KR20150004287A - 지향성 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지향성 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)의 지향성을 제어하는 지향성 제어 장치는, 복수의 안테나 소자가 평면 상에 배치되고, 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신하는 페이즈드 어레이 안테나와, 상기 페이즈드 어레이 안테나에서 상기 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이의 채널 추정결과를 기반으로, 상기 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어하는 지향성 제어부를 포함하는 지향성 제어 장치를 포함함으로써, 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호를 처리하는 회로의 크기가 증가하는 것을 억제하면서, 지향성 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

지향성 제어 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING DIRECTIVITY}
본 발명은 지향성 제어 장치 및 지향성 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 이동 통신 방식에서 전송속도를 향상시키기 위한 연구나 기술개발이 성황리에 진행되고 있다. 예를 들어, 이동 통신 방식에서 전송속도를 향상시키기 위해, 광대역 신호를 이용하는 방법이 존재한다. 여기서, 보다 광대역의 신호를 전송하기 위해서는 지금까지 사용되고 있는 마이크로파보다 높은 주파수의 준밀리파 등을 이용할 필요가 있다. 그러나, 높은 캐리어 주파수의 신호를 사용하는 경우, 전반손실이 늘어난다. 따라서, 높은 캐리어 주파수의 신호를 사용하는 경우, 이동통신 서비스를 제공할 수 있는 서비스영역이 축소되거나 혹은 전반손실이 대폭으로 열화 되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 전반손실을 보상하는 보상기술로써 어레이 이득에 의해 회선품질을 확보하는 안테나 어레이 기술이 주목을 받고 있다. 안테나 어레이 기술로는 일본 특허 특개 2008-205645호 공보에 기재된 기술을 예로 들 수 있다.
보다 큰 어레이 이득을 얻기 위해서는 마이크로파의 수신에 관한 종래의 페이즈드 어레이 안테나보다 상당히 많은 안테나 소자(이하, ‘어레이 소자’라 표시하는 경우가 있다)가 필요하다. 그러나, 각 어레이 소자에 주파수변환기 및 A/D변환기(Analog-to-Digital converter)를 구비하여, 각 어레이 소자가 수신한 수신신호를 기반으로 신호재생처리나 지향성(위상) 제어처리를 수행하는 경우, 수신되는 신호의 신호처리에 관한 회로규모나 장치규모가 커지는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 경우, 각 어레이 소자가 수신한 수신신호의 합성을 중간주파수 신호를 처리하는 아날로그 회선으로 수행함으로써, 회로규모나 장치규모를 작게할 수는 있다. 하지만, 각 각 어레이 소자가 수신한 수신신호의 합성을 중간주파수 신호를 처리하는 아날로그 회선으로 수행하는 경우, 신호검출에 관한 처리나 지향제어처리 등에 있어 보다 고기능의 방법(예를 들어, 보다 정밀도가 높은 방법)을 이용할 수 없다. 따라서, 각 어레이 소자가 수신한 수신신호의 합성을 중간주파수의 신호를 처리하는 아날로그 회선으로 수행하는 경우에는, 지향성 신호를 송신하는 송신장치가 위치하는 방향을 최적으로 조정하거나 혹은 송신장치가 위치하는 방향과 빔 방향이 어긋날 때 높은 신호 검출 특성을 가지는 것이 곤란하다는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 특개 2008-205645호 공보에 기재된 기술과 같이 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 복수의 어레이 소자를 그룹화하고, 어레이 소자가 그룹화된 각 서브 어레이에 각 어레이 소자가 수신한 수신신호의 합성을 수행하여 신호재생처리나 지행성 제어처리를 실시하는 방법을 예를 들 수 있다. 각 서브 어레이에 각 어레이 소자가 수신한 수신신호의 합성을 실시하여 신호재생처리나 지향성 제어처리를 수행하는 경우, 각 어레이 소자에 주파수 변환기나 A/D변환기를 마련하는 경우보다 회로규모나 장치규모를 보다 작게 할 수 있으며, 보다 고기능의 방법을 이용할 수도 있게 된다.
예를 들어, 특개 2008-205645호 공보에 기재된 기술에서는 지향성 제어처리를 실시하는 통신장치가 송신장치로부터 송신되는 기지의 기준송신신호(예를 들어, 트레이닝 신호에 대응하는 신호)에 근거하여 진폭이나 위상을 교정한다. 하지만, 특개 2008-205645호 공보에 기재된 기술은 트레이닝 신호에 대응하는 기준송신신호에 근거하여 진폭이나 위상을 교정하는 것이므로, 유저 데이터 등의 실 데이터를 나타내는 신호에 대한 지향성 제어의 정밀도 향상을 꾀할 수 있다고 할 수만은 없다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호의 신호처리에 관한 회로규모의 증가를 억제하면서 지향성 제어의 정밀도 향상을 꾀할 수 있는, 신규성 있고, 개량된 지향성 제어장치 및 지향성 제어방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)의 지향성을 제어하는 지향성 제어 장치는, 복수의 안테나 소자가 평면 상에 배치되고, 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신하는 페이즈드 어레이 안테나와, 상기 페이즈드 어레이 안테나에서 상기 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이의 채널 추정결과를 기반으로, 상기 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어하는 지향성 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 지향성 제어 장치에서 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어하는 방법은, 복수의 안테나 소자가 평면상에 배치된 페이즈드 어레이 안테나를 이용하여 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신하는 과정과, 상기 페이즈드 어레이 안테나에서 상기 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은, 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호를 처리하는 회로의 크기가 증가하는 것을 억제시키면서, 지향성 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 제 1 통신 장치의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 종래기술에 따른 제 2 통신 장치의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치가 구비된 시스템을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 다른 송신 장치로부터 송신되는 신호의 구조를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 페이즈드 어레이 안테나의 구조를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 지향성 제어 처리 예를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 위상 회전량 및 서브 어레이 센터의 좌표와의 관계를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치에서 지향성 제어 처리의 효과를 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치에서 지향성 제어 처리의 효과를 그래프로 도시하는 도면 및
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법의 예를 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 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.
이하에서 설명하는 지향성 제어장치는 통신 기능이 구비된 통신 장치(예를 들어, 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)와 수신된 신호를 처리하는 수신부가 구비된 장치)이며, 통신 장치에 구비된 페이즈드 어레이 안테나에서 지향성을 제어하는 경우를 예를 들어 설명한다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치를 '통신 장치'로 나타내고, 본 발명의 적절한 실시 예에 대해 설명한다.
더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치의 기능은 통신 기능에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치는, 페이즈드 어레이 안테나가 구비된 외부 통신 장치에서 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어할 수도 있다.
<종래기술에서 통신 장치의 문제>
본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(이하, '지향성 제어 장치'라 칭함)의 구성에 대해 설명하기 전에, 종래의 통신 장치에 대한 문제점에 대해 먼저 설명한다.
[A] 종래의 제 1 통신 장치에 대한 문제점
도 1은 종래기술에 따른 제 1 통신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 도 1은 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자 각각에 주파수 변환기, 로우 패스 필터 및 A/D변환기가 구비된 종래의 통신 장치의 블록 구성을 나타내고 있다. 더하여, 도 1은 종래의 통신 장치의 구성 중 디지털 빔포밍에 관련된 구성을 나타내고 있다.
예를 들어, 종래의 제 1 통신 장치는 안테나 소자(10A, 10B, …, 10m), 승산기(12A, 12B, …, 12m), 중간 주파수(IF)의 신호를 생성하는 발진 회로(14), 로우 패스 필터(16A, 16B, …, 16m), A/D변환기(18A, 18B, …, 18m), 고속 푸리에 변환(FFT:Fast Fourier Transform) 회로(20A, 20B, …, 20m), 어레이 웨이트 제어부(22), 승산기(24A, 24B, …, 24m), 합성회로(26), 신호 검출부(28), 오류 정정 복호부(30) 및 판정회로(32)를 포함한다.
안테나 소자(10A, 10B, …, 10m)(각 어레이)에서 수신된 신호는 승산기(12A, 12B, …, 12m)에 의해 중간주파수(fIF)로 변환된다. 즉, 승산기(12A, 12B, …, 12m) 각각은 주파수 변환기로써의 역할을 수행한다.
승산기(12A, 12B, …, 12m)에 의해 주파수 변환된 신호는 로우 패스 필터(16A, 16B, …, 16m)에 의해 필터링된 후, A/D변환기(18A, 18B, …, 18m)에 의해 샘플링된다. 즉, 로우 패스 필터(16A, 16B, …, 16m) 각각은 필터링 회로의 역할을 수행하며, A/D변환기(18A, 18B, …, 18m) 각각은 샘플링 회로의 역할을 수행한다. A/D변환기(18A, 18B, …, 18m)에 의해 샘플링됨에 따라 종래의 제 1 통신 장치에서의 이후 처리는 디지털 신호에 대한 처리가 된다.
고속 푸리에 변환 회로(20A, 20B, …, 20m)는 샘플링된 신호로부터 가드 인터벌(GI: Guard Interval)을 제거하고, 고속 푸리에 변환을 수행함으로써, 주파수영역의 신호로 변환한다.
어레이 웨이트 제어부(22)는 어레이 웨이트 벡터를 산출한다. 여기서, 주파수 영역의 신호, 즉 수신 베이스밴드 신호에 포함되는 레퍼런스 신호는 종래의 제 1 통신 장치에서 미리 알고 있는 신호이므로, 어레이 웨이트 제어부(22)는 주파수 영역의 신호가 원하는 신호가 되도록 어레이 웨이트 벡터를 산출한다.
승산기(24A, 24B, …, 24m)는 고속 푸리에 변환 회로(20A, 20B, …, 20m)로부터 전달되는 주파수 영역의 신호와 어레이 웨이트 벡터를 승산하고, 합성 회로(26)는 승산기(24A, 24B, …, 24m)로부터 전달되는 신호를 합성한다. 신호 검출부(28)는 합성 회로(26)로부터 전달되는 신호에서 송신장치(예를 들어, 사용자가 소지한 사용자 단말)로부터 송신된 신호를 검출한다. 승산기(24A, 24B, …, 24m) 및 합성 회로(26)에서 어레이 웨이트 벡터와 수신 디지털 심볼과의 적화연산이 수행되고, 신호 검출부(28)에서 송신장치로부터 송신된 신호가 검출됨으로써, 송신 장치로부터 송신된 신호가 복원된다.
