KR100680019B1 - 비임 영점 조정 방법 및 그를 이용하는 기지국 - Google Patents

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Abstract

무선 시스템(도 1)의 사용자 수(사용자 A, 사용자 B)와 데이터(dA, dB) 및 용량은 이미 할당되어 있는 확산 코드를 재사용하거나 동일한 섹터/셀 안에서 이미 사용 중인 코드들과 상관할 수 있는 코드를 사용하는 메카니즘을 제공함으로써 무선 시스템 내에서 이용 가능한 확산 코드(CA, CB)의 수를 증가시키는 장치 및 방법을 채용함으로써 확대된다. 그 결과, 본 발명의 메카니즘은 각 셀에 대해서 부가된 기지국(BS) 안테나(1, 2, 3)의 수에 비례하는 용량 개선을 제공한다. 코드 할당을 위한 안테나 영점 조정 기술은 원하는 사용자에게만 코드의 상호 상관 특성을 유지하여 용량 개선의 이득을 얻는다.
영점 조정, 기지국, 확산 코드, 상관, 안테나

Description

비임 영점 조정 방법 및 그를 이용하는 기지국{A NULL BEAM TECHNIQUE AND A BASE STATION EMPLOYING A NULL BEAM TECHNIQUE}
본 발명은 무선 통신 분야에 관한 것으로서, 특히, 무선 시스템의 사용자 수와 데이터 용량 및 데이터 속도를 증대시키는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 용량을 증대시키기 위해서, 본 발명은 동일한 시그니처(signature) 또는 상관 처리된 시그니처가 시스템 동작 중에 동시에 상이한 사용자들에게 사용될 수 있게 하는 시스템을 이용한다.
종래에, 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템의 용량, 1 개의 셀 안에서 동시에 지원되는 사용자의 수 및 이들 사용자에게 할당되는 데이터 속도는 사용자의 시그니처로서 기능을 하는 확산 코드의 이용 가능성과 그들의 상호 상관 특성에 의존하고 있다. 1 개의 코드가 1 명의 사용자에게 할당되면, 그 코드는 동시에 다른 사용에 이용되지 못한다. 이 규칙은 간섭 감소의 수단으로서 비임 조정(beam steering)[비임 포밍(forming)]을 행하는 다중 전송 안테나를 구비하는 시스템에서도 채택되고 있다. 현재의 비임 조정 기술이 어느 정도의 용량 증대를 달성할 수 있기는 하지만, 그 (용량 증대의) 결과는 매우 제한적이다. 그 이유는 필드 안의 특정의 장소에 대한 간섭이 완전히 제거되지 못하고 있기 때문이다. 그 외에도, 실 시의 관점에서 보면 이러한 다중 안테나 시스템은 매우 복잡하다.
본 발명은 이미 할당되어 있는 확산 코드를 재사용하거나 동일한 섹터 및/또는 셀 안에서 이미 사용 중인 코드들과 상관할 수 있는 코드를 사용하는 메카니즘을 제공한다. 그 결과, 이 발명의 메카니즘은 각 셀에 대해서 부가된 기지국(BS; Base Station) 안테나의 수에 비례하는 용량 개선을 제공한다. 본 발명은 코드 할당을 위한 안테나 영점 조정 기술을 채용하여 원하는 사용자에게만 코드의 상호 상관 특성을 유지하여 용량 개선의 이득을 얻는다.
도 1은 본 발명의 원리를 구현하는 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 수학적 예에 따라 계산된 바와 같은 조합된 채널 파워 프로파일들의 3차원 도면이다.
도 3은 본 발명의 수학적 예에 따라 계산된 바와 같은 조합된 채널 파워 프로파일들의 3차원 도면이다.
본 발명은 상세한 설명과 첨부 도면을 참조하면 이해될 것이며, 도면에서 도일한 요소에는 동일한 부호가 표기되어 있다.
본 발명은 불필요한 간섭 신호의 파워를 억제하기 위한 간단한 안테나 영점 조정 기술을 이용한다. 이 기술은 원하는 수신기에서 동일한 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드를 이용할 수 있다. 확산 코드는 동시에 재사용될 수 있기 때문 에, 전체 시스템의 용량이 증대될 수 있다. 이 영점 조정 방법의 한 가지 이점은 실시의 간이(簡易)함에 있다. 그러나, 그 실시의 용이함 때문에, 영점 조정 기술을 비임 조정과 함께 보조 방법으로서 이용하여 시스템의 용량을 더 개선할 수 있다.
그 개념은 상이한 확산 코드들, 사용자들 및 안테나들을 이용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 N+1 개의 안테나를 이용하여 동시에 N 명의 사용자에 대해서 동일 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드를 이용하는 것에 대해 설명된다. 어떤 기지국(BS)의 N+1 개의 안테나가 공간 정보 등의 채널 정보를 이용하여, 동일 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드 그러나 바람직한 코드를 이용하여 모든 사용자 위치에서 영점을 생성한다. 이하, 이 개념을 N=2(N은 사용자 수)인 경우에 대해서 설명한다.
