KR101433094B1 - 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법 - Google Patents

빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법 Download PDF

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KR101433094B1 KR1020130018848A KR20130018848A KR101433094B1 KR 101433094 B1 KR101433094 B1 KR 101433094B1 KR 1020130018848 A KR1020130018848 A KR 1020130018848A KR 20130018848 A KR20130018848 A KR 20130018848A KR 101433094 B1 KR101433094 B1 KR 101433094B1
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Abstract

본 발명의 빔형성기가 적용된 중계기 장치는, 선형이나 평면 혹은 원형으로 구성되는 배열 안테나; 상기 배열 안테나로부터의 신호를 수신하여 서로 다른 위상 지연을 주는 위상 변환기; 상기 위상 변환기로부터의 신호를 수신하여 이를 결합함으로써 빔 형성을 수행하는 빔 결합기/분리기; 기지국의 방향을 추정하면서도 궤환되는 간섭 신호를 제거하여 중계기의 증폭율이 최대가 되는 방향을 추정하기 위한 위상 변환기 제어 및 빔 방향 선택 모듈; 및 원하는 기지국 방향의 신호를 이용하여 증폭기능을 수행하는 증폭장치를 포함한다. 본 발명에 의하면, 기지국으로부터의 신호가 가장 잘 수신되는 대표 빔 방향의 기지국 방향을 그대로 유지하면서 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 궤환 신호를 제거하여 빔형성기를 제어함으로써, 빔 형성기의 적용에 의한 하드웨어의 복잡도 및 연산량의 증기가 최소화되면서도 중계기의 성능은 적응 빔 방식의 빔형성기를 적용한 경우와 유사하기 때문에 향후 저가 및 고성능의 일체형 중계기 개발이 가능한 효과가 있다.

Description

빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법{BEAMFORMED REPEATER AND BEAMFORMER CONTROL MTEHODS FOR BEAMFORMED REPEATER}
본 발명은 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 중계기에 빔형성기를 적용하는 경우 하드웨어의 복잡도와 연산량을 줄이면서도 원하는 방향으로 빔을 형성하고 궤환되어 재수신되는 간섭 방향으로는 널(null)을 형성하는 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법에 관한 것이다.
무선 중계기에서는 증폭하여 전송된 신호가 궤환되어 재 수신되는 간섭에 의해 증폭율과 성능이 크게 저하된다. 또한, 무선 중계기에 수신되는 신호는 다중 경로로 수신되기 때문에 수신되는 신호의 질 자체가 매우 열악하다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 중계기 등에 빔형성기를 적용하는 연구가 많이 수행되어 왔다. 중계기에 빔형성기를 적용하면 원하는 기지국 방향으로 빔을 형성하고, 궤환되어 재 수신되는 원하지 않는 간섭 방향으로는 널(null)을 형성함으로써 궤환되는 간섭 신호를 제거할 수 있다.
또한 기지국 방향으로의 빔 형성에 의해 기지국으로 송수신되는 신호의 신호 대 갑섭 및 잡음비를 증가시키고, 복수개의 기지국에 의한 파일롯 오염 문제도 해결할 수 있다.
하지만 중계기에 적응 빔 방식의 빔형성기를 적용하는 경우에는 복수개의 안테나 후단에 안테나 수만큼의 무선주파수(RF)단, 아날로그/디지털(A/D) 및 디지털/아날로그(D/A) 변환 소자 등의 추가와 원하는 기지국 방향의 추정과 궤환되는 간섭 신호 방향으로 널(null)을 형성하기 위한 빔형성 알고리즘 처리에 의해 시스템의 복잡도 및 연산량이 증가하고, 이에 의해 중계기의 크기 및 가격이 증가하는 문제가 있다.
또한, 적응 빔 방식의 빔형성기 적용에서의 문제점을 해결하기 위한 스위칭 빔 구조의 빔형성기를 적용하면 빔형성기의 추가에 의한 하드웨어의 복잡도나 연산량을 최소화시킬 수 있지만, 궤환되어 재 수신되는 간섭을 완벽하게 제거할 수 없기 때문에 중계기의 증폭율과 커버러지가 저하되는 문제점이 있다.
