KR20050087177A - Apparatus and method for control of smart antenna - Google Patents

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KR20050087177A
KR20050087177A KR1020040012812A KR20040012812A KR20050087177A KR 20050087177 A KR20050087177 A KR 20050087177A KR 1020040012812 A KR1020040012812 A KR 1020040012812A KR 20040012812 A KR20040012812 A KR 20040012812A KR 20050087177 A KR20050087177 A KR 20050087177A
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지준환
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김병기
권영훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 기지국의 용량 증대를 위해 사용하는 스마트 안테나를 효율적으로 사용하기 위한 스마트 안테나 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 단말에 대한 위치 추적이 정확하게 이루어지지 않는 경우, 넓은 널(null)을 가지는 빔을 형성하도록 스마트 안테나를 제어하여 간섭으로 인한 영향을 감소시키고, 단말에 대한 위치 추적이 정확하게 이루어지는 경우에는 좁은 널을 가지는 빔을 형성하도록 스마트 안테나를 제어하여 신호 대 간섭비(Signal to Interfere Ratio, SIR)를 증가시킴으로써 AOA(Angle of Arrival) 추정 오차가 시스템에 미치는 영향을 최소화시키는 한편, 시스템을 통신 환경에 최적화시킬 수 있게 된다. The present invention relates to a smart antenna control apparatus and method for efficiently using a smart antenna used to increase the capacity of the base station, when the position tracking for the terminal is not accurately performed, a beam having a wide null (null) By controlling the smart antenna to form a reduction effect due to interference, if the location tracking for the terminal is precisely controlled by controlling the smart antenna to form a beam having a narrow null (Signal to Interfere Ratio, SIR) Increasing can minimize the effect of the Angle of Arrival (AOA) estimation error on the system, while optimizing the system for the communication environment.

Description

스마트 안테나 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL OF SMART ANTENNA} Smart antenna control device and method {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL OF SMART ANTENNA}

본 발명은 이동통신 시스템에서 사용되는 스마트 안테나에 관한 것으로, 특히 스마트 안테나가 AOA(Angle Of Arrival) 추정 오차의 영향을 덜 받도록 하는 스마트 안테나 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a smart antenna used in a mobile communication system, and more particularly, to an apparatus and method for controlling a smart antenna such that the smart antenna is less affected by AOA (Angle Of Arrival) estimation error.

현재의 이동통신 시스템에서는 가입자의 증가 및 음성(Voice) 서비스 외에 추가적인 데이터(Data) 서비스의 실시 등의 요인에 의해 기지국의 용량 증대가 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위한 기지국 용량 증대의 한 가지 방법으로 사용되고 있는 것이 스마트 안테나(Smart Antenna)를 이용한 시스템이다.In the current mobile communication system, capacity increase of the base station is required due to factors such as increase of subscribers and implementation of additional data service in addition to voice service. A system using a smart antenna is being used as one method of increasing base station capacity to satisfy such a demand.

CDMA(Code Division Multiple Access, 코드 분할 다중 접속) 이동통신 환경에서 가입자 용량을 제한하는 가장 근본적인 원인은 다른 가입자들의 신호로 인해 발생하는 간섭(interfere)이다. 동일 셀 내에서 발생되는 모든 신호가 통화중인 가입자의 통신을 방해하는 간섭파가 되며, 이는 CDMA가 갖고 있는 구조적인 신호 환경이다. 스마트 안테나는 이러한 다른 가입자의 통화를 위해 발생하는 신호로 인한 간섭을 감소시킴으로써 용량 증대를 실현한다. 기지국은 스마트 안테나를 사용하여 통화 중인 임의의 가입자에게는 강한 전력을 보내고 다른 가입자에게는 약한 전력을 보내 신호 대 간섭비(Signal to Interferer Ratio, SIR)를 향상시킴으로써 용량을 증대시킨다.In the Code Division Multiple Access (CDMA) mobile communication environment, the most fundamental cause of limiting subscriber capacity is interference caused by signals of other subscribers. All signals generated in the same cell become interference waves that interfere with communication of subscribers in a call, which is a structural signal environment of CDMA. The smart antenna realizes increased capacity by reducing interference caused by signals occurring for calls of these other subscribers. The base station uses smart antennas to increase capacity by sending strong power to any subscriber on the call and weak power to other subscribers to improve the Signal to Interferer Ratio (SIR).

기지국은 방향 추적 알고리즘을 사용하여 원하는 가입자의 방향과 원하지 않는 가입자의 방향을 추정하고, 이 추정 값을 바탕으로 하여 통화를 제공할 임의의 가입자의 방향으로는 높은 이득의 빔(Beam)을 형성하고, 그 외의 가입자 방향으로는 낮은 이득의 빔(Beam)을 형성하도록 스마트 안테나를 제어한다. 이때 사용될 수 있는 방향 추적 알고리즘으로는 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, 회전 불변 기법들을 통한 신호 매개변수들의 추정), MUSIC(MUltiple Signal Identification and Classification, 다중신호 식별 및 분류), CAPON 등이 있다.The base station uses a direction tracking algorithm to estimate the direction of the desired and undesired subscribers, and based on this estimate, forms a high gain beam in the direction of any subscriber to provide the call. In other subscriber directions, the smart antenna is controlled to form a low gain beam. Directional tracking algorithms that can be used include ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques), MUSIC (MUltiple Signal Identification and Classification), and CAPON. have.

기지국은 스마트 안테나의 소자(element)마다 적절한 가중치(Weighting)를 적용하여 원하는 형태의 빔을 형성 할 수 있다. 또, 추가적으로 원하지 않은 방향에 공간 필터(spatial filter)를 사용하여 빔 패턴(beam pattern)의 특정 각도에 널(null, 주위 값보다 20~40dB이상 작은 값으로 만듦)을 만들어 신호 대 간섭비를 크게 증가시킬 수 있다.The base station may form a beam having a desired shape by applying appropriate weighting to each element of the smart antenna. Additionally, spatial filters in unwanted directions create nulls at certain angles of the beam pattern, resulting in greater signal-to-interference ratios. Can be increased.

상술한 바와 같이, 스마트 안테나의 원리는 어레이 안테나(Array Antenna)를 사용하여 수신 신호로부터 가입자들의 위치를 파악하고 안테나 소자(element)마다 적절한 가중치(Weighting)를 주어 지향성을 가지는 빔을 형성하는 것이다. 따라서, 스마트 안테나 알고리즘에서는 가입자의 방향을 파악하는 것이 매우 중요하다. 그런데, 현실적으로는 가입자가 고속으로 움직이거나 주위의 산란체(Scatterer)로 인한 각퍼짐(Angular Spread)이 발생하는 등의 통신 환경 상의 이유로 인해 기지국이 가입자의 위치를 정확히 파악하지 못하는 경우가 자주 발생한다. 가입자의 위치 추정 시에 발생하는 오차를 AOA(Angle Of Arrival) 추정 오차라고 한다. 일반적으로, 간섭을 줄이기 위해 형성된 스마트 안테나 패턴은 간섭 방향에 대해 날카로운 특성을 가지기 때문에 AOA 추정 오차에 민감하게 된다. 이로 인한 문제점을 도 1을 참조하여 설명한다.As described above, the principle of the smart antenna is to determine the location of the subscribers from the received signal by using an array antenna and to give a direct weight to each antenna element to form a beam having directivity. Therefore, it is very important to know the direction of the subscriber in the smart antenna algorithm. However, in reality, the base station does not accurately determine the location of the subscriber due to a communication environment such as a subscriber moving at high speed or an angular spread caused by a scatterer around it. . An error that occurs when the subscriber's location is estimated is referred to as an Angle Of Arrival (AOA) estimation error. In general, smart antenna patterns formed to reduce interference are sensitive to AOA estimation errors because they have sharp characteristics with respect to the interference direction. The problem caused by this will be described with reference to FIG.

