KR100633047B1 - 신호 보정 장치 및 방법을 구현하는 스마트 안테나 통신 시스템 - Google Patents

신호 보정 장치 및 방법을 구현하는 스마트 안테나 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 안테나를 사용하는 다중 반송파 통신 시스템에서 신호의 위상과 크기의 제어를 위한 캘리브레이션(Calibration) 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 다수의(multi) 캐리어 중에서 데이터를 할당하고 남은 잉여의 캐리어를 우선적으로 이용하여 캘리브레이션 신호를 전송함으로써 데이터 전송에 사용될 주파수 자원 활용이 효율적인 캘리브레이션 장치와 방법을 제공한다.
스마트 안테나, 위상, 크기, 캘리브레이션,

Description

신호 보정 장치 및 방법을 구현하는 스마트 안테나 통신 시스템{Smart Antenna Communication System Employing Apparatus And Method For Signal Calibration}
도 1은 스마트 안테나 통신 시스템의 종래의 신호 캘리브레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 스마트 안테나 통신 시스템에서의 신호 캘리브레이션 원리를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 안테나 통신 시스템에서 데이터신호가 캐리어에 할당되는 과정을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템의 캘리브레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 기저대역 프로세서의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 스케쥴러의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 신호 발생부의 구성을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 벡터 프로세서의 구성을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 신호 할당과정을 나타내는 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 벡터 추정 과정을 나타내는 흐름도.
도 11a와 도 11b는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 신호의 수신 값을 나타내는 도면.
본 발명은 스마트 안테나를 사용하는 다중 반송파 통신 시스템에서 신호의 위상과 크기의 제어를 위한 캘리브레이션(Calibration) 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 다수의 캐리어 중에서 데이터를 할당하고 남은 잉여의 캐리어를 우선적으로 이용하여 캘리브레이션 신호를 전송함으로써 데이터신호 전송에 사용될 주파수 자원 활용이 효율적인 장치 및 방법에 관한 것이다.
스마트 안테나(Smart Antenna) 시스템은 신호 환경(signal environment)에 대응하여 전송패턴(radiation pattern) 또는/그리고 수신패턴(reception pattern) 을 자동적으로 최적화하기 위해 다수의 안테나를 사용하는 통신 시스템이다. 데이터신호 전송측면에서, 스마트 안테나 시스템은 빔(Beam) 형성을 통하여 최소의 전력으로, 신호를 전송하고자 하는 곳에 원하는 크기의 신호를 전송한다. 스마트 안테나의 사용으로, 기지국에서는 빔 형성을 통하여 원하는 단말기에만 지향성으로 신호를 전송할 수 있으므로 단말기 모두에 대하여 전방향으로(omnidirectional) 신호전송을 해야 하는 경우보다 신호전송에 필요한 전력을 줄일 수 있고, 또한 간섭신호를 줄일 수 있다. 즉, 동일한 기지국내에 존재하는 단말기라 할지라도 단말기의 위치를 능동적으로 파악하여 송수신방향 신호에 방향성을 인가하므로 다른 방향에 있는 단말기에 미치는 간섭을 최소화 할 수 있다. 따라서 기지국에서는 잉여 전력을 다른 단말기에 할당할 수 있으며, 주변 셀(cell)간의 간섭이 줄어들기 때문에 기지국 채널 용량이 증대되는 장점이 있다.
