KR20000028836A

KR20000028836A - 안테나 어레이 캘리브레이션 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20000028836A
Application number: KR1019990042765A
Authority: KR
Inventors: 아노트로버트
Original assignee: 가네코 히사시; 닛폰 덴키 주식회사
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2000-05-25
Also published as: GB2342505A; KR100353106B1; GB9821779D0; CN1149712C; DE19948039A1; JP2000151255A; JP3546773B2; DE19948039C2; BR9906073A; CN1250235A; GB2342505B

Abstract

특히, CDMA 이동 통신 시스템용 안테나 어레이는 통신 트래픽 신호와 직교하도록 부호화되는 캘리브레이션 신호를 주입함으로서 동작중에 교정된다. 이렇게 함으로서 정규적이고 신뢰할 수 있는 캘리브레이션을 행할 수 있다.

Description

안테나 어레이 캘리브레이션 방법 및 장치{Antenna array calibration}

본 발명은 특히 이동 통신에 사용하기 위한 안테나 어레이의 캘리브레이션 및 관련 일렉트로닉스에 관한 것으로서, 특히 코드 분할 다중 억세스(CDMA) 시스템에 관한 것이다.

안테나 어레이에 있어서, 어레이 소자들이 개별적으로 제어될 수 있는 안테나 어레이가 싱글 안테나에 비해 장점이 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 이동 통신에서 신호는 특히 모빌 디바이스로 직행할 수 있어 이득 향상을 제공한다. 각각의 수신기 및 송신기 일렉트로닉스에 결합된 다수의 안테나 소자들을 갖는 안테나 어레이를 이용하는 상업용 시스템은 공지되어 있다.

이러한 안테나 어레이에서 나타나는 문제는 제조시의 허용 오차, 상이한 케이블 길이, 송신기 및 수신기 일렉트로닉스 내의 활성 콤포넌트들의 상이로 인해, 각 소자들 간의 위상 이동 또는 이득에 있어서 차이가 있을 수도 있다. 즉, 동일 신호가 모든 송신기에 공급되는 경우, 대응 안테나로부터 나온 신호들은 진폭 또는 위상이 다를 수도 있다. 마찬가지로, 동일한 무선 신호가 어레이 내의 모든 안테나에 의해 수신되는 경우에, 상기 수신기 일렉트로닉스에 의해 출력된 신호는 진폭 또는 위상이 다를 수도 있다.

이 문제를 해결하기 위한 방법으로, 예를 들면, 일련의 복소수 곱셈 계수(complex multiplication coefficient)를 포함하는 한편 안테나 어레이 및 관련 일렉트로닉스의 특성을 정의하는 캘리브레이션 벡터를 기억시키는 방법이 공지되어 있다. 이들 특성을 결정하는데에는 때론 복잡한 캘리브레이션 장비가 요구되며, 기본적인 캘리브레이션은 종종 어레이 설치 또는 제조시 단 한번만 행해지거나, 또는 클래스 캘리브레이션 벡터가 특정 타입의 장비에 할당된다.

정상 신호 대신에 캘리브레이션 신호가 통과하는 동위상 어레이의 캘리브레이션에 대한 방안들이 제안되었는데, 이들 중 일례는 WO 95/34103에 개시되어 있다. 그러나 이들 방안들은 통신의 중단없이 캘리브레이션이 요구되는 라이브 통신에 사용하기에는 접합하지 않다.

또한 안테나 어레이의 캘리브레이션을 위해 원격 캘리브레이션 디바이스에 의지하는 제안들도 있다. US-A-5546090에는 캘리브레이션 일렉트로닉스가 어레이에 직접 결합되도록 안테나 어레이로부터 송신된 신호를 수신하여 동일 어레이로 리턴시키는 안테나 어레이의 캘리브레이션에 사용하기 위한 트랜스폰더가 개시되어 있다. 상기 트랜스폰더 자체는 비교적 단순한 휴대용 장치이다. 그러나, 비교적 간단한 장치라고는 하나 캘리브레이션 단계에서 분리된 원격 안테나를 사용하므로서 캘리브레이션 과정을 복잡하게 하고 정규적인 캘리브레이션을 방해하는 문제가 남아 있다.

EP-A-713261은 위성용 안테나 어레이의 캘리브레이션을 위한 장치를 개시하고 있는데, 여기서는 다른 신호와 불필요한 간섭을 일으키지 않도록 "작은"(저전력/제한된 대역폭) 프로브 신호가 전송된다. 더 낮은 전력의 프로브 신호를 사용하면 측정이 까다로워질 수 있으며(전용 원격 캘리브레이션 스테이션이 기술되어 있음) 보다 긴 통합 시간을 요한다.

GB-A-2313523에는 지향성 커플러에 의해 주 송신기/수신기 일렉트로닉스 체인으로부터 분리되는 에러 보정 회로에 저전력 광대역 신호를 주입함으로서, 에러 보정을 교정하는 시스템 및 특히 GSM 시스템의 캘리브레이션 회로가 개시되어 있다. 상기 특허출원은 특히 내장 캘리브레이션 회로의 캘리브레이션과 관련되며, 라이브 신호에 사용된 업-링크 또는 다운-링크 수신기 또는 송신기 일렉트로닉스의 기본적인 캘리브레이션의 문제를 취급하지는 않는다.