사용자가 2명인 경우를 고려해 본다. 이 시스템은 도 1에 도시되어 있다. 여기서, i=1,2,3일 때, hiA와 hiB는 각각 안테나 i로부터 사용자 A와 사용자 B로의 채널 임펄스 응답이다. dA와 dB는 각각 사용자 A와 사용자 B에 전송되는 데이터를 나타낸다. 데이터 dA와 dB는 기지국의 데이터 전송 이전에 동일 코드 또는 상관 처리된 코드 {cA(k), k=1,2,...}와 {cB(k), k=1,2,...}에 의해서 확산되는 것에 주목한다. 본 출원인의 목표는 사용자 B에 대한 간섭의 발생 없이 사용자 A에게 정보를 전송하고, 동시에 사용자 A에 대한 간섭의 발생 없이 사용자 B에게 정보를 전송하는 것이다. 이 목표는, 기지국(BS)으로부터 사용자 A로의 복합 채널 임펄스 응답을 변경하여 사용자 B의 위치의 영점을 생성하고, 기지국(BS)으로부터 사용자 B로의 복합 채널 임펄스 응답을 변경하여 사용자 A의 위치의 영점을 생성함으로써 달성된다. 여기서, 복합 채널 임펄스 응답은 기지국(BS)의 확산기 출력으로부터 안테나 사용자의 수신 장치로의 전달 함수로서 정의된다.
사용자 B에서 영점을 생성하기 위해서, 기지국으로부터 사용자 A로의 복합 채널 이득이 최대가 되고 기지국으로부터 사용자 B로의 복합 채널 이득이 0이 되도록 복소 가중값 w1A, w2A 및 w3A를 선택할 것이다. 수학적으로, 이것은 제한된 최적화(constraint optimization)의 문제이고, 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112004018669211-pct00001
다만,
Figure 112004018669211-pct00002
마찬가지로, 사용자 A의 영점을 생성하기 위해서, 기지국으로부터 사용자 B로의 복합 채널 이득이 최대가 되고 기지국으로부터 사용자 A로의 복합 채널 이득이 0이 되도록 복소 가중값 w1B, w2B 및 w3B를 선택할 것이다. 수학적으로, 이것 역시 제한된 최적화의 문제이고, 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure 112004018669211-pct00003
다만,
Figure 112004018669211-pct00004
전술한 최적화 문제는 쉽게 해결될 수 있다. 다음에, 일 예로서, 수학식 1로부터 w1A, w2A 및 w3A를 결정하는 방법을 개시한다. 우선 수학식 1의 제한으로부터, w3A를 다음의 수학식 3과 같이 선택한다.
Figure 112004018669211-pct00005
w3A를 적용하면, 사용자 A의 복합 채널 임펄스 응답은 다음의 수학식 4로 된다.
Figure 112004018669211-pct00006
여기서 gi는 다음의 수학식 5와 같다.
Figure 112004018669211-pct00007
, 여기서 i=1, 2임
일반적으로 gi는 복소수이다. i=1,2일 때,
Figure 112004018669211-pct00008
로 정의한다. 여기서 i=1, 2일 때 ai>0이다. 또한, i=1, 2일 때,
Figure 112004018669211-pct00009
로 정의한다.
기지국으로부터 사용자 A로의 복합 채널 임펄스 응답의 채널 이득은 다음의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
Figure 112004018669211-pct00010
최대 가능 이득에 도달하기 위해서는 다음의 수학식 7이 되어야 함이 명백하다.
Figure 112004018669211-pct00011
전술한 수학식을 만족하는 한 가지 방법은 다음의 수학식 8을 선택하는 것이다.
Figure 112004018669211-pct00012
, 여기서 i=1, 2임
예컨대, 간략화된 채널 모델을 다음의 수학식 9로서 정의한다.
Figure 112004018669211-pct00013
여기서 i=1,2,3이고 p=A, B이며, 이 때, Dip는 사용자 p에서부터 안테나 i까지의 거리이고, λ는 파장이며, 이 파장은 이 예에서는 0.15ｍ이다. 이 외에도, 3 개의 안테나를 OXY 평면의 X축을 따라 분포시키고 인접한 2 개의 안테나간의 공간이 0.75ｍ이며 안테나(2)를 OXY 평면의 원점(O)에 배치하고 있다고 가정한다. 사용자 A는 (xA, yA)=(-70, 20)에 있고 사용자 B는 (xB, yB )=(50, 50)에 있도록 위치를 선택한다. 도 2와 도 3은 각각 이들 2 개의 점 근처의 복합 채널 파워 프로파일(단위 dB)을 도시하고 있다. 따라서, 복소값 w1A, w2A 및 w3A를 생성함으로써, 도 1의 예의 원하는 사용자 A는 최대 파워를 갖는 통신을 수신하고(도 2), 다른 사용자에서의 파워는 영(0)이 될 것이다(도 3).

