KR20110071849A - 무선 공간채널 측정 장치의 송/수신부 경로특성 보정 방법 - Google Patents

무선 공간채널 측정 장치의 송/수신부 경로특성 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 공간채널 측정 장치의 수신부와 송신부 각각의 경로특성 보정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선 공간채널 측정 장치에서 수신부의 경로특성 보정 방법은, N개의 송신 안테나들을 통해 대역 확산 신호를 송신하는 송신부와 M개의 수신 안테나들을 통해 수신된 대역 확산 신호를 복수의 디지털 데이터들로 변환하여 저장하는 수신부를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치에서, N개의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나와 M개의 수신 안테나들 각각을 M개의 유선 케이블들로 연결하여 M개의 유선경로들을 형성하고, 유선 백-투-백 시험을 수행하는 과정과; 유선 백-투-백 시험을 통해 수신부에 저장된 복수의 디지털 데이터들 중에서 i(단, i는 1≤i≤M 인 자연수)번째 수신부 유선경로에 해당하는 i번째 디지털 데이터를 분리하는 과정과; 분리된 i번째 디지털 데이터를 데시메이션하고, 데시메이션된 데이터에 대해 슬라이딩 코레이션을 수행하여 시간지연을 추출하는 과정과; 데시메이션된 샘플들 중에서 시간지연 이후의 샘플들을 추출하여 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는 과정을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 무선 공간채널 측정 장치에서 송신부의 경로특성 보정 방법은, 상기 수신부의 경로특성 보정 방법의 기술적 특징과 동일하므로 생략하기로 한다.
무선 공간채널, 유선 백-투-백(back-to-back).

Description

무선 공간채널 측정 장치의 송/수신부 경로특성 보정 방법{CALIBRATION METHOD FOR Tx/Rx PATH CHARACTERSISTIC OF CHANNEL SOUNDER}
본 발명은 무선 공간채널 측정 장치의 송수신부 경로특성 보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 안테나를 사용하는 무선 공간채널 측정 장치의 송수신부 경로특성 보정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 방송통신위원회의 국가연구사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 2009-F-034-01, 과제명: IMT-Advanced 기반 광대역 무선채널 특성연구].
차세대 이동통신 시스템에서는, 한정된 무선 공간채널을 통해 보다 많은 양의 데이터를 고속으로 전송하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있으며, 또한 전송하기 방안들이 제안되고 있다. 특히, 차세대 이동통신 시스템의 개발에 있어서, 무선 공간채널의 특성을 정확히 파악하는 과정이 필요하다. 특히, 최근에 주목받고 있는 다중안테나 기술을 효율적으로 차세대 이동통신 시스템에 적용하기 위해서는 무선 공간채널 파악이 선행되어야 한다.
다시 말해, 다중안테나 기술을 이용하여 데이터를 전송할 경우, 데이터 전송 시, 데이터가 전송되는 무선 공간채널을 정확하게 추정하여야 만이 데이터를 정상적으로 전송할 수 있다. 여기서, 다중안테나 기술을 이용하여 데이터를 송수신하는 이동통신 시스템의 데이터 송수신기는, 데이터 전송을 위해 베이스밴드의 신호를 중간 주파수의 신호로 변환한 후, RF 신호로 변환하여 무선 공간채널을 통해 송신하며, 무선 공간채널을 통해 전송되는 RF 신호를 중간 주파수의 신호로 변환한 후, 베이스밴드의 신호로 변환하여 데이터를 수신한다.
이렇게 이동통신 시스템이 다중안테나 기술을 이용하여 무선 공간채널을 통해 데이터를 전송하기 위해서는 신호를 각각 소정 주파수 대역의 신호로 변환하여야 하며, 이러한 해당 주파수 대역으로의 신호 변환 시 신호의 왜곡이 발생하게 된다. 또한, 이동통신 시스템이 전술한 바와 같이 해당 주파수 대역으로의 신호 변환을 위해서는 변환 장치들을 추가적으로 구비하여야 하며, 그에 따라 시스템의 복잡도가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 이동통신 시스템에서 데이터가 전송되는 무선 공간채널은 통신 환경이 실시간으로 가변하는 채널로서, 이렇게 가변하는 채널에 의해 신호의 왜곡이 발생할 수 있으며, 특히 데이터를 송수신하는 다중안테나의 특성뿐만 아니라 무선 공간채널의 특성에 따라 데이터의 송수신 성능이 좌우된다. 그러므로, 이동통신 시스템에서 다중안테나 기술을 이용하여 한정된 무선 공간채널을 통해 보다 많은 양의 데이터를 고속으로 전송하기 위해서는 정확하게 무선 공간채널을 측정하여 송수신기 간에 형성된 경로의 정확한 보정이 필요하다.
즉, 전술한 바와 같이 이동 통신 시스템에서 데이터가 전송되는 무선 공간채널을 정확하게 측정하여 송수신기 간에 형성된 경로에서 신호의 왜곡을 최소화시키며, 시스템의 복잡도를 최소화하는 송수신기의 경로 특성을 보정하는 방안이 필요하다. 아울러, 이동 통신시스템에서 데이터가 전송되는 무선 공간채널 및 송수신기의 특서, 특히 다중안테나로 복수의 송신 안테나들과 수신 안테나들의 특성을 정확하고 용이하게 측정 및 파악하여 경로 특성을 보정하는 방안이 필요하다.
