KR19990076867A - 휴대형 무선전화기에 안테나 다이버시티를 제공하는 장치 및방법 - Google Patents

휴대형 무선전화기에 안테나 다이버시티를 제공하는 장치 및방법 Download PDF

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KR19990076867A
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Abstract

본 발명에 따르면, CDMA 이동유닛에서의 페이딩 효과를 경감하기 위하여 시간, 공간 및 안테나 패턴 다이버시티를 제공하는 이동 유닛내의 다이버시티안테나 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 다이버시티 안테나 (105) 와 주 안테나 (100) 로 구성된다. 상기 주 안테나 (100) 와 다이버시티 안테나 (105) 는 서로 다른 안테나 이득 패턴을 갖도록 물리적으로 격리 및 배향된다. 제 1 실시예에서, 다이버시티 안테나 (105) 는 수신 안테나로만 기능하나, 주 안테나 (100) 는 송신 및 수신 기능 양자를 수행한다. 제 2 실시예에서는, 주 안테나 (100) 와 다이버시티 안테나 (105) 양자는 신호를 송수신한다. 지연회로 (130) 는 다이버시티 안테나 (105) 를 주 안테나 (100) 에 의해 수신된 신호와 다이버시티 안테나 (105) 에 의해 수신된 신호를 합산하는 합산기에 접속한다.

Description

휴대형 무선전화기에 안테나 다이버시티를 제공하는 장치 및 방법
코드분할 다중접속 (CDMA) 변조기술의 사용은 다수 시스템 이용자가 존재하는 통신을 용이하게 하기 위한 여러 기술들중의 하나이다. 주파수 호핑 확산 스펙트럼, 시분할 다중접속 (TDMA), 주파수 분할 다중접속 (FDMA) 및 진폭 확대된 단일 측대역 (ACSSB) 와 같은 진폭 변조 (AM) 체계와 같은 다른 다중접속 통신 시스템기술들이 당해분야에 알려져 있다. 그러나, CDMA 의 확산스펙트럼 변조기술은 다중접속 통신시스템에 대한 이들 변조기술에 상당한 이점을 갖고 있다. 다중접속 통신시스템에서의 CDMA 기술의 사용방법이, 여기에 참고로 결합되며 본 발명의 양수인에게 양도된, "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" 라는 명칭으로된 미국 특허 제 4,901,307호에 개시되어 있다.
방금 언급한 특허에는, 송신기를 각각 갖는 다수의 이동전화 시스템 이용자가, 코드분할 다중접속 (CDMA) 확산 스펙트럼 통신신호를 이용하여, 위성 중계기 또는 지상 기지국 (또는 셀사이트 국, 셀 사이트, 또는 간단히 셀이라고 지칭함) 을 통하여 통신하는 다중접속기술이 개시되어 있다. CDMA 변조기술을 이용함으로써, 주파수 확산이 여러번 재사용될 수 있으므로, 시스템 이용자 용량의 증가가 가능하게 된다. CDMA 변조기술의 사용으로, 다른 다중접속 기술을 이용하여 얻을 수 있는 것보다 더욱 높은 스펙트럼 효율이 얻어지게 된다.
지상 채널은 레일리 (Rayleigh) 페이딩을 특징으로 하는 신호 페이딩을 겪는다. 지상 채널신호에서의 레일리 페이딩 특성은 많은 다른 지상환경의 지형으로부터 반사되어지는 신호에 의해 유발된다. 그 결과, 신호가 많은 방향으로부터 서로 다른 송신지연을 가지고 이동 유닛 수신에 도달하게 된다. 셀룰라 이동 전화시스템을 포함한, 이동무선통신에 통상적으로 채용되는 UHF 주파수 대역에서는, 서로다른 경로상을 이동하는 신호에 상당한 위상차가 발생될 수 있다. 신호의 파괴적인 합성의 가능성이 발생되어, 종종 깊은 (deep) 페이딩을 유발할 수 있다.
지상 채널 페이딩은 이동 유닛의 물리적 위치에 의해 매우 강한 작용을 받는다. 이동 유닛의 위치에서의 작은 변화는 모든 신호전파 경로의 물리적인 지연을 변화시켜, 각 경로에 대해 서로 다른 위상이 되게 한다. 따라서, 그러한 환경을 통한 이동유닛의 운동이 매우 빠른 페이딩 과정을 발생시킬 수 있다. 예를들면, 850MHz 셀룰라 무선 주파수 대역에서는, 이 페이딩은 통상 매 mile/hour 의 자동차 속도당 일 fade/second 만큼 빠를 수 있다. 이러한 심한 페이딩은 지상채널에서의 신호에 매우 파괴적이 될 수 있어, 열악한 통화품질을 유발하게 된다. 이동 유닛에서의 페이딩 문제는 안테나 패턴과 이득을 방해하는 이용자의 머리 또는 손에 의해 더욱 악화된다.
