KR20170075632A - 송수신 신호 분리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 하나의 송신안테나와 적어도 두 개의 수신안테나를 이용하여, 수신 안테나로 유입되는 송신신호를 제거할 수 있는, 송수신 신호 분리 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 송수신 신호 분리 장치는, 송신 데이터를 무선통신망으로 출력하는 송신부; 및 적어도 두 개의 수신안테나들을 포함하며, 상기 송신부로부터 전송되는 누설송신신호에 부여된 가중치를 이용하여, 상기 수신안테나들을 통해 수신되는 무선신호 중 상기 누설송신신호를 제거하는 송수신 신호 분리부를 포함한다.

Description

송수신 신호 분리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATING A TRANSMITTING SIGNAL AND A RECEIVING SIGNAL}

본 발명은 무선통신 시스템의 송신안테나에서 수신안테나로 유입되는 송신신호를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선통신 시스템에 구비된 송신기에서 송신하는 송신신호가 송신안테나를 거쳐 방사될 때, 상기 송신신호의 일부가 다시 수신안테나로 유입되어, 수신신호의 특성에 영향을 줄 수 있다.

이러한 영향을 제거하기 위한, 송수신 신호 분리 방법은, 듀플렉서를 사용하여 송신신호의 주파수와 수신신호의 주파수를 다르게 함으로써 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법(FDD: Frequency Division Multiplexing)과, 스위치를 사용하여 송신시간과 수신시간을 다르게 함으로써 시간적으로 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법(TDD: Time Division Multiplexing)으로 크게 구분될 수 있다.

주파수로 송수신 신호를 분리하는 종래의 기술은, 무선통신 시스템에서 사용되는 듀플렉스의 구현에 관한 것이 주류를 이루고 있다.

예를 들어, 무선통신 시스템의 송신 전력이 높은 경우, 듀플렉스는 케비티 필터로 구현되며, 일반적으로, 상기 케비티 필터가 많은 차수를 포함할 경우, 듀플렉스는 크기와 무게의 제약을 많이 받게 된다. 이를 극복하기 위해, 다중모드 필터를 이용하는 기술이 사용된다.

그러나, 이러한 종래의 기술에서도, 필터의 차수를 고려한 설계와 필터의 크기 및 무게 등을 고려한 설계가 매우 중요하며, 가격 면에서도, 필터가 시스템에서 상당한 부분을 차지한다. 따라서, 구현 및 양산성을 고려할 때 필터는 주요 부품에 해당한다.

특히, 한번 설계되어 적용된 듀플렉스는 교체가 용이하지 않으며, 상기 듀플렉스의 특성을 변화시키는 것은 어렵다. 따라서, 듀플렉스는 무선통신 시스템의 성능을 제한하는 요소로 작용하게 된다. 이에 따라, 대부분의 설계 및 구현에서는, 고사양의 설계가 이루어지게 되므로, 듀플렉스는 단가 상승의 원인이 되기도 한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 하나의 송신안테나와 적어도 두 개의 수신안테나를 이용하여, 수신 안테나로 유입되는 송신신호를 제거할 수 있는, 송수신 신호 분리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 송수신 신호 분리 장치는, 송신 데이터를 무선통신망으로 출력하는 송신부; 및 적어도 두 개의 수신안테나들을 포함하며, 상기 송신부로부터 전송되는 누설송신신호에 부여된 가중치를 이용하여, 상기 수신안테나들을 통해 수신되는 무선신호 중 상기 누설송신신호를 제거하는 송수신 신호 분리부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 일반적인 무선통신 시스템에서 송수신 주파수의 분리를 위해 사용되는 듀플렉스가 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명은 간단한 구조로 구현되어 송수신 신호를 분리할 수 있으며, 이에 따라 제조 비용 및 관리 비용이 절감될 수 있다. 특히, 고출력의 전력증폭기를 사용하는 송신 시스템의 경우, 듀플렉스의 크기 및 비용이 크게 증가되었다. 그러나, 본 발명은 듀플렉스 없이, 송신 안테나와 수신 안테나들의 결합에 의해 구성되어, 송수신 신호를 분리할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 종래와 비교할 때 제조 비용 및 관리 비용이 크게 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 보정 프로세스 및 빔형성 프로세스는, 배열 안테나를 사용하는 빔형성 메커니즘과 유사하다. 따라서, 이미 빔형성을 수행하고 있는 무선 시스템에서는, 본 발명에 의해 보다 더 효과적으로, 송신신호와 수신신호가 분리될 수 있다.

