KR20040074935A - 기지국 - Google Patents

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KR20040074935A
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나카니시도시아키
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교세라 가부시키가이샤
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Abstract

무선 단말로부터 송신되는 DRC 신호에 근거해서, 무선 단말의 수신 상태를 파악하여, 송신 안테나의 지향성을 적절하게 제어한다.
안테나부와, 상기 안테나의 지향성을 제어하는 제어부를 구비하여, 무선 단말과의 사이에서 통신을 행하는 기지국에 있어서, 상기 안테나는, 복수의 안테나 엘리먼트와, 상기 안테나 엘리먼트에 공급하는 전력의 위상을 바꾸는 위상기를 갖는 적응 안테나이며, 상기 제어부는, 상기 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호를, 상기 무선 단말로부터 취득하는 수신 상태 취득 수단과, 상기 취득한 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호에 근거하여, 상기 안테나의 지향성을 전환 제어하는 지향성 제어 수단을 구비한다.

Description

기지국{BASE STATION}
본 발명은, 적응 안테나를 구비한 무선 기지국에 관한 것으로서, 특히 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식의 이동 통신 시스템(셀룰러 시스템)에 이용하기 적합한 무선 기지국에서의 적응 안테나의 제어 방식에 관한 것이다.
휴대 전화 시스템 등의 이동 통신 시스템에서는, 무선 단말과 무선 기지국 사이에 전파에 의한 통신 회선을 설정하고, 무선에 의해 음성, 데이터 등을 주고받아 통신을 행한다.
그리고, 안테나에 지향성을 갖게하기 위해서 복수의 안테나 엘리먼트로 이루어지는 적응형 어레이 안테나를 이용한 무선 기지국이 제안되어 있다. 무선 기지국의 적응 안테나의 제어에 관한 종래 기술에 따르면, CDMA에서의 경로 탐색 결과에 근거하여 Eb/Io를 산출하여, 이동 단말이 존재하는 방향으로 안테나의 지향성을 형성하고 있다.
(특허문헌 1)
일본 특허 공개 2000-23225 호 공보
그러나, 많은 이동 통신 시스템에서는 무선 단말로부터 무선 기지국으로의 업링크 신호의 주파수와, 무선 기지국으로부터 무선 통신 단말로의 다운링크 신호의 주파수가 다르기 때문에 업링크 신호와 다운링크 신호의 전파 경로(패스)가 달라지는 경우가 있다. 즉, 무선 기지국이 수신한 전파의 최대 수신 레벨을 인가하는 방향 또는 방해파가 가장 적은 방향이, 무선 단말이 무선 기지국으로부터의 전파를 수신할 때에 최적인 방향이라고는 한정되지 않는다. 따라서, 송수신 주파수가 같은 TDD 방식의 이동 통신 시스템을 제외한 이동 통신 시스템에서, 업링크의 신호를 수신한 결과에 근거하여, 무선 기지국에서 송신 안테나의 지향성을 제어해도, 무선 기지국에서의 최적 지향성이 얻어지지 않는 문제가 발생된다.
본 발명은, CDMA 시스템에서 무선 통신 단말로부터 송신되는 DRC 신호에 근거하여, 무선 단말의 수신 상태를 파악하고, 송신 안테나의 지향성을 적절하게 제어하는 무선 기지국을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 기지국의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예의 기지국의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예의 기지국의 적응 안테나의 송신시의 동작을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예의 기지국의 적응 안테나의 수신시의 동작을 설명하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 안테나 어레이(적응 안테나) 11 : 안테나 엘리먼트
2 : 기지국 21 : 송신 수신 무선 회로부
211 : 위상기 212 : 증폭기
213 : 송신 증폭부 214 : 수신 증폭부
215 : 증폭기 216 : 혼합기
22 : 무선 변복조부 221 : 베이스밴드 변조부
222 : 베이스밴드 복조부 23 : 베이스밴드 신호 처리부
제 1 발명은, 무선 단말과 통신을 행하는 기지국에 있어서, 적응 안테나와, 상기 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호를 상기 무선 단말로부터 취득하는 수신 상태 취득 수단과, 상기 취득한 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호에 근거하여, 상기 적응 안테나의 지향성을 제어하는 지향성 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기지국이다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 지향성 제어 수단은, 상기 무선 단말로부터 접속 요구를 받을때까지는 상기 적응 안테나의 지향성을 무지향성으로 설정하고, 상기 무선 단말로부터 상기 접속 요구를 받은 후, 상기 취득한 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호에 근거하여 상기 적응 안테나의 지향성을 제어하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
다음, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시예의 기지국의 주요한 구성을 나타내는 블록도이다.
