KR100795824B1

KR100795824B1 - 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티이득을 얻기 위한 신호 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100795824B1
Application number: KR1020010077674A
Authority: KR
Inventors: 최진호; 안성수
Original assignee: 주식회사 세스텍; 최진호
Priority date: 2001-12-08
Filing date: 2001-12-08
Publication date: 2008-01-17
Also published as: KR20030047239A; US6941123B2; US20030125091A1

Abstract

본 발명은 배경 잡음이 공간 백색 잡음이거나 또는 비백색 잡음인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 무선통신 시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 기술에 관한 것이다. 무선 통신 시스템의 용량을 증대시키기 위해, 안테나 어레이 시스템을 이용할 수 있다. 본 발명을 통해 이런 안테나 어레이 시스템에서 다이버시티 이득을 얻을 수 있도록 함으로써 시스템 성능을 더욱 개선 시킬 수 있다. 본 발명은 이를 위해 신호 벡터가 존재하는 신호 부공간의 고유 벡터를 적어도 두 개 이상 이용한다. 이것은 마치 두 개 이상의 빔형성 벡터를 쓴 빔형성 시스템으로 보여진다. 수신 신호의 최적 동기 검파(coherent detection)를 위해 각 빔형성 벡터에 대응하는 채널 계수를 얻어서 동기 검파를 한다. 여러 빔형성 벡터를 사용함으로써 다이버시티 이득이 생기고 이로써 검파 성능이 개선되도록 한다.

안테나어레이, 다이버시티 이득, 고유벡터, 빔형성벡터, 동기검파, 신호처리

Description

안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법 및 장치{Signal Processing Method and Apparatus for Antenna Array System Providing a Diversity Gain}

도 1은 본 발명에 따른 안테나 어레이를 구비한 수신 시스템의 일실시예 블록 구성도,

도 2는 상기 도 1에 도시된 빔형성부의 일실시예 구성을 설명하기 위한 블록도,

도 3a는 배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에 본 발명에 따라 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리를 수행하는 방법을 설명하는 일실시예 흐름도,

도 3b는 배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에 본 발명에 따라 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리를 수행하는 방법을 설명하는 일실시예 흐름도,

도 4는 본 발명에 따라 2개의 고유 신호 벡터를 이용하는 빔형성을 위한 신호처리 장치를 코드 분할 다중 접속 시스템에 응용한 경우의 비트 오율을 구한 결과 그래프 예시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 안테나 어레이부 20: 복조부

30: 국부발진부 40: 저역통과필터부

50: 샘플링부 60: 빔형성부

61: 공분산 행렬 추정기 63: 고유치 분해기

65: 내적연산기(고유벡터 추정기) 67: 채널 계수 추정기

69: 채널 벡터 추정기 71: 빔형성 벡터 연산기

본 발명은 안테나 어레이(antenna array)를 구비한 통신시스템에서 수신신호를 처리하는 기술에 관한 것으로, 특히 배경 잡음이 공간 백색 잡음이거나 또는 비백색 잡음인 경우에 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법 및 장치와, 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 용량을 증대시키기 위해 안테나 어레이 시스템을 이용할 수 있다. 일반적으로, 안테나 배열 시스템은 신호를 공간에서 선택적으로 수신할 수 있도록 하기 때문에, 간섭 신호의 효율적인 제거 혹은 감소를 통해 무선 통신품질을 향상시킬 수 있다. 안테나 어레이 시스템은 안테나 소자들 간의 간격이 가까워서 각 안테나의 수신 신호의 전송 경로가 같다고 보고 빔 형성을 통해 신호를 공간에서 선택적으로 수신할 수 있게 한다.

일반적으로, 안테나 어레이 시스템에서의 빔 형성기는 각 수신 안테나에 적절한 가중치를 주고(즉, 곱하고), 이들의 합을 출력신호로 하여 후단의 신호 검파 기에 인가한다. 이러한 무선 통신용 안테나 어레이 시스템에서 가장 중요한 부분은 빔 형성기에 필요한 가중치들이다.

가중치 벡터는 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 구해야 한다. 안테나 어레이의 안테나 소자(antenna element)의 수가 L이라 하면, L의 수신 신호를 다음과 같은 벡터의 형태로 쓸 수 있다.

여기서,

은 k번째 안테나의 기저 대역 수신 신호이고, l은 l번째 샘플링한 신호를 의미하기 위한 색인이다. s[

]은 l번째 신호 심볼이고,

은 채널 벡터인데 소자의 수가 L개 이다. 채널 벡터의 k번째 소자

은 l번째 신호 심볼전송시에 송신 안테나에서 k번째 수신 안테나로의 전체 채널 이득이다. 그리고, 잡음 벡터

은 소자의 수가 역시 L개이며, k번째 소자

은 l번째 심볼 시간에 k번째 수신 안테나의 기저 대역 배경 잡음이다.

