KR100331866B1

KR100331866B1 - Adaptive Beamforming Method in ETSI system

Info

Publication number: KR100331866B1
Application number: KR1019990011664A
Authority: KR
Inventors: 최진호; 박희걸; 양윤오
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신주식회사; 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2002-04-09
Also published as: KR20000065412A

Abstract

본 발명은 현재 이티에스아이(ETSI)시스템에서 제안된 전용 물리 제어 채널(DPCCH)와 전용 물리 데이터 채널(DPDCH)구조를 기반으로 한 간접방식(Indirect Method)의 배열 안테나 적응 빔 형성 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 빔 형성 기법은, 복수의 안테나를 가지고 특정의 통신 상대방에 대한 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 CDMA 이동통신 시스템에서, 상기 제어 채널로 수신되는 신호를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 제 1 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값을 비교하여 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 하기 때문에, ETSI시스템 이외의 다른 광대역(Wideband) CDMA형태의 차세대 이동통신 시스템 즉, 파일럿(Pilot) 채널과 트래픽(Traffic) 채널을 이용하는 시스템 모두에게 적용가능한 적응 빔 형성 방법이다.The present invention relates to an indirect method array antenna adaptive beam forming method based on a dedicated physical control channel (DPCCH) and a dedicated physical data channel (DPDCH) structure proposed in an ETSI system. . The beamforming scheme according to the present invention has a plurality of antennas to form a beam for a specific communication counterpart, and the CDMA mobile communication system in which a communication channel is divided into a data channel and a control channel is received through the control channel. Obtaining a first adaptive beam former coefficient by calculating a first adaptive beam former coefficient by inputting a signal received on the data channel and a first adaptive beam former coefficient by inputting the first adaptive beam former coefficient; Obtaining a second adaptive beam former coefficient by comparing the signal received through the data channel with the temporary decision value, and calculating the second adaptive beam former coefficient to the signal received through the data channel to output the received signal of the data channel Wideband CDMA other than the ETSI system because it is characterized in that it comprises a step Womb next generation mobile communication system, i.e., the pilot (Pilot) is an adaptive beam forming method for both systems can be applied using a channel and a traffic (Traffic) channel.

Description

이티에스아이 시스템의 적응 빔 형성 방법.{Adaptive Beamforming Method in ETSI system}Adaptive Beamforming Method of ETSI System. {Adaptive Beamforming Method in ETSI system}

본 발명은 유럽 전기통신 표준화(European Telecommunications Standard Institute : ETSI)시스템에서 제안된 간접방식(Indirect Method)의 배열 안테나(Array Antenna) 적응 빔 형성에 관한 것으로, 특히 ETSI시스템 및 광대역(Wideband) CDMA 형태의 차세대 이동통신 시스템의 역방향에서의 시스템 용량을 증대시켜 간섭효과의 제거 및 안테나 다이버시티 효과를 최대로 하기에 적당하도록 한 ETSI 시스템의 적응 빔 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the formation of an indirect method of array antenna adaptive beam proposed by the European Telecommunications Standard Institute (ETSI) system, in particular in the form of an ETSI system and a wideband CDMA type. The present invention relates to an adaptive beamforming method of an ETSI system that is suitable for eliminating interference effects and maximizing antenna diversity effects by increasing system capacity in a reverse direction of a next generation mobile communication system.

일반적으로, 종래의 직접 확산 CDMA 시스템에서 어레이 안테나의 적응 빔 형성 방법에는 파일럿(pilot) 채널의 정보만을 이용하는 방법, 또는 파일럿 채널의 정보 없이 트래픽(traffic) 채널의 정보만을 이용하는 블라인드 알고리즘(Blind Algorithm)이 대표적으로 이용되었다.In general, the adaptive beamforming method of the array antenna in the conventional direct spread CDMA system uses a method of using only pilot channel information or a blind algorithm using only traffic channel information without pilot channel information. This was used representatively.

파일럿 채널의 정보만을 이용하는 대표적인 방법으로는, 최소평균제곱(Least Mean Square ; 이하, LMS라 약칭함) 알고리즘과 순환적 최소제곱(Recursive Least Square ; 이하, RLS라 약칭함) 알고리즘이 있으며, 송신단과 수신단 모두에 알려진 기준신호(훈련신호)를 사용하지 않는 브라인드 방법에는 정계수 알고리즘(Constant Modulus Algorithm ; 이하, CMA라 약칭함)과 이차 레이크 결합(2-D Rake Combiner) 방법 등이 있다.Representative methods using only pilot channel information include a Least Mean Square (LMS) algorithm and a Recursive Least Square (RSL) algorithm. Blind methods that do not use a reference signal (training signal) known to all of the receivers include a constant modulus algorithm (hereinafter, abbreviated as CMA) and a second rake combiner method.

여기서, LMS 알고리즘에 따라 어레이 안테나의 빔을 형성하는 원리에 대해언급하면 다음과 같다.Here, the principle of forming the beam of the array antenna according to the LMS algorithm will be described.

LMS 알고리즘은 실제 사용자 정보를 포함하는 데이터 채널과, 송신단과 수신단 모두에 알려진 기준신호(훈련신호)를 보내는 채널을 이용하는 적응 알고리즘이다.The LMS algorithm is an adaptive algorithm using a data channel containing actual user information and a channel for transmitting a known reference signal (training signal) to both the transmitter and the receiver.

