KR100471618B1 - 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템 - Google Patents

어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 교정 시스템의 어레이 안테나 수신 장치에서는, 안테나 무선 수신부 (l04-1∼-N)에 입력된 총 수신 전력의 검파 전압에 기초하여, 교정 시간 판정부 (111)가 각 안테나 무선 수신부마다의 적절한 교정 시간을 판단하고 있다. 이어서, 교정 신호 처리부(112)가, 이들 교정 시간 중 최장의 교정 시간에 기초하여 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호로부터 교정 신호의 위상/진폭 정보 각각을 검출한다. 그리고, 사용자 신호 처리부(108-1∼-M)가 이들 위상/진폭 정보에 기초하여 각 안테나 무선 수신부로부터의 출력을 보정한다.

Description

어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템{CALIBRATION SYSTEM FOR ARRAY ANTENNA RECEIVING APPARATUS}
본 발명은, 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템에 관한 것으로, 특히 적응(어댑티브) 안테나 제어를 행하는 어레이 안테나 수신 장치 내에 있는 각 안테나 무선 수신부 사이의 위상(지연) 및 진폭 정보의 변동을 보정하는 교정 시스템에 관한 것이다.
종래부터, 셀룰러 이동 통신 시스템에서는, 신호의 고속화 및 고품질화, 및 가입자 용량의 증대가 요구되고 있다. 예를 들면, 상관이 높은 복수의 안테나 소자로 이루어지는 어레이 안테나 수신 장치를 이용하여, 다른 사용자로부터의 간섭이나 지연파에 의한 간섭에 대해서는 수신 이득을 작게 하는 방식이 검토되고 있다. 이 결과, 희망 신호의 도래 방향에 대하여 수신 이득을 크게 하는 수신 지향성 패턴이 형성된다.
그런데, 어레이 안테나 수신 장치는, 복수의 안테나 무선 수신부를 갖고 있다. 이러한 어레이 안테나 수신 장치에서는, 일반적으로, 각 안테나 소자에 접속되는 안테나 무선 수신부에서의 진폭 및 위상이, 독립적으로 시시각각 변동하고 있지만, 수신 지향성 패턴 형성 시에 이들 진폭 및 위상의 변동을 보정할 필요가 있다. 이 조작을 교정(캘리브레이션; calibration)이라 부르고 있다.
종래, 이러한 종류의 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템으로서, 예를 들면, 특개평11-46180호 공보가 개시되어 있다. 이 공개 공보에서는, 각 안테나 소자에 접속되어 있는 각 안테나 무선 수신부에 기지의 교정 신호를 입력하고, 교정 신호를 복조한 결과를 이용하는 기술이 제안되어 있다. 이 제안에서는, 복조 결과인 독립적으로 시시각각 변동하는 각 안테나 무선 수신부의 위상(지연) 및 진폭 변동을 보정하고 있다.
도 1은, 종래의 어레이 안테나 수신 장치에서의 교정 시스템의 블록을 도시한 도면이다.
이 어레이 안테나 수신 장치는, 어레이 안테나(1001)와, N개의 각 안테나 소자(1002-1∼-N)에 대응하는 다중 회로(1003-1∼-N)와, N개의 각 안테나 소자(1002-1∼-N)에 대응하는 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)와, 사용자 수 M에 대응하는 사용자 신호 처리부(1005-1∼-M)와, 교정용 신호 송신부(1010)와, 교정 신호 처리부(1011)로 구성된다.
어레이 안테나(1001)는, N개의 안테나 소자(1002-1∼-N)로 구성된다. N개의 안테나 소자(1002-1∼-N)는, 각각의 안테나 소자의 수신 신호가 상관을 갖도록 근접하여 배치되며, 희망 신호 및 복수의 간섭 신호가 다중된 신호를 수신한다.
N개 중 하나의 다중 회로(1003-i)는, 교정용 신호 송신부(1010)의 출력인 교정 신호와 안테나 소자(1002-i)의 출력인 수신 신호를 다중한다. 다중 회로(1003-i)는 입력 신호에 대하여 무선 대역에서의 다중을 행하여 안테나 무선 수신부(1004-i)로 출력한다. 특별히 다중 방법에 제한은 없으며, 그 예로서는 부호 다중을 예로 들 수 있다.
안테나 무선 수신부(1004-i)는, 로우 노이즈 증폭기, 대역 제한 필터, 믹서, 국부 발진기, AGC(Auto Gain Controller), 직교 검파기, 저역 통과 필터, 아날로그/디지털 변환기(ADC) 등의 디바이스에 의해 구성된다. 안테나 무선 수신부(1004-i)는 다중 회로(1003-i)로부터 입력한 신호에 대하여, 증폭, 무선 대역으로부터 기저 대역으로의 주파수 변환, 직교 검파, 아날로그/디지털 변환 등을 행하고, 사용자 신호 처리부(1005-i) 및 교정 신호 처리부(1011)로 출력한다. 통상적으로, AGC 증폭기가, 각 안테나 무선 수신부마다 입력 신호 전력 레벨에 의존하지 않고 출력 신호 전력 레벨을 일정하게 유지하기 위해 이용되고 있다.