빔 형성기에서 k번째 수신 안테나에 대한 가중치를

이라 하면 가중치 벡터는 다음의 [수학식 2]로 정의된다.

그리고, 상기 빔 형성기의 출력은 다음 [수학식 3]과 같이 표현된다.

이 때에, 최대 신호 대 잡음비를 얻기 위한 가중치 벡터는 다음의 [수학식 4]와 같이 정의된다.

여기서,

은 배경 잡음

의 공분산 행렬이다.

가중치 벡터를 얻기 위해서는 잡음의 공분산 행렬과 채널 벡터를 추정해야한다. 일반적으로 안테나 배열 시스템의 안테나 간격은 충분히 좁다고(예를 들어, 반파장 간격) 하고, 이를 바탕으로 각 안테나에 수신된 신호는 동일 전송 경로를 통해 도착되었고 단지 안테나 배열에 따른 도착 시간 지연이 서로 다르다고 가정할 때, 채널 벡터는 다음 [수학식 5]로 쓸 수 있다.

여기서

는 신호의 도착 각도이고,

는 안테나 배열의 특성 벡터인 배열 응답 벡터 (array response vector, ARV)이며,

은 전송 경로의 감쇄치(fading factor)이다.

이 때,

는 L개의 원소로 이루어진 시불변 벡터 함수이고,

는 스칼라이고 시간에 따라 (즉, 매 심볼 마다) 변한다. 종래의 기술은 이를 바탕으로 먼저

에 대한 시불변 벡터를 얻고, 파일롯 심볼 등을 통해 감쇄치인

를 얻었다.

지금까지 살펴 본 종래의 기술들은, 먼저 시불변 벡터를 얻고, 매 심볼마다 변화하는 감쇄치를 추정하여 채널 벡터를 추정하는 방식을 취하고 있다. 그리고 각 안테나에 수신된 신호가 단일 경로를 통해 도착된 것으로 보아 100% 상관 관계를 이룬다는 가정하에 전개된 기술이기 때문에, 다이버시티 이득이 없다는 점에 유의하여야 한다.

그런데, 실제의 환경에서는 각 안테나에서 수신되는 신호가 단일 경로를 통해서 얻어지지 않는다. 즉, 여러 신호들의 다발이 중심 도착 각도

에 대해

만큼 분산되어 도착한다. 따라서 실제 환경에서의 채널 벡터는 다음 [수학식 6]과 같이 쓸 수 있다.

수신된 신호의 총 수는

이고, 각 미세 신호의 감쇄치는

이다.

일반적으로,

는 작은 값을 갖기 때문에 종래 기술에서는 이를 0이라 가정하고 채널 벡터를 추정하였다.

이 때에 감쇄치

는 아래의 [수학식 7]과 같다.

위에서 설명하였듯이, 종래의 신호처리 기술은

이 0이라는 가정에서 얻어졌고, 이러한 이유에서 다이버시티 이득이 없었다. 그런데,

가 0이 아니고 무시하지 못할 정도로 크다는 점을 감안한다면, 수신 벡터 신호의 공분산 행렬의 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 하나만 이용하는 기존의 신호처리 방법으로는

가 크더라도 결국 다이버시티 이득을 얻을 수 없다는 심각한 기술적 한계를 내포하고 있다. 따라서 실제의 이동통신 환경에서는 다이버시티 이득을 얻을 수 있도록 신호처리하는 것이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 극복하기 위하여 제안된 것으로서, 배경 잡음이 공간 백색 잡음이거나 또는 비백색 잡음인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 수신 벡터 신호의 공분산 행렬의 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 이용하되, 상대적으로 큰 고유치에 대응하는 고유벡터부터 순차적으로 적어도 두 개 이상 이용하여 수신 신호를 처리함으로써 다이버시티 이득을 얻는 신호처리 방법을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

또한, 본 발명은 배경 잡음이 공간 백색 잡음이거나 또는 비백색 잡음인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서, 수신 벡터 신호의 공분산 행렬의 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 이용하되, 상대적으로 큰 고유치에 대응하는 고유벡터부터 순차적으로 적어도 두 개 이상 이용하여 수신 신호를 처리함으로써 다이버시티 이득을 얻는 신호처리 장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

한편, 본 발명은 배경 잡음이 공간 백색 잡음이거나 또는 비백색 잡음인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서, 수신 벡터 신호의 공분산 행렬의 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 이용하되, 상대적으로 큰 고유치에 대응하는 고유벡터부터 순차적으로 적어도 두 개 이상 이용하여 수신 신호를 처리함으로써 다이버시티 이득을 얻는 신호처리 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

본 발명은 상기 첫번째 목적을 달성하기 위하여, 배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법에 있어서, (a) 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 1 단계; (b) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 2 단계; (c) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 3 단계; 및 (d) 상기 제 3 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 2 단계에서, 공분산 행렬의 행렬계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는

개의 고유치 -크기 순으로

번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들을 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 3 단계의 채널 벡터는, 상기 제 2 단계에서 구한 상기 적어도 두 개의 시불변(고유) 벡터와, 상기 파일롯 수신 신호의 벡터를 내적하여 구하되, 상기 파일롯 수신 신호 벡터에 포함된 잡음의 영향을 줄이기 위해 시간 상에서 평탄화(smoothing)하여 구한 것을 특징으로 한다.

