KR101030378B1 - 다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부호 분할 다중 접속 기술을 사용하는 이동통신 시스템에서 배열 안테나를 이용한 다중 안테나 기술을 사용함에 있어서 각 안테나에서 송출되는 신호가 가질 수 위상 에러와 진폭 에러를 보정해 주기 위하여 시스템의 동작 이전 단계에서 보정을 수행하는 장치 및 방법과 시스템이 정상 동작 중인 상황에서 방향성 결합기를 사용하여 보정을 수행하는 장치 및 방법을 제안한다. 상기 방법은, 안테나 보정신호를 생성하여, 상기 안테나 보정신호를 부호화 및 변조하고 아날로그 신호로 변조하여 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출하는 과정과, 상기 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출된 신호를 배열 안테나의 안테나 소자들로 수신하는 과정과, 상기 안테나 소자들로 수신한 신호를, 상기 안테나 소자들에 각각 연결되는 수신 모듈들에 의해 디지털 신호로 변환한 후 수신 가중치벡터들을 곱하여 복조 및 복호화하는 과정과, 상기 안테나 보정신호에 해당하는 상기 복조 및 복호화된 데이터를, 상기 안테나 보정신호와 비교하여 상기 수신 모듈들의 수신 에러 값들을 계산하는 과정을 포함한다.
다중 안테나, 안테나 보정, 방향성 결합기

Description

다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATION OF MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}
도 1은 다중 안테나 기술을 적용한 송출 빔에 대해 간략히 도시한 도면
도 2는 다중 안테나 기술을 적용하기 위해 필요한 장치를 간략히 도시한 도면
도 3은 안테나 소자의 보정을 위한 테스트 장치를 간략히 도시한 도면
도 4는 RF 처리장치의 보정을 위한 테스트 장치를 간략히 도시한 도면
도 5는 시스템 운영시작 이전에 RF 처리장치 보정을 위한 장치를 간략히 도시한 도면
도 6은 시스템 운영 동안 RF 처리장치에서 발생할 수 있는 에러를 보정하는 방법에 대한 순서도를 도시한 도면
도 7은 시스템 운영 동안 RF 처리장치의 수신 모듈의 에러 특성을 파악하기 위한 장치 구조를 도시한 도면
도 8은 시스템 운영 동안 RF 처리장치의 송출 모듈의 에러 특성을 파악하기 위한 장치 구조를 도시한 도면
본 발명은 부호 분할 다중 접속 기술을 사용하는 이동통신 시스템에 대한 것으로서, 다수의 안테나 소자들로 구성되는 다중 안테나를 사용함에 있어서 각 안테나 별로 신호를 송출할 때 각 안테나 소자의 신호들이 가질 수 있는 위상 에러와 진폭 에러를 보정해 주기 위한 장치 및 방법에 대한 것이다.
다중 안테나 기술은 하나의 시스템에서 하나 이상의 안테나를 사용하여 송수신을 하는 기술로서, 대표적인 예로 스마트 안테나 기술과 MIMO(Multi-Input and Multi-Output) 등이 있다. 스마트 안테나 기술은 기지국과 단말이 통신을 하고 있을 때 기지국이 다수의 안테나 소자들로 구성되는 배열 안테나를 사용하여 사용자가 위치하고 있는 특정 방향으로만 신호를 전송해 주는 다중 안테나 기술이다. 상기 배열 안테나는 하나의 시스템이 신호를 송출하기 위하여 가지는 안테나 기술로서 하나 이상의 안테나 소자로 구성된다. 상기 하나 이상의 안테나 소자들은 원형을 구성할 수도 있고, 일렬로 구성되어 질 수도 있다.
도 1은 전형적인 스마트 안테나 기술을 사용했을 때의 빔 형성 결과에 대한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 참조번호 101은 안테나를 통해 최종적으로 송출되는 신호의 방향을 나타낸 것이며, 원형의 구간(102)은 안테나를 중심으로 하는 전체 360도의 공간을 30도 간격으로 12개의 구간으로 구분한 것이다. 상기 원형의 구간 (102)에서 송출 빔(101)은 300도와 60도를 나타내는 구간에서만 큰 세기의 파형을 보이고 나머지 각도의 구간에서는 그 세기가 현격하게 작은 파형을 구성한다. 이는 기지국이 신호를 전송하고자 하는, 즉 통신을 하고자 하는 단말이 300도 부근과 60도 부근에 분포하고 있어서, 안테나가 상기 300도 부근과 60도 부근으로만 신호를 집중적으로 보내주고 있음을 의미한다.
상기 단말이 통신을 하면서 이동을 하게 되면 송출되는 빔은 단말의 이동을 따라 그 방향을 변화하게 된다. 즉 상기 단말이 60도 부근에서 90도 부근으로 이동했을 경우 상기 송출 빔(101)은 그 최대치의 방향이 60도가 아닌 90도로 바뀌게 된다. 이렇듯 통신을 하고 있는 단말이 존재하는 방향으로만 그 신호가 전송되도록 안테나에서 송출하는 빔의 방향을 조정하는 것을 스마트 안테나 기술이라고 한다. 즉 스마트 안테나 기술을 사용하는 기지국은 현재 통신을 하고자 하는 단말이 있는 위치를 파악하여 단말이 위치한다고 판단되는 구간으로만 강한 신호를 송출하할 수 있다.
도 2는 스마트 안테나 기술을 이용하여 특정 방향으로만 신호를 송출하도록 빔을 만들어내기 위한 기지국의 송신 장치를 간략히 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이 스마트 안테나 기술을 위하여 N개의 안테나 소자들(201)이 사용된다.
먼저 특정 사용자, 즉 특정 단말로부터 기지국이 신호를 받는 경우를 설명한다. 상기 각 안테나 소자(201)는 각각 후단의 RF 처리장치(202)에 연결되어 있으며 상기 각각의 안테나 소자(201)는 아날로그 신호를 받아들여 상기 RF 처리장치(202)로 전달한다. 상기 RF 처리장치(202)에서는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 변환된 디지털 신호를 후단의 수신방향 판단장치(204)로 전달한다. 상기 수신방향 판단장치(204)에서는 각 안테나 소자(201)별로 수신된 신호들을 분석하여 현재 수신된 신호들의 방향을 계산을 통해 추측해 낸다.
상기 수신된 신호들의 결정된 방향이라 함은 현재 통신을 하고 있는 사용자가 원래 신호를 전송했을 것이라고 판단되는 방향을 말하며, 상기 수신된 신호들의 결정된 방향을 도달 방향(Direction Of Arrival: 이하 DOA라 칭함)이라고 칭한다. 상기 수신 신호의 방향 결정을 위해 여러 수식과 알고리즘이 사용되며, 대표적인 방법으로는 각 안테나에서 수신된 신호들의 공간 채널 추정을 시행하고, 채널 추정 결과에 따라 그 채널 추정 값이 가장 좋은 방향을 결정하는 방법이 있다. 상기 DOA 결정 후 상기 수신방향 판단장치(204)는 상기 결정된 방향으로 빔을 형성하기 위하여 각 안테나별로 W1 내지 WN을 포함하는 가중치벡터들 W(203)를 결정하고 상기 가중치벡터들 W(203)를 빔 형성 장치(205)로 입력시켜준다.