교정 신호 처리부(1011)는, 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)로부터 신호를 입력으로 하고, 신호 내에서 교정 신호를 추출하여 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N) 각각의 위상/진폭 정보를 검출하여 사용자 신호 처리부(1005-1∼-M) 각각으로 출력한다. 여기서, 입력 신호에 다중된 교정 신호는 추출 가능하다.
사용자 j에 대응하는 사용자 신호 처리부(1005-j)는, 안테나 무선 수신부(1 004-1∼-N)의 출력과 교정 신호 처리부(1011)의 출력인 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N) 각각의 위상/진폭 정보를 입력한다. 사용자 신호 처리부(1005-j)는 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)로부터의 입력 각각을, 교정용 신호 송신부(1010)의 출력인 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N) 각각의 위상/진폭 정보를 이용하여 보정하면서 대상 사용자 j에의 신호 도래 방향에 대해서는 수신 이득을 크게 한다. 한편, 사용자 신호 처리부(1005-j)는, 다른 사용자로부터의 간섭이나 지연파에 의한 간섭에 대해서는 수신 이득을 작게 하는 수신 지향성 패턴의 형성을 행하고, 수신 지향성 패턴에 의해 수신된 사용자 복조 신호 j를 출력한다.
교정용 신호 송신부(1010)는, 기저 대역에서 교정 신호를 생성하고, 생성한 신호에 대하여 디지털/아날로그 변환, 기저 대역으로부터 무선 대역으로의 주파수 변환 등을 행한 후, 안테나 소자(1002-1∼-N)에 의한 수신 신호와 동일 주파수 대역의 교정 신호로 형성하여, 임의의 전력 레벨로 다중 회로(1003-1∼-N)로 출력한다. 이 때, 교정 신호를 복수의 전력 레벨로 변화시킴으로써, 교정 신호 처리부(1011)가 각 수신 전력마다의 각 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N) 각각의 위상/진폭 정보를 검출할 수 있다.
N개의 안테나 소자(1002-1∼-N)에 의해 수신된 각 신호에는, 사용자의 희망 신호 성분 및 간섭 신호 성분, 및 열 잡음이 포함되어 있다. 또한, 희망 신호 성분, 간섭 신호 성분 각각에 멀티 패스 성분이 존재한다. 통상적으로, 이들 신호 성분은 다른 방향으로부터 도래한다.
도 1에 도시한 종래의 어레이 안테나 수신 장치는, N개의 안테나 소자(1002-1∼-N)에 의해 수신된 각 신호의 위상/진폭 정보를 이용하여, 도래 방향이 다른 각 신호 성분을 식별하여 수신 지향성 패턴을 형성한다.
그 때, 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)의 구성 디바이스에 의해 각 안테나 무선 수신부의 내부에서 위상/진폭 변동이 발생하면, 본래의 안테나 소자(1002-1∼-N)에 의해 수신된 각 신호의 위상/진폭 정보와는 다른 정보가 사용자 신호 처리부(1005-1∼-M)에 제공되고, 정확하게 각 신호 성분을 식별하여, 이상적인 수신 지향성 패턴을 형성하는 것이 불가능하게 된다.
따라서, 안테나 소자(1002-1∼-N)에 의한 수신 신호에 이 신호와 동일 주파수 대역의 교정 신호를 다중하고, 교정 신호 처리부(1011)에서 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)의 각 출력으로부터 추출한 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출함으로써, 사용자 신호 처리부(1005-1∼-M)에 제공된 위상/진폭 정보에 보정을 가한다.
교정 신호는 다중함으로써, 어레이 안테나 수신 장치의 운용 시에도 교정이 가능하게 된다. 즉, 교정 신호는 수신 신호에 다중된 상태이며, 교정 신호 성분만을 추출하는 것이 가능하다. 그 예로서는 부호 다중을 들 수 있다.
또한, 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)에 포함되는 비선형 회로, 특히 AGC는, 수신 전력 레벨에 의해 위상/진폭의 변동의 방법이 다르다. 이 때문에, 교정용 신호 송신부(1010)의 전력 레벨 가변 회로에 의해 출력하는 교정 신호 전력 레벨을 변화시키면서, 교정 신호 처리부(1011)가 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)의 각 출력의 교정 신호를 추출하여 위상/진폭 정보를 검출함으로써, 각 교정 신호 전력 레벨마다 사용자 신호 처리부(1005-1∼-M)에 제공된 위상/진폭 정보에 가하는 보정량을 결정한다.
이러한 교정 수단을 갖는 어레이 안테나 수신 장치는, 어레이 안테나 수신 장치의 운용 시에 안테나 무선 수신부(1004-1∼-N)의 내부에서 위상/진폭 변동이 발생하여도, 사용자 신호 처리부(1005-1∼-M)에 제공되는 위상/진폭 정보를 보정하는 것이 가능하다. 또한, 수신 신호 전력 레벨에 따른 정밀도가 높은 교정을 행하는 것이 가능하다.
따라서, 도 1에 도시한 종래의 어레이 안테나 수신 장치는, N개의 안테나 소자(1002-1∼-N)에 의해 수신된 각 신호의 위상/진폭 정보를 이용하여 도래 방향이 다른 각 신호 성분을 정확하게 식별하여 이상적인 수신 지향성 패턴을 형성할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템은, 다음과 같은 문제가 있어 운용 시의 어레이 안테나 수신 장치에는 적합하지 않다.
