KR20000045985A - 씨디엠에이 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용레이크 수신기 - Google Patents

씨디엠에이 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용레이크 수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 공간필터링에 의한 계산량을 최소화시키고, 다중 경로에 대한 탐색을 안정적으로 수행할 수 있도록 된 씨디엠에이(CDMA) 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 레이크(RAKE) 수신기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CDMA 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 RAKE 수신기는, 자체의 신호와 시간지연이 일치하는 신호성분에 대한 역확산을 수행하는 핑거 및, 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로신호의 방향을 추정하여 추정된 방향에서만 신호를 수신하도록 하는 공간 필터링을 수행하는 빔포머로 이루어진 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)와, 각 안테나소자(A1,A2,---,AM)로부터 입력된 디지털신호에 셀의 모든 방향을 커버하는 복소 가중치벡터(ω1,ω2,---,ωM)를 곱하여 결합하는 결합기(12), 초기 동기 획득 및 해당 신호의 다중경로를 탐색하는 탐색기(13) 및, 상기 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)로부터의 출력신호에 대해 시간 지연을 고려한 다음 수신된 각 경로 신호 전력의 비로 합산하여 출력하는 최대 비 결합기(14)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

씨디엠에이 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 레이크 수신기
본 발명은 레이크(RAKE) 수신기에 관한 것으로, 특히 공간필터링에 의한 계산량을 최소화시키고, 다중 경로에 대한 탐색을 안정적으로 수행할 수 있도록 된 씨디엠에이(CDMA) 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 레이크(RAKE) 수신기에 관한 것이다.
현재 상용중인 CDMA 시스템에 있어서 기지국에 속한 다른 사용자의 신호는 간섭잡음으로 처리된다. 따라서, 하나의 기지국에서 같은 주파수를 공유하는 사용자의 수가 증가하면 다중접속 간섭잡음이 증가되어 수신 신호의 비트 에러 확률이 증가됨에 따라 시스템의 성능이 저하된다. 따라서, 현재의 CDMA 시스템은 기지국에 속한 사용자의 수를 제한함으로써 시스템의 성능을 일정 수준 이상(음성 통신의 경우 비트 에러율은 10-3 )으로 유지시키고 있다. 또한, 향후의 광대역 CDMA 시스템에서는 화상 통신 등의 멀티미디어 서비스를 제공해야만 하기 때문에 수신 신호의 비트 에러율은 더욱 감소되어야만 한다(화상 통신의 경우 비트 에러율은 10-7 ).
따라서, 이러한 비트 에러율을 충족시키기 위해서는 하나의 기지국에서 서비스되는 사용자의 수를 더욱 제한하거나 셀의 크기를 줄여야만 한다. 그러나, 셀의 크기를 줄이면, 기지국을 더욱 많이 증설하여야 하고(기지국 설치비용이 증가), 또한 핸드오프(handoff)가 너무 빈번히 발생된다는 문제가 야기된다. 따라서, 현재 셀의 크기를 줄이지 않으면서도 하나의 기지국에서 많은 사용자에게 고품질의 멀티미디어 통신 서비스를 제공하기 위한 스마트 안테나 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
스마트 안테나 시스템은 다수의 배열 안테나 소자를 이용하여 각각의 안테나 소자에서 수신되는 신호들의 이득 및 위상을 조절하여, 기지국에서 원하는 사용자의 방향으로부터 전파되어 오는 신호만을 수신하고 그 이외의 방향에서 전파되어오는 다중접속 간섭에 의한 잡음 신호레벨은 크게 감소시켜, 시스템의 성능을 향상시키고 기지국의 채널 용량을 증가시키도록 된 시스템이다.
그러나, 무선 채널 환경에서 사용자의 신호는 서로 다른 시간 지연 및 위상 지연을 갖는 다중경로 신호로 입사된다. 따라서, 현재의 CDMA 기지국 시스템의 레이크(RAKE) 수신기에서는 임계치 이상의 수신 전력을 갖는 다중경로 신호들을 모두 검출하고, 다수의 핑거에서 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로 신호에 대한 역 확산을 수행하며, 이를 수신한 경로 신호 전력의 비로 결합해 줌으로써 시스템의 안정도를 높이고 성능을 향상시켜왔다.
