KR20000041527A - 라그랑제승수법에 의거한 적응 배열 안테나 시스템의 최적의 웨이트벡터 계산을 위한 신호처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
적응 배열 안테나 시스템의 최적 웨이트벡터 계산을 위한 신호처리 방법 및 장치
2. 발명이 해결하고자하는 과제
본 발명은 배열안테나의 각 안테나 소자의 신호에 곱해질 이득치로 쓰일 웨이트 벡터(weight vector)를 간단하고 정확하게 구하는 절차를 제공함.
3. 발명의 해결방법의 요지
일반화된 고유치 문제의 최대고유치에 대응하는 고유벡터값으로 웨이트 벡터를 설정하므로써 수신출력단에서의 신호대간섭+잡음비를 최대화할 수 있다는 것은 공지의 기술이나, 이 기술은 특히 복잡도면에 있어서 무선통신에 실제로 적용하는 것은 여러 가지 문제점이 있다. 본 발명에서는 새로운 신호처리 기술을 이용하여, 일반화된 고유치 문제를 구현이 용이한 형태로 수정변형한 후, 이 수정변형된 고유치문제의 고유벡터로 웨이트 벡터를 구하므로써, 신호대간섭+잡음비를 최대화하는 웨이트벡터를 간단하고도 정확하게 구하게 됨.
4. 발명의 중요한 용도
CDMA방식의 이동통신신호환경의 기지국 안테나 시스템에 이용됨.

Description

라그랑제승수법에 의거한 적응 배열 안테나 시스템의 최적의 웨이트벡터 계산을 위한 신호처리 방법 및 장치
본 발명은 배열 안테나 (array antenna)를 이용하는 기술에 관한 것으로, 특히 신호대간섭+잡음 비를 최대화하는 웨이트 벡터를 매 스냅샷마다 간단하고도 정확하게 찾아내므로써, 배열 안테나 시스템의 빔패턴을 최적화하는 방법 및 그를 이용한 송수신장치에 관한 것이다.
배열안테나를 이용하여 최적의 빔을 제공하므로써 무선통신의 성능을 향상시키는 안테나 시스템을 일반적으로 스마트 안테나 시스템이라 칭한다. 신호대 간섭+잡음 비를 최대화하는 웨이트 벡터를 찾아내기 위한 종래의 스마트 안테나 설계방안으로는 일반화된 고유치 문제의 해를 이용하는 방법이 [1]Ayman F. Naguib, "Adaptive Antennas for CDMA Wireless Networks", Ph. D. Dissertation, Dept of Electrical Engineering, Stanford University, Aug. 1996에 발표되었다. 이것은 다음과 같은 일반화된 고유치 문제에서 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 찾아 웨이트벡터로 사용할 수 있다는 것이다.
단,는 CDMA방식의 수신시스템에 있는 역확산기(despreader)의 출력신호벡터로부터 얻어 지는 자기상관행렬이고,는 상기 역확산기의 출력에서 원하는 신호성분을 제외한 원치않는 신호성분(undesired signal) 벡터로부터 얻어지는 자기상관행렬이며, λ와는 (1)식의 고유치 및 고유벡터를 나타낸다.(즉,이며, 단,는의 평균을 뜻함.) 본 명세서에서 벡터 및 행렬은 각각 굵은 소문자 및 굵은 대문자로 표시하며 스칼라값은 굵지않은 문자로 표시한다. [1]에 의하면, 최적의 웨이트벡터는 (1)식에서 계산될 수 있는 최대의 고유치에 대응하는 고유벡터임을 알 수 있다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이와는 각각와의 파워의 평균치로 계산하여야 하므로, 웨이트벡터를 계산하는 매 스냅샷마다 (1)식을 형성하는 것 자체가 매우 곤란하다. 설사 (1)식을 형성하였다하더라도 일반화된 고유치 문제의 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 구한다는 것은 많은 계산량을 요하는 복잡한 작업이므로 [1]의 기술을 실제의 무선통신에 적용하는 것은 많은 어려움이 있다.
