KR20050027896A - 주파수 옵셋을 이용하여 스마트 안테나의 빔을 제어하는방법 및 시스템 - Google Patents

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서상훈
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주식회사 에치에프알
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Abstract

본 발명은 주파수 옵셋을 이용하여 스마트 안테나의 빔을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 분산 안테나 시스템 등의 커버리지에 위치하는 단말기의 위치를 파악할 수 있도록 기지국과 단말기 사이에 있는 수동 분배기, 양방향 증폭기 및 중계기 등을 경유하는 안테나 시스템 경로에 주파수 옵셋을 인위적으로 인가함으로써, 인가된 주파수 옵셋을 스마트 안테나 경로의 인식자로 사용하여 신호의 경로를 구분하는 방식으로 단말기의 위치를 보다 정확히 확인함으로써 단말기의 위치에 따라 안테나의 빔 패턴이나 빔 방향을 변화하는 방식으로 스마트 안테나의 빔을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 적응빔 스마트 안테나 방식에서 초기 가입자의 빠른 위치 획득을 위해 주파수 옵셋 정보를 활용하게 함으로써, 이를 이용한 빔 형성 알고리즘의 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다. 또한, 고정빔 스마트 안테나 방식에서 주파수 옵셋 정보를 이용한 가입자 분포를 확인하여 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하게 하고, 분산 안테나 시스템 형상으로 구현된 마이크로셀 시스템에서 주파수 옵셋 정보를 이용하여 가입자 분포를 확인할 수 있게 함으로써 트래픽 상황에 따라 동적으로 셀의 그룹화 및 비그룹화를 가능하게 한다는 효과가 있다.

Description

주파수 옵셋을 이용하여 스마트 안테나의 빔을 제어하는 방법 및 시스템{Method and System for Controlling Beam of Smart Antenna by Using Frequency Offset}
본 발명은 주파수 옵셋을 이용하여 스마트 안테나의 빔을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 분산 안테나 시스템 등의 커버리지에 위치하는 단말기의 위치를 파악할 수 있도록 기지국과 단말기 사이에 있는 수동 분배기, 양방향 증폭기 및 중계기 등을 경유하는 안테나 시스템 경로에 주파수 옵셋을 인위적으로 인가함으로써, 인가된 주파수 옵셋을 스마트 안테나 경로의 인식자로 사용하여 신호의 경로를 구분하는 방식으로 단말기의 위치를 보다 정확히 확인함으로써 단말기의 위치에 따라 안테나의 빔 패턴이나 빔 방향을 변화하는 방식으로 스마트 안테나의 빔을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 이동 통신 분야의 많은 통신 사업자들은 음성 통신의 서비스를 넘어서 새로운 데이터의 서비스를 하려고 시도하고 있으며, 고속 광대역 무선 통신인 IMT-2000서비스를 향해 나아가고 있다.
이동 통신 시스템의 성능 및 용량은 셀 간 혹은 셀 내에서 발생되는 동일채널 간섭 신호와 경로 손실, 다중 경로 페이딩, 신호의 지연, 도플러 확산 및 음영 현상 등의 무선 전파 채널 특성에 의해 근본적으로 제한된다. 따라서 현재의 이동 통신 시스템은 이러한 성능 및 용량 제한 현상에 대한 보상 기술로 전력 제어, 채널 코딩, RAKE 수신, 다이버시티 안테나, 셀의 섹터화, 주파수 분할, 대역 확산 등의 기술을 총망라하여 응용하고 있는 실정이다. 그러나 이동 통신 서비스의 욕구가 점차 다양해지면서 그 수요도 크게 늘어남에 따라 기존의 기술만으로는, 증대되는 고성능, 고용량의 필요를 충족시키기가 어렵다.
이에 따라 IMT-2000이라는 21세기를 목표로 한 차세대 이동 통신 시스템의 표준화 및 개발 경쟁도 국제적으로 치열한 상태이다. 그 외에도 여러 패킷 및 영상 신호 전송을 위한 고성능 데이터 및 영상 서비스 시스템에 대한 필요도 크게 부각되고 있는 것이 현 실정이어서, 21세기 이동 통신 시스템은 기존의 셀룰러 및 개인 휴대 통신과 비교할 때, 고품질에 훨씬 높은 용량을 필요로 하는 멀티미디어 통신 서비스가 될 것이며 음질도 유선 통화 음질 정도나 그 이상의 고품질 음성 서비스를 요구받게 될 것이다. 뿐만 아니라, 장차 여러 가지 서비스 신호가 혼재하게 될 혼합 셀 환경에서는 송신 출력과 전송 대역폭이 상대적으로 큰 고속 데이터에 의한 강한 간섭 신호의 영향을 감쇄시키는 것이 필수적일 것이며, Hot Spot이나 음영 지역에 원만한 서비스의 제공을 뒷받침해 줄 수 있어야 할 것이다.
이러한 간섭 신호 및 채널 특성에 의한 성능 열화 현상에 대한 해결책으로 상용화 개발 가치가 가장 높은 유망 핵심 기술로 평가되어지고 있는 것이 바로 '스마트 안테나' 기술이다.
이동 기지국에서의 안테나 설치 형태는 세 가지가 있다. 섹터 안테나, 고정형 멀티빔 안테나, 적응 배열 안테나이다. 이 중 이동 통신 분야에서 지능형 안테나(Intelligent Antennas) 혹은 스마트 안테나(Smart Antenna)로도 불리는 적응 배열 안테나(Adaptive Array Antennas)는 1950년대 중반에 적응 안테나 (Adaptive Antennas) 개념으로 시작되어 1960, 70년대에는 레이더, 소나 및 항공기에 탑재한 적응 안테나 시스템으로 개발되어 나오기 시작하였으며, 1980년대에 이르러 그 이론과 실제가 정리되었다. 1990년대에는 위성 통신 응용 목적으로 멀티빔 안테나가 소개되었으며, '스마트' 안테나로 별칭되기 시작한 것은 무선 지상 이동 통신 기술의 연구개발이 활발하던 1995년 전후 경으로 보여진다.
기존의 두 개 다이버시티 안테나를 사용하여 다중 경로 신호를 결합하는 경우와는 달리 스마트 안테나 기술은 배열 안테나와 첨단 고성능 디지털 신호 처리 기술을 이용하여, RF 신호 환경의 변화에 따른 적응적 안테나 빔 패턴 제어에 의해 송수신 성능 및 용량의 극대화를 가능케 하는 첨단 신호 처리 및 안테나 기술이다. 이동 통신 기지국 시스템에서의 스마트 안테나 기술의 기본 개념은, 기존의 기지국에서 섹터마다 두 개의 다이버시티 안테나를 이용한 전 방향성 섹터 빔 패턴에 의한 전파 통신을 함으로써 동일 섹터 영역에 있는 모든 사용 가입자들이 큰 간섭 신호를 받게 되어 있다는 점에 착안하여 탄생된 개념이라 할 수 있다. 즉, 전 방향으로 방사 빔을 형성하는 대신 해당 가입자에게만 지향성의 빔을 방사함으로써 섹터에서 활동하고 있는 전 가입자에게 신호 간섭 효과를 최소화함으로써 통신 품질과 시스템 채널 용량을 그만큼 높일 수 있도록 한다는 개념이다.
이동 통신에 적용하기 위해, 이러한 개념은 Bell Lab.에서 처음 시도된 것으로 추측되는데, 현재는 개념 확인 단계를 벗어나 실용화 단계에 접어들고 있다. 이처럼 실용 스마트 안테나 시스템 개발이 가능해지게 된 것은 저가의 고속 신호 처리기, 범용 프로세서 및 강력한 빔형성 알고리즘이 개발되기 시작하고부터이다. 즉, 안테나 기술에 최첨단 신호 처리 기술이 접합됨으로써 결실을 보고 있는 것이다. 따라서 디지털 적응식 지향성 빔형성 안테나 기술이라 할 수 있는 스마트 안테나 기술이 적용되는 이동 통신 기지국은 배열 안테나 각 소자에 입사하는 신호의 도래 방향에 기초하여 신호를 증대시키거나 제거시킬 수 있도록 공간 필터(Spatial Filter)의 기능을 제공하는 스마트 기지국(Smart Base-station) 시스템이라 할 수 있다. 스마트 기지국 시스템은 휴대폰 또는 단말기 가입자에게 있어 기지국에서 송출한 총 송신 전력 대 단말기의 유효 수신 전력비가 매우 작은 기존의 기지국 시스템과는 달리, 빔지향 제어에 의해 수신 신호를 적응적으로 최적 결합하여 간섭 신호 레벨을 크게 줄임으로써 가입자에게 최적의 수신 신호 전력을 제공하는 시스템이라 할 수 있다.
도 1은 고정빔 스마트 안테나 및 적응빔 스마트 안테나의 빔 패턴을 나타낸 도면이다.
스마트 안테나는 기준에 따라서 여러 가지로 분류할 수 있으나, 빔형성 방법에 따라 분류하면, 고정빔 선택 방식(Switched Beam Smart Antenna)과 적응빔 선택 방식(Adaptive Beam Smart Antenna)이 있을 수 있다.
고정빔 선택 방식은 안테나의 빔패턴이 고정되어 있는 것을 의미하고, 적응빔 선택 방식은 안테나의 패턴이 시간 또는 주위 환경에 따라서 변할 수도 있는 것을 의미한다.
