널 디코더(Channel Decoder)(6)에 의한 디코딩 과정을 수행한다.
즉, 본 발명은, 기존 기지국 시스템에 SSBF 카드(100), ABF 카드(200), 안테나 선택 카드(300), 채널 카드(400) 등을 설치하여 기존섹터, SBF 와 ABF 기능을 갖는 스마트 안테나 시스템을 구현한 것이다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
따라서, 본 발명은 기존 기지국을 활용하여 기존 형상을 유지하고 기존의 섹터 기능을 모두 지원하면서 일부 기능을 갖는 카드를 추가함으로써 보다 용이하게 스마트 안테나 시스템을 구현할 수 있으며, 기존 섹터 빔 형성 기술 혹은 스위칭 빔 형성 기술과 적응성 빔 형성 기술을 레이크 수신기를 통하여 결합하여 사용함으로써 동시에 채널을 관리하여 적응성 빔 형성 과정에서의 서비스 단점을 보완할 수있다.
또한, 본 발명은 기지국의 모든 모뎀에 스마트 안테나 기능을 탑재하는데 따른 기지국 시스템 구조의 비효율적인 측면과 모뎀 자체의 비효율적인 측면을 모두 해소할 수 있다. 즉, 기존의 기지국 시스템으로 짧은 기간 내에 적은 비용으로 스마트 안테나 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 다수의 RF 모듈과 기지국 제어 카드를 연결하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템에 있어서,
    상기 RF 모듈내에 구비되는 다수의 안테나 중에서 제1설정 개수의 안테나로부터 제공되는 상기 제1설정 개수의 안테나 신호를 기존 섹터 빔과 스위칭 빔으로 형성하는 SSBF(Sector Switched Beam Forming) 수단과;
    상기 RF 모듈내에 구비되는 다수의 안테나로부터의 다수의 안테나 신호를 적응성 빔으로 형성하는 ABF(Adaptive Beam Forming) 수단과;
    상기 SSBF 수단 및 상기 ABF 수단에서 수행된 빔 형성 신호를 선택하는 안테나 선택 수단과;
    상기 안테나 선택 수단에서 선택된 빔 신호를 결합하여(Combining) 상기 기지국 제어 카드로 전송하는 채널 카드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SSBF 수단은,
    상기 안테나 선택 수단으로부터의 안테나 신호를 기존 섹터 빔으로 형성하여 상기 RF 모듈로 전송하거나, SBF 알고리즘에 의해 스위칭 빔으로 형성하여 상기 RF 모듈로 전송하는 송신 SBF 네트워크와;
    상기 RF 모듈로부터의 안테나 신호를 상기 기존 섹터 빔으로 형성하여 안테나 선택 수단으로 전송하거나, 상기 SBF 알고리즘에 의해 스위칭 빔으로 형성하여 상기 안테나 선택 수단으로 전송하는 수신 SBF 네트워크와;
    상기 SBF 알고리즘을 수행케 하는 SSBF 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 ABF 수단은,
    상기 안테나 선택 수단으로부터의 안테나 신호를 ABF 알고리즘에 의해 적응성 빔으로 형성하여 상기 RF 모듈로 전송하는 송신 ABF 네트워크와;
    상기 RF 모듈로부터의 안테나 신호를 상기 ABF 알고리즘에 의해 적응성 빔으로 형성하여 상기 안테나 선택 수단으로 전송하는 수신 ABF 네트워크와;
    상기 ABF 알고리즘을 수행케 하는 ABF 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 선택 수단은,
    상기 채널 카드로부터의 안테나 신호를 안테나 선택 과정에 의해 안테나 선택 신호로 전환한 후, 선택된 안테나 신호를 상기 SSBF 수단 및 상기 ABF 수단으로 각각 전송하는 송신 안테나 선택기와;
    상기 SSBF 수단 및 상기 ABF 수단으로부터의 안테나 신호를 안테나 선택 과정에 의해 안테나 선택 신호로 전환한 후, 선택된 안테나 신호를 상기 채널 카드로 전송하는 수신 안테나 선택기와;
    상기 안테나 선택 과정을 수행케 하는 안테나 선택 제어기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 카드는,
    상기 기지국 제어 카드로부터 제공되는 정보를 안테나 신호로 변조한 후, 상기 안테나 선택 수단으로 전송하는 변조기와;
    상기 안테나 선택 수단으로부터의 안테나 신호를 정보 신호로 복조한 후, 상기 복조된 정보 신호를 상기 기지국 제어 카드로 전송하는 복조기와;
    상기 채널 변복조 과정을 수행케 하는 채널 카드 제어기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 SSBF 수단으로부터의 기존 섹터 빔 형성 신호, 상기 SSBF 수단으로부터의 스위칭 빔 형성 신호와 상기 ABF 수단으로부터의 적응성 빔 형성 신호를 모두 결합하여(combining) 레이크(Rake) 수신기 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 통신망은 CDMA 이동 통신망인 것을 특징으로 하는 이동 통신망에서의 스마트 안테나 시스템.
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