기지국(2)에는, 적응 안테나를 구성하는 안테나 어레이(1)가 부가되어 있다.
안테나 어레이(적응 안테나)(1)는 복수의 안테나 엘리먼트(11)를 갖고, 각 안테나 엘리먼트(11)를 송신 수신 무선 회로부(21)에 접속함으로써, 안테나 어레이(1)는 기지국(2)에 접속되어 있다.
송신 수신 무선 회로부(21)는, 안테나 어레이(1)로부터 무선 단말에 대하여 송신하는 전파(고주파 신호)를 생성하는 송신부와, 안테나 어레이(1)에서 수신한 무선 단말로부터의 전파(고주파 신호)를 증폭, 주파수 변환 등을 하여 무선 변복조부(22)에 출력하는 수신부로 구성되어 있다.
무선 변복조부(22)는, 아날로그-디지털 변환기(AD 컨버터, DA 컨버터) 및 직교 변조기를 갖고, 송수신 무선 회로부(21)가 처리하는 아날로그 신호와 베이스밴드 신호 처리부(23)가 처리하는 디지털 신호를 중계한다.
베이스밴드 신호 처리부(23)는, DSP(Digital Signal Processor)를 갖고, DSP에 의해서, 부호화, 복호화, 및, 부호화된 신호의 압축, 신장, 수신 신호의 오류 정정을 행한다.
기지국(2)은 그 밖에 제어부(50)를 구비한다. 제어부(50)는, 주로 CPU로 구성되어 있으며, 메모리에 기억된 데이터에 근거하여, 기지국(2)의 각 부를 제어한다. 제어부(50)는, 수신 상태 취득부(51) 및 지향성 제어부(52)를 갖는다. 수신 상태 취득부(51)는, 무선 단말의 수신 상태에 관한 DRC 신호를 무선 단말로부터 취득하는 것이다. 또한, 지향성 제어부(52)는, 취득된 DRC 신호에 근거하여 안테나 어레이(1)의 지향성을 전환 제어하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 기지국의 송신 수신 무선 회로부(21) 및 그 주변의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.
각 안테나 엘리먼트(11)에는, 증폭율을 가변하는 것이 가능한 증폭기와 위상 시프트량을 가변하는 것이 가능한 위상기가 접속되어 있으며, 증폭기와 위상기의 특성을 변화시킴으로써, 안테나 어레이(1)의 지향성을 변화시킨다.
구체적으로는, 베이스밴드 변조부(221)로부터 출력된 고주파 신호는 복수 병렬로 마련된 위상기(211)에 입력된다. 위상기(211)는 제어부(50)의 제어에 의해서 입력 신호의 위상을 변화시키도록 구성되어 있으며, 위상기(211)에 입력된 고주파 신호는 위상기(211)마다 다른 위상으로 변화시킨다. 그리고, 위상기(211)마다 다른 위상으로 된 고주파 신호는, 위상기(211)에 대응하여 마련된 증폭기(212)에 입력되고, 증폭기(212)에 입력된 고주파 신호는 증폭기(212)마다 다른 진폭으로 증폭된다. 그리고, 증폭기(212)로부터 출력된 고주파 신호는, 증폭기(212)에 대응하여 마련된 송신 증폭부(213)에 입력되고, 무선 단말로의 송신에 필요한 전력으로 증폭된다.
즉, 위상기(211), 증폭기(212) 및 송신 증폭기(213)은, 안테나 엘리먼트(11)에 대응하여, 안테나 엘리먼트(11)마다 마련되고, 안테나 엘리먼트(11)에 공급하는 고주파 신호의 위상 및 전력을 결정한다. 이 위상기(211) 및 증폭기(212)는 제어부(50)로 제어되어, 안테나 엘리먼트(11)에 공급하는 주파수 신호의 위상 및 전력을 제어하여, 안테나 어레이(1)의 지향성을 제어한다.