직교주파수 분할 다중 접속(OFDMA; orthogonal frequency division multiple access) 통신 방식을 사용하는 Wibro(Wireless broadband internet) 서비스 시스템은 사용하는 주파수 대역폭이 크고, 기지국에서 하나의 단말기에 할당되는 전력이 기존의 시스템보다 커서 셀 반지름이 작아지는 문제를 가진다. 이러한 시스템에 스마트 안테나 시스템을 사용하면 기지국 채널용량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
다수의 직교주파수 캐리어를 사용하는 OFDMA시스템에 스마트 안테나 시스템을 적용하는 경우에는 다수의 안테나 각각의 직교주파수 캐리어(carrier)에 캐리어별로 빔 계수를 적용하여 원하는 방향으로 방향성을 인가하는 빔 형성(beam forming)을 한다. 이러한 빔형성(Beam forming)은 무선환경에 방사되기 직전의 안테나까지 변경 없이 전달되어야 하는데, 기지국의 비선형성 특성을 가진 부분에 의해 빔형성 신호는 위상과 크기에 왜곡을 겪게 되는 문제가 있다. 이러한 신호의 위상과 크기를 제어하기 위해서는 캘리브레이션을 하여야 한다. 이러한 캘리브레이션의 정확성, 즉 빔의 방향성의 정확도와 위상차(phase mismatch)의 최소화가 스마트 안테나 기술의 전체적인 성능을 좌우하게 된다. 이 캘리브레이션은 기지국에서 단말기로 신호를 전송하는 순방향뿐만 아니라 단말기에서 기지국으로 신호를 전송하는 역방향에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 1은 스마트안테나 시스템의 종래의 캘리브레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이러한 장치에서 수행하는 송신경로의 캘리브레이션 신호의 전달과정은 다음과 같다. 기지국 제어부(Other layers of Base Station)(109)의 제어를 받아 캘리브레이션 신호 처리부(Calibration Processor and Controller)(110)에서 생성된 캘리브레이션 신호가 기저대역처리부(Base Band Module)(108)로 전송된다. 기저대역처리부에서 출력된 캘리브레이션 신호는 RF 모듈을 거쳐 안테나(101)로 전송된다. RF 모듈에서는 캘리브레이션 신호는 DUC(Digital up converter)(106)를 통해 over sampling된 후 Tx module(Transmission module)(104)를 거쳐 RF신호로 변조되고, 변조된 신호는 TCB(Transceiver control board)(103)와 Coupler- Splitter(102)를 경유하여 각 안테나에 신호가 전송된다. 또한, 캘리브레이션 신호는 Coupler- Splitter(102)에서 coupling되어 갤리브레이션 경로로 전송된다. 즉, 이 신호는 송신경로의 캘리브레이션 경로에 있는 TCB(Transceiver control board)(103), Rx module(Receiving module)(105), DDC(Digital down converter)(107)을 통하여 캘리브레이션 신호 처리부(Calibration Processor and Controller)(110)로 다시 되돌아오게 된다.
수신경로의 캘리브레이션 신호의 전달과정은 다음과 같다. 캘리브레이션 신호 처리부(Calibration Processor and Controller)(110)에서 발생한 캘리브레이션 신호가 수신경로의 DUC(Digital up converter)(106), Tx module(Transmission module)(104), TCB(Transceiver control board)(103)를 거쳐 Coupler-Combiner(102)에서 안테나에서 수신된 신호와 coupling된 후 여러 안테나(101)에서 수신된 신호와 합쳐져 수신단의 TCB(Transceiver control board)(103), Rx module(Receiving module)(105), DDC(Digital down converter)(107), 기저대역처리부(108)를 거쳐 캘리브레이션 수신신호로 캘리브레이션 신호 처리부(Calibration Processor and Controller)(110)에 되돌아오게 된다.
위와 같이, 캘리브레이션 신호처리부(110)에서 발생한 캘리브레이션 신호가 송신되어 송신 경로와 수신경로를 거쳐 캘리브레이션 신호처리부(110)로 되돌아온 후, 캘리브레이션 신호와 캘리브레이션 수신신호의 크기와 위상의 변화를 구하여 캘리브레이션 벡터값을 추정한다.
도 2는 스마트안테나 시스템에서의 캘리브레이션 원리를 나타내는 도면이다. 각각 송신경로와 수신경로로 캘리브레이션(Calibration) 신호가 송신되면, 캘리브레이션 신호가 안테나까지 도달하는 경로와 캘리브레이션 신호가 feedback되는 경로에 의해 송신된 캘리브레이션신호에 비하여 수신된 캘리브레이션 수신신호는 위 상과 크기의 변화가 발생한다. 만일 N개의 안테나가 존재한다면, Calibration 신호 C(t)는 N개의 경로에서 수신된다.
