KR102200813B1 - 이동 통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 장치 - Google Patents

이동 통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서의 실시 예는 이동 통신 시스템의 빔 포밍(beamforming)에 관한 것으로, 수신기가 수신한 신호의 진폭을 조절하는 리미터 회로의 동작을 설정하고, 설정에 따라 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 본 명세서의 다양한 실시 예에 따르면, 빔 포밍을 지원하는 수신기에서 리미터 회로를 적용함으로써 수신회로가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 수신 안테나 이득이 낮거나, 높은 신호 대 잡음 비가 요구되는 경우에는 리미터 회로를 통과시키지 않음으로써, 수신된 신호의 열화를 방지할 수 있다.

Description

이동 통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVING SIGNAL IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 명세서의 실시 예는 이동 통신 시스템의 빔 포밍(beamforming)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 실시 예는 빔 포밍을 지원하는 단말이 신호를 수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
차세대(5G) 네트워크 통신 방식은 기존의 통식 방식(4G)보다 높은 스펙트럼 효율과 높은 데이터 전송률을 요구한다. 높은 스펙트럼 효율을 달성하기 위한 방안으로 공간 다중화(spatial multiplexing)은 하나의 해결책이 될 수 있다. 한편, 높은 데이터 전송률을 달성하기 위한 방안으로 대역폭에서의 큰 전파손실에도 불구하고 밀리미터파 대역(millimeter-wave bands)의 광대역 통신이 하나의 해법이 될 수 있다.
공간 다중화 및 높은 전파손실의 극복을 가능하도록 하기 위해서, 빔 포밍(beam forming)은 핵심기술일 수 있다. 일반적으로 안테나의 수가 2개로 증가하면, 안테나 이득(gain)은 동일한 전력에서 2배 증가하는 반면, 커버되는 각도는 2배 감소한다. 이는 동일한 전력을 갖는 2배로 증가한 범위(또는 절반의 전력으로 동일한 범위) 및 2배의 더 많은 공간 분할을 의미한다. 따라서 세계의 모든 5G 통신 개발 그룹은 빔 포밍의 사용을 언급한다.
빔 포밍을 지원하는 셀룰러 무선 통신 시스템에서, 빔 검색은 넓은 범위가 커버되도록 높은 전송 전력 및 높은 수신 이득으로 이루어진다. 기지국(송신기)과 단말(수신기)의 거리가 매우 가까운 경우에도 기지국과 단말은 그 거리를 알 수 없기 때문에 전송 전력 및 수신 이득은 높아야만 한다. 높은 안테나 이득을 갖는 좁은 빔(narrow beam)의 경우, 송신 및 수신 측의 빔이 매칭되지 않으면 수신된 신호는 매우 약할 수 있다. 하지만, 수신기에서 여러 개의 합성된 신호는 빔이 근접 거리에서 매칭되는 경우에, 회로를 손상시킬 수 있는 레벨까지 이를 정도로 매우 강해질 수 있다. 즉, 단말은 기지국까지의 거리를 모르며, 기지국은 빔이 매칭되는 경우 어느 정도의 파워로 수신되는지를 알지 못한다. 또한, 단말은 최대한 넓은 범위를 커버하기 위해서 최대치의 안테나 이득(gain)을 이용하여 빔을 써치(search)하므로, 만일 기지국과 단말이 가까이에 위치하고 있는 경우(예컨대 약 10미터 이내)에는, 매우 강한 신호가 단말의 내부 회로를 손상시킬 수 있다.
