KR20120038906A - Continuous orthogonal spreading code based ultra-high performance array antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무간섭통신을 위한 프리-레이크 및 연속직교확산코드 기반의 CDMA(Code Division Multiple Access) 기지국 시스템의 성능과 용량을 더 증가시키고 단말의 성능을 더욱 향상시키며 실용화 가능한 적응 빔 형성 시스템 실현을 위한 목적으로 배열 안테나를 이용한 순방향, 역방향 링크 자동 빔 형성 기능을 제공하는 CDMA 배열 안테나 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention further increases the performance and capacity of the pre-lake and continuous orthogonal spreading code-based CDMA (Code Division Multiple Access) base station system, further improves the performance of the terminal, and realizes a practical adaptive beamforming system. The present invention relates to a CDMA array antenna system and a method for providing a forward, reverse link automatic beamforming function using an array antenna.
기존 레이크(RAKE) 수신기가 L 개 다중 경로(Path)를 처리하기 위해 L 개의 정합필터 Matched Filter) 및 탐색기(Searcher) 등이 필요했다. 그러나, 프리-레이크(Pre-RAKE) 시스템은 송신단에서 채널 정보를 기반한 프리-레이크 결합기를 통해 송신되며, 이를 수신하는 수신기는 하나의 피크되는 신호를 추출하기 위해 한 개의 정합필터만 필요하게 된다. 이러한 프리-레이크 방식은 기존의 레이크 수신기보다 매우 간단한 구조가 가능하다. 그러나, 레이크 효과를 주어 송신되는 L 개 경로 신호가 채널을 지나면서 2L - 1개의 경로로 되어 최종적으로 수신되는 신호에는 다중접속간섭(MAI: Multiple Access Interference)와 다중경로간섭(MPI : Multi-Path Interference)이 약 2배 증가하게 된다. 이 때문에 프리-레이크 시스템은 다중 경로의 수 증가에 따라 변화되는 간섭량에 따라 성능에 큰 영향을 받으며, 약 2배의 간섭의 증가로 레이크 수신기를 사용할 때보다 성능이 떨어지게 된다. 이는 기존의 왈쉬 코드의 직교성이 떨어지는 특성 때문이다. In order to process L multipaths, a conventional RAKE receiver required L matched filters and a searcher. However, a pre-lake system is transmitted through a pre-lake combiner based on channel information at a transmitter, and a receiver receiving the receiver needs only one matched filter to extract one peaked signal. This pre-lake method has a much simpler structure than a conventional rake receiver. However, the L path signal transmitted due to the rake effect becomes 2 L -1 paths through the channel, and finally, the received signal has multiple access interference (MAI) and multipath interference (MPI). Path Interference) is about doubled. Because of this, the pre-lake system is significantly affected by the amount of interference that changes as the number of multipaths increases, and the performance of about 2 times the interference is lower than when using a rake receiver. This is due to the poor orthogonality of existing Walsh codes.
한편, 이러한 프리-레이크 기반의 시스템은 기본적으로 수신 성능이 채널의 페이딩과 간섭 등의 영향에 의해 수신 성능이 기존 레이크 수신기에 비해 떨어지며, 사용자 수에 따른 성능의 열화가 더욱 심하다. 이를 극복하기 위해 프리-레이크 기반 시스템에 다중 안테나 기술을 도입하여 간섭을 극복하고, 수신 성능을 높이는 방식이 제안되기도 하였다. On the other hand, in the pre-lake-based system, the reception performance is inferior to the conventional rake receiver due to the effects of channel fading and interference, and the performance deterioration by the number of users is more severe. In order to overcome this problem, a method of overcoming interference and improving reception performance by introducing a multi-antenna technique in a pre-lake based system has been proposed.
다중 안테나 기술은 수신 성능, 데이터 전송률 등을 크게 증가시킴으로서 이동통신 기술의 비약적 발전의 핵심이 되었다. 안테나 시스템은 특히 페이딩 (Fading), 지연 확산 (Delay Spread), 채널 간 간섭 (Co-channel Interference)으로 정리되는 이동통신의 주요 방해 요소의 영향을 줄여준다. 다중 안테나 시스템으로는 크게 빔 형성, 공간 다이버시티 방식이 존재한다. 최근 들어 고품질, 광대역 데이터 통신에 대한 요구가 증대되면서 이동 통신에서 사용되는 주파수 자원이 부족하게 될 것으로 예상되는 현 상황에서 주파수의 재사용률을 향상시키기 위하여 공간적인 방향성을 가지게 하는 안테나를 사용하는 빔 형성 방법이 주목되고 있다. 특히 빔 패턴을 적응적으로 조절하는 스마트 안테나가 주로 사용된다. Multi-antenna technology has been a key to the rapid development of mobile communication technology by greatly increasing the reception performance and data rate. The antenna system reduces the effects of major disturbances in mobile communication, which are summarized as fading, delay spread, and co-channel interference. Multi-antenna systems include beamforming and spatial diversity. In recent years, as the demand for high quality, wideband data communication is increasing, the frequency resource used in the mobile communication is expected to be insufficient. The method is paying attention. In particular, a smart antenna that adaptively adjusts the beam pattern is mainly used.
이러한 다중 안테나 기술을 도입한 시스템으로는 3G WCDMA, WiMAX 등이 존재하며, 향후 4 세대 통신시스템에서도 활발히 연구되고 쓰일 예정이다. 그러나, 무선통신에 있어서 근본적으로 내재된 채널의 간섭 문제는 도심지의 증가, 사용자 수의 증가 등에 따라 더욱 심화될 것이다. 상용화된 CDMA 시스템인 IS-95나 IMT-2000 시스템 또한 시스템의 성능을 열화 시키는 다양한 간섭환경에 노출되어있다. 상기한 프리-레이크 기반의 빔 형성 CDMA 방식 역시 간결한 하드웨어 방식은 구현이 가능하나, 간섭에 의한 성능 열화가 발생하는 한계가 있다. There are 3G WCDMA, WiMAX, and other systems using this multi-antenna technology, and they will be actively researched and used in 4G communication systems in the future. However, the fundamental interference problem of wireless communication in the wireless communication will be further exacerbated by the increase of the downtown area and the increase in the number of users. Commercially available CDMA systems, IS-95 and IMT-2000 systems, are also exposed to various interference environments that degrade system performance. The pre-lake-based beamforming CDMA scheme may also be implemented in a concise hardware scheme, but has a limitation in that performance degradation due to interference occurs.
본 발명의 목적은 무간섭통신을 위한 프리-레이크 및 연속직교확산코드 기반의 CDMA 배열 안테나 시스템에서 그 성능 및 용량을 더 증대시킴으로써 다양한 고급무선이동통신 응용분야에 널리 적용할 수 있도록 하기 위해 순방향, 역방향 링크에 다중 안테나 기반의 칩 레벨 혹은 심볼 레벨의 빔 형성 송수신 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to improve the performance and capacity of the pre-lake and continuous orthogonal spreading code-based CDMA array antenna system for interference-free communication, so that it can be widely applied to various advanced wireless mobile communication applications. An apparatus and method for beamforming transmission / reception at a chip level or symbol level based on multiple antennas on a reverse link are provided.
본 발명에서는 무간섭통신을 위한 프리-레이크 및 연속직교확산코드 기반의 초고성능 CDMA 배열 안테나 무선이동통신시스템을 고려하며, 성능을 보다 고도화시키기 위해 주어진 기본 시스템에 최적화된 빔 형성 송수신 기능 및 구조를 도입한다. In the present invention, an ultra-high performance CDMA array antenna wireless mobile communication system based on pre-lake and continuous orthogonal spreading codes for interference-free communication is considered, and a beamforming transmission / reception function and structure optimized for a given basic system to further improve performance Introduce.
일 측면에 따른 통신 시스템에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 수신하는 기지국은, 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호에 대하여 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 빔 형성부와, 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 역확산부를 포함한다. In a communication system according to an aspect, a base station receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas may include a plurality of antennas for a plurality of pre-lake combined pre-lake composite signals received through the plurality of antennas. Beam matching unit for each user to perform chip level reception beamforming for the plurality of pre-lake synthesis signals by multiplying a weight vector corresponding to the group, and matching filtering the plurality of pre-lake synthesis signals on which reception beamforming is performed And a despreader for demodulating a plurality of user signals.
다른 측면에 따른 통신 시스템에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 수신하는 단말은, 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호에 대하여 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 수행하는 빔 형성부와, 수신 빔 형성이 수행되어 출력된 신호를 정합 필터링하여 단말의 사용자 신호를 복조하는 역확산부를 포함한다. In a communication system according to another aspect, a terminal receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas may include a plurality of antennas for a plurality of pre-lake combined pre-lake composite signals received through the plurality of antennas, respectively. A beam forming unit performing chip level reception beam shaping for a plurality of pre-lake synthesized signals by multiplying a weight vector corresponding to, and demodulating and demodulating a user signal of a terminal by performing matching filtering on the output signal after the reception beam shaping is performed. It includes a despreading unit.
또 다른 측면에 따른 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 수신하는 기지국은, 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를, 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 역확산부와, 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 복수의 사용자 신호에 곱하여 복수의 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 빔 형성부를 포함한다. According to another aspect, a base station receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas may perform a matched filtering on a plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas, thereby providing a plurality of users. A despreader for demodulating a signal and a beamforming unit for performing symbol level reception beam shaping for a plurality of user signals by multiplying a plurality of user signals by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas.
또 다른 측면에 따른 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 수신하는 단말은, 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를, 정합 필터링하여 단말에 대한 사용자 신호를 복조하는 역확산부와, 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 사용자 신호에 곱하여 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 수행하는 빔 형성부를 포함한다. A terminal receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas according to another aspect may match-filter the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas to the terminal. A despreader for demodulating the user signal, and a beamformer for performing symbol level reception beamforming on the user signal by multiplying the weight vector corresponding to each of the plurality of antennas by the user signal.
또 다른 측면에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법은, 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호에 대하여 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 단계와, 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method for receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station comprises: a plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through a plurality of antennas; Performing chip level reception beamforming for each of the plurality of pre-lake synthesis signals by multiplying a weight vector corresponding to each antenna, and matching filtering the plurality of pre-lake synthesis signals on which the reception beamforming is performed. Demodulating a plurality of user signals.
또 다른 측면에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법은, 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 단계와, 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 복수의 사용자 신호에 곱하여 복수의 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method for receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station includes: matching and filtering a plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through a plurality of antennas Demodulating a plurality of user signals, and multiplying a plurality of user signals by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas to perform symbol beam reception on the plurality of user signals for each user.
또 다른 측면에 따른 통신 시스템에서 복수의 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 기지국은, 각 사용자별로, 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 확산부와, 확산 신호를 프리-레이크 결합하여, 프리-레이크 합성 신호를 생성하는 프리-레이크 합성부와, 프리-레이크 합성 신호에 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 칩 레벨의 송신 빔 형성을 수행하는 빔 형성부를 포함한다. In a communication system according to another aspect, a base station transmitting a signal using a plurality of antennas may spread and modulate a user signal by using a continuous orthogonal spreading code having orthogonality continuously for a predetermined time interval for each user. Multiplying the spreading unit to generate a pre-lake combining signal, and generating a pre-lake synthesis signal by multiplying the pre-lake synthesis signal by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas. It includes a beam forming unit for performing the transmission beam forming of.
상술한 바와 같이 본 발명은 순방향, 역방향 링크에 다중 안테나 기반의 칩 레벨 혹은 심볼 레벨의 빔 형성 송수신 장치 및 방법을 제공함으로써 시스템의 성능과 용량을 증대시킨다. 따라서 높은 하드웨어 및 전력 효율뿐 아니라, 무간섭수신성능을 제공하는 초고성능 기지국, 단말기의 실현이라는 이점을 갖게 된다.As described above, the present invention increases the performance and capacity of the system by providing a multi-antenna based chip level or symbol level beamforming transmission and reception apparatus and method in the forward and reverse links. Therefore, there is an advantage of realizing an ultra-high performance base station and a terminal which provide not only high hardware and power efficiency but also interference-free reception.