Figure 112004056727757-pat00001
여기서 Cn(t) 은 각각 N번째 경로의 Calibration 수신신호를, αn 은 N번째 경로에 의한 감쇄를 나타낸다. θN.cal 은 N번째 경로에 대한 위상 팩터(phase factor)이고, θfeedback은 피드백 경로에 대한 위상 팩터(phase factor)이다.
Calibration을 위한 빔계수인 Calibration vector를 계산하기 위해서는 각각의 경로에 포함되어 있는 coupler특성 Rcoupler 를 제거해 주어야하고, 또한 Beam forming을 위해서는 N개 안테나의 상대적 위상을 맞추어 주면 된다. 이렇게 하여 Calibration을 위한 빔계수인 Calibration vector를 다음의 식으로 계산 할 수 있다.
Figure 112004056727757-pat00002
만일 Beam forming을 위해 안테나별로 적용해야할 빔계수가 Wb1, Wb2, Wbn 이라면 안테나의 경로를 고려한 빔계수는 Wb1Wc1, Wb2Wc2, W bnWcn 이 된다.
그런데 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA, orthogonal frequency division multiple access) 시스템과 같이 다수의 직교 주파수 캐리어를 사용하는 통신 시스템에서 스마트 안테나를 적용하기 위해서는 모든 캐리어에 대한 캘리브레이션을 주기적으로 하여야 한다. 이러한 캘리브레이션을 하기 위해서는 캘리브레이션 신호를 발생하여 주파수 자원을 할당하여야 한다. 그러나 이러한 캘리브레이션 신호를 위해 별도의 주파수 자원을 할당하는 것은 주파수 자원의 낭비가 되므로 이에 대한 개선이 필요하다.
따라서 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 스마트 안테나를 사용하는 다중 반송파 통신 시스템에서 신호의 위상과 크기의 제어를 위한 개선된 캘리브레이션(Calibration) 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 스마트 안테나를 사용하는 다중 반송파 통신 시스템에서 데이터를 할당하고 남은 잉여의 캐리어를 우선적으로 이용하여 신호의 위상과 크기의 제어를 위한 캘리브레이션 신호를 전송하여 데이터 전송에 사용될 주파수 자원의 효율적 활용이 가능한 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 데이터신호를 다수의 캐리어에 할당하여 기저대역 프로세서로 전송하고, 캘리브레이션 신호 처리부로 하여금 상기 다수의 캐리어 중 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 할당될 캘리브레이션 신호를 발생하도록 제어하는 스케쥴러, 상기의 스케률러에 의해 제어되어 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 상기 캘리브레이션 신호를 발생하여 할당하고, 상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 송신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 캘리브레이션 신호처리부와 상기 캘리브레이션 신호처리부가 계산한 상기 캘리브레이션 벡터값을 전송받아 이를 적용하여 빔계수를 캘리브레이션하고, 캘리브레이션된 데이터신호를 송신경로로 전송하는 상기 기저대역 프로세서를 포함하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캘리브레이션 방법은 데이터신호를 다수의 캐리어에 할당하는 과정, 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당하여 전송하는 과정, 상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 송신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 과정과 상기 캘리브레이션 벡터값을 전송받아 이를 적용하여 빔계수를 캘리브레이션하고, 캘리브레이션된 데이터신호를 송신경로로 전송하는 과정을 포함하는 스마트 안테나를 사용하는 다중반송파 통신 시스템의 신호 캘리브레이션 방법을 제공한다.
이외에 위에 기재한 실시 예의 변형, 구성요소의 추가 또는 이외에 본 발명 의 목적을 달성하기 위한 다양한 실시 예들이 가능하다.
직교 주파수 분할 다중 (OFDM, orthogonal frequency division multiplexing) 시스템 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA, orthogonal frequency division multiple access) 시스템과 같이 다수의 직교 주파수 캐리어를 사용하는 통신 시스템에서 스마트 안테나를 적용하기 위해서는 모든 캐리어에 대한 캘리브레이션을 주기적으로 하여야 한다.