일반적으로 시간 지연이 다른 다중경로 신호들은 서로 다른 방향에서 수신된다. 따라서, CDMA 통신 방식의 기지국에 스마트 안테나 시스템을 적용하기 위해서는 RAKE 수신기의 각 핑거에서 이 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로 신호의 방향을 추정하고, 이 방향에서만 신호를 수신하기 위한 공간 필터링을 수행해야 한다. 또한, 공간 필터링을 수행하기 위해서는 해당 사용자의 경로 방향에서만 신호를 수신하기 위한 복소 가중치 벡터를 추정하여, 이 벡터를 각각의 안테나 소자에서 수신한 모든 디지털 데이터에 곱해주어야 하나, 이는 많은 계산량을 필요로 하기 때문에 이러한 스마트 안테나 시스템을 실제로 구현하고자 할 경우에는 시스템의 가격이 상승하고 복잡도가 증가한다.
예컨대, 신호의 대역폭이 20MHz이고, A/D 변환기에서 현재의 기지국 시스템과 같이 I채널 4배와 Q채널 4배의 오버 샘플링을 해준다면, 각 안테나 소자에서 수신하여 변환된 디지털 신호의 데이터율은 초당 20×8M칩(chip)이다. 이 데이터에 공간 필터링을 수행하기 위하여 복소 가중치 벡터를 곱해주면 20×8×4M clock/sec의 계산이 요구된다 (복소수의 곱셈에 4 clock이 요구된다고 가정).
배열 안테나 소자의 수가 8 개일 경우, 각 안테나 소자에서 수신한 모든 데이터에 복소 가중치 벡터를 곱해주어야 하므로 20×8×4×8M clock/sec의 계산이 요구되고, 각 핑거에서 시간 지연이 일치하는 신호에 대한 공간 필터링을 따로 해주어야 하기 때문에 한 사용자의 복조기에서는 총 20×8×4×8×3M clock/sec = 15.36 Gcps의 계산이 요구된다(핑거가 3개일 경우). 또한, 신호의 경로 방향을 추정하기 위하여 복소 가중치 벡터를 구해주어야 하는데, 상기 계산에서는 이 계산량을 제외한 것인데도 그 계산량이 매우 많음을 알 수 있다.
도 1은 통상적인 CDMA 통신 방식용 기지국 시스템 블록도로서, 안테나(A)에서 수신된 신호가 저잡음증폭기(1) 및 다운콘버터(2)를 통해 I 채널과 Q 채널의 기저대역 신호로 변환된 후, 이들 신호가 A/D변환기(3)에서 시스템 확산 코드의 데이터율 보다 더 높은 데이터율 (일반적으로 확산 코드 데이터율의 4배)을 갖는 디지털 신호로 변환된다. 변환된 I채널 및 Q채널 디지털 신호는 다수의 레이크(RAKE) 수신기(41,42,---,4N)에 입력되는데, 기지국의 상기 각 RAKE 수신기(41,42,---,4N)는 다수의 상관기(핑거; 도시되지 않았음)와 탐색기(도시되지 않았음)로 구성되어 있다. 상기 각 RAKE 수신기(41,42,---,4N)의 탐색기는 다중 경로 전파에 의해 시간 지연되어 수신된 신호에서 분해 가능한 다중 경로의 수를 탐색하고, 탐색기에서 찾아낸 경로 수 만큼의 각 경로에 대하여 하나씩의 핑거가 할당되며, 해당 핑거는 해당 경로 신호에 대해 정확한 동기를 맞추고, 지연된 칩만큼 확산 코드를 지연시켜 역확산을 수행함으로 써, 다중 경로 전파에 의해 시간 지연되어 수신되는 신호들을 각각 추출해 내고, 이 결과가 최대 비 결합기(도시되지 않았음)에서 각 경로의 신호 전력의 비로 합성되어 각 RAKE 수신기(41,42,---,4N)에서 출력된다. 상기 각 RAKE 수신기(41,42,---,4N)의 출력신호는 판단기(51,52,---,5N)에서 그 디지탈값이 1인지 0인지가 판단되고, 디인터리버(61,62,---,6N)에서 디인터리버된 후, 비터비 디코더(71,72,---,7N)에서 에러가 수정 된다.
