KR100591979B1 - 스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초한 기저대역 처리 방법 - Google Patents

스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초한 기저대역 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초한 기저대역 처리 방법으로서,
(가) 채널 추정을 행하여 채널 응답을 얻는 단계,
(나) 상기 채널 추정에 기초하여 스마트 안테나의 빔 형성을 사용함으로써, 상기 샘플 데이터 출력 신호로부터 유용한 부호 레벨 신호를 선택하는 단계,
(다) 스크램블 코드를 더하여 상기 유용한 부호 레벨 신호를 갖는 신호를 재구성하여 칩수준 재구성 신호를 얻는 단계,
(라) 상기 수신된 디지털 개구성 신호를 공제하는 단계, 그리고
(마) 모든 사용자 신호를 복원할 때까지 단계 (나) 내지 (라)를 반복하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 스마트 안테나를 구비한 CDMA 시스템에서 다중 경로 전파에 있어서의 여러 간섭 문제를 해결할 수 있으며 보다 나은 결과를 얻을 수 있다.
채널추정모듈, 스마트 안테나, 피더 케이블, 신호대잡음비, 기저대역, 스크램블, 이동통신

Description

스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초한 기저대역 처리 방법{BASEBAND PROCESSING METHOD BASED ON SMART ANTENNA AND INTERFERENCE CANCELLATION}
본 발명은 스마트 안테나를 구비한 무선 통신 시스템의 기지국에 이용되는 간섭 신호 제거 기술에 관한 것으로서, 특히 스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초한 기저대역 처리 방법에 관한 것이다.
현재의 무선 통신 시스템, 특히 CDMA 무선 통신 시스템에서, 시스템 용량과 시스템 감도를 향상시키고 더 낮은 방사력으로 더 먼 통신 거리를 확보하기 위하여 일반적으로 스마트 안테나를 사용한다.
중국 특허 "스마트 안테나를 사용하는 시간 분할 이중 동기 코드 분할 다중 접속 무선 통신 시스템" (CN 97 1 04039.7)에서는 스마트 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 구조가 기재되어 있다. 기지국은 하나 또는 복수의 안테나 유닛으로 이루어진 안테나 어레이, 그에 대응하는 무선 주파수 피더 케이블, 및 코히런트(coherent) 무선 주파수 송수신기의 세트로 구성된다. 사용자 단말기로부터 송신된 신호에 대한 각 안테나 유닛의 상이한 응답에 따라, 기저대역 처리기는 신호의 공간 특성 벡터와 도착 방향(DOA, direction of arrival)을 취득한다. 그 후, 대응하는 알고리즘에 의해 안테나 빔 형성 수신을 실행한다. 이들 중에서, 무선 주파수 피더 케이블과 코히런트 무선 주파수 송수신기에 대응하는 모든 안테나 유닛을 링크로 지칭한다. 각각의 링크의 빔 형성을 수신하는 업 링크로부터 얻은 가중치(weight)를 빔 형성을 전송하는 다운 링크에 대하여 사용함으로써, 스마트 안테나 전체의 기능은 대칭의 웨이브 전파 조건 하에서 구현될 수 있다.
현재의 무선 통신 시스템의 주요한 부분은 이동 통신이다. 이동 통신은 복잡하고 다양한 환경에서 동작하기 때문에(ITU 제안서 M1225 참고) 시간 변화와 다중 경로 전파의 극심한 영향을 고려하여야 한다. 위에서 언급한 특허와 스마트 안테나의 빔 형성 알고리즘에 관한 많은 기술적 문헌들에서의 결론은 알고리즘이 복잡해질수록 더욱 많은 기능이 얻어진다는 것이다. 그럼에도 불구하고 이동 통신 환경 하에서 빔 형성은 실시간으로 이루어져야 하며, 알고리즘을 완료하는 시간은 마이크로-초 수준이어야 한다. 현재의 마이크로 전자 기술의 한계 때문에 DSP(digital signal processing) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)은 그 정도의 단시간 내에 지나치게 복잡한 처리를 수행할 수 없다.
이러한 문제점에 대항하기 위해, 이러한 이동 통신 환경 하에서, 스마트 안테나의 간단한 실시간 알고리즘은 다중 경로 전파 문제를 해결할 수 없을 뿐만 아니라 CDMA 이동 통신 시스템의 시스템 용량 문제를 완전히 해결할 수도 없다.
