KR20030062877A

KR20030062877A - 배열 안테나에서 적응 빔 형성방법

Info

Publication number: KR20030062877A
Application number: KR1020020003332A
Authority: KR
Inventors: 박희걸
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2003-07-28
Also published as: KR100857787B1

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 배열 안테나에서의 적응 빔 형성 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 복수의 안테나를 통하여 송수신되는 신호들 중 특정의 사용자 신호에 가중치를 적용하여 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 이동통신 시스템에서, 적응 빔 형성 방법은 상기 제어 채널 및 제2 빔형성 계수로부터 변환되어 제공되는 제1 빔형성 계수를 이용하여 다음의 제1 빔형성 계수를 갱신하는 단계; 상기 갱신된 제1 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널 및 제어 채널로 수신되는 신호를 이용하여 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계; 상기 갱신된 제2 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널로 수신된 신호를 이용하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

배열 안테나에서 적응 빔 형성방법{Method for adaptive-beamforming in array antenna}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 배열 안테나에서의 적응 빔 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전용 물리 제어 채널(DPCCH)과, 전용 물리 데이터 채널이 동시에전송되는 규격을 가진 통신 서비스 시스템에서, 스마트 안테나에 적용되는 빔 형성 기법 중 전용 물리 데이터 채널을 빔형성에 이용하기 위해 임시 결정값을 추정하는 방식으로 직렬 방식과 병렬 방식이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 직렬형 적응 빔 형성을 위한 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 역확산된 트래픽 신호 벡터 r[n]을 입력으로 하여 빔을 형성하는 1차 빔형성부(10)와, 상기 제1차 빔형성부(10)에 의해 형성된 빔을 이용하여 임시 결정값()을 산출하는 결정부(11)와, 알려진 파일럿 패턴 벡터(), 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터(p[n]), 이전 스냅샷에서의 제1 빔형성 계수()을 이용하여 최소 제곱 평균(Least Mean Squsre;이하 LMS)을 수행하여 제1 빔형성 계수()을 산출하는 제1 LMS(13)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터(r[n]), 임시 결정값(), 제1 빔형성 계수()을 이용하여 LMS를 수행하여 제2 빔형성 계수를 산출하는 제2 LMS(13)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터(r[n])와, 상기 제2 빔형성 계수를 이용하여 최종 빔을 형성하는 2차 빔형성부(12)와, 상기 제2 빔형성 계수를 쉬프팅시켜 상기 제1 빔형성 계수의 이전 스냅샷 신호로써 제공하는 쉬프트 레지스터(15)로 구성된다.

즉, LMS를 이용하여 전용 물리 제어 채널의 신호 벡터로부터 제1 빔형성 계수 w₀[n]를 먼저 구한 후, 전용 물리 데이터 채널의 신호 벡터로부터 제1빔형성부(10)와 결정부(11)에 의해 임시 결정값()을 결정한다.

그리고, 다시 LMS를 이용하여 상기 결정된과 w₀[n]로부터 제2 빔형성 계수 w₁[n]를 구한 후에, 최종적으로 이 w₁[n] 값을 이용하여 제2 빔형성부(12)에 의해 최종 신호 벡터를 추정한다.

상기와 같은 직렬 방식은 한 심볼 구간에서 LMS의 계수를 두 번 갱신함으로써 수렴 속도를 이론적으로 두 배 증가시킨다.

도 2는 종래 기술에 따른 병렬형 적응 빔 형성을 위한 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 역확산된 트래픽 신호 벡터 r[n], 현재 스냅샷에서의 제1 빔형성 계수()을 입력으로 하여 빔을 형성하는 1차 빔형성부(20)와, 상기 제1차 빔형성부(20)에 의해 형성된 빔을 이용하여 임시 결정값()을 산출하는 결정부(21)와, 알려진 파일럿 패턴 벡터(), 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터(p[n]), 이전 스냅샷에서의 제1 빔형성 계수(w_0`[n-1])을 이용하여 최소 제곱 평균(Least Mean Squsre;이하 LMS)을 수행하여 제1 빔형성 계수()을 산출하는 제1 LMS(22)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터(r[n]), 임시 결정값(), 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터(p[n]), 알려진 파일럿 패턴 벡터()를 이용하여 LMS를수행하여 제2 빔형성 계수를 산출하는 제2 LMS(26)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터(r[n])와, 상기 제2 빔형성 계수를 이용하여 최종 빔을 형성하는 2차 빔형성부(24)와, 상기 제1 빔형성 계수를 쉬프팅시켜 제1 빔형성 계수의 이전 스냅샷 신호로써 상기 제1 LMS(22)에 제공하는 제1 쉬프트 레지스터(23)와, 상기 제2 빔형성 계수를 쉬프팅시켜 제2 빔형성 계수의 이전 스냅샷 신호로써 상기 제2 LMS(26)에 제공하는 제2 쉬프트 레지스터(25)로 구성된다.

