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KR100679435B1 - 초기단계부터 지향성 빔의 우수한 수신품질을 갖는 적응형안테나 수신 장치 - Google Patents

초기단계부터 지향성 빔의 우수한 수신품질을 갖는 적응형안테나 수신 장치 Download PDF

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KR100679435B1
KR100679435B1 KR20057016440A KR20057016440A KR100679435B1 KR 100679435 B1 KR100679435 B1 KR 100679435B1 KR 20057016440 A KR20057016440 A KR 20057016440A KR 20057016440 A KR20057016440 A KR 20057016440A KR 100679435 B1 KR100679435 B1 KR 100679435B1
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KR
South Korea
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마사유키 기마타
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닛본 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

충분한 평균화 시간이 확보된 각 신호 처리부에서 수신된 도래파에 대하여 신뢰도가 높은 수신품질 및 도달방향에 따라서, 시간 평균을 이용하는 가중의 결정을 시작하려고 하는 신호 처리기의 초기 빔 방향을 선택함으로써 처음부터 단시간 내에 용이하게 우수한 수신 특성을 갖는 지향성 빔이 얻어질 수 있는 적응형 안테나 수신 장치를 개시하고 있다. 도달방향 검출부는, 시간 평균을 구하기 위한 평균화 시간이 소정 시간 간격이상 확보된 각 신호 처리부에서 결정된 가중으로부터 각 신호 처리부에서 수신되는 도래파의 도달방향을 검출한다. SIR 측정부는, 평균화 시간이 소정의 시간 간격이상 확보된 각 신호 처리부에서 가중 및 합성함에 의해 수신되는 도래파의 신호의 수신품질을 계산한다. 정보수집/선택 처리부는, 평균화 시간이 소정의 시간 간격이상 확보된 각 신호 처리기의 각각의 도달방향 및 각각의 수신품질에 기초하여, 시간 평균을 이용하여 가중의 검출을 시작하려고 하는 신호 처리기에서 초기 빔 방향을 선택한다.
적응형 안테나, 신호처리기, 수신품질, SIR 측정유닛, 핑거

Description

초기단계부터 지향성 빔의 우수한 수신품질을 갖는 적응형 안테나 수신 장치{ADAPTIVE ANTENNA RECEPTION DEVICE HAVING PREFERABLE RECEPTION QUALITY OF DIRECTIVITY BEAM FROM THE INITIAL STAGE}
기술분야
본 발명은 우수한 특성으로 신호를 수신하는 적응형 안테나를 구성하는 각 안테나에 가중 (weighting) 을 행하기 위한 적응형 안테나 수신 방법, 및 그러한 방법을 이용하는 장치에 관한 것이다.
배경기술
CDMA (Code Division Multiple Access) 방식에 따른 이동 통신 시스템에서, 무선 기지국은 복수의 이동국들로부터 사용자 신호들을 동시에 수신하고, 따라서, 다른 사용자의 신호들은 특정 사용자의 신호에 간섭이 된다. 적응형 안테나는 고이득으로 원하는 사용자 신호를 수신하는데 이용된다.
적응형 안테나는 복수의 안테나로 이루어지고, 지향성을 형성하기 위해 각 안테나에 의해 수신된 신호에 부여된 복소수 가중에 따라서 진폭 및 위상을 제어한다. 따라서, 적응형 안테나는 간섭이 되는 다른 사용자 신호를 억압하고 원하는 사용자 신호를 효과적으로 수신하는 능력이 있다.
적응형 안테나의 각 안테나에 부여되는 가중을 결정하는데 일반적으로 2가지 방법이 이용된다.
일 방법에서, MMSE (Minimum Mean Square Error) 기준을 따르는 알고리즘을 이용하는 피드백 제어를 수행함으로써 가중이 결정된다. 연속 가중 갱신형의 RLS (Recursive Least Square) 알고리즘과 같은 적응형 갱신 알고리즘이나, 대표적인 LMS (Least Mean Square) 알고리즘이 이용된다.
반면, 다른 방법은 본 발명의 목적인 개방-루프 제어 방법이다. 이 방법에 따르면, MUSIC (Multiple Signal Classification) 알고리즘이나 ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) 알고리즘과 같은 도달방향 추정 알고리즘이, 안테나들에서 수신된 신호들에 기초하여 원하는 파의 도달방향을 추정하는데 이용되며, 이 방향에 따라 각 안테나의 가중이 결정된다. 개방 루프 제어에 의해 가중을 결정하는 방법은 예를 들어, JP 11-274976-A 에 개시되어 있다.
도 1은 JP 11-274976-A 에 기재된 종래 기술의 적응형 안테나 수신 장치의 구성예를 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 적응형 안테나 수신 장치에서, N (N은 2 이상의 정수) 은 적응형 안테나를 구성하는 안테나의 개수이며, L은 (L은 자연수) 은 합성된 다중경로의 개수이다. 도 1은 제k 번째 사용자 (k는 자연수) 의 이동국으로부터 수신되는 사용자 신호를 수신하기 위한 회로부분을 도시한다.
도 1을 참조하면, 적응형 안테나 수신 장치는, 안테나 (11-1N), 신호처리기 (21-2L), 가산기 (11), 판정기 (12), 및 탐색기 (16) 를 포함한다. 레이크 합성 되는 각 다중경로에 대응하는 핑거들은 신호처리기 (21-2L) 에 할당된다.
신호처리기 (21) 는, 지연유닛 (31), 역확산회로 (411-41N), 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 전송로추정회로 (71), 복소공액회로 (81), 초기가중생성유닛 (91) 및 승산기 (101) 를 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (61) 은, 신호동상평균계산유닛 (131), 상관검출유닛 (141), 및 시간평균계산유닛 (151) 을 포함한다.
도면에 나타내지는 않았지만, 신호처리기들 (22-2L) 의 내부는 신호처리기 (21) 와 동일한 구성을 갖고 있다. 예를들면, 신호처리기 (22) 는, 지연유닛 (32), 역확산회로 (421-42N), 가중/합성회로 (52), 가중계산유닛 (62), 전송로추정회로 (72), 복소공액회로 (82), 초기가중생성유닛 (92), 및 승산기 (102) 를 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (62) 은 신호동상평균계산유닛 (132), 상관검출유닛 (142), 및 시간평균계산유닛 (152) 을 포함한다.
탐색기 (16) 는 L개의 다중경로의 지연 시간을 검출하기 위해 N개의 안테나 (11-1N) 로 수신된 각 신호들을 이용한다. 그리고, 탐색기 (16) 는 각 핑거에서 이용되는 지연 시간들의 타이밍 정보를, 레이크 합성의 각 핑거를 구성하는 신호 처리기들 (21-2L) 의 지연유닛들 (31-3L), 가중계산유닛 (61-6L), 및 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. N개의 안테나 (11-1N) 는 서로 높은 레벨의 상관을 갖 도록 근접해서 배치되고, 그 결과 N개의 안테나 (11-1N) 의 지연 프로파일은 동일한 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 각 다중경로의 지연 시간의 타이밍 정보는 모든 안테나 (11-1N) 에 대해 공통적으로 이용될 수 있다.
지연유닛 (31) 은 탐색기 (16) 로부터 통지된 타이밍 정보에 따라 안테나 (11-1N) 에 의해 수신된 각 신호들을 지연시키고, 역환산회로 (411-41N) 에 그 신호들을 보낸다. 마찬가지로, 지연유닛 (32-3L) 은 탐색기 (16) 로부터 통지된 타이밍 정보에 따라 안테나 (11-1N) 에 의해 수신된 각 신호들을 지연시킨다. 이런 식으로, 신호 처리기들 (21-2L) 은 각각 L개의 다중경로에 대응하여 배치될 수 있다.
역확산회로 (411-41N) 는 지연유닛 (31) 에 의해 지연된 수신된 신호 각각의 역확산을 수행하고 그 결과를 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 및 초기가중생성유닛 (91) 에 보낸다.
