KR20020039424A - High Performance Space-Time Array Receive System and Method Using Fading Rate Indicator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system for receiving an ultra-high performance space-time array of a fading adaptive type and a method thereof are provided to select a correlation length of a pilot channel in adaptable and perform a correlation using a variation amount of a fading channel obtained through a doppler frequency estimation and a data rate of a receiving signal when a pilot channel is correlated for compensating a distortion phenomenon by a fading channel in a reverse direction link of a CDMA wireless communication system applying an array antenna. CONSTITUTION: A plurality of digital beam forming networks(120) perform a space filtering by multiplying a receiving signal which is received from a plurality of antennas and converted into a digital signal by a weight value vector according to each multiple path signal, and forms a beam. A plurality of demodulators(160) demodulate output signals of a plurality of digital beam forming networks. A pilot channel correlator estimates a fading channel using a pilot signal in the demodulators(160). A doppler frequency estimation unit(150) receives an output of the pilot channel correlator and estimates a doppler frequency of the fading channel. A microprocessor(180) supplies data rate information of a received signal and controls a signal flow. A correlation length selection unit(140) receives a doppler frequency estimation value estimated from the doppler frequency estimation unit(150) and a data rate of a received signal and decides a correlation length of the pilot channel correlator. A reference signal generator(170) receives outputs of a plurality of fingers and generates a reference signal. A plurality of weight value vector estimators receive an output of the reference signal generator(170) and the receiving signal and supplies the digital beam forming network(120).

Description

페이딩 적응형 초고성능 공간-시간 배열 수신 시스템 및 그 방법 { High Performance Space-Time Array Receive System and Method Using Fading Rate Indicator }FAD adaptive high performance space-time array receiving system and method thereof {High Performance Space-Time Array Receive System and Method Using Fading Rate Indicator}

본 발명은 CDMA 무선통신시스템에 있어서 페이딩 적응형 초고성능 S-T 배열 수신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 페이딩 채널의 도플러 주파수 추정과 수신신호의 데이터 율을 이용하여 페이딩 채널에 의한 왜곡현상을 적응적으로 보상하여 높은 성능을 제공하기 위한 시스템 및 그 방법을 제시하기 위한 것이다.The present invention relates to a fading adaptive ultra-high performance ST array receiving system and method thereof in a CDMA wireless communication system, and more specifically, to a distortion phenomenon caused by a fading channel using a Doppler frequency estimation of a fading channel and a data rate of a received signal. To provide a system and method for adaptively compensate for providing high performance.

일반적으로 퀄컴사가 제시한 CDMA 무선통신시스템에서는 터미널(단말기)에서 페이딩 채널에 의한 왜곡현상을 보상하기 위하여 파일롯 채널을 일정기간 동안 상관을 시켜 페이딩 채널 정보를 추정하고 이것을 이용하여 데이터 정보를 보상하는데 사용해오고 있다 (Qualcomm Incorporated, Mobile Demodulator Architecture for A Spread Spectrum Multiple Access Communication System, US Patent5764687, June 1998).In general, in the CDMA wireless communication system proposed by Qualcomm, the pilot channel is correlated for a certain period to compensate for the distortion caused by the fading channel in the terminal, and the fading channel information is estimated and used to compensate the data information. (Qualcomm Incorporated, Mobile Demodulator Architecture for A Spread Spectrum Multiple Access Communication System, US Patent 5764687, June 1998).

따라서 지금까지는 단말기의 이동속도에 따른 페이딩 채널의 변화량과는 상관없이 채널의 왜곡을 보상하기 위해서 미리 정한 일정기간 동안만 파일롯 채널을 상관하여 채널을 추정하였다. 그러나, 단말기가 고속으로 이동함에 따라 발생하는 빠른 페이딩 환경에서는 파일롯 채널의 상관길이를 짧게 선택하고, 저속으로 이동함에 따라 발생하는 저속 페이딩 환경에서는 파일롯 채널의 상관길이를 길게 선택하여 보다 정확한 채널을 추정할 필요가 있다. 또한 주로 음성위주의 서비스를 제공하던 IS-95 CDMA 시스템에서는 기지국에서 수신되는 모든 단말기들의 수신전력이 일정하나, IMT-2000 시스템과 같이 고속 데이터 서비스를 제공하는 기지국에서는 음성신호(저속 데이타)와 영상신호(고속 데이타)들이 동시에 수신될 수 있다. 이 경우 통상적으로 영상신호의 수신전력이 음성신호의 수신전력보다 높기 때문에 저속 데이타 (낮은 수신전력)일 때는 채널 추정시 긴 구간 동안 상관시켜야 정확한 추정값을 얻을 수 있는 반면, 고속 데이터 (높은 수신전력)일 때는 짧은 구간 동안 상관시켜도 정확한 추정값을 얻을 수 있다. 또한 기존의 선행특허인 "스프레드 스펙트럼 수신 장치"(특허권자는 기타데 다카시, 미야 가즈유키이고, 특허명칭이 '스프레드 스펙트럼 수신장치'인 KR98-12990, 1998년 3월)에서는 일반적인 CDMA 시스템의 순방향 링크(기지국에서 이동국으로의 링크)에서 도플러 주파수를 추정하여 적응적으로 채널을 추정하는 방법을 적용하고 있다. 이러한 CDMA시스템의 이동국에서 도플러를 추정하여 페이딩으로 인한 테이터 신호의 왜곡을 적응적으로 보상하는 선행기술은 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부, 가중을 통해 부분 상관결과를 구비하는 필터회로를 통해 상관결과를 보상하는 방식을 채택하고 있다.Thus, until now, the channel is estimated by correlating the pilot channel only for a predetermined period of time in order to compensate for the distortion of the channel regardless of the amount of change in the fading channel according to the moving speed of the terminal. However, in a fast fading environment generated as the terminal moves at a high speed, a shorter correlation length of the pilot channel is selected. In a slow fading environment generated as a lower speed moves, a longer channel length is selected to estimate a more accurate channel. Needs to be. Also, in the IS-95 CDMA system, which mainly provided voice-oriented services, the reception power of all terminals received from the base station was constant, but in the base station providing high-speed data services such as the IMT-2000 system, voice signals (low speed data) and video Signals (high speed data) can be received simultaneously. In this case, since the reception power of the video signal is higher than the reception power of the audio signal, in the case of low-speed data (low reception power), it is necessary to correlate for a long period when estimating a channel to obtain an accurate estimate, whereas high-speed data (high reception power) In this case, accurate estimates can be obtained even if they are correlated for a short period. In addition, the existing prior patent "spread spectrum receiver" (patent holders are Takashi Kitase and Kazuyuki Miya, patent name KR98-12990, "spread spectrum receiver", March 1998) is a forward link of a general CDMA system A method of adaptively estimating a channel by estimating the Doppler frequency at a link from a base station to a mobile station is applied. Prior art for adaptively compensating for distortion of a data signal due to fading by estimating Doppler in a mobile station of such a CDMA system is performed through a Doppler frequency estimator for estimating the Doppler frequency and a filter circuit having a partial correlation result through weighting. It adopts a way to compensate for the result.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 배열 안테나를 적용한 CDMA 무선 통신시스템의 역방향 링크에서 페이딩 채널에 의한 왜곡현상을 보상하기 위하여 파일롯 채널을 상관시킬 때, 정해진 일정 구간동안 상관을 시키는 것이 아니라, 도플러 주파수 추정을 통해 얻은 페이딩 채널의 변화량과 수신신호의 데이터 율을 이용하여 파일롯 채널의 상관길이를 적응적으로 선택하여 상관시키는 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, in order to solve the problems described above, the present invention relates to the correlation of the pilot channel in order to compensate for the distortion caused by the fading channel in the reverse link of the CDMA wireless communication system employing the array antenna, for a predetermined period of time. An object of the present invention is to provide a system and method for adaptively selecting and correlating a correlation length of a pilot channel by using a change amount of a fading channel obtained through Doppler frequency estimation and a data rate of a received signal.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 특정한 채널에 대해 빔 형성 가중치 벡터의 실시간 계산을 위해 시스톨릭 어레이 구조를 적용한 칩 레벨 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템의 상세 블록도,1 is a detailed block diagram of a space-time array receiving system applying a chip level beamforming algorithm applying a systolic array structure for real-time calculation of a beamforming weight vector for a specific channel according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 특정한 채널에 대해 빔 형성 가중치 벡터의 실시간 계산을 위해 시스톨릭 어레이 구조를 적용한 칩 레벨 DD(Decision-Directed) 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템의 상세 블록도,2 is a diagram of a space-time array receiving system applying a chip level decision-directed beamforming algorithm using a systolic array structure for real-time calculation of a beamforming weight vector for a specific channel according to an embodiment of the present invention. Detailed block diagram,

