KR101546852B1 - Device for beam forming to reduce the interference between adjacent beams and methord for beam forming using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 빔 형성 방법은 빔 형성 장치가 빔을 형성하는 방법에서, 데이터를 변조시켜 심볼을 형성하는 단계, 형성된 상기 심볼에 확산코드를 적용하여 전송심볼을 형성하는 단계, 그리고 상기 전송심볼 별로 전송 안테나를 임의적으로 변경하여 빔을 형성하는 단계를 포함한다.A beam forming method according to the present invention is a beam forming method for forming a beam, comprising the steps of: forming a symbol by modulating data; applying a spreading code to the formed symbol to form a transmission symbol; And modifying the transmit antenna arbitrarily to form a beam.
Description
본 발명은 빔 형성 장치 및 이를 이용한 빔 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a beam forming apparatus and a beam forming method using the beam forming apparatus.
선형 배열 안테나를 통한 빔 형성 기술(Linear array beamforming)은 신호를 전송 혹은 수신할 때 수신신호의 신호대잡음비(SNR)을 높게 하여 에러 확률이나 채널 용량의 성능을 향상시키는 기법이다. Linear array beamforming with linear array antenna improves the error probability and channel capacity by increasing the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal when transmitting or receiving a signal.
전송 안테나가 여러 개인 경우, 하나의 심볼을 전송하고자 할 때 다중의 전송 안테나를 사용하기 때문에, 여러 개의 같은 신호가 각각의 전송 안테나에서 전송되게 되고, 이 신호들이 각 채널을 통과 후 수신 안테나에서 수신될 때 하나로 합쳐지게 된다. 이 경우 각 신호의 합이 크게 되도록 전송 단에서 각 위상차이를 변경하여 전송하면 수신 시 신호대 잡음비를 높게 할 수 있다.When multiple transmit antennas are used, multiple transmit antennas are used to transmit one symbol, so that several identical signals are transmitted from the respective transmit antennas. After these signals pass through the respective channels, They will be merged into one. In this case, the signal-to-noise ratio at the time of reception can be increased by changing the phase difference at the transmission end so that the sum of the respective signals becomes larger.
이때, 빔 형성 기술은 사용자의 위치가 서로 먼 경우에는 간섭이 적지만, 사용자의 위치가 가까워 서로의 빔들이 겹칠 경우 간섭으로 인하여 시스템 성능에 큰 악영향을 끼치게 되는 문제가 있다.In this case, the beam forming technique has a problem that interference is small when the user's position is different, but the system performance is adversely affected due to the interference when the beams are overlapped with each other due to the user's close position.
본 발명은 간섭을 최소화할 수 있는 빔 형성 장치 및 이를 이용한 빔 형성 방법을 제안하고자 한다.The present invention proposes a beam forming apparatus capable of minimizing interference and a beam forming method using the beam forming apparatus.
본 발명의 일 양태에 따른 빔 형성 방법은 빔 형성 장치가 빔을 형성하는 방법에서, 데이터를 변조시켜 심볼을 형성하는 단계, 형성된 상기 심볼에 확산코드를 적용하여 전송심볼을 형성하는 단계, 그리고 상기 전송심볼 별로 전송 안테나를 임의적으로 변경하여 빔을 형성하는 단계를 포함한다.A method for forming a beam according to an aspect of the present invention includes the steps of modulating data to form a symbol in a beam forming apparatus forming a beam, forming a transmission symbol by applying a spreading code to the formed symbol, And forming a beam by arbitrarily changing a transmission antenna for each transmission symbol.
상기 전송심볼을 형성하는 단계는, 상기 심볼 별로 서로 다른 확산코드를 적용하여 상기 전송심볼을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the transmission symbol may include forming the transmission symbol by applying different spreading codes to each symbol.
상기 빔을 형성하는 단계는, 상기 전송심볼 별로 스위칭하여 전송 안테나를 선택하는 단계, 그리고 상기 전송심볼의 위상을 변환하여 상기 선택된 안테나 별로 빔을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the beam may include switching transmit antennas by selecting one of the transmit antennas and transforming the phase of the transmit symbol to form a beam for each of the selected antennas.
