KR20020086266A - 지향성 제어 장치 - Google Patents

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닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

지향성 제어 장치에서는, 수신 유닛이 복수의 무선 단말로부터 신호를 수신한다. 송신 유닛은 무선 단말로 신호를 송신한다. 방향 결정 유닛은 수신 유닛에 의해 수신된 신호에 기초하여 송신 유닛으로부터 본 무선 단말의 방향을 결정한다. 그룹 선택 유닛은 임계값을 이용하여, 타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하는 무선 단말의 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도를 분포시킴으로써, 무선 단말을 2개의 그룹으로 분류한다. 그 후, 그룹 선택 유닛은 무선 단말의 총수보다 적은 그룹을 선택한다. 지향성 패턴 제어 유닛은 방향 결정 유닛에 의해 결정된 무선 단말의 방향에 기초하여 지향성 패턴을 제어하여, 타겟 송신 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 증가시키고, 타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하고 그룹 선택 유닛에 의해 선택된 그룹에 속하는 다른 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 감소시킨다.

Description

지향성 제어 장치{DIRECTIVITY CONTROL APPARATUS}
본 발명은 무선 기지국 등의 무선국에서 사용되는 적응 안테나의 지향성 제어 장치에 관한 것이다.
휴대 전화 등의 무선 단말과 통신하는 무선 기지국 등의 무선국은 무선파를 방사하기 위한 안테나를 사용한다. 일반적으로, 안테나에 의해 방사된 무선파는 각각의 무선 기지국에 할당된 셀의 범위에 걸쳐서 전파한다. 무선 단말의 방향 이외의 방향으로 무선파를 방사시키는 것은 무선파의 송신시 안테나에 공급된 전력을 소비하는 것으로 된다.
무선파는 일반적으로 무선 단말이 존재하는 방향으로 강하게 방사되고, 무선 단말이 존재하지 않는 방향으로는 약하게 방사된다. 무선파의 지향성을 조정할 수 있는 안테나의 일례로서는, 지향성 제어 장치를 갖는 적응 안테나이다.
종래에는, 무선 기지국 내에 적응 안테나를 설치하고 무선 단말의 이동 위치에 따라서 적응 안테나로부터 송신된 신호의 송신 지향성을 조정하는 기술이 제안되어 있다. 일본국 특허출원 공개 제11-298400호(인용 1)에서는, 미리 정해진 신호를 무선 단말로 송신하면서 무선파의 지향성을 무선 기지국에서 변경하고 있다. 무선 단말에 의해 수신된 미리 정해진 신호의 수신 전력이 가장 강한 지향성이 송신 지향성으로서 사용된다. 또한, 일본국 특허출원 공개 제09-200115호(인용 2)에도 이와 유사한 구성이 설명되어 있다.
일본국 특허출원 공개 제10-070502호(인용 3)에서는, 무선 기지국에 도달되는 수신 신호의 도달 방향을 계산에 의해 추정하고 있다. 송신 지향성은 추정된 방향으로 송신 신호를 강하게 방사하도록 제어된다.
복수의 무선 단말이 무선 기지국의 셀 내에 존재할 때, 무선 기지국은 무선 단말로 무선파를 동시에 방사한다. 특히 동일 또는 이웃하는 주파수의 신호에 의해 통신을 행하는 복수의 무선 단말이 있는 경우, 방사된 무선파가 서로 간섭하여, 적절한 통신을 보증할 수 없게 된다. 무선파 간의 간섭을 억제하는 기술로서, 적응 안테나가 또한 큰 주목을 받고 있다.
적응 안테나를 사용하는 무선 기지국은 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자에 대한 출력을 각각 유일하게 웨이팅(weighting)하고, 송신 지향성을 조정하기 위한 송신 지향성 제어 장치를 포함한다. 무선 단말의 송신 지향성 패턴을 생성하기 위해서, 무선파가 무선 단말에 가장 강하게 도달하는 방향으로 메인 빔이 향하게 된다. 또한, 무선파가 다른 무선 단말에 약하게 도달하는 방향으로 널(null)이 향하게 된다. 송신 지향성 패턴의 빔 및 널은 각각의 안테나 소자에 대한 출력의웨이팅 계수를 표현하는 안테나 웨이트를 조정함으로써 원하는 방향으로 향하게 될 수 있다. 원하는 송신 지향성 패턴은 각각의 무선 단말마다 생성된다. 무선파가 송신시 동시에 방사된 경우에도 이는 각각의 송신 지향성 패턴의 널이 향하게 되는 정도만큼 다른 무선 단말로 전파하는 무선파와의 간섭을 억제할 수 있다.
도 18은 적응 안테나를 사용하는 무선 기지국 내의 종래의 송신 지향성 제어 장치를 나타낸다. 종래 기술에서는, CDMA(Code Division Multiple Access)를 이용하여 동일한 주파수 대역 내에서 동일한 시간 간격으로 제1 내지 제M 무선 단말(도시하지 않음)에 채널이 할당된다. 도 17에서, 송신 지향성 제어 장치(11)는 동일한 간격으로 일정하게 정렬되고 무선파를 송수신하는 제1 내지 제N 안테나 소자(121내지 12N)를 포함한다. 안테나 소자(121내지 12N)는 무선파의 수신 및 송신 신호를 디멀티플렉싱하기 위한 제1 내지 제N 송수신 디멀티플렉싱 회로(131내지 13N)에 각각 접속된다. 송수신 디멀티플렉싱 회로(131내지 13N)는 수신 신호를 수신하기 위한 수신 유닛(14), 및 송신 신호를 송신하기 위한 송신 유닛(15)에 접속된다.
수신 유닛(14)은 송수신 디멀티플렉싱 회로(131내지 13N)로부터 출력된 수신 신호를 증폭하고 검출하기 위한 제1 내지 제N 수신기(161내지 16N), 및 증폭 및 검출된 수신 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제1 내지 제N A/D(analog-to-digital) 변환기(171내지 17N)로 구성된다. 송신 유닛(15)은 송신 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 제1 내지 제N D/A(digital-to-analog) 변환기(181내지18N), 및 아날로그 신호로 변환된 송신 신호를 변조 및 증폭하고, 변조 및 증폭된 신호를 송수신 디멀티플렉싱 회로(131내지 13N)로 출력하기 위한 제1 내지 제N 송신기(191내지 19N)로 구성된다. 수신 유닛(14) 및 송신 유닛(15)은 무선 기지국에 의해 각각의 제1 내지 제M 무선 단말에 할당된 송신 지향성을 생성하기 위한 제1 내지 제M 송신 지향성 생성 유닛(201내지 20M)에 접속된다.
제1 송신 지향성 생성 유닛(201)은 A/D 변환기(171내지 17N)에 의해 디지털 신호로 변환된 수신 신호를 수신하여 수신 지향성 패턴을 생성하기 위한 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)을 갖는다. 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)은 수신 지향성 패턴의 생성시에 계산된 각 안테나 웨이트가 송신 지향성 패턴을 생성하기 위해 사용된 때에 각종의 에러를 정정하기 위한 안테나 웨이트 정정 유닛(221)에 접속된다. 안테나 웨이트 정정 유닛(221)의 출력은 각종의 에러를 정정하여 얻어진 각 안테나 웨이트를 수신하여 송신 지향성 패턴을 생성하기 위한 송신 지향성 패턴 제어 유닛(231)에 접속된다. 송신 지향성 패턴 제어 유닛(231)의 출력은 송신 지향성 패턴의 생성시에 계산된 안테나 웨이트에 의해 웨이팅된 송신 신호를 수신하기 위한 D/A 변환기(181내지 18N)에 접속된다.
제1 송신 지향성 생성 유닛(201)과 마찬가지로, 제2 내지 제M 송신 지향성생성 유닛(202내지 20M)은 수신 지향성 패턴 제어 유닛(212내지 21M), 안테나 웨이트 정정 유닛(222내지 22M), 및 송신 지향성 패턴 제어 유닛(232내지 23M)을 포함한다. 송신 지향성 제어 장치와 동일한 구성이 일본국 특허출원 공개 제2000-209017호(인용 4)에도 설명되어 있다. 송신 지향성 생성 유닛(201내지 20M)의 동작은 동일하므로, 대표적으로 송신 지향성 생성 유닛(201)의 동작에 대하여 설명한다.
