KR20020027207A - 이동통신기지국 장치 - Google Patents

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Abstract

이동통신기지국에서 간단한 구성, 처리로 전파도래방향을 결정하고 또한 그 방향으로 협각(狹角)빔을 송신한다.
서로 근접하여 배치되고, 동일형상, 동일방향의 광각(廣角)빔안테나(21-1, 21-2)의 수신전파를 방향탐사용 수신기(22)와 통신용 수신기(15)에서 각각 수신하고, 양 수신신호 진폭이 일치하고 있는 것을 이용하여 수신신호의 위상차를 검출하고, 그 위상차에 따라 그 수신전파도래방향(이동국 방향)을 결정하고, 빔 전환부(12)를 제어하여 송신기(13)를 그 결정한 도래방향을 향하고 있는 협각빔안테나(11-1∼11-4중 하나)에 접속한다.

Description

이동통신기지국 장치{MOBILE COMMUNICATION BASE STATION EQUIPMENT}
발명의 배경
본 발명은 이동통신방식에 있어서 간섭량을 삭감하기 위하여 협각지향성(협각빔) 안테나로 이동국과 통신가능하게 하고자 하는 기지국장치에 관한 것이다.
종래의 이동통신기지국 장치에 있어서 어댑티브어레이안테나를 설치할 경우는 각 통신채널마다 복수의 수신기를 설치하여 안테나 웨이트를 조정하여 안테나 지향특성 주빔의 방향을 제어하고, 최적의 수신신호를 추출하여 그때에 사용한 안테나 웨이트를 송신안테나의 지향특성 주빔의 방향제어를 위한 안테나 웨이트로서 이용하여 송신하고 있었다. 그러나 이 방법을 송수신 쌍방에 채널마다 복수의 송수신기가 필요하게 되어 장치규모가 대형화되는 결점이 있다.
이 문제를 해결하기 위하여 도 1에 도시한 바와 같이 서로 다른 방향의 협각지향성(협각빔)(35-1∼35-4)을 갖는 복수의 협각지향성(협각빔)안테나(11-1∼11-4)에 각각 듀플렉서(36-1∼36-4)를 통하여 빔 전환부(12)에서 송신기(13)를 선택적으로 접속하고 빔 전환부(14)에서 수신기(15)를 안테나(11-1∼11-4)에 선택적으로 접속하여, 송수신계통수를 최소한으로 구성하는 방법이고안되어 있다. 이 방법은 협빔 안테나(11-1∼11-4)의 각 신호강도를 수신기(16-1∼16-4)로 측정하여 빔선택 제어회로(17)에 의해 빔 전환부(12,14)를 전환제어하여 수신신호 전력이 가장 큰 안테나에 송신기(13) 및 수신기(15)를 전환 접속하는 방법이다. 이 방법은 수신전파의 도래방향탐사를 위한 수신기(16-1∼16-4)가 안테나 브랜치 수, 도면에서는 4개만 필요하다. 또한, 이 방법을 다중파 환경인 이동통신에 적용하면 각 안테나 브랜치마다 독립된 신호강도변동이 생기기 때문에 정확한 빔스위치를 실현하기는 어렵다
한편, 전파 도래방향(DOA) 추정법에는 MUSIC(뮤직)등의 고분해능 신호처리기술에 있으나 이는 상관행렬의 연산 등 복잡한 처리가 필요하기 때문에 안테나수의 증가와 함께 막대한 시간을 요하게 된다
또한, 이 방법은 다른 지향성을 갖는 복수의 안테나를 사용할 경우, 처리가 더 복잡해지기 때문에 도 2와 같이 통신용과는 별도로 방향탐색용 동일지향성을 갖는 안테나소자(18-1∼18-4)로 이루어진 어레이안테나가 필요하게 되고, 이들 안테나소자(18-1∼18-4)의 수신신호를 수신기(16-1∼16-4)에서 수신하고, 그 수신출력을 회로(19)에서 MUSIC법에 의해 처리하여 전파를 송신하고 있는 이동국의 방향을구하고 빔 전환부(12,14)를 제어한다.
이동통신의 실운용에 있어서는 통화시간내에 고속이동하고, 몇번이나 채널전환을 행하는 유저(이동국)뿐만 아니라 거의 이동하지 않은 채로 통신을 완료하는 유저도 많다. 그러나, 이동통신기지국 장치는 전 유저(이동국)에 대하여 고속이동 중의 서비스를 제공하는 것을 전제로 하고 있기 때문에 복수의 주파수채널·시간슬롯 모두가 동일 광각지향특성을 갖는 안테나를 쓰고 있다. 따라서, 특정유저(이동국)과 통신을 개시하면 기지국 장치는 그 서비스영역, 가령 섹터영역내의 그유저가존재하는 방향 이외의 방향에도 전파를 방사하고 있어 불필요한 전력을 소비하는 것이 된다. 이같이, 모든 주파수 채널·시간 슬롯에서 동일 광각지향특성을 갖는 안테나를 사용하면 전파환경 및 에너지절약의 관점에서 문제가 있었다. 한편, 어레이 안테나를 사용하여 각 주파수 채널·시간 슬롯마다 각각 협각지향특성(협각 빔)을 생성하여 항상 유저 방향으로 협각빔을 향하도록 추미(追尾)하는 방법이 제안되고 있다. 이 방법은 상기 관점에서 보면 우수하나 어레이안테나의 설치면적이나 장치규모가 커지는 문제가 있다. 또한, 복잡한 신호처리계가 필요하다.
종래의 기지국 장치의 구성을 도 3에 도시한다. 수신안테나(111)와 송수신안테나(112)는 각각 지향특성의 주빔(161,162)의 각 폭이 120°로 동일방향을 향하고 있어 수신안테나(111)는 합성분배기(26)에 직접 접속되고, 송수신안테나(112)는 듀플렉서(36)를 통하여 합성분배기(26)에 접속되어 있다. 주파수채널(f11∼f1L)의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치(115-1∼115-L)의 각 송신기(13)는 합성분배기(26)의 송신 포트에 접속되고 각 수신기(15-1, 15-2)는 각각 합성분배기(26)의 안테나(111,112)의 각 수신포트에 각각 접속되어, 제어채널 및 통신채널의 송수신이 가능해진다. 주파수 채널(f21∼f2M)의 통신채널용 송수신장치(121-1∼121-M)의 각 송신기(122)는 합성분배기(26)의 송신포트에 접속되어, 각 송신기(123,124)는 합성분배기(26)의 안테나(111,112)의 각 송신포트에 각각 접속되고, 통신채널의 송수신이 가능하게 된다. 각 수신기(15-1, 15-2)는 다이버시티 수신을 행하게 되고, 또 각 수신기(123,124)도 다이버시티 수신을 행하게 돼 있다.
송수신장치(115-1∼115-L)가 이용하는 시간슬롯을 도 4a에, 송수신장치(121-1∼121-M)가 이용하는 시간슬롯을 도 4b에 각각 도시한다. 각 송신에 사용하는 안테나(112)의 빔(162) 폭은 120°이고, 즉 모든 주파수채널·시간슬롯에서 동일 빔이 사용된다. 또 기지국 제어장치(126)에 의해 어느 송수신장치(115-1∼115-L, 121-1∼121-M)가 어느 시간슬롯으로 통신을 행할지의 채널할당을 행한다.
이상 설명한 바와 같이, 이동국의 방향탐사를 행하여 그 결과를 송수신빔의 스위치 제어에 사용하는 방법에 있어서는 방향탐사 정밀도, 장치규모, 연산량 등의 문제가 있었다.
또, 종래의 기지국 장치는 광각빔 안테나가 고정적으로 모든 채널에 할당되기 때문에 그 서비스 영역(가령 섹터)내의 소망 이동국이 소재하는 방향 이외의 방향에 불필요한 방사전력을 낭비하게되고, 다른 기지국과의 간섭량도 많아진다. 본 발명의 목적은 최소한의 장치규모와 연산량으로 더욱 정밀도 높은 도래전파방향 탐사를 행하고, 이동국과 협각빔으로 통신을 가능케하는 이동통신국 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 방사전력의 간섭량을 종래보다 삭감할 수 있는 이동통신기지국 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제1면에 따르면, 복수의 협각빔이 전체적으로 커버하는 서비스 영역을 거의 커버하는 광각빔의 안테나가 근접하여 2개 설치되고, 그 한쪽 안테나는 통신용 수신기에 접속되고, 다른쪽 안테나는 방향탐사용 수신기에 접속되어, 이들양 수신기의 양 수신신호의 위상으로 그 수신신호의 전파를 송신하고 있는 이동국 방향을 측정한다. 상기 광각빔의 안테나는 협각빔 형성용 복수의 안테나 소자중 하나를 겸용하여도 된다.