첫째로는, 운용 시에 교정 신호를 복수의 전력 레벨로 변화시켜, 각 수신 전력마다의 각 안테나 무선 수신부의 위상/진폭 정보를 검출할 수 있는 교정을 행하면 어레이 안테나 수신 장치의 수신 감도를 크게 열화시킨다는 것이다. 그 이유는, 안테나로부터 입력되는 이동기로부터의 사용자 신호인 희망파에 있어서, 교정 신호는 완전한 간섭파이며, 특히 고레벨의 교정 신호를 입력한 경우, 간섭 신호 성분이 크게 되기 때문이다. 또한, 둘째로는, 교정 신호가 시스템의 사용자 수를 감소시킨다는 것이다. 그 이유는, 교정 신호가 간섭파로 되고, 이동기로부터의 사용자 신호와 간섭 신호와의 비를 악화시켜, 기지국 장치에서 원하는 신호 품질로 복조하기 위해서는 이동기의 송신 출력을 증가시키기 때문이다.
따라서, 본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위한 것으로, 다음과 같은 교정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 첫째로, 운용 시의 어레이 안테나 수신 장치에 대하여, 교정 신호에 의한 감도 열화를 거의 일으키지 않을 뿐만 아니라, 간략한 구성임에도 불구하고, 정밀도가 높은 보정을 할 수 있는 것, 그리고, 둘째로, 셀룰러 시스템의 사용자 수를 거의 손상시키지 않는 것이다.
〈발명의 개시〉
본 발명에 따른 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템은, 어레이 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에 대응하여 해당 각 안테나 소자로부터 받는 신호에 기지의 교정 신호를 다중한 다중 신호로 입력하고, 해당 다중 신호 각각으로부터 추출한 교정 신호에 기초하여, 각 안테나 소자에 접속되는 안테나 무선 수신부마다 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하고, 이 각 안테나 소자에 접속되는 안테나 무선 수신부마다 수신 처리된 이동기와의 사용자 신호를 상기 위상/진폭 정보에 기초하여 보정하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템에 관한 것이다. 그 특징으로 하는 바는, 상기 교정 신호를 추출하여 교정(캘리브레이션)에 필요한 교정 신호와 간섭 신호와의 비를 확보하기 위해, 입력된 상기 다중 신호에 대하여 그 총 수신 전력의 검파 전압을 검출하고, 수신된 다중 신호를 해당 검파 전압에 따른 이득이 되도록 제어하여 출력하는 무선 제어 수단과, 해당 제어 수단으로부터 상기 총 수신 전력의 검파 전압을 받아, 이 검파 전압에 기초하여 각 안테나 소자마다의 적절한 교정 시간을 판단하고, 해당 교정 시간 중 최장의 교정 시간에 기초하여, 상기 다중 신호로부터 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 각각 검출하는 신호 처리 수단을 더 포함하는 것이다.
또한 구체적인 구성은, 기지의 교정 신호를 송출하는 교정용 무선 송신부와, 어레이 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에 대응하여 접속되며 해당 각 안테나 소자로부터 받는 신호에 상기 교정 신호를 다중화하여 입력하는 각각의 안테나 무선 수신부와, 해당 각 안테나 무선 수신부로부터 추출한 교정 신호에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하는 교정 신호 처리부와, 해당 교정 신호 처리부에서 검출한 각 안테나마다의 위상/진폭 정보에 기초하여 각 안테나 무선 수신부에서 수신 처리된 다중 신호를 보정하는 각 사용자 신호 처리부를 포함하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템에 관한 것이다.
그 특징으로 하는 바는, 상기 각 안테나 무선 수신부마다 설치되고, 대응하는 안테나 무선 수신부에 입력된 총 수신 전력의 검파 전압에 따라서 이득을 제어하는 AGC 제어 신호를 출력하는 무선 제어부와, 상기 각 안테나 무선 수신부에 입력된 총 수신 전력의 검파 전압에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다의 적절한 교정 시간을 판단하여 출력하는 교정 시간 판정부를 더 포함하는 것이다. 따라서, 상기 각 안테나 무선 수신부는, 입력된 다중 신호에 대하여 그 총 수신 전력의 검파 전압을 검출하여 상기 무선 제어부로 출력함과 함께, 수신 처리한 다중 신호를 대응하는 해당 무선 제어부로부터 받는 AGC 제어 신호에 따른 이득으로 출력하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 교정 신호 처리부는, 상기 교정 시간 판정부로부터 출력된 각 안테나 무선 수신부의 교정 시간 중 최장의 교정 시간에 기초하여, 상기 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호로부터 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 각각 검출하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 교정용 무선 송신부로부터 송신되는 교정 신호에 대해서는, 해당 어레이 안테나 수신 장치 내의 열 잡음 전력보다 충분히 작은 고정 전력으로 송신하고, 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호를 최장의 교정 시간 분만큼 동상(同相) 가산하여, 그 다중 신호에 포함되는 교정 신호의 평균화 처리를 행함으로써 각 안테나 무선 수신부마다 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출한다. 즉, 거의 감도 열화를 일으키지 않는 낮은 고정 전력의 교정 신호를 이용하여, 교정 주기를 가변함으로써 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해 교정 신호에 기인하여 생기는 감도 열화를 거의 방지할 수 있다. 또한, 셀룰러 시스템의 사용자 수의 감소를 거의 회피하고, 또한, 고정밀도의 위상/진폭 정보의 보정을 간략한 구성으로 실현할 수 있다.