그러나, 상기 각 RAKE 수신기(41,42,---,4N)에서 출력된 신호에는 다른 사용자에 의한 다중 접속 간섭이 약 씩 만큼 남아 있어, 사용자의 수가 증가하면 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)가 감소하고, 한 셀에서의 채널 용량 및 성능이 제한된다.
한편, 미국 특허 제5,621,752호(발명의 명칭; "Adaptive sectorization in a spread spectrum communication system")에서 제안된 시스템은 다음과 같다.
즉, 각 배열 안테나에서 수신한 신호를 I채널과 Q채널의 기저대역 신호로 변환시킨 후, 이들 신호를 A/D 변환기에서 시스템 확산 코드의 데이터율 보다 더 높은 (예컨대, 확산 코드 데이터율의 4배) 데이터율을 갖는 디지털 신호로 변환시킨다. 변환된 I채널 및 Q채널 디지털 신호는 빔포밍 네트워크에 입력되고, 빔포밍 네트워크에서는 셀을 여러 방향으로 나누어 놓고(예컨대, N개의 방향), 변환된 I채널 및 Q채널 디지털 신호에 나누어진 방향에 대한 빔포머의 가중치 벡터를 곱하여 해당 방향으로부터만 신호를 수신하는 공간 필터링을 수행한다. 따라서, 빔포밍 네트워크의 N개의 출력 신호들은 셀의 N개의 방향으로부터 수신한 신호가 된다. 이때, 셀의 방향들은 서로 중첩될 수도 있다. 또한, RAKE 수신기의 탐색기는 자신의 확산코드와 같은 확산코드를 갖는 신호의 전력이 N개의 방향 신호중 어느 방향에서 가장 큰가를 탐색하고, 그 결과를 제어기로 보내면 제어기는 스위치 매트릭스(switch matrix)를 이용하여 이 방향 신호를 상관기(핑거)로 입력시킴으로써 해당 사용자 신호의 수신 방향에 대한 공간 필터링을 수행한다. 그러나, 이 경우 빔포밍 네트워크에서 오버 샘플링된 데이터에 복소 가중치 벡터를 곱함으로써 계산량이 많아진다. 또한, 이 시스템에서는 수신 신호 방향의 변화를 예측하기 위하여, 탐색기에서 추정한 신호 방향 이외에 좌우 한 방향씩 모두 세 방향 신호를 핑거로 보내어 각 방향으로부터의 해당 신호 수신 전력을 조사함으로써, 수신 신호의 방향 변화에 대처한다. 그러나, 이 방식은 계산량을 증가시키고 신호의 방향이 급격하게 변할 때는 그 성능이 저하될 수 있다.