본 발명의 일 양태에 따른 빔 형성 장치는, 심볼 별로 확산코드를 적용하여 전송심볼을 형성하는 전송심볼 형성부, 그리고 형성된 상기 전송심볼 별로 서로 다른 안테나를 임의적으로 선택하여 빔을 형성하는 빔 형성부를 포함한다.A beam forming apparatus according to an aspect of the present invention includes a transmission symbol forming unit for forming a transmission symbol by applying a spreading code for each symbol, and a beam forming unit for forming a beam by arbitrarily selecting different antennas for each transmission symbol .
상기 전송심볼 형성부는, 데이터를 변조시켜 상기 심볼을 형성하는 심볼 형성부, 그리고 형성된 상기 심볼 마다 확산코드를 적용하여 상기 전송심볼을 형성하는 확산코드 적용부를 포함할 수 있다.The transmission symbol forming unit may include a symbol forming unit that modulates the data to form the symbol, and a spreading code applying unit that applies the spreading code to each symbol to form the transmission symbol.
상기 빔 형성부는, 상기 전송심볼 별로 스위칭하여 전송 안테나를 선택하는 스위칭부, 상기 전송심볼의 위상을 변환하는 위상 변환기, 그리고 신호를 송출하는 복수의 전송 안테나를 포함할 수 있다.The beam forming unit may include a switching unit for selecting a transmission antenna by switching for each transmission symbol, a phase converter for converting a phase of the transmission symbol, and a plurality of transmission antennas for transmitting a signal.
상기 빔 형성부는, 수신 안테나의 개수에 따라 전송 안테나의 개수를 임의적으로 선택하여 빔을 형성하고, 각각의 수신 안테나 마다 동일한 개수의 전송 안테나로 빔을 형성할 수 있다.The beamformer may form a beam by arbitrarily selecting the number of transmit antennas according to the number of receive antennas, and may form beams with the same number of transmit antennas for each receive antenna.
본 발명에 따르면, 확산이득이 작은 확산 코드를 사용하고, 전송 안테나를 임의적으로 선택하여 빔을 형성함으로써, 여러 명의 사용자에게 동시에 신호를 전송할 때에 간섭을 완화할 수 있는 환경을 제공한다.According to the present invention, a spreading code having a small spreading gain is used, and a transmission antenna is arbitrarily selected to form a beam, thereby providing an environment in which interference can be alleviated when signals are simultaneously transmitted to a plurality of users.
도 1는 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 전송심볼 별로 확산코드를 적용하여 빔을 형성하는 빔 형성 장치를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 전송단과 수신단의 각도에 따라서 위상 차이가 발생하는 예를 도시한 도면이다.
도 4는 심볼에 확산 코드를 적용하여 전송심볼을 형성하는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 고정된 전송 안테나로 빔을 형성한 전송 각도에 따른 빔 패턴을 도시한 도면이다.
도 6은 전송 안테나를 바꿔주면서 빔을 형성한 형성한 전송 각도에 따른 빔 패턴을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치가 빔을 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 일정한 사용자 수가 존재 시 서로 다른 안테나 선택방법을 사용하였을 때 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a beam forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating a beam forming apparatus for forming beams according to an embodiment of the present invention by applying a spreading code to each transmission symbol.
3 is a diagram showing an example in which a phase difference occurs according to an angle between a transmitting end and a receiving end.
4 is a diagram illustrating an example of forming a transmission symbol by applying a spreading code to a symbol.
5 is a diagram illustrating a beam pattern according to a transmission angle in which a beam is formed by a fixed transmission antenna.
6 is a view showing a beam pattern according to a formed transmission angle obtained by forming a beam while changing a transmission antenna.
7 is a view illustrating a process of forming a beam by a beam forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing simulation results when different antenna selection methods are used in the presence of a certain number of users.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.
