KR101488298B1 - 무선 중계 장치 및 시스템과 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 중계 장치 및 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 적응적으로 디지털 위상 제어를 수행하고, 무선 채널 환경 변화에 적응적으로 동작하여 귀환간섭신호를 제거하기 위한, 무선 중계 장치 및 시스템과 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 무선 중계 장치에 있어서, 하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리하기 위한 수신 신호 처리부; 상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택하기 위한 기지국 탐색부; 상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고 상기 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하기 위한 빔형성 제어부; 상기 빔형성 제어부로부터의 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거하기 위한 적응형 간섭 제거부; 및 상기 적응형 간섭 제거부로부터의 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신하기 송신 신호 처리부를 포함한다.

Description

무선 중계 장치 및 시스템과 그 방법{Radio repeating apparatus and system, and method thereof}
본 발명은 무선 중계 장치 및 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하향링크 중계 신호의 중계 품질 향상을 위해 혼재되어 수신된 여러 기지국 신호 중에서 중계 대상 기지국 신호(목표 기지국 신호)를 강화하고, 타 기지국 신호를 억압하여 기지국 신호 간의 간섭을 완화하여 중계하기 위한 무선 중계 장치 및 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 중계 시스템은 무선 기지국에서 무선 단말기 방향의 하향링크 신호와 무선 단말기에서 무선 기지국 방향의 상향링크 신호를 수신 및 증폭하여 송신하는 시스템으로서, 서비스 영역을 확장하고 전파 음영 지역에 원활한 서비스를 제공하기 위한 목적으로 무선 기지국의 전송 구간 내에 설치된다.
이때, 셀 외곽 지역이나 특히 도심의 기지국 밀집 지역에서는 기지국 방향으로 설치된 무선 중계 시스템의 도너 안테나로 수신하고자 하는 기지국의 신호뿐만 아니라 타 기지국의 신호도 혼재되어 수신될 수 있다. 이러한 현상은 무선 단말기의 수신 신호에서도 마찬가지로 발생하는데, 기지국 간의 신호는 동일한 무선 자원을 사용하면서 발생하는 전파 간섭과 각 기지국 간의 주파수 오차로 인해 단말기의 수신 신호 품질을 열화시키는 간섭 신호로 작용하게 된다.
도 1은 종래의 무선 중계 시스템의 구성도로서, 기지국 간섭 환경에서의 무선 중계 시스템의 운용 개념을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 무선 중계 시스템은, 기지국과 신호를 송/수신하기 위한 도너 안테나(103), 도너 안테나(103) 및 서비스 안테나(105)를 통하여 입력된 기지국 신호 및 단말기 신호를 증폭하여 중계하기 위한 무선 중계 장치(104), 및 서비스 영역의 무선 단말기와 신호를 송/수신하기 위한 서비스 안테나(105)를 포함한다.
일반적으로 무선 중계 시스템이 설치되는 위치를 고려하여 살펴보면, 무선 중계 장치는 기지국 신호 간의 간섭을 가장 많이 받는 위치에 설치되게 되며, 도너 안테나(103)로 목표 기지국 A(100, 중계 대상 기지국)의 신호 이외에도 다른 여러 기지국 B,C(101, 102)의 신호들이 혼재되어 수신된다. 이때, 무선 중계 시스템은 수신된 목표 기지국 A(100)의 신호뿐만 아니라 간섭으로 작용하는 타 기지국 B,C(101, 102)의 신호들도 함께 증폭하여 송신하게 되기 때문에 오히려 서비스 제공 지역의 신호 품질을 악화시켜 설치 목적을 달성할 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호는 기본적으로 다중경로 환경에서 서로 다른 채널을 통과한 신호들의 상관도가 낮아야 주파수 사용효율이 증가한다. 하지만, 종래의 무선 중계 시스템은 하나의 도너 안테나(103)와 하나의 서비스 안테나(105)로 구성되는 SISO(Single Input Single Output)로 동작하므로, 기지국에서 MIMO로 서비스를 하더라도 무선 중계 시스템을 통해 중계된 신호는 채널 환경이 다른 서로 다른 신호를 구분할 수 없게 되어 그 효과를 제대로 발휘하기 어려운 문제점이 있다.
