KR100720569B1

KR100720569B1 - 기지국과 단말기간의 송/수신 시스템

Info

Publication number: KR100720569B1
Application number: KR1020000056697A
Authority: KR
Inventors: 심동희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2007-05-22
Also published as: KR20020024877A

Abstract

본 발명은 CDMA 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 어레이 안테나를 이용한 기지국의 순방향 채널에서의 최적의 빔을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 기지국과 단말기간의 송수신 시스템은 기지국으로부터 수신된 신호로부터 기지국이 단말기로 송신할 신호의 빔 생성을 위한 인덱스를 추정하여 상기 기지국에 전송하는 단말기와, 상기 전송된 송신할 신호의 빔 인덱스를 갖는 웨이트 벡터와 송신할 신호와의 복소 내적에 의하여 생성된 빔을 상기 단말기에 전송하는 기지국으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 기지국이 단말기의 신호를 수신할 때만 안테나 어레이의 장점을 이용하는 것이 아니라 송신시에도 안테나 어레이의 장점을 충분히 이용하여 통신 품질 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다

스위칭 빔 안테나 어레이, 적응 알고리즘, 빔 인덱스

Description

기지국과 단말기간의 송/수신 시스템{Transmission/Receiving System between Base Station and Terminal}

도 1은 종래의 이동통신 시스템의 역방향 채널에서 스위칭 빔 어레이(switching beam array) 안테나를 사용할 때의 안테나 어레이 시스템을 나타낸 도면.

도 2 은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 일 예를 도시한 도면.

도 3은 도 2에 도시된 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면.

도 4는 도 2에 도시된 단말기 빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면.

도 5는 도 2에 도시된 송신 주파수 천이부의 동작을 나타낸 도면.

도 6은 송신 주파수 천이부의 동작을 설명하기 위한 입사 신호의 입사각(θ) 및 입사신호간 거리(D)를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 다른 예를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

200 : 기지국 207 : 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부

201 : 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부 208 : 단말기 채널 정보 계산부

202 : 기지국 수신/송신 빔형성부 209 : 단말기 빔 선택부

203 : 덧셈기 210 : 단말기 웨이트 벡터 저장부

204 : 기지국 웨이트 벡터 저장부 211 : 단말기

205 : 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부

206 : 기지국 송신 주파수 천이부

본 발명은 CDMA 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 어레이 안테나를 이용한 기지국의 순방향 채널에서의 최적의 빔을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 무선통신을 행할 때, 수신되는 신호에는 원하는 신호(이하 "원신호"라 칭함)와 간섭신호가 함께 존재하며, 통상 한 개의 원신호에 대해 다수의 간섭신호가 존재한다. 이러한 간섭신호에 의한 통신왜곡의 정도는 원신호 전력대 모든 간섭신호 전력의 합에 의해 결정되므로, 원신호의 레벨이 간섭신호 각각의 레벨보다 현저히 높은 경우에도 간섭신호의 개수가 많으면 간섭신호의 전체전력이 커져서 통신왜곡이 발생하게 된다.

따라서, 종래의 셀룰라 이동통신 시스템에서는 스마트 안테나를 이용하여 이러한 간섭신호를 최소화시키는 데 중점을 두고 있다. 즉, 이동체가 이동하거나 그 신호의 도달각이 상황에 따라 가변적일 때, 여러 안테나 소자로 구성된 어레이(Array)를 사용해서 원거리 신호원들의 위치를 파악하거나 그 안테나 소자들로부터 나오는 신호들을 선택적으로 송수신하기 위하여 배열된 안테나의 위상을 제어하여 특정 신호(원신호)를 선택적으로 송수신하고 간섭 신호의 영향을 최소화시킴으로써 가입자 상호간의 간섭을 대폭 감소시키는 것이다.

도 1은 종래의 이동통신 시스템의 역방향 채널에서 스위칭 빔 어레이(switching beam array) 안테나를 사용할 때의 안테나 어레이 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 종래의 스위칭 빔 어레이는 몇 개의 고정된 빔을 생성하는 빔 형성기(101~103)와 그리고 빔 선택기(beam selector)(104)로 구성되어 있다.

상기 빔 형성기(101~103)는 안테나 어레이의 수신된 신호의 임의 입사각에 대하여 고정된 빔을 생성하는 장치로서, 각각의 빔 형성기(101~103)는 서로 다른 임의 입사각에 대하여 고정된 빔 패턴을 생성한다. 그러므로, 빔 선택기(104)는 안테나 어레이에 수신된 신호의 입사각에 따라 원신호에 대한 간섭신호의 영향이 최소가 되도록 하는 빔 형성기(101~103)를 선택하도록 하는 방식을 채택하고 있다.

상기 빔 형성기(101~103) 및 빔 선택기(104)의 동작은 다음 참고 문헌에 자세히 설명되어 있다.

[참조문헌]

William C.Y. Lee, An optimum solution of the switching beam antenna system, proceedings of IEEE 47th Vehicular Technology Conference, 1997, vol 1, pp. 170 - 172

일반적으로 안테나 어레이를 이동 통신 시스템에서 사용할 경우 이동 통신 시스템의 용량 증대와 통신 품질 향상에 기여한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 지금까지의 안테나 어레이를 이동 통신 시스템에 사용하려는 노력은 단말기로부터의 신호를 기지국이 수신하는 역방향 채널에만 집중되어 왔으며 기지국이 단말기로 신호를 전송하는 순방향 채널에서의 빔형성 방법은 알려진 기술이 없었다.

아울러 기존의 안테나 어레이를 이동 통신 시스템의 역방향 채널에 적용하려는 노력 중에서 적응 알고리즘을 사용하여 안테나 어레이의 빔패턴을 생성할 때는 신호원의 입사각에 따라 이 신호원을 추적할 수 있기 때문에 그 입사각으로의 빔패턴은 최대이득을 형성할 수 있지만 채널 환경이 급격히 변화하는 통신 환경하에서는 신호원의 입사각도가 수시로 변화하게 되므로 적응 알고리즘에 의한 빔 생성에 있어 많은 계산량을 요구하게 되므로 통신 시스템의 지연을 유발시킨다.