일반적으로 병렬 방식은 두 가지 방식이 존재한다.

제1 빔형성시, 제2 빔형성시가 동일한 계수를 이용하는 방식과, 도 2에 도시된 바와 같이, 채널 상황이 나쁠 때 임시 결정값 에러율을 일정 수준으로 유지시키기 위해 제1 빔형성 계수을, 전용 물리 데이터 채널의 신호 벡터를 동시에 이용하지 않고, 전용 물리 제어 채널의 신호 벡터만을 이용하여 구하는 방식이 있다.

각기 채널 환경에 따라 성능이 다르지만 채널 상황이 나쁠 때와 대비하여 도 2에 따른 병렬 방식은 성능이 더 우수하다. 이는 전용 물리 데이터 채널을 이용하는 도 1의 방식보다 좋은 SNR 상황에서 LMS에 의한 빔형성 계수를 구할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 상기 직렬 방식과 병렬 방식은 각기 서로의 장점을 갖지 못한다.

즉, 병렬 방식은 한 심볼에 계수가 두 번 갱신되지 못하여 수렴 속도가 느리고, 직렬 방식은 두 번째 LMS를 이용함에 있어, 전용 데이터 채널만 이용함으로써 병렬 구조보다 낮은 SNR 환경에서 동작한다.

따라서, 본 발명은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 전용 물리 제어 채널과 전용 물리 데이터 채널이 동시에 전송되는 구조를 기반으로 한 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 직렬형 최소 제곱 평균 알고리즘과, 병렬형 최소 제곱 평균 알고리즘의 장점을 유지하고, 임시 결정값의 에러율로 인한 성능 감소를 줄이기 위한 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 복수의 안테나를 통하여 송수신되는 신호들 중 특정의 사용자 신호에 가중치를 적용하여 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 이동통신 시스템에서, 적응 빔 형성 방법은 상기 제어 채널 및 제2 빔형성 계수로부터 변환되어 제공되는 제1 빔형성 계수를 이용하여 다음의 제1 빔형성 계수를 갱신하는 단계; 상기 갱신된 제1 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널 및 제어 채널로 수신되는 신호를 이용하여 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계; 상기 갱신된 제2 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널로 수신된 신호를 이용하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1, 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계에서, 최소 제곱 평균 알고리즘이 이용된다.

바람직하게, 상기 제어 채널과, 데이터 채널은 동시에 전송되는 전용의 채널이다.

바람직하게, 상기 제1 빔형성 계수를 갱신하는 단계에서, 상기 제어 채널, 제2 빔형성 계수로부터 변환되어 제공되는 제1 빔형성 계수 이외에도 알고 있는 파일럿 패턴을 추가로 이용하여 다음의 제1 빔형성 계수를 갱신한다.

바람직하게, 상기 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계에서, 상기 갱신된 제1 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널 및 제어 채널 이외에도 알고 있는 파일럿 패턴을 추가로 이용하여 제2 빔형성 계수를 갱신한다.

도 1은 종래 기술에 따른 직렬형 적응 빔 형성을 위한 구성을 나타낸 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 병렬형 적응 빔 형성을 위한 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 적응 빔 형성을 위한 구성을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

30 : 1차 빔형서부

31 : 결정부

32, 35 : LMS

33 : 2차 빔형성부

34 : 쉬프트 레지스터

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 적응 빔 형성을 위한 구성을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 역확산된 트래픽 신호 벡터 r[n], 현재 스냅샷에서의 제1 빔형성 계수()을 입력으로 하여 빔을 형성하는 1차 빔형성부(30)와, 상기 제1차 빔형성부(30)에 의해 형성된 빔을 이용하여 임시 결정값()을 산출하는 결정부(31)와, 알려진 파일럿 패턴 벡터(), 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터(p[n]), 이전 스냅샷에서의 제1 빔형성 계수()을 이용하여 최소 제곱 평균(Least Mean Squsre;이하 LMS)을 수행하여 제1 빔형성 계수()을 산출하는 제1 LMS(32)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터(r[n]), 임시 결정값(), 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터(p[n]), 알려진 파일럿 패턴 벡터()를 이용하여 LMS를수행하여 제2 빔형성 계수를 산출하는 제2 LMS(35)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터(r[n])와, 상기 제2 빔형성 계수를 이용하여 최종 빔을 형성하는 2차 빔형성부(33)와, 상기 제1 빔형성 계수를 쉬프팅시켜 제2 빔형성 계수의 이전 스냅샷 신호로써 상기 제1 LMS(32)에 제공하는 쉬프트 레지스터(34)로 구성된다.