도 3은 도 1및 도 2에 도시된 핑거의 구성을 상세하게 나타낸 구성도,3 is a configuration diagram showing in detail the configuration of the finger shown in FIG.

도 4는 공간-시간 배열 시스템의 역방향 링크 구조 예시도,4 is an exemplary reverse link structure of a space-time arrangement system;

도 5는 페이딩 채널의 도플러 주파수 추정부 및 채널 추정기의 상관 길이 선택부의 블록도,5 is a block diagram of a Doppler frequency estimator of a fading channel and a correlation length selector of a channel estimator;

도 6은 페이딩 채널의 도플러 주파수 추정부 및 채널 추정기의 상관 길이 선택부의 신호 흐름도이다.6 is a signal flowchart of a Doppler frequency estimator of a fading channel and a correlation length selector of a channel estimator.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

100 : 배열안테나 110 : RF/IF/ADC 단100: array antenna 110: RF / IF / ADC stage

120 : 디지털 빔 형성 네트웍 130 : 가중치 벡터 추정기120: digital beamforming network 130: weighted vector estimator

140 : 상관길이 선택부 150 : 도플러 주파수 추정부140: correlation length selection unit 150: Doppler frequency estimation unit

160 : 복조기 161, 162 : 핑거 및 RAKE 합성기160: demodulator 161, 162: finger and RAKE synthesizer

170 : 기준신호 발생기 180 : 마이크로 프로세서170: reference signal generator 180: microprocessor

상기한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면, 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 다수의 디지털 빔 형성 네트웍; 상기 다수의 디지털 빔 형성 네트웍의 출력신호를 복조하는 다수의 복조기; 상기 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 파일롯 채널 상관기; 상기 파일롯 채널 상관기의 출력을 받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 마이크로 프로세서; 상기 도플러 주파수 추정부로부터 추정된 도플러 주파수 추정값과 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 상관 길이 선택부; 다수의 핑거의 출력을 입력받아 기준신호를 발생하는 기준신호 발생기; 및 상기 기준신호 발생기의 출력과 수신신호를 입력받아 가중치 벡터를 추정하여 상기 디지털 빔 형성 네트웍으로 제공하는 다수의 가중치 벡터 추정기를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템이 제공된다.According to the present invention devised to achieve the above object, a plurality of digital beam forming network for forming a beam by multi-spatially filtering the received signal received from a plurality of antennas digitally converted received signal by multi-path signal for each multipath signal; A plurality of demodulators for demodulating output signals of the plurality of digital beamforming networks; A pilot channel correlator for estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; A Doppler frequency estimator for estimating a Doppler frequency of a fading channel by receiving the output of the pilot channel correlator; A microprocessor providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; A correlation length selector which receives a Doppler frequency estimate estimated from the Doppler frequency estimator and a data rate of a received signal as an input to determine a correlation length of a pilot channel correlator; A reference signal generator configured to receive outputs of a plurality of fingers and generate a reference signal; And a plurality of weight vector estimators for receiving the output of the reference signal generator and the received signal, estimating a weight vector, and providing the weight vector to the digital beamforming network. An array receiving system is provided.

또한, 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 다수의 디지털 빔 형성 네트웍; 상기 다수의 디지털 빔 형성 네트웍의 출력신호를 복조하는 다수의 복조기; 상기 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 파일롯 채널 상관기; 상기 파일롯 채널 상관기의 출력을 받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 마이크로 프로세서; 상기 도플러 주파수 추정부로부터 추정된 도플러 주파수 추정값과 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 상관 길이 선택부; 상기 다수의 복조기의 출력을 입력받아 심볼을 합성하는 레이크 합성기; 상기 레이크 합성기에서 합성된 심볼의 부호를 판정하는 심볼 추정용 하드 리미터; 빔 형성 알고리즘을 적용하기 위해 상기 하드 리미터의 출력과 다수의 핑거의 출력을 궤환받아 각각의 다중경로 신호에 대해 기준신호를 발생하는 기준신호 발생기; 및 상기 기준신호 발생기의 출력과 수신신호를 입력받아 가중치 벡터를 추정하여 상기 디지털 빔 형성 네트웍으로 제공하는 다수의 가중치 벡터 추정기를 포함한 것을 특징으로 하는 칩레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템이 제공된다.In addition, a plurality of digital beamforming network for forming a beam by multi-spatially filtering the received signal received from the plurality of antennas and the digitally converted received signal for each multipath signal by multiplying the weight vector; A plurality of demodulators for demodulating output signals of the plurality of digital beamforming networks; A pilot channel correlator for estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; A Doppler frequency estimator for estimating a Doppler frequency of a fading channel by receiving the output of the pilot channel correlator; A microprocessor providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; A correlation length selector which receives a Doppler frequency estimate estimated from the Doppler frequency estimator and a data rate of a received signal as an input to determine a correlation length of a pilot channel correlator; A rake synthesizer configured to receive outputs of the plurality of demodulators and synthesize symbols; A hard limiter for symbol estimation which determines a sign of a symbol synthesized by the rake synthesizer; A reference signal generator which receives the output of the hard limiter and the output of a plurality of fingers to apply a beamforming algorithm and generates a reference signal for each multipath signal; And a plurality of weight vector estimators for receiving the output of the reference signal generator and the received signal, estimating a weight vector, and providing the weight vector to the digital beamforming network. An array receiving system is provided.

또한, 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 제 1단계; 상기 제 1단계의 출력신호를 복조하는 제 2단계; 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 제 3단계; 상기 제 3단계의 출력을 입력받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 제 4단계; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 제 5단계; 상기 제 4단계의 추정값과 상기 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 제 6단계; 다수의 핑거의 출력을 입력받아 기준신호를 발생하는 제 7단계; 상기 제 7단계의 출력을 입력받아 가중치 벡터를 추정하는 제 8단계; 및 상기 8단계의 추정값을 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제9단계를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법이 제공된다.In addition, a first step of forming a beam by performing a spatial filtering by multiplying a weight vector for each multipath signal received from a plurality of antennas and digitally converted received signal; A second step of demodulating the output signal of the first step; Estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; A fourth step of receiving the output of the third step and estimating the Doppler frequency of the fading channel; A fifth step of providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; A sixth step of determining a correlation length of a pilot channel correlator by receiving the estimated value of the fourth step and a data rate of the received signal; A seventh step of receiving outputs of a plurality of fingers and generating a reference signal; An eighth step of receiving the output of the seventh step and estimating a weight vector; And a ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network. A space-time array receiving method using a chip level and temporal reference beamforming algorithm is provided.

