KR20060028993A - 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법 및 그 장치 - Google Patents

적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 오차 보정을 위한 기준신호로 사용될 바커-코드를 생성하는 과정과, 상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 다수의 경로들 중 전달함수를 추정할 전달경로를 선택하는 과정과, 상기 선택된 전달경로를 통과하는 송수신 신호에 상기 바커-코드를 주입하는 과정과, 기 설정된 소정 주기 동안 상기 경로의 전달특성을 분석하여 상기 선택된 경로의 전달함수를 추정하는 과정과, 상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로들에 대한 전달함수 추정 결과에 의거하여 각 전달경로들의 전달함수들간 오차를 보정하기 위한 오차 보정 벡터 산출하는 과정과, 상기 오차 보정 벡터를 이용하여 각 전달 경로들의 전달함수들간 오차를 보정하는 과정을 포함한다. 따라서 본 발명은 사용자 신호에 대한 간섭을 줄이면서도 배열 안테나 보정의 정확도를 높여 적응 배열 안테나 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
적응 배열 안테나, 오차 보정, 바커-코드, 송수신부, 전달함수

Description

적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING IN ADAPTIVE ARRAY ANTENNA SYSTEM}
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 송신부 오차 보정 장치에 대한 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 수신부 오차 보정 장치에 대한 구성도,
도 3은 바커(Barker) 코드의 오토-코릴레이션(auto-correlation) 피크값을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 기준신호 발생부에 대한 블록도,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전달함수 추정부에 대한 블록도,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따라 적응 배열 안테나 시스템의 오차를 보정하는 방법에 대한 처리 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 310: 제어부 120, 320: 스위칭 블록
130, 330: 기준신호 발생부 170, 370: 전달함수 추정부
180, 380: 보정벡터 산출부 190, 390: 오차 보정부
본 발명은 적응 배열 안테나 시스템(adaptive array antenna system)에 관한 것으로서, 특히 디지털 베이스-밴드 빔-형성(digital base-band beam-forming)을 이용하는 적응 배열 안테나 시스템에서 배열 송수신부에서 신호의 크기/위상 차이를 보정하는 송수신부 오차 보정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
적응 배열 안테나 시스템은 여러 개의 방사 소자로 구성된 배열 안테나 빔 패턴을 상황에 따라 적응적으로 변화시키면서 시스템 성능을 증대시키는 안테나 시스템을 말한다. 이러한 적응 배열 안테나 시스템은 주로 군사용으로 많이 활용되었으나 최근에는 통신 분야에 접목시키려는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 통신 시스템이 점차 고속화와 고용량화 되어감에 따라 페이딩 및 다른 사용자 간섭으로 인한 문제가 심각해지는 상황에서, 적응 배열 안테나 시스템은 각 사용자마다 서로 독립적인 빔 패턴을 할당함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있는 유망한 해결책 중 하나로 중요성을 인정받고 있다. 특히 통신 분야에서는 코드분할다중접속(Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭함) 기지국 시스템, 무선랜, 디지털 TV 이동성 증대 등 여러 분야에서 적응 배열 안테나 시스템이 연구되고 있다.
이러한 적응 배열 안테나 시스템의 빔-형성(beam-forming) 방식으로 디지털 빔-형성(digital beam-forming) 방식이 많이 사용되는데 이를 위해 필수적인 선결요건이 바로 배열 안테나 보정(array antenna calibration)이다. 왜냐하면 디지털 베이스-밴드 빔-형성(digital base-band beam-forming) 방식을 사용한 적응 배열 안테나 시스템에서는 베이스-밴드(base-band)에서 수신 혹은 송신 신호에 가중치(weighting vector)를 곱하는 방식으로 빔(beam)의 방향을 결정하는데, 각 송/수신 경로(path)의 전달함수를 정확히 측정하여 보정해야만 원하는 빔(beam)을 얻을 수 있기 때문이다. 즉, 상기 시스템에서 빔(beam)의 방향을 정확하게 제어하기 위해서는 가중치(weighting vector)를 곱하는 베이스 밴드(base-band)부터 안테나까지의 전달함수를 정확하게 추정하고 이를 보정하는 것이 필요한 것이다.