따라서 본 발명은 무선 공간채널 측정 장치를 일정 기간마다 분해하지 않고, 능동소자를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치의 송/수신부의 경로특성을 파악할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법은, N개의 송신 안테나들을 통해 대역 확산 신호를 송신하는 송신부와 M개의 수신 안테나들을 통해 수신된 대역 확산 신호를 복수의 디지털 데이터들로 변환하여 저장하는 수신부를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치에서, 수신부의 다중 경로특성을 보정하는 방법으로서, N개의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나와 M개의 수신 안테나들 각각을 M개의 유선 케이블들로 연결하여 M 개의 유선경로들을 형성하고, 유선 백-투-백 시험을 수행하는 과정과; 유선 백-투-백 시험을 통해 수신부에 저장된 복수의 디지털 데이터들 중에서 i(단, i는 1≤i≤M 인 자연수)번째 수신부 유선경로에 해당하는 i번째 디지털 데이터를 분리하는 과정과; 분리된 i번째 디지털 데이터를 데시메이션하고, 데시메이션된 데이터에 대해 슬라이딩 코레이션을 수행하여 시간지연을 추출하는 과정과; 데시메이션된 샘플들 중에서 시간지연 이후의 샘플들을 추출하여 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는 과정을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, N개의 송신 안테나들을 통해 대역 확산 신호를 송신하는 송신부와 M개의 수신 안테나들을 통해 수신된 대역 확산 신호를 복수의 디지털 데이터들로 변환하여 저장하는 수신부를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치에서, 송신부의 다중 경로특성을 보정하는 방법으로서, M개의 수신 안테나들 중 하나의 수신 안테나와 N개의 송신 안테나들 각각을 N개의 유선 케이블들로 연결하여 N개의 유선경로들을 형성하고, 유선 백-투-백 시험을 수행하는 과정과; 유선 백-투-백 시험을 통해 수신부에 저장된 복수의 디지털 데이터들 중에서 i(단, i는 1≤i≤N 인 자연수)번째 송신부 유선경로에 해당하는 i번째 디지털 데이터를 분리하는 과정과; 분리된 i번째 디지털 데이터를 데시메이션하고, 데시메이션된 데이터에 대해 슬라이딩 코레이션을 수행하여 시간지연을 추출하는 과정과; 데시메이션된 샘플들 중에서 시간지연 이후의 샘플들을 추출하여 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따른 방법을 사용하면, 무선 공간채널 측정 장치를 일정 기간마다 분해하지 않고, 능동소자를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치의 송/수신부의 경로특성을 파악하여 그 편차를 보정할 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 당업자에게 자명한 부분에 대하여는 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략하기로 한다. 또한 이하에서 설명되는 각 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐이며, 각 제조 회사 또는 연구 그룹에서는 동일한 용도임에도 불구하고 서로 다른 용어로 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 방법은, 무선 공간채널 측정을 위한 원 시퀀스를 대역 확산 시퀀스로 사용하는 PRBS 방식의 무선 공간채널 측정 장치에서의 송수신부 경로특성 보정 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신시스템에서 무선 공간채널 측정 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 무선 공간채널 측정 장치는, 크게 송신부(100)와 수신부(500)를 포함한다.
우선, 송신부(100)는 선 처리(pre-processing) 블록(110)과 실시간 처리(realtime-processing) 블록(130))을 포함하여 측정신호를 송신한다.
송신부(100)의 선 처리 블록(110)은, 대역확산 신호(PN code) 생성부(111), 4 오버 샘플링부(112), 대역 제한 필터(113), 디지털 중간주파수 변환부(114) 및 메모리(115)를 포함한다. 이러한 선 처리 블록(110)은 측정시퀀스(sequence)를 생성하여 메모리(115)에 저장한다. 여기서, 측정시퀀스는 무선 공간채널 측정을 위한 원 시퀀스가 4 오버 샘플링부(112)에서 4 오버 샘플링되고, 대역 제한 필터(113)를 통과하여 필터링된 후, 디지털 중간주파수 변환부(114)에서 송신용 중간주파수로 상향 변환된 시퀀스를 의미한다.
실시간 처리 블록(130)은 D/A 컨버터(131)와 TxRF 블록(132)을 포함한다. 실시간 처리 블록(130)은 무선 공간채널의 측정 시에 동작하는데, 이 때, 실시간 처리 블록(130)은 선 처리 블록(110)의 메모리(115)에 저장된 측정시퀀스를 D/A 컨버터(131)의 동작속도에 맞춰 송신용 중간주파수(f_TxIF)의 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 측정시퀀스를 TxRF 블록(132)에서 필터링 및 반송파 주파수로 상향 변환하여 측정신호를 출력한다. 이렇게 출력된 측정신호는 송신 안테나를 통해 외부로 송신된다.
한편, 수신부(500)는 실시간 처리(realtime-processing) 블록(530)과 후 처리(post-processing) 블록(510)을 포함하여 수신 안테나를 통해 수신된 측정신호를 분석한다.
실시간 처리 블록(530)은 RxRF 블록(531), A/D 컨버터(532), 저장장치(533)를 포함한다.
무선 공간채널의 측정 시, RxRF 블록(531)은 수신 안테나를 통해 수신된 측 정신호를 수신용 중간주파수(f_RxIF)로 하향 변환하고, A/D 컨버터(532)는 하향 변환된 측정신호를 A/D 컨버터(532)의 동작속도에 맞추어 디지털 데이터로 변환한다. 그리고 A/D 컨버터(532)는 변환된 디지털 데이터를 실시간으로 메모리에 저장한다.