수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)은 제1 내지 제M 무선 단말로부터 무선파를 동시에 수신하는 안테나 소자(121내지 12N)의 수신 신호를 수신한다. 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)은 제1 무선 단말에 승산된 확산 코드를 수신 신호에 승산하는 역확산을 실행하고, 잔류 확산 수신 신호로부터 제1 무선 단말의 수신 신호를 분리한다. 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)은 제1 무선 단말로부터 수신 신호에 대응하는 안테나 웨이트를 계산한다. 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)은 수신 신호에 안테나 웨이트를 웨이팅하여 제1 무선 단말의 수신 지향성 패턴을 생성한다.
안테나 웨이트 정정 유닛(221)은 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211)에 의해 계산된 각각의 안테나 웨이트를 수신한다. 수신 및 송신 신호의 주파수가 서로 다른 경우, 안테나 웨이트 정정 유닛(221)은 수신 신호와 송신 신호 간의 주파수차에 기인한 안테나 웨이트 에러를 정정한다. 동시에. 안테나 웨이트 정정 유닛(221)은 수신 유닛(14) 및 송신 유닛(15)에서 발생된 진폭 및 위상 편차에 기인한 각 안테나 웨이트 에러를 정정한다.
송신 지향성 패턴 제어 유닛(231)은 각각의 정정된 안테나 웨이트를 송신 신호 생성 유닛(도시하지 않음)으로부터의 송신 신호(241)에 웨이팅한다. 송신 지향성 패턴 제어 유닛(231)은 송신 신호에 확산 코드를 승산하는 확산을 행한다. 확산 송신 신호는 D/A 변환기(181내지 18N)에 입력된다.
송신 지향성 제어 장치(11)에 의해 생성된 송신 지향성 패턴은 수신 지향성 패턴의 생성시에 계산된 각 안테나 웨이트와 실질적으로 동일한 안테나 웨이트를 사용하여 생성된다. 송신 지향성 패턴은 수신 지향성 패턴과 실질적으로 동일하다. 예를 들면, 수신 지향성 패턴 제어 유닛(211내지 21M)이 각 안테나 웨이트를 계산하는 방법으로서 MMSE(Minimum Mean Square Error) 적응 제어를 수행할 때, 송신 전력이 큰 신호 방향으로 널을 향하게 하는 각 안테나 웨이트가 생성된다. 송신 지향성 제어 장치(11)에서 생성된 송신 지향성 패턴은 수신 전력이 큰 신호의 방향으로 널을 향하게 한다. 다른 무선 단말로부터의 무선파와의 간섭이 널이 향하는 방향으로는 작기 때문에, 이 방향으로 무선 단말의 송신 전력을 감소시킬 필요가 있다. 그 결과, 다른 무선 단말과의 간섭이 감소될 수 있다.
최근, 휴대 전화 등의 무선 단말로부터 인터넷 상의 화상 데이터 등의 다양한 데이터를 다운로딩하여 얻어진 다양한 콘텐츠의 사용이 증가되고 있다. 이 데이터 통신에서는, 다운링크 신호가 업링크 신호보다도 데이터 용량이 큰 경향이 있고, 보다 높은 데이터 전송 속도가 점점 요구되고 있다. 일반적으로, 무선파의 송신 전력은 데이터 전송 속도가 높을수록 크게 된다. 업링크 및 다운링크 신호의 데이터 전송 속도가 다르면, 업링크 및 다운링크 신호의 전력 분포도 또한 다르다.
종래의 무선 기지국은 업링크 및 다운링크 신호의 전송 속도가 동일하다는 가정 하에서 송신 지향성 패턴으로서 업링크 신호의 전력 분포를 위해 최적화된 수신 지향성 패턴을 사용한다. 따라서, 적응 안테나 효과는 간섭의 억제를 완전히 향상시킬 수 없다.
이 문제를 해결하기 위해서, 널이 향하는 방향을 다운링크의 전력 분포에 대응하는 기술이 제안되어 있다. 일본국 특허출원 공개 제2000-224097호(인용 5)에서는, 다운링크 신호의 송신 전력이 큰 방향으로 널을 향하게 한다. 이는 이 방향의 무선 단말로의 필요한 송신 전력을 저감하고, 다른 다운링크 신호의 송신 전력이 작은 방향으로의 간섭을 감소시킨다.
송신 지향성 제어 장치에 의해 조정될 수 있는 널의 수는 안테나 소자의 수에 의해 제한된다. 메인 빔이 향하는 무선 단말 이외에 복수의 무선 단말이 존재하는 경우, 잔류하는 모든 무선 단말의 방향에 대하여 널을 향하게 할 수 없다. 몇몇의 경우, 널의 수는 데이터 통신을 필요로 하는 무선 단말의 증가에 기인하여 제한된 널의 수를 초과한다. 이 경우, 다운링크 신호 송신 전력이 큰 무선 단말로널을 향하게 할 수 없다. 이 경우, 널이 향하지 않는 방향의 무선 단말로의 큰 송신 전력을 저감할 수 없다. 송신 전력이 작은 다른 무선 단말로의 무선 간섭이 억제될 수 없다.
이상 메인 빔과 널 간의 관계에 대하여 설명했다. 다른 무선 단말에서도 마찬가지의 문제가 발생한다. 타겟 송신 무선 단말에 대하여 무선 강도를 증가시키고 다른 타임 오버래핑 무선 단말에 대하여 무선 강도를 감소시키도록 지향성 패턴을 조정했을 때, 복수의 무선 단말은 선택해야 할 다른 무선 단말로서 선택될 수 없다.
본 발명의 목적은, 지향성 패턴을 조정할 때에 복수의 타임 오버래핑 무선 단말에 대하여 무선 강도를 선택적으로 감소시키도록 지향성 패턴을 조정할 수 있는 지향성 제어 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CDMA를 이용하는 무선 기지국의 송신 지향성 제어 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 도 1에 나타낸 데이터베이스에서의 데이터 처리를 나타낸 플로우 차트.
도 3은 도 1에 나타낸 데이터베이스에서 처리되는 유저 분포표의 일례를 나타낸 표.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 나타낸 유저 분포표를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 일례를 나타낸 표.
도 5는 도 1에 나타낸 송신 지향성 패턴 제어 유닛에서의 안테나 웨이트 산출 처리를 나타낸 플로우 차트.
도 6은 도 1에 나타낸 송신 지향성 패턴 제어 유닛에서 발생된 하나의 유저의 송신 지향성 패턴을 나타낸 도면.
도 7은 도 1에 나타낸 송신지향성 패턴 제어 유닛에서 발생된 복수의 유저의 송신 지향성 패턴을 나타낸 도면.
도 8은 제1 실시예의 변형예에 따른 데이터베이스에서 처리되는 유저 분포표의 일례를 나타낸 표.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 나타낸 유저 분포표를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 일례를 나타낸 표.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CDMA를 이용하는 무선 기지국의 송신 지향성 제어 장치를 나파낸 블럭도.
도 11은 도 10에 나타낸 데이터베이스에서의 데이터 처리를 나타낸 플로우 차트.
도 12는 제2 실시예의 데이터베이스에서 처리되는 유저 분포표의 일례를 나타낸 표.
도 13a 및 도 13b는 도 12에 나타낸 유저 분포표를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 일례를 나타낸 표.
도 14는 제2 실시예의 변형예에 따른 데이터베이스에서 처리되는 유저 분포표의 일례를 나타낸 표.
도 15a 및 도 15b는 도 14에 나타낸 유저 분포표를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 이례를 나타낸 표.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 TDMA/FDMA를 이용하는 무선 기지국의 송신 지향성 제어 장치를 나파낸 블럭도.
도 17a는도 1에 나타낸 데이터베이스를 구성하는 쳬ㅕ를 나타낸 기능 블럭도.
도 17b는 도 1에 나타낸 송신 지향성 패턴 제어 유닛을 구성하는 DSP를 나타낸 기능 블럭도.
