KR100571138B1 - 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법, 이를 수행하기 위한장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
최적의 빔을 형성하기 위해, 변조된 데이터 신호들과 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 복수의 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시킨다. 상기 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시킨다. 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시킨다. 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산한다. 상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다. 파일럿 신호를 이용하여 가중치 벡터를 계산하므로, 최적의 빔이 정확하게 형성된다.
빔 형성, 단말기, 기지국
Description
도 1은 일반적인 빔 형성 방법을 도시한 개략도이다.
도 2는 일반적인 빔 형성 장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 역확산부를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빔 형성 과정을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가중치 벡터를 계산하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가중치 벡터를 계산하는 과정을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 역확산부 30 : 가중치 계산부
50 : 빔 형성부 160 : 곱셈부
180 : 합산부 200 : 데이터 신호부
220 : 파일럿 신호부
본 발명은 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법, 이를 수행하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정확하게 최적의 빔을 형성할 수 있는 빔 형성 방법, 이를 수행하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
이동 통신 시스템에서 전체 시스템의 용량은 원하는 사용자 외의 사용자의 간섭에 의해 좌우된다. 그러므로, 상기 이동 통신 시스템에서 원하지 않는 사용자들을 배제할 필요가 있다. 그래서 상기 원하는 사용자로의 방향으로 최적의 빔을 형성하는 장치가 등장하였다. 종래의 빔 형성 장치, 예를 들어 기지국에 포함된 빔 형성 장치, 는 단말기들로부터 전송된 복수의 수신 신호들을 수신한다. 그러므로, 상기 빔 형성 장치는 상기 수신 신호들 중 상기 원하는 단말기로부터 전송된 수신 신호를 선택해야 한다. 종래의 빔 형성 장치는 상기 수신 신호들에 포함된 데이터 신호들을 이용하여 최적의 빔 형성을 위한 가중치 벡터들을 계산하였다. 그러나, 상기 데이터 신호들에 포함된 데이터 열들에 대한 정보를 상기 기지국은 정확히 알 수가 없다. 그러므로, 상기 가중치 벡터들의 정확성이 떨어지게 된다. 그러므로, 정확하게 최적의 빔을 형성할 수 있는 빔 형성 장치가 요구된다.
본 발명의 제 1 목적은 최적의 빔을 정확하게 형성할 수 있는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 상기 빔 형성 방법을 수행하는데 특히 적합한 빔 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은 상기 빔 형성 방법을 수행하는데 특히 적합한 빔 형성 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법은 변조된 데이터 신호들과 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 복수의 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시키는 단계; 상기 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키는 단계; 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키는 단계; 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 단계; 및 상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법은 변조된 데이터 신호들과 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 복수의 변조신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시키는 단계; 상기 변조된 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)들을 각기 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키는 단계; 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키는 단계; 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 단계; 및 상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치는
역확산부, 가중치 계산부 및 빔 형성부를 포함한다. 상기 역확산부는 변조된 데이터 신호들과 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 복수의 수신신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시 킨다. 상기 가중치 계산부는 상기 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산한다. 상기 빔 형성부는 상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치는 역확산부, 가중치 계산부 및 빔 형성부를 포함한다. 상기 역확산부는 변조된 데이터 신호들과 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 복수의 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시킨다. 상기 가중치 계산부는 상기 변조된 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산한다. 상기 빔 형성부는 상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 시스템은 복수의 단말기들 및 기지국을 포함한다. 상기 단말기들은 데이터 신호들 및 파일럿 신호들을 변조시켜 상기 변조된 데이터 신호들 및 상기 변조된 데이터 신호들에 상응하는 상기 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 수신 신호들을 각기 발생 시킨다. 상기 기지국은 상기 수신 신호들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다. 상기 기지국은 상기 수신 신호들을 수신하는 복수의 안테나들; 상기 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 역확산 데이터 신호들과 복수의 역확산 파일럿 신호들을 발생시키는 역확산부; 상기 역확산 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 역확산 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 가중치 계산부; 및 상기 역확산 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 빔 형성부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 시스템은 복수의 기지국들 및 단말기를 포함한다. 상기 복수의 기지국들은 데이터 신호들 및 파일럿 신호들을 변조시켜 상기 변조된 데이터 신호들 및 상기 변조된 데이터 신호들에 상응하는 상기 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하는 수신 신호들을 각기 발생시킨다. 상기 단말기는 상기 수신 신호들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다. 또한, 상기 단말기는 상기 수신 신호들을 수신하는 안테나; 상기 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 역확산 데이터 신호들과 복수의 역확산 파일럿 신호들을 발생시키는 역확산부; 상기 변조된 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 역확산 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행 렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 가중치 계산부; 및 상기 역확산 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 빔 형성부를 포함한다.
