KR20030067598A - 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CDMA 셀룰라 통신시스템에서 적응적 안테나 어레이를 이용한 무선공학(radio engineering)에, 특히 무선신호의 수신 및 전송방법에 관한 것이며, 역방향 및 순방향 채널 모두에서 각각의 이동단말기 사용자(mobile user)를 위한 안테나 패턴을 형성하는 BTS수신장치에 적용될 수 있다. 본 발명은 원하는 신호의 임의의 각확산 값에 대하여 강한 간섭이 있을 때 간섭제거능율의 향상 및 복소 간섭-신호 환경에서의 작동능력의 개선에 관한 문제들을 해결하고 있다. 이러한 문제의 해결을 위하여 BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성 방법 및 장치의 두 가지 실시예(이형)(variant,異形)들이 제안된다. 각각의 기지국(BS)에 대하여 BTS는 역방향채널에서의 안테나 패턴(MS신호를 수신하는 동안에 안테나어레이요소들의 가중치계수들)과 순방향채널에서의 안테나 패턴(MS신호가 전송되는 동안에 안테나어레이요소들의 가중치계수들)을 형성한다. 순방향채널에서의 안테나 패턴형성은 역방향채널의 신호를 이용하여 형성된다. 순방향채널에의 안테나 패턴은 이동국의 각신호영역(평균신호도래각과 평균신호도래각의 각섹터)의 추정에 근거하거나 오직 평균신호도래각의 추정에 근거하여 형성된다. 원하는 각신호영역에 대한 결정을 하기 위하여 결정함수가 제안되며, 상기 결정함수에서는 강한 간섭의 제거가 구현된다.

Description

적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성 방법 및 장치{PATTERN FORMING METHOD AND DEVICE FOR AN ADAPTIVE ANTENNA ARRAY OF A BASE STATION}
본 발명은 부호분할다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 셀룰라 통신시스템에서 적응적 안테나 어레이를 이용한 무선공학(radio engineering)에, 특히 무선신호의 수신 및 전송방법에 관한 것이며, 역방향 및 순방향 채널 모두에서 각각의 이동단말기 사용자(mobile user)를 위한 안테나 패턴을 형성하는 기지국(BTS: Base station Transceiver Subsystem) 수신 장치에 적용될 수 있다.
CDMA BTS 에서 적응적 안테나 어레이를 사용하면 통신의 품질, 시스템 용량이 상당히 향상되고 BTS 커버리지 영역이 확장된다. 이러한 사실을 고려할 때, 모든 3세대 표준(standards)은 BTS 에서 적응적 안테나 어레이의 사용이 필요할 것으로 예상된다.
순방향 채널에서 스마트 안테나의 빔 패턴을 형성하는 주요 방식들은 다음과 같다.
첫 번째 방식은 역방향 채널에서 수신된 신호를 이용하여 계산된 역방향 빔 패턴을 순방향 채널의 신호전송에 이용한다. 이 접근방법은 Joseph C. Liberti, Theodore S. Rapport, "Smart Antennas for Wireless Communication, Prenice HallPTR",(1999, 미국특허번호:6.031.877), Simon Saunders,"Apparatus and Method for Adaptive Beam forming in an Antenna, Array"(2000,2,29 미국특허번호:6.122.260). Hui Liu, Guanghan Xu, "Smart Antenna CDMA Wireless Communication System"(2000.9.19) 에 기술되어 있다. 이 접근 방법은 TDD 통신시스템들에서 효율적이다. 이러한 시스템들에서 순방향 및 역방향 채널들은 시분할되어 있고 반송파 주파수에 정합되어 있다. 그러므로, 이동국(MS)으로부터 기지국(BS)으로 전송되는 신호의 방향은 MS 신호에 의해서 결정되며 BS에서 MS로 전송되는 신호의 방향을 정합시킨다. 그러나, FDD CDMA 시스템들에서는 반송파주파수의 변화가 순방향 및 역방향채널들에서 상당히 다른 다중경로 특성으로 나타날 수 있으므로 이러한 방법이 적용되기 어렵다.
두 번째 방식은 단말이 추정한 순방향 채널 정보를 기지국에서 전달받아 순방향 빔 계수 설정에 사용한다. MS는 순방향 채널 파라미터들은 추정하고, 이렇게 얻어진 추정은 역방향 채널을 통하여 BTS에 공급된다. 이 추정에 기초하여 BTS는 스마트안테나(SA)의 가중치 계수를 계산한다. 이 방법은 Ayman F. Naguib, Arogyaswami Paulrai, Thomas Kalath. "Capacity Improvement with Base-StationAntenna Arrays in Cellular CDMA", IEEE Trans. Veh. Technol, vol.43,no.3,pp.691-698,(1994.8), Bjorn E. Ottersten, Craig H. Barratt, David M. Parish, Richard H. Roy, "Spectrally Efficient High Capacity Wireless Communication Systems with Spatio-Temporal Processing", (1998.10.28 미국특허번호:5.828.658)에 기술되어 있다.
그러나 이 방식은 피드백을 제공하기 위하여 역방향 채널을 통하여 전송되는 오버헤드 데이터의 양이 많고, 피드백 지연으로 인한 성능저하가 발생할 수 있다. 또한, 몇몇 셀룰라 통신시스템들에서는 피드백의 사용이 불가능하며, 특히 3GPP2 one(S0002-A Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems, July,2001)에서 그러하다.
세 번째 방식은 이동단말기 사용자 다중경로 신호(a mobile user multipath signal)중 가장 큰 파워를 갖는 경로의 방향을 도착방향으로 결정한다.(Joseph C. Liberti, Theodore S. Rappaport, "Smart Antennas for Wireless Communication, Prentice Hall PTR",1999 미국특허번호:6.108.565, Shimon B. Scherzer,"Practical Space-Time Radio Method for CDMA Communication Capacity Enhancement", 2000.8.22 ). 또한 이 방향을 BTS에서 MS로의 신호전송(traveling)의 주 방향으로 간주한다. 순방향 채널에서 안테나 어레이 요소들의 복소계수들은 순방향 채널 안테나 패턴의 주 로브(main lobe)가 위의 방향을 향하도록 선택되어진다. 주 로브의 넓이(width)는 신호의 각확산(angle sector)에 의하여 정해질 수 있다. 많은 논문들이 신호도래방향의 추정(estimation of direction of arrival of a signal)에 대한 문제를 다루고 있으나 각확산추정(estimation of angle spread)에 대한 논문들은 거의 찾아 볼 수 없다. 한가지 가능한 접근방법은 Shimon B. Scherzer,"Practical Space-Time Radio Method for CDMA Communication Capacity Enhancement"(2000.8.22 미국특허번호:6.108.565)에서 소개된 공간-시간 신호 처리방법(the method of space-time signal processing)을 이용하여 스위치 빔 형성방법(the switch beam forming method)을 구현한다. 이 방식에서 안테나 빔 로브의 넓이는 이동단말기 사용자와 BTS와의 거리에 의존한다. 만약 이동단말기 사용자가 BTS에 가까이 있다면 그에 대응하는 로브는 더 넓어지게 되고, 멀리 떨어져 있다면 그에 대응하는 로브는 더 작아지게 된다. 그러나 이 방식은 실제 전송채널 환경 보다는 거리 정보에 의존하기 때문에 정확한 빔폭 추정을 하기 어렵다.
Shimon B. Scherzer,"Practical Space-Time Radio Method for CDMA Communication Capacity Enhancement",(2000.8.22 미국특허번호:6.108.565)에서 기술되어진 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴 형성방법(이하에서 '원형,prototype'이라고 칭한다)은 본 발명에서 제안되어진 해법에 가장 가까운 것이다. 상기 방법은 다음과 같이 구성된다.
각각의 경로에 대하여 안테나 어레이 요소들의 가중치 계수들은 다음의 동작들이 주기적으로 실행될 수 있도록 생성된다.
각 안테나에서 입력신호를 역확산하고, 안테나 어레이 요소들에서 상기 역확산된 입력신호의 고속 하다마드 변환(fast Hadamard transformation)을 수행하여 입력신호행렬을 생성시키고, 상기 입력 신호 행렬은 기준(reference)신호들의 행렬과 승산되며, 입력 경로 신호의 도래각추정(the estimate of the angle of arrival)은 입력신호행렬과 기준신호들의 행렬의 승산결과를 분석함으로써 결정되고, 가중치벡터의 현재값은 입력경로신호의 도래각추정에 대응하는 벡터로 결정되며, 경로들의 가중치벡터들의 현재값들은 출력으로 되며 적응적 안테나 어레이의 패턴을 결정한다. 기준신호들의 행렬은 각 방향으로의 안테나 응답에 의해 결정된다.
균일 선형 어레이를 사용하는 시스템에서 입력신호의 도래각이 theta 일 경우, 가중치 벡터는 아래의 <수학식 1>과 같이 결정된다.
여기서는파장길이, d는 안테나 어레이 요소들 사이의 거리, N은 안테나 어레이 요소들의 수이다.
상기 방법을 구현하기 위한 장치는 L개의 경로신호처리블록들로 구성되며, 상기의 경로신호처리블록은 도 1에 나타나 있다. 상기 원형(prototype)에 대하여 기술되어진 바에 따르면, 상기 장치는 L개의 경로신호처리블록으로 구성되어 있다. 각각의 L개의 경로 신호 처리 블록(도 1)은 N 개의 병렬 채널들을 포함하고, 연속적으로 연결된 상관기들2, 고속 하다마드 변환블록들3, 기준신호생성기1, 행렬승산과 승산결과분석 블록4, 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5 및 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6으로 구성된다.
상기의 장치에 상관기들2.1-2.N의 첫 번째 입력은 신호입력들이며 또한 상기 장치의 입력들이다. 그리고, 두 번째 입력은 기준입력들(reference inputs)이고 기준신호생성기1의 출력들과 결합된다. 각각의 고속 하다마드 변환블록 3.1-3.N의 출력은 행렬승산과 승산결과분석 블록4의 대응하는 입력과 결합되고, 행렬승산과 승산결과분석 블록4의 출력은 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터 생성블록5의 입력과 결합된다. 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 첫 번째 출력은 역방향 채널에서의 현재가중치벡터(current weight vector)의 출력이고 상기 장치의 경로신호처리블록의 첫 번째 출력이다. 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 두 번째 출력은 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 입력에 연결된다. 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 출력은 순방향 채널에서의 현재가중치벡터의 출력이고 상기 장치의 경로신호처리블록의 두 번째 출력이다.
상기 원형 장치(the prototype device)는 다음과 같이 작동한다.
각각의 L개의 경로신호처리블록들에서는 하나의 복소입력신호가 상관기들 2.1-2.N의 첫 번째 (신호)입력들에 주입된다. 기준 PN시퀀스는 기준신호생성기1로부터 상관기들2.1-2.N의 두 번째 (기준신호)입력들에 공급되어진다. 기준신호생성기1의 상태는 수신되는 다중경로신호에서의 경로신호의 시간위치(time position)의 값에 대응된다. 상관기들2.1-2.N의 출력들로부터 공급된 복소복조된 신호는 대응하는 고속 하다마드 변환블록들3.1-3.N의 입력들에 공급되며, 고속 하다마드 변환블록들3에서는 하다마드에 근거한 입력신호의 분석(Hadamard basis decomposition)이수행된다. 고속 하다마드 변환블록들3.1-3.N의 출력들로부터 공급되어진 입력신호들의 스펙트럼들은 행렬승산과 승산결과분석 블록4의 N개의 입력들에 공급된다. 행렬승산과 승산결과분석 블록4에서는 입력신호행렬이 기준신호들의 행렬과 승산된다. 입력들의 신호행렬은 입력신호들의 스펙트럼들에 의하여 생성된다. 기준신호들의 행렬은 입력경로신호의 도래각에 대한 기결정된 이산 추정에 대응하는 신호들에 의하여 결정된다. 또한 행렬승산과 승산결과분석 블록4에서는 입력신호행렬과 기준신호들의 행렬의 승산결과가 분석되고 입력경로신호의 도래각의 추정이 결정된다. 행렬승산과 승산결과분석 블록4의 출력으로부터 공급된 입력경로신호의 도래각의 추정은 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 입력에 공급된다. 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5은 입력경로신호의 도래각의 추정에 근거하여 자신의 첫 번째 출력에서 역방향채널경로의 현재가중치벡터(current weight vertor)를 생성한다. 이 가중치벡터는 상기 장치의 첫 번째 출력신호이다.
역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 출력으로부터 공급된 입력경로신호의 도래각의 추정은 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 입력에 주입된다. 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6은 그 출력에서 입력경로신호의 도래각의 추정에 근거하여 순방향채널경로의 현재가중치벡터를 생성한다. 이 가중치벡터는 상기 장치의 두 번째 출력신호이다.