이때, 실시간 처리 블록(530)은 미리 정해진 분량만큼의 디지털 데이터(측정신호)를 획득하였다고 판단하면, A/D 컨버터(532)의 메모리에 저장된 디지털 데이터(측정신호)를 자체 저장장치(533)에 저장한다. 이 때, A/D 컨버터(532)는 저장장치(533)로 디지털 데이터(측정신호)가 저장되는 시간 동안에 그 동작을 중지하였다가, 저장장치(533)의 저장이 끝난 후, 다시 수신되는 측정신호에 대해 다시 앞서 설명한 동작을 반복한다.
무선 공간채널의 측정 후, 수신부(500)는 무선 공간채널 측정 시에 여러 번의 신호획득으로 자체 저장장치(533))에 저장된 디지털 데이터(측정신호)를 후 처리 블록(510)을 통해 분석하여 무선 공간채널의 특성을 확인한다. 여기서, 후 처리 블록(510)의 디지털 중간주파수 역변환부(511), 대역 제한 필터(512) 및 데시메이션(513)은 송신부(100)의 선 처리 블록(110)에서 대응되는 과정의 역과정이므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1에서는 무선 공간채널 측정 장치의 송신부(100) 및 수신부(500)에서 디지털 중간주파수 방식(114, 511)이 적용되고, 송신부(100)에서 4 오버 샘플링(112)이 적용된 경우를 가정하였다. 이와 같이, 디지털 중간주파수 방식을 가정한 이유는, 무선 공간채널을 통과한 측정신호를 정확히 획득하는 것이 목적인, 수신부(500)에서 아날로그 중간주파수 방식(Analog IF)을 사용하면 측정신호가 왜곡될 수 있다. 즉, 수신부(500)에서 아날로그 중간주파수 방식을 사용할 경우에는, 측정신호가 아날로그 신호형태로 중간주파수 대역에서 기저대역(baseband)의 I(In-phase) 신호와 Q(Quadrature-phase)신호로 변환되는데, 이 과정에서 I/Q 불균형(I/Q mismatch)에 의해 왜곡이 발생할 수 있다.
다음으로, 송신부(100)에서 4 오버 샘플링을 가정한 이유는 다음과 같다. 송신부(100)에서 디지털 중간주파수 방식을 사용하기 위해서는, 오버샘플링(112) 및 대역제한필터(113)가 반드시 필요하다. 그런데, 디지털 중간주파수 방식에서 대역 제한 필터(113)의 특성에 무관하게 스펙트럼에서 에일리어싱(aliasing)이 생기지 않도록 하기 위해서는, 오버 샘플링은 4 이상이어야 한다. 오버 샘플링이 4 보다 작은 경우, 대역 제한 필터(113) 특성에 따라 어떠한 송신 중간주파수를 사용하여도 에일리어싱이 발생할 수 있으므로 피해야 한다. 또한, 오버 샘플링이 4 보다 큰 경우, 대역 제한 필터(113) 특성에 무관하게 에일리어싱이 생기지 않는 송신 중간주파수의 선택 범위가 넓어지나, 오버 샘플링이 많아지기 때문에 보다 빠른 D/A 컨버터(131)의 동작속도가 요구된다.
따라서 송신부(100)에서 필요 이상의 오버 샘플링을 할 필요는 없기 때문에 4 오버 샘플링이 적당하고, 4 오버 샘플링을 사용함에 있어서 대역 제한 필터(113)의 특성에 무관하게 스펙트럼에서 에일리어싱이 생기지 않기 위해서는, 송신 중간주파수가 D/A 컨버터(131)의 동작속도(f_D/A)의 1/4이 되어야 한다. 이 경우 아래의 <수학식 1>과 같이 연산량이 줄어드는 장점도 갖는다.
Figure 112009079128695-PAT00001
여기서,
Figure 112009079128695-PAT00002
이면,
Figure 112009079128695-PAT00003
<수학식 1>에서, 송신 중간주파수가 D/A 컨버터(131)의 동작속도(f_D/A)의 1/4인 경우,
Figure 112009079128695-PAT00004
가 [1, 0, -1, 0]로 반복되기 때문에, 연산량이 적어 디지털 중간주파수 방식이 쉽게 적용될 수 있다.
물론, 송신부(100)에서는 아날로그 중간주파수 방식을 사용할 수도 있다. 하지만, 이 경우에도 송신부(100)는 D/A 컨버터의 샘플 앤 홀드(Sample And Hold: S/H) 동작과 D/A 컨버터의 동작 후, 아날로그 필터로 인한 신호왜곡을 줄이기 위한 오버 샘플링과 대역 제한 필터가 필요하다. 이와 같이, 송신부(100)가 언제나 오버 샘플링과 대역 제한 필터가 필요하다면, 주파수 변환과정에서 왜곡을 발생시킬 수 있는 아날로그 중간주파수 방식보다 수신부(500)와 동일하게 디지털 중간주파수 방식을 사용하는 것이 더 좋은 선택이 된다.
전술한 바와 같이, 측정 대역폭에 대해 4 오버 샘플링을 사용하고 송신 중간 주파수를 D/A 컨버터(131)의 동작속도(f_D/A)의 1/4로 설정하면, 송신 중간주파수는 측정 대역폭과 동일하게 된다.
한편, 도 1에서의 무선 공간채널 측정 장치는 원 시퀀스로 대역 확산 시퀀스를 사용하는 PRBS(Pseudo Random Binary Sequence) 방식을 적용한 경우를 가정한 것이다.