오류 정정 복호부(30)는 신호 검출부(28)에서 검출된 신호의 오류를 정정하고, 판정회로(32)는 오류가 정정된 신호(디지털 신호)의 "0", "1"을 판정하여, 판정 결과를 나타내는 신호(디지털 신호)를, 송신장치로부터 송신된 신호에 대응하는 재생 데이터(수신 데이터)로써 출력한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 종래의 제 1 통신 장치는 모든 안테나 소자에서 수신된 신호를 일괄적으로 디지털 신호처리를 수행함으로써, 어덥티브 어레이 제어(진폭과 위상의 제어)를 수행한다. 이 경우, 종래기술에 관한 제 1 통신 장치에서는 고속 푸리에 변환 회로(20A, 20B, …, 20m)로부터 전달되는 주파수 영역의 신호와 레퍼런스 신호(트레이닝 신호)의 오차가 작아지도록 적응 알고리즘이나 혹은 역행렬 연산을 이용하여 진폭과 위상을 제어한다.
하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 제 1 통신 장치는 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자 각각에 승산기(주파수 변환기), 로우 패스 필터 및 A/D 변환기를 구비해야한다. 따라서, 종래의 제 1 통신 장치는 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 수가 증가할수록(즉, 요구되는 어레이 소자의 수가 증가할 수록) 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호의 신호처리에 의한 회로규모가 급격하게 증가하는 문제점이 발생한다.
[B] 종래의 제 2 통신 장치에 대한 문제점
도 2는 종래기술에 따른 제 2 통신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 중간주파수의 신호를 생성하는 발진회로가, 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 소자 각각에서 원하는 지향성에 대응하는 위상에 맞춰, 생성된 신호를 주파수 변환한 후에 합성한 후, 한 그룹의 필터회로와 샘플링 회로에 의해 필터링 및 샘플링이 수행되는 통신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다. 더하여, 도 2는 종래의 통신 장치의 구성 중 디지털 빔포밍에 관련된 구성을 나타내고 있다.
예를 들어, 종래의 제 2 통신 장치는 안테나 소자(10A, 10B, …, 10m), 신호 변환부(34), 발진 회로(14), 로우 패스 필터(16), A/D변환기(18), 고속 푸리에 변환 회로(20), 신호 검출부(28), 오류 정정 복호부(30), 판정회로(32), 지향성 설정부(40)를 포함한다. 또한, 신호 변환부(34)는 안테나 소자(10A, 10B, …, 10m) 각각에 대응하는 주파수 변환기(36A, 36B, …, 36m) 및 합성 회로(26)를 포함한다.
안테나 소자(10A, 10B, …, 10m)(각 어레이)에서 수신된 신호는 주파수 변환기(36A, 36B, …, 36m)에서 주파수 변환된다. 더하여, 합성 회로(26)는 주파수 변환기(36A, 36B, …, 36m)에서 주파수 변환된 신호를 합성한다. 여기서, 주파수 변환기(36A, 36B, …, 36m)는 안테나 소자(10A, 10B, …, 10m)에서 수신된 신호를 무선 주파수로부터 중간 주파수(fIF)로 주파수 변환하고, 베이스 밴드 신호(변환되어 반송파에 실리기 전의 신호)로 주파수 변환한다. 또한, 주파수 변환기(36A, 36B, …, 36m)는 베이스 밴드 신호로 주파수 변환할 때, 발진 회로(14)가 생성한 신호를 안테나 소자 각각에서 원하는 지향성에 대응하는 위상에 맞춰 주파수 변환한다. 이때, 원하는 지향성은 지향성 설정부(40)에 의해 설정된다.
주파수 변환기(36A, 36B, …, 36m)에서 상술한 바와 같이, 주파수 변환된 후, 합성 회로(26)가 신호를 합성함에 따라, 안테나 소자(10A, 10B, …, 10m)(각 어레이)에서 수신된 신호가 신호 변환부(34)에서 베이스밴드 신호로 변환되었을 때에는 빔포밍이 수행되고 있다. 따라서, 종래의 제 2 통신 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 변환부(34)의 후단에 로우 패스 필터(16) 및 A/D변환기(18), 고속 푸리에 변환 회로(20)를 1세트 구비하고 있으면 된다는 이점을 가진다.
합성 회로(26)로부터 출력된 신호는 로우 패스 필터(16)에 의해 필터링된 후, A/D변환기(18)에 의해 샘플링된다. 즉, 로우 패스 필터(16)는 필터링 회로 역할을 수행하며, A/D변환기(18)는 샘플링 회로 역할을 수행한다. A/D변환기(18)에 의해 샘플링됨에 따라 종래의 제 2 통신 장치에서의 이후 처리는 디지털 신호에 대한 처리가 된다.
고속 푸리에 변환 회로(20)는 샘플링된 신호로부터 가드 인터벌(GI)을 제거하고 고속 푸리에 변환을 수행함으로써, 주파수 영역의 신호로 변환한다.
신호 검출부(28)는 고속 푸리에 변환 회로(20)로부터 전달된 신호에서 송신 장치로부터 송신된 신호를 검출한다.오류 정정 복호부(30)는 신호 검출부(28)에서 검출된 신호의 오류를 정정하고, 판정회로(32)는 오류가 정정된 신호(디지털 신호)의 "0", "1"을 판정하여 판정 결과를 나타내는 신호(디지털 신호)를 송신 장치로부터 송신된 신호에 대응하는 재생 데이터(수신 데이터)로써 출력한다.
지향성 설정부(40)는 재생 데이터에 포함되는 송신 장치로부터 송신되는 복수의 고정 빔 중 최적의 빔 인덱스의 귀환(feedback)을 기반으로 지향성을 설정한다.
예를 들어, 도 2에 도시된 종래의 제 2 통신 장치에서의 지향성(위상) 제어는 귀환(feedback)되는 빔 인덱스를 기반으로 양자화된 방향으로 스위칭된다.
더하여, 종래의 제 2 통신 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 변환부(34), 로우 패스 필터(16), A/D변환기(18) 및 고속 푸리에 변환 회로(20)를 포함하는 빔포밍부를 복수개 구비하며, 각 빔포밍부에 수신된 신호를 각각의 안테나 소자(10A, 10B, …, 10m)에서 처리하게 함으로써, 복수의 송신장치로부터 송신된 신호를 동시에 수신할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 제 2 통신 장치는 종래의 제 1 통신 장치보다 블록 구성이 간단하다. 때문에, 종래의 제 2 통신 장치에서 신호 검출에 의한 처리나 지향성 제어 처리 등에서 보다 고기능의 방법(예를 들어, 보다 정밀도가 높은 방법)을 이용하는 것은 제한된다. 따라서, 종래의 제 2 통신 장치에서는 지향성을 송신 장치가 위치하는 방향으로 최적으로 조정하거나 혹은 송신 장치가 위치하는 방향과 빔 방향이 어긋날 때, 높은 신호 검출 특성을 가지는 것이 곤란하다는 문제점이 존재한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 것과 같이, 종래의 통신 장치에서는 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호를 신호 처리하기 위한 회로의 규모가 급격하게 증가한다는 문제점이나 혹은 높은 신호 검출 특성을 가진다는 문제점이 발생한다.
<본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(지향성 제어 장치)>
이어서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치에 대해 설명하도록 한다.
[1] 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치가 포함된 통신 시스템의 개요
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치가 구비된 시스템을 도시하고 있다.
도 3에서는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템을 구성하는 통신 장치 및 송신 장치의 개요에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 통신 장치(100) 및 송신 장치(200A, 200B)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 통신 장치(100)가 두 개의 송신 장치인 송신 장치(200A) 및 송신 장치(200B)(이하, 총칭하여 '송신 장치(200)' 혹은 '사용자'라고 칭할 수도 있음)로부터 각각 송신된 신호를 수신하는 예를 도시하고 있다. 더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)가 수신한 신호는 두 개의 송신 장치(200A, 200B)로부터 각각 송신된 신호에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)는 적어도 하나의 송신장치로부터 각각 송신되는 신호를 수신하고, 수신된 신호를 처리할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상 송신 장치(200A)를 '사용자 1'이라고 나타내며, 송신 장치(200A)로부터 송신된 신호 역시 '사용자 1'이라고 칭할 수도 있다. 마찬가지로, 송신 장치(200B)를 '사용자 2'이라고 나타내며, 송신 장치(200B)로부터 송신된 신호 역시 '사용자 2'이라고 칭할 수도 있다.
더하여, 도 3을 참조하면, 통신 장치(100)의 복수의 안테나 소자는 평면 상에 배치되어 있는 두 개의 페이즈드 어레이 안테나를 구비하고, 페이즈드 어레이 안테나 사이의 간격이 10~20파장 정도 떨어져서 배치되어 있는 예(공간 다이버시티 배치의 일례)를 도시하고 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 페이즈드 어레이 안테나의 수를 2라고 가정하면, 각각의 페이즈드 어레이 안테나를 서로 다른 사용자에 대응시킴으로써, 복수의 사용자가 통신 장치(100)에 동시에 접속하는 것(복수의 사용자가 통신 장치(100)와 동시에 통신을 수행하는 것)이 가능하다.
더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)가 포함 가능한 페이즈드 어레이 안테나의 수는 두 개에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)는 하나 이상의 페이즈드 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)가 하나 이상의 페이즈드 어레이 안테나를 포함하더라도 복수의 사용자가 동시에 통신 장치(100)에 접속할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)가 두 개 이상의 페이즈드 어레이 안테나를 포함한 경우를 예로 들어 설명한다.
