KR100581595B1 - 안테나의 지향각을 제어하는 무선 수신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

적은 처리량과 작은 회로 규모로 간섭파의 영향을 억압할 수 있는 무선 수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

무선 수신 장치(50)로서, 무선 신호를 수신하고, 지향각을 변화시킬 수 있는 지향각 가변 안테나(56)와, 수신 신호로부터 간섭파를 제거한 간섭파가 제거된 신호를 출력하는 간섭 제거 수단(57)과, 간섭파가 제거된 신호에 기초하여 수신 품질을 측정하고 출력하는 측정 수단(58)과, 측정 수단으로부터의 수신 품질에 기초하여 상기 지향각 가변 안테나의 지향각의 넓고 좁음을 제어하는 지향각 제어 수단(59)으로 구성되는 무선 수신 장치이다.

Description

안테나의 지향각을 제어하는 무선 수신 장치 및 방법{Mobile Receiving Apparatus and Method for Controlling Directivity Angle of Antenna}

도 1은 본 발명의 실시의 형태를 응용할 수 있는 무선 엔트런스 네트워크의 개념도이다.

도 2는 종래 기술의 원형 개구 안테나에 의한 간섭파 저감을 나타낸다.

도 3은 종래 기술의 적응 어레이 안테나(adaptive array antenna)에 의한 간섭파 저감을 나타낸다.

도 4는 종래 기술의 간섭 제거기(canceller)에 의한 간섭파 저감을 나타낸 블럭도이다.

도 5는 본 발명의 실시의 형태에 따른 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)를 구비한 무선 수신 장치의 개략도이다.

도 6은 본 발명의 1의 실시 형태에 따른 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

　1　　존(zone)

　2　　기지국

　3　　빔 패턴(beam pattern)

　4　　안테나

　5　　희망파

　6　　간섭파

　7　　지연파(遲延波)

　50　 무선 수신 장치

　56　 페이즈드 어레이 안테나

　57　 간섭 제거기

　58　 CIR 측정기

　59　 지향각 제어부

본 발명은 일반적으로 무선 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 수신한 희망파 전력과 간섭파 전력 비(比) 등의 수신 품질에 기초하여 지향각 가변 안테나의 지향각의 넓고 좁음을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

셀룰러 전화 시스템 등의 이동 통신 시스템에 있어서, 고정의 기지국간을 접속하는 무선 엔트런스 네트워크를 확립하는 것이 필요하다. 이러한 무선 엔트런스 네트워크의 일례를 도 1에 나타낸다. 각 존(1)을 형성하는 각 기지국(2)이 지향성(3)을 가지는 안테나(4)를 구비하고 있다. 기지국 대 기지국의 무선 엔트런스 네트워크는 지향성 안테나(4)를 개재하여 확립된다(도 1의 굵은 화살표 참조). 이러한 기지국간 네트워크에 있어서는 통신의 상대측인 기지국으로부터 직접 전반되는 희망파 뿐만이 아니고, 다른 기지국으로부터 소망하지 않는 전파나 건물 등에 반사된 반사파도 간섭파로서 수신하여 버린다. 수신 품질 향상을 위해서 간섭파에 의한 영향을 저감할 필요가 있고, 이 때문의 종래의 방법으로서 이하와 같은 기술이 알려져 있다.

종래의 엔트런스 네트워크에 있어서 많이 이용되고 있는 원형 개구 안테나의 경우, 도 2에 나타내듯이, 희망파(5) 이외에 간섭파(6)가 안테나에 입사 된다. 안테나는 빔 패턴을 나타내는 영역(8) 내를 길게 전반하여 온 전파를 강하게 수신하는 특성이 있다. 간섭파(6)에 의해 희망파 전력 대 간섭파 전력 비 또는 캐리어 전력 대 간섭파 전력 비(CIR : Carrier to Interference Ratio)가 열화하는 경우에, 도 2의 우측 안테나에 나타내듯이, 안테나 지름(7)을 충분히 크게 하고 지향각(8)을 좁게 하여 간섭에 의한 영향을 저감시키는 것이 알려져 있다. 동일한 강도의 전파가 다른 방향으로부터 입사하여 오는 경우에, 지향의 중심 방향으로부터 입사하는 전파가 가장 강하게 수신되고, 경사 방향으로부터의 전파의 수신은 약해진다. 중심 방향으로부터 가장 강하게 입사해 오는 전파의 전력의 반의 전력으로 수신되는 입사 전파의 각도를(양측을 더하여) 2배 한 것이 지향각이다. 예를 들면, 지향 방향 중심선으로부터 15。 경사진 방향으로부터 수신한 전파의 전력이 중심 방향으로부터의 최대 입사 전력의 반인 경우에 지향각은 30。로 된다.