본 발명에 따르면, 특히 CDMA 시스템 환경에서 특히 더 높은 주파수에서, 실제 송신 및 수신 정보에 사용된 송신기 또는 수신기의 "라이브" 캘리브레이션을 행하는 몇몇 수단을 제공하는 것이 바람직하며, 이것은 더욱 빈번하고 신뢰할 수 있는 캘리브레이션을 가능하게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 안테나 어레이의 "라이브" 캘리브레이션, 즉, 어레이 사용중에 행해질 수 있는 캘리브레이션에 적합한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 독립된 캘리브레이션 디바이스 또는 트랜스폰더를 반드시 요구하지는 않는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이동 통신 기지국의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 개선된 시스템의 일부분의 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

16. 업 컨버터 18. 다운 컨버터

20, 22. 안테나 어레이 21, 23. 전송 라인

100. 지향성 커플러 106. 캘리브레이션 신호 처리기

107. 캘리브레이션 신호 발생기 110. 디바이더

본 발명의 방법적인 특성에 따르면, 본 발명은 안테나 어레이의 소자에 결합되어, 코딩법에 따라서 실질적으로 서로 직교하도록 부호화되는 통신 트래픽 신호를 안테나 어레이 소자와 교환하는 송신기 또는 수신기 콤포넌트들의 체인의 적어도 일부분을 교정하는 방법으로서,

상기 코딩법에 따라서 상기 통신 트래픽 신호에 대하여 실질적으로 직교하도록 부호화되는 캘리브레이션 신호를 체인에 주입하는 단계와,

상기 주입된 신호를 추출하는 단계와,

상기 추출된 신호에 의거하여 상기 부분을 교정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

이런 방법으로, 어레이의 정상적인 동작이 거의 영향을 받지않고 캘리브레이션 동안 거의 방해가 없는 가운데 통신 트래픽 신호의 송신 또는 수신이 계속될 수 있다. 다른 이점으로는, 통신 트래픽을 위한 어레이의 사용을 방해하지 않고 "라이브" 송신기 및 수신기 일렉트로닉스의 정규적인 또는 거의 연속적은 캘리브레이션이 행해질 수 있다는 것이다. 다른 중요한 이점은 캘리브레이션 신호가 통신 트래픽에 대해서와 거의 동일한 방법으로 상기 회로에 의해 처리될 수 있고거의 동일한 위상 및 진폭 왜곡을 당하기 때문에, 캘리브레이션이 보다 정확해진다는 것이다. 캘리브레이션 신호가 통신 신호에 대하여 상이한 성질(예를 들면 더 낮은 파워, 더 좁은 대역폭, 상이한 주파수)을 갖는 종래의 장치에서, 특히 수신기 또는 송신기 체인의 비선형 소자들로 인해, 캘리브레이션 신호는 상이한 위상 또는 진폭 왜곡을 당하게 되어 결국 캘리브레이션이 부정확하게 됨을 본 발명을 통해 이해할 수 있다.

신호가 서로 거의 수직하다는 것은 신호들 서로간의 간섭이 거의 없다는 것을 의미한다.

본 발명의 제 1 장치의 특성에 따르면, 본 발명은 안테나 어레이의 소자에 결합되어 실질적으로 서로 직교하도록 코딩법에 따라서 부호화되는 다수의 통신 트래픽 신호를 상기 안테나 어레이 소자와 교환하는 통신 장치의 송신기 또는 수신기 콤포넌트들의 체인의 적어도 일부분을 교정하는 장치로서,

실질적으로 상기 통신 트래픽 신호와 직교하도록 상기 코딩법에 따라서 부호화되는 캘리브레이션 신호를 상기 체인에 주입하는 수단과,

상기 주입된 캘리브레이션 신호를 추출하는 수단과,

상기 추출된 신호에 의거하여 상기 부분에 대한 적어도 하나의 캘리브레이션 파라미터를 결정하는 수단을 포함하는 장치를 제공한다.

본 발명의 제 2 장치의 특성에 따르면, 본 발명은 다수의 소자를 갖는 안테나 어레이에 결합되는 통신 장치로서,

송신기 콤포넌트들 및 수신기 컴포넌트들의 다수의 체인으로서, 각각의 체인은 상기 안테나 어레이의 각각의 소자에 결합되어 다수의 통신 트래픽 신호들을 상기 안테나 어레이 소자들과 교환하고, 상기 통신 트래픽 신호들은 실질적으로 서로 직교하도록 코딩법에 따라서 부호화되는 상기 다수의 체인과,

실질적으로 상기 통신 트래픽 신호와 직교하도록 상기 코딩법에 따라서 부호화되는 캘리프레이션 신호를 상기 체인에 주입하는 수단과,

상기 주입된 캘리브레이션 신호를 추출하는 수단과,

상기 추출된 신호에 의거하여 상기 부분에 대한 적어도 하나의 캘리브레이션 파라미터를 결정하는 하는 수단을 포함하는 통신 장치를 제공한다.