도 18은 적응 안테나를 사용하는 무선 기지국의 종래의 송신 지향성 제어 장치를 나타낸 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 송신 지향성 제어 장치
1021∼102N: 안테나 소자
1031∼103N: 송수신 디멀티플렉싱 회로
104 : 수신 유닛
105 : 송신 유닛
1061∼106N: 수신기
1071∼107N: A/D 변환기
1081∼108N: D/A 변환기
1091∼109N: 송신기
1101∼110M: 송신 지향성 생성 유닛
1111∼111M: 도달 방향 추정 유닛
1121∼112M: 송신 지향성 패턴 제어 유닛
113, 405, 505 : 데이터베이스
114 : 채널 제어 유닛
1151∼115N: 수신 신호
1161∼116M: 데이터
118 : 널 생성 방향 후보
1191∼119M: 송신 신호
4031∼403M: 도달 방향 추정 및 송신 전력 제어 유닛
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 복수의 무선 단말로부터 신호를 수신하기 위한 수신 수단, 신호를 무선 단말로 송신하기 위한 송신 수단, 수신 수단에 의해 수신된 신호에 기초하여 송신 수단으로부터 본 무선 단말의 방향을 결정하기 위한 방향 결정 수단, 임계값을 이용하여, 타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하는 무선 단말의 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도를 분포시키고, 무선 단말을 2개의 그룹으로 분류하여, 무선 단말의 총수가 적은 그룹을 선택하기 위한 그룹 선택 수단, 및 타겟 송신 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 증가시키고, 타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하고 그룹 선택 수단에 의해 선택된그룹에 속하는 다른 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 감소시키도록 방향 결정 수단에 의해 결정된 무선 단말의 방향에 기초하여 지향성 패턴을 제어하기 위한 지향성 패턴 제어 수단을 포함하는 지향성 제어 장치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CDMA를 이용하는 무선 기지국의 송신 지향성 제어 장치를 나타낸다. 도 1에서, 송신 지향성 제어 장치(101)는 동일한 간격으로 일정하게 정렬되고 무선파를 송수신하는 제1 내지 제N 안테나 소자(1021∼102N)를 포함한다. 안테나 소자(1021∼102N)는 무선파의 수신 및 송신 신호를 디멀티플렉싱하기 위한 제1 내지 제N 송수신 디멀티플렉싱 회로(1031∼103N)에 각각 접속된다. 송수신 디멀티플렉싱 회로(1031∼103N)는 수신 신호를 수신하기 위한 수신 유닛(104), 및 송신 신호를 송신하기 위한 송신 유닛(105)에 접속된다.
수신 유닛(104)은 송수신 디멀티플렉싱 회로(1031∼103N)로부터 출력된 수신 신호를 증폭 및 검출하기 위한 제1 내지 제N 수신기(1061∼106N), 및 중폭 및 검출된 수신 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제1 내지 제N A/D 변환기(1071∼107N)로 구성된다. 송신 유닛(105)은 송신 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 제1 내지 제N D/A 변환기(1081∼108N), 및 아날로그 신호로 변환된 송신 신호를 변조 및 증폭하고, 변조 및 증폭된 신호를 송수신 디멀티플렉싱 회로(1031∼103N)로 출력하기 위한 제1 내지 제N 송신기(1091∼109N)로 구성된다. 수신 유닛(104) 및 송신 유닛(105)은 무선 기지국의 셀 내의 M개의 무선 단말(이하, 유저라 칭함)에 할당된 송신 지향성을 생성하기 위한 제1 내지 제M 송신 지향성 생성 유닛(1101∼110M)에 접속된다.
제1 송신 지향성 생성 유닛(1101)은 A/D 변환기(1071∼107N)로부터 수신신호를 수신하여 제1 유저로부터의 무선파의 도달 방향을 추정하기 위한 도달 방향 추정 유닛(1111), 및 제1 유저의 송신 지햐성 패턴을 제어하기 위한 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)으로 이루어진다. 도달 방향 추정 유닛(1111)의 출력은 송신 지향성 제어 유닛(1121) 및 제1 내지 제M 유저의 무선파의 도달 방향 등의 데이터를 저장하는 자기 디스크 등의 데이터베이스(113)에 접속된다.
송신 지향성 생성 유닛(1101)과 마찬가지로, 제2 내지 제M 송신 지향성 생성 유닛(1102∼110M)은 A/D 변환기(1071∼107N)로부터 수신 신호를 수신하여 제2 내지 제M 유저로부터의 무선파의 도달 방향을 추정하기 위한 제2 내지 제M 도달 방향 추정 유닛(1112∼111M), 및 제2 내지 제M 유저의 송신 지향성 패턴을 제어하기 위한 제2 내지 제M 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1122∼112M)으로 구성된다. 데이터베이스(113)은 채널을 유저에 할당하기 위한 채널 제어 유닛(114), 및 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121∼112M)에 접속된다.
이러한 구성을 갖는 송신 지향성 제어 장치(101)의 동작에 대하여 설명한다.
안테나 소자(1021∼102N)에 의해 수신된 수신 신호는 송수신 디멀티플렉싱 회로(1031∼103N)를 통하여 수신 유닛(104)에 입력된다. 수신 유닛(104)에서는, 수신 신호가 수신기(1061∼106N)에 의해 증폭 및 검출되고, A/D 변환기(1071∼107N)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호로 변환된 각각의 제1 내지 제N 수신 신호 (1151∼115N)가 채널 제어 유닛(114)에 의해 할당된 유저의 수 M만큼 분기되어, 도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)에 입력된다.
도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)은 CPU(Central Processing Unit), 제어 프로그램을 저장하는 ROM(Read Only Memory) 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM(random Access Memory)을 각각 갖는 DSP(Digital Signal Processor)로 형성된다. CPU는 ROM에 저장된 프로그램에 따라 다양한 제어 동작을 수행한다.
도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)은 수신 신호(1151∼115N)로부터 제1 유저의 수신 신호를 분리하도록 역확산을 실행한다. 역확산 수신 신호는 신호의 유저를 식별하기 위해서 고유 식별 번호가 할당되어 있다. 식별 번호는 통신 개시시 채널 제어 유닛(114)에 의해 채널이 할당된 제1 내지 제M 유저에 대하여 송신 지향성 제어 장치(101)에 의해 편리하게 할당된다. 식별 번호가 할당된 수신 신호에 대해서, 도달 방향 추정 유닛(1111)이 신호가 오는 방향을 추정한다.
도달 방향을 추정함에 있어서, 도달 방향 추정 유닛(1111)은 수신 지향성 패턴의 빔을 스캐닝하여 수신 전력이 최대로 되는 방향을 검출하는 종래의 빔 포머법(beam former method)을 채용한다. 도달 방향 추정 유닛(1111)에 의해 추정된 도달 방향 θ1을 나타내는 제1 데이터(1161) 및 설정된 유저 식별 번호 U1이 데이터베이스(113)에 저장됨과 동시에, 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)에 입력된다.
송신 지향성 제어 장치(101)의 무선 기지국의 셀 내에 M개의 유저가 존재하는 경우, M개의 도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)은 동일한 처리를 수행하도록 동작한다. 도달 방향 추정 방법으로서, MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 등의 많이 알려진 도달 방향 추정 방법을 사용할 수 있다.
채널 제어 유닛(114)은 각 유저 마다 요구되는 다운링크 전송 속도에 따라서 다운링크 채널을 제1 내지 제M 유저에 할당한다. 채널 제어 유닛(114)은 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM으로 구성되어, 저장된 프로그램법에 의해 미리 정해진 채널 제어를 실행한다.
다운링크 채널에서는, 각 유저에 송신된 신호의 데이터 용량에 따라서 송신 가능한 데이터 전송 속도를 미리 결정한다. 즉, 유저가 통신을 개시하면, 데이터 용량을 무선 기지국 내에 저장될 수 있는 채널 용량으로 조정하도록 데이터 전송 속도에 기초하여 다운링크 채널을 유저에 할당한다. 채널을 할당함에 있어서, 각 유저마다 요구되는 데이터 전송 속도가 설정된다. 데이터 전송 속도 R1∼RM및 채널 제어 유닛(114)에 의해 할당된 제1 내지 제M 유저의 다운링크 채널의 유저 식별 번호 U1∼UM를 나타내는 데이터(117)가 데이터베이스(113) 내에 저장된다.