미국 특허 제 4,901,307 호에 개시된 직접 시이퀀스 확산 스펙트럼 CDMA 변조기술은 위성 또는 지상 중계기를 채용하는 통신시스템에 사용되는 협대역 변조기술보다 더 많은 이점을 제공한다. 지상 채널은 특히 다중경로 신호에 대해 어떠한 통신 시스템에도 특별한 문제점을 갖고 있다. CDMA 기술을 사용하여, 다중경로, 예를들면, 페이딩의 부작용을 경감시킴으로써, 지상채널의 특별한 문제점이 극복하고, 또한 그 이점을 활용하는 것이 가능하게 된다.
CDMA 통신 시스템에서는, 동일한 광대역 주파수 채널이 모든 기지국에 의해 통신용으로 사용될 수 있다. 통상, 주파수 분할 체계가 사용되는데, 하나의 주파수 대역이 기지국으로부터 원거리 또는 이동국 (순방향 링크) 으로의 통신에 이용되며 또다른 주파수 대역이 원거리 또는 이동국으로부터 기지국 (역방향 링크) 으로의 통신에 이용된다. 또한, 프로세싱 이득을 제공하는 CDMA 파형 성질이 동일 주파수 대역을 점유하는 신호들간의 식별을 위하여 사용된다. 또한, 고속 의사잡음 (PN) 변조가 많은 서로 다른 전파경로들이 분리되도록 하여, 경로지연에서의 차이가 PN 칩 기간, 즉 1/대역을 초과하도록 제공된다. 만약, 약 1MHz 의 PN 칩 속도가 CDMA 시스템에 채용되게 되면, 시스템 데이터 속도에 대한 확산 대역의 비와 동일한, 전체 확산 스펙트럼 처리이득이 서로간의 경로지연에서 1마이크로초 이상만큼 서로 다른 경로를 식별하기 위하여 채용될 수 있다. 1마이크로초 경로지연 차이는 약 1,000 피트의 서로다른 경로 거리에 대응한다. 통상 도시환경은 1마이크로초를 초과하는 서로다른 경로지연을 제공하며, 일부 지역에서는 10 내지 20 마이크로초까지 보고되고 있다.
종래의 전화시스템에 채용된 아날로그 FM 변조와 같은 협대역 변조시스템에서는, 다중경로의 존재가 심한 경로 페이딩을 야기할 수 있다. 그러나, 광대역 CDMA 변조에서는, 서로 다른 경로들이 변조과정에서 식별될 수가 있다. 이러한 식별은 다중경로 페이딩의 심각성을 크게 감소시킨다. 다중경로 페이딩은, 특정 시스템에 대한 PN 칩 기간보다 더 작은 지연 차이를 갖는 경로들이 있기 때문에, CDMA 식별기술을 이용하여 전체적으로 제거되지 않는다. 이와 같은 경로지연을 가지는 신호는 복조기에서 식별될 수 없어, 어느 정도의 페이딩이 발생되게 된다.
따라서, 그러한 통신 시스템에서는, 시스템에 페이딩을 감소시킬 수 있는 소정 형태의 다이버시티가 제공되는 것이 바람직하다. 다이버시티는 페이딩의 나쁜 영향을 경감하는 하나의 방법이다. 3개의 주된 형태의 다이버시티, 즉 시간 다이버시티, 주파수 다이버시티 및 공간 다이버시티가 존재한다.
시간 다이버시티는 반복 (repetition), 시간 인터리빙, 및 반복형태인 에러 검출 및 보정 코드의 사용에 의해 가장 잘 얻어질 수 있다. 협대역 신호인 그 고유의 성질에 의해 CDMA 는 협대역에 걸쳐서 신호 에너지를 확산시킴으로써 주파수 다이버시티의 형태를 제공한다. 그러므로, 주파수 선택성 페이딩은 CDMA 신호 대역의 작은 부분에만 영향을 미치게 된다. 공간 또는 경로 다이버시티는 2개이상의 기지국을 통한 모빌 이용자로부터 또는 그 이용자로 동시 링크 (simultaneous link) 를 통해 다중신호 경로를 제공함으로써, 얻어질 수 있다. 또한, 경로 다이버시티는 확산 스펙트럼 처리를 통하여 다중경로 환경을 활용하여, 서로 다른 전파 지연을 갖고 도달하는 신호를 수신하여 별도로 처리함으로써, 얻어질 수 있다. 셀 사이트가 상술한 유형의 각 다이버시티를 채용하는 CDMA 통신 시스템이, 여기에 참고로 결합되며 본 발명의 양수인에게 양도된, "CDMA MICROCELLULAR TELEPHONE SYSTEM AND DISTRIBUTED ANTENNA SYSTEM THEREFOR" 란 명칭의 미국 특허 제 5,280,472 호에 개시되어 있다. 방금 언급한 특허에서는, 다이버시티가, 서로 다른 경로를 이동하며 따라서 서로 다른 지연을 나타내는 신호를 각각 수신하는 것이 가능한 여러개의 수신기가 제공된, "레이크(rake)" 수신기 아키텍쳐의 프로비젼에 의해 활용된다.