도 1에 도시된 무선 공간채널 측정 장치가 다중 안테나를 사용하는 경우에 대해 살펴보기로 한다. 무선 공간채널 측정 장치가 다중 안테나를 사용한다는 의미는, 송신부(100)에서 N개의 송신 안테나들을, 수신부(500)에서 M개의 수신 안테나들을 사용하는 것을 말한다.
이러한 다중 안테나를 사용하는 무선 공간채널 측정 장치는, 송신부(100)에서 시간을 분할하여 N개의 송신 안테나를 사용하여 측정신호를 송신하며, 수신부(500)에서 시간을 분할하여 M개의 수신 안테나를 사용하여 측정신호를 수신한다. 그리고 수신부(500)의 저장장치(533)에 저장된 디지털 데이터(측정신호)를 후 처리 블록(510)을 통해 (M x N)개의 무선 링크 특성을 알아냄으로써 무선 공간채널의 특성을 획득하게 된다. 이 때, 수신부(500) 형상은 동시에 M개의 수신 안테나를 통해 수신하는 형상이 될 수도 있는데, 이 경우 M개의 A/D 컨버터(532)가 요구되어 수신부(500)의 비용이 증가할 수 있다.
한편, 후 처리 블록(510)은 수신부(500)의 실시간 처리 블록(530) 내의 저장장치(533)에 저장된 디지털 데이터(측정신호)로부터 무선 공간채널 특성을 획득한다. 그런데 무선 공간채널 파라미터 중에는 출발각(DoD: Direction of Departure)과 도래각(DoA: Direction of Arrival)이 있다. 상기 출발각과 도래각을 정확하게 추출하기 위해서는 무선 공간채널 측정 장치의 경로별 특성과 송/수신 안테나의 특 성이 파악되어야 한다.
또한, 송/수신 안테나의 경우, 무선 공간채널 측정 장치의 송신부(100)/수신부(500)와의 연결을 위한 급전선까지를 포함한 다중안테나 형상 전체로 무 반향실(Anechoic Chamber)과 같은 안테나 측정실(Antenna Range)에서 그 특성을 측정한다. 그리고 후 처리 블록(510)은 다중 안테나 형상에서의 N개의 송신 안테나의 특성과 M개의 수신 안테나의 특성을 반영한다.
하지만, 송신부(100)에서는 시간을 분할하여 N개의 안테나를 사용하기 때문에, 도 1에서의 RF 스위치가 포함된 Tx RF 블록(132)에서 N개의 송신경로 특성편차가 발생하게 된다. 또한, 수신부(500)도 M개의 안테나를 시간 분할로 사용하기 때문에 RF 스위치가 포함된 Rx RF 블록(531)에서 M개의 수신경로 특성편차가 발생하게 된다.
또한, 송/수신 안테나는 수동소자로만 구성되어 있기 때문에, 급전선까지를 포함한 다중안테나 형상 전체로 그 특성을 측정한 후, 구성을 변경하지 않으면 되지만, 송신부(100)/수신부(500)는 능동소자를 포함하고 있기 때문에, 무선 공간채널 측정 시에 특성이 변할 수 있다. 따라서 무선 공간채널 측정 장치를 조립하기 전에 미리 Tx RF 블록(132)과 Rx RF 블록(531)의 특성을 측정하여 N개의 송신경로 특성과 M개의 수신경로 특성편차를 보정하여도, 사용 중에 그 특성이 변하면 이러한 보정은 의미를 잃게 된다. 즉, 부정확한 출발각과 도래각이 추출되게 된다. 이를 좀 더 상세하게 설명하면 아래와 같다.
예컨대, 무선 공간채널 측정은 오랜 측정기간(예로, 1달)동안 여러 측정 사 이트에서 수행된다. 송/수신 안테나의 경우 수동소자로만 구성되어 있기 때문에, 분해하는 등의 행위로 그 구성을 변경하지 않으면, 측정기간 동안에는 특성이 바뀌지 않을 것이라고 가정한다. 그리하여 무선 공간채널 측정 시작 전에 송/수신 안테나 특성을 측정하여 이를 후 처리과정에 반영한다.
하지만, 능동소자를 포함하고 있는 무선 공간채널 측정 장치의 경우, 오랜 측정기간 동안 송신부(100)/수신부(500)의 경로별 특성이 변화될 수 있기 때문에, 이를 제대로 보정하기 위해서는 일정 기간마다(예로, 측정 사이트 변경 시마다) 무선 공간채널 측정 장치를 분해하여 Tx RF 블록(132)과 Rx RF 블록(531)의 특성을 측정하고, 다시 조립해야 하는 어려움이 있다.
이하에서는, 도 1에 도시한 무선 공간채널 측정 장치가 원 시퀀스를 대역 확산 시퀀스로 사용하는 PRBS 방식을 기준으로 본 발명의 실시 예에 따른 방식을 적용하여 무선 공간채널을 측정한 후 송신부(100) 및 수신부(500)의 경로 특성을 보정하는 방안에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 여기서, 수신부(500) A/D 컨버터(532)는, 송신부(100)의 4 오버 샘플링부(112)와 같이, 4 오버 샘플링 동작을 하는 것으로 가정한다.
도 1에 도시된 바와 같은 PRBS 방식의 무선 공간채널 측정 장치에 있어서, 후 처리 블록(510)을 통해 획득하는 채널 파라미터 중에 딜레이 프로파일(delay profile)이 있다. 상기 딜레이 프로파일은 아래의 <수학식 2>와 도 2에 도시된 바와 같은 대역 확산 시퀀스의 자기상관 특성에 기반한다.