[1-1] 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 개요
통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나(102)와 수신부(104)를 포함할 수 있다.
더하여, 통신 장치(100)는 제어부(미도시), ROM(Read Only Memory, 미도시), RAM(Random Access Memory, 미도시) 및 외부 장치중 적어도 하나와 통신을 수행하기 위한 다른 통신부 등을 포함할 수 있다. 통신 장치(100)는 데이터의 전송로인 버스를 통해 상술한 각 구성요소 사이를 접속할 수 있다.
여기서, 제어부(미도시)는 CPU(Central Processing Unit) 혹은 각종 처리회로 등을 포함하며, 통신 장치(100) 전체를 제어할 수 있다. 더하여, 제어부(미도시)는 수신부(104)의 역할을 수행할 수도 있다. 또한, 수신부(104)는 전용(혹은 범용) 처리 회로로 구성될 수도 있다.
ROM(미도시)은 제어부(미도시)가 사용하는 프로그램이나 연산 파라미터 등의 제어용 데이터를 저장할 수 있다. RAM(미도시)는 제어부(미도시)에 의해 실행되는 프로그램 등을 일시적으로 저장할 수 있다.
다른 통신부(미도시)는 통신 장치(100)가 포함하는 다른 통신 수단이며, 네트워크를 통해(혹은 직접적으로) 외부장치와 무선/유선으로 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 다른 통신부(미도시)는 IEEE 802.11 포트, 송수신 회로(무선 통신), 광섬유가 접속되는 광커넥터, 광 IC(Integrated Circuit), LAN(Local Area Network)단자 및 송수신 회로(유성 통신) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크는 LAN 혹은 WAN(Wide Area Network)등의 유선 네트워크, 무선 LAN(WLAN: Wireless Local Area Network) 혹은 무선 WAN(WWAN: Wireless Wide Area NetworkL)등의 무선 네트워크, TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)등의 통신 프로토콜을 이용한 인터넷등을 포함할 수 있다.
페이즈드 어레이 안테나(102)는 두 개의 페이즈드 어레이 안테나인 페이즈드 어레이 안테나(102A) 및 페이즈드 어레이 안테나(102B)를 포함할 수 있다. 두 개의 페이즈드 어레이 안테나인 페이즈드 어레이 안테나(102A) 및 페이즈드 어레이 안테나(102B) 각각은 평면 상에 배치된 복수의 안테나 소자를 포함하고, 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 각각의 페이즈드 어레이 안테나(102A), 페이즈드 어레이 안테나(102B)는 도 3에 도시된 바와 같이, 2차원 안테나 어레이를 구성할 수 있다. 더하여, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 페이즈드 어레이 안테나(102)는 하나 이상의 페이즈드 어레이 안테나를 포함할 수 있다.
수신부(104)는 페이즈드 어레이 안테나(102)의 각 안테나 소자가 수신한 신호를 처리할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)가 복수의 페이즈드 어레이 안테나를 포함하는 경우, 수신부(104)는 복수의 페이즈드 어레이 안테나의 각 안테나 소자가 수신한 신호를 일괄적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)가 복수의 페이즈드 어레이 안테나를 포함하는 경우, 수신부(104)는 각 페이즈드 어레이 안테나의 각 안테나 소자가 수신한 신호를 각각 처리하는 구성(예를 들어, 각 페이즈드 어레이 안테나의 각 안테나 소자가 수신한 신호를 처리하는 세트를 복수 포함하는 구성)을 포함할 수도 있다.
통신 장치(100)는 같은 시기 혹은 서로 다른 시기에 송신 장치(200)로부터 각각 송신되는 신호를 수신하며, 각 송신 장치(200)로부터 송신된 신호를 재생할 수 있다. 따라서, 각 송신 장치(200)에 대하여 지향성을 나타내도록 하여 보다 양호한 수신 신호 품질을 얻기 위해서, 예측 가능한 환경(예를 들어, 통신 장치(100)와 송신 장치(200) 사이에 장애물이 없는 환경)에서는 송신 장치(200)의 방향으로 지향성을 나타내도록 설정하고, 예측 불가능한 환경(예를 들어, 통신 장치(100)와 송신 장치(200) 사이에 장애물이 있는 환경)에서는 전파의 도래 방향으로 지향성을 나타내도록 설정해야할 필요가 있다.
[1-2] 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치의 개요
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다. 여기서, 도 4는 송신 장치(200)의 구성 중 신호 송신에 대한 구성의 일 예를 도시하고 있다.
송신 장치(200)는 오류 검출 부호화부(202), 오류 정정 부호화부(204), 인터리버부(206), 변조 매핑부(208), 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)부(210), 프리앰블 신호 다중화부(212), 주파수(fc)의 신호를 생성하는 발진회로(214), 승산기(216) 및 안테나(218)를 포함할 수 있다. 송신 대상의 패킷 데이터를 처리하는 각 리소스 블록(Resource Block, 이하 'RB'로 칭할 수도 있음)은 오류 검출 부호화부(202), 오류 정정 부호화부(204), 인터리버부(206) 및 변조 매핑부(208)를 포함할 수 있다.
오류 검출 부호화부(202)는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 부호 등의 오류 검출용 부호를 송신 대상의 패킷 데이터에 부가할 수 있다.
오류 정정 부호화부(204)는 터부 부호 혹은 LDPC(Low-Density Parity-check Code) 부호등의 오류 정정용 부호를 오류 검출 부호화부(202)로부터 전달되는 패킷 데이터에 부가할 수 있다. 또한, 인터리버부(206)는 오류 정정 부호화부(204)로부터 전달된 패킷 데이터에 대해 인터리빙을 수행하고, 변환 매핑부(208)는 인터리버부(206)에서 인터리빙된 패킷 데이터를 변조 매핑할 수 있다. 여기서, 오류 정정 부호화부(204)에서 사용되는 부호화율과 변조 매핑부(208)에서 사용되는 변조차수는 각 리소스 블록의 채널 상황에 따라, 통신 장치(100)나 기지국 등에 의해 MCS(Modulation and Coding Set) 인덱스로써 지정될 수 있다.
역고속 푸리에 변환부(210)는 변조 매핑부(208)로부터 전달된 패킷 데이터를 역고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역을 신호로 변환하고, 가드 인터벌(GI)를 부가할 수 있다. 여기서, 역고속 푸리에 변환부(210)에서의 처리는 후술할 "데이터 신호부"에 대응하는 신호를 생성하는 처리에 해당한다.
프리앰블 신호 다중화부(212)는 역고속 푸리에 변환부(210)로부터 전달되는 패킷 데이터에 대해 프리앰블부를 부가할 수 있다. 여기서, 프리앰블 신호 다중화부(212)는 송신 장치(200)로부터 송신되는 신호(이하, '프리앰블 신호'라고 칭할 수도 있음)를 생성할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블 신호는 통신 장치(100)에서, 신호 검출 혹은 지향성 제어에 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 다른 송신 장치로부터 송신되는 신호의 구조를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 A는 송신 장치(200A)(사용자 1)로부터 송신되는 프리앰블 신호의 일 예를 나타내고 있으며, B는 송신 장치(200B)(사용자 2)로부터 송신되는 프리앰블 신호의 일예를 나타내고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는 지향성 제어에 이용될 수 있는 프리앰블 신호가 사용자 사이에서 시분할로 다중화될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 프리앰블 신호가 사용자 사이에서 시분할로 다중화됨으로써, 사용자 사이에서의 프리앰블 신호의 간섭을 회피할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, "데이터 신호부"(예를 들어, 역고속 푸리에 변환부(210)에서 생성된 신호)에 대해서는 사용자 사이에서 간섭이 발생할 수 있다. 통신 장치(100)의 수신부(104)는 유저 검출기를 이용하여 데이터 구간에서의 신호 검출을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프리앰블 신호를 사용자 사이에서 시분할로 다중화 시키는 방법으로는, "프리앰블 신호 다중화부(212)가 외부 장치로부터 송신된 신호, 즉, 해당 외부 장치에서의 프리앰블부를 부가하는 타이밍을 나타내는 신호를 기반으로, 해당 신호가 나타내는 타이밍과는 서로 다른 타이밍으로 프리앰블부를 부가하는 방법"이 있을 수 있다. 또한, 프리앰블 신호 다중화부(212)는 송신 장치(200)가 외부 장치와 통신을 수행하기 위해 구비한 통신부(미도시) 혹은 송신 장치(200)에 접속되어 있는 외부의 통신 디바이스에 송신 장치(200)에서의 프리앰블부를 부가하는 타이밍을 나타내는 신호를 송신 시킬 수 있다.
더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프리앰블 신호를 사용자 사이에서 시분할로 다중화 시키는 방법은 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 프리앰블 신호를 사용자 사이에서 시분할로 다중화 시킬 수 있는 임의의 방법을 이용하여 프리앰블 신호를 사용자 사이에서 시분할로 다중화 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치(200)로부터 송신되는 프리앰블 신호의 구조는 도 5에 도시된 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블 신호는 블랭크부를 복수 포함할 수도 있다. 프리앰블 신호가 블랭크부를 복수 포함하는 경우, 블랭크부와 프리앰블부의 조합하여 하나 이상의 프리앰블 신호를 사용자 사이에서 시분할로 다중화 시킬 수 있다.
여기서, 복수의 사용자(송신장치(200)가 동시에 통신 장치(100)에 접속한 경우, 각 사용자로부터 송신된 신호 사이에서 간섭이 발생하여, 통신 장치(100)의 지향성 제어에 오차가 발생할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 송신 장치(200)에서는 프리앰블 신호가 사용자 사이에서 시분할로 다중화될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 통신 장치(100)에서는 데이터 구간에서 사용자 각각에 대응하는 신호의 검출이 수행될 수 있다.
따라서, 복수의 사용자가 동시에 통신 장치(100)에 접속한 경우라 할지라도, 통신 장치(100)는 지향성 제어의 오차를 작게 할 수 있으므로, 보다 양호한 수신 신호 품질을 얻을 수 있다. 또한, 통신 장치(100)는 각 사용자로부터 송신된 신호를 정상적으로 처리할 수 있는 가능성을 보다 높일 수 있다.