보정 방법으로서 기준 신호(reference signal)를 각 송수신 경로(path)에 주입하고 송수신 경로(path)를 통과한 후의 기준신호(reference signal)를 분석하여 전달함수를 구하는 방법이 일반적으로 사용된다. 또한 상기 방법을 위한 기준신호(reference signal)로서 종래에는 단순한 사인파(sine wave)나 저주파 펄스(low frequency pulse)(예컨대, 저주파 펄스에 의해 변조된 사인파) 등을 사용하였다.
이와 같이 기준신호를 이용하는 방법은 기준신호(reference signal)의 크기가 클수록 측정의 정확도가 올라가는 반면 사용자 신호에 대한 간섭이 커져서 통신 품질이 떨어지는 특징이 있다. 따라서 기준신호(reference signal)의 크기를 적정 수준으로 설정해야 한다. 다시 말해 기준신호(reference signal)의 크기는 그대로 유지하면서 측정의 정확도를 높일 수 있는 방법이 필요하다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 오토-코릴레이션(auto-correlation) 특성이 좋은 바커-코드(Baker-code)를 기준신호로 이용함으로써 이동통신 사용자 신호에 대한 간섭을 줄이면서도 전달함수 측정의 정확도는 높이는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치는 사용자의 조작신호 또는 기 설정된 동작 조건에 의거하여 상기 오차 보정장치의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 의해 다수의 전달경로들 중 하나의 전달경로를 선택하는 스위칭부와, 상기 제어부의 제어에 의해 오차 보정을 위한 기준신호를 생성하는 기준신호 발생부와, 상기 적응 배열 안테나 시스템을 통해 송/수신되는 송수신신호에 상기 기준신호를 더한 전달신호가 상기 선택된 전달경로를 통과한 후의 신호와 상기 기준신호와의 상관관계에 의거하여 상기 선택된 전달경로의 전달함수를 추정하는 전달함수 추정부와, 상기 전달함수 추정부로부터 상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 전달경로들에 대한 전달함수 추정결과를 전달받고 각 전달경로들에 대한 전달함수의 오차 보정을 위한 보정벡터를 산출하는 보정벡터 산출부와, 상기 보정벡터에 의거하여 각 전달경로들에 대한 전달함수의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함함을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법은 오차 보정을 위한 기준신호로 사용될 바커-코드를 생성하는 과정과, 상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 다수의 경로들 중 전달함수를 추정할 전달경로를 선택하는 과정과, 상기 선택된 전달경로를 통과하는 송수신 신호에 상기 바커-코드를 주입하는 과정과, 기 설정된 소정 주기 동안 상기 경로의 전달특성을 분석하여 상기 선택된 경로의 전달함수를 추정하는 과정과, 상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로들에 대한 전달함수 추정 결과에 의거하여 각 전달경로들의 전달함수들간 오차를 보정하기 위한 오차 보정 벡터 산출하는 과정과, 상기 오차 보정 벡터를 이용하여 각 전달 경로들의 전달함수들간 오차를 보정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예에 의한 구성 및 작용에 대해서 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 송신부 오차 보정 장치에 대한 구성도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일실시 예에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 송신부 오차 보정 장치는 제어부(110), 스위칭 블록(120), 기준신호 발생부(130), 기준신호 가산부(140), 전달함수 추정부(170), 보정벡터 산출부(180) 및 오차 보정부(190)를 포함한다.
제어부(110)는 사용자의 조작신호 또는 기 설정된 동작 조건에 의거하여 상기 오차 보정 장치의 동작을 제어한다. 예를 들어 사용자가 오차 보정을 개시하도록 하는 조작신호를 입력하거나 기 설정된 오차 보정 개시 조건(예컨대, 동작 주기 등)을 만족하게 되면 스위칭 블록(120)으로 경로 선택 명령을 전달하고, 그 명령에 대한 응답으로 스위칭 블록(120)의 경로 선택 결과를 수신한다. 그리고 기준신호 발생부(130)로 그 경로 선택 결과와 함께 기준신호 발생명령을 전달하며, 전달함수 추정부(170)로 해당 경로의 전달함수 추정 과정을 시작하라는 명령을 내린다. 전달함수 추정부(170)로부터 해당 경로의 전달함수 추정이 완료되었다는 정보를 받으면 제어부(110)는 스위칭 블록(120)으로 다음 경로 선택 명령을 내리고 그 명령에 대한 응답으로 스위칭 블록(120)의 경로 선택 결과를 수신한다. 모든 경로에 대한 전달 함수 추정이 끝날 때까지 같은 과정을 반복한다.