다이버시티를 얻는 한 방법은 위에서 언급한 미국 특허 제 5,280,472호에 개시된 바와 같은 나란히 배치된 안테나를 사용하는 것이다. 방금 언급한 특허에서는, 다이버시티를 제공하기 위하여 셀사이트 기지국에 나란히 배치된 안테나를 이용하는 통신 시스템이 개시되어 있다. 이를 행하는 한 방법은 안테나를 소정 거리만큼 이격시켜 위치시키는 것이다. 그 거리는 2개의 안테나가 실질적으로 동일한 도달범위를 가지면서도 독립적인 페이딩을 제공하기에 충분하게 이격되어야 한다. 그러나, 이동 유닛의 상대적으로 작은 크기로 인해, 나란히 배치된 안테나가 서로 너무 가까워, 물리적인 격리 거리만에 기초해서는 페이딩 특성에 부적절한 독립성을 제공할 수 있다. 이동 유닛에서 수신 다이버시티를 얻는 좀더 바람직한 방법은 각 안테나에 수직 또는 수평 극성과 같은 서로 다른 극성을 갖는 일조의 나란히 배치된 안테나를 제공하는 것이다.
표준적인 지상 환경은 많은 다른 각도로 향하는 전파반사표면을 갖는 많은 물체들을 포함한다. 이들은 빌딩과 같은 인공구조물, 언덕 및 계곡과 같은 자연 지형 양자를 포함한다. 따라서, 지상환경내의 이동유닛은 셀 사이트에 위치된 고정된 안테나로부터 또는 그 안테나로의 여러가지 신호경로를 갖는다. 관련된 각도에 따른, 각 신호의 반사가 반사된 신호의 극성을 회전시킬 수 있다. 그러므로, 동일 세트의 표면으로부터 반사된 서로 다른 극성을 갖는 신호가 서로 다른 위상 특성을 갖는 2개의 신호경로를 형성하게 된다. 그 신호가 서로 다른 위상 특성을 갖기 때문에, 이들도 또한 서로 다른 페이딩 특성을 갖는다. 이 과정으로 인해, 비록 안테나가 서로 매우 근접하게 위치되더라도, 2개의 서로 다른 극성을 갖는 2개의 나란히 배치된 안테나가 페이딩에 있어 높은 독립성을 갖게 된다.
상기 미국 특허 제 5,280,472호에서 활용된 또다른 방법의 다이버시티는 경로 다이버시티이다. 경로 다이버시티에서는, 신호가 다중 안테나로부터 방사되며, 하나이상의 전파경로가 제공된다. 2개 이상의 안테나가 이동 유닛 수신기에 허용가능한 통신경로를 제공할 수 있으면, 경로 다이버시티를 통한 페이딩 경감이 얻어질 수 있다. 이와 유사하게, 경로 다이버시티를 활용함으로써, 역방향 링크 통신 경로가 향상될 수 있다
위에서 언급한 특허 및 특허출원은, 다수의 이동 유닛 전화시스템 이용자가 스펙트럼이 여러번 사용가능한 코드분할 다중접속 확산 스펙트럼 변조를 이용하여 인공위성 중계기를 통해 통신하는 신규한 다중접속을 개시한다. 이렇게 완성된 시스템 설계는 이전의 다중접속 기술을 이용하여 얻을 수 있는 것보다 더 높은 스펙트럼 효율을 갖는다.
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 셀룰라 전화기, 개인통신 서비스 (PCS), 무선 사설 국내 교환설비 (PBX) 및 무선 가입자 회선 (local loop) 전화시스템에 관한 것이다. 좀더 자세하게는, 본 발명은 지상환경에서 신뢰성 있는 신호수신을 용이하게 하기 위하여, 신규하고 향상된 분산형 안테나 시스템에 관한 것이다.
이하, 유사한 참조번호가 전체에 걸쳐 대응되게 식별되는 도면을 참조하여, 아래에 개시된 상세한 설명으로부터 본 발명의 특징, 목적 및 이점을 좀더 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 다이버시티 안테나 시스템의 제 1 실시예를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 다이버시티 안테나 시스템의 제 2 실시예를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명의 다이버시티 안테나 시스템과 함께 사용하는 것이 가능한 CDMA 이동유닛을 나타낸 것이다.
본 발명은, 이동 유닛에, 이동유닛에서의 페이딩 효과를 경감하기 위하여 시간, 공간 및 안테나 패턴 다이버시티를 제공하는, 다이버시티 안테나 시스템을 포함한다. 이 시스템은 복수개의 안테나로 구성된다. 그 복수개의 안테나는 주안테나와 다이버시티 안테나로 구성된다. 주 안테나 및 다이버시티 안테나는 매우 서로 다른 이득 패턴을 갖도록 물리적으로 격리 및 배향된다. 제 1 실시예에서, 다이버시티 안테나는 수신 안테나만으로 동작하나, 주안테나는 송신 및 수신 기능 양자를 수행한다. 제 2 실시예에서는, 주안테나와 다이버시티 안테나 양자가 신호를 송신 및 수신한다. 지연회로는 다이버시티 안테나를 주안테나로부터 수신된 신호와 다이버시티 안테나로부터 수신된 신호를 각각 합산하는 합산기와 접속된다.