먼저 이러한 통신 시스템에서 데이터가 캐리어에 할당되는 과정을 살펴본다.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 안테나 통신 시스템에서 데이터신호가 캐리어에 할당되는 과정을 나타내는 도면이다. 도 3에서 어두운 영역은 데이터가 할당되는 영역이고, 블랭크 영역은 그 영역 중에 선택하여 캘리브레이션 신호를 할당할 영역이다. 즉, 시간의 변화에 따라 데이터가 캐리어에 할당되는 예를 나타낸다. 시간에 따라 기지국에 연결된 단말기 사용자가 변화되면, 그에 따라 데이터의 주파수 자원 할당도 변화한다. 또한, 시간의 변화에 따라 데이터가 할당되지 않은 캐리어도 변하게 된다.
데이터가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당하면 데이터가 할당되지 않은 캐리어에 대한 캘리브레이션이 가능하다. 데이터가 할당되지 않는 잉여 캐리어를 통해 일정한 시간동안 캘리브레이션을 계속하면, 전체 주파수 대역의 캘리브레이션이 가능하게 된다. 그러나 전 대역의 캘리브레이션이 효율적으로 이루어지기 위해서는 잉여 캐리어의 위치가 전 대역에 골고루 분포해야 한다. 또한, 일정한 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당한 후 일정한 시간(Time_threshold)이 지나도록 동일한 캐리어에 캘리브레이션 신호가 다시 할당되지 않으면 강제로 캘리브레이션 신호를 할당할 수 있도록 해야 전 대역에 걸쳐 주기적 으로 캘리브레이션 신호가 할당될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4의 참조번호 401에서 410까지는 각각 도 1의 참조번호 101에서 110까지의 구성요소와 동일한 구성요소이다. 도 4의 참조번호 411부터 414까지가 본 발명의 캘리브레이션 신호 할당 과정과 캘리브레이션 벡터 추정 과정을 수행하는 부분이다. 여기서 스케쥴러(Scheduler)(412)는 매 심볼마다 캘리브레이션을 고려하여 데이터신호를 캐리어에 할당한다. 캐리어에 할당된 데이터신호는 기저대역 프로세서(Base Band Processor)(411)로 전송된다. 또한 스케쥴러(412)는 캘리브레이션 신호 발생부(Calibration Signal Generator)(413)와 캘리브레이션 벡터 프로세서(Calibration Vector Processor)(414)를 제어 한다. 즉, 스케쥴러는 캘리브레이션 신호 발생부(413)로 하여금 데이터가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당하게 한다. 또한, 캘리브레이션 벡터 프로세서(414)로 하여금 송신한 캘리브레이션 신호가 경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터를 구하도록 제어한다. 도 1에서 설명한 캘리브레이션 신호의 송신경로와 수신경로의 전송 및 수신과정은 동일하게 적용된다.
도 5는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 기저대역 프로세서(Base Band Processor)(411)를 나타내는 도면이다. 기저대역처리부(108)를 구성하는 기저대역 프로세서(411)는 캘리브레이션 신호처리부(110)의 캘리브레이션 벡터 프로세서(414)로부터 캘리브레이션 벡터를 전송받아 적용한다. 기지국에서 단말기로 데이 터신호를 송신하는 경로에서는 데이터 매퍼(Data Mapper)(504)는 스케쥴러에 의하여 빔계수가 적용되어 캐리어별로 할당된 데이터를 받는다. 캘리브레이터(Calibrator)(503)는 캘리브레이션 백터 프로세서(414)로부터 캘리브레이션 벡터를 전송받아 이를 곱셈기(502)로 전송하여 캐리어별 신호에 캘리브레이션 벡터를 적용한다. 이후에는 IFFT 블록(IFFT block)(501)에 의해 변조된다.
기지국에서 단말기로부터 데이터신호를 수신하는 경로에서는 위 송신경로의 역과정이 수행된다. 수신한 데이터신호를 FFT 블록(FFT block)(501)가 복조하며, 캘리브레이터(Calibrator)(503)가 캘리브레이션 백터 프로세서(414)로부터 전송받은 캘리브레이션 벡터를 적용한다.