Figure 112009079128695-PAT00005
<수학식 2>에서, Tc는 대역확산 시퀀스의 칩 듀레이션(chip duration)을, L은 대역 확산 시퀀스의 주기를 의미한다.
도 1에 도시된 PRBS 방식의 무선 공간채널 측정 장치의 송신부(100)는, 한 주기의 대역 확산 신호(측정신호)를 반복적으로 송신한다. 이렇게 송신부(100)에서 대역 확산 신호(측정신호)를 송신하면, 수신부(500)에서는 소정의 시간지연(Tdelay: 단, Tdelay < LTc)을 겪은 대역 확산 신호를 수신한다. 즉, 수신부(500)의 후 처리 블록(510) 내에 있는 슬라이딩 코레이션(sliding correlation)부(514)를 통과하면, 수신된 대역 확산 신호는 도 3에 도시된 바와 같아진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 만약, 하나의 시간지연(Tdelay)만이 존재하는 경우라면, 대역 확산 신호가 반복적으로 송신되는 송신 기저대역 측정신호(sc(t))에 대해 전체 수신 기저대역 측정신호들 중 시간지연(Tdelay)이후의 수신 기저대역 측정신호(rc(t))를 얻을 수 있다. 그리고 얻은 rc(t)는 아래의 <수학식 3>의 관계를 만족 시키므로, 하나의 시간지연(Tdelay)을 갖는 경로의 감쇄특성(α)과 위상특성(θ)을 추출할 수 있다.
Figure 112009079128695-PAT00006
본 발명에 따른 방법은 유선 백-투-백(Back-to-Back) 시험을 기반으로 한다. 상기 유선 백-투-백 시험은 하나의 시간지연(Tdelay)만이 존재하는 상황이기 때문에, 무선 공간채널 측정 장치의 송신부(100)와 수신부(500) 각각의 경로특성의 편차를 확인하여 보정할 수 있다. 이하에서 구체적인 예를 들어 설명하도록 한다.
이하의 구체적인 예는 송신부(100)가 하나의 송신 안테나를 사용하고, 수신부(500)가 복수의 수신 안테나들을 사용한 경우에 있어서, 수신부(500)의 다중 경로편차를 보정하는 방법에 대한 것이다. 수신부(500)가 하나의 수신 안테나를 사용하고, 송신부(100)가 복수의 송신 안테나들을 사용하는 경우에 있어서, 송신부(100)의 다중 경로편차를 보정하는 방법은 아래의 구체적인 예와 동일하므로, 이하에서는 수신부(500)의 다중 경로편차를 보정하는 방법에 대하여 설명하도록 하고, 송신부(100)의 다중 경로편차를 보정하는 방법에 대하여는 생략하기로 한다.
도 1에 도시된 무선 공간채널 측정 장치를 1개의 송신 안테나와 M개의 수신 안테나들(제 1 내지 제 M 수신 안테나)을 사용하도록 설정하는 경우, 송신 안테나의 포트와 M-way 전력분배기를 하나의 유선 RF 케이블로 연결하고, M-way 전력분배기와 M개의 수신 안테나 포트들을 M개의 유선 RF 케이블들을 통해 병렬로 연결(M 개의 외부 유선경로)하여 상기 유선 백-투-백 시험을 위한 준비를 한다.
그 후, (송신 안테나 - 외부 유선경로 1 - 제 1 수신 안테나), (송신 안테나 - 외부 유선경로 2 - 제 2 수신 안테나), …,(송신 안테나 - 외부 유선경로 M - 제 M 수신 안테나)들 각각의 경로특성((α1, θ1), (α2, θ2),… , (αM, θM))을 상기 <수학식 3>을 통해 추출한다. 외부 유선경로 1 내지 외부 유선경로 M의 특성은 하나의 지연시간만이 존재하므로, M 개의 수신 경로특성 편차를 알아낼 수 있다.
각각의 경로특성((α1, θ1), (α2, θ2),… , (αM, θM))을 추출하는데 필요한 신호처리 과정을 이하에서 상세히 설명하도록 한다.
수신부(500)의 A/D 컨버터(532)에서 4 오버 샘플링을 하는 이유는, 하나의 데시메이션 위상(phase)에는 송신부(100)에서 송신된 원 시퀀스가 있기를 기대하고 있기 때문이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 송신부(100)에서 송신된 송신 신호의 송신 샘플과 수신부에서 수신한 수신 신호의 수신 샘플의 동기가 일치하는 상황을 기대하고 있는 것이다. 여기서, 도 4에 도시된 송신샘플은 대역 확산 신호가 4 오버 샘플링 후 대역 제한 필터링 된 후의 상태를 나타내고, 수신샘플은 A/D 컨버터(532)에서 4 오버 샘플링되어 디지털 중간주파수 방식으로 기저대역으로 하향 변환된 후의 상태를 나타낸다.
도 4에 도시된 송신샘플에서, 4 오버 샘플링과 대역 제한 필터링 되기 이전의 대역 확산 신호가 tx_p0라고 가정하면, 4 오버 샘플링 된 수신샘플들 중 tx_p0에 해당하는 rx_p3가 존재한다. 이러한 경우, 데시메이션 phase3을 취하면, 위 <수 학식 3>에 의해 감쇄특성과 위상특성을 추출할 수 있다.
하지만, 송/수신 경로에서의 시간지연이, 도 4와 같이, 샘플간격의 정수배가 되는 경우는 극히 드물 것이기 때문에, 일반적으로 송신샘플과 수신샘플의 동기는 일치하지 않는, 즉 도 5에 도시된 바와 같은 상황이 일반적이다. 이때에도, 위 <수학식 3>에 따라 경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하면, 감쇄특성과 위상특성에 출렁임(fluctuation)이 생긴다.
