KR20060033612A - Apparatus and method for received beam forming and automatic gain control in mobile communication base station - Google Patents

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KR20060033612A
KR20060033612A KR1020040082801A KR20040082801A KR20060033612A KR 20060033612 A KR20060033612 A KR 20060033612A KR 1020040082801 A KR1020040082801 A KR 1020040082801A KR 20040082801 A KR20040082801 A KR 20040082801A KR 20060033612 A KR20060033612 A KR 20060033612A
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이희광
양하영
전재호
박창수
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과, 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 신호 중 큰 다이나믹 레인지를 가지는 수신신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 제어하는 사전 이득 제어기들과, 상기 사전 이득 제어기들로부터 출력되는 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들와, 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들은 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어기와, 상기 자동 이득 제어기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 한다.
The present invention provides a reverse reception beamforming apparatus received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, comprising: analog / digital converters for converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, and the analog / digital converters; Pre-gain controllers for controlling a received signal having a large dynamic range among the signals output from the transducers to have a stable power within a predetermined range, and a weight vector is applied to the signals output from the pre-gain controllers, respectively. And a beam combiner to form and a combiner to combine the received signals to which the weight vector is applied, an automatic gain controller to stabilize the signal output from the combiner within a predetermined range, and to demodulate the signal output from the automatic gain controller. Consists of a demodulator It characterized.

빔형성, 자동 이득 제어(AGC)Beamforming, Automatic Gain Control (AGC)

Description

이동 통신 기지국의 자동 이득 제어와 수신 빔형성 장치 및 방법{Apparatus and Method for Received Beam Forming and Automatic Gain Control in Mobile Communication Base Station} Apparatus and Method for Received Beam Forming and Automatic Gain Control in Mobile Communication Base Station}             

도 1a는 본 발명의 바람직한 첫 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 수신 빔 형성 장치의 구성도,1A is a block diagram of an automatic gain control and reception beamforming apparatus according to a first embodiment of the present invention;

도 1b는 본 발명의 바람직한 첫 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 수신 빔 형성 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도,1B is a signal flowchart illustrating a method for automatic gain control and a reception beam forming according to a first embodiment of the present invention;

도 2a는 본 발명의 바람직한 두 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 수신 빔 형성 장치의 구성도,2A is a block diagram of an automatic gain control and reception beamforming apparatus according to a second preferred embodiment of the present invention;

도 2b는 본 발명의 바람직한 두 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 수신 빔 형성 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도,FIG. 2B is a signal flowchart for explaining an automatic gain control and a reception beamforming method according to a second embodiment of the present invention; FIG.

도 3a는 본 발명의 바람직한 세 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 수신 빔 형성 장치의 구성도,3A is a block diagram of an automatic gain control and reception beamforming apparatus according to a third embodiment of the present invention;

도 3b는 본 발명의 바람직한 세 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 수신 빔 형성 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도,3B is a signal flow diagram illustrating an automatic gain control and a reception beamforming method according to a third embodiment of the present invention;

도 4a는 본 발명의 첫 번째 실시 예 및 세 번째 실시 예에서 고정빔 방식으 로 ULA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형을 사용하여 시뮬레이션한 결과 그래프,4A is a graph illustrating a simulation result using a Uniform Linear Array (ULA) array antenna type in a fixed beam method in the first and third embodiments of the present invention;

도 4b는 본 발명의 첫 번째 실시예와 세 번째 실시 예에서 고정빔 방식으로 UCA(Uniform Circular Array) 배열안테나 유형을 사용하여 시뮬레이션한 결과 그래프,Figure 4b is a graph of the simulation results using a uniform circular array (UCA) array antenna type in a fixed beam method in the first and third embodiments of the present invention,

도 4c는 빔형성 기술이 적용되지 않은 EV-DO 역방향 링크의 30km/h 페이딩 환경에서 데이터속도에 대한 성능 그래프,4C is a performance graph of data rate in a 30 km / h fading environment of an EV-DO reverse link without beamforming technology; FIG.

도 5a는 시뮬레이션에 적용된 ULA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형을 도시한 도면,5a is a diagram illustrating a type of uniform linear array (ULA) antenna applied to a simulation;

도 5b는 시뮬레이션에 적용된 UCA(Uniform Circular Array) 배열안테나 유형을 나타낸다.Figure 5b shows the Uniform Circular Array (UCA) array antenna type applied to the simulation.

도 6은 본 발명의 첫 번째 실시 예와 세 번째 실시 예에서 고정빔 방식으로 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면.
FIG. 6 is a view showing simulation results using the fixed beam method in the first and third embodiments of the present invention. FIG.