순방향채널의 안테나 빔 로브의 넓이는 이동단말기 사용자로부터 BTS까지의거리에 의존한다. 만약 이동단말기 사용자가 BTS에 가까이 있다면, 그에 대응하는 로브는 넓어지게 되고, BTS로부터 멀리 있으면 좁아지게 된다.
상기 접근방법은 각확산추정(angle spread estimation)의 필연적 특성(consequential character) 때문에 이동단말기 사용자까지의 거리에 대한 정보가 필요하고 충분한 정확성은 갖기 어렵다.
또한, 다른 사용자들(high rate users - 고속 데이타 전송율의 사용자)로부터 강한 간섭이 있는 경우에는 원하는 신호가 간섭에 의하여 제거되는 것처럼 나타나고, 도래방향 및 원하는 신호의 각영역(angle area)에 대한 정확한 해석을 할 수 없다는 점에 있다.
따라서 본 발명은 원하는 신호의 임의의 각확산 값에 대하여 강한 간섭이 있을 때 간섭제거능률의 향상 및 복소 간섭-신호 환경에서의 작동능력의 개선에 관한 문제들을 해결하고 있다.
이러한 문제의 해결을 위하여 BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성 방법 및 장치의 두 가지 실시예(이형)(variant,異形)들이 제안된다. 안테나 패턴형성방법의 첫 번째 실시예는 각확산 정도에 관계없이 모든 사용자 신호들에게 적용될 수 있는 방법이며, 두 번째 실시예는 상대적으로 작은 각확산(30도 이하)을 갖는 사용자 신호에 적용될 수 있다.
BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성방법의 첫 번째 실시예는,
상기 안테나 어레이에서는 공통파일럿신호는 안테나 어레이 요소들 중의 하나로부터 전송되고 정보신호는 모든 안테나 요소들로부터 각각의 가입자에게 전송되며,
가입자의 신호를 수신하는 동안에 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들을 생성하는 과정과,
역방향채널에서의 안테나 어레이 요소들의 복소가중치계수들을 생성하는 과정과,
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대하여 결정함수를 생성하는 과정과,
최대결정함수의 방향을 결정하는 과정과,
기하학을 고려하여 평균신호도래각의 추정을 생성하는 과정과,
생성된 평균신호도래각의 추정을 이용하여 안테나 어레이 요소들의 위상계수들을 결정하는 과정으로 구성되며,
각각의 가입자에 대한 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들을 생성하기 전에
가입자 신호는 경로신호들의 시간위치들을 결정하면서 탐색되고,
최대 전력을 갖는 신호가 존재하는 경로가 선택되며,
신호도래각의 추정의 시퀀스가 생성되고,
이 경우에는 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대한 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들을 생성한 후에 각각의 신호도래각의 추정을 생성하기 위하여 파일럿 신호의 복소상관응답들이 안테나 어레이의 출력에서 생성되며,
안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들과 각각의 방향에 대응하는 복소계수들의 승산값들을 결합하고,
파일럿 신호의 복소상관응답들의 모듈들이 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 요소의 출력에서 생성되고 최대모듈이 결정되며,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 복소상관응답들의 모듈들과 그 최대모듈의 비율들을 결정하면서 파일럿 신호의 복소상관응답들의 정규화된 모듈들이 생성되고,
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이의 복소가중치계수들이 생성된 후에
역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 값들이 생성되며,
역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 최대값이 결정되고,
안테나 패턴의 값들과 그 최대값의 비율들을 결정하면서 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들이 생성되며,
안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 복소상관응답의 정규화된 모듈과 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값의 가중된 결합을 수행하면서 탐색된 영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대한 결정함수가 생성되고,
최대결정함수의 방향을 결정하는 동안에 신호도래각의 추정이 최대결정함수의 방향으로 결정되며,
생성된 신호도래각의 추정들의 시퀀스는 각각 M개의 신호도래각의 추정들을 포함하는 불록들로 그룹지어 지며,
블록 신호도래각의 추정분포벡터들의 시퀀스가 생성되고,
이 경우에 생성된 M개의 블록 신호도래각의 추정들에 근거하여 각각의 블록에 대하여 길이가 L인 블록 신호도래각의 추정분포벡터가 생성되며,
상기 추정분포벡터의 각각의 요소는 탐색된 각영역의 L개의 방향들 중 하나에 대응하고 주어진 방향의 신호도래각의 추정들의 수와 같으며,
신호도래각의 평균추정분포벡터들의 시퀀스는 블록 신호도래각의 추정분포벡터들의 시퀀스로부터 생성되고,
슬라이딩 윈도우를 이용하여 각각의 신호도래각의 평균추정분포벡터를 위하여 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정들이 결정되며,
평균신호도래각의 추정은 각신호영역의 경계들의 최하 및 최상 경계들의 상기 획득된 추정들에 근거하여 생성되고,
안테나 어레이 요소들의 위상계수들의 결정 후에 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 상기 획득된 추정들에 의하여 안테나 어레이 요소들의 신호들의 상관행렬이 생성되며,
최하삼각행렬을 획득하면서, 상기 생성된 상관행렬의 Cholesky변환이 수행되고,
안테나 어레이 요소들의 상기 획득된 최하삼각행렬과 위상계수들을 이용하여안테나 어레이 요소들의 진폭계수들과 파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이 요소의 진폭계수의 비율이 결정되며,
안테나 어레이 요소들의 수를 고려하면서 상기 획득된 비율에 근거하여 정규화 계수가 결정되고,
정규화 계수에 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들과 파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이 요소의 진폭계수의 비율을 승산함으로써 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들이 결정되며,
생성된 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상 계수들은 정보신호를 가입자에게 전송하기 위하여 사용되는 과정이 부가되어 구성된다.
상기의 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정은, 예를 들면, 다음과 같이 수행된다.
각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정을 위하여 신호도래각의 평균추정분포벡터의 최대요소가 결정되고,
최하 및 최상 요소들은 신호도래각의 평균추정분포벡터의 요소들의 그룹의 경계들로 결정되며,
이 경우에는 상기 요소들의 그룹은 신호도래각의 평균추정분포벡터의 최대요소와 문턱값들을 초과하는 요소들로 구성되나, 최대요소의 양측면에서 하나의 단일한 문턱값미초과 요소 및 둘 또는 셋의 문턱값미초과 요소들로 구성된 하나의 그룹도 허용되고,
최하요소의 아래에 놓여 있는 신호도래각의 평균추정분포벡터의 요소들의 합과 최상요소 보다 위에 놓여 있는 신호도래각의 평균추정분포벡터의 요소들의 합이 결정되며,
최하요소에 대한 수정(correction amendment)이 생성되고,
상기 최하요소에 대한 수정은 최하요소의 아래에 놓여 있는 신호도래각의 평균추정분포벡터의 요소들의 합에 의존하고 최상요소를 위한 수정이 생성되며,
상기 최상요소에 대한 수정은 최상요소 보다 위에 놓여 있는 신호도래각의 평균추정분포벡터의 요소들의 합에 의존하고,
수정값(correction value)은 최하 및 최상 요소들 모두를 위하여 생성되며,
상기 수정값은 신호도래각의 평균추정분포벡터의 최대 요소의 위치에 의존하고,
각신호영역의 최하 경계의 추정은 최하 요소에 대응하는 각좌표의 차이로 결정되며, 수정의 합이 최하 요소와 수정값을 위하여 결정되고,
각신호영역의 최상 경계의 추정은 최상 요소에 대응하는 각좌표, 최상요소를 위한 수정 및 수정값의 합으로 결정된다.
평균신호도래각의 추정은 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정들의 합의 1/2 로 생성된다.
안테나 어레이 요소들과 파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이 요소의 진폭계수의 비율들은 서로 등가일 수 있으며, 상기 비율은 최대값으로 결정되고 0 과 1 사이의 값을 갖으며, 상기 최대값에 대하여 사용자에 의하여 수신된 정보신호모델의 통계적으로 상관적인 요소들과 통계적으로 비상관적인 요소들의 평균전력들의비율이 주어진 값을 초과하지 않는다.
BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 순방향 채널패턴형성방법의 두 번째 실시예는,
가입자의 신호를 수신하는 동안에 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들이 생성되고, 역방향 채널에서의 적응적 안테나 어레이 요소들의 복소가중치계수들이 생성되며, 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대하여 결정함수가 생성되고, 안테나 어레이의 기하학을 고려하여 평균신호도래각의 추정을 생성하면서 최대결정함수의 방향이 결정되며, 생성된 평균신호도래각의 추정을 이용하여 안테나 어레이 요소들의 위상계수들이 결정되는 과정으로 구성되며,
각각의 가입자에 대한 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들을 생성하기 전에,
경로신호들의 시간 위치들을 결정하면서 가입자 신호가 탐색되고,
최대 전력을 갖는 신호가 존재하는 경로가 선택되며,
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대한 역방향 채널에 있어서의 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들이 생성된 후에, 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들에 대하여 파일럿 신호의 복소상관응답들이 안테나 어레이 요소들의 출력에서 생성되면서 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들과 대응하는 각각의 방향의 복소계수들의 승산값들을 결합할 수 있도록 가입자신호의 도래평균각의 추정이 주기적으로 생성되고,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 복소상관응답들의 모듈들이 생성되며,
파일럿 신호의 결합된 상관응답이 안테나 어레이의 출력에서 생성되고 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답들의 모듈들을 결합하며 모듈들 중에 최대값을 갖는 모듈이 결정되고
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 결합된 상관응답들과 최대 결합상관응답의 비율들을 결정하면서, 파일럿 신호의 정규화되고 결합된 상관응답들이 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 생성되고,
역방향 채널에 있어서의 안테나 어레이 요소들의 복소가중치계수들을 생성한 후에, 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대하여 안테나 패턴의 값들이 역방향 채널에서 생성되며,
안테나 패턴의 최대 생성값이 역방향 채널에서 결정되고,
안테나 어레이의 값들과 최대값의 비율을 결정하면서 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들이 L개의 다른 방향들에 대한 역방향 채널에서 생성되며,
안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 정규화되고 결합된 상관응답과 역방향 채널에서의 안테나 어레이의 정규화된 값의 가중된 결합을 수행하면서 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대한 결정함수가 생성되고,
평균신호도래각과 안테나 어레이 요소들의 위상계수들을 생성한 후에 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들이 서로 같은 값을 갖도록 설정되며,
안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상 계수들이 신호를 가입자에게 전송하기 위하여 이용된다.
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 복소상관응답들의 모듈들을 결합하는 동안에, 요소들의 수는 상수로 설정되거나 신호 페이딩 주파수의 추정에 적응적으로 의존하여 선택된다.