본 발명의 제2면에 따르면, 하나의 광각빔 안테나와 그 서비스 영역을 모두 커버하는 복수의 협각빔 안테나가 설치되고, 이동국의 이동속도와 이 이동국이 존재하는 협각빔 방향을 검출하여 이들 정보를 근거로, 이동속도가 빠르면 광각빔 안테나에 송신급전할 수 있는 통신채널용 송수신용 장치의 하나가 할당되고, 이동속도가 늦을 경우는 그 이동국이 존재하는 방향의 협각빔 안테나에 송신급전할 수 있는 통신채널용 송수신장치를 할당할 수 있다.
도 1은 종래의 이동통신기지국 장치를 나타내는 블록도,
도 2는 종래의 이동통신기지국 장치의 다른 예를 나타내는 블록도,
도 3은 종래의 기지국장치의 또다른 예를 나타내는 블록도,
도 4a 및 b는 각각 종래의 기지국장치에 있어서의 시간 슬롯과 안테나빔의 관계를 나타내는 블록도,
도 5a는 본 발명의 제1면의 실시예를 종래의 기지국장치, 도 5b는 도 5a중의 방향측정부의 일구체예를 도시하는 블록도, 도 5c는 위상치와 전파도래각도의 관계를 도시한 도면,
도 6은 도 5a에 도시한 실시예를 복수 통시채널에 적용한 예를 나타내는 블록도,
도 7a는 협각빔과 광각빔으로 안테나를 겸용할 경우의 본 발명의 제1면의 실시예를 나타내는 블록도, 도 7b는 복수의 협각빔과 광각빔의 관계를 도시한 도면,
도 8은 도 7a 에 도시한 실시예를 복수채널에 적용한 예를 나타내는 블록도,
도 9는 신뢰성 있는 측정방향을 얻는 동작원리를 설명하는 도면,
도 10은 도 9에 도시한 원리에 의거한 방향측정부(23)의 기능 구성예를 도시한 도면,
도 11은 도 9에 도시한 원리의 처리수순예를 나타내는 흐름도,
도 12는 신뢰성 있는 측정방향을 얻는 다른 동작원리를 설명한 도면,
도 13은 도 12에 도시한 원리에 의거한 방향측정부(23)의 기능구성예를 도시한 도면,
도 14는 도 12에 도시한 원리의 처리수순예를 나타내는 흐름도,
도 15는 신뢰성 있는 측정방향을 얻는 또다른 동작원리를 설명하는 도면,
도 16은 도 15에 도시한 원리에 의거한 방향측정부(23)의 기능구성예를 도시한 도면,
도 17은 도 15에 도시한 원리의 처리수순예를 나타내는 흐름도,
도 18은 신뢰성 있는 측정방향을 얻는 또다른예에 의거한 방향측정부(23)의 기능구성예를 도시한 도면,
도 19는 도 18 에 도시한 방향측정부(23)의 처리수순을 예시하는 흐름도,
도 20은 신뢰성 있는 측정방향을 얻기 위한 방향측정부(23)의 일반적 기능구성를 도시한 도면,
도 21은 순간 방향의 측정실험결과를 도시한 도면,
도 22는 순간 측정방향을 평균화한 평균방향의 실험결과를 도시한 도면,
도 23은 신뢰성 있는 방향을 측정방향으로 한 실험결과를 도시한 도면,
도 24는 본 발명의 제2면의 실시예를 나타내는 블록도,
도 25a는 도 24에 도시한 실시예에 있어서의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치의 시간슬롯과, 그때의 안테나 지향 특성례 를 도시한 도면, 도 25b 및 c는 각각 도 24에 도시한 실시예에 있어서의 통신채널용 송수신장치의 시간슬롯과, 그때의 안테나 지향 특성례의 2예를 도시한 도면,
도 26a는 이동국의 페이징피치에 의한 이동속도 판정과 빔선택의 수순예를 도시한 도면, 도 26b는 안테나빔폭(계층)과 송출전력 관계예 를 도시한 도면,
도 27은 협각빔 통신채널용 송수신장치를 이동국 방향에 따라서 할당한 시간슬롯의 협각빔안테나부에 접속하는 본 발명의 제2면의 실시예를 도시한 도면,
도 28a는 도 27에 도시한 실시예에 있어서의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치의 시간슬롯과 안테나빔의 관계예 를 도시한 도면, 도 28b는 도 27 에 도시한 실시예에 있어서의 통신채널용 송수신장치의 시간슬롯과 안테나빔의 관계예를 도시한 도면,
도 29는 도 24 중의 빔선택정보 검출장치(154) 다른 구체예를 나타내는 기능구성도,
도 30은 도 24에 도시한 실시예에서 다이버시티기능을 생략한 실시예를 도시한 도면.
실시예
도 5a에 본 발명의 제1면의 실시예를 표시하고, 도 1과 대응하는 부분에 동일 부호를 부기한다(이하 같음). 이 실시예에는 광각지향성을 갖는 (광각빔) 안테나(21-1, 21-1)가 설치돼 있다. 이들 광각빔 안테나(21-1, 21-2)의 수신영역은 각각 협각빔 안테나(11-1∼11-4)가 모두 커버하는 서비스 영역을 거의 커버할 수 있고, 또 양 안테나(21-1, 21-2)는 사용전파의 파장(λ)의 2분의 1 이하 정도로 서로 근접하고, 그 양 광각빔(20-1, 20-2)의 중심축은 서로 거의 평행하게 돼 있다.
한쪽의 광각빔 안테나(21-1)에 방향탐사용 수신기(22)가 접속되고, 또 다른쪽 광각빔 안테나(21-2)에 통신용 수신기(15)가 접속된다. 통신용 수신기(15)의 수신신호와, 방향탐사용 수신기(22)의 수신신호가 방향측정부(23)에 입력되어 방향측정부(23)에 의해 양 수신신호의 위상차에 의해 그 수신신호의 전파를 송신하고 있는 이동국의 방향이 측정되어 그측정결과가 빔 선택제어회로(24)에 입력되고, 빔 선택제어회로(24)는 빔 전환부(12)를 제어하여 협각빔 안테나(11-1∼11-4)중의 측정한 방향으로 빔(35-i(i=1, 2, 3, 4))방향이 향하고 있는 안테나에 송신기(13)를 접속한다.
통신용 수신기(15)로 수신되는 채널정보, 동기정보나 채널추가정보 등은 방향탐사용 수신기(22)에서도 통신용 수신기(15)와 동일한 조건·상태로 수신된다. 광각빔 안테나(21-1와 21-2)는 서로 근접하여 설치돼 있기 때문에 광각빔 안테나(21-1와 21-2)의 수신신호의 상관은 1에 가깝다. 따라서 이들 양 수신신호의 위상차를 검지하여 각 신호가 상쇄되도록 위상을 조정하면(역 위상으로 하면) 신호간의 상관은 거의 1이고 진폭차는 매우 작기 때문에 위상차만으로 도래방향을 추정할 수 있다. 가령 도 5c와 같이 한쪽 수신기(15)의 수신신호가 가변이상기(201)에 공급되고 가변이상기(201) 출력과 다른쪽 수신기(22)의 수신신호와 합성회로(202)에서 가산되어 합성회로(202)의 출력이 제로가 되도록 합성회로(202)의 출력에 의해 가변이상기(201)의 이상량이 제어된다. 합성회로(202)의 양입력 진폭은 같도록 미리 처리되어 있다. 따라서, 합성회로(202)의 양 입력이 서로 역위상이 되면 합성회로(202)의 출력이 제로가 되고, 이때의 가변이상기(201)의 이동량이 양수신신호의 위상차(θ)로서 빔 선택제어회로(24)에 출력된다.
즉, 안테나(21-1과 21-2)의 간격이 λ/2이하이기 때문에 도 5b와 같이 이 위상차(이상량; θ)와 도래각도는 1 대 1의 대응관계가 된다. 이 위상차(이상량;θ)가 π이고 전파도래방향정면방향, 즉 안테나(21-1, 21-2)와 연결하는 선의 2등분선이 되는 전파도래방향의 각도가 0이며, 위상차(조정이상량;θ)가 π보다 작아짐에 따라 도래방향은 좌측방향으로 정면방향에서 이격되고, 반대로 위상차(조정이상량;θ)가 π보다 커짐에 따라 도래방향은 우측방향으로 정면방향에서 이격된다. 따라서, 이 위상차(조정이상량;θ)에 의해 추정된 도래방향에 대응하는 협각빔(35-i)의 안테나(11-i)에 빔 전환부(12)를 전환하여 송신기(13)를 접속한다. 이같이 하여 이동국의 이동에 따라 기지국 장치의 송신빔(35-i)을 이동국 방향으로 추미시킬 수 있다. 이같이 적응신호처리·역행렬연산 등을 행하지 않고 위상차를 구하는 것(이상조정을 행하는 것)만으로 전파도래방향을 검출할 수 있다.