본 발명은 이동 통신 시스템의 빔형성(Beamforming)장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신시스템에서 이동 단말에서 기지국으로의 역방향(Reverse)수신빔 형성(Beamforming)장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beamforming apparatus and method for a mobile communication system, and more particularly, to a reverse receiving beamforming apparatus and method from a mobile terminal to a base station in a mobile communication system.                         

최근 이동통신 기술의 보편화로 인한 그 사용자 수의 급격한 증가는 이동통신 시스템의 용량 문제를 초래하게 되었다. 정해진 주파수 대역폭으로 가급적 많은 가입자용량을 확보하기 위한 방법으로는 주어진 주파수 대역폭을 통신에 꼭 필요한 주파수 채널들로 나누어서 각각의 가입자가 각각의 주파수 채널을 사용하는 주파수 분할 다중화 방식(Frequency Division Multiple Access: FDMA)이나, 하나의 주파수 채널을 각 가입자가 일정 시간만 사용하게 하는 시분할 다중화 방식(Time Division Multiple Access: TDMA)등이 사용되어져 왔다. 또한 동일한 주파수 대역을 사용하지만 각 가입자별로 다른 암호를 할당함으로써 각 가입자를 구분하는 코드분할 다중화 방식(Code Division Multiple Access)도 개발되었다.Recently, the rapid increase in the number of users due to the generalization of mobile communication technology has caused the capacity problem of the mobile communication system. In order to secure as much subscriber capacity as possible with a predetermined frequency bandwidth, a frequency division multiple access method (FDMA) in which each subscriber uses each frequency channel by dividing a given frequency bandwidth into frequency channels necessary for communication. In addition, a time division multiple access (TDMA) method in which each subscriber uses only a predetermined time for one frequency channel has been used. In addition, a code division multiple access scheme has been developed that distinguishes each subscriber by using the same frequency band but assigning a different cipher to each subscriber.

그러나, 상술한 바와 같은 다중 접속 기술들에 의해 주어진 주파수 대역의 사용 효율을 높이는 방법만으로는 필요한 가입자들을 수용하는데 한계가 있으며, 이러한 수용 용량의 한계를 극복하기 위해서 제안된 개념이 셀룰라(Cellular)이다. 셀룰라란 서비스지역을 여러 개의 작은 구역들, 즉 셀들로 나누어서 서로 충분히 멀리 떨어진 두 셀들에서 동일한 주파수 대역을 사용함으로써 공간적으로 분포하는 채널 수를 증가시켜 충분한 가입자 수용용량을 확보할 수 있도록 하는 이동통신 방식을 말한다. 여기서, 더 나아가 기지국 안테나를 다중 섹터화(Multi Sector)하면 기지국 통화용량을 더욱 증대시킬 수 있다. However, there are limitations in accommodating the necessary subscribers only by the method of increasing the use efficiency of a given frequency band by the multiple access technologies as described above, and the proposed concept to overcome this limitation of capacity is cellular. Cellular is a mobile communication method that divides a service area into several small areas, that is, cells, so that two cells far enough apart can use the same frequency band to increase the number of spatially distributed channels to secure sufficient subscriber capacity. Say Here, if the base station antenna is multi-sectored (Multi Sector), the base station call capacity can be further increased.

다중 섹터화와 더불어 시스템의 용량을 증대시킬 수 있는 방법으로 대두되는 기술이 빔형성(Beamforming)을 이용한 신호 처리(signal processing)기술이다. 빔형성(Beamforming)의 기본 원리는 복수개의 안테나 소자들을 특정 형태로 배열하고 원하는 이동단말기의 방향으로 안테나 빔의 형성할 수 있도록 각 안테나 소자의 출력에 가중치벡터를 곱하여 간섭신호 속에서 원하는 신호만을 추출해 내는 것으로, 원하는 신호의 방향으로는 큰 이득을 주고 다른 방향으로는 적은 이득을 주어서 동일한 전송 전력에 대해 송수신단이 더 많은 전력을 얻도록 하는 것이다. 즉, 원하는 가입자가 있는 곳에서는 보강간섭이 일어나도록, 그리고 원치 않는 가입자는 간섭신호로 작용하여 상쇄간섭이 일어나도록 동작을 하는 방식이다. 단말국과 기지국으로 구성된 이동통신 시스템에서 빔형성(Beamforming) 장치의 신호처리는 그 물리적 크기와 요구되어지는 계산량 등의 요인에 의해 주로 기지국에서 고려되고 있으며, 기지국의 역방향과 순방향 모두에 적용될 수 있다.In addition to multi-sectorization, a technique that has emerged as a method of increasing the capacity of a system is a signal processing technique using beamforming. The basic principle of beamforming is to multiply a plurality of antenna elements in a specific form and multiply the output of each antenna element by a weight vector to extract an antenna signal in the direction of a desired mobile terminal. In other words, it gives a large gain in the direction of the desired signal and a small gain in the other direction so that the transmitting and receiving end gets more power for the same transmission power. In other words, where there is a desired subscriber, reinforcement interference occurs, and the unwanted subscriber acts as an interference signal to cancel the interference. The signal processing of the beamforming apparatus in a mobile communication system consisting of a terminal station and a base station is mainly considered in the base station due to factors such as its physical size and required calculation amount, and can be applied to both the reverse direction and the forward direction of the base station. .