송수신부 사이의 경로의 감쇄특성과 위상특성이 출렁거리는 문제를 해결하기 위해, 아래의 <수학식 4>와 같이 시간 윈도우(time window)를 설정하여, 감쇄특성은 선형(linear)적으로 평균을 취하여 감쇄특성을 판단한다. 그리고 위상특성은 기준값(θtolerance)을 미리 결정하고, 위 <수학식 3>에 의해 감쇄특성과 위상특성이 추출되었을 때, 위상의 최대값(θmax)부터 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플의 수와, 위상의 최소값(θmin)부터 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플의 수를 카운트하여 그 중 수가 많은 쪽의 위상을 경로의 위상특성으로 판단한다. 위상특성을 판단하는 방법을 예를 들어 설명하면, 위상의 최대값(θmax)부터 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플의 수가 더 많다면, 위상의 최대값(θmax)을 경로의 위상특성으로 판단한다.
Figure 112009079128695-PAT00007
전술한 신호처리 방법에 대해, 구체적인 예를 들어 보다 상세하게 설명하도록 한다.
대역 확산 시퀀스의 칩 레이트(chip rate)가 20 MHz, 송신부의 D/A 컨버터의 동작속도가 80 MHz, 수신부의 A/D 컨버터의 동작속도가 80 MHz인 경우를 가정한다. 그리고 200ns 시간지연과, 감쇄특성 및 위상특성이 계단형태로 각각 2dB 및 30도씩 6번 변화하는 상황을 가정한다.
도 4와 같은 이상적인 상황에서, 데시메이션 phase3을 취한 경우, 슬라이딩 코레이션(sliding correlation)의 결과는 도 6에 도시된 바와 같다.
도 6을 참조하면, 시간지연을 알아낼 수 있으므로, 데시메이션 phase3 샘플들 중에서 5 번째 이후 샘플만을 취하여 위 <수학식 3>에 의해 정해지는 감쇄(Attenuation)특성과 위상(phase)특성을 추출하면 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같다. 즉, 정확하게 설정하였던 감쇄(Attenuation)특성 및 위상(phase)특성이 추출되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 일반적인 상황에서, 데시메이션 phase 0, 1, 2, 3 중 가장 좋은 결과를 주는 것이 도 4에서 rx_p1을 취한 것과 같다고 가정할 때, 슬라이딩 코레이션(sliding correlation)을 취한 결과는 도 8에 도시된 바와 같다.
도 9을 참조하면, 시간지연을 알아낼 수 있으므로, 데시메이션 샘플들 중에서 4 번째 이후 샘플만을 취하여 <수학식 3>에 의해 정해지는 감쇄특성과 위상특성을 추출하면, 도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 심하게 출렁거리는(fluctuation) 것을 확인할 수 있다. 즉, 정확하게 설정하였던 감쇄특성과 위상특성이 추출되지 않는다.
이때, 위 <수학식 4>와 같은 신호처리 과정을 수행하여 감쇄특성과 위상특성을 검출하면, 도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 위상특성은 정확하게 감쇄특성은 오프셋(offset)을 갖고 검출됨을 확인할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 무선 공간채널 측정 장치의 송신부(100)의 하나의 송신 안테나와 수신부(500)가 하나의 수신 안테나를 기준으로 생각하면, 하나의 송신 안테나 포트에서 하나의 수신 안테나 포트로의 경로특성은 일정하므로, 위 <수학식 4>를 적용할 때의 시간 윈도우 설정은, 일 예로 수신시간(하나의 송신 안테나 포트에서 하나의 수신 안테나 포트 기준)으로 설정하면 된다. 즉, 시간 윈도우의 설정에 엄격한 제한이 필요하지는 않다.
또한, 도 10의 (a), (b)에서, 감쇄특성의 오프셋(offset)은 정확하게 송신된 원 시퀀스를 얻을 수 있을 때를 제외하고는 항상 발생하며, 이때의 오프셋(offset) 간의 편차는 약 1dB 이내이기에 본 발명에 따라 경로특성의 편차를 확인하는데 있어서 무시하여도 무방하다.
이제까지 유선 백-투-백(Back-to-Back) 시험을 통해 무선 공간채널 측정 장치의 송/수신부의 경로별 특성편차를 보정하기 위한, 본 발명의 기본 아이디어와 이를 실제 적용하기 위해 필요한 추가적인 신호처리에 대해 설명하였다. 이를 정리하면, 도 14 내지 도 15에 도시된 흐름도로 표현할 수 있다.
도 14는 무선 공간채널 측정 장치의 수신부가 다중 안테나를 사용하는 경우에, 수신부의 경로편차 획득방법을 나타낸 흐름도이고, 도 15는 무선 공간채널 측정 장치의 송신부가 다중 안테나를 사용하는 경우에, 송신부의 경로편차 획득방법을 나타낸 흐름도이다. 도 14에 도시된 흐름도와 도 15에 도시된 흐름도에서 수신부 또는 송신부의 경로편차를 획득하는 방법은 동일하므로, 이하에서는 도 14에 도시된 흐름도만을 참조하여 설명하기로 한다.
하나의 송신 안테나와 M개의 수신 안테나들을 사용하는 구성으로 무선 공간채널 측정 장치를 설정한다(1110). 즉, 도 1에 도시된 무선 공간채널 장치에서, 송신부(100)의 안테나를 하나의 송신 안테나로 구성하고, 수신부(500)의 수신 안테나를 M개의 다중 안테나로 구성한다.