도 1은 이동통신 환경을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a mobile communication environment.

도 1에 도시된 단말 1(100-1) 및 단말 2(100-2)는 가입자가 통신 서비스를 제공하기 위해 사용하는 기기이다. BTS(Base Transceiver System, 기지국)(120)는 단말(100)에 통신 서비스를 제공하기 위하여 단말(100)과의 신호 송수신을 수행한다. BTS(120)의 안테나는 통신의 대상이 되는 단말(예를 들어 단말 1)(100-1)이 위치하는 방향으로 높은 이득의 빔을 형성하고, 그 외의 단말(예를 들어 단말 2)(100-2)이 위치하는 방향으로 낮은 이득의 빔을 형성함으로써, 단말 1(100-1)의 통신으로 인해 단말 2(100-2)에 발생하는 간섭을 감소시키는 스마트 안테나이다. 그런데, 앞서 언급한 AOA 추정 오차는, 도 1에 도시된 바와 같이 주위에 산란체가 될 수 있는 건물들이 많은 도심 지역에서 특히 심하게 발생한다. 이로 인해 현재의 스마트 안테나는 넓은 평야 지대에서 좋은 성능을 가지나 용량 증대가 더욱 절실히 요구되는 도심 지역에서는 오히려 효과를 나타내지 못하고 있다.Terminal 1 (100-1) and terminal 2 (100-2) shown in Figure 1 is a device that the subscriber uses to provide a communication service. The base transceiver system (BTS) 120 performs signal transmission and reception with the terminal 100 to provide a communication service to the terminal 100. The antenna of the BTS 120 forms a beam of high gain in the direction in which the terminal (for example, terminal 1) 100-1, which is the communication target, is located, and the other terminal (for example, terminal 2) 100 By forming a beam of low gain in the direction in which -2) is located, it is a smart antenna that reduces the interference generated in the terminal 2 (100-2) due to the communication of the terminal 1 (100-1). However, the aforementioned AOA estimation error is particularly severe in urban areas where there are many buildings that can be scattered around as shown in FIG. 1. As a result, current smart antennas perform well in large plains, but they do not work in urban areas where more capacity is needed.

따라서, 이와 같은 문제점을 극복하고 좋지 않은 통신 환경 하에서도 스마트 안테나를 효율적으로 사용하기 위하여 스마트 안테나가 AOA 추정 오차로 인한 영향을 적게 받도록 제어할 수 있는 스마트 안테나 제어 장치 및 방법이 요구된다. Therefore, in order to overcome the above problems and to efficiently use the smart antenna even in a poor communication environment, there is a need for a smart antenna control apparatus and method capable of controlling the smart antenna to be less affected by the AOA estimation error.

본 발명의 목적은 AOA(Angle Of Arrival) 추정 오차로 인한 영향을 적게 받도록 하는 스마트 안테나 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a smart antenna control apparatus and method to be less affected by the error of the Angle Of Arrival (AOA) estimation.

본 발명의 다른 목적은 스마트 안테나가 통신 환경에 적응적으로 동작할 수 있도록 하는 스마트 안테나 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a smart antenna control apparatus and method for enabling the smart antenna to operate adaptively in a communication environment.

본 발명은 스마트 안테나가 AOA 추정 오차(AOA estimation error)로 인한 영향을 적게 받도록 하기 위하여 스마트 안테나가 넓은 널(null)을 가지는 패턴의 빔을 형성하도록 한다.The present invention allows the smart antenna to form a beam of a pattern having a wide null so that the smart antenna is less affected by the AOA estimation error.

또, 본 발명은 스마트 안테나가 통신 환경에 적응적으로 동작할 수 있도록 하기 위해 통신 환경 등의 조건에 따라 좁은 널을 가지는 패턴의 빔 또는 넓은 널을 가지는 패턴의 빔을 선택적으로 형성할 수 있도록 한다.In addition, the present invention allows the smart antenna to selectively form a beam of a pattern having a narrow null or a pattern of a pattern having a wide null in accordance with the conditions, such as communication environment in order to enable the adaptive operation in the communication environment. .

이와 같은 본 발명의 장치는, 스마트 안테나를 사용하여 적어도 하나의 단말에 통신 서비스를 제공하는 이동통신 시스템의 기지국에서 상기 스마트 안테나를 제어하는 장치에 있어서, 상기 단말로부터 수신되는 신호를 입력받아 AOA(Angle Of Arrival)를 추정하는 AOA 추정부와, 상기 AOA 추정부로부터 AOA 추정 값을 입력받아 상기 단말의 통신 환경에 따른 빔 패턴 형성 조건을 판단하여 상기 스마트 안테나가 생성할 빔 패턴을 결정하는 통신 환경 판단부와, 상기 스마트 안테나가 상기 결정된 패턴의 빔을 생성할 수 있도록 하는 가중치 벡터를 계산하는 가중치 벡터 계산부와, 상기 계산된 가중치 벡터 값에 따른 패턴의 빔을 생성하도록 하는 제어신호를 생성하여 상기 스마트 안테나에 출력하는 빔 형성부를 포함하는 스마트 안테나 제어 장치이다. Such a device of the present invention is a device for controlling the smart antenna in a base station of a mobile communication system that provides a communication service to at least one terminal by using a smart antenna, receiving the signal received from the terminal AOA ( AOA estimator for estimating an angle of arrival, and an AOA estimation value from the AOA estimator to determine a beam pattern formation condition according to a communication environment of the terminal to determine a beam pattern to be generated by the smart antenna. A determination unit, a weight vector calculator for calculating a weight vector for allowing the smart antenna to generate the beam of the determined pattern, and a control signal for generating a beam of the pattern according to the calculated weight vector value; Smart antenna control device including a beam forming unit for outputting to the smart antenna.

또, 본 발명의 방법은, 스마트 안테나를 사용하여 적어도 하나의 단말에 통신 서비스를 제공하는 이동통신 시스템의 기지국에서 상기 스마트 안테나를 제어하는 방법에 있어서, 상기 단말로부터 수신되는 업링크 신호를 입력받아 AOA(Angle Of Arrival)를 추정하는 제 1단계와, 상기 AOA 추정 값을 입력받아 상기 단말의 통신 환경에 따른 빔 패턴 형성 조건을 판단하여 상기 스마트 안테나가 생성할 빔 패턴을 결정하는 제 2과정과, 상기 스마트 안테나가 상기 결정된 패턴의 빔을 생성할 수 있도록 하는 가중치 벡터를 계산하는 제 3과정과, 상기 스마트 안테나를 통해 상기 가중치 벡터를 만족하는 패턴의 빔을 생성하는 제 4과정을 포함하는 스마트 안테나 제어 방법이다.In addition, the method of the present invention, in the method for controlling the smart antenna in the base station of the mobile communication system that provides a communication service to at least one terminal using a smart antenna, receiving the uplink signal received from the terminal A first step of estimating AOA (Angle Of Arrival), a second step of determining a beam pattern to be generated by the smart antenna by receiving the AOA estimation value and determining a beam pattern forming condition according to a communication environment of the terminal; And a third process of calculating a weight vector allowing the smart antenna to generate the beam of the determined pattern, and a fourth process of generating a beam of a pattern satisfying the weight vector through the smart antenna. Antenna control method.