양호하게는 상기 신호들이 국부적으로 주입되어 추출된다. 주입 및 추출이 "국부적으로" 행해진다는 것은 원격 캘리브레이션 디바이스 또는 트랜스폰더가 사용되는 장치를 제외한다는 것을 의미하며, 양호하게는 캘리브레이션 장치가 교정되는 장치와 통합된다.

안테나 어레이는 다수의 한정된(물리적 또는 논리적인) 채널을 통해 통신하며 캘리브레이션 신호는 통신 트래픽에 시용되지 않은 하나 이상의 채널로 양호하게 주입된다.

가장 양호하게는, 상기 안테나 어레이가 CDMA 통신 시스템에 사용되고, 상기 캘리브레이션 신호가 통신 트래픽에 할당된 코드와 상이한 하나 이상의 확산 코드로 부호화된다.

CDMA 시스템의 경우, 적어도 송신기측의 캘리브레이션에 있어서, 양호하게는 캘리브레이션 신호가 통신 트래픽에 사용된 OVSF 코드와 상이한 단일 직교 가변 확산 인자(OVSF)의 짧은 코드를 이용하여 주입된다. 이렇게 하면 캘리브레이션을 위한 다수의 OVSF 코드를 사용할 필요가 없게 된다. 다운링크측에는 단지 한정된 수의 이용가능한 OVSF 코드만 있게 된다. 업링크는 스크램플링 코드를 이용하여 모빌 디바이스를 구별하기 때문에, 이러한 조건들이 덜 엄격하지만 수신기측의 캘리브레이션을 위해 단일 OVSF 및 스크램블링 코드 조합만 사용하는 것이 양호하다.

통신 트래픽에 이용된 것과 동일한 코딩법이 이용되기 때문에, 캘리브레이션에 요구된 하드웨어는 통신 신호의 복조에 필요한 것과 유사할 수 있으며, 따라서 설계 및 테스트를 간소화할 수 있다.

본 발명은 안테나 어레이의 송신기 및 수신기측 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 개별적으로 적용될 수도 있다.

양호하게는, 송신기측 일렉트로닉스의 캘리브레이션의 경우, 상기 짧은 코드는 안테나 어레이의 소자들 사이에서 가변하는 데이터 시퀀스로 변조되어 선택되며, 따라서 적어도 완전한 통합 기간동안 OVSF 와 각각의 송신기 체인에 대한 데이터 시퀀스의 조합은 서로 직교한다. 이런 방법으로, 송신기측 회로로부터의 신호는 별도의 OVSF의 짧은 코드없이 단일 컨버터를 이용하여 결합되어 다운 변환될 수 있다.

송신기측에서, 양호하게는 각각 식별가능한 신호들이 각 어레이 소자들에 결합된 다수의 송신기 체인들 각각에 공급되며, 양호하게는 거의 동시에 공급된다. 이것은 신호들이 단일 수신기를 이용하여 결합되고 추출될 수 있도록 한다. 이렇게 하면 다수의 컨버터가 필요없게 되며 소자들의 동시 캘리브레이션이 가능해진다.

양호하게는, 송신기측 회로의 캘리브레이션의 경우, 상기 캘리브레이션 신호가 디지털-아날로그 변환 이전에 디지털 영역에 주입된다. 또한, 송신기측 회로의 캘리브레이션의 경우, 상기 캘리브레이션 신호는 대응 안테나 소자에 신호를 공급하는 전송 라인에 결합된 무선 주파수 커플링을 이용하여 양호하게 샘플화된다.

양호하게는, 수신기측 회로의 캘리브레이션의 경우, 상기 캘리브레이션 신호는 대응 안테나 소자로부터 신호를 수신하는 전송 라인에 결합된 무선 주파수 커플링을 이용하여 주입된다. 또한, 수신기측 회로의 캘리프레이션의 경우, 상기 캘리브레이션 신호는 수신된 신호의 아날로그-디지털 변환 후, 디지털 영역에 양호하게 추출된다.

전술한 바와 같은 디지털 영역에서의 주입 또는 추출은 처리를 용이하게 할 수도 있다.

전술한 바와 같은 무선 주파수 신호의 주입 또는 추출에 의해, 설치하기가 불편하거나 또는 안테나 어레이로부터 송신된 신호 또는 상기 안테나 어레이에 의해 수신된 신호와 간섭을 일으킬 수도 있는 별도의 안테나가 필요없게 된다. 상기 커플링들은 각각의 안테나 소자에 인접하게, 예를 들면, 롱 케이블 런(long cable runs)의 안테나측에 제공되어 상기 안테나 소자들과 상기 커플링들 사이의 가변 인자를 최소화한다. 또한, 무선 주파수 신호를 안테나 소자들에 결합하기 위해 별도의 안테나가 제공될 수도 있다.

양호하게는, 캘리브레이션 신호가 주입되고 캘리브레이션의 측정이 규칙적으로(예를 들면, 적어도 매시간마다 혹은 매분마다, 양호하게는 적어도 10초마다, 보다 양호하게는 매초마다) 또는 거의 연속적으로 얻어진다. 만약 캘리브레이션이 초당 10호, 또는 보다 양호하게는 적어도 약 50Hz, 양호하게는 100Hz로 행해지면, 각 송신기 또는 수신기 내에서 발생된 로컬 오실레이터 신호의 위상의 드리프트가 추적될 수 있다.