상기의 문제를 해결하기 위한 BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 순방향 채널패턴 형성장치의 첫 번째 실시예에 있어서,
상기 장치는 N개의 상관기들, 기준신호 생성기, 신호도래각 측정블록, 역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록, 순방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터의 생성블록으로 구성되고,
상기 장치에서 상관기들의 첫 번째 입력들은 신호입력들이고 상기 장치의 입력들에 연결되며, 상관기들의 두 번째 입력들은 기준신호들이고 기준신호 생성기의 출력과 결합되며,
각각 N개의 승산기들, 첫 번째 결합기, 모듈계산블록, 복소방향계수블록, 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록을 포함하는 L개의 다른 방향들에 대한 결정함수계산블록들, 탐색블록, 제어기, 첫 번째와 두 번째 정규화블록, 두 번째 결합기, 스케일링블록, 신호도래각의 추정분포벡터생성블록, 신호도래각의 평균추정분포벡터생성블록, 신호도래각의 추정분포벡터의 분석블록이 부가되고,
상기 장치에서 탐색블록의 첫 번째 입력은 상기 장치의 첫 번째 입력에 연결되며,
탐색블록의 두 번째 입력은 제어신호이고 제어기의 출력에 연결되며,
탐색블록의 출력은 탐색결정함수의 출력이고 제어기의 입력에 연결되며,
기준신호생성기의 입력은 제어신호이고 제어기의 출력과 연결되며 상기 장치의 블록들의 동기적인 동작들을 제공하게 되고,
N-1개의 승산기들의 첫 번째 입력들과 첫 번째 결합기의 첫 번째 입력은 방향결정함수 계산블록의 첫 번째 입력들이고 대응하는 상관기들의 출력들에 연결되며 그 출력들에서 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 상관응답들을 생성하게 되고,
두 번째부터 N번째 승산기들의 출력들은 첫 번째 결합기의 입력들과 결합되며,
첫 번째 결합기의 출력은 안테나 어레이의 출력에서 주어진 방향의 파일럿 신호의 복소상관응답의 출력이고 모듈계산블록의 입력에 연결되며,
모듈계산블록의 출력은 안테나 어레이의 출력에서 주어진 방향의 파일럿 신호의 복소상관응답의 모듈의 출력 및 각각의 방향결정함수 계산블록의 첫 번째 출력이고 첫 번째 정규화 블록의 대응되는 입력과 연결되며,
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록의 첫 번째 입력은 각각의 방향결정함수 계산블록의 두 번째 입력이고 역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 출력에 연결되며 역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 출력에서는 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터를 생성하게 되고,
역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 신호입력들은 상기 장치의 입력들에 연결되며,
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록의 두 번째 입력과 N-1개의 승산기들의 두 번째 입력들은 서로 결합되고 복소방향계수블록의 출력들과 결합되며,
상기 복소방향계수블록의 출력들은 주어진 방향의 복소계수들의 출력이고,
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록의 출력은 방향결정함수 계산블록의 두 번째 출력이면서 주어진 방향의 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴값의 출력이고 두 번째 정규화블록의 대응하는 입력에 연결되며,
첫 번째 정규화블록의 출력은 모든 L개의 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 복소상관응답들의 정규화된 모듈들의 출력이고 두 번째 결합기의 첫 번째 입력에 연결되며,
두 번째 정규화블록의 출력은 모든 L개의 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들의 출력이고 스케일링 블록의 입력과 결합되며,
스케일링 블록의 출력은 모든 L개의 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중되고 정규화된 값들의 출력이고 두 번째 결합기의 두 번째 입력과 결합되며,
두 번째 결합기의 출력은 L개의 방향들에 대한 결정함수값들의 출력이고 신호도래각 측정블록의 입력에 연결되며,
신호도래각 측정블록의 출력은 평균신호도래각의 추정의 출력이고 신호도래각 추정분포벡터 생성블록의 입력에 연결되며, 신호도래각 추정분포벡터 생성블록 출력에서는 신호도래각의 추정분포벡터들의 시퀀스를 생성하게 되고,
신호도래각 추정분포벡터 생성블록의 출력은 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록의 첫 번째 입력에 연결되며,
신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록의 두 번째 입력은 제어신호이고 제어기의 출력과 결합되며,
신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록의 출력은 신호도래각 평균추정분포벡터의 시퀀스의 출력이고 신호도래각 추정분포벡터 분석블록의 입력에 연결되며, 상기 신호도래각 추정분포벡터 분석블록의 출력들에서는 각신호영역의 최상 및 최하 경계들의 추정들을 생성하게 되고,
신호도래각 추정분포벡터 분석블록의 출력들은 순방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 대응하는 입력들에 연결되며,
순방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 출력들은 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상계수들이다.
상기의 문제를 해결하기 위한 BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 순방향 채널패턴형성 장치의 두 번째 실시예에 있어서,
상기 장치는 N개의 상관기들, 기준신호 생성기, 신호도래각 추정블록, 역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록, 순방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터의 생성블록으로 구성되고,
상기 장치에서 상관기들의 첫 번째 입력들은 신호입력들이고 상기 장치의 입력들에 연결되며, 상관기들의 두 번째 입력들은 기준신호입력들이고 기준신호 생성기의 출력과 결합되며,
각각 N-1개의 승산기들, 첫 번째 결합기, 모듈계산블록, 리셋결합기, 복소방향계수블록, 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록을 포함하는 L개의 다른 방향들에 대한 결정함수계산블록들, 탐색블록, 제어기, 첫 번째와 두 번째 정규화블록들, 두 번째 결합기, 스케일링블록이 부가되고,
상기 장치에서 탐색블록의 첫 번째 입력은 상기 장치의 첫 번째 입력에 연결되며,
탐색블록의 두 번째 입력은 제어신호이고 제어기의 출력에 연결되고,
탐색블록의 출력은 탐색결정함수의 출력이고 제어기의 입력에 연결되며,
기준신호생성기의 입력은 제어신호이고 제어기의 출력과 연결되며 상기 장치의 블록들의 동기적인 동작들을 제공하게 되고,
N-1개의 승산기들의 첫 번째 입력들과 첫 번째 결합기의 첫 번째 입력은 방향결정함수 계산블록의 첫 번째 입력들이고 대응하는 상관기들의 출력들에 연결되며 상기 상관기들의 출력들에서는 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 상관응답들을 생성하게 되고,
두 번째부터 N번째 승산기들의 출력들은 첫 번째 결합기의 입력들과 결합되며,
첫 번째 결합기의 출력은 안테나 어레이의 출력에서 주어진 방향의 파일럿 신호의 복소상관응답의 출력이고 모듈계산블록의 입력에 연결되며,
모듈계산블록의 출력은 안테나 어레이의 출력에서 주어진 방향의 파일럿 신호의 복소상관응답의 모듈의 출력이고 리셋결합기의 첫 번째 입력에 연결되며,
리셋결합기의 두 번째 입력은 리셋신호의 입력이고 제어기의 출력에 연결되며,
리셋결합기의 출력은 안테나 어레이 출력에서 주어진 방향의 파일럿 신호의 결합된 복소상관응답의 출력 및 방향결정함수 계산블록의 첫 번째 출력이고 첫 번째 정규화블록의 대응하는 입력에 연결되며,
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록의 첫 번째 입력은 각각의 방향결정함수 계산블록의 두 번째 입력이고 역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 출력과 결합되며 안테나 어레이의 출력에서 역방향채널에서의 안테나 어레이 요소들의 가중치계수들을 생성하게 되고,
역방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 신호입력들은 상기 장치의 입력들에 연결되며,
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록의 두 번째 입력과 N-1개의 승산기들의 두 번째 입력들은 서로 결합되고 복소방향계수블록의 출력들과 결합되며,
상기 복소방향계수블록의 출력들은 주어진 방향의 복소계수들의 출력이고,
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록의 출력은 방향결정함수 계산블록의 두 번째 출력이면서 주어진 방향의 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴값의 출력이고 두 번째 정규화블록의 대응하는 입력에 연결되며,
첫 번째 정규화블록의 출력은 모든 L개의 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿 신호의 복소상관응답들의 결합되고 정규화된 모듈들의 출력이고 두 번째 결합기의 첫 번째 입력에 연결되며,
두 번째 정규화블록의 출력은 모든 L개의 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들의 출력이고 스케일링 블록의 입력에 연결되며,
스케일링 블록의 출력은 모든 L개의 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중되고 정규화된 값들의 출력이고 두 번째 결합기의 두 번째 입력과 결합되며,
두 번째 결합기의 출력은 L개의 방향들에 대한 결정함수값들의 출력이고 신호도래각 추정블록의 입력에 연결되며,
신호도래각 추정블록의 출력은 평균신호도래각의 추정의 출력이고 순방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 입력에 연결되며,
순방향채널에서의 안테나 어레이 가중치벡터 생성블록의 출력들은 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상계수들의 출력들이다.
전술한 바와 같은 기지국의 적응적 안테나어레이 패턴의 형성 방법 및 장치에 대한 상기 첫 번째 및 두 번째 실시예들(the variants)과 원형(the prototype)을 비교분석하면, 상기 제안된 발명들이 복소 간섭-신호 환경에서 간섭제거능력을 상당히 향상시킨다는 점에서 원형과 차이가 있음을 확인할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 다른 기술적 해법들과 본 특허청구범위에 기재된 발명들을 비교분석하면 기지국(BS)의 적응적 안테나 어레이의 안테나 패턴 형성에 대한 본 특허청구범위에 기재된 발명들은 신규성, 문제의 기술적 해결, 종래의 기술과의 상당한 차이와 같은 기준들을 충족하고 해결의 비자명성을 갖고 있음을 보여 준다.
전술한 바와 같은 내용은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자는 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다.
본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 동일한 목적들을 달성하기 위하여 다른 구조들을 변경하거나 설계하는 기초로서 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 용이하게 사용될 수도 있다는 사실을 인식하여야 한다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 발명과 균등한 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 인식하여야 한다.
도 1은 본 발명이 통상적인 장치의 블록다이어그램을 나타낸 도면.
도 2는 순방향채널에서의 안테나어레이패턴형성의 예를 나타낸 도면.
도 3은 신호도래각 평균추정분포벡터를 획득하기 위한 슬라이딩 윈도우(sliding window)의 이용 예를 나타낸 도면.
도 4는 최상 및 최하 요소들을 결정하는 예를 나타내는 도면.
도 5는 강한 간섭의 영향하에서 높이 상승된 최하 요소의 예를 나타내는 도면.
도 6은 안테나어레이요소들의 명수법(numbering) 순서의 예를 나타내는 도면.
도 7은 상기 제안된 장치의 첫 번째 이형의 블록다이어그램을 나타내는 도면.
도 8은 신호도래각 추정분포벡터 생성블록의 이형을 나타내는 도면.
도 9는 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록의 이형을 나타내는 도면.
도 10은 신호도래각 추정분포벡터 분석블록의 이형을 나타내는 도면.
도 11은 순방향채널에서의 안테나어레이의 가중치벡터생성블록의 이형을 나타내는 도면.
도 12는 안테나어레이요소들의 진폭계수비율생성노드의 동작 알고리즘을 나타내는 도면.
도 13은 상기 제안된 장치의 두 번째 이형의 블록다이어그램을 나타내는 도면.
도 14 내지 도 16은 순방향채널의 안테나패턴들의 예들을 나타내는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 방법
BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성방법의 상기 제안된 첫 번째 실시예에 따르면,
상기 안테나 어레이에서는 공통파일럿신호가 안테나 어레이 요소들 중의 한 요소로부터 전송되고 정보신호는 모든 안테나 요소들로부터 각각의 사용자에게 전송되며, 다음과 같이 구성된다.
각각의 사용자에 대하여,
경로신호들의 시간위치들을 찾음으로써 가입자신호의 탐색이 수행되고,
최대 전력을 갖는 신호가 존재하는 경로가 선택되며,
신호도래각의 추정들의 시퀀스가 형성되고,
각각의 신호도래각의 추정을 생성하기 위하여
안테나어레이요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들이 형성되며,
상기 안테나어레이출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답들은 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들(, i=1∼L) 각각에 대하여 안테나어레이요소들의 파일럿신호의 복소상관응답들의 승산값들을 대응하는 각각의 방향의 복소계수들에 가산함으로써 형성되고,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나어레이출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답들의 모듈들이 형성되고 그 최대모듈이 결정되며,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나어레이출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답들의 정규화된 모듈들은 L개의 다른 방향들에 대한 안테나어레이출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답들의 모듈들의 최적모듈에 대한 비율들을 찾음으로써 형성되고,
역방향채널에서의 적응적 안테나어레이요소들의 복소가중치계수들은 사용자신호를 수신하는 동안에 형성되며,
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들(, i=1∼L) 각각에 대하여, 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴값이 형성되고,
역방향채널에서의 상기 형성된 안테나 어레이 패턴값들의 최대값이 결정되며,
역방향채널에서의 안테나 패턴값들의 그 최대값에 대한 비율들을 찾음으로써 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 정규화된 안테나 어레이 패턴값들이형성되고,
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들(, i=1∼L) 각각에 대하여, 안테나 어레이 출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답의 정규화된 모듈과 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값의 가중된 결합을 수행하면서 결정함수가 형성되며,
도래각추정은 최대결정함수방향(a decision function maximum direction)으로 형성되고,
상기 형성된 도래각추정들의 시퀀스는 각각 M개의 도래각의 추정들을 포함하는 블록들로 그룹지어지며,
상기 형성된 M개의 블록신호도래각(block signal angle of arrival)의 추정들에 의하여 각각의 블록에 대한 블록 신호도래각 추정분포벡터들의 시퀀스가 생성되고, 블록 신호도래각의 벡터는 길이는 L이며, 상기 벡터의 각각의 요소는 탐색된 각영역의 L개의 방향들 중의 하나에 대응하고 그 방향의 도래각추정들의 수와 같으며,
슬라이딩 윈도우를 사용하여 블록 신호도래각추정분포 벡터의 시퀀스들로부터 신호도래각의 평균추정분포벡터들의 시퀀스가 형성된다.
