KR20070066430A - 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치 - Google Patents

스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치 Download PDF

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KR20070066430A KR1020050127588A KR20050127588A KR20070066430A KR 20070066430 A KR20070066430 A KR 20070066430A KR 1020050127588 A KR1020050127588 A KR 1020050127588A KR 20050127588 A KR20050127588 A KR 20050127588A KR 20070066430 A KR20070066430 A KR 20070066430A
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Abstract

본 발명은 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치에 관한 것으로서, 송수신 경로의 위상 보정을 위한 기준 신호를 발생하여 소정 심볼동안 반복 전송하고, 상기 반복 전송된 기준 신호의 응답을 수신 및 누적하며, 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용하여 모든 안테나에 대해 각 안테나별 보정 벡터를 추정하고, 상기 추정된 보정 벡터를 이용하여 각 안테나의 빔 계수를 보정하는 소정 개수의 기저대역 처리부와, 주 기능 송수신부의 안테나 연결부에서 상기 기준 신호를 커플링하여 상기 기저대역 처리부로 전송하고, 상기 기저대역 처리부로부터 입력되는 상기 기준 신호를 상기 주 기능 송수신부의 안테나 수로 나누어 각 주 기능 송수신부로 전송하는 보정용 송수신부를 포함하여, 보다 단순한 구조를 통해 정확한 측정 수단을 제공하고, 스마트 안테나 시스템의 안정성 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 이점이 있다.
스마트 안테나, TDD, 보정, Calibration

Description

스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치{APPARATUS FOR TRANSCEIVING PATH CALIBRATION IN SMART ANTENNA SYSTEM}
도 1은 종래 기술에 따른 스마트 안테나 시스템의 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 TDD/OFDMA 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDD/OFDMA 스마트 안테나 시스템의 기저대역 처리부의 송신 경로 보정 방법을 도시한 흐름도, 및
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 TDD/OFDMA 스마트 안테나 시스템의 기저대역 처리부의 수신 경로 보정 방법을 도시한 흐름도.
본 발명은 스마트 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히, 송수신 경로 보정 장치에 관한 것이다.
스마트 안테나(Smart Antenna) 시스템은 신호 환경(signal environment)에 대응하여 전송 패턴(radiation pattern) 또는/그리고 수신 패턴(reception pattern)을 자동적으로 최적화하기 위해 다수의 안테나를 사용하는 통신 시스템이다.
상기 스마트 안테나 시스템 기지국은 빔(Beam) 형성을 통하여 최소의 전력으로 신호를 전송하고자 하는 곳에 원하는 크기의 데이터 신호를 전송한다. 따라서, 단말기 모두에 대하여 전방향으로(omni directional) 신호를 전송해야 하는 경우보다 신호 전송에 필요한 전력을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 동일한 기지국 내에 존재하는 단말기라 할지라도 상기 단말기의 위치를 능동적으로 파악하여 송수신방향 신호에 방향성을 인가하므로, 다른 방향에 있는 단말기에 미치는 간섭을 최소화할 수 있고, 잉여 전력을 다른 단말기에 할당할 수 있으며, 주변 셀(cell)간의 간섭이 줄어들기 때문에 기지국 채널 용량이 증대되는 장점이 있다.
