KR101129296B1

KR101129296B1 - 모바일 단말기, 그 방법 및 멀티 채널 신호 처리 장치

Info

Publication number: KR101129296B1
Application number: KR1020057012145A
Authority: KR
Inventors: 얀종 다이; 루즈호우 수
Original assignee: 에스티 에릭슨 에스에이
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2012-03-26
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: EP1579600B1; CN100576772C; CN1512808A; EP1579600A1; US8102956B2; WO2004059879A1; AU2003285688A1; KR20050089861A; DE60316347T2; US20110261910A1; US20060176970A1; ATE373349T1; US8467485B2; DE60316347D1; JP2006512831A

Abstract

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기는, 수신된 멀티 채널 무선 주파수 신호를 멀티 채널 베이스밴드 신호로 변환하는 복수 그룹의 무선 주파수 신호 처리 모듈(300)과, 상술한 스마트 안테나 처리 모듈이 인에이블될 때 1회에 한해 수신된 제어 정보에 따라서, 상술한 멀티 채널 베이스밴드 신호를 단일 채널 베이스밴드 신호로 합성하기 위해서, 상술한 복수 그룹의 무선 주파수 신호 처리 모듈로부터 출력된 상기 멀티 채널 베이스밴드 신호를 스마트 안테나 베이스밴드 처리하는 스마트 안테나 처리 모듈(306)과, 상술한 스마트 안테나 처리 모듈로부터의 데이터에 따라서 상술한 스마트 안테나 처리 모듈에 상술한 제어 정보를 제공하며, 상술한 스마트 안테나 처리 모듈로부터 출력된 상술한 단일 채널 베이스밴드 신호를 베이스밴드 처리하는 베이스밴드 처리 모듈(303-305)을 포함한다.

Description

모바일 단말기, 그 방법 및 멀티 채널 신호 처리 장치{A SMART ANTENNA SOLUTION FOR MOBILE HANDSET}

본 발명은 모바일 단말기의 수신 장치와 그 수신 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 모바일 단말기용 스마트 안테나를 구비한 수신 장치와 그 방법에 관한 것이다.

모바일 가입자가 매일 증가함에 따라, 최신의 모바일 통신 시스템이 통신 용량을 확대하면서 고품질을 유지하는 것이 필요 조건으로서 요구되고 있다. 이러한 요구 중에서, 스마트 안테나는 최신의 모바일 통신 분야에서 중요 기술로서 대두되고 있다.

안테나 어레이 기술로서 또한 알려진 스마트 안테나 기술은 일반적으로 2 이상의 단일 안테나 부품을 이용하여 안테나 어레이를 형성한다. 스마트 안테나가 사용될 때, 각각의 안테나 부품에 의해 수신된 신호의 위상과 진폭을 조정하기 위해서 적절한 가중 인수가 사용되며, 수신된 신호가 가중되고 가산된 후에,원하는 신호가 강조되고, 간섭 신호는 억제된다. 가중의 핵심은 일종의 공간 필터링이다.

연구에 따르면, 스마트 안테나의 도입은 신호의 SNR(신호 대 잡음비)를 효율적으로 증가시켜 통신 프로세스 동안에 통신 품질을 상당히 향상시킬 수 있음을 나타내고 있다. 그러나, 현 통신 시스템의 모바일 단말기는 단일 안테나 시스템 용의 처리 모듈을 일반적으로 사용한다. 스마트 안테나 기술이 현 모바일 단말기에 적용되면, 처리 모듈의 하드웨어와 소프트웨어 둘 다는 재설계되어야 하며, 이는 매우 고가이다. 따라서, 현 모바일 단말기에 기초하여 변경하고 단일 안테나 시스템의 처리 모듈의 하드웨어 및 소프트웨어 리소스를 충분히 이용하는 방법이 모바일 단말기에 적용되는 스마트 안테나에 있어서 중요 이슈로 되고 있다.

현 모바일 단말기 내에서의 단일 안테나 시스템의 구성과, 스마트 안테나가 상술한 단일 안테나 시스템에 적용될 때 직면하게 되는 과제를 설명하기 위해서, TD-SCDMA에 기초한 모바일 단말기의 예를 기재한다.

도 1은 안테나(100), RF 모듈(101), ADC/DAC 모듈(102), 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103), 베이스밴드 제어 모듈(104) 및 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(105)을 포함하는, 단일 안테나를 구비한 표준 모바일 폰에 대한 블록도로서, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103)은 레이크 수신기, 스프레딩/디스프레딩(de-spreading) 모듈, 변조/복조 모듈 및 비터비/터보 코딩/디코딩 모듈로 구성될 수 있으며, 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(105)은 소스 코더/디코더로 구성될 수 있다.

다운링크에서, 안테나(100)에 의해 수신된 무선 신호는 RF 모듈(101)내에서, 먼저 증폭되고 중간 주파수(IF) 신호 또는 아날로그 베이스밴드 신호로 다운컨버트되며, 그 다음, 중간 주파수 신호 또는 아날로그 베이스밴드 신호는 ADC/DAC 모듈(102)에서 샘플링되어 양자화된 후에, 디지털 베이스밴드 신호로 변환되어 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103)에 입력되며, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103)에서, 베이스밴드 제어 모듈(104)로부터의 제어 신호에 따라서, 레이크 수신, 디스프레딩, 복조, 디인터리빙(deinterleaving), JD(joint detection), 비터비/터보 디코딩 등의 일련의 동작에 의해 얻은 신호가 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(105)에 제공되며, 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(105)에서, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103)에 의해 처리된 데이터는 데이터 링크 계층, 네트워크 계층 또는 상위 계층에서 추가로 처리되는데, 이 처리에는 상위 계층 시그널링 처리, 시스템 제어, 소스 코딩/디코딩 등이 포함된다.

