KR20010086738A - 기지국 스마트 안테나 시스템에서 선형예측기법에 의한다운링크 빔 성형 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기지국 스마트 안테나 시스템에서 이동국으로부터의 송신시간을 기준으로 기지국에서 신호를 재전송할 때까지의 지연을 보상하기 위한 기지국 다운링크(Downlink) 빔 성형 장치와 제어 프로그램에 관한 것이다.
본 발명의 요지는 기지국 스마트 안테나 시스템에서 이동국으로부터의 역방향 파일럿채널 신호를 이용해서 이동국의 위치를 예측하는 장치에 있어서,
업링크 빔 성형 과정에서 형성된 가중치인 이동국의 위치정보를 추출하기 위한 가중치를 다운샘플링 하는 데시메이터와,
상기 데시메이터로부터 입력되어 현재까지 입력된 다운 샘플링값들을 이용해서 이후에 입력될 다운 샘플링 값을 예측하여 가중치값을 계산하기 위한 적응 처리 동작을 수행하는 가중치 연산부와,
상기 예측된 다운 샘플링 가중치값을 재전송할 순방향 통화채널 신호의 전송속도에 맞게 반복하는 반복기와,
상기 반복된 예측 다운 샘플링 가중치값에 의해 다운링크 빔을 성형하는 송신 빔 성형기와,
상기 각 장치들을 제어하는 프로그램으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

기지국 스마트 안테나 시스템에서 선형예측기법에 의한 다운링크 빔 성형 장치{DOWNLINK BEAM-FORMING EQUIPMENT USING LINEAR PREDICTION METHOD FOR SMART ANTENNA SYSTEM IN THE BASE STATION}
본 발명은 기지국 스마트 안테나 시스템에서 이동국의 위치를 예측하는 장치에 관한 것으로, 특히 역방향 파일럿 신호를 이용한 업링크 빔 성형의 과정에서 얻어지는 가중치(수신시에 이동국으로의 빔 성형에 사용하기 위해 이동국의 방향정보를 포함하고 있음)를 선형 예측기를 이용해서 이미 입력된 가중치들의 적응처리과정을 이용해서 미래에 입력될 가중치를 예측하는 장치와 그 장치들을 제어하는 프로그램에 관한 것이다.
도 2는 일반적인 스마트 안테나 기지국 시스템으로 업링크 /다운링크(Uplink / Downlink) 빔 성형을 위한 각 기능부의 연결 구성도이며, 업링크 빔 성형에서 사용되었던 가중치를 바로 다운링크 빔 성형에 사용하는 구조를 보여주고 있다.
도 2에서 (201)선형배열안테나는 (202)통화채널 신호와 (203)파일럿 채널 신호를 함께 수신하게 되는데, 이때 (202)통화채널 신호와 (203) 파일럿 채널 신호는 이동국에 함께 송신되는 신호로써 동일한 페이딩 및 기타 열화 현상을 겪게 된다. 업링크 빔의 정확한 성형을 위해 (208)업링크 알고리즘은 수신하고자 하는 신호의 정확한 정보가 필수적으로 필요하고, (206) 파일럿 신호는 기지국과 이동국 간에 미리 약속되어 있는 신호이므로 기지국에서는 수신하고자하는 신호의 정보를 미리 보유하고 있게 되어, 이 파일럿 신호를 이용해서 빔 성형을 하면 수신시 정확한 빔 성형을 할 수 있다. (201)배열안테나로부터 수신된 이 (204)(205) 두 수신 신호는 (207)수신 빔 성형기로 입력되고, (208)업링크 적응 알고리즘은 이 두 신호중 (206) 파일럿 채널 신호만을 가지고 적응 과정을 수행하고 그 (209)가중치를 (207)업링크 빔 성형기에 제공해서 (204)통화채널의 오차 보정에 이용할 수 있도록 한다. 그리고, 상기 처리과정 동안, 업링크 빔 성형기를 통과한 (214) 통화채널 신호는 (215)신호복조기에 복조 과정을 거치게 되고 (216)복조된 통화채널 신호는 다시 재 전송을 위해 (217)신호변조기를 거친 후 (218)변조된 통화채널 신호는 다시 송신을 위해 (213)다운링크 빔 성형기로 제공되는데, 이때 (208)업링크 알고리즘에서 발행한 가중치는 (211)다운링크 알고리즘을 거쳐서 송신 빔 성형기로 제공되어 통화채널 신호의 다운링크 빔 성형에 사용된다.