상기 스마트 안테나 시스템에서 소정 방향으로 방향성을 인가하는 상기 빔 형성(Beam forming)은 기지국 기저대역의 디지털(Digital) 신호 형성영역에서 이루어지며, 상기 빔 형성의 결과는 무선 환경에 방사되기 직전인 안테나까지 신호의 위상과 크기가 변형되지 않은 상태로 전달되어야 한다. 하지만, 상기 시스템을 구성하는 요소 중 비선형성 특성을 지닌 증폭기(Amplifier), 변환기(Up/Down Converter), FEU(Front End Unit) 그리고 케이블에 의해 신호의 위상과 크기는 왜곡을 겪게 되고, 상기 왜곡을 보정해 주기 위해서 보정 기술이 함께 수행되어야 한다. 상기 보정 기술의 정확성이 상기 스마트 안테나 기술의 전체적인 성능을 좌우하게 된다. 즉, 신호의 보정을 통해 방향성의 정확도와 위상차 오류(phase mismatch)의 최소화를 이루어 상기 스마트 안테나 기술의 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 보정 기술은 상기 기지국에서 상기 단말기로 신호를 보내는 순방향뿐만 아니라 상기 기지국이 상기 단말기로부터 신호를 수신하는 역방향에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 FDD 및 CDMA/WCDMA 방식의 스마트 안테나 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 상기 스마트 안테나 시스템은 주기능 기지국 처리부(100)와 별도의 위상 보정 계측 및 계산부(110)를 포함하여 구성된다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 주기능 기지국 처리부(100)는 일반적인 신호의 송수신을 위한 장치로, 기지국 상위 정합부(101)와 기저대역 처리부(102)와 L개의 안테나별 송수신기, 즉 상향 변환기(103)/하향 변환기(104)와 송신기(105)/수신기(106) 및 대역 필터(107)를 포함하여 구성된다. 여기서, 각 안테나별 일반적인 신호의 송신 과정을 살펴보면, 상기 기지국 상위 정합부(101) 및 기저대역 처리부(102)를 거쳐 출력되는 저주파 기저대역(Baseband) 신호는 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF) 신호로의 변환을 위해 상기 상향 변환기(103)을 통과하고, 상기 중간 주파수로 변환된 신호는 고출력 RF(Radio Frequency) 신호로의 변환을 위해 상기 송신기(105)를 통과하게 되며, 상기 변환된 고출력 RF 신호는 상기 대역 필터(Duplexer)(107)에 연결된 안테나를 통해 전파 방사된다. 반대로, 각 안테나별 일반적인 신호의 수신 과정을 살펴보면, 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 대역 필터(107)를 통해 상기 수신기(106)로 전달되어 증폭되고, 상기 증폭된 신호는 상기 하향 변환기(104)를 통과하여 다시 상기 기저 대역 처리부(102)로 전달 된다. 이때, 상기 기저대역 처리부(102)는 복조(Demodulation) 과정을 통해 신호를 복구한다.
상기 위상 보정 계측 및 계산부(110)는 상기 스마트 안테나 송수신 경로의 위상을 보정하기 위한 별도의 장치로, 계산을 위한 위상 보정용 프로세서(111)와 상향 변환기(112)/하향 변환기(113)와 송신기(114)/수신기(115) 및 대역 필터(116)를 포함하여 구성된다. 여기서, 송수신 경로의 위상 보정 과정을 살펴보면, 상기 위상 보정용 프로세서(111)에서 기준(Reference) 신호를 생성하여 상기 상향 변환기(112) 및 송신기(114) 및 대역 필터(116)를 통해 전송한다. 이후, 상기 전송된 기준 신호를 상기 위상 보정 계측 및 계산부(110)의 상기 대역 필터(116) 및 수신기(115) 및 하향 변환기(113)를 통해 다시 상기 위상 보정용 프로세서(111)가 수신하거나 혹은 일반 수신 경로, 즉 각 안테나별 대역 필터(107)와 수신기(106)와 하향링크 변환기(104)를 통해 상기 기저대역 처리부(102)로 수신된 신호를 상기 기저대역 처리부(102)와의 메시지 통신을 통해 상기 위상 보정용 프로세서(111)가 수신하게 되고, 이때, 상기 위상 보정용 프로세서(111)는 상기 수신된 신호의 위상을 검측하여 스마트 안테나의 위상 보정 계수를 계산 및 결정하게 된다. 상기 결정되는 위상 계수는 다시 기지국의 기저대역 처리부(102)로 전달되어 송수신 시 빔 형성에 활용된다.
상기한 바와 같이, 종래 기술에 따른 스마트 안테나 시스템의 위상 보정은 상기 주기능 기지국 처리부(100)와 별도의 위상 보정 계측 및 계산부(110)의 메시지 통신을 통해 비 실시간으로 수행된다. 하지만, 상기 주기능 기지국 처리부(100) 와 위상 보정 계측 및 계산부(110)의 분리로 인해 정확한 동기화가 어려우며, 정확한 동기화를 위해 동기 클럭을 제공하여 동일 기준 클럭을 사용한다 하더라도 상기 프로세서(100, 110)간 통신을 통해 비동기로 동작되어, 스마트 안테나 성능을 최적화하기 위한 실시간 처리 요구 시 위상 변이 판단이 제한적인 문제점이 있다.