이제 도 1 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치 및 이를 이용한 빔 형성 방법에 대하여 상세하게 설명한다.A beam forming apparatus and a beam forming method using the same according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
도 1는 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치를 간략히 도시한 도면이다. 이때, 빔 형성 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다. 1 is a view schematically showing a beam forming apparatus according to an embodiment of the present invention. At this time, the
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 빔을 형성해 복수의 사용자 또는 수신 안테나에 동시에 신호를 전송할 수 있는 장치로서, 전송심볼 형성부(110), 빔 형성부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a
전송심볼 형성부(110)는 데이터를 변조시켜 심볼을 형성하고, 각각의 심볼 별로 확산코드를 적용하여 전송심볼을 형성한다.The transmission
그리고, 전송심볼 형성부(110)는 본 발명의 한 실시예에 따라 심볼 형성부(112) 및 확산코드 적용부(114)를 포함한다.The transmission
심볼 형성부(112)는 전송하고자 하는 데이터를 변조기를 통해 변조시켜 심볼을 형성한다. The
확산코드 적용부(114)는 심볼 형성부(102)에서 형성된 심볼마다 확산코드를 적용하는 전송심볼을 형성한다. 이때, 확산코드 적용부(114)는 주파수에 대한 낭비를 최소화할 수 있도록 확산이득이 작은 확산코드를 적용한다. The spreading
여기서, 확산이득은 전송신호를 주파수 대역이 확산코드에 의해서 확산되는 정도를 나타내며, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 확산이득이 작은 확산코드를 사용하여 서로 다른 사용자간의 간섭을 완화한다.Here, the spreading gain represents the degree to which the frequency band of the transmission signal is spread by the spreading code, and the
빔 형성부(120)는 전송심볼 별로 스위칭하여 서로 다른 전송 안테나를 선택하고, 전송심볼의 위상을 변환하여 빔을 형성한다. 이때, 빔 형성부(120)는 사용자의 수에 따라서 각 사용자 신호를 전송하는 전송 안테나를 임의적으로 선택하여 빔을 형성한다.The
그리고, 빔 형성부(120)는 본 발명의 한 실시예에 따라 스위칭부(122), 위상변환기(124) 및 빔 송출부(126)를 포함한다.The
스위칭부(122)는 전송심볼 별로 스위칭하여 빔을 형성할 전송 안테나를 선택한다. The
위상변환기(124)는 전송심볼의 위상을 변환한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 위상변환기(124)를 통해 전송심볼의 위상을 돌려서 신호를 전송함으로써, 수신 안테나가 같은 위상의 신호를 수신하게 하여 신호대잡음비(SNR)을 높일 수 있다.The
빔 송출부(126)는 빔을 형성하고, 형성된 빔을 송출한다. 빔 송출부(126)는 적어도 하나 이상의 수신 안테나로 형성된 빔을 송출하는 복수의 전송 안테나를 포함한다.The
제어부(130)는 전송심볼 형성부(110) 및 빔 형성부(120)의 동작이 원활하게 동작하도록 제어한다. 제어부(130)는 전송심볼 형성부(110)가 심볼마다 확산코드를 적용하도록 제어하고, 빔 형성부(120)가 수신 안테나 별로 동일한 개수의 전송 안테나를 선택하도록 제어한다.The
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 전송심볼 별로 확산코드를 적용하여 빔을 형성하는 빔 형성 장치를 구체적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view illustrating a beam forming apparatus for forming beams according to an embodiment of the present invention by applying a spreading code to each transmission symbol.
우선, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 위상변환기(124)가 많아질 경우 하드웨어가 복잡해지기 때문에 저복잡도를 고려하여 하나의 전송 안테나에 하나의 위상변환기(124)만을 가진 장치를 고려한다. 또한, 이하 일 실시예에 따른 설명에서는 여러 명의 사용자(예를 들어, K 명의 사용자)에게 동시에 신호를 전송하는 경우를 가정한다. 그리고, 빔 송출부(136)에는 N(=KM)개의 안테나가 있는 다중 입력 단일 출력(MISO) 채널을 고려한다. In the
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 하나의 전송 안테나에 하나의 위상변환기(124)가 이용되므로, 여러 명의 사용자에게 동시에 빔형성 기법을 사용하기 위해서는 전송 안테나는 각 사용자를 위해서 상호 배타적으로 할당된다. In the
이때, 안테나 선택에 대한 문제가 발생한다. 최적의 안테나를 선택하는 방법은 안테나 수가 많고 채널이 자주 바뀌는 채널에서 그 조합을 많고 채널 바뀔 때마다 계속 수행해야 하기 때문에 복잡도 너무 크다. At this time, there arises a problem in antenna selection. The complexity of selecting the best antenna is too high because the number of antennas is large and the channel is frequently changed.