또는 스위칭 빔 어레이를 사용할 경우에는 몇 개의 고정된 빔패턴 중 하나를 입사 신호의 입사각에 맞게 선택하는 기법을 사용하므로 신호원의 안테나 어레이로의 입사각에 민감하게 반응할 수 없어서 적응 알고리즘을 사용할 때에 비해 필연적으로 성능 저하가 유발된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 기지국의 순방향 채널에서의 최적의 빔 패턴을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기지국의 순방향 채널에서 적은 계산량을 요구하고, 수신신호의 입사각도에 보다 민감하게 반응하여 최적의 빔 패턴을 생성하도록 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템을 제공하기 위한 것이다.

삭제

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치상 특징에 따르면, 기지국으로부터 수신된 신호로부터 기지국이 단말기로 송신할 신호의 빔 생성을 위한 인덱스를 추정하여 상기 기지국에 전송하는 단말기와, 상기 전송된 송신할 신호의 빔 인덱스를 갖는 웨이트 벡터와 송신할 신호와의 복소 내적에 의하여 생성된 빔을 상기 단말기에 전송하는 기지국으로 구성되어 이루어진다.
바람직하게, 상기 기지국은 단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기와, 상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호 또는 기지국 수신신호와 임의의 웨이트 벡터를 각각 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부의 수신빔 형성을 위한 웨이트 벡터와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 해당하는 송신 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 미리 계산하여 저장하고 있는 기지국 웨이트 벡터 저장부와, 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부에 저장된 임의의 웨이트 벡터를 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부와, 기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국은 상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 대신에 상기 기지국이 송신할 신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부에 저장된 웨이트 벡터에서 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 따라 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신빔 선택부와, 상기 기지국 수신신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 적응 알고리즘에 의해 추정하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 수신빔 계산부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공되는 송신 주파수의 주파수 천이되어야 할 위상 벡터

는, 송수신되는 안테나 개수가 d이고 송신 주파수가 f_f이고 수신 주파수가 f_r이고 트랜스포즈 연산자를 T라고 하는 경우에"

"의 관계에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부에서 수신빔 선택부는 트리 구조의 상관기들을 포함하여 각 트리 구조의 단에서 기지국 수신/송신 빔 형성부의 수신신호 벡터와 웨이트 벡터와의 상관값이 상대적으로 큰 상관값을 택하여 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부에서 상기 상관값이 임의 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 단말기는 상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부와, 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부와, 상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 단말기 빔 선택부에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부와, 상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 제공하는 단말기 빔 선택부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단말기 빔 선택부는 트리 구조의 상관기들을 포함하여 각 트리 구조의 단에서 채널 벡터와 웨이트 벡터와의 복소 내적값이 상대적으로 큰 상관기의 웨이트 벡터들의 인덱스를 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 단말기 빔 선택부에서 상기 상관값은 임의의 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단말기가 기지국으로부터의 신호를 수신하여 기지국의 빔형성을 위한 미리 약속된 빔의 인덱스를 계산하고 기지국에 전송하여 순방향에서의 빔형성에 대한 정보를 제공함으로써 CDMA 통신시스템의 순방향 채널에서 기지국의 안테나 어레이의 빔을 형성하기 위한 기지국과 단말기간의 송수신 시스템을 제안한다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

제1 실시예

도 2 은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참고하면, 기지국 송수신 시스템(200)은 단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기(203)와, 상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호 또는 기지국 수신신호와 임의의 웨이트 벡터를 각각 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부(202)와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)의 수신빔 형성을 위한 웨이트 벡터와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 해당하는 송신 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 미리 계산하여 저장하고 있는 기지국 웨이트 벡터 저장부와(204), 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부(204)에 저장된 임의의 웨이트 벡터를 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에 제공하는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)와, 기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부(206)로 구성된다.

또한 단말기 송수신 시스템(211)은 상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)와, 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일 럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부(208)와, 상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 빔 선택부(209)에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부(210)와, 상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)에 제공하는 단말기 빔 선택부(209)로 구성된다.

이와 같은 구성에 의하여 먼저, 단말기가 기지국의 안테나를 통하여 전송된신호를 수신하면 주파수 하향 변환기 및 아날로그 디지털 변환기(미도시)는 이 신호를 기저대역의 디지털 신호로 변환시킨다.

상기 기저대역의 디지털 신호는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)중 CDMA 복조부를 통하여 복조된다. 이 복조된 신호에는 파일럿 심볼도 포함되므로, 단말기 채널 정보 계산부(208)는 이 파일럿 심볼(pilot symbol)로부터 채널 정보를 계산한다.

일반적으로 파일롯 심볼(pilot symbol)은 기지국과 단말기간에 서로 미리 알고 있는 심볼로서 기지국의 안테나마다 다른 파일럿 심볼을 전송함으로써 단말기는 기지국의 각 안테나에서 전송된 파일럿 심볼이 이동 통신 채널을 거침으로써 위상 및 신호의 크기가 변화된 정도를 기지국과 미리 약속된 심볼을 다시 곱해서 알아낼 수 있다.

그러므로, 단말기는 단말기 채널 정보 계산기(208)에 의해 상기와 같은 파일럿 심볼을 통해서 채널 정보를 계산하고, 단말기 빔 선택부(209)에서 이 채널 정보 의 복소 공액을 취하여 각 안테나 순서대로 채널 벡터를 만들어 미리 계산하여, 이 채널 벡터와 단말기 웨이트 벡터 저장부(210)에 저장된 웨이트 벡터들과의 상관값을 비교하여 상대적으로 큰 상관값을 갖는 웨이트 벡터를 찾고, 이 웨이트 벡터에 해당하는 인덱스만을 CDMA 복조부/CDMA 변조부(207)에 제공하여 역방향 채널을 통하여 기지국에 전송하도록 한다.