다시, 도 4를 참조하여, 송신 장치(200)의 구성의 일 예에 대해 설명한다.
프리앰블 신호 다중화부(2121)로부터 출력되는 프리앰블 신호는 승산기(216)에서 변조되어 안테나(218)에서 통신 장치(100) 방향으로 송신된다. 여기서, 송신 장치(200)는 섹터 안테나 혹은 송신 빔포밍등을 이용하여 통신 장치(100) 방향으로 신호를 송신할 수 있다.
송신 장치(200)는 통신 장치(100)로 신호를 송신할 수 있다.
[2] 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 구성
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)의 구성에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 이하에서는 통신 장치(100)가 도 3에 도시된 두개의 송신 장치인 송신 장치(200A) 및 송신 장치(200B)로부터 송신되는 신호를 수신하는 예를 들어, 통신 장치(100)의 구성을 설명하도록 한다. 또한, 이하에서는 통신 장치(100)가 도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 페이즈드 어레이 안테나를 포함한 경우를 예를 들어, 통신 장치(100)의 구성을 설명하도록 한다.
[2-1] 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 개요
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나(102), 신호 변환부(106), 채널 추정부(108), 신호 처리부(110) 및 지향성 제어부(112)를 포함할 수 있다. 여기서, 신호 변환부(106), 채널 추정부(108), 신호 처리부(110) 및 지향성 제어부(112)는 도 3에 도시된 수신부(104)에 대응한다. 또한, 도 6은 통신 장치(100) 구성의 일 예를 나타내고 있으며, 수신부(104)가 복수의 페이즈드 어레이 안테나의 각 안테나 소자에서 수신한 신호를 일괄적으로 처리하는 구성을 나타내고 있다.
페이즈드 어레이 안테나(102)는 상술한 바와 같이, 하나 이상의 페이즈드 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 도 6에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 페이즈드 어레이 안테나(102)가 두 개의 페이즈드 어레이 안테나를 포함하는 예를 나타내고 있다. 이하에서는 페이즈드 어레이 안테나(102)를 구성하는 하나 이상의 페이즈드 어레이 안테나(102A, 102B)를 총칭하여 '페이즈드 어레이 안테나(102)'로 칭할 수도 있다.
페이즈드 어레이 안테나(102)를 구성하는 페이즈드 어레이 안테나는 복수의 안테나 소자가 평면 상에 배치되어 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 페이즈드 어레이 안테나의 구조를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 통신 장치(100)의 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자는 그룹화되고, 서브 어레이에 분할될 수 있다. 도 7에서는 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자가 서브 어레이(SA1 ~ SA4)라는 4개의 서브 어레이에 분할되어 있는 예를 나타내고 있다.
또한, 도 7에 도시된 A1은 도 3에 도시된 송신 장치(200A)가 존재하는 방향을 나타내고 있으며, B1은 통신 장치(100)가 송신 장치(200A)에 대하여 향하고 있는 지향성 방향을 나타내고 있다. 마찬가지로, 도 7에 도시된 A2는 도 3에 도시된 송신 장치(200B)가 존재하는 방향을 나타내고 있으며, B2는 통신 장치(100)가 송신 장치(200B)에 대하여 향하고 있는 지향성 방향을 나타내고 있다.
도 7에 도시된 A1의 방위·앙각(θ1, φ1) 및 B1의 방위·앙각(θ1+Δθ1, φ1+Δφ1)를 참조하면, 송신 장치(200A)가 존재하는 방향과 송신 장치(200A)에 대하여 향하고 있는 지향성 방향 사이에는 방위의 오차Δθ1과 앙각의 오차 Δφ1가 존재한다. 통신 장치(100)는 방위의 오차 Δθ1과 앙각의 오차 Δφ1이 작아지도록 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 송신 장치(200A)에 대한 지향성을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는 통신 장치(100)는 방위의 오차 Δθ1과 앙각의 오차 Δφ1이 작아지도록 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성 방향을 설정할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 A2의 방위·앙각(θ2, φ2) 및 B2의 방위·앙각(θ2+Δθ2, φ2+Δφ2)를 참조하면, 송신 장치(200B)가 존재하는 방향과 송신 장치(200B)에 대하여 향하고 있는 지향성 방향 사이에는 방위의 오차Δθ2과 앙각의 오차 Δφ2가 존재한다. 통신 장치(100)는 방위의 오차 Δθ2과 앙각의 오차 Δφ2이 작아지도록 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 송신 장치(200B)에 대한 지향성을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는 통신 장치(100)는 방위의 오차 Δθ2과 앙각의 오차 Δφ2이 작아지도록 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성 방향을 설정할 수 있다.
또한, 도 7에서는 각 서브 어레이가 16개의 안테나 소자로 구성되는 예를 나타내고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)에서의 서브 어레이를 구성하는 안테나의 소자의 개수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)의 서브 어레이는 방위와 앙각의 빔 제어가 가능한 2(수평방향)×2(수직방향)의 4개 이상의 안테나 소자로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)의 서브 어레이 수는 4개로 제한되지 않는다. 예를 들어, 페이즈드 어레이 안테나(102)는 두 개 이상의 서브 어레이로 분할될 수도 있다. 또한, 도 7에는 각 서브 어레이를 구성하는 안테나 소자의 수가 동일한 경우를 나타내고 있으나, 각 서브 어레이를 구성하는 안테나 소자의 수는 서로 다를 수도 있다.
또한, 페이즈드 어레이 안테나(102)가 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 페이즈드 어레이 안테나를 포함하는 경우, 통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나의 서브 어레이의 수와 각 서브 어레이를 구성하는 안테나 소자의 수가 동일한 복수의 페이즈드 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 이와 같은 경우, 통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나에서의 서브 어레이 수와 각 서브 어레이를 구성하는 안테나 소자의 수 중에서 하나가 다른 혹은 서로 다른 복수의 페이즈드 어레이 안테나를 포함할 수도 있다.
다시, 도 6을 참조하여, 통신 장치(100)의 구성에 대해 설명하도록 한다. 신호 변환부(106)는 각 서브 어레이의 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 합성하고, 각 서브 어레이에 합성된 신호를 베이스 밴드 신호로 변환할 수 있다.
신호 변환부(106)는 변환부(114), 로우 패스 필터(116A, 116B, …, 116n)(이하, 총칭하여 ‘로우 패스 필터(116)’로 칭할 수도 있음), A/D변환기(118A, 118B, …, 118n)(이하, 총칭하여 ‘A/D변환기(118)’로 칭할 수도 있음) 및 고속 푸리에 변환회로(120A, 120B, …, 120n)(이하, 총칭하여 ‘고속 푸리에 변환회로(120)’로 칭할 수도 있음)를 포함할 수 있다.
도 6은 신호 변환부(106)가 변환부(114), 로우 패스 필터(116), A/D변환기(118) 및 고속 푸리에 변환회로(120)를 포함하는 빔포밍부를 두 개 포함하는 구성을 나타내고 있다. 도 6에 도시된 빔포밍부1은 도 3에 도시된 페이즈드 어레이 안테나(120A)에 대응하는 빔포밍부이며, 페이즈드 어레이 안테나(102A)의 각 안테나 소자에 의해 수신된 신호를 처리할 수 있다. 또한, 도시된 빔포밍부2는 도 3에 도시된 페이즈드 어레이 안테나(120B)에 대응하는 빔포밍부이며, 페이즈드 어레이 안테나(102B)의 각 안테나 소자에 의해 수신된 신호를 처리할 수 있다. 빔포밍2는 도 6에 도시된 빔포밍부1과 동일한 구성을 포함할 수 있다.
또한, 도 6에서는 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍부가 채널 추정부(108)를 구성하는 각 서브 어레이에 대응하는 채널 추정부(108A, 108B, …, 108n)를 포함하는 예를 나타내고 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍부의 구성은 채널 추정부(108)를 포함하는 구성에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍부와 채널 추정부(108)는 별개의 처리 회로일 수 있다.
변환부(114)는 각 서브 어레이에 도 2에 도시된 신호 변환부(34)와 동일한 구성을 가지는 변환회로(114A, 114B, …, 114n)을 포함할 수 있다. 변환부(114)는 도 6에 도시된 구성에 따라 각 서브 어레이의 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호를 합성할 수 있다. 또한, 변환부(114)에서의 처리는 후술할 지향성 제어부(112)에 의해 제어될 수 있다.
이와 같이, 변환부(114)에서 각 서브 어레이의 신호가 주파수 변환된 후, 합성됨으로써, 각 서브 어레이의 합성된 신호는 빔포밍된 신호가 될 수 있다. 따라서, 신호 변환부(106)는 도 6에 도시된 바와 같이, 로우 패스 필터(116), A/D변환기(118) 및 고속 푸리에 변환회로(120)를 각 서브 어레이마다 1세트씩 포함하고 있을 수 있다.
따라서, 통신 장치(100)는 도 1에 도시된 종래의 통신 장치보다 페이즈드 어레이 안테나(102)에 의해 수신되는 신호의 신호 처리에 관한 회로 규모를 감소시킬 수 있다.
변환 회로(114A, 114B, …, 114n) 각각으로부터 출력되는 신호는 대응되는 로우 패스 필터(116)에 의해 필터링된 후, 대응되는 A/D변환기(118)에 의해 샘플링될 수 있다. 즉, 로우 패스 필터(116)는 필터링 회로의 역할을 수행하고, A/D변환기(118)는 샘플링 회로의 역할을 수행할 수 있다. A/D변환기(118)에 의해 샘플링됨으로써, 통신 장치(100)에서의 이후의 처리는 디지털 신호에 대한 처리가 될 수 있다.