현재, 단일 안테나를 구비한 상술한 모바일 폰 기술은 매우 발달되어 있다. 필립스 사를 포함한 여러 제조사는, 상술한 물리 계층 처리 모듈(103)의 기능이 ASIC(주문형 집적 회로)에 기초한 베이스밴드 MODEM에 의해 일반적으로 실현되는 사운드 칩 세트 솔루션을 개발하였다.

현 모마일 폰에 스마트 안테나 기술을 도입하면, 전체 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈의 설정을 전체적으로 변경시킬 수 있으며, 여기서, 레이크 수신기, 디스프레딩 기능 등의 하드웨어 및 대응 소프트웨어가 거의 이용될 수 없다.

표준 베이스밴드 시스템 설계를 재이용하기 위해서, 미국 캘리포니아 로스엔젤레스 소재의 전자 장비 공급업체, Innovics Inc는 도 2에 도시된 스마트 안테나 를 구비한 모바일 폰 장치를 제공하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, SA(스마트 안테나) 모듈(206)은 안테나 합성기(antenna combiner)(208) 및 합성 제어 모듈(207)을 포함하며, 합성 제어 모듈(207)은 레이크 수신기&디스프레딩 모듈(209) 및 비터비/터보 디코더 모듈(210)로부터 출력된 피드백 신호에 따라서 안테나 합성기(208)의 2개의 가중 그룹을 조정하며, 안테나 합성기(208)는 합성 제어 모듈(207)에 의해 제공된 제어 신호에 따라서 가중 그룹을 개별적으로 승산함으로써 입력된 2개의 채널의 신호를 합성한다.

이러한 솔루션에서, 스마트 안테나 모듈(SA 모듈(206))과 레이크 수신기는 분리되어, 즉, 공간 다이버시티 및 시간 다이버시티가 개별적으로 구현되어, 표준 베이스밴드 처리 시스템의 소프트웨어를 재이용할 수 있다. 그러나, SA 모듈(206)의 합성 제어 모듈(207)은 안테나 합성기(208)를 제어하여 조정하기 위해서, 레이크 수신기&디스프레딩 모듈(209) 및 비터비/터보 디코더 모듈(210)로부터의 동적 피드백 신호를 여전히 필요로 하며, 합성 제어 모듈(207)과 레이크 수신기&디스프레딩 모듈(209) 또는 비터비/터보 디코더 모듈(210) 간의 인터페이스는 표준 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈과 호환가능하지 않아서, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103) 등의 표준 솔루션의 하드웨어가 재이용될 수 없다.

이로써, Innovics Inc의 상술한 솔루션이 채택되었다면, 표준 시스템의 설계는 변경되어야 하며, 즉, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(103)은 상술한 SA 모듈(206)을 지원하도록 재설계되어야 하지만, 이는 매우 어렵다.

상술한 바와 같이, 현 모바일 단말기의 설계를 재이용하는 것과 관련하여, 소프트웨어 설계의 재이용만이 종래 기술에서 실현되었으나, 소프트웨어와 하드웨어 모두의 재이용은 실현되지 않았다. 따라서, 현 모바일 단말기에 기초하여 변경하고 단일 안테나 시스템의 처리 모듈의 하드웨어 및 소프트웨어 리소스를 모두 이용하는 방법이 모바일 단말기에 적용되는 스마트 안테나에 있어서 해결되어야 하는 문제로서 여전히 남아 있다.

발명의 개요

본 발명의 하나의 목적은 크게 변경하지 않고 현재의 표준 베이스밴드 처리 모듈의 소프트웨어 및 하드웨어 설계를 재이용할 수 있는, 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기의 수신 장치 및 수신 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스마트 안테나 수신 장치에서 SA 모듈의 동작을 수행하는 것과 베이스밴드 처리 모듈의 기능을 재이용하는 것의 충돌을 효율적으로 해결하기 위해서, TD-SCDMA 시스템의 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기의 수신 장치 및 수신 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 특히 데이터를 입력하기 위한 동기 시간을 단축하여 통신 시스템의 성능을 상당히 개선하는, 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기의 수신 장치 및 수신 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기는,

수신된 멀티 채널 RF 신호를 멀티 채널 베이스밴드 신호로 변환하는 복수 그룹의 RF(무선 주파수) 신호 처리 모듈과,

스마트 안테나 처리 모듈이 인에이블될 때 1회만 수신되는 제어 정보에 따라서, 상술한 멀티 채널 베이스밴드 신호를 단일 채널 베이스밴드 신호로 합성하기 위해서, 상술한 복수 그룹의 RF 신호 처리 모듈로부터 출력된 상술한 멀티 채널 베이스밴드 신호를 스마트 안테나 베이스밴드 처리하는 스마트 안테나 처리 모듈과,

상술한 스마트 안테나 처리 모듈에 의해 처리된 데이터에 따라서 상술한 스마트 안테나 처리 모듈에 상술한 제어 정보를 제공하며, 상술한 스마트 안테나 처리 모듈로부터 출력된 단일 채널 베이스밴드 신호를 베이스밴드 처리하는 베이스밴드 처리 모듈을 포함한다.