따라서, 가장 간단한 안테나 선택방법은 첫 번째 사용자에게 처음 M 개의 안테나를 사용하고, 그 다음 사용자에게는 그 다음 M 개를 사용하는 식의 고정된 방법을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 이러한 선택 방법을 고정적으로 하는 것보다 임의적(Random)으로 계속 변경시켜 줌으로써 더 큰 이득을 가진다.Thus, the simplest antenna selection method can use a fixed method of using the first M antennas for the first user and then using the next M for the next user. However, the
도 2를 참고하면, mk는 사용자 k에게 보내려는 데이터 (0혹은 1의 스트림)이고, sk는 mk에 따라 변환된 심볼이다. 그리고, c(k)는 사용자 k에게 할당된 확산코드이다. 그리고, fc는 반송파의 주파수(carrier frequency)이다.Referring to FIG. 2, m k is data (stream of 0 or 1) to be sent to user k, and s k is a symbol transformed according to m k . And c (k) is a spreading code assigned to user k. And f c is the carrier frequency of the carrier.
스위칭부(122)는 무선 선택(RF selection)에 따른 스위칭을 통하여 각 사용자마다 사용하는 전송 안테나를 변경하여 준다. 이를 통해 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 임의적인(random) 안테나 선택(안테나 선택 시 매 전송심볼마다 선택을 변경)을 이용하여 근접한 빔 간의 간섭을 완화한다. 그리고, 빔 형성 장치(100)는 전송 안테나를 변경하는 것 만으로는 통신이 가능할 만큼 간섭을 제거할 수 없기 때문에, 확산이득이 작은(또는 길이가 짧은) 확산코드를 이용해 간섭을 최소화한다.The
도 3은 전송단과 수신단의 각도에 따라서 위상 차이가 발생하는 예를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing an example in which a phase difference occurs according to an angle between a transmitting end and a receiving end.
위상변환기(124)는 수신 안테나의 신호 수신 시에 신호대잡음비를 줄이기 위해서 전송 신호의 위상을 돌려주어야 하는데, 각 전송 안테나마다 위상을 얼마나 돌려야 하는지 정해야 한다. The
먼저, 선형으로 배열된 전송 안테나를 가정하고 가시선(LOS)만을 고려하면, 전송 안테나와 전송 신호가 이루는 각에 의해서 전송 신호의 거리 차이가 발생하게 되고, 이는 위상차이로 직결되게 된다. First, assuming a linearly arranged transmit antenna and considering only the line of sight (LOS), a distance difference of a transmission signal occurs due to an angle formed between a transmission antenna and a transmission signal, which is directly connected to a phase difference.
여기서, 도 3은 각도에 따라서 발생하는 거리의 차이를 나타낸다. 이러한 채널에서 각 전송 안테나마다 채널 감쇄는 거의 같기 때문에 이는 모두 1로 가정할 수 있고, 각도에 따라서 위상 차이가 나는 채널을 생성할 수 있다.Here, FIG. 3 shows the difference in distance that occurs along the angle. Since the channel attenuation is almost the same for each transmit antenna in this channel, it can be assumed to be 1, and a channel having a phase difference according to the angle can be generated.
위의 각 거리 차이에 따라서 위상 차이를 표현하면, 채널은 다음의 수학식 1과 같다.If the phase difference is represented by the above-mentioned distance difference, the channel is expressed by the following equation (1).
여기에서 φ는 전송 안테나와 전송 신호가 이루는 방향을 의미하고, d는 전송 안테나 사이의 거리, λ는 파장을 의미한다. 마지막으로 N은 전송 안테나의 개수이다. Here, φ denotes the direction in which the transmission antenna and the transmission signal are formed, d denotes the distance between the transmission antennas, and λ denotes the wavelength. Finally, N is the number of transmit antennas.