KR 2001-0067033 A KR 2001-0110401 A KR 2009-0005427 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 초기에 원하는 기지국이 있는 대표 빔 방향을 결정하고 각 대표 빔 방향으로 빔형성을 수행하면서도 궤환되어 재수신되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 제거하는 모든 경우의 빔 패턴을 테이블에 저장한 후 이 중에서 가장 성능이 우수한 빔 패턴을 이용하여 빔형성이 수행되게 함으로써, 중계기용 빔형성기의 적용에 의한 하드웨어 및 연산량의 복잡도를 줄이면서도 적응 빔 방식의 빔형성기와 유사한 성능을 갖도록 한 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 중계기의 빔형성기에서 통신 중에 중계기의 증폭율 정보를 이용하여 중계기의 성능을 계속 관찰하며, 만약 중계기의 증폭율이 임계값 이하로 떨어져서 성능이 저하되면 이미 전에 사용했던 빔 패턴들에 대한 증폭율을 우선적으로 검사하고, 이 중에서 중계기의 증폭율이 임계값을 넘는 경우가 발생하면 이를 이용하여 빔 패턴을 교체하게 함으로써, 통신 중에 채널 환경의 변화로 증폭율이 저하되는 경우에도 적은 연산량으로 빠른 대처가 가능하도록 한 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빔형성기가 적용된 중계기 장치의 일 측면에 따르면, 선형이나 평면 혹은 원형으로 구성되는 배열 안테나; 상기 배열 안테나로부터의 신호를 수신하여 서로 다른 위상 지연을 주는 위상 변환기; 상기 위상 변환기로부터의 신호를 수신하여 이를 결합함으로써 빔 형성을 수행하는 빔 결합기/분리기; 기지국의 방향을 추정하면서도 궤환되는 간섭 신호를 제거하여 중계기의 증폭율이 최대가 되는 방향을 추정하기 위한 위상 변환기 제어 및 빔 방향 선택 모듈; 및 원하는 기지국 방향의 신호를 이용하여 증폭기능을 수행하는 증폭장치를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서의 빔 형성기 제어방법의 일 측면에 따르면, (a) 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서 통신 가능한 전체 빔 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나누는 단계; (b) 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서 상기 복수개의 대표 빔 방향 중에서 기지국으로부터의 신호가 가장 잘 수신되는 대표 빔 방향을 선택하는 단계; 및 (c) 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서 상기 선택한 기지국 방향을 그대로 유지하면서 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 궤환 신호를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 기지국으로부터의 신호가 가장 잘 수신되는 대표 빔 방향의 기지국 방향을 그대로 유지하면서 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 궤환 신호를 제거하여 빔형성기를 제어함으로써, 빔 형성기의 적용에 의한 하드웨어의 복잡도 및 연산량의 증기가 최소화되면서도 중계기의 성능은 적응 빔 방식의 빔형성기를 적용한 경우와 유사하기 때문에 향후 저가 및 고성능의 일체형 중계기 개발이 가능한 효과가 있다.
또한, 중계기에 배열 안테나를 사용하여 기지국 방향을 추정하는데 있어 하나의 RF 단말을 이용하여 빔형성이 수행되게 함으로써 하드웨어의 구조 및 가격이 저렴하고, 선택된 기지국 빔 방향에서 미세 빔 조정을 통해 중계기의 도너 안테나와 서비스 안테나 간의 거리 이격 없이도 아이솔레이션(isolation)을 확보함으로써, 적은 가격으로 중계기의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 선형 구조의 배열 안테나를 나타내는 도면.
도 2는 평형 구조의 배열 안테나를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔형성기가 적용된 중계기 시스템을 나타내는 도면.
도 4는 도 3에서 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔방향 선택 모듈의 세부 구성을 나타내는 도면.