또한, 교정용 무선 송신부로부터 송신하는 교정 신호에 대해서는 해당 어레이 안테나 수신 장치 내의 열 잡음 전력보다 충분히 작은 고정 전력으로 송신하도록 하여도 된다.
또한, 교정 신호 처리부에서 위상/진폭 정보를 검출하는 경우, 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호를 최장의 교정 시간 분만큼 동상 가산하여, 그 다중 신호에 포함되는 교정 신호의 평균화 처리를 행함으로써 각 안테나 무선 수신부마다 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하도록 하여도 되고, 최장의 교정 시간을 주기 길이로 하는 교정 주기마다, 각 안테나 무선 수신부의 위상/진폭 정보를 각각 검출 출력하도록 하여도 된다.
또한, 교정 시간 판정부에서는, 총 수신 전력의 검파 전압 대신에, 각 무선 제어부로부터의 AGC 제어 신호에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다의 적절한 교정 시간을 판단하여 출력하도록 하여도 된다.
도 1은 종래의 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템에서의 블록을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시의 일 형태에 따른 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템에서의 블록을 도시한 도면.
도 3은 교정 신호에 의한 수신 감도의 열화량에 대한 특성의 일 형태를 도시한 도면.
도 4는 각 안테나 수신부의 AGC 이전에서의 총 수신 전력 분포의 일 형태를 도시한 도면.
도 5는 각 안테나 수신부의 AGC 이후에서의 총 수신 전력 분포의 일 형태를 도시한 도면.
도 6은 각 안테나 수신부로부터의 역확산 후에서의 교정 신호의 일 형태를 도시한 도면.
도 7은, 동상 가산 평균화 시간과 처리 이득과의 상관 특성의 일 형태를 도시한 도면.
도 8은 도 2와는 다른 본 발명에 따른 실시의 일 형태에서의 블록을 도시한 도면.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 첨부의 도면에 따라서 설명한다.
도 2는 본 발명에서의 하나의 실시 형태에 따른 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템을 도시한 블록도이다.
어레이 안테나 수신 장치는, 어레이 안테나(101)를 구성하는 N개(N은 2 이상의 정수)의 안테나 소자(102-1∼-N), 다중 회로(103-1∼-N), 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각을 구성하는 총 수신 전력 검출부(105-1∼-N) 및 AGC(Auto Gain Controller)(106-1∼-N), 수 M의 사용자 각각에 대응하는 사용자 신호 처리부(108-1∼-M), 교정용 신호 송신부(110), 교정 시간 판정부(111), 및 교정 신호 처리부(112)를 구비하고 있다.
어레이 안테나(101)는, N개의 안테나 소자(102-1∼-N)로 구성되어 있으며, 각각의 안테나의 상관이 높아지도록 근접하여 배치되어 있다. N개 중 하나의 안테나 소자(102-i)에 대응하는 다중 회로(103-i)는 한쪽을 안테나 소자(102-i)와 교정용 신호 송신부(110)와 접속하여 각각의 출력을 입력한다. 또한, 다중 회로(103-i)는, 상기 2개의 입력 신호를 무선 대역에서 다중을 행하여, 다른 쪽에 접속되는 안테나 무선 수신부(104-i)로 출력한다.
안테나 무선 수신부(104-i)는, 로우 노이즈 증폭기, 대역 제한 필터, 믹서, 국부 발진기, 총 수신 전력 검출부(105-i), AGC(106-i), 직교 검파기, 저역 통과 필터, 및 아날로그/디지털 변환기를 주요 구성 요소로 하고 있다. 여기서는, 이들 주요 구성 요소 중, 종래와 상위하고 본 발명에서 특징이 되는 총 수신 전력 검출부(105-i) 및 AGC(106-i)에 관해서만 도시하여 설명한다.
총 수신 전력 검출부(105-i)는, 다중 회로(103-i)의 출력을 입력으로 하고, AGC(106-i)에는 입력된 다중 신호를 그대로 출력하지만, 무선 제어부(107-i) 및 교정 시간 판정부(111)에는 다중된 신호의 검파 전압을 출력한다.
AGC(106-i)는, 무선 제어부(107-i)로부터 입력된 AGC 제어 전압에 따라서, 총 수신 전력 검출부(105-i)로부터 입력된 다중 신호를 증폭 또는 감쇠하여 항상 일정한 전력을 사용자 신호 처리부(108-1∼-M)의 전부, 및 교정 신호 처리부(112)로 출력한다.
무선 제어부(107-i)는, 상술한 종래의 구성에 추가되는 것으로, 총 수신 전력 검출부(105-i)로부터 입력된 검파 전압에 따라서 AGC(106-i)로 AGC 제어 전압을 출력한다.