이 LMS 알고리즘은 기준신호를 이용하기 때문에 안정적으로 필터의 계수를 갱신할 수 있으며, 평가함수가 컨백스(Convex)되므로 범용 최소 값(global minimum)으로의 수렴이 보장된다.Since the LMS algorithm uses a reference signal, it is possible to stably update the coefficients of the filter. Since the evaluation function is convexed, the convergence to the global minimum is guaranteed.

또한 하드웨어 측면에서는 그 구조가 단순하여 설계가 용이하다.In addition, in terms of hardware, the structure is simple and easy to design.

LMS 알고리즘은 이와 같은 장점 때문에 기준신호를 이용할 수 있는 시스템에서 널리 사용되고 있다.Because of these advantages, LMS algorithms are widely used in systems that can use reference signals.

지금까지 설명된 LMS 알고리즘은 역방향 전용 채널에서 전용 물리 데이터 채널(Dedicated Physical Data Channel ; 이하, DPDCH 라 약칭함)과 전용 물리 제어 채널(Dedicated Physical Control Channel ; 이하, DPCCH 라 약칭함)을 이용하여 어레이 안테나의 적응 빔을 형성한다.The LMS algorithm described so far uses an array using a dedicated physical data channel (hereinafter referred to as DPDCH) and a dedicated physical control channel (hereinafter referred to as DPCCH) in a reverse dedicated channel. Form the adaptive beam of the antenna.

이하, 첨부된 도면을 첨조하여 일반적인 ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템에서의 역방향 채널 슬롯 구조를 설명하기로 한다.Hereinafter, a reverse channel slot structure in a CDMA mobile communication system proposed by a general ETSI will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템에서 역방향 DPDCH 및 DPCCH의 슬롯 구조를 나타낸 도면이다.1 illustrates a slot structure of a reverse DPDCH and a DPCCH in a CDMA mobile communication system proposed by a general ETSI.

도 1을 참조하면, ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템의 역방향 채널중 전용 채널(Dedicated Channel)은 이동국(도시하지 않음)으로부터 사용자 정보 및 제어 정보를 기지국(도시하지 않음) 에 전달하는데 사용하는 채널이다.Referring to FIG. 1, a dedicated channel of a reverse channel of a CDMA mobile communication system proposed by ETSI is a channel used to transfer user information and control information from a mobile station (not shown) to a base station (not shown). to be.

이 역방향 전용 채널에는 실제 사용자 데이터를 전송하는 DPDCH(1)가 있으며, 파일럿 정보와 전송 전력 제어 정보, 전송 포맷 식별 정보를 전송하는 DPCCH(2)가 있다.In this reverse dedicated channel, there is a DPDCH (1) for transmitting actual user data, and a DPCCH (2) for transmitting pilot information, transmission power control information, and transmission format identification information.

ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템의 역방향 전용 채널의 DPCCH(2)를 통해 전송되는 정보는 하나의 슬롯당 파일럿 정보(Pilot Information), 전송 제어 정보(Transmit Power Control ; 이하, TPC 라 약칭함) 및 전송 포맷 식별 정보(Transport Format Indicator ; 이하, TFI 라 약칭함)가 대략 6 : 2 : 2 비율을 갖을 예정이다.The information transmitted through the DPCCH (2) of the reverse dedicated channel of the CDMA mobile communication system proposed by ETSI includes pilot information per slot, transmit power information (hereinafter, abbreviated as TPC) and The transport format identification information (hereinafter, abbreviated as TFI) is expected to have an approximately 6: 2: 2 ratio.

이 중 파일럿 정보는 채널 추정(Channel Estimation)과 적응 빔 형성에 이용될 수 있으며, TPC는 개방 루프 전력 제어(Open loop power control)에 사용되고 TFI는 16개의 슬롯 단위로 전송 포맷을 전송하는 역할을 한다.The pilot information can be used for channel estimation and adaptive beamforming. TPC is used for open loop power control and TFI is used to transmit a transmission format in units of 16 slots. .

도 2는 일반적인 어레이 안테나의 빔 형성을 위한 장치 구성을 나타낸 블록 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a device configuration for beamforming of a general array antenna.

일반적인 어레이 안테나의 빔 형성을 위한 장치 구성은 도 2 는 어레이 안테나의 빔 형성을 위한 일반적인 장치 구성을 나타낸 블록구성도이다.2 is a block diagram illustrating a general device configuration for beamforming of an array antenna.

도 2를 참조하면, 이는 각 어레이 안테나 배열을 통해 신호가 수신될 때 수신신호가 복조와 하향 샘플링(Down sampling)을 거쳐 역확산되며, 이후 빔 형성부(30)의 가중치를 하나의 심볼이 입력되는 매 순간마다 갱신하는 구조로 이루어진다.Referring to FIG. 2, when a signal is received through each array antenna array, the received signal is despread through demodulation and down sampling. Then, one symbol is inputted by the weight of the beam forming unit 30. It is made up of a structure that updates every moment.