또한, 상기 시스템에서 위상 보정용 프로세서(111)는 무선으로 방사한 시험 신호를 상기 주 기능 기지국 처리부(100)와 위상 보정 계측 및 계산부(110)의 수신 경로를 통해 수신하여 각 경로의 위상 변이를 판단하기 때문에, 각 경로상 밀 결합된 위상 변이를 평가해야 함에도 불구하고 무선 환경과 분리된 상기 위상 보정 계측 및 계산부(110)의 위상 변이 인자가 추가적으로 영향을 주게 되어 위상 변이 검측 변화 폭이 커지고, 이에 따라 스마트 안테나 성능이 열화되는 문제점이 있다.
마지막으로, 상기 위상 보정을 위한 별도의 모듈 구현은 전체적인 시스템 구현 단가를 상승시키는 결과를 초래하며, 분리 구조에 의한 추가적인 유지 보수 비용이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스마트 안테나 시스템의 기저대역 처리부가 위상 신호 발생부/검출부/계산부를 포함하여 별도의 위상 보정 모듈 없이 위상을 보정하기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치는, 송수신 경로의 위상 보정을 위한 기준 신호를 발생하여 소정 심볼동안 반복 전송하고, 상기 반복 전송된 기준 신호의 응답을 수신 및 누적하며, 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용하여 모든 안테나에 대해 각 안테나별 보정 벡터를 추정하고, 상기 추정된 보정 벡터를 이용하여 각 안테나의 빔 계수를 보정하는 소정 개수의 기저대역 처리부와, 주 기능 송수신부의 안테나 연결부에서 상기 기준 신호를 커플링하여 상기 기저대역 처리부로 전송하고, 상기 기저대역 처리부로부터 입력되는 상기 기준 신호를 상기 주 기능 송수신부의 안테나 수로 나누어 각 주 기능 송수신부로 전송하는 보정용 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 TDD(Time Division Duplex : 이하 'TDD'라 칭함)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하 'OFDMA'라 칭함) 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치에 대해 설명한다. 일반적인 TDD 신호의 구조는, 시스템에서 신호를 송출하는 하향링크 신호 영역, 상기 하향링크와 상향링크의 중간 시간 갭(gap)인 TTG(Tx/Rx Transit Gap), 단말기에서 기지국으로 신호를 송출하는 상향링크 신호 영역, 상기 상향링크와 상기 하향링크의 시간 갭(gap)인 RTG(Rx/Tx Transit Gap)로 구성되어 있다. 상기 TDD 신호의 특성상 하향링크 구간에서 상기 기지국의 수신기는 사용되지 않으며, 반대로 상향링크 구간에서 상기 기지국의 송신기는 사용되지 않는다. 이하 설명에서는 상기 TDD의 특성을 이용한 위상 보정 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 TDD/OFDMA 스마트 안테나 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
상기 도 2를 참조하면, TDD/OFDMA 스마트 안테나 시스템은 기지국 상위 처리부(201), TDD 제어 신호 및 기준 클럭 발생부(202), 소정 개수의 기저대역 처리부(203), 안테나별 일반 송수신 경로의 상/하향 변환기(204)와 송신기(205)/수신기(206) 및 대역 필터(207), 위상 보정 경로의 상/하향 변환기(208)와 송신기(209)/수신기(210)와 대역 필터(211) 및 보정 경로 모듈(Calibration Path Module : 이하 'CPM'이라 칭함)(212)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 소정 개수의 기저대역 처리부(203)는 위상 보정용 신호 발생/계산기를 포함하여 구성되며, 각각 소정 개수의 상기 안테나별 일반 송수신 경로와 연결된다.
상기 TDD 제어 신호 및 기준 클럭 발생부(202)는 스마트 안테나 시스템이 TDD 시스템으로써 동작할 수 있도록 기지국 전체 타이밍을 제어하여 시간 영역의 전체 동기화를 이룬다. 즉, 상기 TDD 제어 신호 및 기준 클럭 발생부(302)에서 발생된 TDD 신호는 각 송신기(205, 209)/수신기(206, 210)에 공급되어, 하향링크 (Down Link) 구간 동안에는 송신부가 턴 온(Turn On)되고 수신부는 턴 오프(Turn Off)되며, 상향링크(Up Link) 구간 동안에는 상기 송신부가 턴 오프(Turn Off)되고 상기 수신부는 턴 온(Turn On)되게 함으로써, 상기 기지국 전체 송수신부가 동기화되도록 한다.