그리고, 채널을 통과한 신호는 채널이 정해졌기 때문에 다음의 수학식 2와 같다. Since the channel passing through the channel is determined, the following
여기에서 h(φ)는 송신단과 φ각도를 이루는 채널이고, x는 전송신호로 N×1 열 벡터(column vector)이고, w는 빔포밍 벡터(Beamforming vector)로 N×1의 열 벡터이다. 여기서, 빔포밍 벡터는 각 안테나마다 그대로 같은 신호를 전송하는게 아니라, 위상을 변화하여 전송하기 때문에 이를 나타내는 벡터이다. 그리고, s는 전송심볼을 나타내고, v는 잡음을 나타낸다. Where h (φ) is the channel that forms the angle φ with the transmitter, x is the N × 1 column vector as the transmission signal, and w is the N × 1 column vector as the beamforming vector. Here, the beamforming vector is not a same signal for each antenna but is a vector representing the phase of the beamforming vector because the beamforming vector is transmitted. S denotes a transmission symbol, and v denotes noise.
이때, XT는 트랜스포즈(transpose)이고, XH는 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타낸다. 예를 들어, 
그리고, 빔포밍 벡터는 각 안테나가 가진 채널의 위상 차이를 보상해주기 위해서 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.The beamforming vector can be expressed as Equation (3) below to compensate for the phase difference of the channel of each antenna.
이러한 경우 우리가 전송하고자 하는 각도에 대해서는 수신 신호가 크게 되고 그 외의 부분에서는 작게 된다. In this case, the received signal is larger for the angle we want to transmit, and smaller for the other parts.
도 4는 심볼에 확산 코드를 적용하여 전송심볼을 형성하는 예를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of forming a transmission symbol by applying a spreading code to a symbol.
아래 도 5에서와 같이, 빔 패턴(beam pattern)의 경우, 우리가 원하는 방향으로는 신호가 크게 수신되지만, 그 외의 지역에서는 신호가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 메인 빔(Main beam)은 신호의 크기가 제일 큰 부분을 나타내고, 그 외의 부분은 사이드 빔(side beam)이 된다. As shown in FIG. 5 below, in the case of the beam pattern, it is confirmed that the signal is largely received in the direction desired by us, but the signal is reduced in the other region. The main beam represents a portion having the largest signal intensity, and the other portion is a side beam.
사이드 빔은 그 수신 신호가 작기 때문에 간섭의 영향이 작다. 하지만, 만약 사용자 또는 수신 안테나의 위치가 가까워 서로의 메인 빔이 겹칠 경우, 간섭으로 인하여 시스템 성능에 큰 악영향을 끼치게 된다. Since the received signal of the side beam is small, the influence of the interference is small. However, if the position of the user or the receiving antenna is close to each other and the main beams overlap each other, the interference will greatly affect system performance.
본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 확산코드를 이용하여 메인 빔이 겹치더라도 간섭의 영향을 없앨 수 있도록 한다. 이때, 확산코드는 1과 -1로 이루어진 하나의 시퀀스(sequence)로, 같은 확산코드를 곱했을 경우에는 큰 값을 가지지만 다른 코드를 곱했을 경우 그 상호 상관 값(cross correlation)이 낮아지게 된다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 이러한 방식으로 서로 다른 사용자간의 간섭의 영향을 완화할 수 있다. The
그리고, 보통 확산코드의 길이가 길수록 상호 상관 값이 작아지고 더 많은 코드가 생겨 많은 사용자를 사용할 수 있어 좋지만, 이는 하드웨어적으로 복잡도가 증가하는 문제가 발생한다. The longer the length of the spreading code is, the smaller the cross-correlation value is, and the more code is generated, so that a larger number of users can be used. However, this causes hardware complexity to increase.