도 2는 데이터베이스(113) 내의 데이터 처리 흐름을 나타낸다. 데이터베이스(113)는 CPU(201), 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM으로 이루어진다. 데이터베이스(113)는 저장된 프로그램법에 의해 미리 정해진 제어를 수행한다. 데이터베이스(113)는 도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)에 의해 추정되며 제1 내지 제M 유저에 대응하는 도달 방향 θ1∼θM, 및 유저 식별 번호 U1∼UM를 나타내는 데이터를 저장한다. 또한, 데이터베이스(113)는 채널 제어 유닛(114)에 의해 할당된 제1 내지 제M 유저의 다운링크 채널 상의 데이터 속도 R1∼RM, 및 유저 식별 번호 U1∼UM를 나타내는 데이터도 저장한다. 이들 데이터로부터 유저 분포표를 생성한다(단계 S101).
도 3은 데이터베이스에 의해 처리되는 데이터표의 일례를 나타낸다. 도 3에서, 각각의 도달 방향마다의 유저가 요구하는 다운링크 데이터 전송 속도의 분포가 표 형태로 유저 분포표(201)로서 저장된다. 유저 분포표(201)에서 "유저 No."는 도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)에 의해 할당된 유저 식별 번호 U1∼UM를 나타낸다. 제2 항목의 "다운링크 데이터 속도"는 채널 제어 유닛(114)에 의해 할당된 다운링크 송신 신호의 데이터 전송 속도를 나타낸다. 제1 실시예에서, RHi은 고속의 데이터 전송 속도를, RMi는 중속의 데이터 전송 속도를, RLo는 저속의 데이터 전송 속도를 나타낸다. 제3 항목의 "ARRIVAL DIRECTION"은 도달 방향 추정 유닛(1111∼111M)에 의해 추정된 수신 신호 도달 방향을 나타낸다.
도 2를 다시 참조하면, 유저 분포표(201)의 데이터 속도 R1∼RM으로부터 다운링크 채널의 데이터 전송 속도의 평균을 계산한다(단계 S102). 계산된 평균을 계수에 곱하여, 임계값으로서 설정한다(단계 S103). 이 계수는 유저의 수 및 유저 분포 등의 사용 환경 조건에 따라서 최적의 인덱스로서 미리 설정된 임의의 계수이다. 제1 실시예에서, 임계값은 모든 유저의 데이터 전송 속도의 평균을 기준으로 사용하여 기지국의 평균 유저 분포에 대하여 실험적으로 결정된다. 최초에, 평균을 초기값으로서 설정하고, 섭동(perturbation)을 행하여 평균 기지국의 총 송신 전력을 최소화하도록 임계값을 결정한다. 기지국의 총 송신 전력을 매일 관찰한다.
이 임계값을 사용하여, 유저 분포표(201)를 2개의 표인 표 A 및 표 B로 분할한다(단계 S104). 단계 S102에서의 평균 대신에 모드를 계산하고, 단계 S103에서 계산된 모드를 계수에 곱하여 임계값을 구할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 유저 분포표를 표 A 및 표 B로 분할했을 때의 일례를 나타낸다. 표 A 및 표 B는 데이터 전송 속도 RH1과 RM1간의 값을 임계값으로서 사용하여 구해진다. 도 4a에 나타낸 표 A(202)에서, "No."는 편의상 할당된 번호를 나타낸다. "다운링크 데이터 속도"는 임계값보다 낮은 데이터 전송 속도 RMi및 RLo를 나타낸다. 도 3의 표와 마찬가지로, "도달 방향"은 추정된 수신 신호 도달 방향을나타낸다. 도 4b에 나타낸 표 B(203)는 "다운링크 데이터 속도"가 임계값보다 높은 데이터 전송 속도 RHi를 나타내는 것을 제외하고는 표 A(202)와 동일하다.
도 2를 다시 참조하면, 표 A(202)에 속하는 유저의 수 MA와 표 B(203)에 속하는 유저의 수 MB를 구하고(단계 S105), 유저의 수 MA와 유저의 수 MB를 비교한다(단계 S106). 유저의 수 MA가 유저의 수 MB보다 적은 경우, 유저의 수 MA를 나타내는 표 A(202)에 포함된 도달 방향을 널 생성 방향 후보로서 설정한다(단계 S107). 유저의 수 MA가 유저의 수 MB보다 많은 경우, 유저의 수 MB를 나타내는 표 B에 포함된 도달 방향을 널 생성 방향 후보로서 설정한다(단계 S108).
이와 같이, 제1 내지 제M 유저의 다운링크 데이터 전송 속도 분포 중에서 저밀도 분포에 속하는 데이터 전송 속도로 다운링크 송신 신호를 요구한 유저의 방향을 널 생성 방향으로서 정의한다. 임계값의 계수는 유저의 수 MA와 유저의 수 MB가 서로 동일하게 되는 것을 방지한다. 처리 후, 데이터베이스(113)로부터의 널 생성 방향 후보(118)(도 1)는 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121∼112M)으로 출력된다.
도 17a는 CPU(201)의 기능 블럭을 나타낸다. 도 17a에서, CPU(201)는, 단계 S101에서 처리를 행하는 분포표 생성 유닛(201a), 단계 S102 내지 단계 S104에서 처리를 행하는 표 분할 유닛(201b), 단계 S105 및 단계 S106에서 처리를 행하는 비교 유닛(201c), 및 단계 S107 및 단계 S108에서 처리를 행하는 널 생성 방향 결정 유닛(201d) 등의 기능 블럭을 포함한다. 데이터베이스 제어를 실행하는 CPU(201)는 데이터베이스(113) 내에 설치되지만, 데이터베이스(113) 외측에 배치될 수도 있다.
각각의 송신 지향상 패턴 제어 유닛(1121∼112M)은 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM을 갖는 DSP(202)로 형성된다. 송신 지향상 패턴 제어 유닛(1121∼112M)의 동작은 동일하므로, 송신 지향상 패턴 제어 유닛(1121)의 동작에 대해서만 설명한다.
송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)은 제1 유저의 도달 방향을 나타내는 데이터(1161)와 데이터베이스(113)로부터 출력된 널 생성 방향 후보(118)에 기초하여 제1 유저의 송신 지향성 패턴을 생성하기 위한 각 안테나 웨이트를 계산한다.
도 5는 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)의 안테나 웨이트를 계산하는 처리 흐름을 나타낸다. 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)은 도달 방향 추정 유닛(1111)에 의해 추정된 도달 방향 θ1의 입력에 기초하여 보호 영역 H를 계산한다(단계 S111):
[식 1]
H = θ1± Δθ/2
식 1에서의 Δθ는 다음의 식 2로 주어진다:
[식 2]
Δθ = k·θBW
식 2에서의 수치 θBW는 무선 기지국의 적응 안테나의 전력 반치각이다. 계수 k는 일반적으로 "2"부터 "3"까지의 값이지만, 장치의 특성에 따라 다양한 값을 취할 수 있다.
보호 영역 H를 설정한 후, 클럭을 계수하는 카운터(도시하지 않음)의 클럭 카운트C가 수치 "0"으로 리셋된다(단계 S112). 단계 S107 및 단계 S108에서 선택된 널 생성 방향 후보로부터 무작위로 하나의 도달 방향을 선택한다(단계 S113). 선택된 도달 방향이 보호 영역 H의 외측 또는 내측에 위치하는 각도인지를 판단한다(단계 S114). 도달 방향이 보호 영역 H의 외측에 있는 경우, 선택된 도달 방향을 저장한다(단계 S115). 도달 방향이 보호 영역 H 내에 있는 경우, 단계 S113 및 단계 S114의 처리를 반복한다.
단계 S115에서 도달 방향을 보존한 후, 카운터의 클럭 카운트 "C"를 증분시키고(단계 S116), 클럭 카운트 "C"가 프리셋 값 L에 도달했는지를 판단한다(단계 S117). 단계 S117에서 YES이면, L개의 선택된 도달 방향으로 널을 갖고 제1 유저의 도달 방향으로 메인 빔을 생성시키는 안테나 웨이트를 계산한다(단계 S118). 단계 S117에서 NO이면, 단계 S113 내지 단계 S117의 처리를 반복한다.