그리고 도너 안테나(103)와 서비스 안테나(105) 간의 격리도가 충분히 확보되지 않으면 무선 중계 시스템의 도너 안테나(103)로 서비스 안테나(105)의 신호가 유입되는 귀환간섭신호가 발생하여 무선 중계 시스템의 이득을 높일 수 없어 서비스 지역의 커버리지 축소가 불가피하므로 비효율적인 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 하향링크 중계신호의 중계 품질이 악화되고, 주파수 사용효율이 떨어지며, 귀환간섭신호로 인하여 무선 중계 신호의 안정성이 저하되는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 적응적으로 디지털 위상 제어를 수행하고, 무선 채널 환경 변화에 적응적으로 동작하여 귀환간섭신호를 제거하기 위한, 무선 중계 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 무선 중계 시스템에 있어 도너 안테나의 빔성형 배열 안테나 적용과 적응형 디지털 위상 제어 및 적응형 귀환간섭신호 제거 기능을 공유하고, 중계 구간에 MIMO 신호를 전송하며, 무선 채널 환경 변화에 적응적으로 동작하여 귀환간섭신호를 제거하기 위한, 무선 중계 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 무선 중계 시스템에 있어서, 기지국과 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호를 송/수신하기 위한 MIMO 도너 안테나; 상기 MIMO 도너 안테나로부터 수신된 중계신호에 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하기 위한 빔형성 제어부; MIMO 서비스 안테나로부터 상기 MIMO 도너 안테나로 유입되는 귀환간섭신호를 예측하고 분석하여 적응적으로 귀환간섭신호를 제거하기 위한 간섭신호 제거부; 및 서비스 영역의 무선 단말기와 MIMO 신호를 송/수신하기 위한 상기 MIMO 서비스 안테나를 포함하되, 상기 빔형성 제어부는, 상기 MIMO 도너 안테나를 통하여 수신된 하향링크 중계신호로부터 중계 대상 기지국 신호를 추적하여, 중계 대상 기지국 신호가 강화되고 타 기지국 신호가 억압되도록 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 무선 중계 장치에 있어서, 하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리하기 위한 수신 신호 처리부; 상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택하기 위한 기지국 탐색부; 상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고 상기 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하기 위한 빔형성 제어부; 상기 빔형성 제어부로부터의 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거하기 위한 적응형 간섭 제거부; 및 상기 적응형 간섭 제거부로부터의 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신하기 송신 신호 처리부를 포함한다.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 중계 시스템의 동작 방법에 있어서, 기지국으로부터 MIMO 신호(중계신호)를 수신하는 단계; 상기 수신된 중계신호에 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하는 단계; 상기 수신된 중계신호에 유입된 귀환간섭신호를 예측하고 분석하여 적응적으로 귀환간섭신호를 제거하는 단계; 및 서비스 영역의 무선 단말기로 MIMO 신호를 송신하는 단계를 포함하되, 상기 빔형성을 제어하는 단계는, 상기 수신된 중계신호로부터 중계 대상 기지국 신호를 추적하여, 중계 대상 기지국 신호가 강화되고 타 기지국 신호가 억압되도록 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 중계 장치의 동작 방법에 있어서, 하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리를 수행하는 단계; 상기 신호 처리된 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택하는 단계; 상기 신호 처리된 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고, 상기 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하는 빔형성 제어 단계; 상기 위상 가중치 벡터가 합성된 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거하는 단계; 및 상기 귀환간섭신호가 제거된 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 무선 중계 시스템에 있어 도너 안테나의 빔성형 배열 안테나 적용과 적응형 디지털 위상 제어 및 적응형 귀환간섭신호 제거 기능을 공유함으로써, 기지국 간의 간섭을 회피하여 하향링크 중계신호의 중계 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명은, 중계 구간에 MIMO 신호를 전송함으로써, 주파수 사용효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명은, 무선 채널 환경 변화에 적응적으로 동작하여 귀환간섭신호를 제거함으로써, 무선 중계 신호의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 무선 중계 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 장치의 상세 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 제어부의 상세 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 가중치 벡터 합성부의 상세 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 동작 방법에 대한 흐름도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 구성도로서, 기지국 간섭 환경에서의 무선 중계 시스템의 운용 개념을 나타내고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 중계 시스템은, 기지국과 MIMO 신호를 송/수신하기 위한 MIMO 도너 안테나(240), MIMO 도너 안테나(240)로부터 수신된 중계신호에 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하기 위한 빔형성 제어부(251), MIMO 서비스 안테나(260)로부터 MIMO 도너 안테나(240)로 유입되는 귀환간섭신호를 예측하고 분석하여 적응적으로 귀환간섭신호를 제거하기 위한 간섭신호 제거부(252), 및 서비스 영역의 무선 단말기와 MIMO 신호를 송/수신하기 위한 MIMO 서비스 안테나(260)를 포함한다. 이때, 무선 중계 장치(250)는 빔형성 제어부(251)와 간섭신호 제거부(252)를 포함할 수 있다.
