KR20040006039A - 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법 - Google Patents

어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

어댑티브 어레이 안테나 수신 장치에서는, 무선 수신부(102a, 102b, …102n)는 안테나 소자(101a∼101n)로부터의 RF 신호를 베이스 밴드 신호(128a, 118b, …118n)로 변환 출력한다. 서쳐부(103)는 변환된 베이스 밴드 신호에 응답하여, n개의 안테나 소자(101a∼101n)의 빔마다 경로의 위치(타이밍)를 검출한다. 핑거부(104)는 서쳐부(103)가 검출한 타이밍에서 역확산을 행하고, 적응 알고리즘을 이용하여 빔을 형성하고, 최대비 합성을 행한다. 이와 같이, 경로의 위치(타이밍)에 의해, 경로가 시간축 상에서 중첩된 경우에 경로를 구별하는 것이 가능하고, 지연 정보에 상위가 나온 시점에서의 경로의 할당을 재실행할 필요가 없고, 빔의 추종성을 향상시키고 또한 통신 품질을 개선할 수 있다.

Description

어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법{ADAPTIVE ARRAY ANTENNA RECEPTION APPARATUS AND METHOD}
일반적으로, DS-CDMA 방식은 복수의 통신자가 동일한 주파수대를 이용하여 다중 통신을 행하는 방식으로, 각 통신자의 식별은 확산 부호에 의해 분리 식별된다. 이동 통신에서는 다중파 전파의 각 수신파의 전파 경로 길이에 변동이 있기 때문에, 전파 지연 시간이 다른 다중파가 간섭하여 복수 수신기에 입력하게 된다. 또한 이동국은 기지국에 대해서 위치가 변동하기 때문에, 각각의 전파 경로에서의 경로 신호는 시계 밖에서 레일리 변동(Rayleigh variation)한다. 결과적으로, 이 지연 프로파일(지연 시간에 대한 신호 전력 분포)도 시간 변동하게 된다. DS-CDMA 통신에 있어서는, 이 시간 분리된 전파 지연 시간이 서로 다른 복수의 다 경로 신호를 집중시켜 동상(in-phase) 합성(RAKE 합성)함으로써, 경로 다이버시티(path diversity) 효과를 얻을 수 있고 특성을 향상시킬 수 있다.
또는, 일정한 수신 품질에 대해서는 RAKE 합성에 수반하는 다이버시티 효과에 의해 송신 전력을 저감할 수 있다.
한편, DS-CDMA 방식을 이용한 이동체 통신 시스템의 기지국 안테나에서는 현재, 섹터 안테나가 사용되고 있다. 이것은 360°원주(셀)를 복수의 섹터로 분할한 경우 각 섹터를 담당하는 안테나이다. 셀의 섹터화는 섹터 이외의 이동국으로부터 도래하는 간섭파를 제거할 수 있고 또한 섹터 이외의 이동국으로의 간섭을 감소시킬 수 있다. 그렇지만, 동일 섹터 내의 다른 유저로부터 도래하는 파는 간섭파가 된다. 다른 유저로부터의 간섭은 채널 용량의 저하나 전송 품질을 열화시키는 주 요인이 되므로, 이 간섭을 저감하여 전송 품질을 향상시키는 기술로서 어댑티브 어레이 안테나 시스템의 연구·개발이 행해지고 있다.
어댑티브 어레이 안테나 시스템은 각 안테나 출력에 진폭 웨이트 및 위상 웨이트를 승산함으로써 안테나의 지향성 패턴(빔)을 등가적으로 형성하고, 그 빔을 소기의 파의 도래 방향으로 향하게 하거나 또는 간섭파의 도래 방향으로 널(null)을 향하게 함으로써 소기의 파 이득의 향상과 에리어 내의 간섭을 억제하는 것을 가능하게 하는 것이다.