본 발명에 따른 빔 형성 방법, 이를 수행하기 위한 장치 및 시스템은 파일럿 신호를 이용하여 가중치 벡터를 계산한다. 그 결과, 최적의 빔이 정확하게 형성된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법, 이를 수행하기 위한 장치 및 빔 형성 시스템의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 빔 형성 방법을 도시한 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 방법, 장치 및 시스템은 부호 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access : CDMA) 시스템에서 사용된다.
도 1을 참조하면, 기지국은 복수의 단말기들로부터 전송된 수신 신호들을 수신한다. 상세하게는, 상기 기지국은 변조된 데이터 신호와 변조된 파일럿 신호를 각기 포함하는 상기 수신 신호들을 상기 단말기들로부터 수신한다. 상기 단말기들로부터 전송된 상기 수신 신호들을 수신한 후, 상기 기지국은 상기 단말기들 중 액세스(access)할 하나의 단말기를 선택하여야 한다. 상기 단말기를 선택하기 위한 다수의 방법들이 존재한다. 본 발명은 다수의 방법들 중 빔 형성 방법을 이용하여 상기 단말기를 선택하는 방법을 제공한다. 상세하게는, 본 발명의 빔 형성 장치 및 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 원하는 단말기 방향으로 최적의 빔을 형성하고, 다른 단말기들 방향으로는 널(null)을 형성한다. 그 결과, 상기 기지국은 상기 원하는 단말기와 1:1 액세스된다. 이와 같은 빔 형성 방법을 옵티말(optimal) 빔 형성 방법이라 한다. 반면에, 다른 단말기들에 관계없이 상기 원하는 단말기 방향으로만 최적의 빔을 형성시키는 방법을 서브-옵티말(sub-optimal) 빔 형성 방법이라 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치 및 시스템은 상기 옵티말 빔 형성 방법을 이용한다.
도 2는 일반적인 빔 형성 장치를 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 기지국은 상기 단말기들로부터 상기 수신 신호들을 수신한다. 상세하게는, 상기 기지국은 안테나를 통하여 상기 수신 신호들을 수신한다.
상기 기지국은 지향성 안테나(Directional Antenna) 또는 복수의 다지향성 안테나(Omni-directional Antenna)들을 이용하여 빔을 형성한다. 상세하게는, 상기 기지국은 고정 빔을 가지는 상기 지향성 안테나를 설치하여 원하는 단말기 방향의 신호 이득을 높이고 원하는 않는 단말기 방향의 신호 이득을 줄이는 방법을 사용한다. 또는, 상기 기지국은 상기 다지향성 안테나들을 설치하여 상기 수신 신호들을 수신한 후 상기 수신 신호들의 위상차(Phase Difference) 및 가중치(weight)를 이용하여 상기 원하는 단말기를 선택한다. CDMA 시스템에서 상기 단말기들의 이동성이 크다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치 및 시스템은 상기 다지향성 안테나를 이용하여 빔을 형성한다. 이하, 상기 안테나들을 상기 다지향성 안테나들로 가정하겠다.