사용자 수 M 중의 하나인 사용자 j에 대응하는 사용자 신호 처리부(108-j)는, 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각의 출력과, 교정 신호 처리부(112)의 출력인 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각에 대응하는 위상/진폭 정보를 입력으로 한다. 사용자 신호 처리부(108-j)는, 입력하는 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각의 출력을 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각의 위상/진폭 정보를 이용하여 보정하면서 사용자 j에 대응하는 사용자 신호 도래 방향에 대해서는 수신 이득을 크게 하는 한편, 다른 사용자로부터의 간섭이나 지연파에 의한 간섭에 대해서는 수신 이득을 작게 하는 수신 지향성 패턴의 형성을 행한다. 사용자 신호 처리부(108-j)는, 이 형성된 수신 지향성 패턴에 의해 수신된 사용자 j에 대한 사용자 복조 신호 j를 출력한다.
교정용 신호 송신부(110)는, 기저 대역에서 교정 신호를 생성하고, 교정 신호로서 임의의 심볼 패턴을 생성할 수 있도록 한다. 또한, 교정용 신호 송신부(110)는, 생성한 기저 대역의 교정 신호에 대하여, 디지털/아날로그 변환, 기저 대역으로부터 무선 대역으로의 주파수 변환 등을 행하고, 기지의 고정 전력인 교정 신호를 모든 다중 회로(103-1∼-N)로 출력한다.
교정 시간 판정부(111)는, 상술한 종래의 구성에 추가되는 것으로, 각 총 수신 전력 검출부(105-1∼-N)로부터 입력되는 검파 전압으로부터, 각 안테나 무선 수신부(104-1∼-N)마다 적절한 교정 시간을 구하여 교정 신호 처리부(112)로 출력한다.
교정 신호 처리부(112)의 종래와의 상위는, 교정 시간 판정부(111)로부터 각 안테나 무선 수신부(104-1∼-N)마다 적절한 교정 시간을 받는 점이다.
교정 신호 처리부(112)는, 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각의 출력과 교정 시간 판정부(111)로부터 받는 교정 시간을 입력하고, 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각의 출력에 다중된 교정 신호를 추출하여 안테나 무선 수신부(104-1∼-N ) 각각에서의 위상/진폭 정보를 검출하고, 모든 안테나 무선 수신부(104-1∼-N)의 정보를 모든 사용자 신호 처리부(108-1∼-M)로 출력한다. 또, 교정 신호를 부호 다중 신호로 하면 교정 신호를 추출하기 위해서는 역확산을 행하는 것으로 된다.
다음에, 도 2를 참조하여, 본 실시의 형태의 동작에 대하여 설명한다.
어레이 안테나(101)는, N개의 안테나 소자(102-1∼-N)로 구성된다. N개의 안테나 소자(102-1∼-N)는, 각각의 안테나 소자에서의 수신 신호가 높은 상관을 갖 도록 근접하여 배치되고, 희망 신호 및 복수의 간섭 신호가 다중된 신호를 수신하고 있다. 그러나, 실제로는 안테나 소자 수가 많아지면 인접하지 않는 떨어진 위치에 있는 안테나 소자 사이의 상관이 낮게 되고, 수신되는 다중 신호의 전력은 큰 변동을 갖는다. 즉, 어레이 안테나 수신 장치의 각 안테나 소자에는 다른 전력이 입력되어 있다.
한편, 교정용 신호 송신부(110)에서 생성된 기저 대역의 교정 신호는, 주파수 변환, 및 증폭되어 기지의 고정 전력인 신호로서 송신되고 있다.
다중 회로(103-1∼-N) 각각은, 한편, 안테나 소자(102-1∼-N) 각각과 하나의 교정용 신호 송신부(110)와 접속하고, 교정용 신호 송신부(110)로부터 출력되는 교정 신호와 안테나 소자(102-1∼-N) 각각의 출력을 입력한다. 또한, 다중 회로(103-1∼-N) 각각은, 상기 2개의 입력을 무선 대역에서 다중화를 행하고, 다른 쪽에서 접속하는 안테나 무선 수신부(104-1∼-N) 각각으로 출력한다.
예를 들면, 이동기로부터의 사용자 신호인 희망 신호의 교정 신호에 의한 수신 감도 열화를 0.2㏈ 이하로 하고자 하면, 잡음 전력 레벨이 0.2㏈ 악화하는 것과 같다. 따라서, 열 잡음 전력 레벨을 0㏈라고 하면, 다음의 식
0.2〉10×log(100/10+10x/10)
을 계산하여「x〈-13.267㏈」이 얻어진다. 이 결과로부터, 어레이 안테나 수신 장치의 수신 감도에 거의 영향을 주지 않기 위해서는, 교정 신호의 송신 전력을 열 잡음 전력 레벨보다「-13.267㏈」를 넘는 낮은 레벨로 고정할 필요가 있다.
도 3에 교정 신호에 의한 수신 감도의 열화량을 나타낸다.