또한, 이동통신 환경에서 기지국으로 수신된 신호는 큰 다이나믹 레인지(Dynamic range)를 가진다. 따라서, 기지국에서는 수신 신호가 정해진 범위(level) 안에 안정된 전력을 가지도록 자동이득제어(AGC)를 수행할 필요가 있다.
In addition, a signal received by a base station in a mobile communication environment has a large dynamic range. Therefore, the base station needs to perform an automatic gain control (AGC) so that the received signal has a stable power within a predetermined level.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)와 빔형성(Beamforming)기술이 적용되는 기지국 시스템의 역방향 링크(Reverse link)단의 구현 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is an apparatus for implementing a reverse link stage of a base station system to which Automatic Gain Control (AGC) and Beamforming technology are applied; In providing a method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그신호들을 각각 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과, 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 배열안테나별로 수신된 신호들을 각각 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동 이득 제어기들와, 상기 자동 이득 제어기들로부터 출력되는 신호들에 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들과, 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is in the reverse receiving beam forming apparatus received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, analog / digital for converting analog signals received from a plurality of array antennas to digital signals, respectively Applying a weight vector to the converters, the automatic gain controllers to ensure that the signals received for each of the array antennas output from the analog / digital converters have stable power within a predetermined range, and the signals output from the automatic gain controllers. Beam combiners for forming a beam, a combiner for combining received signals to which a weight vector is applied, and a demodulator for demodulating a signal output from the combiner.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 방법에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그신호들을 각각 디지탈신호로 변환하는 과정과, 상기 디지털 변환된 신호들을 각각 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동 이득 제어 과정과, 상기 자동 이득 제어된 신호들에 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 과정과, 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 과정과, 상기 결합된 신호를 복조하는 과정으로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, the method comprising: converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; An automatic gain control process for having the digitally converted signals having a stable power within a predetermined range, a process of forming a beam by applying a weight vector to the automatic gain controlled signals, and a combination of the received signals to which the weight vector is applied. And demodulating the combined signal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과, 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 신호에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들과, 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 정해진 범위 안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어기와, 상기 자동 이득 제어기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is in the reverse receiving beam forming apparatus received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, analog / digital for converting the analog signals received from a plurality of array antennas to a digital signal, respectively A beamformer for forming a beam by applying a weight vector to the transducers, signals output from the analog / digital converters, a combiner for combining the received signals to which the weight vector is applied, and a signal output from the combiner And a demodulator for demodulating a signal output from the automatic gain controller and an automatic gain controller to have a stable power within a predetermined range.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 방법에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 과정과, 상기 디지털 변환된 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 과정과, 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 과정과, 상기 결합된 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동 이득 제어하는 과정과, 상기 자동 이득 제어된 신호를 복조하는 과정으로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, the method comprising: converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals; Forming a beam by applying a weight vector to each of the digitally converted signals, combining the received signals to which the weight vector is applied, and automatic gain control to have the combined signal have a stable power within a predetermined range. And demodulating the automatic gain controlled signal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과, 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 신호 중 큰 다이나믹 레인지를 가지는 수신신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 제어하는 사전 이득 제어기들과, 상기 사전 이득 제어기들로부터 출력되는 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들와, 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들은 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어기와, 상기 자동 이득 제어기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is in the reverse receiving beam forming apparatus received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, analog / digital for converting the analog signals received from a plurality of array antennas to a digital signal, respectively Converters, pre-gain controllers for controlling a received signal having a large dynamic range among the signals output from the analog-to-digital converters to have a stable power within a predetermined range, and to the signals output from the pre-gain controllers. Beamformers for forming a beam by applying a weight vector to each other, a combiner for combining the received signals to which the weight vector is applied, an automatic gain controller for having a stable power within a predetermined range of the signal output from the combiner, the automatic Output from the gain controller And a demodulator for demodulating the signal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동 통신 시스템에서 기지국 에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 방법에 있어서, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 과정과, 상기 디지털 변환된 신호 중 큰 다이나믹 레인지를 가지는 수신신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 사전 이득 제어하는 과정과, 상기 사전 이득 제어된 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 과정과, 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들은 결합하는 과정과, 상기 결합된 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어 과정과, 상기 자동 이득 제어된 신호를 신호를 복조하는 과정으로 구성됨을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal in a base station in a mobile communication system, the method comprising: converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; Pre-gain controlling a received signal having a large dynamic range among the digitally converted signals to have a stable power within a predetermined range, forming a beam by applying a weight vector to the pre-gain controlled signals, respectively; The received signals to which the weight vector is applied are composed of a process of combining, an automatic gain control process of having the combined signal having a stable power within a predetermined range, and a process of demodulating the signal of the automatic gain controlled signal. do.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 동작 및 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, the detailed operation and structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that reference numerals and like elements among the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different 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.