초기가중생성유닛 (91) 은 가중계산유닛 (61) 에 의해 충분한 정밀도의 가중을 얻을 수 없을 때 이용하기 위한 초기 가중을 생성하고, 그 결과를 가중/합성회로 (51) 에 보낸다.
초기가중생성유닛 (91) 은 탐색기 (16) 가 핑거를 신호처리기 (21) 에 새로 이 할당하는 경우나, 핑거가 할당된 신호처리기 (21) 의 가중계산유닛 (61) 에서 충분한 평균화 시간이 확보될 수 없는 경우에 이용된다. 평균화 시간은 평균화의 대상인 변동치에 대한 평균을 구하는데 걸리는 시간이다. 변동치의 평균화 시간의 평균치는 평균화 시간의 평균화에 의해 구해진다. 또한, 초기가중생성유닛 (91) 은 이용중인 핑거의 경로 타이밍이 큰 변화를 겪는 경우에도 이용된다.
도 2는 가중/합성회로 (51) 의 구성을 도시한 블록도이다. 가중/합성회로 (51) 는, 승산기 (171-17N), 가산기 (18) 및 복소공액회로 (191-19N) 를 포함한다.
가중/합성회로 (51) 의 복소공액회로 (191-19N) 는 가중계산유닛 (61) 또는 초기가중생성유닛 (91) 에 의해 생성된 가중의 복소 공액을 생성하고, 이 복소 공액을 승산기 (171-17N) 에 보낸다.
승산기 (171-17N) 각각은, 역확산회로 (411-41N) 에 의해 역확산을 겪은 수신된 신호들과, 그 신호들에 대응하는 복소공액회로 (191-19N) 에 의해 생성된 가중들의 복소 공액들을 승산하여, 그 결과를 가산기 (18) 에 보낸다.
가산기 (18) 는 승산기 (171-17N) 의 출력을 합성하고, 그 결과를 도 1에 도시된 전송로추정회로 (71) 및 승산기 (101) 에 보낸다.
가중계산유닛 (61) 의 신호동상평균계산유닛 (131) 은 위상 정합 동안 역확산회로 (411-41N) 에 의해 역확산을 겪은 각 신호의 심볼들의 벡터들을 가산하고, 각 안테나에 대한 신호들의 평균치들을 구하여 그 결과를 상관검출유닛 (141) 에 보낸다. 이 때, 임의의 심볼들이 벡터 가산될 수 있고 임의의 가중이 각 심볼에 적용될 수 있다.
상관검출유닛 (141) 은 신호동상평균계산유닛 (131) 으로부터의 각 신호의 평균치를 이용하여, 기준이 되는 안테나에서의 수신 신호와 다른 안테나에서의 수신 신호 사이의 상관을 구한다. 이를 위하여, 상관검출유닛 (141) 은 그 기준 안테나에 대응하는 신호의 평균치의 복소 공액을 다른 안테나에 대한 신호들의 평균치와 승산하고, 각 승산의 결과인 그 상관들을 시간평균계산유닛 (151) 에 보낸다.
시간평균계산유닛 (151) 은 상관검출유닛 (141) 으로부터의 각 승산 결과에 대하여 소정 시간 간격에 있어서의 평균을 취하고, 안테나들 (11-1N) 각각에 대한 가중을 구하여, 그 결과를 가중/합성회로 (51) 에 보낸다. 시간평균계산유닛 (151) 에서 평균을 취하는 시간 간격이나 가중 방법은 다양하며, 그 시간 간격이나 방법은 임의로 선택될 수 있다.
이런 방식으로, 가중/합성회로 (51) 는 가중계산유닛 (61) 에서 생성된 가중 을 이용하여 안테나들 (11-1N) 에 의해 수신된 신호들의 진폭 및 위상을 제어하고 합성하여, 원하는 사용자 신호가 고이득으로 수신될 수 있는 지향성을 형성한다.
전송로추정회로 (71) 는 가중/합성회로 (51) 의 출력 신호에 기초하여 전송로의 왜곡 (distortion) 을 추정하고, 그 결과를 복소공액회로 (81) 에 보낸다.
복소공액회로 (81) 는 전송로추정회로 (71) 에 의해 추정된 전송로 왜곡의 복소 공액을 생성한다.
승산기 (101) 는 복소공액회로 (81) 에 의해 생성된 전송로 왜곡의 복소 공액을 가중/합성회로 (51) 의 출력 신호와 승산하여 그 전송로 왜곡을 보상한다.
유사하게, 각 핑거로부터의 전송로 왜곡이 보상된 신호들이 신호처리기 (21-21L) 에 의해 얻어질 수 있다.
가산기 (11) 는 신호처리기 (21-2L) 의 출력 신호를 가산함으로써 레이크 합성을 수행하고 그 합성된 출력 신호를 판정기 (12) 에 보낸다.
판정기 (12) 는 각 심볼을 판정하고, 제k 번째 사용자의 수신 심볼을 출력으로서 공급한다.
도 3은 도 1에 도시된 적응형 안테나 수신장치에서 핑거들을 할당할 때의 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 우선, 신호처리기 (21-2L) 는 할당된 핑거가 새로운 핑거인지 여부를 판단한다 (단계 C1).
할당된 핑거가 새로운 핑거이면, 신호처리기 (21-2L) 는 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 의해 생성된 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에서 이용한다 (단계 C4).
할당된 핑거가 새로운 핑거가 아니면, 신호처리기 (21-2L) 는 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되고 있는지 여부를 판정한다 (단계 C2).
가중계산유닛 (61-6L) 의 충분한 평균화 시간이 확보되고 있지 않다면, 신호처리기 (21-2L) 는 초기가중생성유닛 (91-9L) 에서 생성된 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에서 이용한다 (단계 C4). 반면에, 가중계산유닛 (61-6L) 의 충분한 평균화 시간이 확보되고 있다면, 신호처리기 (21-2L) 는 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 생성된 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에서 이용한다 (단계 C3).
도 4는 도 1에 도시된 적응형 안테나 수신 장치의 핑거의 경로 타이밍의 변화시 동작을 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 우선 신호처리기 (21-2L) 는 핑거의 경로 타이밍이 XT 칩 이상 변화되었는지 여부를 판단한다 (단계 D1). XT 값은 경로 타이밍의 변화량에 대한 임계치이며, 경로 타이밍의 변화율이 가중계산유닛 (61-6L) 에 의해 계산된 가중에 의해 추종될 수 없는 레벨인지 여부를 판정한 다.
핑거의 경로 타이밍이 XT 칩 이상이면, 신호처리기 (21-2L) 는 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 의해 생성된 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에서 이용한다 (단계 D4). 핑거의 경로 타이밍의 변화가 XT 칩 미만이면, 신호처리기 (21-2L) 는 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되고 있는지 여부를 판정한다 (단계 D2).
가중계산유닛 (61-6L) 의 평균화 시간이 충분하지 않다면, 신호처리기 (21-2L) 는 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 의해 생성된 핑거의 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에서 이용한다 (단계 D4). 반면에, 가중계산유닛 (61-6L) 의 충분한 평균화 시간이 확보되었다면, 신호처리기 (21-2L) 는 가중계산유닛 (61-6L) 의 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 생성된 핑거의 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에서 이용한다 (단계 D3).
일반적으로, 초기 가중을 결정하기 위한 두가지 방법이 적응형 안테나에서 이용된다.
하나의 방법은, 사용자 신호의 도달방향이 수신 상황에 따라 다른 점을 고려하고, 어떠한 상황에서도 사용자 신호의 수신이 가능하도록, 수신 상황에 무관하게 수신할 수 있게 하는 무지향성 가중과 같은 값을 초기 가중으로 취하는 방법이다.