먼저, K개의 전송신호가 존재하고, L개의 어레이 안테나가 존재하는 시스템을 가정하고, 역확산 이후의 적응 빔 형성을 고려하자. 여기서 역확산 이전의 적응 빔 형성도 다음에 기술되는 수식에 확산 코드를 대입하여 쉽게 적용시킬 수 있다.First, assume a system in which there are K transmission signals and L array antennas, and consider adaptive beam formation after despreading. Here, the adaptive beamforming before despreading can also be easily applied by substituting a spreading code in the following equation.

K개의 전송신호 중 첫 번째 전송신호에 대한 빔 형성부(30)의 가중치 벡터를,로 나타낼 때 LMS 알고리즘에서의 평가 함수는 다음과 같이 정의할 수 있다.The weight vector of the beam forming unit 30 for the first transmission signal of the K transmission signals, Evaluation function in the LMS algorithm Can be defined as:

여기서,은 첫 번째 전송신호에 대한 파일럿 채널의 신호크기,은 미리 수신단에 알려진 n번째 신호이고,은 채널을 통과하여 역확산된 파일럿 신호벡터로 다음과 같이 정의된다.here, Is the signal size of the pilot channel for the first transmission signal, Is the nth signal known to the receiver in advance, Is a pilot signal vector despread through the channel and defined as follows.

식 1 및 식 2에 따른 LMS 알고리즘은 수신단에 알려진 파일럿 신호를 이용하여 다음의 식 3에서 정의되는로 반복적으로 최적의 계수를 구할 수 있다. 여기서 알려졌다고 함은 전송되는 파일럿 신호의 심볼을 수신단이 미리 알고 있다는 것을 의미한다The LMS algorithm according to Equations 1 and 2 is defined in Equation 3 below using a pilot signal known to the receiver. We can repeatedly find the optimal coefficient. Known here means that the receiver knows the symbol of the transmitted pilot signal in advance.

여기서, 위첨자 *는 켤레복소수를 의미하고,는Where the superscript * means a complex conjugate, Is

로 정의된다.Is defined as

DPDCH에는 트래픽 신호 즉 데이터 신호만 존재하고, 수신단에 사전에 알려진 기준신호가 존재하지 않으므로 DD 알고리듬을 이용하여 임시 결정값을 구한다. 여기서 임시 결정값을 구하고 LMS 알고리듬을 사용하는 것을 LMS-DD라 한다. 이때 사전에 알려진 기준신호가 존재하지 않는다 함은 데이터 신호의 심볼을 수신단이 미리 알지 못함을 의미한다. 또한 임시결정값은 이와 같이 미리 알지 못하는 신호를 대신하여 임시로 대입하는 심볼 값을 말한다.Since only the traffic signal, that is, the data signal, exists in the DPDCH and there is no reference signal known in advance at the receiving end, a temporary decision value is obtained using the DD algorithm. It is called LMS-DD to obtain a temporary decision value and to use LMS algorithm. In this case, the absence of a known reference signal means that the receiver does not know the symbol of the data signal in advance. In addition, the temporary decision value refers to a symbol value temporarily substituted in place of a signal which is not known in advance.

이 때, LMS-DD의 평가함수는 다음 수학식 5과 같다.At this time, the evaluation function of the LMS-DD is shown in Equation 5 below.

여기서은 트래픽신호의 크기를 의미하고,은 LMS 알고리듬을 이용하기 위한 임시 결정값(tentative decision)이다. 수식적으로는 아래 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.here Means the size of the traffic signal, Is a tentative decision to use the LMS algorithm. Formula may be expressed as Equation 6 below.

이 때, dec{}는 검파함수를 나타낸다.At this time, dec {} represents a detection function.

여기서 임시 결정값의 신뢰도를 보장해 주기 위해서 페이딩이 심하게 되어 신호가 임계치 이하일 때는 계수 갱신을 하지 않을 수 있다(Bypass mode).Here, in order to ensure the reliability of the temporary decision value, fading is severe and coefficient updating may not be performed when the signal is below the threshold (bypass mode).

따라서, 수신기에 수신된은 값이 미리 알려지지 않은 역확산된 신호벡터는 아래 수학식과 같이 정의된다.Thus, received at the receiver The despread signal vector whose value is unknown is defined as in the following equation.

또한, DD-LMS 알고리듬에서 필터의 계수는 다음 수학식에 의해 갱신된다.In addition, the coefficient of the filter in the DD-LMS algorithm is updated by the following equation.

여기서, ε_DD 는 다음 수학식으로 정의된다.Here, ε_DD is defined by the following equation.

이와 같은 일반적인 ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템의 역방향 전용 채널의 DPCCH(2)는 순수한 파일럿 채널 지원을 위해 구성된 것이 아니므로, 파일럿 정보를 이용하지 못하는 TPC 및 TFI 구간은 적응 빔을 형성하는데 사용되지 않고 있는 실정이다.Since the DPCCH (2) of the reverse dedicated channel of the CDMA mobile communication system proposed by the general ETSI is not configured for pure pilot channel support, TPC and TFI intervals that cannot use pilot information are not used to form an adaptive beam. I'm not doing it.