주 신호와 다이버시티 신호를 합산함으로써, 2개의 안테나의 물리적인 격리거리로 인해, 공간 다이버시티를 제공한다. 또한, 주안테나와 다이버시티 안테나는, 그들의 패턴/이득이 매우 서로 다르게 배향되는 경우, 또는 서로 다른 극성으로 되는 경우에, 안테나 패턴 다이버시티를 제공한다. 주신호와 합산되기 전에 다이버시티 신호에 지연을 도입하여, 시간 다이버시티를 제공함으로써, 이동 유닛의 레이크 수신기에 의해 2개의 신호가 식별될 수 있다.
합산기의 출력은 CDMA 이동 유닛의 표준 수신회로로 보내진다. 레이크 수신기는 그 신호를 그 성분인 주 및 다이버시티 신호로 분해한다. 그후, 다이버시티 합성기 및 디코더는 신호성분과 시간 정렬한 후, 그들을 함께 더하여, 그 최종 신호를 디코드한다. 이러한 방법으로, 주 및 다이버시티 신호가 존재하는 이동 유닛 수신회로에 의해 다중 수신경로에 의해 야기된 신호들의 어떠한 다른 결합과 같이 정확히 동일하게 처리된다. 본 발명의 합산된 신호를 처리하기 위하여, 존재하는 이동유닛 수신회로를 이용함으로써, 다중 수신열의 부가적인 사이즈, 비용, 및 중량이 회피될 수 있으면서도, 다이버시티 안테나를 제공함으로써 달성된 여러가지 유형의 다이버시티를 이용할 수 있다. CDMA 이동유닛의 기존 RF 회로를 갖는 본 발명을 이용하여 달성된 또다른 이점은 독립적인 안테나에 각각 결합된, 다중 수신경로들간을 선택하기 위한 스위치를 이용할 때에 고유한 손실들을 피할 수 있다는 것이다.
도 1 에 나타낸, 제 1 실시예는 신호를 송수신하는 주 안테나 (100), 및 수신만 하는 다이버시티 안테나 (105) 를 이용한다. 주안테나 (100) 는 듀플렉서 (115) 에 접속된다. 듀플렉서 (115) 는 송신 및 수신 회로를 주 안테나 (100) 에 접속한다. 송신 회로는 전력 증폭기 (140) 에 의해 듀플렉서 (115) 에 접속된다. 듀플렉서 (115) 의 수신출력은 제 1 저잡음 증폭기 (120) 에 의해 합산기 (135) 에 접속된다.
다이버시티 안테나 (105) 로부터 수신된 신호는 소정 수신대역밖의 의사 수신된 신호를 제거하기 위하여 110 에서 대역통과 필더된 후, 제 2 저잡음 증폭기 (125) 에 의해 증폭된다. 지연회로 (130) 는 제 2 저잡음 증폭기 (125) 사이에 도입된다. 지연회로 (130) 는 이후 설명될 (도 2 참조) 수신회로내의 레이크 수신기에 의해 주 안테나 (100) 에 수신된 신호와 식별하기 위하여, 필요한 시간 다이버시티를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 이 지연은 주 안테나 (100) 로부터 반사된 많은 신호들과 간섭함이 없이, 레이크 수신기에서의 적당한 수신을 위하여 적당한 시간 다이버시티를 제공할 수 있도록, 5내지 10㎲ 사이이다. 130 에서 지연되어진 후, 다이버시티 안테나 (105) 에 수신된 신호가 합산기 (135) 에 제공되어, 다이버시티 안테나 (105) 에 수신된 신호와 주 안테나 (100) 에 수신된 신호가 합산된다.
이동 유닛내에 사용되는 것으로, 본 발명의 다이버시티 안테나 기술의 제 2 실시예가 도 2 에 도시되어 있다. 도 1 에 나타낸 제 1 실시예와는 대조적으로, 이 실시예는 신호를 송수신하기 위하여, 주 안테나 (200) 에 더하여, 다이버시티 안테나 (205) 를 이용한다. 도 1 의 제 1 실시예와 유사하게, 듀플렉서 (220) 는 송신 및 수신 회로 양자를 주 안테나 (200) 에 접속한다. 그러나, 이 제 2 실시예에서는, 듀플렉서 (220) 가 또한 송신 및 수신 회로를 다이버시티 안테나 (205) 에 접속한다.
