KR20020064421A - 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초기 이동국 탐색시에는 하나의 안테나만 빔을 형성하여 섹터 전 부분을 지향하도록 하고, 이동국 탐색후에는 전체 안테나의 빔 조합으로 빔을 형성하도록 함으로써, 기지국 용량 증가시에도 기지국의 부피 및 소모전력이 일정하도록 한 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 이동국 탐색 시작시 배열 안테나중 첫 번째 안테나에서만 전 방향으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하고, 첫 번째 안테나에 대응하는 증폭기만 최대 용량으로 구동시키고, 첫 번째 안테나를 통해 전 방향 빔을 형성시키며, 수신된 신호를 분석하여 이동국이 탐색되면 모든 배열 안테나의 조합으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하고, 모든 배열 안테나에 대응하는 증폭기들의 용량을 산출하고, 그 산출한 용량에 의거 상기 증폭기들의 구동을 제어하며, 탐색된 이동국 방향으로 모든 배열 안테나의 조합을 통해 빔을 형성시킴으로써, 기지국 용량 증가시에도 기지국의 부피 및 소모전력을 일정하게 유지시킨다.

Description

스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법{Method for controlling the beam forming in mobile communication system using smart antenna}

본 발명은 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어에 관한 것으로, 특히 초기 이동국 탐색시에는 하나의 안테나만 빔을 형성하여 섹터 전 부분을 지향하도록 하고, 이동국 탐색후에는 전체 안테나의 빔 조합으로 빔을 형성하도록 함으로써, 기지국 용량 증가시에도 기지국의 부피 및 소모전력이 일정하도록 한 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법에 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 급격히 증가하는 이동국을 충분히 커버할 수 없었다.

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 빔형성 알고리즘으로 운용된다. 즉, 스마트 안테나 시스템은 원하는 이동국의 방향으로 가장 큰 이득을 갖는 빔(main lobe : 주빔)을 형성하고, 다른 이동국의 방향으로는 상대적으로 적은 이득의 빔을 형성하여 간섭의 영향을 줄이는 방법이다.

CDMA 방식에서는 간섭의 영향이 시스템의 용량을 결정하는 주요 파라메터로 작용하므로, 스마트 안테나를 이용하여 간섭을 줄임으로서 시스템의 용량을 증가시킬 수 있다.

그러나 상기와 같은 스마트 안테나 시스템은, 여러 개의 배열 안테나를 사용하게 되며, 이로 인해 RF소자들의 증가 및 가격상승을 초래하였다.

즉, 역방향에서는 저잡음 증폭기가 안테나 수만큼 필요하고, 마찬가지로 순방향에서는 선형 증폭기가 안테나 수만큼 필요하게 되므로, 배열 안테나가 증가하면 할수록 RF 소자들이 증가하고, 이로 인해 전력 낭비가 증가할 뿐만 아니라 전체 기지국의 부피를 증대시키고, 가격을 상승시키게 된다.

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

본 발명의 목적은, 초기 이동국 탐색시에는 하나의 안테나만 빔을 형성하여 섹터 전 부분을 지향하도록 하고, 이동국 탐색후에는 전체 안테나의 빔 조합으로 빔을 형성하도록 함으로써, 기지국 용량 증가시에도 기지국의 부피 및 소모전력이 일정하도록 한 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법"은,

스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법에 있어서,

이동국 탐색 시작시 배열 안테나중 첫 번째 안테나에서만 전 방향으로 빔을형성하도록 가중치를 산출하는 단계와;

상기 첫 번째 안테나에 대응하는 증폭기만 최대 용량으로 구동시키고, 상기 첫 번째 안테나를 통해 전 방향 빔을 형성시키는 단계와;

상기 빔 형성후 역방향 신호를 수신하고, 그 수신된 신호를 분석하여 이동국이 탐색되는지를 확인하는 단계와;

상기 확인 결과 이동국이 탐색되면 모든 배열 안테나의 조합으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하는 단계와;

상기 모든 배열 안테나에 대응하는 증폭기들의 용량을 산출하고, 그 산출한 용량에 의거 상기 증폭기들의 구동을 제어하는 단계와;

상기 탐색된 이동국 방향으로 상기 모든 배열 안테나의 조합을 통해 빔을 형성시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 기지국 RF부 개략 구성도이고,

도 2는 본 발명에 의한 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법을 보인 흐름도이고,

도 3은 본 발명에서 초기 이동국 탐색시 증폭기 제어 상태를 보인 도면이고,

도 4는 본 발명에서 이동국 탐색 후 증폭기 제어 상태를 보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ..... 배열 안테나부

200 ..... 저잡음 증폭부

400 ..... 역방향 빔형성 모듈

500 ..... 가중치 변환부

700 ..... 순방향 빔형성 모듈

900 ..... 선형 증폭부

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

첨부한 도면 도 1은 본 발명이 적용되는 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 기지국 RF부 개략 구성도이다.