도 17b는 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)의 DSP(CPU)(202)의 기능 블럭을 나타낸다. 도 17b에서, DSP(202)는 단계 S111의 처리를 행하는 보호 영역 설정 유닛(202a), 단계 S113 내지 단계 S117의 처리를 행하는 단말 선택 유닛(202b), 및단계 S118의 처리를 행하는 웨이트 계산 유닛(202c) 등의 기능 블럭을 갖는다.
프리셋 값 L에 대하여 설명한다. 적응 안테나에서, 자유롭게 조절 가능한 널 방향에는 소정의 제약이 있다. 이는 안테나의 자유도라 불린다. 안테나 소자의 수를 N(N은 양의 정수)이라고 하면, 안테나의 자유도는 식 3으로 주어진다.
[식 3]
안테나의 자유도 = N-1
메인 빔 생성 방향을 조정하면, 안테나의 자유도는 "1"만큼 감분되어, 식 4로 주어진다.
[식 4]
안테나의 자유도 = N-2
식 3 및 식 4에 나타낸 바와 같이, 널이 자유롭게 제어될 수 있는 방향은 소정의 제약이 있다. 프리셋 값 L의 최대값은 식 4로 주어진 안테나의 자우도이다.
보호 영역 H 내에 있는 도달 방향은 식 1로 주어진 보호 영역 H에 기초하여 널 생성 방향으로서 선택되지 않는다. 즉, 제1 유저의 보호 영역 H 내에 존재하는 유저에게는 널이 생성되지 않는다. 이 경우, 제1 유저의 방향을 포함하는 미리 정해진 각도 내에서 널이 생성되지 않는다. 제1 유저의 송신 지향성 패턴의 메인 빔의 안테나 이득의 감소가 저감될 수 있고, 송신 전력의 증가가 방지될 수 있다. 따라서, 송신 전력의 증가에 기인한 다른 유저와의 간섭이 저감될 수 있다.
도 6은 송신 지향성 패턴 제어 유닛에 의해 생성된 제1 유저의 송신 지향성패턴을 나타낸다. 도 6에서, θ1은 무선 기지국의 셀 내의 복수의 유저 중에서 제1 유저(301)가 존재하는 방향을 나타내고, θ2내지 θ5는 널 생성 방향 후보로서 선택되고 제2 내지 제5 유저(302∼305)가 존재하는 방향을 나타내며, θ6내지 θ9는 널 생성 방향으로서 선택되지 않고 제6 내지 제9 유저(306∼309)가 존재하는 방향을 나타낸다.
도 6에서, 보호 영역 H 내에 있는 모든 널 생성 방향 후보는 널 생성 방향 후보로서 선택되지 않는다. 보호 영역 H 내에 있는 유저 방향이 널 생성 방향 후보로서 선택되지 않기 때문에, 메인 빔의 안테나 이득의 감소가 저감될 수 있다. 메인 빔을 도달 방향 θ1로 향하게 하고 널을 각도 θ2, θ3, …, θ5로 향하게 하는 제1 유저의 송신 지향성 패턴을 생성하도록 안테나 웨이트를 구한다.
도 1을 다시 참조하면, 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)에 의해 각 안테나 웨이트를 계산하기 위해서는, 종래의 안테나 웨이트 계산법인 신호 처리에 의해 희망파/간섭파 분포를 시뮬레이팅하고, 시뮬레이션 신호에 MMSE 알고리즘을 적용한다. 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)에서, 송신 신호 생성 유닛(도시하지 않음)로부터의 송신 신호(1191)를 각 계산된 안테나 웨이트로 웨이팅하여, 제1 유저의 송신 지향성 패턴을 생성한다. 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121)에 의해 웨이팅된 송신 신호는 채널 제어 유닛(114)에 의해 할당된 채널의 확산 코드와 곱해지는 확산을 행한다. 생성된 신호가 송신 신호(1201∼120N)로서 D/A 변환기(1081∼108N)에 입력된다.
송신 지향성 제어 장치(101)의 무선 기지국의 셀 내에 M개의 유저가 존재하는 경우 M개의 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121∼112M)에 의해 동일한 처리가 행해진다.
도 7은 복수의 유저에 대응하는 송신 지향성 패턴 제어 유닛에 의해 생성된 송신 지향성 패턴을 나타낸다. 도 7은 무선 기지국의 셀 내에 존재하는 복수의 유저 중에서 유저(310A 및 310B)의 2개의 송신 지향성 패턴을 나타낸다. θA 및 θB는 널 생성 방향 후보로서 선택된 유저(311A 및 311B)의 방향을 나타내고, θN은 널 생성 방향으로서 선택되지 않은 유저(311N)의 방향을 나타낸다. 유저(310A)의 송신 지향성 패턴은 메인 빔을 유저(310A)를 향하게 하여 생성된 지향성 패턴(312A)이다. 이 때, 도 5의 단계 S113에서, 유저(310A)에 대하여 무작위로 널 생성 방향을 선택한다. 선택된 널 생성 방향 후보로부터 무작위로 선택된 방향 θA에 존재하는 유저(311A)에 대하여 널이 생성된다.
마찬가지로, 유저(310B)의 송신 지향성 패턴이 메인 빔을 유저(310B)를 향하게 하여 생성된 지향성 패턴(312B)이다. 선택된 널 생성 방향 후보로부터 무작위로 선택된 방향 θB에 존재하는 유저(311B)에 널이 생성된다.
널이 향하는 방향의 상황을 설명하기 위해서, 유저의 도달 방향 중 널 θA3의 방향에 대하여 설명한다. 널이 생성되는 방향 θA3은 유저(310A)에 대하여 송신지향성 패턴을 생성함에 있어서 널 생성 방향 후보로부터 선택된 유저(311A3)의 방향이다. 널 θA3은 유저(310B)가 널 생성 방향으로서 선택되지 않기 때문에 유저(310B)에 대하여 널이 생성되는 것을 방지한다. 다수의 유저가 존재하는 경우에도, 이 처리는 모든 유저에 대하여 수행된다. 모든 유저의 송신 지향성 패턴에 의해 널을 유저(311A3)의 방향 θA3으로 형하게 할 가능성이 감소된다. 그러나, 널 생성 방향 후보로서 선택된 일부 유저는 널을 방향 θA3로 향하게 한다.
상술한 바와 같이, 자유롭게 조절 가능한 널 방향에는 소정의 제약이 있다. 제1 실시예에서, 널 생성 방향은 자유도의 제약 하에서 널 생성 방향 후보로부터 무작위로 선택된다. 무선 기지국에 도달하는 간섭파의 수가 적응 안테나의 자유도를 초과하는 경우에도, 복수의 무선 단말에 대한 송신 지향성 패턴을 생성함으로써 등가적으로 어느 정도의 깊이를 갖는 널이 생성된다. 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 유저(311A3)에 대한 방향이 유저(310B)에 대한 송신 지향성 패턴의 생성시에 널 생성 방향으로서는 선택되지 않지만, 각 유저에 대한 널 생성 방향 후보로서 선택된다. 그 방향이 널 생성 방향 후보로서 선택되어 있는 한, 이 방향은 다른 유저의 송신 지향성 패턴에 대하여 널 생성 방향으로서 선택될 가능성이 높다.그 결과, 다수의 유저와의 간섭이 효율적으로 억제될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 송신 지향성 패턴 제어 유닛(1121∼112M)으로부터 출력된 송신 신호(1201∼120N)가 송신 유닛(105)에 입력된다. D/A 변환기(1081∼108N)에 의해 송신 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 송신기(1091∼109N)에 의해 변조 및 증폭한다. 증폭된 송신 신호를 송수신 디멀티플렉싱 회로(1031∼103N)를 통하여 안테나 소자(1021∼102N)로부터 송신한다.
<제1 실시예의 변형예>
도 8은 데이터베이스의 변형예을 나타낸다. 변형예에 따른 유저 분포표(204)에서, "방향"은 제1 실시예의 송신 지향성 제어 장치(101)에 의해 지향성이 조절될 수 있는 방향을 Q개로 균등 분할한 경우의 각도 범위를 나타낸다.
각도 범위는 다음의 식 5로 정의 된다.
[식 5]
각도 범위 = θ1± Δθ/2
식 5에서의 Δθ는 식 2로 주어진다.