일반적으로 통신 트래픽 신호는 프레임으로 전송되는데, 항상 1초 이하의 존속 기간(통상적으로 10ms 또는 20ms)을 갖는다. 캘리브레이션 신호는 실질적으로 소정 개수의 프레임마다(정상 동작 동안; 이것은 테스트 또는 관리하는 동안의 임의의 예외적인 상황 또는 통신 트래픽이 특히 혼잡한 상황 하에서 중지될 수도 있다), 예를 들면, 적어도 100 프레임마다, 양호하게는 10 프레임, 보다 양호하게는 매 프레임 또는 한 프레임 건너서마다 주입된다. 프페임은 수퍼-프레임(예를 들면, 720ms의 존속기간)으로 그룹화되고, 캘리브레이션은 대략 매 수퍼-프레임마다 연속적으로 행해질 수도 있다.

상기 규칙적인 캘리브레이션은 캘리브레이션의 예를 들면 장치의 온도 변화로 인한 작은 드리프트가 신뢰할 수 있게 검출되도록 하며, 또한 신속한 오류 검출이 가능하게 한다. 잦은 캘리브레이션이 금기시되는 종래 기술의 방법과 대비되는 본 발명의 이점은 현저한 통신 신호 저하가 없고 캘리브레이션과 관련된 대역폭 오버헤드가 거의 없다는 것이다. 간접적인 이점은 상기 시스템이 캘리브레이션 허용 오차를 보다 엄격히 제한할 수 있도록 설계될 수 있어 더 큰 범위 또는 유저 밀도를 가능하게 할 수도 있다는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시예를 설명한다. 도면에서 유사한 요소는 동일 참조 부호를 사용한다.

도 1의 개략도를 참조하면, 이동 통신 기지국은 전송 라인(21)을 통해 송신기 안테나 어레이(20)에 결합되고 전송 라인(23)을 통해 수신기 안테나 어레이(22)에 결합되는 신호 처리 회로(10)를 포함한다. 안테나 어레이(20, 22)는 도시된 바와 같이 물리적으로 분리되어 있고, 이 경우 이들 안테나 어레이는 일반적으로 서로 아주 인접하게 위치되어 있다. 대안으로, 적절한 2중 회로를 이용하므로서 단일 피지컬 어레이(single physical array)가 송신 및 수신 모두에 사용될 수도 있다. 안테나 어레이는 다수의 이동 전화(30a, 30b) 또는 다른 이동 통신 장치들과 무선 통신한다. 기지국 신호 처리 회로(10)는 예를 들면, 광 파이버, 전기 접속 또는 마이크로파 링크에 의해 코어 통신 네트워크에 결합된다.

기지국 회로(10)는 통신망으로부터의 신호를 처리하여 이동 장치로 송신하고 수신 신호를 처리하여 통신망으로 전송하는 베이스밴드 디지털 신호 처리기(12)를 포함한다. 디지털 신호 처리 회로는 일반적으로 빔 형성 네트워크를 포함하고 코드를 발생할 것이다. 디지털 신호 처리기의 출력은 디지털-아날로그 컨버터(14)를 통과하여 업 컨버터(16)의 어레이로 진행하며, 여기서 베이스밴드 신호(예를 들면, 수 메가헤르쯔, 예를 들면, 4.096MHz의 칩 레이트)로부터 전송에 적합한 파워 레벨 및 주파수(예를 들면, 1-2 GHz에서 수 와트 또는 수십 와트, 이들 파라미터는 할당된 통신 밴드에 의존함)로 변환된다. 안테나 어레이로부터 수신된 신호는 저잡음 증폭기에서 증폭되고, 다운 컨버터(18)에 의해 다운 변환되고 복조되며, 아날로그-디지털 컨버터(19)로 공급되어 베이스밴드 디지털 신호 처리기(12)를 통하여 처리된다.

본 명세서에서 사용된 용어 "업 컨버터(up converter)"는 아날로그 송신기 체인(chain) 회로를 지칭하며, 통상적으로 QPSK 변조기와 같은 변조기 및 파워 증폭기를 포함한다. 마찬가지로, 용어 "다운 컨버터(down converter)"는 아날로그 수신기 체인 회로를 지칭하며, 통상적으로 저잡음 증폭기 및 복조기를 포함한다.

기지국 회로(10)는 일반적으로 사전에 프로그램된 수정 인자들(도시되지 않음)을 인가하여 위상 및 진폭 왜곡을 수정하기 위한 장치를 포함한다. 이 장치는 예를 들면, 이산형 위상 시프터의 네트워크로서 제공되거나 또는 부분적으로 또는 완전히 베이스밴드 디지털 신호 처리기(12) 또는 업 컨버터(16) 및 다운 컨버터(18)에 통합될 수도 있다.

안테나 어레이는 통상적으로 2 내지 10개 정도의 소정 개수의 소자들을 가지며, 예를 들면, 선형 또는 원형 등의 원하는 모양을 가질 수도 있으며, 1 차원 또는 2 차원으로 확장할 수도 있다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 장치는 주로 종래의 것이며, 예를 들어 본 명세서에 참조된 WO 95/34103 또는 GB-A-2313523에 기술된 장치중 어느 하나에 기초하고 있다.