M-way 전력분배기와 M+1개의 유선 RF 케이블을 사용하여 M개의 외부 유선 경로를 준비하고, M개의 외부 유선경로들 각각의 특성을 네트워크 분석기(Network Analyzer)로 측정한다(1120). 즉, 도 1에 도시된 무선 공간채널 측정 장치에서, 송 신부(100)의 하나의 송신 안테나와 M-way 전력분배기를 연결할 1개의 유선 RF 케이블과, M-way 전력분배기와 수신부(500)의 M개의 수신 안테나들을 병렬로 연결할 M개의 유선 RF 케이블을 준비하고, 이들을 연결하여 구성한 M개의 유선경로 각각의 특성을 네트워크 분석기로 측정한다.
M개의 외부 유선경로들을 사용하여 무선 공간채널 측정 장치의 송신부와 수신부를 연결하고, 유선 백-투-백 시험을 수행한다(1130).
유선 백-투-백 시험을 수행하여 저장된 디지털 데이터들에서 경로 i에 해당하는 디지털 데이터 i를 분리한다(1140). 즉, 도 1에 도시된 무선 공간채널 측정 장치에서 저장 장치(533)에 저장된 디지털 데이터들 중에서 특정 경로 i(단, 1≤i≤M)에 해당하는 디지털 데이터 i를 추출한다.
추출한 디지털 데이터 i를 데시메이션하고, 데시메이션된 데이터에 대해 슬라이딩 코레이션을 수행하여, 하나의 지연시간을 확인한다(1150).
데시메이션된 샘플들 중에서 상기 확인된 하나의 시간지연 이후의 샘플들만 선택하고, <수학식 3>과 <수학식 4>를 이용하여 선택된 샘플들의 감쇄특성과 위상특성을 검출한다(1160).
<수학식 3>을 통해 추출한 감쇄특성과 위상특성에서 출렁거림이 가장 덜한 데시메이션을 확인하고, 확인된 데시메이션으로부터 <수학식 4>를 통해 검출한 감쇄특성 및 위상특성을 i번째 경로의 감쇄특성 및 위성특성으로 취한다(1170).
경로 i(송신 안테나 - 외부 유선경로 i - i번째 수신 안테나)의 특성에서 외부 유선경로 i의 특성을 제거한 후, (송신 안테나 - i번째 수신 안테나)의 특성을 비교함으로써, 수신부의 경로특성의 편차를 획득한다(1180).
이러한 도 14 내지 도 15에 도시된 흐름도에 따르면, 다중 안테나를 사용하는 무선 공간채널 측정 장치의 송신부의 경로별 특성편차와 수신부의 경로별 특성편차를 획득할 수 있으므로, 무선 공간채널 측정 후 도래각과 출발각 등의 획득을 위한 후 처리과정에 이를 반영하여 보정할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신시스템에서 무선 공간채널 측정 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 대역 확산 신호의 자기상관 함수 특성을 나타낸 그래프,
도 3은 PRBS 방식의 슬라이딩 코레이션 수행 결과의 그래프,
도 4는 송신 샘플들과 수신 샘플들의 동기가 일치하는 이상적인 경우의 그래프,
도 5는 송신 샘플들과 수신 샘플들의 동기가 일치하지 않는 일반적인 경우의 그래프,
도 6은 도 4와 같은 이상적인 경우에서의 슬라이딩 코레이션 결과 그래프,
도 7 내지 도 8의 (a), (b)는 도 4와 같은 이상적인 경우에서 <수학식 3>을 이용하여 추출된 감쇄특성과 위상특성을 나타낸 그래프,
도 9는 도 5와 같은 일반적인 경우에서의 슬라이딩 코레이션 결과 그래프,
도 10 내지 도 11의 (a), (b)는 도 5와 같은 일반적인 경우에서 <수학식 3>을 이용하여 추출된 감쇄특성과 위상특성을 나타낸 그래프,
도 12 및 도 13의 (a), (b)는 <수학식 4>를 이용하여 추출된 감쇄특성과 위상특성을 나타낸 그래프,
도 14는 무선 공간채널 측정 장치의 수신부가 다중 안테나를 사용하는 경우 수신부의 경로편차 획득방법을 나타낸 흐름도,
도 15는 무선 공간채널 측정 장치의 송신부가 다중 안테나를 사용하는 경우 송신부의 경로편차 획득방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (10)

  1. N개의 송신 안테나들을 통해 대역 확산 신호를 송신하는 송신부와 M개의 수신 안테나들을 통해 수신된 상기 대역 확산 신호를 복수의 디지털 데이터들로 변환하여 저장하는 수신부를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치에서, 상기 수신부의 다중 경로특성을 보정하는 방법에 있어서,
    상기 N개의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나와 상기 M개의 수신 안테나들 각각을 M개의 유선 케이블들로 연결하여 M개의 유선경로들을 형성하고, 유선 백-투-백 시험을 수행하는 과정과,
    상기 유선 백-투-백 시험을 통해 상기 수신부에 저장된 복수의 디지털 데이터들 중에서 i(단, i는 1≤i≤M 인 자연수)번째 수신부 유선경로에 해당하는 i번째 디지털 데이터를 분리하는 과정과,
    상기 분리된 i번째 디지털 데이터를 데시메이션하고, 상기 데시메이션된 데이터에 대해 슬라이딩 코레이션을 수행하여 시간지연을 추출하는 과정과,
    상기 데시메이션된 샘플들 중에서 상기 시간지연 이후의 샘플들을 추출하여 상기 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는 과정
    을 포함하는, 무선 공간채널 측정 장치의 수신부 경로특성 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추 출하는 과정은,
    상기 시간지연 이후의 샘플들만을 추출하여 하기의 <수학식>에 따라 상기 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는, 무선 공간채널 측정 장치의 수신부 경로특성 보정 방법.