도 1에 도시된 것처럼, 고정빔 스마트 안테나는 빔패턴이 고정되어 있는 것에 비해서 적응빔 스마트 안테나는 직접 사용자에게 적절한 형태의 빔패턴을 형성할 수 있는 특징이 있다.
도 2는 고정빔 스마트 안테나 및 적응빔 스마트 안테나의 적용성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 것처럼, 적응빔 스마트 안테나는 고정빔 스마트 안테나에 비하여 좀더 지능적으로 환경에 적응할 수 있다. 한편, 고정빔 스마트 안테나는 안테나 패턴과 패턴 사이에 사용자가 위치하게 되면 신호 수신 성능이 감소하는 결과를 가지고 올 수 있다. 즉, 적응빔 방식은 고정빔 방식에 비해 우수한 성능을 보이지만, 많은 비용과 기술을 추가로 요구하게 된다.
고정빔 스마트 안테나를 이용하는 방식은 신호가 강한 방향을 찾아 그 방향의 빔을 이용하여 송수신을 수행하는 것이므로, 전력 측정과 방향 추적만 있으면 수행이 가능하므로 크게 알고리즘이란 것이 필요하지 않다.
하지만 적응빔 스마트 안테나를 이용하는 방식을 구현하기 위해서는, 원하는 가입자의 방향으로 적절한 빔을 형성하여 지향하기 위한 알고리즘이 요구되며, 이러한 적응성 스마트 안테나를 위한 알고리즘은 크게 DOA 기반 알고리즘, 트레이닝 시퀀스 기반 알고리즘 및 블라인드 스마트 안테나 알고리즘으로 나눌 수 있다.
DOA 기반 알고리즘은 먼저 신호의 입사 방향을 방향 탐지 알고리즘을 사용하여 찾고, 이 방향으로 빔형성(Beamforming) 및 지향을 수행하는 것이다. 방향 탐지 알고리즘으로는 MUSIC, Pisarenko, ESPRIT, ML 등이 있으며, 빔형성 방식으로는 일반적인 빔형성(Conventional Beamforming), LCMV 등이 있다. 대표적으로, 미국의 ArrayComm 에서 채택하고 있는 알고리즘이다.
트레이닝 시퀀스 기반 알고리즘은 미리 알고 있는 트레이닝 시퀀스(Training Sequence) 신호를 바탕으로 하여 빔패턴(Beam Pattern)을 결정하는 알고리즘으로, SMI, LMS, RLS 등이 있다. 이러한 트레이닝 시퀀스를 이용한 알고리즘이 가장 실용성이 높은 것으로 평가되고 있다.
블라인드 스마트 안테나 알고리즘은 트레이닝 시퀀스가 없을 때 신호의 특성들을 이용하여 빔패턴을 결정하는 알고리즘으로서, 신호의 군집(Constallation) 특성을 이용한 CMA, FA 등의 알고리즘과 오버샘플링(Oversmapling) 특성을 이용한 Cyclostaionary법, High Order Statistic법 등이 있다.
도 3은 셀룰러 환경에서 기지국 섹터 시스템의 형상 전개의 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템을 위주로 설명하기로 한다. 도 3에서는 기지국 구성도를 간단하게 3가지 형상으로 나타내고 있다.
도 3에서는 일반적인 3섹터 시스템의 형상을 3A로, 멀티 섹터 시스템의 형상을 3B로, 마이크로셀 시스템의 형상을 3C로 나타내고 있다. 마이크로셀 시스템은 멀티 섹터 시스템을 마이크로셀의 형상으로 전개한 것이다. 즉, 300에서 312까지의 각 영역은 다른 섹터의 영역일 수도 있으며 모두 같은 섹터로 구성될 수도 있다. 섹터의 구성은 섹터 가변형 장치를 이용하거나 기지국의 디지털 부분이 신호의 경로 흐름 제어를 위한 스위치형 구조로 구성되어 각 스마트 안테나의 섹터를 가변할 수 있는 구조로 되어 있을 경우에 적용될 수 있다. 즉, 300에서 312까지의 영역을 기존의 3섹터 시스템으로 구성할 때, 영역 300 및 영역 302는 알파 섹터, 영역 304, 영역 306 및 영역 308은 베타 섹터 그리고 영역 310 및 영역 312는 감마 섹터로 운용을 하다가 영역 308을 감마 섹터로 변경하는 등의 형식으로 운용할 수 있다.
이처럼 스마트 안테나의 섹터를 가변적으로 구성하여 기지국 및 스마트 안테나를 운용하고, 적응빔 스마트 안테나의 경우 단말기에 적합한 빔패턴을 형성하기 위해서는 스마트 안테나의 호 통계 정보 및 단말기의 위치 정보 등이 필요하다.
이러한 위치 정보를 획득하는 기술을 무선 측위 기술(PDT : Position Determination Technology)이라고 하는데, GPS(Global Positioning System) 신호를 이용하는 핸드셋 기반(Handset-Based) 방식과 기지국 수신 신호를 이용하는 망 기반(Network-Based) 방식으로 구별되며, 최근에는 두 가지 기술을 혼합하여 위치 정확도를 높이는 하이브리드(Hybrid) 방식의 기술이 개발되고 있다.
GPS를 이용하는 핸드셋 기반 방식은 누구든 무료로 자유롭게 이용할 수 있고, 이용자 수에 제한이 없으며, 실시간으로 연속적인 측위가 가능하고, 비교적 정확한 위치 측정이 가능하다는 장점이 있다.
하지만, GPS를 이용하는 핸드셋 기반 방식은 위치 측정을 위한 경로가 다중이고, 가시 위성이 부족함으로 인해 특히 도심에서의 위치 결정 능력이 제한 받는다는 문제점이 있다. 또한, 터널, 건물 내부 또는 건물 지하에서와 같이 위성이 보이지 않는 곳(전파가 도달하지 않는 곳)에서는 측위가 거의 불가능하고, 수신기에서 본 위성의 배치에 따라 측위 상태에 큰 오차가 발생한다는 문제점이 있다. 또한, GPS 수신기가 최초에 자신의 위치를 결정하기 위해 요구되는 실제적인 시간인 TTFF(Time To First Fix)가 대략 몇 분에서 몇 십분 이상 소요되는 경우가 간혹 발생하여 위치 기반 무선 인터넷의 서비스 이용자에게 큰 불편을 끼치는 문제점이 있다.
따라서 GPS 전파 음영 지역에서는 주로 망 기반 방식을 이용하게 된다. 망 기반 방식의 측위 기본 원리에는 AOA(Angle of Arrival), RF Fingerprint 및 TDOA(Time Difference of Arrival)가 있다. 망 기반 방식은 GPS 전파 음영 지역에서도 측위가 가능하다는 장점이 있으나, 단말기가 포함되어 있는 셀을 파악하여 단말기의 위치를 측정하게 되는 것이므로 GPS를 이용하는 핸드셋 기반 방식에 비해 정확한 측위가 이루어지지 않을 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 스마트 안테나의 섹터를 가변적으로 구성하여 기지국 및 스마트 안테나를 운용하고, 적응빔 스마트 안테나의 경우 단말기에 적합한 빔패턴을 형성하기 위해 요구되는 스마트 안테나의 호 통계 정보 및 단말기의 위치 정보를 보다 정확하게 획득하기 위한 기술이 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 분산 안테나 시스템 등의 커버리지에 위치하는 단말기의 위치를 파악할 수 있도록 기지국과 단말기 사이에 있는 수동 분배기, 양방향 증폭기 및 중계기 등을 경유하는 안테나 시스템 경로에 주파수 옵셋을 인위적으로 인가함으로써, 인가된 주파수 옵셋을 스마트 안테나 경로의 인식자로 사용하여 신호의 경로를 구분하는 방식으로 단말기의 위치를 보다 정확히 확인함으로써 단말기의 위치에 따라 안테나의 빔패턴이나 빔 방향을 변화하는 방식으로 스마트 안테나의 빔을 제어하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법에 있어서, (a) 상기 적응빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 옵셋 적용 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; (c) 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 단계; 및 (d) 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법에 있어서, (a) 상기 적응빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 하향 변환 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계; (c) 상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 단계; 및 (d) 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 3 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법에 있어서, (a) 상기 고정빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 옵셋 적용 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; (c) 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 단말기의 상기 트래픽 분포 정보를 이용하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 4 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법에 있어서, (a) 상기 고정빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 하향 변환 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계; (c) 상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 단말기의 상기 트래픽 분포 정보를 이용하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 5 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템에 있어서, 상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 옵셋 적용 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 복조기; 및 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 디지털 빔 형성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 6 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템에 있어서, 상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 디지털 변환기; 상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 복조기; 및 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 디지털 빔 형성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 7 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템에 있어서, 상기 스마트 안테나에서 수신된 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 주파수 옵셋 발생 장치; 상기 옵셋 적용 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 상기 디지털 신호의 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 복조기; 및 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 디지털 빔 성형기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 8 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서, 상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 옵셋 적용 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및 상기 디지털 신호의 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 9 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서, 상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및 상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 10 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서, 상기 스마트 안테나에서 수신된 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 주파수 옵셋 발생 장치; 상기 옵셋 적용 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 11 목적에 의하면, 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 섹터 시스템의 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서, 상기 안테나에서 수신된 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 주파수 옵셋 발생 장치; 상기 옵셋 적용 신호에 대해 상기 기지국 각 섹터로의 수신 경로를 설정 및 변경하는 가변 섹터 경로 장치; 상기 가변 섹터 경로 장치에 의해 경로가 설정된 상기 옵셋 적용 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기; 상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 섹터 시스템의 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
디지털 통신 시스템에서는 주파수(캐리어)의 동기가 필요한데, 송신기에서는 정보를 변조하고 수신기에서는 캐리어에 전송된 신호를 복조한다. 가입자 수신기에서는 국부적으로 일반화된 캐리어와 기지국에서 이용되는 캐리어 사이에 동기화를 수행하며, 수신되는 신호를 복조하고 단말기의 송신 신호를 변조하여 송신하는 역할을 한다. 주파수 오차를 감소시키기 위해 가입자 단말기에서는 주파수 동기 루프가 동작된다. 한편, 기지국의 수신단에서는 기지국의 송신 캐리어와 동기화된 단말기 송신 신호가 수신된다. 이 송신 신호는 기지국에서 이용되는 캐리어와의 동기화를 위해 이용되며, 신호를 복조하는 데도 이용된다.