본 발명은 ARIB 등에 의해 표준화된 일본 W-CDMA 시스템 또는 ETSI UMTS 지상 무선 억세스(UTRA) 표준에 따른 시스템에 양호하게 사용될 수 있다. 당업자에게 익숙한 상기 표준들은 본 명세서에 참조된다.

이하, 도 2를 참조하여 양호한 실시예에 따라서 이동 통신 시스템을 위한 기지국의 캘리브레이션에 이용된 부가적인 요소들 및/또는 변형을 기술한다. 전술한 바와 같이, 송신기측 회로 또는 수신기측 회로 또는 양호하게는 둘 모두의 캘리브레이션에 독립적으로 변형이 이루어질 수도 있다.

먼저 수신기측 회로를 고려해보면, 전술한 바와 같이, 다운 컨버터(18)는 전송 라인(23)을 통하여 수신기 안테나 어레이(22)로부터 신호를 수신하고, 다운 컨버터(18)의 출력은 종래의 방식으로 수신된 통신 트래픽을 처리하는 회로로 공급된다. 양호한 실시예에서, 캘리브레이션 신호(이 신호의 기원은 하기에 설명됨)는 커플링(100)을 이용하여 무선 주파수로 각 전송 라인(23)에 주입되며, 상기 커플링은 안테나 어레이(22)에 인접하게 위치한다. 통신 신호 처리 장비를 통과한 후에, 다운 컨버터의 출력은 하기에 설명되는 양호한 실시예에 따른 다운 컨버터를 교정하는데 사용되는 캘리브레이션 신호 처리기(106)에 공급된다.

다음은 송신기측 회로를 고려해보면, 전술한 바와 같이, 업 컨버터(16)는 디지털 신호 처리기(12)로부터 송신을 위한 베이스밴드 통신 신호를 수신하여, 전송 라인(21)에 의해 송신기 안테나 어레이(20)에 결합하기 위한 출력을 발생한다. 통신 신호 외에, 캘리브레이션 신호(이 신호의 기원은 하기에 설명됨)는 디지털 영역에서의 처리에 의해 가장 양호하게 각각 업 컨버터(16)에 공급된 신호 스트림으로 주입된다. 각각의 업 컨버터의 출력은 각각의 전송 라인(21) 내의 커플링(112)을 이용하여 무선 주파수로 샘플화되고, 상기 커플링은 이상적으로는 안테나 어레이(20)에 인접하게 위치한다.

캘리브레이션 장치의 전체 동작은 캘리브레이션 신호 발생, 분석 및 다른 기능을 제어하는 캘리브레이션 제어기(105)의 제어하에 있으며, 이는 하기에 기술된다.

이하, 캘리브레이션 신호의 발생을 설명한다. 양호한 실시예에서, 캘리브레이션 신호는, 단일 신호를 라인(108)을 통해 디바이더(110)에 공급하는 캘리브레이션 신호 발생기(107)에 의해 수신기측 회로에 공급된다. 상기 디바이더는 각 신호를 수신기 안테나 어레이(22)로부터의 신호를 다운 컨버터(18)에 결합하는 각각의 전송 라인(23)에 결합된 지향성 커플러(100)에 공급한다. 또한 예를 들면, 안테나 어레이의 안테나 소자들에 인접하게 탑재된 외부 안테나를 이용하여 상기 캘리브레이션 신호를 결합하는 것도 가능하다.

캘리브레이션 신호는 활성 모빌 디바이스(30a, 30b)에 할당되지 않고 모빌 디바이스에 의해 전송될 수 있는 신호와 동일한 포맷을 갖는 업링크 확산 코드를 이용하여 부호화된 "더미(dummy)" 데이터를 포함한다(그러나 다른 포맷이 이용될 수도 있다). 상기 신호는 음성 또는 데이터 신호로 포맷될 수도 있다. 일반적으로, 음성 및 데이터 신호 모두에 대한 예기된 왜곡은 유사하며, 따라서 단지 한 타입의 캘리브레이션 신호가 사용되면 되지만, 패킷 포맷을 변경하기 위한 설비가 이루어질 수도 있다. 전술한 실시예에서와 같이, 송신기측 회로의 캘리브레이션을 위한 신호를 발생하는데 동일한 캘리브레이션 신호 발생기가 사용되는 경우, 수신기측 캘리브레이션 신호로는 설계를 간단히 하기 위해 유사한 포맷이 양호하다.

캘리브레이션 신호는 간섭을 최소화하기 위해 가능한 한 낮은 레벨로 주입되는 것이 양호하다. 요구된 레벨은 통합(integration) 시간 및 정확한 위상 및 진폭 측정에 필요한 통합 후의 신호대 잡음비에 의해 결정된다. 일반적으로, 파워 레벨은 안테나 어레이로부터 수신된 (깨끗한(clear))신호의 레벨과 유사할 것이다. 예를 들면, 완전한 셀 로딩(cell loading)시의 단일 유저 신호와 동등할 것이다.