도 6은 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템의 스케쥴러(Scheduler)(412)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 스케쥴러는 캘리브레이션 신호발생부를 제어하여 캘리브레이션 신호 할당하도록 하는 기능을 수행한다. 캐리어 파인더(Carrier_set Finder)(601)는 타이머(Timer)(602)의 값이 기준값(Time_threshold)을 넘지 않은 데이터 할당 가능 캐리어들을 찾는다. 데이터 할당기(Data allocator)(603)는 캐리어 파인더(Carrier_ser Finder)가 찾은 데이터 할당 가능 캐리어에 데이터신호를 할당한다. 타이머(Timer)(602)는 데이터 할당기(Data allocater)가 할당한 데이터신호값를 이용하여 타이머(Timer)(602)의 기준값을 업데이트 한다.
도 7은 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 신호 발생부의 구성을 나타내는 도면이다. 캘리브레이션 신호 발생부(Calibration Signal Generator)(413)는 캘리브레이션 신호 할당부(Calibation Signal Allocater)(701) 와 IFFT 블록(block)(702)으로 구성된다. 캘리브레이션 신호 할당부(Calibation Signal Allocater)(701)는 스케쥴러(Scheduler)(412)로부터 전송된 캐리어간 데이터 할당정보에 따라 데이터가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당한다. IFFT 블록(block)(702)은 캐리어에 할당된 캘리브레이션 신호를 변조한다.
도 8은 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 벡터 프로세서(Calibration Vector Processor)(414)의 구성을 나타내는 도면이다. 캘리브레이션 벡터 프로세서는 FFT블록( Block)(801), 캘리브레이션 신호 획득기(Calibration Signal Acquirer)(802), 캘리브레이션 신호 업데이터(Calibration Signal Updater)(803), 인터폴레이터(Interpolator)(804), 캘리브레이션 벡터 계산부(Calibration Vector Calculator)(805)로 구성된다. FFT 블록(Block)(801)은 수신된 캘리브레이션 수신신호를 캐리어별 신호로 분리한다. 캘리브레이션 신호 획득기Calibration Signal Acquirer)(802)는 스케쥴러로부터 캘리브레이션 신호의 캐리어 위치정보를 이용하여 캘리브레이션 신호가 할당된 캐리어의 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 정보를 측정한다. 캘리브레이션 신호 업데이터(Calibration Signal Updater)(803)는 이 정보를 매 시간마다 업데이트 하여 메모리에 저장한다. 인터폴레이터(Interpolator)(804)는 메모리에 저장된 캘리브레이션 신호를 인터폴레이션하여 캘리브레이션 신호가 할당되지 않은 캐리어의 캘리브레이션 신호를 예측한다. 이 인터폴레이터는 위에서 설명한 바와 같이 단말기 사용자가 많은 경우에 사용된다. 캘리브레이션 벡터 계산부(Calibration Vector Calculator)(805)는 캘리브레이션 수신신호 값에서 커플러의 특성을 제거한 후 캘리브레이션 벡터를 계산한다.
도 9는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 신호 할당과정을 나타내는 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 먼저 기지국이 작동되기 전에 캐리어별 타이머가 0으로 리셋된다. 901단계에서 캐리어를 나타내는 변수는 1로 정한다. 902단계에서 n번째 캐리어의 타이머 값을 타이머 문턱값(threshold)과 비교한다. 903단계에서 만약 n번째 캐리어의 타이머 값이 문턱값보다 크면 데이터 할당 캐리어에서 제외된다. 이러한 경우에는 n이 n+1로 업데이트 되어 903단계로 되돌아간다. 반면에 n번째 캐리어의 타이머 값이 문턱값보다 크지 않으면 905단계에서 n번째 캐리어에 데이터를 할당합니다. 데이터가 모든 데이터 캐리어에 할당되지는 않으므로 데이터가 할당되지 않는 데이터 캐리어가 존재할 수 있습니다. 906단계에서 데이터가 할당되었는지를 확인하여, 데이터가 할당되지 않은 경우에는 907단계에서 캘리브레이션 신호를 할당한다. 다음에는 캘리브레이션 신호와 데이터 신호를 포함하는 심볼이 전송된다.