스위칭 블록(120)은 다수의 전달 경로들 중 하나의 경로를 선택하는 기능을 한다. 이는 오차 보정을 위해 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로들 각각에 대하여 추정된 전달함수 값이 필요하기 때문이다. 예를 들어 스위칭 블록(120)은 제어부(110)의 경로 선택 명령에 응답하여 다수의 배열 안테나 블록(165)과 연결된 다수의 경로들 중 하나의 경로를 선택하고 그 선택 결과를 제어부(110)에게 전달한다.
또한 스위칭 블록(120)은 상기 선택된 경로를 통과한 송신신호를 수신하여 전달함수 추정부(170)로 전달한다.
기준신호 발생부(130)는 제어부(110)의 기준신호 발생명령에 응답하여 기준신호(예컨대, 바커 코드(Barker code))를 생성하여 상기 선택된 경로로 전달한다. 기준신호 발생부(130)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 4를 참조한 설명 부분에 개시될 것이다.
기준신호 가산부(140)는 각 경로마다 하나의 덧셈기를 구비하여 상기 기준신호 발생부(130)로부터 기준신호가 전달되면 CDMA 신호 발생부(210)에서 발생된 CDMA 신호에 상기 기준신호를 더한 값(이하 '송신신호'라 칭함)을 전달블록(150)으로 출력한다.
전달블록(150)은 소정의 전달함수에 의거하여 그 송신신호를 배열 안테나 블록(165)으로 전달한다. 이 과정에서 배열 안테나 블록(165)의 입력단에 연결된 커플링부(160)는 상기 선택된 경로를 통해 전달된 송신신호를 커플링해서 스위칭 블록(120)으로 전달한다.
그러면 스위칭 블록(120)은 그 송신신호를 전달함수 추정부(170)로 전달한다.
전달함수 추정부(170)는 상기 송신신호를 분석하여 해당 경로의 전달함수를 추정한다. 특히 전달함수 추정부(170)는 전달블록(150)을 통과한 후의 신호와 기준신호와의 상관관계(correlation)가 최대가 되는 때의 측정값을 이용하여 전달함수를 추정함이 바람직하다. 전달함수 추정부(170)는 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로에 대한 전달함수(Gn: 경로 n의 이득, Φn: 경로 n의 위상)(n=1,2,…,N)를 추정한 후 그 결과를 보정벡터 산출부(180)로 전달하여야 하는데 이를 위해 전달함수 추정부(170)는 임의의 경로에 대한 전달함수를 추정한 후 또에 완료 정보를 제어부(110)에 전달하고 제어부(11)는 다음 경로를 선택하도록 하는 다음 경로 선택 명령을 스위칭 블록(120)으로 전달한다. 전달함수 추정부(170)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 5를 참조한 설명 부분에 개시될 것이다.
보정벡터 산출부(180)는 전달함수 추정부(170)로부터 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로에 대한 전달함수 추정 결과(Gn, )(n=1,2,…,N)를 전달받아 그 전달함수의 오차 보정을 위한 보정벡터를 산출하여 오차 보정부(190)로 전달한다.
보정벡터 산출부(180)에서 보정벡터를 산출하는 방법은 (수학식 1)과 같다.
Figure 112004044457743-PAT00001
이 때, Cn은 n번째 경로의 보정벡터, Mn은 n번째 경로에서 검출된 기준 신호의 크기, Φ은 n번째 경로에서 검출된 위상, Gn은 n번째 경로의 이득이다.
상기 계산 결과에 의한 보정벡터를 수신한 오차 보정부(190)는 각 경로 마다 하나의 곱셈기를 구비하는 곱셈 블록(195)으로 상기 보정벡터를 전달한다. 그러면 곱셈 블록(195)은 그 보정벡터를 CDMA 신호 발생부(210)에서 출력된 CDMA 신호와 곱함으로써 각 경로들의 전달함수에 대한 오차를 보정한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 수신부 오차 보정 장치에 대한 구성도이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 수신부 오차 보정 장치는 제어부(310), 스위칭 블록(320), 기준신호 발생부(330), 전달함수 추정부(370), 보정벡터 산출부(380) 및 오차 보정부(390)를 포함한다. 이들 각 장치들에 대한 기본적인 기능은 도 1의 제어부(110), 스위칭 블록(120), 기준신호 발생부(130), 전달함수 추정부(170), 보정벡터 산출부(180) 및 오차 보정부(190)와 유사하다.