보다 바람직하게, 상기 제 8단계는, 상기 다수의 복조기의 출력을 입력받아 심볼을 합성하는 제 1 서브단계; 상기 제 1 서브단계의 합성된 심볼의 부호를 판정하는 제 2 서브단계; 상기 제 2 서브단계의 출력과 상기 다수의 핑거의 출력을 궤환받아 각각의 다중경로 신호에 대해 기준신호를 발생하는 제 3 서브단계; 및 상기 제 3 서브단계의 출력과 수신신호를 입력받아 MMSE-DD(decision-directed), LMS-DD, NLMS-DD 및 RLS-DD 등의 적응 빔형성 알고리즘을 통해 가중치 벡터를 추정하는제 4 서브단계를 포함하고, 상기 제 8단계의 추정값을 상기 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제 9단계를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법이 제공된다.More preferably, the eighth step may include: a first substep of receiving the outputs of the plurality of demodulators and synthesizing the symbols; A second substep of determining a sign of the synthesized symbol of the first substep; A third substep of receiving the output of the second substep and the outputs of the plurality of fingers and generating a reference signal for each multipath signal; And a fourth sub for receiving the output and the received signal of the third sub-step and estimating the weight vector through an adaptive beamforming algorithm such as decision-directed (MMSE-DD), LMS-DD, NLMS-DD, and RLS-DD. And a ninth step of providing an estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network. A method for receiving a space-time array using a chip level and temporal reference beamforming algorithm is provided. .

또한, 컴퓨터에, 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 제 1단계; 상기 제 1단계의 출력신호를 복조하는 제 2단계; 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 제 3단계; 상기 제 3단계의 출력을 입력받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 제 4단계; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 제 5단계; 상기 제 4단계의 추정값과 상기 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 제 6단계; 다수의 핑거의 출력을 입력받아 기준신호를 발생하는 제 7단계; 상기 제 7단계의 출력과 수신신호를 입력받아 MMSE(Minimum Mean Square Error), LMS(Least Mean Square), NLMS(Normalized LMS) 및 RLS(Recursive Least Square) 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 제 8단계; 및 상기 8단계의 추정값을 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제9단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.In addition, a first step of forming a beam in the computer by spatially filtering the received signal received from the plurality of antennas digitally converted received signal by multiplying the weight vector for each multipath signal; A second step of demodulating the output signal of the first step; Estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; A fourth step of receiving the output of the third step and estimating the Doppler frequency of the fading channel; A fifth step of providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; A sixth step of determining a correlation length of a pilot channel correlator by receiving the estimated value of the fourth step and a data rate of the received signal; A seventh step of receiving outputs of a plurality of fingers and generating a reference signal; The weight vector using the adaptive beamforming algorithm such as Minimum Mean Square Error (MMSE), Least Mean Square (LMS), Normalized LMS (NLMS), and Recursive Least Square (RLS) by receiving the output and the received signal of the seventh step. Estimating an eighth step; And a ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network, a computer-readable recording medium having recorded thereon a program capable of executing the program.

보다 바람직하게, 상기 제 8단계는, 상기 다수의 복조기의 출력을 입력받아 심볼을 합성하는 제 1 서브단계; 상기 제 1 서브단계의 합성된 심볼의 부호를 판정하는 제 2 서브단계; 상기 제 2 서브단계의 출력과 상기 다수의 핑거의 출력을 궤환받아 각각의 다중경로 신호에 대해 기준신호를 발생하는 제 3 서브단계; 및 상기 제 3 서브단계의 출력과 수신신호를 입력받아 MMSE-DD(decision-directed), LMS-DD ,NLMS-DD 및 RLS-DD 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 제 4 서브단계를 포함하고, 상기 제 8단계의 추정값을 상기 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제 9단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.More preferably, the eighth step may include: a first substep of receiving the outputs of the plurality of demodulators and synthesizing the symbols; A second substep of determining a sign of the synthesized symbol of the first substep; A third substep of receiving the output of the second substep and the outputs of the plurality of fingers and generating a reference signal for each multipath signal; And a fourth to estimate the weight vector using an adaptive beamforming algorithm such as decision-directed (MMSE-DD), LMS-DD, NLMS-DD, and RLS-DD. A computer-readable recording medium is provided which includes a sub-step, and a program capable of executing what is included in the ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network.

본 발명에서는 퀄컴사에서 제시한 방법을 변형시켜 페이딩 채널의 변화량과 수신신호의 데이터 율에 따라 적응적으로 파일롯 채널의 상관 길이를 선택함으로서 더욱 정확한 채널 정보를 추정하는 장치 및 그 방법을 제시하고자 하였다.In the present invention, an apparatus and method for estimating more accurate channel information by modifying a method proposed by Qualcomm by adaptively selecting a correlation length of a pilot channel according to a change amount of a fading channel and a data rate of a received signal are proposed. .

기지국에 배열 안테나를 사용하여 적응 빔 형성기법을 적용하는 것은 사용자들의 공간적인 분포 상태에 따라 전파를 지향적으로 송수신함으로써 전력 효율의 증대는 물론, 불필요한 간섭을 줄여 궁극적으로 통신품질과 기지국 당 서비스 반경 및 가입자 용량을 증대시켜 주는 유효한 방법이 될 수 있다.Applying the adaptive beamforming technique using an array antenna to a base station increases power efficiency and reduces unnecessary interference by ultimately transmitting and receiving radio waves according to the spatial distribution of users, ultimately reducing communication quality and service radius per base station. It can be an effective way to increase subscriber capacity.

적응 빔 형성 알고리즘에는 최소 평균 자승 오차 (MMSE : Minimum Mean Square Error), 최소 평균 자승 (LMS : Least Mean Square), 재귀적 최소 자승 (RLS : Recursive Least Square) 등이 있는데, 이들 적응 빔 형성 알고리즘들은 모두 그것들의 적응 최적화 과정에 있어서 어떠한 종류의 기준신호들을 필요로 한다. 일반적으로 기준신호는 관심 있는 신호에 대한 사전의 완벽한 정보 또는 지식을 포함하는 신호를 의미하는데, 완벽한 기준신호는 공간 기준신호 및 시간 기준신호로나눌 수 있다. 이 경우 공간 기준신호는 원하는 신호 정보의 도래각을 의미하며, 시간 기준신호는 원하는 신호와 상관되어 있는 파일롯 신호나 CDMA 송신 터미날(단말기)에서 사용한 확산 코드들이 될 수 있다.Adaptive beamforming algorithms include minimum mean square error (MMSE), minimum mean square (LMS), and recursive least square (RLS). All of them require some kind of reference signals in their adaptive optimization process. In general, a reference signal refers to a signal that contains complete information or knowledge of a signal of interest in advance, and the perfect reference signal may be divided into a spatial reference signal and a temporal reference signal. In this case, the spatial reference signal refers to the angle of arrival of the desired signal information, and the temporal reference signal may be spread signals used in a pilot signal or a CDMA transmission terminal (terminal) correlated with the desired signal.