도 1은 송신 측(base station, BS)과 수신측(mobile station, MS)의 빔 신호가 매칭되지 않는 경우와 매칭되는 경우에 수신 회로에 손상을 입힐 수 있는 점을 보여주는 도면이다. 도 1의 아래의 경우처럼 수신 회로에 손상이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 리미터 회로(limiter circuits)가 사용될 수 있다. 리미터 회로는 특정 레벨에서 입력을 제안하여, 이어진 회로가 손상 전력 레벨에 직면하지 않도록 할 수 있다. 그러나 리미터 회로는 신호의 품질을 열화 시킬 수 있다. 구체적으로 리미터 회로는 신호의 진폭을 일정 레벨 이하로 낮추기 때문에, 애초에 신호의 크기가 크지 않은 신호는 리미터 회로를 거치면 SNR이 작아지고, 왜곡될 수 있다. 즉, 리미터 회로는 신호의 왜곡, SNR(signal to noise ratio) 및 BER(bit-error rate)에 관해서 신호의 품질을 열화 시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 리미터 회로를 포함하는 빔 포밍 지원 수신장치 및 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동 통신 시스템에서 빔 포밍(beam forming)을 지원하는 수신기의 신호 수신 방법은, 상기 수신기가 수신할 신호의 종류 또는 상기 수신기의 빔 방향 또는 안테나 이득의 최적화 여부에 따라 수신한 신호의 진폭을 조절하는 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계 및 상기 설정에 따라 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 통신 시스템에서 빔 포밍(beam forming)을 지원하는 수신기는, 송신기로부터 신호를 수신하는 적어도 두 개의 안테나 및 상기 수신기가 수신할 신호의 종류 또는 상기 수신기의 빔 방향 또는 안테나 이득의 최적화 여부에 따라 수신한 신호의 진폭을 조절하는 리미터 회로의 동작을 설정하고, 상기 설정에 따라 신호를 수신하는 제어부를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 통신 시스템에서 빔 포밍(beam forming)을 지원하는 수신기는, 송신기로부터 신호를 수신하는 적어도 두 개의 안테나, 상기 적어도 두 개의 안테나로 수신한 신호를 합성하는 합성부 및 상기 합성부의 출력신호의 진폭을 조절하는 리미터부를 포함한다.
본 명세서의 다양한 실시 예에 따르면, 빔 포밍을 지원하는 수신기에서 리미터 회로를 적용함으로써 수신회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예에 따르면, 수신 안테나 이득이 낮거나, 높은 신호 대 잡음 비가 요구되는 경우에는 리미터 회로를 통과시키지 않음으로써, 수신된 신호의 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 송신 측(base station, BS)과 수신측(mobile station, MS)의 빔 신호가 매칭되지 않는 경우와 매칭되는 경우에 수신 회로에 손상을 입힐 수 있는 점을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 무선 통신 시스템에서 라디오 프레임을 구성하는 여러 종류의 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 신호 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 두 번째 실시 예에 따른 수신기의 신호 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 세 번째 실시 예에 따른 수신기의 신호 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 수신기의 제2 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 수신기의 제3 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 수신기의 제4 실시 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 명세서에서 송신기는 빔포밍을 이용하여 신호를 수신기에 송신하는 장치이고, 기지국(base station, BS), 송신 측, 송신 장치 또는 송신 단말 등의 용어와 혼용될 수 있다.
또한 본 명세서에서 수신기는 빔포밍을 이용하여 송신기가 송신한 신호를 수신하는 장치로, 이동 단말(mobile station, MS), 사용자 단말(user equipment, UE), 이동국, 수신 장치, 수신 단말 또는 단말 등의 용어와 혼용될 수 있다.
본 명세서에서 빔 포밍(Beamforming)은 복수개의 안테나 소자들을 특정 형태로 배열하고 원하는 단말기의 방향으로 안테나 빔의 형성할 수 있도록 각 안테나 소자의 출력에 가중치벡터를 곱하여 간섭신호 속에서 원하는 신호만을 추출해 내는 것일 수 있다.
빔 포밍은 원하는 신호의 방향으로는 큰 이득을 주고 다른 방향으로는 적은 이득을 주어서 동일한 전송 전력에 대해 송수신단이 더 많은 전력을 얻을 수 있다. 즉, 원하는 가입자가 있는 곳에서는 보강간섭이 일어나도록, 그리고 원치 않는 가입자는 간섭신호로 작용하여 상쇄간섭이 일어나도록 동작할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2에 따르면, 본 발명에 따른 수신기는 복수의 안테나 엘리먼트(201), 저잡음 증폭부(203), 위상 천이부(205), 믹서(207), 합성부(209), 리미터부(211) 및 증폭부(215)를 포함할 수 있다. 또한 도 2에 표시된 요소는 본 발명을 설명하기 위한 구성요소만을 도시한 것일 뿐, 이 외에 다양한 기능을 수행하는 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 도 2의 각 구성요소의 구성은 다양한 실시 예에서 연결방법이 변경될 수 있다. 이에 대해서는 이하의 도 7 내지 도 9에서 상세하게 설명한다.