그러나 실제 이동통신 환경에서 송신 신호를 송신한 이동국(차량 및 도보중인 사람)은 신호를 송신한 후 송신한 그 위치에 그대로 고정되어 있지 않고 다른 곳으로 이동을 하게 되고, 이로 인해 업링크 빔 성형 과정에서 추출된 가중치(이동국의 방향정보를 포함)를 다운링크 빔 성형에 바로 사용하게 되는 종래의 기술은 이동국으로부터의 신호 전달과정 및 기지국에서의 신호 처리과정에서 발생하는 지연시간 동안 이동을 하게 되는 이동국위치와의 오차를 유발하게 된다. 이 송신 빔의 방향과 이동국의 위치의 오차로 인해 기지국은 이동국으로의 정확한 위치에 다운링크 빔 성형이 어렵게 되고, 이렇게 잘못된 방향으로의 송신으로 인해 이동국은 좀 더 정확한 신호의 수신을 할 수 없게 되고, 결과적으로, 이동통신의 공급자와 가입자 사이에 약속됐던 일정 수준의 통화품질을 보장할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.
상기의 도2의 과정을 통해 일반적인 다운링크 빔 성형을 할 경우, 이동국의 신호 송신을 시작으로 해서, 기지국에서의 다운링크 빔 성형을 통해 신호를 재 전송하는 시간동안 이동국의 송신 초기 위치로부터의 이동으로 인한 다운링크 빔 방향에 있어서의 오차가 발생하게 되고, 이 신호를 수신해야할 이동국 역시 어긋난 방향으로 전달되는 신호로 인해 정확한 신호의 수신에 있어서 장애를 겪게 되므로, 이동국과 기지국간의 정확한 신호의 송/수신에 있어서 초기 서비스 공급자와 사용자 사이에 요구되었던 통화품질을 보장할 수 없게 된다. 본 발명은 이러한 장애를 극복하고 초기의 서비스 제공자와 사용자 사이의 약속인 우수한 통화품질의 공급및 수용이라는 목적을 달성하기 위해 IMT - 2000 시스템에서 통화채널과 함께 송신하도록 규정된 도 2의 (202)역방향 파일럿 신호를 수신하게 되는 기지국 스마트 안테나 시스템에서 (208)업링크 / (211)다운링크 빔 알고리즘 사이에 도 1의 (101)선형 예측기를 설치, 이동국으로부터 들어온 신호를 수신할 때, 업링크 빔 성형을 위한 적응과정에서 얻은 가중치(이동국의 송신 신호 방향정보 포함)를 일정 길이(N개의 다운샘플링 구간)의 decimation 구간을 두어서 등간격으로 선별 다운 셈플링 한 후, 이를 다시 수개의 지연소자를 통해 지연시키고, 이 다운 샘플링 가중치를 도 1의 (106)적응 필터를 이용해서 이미 입력된 가중치들을 가지고 미래에 입력될 가중치(다운 샘플링 구간의 가중치)을 예측하도록 한다. 또한 이 방향정보를 가진 가중치를 decimation 구간(샘플링 구간) 만큼 반복시켜서, 송신을 위해서 사용되는 송신 빔 성형기에 제공되는 통화채널의 신호속도와 동일하도록 만들어서 보내게 된다. 이렇게 함으로써, 본 발명에서는 (208)업링크 알고리즘과 (211)다운링크 알고리즘 사이에 (101)선형예측기를 통한 미래의 가중치 예측과정을 거침으로써 이동국과 기지국간의 신호 송수신시 발행할 수 있는 지연에 의한 방향 오차 및 이로 인한 통화품질의 열화현상이 발생되는 문제점을 최소화 하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 스마트 안테나 기지국 시스템에서의 업링크 다운링크(uplink / downlink) 빔 성형을 위한 각 기능부의 연결 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 장치들을 제어하기 위한 프로그램의 Flow Chart이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기지국 스마트 안테나 시스템에서 이동국으로부터의 역방향 파일럿채널 신호를 이용한 업링크 빔 성형과정에서 발생한 가중치를 이용해서, 예상되는 이동국의 위치로 빔성형형할 수 있도록 가중치를 예측하는 장치에 있어서,
업링크 빔 성형 과정에서 형성된 가중치(이동국의 위치정보를 추출하기 위한 가중치)를 다운샘플링 하는 데시메이터와,
상기 데시메이터로부터 입력되어 현재까지 입력된 다운 샘플링값들을 이용해서 이후에 입력될 다운 샘플링 값을 예측하여 가중치값을 계산하기 위한 적응 처리 동작을 수행하는 가중치 연산부와,
상기 예측된 다운 샘플링 가중치값을, 재전송할 순방향 통화채널 신호의 전송속도에 맞게 반복하는 반복기와,
상기 반복된 예측 다운 샘플링 가중치값에 의해 다운링크 빔을 성형하는 송신 빔 성형기와,
상기 장치들을 제어할 수 있는 제어 프로그램으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에 따른 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도 1에 의해 상세히 발명의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 1에서는 업링크 빔 성형을 위해 (205 : 도 2)역방향 파일럿 채널신호를 가지고 적응 처리하는 과정에서 발생한 (210)가중치를 곧바로 다운링크 빔 성형을 위한 (211)다운링크 알고리즘으로 보내지 않고, 이동국과 기지국 사이의 신호전달 과정에서 발생한 지연과 기지국에서의 신호처리 과정에서의 지연 등에 의한 다운링크 빔 성형시의 방향에 있어서의 오차를 극복하기 위해서, (208)업링크 빔 성형 과정에서의 가중치를 (102 : 도 1)Decimator를 통과시켜 다운 샘플링하고 이를 (106) 적응필터를 이용해서 이미 입력된 가중치를 가지고 미래에 입력될 가중치를 예측한 후 (213)다운링크 빔 성형기에서 (218)변조된 통화채널 신호와 동일한 전송속도(data rate)로 적용되도록 하기 위해서 (109)repeater를 통과하게 한 후 (211)다운링크 알고리즘으로 보내도록 한다.
이 경우 도 3의 제어프로그램에 의해 Decimator와 적응필터, Repeater는 제어를 받게 된다.
부언하면 본 발명의 실시예에 따른 개략적인 구성은,
도 1에서 업링크 빔 성형 과정에서 형성된 가중치인 이동국의 위치정보를 추출하기 위한 가중치를 다운샘플링 하는 데시메이터(102)와,
데시메이터(102)로부터 입력되어 현재까지 입력된 다운 샘플링값들을 이용해서 이후에 입력될 다운 샘플링 값을 예측하여 가중치값을 계산하기 위한 적응 처리 동작을 수행하는 가중치 연산부(104, 106, 107)와,
상기 예측된 다운 샘플링 가중치값을 재전송할 순방향 통화채널 신호의 전송속도에 맞게 반복하는 반복기(109)와,
도 3의 상기 장치들을 제어하는 제어 프로그램으로 이루어진다.