다른 방법은, 복수의 안테나 (11-1N) 에 의해 수신된 신호에 기초하여 초기 가중을 추정하는 방법이다 (JP 2002-77011-A 참조). 이 방법에서, 전송로는 예를 들어, 각 안테나로부터 수신된 신호들에 기초하여 추정되며 그렇게 얻어진 가중이 초기 가중으로 이용된다.
종래 기술인 상기 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다:
무지향성 가중을 초기 가중으로서 이용할 경우, 이득은 모든 방향에 대하여 동일하고 따라서, 원하는 사용자 신호의 도달방향으로 빔을 향할 수 없다.
복수의 안테나 (11-1N) 에 의해 수신된 신호를 이용하여 전송로를 추정하고 그 얻어진 가중을 초기 가중으로 이용하는 것은, 단시간 간격에서는 고정밀의 전송로의 추정을 곤란하게 하기 때문에, 원하는 사용자 신호의 도달방향으로의 빔의 지향을 방해한다.
결과적으로, 핑거가 새로이 할당될 때 핑거의 경로 타이밍이 급격히 변하는 경우나, 가중계산유닛 (61-6L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보될 수 없는 경우, 사용자 신호의 수신 특성이 열화될 가능성이 있다.
복수의 안테나 (11-1N) 에 의해 얻어진 신호를 이용하여 전송로를 추정하고 그 얻어진 가중을 초기 가중으로서 이용하는 것은, 전송로를 추정하기 위한 많은 연산량을 증가시킬 뿐 아니라, 신호처리기 (21-2L) 의 부하를 증가시키고 큰 처리 능력 수준을 요구하게 된다.
발명의 개시
본 발명의 목적은, 양호한 수신 특성으로 사용자 신호를 수신하게 하는 초기 가중을 단시간 내에 게다가 적은 연산으로 구할 수 있는, 개방-루프 제어 적응형 안테나 수신 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 따른 적응형 안테나 수신 장치에서, 신호 처리기는 1개 이상의 도래파 (incoming wave) 에 대하여 할당되고, 각 신호처리기에 있어서, 복수의 안테나에 의해 수신된 신호로부터 소정의 연산에 의해 얻은 연산치의 시간평균을 이용하여 결정된 각 안테나의 가중에 의해서 복수의 안테나에 의해 수신된 신호들이 가중되고 합성함으로써, 복수의 신호처리기에 의해서 수신된 복수의 도래파를 더 합성해서 원하는 신호를 얻는다.
본 발명의 적응형 안테나 수신 장치에서, 가중은 시간 평균을 구하기 위한 평균화 시간이 소정의 시간 간격이상 확보된 각 신호 처리기에 의해 결정되며, 결정된 이들 가중에 기초하여, 도달방향 검출유닛이 이들 신호 처리기들에 의해 수신된 도래파의 도달방향을 검출한다. 다음에, 수신품질 취득유닛은, 평균화 시간이 소정의 시간 간격이상 확보되어 있는 각 신호 처리기에 의해 가중 및 합성됨으로써 수신된 도래파의 신호의 수신품질을 구한다. 다음에, 정보 수집/선택 처리기는, 평균화 시간이 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 각 신호 처리기의 각각의 도달방향 및 도달방향의 수신품질에 기초하여 시간 평균을 이용하여 가중 결정을 시작하려고 하는 신호 처리기의 초기 빔 방향을 선택한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 충분한 평균화 시간이 확보되어 있는 각 신호 처 리기에서 수신된 높은 신뢰성의 도래파의 도달방향 및 수신품질에 기초하여, 시간 평균을 이용하여 가중 결정을 시작하려고 하는 신호 처리기의 초기 빔 방향이 선택될 수 있다. 그 결과, 우수한 수신 특성을 갖는 지향성 빔이 처음부터 신속하고 용이하게 얻어질 수 있다.
또한, 정보 수집/선택 처리기는, 평균화 시간이 소정의 시간 간격이상 확보되어 있는 각 신호처리기들 중에서, 최량의 수신품질이 얻어지는 신호처리기에 의해 검출된 도달방향에 가장 가까운 빔 방향을, 복수의 소정의 빔 방향 중에서 선택할 수도 있다.
따라서, 초기의 빔 방향으로서 선택가능한 복수의 빔 방향이 테이블로서 미리 결정될 수 있고, 높은 신뢰성의 수신품질이 측정되고 충분한 평균화 시간이 확보된 각각의 도래파 중에서 최량의 수신품질을 갖는 도래파의 도달방향에 가장 가까운 빔 방향이, 그 복수의 빔 방향들 중에서 선택될 수 있다. 그 결과, 처음부터 우수한 수신품질을 갖는 지향성 빔이 단시간 내에 적은 처리로도 얻어질 수 있다.
또한, 초기가중생성유닛은, 정보 수집/선택 처리기에 의해 선택된 초기 빔 방향으로 지향성 빔을 형성할 수 있고, 신호처리기에서 소정 시간 간격이상 평균화 시간이 확보될 때까지 가중 및 합성에 이용되는 초기 가중을 구할 수도 있다.
따라서, 시간 평균을 이용하는 가중 결정을 시작하려고 하는 신호처리기에 있어서, 충분한 평균화 시간이 확보될 때까지 신속하고 용이하게 획득되는 빔 방향 가중이 이용될 수 있고, 평균화 시간이 충분해진 후에는, 시간평균에 의해 얻어지 는 고정밀의 가중이 이용될 수 있다. 그 결과, 충분한 평균화 시간이 확보되기 전이나 후에도, 현상황에 따라 적절한 빔 방향의 결정 방법이 선택될 수 있고, 양호한 수신 특성을 갖는 지향성 빔이 항상 얻어질 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래의 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블럭도이다.
도 2는 가중/합성 회로의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시한 적응형 안테나 수신장치에서 핑거가 할당될 때의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시한 적응형 안테나 수신장치에서, 핑거의 경로 타이밍이 변화되었을 때의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 개방 루프 제어 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블럭도이다.
도 6은 적응형 안테나를 구성하는 안테나에 의한 신호 수신의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 직교 멀티 빔에 의해 결정된 복수의 빔 중에서, 최대 SIR이 측정된 핑거의 도달방향정보에 가장 가까운 방향으로 향해진 빔의 선택을 도시한 도면이다.
도 8은 균일하게 이격된 멀티 빔에 의해 결정된 복수의 빔 중에서, 최대 SIR이 측정된 핑거의 도달방향정보에 가장 가까운 방향으로 향해진 빔의 선택을 도시한 도면이다.
도 9는 직교 또는 균일하게 이격된 멀티 빔의 가중을 표시한 테이블이다.
도 10은 본 실시형태에 따른 적응형 안테나 수신장치에서 핑거를 할당할 때의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 실시형태에 따른 적응형 안테나 수신장치에서, 핑거의 경로 타이밍이 변화되었을 때의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 개방 루프 제어 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 개방 루프 제어 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블록도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 실시형태에 따른 개방 루프 제어 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블럭도이다. 도 5에 도시된 본 실시형태의 적응형 안테나 수신 장치에서, 적응형 안테나를 구성하는 안테나의 수는 N (N은 2이상의 정수) 이며, 합성된 다중경로의 수는 L (L은 자연수) 이다. 도 5는 제k 번째 사용자 (k는 자연수) 의 이동국으로부터 수신된 사용자 신호를 수신하기 위한 회로 부분을 도시한다.
도 5를 참조하면, 적응형 안테나 수신장치는, 안테나 (11-1N) , 신호처리기 (21-2L), 가산기 (11), 판정기 (12), 탐색기 (16), 및 정보 수집/선택 처리기 (22) 를 포함한다.