이제 기지국에서 현재 통신하고 있는 단말을 향해 신호를 보내고자 하는 경우를 설명한다. 디지털 신호 처리장치(206)는 기지국에서 보낼 데이터를 부호화하고 암호화하고 시스템에서 지원하는 변조 방식을 통해 변조하고 할당된 부호를 이용하여 데이터를 확산시키는 동작을 수행한다. 상기 디지털 신호 처리장치(206)를 통해 생성된 신호는 상기 빔 형성 장치(205)로 입력된다. 상기 빔 형성 장치(205)는 기지국이 사용하는 안테나 소자 개수만큼의 독립된 연산기를 가진다. 즉 N개의 안테나소자(201)를 사용하는 경우 상기 빔 형성 장치(205) 내부에는 N개의 연산기 가 존재한다. 상기 연산기는 가중치벡터들 W(203)를 상기 수신방향 판단장치(204)로부터 받아들이고, 상기 디지털 신호 처리장치(206)로부터 받아들인 신호와 곱하는 연산을 각 안테나 소자 별로 수행한다.
결과적으로 상기 빔 형성 장치(205)에서는 N개의 신호들을 상기 N개의 가중치벡터들의 값에 따라 서로 다르게 생성하게 된다. 상기 빔 형성 장치(205)에서 상기 N개의 신호들을 상기 RF 처리장치(202)로 전달되며 상기 RF 처리장치(202)는 상기 N개의 신호를 각각 아날로그 신호로 변환하고 N개의 안테나 소자(201)로 상기 아날로그 신호를 전달한다. 상기 N개의 안테나 소자(201)는 상기 RF 처리장치(202)로부터 입력 받은 신호를 송출한다. 상기 각각의 안테나 소자(201)는 서로 독립적으로 신호를 전송하지만, 각 안테나에서 송출되는 신호는 결과적으로 상기 도 1에서 보여진 모습과 같이 특정 방향으로 편향된 빔을 이루게 된다. 따라서 특정 방향에 있는 단말의 수신기만이 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하게 된다.
상기 스마트 안테나 기술은, 특정 단말의 위치를 파악하여 신호를 전송함으로서 기지국은 단말이 받게 되는 간섭을 줄일 수 있게 되고 그에 따라 시스템에서 수용 가능한 단말의 수를 증가시킬 수 있다. 또한 간섭을 줄임으로써 기지국의 신호를 받을 수 있는 셀 반경 또한 증가하게 된다. 또한 기존의 시스템에서 요구 되었던 단말의 위치 추적을 위해 별도의 기술 및 장치를 사용하지 않아도 되는 장점을 가지게 된다.
상기 스마트 안테나 기술은 각 안테나에서 송출되는 신호들의 위상 및 진폭을 조정하여 최종적인 기지국의 송출 신호 빔을 형성하므로, 각 안테나에서 송출되 는 신호들의 위상 및 진폭을 조정할 수 있는 장치가 있어야 하며, 상기 신호들의 위상 및 진폭 조정을 위해 가중치벡터 Wk(k는 안테나 인덱스.)가 사용된다. 상기 가중치벡터 Wk는, 수신된 신호를 복조하여 그 수신된 신호의 방향을 알아내고 상기 수신된 신호의 방향으로 빔을 형성하기 위하여 계산된 값이다. 따라서 특정 단말로 신호를 보내고자 할 때 상기 특정 단말이 위치하는 방향으로 빔을 형성시켜줄 수 있느냐 없느냐는 상기 가중치벡터 Wk가 얼마나 정확하게 계산되고 적용되었는가의 여부가 중요한 원인이 된다.
그런데 상기 가중치벡터 Wk를 정확하게 계산하였다고 할지라도, 상기 계산된 가중치벡터 Wk가 적용되고 난 후, 변조된 디지털 신호가 RF 처리장치를 거쳐 아날로그 신호로 변환되면서, 아날로그 신호의 특성상 각각의 장치 및 모듈을 지날 때 상기 장치 및 모듈의 소자들의 특성에 의해 상기 아날로그 신호들이 위상의 변화 및 진폭의 변화를 겪게 된다. 또한 상기 RF 처리장치를 통과한 아날로그 신호들은 다시 안테나 소자를 거치고 되고 상기 안테나 소자 또한 아날로그 신호를 처리하는 과정이므로 위상의 변화 및 진폭의 변화를 발생시키게 된다.
따라서 가중치벡터 Wk가 정확하게 계산되어 각 안테나로 보내고자 하는 신호의 위상 및 진폭을 변화시켰다 하더라도, 그 이후 RF 처리장치 및 안테나를 거치면서, 송신 신호는 그 위상과 진폭 상의 변화, 즉 위상 에러와 진폭 에러를 내포하게 된다. 상기 위상 에러와 진폭 에러는 결국 최종적인 기지국의 송출 신호 빔의 형성 에 영향을 미치게 되고 스마트 안테나 성능의 저하를 초래하게 된다.
마찬가지로, 다중 안테나를 사용하게 되는 다른 시스템에서도 상기 위상 에러와 진폭 에러는 동일하게 나타난다. 또한 상기 에러들은 각각의 안테나 소자마다 다르게 나타나므로 최종적으로 안테나 장치에서 송출되는 신호의 변화를 초래하게 된다. 이는 곧 원하지 않는 신호의 왜곡을 내포하게 되고 따라서 다중 안테나 기술의 성능을 저하하게 된다. 그러므로 다중 안테나 시스템에서는 상기 위상 에러와 진폭 에러를 제거 하는 과정을 필요로 한다.
상기 위상 에러와 진폭 에러가 발생하게 되는 원인은 크게 다음과 같이 두 가지로 구분할 수 있다. 첫째, 안테나 소자가 가지는 특성과 안테나 소자가 위치하는 지점의 차이에 의한 에러이다. 상기 안테나 소자들은 일렬 배열 형태를 가질 수도 있고 원형 배열 형태를 가질 수도 있다. 각 경우 상기 안테나 소자들이 RF 처리장치로부터 정확하게 동일한 거리에 존재한다고 볼 수 없으므로 상기 각각 안테나 소자들이 위치하는 거리의 차이에 따른 위상 에러를 내포하게 된다. 둘째, RF 처리장치 내부 소자들의 특성에 의한 에러이다. 상기 RF 처리장치 내부의 소자들이 가지는 비선형 특성에 의해 아날로그 신호 처리 과정에서 에러를 발생시키게 된다.
상기 에러들을 제거하기 위해서 상기 안테나 소자 및 RF 처리장치 들은 시스템에서 사용하기 이전에 테스트 과정을 거치게 되고 상기 테스트 과정에서 위상 및 진폭 에러를 보정하게 된다.
도 3은 안테나 소자의 보정을 위한 테스트 장치를 간략히 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 안테나 소자(302)를 테스트하기 위하여, 신호 발생기 (301)에 상기 안테나 소자(302)를 연결한다. 여기서 상기 안테나 소자(302)를 테스트 안테나라 칭한다. 상기 신호 발생기(301)는 임의의 디지털 신호를 생성하여 아날로그 신호로 변조한 후 상기 테스트 안테나(302)로 신호를 전달한다. 상기 신호발생기(301)에서 생성된 신호를 받은 상기 테스트 안테나(302)는 실제 시스템에서 배열 안테나로 쓰일 안테나 소자들 중의 하나이다.
