KR20060020986A - Switching beam antenna system with phase modulation transmit diversity function - Google Patents

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KR20060020986A
KR20060020986A KR1020040069752A KR20040069752A KR20060020986A KR 20060020986 A KR20060020986 A KR 20060020986A KR 1020040069752 A KR1020040069752 A KR 1020040069752A KR 20040069752 A KR20040069752 A KR 20040069752A KR 20060020986 A KR20060020986 A KR 20060020986A
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차윤원
신인철
김수린
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(주)코엔아이티
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Abstract

본 발명은 이동통신 기지국에서 지향성 안테나를 이용하여 데이터를 송신 및 수신 시에 동일한 안테나의 방향 및 빔폭을 갖도록 하는 스위칭 빔 안테나 시스템에 위상 변조 송신 다이버시티 기능을 추가한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system in which a phase modulated transmit diversity function is added to a switching beam antenna system which has a direction and a beam width of the same antenna when transmitting and receiving data using a directional antenna in a mobile communication base station.

이동통신 기지국에서 복수개의 빔으로 송신할 때 위상 변조 송신 다이버시티가 수행될 수 있도록 각 빔으로 송신되는 신호에 위상 변조를 주어 송신 성능을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서, 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나 소자와, 상기 다수개의 안테나 소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나 소자를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기와, 상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신 신호를 대역 필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신 신호를 대역 필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와, 상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신 대역 신호를 각각 다운 컨버젼하여 I 채널신호 Q 채널의 기저대역 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털 신호를 받아 확산 부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합 필터와, 상기 다수의 정합 필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간 데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택 신호를 출력하는 빔스위치 제어기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n 개의 디지털 신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택 신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와, 상기 수신 빔 스위치로부터 선택출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA 신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역 신호를 CDMA 신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA 모뎀과, 상기 CDMA 모뎀으로부터 변조된 CDMA 신호를 상기 빔스위치 제어기의 위상변조 제어 신호에 의해 서로 다른 위상으로 변조시켜 출력하는 다수의 위상변조 소자와, 상기 다수의 위상변조 소자로부터 서로 다른 위상으로 변조된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택 신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치와, 상기 송신 빔 스위치로부터 선택 출력된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서로 각각 출력하는 다수의 송신기로 구성함을 특징으로 한다.A switching beam antenna system for improving a transmission performance by applying phase modulation to a signal transmitted in each beam so that phase modulation transmission diversity can be performed when the mobile communication base station transmits a plurality of beams. A plurality of antenna elements arranged in azimuth direction with directivity, and signals received from the plurality of antenna elements are separated into a plurality of independent beams and output, and a plurality of independent beams transmitted through the plurality of antenna elements, respectively A radiating butler beamformer, a plurality of duplexers for band-filtering a plurality of received signals separated from the butler beamformer, and switching output to band-filter, transmit and receive a plurality of transmit signals transmitted from a plurality of transmitters; Receive Band Scene Filtered from Multiple Duplexers Down-convert each call to convert the baseband signal of the I-channel signal to the Q-channel, and then convert it to a digital signal and output the digital signal, and receive the digital signals respectively output from the plurality of receivers and despread using spread codes. A plurality of matched filters for respectively detecting and outputting the strength and time of the signal, a beamswitch controller for receiving the strength and time data of the signals respectively output from the plurality of matched filters and outputting transmission and reception beam selection signals; A reception beam switch that receives n digital signals respectively output from a plurality of receivers, and selects and outputs m signals by a reception beam selection signal output from the beam switch controller, and m digital signals selected and output from the reception beam switch Demodulates and outputs the CDMA signal, and spreads the baseband signal into a CDMA signal for transmission. And a plurality of phase modulators for modulating and outputting CDMA signals modulated from the CDMA modem to different phases by a phase modulation control signal of the beamswitch controller, and the plurality of phase modulators. A transmission beam switch for selecting and outputting k signals by transmitting beam selection signals of the beam switch controller to n signals modulated with different phases, and converting the signals selected and output from the transmission beam switches into analog signals, Upconverts the frequency and then amplifies and outputs a plurality of transmitters to each of the multiplexers.