도 5는 전체 통신 방향이 -60°에서 60°이고 이를 30도의 빔 폭을 갖는 4개의 대표 빔 방향으로 균일하게 나눌 경우, 45°, 15°, -15°, -45°의 대표 빔 방향에 해당하는 대표 빔 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 6은 도 5에서 대표 빔 방향이 15°인 경우에 대한 대표 빔 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 7은 15°의 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서, -20°, 0° 및 40° 방향으로부터의 간섭 신호를 제거하는 경우의 빔 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 빔형성기가 적용된 중계기 시스템의 작용을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 빔형성기가 적용된 중계기 시스템에서 빔형성기의 가중치 벡터를 효율적으로 제어하는 방식에 관한 것으로, 본 발명의 실시예는 하기와 같다.
도 1은 선형 구조의 배열 안테나를 나타내는 도면이고, 도 2는 평형 구조의 배열 안테나를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔형성기가 적용된 중계기 시스템을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에서 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔방향 선택 모듈의 세부 구성을 나타내는 도면이며, 도 5는 전체 통신 방향이 -60°에서 60°이고 이를 30도의 빔 폭을 갖는 4개의 대표 빔 방향으로 균일하게 나눌 경우, 45°, 15°, -15°, -45°의 대표 빔 방향에 해당하는 대표 빔 패턴의 예를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5에서 대표 빔 방향이 15°인 경우에 대한 대표 빔 패턴의 예를 나타내는 도면이며, 도 7은 15°의 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서, -20°, 0° 및 40° 방향으로부터의 간섭 신호를 제거하는 경우의 빔 패턴의 예를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 빔형성기가 적용된 중계기 시스템의 작용을 나타내는 도면이다.
본 발명의 빔형성기가 적용된 중계기 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1 및 도 2에서 보이는 바와 같이 선형이나 평면 혹은 원형으로 구성된 배열 안테나(10)와, 배열 안테나(10)로부터의 신호를 수신하여 서로 다른 위상 지연을 주는 위상 변환기(phase shifter)(20)와, 위상 변환기(phase shifter)(20)로부터의 신호를 수신하여 이를 결합(combining)함으로써 빔 형성을 수행하는 빔 결합기/분리기(beam combiner/divider)(30)(divider는 송신시에 사용)와, 기지국의 방향을 추정하면서도 궤환되는 간섭 신호를 제거하여 중계기의 증폭율이 최대가 되는 방향을 추정하기 위한 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 및 원하는 기지국 방향의 신호를 이용하여 증폭기능을 수행하는 증폭장치(혹은 간섭제거 및 증폭장치)(50)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 빔형성기가 적용된 중계기 시스템은 빔형성 기능이 적용된 중계기 시스템에서 전체 통신이 가능한 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나누어 놓고, 대표 빔 방향을 이용하여 기지국 방향을 우선 탐색하고, 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 복수개의 위상 변환기(phase shifter) 값을 테이블에 저장한 후에, 이 중에서 중계기 성능을 가장 우수하게 하는 위상 변환기(phase shifter) 값을 선택하여 빔 형성기를 제어한다.
빔 형성 기법을 이용하는 중계기에서 대표 빔방향을 이용하여 기지국 방향을 추정하는 경우에는 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40)로 스위치(60)를 제어하고, 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 위상 변환기(phase shifter) 값을 선택하는 동안에는 증폭장치(50)로 스위치(60)를 제어한다.
또한, 빔 형성 기법을 이용하는 중계기에서 중계기의 증폭율 정보를 이용하여 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 위상 변환기(phase shifter) 값을 선택한다.
또한, 빔 형성 기법을 이용하는 중계기에서 통신 중에 중계기로부터의 증폭율 정보를 이용하여 중계기의 성능을 계속 점검하며, 중계기의 증폭율이 임계값 이하면, 빔 형성기의 위상 변환기(phase shifter) 값을 다시 선택한다.