특히 ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템에서는 적응 빔 형성 방법에 대한 구체적인 기술이 현재 존재하지 않고 있다.In particular, in the CDMA mobile communication system proposed by ETSI, there is no specific technique for an adaptive beamforming method.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 역확산된 신호를 적응 빔형성 시에 트래픽(Traffic)데이터의 임시 결정값을 이용한 LMS-DD 알고리즘과 파일럿(Pilot)심볼을 이용한 LMS알고리즘을 결합하는 방식을 사용하여 배열 안테나의 적응 빔을 형성하는데 적당하도록 한 이티에스아이에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템의 이중 최소제곱평균(LMS)를 이용한 적응 빔형성 기법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve such a problem, and the LMS-DD algorithm using a temporary decision value of traffic data and the LMS algorithm using a pilot symbol are used for adaptively forming a despread signal. The purpose of the present invention is to provide an adaptive beamforming technique using a double least square average (LMS) of a CDMA mobile communication system proposed by ITS, which is suitable for forming an adaptive beam of an array antenna using a combining method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이티에스아이 시스템의 이중 최소제곱평균(LMS)를 이용한 적응 빔형성 기법은 복수의 안테나를 가지고 특정의 통신 상대방에 대한 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 CDMA 이동통신 시스템에서, 상기 제어 채널로 수신되는 신호를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 제 1 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값을 비교하여 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.바람직하게, 상기 제어 채널로 수신되는 신호는 파일럿 신호이다.그리고, 상기 제 1 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계는 수신되는 파일럿 신호의 심볼과 이미 알고 있는 파일럿 심볼을 비교하여 연산하고, 상기 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계는 수신되는 데이터 신호의 심볼과 상기 임시결정값으로 구해진 심볼을 비교하여 연산한다.또한 상기 제 1 및 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 방법은 최소 제곱 평균(LMS) 방법을 사용한다.상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 안테나를 가지고 특정의 통신 상대방에 대한 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 CDMA 이동통신 시스템에서, 상기 제어 채널로 수신되는 신호와 종전의 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 갱신된 제 1 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값을 비교하여 제 2 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 갱신된 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진다.바람직하게, 상기 2번의 갱신은 동일한 한 심볼 시간 동안에 이루어진다.그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면 복수의 안테나를 가지고 특정의 통신 상대방에 대한 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 CDMA 이동통신 시스템에서, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 종전의 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값과 상기 제어 채널로 수신되는 신호를 비교하여 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 갱신된 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진다.바람직하게 상기 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계는 미리 알려진 신호와 제어 채널로 수신되는 신호를 비교함으로써 이루어진다.또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면 복수의 안테나를 가지고 특정의 통신 상대방에 대한 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 CDMA 이동통신 시스템에서, 상기 제어 채널로 수신되는 신호와 종전의 제 1 적응빔 형성기 계수를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 갱신된 제 1 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값을 비교하여 제 2 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와, 상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 갱신된 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진다.바람직하게, 상기 2번의 갱신은 동일한 한 심볼 시간 동안에 이루어진다.In order to achieve the above object, the adaptive beamforming technique using the double least square mean (LMS) of the ITS system according to the present invention forms a beam for a specific communication counterpart with a plurality of antennas, In a CDMA mobile communication system divided into a data channel and a control channel, calculating a signal received through the control channel to obtain a first adaptive beam former coefficient, and a signal received through the data channel and the first adaptive beam former. Obtaining a temporal decision value of a received signal of a data channel by inputting a coefficient; obtaining a second adaptive beam former coefficient by comparing the temporal decision value with a signal received through the data channel; receiving the data channel Calculating the second adaptive beam former coefficients to the received signal and outputting the second adaptive beamformer coefficients as received signals of a data channel. Preferably, the signal received through the control channel is a pilot signal. The step of obtaining the first adaptive beamformer coefficient may be performed by comparing a known pilot symbol with a symbol of the received pilot signal. And calculating the second adaptive beamformer coefficient by comparing a symbol of a received data signal with a symbol obtained as the temporary decision value. The method of obtaining the first and second adaptive beamformer coefficients may be performed by a minimum. According to another aspect of the present invention for achieving the above object, it has a plurality of antennas to form a beam for a specific communication counterpart, the communication channel is a data channel and a control channel In the CDMA mobile communication system divided by, the signal received through the control channel and the conventional second adaptive beam former Computing coefficients to update a first adaptive beamformer coefficient; obtaining a temporary decision value of a received signal of a data channel by inputting the signal received on the data channel and the updated first adaptive beamformer coefficient; Comparing the signal received through the data channel with the temporary decision value to update a second adaptive beam former coefficient, and calculating the updated second adaptive beam former coefficient to the signal received through the data channel. Preferably, the two updates are made during the same symbol time period. According to another aspect of the present invention for achieving the above object, a plurality of antennas are provided. Form a beam for a specific communication counterpart, and the communication channel is divided into a data channel and a control channel. Obtaining a temporary decision value of a received signal of a data channel by inputting a signal received on the data channel and a previous adaptive beam former coefficient in a CDMA mobile communication system Comparing the signal received through the control channel with a value to update the adaptive beam former coefficients, and calculating and outputting the updated adaptive beam former coefficients to the signal received through the data channel. Preferably, the step of updating the adaptive beam former coefficients is achieved by comparing the signals received in the control channel with a known signal. According to another aspect of the present invention for achieving the above object Has a plurality of antennas to form a beam for a specific communication counterpart, In a CDMA mobile communication system in which a new channel is divided into a data channel and a control channel, calculating a signal received through the control channel and a previous first adaptive beam former coefficient to update the first adaptive beam former coefficient; Obtaining a temporal decision value of a received signal of a data channel by inputting a signal received through a data channel and the updated first adaptive beam former coefficients, and comparing the temporal decision value with a signal received through the data channel; Updating the adaptive beamformer coefficients and outputting the updated second adaptive beamformer coefficients to a signal received on the data channel and outputting the updated adaptive beamformer coefficients as a received signal of the data channel. Two updates are made during the same symbol time.