여기서, 다중 회로(103-1∼-N) 각각으로부터 출력되는 것은, 교정 신호, 희망 신호, 간섭 신호, 열 잡음이다. 이들 합계를 총 수신 전력으로 하면, 교정 신호와 열 잡음은 일정한 전력이기 때문에 각 다중 회로로부터 출력되는 총 전력 각각의 차는, 그대로 각 안테나 소자로부터 입력되는 희망 신호와 간섭 신호와의 합으로부터 얻어지는 전력 각각의 차로 된다.
이하에, 2개의 안테나 무선 수신부(104-1, 104-N)에 대하여 고찰한다. 총 수신 전력 검출부(105-1)는, 다중 회로(103-1)의 출력을 입력으로 하고, AGC(106-1)에는 입력된 다중 신호를 그대로 출력한다. 총 수신 전력 검출부(105-N)는 다중 회로(103-N)의 출력을 입력으로 하고, AGC(106-N)에는 입력된 다중 신호를 그대로 출력한다. 그러나, 총 수신 전력 검출부(105-1,105-N) 각각은, 무선 제어부(107-1, 107-N) 각각, 및 교정 시간 판정부(111)에 다중된 신호의 검파 전압을 출력한다. 예를 들면, 안테나 무선 수신부(104-1)에 입력된 총 수신 전력의 총 수신 전력 검출부(105-1)에 의한 검파 전압이 2.5V이고, 안테나 무선 수신부(104-N)에 입력된 총 수신 전력의 총 수신 전력 검출부(105-N)에 의한 검파 전압이 2.8V이라고 하자. 이 검파 전압의 차, 0.3V는 안테나 무선 수신부(104-1)에 입력된 전체 전력 중의「희망 신호와 간섭 신호와의 합」과, 안테나 무선 수신부(104-N)에 입력된 전 전력 중의「희망 신호와 간섭 신호와의 합」과의 차의 전압으로 된다.
이에 의해, 교정 신호에서 간섭 신호인「희망 신호와 간섭 신호와의 합」이, 안테나 무선 수신부(104-N)에는 0.3V의 검파 전압분만큼 많이 입력된 것으로 된다. 이것은 교정 신호의 C/N이 일정하지 않다는 것을 의미한다. 이 모습을 도 4∼도 7에 도시한다.
도 4는 AGC에 의한 이득 제어를 행하기 전의 각 안테나 무선 수신부의 전력 분포를 나타내는 도면이다. 도 5는 AGC에 의한 이득 제어를 행한 후의 각 수신부의 전력 분포를 나타내는 도면이다. 도 6은 교정 신호 처리부(112)에 의해 동일한 시간만큼 동상 가산되어 평균화된 교정 신호의 C/N을 나타내는 도면이다.
총 수신 전력 검출부(105-1, 105-N)에 의해 출력된 각각의 검파 전압은, 무선 제어부(107-1, 107-N) 각각에 입력되고, AGC(106-1∼-N) 각각의 출력 전력이 일정하게 되도록 AGC 제어 전압을 출력한다. AGC(106-1, 106-N)는, 각각의 AGC에 대응하는 무선 제어부(107-1, 107-N)로부터 출력된 제어 전압에 따라서 이득을 제어하고, 증폭 또는 감쇠된 다중 신호를 사용자(1∼M) 각각에 대응하는 사용자 신호 처리부(108-1∼-M)의 전부, 및 교정 신호 처리부(112)로 출력한다. 이 때, AGC(1061, 106N)는, 교정 신호와 간섭 신호에 동일한 이득 제어를 행하므로 교정 신호의 C/N에 변화는 없다.
총 수신 전력 검출부(105-1, 105-N)에 의해 검출된 각각의 검파 전압은 교정 시간 판정부(111)에도 동시에 출력되고 있다. 따라서, 교정 시간 판정부(111)는 각 검파 전압에 대응하는 교정 시간을 교정 신호 처리부(112)로 출력한다. 여기서 교정 시간이란, 교정 신호 처리부(112)에서 교정 신호를 역확산하여 동상 가산에 의해 평균화하는 시간과 보정을 행하기 위한 처리 시간과의 합계 시간으로 정의한다. 그리고, 이 처리 시간은 일정한 시간으로 한다. 교정 시간 판정부(111)로부터 교정 신호 처리부(112)로 출력되는 정보는 안테나 무선 수신부의 번호와 교정 시간이다. 이미 상술한 바와 같이 교정 신호와 잡음 전력과는 항상 일정하기 때문에, 교정 시간 판정부(111)는 각 총 수신 전력 검출부(105-1, 105-N)로부터의 검파 전압만으로 각 안테나 무선 수신부(104-1, 104-N)에서의 교정 시간을 일의적으로 결정한다.
교정 신호 처리부(112)는 안테나 무선 수신부(104-1, 104-N)의 출력을 입력으로 한다. 또한, 교정 신호 처리부(112)는 안테나 무선 수신부(104-1, 104-N)의 출력에 다중된 교정 신호를 추출하여 안테나 소자(102-1, 102-N)의 위상/진폭 정보를 검출하여 각각에 대응하는 사용자 신호 처리부(108-1, 108-M)로 출력한다. 이 때, 교정 신호 처리부(112)는 교정 시간 판정부(111)로부터 출력되는 교정 시간 중에서 가장 긴 교정 시간을 선택하고, 선택된 교정 시간에 따라서 각 교정 신호의 동상 가산에 의한 평균화 처리를 행한다.