이하, 빔 형성 방법에 대하여 상술하겠다.
L번째 안테나에 입력되는 K번째 사용자의 단말기의 수신 신호의 시간 지연은 수학식 1과 같다.
여기서, d는 인접한 안테나들 사이의 거리이며, c는 빛의 속도이고, 
는 K번째 사용자의 상기 단말기로부터 전송된 수신 신호의 도달각(Directional of Arrival)이다.
상기 L번째 안테나에 입력되는 상기 수신 신호의 시간 지연이 상기의 수학식 1과 같으므로, 상기 K번째 사용자의 상기 단말기로부터 전송된 수신 신호의 상기 K번째 안테나에 대한 위상차는 하기의 수학식 2와 같다.
여기서, 
는 상기 수신 신호의 반송파 주파수(Carrier Frequency)이며, λ는 파장이다. 적절한 빔 형성을 위해서, d는 λ/2 이내이어야 한다.
상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 이용하여 상기 수신 신호를 구하면 하기의 수학식 3과 같다.
여기서, 
는 K번째 사용자의 단말기로부터 전송된 복소 변조 신호(Complex Modulating Signal)이며, n은 각 안테나에서의 가산성 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise : AWGN)이다.
빔 형성 출력 신호(Z)는 상기 수신 신호들과 상기 수신 신호들에 상응하는 가중치들을 이용함에 의해 발생된다. 이를 수학식으로 표현하면 하기의 수학식 4와 같다.
여기서, 
이고, 
이다. 또한, *는 복소 켤레(Complex Conjugate)이고, H는 HERMITIAN 치환(Hermitian transpose)이며, T는 행렬 또는 벡터의 치환(Transpose of Matrix or Vector)을 나타낸다.
상기 빔 형성 출력 신호를 출력하는 빔 형성 장치 및 시스템에서 최적의 빔을 얻기 위한 가중치 벡터는 하기의 수학식 5와 같다.
여기서, 
는 공분산 행렬을 의미하며, 
이며, 도달각 벡터인
이다. 즉, 
는 잡음에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)이고, 
은 상기 수신 신호에 대한 공분산 행렬이며,
는 역확산(despreading)된 수신 신호에 대한 공분산 행렬이다.
상기 수학식 5에서 상기 도달각 벡터를 정확히 추정할 수 있는 경우, 최적의 빔을 형성하기 위한 상기 가중치 벡터는 상기 잡음에 대한 공분산 행렬에 의해 결정된다. 그러나, 
에서 순수한 신호 성분만을 완벽하게 제거하지 못함으로 인하여 정확한 가중치 벡터의 추정이 불가능할 수도 있다. 그래서, 본 발명의 상기 빔 형성 장치 및 시스템은 상기 가중치 벡터를 정확히 추정할 수 있도록 잘 알려진 상기 파일럿 신호를 이용하여 상기 가중치 벡터를 계산한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 빔 형성 장치는 역확산부(10), 가중치 계산부(30) 및 빔 형성부(50)를 포함한다.
역환산부(10)는 제 1 역확산부(100), 제 2 역확산부(120) 내지 제 L 역확산부(140)를 포함한다. 각 역확산부들은 상기 안테나들을 통하여 수신된 상기 수신 신호들을 각기 역확산(despreading)시킨다. 즉, 상기 각 역확산부들은 상기 수신 신호들을 각기 복조(demodulation)시킨다. 상세하게는, 역환산부(10)는 상기 수신 신호들에 포함된 상기 변조된 데이터 신호들을 역확산시켜 데이터 신호들을 발생시킨다. 또한, 역확산부(10)는 상기 수신 신호들에 포함된 상기 변조된 파일럿 신호 들을 역확산시켜 파일럿 신호들을 발생시킨다.