여기서 상기 기지국에 전송되는 피드백 정보는 웨이트 벡터 모두를 전송하는 것이 아니라 미리 계산하여 저장하고 있는 웨이트 벡터의 순서를 정하여 그 정해진 순서의 인덱스만 전송하도록 한다.

이상을 요약하면 d를 안테나의 개수라고 할 때 수학식 1의 h는 단말기가 기지국에서 전송된 파일롯 심볼에 대해 기지국이 알고 있는 파일롯 심볼을 곱해서 얻은 채널 정보를 나타낸다.

이때 벡터 h에다 복소 공액을 취해서 각 안테나로부터 전송된 파일롯 심볼로부터 얻은 각 채널 정보를 안테나 순서대로 채널 벡터를 만든 것이 수학식 2처럼 a로 쓸 수 있다.

그리고 수학식 3은 미리 계산되어 기지국 및 단말기가 가지고 있는 웨이트 벡터들, w _i(i=1,2,....G, 여기서 G는 저장하고 있는 웨이트 벡터의 수)과 a와의 상관을 취하는 상관기 내부에서 일어나는 연산을 나타내고 이 값 중 최대가 되는 i를 찾는 것이 a와 가장 근접한 웨이트 벡터의 인덱스를 찾는 것이 된다.

이하 수학식 1에서 T는 트랜스포즈(Transpose) 연산자를 나타내고, 수학식 2 에서 H는 허미션(Hermitian) 연산자를 나타내고, d는 기지국으로부터 신호를 수신하는 어레이 안테나 소자 개수를 나타낸다.

한편, 기지국에서 최초 단말기와의 통신을 시작한 경우에는 단말기로부터의 피드백 정보를 전송 받을 수 없으므로 단말기의 신호를 수신할 때 사용한 빔의 인덱스와 동일한 빔을 송신시에도 사용하도록 한다. 그리고, 최초 단말기의 신호를 수신한 후 단말기로부터의 피드백 정보를 획득할 수 있은 후부터는 단말기로부터의 피드백 정보를 추출하여 단말기가 계산하여 전송한 빔의 인덱스와 동일한 빔을 생성하여 단말기로 송신 신호를 전송하도록 한다.

아울러 단말기로 신호를 송신할 때 별도의 채널을 통해 각 안테나마다 파일럿 심볼을 전송하는 것을 가정하여 단말기가 각 안테나로부터의 파일럿 심볼로부터 채널의 변화에 대한 정보를 추출하여 기지국의 송신 빔을 생성하기 위한 웨이트 벡터(weight vector)를 계산하는데 도움을 주도록 한다.

즉, 기지국은 앞서 설명한 바와 같이 송신시 필요한 웨이트 벡터의 정보를 포함한 신호를 단말기로부터 역방향 채널을 통하여 수신하고, 이 신호를 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에 의해 복조한다.

이때, 상기 웨이트 벡터 정보를 포함한 신호는 각 안테나에서 주파수 하향 변환기 및 아날로그 디지털 변환기(미도시)를 통해 기저대역으로 변환되고, 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에 제공되기 전 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에 의해 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)에 의해 선택되어진 하나의 빔으로 형성되어 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에 제공된다.

상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)에서 선택되어지는 빔의 형태는 일정한 패턴의 고정된 빔을 형성하도록 구성되어 있다.

이후 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(201)에서 복조된 신호에 포함된 웨이트 정보의 인덱스는 웨이트 벡터의 형태로 미리 계산되어 기지국 웨이트 벡터 저장부(204)에 저장되어 있는 웨이트 벡터의 인덱스와 일치하는 것을 찾아 빔을 선택하는데 이용된다.

상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205)에서의 빔 선택은 미리 설정되어 있는 빔들을 형성하는 웨이트 벡터 중 하나와 각 안테나로 수신된 신호로 구성된 수신신호 벡터와의 복소 내적을 통해 그 내적값이 최대가 되는 웨이트 벡터의 인덱스를 찾는 것이다.

한편, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(202)는 기지국의 송/수신 주파수가 다른 경우에 한해 수신 주파수에 맞추어져 있는 어레이 안테나의 거리를 송신 주파수에 맞게 송신할 신호를 신호처리 하도록 주파수 천이 기능을 담당하는 기지국 송 신 주파수 천이부(206)로부터 적절한 송신 주파수에 맞는 위상정보를 제공받는다.

이때에도 기지국으로부터 단말기로 전송되는 신호에는 덧셈기(203)에 의해 파일럿 심볼이 부가되어 단말기에 전송됨으로써, 단말기는 이 파일럿 심볼로부터 채널 정보를 계산하여, 이 채널 정보에 따른 스위칭 빔 안테나 어레이의 최적의 빔을 찾아내어, 기지국에 전송되도록 하는 것이다. 도 2에서 상기 덧셈기(203)는 기지국으로부터 송신될 신호가 있는 경우에만 동작된다.

이와 같이 기지국 또는 각 단말기에서 스위칭 빔으로 신호를 수신하는 경우에는 신호 입사각에 그 빔패턴의 메인로브의 정점이 정확하게 맞추어지는 것이 아니라 미리 안테나 어레이로 수신하여야 하는 각의 범위를 적당히 나누어 그 해당하는 구간을 각각의 빔을 이용하여 신호를 수신하는 것이다. 따라서 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각에서 어느 정보 벗어난 각으로 입사하는 신호를 수신하는 경우에는 빔 패턴의 메인로브의 정점이 가리키는 각으로 입사하는 신호보다는 그 빔 패턴 이득이 줄어든다고 할 수 있다.

예를 들어, 하나의 셀이 기지국이 3 섹터로 구성되어 있다고 가정할 때 한 섹터가 120도의 각도내의 신호를 수신한다고 하면 3개의 빔을 사용할 때는 120도/3, 즉 40도의 각을 하나의 빔이 커버해야 하는데 이것은 하나의 빔은 -60도~ -20도, 또 하나의 빔은 -20도 ~ 20도, 마지막 빔은 20도 ~ 60도를 커버해야 하는 것을 의미한다.