한편으로, 다중 경로 전파의 간섭 문제를 해결하기 위하여, 레이크 수신기(Rake receiver)와 조인트 디텍션(joint detection) 또는 멀티유저 디텍션(multi user detection) 등의 기술이 깊이 있게 연구되고 있고, 이들을 CDMA의 이동 통신 시스템에서 폭넓게 사용한다. 그럼에도 불구하고 위에서 언급한 레이크 수신기나 멀티유저 디텍션 기술은 스마트 안테나를 사용하는 이동 통신 시스템에 직접 사용될 수 없다. 그 주요한 이유는, 멀티유저 디텍션 기술이 채널 추정 및 정합 필터 후에 다중 코드 채널의 CDMA 신호를 처리하고, 모든 사용자 데이터가 역행렬로 한 번에 구해지지만, 스마트 안테나 기술의 경우에는 각각의 코드 채널에 대한 빔 형성을 별도로 행하여, 사용자 다중경로에 의해 얻어지는 다이버서티 장점을 사용하는 것이 용이하지 않게 되며, 레이크 수신기 기술은 사용자의 메인 다중경로 성분을 구성하지만, 안테나 어레이의 안테나 유닛 간의 위상 관계를 깨뜨리며, 또한 레이크 수신기 원리의 한계로 인해, 사용자의 수가 확산 스펙트럼 계수와 동일하여, 완전한 코드 채널 환경에서 동작하는 것을 불가능하게 하기 때문이다.
이차원의 스마트 안테나 기술이 있으나 아직은 연구 단계이기 때문에 그 알고리즘은 미완성 상태이면서 복잡하다.
스마트 안테나를 사용한 후에 멀티유저 디텍션을 처리하는 다른 방법이 있다. 그러나, 현재의 각 코드 채널이 분리되었기 때문에 멀티유저 디텍션 처리는 각 코드 채널에 대하여 분리되어야 한다. 그 결과, 동작 중에 멀티유저 디텍션 기능을 완전히 수행할 수 없을 뿐만 아니라 기저대역 신호 처리가 상당히 복잡하게 된다.
CDMA 무선 통신 시스템이 더 높은 시스템 용량과 더 우수한 성능을 갖추도록 하기 위하여 스마트 안테나에 기초한 CDMA 무선 통신에 사용하기 편리한 간편하면서 실시간으로 이루어지는 간섭 제거 방법에 관한 연구가 필요하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초한 기저대역 처리 방법을 제공하는 것이다. 신규의 디지털 신호 처리 방법을 설계함으로써, 그 방법을 이용하는 CDMA 이동 통신 또는 다른 무선 통신 시스템이 스마트 안테나를 사용할 수 있으며, 동시에 다중 경로 전파 간섭 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 CDMA 이동 통신 시스템 또는 다른 무선 통신 시스템에 사용될 수 있고 스마트 안테나를 사용하는 동안에 여러 다중 경로 전파 간섭 문제를 해결할 수 있는 신규의 디지탈 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 기저대역 처리기에 연결되는 하나 이상의 대응하는 무선 주파수 송수신기에 연결된 하나 이상의 안테나 유닛을 포함하는 통신 시스템에 사용하기 위한 방법으로서, 스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초하여 기저대역을 처리하는 방법은,
(가) 상기 안테나 유닛 및 상기 무선 주파수 송수신기로부터 샘플링된 데이터 출력 신호를 획득하여 기지의 사용자 트레이닝 시퀀스(a known user training sequence)를 이용하여 채널 추정을 행하고, 그리고나서 모든 채널 상의 모든 사용자 응답을 얻는 단계;
(나) 상기 채널 추정을 기초로 상기 스마트 안테나의 빔 형성을 이용하여, 상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 유용한 심볼 레벨 신호(symbolic level signal)를 추출하는 단계;
(다) 상기 유용한 심볼 레벨 신호를 재구성하고, 스크램블 코드를 추가하며, 그리고나서 칩 레벨의 재구성된 신호를 얻는 단계;
(라) 상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 상기 재구성된 신호를 감산하는 단계; 및
(마) 모든 사용자 신호를 복원할 때까지 상기 단계 (나) 내지 (라)를 반복하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (가)에서의 상기 모든 채널 상의 모든 사용자 응답은, 각각의 사용자 트레이닝 시퀀스에 관계되고 그 전에 미리 계산되어 기억된 행렬을 포함한다.