가중치 계산부(30)는 상기 파일럿 신호들을 이용하여 상기 수신 신호들에 상응하는 상기 가중치 벡터들을 계산한다. 상기 단말기와 상기 기지국은 상기 파일럿 신호에 대한 정보를 가지고 있다. 또한, 상기 파일럿 신호는 "000000‥‥", "11111‥‥" 또는 "01010101‥‥"과 같이 단순한 데이터 열들을 가진다. 그러므로, 본 발명에 따른 상기 빔 형성 장치 및 시스템은 상기 가중치 벡터들을 정확하게 추정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
빔 형성부(50)는 곱셈부(160) 및 합산부(180)를 포함한다.
곱셈부(160)는 상기 데이터 신호들과 상기 데이터 신호들에 상응하는 상기 가중치 벡터들을 각기 곱하여 복수의 곱 벡터들을 발생시킨다.
합산부(180)는 상기 곱 벡터들을 더하여 최적의 빔 형성을 위한 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다.
요컨대, 본 발명의 상기 빔 형성 장치 및 시스템은 상기 파일럿 신호들을 이용하여 상기 가중치 벡터들을 계산하므로, 종래의 빔 형성 장치 및 시스템보다 상기 가중치 벡터들을 정확하게 계산하여 최적의 빔을 형성할 수 있다.
CDMA 시스템에서 데이터의 전송은 업-링크(uplink)와 다운-링크(downlink)가 있다. 상기 업-링크는 상기 단말기로부터 제 1 데이터를 상기 기지국에 전송하는 방법을 의미한다. 반면에, 상기 다운-링크는 상기 기지국으로부터 제 2 데이터를 상기 단말기에 전송하는 방법을 의미한다. 본 발명의 상기 빔 형성 장치는 상기 단말기에 포함되어 있을 수도 있고, 상기 기지국에 포함되어 있을 수 있다. 상세하게 는, 상기 업-링크의 경우에는, 상기 빔 형성 장치는 상기 기지국에 포함되어 있다. 반면에, 상기 다운-링크의 경우에는, 상기 빔 형성 장치는 상기 단말기에 포함되어 있다. 상기 업-링크의 경우, 상기 파일럿 신호들이 정확하게 예측되는 신호들이기 때문에, 상기 가중치 벡터를 정확하게 계산할 수 있다. 상기 다운-링크의 경우, 상기 기지국은 상기 업-링크의 경우보다 큰 파워를 가지는 상기 수신 신호들을 상기 단말기에 전송하므로, 상기 가중치 벡터를 상기 업-링크의 경우보다 더 정확하게 계산할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 빔 형성 장치 및 시스템은 최적의 빔을 정확하게 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 역확산부를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 역확산부(100. 120 및 140)는 데이터 신호부(200) 및 파일럿 신호부(220)를 각기 포함한다.
상기 각 수신 신호들은 상기 변조된 데이터 신호에 포함된 제 1 데이터 열과 이에 상응하는 데이터 PN(Pseudo Noise) 코드에 포함된 제 2 데이터 열들의 곱인 제 3 데이터 열을 포함하고 있다. 또한, 상기 각 수신 신호들은 상기 변조된 파일럿 신호에 포함된 제 4 데이터 열과 이에 상응하는 파일럿 PN 코드에 포함된 제 5 데이터 열들의 곱인 제 6 데이터 열을 포함하고 있다.
데이터 신호부(200)는 상기 수신 신호에 포함된 상기 제 3 데이터 열과 상기 데이터 PN 코드에 포함된 상기 제 2 데이터 열을 곱하여 상기 제 3 데이터 열을 상기 제 1 데이터 열로 복조(demodulation)시킨다. 즉, 데이터 신호부(200)는 상기 제 3 데이터 열과 상기 제 2 데이터 열을 상관시킨다. 이어서, 데이터 신호부(200)는 상기 제 1 데이터 열을 적분시켜 제 1 상관 적분 값을 가지는 상기 데이터 신호를 발생시킨다.