본 발명에 따르면, 프리-레이크 방법과 연속직교확산 코드를 사용하였을 때, 배열안테나를 사용하는 CDMA 시스템은 크게 간단한 구조가 될 수 있다. 프리-레이크 방법은 전에 비하여 정합필터의 사용개수를 크게 줄여주며, 연속직교확산 코드는 완벽한 간섭 제거를 수행하여 사용자 수 증가에 따른 열화 현상이 일어나지 않도록 한다. According to the present invention, when the pre-lake method and the continuous orthogonal spreading code are used, the CDMA system using the array antenna can be largely a simple structure. The pre-lake method significantly reduces the number of matching filters compared to the previous one, and the continuous orthogonal spreading code performs perfect interference cancellation to prevent deterioration due to the increase in the number of users.
빔 형성을 통해서 제거되던 간섭은 연속직교확산 코드에 의한 확산/역확산에 의해 완벽하게 제거될 수 있다. 이를 통해 무선통신에 있어서 근본적으로 내재되어 있는 MAI와 MPI는 제거되며, 빔 형성 시스템은 완벽한 배열 이득을 확보할 수 있다. Interference that has been eliminated through beamforming can be completely eliminated by spreading / despreading by a continuous orthogonal spreading code. This eliminates the inherent inherent MAIs and MPIs in wireless communications, and allows beamforming systems to achieve perfect array gains.
프리-레이크를 통한 높은 하드웨어 효율성이 구현이 가능하고, 연속 직교 확산 코드의 간섭제거능력 특성으로 인해 최적의 빔 형성 시스템 성능을 제공하게 되고, 단말 및 기지국에서 가격 경쟁력과 기기의 소형화 및 저전력 소모 실현 등이 가능해진다. High hardware efficiency is achieved through pre-lake, and the interference cancellation capability of continuous orthogonal spreading codes provides optimal beamforming system performance, resulting in price competitiveness, miniaturization, and low power consumption at terminals and base stations. Etc. are possible.
이를 통해 전체 CDMA 빔 형성 시스템의 뛰어난 성능을 발휘함과 동시에 간결한 하드웨어 구조 및 계산량 절감을 달성하여, 가격 효율성과 전력 소모를 줄이는데 매우 효과적인 시스템을 구현할 수 있다. 특히 단말에 적용시에 하드웨어 간결성을 통한 소형 기기화, 저전력화를 통해 배터리 문제가 해소된 기기를 구현할 수 있다. This results in the outstanding performance of the entire CDMA beamforming system, as well as concise hardware structure and computational savings, making it a very effective system for reducing cost efficiency and power consumption. In particular, when the device is applied to the terminal, the device can solve the battery problem by miniaturization and low power through hardware simplicity.
이와 같은, 뛰어난 효율성 및 경제성과 우수한 성능이 동시에 만족되는 특징은 다양한 이동 무선통신 응용분야에서 사용될 수 있다.Such high efficiency, economical efficiency and excellent performance at the same time can be used in various mobile wireless communication applications.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 방식의 빔 형성이 가능한 단말의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 단말이 단일 안테나를 가지는 경우의 송신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 레벨로 수신 빔 형성하여 단말로부터 신호를 수신하는 기지국의 수신부의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 레벨 수신 빔 형성 시 채널 추정을 수행하는 경우의 기지국의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 보내는 신호를 심볼 레벨로 수신 빔 형성하여 수신하는 기지국의 수신부 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 심볼 레벨 수신 빔 형성 시 채널 추정을 수행하는 경우의 기지국의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순방향의 경우에 송신 빔 형성하여 단말로 신호를 보내는 기지국의 송신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 안테나를 사용하는 단말을 통한 MISO 빔 형성이 가능한 단말의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 칩 레벨 MIMO 빔 형성을 하는 다중 안테나를 가진 단말의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 칩 레벨 MIMO 빔 형성을 하는 다중 안테나를 가진 단말에서 채널 추정을 수행하는 경우의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 심볼 레벨 MIMO 빔 형성이 가능한 단말의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 심볼 레벨 수신 빔 형성 시 채널 추정을 수행하는 경우의 단말의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 전송하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 전송하는 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a diagram illustrating a communication system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the configuration of a terminal capable of forming a beam of the MIMO method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter when the terminal of FIG. 1 has a single antenna according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a configuration of a receiver of a base station for receiving a signal from a terminal by forming a reception beam at a chip level according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a base station when channel estimation is performed when forming a chip level reception beam according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a base station for receiving and receiving a signal transmitted from a terminal at a symbol level according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a base station in case of performing channel estimation when forming a symbol level reception beam according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter of a base station that transmits a signal to a terminal by forming a transmission beam in a forward case according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a terminal capable of forming an MISO beam through a terminal using a single antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a terminal having multiple antennas for chip-level MIMO beam shaping through multiple antennas according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a receiver when channel estimation is performed in a terminal having multiple antennas forming chip level MIMO beams received through multiple antennas according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a terminal capable of forming a symbol level MIMO beam received through a multiple antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a terminal when channel estimation is performed when forming a symbol level reception beam according to an embodiment of the present invention.
14 is a flowchart illustrating a method of receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station according to an embodiment of the present invention.
15 is a flowchart illustrating a method of receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a terminal according to an embodiment of the present invention.
16 is a flowchart illustrating a method for receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station according to another embodiment of the present invention.
17 is a flowchart illustrating a method of receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a terminal according to another embodiment of the present invention.
18 is a flowchart illustrating a method for transmitting a signal through a multipath channel by using a plurality of antennas in a terminal according to an embodiment of the present invention.
19 is a flowchart illustrating a method of transmitting a signal through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 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. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a communication system according to an embodiment of the present invention.
도 1의 통신 시스템(110)은 프리-레이크(Pre-RAKE)와 연속 직교 확산 코드를 사용한 CDMA 빔 형성 시스템으로, 단말(110)과 기지국(120)을 포함한다. The
단말(110) 및 기지국(120)은 각각 전송 장치 및 수신 장치로서 기능할 수 있다. 단말(110) 및 기지국(120)은 다중 경로 채널을 통해 연결될 수 있다. 단말(110)은 신호를 안테나를 통해 송신하는 송신부(112) 및 안테나를 통해 신호를 수신하는 수신부(114)를 포함한다. 기지국(120)은 신호를 안테나를 통해 송신하는 송신부(122) 및 안테나를 통해 신호를 수신하는 수신부(124)를 포함한다. The terminal 110 and the
역방향에서, 단말(110)의 송신부(112)는 입력 신호(또는 사용자 신호)를 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 확산 변조한 후 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성 신호를 송출할 수 있다. 기지국(120)의 수신부(124)는 다중 경로 채널을 거쳐 단말(110)에서 송출된 신호를 수신한 후 수신된 신호로부터 단말(110)의 입력 신호를 복원할 수 있다. 이러한 역방향 수신 빔 형성 시, 기지국(120)은 단말(110)의 수신 신호를 효율적으로 수신하기 위하여 단말(110)에 해당하는 수신 빔 형성을 위한 가중치 벡터를 구하고, 구한 가중치 벡터를 다시 순방향의 송신 빔 형성 시에 그대로 또는 변형을 거쳐 사용할 수 있다. In the reverse direction, the
마찬가지로, 순방향에서, 기지국(120)의 송신부(122)는 입력 신호를 연속 직교 확산 코드를 이용하여 확산 변조한 후 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성 신호를 송출할 수 있다. 단말(110)의 수신부(114)는 다중 경로 채널을 거쳐 기지국(120)에서 송출된 신호를 수신한 후 수신된 신호로부터 기지국(120)의 입력 신호를 복원할 수 있다. 프리-레이크와 연속 직교 확산 코드에 대한 기술은 기존에 등록되어 있는 특허(출원번호:10-2007-0042510)에 상세히 기술되어 있다. Similarly, in the forward direction, the
기존의 왈쉬(Walsh) 코드는 동기가 맞지 않는 경우에 직교성을 잃어 큰 열화가 발생하므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 일정한 칩 구간 내에 들어오는 수신 신호들 간의 완벽한 연속직교확산 특성을 가지는 연속 직교 확산 코드를 이용한다. According to an embodiment of the present invention, the conventional Walsh code loses orthogonality when synchronization is not synchronized, and thus large degradation occurs. According to an embodiment of the present invention, continuous orthogonal spreading has perfect continuous orthogonal spreading characteristics between received signals within a predetermined chip interval. Use a spreading code.
연속 직교 확산 코드는 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 확산 코드로, 일정 시간 구간 동안 자기 상관치 및 상호 상관치가 0일 수 있다. 여기에서, 일정 시간 구간은, 다중경로 간섭의 주된 지연 경로 길이를 커버할 수 있는 길이일 수 있다. 연속 직교 확산 코드는 다중 위상(Multi-Phase) 및 다중 레벨(Multi-level)의 연속 직교 코드를 포함할 수 있다. 연속 직교 확산 코드는 ZCD(zero correlation duration), ZCZ(zero correlation zone) 및 LAS(large area synchronous) 등 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 같은 연속 직교 확산 코드를 왈쉬 코드 대신 사용하여 MAI(multiple access interference)와 MPI(multi-path interference)와 같은 간섭을 제거할 수 있다. MAI는 다중 접속 간섭, 즉, 다중 사용자 간섭(multi-user interference)를 나타내며, MPI는 다중 경로 간섭, 즉, 자기 간섭(self-interference)를 나타낸다. The continuous orthogonal spreading code is a spreading code having orthogonal characteristics continuously for a predetermined time interval, and the autocorrelation value and the cross-correlation value may be 0 for a predetermined time interval. Here, the predetermined time interval may be a length that can cover the main delay path length of the multipath interference. The continuous orthogonal spreading code may include multi-phase and multi-level continuous orthogonal codes. The continuous orthogonal spreading code may include any one of a zero correlation duration (ZCD), a zero correlation zone (ZCZ), a large area synchronous (LAS), and the like. Such continuous orthogonal spreading codes can be used in place of Walsh codes to eliminate interference such as multiple access interference (MAI) and multi-path interference (MPI). MAI stands for multi-access interference, ie multi-user interference, and MPI stands for multipath interference, ie self-interference.
단말(110)은 N개의 안테나를 포함할 수 있고, 기지국(120)은 M개의 안테나를 포함할 수 있다. 여기에서 N은 1이상의 자연수이고, M은 2 이상의 자연수이다. 단말(110)의 안테나 개수가 2개 이상일 경우 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 빔 형성 시스템이 가능하고, 1개일 경우에는 SIMO (Single Input Multiple Output), MISO (Multiple Input Single Output) 빔 형성 시스템이 구현될 수 있다. The terminal 110 may include N antennas, and the
즉, 단말(110)에서 기지국(120)으로의 역방향의 경우에는 SIMO, MIMO의 빔 형성 시스템이 구현될 수 있으며, 기지국(120)에서 단말(110)로의 순방향의 경우에는 MISO, MIMO의 빔 형성 시스템이 구현될 수 있다. That is, in the reverse direction from the terminal 110 to the
단말(110)의 N개의 안테나는 송신부(112) 및 수신부(114)의 일 구성요소로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 기지국(120)의 M개의 안테나는 송신부(122) 및 수신부(124)의 일 구성요소로 이해될 수 있다. N antennas of the terminal 110 may be understood as one component of the
기지국(120)은 다중 안테나 시스템인 경우와 단말(110)은 단일 안테나 시스템인 경우에 대하여 역방향, 순방향에 따른 신호의 흐름은 다음과 같다.