최근들어, 이동통신 등 여러 가지 무선통신에 대하여 급속히 수요가 증가함에 따라, 보다 정확한 최적 웨이트 벡터를 보다 간단한 방법으로 계산할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 상기한 바와 같은 종래기술의 한계상 그러한 급속한 수요의 증가에 부응할 수 없기 때문에, 무선 통신 시스템의 통신품질 향상 및 통신용량 증대를 위한 우수한 스마트 안테나 설계기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하고 무선통신 수요의 폭발적 증가라는 시대적 요구에 부응하기 위해 안출된 것으로서, 신호대간섭+잡음 비를 최대화하는 웨이트, 벡터를 간단하고 정확하게 계산해내는 과정을 제시한다. 본 발명에서 제공하는 기술로 웨이트벡터를 계산하는 스마트 안테나시스템을 실제의 무선통신에 적용하면, 통신품질을 대폭 향상시키고 통신용량을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 본 발명의 목적은, 이동통신과 같은 시변환 신호환경에서 동작하는 적응 배열 안테나의 최적 웨이트벡터값을 산출하므로써, 최적빔형성방법 및 그를 이용한 송수신 장치를 제공함에 있다.
도1은 본 발명에서 제시하는 신호처리부가 포함된 스마트 안테나 시스템(혹은, 적응 배열안테나 시스템이라고도 칭함.)의 전체블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1- 배열안테나,
2- 배열안테나를 이루는 다수개의 안테나 소자,
3- 각 안테나 소자 개수만큼의 다수개의 RF (radio frequency) 부분 및 복조부,
4- 본 발명에서 제시하는 신호처리부,
5- CDMA 시스템에서 원하는 신호를 추출하기 위한 역확산부,
6- 웨이트벡터 및 웨이트벡터의 각 엘리먼트(의 복소 공액),
7- 역확산된 수신신호와 웨이트벡터의 각 엘리먼트를 곱하기 위한 곱셈기,
8- 상기 곱셈기(7)들의 출력을 서로 더하기 위한 덧셈기,
9- 역확산을 거치기 전의 수신신호벡터,
10- 역확산을 거친 후의 수신신호벡터,
11- 스마트안테나 시스템의 최종출력신호.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 적응빔 배열 안테나의 빔 형성방법에 있어서, 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 저역천이 및 복조 하여 얻은 상호상관 이전(pre-correlation)의 수신 신호벡터()와 상기 수신신호벡터()의 각 요소를 원하는 신호의 칩코드와 상호상관 시킨 후(post-correlation) 얻은 수신신호벡터()를 입력받아 신호대간섭+잡음의 비가 최대로 되게 하는 웨이트벡터를 제공하는 신호처리 방법과 그를 이용한 신호처리 장치를 제공하게 된다.
[1]에 명시되어 있듯이, 신호대간섭+잡음의 비가 최대로 되게 하는 웨이트벡터()는 결국 상기 (1)식에 쓰여진 일반화된 고유치문제에서 최대고유치에 대응하는 고유벡터가 된다. 그런데, 주어진 CDMA 시스템의 처리이득 (processing gain)이 G라면는
로 쓸 수 있으므로, (2)를 (1)에 대입하면, 신호대 간섭+잡음의 비를 최대화 하는 웨이트 벡터는 결국 아래 (3)의 고유치문제에서 최대의 고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 문제로 된다:
(3)에서 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 문제는 아래 (4)의 최소 고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 문제로도 풀 수 있다:
(3) 혹은 (4)의 고유치 문제의 해인 웨이트 벡터는, 공지의 기술인 라그랑제승수법(Method of Lagrange's formula)을 본 발명에서 제공하는 신호처리 기술을 이용하여 수정변형하여 사용하므로써 손쉽게 구할 수 있다. 라그랑제승수법에 의거한 웨이트벡터 계산법의 이론적 배경과 응용법은 본 발명의 발명자가 발표한 [2]D. Shim and S. Choi, "A new blind adaptive algorithm based on Lagrange's formula for a real-time design of a smart antenna", Proc. IEEE VTC98, vol. 3, Montreal, Canada, May 1998, pp 1660-1664에 나와 있다.