여기서, MIMO 도너 안테나(240)는 빔성형 배열 안테나로서, 기지국으로부터 MIMO 대응 수평편파 및 수직편파 신호를 수신하기 위한 복수 개(n개, n은 자연수)의 이중 편파 배열 안테나를 선형으로 배열하여 구현할 수 있다.
그리고 빔형성 제어부(251)는 MIMO 도너 안테나(240)를 통하여 수신된 하향링크 중계신호로부터 목표 기지국 신호를 추적하여, 목표 기지국 신호(중계 대상 기지국 신호)가 강화되고 타 기지국 신호가 억압되도록 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어한다.
이때, MIMO 도너 안테나(240)와 빔형성 제어부(251)는 일체형으로 구현하는 것이 바람직하다. 이는 n개(n은 자연수)의 이중 편파 배열 안테나로 인하여 급전 설비 등의 규모가 증대됨에 따라 일체형 설계를 통해 그 구조적 단점을 피하기 위함이다.
그리고 MIMO 도너 안테나(240)를 통해 수신되는 여러 기지국의 신호는, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 무선 중계 시스템과 달리, MIMO 도너 안테나(240)와 빔형성 제어부(251)의 동작에 의해 목표 기지국 신호(210)로 빔이 형성되고 간섭이 되는 타 기지국 신호(220, 230)의 방향으로는 널(null) 점이 형성되는 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 기지국 간의 간섭의 영향을 억제한 중계 대상 기지국의 신호를 선택적으로 중계할 수 있다. 이때, MIMO 도너 안테나(240, 즉 복수 개의 이중 편파 배열 안테나)를 통해 수신된 각각의 수평편파 및 수직편파 신호는 MIMO 신호에 대응이 되며, 일련의 위상 변환 과정과 귀환간섭성분 제거 과정이 수행된 후 MIMO 서비스 안테나(260)를 통해 송신되게 된다.
이처럼, 본 발명은 무선 중계 시스템의 MIMO 도너 안테나에 수신되는 여러 기지국의 하향링크 신호로부터 원하는 기지국 신호를 강화하고 간섭이 되는 타 기지국 신호를 억압함과 동시에 MIMO 신호를 중계하고, MIMO 서비스 안테나와 MIMO 도너 안테나 사이에서 발생하는 귀환간섭신호를 제거할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 장치의 상세 구성도로서, 일예로 하향링크 중계신호를 예를 들어 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 장치는, 하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리하기 위한 수신 신호 처리부(310), 수신 신호 처리부(310)로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택하기 위한 기지국 탐색부(320), 수신 신호 처리부(310)로부터의 하향링크 중계신호로부터 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고 입사 방향 정보를 바탕으로 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하기 위한 빔형성 제어부(330), 빔형성 제어부(330)로부터의 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거하기 위한 적응형 간섭 제거부(340), 및 적응형 간섭 제거부(340)로부터의 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신하기 송신 신호 처리부(350)를 포함한다.
여기서, 수신 신호 처리부(310)는 MIMO 도너 안테나(240)를 통해 수신되는 하향링크 중계신호를 대역 필터링하기 위한 n개의 도너 대역 통과 필터(311), n개의 도너 대역 통과 필터(311)에서 대역 필터링된 하향링크 중계신호를 저잡음 증폭하기 위한 n개의 저잡음 증폭부(312), n개의 저잡음 증폭부(312)에서 저잡음 증폭된 하향링크 중계신호를 하향 변환하기 위한 n개의 하향 변환부(313) 및 n개의 하향 변환부(313)에서 하향 변환된 아날로그 하향링크 중계신호를 디지털 하향링크 중계신호로 변환하기 위한 n개의 아날로그/디지털(A/D) 변환부(314)를 포함한다. 이때, 수신 신호 처리부(310)는 MIMO 도너 안테나(240, 이중 편파 배열 안테나)로부터 n개의 수평편파 및 수직편파 신호를 수신하여 대역 필터링, 저잡음 증폭, 하향 변환, 및 아날로그/디지털(A/D) 변환을 수행한다.
그리고 기지국 탐색부(320)는 수신 신호 처리부(310)의 아날로그/디지털(A/D) 변환부(314)로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국들을 탐색하고 탐색된 기지국들 중 신호 대 잡음비가 가장 큰 기지국을 중계 대상 기지국으로 선택한다.