상기 단계 (나)는, 상기 모든 채널 상의 모든 사용자의 응답에 대하여 파워 추정을 행하는 단계; 탐색창(searching window) 내의 모든 사용자에 대한 주경로 및 다중 경로 파워 분포를 계산하는 단계; 및 상기 계산 단계에서 계산된 파워 분포를 기초로 각 사용자의 최대 첨두값 파워 위치를 계산하고, 계산된 첨두값 파워 위치를 파워 포인트(power point)로 기억시키며, 상기 파워 포인트에 있는 모든 신호의 역확산 결과를 스마트 안테나 알고리즘을 이용하여 구함으로써, 역확산 결과 신호를 생성하여 상기 유용한 심볼 레벨 신호를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 각 사용자의 최대 첨두값 파워 위치를 계산할 때, 그 사용자의 최고 파워의 경로가 다른 사용자와 동일한 지점에 있지 않아 그 사용자가 기지국과 동기되지 않는다면, 그 사용자에 연관된 전송 모듈에 동기화의 조정 파라미터를 보낸다.
상기 단계 (나)는, 모든 사용자의 신호 대 잡음비를 추정하는 단계; 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 것으로 식별된 사용자에 대해서는 상기 단계 (다), (라) 및 (마)를 반복하고, 높은 신호 대 잡음비를 갖는 것으로 식별된 사용자에 대해서는 상기 역확산 결과를 직접 출력하는 단계를 더 포함한다.
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상기 모든 사용자의 신호 대 잡음비를 추정하는 단계는, 사용자 파워를 계산하는 단계; 상기 사용자 파워가 선택된 임계치보다 더 큰 경우 상기 사용자 파워를 유효 파워로서 판정하는 단계; 모든 신호에 대한 분산치를 그 신호의 대응하는 컨스텔레이션 맵(constellation map) 지점에서의 유효 파워를 이용하여 계산하는 단계; 및 상기 분산치가 설정값보다 큰 경우에는 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 사용자를 식별하고, 상기 분산치가 상기 설정값보다 작은 경우에는 높은 신호 대 잡음비를 갖는 사용자를 식별하는 단계를 포함한다
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상기 단계 (다)는, 유용한 심볼 레벨 신호를 재구성하는 단계와, 각 안테나 유닛 상의 다중 경로 및 모든 사용자 신호의 성분을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (마)는 간섭 제거 루프의 수가 탐색창의 길이보다 작거나 동일한 설정수에 도달한 후에, 간섭 제거를 중지하고 복원된 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
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상기 단계 (마)는 모든 신호의 신호 대 잡음비가 설정된 임계치보다 커진 후에, 간섭 제거를 중지하고 복원된 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
삭제
상기 단계 (마)는 탐색창의 길이와 동등한 반복 횟수를 최대 횟수로 하여 상기 단계 (나) 내지 (라)를 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 핵심은 탐색창 길이 내의 모든 다중 경로의 빔 형성이 모든 채널에 대하여 이루어지고, 유용한 신호를 선택하여 축적하는 것이며, 이로써 공간 다이버시티 및 시간 다이버시티의 장점을 최상으로 이용할 수 있으며, 이러한 방식으로, 극심한 다중 경로 간섭 및 화이트 잡음 간섭(white noise interference) 상태에서도 더 우수한 결과를 얻을 수 있다. 본 발명의 계산량은 한정되므로, 본 발명의 다중경로 간섭 제거 기술은 디지털 신호 처리기(DSP : digital signal processor) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA : field programmable gate array)와 같은 기존의 상용 칩으로 충분히 실시할 수 있다.
본 발명의 방법은 시분할 이중 방식(TDD : time division duplex)과 주파수 분할 이중 방식(FDD : frequency division duplex)을 포함한 코드 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템을 주요 대상으로 한다.
도 1은 스마트 안테나를 구비한 무선 통신 기지국의 구조에 대한 개략도이다.
도 2는 스마트 안테나 및 간섭 제거 방법을 구현한 개략도이다.
도 3은 스마트 안테나 및 간섭 제거 방법을 구현한 흐름도이다.