[라그랑제승수법에 의거한 최적의 웨이트 벡터 계산]
우선, (3)의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트 벡터를 구하는 적응절차를 유도하면, (4)의 최소고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트 벡터를 구하는 적응절차는 앞서의 적응절차에서 변수(pre-correlation 수신신호 인덱스)와(post-correlation 수신신호 인덱스)를 맞바꾸어 쉽게 유도할 수 있으므로, (3)의 해인 웨이트 벡터를 구하는 적응절차를 유도해 보자.
라그랑제승수법을 이용하여, (3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트 벡터를 구하기 위하여 다음의 가격함수(functional)과 조건(constraint)를 고려해 보자:
단, λ는 라그랑제승수로서 스냅샷을 거듭할수록 구하고자하는 고유치에 근접하게 된다. 라그랑제승수법은, (5)식을 만족하는 웨이트벡터를 찾기 위하여, 초기설정치로부터 시작하여 아래의 (6)식과 같은 방법으로 매 스냅샷마다 웨이트벡터값을 갱신한다:
단,은 스냅샷 인덱스이며 μ 는 적응이득,은 웨이트벡터에 관한 가격함수 (5)의 그라디언트벡터(Gradient vector with respect to)로써, (5)를 만족하는 웨이트벡터를 찾기위한 μ 와의 설정방법은 [2]에 자세히 설명되어 있으며, 또한, 본원 출원인에 의해 출원된, 1996년 특허출원 제17931호(1996. 5. 25)와 1998년에 미국에 등록된 특허 5,808,913의 명세서에도 특정한 경우의 사용법에 대해서 자세히 밝혀진 바 있다. 따라서, 본 명세서에서는 (3)의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 설정하는 계산절차와 (4)의 최소고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 설정하는 계산절차를 소개한다. 또한, (3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터 대신에 (4)식의 최소고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 구하려면 (5)식에서 변수(pre-correlation 수신신호 인덱스)와(post-correlation 수신신호 인덱스)를 맞바꾼 후, (6)식의 양부호(+)를 음부호(-)로 바꾸고, (5)식을 최대화하는 대신 최소화하면 된다. 이것은 각각 다른 실시예로서 본 명세서에 그 계산과정을 소개한다.
《제1 실시예》
제 1 실시예로서, 공지의 라그랑제승수법을 응용하여, (5)를 최대화하도록 (6)과 같은 방식으로 매 스냅샷마다 웨이트벡터를 갱신하므로써, (3)의 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 방법을 정리한다. 이와같은 라그랑제승수법에 의거한 적응절차는 다음과 같이 3개의 단계로 정리하여 이동통신환경에 적용할 수 있다.
＜초기단계＞ 초기 웨이트벡터를 설정한다. 이때, 빠른 수렴을 위하여 초기웨이트벡터를 역확산후의 수신신호벡터를 정규화한으로 하는 것이 바람직하다. 단,임.
＜단계1＞ 현 스냅샷에서의 수신신호, (역확산前 수신신호벡터, pre-correlation signal vector)와, (역확산後 수신신호벡터, post-correlation signal vector)을 입력받아 아래 (7)식과 (8)식의 요령으로 역확 산전 자기상관행렬(pre-correlation autocovariance matrix)와 역확산후 자기 상관행렬(post-correlation autocovariance matrix)를 각각 갱신한다:
단, 초기에는로 계산하며,는 신호환경에 따라 0 ＜≤ 1의 범위에서 미리 결정되는 망각인자이고, 윗첨자 H 는 Hermitan 계산자임.