도 1은 종래의 ETSI 시스템에서 역방향 DPDCH 및 DPCCH의 슬롯 구조를 나타낸 도면.1 is a view illustrating a slot structure of a reverse DPDCH and a DPCCH in a conventional ETSI system.

도 2는 종래의 어레이 안테나의 빔 형성을 위한 일반적인 장치구조를 나타낸 블록구성도.Figure 2 is a block diagram showing a general device structure for forming a beam of a conventional array antenna.

도 3은 본 발명에 제 1 실시예에 따른 이중 LMS를 이용한 적응 빔형성기의 구조를 나타낸 블록구성도.Figure 3 is a block diagram showing the structure of an adaptive beamformer using dual LMS according to the first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명 제 2 실시예에 따른 결정 지향적 LMS를 이용한 적응 빔 형성기의 구성을 나타낸 블록 구성도4 is a block diagram showing a configuration of an adaptive beamformer using a crystal-oriented LMS according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명 제 3 실시예에 따른 결정 지향적 LMS를 이용한 적응 빔 형성기의 구성을 나타낸 블록구성도5 is a block diagram showing a configuration of an adaptive beamformer using a crystal-oriented LMS according to a third embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *Description of the main parts of the drawing

30 : 빔 형성부 31, 42, 52, 54 : LMS(Least Mean Square)30: beam forming unit 31, 42, 52, 54: LMS (Least Mean Square)

32 : LMS-DD 33 : 검파함수32: LMS-DD 33: Detection function

34, 40, 50 : 제1빔 형성부 35, 44, 56 : 제2빔 형성부34, 40, 50: first beam forming portion 35, 44, 56: second beam forming portion

41, 51 : 결정부41, 51: decision part

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.본 발명에 따르면, ETSI 역방향 채널중 DCH(Dedicated Channel)은 사용자 정보와 제어 정보를 이동국(Mobile Station)으로부터 기지국(Base Station)으로 전달한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. According to the present invention, a dedicated channel (DCH) of an ETSI reverse channel transmits user information and control information from a mobile station. Transfer to Base Station.

이 중 DPDCH은 실제 사용자의 데이터를 전송하는 채널이고, DPCCH은 파일럿(PILOT)신호와 TPC신호, TFI신호를 전송하는 채널이다.The DPDCH is a channel for transmitting the actual user data, and the DPCCH is a channel for transmitting a pilot signal, a TPC signal, and a TFI signal.

이 중 TPC와 TFI가 차지하는 비율이 작다. 이 부분에서는 DD(Decision Dedicated)방식으로 정확한 데이터를 얻는 전용 물리 제어 채널(DPCCH)를 파일럿 채널로 가정해도 무리가 없다.Of these, TPC and TFI account for a small percentage. In this part, it is not unreasonable to assume that a dedicated physical control channel (DPCCH) that obtains accurate data in a Decision Dedicated (DD) method is a pilot channel.

본 발명에 따른 적응 빔 형성기법에서는 기본적으로 트래픽(Traffic)정보를 이용하기 위해 DD-LMS(Least Mean Square)방법을 사용하고 파일럿 정보는 LMS알고리즘 방법으로 사용한다. 그리고 두가지의 정보를 이용하는 적용방식에 따라 3 가지의 기법으로 구분한다.In the adaptive beamforming method according to the present invention, a DD-LMS (Least Mean Square) method is basically used to use traffic information, and pilot information is used as an LMS algorithm method. And it is divided into three techniques according to the application method using two kinds of information.

우선 크게 두가지로 구분하면 직렬구조(Cascade Structure)와 병렬구조(Parallel Structure)로 나뉜다. 병렬구조는 임시결정(Tentative Decision)을 하는 방식에 따라 DD-LMS(1)과 DD-LMS(2)로 구분된다.First of all, it is divided into two categories: Cascade Structure and Parallel Structure. Parallel structure is divided into DD-LMS (1) and DD-LMS (2) according to the method of making tentative decision.

도 3은 본 발명 제 1 실시예에 따른 이중 LMS를 이용한 적응 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록구성도이다.3 is a block diagram showing the structure of an adaptive beamformer using dual LMS according to a first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도 3에서 계수 갱신 수식은 다음 식 10과 같이 나타낸다.Referring to FIG. 3, the coefficient update equation in FIG. 3 is expressed as in Equation 10 below.