스위칭 빔 안테나, 송신 다이버시티, 위상 변조, 기지국Switching beam antenna, transmit diversity, phase modulation, base station

Description

위상변조 송신 다이버시티 기능을 가지는 스위칭 빔 안테나 시스템 {Switching beam antenna system with Phase Modulation Transmit Diversity Function}Switching beam antenna system with Phase Modulation Transmit Diversity Function

도 1은 종래 기술에 따른 스위칭 빔 안테나 시스템의 구성도1 is a block diagram of a switching beam antenna system according to the prior art

도 2는 본 발명의 실시예인 위상변조 송신 다이버시티 기능을 가지는 스위칭 안테나 시스템의 구성도2 is a configuration diagram of a switching antenna system having a phase modulation transmit diversity function according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10-1~10-n: 다수의 안테나 소자 20: 버틀러 빔 성형기10-1 to 10-n: multiple antenna elements 20: butler beam forming machine

30-1~30-n: 다수의 듀플렉서 40-1~40-n: 다수의 수신기30-1 to 30-n: Multiple duplexers 40-1 to 40-n: Multiple receivers

50-1~50-n: 다수의 정합필터 60: 수신 빔 스위치50-1 to 50-n: Multiple matching filters 60: Receive beam switch

70: 빔 스위치 제어기 80: CDMA 모뎀70: beam switch controller 80: CDMA modem

90-1~90-k: 다수의 위상변조 소자 100: 송신 빔 스위치90-1 to 90-k: a plurality of phase modulation elements 100: transmission beam switch

본 발명은 스위칭 빔 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신 기지국에서 지향성 안테나를 이용하여 데이터를 송신 및 수신시에 동일한 안테나의 방향 및 빔폭을 갖도록 하는 스위칭 빔 안테나 시스템에 위상 변조 송신 다이버시티 기능을 추가한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a switching beam antenna system, and in particular, a phase modulation transmit diversity function is added to a switching beam antenna system which has a direction and beam width of the same antenna when transmitting and receiving data using a directional antenna in a mobile communication base station. It's about a system.

일반적으로 이동통신 기지국에 사용되는 안테나 시스템은 적응배열 안테나 시스템과 스마트 안테나 시스템이 있다. 이러한 적응배열 안테나 시스템 또는 스마트 안테나 시스템은 복수개의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 각 안테나 소자에 연결되는 송수신기 및 빔 성형을 위한 신호처리부로 구성되어 있다.In general, an antenna system used for a mobile communication base station includes an adaptive array antenna system and a smart antenna system. The adaptive array antenna system or smart antenna system is composed of an array antenna consisting of a plurality of antenna elements, a transceiver connected to each antenna element, and a signal processing unit for beam shaping.

종래의 적응배열 안테나 시스템은 대한민국에서 1998월 7월 28일자로 출원되어 공개된 공개번호 2000-009562호에 개시되어 있다. 상기 공개번호 2000-009592호에는 수신된 신호로부터 빔을 형성하기 위한 가중치를 구하여 디지털 빔 성형을 수행하고, 빔 성형기의 출력을 레이크 수신기(RAKE RECEIVER)에 입력시키거나 레이크 수신기의 복수개의 핑거(FINGER) 각 입력에 독립적인 빔 성형기를 사용하여 다중 경로를 통해 시간 차이를 두고 수신되는 신호에 대하여 빔 성형이 이루어져 시간 다이버시티(Time Diversity)가 수행되도록 하는 방식이다. 이러한 방식은 일정시간 마다 최적 빔을 형성하기 위한 가중치를 계산하여야 하기 때문에 기저대역 처리부의 계산량이 증가되는 문제가 있었다.Conventional adaptive array antenna system is disclosed in the publication No. 2000-009562 filed July 28, 1998 in the Republic of Korea. In Publication No. 2000-009592, digital beam shaping is performed by obtaining a weight for forming a beam from a received signal, and the output of the beam shaping machine is input to a rake receiver or a plurality of fingers of a rake receiver. In this case, beam diversity is performed on a signal received with a time difference through multiple paths using an independent beam shaper for each input, so that time diversity is performed. This method has a problem in that the calculation amount of the baseband processor is increased because it is necessary to calculate a weight for forming an optimal beam at a predetermined time.