파일럿 신호부(220)는 상기 수신 신호에 포함된 상기 제 6 데이터 열과 상기 파일럿 PN 코드에 포함된 상기 제 5 데이터 열을 곱하여 상기 제 6 데이터 열을 상기 제 4 데이터 열로 복조(demodulation)시킨다. 즉, 파일럿 신호부(220)는 상기 제 6 데이터 열과 상기 제 5 데이터 열을 상관시킨다. 계속하여, 파일럿 신호부(220)는 상기 제 4 데이터 열을 적분시켜 제 2 상관 적분 값을 가지는 상기 파일럿 신호를 발생시킨다.
요컨대, 상기 역확산 과정은 상기 수신 신호의 복조 과정이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치를 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 데이터 신호부(200)는 상기 수신 신호에 포함된 상기 제 3 데이터 열과 상기 데이터 PN 코드에 포함된 상기 제 2 데이터 열을 곱하여 상기 제 3 데이터 열을 상기 제 1 데이터 열로 복조(demodulation)시킨다. 상기 복조 과정 시, 시간 지연된 상기 데이터 PN 코드가 상기 제 3 데이터 열에 곱해진다. 그 이유는 상기 수신 신호가 전파되어 올 때 지연(delay)이 발생되기 때문에 상기 지연에 상응하는 시간을 고려한 것이다. 그 결과, 상기 수신 신호들은 동기(synchronization)된다. 이어서, 데이터 신호부(200)는 상기 제 1 데이터 열을 적분시켜 제 1 상관 적분 값을 가지는 상기 데이터 신호를 발생시킨다. 즉, 데이터 신호부(200)는 상기 제 3 데이터 열과 상기 제 2 데이터 열을 상관 적분시킨다. 상기 상관 적분은 상기 제 3 데이터 열과 상기 제 2 데이터 열을 순차적으로 곱하여 상기 곱의 값들을 합하는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 제 3 데이터 열이 "0, 1, 1, 0...."이고, 상기 제 2 데이터 열이 "1, 0, 1, 1....."인 경우, 상기 상관 적분은 "0 ×1 + 1 ×0 + 1 ×1 + 0 ×1...."의 값을 가진다.
파일럿 신호부(220)는 상기 수신 신호에 포함된 상기 제 6 데이터 열과 상기 파일럿 PN 코드에 포함된 상기 제 5 데이터 열을 곱하여 상기 제 6 데이터 열을 상기 제 4 데이터 열로 복조(demodulation)시킨다. 여기서, 시간 지연된 상기 파일럿 PN 코드가 상기 제 6 데이터 열에 곱해진다. 그 결과, 상기 수신 신호들은 동기(synchronization)된다. 계속하여, 파일럿 신호부(220)는 상기 제 4 데이터 열을 적분시켜 제 2 상관 적분 값을 가지는 상기 파일럿 신호를 발생시킨다. 즉, 파일럿 신호부(220)는 상기 제 6 데이터 열과 상기 제 5 데이터 열을 상관 적분하여 상기 파일럿 신호들을 발생시킨다. L번째 안테나에서 복조된 파일럿 신호는 하기의 수학식 6과 같다.
여기서, 
은 상기 수신 신호들 간의 부호가 직교하지 않기 때문에 역확산시에 발생되는 간섭신호이고, n은 가산성 백색 가우시안 잡음 성분이다.
가중치 계산부(30)는 상기 가중치 벡터들을 계산한다. 상기 수학식 5에서 알 수 있듯이, 상기 가중치 벡터
이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 잡음에 대한 공분산 행렬 
은 하기의 수학식 7과 같다.