실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 이하에서 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 관련된 시스템은 스마트 안테나를 구비하여 간섭 제거를 행하는 이동 통신 시스템 또는 무선 사용자 루프 시스템과 같은 무선 통신 시스템이다. 도 1은 이동 통신 시스템의 기지국 구조를 도시한다. 기지국은 주로 N개의 동일한 안테나 유닛(201A 내지 201N), N개의 거의 동일한 피더 케이블(202A 내지 202N), N개의 무선 주파수 송수신기(203A 내지 203N) 및 기저대역 처리기(204)를 포함한다. 모든 송수신기(203)는 동일한 로컬 오실레이터(local oscillator)(208)를 사용하여 각각의 무선 주파수 송수신기가 코히어런트성으로(coherence) 동작한다. 각각의 무선 주파수 송수신기에는 아날로그/디지털 변환기(ADC : analog to digital converter) 및 디지털/아날로그 변환기(DAC : digital to analog converter)가 존재하며, 이로써 무선 주파수 송수신기(203)의 모든 기저대역 입출력이 디지털 신호가 되며, 이들은 고속 디지털 버스(209)에 의해 기저대역 처리기에 연결된다. 도 1에서 블록(100)은 기지국 장치를 도시한다.
본 발명은 도 1에 도시한 기저대역 처리에서 송신 신호 처리는 고려하지 않고, 수신 신호의 간섭 제거만을 설명한다. 스마트 안테나 구현 및 간섭 제거는 기 저대역 처리기(204)에서 수행된다.
CDMA 무선 통신 시스템이 K개의 설계된 채널을 가지며, 스마트 안테나 시스템은 N개의 안테나 유닛, N개의 피더 케이블 및 N개의 무선 주파수 송수신기, 즉 N개의 링크로 구성된다고 가정한다. 각각의 수신 링크에서, 무선 주파수 송수신기 내의 ADC로 샘플링한 후의 출력 디지털 신호는 S1(n), S2(n),..,Si(n),.., SN(n)이며, 여기서 n은 n 번째 칩을 나타낸다. 일례로 i 번째 수신 링크를 취하면, 무선 주파수 송수신기(203i)의 ADC에 의해 수신 신호를 샘플링 한 후의 출력 디지털 신호는 Si(n)이 되며, 이 신호는 기저대역 처리기(204)의 입력 신호가 된다. 기저대역 처리기(204)는 N개 링크의 N개 무선 주파수 송수신기(203A 내지 203N)에 각각 대응하는 채널 추정 모듈(210A 내지 210N)과, 스마트 안테나 간섭 제거 모듈(211)을 포함한다. N개 링크(S1(n), S2(n),.., Si(n),.., SN(n))의 출력 디지털 신호는 각각 채널 추정 모듈(210A 내지 210N)로 보내지고, 또한 스마트 안테나 간섭 제거 모듈(211)로 보내진다. 채널 추정 모듈(210A 내지 210N)의 출력에 각각 대응하는 채널 응답 신호(
Figure 112005078508962-pct00015
)는 스마트 안테나 간섭 제거 모듈(211)로 보내진다. 스마트 안테나 간섭 제거 모듈(211)은 다운 링크 전송 모듈(down link transmitting module)에 동기 조정 파라미터 Ss(K)를 출력하고, 채널 복호 모듈에 간섭 제거 결과 Sca+1,k(d)를 출력하며, 여기서
Figure 112005078508962-pct00002
이 된다.
Si(n)이 채널 추정 모듈(210i)에 입력되는 경우, 기지의 트레이닝 시퀀스(파일럿(Pilot) 또는 미드앰블(Midamble))를 이용하여, K 채널이 추정되고, K 채널 펄스 응답 hi,k을 얻는다. 여기서 i는 i번째 안테나 유닛이고, k는 k번째 채널이다.
구체적인 처리 과정은 다음과 같다. k번째 사용자의 기지의 트레이닝 시퀀스를 mk라 하고, i번째 안테나로부터 수신한 훈련 시퀀스를 ei라 하면, 다음의 수학식 1이 얻어진다:
Figure 112002003494714-pct00003
여기서, n은 n번째 칩이고, w는 탐색창의 길이, 그리고 noi는 i번째 안테나에서 수신한 화이트 잡음이다. 수학식 1은 수학식 2로 다시 쓸 수 있다.
Figure 112002003494714-pct00004
여기서, G는 트레이닝 시퀀스와 관련된 행렬을 나타내고, G=[G1,G2,L,GK]이며, 이 때의 채널 추정은 수학식 3과 같이 될 수 있다.