상기 테스트 안테나(302)는 상기 신호 발생기(301)로부터 받은 신호를 송출한다. 상기 테스트 안테나(302)로부터 송출된 신호는 신호 복호기(304)에 연결되어 있는 수신 안테나(303)에서 수신된다. 상기 수신 안테나(303)는 실험을 위해 쓰이는 안테나이다. 상기 수신 안테나(303)에서 수신된 신호는 상기 신호 복호기(304)에서 디지털 신호로 변조되고, 상기 변조된 신호는 신호를 분석할 수 있는 분석 프로그램을 가지는 개인 컴퓨터(Personal Computer: PC)(305)로 입력된다. 상기 PC(305)는 상기 신호 발생기(301)와 케이블로 연결될 수 있으며, 상기 신호 발생기(301)가 생성한 신호를 이미 알고 있고 또한 상기 테스트 안테나(302)와 상기 수신 안테나(303) 사이의 거리를 알고 있기 때문에, 상기 신호 복호기(304)로 수신된 신호의 위상 및 진폭의 변화에 대한 정보를 알 수 있다.
하나의 안테나 소자에 대한 테스트 종료 후, 상기 테스트 안테나(302)에 다른 안테나 소자를 연결한다. N개의 안테나 소자를 배열 안테나로 사용하고자 한다면, 상기 테스트는 N회 수행된다. 모든 안테나 소자에 대한 테스트 후 상기 PC(305)는 각각의 안테나 소자가 동일한 신호를 전송했을 때 상기 전송된 신호들이 수신 측에서 어떠한 위상과 진폭으로 수신되었는지 판단한다. 이때 N개의 안테나 소자에 대한 테스트 결과 수신된 신호들 사이에 위상과 진폭이 일치하지 않는다면, 상기 위상과 진폭의 변화는 안테나 소자들 자체의 특성에 기인한 위상 에러와 진폭 에러임을 알 수 있다. 다시 말해, 배열 안테나가 신호를 받아서 송출하는 동안 해당 안테나 소자를 거치면서 발생하는 에러이다.
다중 안테나 기술에서는 각 안테나 소자를 거치면서 발생하는 에러를 제거해야 하므로, 상기 테스트를 통해 알아낸 위상과 진폭 변화를 미리 보정해서 배열 안테나의 입력 신호를 생성한다면, 결과적으로 배열 안테나에서 송출되는 신호에는 에러가 발생하지 않게 된다. 상기 에러 보정은 상기 테스트에서 얻어진 에러만큼을 상기 도 2의 빔 형성 장치(205)에서 곱해지는 가중치벡터(203)에 미리 반영함으로서 수행될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 RF 처리장치의 보정을 위한 테스트 장치들을 간략히 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하여 송신 경로 테스트를 설명하면, 신호 발생기(401)에서 생성한 디지털 신호는 RF 처리장치(402)로 전달된다. 상기 RF 처리장치(402)에서는 상기 신호 발생기(401)로부터 받은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 중간주파수 변환 및 RF 변환을 수행한다. 상기 RF 처리장치(402)의 출력은 안테나가 아닌 케이블(402a)을 통해서 신호 복호기(403)로 전달된다. 상기 RF 처리장치(402)를 보정하기 위한 테스트이므로, 안테나를 제거하면 상기 아날로그 신호가 안테나를 거치면서 발생한 에러는 모두 상기 RF 처리장치(402)에서 발생된 에러로 볼 수 있기 때문에 안테나 부분을 케이블(402a)로 교체하고 테스트를 한다.
상기 신호 복호기(403)에서는 상기 케이블(402a)을 통해 수신된 신호를 복조하여 분석 프로그램을 가지는 PC(404)로 전달하며, 상기 PC(404)는 또한 상기 신호 발생기(401)로부터 전송한 신호, 혹은 상기 신호 발생기(401)로부터 전송한 신호에 대한 정보를 상기 신호 발생기(401)로부터 전달 받는다. 상기 PC(404)는 상기 전송한 신호와 상기 수신한 신호를 비교하여 에러 값을 판단한다. 상기 판단된 에러 값에 대한 보정은 안테나 테스트의 경우와 동일하게 상기 도 2의 빔 형성 장치(205)에서 곱해지는 가중치벡터(203)에 상기 판단된 에러 값을 반영시킴으로서 수행될 수 있다.
도 4b를 참조하여 수신 경로 테스트를 설명하면, RF 처리장치(406)는 신호 복호기(407)와 연결되어 있다. 신호 발생기(405)는 전송할 임의의 신호를 생성하고 상기 생성한 신호를 케이블(405a)을 통해 상기 RF 처리장치(406)로 전달한다. 상기 RF 처리장치(406)는 상기 신호 발생기(405)가 전송한 신호를 기저대역의 아날로그 신호로 변환하고 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 디지털 신호는 상기 신호 복호기(407)로 전송되고 상기 신호 복호기(407)는 상기 RF 처리장치(406)로부터 수신된 신호를 복조하여 PC(408)로 전송한다. 상기 PC(408)는 상기 신호 복호기(407)로부터 수신한 신호와 상기 신호 발생기(405)로부터 전송받은 신호를 비교하여 발생된 에러 값을 판단한다. 상기 판단된 에러 값에 대한 보정은 상기 송신 경로 테스트의 경우와 동일하게 상기 도 2의 빔 형성 장치(205)에서 곱해지는 가중치벡터들 W(203)에 상기 판단된 에러 값을 반영시킴으로서 수행될 수 있다.
상기 안테나 테스트 및 상기 RF 처리장치 테스트를 통해 아날로그 신호가 소 자들을 거치면서 발생하는 에러들이 보정된다. 상기 소자의 특성을 고려한 에러 보정은 시스템이 운행되기 이전에 수행되는 것이다. 따라서 시스템이 운영을 시작한 이후로는 상기와 같은 방법으로 테스트를 하는 것이 불가능하다. 그런데 시스템을 운영하게 되면 안테나 및 RF 처리장치의 각 소자들은 온도 등 주변 환경의 영향으로 그 특성이 시간적으로 변한다. 특히 안테나 소자에 배해 RF 처리장치용 소자들은 그 변화가 크며 그 결과는 소자를 거쳐가는 아날로그 신호들의 위상과 진폭에 원하지 않는 변화를 일으키게 되고 이러한 위상과 진폭의 에러는 다중 안테나 성능을 저하시키게 된다.