이와 같은 본 발명은 BTS(120)와 단말(100)간의 호 설정 과정의 초기 과정 중 하나로써, 호 설정이 완료되어 통화가 시작되기 전에 이루어짐이 일반적이다. 또, 본 발명을 수행하기 위한 신호의 전송은 일반적으로 파일럿 채널을 통해 이루어진다.As described above, the present invention is one of the initial processes of the call setup process between the BTS 120 and the terminal 100, and is generally made before the call setup is completed and the call is started. In addition, transmission of a signal for carrying out the present invention is generally performed through a pilot channel.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 스마트 안테나를 사용하여 단말에 통신 서비스를 제공하는 BTS를 도시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a BTS providing a communication service to a terminal using a smart antenna.

단말(100)은 어레이 안테나의 일종인 스마트 안테나(110)와 통신을 위한 신호 송수신을 수행한다. BTS(120)는 RF(Radio Frequency)부(200), IF(Intermediate Frequency)부(210), 채널 카드(220)를 포함한다. RF부(200) 및 IF부(210)는 채널 카드(220)로부터 입력받은 신호를 스마트 안테나(110)를 통해 단말(100)에 송신할 수 있는 신호로 변환하거나, 스마트 안테나(110)를 통해 단말(100)로부터 수신한 신호를 채널 카드(220)가 처리할 수 있는 신호로 변환한다. 채널 카드(220)는 모뎀, DSP(Digital Signalling Processor) 등을 포함하고, 단말(100)에 통신 서비스를 제공하기 위한 신호처리를 수행한다.The terminal 100 performs signal transmission and reception for communication with the smart antenna 110 which is a type of array antenna. The BTS 120 includes an RF (Radio Frequency) unit 200, an IF (Intermediate Frequency) unit 210, and a channel card 220. The RF unit 200 and the IF unit 210 convert the signal received from the channel card 220 into a signal that can be transmitted to the terminal 100 through the smart antenna 110, or through the smart antenna 110 The signal received from the terminal 100 is converted into a signal that can be processed by the channel card 220. The channel card 220 includes a modem, a digital signaling processor (DSP), and the like, and performs signal processing for providing a communication service to the terminal 100.

도 3은 본 발명에 따른 도면으로, 스마트 안테나를 제어하기 위한 BTS의 채널 카드의 구성을 도시하는 블록구성도이다.3 is a block diagram showing a configuration of a channel card of a BTS for controlling a smart antenna in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명을 수행하기 위해 필요한 구성 요소만을 도시하고 있다. 도 3의 AOA 추정부(300)는 단말(100)로부터 수신되는 신호를 입력받아 AOA 추정 및 AOA 선택 과정을 수행한다. 여기서 AOA 선택 과정은 추정된 AOA가 통신을 제공할 대상이 되는 단말(예를 들어 단말 1)(100-1)의 AOA인지, 간섭이 되는 단말(예를 들어 단말 2)(100-2)의 AOA인지를 판단하는 과정이다.3 shows only the components necessary to carry out the invention. The AOA estimator 300 of FIG. 3 receives a signal received from the terminal 100 and performs an AOA estimation and AOA selection process. In this case, the AOA selection process is the AOA of the terminal (for example, terminal 1) 100-1 to which the estimated AOA is to provide communication, or the interference of the terminal (for example, terminal 2) 100-2. It is the process of determining whether it is AOA.

통신 환경 판단부(310)는 현재 BTS(120)가 위치하는 지역의 통신 환경에 따라 스마트 안테나(110)를 통해 형성할 빔 패턴을 결정한다. 즉, 통신 환경 판단부(310)는 현재의 통신 환경이 정확도가 높은 AOA를 추정할 수 있는 통신 환경인지 아닌지를 판단하고, 정확도가 높은 AOA를 추정할 수 있다면 좁은 널(null)을 가지는 빔 패턴을 형성하고, 정확도가 높은 AOA를 추정할 수 없다면 넓은 널을 가지는 빔 패턴을 형성하도록 한다. 빔 패턴에서 널이 넓어지면 간섭을 감소시키는 효과가 발생하므로, 정확한 AOA를 추정할 수 없는 경우에 AOA 추정 오차로 인한 영향을 감소시킬 수 있다.The communication environment determiner 310 determines a beam pattern to be formed through the smart antenna 110 according to the communication environment of the region where the BTS 120 is currently located. That is, the communication environment determination unit 310 determines whether the current communication environment is a communication environment capable of estimating high accuracy AOA, and if the high accuracy AOA can be estimated, a beam pattern having a narrow null. If a high accuracy AOA cannot be estimated, a beam pattern having a wide null is formed. If the null is widened in the beam pattern, the effect of reducing interference is generated, and thus, the effect due to the AOA estimation error can be reduced when the correct AOA cannot be estimated.

여기서 정확도가 높은 AOA를 추정할 수 있는 조건으로는 간섭이 되는 단말(100-2)에 대한 AOA의 AS(Angular Spread) 및 속도를 들 수 있다. 간섭 방향의 신호, 즉 간섭이 되는 단말(100-2)로 인한 신호의 AS가 크거나 속도가 빠르면, AOA 추정의 정확도가 저하되어 AOA 추정 오차가 커지게 된다. 그러므로, 통신 환경 판단부(310)는 간섭 방향 신호의 AS 및 속도를 감지하고, 그 신호가 AS가 크거나 속도가 빠른 특성을 가지면 해당 방향으로 넓은 널을 갖는 빔을 형성하도록 한다.Here, conditions for estimating high accuracy AOA may include an AOA's Angular Spread (AS) and a speed of the interfering terminal 100-2. When the AS of the signal in the direction of the interference, ie, the signal due to the terminal 100-2 that is the interference is large or the speed is high, the accuracy of the AOA estimation is lowered and the AOA estimation error is increased. Therefore, the communication environment determination unit 310 detects the AS and the speed of the interference direction signal, and forms a beam having a wide null in the corresponding direction when the signal has a large AS or a high speed characteristic.

가중치 벡터 계산부(320)는 스마트 안테나(110)를 통해 원하는 형태의 빔을 형성하기 위한 가중치 벡터(weight vector)를 계산한다. 빔 형성부(330)는 스마트 안테나(110)가 가중치 벡터 계산부(330)가 계산한 가중치 벡터에 따른 빔을 형성할 수 있도록 하는 제어 신호를 생성하여 스마트 안테나(110)에 출력한다.The weight vector calculator 320 calculates a weight vector for forming a beam having a desired shape through the smart antenna 110. The beam forming unit 330 generates a control signal for allowing the smart antenna 110 to form a beam according to the weight vector calculated by the weight vector calculator 330 and outputs the control signal to the smart antenna 110.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기에서는 본 발명을 TDD(Time Division Duplex) 시스템에 적용하는 경우와, FDD(Frequency Division Duplex) 시스템에 적용하는 경우의 두 가지 실시예에 대해 기술한다. FDD 시스템은 업링크 및 다운링크의 반송파 주파수(Carrier Frequency)가 동일한 TDD 시스템과는 달리 업링크의 반송파 주파수와 다운링크의 반송파 주파수가 다르므로, 업링크 신호로부터 계산한 빔 패턴을 다운링크에 대해 적용하기 위해서 주파수 변화에 따른 보정이 필요하게 된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, two embodiments of the present invention to be applied to a time division duplex (TDD) system and a case to be applied to a frequency division duplex (FDD) system will be described. Unlike a TDD system in which the uplink and downlink carrier frequencies have the same carrier frequency, the FDD system has a different carrier frequency in the uplink and downlink, so that the beam pattern calculated from the uplink signal is compared to the downlink. In order to apply, it is necessary to correct according to the frequency change.