여기서 참조부호 100은 배열 안테나부로서, 복수개의 배열 안테나(101 ~ 100+n)로 이루어져 신호를 송신 및 수신하는 작용을 하며, 참조부호 200은 저잡음 증폭부로서 상기 복수개의 배열 안테나(101 ~ 100+n)와 대응하는 개수로 구비된 복수개의 저잡음 증폭기(201 ~ 200+n)로 상기 각 배열 안테나에서 수신된 신호를 각각 저잡음 증폭한다.

아울러 참조부호 300은 복조부로서, 상기 복수개의 저잡음 증폭기(201 ~ 200+n)와 대응하는 개수로 구비된 복수개의 복조기(301 ~ 300+n)로 상기 각 저잡음 증폭기에서 증폭된 수신 신호를 각각 복조한다.

또한 참조부호 400은 역방향 빔형성 모듈로서, 상기 복수개의 복조기(301 ~ 300+n)의 신호를 조합하여 역방향 빔을 형성하고, 역방향 신호를 추출한다.

그리고 참조부호 500은 가중치 변환부로서, 상기 역방향 빔형성 모듈(400)로부터 이동국 탐색 신호가 전달되면 그 탐색된 이동국 방향으로 빔을 형성하도록 가중치를 변환하는 역할을 하며, 참조부호 600은 채널 엘리먼트 모듈로서, 상기 역방향 빔형성 모듈(400)로부터 수신된 역방향 신호를 입력받아 내부의 신호 처리부에 전달해주고, 상기 이동국 방향으로 송신되는 순방향 신호를 출력한다.

또한, 참조부호 700은 순방향 빔형성 모듈로서, 상기 채널 엘리먼트 모듈(600)에서 출력되는 순방향 신호와 상기 가중치 변환부(500)에서 출력되는 가중치를 승산하여 순방향 빔을 형성한다.

또한, 참조부호 800은 변조부로서, 복수개의 변조기(801 ~ 800+n)로 이루어져, 상기 순방향 빔형성 모듈(700)에서 출력되는 순방향 신호를 채널 별로 변조한다.

아울러 참조부호 900은 선형 증폭부로서, 상기 복수개의 변조기(801 ~ 800+n) 및 상기 복수개의 배열 안테나(101 ~ 100+n)와 대응하는 개수로 이루어져,상기 각각의 변조기에서 출력되는 변조 신호를 각각 증폭하여 상기 각 배열 안테나에 전달해주는 역할을 한다.

이하 상기와 구성 및 작용하는 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템을 참조하여 본 발명에 의한 빔형성 제어방법을 첨부한 도면 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도면 도 2는 본 발명에 의한 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 이동국 탐색 시작 여부를 확인하는 단계(S101)와, 상기 확인 결과 이동국 탐색 시작이면(초기 상태), 배열 안테나중 첫 번째 안테나에서만 전 방향으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하는 단계(S102)와, 상기 첫 번째 안테나에 대응하는 증폭기만 최대 용량으로 구동시키는 단계(S103)와, 상기 첫 번째 안테나를 통해 전 방향 빔을 형성시키는 단계(S104)와, 상기 빔 형성후 역방향 신호를 수신하고, 그 수신된 신호를 분석하여 이동국이 탐색되는지를 확인하는 단계(S105 ~ S106)와, 상기 확인 결과 이동국이 탐색되면 모든 배열 안테나의 조합으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하는 단계(S107)와, 상기 모든 배열 안테나에 대응하는 증폭기들의 용량을 산출하고, 그 산출한 용량에 의거 상기 증폭기들의 구동을 제어하는 단계(S108 ~ S109)와, 상기 탐색된 이동국 방향으로 상기 모든 배열 안테나의 조합을 통해 빔을 형성시키는 단계(S110)로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 빔형성 제어방법은, 먼저 단계 S101에서 이동국 탐색 시작인지를 확인한다. 여기서 이동국 탐색 시작이라 함은 이동국이탐색되지 않은 초기 상태를 말한다.