Figure 112005078508962-pct00016
여기서, G*T는 G에 대하여 공액 복소수를 구한 후 다시 이것의 이항(transposition)을 구한 것을 나타내며, M은 모든 사용자 트레이닝 시퀀스에만 관계되고, 미리 계산되어 기억될 수 있다. 따라서, 실시간으로 계산할 필요가 없으므로, 채널 추정 속도가 크게 증가될 수 있다.
상기 과정에 따라서 모든 채널에서의 모든 사용자의 응답이 각각 계산될 수 있고, 그 결과(hi,k)는 스마트 안테나 간섭 제거 모듈(211)로 입력된다. 추가 처리를 거쳐서 모든 사용자 신호가 복원된다.
도 2는 스마트 안테나 간섭 제거 모듈(211)의 간섭 제거 처리를 도시한다. 먼저, 채널 추정 모듈(210i)에 의해 계산된 채널 응답 hi,k은 파워 추정 모듈(220)로 보내져 파워를 추정한다. 탐색창 내의 K명의 사용자(K개 채널을 갖는)의 주경로 및 다중 경로의 총파워 분포를 계산하며, 이것은 수학식 4로 나타내진다.
Figure 112002003494714-pct00006
그리고나서, 각 사용자의 최대 첨두 파워 포인트를 계산한다. 사용자의 최고 파워의 경로가 다른 사용자의 최고 파워의 경로의 동일한 지점에 있지 않다면, 이것은 그 사용자가 기지국과 동기되지 않았음을 의미한다. 기지국은 다운 링크 채널의 사용자에게 다른 사용자와 동기화를 유지하기 위하여 조정하라고 알린다. 조정 파라미터는 상기한 SS(K)이다.
이 후, 탐색창에서 k 번째 사용자 주경로 및 다중 경로 전체 파워 분포를 계산하며, 이것은 수학식 5로 나타내진다.
Figure 112002003494714-pct00007
여기서, m은 탐색창에서의 한 지점이며, power_abs는 신호 발생기(221)에 보내져 신호를 발생시킨다. 동시에, 신호 발생기(221)에 보내진 신호들은 각각의 채널 추정 모듈(210A 내지 210N)에 의해 출력되는 채널 응답 신호(
Figure 112005078508962-pct00008
)(벡터)를 가지며, N개 링크의 디지털 신호 S1(n), S2(n).., Si(n),.., SN(n)를 출력한다.
신호 발생기(221)에서는 먼저 power_abs에서의 첨두값 지점의 위치를 계산하여 power_point에 기억시킨다. 동시에, power_abs(power_point)를 영(0)으로 설정하여 다음 간섭에 대하여 이 지점을 계산하지 않도록 한다. 그리고 나서, power_point에 대하여 이 지점에서의 모든 신호의 역확산 결과를 스마트 안테나 알고리즘으로 얻는다. 이것은 수학식 6으로 나타내진다.
Figure 112002003494714-pct00009
여기서, Q는 확산 스펙트럼 계수를 나타내고, (d-1)Q는 d번째 심볼의 초기 샘플링 포인트의 분산 시점을 나타낸다. 또한, Cq,k는 k 번째 사용자의 확산 스펙트럼 코드이고, pn_code(l)은 스크램블 코드이며, Sca,k(d)는 마지막 번째의 간섭 제거 결과이며, Sca+1,k(d)는 피크 위치에서의 사용자 k의 ca+1번째 반복된 역확산 결과를 나타내고, 초기값 S0,k(d)는 0이며, 출력 Sca+1,k(d)는 심볼 레벨이 된다. 사용자들이 전체적으로 동기화되지 않고 시스템에 극심한 다중 경로 간섭 및 화이트 잡음이 존재하므로, 초기에는 Sca+1,k(d)가 대략적인 결과치가 되는 것은 자명하다.
Sca+1,k(d)는 신호 대 잡음비 추정 모듈(224) 및 신호 재구성 모듈(222)로 보내진다. 신호 대 잡음비 추정 모듈(224)의 기능은 각각의 사용자 신호 대 잡음비를 추정하는 것이다. 신호 발생기(221)에 의해 발생된 신호는 디스크램블, 역확산 및 복조된 신호이다. 이 때, 각각의 사용자 신호 대 잡음비를 추정하는 여러 방법이 있는데, 그 중 하나는 k 번째 사용자에 대하여 그 사용자의 파워를 먼저 계산하며, 이것은 다음의 수학식 7로 나타내진다.