본 발명은 듀플렉스를 기존 보다 낮은 사양으로 설계하여 하드웨어 비용을 줄이고, 디지털 신호 처리를 통해 송수신 신호분리의 특성을 보완하는 방법을 제시한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치에서 송신안테나와 수신안테나의 분리에 의해 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치가 적용되는 무선통신 시스템의 구성을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치에서 배열 수신기들을 동일한 전달함수로 구성하기 위한 방법을 나타낸 일실시예 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치 장치에서 송수신 신호를 분리하는 방법을 나타낸 일실시예 흐름도.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치에서 송신안테나와 수신안테나의 분리에 의해 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법을 나타낸 예시도이다. 특히, 도 1은 송신안테나에서 방사된 송신신호가 수신안테나를 통해 인가될 때 이를 제거하기 위한 안테나들의 구조를 나타낸 것이며, 도 1에서는 송신안테나와 수신안테나가 서로 분리되어 있다.

무선통신 시스템에서 송수신 신호의 분리 방법은, 송신신호의 주파수와 수신신호의 주파수를 다르게 함으로써 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법(FDD: Frequency Division Multiplexing)과, 스위치를 사용하여 송신시간과 수신시간을 다르게 함으로써 시간적으로 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법(TDD: Time Division Multiplexing)으로 크게 구분될 수 있다.

본 발명은 주파수로 송신신호와 수신신호를 분리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 송신신호가 송신안테나를 통해 무선으로 방사되나, 송신신호 중 일부의 신호(이하, 간단히 누설송신신호라 함)는 수신안테나를 통해 수신기로 유입된다.

이 경우, 동일 평면상에 존재하는 안테나들 사이에서 누설송신신호가 가장 크게 유입되므로, 상기 수신안테나로 유입되는 누설송신신호의 방향은, 송신안테나에서 수신안테나로의 방향이 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수개의 수신기들로 배열 안테나가 구성된 경우, 항상 일정한 방향으로 유입되는 송신신호에 대해 널링(Nulling)을 형성함으로써, 누설송신신호가 제거될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치가 적용되는 무선통신 시스템의 구성을 나타낸 예시도이며, 특히, 2개의 수신기를 통해 송신안테나와 수신 안테나들 간의 채널을 추정하여, 수신 빔형성을 수행함으로써, 수신단으로 송신신호의 유입을 억제하는, 송수신 신호 분리 장치(300)의 구성을 나타낸 예시도이다. 또한, 도 2는 수신기의 보정과 가중치를 이용하는 송수신 신호 분리 장치의 구성을 나타낸다. 도 2에서 X는 송신안테나와 수신안테나의 이격 거리를 나타내며, Y는 반파장 이격 거리를 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치가 적용되는 무선통신 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 데이터를 생성하는 송신 데이터 생성부(400), 상기 송신 데이터 생성부(400)로부터 생성된 송신 데이터를 무선통신망으로 출력하며 상기 무선통신망으로부터 전송된 무선신호에서 누설송신신호를 분리하는 상기 송수신 신호 분리 장치(300) 및 상기 무선신호로부터 수신 데이터를 복원하는 수신부(500)를 포함한다.

상기 송신 데이터 생성부(400)는 무선으로 전송할 송신 데이터를 생성한다.

상기 수신부(500)는 상기 송수신 신호 분리 장치(300)로부터 전송된 수신 데이터를 복원하는 기능을 수행한다. 상기 송신 데이터 생성부(400)와 상기 수신부(500)의 기능은 현재 일반적인 통신 시스템에 적용되는 송신 데이터 생성부와 수신부의 기능과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.

상기 송수신 신호 분리 장치(300)는, 테스트 신호 데이터 또는 상기 송신 데이터를 무선통신망으로 출력하는 송신부(100) 및 적어도 두 개의 수신안테나들을 포함하며, 상기 송신부(100)로부터 전송되는 누설송신신호에 부여된 가중치를 이용하여, 상기 수신안테나들을 통해 수신되는 무선신호 중 상기 누설송신신호를 제거하는 송수신 신호 분리부(200)를 포함한다.