또한, 빔 형성 기법을 이용하는 중계기에서, 빔형성기에서 이미 사용된 위상 변환기(phase shifter) 값을 따로 테이블에 저장한다.
또한, 빔 형성 기법을 이용하는 중계기에서, 중계기의 증폭율이 임계값 이하면, 빔 형성기의 위상 변환기(phase shifter) 값을 다시 선택하는 과정에서 이미 사용된 위상 변환기(phase shifter) 값이 저장된 테이블의 위상 변환기(phase shifter) 값을 이용하여, 우선적으로 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기(phase shifter) 값이 있는가를 먼저 탐색하고, 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기(phase shifter) 값이 존재하면 이를 위상 변환기(phase shifter)(20)로 전송하고, 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기(phase shifter) 값이 존재하지 않는 경우에는 대표 빔 방향에 대한 모든 위상 변환기(phase shifter) 값을 이용하여 최대 증폭율이 되는 위상 변환기(phase shifter) 값을 선택한다.
본 발명에서의 제어 방식은 두 단계로 구성된다. 초기 단계는 중계기에서 통신 가능한 전체 빔 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나누어 놓고, 이 중에서 기지국으로부터의 신호가 가장 잘 수신되는 대표 빔 방향을 선택하는 단계이고, 두 번째 단계는 첫 번째 단계에서 선택한 기지국 방향을 그대로 유지하면서 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 궤환 신호를 제거하는 단계이다. 본 발명에 대한 중계기 시스템의 작용은 도 3 내지 도 8을 참조하여 하기의 1) 내지 8)에서 상세히 설명하기로 한다.
1) 도 3의 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내에 있는 도 4에서의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에 전체 빔 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나눈 위상 변환기(phase shifter) 값을 저장(S10)한다. 예를 들어 도 5에 나타난 바와 같이 전체 통신 방향이 -60°에서 60°이고 이를 30도의 빔 폭을 갖는 4개의 대표 빔 방향으로 균일하게 나눌 경우, 45°, 15°, -15°, -45°의 빔 방향에 해당하는 위상 변환기(phase shifter) 값을 저장한다.
2) 중계기가 처음 시작되는 시점에서는 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에서는 도 4의 스위치(60)를 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 방향으로 선택한 후에, 선택된 대표 빔 방향에 대한 위상 변환기(phase shifter) 값을 위상 변환기(phase shifter)(20)로 전송하여 해당 빔 방향으로 빔 형성이 수행되게 한 후에, 해당 빔 방향으로 빔형성이 수행된 신호에 대한 수신전력을 추정하여 이를 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에 저장(S20)한다. 여기서 빔 형성이 수행된 신호에 대한 수신 전력 추정은, 빔 형성이 수행된 신호를 수신 신호에 해당되는 대역 통과 필터(BPF)(41)를 통과시킴으로써 다른 주파수 대역에서 수신된 신호를 제거한 후에, 파워 검출기(power detector)(43)에서 대역 통과 필터(BPF)(41)를 통과한 수신 신호에 대한 전력을 추정함으로써 수행된다. 또한, 각 대표 빔 방향의 신호에 대한 수신 신호전력 추정은 모든 대표 빔 방향에 대한 빔형성 및 해당 빔 방향의 빔 형성 신호에 대한 수신전력 추정이 모두 완료될 때까지 반복된다.
3) 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에서는 저장된 각 대표 빔 방향의 수신전력을 이용하여 기지국이 속한 대표 빔 방향을 결정(S30)한다.
4) 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에는 각 대표 빔 방향으로부터 신호를 수신하면서도 궤환되는 복수개의 간섭 방향으로 널링(nulling)을 형성하는 빔형성기의 위상 변환기(phase shifter) 값이 저장(S40)되어 있다.
즉, 위의 예에서 대표 빔 방향이 15°인 경우, 15°의 방향으로부터 신호를 수신하면서 동시에 복수개의 방향으로 널(null)을 형성시킬 수 있는 모든 경우의 빔 형성기 위상 변환기(phase shifter) 값이 저장되어 있다.