고속 푸리에 변환 회로(120)는 대응되는 A/D변환기(118)로부터 전달되는 샘플링된 신호에서 가드 인터벌(GI)을 제거하고, 고속 푸리에 변환을 수행함으로써 주파수 영역의 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 고속 푸리에 변환 회로(120)로부터 출력되는 신호는 본 발명의 실시 예에 따른 베이스 밴드 신호(예를 들어, 도 4에 도시된 송신 장치(200)의 변조 매핑부(208)에서 변조 매핑된 패킷 데이터를 포함하는 데이터)에 대응할 수 있다.
신호 변환부(106)는 도 6에 도시된 구성에 따라 각 서브 어레이의 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 합성하고, 합성된 신호를 베이스 밴드 신호로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 변환부(106)의 구성은 도 6에 도시된 구성에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 6에서는 신호 변환부(106)가 필터링 회로로써, 로우 패스 필터를 포함하는 구성을 나타내고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 변환부(106)는 밴드 패스 필터 등의 다른 필터로 필터링 회로를 구성할 수도 있다.
또한, 도 6에서는 신호 변환부(106)가 변환부(114), 로우 패스 필터(116), A/D 변환기(118) 및 고속 푸리에 변환 회로(120)를 포함하는 빔포밍부를 두 개 포함하는 구성을 나타내고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 변환부(106)는 페이즈드 어레이 안테나(102)를 페이즈드 어레이 안테나의 수에 대응하는 수의 빔포밍을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 변환부(106)는 시간 분할을 이용함으로써, 구비된 빔포밍부 개수 이상의 송신 장치(200)로부터 송신되는 신호를 처리할 수 있다.
채널 추정부(108)는 서브 어레이 각각을 구성하는 안테나 소자에서 수신된 신호가 각 서브 어레이에서 합성된 신호를 기반으로 각 서브 어레이의 채널을 추정할 수 있다. 채널 추정부(108)는 각 서브 어레이에 대응하는 채널 추정부(108A, 108B, …, 108n)(이하, 총칭하여 ‘채널 추정부(108)’로 칭할 수도 있음)를 포함할 수 있다.
채널 추정부(108)는 신호 변환부(106)를 구성하는 A/D변환기(118)로부터 출력되는 각 서브 어레이의 합성된 신호에 대응하는 디지털 신호를 기반으로 각 서브 어레이의 채널을 추정할 수 있다. 더하여, 채널 추정부(108)는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 신호 처리부(110)(보다 구체적으로는 후술할 신호 검출부(122))와 지향성 제어부(112)(보다 구체적으로는 후술할 기준 채널응답 생성부(130)와 방향오차 추정부(132))에 전달할 수 있다. 채널 추정부(108)에서의 각 서브 어레이의 채널 추정에 관한 처리의 구체적인 예에 대해서는 후술한다.
신호 처리부(110)는 각 리소스 블록에 포함된 각 서브 어레이의 베이스밴드 신호를 기반으로 재생 데이터(수신 데이터)를 복호할 수 있다. 또한, 신호 처리부(110)는 복호된 재생 데이터의 오류를 검출할 수도 있다.
신호 검출부(122)는 각 빔포밍부를 구성하는 고속 푸리에 변환 회로(120)로부터 각각 전달되는 서브 어레이에 대응하는 베이스 밴드 신호와, 채널 추정부(108)로부터 각각 전달되는 서브 어레이에 대응하는 채널 추정 결과를 기반으로 송신 장치(200)(예를 들면 송신장치(200A) 및/또는 송신장치(200B))로부터 송신된 신호를 검출할 수 있다.
신호 검출부(122)는 멀티 유저 검출기로 구성되며, 멀티 유저 검출기를 통해 하나 이상의 송신 장치(200)(예를 들어, 송신 장치(200A), 송신 장치(200B))로부터 각각 송신된 신호의 데이터 구간(예를 들어, 도 5에 도시된 데이터 신호부)을 검출할 수 있다. 즉, 신호 검출부(122)는 멀티 유저의 신호를 검출하는 멀티 유저 신호 검출부의 역할을 수행할 수 있다.
오류 정정 복호부(124)는 신호 검출부(122)에서 검출된 각 송신 장치(200)의 프리앰블 신호에 포함된 터보 부호 혹은 LDPC 부호 등의 오류 정정용 부호를 기반으로 신호 검출부(122)에서 검출된 각 송신 장치(200)의 프리앰블 신호의 오류를 정정할 수 있다.
판정 회로(126)는 오류가 정정된 신호(디지털 신호)의 “0”, “1”을 판정하고, 판정결과를 나타내는 신호(디지털 신호)를 송신 장치(200)로부터 송신된 신호에 대응하는 재생 데이터(수신 데이터)로써 출력할 수 있다.
오류 정정 복호부(128)는 판정 회로(126)로부터 전송된 재생 데이터에 포함된 각 CRC부호 등의 오류 검출용 부호를 기반으로 재생 데이터의 오류를 검출할 수 있다.
신호 처리부(110)는 각 리소스 블록에 포함된 각 서브 어레이의 베이스 밴드 신호를 기반으로 재생 데이터(수신 데이터)를 복호할 수 있다. 또한, 신호 처리부(110)는 도 6에 도시된 구성에 따라, 복호된 재생 데이터의 오류를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리부(110)의 구성은 도 6에 도시된 구성에 제한되지 않는다.
예를 들어, 도 6에서는 신호 처리부(110)가 오류 정정부(122)를 포함하여, 오류를 정정한 후, 재생 데이터를 복호하는 구성을 나타내고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리부(110)는 오류 정정부(122)를 포함하지 않을 수도 있다.
다른 예를 들어, 도 6에서는 신호 처리부(110)가 오류 검출 복호부(128)를 포함하여, 재생 데이터의 오류를 검출하는 구성을 나타내고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리부(110)는 오류 검출 복호부(128)를 포함하지 않을 수도 있다.
지향성 제어부(112)는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어할 수 있다. 지향성 제어부(112)는 페이즈드 어레이 안테나(102)가 포함하는 페이즈드 어레이 안테나 각각에서 지향성을 제어할 수 있다.
도 6에 도시된 지향성 제어부(112)는 도 3에 도시된 페이즈드 어레이 안테나(102A)에서의 지향성을 제어하는 지향성 제어부 1과, 도 3에 도시된 페이즈드 어레이 안테나(102B)에서의 지향성을 제어하는 지향성 제어부 2를 포함함을 나타내고 있다. 이때, 지향성 제어부 2는 도 6에 도시된 지향성 제어부 1과 동일한 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어부(112)의 구성은 페이즈드 어레이 안테나(102)가 포함하는 페이즈드 어레이 안테나 각각이, 페이즈드 어레이 안테나 각각에 대응하는 지향성 제어부를 개별적으로 포함하는 구성에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어부(112)는 페이즈드 어레이 안테나가 포함하는 하나 이상의 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 하나의 처리 회로를 통해 제어할 수도 있다.
지향성 제어부(112)는 기준 채널 응답 생성부(130), 방향 오차 추정부(132) 및 지향성 설정부(134)를 포함할 수 있다.
기준 채널 응답 생성부(130)는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 지향성 제어에서의 기준이 되는 기준 채널 응답을 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기준 채널 응답 및 기준 채널 응답 생성부(130)의 처리에 대한 구체적인 예에 대해서는 후술하도록 한다.
방향 오차 추정부(132)는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 기준 채널 응답 생성부(130)에서 생성된 기준 채널 응답을 기반으로, 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성을 향하게 하는 방향의 오차(이하, '방향 오차'로 칭함)를 추정할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 방향 오차란, 도 7에 도시된 "방위의 오차 Δθ1 및 앙각의 오차 Δφ1 혹은 “방위의 오차Δθ2 및 앙각의 오차 Δφ2”일 수 있다. 또한, 방향 오차 추정부(132)에서의 처리에 대한 구체적인 예에 대해서는 후술하도록 한다.
지향성 설정부(134)는 도 6에 도시된 구성에 따라, 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어할 수 있다.
[2-2] 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치에서의 지향성 제어 처리
이어서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)에서의 지향성 제어 처리에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 지향성 제어 처리 예를 도시하고 있다. 여기서, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어부(112)의 구성을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 통신 장치(100)에서는 CPU 등으로 구성되는 제어부(미도시)가 지향성 제어부(112)의 역할을 수행할 수도 있으며, 수신부(102)를 구성하는 지향성 제어부(112)가 전용(혹은 범용) 처리 회로에 의해 구현될 수도 있다. 또한, 지향성 제어부(112)의 각 처리는 하드웨어에 의해 수행될 수도 있으며, 소프트웨어(프로그램)가 실행됨으로써, 수행될 수도 있다.
이하에서는 도3에 도시된 송신 장치(200A)에 대한 지향성을 처리하는 경우를 예로 들어 지향성 제어부(122)의 구성의 예와 통신 장치(100)에서의 지향성 제어 처리의 예를 설명한다. 또한, 통신 장치(100)는 도 8에 도시된 지향성 제어부(112)의 구성에 있어서, 이하에 나타낸 통신 장치(100)에서의 지향성 제어 처리와 같은 처리를 수행함으로써, 도 3에 나타낸 송신 장치(200B)에 대한 지향성을 제어할 수 있다.
또한, 이하에서는 송신 장치(200)를 '사용자'라 나타낼 수 있고, 또한 송신 장치(200A)를 '사용자 1', 송신 장치(200B)를 '사용자 2'라고 각각 나타낼 수 있다.
지향성 제어부(112)는 기준 채널 응답 생성부(130), 각 서브 어레이에 대응하는 상관기(150A, 150B, …, 150n), 각 서브 어레이에 대응하는 위상 추출기((152A, 152B, …, 152n), 위상 평면 추정부(154), 방위·앙각 오차 변환기(156) 및 방위·앙각 오차 갱신기(158)을 포함할 수 있다.