첫째, 상기 송신부(100)는, 테스트 신호 데이터를 생성하는 테스트 신호 생성기(150), 상기 송신 데이터 생성부(400)로부터 전송된 디지털 송신 데이터 또는 상기 테스트 신호 생성기(150)로부터 전송된 디지털 테스트 신호 데이터를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털-아날로그 변환기(140), 상기 디지털-아날로그 변환기(140)로부터 전송된 아날로그 신호를 송신주파수 대역으로 변환하는 송신기 (120), 상기 디지털-아날로그 변환기(140)로부터 전송된 아날로그 신호를 수신주파수 대역으로 변환하는 보정용 송신기(130) 및 상기 아날로그 신호를 무선통신망으로 출력하는 송신안테나(110)를 포함한다. 상기 송신 안테나(110)는 상기 테스트 신호 데이터를 포함하는 테스트 신호 또는 상기 송신 데이터를 포함하는 송신신호를 출력한다.

둘째, 상기 송수신 신호 분리부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1수신안테나(211), 제1수신기(212), 제1아날로-디지털 변환기(213), 제1보상필터(214), 제1가중치 부여기(215), 제2수신안테나(221), 제2수신기(222), 제2아날로-디지털 변환기(223), 제2보상필터(224), 제2가중치 부여기(225), 가중치 계산기(230) 및 합산기(240)를 포함한다.

하나의 수신안테나가 추가되면, 추가된 수신안테나에 대해, 상기 제1수신기(212), 상기 제1아날로-디지털 변환기(213), 상기 제1보상필터(214) 및 상기 제1가중치 부여기(215)에 대응되는 구성들이 추가적으로 연결된다.

즉, 도 2에는 두 개의 수신안테나들(211, 222)이 구비된 상기 송수신 신호 분리부(200)가 도시되어 있으나, 상기 송수신 신호 분리부(200)에는 세 개 이상의 수신안테나들이 구비될 수 있으며, 이 경우, 각 수신안테나에는, 상기 제1수신기(212), 상기 제1아날로-디지털 변환기(213), 상기 제1보상필터(214) 및 상기 제1가중치 부여기(215)에 대응되는 구성들이 연결된다.

이하에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 수신안테나들(211, 222)이 구비된 상기 송수신 신호 분리 장치(300)가 본 발명의 일예로서 설명된다.

상기 송신기(120)에서 수신 주파수 대역의 테스트 신호를 송신하면, 상기 제1수신기(212)와 상기 제2수신기(222)에서 상기 테스트 신호가 포함된 무선신호를 수신하여, 채널을 추정한다.

추정된 채널을 이용하여, 상기 무선신호가, 상기 송수신 신호 분리부(200)의 디지털 단에서 채널의 역을 곱하는 보상필터(214, 224)를 거치면, 상기 제1수신기(212)와 상기 제2수신기(222) 간의 전달 함수 오차가 보정될 수 있다.

이후, 상기 가중치 계산기(230)가, 송신신호를 제거하는 가중치를 계산한 후, 각 수신채널의 데이터에 곱하여 더하고, 송신신호에 대해 널링(Nulling)을 형성함으로써, 상기 무선신호에서 송신신호와 수신신호가 분리될 수 있다.

상기 곱하는 과정은 상기 제1가중치 부여기(215)와 상기 제2가중치 부여기(225)에서 수행되며, 상기 더하는 과정은 상기 합산기(240)에서 수행될 수 있다.

또한, 상기 송신신호는 상기 테스트 신호가 될 수 있다. 즉, 상기한 바와 같은 과정을 통해, 상기 무선신호에 포함되어 있는 상기 테스트 신호와 또 다른 무선 통신 시스템으로부터 수신된 수신신호가 분리될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치에서 배열 수신기들을 동일한 전달함수로 구성하기 위한 방법을 나타낸 일실시예 흐름도이다. 즉, 도 3은 상기 배열 수신기들의 기능을 보정하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다. 도 2에 도시된 본 발명의 최종목적은, 수신 빔형성을 이용하여, 일정한 방향으로 누설되는 누설송신신호를 제거하는 것이다. 이 경우, 수신 빔형성을 정확히 수행하기 위해서는, 배열 수신기들의 각 수신 경로가 동일한 전달함수를 가져야 한다.

그러나 하드웨어로 구성된 배열 수신기의 각 수신 경로는, 하드웨어의 특성 상 서로 다른 전달 함수를 가지며, 특히 위상은 거의 랜덤한 값을 가지게 된다.

따라서, 이러한 전달 함수를 정확하게 보정하기 해서는, 다음과 같은 과정들이 수행되어야 한다.

첫째, 상기 송신부(100)는 수신주파수대역으로 테스트 신호를 출력한다(502).

둘째, 상기 송수신 신호 분리부(200)는 각 수신 경로의 전달함수를 계산한다(504, 506).