교정 신호의 처리 이득은 복조한 교정 신호를 동상으로 평균화 처리하는 시간에만 의존한다. 따라서, 위상 및 진폭 정보를 비교하기 위해 요구되는 소정의 C/N을 얻기 위해서는, 교정 신호에서 가장 간섭 신호 성분이 많은 안테나 무선 수신부에 대하여 필요한 동상 가산에 의한 평균화 처리 시간을 제공하여 두면 된다. 도 7은 동상 가산에 의한 평균화 처리 시간에 대한 처리 이득을 도시한다. 도면으로부터, 각 안테나 무선 수신부마다 교정 신호와 간섭 신호와의 비가 다르기 때문에, 위상/진폭 정보를 고정밀도로 비교하기 위해 필요한 역확산 후의 C/N을 얻기 위해서는, 각 안테나 무선 수신부마다 별개의 동상에서의 평균화 시간이 필요하다것을 알 수 있다.
교정 주기에 관해서는, 교정 시간 판정부(111)로부터 출력되는 각 안테나 무선 수신부마다의 교정 시간 중에서 가장 긴 교정 시간을 교정 주기로 한다. 즉, 교정 신호에 대한 간섭 신호의 전력이 작은 경우에는 교정 주기가 짧아도 된다. 한편, 교정 신호에 대한 간섭 신호의 전력이 큰 경우에는 긴 교정 주기가 필요하게 된다. 따라서, 이전의 교정이 종료되는 대로, 다음의 교정이 시작되어 그 교정에 대한 교정 주기는 교정 시간 판정부(111)의 출력 결과에 의해 결정되어 가게 된다. 상술한 안테나 무선 수신부(104-1)에 입력된 총 수신 전력의 총 수신 전력 검출부(105-1)에 의한 검파 전압이 2.5V이고, 안테나 무선 수신부(104-N)에 입력된 총 수신 전력의 총 수신 전력 검출부(105-N)에 의한 검파 전압이 2.8V인 경우에서는, 검파 전압이 큰 안테나 무선 수신부(104-N)에 필요한 교정 시간이, 금회의 교정에서의 교정 시간으로 된다.
사용자(1∼-M) 각각에 대응하는 사용자 신호 처리부(108-1∼-M) 각각은, 안테나 무선 수신부(104-1, 104-N)의 출력과, 교정용 신호 처리부(112)의 출력인 안테나 소자(102-1, 102-N)의 위상/진폭 정보를 입력하고 있다. 예를 들면 사용자 j에 대응하는 사용자 신호 처리부(108-j)는, 이들 안테나 무선 수신부(104-1, 104-N)의 출력을 안테나 소자(102-1, 102-N)의 위상/진폭 정보를 이용하여 보정하면서 사용자 j에 사용자 신호 도래 방향에 대해서는 수신 이득을 크게 하고, 다른 사용자로부터의 간섭 및 지연파에 의한 간섭에 대해서는 수신 이득을 작게 하는 수신 지향성 패턴의 형성을 행하여, 수신 지향성 패턴에 의해 수신된 사용자 복조 신호 -j를 출력한다.
이와 같이 기지의 크기인 고정 전력의 교정 신호를 이용하여, 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하기 위해 요하는 교정 시간을 교정 시간 판정부로부터 통지함으로써, 시스템 운용 시에 거의 수신 감도 열화가 없는 교정을 행할 수 있다.
다음에, 도 8을 참조하여, 상술한 어레이 안테나 수신 장치와는 다른 실시의 일 형태에 대하여 설명한다. 도 8은, 도 2와는 다른 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템을 도시한 블록도이며, 그 구성 요소는 도 2를 참조하여 설명한 것과 동일한 또는 동등한 것에 대해서는 동일한 번호 부호를 붙이고 있다.
도 8이 도 2와 서로 다른 점은, 교정 시간 판정부(111)의 입력이다. 도 2에서는, 각 안테나 무선 수신부 내의 총 수신 전력 검출부(105-1∼-N)로부터 출력되는 검파 전압을 입력하고 있다. 그러나, 도 8에서는, 무선 제어부(107-1∼-N)가 AGC(106-1∼-N)로 출력하는 AGC 제어 신호를 입력으로 하고, 교정 신호 처리부(112)에 각 안테나 무선 수신부에 필요한 교정 시간을 출력하도록 구성하고 있다. 어떠한 구성에서도 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 교정 시스템은, 첫째로, 먼저, 각 안테나 무선 수신부로 입력된 총 수신 전력의 검파 전압에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다의 적절한 교정 시간을 교정 시간 판정부에서 판단하고 있다. 다음에, 이 교정 시스템은, 이들 교정 시간 중 최장의 교정 시간에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호로부터 교정 신호의 위상/진폭 정보를 교정 신호 처리부에서 각각 검출하여 출력하도록 하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 교정 시스템은, 교정 신호에 기인하여 생기는 감도 열화를 거의 일으키지 않는다.