Figure 112002003494714-pct00010
파워가 소정 임계치보다 큰 경우, 이것은 유효 파워라 하며, 유효 파워를 갖는 모든 신호에 대하여 컨스텔레이션 맵(constellation map)의 대응 지점 상에서 그 분산치를 계산한다. 분산치가 설정값보다 큰 경우에는 이 사용자의 신호 대 잡음비는 비교적 낮으며 그 Sca+1,k(d) 값은 신뢰할 수 없으므로, 간섭 제거가 필요하다. 이와는 반대로, 분산치가 설정값보다 적으면, 이 사용자의 신호 대 잡음비는 비교적 높고 그 Sca+1,k(d) 값은 신뢰할 수 있으므로, 간섭 제거가 필요하지 않다. 신호 대 잡음비 추정 모듈을 사용하는 목적은 신뢰할 수 있는 신호에 대한 간섭을 제거하는 것은 불필요하므로, 간섭 제거 에 대한 계산을 단순화시키고자 함이다.
신호 재구성 모듈(222)은 Sca+1,k(d)을 사용하여 원 신호를 재구성하기 위해 사용하며, 이 원 신호는 칩 레벨의 신호이고, 수학식 8로 나타내진다.
Figure 112002003494714-pct00011
여기서, Q(d-1)은 d번째 심볼의 초기 샘플링 포인트의 분산 시점을 나타낸다. 이 후, N개 안테나에 대한 K 번째 사용자의 신호의 성분을 수학식 9로 계산한다.
Figure 112002003494714-pct00012
N개 안테나의 복원 결과는 간섭 제거 모듈(223)로 보내져 간섭을 제거한다. 이것은 수학식 10으로 나타내진다.
Figure 112002003494714-pct00013
도 2에서, 판정 모듈(225)은 2가지 판정 조건, 즉 (1) 모든 신호의 신호 대 잡음비가 설정된 임계치보다 큰지의 여부와, (2) 간섭 제거 루프의 수가, 탐색창의 길이보다 작거나 같으며 이 범위 내에서 루프의 수가 디지털 신호 처리기, FPGA 칩 등의 처리 능력에 의해 판정되는 설정된 수에 도달하는지의 여부를 가지고 간섭 제거를 언제 중지시킬 것인지를 판정하는데 사용된다. 2가지 조건 중 하나라도 만족되면, 스마트 안테나의 간섭 제거 방법의 처리 과정은 종료되고, 복원된 신호 Sca+1,k(d)를 출력한다.
도 3을 참조하면, 스마트 안테나에 대한 간섭 제거 방법의 처리 과정을 8개의 안테나(N=8)를 예로 하여 설명한다.
기능 블록 "301"은 파워 추정 모듈에 의해 채널 추정 파워를 계산한다. 기능 블록 "303" 및 "304"는 신호 발생 모듈(221)에 의해 최대값의 파워를 검색하여, 그 차이를 계산하며, 값을 0으로 설정하며, 그 차이 지점에서 역확산시켜 빔 형성을 수행하고, 그리고나서 그 결과를 신호 대 잡음비 판정 모듈(225) 및 신호 재구성 모듈(222)로 동시에 보낸다(판정 모듈(225)을 통해). 기능 블록 "302"는 동기된 조정값 Ss(k)을 제공한다. 기능 블록 "308"은 그 신호를 재구성하고, 8개의 안테나에 대해 그 신호의 성분을 계산한다. 기능 블록 "309"는 수신 데이터(receive_data)로부터 재구성 데이터의 8개 안테나에 대한 성분을 감산하고, 그 결과를 수신 데이터에 기억시키며, 그 후 기능 블록 "303" 내지 기능 블록 "309"를 반복적으로 실행한다. 기능 블록 "305"가 신호 대 잡음비 판정 모듈(224)에 의해 신호 대 잡음비의 크기를 판정하고 기능 블록 "306"이 판정 모듈(225)에 의해 루프의 수가 설정값에 도달한 것으로 판정하거나 또는 모든 사용자의 신호 대 잡음비가 충족된 것으로 판정한 경우, 간섭 제거가 종료되고, 기능 블록 "307"이 복원된 신호를 출력한다.