본 발명은 부호 분할 다중 접속 기술을 사용하는 이동통신 시스템에서 다중 안테나 기술을 사용함에 있어서 각 안테나 소자 별로 송출되는 신호가 가질 수 있는 위상 에러와 진폭 에러를 보정해 주기 위한 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에서는 다중 안테나 시스템의 RF 처리장치에서 발생할 수 있는 송신 및 수신 모듈들의 에러를 시스템 운영 이전 뿐 아니라 시스템을 운영하는 동안에도 보정할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치는, 다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 장치에 있어서, 부호화 및 변조된 기저대역의 안테나 보정신호를 아날로그 신호로 변조하여 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출하는 안테나 보정신호 송출 모듈과, 상기 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출된 신호를 배열 안테나의 안테나 소자들로 수신하는 수신 모듈들과, 상기 안테나 소자들로 수신한 신호를, 상기 안테나 소자들에 각각 연결되는 수신 모듈들에 의해 디지털 신호로 변환한 후 수신 가중치벡터들을 곱하여 복조 및 복호화하는 기저대역 처리장치와, 상기 안테나 보정신호를 생성하여 송수신 경로를 통해 상기 안테나 보정신호 송출 모듈로 제공하며, 상기 안테나 보정신호에 해당하는 상기 복조 및 복호화된 데이터를, 상기 생성된 안테나 보정신호와 비교하여 상기 수신 모듈들의 수신 에러 값들을 계산하는 제어기를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법은, 다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 방법에 있어서, 안테나 보정신호를 생성하여, 상기 안테나 보정신호를 부호화 및 변조하고 아날로그 신호로 변조하여 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출하는 과정과, 상기 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출된 신호를 배열 안테나의 안테나 소자들로 수신하는 과정과, 상기 안테나 소자들로 수신한 신호를, 상기 안테나 소자들에 각각 연결되는 수신 모듈들에 의해 디지털 신호로 변환한 후 수신 가중치벡터들을 곱하여 복조 및 복호화하는 과정과, 상기 안테나 보정신호에 해당하는 상기 복조 및 복호화된 데이터를, 상기 안테나 보정신호와 비교하여 상기 수신 모듈들의 수신 에러 값들을 계산하는 과정을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구 성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
후술되는 본 발명은 다수의 안테나 소자들을 구비하는 다중 안테나 시스템의 RF 처리장치에서 발생할 수 있는 에러를 시스템 운영 이전에 보정하는 것뿐만 아니라 시스템이 운영되고 있는 동안에도 보정하는 것이다. 상기 안테나 소자와 RF 처리장치는 주변 환경에 의해 시간적인 변화를 더 크게 보이고, 안테나 소자에 의한 에러 성분은 그 값이 상대적으로 작으므로 상기 안테나 소자는 시간적인 변화가 없다고 간주될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 시스템이 운영되기 이전에 외부의 장치나 별도의 외부 테스트 없이 시스템 내에서 RF 처리장치에서 발생할 수 있는 에러를 보정한다. 본 발명은 상기 시스템이 운영되고 있는 동안 RF 처리장치에서 발생할 수 있는 에러를 보정하기 위해 방향성 결합기(Directional Coupler)를 사용한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 시스템 운영시작 이전에 RF 처리장치 보정을 수행하기 위한 장치를 간략히 도시한 도면이다. 상기 도 5를 참조하면, 시스템 제어 및 데이터 구성을 위한 CPU(Central Processing Unit), 즉 제어기(501)가 존재하며, 기저대역 처리장치(502)는 상기 제어기(501)와 데이터를 주고받 으며 전송을 위한 제어를 받는다.
먼저 데이터 전송을 위한 동작을 살펴본다. 상기 기저대역 처리장치(502)는 상기 제어기(501)로부터 전송할 데이터의 내용을 입력받고, 상기 제어기(501)로부터 전송할 데이터를 생성해야 할 시간에 대한 정보를 얻는다. 상기 기저대역 처리장치(502)는 상기 데이터를 생성하기 위해, 채널 부호화, 인터리빙, 데이터심볼 변조, 부호 확산 등의 기능을 수행하는 부호화 및 변조 모듈(502a)을 가진다. 상기 기저대역 처리장치(502)에서 생성된 데이터는 역다중화기/다중화기(503)를 통해서 역다중화되어 빔형성장치(504)로 입력된다. 상기 빔형성장치(504)에서는 각 안테나 별로 전송할 데이터와 해당 가중치벡터 W(505)를 곱하기 연산한다. 각 안테나별 가중치벡터 W(505)는 가중치벡터 조정장치(512)에서 조정되며 상기 가중치벡터 W(505)를 적용한 데이터는 후단의 RF 처리장치(507)로 전송된다. 상기 RF 처리장치(507)에는 각 안테나 소자별 안테나 송출 모듈(508)이 존재한다. 상기 안테나 송출 모듈(508)에서는 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 기능이 수행된다. 상기 변환된 아날로그 신호는 상기 안테나 송출 모듈(508)의 출력이 된다.
이제 데이터 수신을 위한 동작을 살펴본다. 상기 RF 처리장치(507)에는 각 안테나 소자별로 상기 안테나 송출 모듈(508)에 대응하는 안테나 수신 모듈(509)이 존재한다. 상기 안테나 수신 모듈(509)로 해당 안테나 소자에 의해 수신된 아날로그 신호가 입력되면, 상기 안테나 수신 모듈(509)은 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 상기 RF 처리장치(507)로부터는 안테나 소자들의 개수만큼의 디지털 신호들이 출력된다. 상기 RF 처리장치(507)에서 상기 디지털 신호들이 출력되면, 상기 디지털 신호들은 빔형성장치(504)로 입력된다. 상기 안테나별 디지털 신호는 빔형성장치(504)에서 각각 가중치벡터 Y(506)와 곱해지며, 역다중화기/다중화기(503)에서 다중화를 거쳐 기저대역 처리장치(502)로 전송한다. 상기 기저대역 처리장치(502)에서는 상기 다중화된 디지털 신호에 대해 역확산, 데이터심볼 복조, 디인터리빙, 채널 복호화 등의 기능을 수행하는 복호화/복조 모듈(502b)을 가진다. 상기 기저대역 처리장치(502)에서 처리된 데이터는 제어기(501)로 전달되고 상기 제어기(501)는 필요한 데이터 처리 과정을 수행한다.
본 발명에서는 시스템이 동작하기 이전에 상기 시스템의 구조를 그대로 사용하는 RF 처리장치의 에러 보정을 제안한다. 기존의 에러 보정 방법에서는 에러 보정을 위하여 RF 처리장치를 별도의 테스트 장비를 이용하여 외부에서 실험하는 과정이 필요하였다. 이에 비해 본 발명에서는 별도의 테스트 장비를 사용하지 않고 실제 운영하고자 하는 시스템 상에 안테나 보정을 위한 송수신 모듈(510)을 추가한다.
구체적으로 상기 도 5의 시스템에, 안테나 보정신호를 송수신하는 송수신 모듈(510)을 상기 시스템에 추가함으로서 상기 RF 처리장치(507)의 에러 보정을 위한 테스트를 수행한다. 상기 도 5를 참조하면, 각 안테나 소자의 송출 모듈(508) 및 수신 모듈(509)은 케이블(511)을 통해 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)과 연결된다. 상기 케이블(511)은, 송출 모듈(508)을 테스트할지 혹은 수신 모듈(509)을 테스트할지에 따라 방향성 결합기(511a)에 의해 해당 모듈에 연결된다. 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)은 안테나 송출 모듈(도시하지 않음)과 안테나 수 신 모듈(도시하지 않음)을 포함하고 있으며 상기 제어기(501)의 제어에 따라 송출 모드로 동작하거나 또는 수신 모드로 동작한다.
이제 상기 RF 처리장치(507)의 송출 모듈들에 대한 테스트를 하는 경우를 설명한다.