이제 송신기측에 대한 캘리브레이션 신호를 살펴보면, 동일한 캘리브레이션 신호 발생기(107)가 라인(109)을 통하여 각각의 송신기 체인에 대하여 분리된 캘리브레이션 신호를 공급하며, 이들 신호는 통신 트래픽과 디지털 방식으로 합산되어 업 컨버터(16)로 공급된다. 캘리브레이션 신호는 통신 트래픽 신호와의 간섭을 최소화하기 위해 적당한 신호대 잡음비를 가지도록 가능한 한 낮은 신호대 잡음비로 주입된다. 캘리브레이션 신호는 단일 OVSF의 짧은 코드로 부호화된 데이터지만 상이한 데이터 시퀀스로서 각각의 업 컨버터(16)에 공급되며, 따라서 신호들은 10ms 데이터 프레임 기간에 걸쳐 통합될 때 서로 직교한다. 상기 데이터 시퀀스는 공지된 방법으로 직교 공드 코드로부터 선택된 수도 있다. 직교 골드 코드는 완전히 직교하지는 않으며, 월시(Walsh) 코드를 사용하는 것이 양호하다.

가장 양호한 방법으로는, 본 발명자는 UTRA RTT의 제 5.3.2.2.1 장에 개시된 방법에 의거하여 OVSF 코드 트리를 확장하므로서 직교성이 쉽게 얻어질 수 있음을 발견하였다. 따라서, c0의 길이가 256이면, 2개의 소자에 대한 OVSF 코드 캘리브레이션 신호는 다음과 같이 발생될 수 있다.

s0 = [c0 c0]

s1 = [c0 -c0]

여기서, s0 및 s1은 길이가 512 칩(chip)이고 측정 기간동안 주기적으로 반복한다. 네 개의 소자들에 대해서는 다음의 코드가 사용될 수 있다.

s0 = [c0 c0 c0 c0]

s1 = [c0 c0 -c0 -c0]

s2 = [c0 -c0 c0 -c0]

s3 = [c0 -c0 -c0 c0]

이들 각각의 소자의 길이는 1024 칩이며 측정 기간동안 반복한다.

더 짧은 시퀀스의 반복 대신에 더 긴 시퀀스를 이용하거나 사용된 모든 프레임을 변경하여 트래픽 채널에 발생된 간섭을 랜덤화하는 것이 양호하다.

이하, 캘리브레이션 신호에 대한 해석을 설명한다. 수신기측 회로의 캘리브레이션의 경우, 캘리브레이션 신호에 대응하는 다운 컨버터의 출력은 베이스밴드 레벨이고 모빌 디바이스로부터 수신된 신호에 대응하는 출력과 유사하다. 만약 상기 장치가 이상적으로 교정되면, 신호의 위상 및 진폭은 모두 동일할 것이다. 각 신호는 전송된 신호와 상관되어 상기 전송된 신호에 대한 위상 및 진폭을 결정하고, 이들 결과는 상관되어 각 수신기 간의 차이를 얻는다. 일반적으로 기지국 내의 다른 곳에서도 유사한 기술이 이용되는데, 디지털 신호 처리기(12)에서는 모빌 디바이스(30a, 30b)로부터의 파일럿 신호의 시작을 위치시키기 위해 적절한 웨이팅을 제공한다. 상기 해석의 결과는 특정 위치에서 소정의 모빌 디바이스로부터 선택적으로 신호를 선택하고, 다운링크 신호를 모빌 디바이스로 안내하는 유저의 빔형성 웨이팅 벡터를 발생하는데 사용된다.

캘리브레이션 신호는 모든 안테나 소자들로부터 동일 거리(또는 수신기 체인에 주입된 신호가 소정의 양만큼 변한 경우 다른 소정의 위치)에 있는 가상 모빌 디바이스로부터 나온다고 간주할 수 있다. 따라서 캘리브레이션 신호의 외견상의 소스인 가상 모빌 디바이스의 외견상의 위치로 캘리브레이션 에러를 측정할 수 있다.

수신기측 회로에 기억된 수정 인자는 각각의 다운 컨버터로부터 얻어진 신호의 위상 및 진폭이 동일하게 될 때까지 분석후 (예를 들면, 단계적인 변경, 또는 새로운 파라미터를 집접 계산하므로서)조정될 수도 있다.

업 컨버터의 캘리브레이션의 경우, 커플러(112)에 의해 샘플화된 업 컨버터의 출력은 분명히 무선 주파수이다. 이들 신호의 분석은 주로 직접 행해지지만, 디지털 영역에서 수신기측 신호가 분석되는 방식과 동일 방식으로 이들 신호를 분석하는 것이 더 편리하다. 물론, 이것은 신호의 다운 변환을 요구하지만, 다른 미지의 에러의 유입없이 행해져야 한다. 양호한 실시예에서, 이들 신호는 무선 주파수로 결합기(111)에서 직접 결합되어 전용 캘리브레이션 다운 컨버터(101)에 의해 다운 변환되며, 상기 전용 캘리브레이션 다운 컨버터(101)는 다른 다운 컨버터로부터 수신된 신호와 함께 캘리브레이션 신호 처리기(106)에 신호를 공급한다.