도 5의 종래의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치에 있어서, 안테나군(521)에 의해 수신된 RF(Radio Frequency) 수신 신호는 무선 수신부군(522)에 의해 중간 주파 신호로 주파수 변환된 후, 자동 이득 증폭기(도시되지 않음)로 증폭된다. 증폭된 신호는 I/Q 채널의 베이스 밴드 신호로 직교 검파된다. 그 후 이 신호는 A/D 변환기(도시되지 않음)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이 무선 수신부군(522)의 각 디지털 신호 출력은 서쳐부(searcher section; 501)와 핑거부(Finger section; 504)로 보내진다. 서쳐부(501)에서는 우선 상관기군(505)에서 안테나군(521)에 의해 수신된 수신 신호에 포함되는 소기의 파 신호의 부호 상관을 산출하고, 그 결과에 의해 지연 프로파일 추정부군(507)에 의해 지연 프로파일 신호군(508)(지연 시간에 대한 신호 전력 분포)을 생성하여 출력한다. 경로 검출 회로(502)는 이 지연 프로파일 신호군(508)에 의해 다 경로 신호의 수신 타이밍을 서치하여, 핑거부(504)의 각 핑거(핑거-1∼핑거-n)에 할당한다.
한편, 핑거부(504)는 무선 수신부군(522)이 출력하는 디지털 신호 출력을 경로 검출 회로(502)가 출력하는 수신 타이밍 통지 신호(503)를 이용하여 역확산을 행한다. 핑거부(504)가 갖는 핑거-1∼핑거-n의 각 핑거는 복조기군(511)(각 핑거 내에 안테나군(521)의 전체 안테나 소자수 만큼의 복조기를 가짐)에서 서쳐부(501)가 할당한 경로의 역확산을 각각 행하게 된다. 역확산 후의 복조기군(511)이 출력하는 신호는 빔 형성기(512)로 출력되고, 웨이트 제어부(514) 내의 적응 알고리즘으로 산출된 진폭 웨이트·위상 웨이트가 승산되어 등가적으로 빔이 형성된다. 빔 형성기(512)의 출력은 참조 신호(516)를 기초로 하여 채널 추정부(513)에서 채널 추정 연산이 행해지고, RAKE 합성 회로(515)로 출력된다. RAKE 합성 회로(515)에서는 각 핑거가 갖는 채널 추정부(513)의 출력을 RAKE 합성한 후에 복호 회로로 송출한다.
다음으로, 웨이트 제어부(514) 내의 적응 제어 알고리즘에서 필요로 하는 오차 신호는 참조 신호(516)를 채널 추정부(513)에서 채널 추정값을 승산한 후에 빔 형성기(512)의 출력과의 차를 계산하여 생성한다. 웨이트 제어부(514)에서는 이 오차 신호가 최소가 되도록 진폭 웨이트·위상 웨이트를 갱신해 감으로써 등가적으로 빔 패턴을 형성하고 할당된 경로에 추종시킨다.
또한, 진폭 웨이트·위상 웨이트의 웨이트를 결정하는 알고리즘에 대해서는 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 등의 적응 알고리즘이 이용된다. 이들 여러 가지의 알고리즘의 대부분은 그 산출하는 웨이트를 점차적으로 최적값으로 수렴시키는 것이다.
상술한 대로 종래의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치에서는, 서쳐부(501)는 경로의 전력 레벨과 지연 시간 정보 밖에 얻을 수 없다. 따라서 핑거부(504)의 각 핑거로의 경로의 할당은 이들 두개의 정보를 기초로 행할 수 밖에 없다.
이러한 경로의 할당 방법의 일례로서, 특개평9-181704호 공보에 기재된 「CDMA 다 경로 서치 방법 및 CDMA 신호 수신 장치」가 알려져 있다. 이 공보에서는, 아래와 같은 기술이 기재되어 있다.
지연 정보가 중첩된 경로에 대해서는 전력 레벨 정보를 기초로 핑거로의 경로의 재할당을 행하는 방법이나, 일정 주기마다 검출한 복수의 경로를 지연 시간순서로 핑거부(504)에 할당을 행하는 것 등이 있다. 그렇지만, 이들 방법에서는 경로의 전력 레벨이나 지연 정보가 시시각각 변화하는 환경에서는, 적응 처리의 계산을 초기 상태로부터 재차 반복 하게 되어, 그때마다 빔이 넓어져 수신 품질의 악화·통신 용량의 감소를 초래하게 된다.