여기서, 상관기(150A, 150B, …, 150n)(이하, 총칭하여 '상관기(150)'로 칭할 수도 있음), 위상 추출기(152A, 152B, …, 152n)(이하, 총칭하여 ‘위상 추출기(152)’로 칭할 수도 있음) 및 위상 평면 추정부(154)는 방향 오차 추정부(132)에 해당될 수 있다. 또한, 방위·앙각 오차 변환기(156) 및 방위·앙각 오차 갱신부(158)는 지향성 설정부(134)에 해당될 수 있다. 또한, 지향성 제어부(112)에서는 방위·앙각 오차 변환기(156)가 방향 오차 추정부(132)에 해당되며, 방위·앙각 오차 갱신부(158)가 지향성 설정부(134)에 해당될 수도 있다.
이하, 도 6 및 도 8을 적절히 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(100)에서의 지향성 제어 처리에 대해 설명하도록 한다.
사용자u(u=1, 2)에 대응하는 빔포밍부의 서브 어레이n(1≤n≤N)에서의 시각 k의 서브 어레이에서 합성된 신호를 “xu, n(k)”라 하면, “xu, n(k)"는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다. 여기서, 수학식 1에 나타낸 “su, n(k)”는 유저u로부터 송신되는 신호를 나타내고 있다. 또한, 수학식 1에 나타낸 “hu, n(l)”은 서브 어레이n의 출력에서 샘플연장 l의 채널응답을 나타내고 있으며, 수식 1에 나타낸 “η(k)”는 잡음을 나타내고 있다.
Figure pat00001
도 5를 참조하여 나타낸 것처럼 프리앰블부는 사용자 사이에서 간섭이 발생하지 않으므로, 수학식 1에서는 간섭성분이 포함되지 않는다.
샘플 연장 l=0, ..., L-1까지의 응답을 벡터로 표시하면, 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 수학식 2에 나타낸 “L-1”은 최대 연장 시간 정도의 샘플길이로 설정될 수 있다.
Figure pat00002
프리앰블부에서는 상기 수학식 1에 나타낸 “su(k)를 미리 알고 있을 수 있다. 따라서 채널 추정부(108)는 각 서브 어레이로부터 출력되는 신호(각 서브 어레이에 합성된 신호)를 기반으로 아래의 수학식 3에 나타낸 연산을 수행함으로써, 각 서브 어레이에 채널을 추정할 수 있다. 여기서, 수학식 3에 나타낸
Figure pat00003
은 서브 어레이n에서의 채널 벡터 추정값(채널 추정 결과의 일예)을 나타내고 있다.
Figure pat00004
기준 채널 응답 추정부(130)는 채널 추정부(108)에서 추정된 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 기준 채널 응답을 생성할 수 있다. 기준 채널 응답 추정부(130)는 아래의 수학식 4에 나타낸 것처럼 채널 추정부(108)에서 추정된 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 나타내는 채널 벡터를 모든 서브 어레이에서 합성할 수 있다.
Figure pat00005
여기서, 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 나타내는 채널벡터 추정 값은 모든 서브 어레이에서 합성됨으로써, 모든 어레이에 대응하는 채널벡터가 될 수 있다. 따라서, 기준 채널 응답 추정부(130)는 수학식 4에 나타낸 연산에 의해 생성된 모든 어레이에 대응하는 채널 벡터를 레퍼런스 채널 벡터, 즉 기준 채널 응답으로 결정할 수 있다.
상관기(150)는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 생성된 기준 채널 응답과의 상관 연산을 수행할 수 있다. 상관기(150)는 아래의 수학식 5에 나타낸 연산을 수행함으로써, 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 나타내는 채널 벡터 추정값과 기준 채널 응답과의 상관을 산출할 수 있다. 여기서, 수학식 5에 나타낸 “ρu(n)”은 서브 어레이n에 대응하는 채널 벡터 추정값과 기준 채널 응답과의 상관을 나타내는 상관 값을 의미한다.
Figure pat00006
상관값 “ρu(n)”을 정규화한 값을 “ρu(n)'”라 하면, 송신 장치(200)로부터 송신된 신호의 도래 방향과 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성의 오차에 비례한 위상 시프트량은 “ρu(n)'”의 허수부로 나타내어질 수 있다.
따라서, 위상 추출기(152)는 아래의 수학식 6에 나타낸 것처럼, 각 서브 어레이에 “ρu(n)'”의 허수부를 추출함으로써, 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 검출할 수 있다.
Figure pat00007
방향 오차 추정부(132)는 상술한 바와 같은 처리를 수행하는 상관기(150) 및 위상 추출기(152)를 포함함으로써, 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 생성된 기준 채널 응답과의 상관을 기반으로 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 검출하는 기능을 가질 수 있다. 다른 예들 를어, 오차
위상 평면 추정부(154)는 위상 추출기(152)로부터 전달되며, 각 서브 어레이에 대응하는 위상 회전량(위상 오차 성분)과 각 서브 어레이에서의 서브 어레이 센터의 좌표를 기반으로 위상 평면 추정에 의한 방위와 앙각의 위상 회전량을 산출함으로써, 위상 오차를 추정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 위상 평면 추정부(154)는 최소 이승법을 이용한 위상 평면 추정에 의해 방위와 앙각의 위상 회전량을 산출할 수 있다. 또한, 위상 평면 추정부(145)가 수행하는 위상 평면 추정은 최소 이승법을 이용한 위상 평면 추정에 제한되지 않는다. 예를 들어, 위상 평면 추정부(154)는 로버스트 추정 등 다른 추정법을 이용하여 위상 평면 추정에 의한 방위와 앙각의 위상 회전량을 산출할 수도 있다. 이하에서는 위상 평면 추정부(154)가 최소 이승법을 이용하여 위상 평면 추정에 의한 방위와 앙각의 위상 회전량을 산출하는 경우를 예로 들어 위상 평면 추정부(154)에서의 처리에 대하여 설명하도록 한다.
여기서, 각 서브 어레이에서의 서브 어레이 센터의 좌표는 아래의 수학식 7로 나타내어질 수 있다. 수학식 7에 나타낸 “(dix(x), diy(y))”는 어레이 인덱스(ix, iy)에 대한 어레이 좌표를 나타내며, 수학식 7에 나타낸 “∧”는 서브 어레이n에 포함되는 어레이의 서브셋을 나타낼 수 있다. 따라서, 수학식 7에 나타낸 “ax(n), ay(n)”은 서브 어레이n의 파장 h에서 정규화된 어레이 센터의 좌표를 나타내고 있다.
Figure pat00008
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치의 위상 회전량 및 서브 어레이 센터의 좌표와의 관계를 도시하고 있다. 여기서, 도 9는 위상 추출기(152)에서 추출된 위상 회전량, 위상 평면 추정부(154)에서 추정되는 위상 회전량 및 서브 어레이 센터의 좌표와의 관계의 예를 나타내고 있다. 도 9에 나타낸 평면의 기울기는 추정되는 위상 회전량에 대응한다.
위상 평면 추정부(154)에서 추정되는 위상 회전량은 아래의 수학식 8로 나타낼 수 있다. 또한, 위상 추출기(152)에서 추출된 위상 회전량, 위상 평면 추정부(154)에서 추정되는 위상 회전량 및 서브 어레이 센터의 좌표와의 관계는 아래의 수학식 9로 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
수학식 9를 벡터로 표기하면, 위상 추출기(152)에서 추출된 위상 회전량과, 위상 평면 추정부(154)에서 추정된 위상 회전량 및 서브 어레이 센터의 좌표와의 관계는 아래의 수학식 10으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
방위와 앙각의 위상회전량은 최소 이승법을 이용하여 아래의 수학식 11에 나타낸 연산으로 산출할 수 있다. 즉, 위상 평면 추정부(154)는 아래의 수학식 11에 나타낸 연산을 수행함으로써, 위상 오차를 추정할 수 있다.
Figure pat00012
위와 같은 위상 평면 추정부(154)를 구비함으로써, 방향 오차 추정부(132)는 추출된 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 기반으로 위상 오차를 추정하는 기능을 구비할 수 있다.
방위·앙각 오차 변환기(156)는 위상 평면 추정부(154)에서 산출된 방위와 앙각의 위상 회전량(추정된 위상 오차)을 방위의 오차 및 앙각의 오차(방향 오차)로 변환할 수 있다.
보다 구체적으로는, 현재 설정되어 있는 빔의 방위·앙각을 (θu, φu)라 하면, 방위·앙각 오차 변환기(156)는 아래의 수학식 12에 나타낸 연산을 수행함으로써, 위상 평면 추정부(154)에서 산출된 방위와 앙각의 위상 회전량을 방위의 오차와 앙각의 오차로 변환할 수 있다. 여기서, 수학식 12에 나타낸 “Δθ^u”는 방위 오차를 나타내며, 수학식 12에 나타낸 “Δφ^u”는 앙각 오차를 나타내고 있다.
Figure pat00013
방위·앙각 갱신부(158)는 방위·앙각 오차 변환기(156)에서 산출된 방위의 오차 및 앙각의 오차를 기반으로 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 설정할 수 있다.(혹은 재설정할 수 있다).
보다 구체적으로는, 방위·앙각 갱신부(158)는 아래의 수학식 13에 나타낸 연산을 수행함으로써, 페이즈드 어레이 안테나(102)를 구성하는 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 규정하는 방위와 앙각을 갱신할 수 있다. 갱신되는 방위와 앙각은 신호 변환부(106)에서 다음 타임 슬롯에서의 빔의 지향성으로써 이용될 수 있다.
Figure pat00014
또한, 방위·앙각 갱신부(158)에서 페이즈드 어레이 안테나(102)를 구성하는 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 규정하는 방위와 앙각의 갱신에 대한 처리는 수학식 13에 나타낸 연산을 수행하는 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 방위·앙각 갱신부(158)는 적응 알고리즘에 대한 스텝사이즈 패러미터 “μ”를 이용한 아래의 수학식 14에 나타낸 연산을 수행함으로써, 페이즈드 어레이 안테나(102)를 구성하는 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 규정하는 방위와 앙각을 갱신할 수도 있다.