한편, 배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법에 있어서, (a) 수신신호에 대한 비백색 잡음을 백색화하는 제 1 단계; (b) 백색화된 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 2 단계; (c) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 3 단계; (d) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 4 단계; 및 (e) 상기 제 4 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출 력하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 1 단계는, (a-1) 수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬을 추정하는 제 6 단계; (a-2) 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬에 대해 하기 식과 같이 행렬 인수분해를 수행하는 제 7 단계 [

(단,

는 잡음 공분산 행렬, V는 인수분해된 행렬임)] ; 및 (a-3) 상기 인수분해된 행렬을 이용하여, 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬을 하기 식에 따라 백색화하는 제 8 단계 [

를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 2 단계에서, 공분산 행렬의 행렬계수(

개의 고유치 -크기 순으로

또한, 본 발명은 상기 두번째 목적을 달성하기 위하여, 배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치에 있어서, (a) 다수의 안테나 소자들을 통해 입사된 수신신호에 대한 기저대역신호를 샘플링하여 얻은 수신 신호 벡터에 대해 공분산 행렬을 구하는 공분산 행렬 추정 수단; (b) 상기 공분산 행렬 추정 수단의 출력에대해 고유-분할을 수행하는 고유치 분해 수단; (c) 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적 어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 고유벡터 추정 수단; (d) 상기 고유벡터 추정 수단에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 채널벡터 추정 수단; 및 (e) 상기 채널벡터 추정 수단의 출력 신호들을 가중치합하여 출력하는 빔형성벡터 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 고유벡터 추정 수단에서 추정되는 상기 시불변(고유) 벡터는, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는

개의 고유치 -크기 순으로

번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들을 추정하는 것을 특징으로 한다.

마찬가지로, 배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에 있어서는, (a) 다수의 안테나 소자들을 통해 입사된 수신신호에 대한 기저대역신호를 샘플링하여 얻은 비백색 잡음의 수신 신호 벡터에 대해 백색화처리를 수행하고 나서, 백색화된 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 공분산 행렬 추정 수단; (b) 상기 공분산 행렬 추정 수단의 출력에 대해 고유-분할을 수행하는 고유치 분해 수단; (c) 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 고유벡터 추정 수단; (d) 상기 고유벡터 추정 수단에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 채널벡터 추정 수단; 및 (e) 상기 채널벡터 추정 수단의 출력 신호들을 가중치합하여 출력하는 빔형성벡터 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공분산 행렬 추정 수단에 의해 이루어지는 백색화 처리는, 수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬에 대해 하기 식과 같이 행렬 인수분해(matrix factorization)를 수행하고 나서 [

(단,

는 잡음 공분산 행렬, V는 인수분해된 행렬임)], 상기 인수분해된 행렬을 이용하여 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬을 식

에 따라 백색화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 세번째 목적을 달성하기 위하여, 배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻도록 하기 위하여, 마이크로프로세서를 구비한 신호처리 장치에, (a) 수신 신호벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 1 기능; (b) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 2 기능; (c) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 3 기능; 및 (d) 상기 제 3 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 4 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

그리고, 배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에 있어서는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻도록 하기 위하여, 마이크로프로세서를 구비한 신호처리 장치에, (a) 수신신호에 대한 비백색 잡음을 백색화하는 제 1 기능; (b) 백색화된 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 2 기능; (c) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(

)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 3 기능; (d) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 4 기능; 및 (e) 상기 제 4 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 5 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

전술한 본 발명의 목적 및 특징들과, 그로인해 나타나는 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하에서는 수신 벡터 신호의 공분산 행렬의 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 가장 큰 고유치에 대응하는 고유벡터부터 순차적으로 적어도 두 개 이상 이용하여 처리함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있도록 하는 채널 벡터 추정 기술이 상세히 소개된다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 어레이를 구비한 수신 시스템의 일실시예 블록 구성도로서, 도면에서, 10은 안테나 어레이부, 20은 복조부, 30은 국부발진부, 40은 저역통과필터부, 50은 샘플링부, 60은 빔형성부를 각각 나타낸다.