경로 지연을 설명하기 위한 도 6(도 6a, 도 6b), 및 도 6에서의 지연 프로 파일을 나타내는 도 7(도 7a, 도 7b)을 참조하면, 예를 들어 어느 시각(t1)에서 도 6a에 도시된 바와 같이, 이동기(601)로부터 송신된 신호가 경로(1)와 경로(2)의 두개의 전송로를 통해 기지국(602)에 도달한 것으로 한다. 이 때 경로(1)의 전송로 길이가 경로(2)의 전송로 길이보다 짧고 지연이 적다고 가정하여, 기지국(601)의 수신 장치 내의 서쳐부(501)에서 도 7a와 같은 지연 프로파일이 얻어진 것으로 한다.
그 후, 어느 시각(t2)에서는 이동기(601)가 이동하여 도 6b에 도시된 위치 관계가 되었다면, 경로(1)보다 경로(2)쪽이 전송로 길이가 짧아지고, 기지국(602)에서 얻어지는 지연 프로파일이 도 7b가 된다.
종래의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치에서는, 도 7a의 경우에 핑거-1(즉 빔 1)에 경로(1), 핑거-2(빔 2)에 경로(2)가 할당되어 있던 것이 도 7b가 된 시점에서, 핑거-1(빔 1)에 경로(2), 핑거-2(빔 2)에 경로(1)로 경로의 할당이 교체된다. 즉, 종래의 서쳐부(501)에서는 경로가 경로(1), 경로(2)와 같이 시간축 상에서 중첩된 경우에, 이동기(601)의 이동에 의존하는 두개의 경로를 구별하는 것이 불가능하기 때문에, 그 시점에서 어느 쪽의 경로의 추종을 잃고, 그 후 지연 정보에 차이가 나온 시점에서 경로의 할당을 다시 할 필요가 생긴다.
어댑티브 어레이 안테나 시스템의 적응 처리에 있어서, 이 경로의 재할당은 수렴된 빔, 또는 수렴 도중의 빔을 재차 초기 상태로부터 재계산하게 되므로, 빔의추종성(수렴성)을 현저하게 악화시키는 한 요인이 되어, 기본 성능상의 큰 문제점이 된다.
상술한 종래의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치는 이동기의 이동에 따른 기지국과의 경로 길이에 의한 전파 지연 시간의 변화에 의해 당초 핑거-1(즉, 빔 1)에 경로(1), 핑거-2(빔 2)에 경로(2)가 할당되어 있던 것이 이동기의 이동 시점에서 핑거-1(빔 1)에 경로(2), 핑거-2(빔 2)에 경로(1)로 경로의 할당이 교체되고, 서쳐부에서는 경로가 시간축 상에서 중첩된 경우에 두개의 경로를 구별하는 것이 불가능하기 때문에, 그 시점에서 어느 쪽의 경로의 추종을 잃고, 그 후 지연 정보에 차이가 나온 시점에서 경로의 할당을 재실행해야 한다는 결점을 가지고 있다.
또한, 어댑티브 어레이 안테나 시스템의 적응 처리에 있어서, 이 경로의 재할당은 수렴 빔, 또는 수렴 도중의 빔을 재차 초기 상태로부터 재계산하게 되므로, 빔의 추종성(수렴성)을 현저하게 악화시키는 결점을 가지고 있다.
본 발명은 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 DS-CDMA 방식(Direct Sequence-Code Division Multiple Access: 직접 확산 부호 분할 다중 방식)을 이용한 이동체 통신 시스템의 무선 기지국에 복수의 안테나 소자를 갖는 어레이 안테나를 설치하고, 수신된 신호에 임의의 진폭 웨이트와 위상 웨이트를 승산하여 합성함으로써 소기의 빔 패턴을 등가적으로 형성하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 서쳐부(searcher section)가 갖는 서쳐부 빔 형성기의 상세 블록도.
도 3은 4개의 안테나 소자를 이용하여 4빔을 형성한 경우의 빔 지향 특성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치의 제 2 실시예를 나타내는 블록도.
도 5는 종래의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치를 나타내는 블록도.
도 6a 및 도 6b는 경로 지연을 설명하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각 도 6a 및 도 6b에서의 지연 프로파일을 나타내는 도면.