상술한 목적을 얻기 위해서, 본 발명의 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기의 방법은,

멀티 채널 RF 신호를 수신하고, RF 신호를 멀티 채널 베이스밴드 신호로 변환하는 단계와,

멀티 채널 베이스밴드 신호 내의 하나의 채널의 베이스밴드 신호에 따라서 제어 정보를 생성하는 단계와,

스마트 안테나 베이스 처리를 인에이블하고, 1회만 수신되는 제어 정보에 따라서 멀티 채널 베이스밴드 신호를 단일 채널 베이스밴드 신호로 합성하는 단계와,

상술한 단일 채널 베이스밴드 신호를 베이스밴드 처리하는 단계를 포함한다.

첨부 도면을 참조하여 이하에 본 발명의 설명을 기재한다.

도 1은 TD-SCDMA의 단일 안테나를 구비한 표준 모바일 폰의 블록도,

도 2는 스마트 안테나가 내장된 현재의 모바일 폰의 시스템 구성을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기의 수신 장치에 대한 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 스마트 안테나를 구비한 TD-SCDMA 모바일 단말기의 수신 장치 내의 SA 모듈의 구조를 도시하는 도면,

도 5-1은 TD-SCDMA 시스템에서 전송되는 신호의 프레임 구조를 도시하는 도면,

도 5-2는 TD-SCDMA 시스템의 DwPTS(다운링크 파일럿 타임 슬롯)의 구조를 도시하는 도면,

도 5-3은 TD-SCDMA 시스템의 UpPTS(업링크 파일럿 타임 슬롯)의 구조를 도시하는 도면,

도 5-4는 TD-SCDMA 시스템의 트래픽 타임 슬롯의 버스트 구조를 도시하는 도면,

도 6은 TD-SCDMA 시스템에서 처리되는 2개의 연속 서브 프레임의 개략도,

도 7은 도 4의 SA 모듈의 실시예의 구조를 도시하는 도면,

도 8은 도 7의 SA 모듈의 스마트 수신부가 디스에이블될 때의 SA 모듈의 구조를 개략적으로 도시하는 도면,

도 9는 도 7의 SA 모듈의 스마트 수신부가 인에이블될 때의 SA 모듈의 구조를 개략적으로 도시하는 도면,

도 10은 TD-SCDMA 시스템의 SA 모듈을 초기화하는 타임 시퀀스를 도시하는 도면.

본 발명의 상세한 설명은 첨부한 도면과 특정 실시예를 결부시켜 이하에 주어질 것이다.

도 3은 본 발명에서 제시한 스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기의 수신 장치의 블록도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 수신 장치는 2개의 안테나(300), 2개의 RF 모듈(301) 및 2개의 ADC/DAC 모듈(302), SA 모듈(306)로 구성된 2개 그룹의 RF 신호 처리 모듈과, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303), 베이스밴드 제어 모듈(304) 및 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(305)로 구성된 베이스밴드 처리 모듈을 포함한다. 특히, 2개의 안테나(300)는 RF 신호를 수신하는데 사용되며, 2개의 안테나와 각각 결합된 RF 모듈(301)은 수신된 신호를 증폭하여 중간 주파수 신호 또는 아날로그 베이스밴드 신호로 다운컨버트하는데 사용되며, RF 모듈(301)의 출력에 각각 접속된 ADC/DAC 모듈(302)은 RF 모듈(301)로부터의 중간 주파수 신호 또는 아날로그 베이스밴드 신호를 샘플링하고 양자화하고, 다운링크 데이터가 처리되고 있을 때, 이들을 디지털 베이스밴드 신호로 변환하는데 사용되며, 각각의 ADC/DAC 모듈(302)의 출력에 접속된 SA 모듈(306)은 디지털 베이스밴드 신호의 각각의 채널을 스마트 안테나 베이스밴드 처리하는데 사용되며, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)은 SA 모듈에 의해 처리된 디지털 신호에 대해 레이크 수신, 디스프레딩, 복조, 디인터리빙, JD, 비터비/터보 디코딩 등을 포함하는 베이스밴드 처리를 행하는데 사용되며, 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(305)은, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)에 의해 데이터가 처리된 후에, 링크 계층, 네트워크 계층 또는 상위 계층에서, 상위 계층 시그널링 처리, 소스 코딩 및 디코딩 등을 포함하는 데이터 처리를 행하는데 사용되며, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)에 접속된 베이스밴드 제어 모듈(304)은 데이터 버스를 통해, SA 모듈(306), 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303) 및 베이스밴드 상위 계층 처리 모듈(305)의 동작을 제어하는데 사용된다.

도 3에 도시된 바와 같이, SA 모듈(306)은 독립형으로서, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로부터의 동적 피드백 신호를 이용하는 것 없이, 그러나, SA 모듈이 인에이블될 때 1회만 제공되고 데이터 버스를 통해 전송되는 SA 제어 커맨드에 따라서, 스마트 안테나 베이스밴드 처리 동작을 수행할 수 있다. 데이터 버스 또는 다른 인터페이스를 통해 SA 모듈(306)에 전송된 SA 제어 커맨드는 인에이블 신호, 알고리즘 선택 신호, DwPTS 데이터, 미드앰블(midamble) 데이터 등을 포함할 수 있다.