여기서 p[n] 과 r[n]은 각각 채널을 통과하고 역확산된 n 번째 파일럿 신호 벡터와 트래픽 신호벡터로 다음 식 11과 같이 정의 된다.Here, p [n] and r [n] are respectively defined as n-th pilot signal vectors and traffic signal vectors passed through the channel and despread as shown in Equation 11 below.

편의를 위해 사용자 1을 나타내는 밑 첨자는 생략하였다.For convenience, the subscript indicating user 1 is omitted.

이 방식은 직렬구조로 역확산된 n 번째 신호벡터 p[n] 이 먼저 LMS(31)에 의해 계수을 갱신한 후 이 값을 다시 LMS-DD(32)를 이용하여로 갱신하고 제 2 빔 형성부(35)를 거쳐 최종 결정값이 유도된다.In this method, the nth signal vector p [n] despread in series is first counted by the LMS 31. After updating the value to LMS-DD (32) And the final determined value via the second beam forming unit 35 This is induced.

또한, 역확산된 n 번째 트래픽 신호 벡터는 제 1빔 형성부(34)를 거쳐 검파함수(33)과정을 통해 임시 결정값이 결정된다.In addition, the despread n th traffic signal vector is temporarily determined through a detection function 33 via the first beam forming unit 34. This is determined.

임시 결정값의 식 12는 다음과 같다.Equation 12 of the temporary decision value is as follows.

따라서, 위의 두 식을 결합하고 결정 오율을 고려한다면 갱신 식 13은 다음과 같다.Therefore, combine the above two expressions and determine the error rate Considering this, the update equation 13 is as follows.

그러므로, 각 채널로 오는 신호의 전력이 같고 임시 결정값이 비교적 정확하다면 결과적으로 수렴을 보장하면서 step size μ를 2배로 늘린것과 같다. 임시 결정값에 에러가 생길때는 기준이 되는 신호의 부호가 반대로 되어 빔 형성 계수가 최적값을 찾지 못한다.Therefore, if the power of the signals coming from each channel is the same and the temporary decision is relatively accurate, then it is likely that the step size μ is doubled while ensuring convergence. When an error occurs in the temporary decision value, the sign of the reference signal is reversed, and the beamforming coefficients do not find the optimal value.

이런 사건이 결정 오율의 확률로 일어날 때, 그에 따라 조정불가능(Misadjustment)값이 증가하게 된다.A miscalculated decision When a probability occurs, the misadjustment value increases accordingly.

이 구조의 장점은 결정 오율가 0에 가까울 때 한 심볼에서 계수를 두 번 갱신함으로서 LMS에 비해서 steady state에서 수렴을 두배로 빨리 할 수 있다는 장점이 있다.The advantage of this structure is the decision error rate Is close to 0, it is advantageous to double the convergence in steady state compared to LMS by updating the coefficient twice in one symbol.

도 4는 본 발명 제 2 실시예에 따른 결정 지향적 LMS를 이용한 적응 빔 형성기의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive beamformer using a crystal-oriented LMS according to a second embodiment of the present invention.

본 발명 제 2 실시예에 따른 결정 지향적(Decision-Directed : 이하, DD로 약칭 함) LMS를 이용한 적응 빔 형성기는 역확산된 n번째 트래픽(traffic) 신호 벡터 r[n]을 입력받아 빔형성(beamforming)하는 제 1 빔 형성부(40)와, 제 1 빔 형성부(40)에서 출력된 신호를 받아 임시 결정값을 LMS(42)로 출력하는 결정부(41)와, 임시 결정값과 역확산된 n번째 파일롯 신호 벡터 p[n]와, 알려진 신호 벡터및 역확산된 트래픽 신호 벡터 r[n]을 입력받아 최소 제곱평균(Least Mean-Square)값을 구해 계수 갱신 수식 값 w[n]을 출력시키는 LMS(42)와, 계수 갱신 수식 값 w[n]과 역확산 트래픽 신호 벡터 r[n]을 입력받아, 최종 계수 갱신 결정 값을 출력시키는 제 2 빔 형성부(44)로 구성된다.According to the second embodiment of the present invention, an adaptive beamformer using a decision-directed LMS is configured to receive a despread nth traffic signal vector r [n] and form a beam. The first beamformer 40 performing beamforming and the signal output from the first beamformer 40 receive a temporary decision value. Decision section 41 for outputting the LMS 42 to a temporary decision value; And the despread n th pilot signal vector p [n] and the known signal vector And an LMS 42 that receives a despreaded traffic signal vector r [n], obtains a least mean square value, and outputs a coefficient update equation value w [n], and a coefficient update equation value w [n ] And despread traffic signal vector r [n], and the final coefficient update decision value The second beam forming unit 44 for outputting the.

이와 같은 본 발명 제 2 실시예에 따른 DD-LMS를 이용한 적응 빔 형성 방법은 우선 계수 갱신 수식을 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있다.In the adaptive beamforming method using the DD-LMS according to the second embodiment of the present invention, first, the coefficient update equation may be expressed by the following equation.

여기서,here,

gamma 는 0 < gamma < 1이고, 임시 결정값의 수학식은 다음과 같다.gamma is 0 <gamma <1, and the equation of the temporary decision value is as follows.