기지국과 단말기 사이에서 신호가 송수신될 때, 송수신 경로 상에서 송수신기의 특성 및 단말기의 이동성 등 페이딩의 영향에 의해 주파수 오차가 발생할 수 있다. 주파수 오차는 가입자 유닛의 국부 클럭 발생기의 오차 및 가입자의 이동에 의해 발생되는 주파수 도플러에 의해 주로 발생한다. 본 발명에서는 이러한 주파수 오차값 중, 임의로 주파수 옵셋의 값을 조정할 수 있는 장치를 사용하여 인위적으로 발생된 값을 주파수 옵셋이라 정의한다. 본 발명에서는 이러한 주파수 옵셋을 가입자의 위치 또는 안테나의 경로를 구분하는 식별자로 사용하고자 한다.
순방향에 주파수 옵셋을 발생시키면, 단말기는 기지국 측에서 송신된 신호에 주파수 옵셋이 적용된 신호와 동기화하고, 이 신호를 변조하여 기지국으로 송신한다. 이 때 기지국은 수신된 신호를 기지국의 신호에 동기화하기 위해 동기화 루프를 동작시키게 되며, 순방향에 적용된 주파수 옵셋을 단말기가 위치한 셀의 식별자 또는 안테나의 경로를 구분하는 식별자로 이용하게 된다.
역방향에 주파수 옵셋을 발생시키는 경우, 일단 단말기는 기지국의 신호에 동기화하고 신호를 변조하여 기지국으로 송신한다. 기지국의 수신 경로에 주파수 옵셋을 적용하게 되면 단말기의 송신 신호는 주파수 옵셋이 적용되어 기지국에 송신되게 된다. 기지국은 수신된 신호를 기지국의 신호에 동기화하기 위해 동기화 루프를 동작시키게 되며, 역방향에 적용된 주파수 옵셋을 단말기가 위치한 셀의 식별자 또는 안테나의 경로를 구분하는 식별자로 이용하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋을 이용하여 단말기의 위치를 탐지하는 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋을 이용한 위치 탐지 서비스 제공 시스템은 이동 통신 단말기(400), 리모트(402), 주파수 옵셋 발생 장치(404), 도너(406), 이동 통신망(408) 및 트래픽 확인 서버(416) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 단말기(400)는 주파수 옵셋 발생 장치(404)로부터 발생된 주파수 옵셋에 맞도록 주파수 동기를 하게 된다.
한편, 단말기에 대한 이러한 위치 탐색은 위치 기반 서비스를 받기 위해 이동 통신 단말기(400)의 사용자가 요청한 경우에 또는 위치 기반 서비스를 제공하기 위해 이동 통신망(408)의 요청이 있는 경우에 행해질 수 있다. 또한, 미리 설정해 놓은 일정한 주기(트래킹 서비스 등)에 따라 주기적으로 행해질 수도 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 단말기(400)는 PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러(Cellular)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), GSM(Global System for Mobile)폰, W-CDMA(Wideband CDMA)폰, EV-DO폰, EV-DV(Data and Voice)폰 및 MBS(Mobile Broadband System)폰을 포함할 수 있다. 또한 WLL(Wireless Local Loop), 디지털 TRS(Trunked Radio System)의 폰 등도 포함할 수 있다. 여기서, MBS폰은 현재 논의되고 있는 제 4세대 시스템에서 사용될 핸드폰을 말한다.
도 4는 본 발명의 이해를 돕기 위해 분산 시스템의 형상으로 도시하였다. 분산 시스템은 광 분산 시스템 혹은 RF 분산 시스템으로 정의할 수도 있으며 기지국(410) 자체의 안테나 시스템도 동등한 형태로 정의할 수 있다. 또한 기존의 중계기 기반의 분산 시스템도 포함될 수 있다. 스마트 안테나 시스템은 기지국(410)과 안테나 시스템으로 크게 분류가 되는데, 도 4에서는 안테나 시스템 부분을 분산 시스템의 형상으로 도시하였다. 즉, 도 4에서 도너(406), 주파수 옵셋 발생 장치(404) 및 최종 리모트(402)에 해당하는 부분이 안테나 시스템에 해당된다. 한편, 도너(406)와 주파수 옵셋 발생 장치(404)를 연결하는 전송 선로는 광 전송일 경우에는 광 선로, RF 전송일 경우에는 RF 급전선이 되며, 최종 리모트(402)는 신호를 송수신하는 안테나를 포함한 최종단 프런트 엔드 시스템으로 볼 수 있다. 최종 리모트(402)의 연결 방식에 따라 도 3의 3B와 같이 섹터형 시스템으로 구성될 수도 있고, 3C와 같이 마이크로셀의 형상으로도 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋 발생 장치(404)는 도너(406)로부터 신호를 받아 각 신호에 주파수 옵셋을 발생시켜 최종 리모트(402)로 전송하거나, 또는 이동 통신 단말기(400)로부터 신호를 받아 각 리모트(402)에서 전달되는 신호에 주파수 옵셋을 발생시켜 도너(406)로 전송한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋 발생 장치(404)는 신호 송수신 경로에 주파수 옵셋을 주어 각 중계기 시스템의 리모트 영역 내의 이동 통신 단말기(400)를 구분할 수 있게 해 줄 수 있는 장치로, 입력되는 신호의 중심 주파수를 기준으로 일정한 옵셋(수 Hz ~ 수 KHz)으로 신호의 중심 주파수를 변경시켜 출력하는 장치이다. 즉, 입력되는 중심 주파수가 Fr(Hz)일 경우 출력되는 신호의 중심 주파수는 (Hz)이다. X의 값은 수 Hz ~ 수 KHz 정도로 적용할 수 있으며 이동 통신망(408)에서 허용 가능한 주파수 오차까지 적용할 수 있도록 되어 있다. X의 값은 다양한 값으로 가변된다. 주파수 옵셋 발생 장치(404)의 구체적인 내부 구성에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도너(406)는 동일한 신호를 여러 경로로 분기하는 장치로서, 각 경로로 가는 부분에 전술한 주파수 옵셋 발생 장치(404)를 연결함으로써 각 중계기 시스템의 리모트 영역 내 이동 통신 단말기(400)로 가는 경로 신호에 주파수 옵셋을 이용하여 구분해서 전송한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신망(408)은 이동 통신 단말기(400)가 이동하면서 통신을 할 수 있도록 에어 인터페이스를 통하여 이동 통신 단말기(400)와 데이터를 주고받게 하는 지상의 인프라로서, 핸드오프(Handoff) 및 무선 자원 관리 등의 기능을 한다. 이동 통신망(408)은 기지국(410), 기지국 제어기(412) 및 이동 교환국(414)을 포함하여 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서의 이동 통신망(408)은 이동 통신 단말기(400)로부터 주파수 옵셋을 포함한 신호를 수신하여 주파수 옵셋 정보를 포함한 위치 정보를 호 트래픽 확인 서버(416)로 송신하는 역할을 한다.
기지국(410)은 기저 대역 신호 처리, 유무선 변환, 무선 신호의 송수신 등을 수행하여 이동 통신 단말기(400)와 직접적으로 연동하는 망 종단(Endpoint) 장치이다. 기지국(410)에서는 위치 탐지 서비스를 위해, 주파수 옵셋 정보의 측정이 가능한 파라메타 정보를 기지국 제어기(412) 및 이동 교환국(414)을 거쳐 호 트래픽 확인 서버(416)로 전송한다.
기지국 제어기(412)는 기지국(410)을 제어하며, 이동 통신 단말기(400)에 대한 무선 채널 할당 및 해제, 이동 통신 단말기(400) 및 기지국(410)의 송신 출력 제어, 셀 간 소프트 핸드오프(Soft Handoff) 및 하드 핸드오프(Hard Handoff) 결정, 트랜스코딩(Transcoding) 및 보코딩(Vocoding), GPS(Global Positioning System) 클럭 분배, 기지국(410)에 대한 운용 및 유지 보수 등의 기능을 수행한다.