본 발명은 기지국 시스템의 역방향 링크(Reverse link)단에 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)와 빔형성(Beamforming)적용 기술을 제안한다.The present invention proposes a technique for applying automatic gain control (AGC) and beamforming to the reverse link stage of a base station system.

여기서는 상술한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 바를 구현하기 위한 세 가지 실시 예를 제시하고자 한다. Herein, three embodiments for implementing the bar proposed by the present invention will be presented.                     

첫 번째 실시 예는 배열안테나(Array Antenna)별로 수신된 신호에 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)를 수행후 빔형성(Beamforming)하는 방식이다.The first embodiment is a method of beamforming after performing automatic gain control (AGC) on a signal received for each array antenna.

두 번째 실시 예는 빔형성(Beamforming)후 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)를 수행하는 방식이다.The second embodiment is a method of performing Automatic Gain Control (AGC) after beamforming.

세 번째 실시 예는 사전이득제어기(Pre Gain Controller)로 대충(Rough) 정해진 범위(Level)안에 안정된 전력을 가지도록 제어한 후 빔형성(Beamforming)을 하고 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)를 수행하는 방식이다.The third embodiment is a pre-gain controller (Pre Gain Controller) to control to have a stable power in a roughly defined level (Rough) to perform beamforming (Beamforming) and automatic gain control (AGC) This is how it is done.

우선 도 1a 및 도 1b를 참조하여 첫 번째 실시 예를 살펴보기로 한다.First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.

도 1a는 본 발명의 첫 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 빔 형성 장치를 도시한 도면이다.1A is a diagram illustrating an automatic gain control and beamforming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 아날로그/디지털 컨버터(111)는 배열안테나(Array antenna)들로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 자동 이득 제어기(Automatic Gain Controller : AGC)(112)는 상기 아날로그/디지털 컨버터(111)로부터 출력되는 디지털 신호의 자동 이득 제어를 수행하여 배열안테나별로 수신된 신호들이 정해진 범위(level)안에 안정된 전력(power)을 가지도록 한다. 빔형성부(113)는 상기 자동 이득 제어부(112)로부터 출력되는 신호에 가중치벡터(weight vector)를 적용하여 빔형성(Bamforming)을 하여 출력한다. 결합기(114)는 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합(Combine)하여 출력하고, 복조기(demodulator)(115)는 상기 결합기(114)로부터 출력되는 결합 신호를 복조하여 출력한다. Referring to FIG. 1A, the analog / digital converter 111 converts an analog signal received from array antennas into a digital signal and outputs the digital signal. The automatic gain controller (AGC) 112 performs automatic gain control of the digital signal output from the analog / digital converter 111 so that the signals received for each array antenna are stable within a predetermined level. have power). The beam forming unit 113 applies a weight vector to a signal output from the automatic gain control unit 112 to perform beamforming by beamforming. The combiner 114 combines and outputs the received signals to which the weight vector is applied, and the demodulator 115 demodulates and outputs the combined signal output from the combiner 114.                     

도 1b는 본 발명의 첫 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 빔 형성 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다.1B is a signal flowchart illustrating an automatic gain control and beamforming method according to a first embodiment of the present invention.

도 1b를 참조하면, 121단계에서 배열안테나(Array Antenna)들로부터 신호를 수신한다. 122단계에서 안테나들로부터 수신된 아날로그신호들을 디지탈신호로 변환한다. 123단계에서 안테나별로 수신된 신호들이 정해진 범위(level)안에 안정된 전력(power)을 가지도록 자동이득제어(AGC)를 수행한다. 114단계에서는 AGC를 거친 수신신호에 가중치벡터(weight vector)를 적용하고, 115 단계에서 상기 빔을 형성한다(Beamforming). 116단계에서 수신신호를 결합(Combine)하고, 117단계에서 복조(Demodulation)한다.Referring to FIG. 1B, in step 121, signals are received from array antennas. In step 122, the analog signals received from the antennas are converted into digital signals. In operation 123, an automatic gain control (AGC) is performed so that signals received for each antenna have stable power within a predetermined level. In step 114, a weight vector is applied to the received signal that has passed through the AGC, and in step 115, the beam is formed. In step 116, the received signals are combined, and in step 117, demodulation is performed.