In the case where the
1. 역방향 신호 흐름1. Reverse Signal Flow
먼저, 단말(110)에서 기지국(120)으로 가는 역방향에 대하여 신호의 흐름을 수학식으로 기술하면 아래와 같다.First, a signal flow is described as an equation for the reverse direction from the terminal 110 to the
단말(110)에서 송신된 신호 가 기지국(120)의 다중 안테나로 수신 빔 형성을 통하여 수신된 신호 는 수학식 1과 같다.Signal transmitted from the terminal 110 Received through shaping beams to multiple antennas of
수학식 1에서 는 기지국(120)의 각 안테나에서 발생된 백색 잡음 벡터이다. 및 은 각각 사용자 신호(또는 데이터 심볼)들이 각각 채널을 거쳐서 경로에 따라 달라지는 진폭(또는 경로 이득)과 위상을 나타낸다. K 는 통신 시스템 내의 총 사용자 수를 나타내고, L 은 통신 시스템 내의 총 경로 수를 나타낸다. 는 기지국(120)의 각 안테나 소자들에 들어오는 수신 신호들마다 다른 수신 시점의 차이에 의해 발생되는 벡터이다. 수신 시점의 차이는 지연시간으로 표현이 가능하며, 이로 인해 기지국(120)의 각 안테나로 들어가는 신호들 사이에는 위상 차이가 발생된다. T c 는 확산 부호의 1칩 구간에 해당한다. In
이는 아래 수학식 2과 같이 k 번째 사용자, l 번째 경로의 배열 응답 벡터 (Array Response 또는 Array Steering Vector) 로 일반화되어 표현될 수 있다.This is an array response vector (Array Response or Array Steering Vector) of the k th user, the l th path, as shown in
안테나 간격 d 는 보통의 빔 형성 시스템과 같이 λ/2이다. λ는 신호의 파장이다. The antenna spacing d is λ / 2 like a normal beamforming system. λ is the wavelength of the signal.
기지국(120)은 위의 수학식 1에서 기준 신호와 비교될 부분을 추출하여 기준신호와 함께 빔 형성 알고리즘을 통해 가중치 벡터 를 계산하여 결정할 수 있다. 결정된 가중치 벡터는 수신 신호 에 곱해져서 수신 빔 형성이 수행될 수 있다. The
이 수학식 3은 기지국(120)의 수신부(122)의 정합필터(도시되지 않음)에서 역확산이 되기 전의 신호이다. Equation 3 is a signal before despreading by a matched filter (not shown) of the
역환산 시에는 사용자 k 수신 신호에 대해 피크 신호가 존재하는 시점인 (L - 1)칩 타임에 정합필터가 확산코드 를 발생시켜 역확산이 이루어진다. In inverse conversion, ( L -1), which is the point where the peak signal exists for the user k received signal. Matching filter spreads code at chip time Despreading is done by generating.
가중치 벡터가 구해지기 위해서는 기준 신호가 필요한데, TDD의 경우에는 아래의 미드앰블을 사용한다. 이는 기지국(120)의 수신부(124)가 이미 알고 있으며, 수학식 4과 같이 표현될 수 있다. In order to obtain a weight vector, a reference signal is required. In the case of TDD, the following midamble is used. This is already known to the
여기서, 와 에서의 (L - 1)의 의미는 사용자 k 수신 신호에 대해 피크 신호가 존재하는 시점인 (L - 1)칩 타임에 기준신호(미드앰블)를 발생시킨다는 것을 의미한다. 여기서 다중 경로는 통상 총 L 개의 경로로 가정하며, 경로 인텍스는 l = 0, 1, ... , L - 1 로 표시하기 때문에 실제로 (L - 1) 칩 타임은 L 번째 칩 타임이라 할 수 있다. 는 미드앰블의 동상 성분을 나타내고, 는 미드앰블의 직교 위상 성분을 나타낸다.
here, Wow (L - 1) in the meaning of a point in time at which the peak signal is present for a user k the received signal (L - 1) This means that a reference signal (midamble) is generated at chip time. Multipath is typically assumed to be a total of L paths, and since the path index is represented by l = 0, 1, ..., L -1, it is actually ( L -1) The chip time may be referred to as the L th chip time. Represents the in-phase component of the midamble, Represents the quadrature phase component of the midamble.
2. 2. 순방향Forward direction 신호 흐름 Signal flow
다음으로, 기지국(120)에서 단말(110)로 가는 순방향에 대하여 신호의 흐름을 수학식으로 기술하면 아래와 같다. 기지국(120)에서 송신 빔 형성을 통해 다중 안테나에서 발신된 신호 z(t)는 다음 수학식 5와 같다. Next, the flow of signals in the forward direction from the
여기서, 는 사용자 k 송신 신호에 대한 가중치 벡터의 켤레(Conjugate) 값 벡터이다. 순방향의 가중치 벡터는. 역방향에서 구해진 가중치 벡터를 기반으로 결정되어 사용될 수 있다. here, Is the conjugate value vector of the weight vector for the user k transmit signal. The weight vector in the forward direction is It may be determined and used based on the weight vector obtained in the reverse direction.
순방향의 가중치 벡터를 결정하는 방법으로는, 역방향에서 구해진 가중치 벡터를 그대로 사용하는 방법, 역방향에서 구해진 가중치 벡터를 역행렬 변환 후 사용하는 방법 등 여러 가지 방법이 존재할 수 있으나, 본 발명은 이러한 방법들의 상위 개념의 시스템 발명으로서 모든 방법을 포괄한다. 여기서 공통적으로 중요한 사항은 가중치 벡터의 놈(Norm) 값이 언제나 1이 되도록 정규화(Normalization) 시켜주어야 한다. 그래야 송신 SNR (Signal to Noise Ratio)이 유지된다. 이는 아래 수학식 6과 같다.As a method of determining the weight vector in the forward direction, there may be various methods such as using the weight vector obtained in the reverse direction as it is or using the weight vector obtained in the reverse direction after inverse matrix transformation. A conceptual system invention encompasses all methods. The important thing here is to normalize so that the norm of the weight vector is always 1. This ensures that the transmission signal to noise ratio (SNR) is maintained. This is shown in Equation 6 below.
이 수학식 6을 수행하면, 가중치 벡터의 위상은 유지한 채 크기 값만 1로 정규화 시켜준다. 이와 같이 정규화된 가중치 벡터가 이용된다. When Equation 6 is performed, only the magnitude value is normalized to 1 while maintaining the phase of the weight vector. This normalized weight vector is used.
수학식 5의 z(t)는 다중 안테나에서 나온 다중사용자 신호를 나타내며, 이것이 i번째 사용자의 단일 안테나를 가진 단말(110)로 수신된 신호 ri(t)는 수학식 7과 같이 표현된다.Z (t) of Equation 5 represents a multi-user signal from the multiple antennas, and the signal r i (t) received by the terminal 110 having the single antenna of the i-th user is expressed as Equation (7).
신호 ri(t)는 단말(110)의 수신부(114)에 포함된 정합필터(도시되지 않음)에서 역확산 되기 전의 사용자 i 의 신호이다. 는, 사용자 i의 단말(110)의 l번째 경로의 배열 응답 벡터를 나타낸다. 및 는 각각 데이터 심볼들이 각각 채널을 거쳐서 경로에 따라 달라지는 진폭(또는 경로 이득)과 위상을 나타낸다.The signal r i (t) is a signal of the user i before despreading by a matching filter (not shown) included in the receiving
역환산 시에는, 역확산을 수행하는 정합 필터(도시되지 않음)가 사용자 k 수신 신호에 대해 피크 신호가 존재하는 시점인 (L - 1)의 칩 타임에 동기화된 확산코드 를 발생시켜 역확산을 수행할 수 있다.
In inverse conversion, a matched filter (not shown) that performs despreading is the point ( L -1) at which the peak signal exists for the user k received signal. Spread Code Synchronized to Chip Time Despreading can be performed by generating.
이하에서는, 일 실시예에 따른 통신 시스템(100)의 동작 방법 및 특징을 역방향에서 순방향으로 이어지는 흐름에 따라 설명한다. Hereinafter, an operation method and features of the
도 2 내지 도 7은 통신 시스템(100)에서 역방향 신호 전송을 위한 단말(110) 및 기지국(120)의 구성의 일 예를 나타낸다. 2 to 7 show an example of the configuration of the terminal 110 and the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 방식의 빔 형성이 가능한 단말(110)의 구성을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a terminal 110 capable of forming a beam using a MIMO scheme according to an embodiment of the present invention.
도 2의 단말(110)의 송신부(112A)는 다중 안테나를 이용하여 송신 빔 형성을 통해 신호를 기지국(120)으로 전송할 수 있다. 이 경우에는 단말(110)에서 송신 빔 형성, 기지국(120)에서 수신 빔 형성이 모두 일어나게 된다. 즉, 역방향 MIMO 빔 형성이 가능하다. The
송신부(112A)는 정규화부(205), 확산부(210), 프리-레이크 합성부(220), 빔 형성부(230), 가중치 벡터 전환부(240) 및 가중치 벡터 발생부(250), 복수의 RF 트랜시버(260-1 내지 260-N) 및 복수의 안테나로 구성된 배열 안테나(265-1 내지 265-N)를 포함한다. The
정규화부(205)는 전송될 사용자 k의 사용자 신호인 데이터 열(bk)을 정규화 인자(Q)로 정규화한다. 사용자 k의 데이터 열(bk)은 원래의 사용자 데이터가 PSK(phase shift keying), QPSK(quadrature phase shift keying), QAM(quadrature amplitude modulation) 등과 같은 다양한 디지털 변조 방식을 통해 1차적으로 변조된 신호일 수 있다. The
확산부(210)는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 송신할 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성한다. 확산부(210)는 연속 직교 확산 코드를 발생하는 연속 직교 코드 발생부(212) 및 송신할 신호(bk)를 곱하는 곱하는 곱셈부(214)를 포함할 수 있다. The
프리-레이크 합성부(220)는 확산 변조된 확산 신호를 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성 신호를 생성한다. 다시 말하면, 프리-레이크 합성부(220)는 확산 변조된 확산 신호에 이전의 송수신 과정에서 채널 정보를 획득하여 이를 기반으로다중 경로 채널에 대한 채널 임펄스 응답을 결합하여 프리-레이크 합성 신호로 변환하는 것이다. 이때, 채널 임펄스 응답의 결합이란 채널 임펄스 응답의 시반전된 값의 복소 공액값을 확산 신호에 적용함을 뜻한다. The
빔 형성부(230)는 가중치 벡터 전환부(240)에서 제공된 가중치 벡터를 프리-레이크 합성된 신호에 곱하여 칩 레벨의 송신 빔을 형성한다. The beam former 230 multiplies the weight vector provided by the
RF 트랜시버(260-1 내지 260-N)은 송신 빔 형성이 수행된 신호를 캐리어 주파수로 변조할 수 있다. RF 트랜시버(260-1 내지 260-N)를 거쳐 신호를 송신하면, 신호는 채널을 거치면서 레이크(RAKE) 효과를 가지는 피크 신호를 얻게 된다. 도 1의 기지국(120)의 수신부(114)에서는 여러 신호 중 레이크(RAKE) 효과를 가지는 L -1번째 가운데 신호를 획득하기 위한 정합 필터 1개만을 필요로 하게 된다. 이 때문에, 단말(110)의 송신부(112A)에 의해 송신된 신호를 수신하는 수신기(또는 기지국(120))에서, 수신 빔 형성 시에 가중치 벡터를 구할 때 수학식 4의 기준 신호 발생 시점이 L -1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 사용할 수 있다. 즉, 수학식 4와 같은 기준 신호는, 수학식 3에서와 같이 피크 경로에 해당하는 가중치 벡터를 구하는데 활용된다.The RF transceivers 260-1 to 260 -N may modulate the signal on which the transmission beamforming is performed at a carrier frequency. When the signal is transmitted through the RF transceivers 260-1 to 260 -N, the signal is obtained through the channel to obtain a peak signal having a RAKE effect. In the
가중치 벡터 전환부(240)는 빔 형성부(230)에 적용될 가중치 벡터를 제공한다. 가중치 벡터 전환부(240)는 가중치 벡터 발생부(250)에 의해 제공된 가중치 벡터를 빔 형성부(230)에 제공할 수 있다. 가중치 벡터 발생부(250)는 이전의 통신 과정에서, 즉, 예를 들면 도 1의 기지국(120)과의 이전의 송수신 과정에서 기지국(120)에 포함된 가중치 벡터 발생부(예를 들어, 후술할 도면 4, 5의 이전의 송수신 과정에서 가중치 벡터 발생기(430, 530-1 내지 530-N))에 의해 결정되어, 기지국(120)을 통해 획득한 가중치 벡터를 사용할 수 있다. The weight
가중치 벡터의 사용은, 이전의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 일정 타임 슬롯 구간 동안에 사용하는 방법, 이전에 구해진 가중치 벡터를 기반으로 소정의 방법으로 예상한 가중치 벡터를 다음 구간의 가중치 벡터로 변환하여 사용하는 방법, 현재의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 바로 사용하는 방법 등이 존재하며, 본 발명은 이러한 방법들의 기술적 사상에 있는 모든 방법들을 포괄한다. 가중치 벡터 전환부(240)는 이러한 여러 가지 방법 중 사용하는 방법이 무엇이냐에 따라 동작이 결정될 수 있다. The use of the weight vector is a method of using a weight vector obtained in a previous time slot during a certain time slot interval, and converting a weight vector expected by a predetermined method based on a previously obtained weight vector to a weight vector of the next interval. There is a method, a method of directly using the weight vector obtained in the current time slot, and the present invention encompasses all methods in the technical spirit of these methods. The operation of the weight
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 단말(110)이 단일 안테나를 가지는 경우의 송신부의 구성을 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter when the
도 3의 송신부(112B)는 정규화부(305), 확산부(310), 프리-레이크 합성부(320), RF 트랜시버(330) 및 단일 안테나(335)를 포함한다. The
정규화부(305)는 전송될 사용자 k의 사용자 신호(bk)를 정규화 인자(Q)로 정규화하고 정규화된 사용자 신호를 확산부(310)로 전달한다. 확산부(310)에서는, 연속 직교 코드 발생부(312)는 연속 직교 확산 코드를 생성하고, 곱셈부(314)는 생성된 연속 직교 확산 코드가 송신할 사용자 신호에 곱해서, 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성한다. 확산부(310)는 생성된 확산 신호를 프리-레이크 합성부(320)로 전달한다.