상기 기지국 상위 처리부(201)는, 하향링크 시간 영역에서, 네트워크(Network)로부터 전송 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 수신할 사용자(User)가 할당된 RF 경로(Path)를 판단한 후, 상기 소정 개수의 기저대역 처리부(203-1, 203-2, …, M) 중 해당 경로를 지원하는 기저대역 처리부(203-1)로 상기 데이터를 전송한다. 또한, 상향링크 시간 영역에서, 상기 기저대역 처리부(203)로부터 수신되는 수신 데이터를 처리한다.
상기 기저대역 처리부(203)는 위상 보정용 신호 발생/계산기를 포함하며, 하향링크 시간 영역에서, 기저대역(Baseband) 신호를 상기 상/하향 변환기(204)로 출력하며, 상향링크 시간 영역에서, 상기 상/하향 변환기(204)로부터 입력되는 신호를 복조(Demodulation) 과정을 통해 복구한다. 통상적인 기능에 더하여 본 발명에 따라, 상기 상향링크 시간 영역에서, 수신 위상 계측을 위한 기준(reference) 신호를 발생하여 상기 위상 보정 경로의 상/하향 변환기(208)로 전달하고, 상기 안테나별 일반 수신 경로의 상/하향 변환기(204)로부터 입력되는 신호 중 상기 기준 신호를 추출하여 상기 메인 경로의 수신 위상 변이를 비교 및 계측하고 보정 벡터를 추정한 후, 상기 각 안테나의 빔 계수를 보정한다. 또한, 상기 하향링크 시간 영역에서, 송신 위상 계측을 위한 기준(reference) 신호를 발생하여 상기 기저대역 처리 부(203-1)에 연결되는 메인 송신기 중 첫 번째 송신기의 상/하향 변환기(204-1)로 전달하고, 상기 위상 보정 경로의 상/하향 변환기(208)로부터 입력되는 신호 중 상기 기준 신호를 추출하여 보정 값을 추정하며 해당 안테나의 전대역 보정 벡터를 추정한다. 이후, 같은 방법으로 두 번째 메인 송신기의 송신 위상 변이를 비교 및 계측하여 보정 벡터를 추정하고, 순차적으로 다른 모든 안테나에 대해서도 각각의 보정 벡터를 추정한 후, 상기 각 안테나의 빔 계수를 보정한다. 여기서, 상기 기저대역 처리부(203)는 성능 분산을 위해 소정 개수의 기저대역 처리부(203-1, 203-2, …, M)로 나누어 각각의 기저대역 처리부가 전체 RF 경로 중 일부를 담당하도록 한다. 여기서, 상기 기준 신호는 신호 대 간섭비(Signal to Interference Ratio : SIR)을 향상시키기 위해 소정 심볼 동안 전송될 수 있고, 이후 상기 기저대역 처리부(203)는 수신되는 기준 신호 응답을 누적하였다가 상기 누적된 신호를 이용하여 보정 값을 추정할 수 있다.
일반 송수신 경로 및 위상 보정 경로의 상기 상/하향 변환기(204, 208)는 상기 기저대역 처리부(203)로부터 입력되는 기저대역 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency : 이하 'IF'라 칭함) 신호로 변환하여 상기 송신기(205, 209)로 출력하고, 상기 수신기(206, 210)로부터 입력되는 RF 신호를 상기 IF 신호로 변환하여 상기 기저대역 처리부(203)로 출력한다.
상기 일반 송수신 경로 및 위상 보정 경로의 송신기(205, 209)는 상기 상/하향 변환기(204, 208)로부터 입력되는 IF 신호를 고출력 RF 신호로 변환하여 상기 서큘레이터(Circulator)를 통해 상기 대역 필터(207, 211)로 출력한다. 상기 일반 송수신 경로 및 위상 보정 경로의 수신기(206, 210)는 상기 서큘레이터를 통해 상기 대역 필터(207, 211)로부터 입력되는 RF 신호를 IF 신호로 변환하여 상기 상/하향 변환기(204, 208)로 출력한다. 여기서, 상기 서큘레이터(Circulator)는 상기 송신기(205, 209)로부터 입력되는 신호를 상기 대역 필터(207, 211)로 스위칭하여 전송하고, 상기 대역 필터(207, 211)로부터 입력되는 신호를 상기 수신기(206, 210)로 스위칭하여 전송하는 역할을 한다. 상기 일반 송수신 경로의 대역 필터(207)는 상기 송신기(205)로부터 입력되는 RF 신호의 대역 간 주파수를 필터링하고, 상기 필터링된 신호를 해당 안테나를 통해 전파 방사하며, 상기 안테나를 통해 수신되는 신호에 대해서도 대역 간 주파수를 필터링하여 상기 수신기(206)로 출력한다.