여기서, 
는 상기 파일럿 신호의 추정치에 대한 공분산 행렬이며, 
는 상기 파일럿 신호의 평균에 대한 공분산 행렬이다. 상기 수학식 7에서 보여지듯이, 상기 잡음에 대한 공분산 행렬은 상기 파일럿 신호의 추정치에 대한 공분산 행렬로부터 상기 파일럿 신호의 평균에 대한 공분산 행렬을 뺀 새로운 공분산 행렬이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치 및 시스템은 상기 파일럿 신호만을 이용하여 상기 가중치를 계산한다. 또한, 상기 파일럿 신호는 상기 기지국과 상기 단말기에 알려져 있으며 정확하게 추정되기 때문에, 
가 정확하게 계산된다. 그 결과, 상기 잡음에 대한 공분산 행렬이 정확하게 계산된다. 더욱이, 상기 파일럿 신호가 잘 알려져 있기 때문에, 상기 데이터 신호의 평균을 계산할 때보다 더 긴 주기를 이용하여 평균을 구할 수 있다. 그러므로, 상기 파일럿 신호를 이용하여 계산된 상기 잡음에 대한 공분산 행렬은 상기 데이터 신호를 이용하여 계산된 상기 잡음에 대한 공분산 행렬보다 더 정확한 값을 가진다. 여기서, 상기 파일럿 신호의 평균을 구한 경우, 잡음 성분이 상기 파일럿 신호에서 제거된다. 그 결과, 상기 파일럿 신호의 추정치에 대한 공분산 행렬에서 상기 파일럿 신호의 평균에 대한 공분 산 행렬을 뺀 값은 상기 잡음에 대한 공분산 행렬이 된다.
곱셈부(160)는 상기 데이터 신호들과 상기 데이터 신호들에 상응하는 상기 가중치 벡터들을 각기 곱하여 상기 곱 벡터들을 발생시킨다.
합산부(180)는 상기 곱 벡터들을 합하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 빔 형성 장치를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 상기 빔 형성 장치는 역확산부(10), 가중치 계산부(30) 및 빔 형성부(50)를 포함한다. 가중치 계산부(30)를 제외한 다른 구성 요소들의 기능은 도 3의 구성 요소들의 기능과 동일하다. 그러므로, 이하, 도 3의 구성 요소들과 동일한 구성 요소들에 대하여는 동일한 부호를 사용하겠다.
가중치 계산부(30)는 상기 파일럿 신호들과 상기 수신 신호들을 이용하여 상기 가중치 벡터들을 계산한다. 상기 가중치 벡터들을 계산 방정식은 하기의 수학식 8과 같다.
상기 수학식 8에서 보여지듯이, 본 발명의 상기 가중치 벡터는 상기 데이터 신호를 이용하지 않고 상기 파일럿 신호( 
)를 이용한다. 그러므로, 가중치 계산부(30)는 상기 가중치 벡터를 종래의 기술보다 정확하게 계산할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빔 형성 과정을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 역확산부(10)는 상기 수신 신호들을 역확산시켜 상기 데이터 신호들과 상기 파일럿 신호들을 발생시킨다(S100).
가중치 계산부(30)는 상기 파일럿 신호들을 이용하여 상기 가중치 벡터들을 계산한다(S120). 또는, 가중치 계산부(30)는 상기 수신 신호들과 상기 파일럿 신호들을 이용하여 상기 가중치 벡터들을 계산한다.
곱셈부(160)는 상기 데이터 신호들과 상기 데이터 신호들에 상응하는 상기 가중치 벡터들을 곱하여 상기 곱 벡터들을 발생시킨다(S140).
합산부(180)는 상기 곱 벡터들을 합하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시킨다(S160).
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 가중치 벡터를 계산하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 가중치 계산부(30)는 상기 복조된 파일럿 신호의 공분산 행렬을 계산한다(S200).
이어서, 가중치 계산부(30)는 상기 파일럿 신호의 평균에 대한 공분산 행렬을 계산한다(S220).
계속하여, 가중치 계산부(30)는 상기 파일럿 신호의 공분산 행렬로부터 상기 파일럿 신호의 평균에 대한 공분산 행렬을 빼서 상기 잡음에 대한 공분산 행렬을 계산한다(S240).