안테나 엘리먼트(201)는 송신장치가 송신한 신호를 수신한다. 본 발명의 수신기는 적어도 하나 이상의 안테나 엘리먼트(201)을 구비할 수 있으며, 각각의 안테나 엘리먼트(201)는 동일한 신호를 서로 다른 지연을 갖고 수신할 수 있다. 만일 통신 시스템이 4-MIMO 스트림을 갖는 빔포밍(beamforming)을 위해 16개의 안테나 엘리먼트를 사용하면, 전체 안테나 수는 64개일 수 있다.
저잡음 증폭부(203)는 수신하는 신호의 전체의 잡음을 낮추어 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio, SNR)을 개선할 수 있다. 저잡음 증폭부(203)의 실시 예로 피라미터 증폭기, 저잡음 트랜지스터 증폭기, 메이저 증폭기, 상온 파라메트릭 증폭기, 갈륨비소(GaAs), 전계 효과 트랜지스터(FET) 등이 사용될 수 있으며, 이 중 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
위상 천이부(205)는 각 안테나 엘리먼트(201)에서 복수의 신호를 합성 또는 분리하기 위해서 수신된 신호의 위상을 임의의 값으로 천이 시킬 수 있다.
믹서(207)는 2 이상의 주파수 입력신호를 곱해서 새로운 주파수의 신호를 출력할 수 있다. 믹서(207)은 입력된 신호의 주파수를 상향 또는 하향 변환 시킬 수 있다.
합성부(209)는 복수의 안테나 엘리먼트(201)에서 수신된 신호를 합성할 수 있다. 합성된 신호는 송신기와 수신기의 거리 및 송신 측과 수신 측의 빔의 매칭 여부에 따라 그 크기가 매우 작거나 클 수 있다. 본 발명에서는 송수신단의 빔이 매칭되고, 송신기와 수신기의 거리가 가까운 경우, 수신기 회로에 손상을 방지하기 위해 리미터부(211)에 따라 수신된 신호를 제어할 수 있다.
리미터부(211)는 리미터회로(212), 스위치(213) 및 이들을 제어하는 제어부(214)를 포함할 수 있다.
리미터회로(212)는 입력신호 파형의 상 또는 하 중 어느 하나 이상을 임의의 레벨에서 잘라내어 진폭을 제한한다. 리미터회로(212)는 제한기, 리미터 회로 또는 슬라이스 회로 등으로 명명될 수 있으며, 리미터회로 (212)는 다이오드 소자를 이용하여 구현되는 것이 보통이나, 본 발명에서 리미터회로 (212)를 구현하는 소자는 한정되지 않는다.
스위치(213)는 복수 개 존재할 수 있으며, 스위치(213)의 개수에 따라 리미터부(211)는 다양한 형태로 설계될 수 있다. 스위치(213)는 제어부(214)의 제어에 따라 동작하며, 리미터회로(212)에 연결되게 하거나, 리미터회로(212)에 연결되지 않도록 할 수 있다.
제어부(214)는 스위치(213)을 제어하여 합성부(209)를 통과한 신호를 리미터회로(212)에 공급하거나, 리미터회로(212)에 공급하지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 제어부(214)는 수신된 신호의 프레임 스케줄링 또는 안테나 이득의 설정값에 따라 스위치(213)를 제어할 수 있다. 다양한 실시 예에서 제어부(214)는 모뎀일 수 있다.
증폭부(215)는 리미터를 통과한 신호를 임의의 이득(gain)으로 증폭할 수 있다.
이하에서는 도 2의 수신기가 동작하는 과정을 신호의 흐름에 따라 상세하게 설명한다.
합성부(209)에서 하나의 신호로 합쳐진 출력 신호는 리미터부(211)의 입력신호가 된다. 즉, 합성부(209)의 출력신호는 제1 스위치(213)의 입력신호가 되고, 제 1신호는 제어부(214)의 제어에 의해 이를 리미터 회로(212)로 출력하거나, 제2 스위치(213)로 출력할 수 있다.
리미터 회로(212)는 제1 스위치의 출력신호를 입력 받아 진폭을 조절하여 출력할 수 있다. 리미터 회로(212)의 출력은 제2 스위치로 입력되고, 제2 스위치는 이를 증폭부(215)로 출력할 수 있다.
제어부(214)의 제어에 따라 합성부(209)의 출력신호를 리미터 회로(212)로 출력하지 않고, 바로 제2 스위치로 전달하여 진폭을 변화시키지 않을 수도 있다.