＜단계2＞ 현 스냅샷에서의 웨이트벡터과 (7)과 (8)에서 갱신한 자기상관 행렬및, 그리고 미리 정한 적응이득 μ로부터 아래의 (9)식에 의거하여 현 스냅샷에서의 최대고유치에 해당하는 라그랑제승수값을 계산한다:
＜단계3＞ 현 스냅샷에세의 웨이트벡터과 상기 라그랑제 승수값 λ, 상기 적응이득 μ, 그리고 자기상관행렬와를 이용하여 아래의 (10)식과 같이 웨이트벡터를 갱신한다:
매 스냅샷마다 (10)식에 의거하여 웨이트 벡터를 갱신한 후, 크기를 1로 규격화(normalization)하는 단계를 추가로 넣을 수도 있다. 또한, 각 안테나소자의 신호의 위상을 기준안테나 소자의 신호의 위상에 동기시키기 위해서, (10)식에서 구한 웨이트벡터의 각 소자의 값을 상기 기준안테나에 가해질 웨이트값으로 나눈후에 정규화하는 것이 바람직하다. 매 스냅샷마다의 최종출력 신호는 현재의 웨이트벡터값과 역확산후의 수신신호벡터의 내적으로 계산된다. (즉.=). 따라서, 매 스냅샷마다 상기 3 단계의 계산이 이루어져야 웨이트벡터가 새로이 갱신된다. 본 발명에 의한 통신이 계속되려면, ＜단계3＞ 이후에 스냅샷인덱스를 1 증가시킨 후 다시 ＜단계1＞로 되돌아 가야 한다. 위에서 제시된 방법을 사용하여 웨이트벡터를 산출할 경우, 매스냅샷마다 행렬연산이 필요하므로 계산부담은 행렬연산 갯수만큼의 O(N2) 가 된다. (단, N은 배열안테나의 안테나소자의 개수임.)
《제 2실시예》
(3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 설정하는 제1실시예와 궁극적으로는 같은 목표이지만, (4)의 최소고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트 벡터를 구하는 것을 제2실시예로 소개한다. 이를 위해서는, 상기 3 단계에서 신호인덱스(pre-correlation 수신신호 인덱스)와(post-correlation 수신신호 인덱스)를 맞바꾸고, (10)식을 다음과 같이 부호조정하면 된다:
즉, (3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터 대신에 (4)식의 최소고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 갱신하는 제2 실시예에서는 다음과 같은 적응절차를 매 스냅샷마다 수행하므로써 최적의 웨이트벡터를 구할 수 있다.
＜초기단계＞ 초기 웨이트벡터를 설정한다.
＜단계1＞ 수신신호, (역확산前 수신신호벡터, pre-correlation signal vector)와, (역확산後 수신신호벡터, post-correlation signal vector)을 입력받아 상기 (7)식과 (8)식의 요령으로 역확산전 자기상관행렬(pre-correlation autocovariance matrix)와 역확산후 자기상관행렬(post-correlation autocovariance matrix)를 각각 갱신한다.
＜단계2＞ 현 스냅샷에서의 웨이트벡터과 (7)과 (8)에서 갱신한 자기상관행렬및, 그리고 미리 정한 적응이득 μ 로부터 아래의 (12)식에 의거하여 현 스냅샷에서의 최소고유치에 해당하는 라그랑제승수값을 계산한다:
＜단계3＞ 현 스냅샷에서의 웨이트벡터과 상기 라그랑제 승수값 λ, 상기 적응이득 μ, 그리고 자기상관행렬와를 이용하여 상기 (11)식과 같이 웨이트벡터를 갱신한다.
매 스냅샷마다 (11)식에 의거하여 웨이트 벡터를 갱신한 후, 크기를 1로 규격화(normalization)한다. 또한, 각 안테나소자의 신호의 위상을 기준안테나 소자의 신호의 위상에 동기시키기 위해서, (11)식에서 구한 웨이트벡터의 각 소자의 값을 상기 기준안테나에 가해질 웨이트값으로 나눈 후에 정규화하는 것이 바람직하다. 매 스냅샷마다의 최종출력 신호는 현재의 웨이트벡터값과 역확산후의 수신신호벡터의 내적으로 계산된다. (즉,=). 따라서, 매 스냅샷마다 상기 3 단계의 계산이 이루어져야 웨이트벡터가 새로이 갱신된다. 본 발명에 의한 통신이 계속되려면, ＜단계3＞이후에 스냅샷인덱스를 1 증가시킨 후 다시 ＜단계1＞로 되돌아 가야 한다. 위에서 제시된 방법을 사용하여 웨이트벡터를 산출할 경우, 매 스냅샷마다 행렬연산이 필요하므로 계산부담은 행렬연산 갯수만큼의 O(N2) 가 된다. (단, N은 배열안테나의 안테나소자의 개수임.)