이렇게 되면 만약 첫 번째 빔이 -60~ -20도를 커버하기 위해 -40도를 그 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키도록 설정했다고 하면 그 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 아닌 각에서 입사하는 각에 대해서는 그 빔 패턴의 이득이 줄어들게 된다. 특히 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각에서 벗어나면 날수록 그 효과가 더 커져서 -60도 혹은 -20도로 입사하는 신호는 그 빔 패턴의 이득이 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각으로 입사하는 신호의 빔 패턴 이득보다 현저히 줄어든다고 할 수 있다.

따라서, 스위칭 빔을 사용할 경우의 이런 문제점을 해소하려면 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각들이 촘촘하도록 많은 수의 빔들을 미리 설정해야 하는데 이럴 경우에는 안테나 어레이로 입사하는 신호를 이 빔들과 모두 내적하여 그 결과를 비교해야 하므로 계산량이 증가하게 된다. 즉 3개의 빔을 미리 가지고 있다면 3번의 내적만 하면 되지만 30개의 빔을 가지면 30번의 내적을 해야 하므로 그 계산량이 만만치 않다고 할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부(205) 중 특히 수신빔 선택부 또는 단말기 빔 선택부(209)에서 수신신호 벡터 또는 채널 벡터와 모든 웨이트 벡터를 일괄적으로 내적하는 것이 아니라 트리 구조의 빔 선택법으로 내적하는데 이것은 트리 구조의 상단에서는 빔들의 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각들의 차가 매우 크도록 하여 비교적 넓게 빔을 선택하고 트리의 하부로 내려갈수록 섬세하게 빔을 선택할 수 있도록 한 것으로 이 구조를 선택하면 많은 수의 스위칭 빔들을 설정하여 스위칭 빔들을 통해 안테나 어레이로 신호를 송수신 할 때 생기는 안테나 어레이의 빔의 오차를 최소화할 수 있고, 아울러 스위칭 빔의 빔 패턴의 메인 로브의 정점이 가리키는 각의 차가 빔들간에 작을 경우에는 수신신 호를 그 빔들 모두와 비교하여 최대값을 나타내는 빔을 선택하여야하는 계산량을 줄일 수 있는 내적 방법을 제안한다.

도 3은 도 2에 도시된 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면이다.

도 3에서 트리의 가지를 늘리면 늘릴수록 스위칭 빔들의 최대 수신각의 차는 더 작아지게 되고 수신 신호 벡터를 더 세밀하게 입사각에 따라 분리할 수 있고 스위칭 빔의 단점을 극복해 낼 수 있다. 이 트리 구조의 가지와 또 그 가지의 열 수는 설계자가 알맞게 선택할 수 있으며 도 3은 그 하나의 예를 도시한 것이다.

도 3을 참고하면, 트리 상단에서 첫번째 행으로 내려오면 기지국 수신/송신 빔형성부(202)에서 제공된 신호 즉, 단말기로부터 기지국이 수신한 수신신호 벡터와 3개의 미리 정해진 웨이트 벡터와 내적하게 되는데, 이 내적은 빔1/1 상관기(302), 빔1/2 상관기(303), 빔1/3 상관기(304)에서 이루어지고, 이 상관기들(302~304)과 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값이 최대값 선택기(305)에 의해 선택되어지고, 이 최대값에 해당하는 상관기(302)의 가지인 다음 단의 상관기들(306~308)과 상기 수신신호 벡터의 복소 내적이 이루어지도록 한다. 여기에서도 마찬가지로 상관기들(306~308)과의 복소 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값을 복소 내적값이 최대값 선택기(315)에 의해 선택되어지도록 한다.

이와 같이 트리 구조의 각 단에서 수신신호 벡터와의 복소 내적값이 최대값을 갖는 최적의 빔을 선택하도록 하는 과정에 의하여 단말기로부터 기지국에 수신된 신호는 최적의 빔 패턴으로 생성된다.

도 3에서 수신빔 선택의 예를 트리 구조에서 굵은 선으로 표시하였고 점선으로 표시된 것은 선택되지 않은 경로를 표시한 것이다.

예를 들어 이동 통신용 기지국의 하나의 셀이 3 섹터로 구성되어 있다고 가정하면 한 섹터가 120/3만큼씩을 하나의 빔이 담당해야 한다. (물론 안테나의 수에 따라 빔패턴의 메인로브가 더 작아져서 더 세밀하게 신호를 공간적으로 분리할 수 있는데 안테나 수는 실제 어레이 안테나의 수에 따라 달라지므로 적정한 안테나 수를 선택한다) 따라서 스위칭 빔을 이용하는 안테나 어레이의 경우 특정 빔의 최대 이득을 가지는 그 각에서 많이 벗어난 각도로 입사하는 경우의 신호는 필연적으로 그 안테나 어레이의 이득이 그 최대 이득을 가지는 각도로 입사하는 신호의 안테나 이득보다 줄어들 것이다. 그 빔의 수를 늘리면 늘릴수록 빔들의 최대이득을 가지는 각도간의 차이가 작아짐으로써 기 기술한 스위칭 빔 어레이가 필연적으로 가지고 있는 이득 저하를 줄일 수 있다.

그러므로, 도 3에서 나타낸 트리 구조의 하나의 예의 동작을 설명하면 3개의 섹터로 하나의 셀이 이루어져 있을 때 120도의 각을 안테나 어레이가 담당해야 한다면 제일 상단의 가지(302~304)에서는 3개의 웨이트 벡터로 이루어져 있으므로 -60도~ -20도, -20도~ 20도, 20도~ 60도를 각각 담당하게 되고 그 메인로브는 각각 -40도, 0도, 40도를 가리킬 것이다.(이때 안테나 수에 따라 메인로브의 크기가 달라지게 되고 이것은 안테나 어레이에서 몇 개의 안테나 소자를 사용하느냐에 따라 달라지게 된다.)