본 발명의 목적은 다이나믹하게 변동하는 다 경로 환경에서의 어댑티브 어레이 안테나 시스템 빔의 추종성(수렴성)을 큰 폭으로 개선할 수 있는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 어댑티브 어레이 안테나 시스템에서의 통신 품질을 개선하고 통신 용량을 증대시키는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치는 DS-CDMA 방식을 이용한 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치에 있어서,
n(n은 1이상의 정수)개의 안테나 소자와,
이들 n개의 안테나 소자로부터의 RF 신호를 n개의 베이스 밴드 신호로 변환하는 n개의 무선 수신부와,
상기 n개의 베이스 밴드 신호를 입력하고, m(m은 1이상의 정수)개의 빔을 형성한 후, 각 빔마다 경로의 위치 타이밍을 검출하는 서쳐부와,
상기 n개의 베이스 밴드 신호를 입력하고, 상기 서쳐부가 검출한 위치 타이밍에서 역확산을 행하고, 적응 알고리즘을 이용하여 빔을 형성하고, 최대비 합성을 행하는 핑거(Finger)부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 본 실시예는 예로서 4개의 빔을 생성하는 경우의 공간형 서쳐를 구비한 수신 장치의 구성을 나타내고, n개의 안테나 소자(1O1a, 1O1b …101n)와, 각 안테나 소자(101a∼101n)로부터의 RF 신호를 베이스 밴드 신호(118a, 118b …118n)로 변환하는 n개의 무선 수신부(102a, 102b …102n)와, 안테나 소자(101a∼101n)의 빔마다 경로의 위치(타이밍)를 검출하는 서쳐부(103)와, 베이스 밴드 신호(118a∼118n)를 입력하고, 서쳐부(103)가 검출한 타이밍에서 역확산을 행하고, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 등의 적응 알고리즘을 이용하여 빔을 형성하고, 최대비 합성을 행하는 핑거부(104)로 구성되어 있다.
또한, 서쳐부(103)는 안테나 소자(101a∼101n)의 수에 대응한 상관기(105a, 105b …105n)와, 상관기(105a∼105n)의 출력 모두를 입력하고, 대응하는 빔 웨이트 신호(119a∼119d)에 의해 가중을 행하고, 생성한 빔을 출력하는 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)와, 빔 출력의 수에 대응한 지연 프로파일 추정부(107a∼107d)와, 이들 지연 프로파일 추정부(107a∼107d)가 출력하는 지연 프로파일 신호(120a∼120d)를 입력 처리하고, 유효 경로 신호(121)를 출력하는 경로 검출 회로(108)와, 유효 경로 신호(121)를 입력하여 수신 타이밍 통지 신호(116)를 출력하는 경로 판정 회로(109)와, 빔 웨이트 신호(119a∼119d)를 각각 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)에 출력하는 빔 웨이트 생성부(110)를 갖고 있다.
또한, 핑거부(104)는 복수의 핑거 회로의 핑거-1∼핑거-n과 RAKE 합성 회로(115)를 갖고, 각 핑거 회로 내에는 무선 수신부(102a∼102n)가 출력하는 베이스 밴드 신호(118a∼118n)를 복조하는 복조기(111a, 111b …111n)와, 이들 복조기(111a∼111n) 출력을 입력하고, 진폭 웨이트, 위상 웨이트의 가중을 행한 빔을 출력하는 빔 형성기(112)와, 참조 신호(117)를 기초로 이 빔 형성기(112)의 빔 출력의 채널 추정 연산을 행하는 채널 추정부(113)와, MMSE 등의 적응 알고리즘으로 산출한 진폭 웨이트, 위상 웨이트의 가중을 행하고, 빔 형성기(112)를 제어하는 웨이트 제어부(114)와, 각 핑거 회로가 갖는 채널 추정부(113)의 출력을 동상 합성하는 RAKE 합성 회로(115)를 갖고 있다.
도 2는 도 1의 서쳐부(103)가 갖는 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)의 상세 블록도이다.
도 2를 참조하면, 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d) 각각은 안테나 소자(1O1a∼1O1n)의 수에 대응한 복소 곱-합계(complex product-sum)를 행하는 (4×n)개의 승산기(201a, 201b, 201c, 201d)와, (2×n)개의 가산기(202a, 202b)와, n개의 I 출력 및 Q 출력을 각각 가산 합성하는 2개의 어큐뮬레이터(203a, 203b)를 더 내장하고 있다.