또한 수신 신호를 이용하여 계산한 최적 가중치가 송신의 경우에도 역시 최적하다는 보장을 할 수 없으며, 특히 상이한 주파수 대역으로 송신과 수신을 수행하는 주파수 분할 다중(Frequency Division Duplexing) 방식에서 수신 신호를 이용하여 계산한 최적 가중치가 송신의 경우에 최적의 빔을 형성하기 어려운 문제가 있었다.In addition, we cannot guarantee that the optimal weight calculated using the received signal is optimal even in the case of transmission. In particular, the received signal is used in the frequency division duplexing scheme in which transmission and reception are performed in different frequency bands. The calculated optimal weight has a problem that it is difficult to form an optimal beam in the case of transmission.

한편 적응배열 안테나 시스템과 상이한 종래의 스마트 안테나 시스템이 대한민국에 1998년 11월 27자로 출원되어 공개된 공개번호 2000-034151호에 개시되어 있다. 공개번호 2000-034151호에서는 수신 신호가 여러 각도로 분산되어 수신될 때 임계치 이상의 수신 전력을 갖는 안테나 방향의 신호를 모두 수신하여 역확산을 수행하여 신호를 안정적으로 수신할 수 있도륵 하고 있다. 그러나 공개번호 2000-034151호에서도 수신시의 최적의 가중치를 계산하지 않고 안테나를 원하는 사용자의 방향으로 최적의 빔을 형성하여 신호를 수신할 수 있으나 송신의 경우에는 최적의 빔을 형성할 수 없는 문제가 있었다.Meanwhile, a conventional smart antenna system different from the adaptive array antenna system is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2000-034151, filed on November 27, 1998 in Korea. In Publication No. 2000-034151, when a received signal is distributed at various angles, the signal is stably received by performing despreading by receiving all signals in the direction of the antenna having a received power above a threshold. However, even in Publication No. 2000-034151, a signal can be received by forming an optimal beam in a direction of a user who wants an antenna without calculating an optimal weight at the time of reception, but in the case of transmission, an optimal beam cannot be formed. There was.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해 이동통신 기지국에서 지향성을 갖는 안테나 소자를 이용하여 공간 필터링에 의한 가중치 계산을 하지 않고 송신 시 최적의 빔을 형성하여 신호를 송신할 수 있는 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서, 이동통신 기지국에서 복수개의 빔으로 송신할 때 각 빔으로 송신되는 신호에 위상변조를 주어 송신 성능을 향상시킬 수 있는 스위칭 빔 안테나 시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to switch to a signal that can transmit a signal by forming an optimal beam at the time of transmission without calculating the weight by spatial filtering using an antenna element having directivity in the mobile communication base station to solve the above problems In the beam antenna system, when the mobile communication base station transmits a plurality of beams to provide a switching beam antenna system that can improve the transmission performance by giving a phase modulation to the signal transmitted in each beam.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서, 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나 소자와, 상기 다수개의 안테나 소자로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나 소자를 통해 각각 방사 하는 버틀러 빔 성형기와, 상기 버틀러 빔 성형기로부터 분리된 다수의 수신 신호를 대역 필터링하고, 다수의 송신기로부터 송신되는 다수의 송신 신호를 대역 필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서와, 상기 다수의 듀플렉서로부터 필터링된 수신 대역 신호를 각각 다운 컨버젼하여 I 채널신호 Q 채널의 기저대역 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 디지털 신호를 받아 확산 부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합 필터와, 상기 다수의 정합 필터로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간 데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택 신호를 출력하는 빔스위치 제어기와, 상기 다수의 수신기로부터 각각 출력된 n개의 디지털 신호를 받아 상기 빔스위치 제어기로부터 출력된 수신 빔 선택 신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치와, 상기 수신 빔 스위치로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA 신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역 신호를 CDMA신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA 모뎀과, 상기 CDMA 모뎀으로부터 변조된 CDMA 신호를 상기 빔스위치 제어기의 위상변조 제어 신호에 의해 서로 다른 위상으로 변조시켜 출력하는 다수의 위상변조 소자와, 상기 다수의 위상변조 소자로부터 서로 다른 위상으로 변조된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기의 송신 빔 선택 신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치와, 상기 송신 빔 스위치로부터 선택 출력된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서로 각각 출력하는 다수의 송신기로 구성함을 특징으로한다.In the switching beam antenna system of the present invention for achieving the above object, a plurality of antenna elements arranged in azimuth direction with a plurality of directivity and the signals received from the plurality of antenna elements are separated into a plurality of independent beams A butler beam shaper for outputting and radiating a plurality of independent beams transmitted through the plurality of antenna elements, and a plurality of transmissions that are band-filtered on a plurality of received signals separated from the butler beam shaper and transmitted from a plurality of transmitters And a plurality of duplexers for switching and outputting band-filtered signals for transmission and reception, and down-converting the filtered reception band signals from the plurality of duplexers to baseband signals of I-channel signals and Q-channels, and then converting them into digital signals. A plurality of receivers for outputting the plurality of receivers Receives the digital signals outputted from the receiver and despreads them using a spreading code to detect and output the strength and time of the signal, respectively, and receives the strength and time data of the respective output signals from the plurality of matching filters. A beam switch controller for outputting transmission and reception beam selection signals, and a reception beam for selecting and outputting m signals by receiving the n digital signals respectively output from the plurality of receivers and receiving beam selection signals output from the beam switch controller A CDMA modem which receives m digital signals selectively output from the reception beam switch, demodulates and outputs a CDMA signal, and spreads and modulates a baseband signal for transmission into a CDMA signal, and a modulated signal from the CDMA modem. The CDMA signal is changed to a different phase by the phase modulation control signal of the beam switch controller. A plurality of phase modulators for outputting a plurality of phase modulators, and a transmission beam switch for selecting and outputting k signals by transmitting beam select signals of the beamswitch controllers to n signals modulated with different phases from the plurality of phase modulators; And a plurality of transmitters for converting a signal selected and output from the transmission beam switch into an analog signal, up-converting the frequency, and then amplifying and outputting the signal to a plurality of duplexers, respectively.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 종래 기술에 따른 스위칭 빔 안테나 시스템의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예인 위상변조 송신 다이버시티 기능을 가지는 스위칭 안테나 시스템의 구성도로서,1 is a configuration diagram of a switching beam antenna system according to the prior art, and FIG. 2 is a configuration diagram of a switching antenna system having a phase modulation transmit diversity function according to an embodiment of the present invention.