프리-레이크 합성부(320)는 확산 변조된 확산 신호를 프리-레이크 합성 신호로 변환한다. 프리-레이크 합성 신호는 RF 트랜시버(330)를 거쳐 단일 안테나(335)를 통해 전송된다. The
이 경우에는 단말(110)의 송신부(112B)에서 보내는 신호를 기지국(120)에서 수신 빔 형성하여 받을 수 있다. 이 경우, SIMO 빔 형성이 가능하다. In this case, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 레벨로 수신 빔 형성하여 단말(110)로부터 신호를 수신하는 기지국(120)의 수신부의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration of a receiver of a
도 4의 기지국(120)의 수신부(124A)는 도 2 및 도 3에 도시된 단말(110)의 송신부(112A) 또는 송신부(112B)가 전송한 신호를 칩 레벨로 수신 빔 형성하여 수신하도록 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 기지국(120)의 수신부(124A)는 복수의 안테나를 포함하는 배열 안테나(401-1 내지 401-M), 복수 RF 트랜시버(405-1 내지 405-M), 빔 형성부(410), 제1 역다중화부(420), 복수의 가중치 벡터 발생부(430-1 내지 430-K), 복수의 기준 신호 발생부(440-1 내지 440-K), 복수의 제2 역다중화부(450-1 내지 450-K), 복수의 역확산부(460-1 내지 460-K)를 포함한다. 빔 형성부(410)는 복수의 빔 형성부(410-1 내지 410-K)를 포함할 수 있다. 복수의 빔 형성부(410-1 내지 410-K), 가중치 벡터 발생부(430-1 내지 430-K), 기준 신호 발생부(440-1 내지 440-K), 복수의 제2 역다중화부(450-1 내지 450-K), 복수의 역확산부(460-1 내지 460-K)는 통신 시스템의 사용자의 총 수에 대응하는 개수로 형성될 수 있다. The receiving
단말(110)로부터 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호가, 다중 경로 채널을 거쳐서 각 안테나(401-1 내지 401-M)에서 수신된다. 각 안테나(401-1 내지 401-M)로 수신된 각 신호들이 RF 트랜시버(405-1 내지 405-M)로 입력된다. RF 트랜시버(405-1 내지 405-M)는 배열안테나(401-1 내지 401-M)로 수신된 각 신호들을 기저대역 신호로 변환할 수 있다. The pre-lake combined pre-lake combined signal from the terminal 110 is received at each of the antennas 401-1 through 401-M via a multipath channel. Each signal received by each of the antennas 401-1 through 401-M is input to the RF transceivers 405-1 through 405-M. The RF transceivers 405-1 through 405-M may convert each signal received by the array antennas 401-1 through 401-M into a baseband signal.
복수의 빔 형성부(410-1 내지 410-K)는 각 RF 트랜시버(405-1 내지 405-M)를 통해 수신된 수신 신호에 가중치 벡터를 곱하여, 수신된 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자(즉, 각 단말)별로 수행한다. 가중치 벡터가 곱해지기 전의 신호는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. The plurality of beam formers 410-1 to 410 -K multiplies the received signals received through the respective RF transceivers 405-1 to 405 -M by a weight vector, thereby providing a chip level for the received pre-lake synthesized signal. Receive beamforming is performed for each user (ie, each terminal). The signal before the weight vector is multiplied may be expressed as in
도 4의 가중치 벡터 발생부(430-1 내지 430-K)는 빔 형성 알고리즘에 따라 빔 형성 벡터를 각 사용자별로 생성하여 복수의 빔 형성부(410-1 내지 410-K)에 제공한다. 가중치 벡터 발생부(430-1 내지 430-K)는 각 사용자별로 통상적으로 채널을 거쳐 각 안테나(401-1 내지 401-M)로 수신된 신호에서 추출된 기준 신호와 기준 신호 발생부(440)에서 발생되는 원래의 기준 신호를 가지고 알고리즘 연산을 통해 대상에 대한 가중치 벡터를 획득할 수 있다. 제1 역다중화부(420)는 통상적으로 채널을 거쳐 각 배열 안테나(401-1 내지 401-M)로 수신된 신호에서 기준 신호 부분을 추출할 수 있다. The weight vector generators 430-1 to 430-K of FIG. 4 generate beamforming vectors for each user according to a beamforming algorithm, and provide the beamforming vectors to the plurality of beamforming units 410-1 to 410 -K. The weight vector generators 430-1 through 430 -K typically reference signals and
보통 기준 신호로서 TDD(time division duplex)의 경우에는 미드앰블 (Midamble)이 사용되고, FDD(frequency division duplex)의 경우에는 파일롯(Pilot) 신호를 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 개수가 M개라면, 가중치 벡터는 M × 1의 벡터가 된다. In general, a midamble is used for a time division duplex (TDD) as a reference signal, and a pilot signal may be used for a frequency division duplex (FDD). As shown in FIG. 4, if the number of antennas is M, the weight vector is a vector of M × 1.
TDD 시스템이라 할 때, 가중치 벡터가 구해지는 흐름은 다음과 같다. 복수의 RF 트랜시버(405-1 내지 405-M)에서 기저대역 신호로 변환된 수신 신호는 제1 역다중화부(420)에서 각 미드앰블 부분만 역다중화(Demultiplexing)되어 가중치 벡터 발생부(430)로 들어간다. 가중치 벡터 발생기(430)내에서는 빔 형성 알고리즘이 존재하며, 이 알고리즘을 통해 가중치 벡터가 계산된다. In the case of a TDD system, a flow of obtaining a weight vector is as follows. The received signals converted into baseband signals by the plurality of RF transceivers 405-1 through 405 -M are demultiplexed by each of the midamble parts by the
빔 형성 알고리즘에는 Optimal, Sub-optimal 방법, 다른 관점에서는 기준 신호 기반 빔 형성 방법 등이 존재하고, 구체적으로는 일반적으로 MMSE(Minimum Mean Square Error), NLMS(Normalized Least Mean Square), LMS(Least Mean Square), RLS(Recursive Least Square) 등이 존재한다. 이 알고리즘들은 각각의 특징을 지니나, 공통적으로는 다른 사용자의 신호를 간섭이라 여기고 이를 억제하며 원하는 대상 사용자의 신호를 수신하는데 배열 이득을 갖기 위해 빔 형성을 위한 가중치 벡터를 생성한다. Beamforming algorithms include Optimal and Sub-optimal methods, and in other respects, reference signal-based beamforming methods, and specifically, Minimum Mean Square Error (MMSE), Normalized Least Mean Square (NLMS), and Least Mean (LMS). Square) and RLS (Recursive Least Square). These algorithms have their own characteristics, but in common they consider the signals of other users as interference, suppress them, and generate weight vectors for beamforming in order to have an array gain in receiving the desired target user's signals.
본 발명의 전체 시스템의 기술적 사상을 벗어나지 않는 빔 형성 알고리즘은 모두 본 발명의 범위에 속한다. 가중치 벡터의 사용은 이전의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 일정 타임 슬롯 구간동안에 사용하는 방법, 이전에 구해진 가중치 벡터를 기반으로 예상하여 다음 구간의 가중치 벡터로 변환하여 사용하는 방법, 현재의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 바로바로 사용하는 방법 등이 존재하며, 본 발명은 이러한 방법들의 기술적 사상에 있는 모든 방법들을 포괄한다.All beamforming algorithms without departing from the spirit of the overall system of the present invention fall within the scope of the present invention. The use of the weight vector is a method of using a weight vector obtained in a previous time slot during a certain time slot interval, a method of converting a weight vector of the next interval based on a previously obtained weight vector, and using the weight vector in a current time slot. There exists a method of directly using the obtained weight vector, and the present invention encompasses all methods in the technical spirit of these methods.