만약, 웨이트 벡터와 수신신호벡터 간의 상관기(302~304)를 거친 3개의 값을 최대값 선택기(305)가 하나의 값을 선택해서 -60도 ~ -20도를 담당하는 빔을 선택했다면 그 다음 가지에서는 총 9개의 웨이트 벡터중 6개는 이미 선택에서 제외되고 다시 3개의 웨이트 벡터중 하나를 선택하게 되는데 이때는 -60도 ~ -46.67도, -46.67도 ~ -33.33도, -33.33도~ -20도를 각각 담당하는 웨이트 벡터가 되고 이때 다시 -33.33도~ -20도를 담당하는 빔을 선택한다면 또 그 아래 단에서 더 세밀하게 수신각의 범위를 선택할 수 있게 된다.

일률적으로 스위칭 빔들과 신호벡터를 내적할 경우에는 9번의 내적을 실시해 그 중 최대값을 선택해야 하지만 만약 도 3의 트리 구조의 빔 선택기가 두 행으로 구성되어 있다고 한다면 도 3의 구조를 선택할 경우에는 6번의 내적으로 해당빔을 선택할 수 있고 이것은 두 행으로 구성된 트리구조의 예이며 더 촘촘한 빔을 선택하기 위해 행의 수를 늘리면 늘릴수록 계산량을 더 줄일 수 있다.

이와 같은 기지국 수신빔 선택부에서 제안된 트리 구조는 단말기의 단말기 빔 선택부에서도 같은 구조로 제안된다.

도 4는 도 2에 도시된 단말기 빔 선택부의 구성도를 나타낸 도면이다.

도 4는 상기 도 3과 마찬가지로 트리 구조의 가지와 또 그 가지의 열 수는 설계자가 알맞게 선택할 수 있다.

도 4를 참고하면, 트리 상단에서 첫번째 행으로 내려오면 단말기 채널 정보 계산부(208)에서 제공된 신호 즉, 기지국으로터 단말기가 수신한 신호의 파일럿 심볼로부터 추정된 채널 벡터와 3개의 미리 정해진 웨이트 벡터와 내적하게 되는데, 이 내적은 빔1/1 상관기(402), 빔1/2 상관기(403), 빔1/3 상관기(404)에서 이루어 지고, 이 상관기들(402~404)과 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값이 최대값 선택기(405)에 의해 선택되어지고, 이 최대값에 해당하는 상관기(402)의 가지인 다음 단의 상관기들(406~408)과 상기 채널 벡터의 복소 내적이 이루어지도록 한다. 여기에서도 마찬가지로 상관기들(406~408)과의 복소 내적한 값중 상대적으로 가장 큰 값을 복소 내적값이 최대값 선택기(415)에 의해 선택되어지도록 한다.

이와 같이 트리 구조의 각 단에서 채널 벡터와의 복소 내적값이 최대값을 갖는 최적의 빔을 선택하도록 하는 과정에 의하여 기지국으로부터 단말기에 수신된 신호는 최적의 빔 패턴을 생성하는 빔 패턴의 인덱스로 도출된다.

도 4에서 수신빔 선택의 예를 트리 구조에서 굵은 선으로 표시하였고 점선으로 표시된 것은 선택되지 않은 경로를 표시한 것이다.

이때 상기 채널 벡터는, d를 안테나의 개수라고 할 때 수학식 1에서 h가 단말기가 기지국에서 전송된 파일롯 심볼에 대해 다시 파일롯 심볼을 곱해서 얻은 채널 정보를 나타낸다고 가정하는 경우, 상기 벡터 h에다 복소 공액을 취해서 각 안테나로부터 전송된 파일롯 심볼로부터 얻은 각 채널 정보를 안테나 순서대로 벡터를 만든 것이 된다. 이 채널 벡터는 수학식 2에서와 같이 a로 나타낸다.

상기 각 상관기들(402~404 내지는 406~414)에 의한 복소 내적값은 수학식 3과 같이 미리 계산되어 기지국 및 단말기가 가지고 있는 웨이트 벡터들, w _i(i=1,2,....G, 여기서 G는 저장하고 있는 웨이트 벡터의 수)과 a와의 상관을 취하는 연산에 의해 구해지고, 이 상관값 중 최대가 되는 i를 찾는 것이 a와 가장 근접 한 웨이트 벡터의 인덱스를 찾는 것이 된다.

결론적으로, 각 상관기단이 트리 구조에 의해 구성되어짐으로, 단말기는 기지국에서 전송하고자 하는 피드백 정보를 도 4와 같은 트리 구조에 의해 원하고자 하는 오차의 범위로 빔 인덱스를 선택하게 되는 것이다.

한편, 도 3 내지 도 4에서 기지국 수신빔 선택부 또는 단말기 빔 선택부의 최대값 선택 부분을 특정 값의 임계값을 설정하여 그 이상의 값이면 모두 선택하도록 하면 이동통신 상황에서 불가결하게 발생하는 다중 경로 환경에서 안테나 어레이로 입사하는 각 경로의 입사각이 다른 경우에 그 경로의 입사각에 맞게 빔을 설정할 수 있게 된다.

예를 들어 기지국과 단말기간에 3개의 다중 경로가 존재하고 각 경로가 각각 0도, 30도, 60도로 입사하고 그 경로의 파워의 크기가 각각 0.4,0.26,0.24라고 가정할 때 최대값만을 선택하는 경우에는 0도로 입사하는 신호만을 선택하게 되지만 임계값을 0.24라고 설정하면 0도, 30도, 60도로 입사하는 경로 모두를 선택할 수 있게 되고 그 각각에 해당하는 빔을 미리 설정된 빔들 중에서 선택할 수 있다면 나은 성능을 기대할 수 있을 것이다.

도 5는 도 2에 도시된 송신 주파수 천이부의 동작을 나타낸 도면이다.