상기 위상 보정 경로의 대역 필터(211)는 상기 기저대역 처리부(203)에서 발생되어 위상 보정 송신 경로, 즉 상/하향 변환기(208) 및 송신기(209)를 통과한 기준 신호를 상기 CPM(212)으로 전달하고, 상기 CPM(212)으로부터 수신되는 상기 기준 신호를 위상 보정 수신 경로, 즉 수신기(210)로 전달한다.
상기 CPM(212)은 상기 각 메인 송신 경로의 출력단에서 커플링되어 입력되는 기준 신호를 상기 위상 보정 경로의 대역 필터(211)로 전송하고, 상기 대역 필터(211)로부터 입력되는 기준 신호를 상기 메인 경로의 수만큼의 신호로 나누어 상기 각 메인 수신 경로의 입력단으로 출력한다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 TDD/OFDMA 스마트 안테나 시스템의 기저대역 처리부의 송/수신 경로 보정 방법을 도시한 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 기저대역 처리부(203-1)는 301단계에서 안테나 인덱 스 l을 1로 초기화하고, 303단계로 진행하여 상기 l이 안테나 수 L과 같은지 검사한다. 상기 l이 상기 L과 같을 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 모든 안테나에 대해 각 안테나별 순차적으로 보정 벡터를 추정하였음을 판단하고 317단계로 진행하여 각 안테나의 빔 계수를 보정한다. 상기 l과 상기 L이 다를 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 305단계로 진행하여 심볼 인덱스 n을 1로 초기화하고, 307단계로 진행하여 첫 번째 송신 경로 보정을 위한 기준 신호를 발생하여 상기 송신 경로로 전송한다. 이때, 상기 신호는 해당 송신 경로의 상/하향 변환기(204-1)와 송신기(205-1) 및 대역 필터(207-1)를 통과하여 연결되는 안테나를 통해 전파 방사되고, 상기 신호의 일부가 커플링되어 보정 수신 경로의 CPM(212)과 대역 필터(211)와 수신기(210) 및 상/하향 변환기(208)를 통과하여 상기 기저대역 처리부(203-1)로 돌아온다.
이후, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 309단계에서 상기 보정 수신 경로의 상/하향 변환기(208)로부터 입력되는 상기 기준 신호를 누적한다. 여기서, 상기 입력되는 기준 신호, 즉 수신한 기준 신호 응답 Yq ,k는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005075213513-PAT00001
여기서, 상기 Rq ,k는 안테나 q의 부반송파 k의 기준 신호를 나타내며, 상기 Vq,k는 비선형 시스템의 위상과 크기의 변화를 나타낸다. 상기 l은 안테나 인덱스이고, L은 안테나 수를 나타내며, 상기 Xl ,k는 각 안테나의 데이터 신호를 나타낸다. 상기 <수학식 1>의 기준 신호 응답에서 상기 기준 신호는 송신되는 데이터 신호에 영향이 없도록 xdB 낮게 전송되므로, 상기 기준 신호의 신호 대 간섭비(Signal to Interference Ratio : 이하 'SIR'이라 칭함)가 작고, 이에 따라, 보정 벡터 추정 성능이 좋지 않게 된다. 따라서, 상기 추정 성능의 향상을 위해 상기 기저대역 처리부(203-1)는 상기 기준 신호를 N 심볼 동안 반복 전송하고, 상기 반복 전송에 따라 수신되는 기준 신호 응답을 누적한다.
이후, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 311단계에서 상기 n이 심볼 누적 수 N과 같은 지 검사한다. 상기 n이 상기 N과 다를 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 313단계로 진행하여 상기 n에 1을 더한 수로 상기 n을 갱신하고, 307단계로 돌아가 상기 기준 신호를 전송한다. 상기 n이 상기 N과 같을 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 315단계에서 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용하여 l번째 안테나에 대한 보정 벡터를 추정한 후, 상기 l에 1을 더한 수로 상기 l을 갱신하고, 상기 303단계로 돌아간다.