도 3은 무선 통신 시스템에서 라디오 프레임을 구성하는 여러 종류의 신호를 나타낸 도면이다.
도 3에 따르면, 본 발명에 따른 수신기는 복수의 논리 채널로 구성된 신호를 송신기로부터 수신할 수 있다. 수신기가 송신기로부터 수신하는 신호는 동기 신호(synchronization signal, SS), 방송 채널(broadcasting channel, BCH), 제어 채널(control channel, CCH), 빔 측정 슬롯(beam measurement slot, BMS) 및 데이터 채널(data channel, DCH)를 포함할 수 있다.
동기신호(SS)는 프레임의 타이밍에 관한 정보를 제공한다. 수신기는 동기신호(SS)를 수신하여 수신기에 서비스를 제공하는 셀의 프레임 동기를 획득한다. 즉, 하향링크 프레임의 시작 시점에 관한 정보를 획득한다.
방송채널(BCH)은 수신기에 기본적인 시스템 정보를 제공한다. 송신기는 방송채널(BCH)을 통해 MIB(master information block)를 방송하고, 수신기는 이를 수신하여 시스템 정보 블록(system information block, SIB)를 수신할 수 있다. 수신기는 BCH에서 수신하는 시스템 정보 또는 사전에 수신기가 알고 있는 정보에 따라 수신기가 수신할 프레임 포맷을 알 수 있다.
제어 채널(CCH)은 데이터 채널(DCH)에 전송되는 데이터에 대한 스케줄링 정보를 수신기에 제공할 수 있다.
빔 측정 슬롯(BMS)은 빔 방향의 최적화를 수행하는 구간이다.
본 발명에 따른 빔 포밍 수신기가 데이터를 수신하는 순서는 다음과 같다. 첫째, 수신기는 라디오 프레임의 타이밍을 찾기 위해 동기 신호(SS)를 찾는다. 둘째, 수신기는 송신측과 협력하여 빔 측정 슬롯(BMS)에서 빔 방향을 최적화한다. 셋째, 수신기는 안테나로 수신한 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 최적화 한다. 마지막으로, 빔 방향 또는 이득의 최적화에 따른 설정으로 데이터를 수신할 수 있다.
여기서 동기 신호(SS), 방송채널(BCH) 및 빔 측정 슬롯(BMS)은 높은 신호 대 잡음 비(SNR)을 갖는 근접 거리의 경우 및 낮은 신호 대 잡음 비(SNR)를 갖는 장거리의 경우 양자 모두에 공통으로 사용된다. 따라서, 일반적으로, 동기 신호(SS), 방송채널(BCH) 및 빔 측정 슬롯(BMS)은 높은 신호 대 잡음 비(SNR)를 요구하지 않는다. 즉 동기 신호(SS), 방송채널(BCH) 및 빔 측정 슬롯(BMS)은 신호 대 잡음 비(SNR)와 무관하게 수신기가 수신할 수 있다. 반면에, 근접 거리에서의 데이터 채널(DCH)는 높은 신호 대 잡음 비(SNR)를 요구한다. 결국, 리미터 회로로 인한 신호 품질 열화는 근접 거리에서의 데이터 채널(DCH) 수신의 경우에 문제가 된다. 게다가, 근접 거리에서의 데이터 채널(DCH) 수신의 경우에, 수신기의 이득은 낮다. 이는 근접 거리에서 데이터 채널(DCH) 수신이 수신기의 이득 최적화가 수행된 후에 이루어지기 때문이다. 일반적으로 수신기 이득이 낮을 때는 증폭된 신호의 크기가 크지 않기 때문에, 리미터 회로는 필요하지 않다.
본 발명에서는 상술한 특징을 이용하여 리미터회로에 연결된 스위치를 제어하는 방법 및 장치를 제안한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 신호 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4에 따르면, 수신기는 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부를 판단한다(401). 수신기는 데이터 채널(DCH) 이전에 수신한 방송 채널(BCH)의 시스템 정보를 기초로 다음 번에 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부를 판단할 수 있다.
판단 결과, 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)이 아니거나, 데이터 채널(DCH)인 지 여부를 알 수 없는 경우에는 405 단계로 진행하여 리미터 회로를 ON으로 설정할 수 있다. 구체적으로 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)이 아닌 경우에는, 높은 SNR을 요구하는 것이 아니므로, 굳이 신호의 진폭을 제한하지 않을 이유가 없으며, 이 경우 리미터 회로를 ON으로 설정하여 발생 가능한 손상을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부를 알 수 없는 경우는 동기 신호(SS) 및 방송채널(BCH)의 수신 이전이므로, 빔 써치(search)단계임을 알 수 있다. 따라서, 수신기는 높은 이득으로 빔 신호를 수신하고 있으므로 리미터 회로를 ON으로 설정하는 것이 타당하다.