먼저 TDD 시스템에 본 발명을 적용하는 실시예에 대해 기술한다.First, an embodiment of applying the present invention to a TDD system will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도면으로, TDD(Time Division Duplex) 통신 시스템에 본 발명을 적용하는 경우의 동작을 도시하는 순서흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart according to an embodiment of the present invention, and illustrates an operation when the present invention is applied to a TDD (Time Division Duplex) communication system.

도 4의 순서흐름도에서 제 400단계 내지 제 404단계는 업링크에서 수신한 어레이 신호를 분석하여 널링(nulling)을 하기 위해 필요한 정보를 획득하는 과정이다.In the flow chart of FIG. 4, steps 400 to 404 are processes for obtaining information necessary for nulling by analyzing an array signal received in the uplink.

제 400단계에서 업링크에서 수신된 어레이 신호를 입력받은 AOA 추정부(300)는 제 402단계에서 상기 입력받은 신호를 이용하여 단말(100)에 대한 AOA을 추정한다. AOA 추정은 신호처리 분야에서 널리 알려진 문제이다. 흔히 사용되는 방식으로 부분 공간 접근방식인 ESPRIT과 Unitary ESPRIT이 있고, 빔 형성(beamforming) 기술을 이용한 방법의 한 예로 Capon's 알고리즘을 들 수 있다. Capon's 알고리즘에 관한 내용은 하기에서 수학식을 참조하여 설명하도록 한다.The AOA estimator 300 receiving the array signal received in the uplink in operation 400 estimates the AOA for the terminal 100 using the received signal in operation 402. AOA estimation is a well known problem in the field of signal processing. Commonly used methods are ESPRIT and Unitary ESPRIT, which are subspace approaches, and Capon's algorithm is an example of a method using beamforming technology. Capon's algorithm will be described with reference to the following equation.

AOA 추정부(300)는 제 402단계의 AOA 추정을 수행한 후 제 404단계에서 AOA를 선택한다. AOA 선택 과정은 제 402단계에서 추정된 AOA들이 원하는 단말(100-1)의 AOA인지 간섭이 되는 단말(100-2)의 AOA인지를 구별하는 과정이다. 이때 원하는 단말(100-1)의 모든 AOA 정보는 최종 빔 형성에 이용되는 것이 바람직하다. 실제 구현 시에는 원하는 단말(100-1)의 여러 방향 중 가장 강한 하나만 사용하는 것이 일반적이지만 앞서 언급한 하나 이상의 방향정보(AOA)를 가지면 시간에 따라 변하는 신호 중 가장 큰 신호로의 빠르게 전환되는 이점이 있다. 안테나 어레이의 수 보다 많은 간섭들이 존재하는 경우에는 영향이 큰 것만 고려하는 것이 바람직하다.The AOA estimator 300 selects the AOA in step 404 after performing the AOA estimation in step 402. The AOA selection process is a process of distinguishing whether the AOAs estimated in step 402 are AOAs of a desired terminal 100-1 or AOA of an interfering terminal 100-2. At this time, all AOA information of the desired terminal 100-1 is preferably used for the final beam forming. In actual implementation, it is common to use only the strongest one among the various directions of the desired terminal 100-1, but having one or more of the above-mentioned direction information (AOA) can quickly switch to the largest signal among the signals that change over time. There is this. If there are more interferences than the number of antenna arrays, it is desirable to consider only those effects that are large.

제 406단계 내지 제 412단계에서 통신 환경 판단부(310)는 제 400단계 내지 제 404단계에서 획득한 정보를 이용하여 간섭 방향으로 좁은 널을 가지는 패턴의 빔을 형성할 것인지, 넓은 널을 가지는 빔 패턴을 형성할 것인지를 판단한다. 이 때의 고려 기준의 예로는 간섭이 되는 단말(100-2)의 AS와 속도를 들 수 있는데, 단말(100-2)의 AS가 크거나 속도가 빠르면 넓은 널을 형성한다. 제 406단계에서 통신 환경 판단부(310)는 단말(100-2)의 AS가 큰지 판단하고, AS가 크다면 제 412단계에서 넓은 널을 선택한다. 제 406단계에서 단말(100-2)의 AS가 크지 않다고 판단되면, 통신 환경 판단부(310)는 제 408단계에서 단말(100-2)의 속도가 빠른지 판단하고, 단말(100-2)의 속도가 빠르면 제 412단계에서 넓은 널을 선택한다. 통신 환경 판단부(310)는 단말(100-2)의 AS가 크지 않고, 속도가 빠르지 않다면 제 410단계에서 좁은 널을 선택한다. 이때의 판단은 소정의 기준 값을 미리 결정하고 그 값과 측정된 값을 비교함으로써 이루어질 수 있을 것이다. 한편, 본 실시예에서는 단말(100-2)의 AS 및 속도의 두 가지 조건을 모두 고려 기준으로 삼고, 그 중 한가지 조건만을 만족해도 넓은 널을 선택하고 있으나, 통신 환경 및 시스템에 따라 어느 한 가지만을 고려 기준으로 삼거나, 두 가지 조건을 모두 만족하는 경우에만 넓은 널을 선택할 수도 있을 것이다.In operations 406 through 412, the communication environment determination unit 310 determines whether to form a beam having a pattern having a narrow null in the interference direction by using the information obtained in operations 400 through 404. Determine whether to form a pattern. Examples of consideration criteria in this case include the AS and the speed of the terminal 100-2 that interferes with each other. If the AS of the terminal 100-2 is large or the speed is high, a wide null is formed. In operation 406, the communication environment determination unit 310 determines whether the AS of the terminal 100-2 is large, and if the AS is large, selects a wide null in operation 412. If it is determined in step 406 that the AS of the terminal 100-2 is not large, the communication environment determination unit 310 determines whether the speed of the terminal 100-2 is high in step 408, and determines whether the terminal 100-2 is fast. If the speed is high, a wide null is selected in step 412. If the AS of the terminal 100-2 is not large and the speed is not fast, the communication environment determination unit 310 selects a narrow null in step 410. The determination at this time may be made by determining a predetermined reference value in advance and comparing the measured value with that value. Meanwhile, in the present embodiment, both conditions of AS and speed of the terminal 100-2 are taken into consideration, and a wide null is selected even if only one of them is satisfied, but only one of them depends on the communication environment and system. May be considered as a criterion, or a wide null may be selected only if both conditions are met.