먼저 첫 번째 안테나 소자에 관련되는 안테나 1 송출 모듈(508)을 테스트하기 위해, 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)과 연결된 상기 케이블(511)을 첫 번째 안테나 소자를 대신하여 상기 안테나 1 송출 모듈(508)에 연결한다. 이때 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)은 수신 모듈의 기능을 수행하도록 수신 모드로 동작한다. 상기 제어기(501)에서 송출한 안테나 보정용 데이터는 상기 기술한 데이터 전송 처리 과정을 거쳐 상기 안테나 1 송출 모듈(508)로 입력되고, 상기 안테나 1 송출 모듈(508)은 상기 처리된 데이터를 이용해 아날로그 신호를 생성하여 상기 케이블(511)을 통해 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)로 전송한다. 상기 데이터 전송방향은 라인(513)으로 도시되어 있다.
상기 수신된 아날로그 신호는 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 상기 다중화기(503)를 거쳐 상기 기저대역 처리장치(502)로 입력되고, 상기 기저대역 처리장치(502)에 의해 복호화 및 복조를 거친 후 상기 제어기(501)로 전송된다. 상기 제어기(501)는 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)을 통해 수신된 데이터와 최초에 생성한 보정용 데이터를 모두 알고 있으므로, 두 데이터 사이의 전달 지연 및 신호 왜곡 여부를 판단한다. 나머지 N-1 개의 안테나 소자에 대해서도 동일한 방법의 테스트를 수행한다. 모든 안테나 소자들 에 대한 테스트를 완료하면, 상기 제어기(501)는 각 안테나 소자의 송출 모듈들을 거친 데이터의 위상 및 진폭에 대한 변화 정보를 가지게 된다.
상기 제어기(501)는 상기 안테나 1 송출 모듈(508)을 기준으로, 각 안테나 소자별 송출 모듈들의 데이터를 비교하여 첫 번째 안테나 소자에 대한 위상과 진폭의 차이 값들을 계산한다. 상기 계산된 차이 값들이 각 안테나 송출 모듈이 가지는 에러이다. 여기서 기준이 되는 안테나 송출 모듈은 반드시 상기 안테나 1 송출 모듈(508)로 한정되는 것은 아니며, 전체 N개의 안테나 소자들 중 하나로 선택될 수 있다. 즉 안테나 송출 모듈의 에러 보정이라는 것은 하나의 선택된 기준 안테나 소자의 송출 모듈을 기준으로 다른 모든 안테나 소자의 송출 모듈들이 상기 선택된 기준 안테나 소자의 송출 모듈과 기준 동일한 위상과 진폭을 가지도록 의도하는 것이다. 상기 판단된 에러의 보정을 위해 상기 제어기(501)는 상기 계산된 차이 값들을 해당 안테나 소자에 대응하는 송신 경로의 가중치벡터 W에 적용하고 상기 변화된 가중치벡터 W를 가중치벡터 조정장치(512)로 전달한다.
다음으로, 상기 RF 처리장치(507)의 수신 모듈들에 대한 테스트를 설명하면 하기와 같다.
먼저 안테나 1 수신 모듈(509)에 대한 테스트를 수행하기 위하여, 케이블(511)은 방향성 결합기(511a)에 의해 상기 안테나 1 수신 모듈(509)에 첫 번째 안테나 소자를 대신하여 연결되고, 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)은 송출 모드로 동작한다. 상기 제어기(501)는 전송할 데이터를 생성하며, 상기 생성된 데이터는 기저대역 처리장치(502)를 거쳐 역다중화기(503)에 의해 상기 안테나 보정 신호 송수신 모듈(510)로 전송한다. 상기 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)은 내부의 송출 모듈을 통해 상기 데이터를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 상기 케이블(511)을 통해 상기 안테나 1 수신 모듈(509)로 전송한다. 상기 데이터의 전송 방향은 라인(514)으로 도시되어 있다.
상기 아날로그 신호는 상기 안테나 1 수신 모듈(509)에 의해서 디지털 신호로 복조되고 상기 기술한 데이터 수신 처리 과정(빔형성장치(504), 역다중화기(503), 기저대역 처리장치(502))을 거쳐 제어기(501)로 전달된다. 상기 기술한 송출 모듈 테스트의 경우와 동일하게 상기 제어기(501)에서는 상기 기저대역 처리장치(502)로부터 수신된 데이터와, 최초에 생성한 데이터를 비교한다. 나머지 N-1 개의 안테나 소자에 대해서도 동일한 방법의 테스트를 수행한다. 모든 안테나 소자들에 대한 테스트를 완료하면, 상기 제어기(501)는 각 안테나 소자의 수신 모듈들을 거친 데이터의 위상 및 진폭에 대한 정보를 가지게 된다.
상기 제어기(501)는 상기 안테나 1 수신 모듈(509)을 기준으로, 각 안테나 소자별 수신 모듈들의 데이터를 비교하여 첫 번째 안테나 소자에 대한 위상과 진폭의 차이 값들을 계산한다. 상기 계산된 차이 값들은 각 안테나 수신 모듈이 가지는 에러가 된다. 여기서 기준이 되는 안테나 수신 모듈은 반드시 안테나 1 수신 모듈(509)로 한정되는 것은 아니며, 전체 N개의 안테나 소자들 중 하나로 선택될 수 있다. 상기 제어기(501)는 상기 계산된 차이 값들을 해당 안테나 소자에 대응하는 수신 경로의 가중치벡터 Y에 적용하고 상기 변화된 가중치벡터 Y를 가중치벡터 조정장치(512)로 전달한다.
상기 기술한 송출 모듈에 대한 보정 과정과 수신 모듈에 대한 보정 과정을 통해 각 안테나에 대한 RF 처리장치의 보정이 완료된다. 그러면 시스템은 운행을 시작하기 위하여 상기 케이블(511)을 제거하고 상기 RF 처리장치(507)의 각 안테나 송출/수신 모듈(508, 509)에 배열 안테나의 해당 안테나 소자를 연결한다.
하기에 시스템 운영 동안 RF 처리장치의 에러를 보정하기 위한 본 발명의 실시예를 설명한다. 여기서 시스템이 운영을 시작하였다 함은, 도시된 다중 안테나 시스템을 포함하는 기지국이 단말들과 통신을 수행할 수 있음을 의미한다. 따라서 RF 처리장치의 테스트 및 에러 보정은, 기지국과 단말 간의 통신을 방해하지 않으면서 수행되어야 한다.
본 발명은 부호 분할 다중 접속 기술을 사용하는 시스템에 적용하기 위한 기술이므로, 하기에 부호 분할 다중 접속 기술의 한 종류인 시분할 듀플렉싱 부호 분할 다중 접속 통신 시스템(Time Division Duplexing Code Division Multiple Access Communication System: 이하 TDD 시스템이라 칭함.)에 대한 실시예를 기술한다. 상기 TDD 시스템은 상향 송수신과 하향 송수신을 시간으로 구분하며 동일한 주파수를 사용한다. 다시 말해 상기 TDD 시스템은 수신 모드의 데이터와 송신 모드의 데이터가 아날로그 신호로 변환될 때 동일한 주파수를 가지고 안테나를 통해 전송된다. 따라서 상기 TDD 시스템의 송출을 위한 RF 장치와 수신을 위한 RF 장치는 동일한 반송파 주파수 대역에서 동작한다. 상기 TDD 시스템에서는 데이터를 송출할 때와 데이터를 수신할 때가 시간적으로 분리된다. 따라서 한 안테나 소자에서 데이터를 수신하고 있을 때 그 안테나 소자의 송출 모듈로는 데이터가 송출되지 않으 며, 반대의 경우로 데이터를 송출하고 있을 때는 그 안테나 소자의 수신 모듈로 데이터가 수신되지 않는다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 시스템 운영 동안 RF 처리장치에서 발생할 수 있는 에러를 보정하는 동작에 대한 순서도를 도시한 도면이다. 상기 도 6은 TDD 시스템을 사용하는 경우, RF 처리장치에서 발생할 수 있는 에러를 보정하는 동작을 나타낸 것이다.