전술한 바와 같이, 빔 형성부(410)에서 RF 트랜시버(405-1 내지 405-M)를 거친 수신 신호들은 각 배열 별로 가중치 벡터가 곱해진다. 빔 형성부(410)에서 가중치 벡터가 곱해진 각 배열의 신호들은 서로 더해지고, 이는 수학식 3과 같다. As described above, the received signals passing through the RF transceivers 405-1 to 405-M in the
수학식 3의 신호는 제2 역다중화부(450-1 내지 450-K)로 입력되고, 제2 역다중화부(450-1 내지 450-K)에서 기준 신호(또는 미드앰블)을 제외한 사용자 데이터 부분이 추출되어 역확산부(460)로 들어간다. 역확산부(460)는 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조한다. The signal of Equation 3 is input to the second demultiplexers 450-1 to 450 -K, and user data excluding the reference signal (or midamble) from the second demultiplexers 450-1 to 450 -K. The portion is extracted and enters the
이를 위해, 역확산부(460)는 각 안테나를 통해 수신된 수신 신호를 처리하도록 복수의 정합 필터(460-1 내지 460-K)를 포함할 수 있다. 복수의 정합 필터(460-1 내지 460-K) 각각은 기준 신호가 코드 1주기 구간에 해당하는 구간을 갖는 코드에 정합되도록 구성될 수 있다. 복수의 정합 필터(460-1 내지 460-K) 각각은 각각 L - 1 번째 신호에 대한 정합 필터링을 수행하여 복수의 사용자 신호를 복조한다. To this end, the
복수의 판정부(470-1 내지 470-N)는 각 정합 필터(460-1 내지 460-K)로부터 출력된 신호를 판정하여 단말(110)에서 보낸 사용자 데이터 열(bk)을 출력할 수 있다. The plurality of determination units 470-1 to 470 -N may determine a signal output from each of the matching filters 460-1 to 460 -K and output a user data string b k sent from the terminal 110. have.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 레벨 수신 빔 형성 시 채널 추정을 수행하는 경우의 기지국(120)의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다. 5 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of the
도 5를 참조하면, 기지국(120)의 수신부(124B)는 복수의 안테나를 포함하는 배열 안테나(501-1 내지 501-M), 복수의 RF 트랜시버(505-1 내지 505-M), 복수의 빔 형성부(510-1 내지 510-K), 제1 역다중화부(520), 가중치 벡터 발생부(530-1 내지 530-K), 복수의 기준 신호 발생부(540-1 내지 540-K), 복수의 제2 역다중화부(550-1 내지 550-K), 복수의 역확산부(560-1 내지 560-N), 및 복수의 채널 추정부(570-1 내지 570-K)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the
도 5의 기지국(120)의 수신부(124B)는 채널 추정부(570)가 포함되어 변형된 구성을 제외하고는 도 4의 기지국(120)의 수신부(124A)의 구성과 유사하다. 이를 위해, 복수의 제2 역다중화부(550-1 내지 550-K)는 역확산부(560-1 내지 560-K)로는 수신된 신호에서 기준 신호를 제외한 사용자 데이터 부분을 출력하고, 곱셈부(545)로는 수신된 신호에서 기준 신호 부분을 출력하도록 구성될 수 있다. The
복수의 기준 신호 발생부(540-1 내지 540-K)는 각 사용자별로 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호 중 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 복수의 기준 신호를 발생한다. 복수의 기준 신호 발생부(540-1 내지 540-K)에서 발생된 각 기준 신호는 곱셈부(545)를 통해 각각 복수의 채널 추정부(580-1 내지 580-K)로 들어간다. 복수의 채널 추정부(580-1 내지 580-K) 각각은, 채널을 겪고 수신된 신호의 기준 신호 부분과 기준 신호 발생부(540-1 내지 540-K)에서 발생된 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 가지고 각 사용자별로 채널을 추정한다. 추정 방법은 다양할 수 있으며, 본 발명은 방법에 의해 달라지는 것이 아닌 포괄적 시스템 발명으로 모든 추정 방법을 포함한다. The plurality of reference signal generators 540-1 to 540 -K generate a plurality of reference signals synchronized with the received signal of the L-1 th path among the plurality of pre-lake combined signals received for each user. Each reference signal generated by the plurality of reference signal generators 540-1 through 540-K enters the plurality of channel estimators 580-1 through 580-K through the
각 정합 필터(560-1 내지 560-K)에서 출력된 수신 신호의 사용자 데이터 부분은 채널 추정된 값을 이용하여 보정된 후, 판정부(570-1 내지 570-K)에서 판별된다. 채널 추정부(580-1 내지 580-K) 및 채널 추정을 위한 기준 신호 처리를 위한 구성 부분은 선택적으로 이용될 수 있다. The user data portion of the received signal output from each matched filter 560-1 through 560-K is corrected using the channel estimated value and then determined by the determination units 570-1 through 570-K. The channel estimators 580-1 to 580-K and the component parts for the reference signal processing for channel estimation may be selectively used.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말(110)이 보내는 신호를 심볼 레벨로 수신 빔 형성하여 수신하는 기지국(120)의 수신부 구성을 나타내는 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a
도 6의 기지국(120)의 수신부(124C)는 도 2와 도 3에서 나타내는 단말(110)이 보내는 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 심볼 레벨로 수신 빔 형성하여 수신하도록 구성된다. 도 6의 기지국(120)의 수신부(124C)는 복수의 안테나를 포함하는 배열 안테나(601-1 내지 601-M), 복수의 RF 트랜시버(605-1 내지 605-M), 복수의 역다중화부(610-1 내지 610-M), 역확산부(620), 복수의 빔 형성부(630-1 내지 630-K), 복수의 가중치 벡터 발생부(640-1 내지 640-K), 복수의 기준 신호 발생부(650-1 내지 650-K), 복수의 판정부(660-1 내지 660-K)를 포함한다. 복수의 빔 형성부(630-1 내지 630-K), 복수의 가중치 벡터 발생부(640-1 내지 640-K), 기준 신호 발생부(650-1 내지 650-K), 복수의 판정부(660-1 내지 660-K)는 통신 시스템의 사용자의 총 수만큼의 개수로 형성될 수 있다. The receiving
심볼 레벨 빔 형성을 위해서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 빔 형성부(410-1 내지 410-K)를 통과한 후 역확산부(460-1 내지 460-K)에 의해 역확산되는 칩 레벨의 빔 형성을 위한 신호 처리 과정과 반대로, 우선 역확산부(620)에 의해 복수의 프리-레이크 합성 신호가 역확산된 후 빔 형성부(630-1 내지 630-K)에 의해 각 사용자별로 심볼 레벨의 수신 빔 형성이 수행되는 점에 차이가 있다. 이와 같이, 신호의 처리 흐름 순서가 바뀐 형태이나, 이루어지는 동작 및 적용되는 수학식들은 동일하다. For the symbol level beam forming, as shown in FIG. 4, the chip level passed through the beam forming units 410-1 to 410 -K and then despread by the despreading units 460-1 to 460 -K is shown. In contrast to a signal processing process for beamforming of a plurality of signals, first, a plurality of pre-lake synthesized signals are despread by the
도 6을 참조하면, RF 트랜시버(605-1 내지 605-M)를 지나 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호들은 각 배열의 역다중화부(610-1 내지 610-M)를 통해 사용자 데이터 부분이 분리된다. 그 후 사용자 데이터 부분들은 각각 역확산부(620)에서 연속 직교 확산 코드를 통해 역확산된다. 역확산부(620)는 역확산을 수행하는 각 배열의 정합필터(620-11 내지 620-1K, ..., 620-M1 내지 620-MK)를 포함한다. 정합필터들(620-11 내지 620-1K, ..., 620-M1 내지 620-MK)은 프리-레이크 시스템의 특성에 따라 L - 1 번째 경로의 신호에 동기를 맞춰 정합 필터링을 수행하여 사용자 데이터 부분에 대한 역확산을 수행한다. Referring to FIG. 6, a plurality of pre-lake synthesized signals received through the RF transceivers 605-1 through 605-M are stored in the user data portion through the demultiplexers 610-1 through 610 -M of each array. Are separated. Thereafter, the user data portions are each despread in the
또한, 역다중화부(610-1 내지 610-M)는 수신 신호 중 기준 신호 부분은 가중치 벡터 발생부(640-1 내지 640-K)로 전달한다. 가중치 벡터 발생부(640-1 내지 640-K)는 역다중화부(610-1 내지 610-M)으로부터 수신된 기준 신호 및 기준 신호 발생부(650-1 내지 650-K)로부터 발생된 L - 1 번째 경로의 신호에 동기화된 기준 신호를 이용하여 특정 빔 형성 알고리즘을 거쳐 가중치 벡터를 발생시킨다. Also, the demultiplexers 610-1 to 610 -M transmit the reference signal portion of the received signal to the weight vector generators 640-1 to 640 -K. The weight vector generators 640-1 to 640 -K may include reference signals received from the demultiplexers 610-1 to 610 -M and L − generated from the reference signal generators 650-1 to 650 -K. A weight vector is generated through a specific beamforming algorithm using a reference signal synchronized with the signal of the first path.
가중치 벡터가 발생되면, 빔 형성부(630)는 역확산부(620)의 각 정합 필터(620-11 내지 620-1K, 621-M1 내지 620-MK)에서 역확산된 심볼 레벨의 사용자 데이터 부분에 각각 가중치 벡터를 곱하여 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 수행한다. 그 후 배열 별로 계산된 사용자 데이터 부분이 각각 한 신호로 더해진다.When the weight vector is generated, the
가중치 벡터 발생부(640-1 내지 640-K)는 이전의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 일정 타임 슬롯 구간동안에 사용하는 방법, 이전에 구해진 가중치 벡터를 기반으로 예상하여 다음 구간의 가중치 벡터로 변환하여 사용하는 방법, 현재의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 바로바로 사용하는 방법 등을 이용할 수 있으며, 본 발명은 이러한 방법들의 기술적 사상에 있는 모든 방법들을 포괄한다.The weight vector generators 640-1 to 640-K use a weight vector obtained in a previous time slot during a predetermined time slot interval, and convert the weight vector generator 640-1 into a weight vector of the next interval based on the previously obtained weight vector. The method of using, the method of directly using the weight vector obtained in the current time slot, etc. can be used, and the present invention encompasses all methods in the technical spirit of these methods.
빔 형성부(630-1 내지 630-K)에 의해 심볼 레벨의 수신 빔 형성이 수행된 신호는 복수의 판정부(660-1 내지 660-K)에 의해 데이터 값이 판정되어 출력된다. The signal in which the reception beam shaping at the symbol level is performed by the beam forming units 630-1 to 630-K is determined by the plurality of determination units 660-1 to 660-K, and is outputted.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 심볼 레벨 수신 빔 형성 시 채널 추정을 수행하는 경우의 기지국(120)의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of the
도 7의 기지국(120)의 수신부(124D)는 복수의 안테나를 포함하는 배열 안테나(701-1 내지 701-M), 복수의 RF 트랜시버(705-1 내지 705-M), 복수의 역다중화부(710-1 내지 710-M), 역확산부(720), 복수의 빔 형성부(730-1 내지 730-K), 복수의 가중치 벡터 발생부(740), 복수의 기준 신호 발생부(750-1 내지 750-K), 복수의 판정부(760-1 내지 760-K) 및 복수의 채널 추정부(770-1 내지 770-K)를 포함한다. The
도 7의 기지국(120)의 수신부(124D)는 복수의 채널 추정부(770-1 내지 770-K)가 포함되어 변형된 구성을 제외하고는 도 6의 기지국(120)의 수신부(124C)의 구성과 유사하다. The receiving
채널 추정부(770-1 내지 770-K)는 빔 형성부(730-1 내지 730-K)에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 각각 추출하고, 추출된 기준 신호 부분과 기준 신호 발생부(750-1 내지 750-K)에서 나온 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 가지고 각 사용자별로 채널을 추정한다. 추정 방법은 다양할 수 있으며, 본 발명은 방법에 의해 달라지는 것이 아닌 포괄적 시스템 발명으로 모든 추정 방법을 포함한다. The channel estimators 770-1 to 770 -K extract reference signal portions from the signals on which reception beamforming is performed by the beam forming units 730-1 to 730 -K, respectively, and extract the extracted reference signal portions and the reference. A channel is estimated for each user with a reference signal synchronized with the received signal of the L-1 th path from the signal generators 750-1 to 750-K. Estimation methods may vary, and the present invention includes all estimation methods as a comprehensive system invention, rather than being dependent on the method.
채널 추정부(770-1 내지 770-K)에서 추정된 채널 상태는 빔 형성부(730-1 내지 730-K)에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호에 적용되어, 수신 빔 형성이 수행된 신호에 대한 채널 보상이 수행된 후 판정부(760-1 내지 760-K)를 거쳐 출력될 수 있다.
The channel state estimated by the channel estimating units 770-1 through 770-K is applied to the signal on which the reception beam forming is performed by the beam forming units 730-1 through 730-K, and thus the signal on which the receiving beam forming is performed. After the channel compensation is performed, the output signal may be output through the determination units 760-1 to 760 -K.
도 8 내지 도 13은 순방향 신호 전송을 위한 단말(110) 및 기지국(120)의 구성의 일 예를 나타낸다. 8 to 13 show an example of the configuration of the terminal 110 and the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순방향의 경우에 송신 빔 형성하여 단말(110)로 신호를 보내는 기지국(120)의 송신부의 구성을 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter of a
전술한 바와 같이, 순방향의 경우에는 도 1에서, 다중 안테나의 기지국(120)에서 단일 안테나 또는 다중 안테나인 단말(110)로 MISO, MIMO 빔 형성이 수행될 수 있다. As described above, in the forward direction, in FIG. 1, MISO and MIMO beamforming may be performed from the
도 8의 기지국(120)의 송신부(212)는 복수의 정규화부(805-1 내지 805-K), 복수의 확산부(810-1 내지 810-K), 복수의 다중화부(820-1 내지 820-K), 기준 신호 발생부(830), 복수의 프리-레이크 합성부(840-1 내지 840-K), 빔 형성부(850), 가중치 벡터 전환부(860), 가중치 벡터 발생부(870), 복수의 RF 트랜시버(880-1 내지 880-M), 및 배열 안테나(885-1 내지 885-M)를 포함할 수 있다. The
복수의 확산부(810-1 내지 810-K)는 각각 송신할 사용자 데이터를 각 사용자별로 연속 직교 확산 코드로 확산하여 확산 신호를 생성한다. The plurality of spreading units 810-1 to 810 -K spread the user data to be transmitted, respectively, with a continuous orthogonal spreading code for each user to generate a spread signal.
복수의 다중화부(820-1 내지 820-K)는 각각 기준 신호 발생부(830)에서 발생된 사용자별 기준 신호와, 사용자별로 사용자 데이터 부분의 신호를 다중화하여, 사용자별로 하나의 신호로 출력한다. The multiplexers 820-1 to 820 -K multiplex each user's reference signal generated by the reference signal generator 830 and signals of the user data portion for each user, and output a single signal for each user. .