다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열된 다수개의 안테나 소자(10-1~10-n)와, 상기 다수개의 안테나 소자(10-1~10-n)로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 출력하고, 송신되는 다수개의 독립된 빔을 상기 다수개의 안테나 소자(10-1~10-n)를 통해 각각 방사하는 버틀러 빔 성형기(20)와, 상기 버틀러 빔 성형기(20)로부터 분리된 다수의 수신 신호를 대역 필터링하고, 다수의 송신기(102-1~102-n)로부터 송신되는 다수의 송신 신호를 대역 필터링하여 송신 및 수신하도록 스위칭 출력하는 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)와, 상기 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로부터 필터링된 수신대역 신호를 각각 다운 컨버젼하여 I 채널신호 Q 채널의 기저대역 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 다수의 수신기(40-1~40-n)와, 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 디지틸 신호를 받아 확산 부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 각각 출력하는 다수의 정합 필터(50-1~50-n)와, 상기 다수의 정합 필터(50-1~50-n)로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간 데이터를 받아 송신 및 수 신 빔 선택 신호를 출력하는 빔스위치 제어기(70)와, 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 n개의 디지털신호를 받아 상기 빔스위치 제어기(70)로부터 출력된 수신 빔 선택 신호에 의해 m개를 선택하여 출력하는 수신빔 스위치(60)와, 상기 수신 빔 스위치(60)로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 CDMA 신호를 복조하여 출력하고, 송신하기 위한 기저대역 신호를 CDMA 신호로 확산 변조하여 출력하는 CDMA 모뎀(80)과, 상기 CDMA 모뎀(80)으로부터 변조된 CDMA 신호를 상기 빔 스위치 제어기(70)의 위상변조 제어 신호에 의해 서로 다른 위상으로 변조시켜 출력하는 다수의 위상변조 소자(90-1~90-k)와, 상기 다수의 위상변조 소자(90-1~90-k)로부터 서로 다른 위상으로 변조된 n개의 신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 송신 빔 선택 신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 출력하는 송신 빔 스위치(100)와, 상기 송신 빔 스위치(100)로부터 선택 출력된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 주파수를 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 각각 출력하는 다수의 송신기(102-1~102n)로 구성되어 있다.A plurality of antenna elements 10-1 to 10-n arranged in azimuth directions with a plurality of directivity directions and signals received from the plurality of antenna elements 10-1 to 10-n into a plurality of independent beams. Butler beam shaper 20, which separates and outputs a plurality of independent beams to be transmitted through the plurality of antenna elements 10-1 to 10-n, respectively, and a plurality of which are separated from the butler beam shaper 20 A plurality of duplexers (30-1 to 30-n) for band-filtering a received signal of the switching signal and for switching and outputting the band-filtered transmission and reception of a plurality of transmission signals transmitted from the plurality of transmitters (102-1 to 102-n) And a plurality of receivers which down-convert the filtered reception band signals from the plurality of duplexers 30-1 to 30-n, convert them into baseband signals of the I channel signal Q channel, and then convert them into digital signals and output them. 40-1 to 40-n), and the plurality of receivers Multiple matching filters (50-1 to 50-n) which receive the digital signals outputted from (40-1 to 40-n) and despread using spread codes to detect the signal strength and time and output them respectively. And a beam switch controller 70 for receiving the strength and time data of the signals respectively output from the plurality of matching filters 50-1 to 50-n and outputting transmission and reception beam selection signals, and the plurality of receivers. A reception beam switch 60 which receives n digital signals respectively outputted from (40-1 to 40-n) and selects and outputs m pieces by the reception beam selection signal output from the beam switch controller 70; A CDMA modem 80 which receives m digital signals selectively output from the reception beam switch 60, demodulates and outputs a CDMA signal, and spreads and modulates a baseband signal for transmission into a CDMA signal; and the CDMA modem Modulating the CDMA signal from the beam switch (80); A plurality of phase modulation elements 90-1 to 90-k and a plurality of phase modulation elements 90-1 to 90-k that are modulated to different phases by the phase modulation control signal of the device 70 and output. A transmission beam switch 100 which selects and outputs k signals by the transmission beam selection signal of the beam switch controller 70 from the n signals modulated at different phases from the transmission beam switch 100 and the transmission beam switch 100. It consists of a plurality of transmitters 102-1 to 102n that convert the output signal into an analog signal, upconvert the frequency, and then amplify and output the amplified signals to the plurality of duplexers 30-1 to 30-n.