신호 처리기 (21) 는, 지연유닛 (31), 역확산회로 (411-41N), 가중/ 합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 전송로추정회로 (71), 복소공액회로 (81), 초기가중생성유닛 (91), 승산기 (101), 도달방향검출유닛 (201), 및 SIR 측정유닛 (211) 을 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (61) 은, 신호동상평균계산유닛 (131), 상관검출유닛 (141), 및 시간평균계산유닛 (151) 을 포함한다.
도면에 나타내지는 않았지만, 신호처리기 (22-2L) 의 내부는 신호처리기 (21) 와 동일한 구성을 갖는다. 예를 들면, 신호처리기 (22) 는 지연기 (32), 역확산회로 (421 -42N), 가중/합성회로 (52), 가중계산유닛 (62), 전송로추정회로 (72), 복소공액회로 (82), 초기가중생성유닛 (92), 승산기 (102), 도달방향검출유닛 (202), 및 SIR 측정유닛 (212) 을 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (62) 은 신호동상평균계산유닛 (132), 상관검출유닛 (142), 및 시간평균계산유닛 (152) 을 포함한다.
탐색기 (16) 는 N개의 안테나 (11 -1N) 에서 수신된 각 신호를 이용하여 L개의 다중경로의 지연시간을 검출한다. 이 지연시간은, 예를 들면, 칩 수에 의해 표시된다. 그리고, 탐색기 (16) 는, 신호처리기 (21-2L) 의 각각의 지연유닛 (31-3L), 가중계산유닛 (61-6L) 및 초기가중생성유닛 (91-9L) 에, 이들 구성요소들 각 각에서 이용되는 지연시간의 타이밍 정보를 통지한다. 또한, 탐색기 (16) 는 모든 신호처리기 (21-2L) 에 통지된 지연시간의 타이밍 정보를 정보 수집/선택 처리기 (22) 에도 통지한다.
신호처리기 (21-2L) 에 핑거를 할당하는 것은, 탐색기 (16) 가 각 신호처리기 (21-2L) 의 각각의 지연유닛 (31-3L), 가중계산유닛 (61-6L), 및 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로 각 다중경로의 지연시간의 타이밍 정보를 통지하고, 신호 처리동작을 개시하는 동작을 말한다.
또한, N개의 안테나 (11-1N) 는 높은 상호 상관을 갖도록 근접해서 배치된다. 모든 N개의 안테나 (11-1N) 의 지연 프로파일은 동일한 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 각 다중경로의 지연시간의 타이밍 정보는 안테나 (11-1N) 와 무관하게 공통적으로 이용될 수 있다.
지연유닛 (31) 은 탐색기 (16) 로부터 통지된 타이밍 정보에 따라서 안테나 (11-1N) 에서 수신된 신호 각각을 지연시키고 그 지연된 신호를 역확산회로 (411-41N) 로 보낸다. 유사하게, 지연유닛 (32-3L) 은, 탐색기 (16) 로부터 통지된 타이밍 정보에 따라서 안테나 (11-1N) 에서 수신된 신호 각각을 지연시킨다. 따라서, 신호처리기 (21-2L) 의 각각은 L개의 다중경로에 대응하도록 배치된다.
역확산회로 (411-41N) 는 지연유닛 (31) 에서 지연된 수신 신호 각각을 역확산시키고, 그 결과를 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61) 및 초기가중생성유닛 (91) 에 보낸다.
가중/합성회로 (51) 는 도 2에 도시된 종래기술의 구성요소와 동일한 구성을 갖는다. 도 2를 참조하면, 가중/합성회로 (51) 는 승산기 (171-17N), 가산기 (18) 및 복소공액회로 (191-19N) 를 포함한다.
가중/합성회로 (51) 의 복소공액회로 (191 -19N) 는 가중계산유닛 (61) 또는 초기가중생성유닛 (91) 에 의해 생성된 가중의 복소공액 각각을 생성하여, 그 결과를 승산기 (171-17N) 에 보낸다. 승산기 (171-17N) 각각은, 역확산회로 (411-41N) 에 의해 역확산된 수신 신호와, 복소공액회로 (191-19N) 에 의해 생성된 가중의 대응하는 복소 공액을 승산하고, 그 결과를 가산기 (18) 에 보낸다. 가산기 (18) 는 승산기 (171-17N) 의 출력을 합성하고, 그 결과를 도 5에 도시된 전송로추정회로 (71), 승산기 (101) 및 SIR 측정유닛 (211) 에 보낸다.
전술한 바와 같이, 가중/합성회로 (51) 는 역확산회로 (411-41N) 로부터의 신호를 가중하고 합성한다.
가중계산유닛 (61) 의 신호동상평균계산유닛 (131) 은 역확산회로 (411-41N) 에 의해 역확산된 신호의 심볼에 대해 각 심볼의 위상을 정합시키고 벡터 가산 (동상 가산) 하고, 각 안테나의 신호의 평균치를 구해서 그 결과를 상관검출유닛 (141) 에 보낸다. 이 때, 임의의 수의 심볼 (평균 심볼 수) 은 동상 가산될 수 있다. 또한, 각 심볼은 임의의 가중을 겪을 수도 있다. 동상 가산에 의해 구해진 신호 평균치는 SINR (Signal-to-Interference plus Noise Ratio: 원하는 파의 신호전력 대 간섭파의 신호전력과 열잡음전력의 비율) 이 개선된 신호이다.
역확산된 심볼들이 변조되는 경우, 이들 심볼들은 단순히 동상 가산될 수 없다. 그 경우, 기지의 파일럿 신호가 이용되면, 파일럿 심볼에 의한 변조의 제거가 동상 가산을 가능하게 한다. 평균 심볼수가 증가함에 따라 SINR의 개선 효과는 증대되지만, 예를 들어 페이딩으로 인한 위상변동이 격렬할 경우에는 평균 심볼수가 제한된다.
상관검출유닛 (141) 은, 신호동상평균계산유닛 (131) 으로부터의 각 신호 평균치를 이용하여, 기준이 되는 안테나에서의 수신 신호와 다른 안테나들에서의 수신 신호들과의 상관치를 구한다. 이를 위하여, 상관검출유닛 (141) 은 기준 안테나에 대응하는 신호의 평균치의 복소공액과, 다른 안테나들에 대응하는 신호들의 평균치를 승산한다. 그리고, 상관검출유닛 (141) 은 각 승산의 결과인 상관치를 시간평균계산유닛 (151) 에 보낸다.
도 6은 적응형 안테나를 구성하는 안테나 (11-1N) 에 의한 신호의 수신의 예 를 도시한 도면이다. 이 예에서, 안테나 (11-1N) 는 소자 간격 d 의 동일한 간격으로 일렬로 나란히 배치된다.
각 안테나 (11-1N) 에 의해 수신된 신호의 위상의 진행은, 그 신호의 도달방향에 따라 다르다. 예를들면, 안테나 (11) 에서 수신되는 신호의 위상은 안테나 (1n) (n은, 2≤n≤N의 정수) 에서 수신되는 신호와 비교하여, (n-1)(2πd/λ) sinθ0 만큼 진행된다. 또, 여기서 θ0는, 안테나 (11-1N) 의 배치방향에 대한 신호의 도달방향의 각도이다. 또한, λ는 반송파 주파수의 파장이다.
따라서, 안테나 (11) 를 기준 안테나라고 하면, n 번째의 안테나 (1n) 에서 수신되는 신호의 위상인 ―(n-1)(2πd/λ) sinθ0가 이상적으로는 상관검출유닛 (141) 에 의해서 상관치로서 검출된다.
시간평균계산유닛 (151) 은 상관검출유닛 (141) 으로부터 얻어진 각 상관치에 대한 소정시간의 평균을 취하여, 각 안테나 (11-1N) 에 대한 가중을 구해서 그 가중을 가중/합성회로 (51) 및 도달방향검출유닛 (201) 에 보낸다. 또, 시간평균계산유닛 (151) 에 있어서 평균화를 위한 시간 간격 및 가중 방법은 다양한 형태를 생각할 수 있으며, 임의로 선택할 수 있다.
