KR100686570B1 - 코드 재사용과 용량 증대를 제공하는 영점 조정 전송장치를 구비하는 기지국 - Google Patents

Abstract

무선 시스템의 사용자 수와 데이터 용량은 이미 할당되어 있는 확산 코드를 재사용하거나 동일한 섹터/셀 안에서 이미 사용 중인 코드들과 상관할 수 있는 코드를 사용하는 메카니즘을 제공하여 그 시스템에 이용 가능한 확산 코드의 수를 증대하기 위한 장치 및 방법을 이용함으로써 증대될 수 있다. 이를 위해, 이 발명의 메카니즘은 각 셀에 대해서 부가된 기지국(BS) 안테나의 수에 비례하는 용량 개선을 제공한다. 코드 할당을 위한 안테나 영점 조정 기술은 원하는 사용자에게만 코드의 상호 상관 특성을 유지하여 용량 개선의 이득을 얻는다.

Description

코드 재사용과 용량 증대를 제공하는 영점 조정 전송 장치를 구비하는 기지국 {A BASE STATION HAVING NULL STEERING TRANSMISSION APPARATUS PROVIDING CODE REUSE AND CAPACITY ENHANCEMENT}

도 1은 본 발명의 원리를 구현하는 처리 장치의 개략도.

도 2는 본 발명의 수학 예에 따라 계산된 채널 전력 프로파일 조합의 3차원 도면.

도 3은 본 발명의 수학 예에 따라 계산된 채널 전력 프로파일 조합의 3차원 도면.

<도면에서 사용된 부호의 설명>

1∼3 : 안테나

c_A, c_B : 상관 코드

d_A, d_B : 데이터

h_1A∼h_3A, h_1B∼h_3B : 채널 임펄스 응답

w_1A∼w_3A, w_1B∼w_3B : 복소 가중값

본 발명은 무선 통신 분야에 관한 것으로서, 특히, 무선 시스템의 사용자 수와 데이터 용량 및 데이터 속도를 증대하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 용량을 증대하기 위해서, 본 발명은 동일한 신호 또는 상관 처리된 시그니처(signature)들이 시스템 동작 중에 동시에 다른 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, 다른 사용자들은 그 코드를 동시에 이용할 수 없다. 이 규칙은 간섭 감소의 수단으로서 비임 조정[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 이 분야에서 특정의 장소에 대한 간섭을 완전히 제거하지 못하고 있기 때문이다. 그 외에도, 실시의 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. 이를 위해, 이 발명의 메카니즘은 각 셀에 대해서 부가된 기지국(BS) 안테나의 수에 비례하는 용량 개선을 제공한다. 코드 할당을 위한 안테나 영점 조정 기술은 원하는 사용자에게만 코드의 상호 상관 특성을 유지하여 용량 개선의 이득을 얻는다.

본 발명은 불필요한 간섭 신호의 전력을 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 때문에, 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 여러 개의 확산 코드, 사용자 및 안테나를 이용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 N+1 개의 안테나를 동시에 사용하는 N 명의 사용자에 대해서 동일 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드를 이용하여 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 코드에 의해서 모든 사용자 위치의 영점을 잡는다. 이하, 이 개념을 N=2(N은 사용자 수)인 경우에 대해서 설명한다.