한편, 실시간 유입되는 가입자의 초기 위치를 정확히 파악하기 위해서, 이의 연산이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국(410) 또는 기지국 제어기(412)에서 이루어질 수도 있다. 이를 위해서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국(410) 또는 기지국 제어기(412)에는 각 중계기 시스템의 리모트 정보와 주파수 옵셋의 테이블 또는 신호 송수신 시간 지연 정보 등의 추가 정보들을 가지고 있게 된다.
이동 교환국(414)은 이동 통신망이 효율적으로 운용될 수 있도록 하는 통제 기능 및 이동 통신 단말기(400)의 통화 요청에 대해 교환 기능을 수행한다. 즉, 이동 통신 단말기(400)의 기본 및 부가 서비스 처리, 가입자의 착신 및 발신 호 처리, 위치 등록 절차 및 핸드오프 절차 처리, 타망과의 연동 기능 등을 수행한다. IS-95 A/B/C 시스템의 이동 교환국(414)은 분산된 호 처리의 기능을 수행하는 ASS(Access Switching Subsystem), 집중화된 호 처리 기능을 수행하는 INS(Interconnection Network Subsystem), 운용 및 보전의 집중화 기능을 담당하는 CCS(Central Control Subsystem), 이동 가입자에 대한 정보의 저장 및 관리 기능을 수행하는 LRS(Location Registration Subsystem) 등의 서브 시스템을 포함한다. 또한, 3세대 및 4세대를 위한 이동 교환국(414)에는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 스위치(미도시)가 포함될 수 있는데, ATM 스위치는 셀 단위의 패킷 전송으로 전송 속도와 회선 사용의 효율을 증대시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 교환국(414)은 기지국(410) 및 기지국 제어기(412)를 경유하여 전송되는 주파수 옵셋 정보를 포함한 위치 정보를 호 트래픽 확인 서버(416)로 전송하는 기능을 수행한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 호 트래픽 확인 서버(416)는 이동 통신망(408)으로부터 해당 가입자의 주파수 옵셋 정보를 포함한 위치 정보를 수신하여 가입자가 기지국의 어느 안테나 경로 혹은 분산 안테나 시스템의 어떤 최종 리모트에 위치하는지를 파악하여 가입자의 위치를 정확하게 확인함으로써 호 트래픽 분포를 제공하는 역할을 한다. 이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 호 트래픽 확인 서버(416)에는 각 중계기 시스템의 리모트 정보와 주파수 옵셋의 테이블 또는 신호 송수신 시간 지연 정보 등의 추가 정보들을 가지고 있게 된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 분산 안테나 시스템에서 주파수 옵셋 장치를 이용한 단말기 위치 제공 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 스마트 분산 안테나 시스템은 마이크로셀 시스템에서 기지국(500)과 스마트 분산 안테나 시스템의 영역(502 내지 514)으로 구성되어 있을 경우를 나타낸 것이다. 각 단말기가 위치한 영역에 따른 기지국에서 단말기의 위치 상태는 해당되는 각 분산 안테나의 최종 리모트 영역의 주파수 옵셋의 정보를 이용하여 확인할 수 있게 된다. 각 분산 안테나의 최종 리모트 영역의 주파수 옵셋 분포는 522 내지 534와 같이 할당될 수 있다. 중첩된 영역의 경우는 한 개 이상의 주파수 옵셋 정보를 제공하거나 주파수 옵셋의 평균값으로 제공할 수 있다. 이하에서는 각 핑거별로 주파수 옵셋 정보가 제공되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 한편, 주파수 옵셋의 분포는 단말기의 이동성에 따른 도플러 주파수의 분포 및 주파수 동기 오차의 확률로 정의될 수도 있다. 각 스마트 분산 안테나 시스템의 주파수 옵셋의 중심값의 설정 예는 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
위치 영역 중심 주파수 옵셋 오차 분포 영역
502 ff 522
504 fe 524
506 fd 526
508 0 528
510 fa 530
512 fb 532
514 fc 534
표 1을 이용하여, 이미 설정되어 있는 값과 측정된 값을 비교함으로써 각 단말기의 호에 대한 위치 영역을 확인할 수 있게 된다. 각 단말기에 전달되는 주파수 옵셋의 값은 핑거별로 전달될 시 여러 개가 전달될 수 있는데, 이는 다중 경로 성분에 기인한 것이다.
주파수 옵셋의 할당에서 각 스마트 분산 안테나 시스템의 최종 리모트 영역의 중심 주파수 옵셋(-nfo, ... ff, fe, fd, 0, fa, fb, fc,... nfo )의 값은 단말기의 최대 도플러 값 및 주파수 동기 오차의 확률을 기반으로 설정한다. 중심 주파수 옵셋의 값은 일정한 배수의 정수값을 가질 수도 있고 임의의 형태를 가질 수도 있다. 각 영역의 도플러의 최대값(540, 542, 544)이 서로 다르게 나타날 수도 있다. 한편, 각 영역을 구분하는 보호 대역(550, 552)의 값도 설정되어야 하는데, 이는 단말기의 주파수 동기에 대한 확률적인 에러 분포의 값에 따라 한다. 이는 560과 같이 나타날 수 있으며 각 주파수 옵셋을 설정하기 위해서 보호 대역을 두어 설정하는 것은 확률적인 오차를 줄이기 위함이다.
표 2는 각 호의 핑거별 정보를 나타낸 표이다.
각 호 핑거별 정보 비고
단말기 번호 기지국정보 핑거정보 주파수 옵셋 정보 시간 지연 정보(RTD) 에너지정보
단말기1 기지국 ID 핑거 1 522 1 100
핑거 2 526 3 1000
단말기 2 기지국 ID 핑거 1 522 4 100
핑거 2 524 2 300
단말기 3 기지국 ID 핑거 1 528 4 400
핑거 2 530 6 200
핑거 3 522 3 400
...
중첩 영역의 경우 각 핑거의 주파수 옵셋의 값이 달라질 수 있다. 단말기 번호는 일반적으로 MIN 번호로 할당될 수 있으며 단말기 1, 2, 3의 의미는 단말기의 MIN 번호를 나타낸다. 할당된 핑거의 정보는 각 채널 호별로 할당되는 핑거의 번호이며 핑거의 할당 방식에 따라 핑거 번호가 달라질 수 있다. 여기서는 채널별로 n개의 핑거를 할당하였고 핑거의 번호를 재사용하고 있다.
표 2에서와 같이, 호 트래픽 확인 서버 등에서 트래픽 분포를 확인하여 기지국의 셀을 재배치하는 경우에 있어서, 기지국의 정보는 기지국의 고유 위치를 나타내는 기지국 ID 또는 해당 기지국을 확인할 수 있는 의사 잡음 부호(PN)로 표시할 수 있다. 또한, 단말기의 위치 정보를 나타내는 값은 주파수 옵셋 정보 이외에 시간 지연 정보(RTD : Round Trip Delay) 및 에너지 정보가 될 수 있다. 또한, 기지국이나 기지국 제어기에서 호 트래픽 분포를 확인하여 이를 기반으로 안테나 패턴을 변경하거나 셀 형상을 변경(그룹화 또는 비그룹화)할 때에, 기지국의 정보는 스마트 안테나 시스템의 최종 리모트 정보가 될 수도 있다.
표 2에서 나타난 주파수 옵셋의 정보는 편의상 각 주파수 옵셋의 분포 영역으로 하였다. 그러나 실제 값은 실제 측정된 주파수 옵셋 오차값 또는 구분 가능한 정보라면 어떤 값이 되어도 관계없다. 여기서, 단말기 1은 주파수 옵셋이 522, 526이므로 영역 502와 영역 506의 중첩 영역에 있음을 알 수 있고, 단말기 2는 주파수 옵셋이 522, 524이므로 영역 502와 영역 504의 중첩 영역에 있음을 알 수 있다. 또한, 단말기 3의 경우는 주파수 옵셋이 528, 530, 522이므로 영역 508, 영역 510 및 영역 502의 중첩 영역에 위치함을 알 수 있다.
도 6은 분배기 및 주파수 옵셋 장치를 다단으로 사용하여 위치 탐지를 하는 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
인빌딩의 구조에서 도 6과 같이 분배기(600, 610, 620) 및 주파수 옵셋 발생 장치(611, 612, 613, 621, 622, 623)를 다단으로 연결하는 경우에는, 주파수 옵셋 발생 장치(611, 612, 613, 621, 622, 623)를 인빌딩 시스템의 각 리모트(614, 615, 616, 624, 625, 626) 영역 내의 이동 통신 단말기와 연결되는 최종단(610, 620)에 설치해야 한다. 그렇지 않을 경우 인빌딩 시스템의 각 리모트(614, 615, 616, 624, 625, 626) 영역 내의 최종 이동 통신 단말기 단의 구분이 아닌 설치된 이하 단을 동일 셀로 고려함으로써 정확한 위치 측정을 방해하기 때문이다. 예를 들어, 만일 600 단에서 620 단으로 가는 곳에 주파수 옵셋 발생 장치를 설치하고 이하 단에 설치하지 않으면 620 이하 단은 하나의 셀로 구분이 된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋 발생 장치의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 주파수 옵셋을 발생시키기 위한 주파수 옵셋 발생 장치(700)는 하향 변환기(705) 및 상향 변환기(707)를 포함하며, 국부 발진기(LO : Local Oscillator)(704, 706)를 사용하게 된다. 입력부 및 출력부에 위치하는 별도의 스위치 장치(709)는 주파수 옵셋 발생 블록의 절체 또는 분리를 위한 것으로 서비스 장애를 최소화하기 위한 것이다. 즉, 주파수 옵셋 발생 블록에 문제가 발생하여 신호에 적절한 주파수 옵셋을 적용시키지 못하는 경우, 스위치 장치(709)는 오프(Off)가 되어(경로가 절체되어) 신호가 주파수 옵셋 발생 블록을 거치지 않고 출력되도록 한다. 이렇게 함으로써 해당 중계기 별로 구분할 수는 없게 되지만 통상적인 음성 통신 서비스 제공에는 영향이 없도록 함으로써 서비스 신뢰도를 높일 수 있다.