본 발명의 빔 형성 방식이 적용되는 수신 시스템은, 다수의 안테나 소자를 구비한 안테나 어레이부(10)와, 상기 다수의 안테나 소자들을 통해 입사되는 수신신호를 각각 복조하기 위해 상기 각 수신신호를 국부발진부(30)로부터 제공되는 반송파 신호를 이용하여 복조하는 복조부(20)와, 상기 복조부(20)로부터 출력되는 각 안테나 소자별 복조신호를 각각 필터링하는 저역통과필터부(40)와, 상기 저역통과 필터부(40)로부터 출력되는 각 안테나 소자별 기저대역신호를 디지털 회로에서 처리가능하게 샘플링(Sampling)하여 출력하는 샘플링부(50)와, 상기 샘플링부(50)에 의해 샘플링된 각 안테나 소자별 샘플링 신호에 대해 각각 대응하는 가중치(weight vector)를 곱한 후 연산하여 빔형성벡터를 출력하는 빔형성부(60)를 포함하여 이루어진다.

즉, 본 발명에서는 상기 다수의 안테나 소자들을 통해 입사되는 신호를 복조하기 위해 반송파 신호를 곱하고 나서, 저역 통과 필터링하여 안테나 개수 만큼의 기저 대역 신호를 얻게 되며, 이를 디지털 회로에서 처리하기 위해 샘플링한다. 그리고, 상기 과정을 통해 각각 샘플링된 신호에 가중치(weight vector)를 곱하고 연산한 결과로서 빔형성벡터를 출력하는 바, 상기 빔형성부(60)의 일실시예 구성예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 빔형성부(60)의 일실시예 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도로서, 본 발명에서 제안한 빔형성 벡터를 구하는 방식을 설명하기 위한 것이다. 도면에서, 61은 공분산행렬 추정기, 63은 고유치 분해기, 65는 내적 연산기(고유벡터 추정기), 67은 채널계수 추정기, 69는 채널 벡터 추정기, 71은 (고유벡터 추정기)를 각각 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 공분산행렬 추정기(61)에 입력되는 신호는, 상기한 바와 같이 다수의 안테나 소자들로부터 출력된 수신신호로부터 구한 기저대역신호를 샘플링하여 얻은 신호 벡터이다. 즉 도 1에서의 빔형성부(60)의 입력 벡터와 동일한 신호벡터이다.

상기 빔형성 벡터를 구하기 위해서는 먼저 신호 벡터의 공분산 행렬을 추정한다. 그리고, 공분산 행렬을 얻고 난 후에 상기 고유치 분해기(63)를 통해 이를 고유치 분해함으로써 다수의 고유벡터를 얻게 되는데, 결국 이것이 가중치 벡터로 이용된다.

내적연산기(고유벡터 추정기)(65)에서는, 상기한 바와 같은 과정을 통해 얻은 가중치 벡터와, 상기 다수의 안테나 소자들로부터 출력된 수신신호로부터 구한 기저대역신호를 샘플링하여 얻은 신호 벡터를 내적함으로써 동기 검파를 위한 신호를 얻는다.

상기 채널 벡터 추정기(69)에서는 위상 손상을 복원하고 신호 대 잡음비를 개선시키기 위해 상기 내적연산기(고유벡터 추정기)(65)의 출력신호 각각에 대해 상기 채널계수 추정기(67)로부터 제공되는 대응되는 채널 계수를 각각 곱한다. 여기서, 상기 채널계수 추정기(67)는 미리 알려진 심볼계수, 즉 파일롯 심볼을 이용하여 채널계수를 추정하는 것으로서, 이는 예로써 『Ye (Geoffrey) Li, “Pilot-Symbol-Aided Channel Estimation for OFDM in Wireless Systems”, IEEE VT-49, NO.4, JULY 2000』에 개시된 것과 같이 공지된 기술이어서 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 이하에서는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고, 상기 빔형성벡터 연산기(71)에서는 상기 채널 벡터 추정기(69)의 출력 신호들을 가중치합하여 출력함으로써 그 출력 신호를 통해 동기 검파가 이루어지도록 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 채널 벡터 추정은, 종래에 하나의 시불변(고유) 벡터와 심볼마다 변하는 감쇄치를 추정하였던 경우와 달리, 다수 개의 시불변(고유) 벡터와 이에 대응하는 여러 감쇄치들을 이용하여 다이버시티 이득을 얻는 특징을 갖는다.

이제, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명에 따른 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서의 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법을 상세히 설명한다.

제 1 실시예

먼저, 도 3a를 참조하여 배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에 본 발명에 따라 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리를 수행하는 일실시예 방법을 설명한다.

배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에, 잡음의 공분산 행렬은

이고,

는 배경 잡음의 분산이다. 이때, 수신된 신호 벡터 y[

]의 공분산 행렬은 다음 [수학식 8]과 같이 정의된다.