전송된 신호가 적절히 감쇄되어 주파수 변형이 이루어지면 기존의 수신기를 이용할 수도 있겠지만, 캘리브레이션용 전용 다운 컨버터를 사용하는 것이 양호하다.

결합기(111)를 이용하면, 단일 캘리브레이션 다운 컨버터가 제공될 수 있는데, 이로 인해 구성요소들이 감소되어 분리된 다운 컨버터의 캘리브레이션을 관리하거나 검사할 필요가 없게 된다. 신호들을 결합하여 얻게되는 다른 이점은 모든 업 컨버터의 동시 캘리브레이션이 가능하다는 것이다. 그러나, 전술한 장치에 대한 대안으로서, 전용 캘리브레이션 다운 컨버터가 각각의 업 컨버터에 제공되거나 또는 업 컨버터의 출력이 캘리브레이션 다운 컨버터의 입력에 순차적으로 공급될 수 있다.

전술한 바와 같이 캘리브레이션 신호는 서로 직교하므로, 결합된 신호는 디지털 영역에서 분석되어 각각의 송신기 체인 신호를 식별할 수 있다. 그러면 각 신호는 상관되어 상이한 수신기 체인으로부터의 신호 분석과 유사한 방식으로 위상 및 진폭 차를 식별할 수 있다.

각 송신기 체인으로부터 신호를 추출한 후, 모든 신호의 위상 및 진폭이 같아질 때까지(또는 이들 신호의 위상 및 진폭이 상이한 경우에는 위상 및 진폭이 주입된 신호에 대응할 때까지) 상기 송신기측 회로에 대한 상관 인자들이 조정된다.

전술한 장치에 의해 캘리브레이션이 효과적으로 이루어지고 통신 트래픽에 대한 방해가 최소화된다(각각의 캘리브레이션 신호 전달과 관련된 오버헤드만 있으며, 이것은 총 트래픽량에 비해 작다). 따라서 정규적인 캘리브레이션을 수행할 수 있으며, 예를 들어 아날로그 회로 내의 로컬 오실레이터에서의 이동에 의한 최소 이동이 정확히 검출될 수 있다. 또한 캘리브레이션 신호를 운반하는 프레임을 연속적으로 전송하므로서 연속적인 캘리브레이션을 효과적으로 행할 수도 있다. 그러나, 에러 정정 회로를 조정하는 데에는 일반적으로 한정된 시간이 걸리기 때문에(여기서 에러 정정은 디지털 방식으로 행해지며, 동시에 가상적으로 이것을 달성할 수 있다), 일반적으로 단지 교호 프레임에 대해서만 캘리브레이션을 행하거나 단지 일부 프레임에 대해서만 캘리브레이션 신호를 전송하고 캘리브레이션 조정을 위해 어떤 부분(예를 들면, 타임 슬롯)은 남겨 두는 것이 바람직하다.

본 발명은 CDMA 시스템에 적용할 때 가장 큰 이점을 얻을 수 있으며, 여기서 스크램블링 코드를 사용하여 캘리브레이션 신호를 인코드하면 효과적인 캘리브레이션이 행해질 수 있다. 본 발명은 FDM 또는 TDM 시스템에 확장될 수 있다.

지금까지 본 발명은 이동 전화 시스템의 기지국과 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 안테나 어레이를 갖는 다른 시스템에도 적용가능하며, 둘 이상의 안테나를 갖는 모빌 디바이스에 사용될 수 있다.

전술한 각 특징은 별도의 언급이 없는 한 독립적으로 제공될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 안테나 어레이의 "라이브" 캘리브레이션, 즉, 어레이 사용중에 행해질 수 있는 캘리브레이션이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 독립된 캘리브레이션 디바이스 또는 트랜스폰더를 반드시 요구하지는 않는다.

Claims

안테나 어레이의 소자에 결합되어, 코딩법에 따라서 실질적으로 서로 직교하도록 부호화되는 통신 트래픽 신호를 안테나 어레이 소자와 교환하는 송신기 또는 수신기 콤포넌트들의 체인의 적어도 일부분을 교정하는 방법으로서,