또한, Ayman F. Naguib에 따른 논문("Adaptive Antennas for CDMA Wireless Network", Ph. D. thesis, Stanford University, Aug., 1996)에서 제안한 CDMA용 스마트 안테나 시스템은 각 다중경로 성분에 해당되는 핑거에서 오버 샘플링된 디지털 신호에 추정한 수신 신호 경로 방향에 대한 공간 필터링용 복소 가중치 벡터를 곱해주도록 되어 있으나, 이 방식 역시 오버 샘플링된 신호에 해당 신호의 경로 방향에 대한 가중치 벡터를 곱해줌으로써 계산량이 증가한다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 오버 샘플링된 데이터 중에서 해당 핑거와 동기가 맞는 데이터를 먼저 추출하고, 이 데이터에만 공간 필터링을 위한 복소 가중치 벡터를 곱함으로써, 공간 필터링에 의한 계산량을 약 1/(오버 샘플링율) 배를 줄이고, 또한 탐색기에서는 각 안테나 소자에서 수신된 신호에 셀(또는 섹터)의 모든 방향을 커버하는 복소 가중치 벡터를 곱하는 공간 필터링을 수행한 후에, 이 신호를 이용하여 원하는 사용자의 다중경로 성분을 탐색하게 함으로써 사용자의 이동으로 전파의 수신 방향이 급격히 바뀌더라도 이 신호의 다중 경로에 대한 탐색을 안정적으로 행하도록 된 씨디엠에이(CDMA) 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 레이크(RAKE) 수신기를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 통상적인 CDMA방식용 기지국 시스템 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 CDMA 통신 방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 기지국 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 2-D 레이크(RAKE) 수신기의 상세블록도,
도 4는 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 제1탐색기 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 제2탐색기 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 핑거 및 빔포머 블록도.
A1,A2,---,AM--- 안테나소자
11,12,---,1M--- 저잡음 증폭기
21,22,---,2M--- 다운콘버터
31,32,---,3M---A/D변환기
4--- RAKE 수신기
5--- 판단기
6--- 디인터리버
7--- 비터비 디코더
111,112,---,11K--- 제1 내지 제K 핑거 및 빔포머
12 --- 결합기
13 --- 탐색기
14--- 최대 비 결합기
15 --- 입력신호 선택기
211,212,---,21M--- I MUX
221,222,---,22M--- I DEMUX
311,312,---,31M--- Q MUX
321,322,---,32M--- Q DEMUX
41 --- 동기추적부
411--- 얼리 I 상관기
412--- 얼리 Q 상관기
413--- 입력선택기
414--- 레이트 I 상관기
415--- 레이트 Q 상관기
416,417--- 에너지 계산부
42 -- 제1상관기
43 --- 빔포머 가중치 계산부
44 --- 제2상관기
441--- 파이롯 I 채널 상관기
442--- 파이롯 Q 채널 상관기
443--- 트래픽 I 채널 상관기
444--- 트래픽 Q 채널 상관기
45 --- PN 코드 생성부
451--- 온-타임 PN코드 생성기
452--- 얼리 PN코드 생성기
453--- 레이트 PN코드 생성기
461,462--- 공간필터링 수행부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CDMA 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 RAKE 수신기는, 다수의 배열 안테나소자와; 이 안테나소자로부터 수신한 신호를 증폭하는 다수의 저잡음증폭기; 이 저잡음증폭기에 의해 증폭된 신호를 I채널 및 Q채널 신호의 기저대역신호로 변환시키는 다수의 다운콘버터; 이 다운콘버터에 의해 변환된 신호를 시스템 확산코드의 데이터율 보다 더 높은 데이터율을 갖는 디지털신호로 변환시키는 다수의 A/D변환기; 자체의 신호와 시간지연이 일치하는 신호성분에 대한 역확산을 수행하는 핑거 및, 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로신호의 