제 414단계는 선택된 널의 형태에 따른 빔 형성 과정인데, 이 과정은 도 3의 가중치 벡터 계산부(320) 및 빔 형성부(330)에 의해 수행될 수 있다. 가중치 벡터 계산부(320)는 선택된 널을 가지는 빔 패턴을 형성하기 위한 가중치 벡터를 계산한다. 빔 형성부(330)는 계산된 가중치 벡터에 따른 제어신호를 생성하고 스마트 안테나(110)에 출력함으로써 스마트 안테나(110)가 요구되는 형태의 빔을 형성할 수 있도록 한다. Step 414 is a beam forming process according to the selected null shape, which may be performed by the weight vector calculating unit 320 and the beam forming unit 330 of FIG. 3. The weight vector calculator 320 calculates a weight vector for forming a beam pattern having the selected null. The beam forming unit 330 generates a control signal based on the calculated weight vector and outputs the control signal to the smart antenna 110 so that the smart antenna 110 can form a beam having a required shape.

한편, 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 AOA 추정, 빔 형성 등의 과정을 수행하기 위해 사용되는 수학식들을 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, it will be described with reference to the equations used to perform the process of AOA estimation, beam forming, etc. of the present invention as shown in FIG.

도 3에 도시된 AOA 추정부(300)(예를 들면, 어레이 프로세서로 구현될 수 있음)는 M개의 어레이 안테나 출력 표본 X(M×1 vector)로부터 AOA들을 추정한다. 일반적으로 M개의 어레이의 구성은 임의의 어떤 것으로도 가능하나 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해서 ULA(Uniform Linear Array)를 사용한 예를 들어 기술한다. AOA들을 원하는 단말(100-1) 방향()과 간섭이 되는 단말(100-2) 방향()으로 분류한 후 SNIR(Signal to Noise and Interference Ratio)을 최적화하는 빔 형성 알고리즘을 사용하여 빔 형성 가중치 벡터 w(M×1)를 구한다. 이때 여러 간섭 방향으로부터 수신되는 신호를 분석하여 AS가 크거나 이동 속도가 빠른 방향으로는 본 발명에서 제안된 넓은 널을 가지고, 그 이외의 방향으로는 기존의 좁고 깊은 널을 가지는 빔 패턴을 형성한다. 계산된 가중치 벡터 w값으로 가입자 신호 s는 로 추정된다.The AOA estimator 300 shown in FIG. 3 (which may be implemented with an array processor, for example) estimates AOAs from M array antenna output samples X (M × 1 vector). In general, the configuration of the M arrays can be any arbitrary, but is described with an example using a Uniform Linear Array (ULA) to facilitate the description of the present invention. Direction of the terminal 100-1 in which the AOAs are desired ( Direction of the terminal 100-2 that interferes with ), And the beamforming weight vector w (M × 1) is obtained using a beamforming algorithm that optimizes the Signal to Noise and Interference Ratio (SNIR). At this time, the signals received from the various interference directions are analyzed to form a beam pattern having a wide null proposed in the present invention in a direction in which AS is large or a fast moving speed, and in other directions, a narrow and deep null. . With the calculated weight vector w, the subscriber signal s is Is estimated.

복합 안테나 가중치(Complex antenna weights)를 계산하는 알고리즘으로는 MVB(Minimum Variance beamformer), GOB(General Optimum beamformer) 등 여러 가지가 있지만 본 실시예에서는 Capon's beamformer를 변형한 modified Capon's beamformer를 사용하도록 한다. 기본적인 Capon's beamformer에서 가중치 벡터는 하기의 수학식 1에서와 같이 계산된다. Algorithms for calculating complex antenna weights include a minimum variation beamformer (MVB) and a general optimal beamformer (GOB), but in this embodiment, a modified capon's beamformer modified from a capon's beamformer is used. In the basic Capon's beamformer, the weight vector is calculated as in Equation 1 below.

수학식 1에서 a는 ULA로서 가입자 AOA을 조정하는 벡터로써, 하기의 수학식 2와 같이 결정된다.In Equation 1, a is a vector for adjusting subscriber AOA as ULA, and is determined as in Equation 2 below.

수학식 2에서 d는 안테나 소자간의 거리이고, 은 업링크(역방향) 파장 길이이다. 기본적인 Capon's beamformer로 만들어진 가중치 벡터를 사용하면 빔의 모양이 간섭 방향으로 날카로운 널을 형성하게 된다. 따라서 수학식 1 및 수학식 2는 AS가 작고 속도가 느린 간섭 방향의 널을 생성하기 위해 사용된다.In Equation 2, d is the distance between the antenna elements, Is the uplink (reverse) wavelength length. Using a weight vector made from a basic Capon's beamformer, the beam shape forms sharp nulls in the direction of interference. Thus, Equations 1 and 2 are used to generate nulls in the interference direction where AS is small and slow.

다음으로, 특정 방향에 대해서는 날카롭지 않고 플랫(flat)한 널을 만드는 빔 패턴 합성에 관하여 기술하도록 한다. 설명을 위해, 하기의 수학식 3으로 표기되는, 잘 알려진 입력신호의 코배리언스 매트릭스(M×M matrix), 대신에 AOA 추정에 기반을 둔 값으로 하기의 수학식 4와 같이 표기할 수 있다.Next, a description will be given of the beam pattern synthesis that makes the null non-sharp and flat for a particular direction. For explanation, a well-known covariance matrix (M × M matrix) of an input signal, represented by Equation 3 below, may be expressed as Equation 4 below instead of a value based on AOA estimation. .

여기서 A는 단말(100-1)에 대한 간섭 AOA의 추정 값들을 조정하는 행렬이고,은 노이즈 파워, I는 단위 행렬(Identity matrix)이다. 행렬 A는 하기의 수학식 5와 같이 표기될 수 있다.Where A is a matrix for adjusting the estimated values of the interference AOA for the terminal 100-1, is a noise power, and I is an identity matrix. The matrix A may be expressed as in Equation 5 below.

한편, 간섭의 특정 AOA들을 널로 만들기 위해서 기존의 가중치 벡터 w는 하기의 수학식 6을 만족해야 한다.On the other hand, in order to null certain AOAs of interference, the existing weight vector w must satisfy the following Equation 6.

본 발명에서 제안하는 방법은 수학식 6을 만족하는 조건에 의해 생성되는 널의 넓이를 넓히기 위해서 하기의 수학식 7과 같이 도함수의 차수를 제한한다.The method proposed in the present invention limits the order of derivatives as shown in Equation 7 below to increase the width of the null generated by the condition that satisfies Equation 6.

여기서 N은 널의 차수이고 이다. 다시 어레이 조정 벡터(array steering vector)를 고려하여 나타내면, 수학식 6은 하기의 수학식 8과 같이 표기될 수 있다.Where N is the degree of null to be. In consideration of an array steering vector, Equation 6 may be expressed as Equation 8 below.

수학식 9를 수학식 8에 적용하면, 본 발명에서 제안한 변경된 코배리언스 매트릭스(modified covariance matrix)는 하기의 수학식 10과 같이 표기된다.Applying Equation 9 to Equation 8, the modified covariance matrix proposed in the present invention is expressed as Equation 10 below.

즉, 본 발명에서 제안한 좀 더 넓은 널을 가지는 가중치 벡터, 는 수학식 1에 대하여 수학식 2 대신 수학식 10을 사용하여 하기의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.That is, the weight vector having a wider null proposed in the present invention, Equation 1 may be expressed as Equation 11 below using Equation 10 instead of Equation 2 with respect to Equation 1 below.