두 개의 국부 발진기(704, 706)에는 동일한 기준 주파수를 사용하여야 한다. 동일한 기준 주파수를 사용하지 않으면, 임의로 발생시키는 주파수 옵셋이 아닌 기준 주파수의 차이에 의한 주파수 오차로 인해 주파수 안정도에 영향을 초래하여 시스템의 통화 품질 등에 영향을 주게 되기 때문이다. 이를 위해, 주파수 옵셋만을 발생시키기 위한 기준 주파수(Reference Frequency)는 온도 보상형 수정 발진기(TCXO : Temperature Compensated X-tal Oscillator)(702) 등을 사용하여 발생시키는 것이 일반적이지만 기지국의 GPS 장치에서 발생되는 10 MHz 등의 주파수를 입력시켜 이용할 수도 있다.
이렇게 해서, 초기에 설정되는 국부 발진기(704, 706)의 주파수는 동일한 값이 된다. 동일한 값이 설정되어 입력되면 주파수 옵셋 발생 장치(700)로부터 출력되는 신호의 주파수 옵셋은 0이 된다. 출력되는 주파수에 옵셋을 주기 위해 두 개의 국부 발진기(704, 706) 중 하나의 국부 발진기의 주파수에 옵셋을 부여한다. 여기서, 국부 발진기(704, 706)의 주파수 옵셋을 수십 Hz 혹은 수백 Hz로 주기 위하여 기준 주파수를 이용한다. 그러나 두 개의 국부 발진기(704, 706) 각각에 기준 주파수를 설정하게 되면, 두 개의 기준 주파수가 존재하게 되므로 동기화 등 시스템의 품질에 영향을 초래하게 된다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에서는 이를 방지하기 위해 직접 디지털 합성기(DDS : Direct Digital Synthesizer)(708)를 사용한다. 즉 온도 보상형 수정 발진기(702)에서 발생시킨 기준 주파수를 이용하여 새로운 기준 주파수를 직접 디지털 합성기(708)로 만들어 내는 것이다. 직접 디지털 합성기(708)에서는 주파수 제어가 정밀하게 되므로 국부 발진기(706)의 주파수 옵셋을 가능한 원하는 양(수 Hz단위 혹은 이 이하의 범위까지도 가능할 수 있다)으로 조정할 수 있게 된다.
한편, 국부 발진기(704, 706)에서 설정되는 주파수 옵셋 값은 해당 단말기의 주파수 동기 오차 분포를 확인하는 값으로 사용된다. 주파수 동기 오차의 분포는 이동체의 속도 및 이동 방향에 따라 다르게 나타나며 해당 주파수 옵셋을 기준으로 분포하게 된다. 이동체의 속도에 따른 도플러 주파수 값들을 고려하여 설정하는 주파수 옵셋의 값은 수십 ~ 수백 Hz 정도의 스텝으로 변경이 가능하다. 따라서 국부 발진기(704, 706)에서 발생시키는 옵셋의 간격이 작아도 실제 성능에 크게 영향을 주는 것은 아니다. 또한, 인빌딩과 같은 환경은 이동성이 적기 때문에, 구분하는 주파수 옵셋의 간격이 작아야 좁은 영역 단위로 구분할 수 있게 된다.
주파수 옵셋을 발생시키는 장치는 도 7의 구조를 갖는 장치 외에도 여러 가지가 있을 수 있으므로 도 7과 동일한 구조가 아니더라도, Fr인 주파수가 입력되어 Fr+f0, Fr+2f0, Fr-f0, Fr-2f 0 등과 같은 주파수 옵셋을 발생시켜 출력시키면 본 발명의 바람직한 실시예가 될 수 있다. 예를 들어, 기준 주파수와 전력 제어 온도 보상형 수정 발진기(Voltage Control TCXO) 등을 함께 이용하여 주파수 옵셋을 제공하는 장치도 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 주파수 옵셋을 발생시키는 장치는 아날로그 신호뿐만 아니라 디지털 신호에도 주파수 옵셋을 발생시킬 수 있다. 즉, 이러한 다양한 장치들에서 발생시킨 주파수 옵셋이 가입자의 위치 탐지를 위해 이용되는 것은 모두 본 발명의 바람직한 실시예가 될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응빔 스마트 안테나 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응빔 스마트 안테나 시스템은 안테나(800, 814), 주파수 옵셋 발생 장치(802), 하향 변환기(804), 아날로그 디지털 변환기(ADC : Analog to Digital Converter)(806), M x N 버틀러 매트릭스(808), 복조기(810), 디지털 빔 형성기(812), 상향 변환기(816), 디지털 아날로그 변환기(DAC : Digital to Analog Converter)(818), N x M 버틀러 매트릭스(820) 및 변조기(822) 등을 포함할 수 있다.
도 8a는 역방향 빔 형성 구조를 나타내고, 도 8b는 순방향 빔 형성 구조를 나타낸다. 안테나(800, 812) 단 앞의 듀플렉서부(미도시)에서 송신 신호와 수신 신호의 경로를 구분하는 부분은 생략하였다.
도 8a의 역방향 빔 성형 구조에서는 최대 M개의 안테나(800)에서 수신된 신호에, 주파수 옵셋 발생 장치(802)를 이용하여 주파수 옵셋을 부여함으로써 옵셋 적용 신호를 생성해낸다. 주파수 옵셋 발생 장치(802)를 거친 옵셋 적용 신호는 하향 변환기(804)에 의해 각 경로별로 하향 변환하여 중간 주파수(IF : Intermediate Frequency) 신호 형태인 하향 변환 신호로 변환된다.
변환된 하향 변환 신호는 아날로그 디지털 변환기(806)를 통해 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호는 M x N 버틀러 매트릭스(808)를 통해 N개의 복조기(810)로 전달된다. 여기서 M x N 버틀러 매트릭스(808)는 아날로그 신호에서 발생되는 잡음 지수 성분의 요소를 해소하기 위하여 디지털 영역에서 신호를 합성 분배하기 위해서 사용된 것이다.
복조기(810)에서는 전달된 디지털 신호의 주파수 옵셋 정보를 포함한 단말기의 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하고, 디지털 빔 형성기(812)는 계산된 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하여 최대 이득을 줄 수 있도록 빔 형성을 하게 된다. 여기서, 가입자의 빔 형성 팩터는 위치 정보인 가입자 신호 각 핑거의 주파수 옵셋 정보, 에너지 정보, 전송 시간 지연 정보 등을 이용하여 구할 수 있다. 이후 처리되는 과정은 기존의 스마트 안테나 시스템에서 빔을 형성하는 일반적인 알고리즘을 이용하여 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주파수 옵셋 발생 장치(802)의 위치 및 구현 방식에는 제한을 받지 않는다. 즉, 주파수 옵셋 발생 장치(802)와 하향 변환기(804)가 일체형으로 구성되어 안테나(800)에서 수신된 신호가 하향 변환 신호로 변환시키면서 임의로 주파수 옵셋을 부여할 수도 있다. 즉, 주파수 옵셋 발생 장치(802)는 하향 변환기(804)와 아날로그 디지털 변환기(806) 사이에 위치할 수도 있고 아날로그 디지털 변환기(806)와 M x N 버틀러 매트릭스(808) 사이에 위치할 수도 있다.
도 8b의 순방향 빔 성형 구조는 수신기에서 획득된 신호를 기준으로 송신 신호의 빔 형성을 순방향 디지털 빔 성형기(824)에서 수행한 후 각 변조기(822)에서 변조한다. 그 후, 해당 안테나 경로로 신호를 보내기 위해 N x M 버틀러 매트릭스(820)를 통해서 신호를 전달하게 된다. 각 변조기(822)의 가입자 신호는 디지털 아날로그 변환기(818)에서 아날로그 변환을 한 후, 상향 변환기(816)에서 상향 변환을 하여 M개의 다수 안테나(814)를 통해서 각 가입자의 신호가 송출되게 한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정빔 스마트 안테나 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정빔 스마트 안테나 시스템은 안테나(900, 912), 주파수 옵셋 발생 장치(902), 하향 변환기(904), 아날로그 디지털 변환기(ADC : Analog to Digital Converter)(906), M x N 버틀러 매트릭스(908), 복조기(910), 상향 변환기(914), 디지털 아날로그 변환기(DAC : Digital to Analog Converter)(916), N x M 버틀러 매트릭스(918) 및 변조기(920) 등을 포함할 수 있다.