이런식으로, 가중/합성회로 (51) 는 가중계산유닛 (61) 에 의해 생성된 가중 또는 초기가중생성유닛 (91) 에 의해 생성된 초기 가중을 이용하여 안테나 (11-1N) 에 의해 수신된 신호의 진폭 및 위상을 제어해서 합성하고, 따라서 원하는 사용자 신호를 고이득으로 수신가능한 지향성을 실현한다.
각 안테나 (11-1N) 에 대한 가중이 실행되어, 각도 θ0의 방향으로부터 도달하는 원하는 신호에 대하여 각 안테나 (11-1N) 의 수신 신호의 위상이, 기준 안테나인 안테나 (11) 의 수신 신호의 위상 정합에 의해 합성되도록 한다. 각도 θ0 와 다른 방향으로부터 도달하는 신호에 대하여는, 기준 안테나가 되는 안테나 (11) 와 다른 안테나들 사이에서 위상이 정합되지 않을 것이다.
그 결과, 어레이 안테나의 지향성으로서 빔이 형성되며, 이 빔은 각도 θ0 의 방향에서는 고이득을 가지지만, 각도 θ0 와 다른 방향에서는 저감된 이득을 갖는다.
전송로추정회로 (71) 는 가중/합성회로 (51) 의 출력 신호에 기초하여 전송로 왜곡을 추정하고, 그 결과를 복소공액회로 (81) 에 보낸다.
복소공액회로 (81) 는 전송로추정회로 (71) 에 의해 추정된 전송로 왜곡의 복소공액을 생성한다.
승산기 (101) 는 복소공액회로 (81) 에 의해 생성된 전송로 왜곡의 복소 공 액을 가중/합성회로 (51) 의 출력 신호와 승산하여, 전송로 왜곡을 보상한다.
전송로 왜곡이 보상된 신호가 신호처리기 (21-2L) 에 의한 각각의 핑거로부터 유사하게 얻어진다.
가산기 (11) 는 신호처리기 (21-2L) 의 출력 신호를 가산함으로써 레이크 합성을 수행하고, 그 합성 출력 신호를 판정기 (12) 에 보낸다.
판정기 (12) 는 각 심볼을 판정하고, 제k 번째 사용자의 수신 심볼을 출력으로서 공급한다.
도달방향검출유닛 (201-20L) 은, 가중계산유닛 (61-6L) 의 시간평균계산유닛 (151-15L) 에 의해 생성된 가중으로부터 도달방향의 각도 θ0를 구하고, 그 결과를 정보 수집/선택 처리기 (22) 에 보낸다.
SIR 측정유닛 (211-21L) 은, 가중/합성회로 (51-5L) 의 출력으로부터 임의의 시간동안 평균된 SIR을 측정하고, 그 결과를 정보수집/선택 처리기 (22) 에 보낸다. SIR이 평균되는 시간 간격 (평균화 시간) 은, 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 이용되는 평균화 시간과 바람직하게는 동일한 오더 (order) 이다. 평균화 시간은 평균화의 대상인 변동치에 대한 평균을 구하는데 걸리는 시간이다. 변동치의 평균화 시간에 있어서의 평균치가 평균화 시간의 평균화에 의해 구해진다.
각 핑거의 타이밍 정보가 입력으로서 탐색기 (16) 로부터 정보 수집/선택처 리기 (22) 로 제공된다. 또한, 이미 핑거들이 할당되어 있는 신호처리기 (21-2L) 의 SIR 측정유닛 (211-21L) 으로부터 SIR 정보가 입력으로서 정보수집/선택처리기 (22) 에 더 제공된다. 또한, 이미 핑거가 할당되어 있고 가중계산유닛 (61-6L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되어 있는 신호처리기 (21-2L) 의 도달방향검출유닛 (201-20L) 으로부터 도달방향 정보가 입력으로서 정보수집/선택처리기 (22) 에 제공된다.
탐색기 (16) 가 신호처리기 (21-2L) 에 핑거들을 새롭게 할당할 때, 신호처리기 (21-2L) 에 할당된 핑거의 경로 타이밍이 큰 변화를 겪을 때, 또는 이미 핑거가 할당되어 있는 신호처리기 (21-2L) 의 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되지 않을 때, 정보 수집/선택 처리기 (22) 는 초기 가중을 생성하는데 이용되는 빔 번호를 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 이 때 통지되는 빔 번호는, 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되고 SIR 측정유닛 (211-21L) 에서 최대 SIR이 측정된 (임의의 신호처리기 (21-2L) 에 이미 할당되어 있는 핑거들 중의) 핑거의 신호의 도달방향에 가장 가까운 방향의 빔 번호이다. 또 한, 복수의 빔 번호는 신호의 도달방향에 대하여 직교 또는 균일하게 이격된 멀티 빔을 이용하여 미리 정해지고, 정보수집/선택처리기 (22) 는 이 빔들 중에서 상술한 조건에 부합하는 빔 번호를 선택한다.
도 7은 직교 멀티 빔에 의해 결정된 복수의 빔들 중에서, 최대의 SIR이 측정된 핑거의 도달방향정보에 가장 가까운 방향을 향하는 빔의 선택을 도시한다. 도 7에서, 가로축은 빔 방향을 나타내는 각도 θ이며, 세로축은 진폭이다. 도 7은 초기 가중으로서 선택가능한 복수의 (여기에서는 M개, M은 자연수) 빔의 특성을 도시하고 있다.
도 7에 도시된 각각의 직교 멀티 빔의 방향은, 특정 빔의 피크 방향이 다른 빔의 널 (null) 방향이 되도록 정해진다. 최대 SIR이 측정되는 핑거의 도달방향이 각도 θ0이면, 그 방향에 가장 가까운 방향에 있는 빔 번호 m의 빔이 선택될 것이다.
도 8은 균일하게 이격된 멀티 빔에 의해 결정된 복수의 빔 중에서, 최대 SIR이 측정된 핑거의 도달방향정보에 가장 가까운 방향을 향하는 빔의 선택을 도시한다. 도 8에 도시된 균일하게 이격된 멀티 빔의 방향은 빔 방향의 간격이 동일하도록 정해진다. 최대 SIR이 측정되는 핑거의 도달방향이 각도 θ0이면, 도 7과 같이, 그 방향에 가장 가까운 빔 번호 m의 빔이 선택될 것이다.
최대 SIR이 측정되는 핑거의 도달방향정보가 이용되는데, 이는, 그 핑거의 빔 방향의 경로에서 수신품질이 높을 가능성이 많기 때문이다. 이동통신 셀룰 러 시스템의 매크로셀 환경에 있어서, 이동국으로부터 송출된 전파는, 이동국주변의 빌딩들과 같은 지형이나 구조물에 의해 반사, 회절, 산란되고, 일반적으로, 거의 동일한 도달 각을 갖는 복수의 경로들에 의해 무선 기지국으로 도달한다. 그 결과, 상술한 바와 같이, 선택된 핑거의 도달방향정보에 가장 가까운 빔의 빔 번호의 가중을 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 의해 생성되는 초기 가중으로서 이용하는 것이 적절하다.
또한, 최대 SIR이 측정된 핑거의 도달방향정보는 초기 가중의 생성에 직접적으로 이용되지 않는다. 이것은, 이미 할당된 핑거들에서, 최대 SIR이 측정되고 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131 -13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 신호처리기 (21-2L) 의 도달방향정보는, 신호처리기 (21-2L) 에 새로이 할당된 핑거나, 타이밍이 큰 변화를 겪는 핑거나, 또는 할당된 신호처리기 (21-2L) 의 가중계산유닛 (61-6L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되지 않은 핑거의 신호도달방향과 다를 것이라고 생각되기 때문이다.