제어부(310)는 사용자의 조작신호 또는 기 설정된 동작 조건에 의거하여 상기 오차 보정 장치의 동작을 제어한다. 예를 들어 사용자가 오차 보정을 개시하도록 하는 조작신호를 입력하거나 기 설정된 오차 보정 개시 조건(예컨대, 동작 주기 등)을 만족하게 되면 스위칭 블록(320)으로 오차 보정 개시 명령을 전달하고, 그 명령에 대한 응답으로 스위칭 블록(320)의 경로 선택 결과를 수신한다. 그리고 기준신호 발생부(330)로 기준신호 발생명령을 전달하며, 전달함수 추정부(370)로 해당 경로의 전달함수 추정 과정을 시작하라는 명령을 내린다. 전달함수 추정부(370)로부터 해당 경로의 전달함수 추정이 완료되었다는 정보를 받으면 제어부(310)는 스위칭 블록(320)의 경로 선택 결과를 수신한다. 모든 경로에 대한 전달 함수 추정아 완료될 때 까지 같은 과정을 반복한다.
기준신호 발생부(330)는 제어부(310)의 기준신호 발생명령에 응답하여 기준신호(예컨대, 바커 코드(Barker code))를 생성한 후 그 기준신호를 CDMA 신호(signal)의 수신 주파수에 해당하는 RF 신호(signal)로 변환하여 스위칭 블록(320)으로 전달한다. 기준신호 발생부(330)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 4를 참조한 설명 부분에 개시될 것이다.
스위칭 블록(320)은 다수의 전달 경로들 중 하나의 경로를 선택하는 기능을 한다. 예를 들어 스위칭 블록(320)은 제어부(310)의 경로 선택 명령에 응답하여 다수의 배열 안테나 블록(340)과 연결된 다수의 경로를 선택하고 그 선택 결과를 제어부(310)에게 전달한다. 그리고 상기 기준신호를 선택된 경로로 전달한다.
그러면 다수의 배열 안테나 블록(340)의 입력단에 연결된 커플링부(350)는 CDMA 수신 신호와 상기 기준신호를 더해서 전달블록(360)으로 전달한다.
전달함수 추정부(370)는 CDMA 수신신호와 섞여서 전달블록(360)을 통과한 기준신호로부터 전달함수를 추정한다. 특히 전달함수 추정부(370)는 전달블록(360)을 통과한 후의 신호와 기준신호와의 상관관계(correlation)가 최대가 되는 때의 측정값을 이용하여 전달함수를 추정함이 바람직하다. 그리고 전달함수 추정부(370)는 임의의 경로에 대한 전달함수를 추정한 후에 완료 정보를 제어부(310)에 전달하고 제어부(310)는 다음 결과를 선택하도록 하는 다음 경로 선택 명령을 스위칭 블록(320)으로 전달한다. 그 이유는 도 1을 참조한 전달함수 추정부(170)의 설명 부분에 언급된 바와 같다. 전달함수 추정부(370)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 5를 참조한 설명 부분에 개시될 것이다.
보정벡터 산출부(380)는 전달함수 추정부(370)로부터 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로에 대한 전달함수 추정 결과(Gn, Φn)(n=1,2,…,N)를 전달받아 그 전달함수의 오차 보정을 위한 보정벡터를 산출하여 오차 보정부(390)로 전달 한다. 이 때 보정벡터를 산출하는 방법은 (수학식 1)에 예시된 바와 같다.
오차 보정부(390)는 각 경로 마다 하나의 곱셈기를 구비하는 곱셈 블록(410)으로 상기 보정벡터를 전달한다. 그러면 곱셈 블록(410)은 그 보정벡터를 전달블럭(360)을 통과한 신호에 곱함으로써 각 경로들의 전달함수에 대한 오차를 보정한다.
상기 곱셈 블록(410)을 거친 신호는 CDMA 신호 수신부(420)로 전달된다.
이와 같이 오차를 보정하면 각 경로간의 전달함수의 차이가 보정되어 베이스 밴드(base-band)에서 설정한 대로 빔-형성(beam-forming)이 이루어진다.