안테나 엘리먼트(11)가 수신한 무선 단말로부터의 신호는, 안테나 엘리먼트(11)에 대응하여 마련된 수신 증폭부(214)에 입력되어, 기지국(2) 내의 각부에서의 처리에 필요한 강도로 증폭된다. 그리고, 증폭된 고주파 신호는, 수신 증폭부(214)에 대응하여 마련된 증폭기(215)에 입력된다. 증폭기(215)는 제어부(50)의 제어에 의해서 증폭율을 변화하도록 구성되어 있으며, 증폭기(215)에 입력된 고주파 신호는 증폭기(215)마다 다른 진폭으로 증폭된다. 그리고, 혼합기(216)에 의해서 합성되어, 베이스밴드 복조부(222)에 입력된다.
또, 위상기(211)와 증폭기(212)를 한쌍 마련하여, 송신 안테나의 빔 스티어링(beam steering)과 널 스티어링(null steering)을 별개로 제어하도록 해도 좋다. 또한, 증폭기(215)를 한쌍 마련하여, 수신 안테나의 빔 스티어링과 널 스티어링을 별개로 제어하도록 해도 좋다.
도 3은 본 발명의 실시예의 기지국의 적응 안테나의 동작을 설명하는 도면이며, 송신시의 지향성의 제어를 나타낸다.
어느 특정한 방향으로 전파를 강하게 방사하는 빔 스티어링에 있어서, 기준 방향(안테나 엘리먼트가 배치된 열의 방향)과의 소망하는 방향과의 각도를 θ로 하면, 각 안테나 엘리먼트(11)에 공급하는 고주파 신호의 지연(위상차 : Delay1)은 하기의 수학식 1로 표현된다.
즉, 이 수학식 1을 충족하도록, 각 안테나 엘리먼트(11)에 공급하는 송신 신호의 위상차를 제어하면, θ의 방향으로 전파가 강하게 송신된다.
한편, 어느 특정한 방향으로 방사되는 전파를 약하게 하는 널 스티어링에 있어서, 기준 방향(안테나 엘리먼트가 배치되는 열의 방향)과의 소망하는 방향과의 각도를 θ로 하면, 각 안테나 엘리먼트(11)에 공급하는 고주파 신호의 지연(위상차 : Delay1)은 하기의 수학식 2로 표현된다.
즉, 위 수학식 2를 충족하도록, 각 안테나 엘리먼트(11)에 공급하는 송신 신호의 위상차를 억제하면, θ의 방향으로 송신되는 전파를 약하게 할 수 있다.
여기에서, N은 안테나 엘리먼트(11)의 순서를 나타내는 번호(정수), λ는 송신파의 파장, L은 안테나 엘리먼트(11)의 배치 간격이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 기지국의 적응 안테나의 제어의 흐름도이다.
먼저, 제어부(50)는 무선 단말로부터의 접속 요구가 있는지의 여부를 판정한다(S101). 무선 단말로부터의 접속 요구가 검출되지 않으면, 기지국은 송신 안테나의 지향성의 제어를 행하지 않고, 송신 안테나의 특성을 무지향성으로 설정하여,기지국으로부터의 통지 정보(파일럿 신호)를 송신한다(S109). 한편, 무선 단말로부터 접속 요구가 검출되면, 미리 정해진 방향(예를 들어, 0도 방향)으로 송신 안테나의 지향성을 설정하여, 통지 정보(파일럿 신호)를 송신한다(S102).
그리고, 기지국은 무선 단말이 기지국으로부터의 신호를 수신한 결과인 DRC 신호를 수신한다. 이 DRC 신호는, CDMA2000 1xEV-DO 방식의 무선 통신 시스템에서 이용되는, 무선 단말이 수신한 기지국으로부터의 전파의 상태를 나타내는 무선 통신 회선의 품질 정보를 나타내는 신호로서, 기지국으로부터 무선 단말에 대하여 송신되는 데이터의 레이트를 슬롯마다 변경하기 위해 이용되며, 무선 단말로부터 기지국에 대하여 1.66밀리초마다 송신되고 있다. 따라서, 기지국에서는 소정 시간(예컨대, 30밀리초간)의 DRC 신호의 평균을 산출하는 DRC 평균화 처리를 행하여, DRC 신호의 돌발적인 변동을 흡수한 무선 단말에서의 기지국으로부터의 신호의 수신 상태를 구한다(S103).