도 10은 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템의 캘리브레이션 벡터 추정 과정을 나타내는 흐름도이다. 이 캘리브레이션 벡터 추정과정을 살펴보면 다음과 같다.
1001단계에서 캐리어를 나타내는 변수는 1로 정한다. 만약 n이 N(캐리어 전체 수)보다 작으면 1005단계에서 n번째 캐리어에 캘리브레이션 신호가 할당되었는지를 확인한다. 만약 캘리브레이션 신호가 할당되었으면 1006단계에서 캘리브레이션 신호에 대한 응답신호를 수신하여 캘리브레이션 캐리어의 위상과 진폭을 메모리에 저장한다. 다음에는 이전 캘리브레이션 캐리어의 위상과 진폭을 가지고 있는 메모리의 n번째 어드레스에 n번째 캐리어에 대한 캘리브레이션 신호의 위상과 진폭으로 갱신한다. 1007 단계에서 이러한 동작이 모든 캐리어에 대해 반복한다. 다음에는 1003단계에서 저장된 캐리어들의 위상과 진폭을 사용하여 인터폴레이션(interpolation)한다. 다음 단계인 1004 단계에서 캘리브레이션 신호로부터 커플러의 특성을 제거한 후, 캐리어별로 캘리브레이션 벡터를 계산한다.
도 11a와 도 11b는 본 발명에 따른 스마트안테나 시스템의 캘리브레이션 신호의 수신 값을 나타내는 도면이다. 도 11a는 일정한 시간동안 매 시간마다 캘리브레이션 신호를 전송한 후 임의의 시간동안 캘리브레이션 신호를 수신한 것을 나타낸다. 이렇게 매 시간마다의 캘리브레이션 신호의 수신 값을 일정시간 동안 저장하면 전대역의 캘리브레이션이 가능하다. 시스템에서는 송신한 캘리브레이션 신호 값을 알고 있으므로 이러한 송신 캘리브레이션 신호 값과 위의 캘리브레이션 수신신호 값을 비교하면 캘리브레이션 벡터를 계산할 수 있고, 신호의 위상과 크기를 캘리브레이션 할 수 있다. 기지국에 연결된 단말기 사용자가 적은 경우에는 이러한 방법을 사용한다. 도 11b는 도 11a와 유사하지만 전대역에 걸쳐 캘리브레이션 신호를 전송하지 못하는 경우를 나타낸다. 즉, 이 경우에는 인터폴레이션(interpolation) 기법을 사용하여 캘리브레이션 신호의 수신 값을 추정한다. 기지국에 연결된 사용자자 많은 경우에는 데이터 할당에 보다 많은 캐리어를 사용해야 하므로 이러한 방법을 사용하는 것이 필요하다. 여기에서도 시스템은 송신한 캘리브레이션 신호 값을 알고 있으므로 이러한 송신 캘리브레이션 신호 값과 위의 캘리브레이션 수신신호 값을 비교하면 캘리브레이션 벡터를 계산할 수 있고, 신호의 위상과 크기를 캘리브레이션 할 수 있다.
삭제
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 스마트 안테나를 사용하는 다중반송파 통신 시스템에서 다수의 캐리어 중에서 데이터를 할당하고 남은 잉여의 캐리어를 우선적으로 이용하여 캘리브레이션 신호를 전송함으로써 데이터 전송에 사용될 주파수 자원 활용이 효율적이다.