이 변형예에서, 유저 분포표(204)의 항목 "방향" 내의 균등 분할 후의 각도 범위는 식 5에 Δθ를 순차적으로 더하여 계산된 값이다. "다운링크 속도 × 유저수"는 채널 제어 유닛(114)에 의해 할당된 다운링크 송신 신호의 데이터 전송 속도를 각 범위 내에 존재하는 유저마다 더하여 계산된 값이다.
도 9a 및 도 9b는 유저 분포표(204)를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 일례를 나타낸다. 표 A 및 표 B(205 및 206)에서, "방향" 및 "다운링크 데이터 속도 × 유저수"는 도 8의 것과 동일한 항목을 나타낸다. 이 예에서, 임계값은 모든 각도 범위에 대한 데이터 전송 속도의 평균을 기준으로 사용하여 기지국의 평균 유저 분포에 대하여 실험적으로 결정된다. 제1 실시예와 마찬가지로, 우선 평균을 초기값으로서 설정하고, 섭동을 행하여 평균 기지국의 총 송신 전력을 최소화하도록 임계값을 결정한다. 기지국의 총 송신 전력을 매일 관찰한다. 표 A(205)는 Q개로 분할된 각각의 각도 범위 내에 존재하는 유저의 다운링크 데이터 전송 속도의 합계가 임계값보다도 작은 경우를 나타낸다. 이에 반해, 표 B(206)는 Q개로 분할된 각각의 각도 범위 내에 존재하는 유저의 다운링크 데이터 전송 속도의 합게가 임계값보다 큰 경우를 나타낸다.
데이터베이스(113)에서의 처리는 제1 실시예의 것과 동일하고, 송신 지향성 패턴은 제1 실시예의 것과 동일한 동작으로 생성된다. 제1 실시예의 효과 외에, 변형예는 미리 정해진 방향으로 집중된 무선 단말에 대하여 널을 향하게 하기 때문에, 다수의 무선 단말과의 간섭을 효율적으로 억제한다.
<제2 실시예>
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CDMA를 사용하는 무선 기지국의 송신 지향성 제어 장치를 나타낸다. 제2 실시예의 송신 지향성 제어 장치(401)에서, 제1 실시예의 송신 지향성 제어 장치(101)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그들의 동작이 실질적으로 동일하므로, 그의 상세한 설명은 생략한다. 제2 실시예에서는, 제1 실시예에서의 송신 지향성 생성 유닛(1101∼110M) 대신에 송신 지향성 생성 유닛(4021∼402M)으로 대체되어 있다.
송신 지향성 생성 유닛(4021∼402M)은 A/D 변환기(1071∼107N)로부터 수신신호를 수신하고, 제1 내지 제M 유저의 도달 방향을 추정하며, 다운링크 송신 전력을 제어하기 위한 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M), 및 제1 내지 제M 유저의 송신 지향성 패턴을 제어하기 위한 송신 지향성 패턴 제어 유닛(4041∼404M)으로 각각 구성된다. 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)의 출력은 출력 데이터를 저장하는 자기 디스크 등의 데이터베이스(405), 및 송신 지향성 패턴 제어 유닛(4041∼404M)에 접속된다. 데이터베이스(405)는 송신 지향성 패턴 제어 유닛(4041∼404M)에 접속된다.
도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)은 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM을 각각 갖는 DSP로 형성된다.
도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)은 제1 실시예와 마찬가지로, 입력된 수신 신호(1151∼115N)에 대한 역확산을 실행한다. 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)은 수신 신호(1151∼115N)에 식별 번호를 할당하고, 그들의 도달 방향을 추정한다. 다른 수신 신호와 구별되는 수신 신호의 포맷은 다운링크 송신 신호의 송신 전력을 지정한다. 이들 수신 신호에 기초하여, 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)은 유저에 의해 지정된 다운링크 송신 전력을 추출한다.
도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)으로부터 출력된 유저 식별 번호 U1∼UM를 나타내는 데이터(4061∼406M), 도달 방향 θ1∼θM, 및 다운링크 송신 전력 P1∼PM이 데이터베이스(405)에 저장된다.
도 11은 데이터베이스(405)의 데이터 처리 흐름을 나타낸다. 데이터베이스(405)는 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM으로 구성된다. 데이터베이스(405)는 저장된 프로그램법에 의해 미리 정해진 제어를 수행한다. 데이터베이스(405)는 저장된 유저 식별 번호 U1∼UM, 도달 방향 θ1∼θM, 및 다운링크 송신 전력 P1∼PM이 서로 대응하는 유저 분포표를 작성한다(단계 S121).
도 12는 데이터베이스에 의해 처리된 표 구성의 일례를 나타낸다. 제2 실시예에서, 유저의 다운링크 송신 전력의 분포는 유저 분포표(207)로서 표 형식으로 저장된다. 유저 분포표(207)에서, "유저 No."는 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)에 의해 할당된 유저 식별 번호 U1∼UM를 나타낸다. "다운링크 데이터 속도"는 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)에 의해 추출된 다운링크 송신 전력 P1∼PM을 나타낸다. "도달 방향"은 "다운링크 데이터 속도"에서 리스팅되어 있는 다운링크 송신 전력을 요구하는 유저로부터의 수신 신호 도달 방향을 나타낸다.
도 11에서, 유저 분포표(207) 내에 저장된 도달 방향 θ1∼θM, 유저 식별 번호 U1∼UM, 및 다운링크 송신 전력 P1∼PM으로부터 다운링크 채널의 송신 전력의 평균을 계산한다(단계 S122). 계산된 평균을 계수와 곱하여 임계값을 설정한다(단계 S123). 이 계수는 제1 실시예와 마찬가지로 사용 환경에 따라 유연하게 대처하는 임의의 계수이다. 이 임계값을 사용하여, 유저 분포표(207)를 2개의 표, 즉 표 A 및 표 B로 분할한다(단계 S124). 평균 대신에 모드가 사용될 수도 있다.
도 13a 및 도 13b는 유저 분포표를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 일례를 나타낸다. 도 13a에 나타낸 표 A(208)에서, "No."는 편의상 할당된 번호를 나타낸다. "다운링크 데이터 속도"는 임계값보다 낮은 데이터 송신 전력을 나타낸다. "도달 방향"은 도 12의 것과 동일하므로, 그의 설명은 생략한다. 도 13b에 나타낸 표 B(209)는 "다운링크 데이터 속도"가 임계값보다 높은 다운링크 송신 전력을 나타내는 것을 제외하고는 표 A(208)와 동일하다.
표 A(208)에 속하는 유저수 MA및 표 B에 속하는 유저수 MB를 구하고(단계 S125), 유저수 MA와 유저수 MB를 비교한다(단계 S126). 유저수 MA가 유저수 MB보다 적은 경우, 유저수 MA를 나타내는 표 A(208)에 포함된 도달 방향을 널 생성 방향 후보로서 설정한다(단계 S127). 유저수 MA가 유저수 MB보다 많은 경우, 유저수 MB를 나타내는 표 B(209)에 포함된 도달 방향을 널 생성 방향 후보(단계 S128)로서 설정한다. 이와 같이, 널 생성 방향 후보는 데이터베이스(405)에 저장된 데이터(4061∼406M)로부터 선택된다. 임계값의 계수는 유저수 MA와 유저수 MB가 서로 같게 되는 것을 방지한다. 선택된 널 생성 방향 후보를 나타내는 데이터(407)가 송신 지향성 패턴 제어 유닛(4041∼404M)에 각각 입력된다. 송신 지향성 패턴 제어 유닛(4041∼404M)에서의 처리는 제1 실시예의 것과 동일하고, 또한 이어지는 동작도 동일하다.
<제2 실시예의 변형예>
도 14는 제2 실시예의 데이터베이스의 변형예를 나타낸다. 변형예에 따른 유저 분포표(210)에서, "방향"은 제2 실시예의 송신 지향성 제어 장치(401)로 지향성을 조절할 수 있는 방향이 Q개로 균등 분할된 때의 각도 범위를 나타낸다. 각도 범위는 제1 실시예에서 설명한 분할된 각도 범위와 동일하다. "다운링크 데이터 속도×유저수"는 각 범위 내에 존재하는 유저에 대하여 도달 방향 추정/송신 전력 제어 유닛(4031∼403M)에 의해 추출된 다운링크 송신 신호의 송신 전력을 더하여 계산된 값이다.