상기 첫 번째 실시 예에서 자동이득제어(AGC)를 거친 신호는 실제 수신된 신호의 전력 범위(Level)와 다르게 되며, 이 신호에 빔형성(Beamforming)기술을 적용하게 되면 수신 신호가 왜곡(distortion)될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 수신 신호의 왜곡을 막기 위해 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 두 번째 실시 예를 제안한다.In the first embodiment, the signal that has undergone the automatic gain control (AGC) is different from the power level of the actually received signal. When the beamforming technique is applied to the signal, the received signal is distorted. Can be. Accordingly, in order to prevent distortion of the received signal as described above, a second embodiment as shown in FIGS. 2A and 2B is proposed.

도 2a는 본 발명의 두 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 빔 형성 장치를 도시한 도면이다.2A is a diagram illustrating an automatic gain control and beamforming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 아날로그/디지털 컨버터(211)는 배열안테나(Array antenna)들로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 빔형성부(212)는 상기 아날로그/디지털 컨버터(211)로부터 출력되는 신호에 가중치벡터(weight vector)를 적용하여 빔형성(Bamforming)을 하여 출력한다. 결합기(213)는 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합(Combine)하여 출력하고, 자동 이득 제어기(Automatic Gain Controller : AGC)(213)는 상기 결합기(214)로부터 출력되는 디지털 신호의 자동 이득 제어를 수행하여 배열안테나별로 수신된 신호들이 정해진 범위(level)안에 안정된 전력(power)을 가지도록 한다. 복조기(demodulator)(215)는 상기 결합기(214)로부터 출력되는 결합 신호를 복조하여 출력한다. Referring to FIG. 2A, the analog / digital converter 211 converts an analog signal received from array antennas into a digital signal and outputs the digital signal. The beam forming unit 212 performs beamforming by applying a weight vector to the signal output from the analog / digital converter 211 and outputs the result. The combiner 213 combines and outputs the received signals to which the weight vector is applied, and an automatic gain controller (AGC) 213 performs automatic gain control of the digital signal output from the combiner 214. By doing so, the signals received for each array antenna have a stable power within a predetermined level. The demodulator 215 demodulates and outputs the combined signal output from the combiner 214.

도 2b는 본 발명의 두 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 빔 형성 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다.2B is a signal flowchart illustrating an automatic gain control and beamforming method according to a second embodiment of the present invention.

도 2b는 221단계에서 배열안테나(Array Antenna)들로부터 신호를 수신한다. 222단계에서 안테나들로부터 수신된 아날로그신호들을 디지탈신호로 변환한다. 223 및 224단계에서 수신신호에 가중치벡터(weight vector)를 적용하여 빔을 형성한다(Beamforming). 225단계에서 수신신호를 결합(Combine)하고, 226단계에서 자동이득제어(AGC)를 수행하여 정해진 범위(level)안에 안정된 전력(power)을 가지는 수신신호를 227단계에서 복조(Demodulation)한다.FIG. 2B receives a signal from array antennas in step 221. In step 222, the analog signals received from the antennas are converted into digital signals. In operation 223 and 224, a beam is formed by applying a weight vector to the received signal. In step 225, the received signal is combined, and in step 226, the automatic gain control (AGC) is performed to demodulate the received signal having a stable power within a predetermined level.

상술한 바와 같은 두 번째 실시 예에서 빔성형(Beamforming)후에 자동이득제어(AGC)를 수행하는 방법은 수신 신호의 왜곡은 막을 수 있으나, 수신 신호의 다이나믹 레인지(Dynamic range)가 너무 커서 이 신호에 빔성형(Beamforming) 기술을 적용할 시에 복잡도(Complexity)가 증가할 수 있다. 따라서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 제3 실시 예를 제안한다. In the second embodiment as described above, the method of performing AGC after beamforming can prevent distortion of the received signal, but the dynamic range of the received signal is too large to be applied to the signal. When applying beamforming technology, complexity may increase. Accordingly, a third embodiment as shown in FIGS. 3A and 3B is proposed.