예를 들어, 전체 통신 방향이 -60°에서 60°이고 대표 빔 방향이 15°이며, 널링(nulling)을 3°간격으로 하고, 궤환되는 간섭 신호를 세 방향에서 제거하는 경우에는 15°방향으로 빔을 형성하면서 -60°, -57°, -54°방향으로 널링(nulling)을 하는 빔형성기의 위상 변환기(phase shifter) 값, 15°방향으로 빔을 형성하면서 -60°, -57°, -51°방향으로 널링(nulling)을 하는 빔형성기의 위상 변환기(phase shifter) 값, 그리고, 15°방향으로 빔을 형성하면서 54°, 57°, 60°방향으로 널링(nulling)을 하는 빔형성기의 위상 변환기(phase shifter) 값 등이 저장되어 있다. 즉, 선택된 대표 빔 방향을 유지하면서도 궤환된 간섭 신호를 널링(nulling)하는 방향은 -60°에서 60°까지의 전체 방향을 3°방향으로 분할한 후에 이 중에서 세 개의 방향을 임의로 선택 가능한 모든 위상 변환기(phase shifter) 값이 저장되어 있다.
또한 이러한 널링(nulling)은 1°간격, 2°간격, ... , 5°간격, 10°간격 등으로 임의 설정할 수 있으며, 널링(nulling)하는 방향의 수도 3개, 4개, 5개 등 임의로 선택할 수 있다.
5) 대표 빔 방향 선택이 완료된 후에, 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에서는 도 4의 스위치(60)를 증폭장치(50) 방향으로 선택한 후에, 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에 저장된 위상 변환기(phase shifter) 값을 순차적으로 변화시키면서 각 위상 변환기(phase shifter) 값에 해당되는 중계장치의 증폭율 정보를 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에 저장(S50)한다.
또한 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에서는 모든 위상 변환기(phase shifter) 값에 대한 증폭율 정보 수집이 완료되면, 저장된 증폭율 정보 중에서 가장 큰 증폭율에 해당되는 위상 변환기(phase shifter) 값을 위상 변환기(phase shifter)(20)로 전송한다. 또한, 선택된 위상 변환기(phase shifter) 값을 위상 변환기(phase shifter) 사용 테이블에 저장한다.
6) 또한, 5)항의 예에서는 궤환되는 간섭을 널링(nulling)하는 간격으로 3°로 하였지만, 초기에는 보다 넓은 각도로(예를 들어 10°간격으로) 궤환되는 방향을 추정하고, 선택된 범위 내에서만 궤환되는 간섭의 널링(nulling) 방향을 보다 세분화하여 원하는 대표 방향의 신호를 수신하면서 궤환되는 간섭 신호를 제거하는 위상 변환기(phase shifter) 값을 선택할 수 있다.
도 6에 도 5에서 대표 빔 방향이 15°인 경우에 대한 대표 빔 패턴이 보이며, 도 7에 15°의 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서, -20°, 0°및 40°방향으로 부터의 간섭 신호를 제거하는 경우의 빔 패턴이 보인다.
7) 본 발명에서 제안한 방식으로 통신 중에서도 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)와 중계장치 간의 상호 규약에 의해 주기적으로 중계장치로 부터의 증폭율 정보를 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)에서 수신하여 현재의 통신 상황을 점검(S60)한다. 만약, 증폭율이 설정된 임계값 이상이면 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45)는 현재의 위상 변환기(phase shifter) 값을 계속 유지하며, 증폭율이 설정된 임계값 이하이면, 대표 빔 방향을 유지하면서 5)항의 과정을 반복한다.