Figure pat00015
여기서, 스텝사이즈 패러미터 “μ”는 μ=0.1 등의 미리 설정된 고정값일 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 스텝사이즈 패러미터 “μ”는 고정값에 제한되지 않는다. 예를 들어, 방위·앙각 갱신부(158)는 스텝사이즈 패러미터 “μ”의 값을 초기값부터 서서히 작게 할 수도 있다.
방위·앙각 갱신부(158)가 스텝사이즈 패러미터 “μ”를 이용하여 페이즈드 어리에 안테나 (102)에서의 지향성 방향을 규정하는 방위와 앙각을 갱신함으로써, 통신 장치(100)는 잡음의 영향을 보다 감소시킬 수 있다.
이와 같은, 방위·앙각 오차 변환기(156) 및 방위·앙각 갱신부(158)를 구비함으로써, 지향성 설정부(134)는 방향오차 추정부(132)에서 추정된 위상 오차가 변환된 신호의 도래 방향과 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성의 설정 방향과의 방향 오차를 기반으로 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성 방향을 설정하는 기능을 가질 수 있다. 또한, 위의 설명에서는 방위·앙각 오차 변환기(156)가 지향성 설정부(134)를 구성하는 경우를 예로 들었는데, 지향성 제어부(112)에서는 방위·앙각 오차 변환기(156)가 방향 오차 추정부(132)를 구성할 수도 있다.
통신 장치(100)에서는 지향성 제어부(112)에서 위와 같은 지향성 제어 처리가 수행됨으로써, 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성이 제어될 수 있다.
또한, 통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나(102A, 102B) 각각의 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 위와 같은 지향성 제어 처리를 페이즈드 어레이 안테나(102A, 102B)에서 각각 사용자 1, 사용자 2에 대하여 수행할 수 있다. 따라서, 통신 장치(100)는 사용자 사이의 간섭에 영향을 받지 않고 페이즈드 어레이 안테나(2차원 안테나 어레이)에 대하여 채널 응답 영역에서의 처리가 간이하면서도 정밀도가 높은 지향성 제어를 수행할 수 있다.
또한, 통신 장치(100)는 동시에 접속 중인 복수의 사용자가 충분한 각도차를 가지고 위치하고 있는 경우, 도 6 및 도 8에 나타낸 구성에 의해, 어레이의 지향성에 의해 복수의 사용자를 분리하면서 수신을 수행할 수 있기 때문에 양호한 수신신호 특성을 구현할 수 있다.
또한, 동시에 접속 중인 복수의 사용자의 각도차가 작은 경우, 각각의 페이즈드 어레이 안테나의 지향성이 근접하고 있기 때문에, 서로 다른 사용자의 신호를 빔 간섭으로 수신하게 될 가능성이 존재한다. 그러나, 통신 장치(100)는 도 6 및 도 8에 나타낸 구성에 의해, 신호 처리부(110)를 구성하는 신호 검출부(122)에서 빔 간섭을 다른 사용자의 유용한 수신 신호 성분으로써 활용할 수 있다. 따라서, 통신 장치(100)는 도 6 및 도 8에 나타낸 구성에 의해, 동시에 접속 중인 복수의 사용자의 각도차가 작은 경우라도 공간 다이버시티 효과로써 알려진 신호 검출 특성을 향상시킬 수 있다.
[2-3] 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치에서의 지향성 제어 처리에 의한 효과
다음으로, 상술한 통신 장치(100)에서의 지향성 제어 처리에 의한 효과의 일 예에 대해 설명하도록 한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)에서의 지향성 제어 처리에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 10은 도 3에 나타낸 송신장치(200A, 200B)의 이동 모델을 나타내고 있으며, 도 11은 도 10에 나타낸 이동 모델에서의 방향 오차 결과의 일 예를 나타내고 있다. 도 10 및 도 11에서는 송신 장치(200A)를 ‘사용자 1’로 나타내고, 송신장치(200B)를 ‘사용자 2’로 나타내고 있다.
도 10은 사용자 1이 시속 12km/h로 통신 장치(100)로부터 거리 50m를 셀의 좌단에서 동심원 형상으로 이동하고, 사용자 2가 시속 24km/h로 통신 장치(100)로부터 거리100m를 셀의 우단에서 동심원 형상으로 이동하는 이동 모델을 나타내고 있다. 또한, 도 10에서 전반 조건은 예측 외(예측 가능하지 않은 환경)이며, 사용자(송신 장치(200))의 지향성 안테나에 의해 신호의 도래 각도 확장은 작은 것으로 간주하고 있다.
도 11은 도 10에 나타낸 이동 모델에서의 사용자 추종 특성을 나타내고 있다. 도 11에 나타낸 것처럼 통신 장치(100)에서 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 처리가 수행됨으로써, 지향성 제어 오차가 0.4도 이내로 억제된다는 것을 알 수 있다.
따라서, 통신 장치(100)는 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 처리를 수행함으로써, 뛰어난 추종 특성을 구현할 수 있으며, 지향성 제어의 정밀도를 향상 시킬 수 있다.
[2-4]
위와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 페이즈드 어레이 안테나(102)를 구성하는 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이에 변환회로(114A, 114B, …, 114n)를 구비할 수 있다. 따라서, 통신 장치(100)에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 로우 패스 필터(116), A/D변환기(118) 및 고속 푸리에 변환 회로(120) 등의 신호 처리에 관한 회로를 각 서브 어레이에 1 세트씩 구비하고 있으면 된다.
따라서, 통신 장치(100)는 도 1에 도시된 종래의 통신 장치보다 페이즈드 어레이 안테나(102)에 의해 수신되는 신호의 신호 처리에 대한 회로 규모를 감소시킬 수 있다.
또한, 통신 장치(100)는 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 처리에 의해 각 서브 어레이에서 합성된 신호를 기반으로 획득된 각 서브 어레이의 채널 추정결과를 이용하여 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성을 제어할 수 있다.
따라서, 통신 장치(100)는 신호 검출에 이용되는 프리앰블 신호에서 획득되는 채널 추정값을 페이즈드 어레이 안테나의 지향성 제어에 이용함으로써, 지향성 제어에 필요한 신호 처리를 간소화하고, 정밀도 높은 지향성 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호 처리에 대한 회로 규모의 증가를 억제 시키면서 지향성 제어의 정밀도를 향상 시킬 수 있다.
[2-5] 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치의 변형 예
위에서는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 통신 기능을 가지는 통신 장치(100)이며, 해당 장치가 구비한 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치의 구성은 상술한 바에 제한되지 않는다.
[2-5-1] 제 1 변형 예
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치는 도 6에 도시된 지향성 제어장치(112)로 구성될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 지향성 제어부(112)로 구성되는 경우, 제 1 변형 예에 따른 지향성 제어 장치는 채널 추정부(108)의 기능을 구비한 외부장치로부터 취득된 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어처리를 수행한다. 그리고, 제 1 변형 예에 따른 지향성 제어 장치는 페이즈드 어레이 안테나를 구비한 외부 통신 장치에서의 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어할 수 있다.
[2-5-1] 제 2 변형 예
다른 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치는 도 6에 도시된 채널 추정부(108)와 지향성 제어부(112)로 구성될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 채널 추정부(108)와 지향성 제어부(112)로 구성되는 경우, 제 2 변형 예에 따른 지향성 제어장치는 페이즈드 어레이 안테나를 구비한 외부 통신장치에서의 각 서브 어레이에 합성된 신호를 기반으로 각 서브 어레이의 채널을 추정할 수 있다. 또한, 제 2 변형 예에 따른 지향성 제어 장치는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 처리를 수행할 수 있다. 그리고, 제 2 변형 예에 따른 지향성 제어 장치는 페이즈드 어레이 안테나를 구비한 외부 통신장치의 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어할 수 있다.
[2-5-3] 제 3 변형 예
또 다른 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치는 도 6에 도시된 구성에서 채널 추정부(108)를 구비하지 않은 구성일 수도 있다. 도 6에 도시된 구성에서 채널 추정부(108)를 구비하지 않은 구성인 경우, 제 3 변형 예에 대한 지향성 제어 장치는 채널 추정부(108)의 기능을 가지는 외부장치에서 취득된 각 어레이의 채널 추정결과를 기반으로 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 처리를 실시할 수 있다. 그리고, 제 3 변형 예에 따른 지향성 제어 장치는 해당 장치에서의 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 제 1 변형 예 내지 제 3 변형 예에 따른 구성을 나타내더라도, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 처리를 바탕으로 해당 장치 혹은 외부 장치가 구비한 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 제 1 변형 예 내지 제 3 변형 예에 따른 구성을 나타내더라도, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치와 외부 장치를 포함하는 시스템에서는 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호의 신호 처리에 대한 회로 규모는 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 제 1 변형 예 내지 제 3 변형 예에 대한 구성을 나타내더라도, 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호의 신호 처리에 대한 회로 규모를 증가 시키지 않으면서 지향성 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 제 1 변형 예 내지 제 3 변형 예에 따른 구성을 나타내더라도, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치와 외부 장치를 가지는 시스템에서는 도 6에 도시된 통신장치(100)의 효과와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
<본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법>
이어서, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법의 일 예에 대해 설명하도록 한다. 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법에 관한 처리의 일 예로써, 본 발명의 실시 형태에 따른 지향성 제어 장치가 통신 기능을 가지는 통신 장치(100)이며 해당 장치가 구비한 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어하는 경우의 처리를 예로 들어 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법의 예를 도시하고 있다. 여기서, 도 12에 나타낸 단계 S102의 처리는 도 6에 도시된 신호 변환부(106)에서의 처리에 해당한다. 또한, 도 12에 나타낸 단계 S104의 처리는 도 6에 나타낸 채널 추정부(108)에서의 처리에 해당한다. 또한, 도 12에 나타낸 단계 S106의 처리는 도 6에 나타낸 지향성 제어부(112)에서의 처리에 해당한다.