SA 모듈(306)에서, 도 3에 도시된 스마트 안테나 수신 장치의 동작 중에 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)의 동기 기능을 재이용할 필요가 있는 경우에, TD-SCDMA 시스템에서, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)의 동기 정보는 SA 모듈이 초기화되고 있을 때, 얻어야 한다.

SA 모듈이 먼저 상술한 동기 정보를 획득하고 그 다음, TD-SCDMA 시스템의 통상적인 스마트 안테나 베이스밴드 처리를 개시하는 방식을 도 4와 관련하여 이하에 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, SA 모듈(303)은 다운링크 데이터가 처리되고 있을 때, ADC로부터 디지털 베이스밴드 신호를 캐싱(caching)하는 2개의 버퍼(308) - 버퍼의 입력단은 ADC/DAC 모듈(302)의 출력단에 각각 접속됨 - 와, 각각의 수신된 가중 정보에 따라서 2개의 버퍼(308)로부터 출력된 데이터를 가중하는 2개의 가중 조정 모듈(309, 309')과, 2개의 가중 조정 모듈(309, 309')로부터 출력된 가중 데이터를 합성하고, 합성된 데이터를 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로 출력하는 합성기, 예를 들어, 가산기(310)와, 상술한 ADC/DAC 모듈(302)로부터 2개의 버퍼(308)로 입력된 데이터 정보를 수신하고, 간략한 서브 프레임과 타임 슬롯 동기화 방법에 의해 상술한 SA 모듈(306)에 입력된 데이터 스트림을 동기화하고, 데이터 버스로부터의 SA 제어 커맨드에 따라서, 동시에 가중 조정 모듈(309, 309')의 가중값을 제어하는 제어기, 예를 들어, 합성 및 동기화 제어기(307)를 포함한다.

동작 과정은 다음과 같다.

먼저, 스마트 안테나 베이스밴드 처리는 SA 모듈(306)에서 디스에이블된다. 동시에, SA 모듈은 단일 채널 RF 신호 처리 모듈로부터 신호를 수신할 수 있다. 즉, SA 모듈(306)은 단일 채널 RF 신호 처리 모듈로부터의 신호에 대한 관통 경로로서 간주될 수 있다. 그 다음, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)은, 모바일 폰과 기지국 간의 접속이 설정된 후에, 단일 채널 RF 신호 처리 모듈로부터 입력된 신호의 DwPTS 및 사용자 지정 미드앰블(user-specific midamble)을 먼저 획득한다.

두번째로, 상술한 베이스밴드 처리 모듈은 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로부터의 DwPTS 및 사용자 지정 미드앰블을 SA 제어 커맨드의 일부로서 간주하고, 이들을 데이터 버스를 통해 SA 모듈(306)로 전송하고, SA 제어 커맨드의 구동 신호로 SA 모듈(306)을 인에이블한다.

세번째로, 데이터 구동 SA 모듈(306)에서, 합성 및 동기화 제어기(307)의 동기화 제어기는 서브 프레임의 동기화를 실현하기 위해서, SA 제어 커맨드의 DwPTS를 입력된 신호와 정합시킨다.

네번째로, 서브 프레임의 동기화가 행해진 후에, 합성 및 동기화 제어기(307)의 동기화 제어기는 기지국에 의해 지정된 다운링크에서 타임 슬롯의 동기화를 실현하기 위해서, SA 제어 커맨드의 사용자 지정 미드앰블을 입력 신호와 정합시킨다.

다섯번째로, DwPTS가 동기화된 후에, 수신된 타임 슬롯의 미드앰블이 배치된다. 수신된 타임 슬롯으로부터 획득된 미드앰블과, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로부터의 SA 제어 커맨드에 포함된 사용자 지정 미드앰블(기준 신호로서)에 따르면, 합성 및 동기화 제어기(307)의 합성 제어기는 SA 제어 커맨드에 표시된 가중 알고리즘에 의해, 대응하는 가중을 계산하고, 그 계산된 가중을 2개의 가중 조정 모듈(309, 309')에 제공한다.

여섯번째로, 가중 조정 모듈(309, 309')에서, 2개의 버퍼(308)로부터 출력된 데이터는 단계 5로부터 획득된 대응하는 가중에 의해 각각 승산되며, 가중된 데이터는 가산기(310)로 출력된다.

일곱번째로, 가산기(310)에서 합성된 데이터는 다음의 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)에 전송된다.

여덟번째로, 상술한 단계 3-7을 반복하고, SA 모듈은 파이프라인 방식으로 입력 신호를 처리할 것이다.

상술한 동작 과정에서, 몇몇 포인트가 특히 명확해져야 한다.

1. 상술한 단계 1에서, SA 모듈은 최초에 디스에이블되고, 단계 2에서 데이터 버스를 통해 SA 제어 커맨드를 수신할 때만 데이터 구동에 의해 동작을 개시하고, 여기서, SA 커맨드는 DwPTS, 사용자 지정 미드앰블, SA 모듈을 인에이블하고 가중 알고리즘을 선택하는 신호 등의 입력 신호를 동기화하는 동기화 정보를 포함한다. 즉, 동기화 정보는 SA 모듈이 동작을 개시하기 전에 획득되며, 따라서, SA 모듈은 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)의 동기화 기능을 재이용할 수 있으며, 충돌은 발생하지 않을 것이다.