다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예의 동작을 보다 상세하게 설명한다.
n개의 안테나 소자(101a∼101n)에서 수신된 RF 신호는 안테나 소자마다 각각 무선 수신부(102a∼102n)에 보내진다. 무선 수신부(102a∼102n)에서, RF 신호는 중간 주파수 신호로 주파수 변환된 후, 자동 이득 증폭기(도시되지 않음)로 증폭되고, I/Q 채널의 베이스 밴드 신호(118a∼118n)로 직교 검파된 후, A/D 변환기(도시되지 않음)로 디지털 신호로 변환된다. 이 무선 수신부(102a∼102n)의 출력인 베이스 밴드 신호(118a∼118n)는 서쳐부(103)와 핑거부(104)에 보내진다.
서쳐부(103)에서는, 우선 n개의 상관기(105a∼105n)에서 수신 신호에 포함되는 소기의 파 신호의 부호 상관값을 안테나 소자마다 산출한다. 상관기(105a∼105n)의 n개의 출력 전체가 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d) 각각에 보내지고, 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d) 내에서 빔 웨이트 생성부(110)가 출력하는 빔 웨이트 신호(119a∼119d)에 의해 가중이 행해진다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d) 각각은 안테나 소자(101a∼101n)마다 입력된 I/Q 채널의 소기의 파 신호의 부호 상관값에 승산기(201a∼201d)와 가산기(202a, 202b)를 이용하여 해당 빔 웨이트(204)를 곱한 후에, 각 안테나 소자마다의 결과를 어큐뮬레이터(203a, 203b)에 출력하여 가산 합성을 행한다. 빔 웨이트(204)를 나타내는 W(m, n)는 (1)식에 나타낸 식으로 산출할 수 있다.
W(m, n) = exp{j×2π(m-1)(n-1)/s+jπ(n-1)/t} ····(1)
단,
m: 빔 수(서쳐부 빔 형성기의 수)
n: 안테나 소자 수
s: 빔 수
t: 안테나 소자 수
예를 들면, 4개 안테나 소자를 이용하여 4개의 빔을 생성하는 경우, (1)식은
W(m, n) = exp{j×2π(m-1)(n-1)/4+jπ(n-1)/4} ····(2)
로 되고, 1번째의 서쳐부 빔 형성기에서의 1번째 안테나 소자로부터의 입력 신호에 곱하는 빔 웨이트는 (2)식의 m, n에 1을 대입하여 구할 수 있다.
빔 웨이트 생성부(110)에서는, (1)식으로부터 빔 웨이트를 산출하여, 빔 웨이트 신호(119a∼119d)로서 각각 대응하는 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)에 통지한다. 각 안테나 소자의 상관값을 나타내는 상관기(105a∼105n)의 출력은 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d) 각각에 대응하는 빔 웨이트 신호(119a∼119d)를 승산한 후에 합성되므로, 소자간의 위상이 보정된다.
이것에 의해, 각 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)는 각각 한개의 빔을 생성하고, 그 출력은 그 빔의 수신 상관값 출력이 된다.
도 3은 4개의 안테나 소자를 이용하여 4빔을 형성한 경우의 빔 지향 특성을 나타낸 도면으로 세로축은 이득(Gain), 횡축은 각도(Ang1e)를 나타낸다.
서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)의 각 빔 출력인 빔 1, 빔 2, 빔 3, 빔 4에 대응하여, 빔 도래각에 대한 각 빔의 이득을 나타낸다. 예를 들면, 15°각으로 입사한 경로에 대해서는 빔 1로 20dB 미만의 게인을 얻어 수신할 수 있다. 또한, 각빔은 그 빔 위치에 다른 빔의 널(nu11) 점이 오도록 구성되어 있기 때문에, 15°각으로 입사한 경로는 다른 빔에서는 수신할 수 없다. 역으로 말하면 도 3에 도시된 빔을 형성한 경우, 빔 1만으로 경로가 검출될 수 있는 경우, 그 경로의 도래 각은 15°인 것으로 판단하는 것이 가능해진다.