401 단계에서 판단 결과, 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인 경우에는 403 단계로 진행하여, 최적화를 통해 결정된 이득(gain)이 낮은지 여부를 판단할 수 있다(403). 이는 데이터 채널(DCH)의 경우 이 때, 결정된 이득(gain)이 낮은 지 여부는, 수신기에 기 저장된 임계 값보다 낮은지 여부로 판단할 수 있다.
수신기는 결정된 이득(gain)이 낮지 않다고 판단되는 경우, 해당 이득을 갖는 증폭기를 통과한 신호는 송신기와 수신기의 거리가 가까운 경우 수신기 회로를 손상 시킬 수 있으므로, 405단계에서 리미터 회로를 ON 할 수 있다. 리미터는 설정되어있는 만큼 신호의 진폭을 감소시켜 수신기 회로의 손상을 방지할 수 있다.
반면에, 403단계에서 수신기의 결정된 이득이 임계 값보다 낮다고 판단되는 경우에는 수신기 회로의 손상 우려가 없으므로, 리미터 회로를 OFF하여(407) 수신된 신호의 진폭이 너무 작아져서 품질이 열화 되는 것을 방지할 수 있다.
405 또는 407 단계를 통해 리미터부의 설정이 결정되면, 수신기는 신호를 수신할 수 있다(409).
도 5는 본 발명의 두 번째 실시 예에 따른 수신기의 신호 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5의 경우와 도 4의 경우의 차이점은 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부를 판단하는 것이 아니라, 빔 방향의 최적화 또는 이득(gain)의 최적화가 종료하였는지를 판단하는 점이다.
빔 포밍을 지원하는 무선통신 시스템에서 송신기와 수신기의 거리가 먼 경우에는 수신기에 도달하는 신호의 세기 자체가 약하기 때문에, 리미터 회로를 사용할 수 없을 뿐 아니라, 사용하더라도, 리미터 회로를 OFF로 설정하여야 한다. 즉, 수신기는 송신기로부터 가까운 거리에서 빔 방향이 매칭된 신호를 수신하는 경우에 데미지를 입을 수 있다.
도 5의 두 번째 실시 예는, 수신하는 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부와 무관하게 리미터 회로를 동작시키는 방법을 나타낸다. 즉, 수신기는 501 단계에서 빔 방향 또는 이득(gain)의 최적화가 종료되었는지 여부를 판단할 수 있다. 수신기는 송신기와의 채널 상태를 기초로 빔 방향 또는 이득의 최적화를 수행하여, 결정된 빔 방향으로부터의 신호를 결정된 이득으로 수신한다. 따라서, 송신기와 수신기 간의 거리가 가깝고, 빔 매칭된 신호를 수신하는 경우에는 수신기 회로에 손상이 발생할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 수신기는 빔 방향 또는 이득이 결정되었는지 여부를 방송채널(BCH)를 통한 시스템 정보를 수신하였는지 여부로 판단할 수 있다.
판단 결과 빔 방향 또는 이득의 최적화가 수행되지 않은 경우에는, 동기 신호(SS) 및 방송채널(BCH)의 수신 이전이므로, 빔 써치(search)단계임을 알 수 있다. 따라서, 수신기는 높은 이득으로 빔 신호를 수신하고 있으므로 리미터 회로를 ON으로 설정할 수 있다(505).
501 단계에서 판단한 결과, 빔 방향 또는 이득의 최적화가 수행된 경우에는 503 단계로 진행하여 결정된 이득(gain)이 낮은지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 결정된 이득(gain)이 낮은 지 여부는 기 설정된 임계 값보다 낮으면 낮은 것으로, 임계 값보다 높으면 높은 것으로 판단 할 수 있다.
판단한 결과 기 설정된 임계 값보다 최적화를 통해 결정된 이득(gain)이 낮지 않으면, 송신기와 수신기 간의 거리가 가깝고, 빔 매칭된 신호를 수신하는 경우에는 수신기 회로에 손상이 발생할 수 있다. 따라서 이 경우에는 505단계로 진행하여 리미터 회로를 ON으로 설정할 수 있다.