통신채널이 복수 존재할 경우, 도 6에 도 5a와 대응하는 부분에 동일 부호를 붙여서 도시한 바와 같은 구성이 된다. 각각 빔 전환부(12), 송신기(13) 및 수신기(15)를 구비한 복수개의 송수신장치(25-1∼25-L)와 합성분배기(26), 스위치부(203)가 추가되는 점이 다르다. 송수신장치(25-1∼25-L)의 각 빔 전환부(12)의 각 협각빔과 대응하는 출력은 합성분배기(26)에서 합성되어 협각안테나(11-1∼11-4)가 대응하는 것에 급전되고, 광각안테나(21-2)의 수신신호는 합성분배기(26)에서 분배되어 송수신장치(25-1∼25-L)의 각 통신용 수신기(15)에 공급된다. 각 송신장치(25-1∼25-L)가 어느 채널로 통신을 행할 것인가의 채널 할당은 기지국 제어장치(126)에 의해 행해진다. 기지국 제어장치(126)는 이들 송수신장치(25-1∼25-L)에 할당된 채널을 방향탐사용 수신기(22)에 순차 설정하는 것을 반복하고 그 채널 설정마다 송수신장치(25-1∼25-L)중의 이 채널이 할당된 장치의 통신용 수신기(15)의 수신신호를 스위치부(203)를 제어하여 꺼내어 방향측정부(23)에 입력한다. 또 빔 선택제어회로(24)에 각 송수신장치(25-1∼25-L)에 대한 출력부(53-1∼53-L)가 설치되고, 출력부(53-1∼53-L)에 각 송신장치(25-1∼25-L)가 각각 통신하고 있는 이동국 방향의 측정결과가 각각 격납되고, 각 출력부(53-1∼53-L)의 격납측정방향이 송수신장치(25-1∼25-L)의 빔전환부(12)에 각각 공급된다.
방향탐사용 수신기(22)는 시분할적으로 임의의 채널로 동작하도록 설정되고, 송수신장치(25-1∼25-L)중의 대응하는 수신기(15)와의 수신신호의 위상차(θ)가 방향측정부(25)에서 구해져서 그 수신전파의 도래방향의 추정되고, 빔선택제어회로(24)에 의해 송수신장치(25-1∼25-L)중의 상기 설정된 채널의 송수신장치에 있어서의 빔전환부(12)가 제어되어 송신용 협각빔이 선택된다. 이에 따라 각 송수신장치(25-1∼25-L)에 있어서 이것과 통신하고 있는 각 이동국의 이동에 따라 각각 송신빔을 그 이동국의 방향으로 추미할 수 있다. 도 5a 및 도 6에 도시한 실시예에서는 협각안테나(11-1∼11-4)로 협각빔형성 안테나부(205)를 구성하고, 광각 안테나(21-2)로 광각빔형성 안테나부(26)를 구성한 경우이다.
다음에, 복수의 협각빔을 구성하는 안테나 일부를 광각빔 안테나로 겸용하는 예를 설명한다. 도 7a에 그 구성예를 표시하고, 광각빔의 안테나 소자(31-1∼31-4)로 이루어진 어레이 안테나(31)와 가령 버틀러매트릭스로 이루어진 빔포머(32)에 의해 멀티빔 안테나(33)가 구성된다. 안테나소자(31-1∼31-4)는 사용전파의 파장(λ)의 2분의 1 정도의 간격으로 배열되고, 각각 가령 도면중 파선표시된 광각지향성(광각빔; 34)을 가지고, 멀티빔 안테나(33)는 서로 방향이 다른 복수의 협각지향성(협각빔; 35-1∼35-L)을 갖는다. 도 7b에 도시한 바와 같이 광각빔(34)의 서비스 영역을 모든 협각빔(35-1∼35-4)으로 거의 커버하도록 돼 있다.
빔 전환부(12)의 전환출력은 각각 듀플렉서(36-1∼36-4)를 통하여 빔포머(32)의 4개의 포트의 어느 하나에 공급할 수 있고, 가령 듀플렉서(36-1∼36-4)로부터 빔포머(32)의 4개의 포트에 각각 입력되면 그 각 입력은 협각빔(35-1∼35-4)의 하나의 송신전파를 형성한다. 즉 가령 듀플렉서(36-1)로부터의 입력은 가령 협각빔(35-1)의 송신전파를 형성한다.
멀티빔 안테나(33)의 수신출력(송신시의 입력포트로부터의 신호)은 듀플렉서(36-1∼36-4)를 통하여 가령 버틀러매트릭스로 구성되는 빔분해기(37)에 공급되고, 가령 광각빔 안테나소자(31-1, 31-2) 각각 자체의 지향성, 즉 광각빔(34)에 의한 수신신호에 복귀되고, 이들 안테나소자(31-1, 31-2)와 대응하는 각 수신신호의 한쪽은 통신용 수신기(15)에, 다른쪽은 방향탐사용 수신기(22)에 각각 공급된다. 여기서 통신용 수신기(15)에 수신되는 채널정보·동기정보나 채널추정정보 등은 동일조건·상태로 방향탐사용 수신기(22)에 수신되도록 조정한다.
안테나소자(31-1,31-2)의 간격은 1/2 파장정도 이하이고, 도 5a에 도시한 경우와 같이 방향측정부(23)에 의해 양 수신신호의 위상차를 검출함으로써 전파의 도래방향을 추정할 수 있고, 그 방향을 향한 협각빔에 송신기(13) 출력을 급전할 수 있다.
통신채널이 복수 존재할 경우는 도 8과 같은 구성이 된다. 빔 전환부(12),송신기(13), 수신기(15)를 구비한 복수개의 송수신장치(25-1∼25-L)와 합성분배기(26) 및 분배기(26a)와 스위치부(203)가 추가되는 점이 다르다. 각 빔 전환부(12)의 대응출력은 합성분배기(26)로 합성되어 듀플렉서(36-1∼36-4)중 대응하는 것에 각각 공급되고, 빔분배기(37)의 출력중의 통신용 수신기(15)에 공급되는 것은 분배기(26a)에 의해 각 송수신장치(25-1∼25-L)의 통신용 수신기(15)에 분배공급된다.
방향탐사용 수신기(22)는 시분할적으로 임의의 채널로 설정되고, 그 방향탐사용 수신기(22)의 수신신호와 그 채널의 통신용 수신기(15)의 수신신호와의 위상차를 방향측정부(23)에서 검출하여 그 통신용 수신기(15)와 조를 이루는 송신기(13)의 송신협각빔을 선택설정한다. 이에 따라 각 송수신장치(25-1∼25-L)와 통신을 하고 있는 각 이동국의 이동에 따라 송신빔을 그 이동국 방향으로 각각 추미시킬 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 예는 멀티빔 안테나(33)로 협각빔 형성안테나부(205)를 구성하고 멀티빔 안테나(33)와 빔분해부(37)에서 광각빔형성 안테나부(206)를 구성한 경우이다.
다음에 도 5∼도 8 중의 방향측정부(23)의 바람직한 예를 설명한다.
그 하나의 동작원리를 도 9에 도시한다. 방향측정부(23)에 입력되는 수신신호의 수신전력은 가령 도 9a의 곡선(41)으로 도시된 것과 같이 페이징 등에 의해 변동하고 있다. i번째의 신뢰성 있는 측정방향(Φi)은 다음과 같이 구한다. 시간간격(T) 별로 복수회(도면은 M=5회)의 순간 수신전력(ai1∼aiM)의 측정을 행하고, 그 대표치로서 ai1∼aiM의 평균전력(Ai)을 취득한다(도 9a). 동시에 양수신신호간의순간 위상차를 측정하여 순간측정방향(øi1∼øiM)을 구하고, 그 대표치로서 øi1∼øiM의 평균측정방향(Φi)을 취득한다(도 9b). 이같이 하여 평균전력과 평균측정방향은 시간간격(T)마다 A1, A2, …Φ1, Φ2, …로서 취득된다.이들 평균전력, 평균측정방향은 복수회분(도면은 N=3회분)이 메모리에 축적된다. 가령 시간(t3)에 있어서 메모리내의 3회분의 평균전력(A1, A2, A3)중에서 최대의 평균전력(A2)이 얻어진 시간(t2)(도면에는 시간(t2)에 있어서의 평균전력(A2)이 나머지 A1, A3 보다 크다)의 평균측정방향(Φ2)이 신뢰성있는 측정방향으로서 결정된다. 이 메모리는 퍼스트인·퍼스트아웃(FIFO) 방식으로 순차 새로운 데이터로 갱신돼 간다. 가령, 시간(t4)에 있어서는 시간(t1)에서의 평균전력(A1)과 평균방향(Φ1)은 버리고, 새로운 평균전력(A4)과 평균방향(Φ4)이 축적된다. 이 시점(t4)에서 새롭게 메모리내의 평균전력(A2, A3, A4)이 비교되고, 상기와 같은 알고리즘에 의해 새로운 신뢰성 있는 방향을 경정한다(이 도면에는 신뢰성 있는 방향은 Φ2이다). 이 시간간격(T) 및 최대치를 구하기 위한 데이터수(N)는 각 평균전력의 상관이 가급적 작게 되도록 설정한다. 비교하는 복수의 평균전력, 이 예에서는 N=3개의 평균전력에 의해 페이징 구조를 알고, 페이징에 의한 낙하부분의 평균방향은 선택하지 않게 된다. 이들 파라미터(T, N)를 적당하게 선택함으로써 측정방향의 큰 오차가 일어나는 수신전력 저하시의 측정방향은 신뢰성 있는 방향으로는 채용되지 않는다. 도 9에 도시한 예에서는 평균방향(Φ5)은 수신전력(A5)이 낮기 때문에 신뢰성 있는 방향으로서 채용되지 않았다. 이에 따라 T시간별 측정마다 과거 수회(도면은 N=3)의 평균전력을 기초로 한 신뢰성 있는 방향이 갱신되는지 여부의 결정이 행해진다. 도 9b는 평균측정방향, 도 9c는 신뢰성 있는 방향과 결정된 방향을 각각 도시한다.