특히 도 1 및 도 2에 예시된 본 발명의 오차 보정 장치는 기준 신호로서 바커-코드(barker code)를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 바커-코드(barker code)(13bits)가 38.4kHz의 좁은 대역을 가지며 오토-코릴레이션(auto-correlation) 특성이 매우 좋고 높은 정확도와 분해능력(resolution)을 가지기 때문이다.
도 3은 바커-코드(Barker-code)의 오토-코릴레이션(auto-correlation) 특성을 도시한 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시 예에서 기준신호로 사용되는 바커-코드(Barker-code)는 다음과 같다.
13 bit Barker Code = [ -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 ]
그리고 이러한 바커-코드의 오토-코릴레이션 특성은 도 3에 예시된 바와 같다. 즉 바커-코드의 피크 값이 '13'이다. 따라서 상기한 바와 같은 13 bit 바커-코드를 이용하여 사인파(sine wave)를 변조시켜 기준신호로 사용할 경우 단순 사인파 (sine wave)만을 사용할 때보다 13배의 이득(gain)을 얻게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 기준신호 발생부(130)에 대한 블록도이다. 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준신호 발생부(130)는 바커코드 생성부(131), 제1 샘플러(132), 제1 필터(133), 제2 샘플러(135) 및 곱셈기(136)를 포함한다.
바커 코드 생성부(131)는 도 3을 참조한 설명에 개시된 바와 같은 13비트(bits)의 바커-코드를 생성한다. 제1 샘플러(132)는 바커-코드 생성부(131)에서 생성된 바커-코드를 1차 업-샘플링한다. 1 필터(133)는 제1 샘플러(132)에서 1차 업-샘플링된 바커-코드를 필터링한다. 제2 샘플러(134)는 제1 필터(133)의 출력을 2차 업-샘플링한다. 제2 필터(135)는 제2 샘플러(134)에서 2차 업-샘플링된 신호를 필터링한다. 마지막으로 곱셈기(136)는 기준신호가 CDMA 신호 레벨 보다 소정 범위(예컨대, -10dB ~ -20dB) 낮아지도록 하기 위해 파워-스케일링을 수행한다. 즉, 곱셈기(136)는 제2 필터(135)의 출력과 기 설정된 값인 파워 스케일(Power scale)값을 곱하여 출력한다. 이는 기준신호가 CDMA 신호에 영향을 주지 않도록 하기 위한 것이다.
도 4에서는 바커 코드 생성부(131)에서 생성된 바커 코드를 1차에서 4번 업샘플링하고, 2차에서 8번 업샘플링함으로써 1/32의 데이터 비율(data rate)를 가지는 코드를 생성하는 경우에 대한 예를 도시하고 있다.
도 2에 예시된 기준신호 발생부(330)의 세부 구성 및 동작도 도 4에 예시된 바와 유사하다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전달함수 추정부(170)에 대한 블록도이다. 도 5를 참조하면 본 발명의 일실시 예에 따른 전달함수 추정부(170)는 다운 컨버터(171)와, 제1 및 제2 누적부(172 및 173)와, 제1 및 제2 디코더(174 및 175)와, 최대값 검출부(176)와, 전달함수 계산부(177)를 포함한다.
다운 컨버터(171)는 중간주파수(IF) 형태로 입력된 송신신호(CDMA 신호 + 기준신호)를 I-신호와 Q-신호로 분리하여 기저대역(Base-Band)신호로 다운 컨버젼(down conversion)한다.
이 때 출력되는 I-신호 및 Q-신호가 (수학식 2)에 예시되어 있다.
Figure 112004044457743-PAT00002
이 때, In은 n 번째 경로의 I신호, Qn은 n 번째 경로의 Q신호, B는 기준신호, Gn은 n 번째 경로의 이득, Φn은 n번째 경로의 위상이다. I에서 cos(2wt+Φn ) 성분은 LBF에 의해 제거된다. 마찬가지로 Φn에서 sin(2wt+Φn)성분은 LBF에 의해 제거된다.
제1 및 제2 누적부(172 및 173)는 선택된 경로에 대하여 다운 컨버터(171)의 I 및 Q 출력을 각각 기 설정된 횟수(예컨대, 16,383 회) 만큼 누적한다. 이 때 다운 컨버터(171)의 출력 신호에 포함된 기준신호(바커-코드)는 일정한 주기를 가지 고 같은 신호가 반복되기 때문에 1주기 단위로 그 신호를 누적할 경우 누적 횟수에 비례하여 신호의 크기가 커진다. 반면 상기 출력 신호에 기준 신호와 함께 포함된 CDMA 신호 및 잡음 신호(noise signal)는 랜덤(random) 분포를 가지므로 신호의 크기가 누적 횟수에 비례하지 않는다. 즉, 누적횟수가 증가하면 할수록 기준신호 입장에서의 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 증가하게 되며 결과적으로 측정의 정확도가 향상된다.