상기 확인 결과 이동국 탐색 시작일 경우에는, 단계 S102에서 배열 안테나중 첫 번째 안테나에서만 전 방향(모든 방향)으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출한다. 여기서 가중치는 위상 가중치를 나타낸다.

다음으로 단계 S103에서 상기 첫 번째 안테나에 대응하는 증폭기(선형 증폭기)만 최대 용량(20W)으로 구동시키고, 나머지 선형 증폭기는 모두 오프 시킨다.

그리고 단계 S104에서 상기 첫 번째 안테나에서를 통해서만 전 방향 빔을 형성한다.

도 3은 상기와 같이 첫 번째 안테나(예를 들어, 101)를 통해서만 전 방향 빔을 형성하고, 그에 대응하는 선형 증폭기(901)만을 최대 용량(20W)으로 구동시키는 과정을 보인 도면이다. 여기서 초기 상태에서는 나머지 선형 증폭기(902 ~ 900+n)는 모두 오프된 상태가 된다.

즉, 안테나에 가중치 배열(W1, W2,....,WN)을 처음 상태에서는 [1,0,0,...,0]으로 주면 첫 번째 안테나에서만 전 방향으로 빔을 형성한다.

다음으로 단계 S105에서는 역방향 신호를 수신하고, 단계 S106에서는 이동국이 탐색되는지를 확인한다. 상기 확인 결과 이동국이 탐색되면 단계 S107에서 모든 배열 안테나의 조합으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출한다.

아울러 단계 S108에서는 배열 안테나에 대응하는 증폭기(선형 증폭기)의 용량을 산출한다.

즉, 각 증폭기의 용량은 안테나의 개수(N)로 제산하여 얻어지는결과치((20/N)W)를 각 증폭기의 용량으로 결정한다. 그런 후 각 증폭기의 용량이 결정되면 단계 S109에서 상기 용량에 대응하게 각 선형 증폭기를 제어하게 된다.

이 후 단계 S110에서는 모든 배열 안테나의 조합으로 빔을 형성시키게 된다.

첨부한 도면 도 4는 처음 상태에서 정상 상태에 도달할 때의 선형 증폭기의 용량 변화를 나타낸 것이다.

첫 번째 안테나에 대응하는 선형 증폭기는 처음에 전 방향에 빔을 형성하기 위해 20W를 소모하다가 점점 그 소모량이 줄어들어 정상상태에서는 (20/N)W를 소모하게 된다. 그리고 나머지 안테나에 대응하는 선형 증폭기들은 처음에는 오프된 상태에서 점점 그 소모량이 증가하여 정상상태에서는 (20/N)W를 소모하게 된다.

따라서 정상상태에서의 전체 소모량은 스마트 안테나를 사용하지 않는 시스템과 동일하다.

이상에서 상술한 본 발명 "스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법"에 따르면, 기지국의 용량을 증가시켜도 기지국의 부피 및 소모전력을 일정하게 유지시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법에 있어서,

   이동국 탐색 시작시 배열 안테나중 첫 번째 안테나에서만 전 방향으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하는 단계와;

   상기 첫 번째 안테나에 대응하는 증폭기만 최대 용량으로 구동시키고, 상기 첫 번째 안테나를 통해 전 방향 빔을 형성시키는 단계와;

   상기 빔 형성후 역방향 신호를 수신하고, 그 수신된 신호를 분석하여 이동국이 탐색되는지를 확인하는 단계와;

   상기 확인 결과 이동국이 탐색되면 모든 배열 안테나의 조합으로 빔을 형성하도록 가중치를 산출하는 단계와;

   상기 모든 배열 안테나에 대응하는 증폭기들의 용량을 산출하고, 그 산출한 용량에 의거 상기 증폭기들의 구동을 제어하는 단계와;

   상기 탐색된 이동국 방향으로 상기 모든 배열 안테나의 조합을 통해 빔을 형성시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스마트 안테나를 적용한 이동통신 시스템의 빔형성 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 모든 배열 안테나에 대응하는 증폭기들의 용량 산출은, (20/N)에 의거 산출하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나를 적용한 이동통신시스템의 빔형성 제어방법.

   상기에서 N은 배열 안테나 개수를 나타낸다.