상기와 같이 측정간격(T)은 얻어진 평균전력의 상관이 작은 쪽이 좋고 N개의 수신평균전력에 의해 페이징 구조를 아는 정도로 하고, 수신전력의 낙하부분만을 비교하는 일은 없도록 한다. 이 점에서 T는 긴쪽이 좋으나 길게하면 그만큼 측방향의 경신이 늦어지고, 이동국의 이동이 빠를 경우는 이동국에 대한 추종성이 나빠진다. T는 이동국의 이동속도 즉 페이징의 주기에 따라 설정하는 것이 바람직하다. 또 최대평균전력을 검출하기 위하여 비교하는 평균전력수(N)도 동일하게 수신전력의 낙하부분을 선택하지 않도록 이들 비교평균전력에 의해 페이징 구조를 알 수 있는 정도의 수가 바람직하고, 가령 3∼10정도로 된다. T시간별 측정에 복수회(M회)의 측정을 하는 것은 잡음의 영향을 작게하기 위함이고, 가급적 근접하여 복수회 측정하고, 이 측정회수(M)는 가령 10∼20 정도가 된다.
이 신뢰성 있는 방향을 구하기 위한 기능 구성예를 도 10에 표시한다. 방향측정부(23)에 입력된 양 수신신호는 단자(42,43)에서 순간방향측정부(44)에 입력되고, 양 수신신호의 순간위상차가 복수회(M회) 측정되고, 이 순간위상치에 의거하여 순간방향이 구해지며, 이를 M개의 순간측정방향은 방향평균부(45)에서 평균화되고, 그 평균방향이 방향 FIFO 메모리(46)에 격납된다.
또 단자(42,43)로부터의 수신신호는 순간전력측정부(47)에 입력되어 순간전력이 M회 측정되고, 이들 M개의 순간전력은 전력평균부(48)에서 평균화되며, 그 평균전력이 전력 FIFO 메모리(49)에 격납된다. 이 순간전력 측정은 단자(42,43)의 수신신호의 한쪽만에 대하여 행하여도 되고, 양자에 대하여 행하여 그 합계 또는 평균치를 구하여도 된다. 제어부(51)에 의해 시간(T)별로 순간방향측정부(44), 순간전력측정부(47)가 동작되고, 방향평균부(45), 전력평균부(48)의 각 출력이 방향 FIFO 메모리(46), 전력 FIFO 메모리(49)에 각각 격납되고, 전력 FIFO 메모리(49)내에 격납되어 있는 평균전력 중의 최대의 것이 얻어진 측정시점이 최대전력시점 검출부(52)에서 검출되고, 그 시점의 평균방향이 방향 FIFO 메모리(46)에서 판독되고, 신뢰성 있는 방향으로서 출력부(53)에서 방향측정부(23)의 측정방향으로서 출력된다.
도 10에 도시한 처리의 수순을 도 11에 도시한다. 우선 순간방향 순간전력을 측정하고(S1), 그 각 측정회수가 소정치(M)가 되기까지 반복 측정한다(S2). 소정회수 측정하면 그 M개의 측정순간방향의 평균방향을 계산하여 방향 FIFO 메모리(46)에 기억하고(S3), 또 M개의 측정순간전력의 평균전력을 계산하여 전력 FIFO 메모리(49)에 기억한다(S4). 전력 FIFO 메모리(49)중에 존재하는 N개의 평균전력 중의 최대의 것이 얻어진 시점을 검색하여 (SS), 그 검색한 시점의 평균방향을 방향 FIFO메모리(46)에서 판독하여 방향측정부(23)의 신뢰성 있는 측정방향으로서 출력한다(S6). 다음에 시간(T)이 경과하는 것을 기다려 경과하면 스텝(S1)으로 복귀한다(S7).
다음에 신뢰성 있는 측정방향을 얻는 다른 수법의 동작원리를 도 12를 참조하여 설명한다. i번째의 신뢰성 있는 측정방향(Φi)은 다음과 같이 구한다. 시간간격(T)별로 M회(도면에는 M=5)의 순간수신전력(ai1∼aiM)의 측정을 행하고, 그 대표치로서 이들 (ai1∼aiM)의 평균전력(Ai)을 취득한다(도 12A). 동시에 양수신신호간의 위상차에서 순간측정방향(øi1∼øiM)을 측정하고, 그 대표치로서 이들 (øi1∼øiM)의 평균측정방향(Φi)을 취득한다(도 12b). 이같이 하여 평균전력과 평균측정방향은 시간간격(T)별로 취득된다. 지금 시간(t3)에 있어서 평균전력(A3)을 취득하고, 이 A3이 임계치(ThA)보다 클경우, 그 시간(t3)에 있어서의 평균측정방향(Φ3)을 신뢰성 있는 측정방향으로 결정하여 출력측정방향을 갱신하고, A3이 임계치(ThA)보다 작을 경우는 측정방향은 갱신하지 않는다. 이 시간간격(T) 및 임계치(ThA)를 적당하게 선택함으로써 측정방향에 큰 오차가 일어나는 수신전력 저하시의 측정방향은 신뢰성 있는 측정방향으로는 채용되지 않는다. 도 12에는 가령 시간(t5)에 있어서 수신평균전력(A5)이 임계치(ThA)보다 낮기 때문에 평균측정방향(Φ5)은 신뢰성 있는 측정방향으로 채용되지 않고, 방향측정부(23)의 출력으로는 시간(t4)에 Φ4가 출력되고, 시간(t5)에 출력은 내지 않거나 Φ4를 재출력한다. 도 12에 도시된 예는 신뢰성 있는 측정방향으로 출력되는 것은 도 12c에 표시한 것이 된다.
이 경우의 방향측정부(23)의 기능구성예를 도 13에 도 10과 대응하는 부분에 동일 부호를 붙여서 표시한다. 이 경우의 순간방향측정부(44)에서 M회 순간방향이 측정되고, 이 평균방향이 방향평균부(45)에서 계산된다. 또 순간전력측정부(47)에서 순간전력이 M회 측정되고, 그 평균전력이 전력평균부(48)에서 계산되고, 그 평균전력이 비교부(55)에서 임계치설정부(56)로부터의 임계치(ThA)와 비교되고, 임계치(ThA) 이상이면 방향평균부(45)로부터의 평균방향에 의해 출력부(53)에 유지돼 있는 측정방향이 갱신되고, 신뢰성 있는 측정방향으로서 출력된다. 비교부(55)에서 평균전력이 임계치(ThA)보다 작으면 출력부(53)에 유지되고 있는 측정방향의 갱신은 행해지지 않는다.
이 경우의 처리수순의 예를 도 14에 도시한다. 순간방향, 순간전력의 측정을 소정회수(M회) 행하고 (S1, S2), 이들 M개의 순간방향의 평균방향, M개의 순간전력이 평균전력을 각각 계산하고 (S3, S4) 그 평균전력이 임계치(ThA)이상인가를 조사하고(S5), 평균전력이 ThA이상이면 출력측정방향을 갱신하고 (S6), 평균전력이 ThA이상이 아니면 출력측정방향을 갱신하지 않고 시간(T) 경과를 기다려 시간(T)이 경과하면 스텝(S1)으로 복귀한다(S7).