도 9a는 역방향 빔 변경 구조를 나타낸 것이고, 도 9b는 순방향 빔 변경 구조를 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 기지국의 셀을 다수의 섹터(또는 안테나)로 나누어 신호를 송수신하는 멀티 섹터 시스템 또는 멀티 안테나 시스템에서, 각 경로의 트래픽 분포를 확인함으로써 안테나 빔 방향을 변경하기 위한 것이다. 이하에서는 M 개의 안테나로 구성된 안테나 시스템의 역방향 및 순방향 경로를 나누어 설명하기로 한다. M 개의 안테나로 구성되어져 있기 때문에 본 시스템은 최대 M 섹터로 구성되어질 수도 있다.
도 9a의 역방향 빔 변경 구조에서는 최대 M 개의 안테나(900)에서 수신된 신호에, 주파수 옵셋 발생 장치(902)를 이용하여 주파수 옵셋을 부여함으로써 옵셋 적용 신호를 생성해낸다. 주파수 옵셋 발생 장치(902)를 거친 옵셋 적용 신호는 하향 변환기(904)에 의해 각 경로별로 하향 변환하여 중간 주파수(IF : Intermediate Frequency) 신호 형태인 하향 변환 신호로 변환된다.
변환된 하향 변환 신호는 아날로그 디지털 변환기(906)를 통해 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호는 M x N 버틀러 매트릭스(908)를 통해 N개의 복조기(910)로 전달된다. 여기서 M x N 버틀러 매트릭스(908)는 아날로그 신호에서 발생되는 잡음 지수 성분의 요소를 해소하기 위하여 디지털 영역에서 신호를 합성 분배하기 위해서 사용된 것으로, M x N 버틀러 매트릭스(908)는 아날로그 부분에서 구현할 수도 있다. 아날로그 부분에서 구현될 시에는 경로의 합성과 분배에 따른 잡음 지수의 변화가 미리 고려되어야 한다. 이의 변형예로 3섹터의 시스템에서 M개의 안테나로 구성된 시스템을 도 11에서 언급하겠다. 또다른 적용으로는 단일 셀 시스템에서 M개의 안테나 경로로 구성된 시스템을 구성할 수도 있다.
복조기(910)에서는 전달된 디지털 신호의 주파수 옵셋 정보를 포함한 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하게 함으로써 최대 이득을 줄 수 있도록 하게 한다. 여기서, 트래픽 분포 정보란 단말기의 호의 트래픽 현황 및 호의 특성을 포함하는 것으로 트래픽 분포 정보를 통하여 해당 단말기들의 분포를 알 수 있게 된다. 이후 처리되는 과정은 기존의 스마트 안테나 시스템에서 빔의 방향을 변경하는 일반적인 알고리즘을 이용하여 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주파수 옵셋 발생 장치(902)의 위치 및 구현 방식에는 제한을 받지 않는다. 즉, 주파수 옵셋 발생 장치(902)와 하향 변환기(904)가 일체형으로 구성되어 안테나(900)에서 수신된 신호가 하향 변환 신호로 변환시키면서 임의로 주파수 옵셋을 부여할 수도 있다. 즉, 주파수 옵셋 발생 장치(902)는 하향 변환기(904)와 아날로그 디지털 변환기(906) 사이에 위치할 수도 있고 아날로그 디지털 변환기(906)와 M x N 버틀러 매트릭스(908) 사이에 위치할 수도 있다.
도 9b의 순방향 빔 변경 구조는 역방향에서 획득된 단말기 신호의 위치를 기준으로 신호를 전송하게 된다. 즉, 역방향에서 획득된 단말기 위치를 기준으로 하여 신호를 변조기(920)에서 변조한 후, 해당 안테나 경로로 신호를 보내기 위해 N x M 버틀러 매트릭스(918)를 통해서 신호를 전달하게 된다. 각 변조기(920)의 가입자 신호는 디지털 아날로그 변환기(916)에서 아날로그 변환을 한 후, 상향 변환기(914)에서 상향 변환을 하여 M개의 다수 안테나(912)를 통해서 송출된다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 섹터 시스템에서 고정빔 스마트 안테나를 이용하여 안테나 빔을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에서, 해당 기지국은 12개의 안테나 시스템으로 구현되어 있다고 가정하고, 이러한 가정에 따라 영역 1000은 12개의 섹터 또는 12개의 안테나 서비스 영역으로 구분되어진다. 따라서 도 10의 시스템은 멀티 섹터 시스템이며 최대 12개의 섹터 시스템으로 구현될 수 있음을 보여준다. 다만, 실제 섹터의 구성은 이보다 적을 수 있으므로 각 안테나 경로를 구분하여 멀티 섹터의 서비스를 전개할 수 있게 된다. 즉, 도 10의 구조를 기존에 널리 사용되고 있는 섹터형 시스템인 3섹터 시스템의 형상으로 도시를 하면 12개의 경로중 4개씩 묶어 한 개의 섹터를 구성하는 방식으로 사용하는 것이다.
1010에서 각 섹터의 서비스 영역은 영역 1011, 영역 1012 및 영역 1013으로 구분되어 서비스될 수 있다. 이 때, 기지국 또는 호 트래픽 확인 서버 등에서는 호 트래픽 분포를 고려하여 1010의 영역을 1020과 같이 변경할 수 있다. 즉, 동일 섹터의 서비스 영역이 영역 1021, 영역 1022 및 영역 1023 등으로 변경되어 서비스가 이루어지는 것이다. 1010에서 1020으로의 서비스 영역 변경은 전술한 버틀러 매트릭스를 이용하여, 각 안테나 서비스 영역에 대한 신호의 경로를 변경 설정하여 전달함으로써 가능하게 된다.
이러한 서비스 영역의 변경은 단말기 호의 트래픽 현황 및 호의 특성에 따라 안테나 단위로 조절하는 것인데, 기존의 방식에서는 단말기 호의 트래픽 현황 및 호의 특성을 확인하기 위해서 안테나 경로의 ID 등을 이용하여 호 트래픽 상태를 확인하는 방법 등을 사용하였다. 그러나 본 발명에서는 호의 트래픽 현황 및 단말기 신호 입력 경로 등의 호 트래픽 상태를 주파수 옵셋을 포함한 정보를 이용하여 확인함으로써 안테나 서비스 빔을 조정하게 된다는 데에 특징이 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정빔 스마트 안테나를 이용하여 기존의 3섹터 시스템을 구현하기 위한 블록 구성도이다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정빔 스마트 안테나를 이용한 3섹터 시스템은 안테나(1100, 1118), 리모트(1102, 1118), 도너(1104, 1120), 주파수 옵셋 발생 장치(1106), 가변 섹터 경로 장치(1108, 1122), 하향 변환기(1110), 아날로그 디지털 변환기(ADC : Analog to Digital Converter)(1112), 6 x N 버틀러 매트릭스(1114), 복조기(1116), 상향 변환기(1118), 디지털 아날로그 변환기(DAC : Digital to Analog Converter)(1126), N x 3 버틀러 매트릭스(1128) 및 변조기(1130) 등을 포함할 수 있다.
도 11a는 역방향 빔 변경 구조를 나타낸 것이고, 도 11b는 순방향 빔 변경 구조를 나타낸 것이다.
도 11a의 역방향 빔 변경 구조에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산 안테나 시스템의 도너(1104, 1120)와 리모트(1102, 1118)의 구성은 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 두 부분이 단일 형상으로 구성될 수도 있으며 도너(1104, 1120)와 리모트(1102, 1118) 사이의 전송 방식에 따라 광분산 시스템 또는 RF 분산 시스템 등으로 구분될 수 있다. 짧은 거리 및 손실이 적은 부분에서는 RF 방식이 유용하게 사용될 수 있으나 전송 거리가 멀거나 설치의 유연성 등을 고려하게 되면 광전송 방식이 유리할 수 있다.
주파수 옵셋 발생 장치(1106)의 위치는 도너(1104, 1120) 부분 또는 리모트(1102, 1118) 부분 어느 곳에 적용하더라도 관계없다. 도너(1104, 1120) 및 리모트(1102, 1118)는 1:1로 연결이 되므로, M개의 배열 안테나(1100)가 존재하게 되면 도너(1104, 1120)와 리모트(1102, 1118)는 각각 M개의 구성이 된다. 또한, 각 리모트(1102, 1118)의 경로를 구분하기 위해서 M개의 주파수 옵셋 발생 장치(1106)의 유닛이 필요하게 된다.
각 안테나(1100) 유닛에서 전송된 신호는 가변 섹터 경로 장치(1108)를 통해서 기지국 각 섹터의 수신 경로로 전송된다. 즉, 각 섹터의 수신 경로로의 신호 경로 설정은 가변 섹터 경로 장치(1108)에서 수행되는데, 가변 섹터 경로 장치(1108)는 스위치와 합성기로 구성되어 있으며 이의 순서는 바뀌어도 관계없다. 스위치 장치의 구현은 RF 스위치로 구성하거나 분배기 및 가변 감쇄기로 구성할 수도 있다. 도 11a의 구성은 M개의 경로에서 6개의 섹터 수신 경로로 전송하는 형상, 즉 기존 3섹터 시스템의 다이버시티 지원 형상이므로 M개의 1:6 스위치 모듈과 6개의 M Way 합성기로 구성될 수 있고, 또는 M개의 6분기 분배기와 6개의 M Way 스위치로 구성될 수도 있다. 경로를 가변하기 위해서 어떤 방식을 사용하여도 무방하다.