일반적으로 채널 벡터의 공분산 행렬

은 행렬 계수(rank) 가 작다. 만약

가 모두 0인 경우는 행렬 계수는 1이다. 그렇지 않을 경우 행렬 계수는 1보다 크다. 이를 바탕으로 수신 신호의 공분산 행렬의 고유-분할(eigendecomposition)에 대한 수식을 구하면 다음 [수학식 9]와 같다.

여기서,

는 신호의 공분산 행렬의 k번째 고유 벡터이고,

는 이에 대응하는 고유치이다.

만약 채널 벡터의 공분산 행렬,

의 행렬 계수가 r이라면, 아래의 [수학식 10]이 된다.

고유 벡터 {

}가 이루는 부공간을 "신호 부공간", 그리고 그 외에 고유치 벡터들이 이루는 부공간을 "잡음 부공간"이라 부르기로 한다.

이를 바탕으로, 채널 벡터

는 다음 [수학식 11]과 같이 쓸 수 있다.

여기서,

이다.

결국, 채널 벡터는 r개의 시불변(고유) 벡터 {

}와, r개의 시변 채널 계수 {

}를 추정하면 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기한 바와 같은 방식으로 채널 벡터를 얻고 빔형성벡터를 연산하여 출력하는 본 발명의 신호처리 방법을 다음과 같이 정리할 수 있다.

우선, 수신 신호 벡터를 통해 하기 [수학식 12]와 같이 정의되는 공분산 행렬을 얻는다(311).

여기서 N은 평활화 인자(smoothing factor)이다.

그리고 나서, 공분산 행렬의 고유-분할을 행하고 행렬계수 r에 따라 신호 부공간을 형성하는 r개의 시불변(고유) 벡터 {

}를 추정한다(313).

상기 공분산 행렬

의 고유치들의 크기가

로 표현되고 이에 대응하는 각 고유벡터들을

라 가정하면, 크기가 상대적으로 큰 순서에 의해 즉, 앞에서부터 r개의 고유 벡터가 r개의 시불변(고유) 벡터의 추정치가 된다.

한편, 미리 알려진 심볼 즉, 파일롯 심볼 s[

]에 대해 채널 계수

을 추정 한다(315). 이와 같이 추정되는 채널 계수는 신호 검출에 가중치로 쓰인다. 수신 신호 벡터 y[

]이 파일롯 벡터이고 파일롯 신호가 s[

]이면, 하기 [수학식 13]과 같이 고유벡터와 수신신호 벡터의 내적으로 순시 채널 계수(가중치)를 얻을 수 있 다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 이와 같이 구한 순시 채널 계수

를 채널 계수 추정기(도 2의 67 참조) 필터의 입력으로 하여, 보다 나은 채널 계수의 추정이 이루어지도록 한다. 이렇게 구한 채널 계수를 이하에서는

라 표기한다.

그리고 나서, 상기 수신 신호 벡터의 고유치

에 대응하는 각 고유벡터

와 앞에서 구한 채널 계수

를 이용하여 하기 [수학식 14]와 같은 채널 벡터의 추정을 얻는다(317). 이때의 채널 벡터는 다이버시티 이득을 제공한다.

상기한 바와 같은 과정을 통해 구한 채널 벡터를 이용하여 빔형성기(도 1의 60 참조)의 최종 출력 신호를 얻는데, 상기 빔형성기의 출력은 다음 [수학식 15]와 같이 가중치 합으로 얻는다(319).

상기 신호 부공간을 이루는 고유치 벡터는, r 번째까지 순차적으로 큰 값을 가지는, r개의 고유치에 대응하는

의 고유벡터들로서, 이는 배경잡음이 공간적으로 백색일 때 얻어진 결과이다.

제 2 실시예

다음으로, 도 3b를 참조하여 잡음 벡터가 공간적으로 백색 잡음이 아닌 경우에 본 발명에 따라 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리를 수행하는 일실시예 방법을 설명한다.

잡음벡터가 백색 잡음이 아닌 경우에는, 앞의 제 1 실시예와 같은 과정들을 수행하기에 앞서 백색화 과정을 추가함으로써 유사한 방식으로 채널 백터를 추정할 수 있게 된다.

우선적으로, 수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬을 추정하고 다음 [수학식 16]과 같이 행렬 인수분해(matrix factorization)를 한다(321).

여기서

는 잡음 공분산 행렬의 추정이고, V는 인수분해된 행렬이다. 참 고로 본 실시예에서는 인수분해된행렬 V로서

의 Cholesky행렬을 취하였으나, 인수분해된 행렬 V는 다른 방법으로도 얼마든지 얻을 수 있음이 당해분야의 통상의 지식을 가진자들에게 자명하다.

그리고, 상기한 바와 같은 인수분해된 행렬을 이용하여, 다음 [수학식 17]과 같이 백색화한다(323).

