KR20010103315A - 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 안테나 시스템에서 안테나를 통해 수신한 신호와 승산되는 가중치를 시간 정보에 따라 순차적으로 갱신하여 전체 연산량을 줄이도록 한 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 시간 정보를 획득하고, 그 획득한 시간 정보를 안테나 개수로 제산한 후 그 결과치에 소정값을 가산하여 갱신할 안테나를 선정하고, 수신 신호의 여부를 검출하고, 수신 신호가 존재하면 선정한 안테나의 가중치만을 적응 필터에 의해 얻어지는 가중치값으로 변경하고 나머지 가중치는 이전 값을 유지시키며, 수신 신호와 각각의 가중치를 승산하고, 복수개 승산기의 각 출력신호를 합산하여 최종적인 안테나 수신 신호로 출력하는 과정으로 가중치를 갱신함으로써, 가중치 계산 알고리즘을 단순화하고 가중치 계산 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법{Method for renovating order weight value in smart antenna system}

본 발명은 스마트 안테나를 적용한 차세대 이동통신 시스템(특히, IMT-2000시스템)에서 순차적 가중치 갱신방법에 관한 것으로, 특히 스마트 안테나에서 수신한 신호와 승산되는 가중치를 시간 정보에 따라 순차적으로 갱신하여 전체 연산량을 줄이도록 한 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법에 관한 것이다.

일반적으로, CDMA 방식 통신 시스템에서는, 기지국 용량 증가를 위해서 섹터(알파 섹터, 베타 섹터, 감마 섹터) 안테나를 사용하고 있다. 그러나 이러한 섹터 안테나의 사용으로도 증가하는 이동국을 충분히 커버할 수 없다.

따라서 현재 연구, 개발중인 차세대 이동통신 시스템에서는 보다 많은 용량의 이동국 접속 요구를 만족시켜주기 위해서 스마트 안테나를 적용하였다.

여기서 스마트 안테나는 배열 안테나로 구성되며, 적응 디지털 필터의 일종인 빔 형성 알고리즘으로 운용된다. 즉, 스마트 안테나 시스템은 원하는 이동국의 방향으로 가장 큰 이득을 갖는 빔(Main Lobe : 주빔)을 형성하고, 다른 이동국의 방향으로는 상대적으로 적은 이득 빔을 형성함으로써, CDMA 시스템에서 문제가 되는 간섭의 영향을 줄이고 보다 많은 시스템 용량을 제공할 수 있는 이점이 있다.

이러한 스마트 안테나를 적용할 경우, 안테나로부터 입력되는 신호를 사용하여 안테나 각각에 해당되는 가중치(Weight)를 매 샘플마다 모두 구한다.

첨부한 도면 도 1은 종래 이동통신 시스템에 적용된 스마트 안테나 시스템의 구성을 개략적으로 보인 것이다.

이에 도시된 바와 같이, 각각의 안테나(101 ~ 100+n)에 일대일로 대응하게 핑거(201 ~ 200+n)를 할당하고, 각각의 핑거(202 ~ 200+n)에서 출력되는 값(X1 ~ XN)과 가중치(W1 ~ WN)를 각각 승산하는 다수개의 승산기(301 ~ 300+n)의 가중치를각각 달리하여 원하는 이동국 방향으로부터 들어오는 신호를 최대로 한다.

여기서, 각 승산기에 적용되는 가중치는 적응 디지털 필터로 구현하며, 이러한 방법을 빔형성(beamforming) 알고리즘이라 한다.

그리고 각각의 승산기(301 ~ 300+n)의 출력 신호를 합산기(400)로 합산한 후 그 결과치(y)를 이동국의 수신 신호로 출력한다.

즉, 주지한 바와 같이 종래의 빔형성 알고리즘은, 매 시간마다 모든 가중치를 동시에 구하여 적용한다.

따라서 가중치 산출 연산량이 많아져 가중치 산출 시간이 길어지는 단점이 있다.

또한, 상기와 같은 단점을 해결하기 위해서 종래에는 고속의 디지털 신호처리부를 병렬로 사용하는 시스템도 있는데, 이 경우에는 시스템의 부피가 커지고, 고속의 디지털 신호처리부 사용으로 시스템의 단가를 상승시키는 단점을 유발한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 스마트 안테나 시스템에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 스마트 안테나에서 수신한 신호와 승산되는 가중치를 시간 정보에 따라 순차적으로 갱신하여 전체 연산량을 줄이도록 한 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

각 안테나에 해당하는 가중치를 하나의 샘플 신호가 들어올 때 하나의 안테나에 해당되는 가중치만을 변화시키고, 그 다음 샘플에서는 다른 안테나에 해당되는 가중치만을 변화시킨다.

즉, 순차적으로 가중치를 변화시킴으로써, 안테나 수가 증가하여도 가중치 계산량은 고정되도록 하여 전체 연산량을 줄이게 된다.

상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명에 의한 "스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법"은,

시간 정보를 획득하고, 그 획득한 시간 정보를 안테나 개수로 제산한 후 그 결과치에 소정값을 가산하여 갱신할 안테나를 선정하는 단계와;

수신 신호의 여부를 검출하고, 수신 신호가 존재하면 상기 선정한 안테나의 가중치만을 적응 필터에 의해 얻어지는 가중치값으로 변경하고 나머지 가중치는 이전 값을 유지시키는 단계와;

상기 수신신호와 각각의 가중치를 승산하고, 각 승산기의 출력신호를 합산하여 최종적인 안테나 수신 신호로 출력하고, 처음 단계로 리턴하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 종래 이동통신 시스템에 적용되는 스마트 안테나 시스템의 개략 구성도이고,

도 2는 본 발명에 의한 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법을 보인 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 ~ 100+n ..... 스마트 안테나

201 ~ 200+n ..... 핑거

301 ~ 300+n ..... 승산기

400 ..... 합산기

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 스마트 안테나 시스템의 순차적 가중치 갱신을 위한 알고리즘을 수학식으로 살펴보면 다음과 같다.