이하에서는 통신 장치(100)(본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치의 일 예)가 도 12에 나타낸 처리를 수행하는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법에 대한 처리는 통신 장치(100)에 의해 수행되는 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 12에 나타낸 처리는 [2-5-1]에 나타낸 제 1 변형 예에 따른 지향성 제어 장치 내지 [2-5-3]에 나타낸 제 3 변형 에에 따른 지향성 제어 장치 중 임의의 지향성 제어 장치와 외부 장치의 시스템에 의해 수행될 수도 있다.
통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나에서 송신 장치로부터 송신된 신호가 수신되었는지 여부를 판단할 수 있다(S100) 통신 장치는 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자로부터 신호가 전달된 경우, 신호가 수신되었다고 판단할 수 있다.
단계 S100에서 신호가 수신되었다고 판단되지 않은 경우, 통신 장치(100)는 신호가 수신되었다고 판단될 때까지 처리를 진행시키지 않을 수 있다.
또한, 단계 S100에서 신호가 수신되었다고 판단되는 경우, 통신 장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이에 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 합성하고, 각 서브 어레이에 합성된 신호를 베이스 밴드 신호로 변환할 수 있다.(S102) 여기서, 단계 S102의 처리는 도 6에 도시된 신호 변환부(106)에서의 처리에 해당한다.
통신 장치(100)는 각 서브 어레이에 합성된 신호를 기반으로 각 서브 어레이에 채널을 추정할 수 있다.(S104) 여기서, 단계 S104의 처리는 도 6에 도시된 채널 추정부(108)에서의 처리에 해당한다.
통신 장치(100)는 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 처리할 수 있다.(S106) 그리고, 통신 장치(100)는 단계 S100부터의 처리를 반복할 수 있다. 여기서, 단계 S106의 처리는 도 6에 도시된 지향성 제어부(112)에서의 처리에 해당한다.
통신 장치(100)는 도 12에 나타낸 처리를 수행함으로써, 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어할 수 있다.
여기서, 통신 장치(100)는 단계 S102에서 각 서브 어레이에 수신된 신호를 합성하여 베이스 밴드 신호로 변환하므로, 통신 장치(100)에서는 도 6에 나타낸 것처럼, 로우 패스 필터(116), A/D변환기(118) 및 고속 푸리에 변환 회로(120) 등의 신호처리에 관한 회로를 각 서브 어레이에 1 세트씩 포함하면 된다. 따라서, 도 12에 나타낸 처리를 수행하는 경우, 통신장치(100)는 도 1에 도시된 종래의 통신 장치보다 페이즈드 어레이 안테나(120)에 의해 수신되는 신호의 신호 처리에 대한 회로 규모를 감소시킬 수 있다.
또한, 통신 장치(100)는 단계 S106에 있어, 단계 S104에서 각 서브 어레이에 추정된 채널 추정결과를 기반으로 페이즈드 어레이 안테나(102)에서의 지향성을 제어할 수 있다. 따라서, 통신 장치(100)는 신호 검출에 이용되는 프리앰블 신호로부터 얻어지는 채널 추정값을 페이즈드 어레이 안테나의 지향성 제어에 이용함으로써, 지향성 제어에 필요한 신호 처리를 간소화하면서 정밀도가 높은 지향성 제어를 수행할 수 있다.
따라서, 도 12에 나타낸 제어를 수행함으로써, 통신장치(100)는 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호 처리에 관한 회로 규모의 증가를 억제시키면서, 지향성 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법에 관한 처리는 도 12에 나타낸 처리에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 [2-5-1]에 나타낸 제 1 변형 예에 따른 지향성 제어 장치인 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법에 관한 처리로써, 도 12에 나타낸 단계 S106의 처리를 수행할 수 있다. 다른 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치가 [2-5-2]에 나타낸 제 2 변형 예에 따른 지향성 제어 장치인 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치는 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법에 관한 처리로써, 도 12에 나타낸 단계 S104 및 단계 S106의 처리를 수행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예로써 통신 장치를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시 예는 통신 장치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예는 기지국의 역할을 하는 장치 혹은 무선 억세스 포인트의 역할을 하는 장치 등 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어할 수 있는 다양한 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치에 삽입할 수 있는 신호 처리 IC로써, 구현될 수도 있다.
<본 발명의 실시 예에 따른 프로그램>
컴퓨터를 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 처리 장치로써 동작시키기 위한 프로그램(예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 방법에 대한 처리를 실행할 수 있는 프로그램)이 컴퓨터에서 실행되도록 함으로써, 페이즈드 어레이 안테나에 의해 수신되는 신호의 신호처리에 대한 회로 규모의 증가를 억제시키면서, 지향성 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 적절한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 해당 예에 제한되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면 특허 청구의 범위에 기재된 범주 안에서 각종 변형 예 또는 수정 예를 생각해낼 수 있다는 것은 분명하며, 그에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
예를 들어, 컴퓨터를 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 제어 장치로써 동작시키기 위한 프로그램(컴퓨터 프로그램)이 제공된다는 것을 상술 하였으나, 더 나아가 본 발명의 실시 예는 상술한 프로그램을 각각 기억시킨 기록 매체도 함께 제공할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 명세서에 기재된 시스템, 장치 및 방법은 수정, 추가 혹은 생략이 가능할 수 있다. 예를 들어, 시스템의 구성요소 및 장치가 결합되거나 혹은 분리될 수 있다. 더욱이, 시스템 및 장치의 동작은 더 많은 장치 혹은 더 적은 장치 혹은 다른 장치에 의해 실행될 수 있다. 방법은 더 많은 단계, 더 적은 단계, 혹은 다른 단계를 포함할 수 있다. 또한, 단계는 결합 및/혹은 다른 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있다.
비록 본 발명이 예시적인 실시예로 기술되고 있지만 다양한 변형 및 수정이 당업자에게 제안될 수 있다. 본 발명은 부가되는 클레임들내에 속하는 변형 및 수정을 포함하도록 의도된다.
100: 통신 장치
102, 102A, 102B: 페이즈드 어레이 안테나
104: 수신부
106: 신호 변환부
108, 108A, 108B, 108n: 채널 추정부
110: 신호 처리부
112: 지향성 제어부
200A, 200B, 200: 송신 장치

Claims (12)

  1. 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)의 지향성을 제어하는 지향성 제어 장치에 있어서,
    복수의 안테나 소자가 평면 상에 배치되고, 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신하는 페이즈드 어레이 안테나와,
    상기 페이즈드 어레이 안테나에서 상기 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이의 채널 추정결과를 기반으로, 상기 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어하는 지향성 제어부를 포함하는 지향성 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성 제어부는,
    상기 각 서브 어레이의 채널 추정결과를 기반으로 지향성 제어의 기준이 되는 기준 채널 응답을 생성하는 기준 채널 응답 생성부와,
    상기 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 상기 생성된 기준 채널 응답을 기반으로 상기 지향성을 향하게 하는 방향의 오차를 추정하는 방향 오차 추정부와,
    상기 추정된 오차를 기반으로 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 설정하는 지향성 설정부를 포함하는 지향성 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방향 오차 추정부는,
    상기 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 상기 생성된 기준 채널 응답과의 상관을 기반으로 상기 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 검출하고, 상기 검출된 상기 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 기반으로 위상 오차를 추정하며,
    상기 지향성 설정부는,
    상기 추정된 위상 오차가 변환된 상기 신호의 도래 방향과 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 설정 방향의 방향 오차를 기반으로 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 설정하는 지향성 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방향 오차 추정부는,
    최소 이승법을 이용하여 상기 위상 오차를 추정하는 지향성 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 어레이 각각을 구성하는 각 안테나 소자에서 수신된 신호가 상기 각 서브 어레이에서 합성된 신호를 기반으로 상기 각 서브 어레이에 대한 채널을 추정하는 채널 추정부를 더 포함하는 지향성 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 서브 어레이의 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 합성하고, 상기 각 서브 어레이에서 합성된 신호를 베이스 밴스 신호로 변환하는 신호 변환부와,
    각 리소스 블록에 상기 각 서브 어레이의 베이스 밴드 신호를 기반으로 재생 데이터를 복호하는 신호처리부를 더 포함하는 지향성 제어 장치.
  7. 지향성 제어 장치에서 페이즈드 어레이 안테나의 지향성을 제어하는 방법에 있어서,
    복수의 안테나 소자가 평면상에 배치된 페이즈드 어레이 안테나를 이용하여 하나 이상의 송신 장치로부터 송신되는 신호를 수신하는 과정과,
    상기 페이즈드 어레이 안테나에서 상기 복수의 안테나 소자가 그룹화된 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성을 제어하는 과정은,
    상기 각 서브 어레이의 채널 추정 결과를 기반으로 지향성 제어의 기준이 되는 기준 채널 응답을 생성하는 과정과,
    상기 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 상기 생성된 기준 채널 응답을 기반으로 상기 지향성을 향하게 하는 방향의 오차를 추정하는 과정과,
    상기 추정된 오차를 기반으로 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 방향을 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지향성을 향하게 하는 방향의 오차를 추정하는 과정은,
    상기 각 서브 어레이의 채널 추정 결과와 상기 생성된 기준 채널 응답과의 상관을 기반으로 상기 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 검출하는 과정과,
    상기 검출된 상기 각 서브 어레이의 위상 오차 성분을 기반으로 위상 오차를 추정하는 과정을 포함하며,
    상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지항성 방향은 상기 추정된 위상 오차가 변환된 상기 신호의 도래 방향과 상기 페이즈드 어레이 안테나에서의 지향성 설정 방향의 방향 오차를 기반으로 설정하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상 오차는 최소 이승법을 이용하여 추정되는 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 서브 어레이 각각을 구성하는 각 안테나 소자에서 수신된 신호가 상기 각 서브 어레이에서 합성된 신호를 기반으로 상기 각 서브 어레이에 대한 채널을 추정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 서브 어레이에 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 합성하는 과정과,
    상기 각 서브 어레이에 합성된 신호를 베이스 밴스 신호로 변환하는 과정과,
    각 리소스 블록에 상기 각 서브 어레이의 베이스 밴드 신호를 기반으로 재생 데이터를 복호하는 과정을 더 포함하는 방법.
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