주 안테나 (200) 는 합산기 (235) 를 통해 듀플렉서 (220) 에 접속된다. 다이버시티 안테나 (205) 는 지연회로 (230) 와 합산기 (235) 양자를 통하여 듀플렉서 (220) 에 접속된다. 도 1 에 나타낸 제 1 실시예에서와 같이, 지연회로 (230) 는 다이버시티 안테나 (205) 에 의해 수신된 신호에 시간지연을 도입함으로써, 필요한 시간 다이버시티를 제공하여, 다이버시티 안테나 (205) 에 수신된 신호가 이동 유닛 수신회로내의 레이크 수신기에 의해 주 안테나 (200) 에 수신된 신호와 식별할 수 있다. 주 안테나 (200) 와 다이버시티 안테나 (205) 에 의해 수신된 신호는 듀플렉서 (220) 에 입력되기 전에 합산기 (235) 에 의해 합산된다. 듀플렉서 (220) 의 송신입력은 전력 증폭기 (240) 에 의해 이동유닛의 송신회로에 접속된다. 듀플렉서 (220) 의 수신입력은 저잡음 증폭기 (250) 를 통하여 이동유닛의 수신회로에 접속된다.
도 2 의 제 2 실시예는, 이동유닛이 송신하고 있을 때에 주 신호와 지연된 신호가 이동유닛에 의해 송신되는 점에서, 도 1 의 제 1 실시예와 서로 다르다. 이 제 2 실시예는 역방향 링크상에 시간 및 공간 다이버시티를 제공한다. 이동유닛에 의해 제공된 이 시간 및 공간 다이버시티를 활용할 수있는 CDMA 기지국이 상술한 미국 특허 제 5,280,472호에 개시되어 있다.
상기 2개의 실시예에서는, 물리적으로 격리되어 있는 주안테나 (100 및 200) 및 다이버시티 안테나 (105 및 205) 가, 수신시에 공간 다이버시티를 제공한다. 셀 사이트로부터 이동유닛까지의 정방향 링크상의 신호는 주 안테나 (100 및 200) 또는 다이버시티 안테나 (105 및 205) 중의 어느하나에서 페이딩을 겪는다. 그러나, 정방향 링크상의 경로길이가 주안테나 (100 및 200) 및 다이버시티 안테나 (105 및 205) 에 대해 물리적으로 서로 다르기 때문에, 어느 실시예에서의 양자의 안테나는 동시에 페이딩을 겪지 않을 것이다. 또한, 상기 각 실시예에서의 다이버시티 안테나 (105 및 205) 는, 그들이 이득 패턴이 주 안테나 (100 및 200) 의 이득패턴과 매우 서로 다르도록, 이동유닛으로 극성화 또는 물리적으로 배향될 수 있다. 그 하나의 방법은 주 안테나 (100 및 200) 로부터 수직하게 다이버시티 안테나 (105 및 205) 를 설치하는 것이다. 이 경우, 동작하는 위치에서의 모빌의 방위에 기인한 극성화 손실이 감소될 수 있다. 또다른 방법으로는 2개의 서로 다른 안테나, 예를들면, 루프 안테나 및 로드 안테나를 이용할 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 루프 안테나가 로드 안테나와는 서로 다른 안테나 패턴을 갖게 될 것이다.
상기 각 실시예에서의 다이버시티 안테나 (105 및 205) 의 존재는, 다이버시티 안테나가 존재하지 않는 경우에 있을 수 있는 것보다, 이동유닛의 수신열의 전체 잡음 형태를 감소시킨다. 또한, 다이버시티 안테나 (205) 가 송신뿐만 아니라 수신하는, 제 2 실시예에서는, 다이버시티 안테나 (205) 의 존재가 이동 유닛의 전체 송신 전력을 감소시킨다. 이들 인자들은 이동유닛의 설계시에 안테나 관련 손실과 안테나 다이버시티 사이의 트레이드 오프 (trade-off) 를 부여한다. 이 트레이드 오프를 해결하기 위하여, 본 발명의 각 실시예는 그 각 합산기 (135 및 235) 에서 다이버시티 신호와 주 신호와 서로 다른 가중치 (weight) 를 합산할 수 있다. 이는 특히 다이버시티 안테나 (205) 가 송신뿐만아니라 수신하는 제 2 실시예에서 유용하다. 예를들면, 만약 잡음형태에서의 3dB 손실 및 송신전력이 바람직하지 않으면, 다이버시티 안테나 (205) 에 의해 수신된 신호가 주 안테나 (200) 에 의해 수신된 신호보다 더 작은 가중치와 합산기 (235) 에서 합산되어질 수 있다. 이 경우, 다이버시티 안테나 (205) 에 의해 제공된 다이버시티의 이점은 이론적으로 가능한 것보다 더 작아지게 될 것이나, 여전히 허용가능한 동작특성을 제공할 수 있다. 예를들면, 안테나 패턴에서 20 내지 30 dB 만큼 깊은 널 (null) 이 매우 일반적이며, 모빌은 이용자의 머리 근처에서 동작하고 있다. 만약 다이버시티 신호가 주 신호보다 낮은 10dB 에서 합산되면, 널 깊이는, 다이버시티 안테나 (205) 에 기인한 송신전력 손실 또는 상당한 잡음형태가 없이, 약 10dB 까지 제한되게 될 것이다.