수학식 11을 이용하면 간섭 방향으로 넓은 널을 가지는 빔 패턴을 형성할 수 있게 된다. 즉, 최종적으로 구해진 수학식 11의 가중치 벡터, 가 업링크 빔형성기(beamformer)에 적용되어 업링크 빔 패턴을 생성하게 된다. TDD 시스템에서는 업링크의 반송파 주파수와 다운링크의 반송파 주파수가 동일하므로, 수학식 11을 다운링크에 적용하여 원하는 형태의 빔을 형성할 수 있게 된다.Using Equation 11, a beam pattern having a wide null in the interference direction can be formed. That is, the weight vector of the final equation (11), Is applied to the uplink beamformer to generate the uplink beam pattern. In the TDD system, since the uplink carrier frequency and the downlink carrier frequency are the same, Equation 11 can be applied to the downlink to form a beam having a desired shape.

다음으로, 업링크의 반송파 주파수와 다운링크의 반송파 주파수가 서로 다른 FDD 시스템에 본 발명을 적용하는 실시예에 대해 설명하도록 한다.Next, an embodiment in which the present invention is applied to an FDD system in which an uplink carrier frequency and a downlink carrier frequency are different from each other will be described.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도면으로, FDD(Frequency Division Duplex) 통신 시스템에 본 발명을 적용하는 경우의 동작을 도시하는 순서흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart according to another embodiment of the present invention and illustrates an operation when the present invention is applied to a frequency division duplex (FDD) communication system.

FDD 시스템인 경우 업링크의 반송파 주파수와 다운링크의 반송파 주파수의 차이로 인해 업링크에서 획득한 가중치 벡터를 다운링크에 그대로 적용하면 스마트 안테나(110)는 요구되는 빔 패턴과 차이가 있는 형태의 빔을 생성하게 된다. 이러한 차이를 보완하기 위해서 FDD 시스템의 BTS(120)에서는 다운링크의 빔 패턴을 형성하기 위한 가중치 벡터에 대한 반송파 주파수 교정(carrier frequency calibration) 과정이 필요하게 된다. 이를 고려하여 도 5에 도시된 실시예를 설명한다.In the case of the FDD system, if the weight vector obtained in the uplink is applied to the downlink due to the difference between the carrier frequency of the uplink and the carrier frequency of the downlink, the smart antenna 110 beams having a shape different from the required beam pattern. Will generate To compensate for this difference, the BTS 120 of the FDD system requires a carrier frequency calibration process for a weight vector for forming a beam pattern of a downlink. In this regard, the embodiment illustrated in FIG. 5 will be described.

도 5의 제 500단계 내지 제 504단계는 도 4의 제 400단계 내지 제 404단계와 동일하므로, 그에 대한 별도의 기술은 생략하도록 한다. 또, 도 5의 제 508단계 내지 제 516단계는 도 4의 제 406단계 내지 제 414단계와 동일하므로, 이에 대한 기술도 생략한다.Since steps 500 through 504 of FIG. 5 are the same as steps 400 through 404 of FIG. 4, a separate description thereof will be omitted. In addition, since steps 508 to 516 of FIG. 5 are the same as steps 406 to 414 of FIG. 4, description thereof will be omitted.

FDD 시스템에서는 업링크 반송파 주파수와 다운링크 반송파 주파수의 차이로 인하여 업링크에서 획득한 정보를 이용하여 형성한 빔 패턴을 다운링크에 적용하기 위해서는 업링크 반송파 주파수와 다운링크 반송파 주파수의 차이를 고려하여 교정된 빔 패턴을 형성하여야 한다. 도 5에 도시된 제 506단계의 반송파 주파수 계산이 FDD 시스템에서의 반송파 주파수의 차이를 고려하여 빔 패턴을 교정하는 과정이다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.In the FDD system, in order to apply the beam pattern formed by using the information obtained in the uplink to the downlink due to the difference between the uplink carrier frequency and the downlink carrier frequency, the difference between the uplink carrier frequency and the downlink carrier frequency is considered. A calibrated beam pattern must be formed. The carrier frequency calculation of step 506 shown in FIG. 5 is a process of calibrating the beam pattern in consideration of the difference in the carrier frequency in the FDD system. This is expressed as an equation.

앞서 언급한 반송파 주파수 차이(carrier frequency difference) 는 하기의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.Carrier frequency difference mentioned above May be expressed as in Equation 12 below.

여기서 은 각각 다운링크 반송파 주파수, 업링크 반송파 주파수이다.here Are the downlink carrier frequency and the uplink carrier frequency, respectively.

를 이용하여 가능한 여러 가지의 반송파 주파수 교정 방법이 있는데, 본 발명에서는 업링크에서 생성된, 수신 안테나 가중치를 만큼 로테이트(rotate)한 값을 사용하여 송신 안테나 가중치를 계산하는 방법을 예로 들어 설명한다. 이때, 로테이트 값은 하기의 수학식 13과 같이 표시된다. There are several possible carrier frequency calibration methods using the present invention. In the present invention, the receiving antenna weights generated in the uplink As an example, a method of calculating the transmit antenna weight using the rotated value will be described. At this time, the rotate value is represented by the following equation (13).

이 값을 이용하여 반송파 주파수를 교정한 후의 송신 안테나 가중치는 하기의 수학식 14와 같이 표현될 수 있다. The transmit antenna weight after calibrating the carrier frequency using this value may be expressed as in Equation 14 below.

수학식 14에서 의 j 번째 항이다. FDD 시스템에서는 수학식 14를 사용하여 반송파 주파수 차이를 고려하여 교정된 가중치 벡터를 계산함으로써 다운링크에 대하여 원하는 널을 가지는 빔 패턴을 형성할 수 있다.In equation (14) Is J term of the In the FDD system, a beam pattern having a desired null for the downlink may be formed by calculating a weight vector corrected by considering the carrier frequency difference using Equation (14).

다음으로, 상술한 바와 같은 본 발명을 실시한 결과를 도면을 참조하여 살펴본다.Next, the result of implementing the present invention as described above will be described with reference to the drawings.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 적용 결과를 보여주는 도면들로, 좁은 널을 생성하는 빔 패턴과, 넓은 널을 생성하는 빔 패턴을 비교하여 도시하고 있다.6 to 9 are diagrams showing an application result according to embodiments of the present invention, and show a comparison between a beam pattern generating a narrow null and a beam pattern generating a wide null.

도 6은 업링크에서 8개의 소자를 갖는 ULA에 대한 전력 빔 패턴(power beam pattern)이다.6 is a power beam pattern for ULA with eight elements in the uplink.

단말(100)의 AOA는 0도이고 간섭의 AOA는 60도와 -40도 두 방향에 존재한다. 도 6에서 실선은 수학식 1을 사용하는 좁은 널을 선택하는 경우에 생성되는 빔 패턴이고, 점선 1(---)과 점선 2(-·-·-)는 수학식 11을 사용하는 넓은 널은 선택하는 경우에 생성되는 빔 패턴들이다. 특히 점선 1은 수학식 11에서 널의 차수를 1(N=1)로 하여 측정한 빔 패턴이고, 점선 2(-·-·-)는 수학식 11에서 널의 차수를 2(N=2)로 하여 측정한 빔 패턴이다. AOA of the terminal 100 is 0 degrees and AOA of interference exists in two directions of 60 degrees and -40 degrees. In FIG. 6, the solid line is a beam pattern generated when the narrow null using Equation 1 is selected, and the dotted lines 1 (---) and the dotted line 2 (-·-·-) are wide nulls using Equation 11. Are beam patterns generated when the selection is made. In particular, the dotted line 1 is a beam pattern measured by null order 1 (N = 1) in Equation 11, and the dotted line 2 (-·-·-) is 2 (N = 2) in Equation 11 It is a beam pattern measured by.