본 발명을 주로 시분할 이중 방식(TDD) 및 주파수 분할 이중 방식(FDD) CDMA 무선 통신 시스템을 포함한 CDMA 무선 통신 시스템에 대하여 설명하였지만, 스마트 안테나의 원리 및 디지털 신호 처리에 대한 지식을 갖고 있고 무선 통신 시스템의 개발에 종사하고 있는 사람이라면 본 발명의 방법을 이용하여 고성능의 여러 이동 통신 또는 무선 사용자 루프 시스템에 사용될 수 있는 고품질의 스마트 안테나 시스템을 설계할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 기저대역 처리기에 연결되는 하나 이상의 대응하는 무선 주파수 송수신기에 연결된 하나 이상의 안테나 유닛을 포함하는 통신 시스템에 사용하기 위한 방법으로서, 스마트 안테나 및 간섭 제거에 기초하여 기저대역을 처리하는 방법에 있어서,
    (가) 상기 안테나 유닛 및 상기 무선 주파수 송수신기로부터 샘플링된 데이터 출력 신호를 획득하여 기지의 사용자 트레이닝 시퀀스(a known user training sequence)를 이용하여 채널 추정을 행하고, 그리고나서 모든 채널 상의 모든 사용자 응답을 얻는 단계;
    (나) 상기 채널 추정을 기초로 상기 스마트 안테나의 빔 형성을 이용하여, 상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 유용한 심볼 레벨 신호(symbolic level signal)를 추출하는 단계;
    (다) 상기 유용한 심볼 레벨 신호를 재구성하고, 스크램블 코드를 추가하며, 그리고나서 칩 레벨의 재구성된 신호를 얻는 단계;
    (라) 상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 상기 재구성된 신호를 감산하는 단계; 및
    (마) 모든 사용자 신호를 복원할 때까지 상기 단계 (나) 내지 (라)를 반복하는 단계
    를 포함하는 기저대역 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (가)에서의 상기 모든 채널 상의 모든 사용자 응답은, 각각의 사용자 트레이닝 시퀀스에 관계되고 그 전에 미리 계산되어 기억된 행렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (나)는,
    상기 모든 채널 상의 모든 사용자의 응답에 대하여 파워 추정을 행하는 단계;
    탐색창(searching window) 내의 모든 사용자에 대한 주경로 및 다중 경로 파워 분포를 계산하는 단계; 및
    상기 계산 단계에서 계산된 파워 분포를 기초로 각 사용자의 최대 첨두값 파워 위치를 계산하고, 계산된 첨두값 파워 위치를 파워 포인트(power point)로 기억시키며, 상기 파워 포인트에 있는 모든 신호의 역확산 결과를 스마트 안테나 알고리즘을 이용하여 구함으로써, 역확산 결과 신호를 생성하여 상기 유용한 심볼 레벨 신호를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 사용자의 최대 첨두값 파워 위치를 계산할 때, 그 사용자의 최고 파워의 경로가 다른 사용자와 동일한 지점에 있지 않아 그 사용자가 기지국과 동기되지 않는다면, 그 사용자에 연관된 전송 모듈에 동기화의 조정 파라미터를 보내는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (나)는,
    모든 사용자의 신호 대 잡음비를 추정하는 단계;
    낮은 신호 대 잡음비를 갖는 것으로 식별된 사용자에 대해서는 상기 단계 (다), (라) 및 (마)를 반복하고, 높은 신호 대 잡음비를 갖는 것으로 식별된 사용자에 대해서는 상기 역확산 결과를 직접 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모든 사용자의 신호 대 잡음비를 추정하는 단계는,
    사용자 파워를 계산하는 단계;
    상기 사용자 파워가 선택된 임계치보다 더 큰 경우 상기 사용자 파워를 유효 파워로서 판정하는 단계;
    모든 신호에 대한 분산치를 그 신호의 대응하는 컨스텔레이션 맵(constellation map) 지점에서의 유효 파워를 이용하여 계산하는 단계; 및
    상기 분산치가 설정값보다 큰 경우에는 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 사용자를 식별하고, 상기 분산치가 상기 설정값보다 작은 경우에는 높은 신호 대 잡음비를 갖는 사용자를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (다)는, 유용한 심볼 레벨 신호를 재구성하는 단계와, 각 안테나 유닛 상의 다중 경로 및 모든 사용자 신호의 성분을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (마)는 간섭 제거 루프의 수가 탐색창의 길이보다 작거나 동일한 설정수에 도달한 후에, 간섭 제거를 중지하고 복원된 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (마)는 모든 신호의 신호 대 잡음비가 설정된 임계치보다 커진 후에, 간섭 제거를 중지하고 복원된 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (마)는 탐색창의 길이와 동등한 반복 횟수를 최대 횟수로 하여 상기 단계 (나) 내지 (라)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리 방법.