신뢰성 있는 측정방향을 얻는 또다른 수법의 동작원리를 도 15에 도시한다. i번째의 신뢰성 있는 방향(Φi)은 다음과 같이 구한다. 시간간격(T)별로 M회(도면에는 M=5)의 순간측정방향(øi1∼øiM)을 측정하고, 그 대표치로서 øi1∼øiM의 평균측정방향(Φi)을 취득한다(도 15b). 이 평균측정방향은 복수회분(여기서는 N=2)이 메모리에 축적된다. 지금 시간(t3)에 있어서 평균측정방향(Φ3)이 얻어지고 메모리에 격납되며, 그때의 메모리내의 2회분의 평균측정방향(Φ2, Φ3)의 차분을 계산한다. 이 차분이 임계치(Thø)보다 작을 경우에 지금 구한 평균측정방향(Φ3)이 신뢰성 있는 측정방향으로서 결정된다. 이 메모리는 퍼스트인·퍼스트아웃 방식으로 순차 새로운 데이터로 갱신돼 간다. 가령, 시간(t4)에 있어서는 메모리는 시간(t2)에서의 평균측정방향(Φ2)은 버려지고 새로운평균측정방향(Φ4)이 축적된다. 이 시점(t4)에서 새로이 메모리내의 2개의 평균측정방향(Φ3, Φ4)의 차분이 취해지고, 그 차분이 임계치(Thø)와 비교되고, 이 도면에서는＜Thø이기 때문에 축력측정방향은 Φ4로 갱신된다(도 15c). 이 시간간격(T) 및 평균측정방향 차분의 임계치(Thø)를 적당히 선택함으로써 측정방향에 큰 오차가 생기는 수신전력 저하시의 평균측정방향은 신뢰성 있는 측정방향으로는 채용되지 않는다. 이 도면에서는 시간(t5)의 평균측정방향(Φ5)은 수신레벨(A5)이 낮아 평균측정방향(Φ4)과의 차가 커지기 때문에는 임계치(Thø)를 넘어 도 15c 에 도시한 바와 같이 신뢰성 있는 측정방향으로는 채용되지 않는다.
또, 수신전력이 작을 경우는 평균위상차가 커지거나, 또는 잡음에 묻혀 평균위상차가 커진다.
이 경우의 방향측정부(23)의 기능구성예를 도 16에 도 10과 대응하는 부분에 동일부호를 붙여서 표시한다. 양수신신호의 위상차로부터 순간방향이 순간방향 측정부(44)에서 시간(T)별로 M회 측정되고, 이들 M개의 순간측정방향이 평균부(45)에서 평균화되어 FIFO메모리(46)이 격납된다. FIFO메모리(46)내의 2개의 평균측정방향의 차분이 차분회로(58)에서 계산되고, 그 차분이 비교부(59)에서 임계치설정기(61)로부터의 임계치(Thø)와 비교되고,≤Thø이면 그때, 메모리(46)에 격납된 평균측정방향(Φi)에 의해 출력부(53)에 유지되어 있던 측정방향이 갱신된다.＞Thø이면 출력부(53)에 대한 갱신은 행해지지 않는다.
이 경우의 처리수순의 예를 도 17에 표시한다. 양수신신호의 위상차에 의거한 순간방향을 소정회수(M회)를 측정하고 (S1, S2), 이 M개의 순간측정방향을 평균화하여 메모리에 격납하고(S3), 금회의 평균측정방향과 전회의 평균측정방향의 차분을 계산하고(S4),이 임계치(Thø)이하인가를 조사하고(S5),≤Thø이면 출력부(53)내의 측정방향을 최신의 평균측정방향으로 갱신하여≤Thø가 아니면 출력부(53)내의 측정방향의 갱신을 행하지 않고 시간(T)경과를 기다려 시간(T)이 경과하면 스텝(S1)으로 복귀한다(S7).
신뢰성 있는 측정방향을 얻는 방향측정부(23)의 또다른 기능구성예를 도 18에 도 16과 대응하는 부분에 동일참조부호를 붙여서 도시한다. 순간방향 측정부(44)에서 시간(T)별로 순간방향을 M회 측정하고, 그 M개의 측정순간방향을 평균부(45)에서 평균화하여 FIFO메모리(46)에 격납한다. 이 FIFO메모리(46)는 가령 최신의 4개의 평균측정방향(Φi+1, Φi, Φi-1, Φi-2)이 격납돼 있다. 즉 평균측정방향의 최신의 4개의 시계열이 격납되어 있다.
이 평균측정방향열계의 각 인접한 평균측정방향의 각 차분을 차분회로(581, 582, 583)에서 각각 계산한다. 이들 차분중의 최소의 것이 최소치 검출부(63)에서 검출되고, 그 최소치 차분의 기초가 되는 2개의 평균측정방향 한쪽을 신뢰성 있는 측정방향으로서 FIFO메모리(46)로부터 판독하여 출력부(53)에 출력한다. 가령 차분회로(582)의 출력차분이 최소이면 그 차분의 기초가 되는 평균측정방향(Φi, Φi-1)중 한쪽, 바람직하게는 새로운 것(Φi)을메모리(46)로부터 판독하여 출력부(53)에 출력한다. Φi-1을 출력하여도 된다.
이 경우의 처리수순의 예를 도 19에 표시한다. 순간측정방법을 M회 측정하고(S1, S2), 이들 M개의 순간방향을 평균하여 FIFO메모리(46)에 격납하고(S3), FIFO메모리(46)중의 평균측정방향 계열에 있어서의 각 인접한 평균측정방향간의 차분(절대치)을 각각 계산하고(S4), 이들 차분중의 최소의 것을 찾아 그 최소 차분을 구한 2개의 평균측정방향(Φi, Φi-1)중의 새로은 쪽(Φi)을 측정방향으로서 출력하고(S6), 시간(T)경과를 기다려 시간(T)이 경과되면 스텝(S1)으로돌아간다(S7). 스텝(S6)에서 Φi-1을 출력하여도 된다.
이상 각종 예를 든 것 같이 방향측정부(23)로는 도 20의 에 도시한 바와 같이 제어부(51)에 의해 제어되고, 순간방향측정부(44)에 양수신신호의 순간 위상차를 측정하고, 그 위상차에 의거한 순간방향을 측정하고, 바람직하게는 그 순간방향측정을 복수회 행하고, 이들 복수의 순간방향 평균을 방향평균부(45)에서 취하고, 또는 복수회 순간위상차를 측정하고, 이들 순간위상차의 평균을 구하고, 그 순간위상차의 평균에 의거한 방향을 평균방향으로 구하고, 신뢰성 유무판정부(65)에 있어서 평균방향의 신뢰성 유무를 도 9 내지 도 19에 도시한 바와 같은 수법으로 판정하고, 신뢰성이 있다고 판정된 방향을 측정방향으로서 출력부(53)에 출력한다. 또, 도 9 및 도 12의 표시예는 수신신호의 순간전력을 측정하였으나 수신신호의 순간 진폭을 측정하여도 된다.
그런데, 순간방향측정부(44)의 측정방향은 실험에 의하면 가령 도 21의 에 도시한 바와 같이 되었다. 도 21에서 횡축은 수신신호의 심벌수로 표시한 시간이고종축은 측정방향이다. 이 경우의 실제의 전파도래방향은 45도이다. 그러나 이 실험결과는 이와 같이 측정방향은 상당히 변동하고 있다. 그 이유중 하나는 수신기 잡음의 영향에 의해 측정방향이 일정치 않고 크게 변동하고 있다고 생각된다. 따라서 잡음의 영향을 억압하기 위하여 M=10회의 순간측정방향을 평균화하였다. 이 경우의 평균측정방향 즉, 방향평균부(45) 출력의 도 21의 경우와 같은 조건의 수신신호에 대한 실험결과는 도 22에 도시한 바와 같이 되었다. 이 도 22의 표시결과로 순간측정방향을 평균화함으로써 측정방향 변동을 작게할 수 있음이 이해된다. 그러나 도 22에는 평균화만으로는 억압 못할 큰 변동이 남아 있다. 이는 수신전력이 현저히 저하했을때, 즉 수신전력의 깊은 낙하가 있을 경우나 도래전파의 공간적 확대가 크고 페이징에 의해 낙하가 있을 경우에 생긴다고 여겨진다.
이에 대해 도 11, 도 14,도 17, 도 19의 표시방법에 의해 신뢰성 있는 측정방향을 구하여 출력할 경우는 동일 조건의 수신신호에 대한 실험결과는 모두 도 23에 도시한 바와 같이 되고, 급격한 변동이 없고 즉, 큰 오차가 없이 실제의 도래방향 45도가 상당히 안정적으로 얻어진다는 것이 이해된다. 또한 M=10, N=8로 하였다. 이 결과로부터 도 11, 도 14, 도 17, 도 19에 표시한 각 수법에 의하면 모두 수신전력이 현저히 저하할 때의 평균측정방향은 신뢰성 있는 것으로 이루어진 확률이 작고 안정된 측정방향이 얻어지고, 내잡음성능만이 아니라 내간섭능도 갖는 것을 이해할 수 있다.
상기에 있어서는 방향측정부(23)의 출력부(53)에 유지되는 측정방향을 갱신하였으나 출력부(53)에 측정방향을 유지하지 않고 빔선택억제회로(24)에 대응하는정보를 유지하고 이것을 출력부(53)의 출력에 의해 갱신하게 하여도 된다.