CDMA 무선 통신시스템에서는 터미날(단말기)에서 보낸 확산 코드를 정확히 알 수 있기 때문에 기준신호를 사용한 적응 빔 형성이 잘 적용될 수 있다. 일반적으로, CDMA 무선 통신시스템에 있어서 적응 빔 형성은 Ralph T. Compton 이 제시한 기준신호 발생 루프 모델 (Ralph T. Compton, Jr, Adaptive Array in a Spread Spectrum Communication System, Proc. of The IEEE, Vol. 66, No. 3, pp. 289-298, March 1978) 을 사용하여 구현해 오고 있다.In the CDMA wireless communication system, since the spreading code sent from the terminal can be known accurately, adaptive beamforming using a reference signal can be applied well. In general, adaptive beamforming in a CDMA wireless communication system is described by Ralph T. Compton, Jr., Adaptive Array in a Spread Spectrum Communication System, Proc. Of The IEEE, Vol. 66, No. 3, pp. 289-298, March 1978).

본 발명에서는 기준신호 발생방법으로 Ralph T. Compton의 기준신호 발생 모델을 근간으로 하여 기존의 CDMA 이동 통신 시스템에 적용 가능하고 칩 레벨 빔 형성기법에 연동시킬 수 있는 모델을 사용하였다.In the present invention, a reference signal generation model based on Ralph T. Compton's reference signal generation model is applicable to an existing CDMA mobile communication system and used in a chip level beamforming technique.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 "페이딩 적응형 초고성능 S-T 배열 수신 장치 및 그 방법"을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 특정한 채널에 대해 빔 형성 가중치 벡터의 실시간 계산을 위해 시스톨릭 어레이(systolic array) 구조를 적용한 칩 레벨 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템의 상세 블록도이다. 도 1을 참조하면, 공간-시간 배열 수신시스템은 배열 안테나(100)와 RF/IF/ADC 단(110), 디지털 빔 형성 네트웍(120), 가중치 벡터 추정기(130), 상관길이선택부(140), 도플러 주파수 추정부(150), 핑거(161), 레이크 합성기(162), 기준신호 발생기(170) 및 마이크로 프로세서(180)를 포함하여 구성되는데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a "fading adaptive ultra-high performance S-T array receiver and its method" according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a detailed block diagram of a space-time array receiving system using a chip level beamforming algorithm applying a systolic array structure for real-time calculation of beamforming weight vectors for a specific channel according to an embodiment of the present invention. It is also. Referring to FIG. 1, the space-time array receiving system includes an array antenna 100, an RF / IF / ADC stage 110, a digital beamforming network 120, a weight vector estimator 130, and a correlation length selector 140. ), A Doppler frequency estimator 150, a finger 161, a rake synthesizer 162, a reference signal generator 170, and a microprocessor 180, which will be described in detail as follows.

먼저, 상기 배열 안테나(100)와 상기 RF/IF/ADC 단(110)을 통과한 기저대역 신호는 상기 가중치 벡터 추정기(130)로 입력되는 동시에 상기 디지털 빔 형성 네트웍(120, 또는 공간 필터라 함)에서 과거에 수신된 스냅샷(snapshot) 신호로 구한 가중치 벡터와 곱해진 후, 하나의 신호 열(190)로 합하여진다.First, the baseband signal passing through the array antenna 100 and the RF / IF / ADC stage 110 is input to the weight vector estimator 130 and is referred to as the digital beamforming network 120 or a spatial filter. ) Is multiplied by a weight vector obtained from a snapshot signal received in the past, and then summed into one signal sequence 190.

각 경로별 신호는 미세 조정된 경로지연 프로파일(profile) 정보에 기초하여 복조기내의 상기 각 핑거(finger, 161)에서 역확산(de-spreading)되고, 이 경로신호들은 상기 레이크(RAKE) 합성기(162)에서 합성된다. 합성된 신호는 디인터리버(de-interleaver), 채널 디코더를 거쳐 데이터 복원기를 통과하여 복원된다. 파일럿 채널 데이터와 트래픽 채널 데이터는 각각 복조기의 상기 핑거(161)에서 역확산되어 채널 추정 및 데이터 복조에 이용되고, 상기 핑거(161)의 PN(pseudo noise) 코드 발생기로부터 출력되는 PN 코드는 상기 기준신호 발생기(170)의 입력으로 궤환(feedback)되어 기준신호 발생에 사용되어진다. 상기 기준신호 발생기(170)에서는 상기 핑거(161)로부터 전송된 PN 코드를 수신된 신호와 동기화시켜 기준신호로써 사용하고, 이를 상기 가중치 벡터 추정기(130)로 전달한다.Signals for each path are de-spreaded at each of the fingers 161 in the demodulator based on finely adjusted path delay profile information, and these path signals are de-spreaded by the RAKE synthesizer 162. Synthesized in The synthesized signal is recovered through a de-interleaver, a channel decoder, and passed through a data decompressor. The pilot channel data and the traffic channel data are despread at the finger 161 of the demodulator and used for channel estimation and data demodulation, respectively, and the PN code output from the pseudo noise (PN) code generator of the finger 161 is the reference. It is fed back to the input of the signal generator 170 and used to generate a reference signal. The reference signal generator 170 uses the PN code transmitted from the finger 161 as a reference signal by synchronizing with the received signal, and transmits it to the weight vector estimator 130.

상기 디지털 빔 형성 네트웍(120)의 복소 가중치 벡터는 상기 기준신호 발생기(170)의 출력과 수신된 신호를 입력으로 받아 상기 가중치 벡터 추정기(130)에서시스톨릭 어레이 구조를 이용한 적응 제어과정을 통해 실시간으로 갱신된다. 상기 디지털 빔 형성 네트웍(120)과 상기 가중치 벡터 추정기(130)의 수는 상기 복조기 내의 상기 핑거(161)의 수에 따라 결정되고, 각각의 상기 가중치 벡터 추정기(130)의 복소 가중치 벡터는 독립적으로 갱신되어진다. 그리고, 상기 마이크로 프로세서(180)에서 각 블록들간의 데이터 통신 및 제어신호의 흐름을 제어한다.The complex weight vector of the digital beamforming network 120 receives the output of the reference signal generator 170 and the received signal as an input and performs an adaptive control process using a systolic array structure in the weight vector estimator 130. It is updated in real time. The number of the digital beamforming network 120 and the weight vector estimator 130 is determined according to the number of the fingers 161 in the demodulator, and the complex weight vector of each weight vector estimator 130 is independently Is updated. In addition, the microprocessor 180 controls the flow of data communication and control signals between the blocks.

도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 특정한 채널에 대해 빔 형성 가중치 벡터의 실시간 계산을 위해 시스톨릭 어레이(systolic array) 구조를 적용한 칩 레벨 DD(Decision-Directed) 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템의 상세 블록도이다. 도 2를 참조하면, 도 2는 단지 가중치 벡터 추정을 위해 필요한 기준신호 발생 방법에 있어서 도 1과 차이가 나고, 그 외 모든 부분에서 도 1과 동일하다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Figure 2 is a space applying a chip-level decision-directed (DD) beamforming algorithm applying a systolic array structure for the real-time calculation of the beamforming weight vector for a particular channel in accordance with an embodiment of the present invention. Detailed block diagram of a timed array reception system. Referring to FIG. 2, FIG. 2 differs from FIG. 1 in the method of generating a reference signal necessary for weight vector estimation only, and is identical to FIG. 1 in all other parts. This will be described in more detail as follows.