도 2에서 (208)업링크 알고리즘의 동작으로 인해 발행하는 (210)업링크 알고리즘의 가중치는 본 발명의 장치인 도 1의 (101)선형 예측기로 입력되고, (210)업링크 알고리즘의 가중치는 도 1의 (102)Decimator를 통해서 1/N(다운 샘플링 구간) 단위로 다운 샘플링을 수행함으로써 기지국에서 수신한 처음의 파일럿 채널 신호가 가지고 있던 전송속도(data rate)의 1/N으로 변화한다. 이 (103)다운 샘플링 가중치는 각각 (107)감산기와 (104)k개의 지연소자로 입력되어서 각 지연소자에서 단위길이(1/전송속도<data rate>)만큼씩 지연을 하게 되고, 이 지연된 (105)지연 소자들의 출력 가중치값들은 (105)벡터형태로 모아져 (106)적응필터로 입력되고, 이 (105)벡터형태의 입력 가중치들은 가지고, 적응 필터링을 수행한 후의 (106) 적응필터 출력값은 (107)감산기에서 (103)다운 샘플링된 가중치와의 연산을 통해 그 차이값을 다시 (106)적응필터로 되돌려 보내게 된다. 그리고, 이 과정은 (107)감산기에서 연산된 오차가 최소가 될 때까지, 즉 (105)지연된 가중치값들과 (103)현재 입력되는 가중치값과의 차이가 최소가 될 때까지 반복되고, 이렇게 생성된 (108)적응필터의 출력 가중치값은 (213)다운링크 빔 성형기에서 (218)변조된 통화채널 신호의 송신을 위해 사용되기 위해서는 , (102)decimator에서 다운 샘플링한 만큼 (109)repeater에서 반복시켜 (218)변조된 통화채널 신호와 동일한 전송속도(data rate)로 만들어져서 (211)다운링크 알고리즘으로 제공된다. (108)적응필터의 출력 가중치값은 과거의 가중치값들을 단위길이(1/data rate)만큼 지연시키기 위해 사용되는 지연소자로 입력되는 (103)가장 최근의 가중치값과 거의 일치하게 되는데, 이 가중치값은 (101)선형 예측기로 입력되는 (210) 업링크 알고리즘의 가중치의 가장 최근의 가중치값이 되고, (109)repeater를 통해 반복될 경우, (102)decimator로 입력될(아직 입력되지 않은) 다운샘플링 구간만큼의 가중치값들로써 사용될 수 있다. 즉 가장 최근의 가중치값을 예측하므로써 앞으로 입력될 것으로 예상되는 N개의 가중치 값을 미리 예측하는 효과를 볼 수 있고, 이 예측된 가중치를 다운링크 빔 성형 시에 사용하게 되면 현재 입력된 신호의 위치로부터 이후 이동국이 이동할 위치를 예측할 수 있으며, 그 방향으로 다운링크 빔 성형을 할 경우 이동국과 기지국 사이의 신호 전달과정 및 신호처리 과정 중의 이동국의 이동으로 인한 다운링크 빔의 방향 오차는 극복될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 장치들을 제어하기 위한 프로그램의 Flow Chart이다.
상기 기술한 (101)선형예측기가 동작함에 있어 (208)링크 빔 성형시의 가중치는 시간에 따른 변동이 예상되므로 각 경우에 대한 (101)선형예측기의 정밀도를 제어할 필요가 있으며, 이 상시 장치들에 대한 제어를 위해서 상기 장치의 동작을 위한 프로그램 제작시 도 3의 상기 본 발명의 장치 제어 프로그램이 적용될 수 있는데, 다음과 같은 과정을 통해 상기 장치들에 대한 동작 제어를 하게 된다. 본 발명의 장치 (101)선형 예측기의 제어프로그램인 도 3의 제어 프로그램은 (102)Decimator에 입력되는 (108)업링크 빔 성형과정에서의 가중치들에 대한 전/후 값을 (301)계산하여 그 값 d를 시스템 동작시 미리 설정한 (302)변동 한계치(Threshold Level)와 비교해서 변동 한계치를 넘지 않게 되면 초기 설정된(102)Decimator의 N = q개의 다운샘플 구간과, (106)적응필터의 입력 벡터 크기 v = s개, (109)Repeater의 반복횟수 N = q개를 유지하고, 만약 넘게 넘게되면(Yes) (102)Decimator의 다운샘플 구간을 N = p로 줄이고, (106)적응필터의 입력벡터의 크기를 v = k로 늘리고, (109)Repeater의 반복구간은 (104)지연소자의 지연시간 k가 지난 후에 변화된 N = p의 다운샘플구간 만큼의 반복을 시행하기 위해 k 만큼 지연시킨 뒤 (109)Repeater의 반복길이를 제어하도록 프로그램 한다. 