503단계에서 판단 결과, 결정된 이득(gain)이 기 설정된 임계 값보다 낮은 경우에는 수신기 회로의 손상 우려가 없으므로, 리미터 회로를 OFF로 설정하여(507) 수신된 신호의 진폭이 너무 작아져서 품질이 열화 되는 것을 방지할 수 있다.
505 또는 507 단계를 통해 리미터부의 설정이 결정되면, 수신기는 신호를 수신한다(509).
도 6은 본 발명의 세 번째 실시 예에 따른 수신기의 신호 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6에서는 설정된 이득(gain)의 높고 낮음이 아닌, 수신될 신호에 대해서 높은 신호 대 잡음 비(SNR)이 요구되는 지 여부를 기준으로 리미터 회로의 동작을 제어한다.
구체적으로 601단계에서, 수신기는 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부를 판단할 수 있다. 이는 이전에 수신한 방송채널(BCH)을 통해 제공된 시스템 정보(MIB)를 통해 알 수 있다. 판단 결과 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)이 아니거나 알 수 없는 경우에는 605 단계로 진행하여 리미터 회로를 ON으로 설정할 수 있다. 구체적으로 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)이 아닌 경우에는, 높은 SNR을 요구하는 것이 아니므로, 굳이 신호의 진폭을 제한하지 않을 이유가 없으며, 이 경우 리미터 회로를 ON으로 설정하여 발생 가능한 손상을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인지 여부를 알 수 없는 경우는 동기 신호(SS) 및 방송채널(BCH)의 수신 이전이므로, 빔 써치(search)단계임을 알 수 있다. 따라서, 수신기는 높은 이득으로 빔 신호를 수신하고 있으므로 리미터 회로를 ON으로 설정하는 것이 타당하다.
601 단계에서 판단한 결과, 수신할 신호가 데이터 채널(DCH)인 경우에는, 603단계로 진행하여, 해당 데이터 채널(DCH)에 대해서 높은 신호 대 잡음 비(SNR)가 요구되는지를 판단할 수 있다. 즉, 603 단계에서는 수신하는 신호가 데이터 채널이면 무조건적으로 리미터 회로를 적용하는 것이 아니라 수신된 데이터의 신호 대 잡음 비가 높아야 하는 지를 판단한다. 구체적으로, 도 6의 실시 예에서는 수신되는 데이터 채널(DCH)의 변복조 방식에 따라서 리미터 회로의 설정을 결정할 수 있다. 수신되는 데이터 채널(DCH)이 BPSK(biphase shift keying) 또는 QPSK(quadrature phase shift keying) 경우 리미터 회로를 ON으로 설정하고, 16 또는 64 QAM(quadrature amplitude modulation)인 경우에는 높은 신호 대 잡음 비가 반드시 요구되므로 리미터 회로를 OFF로 설정한다(605, 607).
605 또는 607 단계를 통해 리미터부의 설정이 결정되면, 수신기는 신호를 수신할 수 있다(609).
도 7은 본 발명의 수신기의 제2 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 7에 따르면, 본 발명에 따른 수신기는 복수의 안테나 엘리먼트(701), 저잡음 증폭부(703), 위상 천이부(705), 믹서(707), 합성부(709), 리미터부(711) 및 증폭부(715)를 포함할 수 있다. 또한 도 7에 표시된 구성요소들은 도 2의 경우와 같이, 본 발명을 설명하기 위한 구성요소만을 도시한 것일 뿐, 이 외에 다양한 기능을 수행하는 구성요소들을 더 포함할 수 있다.
안테나 엘리먼트(701), 저잡음 증폭부(703), 위상 천이부(705), 믹서(707) 및 합성부(709)의 동작은 도 2의 경우와 동일하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
리미터부(711)는 리미터회로(712), 스위치(713) 및 이들을 제어하는 제어부(714)를 포함할 수 있다.
리미터회로(712)는 입력신호 파형의 상 또는 하 중 어느 하나 이상을 임의의 레벨에서 잘라내어 진폭을 제한한다. 리미터회로(712)는 제한기, 리미터 회로 또는 슬라이스 회로 등으로 명명될 수 있으며, 리미터회로 (712)는 다이오드 소자를 이용하여 구현되는 것이 보통이나, 본 발명에서 리미터회로 (712)를 구현하는 소자는 한정되지 않는다.