둘째로, 이 교정 시스템은, 교정 신호의 위상/진폭 정보를 비교하기 위해 필요한 C/N을 얻기 위해서, 교정 신호의 동상 가산에 의한 평균화 처리 시간을 제어하고 있다. 따라서, 교정 신호가 간섭 신호로 되어 이동기로부터의 사용자 신호와 간섭 신호와의 비를 악화시키지 않고, 기지국 장치에서 원하는 신호 품질로 복조하기 위해 이동기의 송신 출력을 증가시키는 일이 없다. 이 결과, 이 교정 시스템은 셀룰러 시스템의 사용자 수를 거의 감소시키지 않는다.
셋째로, 이 교정 시스템은, 각 안테나 수신부가 수신한 총 수신 전력에 대하여, 교정 신호를 동상 가산하여 평균화하는 시간만을 제어하고 있으므로, 원하는 역확산 후의 교정 신호의 C/N을 항상 만족할 수 있다. 따라서, 이 교정 시스템은, 고정밀도의 위상/진폭 정보의 보정을 간략한 구성으로 실현한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템은, 셀룰러 이동 통신 시스템과 같은 적응(어댑티브) 안테나 제어를 행하는 어레이 안테나 수신 장치 내에 있는 각 안테나 무선 수신부 사이의 위상(지연) 및 진폭 정보의 변동을 보정하는 교정 시스템에 적합하다.

Claims (6)

  1. 어레이 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에 대응하여 상기 각 안테나 소자로부터 받는 신호에 기지의 교정 신호를 다중한 다중 신호로 입력하고, 상기 다중 신호 각각으로부터 추출한 교정 신호에 기초하여, 각 안테나 소자에 접속되는 안테나 무선 수신부마다 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하고, 이 각 안테나 소자에 접속되는 안테나 무선 수신부마다 수신 처리된 이동기와의 사용자 신호를 상기 위상/진폭 정보에 기초하여 보정하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템으로서,
    상기 교정 신호를 추출하는 신호를, 입력된 상기 다중 신호에 대하여 그 총 수신 전력의 검파 전압을 검출하고, 수신 처리한 다중 신호를 해당 검파 전압에 따른 이득으로 제어하여 출력하는 무선 제어 수단과,
    상기 제어 수단으로부터 상기 총 수신 전력의 검파 전압을 받아, 해당 검파 전압에 기초하여 각 안테나 소자마다의 적절한 교정 시간을 판단하고, 상기 교정 시간 중 최장의 교정 시간에 기초하여, 상기 다중 신호로부터 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 각각 검출하여 출력하는 신호 처리 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템.
  2. 기지의 교정 신호를 송출하는 교정용 무선 송신부와, 어레이 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에 대응하여 접속되며 상기 각 안테나 소자로부터 받는 신호에 상기 교정 신호를 다중하여 입력하는 각각의 안테나 무선 수신부와, 해당 각 안테나 무선 수신부로부터 추출한 교정 신호에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하는 교정 신호 처리부와, 상기 교정 신호 처리부에서 검출한 각 안테나마다의 위상/진폭 정보에 기초하여 각 안테나 무선 수신부에서 수신 처리된 이동기와의 사용자 신호를 보정하는 각 사용자 신호 처리부를 포함하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템으로서,
    상기 각 안테나 무선 수신부마다 설치되고, 대응하는 안테나 무선 수신부에 입력된 총 수신 전력의 검파 전압에 따라서 이득을 제어하는 AGC 제어 신호를 출력하는 무선 제어부와,
    상기 각 안테나 무선 수신부에 입력된 총 수신 전력의 검파 전압에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다의 적절한 교정 시간을 판단하여 출력하는 교정 시간 판정부
    를 더 포함하며,
    상기 각 안테나 무선 수신부는, 입력된 다중 신호에 대하여 그 총 수신 전력의 검파 전압을 검출하여 상기 무선 제어부로 출력함과 함께, 수신 처리한 다중 신호를, 대응하는 해당 무선 제어부로부터 받는 AGC 제어 신호에 따른 이득으로 출력하고,
    상기 교정 신호 처리부는, 상기 교정 시간 판정부로부터 출력된 각 안테나 무선 수신부의 교정 시간 중 최장의 교정 시간에 기초하여, 상기 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호로부터 상기 교정 신호의 위상/진폭 정보를 각각 검출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교정용 무선 송신부는, 상기 각 안테나 무선 수신부로 다중 입력하는 교정 신호를 해당 어레이 안테나 수신 장치 내의 열 잡음 전력보다 충분히 작은 고정 전력으로 송신하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 교정 신호 처리부는, 상기 각 안테나 무선 수신부로부터 출력된 다중 신호를 상기 최장의 교정 시간 분만큼 동상(同相) 가산하여, 그 다중 신호에 포함되는 교정 신호의 평균화 처리를 행함으로써 각 안테나 무선 수신부마다 교정 신호의 위상/진폭 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 교정 신호 처리부는, 상기 최장의 교정 시간을 주기 길이로 하는 교정 주기마다, 각 안테나 무선 수신부의 위상/진폭 정보를 각각 검출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 교정 시간 판정부는, 상기 총 수신 전력의 검파 전압 대신에, 상기 각 무선 제어부로부터의 AGC 제어 신호에 기초하여, 각 안테나 무선 수신부마다의 적절한 교정 시간을 판단하여 출력하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 수신 장치의 교정 시스템.
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