사용자가 2명인 경우를 고려해 본다. 시스템은 도 1에 도시되어 있다. 여기서, i=1,2,3일 때, h_iA와 h_iB는 각각 안테나 i로부터 사용자 A와 사용자 B로의 채널 임펄스 응답이다. d_A와 d_B는 각각 사용자 A와 사용자 B에 전송되는 데이터를 나타낸 다. 데이터 d_A와 d_B는 기지국의 데이터 전송 이전에 동일 코드 또는 상관 처리된 코드 {c_A(k), k=1,2,...}와 {c_B(k), k=1,2,...}에 의해서 확산되는 것에 주목한다. 본 발명의 목적은 사용자 B에 대한 간섭의 발생 없이 사용자 A에게 정보를 전송하고, 동시에 사용자 A에 대한 간섭의 발생 없이 사용자 B에게 정보를 전송하는 것이다. 이 목적은, 기지국(BS)으로부터 사용자 A로의 복합 채널 임펄스 응답을 변경하여 사용자 B의 위치의 영점을 잡고, 기지국(BS)으로부터 사용자 B로의 복합 채널 임펄스 응답을 변경하여 사용자 A의 위치의 영점을 잡음으로써 달성된다. 여기서, 복합 채널 임펄스 응답은 기지국(BS)의 확산기 출력으로부터 안테나 사용자의 수신 장치로의 전달 함수로서 정의된다.

사용자 B의 영점을 잡기 위해서, 기지국으로부터 사용자 A로의 복합 채널 이득이 최대가 되고 기지국으로부터 사용자 B로의 복합 채널 이득이 0이 되도록 복소 가중값 w_1A, w_2A 및 w_3A를 선택할 것이다. 수학적으로, 이것은 제한된 최적화(constraint optimization)의 문제이고, 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.

다만,

마찬가지로, 사용자 A의 영점을 잡기 위해서, 기지국으로부터 사용자 B로의 복합 채널 이득이 최대가 되고 기지국으로부터 사용자 A로의 복합 채널 이득이 0이 되도록 복소 가중값 w_1B, w_2B 및 w_3B를 선택할 것이다. 수학적으로, 이것 역시 제한된 최적화의 문제이고, 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.

다만,

전술한 최적화 문제는 쉽게 해결될 수 있다. 다음에, 일 예로서, 수학식 1로부터 w_1A, w_2A 및 w_3A를 결정하는 방법을 개시한다. 우선 수학식 1의 제한으로부터, w_3A를 다음의 수학식 3과 같이 선택한다.

w_3A를 적용하면, 사용자 A의 복합 채널 임펄스 응답은 다음의 수학식 4로 된다.

여기서 g₁은 다음의 수학식 5와 같다.

, 여기서 i=1, 2임

일반적으로 g_i는 복소수이다. i=1,2일 때,

로 정의한다. 여기서 i=1, 2일 때 a_i>0이다. 또한, i=1, 2일 때,

로 정의한다.

기지국으로부터 사용자 A로의 복합 채널 임펄스 응답의 채널 이들은 다음의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

최대 가능 이득에 도달하기 위해서는 다음의 수학식 7이 되어야 함이 명백하다.

전술한 수학식을 만족하는 한 가지 방법은 다음의 수학식 8을 선택하는 것이다.

, 여기서 i=1, 2임

예컨대, 간략화된 채널 모델을 다음의 수학식 9로서 정의한다.

여기서 i=1,2,3이고 p=A, B이며, 이 때, D_ip는 사용자 p에서부터 안테나 i까지의 거리이고, λ는 파장이며, 이 파장은 이 예에서는 0.15ｍ이다. 이 외에도, 3 개의 안테나를 OXY 평면의 X축을 따라 분포시키고 그 중 2 개의 인접한 안테나간의 공간이 0.75ｍ이며 안테나(2)를 OXY 평면의 원점(O)에 배치하고 있다고 가정한다. 사용자 A는 (x_A, y_A)=(-70, 20)에 있고 사용자 B는 (x_B, y_B)=(50, 50)에 있도록 위치를 선택한다. 도 2와 도 3은 각각 이 2 점 근처의 복합 채널 전력 프로파일(단위 dB)을 도시하고 있다. 따라서, 복소값 w_1A, w_2A 및 w_3A를 생성함으로써, 도 1의 예의 원하는 사용자 A는 최대 전력을 갖는 통신을 수신하고(도 2), 다른 사용자의 전력은 영(0)이 될 것이다(도 3).