도 7은 FDD 시스템에서 반송파 주파수 교정을 수행한 후의 다운링크 전력 패턴을 나타낸 것이다.7 shows a downlink power pattern after performing carrier frequency calibration in an FDD system.

이때 실선의 가중치 벡터는 수학식 1을 사용하여 계산한 업링크 결과에 수학식 12에 의한 각 보정(angular correction)을 적용한 결과이고, 점선 1과 점선 2는 수학식 11을 이용하여 계산된 업링크 결과에 수학식 12에 의한 각 보정을 적용한 결과이다.In this case, the weight vector of the solid line is the result of applying angular correction according to Equation 12 to the uplink result calculated using Equation 1, and the dotted lines 1 and the dotted line 2 are uplink calculated using Equation 11. It is the result of applying each correction by Equation 12 to the result.

도 8 및 도 9는 업링크에서 노이즈 전력 이 전력 빔 패턴에 미치는 영향을 실험한 것이다. 도 8 및 도 9의 모든 환경은 도 6과 동일하다. 도 8은 신호 전력이 1이라고 했을 때 노이즈 전력을 0.5로 설정하여 시뮬레이션(simulation)한 결과이고, 도 9는 신호 전력을 1이라고 했을 때 노이즈 전력을 0.00001로 하여 시뮬레이션(simulation)한 결과이다.8 and 9 show noise power in the uplink The effect on the power beam pattern is experimental. All environments in FIGS. 8 and 9 are the same as in FIG. 6. FIG. 8 is a simulation result of setting the noise power to 0.5 when the signal power is 1, and FIG. 9 is a result of simulating the noise power to 0.00001 when the signal power is 1.

도 6 내지 도 9에 도시된 측정 결과에서 볼 수 있듯이, 본 발명을 적용하면, 원하는 위치에 넓은 널을 생성할 수 있게 된다. 이를 통하여 스마트 안테나를 사용하는 시스템은 AOA 추정 오차가 큰 통신 환경에서 간섭의 영향을 덜 받게 된다.As can be seen from the measurement results shown in Figs. 6 to 9, applying the present invention makes it possible to generate a wide null at a desired position. As a result, a system using a smart antenna is less affected by interference in a communication environment with a large AOA estimation error.

또, 본 발명은 스마트 안테나 기술에서 사용되는 AOA 추정에서 흔히 발생하는 AOA 추정 오차가 클 때에는 간섭 방향의 널 형성을 추가적으로 넓게 하여 시스템이 AOA 추정 오차로 인한 영향을 덜 받게 하고, AOA 추정 오차가 작을 때는 좁은 널을 사용함으로써 가입자가 처한 환경에 최적화 된 신호 대 잡음비를 얻을 수 있는 시스템 구현이 가능하게 한다. In addition, when the AOA estimation error commonly used in the AOA estimation used in the smart antenna technology is large, the null formation of the interference direction is further widened so that the system is less affected by the AOA estimation error, and the AOA estimation error is small. In this case, the narrow null enables the system to achieve the signal-to-noise ratio optimized for the subscriber's environment.

본 발명을 사용함으로써, 스마트 안테나가 통신 환경에 따라 발생하는 AOA 추정 오차로 인해 발생하는 영향을 적게 받도록 제어할 수 있게 된다. 또, AOA 추정 오차가 크게 발생하는 경우와 적게 발생하는 경우에 서로 다른 널을 선택하여 생성할 수 있도록 함으로써 가입자가 처한 환경에 최적화 된 신호 대 잡음비를 얻을 수 있도록 스마트 안테나를 구현할 수 있게 된다. 이를 통해 외곽 지역은 물론, AOA 추정 오차가 크게 발생하는 도심 지역에서도 스마트 안테나를 효과적으로 사용할 수 있게 된다.By using the present invention, it is possible to control the smart antenna to be less affected by the AOA estimation error that occurs according to the communication environment. In addition, when the AOA estimation error occurs large and small, it is possible to select and generate different nulls so that the smart antenna can be implemented to obtain an optimized signal-to-noise ratio for the subscriber's environment. Through this, smart antennas can be effectively used in the outlying areas as well as in urban areas where AOA estimation errors are large.

도 1은 이동통신 환경을 도시하는 도면.1 illustrates a mobile communication environment.

도 2는 스마트 안테나를 사용하여 단말에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating a base station providing a communication service to a terminal using a smart antenna.

도 3은 본 발명에 따른 도면으로, 스마트 안테나를 제어하기 위한 기지국의 채널 카드의 구성을 도시하는 블록구성도.3 is a block diagram showing the configuration of a channel card of a base station for controlling a smart antenna in accordance with the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도면으로, TDD(Time Division Duplex) 통신 시스템에 본 발명을 적용하는 경우의 동작을 도시하는 순서흐름도.4 is a flowchart according to an embodiment of the present invention, illustrating an operation when the present invention is applied to a TDD (Time Division Duplex) communication system.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도면으로, FDD(Frequency Division Duplex) 통신 시스템에 본 발명을 적용하는 경우의 동작을 도시하는 순서흐름도.FIG. 5 is a flowchart according to another embodiment of the present invention, illustrating an operation when the present invention is applied to a frequency division duplex (FDD) communication system. FIG.

도 6 내지 도 9는 종래기술에 따른 빔 패턴과 본 발명에 따른 빔 패턴을 나타내는 도면. 6 to 9 illustrate beam patterns according to the prior art and beam patterns according to the present invention;

Claims (10)