도 15a 및 도 15b는 도 14에 나타낸 유저 분포표(210)를 표 A 및 표 B로 분할한 경우의 일례를 나타낸다. 도 15a에 나타낸 표 A(211) 및 도 15b에 나타낸 표 B(212)에서, "방향" 및 "다운링크 데이터 속도×유저수"는 도 14의 것들과 동일한 항목을 나타낸다. 표 A(211)는 Q개로 분할된 각각의 각도 내에 존재하는 유저의 다운링크 송신 전력의 함계가 임계값보다 작은 경우를 나타낸다. 표 B(212)는 다운링크 송신 전력의 합계가 임계값보다 큰 경우를 나타낸다.
제2 실시예 및 그 변형예에서 설명한 바와 같이, 널 생성 방향은 각 유저에게 실제로 송신된 전력에 따라서 선택된다. 이 선택은 동일한 데이터 속도를 갖는 유저들 간의 거리에 따른 전력차를 고려한다. 따라서, 송신 전력이 작은 저속의 데이터 속도로 통신을 행하는 유저와의 간섭이 보다 효율적으로 억제된다.
<제3 실시예>
제3 실시예는 TDMA(Time Division Multiple Access) 또는 FDMA(Frequency Division Multiple Access)를 채용한다. TDMA 및 FDMA 통신은 복수의 유저를 지향성 패턴에 의해 동일 시간 채널 또는 동일 주파수 채널로 공간적으로 멀티플렉싱하는 SDMA(Space Division Multiple Access)를 실현한다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 TDMA/FDMA를 사용하는 무선 기지국에서의 송신 지향성 제어 장치를 나타낸다. 제3 실시예의 송신 지향성 제어 장치(501)에서, 제1 실시예의 송신 지향성 제어 장치(101)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그들의 동작이 실질적으로 동일하므로, 그의 상세한 설명은 생략한다.
제3 실시예에서는, 제1 실시예에서의 송신 지향성 생성 유닛(1101∼110M) 대신에 송신 지향성 생성 유닛(5021∼502M)으로 대체한다. 제1 실시예의 도달 방향 추정 유닛(1111∼111M) 대신에 유저에게 공통인 도달 방향 추정 유닛(503)으로 대체한다. 도달 방향 추정 유닛(503)은 CDMA 무선 기지국의 안테나 소자에 의해 수신된 신호를 각 유저마다 역확산을 행하고 분리하는 구성을 갖지 않는다. 이 때문에, 공간적으로 멀티플렉싱된 업링크 송신 신호가 모든 유저에게 공통이다.
송신 지향성 생성 유닛(5021∼502M)은 제1 내지 제M 유저의 송신 지향성 패턴을 제어하기 위한 송신 지향성 패턴 제어 유닛(5041∼504M)으로 각각 구성된다. 도달 방향 추정 유닛(503)의 출력은 출력 데이터를 저장하는 자기 디스크 등의 데이터베이스(505), 및 송신 지향성 패턴 제어 유닛(5041∼504M)에 접속된다. 데이터베이스(505)는 유저에 채널을 할당하기 위한 채널 제어 유닛(114), 및 송신 지향성 패턴 제어 유닛(5041∼504M)에 접속된다.
도달 방향 추정 유닛(503)은 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM을 갖는 DSP로 형성된다. 도달 방향 추정 유닛(503)은 수신 신호(1151∼115N)를 수신하고, MUSIC 알고리즘을 사용하여 공간적으로 멀티플렉싱된 유저의 방향을 검출한다.
데이터베이스(505)는 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 ROM 등의 저장 매체, 및 워크 메모리로서 기능하는 RAM으로 구성된다. 데이터베이스(505)는 저장된 프로그램법에 의해 미리 정해진 제어를 수행한다. 데이터베이스(505)는 도달 방향 θ1∼θM, 유저 식별 번호 U1∼UM, 및 각 유저의 다운링크 채널 데이터 속도 R1∼RM로부터 데이터 표를 작성한다. 각 송신 지향성 패턴마다의 널 생성 방향 후보(507)를 데이터베이스로부터 결정한다. 제3 실시예에서 처리하는 데이터는 도 1에 나타낸 제1 실시예의 것과 실질적으로 동일하므로, 그의 설명은 생략한다.
또한, SDMA을 실현할 때에도, 다운링크 시간 채널 또는 주파수 채널의 데이터 속도(다치), 및 동일 시간 슬롯 또는 동일 주패수 채널 상에 멀티플렉싱된 유저의 방향으로 구성된 데이터베이스가 작성된다. 다운링크 송신 지향성 패턴은 제1 실시예의 것과 동일한 처리로 이 데이터베이스를 이용하여 결정되고, 다운스트림 채널 상에서 간섭이 효율적으로 억제된다.
또한, 각 유저의 업링크 송신 신호 상에 다운링크 송신 전력 제어 신호를 멀티플렉싱하여 준비된 신호를 사용할 수도 있다. 또한, 이 신호로부터 각 유저의 다운링크 송신 전력을 추출할 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 유저의 송신 전력 및 도달 방향으로 이루어진 데이터베이스가 작성된다. 제2 실시예의 것과 동일한 처리에 의해 다운링크 송신 지향성 패턴이 작성된다. 따라서, 다운스트림 채널 상에서 간섭이 효율적으로 억제된다.
<그 외의 변형예>
제1 실시예에서, 널 생성 방향은 널 생성 방향 후보로부터 무작위로 선택된다. 널 생성 방향 후보로서의 무선 단말의 송신 전력이 높은 경우, 송신 전력이 높은 무선 단말을 순차적으로 선택하여 지향성 패턴을 조절할 수 있다. 이 경우, 소수의 무선 단말만이 높은 송신 전력을 나타내는 경우, 지향성 패턴은 송신 전력이 높은 무선 단말에 대하여 집중적으로 널을 향항게 한다. 송신 전력이 높은 무선 단말과의 무선 간섭이 효율적으로 억제될 수 있다. 널 생성 방향 후보로서의 무선 단말의 송신 전력이 낮은 경우, 송신 전력이 낮은 무선 단말을 순차 선택하여 지향성 패턴을 조절할 수 있다. 이 경우, 소수의 무선 단말만이 낮은 송신 전력을 나타내는 경우, 지향성 패턴은 송신 전력이 낮은 무선 단말에 대하여 널을 집중적으로 향하게 한다. 송신 전력이 낮은 무선 단말과의 무선 간섭이 효율적으로 억제될 수 있다.
제1 실시예에서는, 보호 영역을 설정하고, 보호 영역의 외측의 무선 단말을 널 방향으로서 선택하고 있다. 메인 빔 방향과 가장 다른 널 생성 방향 후보가 널 방향으로서 선택될 수도 있다. 이 경우, 메인 빔의 안테나 이특의 감소가 마찬가지로 저감될 수 있고, 송신 전력의 증가가 방지될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 송신 지향성을 제어하는 송신 지향성 제어 장치에 대하여 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 수신 지향성을 제어하는 수신 지향성 제어 장치에 적용될 수도 있다. 수신 지향성 제어 장치에서도 복수의 타임 오버래핑 무선 단말에 대한 수신 지향성 패턴의 메인 빔과 널 간에 관계가 있다. 소정의 무선 단말의 수신 지향성 패턴을 생성하기 위해서는, 무선파를 가장 강하게 수신하는 방향으로의 메인 빔을 무선 단말로 향하게 하고, 무선파를 약하게 수신하는 방향으로의 널을 나머지 무선 단말로 향하게 한다. 무선 기지국에 의해 수신된 무선 단말의 수신 전력 또는 전송 속도을 이용하는 데이터베이스, 및 수신 지향성 패턴을 생성하기 위한 수신 지향성 패턴 제어 유닛을 채택함으로써 제1 내지 제3 실시예의 것과 동일한 지향성 제어가 달성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 송신 전력이 높은 무선 단말의 그룹을 널 생성 후보로서 선택한 경우, 널이 송신 전력이 높은 무선 단말로 향하는 송신 지향성 패턴이 생성된다. 이는 송신 전력이 높은 무선 단말과의 간섭을 억제하고,송신 전력이 높은 무선 단말에서의 신호 전력 대 간섭 전력의 비(SIR)를 증가시키고, 필요한 송신 전력을 저감한다. 송신 전력을 제어함으로써 송신 전력이 높은 무선 단말에 대한 송신 전력을 저감하는 효과를 낳게 되고, 송신 전력이 낮은 무선 단말과의 간섭을 억제한다. 송신 전력이 낮은 무선 단말의 그룹을 널 생성 후보로서 선택한 경우, 송신 전력이 낮은 무선 단말을 향하여 널을 생성한다. 송신 전력이 낮은 무선 단말과의 간섭이 억제될 수 있다. 송신시의 송신 전력에 기초하여 지향성 패턴을 생성하기 때문에, 전송 속도가 동일한 무선 단말 간의 거리에 따른 전력차를 고려할 수 있다.