먼저, 각 경로별 신호는 미세 조정된 경로지연 프로파일(profile) 정보에 기초하여 복조기내의 각 핑거(finger, 261)에서 역확산(de-spreading)되고, 이 경로신호들은 레이크(RAKE) 합성기(262)에서 합성된다. 합성된 신호는 디인터리버(de-interleaver), 채널 디코더를 거쳐 데이터 복원기를 통과하는 한편, 하드 리미터(263)를 거치면서 심볼이 결정된다. 하드 리미터(263)에서 결정된 심볼은 기준신호 발생기(270)로 궤환되어진다. 파일럿 채널 데이터와 트래픽 채널 데이터는 각각 복조기의 핑거(261)에서 역확산되어 채널 추정 및 데이터 복조에 이용되고, 핑거(261)의 PN 코드 발생기로부터 출력되는 PN 코드는 기준신호 발생기(270)의 입력으로 궤환(feedback)되어 기준신호 발생에 사용되어진다. 기준신호 발생기(270)에서는 하드 리미터(263)에서 결정된 심볼을 핑거(261)로부터 전송된 PN 코드를 이용하여 재확산시킨 후 수신된 신호와 동기화시켜 기준신호로써 사용하고, 이를 가중치 벡터 추정기(230)로 전달한다. 이와 같은 방법을 통해서 얻은 기준신호를 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 방법을 본 발명에서는 DD(Decision-Directed) 빔 형성 알고리즘이라고 명명한다.First, signals for each path are de-spreaded at each finger 261 in the demodulator based on finely adjusted path delay profile information, and these path signals are RAKE synthesizer 262. Synthesized in The synthesized signal passes through a data decompressor via a de-interleaver and a channel decoder, and a symbol is determined while passing through a hard limiter 263. The symbol determined by the hard limiter 263 is fed back to the reference signal generator 270. The pilot channel data and the traffic channel data are despread at the finger 261 of the demodulator and used for channel estimation and data demodulation. The PN code output from the PN code generator of the finger 261 is input to the reference signal generator 270. It is fed back to and used to generate the reference signal. In the reference signal generator 270, the symbol determined by the hard limiter 263 is re-spread using the PN code transmitted from the finger 261, and then synchronized with the received signal and used as a reference signal, and the weight vector estimator 230 is used. To pass). In the present invention, a method of estimating a weight vector using a reference signal obtained through the above method is referred to as a decision-directed beamforming algorithm.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 핑거의 구성을 상세하게 나타낸 구성도이다.도 3을 참고하면, 상기 핑거(300)는 수신 대역확산 신호(190,290)를 채널별로 역확산하고 코드추적 루프(350)의 처리를 위해 파일롯 채널 검출을 위한I/Q상관기(310, 또는 채널 추정기라 함), 트래픽 채널I/Q상관기(320), 액세스 채널I/Q상관기(330), 시그날링 채널I/Q상관기(340), 빠른-늦은I/Q상관기(351, 352), 비교기(357), 루프 필터(loop filter)(356), NCO(Numerical Controlled Oscillator)(355), 디스큐(deskew)(360) 및 잠금 검출기(lock detector)(370)를 포함하여 구성되는데, 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.3 is a detailed block diagram illustrating the configuration of the finger illustrated in FIGS. 1 and 2. Referring to FIG. 3, the finger 300 despreads the reception spread spectrum signals 190 and 290 for each channel and performs a code tracking loop. I / Q correlator (also referred to as 310, or channel estimator), traffic channel I / Q correlator 320, access channel I / Q correlator 330, signaling channel I for pilot channel detection for processing of 350 / Q correlator 340, fast-late I / Q correlator 351, 352, comparator 357, loop filter 356, NCO (Numerical Controlled Oscillator) 355, deskew It includes a 360 and a lock detector (370), which will be described in detail as follows.

상기 파일롯 채널 검출을 위한I/Q상관기(310)는 상기 상관길이 선택부(140,240)로부터 상관길이를 입력으로 받아 대역확산 신호(190,290)로부터 파일롯 채널의 데이터를 검출하여 채널 추정 정보를 얻어내고 이를 상기 도플러 주파수 추정기(150,250)와 상기 트래픽, 엑세스 및 시그날링I/Q상관기(320, 330, 340)로 각각 보낸다. 상기 빠른I/Q상관기(251)는 정시(On-Time) PN 코드보다Tc(chip duration)/2 앞선 국부 PN 코드로 정해진 적분 구간만큼 상관기능을 수행하고, 상기 늦은I/Q상관기(352)는 정시 PN 코드보다Tc/2 뒤진 국부 PN 코드로 상관기능을 수행한다. 상관 길이만큼 상관기능이 완료되면IQ의 데이터를 제곱한 후 더해서 에너지를 구한다(354). 에너지는 빠른 경로와 늦은 경로 각각에 대해서 구해지고, 두 에너지의 차를 구한 다음, 이들 에너지 차이를 상기 루프 필터(356)에 인가하여 적분 구간 단위로 얻은 에너지의 평균을 구한다. 상기 루프 필터(356)의 출력은 NCO(355)를 제어하기 위해 사용된다. 상기 NCO(355)는 입력되는 값에 따라 제어된 클럭을 발생시키는데, 이 클럭으로 상기 PN 코드 발생기(353)를 제어한다.The I / Q correlator 310 for detecting the pilot channel receives the correlation length from the correlation length selector 140 or 240 to detect the pilot channel data from the spread signals 190 and 290 to obtain channel estimation information. The Doppler frequency estimator 150 and 250 and the traffic, access and signaling I / Q correlators 320, 330 and 340, respectively. The fast I / Q correlator 251 performs a correlation function by an integral section determined by a local PN code Tc (chip duration) / 2 ahead of an on-time PN code, and the late I / Q correlator 352. Correlates with the local PN code Tc / 2 behind the on-time PN code. When the correlation function is completed as much as the correlation length, the data of I and Q are squared and added to obtain energy (354). Energy is obtained for each of the fast path and the late path, and the difference between the two energies is obtained, and then these energy differences are applied to the loop filter 356 to obtain the average of the energy obtained in units of integral sections. The output of the loop filter 356 is used to control the NCO 355. The NCO 355 generates a controlled clock according to the input value, which controls the PN code generator 353.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 기존의 복조기 구조를 그대로 유지하되, 단지 복조기로부터 PN 코드 정보를 궤환받아 기준신호 발생기 입력으로 사용하는 점에서 차이가 있다.As shown in FIG. 3, in the present invention, the structure of the existing demodulator is maintained as it is, except that the PN code information is fed back from the demodulator and used as a reference signal generator input.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 페이딩 적응형 공간-시간 배열 시스템의 역방향 링크의 구조를 개념적으로 표시한 예시도이다. 도 4를 참조하여 역방향 링크의 구조를 자세히 설명하면 다음과 같다. 주로 음성위주의 서비스를 제공하던 IS-95 CDMA 시스템에서는 기지국(400)에서 수신되는 모든 단말기(410, 420, 430)들의 수신전력이 일정하나, IMT-2000 시스템과 같이 고속 데이터 서비스를 제공하는 기지국(400)에서 수신되는 각 단말기들의 수신전력은 단말기 410, 420, 430으로부터 수신되는 수신 데이터 율에 따라 다를 수 있다. 예를 들어 단말기 410이 음성신호(저속 데이터 율)이고 단말기 430이 영상신호(고속 데이터 율)일 경우, 일반적으로 기지국(400)에서 수신되는 각 단말기의 수신전력은 단말기 430이 단말기 410보다 크게된다. 따라서, 저속 데이터일 때는 채널 추정시에 긴 구간 동안 상관시켜야 정확한 추정값을 얻을 수 있는 반면 고속 데이터일 때는 짧은 구간 동안 상관시켜도 정확한 추정값을 얻을 수 있게 된다.4 is an exemplary diagram conceptually showing a structure of a reverse link of a fading adaptive space-time arrangement system according to an embodiment of the present invention. The structure of the reverse link is described in detail with reference to FIG. 4 as follows. In the IS-95 CDMA system, which mainly provided voice-oriented services, the reception power of all the terminals 410, 420, and 430 received by the base station 400 is constant, but the base station provides high-speed data service like the IMT-2000 system. Received power of each terminal received at 400 may vary according to the received data rates received from the terminals 410, 420, and 430. For example, when the terminal 410 is a voice signal (low data rate) and the terminal 430 is a video signal (high data rate), the reception power of each terminal received by the base station 400 is generally greater than that of the terminal 410. . Therefore, in the case of low-speed data, an accurate estimate may be obtained by correlating for a long period during channel estimation, whereas in the case of high-speed data, an accurate estimate may be obtained even by correlating for a short period.