또, 간섭의 영향을 경감하는 다른 종래 기술로서 도 3에 나타내는 적응 어레이 안테나의 사용도 알려져 있다. 적응 어레이 안테나(9)는 수신 환경에 따라 안테나 빔 패턴(10)을 적응적으로 변화시켜 공간적인 신호 처리에 의해 간섭파의 영향을 경감하는 기술이다. 수신 특성을 개선하기 위해 통상은 간섭파(6)의 도래 방향에 대해서 현저하게 이득이 낮은 널(null)을 향하는 것 같은 빔 패턴을 생성하고 있다.

또한, 적응 어레이 안테나에 시간적인 신호 처리를 조합한 것으로서 시공 등화기(equalizer)가 있다. 이러한 시간/공간 신호 처리를 함으로써 희망파(5)와 동일한 도래각(到來角)으로부터 도래하는 희망파의 지연파(7)로부터 수신하는 간섭의 영향도 저감할 수 있다.

다른 간섭 저감 기술로서 도 4에 나타내는 것 같은 간섭 제거기가 알려져 있다. 도 4의 간섭 제거기에 있어서는 수신 신호(44)와 과거의 전파로의 추정 오차로부터 전파로(傳播路)를 추정하고, 이 전파로 추정치를 이용하여 간섭파(46)의 리플리카(replica)(47)를 생성한다. 수신 신호(44)로부터 간섭파 리플리카(47)를 감산함으로써, 희망파 전력(48) 대 간섭파 전력(49) 비를 개선할 수 있다.

상술한 종래의 간섭 경감법 중, 원형 개구 안테나에 의하면, 안테나 지름을 크게 함으로써 간섭 경감을 꾀할 수 있지만, 안테나 지름을 크게 한다고 하는 것은 물리적으로 넓은 설치 장소를 필요로 한다고 하는 결점이 있다. 또, 간섭의 영향이 심각하지 않고 복수의 기지국에 대해서 자발적으로 2 이상의 링크를 뻗치고 싶은 경우 등에 있어서 지향각을 넓게 하고 싶을 때가 있지만, 그러한 요구에 대응할 수 없다. 또, 지향각을 바꾸기 위해서는 안테나 자체를 교환하는 것이 필요하다. 또한, 새롭게 회선을 증설할 때에는 안테나를 물리적으로 건설해야 하는 것 이외에, 새로운 회선으로부터 받는 간섭이 증가하여 타 회선의 안테나까지 교환할 필요가 생긴다고 하는 결점이 있다.

적응 어레이 안테나를 이용한 간섭 경감법에 의하면, 지향 방향 및 지향각을 자율적으로 바꿀 수 있고 제어에 의해 회선의 증설은 가능하다. 마찬가지로 새롭게 증가하는 간섭에도 대처할 수 있지만, 제어의 복잡함에 기인하는 처리계 구성의 곤란함과 계산량의 증가가 문제가 된다.

또, 상기의 원형 개구 안테나 및 적응 어레이 안테나의 지향각의 좁음에는 물리적, 기술적으로 한계가 있기 때문에, 희망파의 도래 방향과 대체로 동일한 방향으로부터 도래해 오는 간섭파의 영향은 강하게 남아 버린다고 하는 결점이 있다.

다음에, 간섭 제거기에 의하면, 이론적으로 모든 간섭파를 제거할 수 있지만, 간섭파의 수가 많아지면, 간섭파(1)마다 리플리카 생성 회로가 필요하기 때문에, 회로 규모 및 계산량이 지수적으로 증대하여 처리계의 실현이 곤란하게 된다.

그래서, 본 발명의 하나의 목적은, 적은 처리량과 작은 회로 규모로 간섭파의 영향을 억압할 수 있는 무선 수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 무선 수신 장치는, 무선 신호를 수신하고, 지향각을 변화시킬 수 있는 지향각 가변 안테나와,수신 신호로부터 간섭파를 제거한 간섭파가 제거된 신호를 출력하는 간섭 제거 수단과, 간섭파가 제거된 신호에 기초하여 수신 품질을 측정하고 출력하는 측정 수단과, 측정 수단으로부터의 희망파 전력 대 간섭파 전력 비에 기초하여 상기 지향각 가변 안테나의 지향각의 넓고 좁음을 제어하는 지향각 제어 수단으로 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따른 무선 수신 장치는, 수신 품질이 소정치 이하인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 좁게 하도록 제어한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 무선 수신 장치는, 수신 품질이 소정치 이상인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 넓게 하도록 제어한다.