여기서, 상기 기준 신호를 N 심볼 동안 반복 전송한 후, 상기 반복 전송에 따라 누적된 기준 신호 응답은 하기 <수학식 2>와 같고, 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용한 l번째 안테나에 대한 보정 벡터는 하기 <수학식 3>과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112005075213513-PAT00002
Figure 112005075213513-PAT00003
이후, 상기 303단계에서 상기 l이 상기 L과 같아질 때까지, 즉 모든 안테나에 대한 보정 벡터를 추정할 때까지 상기 과정(303 내지 315)을 반복한 후, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 317단계에서 각 안테나의 빔계수를 보정하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다. 여기서, 상기 누적 심볼 수 N을 증가시키면, 추정된 값에서 간섭은 줄일 수 있으나 보정 동작 시간이 증가하게 되므로 상기 누적 심볼 수 N은 적절한 값으로 결정되어야 한다.
상기 도 4를 참조하여 상기 수신 경로 보정 방법을 설명하면, 기저대역 처리부(203-1)는 401단계에서 심볼 인덱스 n을 1로 초기화하고, 기준 신호 전력 레벨을 결정한 후, 403단계로 진행하여 상기 n이 심볼 누적 수 N과 같은지 검사한다. 기지국의 OFDMA 시스템에서 하향링크 데이터는 최대 전력으로 전송하는 반면, 상향링크 신호는 기지국 스케쥴링(scheduling)에 의해서 데이터 할당이 이루어지므로 매 프레임 수신 전력의 차가 크게 변할 수 있다. 그리하여, 송신 경로 보정 시 매 프레임 일정한 신호 전력을 가지는 송신 전력에 대해 xdB 낮게 기준 신호 전력을 결정 한 것과 같이, 수신 경로 보정 시, 수신 전력에 대한 기준 신호 전력 레벨을 다음 프레임에 적용할 수 없다. 따라서, 상기 수신 경로 보정을 위한 기준 신호 전력의 결정은 매 프레임 거의 변화지않는 잡음 전력을 이용한다. 즉, 현 프레임에서 수신 경로 보정이 시작될 시, 이전 프레임에서 추정된 잡음 전력 레벨에 비해 xdB 낮게 상기 기준 신호 전력 레벨을 결정한다.
상기 403단계에서 상기 n이 N과 같을 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 411단계로 진행하여 각 안테나의 보정 벡터를 추정하고 빔 계수를 보정한다. 상기 n과 N이 다를 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 405단계로 진행하여 수신 경로 보정을 위한 기준 신호를 발생하여 보정 송신 경로로 전송한다. 이때, 상기 신호는 상기 보정 송신 경로의 상/하향 변환기(208)와 송신기(209) 및 대역 필터(211)를 통과하고 CPM에 의해 메인 수신 경로 수만큼 나누어져 각 메인 수신 경로의 입력단으로 전송되고, 상기 각 메인 수신 경로로 수신된 상기 신호는 대역 필터(207)와 수신기(206) 및 상/하향 변환기(204)를 통과하여 상기 기저대역 처리부(203-1)로 돌아온다.
이후, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 407단계에서 상기 각 메인 수신 경로의 상/하향 변환기(204)로부터 입력되는 상기 기준 신호를 누적한다. 여기서, 상기 입력되는 기준 신호, 즉 수신한 기준 신호 응답 Yl ,k는, 전체 프레임 동안 잡음 전력이 일정하다고 가정하였을 시, 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005075213513-PAT00004
여기서, 상기 Rk는 부반송파 k의 기준 신호를 나타내며, 상기 Vl ,k는 안테나 l의 부반송파 k의 위상과 크기의 변화를 나타낸다. 상기 Zl ,k는 안테나 l의 부반송파 k의 수신 신호를 나타낸다. 상기 <수학식 4>의 기준 신호 응답에서 상기 기준 신호 전력은 이전 프레임에서 추정한 잡음 레벨에 비해 xdB 낮게 결정하여 전송되므로, 상기 기준 신호의 신호 대 간섭비(Signal to Interference Ratio : 이하 'SIR'이라 칭함)가 작고, 이에 따라, 보정 벡터 추정 성능이 좋지 않게 된다. 따라서, 상기 추정 성능의 향상을 위해 상기 기저대역 처리부(203-1)는 상기 기준 신호를 N 심볼 동안 반복 전송하고, 상기 반복 전송에 따라 수신되는 기준 신호 응답을 누적한다.