2. 상술한 단계 3 및 4에서, SA 모듈은 서브 프레임 및 타임 슬롯 동기화의 간략한 방법을 채택하였다. 이러한 간략한 동기화 방법을 이용할 수 있는 이유는 TD-SCDMA 시스템에서 전송된 신호의 프레임 구조에 의해 결정된다. 도 5-1, 5-2, 5-3, 도 5-4와 관련하여, TD-SCDMA 시스템에 전송된 신호의 프레임 구조를 나타내는 설명은 이하에 기재한다.

도 5-1에 도시된 바와 같이, TD-SCDMA의 프레임은 위에서 아래까지 4개의 층으로 구성된다. 이들 층은 슈퍼 프레임, 무선 프레임, 서브 프레임 및 타임 슬롯이며, 여기서, 슈퍼 프레임의 길이는 720ms이며, 모든 슈퍼 프레임은 각각 10ms 길이를 갖는 72개의 무선 프레임으로 구성되며, 무선 프레임은 각각 5ms 길이를 갖는 2개의 서브 프레임으로 분할되며, 각각의 서브 프레임의 프레임 구조는 동일하다. 5ms 길이의 서브 프레임의 구조로 인해 고속 전력 제어, 업링크 동기화 및 빔 형성을 용이하게 한다. 도 5-1에서, 모든 서브 프레임은 7개의 트래픽 타임 슬롯과 3개의 특정 타임 슬롯으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 도 5-1의 TS0 내지 TS6은 트래픽 타임 슬롯이며, DwPTS, UpPTS 및 GP(보호 주기)는 3개의 특정 타임 슬롯이다. 도 5-2 및 5-3에서, DwPTS와 UpPTS의 구조에 대한 추가적인 설명이 주어지며, 여기서, 도 5-2의 SYNC-DL 필드와 도 5-3의 SYNC-UL 필드는 각각, 다운링크 또는 업링크 파일럿으로서 프레임 동기화에 사용된다. T0-T6와 같은 트래픽 타임 슬롯의 버스트 프레임이 도 5-4에 또한 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 트레이닝 시퀀스, 즉, 미드앰블은 트래픽 타임 슬롯의 중간에 위치하며, 그 위치는 고정되어 있다. 미드앰블의 길이는 144 칩(chip)이며, 상이한 셀에 있어서, 미드앰블 코드는 상이할 수 있으며, 즉, 상이한 미드앰블 세트를 이용할 수 있다. TD-SCDMA에서, 미드앰블은 스마트 안테나 알고리즘용으로 또한 사용된다.

도 5-1 내지 도 5-4와 관련한 상술한 설명에서, 모든 무선 프레임의 서브 프레임의 구조는 TD-SCDMA 시스템에서 동일하며, 단계 3에서, 입력된 RF 신호를 동기화하기 위해서 서브 프레임 동기화 방법이 사용될 수 있다. 입력된 신호의 미드앰블은 TD-SCDMA 시스템에서 스마트 안테나의 수신 가중을 계산하는데 사용되고, 입력된 신호의 미드앰블의 위치는 고정되어 있기 때문에, 단계 4에서, 입력된 신호의 미드앰블을 추가로 획득하여 스마트 안테나의 가중을 계산하기 위해서, 타임 슬롯 동기화가 이용될 수 있다.

3. 상술한 단계 3 및 단계 4에서, SA 모듈은 서브 프레임 동기화 및 타임 슬롯 동기화의 간략한 방법을 이용한다. 간략한 방법에서의 입력된 신호, 즉 DwPTS 및 사용자 지정 미드앰블은 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로부터 SA 모듈에 의해 획득된다. 따라서, 입력된 신호의 서브 프레임 및 타임 슬롯은, DwPTS 및 사용자 지정 미드앰블을 검색하지 않고, 피드백 신호로부터 획득된 DwPTS 및 사용자 지정 미드앰블을 입력된 신호와 정합시킴으로써 동기화될 수 있다.

본 발명에 따른 구조 및 동기화 방법을 이용한 SA 모듈은, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈에서 수행된 전체 동기화 과정과 비교해서, 서브 프레임 동기화시에 31/32까지 시간을 절약할 수 있으며, 타임 슬롯 동기화시에 15/16까지 시간을 절약할 수 있다.

4. 상술한 바와 같이, TD-SCDMA 시스템의 스마트 안테나의 가중값을 계산하는데 사용되는 미드앰블은 도 5-4에 도시된 타임 슬롯의 중간에 있으며, 따라서, SA 모듈(306)에서 신호를 수신하는데 2개의 버퍼(308)가 사용되며, 즉, 수신된 신호는 먼저 캐싱되어야 하며 그 다음에, 현재의 타임 슬롯의 미드앰블이 수신될 때까지 처리된다.

5. 상술한 서브 프레임 동기화 및 타임 슬롯 동기화의 과정에서, 입력된 신호를 수신하는 2개의 스마트 안테나 간의 거리는 매우 짧으며, 그래서, 신호는 거의 동시에 2개의 채널에 도달한다. 2개의 채널이 동시에 동기화되면, 상술한 서브 프레임 동기화 및 타임 슬롯 동기화는 하나의 채널에서만 수행될 수 있다.

6. 도 4의 SA 모듈의 구조는 업링크 모드로 또한 적용가능하다.