왜냐하면, 한 심볼 타임이 존재할 때 이를 확산코드를 이용해서 확산시켜주는 것은 하나의 심볼 타임을 확산 코드의 길이만큼 나눠주고, 그 각각은 심볼에 1혹은 -1이 곱해진 역할이 되기 때문이다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 확산 이득이 작거나 길이가 짧은 확산 코드를 이용하여 이러한 문제를 해결한다.This is because, when one symbol time exists, spreading it using spreading codes divides one symbol time by the length of the spreading code, and each of the symbols is multiplied by 1 or -1. Accordingly, the
이제 도 5 및 도 6을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)가 전송 안테나가 고정된 경우의 빔 패턴과 전송 안테나를 임의적으로 바꿔준 경우의 빔 패턴을 상세히 설명한다.Now, referring to FIGS. 5 and 6, the beam pattern when the
도 5는 고정된 전송 안테나로 빔을 형성한 전송 각도에 따른 빔 패턴을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a beam pattern according to a transmission angle in which a beam is formed by a fixed transmission antenna.
도 5는 수신 안테나의 위치, 즉 전송 신호를 송출하는 각도에 따라서 수신신호의 크기가 어떻게 되는지를 보여주는 것을 빔 패턴(beam pattern)을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 전송하는 각도(target angle)가 정해져 있을 때, 수신되는 위치가 달라지면서 빔 패턴이 어떻게 되는지를 나타낸다.FIG. 5 shows a beam pattern showing how the magnitude of a received signal varies depending on the position of a receiving antenna, that is, the angle at which a transmitting signal is transmitted. Referring to FIG. 5, when a target angle is determined, the position of a received beam is changed to show how a beam pattern is formed.
도 6은 전송 안테나를 바꿔주면서 빔을 형성한 형성한 전송 각도에 따른 빔 패턴을 도시한 도면이다.6 is a view showing a beam pattern according to a formed transmission angle obtained by forming a beam while changing a transmission antenna.
도 6을 참조하면, 빔 형성 시에 전송 안테나를 임의적으로 선택하여 계속 바꿔줄 경우이며, 이때의 빔 패턴은 일정한 모양을 이루는게 아니라 계속 변하게 된다. 따라서, 도 5에서와 같이 안테나 선택을 고정된 방법으로 이용할 경우와 도 6에서와 같이 안테나 선택을 계속 바꿔 줄 경우 평균 빔 패턴(average beam pattern)을 비교할 수 있다.Referring to FIG. 6, in the case of selecting a transmission antenna arbitrarily at the time of beam formation and continuously changing the beam pattern, the beam pattern at this time does not have a constant shape but continuously changes. Therefore, as shown in FIG. 5, when the antenna selection is used in a fixed manner and when the antenna selection is continuously changed as in FIG. 6, the average beam pattern can be compared.
위의 결과를 보면 기본적으로 도 6과 같이 임의적으로 전송 안테나를 계속 선택해주는 경우에, 빔 폭이 줄어든 것을 확인 할 수 있다. 이와 같이, 빔 형성은 기본적으로 사이드 빔 즉, 원치 않는 방향은 간섭을 완화하는 효과를 가지고 있기 때문에, 메인 빔이 겹치는 가까운 위치의 간섭을 줄이는데 효과적이다. 그리고, 빔 폭을 줄이는 것은 간섭 완화에 이득을 갖는다. From the above results, it can be confirmed that the beam width is reduced when the transmission antenna is arbitrarily selected as shown in FIG. As described above, since the beam forming basically has the effect of mitigating the interference of the side beam, that is, the unwanted direction, it is effective to reduce the interference at the near position where the main beam overlaps. And reducing the beam width has the benefit of interference mitigation.
그리고, 각 사용자에게 사용되는 빔포밍 벡터는 사용자인 수신 안테나와의 각도를 알게 되면, 이를 구성 할 수 있다. 하지만, 여기서 각 사용자마다 총 M 개의 안테나만 사용되기 때문에 빔포밍 벡터는 다음의 수학식 4와 같다.The beamforming vector used for each user can be configured by knowing the angle with respect to the user's receiving antenna. However, since only a total of M antennas are used for each user, the beamforming vector is expressed by Equation (4).