본 발명의 특징에 의하면, 간섭 제거 수단에 의해 수신 신호로부터 여러 파의 간섭파를 감산하도록 동작하고, 간섭 제거 신호에 기초하여 희망파 전력 대 간섭파 전력 비 등의 수신 품질을 측정한다. 측정한 희망파 전력 대 간섭파 전력 비에 기초하여 상기 지향각 가변 안테나의 지향각의 넓고 좁음을 제어할 수 있어 최적인 지향각이 얻어진다. 지향각 제어와 간섭 제거 수단이 협동함으로써, 제어량·처리량을 억제한 간섭 억압 기능을 가지는 무선 수신 장치를 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 희망파 전력 대 간섭파 전력 비가 소정치 이하인 경우에, 지향각 가변 안테나의 지향각을 좁게 하도록 제어한다. 즉, 수신 품질이 양호하지 않은 경우에, 지향각을 좁게 함으로써 도래하는 간섭파의 영향을 줄인다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 희망파 전력 대 간섭파 전력 비가 소정치 이상인 경우에, 지향각 가변 안테나의 지향각을 넓게 하도록 제어한다. 즉, 수신 품질이 양호한 경우에, 지향각을 넓게 하여 수신 가능한 전파의 종류를 늘림으로써 복수의 링크를 확립하기 쉽게 할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 자세하게 설명한다. 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 무선 수신 장치(50)의 블럭도를 도 5에 나타낸다. 지향성 가변 안테나(56)는 복수의 소자로부터 구성되는 페이즈드 어레이 안테나이다. 지향각 가변 안테나의 좋은 예로서, 실시 형태에서는 페이즈드 어레이 안테나를 이용하고 있다. 페이즈드 어레이 안테나는 적응 어레이 안테나와 같이 간섭파 도래 방향에 널(null)을 향하게 하는 것 같은 고도의 연산·제어는 하지 않고, 지향 방향 및 지향각을 가변하는 제어만을 하기 때문에, 처리량이 적다고 하는 뛰어난 효과가 있다. 일반적으로 지향성 가변 안테나는 지향 방향뿐만이 아니고 지향각도 가변이지만, 본 발명에 있어서는 지향각을 변화시킬 수 있는 안테나이면 어떠한 안테나를 이용하는 것도 가능하다.

도 4에 나타낸 것과 같은 간섭 제거기(57)가 페이즈드 어레이 안테나(56)에 접속되고, 이로부터 수신 신호를 받는다. 간섭 제거기(57)는, 도 4로 설명한 것처럼, 수신 신호로부터 간섭파를 제거한다. 간섭 제거기(57)로부터의 간섭파가 제거된 신호는 복조기(52) 및 희망파 전력 대 간섭파 전력 비(CIR) 측정기(58)에 입력된다. 복조기(52)는 간섭파가 제거된 신호를 복조하여 소망한 통신 동작을 달성한다.

CIR 측정기(58)는 입력된 간섭파가 제거된 신호의 CIR를 계산하고 계산 결과인 CIR 값(예를 들면, dB 값)을 지향각 제어부(59)에 입력한다. 지향각 제어부(59)는 안테나(56)의 지향각을 제어하는 제어 회로로 CIR 측정기(58)로부터의 CIR 값에 따라 안테나(56)의 지향각의 제어를 한다. 이하에 제어의 방법에 대해서 설명한다.

도 6의 흐름도를 참조하면서 제 1의 제어 방법을 설명한다. 먼저, CIR 측정기(58)로부터 측정한 CIR 값을 받는다(S1). 그 CIR 값이 소정의 임계치보다 낮은지 어떤지를 판정한다(S2). CIR 값이 임계치 이하인 경우는, 수신 품질이 양호하지 않기 때문에, 안테나 지향각을 좁게 하여(S3) 간섭파의 영향을 약하게 한다. 안테나 지향각을 좁게 한 후에, 새롭게 설정한 안테나 지향각이 안테나의 지향 능력의 물리적 하한까지 좁아져 있는지 어떤지를 판정한다(S4). 만약, 한계까지 좁아져 있는 경우에는 좁게 하는 처리를 종료한다. 아직도 가장 좁은 상태에까지 좁아져 있지 않은 경우에는 그대로 시작으로 돌아온다.