상술한 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예의 동작을 상세히 설명한다. 이동통신 기지국에서 신호를 수신하는 동작을 설명하면,Referring to Figure 2 described above will be described in detail the operation of the preferred embodiment of the present invention. Referring to the operation of receiving a signal at the mobile communication base station,

다수개의 안테나 소자(10-1~10-n)는 다수의 지향성을 갖고 방위각 방향으로 배열되어 있으며, 공중을 통해 무선으로 송신된 신호를 수신한다. 이때 버틀러 빔 성형기(20)는 상기 다수개의 안테나 소자(10-1~10-n)로부터 수신된 신호를 다수개의 독립적인 빔으로 분리하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 인가한다. 이때 n=2L 이 되며, L =1, 2, 3, ....으로 정해진다. 다수의 안테나 소자((10-1~10-n)는 반파장 간격으로 직선상에 배열되고, n=4일 때 버틀러 빔 성형기(20)에 의해 4개의 빔 패턴을 형성한다. 그리고 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)는 상기 버틀러 빔 성형기(20)로부터 분리된 다수의 수신 신호를 대역 필터링하여 다수의 수신기(40-1~40-n)로 인가한다. 다수의 수신기(40-1~40-n)는 상기 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로부터 필터링된 수신대역 신호를 각각 다운 컨버젼하여 I 채널 신호 Q 채널의 기저대역 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환 출력하여 다수의 수신 빔 스위치(60)와 다수의 정합 필터(50-1~50-n)로 인가한다. 다수의 정합 필터(50-1~50-n)는 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 디지털 신호를 받아 CDMA 모뎀(80)으로부터 제공되는 확산 부호를 이용하여 역확산하여 신호의 세기와 시간을 검출하여 빔스위치 제어기(70)로 인가한다. 상기 빔스위치 제어기(70)는 상기 다수의 정합 필터(50-1~50-n)로부터 각각 출력된 신호의 세기와 시간 데이터를 받아 송신 및 수신 빔 선택 신호를 생성하며, 수신 빔 선택 신호를 수신빔 스위치(60)로 인가하고, 송신 빔 선택 신호를 송신빔 스위치(100)로 인가한다. 상기 수신빔 스위치(60)는 상기 다수의 수신기(40-1~40-n)로부터 각각 출력된 n개의 디지털 신호를 받아 상기 빔 스위치 제어기(70)로부터 출력된 수신 빔 선택신호에 의해 m개를 선택하여 라인(103-1~103n)을 통해 CDMA 모뎀(80)으로 인가한다. CDMA모뎀(80)은 상기 수신 빔 스위치(60)로부터 선택 출력된 m개의 디지털 신호를 받아 기저대역의 CDMA 신호로 복조하여 라인(104-1)을 통해 출력한다. 이때 CDMA 모뎀(80)은 레이크(RAKE) 수신기를 포함하고 있는데, 상기 수신 빔 스위치(60)로부 터 선택 출력된 m개의 신호는 CDMA 모뎀(80)내에 존재하는 레이크(RAKE) 수신기내의 핑거의 수와 수신 신호의 세기로 결정된다. 즉, m개의 최대값은 레이크 수신기의 핑거수와 같으며, 핑거 수 이상일 경우 의미가 없다. 따라서 상기 빔 스위치 제어기(70)는 신호의 세기가 가장 큰 빔을 찾고 그와 비교할 때 일정 범위 내의 세기를 갖는 빔이 있으면 최대 m개까지 선택하도록 수신 빔 선택 신호를 출력하고, 그렇지 않으면 가장 큰 세기의 신호가 검출된 빔 1개만을 선택하도록 한다. 예를 들어 핑거가 4개인 레이크 수신기의 경우 m=1일 때 모든 핑거로 이 신호를 인가하고, m=2일 때 각각 2개의 핑거에 신호를 인가한다. 또 m=4일 때 각 핑거에 신호를 1개씩 할당한다. 그 이후의 레이크 수신기의 동작은 일반적인 최대비 결합(Maximum Ratio Combining)과 동일하다.The plurality of antenna elements 10-1 to 10-n have a plurality of directivities and are arranged in the azimuth direction, and receive signals transmitted wirelessly through the air. At this time, the butler beam former 20 separates the signals received from the plurality of antenna elements 10-1 through 10-n into a plurality of independent beams and applies them to the plurality of duplexers 30-1 through 30-n. . At this time, n = 2L, and L = 1, 2, 3, .... A plurality of antenna elements (10-1 to 10-n) are arranged in a straight line at half-wavelength intervals, and form four beam patterns by the Butler beam former 20 