스마트 안테나를 사용하여 적어도 하나의 단말에 통신 서비스를 제공하는 이동통신 시스템의 기지국에서 상기 스마트 안테나를 제어하는 장치에 있어서,An apparatus for controlling the smart antenna in a base station of a mobile communication system that provides a communication service to at least one terminal using a smart antenna, 상기 단말로부터 수신되는 업링크 신호를 입력받아 AOA(Angle Of Arrival)를 추정하는 AOA 추정부와,An AOA estimator for estimating AOA (Angle Of Arrival) by receiving an uplink signal received from the terminal; 상기 AOA 추정부로부터 AOA 추정 값을 입력받아 상기 단말의 통신 환경에 따른 빔 패턴 형성 조건을 판단하여 상기 스마트 안테나가 생성할 빔 패턴을 결정하는 통신 환경 판단부와,A communication environment determination unit which receives an AOA estimation value from the AOA estimator and determines a beam pattern formation condition according to a communication environment of the terminal to determine a beam pattern to be generated by the smart antenna; 상기 스마트 안테나가 상기 결정된 패턴의 빔을 생성할 수 있도록 하는 가중치 벡터를 계산하는 가중치 벡터 계산부와,A weight vector calculator configured to calculate a weight vector allowing the smart antenna to generate the beam of the determined pattern; 상기 계산된 가중치 벡터 값에 따른 패턴의 빔을 생성하도록 하는 제어신호를 생성하여 상기 스마트 안테나에 출력하는 빔 형성부를 포함하는 스마트 안테나 제어 장치.And a beam forming unit configured to generate a control signal for generating a beam of a pattern according to the calculated weight vector value, and output the generated control signal to the smart antenna. 제 1항에 있어서, 상기 빔 패턴 형성 조건은 AOA의 AS(Angular Spread) 및 속도인 스마트 안테나 제어 장치.The smart antenna control apparatus of claim 1, wherein the beam pattern forming condition is an Angular Spread (AS) and a speed of an AOA. 제 2항에 있어서, 상기 통신 환경 판단부는, AOA의 AS가 크면 상기 스마트 안테나가 제 1 빔 패턴에 따른 빔을 생성하도록 결정하고, AOA의 AS가 작으면 상기 스마트 안테나가 제 2빔 패턴에 따른 빔을 생성하도록 결정하는 스마트 안테나 제어 장치.The method according to claim 2, wherein the communication environment determiner determines that the smart antenna generates a beam according to the first beam pattern when the AS of the AOA is large, and the smart antenna according to the second beam pattern when the AS of the AOA is small. Smart antenna control device for determining to generate a beam. 제 3항에 있어서, 상기 통신 환경 판단부는, AOA의 속도가 빠르면 상기 스마트 안테나가 제 1 빔 패턴에 따른 빔을 생성하도록 결정하고, AOA의 AS가 작으면 상기 스마트 안테나가 제 2 빔 패턴에 따른 빔을 생성하도록 결정하는 스마트 안테나 제어 장치.The method of claim 3, wherein the communication environment determiner determines that the smart antenna generates a beam according to the first beam pattern when the speed of the AOA is high, and the smart antenna according to the second beam pattern when the AS of the AOA is small. Smart antenna control device for determining to generate a beam. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 가중치 벡터 계산부는 하기의 수학식을 사용하여 제 1 빔 패턴을 형성하고,The method of claim 3 or 4, wherein the weight vector calculation unit forms a first beam pattern using the following equation, 단,only, ,d는 스마트 안테나 소자간의 거리, lambda_UP은 업링크 파장 길이이다., d is the distance between the smart antenna elements, lambda_UP is the uplink wavelength length. 하기의 수학식을 사용하여 제 2 빔 패턴을 형성하는 스마트 안테나 제어 장치.Smart antenna control device to form a second beam pattern using the following equation. 단,only, ,d는 스마트 안테나 소자간의 거리, lambda_UP은 업링크 파장 길이이다., d is the distance between the smart antenna elements, lambda_UP is the uplink wavelength length. 제 1항에 있어서, 상기 이동통신 기지국이 TDD(Time Division Duplex) 방식의 기지국이면, 상기 가중치 벡터 계산부는 업링크 및 다운링크의 빔 패턴 생성을 위해 동일한 가중치 벡터를 계산하는 스마트 안테나 제어 장치.The smart antenna control apparatus of claim 1, wherein if the mobile communication base station is a base station of a time division duplex (TDD) scheme, the weight vector calculator calculates the same weight vector for beam pattern generation of uplink and downlink. 제 1항에 있어서, 상기 기지국이 FDD(Frequency Division Duplex) 방식의 기지국이면, 상기 가중치 벡터 계산부는 업링크 빔 패턴 생성을 위한 가중치 벡터를 계산하기 위해서는 하기의 수학식을 사용하고,The method of claim 1, wherein if the base station is a base station of a frequency division duplex (FDD) scheme, the weight vector calculator uses the following equation to calculate a weight vector for generating an uplink beam pattern, 단,only, ,d는 스마트 안테나 소자간의 거리, lambda_UP은 업링크 파장 길이이다., d is the distance between the smart antenna elements, lambda_UP is the uplink wavelength length. 다운링크 빔 패턴 생성을 위한 가중치 벡터를 계산하기 위해서는 업링크 반송파 주파수와 다운링크 반송파 주파수의 차이를 교정한 하기의 수학식을 사용하는 스마트 안테나 제어 장치.Smart antenna control device using the following equation to correct the difference between the uplink carrier frequency and the downlink carrier frequency to calculate the weight vector for generating the downlink beam pattern. 단,only, 스마트 안테나를 사용하여 적어도 하나의 단말에 통신 서비스를 제공하는 이동통신 시스템의 기지국에서 상기 스마트 안테나를 제어하는 방법에 있어서,A method of controlling the smart antenna in a base station of a mobile communication system that provides a communication service to at least one terminal using a smart antenna, 상기 단말로부터 수신되는 업링크 신호를 입력받아 AOA(Angle Of Arrival)를 추정하는 제 1단계와,A first step of estimating AOA (Angle Of Arrival) by receiving an uplink signal received from the terminal; 상기 AOA 추정 값을 입력받아 상기 단말의 통신 환경에 따른 빔 패턴 형성 조건을 판단하여 상기 스마트 안테나가 생성할 빔 패턴을 결정하는 제 2과정과,A second process of determining the beam pattern to be generated by the smart antenna by determining the beam pattern formation condition according to the communication environment of the terminal by receiving the AOA estimate value; 상기 스마트 안테나가 상기 결정된 패턴의 빔을 생성할 수 있도록 하는 가중치 벡터를 계산하는 제 3과정과,A third process of calculating a weight vector allowing the smart antenna to generate the beam of the determined pattern; 상기 스마트 안테나를 통해 상기 가중치 벡터를 만족하는 패턴의 빔을 생성하는 제 4과정을 포함하는 스마트 안테나 제어 방법.And a fourth process of generating a beam having a pattern satisfying the weight vector through the smart antenna. 제 8항에 있어서, 상기 제 2과정은,The method of claim 8, wherein the second process, 상기 AOA의 AS를 소정의 기준 값과 비교하고, 상기 AOA의 AS가 소정의 기준 값보다 크면 제 1 빔 패턴을 형성하도록 결정하는 과정과,Comparing the AS of the AOA with a predetermined reference value and determining to form a first beam pattern when the AS of the AOA is larger than a predetermined reference value; 상기 AOA의 속도를 소정의 기준 값과 비교하여, 상기 AOA의 속도가 소정의 기준 값보다 빠르면 제 1 빔 패턴을 형성하도록 결정하는 과정을 포함하는 스마트 안테나 제어 방법.And comparing the speed of the AOA with a predetermined reference value and determining to form a first beam pattern when the speed of the AOA is faster than a predetermined reference value. 제 9항에 있어서, 상기 기지국이 FDD 방식의 기지국이면, 상기 제 3과정은,The method of claim 9, wherein if the base station is a base station of the FDD scheme, the third process, 하기의 수학식을 사용하여 업링크의 빔 패턴 형성을 위한 가중치 벡터를 계산하는 과정과,Calculating a weight vector for forming a beam pattern of the uplink using the following equation; 단,only, ,d는 스마트 안테나 소자간의 거리, 은 업링크 파장 길이이다., d is the distance between the smart antenna elements, Is the uplink wavelength length. 하기의 수학식을 사용하여 업립크의 반송파 주파수와 다운링크의 반송파 주파수의 차이가 교정된, 다운링크의 빔 패턴 형성을 위한 가중치 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 스마트 안테나 제어 방법.And calculating a weight vector for forming a beam pattern of the downlink, wherein a difference between the carrier frequency of the uplink and the carrier frequency of the downlink is corrected by using the following equation. 단,only,
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KR100664608B1 (en) * 2003-09-09 2007-01-04 가부시키가이샤 엔티티 도코모 Wireless communications apparatus and method using array antenna
KR100846446B1 (en) 2006-12-29 2008-07-16 세종대학교산학협력단 Apparatus for estimation of alternating projection searching and method thereof
KR101222768B1 (en) * 2006-02-23 2013-01-15 삼성전자주식회사 Method for locating terminal for wireless communication system

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