Claims (20)

  1. 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템에 있어서,
    데이터신호를 다수의 캐리어에 할당하여 기저대역 프로세서로 전송하고, 캘리브레이션 신호 처리부로 하여금 상기 다수의 캐리어 중 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 할당될 캘리브레이션 신호를 발생하도록 제어하는 스케쥴러;
    상기의 스케률러에 의해 제어되어 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 상기 캘리브레이션 신호를 발생하여 할당하고, 상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 송신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 캘리브레이션 신호처리부와;
    상기 캘리브레이션 신호처리부가 계산한 상기 캘리브레이션 벡터값을 전송받아 이를 적용하여 빔계수를 캘리브레이션하고, 캘리브레이션된 데이터신호를 송신경로로 전송하는 상기 기저대역 프로세서를 포함하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 신호 처리부는
    상기의 스케률러에 의해 제어되어 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 상기 캘리브레이션 신호를 발생하여 할당하는 상기 캘리브레이션 신호 발생부와
    상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 송신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 캘리브레이션 벡터 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는
    상기 스케쥴러에 의하여 캐리어별로 할당된 데이터신호를 수신하는 데이터 매퍼;
    상기 데이터신호에 상기 캘리브레이션 벡터 프로세서로부터 전송받은 캘리브레이션 벡터를 적용하는 캘리브레이터;
    상기 캘리브레이터에 상기 캘리브레이션 벡터가 적용된 상기 데이터신호를 변조하는 IFFT 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스케줄러는
    타이머 저장값이 문턱값을 넘지 않는 데이터신호 할당 가능 캐리어들을 찾는 캐리어 파인더;
    상기 캐리어 파인더가 찾은 상기 데이터신호 할당 가능 캐리어에 데이터신호를 할당하는 데이터 할당기 및;
    상기 데이터 할당기가 할당한 데이터신호 값을 이용하여 상기 저장값을 업데이트 하는 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 신호 발생부는
    상기 스케쥴러로부터 전송된 캐리어간 데이터 할당정보에 따라 데이터가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당하는 캘리브레이션 신호 할당부;
    상기 캐리어에 할당된 캘리브레이션 신호를 변조하는 IFFT 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 벡터 프로세서는
    상기 캘리브레이션 수신신호를 캐리어별 신호로 분리하는 FFT 블록;
    상기 스케쥴러로부터의 캘리브레이션 신호의 캐리어 위치정보를 이용하여 캘리브레이션 신호가 할당된 캐리어의 상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값을 측정하는 캘리브레이션 신호 획득기;
    상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값을 매 시간마다 업데이트 하여 메모리에 저장하는 캘리브레이션 신호 업데이터;
    상기 메모리에 저장된 상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값에서 커플러의 특성을 제거한 후 캘리브레이션 벡터를 계산하는 캘리브레이션 벡터 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메모리에 저장된 상기 캘리브레이션 수신신호를 인터폴레이션하여 캘리브레이션 신호가 할당되지 않은 캐리어의 캘리브레이션 수신신호를 예측하여 그 값을 메모리에 저장하는 인터폴레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 안테나 다중 반송파 통신시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 통신 시스템임을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중 반송파 통신 시스템.
  9. 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템에 있어서,
    캘리브레이션 신호 발생부로 하여금 단말기로부터 수신된 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 할당될 캘리브레이션 신호를 발생하게 제어하는 스케쥴러;
    상기의 스케률러에 의해 제어되어 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 상기 캘리브레이션 신호를 발생하여 할당하고, 상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 수신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 캘리브레이션 신호처리부와;
    상기 캘리브레이션 벡터 프로세서가 계산한 상기 캘리브레이션 벡터값을 전송받아 이를 적용하여 빔계수를 캘리브레이션하고, 캘리브레이션된 데이터신호를 수신경로로 전송하는 상기 기저대역 프로세서를 포함하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 신호처리부는
    상기의 스케률러에 의해 제어되어 상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 상기 캘리브레이션 신호를 발생하여 할당하는 상기 캘리브레이션 신호 발생부와;
    상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 수신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 캘리브레이션 벡터 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 스마트 안테나 다중 반송파 통신시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 통신 시스템임을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중 반송파 통신 시스템.
  12. 스마트 안테나를 사용하는 다중 반송파 통신시스템의 캘리브레이션 신호를 할당하는 방법에 있어서,
    n번째 캐리어의 타이머 값을 타이머의 문턱값(threshold)과 비교하는 단계,
    민약 n번째 캐리어의 타이머 값이 타이머 문턱값보다 크면 데이터 할당 캐리어에서 제외하는 단계,
    만약 n번째 캐리어의 타이머 값이 타이머 문턱값보다 크지 않으면 n번째 캐리어에 데이터를 할당하는 단계, 및
    상기 데이터를 할당하는 단게에서 데이터가 할당되지 않으면, 캘리브레이션 신호를 할당하는 상기 방법.