방향을 추정하여 추정된 방향에서만 신호를 수신하도록 하는 공간 필터링을 수행하는 빔포머로 이루어진 제1 내지 제K핑거 및 빔포머와, 각 안테나소자로부터 입력된 디지털신호에 셀의 모든 방향을 커버하는 복소 가중치벡터를 곱하여 결합하는 결합기, 초기 동기 획득 및 해당 신호의 다중경로를 탐색하는 탐색기 및, 상기 제1 내지 제K핑거 및 빔포머로부터의 출력신호에 대해 시간 지연을 고려한 다음 수신된 각 경로 신호 전력의 비로 합산하여 출력하는 최대 비 결합기로 이루어진 RAKE 수신기; 이 RAKE 수신기에서 출력된 신호를 인가받아 그 디지탈값이 1인가 0인가의 여부를 판단하는 판단기; 이 판단기로부터의 출력신호를 인가받아 디인터리빙하는 디인터리버 및; 이 디인터리버로부터의 출력신호를 인가받아 에러를 수정하는 비터비 디코더를 구비하여 구성되고; 탐색기에서 셀(또는 섹터)의 모든 방향에 대한 가중치 벡터를 곱하는 빔포밍을 수행한 후, 이 데이터를 이용하여 신호의 다중경로를 탐색할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 RAKE 수신기가, 자체의 신호와 시간지연이 일치하는 신호성분에 대한 역확산을 수행하는 핑거 및, 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로신호의 방향을 추정하여 추정된 방향에서만 신호를 수신하도록 하는 공간 필터링을 수행하는 빔포머로 이루어진 제1 내지 제K핑거 및 빔포머와, 각 안테나소자로부터 입력되는 샘플 신호중 하나의 안테나소자로부터 입력되는 신호를 기준신호로 선택하는 입력신호 선택기, 초기 동기 획득 및 해당 신호의 다중경로를 탐색하는 탐색기 및, 상기 제1 내지 제K핑거 및 빔포머로부터의 출력신호에 대해 시간 지연을 고려한 다음 수신된 각 경로 신호 전력의 비로 합산하여 출력하는 최대 비 결합기로 구성되어; 다수의 안테나소자에서 수신한 신호중 하나의 안테나소자에서 수신한 신호를 기준신호로 선택하고, 이 신호를 이용하여 신호의 더중경로를 탐색할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 제1 내지 제K핑거 및 빔포머가, 오버 샘플링된 I채널 및 Q채널 데이터가 입력되는 I MUX 및 Q MUX와; 얼리 I(early I) 상관기와 얼리 Q(early Q) 상관기 및 상기 상관기의 출력신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부와, 레이트 I(late I) 상관기와 레이트 Q(late Q) 상관기 및 상기 상관기의 출력신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부를 이용하여 동기가 맞는가를 비교하고, 그 결과를 기초로 입력선택기에서는 입력을 선택하여 오버 샘플링된 데이터 중에서 동기가 맞는 데이터만을 출력하도록 된 동기추적부; 이 동기추적부의 출력신호를 인가받아 출력하는 I DEMUX 및 Q DEMUX; 이 DEMUX에서 출력된 데이터를 인가받아 역확산을 수행하는 제1상관기; 이 제1상관기에서 역확산된 데이터를 이용하여 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로 신호의 방향을 추정하여 해당되는 가중치 벡터를 출력하는 빔포머 가중치 계산부; 이 빔포머 가중치 계산부에서 출력된 가중치 벡터를 상기 I DEMUX와 Q DEMUX에서 출력된 데이터에 곱해서 해당 경로 방향으로부터만 신호를 수신하는 공간 필터링을 수행하는 공간필터링 수행부; 제2상관기의 파이롯 I(Pilot I) 채널 상관기와, 파이롯 Q(Pilot Q) 채널 상관기, 트래픽 I(Traffic I) 채널 상관기 및, 트래픽 Q(Traffic Q) 채널 상관기를 구비하여 이루어져 상기 공간필터링 수행부에서 공간필터링이 수행되어진 데이터에 대한 역확산을 수행하는 제2상관기 및; 해당 사용자에 대한 PN코드를 생성하는 PN코드 생성부를 구비하여 구성되어; 오버 샘플링된 데이터중에서 해당 핑거와 동기가 맞는 데이터를 먼저 선택하고, 이 데이터만을 이용하여 해당 신호의 경로 방향에 대한 가중치벡터를 곱하도록 된 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 한편, 도 1과 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 CDMA 통신 방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 기지국 블록도로서, 다수의 배열 안테나 소자(A1,A2,---,AM)를 갖는다.