스위치(713)는 도 2의 경우와 달리 도 7에서는 하나의 스위치를 이용하여 구현될 수 있다. 다만, 스위치는 복수 개 존재할 수 있으며, 스위치(713)의 개수에 따라 리미터부(711)는 다양한 형태로 설계될 수 있다. 스위치(713)는 제어부(714)의 제어에 따라 동작하며, 리미터회로(712)에 연결되게 하거나, 리미터회로(712)에 연결되지 않도록 할 수 있다.
제어부(714)는 스위치(713)을 제어하여 합성부(709)를 통과한 신호를 리미터회로(712)에 공급하거나, 리미터회로(712)에 공급하지 않을 수 있다. 제어부(714)는 수신된 신호의 프레임 스케줄링 또는 안테나 이득의 설정값에 따라 스위치(713)를 제어할 수 있다. 다양한 실시 예에서 제어부(714)는 모뎀일 수 있다.
다양한 실시 예에서, 증폭부(715)는 리미터를 통과한 신호를 임의의 이득(gain)으로 증폭할 수 있다. 또한 안테나 엘리먼트(701) 및 저잡음 증폭부(703) 사이에 송수신 스위치 또는 연산기가 배치될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 수신기의 제3 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 8에 따르면, 본 발명에 따른 수신기는 복수의 안테나 엘리먼트(801), 저잡음 증폭부(803), 위상 천이부(805), 믹서(807), 합성부(809), 리미터부(811) 및 증폭부(815)를 포함할 수 있다. 또한 도 8에 표시된 요소는 도 2의 경우와 같이, 본 발명을 설명하기 위한 구성요소만을 도시한 것일 뿐, 이 외에 다양한 기능을 수행하는 구성요소들을 더 포함할 수 있다.
도 8과 도 2의 차이점은 믹서(807)의 배치를 수신기 회로의 종단에 배치하는 것이다. 다만, 배치 방법은 다양한 실시 예에서 변경될 수 있다. 안테나 엘리먼트(801) 및 저잡음 증폭부(803) 사이에 송수신 스위치 또는 연산기가 배치될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 수신기의 제4 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 위상 천이기(905)의 배치를 변경한 것이다. 즉, 도 8은 믹서(807)를 신호를 합성부(809)에서 합성하기 전에 통과하지 않고 리미터부(811)를 통과한 뒤에 거치도록 하는 것이다.
도 9는 위상천이기(905)를 각각의 안테나 신호가 믹서(907)로 입력되기 전에 배치하는 것이 아닌, 별도의 로컬 오실레이터(916)을 구비하여 임의의 정현파를 생성하고 이들 신호들의 위상을 위상천이기(905)를 통과시켜 변화시킨 뒤 해당신호와 저잡음 증폭부(903)의 출력을 믹서(907)에서 합쳐 주파수를 변화시키는 것이다.
도 7 내지 9는 도 2의 변형된 실시 예로, 도 7에서는 스위치와 리미터 회로의 배치에 변화를 주고, 도 8에서는 믹서의 위치를 변화시키고, 도 9에서는 위상천이기의 배치를 변화시킨 것이다. 도 7 내지 도 9의 변형 이외에도 다양한 실시 예가 있을 수 있다.
상술한 실시 예들에서, 모든 단계는 선택적으로 수행의 대상이 되거나 생략의 대상이 될 수 있다. 또한 각 실시 예에서 단계들은 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 명세서의 실시 예들은 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 명세서의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
201: 안테나 엘리먼트
203: 저잡음 증폭부
205: 위상 천이부
207: 믹서
209: 합성부
211: 리미터부
215: 증폭부

Claims (21)

  1. 이동 통신 시스템에서 빔 포밍(beam forming)을 지원하는 수신기의 신호 수신 방법에 있어서,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)인지 여부 및 상기 수신기의 증폭기의 이득이 임계값 이하인지 여부에 따라 리미터 회로의 동작을 온(ON) 또는 오프(OFF)로 설정하는 단계;
    상기 리미터 회로의 동작이 온(ON)으로 설정되는 경우, 신호의 진폭을 감소시켜 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 리미터 회로의 동작이 오프(OFF)로 설정되는 경우, 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 신호 수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)이고, 상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 리미터의 동작을 오프(OFF)로 설정하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)이고, 상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값을 초과하는 경우, 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)이 아니면, 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계는,
    상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값을 초과하는 경우, 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계는,
    상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 리미터의 동작을 오프(OFF)으로 설정하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 리미터 회로의 동작을 설정하는 단계는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)인 경우, 수신되는 데이터 채널(DCH)의 변복조 방식에 따라 상기 리미터의 동작을 온(ON) 또는 오프(OFF)로 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 변복조 방식이 BPSK(biphase shift keying) 또는 QPSK(quadrature phase shift keying)인 경우 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하고,
    상기 변복조 방식이 16 QAM(quadrature amplitude modulation) 또는 64 QAM인 경우, 상기 리미터의 동작을 오프(OFF)로 설정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 신호를 수신하는 단계는,
    상기 수신기가 포함하는 적어도 두 개의 안테나를 통해 수신된 신호를 합성하는 단계; 및
    상기 합성된 신호를 상기 리미터 회로의 설정에 따라 처리하는 단계;를 포함하는 신호 수신 방법.