그리고, 지향성을 변화시켜, 그 지향성으로 통지 정보(파일럿 신호)를 송신한다(S104). 예컨대, 30밀리초마다 지향성을 20도 바꾸면, 0.54초에 모든 방향에서의 탐색이 종료된다.
그리고, 소정 시간(예컨대, 30밀리초간)의 DRC 신호의 평균을 산출하는 DRC 평균화 처리를 행하여, 무선 단말에서의 수신 상태를 구한다(S105).
그리고, 제어부(50)는, 모든 방향(360도)에서의, 통지 정보(파일럿 신호)의 송신 및 DRC 정보의 취득이 종료되었는지의 여부를 판정한다(S106). 모든 방향에서의 DRC 정보의 취득이 종료되지 않았으면, 단계 S104로 돌아가고, 또한 지향성을변화시켜, DRC 정보를 취득한다.
한편, 모든 방향에서의 DRC 정보의 취득이 종료되었으면, 취득한 DRC 정보중 가장 양호한 수신 상태를 부여하는 방향을 송신 안테나의 지향성으로서 결정한다(S107).
그리고, DRC 정보를 감시하여, 무선 단말의 수신 상태가 열화되지 않는지를 판정한다(S108). DRC 정보에 의해서 무선 단말의 수신 상태의 열화가 검출되면, 단계 S104로 돌아가, 송신 안테나의 지향성을 다시 변화시켜, DRC 정보를 취득하여, 가장 양호한 수신 상태를 부여하는 방향을 결정한다.
또, 이상 설명한 실시예에서는 취득한 DRC 정보를 비교한 결과에 근거하여 가장 양호한 수신 상태를 부여하는 방향을 결정했지만, DRC 정보에 임계값을 마련하여, 해당 임계값과의 비교 결과에 근거하여 양호한 DRC 정보를 부여하는 방향을 송신 안테나의 지향성으로서 결정해도 좋다. 이와 같이 소정의 임계값과의 비교 결과에 근거하여 양호한 DRC 정보를 부여하는 방향을 결정하면, 최적인 DRC 정보를 결정할 필요가 없게 된다. 신속하게 송신 안테나의 지향성을 결정할 수 있다.
이상, 무선 단말로부터 수신 상태에 관한 신호(DRC 신호)에 근거하여 안테나의 지향성을 제어함으로써, 적응 안테나의 지향성을 스루풋에 의존하여 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 이용하여 설명했지만, 구체적인 구성은 본 실시예로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
예를 들어, 모든 방향에서의 DRC의 정보를 취득하지 않고, 소정의 방향 내에서의 DRC 정보를 취득하도록 해도 좋다.
본 발명에 따르면, 무선 단말로부터의 수신 상태에 관한 신호(DRC 신호)에 근거하여, 기지국의 적응 안테나의 지향성은 전환 제어된다. 따라서, 송수신 주파수가 다른 무선 통신 시스템에서, 무선 단말은 양호한 수신 상태로 통신을 할 수 있게 된다. 또, 본 발명을 TDD 방식의 무선 통신 시스템에 적용할 수도 있다.

Claims (2)

  1. 무선 단말과 통신을 행하는 기지국에 있어서,
    적응 안테나와,
    상기 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호를 상기 무선 단말로부터 취득하는 수신 상태 취득 수단과,
    상기 취득한 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호에 근거하여, 상기 적응 안테나의 지향성을 제어하는 지향성 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기지국.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성 제어 수단은,
    상기 무선 단말로부터 접속 요구를 받을때까지는 상기 적응 안테나의 지향성을 무지향성으로 설정하고,
    상기 무선 단말로부터 상기 접속 요구를 받은 후에, 상기 취득한 무선 단말의 수신 상태에 관한 신호에 근거하여 상기 적응 안테나의 지향성을 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
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