미리 정해진 계수에 의한 송신 전력의 평균 또는 모드를 멀티플렉싱하여 임계값을 계산하여, 유저수 및 유저 분포 등의 사용 환경 조건에 유연하게 대처할 수 있다. 예를 들면, 우선 평균값을 초기값으로서 설정하고, 섭동을 행하여 총 송신 전력의 평균을 최소화하도록 임계값을 결정한다. 총 송신 전력을 매일 관찰한다. 그 결과, 간섭이 최적으로 억제될 수 있다.
보호 영역을 원하는 무선 단말의 방향으로 설정하고, 보호 영역 내에 널을 생성하지 않는다. 널 생성에 의한 메인 빔의 안테나 이득의 감소가 저감될 수 있고, 송신 전력의 증가가 방지될 수 있으며, 다른 무선 단말과의 간섭이 억제될 수 있다.
무선 단말을 무작위로 선택하여 지향성 패턴을 조절한다. 이 지향성 패턴은다수의 선택된 무선 단말에 대하여 분산적으로 무선파를 약하게 한다. 다수의 무선 단말과의 무선 간섭이 효율적으로 억제될 수 있다. 무선 기지국에 도달하는 간섭파의 수가 적응 안테나의 자유도를 초과한 경우에도, 복수의 무선 단말에 대한 송신 지향성 패턴을 생성함으로써 등가적으로 어느 정도 깊이를 갖는 널이 생성된다. 다수의 무선 단말과의 무선 간섭이 억제될 수 있다.
각도 범위를 분할하여 사용하는 것은 복수의 무선 단말이 존재하는 방향에 대하여 근접한 방향의 무선 단말의 집중된 선택을 방지할 수 있다. 근접한 무선 단말을 집중적으로 선택하여 근접 방향으로 널을 생성한다. 널이 다수의 방향으로 분산적으로 생성되고, 전체 분포에 걸쳐서 보다 유효한 효과를 제공한다.
무선 단말로의 송신시의 전송 속도를 사용하기 때문에, 채널 할당시의 전송 속도를 용이하게 이용할 수 있다.
송신 지향성 패턴과 마찬가지로 수신 지향성 패턴을 조절하기 때문에, 수신 지향성 패턴에 대응하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 지향성 제어 장치에 있어서,
    복수의 무선 단말로부터 신호를 수신하기 위한 수신 수단(102, 104);
    상기 무선 단말로 신호를 송신하기 위한 송신 수단(102, 105);
    상기 수신 수단에 의해 수신된 신호에 기초하여 상기 송신 수단으로부터 본 무선 단말의 방향을 결정하기 위한 방향 결정 수단(111);
    타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하는 무선 단말의 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도를 임계값을 사용하여 분포시켜, 상기 무선 단말을 2개의 그룹으로 분류하고, 무선 단말의 총수가 적은 그룹을 선택하기 위한 그룹 선택 수단(201); 및
    타겟 송신 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 증가시키고 타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하고 상기 그룹 선택 수단에 의해 선택된 그룹에 속하는 다른 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 감소시키도록, 상기 방향 결정 수단에 의해 결정된 무선 단말의 방향에 기초하여 지향성 패턴을 제어하기 위한 지향성 패턴 제어 수단(202)
    을 포함하는 지향성 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은 무선 기지국의 총 송신 전력을 최소화하도록 설정되는 지향성제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임계값은 상기 송신 수단에 의한 신호의 송신시에 채택된 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도의 평균을 미리 정해진 계수와 곱하여 계산된 값인 지향성 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 임계값은 상기 송신 수단에 의한 신호의 송신시에 채택된 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도의 모드를 미리 정해진 계수와 곱하여 계산된 값인 지향성 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지향성 패턴 제어 수단은,
    미리 정해진 각도 범위를 타겟 송신 무선 단말에 대한 보호 영역으로서 설정하기 위한 보호 영역 설정 수단(202a); 및
    상기 그룹 선택 수단에 의해 선택된 그룹에 속하는 무선 단말로부터 상기 보호 영역 설정 수단에 의해 설정된 보호 영역의 외측에 있는 무선 단말을 선택하기 위한 단말 선택 수단(202b)
    을 포함하는 지향성 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지향성 패턴 제어 수단은 상기 타겟 송신 무선 단말의 방향으로 메인 빔을 생성하고 상기 단말 선택 수단에 의해 선택된 무선 단말의 방향으로 널을 생성하도록 안테나 웨이트를 계산하기 위한 웨이트 계산 수단(202c)을 더 포함하는 지향성 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지향성 패턴 제어 수단은 상기 단말 선택 수단에 의해 선택된 무선 단말로부터 무작위로 무선 단말을 선택하고, 상기 지향성 패턴을 제어하는 지향성 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그룹 선택 수단은,
    상기 무선 단말의 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도와 상기 방향 결정 수단으로부터 출력된 단말 방향 간의 관계를 저장하는 표를 작성하기 위한 분포표 작성 수단(201a);
    임계값을 사용하여 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도를 분포시켜, 상기 무선 단말을 2개의 그룹으로 분류하기 위한 표 분할 수단(201b);
    상기 2개의 분할된 그룹에 속하는 무선 단말의 총수를 비교하기 위한 비교수단(201c); 및
    상기 비교 수단의 비교 결과에 따라서 무선 단말의 총수가 적은 그룹에 속하는 무선 단말의 방향으로 널을 설정하기 위한 널 생성 방향 설정 수단(201d)
    을 포함하는 지향성 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방향 결정 수단은 상기 수신 수단에 의해 수신된 신호에 기초하여 무선 단말로부터의 무선파의 도달 방향을 추정하고,
    상기 분포표 작성 수단은 무선 단말의 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도와, 상기 방향 결정 수단으로부터 출력된 추정된 단말 방향 간의 관계를 각각의 무선 단말에 대하여 저장하는 표를 작성하는 지향성 제어 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 분포표 작성 수단은 상기 송신 수단이 신호를 송신하는 모든 무선 달말이 존재하는 전체 각도 범위를 미리 정해진 수만큼 균등 분할하여 준비된 각도 범위와, 각각의 분할된 각도 범위 내에 존재하는 무선 단말의 송신 전력 또는 다운링크 데이터 전송 속도의 합 간의 관계를 저장하는 표를 작성하고,
    상기 표 분할 수단은 임계값을 사용하여 상기 합을 2개의 그룹으로 분포시켜, 상기 무선 단말을 2개의 표로 분류하는 지향성 제어 장치.
  11. 지향성 제어 장치에 있어서,
    복수의 무선 단말로부터 신호를 수신하기 위한 수신 수단;
    상기 수신 수단에 의해 수신된 신호에 기초하여 상기 수신 수단으로부터 본 무선 단말의 방향을 결정하기 위한 방향 결정 수단;
    타임 오버래핑 방식으로 신호를 수신하는 무선 단말의 수신 전력 또는 업링크 데이터 전송 속도를 임계값을 사용하여 분포시켜, 상기 무선 단말을 2개의 그룹으로 분류하고, 그 후 무선 단말의 총수가 적은 그룹을 선택하기 위한 그룹 선택 수단; 및
    타겟 수신 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 증가시키고, 타임 오버래핑 방식으로 신호를 송신하고 상기 그룹 선택 수단에 의해 선택된 그룹에 속하는 다른 무선 단말에 대한 무선파의 강도를 감소시키도록, 상기 방향 결정 수단에 의해 결정된 무선 단말의 방향에 기초하여 지향성 패턴을 제어하기 위한 지향성 패턴 제어 수단
    을 포함하는 지향성 제어 장치.
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