도 3a는 본 발명의 세 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 빔 형성 장치 를 도시한 도면이다.3A is a diagram illustrating an automatic gain control and beamforming apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 아날로그/디지털 컨버터(311)는 배열안테나(Array antenna)들로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 사전 이득 제어기(312)는 상기 아날로그/디지털 컨버터(311)로부터 출력되는 디지털 신호 중 큰 다이나믹 레인지(Dynamic range)를 가지는 수신신호를 대충(Rough) 정해진 범위(Level)안에 안정된 전력을 가지도록 제어한다. 빔형성부(313)는 상기 사전 이득 제어기(312)로부터 출력되는 신호에 가중치벡터(weight vector)를 적용하여 빔형성(Bamforming)을 하여 출력한다. 결합기(314)는 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합(Combine)하여 출력하고, 자동 이득 제어기(Automatic Gain Controller : AGC)(315)는 상기 결합기(314)로부터 출력되는 디지털 신호의 자동 이득 제어를 수행하여 배열 안테나별로 수신된 신호들이 정해진 범위(level)안에 안정된 전력(power)을 가지도록 한다. 복조기(demodulator)(316)는 상기 결합기(314)로부터 출력되는 결합 신호를 복조하여 출력한다. Referring to FIG. 3A, the analog / digital converter 311 converts an analog signal received from array antennas into a digital signal and outputs the digital signal. The pre-gain controller 312 controls a received signal having a large dynamic range among the digital signals output from the analog / digital converter 311 so as to have stable power within a roughly defined level. . The beam forming unit 313 applies a weight vector to a signal output from the pre-gain controller 312 to perform beamforming by beamforming. The combiner 314 combines and outputs the received signals to which the weight vector is applied, and the automatic gain controller (AGC) 315 performs automatic gain control of the digital signal output from the combiner 314. By doing so, the signals received for each array antenna have a stable power within a predetermined level. A demodulator 316 demodulates and outputs a combined signal output from the combiner 314.

도 3b는 본 발명의 세 번째 실시 예에 따른 자동 이득 제어 및 빔 형성 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다. 3B is a signal flowchart illustrating an automatic gain control and beamforming method according to a third embodiment of the present invention.

321단계에서 배열안테나(Array Antenna)들로부터 신호를 수신한다. 322단계에서는 수신된 아날로그신호들를 디지탈신호로 변환한다(A/D). 323단계에서는 큰 다이나믹 레인지(Dynamic range)를 가지는 수신신호를 대충 정해진 범위(Level)안에 안정된 전력을 가지도록 제어한다. 324 및 325단계에서 수신신호에 가중치벡터(weight vector)를 적용하여 빔을 형성한다(Beamforming). 326단계에서 수신신호를 결합(Combine)하고, 327단계에서 자동이득제어(AGC)를 수행하여 정해진 범위(level)안에 안정된 전력(power)을 가지는 수신신호를 328단계에서 복조(Demodulation)한다.In step 321, signals are received from the array antennas. In step 322, the received analog signals are converted into digital signals (A / D). In step 323, a received signal having a large dynamic range is controlled to have a stable power within a predetermined level. In operation 324 and 325, a beam is formed by applying a weight vector to the received signal. In step 326, the received signal is combined, and in step 327, an automatic gain control (AGC) is performed to demodulate the received signal having a stable power within a predetermined level.

도 4a는 본 발명의 첫 번째 실시 예 및 세 번째 실시 예에서 고정빔(Switched Beamforming)방식으로 12개의 배열안테나(Array Antenna)로 구성된 ULA(Uniform linear Array)배열 안테나 유형(Array Antenna Pattern)을 사용하여 시뮬레이션(simulation)한 결과 그래프(graph)이다. 30km/h 페이딩 환경에서 데이터속도(Data Rate)는 9.6kbps와 153.6kbps에 대한 성능을 나타낸다.FIG. 4A illustrates the use of a Uniform Linear Array (ULA) array antenna type including 12 array antennas in a switched beamforming method in the first and third embodiments of the present invention. The result is a graph. In a 30km / h fading environment, the data rate is about 9.6kbps and 153.6kbps.

도 4b는 본 발명의 첫 번째 실시예와 세 번째 실시 예에서 고정빔(Switched Beamforming)방식으로 12개의 배열안테나(Array Antenna)로 구성된 UCA(Uniform Circular Array) 배열안테나 유형(Array Antenna Pattern)을 사용하여 시뮬레이션(simulation)한 결과 그래프(graph)이다. 30km/h 페이딩 환경에서 데이터속도(Data Rate)는 9.6kbps와 153.6kbps에 대한 성능을 나타낸다.FIG. 4B illustrates the use of a Uniform Circular Array (UCA) array antenna type (UCA) consisting of 12 array antennas in a switched beamforming method in the first and third embodiments of the present invention. The result is a graph. In a 30km / h fading environment, the data rate is about 9.6kbps and 153.6kbps.

도 4c는 빔형성(Beamforming)기술이 적용되지 않은 EV-DO 역방향(Reverse) 링크(Link)의 30km/h fading 환경에서 데이터속도(Data Rate) 9.6kbps와 153.6kbps에 대한 성능 그래프를 나타낸다.FIG. 4C shows performance graphs for data rates of 9.6kbps and 153.6kbps in a 30km / h fading environment of an EV-DO reverse link without beamforming technology.

도 5a는 상기 시뮬레이션(simulation)에 적용된 ULA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형(Array Antenna Pattern)을 나타낸다.FIG. 5A illustrates a Uniform Linear Array (ULA) array antenna type applied to the simulation.

도 5b는 상기 시뮬레이션(simulation)에 적용된 UCA(Uniform Circular Array) 배열안테나 유형(Array Antenna Pattern)을 나타낸다. 5B illustrates a Uniform Circular Array (UCA) array antenna type (Array Antenna Pattern) applied to the simulation.                     