when n = 4, and a plurality of duplexers 30-1 to 30-n band-filter the plurality of received signals separated from the butler beam former 20 and apply them to the plurality of receivers 40-1 to 40-n. 1 to 40-n) down-convert the filtered reception band signals from the plurality of duplexers 30-1 to 30-n, convert them into baseband signals of the I channel signal Q channel, and then convert them into digital signals. A plurality of receive beam switches 60 and a plurality of matched filters 50-1 to 50-n are applied to the plurality of matched filters 50-1 to 50-n. -n) receives the digital signals outputted from the respective signals and despreads them using a spread code provided from the CDMA modem 80 to detect the signal strength and time, To the position controller 70. The beam switch controller 70 receives the strength and time data of the signals output from the plurality of matching filters 50-1 to 50-n, respectively, and transmits and receives the beam selection signals. And a reception beam selection signal is applied to the reception beam switch 60, and a transmission beam selection signal is applied to the transmission beam switch 100. The reception beam switch 60 includes the plurality of receivers 40-1 to 4-1. CDMA modem 80 through lines 103-1 to 103n by receiving n digital signals respectively output from 40-n and selecting m pieces by the reception beam selection signal output from the beam switch controller 70. The CDMA modem 80 receives m digital signals selected and output from the reception beam switch 60, demodulates them into baseband CDMA signals, and outputs them through line 104-1. 80 includes a RAKE receiver, the receive beam switch 60 The m signals output from the selection are determined by the number of fingers in the RAKE receiver present in the CDMA modem 80 and the strength of the received signal. That is, the m maximum values are equal to the number of fingers of the rake receiver and have no meaning when the number of fingers is larger than the number of fingers. Accordingly, the beam switch controller 70 outputs a reception beam selection signal to select up to m beams having a strength within a range when searching for a beam having the largest signal strength and comparing the beam with the maximum signal strength, and otherwise, the beam strength controller has a maximum intensity. Select only one beam from which a signal is detected. For example, for a rake receiver with four fingers, this signal is applied to all fingers when m = 1, and to two fingers when m = 2, respectively. In addition, when m = 4, one signal is allocated to each finger. The operation of the rake receiver after that is the same as the general Maximum Ratio Combining.