상기 각 실시예에서, 시간 다이버시티는 합산기 (135 및 235) 에서 다이버시티 신호와 주신호를 합산하기 전에, 지연회로 (130 및 230) 에서 다이버시티 신호를 시간지연시킴으로써, 제공된다. 이 시간 다이버시티는, CDMA 파형에 사용된 직교 PN 시이퀀스의 성질 때문에, 가능하다. 다음에 설명한 바와 같이, 합산기 (135 및 235) 에 의해 발생된 최종 합성된 신호는 주 신호와 다이버시티 신호를 분리시켜 그들을 시간 정렬시킨 다음, 그들을 재합성하여 처리될 수 있다.
다른 방법으로는 레이크 수신기에 앞서, 수신경로의 어느 점에서 합산하는 동작을 수행할 수 있음에 주의 하여야 한다. 예를들면, (IF 에서) 다운 컨버젼 (downconversion) 후에 합산하는 동작을 수행하는 하나의 이점은, 시간 지연이 RF 에서보다 IF 에서 구현하는 것이 보다 더 용이하다는 것이다. 그러나, 합산점에 앞선 다이버시티 수신경로에서 회로의 중복에 대한 관련 트레이드오프가 있을 수 있다.
도 3 은 본 발명의 다이버시티 안테나 기술과 함께 사용가능한 CDMA 이동 유닛을, 블럭도의 형태로 나타낸 것이다.
수신기 (304) 는 증폭 및 주파수 다운컨버젼을 위해 상기 실시예들중의 어느 하나의 수신경로로부터 RF 주파수 신호를 수신한다. 또한, 그 신호들은 탐색 수신기 (314) 와 함께 디지탈 데이터 수신기 (304, 310A 내지 310N) 에 제공하기 위하여 필터되어 디지탈화된다. 또한, 상세한 수신기 (310A 내지 310N 및 314) 의 설명은 본 발명의 양수인에게 양도된, "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM" 이란 명칭의 미국 특허 제 5,103,459호, 및 "DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" 이란 명칭의 미국 특허 제 5,109,390호에 개시되어 있다.
또한, 수신기 (304) 는 이동유닛의 송신전력을 조정하는 전력제어기능을 수행한다. 수신기 (304) 는 송신전력 제어회로 (308) 에 제공되는 아날로그 전력제어 신호를 발생한다.
아날로그 수신기 (304) 의 출력에서의 디지탈화된 신호는 상기 실시예들의 주 다이버시티 신호와 시간지연된 다이버시티 신호를 포함하며, 또한, 현재의 기지국과 모든 이웃하는 기지국에 의해 송신된 파일럿 캐리어와 함께 많은 진행하는 호출 신호를 포함한다. 수신기 (310A 내지 310N) 의 기능은 이들 디지탈화된 신호와 적당한 PN 시이퀀스와 상관시키는 것이다. 이 상관 (correlation) 처리는, 적당한 PN 시이퀀스를 정합하는 신호의 신호-대-간섭비를 향상시키지만 다른 신호들은 향상시키지 않는, "처리이득 (processing gain)" 으로서 당해분야에 널리 알려져 있는 성질을 제공한다. 그후, 이 상관 출력은 최근접 기지국으로부터 파일럿 캐리어를 캐리어 위상 기준으로 이용하여 동기적으로 검출된다. 이 상관처리의 결과는 일련의 인코드된 데이터 부호이다.
본 발명에서 이용된 PN 시이퀀스의 성질은, 지상환경에서의 다중송신에 의해 유발된 신호뿐만 아니라 본 발명의 시간 지연된 다이버시티 신호를 포함하는 다이버시티 신호들간에 식별이 이루어진다는 점이다. 신호가 하나이상의 경로 또는 본 발명에서는 하나이상의 안테나를 통과한 후, 모빌 수신기에 도달하는 경우, 신호의 수신 시간에 차이가 있다. 만약 이 시간차이가 하나의 칩 기간을 초과하게 되면, 상관처리는 신호들간을 식별한다. 데이터 수신기가 가장 일찍 또는 가장 늦게 도달하는 신호들중의 어느 하나를 트랙하여 복조할 수 있다. 만약, 2개 이상의, 통상은 3 개의 데이터 수신기가 제공되면, 독립적인 다중경로가 동시에 트랙되어 처리될 수 있다.
탐색 수신기 (314) 는, 제어 프로세서 (316) 의 제어하에, 다른 다중경로 파일럿 신호들에 대한 기지국의 수신된 파일럿 신호의 공칭시간 (nominal time) 주변의 시간영역을 연속적으로 스캔하기 위한 것이다. 수신기 (314) 는 공칭시간외의 시간에서 원하는 파형의 어떤 수신강도를 측정한다. 수신기 (314) 는 수신된 신호들에서의 신호강도를 비교한다. 수신기 (314) 는 신호강도 신호를 가장 강한 신호를 나타내는 제어 프로세서 (316) 에 제공한다. 프로세서 (316) 는 제어신호를 데이터 수신기 (310A 내지 310N) 에 제공하여, 가장 강한 신호들중에서 서로 다른 신호를 각각 처리한다.