도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 페이딩 채널의 도플러 주파수 추정부(520), 채널 추정기(310, 510) 및 상관 길이 선택부(500)의 블록도이다. 도 5를 참조하면, 도플러 주파수 추정부(520)는 파일롯 채널을 이용한 채널 추정기(510)로부터 출력되어 버퍼(530)에 저장되어 있던 과거의 페이딩 채널 정보와 현재의 페이딩 채널 정보를 입력으로 받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하게 된다.5 is a block diagram of the Doppler frequency estimator 520, the channel estimators 310 and 510, and the correlation length selector 500 of the fading channel illustrated in FIGS. 1 and 2. Referring to FIG. 5, the Doppler frequency estimator 520 receives the fading channel information and the current fading channel information, which are output from the channel estimator 510 using the pilot channel and stored in the buffer 530, and are faded. Estimate the Doppler frequency of the channel.

본 발명에서 제안한 도플러 주파수 추정 방법에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다. 상기 채널 추정기(510)의n번째 채널 추정값n+1 번째 채널 추정값이 각각 수학식 1과 같을 때 페이딩 채널의 도플러 주파수에 해당하는 순간 주파수 차는 다음의 수학식 2에서부터 수학식 4를 통해서 구할 수 있다.Referring to the Doppler frequency estimation method proposed in the present invention in detail. N- th channel estimate of the channel estimator 510 And n + 1th channel estimate As shown in Equation 1, the instantaneous frequency difference corresponding to the Doppler frequency of the fading channel can be obtained from Equation 2 to Equation 4 below.

여기서,I(n)과Q(n), I(n+1)과Q(n+1)은 각각,,,를 나타내고,는 각각 페이딩 채널의 크기와 위상을 의미한다.Where I ( n ) and Q ( n ) , I ( n +1) and Q ( n +1) are respectively , , , Indicates, Wow Denotes the size and phase of the fading channel, respectively.

상기 수학식 1에서n번째 채널 추정값의I(n)과n+1번째 채널 추정값의Q(n+1)을 곱하고,n번째 채널 추정값의Q(n)과n+1번째 채널 추정값의I(n+1)을 곱하면 수학식 2를 얻을 수 있다.In the equation (1) is multiplied by the I (n) and Q n +1 for the second channel estimate (n +1) of the n-th channel estimation values, n of Q (n) and the n +1 th channel estimated value of the second channel estimation value I ( Multiply n + 1) to obtain Equation 2.

여기서,은 I^2 (n) + Q^2 (n)을 의미하므로 구하고자 하는 순간 주파수 차는 다음의 수학식 4로 구할 수 있다.here, Denotes I ^ 2 (n) + Q ^ 2 (n), and the instantaneous frequency difference to be obtained can be obtained from Equation 4 below.

상기 수학식 4로부터 구한 도플러 주파수와 마이크로 프로세서(180,280)로부터 받은 수신신호의 데이터 율을 이용하여 상기 상관 길이 선택부(500)는 과거에 선택된 상관 길이들과 현재에 선택된 상관 길이를 평균하여 수학식 5와 같이 적응적으로 상기 채널 추정기(510)의 상관 길이(N_p)를 결정하게 된다.Using the Doppler frequency obtained from Equation 4 and the data rate of the received signal received from the microprocessors 180 and 280, the correlation length selector 500 averages the correlation lengths selected in the past and the correlation lengths currently selected. As shown in FIG. 5, the correlation length N_p of the channel estimator 510 is determined.

도 6은 페이딩 채널의 도플러 주파수 추정부 및 채널 추정기의 상관 길이 선택부의 신호 흐름도이다. 도 6을 참조하여 이를 자세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 채널 추정기로 수신신호가 입력(600)되고, 입력된 수신신호는 과거에 선택된 상관길이 만큼 국부 PN 코드와 상관기능을 수행(610)하고, 이를 통해서 수신신호의 데이터 율 정보와 도플러 주파수가 추정(620)되면, 상기 채널 추정기의 상관길이가 선택(630)되어 과거에 선택된 상관길이를 갱신하게 된다. 이러한 일련의 과정들은 재귀적으로 수행(660)되어진다. 또한 상기 채널 추정기에 입력된 수신신호는 국부 PN 코드와 상관기능이 수행되고, 그 결과 추정된 채널정보(650)는 트래픽 채널의 왜곡을 보상(640)하는데 사용되어진다.6 is a signal flowchart of a Doppler frequency estimator of a fading channel and a correlation length selector of a channel estimator. This will be described in detail with reference to FIG. 6 as follows. First, the received signal is input to the channel estimator 600, and the received received signal performs a correlation function with the local PN code by the selected correlation length in the past (610), and through this, the data rate information and the Doppler frequency of the received signal are In estimating 620, the correlation length of the channel estimator is selected 630 to update the correlation length selected in the past. This series of steps is performed 660 recursively. In addition, the received signal input to the channel estimator performs a correlation function with a local PN code, and the estimated channel information 650 is used to compensate for the distortion of the traffic channel (640).

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.

이상과 같이 본 발명은 기존의 CDMA 이동 통신시스템의 터미널(단말기)에서 페이딩 채널에 의한 왜곡현상을 보상하기 위하여 파일롯 채널을 일정구간 동안 상관을 시켜 페이딩 채널 정보를 추정하여 이를 데이터를 보상하는데 사용하는 방식과는 달리, 배열 안테나를 적용한 기지국 시스템에서 도플러 주파수 추정을 통해 얻은 페이딩 채널의 변화량과 수신신호의 데이터 율을 이용하여 적응적으로 파일롯 채널을 상관시키는 방법을 이용함으로써 최적 지향성 빔 형성에 의한 전력 효율의 증대는 물론, 불필요한 간섭을 줄일 수 있고, 페이딩 채널에 의한 왜곡을 보다 정확히 보상할 수 있기 때문에 통신품질이 향상되고 기지국 당 서비스 반경 및 가입자 용량을 증대시킬 수 있다.As described above, the present invention correlates a pilot channel for a certain period in order to compensate for distortion caused by a fading channel in a terminal (terminal) of a conventional CDMA mobile communication system, estimates fading channel information, and uses it to compensate the data. Unlike the method, the power of the optimal directional beam formation is achieved by using a method of adaptively correlating the pilot channel by using the amount of fading channel variation obtained through Doppler frequency estimation and the data rate of the received signal in the base station system using the array antenna. In addition to increasing efficiency, unnecessary interference can be reduced, and distortions caused by fading channels can be more accurately compensated, thereby improving communication quality and increasing service radius and subscriber capacity per base station.