이제 백색화된 수신 신호 벡터 z[

]을 이용하여 앞서 설명한 절차(제 1 실시예 설명 참조)와 같은 방식으로 채널 벡터를 추정할 수 있다.

즉, 백색화된 상기 수신 신호 벡터 z[

]로부터 다음 [수학식 18]과 같은 공분산 행렬을 구한다(325).

그리고 나서, 공분산 행렬의 고유-분할을 하고 행렬 계수(rank) r에 따라 앞서 설명한 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로 신호 부공간을 형성하는 r개의 시불변(고유) 벡터를 추정한다(327). 여기에서 구해지는 고유벡터를

라 하면, 이들 가운데 상대적으로 값이 큰

개의 고유치(즉,

번째까지의 고유치)에 대한 고유 벡터들이 신호의 부공간을 형성한 다.

또한, 앞에서 설명한 바와 같은

개의 상대적으로 큰 고유치에 대한 고유벡터들

을 이용하면, 하기 [수학식 19]와 같은 변형된 채널 벡터를 구할 수 있다(331).

여기서

은 아래의 순시 추정을 입력으로 하는 채널 계수 추정기(도 2의 67 참조)의 필터 출력이다.

참고로, 순시 추정에 관하여 좀더 상세히 설명하면, 이는 이미 알려진 심볼 즉, 파일롯 심볼을 이용한다. 수신 신호 벡터 y[

]이 파일롯 벡터이고 파일롯 신호가 s[

]이면, 백색화된 수신 신호 벡터 z[

]와, 고유벡터의 내적으로 하기 [수학식 20]과 같은 순시 채널 계수(가중치)를 얻을 수 있다(329).

본 발명에서는 이러한 순시 계수를 채널 계수 추정기(도 2의 67 참조)의 필터입력으로 하여, 보다 나은 채널 계수의 추정이 이루어지도록 하는 바, 이렇게 구한 채널 계수가

이다(329).

본 실시예의 경우, 최종적으로 빔형성기(도 1의 60 참조)에서는 다음 [수학식 21]과 같은 가중치 합이 출력된다(333).

위와 같은 과정을 통해, 배경잡음이 공간적으로 백색이 아닐 경우에도, 상기 비백색 잡음을 잡음 공분산 행렬의 인수분해를 통해 백색화한 후, 백색화된 수신신호 벡터 z[

]을 이용하여 채널 벡터를 추정할 수 있었다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같이, 적어도 2개 이상의 고유 신호 벡터를 이용하는 빔 형성기를 통해 무선 통신 수신기를 위한 안테나 배열 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

2개의 고유 신호 벡터를 이용하는 빔형성을 위한 신호처리 장치를 코드 분할 다중 접속방식의 이동 통신 시스템에 응용하여 비트 오율을 구한 결과가 도 4에 도시되어 있다.

도 4에서 Y축은 비트 오율이고, X축은 코드 분할 다중 접속 시스템에 사용자 수를 나타낸다. 도 4에서는 안테나 에레이가 7개의 안테나 소자로 이루어지고, 코드 분할 다중 접속 시스템의 처리 이득은 32인 경우를 예시한 것으로서, 종래에 하나의 고유 신호 벡터를 이용했을 때에 비해 그 성능이 향상되는 것을 나타내고 있다. 즉, 상기 도 4에서는 비 오율과 시스템의 사용자 수의 관계를 보여주고 있는 것으로서, 하나의 기초 벡터(basis vector)를 쓴 결과는 기존의 방식으로 얻은 결 과와 동일하지만, 본 발명에서와 같이 두 개 이상의 기초 벡터를 써서 빔을 형성하고 신호를 검파하는 경우에는 같은 사용자 수에 대해 비트 오율이 현저히 감소함을 알 수 있다. 결국 같은 비트 오율 조건에서는 보다 많은 사용자를 수용할 수 있음을 확인 수 있는 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 신호처리 방법이 소프트웨어적으로 구현될 수 있으며, 그러한 소프트웨어가 마이크로프로세서를 구비한 컴퓨팅 시스템의 RAM, ROM, CD-ROM, 하드디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프 등과 같은, 다양한 기록매체에 저장될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

지금까지 본 발명의 기술 사상에 대해 구체적인 예시를 들어 설명하였지만 이는 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 신호 벡터가 존재하는 신호 부공간의 고유 벡터를 적어도 두 개 이상 이용하여 다이버시티 이득을 얻음으로써 하나의 고유 신호 벡터를 이용했을 때에 비해 안테나 어레이 시스템의 성능을 크게 향상시키는 효과를 가지고 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 동일한 비트 오율에서 보다많은 사용자가 시스템에 수용될 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 안테나 어레이 시스템을 채용 한 무선 통신 시스템에 적용되어 통신 용량 및 품질을 향상시키는 우수한 효과를 갖는다.