상기 시뮬레이션에서 두 번째 실시 예는 복잡도(Complexity) 문제로 인해 시뮬레이션을 하지는 않았으나, 제3 실시 예와 비슷한 결과를 나타낼 것으로 예상된다.In the simulation, although the second embodiment was not simulated due to complexity, it is expected that the second embodiment will have similar results.

도 6은 본 발명의 첫 번째 실시 예와 세 번째 실시 예에서 고정빔(Switched Beamforming)방식으로 시뮬레이션(simulation)한 결과를 비교한 표이다. 30km/h fading 환경에서 배열안테나 유형(Array Antenna Pattern)은 12개의 배열안테나(Array Antenna)로 구성된 ULA(Uniform linear Array)와 UCA(Uniform Circular Array)의 경우에 대하여, 데이터속도(Data Rate)는 9.6kbps와 153.6kbps에 대하여 FER(Frame Error Rate) 5%지점의 성능을 나타낸다.FIG. 6 is a table comparing the simulation results of the switched beamforming method in the first and third embodiments of the present invention. In the 30km / h fading environment, the array antenna pattern is represented by a uniform linear array (ULA) and a uniform circular array (UCA) consisting of 12 array antennas. For 9.6kbps and 153.6kbps, FER (Frame Error Rate) 5% performance is shown.

상기 도 6에서 나타난 바와 같이 본 발명의 첫 번째 실시예인 배열안테나(Array Antenna)별로 수신된 신호에 자동이득제어(AGC)를 수행후 빔형성(Beamforming)을 하는 방법이 빔형성(Beamforming)기술이 적용되지 않은 EV-DO 역방향(Reverse) 링크(Link) 대비해서 ULA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형에서는 1.1 ~ 1.3dB 정도 성능 향상을 보이고, UCA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형에서는 0.9 ~ 2.4dB 정도 성능 향상을 보인다. 또한, 본 발명의 세 번째 실시예인 사전이득제어기(Pre Gain Controller)로 대충 정해진 범위(Level)안에 안정된 전력을 가지도록 제어한 후 빔형성(Beamforming)을 하고 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)를 수행하는 방법이 빔형성(Beamforming)기술이 적용되지 않은 EV-DO 역방향(Reverse) 링크(Link) 대비해서 ULA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형에서는 1.6 ~ 1.7dB 정도 성능 향상을 보이고, UCA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형에서는 2.4 ~ 3.9dB 정도 성능 향상을 보인다.As shown in FIG. 6, a beamforming technique is a method of performing beamforming after performing AGC on a signal received for each array antenna, which is the first embodiment of the present invention. Performance improvements of about 1.1 to 1.3 dB for ULA array antenna types compared to unapplied EV-DO reverse links, and 0.9 to 2.4 dB for uniform linear array array antenna types. It shows a performance improvement. In addition, the third embodiment of the present invention, the pre-gain controller (Pre Gain Controller) is controlled to have a stable power in a roughly defined level (Level) and then beamforming (Beamforming) and automatic gain control (AGC: Automatic Gain Control) The proposed method shows the performance improvement of 1.6 ~ 1.7dB in the ULA array antenna type compared to the EV-DO reverse link without beamforming technology. Uniform Linear Array) Array antenna type shows a performance improvement of 2.4 ~ 3.9dB.

또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 세 번째 실시 예인 사전이득제어기(Pre Gain Controller)로 Rough하게 정해진 범위(Level)안에 안정된 전력을 가지도록 제어한 후 빔형성(Beamforming)을 하고 자동이득제어(AGC : Automatic Gain Control)를 수행하는 방법이 본 발명의 첫 번째 실시 예인 배열안테나(Array Antenna)별로 수신된 신호에 자동이득제어(AGC)를 수행후 빔형성(Beamforming)을 하는 방법보다 ULA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형에서는 0.3 ~ 0.6dB 정도 성능 향상을 보이고, UCA(Uniform Linear Array) 배열안테나 유형에서는 1.5 dB 정도 성능 향상을 보인다.
In addition, referring to FIG. 6, after controlling to have a stable power within a roughly determined level with a pre-gain controller, a third embodiment of the present invention, beamforming is performed and automatic gain control is performed. (AGC: Automatic Gain Control) is a method of performing ULA (Beamforming) after performing AGC on a signal received for each array antenna, which is the first embodiment of the present invention. Uniform linear array array antenna type shows 0.3 ~ 0.6dB performance improvement and uniform linear array array antenna type shows about 1.5dB performance improvement.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 자동이득제어(AGC)와 빔형성(Beamforming)기술을 기지국 시스템 역방향 링크(Reverse link)단에 적용하면 안정되고 우수한 성능의 빔형성(Beamforming) 효과를 얻을 수 있다.As described above, the present invention can achieve stable and excellent beamforming effect by applying the automatic gain control (AGC) and beamforming techniques to the reverse link stage of the base station system. .