  9. 이동 통신 시스템에서 빔 포밍(beam forming)을 지원하는 수신기에 있어서,
    송신기로부터 신호를 수신하는 적어도 두 개의 안테나; 및
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)인지 여부 및 상기 수신기의 증폭기의 이득이 미리 결정된 임계값 이하인지 여부에 따라 리미터 회로의 동작을 온(ON) 또는 오프(OFF)로 설정하고, 상기 리미터 회로의 동작이 온(ON)으로 설정되는 경우, 신호의 진폭을 감소시켜 신호를 수신하고, 및 상기 리미터 회로의 동작이 오프(OFF)로 설정되는 경우, 신호를 수신하는 제어부;를 포함하는 수신기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)이고, 상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 리미터의 동작을 오프(OFF)로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)이고, 상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값을 초과하는 경우, 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)이 아니면, 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값을 초과하는 경우, 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기의 증폭기의 이득이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 리미터의 동작을 오프(OFF)으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기가 수신할 신호가 데이터 채널(data channel, DCH)인 경우, 수신되는 데이터 채널(DCH)의 변복조 방식에 따라 상기 리미터의 동작을 온(ON) 또는 오프(OFF)로 설정하도록 구성되고,
    상기 변복조 방식이 BPSK(biphase shift keying) 또는 QPSK(quadrature phase shift keying)인 경우 상기 리미터의 동작을 온(ON)으로 설정하고,
    상기 변복조 방식이 16 QAM(quadrature amplitude modulation) 또는 64 QAM인 경우, 상기 리미터의 동작을 오프(OFF)로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기가 포함하는 적어도 두 개의 안테나를 통해 수신된 신호를 합성하고, 상기 합성된 신호를 상기 리미터 회로의 설정에 따라 처리하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  17. 이동 통신 시스템에서 빔 포밍(beam forming)을 지원하는 수신기에 있어서,
    송신기로부터 신호를 수신하는 적어도 두 개의 안테나;
    상기 적어도 두 개의 안테나로 수신한 신호를 합성하여 출력하는 합성부; 및
    상기 합성부의 출력신호의 진폭을 조절하는 리미터부;를 포함하고,
    상기 리미터부는,
    상기 합성부의 출력신호를 입력 받아 리미터 회로 또는 제2 스위치 중 어느 하나로 출력하는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치의 출력신호를 입력 받아 진폭을 조절하여 상기 제2 스위치로 출력하는 상기 리미터 회로;
    상기 리미터 회로의 출력 또는 상기 제1 스위치의 출력 중 어느 하나를 입력 받아 출력하는 제2 스위치; 및
    상기 수신기가 수신할 신호의 종류 또는 상기 수신기의 증폭기의 이득이 미리 결정된 임계값 이하인지 여부에 따라 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 리미터부는,
    상기 합성부의 출력단에 직렬로 연결되는 제3 스위치;
    상기 제3 스위치와 직렬로 연결되고 상기 제3 스위치의 출력 신호의 진폭을 조절하는 리미터 회로; 및
    상기 수신기에 입력될 신호에 따라 상기 제1 스위치를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 리미터부는,
    상기 리미터 회로 및 상기 리미터부의 출력단을 직렬로 연결하는 제4 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수신기에 입력될 신호에 따라 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 리미터부의 출력단에 직렬로 연결되고, 상기 리미터부의 출력신호의 주파수를 변경하는 믹서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  21. 삭제
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