    <수학식>
    Figure 112009079128695-PAT00008
    여기서, rc(t)는 상기 시간지연 이후에 수신된 대역 확산 신호, α는 상기 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성, θ는 상기 i번째 수신부 유선경로의 위상특성, sc(t)는 상기 대역 확산 신호.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 추출된 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성에서 출렁임(fluctuation)이 최소인 데시메이션을 확인하고, 상기 데시메이션으로부터 나온 데이터를 상기 수신부의 경로특성을 검출하기 위한 데이터로 사용하는 무선 공간채널 측정 장치의 수신부 경로특성 보정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 하기의 <수학식>과 같이
    상기 추출된 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성에 변동(fluctuation)이 존재하면,
    시간 윈도우를 설정하여 상기 감쇄특성은 선형적으로 평균을 취하여 추출하고, 상기 위상특성은 상기 <수학식>에 의해 검출된 위상의 최대값(θmax)부터 미리 결정된 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플들의 수와, 상기 <수학식>에 의해 검출된 위상의 최소값(θmin)부터 상기 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플들의 수를 카운트하여 그 중 수가 많은 쪽의 위상을 위상특성으로 결정하는, 무선 공간채널 측정 장치의 수신부 경로특성 보정 방법.
    <수학식>
    Figure 112009079128695-PAT00009
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 결정된 i번째 수신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성에서, 미리 결정된 상기 i번째 유선 케이블의 감쇄특성과 위상특성을 제거한 후, 상기 송신 안테나와 상기 i번째 수신 안테나 사이의 감쇄특성과 위상특성을 비교하여 상기 수신부의 경로특성 편차를 획득하는, 무선 공간채널 측정 장치의 수신부 경로특성 보정 방법.
  6. N개의 송신 안테나들을 통해 대역 확산 신호를 송신하는 송신부와 M개의 수신 안테나들을 통해 수신된 상기 대역 확산 신호를 복수의 디지털 데이터들로 변환하여 저장하는 수신부를 포함하는 무선 공간채널 측정 장치에서, 상기 송신부의 다중 경로특성을 보정하는 방법에 있어서,
    상기 M개의 수신 안테나들 중 하나의 수신 안테나와 상기 N개의 송신 안테나들 각각을 N개의 유선 케이블들로 연결하여 N개의 유선경로들을 형성하고, 유선 백-투-백 시험을 수행하는 과정과,
    상기 유선 백-투-백 시험을 통해 상기 수신부에 저장된 복수의 디지털 데이터들 중에서 i(단, i는 1≤i≤N 인 자연수)번째 송신부 유선경로에 해당하는 i번째 디지털 데이터를 분리하는 과정과,
    상기 분리된 i번째 디지털 데이터를 데시메이션하고, 상기 데시메이션된 데이터에 대해 슬라이딩 코레이션을 수행하여 시간지연을 추출하는 과정과,
    상기 데시메이션된 샘플들 중에서 상기 시간지연 이후의 샘플들을 추출하여 상기 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는 과정
    을 포함하는, 무선 공간채널 측정 장치의 송신부 경로특성 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는 과정은,
    상기 시간지연 이후의 샘플들만을 추출하여 하기의 <수학식>에 따라 상기 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성을 추출하는, 무선 공간채널 측정 장치의 송신부 경로특성 보정 방법.
    <수학식>
    Figure 112009079128695-PAT00010
    여기서, rc(t)는 상기 시간지연 이후에 수신된 대역 확산 신호, α는 상기 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성, θ는 상기 i번째 송신부 유선경로의 위상특성, sc(t)는 상기 대역 확산 신호.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 추출된 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성에서 출렁 임(fluctuation)이 최소인 데시메이션을 확인하고, 상기 데시메이션으로부터 나온 데이터를 상기 송신부의 경로특성을 검출하기 위한 데이터로 사용하는 무선 공간채널 측정 장치의 송신부 경로특성 보정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 하기의 <수학식>과 같이
    상기 추출된 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성에 변동(fluctuation)이 존재하면,
    시간 윈도우를 설정하여 상기 감쇄특성은 선형적으로 평균을 취하여 추출하고, 상기 위상특성은 상기 <수학식>에 의해 검출된 위상의 최대값(θmax)부터 미리 결정된 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플들의 수와, 상기 <수학식>에 의해 검출된 위상의 최소값(θmin)부터 상기 기준값(θtolerance)범위에 있는 샘플들의 수를 카운트하여 그 중 수가 많은 쪽의 위상을 위상특성으로 결정하는, 무선 공간채널 측정 장치의 송신부 경로특성 보정 방법.
    <수학식>
    Figure 112009079128695-PAT00011
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 결정된 i번째 송신부 유선경로의 감쇄특성과 위상특성에서, 미리 결정된 상기 i번째 유선 케이블의 감쇄특성과 위상특성을 제거한 후, 상기 수신 안테나와 상기 i번째 송신 안테나 사이의 감쇄특성과 위상특성을 비교하여 상기 송신부의 경로특성 편차를 획득하는, 무선 공간채널 측정 장치의 송신부 경로특성 보정 방법.
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