Claims (17)

다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 다수의 디지털 빔 형성 네트웍;A plurality of digital beamforming networks forming a beam by spatially filtering the received signals received from the plurality of antennas and digitally converted received signals by multiplying a weight vector for each multipath signal; 상기 다수의 디지털 빔 형성 네트웍의 출력신호를 복조하는 다수의 복조기;A plurality of demodulators for demodulating output signals of the plurality of digital beamforming networks; 상기 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 파일롯 채널 상관기;A pilot channel correlator for estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; 상기 파일롯 채널 상관기의 출력을 받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부;A Doppler frequency estimator for estimating a Doppler frequency of a fading channel by receiving the output of the pilot channel correlator; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 마이크로 프로세서;A microprocessor providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; 상기 도플러 주파수 추정부로부터 추정된 도플러 주파수 추정값과 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 상관 길이 선택부;A correlation length selector which receives a Doppler frequency estimate estimated from the Doppler frequency estimator and a data rate of a received signal as an input to determine a correlation length of a pilot channel correlator; 다수의 핑거의 출력을 입력받아 기준신호를 발생하는 기준신호 발생기; 및A reference signal generator configured to receive outputs of a plurality of fingers and generate a reference signal; And 상기 기준신호 발생기의 출력과 상기 수신신호를 입력받아 상기 디지털 빔 형성 네트웍으로 제공하는 다수의 가중치 벡터 추정기를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.And a weight level vector estimator for receiving the output of the reference signal generator and the received signal and providing the received signal to the digital beamforming network. 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 다수의 디지털 빔 형성 네트웍;A plurality of digital beamforming networks forming a beam by spatially filtering the received signals received from the plurality of antennas and digitally converted received signals by multiplying a weight vector for each multipath signal; 상기 다수의 디지털 빔 형성 네트웍의 출력신호를 복조하는 다수의 복조기;A plurality of demodulators for demodulating output signals of the plurality of digital beamforming networks; 상기 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 파일롯 채널 상관기;A pilot channel correlator for estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; 상기 파일롯 채널 상관기의 출력을 받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부;A Doppler frequency estimator for estimating a Doppler frequency of a fading channel by receiving the output of the pilot channel correlator; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 마이크로 프로세서;A microprocessor providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; 상기 도플러 주파수 추정부로부터 추정된 도플러 주파수 추정값과 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 상관 길이 선택부;A correlation length selector which receives a Doppler frequency estimate estimated from the Doppler frequency estimator and a data rate of a received signal as an input to determine a correlation length of a pilot channel correlator; 상기 다수의 복조기의 출력을 입력받아 심볼을 합성하는 레이크 합성기;A rake synthesizer configured to receive outputs of the plurality of demodulators and synthesize symbols; 상기 레이크 합성기에서 합성된 심볼의 부호를 판정하는 심볼 추정용 하드 리미터;A hard limiter for symbol estimation which determines a sign of a symbol synthesized by the rake synthesizer; 빔 형성 알고리즘을 적용하기 위해 상기 하드 리미터의 출력과 다수의 핑거의 출력을 궤환받아 각각의 다중경로 신호에 대해 기준신호를 발생하는 기준신호 발생기; 및A reference signal generator which receives the output of the hard limiter and the output of a plurality of fingers to apply a beamforming algorithm and generates a reference signal for each multipath signal; And 상기 기준신호 발생기의 출력과 상기 수신신호를 입력받아 상기 디지털 빔 형성 네트웍으로 제공하는 다수의 가중치 벡터 추정기를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.And a weight level vector estimator for receiving the output of the reference signal generator and the received signal and providing the received signal to the digital beamforming network. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 도플러 주파수 추정부는 파일롯 채널을 이용한 상기 채널 추정부로부터 출력되어 버퍼에 저장되어 있던 과거의 페이딩 채널 정보와 현재 출력되는 페이딩 채널 정보를 입력으로 받아 일련의 과정을 거쳐 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.The Doppler frequency estimating unit estimates the Doppler frequency of the fading channel through a series of processes by receiving the fading channel information and the currently output fading channel information, which are output from the channel estimator using the pilot channel and stored in the buffer as inputs. Space-time array receiving system applying a chip-level and time-based beamforming algorithm, characterized in that. 제 1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 상관 길이 선택부는 도플러 주파수 추정부로부터 추정된 도플러 주파수 추정값과 마이크로 프로세서로부터 제공되는 수신신호의 데이터 율을 이용하여 채널 추정기의 상관길이를 적응적으로 선택하여 페이딩 채널 정보를 보다 정확히 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.The correlation length selector adaptively selects the correlation length of the channel estimator using the Doppler frequency estimate estimated from the Doppler frequency estimator and the data rate of the received signal provided from the microprocessor to more accurately estimate fading channel information. Spatial-time array receiving system applying chip level and temporal reference beamforming algorithm. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 상관 길이 선택부는 상관길이를 적응적으로 선택함에 있어서 각 수신신호의 데이터 율과 유한한 샘플의 도플러 주파수에 대하여 미리 상관길이를 결정해 둔 테이블을 이용하여 각 데이터 율에 대해 추정된 도플러 주파수와 테이블을 비교하여 가장 근사한 도플러 주파수에 해당하는 상관길이를 선택하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.The adaptive length selector is adapted to adaptively select the correlation length and the estimated Doppler frequency for each data rate using a table that has previously determined the correlation length with respect to the data rate of each received signal and the Doppler frequency of a finite sample. A spatial-time array receiving system employing a chip level and temporal reference beamforming algorithm characterized by comparing a table and selecting a correlation length corresponding to the nearest Doppler frequency. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 상관 길이 선택부는 과거에 선택된 상관 길이들과 현재에 선택된 상관 길이를 평균하여 최종적으로 현재의 상관 길이를 결정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.And wherein the correlation length selector determines a current correlation length by averaging the correlation lengths selected in the past and the currently selected correlation lengths. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가중치 벡터 추정기는 MMSE(Minimum Mean Square Error), LMS(Least Mean Square), NLMS(Normalized LMS) 및 RLS(Recursive Least Square) 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.The weight vector estimator estimates a weight vector using an adaptive beamforming algorithm such as Minimum Mean Square Error (MMSE), Least Mean Square (LMS), Normalized LMS (NLMS), and Recursive Least Square (RLS). Spatial-Time Array Receiving System applying Chip Level and Time-based Beamforming Algorithm. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 가중치 벡터 추정기는 MMSE-DD(decision-directed), LMS-DD, NLMS-DD 및 RLS-DD 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신시스템.The weight vector estimator estimates the weight vector using adaptive beamforming algorithms such as decision-directed (MMSE-DD), LMS-DD, NLMS-DD, and RLS-DD. Space-Time Array Receiving System with Algorithm. 