셋째, 상기 송수신 신호 분리부(200)는 측정된 수신안테나들 각각의 전달함수를 함께 곱하여 각 수신 경로의 전달함수(HRF1, HRF2)를 추정한다(508, 510).

넷째, 상기 송수신 신호 분리부(200)는 추정된 전달 함수의 역함수를 이용하여 보상필터의 계수를 구하며, 상기 보상필터를 이용하여 디지털 보상필터가 구현될 수 있다(512).

즉, 전달 함수를 정확하게 보정하기 위해서는, 배열 수신기들의 각 수신 경로의 전달함수를 동일하게 구성하는, 상기한 바와 같은, 프로세스가 수행되어야 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 신호 분리 장치 장치에서 송수신 신호를 분리하는 방법을 나타낸 일실시예 흐름도이며, 특히, 도 3을 참조하여 설명된 배열 수신기 보정 프로세스를 통해 전달함수가 생성된 후 송수신 신호를 분리하기 위한 프로세스를 나타낸다.

상기 송수신 신호 분리부(200)에서 누설송신신호를 제거하기 위해서는, 다음과 같은 과정들이 수행되어야 한다.

첫째, 상기 송수신 신호 분리부(200)는, 송수신 안테나들 간의 전달함수를 측정하고 이를 메모리에 저장한다.

상기 첫 번째 과정은, 도 3을 참조하여 설명된 과정들을 통해 수행될 수 있다.

둘째, 상기 송수신 신호 분리부(200)는, 송신신호의 방향으로 널링(Nulling)을 형성하는 공간 빔형성 가중치 벡터를 계산하여 메모리에 저장한다.

셋째, 누설되는 송신 신호를 제거하는 프로세스는 도 4에 도시된 바와 같다.

예를 들어, 상기 송수신 신호 분리부(200)는, 누설송신신호가 최소가 되는 공간 빔형성 가중치 벡터를 적응 알고리즘을 통해 계산하며(602, 604), 실시간으로 공간 빔형성 가중치 벡터를 갱신하는 루틴을 실행한다(606).

이에 따라, 송수신 경로간의 채널이 다소 변경되더라도 적응적으로 추적이 가능한 프로세스가 수행될 수 있으며, 따라서, 상기 송수신 신호 분리부(200)에서 누설송신신호가 제거될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 송수신 신호를 분리하는 듀플렉서를 사용하지 않고서도, 수신단에서 누설송신신호가 제거될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 무선통신 시스템의 송신안테나에서 송신신호가 방사될 때, 누설되는 신호의 일부(누설송신신호)가 다시 수신안테나로 유입되어 수신신호의 특성에 영향을 주는 것을 제거하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 무선통신 시스템에서 송신기에서 송신하는 신호가 안테나를 거쳐 방사될 때 누설되는 신호의 일부가 다시 수신기로 유입되어 수신신호의 특성에 영향을 주는 것을 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 기대될 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 송수신 신호 분리 장치(300)에 의하면, 무선통신 시스템에서 송수신 주파수의 분리를 위해 사용되는 듀플렉스 필터가 제거될 수 있으며, 이에 따라 간단한 구조를 가지며, 저렴한 무선통신 시스템의 구현이 가능하다. 즉, 본 발명은 안테나들과 배열 수신기들의 결합을 통해 간단하게 구성될 수 있다. 특히, 일반적으로, 고출력의 전력증폭기를 사용하는 무선통신 시스템에서는, 듀플렉스 필터의 크기 및 비용이 크게 증가하므로, 고출력의 전력증폭기를 사용하는 무선통신 시스템에서 본 발명은 듀플렉스 필터를 대체할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 보정 프로세스 및 빔형성 프로세스는 배열 안테나를 사용하는 빔형성 메커니즘과 유사하다. 따라서, 이미 빔형성을 수행하고 있는 무선 시스템에서는 본 발명이 보다 더 효과적으로 구현될 수 있으며, 이에 따라, 무선신호에서 누설송신신호가 간편하게 제거될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. 송신 데이터를 무선통신망으로 출력하는 송신부; 및
   적어도 두 개의 수신안테나들을 포함하며, 상기 송신부로부터 전송되는 누설송신신호에 부여된 가중치를 이용하여, 상기 수신안테나들을 통해 수신되는 무선신호 중 상기 누설송신신호를 제거하는 송수신 신호 분리부를 포함하는 송수신 신호 분리 장치.
   

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