각각의 신호도래각의 평균추정분포벡터에 대하여
각영역의 최상 및 최하 경계들의 추정들이 결정되고,
상기 획득되어진 각영역의 최상 및 최하 경계들의 추정들에 의하여 평균도래각의 추정이 형성되며,
안테나 어레이의 기하학을 고려하며, 상기 형성된 평균도래각의 추정을 이용하여 안테나 어레이 요소들의 위상계수들이 결정되고,
위와 같이 획득되어진 각신호영역의 최상 및 최하 경계들의 추정들에 의하여 안테나 어레이 요소 신호들의 상관행렬이 형성되며,
상기 형성된 상관행렬의 촐레스키(Cholesky) 변환이 수행되고,
이렇게 함으로써 최하 삼각행렬이 획득되며,
상기 획득되어진 최하 삼각행렬과 안테나 어레이의 위상계수들을 이용하여 파일럿 신호가 전송되고, 상기 파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이 요소에 대한 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들의 비율이 결정되고,
안테나 어레이 요소들의 수를 고려하여, 상기 결정된 비율에 의하여 정규화된 계수가 결정되며,
표준(standard)계수와 파일럿신호를 전송하는 안테나 어레이 요소의 진폭계수에 대한 안테나어레이요소의 진폭계수들의 비율을 승산으로써 안테나 어레이의 진폭계수들이 결정되고,
상기 생성된 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상계수들은 정보심볼을 사용자에게 전송하는 데 이용된다.
각신호영역의 최상 및 최하 경계들의 추정은, 예를 들면, 다음과 같은 방식으로 수행된다.
신호도래각 평균추정분포벡터의 최대요소가 결정되고,
최상 및 최하 요소들은 신호도래각 평균추정분포벡터의 경계들로 결정되며, 상기 요소들의 그룹은 신호도래각 평균추정분포벡터 최대요소를 포함하고, 상기 그룹의 요소들은 문턱값을 초과하나, 최대요소의 양 측면에서 하나의 단일한 문턱값 미초과 요소 뿐만 아니라 둘 또는 셋의 이웃하는 문턱값 미초과 요소들로 구성되는 하나의 그룹이 허용될 수 있으며,
최상요소 위에 위치하는 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 합뿐만 아니라 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 합이 결정되게 되고,
최하요소 아래에 위치하는 신호도래각 평균추정추정분포의 요소들의 합에 의존하여 최하요소에 대한 수정이 형성되고, 최상요소 위에 위치하는 신호도래각 평균추정분포의 요소들의 합에 의존하여 최상요소에 대한 수정이 형성되며,
신호도래각 평균추정분포벡터의 최대요소의 위치에 의존하여 최상 및 최하 요소들에 대한 수정값이 결정되고,
최하 각신호영역 경계의 추정은 최하요소에 대응하는 각좌표의 차이로 결정되고, 최하요소에 대한 수정(correction amendment)과 수정값(correction value)의 합으로 결정되어지며,
최상 각신호영역경계의 추정은 최상요소와, 최상요소에 대한 수정 및 수정값에 대응하는 각좌표의 합으로 결정된다.
평균도래각의 추정은 각신호영역의 최상 및 최하 경계들의 추정들의 합의 1/2로 형성된 수 있다.
파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이의 진폭계수에 대한 안테나 어레이 진폭계수들의 비율은 서로 같을 수 있고, 상기 비율이 최대값으로 결정되며 0부터 1사이의 값을 갖는다. 상기 최대값에 있어서 사용자가 수신하는 정보신호모델의 통계적으로 비상관적인 요소들의 평균전력과 통계적으로 상관적인 요소들의 평균전력의 비율은 주어진 값을 초과하지 않는다.
첫 번째 실시예에 의한 순방향채널 안테나 패턴형성을 위한 상기 제안된 알고리즘은 두 단계로소 구성된다.
첫 번째 단계에서는 유용한 각신호영역의 경계들의 추정이 결정된다. 상기 추정은 기지국(BS)에 의하여 수신되는 이동국(MS) 사용자의 신호를 이용하여 수행된다.
두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 획득되어진 유용한 각신호영역의 경계들의 추정들에 의하여 순방향채널 안테나 패턴 형성이 수행된다(안테나 어레이 요소들의 가중치계수들에 대한 필요값들의 할당, 도 2 참조)
순방향채널 안테나 패턴 형성 알고리즘(유용한 신호영역의 각경계들의 추정)의 첫 번째 단계는 역방향채널 안테나 어레이의 가중치 계수들(Wup)이 이용되고 다음과 같이 구성된다.
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들(, i=1∼L) 각각에 대하여,
안테나어레이 파일럿신호의 "짧은"복소상관응답의 모듈이 다음의 <수학식 2>와 같이 형성된다.
여기에서, n=1∼N, i=i∼L 은 각각의 방향의 복소계수들, un, n=1∼N은 안테나 어레이 요소들의 출력들에서의 파일럿 신호의 복소상관응답들, N은 안테나 어레이 요소들의 수이다.
안테나어레이 출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답모듈의 값이 다음의 <수학식 3>과 같이 정규화된다.
i=1∼L.
또한, 상기와 같은 방향들(, i=1∼L)에 대하여 역방향채널 안테나 어레이 패턴의 이산값들은 다음의 <수학식 4>와 같이 형성된다.
여기에서 Wup는 역방향채널에서의 안테나 어레이 요소가 적응하는 동안에 획득되어진 사용자 신호를 수신할 때에, 강력하게 부수하는 간섭들의 제거를 고려하면서 역방향채널에서의 적응적 안테나 어레이 요소들의 가중치계수들의 벡터이고, (·)H는 Hermition conjugation 동작이다.
상기 <수학식 4>의 값은 다음의 <수학식 5>와 같이 정규화된다.
i=1∼L
안테나 어레이 출력에서 파일럿신호의 복소상관응답의 표준모듈(수학식 3)과 역방향채널 안테나 어레이 패턴의 표준값(수학식 5)의 가중된 합으로 이루어지는 결정함수가 다음의 <수학식 6>과 같이 형성된다.
여기에서 α는 가중치 계수이다.
신호도래각의 짧은 측정의 추정은 다음의 <수학식 7>과 같이 최대결정함수의 방향(각위치)으로 결정된다.
위에서 기술된 모든 동작들이 M번 반복된다. 즉, 도래 추정들의 M개의 각(짧은 측정들)이 생성된다. 상기 형성된 도래추정들의 각의 시퀀스는 블록들로 그룹되어지며, 각각의 블록들은 M개의 도래추정들의 각을 포함한다.
각각의 블록의 M개의 형성된 도래추정들의 각(7)에 의하여 길이가 L인 블록 신호도래각추정분포의 벡터가 형성되며, 이와 같은 방법으로 블록 신호도래각추정분포벡터의 시퀀스를 생성하게 되고, 상기 벡터의 각각의 요소들은 L개의 방향들 중 하나에 대응하며 도래각 추정들의 수와 일치한다. 블록 신호도래각추정분포벡터의 물리적인 의미는 짧은(short) 도래각추정들의 도수분포표에 해당한다.
슬라이딩 윈도우를 사용함으로써 도래각추정분포벡터들의 시퀀스로부터는 신호도래각 평균추정분포벡터들의 시퀀스가 형성된다. 물리적인 의미에 있어서 신호도래각 평균추정분포벡터는 신호도래각추정들, i=1∼L 의 평균도수분포표에 해당한다.
더 나아가 우리는 신호도래각 평균추정들의 도수분포표 라는 용어를 사용할 것이며 이 용어는 신호도래각 평균추정분포벡터와 같은 의미이다.
상기 형성되어진 평균 도수분포표가 안정성을 갖기 위하여는 짧은(short) 측정들의 수는 충분히 커야 한다. 이와 반면에 빠르게 변하고 있는 간섭-신호 환경이 고려되도록 하기 위하여는, 안정된 평균 도수분포표의 생성을 위하여 요구되는 충분히 긴 분석시간과, 각신호영역의 최하 경계에 대한 결정과 최상 경계들에 대한 결정을 하는 사이의 시간의 간격이 상대적으로 짧은 시간간격을 갖을 것이 요구된다. 이러한 문제에 대한 타협책으로 슬라이딩 윈도우의 사용이 제안되어 지며, 그 구성은 도3에 나타나 있다. 상기 슬라이딩 윈도우를 사용하여, 최하 및 최상 신호영역 경계의 추정들에 대한 결정은 M개의 "짧은"측정에 의하여 만들어지고, 평균도수분포표는 nM개의 "짧은"측정들에 의하여 형성된다.
최하 및 최상 신호영역경계들의 추정에 대한 결정은 신호도래각 평균추정들의 도수분포표, i=1∼L(신호도래각 평균추정분포벡터)에 근거하여 만들어진다. 이에 대한 분석은, 예를 들면, 다음과 같은 방법으로 이루어진다.
먼저 최대 평균도수분포표의 위치가 다음의 <수학식 8>과 같이 결정된다.
평균도수분포표 상에서 문턱값()을 초과하는 최하 및 최상 각좌표들(,)이 결정되며(최하 및 최상요소들), 이는 도4에 나타나 있다.인 조건을 만족하는 마지막 최하 값 및 마지막 최상 값 θ가,으로 선택된다. 여기서,는인 시스템 파라미터로 정의된다. 이 때 각신호영역에 있어서 하나의 단일한(singular) 문턱미초과값들은 허용된다(도 4). 또한 도수분포표상에서의 둘 또는 셋의(two or three) 서로 인접하는 이산 문턱미초과값들로 구성된 하나의 그룹도의 좌우 양측면에 대하여 모두 허용된다.
위에서 구한 최하 및 최상값에 대하여 다음의 확률을 계산한다.
< 및 >
강한 간섭들이 있는 경우에는 그 간섭들의 영향 아래에서 도래각추정의 위치들이 각신호영역으로부터 각간섭영역으로 재분포(도 5 참조)가 다소 발생하므로 상기 확률들의 데이타가 고려되는 것이 중요하다. 따라서 (9)에서 구한 P1과 P2를 이용하여과를과만큼 보정하여 준다.
및에 대한 수정인,는값에 의존하는 함수들이고,이 90°가까운 값을 가질 때에는,값들은 "0"이 아니며 서로 등가의 값을 가질 수 있다. 상기 수정들은 각신호영역의 추정의 크기에서 발생가능한 과소추정(underestimation)을 보상하기 위하여 도입된다. 또한,가 90°가까운 값일 경우에 각신호영역 크기 추정에서 발생할 수 있는 과소추정을 막기 위해서과값으로 보정해준다.
상기 획득된 값들을 고려하여, 최종적으로 최하 및 최상 신호영역경계들의 추정들인과이 다음의 <수학식 10>과 <수학식 11>에 나타낸 바와 같은 방법으로 형성된다
상기 제안된 알고리즘의 두 번째 단계에서는, 상기 최하 및 최상 각신호영역의 추정들,에 의하여 평균도래각추정들과 각확산이 결정된다.
,
안테나 어레이 요소들의 명수법(numeration)은 임의적일 수 있음을 고려하여야 한다. 편리를 위하여 파일럿 신호를 방사하는 요소로부터 명수법을 시작하고 있으며, 그 예는 도6에 제시되어 있다.
정보신호는 안테나 어레이의 모든 요소들에 의하여 전송되고 공통파일럿 신호는 BS 안테나 어레이의 하나의 요소에 의하여 전송된다. 상기 공통파일럿 신호를 전송하는 요소는 도6에 나타난 바와 같이 안테나 어레이의 중간에서 선택될 것이 추천된다. 이러한 선택은 안테나 어레이의 다른 요소들의 신호들과 상기 공통파일럿신호를 전송하는 요소의 상대적으로 높은 신호상관이 필요하고 MS에서 정보채널과 파일럿채널의 신호들 사이에 높은 위상상관이 필요하기 때문에 이루어지는 것이다.
안테나 어레이 요소들의 순방향채널에서의 복소가중치계수들, n=1, N은 다음과 같은 방법으로 형성된다.
안테나 어레이 요소들의 위상계수들, n=1,N 은 평균도래각의 추정및 안테나 어레이의 기하학에 의하여 결정된다. 예를 들면, 도6에서 제시된 바와 같이, N=4일 때 등거리(equidistant) 안테나 어레이 요소들의 명수법 순서에 있어서는 그 위상계수들은 다음과 같다.
여기에서는 수신신호의 파장길이이고, d는 BS 안테나 어레이의 인접하는 요소들간의 거리이다.
상기 첫 번째 요소의 위상은 "0" 이고, 상기 첫 번째 요소의 역할은 카운트의 시작(영점, zero point)이다.
최하 및 최상 각신호영역의 경계들의 추정들,에 의하여 안테나 어레이 요소들의 신호들의 상관행렬 K가 형성된다.
여기에서 명수법의 순서를 고려하면(도 6 참조),
이고, 신호도래 경로들의 수인 Q는 예를 들어 500으로 한다.
q=1∼Q
안테나 어레이 요소들의 신호들의 상관행렬 K(수학식 14)에 대한 Cholesky 변환은 다음의 <수학식 16>과 같이 된다.