Claims

배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법에 있어서,

(a) 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 1 단계;

(b) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 2 단계; 및

(c) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 3 단계

를 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 1 항에 있어서,

(d) 상기 제 3 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 4 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 2 단계에서, 공분산 행렬의 행렬계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는
개의 고유치 -크기 순으로
번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들을 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서 채널계수를 구하는데 이용되는 미리 알려진 심볼은, 파일롯 심볼( s[
])인 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제 3 단계의 채널 벡터는,

상기 제 2 단계에서 구한 상기 적어도 두 개의 시불변(고유) 벡터와, 상기 파일롯 수신 신호의 벡터를 내적하여 구하되, 상기 파일롯 수신 신호 벡터에 포함된 잡음의 영향을 줄이기 위해 시간 상에서 평탄화(smoothing)하여 구한 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법에 있어서,

(a) 수신 신호 벡터에 대하여 하기 식과 같이 정의되는 공분산 행렬
을 얻는 제 1 단계;

(단, N은 평활화 인자(smoothing factor)임)

(b) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 행하고, 행렬계수(r)에 따라 신호 부공간을 형성하는 복수개(r개)의 시불변(고유) 벡터( {
})를 추정하는 제 2 단계;

(c) 미리 알려진 파일롯 신호( s[
])에 대해 하기 식에 따라 고유벡터와 수신신호 벡터의 내적으로 순시 계수
를 구하고,

(단, y[
]이 파일롯 벡터이고, s[
]이 파일롯 신호임)

상기 순시 계수를 이용하여 채널계수 추정 수단에서 채널 계수
를 추정하는 제 3 단계; 및

(d) 상기 수신 신호 벡터의 고유치
에 대응하는 각 고유벡터
와 상기 제 3 단계에서 구한 채널 계수를 이용하여 하기 식에 따라 채널 벡터를 추정하는 제 4 단계

를 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 6 항에 있어서,

(e) 상기 제 4 단계를 통해 구한 채널 벡터를 이용하여 하기 식과 같이 가중치 합을 구해서 출력하는 제 5 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 제 2 단계에서 추정되는 복수개(r개)의 시불변(고유) 벡터( {
})는, 공분산 행렬의 행렬계수(
)에 따라 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는
개의 고유치 -크기 순으로
번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들인 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법에 있어서,

(a) 수신신호에 대한 비백색 잡음을 백색화하는 제 1 단계;

(b) 백색화된 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 2 단계;

(c) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 3 단계; 및

(d) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 4 단계

를 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 9 항에 있어서,

(e) 상기 제 4 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 5 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 제 1 단계는,

(a-1) 수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬을 추정하는 제 6 단계;

(a-2) 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬에 대해 하기 식과 같이 행렬 인수분해(matrix factorization)를 수행하는 제 7 단계; 및

(단,
는 잡음 공분산 행렬, V는 인수분해된 행렬임)

(a-3) 상기 인수분해된 행렬을 이용하여, 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬을 하기 식에 따라 백색화하는 제 8 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서, 공분산 행렬의 행렬계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는
개의 고유치 -크기 순으로
번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들을 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 제 4 단계에서 채널 계수를 구하는데 이용되는 미리 알려진 심볼은, 파일롯 심볼(s[
])인 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 제 4 단계의 채널 벡터를 추정은,

상기 제 3 단계에서 구한 상기 적어도 두 개의 시불변(고유) 벡터와, 상기 파일롯 수신 신호의 벡터를 내적하여 구하되, 상기 파일롯 수신 신호 벡터에 포함된 잡음의 영향을 줄이기 위해 시간 상에서 평탄화(smoothing)하여 구한 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법에 있어서,

(a) 수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬을 추정하고 행렬 인수분해(matrix factorization)한 후, 하기 식과 같이 백색화하는 제 1 단계;

(b) 백색화된 수신 신호 벡터( z[
])로부터 하기 식과 같은 공분산 행렬을 구하는 제 2 단계;

(c) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 행하고, 행렬 계수(r)에 따라 신호 부공간을 형성하는 행렬계수(r)에 따라 신호 부공간을 형성하는 복수개(r개)의 시불변(고유) 벡터
를 추정하는 제 3 단계;

(d) 미리 알려진 파일롯 신호( s[
])에 대해 하기 식에 따라 고유벡터와 수신 신호 벡터의 내적으로 순시 계수를 구하고,

(단,
이 파일롯 신호이며,
가 백색화된 수신 신호 벡터임)

상기 순시 계수를 이용하여 채널 계수
를 추정하는 제 4 단계 ; 및

(e) 상기 백색화된 수신 신호 벡터의 고유치에 대응하는 고유벡터
와 상기 제 3 단계에서 구한 채널 계수
를 이용하여 하기 식에 따라 채널 벡터를 추정하는 제 5 단계

를 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻 기 위한 신호처리 방법.
제 15 항에 있어서,