  11. 기저대역 처리기에 연결되는 하나 이상의 대응하는 무선 주파수 송수신기에 연결된 하나 이상의 안테나 유닛을 포함하는 통신 시스템용으로서, 스마트 안테나 및 간섭 제거를 기초로 하는 기저대역 처리기에 있어서,
    상기 무선 주파수 송수신기로부터의 샘플링된 데이터 출력 신호에 대하여 사용자 채널을 추정하는 채널 추정 모듈; 및
    상기 채널 추정 모듈의 각각으로부터의 사용자 응답과 상기 무선 주파수 송수신기의 각각으로부터의 샘플링된 데이터 출력 신호를 수신하는 스마트 안테나 간섭 제거 모듈
    을 포함하며,
    상기 스마트 안테나 간섭 제거 모듈은,
    상기 채널 추정을 기초로 상기 스마트 안테나의 빔 형성을 이용하여 상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 유용한 심볼 레벨 신호를 추출하고;
    상기 유용한 심볼 레벨 신호를 재구성하고, 스크램블 코드를 추가하고, 칩 레벨 재구성 신호를 획득하며;
    상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 상기 재구성된 신호를 감산하는 것을,
    모든 사용자 신호를 복원할 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스마트 안테나 간섭 제거 모듈은,
    상기 채널 추정 모듈로부터 사용자 응답을 수신하고, 모든 채널 상의 모든 사용자에 대한 파워 응답을 추정하며, 탐색창 내의 모든 사용자에 대한 주경로 및 다중 경로 파워 분포를 계산하는 파워 추정 모듈;
    상기 파워 추정 모듈로부터의 계산된 파워 분포, 상기 채널 추정 모듈로부터의 사용자 응답, 간섭 제거 결과, 및 샘플링된 데이터 출력 신호를 수신하며, 각각의 사용자의 최대 첨두값 파워 위치를 계산하고, 계산된 첨두값 파워 위치를 파워 지점으로 저장하며, 스마트 안테나 알고리즘을 이용하여 그 파워 포인트에서의 모든 신호의 역확산 결과를 상기 유용한 심볼 레벨 신호로서 획득하는 신호 발생기;
    상기 신호 발생기로부터의 상기 유용한 심볼 레벨 신호를 재구성하고, 각각의 안테나 유닛 상의 다중경로 및 모든 사용자 신호의 성분을 계산하여 칩 레벨의 재구성 신호를 획득하는 신호 재구성 모듈;
    상기 샘플링된 데이터 출력 신호 및 상기 신호 재구성 모듈로부터의 재구성된 신호를 수신하고, 상기 샘플링된 데이터 출력 신호로부터 상기 재구성된 신호를 감산하여 간섭 제거 결과를 획득하고, 이 간섭 제거 결과를 상기 신호 발생기에 보내는 간섭 제거 모듈; 및
    간섭 제거 루프의 수가, 상기 탐색창의 길이보다 작거나 동일한 소정수에 도달하는지의 여부를 판정하여, 소정수에 도달한 경우에 상기 신호 발생기에게 간섭 제거를 중단하고 복원된 신호를 출력하도록 명령하는 판정 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리기.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 스마트 안테나 간섭 제거 모듈은,
    상기 신호 발생기로부터의 역확산 결과에 대하여 신호 대 잡음비를 추정하고, 높은 신호 대 잡음비를 갖는 것으로서 식별된 사용자에 대해서는 복원된 신호를 직접 출력하고, 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 것으로서 식별된 사용자에 대해서는 상기 신호 발생기에게 간섭 제거를 지속하도록 명령하는 신호 대 잡음비 추정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 파워 추정 모듈은, 각각의 사용자의 최대 첨두값 파워 위치를 계산하는 동안, 그 사용자의 최고 파워의 경로가 다른 사용자와 동일한 지점에 있지 않아 그 사용자가 기지국과 동기되지 않는다면, 그 사용자에 연관된 전송 모듈에 동기화를 위한 조정 파라미터를 보내는 것을 특징으로 하는 기저대역 처리기.
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