상기 변환의 결과로서, J. Golub, Ch. Van Chan. Matrix caculations. /M.; Mir, 1999, P.134, R. Horn, Ch. Jonson. Matrix analysis/M.; Mir, 1989, p. 141 에서 기술되어진 바에 따라서 최하 삼각행렬(bottom triangular matrix)이 형성된다.
singular K행렬의 경우에 있어서 중요한 개선이 이용된다. 상기 개선의 핵심은, 만약 Cholesky 변환과정에 있어서 G 행렬의 주(main) 대각선에서 0또는 매우 작은 값을 갖게 되는 요소들이 나타나게 되면(이러한 경우는 singular K행렬들에서만 나타난다), G 행렬의 모든 나머지 요소들은 0으로 간주된다는 사실에 있다. 상기 개선은 전형적인(standard) Cholesky 변환의 이용이 불가능할 때에,=0 인 경우를 포함하여 도래각의 추정들 및 각확산(angle spread)이 임의의 값들을 갖는 경우에도 Cholesky 변환의 이용을 가능하게 한다.
상기 <수학식 16>을 이용하여 안테나 어레이의 진폭계수를 결정하기 위한 작은 매개 변수의 값이 선택된다. 예를 들면, 다음의 <수학식 17>과 같다.
상기 <수학식 16>의 G 행렬의 요소들 및 위상계수들, n=1,N의 요소들은 함수를 결정하는데 이 함수는 사용자에 의하여 수신되는 정보신호모델의 통계적으로 비상관적인 것(non-coherent)과 통계적으로 상관적인(coherent) summands의 평균전력비율이다. 예를 들면, 4-요소 안테나 어레이에 대하여 다음과 같다.
다음의 <수학식 19>에 나타낸 부등식이 만족되는 최대값 ??이 결정되고, 상기 최대값 ??는 0과 1사이의 값을 갖는다.
를 1부터 상기 <수학식 19>의 조건이 만족할 때까지 일정하게 감소시키면서 상기 <수학식 19>를 만족하는 가장 큰값이 최종값으로 결정된다.
상기 획득된 (최종값)는 안테나 어레이의 진폭계수들을 결정하는 과정에 이용된다. 파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이 요소의 진폭계수에 대한 안테나어레이 요소들의 진폭계수들의 비율은 서로 같지 않다는 것이 고려된다. 그리고 안테나 어레이의 진폭계수는 다음의 <수학식 20>과 같다.
여기에서 k는, 예를 들면, 아래의 조건일 때 획득되는 정규화 계수이다.
따라서, 상기 형성된 안테나어레이요소들의 복소가중치계수들은 정보신호를 사용자에게 전송하는 과정에 이용된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 장치
상기 기술된 방법의 구현을 위한 장치가 도 7에 제시되어 있다.
상기 제안된 장치는 N개의 상관기들2.1-2.N, L개의 방향결정함수계산블록들 7.1-7.L(L개의 방향결정함수계산블록들의 첫 번째 입력들은 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 상관응답들의 입력들이고 대응하는 상관기들2.1-2.N의 입력들에 연결된다), 탐색블록13, 제어기14, 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5, 연속적으로 연결된 첫 번째 정규화블록15, 두 번째 결합기16, 신호도래각 추정블록19, 신호도래각 추정분포벡터 생성블록20, 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록21, 신호도래각 평균추정분포벡터의 분석블록22, 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6, 그리고 스케일링 블록17과 두 번째 정규화블록18을 포함한다.
상관기들 2.1-2.N의 첫 번째 입력들은 신호이고 상기 장치의 입력들과 결합된다. 상관기들 2.1-2.N의 두 번째 입력들은 기준신호(reference)이고 기준신호생성기1의 기준신호출력과 결합된다.
기준신호생성기1의 입력이 작동되고 상기 장치의 동기적 동작을 제공하는 제어기14의 출력에 연결된다. 탐색블록13의 출력은 탐색결정함수의 출력이고 제어기14의 입력에 연결된다. 각각의 방향결정함수계산블록7.1-7.L은 N-1개의 승산기들8.2-8.N, 첫 번째 결합기9, 모듈계산블록10, 복소방향계수들블록11과 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12을 포함한다. 승산기들8.2-8.N의 첫 번째 입력들과 첫 번째 결합기9의 첫 번째 입력은 상관기들 2.1-2.N의 파일럿 신호의 상관응답들의 출력들에 연결되며, 두 번째부터 N번째까지의 승산기들8.2-8.N의 출력은 결합기9의 입력들에 연결된다. 결합기9의 출력은 안테나 어레이 출력에서 당해 방향의 파일럿 신호의 복소상관 응답의 출력이고 모듈계산블록10의 입력에 연결된다. 모듈계산블록10의 출력은 안테나 어레이 출력에서 당해 방향의 파일럿 신호의 복소상관응답의 모듈의 출력이고 방향결정함수계산블록들7.1-7.L의 각각의 결정함수의 첫 번째 출력이며 첫 번째 정규화블록15의 대응하는 입력에 연결된다.
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 첫 번째 입력은 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 두 번째 입력이고 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 출력에 연결되며, 상기 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 출력에서는 역방향채널에서의 안테나 어레이 요소들의 가중치계수들이 형성되고, 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 신호입력들은 상기 장치의 입력에 연결된다. 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 두 번째 입력과 승산기들8.2-8.N의 두 번째 입력은 당해 방향의 복소계수들의 출력인 복소방향계수들블록11의 출력에 연결된다.
방향결정함수계산블록7.1-7.L의 두 번째 출력이면서 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴값들인 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 출력은 두 번째 정규화블록18의 대응하는 입력에 연결된다.
첫 번째 정규화블록15의 출력은 모든 L방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 복소상관 파일럿 신호응답들의 정규화된 모듈들의 출력이고 두 번째 결합기16의 첫 번째 입력에 연결되며, 두 번째 정규화블록18의 출력은 모든 L방향들의 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들에 대한 출력이고 스케일링블록17의 첫 번째 입력에 연결되며, 스케일링블록17의 출력은 모든 L방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중되고 정규화된 값들의 출력이고 두 번째 결합기16의 두 번째 입력에 연결되며, 두 번째 결합기16의 출력은 모든 L방향들에 대한 결정함수값들의 출력이고 신호도래각 추정블록19의 입력에 연결되며, 신호도래각 추정블록19의 출력은 평균도래각추정의 출력이고 역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20의 입력에 연결되며, 역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20의 출력에서는 신호도래각추정분포 벡터들의 시퀀스(신호도래각추정들의 도수분포표)를 형성하고, 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록21의 두 번째 입력은 제어신호이며 제어기14의 출력에 연결된다. 역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20의 출력은 신호도래각 평균추정분포벡터의 시퀀스(신호도래각추정들의 평균도수분포표)의 출력이고 신호도래각 평균추정분포벡터 분석블록22의 입력에 연결된다. 신호도래각 평균추정분포벡터 분석블록22은 각신호영역의 최상 및 최하 경계들을 형성하며 그 출력들은 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 대응하는 입력들에 연결된다. 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 출력은 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상계수의 출력이다.
복소경로신호는 안테나 어레이의 N개의 요소들의 출력과 함께 상관기들 2.1-2.N의 첫 번째(신호) 입력들과 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 입력들에 전송된다.
그와 동시에 안테나 어레이의 첫 번째 요소로부터의 복소경로신호가 탐색블록13의 입력에 전송된다. 탐색블록13은 파일럿 신호에 의하여 이산시간위치들에서의 경로신호탐색의 결정함수를 형성한다. 탐색블록13의 이러한 정보는 제어기14에 전송되며 제어기14는 탐색결정함수의 수신된 값들과 문턱값을 비교하고 문턱초과값(the threshold exceedings)에 의하여 경로신호들의 시간위치들을 결정한다. 제어기14에서는 탐색된 경로신호들에 대하여 획득되어진 결정함수의 값들이 서로 비교되고 결정함수의 최대값(최대전력)과 함께 경로신호의 시간 위치가 결정된다.
제어기14의 출력으로부터 수신되는 제어신호에 의하여 최대전력경로의 신호에 대응하는 기준신호는 기준신호생성기1의 출력으로부터 상관기들 2.1-2.N의 두 번째 입력에 전송된다.
상관기들 2.1-2.N에서는, 예를 들면, J 칩 길이의 짧은 시간간격에서 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들이 생성된다. 칩(chip)은 한 번의 요소간의(elementary) 시간간격의 지속기간이다.
안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소응답들은 L개의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 첫 번째 입력에 전송된다. 즉, 첫 번째 결합기9의 첫 번째 입력과 대응되는 승산기들8.2-8.N의 첫 번째 입력들에 전송된다. L개의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 수는 탐색된 각영역의 다른 방향들의 수와 일치한다.
역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5에서는, 예를 들면, R. A, Monzingo, T.U. Miller. The adaptive antenna arrays. /M.; Radio and communications, 1986, p. 77-90., A.A. Pistolkors, O.S. Litvinov. The introduction into the adaptive arrrays theory. M., Nauka, 1991에서 제안되어진 알고리즘에 의하여, 사용자의 신호를 수신하는 기간동안에 역방향채널에서 적응적 안테나 어레이 요소들의 가중치계수들이 형성되며, 이러한 계수들은 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 두 번째 입력에 전송된다. 즉, 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 첫 번째 입력들에 전송된다.
의 복소방향계수들의 블록에는 i=1∼L 일 때 i 번째 방향에 대한 복소계수들, n=1∼N이 존재한다. 이러한 계수들은, 예를 들면, Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88 에서 제시된 알고리즘에 의하여 계산된다. 방향의 복소계수들, n=1∼N은 대응하는 (복소)승산기들8.2-8.N의 두 번째 입력들과 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 두 번째 입력들에 전송된다.
Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless cmmunications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88에 의하면이고, 따라서 방향결정함수계산블록7.1-7.L에서 이용되는 승산기들의 수는 N-1과 같다.
각각의 승산기들8.2-8.N 안에서는 대응하는 안테나 어레이 요소들의 신호의 복소상관응답들과 각각의 방향에 대한 복소계수들, n=1∼N의 승산이 수행된다.
승산기들8.2-8.N의 출력신호들 및 첫 번째 상관기 2.1의 출력으로부터의 안테나 어레이의 첫 번째 요소의 파일럿 신호의 복소상관응답들은 결합기9의 입력들에 전송되며, 결합기9 안에서는 합산이 수행된다. 결합기9의 출력의 신호는 안테나 어레이 출력방향의 파일럿 신호의 복소상관응답에 대응한다.
상기 결합기9의 출력 신호는 모듈계산블록10의 입력에 전송되고, 모듈계산블록10에서는 신호의 실수부의 제곱과 허수부의 제곱을 합산한 값에 대한 제곱근이계산된다. 모듈계산블록10의 출력은 안테나 어레이 출력에서의방향의 파일럿신호의 복소상관응답의 모듈에 해당한다.
상기 신호는 모듈계산블록10의 출력으로부터 첫 번째 정규화블록15의 대응하는 입력에 전송된다. L개의 다른 방향에 대한 정규화블록15에서는 안테나 어레이 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답의 최대모듈이 결정되고 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답들의 정규화된 모듈들이 형성된다. 상기 정규화는 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답들의 모듈들의 그 최대모듈에 대한 비율의 결정에 의하여 수행된다. 상기 L개의 다른 방향에 대하여 획득되어진 정규화된 신호들은 결합기16의 첫 번째 입력들에 전송된다.
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12에서는 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들, i=1∼L 각각에 대하여 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 계산이, 예를 들면, Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88 에서의 알고리즘에 따라 형성된다. 이러한 값들은 정규화블록18의 입력들에 전송된다. L개의 다른 방향들에 대한 정규화블록18에서는 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 최대값이 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 값들을 서로 비교함으로써 결정되고 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들이 형성된다. 상기 정규화는 L개의 다른 방향들에 대한 역방향 채널에서의 안테나 어레이 패턴의 그 최대값에 대한 비율을 결정함으로써 수행된다. 상기 획득되어진 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들은 스케일링블록17의 입력에 전송된다. 스케일링블록17에서는 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값과 가중치계수를 승산함으로서 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중되고 정규화된 값들이 결정된다. 상기 형성된 값들은 결합기 16의 두 번째 입력에 전송된다. 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들, i=1∼L 에 대한 결합기16의 입력에서는 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답들의 정규화된 모듈들과 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중되고 정규화된 값들의 합산을 수행함으로써 결정함수가 형성된다. 상기 결정함수의 값은 신호도래각 추정블록19에 전송되며, 신호도래각 추정블록19에서는 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들, i=1∼L 에 대한 결정함수의 값들을 서로 비교함으로써 결정함수의 최대값이 결정된다. 짧은 시간간격에서 형성되는 역방향 채널에서의 신호도래각의 추정은 결정함수 최대위치에 의하여 결정된다.