  13. 스마트 안테나 다중반송파 통신시스템의 캘리브레이션 벡터 추정 방법에 있어서,
    캘리브레이션 신호가 할당된 캐리어를 통해 캘리브레이션 신호의 수신신호를 수신하는 과정;
    상기 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이전의 수신신호 값들이 저장되어 있는 n번째 어드레스의 메모리에 업데이트 하는 과정;
    상기 수신신호 수신과정과 상기 메모리 업데이트 과정을 심볼내의 모든 캐리어에 대하여 반복 수행하는 과정 및;
    상기 메모리에 저장되어 있는 업데이트된 캘리브레이션 수신신호 값을 이용하여 캐리어별로 캘리브레이션 벡터를 구하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 업데이트된 캘리브레이션 수신신호 값을 이용하여 캐리어별로 캘리브레이션 벡터를 구하는 과정에서 상시 수신신호 값에서 커플러의 특성을 제거한 후 상기 캘리브레이션 벡터를 구하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 통신시스템의 캘리브레이션 벡터 추정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 메모리에 저장되어 있는 업데이트된 캘리브레이션 수신신호 값을 이용하여 캐리어별로 캘리브레이션 벡터를 구하는 과정에서 캘리브레이션 신호가 할당되지 않은 캐리어의 캘리브레이션 수신신호를 예측하여 상기 캐리어별로 상기 캘리브레이션 벡터를 구하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 통신시스템의 캘리브레이션 벡터 추정 방법.
  16. 스마트 안테나를 사용하는 다중반송파 통신 시스템의 신호 캘리브레이션 방법에 있어서,
    데이터신호를 다수의 캐리어에 할당하는 과정;
    상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당하여 전송하는 과정;
    상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 송신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 과정 및;
    상기 캘리브레이션 벡터값을 전송받아 이를 적용하여 빔계수를 캘리브레이션하고, 캘리브레이션된 데이터신호를 송신경로로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 발생하여 할당하여 전송하는 과정은,
    전송받은 캐리어간 데이터 할당정보에 따라 데이터신호가 할당되지 않은 캐리어에 캘리브레이션 신호를 할당하는 과정과;
    상기 캐리어에 할당된 캘리브레이션 신호를 변조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템의 신호 캘리브레이션 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 벡터값을 전송받아 이를 적용하여 빔계수를 캘리브레이션하고, 캘리브레이션된 데이터신호를 송신경로로 전송하는 과정은,
    상기 캐리어별로 할당된 데이터신호를 수신하는 과정;
    상기 데이터신호에 상기 캘리브레이션 벡터 프로세서로부터 전송받은 캘리브레이션 벡터를 적용하는 과정;
    상기 캘리브레이터에 상기 캘리브레이션 벡터가 적용된 상기 데이터신호를 변조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템의 신호 캘리브레이션 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 신호와 상기 캘리브레이션 신호가 송신경로를 거쳐 수신된 캘리브레이션 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 벡터값를 계산하여 출력하는 과정은,
    상기 캘리브레이션 수신신호를 캐리어별 신호로 분리하는 과정;
    상기 캘리브레이션 신호의 캐리어 위치정보를 이용하여 캘리브레이션 신호가 할당된 캐리어의 상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값을 측정하는 과정; 상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값을 매 시간마다 업데이트 하여 메모리에 저장하는 과정과;
    상기 메모리에 저장된 상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값에서 커플러의 특성을 제거한 후 캘리브레이션 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템의 신호 캘리브레이션 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 수신 신호의 크기와 위상 값을 매 시간마다 업데이트 하여 메모리에 저장하는 과정은 상기 메모리에 저장된 상기 캘리브레이션 수신신호를 인터폴레이션하여 캘리브레이션 신호가 할당되지 않은 캐리어의 캘리브레이션 수신신호를 예측하여 그 값을 메모리에 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 다중반송파 통신 시스템의 신호 캘리브레이션 방법.
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