본 발명의 스마트 안테나 수신 장치와 수신 방법에 따르면, SA 모듈만이 단일 안테나를 구비한 현재의 모바일 폰에 내장되어, 현재의 모바일 폰의 하드웨어 및 소프트웨어 설계를 변경하지 않고, 스마트 안테나 기술 및 모바일 폰의 집적화를 실현할 수 있다. 그러나, SA 모듈의 실시예는 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303) 등과 같은 부품에 몇몇 영향, 특히, 본 발명의 구현 과정 동안에 건너뛰어서는 안 되는 문제점인 SA 모듈의 버퍼(303)에 의해 발생된 시간 지연이 미치는 것을 피할 수 없다. 본 발명의 설계 과정에서, 버퍼에 의해 발생된 시간 지연을 반영하기 위해, 몇몇 소정의 파라미터가 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)에 설정된다. 시간 지연은 주로 2개의 문제점을 발생시킨다.

(1) 전력 제어, AGC(자동 이득 제어), AFC(자동 주파수 제어) 등을 포함한 폐쇄 루프 제어.

전력 제어는 200Hz의 최대 주파수를 가진, 기지국과 모바일 폰 간의 폐쇄 루프 제어이며, 즉, 전력 제어는 거의 서브 프레임마다 수행되며, 전력 제어의 처리 시간은 거의 1 서브 프레임이다. SA 모듈(306)에 의해 발생된 처리 시간 지연이 1 시간 슬롯, 대략 1/7 서브 프레임이면, 전력 제어는 거의 영향을 주지 못할 수 있 다.

AGC 및 AFC는 모바일 폰의 폐쇄 루프 제어이다. AGC 및 AFC에 대한 응답 시간은 TD-SCDMA 표준에 규정되어 있지 않다. 현재의 WCDMA MODEM 설계에 따르면, 응답 시간은 1 타임 슬롯일 수 있다. 이러한 경우에, SA 모듈(306)에 의해 발생된 처리 시간 지연은 모바일 폰의 성능에 악영향을 줄 수 있으며, 따라서, 2개의 버퍼(308)의 크기를 추가로 축소함으로써 이러한 영향을 감소시킬 수 있다.

(2) 업링크 동기화

TD-SCDMA 시스템에서, 업링크 동기화는, 기지국이 수신하기 전에 상이한 사용자의 신호를 동기화할 필요가 있는 랜덤 액세스 과정 전에 필요하다. 이러한 과정 및 설명은 다음과 같이 정의된다.

a. 다운링크를 먼저 동기화한다.

b. 사용자 장비가 UpPTS를 전송하고 기지국이 조정 정보를 전송한다.

c. 업링크 동기화를 유지하기 위해 미드앰블을 이용한다.

d. 동기화 정확도는 1/8 칩이다.

SA 모듈과 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)에 의해 발생된 처리 시간 지연으로 인해, 업링크 동기화는 신중하게 유지되어야 한다. SA 모듈(306)에 의해 발생된 처리 지연이 1 타임 슬롯으로 주어지면, 2개의 연속 서브 프레임의 설명이 도 6에 주어진다. SA 모듈(306)의 처리 후에, 프레임의 다운링크 타임 슬롯만이 관심있으며, 여기서, TSi는 서브 프레임의 제 i 타임 슬롯을 나타내며, PTS는 DwPTS와 UpPTS를 나타내며, "↑"와 "↓"는 업링크와 다운링크를 각각 나타낸다.

도 6에서, SA 모듈 처리 후의 데이터 프레임은 1 타임 슬롯 지연되었음을 알 수 있다. 업링크 타임 슬롯은 SA 전의 프레임에 나타난다. 그 다음, 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)은 다운링크와 업링크 양쪽의 데이터를 동시에 처리해야 한다(점선으로 표시). 예를 들어, TS0이 SA 모듈(306)에 의해 처리되어 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로 전송될 때, TS1은 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)에 의해 또한 처리된다. 이는 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)이 업링크와 다운링크 데이터의 병렬 처리를 지원해야 한다는 것이다. WCDMA 모뎀 설계에 따르면, 업링크와 다운링크의 데이터는 충돌없이 병렬처리된다. TD-SCDMA 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)의 설계는 WCDMA와 유사하여, 충돌이 발생하지 않는다.

상술한 버퍼에 의해 발생된 시간 지연을 고려하면, 본 발명은 모바일 폰의 스마트 안테나 수신 장치의 실시예를 제공한다. 이러한 실시예에서, SA 모듈의 버퍼는 2개의 링 FIFO로서 실현되며, 그 구조는 도 7과 결부된 다음의 설명에서 제공될 것이다.

도 7은 도 4의 SA 모듈의 실시예의 구조를 도시한다. 이러한 실시예에서, 버퍼(308)는 2개의 링 FIFO 버퍼(308')이며, 각각의 사이즈는 1 타임 슬롯이다. 도 7에 도시된 다른 모듈은 도 4의 대응 모듈과 동일하며, 따라서, 반복적인 설명은 생략한다. SA 모듈(306)은 이러한 방식으로 구현될 수 있지만, 동일한 방식으로 제한되지 않는다.

이하에서는 도 8, 도 11 및 도 12와 관련하여, 도 7의 SA 모듈의 처리 단계를 설명한다.

(1) SA 모듈 디스에이블

접속이 확립되기 전에 또는 SA 성능이 만족스럽지 않을 때, 무지향성 빔이 필요하다. SA 모듈(306)은 베이스밴드 제어 블록에 의해 디스에이블된다. 이 때에, 채널(1)의 신호는 통과되며, 채널(2)의 신호는 억제된다. 수신된 신호는 먼저 2개의 링 FIFO 버퍼(308')에 캐싱되고, 2개의 링 FIFO 버퍼(308')가 채워지면 다음 모듈로 전송된다. 데이터 스트림은 1 타임 슬롯 지연될 것이다. 그 구조가 도 8에 도시되어 있다.