역방향채널에서의 신호도래각의 추정값들은 역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20의 입력에 전송된다. 역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20에서는 짧은 시간간격들에서 형성된 신호도래각의 추정들의시퀀스가 블록들로 그룹지어지고 각각의 블록은 M개의 신호도래각의 추정들을 포함한다.
역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20을 구현한 이형은 도 8에 제시되어 있다. 역방향채널에서의 신호도래각의 추정분포벡터생성블록20은 다음과 같이 작동한다.
형성된 신호도래각의 추정들의 시퀀스는 L개의 병렬 문턱값비교노드들24.1-24.L에 전송된다. 각각의 문턱값은 L개의 방향들 중 하나에 대응한다. 만약 신호도래각의 추정값이 i번째 문턱값보다 크거나 i+1번째 문턱값보다 작게되면 "OR"26.2-26.L 요소들 및 "NO"25.1-25.L의 논리요소의 결과로서 i 번째 카운터27의 값이 유니트에서 증가하며, 다른 카운터 값들은 변하지 않는다. i 번째 카운터27의 최종값은 i 번째 신호도래각에 대응하는 추정들의 수를 결정한다. 첫 번째 카운터27은 탐색된 신호도래방향의 0 보다는 크고 0 에 가장 가까운 값보다는 작은 신호도래각의 추정들의 수를 계산한다.
다중화기28의 카운터29는 블록M의 입력에서의 수신각격과 등가인 기간 (period)을 갖는 도래각의 추정들과 한 기간에서 서로를 향하여 이동(shift)된 시간 펄스들의 두 개의 신호들을 생성한다. 첫 번째 M값을 갖는 신호에 의하여 신호도래각에 대응하는 수를 결정하는 카운터들27.1-27.L은 다중화기28을 통하여 임의접속기억장치(RAM) 안에 재기재된다(rewritten). 두 번째 신호에 의하여 모든 카운터들27은 "0"상태로 설정된다.
따라서, 신호도래각의 M개의 추정들에 의하여 길이L의 신호도래각추정분포벡터가 형성되며, 상기 벡터의 각각의 요소는 L방향들 중 하나에 대응되고 상기 방향의 신호도래각의 추정들의 수와 같다.
블록20의 출력으로부터의 상기 신호도래각추정분포벡터들의 시퀀스는 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록21의 입력에 전송되며, 상기 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록21의 이형은 도 9에 제시되어 있다. 신호도래각 추정분포벡터 분석블록22는 다음과 같이 작동된다.
제어신호에 의하여 작동하는 동안에 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록21의 입력으로부터의 현재(current) 신호도래각 추정분포벡터의 요소들은 RAM1 35.1에 기재된다. 제어신호에 의하여 차기(next) 신호도래각추정분포벡터의 요소들이 입력에서 전송되고 있는 동안에 현재 신호도래각추정분포벡터의 값은 RAM1 35.1로부터 RAM2 35.2으로 기재되며, 블록의 입력으로부터의 신호도래각추정분포벡터의 값은 RAM1 35.1에 기재된다. 신호도래각추정분포벡터의 요소들이 블록21의 입력에서 전송이 되고 있는 동안에, 매 시간마다, 제어신호에 의하여 하나의 RAM35으로부터 다른 RAM35으로 신호도래각추정분포벡터의 요소들의 상기와 유사한 연속적 재기재(sequential rewritten)가 이루어진다.
하나의 RAM35으로부터 다른 RAM35으로 신호도래각 추정분포벡터의 요소들의 유사한 연속적 재기재가 있은 후에, 합산노드32의 입력에서 모든 RAM35으로부터의 신호도래각 추정분포벡터의 요소의 병렬판독(parallel read)이 일어나며, 합산노드32에서는 모든 상기 벡터들의 합산이 수행된다. 합산결과들은, 분할노드33에서 nM으로 나누어지고, RAM34에 기재된다(n은 평균계산 동안에 이용되는 신호도래각추정분포벡터들의 수이고, M은 신호도래각추정분포벡터를 형성하는 동안에 이용되는 도래각추정들의 수). RAM34의 출력으로부터 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들이 신호도래각 평균추정분포벡터 생성블록21의 출력에 전송되고 분석을 위하여 신호도래각 추정분포벡터 분석블록22에 전송된다.
신호도래각 추정분포벡터 분석블록22의 실시예가 도10에 제시되어 있다
상기 이형은 다음의 방법으로 작동한다.
신호도래각 평균추정분포벡터의 출력요소들은 RAM36에 기재된다. 그리고 이 요소들은 신호도래각추정분포벡터의 최상요소결정노드37, 최하요소결정노드38 및 최대요소결정노드39 안으로 판독되며, 수정값계산노드42 안으로 판독된다.
최대요소결정노드39 안에서는 신호도래각 평균추정분포벡터의 최대요소가 선택되고 최상요소결정노드37, 최하요소결정노드38 및 수정값계산노드42에 전송된다. 신호도래각 평균추정분포벡터의 최상요소결정노드37 안에서는 주어진 문턱값을 초과하는 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 그룹의 최상경계가 그 최상요소로 결정된다. 최대요소 위에 놓여 있는 요소들의 상기 그룹에 대하여 하나의 단일한 문턱값 미초과 요소 뿐만 아니라 둘 또는 셋의 이웃하는 문턱값 미초과 요소들로 구성된 하나의 그룹도 허용된다. 최하요소결정노드38 안에서는 신호도래각 평균추정분포벡터의 최하요소가 유사한 방법으로 결정된다.
수정값계산노드42의 입력들에서는 신호도래각추정분포벡터의 최상, 최하 및최대요소들의 값들이 전송된다. 수정값계산노드42 안에서는 최하요소의 아래에 있는 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 합이 결정되고, 최상요소의 위에 있는 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 합이 결정된다. 그리고, 최하요소 아래에 놓여 있는 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 합에 의존하는 최하요소에 대한 수정(correction amendment)이 형성되고, 최상요소 위에 놓여 있는 신호도래각 평균추정분포벡터의 요소들의 합에 의존하는 최상요소에 대한 수정이 형성된다. 최하 및 최상 요소들에 대한 수정값(correction value)은 최대요소의 위치에 의존하여 결정된다. 최상요소에 대한 수정 및 그 수정값은 최상경계추정노드40에 전송된다. 최하요소에 대한 수정 및 그 수정값은 최하경계추정노드41에 전송된다.
최하경계추정노드41 안에서는 상기 최하요소에 대한 수정 및 수정값의 합과 최하요소와의 차이가 조정된(adjusted) 각신호영역의 최하경계의 추정으로 결정된다.
신호도래각 추정분포벡터 분석블록22의 출력으로부터의 각신호영역의 최상 및 최하 경계들의 추정은 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 입력들에 전송된다.
순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 실시예가 도11에 제시되어 있다.
순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6은 다음과 같이 작동된다.
각신호영역의 최하 및 최상경계들의 조정된 추정들은 신호도래각 추정분포벡터 분석블록22의 출력신호이고 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 입력에 전송된다. 즉, 상관행렬생성노드43 및 평균도래각추정생성노드44의 입력에 전송된다. 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 기능적 구조(functional scheme)는, 예를 들면, TMS 320Cxx, Motorola 56xxx, 인텔 및 기타 최근의 디지탈 신호처리 마이크로프로세서(DSP)로서 실현될 수 있다.
평균도래각추정생성노드44안에서는 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정들에 의하여, 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정의 1/2, 즉,이 평균도래각의 추정으로 형성되고 안테나어레이요소들의 위상계수생성노드46의 입력에 전송된다. 안테나 어레이 요소들의 위상계수들은 안테나 어레이의 기하학을 고려하여 평균도래각의 추정에 의하여 결정된다. 예를 들면, N=4이고 도6의 예와 같은 명수법 순서의 동원 안테나 어레이 요소들에 있어서, 안테나 어레이 요소들의 위상계수들은 다음과 같다.
상기 계산되어진 안테나 어레이 요소들의 가중치계수들은 안테나어레이요소들의 진폭계수비율생성노드47의 두 번째 입력 및 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 출력에 전송된다.
상관행렬생성노드43 안에서는 각신호영역의 최하 및 최상 경계들의 추정들에 의하여 상관행렬 K의 요소들이 방정식(14) 에 따라서 계산된다.
상관행렬의 요소들은 Cholesky변환노드45의 입력에 전송되며, Cholesky변환노드45에서는, 예를 들면, J. Golub, Ch. Van Loun. Matrix calculations. M.: Mir, 1999, p. 141 에서 제안된 알고리즘에 따라서, 최하삼각행렬(the bottom triangular matrix)이 형성되고 상기 최하삼각행렬의 요소들은 안테나어레이요소들의 진폭계수비율생성노드47의 첫 번째 입력에 전송된다. 상기 안테나어레이요소들의 진폭계수비율생성노드47 안에서는 도 12에 제시된 동작 알고리즘이 실현될 수 있다.
상기 제안된 안테나어레이요소의 진폭계수들의 비율 생성 알고리즘은 다음과 같이 작동된다. 첫 번째 단계에서는 파일럿 신호가 전송되는 안테나 어레이 요소의 진폭계수에 대한 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들의 비율(라고 칭한다)에게 유니트와 등가인 값이 주어진다. 안테나 어레이 요소들의 위상계수들을 이용하여 최하삼각행렬의 요소들 및 주어진값과, 사용자에 의하여 수신되는 정보신호모델의 통계적으로 비상관적인 것과 통계적으로 상관적인 결합들의 평균전력들의 비율이 계산된다. 작은(예를 들면,)파라미터의 값은 미리 선택되고값과 비교된다. 만약의 조건이 만족되고=1이 되면 절차가 종결된 것으로 본다. 그렇지 않은 경우에는, 서로 다른에 대하여 함수의 값이 파라미터와 비교된다. 상기 절차는의 조건이 완전히 만족될 때까지계속된다. 상기 부등식이 만족되는값은 최종값으로 간주되고 안테나어레이요소들의 진폭계수비율생성노드47의 출력이 된다. 상기 출력은 정규화계수생성노드48의 입력 및 안테나어레이요소들의 진폭계수생성노드49의 첫 번째 입력에 전송된다. 정규화계수생성노드48 안에서는 수신된값 및 안테나 어레이 요소들의 수에 의존하는 정규화 계수 k가 형성된다. 정규화계수 k의 값은 안테나어레이요소들의 진폭계수생성노드49의 두 번째 입력에 전송되며, 안테나어레이요소들의 진폭계수 생성노드49에서는 상기 획득된값과 정규화계수 k를 이용하여 다음과 같은 방법에 따라서 진폭계수들이 결정되고,
위상계수들과 진폭계수들은 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 출력신호들이 된다.
상기 획득되어진 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상계수들은 순방향채널에서 정보신호를 사용자에게 전송하기 위하여 사용된다.
상기와 같은 적용기능 및 연결구조를 갖는 제어기14는 전형적인 것이며, TMS 320Cxx, Motorola 56xxx, 인텔 및 기타 최근의 디지탈 신호처리 마이크로프로세서(DSP)로서 실현될 수 있다.
상기 제안된 장치(the device)안에서 탐색블록13은 표준블록이고 Zhuravlev V.I. "Search and synchronization in broad systems", M., Radio and Communications, 1986, p.24 에서 기술되어진 바에 따라 구현될 수 있다.
도 14,15,16에서는 다른 각신호영역들에 대한 순방향 안테나 패턴들이(상기 제안된 방법에 따라서 만들어진) 제시되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 방법
BTS 적응적 안테나 어레이 패턴 형성을 위한 두 번째 이형은 다음과 같이 구성된다.