여기서 wk는 사용자 k를 위한 빔포밍 벡터를 의미하고, wk(m)은 wk의 m번째 원소이다. Ωk는 사용자 k를 위한 선택된 안테나 집합을 의미한다. 이 경우 임의적으로 선택을 바꿔줄 경우에는 모든 전송 안테나가 선택될 확률이 모두 같은 균등 분포(uniform distribution)를 갖도록 한다.Where w k means the beamforming vector for user k, and w k (m) is the m th element of w k . Ω k denotes the selected antenna set for user k. In this case, if the selection is changed arbitrarily, the probability that all the transmit antennas are selected has the same uniform distribution.
그리고, 위 수학식 4에서 사용자 k의 수신신호는 다음의 수학식 5와 같다.In Equation (4), the received signal of user k is expressed by Equation (5).
여기서, ｌ은 각 칩(chip)에 해당하는 타임 인덱스(time index)이고, L은 확산코드 길이이다. 그리고, φk는 사용자 k와 전송단이 이루는 각도이고, 이에 따라서 사용자 k와의 채널은 h(φk)로 표현된다. 또한, x[l]은 전송신호가 되고, v[l]은 잡음을 의미한다. Here, l is a time index corresponding to each chip, and L is a spread code length. And, φ k is the angle between the user k and the transmission end, and thus the channel with the user k is expressed as h (φ k ). Also, x [l] is the transmission signal and v [l] is the noise.
그리고, 전송신호 x[l]은 빔포밍 벡터 wk와 보내려는 신호 xk[l]가 곱해진 형태로 표현되고, 이는 다중 사용자를 지원하므로 가중(summation) 형태가 된다. 또한, 보내려는 신호는 확산코드를 이용했기 때문에 확산코드 c(k)[l]과 심볼 sk가 곱해진 형태로 나타낸다. Then, the transmission signal x [l] is represented by multiplying the beamforming vector w k by the signal x k [l] to be transmitted, and this is a summation form since it supports multiple users. Since the signal to be transmitted is a spreading code, the spreading code c (k) [l] is multiplied by the symbol s k .
이제 도 7을 참고하여 빔 형성 장치가 빔을 형성하는 과정을 상세히 설명한다.Now, the process of forming a beam by the beam forming apparatus will be described in detail with reference to FIG.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치가 빔을 형성하는 과정을 도시한 도면이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 및 도 2의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.7 is a view illustrating a process of forming a beam by a beam forming apparatus according to an embodiment of the present invention. At this time, the following flow chart will be described using the same reference numerals in conjunction with the configurations of FIG. 1 and FIG.
도 7을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 전송심볼 형성부(110)가 데이터를 변조시켜 심볼을 형성한다(S100). Referring to FIG. 7, in a
그리고, 전송심볼 형성부(110)는 형성된 심볼에 확산이득이 작거나 길이가 짧은 확산코드를 적용하여 전송심볼을 형성한다(S110). The transmission
빔 형성 장치(100)는 빔 형성부(120)를 통해 전송심볼 별로 스위칭하여 안테나를 선택한다(S120). The
그리고, 빔 형성부(120)는 전송심볼의 위상을 변환하고, 선택된 안테나 별로 빔을 형성한다(S130). 이때, 빔 형성부(120)는 수신 안테나의 개수에 따라 전송 안테나의 개수를 임의적으로 선택하여 빔을 형성하고, 각각의 수신 안테나에 동일한 개수의 전송 안테나로 빔을 형성한다.Then, the
도 8은 일정한 사용자 수가 존재 시 서로 다른 안테나 선택방법을 사용하였을 때 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing simulation results when different antenna selection methods are used in the presence of a certain number of users.