1) 일반적인 적응필터 가중치를 구하기 위한 비용함수(cost function)(J)를 아래와 같은 [수학식1]로 산출한다.

여기서 비용함수는 출력파워, 입력신호와 필터출력 신호의 차인 오차신호 파워 등으로 표시된다.

2) 이전 가중치와 비용함수의 미분값을 이용하여 비용함수를 최대 또는 최소가 되도록 가중치를 산출하며, 이를 수학식으로 표현하면 아래와 같은 [수학식2]로 표현된다.

상기에서 n은 시간 정보를 나타낸다.

지금까지의 가중치 갱신방식은, 모든 안테나 입력신호에 해당된 가중치를 동시에 구하므로 안테나 수가 늘어나면 계산량은 이에 비례하여 증가한다. 가중치들의 조합으로 이동국 방향을 추정하게 되는데 이동국 방향이 갑작스럽게 변화하지 않기 때문에 모든 가중치를 매 시간 마다 동시에 계산하지 않아도 된다.

3) 첫번째 샘플에서는 첫번째 안테나에 대한 가중치만 갱신시키고, 나머지 가중치는 이전 가중치값을 사용하며, 두번째 샘플에서는 두번째 안테나에 대한 가중치만 갱신시키고 나머지 값은 이전값을 사용한다.

이를 수학식으로 표현하면 아래와 같다.

..................

..................

여기서 N은 안테나 개수를 나타낸다.

4) 다음으로 안테나 개수 N번째까지 가중치 갱신을 완료하면 그 다음 샘플에서는 다시 첫번째 안테나에 해당하는 가중치만 갱신한다.

이를 수학식으로 표현하면 아래와 같다.

.......................

.......................

5) 이러한 방법으로 가중치를 갱신하는 경우, 최종적인 순차적 가중치 갱신 일반식은 아래의 [수학식5]와 같다.

첨부한 도면 도2는 상기와 같은 순차적 가중치 갱신 알고리즘을 실제적으로 스마트 안테나 시스템에 적용하는 경우, 전체적인 순차적 가중치 갱신 방법을 보인 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 시간 정보(n)를 획득하는 단계(S10)와, 상기 시간 정보(n)를 안테나 개수(N)로 제산하고, 그 결과치(i)에 1을 가산하는 단계(S20)와, 수신 신호(x)가 존재하는가를 확인하는 단계(S30)와, 수신 신호가 존재하면 i+1번째 가중치(w)만 변경하고, 나머지 가중치는 이전값을 유지하는 단계(S40)와, 수신신호(x)와 가중치(w)를 승산하는 단계(S50)와, 각 승산기의 출력신호를 합산하여 그 결과치(y)를 수신 신호로 출력하는 단계(S60)로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법은, 먼저 단계 S10에서 시간 정보(n)를 획득한다. 여기서 시간 정보는 각 안테나의 가중치를 산출하기 위한 타이밍을 설정하기 위함이다.

다음으로, 단계 S20에서 상기 획득한 시간 정보(n)를 안테나 개수(N)로 제산하고, 그 결과치(i)에 1을 가산하여 가중치를 갱신할 안테나를 선정한다.

이렇게 가중치를 갱신할 안테나를 선정한 후 단계 S30에서는 수신 신호(x)가 존재하는가를 확인하여, 수신 신호가 존재하면 단계 S40에서 i+1번째 가중치(w)만 변경하고, 나머지 가중치는 이전값을 유지한다.

아울러 단계 S50에서는 수신 신호(x)와 가중치(w)를 승산하고, 단계 S60에서는 각 승산기의 출력신호를 합산하여 그 결과치(y)를 수신 신호로 출력한다.

여기서 승산기는 안테나의 개수에 일대일로 대응하도록 구비되며, 한 번의 샘플 입력에 하나의 승산기에 대해서만 가중치가 변화되고, 나머지 승산기에 입력되는 가중치는 이전값을 그대로 유지한다.

이상에서 상술한 본 발명 "스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법"에 따르면, 가중치 계산 시간을 줄일 수 있어 기지국 용량을 증가시키는 경우에도 실시간적으로 가중치 갱신이 가능한 이점이 있다.

또한, 가중치 갱신 알고리즘의 복잡성을 간소화시킬 수 있어 스마트 안테나 시스템 구현에 용이함을 제공해주는 이점도 있다.

Claims (1)

1. 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템에서 복수개 승산기의 가중치 갱신 방법에 있어서,

   시간 정보를 획득하고, 그 획득한 시간 정보를 안테나 개수로 제산한 후 그 결과치에 소정값을 가산하여 갱신할 안테나를 선정하는 단계와;

   수신 신호의 여부를 검출하고, 수신 신호가 존재하면 상기 선정한 안테나의 가중치만을 적응 필터에 의해 얻어지는 가중치값으로 변경하고 나머지 가중치는 이전 값을 유지시키는 단계와;

   상기 수신 신호와 각각의 가중치를 승산하고, 상기 복수개 승산기의 각 출력신호를 합산하여 최종적인 안테나 수신 신호로 출력하고, 처음 단계로 리턴하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템에서 순차적 가중치 갱신방법.