즉, (1)식에서 구한 빔 웨이트의 계수를 승산함으로써 도 3과 같은 빔을 형성하고, 경로가 그러한 빔의 어디서 수신될 수 있는지, 또는 그러한 빔 사이에서 어떠한 수신 레벨 관계로 수신할 수 있는지를 봄으로써, 그 경로가 어느 방향으로부터 입사한 것인지를 판단하는 것이 가능해진다.
종래는 경로를 그 도래 시간 정보만으로 분류하고 있었지만, 위에서 설명한 바와 같이 빔을 형성하여 수신함으로써, 시간 정보에 더하여 공간 정보도 사용하여 분류할 수 있다. 이러한 공간 정보(빔 수)를 사용하여 경로를 검출하는 것을 공간 서치로 칭하고 있다.
서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)의 빔 출력에 의해, 지연 프로파일 추정부(107a∼107d)는 지연 프로파일 신호(120a∼120d)를 생성 출력한다. 경로 검출 회로(108)는 빔마다 지연 프로파일 신호(120a∼120d)로부터 유효한 경로를 검출하여, 지연 정보, 전력 레벨 정보, 공간 정보(빔 수)를 유효 경로 신호(121)로서 경로 판정 회로(109)에 통지한다.
경로 판정 회로(109)는 유효 경로 신호(121)가 포함하는 이들 3개의 정보를 이용하여 앞서 판정된 경로 정보와의 정합을 취하고, 동일 경로로 볼 수 있는 것에 대해서는 동일 핑거에 할당하도록 경로의 교체를 행한다.
예를 들면, 도 6과 같은 경우, 본 발명에 따르면, 경로 1이 이동기(601)의 이동에 의해 경로 2와 시간적으로 중첩한 경우에도, 경로 1과 경로 2의 공간 정보(빔 수)가 다르면, 이 두개의 경로는 다른 경로로서 인식할 수 있기 때문에 핑거부에의 할당을 변경하지 않아도 완료된다.
도 4는 본 발명의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치의 제 2 실시예를 나타내는 블록도이다.
또한, 도 4에 있어서, 도 1에 도시된 구성 요소에 대응하는 것은 동일한 참조 숫자 또는 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
도 4에서는, 경로 판정 회로(109)는 수신 타이밍 통지 신호(116) 이외에, 빔 수 통지 신호(401)를 빔 웨이트 생성부(110)에 대해서 출력한다. 또한, 빔 웨이트 생성부(110)는 핑거부(104)의 빔 형성기(112)에 대해서, 해당 경로가 검출된 빔의 웨이트를 빔 웨이트 통지 신호(402)로서 출력한다.
따라서, 서쳐부(103)는 검출된 경로의 타이밍 정보를 수신 타이밍 통지 신호(116)로서 핑거부(104) 내의 복조기(111a, 111b, 111n)에 통지할 뿐만 아니라, 해당 경로가 검출된 빔의 빔 웨이트를 초기값으로서 핑거부(104) 내의 빔 형성기(112)에 대해서 출력한다.
이것에 의해 핑거부(104)는 무지향성의 상태로부터 빔을 형성하지 않고, 경로의 도래 방향에 가까운 곳으로부터 빔 웨이트를 계산할 수 있기 때문에, 그 수렴에 걸리는 시간을 종래의 수신 장치보다 짧게 하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 DS-CDMA 방식(직접 확산 부호 분할 다중 방식)을 이용한 이동체 통신 시스템의 무선 기지국에 복수의 안테나 소자를 갖는 어레이 안테나를 설치하고, 수신된 신호에 임의의 진폭 웨이트, 위상 웨이트를 승산하여 합성함으로써 소기의 빔 패턴을 등가적으로 형성하는 어댑티브 어레이 안테나 시스템으로, 공간 서치 기능을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의한 공간 서치 기능을 구비한 수신 장치는 도 5의 종래의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치의 서쳐부(501)에 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d), 경로 판정 회로(109), 빔 웨이트 생성부(110)를 추가한 구성으로, 서쳐부 빔 형성기(106a∼106d)는 생성하는 빔 수만큼의 실장이 필요해진다. 한개의 서쳐부 빔 형성기에 모든 안테나 소자 입력 신호의 상관값이 상관기(105a∼105n)로부터 출력되고, 이 상관값에 빔 웨이트 생성부(110)에서 생성된 어느 고정된 진폭 웨이트·위상 웨이트를 나타내는 해당 빔 웨이트 신호(119a∼119n)를 승산하여 합성함으로써, 도 3에 도시된 바와 같은 복수의 빔을 형성한다(단, 도 3은 빔 수를 4로 설정한 예를 나타냄).