상기 도 6을 참조하면, 시스템이 운영되기 시작하면(601) 제어기는 미리 주어진 안테나 보정 시간간격만큼의 값으로 송출 타이머 값을 설정한다(602). 상기 안테나 보정 시간간격은 시스템이 운영되면서 발생하는 에러 성분에 대한 보정 동작을 특정 시간 주기를 가지고 수행하기 위함이다. 상기 에러는 온도 등의 주위 환경에 의해 변화할 수 있다. 상기 안테나 보정 시간간격을 사용함으로서 상기 에러 성분의 변화가 적은 상황에서는 시간 주기를 길게 설정하고, 상기 에러 성분의 변화가 큰 상황에서는 시간 주기를 짧게 설정하는 등 유동적인 적용이 가능하게 된다.
제어기는 상기 안테나 보정 시간간격으로 설정한 상기 송출 타이머 값이 '0' 이 되는지 판단하고,(603) 상기 설정한 타이머 값이 '0' 가 되면 안테나 보정을 위해 안테나 보정신호 송출 모듈로 전송할 안테나 보정신호를 생성한다.(604) 상기 안테나 보정신호는 기지국과 단말이 테스트용으로 미리 약속한 하나의 부호에 의해 확산되며, 상기 안테나 보정신호 송출 모듈은 상기 도 5의 안테나 보정신호 송수신 모듈(510)의 송출 모듈과 동일한 기능과 목적을 가진다. 상기 안테나 보정신호를 생성한 후, 제어기는 현재 타임슬롯이 수신 모드가 될 때까지 기다린다.(605) 현재 타임슬롯이 수신 모드가 되는 순간, 상기 안테나 보정신호는 상기 안테나 보정신호 송출 모듈을 사용하여 안테나 보정신호 송출을 위한 별도의 안테나를 통해 전송된다.(606) 상기 전송된 안테나 보정신호는 상기 기지국의 배열 안테나로 수신된다.
상기 수신된 안테나 보정신호는 각 안테나 소자의 수신 모듈과 빔형성장치 및 기저대역 처리장치를 통해 제어기로 수신된다.(607) 상기 안테나 보정신호는 현재 수신되는 실제 사용자 데이터와는 다른 확산 부호를 사용하므로 상기 기지국의 기저대역 처리장치에서 구분하여 수신하는 것이 가능하며 별도의 장치 및 방법이 필요하지 않다. 제어기는 원래 송출한 안테나 보정신호와 상기 수신한 안테나 보정신호를 비교하여 위상 및 진폭의 변화를 계산한다. 모든 안테나 소자가 보정신호를 수신하였으면 상기 계산은 모든 안테나 소자에 대해 이루어진다. 상기 계산을 통해 기지국은 각 안테나의 RF 처리장치의 수신 모듈의 특성 변화를 판단할 수 있다.(608) 즉 시스템을 운영하면서도 수신 모듈로 인한 에러 값을 찾아낼 수 있다.
다음으로, 제어기는 현재의 타임슬롯이 전송 모드가 될 때까지 기다린다.(609) 현재 타임슬롯이 전송 모드가 되었을 때, 제어기는 실제 전송해야 하는 사용자 데이터를 전송한다. 상기 사용자 데이터는 기저대역 처리장치와 빔형성장치를 거쳐 RF 처리장치의 송신모듈로 전달된다. 이때 안테나 소자들의 연결 바로 전단에 위치한 방향성 결합기는, 송신모듈들로부터 출력되는 송출 신호의 일부를 해당 안테나 소자의 수신 모듈 쪽으로 배분한다.(610) 즉 안테나 소자로 송출되는 동일한 신호가 해당 안테나 소자의 수신 모듈로 바로 입력되는 것이다. 상기 배분된 신호 는 각 안테나 소자의 수신 모듈과 빔형성장치를 거쳐 기저대역 처리장치에서 복조된 후 제어기로 수신된다.(611) 제어기는 자신이 전송한 데이터를 알고 있으므로, 상기 기저대역 처리장치를 통해 수신된 데이터와 원래 전송한 데이터 사이의 위상 및 진폭의 변화를 계산한다.
여기서 상기 수신된 데이터가 겪게 되는 아날로그 신호 구간은 RF 처리장치내의 송출 모듈과 수신 모듈이다. 따라서 상기 수신된 데이터에 원하지 않는 위상 및 진폭의 변화가 발생하였다면, 상기 수신된 데이터의 에러는 송출 모듈과 수신 모듈에 걸쳐서 발생한 송수신 에러로 간주할 수 있다. 그런데 수신 모듈에서 발생하는 변화, 즉 수신 에러는 상기 단계(608)에서 이미 계산되어져 있으므로, 상기 계산된 송수신 에러에서 상기 이미 알고 있는 수신 에러를 제거하고 나면, 남은 변화량은 각 안테나의 송출 모듈로부터 발생한 송신 에러로 간주할 수 있다.(612) 따라서 제어기는 상기 계산된 송신 에러만큼 송신경로의 가중치벡터를 보정하여(613), 각 안테나에서 송출되는 신호들에 대해 원하지 않는 위상 및 진폭의 변화를 미리 보상한다.
이제 상기 도 6에서 설명한 과정을 수행하기 위한 기지국 시스템의 장치에 대해 도 7과 도 8을 이용하여 기술한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 시스템 운영 동안 RF 처리장치의 수신 모듈들의 에러 특성을 파악하기 위한 구조를 도시한 도면이다. 여기서 시스템은 상기 도 5와 기본적으로 같은 구조를 가진다. 다만 시스템이 운영을 시작하였으므로, RF 처리장치(707)에 방향성 결합기(707a)에 의해 케이블이 아닌 실제 안테나 (710)가 연결되어 있으며, 안테나 보정신호 송출용 안테나(713)가 구비된다.
상기 도 6에서 기 설명한 바와 같이, 기지국은 안테나 보정 시간간격에 해당하는 안테나 보정신호의 송출 타이머 값이 '0'이 되기를 기다린다. 상기 타이머 값이 '0'이 되면 제어기(701)에서는 안테나 보정신호를 생성하고 상기 안테나 보정신호는 기저대역 처리장치(702)에서 부호화 및 변조 과정을 거친다. 상기 기저대역 처리장치(702)에서 상기 안테나 보정신호의 부호 확산을 위해 사용하는 부호는 현재 타임슬롯에서 사용자의 데이터 통신에 사용하지 않는 직교부호 중의 하나로 미리 정해져 있는 것이다. 상기 안테나 보정신호는 안테나 보정신호 송출 모듈(712)로 입력되고 상기 안테나 보정신호 송출 모듈(712)은 상기 안테나 보정신호를 아날로그 신호로 변조하여 안테나 보정신호 송출용 안테나(713)를 이용하여 전송한다.