도 5b에 있어서, 수신기(15와 22)의 한쪽, 가령 수신기(22)의 출력을 파선으로 도시한 바와 같이 극성반전부(231)에서 극성반전하면 가변이상기(201)에 대한 제어량이 적어도 된다. 방향측정부(23)로서는 아날로그의 위상차 검출회로에 의해 양 수신신호의 위상차를 검출하고, 그 출력레벨에서 도래각도를 결정하여도 된다. 이 경우, 도 5c에 표시한 특성을 얻는데는 양 수신신호의 한쪽 극성을 반전시켜 둘 필요가 있다. 양수신신호의 위상차 검출은 각 수신신호를 복소디지털신호로 변환하고, 각 수신신호의 위상을 각각 구하여 이들 구해진 위상차에 의해 구하여도 된다. 또 위상차와 도래각도 관계를 도 5b에 도시한 관계로 하지 않아도 된다. 즉 양 수신신호의 한쪽 극성반전처리를 행하지 않고 양 수신신호의 위상차를 구하여도 된다. 이 경우, 도래각도 0(정면방향)으로 위상차(θ)는 0이 된다.
상기에 있어서 협각빔의 수는 4에 한정되지 않고 임의의 복수로 하여도 된다. 또 방향측정부(23) 등을 컴퓨터에 의해 프로그램을 실행시켜 기능시킬 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제1면에 의하면 2개의 수신광각빔의 수신신호 한쪽을 통신용 수신기에 공급하고, 다른쪽을 방향탐사용 수신기에 공급하고, 이들 수신기에서 얻어지는 신호의 위상차를 측정함으로써 수신전파의 방향을 탐사하고, 송신기 출력을 복수의 송신협각빔중 1개에 급전하도록 빔스위치를 제어함으로써 송신전력의 삭감(안테나의 고이득에 의거) 및 간섭저감(협각빔에 의거)이 가능해지고, 게다가 위상차 검출이라는 매우 간단한 구성 및 처리에 의해 전파도래방향을 검출할 수 있고, 이동국으로부터의 수신신호의 도래방향의 변환에 따라 송신용 협각빔이 전환하기 때문에 이동국 방향으로 송신용 협각빔을 실질적으로 추미시키는 것이 가능해진다. 또 송신전파 도래방향 탐사를 위하여 방향탐사용 수신기는 1개만으로 하고, 다른 통신용 수신기를 겸용시킴으로써 도 2에 도시한 종래기술 보다도 구성이 현저히 간단해진다. 특히 도 6, 도 8 에 도시한 바와 같은 복수의 통신채널의 송수신장치에 대하여 1개의 방향탐사용 수신기를 이용할 수 있다.
또, 신뢰성 있는 측정방향을 구하게 할 경우는 오동작없이 항상 바르게 이동국 방향으로 송신협각빔을 향하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2면의 실시예를 도 24에 표시한다. 2개의 60°빔(협각빔)형성 안테나부(205)에서 120°의 섹터서비스 영역을 커버하고, 120°빔(광각빔)안테나(21-2)에서 상기 120°섹터서비스 영역을 커버하게 함과 동시에, 협각빔 형성 안테나부(205)의 안테나(31-1, 31-2)와 안테나(21-2)에 의해 다이버시티 수신을 가능케한 경우이다. 안테나(31-1과 31-2)는 하이브리드(134)를 통하여, 또한 듀플렉서(36-1, 36-2)를 통하여 합성분배기(26)와 접속되고, 120°빔(광각빔) 안테나(21-2)는 듀플렉서(36-3)를 통하여 합성분배기(26)와 접속돼 있다. 듀플렉서(36-1과 36-2)가 각각 접속된 하이브리드(134)의 포트(134a, 134b)에서 안테나(31-1, 31-2)측을 본 각 합성지향성특성 주빔(35-1, 35-2)의 빔 폭은 각각 60°이고, 이들 협각빔(35-1, 35-2)은 도면에 있어서 좌측과 우측을 향하고 있고, 안테나(21-2)의 광각빔(20-2)은 빔 폭이 120°이고, 협각빔(35-1, 35-2)을 거의 커버한다. 즉 안테나(31-1, 31-2)와 하이브리드(134)에 의해 2개의 60°빔(협각빔; 35-1, 35-2)을 협각빔 형성부(205)를 구성하고 있다.
채널(f11∼f1L)의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치(137-1∼137-L)의 각 송신기(138)는 합성분배기(26), 듀플렉서(36-2)를 통하여 120°빔(광각빔) 안테나(21-2)에 대하여 송신급전할 수 있고, 각 수신기(139, 141)는 각각 합성분배기(26), 듀플렉서(36-2, 36-1)를 통하여 하이브리드(134)의 각 60°빔용 포트(이하 60°빔 포트라 함; 134b, 134a)로부터 수신할 수 있고, 각 ㅅ신기(142)는 합성분배기(26), 듀플렉서(36-3)를 통하여 120°빔안테나(21-2)에 대하여 각각 수신급전할 수 있다.
채널(f21∼f2M)의 통신채널용 송수신장치(143-1∼143-M)의 각 송신기(144)는 합성분배기(26), 듀플렉서(36-1)를 통하여 하이브리드(134)의 60°빔포트(134a)에 대하여 각각 송신급전할 수 있고, 각 수신기(145)는 하이브리드(147), 합성분배기(26), 듀플렉서(36-1, 36-2)를 통하여 하이브리드(134)의 양 60°빔포트(134a, 134b)로부터 각각 수신할 수 있고, 각 수신기(146)는 합성분배기(26), 듀플렉서(36-3)를 통하여 120°빔안테나(21-2)에 각각 수신급전할 수 있다.
채널(f31-f3N)의 통신채널용 송수신장치(148-1∼148-N)의 각 송신기(149)는 합성분배기(26), 듀플렉서(36-2)를 통하여 하이브리드(134)의 60°빔포트(134b)에 각각 송신급전할 수 있고, 각 수신기(151)는 하이브리드(153), 합성분배기(26), 듀플렉서(36-1, 36-2)를 통하여 하이브리드(134)의 양 60°빔포트(134a, 134b)로부터 각각 수신할 수 있고, 수신기(152)는 합성분배기(26), 듀플렉서(36-3)를 통하여120°빔안테나(21-2)로부터 수신할 수 있다.
또 광각빔 안테나(21-2)와 같이 그 서비스 영역을 커버하는 광각빔 안테나(21-1)가 1/2 파장이내에서 근접하여 동일빔 방향이 되도록 설치되고 안테나(21-2)의 수신신호는 수신기(22)에 수신된다.
제어채널용 수신기(142)의 수신출력이 빔선택정보 검출장치(154)에도 공급되고, 빔선택정보 검출장치(154)는 수신이동국 방향이 60°빔(35-1)의 방향이나 60°빔(35-2)의 방향이나 수신기(142)와 수신기(22)의 양 수신신호가 방향측정부(23)에 공급되고, 방향측정부(23)에서 결정하여 방향정보(Φ)를 얻고, 또 수신기(142)의 수신레벨의 변동, 즉 페이징피치(Tf)에서 그 이동국의 이동속도정보(Tf)를 이동속도검출부(211)에서 검출한다. 또, 방향측정부(23)로서는 상술한 각종의 것을 사용할 수 있다. 또, 도 6의 실시예에서 설명한 바와 같이 기지국 제어장치(126)에 의해 송수신장치(137-1∼137-L)의 각 수신기(142)의 수신신호는 스위치부(203)에서 그 하나가 선택되어 방향측정부(23) 및 이동속도 검출부(211)에 공급되고, 또 수신기(22)에 대한 채널설정도 행해진다.
120°빔 제어채널 및 통신채널용 송수신장치(137-1∼137-L)의 전시간슬롯은 도 25a와 같이 120°빔(광각빔; 20-2)이다. 한편, 60°빔통신채널용 송수신장치(143-1∼143-M)의 시간슬롯은 도 25b에 도시한 바와 같이 모두 우(右)빔(협각빔; 35-2)이 할당되고, 60°빔통신채널용 송수신장치(148-1∼148-N)의 시간슬롯은 도 25c와 같이 모두 좌빔(협각빔; 35-1)이 할당된다. 이하 동작을 설명한다.