복수의 프리-레이크 합성부(840-1 내지 840-K)는 각 사용자별로, 다중화된 신호에 프리-레이크 결합하여, 프리-레이크 합성 신호를 생성한다. The plurality of pre-lake synthesis units 840-1 to 840 -K pre-lake combine the multiplexed signal for each user to generate a pre-lake synthesized signal.
빔 형성부(850)는 가중치 벡터 전환부(860)에서 제공된 가중치 벡터들을 각 프리-레이크 합성된 신호에 곱하여 각 사용자별로 칩 레벨의 송신 빔 형성을 수행한다. 가중치 벡터들은 기지국(120)으로부터 전송된 수신하는 각 단말(110)에 의해 결정되고, 단말(110)로부터 획득될 수 있다. The
복수의 프리-레이크 합성부(840-1 내지 840-K)에서 출력된 신호를 sk(t)라고 한다면, 그 후 빔 형성부(850)를 거쳐 가중치 벡터들이 안테나 배열에 각각 곱해진 신호에 대한 것은 수학식 5와 같다. 신호(sk(t))에 수학식 6에 의해 정규화된 가중치 벡터의 켤레 값들이 곱해진 신호들(z(t))은 각 배열의 RF 트랜시버(880-1 내지 880-M)를 거쳐 채널로 송신된다. If the signals output from the plurality of pre-lake synthesis units 840-1 to 840-K are s k (t), then the weight vector is multiplied by the antenna array through the
가중치 벡터 전환부(860)와 가중치 벡터 발생부(870)는 도 2의 단말(120)의 가중치 벡터 전환부(240) 및 가중치 벡터 발생부(250)에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. 다만, 가중치 벡터 전환부(860)는, 각 사용자별로 각 프리-레이크 합성 신호에 가중치 벡터를 제공할 수 있으며, 가중치 벡터 발생부(870)는 각 사용자별로 가중치 벡터를 생성하여 가중치 벡터 전환부(860)로 각 사용자별 가중치 벡터를 제공할 수 있다. The
신호들(z(t))을 수신하는 수신 장치는 도 10 또는 도 11의 칩 레벨 수신 빔 형성을 하는 다중안테나를 가진 단말일 수도 있고, 도 12 또는 도 13과 같이 심볼 레벨 수신 빔 형성을 하는 다중안테나를 가진 단말일 수 있다. 또한, 신호들(z(t))을 수신하는 수신 장치로 단말의 하드웨어적 효율성과 저전력 소모 특성을 위해 도면 9와 같이 단일 안테나를 가진 단말을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 기지국, 단말에서 안테나 개수에 대한 별도의 규정 없이 동일한 기술적 사상을 가진 시스템의 모든 경우를 포괄한다. The receiving device for receiving the signals z (t) may be a terminal having multiple antennas for forming the chip level reception beam of FIG. 10 or 11, or performing symbol level reception beam formation as shown in FIG. 12 or 13. It may be a terminal having multiple antennas. In addition, a terminal having a single antenna as shown in FIG. 9 may be used as a reception device for receiving signals z (t) for hardware efficiency and low power consumption of the terminal. The present invention encompasses all cases of a system having the same technical spirit without a separate definition of the number of antennas in a base station and a terminal.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 안테나를 사용하는 단말(110)을 통한 MISO 빔 형성이 가능한 단말(110)의 수신부(114)의 구성을 나타내는 도면이다. 9 is a view showing the configuration of the
도 9의 단말(110)의 수신부(114A)는 단일 안테나(910), RF 트랜시버(905), 정합 필터(910) 및 판정부(920)를 포함한다. The
다중 경로 페이딩 채널을 거쳐 도면 9에서 나타내고 있는 단일 안테나 수신 장치인 단말(110)로 수신된다고 할 때, 송신 시 프리-레이크 효과를 주었으므로 수신부(114A)는 상기한 경우들과 마찬가지로 1개의 정합필터(910)만을 가지면 된다. When the signal is received by the terminal 110, which is a single antenna receiver shown in FIG. 9, through the multipath fading channel, the
한편, 특정 방향에 있는 하나의 수신 장치에서 수신되는 신호는 송신 장치의 배열 안테나에서 각각 송신된 신호들이 합쳐진 신호이다. 따라서, 수신 장치의 안테나 방향에 따라 각 안테나에서 송신되는 신호마다의 시간 차이가 존재하고, 이는 위상 차이를 나타낸다. 이를 배열 응답 (Array Response)라고 부르며, 이 벡터값은 각 안테나마다 송신되는 신호들에 곱해지게 된다. 따라서, 특정 방향의 수신 장치에서 받는 신호는 특정 배열 응답이 곱해지고 다중 경로 채널을 겪은 신호이다. 이에 관한 식은 수학식 7과 같다. 수학식 7은 단일 안테나를 가진 수신 장치임을 가정하였기 때문에, 벡터값이 아닌 백색 잡음이 더해지며 이 수신 신호는 수신부(114A)의 정합필터(910)에서 연속 직교 확산 코드를 통한 역확산이 이루어진다. On the other hand, the signal received by one receiving apparatus in a specific direction is a signal in which the signals transmitted from each of the array antennas of the transmitting apparatus are combined. Therefore, there is a time difference for each signal transmitted from each antenna according to the antenna direction of the receiving device, which indicates a phase difference. This is called an array response, and this vector value is multiplied by the signals transmitted for each antenna. Thus, the signal received by the receiving device in a particular direction is a signal that is multiplied by a specific array response and has experienced a multipath channel. Equation regarding this is shown in Equation (7). Since
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 칩 레벨 MIMO 빔 형성을 하는 다중 안테나를 가진 단말(110)의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of a terminal 110 having multiple antennas for chip-level MIMO beam shaping through multiple antennas according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 단말(110)의 수신부(114B)는 복수의 안테나를 포함하는 배열 안테나(1001-1 내지 1001-N), 복수 RF 트랜시버(1005-1 내지 1005-M), 빔 형성부(1010), 제1 역다중화부(1020), 가중치 벡터 발생부(1030), 기준 신호 발생부(1040), 제2 역다중화부(1050), 역확산부(1060) 및 판정부(1070)를 포함한다. Referring to FIG. 10, the
기지국(120)에서 전송된 복수의 프리-레이크 합성 신호는 다중 경로 채널을 거쳐 각 배열 안테나(1001-1 내지 1001-M)에서 수신되고, RF 트랜시버(1005-1 내지 1005-M)를 거친 후, 빔 형성부(1010)로 입력된다. A plurality of pre-lake synthesized signals transmitted from the
빔 형성부(1010)는 각 RF 트랜시버(1005-1 내지 1005-N)를 통해 수신된 수신 신호에 가중치 벡터를 곱하여 단말(110)에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 수행한다. 가중치 벡터가 곱해진 각 배열의 신호들은 서로 더해져서 제2 역다중화부(1050)로 출력된다. The
가중치 벡터 발생부(1030)는 빔 형성 알고리즘에 따라 빔 형성 벡터를 생성하여 빔 형성부(1010)에 제공할 수 있다. 가중치 벡터 발생부(1030)는 통상적으로 채널을 거쳐 각 안테나(1001-1 내지 1001-N)로 수신된 신호에서 추출된 기준 신호와 기준 신호 발생부(1040)에서 발생되는 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 가지고 알고리즘 연산을 통해 대상에 대한 가중치 벡터를 얻을 수 있다. The
보통 기준 신호로서 TDD(time division duplex)의 경우에는 미드앰블 (Midamble)이 사용되고, FDD(frequency division duplex)의 경우에는 파일롯(Pilot) 신호를 사용될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 안테나 개수가 N개라면, 가중치 벡터는 N × 1의 벡터가 된다. In general, a midamble is used for a time division duplex (TDD) as a reference signal, and a pilot signal may be used for a frequency division duplex (FDD). As shown in FIG. 10, if the number of antennas is N, the weight vector is a vector of N × 1.
TDD 시스템이라 할 때, 가중치 벡터가 구해지는 흐름은 다음과 같다. 배열안테나(1001-1 내지 1001-M)로 수신된 각 신호들이 RF 트랜시버(1005-1 내지 1005-M)를 거친 후, 제1 역다중화부(1020)에서 각 미드앰블 부분만 역다중화 (Demultiplexing)되어 가중치 벡터 발생부(1030)로 들어간다. 가중치 벡터 발생기(1030)내에서는 빔 형성 알고리즘이 존재하며, 이 알고리즘을 통해 가중치 벡터가 계산된다. In the case of a TDD system, a flow of obtaining a weight vector is as follows. After each signal received by the array antennas 1001-1 through 1001-M passes through the RF transceivers 1005-1 through 1005-M, the
제2 역다중화부(1050)는 빔 형성부(1010)에서 출력된 수신 빔 형성이 수행된 신호에서 미드앰블을 제외한 사용자 데이터 부분을 추출하고, 추출된 사용자 데이터 부분은, L - 1 번째 신호에 동기가 맞춰진 역확산부(1060)로 들어가 역확산된다. 역확산부(1060)는 수신 신호를 L - 1 번째 신호에 대해 정합 필터링하도록 형성된 정합 필터일 수 있다. The
판정부(1070)는 정합 필터(1060)로부터 출력된 신호를 판정하여 기지국(120)에서 보낸 사용자 데이터 열(bk)을 출력할 수 있다. The determination unit 1070 may determine the signal output from the
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 칩 레벨 MIMO 빔 형성을 하는 다중 안테나를 가진 단말(110)의 채널 추정을 수행하는 경우의 수신부(114)의 구성을 나타내는 도면이다. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a
도 11을 참조하면, 단말(110)의 수신부(114C)는 배열 안테나(1101-1 내지 1101-N), 복수의 RF 트랜시버(1105-1 내지 1105-N), 빔 형성부(1110), 제1 역다중화부(1120), 가중치 벡터 발생부(1130), 기준 신호 발생부(1140), 제2 역다중화부(1150), 역확산부(1160), 판정부(1170) 및 채널 추정부(1180)를 포함한다. Referring to FIG. 11, the
도 11의 단말(110)의 수신부(114C)는 채널 추정부(1180)가 포함되어 변형된 구성을 제외하고는 도 10의 단말의 수신부(114B)의 구성과 유사하다. 또한, 제2 역다중화부(1150)는 역확산부(1160)로는 수신된 신호에서 기준 신호를 제외한 사용자 데이터 부분을 출력하고, 곱셈부(1145)로는 수신된 신호에서 기준 신호 부분을 출력하도록 구성될 수 있다. The
기준 신호 발생부(1140)에서 발생된 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 각 기준 신호는 곱셈부(1145)를 통해 채널 추정부(1180)로 들어간다. 채널 추정부(1180)는, 채널을 겪고 수신된 신호의 기준신호 부분인 제2 역다중화부(1150)에서 출력된 기준 신호 부분과 기준 신호 발생부(1140)에서 발생된 기준신호를 가지고 채널을 추정한다. 추정 방법은 다양할 수 있으며, 본 발명은 방법에 의해 달라지는 것이 아닌 포괄적 시스템 발명으로 모든 추정 방법을 포함한다. 채널 추정부(1180)에서 추정된 채널 상태를 나타내는 채널 추정 값은 역확산부(1160)에서 출력되는 사용자 데이터 부분에 적용되어, 보상이 수행된 후 판정부(1170)를 거쳐 출력될 수 있다. Each reference signal synchronized with the received signal of the L-1 th path generated by the
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 심볼 레벨 MIMO 빔 형성이 가능한 단말(110)의 수신부(114)의 구성을 나타내는 도면이다. 12 is a diagram illustrating a configuration of a
도 12의 단말(110)의 수신부(114D)는 배열 안테나(1201-1 내지 1201-N), 복수의 RF 트랜시버(1205-1 내지 1205-N), 복수의 역다중화부(1210-1 내지 1210-N), 역확산부(1220), 빔 형성부(1230), 가중치 벡터 발생부(1240), 기준 신호 발생부(1250), 판정부(1260)를 포함한다. 역확산부(1220)는 복수의 정합 필터(1220-1 내지 1220-N)를 포함한다. The
심볼 레벨 빔 형성을 위해서는, 도 11에 도시된 바와 같이, 빔 형성부(1110)를 통과한 후 역확산부(1160)에 의해 단말(120)의 사용자 신호가 역확산되는 칩 레벨의 빔 형성을 위한 신호 처리 과정과 반대로, 우선 역확산부(1220)에 의해 수신 신호가 역확산되어 단말(120)의 사용자 신호가 복조된 후 빔 형성부(1230)에 의해 수신 빔 형성이 수행되는 점에 차이가 있다. 이와 같이, 신호의 처리 흐름 순서가 바뀐 형태이나, 이루어지는 동작 및 적용되는 수학식들은 동일하다. In order to form the symbol level beam, as illustrated in FIG. 11, after the
도 12를 참조하면, RF 트랜시버(1205-1 내지 1205-N)를 지난 수신 신호들은 각 배열의 역다중화부(1210-1 내지 1210-N)를 통해 사용자 데이터 부분이 분리된다. 그 후 사용자 데이터 부분들은 각각 역확산부(1230)에서 연속 직교 확산 코드를 통해 역확산된다. 역확산을 수행하는 각 배열의 정합필터(1220-1 내지 1220-N)들은 프리-레이크 시스템의 특성에 따라 L - 1 번째 경로의 수신 신호에 동기를 맞춰 사용자 데이터 부분에 정합 필터링을 수행하여 역확산을 수행한다. Referring to FIG. 12, the received signals passing through the RF transceivers 1205-1 to 1205-N are separated from the user data through the demultiplexers 1210-1 to 1210-N of each array. Thereafter, the user data portions are each despread through a successive orthogonal spreading code at
또한, 역다중화부(1210-1 내지 1210-N)는 수신 신호 중 기준 신호 부분을 분리하여 각각 가중치 벡터 발생부(1240)로 전달한다. 가중치 벡터 발생부(1240)는 역다중화부(1210)으로부터 수신된 기준 신호 및 기준 신호 발생부(1250)로부터 발생되며 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 이용하여 특정 빔 형성 알고리즘을 거쳐 가중치 벡터를 발생시킨다.In addition, the demultiplexers 1210-1 to 1210 -N separate a reference signal portion among the received signals and transmit the divided reference signals to the
가중치 벡터가 발생되면, 빔 형성부(1230)는 역확산부(1220)의 각 정합 필터(1210-1 내지 1220-N)에서 분리되어 역확산된 심볼 레벨의 사용자 데이터 부분에 각각 가중치 벡터를 곱하고, 그 후 배열 별로 계산된 데이터 부분이 한 신호로 더하여 심볼 레벨의 빔 형성을 수행한다. When the weight vector is generated, the
가중치 벡터 발생부(1240)는 이전의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 일정 타임 슬롯 구간동안에 사용하는 방법, 이전에 구해진 가중치 벡터를 기반으로 예상하여 다음 구간의 가중치 벡터로 변환하여 사용하는 방법, 현재의 타임 슬롯에서 구해진 가중치 벡터를 바로바로 사용하는 방법 등을 이용할 수 있으며, 본 발명은 이러한 방법들의 기술적 사상에 있는 모든 방법들을 포괄한다.The
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 통해 수신하는 심볼 레벨 MIMO 빔 형성이 가능한 단말(110)의 채널 추정을 수행하는 경우의 수신부의 구성을 나타내는 도면이다. FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a receiver when performing channel estimation of a terminal 110 capable of forming a symbol level MIMO beam received through a multiple antenna according to an embodiment of the present invention.