이후, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 409단계에서 상기 n에 1을 더한 수로 상기 n을 갱신하고, 상기 403단계로 돌아가 상기 n과 N이 같은지 검사한다. 상기 403단계에서 상기 n이 상기 N과 같을 시, 상기 기저대역 처리부(203-1)는 411단계로 진행하여 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용하여 보정 값을 추정하고, 모든 안테나에 대한 각 안테나별 보정 벡터를 추정한 후, 상기 추정한 보정 벡터를 이용하여 각 안테나의 빔 계수를 보정하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
여기서, 상기 기준 신호를 N 심볼동안 반복 전송한 후, 상기 반복 전송에 따 라 누적된 기준 신호 응답은 하기 <수학식 5>와 같고, 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용한 모든 안테나에 대한 보정 벡터는 하기 <수학식 6>과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112005075213513-PAT00005
Figure 112005075213513-PAT00006
여기서, 상기 누적 심볼 수 N을 증가시키면, 추정된 값에서 간섭은 줄일 수 있으나 보정 동작 시간이 증가하게 되므로 상기 누적 심볼 수 N은 적절한 값으로 결정되어야 한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 스마트 안테나 시스템에서 위상 보정을 위한 대부분의 기능을 기저대역 대역부에서 처리하고, 위상 보정을 위한 송수신기는 주 기능 기지국 처리부의 송수신기와 동일한 송수신기를 사용함으로써, 실시간 동기 문제를 해결하고, 보다 단순화된 구조를 통해 스마트 안테나 위상 보정을 위한 정확한 위상 변이 측정 수단을 제공하며, 상기 시스템의 안정성 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 스마트 안테나 시스템의 송수신 경로 보정 장치에 있어서,
    송수신 경로의 위상 보정을 위한 기준 신호를 발생하여 소정 심볼동안 반복 전송하고, 상기 반복 전송된 기준 신호의 응답을 수신 및 누적하며, 상기 누적된 기준 신호 응답을 이용하여 모든 안테나에 대해 각 안테나별 보정 벡터를 추정하고, 상기 추정된 보정 벡터를 이용하여 각 안테나의 빔 계수를 보정하는 소정 개수의 기저대역 처리부와,
    주 기능 송수신부의 안테나 연결부에서 상기 기준 신호를 커플링하여 상기 기저대역 처리부로 전송하고, 상기 기저대역 처리부로부터 입력되는 상기 기준 신호를 상기 주 기능 송수신부의 안테나 수로 나누어 각 주 기능 송수신부로 전송하는 보정용 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기저대역 처리부로부터 입력되는 기저대역 신호를 중간 주파수 변환 및 고출력 RF 신호로 변환하여 안테나를 통해 전송하고, 수신되는 RF 신호를 중간 주파수 변환 및 기저대역 신호로 변환하여 상기 기저대역 처리부로 출력하는 상기 주 기능 송수신부와,
    하향링크 시간 영역에서, 네트워크(Network)로부터 전송 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 수신할 사용자(User)가 할당된 RF 경로(Path)를 판단한 후, 상기 소정 개수의 기저대역 처리부 중 해당 경로를 지원하는 기저대역 처리부로 상기 데이터를 전송하며, 상향링크 시간 영역에서, 상기 기저대역 처리부로부터 수신되는 수신 데이터를 처리하는 기지국 상위 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정용 송수신부는 상기 주 기능 송수신부에 포함되는 송수신기와 동일한 송수신기를 이용하여 보정 송수신 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보정용 송수신부는,
    상기 주 기능 송수신부의 안테나 연결부에서 상기 기준 신호를 커플링하여 보정 수신 경로로 제공하고, 보정 송신 경로로부터 입력되는 상기 기준 신호를 상기 주 기능 송수신부의 안테나 수로 나누어 각 주 기능 송수신부로 전송하는 보정 경로 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 개수의 기저대역 처리부는 각각 전체 RF 경로 중 일부를 담당하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    시스템의 전체 송수신부가 시간 영역에서 동기화되도록 전체 타이밍을 제어하는 제어신호 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101532748B1 (ko) * 2009-01-19 2015-07-01 삼성전자주식회사 무선통신 시스템에서 2개의 경로를 갖는 라디오 유닛들을 이용한 4-빔포밍 장치 및 방법
KR20190126766A (ko) * 2017-03-08 2019-11-12 파나소닉 인텔렉츄얼 프로퍼티 코포레이션 오브 아메리카 송신 장치, 수신 장치, 송신 방법 및 수신 방법

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