이어서, 가중치 계산부(30)는 상기 잡음에 대한 공분산 행렬과 상기 도달각 벡터를 이용하여 상기 가중치 벡터를 계산한다(S260).
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 가중치 벡터를 계산하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 가중치 계산부(30)는 상기 변조된 파일럿 신호의 공분산 행렬을 계산한다(S300).
이어서, 가중치 계산부(30)는 상기 복조된 파일럿 신호의 평균에 대한 공분산 행렬을 계산한다(S320).
계속하여, 가중치 계산부(30)는 상기 변조된 파일럿 신호의 공분산 행렬에서 상기 복조된 파일럿 신호의 평균에 대한 공분산 행렬을 빼서 상기 잡음에 대한 공분산 행렬을 계산한다(S340).
이어서, 가중치 계산부(30)는 상기 잡음에 대한 공분산 행렬과 상기 도달각 벡터를 이용하여 상기 가중치 벡터를 계산한다(S360).
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 빔 형성 방법, 이를 수행하기 위한 장치 및 시스템은 파일럿 신호를 이용하여 가중치 벡터를 계산하므로, 최적의 빔을 정확하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
Claims (18)
- 변조된 데이터 신호와 변조된 파일럿 신호를 각기 포함하는 복수의 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시키는 단계;상기 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키는 단계;상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키는 단계;상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 단계; 및상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가중치 벡터들을 계산하는 단계는,상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 1 공분산 행렬들에 상응하는 상기 제 2 공분산 행렬들의 각기 차를 구하여 잡음에 대한 공분산 행렬들을 발생시키는 단계;상기 잡음에 대한 공분산 행렬들을 역행렬시키는 단계;상기 잡음에 대한 공분산 행렬들에 상응하는 도달각 벡터들을 각기 계산하는 단계; 및상기 역행렬된 잡음에 대한 공분산 행렬들과 상기 도달각 벡터들을 이용하여 상기 가중치 벡터들을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단계는,상기 데이터 신호들과 상기 데이터 신호들에 상응하는 상기 가중치 벡터들의 곱을 각기 계산하여 곱 벡터들을 발생시키는 단계; 및상기 곱 벡터들을 합하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 신호들을 발생시키는 단계는,상기 변조된 데이터 신호에 포함된 제 1 데이터 열들과 제 1 PN 코드에 포함된 제 2 데이터 열들을 곱하여 제 3 데이터 열들을 발생시키는 단계;상기 변조된 파일럿 신호에 포함된 제 4 데이터 열들과 제 2 PN 코드에 포함된 제 5 데이터 열들을 곱하여 제 6 데이터 열들을 발생시키는 단계;상기 제 3 데이터 열들을 적분시켜 제 1 상관 적분 값들을 가지는 상기 데이터 신호들을 발생시키는 단계; 및상기 제 6 데이터 열들을 적분시켜 제 2 상관 적분 값들을 가지는 상기 파일럿 신호들을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용 한 빔 형성 방법.
- 변조된 데이터 신호와 변조된 파일럿 신호를 각기 포함하는 복수의 수신신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시키는 단계;상기 변조된 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)들을 각기 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키는 단계;상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키는 단계;상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 단계; 및상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 가중치 벡터들을 계산하는 단계는,상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들의 차를 각기 계산하여 잡음에 대한 공분산 행렬들을 발생시키는 단계;상기 잡음에 대한 공분산 행렬들을 역행렬시키는 단계;상기 잡음에 대한 공분산 행렬들에 상응하는 도달각 벡터들을 계산하는 단 계; 및상기 역행렬된 잡음에 대한 공분산 행렬과 상기 도달각 벡터들을 이용하여 상기 가중치 벡터들을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 방법.