복조기(1116)에서의 가입자 신호 경로 구분은 주파수 옵셋 발생 장치(1106)에서 발생하는 주파수 옵셋으로 가능하기 때문에 각 경로의 주파수 옵셋 테이블 값은 기지국, 기지국 제어기 또는 호 트래픽 확인 서버에서 알고 있어야 한다. 이를 통해 호 트래픽 확인 서버는 트래픽 상황에 따라 경로를 가변할 수 있게 되는 것이다.
도 11b의 순방향 경로의 경우는 역방향 경로를 통해서 가입자 트래픽 분포를 확인하여 역방향 경로와 동일하게 순방향 경로를 설정할 수 있게 된다. 복조된 신호는 해당 섹터로 상향 변환되어 가변 섹터 경로 장치(1122)에 의해 설정되어 있는 해당 섹터 서비스 영역을 통하여 가입자에게 전송된다.
순방향의 경우 가변 섹터 경로 장치(1122)는 3개의 섹터 신호를 M개의 안테나 경로로 보내기 위한 구조이다. 이를 위해서 3개의 M Way 분배기와 M개의 1:3 스위치로 구성을 하거나 3개의 1: M 스위치와 M개의 3 Way 합성기로 구성할 수 있다. 또한, 송신 다이버시티가 있을 경우에는 이를 고려하여 가변 섹터 경로 장치(1122)를 구성할 수 있다.
이처럼, 도 11a 및 도 11b와 같이 구성함으로써 기존의 섹터형 시스템 구조에서도 고정 빔 스마트 배열 안테나 시스템을 구성할 수 있다. 이를 멀티 섹터로 확장한 것이 도 8a, 도 8b, 도 9a 또는 도 9b의 멀티 섹터 시스템이 되는 것이다.
본 발명을 이용하면, 다중 섹터의 구조에서 섹터의 그룹화 및 비그룹화가 가능한데, 섹터의 그룹화 및 비그룹화를 위한 기본 정보는 안테나를 통해 유입되는 가입자 신호의 수를 포함하는 가입자 정보를 단말기들의 주파수 옵셋 정보를 이용하여 획득함으로써 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 분산 안테나 시스템 구조, 즉 도 3의 3C와 같은 구조에서도 안테나 시스템의 마이크로셀을 그룹화 및 비그룹화할 수 있게 된다. 이는 안테나, 상향 변환기 및 하향 변환기를 서로 다른 위치에 광선로 등을 통하여 광분산 형상의 구조로 연결시키고, 안테나, 상향 변환기 및 하향 변환기 부분과 나머지 부분을 광선로 등으로 연결된 광분산 형상의 구조로 연결시키면 된다.
본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국 신호를 기준으로 하여 기지국과 이동국의 주파수 오차에 의한 보정으로 주파수 동기를 맞추도록 되어 있으므로 이를 이용하는 이동 통신 시스템이라면 본 발명의 적용이 가능하다. 왜냐하면, 동기식 또는 비동기식 이동 통신 시스템에서 서로 통신을 하기 위해서는 어느 한 곳을 기준으로 하여 초기 주파수 오차에 대한 보정을 하여 주파수 동기를 맞추는 것이 일반적인 기술이기 때문이다. 또한, 본 발명은 새롭게 구현되는 스마트 섹터 시스템 및 기존의 섹터형 시스템을 스마트 섹터형 시스템으로 적용하는 방법 및 멀티 섹터 시스템의 마이크로셀 시스템으로 적용하는 방법 등 다양한 형태로의 적용이 가능하다.
한편, 본 발명을 기존의 시스템에 적용한다고 해서 주파수 옵셋으로 인해 적용 가능한 주파수 옵셋 오차의 범위 내에서는, 본 발명을 적용하더라도 임의로 설정된 주파수 옵셋으로 인해 기존 시스템의 음성 통화 및 데이터 송수신 서비스 품질에 영향을 주지는 않는다. 즉, 기존에 사용되는 단말기 및 기지국의 기본적인 하드웨어 및 소프트웨어를 수정할 필요는 없으나 다만, 주파수 옵셋 정보를 요구하는 수정은 있을 수 있다. 새롭게 구현되는 시스템에서는 주파수 옵셋 정보를 이용하는 방식으로 구현을 하게 되면 가능하게 되는 것이다.
한편, 본 발명은 모든 방식의 이동 통신 시스템에서 가능하여 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), CDMA2000 1X, 3X, EV-DO, EV-DV, WCDMA(Wideband CDMA), PI(Portable Internet), WLL(Wireless Local Loop) 및 디지털 TRS(Trunked Radio System) 등의 방식에 제한을 받지 않고 적용될 수 있다. 이는 이동 통신 시스템에서 이동성에 대한 고려가 모든 시스템에서 적용되어 있기 때문이다. 단지 각 시스템마다 주파수 옵셋의 허용 범위에 차이가 있을 수 있으므로 이에 해당되는 값만큼의 제한은 있으며, 만약 기지국에서 주파수 옵셋의 정보의 제공이 원활하지 않는 경우에는 이를 제공할 수 있는 장치가 추가되어 질 수 있다. 따라서 기존의 시스템이 주파수 옵셋의 정보를 원활히 제공하지 못할 경우, 주파수 옵셋의 정보를 탐지하기 위해 별도의 장치를 부가하는 형태 또한 본 발명의 범주를 벗어나지 못한다.
한편, 본 발명은 모든 종류의 중계기, 예를 들어 분산 안테나 시스템, 광중계기, RF 중계기, 멀티드롭 광중계기, 변파 중계기, 마이크로웨이브 중계기 또는 디지털 광중계기 등에 적용이 가능하다. 그러나 주로 많이 응용될 수 있는 것은 광중계기 혹은 인빌딩 분산 안테나 시스템 등이다. 다만, RF 중계기 등은 사용 수에 따라, 또는 전파를 규정하는 법규 등에 따라 제약이 있을 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 중계기를 통해 유입된 호를 식별할 수 있으므로 중계기 호 특성 분석을 이용하여 셀 엔지니어링에 유용한 방법을 제공할 수 있게 된다. 즉, 중계기를 통해 유입된 호의 수, 호 성공률, 단절률, 액세스 호 실패수, 핸드오프 실패율 등을 이용하여, 기지국 기반에서만 제공되었던 셀 엔지니어링 방식을 중계기 영역까지 확장함에 따라 셀 최적화 및 엔지니어링에 최적의 솔루션을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 적응빔 스마트 안테나 방식에서 초기 가입자의 빠른 위치 획득을 위해 주파수 옵셋 정보를 활용하게 함으로써, 이를 이용한 빔 형성 알고리즘의 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다. 또한, 고정빔 스마트 안테나 방식에서 주파수 옵셋 정보를 이용한 가입자 분포를 확인하여 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하게 하고, 분산 안테나 시스템 형상으로 구현된 마이크로셀 시스템에서 주파수 옵셋 정보를 이용하여 가입자 분포를 확인할 수 있게 함으로써 트래픽 상황에 따라 동적으로 셀의 그룹화 및 비그룹화를 가능하게 한다는 효과가 있다. 따라서 이를 활용한 시스템 용량 및 품질을 향상시킬 수 있으며 가입자의 위치 추적에도 응용될 수 있다는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 의하면, 기존의 섹터형 시스템에서도 추가적인 장치(가변 섹터 경로 장치)를 통하여 트래픽에 따른 셀의 서비스 영역을 다양하게 변경할 수 있게 함으로써 필드의 최적화에 유용하게 활용할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 고정빔 스마트 안테나 및 적응빔 스마트 안테나의 빔 패턴을 나타낸 도면,
도 2는 고정빔 스마트 안테나 및 적응빔 스마트 안테나의 적용성을 나타낸 도면,
도 3은 셀룰러 환경에서 기지국 섹터 시스템의 형상 전개의 예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋을 이용하여 단말기의 위치를 탐지하는 시스템을 나타낸 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 분산 안테나 시스템에서 주파수 옵셋 장치를 이용한 단말기 위치 제공 방식을 설명하기 위한 도면,
도 6은 분배기 및 주파수 옵셋 장치를 다단으로 사용하여 위치 탐지를 하는 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 옵셋 발생 장치의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응빔 스마트 안테나 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정빔 스마트 안테나 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 섹터 시스템에서 고정빔 스마트 안테나를 이용하여 안테나 빔을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정빔 스마트 안테나를 이용하여 기존의 3섹터 시스템을 구현하기 위한 블록 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
400 : 이동 통신 단말기
402, 614, 615, 616, 624, 625, 626, 1102, 1118 : 리모트
404, 611, 612, 613, 621, 622, 623, 802, 902, 1106 : 주파수 옵셋 발생 장치 406, 1104, 1120 : 도너
408 : 이동 통신망 410 : 기지국
412 : 기지국 제어기 414 : 이동 교환국
416 : 트래픽 확인 서버 600, 610, 620 : 분배기
702 : 온도 보상형 수정 발진기 704, 706 : 국부 발진기
705, 804, 904, 1110 : 하향 변환기 707, 816, 914, 1124 : 상향 변환기
708 : 직접 디지털 합성기 709 : 스위치
800, 814, 900, 912, 1100 : 안테나 806, 906, 1112 : ADC
808, 908 : M x N 버틀러 매트릭스 810, 910, 1116 : 복조기
812, 824 : 디지털 빔 형성기 818, 916, 1126 : DAC
820, 918 : N x M 버틀러 매트릭스 822, 920, 1130 : 변조기
1108, 1112 : 가변 섹터 경로 장치 1114 : 6 x N 버틀러 매트릭스
1128 : N x 3 버틀러 매트릭스

Claims (48)

  1. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 적응빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 옵셋 적용 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    (c) 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법.