그리고 빔형성 제어부(330)는 수신 신호 처리부(310)의 아날로그/디지털(A/D) 변환부(314)로부터의 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국 탐색부(320)에서 탐색된 모든 기지국들의 입사 방향 정보를 획득하고, 이렇게 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 기지국 탐색부(320)에서 선택된 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 계산(생성)하여 합성한다.
그리고 적응형 간섭 제거부(340)는 하향링크 중계신호의 이득 및 위상 조절을 통해 하향링크 중계신호에 존재하는 귀환신호성분을 제거한다. 이를 위하여, 적응형 간섭 제거부(340)는, 빔형성 제어부(330)에서 합성된 수평편파 신호로부터 귀환간섭신호를 검출하여 제거하기 위한 제 1 적응형 간섭 제거부, 및 빔형성 제어부(330)에서 합성된 수직편파 신호로부터 귀환간섭신호를 검출하여 제거하기 위한 제 2 적응형 간섭 제거부를 포함한다. 한편, 적응형 간섭 제거부(340)는, 빔형성 제어부(330)로부터의 하향링크 중계신호(귀환간섭성분이 포함되어 있음)로부터 귀환간섭신호의 위상과 크기를 검출하여 갱신하기 위한 귀환간섭신호 검출부, 상기 귀환간섭신호 검출부로부터 전달받은 귀환간섭신호의 위상과 크기를 이용하여 하향링크 중계신호 내에 포함되어 있는 귀환간섭신호의 역귀환간섭신호를 생성하기 위한 역귀환간섭신호 생성부, 및 하향링크 중계신호와 상기 역귀환간섭신호 생성부에서 생성된 역귀환간섭신호를 합성하여 귀환간섭성분이 제거된 하향링크 중계신호를 송신 신호 처리부(350)로 전달하기 위한 귀환간섭신호 제거부를 포함한다(도면에 도시되지 않음). 여기서, 적응형 간섭 제거부(340)는 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호뿐만 아니라 상향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호도 함께 제거하도록 구현할 수도 있다.
그리고 송신 신호 처리부(350)는 적응형 간섭 제거부(340)에서 귀환간섭성분이 제거된 디지털 하향링크 중계신호를 아날로그로 하향링크 중계신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그(D/A) 변환부(351), 디지털/아날로그(D/A) 변환부(351)에서 아날로그 신호로 변환된 하향링크 중계신호를 상향 변환하기 위한 상향 변환부(352), 상향 변환부(352)에서 상향 변환된 하향링크 중계신호를 증폭하기 위한 증폭부(353), 및 증폭부(353)에서 증폭된 하향링크 중계신호를 대역 필터링하기 위한 서비스 대역 통과 필터(354)를 포함한다. 이때, 송신 신호 처리부(350)는 적응형 간섭 제거부(340)에서 귀환간섭성분이 제거된 수평편파 및 수직편파 신호에 대해 디지털/아날로그(D/A) 변환, 상향 변환, 증폭, 및 대역 필터링을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 제어부의 상세 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 제어부(330)는, 수신 신호 처리부(310)로부터의 수평편파 신호를 수집하기 위한 수평편파 수집부(400), 수평편파 수집부(400)로부터의 수평편파 신호와 수평편파에 대응하는 제 1 기준신호와의 상관 값을 생성하기 위한 제 1 기준신호 상관기(402), 제 1 기준신호 상관기(402)로부터의 상관 값으로부터 탐색된 기지국의 제 1 위상 벡터를 추정하고, 추정된 제 1 위상 벡터로부터 중계 대상 기지국의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하기 위한 제 1 위상 가중치 벡터 생성부(404), 수신 신호 처리부(310)로부터의 수직편파 신호를 수집하기 위한 수직편파 수집부(401), 수직편파 수집부(401)로부터의 수직편파 신호와 수직편파에 대응하는 제 2 기준신호와의 상관 값을 생성하기 위한 제 2 기준신호 상관기(403), 제 2 기준신호 상관기(403)로부터의 상관 값으로부터 탐색된 기지국의 제 2 위상 벡터를 추정하고, 추정된 제 2 위상 벡터로부터 중계 대상 기지국의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하기 위한 제 2 위상 가중치 벡터 생성부(405), 수신 신호 처리부(310)로부터의 n개의 수평편파 및 수직편파 신호와 제 1 및 제 2 위상 가중치 벡터 생성부(404, 405)에서 생성된 위상 가중치 벡터를 합성하기 위한 위상 가중치 벡터 합성부(406), 및 수평편파 합성신호의 채널응답과 