(2) SA 모듈 인에이블

접속이 확립되고, DwPTS 및 미드앰블이 데이터 버스를 통해 베이스밴드 처리 모듈로부터 획득된 후에, SA 모듈(306)은 베이스밴드 제어 모듈(304)에 의해 인에이블된다. 그 다음에, DwPTS는 서브 프레임 동기화를 정합시키는데 사용된다. 그 구조가 도 9에 도시되어 있다.

(3) 서브 프레임 동기화

DwPTS를 채널 1의 수신 신호와 정합시킴으로써 서브 프레임을 동기화하고, 그 다음, 미드앰블이 DwPTS 동기화를 정합시키는데 사용된다.

(4) DwPTS 동기화

하나의 DwPTS가 미드앰블을 이용함으로써 동기화된 후에, 2개의 가중(w1, w2)은, 데이터 버스를 통해 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈(303)로부터 획득된 미드앰블과 수신 미드앰블을 이용하여 계산된다.

(5) 합성

이전 타임 슬롯(1개 존재하는 경우)이 처리되었을 때, 현재의 타임 슬롯의 모든 데이터가 링 FIFO 버퍼(308')에 캐싱된다. 캐싱된 데이터는 각각 대응하는 가중이 승산된 후에 합성되어 다음 모듈로 전송된다.

(6) 단계 (3) 내지 (5)를 반복

수신된 데이터 스트림은 SA 모듈에서 파이프라인 방식으로 처리될 수 있다.

초기화될 때 SA 모듈(306)의 타임 시퀀스가 도 10에 도시되어 있으며, 여기서, 서브 프레임 0&1은 수신된 제 1 및 제 2 서브 프레임을 나타내며, "↑"와 "↓"은 업링크 및 다운링크를 각각 나타내면,

은 타임 슬롯이 각각의 채널의 2개의 다운링크 타임 슬롯에 의해 합성됨을 나타낸다.

첨부한 도면과 결부시킨 본 발명의 상술한 설명으로부터, 현 모바일 폰에 내장된 독립형 SA 모듈은, 인에이블될 때 1회에 한해 데이터를 동기화하고 가중을 계산하기 위해 UpPTS, 미드앰블 및 다른 신호를 얻으므로, 독립형 SA 모듈은 표준 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈의 소프트웨어 및 하드웨어 설계를 큰 변경없이 재이용할 수 있음을 명확하게 알 수 있다.

한편, 본 발명에서, SA 모듈이 먼저 디스에이블되며, 접속이 확립되고 동기화 정보 등의 SA 제어 커맨드가 데이터 버스를 통해 SA 모듈에 전송된 후에는 인에이블되는데, 이는 SA 모듈의 동작을 수행하는 것과 베이스밴드 물리 계층 처리 모듈의 기능을 재이용하는 것 사이의 충돌을 효과적으로 방지한다.

또한, 서브 프레임과 타임 슬롯 동기화에 대한 간략한 방법이 본 발명의 SA 모듈에 채택되며, 특히, 동기화 정보가 DwPTS와 미드앰블을 검색하지 않고 SA 제어 커맨드로부터 직접 획득되므로, 입력 데이터를 동기화하는 시간을 상당히 단축하고, 통신 시스템의 성능을 향상시킨다.

물론, 본 발명은 바람직한 실시예와 관련해서 도시되고 설명되었으며, 본 발명에서 제공된 모바일 폰의 스마트 안테나 수신 장치 및 방법이 모바일 폰 시스템으로 제한되지 않으며, 또한, WLAN 단말기 등의 다른 무선 모바일 통신 단말기에 적용가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

동시에, 본 발명에서 제공된 모바일 폰의 스마트 안테나 수신 장치와 방법은 TD-CDMA 시스템으로 제한되지 않으며, 또한 GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, CDMA IS95, CDMA 2000 및 다른 셀룰러 통신 시스템에 적용가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

당업자라면, 본 발명의 내용의 사상에서 벗어나지 않고 본 발명에 제공된 모바일 폰의 스마트 안테나 수신 장치 및 방법에 대해 여러 수정이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 보호받고자 하는 본 발명의 범위는 청구 범위에 정의되어야 한다.

Claims

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기에 있어서,

각 스마트 안테나로부터 수신된 멀티 채널 무선 주파수 신호를 멀티 채널 베이스밴드 신호로 변환하는 복수 그룹의 무선 주파수 신호 처리 모듈(300, 301, 302)과,

제어 정보에 따라서, 상기 멀티 채널 베이스밴드 신호를 단일 채널 베이스밴드 신호로 합성하기 위해서, 상기 복수 그룹의 무선 주파수 신호 처리 모듈(300, 301, 302)로부터 출력된 상기 멀티 채널 베이스밴드 신호를 스마트 안테나 베이스밴드 처리하는 스마트 안테나 처리 모듈(306)과,

상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)로부터의 데이터에 따라서 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)에 상기 제어 정보를 제공하고, 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)로부터 출력된 단일 채널 베이스밴드 신호를 베이스밴드 처리하는 베이스밴드 처리 모듈(303, 304, 305)을 포함하되,