  2. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 적응빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 하향 변환 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계;
    (c) 상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위치 정보는 상기 디지털 신호 또는 상기 옵셋 적용 신호의 에너지 정보, 상기 디지털 신호 또는 상기 옵셋 적용 신호의 전송 시간 지연 정보 및 상기 디지털 신호 또는 상기 옵셋 적용 신호의 DOA(Difference of Arrival) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 상기 단말기로부터 상기 기지국 측으로의 역방향 경로로 전송되는 역방향 신호에 인위적으로 부여되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 다중 주파수 옵셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), CDMA 2000 1X, 3X, EV-DO, EV-DV, WCDMA(Wideband CDMA), PI(Portable Internet), WLL(Wireless Local Loop) 및 디지털 TRS(Trunked Radio System) 방식 중 하나 이상을 지원하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 방법.
  7. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 고정빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 옵셋 적용 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    (c) 상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 단말기의 상기 트래픽 분포 정보를 이용하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  8. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 고정빔 스마트 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 하향 변환 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 단계;
    (c) 상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 단말기의 상기 트래픽 분포 정보를 이용하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 트래픽 분포 정보는 상기 단말기의 호의 트래픽 현황 및 호의 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 상기 단말기로부터 상기 기지국 측으로의 역방향 경로로 전송되는 역방향 신호에 인위적으로 부여되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 포함하는 안테나 시스템은 상기 기지국의 셀을 다수의 섹터로 나누어 신호를 송수신하는 멀티 섹터 시스템인 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 통해 유입되는 가입자 신호의 수를 포함하는 가입자 정보를 상기 주파수 옵셋을 이용하여 획득함으로써 동적으로 상기 섹터를 그룹화 또는 비그룹화하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  13. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 포함하는 안테나 시스템은 다수의 극소 셀을 연속적으로 이용하는 마이크로 셀 시스템인 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 통해 유입되는 가입자 신호의 수를 포함하는 가입자 정보를 상기 주파수 옵셋을 이용하여 획득함으로써 동적으로 상기 셀을 그룹화 또는 비그룹화하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  15. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 다중 주파수 옵셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  16. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), CDMA 2000 1X, 3X, EV-DO, EV-DV, WCDMA(Wideband CDMA), PI(Portable Internet), WLL(Wireless Local Loop) 및 디지털 TRS(Trunked Radio System) 방식 중 하나 이상을 지원하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 방법.
  17. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템에 있어서,
    상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 옵셋 적용 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기;
    상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 복조기; 및
    상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 디지털 빔 형성기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  18. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템에 있어서,
    상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 디지털 변환기;
    상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 복조기; 및
    상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 디지털 빔 형성기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    각 경로별로 하향 변환된 신호 또는 상기 디지털 신호에 인위적으로 주파수 옵셋을 부여하는 주파수 옵셋 발생 장치
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  20. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 단말기의 위치 정보를 이용하여 가변적인 패턴을 가지는 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템에 있어서,
    상기 스마트 안테나에서 수신된 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 주파수 옵셋 발생 장치;
    상기 옵셋 적용 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기;
    상기 디지털 신호의 주파수 옵셋 정보를 포함한 상기 단말기의 상기 위치 정보를 이용하여 빔 형성 팩터를 계산하는 복조기; 및
    상기 빔 형성 팩터를 이용하여 상기 빔 형성 팩터에 상응하는 방향으로 상기 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 디지털 빔 성형기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 발생 장치는
    기준 주파수를 발생시키는 발진기;
    상기 기준 주파수로부터 옵셋 적용 기준 주파수를 발생시키는 직접 디지털 합성기; 및
    상기 기준 주파수 및 상기 옵셋 적용 기준 주파수에 상향 또는 하향 주파수 변환을 하여 상기 주파수 옵셋을 제공하는 국부 발진기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  22. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 발생 장치는 아날로그 신호 또는 상기 디지털 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  23. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 경로별로 변환된 상기 디지털 신호는 상기 디지털 신호를 합성 분배하는 버틀러 매트릭스를 통해 한 개 이상의 상기 복조기로 전달되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  24. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 정보는 상기 디지털 신호의 에너지 정보 또는 상기 디지털 신호의 전송 시간 지연 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  25. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 상기 단말기로부터 상기 기지국 측으로의 역방향 경로로 전송되는 역방향 신호에 인위적으로 부여되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  26. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적응빔 스마트 안테나를 포함하는 안테나 시스템은 상기 기지국의 셀을 다수의 섹터로 나누어 신호를 송수신하는 멀티 섹터 시스템인 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  27. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적응빔 스마트 안테나를 포함하는 안테나 시스템은 극소 셀을 연속적으로 이용하는 마이크로 셀 시스템인 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  28. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 다중 주파수 옵셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  29. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), CDMA 2000 1X, 3X, EV-DO, EV-DV, WCDMA(Wideband CDMA), PI(Portable Internet), WLL(Wireless Local Loop) 및 디지털 TRS(Trunked Radio System) 방식 중 하나 이상을 지원하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  30. 제 17 항 내지 제 18 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 각 경로 및 상기 주파수 옵셋이 대응되는 주파수 옵셋 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 적응빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  31. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서,
    상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 옵셋 적용 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및
    상기 디지털 신호의 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  32. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서,
    상기 스마트 안테나에서 수신된 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성고 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및
    상기 옵셋 적용 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  33. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    각 경로별로 하향 변환된 신호 또는 상기 디지털 신호에 인위적으로 주파수 옵셋을 부여하는 주파수 옵셋 발생 장치
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔을 형성하는 시스템.
  34. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 고정적인 패턴을 가지는 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서,
    상기 스마트 안테나에서 수신된 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 주파수 옵셋 발생 장치;
    상기 옵셋 적용 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및
    상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  35. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 발생 장치는
    기준 주파수를 발생시키는 발진기;
    상기 기준 주파수로부터 옵셋 적용 기준 주파수를 발생시키는 직접 디지털 합성기; 및
    상기 기준 주파수 및 상기 옵셋 적용 기준 주파수에 상향 또는 하향 주파수 변환을 하여 상기 주파수 옵셋을 제공하는 국부 발진기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  36. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 발생 장치는 아날로그 신호 또는 상기 디지털 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  37. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 옵셋 적용 신호에 대해 상기 기지국 각 섹터로의 수신 경로를 설정 및 변경하는 가변 섹터 경로 장치
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  38. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 경로별로 변환된 상기 디지털 신호는 상기 디지털 신호를 합성 분배하는 버틀러 매트릭스를 통해 한 개 이상의 상기 복조기로 전달되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  39. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트래픽 분포 정보는 상기 단말기의 호의 트래픽 현황 및 호의 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  40. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 상기 단말기로부터 상기 기지국 측으로의 역방향 경로로 전송되는 역방향 신호에 인위적으로 부여되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  41. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 포함하는 안테나 시스템은 상기 기지국의 셀을 다수의 섹터로 나누어 신호를 송수신하는 멀티 섹터 시스템인 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 통해 유입되는 가입자 신호의 수를 포함하는 가입자 정보를 상기 주파수 옵셋을 이용하여 획득함으로써 동적으로 상기 섹터를 그룹화 또는 비그룹화하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  43. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 포함하는 안테나 시스템은 극소 셀을 연속적으로 이용하는 마이크로 셀 시스템인 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 고정빔 스마트 안테나를 통해 유입되는 가입자 신호의 수를 포함하는 가입자 정보를 상기 주파수 옵셋을 이용하여 획득함으로써 동적으로 상기 셀을 그룹화 또는 비그룹화하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  45. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋은 다중 주파수 옵셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  46. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), CDMA 2000 1X, 3X, EV-DO, EV-DV, WCDMA(Wideband CDMA), PI(Portable Internet), WLL(Wireless Local Loop) 및 디지털 TRS(Trunked Radio System) 방식 중 하나 이상을 지원하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  47. 제 31 항 내지 제 32 항 또는 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 각 경로 및 상기 주파수 옵셋이 대응되는 주파수 옵셋 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 고정빔 스마트 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
  48. 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 통신 경로에 임의적으로 주파수 옵셋을 부여하여, 상기 주파수 옵셋을 이용하여 섹터 시스템의 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템에 있어서,
    상기 안테나에서 수신된 신호에 상기 주파수 옵셋을 부여하여 옵셋 적용 신호를 생성하는 주파수 옵셋 발생 장치;
    상기 옵셋 적용 신호에 대해 상기 기지국 각 섹터로의 수신 경로를 설정 및 변경하는 가변 섹터 경로 장치;
    상기 가변 섹터 경로 장치에 의해 경로가 설정된 상기 옵셋 적용 신호를 각 경로별로 하향 변환하여 하향 변환 신호를 생성하는 하향 변환기;
    상기 하향 변환 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 변환기; 및
    상기 디지털 신호를 복조하고 주파수 옵셋 정보를 이용하여 상기 단말기의 트래픽 분포 정보를 생성하여 상기 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하도록 하는 복조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋을 이용하여 섹터 시스템의 고정빔 안테나의 빔 방향을 변경하는 시스템.
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