8) 하지만 5)의 과정을 모두 반복하는 경우(즉, 모든 경우의 수에 대한 위상 변환기(phase shifter) 값을 이용하여 빔형성을 수행하고, 각 경우에 대한 증폭율을 모두 저장하여 증폭율이 큰 위상 변환기(phase shifter) 값을 추정하는 경우)에는 탐색에 소요되는 시간이 증가할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 탐색 시간을 최소화시키기 위해서 통신 중에 증폭율이 임계값 이하가 되면 이전에 이미 수행된 위상 변환기(phase shifter) 값만이 저장된 테이블(위상 변환기 사용 테이블)에 있는 위상 변환기(phase shifter) 값만을 이용하여 이 중에서 증폭율이 가장 큰 경우가 임계값 이상인가를 먼저 탐색한다.
만약 이전에 사용되었던 위상 변환기(phase shifter) 값에 해당되는 증폭률이 임계값 이상인 경우가 존재하면, 해당 위상 변환기(phase shifter) 값을 위상 변환기(phase shifter)(20)로 전송하여 통신을 계속 수행하며, 만약 이중 가장 큰 증폭율을 갖는 것이 임계값보다 작다면 5)의 과정을 반복한다.
전술한 본 발명에 대한 중계기 시스템의 작용 설명에서, 도 8의 단계 S10과 단계 S40에서의 위상 변환기(phase shifter) 값은 중계기 작동 중에 생성되는 것이 아니고 이미 저장되어 있는 값이다. 즉, 도 8의 단계 S10에서 대표 빔 방향에 대한 위상 변환기(phase shifter) 값 및 단계 S40에서의 위상 변환기(phase shifter) 값은 빔형성기가 결합된 중계기 제작시에 미리 저장되어 있다. 이는 도 4의 위상 변환기(phase shifter) 제어 및 빔 방향 선택 모듈(40) 내의 위상 변환기(phase shifter) 값 저장/증폭율 저장 및 제어 장치(45) 내의 메모리에 미리 저장되게 한 후에 중계기 작동을 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 기지국의 방향을 추정하고, 추정된 기지국의 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되어 재수신되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 제거하는 다양한 빔 패턴을 미리 프로세서에 저장하고, 저장된 빔 패턴을 순차적으로 검사하여 이 중에서 중계기의 성능이 가장 우수하게 하는 빔 패턴을 선정하고, 이 정보를 이용하여 배열 안테나 후단의 위상 변환기(phase shifter)를 제어함으로써 빔 형성기의 적용에 의한 중계기의 크기나 가격 증가를 최소화하면서도 중계기의 증폭율과 성능을 크게 향상시킨다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 배열 안테나
20 : 위상 변환기
30 : 빔 결합기/분리기
40 : 위상 변환기 제어 및 빔 방향 선택 모듈
50 : 증폭장치
60 : 스위치

Claims (10)

  1. 빔형성기가 적용된 중계기 장치로서,
    선형이나 평면 혹은 원형으로 구성되는 배열 안테나;
    상기 배열 안테나로부터의 신호를 수신하여 서로 다른 위상 지연을 주는 위상 변환기;
    상기 위상 변환기로부터의 신호를 수신하여 이를 결합함으로써 빔 형성을 수행하는 빔 결합기/분리기;
    기지국의 방향을 추정하면서도 궤환되는 간섭 신호를 제거하여 중계기의 증폭율이 최대가 되는 방향을 추정하기 위한 위상 변환기 제어 및 빔 방향 선택 모듈; 및
    원하는 기지국 방향의 신호를 이용하여 증폭기능을 수행하는 증폭장치를 포함하고,
    상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 전체 통신이 가능한 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나누어 놓고, 대표 빔 방향을 이용하여 기지국 방향을 우선 탐색하여 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 복수개의 위상 변환기 값을 테이블에 저장한 후 이 중에서 중계기 성능을 가장 우수하게 하는 위상 변환기 값을 선택하여 빔 형성기를 제어하며, 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 대표 빔 방향을 이용하여 기지국 방향을 추정하는 경우에는 상기 위상 변환기 제어 및 빔 방향 선택 모듈로 스위치를 제어하고, 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 위상 변환기 값을 선택하는 동안에는 상기 증폭장치로 스위치를 제어하고,