S2에 있어서, CIR 값이 임계치보다 높은 경우는, 수신 품질이 양호하므로 안테나 지향각을 좁게 할 필요는 없고, 그대로 시작으로 돌아온다.

다음에, 도 7의 흐름도를 참조하면서 제 2의 제어 방법을 설명한다. 먼저, CIR 측정기(58)로부터 측정한 CIR 값을 받는다(S5). 이 CIR 값이 소정의 임계치보다 높은지 어떤지를 판정한다(S6). CIR 값이 임계치보다 높은 경우는, 수신 품질이 양호하므로, 안테나 지향각을 넓게 한다(S7). 도시는 하고 있지 않지만, 안테나 지향각을 넓게 한 후에, 새롭게 설정한 안테나 지향각이 안테나의 지향 능력의 물리적 상한 또는 다른 요인에 의한 상한까지 넓어지고 있는지 어떤지를 판정해도 좋다. 이때 만약 상한까지 넓어져 있는 경우에는, 넓게 하는 처리를 종료하고 시작으로 돌아오도록 구성해도 좋다.

CIR 값이 임계치보다 낮은 경우(S6)는, 수신 품질이 양호하지 않고, 안테나 지향각을 넓게 할 필요는 없고, 그대로 시작으로 돌아온다.

도 8의 흐름도를 참조하면서, 상기의 제 1의 제어와 제 2의 제어를 조합한 복합 제어 방법을 설명한다. 먼저, CIR 측정기(58)로부터 측정한 CIR 값을 받는다(S8). 안테나 지향각이 하한까지 작아지고 있는지 어떤지를 판정한다(S9). 하한까지 작아지고 있는 경우(즉, F_ANT = 0인 경우)에는, S10으로 진행되어, CIR 값이 소정의 임계치보다 높은지 어떤지를 판정한다. CIR 값이 소정의 임계치보다 높은 것으로 판단된 경우에는, 안테나의 지향각을 넓힌다(S12). 이때 안테나 가장 좁은 플래그(F_ANT)를 가장 좁지 않는 것을 나타내는 “1”로 세트(set)하고 나서 시작으로 돌아온다. S10에 있어서 CIR 값이 소정의 임계치보다 높지 않은 것으로 판단된 경우에는, 안테나의 지향각을 제어하지 않고 시작으로 돌아온다.

S9에 있어서, 안테나 지향각이 한계까지 작아져 있지 않은 경우, S11로 진행되어, CIR 값이 소정의 임계치보다 낮은지 어떤지를 판정한다. CIR 값이 소정의 임계치보다 낮은 것으로 판정될 경우에는, 안테나의 지향각을 좁게 한다(S13). 좁게 한 후의 안테나 지향각이 가장 좁은지 어떤지를 판정하고(S14), 가장 좁은 경우에는 F_ANT를 “0”으로 세트하고 시작으로 돌아온다. 가장 좁지 않는 경우에는 그대로 시작으로 돌아온다.

또, S11에 있어서, CIR 값이 소정의 임계치보다 낮지 않았던 경우, S10＇에 진행되어, 그래서 S10, S12와 같은 동작을 한다. 다만, 이 경우는 F_ANT의 값은 이 미 “1”이므로 F_ANT는 그대로 둔다. 이러한 일련의 동작을 반복함으로써 안테나 지향각을 최적인 상태로 유지할 수 있다.

S11에 있어서의 소정의 임계치를 S10 및 S10＇에 있어서의 소정의 임계치와 동일한 정도로 해도 좋다. 혹은, S11에 있어서의 소정의 임계치를 S10 및 S10＇에 있어서의 소정의 임계치보다 낮게 설정함으로써 안테나 지향각을 변화 시키는 회수를 최소한으로 억제할 수 있다.

본 실시예에서는, CIR를 좋은 예로서 이용했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 수신 신호 전력 대 간섭파 전력(SIR : Signal to Interference Ratio))이나, 그 외의 수신 품질을 이용하여 지향각을 제어할 수 있다.