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 제 1단계;A first step of forming a beam by multiplying a received signal received from a plurality of antennas by digital multiplication by multiplying a weight vector for each multipath signal; 상기 제 1단계의 출력신호를 복조하는 제 2단계;A second step of demodulating the output signal of the first step; 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 제 3단계;Estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; 상기 제 3단계의 출력을 입력받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 제 4단계;A fourth step of receiving the output of the third step and estimating the Doppler frequency of the fading channel; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 제 5단계;A fifth step of providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; 상기 제 4단계의 추정값과 상기 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 제 6단계;A sixth step of determining a correlation length of a pilot channel correlator by receiving the estimated value of the fourth step and a data rate of the received signal as input; 다수의 핑거의 출력을 입력받아 기준신호를 발생하는 제 7단계;A seventh step of receiving outputs of a plurality of fingers and generating a reference signal; 상기 제 7단계의 출력과 상기 수신신호를 입력받아 가중치 벡터를 추정하는 제 8단계; 및An eighth step of estimating a weight vector by receiving the output of the seventh step and the received signal; And 상기 8단계의 추정값을 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제9단계를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.And a ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 4단계는,The fourth step, 상기 제 3단계로부터 출력되어 버퍼에 저장되어 있던 과거의 페이딩 채널 정보와 현재 출력되는 페이딩 채널 정보를 입력으로 받아 일련의 과정을 거쳐 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.Chip level and time reference, characterized by estimating the Doppler frequency of the fading channel through a series of processes by receiving the past fading channel information and the currently output fading channel information that is output from the third step and stored in the buffer Space-time array receiving method using beamforming algorithm. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 6단계는,The sixth step, 상기 4단계의 추정값과 상기 제 5단계로부터 제공되는 수신신호의 데이터 율을 이용하여 채널 추정기의 상관길이를 적응적으로 선택하여 페이딩 채널 정보를 보다 정확히 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.Chip level and time-based beams are estimated more accurately by adaptively selecting the correlation length of the channel estimator using the estimated value of the fourth step and the data rate of the received signal provided from the fifth step. Spatial-Time Array Receiving Method using Shaping Algorithm. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 6단계는,The sixth step, 상기 상관길이를 적응적으로 선택함에 있어서 각 수신신호의 데이터 율과 유한한 샘플의 도플러 주파수에 대하여 미리 상관길이를 결정해 둔 테이블을 이용하여 각 데이터 율에 대해 추정된 도플러 주파수와 테이블을 비교하여 가장 근사한 도플러 주파수에 해당하는 상관길이를 선택하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.In adaptively selecting the correlation length, the Doppler frequency for each data rate is compared with the estimated Doppler frequency for each data rate using a table that has previously determined the correlation length for the data rate of each received signal and the Doppler frequency of a finite sample. A spatial-time array reception method using a chip level and temporal reference beamforming algorithm, wherein a correlation length corresponding to the nearest Doppler frequency is selected. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 6단계는;The sixth step is; 과거에 선택된 상관 길이들과 현재에 선택된 상관 길이를 평균하여 최종적으로 현재의 상관 길이를 결정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.10. A method of receiving a space-time array using a chip level and temporal reference beamforming algorithm characterized by averaging past selected correlation lengths and currently selected correlation lengths. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 8단계는,The eighth step, MMSE(Minimum Mean Square Error), LMS(Least Mean Square), NLMS(Normalized LMS) 및 RLS(Recursive Least Square) 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.Chip level and time criterion characterized by estimating weight vector using adaptive beamforming algorithms such as Minimum Mean Square Error (MMSE), Least Mean Square (LMS), Normalized LMS (NLMS), and Recursive Least Square (RLS) Space-time array receiving method using beamforming algorithm. 상기 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 8단계는,The eighth step, 상기 다수의 복조기의 출력을 입력받아 심볼을 합성하는 제 1서브단계;A first sub-step of receiving the outputs of the plurality of demodulators and synthesizing the symbols; 상기 제 1 서브단계의 합성된 심볼의 부호를 판정하는 제 2서브단계;A second sub step of determining a sign of the synthesized symbol of the first sub step; 상기 제 2 서브단계의 출력과 상기 다수의 핑거의 출력을 궤환받아 각각의 다중경로 신호에 대해 기준신호를 발생하는 제 3서브단계; 및A third sub-step of receiving the output of the second sub-step and the output of the plurality of fingers to generate a reference signal for each multipath signal; And 상기 제 3서브단계의 출력과 상기 수신신호를 입력받아 MMSE-DD (decision- directed), LMS-DD , NLMS-DD 및 RLS-DD 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 제 4서브단계를 포함하고, 상기 제 8단계의 추정값을 상기 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제 9단계를 포함한 것을 특징으로 하는 칩 레벨 및 시간 기준 빔 형성 알고리즘을 적용한 공간-시간 배열 수신방법.A fourth vector for estimating a weight vector using an adaptive beamforming algorithm such as decision-directed (MMSE-DD), LMS-DD, NLMS-DD, and RLS-DD by receiving the output of the third sub-step and the received signal; And a ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network. 컴퓨터에,On your computer, 다수의 안테나로부터 수신되어 디지털 변환된 수신신호를 각각의 다중경로 신호별로 가중치 벡터를 곱하여 공간 필터링함으로써 빔을 형성하는 제 1단계;A first step of forming a beam by spatially filtering the received signals received from the plurality of antennas and digitally converted by multiplying the weight vector for each multipath signal; 상기 제 1단계의 출력신호를 복조하는 제 2단계;A second step of demodulating the output signal of the first step; 다수의 복조기내에서 파일롯 채널을 이용하여 페이딩 채널을 추정하는 제 3단계;Estimating a fading channel using a pilot channel in the plurality of demodulators; 상기 제 3단계의 출력을 입력받아 페이딩 채널의 도플러 주파수를 추정하는 제 4단계;A fourth step of receiving the output of the third step and estimating the Doppler frequency of the fading channel; 수신된 신호의 데이터 율 정보를 제공하고 신호의 흐름을 제어하는 제 5단계;A fifth step of providing data rate information of the received signal and controlling the flow of the signal; 상기 제 4단계의 추정값과 상기 수신된 신호의 데이터 율을 입력으로 받아 파일롯 채널 상관기의 상관 길이를 결정하는 제 6단계;A sixth step of determining a correlation length of a pilot channel correlator by receiving the estimated value of the fourth step and a data rate of the received signal; 다수의 핑거의 출력을 입력받아 기준신호를 발생하는 제 7단계;A seventh step of receiving outputs of a plurality of fingers and generating a reference signal; 상기 제 7단계의 출력과 상기 수신신호를 입력받아 MMSE(Minimum Mean Square Error), LMS(Least Mean Square), NLMS(Normalized LMS) 및 RLS(Recursive Least Square) 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 제 8단계; 및The output of the seventh step and the received signal are input and weighted using an adaptive beamforming algorithm such as Minimum Mean Square Error (MMSE), Least Mean Square (LMS), Normalized LMS (NLMS), and Recursive Least Square (RLS). An eighth step of estimating the vector; And 상기 제 8단계의 추정값을 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제9단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.And a ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of a digital beamforming network. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제 8단계는,The eighth step, 상기 다수의 복조기의 출력을 입력받아 심볼을 합성하는 제 1서브단계;A first sub-step of receiving the outputs of the plurality of demodulators and synthesizing the symbols; 상기 제 1 서브단계의 합성된 심볼의 부호를 판정하는 제 2서브단계;A second sub step of determining a sign of the synthesized symbol of the first sub step; 상기 제 2 서브단계의 출력과 상기 다수의 핑거의 출력을 궤환받아 각각의 다중경로 신호에 대해 기준신호를 발생하는 제 3서브단계; 및A third sub-step of receiving the output of the second sub-step and the output of the plurality of fingers to generate a reference signal for each multipath signal; And 상기 제 3 서브단계의 출력과 상기 수신신호를 입력받아 MMSE-DD (decision- directed), LMS-DD ,NLMS-DD 및 RLS-DD 등의 적응 빔형성 알고리즘을 이용하여 가중치 벡터를 추정하는 제 4서브단계를 포함하고, 상기 제 8단계의 추정값을 상기 디지털 빔 형성 네트웍의 입력으로 제공하는 제 9단계를 포함하여 이루어진 것을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.A fourth vector for estimating a weight vector using an adaptive beamforming algorithm such as decision-directed (MMSE-DD), LMS-DD, NLMS-DD, and RLS-DD by receiving the output of the third sub-step and the received signal; And a ninth step of providing the estimated value of the eighth step as an input of the digital beamforming network.
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