위에서 제시하는 두가지 실시예 중 하나를 선택하여 신호대 간섭+잡음의 비를 최대화하는 웨이트벡터를 산출해낼 수 있다. 위에서 제시하는 방법은 일반화된 고유치문제의 해를 구하는 기존의 어느방법보다도 간단한 계산절차를 포함하므로 계산소요시간이 대단히 짧아지게 된다. 계산절차의 간단화는 시스템가격을 낮추는 것은 물론 시스템의 성능에도 큰 영향을 미치는 요소이다. 따라서, 본 발명에서는 웨이트벡터의 정확도에 영향을 미치지않고 계산과정을 더욱 줄이는 방안을 제시한다. 자기상관행렬을 계산함에 있어 각 스냅샷마다 순시신호만을 사용하므로써 계산량을 대폭 줄이는 것이 가능하다. 이러한 절차를 간단화하는 기술의 근간은 본원 출원인에 의해 출원된, 1996년 특허출원 제17931호(l996. 5. 25)와 1998년에 미국에 등록된 특허 5,808,913의 명세서에 자세히 설명되어 있으므로 본 명세서에서는 최적의 웨이트벡터를 산출해 내는 적응계산절차만를 소개하기로 한다. 본 기술의 설명의 순서도 앞서와 마찬가지로 (3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 산출해내는 절차를 먼저 유도한다. (4)식의 최소고유치에 대응하는 고유 벡터로써 웨이트벡터를 산출해내는 계산절차는 동일한 적응절차에 신호인덱스(pre-correlation 수신신호 인덱스)와(post-correlation 수신신호 인덱스)를 맞바꾸고, (11)식에서와 같이 적응이득의 계산식에 포함된 양부호를 음부호로 바꾸면 된다.
《제3실시예》
(3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 산출해내는 행렬연산을 없앤 제3실시예의 계산절차는 다음과 같이 매 스냅샷마다 단계적으로 나타낼 수 있다.
＜초기단계＞ 초기 웨이트벡터를 설정한다. 이때, 빠른 수렴을 위하여 초기웨이트벡터를 역확산후의 수신신호벡터를 정규화한 값으로 하는 것이 바람직하다. 단,임.
＜단계1＞ 현 스냅샷에서의 신호벡터(역확산전 수신신호벡터)와(역확산후 수신신호벡터), 웨이트벡터, 그리고 미리 정한 적응이득μ 로부터 아래의 (13)식에 의거하여 현 스냅샷에서의 최대고유치에 해당하는 라그랑제승수값을 계산한다:
이고는 배열안테나 시스템의 최종출력으로서=임.
＜단계2＞ 현 스냅샷에서의 웨이트벡터과 상기 라그랑제 승수값λ , 상기 적응이득μ, 그리고 현 스냅샷에서의 신호벡터와, 및 상기 최종출력와를 이용하여 아래의 (14)식과 같이 웨이트벡터를 갱신한다:
앞서 언급한 바 대로, 매 스냅샷마다의 최종출력 신호는 현재의 웨이트벡터값과 역확산후의 수신신호벡터의 내적으로 계산된다. (즉.=).
따라서, 매 스냅샷마다 상기 2 단계의 계산이 이루어져야 웨이트벡터가 새로이 갱신된다. 본 발명에서 제공하는 기술로 통신이 계속되려면, ＜단계2＞이후에 스냅샷인덱스를 1 증가시킨 후 다시 ＜단계1＞로 되돌아 가야 한다. 매 스냅샷마다 (14)식에 의거하여 웨이트벡터를 갱신한 후, 크기를 1로 규격화(normalization)하는 단계를 추가로 넣을 수도 있다. 또한, 각 안테나소자의 신호의 위상을 기준안테나 소자의 신호의 위상에 동기시키기 위해서, (14)식에서 구한 웨이트벡터의 각 소자의 값을 상기 기준안테나에 가해질 웨이트값으로 나눈 후에 정규화하는 것이 바람직하다.