Claims (30)

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  16. 주어진 셀 또는 섹터 내에서 동일한 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드를 이용하는 2명 이상의 원거리 사용자 중 오직 1명의 원거리 사용자만이 기지국에서 상기 2명 이상의 원거리 사용자에게 전송되는 통신을 수신할 수 있는 비임 영점 조정 방법으로서, 상기 기지국은 복수 개의 안테나를 가지는 안테나 어레이를 통해서 상기 원거리 사용자들에게 전송하는 것인 비임 영점 조정 방법은,
    상기 기지국 측에서,
    a) 상기 원거리 사용자들 각자에게 개별적으로 지향하는 데이터 di, dj(i,j=1,...,N)에 대하여 확산 코드를 이용하는 단계와,
    b) N+1개(N>1)의 복소 가중값 wi(i=1,...,N이고, 각각이 N+1 복소 벡터임)를 이용하여 N명의 원거리 사용자 중 1명의 원거리 사용자에게 지향하는 데이터 di(i=1,...,N)를 변조하는 단계(이 단계에서, 각각의 변조 신호는 상기 N+1개의 안테나 중 1개의 관련 안테나를 향함)와,
    c) N+1개(N>1)의 복소 가중값 wi(i=1,...,N이고, 각각이 N+1 복소 벡터임)를 이용하여 N명의 원거리 사용자 중 다른 1명의 원거리 사용자에게 지향하는 데이터 dj(j=1,...,N)를 변조하는 단계(이 단계에서, 각각의 변조 신호는 상기 N+1개의 안테나 중 1개의 관련 안테나를 향함)와,
    d) 상기 N+1개의 확산 변조 데이터 신호 di를 상기 N+1개의 확산 변조 데이터 신호 dj 중 관련된 확산 변조 데이터 신호와 합산하는 단계와,
    e) 합산된 상기 N+1개의 데이터 신호의 각각을 관련 안테나에 제공하는 단계와,
    f) 상기 합산된 신호들을 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복소 벡터 wi와 wj의 각각은 상기 안테나 어레이의 안테나들에서부터 상기 원거리 사용자들의 위치까지의 채널 임펄스 응답 함수인 것인 비임 영점 조정 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복소 가중값 wi는 상기 안테나 어레이의 안테나 수의 함수인 것인 비임 영점 조정 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 단계 f)는 3개 이상의 안테나의 어레이를 통하여 전송하는 단계를 포함하는 것인 비임 영점 조정 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 단계 b)는 상기 원거리 사용자들 중 제1 원거리 사용자가 상기 기지국으로부터 수신한 통신의 전력이 최대로 되도록 상기 복소 가중값들을 선택하는 단계를 포함하는 것인 비임 영점 조정 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 단계 b)는 상기 원거리 사용자들 중 제2 원거리 사용자가 상기 기지국으로부터 수신한 통신의 전력이 최소로 되도록 상기 복소 가중값들을 선택하는 단계를 포함하는 것인 비임 영점 조정 방법.
  21. 주어진 셀 또는 섹터 내에서 상이한 확산 코드들을 이용하는 2명 이상의 원거리 사용자 중 오직 1명의 원거리 사용자만이 기지국에서 상기 2명 이상의 원거리 사용자에게 전송되는 통신을 수신할 수 있는 비임 영점 조정 방법으로서, 상기 기지국은 복수 개의 안테나를 가지는 안테나 어레이를 통해서 상기 원거리 사용자들에게 전송하는 것인 비임 영점 조정 방법은,
    상기 기지국 측에서,
    a) 상기 원거리 사용자들 각자에게 개별적으로 지향하는 데이터 di, dj(i,j=1,...,N)에 대하여 확산 코드를 이용하는 단계와,
    b) N+1개(N>1)의 복소 가중값 wi(i=1,...,N이고, 각각이 N+1 복소 벡터임)를 이용하여 N명의 원거리 사용자 중 1명의 원거리 사용자에게 지향하는 데이터 di(i=1,...,N)를 변조하는 단계(이 단계에서, 각각의 변조 신호는 상기 N+1개의 안테나 중 1개의 관련 안테나를 향함)와,
    c) N+1개(N>1)의 복소 가중값 wi(i=1,...,N이고, 각각이 N+1 복소 벡터임)를 이용하여 N명의 원거리 사용자 중 다른 1명의 원거리 사용자에게 지향하는 데이터 dj(j=1,...,N)를 변조하는 단계(이 단계에서, 각각의 변조 신호는 상기 N+1개의 안테나 중 1개의 관련 안테나를 향함)와,