이동통신 기지국에서 신호를 송신하는 동작을 설명하면,Referring to the operation of transmitting a signal in a mobile communication base station,

라인(104-2)을 통해 입력되는 송신하기 위한 기저대역 신호는 CDMA 모뎀(80)에서 CDMA 신호로 확산 변조되어 라인(104-3)을 통해 다수의 위상변조 소자(90-1~90-k)로 인가된다. 상기 다수의 위상변조 소자(90-1~90-k)는 상기 CDMA 모뎀(80)으로부터 변조된 CDMA 신호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 위상변조 제어 신호에 의해 서로 다른 위상으로 변조시켜 송신 빔스위치(100)로 인가한다. 이때 상기 서로 다른 각 위상변조는 빔스위치 제어기(70)에서 0.5Hz 이하로 변조되어 상기 다수의 위상변조 소자(90-1~90-k)로 인가한다.The baseband signal for transmission input through line 104-2 is spread modulated by the CDMA modem 80 into a CDMA signal to transmit a plurality of phase modulators 90-1 to 90-k through line 104-3. Is applied. The plurality of phase modulation elements 90-1 to 90-k modulate the CDMA signal modulated by the CDMA modem 80 to different phases by a phase modulation control signal of the beam switch controller 70. To the switch 100. At this time, each of the different phase modulation is modulated to 0.5Hz or less in the beam switch controller 70 and applied to the plurality of phase modulation elements (90-1 ~ 90-k).