- 변조된 데이터 신호와 변조된 파일럿 신호를 각기 포함하는 복수의 수신신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시키는 역확산부;상기 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 가중치 계산부; 및상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 빔 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 가중치 벡터들은 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 1 공분산 행렬들에 상응하는 상기 제 2 공분산 행렬들의 각기 차를 이용함에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 빔 형성부는,상기 데이터 신호들과 상기 데이터 신호들에 상응하는 상기 가중치 벡터들의 곱을 각기 계산하여 곱 벡터들을 발생시키는 곱셈부; 및상기 곱 벡터들을 합하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 합산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 역확산부는,상기 변조된 데이터 신호에 포함된 제 1 데이터 열들과 제 1 PN 코드에 포함된 제 2 데이터 열들을 곱하여 제 3 데이터 열을 발생시키고, 상기 제 3 데이터 열을 적분시켜 제 1 상관 적분 값들을 가지는 상기 데이터 신호들을 발생시키는 데이터 신호부; 및상기 변조된 파일럿 신호에 포함된 제 4 데이터 열과 제 2 PN 코드에 포함된 제 5 데이터 열을 곱하여 제 6 데이터 열을 발생시키고, 상기 제 6 데이터 열을 적분시켜 제 2 상관 적분 값들을 가지는 상기 파일럿 신호들을 발생시키는 파일럿 신호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 수신 신호들은 복수의 단말기들로부터 전송된 신호들인 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 수신 신호들은 복수의 기지국들로부터 전송된 신호 들인 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 변조된 데이터 신호와 변조된 파일럿 신호를 각기 포함하는 복수의 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 데이터 신호들과 복수의 파일럿 신호들을 발생시키는 역확산부;상기 변조된 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 가중치 계산부; 및상기 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 빔 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 수신 신호들은 복수의 단말기들로부터 전송된 신호들인 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 수신 신호들은 복수의 기지국들로부터 전송된 신호들인 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 장치.
- 데이터 신호들 및 파일럿 신호들을 변조시켜 상기 변조된 데이터 신호 및 상 기 변조된 데이터 신호에 상응하는 상기 변조된 파일럿 신호을 각기 포함하는 수신 신호들을 각기 발생시키는 복수의 단말기들; 및상기 수신 신호들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 기지국을 포함하며, 상기 기지국은,상기 수신 신호들을 수신하는 복수의 안테나들;상기 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 역확산 데이터 신호들과 복수의 역확산 파일럿 신호들을 발생시키는 역확산부;상기 역확산 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 역확산 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 가중치 계산부; 및상기 역확산 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 빔 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 각 안테나들은 다지향성 안테나에 상응하는 것을 특징으로 하는 빔 형성 시스템.
- 데이터 신호들 및 파일럿 신호들을 변조시켜 상기 변조된 데이터 신호들 및 상기 변조된 데이터 신호들에 상응하는 상기 변조된 파일럿 신호들을 각기 포함하 는 수신 신호들을 각기 발생시키는 복수의 기지국들; 및상기 수신 신호들을 이용하여 빔 형성을 위한 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 단말기를 포함하며, 상기 단말기는,상기 수신 신호들을 수신하는 안테나;상기 수신 신호들을 역확산(despreading)시켜 복수의 역확산 데이터 신호들과 복수의 역확산 파일럿 신호들을 발생시키는 역확산부;상기 변조된 파일럿 신호들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 1 공분산 행렬들을 발생시키고, 상기 각 역확산 파일럿 신호들의 평균들에 대한 공분산 행렬들을 계산하여 제 2 공분산 행렬들을 발생시키며, 상기 제 1 공분산 행렬들과 상기 제 2 공분산 행렬들을 이용하여 가중치 벡터들을 계산하는 가중치 계산부; 및상기 역확산 데이터 신호들과 상기 가중치 벡터들을 이용하여 상기 빔 형성 출력 신호를 발생시키는 빔 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 신호를 이용한 빔 형성 시스템.
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