도 6은 송신 주파수 천이부의 동작을 설명하기 위한 입사 신호의 입사각(θ) 및 입사신호간 거리(D)를 나타낸 도면이다.

도 5는 기지국의 송/수신 주파수가 다른 경우에 한해 수신 주파수에 맞추어져 있는 어레이 안테나의 거리를 송신 주파수에 맞추도록 하는 신호처리 방법으로 주파수 천이 기능을 담당하는 주파수 천이 생성부에 있어 그 주파수 천이 방법을 도시하고 있다.

특히, 별도의 안테나 어레이를 송신시 사용하지 않고 송/수신 공용 어레이를 사용할 경우 주파수 분할 듀플럭스 시스템의 경우 기지국이 단말기로 정보를 전송시 다음과 같은 주파수 천이 과정을 거쳐야 한다.

여기서 λ를 기지국이 수신시 사용하는 주파수에 해당하는 파장이라고 할 때 도 6에서와 같이 안테나 어레이를 장착하고 있는 기지국에서 안테나 어레이의 안테나 각 소자의 거리 D가 λ/2라고 가정했을 때의 과정을 설명한다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이 평면파로 가정한 입사신호가 안테나 어레이로 입사할 때 안테나 간을 이동할 때는 "

"만큼의 시간 지연이 있게 된다. 상기 c는 전파 속도 상수를 나타낸다.

송/수신 주파수가 각각 f_f, f_r이고, 신호의 수신 각도가 θ라고 하면, 파의 전파속도는 같기 때문에 송신 주파수(f_f)를 사용할 경우 안테나 각 소자의 위상차는

로 쓸 수 있고 수신 주파수(f_r) 사용시 안테나 각 소자의 위상차가

인 것을 감안할 때 송신 주파수 사용시 역방향 채널에서 구한 웨이트 벡터에서, 위상차만을

배가 되도록 만들어 주면 된다는 것을 알 수 있다.

따라서, 미리 계산된 웨이트 벡터를 수신용으로만 저장할 경우에는 해당하는 인덱스의 웨이트 벡터를 저장된 메모리에서 가지고 와서 송신 주파수 사용시에서 추가해야할 위상차,

만큼을 각 안테나에 추가해 주면 된다. 또한, 송/수신시 웨이트 벡터를 모두 저장하려면 송신시의 웨이트 벡터는 미리 수신시 사용하는 웨이트 벡터에다

만큼의 위상을 더 추가해서 저장하고 있으면 된다.

따라서 각 안테나 소자에 곱해 주어야 할 주파수 천이 위상 벡터 f는 다음과 같이 표현할 수 있다.

제2 실시예

본 발명에서는 도 2에서와 같이 스위칭 빔 안테나 어레이를 이용한 기지국과 단말기간 송수신 시스템 이외에도 적응 알고리즘을 이용한 기지국과 단말기간 송수신 적응 어레이 안테나 시스템을 제안한다.

도 7은 본 발명에 따른 기지국 및 단말기간의 송수신 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 7을 참고하면, 기지국 송수신 시스템(700)은 단말기로부터 수신한 CDMA 신호의 최적의 빔 패턴을 생성하기 위한 웨이트 벡터를 적응적으로 계산하여 수신/송신 빔형성부(703)에 제공하는 기지국 수신빔 계산부(701)와, 단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기(704)와, 상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호와 기지국 송신빔 선택부(706)로부터 제공된 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하거나, 기지국 수신신호와 상기 기지국 수신빔 계산부(701)로부터 제공된 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부(703)와, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(703)에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(702)와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부(702)의 복조된 신호에 포함된 빔 인덱스에 따른 웨이트 벡터를 저장하는 기지국 웨이트 벡터 저장부(705)와, 상기 기지국이 송신할 신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부(705)에 저장된 웨이트 벡터에서 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 따라 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(703)에 제공하는 기지국 송신빔 선택부와, 기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부(703)에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부(707)로 구성된다.

또한 단말기 송수신 시스템(712)은 상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)와, 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부(709)와, 상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 빔 선택부(710)에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부(711)와, 상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으 로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)에 제공하는 단말기 빔 선택부(710)로 구성된다.

이와 같은 구성에 의하여 먼저, 단말기가 기지국으로부터 신호를 수신하면 주파수 하향 변환기 및 아날로그 디지털 변환기(미도시)는 이 신호를 기저대역의 디지털 신호로 변환시킨다.

상기 기저대역의 디지털 신호는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)중 CDMA 복조부를 통하여 복조된다. 이 복조된 신호에는 파일럿 심볼도 포함되므로, 단말기 채널 정보 계산부(709)는 이 파일럿 심볼(pilot symbol)로부터 채널 정보를 계산한다.

그러므로, 단말기는 단말기 채널 정보 계산기(709)에 의해 상기와 같은 파일럿 심볼을 통해서 채널 정보를 계산하고, 단말기 빔 선택부(710)에서 이 채널 정보의 복소 공액을 취하여 각 안테나 순서대로 채널 벡터를 만들어 미리 계산하고, 이 채널 벡터와 단말기 웨이트 벡터 저장부(711)에 저장된 웨이트 벡터들과의 상관값을 비교하여 상대적으로 큰 상관값을 갖는 웨이트 벡터를 찾고, 이 웨이트 벡터에 해당하는 인덱스만을 CDMA 복조부/CDMA 변조부(708)에 제공하여 변조후 역방향 채 널을 통하여 기지국에 전송하도록 한다.

상기 기지국에 전송되는 피드백 정보는 웨이트 벡터 모두를 전송하는 것이 아니라 미리 계산하여 저장하고 있는 웨이트 벡터의 순서를 정하여 그 정해진 순서의 인덱스만 전송하도록 한다.

한편, 단말기로부터 상기 인덱스를 포함한 신호를 수신한 기지국은 기지국 수신빔 계산부(701)에서 적응 알고리즘을 사용하여 각 사용자에게 따른 적응 빔을 형성하여 수신하도록 한다.