기지국 제어장치(126)는 발호(發呼)·착신 등으로 통신채널을 할당할 때에 빔선택정보 검출장치(154)에 이동속도정보(페이징 피치(Tf))와 빔(방향)정보(Φ)를 문의한다. 기지국 제어장치(126)는 그 응답정보(Tf와 Φ)에 의해 도 26a와 같은 처리를 한다. Tf가 일정치보다 크면 이동국은 고속이동 중이라 판단하고, 120°빔(광각빔)의 통신채널을 갖는 송수신장치(137-1∼137-L)중의 하나를 그 통신에 할당한다(S2). 한편, 스텝(S1)에서 Tf가 일정치 보다 작으면 이동국은 정지 또는 저속이동이라 간주하고, 방향정보(Φ)를 참조하여 (S3) 그 방향을 서비스 영역으로 하는 60°빔(협각빔)의 통신채널을 갖는 송수신장치(143-1∼143-M이나 148-1∼148-N)의 한쪽에서 하나를 그 통시에 할당한다(S4). 이동속도가 저속이라 판단된 이동국과의 통신에 밖에 이들 송수신장치(143-1∼143-M, 148-1∼148-N)가 할당되지 않기 때문에 그 이동국과의 통신중에 채널전환동작이 일어날 확률은 낮고, 따라서 송수신장치(143-1∼143-M, 148-1∼148-N)에는 빔 선택정보 검출장치(154)는 접속되지 않는다. 그러나, 송수신장치(143-1∼143-M, 148-1∼148-N)에도 빔선택정보 검출장치(154)를 접속하여 도 26a에 파선으로 도시된 바와 같이 스텝(S2, S4)의 처리후에 스텝(S1)으로 복귀하고, 이동속도를 조사하여 광각빔의 송수신장치와 협각빔의 송수신장치를 적응적으로 전환 사용하여도 된다.
트래픽이나 이동속도분포에 따라 송수신장치(137-1∼137-L와 143-1∼143-M, 148-1∼148-N)의 수의 비율을 적당히 설정함으로써 빔의 분할손을 최소한도로 억제할 수 있다. 이 실시예에서는 송신빔을 120°와 2개의 60°로 하였으나 수신빔에 관하여도 송신과 동일하게 120°빔과 2개의 60°빔으로 하는 것도 가능하다. 도 24는 하이브리드(147, 153) 등을 사용하여 합성하고 120°빔으로서 수신하고 있다. 빔의 송수신장치(143-1∼143-M, 148-1∼148-N)는 이들이 높은 안테나로 송수신할 수 있기 때문에 120°빔의 송수신장치(137-1∼137-L)에 비하여 3dB 낮은 송신전력으로 되어 있다. 120°빔에 의한 서비스 영역의 커버(계층 1)와 2개의 60°빔에 의한 서비스 영역의 커버(계층 2)와, 더욱 좁은, 가령 4개의 30°빔에 의한 서비스 영역의 커버(계층 3)와, 계층을 증가함으로써 도 26b에 도시한 바와 같이 송신전력을 내릴 수 있다. 도 26b에는 계층 1에서는 송신전력을 0dB, 계층 2에서는 송신전력 -3dB로 하고, 계층 3에서는 송신전력을 -6dB로 할 수 있다.
도 24중의 한쪽의 60°통신채널용 송수신장치(148-1∼148-N)를 생략하고 남은 60°통신채널용 송수신장치(143-1∼143-M)의 송신기(144)를 60°빔포트(134a, 134b)에 대하여 전환송신급전을 하게 하여도 된다. 그 예를 도 27에 표시한다. 각 송신기(144)가 합성분배기(26)를 통하여 스위치(158)에 의해 60°빔포트(134a, 134b)로 전환 접속할 수 있게 된다.
120°빔의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치(137-1∼137-L)의 전시간슬롯은 도 28a에 도시한 바와 같이 120°빔(20-2)이고, 한편, 60°통신채널용 송수신장치(143-1∼143-M)의 시간슬롯은, 도 28b의 경우는 전반 3슬롯은 좌빔(35-1), 후반 3슬롯은 우빔(35-2)이 할당된다. 이 동작을 설명한다.
기지국 제어장치(126)는 발호·착신 등으로 통신채널을 할당할 때에 빔선택정보 검출장치(154)에 이동속도정보(페이징 피치(Tf))와 방향정보(Φ)를 조회한다. 그 응답에 의거하여 기지국 제어장치(126)는 Tf가 일정치 보다 크면 이동국은 고속이동중이라 판단하고 120°빔의 통신채널을 갖는 송수신장치(137-1∼137-L)의 하나를 할당한다. 한편, Tf가 일정치 보다 작으면 정지 또는 저속이동이라 보고, 60°빔통신채널을 갖는 송수신장치(143-1∼143-M)중의 하나를 할당한다. 그때, 수신기(142)의 수신신호 및 안테나(21-1)의 수신신호와의 위상차로부터 이동국의 방향이 검지되고, 그 정보(Φ)에 따라 우빔(35-2)인지 좌빔(35-1)인지가 결정되고, 그에 대응한 시간 슬롯에 그 통신이 할당된다. 기지국 제어장치(126)는 이 시간슬롯의 빔전환 타이밍과 동기하여 빔전환 스위치(158)를 전환한다. 이동속도가 저속이라 판단된 이동국에 밖에 이들 송수신장치(143-1∼143-M)는 할당되지 않기 때문에 이 통신중에 채널전환동작이 일어날 확률은 낮고, 따라서 송수신장치(143-1∼143-M)에는 빔 선택정보 검출장치(154)가 접속되어 있지 않다.
도 24중의 빔 선택정보 검출장치(154)내의 방향측정부(23)는 도 5b, 도 9 내지 도 20을 참조한 각종 구성의 어느 하나를 사용하여도 된다.
도 24 및 도 27에 표시한 실시예에 있어서, 안테나(21-1), 수신기(22)를 생략하여 빔선택정보 검출장치(154)로서 방향측정부(23) 대신 도 29와 같이 레벨비교부(213)를 이용하여 수신전파를 송신하고 있는 이동국의 방향을 향하고 있는 협각빔을 결정하여도 된다. 120°빔의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치(137-1∼137-L)의 각 수신기(139, 141, 142)의 각 수신신호가 빔선택정보 검출장치(154)에 공급되고, 그 스위치부(203)에서 송수신장치(137-1∼137-L)중의 하나의 수신기(139, 141, 142)의 각 수신신호가 선택되어 그 수신기(139, 141)의 수신신호는 레벨비교부(213)에 공급되고, 수신기의 수신신호는 이동속도 검출부(211)에 공급된다. 레벨비교부(213)에서는 양수신신호의 레벨을 비교하고, 수신기(139)의 수신신호레벨이 수신기(141)의 수신신호레벨 보다 크면 협각빔(35-2)의 서비스영역에 이동국이 존재하고, 수신기(141)의 수신신호레벨 쪽이 크면 협각빔(35-1)의 서비스 영역은 이동국이 존재하고 있다고 결정하고, 그 결정한 협각빔을 나타내는 빔(방향)정보를 출력한다. 기지국 제어장치(126)는 이동국의 이동속도정보가 일정치 이하인 경우는 레벨비교부(213)에서 결정된 협각빔에 송신급전하는 통신채널송신기를 갖는 통신채널용 송수신장치의 하나를 할당한다. 도 24에 도시한 실시예에 적용할 경우는 빔선택정보 검출장치(154)로부터 빔정보가 협각빔(35-1)이면 통신용 송수신장치(143-1∼143-M)중의 하나를 할당하고, 빔정보가 협각빔(35-2)이면 통신용 송수신장치(148-1∼148-N)중의 하나를 할당한다. 도 27의 실시예에 있어서 빔선택정보 검출장치(154)로서 도 29에 도시한 것을 적용할 경우는 기지국 제어장치(126)는 이동속도정보가 일정치 이하이면 통신채널 송수신장치(143-1∼143-M)중의 하나를 할당하고, 또 레벨비교부(213)로부터의 빔정보 즉, 우빔(35-2)정보인지 좌빔(35-1)정보인지에 따라 도 28b에 도시한 시간 슬롯과 협각빔의 방향과의 관계에 따라 시간 슬롯에 그 통신을 할당한다.
도 29에 도시한 빔선택정보 검출장치(154)를 사용하고 또 도 24에 도시한 구성에서 다이버시티를 위한 구성을 생략한 예를 대응 부분에 동일부호를 붙여서 도 30에 표시한다. 즉, 이 예에서는 도 24중의 120°빔안테나(21-1, 21-2), 듀플렉서(36-3), 수신기(22, 142, 146, 152)가 생략되어 있다. 120°빔의 제어채널 및 통신채널용 송수신장치(137-1∼137-L)의 각 송신기(38)는 하이브리드(156)를 통하여, 또한 합성분배기(26), 듀플렉서(36-1, 36-2)를 통하여 하이브리드(134)의 양 60°빔포트(134a, 134b)에 송신급전할 수 있고, 이에 따라 120°빔(광각빔)안테나부(215)에 송신급전 가능하게 되어 있다. 즉 복수의 협각빔(35-1, 35-2) 각각에 의한 송신(및 수신)급전을 행함과 동시에 이들 복수의 협각빔 안테나(31-1, 31-2)를 이용하여 하나의 광각빔에 의한 송수신빔에 의한 송수신도 행하게 할 수도 있다.
도 27에 도시한 구성에 있어서도 도 30에 도시한 구성과 같이 120°빔안테나(21-1, 21-2)를 생략하고, 빔선택정보 검출장치(154)로서 도 29에 도시한 것을 사용하고, 2개의 60°빔 안테나(31-1, 31-2)에 의해 120°빔안테나의 작용도 겸용시킬수 있다.