각각의 사용자에 대하여
경로신호들의 시간위치들을 찾음으로써 사용자 신호의 탐색이 수행되며,
평균신호도래각의 추정은 주기적으로 형성되며 상기 추정을 위하여,
안테나 어레이 요소들의 파일럿신호의 복소상관응답들이 형성되고,
각영역의 L개의 다른 방향들 각각에 대하여 안테나 어레이 요소들의 파일럿신호의 복소상관응답들과 그에 대응하는 각각의 방향의 복소계수들의 승산값들을 합산함으로써 안테나 어레이 출력에서의 복소상관신호응답들이 형성되며,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 출력에서 파일럿신호의 복소상관응답들의 모듈들이 형성되고,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 출력에서 파일럿신호의 복소상관응답들을 합산함으로써 안테나 어레이 출력에서 결합된 파일럿 신호의 상관응답이 형성되며,
L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 출력에서 정규화되고 결합된 파일럿신호의 복소상관응답들이 형성되고, 최대결합상관응답에 대한 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이 출력에서 파일럿신호의 복소상관응답들의 비율들과, 사용자들이 신호를 수신하는 동안에 역방향채널에서의 안테나 어레이 요소들의 복소가중치계수들을 찾음으로써,
탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들, i=1,L 각각에 대하여 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴값들이 형성되며,
상기 값들 중에서 최대값이 결정되고,
상기 최대값에 대한 안테나 어레이 패턴의 값들의 비율들을 찾음으로써 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들이 형성되며,
안테나 어레이 출력에서 정규화되고 결합된 파일럿 신호의 복소상관응답과 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴에서의 정규화된 값의 가중된 결합을 수행함으로써 탐색된 각영역인 L개의 다른 방향들, i=1,L 각각에 대하여 결정함수가 형성되고,
평균신호도래각의 추정을 생성함으로써 최대방향함수의 방향이 결정되며,
안테나 어레이의 기하학을 고려하면서 상기 형성된 평균신호도래각의 추정을 이용하여 안테나 어레이 요소들의 위상계수들이 결정되고,
안테나 어레이 요소들의 진폭계수는 서로 같은 값으로 설정되며,
안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상 계수들은 신호를 사용자에게 전송하기위하여 사용되고,
L개의 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서 파일럿신호의 복소상관응답들의 모듈들을 합산하는 동안의 부가물(additives)들의 수는 불변이거나 또는 신호페이딩의 추정에 적응적으로 의존하여 선택된다.
상기 알고리즘에 따라서 역방향채널의 신호에 의하여 순방향채널에 있어서의 안테나 어레이 패턴 형성이 수행된다.
순방향채널에 있어서의 스마트 안테나 패턴형성은 다음과 같이 구성된다.
탐색된 BS 사용자들의 신호로부터
경로신호들의 시간위치들을 찾음으로써 가입자신호의 탐색이 수행되고,
최대 전력을 갖는 신호가 존재하는 경로가 선택되며,
첫 번째 단계에서는 전력경로신호도래에 의한 최대 평균각의 추정이 설정된다.
두 번째 단계에서는 순방향채널에서의 적응적 안테나 어레이의 안테나 패턴이 최대값으로 형성되고, 상기 최대값은 평균신호도래각의 추정의 방향으로 설정된다. 복소가중치계수들은 아래의 값을 갖을 수 있다
여기에서는 역방향채널에서의 평균신호도래각의 추정이다.
MS 신호도래방향의 결정을 위한 알고리즘은 파일럿 신호의 축적뿐만 아니라 가중치계수들의 벡터에 근거하여 다음과 같이 구성된다.
탐색된 각영역의 L개의 각각의 방향들, i=1,L 에 대하여,
M복소상관 파일럿 신호응답들이 안테나어레이의 출력에서 형성되며
, k=1~M
여기에서 un, n=1,N은 각각 J 칩(chip) 길이를 갖는 의한 안테나 어레이 요소 상관기들의 출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답들이고,, n=1~N, i=1~L 이다.
상기 <수학식 23>에 나타낸 복소상관응답들의 M개의 모듈들의 비상관적인 축적은 다음의 <수학식 24>와 같다
안테나 어레이의 출력에서의 파일럿신호의 복소상관응답들의 모듈들을 합산하는 동안에 부가물(additives)들의 수는 변하지(permanent) 않도록 설정되거나, 또는 비상관적인 축적의 총 지속기간(full duration)이 여러개의 페이딩기간들이 되는 경우와 같은 방법으로 신호페이딩주파수에 의존하여 적응적으로 선택된다. 그렇지 않은 경우에는 유용한 신호의 페이딩에 의한 소멸(fade-out)로 인하여 신호도래추정에 있어서 에러가 생길 수 있다.
상기 <수학식 24>의 값은 다음의 <수학식 25>와 같이 정규화된다.
그리고, 역방향채널에 있어서의 안테나 어레이 패턴의 이산값들이 다음의 <수학식 26>과 같이 형성된다.
여기에서 Wup은 사용자들의 신호를 수신하는 동안의 강한 상관간섭들의 존재를 고려하여 획득되어진 역방향채널에서의 적응적 안테나 어레이의 가중치계수들의 벡터이고, (·)H는 Hermitian conjution 동작이다.
상기 <수학식 26>의 값은 다음의 <수학식 27>과 같이 정규화된다.
결정함수는 상기 <수학식 25>에 나타낸 함수들의 가중된 합으로 다음의 <수학식 28>과 같이 형성되며, 여기에서는 가중치계수이다.
원하는 MS의 평균신호도래각의 추정은 상기 최대결정함수(수학식 28)의 위치에 의하여 다음의 <수학식 29>와 같이 결정된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 장치
상기와 같은 방법을 구현하기 위한 장치(the device)가 도 13에 제시되어 있다.
상기 제안된 장치는 N개의 상관기들 2.1-2.N, L개의 방향결정함수 계산블록들7.1-7.L (이 때 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 첫 번째 입력들은 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소응답들의 입력들이고 대응되는 상관기들 2.1-2.N의 출력들에 연결된다), 탐색블록13, 제어기14, 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5, 연속적으로 연결된 첫 번째 정규화블록15, 두 번째 결합기16, 신호도래각 추정블록19, 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6, 스케일링블록17 및 두 번째 정규화블록18들을 포함한다. 상관기들 2.1-2.N의 첫 번째 입력들은 신호이고 당해 장치의 입력들과 연결된다. 상관기들 2.1-2.N의 두 번째 입력들은 기준신호이고 기준신호생성기1의 기준신호출력에 연결된다. 기준신호생성기1의 입력은 제어신호이고 상기 장치의 블록들의 동기적인 작동기능을 제공하는 제어기14의 출력에 연결된다. 첫 번째 탐색블록13은 당해 장치의 입력에 연결되며, 탐색블록13의 두 번째 입력은 제어신호이고 제어기14의 출력에 연결된다. 탐색블록13의 출력은 탐색결정함수의 출력이고 제어기14의 입력에 연결된다. 각각의 방향결정함수계산블록7.1-7.L은 N-1개의 승산기들8.2-8.N, 첫 번째 결합기9, 모듈계산블록10, 복소방향계수블록11, 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12, 리셋결합기23들을 포함한다. 승산기들8.2-8.N의 첫 번째 입력들과 첫 번째 결합기9의 첫 번째 입력은 상관기들 2.1-2.N의 파일럿 신호의 상관응답들의 출력에 연결되며, 두 번째부터의 N번째까지의 승산기들8.2-8.N의 입력들은 결합기9의 입력들에 연결되고, 결합기9의 출력은 안테나 어레이의 출력에서 방향 파일럿 신호의 복소상관응답의 출력이고 모듈계산블록10의 출력에 연결된다. 모듈계산블록10의 출력은 안테나 어레이의 출력에서 방향파일럿 신호의 복소상관응답의 모듈의 출력이고 리셋결합기23의 첫 번째 입력에 연결되며, 리셋결합기23의 두 번째 입력은 리셋신호의 입력이고 제어기14의 출력에 연결된다. 리셋결합기23의 출력은 안테나어레이의 출력에서 파일럿 신호가 결합된 복소응답과 각각의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 첫 번째 출력이고 대응하는 첫 번째 정규화블록15의 입력에 연결된다.
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 첫 번째 입력은 각각의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 두 번째 입력이고 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 출력에 연결되며, 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 출력에서는 역방향채널에 있어서의 안테나어레이요소들의 가중치계수들을 생성한다. 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 신호입력들은 상기 장치의 입력에 연결된다. 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 두 번째 입력과 승산기들8.2-8.N의 두 번째 입력들은 결합되고 주어진 방향에 대한 복소계수들의 출력인 복소방향계수블록11의 출력에 연결된다.
역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 출력은 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 두 번째 출력이고 역방향채널에서의 안테나어레이 패턴값들의 출력이며 두 번째 정규화블록18의 대응하는 입력에 연결된다.
첫 번째 정규화블록15의 출력은 모든 L방향들에 대한 결정함수의 정규화된 모듈들의 출력이고 두 번째 결합기16의 첫 번째 입력에 연결되며, 두 번째 정규화블록18의 출력은 모든 L방향들의 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들의 출력이고 스케일링블록17의 입력에 연결된다. 스케일링블록17의 출력은 모든 L방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중되고 정규화된 값들의 출력이고 두 번째 결합기16의 두 번째 입력에 연결된다. 두 번째 결합기16의 출력은 L방향들에 대한 결정함수값들의 출력이고 신호도래각 추정블록19의 입력에 연결되며, 신호도래각 추정블록19의 출력은 평균신호도래각의 추정의 출력이고 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 입력에 연결된다. 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 출력은 안테나 어레이 요소들의 진폭 및 위상 계수들의 출력이다.
안테나 어레이 요소들의 N개의 출력들로부터 공급된 복소경로신호는 상관기들 2.1-2.N의 첫 번째 (신호)입력들로 주입되고 역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5의 출력들이 된다.
그와 동시에 첫 번째 안테나 어레이 요소로부터 공급된 복소경로신호가 탐색블록13의 입력에 주입된다. 탐색블록13은 이산 시간위치에서 경로신호탐색의 결정함수를 생성한다. 상기 탐색블록13의 정보는 제어기14로 보내지며, 제어기14는 상기 획득된 결정함수의 값들과 문턱값을 비교하고 문턱값의 초과 여부에 의하여 경로신호들의 시간위치들을 결정한다. 제어기14 안에서는 찾아진 경로신호들에 대한 상기 획득된 결정함수의 값들이 서로 비교되며, 경로신호의 시간위치와 결정함수의 최대값이 결정된다.
제어기14의 출력으로부터 공급되어진 제어신호에 의하여, 최대전력을 갖고 있는 경로신호에 대응하는 기준신호가 기준신호생성기1의 출력으로부터 상관기들 2.1-2.N의 두 번째 입력들에 주입된다.
상관기들 2.1-2.N 안에서는 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들, n=1~N 이 J 칩 길이의 시간간격으로 생성된다. 상기 칩은 한 번의 요소의 신호 간격의 지속기간이다.
안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소응답들은 L개의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 첫 번째 입력들에 주입된다. L개의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 수는 탐색된 각영역의 고려되어진 방향들의 수와 같다.
역방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록5 안에서는 역방향채널에서의 적응적 안테나 어레이 요소들의 복소가중치계수들이, 예를 들면, R.A.Minzingo, T.U.Miler. Adaptive antenna arrays. /M.:Radio and communication, 1986.p.77-90 에서 제안된 알고리즘에 따라서 생성된다.상기 계수들은 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 두 번째 입력에 주입된다. 즉, 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 첫 번째 입력들에 주입된다.
복소방향계수()블록11은 i=1~L일때, i 번째 방향에 대한 복소계수들, n=1~N을 포함한다. 상기 계수들은, 예를 들면, Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88 에서 제안된 알고리즘에 따라서 계산된다. 복소방향계수들, n=1~N은 대응하는 (복소) 승산기들8.2-8.N의 두 번째 입력과 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12의 두 번째 입력들에 주입된다.
상기와 같은 경우에 있어서 Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88 에 따르면 복소계수이고, 따라서 방향결정함수계산블록7.1-7.L에서 사용되는 승산기들의 수는 N-1이다.
각각의 승산기들8.2-8.N 안에서는 대응하는 안테나 어레이 요소들의 파일럿 신호의 복소상관응답들이 각각의 방향의 복소계수들, n=1~N에 의하여 승산된다.
승산기들8.2-8.N의 출력신호들과 첫 번째 상관기2.1로부터 공급되어진 첫 번째 안테나 어레이 요소의 파일럿 신호의 복소상관응답들은 결합기9의 입력들에 주입되고 이 곳에서 결합되어진다. 결합기9의 출력으로부터 공급된 신호는방향에 대한 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답에 대응한다.
상기 신호는 모듈계산블록10의 입력에 주입되고, 모듈계산블록10 안에서는 신호의 실수부의 제곱과 허수부의 제곱의 합산값에 대한 제곱근(square root)이 계산된다. 모듈계산블록10의 출력신호는방향에 대한 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답의 모듈과 같다. 상기 신호는 모듈계산블록10의 출력으로부터 리셋결합기23의 첫 번째 입력으로 공급되고, 리셋결합기23의 두 번째 입력에는 제어(리셋)신호가 제어기14로부터 공급된다.