본 발명은 원치않는 간섭 신호의 전력을 억제하기 위한 간단한 안테나 영점 조정 기술을 이용한다. 이 기술은 원하는 수신기에서 동일한 확산 코드 또는 상관 처리된 확산 코드를 이용할 수 있다. 확산 코드들은 동시에 재사용될 수 있기 때문에, 전체 시스템의 용량이 증대될 수 있다. 이 영점 조정 방법의 한 가지 이점은 실시의 간단함과 용이함에 있다. 그러나, 그 실시의 용이함 때문에, 영점 조정 기 술을 비임 조정과 함께 보조 방법으로서 이용하여 시스템의 용량을 더 개선할 수 있다.

Claims (6)

1. 2 이상의 원격 사용자들에 대한 동일 또는 상호 상관(cross-correlated)된 확산 코드의 동시 사용을 가능하게 하는 빔 조정(beam steering) 장치를 구비한 기지국(BS)으로서,

   상기 사용자들은 소정의 셀 또는 섹터 내에서 상이한 제1 위치 및 제2 위치에 위치하지만 동일 또는 상관된 확산 코드를 사용하며, 상기 기지국이 상기 2 이상의 원격 사용자들에 통신을 전송하는 동안, N명의 원격 사용자들(여기서, N은 2 이상) 중 하나의 원격 사용자만이 상기 N명의 원격 사용자들 중 하나의 원격 사용자만에 대한 통신을 상기 기지국으로부터 수신할 수 있고, 상기 기지국은 N+1개의 복수 개의 안테나들을 구비한 안테나 어레이를 통해 상기 원격 사용자들에 통신을 전송하는, 기지국에 있어서,

   N개의 변조기들로서, 이 변조기들의 각각은 상기 기지국에서 상기 확산 코드로 통신들이 확산되는 상기 N명(N>1)의 원격 사용자들의 각각의 원격 사용자에 대해 상이한 통신들을 제공하기 위해 데이터(d_i, i=1, ..., N)를 변조하는 것인, N개의 변조기들과,

   연관된 변조기의 통신을 상기 소정의 위치들 중 하나로 향하게 하기 위해 N+1 개의 복소 가중치들(w_i, i=1, ..., N이고, 각각의 복소 가중치는 복소 벡터임)을 각각 생성하기 위한 N개의 복소 가중치 발생 장치들로서, 이 N개의 복소 가중치 발생 장치의 N+1개의 복소 가중치들 및 상기 변조기들로부터의 각각의 확산 통신은 상기 N+1개의 안테나들의 각각에 동시에 전달되며, 상기 복소 가중치 발생 장치들의 각각은 상기 안테나 어레이로부터 상기 N명의 사용자들의 위치들로의 채널 임펄스 응답들의 함수로서 상기 N+1개의 벡터들의 각각의 요소를 발생하기 위한 백터 생성기를 포함하는 것인, 상기 N개의 복소 가중치 발생 장치들과,

   각각의 원격 사용자에 대한 확산 통신들을 합산하기 위한 합산 장치와,

   상기 2 이상의 원격 사용자들 중 적어도 하나의 원격 사용자에게 전송하기 위해서 상기 합산된 통신들을 상기 안테나 어레이에 전송하기 위한 장치를 포함하며,

   상기 N개의 복소 가중치 발생 장치들 중 하나에 의해 발생된 N+1개의 벡터들은 상기 제1 위치의 원격 사용자에 대한 통신의 전력을 최대화하고, 상기 제2 위치의 원격 사용자에 대한 통신의 전력을 최소화하는 것인, 기지국.
2. 제1항에 있어서, 상기 안테나들은 소정 거리 이격되어 있는 것인 기지국.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 N개의 복소 가중치 발생 장치들 중 나머지 하나에 의해 발생된 N+1개의 벡터들은 상기 제2 위치의 원격 사용자에 대한 통신의 전력을 최대화하고, 상기 제2 위치의 원격 사용자에 대한 통신의 전력이 상기 제1 위치에서 최소화되도록 하는 것인, 기지국.

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