이와 같은 본 발명 제 2 실시예에 따른 DD-LMS의 특징은 병렬구조로서 임시 결정값을 최종 값인을 결정하는데 이용하는 것이다.The characteristics of the DD-LMS according to the second embodiment of the present invention are a parallel structure and a temporary decision value. Is the final value It is used to determine.

이와 같은 방식은 임시 결정 값이 정확하게 결정되었을 경우 LMS에 이용되는 신호의 세기가 2배가 된다.This method doubles the strength of the signal used in the LMS when the temporary decision value is correctly determined.

이때, 임시 결정값이 반대로 복구되었다면 기준 신호가 바뀌어 계수 추정이 다른 방향으로 진행될 수도 있다. 하지만 그 정도는 gamma 와 임시 결정값 에러 확률에 따라 조절하도록 한다.At this time, the temporary decision value Conversely, if restored, the reference signal may be reversed and the coefficient estimation may proceed in a different direction. However, the degree should be adjusted according to the gamma and the probability of the temporary decision value error.

도 5는 본 발명 제 3 실시예에 따른 결정 지향적 LMS를 이용한 적응 빔 형성기의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.5 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive beamformer using a crystal-oriented LMS according to a third embodiment of the present invention.

본 발명 제 3 실시예에 따른 DD-LMS를 이용한 적응 빔 형성기는 역확산된 n번째 트래픽 신호 벡터[n]을 입력받아 빔형성을 하는 제 1 빔 형성부(50)와, 제 1 빔 형성부(50)에서 출력된 신호를 받아 임시 결정값을 제 2 LMS(54)로 출력하는 결정부(51)와 , 알려진 신호 벡터및 역확산된 n번째 파일롯 신호 벡터p[n]을 입력받아 최소 제곱 평균(least mean-square)값을 구해 제 1 계수 갱신 수식 값을 출력시키는 제 1 LMS(52)와, 역확산된 트래픽 신호 벡터 r[n]과, 임시 결정값과, 역확산된 n번째 파일롯 신호 벡터 p[n] 및 알려진 신호 벡터을 입력받아 최소 제곱평균값을 구해 제 2 빔 형성부(56)로 제 2 계수 갱신 수식 값 w₍₁₎[n]을 출력시키는 제 2 LMS(54)와, 제 2 계수 갱신 수식 값 w₍₁₎[n]과, 트래픽 신호 벡터[n]를 입력받아, 최종 계수 갱신 결정 값(적응 빔형성)을 출력시키는 제 2 빔 형성부(54)로 구성된다.The adaptive beamformer using DD-LMS according to the third embodiment of the present invention includes a first beamformer 50 for beamforming by receiving the despread n th traffic signal vector [n] and a first beamformer Temporary decision value based on the signal output from (50) A decision unit 51 for outputting the signal to the second LMS 54 and a known signal vector. And a first mean update equation value obtained by receiving the despread n th pilot signal vector p [n] and obtaining a least mean-square value. The first LMS 52 outputting the demultiplexed signal, the despread traffic signal vector r [n], and the temporary decision value And the despread n th pilot signal vector p [n] and the known signal vector An input receiving the second LMS (54) for outputting a second coefficient updating expression value w ₍₁₎ [n] to the second beam forming unit 56 to save the minimum square average value and the second coefficient updating expression value w _{(1 )} [n] and a traffic signal vector [n] are inputted, and a final coefficient update determination value (adaptive beamforming) It consists of a second beam forming unit 54 for outputting.

이와 같은 본 발명 제 3 실시예에 따른 DD-LMS를 이용한 적응 빔 형성 방법에서의 계수 갱신 수식은 다음과 같다.The coefficient update equation in the adaptive beamforming method using the DD-LMS according to the third embodiment of the present invention is as follows.

으로 본 발명 제 2 실시예와 같고 전체적인 구조는 병렬 구조인 것이 동일하다.As in the second embodiment of the present invention, the overall structure is the same as the parallel structure.

여기서,here,

이다.to be.

본 발명 제 2 실시예와는 ε_LMS 이 다르고 임시 결정값은 다음 수학식에 의해 구해진다.Ε_LMS is different from the second embodiment of the present invention and is a temporary decision value Is obtained by the following equation.

도 5에 나타낸 바와 같이 임시 결정값의 신뢰도를 높이기 위해 임시 결정값의 복구에 사용되는 계수는 신뢰도가 높은 파일롯(pilot) 정보에 의해서만 결정이 된다.Temporary decision value as shown in FIG. The coefficients used for the recovery of the temporary decision value to increase the reliability of are determined only by pilot information with high reliability.

따라서, 임시 결정 에러는가 된다. 이를 위해 별도의 LMS에서를 구하는데 사용되는 신호의 세기가 도 4에 나타낸 방식보다 감소된다.Thus, the temporary decision error Becomes To do this in a separate LMS The strength of the signal used to find is reduced than the scheme shown in FIG.

이 경우에는가 되어 임시 결정값의 신뢰도가 오히려 저하되는 현상이 발생할 수도 있는데 최종 결정값의 신뢰도가 충분히 보장되도록 하면 크게 문제가 되지는 않는다.In this case This may cause the reliability of the temporary decision value to deteriorate. However, if the reliability of the final decision value is sufficiently ensured, this is not a problem.