또한, 도 3의 제어 프로그램은 본 발명의 (101)선형예측기의 입력이 되는 (108)업 링크 빔 성형과정에서의 가중치가 (302)변동한계치를 넘은 상태에서 동작 중에도 계속해서 가중치의 변동을 비교해서 그 값 d가 시스템 동작시 미리 설정한 (302)변동 한계치(Threshold Level)와 비교해서 변동 한계치를 넘지 않으면(No) (102)Decimator의 다운샘플 구간을 초기 설정값 N = q로 늘리고, (106)적응필터의 입력벡터의 크기를 k를 초기 설정값 v = s로 줄이며, (104)지연소자의 지연시간 k가 지난 후에 변화된 다운샘플구간 N = q만큼의 반복을 수행하게 하는, 즉 초기 설정상태로 되돌아 가도록 프로그램 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명의 특허청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기한 발명의 선형 예측기를 이용해, 송신신호를 보낸 이동국의 이동 위치를 예측해서 다운링크 빔 성형을 하게 되면 이동국과 기지국간의 신호 전달 과정과 기지국에서의 신호처리과정에서 발생하는 지연으로 인한 다운링크 빔 성형시의 방향오차를 극복할 수 있게 되고, 또한 다운링크 빔 방향의 오류로 인해 발생하는 이동국 측면에서의 불필요한 간섭(오차를 가진 다운링크 빔이 다른 사용자에게로 전달되어 발생하는 간섭)의 양도 줄 일 수 있어서 보다 정확한 신호의 송/수신이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 기지국 스마트 안테나 시스템에서 사용할 경우, 송/수신 지연으로 인한 빔 성형상의 오류를 최소화하게 됨으로써 이동국의 수신 효율을 높이고, 이를 통한 서비스 공급자와 가입자 간에 약속된 통화품질을 보장할 수 있다는 이득을 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 기지국 스마트 안테나 시스템에서 이동국으로부터의 역방향 파일럿채널 신호를 이용해서 이동국의 위치를 예측하는 장치에 있어서,
    업링크 빔 성형 과정에서 형성된 가중치인 이동국의 위치정보를 추출하기 위한 가중치를 다운샘플링 하는 데시메이터와,
    상기 데시메이터로부터 입력되어 현재까지 입력된 다운 샘플링값들을 이용해서 이후에 입력될 다운 샘플링 값을 예측하여 가중치값을 계산하기 위한 적응 처리 동작을 수행하는 가중치 연산부와,
    상기 예측된 다운 샘플링 가중치값을 재전송할 순방향 통화채널 신호의 전송속도에 맞게 반복하는 반복기와,
    상기 반복된 예측 다운 샘플링 가중치값에 의해 다운링크 빔을 성형하는 송신 빔 성형기로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 데시메이터는,
    송신신호의 시간에 따른 변화로 인한 업링크 알고리즘에서의 가중치변화를 고려해서, Decimation 구간의 설정은 시간에 따라 적절한 Decimation 구간으로 가변함을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 가중치 연산부는,
    다운셈플링된 값을 소정 지연하여 출력하기 위한 지연기와,
    상기 지연기의 출력 값을 필터링하여 상기 반복기로 출력하는 적응필터와,
    상기 적응필터의 출력값과 상기 다운 샘플링된값과의 차를 출력하여 상기 적응필터로 출력하는 감산기를 구비함을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데시메이터는,
    이동국으로부터의 송신신호의 시간에 따른 변화로 인한 업링크(Uplink) 알고리즘에서의 가중치 변화를 고려해서, 업링크 신호의 시간에 따른 변화율을 감시하여 선형예측기의 정밀도를 결정하는 적응필터의 입력 벡터크기를 조절함을 특징으로 하는 장치.
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