상기 역방향 빔 형성시에 사용하는 적응 알고리즘은 기존의 알려진 기술을 사용할 수 있는데 그 하나인 "Power Method"를 예를 들면 다음과 같다.

안테나 어레이가 d개의 안테나로 구성되어 있고 안테나 어레이로 M개의 신호가 입사하고 가정할 때 안테나 어레이로 수신한 신호 벡터를 다음과 같이 쓸 수 있다.

모든 안테나에 대해서 벡터 표현으로 나타내면 일반적으로

로 쓸 수 있는데, 이 때

와,

는 (d ×1) 벡터이고

는 M×1벡터이다. 또 A는 d×M행렬로 A를 구성하는 그 열벡터

(k=1,2,...,M)는 안테나 어레이의 방향 벡터로서 다음과 같이 쓸 수 있다.

안테나 어레이로 수신된 벡터

로부터 다음과 같이 자기 상관 행렬을 구성 한다.

이때, k는 안테나 어레이로 수신된 신호를 샘플링하는 스냅샷 인덱스를 나타낸다. 아울러 f는 망각인자로서 0과 1사이의 값을 갖는다.

역방향 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 구하기 위해 추정된 수신신호의 자기상관 행렬을 이용해 반복적인 알고리즘을 사용할 수 있는데 그 예로는 앞에서 언급한 바와 같이 "Power Method"가 있고 다음과 같이 요약할 수 있다.

이때, m은 알고리즘을 갱신하는 갱신 인덱스를 나타낸다.

의 초기치, 즉,

는 임의로 설정한다.

상기 수학식 4와 수학식 5에서 임의의

은 수신신호 벡터의 자기 상관 행렬과

의 곱을 이 곱의 절대값으로 나누어 구해지는 값으로 갱신 인덱스 m이 무한대로 발산하는 경우에

의 값은 원신호의 방향벡터

로 수렴한다.

상기 단말기 빔 선택부(710)는 제1 실시예의 도 4에서와 마찬가지로 트리 구조를 이용한 상관기들을 이용하여 스위칭 빔 어레이 안테나 시스템의 이용에 따른 최적의 빔 패턴을 생성하게 된다.

여기서 주의할 점은 제2 실시예에서는 단말기로부터 수신된 신호의 수신신호 벡터로부터 빔을 형성할 때 적응 알고리즘을 이용한 어레이 안테나 시스템을 이용하므로, 기지국 수신빔 계산부(701)에 의한 수신신호의 최적의 웨이트 벡터 선택은 상기 설명한 바와 같이 "Power Method"를 이용한 적응 알고리즘을 이용한다는 점이다.

또한, 상기 송신 주파수 천이부(707)는 제1 실시예의 도 5에서와 같이 송수신 주파수가 다른 경우에 상기 송신 빔 형성부(703)에 도 5와 같이 기지국으로부터 송신될 신호의 주파수 천이되어야 할 위상 정보를 제공하도록 한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 스위칭 빔 어레이 안테나 시스템에 트리 구조의 빔 선택기를 채택하여 안테나 어레이로의 입사각에 민감하게 반응할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 기지국의 송/수신 주파수가 다른 경우에 단말기에서 기지국의 송신 시 사용할 빔패턴을 계산하여 그 정보를 기지국에 전송하게 함으로써 송/수신 주파수가 다른 시스템일 경우에도 순방향 빔형성을 할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 기지국이 단말기의 신호를 수신할 때만 안테나 어레이의 장점을 이용하는 것이 아니라 송신시에도 안테나 어레이의 장점을 충분히 이용하여 통신 품질 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims

기지국으로부터 수신된 신호로부터 기지국이 단말기로 송신할 신호의 빔 생성을 위한 인덱스를 추정하여 상기 기지국에 전송하는 단말기와;

상기 전송된 송신할 신호의 빔 인덱스를 갖는 웨이트 벡터와 송신할 신호와의 복소 내적에 의하여 생성된 빔을 상기 단말기에 전송하는 기지국을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 기지국은,

단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기와,

상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호와 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하고, 상기 기지국의 수신신호와 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부와,

상기 기지국 수신/송신 빔형성부에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부와,

상기 기지국 수신/송신 빔형성부의 수신빔 형성을 위한 웨이트 벡터와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 해당하는 송신 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 미리 계산하여 저장하고 있는 기지국 웨이트 벡터 저장부와,

상기 기지국 웨이트 벡터 저장부에 저장된 임의의 웨이트 벡터를 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부와,

기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 기지국은,

단말기에 송신할 신호에 파일럿 심볼을 부가하는 기지국 덧셈기;

상기 파일럿 심볼이 부가된 송신 신호와 임의의 웨이트 벡터를 복소 내적하고, 상기 기지국 수신신호와 임의의 웨이트 벡터를 각각 복소 내적하여 빔을 생성하는 기지국 수신/송신 빔형성부;

상기 기지국 수신/송신 빔형성부에서 생성된 빔을 복/변조하는 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부;

상기 기지국 수신/송신 빔형성부의 수신빔 형성을 위한 웨이트 벡터와, 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 해당하는 송신 빔 형성을 위한 웨이트 벡터를 미리 계산하여 저장하고 있는 기지국 웨이트 벡터 저장부;

상기 기지국이 송신할 신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 상기 기지국 웨이트 벡터 저장부에 저장된 웨이트 벡터에서 상기 기지국 CDMA 복조부/CDMA 변조부의 복조된 신호에 포함된 웨이트 벡터의 인덱스에 따라 선택하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신빔 선택부;

상기 기지국 수신신호와 복소 내적할 웨이트 벡터를 적응 알고리즘에 의해 추정하여 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 수신빔 계산부; 및