이상의 설명에서와 같은 본 발명은 ETSI에서 제안하는 CDMA 이동통신 시스템의 역방향에서 여러개의 안테나를 사용하는 적응 안테나의 빔형성을 위한 기법으로서 수신각도에 따른 간섭 신호 제거와 안테나 다이버시티 효과로 이동 단말기의 전력부담을 줄이는 효과가 있다. 또한, 결과적으로 시스템의 용량을 증대시키고 전송률을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is a technique for beamforming an adaptive antenna using multiple antennas in the reverse direction of a CDMA mobile communication system proposed by ETSI. It has the effect of reducing the power burden. In addition, there is an effect that can increase the capacity of the system and increase the transmission rate as a result.

Claims

복수의 안테나를 가지고 특정의 통신 상대방에 대한 빔을 형성하며, 통신 채널이 데이터 채널과 제어 채널로 구분되어 있는 CDMA 이동통신 시스템에서,In a CDMA mobile communication system having a plurality of antennas to form a beam for a specific communication counterpart, and the communication channel is divided into a data channel and a control channel,

상기 제어 채널로 수신되는 신호를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계와;Calculating a signal received in the control channel to obtain a first adaptive beam former coefficient;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 제 1 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와;Obtaining a temporary determination value of a received signal of a data channel by inputting the signal received on the data channel and the first adaptive beam former coefficients;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값을 비교하여 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계와;Obtaining a second adaptive beam former coefficient by comparing the temporal decision value with a signal received on the data channel;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.And calculating the second adaptive beam former coefficients on the signal received through the data channel and outputting the second adaptive beam former coefficient as a received signal of the data channel.

제 1 항에 있어서, 상기 제어 채널로 수신되는 신호는 파일럿 신호인 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.The method of claim 1, wherein the signal received through the control channel is a pilot signal.

제 2 항에 있어서, 상기 제 1 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계는 수신되는 파일럿 신호의 심볼과 이미 알고 있는 파일럿 심볼을 비교하여 연산하는 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.3. The method of claim 2, wherein the obtaining of the first adaptive beamformer coefficient is performed by comparing a symbol of a received pilot signal with a known pilot symbol.

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 단계는 수신되는 데이터 신호의 심볼과 상기 임시결정값으로 구해진 심볼을 비교하여 연산하는 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.The method of claim 1, wherein the obtaining of the second adaptive beamformer coefficient is performed by comparing a symbol of a received data signal with a symbol obtained by the temporary decision value.

제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 적응빔 형성기 계수를 구하는 방법은 최소 제곱 평균(LMS) 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.5. The method of claim 1, wherein the method for obtaining the first and second adaptive beamformer coefficients uses a least squares mean (LMS) method.

상기 제어 채널로 수신되는 신호와 종전의 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와;Updating a first adaptive beam former coefficient by calculating a signal received on the control channel and a previous second adaptive beam former coefficient;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 갱신된 제 1 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와;Obtaining a temporary determination value of a received signal of a data channel by inputting the signal received on the data channel and the updated first adaptive beam former coefficients;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값을 비교하여 제 2 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와;Updating a second adaptive beam former coefficient by comparing the temporary decision value with a signal received on the data channel;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 갱신된 제 2 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.And calculating the updated second adaptive beamformer coefficients on the signal received through the data channel and outputting the updated second adaptive beamformer coefficient as a received signal of the data channel.

제 6 항에 있어서, 상기 2번의 갱신은 동일한 한 심볼 시간 동안에 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.7. The method of claim 6, wherein said two updates are made during the same symbol time.

상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 종전의 적응빔 형성기 계수를 입력으로 하여 데이터 채널의 수신 신호의 임시 결정값을 구하는 단계와;Obtaining a temporary determination value of a received signal of a data channel by inputting a signal received through the data channel and a previous adaptive beam former coefficient;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호와 상기 임시결정값과 상기 제어 채널로 수신되는 신호를 비교하여 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와;Updating the adaptive beam former coefficients by comparing the signal received in the data channel with the temporary decision value and the signal received in the control channel;

상기 데이터 채널로 수신되는 신호에 상기 갱신된 적응빔 형성기 계수를 연산하여 데이터 채널의 수신 신호로 출력하는 단계를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.And calculating the updated adaptive beamformer coefficients on the signal received through the data channel and outputting the updated adaptive beamformer coefficients as a received signal of the data channel.

제 8 항에 있어서, 상기 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계는 미리 알려진 신호와 제어 채널로 수신되는 신호를 비교함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.10. The method of claim 8, wherein updating the adaptive beamformer coefficients is accomplished by comparing a known signal to a signal received on a control channel.

상기 제어 채널로 수신되는 신호와 종전의 제 1 적응빔 형성기 계수를 연산하여 제 1 적응빔 형성기 계수를 갱신하는 단계와;Updating a first adaptive beam former coefficient by calculating a signal received on the control channel and a previous first adaptive beam former coefficient;

제 10 항에 있어서, 상기 2번의 갱신은 동일한 한 심볼 시간 동안에 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응 빔 형성 방법.11. The method of claim 10, wherein said two updates are made during the same symbol time.