초기가중생성유닛 (91-9L) 은, 가중계산유닛 (61-6L) 에 의해 충분한 정밀도의 가중이 얻어질 수 없을 때에 이용되는 초기 가중을 생성하고, 이들 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다.
초기가중생성유닛 (91-9L) 은, 탐색기 (16) 가 핑거를 신호처리기 (21-2L) 에 새롭게 할당하고 핑거가 할당된 신호처리기 (21-2L) 의 가중계산유닛 (61-6L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되지 않고 있을 때에 이용된다. 또한, 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 이용중인 핑거의 경로 타이밍이 큰 변화를 겪고 있을 때에도 이용된다.
도 9는 직교 또는 균일하게 이격된 멀티 빔의 가중을 표시한 테이블이다. 이 테이블은 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 의해 가중을 결정하는데 이용된다.
도 9를 참조하면, 빔 번호에 대응하는 가중이 표시되어 있다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 정보수집/선택처리기 (22) 에 의해 통지된 빔 번호 m 에 대응하는 가중을 도 9의 테이블로부터 선택하고, 이 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 통지한다.
또, 이미 신호처리기 (21-2L) 에 할당된 핑거 중에서, 가중계산유닛 (61-6L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 핑거가 없으면, 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 무지향성 가중과 같은 소정의 가중이나 전송로추정에 의해 구해진 추정된 가중을 이용한다. 무지향성 가중과 같은 소정의 가중이나 전송로 추정에 의해 구해진 추정된 가중을, 이하 제2의 초기 가중이라고 칭한다.
도 10은 본 실시형태에 따른 적응형 안테나 수신장치에서 핑거가 할당될 때의 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 탐색기 (16) 에 의해 신호처리기 (21-2L) 에 할당된 핑거들이 새로운 것인지 여 부를 우선 판정한다 (단계 A1). 핑거가 새로운 것이면, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 다음으로, 신호처리기 (21-2L) 에 이미 할당된 핑거 중에서 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 핑거가 있는지 여부를 판정한다 (단계 A6).
충분한 평균화 시간을 갖는 기존의 핑거가 없으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 새로운 핑거가 할당된 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 이런 상황을 통지한다. 그 통지를 수신한 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 제2의 초기 가중을 생성하고 이 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 제2의 초기 가중을 수신한 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 제2의 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 A8).
단계 A6에서, 충분한 평균화 시간을 갖는 것으로 결정된 기존 핑거가 1개 이상 있으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 최대 SIR이 측정된 그 기존 핑거 중에서 핑거의 신호 도달방향에 가장 가까운 방향에 있는 빔의 빔 번호를 새로운 핑거가 할당된 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은, 그 빔 번호에 대응하는 초기 가중을 테이블로부터 선택하고 이 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 초기 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 초기 가중 을 이용하여 가중 합성을 행한다 (단계 A7).
단계 A1에서 핑거가 새로운 것이 아니라고 판정되면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 그 핑거가 할당된 신호처리기 (21-2L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되었는지 여부를 판정한다 (단계 A2).
평균화 시간이 충분하지 않으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 신호처리기 (21-2L) 에 이미 할당된 핑거 중에서, 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 핑거가 있는지 여부를 판정한다 (단계 A4).
충분한 평균화 시간을 갖는 기존 핑거가 1개 이상 있으면 단계 A7로 그 처리가 진행되고, 정보수집/선택처리기 (22) 는 최대의 SIR이 측정된 그 기존 핑거 중에서 핑거의 신호 도달방향에 가장 가까운 방향의 빔의 빔 번호를, 새로운 핑거가 할당된 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 테이블로부터 그 빔 번호에 대응하는 초기 가중을 선택하고 이 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 이 초기 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다.
단계 A4에서 충분한 평균화 시간이 확보된 기존의 핑거가 없으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 핑거 할당의 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 그 취지를 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 제2의 초기 가중을 생성하고 이 제2의 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 제2의 초기 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 제2의 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 A5).
단계 A2에서 충분한 평균화 시간이 확보되었으면, 핑거 할당의 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 가중계산유닛 (61-6L) 은 그 계산된 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 가중계산유닛 (61-6L) 으로부터 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 A3).
도 11은 본 실시형태에 따른 적응형 안테나 수신장치에서, 핑거의 경로 타이밍이 변화를 겪을 때의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 탐색기 (16) 에 의해 임의의 신호처리기 (21-2L) 에 할당된 핑거의 경로 타이밍 (지연시간) 이 변화되면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 그 핑거의 경로 타이밍이 XT 칩 이상 변화되었는지 여부를 판정한다 (단계 B1). 여기서, XT 칩은 경로 타이밍의 변화량에 대한 임계치이며, 가중계산유닛 (61-6L) 에 의해 계산되는 가중에 의해 추종될 수 없는 레벨에 그 경로 타이밍의 변화가 있는지 여부를 결정하는데 이용된다. 경로 타이밍의 변화가 그 임계치를 초과하는 경우, 충분한 평균화 시간이 확보될 때까지, 가중계산유닛 (61-6L) 으로부터의 가중은 신뢰될 수 없다.
경로 타이밍의 변화가 XT 칩 이상이면, 다음으로, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 이미 신호처리기 (21-2L) 에 할당된 핑거 중에서, 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 핑거가 있는지 여부를 판정한다 (단계 B6).
충분한 평균화 시간이 확보된 기존의 핑거가 없으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 처리 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 그 취지를 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 제2의 초기 가중을 생성하고 이 제2의 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 제2의 초기 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 제2의 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 B8).
단계 B6에서, 충분한 평균화 시간이 확보된 기존 핑거가 1개 이상 있으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 최대의 SIR이 측정된 기존 핑거 중에서 핑거의 신호 도달방향에 가장 가까운 방향의 빔의 빔 번호를 처리 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 테이블로부터 그 빔 번호에 대응하는 초기 가중을 선택해서 그 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 초기 가 중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는, 그 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 B7).
단계 B1에서, 경로 타이밍의 변화가 XT 칩 미만이면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 그 핑거가 할당된 신호처리기 (21-2L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되었는지 여부를 판정한다 (단계 B2).
평균화 시간이 충분하지 않으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 이미 신호처리기 (21-2L) 에 할당된 핑거들 중에서, 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 핑거가 있는지 여부를 판정한다 (단계 B4).
충분한 평균화 시간이 확보된 기존 핑거가 1개 이상 있으면, 단계 B7로 처리가 진행되고, 정보수집/선택처리기 (22) 는, 최대 SIR이 측정되는 기존의 핑거 중에서 핑거의 신호 도달방향에 가장 가까운 방향의 빔의 빔 번호를 처리 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 그 빔 번호에 대응하는 초기 가중을 테이블로부터 선택하고 이 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 초기 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다.
단계 B4에서, 충분한 평균화 시간이 확보된 기존의 핑거가 없으면, 정보수집/선택처리기 (22) 는 처리 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 그 취지를 통지한다. 그 통지를 받은 초기가중생성유닛 (91-9L) 은 제2의 초기 가중을 생성하고 제2의 초기 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 초기가중생성유닛 (91-9L) 으로부터 제2의 초기 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 제2의 초기 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 B5).
단계 B2에서, 충분한 평균화 시간이 얻어지면, 처리 대상인 신호처리기 (21-2L) 의 가중계산유닛 (61-6L) 은 계산된 가중을 가중/합성회로 (51-5L) 에 보낸다. 가중계산유닛 (61-6L) 으로부터 가중을 받은 가중/합성회로 (51-5L) 는 그 가중을 이용하여 가중/합성을 수행한다 (단계 B3).