수신기 (310A 내지 310N) 의 출력은 다이버시티 합성 및 디코더 회로 (318) 에 제공된다. 회로 (318) 내에 포함된 다이버시티 합성 회로는 수신된 부호의 2개의 스트림 타이밍을 정렬시켜 그들을 함께 합한다. 이 합산 처리는 2개의 스트림을 그 2개의 스트림의 상대적인 신호강도에 대응하는 숫자 만큼 곱하여 행해질 수 있다. 이 동작은 다이버시티 합성기에서 최대비로서 고려될 수 있다. 그후, 최종 합성된 신호 스트림이 회로 (318) 내에 또한 포함된 순방향 에러 정정 (FEC) 디코더를 이용하여 디코드된다. 통상의 디지탈 기저대역 장비는 디지탈 보코더 (vocoder) 시스템이다. CDMA 시스템은 여러가지 서로 다른 보코더 설계를 수용할 수 있도록 설계된다.
통상, 기저대역 회로 (320) 는 가변속도형일 수 있는 디지탈 보코더 (미도시됨) 을 포함한다. 또한, 기저대역 회로 (320) 는 핸드세트 또는 어떠한 다른 유형의 주변장치와의 인터페이스로서 기능한다. 기저대역 회로 (320) 는 회로 (318) 로부터 그에 제공된 정보에 따라서 출력정보 신호를 이용자에게 제공한다.
이동유닛과 기지국간의 링크 (역방향 링크) 에서는, 통상, 이용자 아날로그 음성신호가 핸드세트를 통하여 기저대역 회로 (320) 에 입력으로서 제공된다. 기저대역 회로 (320) 는 아날로그 신호를 디지탈 형태로 변환하는 아날로그/디지탈 (A/D) 변환기 (미도시됨) 를 포함한다. 그 디지탈 신호는 디지탈 보코더에 제공되어, 인코드된다. 그 보코더 출력은 순방향 에러 정정 (FEC) 인코딩 회로 (미도시됨) 에 제공된다. 바람직한 실시예에서, 실시된 에러정정 인코딩은 컨벌루션 (convolutional) 인코딩 체계이다. 그 디지탈화되어 인코딩된 신호는 기저대역 회로 (320) 으로부터 송신 변조기 (322) 로 출력된다.
송신 변조기 (322) 는 바람직한 실시예에서 월시코드에 기초한 64-ary 직교 신호기술인, 송신 데이터를 인코드한 후, 그 인코드된 신호를, PN 시이퀀스가 모든 이동유닛에 대해 공통적이지만 호출을 위해 이동국에 할당된 서로 다른 코드 위상 오프셋을 가진, PN 코드 캐리어로 변조한다. 다른 방법으로는, 그 PN 시이퀀스는 호출을 위해 할당된 어드레스 함수 (function) 에 따라서 선택될 수 있다. PN 시이퀀스는 기지국에 의해 송신된 호출 설정 정보로부터 제어 프로세서 (316) 에 의해 결정되며 수신기 (310A 내지 310N) 및 제어 프로세서 (316) 에 의해 디코드된다. 제어 프로세서 (316) 는 호출 디코딩을 위해 그 PN 시이퀀스 정보를 송신 변조기 (322) 및 수신기 (310A 내지 310N) 에 제공한다. 좀더 상세하게 설명하면, 외부 PN 코드가 PN 확산 신호상에 사용될 수도 있다. 데이터 변조에 관한 좀더 자세한 설명이 상기 미국 특허 제 5,103,459호에 개시되어 있다.
또한, 송신 변조기 (322) 는 그 변조된 신호를 IF 캐리어상의 변조를 위해 아날로그 형태로 변환한다. 송신 변조기 (322) 로부터 출력된 IF 신호는 송신 전력 제어회로 (308) 에 제공된다. 회로 (308) 에서 송신신호전력이 수신기 (304) 로부터 제공된 아날로그 전력제어신호에 의해 제어된다. 기지국에 의해 전력조정명령의 형태로 송신된 제어비트가 데이터 수신기 (310A 내지 310N) 에 의해 처리되어, 제어 프로세서 (316) 에 제공된다. 이들 전력 조정명령은 제어프로세서 (316) 에 의해 이동유닛 송신시에 전력레벨을 설정하는데 이용된다. 이들 명령에 응답하여, 제어프로세서 (316) 가 디지탈 전력제어신호가 발생하여, 회로 (308) 에 제공된다. 전력 제어에 대한, 수신기 (310A 내지 310N 및 314), 제어 프로세서 (316) 및 송신 전력제어 (308) 의 관계에 관한 더 이상의 정보는, 본 발명의 양수인에게 양도된, "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM" 이란 명칭의 미국 특허 제 5.056,109호로부터 입수할 수 있다. 송신 전력제어회로 (308) 는 전력이 제어되어 변조된 신호를 본 발명의 송신전력 증폭회로 (140 및 240) 로 출력한다.