수직편파 합성신호의 채널응답이 독립이 되는 위상 가중치 벡터를 생성하도록 하기 위해, 위상 가중치 벡터 합성부(406)에서 출력되는 수평편파 및 수직편파 합성신호의 채널응답 상관 값을 제 1 및 제 2 위상 가중치 벡터 생성부(404, 405)에 제공하는 채널 추정부(407)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 가중치 벡터 합성부의 상세 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 가중치 벡터 합성부(406)는, 수신 신호 처리부(310)로부터의 n개의 수평편파 신호(rx a1 내지 rx an)와 제 1 위상 가중치 벡터 생성부(404)에서 생성된 n개의 위상 가중치 벡터(ω a1 내지 ω an)를 합성하기 위한 제 1 위상 가중치 벡터 합성부(500), 및 수신 신호 처리부(310)로부터의 n개의 수직편파 신호(rx b1 내지 rx bn)와 제 2 위상 가중치 벡터 생성부(405)에서 생성된 n개의 위상 가중치 벡터(ω b1 내지 ω bn)를 합성하기 위한 제 2 위상 가중치 벡터 합성부(501)를 포함한다. 이때, 각 위상 가중치 벡터 합성부(500, 501)는 복수의 곱셈기와 하나의 덧셈기를 이용하여 구현할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 하향링크 중계신호의 중계 과정을 살펴보면, MIMO 도너 안테나(240)의 n배열 안테나를 통해 수신된 각 n개의 수평편파 및 수직편파 신호들은 안테나의 급전부(도면에 도시되지 않음)와 도 3에 도시된 수신 신호 처리부(310)의 n개의 도너 대역 통과 필터(311), n개의 저잡음 증폭부(312), n개의 하향 변환부(313) 및 n개의 아날로그/디지털(A/D) 변환부(314)를 통해 구분되어 처리되며, 각각 MIMO 경로 신호에 대응된다.
기지국 탐색부(320)에서는 수신 신호 처리부(310)에서 출력된 각 n개의 수평편파 및 수직편파 신호의 디지털 변환 신호 중 하나의 신호를 이용하여 수신된 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국들을 탐색하는데, 이때 일반적으로 무선 단말기에서 이루어지는 기지국 탐색 과정에 따라 수신된 기지국들의 아이디 등과 같은 정보를 이용하여 기지국들을 탐색할 수 있으며, 기지국 탐색 과정에서 신호 대 잡음비가 가장 좋은 기지국을 중계 대상 기지국으로 선택할 수 있다. 여기서, 기지국 탐색 과정에서 획득된 기지국들의 아이디로부터 기지국마다 다른 기준 신호를 생성할 수 있는데, 일반적으로 기준 신호는 MIMO 신호 경로의 채널 추정을 돕기 위해 기지국 MIMO 송신 안테나별로 다른 값을 부여하는데, 본 발명의 실시 예에서는 제 1 기준 신호, 제 2 기준 신호로 그 값을 구분하도록 한다.
도 4에 도시된 빔형성 제어부(330)의 제 1 기준신호 상관기(402)에서 각 MIMO 도너 안테나(240)로 수신된 n개의 수평편파 신호(400)와 탐색된 기지국 기준신호들 중 MIMO 신호의 수평편파에 대응하는 각 기지국들의 제 1 기준신호와의 n개의 상관 값을 생성하고, 제 1 위상 가중치 벡터 생성부(404)에서는 n개의 상관 값들로부터 탐색된 기지국들의 위상 벡터를 추정하고, 이로부터 중계 대상 기지국의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하며(이때, LMS 등의 적응 알고리즘을 사용할 수 있음), 동일한 방식으로 수직편파 신호(401)에 대해서도 제 2 기준신호 상관기(403)를 통해 각 기지국들의 제 2 기준신호와의 상관 값을 생성하고, 제 2 위상 가중치 벡터 생성부(405)에서는 수직편파 신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성한다. 상기 수신된 n개의 수평편파 및 수직편파 신호들과 상기 생성된 각 수신 경로에 해당하는 위상 가중치 벡터는 도 5에 도시된 바와 같이 합성되어 합성된 수평편파 신호, 합성된 수직편파 신호가 된다.
한편, 무선 중계 장치는 중계 대상 기지국과 LOS 환경일 경우가 많다. 따라서 MIMO 신호의 경로에 대응되는 합성된 수평편파 및 수직편파 신호는 하향링크 중계신호의 수신 과정 혹은 위상 합성 과정 중에 채널응답이 같거나 비슷할 경우 하향링크 중계신호로부터 무선 단말기가 MIMO 신호를 분리할 수 없으므로, 수평편파 합성신호의 채널응답과 수직편파 합성신호의 채널응답이 독립이 되는 위상 가중치 벡터 생성을 위해, 채널 추정부(407)에서는 위상 가중치 벡터 합성부(406)로부터의 수평편파 및 수직편파 합성신호의 채널응답 상관 값을 제 1 및 제 2 위상 가중치 벡터 생성부(404, 405)에 제공한다.