상기 제어 정보는 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)이 인에이블될 때 1회만(one-off) 수신되고, 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)을 인에이블하는 신호와, 다운링크 파일럿 타임 슬롯 데이터와, 미드앰블을 최소한 포함하는

모바일 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 베이스밴드 처리 모듈(303, 304, 305)은, 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)이 인에이블되기 전에 상기 복수 그룹의 무선 주파수 신호 처리 모듈(300 301, 302) 중 하나로부터 출력된 데이터에 따라서, 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)에 상기 제어 정보를 제공하는

모바일 단말기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)은,

수신된 데이터 정보를 캐싱하는 복수의 버퍼(308) - 상기 복수의 버퍼(308)의 입력단은 상기 복수 그룹의 무선 주파수 신호 처리 모듈(300, 301, 302)과 각각 접속됨 - 와,

각각 수신된 가중치에 따라서, 상기 복수의 버퍼(308) 각각으로부터 출력된 데이터를 각각 가중하는 복수의 가중 조정 모듈(309, 309')과,

상기 복수의 가중 조정 모듈(309, 309') 각각으로부터 출력된 가중 데이터를 합성하고 합성된 데이터를 출력하는 합성기(310)와,

상기 복수의 무선 주파수 신호 처리 모듈(300, 301, 302)로부터 출력된 데이터 정보를 수신하고, 상기 스마트 안테나 처리 모듈(306)에 입력된 데이터 스트림을 상기 제어 정보에 따라 동기화하고, 상기 복수의 가중 조정 모듈(309. 309')의 각각에 상기 가중치를 제공하는 제어기(307)를 포함하되,

상기 제어 정보는 가중-알고리즘 선택 신호(weight-algorithm selecting signal)를 더 포함하는

모바일 단말기.
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제 3 항에 있어서,

상기 제어기(307)는,

상기 입력된 멀티 채널 신호를 상기 제어 정보의 상기 다운링크 파일럿 타임 슬롯 데이터와 매칭시킴으로써 상기 입력된 멀티 채널 신호의 서브 프레임을 동기화하고, 상기 입력된 멀티 채널 신호를 상기 제어 정보의 상기 미드앰블과 매칭시킴으로써 상기 입력된 멀티 채널 신호의 타임 슬롯을 동기화하는 동기화 제어기와,

상기 입력된 멀티 채널 신호와 상기 제어 정보 양쪽의 미드앰블에 따라 상기 가중 조정 모듈에 제공된 상기 가중치를 계산하는 합성 제어기를 포함하는

모바일 단말기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

TD-SCDMA, GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, CDMA IS95, CDMA2000 표준 중 하나에 따라 동작하도록 구성되는

모바일 단말기.
스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기를 위한 방법에 있어서,

멀티 채널 무선 주파수 신호를 수신하여, 상기 무선 주파수 신호를 멀티 채널 베이스밴드 신호로 변환하는 단계(300, 301, 302)와,

스마트 안테나 베이스밴드 처리(306)를 인에이블 상태로 하고, 수신된 제어 정보에 따라 상기 멀티 채널 베이스밴드 신호를 단일 채널 베이스밴드 신호로 합성하는 단계와,

상기 단일 채널 베이스밴드 신호를 베이스밴드 처리하는 단계(303, 304, 305)와,

상기 멀티 채널 베이스밴드 신호 내의 하나의 채널의 베이스밴드 신호에 따라서 제어 정보를 생성하는 단계를 포함하되,

상기 제어 정보는 1회만(one-off) 수신되고, 적어도 상기 스마트 안테나 베이스밴드 처리를 인에이블하는 신호와, 다운링크 파일럿 타임 슬롯 데이터와, 미드앰블을 최소한 포함하는

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기를 위한 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,

상기 스마트 안테나 베이스밴드 처리(306)를 인에이블하기 전에 상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호를 캐싱하는 단계와,

상기 스마트 안테나 베이스밴드 처리를 인에이블한 후에, 상기 제어 정보에 따라 상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호를 상기 제어 정보에 포함된 동기화 정보와 동기화하는 단계와,

상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호 및 상기 제어 정보에 따라 가중치를 계산하는 단계와,

상기 계산된 가중치에 따라 상기 캐싱된 데이터를 각각 가중하는 단계와,

상기 베이스밴드 처리를 실행하기 위해 상기 가중된 데이터를 합성하는 단계를 더 포함하되,

상기 제어 정보는 가중-알고리즘 선택 신호를 더 포함하는

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기를 위한 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 동기화하는 단계는, 스마트 안테나 처리 모듈의 하나의 채널 내에서 완료되는

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기를 위한 방법.
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제 12 항에 있어서,

상기 동기화하는 단계는,

상기 제어 정보의 상기 다운링크 파일럿 타임 슬롯 데이터를 상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호와 매칭시킴으로써 상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호의 서브 프레임을 동기화하는 단계와,

상기 제어 정보의 상기 미드앰블을 상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호와 매칭시킴으로써, 상기 입력된 멀티 채널 베이스밴드 신호의 다운링크 파일럿 타임 슬롯을 동기화하는 단계를 더 포함하는

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기를 위한 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 가중치를 계산하는 단계에서 사용되는 상기 제어 정보는 상기 제어 정보의 미드앰블인

스마트 안테나를 구비한 모바일 단말기를 위한 방법.
제 10 항, 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

TD-SCDMA, GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, CDMA IS95, CDMA2000 표준 중 하나를 채용하는 무선 통신 단말기에 적용되는

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