상술에 있어서 광각빔은 120°에 한하지 않고 더욱 넓어도 되고, 가령 360°라도 된다. 또 광각빔이 커버하는 서비스영역을 2개의 협각빔으로 커버할 경우에 한하지 않고 3개 이상의 협각빔으로 커버하여도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제2면에 의하면 저속이동 중인 이동국에 대하여 협각빔을 할당할 수 있고, 소망 이동국이 존재하고 있는 방향 이외의 방향에 불필요한 전파를 방사하지 않는다. 그만큼 기지국 장치의 송신전력을 작게할 수 있고 또 전파의 흩어짐을 억제할 수 있기 때문에 간섭도 저감할 수 있다.

Claims (17)

  1. 광각빔을 서로 근접하여 동일방향으로 2개 형성하는 광각빔형성 안테나부와,
    서로 지향방향을 달리하고 전체적으로 상기 광각빔을 커버하는 복수의 협각빔을 형성하는 협각빔 형성 안테나부와,
    통신용 송신기와,
    그 통신용 송신기와 상기 협각빔 안테나부 사이에 설치되어서, 상기 복수의 협각빔에 상기 통신용 송신기의 송신전력을 선택적으로 급전하는 빔전환부와,
    상기 광각빔 형성 안테나부에 접속되고, 그 광각빔 형성 안테나부로부터의 상기 2개의 광각빔의 한쪽의 수신신호가 공급된 통신용 수신기와,
    상기 광각빔 형성 안테나부에 접속되고, 그 광각빔 형성 안테나부로부터의 상기 2개의 광각빔의 다른쪽 수신신호가 공급된 방향 탐사용 수신기와,
    상기 통신용 수신기와 상기 방향탐사용 수신기의 양 수신신호의 위상차로부터 그 수신신호를 송신하고 있는 이동국이 존재하는 방향을 측정하는 방향측정부와,
    상기 방향측정부 및 상기 빔전환부에 접속되고, 상기 측정한 방향에 따라 상기 복수의 협각빔중의 1개에 상기 송신기 출력을 급전하도록 상기 빔 전환부를 제어하는 빔선택제어회로를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 빔전환수단, 상기 통신용 송신기 및 상기 통신용 수신기는 N조(N은 2이상의 정수) 설치되고, 상기 N개의 빔 전환부로부터의 통신용 송신기 출력을 상기 협각빔 대응마다 합성급전하고, 상기 광각빔 형성 안테나부의 상기 통신용 수신기에 공급될 수신신호를 상기 N개의 통신용 수신기에 분배하는 합성분배기와,
    상기 N개의 통신용 수신기의 수신신호를 시분할적으로 상기 방향측정부에 공급하는 스위치부를 구비하고,
    상기 빔선택제어회로는 상기 측정방향을 측정했을 때에 사용한 통신용 수신기와 조를 이루는 빔전환부를 각각 제어하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 협각빔 형성 안테나부는 상기 협각빔을 각각 형성하는 복수의 협각빔 안테나로 이루어지고, 상기 광각빔 형성 안테나부는 상기 광각빔을 각각 형성하는 2개의 광각빔 안테나로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 협각빔 형성 안테나부는 반파장 정도의 간격을 갖는 어레이 안테나 및 빔포머로 이루어지고, 상기 복수의 협각빔을 형성하는 멀티빔 안테나로 구성되고, 상기 광각빔 형성 안테나부는 상기 멀티빔 안테나와, 그 멀티빔 안테나에 의해 상기 복수의 협각빔으로 수신된 신호를 상기 어레이 안테나의 2개의 소자에 대하여 그 각 1개의 소자 자체의 지향특성의 수신신호로각각 분해하여 2개의 수신신호를 출력하는 빔분해기에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향측정부는 상기 양수신신호의 위상차를 측정하여 방향을 측정하는 방향측정부와, 상기 측정한 방향의 신뢰성 유무를 판정하는 신뢰성 유무 판정부와, 그 신뢰성 유무 판정부에서 신뢰성이 있다고 판정된 측정방향을 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 신뢰성 유무 판정부는 상기 양 수신신호의 적어도 한쪽의 크기를 측정하는 크기 측정부와, 상기 측정된 방향 및 상기 측정된 크기를 각각 기억하는 기억부와, 상기 측정된 크기의 최신의 복수개 중의 최대의 것을 검출하여, 그 검출한 최대의 것을 측정했을 때의 측정방향을 상기 신뢰성이 있는 것으로 하는 최대검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 신뢰성 유무 판정부는 상기 수신신호의 적어도 한쪽의 크기를 측정하는 크기 측정부와, 상기 측정된 크기가 임계치를 넘는지 여부를 판정하여 임계치를 넘는다고 판정되면 그때의 상기 측정된 방향을 상기 신뢰성이 있는 것으로 하는 비교부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 신뢰성 유무 판정부는 금회 측정된 방향과 전회 측정된 방향과의 차분을 구하는 차분회로와, 상기 차분이 임계치 이하인지 여부를 판정하고, 상기 차분이 임계치이하라 판정되면 상기 금회 측정된 방향을 상기 신뢰성이 있는 것으로 하는 비교부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 신뢰성 유무 판정부는 상기 측정된 방향을 기억하는 기억부와, 상기 기억부 내의 최신의 측정된 방향을 포함하는 과거의 측정방향의 계열에 있어서의 각 인접측정방향의 차분을 구하는 차분회로와, 이들 차분 중의 가장 작은 것을 검출하고, 그 검출된 최소차분을 구한 2개의 측정방향의 한쪽을 상기 신뢰성이 있는 것으로 하는 최소치 검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향측정부는 거의 같은 시각에 상기 양 수신신호의 순간위상차를 복수회 측정하는 측정부와, 이들 복수의 순간위상차와 대응하는 평균측정방향을 구하여 상기 측정방향으로 하는 평균부로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 크기 측정부는 거의 같은 시각에 상기 수신신호의 순간크기를 복수회 측정하는 순간크기측정부와, 이들 복수 순간크기를 평균하여 상기 측정크기로 하는 평균부로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  12. 광각빔을 형성하는 광각빔 형성 안테나부와, 서로 지향방향을 달리하고, 전체적으로 상기 광각빔을 커버하는 복수의 협각빔을 형성하는 협각빔 형성 안테나부와,
    상기 광각빔 형성 안테나부에 대하여 급전가능하게 설치된 복수의 광각빔 통신채널용 송수신장치와,
    상기 협각빔 형성 안테나부 각각의 협각빔에 대하여 급전가능하게 설치된 각 복수의 협각빔 통신채널용 송수신장치와,
    이동국의 이동속도와 그 이동국이 상기 협각빔의 어느 지향방향에 있는가를 검출하는 빔선택정보 검출장치와,
    상기 검출한 이동속도 및 상기 이동국의 방향에 의거하여 그 이동국과의 통신에, 상기 광각빔 통신채널용 송수신장치 또는 상기 협각빔 통신채널용 송수신장치중에서 하나를 선택적으로 할당하는 기지국 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기지국 장치는 시분할 다중 액세스통신방식의 기지국 장치이고, 상기 기지국 제어장치는 시분할 통신방식의 시간타임슬롯에 따라 상기 협각빔 통신채널용 송수신장치의 상기 협각빔에 대한 급전을 전환하는 스위치부를 구비하고,
    상기 기지국 제어장치는 상기 협각빔 통신채널용 송수신장치중의 하나를 할당할 때에, 상기 이동국의 방향과 대응한 시간슬롯을 할당하는 장치인 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 광각빔과 동일형상의 광각빔을 동일방향으로 또한 근접하여 형성하는 방향검출용 안테나와, 그 방향검출용 안테나에 접속된 방향검출용 수신기가 설치되고,
    상기 빔선택정보 검출장치는 상기 광각빔으로부터의 수신신호가 공급되고, 그 수신신호를 송신하고 있는 이동국의 이동속도와 대응하는 정보를 검출하는 이동속도 검출부와, 상기 광각빔으로 부터의 수신신호와 상기 방향검출용 수신기의 수신신호가 공급되고, 이들 양 수신신호의 위상차로부터 상기 이동국의 방향을 측정하는 방향측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 방향측정부는 측정한 방향의 신뢰성 유무를 판정하여 신뢰성이 있다고 판정된 측정방향을 출력하는 신뢰성 유무 판정부를 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  16. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 빔선택정보 검출장치는 상기 광각빔으로부터의 수신신호가 공급되고, 그 수신신호를 송신하고 있는 이동국의 이동속도와 대응하는 정보를 검출하는 이동속도 검출부와, 상기 복수의 협각빔으로부터의각 수신신호가 공급되고, 그 수신레벨이 가장 큰 협각빔의 지향방향을 상기 이동국 방향으로 하는 레벨비교부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 협각빔을 합성하여 상기 광각빔을 형성하는 합성부를 구비하고, 상기 광각빔형성 안테나부와 상기 협각빔 형성 안테나부가 겸용되어 있는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국 장치.
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