상기 안테나 보정신호는, 상기 안테나 보정신호 송출용 안테나(713)로부터 다중 안테나 기술을 위해 사용하고 있는 인접한 배열 안테나(710)로 수신된다. 상기 배열 안테나(710)의 N개의 안테나 소자들은 RF 처리장치(707)와 연결되어 있으며 상기 RF 처리장치(707)에는 수신 모듈(709)이 존재한다. 상기 수신 모듈(709)은 실제 사용자 데이터와 상기 안테나 보정신호를 구분하지 못하므로, 상기 RF 처리장치(707)로 수신된 수신된 신호들은 빔형성장치(704)를 거쳐 상기 기저대역 처리장치(702)로 입력된다. 상기 기저대역 처리장치(702)에서는 상기 수신된 신호들을 역확산하는데 상기 역확산 과정에서 실제 통신하고 있는 단말들이 사용하는 부호들과 상기 안테나 보정신호에 사용된 부호가 사용된다. 따라서 상기 안테나 보정신호는 상기 역확산 과정에서 실제 사용자 데이터와 분리된 후 복조 및 복호화된다. 상기 복조 및 복호된 안테나 보정신호는 상기 제어기(701)로 수신된다.
상기 제어기(701)는 원래 전송한 안테나 보정신호를 알고 있으므로, 상기 수신된 안테나 보정신호의 위상 및 진폭의 변화 여부를 계산한다. 상기 안테나 보정신호는 모든 안테나 소자들을 통해 수신되었으므로, 상기 제어기(701)는 하나의 기준 안테나 소자를 기준으로 다른 각 안테나 소자로부터 수신된 신호들의 위상 및 진폭의 차이 값을 계산한다. 상기 계산된 차이 값은 각 안테나 소자의 수신 모듈(709)에서 발생하는 차이이므로, 각 안테나 소자의 수신 모듈이 발생시키는 에러가 된다. 이로써 상기 각 안테나 소자에 대응하는 수신 모듈의 에러 특성이 파악된다.
이제 송출 모듈들의 에러 특성을 파악하기 위하여 방향성 결합기를 사용한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 시스템 운영 동안 RF 처리장치의 송출 모듈들의 에러 특성을 파악하기 위한 구조를 도시한 도면이다. 실제로 상기 도 7과 상기 도 8은 같은 시스템이며 따라서 같은 구조를 가진다. 여기서 안테나 보정신호 송출 모듈(813)은 사용되지 않는다.
상기 도 8에서 기지국은 송출모드로 작동하며 실제 사용자 데이터를 전송한다. 제어기(801)는 전송하고자 하는 사용자 데이터를 생성하여 기저대역 처리장치(802)로 전송하고, 상기 기저대역 처리장치(802)는 상기 데이터를 처리하여 빔형성장치(804)로 입력시킨다. 상기 빔형성장치(804)에서 가중치벡터 W(805)와 곱해진 데이터는 RF 처리장치(807)의 안테나 송출 모듈(808)로 입력된다. 상기 입력된 디지털 신호는 상기 안테나 송출 모듈(808)에 의해서 아날로그 신호로 변환된 후 방 향성 결합기(810)에 의해 안테나 소자(811)를 통해 송출된다.
이때 상기 방향성 결합기(810)는 상기 안테나 소자(811)로 신호를 보냄과 동시에 상기 안테나 소자(811)의 안테나 수신 모듈(809)로도 또한 상기 아날로그 신호의 일부를 배분한다. 이때 현재의 타임슬롯은 송출 모드이므로 상기 안테나의 수신 모듈(809)로는 현재 아무런 신호도 입력되지 않고 있다. 따라서 상기 안테나의 수신 모듈(809)로 입력된 신호는 현재 상기 안테나 소자(811)에서 송출되는 신호와 동일하다. 상기 배분된 신호는 상기 수신 모듈(809)에 의해서 디지털 신호로 변환된 후 상기 빔형성장치(804)를 거쳐 상기 기저대역 처리장치(802)에서 처리된다. 상기 배분된 신호를 확산시키는데 사용된 부호는 상기 기저대역 처리장치(802)가 이미 알고 있으므로, 상기 배분된 신호를 역확산하는 것은 추가적인 정보의 필요없이 가능하다.
상기 처리된 데이터는 상기 제어기(801)로 입력되고 상기 제어기(801)는 원래 생성한 데이터와 상기 수신된 데이터를 비교하여, 상기 수신된 데이터가 가지는 위상 및 진폭의 변화를 계산한다. 상기 계산은 모든 안테나 소자로부터 수신된 신호들에 대해 수행되며, 제어기(801)는 하나의 기준 안테나 소자를 기준으로 나머지 안테나 소자로부터 수신된 신호들의 위상 및 진폭의 차이를 계산한다.
상기 계산된 차이는 RF 처리장치(807)를 거치는 동안 발생한 에러이며 상기 RF 처리장치(807) 내의 송출 모듈(808)과 수신 모듈(809)에서 발생한 것이다. 그런데 상기 도 7에서 기 설명한 과정에서 수신 모듈(809)의 에러 특성은 파악되었으므로, 상기 수신 모듈(809)에서 기인한 에러 값을 상기 전체 에러에서 제외하면 상기 송출 모듈(808) 에서만 발생한 에러 값을 얻게 된다. 상기 제어기(801)는 상기 RF 처리장치(807)의 송출 모듈(808)의 에러 값을 파악하면, 상기 에러를 보정하기 위해 가중치벡터 W 값을 변경한다. 상기 변경된 가중치벡터 W 값은 가중치벡터 조정장치(812)로 전달되고, 상기 가중치벡터 조정장치(812)에 의해 상기 빔형성장치(804)의 가중치벡터 W(805)가 변경된다. 따라서 배열 안테나를 통해 전송되어지는 사용자 데이터는 원하지 않는 위상 및 진폭의 변화 없이 안테나(811)를 통해 송출되며, 상기 배열 안테나는 원하는 방향으로의 빔을 형성하게 된다.
이상에서 설명한 RF 처리장치 보정은 상기 TDD 시스템의 경우 안테나 송출 모듈과 안테나 수신 모듈이 같은 RF 처리장치를 사용하기 때문에 별도의 하드웨어 장치를 추가할 필요 없이 사용이 가능하다.
본 발명이 제안하는 RF 처리장치 보정은 부호 분할 다중 접속 방법의 다른 한 종류인 주파수분할 듀플렉싱 부호 분할 다중 접속 통신 시스템(Frequency Division Duplexing Cde Division Multiple Access Communication System : 이하 FDD 시스템이라 칭함)에 적용하는 것도 가능하다. FDD 시스템에 적용하는 경우 수신 모듈의 특성을 파악하는 것은 동일하다. 다만 송출 모듈의 특성을 파악하는 경우, 일정 시간 동안 상향링크의 전송이 중지되며 수신 모듈은 RF 변환 주파수를 송출 모듈이 사용하는 주파수와 동일하게 바꾸어 동작한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 다중 안테나 기술을 사용함에 있어서 배열 안테나의 각 안테나 소자들과 연결된 RF 처리장치에서 발생하는 위상 및 진폭의 차이를 제거하기 위하여, 시스템이 운영되기 전에 별도의 외부 장치를 이용한 별도의 테스트를 하는 기존의 방식과 달리, 시스템 내에서 RF 처리장치를 보정하고, 시스템이 운영될 때 안테나 소자와 RF 처리장치 사이에 방향성 결합기를 설치하여 RF 처리장치를 보정하여 다중 안테나 성능 저하를 감소시킨다.