    상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 통신 중에 중계기로부터의 증폭율 정보를 이용하여 중계기의 성능을 계속 점검하며, 중계기의 증폭율이 임계값 이하면, 빔 형성기의 위상 변환기 값을 다시 선택하고, 빔형성기에서 이미 사용된 위상 변환기 값을 따로 테이블에 저장하며, 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 중계기의 증폭율이 임계값 이하면, 빔 형성기의 위상 변환기 값을 다시 선택하는 과정에서 이미 사용된 위상 변환기 값이 저장된 테이블의 위상 변환기 값을 이용하여 우선적으로 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기 값이 있는가를 먼저 탐색하고, 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기 값이 존재하면 이를 상기 위상 변환기로 전송하고, 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기 값이 존재하지 않는 경우에는 대표 빔 방향에 대한 모든 위상 변환기 값을 이용하여 최대 증폭율이 되는 위상 변환기 값을 선택하는 빔형성기가 적용된 중계기 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 중계기의 증폭율 정보를 이용하여 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 위상 변환기 값을 선택하는
    것을 특징으로 하는 빔형성기가 적용된 중계기 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서의 빔 형성기 제어방법으로서,
    (a) 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서 통신 가능한 전체 빔 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나누는 단계;
    (b) 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서 상기 복수개의 대표 빔 방향 중에서 기지국으로부터의 신호가 가장 잘 수신되는 대표 빔 방향을 선택하는 단계; 및
    (c) 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서 상기 선택한 기지국 방향을 그대로 유지하면서 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하여 궤환 신호를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 단계(a)에서, 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 통신 가능한 전체 빔 방향을 복수개의 대표 빔 방향으로 나누어 놓고, 대표 빔 방향을 이용하여 기지국 방향을 우선 탐색하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(c)에서, 상기 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 복수개의 위상 변환기 값을 테이블에 저장한 후 이 중에서 중계기 성능을 가장 우수하게 하는 위상 변환기 값을 선택하여 빔 형성기를 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 대표 빔 방향을 이용하여 기지국 방향을 추정하는 경우에는 기지국의 방향을 추정하면서도 궤환되는 간섭 신호를 제거하여 중계기의 증폭율이 최대가 되는 방향을 추정하기 위한 위상 변환기 제어 및 빔 방향 선택 모듈로 스위치를 제어하고, 선택된 대표 빔 방향으로 빔을 형성하면서도 궤환되는 간섭 방향으로 널(null)을 형성하는 위상 변환기 값을 선택하는 동안에는 원하는 기지국 방향의 신호를 이용하여 증폭기능을 수행하는 증폭장치로 스위치를 제어하고,
    상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 통신 중에 중계기로부터의 증폭율 정보를 이용하여 중계기의 성능을 계속 점검하며, 중계기의 증폭율이 임계값 이하면, 빔 형성기의 위상 변환기 값을 다시 선택하고, 빔형성기에서 이미 사용된 위상 변환기 값을 따로 테이블에 저장하며, 상기 빔형성기가 적용된 중계기 장치는 중계기의 증폭율이 임계값 이하면, 빔 형성기의 위상 변환기 값을 다시 선택하는 과정에서 이미 사용된 위상 변환기 값이 저장된 테이블의 위상 변환기 값을 이용하여 우선적으로 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기 값이 있는가를 먼저 탐색하고, 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기 값이 존재하면 이를 선형이나 평면 혹은 원형으로 구성되는 배열 안테나로부터의 신호를 수신하여 서로 다른 위상 지연을 주는 위상 변환기로 전송하고, 중계기의 증폭율이 임계값 이상이 되는 위상 변환기 값이 존재하지 않는 경우에는 대표 빔 방향에 대한 모든 위상 변환기 값을 이용하여 최대 증폭율이 되는 위상 변환기 값을 선택하는 빔형성기가 적용된 중계기 장치에서의 빔 형성기 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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