각 안테나 소자(A1,A2,---,AM)가 수신한 신호는 각 저잡음 증폭기(11,12,---,1M)에서 증폭된 후, 다운컨버터(21,22,---,2M)에서 I채널 및 Q채널 신호의 기저대역 신호로 변환된다. 변환된 I채널 및 Q채널의 기저대역 신호는 A/D 변환기(31,32,---,3M)에서 시스템 확산 코드의 데이터율 보다 더 높은 데이터율을 갖는(오버 샘플링) 디지털 신호로 변환되고, 변환된 I채널 및 Q채널의 디지털 신호는 2-D 레이크(RAKE) 수신기(4; 이하, "RAKE 수신기"로 약칭함)에 입력된다.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 2-D RAKE 수신기의 상세블록도로서, 다수의 핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)와, 결합기(12), 탐색기(13) 및, 최대 비 결합기(14)로 구성되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 제1탐색기 블록도로서, 상기 결합기(12)에서는 각 안테나 소자(A1,A2,---,AM)로부터 입력된 디지털 신호에 셀(또는 섹터)의 모든 방향을 커버하는 복소 가중치 벡터(ω1,ω2,---,ωM)를 곱하여 결합한 후, 탐색기(13)에서 초기 동기 획득 및 해당 신호의 다중경로를 탐색한다.
한편, 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 제2탐색기 블록도인 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 각 안테나 소자(A1,A2,---,AM)로부터 입력되는 샘플 신호 중 하나의 안테나 소자로부터 입력되는 신호를 입력신호선택기(15)에서 기준 신호로 선택하고, 이를 이용하여 탐색기(13)에서 초기 동기 획득 및 다중경로 탐색을 할 수도 있다.
그리고, 상기 탐색기(13)에서 탐색된 다중경로 수만큼의 각 경로에 대해 하나씩의 핑거 및 빔포머가 할당된다.
한편, RAKE 수신기(4)의 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)에서 핑거는 자체의 신호와 시간 지연이 일치하는 신호 성분에 대한 역확산을 수행하고, 빔포머는 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로 신호의 방향을 추정하며, 추정된 방향에서만 신호를 수신하도록 하는 공간 필터링을 수행한다.
도 6은 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템용 핑거 및 빔포머의 블록도로서, 도 6에 도시된 바와 같이 각 안테나 소자(A1,A2,---,AM)에서 수신하여 오버 샘플링된 I채널 및 Q채널 데이터는 I MUX(211,212,---,21M)와 Q MUX(311,312,---,31M)에 입력되고, 동기 추적부(41)에서는 얼리 I(early I) 상관기(411)와 얼리 Q(early Q) 상관기(422) 및 상기 상관기(411,412)의 출력신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부(416)와, 레이트 I(late I) 상관기(414)와 레이트 Q(late Q) 상관기(415) 및 상기 상관기(414,415)의 출력신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부(417)를 이용하여 동기가 맞는가를 비교하고, 그 결과를 기초로 입력선택기(413)에서는 입력을 선택하여 오버 샘플링된 데이터 중에서 동기가 맞는 데이터만이 I DEMUX(221,222,---,22M)와 Q DEMUX(321,322,---,32M)를 통해 출력된다. 그리고, DEMUX(221, 222,---,22M)(321,322,---,32M)에서 출력된 데이터는 제1상관기(42)에서 역확산이 수행되고, 빔포머 가중치 계산부(43)에서는 역확산된 데이터를 이용하여 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로 신호의 방향을 추정하여, 이에 해당되는 가중치 벡터를 출력한다. 이어, 공간필터링 수행부(461,462)에서는 출력된 가중치 벡터를 I DEMUX(221,222,---,22M)와 Q DEMUX(321,322,---,32M)에서 출력된 데이터에 곱함으로써 해당 경로 방향으로부터만 신호를 수신하는 공간 필터링을 수행한다. 공간 필터링이 수행되어진 데이터는 제2상관기(44)의 파이롯 I(Pilot I) 채널 상관기(441)와, 파이롯 Q(Pilot Q) 채널 상관기(442), 트래픽 I(Traffic I) 채널 상관기(443) 및, 트래픽 Q(Traffic Q) 채널 상관기(444)에서 역확산이 수행되어 출력된다. 그리고, 핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)에서 출력된 경로 신호들은 도 3의 최대 비 결합기(14)에서 수신된 경로 신호 전력의 비로 결합되어 출력된다. 또한, 도 6에 도시된 제2상관기(44)에는 파이롯 I(Pilot I) 채널 상관기(441)와, 파이롯 Q(Pilot Q) 채널 상관기(442), 트래픽 I(Traffic I) 채널 상관기(443) 및, 트래픽 Q(Traffic Q) 채널 상관기(444)만이 도시되어 있지만, 다른 채널 신호를 위한 상관기도 필요에 따라 추가할 수 있음은 물론이다.