(f) 상기 제 5 단계를 통해 구한 채널 벡터를 이용하여 하기 식과 같이 가중치 합을 구해서 출력하는 제 6 단계

를 더 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,

상기 제 1 단계는,

(a-1) 수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬을 추정하는 제 7 단계;

(a-2) 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬에 대해 하기 식과 같이 행렬 인수분해(matrix factorization)를 수행하는 제 8 단계; 및

(단,
는 잡음 공분산 행렬, V는 인수분해된 행렬임)

(a-3) 상기 인수분해된 행렬을 이용하여, 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬을 하기 식에 따라 백색화하는 제 9 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서 추정되는 시불변(고유) 벡터(
)는, 상기 공분산 행렬의 행렬계수(
)에 따라 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는
개의 고유치 -크기 순으로
번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들인 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 방법.
배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치에 있어서,

(a) 다수의 안테나 소자들을 통해 입사된 수신신호에 대한 기저대역신호를 샘플링하여 얻은 수신 신호 벡터에 대해 공분산 행렬을 구하는 공분산 행렬 추정 수단;

(b) 상기 공분산 행렬 추정 수단의 출력에 대해 고유-분할을 수행하는 고유치 분해 수단;

(c) 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터 들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 고유벡터 추정 수단;

(d) 상기 고유벡터 추정 수단에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 채널벡터 추정 수단; 및

(e) 상기 채널벡터 추정 수단의 출력 신호들을 가중치합하여 출력하는 빔형 성벡터 연산 수단

을 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 고유벡터 추정 수단에서 추정되는 상기 시불변(고유) 벡터는,

상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는
개의 고유치 -크기 순으로
번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들을 추정하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치.
배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치에 있어서,

(a) 다수의 안테나 소자들을 통해 입사된 수신신호에 대한 기저대역신호를 샘플링하여 얻은 비백색 잡음의 수신 신호 벡터에 대해 백색화처리를 수행하고 나서, 백색화된 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 공분산 행렬 추정 수단;

(b) 상기 공분산 행렬 추정 수단의 출력에 대해 고유-분할을 수행하는 고유치 분해 수단;

(c) 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 고유벡터 추정 수단;

(d) 상기 고유벡터 추정 수단에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 채널벡터 추정 수단; 및

(e) 상기 채널벡터 추정 수단의 출력 신호들을 가중치합하여 출력하는 빔형성벡터 연산 수단

을 포함하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치.
제 21 항에 있어서,

상기 고유벡터 추정 수단에서 추정되는 상기 시불변(고유) 벡터는,

상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는
개의 고유치 -크기 순으로
번째까지의 고유치를 의미함- 에 대응하는 고유벡터들을 추정하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치.
제 22 항에 있어서,

상기 공분산 행렬 추정 수단에 의해 이루어지는 백색화 처리는,

수신신호에 대한 비백색 잡음의 공분산 행렬에 대해 하기 식과 같이 행렬 인수분해(matrix factorization)를 수행하고 나서,

(단,
는 잡음 공분산 행렬, V는 인수분해된 행렬임)

상기 인수분해된 행렬을 이용하여, 상기 비백색 잡음의 공분산 행렬을 하기식에 따라 백색화하는,

것을 특징으로 하는, 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻기 위한 신호처리 장치.
배경 잡음이 공간 백색 잡음 벡터인 경우에 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻도록 하기 위하여, 마이크로프로세서를 구비한 신호처리 장치에,

(a) 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 1 기능;

(b) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 2 기능;

(c) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 3 기능; 및

(d) 상기 제 3 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 4 기능

을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
배경 잡음이 비백색 잡음 벡터인 경우에 안테나 어레이를 구비한 통신시스템에서 다이버시티 이득을 얻도록 하기 위하여, 마이크로프로세서를 구비한 신호처리 장치에,

(a) 수신신호에 대한 비백색 잡음을 백색화하는 제 1 기능;

(b) 백색화된 수신 신호 벡터에 대한 공분산 행렬을 구하는 제 2 기능;

(c) 상기 공분산 행렬의 고유-분할을 수행하고, 상기 공분산 행렬의 행렬 계수(
)에 따라 신호 부공간을 형성하는 시불변(고유) 벡터를 추정하되, 상기 공분산 행렬의 각 고유치에 대응하는 고유벡터들 중에서 상대적으로 큰 값을 갖는 적어도 두 개의 고유벡터를 상기 시불변(고유) 벡터로 추정하는 제 3 기능;

(d) 상기 제 2 단계에서 구한 시불변(고유) 벡터와, 미리 알려진 심볼을 이 용하여 구한 채널계수를 제공받아 채널 벡터를 추정하는 제 4 기능; 및

(e) 상기 제 4 단계에서 추정된 채널 벡터들을 가중치 합하여 빔형성벡터로 출력하는 제 5 기능

을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.