제1 및 제2 디코더(174 및 175) 각각은 제1 및 제2 누적부(172 및 173) 각각의 누적 결과와 바커-코드의 코릴레이션(correlation)을 수행한다.
최대값 검출부(176)는 제1 및 제2 디코더(174 및 175)의 코릴레이션 구간에서 코릴레이션이 최대가 될 때의 코릴레이션 값을 Id1, Qd1 으로 출력한다.
이 때 출력된 I-신호 및 Q-신호의 최대 코릴레이션 값(Idn, Qdn)이 (수학식 3)에 예시되어 있다.
Figure 112004044457743-PAT00003
이 때, Idn은 n 번째 경로 I신호의 최대 코릴레이션 값, Qdn은 n 번째 경로 Q신호의 최대 코릴레이션 값, A는 누적값 및 바커 코드 코릴레이션 이득, Gn은 n 번 째 경로의 이득, Φn은 n 번째 경로의 위상이다.
전달함수 계산부(177)는 최대값 검출부(176)로부터의 출력값(Idn, Qdn)을 이용하여 해당 경로의 전달함수(Gn, Φn)를 계산한다. 먼저 수학식 4에 예시된 바와 같이 각 경로에서의 기준신호의 크기(Mn) 및 위상(Φn)을 구한다.
Figure 112004044457743-PAT00004
이 때, Mn은 n 번째 경로에서의 기준신호의 크기, Idn은 n 번째 경로 I신호의 최대 코릴레이션 값, Qdn은 n 번째 경로 Q신호의 최대 코릴레이션 값, A는 누적값 및 바커 코드 코릴레이션 이득, Gn은 n 번째 경로의 이득, Φn은 n 번째 경로의 위상이다.
(수학식 4)에서 역-탄젠트(inverse tangent) 함수의 주기가 180도 이므로 Idn, Qdn의 부호로부터 Φn가 0 ~ 180도 사이인지 아니면 180 ~ 360 사이인지를 판별한다. 또한 M1/M2 = G1/G2 이므로 Mn(n=1,2,…,N)로부터 각 경로간 이득의 비를 구할 수 있다.
적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정을 위해서 필요한 값은 각 경로의 절대적인 이득과 위상이 아니고 경로간의 상대적인 이득 및 위상차이다. 따라서 상기와 같이 얻어진 경로간 이득 및 위상 비를 이용하여 오차보정 벡터를 구한다.
상기 수학식 4의 계산 결과에 의거하여 오차보정 벡터를 구하는 방법은 도 1을 참조한 설명(수학식 1)에 예시되어 있다.
도 2에 예시된 전달함수 추정부(370)의 세부 구성 및 동작도 도 5에 예시된 바와 유사하다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따라 적응 배열 안테나 시스템의 오차를 보정하는 방법에 대한 처리 흐름도이다. 도 6을 참조하면 본 발명의 일실시 예에 따라 적응 배열 안테나 시스템의 오차를 보정하는 방법은 다음과 같다.
먼저 오차 보정을 위한 기준신호로 사용될 바커 코드를 생성한다(S110). 바커 코드 생성부(131)의 바커 코드 데이터 비율은 CDMA 신호의 1/32이다. 이때, 복수의 업-샘플링에 의해 CDMA 신호와 같은 데이터비율을 가지는 기준 신호를 생성한다. 이러한 바커 코드 생성 과정은 도 4를 참조한 설명 부분에 언급되었으므로 구체적인 설명은 생략한다.
적응 배열 안테나 시스템에 포함된 다수의 경로들 중 전달함수 추정 대상이 되는 경로를 선택한 후(S120) 상기 선택된 경로에 상기 과정(S110)에서 생성된 바커 코드를 주입한다(S130). 즉 상기 선택된 경로를 통해 전달되는 CDMA 신호에 바커 코드를 함께 실어서 전달한다.