한편, 경로 판정 회로(109)는 전 단계의 경로 검출 회로(108)로부터 다 경로의 전력 레벨 정보, 지연 시간 정보, 그리고 공간 정보(빔 수 정보)를 얻고, 앞서 검출된 경로와의 정합을 취해 핑거부(104)에 경로의 할당을 행한다.
본 발명이 나타내는 공간 서치 기능을 구비한 수신 장치를 사용하면, 서쳐부(103)는 종래의 전력 레벨 정보와 지연 시간 정보에 더하여 공간 정보(빔 수 정보)를 얻을 수 있기 때문에, 이것에 의해 지연 정보가 중첩된 경로에 대해서도 그 식별을 가능하게 하고, 다이나믹하게 변동하는 다 경로 환경에서의 빔의추종성(수렴성)을 개선할 수 있다. 이것은 나아가서는 수신 품질의 개선 및 통신 용량의 증대로도 이어질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치 및 방법은 공간 정보(빔 수 정보)를 갖는 공간 서치 기능을 구비한 수신 장치를 사용함으로써, 서쳐부는 종래의 전력 레벨 정보와 지연 시간 정보에 더하여 공간 정보(빔 수 정보)를 얻을 수 있으므로, 다이나믹하게 변동하는 다 경로 환경에서의 어댑티브 어레이 안테나 시스템 빔의 추종성(수렴성)을 큰 폭으로 개선하는 것이 가능해지고, 또한 어댑티브 어레이 안테나 시스템에서의 통신 품질의 개선 및 통신 용량의 증대로 이어지는 효과를 가지고 있다.

Claims (12)

  1. DS-CDMA(Direct Sequence-Code Division Multiple Access)방식을 이용한 어댑티브 어레이(adaptive array) 안테나 수신 장치에 있어서,
    n(n은 1이상의 정수)개의 안테나 소자와,
    이들 n개의 안테나 소자로부터의 RF(Radio Frequency) 신호를 n개의 베이스 밴드 신호로 변환하는 n개의 무선 수신부와,
    상기 n개의 베이스 밴드 신호를 입력하고, m(m은 1이상의 정수)개의 빔을 형성한 후, 각 빔마다 경로의 위치 타이밍을 검출하는 서쳐부(searcher section)와,
    상기 n개의 베이스 밴드 신호를 입력하고, 상기 서쳐부가 검출한 위치 타이밍에서 역확산(despread)을 행하고, 적응 알고리즘(adaptive algorithm)을 이용하여 빔을 형성하고, 최대비 합성을 행하는 핑거부(Finger section)
    를 구비한 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서쳐부는
    상기 n개의 안테나 소자의 수에 대응한 n개의 상관기(correlator)와,
    상기 n개의 상관기의 출력 모두를 입력하고, 빔 웨이트 신호에 의해 상기 출력에 가중을 행하여, 각 빔에 대한 상관 결과를 출력하는 m개의 서쳐부 빔 형성기와,
    상기 서쳐부 빔 형성기의 출력 수 m에 대응한 m개의 지연 프로파일 추정부와,
    상기 m개의 지연 프로파일 추정부가 출력하는 m개의 지연 프로파일 신호를 입력 처리하여, 유효 경로 신호를 출력하는 경로 검출 회로와,
    상기 유효 경로 신호를 입력하고 수신 타이밍 통지 신호를 출력하는 경로 판정 회로와,
    m개의 상기 빔 웨이트 신호를 상기 m개의 서쳐부 빔 형성기에 출력하는 빔 웨이트 생성부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 핑거부는 복수의 핑거 회로와, 이들 핑거 회로 각각이 갖는 채널 추정부의 출력을 동상(in-phase) 합성하는 RAKE 합성 회로를 갖고,
    상기 복수의 핑거 회로 각각은
    상기 n개의 무선 수신부가 출력하는 상기 n개의 베이스 밴드 신호를 복조하는 n개의 복조기와,
    상기 n개의 복조기 출력을 입력하고, 진폭 웨이트, 위상 웨이트의 가중을 행한 빔을 출력하는 빔 형성기와,
    참조 신호를 기초로 상기 빔 형성기의 빔 출력의 채널 추정 연산을 행하는 채널 추정부와,