이상의 적응절차를 이용하여 매 스냅샷마다 웨이트벡터를 계산하면 앞서 소개하였던 적응절차에서 요구되었던 행렬연산이 모두 사라지므로 O(N) 의 계산 부담이 필요한 벡터들만의 연산으로 (3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 구할 수 있다. (단, N 은 배열안테나의 안테나소자의 개수임.) 즉, 신호대 간섭+잡음의 비를 최대화하는 최적의 웨이트벡터를 행렬연산 없이 벡터연산만으로 간단히 구할 수 있다.
《제4실시예》
앞서 설명했던 바와 같이, (3)식의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 구하는 대신에 (4)식의 최소고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 구하는 절차를 제4실시예로 설명한다. 이 것은 제3실시예의 계산절차에서의 3 단계의 적응절차에서 신호인덱스(pre-correlation 수신신호 인덱스)와(post-correlation 수신신호 인덱스)를 맞바꾸고, (11)식에서 보는 바와 같이 웨이트벡터값을 갱신할 때 부호를 조정하면 된다. 이것을 다시한번 정리하면 다음과 같다.
＜초기단계＞ 초기 웨이트벡터를 설정한다.
＜단계1＞ 현 스냅샷에서의 신호벡터(역확산전 수신신호벡터)와(역확산후 수신신호벡터), 웨이트벡터, 그리고 미리 정한 적응이득μ 로부터 아래의 (15)식에 의거하여 현 스냅샷에서의 최소고유치에 해당하는 라그랑제승수값을 계산한다:
이고는 배열안테나 시스템의 최종출력으로서임.
＜단계2＞ 현 스냅샷에서의 웨이트벡터과 상기 라그랑제 승수값λ, 상기 적응이득μ , 그리고 현 스냅샷에서의 신호벡터와, 및 상기 최종출력와를 이용하여 아래의 (16)식과 같이 웨이트벡터를 갱신한다:
상기 웨이트벡터 갱신시에, 각 안테나소자의 신호의 위상을 기준안테나 소자의 신호의 위상에 동기시키기 위해서, (16)식에서 구한 웨이트벡터의 각 소자의 값을 상기 기준안테나에 가해질 웨이트값으로 나눈 후에 정규화하는 것이 바람직하다.
제4실시예의 경우도 앞서와 마찬가지로, 매 스냅샷마다의 최종출력 신호는 현재의 웨이트벡터값과 역확산후의 수신신호벡터의 내적으로 계산된다. (즉,). 따라서, 매 스냅샷마다 상기 2 단계의 계산이 이루어져야 웨이트벡터가 새로이 갱신된다. 본 발명이 제공하는 기술로 통신이 계속되려면, ＜단계2＞이후에 스냅샷인덱스를 1 증가시킨 후 다시 ＜단계1＞로 되돌아 가야 한다. 매 스냅샷마다 (16)식에 의거하여 웨이트 벡터를 갱신한 후, 크기를 1로 규격화(normalization)하는 단계를 추가로 넣을 수도 있다. 또한, 각 안테나소자의 신호의 위상을 기준안테나 소자의 신호의 위상에 동기시키기 위해서, (16)식에서 구한 웨이트벡터의 각 소자의 값을 상기 기준안테나에 가해질 웨이트값으로 나눈 후에 정규화하는 것이 바람직하다.
이상의 적응절차를 이용하여 매 스냅샷마다 웨이트벡터를 계산하면 앞서 소개하였던 적응절차에서 요구되었던 행렬연산이 모두 사라지므로 O(N) 만을 요하는 벡터연산만으로 (4)식의 최소고유치에 대응하는 고유벡터를 구할 수 있다. (단, N 은 배열안테나의 안테나소자의 개수임.) 즉, 신호대 간섭+잡음의 비를 최대화하는 최적의 웨이트벡터를 행렬연산 없이 벡터들만의 연산으로 간단히 구할 수 있다.