한편, PN코드 생성부(45)는 해당 사용자에 대응하는 PN코드를 생성하기 위한 것으로, 해당 사용자용 PN코드를 생성하는 온-타임 PN코드 생성기(451)와, 입력신호와 동기를 맞추기 위해 PN코드를 생성하여 얼리 상관기(411,412)에 입력하는 얼리 PN코드 생성기(452) 및, 입력신호와 동기를 맞추기 위해 PN코드를 생성하여 레이트 상관기(414,415)에 입력하는 레이트 PN코드 생성기(453)로 이루어진다.
이 후, RAKE 수신기(4)의 출력 신호는 도 1에 도시된 CDMA 시스템에서와 같은 방식으로 처리된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공간 필터링에 의한 계산량이 약 (1/오버 샘플링율)배로 줄어들고, 또한 RAKE 수신기의 탐색기에서는 셀의 모든 방향을 커버할 수 있는 공간 필터링을 수행한 후에 이 데이터를 이용하여 신호의 다중 경로를 탐색하게 함으로써, 사용자의 이동으로 인해 신호의 경로 방향이 급격하게 변하여도 사용자 신호의 다중 경로를 안정적으로 탐색할 수 있어 실제의 시스템 설계에 유용하게 적용할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 다수의 배열 안테나소자(A1,A2,---,AM)와;
    이 안테나소자(A1,A2,---,AM)로부터 수신한 신호를 증폭하는 다수의 저잡음증폭기(11,12,----,1M);
    이 저잡음증폭기(11,12,----,1M)에 의해 증폭된 신호를 I채널 및 Q채널 신호의 기저대역신호로 변환시키는 다수의 다운콘버터(21,22,---,2M);
    이 다운콘버터(21,22,---,2M)에 의해 변환된 신호를 시스템 확산코드의 데이터율 보다 더 높은 데이터율을 갖는 디지털신호로 변환시키는 다수의 A/D변환기(31,32,---,3M);
    자체의 신호와 시간지연이 일치하는 신호성분에 대한 역확산을 수행하는 핑거 및, 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로신호의 방향을 추정하여 추정된 방향에서만 신호를 수신하도록 하는 공간 필터링을 수행하는 빔포머로 이루어진 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)와,
    각 안테나소자(A1,A2,---,AM)로부터 입력된 디지털신호에 셀의 모든 방향을 커버하는 복소 가중치벡터(ω1,ω2,---,ωM)를 곱하여 결합하는 결합기(12),
    초기 동기 획득 및 해당 신호의 다중경로를 탐색하는 탐색기(13) 및,
    상기 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)로부터의 출력신호에 대해 시간 지연을 고려한 다음 수신된 각 경로 신호 전력의 비로 합산하여 출력하는 최대 비 결합기(14)로 이루어진 RAKE 수신기(4);
    이 RAKE 수신기(4)에서 출력된 신호를 인가받아 그 디지탈값이 1인가 0인가의 여부를 판단하는 판단기(5);
    이 판단기(5)로부터의 출력신호를 인가받아 디인터리빙하는 디인터리버(6) 및;
    이 디인터리버(6)로부터의 출력신호를 인가받아 에러를 수정하는 비터비 디코더(7)를 구비하여 구성되고;
    상기 탐색기(13)에서 셀(또는 섹터)의 모든 방향에 대한 가중치 벡터를 곱하는 빔포밍을 수행한 후, 이 데이터를 이용하여 신호의 다중경로를 탐색할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 CDMA 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 RAKE 수신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RAKE 수신기(4)가,