바람직한 실시예들의 이전 설명은 어떠한 당해분야의 전문가도 본 발명을 이용할 수 있도록 하기 위하여 제공된다. 당해분야의 전문가들은 이들 실시예들에 대한 여러가지 변형예를 용이하게 알수 있으며, 여기에 정의된 고유의 원리가 발명성을 이용함이 없이 다른 실시예에 응용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타낸 실시예들에 한정하려는 것이 아니라, 여기에 개시된 원리와 신규한 특징에 부합하는 최광의의 범주를 부여하려는 것이다.

Claims (11)

  1. 통신 신호를 송신하는 하나이상의 기지국을 구비하는 무선 통신환경에서 동작하는 이동 무선장치내의 다이버시티 안테나로서,
    상기 다이버시티 안테나는,
    무선 신호를 송신하고 상기 통신신호를 수신하며, 상기 수신된 통신신호에 응답하여 주 안테나 신호를 제공하는 주 안테나;
    상기 통신신호를 수신하고, 상기 수신된 통신신호에 응답하여 다이버시티 안테나 신호를 제공하는 하나이상의 다이버시티 안테나;
    상기 하나이상의 다이버시티 안테나에 접속되어, 상기 다이버시티 안테나 신호를 시간지연시키는 지연회로; 및
    상기 주 안테나에 접속된 합산기 주 입력, 상기 지연회로에 접속된 합산기 다이버시티 입력, 및 합산기 출력을 갖고, 상기 주 안테나 신호와 상기 다이버시티 안테나 신호의 합에 응답하여 합 신호를 발생하는 합산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 안테나와 상기 합산기 주 입력에 접속되며 그들사이에 개재되며, 상기 주 안테나 신호를 수신하여 상기 무선신호를 상기 주 안테나에 제공하는 듀플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 듀플렉서와 상기 합산기의 주 입력에 접속되며 그들사이에 개재되며, 상기 주 안테나 신호를 증폭하는 제 1 저잡음 증폭기; 및
    상기 다이버시티 안테나와 상기 지연회로에 접속되며 그들사이에 개재되며, 상기 다이버시티 안테나 신호를 증폭하는 제 2 저잡음 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다이버시티 안테나와 상기 제 2 저잡음 증폭기에 접속되며 그들사이에 개재되며, 상기 다이버시티 안테나 신호의 스펙트럼 순도를 향상시키는 대역통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 다이버시티 안테나는 상기 주 안테나에 직교하게 상기 이동 수신기에 설치되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 합산기 출력에 접속되어, 상기 합신호를 수신하여, 상기 무선신호를 상기 주 안테나와 상기 하나이상의 다이버시티 안테나에 제공하는 듀플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나.
  7. 수신회로 및 송신회로를 갖는 이동 수신기내의 다이버시티 안테나 시스템으로서,
    무선신호를 송수신하는 주 안테나;
    무선신호를 송수신하는 다이버시티 안테나;
    상기 다이버시티 안테나에 접속되어, 상기 다이버시티 안테나에 의해 송수신된 무선신호를 시간지연시키는 지연회로;
    상기 주 안테나와 상기 지연회로에 접속되어, 상기 주 안테나에 의해 수신된 무선신호와 상기 지연회로에 의해 지연된 수신 무선신호를 합성하는 합성회로; 및
    상기 합성회로에 접속된 입/출력을 가지며, 입력은 상기 송신회로에 접속되며 출력은 상기 수신회로에 접속된 듀플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다이버시티 안테나는 상기 주 안테나에 직교하게 상기 무선 수신기에 설치되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 안테나 시스템.
  9. 무선신호를 송신하는 하나이상의 기지국을 구비하는 무선 통신환경에서 동작하며 주 안테나와 하나 이상의 다이버시티 안테나를 갖는, 무선 수신기에 다이버시티 수신을 제공하는 방법으로서,
    상기 주 안테나상의 상기 무선신호를 수신하는 단계;
    상기 하나이상의 다이버시티 안테나 상의 상기 무선신호를 수신하는 단계;
    상기 하나 이상의 다이버시티 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 시간지연시키는 단계; 및
    상기 시간 지연시킨 무선신호와 상기 주 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 합산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기에 다이버시티 수신을 제공하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시간 지연시킨 무선신호와 상기 주 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 합산하는 단계 전에, 상기 주 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 증폭하는 단계; 및
    상기 시간 지연시킨 무선신호와 상기 주 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 합산하는 단계 전에, 상기 다이버시티 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 증폭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기에 다이버시티 수신을 제공하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다이버시티 안테나에 의해 수신된 상기 무선신호를 대역통과 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기에 다이버시티 수신을 제공하는 방법.
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