그리고 위상 가중치 벡터 합성부(406)의 출력 신호들은 MIMO 서비스 안테나(260)의 각각의 포트에 대응이 되며, 그에 따라 D/A 변환부(351), 상향 변환부(352), 증폭부(353), 및 서비스 대역 통과 필터(354)를 포함하여 각 포트에 대응하는 형태로 송신 신호 처리부(350)를 구현할 수 있다.
한편, MIMO 서비스 안테나(260)로부터 MIMO 도너 안테나(240)로 유입되는 귀환간섭신호 역시 그 크기와 위상이 상이하므로 적응형 간섭 제거부(340)와 같이 MIMO 신호 경로에 대응하도록 각각의 적응형 간섭 제거부를 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 동작 방법에 대한 흐름도로서, 그 구체적인 실시예는 전술한 바와 같으므로 여기서는 동작 절차만을 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, MIMO 도너 안테나(240)가 기지국으로부터 MIMO 신호를 수신한다(601).
이후, 빔형성 제어부(251)가 MIMO 도너 안테나(240)를 통해 수신된 중계신호에 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어한다(602).
이후, 간섭신호 제거부(252)가 MIMO 서비스 안테나(260)로부터 MIMO 도너 안테나(240)로 유입되는 귀환간섭신호를 예측하고 분석하여 적응적으로 귀환간섭신호를 제거한다(603).
이후, MIMO 서비스 안테나(260)가 서비스 영역의 무선 단말기로 MIMO 신호를 송신한다(604).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 장치의 동작 방법에 대한 흐름도로서, 그 구체적인 실시예는 전술한 바와 같으므로 여기서는 동작 절차만을 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, 수신 신호 처리부(310)가 하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리를 수행한다(701).
이후, 기지국 탐색부(320)가 수신 신호 처리부(310)로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택한다(702).
이후, 빔형성 제어부(330)가 수신 신호 처리부(310)로부터의 하향링크 중계신호로부터 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고 입사 방향 정보를 바탕으로 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성한다(703).
이때, 빔형성 제어부(330)는 수신 신호 처리부(310)로부터의 수평편파 또는 수직편파 신호로부터 탐색된 기지국의 위상 정보를 획득하는 과정, 상기 획득된 위상 정보로부터 탐색된 기지국의 위상 벡터를 추정하고, 추정된 위상 벡터로부터 중계 대상 기지국 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하는 과정, 및 수신 신호 처리부(310)로부터의 수평편파 및 수직편파 신호와 상기 생성된 위상 가중치 벡터를 합성하여 수평편파 합성신호와 수직편파 합성신호를 출력하는 과정을 수행하되, 상기 위상 가중치 벡터를 생성하는 과정은, 수평편파 합성신호와 수직편파 합성신호의 채널응답이 독립이 되도록 위상 가중치 벡터를 생성한다.
이후, 적응형 간섭 제거부(340)가 빔형성 제어부(330)로부터의 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거한다(704).
이후, 송신 신호 처리부(350)가 적응형 간섭 제거부(340)로부터의 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신한다(705).
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예는 귀환간섭 제거기능을 갖는 무선 중계 장치의 도너 안테나에 이중 편파 배열 안테나의 적용으로 디지털 빔형성을 통해 적응적으로 하향링크 중계신호에 혼재되어 있는 여러 기지국 신호 중 원하는 기지국 신호를 강화하고 간섭신호가 되는 중계 대상 이외의 기지국 신호를 억압하여 기지국 밀도가 높은 도심에서 중계 품질의 향상과 안정적인 서비스가 가능하며, 무선통신 시스템 등에 이용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
310 : 수신 신호 처리부 320 : 기지국 탐색부
330 : 빔형성 제어부 340 : 적응형 간섭 제거부
350 : 송신 신호 처리부

Claims (17)

  1. 무선 중계 시스템에 있어서,
    기지국과 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호를 송/수신하기 위한 MIMO 도너 안테나;
    상기 MIMO 도너 안테나로부터 수신된 중계신호에 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하기 위한 빔형성 제어부;
    MIMO 서비스 안테나로부터 상기 MIMO 도너 안테나로 유입되는 귀환간섭신호를 예측하고 분석하여 적응적으로 귀환간섭신호를 제거하기 위한 간섭신호 제거부; 및
    서비스 영역의 무선 단말기와 MIMO 신호를 송/수신하기 위한 상기 MIMO 서비스 안테나를 포함하되,
    상기 빔형성 제어부는,
    상기 MIMO 도너 안테나를 통하여 수신된 하향링크 중계신호로부터 중계 대상 기지국 신호를 추적하여, 중계 대상 기지국 신호가 강화되고 타 기지국 신호가 억압되도록 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하는, 무선 중계 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 MIMO 도너 안테나는,
    상기 기지국으로부터 MIMO 대응 수평편파 및 수직편파 신호를 수신하기 위한 복수 개의 이중 편파 배열 안테나를 포함하는 무선 중계 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 MIMO 도너 안테나와 상기 빔형성 제어부는 일체형으로 구현된, 무선 중계 시스템.