참고적으로, 배열 안테나는 다수의 안테나 소자 (antenna element)를 포함하는 장치로서, 소정의 배열원칙에 따라 각 안테나 소자가 배열되며, 각각의 안테나 소자에 원하는 만큼의 위상을 조정함으로써 송신 혹은 수신시의 빔패턴을 조정할 수 있는 것으로, 이와 관련한 기본 기술은 이미 본원 출원인에 의해, 1996년 특허출원 제893호(1996. 1. 17), 1996년 특허출원 제12171호(1996. 4. 18), 1996년 특허출원 제12172호(1996. 4. 18), 1996년 특허출원 제17931호(1996. 5.25), 1996년 특허출원 제25377호(1996. 6.28), 및 1997년 특허출원 제73901호 (1997. 12. 26)로 출원되었다. 특히, 본 발명은 기지국 배열 안테나의 빔패턴을 적절히 조정하는 기술을 제공하되 위의 선출원 발명기술보다 정확한 해를 구할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면은 그것으로 권리범위를 한정하기 위해 제시된 것이 아니라 단지 본 발명의 기술요지를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 제시된 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하므로, 그러한 여러 가지 치환물, 변형물 및 변경물도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 또한, 본 명세서에 등장하는 용어들은 본 발명에서 제공되는 기술의 이해를 돕기 위해 본 출원인이 임의로 명명한 것들도 있으며 각 용어를 다르게 명명하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하므로, 그러한 여러 가지 치환물, 변형물 및 변경물도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
신호대 간섭+잡음의 비가 최대화되도록 하기 위하여 수신신호의 자기상관행렬(autocovariance matrix)의 최대고유치에 대응하는 고유벡터로 웨이트벡터를 설정하면, 역확산후(post-correlation)의 자기상관행렬만으로 모델링된 보통의 고유치문제로 웨이트값을 정하는 경우, 비트오류확율을 약 십분의 일로 줄일 수 있 것이 확인되었다. 이 것은 본원 출원인에 의해 발표된 논문 [2] 및 [3]S. Choi, et el, "Design of an adaptive antenna array for tracking the source of maximum power and itsapplication to CDMA mobile communications", IEEE trans on Antenna and Propagations, vol. 45, No 9, Sep 1997, pp 1393-1404와 또, 본원 출원인에 의해, 1996년 특허출원 제893호(1996. 1. 17), 1996년 특허출원 제12171호(1996. 4. 18), 1996년 특허출원 제12172호(1996. 4. 18), 1996년 특허출원 제17931호(1996. 5. 25), 1996년 특허출원 제25377호(1996. 6. 28)에 설명되어 있다. 그런데, 본 명세서에 설명된 새로운 발명 기술을 이용하여 역확산전(pre-correlation)의 자기상관행렬과 역확산후(post-correlation)의 자기상관행렬을 모두 고려하여 모델링된 일반화된 고유치문제의 고유벡터로서 웨이트벡터를 설정하면 상기의 성능을 또다시 증가시킴을 다양한 컴퓨터 모의 실험으로 확인하였다. 개선정도는 경우에 따라 약간씩 다르나 대체적으로 역확산후(post-correlation)의 자기상관행렬만으로 모델링된 보통의 고유치문제로 웨이트 값을 정하는 경우보다 비트오류확률을 약 반 정도로 줄일 수 있다. 그러나, 역확산전의 자기상관행렬을 계산과정에 포함시키므로써 계산과정이 약간 복잡해 지는 것은 피할 수 없다. 이밖에 본 기술이 제공하는 더욱 중요한 공헌은 전체의 계산량이 안테나 개수에 선형적으로 비례한다는 것이다. 즉, 본 발명이 제공하는 기술은 본발명자가 발명하여 따로 출원한 공액기울기방법에 의거한 방식과 더불어, 일반화된 고유치문제의 해를 구함에 있어, 지금까지 전세계적으로 발견,발표된 어느 기술보다도 간단한 절차를 통해 정확하게 일반화된 고유치문제의 해를 제공한다는 것이다. 이는 통신 시스템의 가격경쟁면에서나 성능면에서 가장 우수한 품질을 제공한다는 의미가 된다.

Claims (1)

  1. 각각의 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 저역천이 및 복조하여 얻은 상호상관 이전(pre-correlation)의 수신 신호벡터()와 상기 수신신호벡터()의 각 요소를 원하는 신호의 칩코드와 상호상관 시킨 후(post-correlation) 얻은 수신 신호벡터()를 입력받아 신호대간섭+잡음의 비가 최대로 되게 하는 웨이트벡터를 재공하는 신호처리 방법.
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