    d) 상기 확산 변조 데이터 신호 d1, d2,..., dN을 합산하는 단계와,
    e) 합산된 상기 N+1개의 데이터 신호의 각각을 상기 안테나들 중 관련 안테나에 개별적으로 연결하는 단계와,
    f) 상기 합산된 신호들을 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복소 벡터 wi와 wj의 각각은 상기 안테나 어레이의 안테나들에서부터 상기 원거리 사용자들의 위치까지의 채널 임펄스 응답 함수인 것인 비임 영점 조정 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복소 가중값 wi는 상기 안테나 어레이의 안테나 수의 함수인 것인 비임 영점 조정 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 단계 f)는 3개 이상의 안테나의 어레이를 통하여 전송하는 단계를 포함하는 것인 비임 영점 조정 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 단계 b)는 제1 원거리 사용자가 상기 기지국으로부터 수신한 통신의 전력이 최대로 되도록 상기 복소 가중값들을 선택하는 단계를 포함하는 것인 비임 영점 조정 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 단계 b)는 제2 원거리 사용자가 상기 기지국으로부터 수신한 통신의 전력이 최소로 되도록 상기 복소 가중값들을 선택하는 단계를 포함하는 것인 비임 영점 조정 방법.
  26. 주어진 셀 또는 섹터 내에서 동일한 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드를 이용하는 2명 이상의 원거리 사용자 중 오직 1명의 원거리 사용자만이 기지국에서 상기 2명 이상의 원거리 사용자에게 전송되는 통신을 수신할 수 있는 비임 영점 조정 방법을 채용한 기지국으로서, 이 기지국은 복수 개의 안테나를 가지는 안테나 어레이를 통해서 상기 원거리 사용자들에게 전송하고,
    상기 기지국은
    상기 원거리 사용자들 각자에게 개별적으로 지향하는 데이터 di, dj(i,j=1,...,N)에 대하여 확산 코드를 이용하여 변조하는 수단과,
    N+1개(N>1)의 복소 가중값 wi(i=1,...,N이고, 각각이 N+1 복소 벡터임)를 이용하여 N명의 원거리 사용자 중 1명의 원거리 사용자에게 지향하는 데이터 di(i=1,...,N)를 변조하는 수단(여기서, 각각의 변조 신호는 상기 N+1개의 안테나 중 1개의 관련 안테나를 향함)과,
    N+1개(N>1)의 복소 가중값 wi(i=1,...,N이고, 각각이 N+1 복소 벡터임)를 이용하여 N명의 원거리 사용자 중 다른 1명의 원거리 사용자에게 지향하는 데이터 dj(j=1,...,N)를 변조하는 수단(여기서, 각각의 변조 신호는 상기 N+1개의 안테나 중 1개의 관련 안테나를 향함)과,
    상기 확산 변조 데이터 신호 d1, d2,..., dN을 합산하는 수단과,
    상기 합산된 신호들의 각각을 상기 안테나들 중 관련 안테나에 개별적으로 연결하는 수단과,
    상기 합산된 신호들을 전송하는 수단
    을 구비하고,
    상기 복소 벡터 wi와 wj의 각각은 상기 안테나 어레이의 안테나들에서부터 상기 원거리 사용자들의 위치까지의 채널 임펄스 응답 함수인 것인 기지국.
  27. 제26항에 있어서, 상기 복소 가중값 wi를 상기 안테나 어레이의 안테나 수의 함수로서 생성하는 수단을 더 구비하는 기지국.
  28. 제26항에 있어서, 상기 안테나 어레이는 3개 이상의 안테나로 이루어지는 것인 기지국.
  29. 제26항에 있어서, 상기 원거리 사용자들 중 제1 원거리 사용자가 상기 기지국으로부터 수신한 통신의 전력이 최대로 되도록 상기 복소 가중값들을 선택하는 수단을 더 구비하는 기지국.
  30. 제29항에 있어서, 상기 원거리 사용자들 중 제2 원거리 사용자가 상기 기지국으로부터 수신한 통신의 전력이 최소로 되도록 상기 복소 가중값들을 선택하는 수단을 더 구비하는 기지국.
KR1020047006716A 2001-11-02 2002-11-01 비임 영점 조정 방법 및 그를 이용하는 기지국 KR100680019B1 (ko)

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