    자체의 신호와 시간지연이 일치하는 신호성분에 대한 역확산을 수행하는 핑거 및, 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로신호의 방향을 추정하여 추정된 방향에서만 신호를 수신하도록 하는 공간 필터링을 수행하는 빔포머로 이루어진 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)와,
    각 안테나소자(A1,A2,---,AM)로부터 입력되는 샘플 신호중 하나의 안테나소자로부터 입력되는 신호를 기준신호로 선택하는 입력신호 선택기(15),
    초기 동기 획득 및 해당 신호의 다중경로를 탐색하는 탐색기(13) 및,
    상기 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)로부터의 출력신호에 대해 시간 지연을 고려한 다음 수신된 각 경로 신호 전력의 비로 합산하여 출력하는 최대 비 결합기(14)로 구성되어;
    다수의 안테나소자(A1,A2,---,AM)에서 수신한 신호중 하나의 안테나소자에서 수신한 신호를 기준신호로 선택하고, 이 신호를 이용하여 신호의 다중경로를 탐색할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 CDMA 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 RAKE 수신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제K핑거 및 빔포머(111,112,---,11K)가,
    오버 샘플링된 I채널 및 Q채널 데이터가 입력되는 I MUX(211,212,---,21M) 및 Q MUX(311,312,---,31M)와;
    얼리 I(early I) 상관기(411)와 얼리 Q(early Q) 상관기(422) 및 상기 상관기(411,412)의 출력신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부(416)와, 레이트 I(late I) 상관기(414)와 레이트 Q(late Q) 상관기(415) 및 상기 상관기(414,415)의 출력신호의 에너지를 계산하는 에너지 계산부(417)를 이용하여 동기가 맞는가를 비교하고, 그 결과를 기초로 입력선택기(413)에서는 입력을 선택하여 오버 샘플링된 데이터 중에서 동기가 맞는 데이터만을 출력하도록 된 동기추적부(41);
    이 동기추적부(41)의 출력신호를 인가받아 출력하는 I DEMUX(221,222, ---,22M) 및 Q DEMUX(321,322,---,32M);
    이 DEMUX(221, 222,---,22M)(321,322,---,32M)에서 출력된 데이터를 인가받아 역확산을 수행하는 제1상관기(42);
    이 제1상관기(42)에서 역확산된 데이터를 이용하여 해당 핑거와 시간 지연이 일치하는 경로 신호의 방향을 추정하여 해당되는 가중치 벡터를 출력하는 빔포머 가중치 계산부(43);
    이 빔포머 가중치 계산부(43)에서 출력된 가중치 벡터를 상기 I DEMUX (221,222,---,22M)와 Q DEMUX(321,322,---,32M)에서 출력된 데이터에 곱해서 해당 경로 방향으로부터만 신호를 수신하는 공간 필터링을 수행하는 공간필터링 수행부(461,462);
    제2상관기(44)의 파이롯 I(Pilot I) 채널 상관기(441)와, 파이롯 Q(Pilot Q) 채널 상관기(442), 트래픽 I(Traffic I) 채널 상관기(443) 및, 트래픽 Q(Traffic Q) 채널 상관기(444)를 구비하여 이루어져 상기 공간필터링 수행부(46)에서 공간필터링이 수행되어진 데이터에 대한 역확산을 수행하는 제2상관기(44) 및;
    해당 사용자에 대한 PN코드를 생성하는 PN코드 생성부(45)를 구비하여 구성되어;
    오버 샘플링된 데이터중에서 해당 핑거와 동기가 맞는 데이터를 먼저 선택하고, 이 데이터만을 이용하여 해당 신호의 경로 방향에 대한 가중치벡터를 곱하도록 된 것을 특징으로 하는 CDMA 통신방식을 이용하는 스마트 안테나 시스템용 RAKE 수신기.
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