또, 본 명세서에 있어서, 간섭파라는 것은, 통신하고 있지 않은 다른 기지국으로부터 오는 전파나, 이동국 등의 다른 전파 발신원으로부터의 전파나, 반사파, 그 외 통신의 방해로 되는 온갖 전파나 잡음 그 외의 요소를 포함한다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명의 실시의 형태에 의하면, 안테나 지향각을 좁게 함으로써, 희망파 도래 방향 이외로부터의 간섭파는 안테나에 의해 억압되고, 안테나 지향 방향으로부터의 강한 간섭파만이 잔류한다. 그렇지만, 강한 간섭파는 수가 한정되기 때문에 현실적인 회로 규모의 간섭 제거기에 의해 억압할 수 있다.

또, 간섭 제거기와 CIR 값으로 지향각을 제어하는 지향성 가변 안테나를 조합함으로써, 안테나 지향각의 한계가 비교적 넓어도 충분한 간섭 경감 효과를 얻을 수 있다. CIR 값에 따라 지향각 제어를 하는 단순한 안테나를 이용함으로써, 적응 어레이 안테나 등의 복잡한 안테나와 비교하여 연산량을 억제한 제어가 가능하게 된다.

본 발명에 의해, 무선 엔트런스 네트워크에 있어서, 처리량이 적고 회로 규모가 작고, 한편 높은 간섭 억압 효과를 가져오는 무선 수신 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다. 또, 안테나 지향각을 쓸모 없이 필요 이상으로 좁게 하지 않기 때문에 자율적으로 링크를 설정하는 것이 용이하게 된다.

Claims (14)

1. 무선 수신 장치로서,

   무선 신호를 수신하고, 지향각을 변화시킬 수 있는 지향각 가변 안테나와,

   수신 신호로부터 간섭파를 제거한 간섭파가 제거된 신호를 출력하는 간섭 제거 수단과,

   간섭파가 제거된 신호에 기초하여 수신 품질을 측정하고 출력하는 측정 수단과,

   측정 수단으로부터의 수신 품질에 기초하여 상기 지향각 가변 안테나의 지향각의 넓고 좁음을 제어하는 지향각 제어 수단으로 구성되는 무선 수신 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수신 품질이 희망파 전력 대 간섭파 전력 비인 것을 특징으로 하는 무선 수신 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수신 품질이 수신 신호 전력 대 간섭파 전력 비인 것을 특징으로 하는 무선 수신 장치.
4. 제 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수신 품질이 소정치 이하인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각 을 좁게 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 수신 장치.
5. 제 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수신 품질이 소정치 이상인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 넓게 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 수신 장치.
6. 제 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수신 품질이 제 1의 소정치 이하인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 좁게 하도록 제어하고,

   상기 수신 품질이 상기 제 1의 소정치보다 큰 제 2의 소정치 이상인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 넓게 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 수신 장치.
7. 제 1 내지 3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 수신 장치를 가지는 기지국으로서, 동시에 복수의 무선국과 통신 가능한 기지국.
8. 제 7항에　기재된 기지국을 복수 구비하고, 기지국간의 무선 엔트런스 네트워크(entrance network)를 구축 가능한 이동 통신 시스템.
9. 무선 수신 방법으로서,

   지향각을 변화시킬 수 있는 지향각 가변 안테나를 이용하여 무선 신호를 수신하는 단계와,

   수신한 무선 신호로부터 간섭파를 제거하고, 간섭파가 제거된 신호를 출력하는 단계와,

   상기 간섭파가 제거된 신호에 기초하여 수신 품질을 측정하는 단계와,

   상기의 측정한 수신 품질에 기초하여 상기 지향각 가변 안테나의 지향각의 넓고 좁음을 제어하는 단계로 구성되는 무선 수신 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 수신 품질이 희망파 전력 대 간섭파 전력 비인 것을 특징으로 하는 무선 수신 방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 수신 품질이 수신 신호 전력 대 간섭파 전력 비인 것을 특징으로 하는 무선 수신 방법.
12. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,　

    상기 수신 품질이 소정치 이하인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 좁게 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 수신 방법.
13. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,　

    상기 수신 품질이 소정치 이상인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 넓게 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 수신 방법.
14. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,　

    상기 수신 품질이 제 1의 소정치 이하인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 좁게 하도록 제어하고,

    상기 수신 품질이 상기 제 1의 소정치보다 큰 제 2의 소정치 이상인 경우에, 상기 지향각 가변 안테나의 지향각을 넓게 하도록 제어하는 특징으로 하는 무선 수신 방법.

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