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따라 각 핑거에 대하여 빔을 형성하는 적응형 안테나에 있어서, 안정성에 따라, 가중계산유닛 (61-6L) 에 의해 계산된 정확한 가중이 가중/합성회로 (51-5L) 에 제공된다. 그러나, 핑거가 새롭게 할당될 때, 할당되어 있는 핑거의 경로 타이밍이 큰 변화를 겪을 때, 또는 이미 할당된 핑거의 가중계산유닛 (61-6L) 에 의해 계산되는 가중에 대하여 충분한 정밀도를 얻을 수 없을 때는, 직교 또는 균일하게 이격된 멀티 빔으로서 빔 방향 및 가중이 미리 정해지는 복수의 빔을 갖는 테이블로부터 빔이 선택된다. 이렇게 선택된 빔은, 충분한 평균화 시간이 확보되고 충분한 정밀도의 가중이 계산된 다른 핑거 중에서 최대 SIR을 갖는 핑거의 신호 도달방향에 가장 가깝다. 선택된 빔의 가중을 초기 가중으로서 이용함으로써, 단시간 내에 또한 적은 연산으로 높은 수신품질을 갖는 지향성 빔을 형성할 수 있고, 특성열화를 막을 수 있다. 또한, 이러한 접근법은, 전송로가 추정되고 그 추정에 의해 얻어진 가중이 초기 가중으로서 이용되는 경우에 요구되는 큰 처리량을 삭감할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 실시형태에 관하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 개방 루프 제어 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블럭도이다. 도 5에 도시된 장치와 같이, 도 12에 도시된 적응형 안테나 수신장치에서, N (N은 2이상의 정수) 은 적응형 안테나를 구성하는 안테나의 개수이며, L (L은 자연수) 은 합성된 다중경로의 개수이다. 또한, 도 12는 제k 번째 사용자 (k은 자연수) 의 이동국으로부터 사용자 신호를 수신하는 회로부분을 도시하고 있다.
도 12를 참조하면, 적응형 안테나 수신장치는, 안테나 (11-1N), 신호처리기 (231-23L), 가산기 (11), 판정기 (12), 탐색기 (16), 및 정보수집/선택처리기 (22) 를 포함한다.
신호처리기 (231) 는, 지연기 (31), 역확산회로 (411-41N), 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 전송로추정회로 (71), 복소공액회로 (81), 초기가중생성유 닛 (91), 승산기 (101), 도달방향검출유닛 (201) 및 신호전력측정유닛 (241) 을 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (6l) 은, 신호동상평균계산유닛 (131), 상관검출유닛 (141) 및 시간평균계산유닛 (151) 을 포함한다.
도면에 나타내지는 않았지만, 신호처리기 (232-23L) 의 내부는 신호처리기 (231) 와 동일한 구성을 갖는다. 예를 들면, 신호처리기 (232) 는 지연기 (32), 역확산회로 (421-42N), 가중/합성회로 (52), 가중계산유닛 (62), 전송로추정회로 (72), 복소공액회로 (82) 및 초기가중생성유닛 (92), 승산기 (102), 도달방향검출유닛 (202) 및 신호전력측정유닛 (242) 을 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (62) 은 신호동상평균계산유닛 (132), 상관검출유닛 (142), 및 시간평균계산유닛 (152) 을 포함한다.
안테나 (11-1N), 가산기 (11), 판정기 (12), 탐색기 (16), 정보수집/선택처리기 (22), 지연기 (31), 역확산회로 (411-41N), 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 전송로추정회로 (71), 복소공액회로 (81), 초기가중생성유닛 (91), 승산기 (101), 도달방향검출유닛 (201) 은, 도 5에 도시된 소자와 모두 동일하다. 도 5의 SIR 측정유닛 (211-21L) 이 도 12의 신호전력측정유닛 (241-24L) 으로 교체된 점에서 두개의 구성이 다르다.
신호전력측정유닛 (241-24L) 은, 가중/합성회로 (51-5L) 의 출력에 기초하여 임의의 시간 평균된 신호전력을 측정하고 그 결과를 정보수집/선택처리기 (22)에 보낸다. 가중계산유닛 (61-6L) 에 의해 계산된 가중에서 충분한 정밀도를 얻을 수 없을 때, 정보수집/선택처리기 (22) 는 초기 가중을 생성하는데 이용되는 빔 번호를 그 신호처리기 (231-23L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 본 실시형태에서, 이 때 통지되는 빔 번호는, 임의의 신호처리기 (231-23L) 에 이미 할당된 핑거 중에서, 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보되고 최대 신호 전력이 신호전력측정유닛 (241-24L) 에서 측정된 핑거의 신호의 도달방향에 가장 가까운 방향의 빔 번호이다. 복수의 빔 번호는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 신호의 도달방향에 대하여, 직교 또는 균일하게 이격된 멀티 빔을 이용하여 미리 결정된다.
본 실시형태에서, 높은 신호전력을 갖는 경로의 수신 신호는 우수한 특성을 갖게 될 가능성이 높은 것에 착안한다. 따라서, 선택된 빔은, 충분한 평균화 시간이 확보되고 충분한 정밀도의 가중이 계산되는 핑거 중에서 수신 신호전력이 최대인 핑거의 신호 도달방향에 가장 가까운 빔이다. 그 결과, 도 5에 도시된 장치와 같이, 단시간 내에 또한 적은 연산으로 높은 수신품질을 갖는 지향성 빔을 형성 할 수 있고, 특성열화를 막을 수 있다. 또한, 본 실시형태는, 전송로추정 이 수행되고 그것에 의해서 얻어진 가중이 초기 가중으로 이용되는 경우에 요구되는 것과 같은 큰 처리량을 삭감할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 관하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 개방 루프 제어 적응형 안테나 수신장치의 구성예를 도시한 블럭도이다. 도 5 및 도 12에 도시된 것과 같이, 도 13에 도시된 적응형 안테나 수신장치에서, N (N은 2이상의 정수) 은 적응형 안테나를 구성하는 안테나의 개수이며, L (L은 자연수) 은 합성된 다중경로의 개수이다. 그리고, 도 13은 제k 번째 사용자 (k은 자연수) 의 이동국으로부터 수신된 사용자 신호를 수신하는 회로부분을 도시한다.
도 13을 참조하면, 적응형 안테나 수신장치는, 안테나 (11-1N), 신호처리기 (251-25L), 가산기 (11), 판정기 (12), 탐색기 (16), 경로 타이밍 비교기 (26), 및 정보수집/선택처리기 (22) 를 포함한다.
신호처리기 (251) 는, 지연기 (31), 역확산회로 (411-41N), 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 전송로추정회로 (71), 복소공액회로 (81), 초기가중생성유닛 (91), 승산기 (101) 및 도달방향검출유닛 (201) 을 포함한다. 또한, 가중계산유닛 (61) 은, 신호동상평균계산유닛 (131), 상관검출유닛 (141) 및 시간평균계산유닛 (151) 을 포함한다.
도면에 나타내지는 않았지만, 신호처리기 (252-25L) 의 내부는 신호처리기 (251) 와 동일한 구성을 갖는다.
안테나 (11-1N), 가산기 (11), 판정기 (12), 탐색기 (16), 정보수집/선택처리기 (22), 지연기 (31), 역확산회로 (411-41N), 가중/합성회로 (51), 가중계산유닛 (61), 전송로추정회로 (71), 복소공액회로 (81), 초기가중생성유닛 (91), 승산기 (101), 도달방향검출유닛 (201) 은 도 5에 도시된 소자와 동일하다.
도 13에 도시된 본 실시형태의 적응형 안테나 수신장치는, 도 5에 도시된 SIR 측정유닛 (211-21L) 은 없지만, 경로 타이밍 비교기 (26) 를 포함한다.
탐색기 (16) 로부터의 타이밍 정보에 기초하여, 경로 타이밍 비교기 (26) 는 가장 짧은 지연 시간을 갖는 핑거를 정보수집/선택처리기 (22) 에 통지한다.