Claims (6)

이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서,An apparatus for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal at a base station in a mobile communication system, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그신호들을 각각 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과,Analog / digital converters for converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 배열안테나별로 수신된 신호들을 각각 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동 이득 제어기들와,Automatic gain controllers which have a stable power within a predetermined range of the signals received for each of the array antennas output from the analog / digital converters; 상기 자동 이득 제어기들로부터 출력되는 신호들에 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들과,Beamformers for forming a beam by applying a weight vector to signals output from the automatic gain controllers; 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 결합기와,A combiner for combining the received signals to which the weight vector is applied; 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.And a demodulator for demodulating a signal output from the combiner. 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 방법에 있어서,A method for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal at a base station in a mobile communication system, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그신호들을 각각 디지탈신호로 변환하는 과정과,Converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; 상기 디지털 변환된 신호들을 각각 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동 이득 제어 과정과,An automatic gain control process for each of the digitally converted signals to have a stable power within a predetermined range; 상기 자동 이득 제어된 신호들에 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 과정과,Forming a beam by applying a weight vector to the automatic gain controlled signals; 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 과정과,Combining the received signals to which the weight vector is applied; 상기 결합된 신호를 복조하는 과정으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.And demodulating the combined signal. 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서,An apparatus for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal at a base station in a mobile communication system, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과,Analog / digital converters for converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 신호에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들과,Beamformers for forming beams by applying weight vectors to signals output from the analog / digital converters; 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 결합기와,A combiner for combining the received signals to which the weight vector is applied; 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어기와,An automatic gain controller which makes the signal output from the combiner have a stable power within a predetermined range; 상기 자동 이득 제어기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.And a demodulator for demodulating a signal output from the automatic gain controller. 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 방법에 있어서,A method for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal at a base station in a mobile communication system, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 과정과,Converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; 상기 디지털 변환된 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 과정과,Forming a beam by applying weight vectors to the digitally converted signals; 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들을 결합하는 과정과,Combining the received signals to which the weight vector is applied; 상기 결합된 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동 이득 제어하는 과정과,Automatic gain control of the combined signal to have a stable power within a predetermined range; 상기 자동 이득 제어된 신호를 복조하는 과정으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.And demodulating the automatic gain controlled signal. 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 장치에 있어서,An apparatus for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal at a base station in a mobile communication system, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기들과,Analog / digital converters for converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; 상기 아날로그/디지털 변환기들로부터 출력되는 신호 중 큰 다이나믹 레인지를 가지는 수신신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 제어하는 사전 이득 제어기들와,Pre-gain controllers for controlling a received signal having a large dynamic range among the signals output from the analog / digital converters to have a stable power within a predetermined range; 상기 사전 이득 제어기들로부터 출력되는 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는 빔형성기들와,Beamformers for forming beams by applying weight vectors to signals output from the pre-gain controllers; 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들은 결합하는 결합기와,A combiner for combining the received signals to which the weight vector is applied; 상기 결합기로부터 출력되는 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어기와,An automatic gain controller which makes the signal output from the combiner have a stable power within a predetermined range; 상기 자동 이득 제어기로부터 출력되는 신호를 복조하는 복조기로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.And a demodulator for demodulating a signal output from the automatic gain controller. 이동 통신 시스템에서 기지국에서 이동 단말로부터 수신되는 역방향 수신빔 형성 방법에 있어서,A method for forming a reverse reception beam received from a mobile terminal at a base station in a mobile communication system, 다수의 배열 안테나들로부터 수신된 아날로그 신호들을 각각 디지털 신호로 변환하는 과정과,Converting analog signals received from a plurality of array antennas into digital signals, respectively; 상기 디지털 변환된 신호 중 큰 다이나믹 레인지를 가지는 수신신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 사전 이득 제어하는 과정과,Pre-gain controlling a received signal having a large dynamic range among the digitally converted signals to have a stable power within a predetermined range; 상기 사전 이득 제어된 신호들에 각각 가중치벡터를 적용하여 빔을 형성하는과정과,Forming a beam by applying a weight vector to each of the pre-gain controlled signals; 상기 가중치벡터가 적용된 수신 신호들은 결합하는 과정과,Combining the received signals to which the weight vector is applied; 상기 결합된 신호를 정해진 범위안에 안정된 전력을 가지도록 하는 자동이득제어 과정과,An automatic gain control process for causing the combined signal to have a stable power within a predetermined range; 상기 자동 이득 제어된 신호를 신호를 복조하는 과정으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.And demodulating the signal with the automatic gain controlled signal.
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