리셋결합기23 안에서는 제어(리셋)신호에 의하여방향에 대한 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 복소상관응답들의 M개의 모듈들의 비상관적인 축적(non-coherent accumulation)이 수행된다.
상기 비상관적인 축적의 총 지속기간이 여러 개의 페이딩 기간들이 되도록 M개의 비상관적인 요소들의 수는 상수(constant)로 설정되거나 신호페이딩주파수에 적응적으로 의존하여 선택된다.
각각의 방향결정함수계산블록7.1-7.L의 리셋결합기23의 출력으로부터 공급된 신호는방향의 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 결합된 상관응답이고 정규화블록15의 대응하는 입력에 주입된다. L개의 다른 방향들에 대한 정규화블록 안에서는 파일롯 신호의 최대 결합 상관응답이 안테나 어레이의 출력에서 다른 방향들의 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 결합된 상관응답들을 비교함으로써 결정되고 안테나 어레이의 출력에서의 파일롯 신호의 결합되고 정규화된 응답들이 L개의 다른 방향들에 대하여 생성된다. 상기 정규화는 L개의 다른 방향들에 대한 안테나 어레이의 출력에서의 파일럿 신호의 상관응답들의 합산과 최대 결합상관응답의 비율들을 결정함으로써 수행된다. L개의 다른 방향들에 대하여 획득되어진 정규화된 신호들은 결합기16의 첫 번째 입력들에 주입된다.
L개의 다른 방향들, n=1~L 각각에 대한 역방향채널에서의 안테나 패턴의 이산값들의 계산블록12 안에서는 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 값들이, 예를 들면, Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88 에서 제시된 바에 따라서 생성되며, 상기 값들은 정규화블록18의 입력들에 전송된다.
L개의 다른 방향들에 대한 정규화블록18 안에서는 다른 방향들의 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 값들을 서로 비교함으로써 안테나 어레이 패턴의 최대값이 결정되고 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들이 생성된다. 상기 정규화는 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 값들과 그 최대값의 비율을 결정함으로써 수행된다. 상기 획득되어진 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 정규화된 값들은 스케일링블록17의 입력에 주입된다. 스케일링블록17은 정규화된 안테나 어레이 패턴의 값들과 가중치계수를 승산함으로써 L개의 다른 방향들에 대한 역방향채널에서의 정규화된 안테나 어레이 패턴의 가중된 값들을 생성하고, 상기 가중된 값들은 결합기16의 두 번째 입력에 주입된다. 결정함수는 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들, n=1~L에 대한 결합기16의 출력에서 생성되고 안테나 어레이 출력에서 파일럿 신호의 정규화되고 결합된 상관응답들과 역방향채널에서의 안테나 어레이 패턴의 가중된 값들의 결합을 수행한다. 결정함수의 신호는 신호도래각 추정블록19에 전송되며, 신호도래각 추정블록19 안에서는 탐색된 각영역의 L개의 다른 방향들, n=1~L에 대한 결정함수의 값들을 서로 비교함으로써 결정함수의 최대값이 결정된다. 상기 탐색된 역방향채널에서의 평균신호도래각의 추정은 최대결정함수의 방향에 의하여 결정된다.
역방향채널에서의 평균신호도래각의 추정은 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6의 입력에 주입되고, 순방향채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터생성블록6 안에서는, 예를 들면, Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, p. 86-88 에서 제시된 알고리즘에 따라서 안테나 어레이 요소의 기하학을 고려하면서 상기 생성된 평균신호도래각의 추정을 이용하여 안테나 어레이 요소들의 위상계수들이 결정된다. 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들은 서로 같은 값을 갖도록 설정된다. 최종적으로 반파장 근거리(the half-waveequidistant) 안테나 어레이에 대한 순방향채널에서의 안테나 어레이의 복소가중치계수 벡터는, 예를 들면, 다음의 <수학식>과 같다.
, n=1~N
여기에서는 역방향채널에서의 평균신호도래각의 추정이다.
상기 획득되어진 안테나 어레이 요소들의 복소가중치계수들은 순방향채널에서 등록자에게 신호를 전송하는 데 활용된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 원하는 신호의 임의의 각확산 값에 대하여 강한 간섭이 있을 때 간섭제거능률의 향상 및 복소 간섭-신호 환경에서의 작동능력의 개선에 관한 문제들을 해결하고 있다. 이러한 문제의 해결을 위하여 본 발명에서는 BTS 적응적 안테나 어레이를 위한 패턴형성 방법 및 장치의 두 가지 실시예(이형)(variant,異形)들이 제안된다. 안테나 패턴형성방법의 첫 번째 실시예는 각확산 정도에 관계없이 모든 사용자 신호들에게 적용될 수 있는 방법이며, 두 번째 실시예는 상대적으로 작은 각확산(30도 이하)을 갖는 사용자 신호에 적용될 수 있다.

Claims (25)

  1. 안테나 어레이를 구비하는 통신시스템의 기지국에서 순방향 채널 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    L개의 방향들에 대해 상기 안테나 어레이에서의 수신 신호의 복소상관응답들을 생성하는 과정과,
    상기 L개의 방향들에 대해 역방향 채널에서의 안테나 패턴의 이산값들을 계산하는 과정과,
    상기 생성된 복소상관응답들과 상기 안테나 패턴의 이산값들을 결합하여 순방향 채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신 신호는 파일럿 신호임을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복소상관응답들을 생성하는 과정은,
    상기 안테나 어레이의 요소들을 통해 수신되는 상기 파일럿 신호에 대한 복소상관 파일럿신호 응답들을 생성하는 과정과,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 생성된 파일럿신호 응답들과 상기 안테나 어레이 요소들에 대해 미리 정해지는 복소방향계수를 승산하는 과정과,
    상기 안테나 어레이 요소들에 대한 상기 승산 결과들을 결합하여 상기 L개의 방향들 각각에 대한 복소상관응답을 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 생성된 L개의 방향들 각각에 대한 복소상관응답을 미리 설정된 수만큼 비상관적(non-coherent)으로 축적하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 L개의 방향들 각각에 대한 복소상관응답들을 입력하여 정규화하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 안테나 패턴의 이산값들을 생성하는 과정은,
    상기 역방향 채널에서의 상기 안테나 어레이의 요소들의 복소가중치계수들을 생성하는 과정과,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 생성된 복소가중치계수들과 상기 안테나 어레이 요소들에 대해 미리 정해지는 복소방향계수들을 입력하여 상기 안테나 패턴의 이산값들을 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 L개의 방향들 각각에 대한 상기 안테나 패턴의 이산값들을 입력하여 정규화하는 과정과,
    상기 정규화된 상기 안테나 패턴의 이산값들을 스케일링하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가중치벡터를 생성하는 과정은,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 생성된 복소상관응답들과 상기 안테나 패턴의 이산값들을 결합하여 결정함수들을 생성하는 과정과,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 생성된 결정함수의 값을 최대값으로 하는 신호 도래각들을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 신호 도래각들을 이용하여 상기 안테나 어레이의 요소들의 위상계수들 및 진폭계수들을 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 위상계수들 및 진폭계수들의 결정에 이용하기 위하여 상기 추정된 신호 도래각들의 평균 도래각을 추정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 위상계수들 및 진폭계수들을 결정하는 과정은,
    상기 추정된 신호 도래각들의 평균추정분포벡터에 대한 각신호영역의 최상 경계 및 최하 경계들의 추정에 의해 상기 평균 도래각을 추정하는 과정과,
    상기 안테나 어레이의 기하학을 고려하면서 상기 추정된 평균 도래각을 이용하여 상기 위상계수들을 결정하는 과정과,
    상기 각신호영역의 최상 경계 및 최하 경계들의 추정에 의해 상기 안테나 어레이 요소들의 상관행렬을 형성하는 과정과,
    상기 형성된 상관행렬로부터 최하 삼각행렬을 획득하는 과정과,
    상기 획득된 최하 삼각행렬과 상기 결정된 위상계수들을 이용하여 상기 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들을 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 파일럿 신호가 전송되는 상기 안테나 어레이 요소의 진폭계수와 나머지 안테나 어레이 요소들의 진폭계수의 비는 1:임을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
    여기서,는 수신된 신호의 상관적(coherent) 요소와 비상관적(non-coherent) 요소의 평균전력비율이 미리 정해진 값을 넘지 않도록 하는 최대값.
  12. 제10항에 있어서, 상기 각신호영역의 최상 경계 및 최하 경계들을 보상하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 방법.
  13. 안테나 어레이를 구비하는 통신시스템의 기지국에서 순방향 채널 패턴을 형성하는 장치에 있어서,
    L개의 방향들에 대해 상기 안테나 어레이에서의 수신 신호의 복소상관응답들과, 상기 L개의 방향들에 대해 역방향 채널에서의 안테나 패턴의 이산값들을 계산하는 계산블록과,
    상기 생성된 복소상관응답들과 상기 안테나 패턴의 이산값들을 결합하여 결정함수들을 생성하는 결합기와,
    상기 생성된 결정함수들을 이용하여 순방향 채널에서의 안테나 어레이의 가중치벡터를 생성하는 가중치벡터 생성기를 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수신 신호는 파일럿 신호임을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 계산기는,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 안테나 어레이의 요소들을 통해 수신되는 상기 파일럿 신호에 대한 복소상관 파일럿신호 응답들과 상기 안테나 어레이 요소들에 대해 미리 정해지는 복소방향계수를 승산하는 승산기들과,
    상기 안테나 어레이 요소들에 대한 상기 승산 결과들을 결합하여 상기 L개의 방향들 각각에 대한 복소상관응답을 생성하는 결합기와,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 역방향 채널에서의 상기 안테나 어레이의 요소들의 복소가중치계수들과 상기 안테나 어레이 요소들에 대해 미리 정해지는 복소방향계수들을 입력하여 상기 안테나 패턴의 이산값들을 계산하는 블록을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 안테나 어레이의 요소들을 통해 수신되는 상기 파일럿 신호에 대한 복소상관 파일럿신호 응답들을 생성하는 상관기들과,
    상기 역방향 채널에서의 상기 안테나 어레이의 요소들의 복소가중치계수들을 생성하는 생성블록을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 생성된 L개의 방향들 각각에 대한 복소상관응답을 미리 설정된 수만큼 비상관적(non-coherent)으로 축적하기 위하여 상기 복소상관응답을 생성하는 결합기의 출력을 리셋시키는 리셋 결합기를 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 L개의 방향들 각각에 대한 복소상관응답들을 입력하여 정규화하는 정규화 블록을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 L개의 방향들 각각에 대한 상기 안테나 패턴의 이산값들을 입력하여 정규화하는 정규화 블록과,
    상기 정규화된 상기 안테나 패턴의 이산값들을 스케일링하는 스케일링 블록을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  20. 제13항에 있어서, 상기 가중치벡터 생성기는, 상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 생성된 결정함수의 값을 최대값으로 하는 신호 도래각들을 이용하여 상기 안테나 어레이의 요소들의 위상계수들 및 진폭계수들을 결정하는 것을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 L개의 방향들 각각에 대해, 상기 생성된 결정함수의 값을 최대값으로 하는 신호 도래각들을 추정하는 블록과,
    상기 위상계수들 및 진폭계수들의 결정에 이용하기 위하여 상기 추정된 신호 도래각들의 평균 도래각을 추정하는 블록을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 평균 도래각을 추정하는 블록은 상기 추정된 신호 도래각들의 평균추정분포벡터에 대한 각신호영역의 최상 경계 및 최하 경계들의 추정에 의해 상기 평균 도래각을 추정하는 것을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 가중치벡터 생성기는,
    상기 안테나 어레이의 기하학을 고려하면서 상기 추정된 평균 도래각을 이용하여 상기 위상계수들을 결정하고,
    상기 각신호영역의 최상 경계 및 최하 경계들의 추정에 의해 상기 안테나 어레이 요소들의 상관행렬을 형성하고,
    상기 형성된 상관행렬로부터 최하 삼각행렬을 획득하고,
    상기 획득된 최하 삼각행렬과 상기 결정된 위상계수들을 이용하여 상기 안테나 어레이 요소들의 진폭계수들을 결정하는 것을 포함함을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
  24. 제23항에 있어서, 파일럿 신호가 전송되는 상기 안테나 어레이 요소의 진폭계수와 나머지 안테나 어레이 요소들의 진폭계수의 비는 1:임을 특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
    여기서,는 수신된 신호의 상관적(coherent) 요소와 비상관적(non-coherent) 요소의 평균전력비율이 미리 정해진 값을 넘지 않도록 하는 최대값.
  25. 제23항에 있어서, 상기 각신호영역의 최상 경계 및 최하 경계들은 보상됨을특징으로 하는 상기 패턴 형성 장치.
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