정보수집/선택처리기 (22) 는, 가중계산유닛 (61-6L) 에서 계산된 가중에서 충분한 정밀도를 얻을 수 없을 때, 초기 가중을 생성하는데 이용하는 빔 번호를 신호처리기 (251-25L) 의 초기가중생성유닛 (91-9L) 에 통지한다. 본 실시형태에서, 이때 통지되는 빔 번호는, 임의의 신호처리기 (251-25L) 에 이미 할당된 핑거 중에서, 지연시간이 가장 짧고 가중계산유닛 (61-6L) 의 신호동상평균계산유닛 (131-13L) 및 시간평균계산유닛 (151-15L) 에서 충분한 평균화 시간이 확보된 핑거의 신호의 도달방향에 가장 가까운 방향의 빔 번호이다. 이 경우, 복수의 빔 번호는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 신호의 도달방향에 대하여 직교 또는 균일 하게 이격된 멀티빔을 이용하여 미리 결정된다.
본 실시형태에서, 가장 짧은 지연시간을 갖는 경로에서 수신된 신호는 높은 수신 레벨 및 우수한 수신 특성을 갖는 직접파 (direct wave) 일 가능성이 높은 것에 착안하였다. 따라서, 충분한 평균화 시간이 확보되고 충분한 정밀도로 가중이 계산된 핑거 중에서 가장 짧은 지연시간을 갖는 핑거의 신호 도달방향에 가장 가까운 빔이 선택된다. 그 결과, 도 5에 도시된 장치와 같이, 단시간 내에 또한 적은 연산으로 높은 수신품질을 갖는 지향성 빔을 형성하는 것이 가능하며, 특성열화를 막을 수 있다. 또한, 본 실시형태는, 전송로추정을 수행하고 그것에 의해 얻어진 가중을 초기 가중으로서 이용할 경우에 요구되는 것과 같은 큰 처리량을 삭감할 수 있게 한다.
또한, 본 실시형태에서는 가장 짧은 지연시간을 갖는 핑거의 신호 도달방향이 이용되었지만, 그 밖의 예로서, 경로의 계속시간이 가장 긴 핑거의 신호도달방향이 이용될 수도 있다. 경로의 계속 시간 (continuous time) 은, 도래파가 신호처리기 (251-25L) 에 의해 방해받지 않고 계속해서 수신되는 시간이다. 이 경우, 가장 긴 계속시간을 갖는 경로에 의해 수신된 신호가 가장 안정한 직접파일 가능성이 높은 것에 착안한다.
지금까지 전술한 모든 실시형태는 CDMA 통신에서 이용되는 장치들의 예를 포함하지만, 본 발명은 CDMA 형태에 한정되지 않는다. 예를들면, 본 발명은, TDMA (Time Division Multiple Access:시분할 다중접속) 통신 또는 FDMA (Frequency Division Multiple Access: 주파수분할 다중접속) 통신에서 이용되는 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 지금까지 상술한 모든 실시형태에서는 가중계산유닛 (61-6L) 에서 원하는 파의 도달방향을 쉽게 추정하는 방법을 이용하는 예를 설명했지만, 본 발명은 가중계산유닛 (61-6L) 에서 이용된 알고리즘에 한정되지 않는다. 예를 들면, MUSIC 알고리즘이나, ESPRIT 알고리즘에 의해 수행되는 도달방향추정 알고리즘도 이용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 하나 이상의 도래 (incoming) 파에 대하여 신호처리기를 할당하고, 상기 신호처리기에서, 복수의 안테나의 수신 신호로부터 소정의 연산에 의해 얻은 연산치의 시간평균을 이용하여 결정한 상기 안테나 각각의 가중 (weight) 에 의해서 상기 복수의 안테나에 의해 수신되는 신호를 가중하고 합성함으로써 복수의 신호처리기에서 수신된 복수의 도래파를 더 합성하는, 원하는 신호를 얻기 위한 적응형 안테나 수신 방법으로서,
    시간평균을 구하기 위한 평균화 시간이 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 각 신호처리기에 의해 결정된 가중으로부터 신호처리기에 의해 수신되는 도래파의 도달방향을 검출하는 제 1 단계;
    평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 상기 각 신호처리기에 의해 가중 및 합성함으로써 수신되는 도래파의 신호의 수신품질을 구하는 제 2 단계; 및
    평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 상기 각 신호처리기의 각각의 도달방향 및 수신품질에 기초하여, 시간평균을 이용하여 가중의 결정을 시작하려고 하는 상기 신호처리기의 초기 빔 방향을 선택하는 제 3 단계를 포함하는 적응형 안테나 수신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서, 상기 평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 상기 각 신호처리기 중에서, 최량의 수신품질을 얻는 신호처리기에서 검출된 도달방향에 가장 가까운 빔 방향을, 복수의 소정의 빔 방향 중에서 선택하는, 적응형 안테나 수신 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 수신품질로서 원하는 파의 신호전력 대 간섭파의 신호전력 비율을 측정하는, 적응형 안테나 수신 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 수신품질로서 신호전력을 측정하는, 적응형 안테나 수신 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 수신품질로서 지연시간을 이용하는, 적응형 안테나 수신 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 수신품질로서 경로의 계속 시간 (continuous time) 을 이용하는, 적응형 안테나 수신 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서 선택된 초기 빔 방향으로 지향성 빔을 형성하는 초기 가중을 구하고, 상기 신호처리기에서 평균화 시간이 소정 시간 간격이상 확보될 때까지 이 초기 가중을 가중 및 합성에 이용하는 제 4 단계를 더 포함하는, 적응형 안테나 수신 방법.
  8. 하나 이상의 도래파에 대하여 신호처리기를 할당하고, 상기 신호처리기에서, 복수의 안테나의 수신 신호로부터 소정의 연산에 의해 얻은 연산치의 시간평균을 이용하여 결정한 상기 안테나 각각의 가중에 의해서 상기 복수의 안테나에 의해 수신되는 신호를 가중하고 합성함으로써 복수의 신호 처리기에서 수신된 복수의 도래파를 더 합성하는, 원하는 신호를 얻기 위한 적응형 안테나 수신장치로서,
    시간평균을 구하기 위한 평균화 시간이 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 각 신호처리기에 의해 결정된 가중으로부터 신호처리기에 의해서 수신되는 도래파의 도달방향을 검출하는 도달방향 검출유닛;
    평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 상기 각 신호처리기에 의해 가중 및 합성됨으로써 수신되는 도래파의 신호의 수신품질을 구하는 수신품질 취득유닛; 및
    평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 상기 각 신호처리기의 각각의 도달방향 및 수신품질에 기초하여, 시간평균을 이용한 가중의 결정을 시 작하려고 하는 상기 신호처리기의 초기 빔 방향을 선택하는 정보수집/선택처리기를 포함하는, 적응형 안테나 수신장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정보수집/선택처리기는, 상기 평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보되어 있는 상기 각 신호처리기 중에서, 최량의 수신품질을 얻는 신호처리기에 의해 검출된 도달방향에 가장 가까운 빔 방향을, 복수의 소정의 빔 방향 중에서 선택하는, 적응형 안테나 수신장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 수신품질 취득유닛은 상기 수신품질로서 원하는 파의 신호전력 대 간섭파의 신호전력 비율을 측정하는, 적응형 안테나 수신장치.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 수신품질 취득유닛은 상기 수신품질로서 신호전력을 측정하는, 적응형 안테나 수신장치.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 수신품질 취득유닛은 상기 수신품질로서 지연시간을 이용하는, 적응형 안테나 수신장치.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 수신품질취득유닛은 상기 수신품질로서 경로의 계속 시간을 이용하는, 적응형 안테나 수신장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 정보수집/선택 처리기에 의해 선택된 초기 빔 방향으로 지향성 빔을 형성하고, 상기 신호처리기에서 평균화 시간이 상기 소정 시간 간격이상 확보될 때까지 가중 및 합성에 이용되는 초기 가중을 구하는 초기 가중 생성유닛을 더 포함하는, 적응형 안테나 수신장치.
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