도 13의 단말(110)의 수신부(114E)는 배열 안테나(1301-1 내지 1301-N), 복수의 RF 트랜시버(1305-1 내지 1305-N), 복수의 역다중화부(1310-1 내지 1310-N), 역확산부(1320), 빔 형성부(1330), 가중치 벡터 발생부(1340), 기준신호 발생부(1350), 판정부(1360) 및 채널 추정부(1370)를 포함한다. The
도 13의 단말(110)의 수신부(114E)는 채널 추정부(1370)가 포함되어 변형된 구성을 제외하고는 도 12의 단말(110)의 수신부(114D)의 구성과 유사하다. The
채널 추정부(1370)는 채널을 겪고 수신된 신호의 기준 신호 부분과 기준 신호 발생부(1350)에서 나온 원래의 기준 신호를 가지고 채널을 추정한다. 채널 추정부(1370)에서 추정된 채널 상태는 빔 형성부(1330)에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호에 적용되어, 수신 빔 형성이 수행된 신호에 대한 채널 보상이 수행된 후 판정부(1360)를 거쳐 출력될 수 있다. The
도 10 내지 도 13과 같이 다중안테나 단말을 사용하는 경우에는, 송신 빔 형성하여 보낸 신호를 수신하는 단말(110)에서 가중치 벡터 발생부와 빔 형성부를 통해 수신 빔 형성 과정을 거치게 되므로, 배열 이득을 더욱 크게 가져 간섭의 감쇄효과가 더 크다. 또한, 연속 직교 확산 코드의 간섭 제거 능력을 통해 사용자 수가 증가하여도 간섭에 의한 열화현상을 거의 없앨 수 있다. In the case of using a multi-antenna terminal as shown in FIGS. 10 to 13, since the terminal 110 receiving the signal transmitted by forming the transmission beam is subjected to the reception beam forming process through the weight vector generator and the beam forming unit, an array gain is obtained. The greater the greater the attenuation of interference. In addition, through the interference cancellation capability of the continuous orthogonal spreading code, even if the number of users increases, the degradation due to the interference can be almost eliminated.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다.14 is a flowchart illustrating a method of receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station according to an embodiment of the present invention.
기지국(120)은 복수의 안테나를 통해 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 수신한다(1410). 기지국(120)으로 수신되는 복수의 프리-레이크 합성 신호는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 다중 안테나를 가지는 단말이나, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 단일 안테나를 가지는 단말로부터 수신될 수 있다.
기지국(120)은 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대하여 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행한다(1420). 기지국(120)은 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링을 통해 역확산하여 복수의 사용자 신호를 복조한다(1430). The
기지국(120)은 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 추출된 기준 신호 부분 및 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 그런 다음, 기지국(120)은 복조된 사용자 신호의 사용자 데이터 부분을 채널 추정에 의한 채널 추정 값을 이용하여 보정할 수 있다. The
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다. 15 is a flowchart illustrating a method of receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a terminal according to an embodiment of the present invention.
단말(110)은 복수의 안테나를 통해 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 수신한다(1510). 단말(110)로 수신되는 복수의 프리-레이크 합성 신호는 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 기지국으로부터 수신될 수 있다. The terminal 110 receives a plurality of pre-lake combined pre-lake combined signals through the plurality of antennas (1510). The plurality of pre-lake synthesized signals received by the terminal 110 may be received from a base station as described with reference to FIG. 8.
단말(110)은 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대하여 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 수행한다(1520). 단말(110)은 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링을 통해 역확산하여 단말(110)의 사용자 신호를 복조한다(1530). The terminal 110 multiplies the received plurality of pre-lake synthesized signals by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas to perform chip level reception beam shaping for the plurality of pre-lake synthesized signals (1520). The terminal 110 demodulates the user signal of the terminal 110 by despreading the plurality of pre-lake synthesized signals on which the reception beamforming is performed through matched filtering (1530).
단말(110)은 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 추출된 기준 신호 부분 및 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 그런 다음, 단말(110)은 복조된 사용자 신호의 사용자 데이터 부분을 채널 추정에 의한 채널 추정 값을 이용하여 보정할 수 있다. The terminal 110 may extract a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed, and estimate the channel using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator. Then, the terminal 110 may correct the user data portion of the demodulated user signal by using the channel estimation value by channel estimation.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다. 16 is a flowchart illustrating a method for receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station according to another embodiment of the present invention.
기지국(120)은 복수의 안테나를 통해 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 수신한다(1610). 기지국(120)으로 수신되는 복수의 프리-레이크 합성 신호는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 다중 안테나를 가지는 단말이나, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 단일 안테나를 가지는 단말로부터 수신될 수 있다.
기지국(120)은 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조한다. 기지국(120)은 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 복수의 사용자 신호에 곱하여 복수의 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행한다(1630). The
기지국(120)은 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 추출된 기준 신호 부분 및 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 각 사용자별로 채널을 추정하고, 각 사용자별로 수신 빔 형성이 수행된 신호에 대하여 채널 추정에 의한 채널 추정 값을 이용하여 보정할 수 있다. The
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 전달된 신호를 수신하는 방법을 나타내는 순서도이다. 17 is a flowchart illustrating a method of receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a terminal according to another embodiment of the present invention.
단말(110)은 복수의 안테나를 통해 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 수신한다(1710). 단말(110)로 수신되는 복수의 프리-레이크 합성 신호는 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 기지국으로부터 수신될 수 있다. The terminal 110 receives a plurality of pre-lake combined pre-lake combined signals through the plurality of antennas (1710). The plurality of pre-lake synthesized signals received by the terminal 110 may be received from a base station as described with reference to FIG. 8.
단말(110)은 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 자산의 사용자 신호를 복조한다(1720). 단말(110)은 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 복수의 사용자 신호에 곱하여 단말(110)의 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 수행한다(1730). The terminal 110 demodulates and demodulates the user signal of the asset by performing matched filtering on the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas (1720). The terminal 110 multiplies a plurality of user signals by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas to perform symbol beam reception on the user signal of the terminal 110 in
단말(110)은 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 추출된 기준 신호 부분 및 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정하고, 수신 빔 형성이 수행된 신호에 대하여 채널 추정에 의한 채널 추정 값을 이용하여 보정할 수 있다. The terminal 110 extracts a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed, estimates a channel using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator, and performs the reception beamforming. The signal may be corrected by using a channel estimation value by channel estimation.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 전송하는 방법을 나타내는 순서도이다. 18 is a flowchart illustrating a method for transmitting a signal through a multipath channel by using a plurality of antennas in a terminal according to an embodiment of the present invention.
단말(110)은 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성한다(1810). The terminal 110 generates a spread signal by spread-modulating a user signal using a continuous orthogonal spreading code having a quadrature characteristic continuously for a predetermined time period (1810).
단말(110)은 확산 신호를 프리-레이크 결합하여, 프리-레이크 합성 신호를 생성한다(1820). The terminal 110 pre-lake combines the spread signal and generates a pre-lake synthesized signal (1820).
단말(110)은 프리-레이크 합성 신호에 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 칩 레벨의 송신 빔 형성을 수행한다(1830). The terminal 110 multiplies the pre-lake synthesized signal by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas to perform chip level transmission beam formation (1830).
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 복수의 안테나를 이용하여 다중 경로 채널을 통해 신호를 전송하는 방법을 나타내는 순서도이다. 19 is a flowchart illustrating a method of transmitting a signal through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station according to an embodiment of the present invention.
기지국(120)은 각 사용자별로, 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 복수의 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성한다(1910). The
기지국(120)은 확산 신호를 프리-레이크 결합하여, 프리-레이크 합성 신호를 생성한다(1920).
기지국(120)은 프리-레이크 합성 신호에 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 각 사용자별로 칩 레벨의 송신 빔 형성을 수행한다(1930). The
본 발명에서는 이러한 TDD(Time Division Duplex)를 이용한 예를 주로 들지만, 본 발명의 범위는 수신단 채널 정보를 송신단에서 피드백하여 사용하는 FDD (Frequency Division Duplex) 시스템에도 적용할 수 있다. 보통 TDD에서는 기준 신호를 미드앰블을 사용하는 반면, FDD에서는 파일롯을 사용한다. In the present invention, an example using such a time division duplex (TDD) is mainly given, but the scope of the present invention can be applied to a frequency division duplex (FDD) system in which the receiver channel information is fed back from the transmitter. Normally, TDD uses a midamble as a reference signal, whereas FDD uses a pilot.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.One aspect of the present invention may be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The code and code segments implementing the above program can be easily deduced by a computer programmer in the field. Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system and stored and executed in computer readable code in a distributed manner.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims.