  4. 삭제
  5. 무선 중계 장치에 있어서,
    하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리하기 위한 수신 신호 처리부;
    상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택하기 위한 기지국 탐색부;
    상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고 상기 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하기 위한 빔형성 제어부;
    상기 빔형성 제어부로부터의 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거하기 위한 적응형 간섭 제거부; 및
    상기 적응형 간섭 제거부로부터의 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신하기 송신 신호 처리부
    를 포함하는 무선 중계 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수신 신호 처리부는,
    이중 편파 배열 안테나로부터 복수 개의 수평편파 및 수직편파 신호를 수신하여 대역 필터링, 저잡음 증폭, 하향 변환, 및 아날로그/디지털(A/D) 변환을 수행하는, 무선 중계 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 기지국 탐색부는,
    상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호에 혼재된 상기 기지국들을 탐색하고, 상기 탐색된 기지국들 중 신호 대 잡음비가 가장 큰 기지국을 상기 중계 대상 기지국으로 선택하는, 무선 중계 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 적응형 간섭 제거부는,
    하향링크 중계신호의 이득 및 위상 조절을 통해 하향링크 중계신호에 존재하는 귀환신호성분을 제거하는, 무선 중계 장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 적응형 간섭 제거부는,
    상기 빔형성 제어부로부터의 하향링크 중계신호(귀환간섭성분이 포함되어 있음)로부터 귀환간섭신호의 위상과 크기를 검출하여 갱신하기 위한 귀환간섭신호 검출부;
    상기 귀환간섭신호 검출부로부터 전달받은 귀환간섭신호의 위상과 크기를 이용하여 하향링크 중계신호 내에 포함되어 있는 귀환간섭신호의 역귀환간섭신호를 생성하기 위한 역귀환간섭신호 생성부; 및
    하향링크 중계신호와 상기 역귀환간섭신호 생성부에서 생성된 역귀환간섭신호를 합성하여 귀환간섭성분이 제거된 하향링크 중계신호를 상기 송신 신호 처리부로 전달하기 위한 귀환간섭신호 제거부
    를 포함하는 무선 중계 장치.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 적응형 간섭 제거부는,
    상기 빔형성 제어부에서 합성된 수평편파 신호로부터 귀환간섭신호를 검출하여 제거하기 위한 제 1 적응형 간섭 제거부; 및
    상기 빔형성 제어부에서 합성된 수직편파 신호로부터 귀환간섭신호를 검출하여 제거하기 위한 제 2 적응형 간섭 제거부
    를 포함하는 무선 중계 장치.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 송신 신호 처리부는,
    상기 적응형 간섭 제거부에서 귀환간섭성분이 제거된 수평편파 및 수직편파 신호에 대해 디지털/아날로그(D/A) 변환, 상향 변환, 증폭, 및 대역 필터링을 수행하는, 무선 중계 장치.