한편 송신빔 스위치(100)는 저 전력용 디지털 스위치로 구성되어 있으며, 상기 다수의 위상변조 소자(90-1~90-k)로부터 서로 다른 위상으로 변조된 k개의 신 호를 상기 빔스위치 제어기(70)의 송신 빔 선택 신호에 의해 k개의 신호를 선택하여 다수의 송신기(102-1~102-n)로 인가한다. 이때 다수의 송신기(102-1~102-n)는 상기 송신 빔 스위치(100)로부터 선택 출력된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 필터링하여 업 컨버젼한 후 증폭하여 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)로 인가한다. 다수의 듀플렉서(30-1~30-n)는 다수의 송신기(102-1~102-n)로부터 출력된 다수의 송신 신호를 송신 주파수 대역으로 필터링하여 송신하도록 스위칭 출력하여 다수의 안테나 소자(10-1~10-n)를 통해 방사하도록 한다.On the other hand, the transmission beam switch 100 is composed of a low-power digital switch, the k signal modulated in different phases from the plurality of phase modulation elements (90-1 ~ 90-k) the beam switch controller ( The k signals are selected by the transmission beam selection signal of 70 and applied to the plurality of transmitters 102-1 through 102-n. In this case, the plurality of transmitters 102-1 to 102-n convert the signal output from the transmission beam switch 100 into an analog signal, filter, upconvert, and amplify the plurality of duplexers 30-1 to 30. -n). The plurality of duplexers 30-1 to 30-n switch and output a plurality of antennas 10 to filter and transmit a plurality of transmission signals output from the plurality of transmitters 102-1 to 102-n to a transmission frequency band. -1 to 10-n).

따라서 본 발명은 공간적으로 신호가 전달되는 방향을 탐색하여 폭이 좁은 빔으로 전송하기 때문에 공간 필터링 효과를 얻을 수 있으며, 타 사용자의 간섭을 억제할 수 있다. 그리고 송신기로부터 송신 신호를 받아 빔 성형이 이루어지도록 하는 구조를 갖기 때문에 각 송신기의 위상 및 진폭 특성이 상이하여도 빔 패턴의 형성에 영향을 주지 않는다.Therefore, since the present invention searches for a direction in which a signal is transmitted spatially and transmits the signal in a narrow beam, a spatial filtering effect can be obtained and interference of other users can be suppressed. In addition, since the beam shaping is performed by receiving the transmission signal from the transmitter, even if the phase and amplitude characteristics of each transmitter are different, the formation of the beam pattern is not affected.

상술한 바와 같이 본 발명은 이동통신 기지국에서 지향성을 갖는 안테나 소자를 이용하여 공간 필터링에 의한 가중치 계산을 하지 않고 송신 시 최적의 빔을 형성하여 송신 효율을 향상시킬 수 있고, 이동통신 기지국에서 복수개의 빔으로 송신할 때 각 빔으로 송신되는 신호에 위상변조를 주는 송신 다이버시티 기능을 통해 송신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention can improve the transmission efficiency by forming an optimal beam at the time of transmission without calculating the weight by spatial filtering using an antenna element having directivity in the mobile communication base station. When transmitting with a beam, there is an advantage of improving transmission performance through a transmit diversity function that provides phase modulation to a signal transmitted by each beam.

Claims (2)

스위칭 빔 안테나 시스템에 있어서,A switching beam antenna system, 상기 CDMA 모뎀으로부터 변조된 CDMA 신호를 상기 빔스위치 제어기의 위상변조 제어 신호에 의해 서로 다른 위상으로 변조시켜 출력하는 다수의 위상변조 소자로 구성함을 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.And a plurality of phase modulation elements for modulating and outputting the CDMA signals modulated from the CDMA modem to different phases by the phase modulation control signal of the beam switch controller. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 위상 변조는 최대 0.5Hz 이하로 변조되는 송신 다이버시티를 특징으로 하는 스위칭 빔 안테나 시스템.And the phase modulation is transmit diversity modulated to a maximum of 0.5 Hz or less.
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