기지국의 수신신호 주파수와는 서로 다른 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 기지국 수신/송신 빔형성부에 제공되는 송신 주파수의 주파수 천이되어야 할 위상 벡터
는, 송수신되는 안테나 개수가 d이고 송신 주파수가 f_f이고 수신 주파수가 f_r이고 트랜스포즈 연산자를 T라고 하는 경우에"
"의 관계에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부에서 수신빔 선택부는 트리 구조의 상관기들을 포함하여 각 트리 구조의 단에서 기지국 수신/송신 빔 형성부의 수신신호 벡터와 웨이트 벡터와의 상관값이 상대적으로 큰 상관값을 택하여 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 5항에 있어서, 상기 기지국 수신빔 선택부/송신빔 선택부 중 수신빔 선택부에서 상기 상관값이 임의 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 단말기는

상기 기지국과의 수/송신 신호를 복/변조하는 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부와,

상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 의해 복조된 신호에 포함된 파일럿 심볼에 상기 기지국이 알고있는 파일럿 심볼을 곱하여 얻은 값의 복소 공액을 취한 채널 벡터를 계산하는 단말기 채널 정보 계산부와,

상기 채널 벡터와의 상관값을 구하기 위한 임의의 웨이트 벡터를 단말기 빔 선택부에 제공하는 단말기 웨이트 벡터 저장부와,

상기 채널 벡터와 상기 제공된 임의의 웨이트 벡터와의 상관값을 구하여 이 상관값 중 상대적으로 큰 값을 갖는 웨이트 벡터의 인덱스를 선택하여 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 제공하는 단말기 빔 선택부로 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 단말기 빔 선택부는 트리 구조의 상관기들을 포함하여 각 트리 구조의 단에서 채널 벡터와 웨이트 벡터와의 복소 내적값이 상대적으로 큰 상관기의 웨이트 벡터들의 인덱스를 상기 단말기 CDMA 복조부/CDMA 변조부에 제공하는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 단말기 빔 선택부에서 상기 상관값은 임의의 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기지국과 단말기간의 송수신 시스템.
기지국과 신호를 송수신하는 무선 송수신 모듈; 및

상기 송수신 모듈의 수신 신호에 포함된 파일럿 신호에 의하여 산출된 채널 벡터와 기 설정된 다수의 웨이트 벡터 간의 상관 값들을 계산하고, 상기 계산된 다수의 상관 값 중 최대의 상관 값을 이루는 웨이트 벡터를 선택하여 상기 선택된 웨이트 벡터에 관한 정보를 상기 무선 송수신 모듈에 제공하는 빔 선택 모듈을 포함하여 이루어지는 이동 단말.
제10항에 있어서,

상기 선택된 웨이트 벡터에 관한 정보는, 상기 기지국의 송신 빔 형성을 위하여 상기 기지국으로 전송되는 것을 특징으로 하는 이동 단말.
제10항에 있어서, 상기 빔 선택 모듈은,

상기 송수신 모듈의 수신 신호에 포함된 파일럿 신호에 의하여 산출된 채널 벡터와 기 설정된 다수의 웨이트 벡터 간의 상관 값들을 계산하는 상관 값 산출부 및

상기 계산된 다수의 상관 값 중 최대의 상관 값을 이루는 웨이트 벡터를 선택하여 상기 선택된 웨이트 벡터에 관한 정보를 상기 무선 송수신 모듈에 제공하는 빔 선택부를 포함하되,

상기 선택된 웨이트 벡터에 관한 정보는, 상기 기지국의 송신 빔 형성을 위하여 상기 기지국으로 전송되는 것을 특징으로 하는 이동 단말.
제10항에 있어서,

상기 빔 선택 모듈은, 상기 채널 벡터와 상기 기 설정된 다수의 웨이트 벡터 중 일부와의 복소 내적을 수행한 결과에 따라 상기 수신신호에 상응하는 수신신호 벡터와 상기 일부 웨이트 벡터를 제외한 나머지 벡터의 일부와의 복소 내적을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 단말.
제10항에 있어서,

소정의 정보를 저장하는 웨이트 벡터 저장부를 더 포함하고,

상기 웨이트 벡터 저장부는, 상기 기 설정된 다수의 웨이트 벡터를 저장하는 것을 특징으로 하는 이동 단말.
제10항에 있어서,

상기 파일럿 신호는, 상기 기지국과 상기 이동 단말 간에 기 설정된 신호인 것을 특징으로 하는 이동 단말.
다수의 안테나를 통하여 이동 단말과 신호를 송수신하되, 상기 이동 단말로의 송신 신호에 파일럿 신호를 포함시키는 무선 송수신 모듈 및

상기 이동 단말로부터 수신한 송신 빔 형성을 위한 웨이트 정보와 다수의 웨이트 벡터에 의하여 송신 빔을 형성하고, 상기 이동 단말로부터 수신한 수신 신호와 상기 다수의 웨이트 벡터에 의하여 수신 빔을 형성하는 송수신 빔 형성 모듈을 포함하는 이동 통신 기지국.
제16항에 있어서,

상기 송수신 빔 형성 모듈은, 상기 수신 신호에 의한 수신신호 벡터와 상기 다수의 웨이트 벡터와의 복소 내적을 통하여 수신 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 기지국.
제17항에 있어서,

상기 송수신 빔 형성 모듈은, 상기 수신신호 벡터와 상기 다수의 웨이트 벡터 중 일부와의 복소 내적을 수행한 결과에 따라 상기 수신신호 벡터와 상기 일부 웨이트 벡터를 제외한 나머지 벡터의 일부와의 복소 내적을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 기지국.
제16항에 있어서,

상기 다수의 웨이트 벡터는, 기 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 기지국.
제16항에 있어서,

상기 다수의 웨이트 벡터는, 상기 수신 신호에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 기지국.
제20항에 있어서,

상기 다수의 웨이트 벡터는, 상기 수신 신호의 자기상관행렬에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 기지국.
제16항에 있어서,

상기 기지국의 송신 주파수와 수신 주파수가 서로 다른 경우, 상기 송신 주파수에 대한 위상정보를 상기 송수신 빔 형성 모듈에 제공하는 기지국 송신 주파수 천이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 기지국.