그리고 소정 주기 동안 해당 경로의 전달 특성을 분석한다(S140). 예를 들어 상기 CDMA 신호와 바커 코드의 신호가 합해진 전달 신호를 소정 횟수(예컨대, 16,383 회)만큼 누적하면서 그 누적값과 바커 코드와의 상관 관계가 최대일 때의 I 및 Q 신호를 검출한다. 그리고 그 I 및 Q 신호에 의거하여 해당 경로의 전달함수를 추정한다.
적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로에 대하여 전달함수 특성 분석을 완료할 때까지(S150) 상기 일련의 과정(S120 내지 S140)을 반복 수행한다. 즉 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로에 대한 전달함수를 추정할 때까지 상기 과정들(S120 내지 S140)을 반복 수행한다.
그리고 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로에 대하여 전달함수를 추정하였으면 각 경로들의 전달함수들을 이용하여 각 경로들의 전달함수들간 오차를 보정하기 위한 오차보정 벡터를 산출한다(S160). 이 때 그 산출 과정은 도 1을 참조한 설명에 언급된 수학식 1을 이용함이 바람직하다.
그리고 그 오차보정 벡터를 이용하여 각 경로들의 전달함수에 대한 오차를 보정한다(S170).
이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 기준신호(reference signal) 보다 낮은 크기의 기준신호(reference signal)을 사용함으로써 사용자 신호에 대한 간섭을 줄이면서도 배열 안테나 보정의 정확도를 높여 적응 배열 안테나 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서 제안한 오토-코릴레이션 특성이 좋은 바커 코드(Barker code)를 기준신호로 사용함으로써 종래기술과 비교하여 기준신호의 크기를 13배 증폭시킨 효과가 있다. 따라서 종래의 기준신호와 동일한 신호 레벨의 기준신호를 사용할 경우 오차 보정의 정확도를 높여 빔-형성(beam-forming)의 성능을 향상시킬 수 있으며, 종래의 기준신호를 사용할 경우와 같은 수준의 오차 보정 정확도를 얻고자 하는 경우 더 낮은 신호 레벨(signal level)을 사용할 수 있으므로 이동통신 사용자 신호에 대한 간섭을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치에 있어서,
    사용자의 조작신호 또는 기 설정된 동작 조건에 의거하여 상기 오차 보정장치의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어에 의해 다수의 전달경로들 중 하나의 전달경로를 선택하는 스위칭부와,
    상기 제어부의 제어에 의해 오차 보정을 위한 기준신호를 생성하는 기준신호 발생부와,
    상기 적응 배열 안테나 시스템을 통해 송/수신되는 송수신신호에 상기 기준신호를 더한 전달신호가 상기 선택된 전달경로를 통과한 후의 신호와 상기 기준신호와의 상관관계에 의거하여 상기 선택된 전달경로의 전달함수를 추정하는 전달함수 추정부와,
    상기 전달함수 추정부로부터 상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 전달경로들에 대한 전달함수 추정결과를 전달받고 각 전달경로들에 대한 전달함수의 오차 보정을 위한 보정벡터를 산출하는 보정벡터 산출부와,
    상기 보정벡터에 의거하여 각 전달경로들에 대한 전달함수의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함함을 특징으로 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준신호 발생부는
    13 비트 바커 코드를 생성함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준신호 발생부는
    13 비트 바커-코드를 생성하는 바커-코드 생성부와,
    상기 바커-코드를 1차 업샘플링한 후 필터링하는 제1 업샘플러부와,
    상기 1차 업샘플링된 바커-코드를 2차 업샘플링한 후 필터링하는 제2 업샘플러부와,
    상기 2차 업샘플링된 바커-코드의 신호 레벨이 상기 송수신신호의 레벨 보다 낮아지도록 레벨을 조정하는 레벨 조정부를 포함함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기준신호 발생부는
    상기 제1 업샘플러부는 4번 업샘플링하고,
    상기 제2 업샘플러부는 8번 업샘플링함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전달함수 추정부는
    상기 선택된 전달경로를 통과한 후 중간주파수(IF)형태로 입력된 상기 전달신호를 I-신호와 Q-신호로 분리하여 기저대역 신호로 다운 컨버젼(down conversion)하는 다운 컨버터와,
    상기 다운 컨버터의 I 및 Q 출력신호를 각각 기 설정된 횟수만큼 누적하는 누적부와,
    상기 누적부의 누적 결과와 상기 기준신호의 코릴레이션을 수행하는 디코더와,
    상기 디코더의 코릴레이션 구간에서 코릴레이션값이 최대가 될 때의 코릴레이션 값을 최대 I 및 Q 신호로 검출하는 최대값 검출부와,