상기 코딩법에 따라서 상기 통신 트래픽 신호에 대하여 실질적으로 직교하도록 부호화되는 캘리브레이션 신호를 체인에 주입하는 단계와,

상기 주입된 신호를 추출하는 단계와,

상기 추출된 신호에 의거하여 상기 부분을 교정하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, CDMA 통신 시스템의 콤포넌트들의 캘리브레이션에 대해 상기 캘리브레이션 신호는 통신 트래픽에 할당된 코드들과는 상이한 하나 이상의 확산 코드로 전송되는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 캘리브레이션 신호는 단일 직교 가변 확산 인자(OVSF)의 짧은 코드를 이용하여 주입되는 방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 송신기측 회로의 캘리브레이션에 대해 개별적으로 식별가능한 캘리브레이션 신호가 다수의 송신기 체인 각각에 공급되는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 단일 짧은 코드는 각각의 송신기 체인에 공급된 짧은 코드와 데이터 시퀀스의 조합이 서로 직교하도록 상기 안테나 어레이의 소자들 사이에서 가변하는 다른 데이터 시퀀스로 변조되는 방법.
제 4항 또는 5항에 있어서, 다수의 송신기 체인의 출력은 무선 주파수로 결합되고 상기 캘리브레이션 신호는 단일 수신기에 의해 상기 결합된 출력으로부터 추출되는 방법.
제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 송신기측 회로의 캘리브레이션에 대해 상기 캘리브레이션 신호는 디지털 영역에 주입되는 방법.
제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 송신기측 회로의 캘리브레이션에 대해, 상기 회로의 출력은 전송 라인에 의해 안테나 소자에 결합되고, 각 송신 체인의 출력은 상기 전송 라인에 결합된 무선 주파수 커플링에 의해 샘플화되는 방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 수신기측 회로의 캘리브레이션에 대해, 상기 캘리브레이션 신호는 대응 안테나 소자로부터 신호를 수신하는 전송 라인에 결합된 무선 주파수 커플링을 이용하여 주입되는 방법.
제 1항 내지 3항 또는 9항 중 어느 한 항에 있어서, 수신기측 회로의 캘리브레이션에 대해 상기 캘리브레이션 신호는 디지털 영역에서 추출되는 방법.
제 1항 내지 3항 또는 9항 또는 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 신호는 원격 디바이스에 할당된 스크램블링 코드에 대해 실질적으로 직교하는 스크램블링 코드로 부호화되는 방법.
제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 이동 통신 기지국을 교정하기 위한 방법.
제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 신호는 국부적으로 주입되어 추출되는 방법.
제 1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 신호가 주입되고 캘리브레이션의 측정이 정규적으로 또는 거의 연속적으로 이루어지는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 통신 트래픽 신호는 프레임으로 전송되며, 양호하게는 1초 이하의 존속기간을 갖는 프레임으로 전송되고, 상기 캘리브레이션 신호는 실질적으로 소정 개수의 프레임마다 주입되며, 양호하게는 매 프레임마다 주입되는 방법.
안테나 어레이의 소자에 결합되어 실질적으로 서로 직교하도록 코딩법에 따라서 부호화되는 다수의 통신 트래픽 신호를 상기 안테나 어레이 소자와 교환하는 통신 장치의 송신기 또는 수신기 콤포넌트들의 체인의 적어도 일부분을 교정하는 장치로서,

실질적으로 상기 통신 트래픽 신호와 직교하도록 상기 코딩법에 따라서 부호화되는 캘리브레이션 신호를 상기 체인에 주입하는 수단과,

상기 주입된 캘리브레이션 신호를 추출하는 수단과,

상기 추출된 신호에 의거하여 상기 부분에 대한 적어도 하나의 캘리브레이션 파라미터를 결정하는 수단을 포함하는 장치.
다수의 소자를 갖는 안테나 어레이에 결합되는 통신 장치로서,

송신기 콤포넌트들 및 수신기 컴포넌트들의 다수의 체인으로서, 각각의 체인은 상기 안테나 어레이의 각각의 소자에 결합되어 다수의 통신 트래픽 신호들을 상기 안테나 어레이 소자들과 교환하고, 상기 통신 트래픽 신호들은 실질적으로 서로 직교하도록 코딩법에 따라서 부호화되는 상기 다수의 체인과,

실질적으로 상기 통신 트래픽 신호와 직교하도록 상기 코딩법에 따라서 부호화되는 캘리프레이션 신호를 상기 체인에 주입하는 수단과,

상기 주입된 캘리브레이션 신호를 추출하는 수단과,

상기 추출된 신호에 의거하여 상기 부분에 대한 적어도 하나의 캘리브레이션 파라미터를 결정하는 수단을 포함하는 장치.
제 16항 또는 17항에 있어서, 복수의 송신기 체인 각각에 식별가능한 캘리브레이션 신호를 개별적으로 주입하는 장치.
제 18항에 있어서, 상기 캘리브레이션 신호는 단일 OVSF의 짧은 코드를 이용하여 부호화되고 데이터 시퀀스를 포함하며, 상기 데이터 시퀀스와 각 송신기 체인에 공급된 데이터 시퀀스는 서로 직교하는 장치.
제 16항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 송신기 체인의 출력을 무선 주파수로 결합하는 수단과 상기 결합된 출력으로부터 상기 캘리브레이션 신호를 추출하는 단일 수신기를 포함하는 장치.
제 16항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 수신하였거나 송신할 베이스밴드 디지털 통신 트래픽 신호를 처리하는 디지털 신호 처리 수단을 포함하고, 상기 디지털 신호 처리 수단은 상기 캘리브레이션 신호를 송신되는 신호에 주입하거나 수신된 신호로부터 상기 캘리브레이션 신호를 추출하는 장치.
제 16항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서, 수신기 또는 송신기 체인을 상기 안테나 어레이의 소자에 결합하는 전송 라인을 포함하고, 상기 전송 라인은 상기 캘리브레이션 신호를 포함하는 신호를 무선 주파수로 주입하거나 샘플링하는 무선 주파수 커플링을 포함하는 장치.
제 16항 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 신호를 정규적으로 또는 거의 연속적으로 주입하는 장치.
제 16항 내지 23항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 이동 통신 기지국.
첨부한 도면의 도 2와 관련하여 본 명세서에 기술한 바와 같은 통신 장치 교정 방법 또는 통신 장치.