Claims (15)

  1. 다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 장치에 있어서,
    부호화 및 변조된 기저대역의 안테나 보정신호를 아날로그 신호로 변조하여 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출하는 안테나 보정신호 송출 모듈과,
    상기 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출된 신호를 배열 안테나의 안테나 소자들로 수신하는 수신 모듈들과,
    상기 안테나 소자들로 수신한 신호를, 상기 안테나 소자들에 각각 연결되는 수신 모듈들에 의해 디지털 신호로 변환한 후 수신 가중치벡터들을 곱하여 복조 및 복호화하는 기저대역 처리장치와,
    상기 안테나 보정신호를 생성하여 송수신 경로를 통해 상기 안테나 보정신호 송출 모듈로 제공하며, 상기 안테나 보정신호에 해당하는 상기 복조 및 복호화된 데이터를, 상기 생성된 안테나 보정신호와 비교하여 상기 수신 모듈들의 수신 에러 값들을 계산하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 송수신 경로는,
    상기 안테나 보정신호 혹은 사용자 데이터를 부호화 및 변조하고, 수신 데이터를 복조 및 복호화하는 기저대역 처리장치와,
    상기 부호화 및 변조된 안테나 보정신호를 복수의 안테나 소자들에 대응하여 역다중화하고, 수신 디지털 신호들을 다중화하여 상기 기저대역 처리장치에게 상기 수신 데이터로서 제공하는 역다중화/다중화기와,
    상기 역다중화된 신호에 상기 안테나 소자들에 대응하는 송신 가중치벡터들을 곱하여 송신 디지털 신호들을 생성하고, 수신 디지털 신호들에 상기 안테나 소자들에 대응하는 수신 가중치벡터들을 곱하여 상기 역다중화/다중화기로 전달하는 빔형성장치와,
    상기 제어기의 제어하에 상기 송신 및 수신 가중치벡터들을 조정하는 가중치벡터 조정장치와,
    상기 송신 디지털 신호들을 무선주파수(RF) 신호들로 변환하여 상기 안테나 소자들을 통해 송출하는 상기 안테나 소자들에 대응하는 송출 모듈들과, 상기 안테나 소자들에 의해 수신한 아날로그 신호들을 상기 수신 디지털 신호들로 변환하여 상기 빔형성장치로 제공하는 상기 안테나 소자들에 대응하는 수신 모듈들 및 상기 송출 모듈들 및 상기 수신 모듈들을 상기 안테나 소자들로 연결하는 방향성 결합기로 구성되는 무선주파수(RF) 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사용자 데이터는 상기 기저대역 처리장치와 상기 빔형성장치를 통해 상기 RF 처리장치의 송출 모듈들에 도달하고 상기 송출 모듈들로부터 상기 방향성 결합기에 의해 상기 RF 처리장치의 수신 모듈들로 분배된 후 상기 수신 모듈들로부터 상기 빔형성장치와 상기 기저대역 처리장치를 통해 상기 제어기로 수신되며,
    상기 제어기는 상기 사용자 데이터에 해당하는 상기 수신된 데이터를 상기 사용자 데이터와 비교하여 상기 송출 모듈들과 상기 수신 모듈들의 송수신 에러 값들을 계산하고, 상기 송수신 에러 값들에서 상기 수신 에러 값들을 감산하여 상기 송출 모듈들의 송신 에러 값들을 계산하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 수신 에러 값들에 의해 상기 수신 가중치벡터들을 조정하도록 상기 가중치벡터 조정장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 송신 에러 값들에 의해 상기 송신 가중치벡터들을 조정하도록 상기 가중치벡터 조정장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 다중 안테나 시스템이 운영되기 시작한 이후, 미리 정해지는 안테나 보정 시간간격마다 상기 안테나 보정신호를 생성하여 상기 안테나 보정신호 송출 모듈로 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 다중 안테나 시스템이 시분할 다중화(TDD) 시스템인 경우, 미리 정해지는 안테나 보정 시간간격마다 상기 안테나 보정신호를 생성하고 현재 타임슬롯이 수신모드가 될 때 상기 안테나 보정신호 송출 모듈로 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 방향성 결합기는,
    상기 다중 안테나 시스템이 시분할 다중화(TDD) 시스템인 경우, 현재 타임슬롯이 송신모드가 될 때, 상기 송출 모듈들로부터 해당하는 안테나 소자들로 송출되는 신호들을 배분하여 해당하는 수신 모듈들로 입력하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 장치.
  9. 다중 안테나 시스템에서 안테나 보정을 위한 방법에 있어서,
    안테나 보정신호를 생성하여, 상기 안테나 보정신호를 부호화 및 변조하고 아날로그 신호로 변조하여 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출하는 과정과,
    상기 안테나 보정신호 송출용 안테나를 통해 송출된 신호를 배열 안테나의 안테나 소자들로 수신하는 과정과,
    상기 안테나 소자들로 수신한 신호를, 상기 안테나 소자들에 각각 연결되는 수신 모듈들에 의해 디지털 신호로 변환한 후 수신 가중치벡터들을 곱하여 복조 및 복호화하는 과정과,
    상기 안테나 보정신호에 해당하는 상기 복조 및 복호화된 데이터를, 상기 안테나 보정신호와 비교하여 상기 수신 모듈들의 수신 에러 값들을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    전송하고자 하는 사용자 데이터를 생성하여 부호화 및 변조하고 송신 가중치벡터들을 곱한 후, 상기 배열 안테나의 상기 안테나 소자들에 각각 연결되는 송출 모듈들에 의해 아날로그 신호로 변환하여 상기 안테나 소자들로 송출하는 과정과,
    상기 송출 모듈들로부터 송출되는 아날로그 신호들을 방향성 결합기에 의해 대응하는 수신 모듈들로 분배하는 과정과,
    상기 수신 모듈들로 분배된 신호들을 상기 수신 모듈들에 의해 디지털 신호로 변환한 후 상기 수신 가중치벡터들을 곱하여 복조 및 복호화하는 과정과,
    상기 사용자 데이터에 해당하는 상기 복조 및 복호화된 데이터를, 상기 사용자 데이터와 비교하여 상기 송출 모듈들과 상기 수신 모듈들의 송수신 에러 값들을 계산하는 과정과,
    상기 송수신 에러 값들에서 상기 수신 에러 값들을 감산하여 상기 송출 모듈들의 송신 에러 값들을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 수신 에러 값들에 의해 상기 수신 가중치벡터들을 조정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 송신 에러 값들에 의해 상기 송신 가중치벡터들을 조정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 안테나 보정신호는, 상기 다중 안테나 시스템이 운영되기 시작한 이후, 미리 정해지는 안테나 보정 시간간격마다 생성되는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 안테나 보정신호는,
    상기 다중 안테나 시스템이 시분할 다중화(TDD) 시스템인 경우, 미리 정해지는 안테나 보정 시간간격마다 생성되어 현재 타임슬롯이 수신모드가 될 때 송출되는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 다중 안테나 시스템이 시분할 다중화(TDD) 시스템인 경우, 현재 타임슬롯이 송신모드가 될 때, 상기 안테나 소자들로 송출되는 신호들을 배분하여 해당하는 수신 모듈들로 입력하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 보정 방법.
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