즉, 본 발명은 제1 LMS(32)가 제2 빔형성부(33)의 계수값(즉, 제2 빔형성 계수)을 이전 스냅샷의 제1 빔형성 계수값으로 변환 적용하여 직렬방식의 한 심볼 구간 동안에 두 번 계수가 갱신되도록 한다.

또한, 제2 LMS(35)가 전용 물리 제어 채널(DPCCH)과 전용 물리 데이터 채널(DPDCH)의 신호 벡터들을 동시에 이용하도록 하는 병렬 구조를 이용하여 제2 빔형성부(33)의 신뢰도를 높이고자 제안되었다.

따라서, 제1 LMS(32)는 전용 제어 채널만을 이용하여 LMS를 수행하여 제1 빔형성 계수를 산출하도록 하며, 이에 제1 빔형성부(30)는 임시 결정값의 산출을 위하여 상기 산출된 제1 빔형성 계수와, 전용 데이터 제어 채널만을 이용하여 빔형성을 산출하도록 한다.

채널 환경이 좋을 경우, 전용 데이터 채널을 이용하지 못해 낮은 SNR에서 동작하게 되지만 채널환경이 좋은 때는 이는 별로 큰 문제가 되지 않는다. 하지만, 채널 환경이 좋지 않은 경우 임시 결정값의 오류로 인한 심한 성능 저하를 막을 수 있다.

제2 LMS(35)는 병렬 방식을 선택한다.

즉, 제2 LMS(35)는 전용 제어 채널 및 전용 데이터 채널의 신호 벡터를 동시에 이용함으로써, 높은 SNR에서 동작할 수 있으며, 이는 병렬 방식의 장점을 살릴 수 있다. 따라서, 제2 빔형성부(33)의 계수로 이용된 제2 빔형성 계수 w₁[n]을 1차 LMS의 이전 계수 값으로 이용한다.

이렇게 함으로써 직렬 방식이 적용되어 한 심볼에서 두 번 계수가 갱신되어 수렴 속도가 빠른 직렬방식의 장점을 유지할 수 있다.

도 3에서 첫 번째 LMS를 사용할 때 제1 빔형성 계수는 다음 수학식 1에 의해 갱신한다.

여기서, *는 켤레 복소수 연산자이고,는 다음 수학식 2와 같다.

도 3에서 두 번째 LMS를 사용할 때 제2 빔형성 계수는 다음 수학식 3에 의해 갱신한다.

여기서,와,는 각각 다음 수학식 4, 수학식 5와 같다.

여기서, p[n]는 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터이고, r[n]는 역확산된 n 번째 트래픽 신호 벡터이고,는 제1 빔형성 계수이고,는 첫 번째 LMS에 이용되는 이전 빔형성 계수값이고,는 제2 빔형성 계수이고,는 트래픽 신호 임시 결정값(한 심볼에 대해 추정되는 임시 심볼값)이고,는 파일럿 패턴 벡터이고,는 채널 계수이다.

여기서, 채널 계수는 채널의 전력과, SNR에 따라 0에서 1 사이의 값으로 결정한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 배열 안테나에서 빔형성 기법을 이용할 때, 전용 물리 제어 채널(DPCCH)과, 전용 물리 데이터 채널(DPDCH)이 동시에 전송되는 시스템에서 적용할 수 있다.

기존에 직렬방식과 병렬 방식의 장점들인 한 심볼 구간에 대해 빔형성 계수가 두 번 갱신되도록 하고, 장점은 살리고, 단점을 줄였다.

이로써 복잡도는 거의 증가하지 않은 상황에서 보다 좋은 성능의 빔형성기를 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims

복수의 안테나를 통하여 송수신되는 신호들 중 특정의 사용자 신호에 가중치를 적용하여 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 이동통신 시스템에서,

상기 제어 채널 및 제2 빔형성 계수로부터 변환되어 제공되는 제1 빔형성 계수를 이용하여 다음의 제1 빔형성 계수를 갱신하는 단계;

상기 갱신된 제1 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널 및 제어 채널로 수신되는 신호를 이용하여 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계;

상기 갱신된 제2 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널로 수신된 신호를 이용하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제1, 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계에서,

최소 제곱 평균 알고리즘이 이용되는 것을 특징으로 하는 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 채널과, 데이터 채널은 동시에 전송되는 전용의 채널인 것을 특징으로 하는 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 빔형성 계수를 갱신하는 단계에서,

상기 제어 채널, 제2 빔형성 계수로부터 변환되어 제공되는 제1 빔형성 계수 이외에도 알고 있는 파일럿 패턴을 추가로 이용하여 다음의 제1 빔형성 계수를 갱신하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 빔형성 계수를 갱신하는 단계에서,

상기 갱신된 제1 빔형성 계수와, 상기 데이터 채널 및 제어 채널 이외에도 알고 있는 파일럿 패턴을 추가로 이용하여 제2 빔형성 계수를 갱신하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나에서 적응 빔 형성 방법.