  12. 제 5항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔형성 제어부는,
    상기 수신 신호 처리부로부터의 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국 탐색부에서 탐색된 모든 기지국들의 입사 방향 정보를 획득하고, 상기 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 기지국 탐색부에서 선택된 상기 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하는, 무선 중계 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 빔형성 제어부는,
    상기 수신 신호 처리부로부터의 수평편파 신호를 수집하기 위한 수평편파 수집부;
    상기 수평편파 수집부로부터의 수평편파 신호와 수평편파에 대응하는 제 1 기준신호와의 상관 값을 생성하기 위한 제 1 기준신호 상관기;
    상기 제 1 기준신호 상관기로부터의 상관 값으로부터 상기 탐색된 기지국의 제 1 위상 벡터를 추정하고, 상기 추정된 제 1 위상 벡터로부터 상기 중계 대상 기지국의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하기 위한 제 1 위상 가중치 벡터 생성부;
    상기 수신 신호 처리부로부터의 수직편파 신호를 수집하기 위한 수직편파 수집부;
    상기 수직편파 수집부로부터의 수직편파 신호와 수직편파에 대응하는 제 2 기준신호와의 상관 값을 생성하기 위한 제 2 기준신호 상관기;
    상기 제 2 기준신호 상관기로부터의 상관 값으로부터 상기 탐색된 기지국의 제 2 위상 벡터를 추정하고, 상기 추정된 제 2 위상 벡터로부터 상기 중계 대상 기지국의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하기 위한 제 2 위상 가중치 벡터 생성부;
    상기 수신 신호 처리부로부터의 수평편파 및 수직편파 신호와 상기 제 1 및 제 2 위상 가중치 벡터 생성부에서 생성된 위상 가중치 벡터를 합성하기 위한 위상 가중치 벡터 합성부; 및
    수평편파 합성신호의 채널응답과 수직편파 합성신호의 채널응답이 독립이 되는 위상 가중치 벡터를 생성하도록 하기 위해, 상기 위상 가중치 벡터 합성부에서 출력되는 수평편파 및 수직편파 합성신호의 채널응답 상관 값을 상기 제 1 및 제 2 위상 가중치 벡터 생성부에 제공하는 채널 추정부
    를 포함하는 무선 중계 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 위상 가중치 벡터 합성부는,
    상기 수신 신호 처리부로부터의 복수 개의 수평편파 신호와 상기 제 1 위상 가중치 벡터 생성부에서 생성된 복수 개의 위상 가중치 벡터를 합성하기 위한 제 1 위상 가중치 벡터 합성부; 및
    상기 수신 신호 처리부로부터의 복수 개의 수직편파 신호와 상기 제 2 위상 가중치 벡터 생성부에서 생성된 복수 개의 위상 가중치 벡터를 합성하기 위한 제 2 위상 가중치 벡터 합성부
    를 포함하는 무선 중계 장치.
  15. 무선 중계 시스템의 동작 방법에 있어서,
    기지국으로부터 MIMO 신호(중계신호)를 수신하는 단계;
    상기 수신된 중계신호에 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하는 단계;
    상기 수신된 중계신호에 유입된 귀환간섭신호를 예측하고 분석하여 적응적으로 귀환간섭신호를 제거하는 단계; 및
    서비스 영역의 무선 단말기로 MIMO 신호를 송신하는 단계를 포함하되,
    상기 빔형성을 제어하는 단계는,
    상기 수신된 중계신호로부터 중계 대상 기지국 신호를 추적하여, 중계 대상 기지국 신호가 강화되고 타 기지국 신호가 억압되도록 적응적으로 위상 가중치를 적용하여 빔형성을 제어하는, 무선 중계 시스템의 동작 방법.
  16. 무선 중계 장치의 동작 방법에 있어서,
    하향링크 중계신호를 수신하여 신호 처리를 수행하는 단계;
    상기 신호 처리된 하향링크 중계신호에 혼재된 기지국을 탐색하여 중계 대상 기지국을 선택하는 단계;
    상기 신호 처리된 하향링크 중계신호로부터 상기 기지국의 입사 방향 정보를 획득하고, 상기 획득된 입사 방향 정보를 바탕으로 상기 중계 대상 기지국의 하향링크 중계신호에 대한 위상 가중치 벡터를 생성하여 합성하는 빔형성 제어 단계;
    상기 위상 가중치 벡터가 합성된 하향링크 중계신호에 포함된 귀환간섭신호를 제거하는 단계; 및
    상기 귀환간섭신호가 제거된 하향링크 중계신호를 신호 처리하여 송신하는 단계
    를 포함하는 무선 중계 장치의 동작 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 빔형성 제어 단계는,
    수평편파 또는 수직편파 신호로부터 상기 탐색된 기지국의 위상 정보를 획득하는 과정;
    상기 획득된 위상 정보로부터 상기 탐색된 기지국의 위상 벡터를 추정하고, 상기 추정된 위상 벡터로부터 중계 대상 기지국 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하는 과정; 및
    상기 수평편파 및 수직편파 신호와 상기 생성된 위상 가중치 벡터를 합성하여 수평편파 및 수직편파 합성신호를 출력하는 과정을 포함하되,
    상기 위상 가중치 벡터를 생성하는 과정은,
    상기 수평편파 및 수직편파 합성신호의 채널응답이 독립이 되도록 위상 가중치 벡터를 생성하는, 무선 중계 장치의 동작 방법.
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