도 8을 참조하면, 다섯 명의 사용자가 존재할 경우, a) 확산코드를 사용하며 기존과 같이 고정된 전송안테나로 빔을 형성한 경우와 b)확산코드를 사용하며 전송 안테나의 선택을 계속 바꿔 빔을 형성했을 경우 SNR에 따른 BER그래프이다. 전체 전송 안테나는 30개, 확산코드의 상호 상관 값은 1/7값을 갖는다 것을 고려한다. Referring to FIG. 8, if there are five users, a) spreading codes are used and a beam is formed with a fixed transmission antenna, and b) spreading codes are used and transmission antennas are continuously selected. The BER graph according to the SNR. It is considered that the total transmission antennas are 30, and the cross-correlation value of the spreading code is 1/7.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 전송 안테나를임의적으로 선택하고, 확산이득이 작은 확산 코드를 사용하여 빔을 형성함으로써, 여러명의 사용자에게 동시에 신호를 전송할 때에 간섭을 완화할 수 있는 환경을 제공한다.As described above, the
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Such a recording medium can be executed not only on a server but also on a user terminal.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
100: 빔 형성 장치 110: 전송심볼 형성부
120: 빔 형성부 130: 제어부100: beam forming apparatus 110: transmission symbol forming section
120: beam forming unit 130:
Claims (7)
데이터를 변조시켜 심볼을 형성하는 단계,
형성된 상기 심볼에 확산코드를 적용하여 전송심볼을 형성하는 단계, 그리고
상기 전송심볼 별로 전송 안테나를 임의적으로 변경하여 빔을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 빔을 형성하는 단계는,
상기 전송심볼 별로 스위칭하여 전송 안테나를 선택하는 단계, 그리고
상기 전송심볼의 위상을 변환하여 상기 선택된 안테나 별로 빔을 형성하는 단계
를 포함하는 빔 형성 방법.In a method in which a beam forming apparatus forms a beam,
Modulating the data to form a symbol,
Applying spreading codes to the formed symbols to form transmission symbols, and
Forming a beam by arbitrarily changing a transmission antenna for each transmission symbol
/ RTI >
Wherein forming the beam comprises:
Selecting transmission antennas by switching for each transmission symbol, and
Converting a phase of the transmission symbol to form a beam for each of the selected antennas
≪ / RTI >
상기 전송심볼을 형성하는 단계는,
상기 심볼 별로 서로 다른 확산코드를 적용하여 상기 전송심볼을 형성하는 단계를 포함하는 빔 형성 방법.The method of claim 1,
Wherein forming the transmit symbol comprises:
And forming the transmission symbols by applying different spreading codes for each of the symbols.
형성된 상기 전송심볼 별로 서로 다른 안테나를 임의적으로 선택하여 빔을 형성하는 빔 형성부
를 포함하며,
상기 빔 형성부는,
상기 전송심볼 별로 스위칭하여 전송 안테나를 선택하는 스위칭부,
상기 전송심볼의 위상을 변환하는 위상 변환기, 그리고
신호를 송출하는 복수의 전송 안테나
를 포함하는 빔 형성 장치.A transmission symbol forming unit for forming transmission symbols by applying spreading codes to each symbol, and
A beam forming unit for forming a beam by arbitrarily selecting different antennas for each transmission symbol formed;
/ RTI >
The beam-
A switching unit for selecting a transmission antenna by switching for each transmission symbol,
A phase shifter for transforming the phase of the transmission symbol, and
A plurality of transmission antennas
≪ / RTI >
상기 전송심볼 형성부는,
데이터를 변조시켜 상기 심볼을 형성하는 심볼 형성부, 그리고
형성된 상기 심볼 마다 확산코드를 적용하여 상기 전송심볼을 형성하는 확산코드 적용부
를 포함하는 빔 형성 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the transmission symbol forming unit comprises:
A symbol forming unit for modulating data to form the symbol, and
And a spreading code application unit for applying the spreading code to each symbol to form the transmission symbol,
≪ / RTI >
상기 빔 형성부는,
수신 안테나의 개수에 따라 전송 안테나의 개수를 임의적으로 선택하여 빔을 형성하고, 각각의 수신 안테나 마다 동일한 개수의 전송 안테나로 빔을 형성하는 빔 형성 장치.5. The method of claim 4,
The beam-
A beam is formed by arbitrarily selecting the number of transmission antennas according to the number of reception antennas, and a beam is formed by the same number of transmission antennas for each reception antenna.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130125403A KR101546852B1 (en) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | Device for beam forming to reduce the interference between adjacent beams and methord for beam forming using the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020130125403A KR101546852B1 (en) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | Device for beam forming to reduce the interference between adjacent beams and methord for beam forming using the same |
Publications (2)
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| KR20150045751A KR20150045751A (en) | 2015-04-29 |
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