    상기 적응 알고리즘으로 산출한 상기 진폭 웨이트와 위상 웨이트의 가중을 행하여 상기 빔 형성기를 제어하는 웨이트 제어부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 서쳐부 빔 형성기는
    상기 n개의 안테나 소자의 수에 대응한 복소 곱-합계(complex product-sum)를 행하기 위해 (4×n)개의 승산기와, (2×n)개의 가산기와, n개의 I 출력 및 n개의 Q 출력을 각각 가산 합성하는 2개의 어큐뮬레이터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 경로 판정 회로는 상기 수신 타이밍 통지 신호를 출력하는 동시에, 빔 수 통지 신호를 상기 빔 웨이트 생성부에 대해서 출력하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 빔 웨이트 생성부는 상기 핑거부의 상기 빔 형성기에 대해서 해당 경로가 검출된 빔의 웨이트를 빔 웨이트 통지 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 서쳐부는 검출한 경로의 타이밍 정보를 상기 수신 타이밍 통지 신호로서 상기 핑거부 내의 상기 n개의 복조기에 통지하는 동시에, 해당 경로가 검출된 빔의 빔 웨이트를 초기값으로서 상기 핑거부 내의 상기 빔 형성기에 대해서 출력하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    n의 수가 n=4인 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 장치.
  9. DS-CDMA(Direct Sequence-Code Division Multiple Access)방식을 이용한 어댑티브 어레이 안테나 수신 방법에 있어서,
    n(n은 1이상의 정수)개의 안테나 소자에 의해 수신된 무선 신호를 n개의 베이스 밴드 신호로 변환하는 제 1 단계와,
    상기 n개의 베이스 밴드 신호를 입력하고, m(m은 1이상의 정수)개의 빔을 형성한 후, 각 빔마다 경로의 위치 타이밍을 검출하는 제 2 단계와,
    상기 n개의 베이스 밴드 신호를 입력하고, 상기 제 2 수단이 검출한 위치 타이밍에서 역확산을 행하고, 적응 알고리즘을 이용하여 빔을 형성하고, 합성을 행하는 제 3 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 단계는
    상기 n개의 베이스 밴드 신호에 대응하여 n개의 상관 출력을 발생하는 단계와,
    상기 n개의 상관기의 출력 모두를 입력하고, 빔 웨이트 신호에 의해 상기 출력에 가중을 행하고, 각 빔에 대한 상관 결과를 m개 출력하는 단계와,
    상기 m개의 출력에 대응한 m개의 지연 프로파일을 추정하는 단계와,
    상기 m개의 지연 프로파일을 입력 처리하고, 유효 경로 신호를 출력하는 단계와,
    상기 유효 경로 신호를 입력하고, 수신 타이밍 통지 신호를 출력하는 단계와,
    m개의 상기 빔 웨이트 신호를 발생하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 3 단계는
    상기 n개의 베이스 밴드 신호를 복조하여 n개의 복조 신호를 출력하는 단계와,
    상기 n개의 복조 신호에 대해 진폭 웨이트, 위상 웨이트의 가중을 행한 빔을출력하는 단계와,
    참조 신호를 기초로 출력된 상기 빔의 채널 추정 연산을 행하는 단계와,
    상기 적응 알고리즘으로 산출한 상기 진폭 웨이트와 위상 웨이트의 가중의 제어를 행하는 단계와,
    채널 추정 연산한 결과를 동상 합성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 수신 타이밍 통지 신호를 출력하는 단계는 상기 빔 웨이트 신호를 발생하는 단계에 사용하는 빔 수 통지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑티브 어레이 안테나 수신 방법.
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