    상기 최대값 검출부에서 검출된 최대 I 및 Q 신호를 이용하여 해당 전달경로의 전달함수를 계산하는 전달함수 계산부를 포함함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 누적부는
    상기 다운 컨버터의 I 및 Q 출력을 16,000 내지 17,000 회 누적함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전달함수 계산부는
    하기의 수학식에 의거하여 해당 전달경로에서의 기준신호의 크기 및 위상을 전달함수로서 계산함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    [수학식 4]
    Figure 112004044457743-PAT00005
    이 때, Mn은 n 번째 경로에서의 기준신호의 크기, Idn은 n 번째 경로 I신호의 최대 코릴레이션 값, Qdn은 n 번째 경로 Q신호의 최대 코릴레이션 값, A는 누적값 및 바커 코드 코릴레이션 이득, Gn은 n 번째 경로의 이득, Φn은 n 번째 경로의 위상임.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보정벡터 산출부는
    하기의 수학식에 의거하여 상기 배열 안테나 시스템의 오차 보정을 위한 보정 벡터를 산출함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    [수학식1]
    Figure 112004044457743-PAT00006
    이 때, Cn은 n번째 경로의 보정벡터, Mn은 n번째 경로에서 검출된 기준 신호의 크기, Φn은 n번째 경로에서 검출된 위상, Gn은 n번째 경로의 이득 임.
  9. 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 있어서,
    오차 보정을 위한 기준신호로 사용될 바커-코드를 생성하는 과정과,
    상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 다수의 경로들 중 전달함수를 추정할 전달경로를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 전달경로를 통과하는 송수신 신호에 상기 바커-코드를 주입하는 과정과,
    기 설정된 소정 주기 동안 상기 경로의 전달특성을 분석하여 상기 선택된 경로의 전달함수를 추정하는 과정과,
    상기 적응 배열 안테나 시스템에 포함된 모든 경로들에 대한 전달함수 추정 결과에 의거하여 각 전달경로들의 전달함수들간 오차를 보정하기 위한 오차 보정 벡터 산출하는 과정과,
    상기 오차 보정 벡터를 이용하여 각 전달 경로들의 전달함수들간 오차를 보정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방 법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 생성과정은
    CDMA 신호의 1/32 데이터 비율을 가지는 13 바커 코드를 복수의 업-샘플링 과정을 거쳐 CDMA 신호와 같은 데이터 비율을 갖는 기준 신호를 생성함을 생성함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 생성과정은
    4번 업-샘플링하는 1차 업-샘플링 단계와,
    8번 업-샘플링하는 2차 업-샘플링 단계를 포함함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 전달함수 추정과정은
    상기 송수신 신호에 상기 바커-코드가 주입된 전달신호를 소정 횟수만큼 누적하면서 그 누적값과 상기 바커-코드와의 상관관계가 최대일 때의 I-신호 및 Q-신호를 검출하는 단계와,
    상기 상관관계가 최대일 때의 I-신호 및 Q-신호에 의거하여 상기 경로의 전 달함수를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 검출단계는
    상기 전달신호를 16,000 내지 17,000 회 누적함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 계산단계는
    하기의 수학식에 의거하여 해당 전달경로에서의 기준신호의 크기 및 위상을 전달함수로서 계산함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
    [수학식4]
    Figure 112004044457743-PAT00007
    이 때, Mn은 n 번째 경로에서의 기준신호의 크기, Idn은 n 번째 경로 I신호의 최대 코릴레이션 값, Qdn은 n 번째 경로 Q신호의 최대 코릴레이션 값, A는 누적값 및 바커 코드 코릴레이션 이득, Gn은 n 번째 경로의 이득, Φn은 n 번째 경로의 위상임.
  15. 제9항에 있어서, 상기 오차 보정 벡터 산출하는 과정은
    하기의 수학식에 의거하여 상기 배열 안테나 시스템의 오차 보정을 위한 보정 벡터를 산출함을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
    [수학식1]
    Figure 112004044457743-PAT00008
    이 때, Cn은 n번째 경로의 보정벡터, Mn은 n번째 경로에서 검출된 기준 신호의 크기, Φn은 n번째 경로에서 검출된 위상, Gn은 n번째 경로의 이득 임.
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