Claims (20)
상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호에 대하여 상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 상기 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 빔 형성부; 및
상기 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 역확산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국. A base station for receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas in a communication system,
Chip level reception beams are formed for the plurality of pre-lake synthesized signals by multiplying the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas. A beam forming unit for performing a function for each user; And
And a despreader for demodulating and demodulating a plurality of user signals by matching and filtering the plurality of pre-lake synthesized signals on which the reception beamforming has been performed.
상기 복수의 프리-레이크 합성 신호로부터 기준 신호 부분을 추출하는 제1 역다중화부;
상기 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호 중 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부; 및
상기 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 상기 가중치 벡터를 생성하고, 상기 생성된 가중치 벡터를 상기 빔 형성부에 제공하는 가중치 벡터 생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국. The method of claim 1,
A first demultiplexer configured to extract a reference signal portion from the plurality of pre-lake synthesized signals;
A reference signal generator for generating a reference signal synchronized with a received signal of an L-1 th path among the plurality of pre-lake synthesized signals; And
A weight vector generator configured to generate the weight vector using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator, and provide the generated weight vector to the beam forming unit; A base station characterized in that.
상기 빔 형성부에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하는 제2 역다중화부; 및
상기 제2 역다중화부에 의해 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 각 사용자별로 채널을 추정하는 채널 추정부; 를 더 포함하고,
상기 역확산부에서 출력되는 사용자 데이터 부분은 상기 채널 추정에 의한 채널 추정 값으로 보정되는 것을 특징으로 하는 기지국. The method of claim 1,
A second demultiplexer for extracting a reference signal portion from a signal on which reception beamforming is performed by the beam former; And
A channel estimator estimating a channel for each user by using the reference signal portion extracted by the second demultiplexer and the reference signal generated by the reference signal generator; Further comprising:
And a portion of the user data output from the despreader is corrected to a channel estimate value based on the channel estimate.
상기 제2 역다중화부는, 상기 빔 형성부에서 칩 레벨의 수신 빔 형성이 수행된 신호에서 사용자 데이터 부분을 분리하여 상기 역확산부로 출력하고, 상기 역확산부는 상기 사용자 데이터 부분을 역확산하는 것을 특징으로 하는 기지국. The method of claim 3,
The second demultiplexer may separate a user data portion from a signal on which a chip level reception beamforming is performed by the beamformer and output the user data portion to the despreader, and the despreader despreads the user data portion. Base station.
상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호에 대하여 상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 상기 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 수행하는 빔 형성부; 및
상기 수신 빔 형성이 수행되어 출력된 신호를 정합 필터링하여 상기 단말의 사용자 신호를 복조하는 역확산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말. A terminal for receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas in a communication system,
Chip level reception beams are formed for the plurality of pre-lake synthesized signals by multiplying the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas. Beam forming unit for performing; And
And a despreader which demodulates and demodulates a user signal of the terminal by matching-filtering the output signal by performing the reception beamforming.
상기 복수의 프리-레이크 합성 신호로부터 기준 신호 부분을 추출하는 제1 역다중화부;
상기 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호 중 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부; 및
상기 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 상기 가중치 벡터를 생성하고, 상기 생성된 가중치 벡터를 상기 빔 형성부에 제공하는 가중치 벡터 생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말. The method of claim 5,
A first demultiplexer configured to extract a reference signal portion from the plurality of pre-lake synthesized signals;
A reference signal generator for generating a reference signal synchronized with a received signal of an L-1 th path among the plurality of pre-lake synthesized signals; And
A weight vector generator configured to generate the weight vector using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator, and provide the generated weight vector to the beam forming unit; Terminal, characterized in that.
상기 빔 형성부에서 칩 레벨의 수신 빔 형성이 수행된 신호에서 사용자 데이터 부분을 분리하여 상기 역확산부로 출력하는 제2 역다중화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말. The method of claim 5,
And a second demultiplexer for separating a user data portion from the signal in which the chip level reception beamforming is performed by the beamformer and outputting the user data portion to the despreader.
상기 제2 역다중화부가 상기 빔 형성부에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출함에 따라, 상기 제2 역다중화부에 의해 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 를 더 포함하고,
상기 역확산부에서 출력되는 사용자 데이터 부분은 상기 채널 추정에 의한 채널 추정 값으로 보정되는 것을 특징으로 하는 단말. The method of claim 7, wherein
Generated by the reference signal portion and the reference signal generator extracted by the second demultiplexer as the second demultiplexer extracts a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed by the beam former. A channel estimator for estimating a channel using the received reference signal; Further comprising:
And a portion of the user data output from the despreader is corrected by a channel estimation value based on the channel estimation.
상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를, 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 역확산부; 및
상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 상기 복수의 사용자 신호에 곱하여 상기 복수의 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 빔 형성부; 를 포함하는 기지국. A base station for receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas,
A despreader which demodulates a plurality of user signals by matched filtering the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas; And
A beam forming unit configured to multiply the weight vector corresponding to each of the plurality of antennas by the plurality of user signals to form a reception level at the symbol level for the plurality of user signals for each user; Base station comprising a.
상기 다중 경로 채널을 통해 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호로부터 기준 신호 부분 및 사용자 데이터 부분을 추출하는 역다중화부;
상기 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호 중 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부; 및
상기 역다중화부에 의해 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 상기 가중치 벡터를 생성하고, 상기 생성된 가중치 벡터를 상기 빔 형성부에 제공하는 가중치 벡터 생성부;를 더 포함하는 기지국. 10. The method of claim 9,
A demultiplexer configured to extract a reference signal portion and a user data portion from the plurality of pre-lake synthesized signals received through the multipath channel;
A reference signal generator for generating a reference signal synchronized with a received signal of an L-1 th path among the plurality of pre-lake synthesized signals; And
The weight vector generator generates the weight vector using the reference signal portion extracted by the demultiplexer and the reference signal generated by the reference signal generator, and provides the generated weight vector to the beam forming unit. And a base station further comprising.
상기 빔 형성부에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 상기 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 각 사용자별로 채널을 추정하는 채널 추정부를 더 포함하는 기지국.10. The method of claim 9,
A channel for extracting a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed by the beam forming unit, and estimating a channel for each user by using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator A base station further comprising an estimator.
상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를, 정합 필터링하여 상기 단말에 대한 사용자 신호를 복조하는 역확산부; 및
상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 상기 사용자 신호에 곱하여 상기 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 수행하는 빔 형성부; 를 포함하는 단말. A terminal for receiving a signal through a multipath channel using a plurality of antennas,
A despreader for demodulating and demodulating a user signal for the terminal by matching-filtering the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas; And
A beam forming unit configured to multiply a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas by the user signal to perform symbol beam reception on the user signal; .
상기 다중 경로 채널을 통해 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호로부터 기준 신호 부분 및 사용자 데이터 부분을 추출하는 역다중화부;
상기 수신된 복수의 프리-레이크 합성 신호 중 L-1번째 경로의 수신 신호에 동기화된 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부; 및
상기 역다중화부에 의해 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 상기 가중치 벡터를 생성하고, 상기 생성된 가중치 벡터를 상기 빔 형성부에 제공하는 가중치 벡터 생성부;를 더 포함하는 단말. The method of claim 12,
A demultiplexer configured to extract a reference signal portion and a user data portion from the plurality of pre-lake synthesized signals received through the multipath channel;
A reference signal generator for generating a reference signal synchronized with a received signal of an L-1 th path among the plurality of pre-lake synthesized signals; And
The weight vector generator generates the weight vector using the reference signal portion extracted by the demultiplexer and the reference signal generated by the reference signal generator, and provides the generated weight vector to the beam forming unit. Terminal further comprising.
상기 빔 형성부에 의해 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 상기 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부를 더 포함하는 단말. The method of claim 12,
A channel estimating unit extracts a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed by the beam forming unit, and estimates a channel using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator. Including a terminal.
상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호에 대하여 상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 상기 복수의 프리-레이크 합성 신호에 대한 칩 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 단계; 및
상기 수신 빔 형성이 수행된 복수의 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 단계;를 포함하는 수신 방법. A method for receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station,
Chip level reception beams are formed for the plurality of pre-lake synthesized signals by multiplying the plurality of pre-lake combined pre-lake synthesized signals received through the plurality of antennas by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas. Performing for each user; And
And demodulating and demodulating a plurality of user signals by matching-filtering the plurality of pre-lake synthesized signals on which the reception beamforming has been performed.
상기 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하는 단계;
상기 추출된 기준 신호 부분 및 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정하는 단계; 및
상기 복조를 거쳐 출력되는 사용자 데이터 부분을 상기 채널 추정에 의한 채널 추정 값을 이용하여 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 방법. 16. The method of claim 15,
Extracting a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed;
Estimating a channel using the extracted reference signal portion and a reference signal generated by a reference signal generator for generating a reference signal; And
And correcting a portion of the user data output through the demodulation using a channel estimate value obtained by the channel estimation.
복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하여 복수의 사용자 신호를 복조하는 단계; 및
상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 상기 복수의 사용자 신호에 곱하여 상기 복수의 사용자 신호에 대한 심볼 레벨의 수신 빔 형성을 각 사용자별로 수행하는 단계; 를 포함하는 수신 방법. A method for receiving a signal transmitted through a multipath channel using a plurality of antennas in a base station,
Demodulating and filtering the plurality of user signals by matched filtering the plurality of pre-lake combined pre-lake composite signals received through the plurality of antennas; And
Multiplying the plurality of user signals by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas to perform reception beamforming at the symbol level for the plurality of user signals for each user; Receiving method comprising a.
상기 수신 빔 형성이 수행된 신호 중에서 기준 신호 부분을 추출하고, 상기 추출된 기준 신호 부분 및 상기 기준 신호 발생부에 의해 발생된 기준 신호를 이용하여 각 사용자별로 채널을 추정하는 단계; 및
각 사용자별로 수신 빔 형성이 수행된 신호에 대하여 상기 채널 추정에 의한 채널 추정 값을 이용하여 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 방법. The method of claim 17,
Extracting a reference signal portion from the signal on which the reception beamforming is performed, and estimating a channel for each user using the extracted reference signal portion and the reference signal generated by the reference signal generator; And
And correcting the signal on which the reception beamforming is performed for each user by using the channel estimation value by the channel estimation.
각 사용자별로, 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 확산부;
상기 확산 신호를 프리-레이크 결합하여, 프리-레이크 합성 신호를 생성하는 프리-레이크 합성부; 및
상기 프리-레이크 합성 신호에 상기 복수의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 칩 레벨의 송신 빔 형성을 수행하는 빔 형성부; 를 포함하는 기지국. A base station for transmitting a signal using a plurality of antennas in a communication system,
A spreading unit configured to spread-modulate a user signal by using a continuous orthogonal spreading code having orthogonality continuously for a predetermined time interval for each user to generate a spreading signal;
A pre-lake synthesizer for pre-lake combining the spread signal to generate a pre-lake synthesized signal; And
A beam forming unit configured to multiply the pre-lake synthesized signal by a weight vector corresponding to each of the plurality of antennas to perform chip level transmission beamforming; Base station comprising a.
상기 빔 형성부에서 적용되는 가중치 벡터를 제공하는 가중치 벡터 전환부를 더 포함하고,
상기 가중치 벡터는, 상기 기지국으로부터 전송된 신호를 수신하는 단말에 의해서 결정되고 상기 단말로부터 획득되고,
상기 확산부, 상기 프리-레이크 합성부 및 상기 빔 형성부는 상기 통신 시스템에 존재하는 사용자의 총 수만큼 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국. 20. The method of claim 19,
Further comprising a weight vector switching unit for providing a weight vector applied in the beam forming unit,
The weight vector is determined by a terminal receiving a signal transmitted from the base station and obtained from the terminal,
And the spreader, the pre-lake synthesizer, and the beamformer are formed by the total number of users present in the communication system.
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EP11185171.3A EP2442454A3 (en) | 2010-10-14 | 2011-10-14 | Continuous orthogonal spreading code based ultra-high performance array antenna system |
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KR1020110104946A KR20120038906A (en) | 2010-10-14 | 2011-10-14 | Continuous orthogonal spreading code based ultra-high performance array antenna system |
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